KR101806858B1 - 배가스 재생 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시 형태에 따른 배가스 재생 장치는, 연소실의 인입 덕트에 구비되어 연소실로 인입되는 배가스의 성분 및 유량을 측정하는 측정 센서; 측정된 배가스의 성분 및 유량을 기초로, 환원로에서 요구되는 환원가스의 성분 및 유량을 만족시키도록 배가스와 함께 연소될 LNG 가스와 공기의 양을 추출하는 추출부; 추출된 LNG 가스와 공기의 양만큼 LNG 가스 및 공기를 연소실 내부로 주입하는 노즐 모듈; 배가스를 LNG 가스 및 공기와 함께 연소시키는 연소 모듈; 및 측정된 배가스의 성분 및 유량에 기초하여 환원로에서 요구되는 환원가스의 성분 및 유량을 만족시키기 위한 LNG 가스와 공기의 양을 미리 저장한 데이터베이스를 포함하며, 추출부는 데이터베이스를 참조하여 연소실로 주입될 LNG 가스와 공기의 양을 추출할 수 있다.

Description

배가스 재생 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD OF REPRODUCING EXHAUST GAS}
본 발명은, 배가스를 환원가스로 재생하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
제철 산업의 노(전기로나 고로 등)에서 발생하는 배가스는 많은 경우 CO 성분을 포함하고 있으며, 수백도 이상의 열에너지를 포함하고 있다. 배가스는 포집하였다가 다른 설비의 연료로 사용하거나, 사용하지 않고 대기에 방출하여 버리는 문제점이 있다.
따라서 배가스가 열에너지와 환원가스의 성분을 포함하고 있는 점을 이용하여, 배가스를 환원가스로 활용할 수 있으며, 이는 최근 신제철 공정으로 연구되고 있다.
고로의 노내 가스 배출 장치와 관련 기술로는, 예를 들면 한국등록특허 제1366046호(“고로의 노내가스 배출 장치”, 등록일:2014년02월17일)이 있다.
한국등록특허 제1366046호(“고로의 노내가스 배출 장치”, 등록일:2014년02월17일)
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 배가스를 버리지 않고 환원가스로 재활용할 수 있는 배가스 재생 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 배가스를 연소시켜 환원가스를 생성하는 연소실을 구비한 배가스 재생 장치에 있어서, 상기 연소실의 인입 덕트에 구비되어 상기 연소실로 인입되는 배가스의 성분 및 유량을 측정하는 측정 센서; 측정된 상기 배가스의 성분 및 유량을 기초로, 환원로에서 요구되는 환원가스의 성분 및 유량을 만족시키도록 상기 배가스와 함께 연소될 LNG 가스와 공기의 양을 추출하는 추출부; 추출된 상기 LNG 가스와 공기의 양만큼 LNG 가스 및 공기를 상기 연소실 내부로 주입하는 노즐 모듈; 상기 배가스를 상기 LNG 가스 및 공기와 함께 연소시키는 연소 모듈; 및 측정된 상기 배가스의 성분 및 유량에 기초하여 상기 환원로에서 요구되는 환원가스의 성분 및 유량을 만족시키기 위한 LNG 가스와 공기의 양을 미리 저장한 데이터베이스를 포함하며, 상기 추출부는, 상기 데이터베이스를 참조하여 상기 연소실로 주입될 LNG 가스와 공기의 양을 추출하는 배가스 재생 장치를 제공한다.
