KR101879078B1 - 가열로 공급용 연료 예열장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가열로의 열에너지 사용효율을 향상시키고 연료를 예열할 수 있는 가열로 공급용 연료 예열장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가열로 공급용 연료 예열장치는 내부압력 조절을 위한 로압제어용 배가스를 배출하는 축열식 버너; 상기 축열식 버너를 포함하는 가열로에 공급되는 연료의 공급경로를 구성하는 연료배관; 및 상기 연료배관에 구비되며, 상기 로압제어용 배가스의 열과 상기 연료를 열교환시키는 연료예열기;를 포함한다.

Description

가열로 공급용 연료 예열장치{APPARATUS FOR PREHEATING FUEL SUPPLIED TO HEATING FURNACE}
본 발명은 가열로 공급용 연료 예열장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가열로에서 배출되는 열을 회수하여 회수한 열로 가열로에 공급되는 연료를 예열할 수 있는 가열로 공급용 연료 예열장치에 관한 것이다.
철강공정에서 발생하는 COG(Coke Oven Gas)를 포함하는 부생가스를 연료로 사용하는 가열로의 경우, COG 중의 점성이 높은 타르 미스트(tar mist) 성분의 퇴적과 H2S 성분에 의한 스케일 생성으로 인해 연료배관(연료가 가열로로 공급되는 배관)이 막히는 현상이 발생한다. 특히, 부생가스에 포함되는 다량의 타르는 녹는점이 80℃가 넘으므로, 온도가 낮은 경우 고형화되어 연료배관 내에 고착된다.
연료배관이 막히면, 가열로의 각 버너로 연료공급이 고르지 못하게 이루어져 연소불안정성과 가열소재에 대한 불균일 가열로 가열품질 확보가 어렵게 된다.
일본 공개특허공보 제2001-065822호에는 부생가스의 저온상태에서 연료배관 막힘 문제를 해결하기 위해, 축열식 버너의 축열기의 열로 연료가스를 예열하는 장치가 개시되어 있다. 그러나, 일본 공개특허공보 제2001-065822호에 개시된 연료가스 예열장치는 축열식 버너 자신에게만 예열된 연료가스를 공급할 수 있을 뿐 가열로에 설치된 다른 버너에는 예열된 연료가스를 공급하기 어렵다는 단점을 가지고 있으며, 축열기의 열의 일부가 연료가스 예열에 사용되므로 축열기의 온도조절이 용이하지 않다는 단점이 있다.
한편, 폐열회수식 버너와 축열식 버너의 세트로 이루어진 혼재형 열간압연 가열로 공장에서, 폐열회수식 버너에서 발생하는 배가스는 레큐퍼레이터(recuperator)에 의한 1차 배열회수에 의해 버너에 공급되는 연소용 공기를 예열하는데 사용된다. 폐열회수식 버너에서 회수되어 연소용 공기의 예열을 마친 400℃ 정도의 가스는 연돌(stack)로 배출된다.
그러나, 축열식 버너의 연소용 배가스는 축열기로 회수가 되지만 축열식 버너 내부의 가열실의 압력조절을 위해 배출되는 로압제어용 배가스(escape gas)는 700℃정도의 고온임에도 불구하고 배열회수 없이 그대로 연돌로 배출된다.
따라서, 종래의 기술에 의한 축열식 버너는 고온의 배가스를 배열회수 없이 폐기하므로 열에너지 사용효율이 낮다는 단점이 있다.
