KR102211758B1 - 과립 장치를 위한 증기 응축 타워 - Google Patents

과립 장치를 위한 증기 응축 타워 Download PDF

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Abstract

본 발명은 야금 플랜트에서 생산된 용융물을 과립하기 위한 과립 장치(10)를 제공한다.
상기 장치는 증기 응축 시스템 및 상기 응축 타워로부터 선택적으로 가스와 증기를 배출하는 배기 장치(60);를 포함하는 증기 응축 타워(30);를 포함하고, 과량의 증기를 응축하고, 대기 상으로 가스를 배출하는, 물 분무 장치(40); 상기 물 분무 장치 위에 응축 타워의 상부 영역(44)과 통하도록 배치되며 상기 배기 장치(60)에 포함된 유입구(62) 및 상기 응축 타워(30)로부터 증기와 가스를 배출하고 응축하도록 배치된 배출구를 포함한다.

Description

과립 장치를 위한 증기 응축 타워{Steam condensation tower for a granulation installation}
본 발명은 용융된 재료, 특히 용광로의 슬래그와 같은 금속 용융물을 위한 과립 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 장치의 사용을 위한 개선된 증기 응축 타워의 형태에 관한 것이다.
최신 과립 장치의 예시는, 특히 용광로의 슬래그를 위한 것은, 도 2에 도시되었으며, 그것은 선행 문헌인 “INBA® Slag granulation system - Environmental process control, Iron&Steel Technology, issue April 2005”의 한 부분이다. 도 2에서 도시한 바와 같이, 이런 종류의 장치는 전형적으로 하기와 같이 구성된다: 과립 물을 유동하는 용융물(예를 들어 러너 팁으로부터 받은 슬래그)로 분사하는 물 분사 장치(블로잉 박스로도 불리는). 그렇게 함으로써, 용융물의 과립은 달성된다. 상기 장치는 더욱이 과립 물과 과립화된 물질을 수집하고, 물 분사 장치 하부에서 큰 부피의 물 속에 있는 과립을 냉각하는 과립 탱크를 포함한다. 증기 응축 타워는 일반적으로 상단 덮개에 의해 폐쇄된 원통형 구조를 갖고 있으며, 과립 탱크에서 생성된 증기를 수집하고 응축을 하도록 과립 탱크 위에 있다. 사실, 용융물의 고온과 요구되는 많은 양의 급냉용 물 때문에, 상당한 양의 증기도 일반적으로 도 2에 도시한 장치에 의해 생산된다. 증기의 단순한 대기로 배출에 의한 오염을 방지하기 위해, 증기 응축 타워는 증기 응축 시스템을 포함하고, 이는 일반적인 역류 타입이다. 상기 증기 응축 시스템은 증기 응축 타워 안에서 상승하는 증기 안으로 물방울을 분무하는 물 분무 장치를 포함하고, 분무된 응축 물방울과 응축 증기를 수집하는 물 분무 장치 하부에 위치하는 물 수집 장치를 포함한다.
야금 공정에서 용융물의 생산은 일반적으로 순환적이고, 생산된 유속의 측면에서 상당한 변동에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 용광로에서 태핑(tapping) 수행 중, 슬래그의 유속은 일정하지 않다. 이것은 태핑(tapping) 수행 동안의 평균 슬래그 유속의 4배 보다 많을 수 있는 피크 값을 나타낸다. 상기 피크는 짧은 시간, 예를 들어 몇 분 동안, 가끔 또는 정기적으로 발생한다. 이것은 일반적인 최신 기술의 물 기반의 과립 장치를 따르고, 들어오는 슬래그에 의한 들어오는 열 유속에 중요한 변동이 있으며, 따라서, 증기의 양의 동등한 변동은 시간이 지남에 따라 생성된다. 장치 크기와 가격 사이에서 적당한 타협점을 찾기 위하여, 피크 슬래그 유동이 진행되는 동안에 아마도 가동될 수 있는 모든 증기 유동을 제어하도록 증기 응축 용량은 설계되지 않았다. 대기에 과도한 증기를 배출하기 위해, 이러한 경우에서 과압 해제 플랩(flaps)이(도 2에 도시 된 상부 커버와 같이) 열릴 수 있다.
다만, 실제로 이러한 과압 플랩은 과잉 용융물 유속에서 항상 안정적으로 열리지는 않는 것으로 관측되었다. 과압 플랩을 통해 떠나는 것으로 증기는 부분적으로 차단되는 것이 이론화되었다. 왜냐하면 다른 것 사이에서, 물 분사 장치에 의해 물의 “커튼”으로 형성된 “배리어”는 지속적으로 생산되기 때문이다. 만약, 고 증기 속도에서, 물 수집 장치에 의해 형성되는 증기 유동에 대한 저항이 있을 수 있다. 따라서, 과량의 증기는 타워 내부에 남아 있고, 이어서 과압이 발생된다. 이것은 과립 탱크의 입구에서, 응축 타워의 하부에서 증기 입구 부분의 역류가 발생할 수 있다. 내부 후드는 특히 외부로부터 내부의 분리가 예상되고, 따라서 타워에 들어가는 불필요한 공기를 피하고, 또한 타워 밖으로 분출되는 증기를 방지한다.
이러한 증기의 역류가 적어도 주조장(casthouse)의 나쁜 가시성을 나타낼 수 있고, 그것은 분명히 운영 인력에 대한 심각한 안전 위험이 된다. 더욱 부정적으로는, 증기가 슬래그 러너 입구(spout) 내의 액체 용융물과 접촉할 때, 내부 후드를 통해 뒤로 불어오는 증기는 저밀도 슬래그 입자(소위 “팝콘”이라 불리는)를 상당하게 발생시킬 수 있다. 이러한 뜨거운 입자는, 주조장에 투사 할 때 훨씬 더 심각한 안전 위험을 생성한다.
선행특허 WO 2012/079797은 이 문제를 잘 설명하고 있다. 그리고 선택적으로 과량의 증기를 스택(stack)을 통해 대기 중으로 배출하는 것을 제안한다. 이 스택은 응축 타워의 하부 영역과 통하는 유입구 및 응축 타워의 밑에서 증기를 대기로 배출하도록 배치된 배출구를 갖는다. 더욱이, 스택은 스택을 통해 선택적인 증기의 배출을 위한 폐쇄(obturator) 장치를 포함한다.
