KR101896346B1 - 원료 처리장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 내부에 원료가 처리되는 공간을 형성하는 처리실; 상기 처리실에 열에너지를 제공하도록 내부에 연료가스가 연소되는 공간을 형성하는 연소실; 및 상기 연소실의 온도가 높은 부분에서 낮은 부분으로 열에너지를 전달하도록 상기 연소실 내부에서 적어도 일부분이 연료가스의 이동경로를 따라 연장 형성되는 열전도기;를 포함하고, 연소실 내부의 온도 분포를 균일하게 하여 질소산화물의 발생량을 감소시킬 수 있다.
Description
본 발명은 원료 처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원료를 처리하는 열에너지를 발생시키는 연소실 내부의 온도 분포를 균일하게 하여 질소산화물의 발생량을 감소시킬 수 있는 원료 처리장치에 관한 것이다.
일반적으로 코크스 공정은 코크스 오븐을 이용해 석탄을 일정시간 건류시켜 코크스를 제조하는 공정이다. 코크스 오븐은 석탄이 장입되는 복수의 탄화실과, 탄화실들 사이에 배치되어 내부에서 연소가 이루어지는 복수의 연소실로 구성된다. 연소실 내부에 가스연료와 연소용 공기를 공급하여 연소시키면, 연소실 가열벽을 통해 간접열이 탄화실로 전달된다. 따라서, 밀폐된 탄화실 내부에 장입된 석탄이 간접열에 의해 연화, 용융, 팽창, 수축, 고화 등의 건류 과정을 거쳐 코크스로 제조된다.
이때, 연소과정에서 질소산화물(NOx)이 발생하는 문제가 있다. 질소산화물은 대류권에 오존을 만들 뿐만 아니라, 대기 중에서 산소나 물과 반응하여 산성비를 형성하고, 휘발성 유기 화합물(VOCs)과 반응하여 폐질환을 야기하는 스모그를 형성할 수 있는 유해한 물질이다. 따라서, 코크스 공정에서 질소산화물의 발생량을 감소시키는 것이 중요하다.
종래에는, Less Excess Air, Air Staging, Over Fire Air, Fuel Reburning, Low NOx Burner, Burners Out of Service, Flue Gas Recirculation, Water Injection, 및 Air Preheating과 같이 연소 전에 질소산화물의 발생량을 감소시킬 수 있는 설비나 운용방법을 사용하였다. 또는, Selective Catalytic Reduction, Non-Thermal Plasma, Catalytic Scrubbing, 및 Phosphours Injection과 같은 연소 후 추가적인 설비나 운용방법으로 질소산화물을 저감시켰다.
그러나 질소산화물의 배출량이 계속 문제가 된다. 또한, 질소산화물의 발생량을 감소시키기 위해 연소실의 설비 전체를 변경하거나, 연소실을 작동시키면서 추가적으로 연소 조건을 변화시켜야 하기 때문에, 전체적인 공정의 효율이 저하되는 문제가 있다.
본 발명은 연소실 내부의 온도분포가 균일해지게 할 수 있는 원료 처리장치를 제공한다.
본 발명은 질소산화물의 배출량을 감소시킬 수 있는 원료 처리장치를 제공한다.
본 발명은 내부에 원료가 처리되는 공간을 형성하는 처리실; 상기 처리실에 열에너지를 제공하도록 내부에 연료가스가 연소되는 공간을 형성하는 연소실; 및 상기 연소실의 온도가 높은 부분에서 낮은 부분으로 열에너지를 전달하도록 상기 연소실 내부에서 적어도 일부분이 연료가스의 이동경로를 따라 연장 형성되는 열전도기;를 포함한다.
상기 연소실의 하부에서부터 연소가 시작되고, 상기 열전도기는, 상기 연소실 하부의 열에너지를 상부로 전달하도록 상하방향으로 연장형성되는 몸체부; 및 상기 몸체부의 상부와 연결되고, 적어도 일부분이 상기 연소실 상부에 걸리거나 분리 가능하게 장착되는 지지부;를 포함한다.
상기 연소실의 상부면에 관창구가 구비되고, 상기 지지부는, 상기 연소실의 상부에 걸릴 수 있는 후크부재를 구비하거나, 적어도 일부분이 상기 관창구의 직경보다 크게 형성되며, 상기 몸체부의 직경은 상기 관창구의 직경보다 작다.
상기 몸체부의 하단부는 상측에서 하측으로 갈수록 폭이 좁아지게 형성된다.
상기 열전도기는, 상기 몸체부에 연결되고, 상기 연소실 내부 바닥에 안착될 수 있는 받침부를 더 포함한다.
