KR102073330B1 - 제지 공장의 스팀 절감 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제지 공장의 스팀 절감 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제지 공장의 건조 파트에서 배출되는 블로우 스팀을 최소화하고, 배출되는 블로우 스팀을 재사용함으로써 스팀을 절감할 수 있는 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 제지 공정의 스팀 절감 시스템은, 종이 건조용 스팀을 공급하기 위한 메인헤더와; 상기 메인헤더에 각각 연결되며, 일측으로 갈수록 상대적으로 높은 압력의 스팀을 사용하여 습지를 건조하도록 일렬로 순차 배치된 다수의 드라이어군과; 상기 각 드라이어군으로부터 배출되는 블로우 스팀의 양을 저감시키기 위한 스팀저감기와; 상기 각 드라이어군으로부터 배출되는 블로우 스팀을 해당 블로우 스팀이 배출된 본래의 드라이어군에서 재사용되도록 회수하기 위한 스팀회수관과; 상기 메인헤더로부터 구동스팀을 공급받아 상기 스팀회수관을 통해 회수된 블로우 스팀을 재압축하여 본래의 드라이어군에 공급하기 위한 스팀압축기를 포함한다.

Description

제지 공장의 스팀 절감 시스템{STEAM SAVING SYSTEM FOR PAPER PRODUCTION PLANT}

본 발명은 제지 공장의 스팀 절감 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제지 공장의 건조 파트에서 배출되는 블로우 스팀을 최소화하고, 배출되는 블로우 스팀을 재사용함으로써 스팀을 절감할 수 있는 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 종이를 제조하기 위해서는 크게 원목을 사용하여 원료로 사용 가능한 펄프를 만들어 내는 펄프제조공정(조성공정)과, 이 펄프를 사용하여 실제 종이를 제조하는 초지공정을 거치게 된다.

상기 펄프제조공정은 원료와 펄프를 일정한 비율로 배합하여 종이원료를 만드는 공정으로서, 원목을 0.5 ~ 1.8m의 길이로 절단한 것을 직경 4m, 길이 10 ~ 15m의 대형 박피기(Baker)에 넣어서 박피한 다음 칩퍼(ChiPPer)에 넣어서 나무조각(chip)으로 만든 후 펄프(Pulp)나 고지 등을 물에 풀어 주는 해리공정과, 지나치게 긴 섬유를 절단하거나 갈라주고 또한 섬유자체의 내면에 물이 들어가게 하거나 표면에 털이 일어나도록 하는 고해공정과, 그리고 만들어진 종이가 잉크에 번지지 않도록 송진 등을 첨가하는 Sizing 작업과 섬유의 사이사이에서 볼 수 있는 작은 구멍 등을 메꾸어 평활도를 높이기 위해서 광물성 분말 등을 배합하는 배합공정으로 이루어진다.

상기 초지공정은 정선 배합된 원료를 종이 생산을 위한 탈수, 건조, 광택 과정을 통해 제품을 생산하고 고객이 원하는 규격으로 재단하여 완성제품을 만드는 공정으로서, 보통 초지기(paper machine)를 이용하게 되는데, 이 초지기는 펄프제조공정으로부터 얻어진 펄프섬유를 물에 푼 다음 긴 섬유를 알맞은 크기로 절단하고 부원료 등을 혼입시켜서 지층(紙層)을 형성시키는 철망부(wire part)와, 지층을 압착하여 탈수시키는 압착부(press part)와, 압착된 지층을 건조시켜주는 건조부(dryer part)와, 만들어진 종이의 양면을 곱게 눌러 감아주어 종이의 표면에 평활성과 광택을 부여하는 광택부(calender part)와, 일정한 규격으로 재단된 종이를 롤러에 감는 권취부(reel part), 그리고 롤에 감긴 종이를 필요한 규격으로 재단하여 시이트형태로 만드는 재단부(winder part)로 나뉜다.

이와 같은, 초지기를 이용한 초지과정은 지료가 초지기에 들어가서 철망에 뿌려지면 흡인여과현상이 일어나면서 습지를 형성하게 되고, 이렇게 형성된 습지는 모포(felt)에 실려 2 ∼ 3쌍의 연속된 롤 사이를 지나면서 압착부에서 압착과 탈수가 이루어진 후 건조부의 건조기로 들어가게 된다. 이후, 종이는 고압과 몇 단계의 그룹별로 건조온도를 달리하는 연속된 20 ~ 60개의 드라이어 실린더 롤 사이를 통과시키면서 광택을 내고, 제조가 끝난 종이를 고객이 요구하는 치수로 재단하게 되는 것이다.

구체적으로, 상기 압착부를 거친 습지는 수분 함량이 47 ~ 52% 정도로서, 건조부에서 압착 탈수된 습지 내의 잔여 수분을 증발시키게 되는데, 현재 사용되는 건조기는 드라이어 실린더로서 약 20개에서 60개 정도의 연속된 주철재의 밀폐된 원형관으로 구성되며, 일측에 스팀 조인트를 구비하여 스팀이 들어가고 응축수는 배출될 수 있도록 구성된 것으로, 그 내부에 스팀(Steam)을 넣어 그 열로 원형관 표면을 가열한 후 상기 드라이어 실린더 내부의 표면에 접촉시켜 수분을 증발시키게 된다. 즉, 스팀이 드라이어 실린더 내로 투입되면 드라이어 표면을 가열하게 되고, 응축수는 드라이어 실린더가 회전하면서, 응축수 막이 형성되어 사이폰을 통해 드라이어 실린더의 표면에서부터 응축수가 배출되게 된다.