본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 배가스를 연소시켜 환원가스를 생성하는 연소실을 구비한 배가스 재생 방법에 있어서, 상기 연소실의 인입 덕트에 구비된 측정 센서에서, 상기 연소실로 인입되는 배가스의 성분 및 유량을 측정하는 제1 단계; 추출부에서, 측정된 상기 배가스의 성분 및 유량을 기초로, 환원로에서 요구되는 환원가스의 성분 및 유량을 만족시키도록 상기 배가스와 함께 연소될 LNG 가스와 공기의 양을 추출하는 제2 단계; 노즐 모듈에서, 추출된 상기 LNG 가스와 공기의 양만큼 LNG 가스 및 공기를 상기 연소실 내부로 주입하는 제3 단계; 및 연소 모듈에서, 상기 배가스를 상기 LNG 가스 및 공기와 함께 연소시키는 제4 단계를 포함하며, 상기 제2 단계는, 데이터베이스를 참조하여 상기 연소실로 주입될 LNG 가스와 공기의 양을 추출하는 단계로, 상기 데이터베이스에는, 측정된 상기 배가스의 성분 및 유량에 기초하여 상기 환원로에서 요구되는 환원가스의 성분 및 유량을 만족시키기 위한 LNG 가스와 공기의 양이 미리 저장되는 배가스 재생 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 전기로나 고로와 같은 노에서 발생되는 배가스에 적절한 양의 LNG 가스와 공기를 함께 연소시켜 환원가스를 생성하여 환원로에 제공함으로써, 배가스를 버리지 않고 환원가스로 재활용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 배가스 재생 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1의 배가스 재생 장치의 연소 모듈을 위(배출 덕트 측)에서 바라본 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 배가스 재생 방법을 설명하는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 더욱 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 배가스 재생 장치의 구성도이다. 한편, 도 2는 도 1의 배가스 재생 장치의 연소 모듈을 위(배출 덕트(113) 측)에서 바라본 평면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 배가스 재생 장치(100)는 연소실(110)과, 추출부(150) 및 데이터베이스(160)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 연소실(110)은 일정한 두께의 내화물(111)로 구성된 원통 형상일 수 있으며, 노에서 생산된 배가스(1)가 인입되는 인입덕트(112)와 연소실(110)에서 생산된 환원가스(2)를 환원로로 배출하는 배출 덕트(113)를 구비할 수 있다. 상술한 연소실(110)의 형상은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로, 실시 형태에 따라서는 원통 이외의 형상일 수 있음은 당업자에게 자명하다.
연소실(110)의 인입 덕트(112)에는 노에서 생산된 배가스(1)의 성분, 유량 및 온도를 측정하기 위한 제1 측정 센서(121)가 구비되며, 연소실(110)의 배출 덕트(113)에는 연소실(110)에서 생산되어 환원로로 배출되는 환원가스(2)의 성분, 유량 및 온도를 측정하기 위한 제2 측정 센서(122)가 구비될 수 있다.
상술한 환원가스(2)의 주성분은, 적어도 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 산소(O2), 수소(H2)를 포함할 수 있으며, 인입 덕트(112)를 통해 인입된 배가스(1)와 노즐 모듈(도 2의 131 내지 134 참조)을 통해 주입된 LNG 가스와 공기가 함께 연소됨으로써 원하는 성분 및 유량을 가진 환원가스(2)가 생성될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 생성되는 환원가스(2)의 성분 및 유량은 노즐 모듈(131 내지 134)을 통해 주입되는 LNG 가스와 공기의 양을 제어함으로써 조절될 수 있으며, 환원가스(2)의 온도는 연소 모듈(140)을 제어함으로써 조절될 수 있다.
또한, 연소실(110)에는 추출부(150)에서 추출한 양의 LNG 가스와 공기를 연소실(110) 내부로 주입하기 위한 노즐 모듈(131 내지 134)을 구비할 수 있으며, 연소실(110) 내부로 주입된 LNG 가스와 공기를 배가스(1)와 함께 연소시키기 위한 연소 모듈(140)(예를 들면, 버너)을 구비할 수 있다.
상술한 노즐 모듈(131 내지 134)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 연소실(110)의 하부의 둘레를 따라 적어도 2 이상 배치될 수 있다. 또한, 노즐 모듈(131 내지 134)은 연소실(110)의 내화물(111)을 관통하여 형성되며, 연소실(110) 외주면에 수직한 방향으로부터 원주방향으로 일정 각도(θ)로 기울어짐으로써, 노즐 모듈(131 내지 134)을 통해 연소실(110)로 주입된 LNG 가스 및 공기는 연소실(110) 내부에서 소용돌이치며 주입되도록 배치될 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, LNG 가스 및 공기가 연소실(110) 내부에서 소용돌이치도록 주입됨으로써, 연소실(110)의 체적 전체를 골고루 연소실로 사용할 수 있으며 연소 효율을 높일 수 있는 이점이 있다.