선행특허 EP 0 573 769 A1은 다음과 같은 내용을 개시한다. 증기 혼합물과 오염된 공기의 공정은 먼저 응축 타워에 상승 유동으로 보내지고, 그 다음, 상기 혼합물은 부분 진공 상태로 유지된 내부로 하강하며 흐른다. 알칼리 수용액은 상기 하강 유동으로 병렬 유동으로 분무되고, 제염된 응축되지 않은 가스는 상기 내부를 부분 진공으로 유지하고 생성하는 강압적이고 가변적인 증기로 인해 내부로부터 벗어난다. 상기 공정의 구현을 위한 장치도 기술되어있다.
따라서, 본 발명의 첫 번째 목적은 비교적 낮은 추가 비용으로 종래의 과립 플랜트의 설계와 견줄만한, 과량의 증기가 최대 유속에서 과립이 진행되는 동안의 과량의 증기를 신뢰성 있게 배출하는 것을 가능하게 하는 증기 응축 타워를 제공하는 것이다. 상기 목적은 청구항 제1항과 같은 증기 응축 타워와 장치에 의해 달성된다.
본 발명의 또 다른 목적은 설치와 가동 비용의 절감을 가능하게 하는 응축 타워를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
용융물(14)의 흐름으로 과립 물(granulation water)을 분사하고, 그것에 의해 상기 용융물이 과립화되기 위한 물 분사 장치(20);
상기 과립 물과 과립화된 물질을 수집하기 위한 과립 탱크(18);
상기 과립 탱크(18) 상부에 위치하고, 상기 과립 탱크(18)에서 발생된 증기를 수집하기 위한 증기 응축 타워(30);를 포함하고,
상기 증기 응축 타워(30)는 상부 커버(34)를 갖는 외부 쉘(32) 및
물방울을 상기 증기 응축 타워(30)로 분무하기 위한 물 분무 장치(40), 및
상기 증기 응축 타워(30) 내 상기 물 분무 장치(40) 하부에 위치하여 분무된 물방울과 응축된 증기를 수집하기 위한 물 수집 장치(42);를 포함하는 증기 응축 시스템;을 포함하며,
상기 수집 장치(42)는 상기 타워를 증기를 응축할 수 있는 상부 영역(44) 및 증기가 상기 과립 탱크(18)에서 상기 상부 영역(44)으로 상승할 수 있는 하부 영역(46)으로 나누고,
상기 타워(30)로부터 선택적으로 가스 및 증기를 배출하고, 과량의 증기를 응축 및 가스를 대기로 배출하기 위한 배기 장치(60)를 포함하며,
상기 배기 장치(60)는 물 분무 장치(40) 위 상기 응축 타워(30)의 상부 영역(44)과 통하도록 배치된 유입구(62) 및 상기 응축 타워(30)로부터 증기를 배출 및 응축하고 가스를 배출하도록 배치된 배출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 야금 플랜트에서 생성된 용융물을 과립화하기 위한 과립 장치(10)를 제공한다.
본 발명은 물 기반의 과립 장치(10) 가동의 안정성에 있어 영향력 있는 향상을 가능하게 할 뿐만 아니라, 특히 용광로 슬래그를 위하는 것에도 적용됨이 이해될 것이다. 추가적으로, 본 발명은 감소된 응축 용량 및 이로 인한 더 낮은 자본과 가동 비용에서 신뢰성 있는 가동을 허용한다. 사실, 용광로 슬래그 과립 장치의 경우, 제안된 배기 장치(60); 60’은 신뢰성 있게 슬래그의 흐름이 25 % 까지 향상됨에 따르는 과량의 증기를 처리할 수 있는 역량이 있으며, 상기 제안된 배기 장치를 포함하는 과립 장치(10)가 예측된다. 이것은 예를 들면 8 t/min(133.33kg/s)의 최대 슬래그 유속을 조절하도록 설계된 응축 용량을 갖는 시스템에서 슬래그의 대략 +2 t/min(83.33kg/s) 유속 향상을 나타낼 수 있다.
본 발명의 추가적인 세부 사항 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 제한하지 않는 실시 예들의 상세한 설명으로 명백해 질 것이다:
도 1은 본 발명에 따른 증기 응측 타워에 장착된 과립 장치의 일 실시 예에 대한 개략도이고;
도 2는 종래 공지된 과립 장치를 도시한다.
동일한 참조 부호들은 구조적 또는 기능적으로 유사한 요소를 식별하기 위해 도면 전체에서 사용된다.
본 발명은 일반적으로 과립 장치 및 청구항 제1항의 부분의 사전 특징을 갖는 응축 타워에 관한 것이다.
상기 언급한 문제를 극복하기 위해서, 본 발명은 선택적으로 배출하고, 응축 타워로부터 나온 과량의 증기를 응축하는 배기 장치를 제안한다. 본 발명에 따른 배기 장치는 물 분무 장치 위에 응축 타워의 상부 영역과 통하도록 배치된 유입구를 갖고, 전체적으로 응축된 증기를 내보내도록 배치된 배출구를 갖는다. 선행특허 WO 2012/079797 A1의 장치와는 반대로, 본 발명의 배기 장치는 응축 타워로부터 과량의 증기와 수증기를 배출할 뿐만 아니라, 환경에 영향을 끼치는 것을 감소하기 위해 배출된 증기와 수증기를 응축한다. 실제로 상기 증기는 H2S와 같은 황 화합물을 포함할 수 있고, 본 발명의 물 내에서 용해될 수 있다.
슬래그의 과립이 진행되는 동안, 수소 가스는 일부 상황 하에서 형성될 수 있는 것이 밝혀졌다. 실제로, 뜨거운 액체 슬래그는 철 등을 포함할 수 있고, 뜨거운 철이 포함된 슬래그와 접촉하면, 물 분자는 수소와 산소로 분해될 수 있다. 상기 수소는 극도로 폭발적이고, 응축 타워는 기본적으로 기밀하기 때문에, 수소 가스는 공기보다 가벼워 상부 영역으로 모여 있을 수 있다. 특정 상황 하에서, 상기 혼합물은 점화하고, 폭발하거나 화재가 발생할 수 있다. 과립이 진행될 동안 수소 생산량의 계산 값은 약 0.5 m3/min 내지 8 m3/min 일 수 있고, 슬래그의 철 함량과 생산된 과립의 직경에 의존한다.