한편, 상기 드라이어 실린더를 가열하여 습지를 건조시키도록 하는 스팀은 도면에 도시되지는 않았지만 급수탱크로부터 보일러에 물이 공급되면 보일러가 가동되면서 발생하는 것으로 이렇게 발생된 스팀은 메인스팀헤더를 거쳐 스팀공급배관을 통하여 이송되어 열을 필요로 하는 각 제지 제조시스템의 드라이어 실린더에 동일한 압력으로 공급되어 제지를 성형하기에 필요한 열원을 제공하게 된다. 이후, 상기 드라이어 실린더에 열을 공급한 스팀은 응축수로 변환되어 응축수회수관을 통하여 응축수탱크에 포집된다. 이후 포집된 응축수 중 잔류 스팀은 외부로 배기되고, 응축수는 다시 보일러에 공급된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 제지 제조시스템의 초지공정은 고온의 스팀에 의해 가열된 드라이이어 실린더를 이용하여 습지 내의 잔여 수분을 증발시킴으로써, 제지를 생산하는 것으로 상기 드라이어 실린더를 가열한 스팀이 응축수로 변환되면, 실린더 내부에 형성된 사이폰을 통해 응축수가 배출되게 되는데, 이때, 상기 응축수가 배출되면서 스팀도 함께 배출됨에 따라, 고온의 스팀이 손실되는 결과를 초래하고 있다.

한편, 최근에는 생산성을 최대로 유지하면서 열효율을 극대화하고자, 도 1 에 도시된 바와 같이, 연속된 많은 수의 드라이어 실린더의 수량을 적절히 배분하여 여러개의 그룹(이하, '드라이어군(10)')으로 나누고, 해당 드라이어군별로 스팀 사용압력을 다르게 하여 종이의 건조 효율을 높이고 높은 압력의 스팀을 사용하는 드라이어군에서 배출되는 블로우 스팀(Blow steam)을 낮은 압력을 사용하는 드라이어군에서 재사용하도록 함으로써 열효율을 최대화하는 이른바 캐스케이드(cascade) 시스템을 도입하여 사용하고 있다.

예컨대, 도 1 에 도시된 바와 같이, 이러한 캐스케이드 시스템에서는 드라이어군(10)이 4개의 드라이어 실린더를 포함하는 제1드라이어군(10a)과, 6개의 드라이어 실린더를 포함하는 제2드라이어군(10b) 및 13개의 드라이어 실린더를 포함하는 제3드라이어군(10c)으로 구성되고, 메인헤더(1)를 통해 각 드라이어군(10)에 스팀이 공급된다. 이때, 상기 메인헤더(1)의 스팀 공급 압력은 예컨대 7.0Kg/㎠ 정도로 일정하게 유지되고, 상기 메인헤더(1)와 각 드라이어군(10)을 연결하는 분기공급관(2)에는 각각 컨트롤밸브가 구비되어 제1드라이어군(10a)에는 1.0Kg/㎠ 압력의 스팀이 공급되고, 제2드라이어군(10b)에는 2.0Kg/㎠ 압력의 스팀이 공급되며, 제3드라이어군(10c)에는 3.0Kg/㎠ 압력의 스팀이 공급되도록 제어된다. 습지는 상기 제1드라이어군(10a), 제2드라이어군(10b) 및 제3드라이어군(10c)을 순차적으로 통과되면서 건조된다. 이때, 상대적으로 높은 압력의 스팀이 공급된 드라이어군(상위 드라이어군; 예컨대, 제3드라이어군(10c) 및 제2드라이어군(10b))으로부터 배출된 블로우 스팀과 응축수는 각각 기액분리탱크로 이송된 후 서로 분리되어 응축수는 배출되고, 블로우 스팀은 별도의 스팀회수관(30)을 통해 상대적으로 낮은 압력의 스팀이 공급된 인접한 하위 드라이어군(예컨대, 제2드라이어군(10b) 및 제1드라이어군(10a))에 공급되어 재사용된다. 즉, 제3드라이어군(10c)에서 배출된 블로우 스팀은 제2드라이어군(10b)으로 공급되어 재사용되고, 제2드라이어군(10b)에서 배출된 블로우 스팀은 제1드라이어군(10a)으로 공급되어 재사용된다.

그런데, 제1드라이어군(10a)에서 발생된 블로우 스팀은 하위 드라이어군이 존재하지 않기 때문에 재사용되지 못하고 별도의 콘덴서(미도시)로 이송되어 기타 공정수 등을 가열하는데 사용되거나 냉각된 후 버려지게 된다. 따라서, 이와 같이 버려지는 스팀을 재사용 가능하도록 하여 스팀 사용량을 절감할 수 있는 시스템이 요구된다.

대한민국 등록실용신안 제20-0443142호

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 제지 공장에서 응축수 배출시 블로우 스팀이 과도하게 배출되는 것을 방지하고, 상대적으로 높은 스팀 압력을 사용하는 드라이어군에서 배출된 블로우 스팀을 압축하여 재사용함으로써 스팀 사용량을 줄일 수 있는 제지 공장의 스팀 절감 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 제지 공정의 스팀 절감 시스템은, 종이 건조용 스팀을 공급하기 위한 메인헤더와; 상기 메인헤더에 각각 연결되며, 일측으로 갈수록 상대적으로 높은 압력의 스팀을 사용하여 습지를 건조하도록 일렬로 순차 배치된 다수의 드라이어군과; 상기 각 드라이어군으로부터 배출되는 블로우 스팀의 양을 저감시키기 위한 스팀저감기와; 상기 각 드라이어군으로부터 배출되는 블로우 스팀을 해당 블로우 스팀이 배출된 본래의 드라이어군에서 재사용되도록 회수하기 위한 스팀회수관과; 상기 메인헤더로부터 구동스팀을 공급받아 상기 스팀회수관을 통해 회수된 블로우 스팀을 재압축하여 본래의 드라이어군에 공급하기 위한 스팀압축기를 포함한다.

여기서, 상기 메인헤더로부터 스팀압축기로 공급되는 구동스팀의 압력을 제어하기 위한 구동스팀제어밸브를 더 포함한다.

