KR101766546B1 - 코크스 오븐 가스 배출 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 코크스 오븐 가스 배출 장치는, 코크스 오븐의 탄화실에 설치되어 상기 탄화실에서 발생하는 처리가스를 공급받는 수직관, 상기 수직관과 연통되어 처리가스를 공급받고, 내부에 암모니아수를 분사하는 노즐이 설치된 곡관 및 상기 곡관에 설치되어 상기 곡관 내부의 압력을 측정하는 압력측정부를 포함하는 코크스 오븐 가스 배출 장치로서, 상기 수직관의 외벽을 이루는 파이프 형상의 외부자켓, 상기 외부자켓의 내부에 삽입되되 상기 외부자켓과 이격되어 설치되고 상기 처리가스가 그 내부 공간으로 유동되는 파이프 형상의 내부자켓 및 상기 외부자켓에 설치되어 상기 외부자켓과 상기 내부자켓 사이 공간에 물을 분사하여 스팀을 발생시키는 분사부를 포함하고, 상기 곡관은, 상기 내부자켓과 연통되며, 상기 분사부는, 상기 외부자켓과 상기 내부자켓 사이 공간에 위치되어 물을 분사하는 분사노즐과, 상기 분사노즐에 연결되어 물을 공급하는 공급관을 포함하고, 상기 노즐 및 상기 공급관은 각각 복수 개가 방사상으로 배치되며, 각각의 상기 공급관은 상기 외부자켓을 관통하여 설치된 것을 특징으로 한다.

Description

코크스 오븐 가스 배출 장치{APPARATUS FOR EMITTING GAS FROM COKE OVEN}

본 발명은 코크스 오븐 가스 배출 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 코크스 오븐 가스를 냉각시켜 가스 정제설비로 전달하는 코크스 오븐 가스 배출 장치에 관한 것이다.

제철소 고로의 열원으로 사용되는 코크스는 코크스 오븐에서 건류 공정을 거쳐 생산된다. 코크스 오븐에서의 코크스 제조 과정을 살펴보면, 내열연와를 수직방향으로 쌓아올린 공간에 연소 가스를 공급 하여 1200 이상의 고온으로 가열하고, 이렇게 가열된 연소실 양측에 마련된 다른 수직 공간에 유연탄을 장입하여 내화벽돌을 통해 전달되는 간접열을 이용해 유연탄을 건류시켜 코크스를 제조하게 된다. 코크스가 제조되는 공간은 탄화실이라고도 불린다.

탄화실에서는 코크스를 제조하기 위해 평균 18시간 이상의 건류 과정을 거치게 되며, 이때 유연탄에서 발생하는 휘발분 및 타르의 열분해 작용으로 인해 발생된 약600~700 이상의 가스, 즉 코크스 오븐 가스(COG)가 생성된다.

COG는 가스 정제설비를 거쳐 재활용되는데, 코크스 오븐에서 배출된 COF를 바로 정제설비로 이송할 경우 COG의 열에 의한 설비 소손의 위험이 있다. 따라서, 코크스 오븐에서 배출된 COG를 냉각시키기 위한 장치가 코크스 오븐에 설치되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 코크스 오븐 가스 배출 장치는, 코크스 오븐에서 배출되는 가스를 전달받는 수직관(1)과, 수직관(1)의 측면에 연통된 곡관(2)과, 곡관(2) 내부에 안수(암모니아수)를 분사하는 안수노즐(3)과, 곡관(2)에 연통되어 내부 압력을 측정하는 도압관(4)으로 구성되어 있다. 곡관(2)에는 개폐부재(7)가 설치되어, 안수의 수위를 일정하게 유지시키게 된다. 안수를 통과하면서 냉각된 COG는 가스포집실(6)에서 약 80~90로 냉각된 후 가스 정제설비(10)로 보내지게 된다.

코크스 품질을 향상시키기 위해서는 탄화실 압력을 5~12mmH₂O 수준으로 관리할 필요가 있고, 이는 도압관(4)에 설치된 압력센서(5)에 의해 측정된다. 조업을 진행하게 되면 COG에 다량 포함된 타르, 카본 등의 이물질에 의해 도압관(4)이 폐쇄되는 문제가 발생하게 되는데, 이를 방지하기 위해 도압관(4)으로 질소를 공급하는 퍼지 작업을 수행하게 된다. 그러나 질소로 퍼지 작업을 수행하기 위해서는 고압의 질소를 공급해야 하고, 도압관(4) 내부에 유착되어 굳어버린 타르 또는 카본을 제거하는 데에는 한계가 있었다. 이에 작업자가 수시 또는 정기적으로 도압관(4) 내부에 고착된 이물질을 제거하는 개공작업을 수행해야 하는 문제가 있었다.