상기 받침부는, 상기 몸체부의 하부에 연결되고, 상측에서 하측으로 갈수록 폭이 작아지는 받침부재; 및 상기 받침부재와 연결되는 복수의 지지부재;를 포함한다.
상기 몸체부는 상하방향 길이가 조절될 수 있다.
상기 열전도기의 재질은, 금속을 포함한다.
상기 원료는 석탄을 포함하고, 상기 처리실은 탄화실을 포함한다.
상기 연소실의 내부는, 연료가스가 연소되는 공간, 및 연소 후 생성된 배가스가 배출되는 공간으로 나뉠 수 있고, 상기 열전도기는 연료가스가 연소되는 공간에 위치한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 연소실에 열전도기를 설치하여 연소실 하부의 연소열을 상부로 전달하여 연소실의 상부와 하부의 온도 편차를 감소시킬 수 있다. 이에, 별도로 연소실의 내부로 공급되는 연료나 공기의 양을 변화시키지 않아도(또는, 연소실 내부의 운전 조건을 변경하지 않아도) 연소실 내부의 온도분포를 균일하게 할 수 있다. 따라서, 연소실 내에서 국부적으로 온도가 섭씨 1300도를 초과하여 상승하는 영역이 발생하는 것을 방지하여 질소산화물의 발생량을 감소시킬 수 있고, 연소실의 운전 조건을 변경하는 등의 작업으로 인해 공정의 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 코크스 오븐의 구조를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 연소실의 구조를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 열전도기의 몸체부의 구조를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 열전도기의 지지부의 구조를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 열전도기의 받침부의 구조를 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 연소실 내부의 높이에 따른 온도 및 열전도기의 방열을 나타내는 도면.
도 7은 본 발명의 실시예와 비교예에서 연소실 내부의 높이에 따른 온도분포를 비교한 그래프.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 연소실의 구조를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 열전도기의 몸체부의 구조를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 열전도기의 지지부의 구조를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 열전도기의 받침부의 구조를 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 연소실 내부의 높이에 따른 온도 및 열전도기의 방열을 나타내는 도면.
도 7은 본 발명의 실시예와 비교예에서 연소실 내부의 높이에 따른 온도분포를 비교한 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 발명을 상세하게 설명하기 위해 도면은 과장될 수 있고, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 코크스 오븐의 구조를 나타내는 도면이다. 본 발명의 실시 예는 석탄을 건류시키는 코크스 오븐을 예를 들어 서술되지만, 적용범위는 이에 한정되지 않고 원료를 가열하는 다양한 원료 처리장치들에도 적용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 원료 처리장치(100)는, 내부에 원료가 처리되는 공간을 형성하는 처리실, 처리실에 열에너지를 제공하도록 내부에 연료가스가 연소되는 공간을 형성하는 연소실(120), 및 연소실(120)의 온도가 높은 부분에서 낮은 부분으로 열에너지를 전달하도록 연소실(120) 내부에서 적어도 일부분이 연료가스의 이동경로를 따라 연장 형성되는 열전도기(190)를 포함한다.
이때, 원료 처리장치(100)는 코크스 오븐일 수 있다. 원료는 석탄일 수 있고, 처리실은 탄화실(110)일 수 있다. 따라서, 원료 처리장치(100)는, 연료가스를 공급하는 가스 공급부(130), 공기를 공급하는 공기 공급부(140), 배가스를 배출하는 가스 배출부(150), 열을 축적하는 축열실(160)을 더 포함할 수 있다.
탄화실(110)은 원료인 석탄(또는, 배합탄)이 건류되는 공간을 제공하는 역할을 한다. 탄화실(110)의 내부에는 석탄이 장입될 수 있는 공간이 형성된다. 탄화실(110)의 상부에는 복수의 장입구가 일방향으로 열을 지어 배치되고, 석탄은 장입구를 통해 탄화실의 내부로 공급될 수 있다. 탄화실(110)과 연소실(120)은 복수개가 구비될 수 있고, 각각의 연소실(120) 사이에 탄화실(110)이 각각 배치될 수 있다.
가스 공급부(130)는 연소실(120)에 연료가스를 공급하는 역할을 한다. 가스 공급부(130)는 각 연소실(120)로 연료가스를 공급하기 위한 다수의 가스 공급관을 구비한다. 홀수열과 짝수열의 가스 공급관이 교대로 연료가스를 연소실(120)에 공급할 수 있다.
공기 공급부(140)는 연소실(120)에 공기를 공급하는 역할을 한다. 공기 공급부(140)는 각 연소실(120)로 공기를 공급하기 위한 다수의 공기 공급관을 구비한다. 공기 공급부(140)는 자연 송풍 방식에 의해 공기를 공급할 수 있다. 홀수열과 짝수열의 공기 공급관이 교대로 연료가스를 연소실(120)에 공급할 수 있다.