그리고, 상기 구동스팀제어밸브는 개도 조절이 가능한 밸브로 구성되되, 상기 스팀저감기를 통해 배출되는 블로우 스팀 압력의 최대치 보다 더 높은 압력의 구동스팀이 상기 스팀압축기로 공급되도록 미리 결정된 개도로 셋팅될 수 있다.

또한, 상기 구동스팀제어밸브는 개도 조절이 가능한 밸브로 구성되되, 상기 메인헤더로부터 스팀압축기로 공급되는 구동스팀의 압력을 상기 스팀회수관(30)을 통해 회수되어 상기 스팀압축기로 공급되는 블로우 스팀의 압력과 동일하게 매칭시킨다.

한편, 상기 스팀회수관(30)에는 플로우메타가 추가로 구비되되, 상기 플로우메타는 상기 스팀회수관(30)을 통해 스팀압축기로 공급되는 블로우 스팀의 양을 감지하고, 상기 구동스팀제어밸브(300)는 상기 플로우메타에서 감지된 블로우 스팀의 양에 상응하는 구동스팀이 메인헤더로부터 스팀압축기로 공급되도록 개도가 조절되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 스팀저감기는 스팀 및 응축수가 배출되는 응축수회수관에 고정 설치되고 그 내부에 관통공이 형성되되, 내주면에는 상측에 제1걸림턱이 형성되고, 중앙부에는 제2걸림턱이 형성된 케이싱과; 상기 케이싱의 관통공 내부에 삽입 결합되되, 내부에 스팀 및 응축수가 통과되어 유출될 수 있도록 유출공이 형성되며, 외주면에는 상기 제2걸림턱에 걸려 지지되도록 걸림단부가 형성되고, 내주면에는 계단식으로 다단으로 단차지게 형성된 단턱들이 형성된 노즐부재와; 상기 노즐부재의 상측에 구비되어 노즐부재의 내측 유로로 이물질이 유입되는 것을 차단하기 위한 메쉬망과; 상기 케이싱의 상측 내주면에 형성된 제1걸림턱에 안착되되, 중앙은 개구되고 상측에는 상기 메쉬망이 안착 결합되는 링부재를 포함한다.

여기서, 상기 링부재의 상측에 메쉬망이 안착된 상태에서 상측으로부터 볼트가 메쉬망의 가장자리 및 링부재를 차례로 관통한 뒤 상기 케이싱의 제1걸림턱에 고정 결합된다.

그리고, 상기 케이싱의 상측에는 드레인홀이 관통 형성되고, 상기 드레인홀에는 메시망이 이물질에 의해 막혀 통과되지 못한 응축수를 우회 배출시키기 위한 드레인관이 연결된다.

여기서, 상기 드레인관에는 전자밸브가 구비되고, 상기 케이싱의 상측 내부 압력을 측정하는 제1압력센서와; 상기 노즐부재의 하측 내부 압력을 측정하는 제2압력센서와; 상기 제1압력센서 및 제2압력센서에서 측정된 압력값들의 차압을 계산하는 차압계를 더 포함하며; 상기 차압계에서 계산된 차압이 미리 설정된 차압 기준값 보다 더 커지는 경우에 전자밸브가 미리 정해진 일정 시간 동안 개방된다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 제지 공장의 건조 파트에서 응축수 배출시 블로우 스팀이 과도하게 배출되는 것을 방지하고, 상대적으로 높은 스팀 압력을 사용하는 드라이어군에서 배출된 블로우 스팀을 압축하여 재사용함으로써 스팀 사용량을 현저히 줄임으로써 에너지 절감 효과를 달성할 수 있다.

도 1 은 통상적인 제지 공장의 건조 시스템 구성도,
도 2 는 본 발명에 따른 제지 공장의 스팀 절감 시스템 구성도,
도 3 은 본 발명에 따른 제지 공장의 스팀 절감 시스템에 채용된 스팀저감기의 설치 단면도,
도 4 는 본 발명에 따른 스팀저감기의 분해도,
도 5 는 본 발명에 따른 스팀저감기의 바람직한 사용 상태 실시예도이다.

이하, 본 발명에 따른 제지 공장의 스팀 절감 시스템의 구성 및 작용을 첨부된 도면과 바람직한 실시예를 참조로 상세히 설명한다.

도 2 에는 본 밞명에 따른 제지 공장의 스팀 절감 시스템 구성도가 도시된다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 스팀 절감 시스템은 도 1 에 도시된 바와 같은 종래의 제지 공정 시스템의 구성에 스팀저감기(100), 스팀압축기(200) 및 구동스팀제어밸브(300)가 추가된 것을 특징으로 한다.

스팀저감기(100)는 각 드라이어군(10)으로부터 배출되는 블로우 스팀의 양을 저감시키기 위한 것이다. 위에서 이미 언급한 바와 같이, 상기 각 드라어어군은 다수의 드라이어 실린더(R)가 구비되고, 각 드라이어 실린더(R) 내부에 메인헤더(1)로부터 공급되는 스팀이 채워져 습지를 건조하며, 이에 따라 발생된 응축수와 스팀(블로우 스팀)이 배출되는바, 이러한 블로우 스팀을 저감하는 것이 상기 스팀저감기(100)의 역할이다. 이러한 스팀저감기(100)는 본 발명의 발명자가 등록 실용신안 제20-0443142호에서 제안한 구성이 그대로 채택될 수도 있고, 아래에서 설명하는 개선된 구조의 스팀저감기(100)가 사용되는 것이 더욱 바람직하다.

도 3 에는 상기한 스팀저감기(100)의 설치 단면도가 도시되고, 도 4 에는 상기 스팀저감기(100)의 분해도가 도시된다. 도시된 바와 같이, 상기 스팀저감기(100)는 습지내의 잔여수분을 증발시키기 위해 마련된 드라이어 실린더(R)와, 상기 드라이어 실린더(R)에서 배출된 응축수를 포집할 수 있도록 연결된 응축수회수관(P2)에 볼트(132) 및 너트(134)로 이루어진 체결수단(130)을 통해 교체가 용이하도록 설치되되, 케이싱(110), 노즐부재(120), 링부재(140) 및 메쉬망(150)을 포함한다.