JP 2001-065822 A
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점 중 적어도 일부를 해결하고자 안출된 것으로, 일 측면으로서, 가열로의 열에너지 사용효율을 향상시키고 연료를 예열할 수 있는 가열로 공급용 연료 예열장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적 중 적어도 일부를 달성하기 위한 일 측면으로서, 본 발명은 내부압력 조절을 위한 로압제어용 배가스를 배출하는 축열식 버너; 상기 축열식 버너를 포함하는 가열로에 공급되는 연료의 공급경로를 구성하는 연료배관; 상기 연료배관에 구비되며, 상기 로압제어용 배가스의 열과 상기 연료를 열교환시키는 연료예열기; 상기 축열식 버너와 연돌 간에 연결되어 상기 로압제어용 배가스가 상기 연돌로 배출되는 경로를 구성하는 배기유로; 상기 배기유로에 구비되며, 상기 로압제어용 배가스와 열교환하는 열매체를 구비하고 상기 열매체를 상기 연료예열기에 공급하는 열교환기; 및 상기 로압제어용 배가스의 유량 및 온도를 기초로 하여 상기 열교환기로 흡입되는 상기 로압제어용 배가스의 흡입량을 제어하는 제어부를 포함하는 가열로 공급용 연료 예열장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 가열로 공급용 연료 예열장치는 상기 열매체가 상기 로압제어용 배가스의 열을 상기 연료에 전달하도록 구성된다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 의하면, 가열로에 공급되는 연료를 예열하여 연료배관의 막힘 현상이 방지되는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 축열식 버너에서 발생하여 폐기되는 배가스에서 회수한 열을 가열로에 공급되는 연료예열에 사용하므로, 제강공정의 열에너지 사용효율이 향상된다는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 예열장치의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 예열장치가 가열로 공장건물에 설치된 일 예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 예열장치의 로압제어용 배가스의 흡입량을 조절하는 방법의 순서도이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 또한, 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.
먼저, 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 예열장치(100)에 대해서 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 예열장치(100)는 가열로(110), 축열식 버너(111), 연료배관(120), 배기유로(130), 댐퍼부재(150; 도 2 참조), 연료예열기(160) 및 열교환기(170)를 포함할 수 있다.
상기 가열로(110)는 연료와 연소용 공기를 사용하여 소재를 가열하는 설비로서, 복수의 버너를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 가열로(110)는 레큐퍼레이터를 구비하는 폐열회수식 버너(112)와 배가스의 열을 저장하는 축열기를 포함하는 축열식 버너(111)를 포함할 수 있다. 여기서, 가열로(110)에 포함되는 폐열회수식 버너(112)와 축열식 버너(111)의 개수는 특별히 한정되지 않는다.
상기 축열식 버너(111)는 가열로(110)에 포함되어 소재를 가열하는 장치이다. 이러한 축열식 버너(111)는 내부압력 조절을 위한 로압제어용 배가스를 배출할 수 있다.
상기 연료배관(120)은 가열로(110)에 공급되는 연료의 공급경로를 구성하는 부재이다. 일 실시예에서, 가열로(110)에 복수의 폐열회수식 버너(112)와 축열식 버너(111)가 설치된 경우, 연료배관(120)은 하나의 배관라인이 각각의 버너로 분기될 수 있다.
상기 배기유로(130)는 축열식 버너(111)와 연돌(140) 간에 연결되어 축열식 버너(111)에서 배출되는 로압제어용 배가스 및 다른 종류의 배가스가 연돌(140)로 배출되는 경로를 구성할 수 있다.
상기 댐퍼부재(150)는 배기유로(130)에 구비되어 로압제어용 배가스의 배출을 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 댐퍼부재(150)는 개도율을 조절하여 로압제어용 배가스의 배출량 및 배출시기를 조절할 수 있다.
상기 연료예열기(160)는 연료배관(120)에 구비되며 로압제어용 배가스의 열과 연료배관(120)을 통해 가열로(110)로 공급되는 연료를 서로 열교환시킬 수 있다. 이때, 연료는 가열로(110)에 공급되지 전에 연료예열기(160)에서 로압제어용 배가스의 열을 전달받아서 예열될 수 있다.
일 실시예에서, 연료예열기(160)는 부생가스에 포함되는 타르 미스트의 유동성을 확보하고 황(S) 성분이 수분에 응축하지 않도록 연료를 노점온도 이상으로 예열하는 것이 바람직하다. 일 예로, 연료예열기(160)는 연료를 100℃ 이상으로 예열할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 연료가 버너에 공급될 때까지 연료에 포함된 타르가 녹는점 이상으로 유지된다면 연료를 100℃ 미만으로 예열하는 것도 가능하다.
