KR19990081890A - 연속 고압고체공급시스템과 이를 이용한 연속적인 고압고체공급방법 - Google Patents

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피터 에이치. 슐러
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로버트 제이. 에드워즈
더 뱁콕 앤드 윌콕스 컴파니
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Abstract

본 발명은 용광로(40)와 같은 장치에 이용하기 위하여 저압력의 저장통(10)으로부터 고압력의 공급탱크(30)에 연속적으로 고체를 공급하기 위한 시스템과 방법에 관한 것으로, 가변속도의 고압고체펌프를 구비하고 있으며, 유동화장치는 농축상태로 유동하는 고체가 가변속도의 고압고체펌프에 진입하기 전에 가스가 제거되도록 가스제거수단(15)으로 배출하는 한편, 배출구(31)가 형성되어 있는 공급탱크(30)는 고체펌프(20)의 배출구(21)에 연결되며, 고체공급원보다 높은 압력을 유지한다.

Description

연속 고압고체공급시스템과 이를 이용한 연속적인 고압고체공급방법
용광로용 혹은 고로용 연료로서 분쇄된 석탄을 사용하는 것은 대략 35년전에 처음으로 공지되었는데, 이와 같은 분쇄된 석탄은 상대적으로 저렴한 가격과 폭넓은 사용성으로 인해 범용적인 연료였다.
또한 분쇄된 석탄을 용광로 또는 다른 연소장치로 이송하기 위한 여러 가지의 상이한 공급시스템이 개발되어 있는 바, 특히 현대화된 연속적인 고체유동방식 중 하나인 고압력의 공압공급시스템은 가압된 공급탱크를 채우기 위한 대기저장기를 이용하는 것을 특징으로 하는데, 상기 공급탱크는 교대로 다중의 주입라인 또는 하나 이상의 분배기에 연결된 공급라인에 분쇄된 석탄을 공급하고, 상기 분배기는 공급라인으로부터 용광로 또는 다른 장치의 다수의 지점에 분쇄된 석탄을 이송한다. 또한, 상기 석탄은 가스의 부피에 대해 상대적으로 고비율의 부피로 된 "농축상태"로 공급되거나, 채택된 특정한 기술에 따라 희박상태로 이송될 수도 있다.
그러나, 이러한 분쇄된 석탄연료를 연소용 용광로에 연속적으로 공급하기 위한 종래의 방법들은 모두 연료와 공간 및 에너지를 비효율적으로 소비한다는 문제점이 있었고, 이러한 문제점들은 주로 대기압 상태의 저장기로부터 더 높은 압력의 공급기 또는 용광로로 주입하기 위한 일괄탱크에 분쇄된 석탄을 이동하는 어려움에 기인한 것들이다. 또한, 분쇄된 석탄이 고압의 농축상태로 공급되므로 회전식 공급기가 압력제한으로 인해서 제대로 작동되지 않는다.
한편, 코울터(Coulter) 등의 미합중국 특허 제 3,689,045호와 제 3,720,351호 모두에는 용광로에 농축상태의 분쇄된 석탄을 공급하기 위한 시스템이 게재되어 있는 바, 대기의 석탄분쇄 및 수집시스템은 둘 이상의 가압된 일괄 또는 공급탱크와 연결되고, 바람직하기로는 하나의 저장통에 연결된 적어도 세 개의 개별적인 공급탱크와 연결된다. 또한, 하나의 가득 찬 공급탱크가 분쇄된 석탄을 고압의 용광로에 공급하는 동안, 나머지 두 개의 공급탱크들은 대기압의 저장통으로부터 보충받게 되는데, 일단 공급탱크가 가득 채워지면, 가압되어 현재 용광로에 공급하고 있던 공급탱크의 분쇄된 석탄의 공급이 끝날 때 온라인상태에 놓여지게 되고, 분쇄된 석탄을 용광로 내에 대체로 연속적으로 공급할 수 있게 된다.
이러한 순환과정은 연속적으로 반복되어 하나의 공급탱크가 항상 온라인 상태로 용광로에 공급하게 되는 반면에, 나머지 두 개의 공급탱크들은 분쇄된 석탄을 재보충 및/또는 고압으로 재충전되는 변환단계에 있게 된다.
한편, 상기 미합중국 특허 제 3,689,045호와 3,720,351호에 공지된 바와 같이 분쇄된 연료 배급시스템의 각각의 공급탱크가 작동되어 연속적으로 순환되는 공정은 다음과 같다.
a. 대기압상태(통풍상태)에서, 공급탱크는 위쪽에 위치한 분쇄된 연료 저장기로부터 중력에 의해 흐르면서 연결파이프라인을 통해 채워진다.
b. 일단 분쇄된 연료가 채워지게 되면, 충전파이프라인의 밸브는 폐쇄되고, 공급탱크는 불활성가스로 가압된다.
c. 이어 가압이 되면, 공급탱크는 준비상태로 되어, 온라인상태의 공급탱크가 비워질 때까지 대기상태로 있게 된다.
d. 대기중인 탱크가 온라인으로 될 때, 예컨대 용광로에 분쇄된 연료를 공급하기 시작할 때가 되면, 탱크 아래에 있는 배출파이프의 밸브가 개방되어 농축상태의 분쇄된 연료가 압력하에서 흘러 나가 탱크를 용광로에 연결시키는 연료이송 및 분배시스템으로 흘러간다.
e. 탱크가 거의 비워지게 되면, 분쇄된 연료 배출밸브가 폐쇄되고, 공급탱크압력이 대기압으로 낮아지게 된다. 이러한 순환은 일반적으로 30분 내지 90분간에 걸쳐 이루어지게 된다.
