KR102362411B1

KR102362411B1 - 10~30Hz 초저주파 어쿠스틱혼을 이용한 탈황설비의 배관막힘 방지시스템

Info

Publication number: KR102362411B1
Application number: KR1020210112610A
Authority: KR
Inventors: 안성수
Original assignee: 주식회사 에너텍글로벌
Priority date: 2021-08-25
Filing date: 2021-08-25
Publication date: 2022-02-15

Abstract

본 발명은 탈황설비의 탈황이송배관의 막힘현상을 미연에 방지할 수 있는 10~30Hz 초저주파 어쿠스틱혼을 이용한 탈황설비의 배관막힘 방지시스템을 개시한다. 본 발명은 소결기에서 배출되는 배기가스에 탈황제 분말을 공급하도록 이송배관을 구비한 탈황설비의 배관막힘 방지 시스템으로서, 상기 이송배관 중 탈황제의 공급이 시작되는 지점에 장착된 제1 압력센서부; 상기 이송배관 중 탈황제의 공급이 종료되는 지점에 장착된 제2 압력센서부; 및 상기 제1 압력센서부와 상기 제2 압력센서부의 차압에 따라 일정주기로 10~30Hz 초저주파를 상기 이송배관에 가하여 상기 탈황제가 상기 이송배관의 내부에서 막히는 것을 방지하는 초저주파 어쿠스틱 혼 조립체;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

10~30Hz 초저주파 어쿠스틱혼을 이용한 탈황설비의 배관막힘 방지시스템{Pipe blockage prevention system of desulfurization facility using 10~30Hz ultra-low frequency acoustic horn}

본 발명은 배관막힘 방지시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 10~30Hz 초저주파 어쿠스틱혼을 이용한 탈황설비의 배관막힘 방지시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 제철공정 중 소결공정은 철광석을 고로 등에 장입하기 쉬운 괴상의 형태로 가공하기 위한 공정으로서 철광석, 첨가제 및 바인더 등을 혼합한 후 고온에서 소결하는 공정이다.

상기 공정을 통하면 투입되는 원료에서는 가스가 대량으로 발생되게 되는데 상기 가스에는 SOx, NOx 및 기타 할로겐 화합물 등의 가스 등 유해 가스들이 다량 포함되어 있다. 상기 가스를 그대로 대기로 배출할 경우 각종 공해가스의 농도가 법규제치를 초과하지는 않더라도 배출하는 가스량이 대형 소결기의 경우 시간당 1,000,000㎥ 이상으로서 인근지역의 대기오염을 유발하므로 소결가스를 청정화하는 각종 기술이 개발되고 있다.

통상적으로 상기 소결가스 중 공해물질을 제거한 후 대기로 배출하기 위해서는 소결로에서 나오는 소결가스를 별도의 배가스 청정장치에 공급하여 각종 공해물질을 다른 물질과 화학반응을 시켜 제거하거나 물리적으로 흡착하거나 용매에 용해시켜 제거하는 등 다양한 방법이 주로 사용되었다.

그러나, SOx 나 NOx에 대한 환경규제의 정도가 날로 심화되어 감에 따라 상기 종래의 방법에 의한 배기가스 처리법으로는 엄격한 환경규제치를 충족시키기가 어렵게 되었다.

따라서, 탈황설비나 NOx 제거 설비를 추가로 설치하는 방법이 모색되고 있다. 도 1을 참조하면, 종래의 일반적인 탈황설비로는 사일로(Silo)에 저장된 탈황제(SBC;sodium bicarbonate, NaHCO₃, 중조) 분말을 압축공기를 이용하여 배관으로 이송하여 전기집진기 후단 배가스 덕트에 뿌리면, 소결 메인 배가스 중에 포함된 SOx(SO₃, SO₂)가 탈황반응에 의해 제거되는 방식이 적용되고 있다.

그러나 현재 포스코나 현대제철에서 사용 중인 탈황설비에 탈황제를 공급하기 위해서는 탈황제 사일로에 저장된 탈황제 분말을 이송팬으로 약 40~60m정도의 300A배관과 150A의 분지관을 통해 소결 메인 덕트에 연속적으로 분사해야 한다.

