KR102205581B1 - 열교환기를 이용한 니켈 슬래그 처리용 고온 건물 내의 폐열회수 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 니켈 슬래그를 이용하여 슬래그볼을 제조하는 고온의 건물 내의 폐열을 효과적으로 회수하여 재사용할 수 있도록 하는 열교환기를 이용한 니켈 슬래그 처리용 고온 건물 내의 폐열회수 시스템에 관한 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 열교환기를 이용한 니켈 슬래그 처리용 고온 건물 내의 폐열회수 시스템은, 소정 크기의 건물; 상기 건물의 바닥에 설치되면서 상기 슬래그볼을 냉각하는 냉각장치; 상기 건물의 측벽에 설치되면서 상기 건물 내부의 고온 공기와 열교환되어 폐열을 회수하는 복수 개의 제1 열교환기; 상기 건물의 천장에 설치되면서 상기 건물 내부의 고온 공기와 열교환되어 폐열을 회수하는 복수 개의 제2 열교환기; 상기 복수 개의 제2 열교환기를 통해 열교환된 공기 중에 포함된 분진을 포집하는 집진장치; 상기 집진장치에서 집진된 분진에 공정수를 분사하여 슬래그 폐수를 생성하고, 생성된 슬래그 폐수를 배출하여 분진을 제거하는 분진세정장치를 포함하고, 상기 제1, 2 열교환기는, 내부로 냉각수가 공급되는 유로가 구비되어 상기 건물의 내부 공기 온도에 따라 소정 양의 냉각수가 유로를 통해 분사되도록 제어되어 공기와 냉각수에 의해 상기 건물 내부의 고온 공기의 열이 회수되는 것을 특징으로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 열교환기를 이용한 니켈 슬래그 처리용 고온 건물 내의 폐열회수 시스템은, 소정 크기의 건물; 상기 건물의 바닥에 설치되면서 상기 슬래그볼을 냉각하는 냉각장치; 상기 건물의 측벽에 설치되면서 상기 건물 내부의 고온 공기와 열교환되어 폐열을 회수하는 복수 개의 제1 열교환기; 상기 건물의 천장에 설치되면서 상기 건물 내부의 고온 공기와 열교환되어 폐열을 회수하는 복수 개의 제2 열교환기; 상기 복수 개의 제2 열교환기를 통해 열교환된 공기 중에 포함된 분진을 포집하는 집진장치; 상기 집진장치에서 집진된 분진에 공정수를 분사하여 슬래그 폐수를 생성하고, 생성된 슬래그 폐수를 배출하여 분진을 제거하는 분진세정장치를 포함하고, 상기 제1, 2 열교환기는, 내부로 냉각수가 공급되는 유로가 구비되어 상기 건물의 내부 공기 온도에 따라 소정 양의 냉각수가 유로를 통해 분사되도록 제어되어 공기와 냉각수에 의해 상기 건물 내부의 고온 공기의 열이 회수되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 열교환기를 이용한 니켈 슬래그 처리용 고온 건물 내의 폐열회수 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제철 폐기물인 제강 슬래그 또는 니켈 슬래그(이하 '제철 슬래그'로 통칭한다)를 낙하시키면서 블로워에 의해 슬래그볼을 제조하는 야드장과 같이 고온의 열기가 머무르는 건물 내의 폐열을 효과적으로 회수하여 재사용할 수 있도록 하는 열교환기를 이용한 니켈 슬래그 처리용 고온 건물 내의 폐열회수 시스템에 관한 것이다.
철강 산업은 다량의 원료와 에너지를 소비하는 업종으로 제선, 제강, 압연 등의 복잡한 생산 공정을 거치면서 부산물인 제철 슬래그를 다량 발생시키게 된다.
이러한 제철 슬래그는 선철, 고철과 같은 제강원료를 정련하는 전로(Converter Furnace) 또는 전기로(Electric Arc Furnace) 산업 폐기물로서, 이를 활용하지 않고 그대로 폐기시키는 경우 비산먼지, 침출수와 같은 환경문제의 발생은 물론 대규모의 처리장을 확보해야 하는 것에 따른 경제적인 문제 등으로 인하여 이를 활용하기 위한 다양한 연구가 이루어지고 있다.
일반적으로 제철 슬래그는 본질적으로 철보다 가벼운 것이 비중차에 의해 분리된 것이므로 중금속을 거의 함유하지 않고 있어 환경 유해성이 낮으므로 건설 산업용 재료로 사용하고자 하는 연구가 비교적 활발하게 진행되고 있는데, 제강 슬래그는 내부에 유리 산화칼슘(f-CaO)을 함유하고 있어 물과 접촉 시 화학반응을 일으켜 부피가 팽창하므로 도로용 또는 콘크리트용으로 사용될 경우 균열을 발생하게 되며, 이와 같은 경우에는 에이징(Aging)과 같은 후처리공정을 두어 화학적으로 안정화시킨 후 사용하는 방법이 제안되고 있으나, 아직까지 그 신뢰성이 높지 않아 실제의 적용은 많지 않은 실정이다.