또 다른 고압 고체공급시스템의 일반적인 형태는 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이 일련의 두 개의 공급탱크가 구비되어 있는 바, 통상 잠금호퍼(300;lock hopper)로 명하여진 첫 번째 탱크는 중력에 의해 대기압 상태의 저장통(200)으로부터 흐른 고체물질을 수용하는 한편, 이후 이 첫 번째 탱크는 폐쇄되어 두 번째 또는 공급탱크(400)의 압력과 같은 압력으로 가압된다. 또 이 첫 번째 탱크의 회수밸브가 개방되어 물질을 상기 공급탱크(400)에 흘려보내게 되는데, 일단 첫 번째 탱크가 비워지면 감압되어 또 다른 순환공정을 위해 재보충된다.
그리고, 농축상태의 미세한 고체를 연속적으로 이송하기 위한 종래의 방법으로서 웨너스트롬(Wennerstrom) 등의 미합중국 특허 제 5,265,983호에는 직렬식 압력 연속송풍용기가 게재되어 있는 바, 이 종래기술은 연속적인 송풍용기 충전기를 구비하고 있는데, 이는 다중의 공급탱크를 대체하고 있는 것이다.
또, 이 장치는 직렬식으로 하나 이상의 일정속도의 회전공급기와 연결된 하나의 가변속도 회전공급기를 구비하고 있는데, 상부의 가변속도 회전공급기는 20psig의 상이한 압력을 조절할 수 있는 한편, 하부의 일정속도 회전공급기들은 50psig에 달하는 더 높은 상이한 압력을 위해 설계되어 있다. 상기 공급시스템을 통해서 가스의 상향통풍을 방지하기 위해서는 회전공급기의 연속적인 통풍이 요구되는데, 고압시스템에서 공급기의 연속적인 통풍은 많은 양의 압축가스(통상 니트로겐 또는 질소)가 손실되는 결과를 초래할 것이며, 이렇게 낭비된 니트로겐은 전반적인 시스템에서 고비용적인 요소가 된다.
한편, 둘리(Dooley)의 미합중국 특허 제 4,392,438호에는 원거리 지점으로부터 직접 용광로로 또는 선택적으로 저장체임버로 분쇄된 석탄 연료를 공급하기 위한 석탄이송시스템이 게재되어 있는 바, 이 시스템은 이 시스템을 가압하여 가압된 석탄을 진행 및 분쇄장치로부터 압력을 유지하기 위해 사용되는 일련의 부스터지점을 갖춘 파이프라인을 통해 용광로에 보내어 지도록 석탄가스를 사용한다. 이 시스템은 본 발명에 따른 시스템과 유사한 개념으로 이루어져 있지만, 용광로로 연료를 흘려보내기 시작하고 이를 유지하기 위해 고압의 가변속도 고체펌프를 이용하고 있지 않을 뿐만 아니라, 그 자체가 공급탱크의 연료레벨을 유지하고 채우는 것을 고려하고 있지 않다.
또한, 모토이(Motoi) 등의 미합중국 특허 제 5,285,735호에는 용광로 내에 특정한 양의 분쇄된 석탄을 주입하기 위한 조절장치가 게재되어 있으나, 이 종래기술에서는 고압의 가변속도 고체펌프를 사용하는 것이 제시되어 있지 않을 뿐만 아니라, 용광로에 공급하기 위해 공급탱크에서 석탄의 양을 조절하기 위한 다른 수단이 게재되어 있지 않다. 또한 이 종래기술에서는 공급탱크가 조절장치에 의해 채워지는 비율이 변화하는 동안 공급탱크 내에서 압력을 유지하기 위해 추가의 가압가스를 이용하고 있으며, 이 가압가스와 관련하여 이송가스를 사용하고, 훨씬 더 적은 설비를 요구하는 본 발명에 따른 고압펌프로 수행되는 것과 유사한 결과를 얻기 위해 일련의 밸브가 사용된다.
따라서, 다중의 공급탱크의 순환과정과, 상기와 같은 공급탱크가 라인에서 떼내어져 다른 것이 시작될 때 발생하는 단절 및, 많은 양의 가압가스 유출을 축소하거나 제거할 수 있도록 된 개선된 분쇄된 연료 공급시스템이 산업적으로 요구된다.
본 발명은 일반적으로 철 또는 스틸 생산에 이용되는 용광로용의 분쇄된 석탄 주입(PCI)시스템과 같은 분쇄된 연료를 공급하는 시스템에 관한 것으로, 특히 하나 또는 그 이상의 용광로 또는 다른 분쇄된 석탄을 이용하는 장치에 분쇄된 석탄을 연속적으로 공급하기 위한 가변속도의 고압고체펌프를 이용하는 방법 및 새롭고 독창적인 분쇄된 고체연료를 고압으로 공급하는 시스템에 관한 것이다.
도 1은 잠금호퍼 시스템으로 공지된 종래의 탱크설비를 나타내는 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 시스템의 제 1실시예를 나타내는 개략도,
도 3은 본 발명에 따른 가스제거수단을 더욱 상세히 나나내기 위한 도 2의 시스템의 배출관 부분의 개략적인 상세도,
도 4는 하나의 저장통이 병렬로 된 다수의 공급탱크에 공급하는 것을 나타낸 본 발명에 따른 장치의 개략도,
도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따른 또 다른 실시예들의 개략도이다.
이에 본 발명은 용광로 또는 다른 연소장치에 공급하기 위하여 대기압 상태의 분쇄된 석탄을 고압의 고체공급탱크에 연속적으로 공급하는 공정을 개선하고 합리화하는 것을 주요 목적으로 하고 있다.