가스 배출부(150)는 연소실(120) 내부의 배가스를 외부로 배출하는 역할을 한다. 가스 배출부(150)는, 가스 공급부(130)와 공기 공급부(140)에 연결되는 폐기변(151), 및 폐기변(151)에 연결되는 연돌(Stack)(60)을 포함할 수 있다. 폐기변(151)은 압력을 조절하여 연소실(120) 내부의 배가스를 연돌(60)을 통해 외부로 배출할 수 있다.
축열실(160)은 연소실(120)에서 발생한 열을 축적하여 탄화실(110)로 공급하는 역할을 한다. 축열실(160)은 연소실(120)의 하부와 연결될 수 있다. 축열실(160)의 내부에는 열을 축적하도록 내부연와들이 축열실 칸막이벽 사이에 다층으로 축조될 수 있다.
연소실(120)은 탄화실(110) 내부에 장입된 석탄을 건류시키기 위한 열을 발생시키는 역할을 한다. 연소실(120)은 축열실(160)의 상부에 상하방향으로 길게 연장된 구조로 형성될 수 있다. 연소실(120)의 내부에는 하부에서부터 상측으로 연장되는 격벽(122)이 구비되어, 연소실(120) 내부의 공간이 두 개로 나뉠 수 있다. 이때, 격벽(122)의 상단부가 연소실(120) 내 천장까지 이르지 않아 연소실(120) 내 두 공간이 서로 연통될 수 있다.
또한, 연소실(120)의 상부면에는 내부공간과 연통되는 관창구(121)가 구비될 수 있다. 관창구(121)는 연소실(120)의 상부면에서부터 천장면까지 상하방향으로 연장 형성되는 구멍일 수 있다. 관창구(121)는 복수개가 구비되어 각 공간에 대응하여 위치할 수 있다. 작업자는 관창구(121)를 통해 온도 등의 연소실(120) 내부 상태를 확인할 수 있다.
또한, 연소실(120)의 두 공간의 각각의 하부에는 가스 주입구(123)와 공기 주입구(124)가 구비될 수 있다. 가스 주입구(123)를 통해 연료가스가 연소실(120) 하부부터 공급되고, 공기 주입구(124)를 통해 공기가 연소실(120)의 하부부터 공급될 수 있다. 두 공간 중 어느 한 공간으로 연료가스와 공기가 주입되면, 다른 공간의 하부를 통해서는 배가스가 배출될 수 있다. 즉, 두 공간 중 하나에서는 연소가 일어나고, 이에 따라 발생한 배가스는 상측으로 이동하여 격벽(122)을 통해 다른 공간으로 건너가 하부에 형성된 가스 주입구(123)와 공기 주입구(124)를 통해 배출될 수 있다. 따라서, 연소실(120)의 내부는, 연료가스가 연소되는 공간, 및 연소 후 생성된 배가스가 배출되는 공간으로 나뉠 수 있다. 연소와 배출은 두 공간이 서로 번갈아가면서 수행될 수 있다.
이때, 후술될 열전도기(190)는 연소실(120)의 두 공간 중 연소가 일어나는 공간에 위치할 수 있다. 즉, 연소실(120)의 두 공간 중 연소가 일어나는 부분에서 온도가 더 높고, 연소가 일어나는 부분에서는 하부가 상부보다 온도가 높다. 따라서, 열전도기(190)는 연소가 일어나는 부분에서 하부의 열에너지를 상부로 전달하여 하부의 온도를 낮출 수 있다.
한편, 연소실(120)의 하부에서부터 연소를 시작하기 때문에, 연소실(120) 하부의 온도가 상부보다 상대적으로 높다. 연소실(120) 상부보다 하부에서 질소산화물이 쉽게 발생할 수 있다.
질소산화물은 연료가 연소할 때 질소와 산소의 반응으로 생성되며, 생성 기작에 따라 Thermal NOx, Fuel NOx, Prompt NOx 등 크게 세 가지로 구분할 수 있다. Thermal NOx는 공기 중에 포함되어 있는 질소가 고온에서 산화되면서 형성된다. Fuel NOx는 연료 내에 포함되어 있는 질소 함유물이 연소 중에 주위의 산소와 반응하여 생성된다. Prompt NOx는 대기 중의 질소가 산소와 직접 반응하지 않고, C, CH, 및 CH2와 같은 연료에서 기인한 탄화수소 계열의 라디칼과 우선 반응하여 NH, HCN, H2CN, 및 CN 라디칼을 형성한 후 최종적으로 NO로 산화되어 형성된다.
