KR102504475B1 - 코크스 오븐 - Google Patents

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KR102504475B1 KR1020200179605A KR20200179605A KR102504475B1 KR 102504475 B1 KR102504475 B1 KR 102504475B1 KR 1020200179605 A KR1020200179605 A KR 1020200179605A KR 20200179605 A KR20200179605 A KR 20200179605A KR 102504475 B1 KR102504475 B1 KR 102504475B1
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박상현
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주식회사 포스코
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B21/00—Heating of coke ovens with combustible gases
    • C10B21/10—Regulating and controlling the combustion
    • C10B21/18—Recirculating the flue gases

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  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
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Abstract

코크스 오븐이 개시된다. 본 실시 예에 의한 코크스 오븐은 혼합가스를 유입시키는 가스 유입라인과 공기를 유입시키는 공기 유입라인이 연결되는 제1 연소실, 연소되어 발생되는 배기가스를 배출시키는 배기라인이 연결되는 제2 연소실, 제1 연소실과 제2 연소실을 구분하도록 저면으로부터 상측으로 연장 형성되는 헤어핀, 제2 연소실에 발생 및 존재하는 배기가스의 적어도 일부를 제1 연소실로 재순환시키는 순환포트를 포함하고, 순환포트는 제1 연소실과 제2 연소실이 서로 통기되도록 헤어핀의 하부영역에 관통 형성되어 제공될 수 있다.

Description

코크스 오븐{COKE OVEN}
본 발명은 코크스 오븐에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 코크스 오븐의 배기가스에 함유된 질소산화물의 발생량을 억제할 수 있는 코크스 오븐에 관한 것이다.
일반적으로 코크스는 석탄을 건류시켜 제조하는 것으로서, 석탄을 건류시키기 위해 코크스 오븐이 이용된다. 통상적인 코크스 오븐은 석탄이 장입되는 탄화실(Coking Chamber)와, 탄화실의 양측에 마련되되 연소가스와 공기가 주입됨으로써 필요한 열을 발생시키는 연소실(Combustion Chamber)를 구비한다. 연소실에서 연소가스와 공기가 연소되어 발생하는 열이 탄화실로 전달됨으로써 석탄을 건류시켜 코크스를 제조하게 된다.
한편, 연소실에 주입되는 연소가스는 고효율 연료가스인 고로가스(BFG, Blast Furnace Gas)와 코크스로 가스(COG, Coke Oven Gas)가 함유된 혼합가스가 주로 사용되는데, 혼합가스와 공기의 연소 반응 시 필연적으로 질소산화물(NOx)이 발생하게 된다. 질소산화물은 여러 종류가 있는데, 코크스 오븐의 연소실에서 발생되는 화염이 매우 고온이므로 주로 고온 질소산화물(Thermal NOx)이 다량 발생하게 된다.
고온 질소산화물(Thermal NOx)은 연소용 공기 중에 포함된 질소와 산소가 고온에서 반응하여 생성되는 것으로서. 환경오염에 중대한 영향을 미치는 유해물질로 분류된다. 더욱이, 오늘날에는 대기 환경오염을 방지하기 위해 질소산화물의 발생량을 규제하고 있는데, 이러한 규제를 준수하기 위해서는 일정한 시간 간격으로 연소실의 가동을 중지시켜야 하므로, 가동률이 저하되고 코크스 생산성이 저하된다는 문제점이 있다. 따라서 코크스 오븐의 연소실에서 배출되는 질소산화물의 발생량을 저감 및 억제할 수 있는 방안이 요구된다.
대한민국 공개특허공보 제10-2004-0017516호(2004. 02. 27. 공개)
본 실시 예는 질소산화물 등의 유해물질의 발생량을 효과적으로 저감 및 억제할 수 있는 코크스 오븐을 제공하고자 한다.
본 실시 예는 연소실 가동률을 증가시켜 생산성을 도모할 수 있는 코크스 오븐을 제공하고자 한다.