그러나 최근에는 고속의 공기를 이용하여 용융상태의 제강 슬래그를 급냉시키는 방법으로 유리 산화칼슘(f-CaO)의 생성량을 제어하는 방법이 개발되어 사용되고 있다.
위와 같은 방법에 의해 생산된 제강 슬래그는 구형화 되었기 때문에 아토마이징 제강 슬래그(ASS, Atomizing Steel Slag)라고도 하고, 급냉공정에 의해 제조되었으므로 급냉 제강슬래그(RCSS, Rapid Cooled Steel Slag)라고도 하는데, 이러한 제강 슬래그는 유리 산화칼슘에 의한 팽창 붕괴의 위험이 적으며, 입형이 구형에 가까운 잔골재 형태를 갖기 때문에 콘크리트용 건설재료로 활용할 경우 볼베어링 효과(Ball Bearing Effect)에 의해 유동성이 증가하는 장점이 있으나, 다른 재료에 비하여 밀도가 높아 재료분리(Segregation)의 가능성이 높기 때문에 특수 용도의 콘크리트 외에는 적용하기가 곤란한 문제점이 있다.
한편, 슬래그볼을 제조하는 공정에서는 대량의 제강 슬래그뿐만 아니라 제강 슬래그의 고온이 저온으로 냉각되면서 많은 열이 발생하고, 따라서 발생된 열을 재활용하기 위해 다양한 기술이 개발되고 있다.
상기와 같은 종래의 기술로는 등록특허공보 제10-1379454호에 폐열 재활용이 가능한 제강 슬래그 아토마이징 처리 시스템(이하 '특허문헌 1'이라 한다)이 개시되어 있다.
상기 특허문헌 1에 개시된 아토마이징 처리 시스템은 용융된 제강 슬래그가 일정량 출탕되면서 공급되어 일정방향으로 낙하시키는 턴디시, 상기 턴디시에서 낙하되는 용융상태의 제강 슬래그를 비산시키는 분사장치, 상기 비산된 제강 슬래그 입자들이 야적되는 슬래그 야적장, 상기 야적된 슬래그 입자들을 외부로 반출시키는 버킷 엘리베이터, 폐열 재활용 장치를 포함하고, 상기 폐열 재활용 장치는 집진 후드, 진공흡입 집진기, 기류압송기, 건조기 및 먼지 제거기가 순차적으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
그러나 상기 기술은 수집된 폐열이 제강 슬래그를 송풍시키는 분사공정에 재투입되어 슬래그볼이 야적되는 슬래그 야적장(야드장)의 온도가 지속적으로 상승되므로 종래의 폐열 재활용 장치를 이용하여 야적장의 폐열을 효율적으로 회수하는 데에는 많은 어려움이 있다.
한편, 또 다른 종래기술로는 등록특허공보 제10-1379459호에 폐열에 의한 습증기 활용구조를 갖춘 제강 슬래그 아토마이징 처리시스템(이하 '특허문헌 2'라 한다)이 개시되어 있다.
상기 특허문헌 2에 개시된 아토마이징 처리시스템은 제철소에서 발생하는 용융상태의 제강 또는 제철 슬래그 폐기물을 재활용하기 위해 처리하는 슬래그 아토마이징 설비에서 제강 슬래그 처리 시 발생하는 폐열을 회수하여 습증기로 활용하는 구조에 관한 것으로서, 그 구성은 비산 슬래그가 야적되는 상부에 위치하여 고온의 폐열부산물을 흡입하는 폐열 흡입후드; 상기 폐열 흡입후드에 의해 흡입된 고온의 폐열부산물을 처리장 외부로 이송시키는 폐열부산물 압송라인; 상기 폐열부산물 압송라인에 의해 압송된 폐열부산물의 미세입자를 침전분리시키는 미세입자 침전조; 상기 미세입자침전조에서 생성된 습증기를 이송시키는 습증기 이송라인 및 상기 습증기 이송라인에 연결되고 상기 폐열 흡입후드로부터 이격된 슬래그 처리장의 상부에 설치되어 상기 이송된 습증기를 처리장 안으로 하향경사방향으로 분출시키는 습증기 압출후드를 포함하여 구성된다.
그러나 특허문헌 2에 개시된 아토마이징 처리시스템은 회수된 폐열로 습증기를 생성하고 생성된 습증기를 슬래볼이 생성되는 야적장에 공급하는 구조이므로 야적장의 온도가 지속적으로 상승하게 되고, 습증기가 야적장에 공급됨에 따라 습기에 의해 슬래그볼의 형상이 균일하지 않으며, 공급된 습증기에 따라 제조된 슬래그볼의 취급이 어려워지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 종래기술이 갖는 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명에서 해소하고자 하는 과제는, 야드장과 같이 고온의 열기가 머무르는 건물 내의 폐열을 효과적으로 회수하여 재사용할 수 있도록 하는 열교환기를 이용한 니켈 슬래그 처리용 고온 건물 내의 폐열회수 시스템을 제공하는 데에 있다.