선행특허 WO 2012/079797 A1에 기술한 장치는 어떤 경우에 화재나 폭발의 위험을 제거하는 것이 적절하지 않을 수 있고, 때문에 스택의 유입구는 응축 타워의 하부 영역에 위치해 있으며, 수소 가스는 공기보다 가벼워 불가피하게 응축 타워의 상부 영역에 모여, WO 2012/079797 A1에 기술한 장치로는 배출될 수 없다.
EP 0 573 769 A1에 기술한 장치의 사실도 같고, 때문에 응축되지 않은 가스들은 응축 타워의 하부 영역으로부터 배출된다. 극도로 가벼운 수소 가스는 응축 타워의 상부에 모일 수 있고, 그러므로 배기 장치가 물 분무 장치의 아래 부분인, 응축 타워의 매우 낮은 하부에 위치하면 효과적으로 배출되지 못한다. 더욱이, 본 발명의 응축 타워는 인클로저(enclosure)가 필요 없다. 상기 인클로저는 응축 타워 내부에 구비되어 부분 진공 하에서 유지되며, 물 분무 장치에 의해 응축되는 동안 하강하는 가스 유동이 발생한다. 본 발명에 따른 응축 타워는 그러므로 저렴하고 더욱 신뢰성 있다.
본 발명에 따른 장치는 배기 장치가 사용되지 않을 때 타워의 성능을 저하시키지 않는다. 실제로, EP 0 573 769 A1에 기술한 장치와 대조적으로, 타워와 이것의 냉각/응축 용량은 불가피하게 물 분무 장치와 물 수집 장치가 가동하는 표면 및 부피를 감소하는 타워 내부로 설치된 큰 장치로 인해 저하되지 않는다. 상기 기술한 배기 장치를 포함하는, 타워의 효율적 부피는 배가 장치가 타워의 쉘 바깥으로 설치되기 때문에 영향을 받지 않는다. 심지어 장치가 내부로 설치된다 하더라도, 물 분무 장치와 노즐들의 위에 위치하기 때문에 물 분무 장치의 응축 성능에 영향을 주지 못한다.
배기 장치는 그러므로 특히 응축 타워를 개조하거나, 용이하게 현존하는 슬래그 과립 플랜트에서 과립 용량을 향상시키는 것에 유용하다.
원하거나 필요한 것에 따라 선택적인 배출을 허용하기 위해, 배기 장치는 바람직하게 배기 장치를 통과하는 증기 및/또는 가스의 유속을 제어하는 어느 적절한 장치에 장착될 수 있다.
바람직하게는, 배기 장치는 진공 펌프 및 특히 벤튜리 효과에 의해 진공을 형성하는 이덕터(educator)-제트 펌프를 포함한다. 상기 이덕터-제트 펌프는 움직이는 유체의 압력 에너지를 속도 에너지로 변환하는 수렴-발산 노즐의 벤튜리 효과를 이용하여, 흡입되고 흡입된 유체를 동반하는 저압 영역을 형성하는 펌프이다. 분사기의 목을 통과한 후, 혼합 유체는 팽창하고 속도는 감소된다. 그 결과 속도 에너지를 압력 에너지로 변환한 재압축한 혼합 유체가 나타난다. 특히 이 경우, 움직이는 유체는 물이고 수반된 흡입된 유체는 증기 및/또는 증기와 수소 가스의 혼합물일 수 있다. 펌프가 가동하는 동안, 배출된 증기는 응축되고 펌프를 구동하는 물과 혼합된다. 어느 증기에 포함된 황 화합물은 더욱이 물 속에서 용해 및 중화될 수 있다. 계산은 1 톤의 증기에 포함된 H2S를 용해하기 위해 약 385 L의 물이 필요하고, 1 톤의 증기에 포함된 SO2를 완전하게 용해하기 위해서 약 142 L의 물이 필요한 것을 보여준다.
상기 제안된 배기 장치는 반박의 여지가 없이 안전하게 과립 플랜트로부터 발생한 어느 불쾌하고 잠재적으로 위험한 다량의 증기와 수소를 배출할 수 있는 장점이 있고, 이로 인해 상당하게 가동 안전성을 향상시킨다. 더욱이, 상기 제안된 배기 장치는 배출된 증기를 응축하도록 허용하고, 물 속에 황이 포함된 화합물을 용해 및 중화하도록 허용하여, 플랜트의 환경적 문제를 감소시킬 수 있다.
상기 기술한 본 장치의 또 다른 장점은 상기 장치가 작은 규모의 응축 시스템과 함께 설계될 수 있는 것이다. 사실, 상기 제안된 배기 장치가 장착된 장치는 높은 슬래그 유속에 따르는 총 증기 유동을 제어할 수 있고, 상기 증기 유동은 일반적으로 큰 비율의 하나의 부분 증기로 구성되되, 통상의 방법에 따라 응축되며, 또한 일반적으로 작은 비율의 다른 하나의 부분 증기로 구성되되, 제한된 시간 동안 상기 제안된 배기 장치를 통해 응축 타워로부터 배출된다. 따라서, 예측된 최대 용융물 유속 및 증기 부피를 위한 전체 장치를 설계하는 관행을 채택하는 것 대신에, 본 발명은 가동 동안 대부분의 시간 동안 발생하는 낮은 공칭 유속을 제어하도록 설계될 수 있다. 상당한 자금의 절약과 가동 비용의 절약이 그러므로 가능하다. 더욱 인식될 수 있는 바와 같이, 상기 배기 장치는 응축 타워 내부 과압을 회피하고, 안전하게 공칭 속도보다 빠른 유속에서 주조장으로 다시 부풀어 생성된 증기를 배제하도록 설계한다. 오직 선택적인 배출 덕분에, 상기 장치는 종래의 방식으로 공칭 및 더 낮은 공칭 유속에서, 응축 타워로부터 일부로 배출된 증기 없이 가동한다. 더욱이, 상기 제안된 배기 장치를 제공하기 위한 투자금(자본 지출)은 응축 시스템의 용량 증가 및 안전성의 여유에 비해 매우 낮다.