한편, 추출부(150)는 연소실(110) 내부로 유입되는 배가스의 성분 및 유량에 기초하여 원하는 환원가스의 성분 및 유량을 만족시키기 위한 LNG 가스와 공기의 양을 추출할 수 있다. 또한, 연소실(110) 내부로 유입되는 배가스에 기초하여 환원로에서 요구되는 온도의 환원가스를 만족시키기 위해 연소 모듈(140)의 연소열량을 추출할 수 있다.
이를 위해 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 데이터베이스(160)를 더 구비하며, 데이터베이스(160)에는 연소실(110) 내부로 유입되는 배가스의 성분 및 유량 대비 환원가스의 성분 및 유량을 만족시키기 위한 LNG 가스와 공기의 양(당업자의 필요에 따라 실험에 의하거나 특정 수학식에 따라 구할 수 있음)이 미리 저장될 수 있다. 또한, 연소실(110) 내부로 유입되는 배가스에 기초하여 환원로에서 요구되는 온도의 환원가스를 맞추기 위해 연소 모듈(140)의 연소열량 역시 상술한 데이터베이스(160)에 미리 저장될 수 있다.
하기 표 1은 환원로로 유입될 환원 가스의 목표 조건이며, 표 2는 표 1의 환원가스의 목표 조건(유량, 성분)을 만족시키기 위한 LNG 가스와 공기의 양을 예시적으로 도시하고 있다.
[표 1]
Figure 112016096989787-pat00001
[표 2]
Figure 112016096989787-pat00002
참고로, 표 1에서 환원 가스(CO)의 성분 퍼센트(%)는 표 2의 환원 가스의 성분 중 이산화탄소(CO2), 물(H2O) 및 일산화탄소(CO)에 대한 일산화탄소(CO)의 비율을 말하며, 불활성 가스인 질소(N2)는 제외한 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 전기로나 고로와 같은 노에서 발생되는 배가스에 적절한 양의 LNG 가스와 공기를 함께 연소시켜 환원가스를 생성하여 환원로에 제공함으로써, 배가스를 버리지 않고 환원가스로 재활용할 수 있다.
한편, 도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 배가스 재생 방법을 설명하는 흐름도이다. 발명의 간명화를 위해 도 1 내지 도 2에서 설명한 사항과 중복된 설명은 생략한다.
도 1 내지 도 3에서 도시된 바와 같이, 우선 본 발명의 일 실시 형태에 따른 배가스 재생 방법은, 제1 측정 센서(121)에서, 연소실(110)로 인입되는 배가스의 성분 및 유량을 측정하는 단계로부터 개시될 수 있다(S301). 제1 측정 센서(121)에서 측정된 배가스의 성분 및 유량은 추출부(150)로 전달될 수 있다.
다음, 추출부(150)는, 측정된 배가스(1)의 성분 및 유량을 기초로, 환원로에서 요구되는 환원가스(2)의 성분 및 유량을 만족시키도록 배가스와 함께 연소될 LNG 가스와 공기의 양을 추출할 수 있다(S302). 이를 위해 연소실(110) 내부로 유입되는 배가스의 성분 및 유량 대비 환원가스의 성분 및 유량을 만족시키기 위한 LNG 가스와 공기의 양이 미리 저장된 데이터베이스(160)가 참조될 수 있다. 또한, 실시 형태에 따라서는 데이터베이스(160)에는 연소실(110) 내부로 유입되는 배가스에 기초하여 환원로에서 요구되는 온도의 환원가스를 맞추기 위해 연소 모듈(140)의 연소열량이 미리 저장될 수 있음은 물론이다.
다음, 노즐 모듈(131 내지 134)은, 추출된 LNG 가스와 공기의 양만큼 LNG 가스 및 공기를 연소실(110) 내부로 주입할 수 있으며(S303), 연소 모듈(140)은 배가스(1)를 LNG 가스 및 공기와 함께 연소시킴으로써, 원하는 성분 및 유량을 가진 환원가스가 생성될 수 있다(S304). 이렇게 생성된 환원가스(2)는 배출 덕트(113)를 통해 환원로로 배출될 수 있다.