상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 열교환기를 이용한 니켈 슬래그 처리용 고온 건물 내의 폐열회수 시스템은, 퀀칭장치에 의해 제강 슬래그가 비산되어 형성된 슬래그볼이 낙하되는 소정 크기의 건물; 상기 건물의 바닥에 설치되면서 상기 슬래그볼을 냉각하는 냉각장치; 상기 건물의 측벽에 설치되면서 상기 건물 내부의 고온 공기와 열교환되어 폐열을 회수하는 복수 개의 제1 열교환기; 상기 건물의 천장에 설치되면서 상기 건물 내부의 고온 공기와 열교환되어 폐열을 회수하는 복수 개의 제2 열교환기; 상기 복수 개의 제2 열교환기를 통해 열교환된 공기 중에 포함된 분진을 포집하는 집진장치; 상기 집진장치에서 집진된 분진에 공정수를 분사하여 슬래그 폐수를 생성하고, 생성된 슬래그 폐수를 배출하여 분진을 제거하는 분진세정장치를 포함하고, 상기 제1, 2 열교환기는, 내부로 냉각수가 공급되는 유로가 구비되어 상기 건물의 내부 공기 온도에 따라 소정 양의 냉각수가 유로를 통해 분사되도록 제어되어 공기와 냉각수에 의해 상기 건물 내부의 고온 공기의 열이 회수되는 것을 특징으로 한다.
그리고 본 발명은 상기 제1 열교환기가 수평으로 소정 길이를 가지면서 내부를 통해 공기가 유입되는 하부하우징; 상기 하부하우징의 상부에 소정 거리 이격되어 설치되면서 내부를 통해 공기가 배출되는 상부하우징; 상기 하부하우징과 상부하우징을 연결하면서 공기가 하부에서 상부로 흐르도록 하는 유로가 내부에 형성되는 복수 개의 열교환배관; 상기 하부하우징과 연통되도록 설치되는 공기공급유로; 상기 공기공급유로와 연결되어 상기 공기공급유로의 내부로 공기를 공급하는 송풍기; 및 상기 하부하우징의 내부로 소정 양의 물을 공급하는 물공급유닛을 포함하여 구성되는 것을 또 다른 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 물공급유닛이 상기 하부하우징의 내부를 따라 설치되는 물공급배관; 상기 복수 개의 열교환배관의 위치에 맞추어 상기 물공급배관에 설치되는 복수 개의 물분사노즐; 상기 물공급배관의 내부에 회전 동작 가능하게 설치되는 작동축; 및 상기 물분사노즐의 위치에 맞추어 상기 작동축에 복수 개가 구비되면서 상기 물분사노즐을 선택적으로 가압하여 상기 복수 개의 열교환배관의 내측으로 소정 양의 냉각수를 분사시키는 캠유닛을 포함하여 구성되는 것을 또 다른 특징으로 한다.
이에 더해 본 발명은 상기 물분사노즐이 소정 크기를 가지면서 상기 캠유닛에 의해 선택적으로 유로를 차단 또는 개방하는 노즐부; 상기 캠유닛에 의해 선택적으로 가압되어 상기 노즐부를 승강 동작시키는 가압판; 및 상기 노즐부와 상기 가압판 사이를 연결하면서 외측면에 탄성 스프링이 설치되는 소정 길이의 연결로드를 포함하고, 상기 연결로드의 탄성 스프링에 의해 상기 노즐부가 상시 닫힌 상태로 유지되다가 상기 캠유닛에 의해 일시적으로 유로가 개방되도록 구성되는 것을 또 다른 특징으로 한다.
그리고 본 발명은 상기 건물의 일측에 상기 슬래그볼을 수집함과 동시에 상기 슬래그볼의 열을 회수하는 제3 열교환기가 더 구비되는 것을 또 다른 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 니켈 슬래그를 이용하여 슬래그볼이 제조되는 과정에서 발생된 열이 공기와 냉각수를 이용하여 회수되므로 냉각수가 고온의 열에 의해 순간적으로 기화되어 증발되게 됨에 따라 건물의 열기를 더욱 빠르고 효과적으로 흡수하여 회수할 수 있고, 이에 의해 건물의 온도를 적정의 온도로 유지시킬 수 있음과 동시에 회수되는 폐열을 건조시스템, 발전 시스템 등의 재생에너지로 재사용할 수 있는 장점이 있다.