장치의 바람직한 일 실시 예가 종속항 제2항 내지 제15항에 정의되었다. 알 수 있는 바와 같이, 상기 제안된 장치는 특히 용광로 플랜트에 적합하지만, 이것에 제한하는 것은 아니다.
<바람직한 실시 예의 설명>
본 발명을 도시하기 위한 일 실시 예로써, 도 1은 용광로 플랜트(미도시)에서 슬래그 과립을 위해 설계된 과립 장치(10)의 개략도이다. 일반적으로, 상기 장치(10)는 이와 같이 하나 이상의 비교적 차가운 과립 물의 제트(12)로 급냉함으로써 용광로 슬래그(14) 용융물의 흐름을 과립하는 역할을 한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 용융된 슬래그의 흐름(14)은 불가피하게 용광로로부터 선철과 수반되며, 과립 탱크(18)로 뜨거운 용융물 러너 팁(16)으로부터 떨어진다. 가동 동안, 하나 이상의 병렬 고압 펌프(들)로 지원되는 물 분사 장치(20)(때때로 또한 “블로잉 박스”라 불리는)에 의해 생산되는 과립 물의 제트(12)는, 뜨거운 러너 팁(16)으로부터 떨어지는 용융 슬래그(14) 상으로 충돌한다. 물 분사 장치(20)의 적절한 구성의 예로, 선행특허 WO 2004/048617에 기술되었다. 오래된 과립 장치에서(미도시, 하지만 포함된), 용융 슬래그는 과립 탱크로 향하는 차가운 러너 상에 흐름이 인입되는 유사한 물 분사 장치로부터 생성된 과립 물의 제트와 함께, 차가운 러너 상의 뜨거운 러너로 떨어진다. 설계와 관계 없이, 과립 물 제트(12)가 용융 슬래그(14)의 흐름과 충돌할 때, 과립은 달성된다.
급냉 덕분에, 용융 슬래그(14)는 과립 탱크(18)에서 유지되는 큰 부피의 물로 떨어지는 결정립 크기의 “과립”으로 부서진다. 상기 슬래그 “과립”은 완전하게 물과 함께 열 교환기에 의해 슬래그 모래로 응고된다. 과립 물의 제트(12)는 과립 탱크(18)의 물 표면으로 향하는 것이 주목될 수 있고, 이에 슬래그의 냉각을 가속하는 난류를 촉진한다.
잘 알려진 바와 같이, 초기 용융 슬래그와 같은 뜨거운 용융물(>1000°C)의 급냉은 상당한 양의 증기(예를 들어 수증기) 결과로 나타난다. 이 증기는 일반적으로 가스의 황 화합물 사이에서 오염된다. 대기 오염을 감소시키기 위해서, 과립 탱크(18) 내 발생된 증기는 과립 탱크 위에 일반적으로 수직으로 위치된 증기 응축 타워(30)로 전달된다. 상기 증기 응축 타워(30)(지금부터 타워(30)라 줄임)는 증기 응축 시스템에 장착되고, 일반적으로 역류 형태의 물 분무 장치(40) 및 물 수집 장치(42)를 포함한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 타워(30)는 외부 쉘(32)를 포함하는 비교적으로 큰 건물(edifice)이다. 일반적으로, 다만 반드시 원통형 용접된 강판 구조인 것은 아닌, 쉘(32)은 상부 커버(34)가 함께 제공된다. 상기 타워(30)는 방출되는 증기의 공칭 부피를 위한 특정 높이와 직경 치수를 갖는다.
물 분무 장치(40)는 일반적으로 최대 효과를 위해서 타워(30)의 상부 커버(34) 근처에 위치된다. 이것은 증기 및 수증기로 물방울을 분무하는 복수의 물 분무 노즐(47, 49)들을 포함한다. 물 분무 장치(40)는 증기 응축 및 추가적으로 황을 포함하는 가스같은 유해한 가스의 용해를 개선하는 역할을 한다.
물 수집 장치(42)는 물 분무 장치(40)의 수 미터 밑 수직 거리에서 타워(30)의 내부로 배치된다. 물 수집 장치(42)는 타워를 가동 동안 증기가 응축되는 가상의 상부 영역(44)과 가상의 하부 영역(46)으로 나눌 수 있다. 가동 동안, 과립 탱크(18)로부터 하부 영역(46)과 물 수집 장치(42)를 통과하여 상부 영역(44)으로 증기는 상승한다. 일반적으로, 상부 영역(44)는 하부 영역(42)보다 상당히 거대한 높이 분율을 점유한다. 도 1에서, 타워(30)의 전체 높이는 도시되지 않았다. 즉, 물 분무 장치(40)와 물 수집 장치(42) 사이의 수직 거리는 일반적으로 도 1에 도시한 것보다 크다.
물 수집 장치(42)는 분무된 물방울 및 응축된 증기의 결과로부터 떨어지는 물방울을 수집하도록 구성된다. 물 수집 장치(42)는 그러므로 과립 탱크로 떨어지는 물을 방지하고, 배수관(48)의 유로로 비교적 깨끗한 공정 물의 재생을 허용한다. 이 목적을 위해서, 물 수집 장치(42)는 적어도 하나의 깔때기(funnel) 모양 또는 컵 모양의 상부 수집 장치 및 낮은 깔때기 모양의 수집 장치를 포함할 수 있다. 이 경우, 수집 장치들 사이에서 완곡하게 분포된 개구는 타워(30)에서 하부 영역(46)으로부터 상부(44) 영역으로 상승하는 증기 및 수증기를 허용한다. 증기로 인한 유동 저항을 최소화하기 위해서, 수집 장치들 사이에서 분포된 개구는 바람직하게 적어도 500 mm의 높이를 가질 수 있다. 물 수집 장치(42)의 다른 디자인은 가능하고, 포함된다.