이 경우 이송 배관 내부와 팬 및 노즐 등에 탈황제가 지속적으로 부착되어 누적됨으로써 배관 내경축소, 풍량저하, 코팅 및 불균형(무게의 불균형)에 의한 팬 진동발생, 배관 축소부의 막힘현상이 발생한다. 최근에도 약 12주 정도 설비 가동 후에는 조업이 불가하여 설비 정지 및 전면적인 청소작업 후 가동을 재개하고 있는 실정이다.

종래에는 작업자의 경험 또는 직관에 의존하여 초기에 어쿠스틱 혼의 가동시간과 대기시간을 적당히 설정하여, 사용하다가 장시간 사용 후 탈황제가 예상보다 많이 쌓이면 가동시간을 늘리고 대기시간은 단축하는 방식으로 운전패턴을 조정하고 있다.

그러나 이러한 운전방법은 탈황제 부착방지 시스템에 대한 최적의 운전패턴 설정이 어려울 뿐 아니라, 작업자의 특성에 따라서 운전패턴이 바뀌기도 하고, 동일 생산조건에서도 장마철과 같은 우기와 가을이나 겨울과 같은 건기 등 계절적 요인에 따라 탈황제가 쌓이는 정도가 달라서 운전조건을 반영하기 어렵다는 단점이 있다.

한편 현재 소결공장에 대한 황산화물 규제치가 2021년까지는 140ppm 이었으나, 2022년부터는 90ppm으로 강화될 예정이며, 이에 따라 법 규제치를 맞추기 위해서는 내년부터 탈황제 분말 분사량을 금년보다 30% 이상 늘려야 해서 이송배관 막힘현상이 더욱 가중될 것으로 예상된다.

이러한 규제치를 맞추지 못하면 소결공장 전체 가동율을 낮추어 소결광 생산량을 줄여야 하므로, 제철소 전체 철강 생산량에 악영향을 끼치는 요인으로 작용하는 문제가 제기되고 있다.

<선행문헌 1> : 대한민국 등록특허 제10-0660234호(공고일자: 2006년 12월 21일)

본 발명은 위와 같은 문제점을 해소하기 위해 창안된 것으로서, 탈황설비의 탈황이송배관의 막힘현상을 미연에 방지할 수 있는 10~30Hz 초저주파 어쿠스틱혼을 이용한 탈황설비의 배관막힘 방지시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시 형태에 따르면, 소결기에서 배출되는 배기가스에 탈황제 분말을 공급하도록 이송배관을 구비한 탈황설비의 배관막힘 방지 시스템으로서, 상기 이송배관 중 탈황제의 공급이 시작되는 지점에 장착된 제1 압력센서부; 상기 이송배관 중 탈황제의 공급이 종료되는 지점에 장착된 제2 압력센서부; 및 상기 제1 압력센서부와 상기 제2 압력센서부의 차압에 따라 일정주기로 10~30Hz 초저주파를 상기 이송배관에 가하여 상기 탈황제가 상기 이송배관의 내부에서 막히는 것을 방지하는 초저주파 어쿠스틱 혼 조립체;를 포함하여 이루어진 10~30Hz 초저주파 어쿠스틱혼을 이용한 탈황설비의 배관막힘 방지시스템이 제공된다.

상기 초저주파 어쿠스틱 혼 조립체는, 몸체부, 상기 몸체부의 내부에 설치되어 내부로 유입된 기체에 의해 음파를 발생시키는 음파 발생부, 및 상기 음파 발생부에 의해 발생된 상기 음파를 증폭시키는 혼부를 포함하고, 상기 혼부의 내부에는, 완곡한 곡면을 갖는 둥근 통로부가 형성되어 상기 음파 발생부에서 발생된 음파를 상기 완곡한 곡면을 통해 상기 혼부 내의 내부로 유도하는 것이 바람직하다.

상기 혼부는 5.5~6m의 직선 배관형으로 이루어지고, 상기 혼부의 외주면에는 적어도 하나의 보강핀이 길이방향으로 형성된 것일 수 있다.

상기 보강핀은, 상기 혼부의 외주면을 따라 형성된 나선형 보강핀, 또는 상기 혼부의 외주면에 다수개가 일정간격을 두고 형성된 직선형 보강핀일 수 있다.