또한, 냉각수를 열교환배관의 내부로 분사시키는 복수 개의 물분사노즐이 하나의 작동축이 회전 동작되는 것에 의해 기계적으로 제어되므로 제어가 간편하고, 복잡한 제어회로 등이 요구되지 않으므로 고온의 온도조건하에서도 오동작 없이 안정적인 동작이 담보되는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 열교환기를 이용한 니켈 슬래그 처리용 고온 건물 내의 폐열회수 시스템의 전체적인 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 제1 열교환기의 예를 보인 측면도.
도 3은 본 발명에 따른 제1 열교환기의 예를 보인 정면도.
도 4는 본 발명에 따른 열교환배관의 예를 보인 도면.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 물공급유닛의 예를 보인 도면.
도 7은 본 발명에 따른 제2 열교환기의 예를 보인 도면.
도 8은 본 발명에 따른 제3 열교환기의 예를 보인 도면.
도 2는 본 발명에 따른 제1 열교환기의 예를 보인 측면도.
도 3은 본 발명에 따른 제1 열교환기의 예를 보인 정면도.
도 4는 본 발명에 따른 열교환배관의 예를 보인 도면.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 물공급유닛의 예를 보인 도면.
도 7은 본 발명에 따른 제2 열교환기의 예를 보인 도면.
도 8은 본 발명에 따른 제3 열교환기의 예를 보인 도면.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 첨부도면에 따라 상세하게 설명한다.
본 발명은 야드장과 같이 고온의 열기가 머무르는 건물 내의 폐열을 효과적으로 회수하여 재사용할 수 있도록 하는 열교환기를 이용한 니켈 슬래그 처리용 고온 건물 내의 폐열회수 시스템을 제공하고자 하는 것으로, 이러한 본 발명은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 건물(100), 냉각장치(200), 제1 열교환기(300), 제2 열교환기(400), 집진장치(500) 및 분진세정장치(600)를 포함하고, 이들 구성을 이하에서는 설명의 편의를 위해 제강슬래그를 슬래그볼로 제조하는 야드장에 적용되는 예를 들어 설명한다.
건물(100)은 야드장과 같이 퀀칭장치(1)의 송풍기를 통해 발생하는 고압의 공기를 이용하여 슬래그 포트에 수용된 제강 슬래그가 소정 거리 비산되도록 하여 슬래그볼을 제조하기 위한 건물이다.
이러한 건물(100)은 도 1에 도시된 바와 같이 비산되는 슬래그볼이 낙하되는 거리에 대응하여 소정 면적을 가지고, 이러한 건물(100)의 바닥에는 후술되는 냉각장치(200)가 설치되며, 퀀칭장치(1)와 마주하는 내측벽에는 후술되는 제1 열교환기(300)가 설치되고, 천장에는 후술되는 제2 열교환기(400)가 설치된다.
그리고 슬래그볼이 비산되어 낙하하는 위치에 맞추어 일측 바닥에는 슬래그볼의 열(또는 잔열)을 회수하여 적재하도록 하는 제3 열교환기(700)가 설치된다.
또한, 퀀칭장치(1)는 슬래그 포트에 수용된 제강 슬래그의 무게를 검출하는 무게검출부(도시하지 않음)와, 노즐부(도면부호 없음)에서 분사되는 공기의 풍속, 풍압 및 노즐각도를 제어하는 노즐제어부(도시하지 않음)를 포함하여 구성될 수 있다.
이때 노즐제어부는 슬래그 포트 내부의 제강 슬래그 온도, 무게 및 제강 슬래그의 낙하량에 근거하여 노즐에서 분사되는 공기의 풍속, 풍압 및 풍향을 조절하여 슬래그볼의 구형입자 크기를 조절하는 기능을 수행한다.
또한, 노즐부는 슬래그 포트에서 낙하되는 제강 슬래그의 위치에 따라 전진 및 후진 가능한 이동식으로 구성될 수 있다.
냉각장치(200)는 건물(100)의 내측 바닥에 설치되며, 비산되어 소정 위치에 낙하된 슬래그볼을 냉각시키는 구성이다.
이러한 냉각장치(200)는 도 2에 도시된 바와 같이 사행상의 유로를 가지도록 바닥의 내부에 배관(도면부호 없음)이 설치되고, 상기 배관의 내부로 냉각수 또는 공기 등의 열매체가 공급되도록 구성된다.
이때 열매체로서 냉각수가 사용되는 경우에는 냉각수공급라인과 물탱크가 설치되고, 열매체로서 공기가 사용되는 경우에는 일측에 송풍기가 설치된다.
제1 열교환기(300)는 건물(100)의 내부 측벽에 설치되어 건물(100)의 고온 열을 물과 냉각수를 이용하여 열 교환하여 건물(100)을 적정 온도로 유지시킴과 동시에 폐열을 회수하여 재사용할 수 있도록 하는 구성이다.