일 실시예에서, 연료예열기(160)는 도 1에 도시된 바와 같이 하우징(162) 및 히팅관(163)을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 하우징(162)은 연료가 유동하는 내부공간을 구비하고, 연료가 내부로 유입되는 연료유입부(164)와, 내부의 연료가 외부로 토출되는 연료토출부(165)를 구비할 수 있다. 상기 연료유입부(164)와 연료토출부(165)는 연료배관(120)에 연결된다.
또한, 상기 히팅관(163)은 하우징(162)의 내부에 배치되며 후술할 열매체가 유동하는 유로를 구성할 수 있다. 히팅관(163)은 하우징(162)의 내부에서 유동하는 연료를 열매체와 열교환시킬 수 있다.
상기 열교환기(170)는 배기유로(130)에 구비되며 로압제어용 배가스의 열을 회수할 수 있다.
일 실시예에서, 열교환기(170)는 로압제어용 배가스와 열교환하는 열매체를 구비하고 열매체를 연료예열기(160)에 공급할 수 있다.
이때, 열매체는 로압제어용 배가스의 열을 연료예열기(160)에서 연료에 전달하여 연료를 예열하는 열원으로 사용될 수 있다.
또한, 열교환기(170)는 열매체가 열교환기(170)와 연료예열기(160)에 순환하도록 구성될 수 있다. 즉, 본 발명에서, 열매체는 열교환기(170)에서 로압제어용 배가스에 의해 가열된 후 연료예열기(160)로 보내질 수 있고 연료예열기(160)에서 연료와 열교환하여 냉각된 후 다시 열교환기(170)로 복귀하는 동작을 반복하여, 열교환기(170)와 연료예열기(160) 간에 순환할 수 있다.
일 예로, 상기 열매체로 5 내지 10bar의 저압증기가 사용될 수 있다. 본 발명에서, 열매체는 열을 전달하는 역할만 수행할 뿐 연료에 별도의 압력을 부가할 필요가 없고 연료의 예열 온도가 초고온이 아닌 100℃ 정도인 것을 고려했을 때 저압증기를 열매체로 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 이와 달리, 열매체로 고압증기를 사용하는 경우에는 열매체를 가열하는데 필요한 열량이 증가하기 때문에 오히려 열효율이 감소할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료 예열장치(100)는 전술한 바와 같이 로압제어용 배가스의 열을 열매체를 사용하여 간접적으로 회수하고, 로압제어용 배가스와 연료를 열매체에 의해 간접적으로 열교환시킨다. 이러한 간접배열회수 방법을 통해 배열이용 효율을 향상, 열교환기(170)의 소형화 및 설비 안정성을 확보할 수 있다.
이와 달리, 로압제어용 배가스와 연료를 직접 열교환시키는 경우에는, 로압제어용 배가스의 평균 온도가 700℃(통상 500~1000℃)이기 때문에 로압제어용 배가스와 연료를 열교환시키는 배열회수장치의 재질이 갖는 온도제약으로 인해 외부공기를 흡입 및 혼합하여 로압제어용 배가스의 온도를 감소시켜야 하므로, 배열회수 및 배열이용 효율이 낮아진다는 단점이 있다.
또한, 로압제어용 배가스와 연료를 직접 열교환시키는 경우에는, 로압제어용 배가스와 연료를 가스상 대 가스상으로 열교환시켜야 하므로 넓은 전열면적이 필요하게 되어 열교환장치가 대형화된다는 단점이 있으며, 열교환장치를 배기유로(130)에 직접 설치해야 하므로 로압제어용 배가스에 포함된 부식성분이 열교환장치의 배관 내부에 부착되고 이러한 부식성분이 로압제어용 배가스의 높은 온도와 산소를 공급받아서 배관 내부에서 연소되는 문제가 발생할 수 있다.
한편, 일 실시예에서, 열교환기(170)는 챔버(172), 저장탱크(174), 제1 열교환관(176), 제2 열교환관(177) 및 제3 열교환관(178)을 포함할 수 있다.
상기 챔버(172)는 배기유로(130) 상에 배치되며 로압제어용 배가스가 유입되는 내부공간을 구비할 수 있다. 챔버(172)의 내부공간에 유입된 로압제어용 배가스는 열매체와 열교환된 후 챔버(172)의 외부로 배출되어 배기유로(130)를 통해 연돌(140)로 배출될 수 있다.
