KR102082112B1 - 전로 배가스 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 예시적 실시예에 따른 전로 배가스 처리 장치는, 전로 노구에 일단이 연결되는 제1 직관부, 상기 제1 직관부의 타단에 일단이 연결되는 곡관부, 상기 곡관부의 타단에 일단이 연결되는 제2 직관부를 포함하는 덕트; 상기 제2 직관부의 타단에 입구가 연결되는 챔버를 포함하는 집진기; 및 상기 덕트의 외부에서 상기 제1 직관부와 제2 직관부 사이에 배치되며, 상기 제1 직관부와 제2 직관부를 직접 연결하는 보조 덕트;를 포함할 수 있다. 상기 보조 덕트는 상기 전로에서 배출되어 상기 제1 직관부와 상기 곡관부 및 상기 제2 직관를 통과해서 상기 집진기로 공급되는 배가스의 일부를 상기 제1 직관부에서 상기 제2 직관부로 직접 공급할 수 있다.

Description

전로 배가스 처리 장치{APPARATUS FOR DISPOSING AN EXHAUST GAS IN A CONVERTER}
본 발명은 전로 배가스 처리 장치에 관한 것이다.
제철 산업의 제강 공정(전로 등)에서 발생되는 배가스는 재활용을 위해 냉각시킴과 동시에 배가스에 함유된 더스트를 포집-제거하는 증발 냉각 집진기를 포함하고 있다.
전로의 배가스는 고온의 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2) 가스로 다량의 더스트를 함유하고 있으며, 전로 공정상 배가스에 포함되어 배출되는 잔여 산소(O2)를 연소시킨 후 다시 냉각이 이루어지는 수냉 덕트를 지나고, 이후 곡관부를 지나 더스트를 포집하고 가스를 냉각시키기 위한 증발 냉각 집진기를 통과한다.
증발 냉각 집진기의 물 분무노즐(water nozzle)에 의해 분사된 물방울(water droplet)은 증발하면서 배가스를 냉각시키고, 무거운 더스트는 하부로 쌓여 배출되며, 가벼운 더스트는 후단으로 이송되어 전기 집진기에 의해 포집된다.
현재의 증발 냉각 집진기는 곡관부와 연결되는 부분에 곡관부가 급격히 구부러지는 구조상 배가스가 증발 냉각 집진기로 흐르지 못하는 유동 정체 영역에서 물방울이 더스트와 함께 벽면에 달라붙어 고착되고, 이후 성장하면서 자중에 의해 증발 냉각 집진기 내부로 탈락하는 문제가 발생하고 있다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 덕트의 곡관부의 구조 변경 없이 유동 정체 영역에 배가스가 흐를 수 있도록 하여 더스트가 고착되는 현상을 방지할 수 있는 전로 배가스 처리 장치를 제공하는 것이다.
다만, 본 발명의 목적은 이에만 제한되는 것은 아니며, 명시적으로 언급하지 않더라도 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 이에 포함된다고 할 것이다.
본 발명의 예시적 실시예에 따른 전로 배가스 처리 장치는, 전로 노구에 일단이 연결되는 제1 직관부, 상기 제1 직관부의 타단에 일단이 연결되는 곡관부, 상기 곡관부의 타단에 일단이 연결되는 제2 직관부를 포함하는 덕트; 상기 제2 직관부의 타단에 입구가 연결되는 챔버를 포함하는 집진기; 및 상기 덕트의 외부에서 상기 제1 직관부와 제2 직관부 사이에 배치되며, 상기 제1 직관부와 제2 직관부를 직접 연결하는 보조 덕트;를 포함하고, 상기 보조 덕트는 상기 전로에서 배출되어 상기 제1 직관부와 상기 곡관부 및 상기 제2 직관를 통과해서 상기 집진기로 공급되는 배가스의 일부를 상기 제1 직관부에서 상기 제2 직관부로 직접 공급할 수 있다.