도 1에 도시한 바와 같이, 과립 탱크(18)의 하부에서, 과립 물과 혼합된 응고된 슬래그 모래는 배출된다. 혼합물(슬러리)는 탈수부(50)에 공급된다. 상기 탈수부(50)의 목적은 물로부터 과립화된 물질(즉, 슬래그 모래)을 분리하여, 슬래그 모래와 공정 물의 각각 재생을 가능하게 하는 것이다. 탈수부(50)의 일반적인 적합한 구성은 INBA® 장치 또는 기술한 선행특허 US 4,204,855 잘 알려져 있어, 더 이상 자세하게 언급하지 않는다. 그러한 탈수부는 회전 여과 드럼(52)이 구성되고, 예를 들면 선행특허 US 5,248,420에 더욱 자세히 기술한 바와 같이 구성된다. 어느 다른 정적 또는 동적인 고르게 응고된 용융물 과립의 탈수를 위한 장치는 또한 사용될 수 있다. 도 1에 도시한 바와 같이, 과립 물 재생 탱크(54)(종종 “뜨거운 물 탱크”라 불리는)는 과립화된 슬래그 모래로부터 분리된 물을 수집하는 탈수부(50)와 관련된다. 대부분의 경우, 상기 물 재생 탱크(54)는 세틀링(settling) 칸과 함께 세틀링(settling) 탱크 및 크게 모래가 없는(깨끗한) 물이 넘치는 깨끗한 물 칸(미도시)으로 간주된다.
도 1에 또한 도시한 바와 같이, 물 수집 장치(42)의 배수관(48)은 하나 이상의 냉각 타워를 갖는 냉각 시스템(56)으로 향하도록 타워(30)로부터 응축되고 문부된 물을 공급하기 위해 연결될 수 있다. 대안으로, 이것은 물 재생 탱크(54)로 가압 이송 또는 다른 목적으로 사용되는, 예를 들면 분사 장치(들)(20)에 공급 또는 단순히 폐기될 수 있다. 수집 장치(42)로부터 생성된 물이 물 재생 탱크(54)의 깨끗한 물 칸으로 공급되는 경우에, 이것은 이 칸으로부터 가압 이송되고, 냉각 시스템(56)으로 가는 크게 고체가 없는 물이다.
냉각 시스템(56)으로부터 냉각된 공정 물은 공정에 재사용하기 위해 다시 과립 장치(10)로 공급된다. 더욱 구체적으로, 차가운 물은 바람직하게 공급되고, 한편, 한 공급 유로(23)를 통해 물 분사 장치(20)로, 다른 한편으로는, 다른 공급 유로(58)을 통해 물 분무 장치(40)으로 공급된다. 공급 유로(23)는 앞서 언급한 펌프(들)가 장착된다. 차례로 공급 유로(58)는 적어도 하나의 펌프(미도시) 또는 바람직하게 물 분무 장치(40)에 속하는 두개의 병렬 펌프가 장착된다. 따라서, 물 분무 장치(40)의 물 분무 노즐(47, 49)들은 공급 유로(58)를 통과하는 냉각 시스템(56)의 재순환된 차가운 물로부터 공급된다. 반면 공정 물을 위한 “폐쇄 회로” 구성은 바람직하고, 물 분무 노즐(47,49)들 및 사용 후 배치되는 분사 장치(20)(들)로 공급되는 물을 포함하는 개방 회로 대안은 또한 포함된다.
인식된 일 측면에 따르면, 본 발명에 따른 타워(30)는 타워(30)로부터 과량의 증기와 가스를 배출하는 배기 장치(60)와 장착된다. 도 1에 개략적으로 도시한 바와 같이, 배기 장치(60)는 타워(30)에 작동적으로 연관된 진공 펌프이다. 더욱 구체적으로, 도 1에 도시한 상기 배기 장치(60)는 배기 장치(60)에 의해 형성된 진공이 타워(30)의 상부 영역(44)에 포함된 어느 가스 및/또는 증기를 배출하기 위해 타워(30)의 상부 영역(44)과 통하도록 배치된 유입구(62)를 포함한다.
상기 배기 장치(60)는 바람직하게 또한 이덕터-제트 펌프로 불리는 진공 펌프를 포함한다. 상기 이덕터-제트 펌프는 한 유체의 운동 에너지를 이용하여 다른 유체의 유동을 야기하고, 유체 역학의 기본 원리 하에서 작동한다. 이덕터-제트 펌프는 수렴 노즐, 몸체, 디퓨저 및 외관상 닮은 사이폰을 포함한다. 작동에 있어서, 움직이는 액체의 압력 에너지는 수렴 노즐로 인해 속도 에너지로 전환된다. 빠른 속도의 액체 유동은 흡입 유체를 동반한다. 움직이는 액체와 흡입 유체의 완전한 혼합은 몸체 및 디퓨저 부분에서 수행된다. 액체 및 유체의 혼합은 디퓨저를 통과한 이후 중간 압력으로 다시 전환된다.
배기 장치(60)의 유입구(62)는 물 분무 장치(40)와 타워(30)의 상부 커버(34) 사이에 바람직하게 위치한다.
비록 도 1에 오직 하나의 배기 장치(60)가 도시되어 있더라도, 복수의 상기 배기 장치가 설치될 수 있다는 것이 이해될 수 있다. 상기 복수의 배기 장치(60)는 예를 들어 타워(30)의 상부 주위의 고리, 즉, 동일한 수평면에 설치될 수 있다.
더욱이, 복수의 배기 장치(60)는 수직 면, 즉, 하나 위에 다른 하나를 겹쳐서, 또는 나란히 하나 위에 다른 하나를 겹쳐서, 타워(30)의 상부 영역(44) 주위에 설치될 수 있다. 상기의 경우, 몇몇 배기 장치(60)의 유입구(62)는 타워(30)의 물 분무 장치(40) 및 물 수집 장치(42) 사이에 위치할 수 있다.
이덕터의 유입구는 응축 타워의 상부 영역에서, 이덕터 자체가 심지어 작동하는데 적은 물 압력이 필요한 장점이 있는 지상에 위치되는 것은 주목되어야 한다.
도 1에 도시한 배치와 같이, 배기 장치(60)는 외부 쉘(32)의 구조 및/또는 바람직한 경우, 부분적 또는 전체적으로 상부 커버(34)의 구조에 매달린 것으로 인해 손쉽게 지지될 수 있다.