이러한 제1 열교환기(300)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 수평으로 소정 길이를 가지면서 내부를 통해 공기가 유입되는 하부하우징(310)과, 상기 하부하우징(310)의 상부에 소정 거리 이격되어 설치되면서 내부를 통해 공기가 배출되는 상부하우징(320)과, 상기 하부하우징(310)과 상부하우징(320)을 연결하면서 공기가 하부에서 상부로 흐르도록 하는 유로가 내부에 형성되는 복수 개의 열교환배관(330)과, 상기 하부하우징(310)과 연통되도록 설치되는 공기공급유로(340)와, 상기 공기공급유로(340)와 연결되어 공기공급유로(340)의 내부로 공기를 공급하는 송풍기(350) 및 상기 하부하우징(310)의 내부로 소정 양의 물을 공급하는 물공급유닛(360)을 포함한다.
이때 하부하우징(310)과 상부하우징(320)은 서로 마주하는 일측면이 서로 대칭으로 경사지게 형성되고, 이에 의해 비산되는 슬래그볼이 열교환배관(330)에 직접 부딪치더라도 경사면을 따라 자연스럽게 건물(100)의 일측 바닥으로 떨어져 수집되게 된다.
그리고 열교환배관(330)의 양단에는 도 4에 도시된 바와 같이 양단이 하부하우징(310)과 상부하우징(320)의 경사면에 맞추어 소정 각도로 경사지는 결합플랜지(331)가 구비되고, 이러한 결합플랜지(331)에는 경사진 방향과 동일한 방향으로 길이를 가지는 복수 개의 장공(H)이 형성되며, 이러한 장공(H)에 볼트가 조립되어 하부하우징(310)과 상부하우징(320)에 강건하게 조립되게 된다.
이에 의해 건물(100)의 고온 열과 슬래그볼에 의한 충격으로 인해 열교환배관(330)이 변형되더라도 해당 열교환배관(330)만을 따로 분리하여 쉽게 교체할 수 있게 된다.
이에 더해 열교환배관(330)에는 소정 간격을 두고 건물(100)의 공기가 열교환배관(330)의 내측면과 접촉되면서 사행상으로 흐르도록 하는 복수 개의 배플(332)이 설치되고, 이러한 배플(332)은 얇은 판재로 이루어지면서 열교환배관(330)이 배열된 위치에 맞추어 복수 개의 구멍이 형성된 것으로 이루어진다.
상기와 같은 배플(332)에 의해 건물(100)의 공기가 하부에서 상부로 흘러 열교환될 때 공기가 사행상으로 흐르게 되면서 열교환배관(330)의 외측면과 더욱 오랫동안 접촉되게 되고, 이에 의해 열교환 성능이 더욱 향상되게 된다.
또한, 물공급유닛(360)은 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 하부하우징(310)의 내부를 따라 설치되는 물공급배관(361)과, 복수 개의 열교환배관(330)의 위치에 맞추어 물공급배관(361)에 설치되는 복수 개의 물분사노즐(362)과, 상기 물공급배관(361)의 내부에 회전 동작 가능하게 설치되는 작동축(363) 및 상기 물분사노즐(362)의 위치에 맞추어 작동축(363)에 복수 개가 구비되면서 물분사노즐(362)을 선택적으로 가압하여 복수 개의 열교환배관(330)의 내측으로 소정 양의 냉각수를 분사시키는 캠유닛(364)을 포함한다.
이때 복수 개의 물공급배관(361)에는 도 2에 도시된 바와 같이 제어밸브(V)가 각각 설치되고, 이러한 제어밸브(V)에 의해 복수 개의 물공급배관(361) 중에서 선택된 배관으로 냉각수를 공급할 수 있게 되며, 이러한 제어밸브(V)는 건물(100)의 외측에 소정 거리 이격되어 건물(100)의 고온 열에 의해 오동작이 발생하지 않도록 구성된다.
또한, 물공급배관(361)과 냉각수 저장탱크(도시하지 않음) 사이를 연결하는 유로에는 한 쌍의 펌프(도면부호 없음)가 설치되고, 제어기(도시하지 않음)는 한 쌍의 펌프 중에서 선택된 어느 하나의 펌프가 소정 시간 동안 동작되고 나면, 다른 하나의 펌프가 동작되도록 하면서 한 쌍의 펌프가 교대로 동작되도록 제어하게 되고, 이에 의해 펌프의 과열이 방지되면서 펌프의 사용수명이 크게 연장됨과 동시에 냉각수를 안정적으로 공급할 수 있게 된다.
이에 더해 물분사노즐(362)은 도 6에 도시된 바와 같이 소정 크기를 가지면서 캠유닛(364)에 의해 선택적으로 유로를 차단 또는 개방하는 노즐부(362A)와, 상기 캠유닛(364)에 의해 선택적으로 가압되어 노즐부(362A)를 승강 동작시키는 가압판(362C) 및 상기 노즐부(362A)와 가압판(362C) 사이를 연결하면서 외측면에 탄성 스프링이 설치되는 소정 길이의 연결로드(362B)를 포함하고, 이에 의해 연결로드(362B)의 탄성 스프링에 의해 노즐부(362A)가 상시 닫힌 상태로 유지되다가 캠유닛(364)에 의해 가압판(362C)이 일시적으로 가압되게 되면서 노즐부(362A)가 상승되어 유로가 개방되게 된다.