따라서, COG의 냉각과 도압관 폐쇄 문제를 개선시킬 수 있는 새로운 코크스 오븐 가스 배출 장치가 요구되고 있는 실정이다.

대한민국 등록특허 10-1477397 (2014.12.29.)

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 코크스 오븐 가스(COG)의 냉각과 도압관 관통 작업을 모두 효율적으로 수행할 수 있는 코크스 오븐 가스 배출 장치를 제공하는 데 있다.

위 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 코크스 오븐 가스 배출 장치는, 코크스 오븐의 탄화실에 설치되어 상기 탄화실에서 발생하는 처리가스를 공급받는 수직관, 상기 수직관과 연통되어 처리가스를 공급받고, 내부에 암모니아수를 분사하는 노즐이 설치된 곡관 및 상기 곡관에 설치되어 상기 곡관 내부의 압력을 측정하는 압력측정부를 포함하는 코크스 오븐 가스 배출 장치로서, 상기 수직관의 외벽을 이루는 파이프 형상의 외부자켓, 상기 외부자켓의 내부에 삽입되되 상기 외부자켓과 이격되어 설치되고 상기 처리가스가 그 내부 공간으로 유동되는 파이프 형상의 내부자켓 및 상기 외부자켓에 설치되어 상기 외부자켓과 상기 내부자켓 사이 공간에 물을 분사하여 스팀을 발생시키는 분사부를 포함하고, 상기 곡관은, 상기 내부자켓과 연통되며, 상기 분사부는, 상기 외부자켓과 상기 내부자켓 사이 공간에 위치되어 물을 분사하는 분사노즐과, 상기 분사노즐에 연결되어 물을 공급하는 공급관을 포함하고, 상기 노즐 및 상기 공급관은 각각 복수 개가 방사상으로 배치되며, 각각의 상기 공급관은 상기 외부자켓을 관통하여 설치된 것을 특징으로 한다.

상기 외부자켓의 내면과 상기 내부자켓의 외면은, 물결 모양으로 형성되어 표면적을 확장시킨 것을 특징으로 한다.

삭제

상기 압력측정부는, 상기 곡관과 연통되고 압력센서와 연결되는 도압관을 포함하고, 상기 외부자켓과 상기 내부자켓 사이에서 발생된 스팀을 상기 도압관으로 전달하는 스팀관을 더 포함하며, 상기 스팀관을 통해 공급된 스팀으로 상기 도압관을 관통시키는 것을 특징으로 한다.

상기 스팀관에 설치된 밸브와, 상기 밸브에 연결되어 스팀을 이송하는 이송관을 더 포함하고, 상기 밸브는, 상기 도압관의 관통 작업이 필요할 때 상기 스팀을 상기 도압관 방향으로 공급하고, 상기 도압관의 관통 작업이 필요하지 않을 때 상기 스팀을 상기 이송관 방향으로 공급하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 코크스 오븐 가스 배출 장치에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 코크스 오븐 가스(COG)를 냉각시키면서 이 열을 재활용하여 스팀을 생산할 수 있어, 에너지 효율이 높다.

둘째, 질소에 비해 타르 제거 효율이 높은 스팀으로 도압관을 관통시켜 관통 작업의 효율성이 향상된다.

셋째, 잉여 스팀을 전기 생산을 위해 사용할 수 있다.

넷째, COG 냉각 효율을 향상시켜 COG의 고온에 의한 설비 손상을 방지할 수 있다.

도 1은 종래의 코크스 오븐 가스 배출 장치를 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 코크스 오븐 가스 배출 장치의 외부자켓과 내부자켓을 나타낸 절단 사시도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 코크스 오븐 가스 배출 장치의 전체 모습을 나타낸 사시도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 코크스 오븐 가스 배출 장치의 전체 모습을 나타낸 단면도,
도 5는 코크스 오븐의 건류 공정 진행에 따른 수직관 외벽의 시간별 온도 변화와, 순수 공급량의 증가, 감소 시점을 나타낸 그래프이다.

여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 코크스 오븐 가스 배출 장치에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명은 종래의 수직관을 이중관으로 변경하고, COG를 이중관 중 내측관 내부로 이송하면서 외측관과 내측관 사이에 물을 분사하여 스팀을 생산하여 발전 및 도압관 관통에 활용하는 발명이다.