도 1에 도시한 실시 예에서, 배기 장치는 타워의 바깥에 위치될 수 있지만, 상기 배기 장치(들)(60)는 또한 타워 내부에 설치될 수 있는 것은 명확하다.
배기 장치(60)는 타워(30)의 물 분무 장치(40)의 공급 유로(58)와 연결되고, 상기 공급 유로(58) 내의 물의 일부는 배기 장치(60)를 구동하는 데 사용되며, 타워(30)의 상부 영역(44)에 포함된 증기와 가스를 배출하기 위해 진공을 형성한다. 그리고 증기를 응축하고, 배기 장치(60)를 구동하도록 사용되는 물과 함께 응축된 증기와 가스를 혼합한다. 작은 시스템에서, 약 10 m3/h 내지 20 m3/h 의 물이 약 4 bar의 압력에서 필요할 수 있다. 더 큰 시스템에서, 약 300 m3/h 까지 물이 4 bar의 압력에서 필요할 수 있다.
구체적으로, 하기에서 더 명확해질 것으로, 배기 장치(60)는 타워(30)의 어느 바람직하지 않은 수소와 같은 가스 뿐만 아니라, 배기 및 타워(30)의 응축 용량을 초과하여 많은 양의 증기를 응축 가능하게 하며, 이는 물 분무 장치(40) 위, 즉, 상부 커버(34)와 물 분무 장치(40) 윗부분 사이에 위치해 있기 때문이다. 배기 장치(60)는 어느 전기가 필요하지 않고, 이동 부품을 포함하지 않기에, 스파크나 뜨거운 표면을 생성하는 위험은 나타나지 않고, 화재나 폭발의 위험은 그러므로 제거된다.
더욱이, 배기 장치(60)는 어느 전기가 필요하지 않기에, 상기 장치를 타워(30)에 설치하는 것은 손쉽게 저렴한 가격으로 달성할 수 있다.
알 수 있는 바와 같이, 각각의 배기 장치(들)(60) 개수의 적절한 치수화는 배기 장치(60)를 통해 안전하게 배기되는 증기의 양 및 가스로 결정한다(타워(30)의 상부 영역(44)의 과압 및 증기 역류와 관련된 위험 없이). 용광로 슬래그를 위해 설계된 장치(10)의 경우, 해당하는 배기 장치(60)는 손쉽게 대략 3 t/min 내지 4 t/min(과량의 유속)의 슬래그 과립으로 발생된 증기를 응축하거나 배출할 수 있는 유동을 달성한다. 배기 장치(60) 덕분에, 장치(10)는 그러므로 타워(30)의 최대 응축 용량보다 높은 슬래그 유속에서 안전하게 작동할 수 있다. 예를 들어, 8 t/min의 용융 유속에 의해 발생된 증기를 응축하기 위해 설계된 타워(30)와 함께 11 t/min 내지 12 t/min의 피크 슬래그 유동에서 작동할 수 있다. 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 배기 장치(60)는 그것에 의하여 공정 용량 향상을 허용하고, 반면 또한 작동의 안전이 향상된다. 1 t/min 내지 2 t/min의 증기의 생산은 하지만 3 개의 약 500 m3/h 내지 600 m3/h의 물을 소모하는 중형 이젝터와 함께 제어될 수 있다.
배기 장치(60)를 통해 타워(30)로부터 배출된 가스 및 증기의 유속은 직접적으로 유속 및 배기 장치(60)를 구동하기 위해 사용되는 물의 압력에 의존한다. 유속 및 배기 장치(60)를 구동하는데 사용되는 물의 압력 및/또는 유동을 조정하는 밸브(미도시)와 같은 제어 장치는 그러므로 타워(30)로부터 배출된 가스 및 증기의 유속을 조정하는 데 사용될 수 있다.
유로(58)의 물은 배기 장치(60)를 구동하는 데 사용되고, 타워(30)에서 배출된 증기와 함께 배기 장치(60) 내부로 혼합된다. 증기는 응축하고, 배출된 어느 가스는 적어도 부분적으로 물에 용해되며, 배기 유로(59)를 통해 냉각 시스템으로 배출된다. 플랜트의 다른 부분은 물 및 수소를 발생하는 데 사용될 수 있다. 특히 이 경우 도 1에 도시한 바와 같이, 배기 유로(59)는 배기 장치(60)로부터 냉각 시스템(56)의 하부 부분으로 물을 이송한다. 다른 실시 예에서, 유로(59)는 또한 배수관(48)과 연결될 수 있고, 물 냉각 장치(42)로부터 물과 함께 냉각 시스템(56)으로 같이 이송될 수 있다. 이것은 과립 장치로부터 긴 거리의 위치된 곳으로 향하는 타워(30)의 어느 수소 가스를 배출하는 것을 허용하며, 이는 과립 장치에서 화재와 해로운 폭발을 제거하기 위함이다.
효율적인 응축 및 피크 값의 밑의 일반적 유속에서 최소의 오염을 보장하기 위해서, 도 1의 배기 장치(60)는 앞서 언급한 제어 장치에 장착된다. 이 제어 장치는 배기 장치(60)를 차단하는 역할, 즉, 과립 장치(10)가 공칭 유동 이하에서, 특히 타워(30)의 응축 용량 이하에서 발생된 증기와 함께, 가동하는 언제든지 폐쇄하거나 적어도 상당하게 배기 장치(60)를 구동하는 데 사용되는 물의 유속을 제한하는 역할을 한다. 즉, 제어 장치(70)는 오직 실제로 생성된 증기의 양의 함수에서 및/또는 타워(30)의 상부 영역에서 수소의 함량 및 농도 함수에서 필요하지 않거나, 원하지 않을 때 선택적으로 배기 장치(60)를 통과하는 증기를 배출하도록 사용된다.
종래 시스템에서, 도 2에 도시한 바와 같이, 용융 유속이 타워(30)의 용량을 초과하면 언제나, 몇 증기의 역류(반대 유동) 위험, 예를 들어 뜨거운 러너로, 심지어 주조장(미도시) 러너 팁(16)의 상류로 역류의 위험에 대한 경험을 보여주었다. 심지어 상부 커버(34)에서 과압 플랩과 함께 및 내부 후드(80)와 함께, 도 1에 도시한 바와 같이 역류에 대한 특정 저항이 이루어지는 것 및 역류는 여전히 발생할 수 있다. 공지된 방식으로, 내부 후드(80)(도 2에 도시)는 “잘못된” 대기의 입장에 대항하여 타워(30)의 마감을 위해서 주요하게 제공된다.