따라서, 분쇄된 석탄과 같은 고체가 대기압상태로 저장통에 공급되어 저장되고, 이 저장통으로부터 고체가 농축상태로 중력에 의해 배출되어 바람직하기로는 퍼드(Firth)의 미국특허 제 4,516,674호와 제 4,988,239호 및 5,051,041호에 게재된 형태의 가변속도의 고압 고체펌프로 연속적으로 이송되도록 된 시스템이 제공된다. 그러나, 대부분의 경우에 있어서, 상기 펌프가 적절하게 작동하도록 가스제거수단은 적절한 주입상태를 유지하기 위해서 고체펌프의 바로 상부에 설치되어져야 할 것이다. 또 고압공급탱크는 농축상태의 배출파이프를 통해 분쇄된 석탄과 같은 고체의 연속공급을 요구하는 용광로 또는 다른 장치에 연결될 수 있는데, 어떤 시스템에서는 농축상태배출이 개선된 가스특성을 위해서 가스가 추가되어 희박상태로 될 수 있다.
고압고체펌프는 공급탱크로 흘러들어가는 고체의 흐름을 계량함과 더불어 대기압으로부터 압력을 증가시킨다. 이러한 고압공급탱크를 채우기 위한 시스템은 연속적으로 작동할 수 있고, 펌프의 속도는 공급탱크 내에서 거의 일정한 레벨의 고체가 유지될 수 있도록 조절될 수 있다. 바람직하게는, 이 펌프는 적어도 고체가 사용을 위해 탱크배출구로부터 배출되는 만큼의 빠른 속도로 공급탱크로 고체를 공급할 수 있으며, 이에 따라 이 시스템은 고체를 공급하는 각각의 장치를 위해서 하나 이상의 고압공급탱크를 필요로 하지 않아도 된다.
또한 저장통은 펌프 내에 농축상태의 고체흐름을 촉진하기 위해 배출구 부근에서 첨가되는 유동화가스를 가질 수 있는데, 이 추가의 유동화가스는 배출파이프를 통하는 농축상태의 흐름을 유지하여 일정한 배출흐름을 유지하게 보조하도록 공급탱크의 배출구에 공급될 수도 있다. 또한, 배출흐름을 일정하게 하는 것을 돕고 공급탱크의 압력이 정상적으로 5 내지 20대기압(atm) 범위의 요구압력을 유지하도록 공급탱크에 가압가스가 추가될 수 있으며, 상기 요구압력은 장치에 따라 다른 압력으로 유지될 수도 있다.
한편, 상기 저장통과 공급탱크 사이에서 하나 이상의 지점에 밸브들이 추가로 형성되어, 세척과 유지를 목적으로 하는 시스템의 감압 및 분리부분들을 보조하도록 되어 있다. 또한, 공급탱크에 통기구멍이 형성되어 공급탱크의 압력조절을 돕고, 작동하는 동안 공급탱크의 외부로 일정한 흐름을 유지하도록 돕는다.
본 발명에 따른 한 실시예로서, 추가의 고체펌프가 첫 번째 펌프와 병렬로 설치될 수 있게 되어, 동일한 저장통으로부터 같은 공급탱크 또는 다른 공급탱크에 공급할 수 있게 되고, 상기 다른 펌프와 공급탱크들은 동일한 특성을 가질 수 있지만 동일한 용량 요구조건을 가질 필요는 없으며, 그 충전레벨은 서로 개별적으로 유지될 수 있다. 또한, 상기 추가의 공급탱크는 앞서 설명한 둘 또는 세 개의 종래의 공급탱크 공급시스템으로부터 현존하는 공급탱크로 개조될 수 있으며, 이에 따라 현존하는 설비들을 이용할 수 있게 되어 본 발명에 따른 시스템을 설치하는데 많은 비용이 드는 것을 방지할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 공정은 고체를 대기압상태로 유지된 저장통에 공급하고, 가변속도의 고압고체펌프를 통과시키며, 이 펌프를 이용하여 고체를 가압시켜 가압된 공급탱크로 이송하는 것을 요구한다. 이어 상기 고체는 배출파이프 또는 다른 장치를 통해서 공급탱크로부터 이송됨으로써 용광로와 같은 장치로 공급되어질 수 있게 된다.
그리고, 본 발명에 따른 새로운 시스템과 공정은 다음과 같은 많은 이점들이 있는 바, 하나의 공급탱크에 연속적으로 공급하는 펌프를 이용함으로써, 하나 이상의 공급탱크 또는 잠금호퍼 이송탱크를 사용할 필요가 없어지게 되고, 이에 따라 종래 시스템에서 개별 공급탱크 또는 잠금호퍼가 감압될 때 일어나는 많은 양의 가압가스가 유출되는 것이 방지될 뿐만 아니라, 공급탱크 사이에 전환이 일어날 때 발생하는 공급시스템의 중단현상이 방지된다.
또한 본 발명의 다른 이점은 펌프가 압력생성을 돕기 때문에 고체의 역류를 방지하기 위해 시스템을 연속적으로 통풍시킬 필요가 없어지며, 고체펌프는 개별적으로 더 높은 압력레벨을 제공할 수 있기 때문에 고체를 감압시켜 이송하기 위한 일련의 펌프들을 구비할 필요가 없게 된다.