케이싱(110)은 제지 제조시스템의 각 드라이어 실린더(R)를 가열한 스팀이 배출되는 응축수회수관(P2)에 응축수 및 스팀이 유동될 수 있도록 연통되게 설치되는 것으로, 도 4 및 도 5 에 도시된 바와 같이, 원통형상으로 이루어지며, 각 끝단에 플랜지가 구비된 응축수회수관(P2) 사이에 볼트(132) 및 너트(134)로 이루어진 체결수단(130)을 통해 견고하게 고정설치된다.

상기 케이싱(110)은 그 내부에 후술하는 노즐부재(120)가 끼워질 수 있도록 관통공(110a)이 형성되고, 내주면에는 상측에 후술하는 링부재가 안착될 수 있도록 제1걸림턱(112)이 형성되고, 중앙부에는 후술하는 노즐부재(120)의 걸림단부(122)가 안정적으로 안착될 수 있도록 제2걸림턱(114)이 형성된다.

여기서, 상기 케이싱(110)은 대체로 원통형상으로 도시되고 있으나, 케이싱(110)의 형상은 필요에 따라 변경가능 것으로 특별한 제한이 없으며, 그 재질에 있어서 고온의 스팀에 견딜 수 있도록 스테인레스 재질로 구성되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 케이싱(110)의 관통공(110a)에는 노즐부재(120)가 삽입 결합된다. 상기 노즐부재(120)는 중앙에 스팀 및 응축수가 통과되어 유출될 수 있도록 유출공(120a)이 형성된 것으로, 상기 케이싱(110)의 관통공(110a)에 삽입 결합되어 스팀이 응축수회수관(P2)을 통하여 배출되는 속도를 제어하여 스팀 손실율을 줄이는 역할을 한다.

상기 노즐부재(120)가 케이싱(110)의 관통공(110a)에 안정적으로 끼워질 수 있도록 상기 노즐부재(120)의 외주면은 중앙부 이하가 상부 보다 직경이 작아지도록 단차지게 걸림단부(122)가 구비되며, 상기 걸림단부(122)가 상기 관통공(110a)에 형성된 제2걸림턱(114)에 걸려 안정적으로 지지될 수 있도록 한다. 한편, 상기 노즐부재(120)가 케이싱(110)의 내부에 삽입 결합된 상태에서, 상기 노즐부재(120)의 상단 높이는 상기 케이싱(110)의 제1걸림턱(112) 높이 보다 더 낮게 위치된다.

또한, 스팀의 손실율을 줄이기 위하여 상기 노즐부재(120)의 내주면에는 계단식으로 다단으로 단차지게 형성된 단턱(124)들이 구비된다. 일반적으로 스팀의 손실율은 배관의 부하율과 반비례 관계에 있어, 부하율이 증가할수록 손실율이 줄어든다. 즉 배관의 직경이 작고 배관을 통과하는 유체에 마찰력이 크게 작용하면 유체의 배출속도가 작아지므로 유체의 손실율(배출율)이 작아지는 것이다. 덧붙여, 응축수회수관(P2)을 통하여 스팀과 응축수가 공존하면서 배출되는 바, 응축수의 배출량이 커지면 상대적으로 스팀의 배출양은 줄어든다. 이에 따라, 드라이어 실린더(R)에 공급된 스팀의 손실을 줄이기 위해선 스팀이 유동되는 응축수회수관(P2)을 적절한 관경과 계단식 노즐 구조로 형성하는 것이 바람직하다.

이러한 다단의 계단식 단턱(124)들을 구비한 구조에 따르면, 응축수가 노즐부재(120) 내주면에 형성된 단턱(124)들에 부딪쳐 물방울이 미세하게 부서지게 되고, 이때 미세하게 부서진 액체는 체적이 늘어나 노즐부재(120)의 내부 유로 면적을 단턱이 없는 노즐에 비해 많이 차지하게 되어 스팀이 누출되는 면적을 차단하게 된다. 쉽게 말하면 부서진 물방울이 막을 형성하여 노즐부재(120) 내부 유로를 차단하여 일반 오리피스보다 블로우 스팀을 적게 배출하게 되고, 또한 노즐계수가 좋아져 응축수 배출량은 증가된다. 즉, 응축수 배출 능력은 약 20% 이상 증가 되고 블로우 스팀의 배출은 30% 정도 차단이 된다.

이에 따라, 상기 드라이어 실린더(R) 내부에 스팀을 일정시간 체류시킬 수 있게 되는 바, 장시간 상기 드라이어 실린더(R) 내부에 고온의 스팀이 잔존하게 됨으로써, 상기 드라이어 실린더(R)의 가열시 열 효율이 높아지게 되는 것이다.

상기 노즐부재(120)의 상측에는 메쉬망(150)이 결합된다. 상기 메쉬망(150)은 이물질이 노즐부재(120)의 내측 유로, 즉, 단턱(124)들 및 유출공(120a) 내측으로 유입되어 유로가 막히는 것을 방지하기 위한 것이다. 상기 메쉬망(150)은 상기 케이싱(110)의 관통공(110a) 상부 내주면의 직경에 상응하는 직경을 갖도록 구성되어 케이싱(110)의 내측에 삽입 안착되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 메쉬망(150)을 케이싱(110)의 내측에 고정 결합하기 위해, 링부재(140)와 볼트(160)가 추가로 구비된다. 상기 링부재(140)는 상기 케이싱(110)의 관통공(110a) 상부 내주면 직경에 상응하는 직경을 가지며, 내측은 개구되어 테두리만 형성된 납작한 링 형상으로 구성되고. 상기 케이싱(110)의 상측 내주면에 형성된 제1걸림턱(112)에 안착된다. 그리고, 상기 링부재(140)의 상측에 메쉬망(150)이 안착된 상태에서 상측으로부터 볼트(160)가 메쉬망(150)의 가장자리, 링부재(140)를 차례로 관통한 뒤 상기 케이싱(110)의 제1걸림턱(112) 표면을 파고들어 견고하게 고정 결합된다. 이에 따라, 상기 메쉬망(150)이 노즐부재(120)의 내부 유로를 상측에 덮어줌에 따라 응축수와 스팀은 통과하되 이물질을 노즐부재(120)의 내부 유로로 침투하지 못하도록 하여 유로가 막히는 것을 방지한다.