본 실시 예는 단순한 구조로서 질소산화물의 발생량을 용이하게 저감 및 억제할 수 있는 코크스 오븐을 제공하고자 한다.
본 실시 예는 단순한 구조로서 설치 및 운용비용을 절감할 수 있는 코크스 오븐을 제공하고자 한다.
본 실시 예는 환경 규제에 안정적인 대처가 가능한 코크스 오븐을 제공하고자 한다.
본 실시 예의 일 측면에 의하면, 혼합가스를 유입시키는 가스 유입라인과 공기를 유입시키는 공기 유입라인이 연결되는 제1 연소실; 연소되어 발생되는 배기가스를 배출시키는 배기라인이 연결되는 제2 연소실; 상기 제1 연소실과 상기 제2 연소실을 구분하도록 저면으로부터 상측으로 연장 형성되는 헤어핀; 상기 제2 연소실에 발생 및 존재하는 배기가스의 적어도 일부를 상기 제1 연소실로 재순환시키는 순환포트;를 포함하고, 상기 순환포트는 상기 제1 연소실과 상기 제2 연소실이 서로 통기되도록 상기 헤어핀의 하부영역에 관통 형성되어 제공될 수 있다.
상기 하부영역은 상기 헤어핀의 하단으로부터 높이의 1/3 이하의 범위일 수 있다.
상기 순환포트는 상기 저면으로부터 이격되어 형성될 수 있다.
상기 순환포트는 상기 하부영역에 복수개 형성될 수 있다.
상기 순환포트는 상기 제2 연소실 측 단부에 형성되는 유입개구 및 상기 제1 연소실 측 단부에 형성되는 배출개구를 포함하고, 상기 유입개구의 모서리는 배기가스의 유입을 안내하도록 상기 제2 연소실의 내측을 향해 만곡지게 형성될 수 있다.
상기 순환포트는 배기가스의 유입을 유도하는 송풍장치를 포함하여 제공될 수 있다.
상기 배기라인은 복수개 마련되되, 적어도 일부의 상기 배기라인은 상기 제2 연소실의 저면에 연결될 수 있다.
상기 순환포트는 상기 제2 연소실 측 단부에 형성되는 유입개구 및 상기 제1 연소실 측 단부에 형성되는 배출개구를 포함하고, 상기 유입개구는 상기 배출개구 보다 상기 헤어핀의 하단 또는 상기 저면에 상대적으로 근접하게 배치될 수 있다.
본 실시 예에 의한 코크스 오븐은 질소산화물 등의 유해물질 발생량을 현저하게 저감 및 억제할 수 있는 효과를 가진다.
본 실시 예에 의한 코크스 오븐은 연소실 가동률을 증가시켜 생산성을 도모할 수 있는 효과를 가진다.
본 실시 예에 의한 코크스 오븐은 단순한 구조로서 질소산화물의 발생량을 용이하게 저감 및 억제할 수 있는 효과를 가진다.
본 실시 예에 의한 코크스 오븐은 단순한 구조로서 설치 및 운용비용을 절감할 수 있는 효과를 가진다.
본 실시 예에 의한 코크스 오븐은 엄격한 환경 규제에도 안정적인 대처가 가능한 효과를 가진다.
도 1은 본 실시 예에 의한 코크스 오븐의 연소실을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 실시 예에 의한 코크스 오븐의 연소실을 나타내는 측방향 단면도이다.
도 3은 본 실시 예에 의한 코크스 오븐의 연소실을 나타내는 다른 방향의 측방향 단면도로서, 도 2의 A-A' 방향 단면도이다.
도 4는 본 실시 예에 의한 코크스 오븐과 실험 대조군을 비교하여 나타내는 측방향 단면도이다.