상기와 같은 구성에 의해 작동축(363)이 회전 동작되게 되면 복수 개의 캠유닛(364)에 의해 가압판(362C)이 동시에 가압되면서 복수 개의 노즐부(362A)가 동시에 개방되게 되고, 이에 의해 물공급배관(361)을 따라 소정 양의 냉각수가 순간적으로 열교환배관(330)의 내부로 분사되며, 그 결과 열교환배관(330)의 내부로 분사된 냉각수가 주변의 고온 열을 순간적으로 흡수하여 기화되면서 건물(100)의 온도를 더욱 빠르게 낮출 수 있게 된다.
제2 열교환기(400)는 건물(100)의 천장에 설치되어 제1 열교환기(300)와 같이 건물(100) 내부의 고온 공기와 열 교환을 하여 폐열을 흡수하는 구성이다.
이러한 제2 열교환기(400)는 도 7에 도시된 바와 같이 하부가 개방된 소정 크기를 가지는 집진후드(410)와, 상기 집진후드(410)의 내부에 엇갈리도록 복층의 구조로 설치되는 복수 개의 열교환모듈(420)과, 상기 집진후드(410)의 상부에 설치되어 상기 복수 개의 열교환모듈(420)을 통과하여 열 교환된 공기가 배출되는 배기관(430)을 포함한다.
이때 열교환모듈(420)은 각각 제1 열교환기(300)와 동일한 구조로 이루어지면서 천장을 따라 수평 방향으로 설치되게 된다.
그리고 배기관(430)에는 후술되는 집진장치(500)로 열 교환된 공기를 공급하는 집진라인(440)이 연결된다.
상기와 같은 제2 열교환기(400)의 구성에 의해 건물(100) 내부의 고온 공기가 기류에 의해 상승되면서 자연스럽게 복수 개의 열교환모듈(420)을 통과한 다음, 배기관(430)을 통해 집진장치(500)로 흐르게 되고, 이때 고온의 공기는 복수 개의 열교환모듈(420)에 설치된 복수 개의 열교환배관 사이를 통과하면서 열교환배관 내부의 공기 및 냉각수에 의해 빠르게 열 교환된 다음, 집진장치(500) 쪽으로 배출되게 된다.
집진장치(500)는 건물(100) 내부에서 배출되는 공기 중의 분진 등을 포집하는 구성이다.
이러한 집진장치(500)는 건물(100)의 상부에 설치된 제2 열교환기(400)를 통해 열교환되어 배출되는 공기를 분진의 무게에 따라 분리하는 사이클론집진기로 구성된다. 이때 제2 열교환기(400)의 배기관(430)과 집진장치(500)는 서로 덕트 등의 배관을 통해 연결된다.
그리고 사이클론 구조의 집진장치(500)는 흡인된 분진을 이송 받아 상대적으로 무거운 분진은 침강시켜 제거되고, 상대적으로 가벼운 입자의 분진은 후술되는 분진세정장치(600)로 공급되도록 구성된다.
분진세정장치(600)는 집진장치(500)에서 공급되는 분진에 공정수(PW, process water)를 분사하여 미세분진을 제거하는 구성이다.
이때 포집된 분진에는 산화칼슘(CaO)이 다량 포함되어 있고, 따라서 분진세정장치(600)에는 분진에 포함된 산화칼슘을 공정수(H2O)와 반응시켜 수산화칼슘(Ca(OH)2)을 포함하며, 이에 의해 슬래그 폐수가 생성되게 된다.
즉, 포집된 고체상태의 산화칼슘 분진이 분진세정장치(600) 내부에서 공정수(물)와 화학 반응을 하면서 분진이 세정되게 된다.
그리고 슬래그 폐수는 별도의 수처리 장치(도시하지 않음)를 이용하여 슬래그 폐수에 포함된 수산화칼슘을 이산화탄소와 반응시켜 탄산칼슘 슬러리와 물을 생성하고, 이렇게 생성된 탄산칼슘 슬러리가 최종 배출되도록 구성될 수 있다.
제3 열교환기(700)는 건물(100)의 내부에서 제조된 슬래그볼의 열을 회수함과 동시에 슬래그볼을 따로 이송하여 적재하기 위한 구성이다.