상기 종래 설계와는 대조적으로, 제안된 배기 장치(60)는 유속이 타워(30)의 공칭 용량을 초과하는 언제든지 안전하게 배출 및 과도한 증기의 응축을 위한 신뢰성 있는 해답을 제공한다. 알 수 있는 바와 같이, 상기 과도한 유속은 우연하게 발생할 수 있다. 예를 들어, 용융된 슬래그 가 최고조에 이르는 경우는 용광로의 탭홀(taphole)에서의 문제 때문이다. 알 수 있는 바와 같이, 본 발명 덕분에, 증기 응축의 관점에서 낮은 플랜트 용량의 설계는 고려될 수 있다. 사실, 짧은 시간의 유량의 피크 예측보다 작게 설계된 공칭 용량과 함께, 즉, 허용된 설계 실행(예측된 피크 유동에 따르는 공칭 용량 포함)과 대조적으로, 배기 장치(60)가 장착된 타워(30)는 여전히 신뢰성 있게 작동한다.
선행특허 WO 2012/079797 A1에 기술한 장치와는 반대로, 본 장치는 배기 장치(60)가 사용되지 않을 때 타워(30)의 성능을 손상시키지 않는다. 실제로, 선행특허 WO 2012/079797 A1에 기술한 장치와 대조적으로, 타워(30)와 이의 냉각 및 응축 용량은 불가피하게 물 분무 장치(40) 및 물 수집 장치(42)가 작동하는 표면 및 부피를 감소하는 타워(30)내부에 설치된 큰 장치에 의해 손상되지 않는다. 상기 기술한 배기 장치(60)와 함께, 타워(30)의 유용한 부피는 배기 장치가 타워의 쉘 바깥에 설치되기 때문에 영향을 받지 않는다. 만약 장치가 타워(30) 내부로 설치된다 할지라도, 물 분무 장치 및 노즐들 위에 설치될 수 있고, 따라서 물 분무 장치의 응축 성능에 영향을 주지 않는다. 배기 장치(60)는 그러므로 특히 응축 타워를 개조하는데 있어 유용하고, 그러므로 기존의 과립 플랜트의 과립 용량을 향상시키기 쉬워 유용하다.
비슷한 배기 장치는 부가적인 배출 목적의 역할로 사용될 수 있다. 특히, 탈수부(50)는 탈수 드럼(52) 위에 증기 수집 후드(53)를 포함한다. 하나 이상의 장치(미도시)는 설치될 수 있고, 이는 탈수부(50) 및/또는 증기 수집 후드(53)로부터 생성된 증기 및 가스를 빨아들이기 위함이다. 이런 구성은 적절하게 탈수부로부터 증기 및 가스를 배출하는 것, 증기를 응축하는 것 및 일반적으로 탈수부(50) 주변과 장치(10’)의 시야 문제를 감소하는 것에 이점이 있다.
유사하게, 추가적인 배기 장치(미도시)가 내부 후드(80) 흡입구에 연결될 수 있다. 이 조치는 내부 후드(80)를 추출 후드로 변환한다. 특정 통풍은 뜨거운 러너 팁(16) 및 제트(12) 위의 내부 후드(80)로 인해 구분된 공간에서 생성된다. 이 조치는 러너 및 주조장으로 향하는 제트(12)에 의해 발생된 증기와의 마찰로 인한 역류를 회피함으로써, 그리고 고온 또는 스파크를 포함하는 생산물이 있는 장소로부터 어느 수소 가스를 배출함으로써, 추가적인 안전을 제공한다.
바람직하게는, 배기 장치(들)는 전체 플랜트의 공정 제어 시스템으로 통합된 컨트롤러와 연결된다. 컨트롤러는 원격 제어 가능한 배기 장치(들)(60)에 공급하는 펌프의 배출구와 연결된 자동 밸브를 작동한다. 따라서, 개구를 제어하고 밸브를 잠금으로, 컨트롤러는 배기 장치(들)(60)의 작동을 제어한다. 이는 선택적으로 배기 장치를 통한 증기 및 가스의 이동을 제한 또는 허용하기 위함이다.
일 실시 예에 따르면, 증기 분사 랜스(lance)(82)와 같은 증기-분사 장치는 응축 타워(30)의 하부 영역에 제공된다. 이 장치는 슬래그의 주조가 시작되기 전 응축 타워의 하부 영역(46)에 증기를 짧은 시간 동안 분사한다(500m3/h 내지 1000 m3/h). 사실, 슬래그 주조의 시작에서, 과립 탱크(18)에 포함되는 물은 차갑고, 그러므로 생산된 증기의 양은 상대적으로 적으며, 오직 생산된 특정 슬래그의 양이 과립된 후 증가하는 것으로 밝혀졌다. 그리고 과립 탱크(18)의 물은 80 °C로 가열되는 것으로 밝혀졌다. 더욱이, 슬래그가 철을 포함한다면, 상당한 양의 수소 가스가 발생되는 것으로 밝혀졌다. 과립이 가동이 시작되는 동안, 수소 가스는 부분적으로 위험한데, 이는 매우 적은 증기가 그 기간 동안 발생되기 때문이다. 그러나, 대기가 증기를 포함한다면, 공기 및 수소 혼합물의 폭발의 위험은 제한된다. 증기 분사 장치(82)는 과립 탱크(18)의 물은 여전히 차가운 반면 슬래그 주조가 시작되는 동안 상당하게 화재와 해로운 폭발을 낮추도록 지원한다.