도 5는 본 실시 예에 의한 코크스 오븐과 실험 대조군을 비교하여 나타내는 다른 방향의 측방향 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 의한 유입개구를 확대 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 코크스 오븐의 연소실을 나타내며 실험 대조군을 비교하여 나타내는 측방향 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 코크스 오븐의 공정모사 결과를 나타내는 그래프이다.
이하에서는 본 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이며, 여기서 제시한 것으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략할 수 있고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
도 1은 본 실시 예에 의한 코크스 오븐(1)의 연소실(100)을 나타내는 사시도이다. 또한, 도 2 및 도 3은 본 실시 예에 의한 코크스 오븐(1)의 연소실(100)을 나타내는 서로 다른 방향의 측방향 단면도이다.
코크스 오븐(1)은 코크스를 제조하기 위한 장치로서, 석탄이 장입되는 탄화실(미도시)와, 탄화실의 양측에 마련되어 필요한 열을 발생시키는 연소실(100)이 서로 교대로 복수개 배치될 수 있다. 연소실(100)은 연소가스와 공기가 주입되고 연소됨으로써 열을 발생시킬 수 있으며, 해당 열이 탄화실로 전달됨으로써 석탄이 건류되어 코크스가 제조될 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시 예에 의한 코크스 오븐(1)의 연소실(100)은 연소가스 등을 함유하는 혼합가스와 공기가 유입되는 제1 연소실(110), 연소되어 발생되는 배기가스가 배출되는 제2 연소실(120), 제1 연소실(110)과 제2 연소실(120)을 구분하도록 저면으로부터 상측으로 연장 형성되는 헤어핀(130), 제2 연소실(120)에 발생 및 존재하는 배기가스의 일부를 제1 연소실(110)로 재순환시켜 질소산화물의 발생량을 저감하는 순환포트(150)를 포함하여 마련될 수 있다.
제1 연소실(110)과 제2 연소실(120)은 연소실(100)의 좌우 방향 또는 폭 방향으로 나란하게 배치되어 한 쌍을 이루며, 중앙 측에 격벽 형태로 마련되는 헤어핀(130)에 의해 구분될 수 있다. 제1 연소실(110)과 제2 연소실(120)은 중앙 측에 배치되는 헤어핀(130)에 의해 구획되어 마련되되 상측은 개방되어 서로 연통될 수 있다.
제1 연소실(110)은 상하 방향으로 연장 형성되되, 내측으로 고로가스(BFG, Blast Furnace Gas)와 코크스로 가스(COG, Coke Oven Gas) 등이 함유된 혼합가스를 유입시키는 가스 유입라인(11)과, 내측으로 공기를 유입시키는 공기 유입라인(12)이 연결될 수 있다. 가스 유입라인(11)은 입구 측 단부가 가스 인렛박스(미도시)와 연결되고, 출구 측 단부가 제1 연소실(110)의 내측에 연결될 수 있다. 마찬가지로, 공기 유입라인(12)은 입구 측 단부가 에어 인렛박스(미도시)와 연결되고, 출구 측 단부가 제1 연소실(110)의 내측에 연결됨으로써 제1 연소실(110)의 내부로 공기가 유입될 수 있다. 가스 유입라인(11) 및 공기 유입라인(12)은 제1 연소실(110)의 저면 또는 제1 연소실(110)의 측면에 복수가 연결되어 마련될 수 있으며, 또는 가스 유입라인(11) 또는 공기 유입라인(12)이 헤어핀(130)의 내측으로 연장 형성되어 제1 연소실(110)의 중앙 측으로 혼합가스 또는 공기가 주입될 수도 있다.