본 발명에 따르면, 탈황설비의 이송배관의 막힘상태를 실시간으로 검출하여 주기적으로 초저주파를 이송배관에 가함으로써 탈황설비의 탈황이송배관의 막힘현상을 미연에 방지하고, 이를 통해 생산율을 대폭 개선할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 음파 발생부의 내부에 둥근 통로부와 확대부로 구성함으로써 발생된 음파가 둥근 통로부와 확대부를 통해 효과적으로 전달되어 최소한의 음손실이 발생되도록 유도함으로써 결과적으로 어쿠스틱혼의 성능을 최대한 발휘할 수 있는 효과가 있다.

그리고 본 발명은 혼부의 표면에 보강용 핀을 장착하여 혼의 전체 무게를 줄이면서도 혼 표면의 진동을 억제하여 음손실을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 탈황설비의 개략적인 구성도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 10~30Hz 초저주파 어쿠스틱혼을 이용한 탈황설비의 배관막힘 방지시스템의 개략적인 구성도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 10~30Hz 초저주파 어쿠스틱혼을 이용한 탈황설비의 배관막힘 방지시스템의 설치 상태도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초저주파 어쿠스틱 혼 조립체의 분해 사시도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초저주파 어쿠스틱 혼 조립체의 둥근 통로부를 보여주는 내부 구성도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 초저주파 어쿠스틱 혼 조립체의 직선 보강핀의 설치 상태도, 및
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 초저주파 어쿠스틱 혼 조립체의 나선 보강핀의 설치 상태도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 갖는다. 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. 첨부된 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 10~30Hz 초저주파 어쿠스틱혼을 이용한 탈황설비의 배관막힘 방지시스템의 개략적인 구성도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 10~30Hz 초저주파 어쿠스틱혼을 이용한 탈황설비의 배관막힘 방지시스템의 설치 상태도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 탈황설비는 소결 배기가스 중 SOx와 NOx를 일관된 공정으로 처리하기 위한 배기가스 청정방식으로 적용된다. 구체적으로 소결기(10)로부터 배출되는 배기가스에 중탄산나트륨 분말(탈황제 분말)을 공급한다. 소결 배기가스 중에 포함되어 있던 고상 또는 액상의 물질을 백필터부(50)에 의해 여과 제거된다. 열교환기(60)를 이용하여 최종 배출되는 가스로부터 상기 백 필터부(50)를 통과한 잔여 배기가스로 열공급한다. 이어 배기가스로 암모니아 공급부(80)를 통해 암모니아 가스를 공급한다.

한편 선택적 촉매 반응기(90)의 내부 분위기를 환원성 분위기로 유지하면서 상기 배기가스 중 NOx 가스를 질소와 수증기로 환원한다. 상기 NOx가 환원된 배기가스를 CO 산화 촉매기(120)에 통과시켜 CO가스의 산화반응을 일으킨다. 산화반응으로 생성된 가스의 열을 상기 백필터부(50)로부터 배출되는 잔여 배기가스로 공급하고, 배기가스를 스택부(110)를 통해 배출하는 방식으로 소결 배기가스의 탈황공정이 이루어진다.

한편 도 2에서는 기존 탈황 설비의 운전방법을 개선하기 위해서 탈황제의 이송배관(41)의 시작지점에 제1 압력센서부(P1)을 설치하고, 이송배관(41)의 종점지점에 제2 압력센서부(P2)를 설치한다. 이들 압력센서부(P1,P2)들을 통해 일정 주기로 차압(△P)를 측정한 다음, 차압(△P)의 증가속도가 증가되면 속도에 비례하여 어쿠스틱 혼의 가동시간을 증가시키고(즉 어쿠스틱혼의 가동수를 높임), 차압(△P)의 증가속도가 감소하면 이에 비례하여 어쿠스틱혼의 가동시간을 감소시키셔 운전한다.

즉 결과적으로 탈황제가 배관 내부에 쌓이는 속도에 따라서 실시간으로 어쿠스틱혼의 가동시간을 제어한다. 실제 시스템에서는 이러한 운전패턴 조정을 PLC(42) 등에서 프로그램하여 자동적으로 수행할 수 있도록 하여, 작업자의 개입을 배제하고 항상 최적의 운전패턴이 유지될 수 있도록 한다.