대부분의 탄화수소 물질들은 연소하기 때문에 산소와 반응하지 않고 질소와 우선적으로 반응하기 어렵다. 이에, 코크스 공정에서 Prompt NOx가 질소산화물의 주요 발생 기작으로 보기 어렵다. 연소실(120)에서 사용되는 연료 내 질소 함유물의 양이 적다면 대부분의 질소산화물의 주요 발생 기작은 Thermal NOx와 유사할 것으로 추정된다.
이러한 질소산화물은 섭씨 1300도 이하의 연소 온도에서는 상대적으로 적은 양이 발생하며, 섭씨 760도 이하에서는 거의 발생하지 않는다. 즉, 질소산화물의 생성은 연소 공기 중의 질소/산소 함량 및 연소 온도에 크게 영향을 받는다. 특히, 연소실(120) 내부에서는 하부에서부터 연소가 발생되기 때문에, 하부의 온도가 상부보다 상대적으로 높고, 하부의 온도가 섭씨 1300도를 초과하기가 쉽다. 따라서, 연소실(120) 상부와 하부의 온도 편차를 감소시켜, 연소실(120) 내에서 국부적으로 온도가 섭씨 1300도를 초과하는 영역이 발생하는 것을 방지하면, 질소산화물의 발생량을 감소시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 연소실의 구조를 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 열전도기의 몸체부의 구조를 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 열전도기의 지지부의 구조를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 열전도기(190)는 연소실(120) 하부의 열에너지를 연소실(120) 상부로 전달하여 연소실(120) 내부의 온도 편차를 감소시키는 역할을 한다. 열전도기(190)는 연소실(120)에 설치될 수 있다. 열전도기(190)는, 연소실(120) 하부의 열에너지를 상부로 전달하도록 상하방향으로 연장형성되는 몸체부(191), 및 몸체부(191)의 상부와 연결되고, 적어도 일부분이 연소실(120) 상부에 걸리거나 분리 가능하게 장착되는 지지부(192)를 포함한다.
몸체부(191)는 원료가스가 연소하면서 발생하는 열에너지를 분산시키도록 원료가스가 이동하는 경로를 따라 연장 형성될 수 있다. 원료가스가 하측에서 상측으로 이동하면, 몸체부(191)는 상하방향으로 연장 형성될 수 있다. 예를 들어, 몸체부(191)는 원형의 막대 모양으로 형성될 수 있다.
연소실(120) 하부의 열을 상부로 전달하면서 고온에서 형태를 유지할 수 있도록, 몸체부(191)는 열전도와 고온 강도가 높은 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 몸체부(191)는 금속 재질로 제작될 수 있다. 이에, 몸체부(191)는 열에너지가 많은 부분에서 적은 부분으로 열에너지를 용이하게 전달할 수 있다. 따라서, 연소실(120)의 하부가 상부보다 고온인 경우, 몸체부(191)는 하부의 열에너지를 상부로 전달하여 하부의 온도는 낮추고, 상부의 온도는 상승시킬 수 있다. 즉, 몸체부(191)는 열에너지를 전달하여 상부와 하부의 온도편차를 감소시킬 수 있다.
이러한 몸체부(191)는 연소실(120) 내에 위치하여 연소실(120) 내부의 부피를 감소시키기 때문에, 연소실(120)로 공급되는 연소가스나 공기의 유속을 증가시킬 수 있다. 따라서, 연소실(120) 내부의 연소대가 증가할 수 있다.
또한, 몸체부(191)의 직경(L2)은 관창구(121)의 직경(L1)보다 작게 형성될 수 있다. 이에, 연소실(120)의 상부에서 몸체부(191)가 관창구(121)를 통해 연소실(120) 내부로 진입하거나 연소실(120) 외부로 이동할 수 있다.
몸체부(191)의 하단부(191a)는 연소실(120)의 바닥면(또는, 가스 주입구(123)나 공기 주입구(124))과 이격될 수 있다. 이에, 몸체부(191)가 가스 주입구(123)나 공기 주입구(124)를 막아 연료가스나 공기가 연소실(120) 내로 주입되는 것이 방해되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 연소실(120) 내로 연료가스와 공기나 원활하게 공급될 수 있다. 도 3의 (a)와 같이 몸체부(191)의 하단부(191a)의 끝단은 평평하게 형성될 수 있다. 또는, 가스 주입구(123)나 공기 주입구(124)가 없는 연소실(120)의 바닥면에 몸체부(191)가 접촉할 수도 있다.