한편, 도 4 및 도 5 에 도시된 바와 같이, 상기 케이싱(110)의 상측에는 드레인홀(118)이 관통 형성된다. 도 4 에 도시된 바와 같이 상기 케이싱(110)의 상측 내부에는 케이싱(110)의 상단부와 메쉬망(150)이 설치된 위치 사이에 소정의 높이차가 존재하여 내측에 일정한 공간부가 형성된다. 만일 이물질이 메쉬망(150)에 다수 걸려 노즐부재(120)의 내부 유로를 통한 응축수의 배출이 원활하지 않게 되는 경우 상기 드레인홀(118)을 통해 응축수가 우회 배출된다. 이러한 드레인홀(118)의 작용에 대해서는 추후 보다 상세히 설명한다.

도 5 에는 상기 스팀저감기(100)의 바람직한 사용 상태 실시예도가 도시된다. 도 5 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예로서, 상기 케이싱(110)의 상측 드레인홀(118)에는 드레인관(200)이 연결되고, 상기 드레인관(200)에는 전자밸브(250)가 구비된다. 위에서 설명한 바와 같이, 케이싱(110) 내부의 관통공(110)의 내부로 이물질이 유입되는 경우 상기 메쉬망(150)에 의해 이물질(A)이 걸러짐에 따라 노즐부재(120)의 내부 유로 막힘 현상이 방지되어 응축수가 원활하게 배출될 수 있다. 그런데, 도 5 에 도시된 바와 같이 메쉬망(150)에 다량의 이물질(A)이 걸려 메쉬망(150)에 형성된 통공 대부분을 막게 되는 경우에는 응축수가 원활하게 배출되지 못하는 상황이 벌어지게 된다. 이러한 경우에 메쉬망(150)을 통과하지 못한 응축수는 케이싱(110)의 상측 드레인홀(118)에 연결된 드레인관(200)을 통해 외부로 우회 배출되는 것이 가능하다. 이때, 상기 드레인관(200)에 구비된 전자밸브(250)는 메쉬망(150)에 이물질이 다량 걸려 응축수 배출이 원활하지 않을 경우에만 개방될 수 있도록 구성된다.

한편, 상기 전자밸브(250)의 개폐 시점의 판정을 위하여, 본 발명에 따른 블로우 스팀 손실 저감 장치는 제1압력센서(310), 제2압력센서(320) 및 차압계(330)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 도 5 에 도시된 바와 같이, 상기 제1압력센서(310)는 케이싱(110)의 상부 외측에 설치되되 브로브(probe)가 케이싱(110)을 관통하여 내측 관통홀(110a) 내부에 위치되도록 설치되고, 상기 제2압력센서(320)는 케이싱(110)의 하부 외측에 설치되되 프로브가 케이싱(110)과 노즐부재(120)를 관통하여 노즐부재(120)의 내측 유출공(120a) 내부에 위치되도록 설치된다. 이에 따라, 상기 제1압력센서(310) 및 제2압력센서(320)는 케이싱(110)의 상측 내부 압력과 노즐부재(120)의 하측 내부 압력을 각각 측정된다. 상기 제1압력센서(310) 및 제2압력센서(320)에서 측정된 압력값들은 차압계(330)에 전송되고, 상기 차압계(330)에서는 두 압력값의 차압이 계산된다. 메쉬망(150)이 이물질(A)상에 의해 막히는 경우에는 응축수와 스팀이 노즐부재(120)를 통하여 배출되지 못하기 때문에 케이싱(110)의 상측부의 압력이 증가하게 된다. 이에 따라 제1압력센서(310)에 의해 측정된 제1압력값과 제2압력센서(320)에 의해 측정된 제2압력값 사이의 차이는 커지게 된다. 이러한 원리에 의해, 상기 차압계(330)에서 계산된 차압이 미리 설정된 차압 기준값 보다 더 커지는 경우에 전자밸브(250)가 미리 정해진 일정 시간 동안 개방되도록 하여 드레인관(200)을 통해 응축수가 배출될 수 있도록 한다.

이러한 구성을 통하여 상기 스팀저감기(100)는 각 드라이어군(10)에서 배출되는 블로우 스팀의 양을 저감한다. 스팀저감기(100)가 사용되지 않을 경우에는 비교적 많은 양의 블로우 스팀이 각 드라이어군(10)으로부터 배출되는바. 이 경우 후술하는 바와 같이 스팀압축기에서 블로우 스팀을 재압축할때 필요한 구동스팀 또한 많은 양이 필요하게 되고, 각 드라이어군(10)에서 필요한 스팀의 양은 한정되어 있는바 스팀의 과공급으로 인해 건조 효율은 오히려 더 떨어지게 되며, 다시 많은 양의 스팀이 버려질 수 밖에 없게 된다. 따라서, 에너지 효율면에서 바람직하지 못하다. 반면, 본 발명에서와 같이 스팀저감기(100)가 사용되는 경우에는 블로우 스팀의 배출량을 현저하게 감소시켜 재사용함으로써 이를 재압축하는데 소요되는 구동스팀의 양도 절감하고, 각 드라이어군(10)에서 필요한 만큼의 스팀을 공급할 수 있어 에너지 절감 차원에서 매우 바람직하다.