상기 보조 덕트는 일단부가 상기 제1 직관부의 측면을 관통하여 부분적으로 상기 제1 직관부 내에 배치되고, 타단부는 상기 제2 직관부의 측면을 관통하여 부분적으로 상기 제2 직관부 내에 배치될 수 있다.
상기 보조 덕트의 일단부와 타단부는 상기 제1 직관부와 제2 직관부 내에서 하향 절곡된 구조를 가질 수 있다.
상기 보조 덕트는 단일 또는 복수개로 구비될 수 있다.
상기 제2 직관부의 외주면 둘레를 따라 설치되며 복수의 분사노즐을 구비하는 도관을 더 포함하고, 상기 복수의 분사노즐을 통해서 상기 도관 내부로 유입된 물을 상기 제2 직관부 내부로 분사할 수 있다.
상기 복수의 분사노즐이 설치되는 위치는 상기 보조 덕트가 상기 제2 직관부에 연결되는 위치보다 아래쪽에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 덕트의 곡관부의 구조 변경 없이 유동 정체 영역에 배가스가 흐를 수 있도록 하여 더스트가 고착되는 현상을 방지할 수 있는 전로 배가스 처리 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 전로 배가스 처리 장치를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 2는 도 1의 전로 배가스 처리 장치에서 덕트와 집진기 및 보조 덕트를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 3a 및 도 3b는 덕트와 보조 덕트를 개략적으로 나타내는 사시도 및 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 유한요소해석 프로그램을 통해서 덕트 내부를 흐르는 배가스의 속도분포를 나타내는 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 유한요소해석 프로그램을 통해서 보조 덕트가 구비된 덕트 내부를 흐르는 배가스의 속도분포를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 예시적 실시예에 따른 전로 배가스 처리 장치를 설명한다. 도 1은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 전로 배가스 처리 장치를 개략적으로 나타내는 구성도이고, 도 2는 도 1의 전로 배가스 처리 장치에서 덕트와 집진기 및 보조 덕트를 개략적으로 나타내는 사시도이며, 도 3a 및 도 3b는 덕트와 보조 덕트를 개략적으로 나타내는 사시도 및 단면도이다.
본 발명의 예시적 실시예에 따른 전로 배가스 처리 장치(1)는 전로(F)에서 발생된 고온의 배가스(G)를 공급받아 소정 온도까지 냉각시키고 배가스(G)에 포함된 더스트(dust)를 포집하여 배가스(G)를 처리할 수 있다. 처리된 배가스(G)는 추후 연도에서 연소 배출되거나 재사용을 위해 가스 홀더에 저장될 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 예시적 실시예에 따른 전로 배가스 처리 장치(1)는 덕트(10)를 포함할 수 있다.
덕트(10)는 전로(F)의 취련중 발생한 고온의 배가스(G)를 이송시키면서 소정 온도로 냉각시킬 수 있다. 전로(F)에서 배출되는 배가스(G)는 대략 1400℃의 고온으로 덕트(10)를 통과하면서 대략 900℃의 온도로 냉각될 수 있다.
덕트(10)는 전로(F) 노구(Fh)에 일단이 연결되는 제1 직관부(11)와, 제1 직관부(11)의 타단에 일단이 연결되는 곡관부(13)와, 곡관부(13)의 타단에 일단이 연결되는 제2 직관부(12)를 포함할 수 있다. 제1 직관부(11)와 제2 직관부(12)는 대략 상호 평행하게 배치될 수 있으며, 곡관부(13)에 의해 연결된 상태에서 뒤집어진 'U'자 형상을 이룰 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따른 전로 배가스 처리 장치(1)는 도관(20)을 포함할 수 있다.
도관(20)은 제2 직관부(12)의 외주면 둘레를 따라 설치되며 복수의 분사노즐(21)을 구비할 수 있다. 복수의 분사노즐(21)은 제2 직관부(12)의 둘레를 따라서 관통 형성된 복수의 분사홀(12a)과 연결될 수 있다.