한편, 몸체부(191)의 하단부(191a)는 상측에서 하측으로 갈수록 폭이 좁아지게 형성될 수도 있다. 예를 들어, 도 3의 (b)와 같이 몸체부(191)의 하단부(191a) 단면 형상이 삼각형 형태로 형성되어 끝단이 뾰족하게 형성될 수 있다. 또는, 도 3의 (c)와 같이 몸체부(191)의 하단부(191a)가 라운딩 처리되어 끝단이 볼록하게 형성될 수도 있다. 이에, 몸체부(191)의 하단부(191a)의 공기저항을 감소시켜, 연소실(120) 내로 주입된 연료가스와 공기가 연소실(120) 내부에서 원활하게 이동할 수 있다. 즉, 연소실(120) 하부에서 상부로 올라가는 연료가스와 공기가 연소실(120) 내에서 대칭적으로 골고루 분포되어 연소가 용이하게 이루어질 수 있다.
또한, 몸체부(191)는 열에너지가 전달되는 높이를 조절할 수 있다. 예를 들어, 몸체부(191)는 상하방향 길이가 조절될 수도 있다. 몸체부(191)는 복수개의 바디가 서로 중첩되는 구조로 형성될 수 있고, 바디들이 중첩되는 정도를 조절하여 길이가 조절될 수 있다. 이에, 연소실(120)에 인접한 탄화실(110)에 장입된 원료인 석탄의 높이에 맞춰 몸체부(191)의 길이를 조절할 수 있다. 즉, 연소실(120)의 바닥면부터의 상하방향 길이를 조절하여 열에너지가 전달되는 높이를 조절할 수 있다.
또는, 후술될 지지부(192)가 상하방향으로 몸체부(191)의 상부를 덮는 정도가 조절될 수도 있다. 이에, 지지부(192)가 몸체부(191)의 상부를 많이 덮으면, 몸체부(191)가 외부로 노출되는 길이가 감소하여 열에너지가 전달되는 높이가 감소할 수 있다. 반대로, 지지부(192)가 몸체부(191)의 상부를 조금만 덮으면, 몸체부(191)가 외부로 노출되는 길이가 증가하여 열에너지가 전달되는 높이가 증가할 수도 있다.
예를 들어, 탄화실(110)에 장입된 석탄의 높이가 높으면 몸체부(191)의 길이를 길게 조절하고, 석탄의 높이가 낮으면 몸체부(191)의 길이를 짧게 조절할 수 있다. 따라서, 몸체부(191)가 석탄이 없는 높이까지 열에너지를 전달하는 것을 억제하거나 방지할 수 있다. 이에, 몸체부(191)가 전달하는 열에너지에 의해 석탄에 전체에 균일하게 열에너지가 공급될 수 있다. 그러나 몸체부(191)의 구조와 형상 및 재질은 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.
지지부(192)는 몸체부(191)를 지지해주는 역할을 한다. 몸체부(191)의 상단부가 지지부(192)에 연결될 수 있다. 지지부(192)는 적어도 일부분의 폭(L3)이 관창구(121)의 직경(L1)보다 크게 형성될 수 있다. 따라서, 몸체부(191)를 관창구(121) 내로 진입시키면, 지지부(192)는 관창구(121)에 걸릴 수 있고, 몸체부(191)는 지지부(192)에 의해 지지되어 연소실(120)의 바닥으로부터 상측에 이격될 수 있다. 또한, 지지부(192)는 강도가 높은 금속재질로 형성될 수 있다. 이에, 지지부(192)는 안정적으로 몸체부(191)를 지지해줄 수 있다.
지지부(192)에는 손잡이가 구비될 수도 있다. 따라서, 작업자는 손잡이를 이용해 지지부(192)를 상측으로 들어올리거나 하측으로 내릴 수 있다. 이에, 몸체부(191)가 용이하게 연소실(120) 내로 진입하거나 외부로 이동할 수 있다. 이처럼 열전도기(190)가 연소실(120)에서 분리 가능한 구조를 가지기 때문에, 유지보수가 용이해질 수 있다.
또한, 도 4의 (a)와 같이 지지부(192)는 막대 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 지지부(192)는 좌우방향으로 연장 형성되어 좌우방향 길이는 관창구(121)의 직경보다 크고, 전후방향 길이는 관창구(121)의 직경보다 작게 형성될 수 있다. 이에, 지지부(192)는 관창구(121)에 걸릴 수 있고, 지지부(192)가 관창구(121) 전체를 막는 것을 방지할 수 있다.
또는, 도 4의 (b)와 같이 지지부(192)가 관창구(121)의 형상을 따라 원형의 플레이트 형태로 형성될 수도 있다. 이에, 지지부(192)의 직경이 관창구(121)의 직경보다 크게 형성될 수 있다. 따라서, 지지부(192)가 관창구(121)를 커버하여 덮을 수 있다.