이와 같이 스팀저감기(100)를 통해 배출된 응축수와 블로우 스팀은, 도 2 에 도시된 바와 같이 별도의 배관을 통해 기수분리탱크(20)로 이송된다. 상기 기수분리탱크(20)는 응축수와 블로우 스팀을 분리하기 위한 것으로, 상대적으로 비중이 높은 응축수는 기수분리탱크(20)의 하측에 저장된 후 외부로 배출되고, 상대적으로 비중이 낮은 블로우 스팀은 스팀회수관(30)을 통해 회수된다.

상기 스팀회수관(30)을 통해 회수된 스팀의 일부는 종래의 제지 시스템과 같이 블로우 스팀이 배출된 해당 드라이어군 보다 더 낮은 압력의 스팀을 사용하는 인접한 하위 드라이어군에 공급되고, 일부는 스팀압축기(200)로 공급된다. 물론, 회수된 스팀 전부가 스팀압축기(200)로 공급되도록 구성될 수도 있다. 상기 스팀압축기(200)는 스팀회수관(30)을 통해 회수된 블로우 스팀을 메인헤더(1)로부터 공급되는 구동스팀에 의해 재압축하여 해당 블로우 스팀이 배출된 본래의 드라이어군에 공급하기 위한 것으로, 일명 'TVR(THERMAL VAPOR RE-COMPRESSOR)'이라 불린다.

각 드라이어군(10)에서 스팀저감기(100)를 통과하여 배출된 블로우 스팀은 압력이 강하된 상태이기 때문에 상대적으로 높은 압력을 갖는 스팀이 필요한 드라이어군(10)에 재사용되기 위해서는 다시 고압으로 압축되어야 한다. 상기 스팀압축기(200)는 일명 '이젝터(EJECTOR)'라고도 불리우는 것으로, 압력을 갖는 물, 증기, 공기 등을 분출구에서 고속으로 분출하여 주위의 유체를 다른 곳으로 보낼 수 있는 일종의 펌프와 같은 것으로, 특히 저압의 스팀을 재압축하는 용도로 사용되는 경우 TVR이라 부른다. 이러한 스팀압축기(200)는 메인헤더(1)로부터 고압의 구동스팀을 공급받아 분출시키면 내부에 순간적으로 진공이 발생하면서 흡인력이 발생하게 되고, 이러한 흡인력에 의해 스팀회수관(30)을 통해 이송된 저압의 블로우 스팀이 흡인되어 고압의 구동스팀과 함께 분출됨에 따라 압력이 상승하게 된다. 이와 같이 압력이 상승된 스팀은 상기 블로우 스팀이 배출된 본래의 드라이어군에 공급되어 재사용될 수 있는 것이다.

상기 스팀압축기(200)에서 저압의 블로우 스팀을 재압축하기 위해 필요한 고압의 구동스팀은 통상 저압의 블로우 스팀의 양과 상응하는 양이 필요하다. 예컨대, 200 Kg/hr의 블로우 스팀을 재압축하기 위해서는 구동스팀 또한 200 Kg/hr 정도가 필요하며, 스팀압축기(200)에서는 블로우 스팀과 구동스팀이 합쳐져서 토출되므로 해당 드라이어군에는 총 400 Kg/hr의 고압 스팀이 공급된다. 이와 같이 재사용되는 블로우 스팀의 양에 상응하는 양의 구동스팀을 상기 스팀압축기(200)로 공급하기 위해 상기 메인헤더(1)와 스팀압축기(200) 사이에는 구동스팀제어밸브(300)가 추가로 구비된다.

상기 구동스팀제어밸브(300)는 개도 조절이 가능한 밸브로 구성되는 것이 바람직하다. 통상 상기 스팀저감기(100)를 통해 배출되는 블로우 스팀의 양은 스팀과 응축수의 차압에 따라 변동되기 때문에 스팀회수관(30)에서 회수되어 스팀압축기(200)로 공급되는 블로우 스팀의 양 또한 계속 변화되기 마련이다. 변화되는 블로우 스팀의 양을 모두 재압축하기 위해서 본 발명에 따른 구동스팀제어밸브(300)는 2가지 방법으로 작동되도록 구성될 수 있다.

첫번째 방법은 상기 구동스팀제어밸브(300)가 상기 스팀저감기(100)를 통해 배출되는 블로우 스팀 압력의 최대치 보다 더 높은 압력의 구동스팀이 스팀압축기(200)로 공급되도록 미리 결정된 개도로 셋팅되도록 하는 것이다. 구동스팀의 압력이 블로우 스팀의 압력 보다 적은 경우에는 회수된 블로우 스팀 전량이 재압축되지 못하여 재사용될 수 없다. 따라서, 구동스팀의 압력은 항상 블로우 스팀의 압력 이상으로 공급되어야 한다. 통상 상기 스팀저감기(100)를 통해 배출되는 블로우 스팀은 실제 해당 드라이어군에서 사용되는 스팀의 압력과 양, 드라이어 실린더의 갯수, 스팀저감기(100)의 규격 및 스팀과 응축수의 차압 등에 따라 차이가 있는바, 위와 같은 시스템의 여러가지 규격들을 고려하면 스팀저감기(100)를 통해 배출되는 블로우 스팀의 예상 가능 최대치를 산출할 수 있다. 이렇게 산출된 블로우 스팀의 배출 최대치에 상응하는 양의 구동스팀이 공급되도록 구동스팀제어밸브(300)의 개도를 고정 셋팅해 놓으면, 구동스팀의 양이 항상 블로우 스팀의 양 보다 많이 공급되기 때문에 배출되는 블로우 스팀 전량을 재압축하여 공급할 수 있게 된다.