이러한 제3 열교환기(700)는 도 8에 도시된 바와 같이 건물(100)의 일측에 소정 깊이를 가지도록 형성되는 본체(710)와, 상기 본체(710)에 상하로 소정 거리 이격되어 설치되는 복수 개의 열교환기(720)와, 상기 열교환기(720)의 내부로 고압의 공기를 공급하는 송풍기(730)와, 상기 열교환기(720)를 거쳐 열 회수된 슬래그볼을 수집하여 스크루 이송구조에 의해 한 쪽으로 이송하는 이송유닛(740) 및 상기 이송유닛(740)을 통해 이송된 슬래그볼을 수집하여 적재하는 소정 크기의 적재부(750)를 포함한다.
이때 위에서는 송풍기(730)를 이용하여 고압의 공기가 복수 개의 열교환기(720)의 내부로 공급되도록 구성되는 것으로 설명되었으나, 이와 달리 냉각수가 공급되도록 펌프가 설치되는 것으로 변경되어도 무방하다.
그리고 복수 개의 열교환기(720)에 의해 회수된 폐열은 발전기 등으로 공급되어 재사용되도록 구성된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 열교환기를 이용한 니켈 슬래그 처리용 고온 건물 내의 폐열회수 시스템은 슬래그 볼이 제조되는 과정에서 발생된 열이 공기와 냉각수를 이용하여 회수되므로 냉각수가 고온의 열에 의해 순간적으로 기화되어 증발되게 됨에 따라 건물의 열기를 더욱 빠르고 효과적으로 흡수하여 회수할 수 있고, 이에 의해 건물의 온도를 적정의 온도로 유지시킬 수 있음과 동시에 회수되는 폐열을 건조시스템, 발전 시스템 등의 재생에너지로 재사용할 수 있다.
위에서는 설명의 편의를 위해 바람직한 실시예를 도시한 도면과 도면에 나타난 구성에 도면부호와 명칭을 부여하여 설명하였으나, 이는 본 발명에 따른 하나의 실시예로서 도면상에 나타난 형상과 부여된 명칭에 국한되어 그 권리범위가 해석되어서는 안 될 것이며, 발명의 설명으로부터 예측 가능한 다양한 형상으로의 변경과 동일한 작용을 하는 구성으로의 단순 치환은 통상의 기술자가 용이하게 실시하기 위해 변경 가능한 범위 내에 있음은 지극히 자명하다고 볼 것이다.
1: 퀀칭장치 100: 건물
200: 냉각장치 300: 제1 열교환기
310: 하부하우징 320: 상부하우징
330: 열교환배관 331: 결합플랜지
332: 배플 340: 공기공급유로
350: 송풍기 360: 물공급유닛
361: 물공급배관 362: 물분사노즐
362A: 노즐부 362B: 연결로드
362C: 가압판 363: 작동축
364: 캠유닛 400: 제2 열교환기
410: 커버하우징 420: 열교환모듈
430: 배기관 440: 집진라인
500: 집진장치 600: 분진세정장치
700: 제3 열교환기 710: 본체
720: 열교환모듈 730: 송풍기
740: 이송유닛 750: 적재부
H: 장공 V: 제어밸브
200: 냉각장치 300: 제1 열교환기
310: 하부하우징 320: 상부하우징
330: 열교환배관 331: 결합플랜지
332: 배플 340: 공기공급유로
350: 송풍기 360: 물공급유닛
361: 물공급배관 362: 물분사노즐
362A: 노즐부 362B: 연결로드
362C: 가압판 363: 작동축
364: 캠유닛 400: 제2 열교환기
410: 커버하우징 420: 열교환모듈
430: 배기관 440: 집진라인
500: 집진장치 600: 분진세정장치
700: 제3 열교환기 710: 본체
720: 열교환모듈 730: 송풍기
740: 이송유닛 750: 적재부
H: 장공 V: 제어밸브
Claims (5)
- 퀀칭장치(1)에 의해 제강 슬래그가 비산되어 형성된 슬래그볼이 낙하되는 소정 크기의 건물(100);
상기 건물(100)의 바닥에 설치되면서 상기 슬래그볼을 냉각하는 냉각장치(200);
상기 건물(100)의 측벽에 설치되면서 상기 건물(100) 내부의 고온 공기와 열교환되어 폐열을 회수하는 복수 개의 제1 열교환기(300);
상기 건물(100)의 천장에 설치되면서 상기 건물(100) 내부의 고온 공기와 열교환되어 폐열을 회수하는 복수 개의 제2 열교환기(400);
상기 복수 개의 제2 열교환기(400)를 통해 열교환된 공기 중에 포함된 분진을 포집하는 집진장치(500);
상기 집진장치(500)에서 집진된 분진에 공정수(PW, process water)를 분사하여 슬래그 폐수를 생성하고, 생성된 슬래그 폐수를 배출하여 분진을 제거하는 분진세정장치(600);
를 포함하고,
상기 제1, 2 열교환기(300, 400)는,
내부로 냉각수가 공급되는 유로가 구비되어 상기 건물(100)의 내부 공기 온도에 따라 소정 양의 냉각수가 유로를 통해 분사되도록 제어되어 공기와 냉각수에 의해 상기 건물(100) 내부의 고온 공기의 열이 회수되도록 구성되며,
상기 제1 열교환기(300)는,
수평으로 소정 길이를 가지면서 내부를 통해 공기가 유입되는 하부하우징(310);
상기 하부하우징(310)의 상부에 소정 거리 이격되어 설치되면서 내부를 통해 공기가 배출되는 상부하우징(320);
