KR20030052895A

KR20030052895A - 코크스로 상승관 배열회수장치

Info

Publication number: KR20030052895A
Application number: KR1020010083025A
Authority: KR
Inventors: 박흥수; 문승재
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원; 주식회사 포스코
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2001-12-21
Publication date: 2003-06-27

Abstract

본 발명은 코크스로 상승관 배열회수장치에 관한 것으로서,

코크스로(1)의 상승관(4) 외벽면에 전기적 부하(13)와 폐회로를 형성하는 열전반도체 소자(18)를 부착하고, 그 외부를 공기로 냉각하여, 열전반도체 소자(18)에 대하여 상승관(4)을 통과하는 고온의 건류가스(3)가 열원으로 작용하도록 함으로써, 건류가스(3)가 보유하고 있는 열에너지를 직접 전기 에너지로 변환할 수 있도록 한 것을 특징으로 하며,

건류가스 보유열을 전기적인 에너지로 직접 변환하기 때문에 회수된 에너지의 수송이 대단히 간편하여 전체 설비가 매우 간단하게 구성될 수 있도록 하며, 회수에너지에 대한 사용처의 제약이 없어지게 되어 최대한의 배열 회수를 가능하게 해주는 효과가 있다.

Description

코크스로 상승관 배열회수장치{COKE OVEN ASCENSION PIPE HEAT RECOVERY SYSTEM}

본 발명은 코크스로 상승관 배열회수장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 코크스로의 상승관을 통과하는 건류가스가 보유한 열에너지를 회수하는 배열회수장치에 관한 것으로, 특히 코크스로 상승관의 외벽면에 열전 반도체 소자를 부착하고 그 외부를 공기로 냉각하도록 하여, 열전 반도체 소자에 대하여 고온의 건류가스가 열원으로 작용하도록 함으로써, 건류가스가 보유하고 있는 열에너지를 직접적으로 전기 에너지로 변환 회수할 수 있도록 한 배열회수장치에 관한 것이다.

도 1은 일반적인 코크스로의 단면 구성도이다.

코크스로 내부에서는 석탄을 건류하는 과정에서 석탄가스(코크스로 가스)가 발생하게 되는데, 이와 같이 석탄에서 발생되는 건류가스(3)는 코크스로 본체(1) 에 부착되어 있는 상승관(4)을 통하여 배출되어 가스수집관(5)에서 모여진 후 화학적인 후처리 공정을 거치게 된다. 실제 제철공정에서는 하나의 코크스로 본체(1)가 수십개 또는 수백개의 독립된 건류실을 가지며 상승관 또한 건류실의 수량만큼 존재하게 된다.

상승관(4)을 통하여 배출되는 건류가스(3)는 그 온도가 800℃에 이르기 때문에 많은 양의 열에너지가 상승관(4)을 통하여 배출되고 있다. 따라서 코크스로를 운용하는 산업 분야에서는 이러한 상승관(4)을 통하여 배출되는 열에너지를 회수하여 공정에 재투입함으로써 에너지 사용량을 저감하기 위한 노력을 하여 왔다.

도 2는 종래의 코크스로 상승관 배열회수장치의 개략도로서, 상승관(4)을 통하여 배출되는 800℃ 정도의 건류가스(3)가 보유한 열을 회수하기 위하여 종래 주로 적용되어온 배열회수 보일러의 구성을 나타내고 있다.

상승관(4) 외벽면에 원통형으로 된 배열보일러 몸체(6)를 설치하여 그 내부에 물이 통과하도록 함으로써 건류가스(3)의 열이 물에 전달되도록 하여 고온수 또는 증기를 얻고 이를 공정에 사용하는 방식이다. 이와 같이 함으로써 가스수집관(5)에 도달하는 건류가스(3)의 온도를 저하시킴과 동시에, 그 보유열을 유용하게 사용할 수 있게 된다.