도관(20)으로 유입된 물은 복수의 분사노즐(21)을 통해서 물방울 형태로 제2 직관부(12) 내부로 분사될 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따른 전로 배가스 처리 장치(1)는 집진기(30)를 포함할 수 있다. 여기서, 집진기(30)는 증발 냉각 집진기일 수 있다.
집진기(30)는 덕트(10)와 연결되어 덕트(10)를 통해 이송되는 배가스(G)를 추가로 냉각시키면서 배가스(G)에 포함된 더스트를 집진할 수 있다.
집진기(30)는 제2 직관부(12)의 타단에 입구가 연결되는 챔버(31)를 포함할 수 있다. 챔버(31)는 단면 크기가 제2 직관부(12)의 단면 크기보다 큰 구조를 가지며, 아래로 길게 연장된 원통 형상을 가질 수 있다.
덕트(10)를 따라 이송되는 배가스(G)는 제2 직관부(12)와 연결되는 챔버(31)의 입구 부분에서 복수의 분사노즐(21)을 통해서 분사되는 물방울에 의해 대략 150℃ 내지 200℃의 온도까지 냉각될 수 있다. 그리고, 배가스(G)에 포함된 더스트는 물방울에 포집되어 챔버(31)의 하부로 쌓일 수 있다. 이렇게 챔버(31)의 하부에 쌓인 더스트는 추후 챔버(31)의 외부로 배출될 수 있다.
한편, 집진기(30)를 통과한 배가스(G)는 이후 전기 집진기(미도시)를 통과하면서 추가로 더스트가 집진될 수 있다. 그리고, 연도에서 연소 배출되거나 냉각 장치를 통과하여 가스 홀더에 저장될 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따른 전로 배가스 처리 장치(1)는 보조 덕트(40)를 포함할 수 있다.
보조 덕트(40)는 덕트(10)의 외부에서 제1 직관부(11)와 제2 직관부(12) 사이에 배치되며, 제1 직관부(11)와 제2 직관부(12)를 직접 연결할 수 있다. 즉, 제1 직관부(11)와 제2 직관부(12)는 곡관부(13) 및 보조 덕트(40)를 통해서 연결될 수 있다.
보조 덕트(40)는 단일 또는 복수개로 구비될 수 있다. 본 실시예에서는 세 개의 보조 덕트(40)가 구비되는 것으로 예시하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 보조 덕트(40)는 단일로 구비되거나 세 개 이상으로 구비되는 것도 가능하다.
보조 덕트(40)는 일단부가 상기 제1 직관부(11)의 측면을 관통하여 부분적으로 제1 직관부(11) 내에 배치되고, 타단부는 제2 직관부(12)의 측면을 관통하여 부분적으로 제2 직관부(12) 내에 배치되는 구조를 가질 수 있다. 그리고, 보조 덕트(40)의 일단부와 타단부는 제1 직관부(11)와 제2 직관부(12) 내에서 하향 절곡된 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 복수의 분사노즐(21)이 설치되는 위치는 보조 덕트(40)가 제2 직관부(12)에 연결되는 위치보다 아래쪽에 위치하도록 설치될 수 있다.
구체적으로, 보조 덕트(40)는 덕트(10)의 외부에 배치되어 제1 직관부(11)와 제2 직관부(12)를 관통하여 연장되는 연결부(41)와, 연결부(41)의 양 끝단에서 각각 하향 절곡되며 제1 직관부(11)와 제2 직관부(12) 내부에 배치되는 절곡부(42)를 포함할 수 있다. 특히, 제2 직관부(12) 내부에 배치되는 절곡부(42)는 복수의 분사노즐(21)보다 상부에 위치하도록 설치될 수 있다.
일 실시예에서, 연결부(41)는 일정한 단면 크기를 가질 수 있다. 또한, 연결부(41)는 제2 직관부(12)를 향해 점차 단면 크기가 감소하는 구조를 가질 수 있다.