상기 저장탱크(174)는 챔버(172)의 외부에 구비되며 열매체가 저장되는 부재이다. 일 실시예에서, 저장탱크(174)에는 연료와 열교환한 액체상태의 열매체 및 로압제어용 배가스와 열교환한 기체상태의 열매체가 함께 저장될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 열교환관(176)은 챔버(172)의 내부공간에 배치되며 내부에 열매체가 유동하는 유로를 구성하고, 입구와 출구가 저장탱크(174)에 연결될 수 있다.
여기서, 제1 열교환관(176)의 입구에서는 저장탱크(174)에 저장된 액체상태의 열매체가 유입될 수 있고, 제1 열교환관(176)의 출구에서는 제1 열교환관(176)을 지나면서 로압제어용 배가스와 열교환된 고온액체상태 내지 기체상태의 열매체가 저장탱크(174)로 배출될 수 있다.
이때, 제1 열교환관(176)에서 저장탱크(174)로 배출된 열매체가 고온액체상태인 경우, 고온액체상태의 열매체는 저장탱크(174)의 내부에서 체적 및 압력변화에 의해 기체상태로 상변화할 수 있다.
상기 제2 열교환관(177)은 챔버(172)의 내부공간에 배치되며 내부에 열매체가 유동하는 유로를 구성하고, 입구가 저장탱크(174)에 연결되고 출구가 연료예열기(160)에 연결될 수 있다.
여기서, 제2 열교환관(177)의 입구에서는 저장탱크(174)에 저장된 기체상태의 열매체가 유입될 수 있고, 제2 열교환관(177)의 출구에서는 로압제어용 배가스와 추가적으로 열교환된 기체상태의 열매체가 연료예열기(160)로 공급될 수 있다.
상기 제3 열교환관(178)은 챔버(172)의 내부공간에 배치되며 내부에 열매체가 유동하는 유로를 구성하고, 입구가 연료예열기(160)에 연결되고 출구가 저장탱크(174)에 연결될 수 있다.
여기서, 제3 열교환관(178)의 입구에서는 연료예열기(160)에서 연료와 열교환한 액체상태의 열매체가 유입될 수 있고, 제3 열교환관(178)의 출구에서는 로압제어용 배가스와 열교환한 고온액체상태의 열매체가 저장탱크(174)로 배출될 수 있다.
한편, 일 실시예에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 챔버(172)의 내부에는 로압제어용 배가스의 유동방향을 기준으로 제1 열교환관(176), 제2 열교환관(177) 및 제3 열교환관(178)이 순서대로 배치될 수 있다.
따라서, 챔버(172) 내부로 유입된 로압제어용 배가스는 첫 번째로 제1 열교환관(176)에 유동하는 열매체와 열교환한 후, 두 번째로 제2 열교환관(177)에 유동하는 열매체와 열교환하며, 이후, 세 번째로 제3 열교환관(178)에 유동하는 열매체와 열교환할 수 있다.
이를 통해, 제1 열교환관(176)에 유동하는 열매체는 가장 높은 온도 상태의 로압제어용 배가스와 열교환하여 승온 내지 액체로 상변환될 수 있고, 제2 열교환관(177)에 유동하는 기체상태의 열매체는 두 번째로 높은 온도 상태의 로압제어용 배가스에 의해 추가적으로 승온된 후 연료예열기(160)로 공급될 수 있다.
그리고, 제3 열교환관(178)에 유동하는 열매체는 가장 낮은 온도 상태의 로압제어용 배가스와 열교환하여 저장탱크(174)에 저장될 수 있다. 여기서, 제3 열교환관(178)에 유동하는 열매체는 연료 예열에 사용된 후 복귀한 열매체이므로 액체상태이며 온도가 낮다. 따라서, 열교환기(170)는 제3 열교환관(178)을 통해 열매체를 저장탱크(174) 및 제1 열교환관(176)에 유입되기 전 단계에서 로압제어용 배가스의 최종 배출열을 사용하여 예열시킴으로써, 제1 열교환관(176)에서 열매체의 온도상승폭을 증가시키고 장치 전체의 열에너지 사용효율을 향상시키는 장점이 있다.