두번째 방법은 상기 구동스팀제어밸브(300)가 상기 메인헤더(1)로부터 스팀압축기(200)로 공급되는 구동스팀의 양을 상기 스팀회수관(30)을 통해 회수되어 스팁압축기로 공급되는 블로우 스팀의 양과 동일하게 매칭시키는 방법이다. 이를 위해, 상기 스팀회수관(30)에는 플로우메타(400)가 추가로 구비된다. 상기 플로우메타(400)는 상기 스팀회수관(30)을 통해 스팀압축기(200)로 공급되는 블로우 스팀의 양을 감지하고 해당 신호를 제어부(600)로 전송한다. 제어부(600)에서는 상기 플로우메타(400)로부터 감지된 블로우 스팀의 양에 상응하는 구동스팀이 메인헤더(1)로부터 스팀압축기(200)로 공급되도록 상기 구동스팀제어밸브(300)의 개도를 조절한다. 이와 같은 방식에 따르면, 블로우 스팀의 배출량이 변화되더라도 구동스팀의 양을 항상 블로우 스팀의 양과 상응하게 매칭시켜 전량의 블로우 스팀을 모두 재압축하면서도 구동스팀의 소요량을 줄일 수 있게 된다.

한편, 상기 메인헤더(1)와 각 드라이어군(10) 사이에는 메인스팀제어밸브(500)가 구비된다. 상기 메인스팀제어밸브(500)는 메인헤더(1)로부터 각 드라이어군(10)으로 공급되는 스팀의 압력을 조절하기 위한 것으로 역시 개도 조절이 가능한 밸브로 구성된다. 상기 메인스팀제어밸브(500)는 제지 공정의 건조 파트 최초 구동시 각 드라이어군(10)에서 필요한 적정 압력의 스팀을 공급한다. 그리고 그 이후에는 상기 스팀압축기(200)에서 재압축된 블로우 스팀과 구동스팀의 혼합 스팀이 각 드라이어군(10)으로 공급되고 난 후 각 드라어군에서 필요한 스팀의 압력이 부족한 경우 보충적으로 상기 메인헤더(1)로부터 고압의 스팀을 각 드라이어군(10)으로 공급한다. 이를 위해, 각 드라이어군(10)의 초입 헤드에는 압력센서(P)가 구비되고, 상기 제어부(600)는 스팀압축기(200)로부터 각 드라이군으로 스팀이 공급된 후 상기 압력센서(P)에서 감지된 스팀의 압력값이 해당 드라이어군에서 필요한 압력 기준값 보다 작은 경우에는 상기 메인스팀제어밸브(500)의 개도를 조절하여 스팀을 보충한다. 이러한 방법으로 각 드라이어군(10)에는 항상 일정한 스팀 압력이 유지될 수 있게 된다.

상기한 바와 같은 스팀저감기(100)와 스팀압축기(200)는 각 드라이어군(10)에 모두 설치된다. 만약, 스팀저감기(100)와 스팀압축기(200)가 제1드라이어군(10a)에만 설치되면 제2드라이어군(10b)에서 발생되어 제1드라이어군(10a)으로 공급되는 블로우 스팀의 양과 제1드라이어군(10a)에 설치된 스팀압축기(200)를 통해 제1드라이어군(10a)으로 공급되는 스팀의 양의 합이 제1드라이어군(10a)에서 필요한 스팀의 양 보다 많기 때문에 스팀압축기(200)가 설치되어도 제1드라이어군(10a)에서 배출되는 블로우 스팀의 재사용이 불가능하여 외부로 배출하게 됨으로써 스팀의 손실이 발생한다. 한편, 스팀저감기(100)는 모든 드라이어군(10)에 각각 설치되되 제1드라이어군에(10a)에만 스팀압축기(200)가 설치되는 경우에는 각 드라이어군으로부터 발생되는 블로우 스팀의 양이 줄어들기는 하나 최상위군으로부터 스팀이 계속적으로 누적되어 왔기 때문에 여전히 필요량 보다 더 많아 스팀압축기(200)에서 일부만 재압축되어 재사용되고 나머지는 외부로 배출되어 손실이 발생할 수 밖에 없다. 따라서, 상기 스팀저감기(100)와 스팀압축기(200)가 각 드라이어군(10)에 모두 설치되어야만 각 드라이어군에서 발생된 블로우 스팀이 자체적으로 재사용되고 그 하위 드라이어군으로 이송되는 스팀의 양이 줄어들게 되어 최종적으로 제1드라이어군에서 전체 회수 및 재사용이 가능하여 스팀의 손실을 줄일 수 있다.

이상, 본 발명의 구성 작용을 바람직한 특정 실시예를 참조로 설명하였는 바, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다. 따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명의 권리범위는 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

1 : 메인헤더 2 : 분기공급관
10 : 드라이어군 20 : 기수분리탱크
30 : 스팀회수관 100 : 스팀저감기
200 : 스팀압축기 300 : 구동스팀제어밸브
400 : 플로우메타 500 : 메인스팀제어밸브
600 : 제어부

Claims (10)