보조 덕트(40)는 전로(F)에서 배출되어 제1 직관부(11)와 곡관부(13) 그리고 제2 직관부(12)를 통과해서 집진기(30)로 공급되는 배가스(G)의 일부를 제1 직관부(11)에서 제2 직관부(12)로 직접 공급할 수 있다. 즉, 배가스(G)는 제1 직관부(11)에서 곡관부(13)를 거쳐서 제2 직관부(12)로 공급되며, 부분적으로는 곡관부(13)를 거치지 않고 보조 덕트(40)를 통해서 제1 직관부(11)에서 제2 직관부(12)로 공급될 수 있다.
이 경우, 보조 덕트(40)는 제2 직관부(12) 내부의 유동 정체 영역(SA)으로 배가스(G)가 공급되도록 할 수 있다.
유동 정체 영역(SA)은 제1 직관부(11)에서 곡관부(13)를 따라서 제2 직관부(12)로 이송되는 배가스(G)의 흐름이 정체되는 영역으로 정의될 수 있다.
도 4a 및 도 4b에서는 유한요소해석 프로그램(ANSYS)을 통해서 덕트 내부를 흐르는 배가스의 속도분포를 나타내고 있다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 곡관부(13)의 급격히 구부러진 구조적 특징에 의해 곡관부(13)와 제2 직관부(12)가 연결되는 내측 부분을 따라서 챔버(31)까지 연결되는 내측 부분에 배가스(G)의 유동 속도가 실질적으로 '0'으로 가까워지는 부분이 발생한다. 즉, 챔버(31)로 이동하는 배가스(G)의 유동이 없는 유동 정체 영역(SA)이 발생하며, 이러한 유동 정체 영역(SA)에서는 배가스(G)가 역류하며 와류를 발생시켜 챔버(31)로 흐르지 못하고 정체되는 현상이 발생한다.
특히, 유동 정체 영역(SA)에 정체된 배가스(G)의 더스트는 복수의 분사노즐(21)에서 분사되는 물방울과 결합하여 내측면에 달라붙어 고착된다. 이후, 성장하면서 배가스(G)의 유동을 방해하고, 점차 고드름 형상으로 커진 후 자중에 의해 하부로 탈락하면서 집진기(30)를 파손시키거나 안전 사고를 일으키는 문제가 된다.
덕트(10)의 곡관부(13) 구조를 변경하는 방법을 통해서 이러한 유동 정체 영역(SA)의 발생을 방지하는 방법을 고려할 수 있겠으나, 전로 배가스 처리 라인의 공정 특성상 챔버(31) 입구쪽 덕트(10)의 곡관부(13) 구조는 제작상의 이유로 변경할 수 없다는 문제가 있다.
또한, 이미 고착된 더스트를 제거하기 위한 설비, 예컨대 수트 블로워(soot blower), 소닉 블로워(sonic blower), 해머(hammer)등을 추가 장착하는 방안을 고려할 수 있으나, 구조가 복잡해지고 설비 장착과 작동을 위한 추가 인력이 필요하며 관리가 번거롭다는 문제가 있다.
도 5a 및 도 5b에서는 유한요소해석 프로그램을 통해서 보조 덕트가 구비된 덕트 내부를 흐르는 배가스의 속도분포를 나타내고 있다.
도 1 내지 도 3과 함께 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 본 실시예에서는 보조 덕트(40)를 통해 배가스(G)를 유동 정체 영역(SA)으로 공급하여 유동 정체 영역(SA)에 배가스(G)가 흐르도록 함으로써 더스트가 고착되는 것을 원천적으로 차단하는 것을 특징으로 하며, 이를 통해서 종래의 문제점을 효과적으로 해결할 수 있다. 또한, 챔버(31)의 입구쪽 덕트의 곡관부(13) 구조를 변경할 필요가 없으며, 고착된 더스트를 제거하기 위한 추가 설비가 필요 없다는 장점이 있다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 보조 덕트(40)를 통해서 유동 정체 영역(SA)으로 배가스(G)가 흐르게 함으로써 보조 덕트(40)의 아래쪽으로는 유동 정체 영역(SA)이 사라지거나 감소하는 것을 확인할 수 있다. 특히, 더스트가 고착되는 내측 벽면 쪽으로 배가스(G)가 흐르도록 하여 더스트가 고착되는 것을 차단할 수 있다.