제1 연소실(110)로 유입된 혼합가스와 공기는 상승 기류를 따라 이동하면서 연소가 이루어져 열을 발생시킬 수 있다. 연소되면서 발생되는 배기가스는 제1 연소실(110)과 짝을 이루는 제2 연소실(120)에서 하강 기류를 따라 이동하면서 배출될 수 있다. 제2 연소실(120)은 헤어핀(130)에 의해 제1 연소실(110)과 구분되되, 상측은 개방되어 제1 연소실(110)과 연통될 수 있으며, 이로써 제1 연소실(110)에서 연소되어 발생되는 배기가스가 제2 연소실(120)로 유입되어 이동될 수 있다. 제2 연소실(120)은 제1 연소실(110)과 마찬가지로 상하 방향으로 연장 형성될 수 있으며, 연소에 의해 발생되는 배기가스를 외부로 배출하는 배기라인(21)이 연결될 수 있다. 배기라인(21)은 입구 측 단부가 제2 연소실(120)에 연결되고, 출구 측 단부가 축열실(미도시) 또는 연도(미도시)에 연결되어 외부 대기로 배출될 수 있다. 배기라인(21)은 배기가스의 원활한 배출을 위해 복수개 마련될 수 있으며, 그 중 적어도 일부는 제2 연소실(120)의 저면에 연결되고, 나머지 일부는 제2 연소실(120)의 측면에 연결되어 마련될 수 있다. 한편, 제2 연소실(120)의 측면에 연결되는 배기라인(21)은 하강 기류의 배기가스를 원활하게 배출할 수 있도록 연결부가 하향 경사지게 형성될 수 있다.
헤어핀(130)은 제1 연소실(110)과 제2 연소실(120)을 구획 및 구분하도록 연소실(100)의 저면으로부터 상측으로 연장 형성되되, 제1 연소실(110)과 제2 연소실(120)의 연통을 위해 상측은 개방된 형상을 갖는 격벽 구조로 마련될 수 있다. 헤어핀(130)이 저면으로부터 상측으로 연장 형성됨에 따라, 제1 연소실(110)로 유입되는 혼합가스 및 공기가 연소되면서 상승 기류를 형성하고, 연소에 의해 발생되는 배기가스가 제2 연소실(120)을 거쳐 하강 기류를 형성하면서 배출될 수 있다. 헤어핀(130)의 하부영역(130a), 구체적으로 헤어핀(130)의 하단으로부터 전체 높이의 하측 1/3 사이의 영역에는 후술하는 순환포트(150)가 관통 형성될 수 있으며 이에 대한 자세한 설명은 후술하도록 한다.
한편, 제1 연소실(110)에 주입되는 연소가스는 고효율 연료가스인 고로가스(BFG)와 코크스로 가스(COG)가 함유된 혼합가스가 주로 사용되는데, 혼합가스와 공기의 연소 반응 시 필연적으로 질소산화물(NOx)이 발생하게 된다. 질소산화물은 여러 종류가 있으나, 코크스 오븐(1)의 연소실(100)에서 발생되는 화염이 매우 고온이므로 고온 질소산화물(Thermal NOx)이 주로 발생하게 된다. 이러한 고온 질소산화물(Thermal NOx)은 연소용 공기 중에 포함된 질소와 산소가 고온에서 반응하여 생성되는 것으로서, 환경오염에 중대한 영향을 미치는 유해물질로 분류되므로 이를 저감하기 위한 노력이 요구된다. 아울러 대기 환경오염을 방지하기 위해 질소산화물의 발생량을 규제함에 따라 이를 준수하기 위해서는 일정한 시간 간격으로 연소실(100)의 가동을 중지시켜야 하므로, 가동률이 저하되고 코크스 생산성이 저하된다는 문제점이 있다.
이에 본 실시 예에 의한 코크스 오븐(1)은 제2 연소실(120)에 발생 및 존재하는 배기가스의 적어도 일부를 제1 연소실(110)로 재순환시키도록 헤어핀(130)에 관통 형성되는 순환포트(150)를 구비한다.