본 발명을 설명함에 있어, '~~ 부'는 다양한 방식, 예를 들면 프로세서, 프로세서에 의해 수행되는 프로그램 명령들, 소프트웨어 모듈, 마이크로 코드, 컴퓨터 프로그램 생성물, 로직 회로, 애플리케이션 전용 집적 회로, 펌웨어 등에 의해 구현될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 전기로나 고로와 같은 노에서 발생되는 배가스에 적절한 양의 LNG 가스와 공기를 함께 연소시켜 환원가스를 생성하여 환원로에 제공함으로써, 배가스를 버리지 않고 환원가스로 재활용할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
1: 배가스
2: 환원가스
100: 배가스 재생 장치
110: 연소실
111: 내화물
121 내지 122: 측정 센서
131 내지 134: 노즐 모듈
140: 연소 모듈
150: 추출부
160: 데이터베이스

Claims (7)

  1. 배가스를 연소시켜 환원가스를 생성하는 연소실을 구비한 배가스 재생 장치에 있어서,
    상기 연소실의 인입 덕트에 구비되어 상기 연소실로 인입되는 배가스의 성분 및 유량을 측정하는 측정 센서;
    측정된 상기 배가스의 성분 및 유량을 기초로, 환원로에서 요구되는 환원가스의 성분 및 유량을 만족시키도록 상기 배가스와 함께 연소될 LNG 가스와 공기의 양을 추출하는 추출부;
    추출된 상기 LNG 가스와 공기의 양만큼 LNG 가스 및 공기를 상기 연소실 내부로 주입하는 노즐 모듈;
    상기 배가스를 상기 LNG 가스 및 공기와 함께 연소시키는 연소 모듈; 및
    측정된 상기 배가스의 성분 및 유량에 기초하여 상기 환원로에서 요구되는 환원가스의 성분 및 유량을 만족시키기 위한 LNG 가스와 공기의 양을 미리 저장한 데이터베이스를 포함하며,
    상기 추출부는, 상기 데이터베이스를 참조하여 상기 연소실로 주입될 LNG 가스와 공기의 양을 추출하는 배가스 재생 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 노즐 모듈은,
    상기 연소실 둘레를 따라 적어도 2 이상 배치되며,
    적어도 2 이상의 노즐 모듈은, 상기 연소실 외주면에 수직한 방향으로부터 원주방향으로 일정 각도로 기울어짐으로써, 상기 노즐 모듈을 통해 상기 연소실로 주입된 LNG 가스 및 공기는 상기 연소실 내부에서 소용돌이치도록 주입되는 배가스 재생 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 적어도 2 이상의 노즐 모듈은,
    상기 연소실의 하단부의 둘레를 따라 배치되는 배가스 재생 장치.
  5. 배가스를 연소시켜 환원가스를 생성하는 연소실을 구비한 배가스 재생 방법에 있어서,
    상기 연소실의 인입 덕트에 구비된 측정 센서에서, 상기 연소실로 인입되는 배가스의 성분 및 유량을 측정하는 제1 단계;
    추출부에서, 측정된 상기 배가스의 성분 및 유량을 기초로, 환원로에서 요구되는 환원가스의 성분 및 유량을 만족시키도록 상기 배가스와 함께 연소될 LNG 가스와 공기의 양을 추출하는 제2 단계;
    노즐 모듈에서, 추출된 상기 LNG 가스와 공기의 양만큼 LNG 가스 및 공기를 상기 연소실 내부로 주입하는 제3 단계; 및
    연소 모듈에서, 상기 배가스를 상기 LNG 가스 및 공기와 함께 연소시키는 제4 단계를 포함하며,
    상기 제2 단계는, 데이터베이스를 참조하여 상기 연소실로 주입될 LNG 가스와 공기의 양을 추출하는 단계로,
    상기 데이터베이스에는, 측정된 상기 배가스의 성분 및 유량에 기초하여 상기 환원로에서 요구되는 환원가스의 성분 및 유량을 만족시키기 위한 LNG 가스와 공기의 양이 미리 저장되는 배가스 재생 방법.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제3 단계는,
    상기 노즐 모듈을 통해 상기 연소실로 주입된 LNG 가스 및 공기가 상기 연소실 내부에서 소용돌이 치도록 주입되는 단계를 포함하는 배가스 재생 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP5509676B2 (ja) 2009-05-28 2014-06-04 Ｊｆｅスチール株式会社 竪型炉の操業方法

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