도 3을 참조하면, 초저주파 어쿠스틱 혼 조립체(200)는 이송 배관부(44)에 연결된 구조로 설치된다. 구체적으로 초저주파 어쿠스틱 혼 조립체(200)는 음파 발생부(210), 혼부(220), 혼 연결부(230), 및 혼 몸체(250)가 순차적으로 연결되고 이송배관부(44)에 연통된다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초저주파 어쿠스틱 혼 조립체의 분해 사시도로서, 초저주파 어쿠스틱 혼 조립체(200)는, 기체 유입홈(234)이 형성되고, 양측에 노즐부(246,247)이 형성된 몸체부(233)와, 몸체부(233)의 상면에 설치된 다이아프램(231), 몸체부(233)의 상면을 밀폐하는 커버 플레이트(244), 및 몸체부(233)에서 발생된 음파를 증폭하기 위한 혼부(220)를 포함하여 구성된다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초저주파 어쿠스틱 혼 조립체의 둥근 통로부를 보여주는 내부 구성도로서, 어쿠스틱 혼 조립체는 음파를 발생하는 음파 발생부(210)와, 발생된 음파를 증폭시키는 혼부로 구성되는데, 음파 발생부(210)는 티타늄 재질의 다이어프램(231)을 5~6Bar의 고압공기로 진동시켜 음파 발생부의 내부에 부딪혀 음파를 발생시키는 구조로 되어 있다.

기존 어쿠스틱 혼의 음파 발생부(210)는 도 5의 (a)와 같이 각진 통로부(221a)와 직선형의 혼부(220)로 구성되어, 다이어프램(231)과 음파 발생부(210) 부딪혀 발행한 음파가 좁은 통로를 통해 전달되는 과정에서 많은 음손실이 발생되는 문제점이 있다.

반면, 본 발명은 도 5의 (b)와 같이 음파 발생부(210)의 내부 구조를 둥근 통로부(221b)에서 이어지고 점차 확경되는 확대부(220c)로 구성한 혼부(220)를 제공한다. 이에 따라 음파 발생부(210)에서 발생된 음파가 둥근 통로부(221b)와 확대부(220c)를 통해 효과적으로 혼부(220)에 전달되어 최소한의 음손실이 발생되도록 할 수 있다. 이러한 구성을 통해 어쿠스틱 혼의 성능을 최대한 발휘할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 초저주파 어쿠스틱 혼 조립체의 직선 보강핀의 설치 상태도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 초저주파 어쿠스틱 혼 조립체의 나선 보강핀의 설치 상태도이다.

본 발명은 10~30hz 영역의 초저주파 어쿠스틱 혼을 통해 분말형태의 탈황제가 이송배관부(44) 내에서 막히는 현상을 방지한다. 따라서 10~30hz 영역의 초저주파를 형성하기 위해서는 전체 혼의 길이가 대략 5.5 ~ 6m의 직선형 혼으로 제공되어야 한다. 이와 같이 대형 혼으로 제작되는 경우, 전체 무게가 급격히 증가되므로 혼부(220)의 두께를 가능한 얇게 제작하여 전체 중량의 급격한 증가를 방지할 수 있다. 그러나 이와 같이 혼부(220)의 두께가 너무 ?緞? 제조하게 되면 혼부(220)의 내부로 음파가 진행할 때 혼의 표면이 진동을 하게 되고, 이 과정에서 음손실이 대폭 발생하고 이에 따라 혼부(220)의 출구에서 방출되는 음파의 강도가 약해지게 된다.

실제로 75Hz~350Hz 어쿠스틱혼 개발과정에서 혼의 두께를 얇게 할수록 혼의 무게는 감소하나, 혼의 두께가 너무 얇아질 경우 혼 표면의 진동에 의한 음손실로 혼부(220)의 출구에서의 음압이 3~5% 정도 감소됨을 확인할 수 있었다.

본 발명에서는 이러한 문제점을 개선하기 위해, 도 6과 같이 혼 몸체(250a)의 외주면에 다수의 직선형 보강핀(251~254)을 일정간격마다 배치할 수 있다. 또한 이송배관에 연결을 위한 연결 플랜지(255)를 말단측에 형성할 수 있다. 이와 같이 보강용 핀(fin)을 부착하여 혼의 중량을 줄이면서도 작동시 혼 표면의 진동을 억제하여 음손실을 최소화할 수 있다.

또한 도 7과 같이, 앞서 설명한 직선형 보강핀(251~254)이외에 혼 몸체(250b)의 외주면을 따라 나선형으로 형성된 단일의 나선형 보강핀(251a)으로 제공될 수도 있다.

