KR20040017549A - 보일러 하부 더스트 제거장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 코크스 오븐 건식소화설비(CDQ)의 보일러 하부에 위치된 순환개스 덕트의 하부에 더스트가 누적되어 덕트 체적이 좁아지는 현상을 해소시킴으로써 보일러의 증기 및 전력생산량과 설비 가동율의 하락을 방지하도록 개선된 보일러 하부 더스트 제거장치에 관한 것이다.
본 발명은, 정압력이 유지되는 급수 열교환기 라인으로 부터 출구 풍량 이송덕트를 인출하고, 상기 덕트에 풍량 조절밸브들을 각각 장착하며, 상기 이송 덕트의 타단을 더스트가 누적된 보일러 하부의 순환덕트에 연결하고, 상기 순환덕트에는 온도계와 유량검출 센서를 장착하여 상기 온도계에 의한 검출온도가 설정치 이하로 낮아지거나, 상기 유량 검출 센서에 의한 검출유량이 설정치 이하로 낮아지는 경우, 상기 밸브들을 개방하여 정압력의 순환개스를 상기 순환덕트의 더스트에 분사 공급시킴으로서 더스트를 제거하는 보일러 하부 더스트 제거장치를 제공한다.

Description

보일러 하부 더스트 제거장치{AN APPARATUS FOR REMOVING DUST FROM CIRCULATION DUCT UNDER BOILER FACILITIES}
본 발명은 코크스 오븐 건식소화설비에서 보일러 하부에 위치된 순환덕트내의 더스트를 제거하기 위한 장치에 관한 것으로, 보다 상세히는 코크스 오븐 건식소화설비(CDQ)의 보일러 하부에 위치된 순환개스 덕트의 하부에 더스트가 누적되어 덕트 체적이 좁아지는 현상을 해소시킴으로써 보일러의 증기 및 전력생산량과 설비 가동율의 하락을 방지하도록 개선된 보일러 하부 더스트 제거장치에 관한 것이다.
일반적으로, 코크스 오븐의 탄화실에 장입된 석탄은 일정시간 건류되어 코크스화되며, 코크스화된 코크스를 탄화실에서 추출하고, 추출후 코크스 건식소화 설비(COKE DRY QUENCHING FACILITIES, 통상 CDQ라 함)의 냉각탑에서 불활성 순환가스(질소)를이용한 질식소화 방식으로 소화하고 있다.
그리고, 이와 같은 코크스 오븐 건식소화설비는 소화작업시 발생되는 헌열을 이용하여 발전설비에서 증기및 전력을 생산하게 되는 폐열회수 설비이다.
제1도에 도시된 코크스 오븐 건식소화설비(100)의 공정도에 의하면, 코크스 오븐(미도시)에서 건류가 완료된 약 1000℃의 온도를 가지고 있는 적열 코크스(101)를 코크스 오븐의 탄화실에서 소화대차의 바켓트(102)에 추출하고, 추출된 적열 코크스는 크레인(미도시)에 의해 직립 원통형 구조의 챔버(103)내로 장입한다.
이때, 코크스 오븐 건식소화설비(100)에서 상시 가동중인 순환팬(113)에 의해 고온의 순환개스를 상기 챔버(103)로 부터 인출하고, 이 개스를 급수 열교환기(115)를 통과시킨 후, 120℃의 온도와 +830㎜Aq 의 압력으로 상기 챔버(103)의 하부측에 위치된 브라스팅 디바이스(104)를 통해 순환개스를 챔버(103)내로 공급하여 서서히 코크스(101)를 냉각시키는 것이다.
동시에, 상기 챔버(103)의 하부에서는 상기 챔버(103)로 부터 냉각되어 하강된 코크스를 로타리 밸브(105)를 통해 벨트 콘베어(106)로 인출하고 외부로 수송하게 된다.
이와 같은 과정에서 상기 챔버(103)내에서 코크스(101)를 냉각시키면서 회수되는 고열의 순환개스(108)는 핫개스 덕트(107)를 통해 최초 980℃의 온도와 -90㎜Aq의 압력으로 보일러 입구(108)로 이동되어 보일러(110)에서 열교환이 이루어진다.