따라서, 본 발명의 첫 번째 관점에 따른 연속적인 고압고체공급시스템은 고체공급원과, 이 고체공급원의 고체를 농축상태로 이송하기 위한 농축상태배출관을 구비하고 있는 바, 이 농축상태배출관은 바람직하기로 고체물질이 가변속도의 고압고체펌프에 진입하기 바로 전에 가스가 제거되도록 가스제거수단을 구비하고 있으며, 이 가스제거수단은 진입된 가스가 외부관을 경유하여 고체공급원, 즉 통상적으로 저장통으로 되돌아 흐르도록 하며, 펌프입구의 바로 위에 위치한다. 이와 다르게는 몇몇 장치에서는 이러한 기능을 하기 위해 개별적인 가스제거수단을 필요로 하지는 않으며, 이러한 경우 고체는 자체로 가스가 제거되며, 진입된 가스는 농축상태배출관자체를 통해 저장통으로 되돌아 흘러간다. 또한 본 발명의 고압고체공급시스템은 펌프입구와 펌프배출구를 갖춘 가변속도의 고압고체펌프를 구비하는데, 상기 펌프입구는 배출관의 가스제거수단에 연결된다. 따라서, 공급탱크는 고체펌프입구와 연결되어 있는 한편, 고체공급원보다 높은 압력으로 유지되고, 고체를 관계된 공정, 통상 용광로로 공급하기 위한 배출구를 구비하고 있다.
본 발명에 따른 두 번째 관점은 고체를 연속적으로 이송하기 위한 방법으로, 이 방법은 고체원료를 저장통에 공급하는 단계를 포함하고 있다. 또한, 이 방법에서는 고체를 저장통으로부터 농축상태로 배출관으로 배출하며, 상기 농축상태로 흐르는 고체는 가스가 제거되고 난 다음 가변속도 고압고체펌프로 진입하게 되고, 이 고체펌프는 고체유동 압력을 증가시키는데 이용된다. 그 다음으로 농축상태로 흐르는 고체는 저장통보다 높은 압력을 유지하는 공급탱크로 배출되고, 이어 농축상태의 고체는 공급탱크의 배출구를 통해서 연소장치에 공급된다. 상기 고체펌프는 공급탱크 내에서 일정한 레벨의 고체가 유지되도록 조절된다.
본 발명에 다른 다양한 새로운 점들은 본 발명의 청구항에서 기술될 것이다. 이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
상기 도면들에 있어서, 동일한 참조부호는 같거나 기능적으로 유사한 구성요소를 나타내며, 특히 본 발명의 제 1실시예를 나타내는 도 2와 도 3에서 고압고체공급시스템은 참조부호 90으로 지시되어 있다.
상기 시스템(90)은 저장통배출구(11)를 갖춘 수집 및 저장용의 저장통(10)을 구비하고 있는 바, 상기 저장통배출구(11)는 농축상태로 흐르는 고체, 바람직하게는 분쇄된 석탄을 분리밸브(14)가 형성되어 있는 농축상태배출관(13)으로 공급하고, 고체는 가변속도의 고압고체펌프(20)의 펌프입구(19)로 이송된다. 또한 도 2는 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도시하고 있는 바, 가스침투성내부관(16)과 가스제거기외피(17)와 통기구(18)를 갖춘 가스제거수단(15)을 구비하고 있다. 또한, 도 3에 더 상세히 도시되어 있는 것과 같이, 고체는 상기 저장통(10)으로부터 배출되어질 수 있도록 유동화가스(12)에 의해 유동화되어져야 하므로, 상기 가스제거수단(15)은 펌프(20)가 밀폐상태를 유지하도록 펌프(20)의 입구에 있는 고체에 적절한 가스제거조건을 유지시켜주어야 할 필요가 있다. 또, 상기 가스침투성내부관(16)은 가스들이 이를 통과할 수는 있지만 이 가스침투성내부관(16) 내에 미세한 고체를 보유할 수 있도록 고어텍스(Gore TexR) 등과 같은 직물필터재로 만들어진 벽을 구비하고 있으며, 다른 적절한 필터재로서 통기성의 세라믹 또는 금속 또는 폴리머가 사용될 수 있다. 상기 내부관(16)의 필터벽을 통과한 가스는 내부관(16)과 외피(17) 사이에서 형성된 고리형상의 공간으로 이송된 다음 다시 통기구(18)를 통해 저장통(10)으로 이송된다.
또 다르게는 제거된 가스는 대기로 통기되어질 수 있고, 배출팬(도시안됨)에 의해 안내되어 질 수 있다. 상기 가스제거수단(15)은 이 가스제거수단(15)을 진동시킴으로써 관이 막히는 것을 방지하고 흐름을 촉진하기 위한 진동장치(120)를 구비할 수 있으며, 또한 가스침투성내부관(16) 내의 물질의 흐름을 촉진하도록 가스제거기외피(17) 내부에 공압펄스를 발생시키기 위한 공압펄스장치(125)를 이용할 수도 있다.
또한 도 2에 도시된 바와 같이, 저장통(10)은 통상적으로 대기압 또는 대기압에 가까운 압력을 유지하며, 내부의 미세한 고체의 가연성에 따라 불활성가스공급원(8)으로부터 나온 니트로겐 또는 질소와 같은 불활성가스로 활성이 없어지거나 , 또는 활성을 유지할 수도 있다. 한편 펌프배출구(21)는 배출파이프(39)에 연결된 배출구(31)가 형성되어 있는 공급탱크(30)와 연결되며, 상기 배출파이프(39)는 용광로(40)와 같은 연소장치에 연결되어 있다.