결론적으로, 본 발명은 물 기반의 과립 장치(10) 가동의 안정성에 있어 영향력 있는 향상을 가능하게 할 뿐만 아니라, 특히 용광로 슬래그를 위하는 것에도 적용됨이 이해될 것이다. 추가적으로, 본 발명은 감소된 응축 용량 및 이로 인한 더 낮은 자본과 가동 비용에서 신뢰성 있는 가동을 허용한다. 사실, 용광로 슬래그 과립 장치의 경우, 제안된 배기 장치(60); 60’은 신뢰성 있게 슬래그의 흐름이 25 % 까지 향상됨에 따르는 과량의 증기를 처리할 수 있는 역량이 있으며, 상기 제안된 배기 장치를 포함하는 과립 장치(10)가 예측된다. 이것은 예를 들면 8 t/min(133.33kg/s)의 최대 슬래그 유속을 조절하도록 설계된 응축 용량을 갖는 시스템에서 슬래그의 대략 +2 t/min(83.33kg/s) 유속 향상을 나타낼 수 있다.
10 : 과립 장치 12 : 물 제트
14 : 용융 유동 16 : 뜨거운 러너 팁(hot runner tip)
18 : 과립 탱크 20 : 물 분사 장치
23 : 공급 유로 30 : 증기 응축 타워
32 : 타워의 외부 쉘 34 : 타워의 상부 커버
40 : 물 분무 장치 42 : 물 수집 장치
43, 45 : 수집 장치들 47, 49 : 물 분무 노즐들
44 : 타워의 상부 영역 46 : 타워의 하부 영역
48 : 배수관 50 : 탈수부
52 : 회전 여과 드럼 53 : 증기 수집 후드
54 : 물 재생 탱크 56 : 냉각 시스템
57 : 펌프 58 : 공급 유로
59 : 배수관 60 : 배기 장치
62 : 유입구 70 : 제어 장치
80 : 내부 후드 82 : 증기 분사 장치

Claims (16)

  1. 용융물(14)의 흐름으로 과립 물(granulation water)을 분사하고, 그것에 의해 상기 용융물을 과립화하기 위한 물 분사 장치(20);
    상기 과립 물과 과립화된 물질을 수집하기 위한 과립 탱크(18);
    상기 과립 탱크(18) 상부에 위치하고, 상기 과립 탱크(18)에서 발생된 증기를 수집하기 위한 증기 응축 타워(30);를 포함하고,
    상기 증기 응축 타워(30)는 상부 커버(34)를 갖는 외부 쉘(32) 및
    물방울을 상기 증기 응축 타워(30)로 분무하기 위한 물 분무 장치(40), 및
    상기 증기 응축 타워(30) 내 상기 물 분무 장치(40) 하부에 위치하여 분무된 물방울과 응축된 증기를 수집하기 위한 물 수집 장치(42);를 포함하는 증기 응축 시스템;을 포함하며,
    상기 수집 장치(42)는 상기 타워를 증기를 응축할 수 있는 상부 영역(44) 및 증기가 상기 과립 탱크(18)에서 상기 상부 영역(44)으로 상승할 수 있는 하부 영역(46)으로 나누고,
    상기 타워(30)로부터 선택적으로 가스 및 증기를 배출하고, 과량의 증기를 응축 및 가스를 대기로 배출하기 위한 배기 장치(60)를 포함하며,
    상기 배기 장치(60)는 물 분무 장치(40) 위 상기 응축 타워(30)의 상부 영역(44)에 배치된 유입구(62) 및 상기 응축 타워(30)로부터 증기를 배출 및 응축하고 가스를 배출하도록 배치된 배출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 야금 플랜트에서 생성된 용융물을 과립화하기 위한 과립 장치(10).
  2. 제1항에 있어서, 상기 배기 장치(60)는 상기 배기 장치(60)를 통해 증기의 선택적인 배출을 제어하는 것을 특징으로 하는 과립 장치(10).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 배기 장치(60)는 벤튜리 효과(Venturi effect)에 의해 진공을 형성하는 이덕터-제트 펌프(educator-jet pump)를 포함하는 것을 특징으로 하는 과립 장치(10).
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 배기 장치(60)의 상기 유입구(62)는 상기 물 분무 장치(40)와 상기 타워(30)의 상기 상부 커버(34) 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 과립 장치(10).
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 배기 장치(60)의 상기 유입구(62)는 상기 물 분무 장치(40)와 상기 타워(30)의 상기 물 수집 장치(42) 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 과립 장치(10).
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 배기 장치(60)는 상기 응축 타워(30) 바깥으로 배치된 것을 특징으로 하는 과립 장치(10).
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 배기 장치(60)는 상기 외부 쉘(32) 또는 상기 응축 타워(30)의 상기 상부 커버(34)로부터 지지되는 것을 특징으로 하는 과립 장치(10).
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 배기 장치(60)는 상기 타워(30)의 상기 물 분무 장치(40)의 물 공급 유로(58)와 연결되는 것을 특징으로 하는 과립 장치(10).
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 배기 장치(60)는 상기 배기 장치(60) 구동에 사용되는 물의 압력 또는 흐름을 조절하는 제어 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 과립 장치(10).
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가스 및 응축된 증기는 냉각 시스템(56)을 향해 배출되는 것을 특징으로 하는 과립 장치(10).
  11. 삭제
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 과립 장치(10)는 증기 수집 후드(53)를 포함하는 탈수부(50)를 더 포함하고, 배기 장치(60’)는 상기 배기 장치의 흡입 단부와 상기 증기 수집 후드(53)가 연결되는 것을 특징으로 하는 과립 장치(10).
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 과립 장치(10)는 상기 응축 타워(30)의 외기(ambient air)의 인입을 방지하고 밀봉 처리하기 위해 상기 과립 탱크(18)로 연장되는 내부 후드(80)를 더 포함하고, 상기 내부 후드의 흡입 단부와 연결되는 배기 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 과립 장치(10).
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 과립 장치(10)는 상기 배기 장치(60)를 통과하는 증기 및 가스를 선택적으로 제한하거나 허용하기 위한 폐쇄 장치를 작동시키도록 연결된 제어 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 과립 장치(10).
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 과립 장치(10)는 상기 응축 타워(30)의 상기 하부 영역(46)에 증기 분사 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 과립 장치(10).
  16. 제1항 또는 제2항의 과립 장치(10)를 포함하는 용광로 플랜트.
KR1020167002610A 2013-07-01 2014-06-27 과립 장치를 위한 증기 응축 타워 KR102211758B1 (ko)

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