그리고, 상기 보일러(110)에서 생산된 과열 증기는 발전설비(130)의 발전 터어빈(119)으로 보내어져 기동되고, 발전기(120)를 통해 전력을 생산하는 공정으로 이루어지는데, 이러한 과정에서 상기 순환개스는 항상 일정한 온도 유지와 유량이 유지되어야 코크스 오븐 건식소화설비(100)는 물론, 발전설비(130)의 원활한 조업이 이루어지는 조건을 가지게 된다.
그러나, 상기 코크스 오븐 건식소화설비(100)의 순환공정에서는 적열 코크스의 특성상, 질식 소화시에 분 코크스및 더스트(D)가 다량 발생되기 때문에, 최초 순환개스에는 항상 많은 량의 분 코크스와 더스트(D)가 포함되고 있다.
이와 같은 분 코크스와 더스트(D)를 순환개스로 부터 제거하기 위하여 순환덕트(107)의 일측에는 1차적으로 중력 침강식의 더스트 캣차(Dust Catcher)(121)가 마련되어 분 코크스및 더스트(D)를 포집한 후, 고온의 순환개스를 열교환설비인 보일러(110)로 통과시켜 열을 교환시킨 다음, 2차 더스트 포집장치인 멀티사이클론(112)에서 더스트(D)를 완전히 제거시키는 것이다.
그리고 이와 같이 분 코크스와 더스트(D)가 제거된 청정 순환개스(114)는 순환팬(113)으로 이동되어, 다시 급수 열교환기(115)에서 나머지 열을 교환한 후, 120℃의 온도와 +830㎜Aq의 압력으로 챔버(103)내로 순환개스를 계속 공급하면서 순환하게 된다.
즉, 상기 급수 열교환기(115)의 부근에서는 순환개스의 압력이 상기 순환팬(113)을 통과한 이후이기 때문에 대략 +830㎜Aq 의 정(+)압력이 유지되는 것이다.
그러나, 이와 같은 순환개스 중에 포함된 더스트(D)의 일부가 1차집진에서 완벽하게 걸려지지 않아 도 2에 도시된 바와 같이, 보일러(110)의 하부에 계속 쌓여 누적이 되면서 보일러 하부의 덕트 "┛"형 공간부(110a)을 좁게 형성함으로서 덕트의내용적이 좁아지는 현상이 발생되는 것이다.
이러한 순환덕트(107)의 폐색현상은 순환개스의 유속의 흐름을 방해하고, 순환개스의 유량을 감소시켜 챔버(103)내에서 코크스(101)와의 헌열 회수량이 감소하게 된다. 상기에서 보일러 하부의 순환덕트 "┛"형 공간부(110a)는 상기 순환팬(113)의 전방측이어서 순환팬의 흡입력이 미치므로, 대략 -170mmAq의 부(-)압력을 유지하는 것이고, 상기 "┛"형 공간부(110a)는 그 구조상 순환개스의 유동중에 그 내부에 포함된 분 코크스나 더스트(D)들이 점차 퇴적되어 유로를 좁히는 것이었다.
따라서, 순환덕트(107)의 통로 내용적이 축소됨으로써 상기 챔버(103)로 공급되는 순환개스의 유량이 적어지게 되고, 이는 적열 코크스(101)의 질식소화 효율이 떨어짐으로써 챔버(103)로 부터 배출되는 냉각 코크스가 적정온도 이상으로 온도가 상승하게 되고, 이로 인하여 코크스 수송설비인 벨트콘베어(106)의 조기 소손이 초래된다. 뿐만 아니라, 순환개스의 유량 감소를 초래하면 보일러(110)에서의 열교환 량 저하로 인하여 증기생산량이 감소되고, 이는 발전설비(130)의 전력생산량이 감소되는 1차적인 문제점이 있다.
뿐만 아니라, 2차적으로는 장기적인 더스트 누적시, 더스트 제거를 위한 잦은 설비(100) 휴지로 인해 조업 가동율이 하락하는 문제점이 계속적으로 대두되고 있는 실정이다.