또한 수집 및 저장용의 저장통(10)에는 고체공급원(6)으로부터 분쇄된 석탄과 같은 고체가 공급됨과 더불어, 배출구(11)를 통해 농축상태로 배출관(13)으로 흘러가는 것을 유지하기 위해 이 저장통(10) 내의 고체를 유동화시키도록 배출구(11) 부근에서 유동화가스(12)가 공급되는데, 한 실시예에서 그 최상부 근처에 하나 이상의 통기입구가 형성될 수 있다.
상기와 같이 저장통(10)은 통상 대기압 상태에 있고, 중력에 제한되지만 않고 벨트형태의 공급기 또는 회전식공급펌프등 참조부호 7로 지시된 모든 공지된 수단에 의해 고체공급원(6)으로부터 채워질 수 있다.
바람직하게는 고체펌프(20)는 스테멧 주식회사(STAMET, Incoporated)에 의해 사용될 수 있는 개선된 버전의 고압고체펌프가 이용되어, 고체를 이송하고 계측할 수 있게 된다. 고체펌프의 기본 형태에 대한 상세한 사항을 얻기 위해서는 퍼드(Firth)의 미합중국 특허 제 4,516,674호와 제 4,988,239호를 참조하면 되는데, 개조시에는 요구되는 압력으로 작동하고, 폭발적이거나 다른 위험한 특성을 갖는 물질에 대한 지역 또는 국가적 규약에 의해 강제될 수 있는 안전요구조건을 만족시키기 위해 요구되는 사항들이 고려되어야 할 것이다. 또한 상기 고체펌프(20)는 저장통(10)과 공급탱크(30) 사이의 압력을 증가시켜 그 사이에서 압력경계로서의 역할을 하며, 가변속도전기모터(도시안됨)에 의해 구동되는데, 이 전기모터는 고체가 공급탱크(30) 내에서 적절히 계측되어지고 공급탱크(30) 내에서 거의 일정한 충전레벨을 유지할 수 있도록 공지된 수단에 의해 조절될 수 있다.
저장통(10)보다 높은 압력으로 펌프배출구(21)를 나온 계측되고 가압된 고체는 가압된 공급탱크(30)로 이송되고, 상기 고체펌프(20)는 로드셀(load cell) 또는 레벨센서(50)에 의해 제공된 공급탱크의 무게를 지시하는 신호에 근거하여, 이 고체펌프(20)를 가동시키는 전기모터(도시 안됨)의 속도를 변화시키는 조절장치(55)에 의해 조절되는 한편, 이 조절장치(55)는 도면에 간략하게 도시된 송신라인(57)을 따라 전기모터(도시 안됨)에 신호를 전달한다. 또한, 상기 고체펌프(20)는 어떠한 미세한 고체흐름이라도 배출파이프(39)를 통하여 공급탱크(30)의 바닥으로부터 배출될 수 있도록 작동된다. 또한 용광로(40) 내에서 일어나는 것과 같은 공정상태에 따라 다른 시스템으로부터 수동 또는 자동의 조절신호(80)가 조절장치(55)에 전달될 수도 있다. 또, 시스템정보신호(85)가 작업자에게 작동상태를 알릴 수 있도록 원거리 위치에 전달될 수 있다.
한편, 공급탱크(30)는 그 하부선단에 배출파이프(39)에 연결된 배출구(31)를 구비하고 있으며, 이 배출구(31)와 인접한 주입구(35)에는 유동화가스(34)가 공급되어 고체물질이 공급탱크(30)에서 나올 때 확실하게 농축상태로 흐를 수 있게 된다. 또한 가압가스(32)가 가압가스주입구(33)를 통해 탱크에 공급되어 공급탱크(30) 내의 압력을 유지할 수 있게 되는데, 공급탱크(30) 내의 압력은 바람직하기로 5 내지 20대기압(atm) 사이이다. 상기 공급탱크(30) 내의 압력을 감소시키기 위해서는 공급탱크(30)의 상단부 부근에 통기구(38)가 형성될 수 있는데, 상기 유동화가스(34)와 가압가스(32)와 통기구(38)는 모두 탱크배출구(31)와 배출라인(39)을 통해 흐르는 농축상태의 고체의 흐름이 일정하도록 돕는다.
또한, 상기 공급탱크(30)는 이 공급탱크(30)로부터 분리밸브(42)와 더불어 관련된 공정으로 일정한 흐름을 유지하도록 탱크배출구(31)에 가변속도의 회전식공급기 또는 이와 유사한 장치(41)를 구비할 수 있다.
상기 배출파이프(39)는 탱크배출구(31)를 중간분배시스템(도시 안됨)과 필요한 경우 용광로(40)와 같은 장치에 연결시킨다.
그리고, 저장통배출구(11)와 펌프입구(19) 사이와, 펌프배출구(21)와 공급탱크(30) 사이에는 각각 분리밸브(14, 22)가 설치될 수 있는데, 이 분리밸브(14, 22)는 세척과 보수작업 동안 저압력의 저장기가 고압력의 공급탱크로부터 분리되도록 하는데 유용하다. 또한, 상기 통기구(38)는 공급탱크(30)에 추가로 형성되어 공급탱크(30) 내의 압력을 감소시키는데 이용될 수 있고, 통기구(18)를 통해 저장통(10)으로 복귀함으로써 시스템(90)에 유지될 수 있는 통기되는 가스로부터 불순물을 제거하기 위하여 통기라인에 통기필터(36)가 추가로 설치된다.
한편, 도 4는 본 발명에 따른 한 장치인 공급시스템(100)이 도시된 것으로, 이 공급시스템(100)은 고체공급원(6, 6')으로부터 분쇄된 석탄 형태로 고체를 수용하는 하나의 저장통(10)을 구비하고 있는데, 상기 제 2고체공급원(6')은 백하우스필터와 원심분리식집진장치(도시 안됨)와 같은 공급원으로부터 재생된 분쇄된 석탄을 수용하며, 상기 제 1고체공급원(6)은 분쇄기 또는 파쇄기(도시 안됨)와 같은 것으로부터 주요 분쇄된 석탄원료를 수용한다.