다음으로, 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 예열장치(100)가 공장건물(10)에 설치되는 구조에 대해서 설명한다. 여기서, 도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 예열장치가 공장건물(10)에 설치된 일 예가 도시되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 가열로(110)는 축열식 버너(111) 외에 적어도 하나의 폐열회수식 버너(112)를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 공장건물(10)에는 폐열회수식 버너(112) 각각에서 발생한 배가스가 외부로 배출되는 연돌(140)이 구비될 수 있다. 일반적으로, 폐열회수식 버너(112)에서 발생한 배가스는 축열식 버너(111)에서 발생한 로압제어용 배가스와 온도차이가 있기 때문에, 축열식 버너(111)와 폐열회수식 버너(112)는 서로 다른 연돌(140)을 사용하도록 구성될 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 연료예열기(160)는 공장건물(10)의 벽체(11)에 설치될 수 있다. 이때, 연료배관(120)은 공장건물(10)의 외부에서 연료예열기(160)에 연결되어 공장건물(10)의 내부로 진입하도록 설치될 수 있다. 그리고, 연료배관(120)은 축열식 버너(111)와 복수의 폐열회수식 버너(112)의 전단에서 분기될 수 있다.
그리고, 열교환기(170)는 공장건물(10)의 내부에 설치될 수 있다.
이때, 열교환기(170)와 연료예열기(160) 간에 연결되어 열매체가 유동하는 매체유동관(20)은 열교환기(170)에서 공장건물(10)의 외부로 인출된 후 공장건물(10)의 외부에서 열교환기(170)에 연결될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다만, 매체유동관(20)이 공장건물(10)의 내부에 배관되는 경우에는 열매체의 열에 의해 공장건물(10) 내부온도가 상승될 수 있으며, 작업자의 안전사고 위험이 있기 때문에, 매체유동관(20)은 도 2에 도시된 바와 같이 공강건물의 외부로 우회하여 연료예열기(160)에 연결되는 것이 바람직할 수 있다.
한편, 일 실시예에서, 열교환기(170)는 도 2에 도시된 바와 같이 댐퍼부재(150)와 연돌(140) 사이에 구비될 수 있다.
구체적으로, 열교환기(170)는 댐퍼부재(150)와 연돌(140) 사이에 연결된 배기유로(130)에 유동하는 로압제어용 배가스를 공급받도록 구성될 수 있다.
여기서, 댐퍼부재(150)는 개도율 및 개도시간을 조절하여 축열식 버너(111)에서 배출되는 로압제어용 배가스의 배출량을 조절할 수 있다. 즉, 축열식 버너(111)의 로압(버너 내부 압력)은 댐퍼부재(150)에 의해 제어된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료 예열장치(100)는 열교환기(170)를 댐퍼부재(150)의 후단에 설치함으로써, 로압제어용 배가스가 열교환기(170)로 흡입되는 동작이 축열식 버너(111)의 로압제어에 미치는 영향을 최소화시킬 수 있다.
한편, 일 실시예에서, 배기유로(130)는 댐퍼부재(150)에서 연돌(140)까지 연결될 수 있으며, 열교환기(170)는 배기유로(130)에서 분기된 우회유로(180)에 구비될 수 있다. 즉, 열교환기(170)는 배기유로(130)와 병렬로 설치될 수 있다.
이때, 배기유로(130)와 우회유로(180)의 분기지점에는 배기유로(130)를 연돌(140)로 직접 연결하거나 열교환기(170)로 연결할 수 있는 유로전환밸브(182)가 구비될 수도 있다.
이러한 유로전환밸브(182)는 축열식 버너(111)에서 배출되는 배가스의 열을 회수하지 않고 곧바로 연돌(140)로 배출시킬 필요가 있을 경우 및 열교환기(170) 또는 연료예열기(160)가 고장 난 경우에 우회유로(180)를 폐쇄하여 축열식 버너(111)에서 배출되는 배가스가 곧바로 연돌(140)로 배출되도록 할 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 우회유로(180)에는 열교환기(170)로 흡입되는 로압제어용 배가스의 흡입량을 조절하는 흡입팬(190)이 구비될 수 있다.