본 발명은 상술한 바 와 같은 종래의 문제점들을 해결하고자 안출된 것으로서, 보일러의 하부 순환덕트에 누적되는 더스트를 제거하여 보일러 하부의 순환개스 이동공간을 충분히 확보하고, 순환개스의 흐름을 효과적으로 안정시켜 보일러의 열교환 효율을 극대화하고, 발전설비에서 전력 생산을 안정적으로 이룰 수 있는 보일러 하부 더스트 제거장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
제 1도는 일반적인 코크스 건식소화 설비(COKE DRY QUENCHING FACILITIES)의 전체 공정을 도시한 공정개략도;
제 2도는 종래기술에 따라서 보일러 하부의 순환덕트부분에 분 코크스와 더스트등이 누적되어 순환 덕트의 유로를 축소시킨 상태를 도시한 설명도;
제 3도는 본 발명에 따른 보일러 하부 더스트 제거장치가 코크스 건식소화 설비에 장착된 상태를 도시한 측면도;
제 4도는 본 발명에 따른 보일러 하부 더스트 제거장치가 코크스 건식소화 설비에 장착된 상태를 도시한 확대 평면도;
제 5도는 본 발명에 따른 보일러 하부 더스트 제거장치가 코크스 건식소화 설비에 장착된 상태를 도시한 부품 분해도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1.... 보일러 하부 더스트 제거장치
10.... 풍량 이송덕트 20.... 풍량 조절밸브
30.... 보조풍량 덕트 32.... 유량제어 전동밸브
40.... 송풍노즐 45.... 열전대 온도계
45a... 온도계 고정용홀 47.... 유량 제어센서
60.... 프로세스 제어반 100... 코크스 오븐 건식소화설비
101.... 적열 코크스 102... 바켓트
103.... 챔버 105... 로타리 밸브
106.... 벨트 콘베어 107... 핫개스 덕트
110.... 보일러 119... 발전 터어빈
120.... 발전기 130... 발전설비
D.... 분 코크스와 더스트
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 코크스 오븐 건식소화설비에서 보일러의 하부에 위치된 순환덕트내의 더스트를 제거하기 위한 장치에 있어서,
정압력이 유지되는 급수 열교환기 라인으로 부터 출구 풍량 이송덕트를 인출하고, 상기 덕트에 풍량 조절밸브들을 각각 장착하며, 상기 이송 덕트의 타단을 더스트가 누적된 보일러 하부의 순환덕트에 연결하고, 상기 순환덕트에는 온도계와 유량검출 센서를 장착하여 상기 온도계에 의한 검출온도가 설정치 이하로 낮아지거나, 상기 유량 검출 센서에 의한 검출유량이 설정치 이하로 낮아지는 경우, 상기 밸브들을 개방하여 정압력의 순환개스를 상기 순환덕트의 더스트에 분사 공급시킴으로서 더스트를 제거시킴을 특징으로 하는 보일러 하부 더스트 제거장치를 마련함에 의한다.
이하, 본 발명을 도면에 따라서 보다 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 보일러 하부 더스트 제거장치(1)는 제3도 내지 제5도에 도시한 바 와 같이, 코크스 오븐 건식소화설비(100)에 갖춰진 보일러(110)의 하부측 순환덕트(107)에서 "┛"형 공간부(110a)에 내부 온도 감시 또는 유량검출에 따라 순환개스를 이용하여 더스트 제거를 하게 된다.
본 발명은 이를 위하여 코크스 오븐 건식소화설비(100)에서 +830㎜Aq 의 정압력이유지되어 송풍하는 급수 열교환기 라인(115)의 좌,우 측면으로 부터 풍량 이송덕트(10)들을 병열 고정 설치하고, 각각의 덕트(10) 전단에 전동밸브(32)형인 풍량 조절밸브(20)들을 각각 장착한 다음, 상기 이송덕트(10)의 하단을 보일러 하부의 순환덕트(107) 후미 일측까지 연장 설치한 구성을 갖는다.
그리고, 상기 보일러 하부의 순환덕트(107) 후미측에는 상기 풍량 이송덕트(10)에 다수개의 보조풍량 덕트(30)들을 각각 분리 연결한 후, 이들 다수개의 입구 풍량 덕트(30)에는 각각 유량제어 전동밸브(32)들을 다수개 장착한다. 그리고, 상기 다수개의 입구 풍량 덕트(30)를 보일러(110)하부의 순환덕트(107)를 이루는 "┛"형 공간부(110a)에 삽입하고, 각각의 다수개의 보조풍량 덕트(30)의 단부에는 송풍노즐(40)이 부착되는 것이다
한편, 상기 보일러 하부의 순환 덕트(107) "┛"형 공간부(110a)의 좌,우측면에는 더스트(D)의 누적 상태를 알 수 있도록 하는 열전대 온도계(45)가 온도계 고정용홀(45a)에 삽입되어 고정 설치된다.