순환포트(150)는 제1 연소실(110)과 제2 연소실(120)이 서로 통기되도록 제1 연소실(110)과 제2 연소실(120)의 배치 방향인 연소실(100)의 좌우 방향 또는 폭 방향을 따라 관통 형성될 수 있다. 또한, 순환포트(150)는 배기가스의 재순환율을 향상시킴과 동시에, 이를 통해 질소산화물의 발생량을 저감할 수 있도록 헤어핀(130)의 하단으로부터 전체 높이의 하측 1/3 영역인 하부영역(130a)에 관통 형성될 수 있다.
본 실시 예에서 설명하는 헤어핀(130)의 하부영역(130a), 중간영역(130b) 및 상부영역(130c)은 특정한 일 위치에 한정하는 것이 아니라, 하부영역(130a)은 헤어핀(130)의 높이에서 하단으로부터 전체 높이의 1/3 사이의 하측 영역, 중간영역(130b)은 전체 높이의 1/3으로부터 2/3 사이의 중앙측 영역, 상부영역(130c)은 전체 높이의 2/3으로부터 상단까지의 상측 영역을 의미하는 것으로서, 헤어핀(130) 상에서 구획된 영역의 범위로서 이해되어야 한다.
순환포트(150)는 헤어핀(130)의 하부영역(130a)에 관통 형성됨으로써 질소산화물의 발생량을 최소화할 수 있다. 이하에서는 순환포트(150)의 형성 위치에 따른 배기가스의 재순환율과 질소산화물의 발생량을 대비하도록 한다.
도 4 및 도 5는 본 실시 예에 의한 코크스 오븐(1)과 실험 대조군을 비교하여 나타내는 서로 다른 방향의 측방향 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 순환포트(150)가 헤어핀(130)의 하부영역(130a)에 한 쌍 형성되는 본 실시 예(a), 순환포트(150)가 헤어핀(130)의 중간영역(130b)에 한 쌍 형성되는 제1 비교 예(b), 순환포트(150)가 헤어핀(130)의 상부영역(130c)에 한 쌍 형성되는 제1 비교 예(c), 순환포트(150)가 헤어핀(130)의 하부영역(130a)과 중간영역(130b)에 각각 한 쌍씩 형성되는 제3 비교 예(d)를 서로 대조할 수 있도록 공정 모사하였으며, 해석결과 값은 아래의 표와 같다.
Figure 112020138779304-pat00001
표 1을 참조하면, 동일 조업조건을 전제로 공정 모사한 결과, 본 실시 예(a)를 포함한 제1 내지 제3 비교 예(b, c, d)에서 연소실(100)의 내부 온도는 최소, 1,278 ℃에서 최대 1,847 ℃ 로서, 모든 예에서 평균온도가 약 1,290 ℃에 해당하는 바, 탄화실에 장입된 석탄을 건류시키기에 안정적인 열을 제공하고 있다. 즉, 순환포트(150)를 헤어핀(130)의 어느 영역에 형성하더라도 모두 연소실(100)로서의 역할을 충분히 수행할 수 있다.
그러나 순환포트(150)를 제1 비교 예(b)와 같이 헤어핀(130)의 중간영역(130b)에 형성할 경우, 동일 조업조건 하의 공정모사 결과 배기가스의 재순환율(Recirculation Ratio)은 10.68%에 해당하며, 이로 인해 질소산화물(NOx)의 발생량 또는 농도(ppm, 7% O2 기준)가 121.42 ppm까지 상승한다. 다른 예로, 순환포트(150)를 제2 비교 예(c)와 같이 헤어핀(130)의 상부영역(130c)에 형성할 경우, 배기가스의 재순환율은 5.29%에 불과하며, 이에 따라 질소산화물(NOx)의 발생량 또는 농도가 115.28 ppm 에 이른다. 반면, 본 실시 예와 같이 순환포트(150)를 헤어핀(130)의 하부영역(130a)에 형성(a)할 경우, 배기가스의 재순환율이 21.23%까지 상승하며, 이로써 질소산화물(NOx)의 발생량 또는 농도는 114.12 ppm으로 하강한다. 따라서, 순환포트(150)는 본 실시 예와 같이 헤어핀(130)의 하부영역(130a)에 형성(a)하는 것이 배기가스의 재순환율을 최대화할 수 있으며, 이로써 배기가스에 함유되는 질소산화물의 발생량 또는 농도를 최소화할 수 있다.