물론, 유동 정체 영역(SA) 전체에서 더스트 고착이 발생하는 것은 아니며, 물방울과 더스트가 결합하는 부분에서 더스트 고착이 발생하므로 보조 덕트(40)는 복수의 분사노즐(21)을 통해서 물방울이 분사되는 위치보다 상부에 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 본 실시예에서는 보조 덕트(40)가 제2 직관부(12)를 향해 하향 경사지게 배치되는 것으로 예시하고 있으나, 상향 경사지게 배치되는 것도 가능하다.
또한, 하향 경사지게 배치된 보조 덕트(40)와 상향 경사지게 배치된 보조 덕트(40)를 구비함으로써 유동 정체 영역(SA) 전체에 걸쳐서 배가스(G)가 흐르도록 하는 것도 가능하다.
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 실시 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1... 전로 배가스 처리 장치
10... 덕트
11... 제1 직관부
12... 제2 직관부
13... 곡관부
20... 도관
21... 분사노즐
30... 집진기
31... 챔버
F... 전로
G... 배가스
SA... 유동 정체 영역

Claims (6)

  1. 전로 노구에 일단이 연결되는 제1 직관부, 상기 제1 직관부의 타단에 일단이 연결되는 곡관부, 상기 곡관부의 타단에 일단이 연결되는 제2 직관부를 포함하는 덕트;
    상기 제2 직관부의 타단에 입구가 연결되는 챔버를 포함하는 집진기; 및
    상기 덕트의 외부에서 상기 제1 직관부와 제2 직관부 사이에 배치되며, 상기 제1 직관부와 제2 직관부를 직접 연결하는 보조 덕트;
    를 포함하고,
    상기 보조 덕트는 상기 전로에서 배출되어 상기 제1 직관부와 상기 곡관부 및 상기 제2 직관를 통과해서 상기 집진기로 공급되는 배가스의 일부를 상기 제1 직관부에서 상기 제2 직관부로 직접 공급하는 것을 특징으로 하는 전로 배가스 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보조 덕트는 일단부가 상기 제1 직관부의 측면을 관통하여 부분적으로 상기 제1 직관부 내에 배치되고, 타단부는 상기 제2 직관부의 측면을 관통하여 부분적으로 상기 제2 직관부 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 전로 배가스 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 보조 덕트의 일단부와 타단부는 상기 제1 직관부와 제2 직관부 내에서 하향 절곡된 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 전로 배가스 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보조 덕트는 단일 또는 복수개로 구비되는 것을 특징으로 하는 전로 배가스 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 직관부의 외주면 둘레를 따라 설치되며 복수의 분사노즐을 구비하는 도관을 더 포함하고,
    상기 복수의 분사노즐을 통해서 상기 도관 내부로 유입된 물을 상기 제2 직관부 내부로 분사하는 것을 특징으로 하는 전로 배가스 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 분사노즐이 설치되는 위치는 상기 보조 덕트가 상기 제2 직관부에 연결되는 위치보다 아래쪽에 위치하는 것을 특징으로 하는 전로 배가스 처리 장치.
KR1020180124521A 2018-10-18 2018-10-18 전로 배가스 처리 장치 KR102082112B1 (ko)

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JP2014240508A (ja) * 2013-06-11 2014-12-25 新日鉄住金エンジニアリング株式会社 乾式冷却装置及びこれを用いた排ガス冷却方法
CN105238904A (zh) * 2015-09-04 2016-01-13 江苏博际喷雾系统有限公司 一种转炉一次烟气基于蒸发冷却的低能耗半干法除尘系统
JP2019113826A (ja) * 2018-09-26 2019-07-11 堺ディスプレイプロダクト株式会社 表示装置および表示装置の製造方法

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