그런데, 이와 같이 보일러를 설치하고 물을 가열하여 고온수 또는 증기를 얻는 방식에서는 반드시 회수된 고온수 또는 증기에 대한 사용처가 확보되어야만 하는데, 대부분의 경우 공정에 필요한 고온수 또는 증기의 양에 비하여 건류가스(3)가 보유하는 열량이 많기 때문에 상승관(4) 건류가스(3)가 보유하는 열량의 대부분은 사용처 확보 문제로 인하여 회수되지 않고 배출되는 경우가 많았다.

더욱이 종래의 보일러를 이용한 배열회수 방식에서는 배열보일러 몸체(6)를 통과하는 물의 온도가 건류가스(3)에 비하여 낮기 때문에 건류가스(3)와 접촉하는 보일러의 내벽면에 건류가스(3) 중에 포함된 타르 등과 같은 고분자 화합물질이 응축되어 부착되는 경우가 많았다. 이에 따라 보일러 자체의 열효율 저하는 물론, 상승관(4) 내부가 막히게 됨으로써 건류가스(3)가 원할하게 통과하지 못하게 되어 코크스로 조업에 중요한 지장을 초래하는 사례가 빈발하는 문제점도 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 코크스로 상승관의 외벽면에 열전 반도체 소자를 부착하고 그 외부를 공기로 냉각하도록 하여, 열전 반도체 소자에 대하여 고온의 건류가스가 열원으로 작용하도록 함으로써, 건류가스가 보유하고 있는 열에너지를 직접적으로 전기 에너지로 변환 회수할 수 있도록 하는 코크스로 상승관 배열회수장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

도 1은 일반적인 코크스로의 단면 구성도,

도 2는 종래의 코크스로 상승관 배열회수장치의 개략도,

도 3은 본 발명에 적용되는 반도체를 이용한 열전 발전장치의 기본 구성도,

도 4a는 본 발명에 의한 코크스로 상승관 배열회수장치의 종단면 구성도,

도 4b는 도 4a의 A-A부의 횡단면 구성도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1: 코크스로 본체2: 석탄

3: 건류가스4: 상승관

5: 가스수집관6: 배열보일러 몸체

7: 저온수8: 고온수

9: P형 반도체10: N형 반도체

11: 전극12: 절연판

13: 부하14: 고온측 열원

15: 저온측 열원16: 단열벽

17: 철피18: 열전반도체 소자

19: 공기 냉각 쳄버20: 냉각용 공기

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 코크스로(1)의 상승관(4) 외벽면에 전기적 부하(13)와 폐회로를 형성하는 열전반도체 소자(18)를 부착하고, 그 외부를 공기로 냉각하여, 열전반도체 소자(18)에 대하여 상승관(4)을 통과하는 고온의 건류가스(3)가 열원으로 작용하도록 함으로써, 건류가스(3)가 보유하고 있는 열에너지를 직접 전기 에너지로 변환할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 열전반도체 소자(18)는, P형 반도체(9)와 N형 반도체(10)를 교대로 배치하고, 그 상하면에 전극(11)을 각각 교대로 연결하며, 각 전극(11)의 외면에는 절연판(12)을 설치하여, 상부 절연판(12)은 고온측 열원(14)과 접촉하고 하부 절연판(12)은 저온측 열원(15)과 접촉하도록 한 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

도 3은 본 발명에 적용되는 반도체를 이용한 열전 발전장치의 기본 구성도이다.

본 발명에 적용되는 열전 발전장치는, P형 반도체(9)와 N형 반도체(10)를 교대로 배치하고, 그 상하면에 전극(11)을 각각 교대로 연결하며, 상기 전극(11)의 양단에 전기적 부하(13)를 연결한 폐회로로 구성되며, 전극(11)의 외면에는 각각 절연판(12)이 설치되도록 구성된다.