도 2 내지 4에 도시된 바와 같이, 수직관(1)은 내부자켓(112)과 외부자켓(111)의 이중관으로 구성되는데, 내부자켓(112)의 내측면에는 내열연와(113)가 설치되어 COG에 의한 내부자켓(112)의 열화를 방지하게 된다.

내부자켓(112)의 외측면은 물결 모양으로 형성되어 있는데, 이를 통해 내부자켓(112)의 표면적을 확장시키고, 내부자켓(112) 내부를 유동하는 COG로부터 방사되는 열이 보다 쉽게 방출되도록 할 수 있다.

외부자켓(111)은 내부자켓(112)의 외측을 감싸는 구성으로서, 내부자켓(112)의 내부 공간과, 외부자켓(111)과 내부자켓(112) 사이의 공간은 서로 통공되지 않는 독립적인 공간으로 구성된다.

외부자켓(111)의 내측면 또한 내부자켓(112)의 외측면과 같이 물결 모양으로 형성되는데, 이는 내부자켓(112)과 외부자켓(111) 사이에 물이 분사될 때 물이 부착되는 표면적을 넓혀 보다 쉽게 증발되어 스팀을 생성시킬 수 있게 하기 위함이다. 앞서 설명한 내부자켓(112) 외측면도 같은 역할을 하게 된다.

분사부는 외부자켓(111)과 내부자켓(112) 사이에 물을 분사하는 분사노즐(121)과, 분사노즐(121)에 물을 공급하는 공급관(122)을 기본으로 하여, 공급관(122)에 물의 공급 여부 및 공급량을 제어하는 메인밸브(124) 및 서브밸브(123)를 더 포함할 수 있다.

분사노즐(121)은 외부자켓(111)의 내측면에 방사상으로 배치되고, 수직관(1)의 높이 방향으로 복수 개의 열로 배치될 수 있다. 공급관(122)은 외부자켓(111)을 관통하여 각각의 분사노즐(121)과 연결되어 각각의 분사노즐(121)에 물을 공급시키게 된다.

분사부를 통해 분사되는 물은 이물질을 제거시킨 순수를 사용하는 것이 바람직하다. 이는 스팀을 이용하여 도압관(4) 내부를 클리닝하면서, 클리닝에 사용된 스팀이 곡관 내부의 COG와 혼합되기 때문이다. 만약 순수가 아닌 미네랄 등이 포함된 물을 사용할 경우, 설비를 부식시키거나, 도압관(4) 내부에 부착된 타르를 제거할 때 오히려 부착물의 크기를 성장시킬 수도 있고, COG 가스의 품질을 저하시킬 수도 있다. 따라서, COG에 혼합되더라도 그 품질 저하를 최소화시킬 수 있는 순수를 사용하는 것이 바람직한 것이다.

외부자켓(111)과 내부자켓(112) 사이 공간에서 생성된 스팀은 스팀관(131)을 통해 도압관(4)으로 공급된다. 스팀관(131)은 외부자켓(111)과 내부자켓(112) 사이의 공간과, 도압관(4) 내부 공간 사이를 연결하는 파이프이다. 또한 스팀관(131) 상에는 밸브(132)가 설치되어 있는데, 이 밸브(132)는 스팀이 도압관(4)으로 공급될지 이송관(133)으로 공급될지를 조절하는 역할을 한다.

스팀은 도압관(4)으로 공급되어 도압관(4) 내부를 클리닝하거나, 이송관(133)을 통해 CDQ(Coke Dry Qyenching) 등의 설비에 공급되어, 스팀 압력을 이용해 전기를 생산하는 등의 효과를 얻을 수 있다.

도압관(4)은, 곡관(2) 내부에 일단이 위치하고, 타단이 곡관(2) 내부의 압력을 측정하는 압력센서(5)에 연결되어 있는 압력관이다. 종래에는 도압관(4)의 내부를 클리닝하기 위해 고압의 질소를 분사하였지만, 기체상인 질소를 일정 이상의 온도로 가열하는 것은 쉽지 않고, 에너지의 소모 역시 많은 단점이 있었다. 본 발명에서는 수직관(1)에서 발산되는 열을 흡수하여 가열된 스팀을 활용하여 도압관(4) 내부를 클리닝함으로써, 종래의 문제점을 해소하였다. 스팀은 비교적 쉽게 고온으로 가열될 수 있고, 타르 부착물을 용해시켜 쉽게 탈락시킬 수 있어 도압관(4)의 클리닝 용매로 사용되기 적합한 것이다.