1. 종이 건조용 스팀을 공급하기 위한 메인헤더(1)와;
   상기 메인헤더(1)에 각각 연결되며, 일측으로 갈수록 상대적으로 높은 압력의 스팀을 사용하여 습지를 건조하도록 일렬로 순차 배치된 다수의 드라이어군(10)과;
   상기 각 드라이어군(10)으로부터 배출되는 블로우 스팀의 양을 저감시키기 위한 스팀저감기(100)와;
   상기 각 드라이어군(10)으로부터 배출되는 블로우 스팀을 해당 블로우 스팀이 배출된 본래의 드라이어군에서 재사용되도록 회수하기 위한 스팀회수관(30)과;
   상기 메인헤더(1)로부터 구동스팀을 공급받아 상기 스팀회수관(30)을 통해 회수된 블로우 스팀을 재압축하여 본래의 드라이어군에 공급하기 위한 스팀압축기(200)와;
   상기 메인헤더(1)로부터 스팀압축기(200)로 공급되는 구동스팀의 압력을 제어하기 위한 구동스팀제어밸브(300)와;
   상기 메인헤더(1)로부터 각 드라이어군(10)으로 공급되는 스팀의 압력을 조절하기 위한 메인스팀제어밸브(500)와;
   상기 각 드라이어군(10)의 초입에 구비되는 압력센서(P)와;
   전체 작동을 제어하는 제어부(600)를 포함하되;
   상기 스팀회수관(30)을 통해 회수된 스팀의 일부는 회수된 블로우 스팀이 배출된 해당 드라이어군 보다 더 낮은 압력의 스팀을 사용하는 인접한 하위 드라이어군에 공급되고 일부는 상기 스팀압축기(200)로 공급되되, 최하위 드라이어군에서 배출된 블로우 스팀은 전량 최하위 드라이어군으로 공급되어 재사용되며;
   상기 구동스팀제어밸브(300)는 개도 조절이 가능한 밸브로 구성되되, 상기 메인헤더(1)로부터 스팀압축기(200)로 공급되는 구동스팀의 양이 상기 스팀회수관(30)을 통해 회수되어 상기 스팀압축기(200)로 공급되는 블로우 스팀의 양과 동일하게 매칭되도록 상기 스팀회수관(30)에는 플로우메타(400)가 추가로 구비되고, 상기 플로우메타(400)는 상기 스팀회수관(30)을 통해 스팀압축기(200)로 공급되는 블로우 스팀의 양을 감지하여 제어부(600)로 전송하고, 상기 제어부(600)는 상기 플로우메타(400)에서 감지된 블로우 스팀의 양에 상응하는 구동스팀이 메인헤더(1)로부터 스팀압축기(200)로 공급되도록 상기 구동스팀제어밸브(300)의 개도를 조절하고;
   상기 메인스팀제어밸브(500)는 최초 각 드라이어군(10)에서 필요한 적정 압력의 스팀을 공급하고 그 이후에는 상기 스팀압축기(200)에서 재압축된 블로우 스팀과 구동스팀의 혼합 스팀이 각 드라이어군(10)으로 공급되고 난 후 각 드라이어군(10)에서 필요한 스팀의 압력이 부족한 경우 보충적으로 상기 메인헤더(1)로부터 고압의 스팀을 각 드라이어군으로 공급하도록, 상기 메인스팀제어밸브(500)는 개도 조절 가능한 밸브로 구성되며, 상기 제어부(600)는 스팀압축기(200)로부터 각 드라이어군(10)으로 스팀이 공급된 후 상기 압력센서(P)에서 감지된 스팀의 압력값이 해당 드라이어군에서 필요한 압력 기준값 보다 작은 경우에는 상기 메인스팀제어밸브(500)의 개도를 조절하여 스팀을 보충하며;
   상기 스팀저감기(100)와 스팀압축기(200)는 각 드라이어군(10) 모두에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 제지 공장의 스팀 절감 시스템.
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3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 스팀저감기(100)는,
   상기 각 드라이어군(10)을 구성하는 드라이어 실린더로부터 스팀 및 응축수가 배출되는 응축수회수관(P2)에 고정 설치되고 그 내부에 관통공(110a)이 형성되되, 내주면에는 상측에 제1걸림턱(112)이 형성되고, 중앙부에는 제2걸림턱(114)이 형성된 케이싱(110)과;
   상기 케이싱(110)의 관통공(110a) 내부에 삽입 결합되되, 내부에 스팀 및 응축수가 통과되어 유출될 수 있도록 유출공(120a)이 형성되며, 외주면에는 상기 제2걸림턱(114)에 걸려 지지되도록 걸림단부(122)가 형성되고, 내주면에는 계단식으로 다단으로 단차지게 형성된 단턱(124)들이 형성된 노즐부재(120)와;
   상기 노즐부재(120)의 상측에 구비되어 노즐부재(120)의 내측 유로로 이물질이 유입되는 것을 차단하기 위한 메쉬망(150)과;
   상기 케이싱(110)의 상측 내주면에 형성된 제1걸림턱(112)에 안착되되, 중앙은 개구되고 상측에는 상기 메쉬망(150)이 안착 결합되는 링부재(140)를 포함하는 것을 특징으로 하는 제지 공장의 스팀 절감 시스템.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 링부재(140)의 상측에 메쉬망(150)이 안착된 상태에서 상측으로부터 볼트(160)가 메쉬망(150)의 가장자리 및 링부재(140)를 차례로 관통한 뒤 상기 케이싱(110)의 제1걸림턱(112)에 고정 결합되는 것을 특징으로 하는 제지 공장의 스팀 절감 시스템.
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 케이싱(110)의 상측에는 드레인홀(118)이 관통 형성되고, 상기 드레인홀(118)에는 메시망(150)이 이물질에 의해 막혀 통과되지 못한 응축수를 우회 배출시키기 위한 드레인관(200)이 연결되는 것을 특징으로 하는 제지 공장의 스팀 절감 시스템.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 드레인관(200)에는 전자밸브(250)가 구비된 것을 특징으로 하는 제지 공장의 스팀 절감 시스템.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 케이싱(110)의 상측 내부 압력을 측정하는 제1압력센서(310)와;
    상기 노즐부재(120)의 하측 내부 압력을 측정하는 제2압력센서(320)와;
    상기 제1압력센서(310) 및 제2압력센서(310)에서 측정된 압력값들의 차압을 계산하는 차압계(330)를 더 포함하며;
    상기 차압계(330)에서 계산된 차압이 미리 설정된 차압 기준값 보다 더 커지는 경우에 전자밸브(250)가 미리 정해진 일정 시간 동안 개방되는 것을 특징으로 하는 제지 공장의 스팀 절감 시스템.

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