또한, 상기 보일러 하부의 순환 덕트(107)의 전단출구에는 유량 제어센서(47)를 갖추어 순환가스의 유량과 유입 상태를 감시하도록 되어 있다. 또한, 상기 열전대 온도계(45)와 유량 제어센서(47)등에 전기적으로 연결되고, 상기 풍량 조절밸브(20)와 유량제어 전동밸브(32)들에 전기적으로 연결되는 프로세스 제어반(60)을 중앙 운전실(미도시)에 갖추어 자동 운전제어가 되도록 구성되는 것이다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 보일러 하부 더스트 제거장치(1)는 제3도와 제4도에 도시한 바와 같이 작동되어 진다.
본 발명은, 먼저 코크스 오븐 건식소화설비(100)의 특성상, 화학적 반응에 의한 폭발 현상이 발생할 수 있으므로 불활성 가스만 이용해야 하는 조건이 있기 때문에 순환개스를 이용한 역 순환 브로잉 제어를 실시하는 것이다.
먼저, 본 발명에 따른 보일러 하부 더스트 제거장치(1)는 보일러 하부의 밀폐된 순환 덕트(107) 내부 "┛"형 공간부(110a)에 더스트(D)가 쌓여 있는지 여부를 알기 위하여 열전대 온도계(45)를 통하여 온도검출을 실시한다.
이는 일반적으로, 보일러(110) 하부에서 순환개스 목표 온도가 170℃로 유지되는데, 이는 시간이 경과되어 더스트(D)가 쌓여지게 되면, 자연적으로 냉각되어 좌측면과 우측면에 설치된 열전대 온도계(45)에서 상기 목표 온도 170℃ 이하, 즉 140~165℃를 검출하게 된다.
이와 같은 경우, 이는 더스트 누적에 따른 온도하락이 초래되는 것이므로, 더스트(D) 누적 상태을 1차적으로 판단하게 되고, 2차적으로는 더스트 누적이 되면 순환개스 유량이 목표유량 200,000/Nm3 이하로 감소되기 때문에, 보일러(110) 하부의 순환덕트(107) 전단 출구에 마련된 유량 제어센서(47)가 감시기능을 수행한다.
이와 같이 하여 상기 센서(47)로 부터 순환개스의 유량이 200,000/Nm3 이하로 검출되면, 상기 1차적및 2차적 감시기능에 의한 순환개스의 역 순환 제어작동이 이루어지는 것이다.
즉, 상기에서 열전대 온도계(45)의 온도가 170℃ 이하로 검출되고, 순환개스의 유량이 200,000/Nm3 이하로 검출되면, 급수 열교환기(115)의 좌,우측면에 설치된 좌측 풍량조절밸브(20)와 우측 풍량조절밸브(20)들이 각각 소정의 일정개도 만큼 열리고, 그 다음 보일러(110)하부의 순환덕트(107) 후미측에 설치된 8개의 보조풍량 조절밸브(32)들이 프로세스 제어반(60)의 원격조작에 의해 전기적으로, 그리고 순차적으로 수십초씩 단계적으로 개방된다.
따라서, 상기 입구 풍량 덕트(30)에 장착된 브로잉 노즐(40)에 의해 +830㎜Aq의 압력 순환개스가 대략 -170mmAq의 압력이 유지되는 순환덕트(107)의 내부로 공급되는 브로잉 작업을 실시하게 되고, 그에 따라서 보일러(110)하부의 순환 덕트(107) "┛"형 공간부(110a)에 누적된 더스트(D)을 멀티 싸이클론(112)측으로 이동시켜 포집 제거하는 것이다.
이와 같이 더스트(D)에 순환가스를 공급하여 순환가스와 함께 이송되도록 하면, 점차적으로 더스트(D)가 제거되어지면서, 순환덕트(107)는 그 내용적이 정상적으로 복귀되며, 그에 따라서 순환덕트(107)는 그 목표온도 170℃와 목표유량 200,000/Nm3 으로 복귀되고, 이를 상기 열전대 온도계(45)와 센서(47)가 검출하게 되면, 프로세스 제어반(60)은 상기와는 반대로 좌측 풍량조절밸브(20)와 우측 풍량조절밸브(20)들을 닫고, 8개의 보조풍량 조절밸브(32)들을 닫아서 복귀되도록 한 것이다.