도 5에는 코크스 오븐에 원탄을 장입한 이후 압출될 때까지의 로온 변화에 따른 수직관(1) 외부 온도 추이를 나타낸 그래프가 도시되어 있다.

최초 탄화실에 원탄이 장입된 이후, 건류가 본격적으로 시작되기 이전에는 로온이 지속적으로 감소된다. 따라서 발생되는 COG의 온도 또한 낮기 때문에, 메인밸브(124) 및 서브밸브(123)를 제어하여 공급되는 순수의 양을 감소시키고, 밸브(132)를 폐쇄하여 스팀이 일정 압력에 오를 때까지 대기할 수 있다.

건류가 시작되어 로온이 상승하면, 메인밸브(124) 및 서브밸브(123)를 제어하여 공급되는 순수의 양을 증가시키고, 밸브(132)를 이송관(133) 또는 도압관(4) 방향으로 개방시켜 스팀을 공급하게 된다.

수직관에 직접적으로 COG를 공급받는 원래의 탄화실에 인접한 다른 탄화실에 원탄이 장입될 경우, 이 영향으로 원래의 탄화실의 온도가 낮아질 수 있다. 따라서 이 때에도 순수의 공급량을 감소시켰다가, 인접한 탄화실의 건류가 본격적으로 시작된 이후에 다시 순수의 공급량을 증가시킬 수 있다.

이렇게, 코크스 오븐 탄화실의 온도 변화에 따라 공급되는 순수의 양과 밸브들의 개폐를 제어하여, 공급되는 스팀의 온도 및 압력을 적절하게 관리할 수 있는 것이다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1: 수직관 2: 곡관
3: 안수노즐 4: 도압관
5: 압력센서 6: 가스포집실
7: 개폐부재 10: 가스 정제설비
111: 외부자켓 112: 내부자켓
113: 내열연와 121: 분사노즐
122: 공급관 123: 서브밸브
124: 메인밸브 131: 스팀관
132: 밸브 133: 이송관

Claims (5)

1. 코크스 오븐의 탄화실에 설치되어 상기 탄화실에서 발생하는 처리가스를 공급받는 수직관;
   상기 수직관과 연통되어 처리가스를 공급받고, 내부에 암모니아수를 분사하는 노즐이 설치된 곡관; 및
   상기 곡관에 설치되어 상기 곡관 내부의 압력을 측정하는 압력측정부;를 포함하는 코크스 오븐 가스 배출 장치로서,
   상기 수직관의 외벽을 이루는 파이프 형상의 외부자켓;
   상기 외부자켓의 내부에 삽입되되 상기 외부자켓과 이격되어 설치되고 상기 처리가스가 그 내부 공간으로 유동되는 파이프 형상의 내부자켓; 및
   상기 외부자켓에 설치되어 상기 외부자켓과 상기 내부자켓 사이 공간에 물을 분사하여 스팀을 발생시키는 분사부;를 포함하고,
   상기 곡관은, 상기 내부자켓과 연통되며,
   상기 분사부는, 상기 외부자켓과 상기 내부자켓 사이 공간에 위치되어 물을 분사하는 분사노즐과, 상기 분사노즐에 연결되어 물을 공급하는 공급관을 포함하고,
   상기 노즐 및 상기 공급관은 각각 복수 개가 방사상으로 배치되며,
   각각의 상기 공급관은 상기 외부자켓을 관통하여 설치된 것을 특징으로 하는, 코크스 오븐 가스 배출 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 외부자켓의 내면과 상기 내부자켓의 외면은, 물결 모양으로 형성되어 표면적을 확장시킨 것을 특징으로 하는, 코크스 오븐 가스 배출 장치.
   
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 압력측정부는, 상기 곡관과 연통되고 압력센서와 연결되는 도압관을 포함하고,
   상기 외부자켓과 상기 내부자켓 사이에서 발생된 스팀을 상기 도압관으로 전달하는 스팀관을 더 포함하며,
   상기 스팀관을 통해 공급된 스팀으로 상기 도압관을 관통시키는 것을 특징으로 하는, 코크스 오븐 가스 배출 장치.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 스팀관에 설치된 밸브와, 상기 밸브에 연결되어 스팀을 이송하는 이송관을 더 포함하고,
   상기 밸브는, 상기 도압관의 관통 작업이 필요할 때 상기 스팀을 상기 도압관 방향으로 공급하고, 상기 도압관의 관통 작업이 필요하지 않을 때 상기 스팀을 상기 이송관 방향으로 공급하는 것을 특징으로 하는, 코크스 오븐 가스 배출 장치.
   

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