일 예로, 흡입팬(190)은 로압제어용 배가스의 고열에 의한 열손상을 최소화하기 위해 배기유로(130)에서 열교환기(170)로 유입되는 유로보다 열교환기(170)에서 배기유로(130)로 배출되는 유로에 설치되는 것이 바람직할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 전술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 예열장치(100)를 가열로에 적용하는 경우, 열교환기(170)가 흡입팬(190)을 통해 로압제어용 배가스를 강제로 흡입하기 때문에 축열식 버너(111)에 내부 압력(로압)이 불안정한 압력 헌팅현상이 발생할 수 있다.
즉, 로압제어를 위해 댐퍼부재(150)가 개방되어 축열식 버너(111)에서 로압제어용 배가스가 배출될 때 흡입팬(190)에 의해 로압제어용 배가스가 강제로 열교환기(170)로 흡입되면 축열식 버너(111)에서 필요 이상의 양으로 로압제어용 배가스가 추출되어 축열식 버너(111) 내부의 압력이 변경될 수 있고, 이로 인해 축열식 버너(111)의 내부 압력이 불안정해질 수 있다.
이러한 압력 헌팅현상을 해결하기 위해, 일 실시예에서, 연료 예열장치(100)는 로압제어용 배가스의 유량(B) 및 온도(T)를 기초로 하여 열교환기(170)로 흡입되는 로압제어용 배가스의 흡입량을 제어하는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
도 3의 순서도에는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 예열장치(100)의 로내 압력 헌팅현상을 방지하기 위한 로압제어용 배가스의 흡입량을 조절하는 방법의 일 예가 도시되어 있다.
이하, 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 예열장치(100)의 로압제어용 배가스의 흡입량을 조절하는 방법에 대해서 설명한다.
먼저, 로압제어용 배가스가 배출되면, 제어부는 로압제어용 배가스의 유량(B) 및 온도(T)를 측정할 수 있다. 이때, 로압제어용 배가스의 유량(B)은 유량계, 온도(T)는 온도계를 통해 측정될 수 있다.
그리고, 제어부는 로압제어용 배가스의 온도(T)를 변수로 하기 [계산식 1]에 따라 적정흡입량(f(T))을 계산할 수 있다.
[계산식 1]
적정흡입량 f(T) = 0.1571×(T)2 - 57×(T) + 117114 [Nm3/h]
이후, 제어부는 계산한 적정흡입량(f(T))을 미리 설정된 값과 비교하여 실시흡입량을 설정하고, 설정된 실시흡입량에 따라 로압제어용 배가스를 열교환기(170)로 흡입시킬 수 있다. 이때, 제어부는 흡입팬(190)을 제어하여 열교환기(170)로 흡입되는 로압제어용 배가스의 흡입량을 조절할 수 있다.
일 예로, 제어부는, 로압제어용 배가스의 유량(B)이 적정흡입량(f(T))의 1.2배 이상인 경우 실시흡입량을 로압제어용 배가스의 유량(B)의 80%를 초과하는 양으로 설정할 수 있다.
또한, 제어부는 로압제어용 배가스의 유량(B)이 5 KNm3/h를 초과하고 적정흡입량(f(T))의 1.2배 미만인 경우 실시흡입량을 로압제어용 배가스의 유량(B)의 80%로 설정함으로써, 로압제어용 배가스의 유량(B)이 적은 저부하 조업상태인 경우 축열식 버너(111)의 내부 압력의 급격한 변동을 감소시킬 수 있다.
또한, 제어부는 로압제어용 배가스의 유량(B)이 5 KNm3/h 이하인 경우 실시흡입량을 로압제어용 배가스의 유량(B)의 0%로 설정함으로써, 로압제어용 배가스의 유량(B)이 열교환기(170)를 가동시키기 불가능한 정도로 적은 경우 열교환기(170)로 로압제어용 배가스가 흡입되지 않도록 할 수 있다.
한편, 이와 같이 설정된 실시흡입량에 따라 열교환기(170)로 로압제어용 배가스가 흡입되는 경우에도 로내 압력 헌팅현상이 발생할 수 있다.