한편, 상기의 자동 운전조건은 이와는 다르게 상기 열전대 온도계(45)와 유량제어 센서(47)의 동시적인 검출결과에 의존하여 상기 순환개스를 브로잉시키는 것이 아니라, 이와는 다른 방식으로 운전조건에 따라서 그 운전방식을 달리할 수 있다.
예를 들면, 유량 제어 센서(47)만의 개방시에는 좌측 풍량조절밸브(20)와 우측 풍량조절밸브(20)의 개방이 동시에 이루어져 신속한 목표 유량복귀을 유도하도록 제어가 이루어지고, 또한 일측 열전대 온도계(45)만의 개방시는 일측 풍량조절밸브(20)만 개방되도록 하고, 타측 열전대 온도계(45)의 개방시에는 타측 풍량조절밸브(20)만 개방되어 목표온도 도달시까지 각각 분리 작동하여 더스트 브로잉 작업이 이루어지도록 할 수 있는 것이다.
이러한 자동 제어운전방식은 코크스 오븐 건식소화설비(100)의 중앙 운전실에 갖춰진 프로세스 제어반(60)을 사전에 설정된 운전방식으로 조정함으로써 가능한 것이다.
상기와 같이 본 발명에 의하면, 보일러(110) 하부의 순환덕트(107)내에 더스트(D)등이 누적되어 내용적이 감소되면, 급수 열교환기(115) 라인부근의 대략 +830㎜Aq의 압력을 가진 순환개스를 이용하여 상기 더스트(D) 부분에 공급하므로서 이를 제거토록 한 것이다.
상기에서와 같이, 본 발명에 의하면, 보일러(110)하부의 순환덕트(107)에 더스트(D)가 누적되는 것을 제거 및 방지하므로서, 보일러(110)하부에서의 순환개스의 이동공간을 충분히 확보하여 순환개스의 흐름을 원할하게 한다.
따라서, 챔버(103)로 공급되는 순환개스량을 충분히 확보하므로서 챔버(103)내에서 코크스(101)와의 열회수 능력이 극대화 되어 배출코크스의 온도안정으로 벨트콘베어(106)의 조기소손을 방지하는 효과가 얻어진다. 그리고 보일러(110)에서의 열교환 효율이 효과적으로 이루어져 증기생산 및 전력생산이 극대화되고 발전설비의 안정적인 운영 및 관리를 이룰 수 있는 것이다.

Claims (3)

  1. 코크스 오븐 건식소화설비(100)에서 보일러(110)의 하부에 위치된 순환덕트(107)내의 더스트(D)를 제거하기 위한 장치에 있어서,
    정압력이 유지되는 급수 열교환기 라인(115)으로 부터 출구 풍량 이송덕트(10)를 인출하고, 상기 덕트(10)에 풍량 조절밸브(20)들을 각각 장착하며, 상기 이송 덕트(10)의 타단을 더스트(D)가 누적된 보일러(110) 하부의 순환덕트(107)에 연결하고, 상기 순환덕트(107)에는 온도계(45)와 유량검출 센서(47)를 장착하여 상기 온도계(45)에 의한 검출온도가 설정치 이하로 낮아지거나, 상기 유량 검출 센서(47)에 의한 검출유량이 설정치 이하로 낮아지는 경우, 상기 밸브(20)들을 개방하여 정압력의 순환개스를 상기 순환덕트(107)의 더스트에 분사 공급시킴으로써 더스트를 제거시킴을 특징으로 하는 보일러 하부 더스트 제거장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 풍량 이송덕트(10)는 그 타단에 다수개의 보조풍량 덕트(30)들을 각각 연결하고, 이들 다수개의 입구 풍량 덕트(30)에는 각각 유량제어 전동밸브(32)들을 장착하며, 상기 다수개의 입구 풍량 덕트(30)를 보일러(110)하부의 순환덕트(107)를 이루는 공간부(110a)에 삽입하고, 각각의 다수개의 보조풍량 덕트(30)의 단부에는 송풍노즐(40)이 부착되는 구성임을 특징으로 하는 보일러 하부 더스트 제거장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 송풍 노즐(40)에서는 대략 +830㎜Aq의 압력 순환개스가 대략 -170mmAq의 압력이 유지되는 순환덕트(107)의 내부로 공급되어 상기 보일러(110)하부의 순환 덕트(107) 공간부(110a)에 누적된 더스트(D)을 멀티 싸이클론(112)측으로 이동시켜 포집 제거하는 것임을 특징으로 하는 보일러 하부 더스트 제거장치.
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