한편, 도 4의 (c)와 같이 지지부(192)는 연소실(120) 상부에 걸릴 수 있도록 복수의 후크부재를 구비할 수도 있다. 예를 들어, 3개 이상의 후크부재가 구비될 수 있고, 후크부재들의 끝단이 형성하는 원의 직경이 관창구(121)의 직경보다 크게 형성될 수 있다. 이에, 후크부재들이 관창구(121)를 완전히 막지 않으면서 연소실의 상부면에 걸릴 수 있고, 몸체부(191)를 안정적으로 지지해줄 수 있다.
이때, 연소실(120)의 상부면에는 지지부(192)의 형상을 따라 형성되어, 지지부(192)의 적어도 일부분이 삽입될 수 있는 삽입홈이 형성될 수도 있다. 따라서, 열전도기(190)를 관창구(121)에 진입시킬 때, 지지부(192)가 삽입홈에 삽입되어 걸릴 수 있다. 이에, 열전도기(190)가 진동하는 것을 억제하거나 방지할 수 있고, 몸체부(191)가 연소실(120) 내부에서 안정적으로 지지될 수 있다. 그러나 지지부(192)의 구조와 형상 및 재질은 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 열전도기의 받침부의 구조를 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 열전도기(190)는 받침부(193)를 더 포함할 수도 있다. 받침부(193)는 연소실(120)의 내부에서 몸체부(191)를 지지해주는 역할을 한다. 받침부(193)는 금속재질로 형성될 수 있다. 받침부(193)는, 몸체부(191)의 하부에 연결되는 받침부재(193a), 및 받침부재(193a)와 연결되는 복수의 지지부재(193b)를 포함할 수 있다.
받침부재(193a)는 연소실(120)의 바닥으로부터 상측에 이격된다. 받침부재(193a)는 몸체부(191)의 하부에 연결되어 상측에서 하측으로 갈수록 폭이 좁아지게 형성될 수 있다. 예를 들어, 받침부재(193a)의 하부의 단면 형상이 삼각형 형태로 형성되어 끝단이 뾰족하게 형성될 수 있다. 또는, 받침부재(193a)의 하부가 라운딩 처리되어 볼록하게 형성될 수도 있다. 이에, 받침부재(193a)의 하부의 공기저항을 감소시켜, 연소실(120) 내로 주입된 연료가스와 공기가 연소실(120) 내부에서 원활하게 이동할 수 있다. 즉, 연소실(120) 하부에서 상부로 올라가는 연료가스와 공기가 연소실(120) 내에서 대칭적으로 골고루 분포되어 연소가 용이하게 이루어질 수 있다.
또한, 받침부재(193a)의 내부는 몸체부(191)의 하단부 형상에 대응하여 형성될 수 있다. 이에, 몸체부(191)의 하단부가 받침부재(193a) 내부에 끼워져 분리 가능하게 연결될 수 있다. 따라서, 받침부재(193a)와 몸체부(191) 중 어느 하나가 파손되면 파손된 부분만 분리하여 교체하거나 수리할 수 있다. 그러나 받침부재(193a)의 구조와 형상은 이에 한정되지 않고 다양할 수 있으며, 받침부재(193a)는 몸체부(191)와 일체형으로 제작될 수도 있다.
지지부재(193b)는 받침부재(193a)를 지지하여 받침부재(193a)와 연소실(120)의 바닥을 이격시켜주는 역할을 한다. 지지부재(193b)는 받침부재(193a)의 측면에서 연소실(120)의 바닥면을 향해 돌출되는 지지대 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 지지부재(193b)는 3개 이상이 구비될 수 있고, 받침부재(193a)의 둘레를 따라 설치될 수 있다.
또한, 복수개의 지지부재(193b)의 끝단이 형성하는 원의 직경은 가스 주입구(123)나 공기 주입구(124)의 직경보다 크게 형성될 수 있다. 이에, 지지부재(193b)가 가스 주입구(123)나 공기 주입구(124)에 빠지지 않으면서, 연소실(120)의 바닥 상에 안착될 수 있다. 따라서, 지지부재(193b)는 받침부재(193a)가 가스 주입구(123)나 공기 주입구(124)에 빠지는 것을 방지할 수 있고, 받침부재(193a)를 가스 주입구(123)나 공기 주입구(124)와 이격시켜 원료가스가 공기가 연소실(120) 내부로 원활하게 공급되게 할 수 있다.