이와 같이 구성된 본 발명은 탈황설비의 이송배관의 막힘상태를 실시간으로 검출하여 주기적으로 초저주파를 이송배관에 가함으로써 탈황설비의 탈황이송배관의 막힘현상을 미연에 방지하고, 이를 통해 생산율을 대폭 개선할 수 있다.

또한 본 발명은 음파 발생부의 내부에 둥근 통로부와 확대부로 구성함으로써 발생된 음파가 둥근 통로부와 확대부를 통해 효과적으로 전달되어 최소한의 음손실이 발생되도록 유도함으로써 결과적으로 어쿠스틱혼의 성능을 최대한 발휘할 수 있다.

그리고 본 발명은 혼부의 표면에 보강용 핀을 장착하여 혼의 전체 무게를 줄이면서도 혼 표면의 진동을 억제하여 음손실을 최소화할 수 있다.

이외에도 어쿠스틱혼의 최적 운전패턴 유지에 따른 탈황제부착방지시스템 및 소결탈황설비의 효율향상, 소결 탈황설비의 조업중단횟수 감소에 따른 소결공장 생산량 증대, 및 자동화에 따른 인력절감에 대한 효과를 기대할 수 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 실시예에 대해서 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 얼마든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있을 것이다.

10: 소결기
20: 집진기
30: 이송팬
40, 40a: 탈황제 공급부
41: 이송배관
42: PLC
44: 이송배관부
45: 탈황제 공급호퍼
46: 집진기
50: 백필터부
60: 열교환기
70: 버너부
80: 암모니아 공급부
90: 반응기
100: 팬
110: 스택부
200: 어쿠스틱 혼 조립체
210: 발생부
220: 혼부
220c: 확대부
221a: 각진 통로부
221b,221c: 둥근 통로부
230: 혼 연결부
231: 다이아프램
233: 몸체부
234: 기체 유입홈
244: 커버 플레이트
246: 제1 노즐부
247: 제2 노즐부
250: 혼 몸체부
250a,250b: 혼 몸체
251a: 나선형 보강핀
251~254: 직선형 보강핀
255,255b: 연결 플랜지

Claims

소결기에서 배출되는 배기가스에 탈황제 분말을 공급하도록 이송배관을 구비한 탈황설비의 배관막힘 방지 시스템으로서,
상기 이송배관 중 탈황제의 공급이 시작되는 지점에 장착된 제1 압력센서부;상기 이송배관 중 탈황제의 공급이 종료되는 지점에 장착된 제2 압력센서부; 및 상기 제1 압력센서부와 상기 제2 압력센서부의 차압에 따라 일정주기로 초저주파를 상기 이송배관에 가하여 상기 탈황제가 상기 이송배관의 내부에서 막히는 것을 방지하는 초저주파 어쿠스틱 혼 조립체;를 포함하고,
상기 초저주파 어쿠스틱 혼 조립체는, 몸체부, 상기 몸체부의 내부에 설치되어 내부로 유입된 기체에 의해 음파를 발생시키는 음파 발생부, 및 상기 음파 발생부에 의해 발생된 상기 음파를 증폭시키는 혼부를 포함하고, 상기 혼부의 내부에는, 완곡한 곡면을 갖는 둥근 통로부로부터 이어지는 확대부가 형성되어 상기 음파 발생부에서 발생된 음파를 상기 완곡한 곡면을 통해 상기 혼부 내의 상기 확대부로 유도하는 것을 특징으로 하는 초저주파 어쿠스틱혼을 이용한 탈황설비의 배관막힘 방지시스템.
제1항에 있어서,
상기 혼부는 직선형 배관으로 이루어지고,
상기 혼부의 외주면에는 적어도 하나의 보강핀이 길이방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 초저주파 어쿠스틱혼을 이용한 탈황설비의 배관막힘 방지시스템.
제2항에 있어서,
상기 보강핀은,
상기 혼부의 외주면을 따라 형성된 나선형 보강핀, 또는
상기 혼부의 외주면에 다수개가 일정간격을 두고 형성된 직선형 보강핀인 것을 특징으로 하는 초저주파 어쿠스틱혼을 이용한 탈황설비의 배관막힘 방지시스템.
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