상기 저장통(10)의 석탄은 앞서 설명한 바와 같이 저장통 부근에서 다수의 배출구(11a-11c)에 주입된 유동화가스(12)에 의해 농축상태로 흐르도록 유동화되고, 이 경우에 있어서 세 개의 배출라인이 도시되어 있지만 저장통(10)의 용량이 허용하는 한에서 그 이상의 배출라인이 형성될 수도 있고, 도 1에 도시된 바와 같이 하나의 라인 또는 두 개의 라인이 형성되는 것도 본 발명의 범주 내에 속한다. 상기 시스템(100)의 나머지 부품들은 그 요구사항과 용량에 있어서 동일하거나 상이할 수도 있는데, 이 실시예에서는 각 라인의 나머지 부품들은 대체로 동일하며, 이것이 본 발명의 범주를 제한하는 것은 아니지만, 본 발명은 각각의 라인이 서로 독립적으로 이루어지도록 의도된다.
상기 고체는 다수의 배출구(11a-11c)로부터 배출관(13a-13c)과 분리밸브(14a-14c)를 통해 펌프입구(19a-19c)로 농축상태로 유동하고, 이 펌프입구(19a-19c)에서 가변속도의 고압력고체펌프(20a-20c)는 저장통(10)과 공급탱크(30a-30c) 사이의 압력을 상승시킨다. 바람직하기로 상기 배출관(13a-13c)은 수직하지만, 고체물질이 가스함유되어 농축상태로 이동하는 배출관의 일부분에서만 경사지게 형성될 수 있다. 또한, 상기 고체유동이 배출관(13a-13c)에서 되돌아 통기되든지 또는 분리된 가스제거수단(15)에 의해 가스가 제거되며, 고체는 펌프입구(19a-19c)내로 수직하게 흘러가야 한다.
상기 펌프(20a-20c)는 농축상태의 흐름을 더 높은 압력의 지역으로 이송하고, 펌프배출구(21a-21c)로부터 흐름을 배출하는데, 이 펌프배출구(21)에서 고체흐름은 분리밸브(22a-22c)를 통해 공급탱크(30a-30c)로 이송된다. 도 1의 시스템(90)에서와 같이 분리밸브들(14a-14c, 22a-22c)은 본 발명의 정상적인 작동에서는 필요하지 않고 시스템(100)의 세척과 보수에 이용된다.
상기 각각의 펌프(20a-20c)는 로드셀 또는 레벨센서(50)에 의해 전송되는 공급탱크(30a-30c)의 무게를 지시하는 신호에 근거하여 각각의 고체펌프(20a-20c)를 구동시키는 전기모터(도시 안됨)의 속도를 변화시키는 조절장치(55)에 의해 조절되는데, 이 조절장치(55)는 간략화를 위해 펌프(20a-20c)에 개략적으로 형성되는 전송라인(57)을 통해 각각의 전기모터(도시 안됨)에 조절신호를 전달한다. 또한, 각각의 고체펌프(20a-20c)는 어떠한 미세한 고체흐름이라도 배출파이프(39a-39c)를 통하여 공급탱크(30a-30c)의 바닥으로부터 배출될 수 있도록 작동된다. 또한 용광로(40a-40c) 내에서 일어나는 것과 같은 공정상태에 따라 다른 시스템으로부터 작업자에 의한 수동 또는 자동의 조절신호(80)가 조절장치(55)에 전달될 수도 있다. 또한, 개략적으로 도시된 시스템정보신호(85)가 다시 작업자에게 시스템 작동상태를 알릴 수 있도록 원거리 위치에 전달될 수 있다.
한편, 농축상태로 공급탱크(30a-30c)에 흘러 이송된 분쇄된 석탄은 탱크배출구(31a-31c) 부근의 유동화가스주입구(35a-35c)에 주입되는 유동화가스(34)에 의해 다시 유동화되어질 때까지 저장된다. 상기 분쇄된 석탄이 공급탱크(30a-30c)에 있는 동안 가압가스주입구(33a-33c)를 통해 각 공급탱크(30a-30c)에 공급된 가압가스(32)에 의해 얼마큼 압력이 유지되는데, 이 가압가스(32)는 탱크에서 나오는 분쇄된 석탄의 흐름을 조절하는 것을 돕도록 각 탱크에 대해 조절될 수 있다. 또한, 도 2에 도시된 것과 같이, 각각의 유동화가스(34)와 가압가스(32)를 위한 하나의 공급원이 공급탱크(30a-30c)에 각각의 가스의 공급을 조절하기 위하여 밸브(도시안됨)와 연결되어 이용될 수 있으며, 개별적인 공급원이 이용될 수도 있다.
이 시스템(100)에서 각 공급탱크(30)에는 이 시스템으로부터 가압가스를 제거하기 위해 통기구(38a-38c)가 형성되어 있고, 각각의 통기라인은 분리밸브(37a-37c)를 구비하고 가스를 재순환시키며 저장통 통기입구(18)에서 종결된다. 상기 통기구(38a-38c)와 이와 연결된 분리밸브(37a-37c) 및 통기라인은 이 시스템(100)에서 반드시 필요한 것은 아니며, 세척과 보수 및 공급탱크(30a-30c)에서의 배출 흐름을 추가로 조절하기 위해 구비된다. 또 상기 저장통(10)에는 통기필터(36)가 형성되어 도면에 도시된 바와 같이 대기로 통기된다.