이때, 복수개의 지지부재(193b)의 끝단이 형성하는 원의 크기는 조절될 수 있다. 따라서, 열전도기(190)를 관창구(121) 내로 삽입할 때, 지지부재(193b)들의 끝단이 형성하는 원의 직경을 관창구(121)의 직경보다 작게 형성할 수 있고, 연소실(120) 내부로 진입한 지지부재(193b)들의 끝단이 형성하는 원의 직경을 가스 주입구(123)나 공기 주입구(124)의 직경보다 크게 조절할 수 있다. 열전도기(190)를 연소실(120) 외부로 뺄 때는 지지부재(193b)들의 끝단이 형성하는 원의 직경을 관창구(121)보다 작게하여 열전도기(190)를 원활하게 뺄 수 있다. 그러나 구조와 형상은 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.
이처럼, 연소실(120)에 열전도기(190)를 설치하여 연소실(120) 하부의 연소열을 상부로 전달하여 연소실(120)의 상부와 하부의 온도 편차를 감소시킬 수 있다. 이에, 별도로 연소실(120)의 내부로 공급되는 연료나 공기의 양을 변화시키지 않아도 연소실(120) 내부의 온도분포를 균일하게 할 수 있다. 따라서, 연소실(120) 내에서 국부적으로 온도가 섭씨 1300도를 초과하여 상승하는 영역이 발생하는 것을 방지하여 질소산화물의 발생량을 감소시킬 수 있고, 연소실(120)의 운전 조건을 변경하는 등의 작업으로 인해 공정의 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 연소실 내부의 높이에 따른 온도 및 열전도기의 방열을 나타내는 도면이고, 도 7은 본 발명의 실시예와 비교예에서 연소실 내부의 높이에 따른 온도분포를 비교한 그래프이다. 하기에서는 본 발명의 실시 예에 따른 열전도기(190)의 작동에 대해 설명하기로 한다.
코크스를 제조하기 위해, 장입차(미도시)를 이용하여 탄화실(110)로 석탄을 장입시킬 수 있다. 가스 공급부(130)에서는 연료가스를 연소실(120)로 공급하고, 공기 공급부(140)에서는 공기를 연소실(120)로 공급할 수 있다. 연소실(120)로 공급된 연료가스는 연소되어 연소실(120)에 인접한 탄화실(110)로 열에너지를 제공한다. 이에, 탄화실(110) 내 석탄이 코크스로 건류될 수 있다.
도 6의 (a)를 참조하면, 연료가스가 연소실(120)의 하부에서부터 연소를 시작하기 때문에, 연소실(120)의 하부에서 온도가 제일 높고, 상측으로 갈수록 온도가 낮아진다. 즉, 연소실(120) 하부의 온도가 상부보다 상대적으로 높다. 이때, 연소실(120) 하부의 온도가 질소산화물이 대량으로 발생하는 섭씨 1300도를 초과할 수 있다. 따라서, 열전도기(190)를 이용하여 연소실(120) 하부의 열을 상부로 전달하여 연소실(120) 하부의 온도를 섭씨 1300도 이하로 낮출 수 있다.
열전도기(190)의 몸체부(191)는 열에너지를 용이하게 전달할 수 있도록 열전도성이 우수한 금속재질로 형성될 수 있다. 연소가 시작되면, 연소실(120)의 내부는 하부에서 상측으로 갈수록 온도가 낮아진다. 이에, 도 6의 (b)와 같이 연소실(120) 내부에 상하방향으로 배치된 몸체부(191)가 하측에서 상측으로 갈수록 열방출을 더 많이 한다. 즉, 열에너지가 온도가 낮은 곳에서 높을 곳으로 이동하려고 하기 때문에, 온도가 낮은 연소실(120)의 상측에서 하측보다 더 많이 열에너지가 방출된다. 따라서, 연소실(120) 내부에서 하부와 상부의 온도가 균일해질 수 있다.
도 7은 열전도기(190)가 구비되지 않은 종래의 연소실(120)의 높이에 따른 온도분포(비교예), 및 열전도기(190)가 구비된 본 실시 예에 따른 연소실(120)의 높이에 따른 온도분포(실시예)를 나타내는 그래프이다. 도 7을 참조하면, 비교예에서는 연소실 하부에서 온도가 섭씨 1300도에 근접하게 상승하는 것을 볼 수 있다. 즉, 연소가 일어나는 부분에서 온도가 상승하지만, 연소가 일어나는 부분에서 멀어진 연소실(120)의 상부에서는 온도가 저하되는 것을 볼 수 있다. 따라서, 국부적으로 온도가 상승한 연소실(120)의 하부에서 질소산화물이 다량으로 발생할 수 있다.