순환포트(150)의 수와 형성 위치를 확장하는 것을 상정할 수 있겠으나, 이로 인해 배기가스의 재순환율이 증가하지 아니한다. 이를 확인하기 위해 제3 비교 예(c)와 같이, 순환포트(150)를 헤어핀(130)의 하부영역(130a)과 중간영역(130b)에 각각 형성할 경우, 공정모사 결과 배기가스의 재순환율은 15.08%로서, 순환포트(150)를 헤어핀(130)의 하부영역(130a)에만 형성하는 경우보다 더욱 저조하다. 아울러, 제3 비교 예에서는 질소산화물(NOx)의 발생량 또는 농도가 119.18 ppm에 이르러, 순환포트(150)를 헤어핀(130)의 하부영역(130a)에만 형성하는 본 실시 예의 114.12 ppm 보다 높게 나타난다. 즉, 제1 연소실(110)과 제2 연소실(120)을 서로 통기시키는 순환포트(150)는 단순히 헤어핀(130)의 상이한 높이 영역에 다수 형성하는 경우보다 헤어핀(130)의 하부영역(130a)에 한정하여 형성하는 것이 배기가스의 재순환율을 증가시키고, 나아가 질소산화물의 발생량을 최소화함을 알 수 있다.
아울러, 도 4와 도 5, 그리고 표 1에는 도시하지 않았으나, 순환포트(150)를 헤어핀(130)의 하단에, 다시 말해 연소실(100)의 저면에 접하게 형성할 경우, 공정모사 결과 배기가스의 재순환율은 16.67 %에 불과하여, 질소산화물의 발생량 또는 농도는 129.47 ppm까지 상승한다. 즉, 순환포트(150)는 헤어핀(130)의 하부영역(130a)에 형성하되, 연소실(100)의 저면으로부터는 이격하여 형성하는 것이 배기가스의 재순환율 향상과 질소산화물의 발생 억제에 효과적이다.
한편, 순환포트(150)는 제2 연소실(120) 측 단부에 개방 형성되는 유입개구(151) 및 제1 연소실(110) 측 단부에 개방 형성되는 배출개구(152)를 구비할 수 있다. 또한, 도 1 내지 도 5에서는 순환포트(150)가 헤어핀(130) 상에서 수평 방향으로 연장 형성되어 유입개구(151)와 배출개구(152)의 높이가 동일하게 형성되는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 순환포트(150)가 헤어핀(130) 상에서 일정한 각도로 경사지게 형성되어 유입개구(151)와 배출개구(152)의 높이가 상이하게 형성될 수도 있다.
구체적으로, 순환포트(150)가 헤어핀(130) 상에서 경사지게 관통 형성됨으로써, 헤어핀(130)의 하단 또는 연소실(110, 120)의 저면으로부터 유입개구(151)의 형성 높이와 배출개구(152)의 형성 높이가 서로 상이하게 이루어질 수 있다. 일 예로, 순환포트(150)는 제1 연소실(110)로부터 제2 연소실(120)을 향해 상향 경사지게 관통 형성되어, 헤어핀(130)의 하단 또는 연소실(110, 120)의 저면으로부터 유입개구(151)의 형성 높이가 헤어핀(130)의 하단 또는 연소실(110, 120)의 저면으로부터 배출개구(152)의 형성 높이 보다 상대적으로 낮게 마련될 수 있다. 다시 말해, 유입개구(151)가 배출개구(152) 보다 헤어핀(130)의 하단 또는 연소실(110, 120)의 저면에 근접하게 배치될 수 있으며, 이로 인해 제2 연소실(120)에 발생 및 존재하는 배기가스의 일부가 순환포트(150)를 거쳐 제1 연소실(110)로 유입 시, 제1 연소실(110) 내부의 혼합가스 또는 공기의 흐름 방향에 상응한 방향으로 진입 및 혼합될 수 있다. 이로써 배기가스의 재순환이 보다 원활하게 이루어질 수 있으며, 가스 유입라인(11) 및 공기 유입라인(12)을 거쳐 각각 유입되는 혼합가스 및 공기의 흐름을 방해하지 않아 소음을 저감하고, 작동 효율이 향상될 수 있다.