결국 각각의 공급탱크(30a-30c)는 연소장치, 즉 이 실시예에서는 용광로(40a-40c)에 연결되는 배출파이프(39a-39c)를 구비하며, 상기 용광로들은 개별 용광로로 이루어질 수 있거나, 상기 배출파이프는 동일한 용광로(40a-40c)의 상이한 연소지역에 연결되어 둘 이상의 공급탱크(30a-30c)의 분쇄된 석탄이 공급될 수 있다. 또한, 상기 각각의 배출파이프(39a-39c)에는 분리밸브(42a-42c)가 형성되어 필요한 경우 용광로(40a-40c)로 흐르는 농축상태의 분쇄된 석탄의 흐름을 차단시키지만, 이 분리밸브(42a-42c)는 작동상 필요한 것은 아니다. 또, 필요하다면 회전식밸브수단(41a-41c)이 구비될 수도 있다.
종래의 일괄형 시스템 또는 잠금호퍼 시스템과 비교하여 본 발명은 다음과 같은 세가지 주요한 이점이 있다.
1. 연속펌프시스템은 일괄탱크의 순환과, 이와 연결된 충전밸브, 가압밸브, 온라인 농축상태유동밸브 및 통기밸브들이 필요없고, 이 밸브들은 통상적으로 심각한 유지를 요하는 엄격한 듀티밸브(duty valve)들이다.
2. 연속펌프시스템은 하나의 탱크가 오프라인되고 다른 것이 온라인 상태로 될 때 일괄탱크시스템에서 발생하던 고체의 공급이 단절되는 현상이 없어지게 됨과 더불어, 공급탱크 내에 일정한 고체 잔류량을 유지할 수 있기 때문에, 공급과정동안 그 잔류량이 가득찬 상태에서 거의 비어진 상태로 감소하는 일괄탱크에서 일어나는 공급률 변화현상이 없어지게 된다.
3. 연속펌프시스템은 일괄탱크 공급공정 또는 잠금호퍼 충전공정 말미에 일어나는 많은 양의 가압가스가 새어 나가는 현상이 없어지고, 이 새어나가는 가스는 모터로 구동되는 압축기에 의해 공급되는 압축에너지를 낭비하게 되고 대기의 배출지점으로 새어나가면 가스 자체의 유용성을 낭비하게 된다. 또한 이 연속펌프시스템은 많은 통기필터와 이와 관련된 설비, 작업 및 유지비용을 필요로 하지 않는다.
또한 본 발명에 따른 연속펌프시스템은 웨너스트롬의 미합중국 특허 제 5,265,983호의 직렬식 압력 연속송풍용기시스템에 비해 다음과 같은 두가지 주요한 이점을 갖는다.
1. 연속송풍용기에 구비된 다중 회전식공급기는 각각 가압된 공급탱크(송풍용기)로부터 나오는 가압가스의 역류를 방지하기 위해 통기되어져야만 한다. 이 가스는 압축에너지를 낭비하고, 상기 세 번째 항목과 같은 유용성을 갖는 가스를 폐기시켜버리게 된다.
2. 연속송풍용기에 구비된 회전식공급기는 고체펌프에 비하여 상대적으로 낮은 상이한 압력특성을 갖는바, 이에 따라 다중 또는 직렬식 회전공급기는 시스템을 복잡하게 하고 초기비용과 작업 및 유지비용을 증가시키게 되는 더 높은 압력시스템을 필요로 한다.
이상 본 발명에 따른 특정한 실시예들을 상세히 설명하였는 바, 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경 및 실시가 가능하다. 일례로, 본 발명은 특히 철 또는 스틸의 생산에 이용되는 용광로용 분쇄된 석탄 공급시스템의 부분으로서 적합하지만, 또 다른 목적으로 다른 형태의 용광로에 연료를 이송하는데도 이용될 수 있다. 이와 유사하게, 고체물질은 연료이어야 할 필요는 없지만, 그 대신에 대기압상태의 지역으로부터 대기압보다 높은 압력의 지역으로 이송되어져야 하는 다른 형태의 분쇄된 물질이 될 수도 있다. 고압고체펌프를 이용한 본 발명에 따른 여러 가지의 실시예로써 다음과 같은 목적을 달성할 수 있다.
1. 가압된 공급탱크가 없는 설비. 고체펌프는 유동화하여 연소공정으로 이송하기 위하여 고압배출관으로 직접 배출시킨다.
2. 두 개의 고압고체펌프와 하나의 상류 고압공급탱크 및 하나의 공급탱크 배출구를 구비한 설비. 이 배출펌프는 공급탱크로부터 나와 연소공정으로 흘러가는 유동을 일정하게 하기 위한 수단으로서 가스를 가압하는 공급탱크로 대체된다.
3. 하나의 저장기 또는 저장통과 하나의 가압된 공급탱크 사이에 병렬로 설치된 둘 이상의 고체펌프를 구비한 설비. 이 설비는 펌프가 고장나는 경우 더 큰 커패시티나 리던던시를 인가할 것이다.
4. 하나의 펌프가 시스템에 의해 요구되는 압력상승을 수행할 수 없는 경우에 대비해 둘 이상의 일련의 펌프를 구비하는 설비. 이 일련의 펌프들은 직렬식 구성으로 이루어져 각각 고압상태의 미세한 고체를 다음 펌프로 공급한다.