반면, 실시예에서는 열전도기(190)에 의해 연소실(120) 하부의 열에너지가 상부로 원활하게 전달하기 때문에, 비교예에 비해 연소실(120) 하부의 온도는 낮아지고, 상부의 온도는 상승한 것을 볼 수 있다. 이에, 연소실(120) 하부의 온도가 섭씨 1200도까지 감소하였고, 연소실(120)에서 질소산화물이 발생하는 것을 감소시킬 수 있다. 또한, 탄화실(110)에 전체적으로 열에너지가 균일하게 전달되어 석탄 전체가 효과적으로 건류될 수 있다.
이처럼, 연소실(120)에 열전도기(190)를 설치하여 연소실(120) 하부의 연소열을 상부로 전달하여 연소실(120)의 상부와 하부의 온도 편차를 감소시킬 수 있다. 이에, 별도로 연소실 내부의 운전 조건을 변경하지 않아도 연소실(120) 내부의 온도분포를 균일하게 할 수 있다. 따라서, 연소실(120) 내에서 국부적으로 온도가 섭씨 1300도를 초과하여 상승하는 영역이 발생하는 것을 방지하여 질소산화물의 발생량을 감소시킬 수 있고, 연소실(120)의 운전 조건을 변경하는 등의 작업으로 인해 공정의 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 아래에 기재될 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 원료 처리장치 110: 탄화실
120: 연소실 121: 관창구
130: 가스 공급부 140: 공기 공급부
150: 가스 배출부 160: 축열실
190: 열전도기 191: 몸체부
192: 지지부 193: 받침부
120: 연소실 121: 관창구
130: 가스 공급부 140: 공기 공급부
150: 가스 배출부 160: 축열실
190: 열전도기 191: 몸체부
192: 지지부 193: 받침부
Claims (10)
- 내부에 원료가 처리되는 공간을 형성하는 처리실;
상기 처리실에 열에너지를 제공하도록 내부에 연료가스가 연소되는 공간을 형성하는 연소실; 및
상기 연소실의 온도가 높은 부분에서 낮은 부분으로 열에너지를 전달하도록 상기 연소실 내부에서 적어도 일부분이 연료가스의 이동경로를 따라 연장 형성되는 열전도기;를 포함하고,
상기 열전도기는,
상기 연소실 하부의 열에너지를 상부로 전달하도록 상하방향으로 연장형성되고, 상하방향 길이가 조절될 수 있는 몸체부를 포함하는 원료 처리장치. - 내부에 원료가 처리되는 공간을 형성하는 처리실;
상기 처리실에 열에너지를 제공하도록 내부에 연료가스가 연소되는 공간을 형성하는 연소실; 및
상기 연소실의 온도가 높은 부분에서 낮은 부분으로 열에너지를 전달하도록 상기 연소실 내부에서 적어도 일부분이 연료가스의 이동경로를 따라 연장 형성되는 열전도기;를 포함하고,
상기 열전도기는,
상기 연소실 하부의 열에너지를 상부로 전달하도록 상하방향으로 연장형성되는 몸체부, 및
상기 몸체부에 연결되고, 상기 연소실 내부 바닥에 안착될 수 있는 받침부를 포함하는 원료 처리장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 열전도기는,
상기 몸체부의 상부와 연결되고, 적어도 일부분이 상기 연소실 상부에 걸리거나 분리 가능하게 장착되는 지지부를 더 포함하는 원료 처리장치. - 청구항 2에 있어서,
상기 몸체부의 하단부는 상측에서 하측으로 갈수록 폭이 좁아지게 형성되는 원료 처리장치. - 청구항 3에 있어서,
상기 연소실의 상부면에 관창구가 구비되고,
상기 지지부는, 상기 연소실의 상부에 걸릴 수 있는 후크부재를 구비하거나, 적어도 일부분이 상기 관창구의 직경보다 크게 형성되며,
상기 몸체부의 직경은 상기 관창구의 직경보다 작은 원료 처리장치. - 청구항 2에 있어서,
상기 받침부는,
상기 몸체부의 하부에 연결되고, 상측에서 하측으로 갈수록 폭이 작아지는 받침부재; 및
상기 받침부재와 연결되는 복수의 지지부재;를 포함하는 원료 처리장치. - 삭제
- 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열전도기의 재질은, 금속을 포함하는 원료 처리장치. - 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 원료는 석탄을 포함하고, 상기 처리실은 탄화실을 포함하는 원료 처리장치. - 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연소실의 내부는, 연료가스가 연소되는 공간, 및 연소 후 생성된 배가스가 배출되는 공간으로 나뉠 수 있고,
상기 열전도기는 연료가스가 연소되는 공간에 위치하는 원료 처리장치.
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