따라서, 로압제어용 배가스의 배열회수 동작 중 로내 압력 헌팅현상이 발생하면, 제어부는 댐퍼부재(150)의 개도율(Z)을 측정하고, 댐퍼부재(150)의 개도율(Z)을 기초로 열교환기(170)에 흡입되는 로압제어용 배가스의 흡입량을 추가로 조절함으로써, 로내 압력 헌팅현상을 최소화할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부는 댐퍼부재(150)의 개도율(Z)을 미리 설정된 복수의 범위와 비교하고 복수의 범위 각각에 따라 서로 다른 비율로 열교환기(170)에 흡입되는 로압제어용 배가스의 흡입량을 조절할 수 있다.
일 예로, 댐퍼부재(150)의 개도율(Z)이 30% 내지 70% 범위 내인 경우, 제어부는 열교환기(170)에 흡입되는 로압제어용 배가스의 흡입량을 열교환기(170)로 흡입되고 있는 로압제어용 배가스의 현재 흡입량의 100%로 유지시킬 수 있다.
또한, 댐퍼부재(150)의 개도율(Z)이 25% 내지 30% 범위에 있거나 70% 내지 75% 범위에 있는 경우, 제어부는 열교환기(170)로 흡입되는 로압제어용 배가스의 흡입량을 현재 흡입량의 70%로 변경할 수 있다.
또한, 댐퍼부재(150)의 개도율(Z)이 20% 내지 25% 범위에 있거나 70% 내지 80% 범위에 있는 경우, 제어부는 열교환기(170)로 흡입되는 로압제어용 배가스의 흡입량을 현재 흡입량의 50%로 변경할 수 있다.
그리고, 댐퍼부재(150)의 개도율(Z)이 20% 미만이거나 80%를 초과하는 경우, 제어부는 열교환기(170)로 흡입되는 로압제어용 배가스의 흡입량을 현재 흡입량의 20%로 변경할 수 있다.
이와 같은 제어동작을 통해, 축열식 버너(111)의 내부 압력 헌팅현상이 최소화될 수 있다.
구체적으로, 댐퍼부재(150)의 개도율(Z)이 소정 범위 이하로 낮은 경우는 축열식 버너(111) 내부의 압력을 소량만 변화시켜서 로내 압력을 제어하는 것을 의미한다. 이때, 열교환기(170)로 다량의 로압제어용 배가스가 강제로 흡입되면 축열식 버너(111)의 내부 압력변화량이 커져서 로내 압력 헌팅현상이 발생할 확률이 높아지므로, 열교환기(170)로 흡입되는 로압제어용 배가스의 흡입량을 낮추는 것이 바람직하다.
또한, 반대로, 댐퍼부재(150)의 개도율(Z)이 소정 범위 이상으로 높은 경우에는 흡입팬(190)에 의해 축열식 버너(111)에서 과도하게 많은 양의 가스가 추출되어 축열식 버너(111)의 내부 압력변화량이 커져서 로내 압력 헌팅현상이 발생할 확률이 높아지므로, 열교환기(170)로 흡입되는 로압제어용 배가스의 흡입량을 낮추는 것이 바람직하다.
본 발명은 특정한 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 밝혀두고자 한다.