5. 공정요구조건에 적합한 저장기 펌프와 가압된 공급탱크의 결합. 예컨대, 분쇄된 석탄이 주입되는 용광로의 경우에 있어서, 하나의 커다란 분쇄된 석탄 저장기는 저장기 아래에 병렬로 설치된 가압된 공급탱크와 다수의 고체펌프를 이용함으로써 다수의 용광로에 석탄을 주입하는데 이용될 수 있다.
이러한 다양한 실시예들이 도 5a 내지 도 5d에 개략적으로 도시되어 있는 바, 같은 참조부호는 같거나 유사한 기능을 하는 부품을 지시한다. 특별한 기능과 상세한 사항들은 앞에서 설명되었기 때문에 이러한 변형 실시예들의 상세한 설명은 본 발명을 명확하고 간결히 하기 위해 생략하겠지만, 본 발명의 범주를 벗어나는 것은 아니다.
이상과 같이 본 발명은 용광로 또는 다른 연소장치에 연료를 공급하기 위하여 대기압 상태의 분쇄된 석탄을 고압의 고체공급탱크에 연속적으로 공급하는 공정을 개선하고 합리화할 수 있다.

Claims (19)

  1. 고체공급원과; 농축상태로 고체를 흘려 배출하기 위한 유동화수단; 상기 고체가 고체펌프로 진압하기 전에 고체유동에서 가스를 제거하기 위한 가스제거수단; 이 가스제거수단에 연결된 펌프입구와, 펌프배출구를 갖춘 가변속도의 고압고체펌프 및; 배출구가 형성되어 있으며, 고체공급원보다 높은 압력을 가지면서 고체펌프배출구와 연결된 공급탱크로 이루어진 연속적인 고압고체공급시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 공급탱크의 배출구로부터 연소장치에 고체를 고압의 농축상태유동으로 공급하기 위한 수단이 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 연속적인 고압고체공급시스템.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 고체공급원과 고체펌프입구 사이와, 상기 고체펌프배출구와 공급탱크 사이 중 적어도 하나에 적어도 하나의 분리밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 연속적인 고압고체공급시스템.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 고체는 분쇄된 석탄이며, 상기 고체공급원은 분쇄기를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 연속적인 고압고체공급시스템.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 연소장치는 용광로인 것을 특징으로 하는 연속적인 고압고체공급시스템.
  6. 제 2항에 있어서, 상기 공급탱크에서 대체로 일정한 고체의 충전레벨을 유지하기 위한 조절수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 연속적인 고압고체공급시스템.
  7. 제 6항에 있어서, 고체는 분쇄된 석탄이며, 고체공급원은 분쇄기를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 연속적인 고압고체공급시스템.
  8. 제 7항에 있어서, 연소장치는 용광로인 것을 특징으로 하는 연속적인 고압고체공급시스템.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 공급펌프배출구에 두 번째 고체공급펌프가 추가로 구비된 것을 특징으로 하는 연속적인 고압고체공급시스템.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 고체공급원과 공급탱크 사이에 둘 이상의 고체펌프가 병렬로 형성되는 것을 특징으로 하는 연속적인 고압고체공급시스템.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 고체공급원과 공급탱크 사이에 둘 이상의 고체펌프가 직렬로 형성되는 것을 특징으로 하는 연속적인 고압고체공급시스템.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 가스제거수단에 연결되어 고체흐름을 촉진하고 내부의 막힘현상을 방지하기 위한 진동수단이 구비되는 것을 특징으로 하는 연속적인 고압고체공급시스템.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 가스제거수단에 연결되어, 고체흐름을 촉진하고 막힘현상을 방지하기 위하여 가스제거수단의 외피 내부에 공압펄스를 발생시키기 위한 공압펄스장치를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 연속적인 고압고체공급시스템.
  14. 고체공급원과; 농축상태로 고체를 흘려 배출하기 위한 유동화수단; 상기 고체가 고체펌프로 진압하기 전에 고체유동에서 가스를 제거하기 위한 가스제거수단; 이 가스제거수단에 연결된 펌프입구와, 펌프배출구를 갖춘 가변속도의 고압고체펌프 및; 상기 펌프배출구로부터 연소장치에 고체를 이송하기 위한 수단으로 이루어진 연속적인 고압고체공급시스템.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 고체공급원과 연소장치 사이에 둘 이상의 고체펌프가 병렬로 형성되는 것을 특징으로 하는 연속적인 고압고체공급시스템.
  16. 제 14항에 있어서, 상기 고체공급원과 연소장치 사이에 둘 이상의 고체펌프가 직렬로 형성되는 것을 특징으로 하는 연속적인 고압고체공급시스템.
  17. 고체공급원으로부터 고체원료를 저장통에 공급하는 단계와; 이 저장통에서 농축상태의 유동을 만들기 위해 고체를 유동화시키는 단계; 고체가 가변속도의 고압고체펌프에 진입하기 전에 농축상태로 유동하는 고체의 가스를 제거하는 단계; 상기 고체펌프를 이용하여 농축상태로 유동하는 고체에 압력을 가하는 단계; 상기 저장통보다 높은 압력을 유지하는 공급탱크에 농축상태로 유동하는 고체를 이송하는 단계; 상기 공급탱크의 배출구를 통해 연소장치에 농축상태로 유동하는 고체를 공급하는 단계 및; 상기 공급탱크 내에서 대체로 일정한 충전레벨을 유지하도록 고체펌프를 조절하는 단계로 이루어진 연속적인 고압고체공급방법.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 고체는 분쇄된 석탄인 것을 특징으로 하는 연속적인 고압고체공급방법.
  19. 제 17항에 있어서, 상기 연소장치는 용광로로 된 것을 특징으로 하는 연속적인 고압고체공급방법.
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