순환포트(150)는 제2 연소실(120)로부터 배기가스가 원활하게 유입될 수 있도록 만곡지게 형성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 의한 유입개구(151)를 확대 도시한 사시도로서, 도 6을 참조하면, 순환포트(150)는 일단에 제2 연소실(120)에 대향하는 유입개구(151)와, 타단에 제1 연소실(110)에 대향하는 배출개구(152)를 구비할 수 있으며, 유입개구(151)의 모서리는 배기가스의 유입이 원활하게 이루어지도록 제2 연소실(120)의 내측을 향해 만곡지게 형성될 수 있다. 이로써, 제2 연소실(120)을 따라 하강 기류를 형성하는 배기가스가 순환포트(150)의 내측으로 유입이 안내될 수 있으며, 불필요한 와류 형성이 억제되어 배기가스의 전달 및 이송이 보다 안정적이고 지속적으로 이루어질 수 있다.
도 6에서는 순환포트(150)의 단면 형상이 사각으로 이루어지고, 유입개구(151)의 네 모서리가 모두 만곡지게 형성되는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않으며 순환포트(150)의 단면 형상이 원형으로 형상되고, 유입개구(151)의 원형 모서리가 만곡지게 형성될 수도 있다. 한편, 도면에는 도시하지 않았으나, 순환포트(150)에는 에어 블로워(air blower) 또는 베인펌프(Vane pump) 등 전원을 공급받아 작동함으로써, 제2 연소실(120)에 발생 및 존재하는 배기가스의 유입을 유도하거나 능동적인 동작에 의해 제1 연소실(110)로 배기가스를 주입시키는 송풍장치가 마련될 수도 있다.
이하에서는 본 발명의 변형된 실시 예에 의한 코크스 오븐(1)에 대해 설명한다.
제1 연소실(110)과 제2 연소실(120)을 서로 통기시키는 순환포트(150)는 헤어핀(130)의 하부영역(130a)에 형성하는 것이 배기가스의 재순환율을 증가시키고, 질소산화물의 발생량을 최소화함은 앞서 설명한 바와 같다. 그렇다면 순환포트(150)를 헤어핀(130)의 하부영역(130a)에 한정하여 형성하되, 복수개 형성하는 경우의 배기가스의 재순환율과 질소산화물의 발생량이 문제된다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 코크스 오븐(1)의 연소실(100)을 나타내며 실험 대조군을 비교하여 나타내는 측방향 단면도이다. 도 7을 참조하면, 순환포트(150)가 헤어핀(130)의 하부영역(130a)에 두 쌍 형성되는 제2 실시 예(a), 순환포트(150)가 헤어핀(130)의 하부영역(130a)에 세 쌍 형성되는 제3 실시 예(b)를 서로 대조할 수 있도록 공정 모사하였으며, 해석결과를 나타내는 그래프는 도 8과 같다.
도 8은 도 7에 도시된 비교 대조군의 공정모사 결과를 나타내는 그래프이다. 도 8을 참조하면, 제2 실시 예(a)와 제3 실시 예(b)의 배기가스 재순환율 및 질소산화물 발생량을 변화를 용이하게 확인할 수 있도록 순환포트(150)를 헤어핀(130)의 하단에 한 쌍 형성할 경우(base)의 공정모사 결과를 함께 도시하였다. 앞서 설명한 바와 같이, 순환포트(150)를 헤어핀(130)의 하단에 형성하는 경우의 배기가스의 재순환율(Recirculation Ratio)은 16.67%, 질소산화물의 발생량 또는 농도(ppm, 7% O2 기준)은 129.47 ppm(ppm, 7% O2 기준, NOx Conce)에 해당한다.