100: 연료 예열장치 110: 가열로
111: 축열식 버너 112: 폐열회수식 버너
120: 연료배관 130: 배기유로
140: 연돌 150: 댐퍼부재
160: 연료예열기 162: 하우징
163: 히팅관 164: 연료유입부
165: 연료토출부 170: 열교환기
172: 챔버 174: 저장탱크
176: 제1 열교환관 177: 제2 열교환관
178: 제3 열교환관 180: 우회유로
182: 유로전환밸브 190: 흡입팬
10: 공장건물 11: 벽체
20: 매체유동관

Claims (13)

  1. 내부압력 조절을 위한 로압제어용 배가스를 배출하는 축열식 버너;
    상기 축열식 버너를 포함하는 가열로에 공급되는 연료의 공급경로를 구성하는 연료배관;
    상기 연료배관에 구비되며, 상기 로압제어용 배가스의 열과 상기 연료를 열교환시키는 연료예열기;
    상기 축열식 버너와 연돌 간에 연결되어 상기 로압제어용 배가스가 상기 연돌로 배출되는 경로를 구성하는 배기유로;
    상기 배기유로에 구비되며, 상기 로압제어용 배가스와 열교환하는 열매체를 구비하고 상기 열매체를 상기 연료예열기에 공급하는 열교환기; 및
    상기 로압제어용 배가스의 유량 및 온도를 기초로 하여 상기 열교환기로 흡입되는 상기 로압제어용 배가스의 흡입량을 제어하는 제어부
    를 포함하는 가열로 공급용 연료 예열장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열매체가 상기 로압제어용 배가스의 열을 상기 연료에 전달하는 가열로 공급용 연료 예열장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 열매체는 5 내지 10bar의 저압증기인 가열로 공급용 연료 예열장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열교환기는 상기 열매체가 상기 열교환기와 상기 연료예열기에 순환하도록 구성된 가열로 공급용 연료 예열장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 열교환기는,
    상기 로압제어용 배가스가 유입되는 챔버;
    상기 챔버의 외부에 구비되며 상기 열매체가 저장되는 저장탱크;
    상기 챔버의 내부에 배치되며 내부에 상기 열매체가 유동하고, 입구와 출구가 상기 저장탱크에 연결된 제1 열교환관;
    상기 챔버의 내부에 배치되며 내부에 상기 열매체가 유동하고, 입구가 상기 저장탱크에 연결되고 출구가 상기 연료예열기에 연결된 제2 열교환관; 및
    상기 챔버의 내부에 배치되며 내부에 상기 열매체가 유동하고, 입구가 상기 연료예열기에 연결되고 출구가 상기 저장탱크에 연결된 제3 열교환관;을 포함하는 가열로 공급용 연료 예열장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 챔버의 내부에는 상기 로압제어용 배가스의 유동방향을 기준으로 상기 제1 열교환관, 상기 제2 열교환관 및 상기 제3 열교환관이 순서대로 배치되는 가열로 공급용 연료 예열장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 배기유로에는 상기 로압제어용 배가스의 배출을 제어하는 댐퍼부재가 구비되고,
    상기 열교환기는 상기 댐퍼부재와 상기 연돌 사이에 구비되는 가열로 공급용 연료 예열장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 가열로는 적어도 하나의 폐열회수식 버너를 더 포함하는 가열로 공급용 연료 예열장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 연료예열기는 상기 가열로가 설치된 공장건물의 벽체에 설치되고,
    상기 열교환기는 상기 공장건물의 내부에 설치되며,
    상기 열교환기와 상기 연료예열기 간에 연결되어 상기 열매체가 유동하는 매체유동관은 상기 열교환기에서 상기 공장건물의 외부로 인출되어 상기 공장건물의 외부에서 상기 열교환기에 연결되는 가열로 공급용 연료 예열장치.
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 로압제어용 배가스의 온도(T)를 변수로 계산식 1에 따라 적정흡입량(f(T))을 계산하고, 상기 적정흡입량(f(T))을 미리 설정된 값과 비교하여 실시흡입량을 설정하고, 상기 실시흡입량에 따라 상기 로압제어용 배가스를 상기 열교환기로 흡입시키는 가열로 공급용 연료 예열장치.
    [계산식 1]
    f(T) = 0.1571×(T)2 - 57×(T) + 117114 [Nm3/h]
  12. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 댐퍼부재의 개도율을 측정하도록 구성되고,
    상기 열교환기가 상기 로압제어용 배가스를 흡입할 때 상기 축열식 버너의 내부에 압력이 불안정한 압력 헌팅현상이 발생하면 상기 개도율을 기초로 상기 열교환기에 흡입되는 상기 로압제어용 배가스의 흡입량을 조절하는 가열로 공급용 연료 예열장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 개도율을 미리 설정된 복수의 범위와 비교하고 상기 복수의 범위 각각에 따라 서로 다른 비율로 상기 흡입량을 조절하는 가열로 공급용 연료 예열장치.
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