상기 하부하우징(310)과 상부하우징(320)을 연결하면서 공기가 하부에서 상부로 흐르도록 하는 유로가 내부에 형성되는 복수 개의 열교환배관(330);
상기 하부하우징(310)과 연통되도록 설치되는 공기공급유로(340);
상기 공기공급유로(340)와 연결되어 상기 공기공급유로(340)의 내부로 공기를 공급하는 송풍기(350); 및
상기 하부하우징(310)의 내부로 소정 양의 물을 공급하는 물공급유닛(360);
을 포함하여 구성되고,
상기 물공급유닛(360)은,
상기 하부하우징(310)의 내부를 따라 설치되는 물공급배관(361);
상기 복수 개의 열교환배관(330)의 위치에 맞추어 상기 물공급배관(361)에 설치되는 복수 개의 물분사노즐(362);
상기 물공급배관(361)의 내부에 회전 동작 가능하게 설치되는 작동축(363); 및
상기 물분사노즐(362)의 위치에 맞추어 상기 작동축(363)에 복수 개가 구비되면서 상기 물분사노즐(362)을 선택적으로 가압하여 상기 복수 개의 열교환배관(330)의 내측으로 소정 양의 냉각수를 분사시키는 캠유닛(364);
을 포함하여 구성되며,
상기 하부하우징(310)과 상기 상부하우징(320)은,
서로 마주하는 일측면이 서로 대칭으로 경사지게 형성되어, 비산되는 슬래그볼이 상기 열교환배관(330)에 직접 부딪치더라도 경사면을 따라 자연스럽게 상기 건물(100)의 일측 바닥으로 떨어져 수집될 수 있도록 구성되고,
상기 열교환배관(330)의 양단에는,
상기 하부하우징(310)과 상기 상부하우징(320)의 경사면에 맞추어 소정 각도로 경사지는 결합플랜지(331)가 구비되며,
상기 결합플랜지(331)에는,
경사진 방향과 동일한 방향으로 길이를 가지는 복수 개의 장공(H)이 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기를 이용한 니켈 슬래그 처리용 고온 건물 내의 폐열회수 시스템.
- 삭제
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 물분사노즐(362)은,
소정 크기를 가지면서 상기 캠유닛(364)에 의해 선택적으로 유로를 차단 또는 개방하는 노즐부(362A);
상기 캠유닛(364)에 의해 선택적으로 가압되어 상기 노즐부(362A)를 승강 동작시키는 가압판(362C); 및
상기 노즐부(362A)와 상기 가압판(362C) 사이를 연결하면서 외측면에 탄성 스프링이 설치되는 소정 길이의 연결로드(362B);
를 포함하고,
상기 연결로드(362B)의 탄성 스프링에 의해 상기 노즐부(362A)가 상시 닫힌 상태로 유지되다가 상기 캠유닛(364)에 의해 일시적으로 유로가 개방되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 열교환기를 이용한 니켈 슬래그 처리용 고온 건물 내의 폐열회수 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 건물(100)의 일측에는,
상기 슬래그볼을 수집함과 동시에 상기 슬래그볼의 열을 회수하는 제3 열교환기(700)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 열교환기를 이용한 니켈 슬래그 처리용 고온 건물 내의 폐열회수 시스템.
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| KR1020180073261A KR102205581B1 (ko) | 2018-06-26 | 2018-06-26 | 열교환기를 이용한 니켈 슬래그 처리용 고온 건물 내의 폐열회수 시스템 |
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| JP2012131656A (ja) * | 2010-12-20 | 2012-07-12 | Kobe Steel Ltd | 高炉スラグ顕熱回収装置 |
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| KR101159595B1 (ko) * | 2010-10-27 | 2012-06-27 | 현대제철 주식회사 | 고로슬래그용 폐열 회수장치 |
| KR101379454B1 (ko) | 2012-07-12 | 2014-03-31 | 주식회사 에코마이스터 | 폐열 재활용이 가능한 제강 슬래그 아토마이징 처리시스템 |
| KR101379459B1 (ko) | 2012-07-18 | 2014-03-31 | 주식회사 에코마이스터 | 폐열에 의한 습증기 활용구조를 갖춘 제강 슬래그 아토마이징 처리시스템 |
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| JP2012131656A (ja) * | 2010-12-20 | 2012-07-12 | Kobe Steel Ltd | 高炉スラグ顕熱回収装置 |
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