이와 같이 구성된 열전 발전장치에 대하여, 상부 절연판(12)은 고온측 열원(14)과 접촉하게 하고, 하부 절연판(12)은 저온측 열원(15)과 접촉하게 하는데, 열은 열전 발전장치의 상부에서 하부로 이동하게 되며 이 과정에서 반도체의 상하단간에 전압차가 발생하여 전류가 흐르게 된다.

즉, 동일한 열의 이동 방향에 대하여 P형 반도체(9)와 N형 반도체(10)는 전류의 방향이 반대로 흐르게 되어 결과적으로 전체 폐회로에 대하여 전류가 흐르게 되는 것이다. 이와 같이 함으로써 고온측 열원(14)에서 저온측 열원(15)으로 이동하는 열에너지의 일부를 전기적 에너지로 변환할 수 있게 된다.

도 4a는 본 발명에 의한 코크스로 상승관 배열회수장치의 종단면 구성도, 도 4b는 도 4a의 A-A부의 횡단면 구성도이다.

코크스로 상승관(4)을 이루고 있는 단열벽(16)의 외부에 상기한 열전 발전장치를 구성하는 열전반도체 소자(18)를 부착하고, 그 외부에는 공기 냉각 쳄버(19)를 설치하여 냉각용 공기(20)가 통과하도록 한다. 열전 발전장치는 다수개의 P형 반도체(9)와 N형 반도체(10)를 직렬로 연결하며 그 양단에 도선을 연결하여 전기적 부하(13)와 함께 폐회로를 구성하도록 되어 있다.

800℃ 정도의 건류가스(3)는 상승관(4)을 통과하면서 단열벽(16)에 열을 전달하게 되고, 전달된 열은 열전반도체 소자(18)를 통과하면서 전기적 에너지를 발생시킨 후 냉각용 공기(20)에 전달되어 배출되어진다. 이때 열전반도체 소자(18)에서 발생된 전기적 에너지는 폐회로를 구성하는 전기적 부하(13)로 전달되어 이용되게 되는데, 이러한 전기적 부하(13)로서는 전기적 에너지가 요구되는 다양한 형태의 장치가 될 수 있으나, 일반적으로는 기존의 전력 계통에 연결하여 전력의 일정 부분을 공급하도록 구성하는 것이 바람직할 것이다.

이와 같은 본 발명 코크스로 상승관 배열회수장치는, 건류가스 보유열을 전기적인 에너지로 직접 변환하기 때문에 회수된 에너지의 수송이 대단히 간편하고, 따라서 종래의 기술에서 요구되는 수송용 파이프나 펌프와 같은 부수적인 장치가 필요치 않아 전체 설비가 매우 간단하게 구성될 수 있다는 효과를 제공한다.

또한, 얻어진 전기 에너지를 기존의 전력 계통에 연결하여 사용할 수 있기 때문에, 종래의 기술과 같이 회수에너지에 대한 사용처의 확보 문제로 인하여 건류가스 보유열 회수에 대해 가해지던 제약이 없어지게 되어 최대한의 배열 회수를 가능하게 해주는 효과가 있다.

Claims

코크스로(1)의 상승관(4) 외벽면에 전기적 부하(13)와 폐회로를 형성하는 열전반도체 소자(18)를 부착하고, 그 외부를 공기로 냉각하여, 열전반도체 소자(18)에 대하여 상승관(4)을 통과하는 고온의 건류가스(3)가 열원으로 작용하도록 함으로써, 건류가스(3)가 보유하고 있는 열에너지를 직접 전기 에너지로 변환할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 코크스로 상승관 배열회수장치.
제1항에 있어서, 상기 열전반도체 소자(18)는,

P형 반도체(9)와 N형 반도체(10)를 교대로 배치하고, 그 상하면에 전극(11)을 각각 교대로 연결하며, 각 전극(11)의 외면에는 절연판(12)을 설치하여, 상부 절연판(12)은 고온측 열원(14)과 접촉하고 하부 절연판(12)은 저온측 열원(15)과 접촉하도록 한 것을 특징으로 하는 코크스로 상승관 배열회수장치.