이와 대비하여, 순환포트(150)를 헤어핀(130)의 하부영역(130a)에 두 쌍 형성(a)하거나, 세 쌍 형성(b)할 경우, 배기가스의 재순환율이 각각 24.79% 및 26.41% 까지 상승함을 알 수 있으며, 아울러 질소산화물의 발생량 또는 농도 역시 점차적으로 감소함을 확인할 수 있다. 따라서, 순환포트(150)는 헤어핀(130)의 하부영역(130a)에 한정하여 형성하되, 배기가스의 재순환율을 증가시킴과 동시에 질소산화물의 발생량을 억제할 수 있도록 헤어핀(130)의 하부영역(130a)에 복수 쌍이 형성될 수 있다.
이와 같은 본 실시 예에 의한 코크스 오븐(1)은 제1 연소실(110)과 제2 연소실(120)을 구획하는 헤어핀(130)의 하부영역(130a)에 제1 연소실(110)과 제2 연소실(120)을 서로 통기시키는 순환포트(150)가 마련됨으로써, 제2 연소실(120)의 배기가스의 적어도 일부가 제1 연소실(110)로 재순환함으로써 질소산화물의 발생량 또는 농도를 억제 및 최소화할 수 있다. 아울러, 단순한 구조와 공정으로서 질소산화물을 효과적으로 저감할 수 있으므로 설비운용의 효율성을 도모할 수 있으며, 연소실(100) 가동률을 증가시켜 생산성을 향상시킬 수 있다.
1: 코크스 오븐 100: 연소실
110: 제1 연소실 120: 제2 연소실
130: 헤어핀 150: 순환포트

Claims (8)

  1. 혼합가스를 유입시키는 가스 유입라인과 공기를 유입시키는 공기 유입라인이 연결되는 제1 연소실;
    연소되어 발생되는 배기가스를 배출시키는 배기라인이 연결되는 제2 연소실;
    상기 제1 연소실과 상기 제2 연소실을 구분하도록 저면으로부터 상측으로 연장 형성되는 헤어핀;
    상기 제2 연소실에 발생 및 존재하는 배기가스의 적어도 일부를 상기 제1 연소실로 재순환시키는 순환포트;를 포함하고,
    상기 순환포트는
    상기 제1 연소실과 상기 제2 연소실이 서로 통기되도록 상기 헤어핀의 하부영역에 관통 형성되고,
    상기 제2 연소실 측 단부에 형성되는 유입개구 및 상기 제1 연소실 측 단부에 형성되는 배출개구를 포함하고,
    상기 유입개구는
    상기 배출개구 보다 상기 헤어핀의 하단 또는 상기 저면에 상대적으로 근접하게 배치되는 코크스 오븐.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하부영역은
    상기 헤어핀의 하단으로부터 높이의 1/3 이하의 범위인 코크스 오븐.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 순환포트는
    상기 저면으로부터 이격되어 형성되는 코크스 오븐.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 순환포트는
    상기 하부영역에 복수개 형성되는 코크스 오븐.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 유입개구의 모서리는
    배기가스의 유입을 안내하도록 상기 제2 연소실의 내측을 향해 만곡지게 형성되는 코크스 오븐.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 순환포트는
    배기가스의 유입을 유도하는 송풍장치를 포함하는 코크스 오븐.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 배기라인은 복수개 마련되되,
    적어도 일부의 상기 배기라인은
    상기 제2 연소실의 저면에 연결되는 코크스 오븐.
  8. 삭제
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