KR20050005627A - 코크스 오븐에서의 에너지 회수장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 코크스 오븐에서의 에너지 회수장치 및 방법에 관한 것으로, 건식소화설비의 불활성가스를 적열코크스의 열회수 매체로 이용하여 코크스오븐에서 압출하는 시점에 적열코크스의 현열을 집진기에서 회수하기 위한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 집진기의 흡입구 배관에 설치되어 건식소화설비에서 유입되는 질소와 적열코크스의 현열을 회수하는 열교환기와; 건식소화설비의 순환가스인 질소를 상기 열교환기에 공급하기 위해 설치되는 질소라인과; 상기 질소라인의 개폐 및 유량조절을 위한 차단밸브 및 유량조절밸브와; 상기 질소라인의 유량에 대한 압력을 측정하기 위한 압력 센서 및 압력 게이지와; 상기 집진기에서 미분의 코크스를 흡입할 수 있는 흡입 압력을 2~3Kgf/㎠로 유지시키고 상기 압력 게이지에 의한 압력지시 데이타로 상기 밸브의 자동 개폐를 제어하여 상기 질소가스를 1,000~1,500N㎥/hr로 상기 열교환기에 공급하는 전기제어기를 포함하는 에너지 회수장치 및 그 제어방법을 제공함으로써, 집진기의 생명인 백필터를 보호하여 수명을 연장할 수 있고 건식소화설비의 증기발생량을 증대시킬 수 있게 한다.

Description

코크스 오븐에서의 에너지 회수장치 및 방법{Apparatus and method for energy recovery in a coke oven}

본 발명은 에너지 회수율을 향상시킬 수 있는 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 건식 소화설비(CDQ)의 불활성가스를 적열코크스의 열회수 매체로 이용하여 집진기에서 적열 코크스의 현열을 효율적으로 회수할 수 있도록 함으로써 집진기의 생명인 백필터를 보호하면서 건식소화설비의 증기 발생량을 증대시킬 수 있도록 한 코크스 오븐에서의 에너지 회수장치 및 방법에 관한 것이다.

도 1은 종래 코크스 오븐에서 생성되는 코크스 압출 작업을 나타내는 전체적인 구성도로서, 일반적으로 석탄을 원료로 하여 코크스오븐에서 코크스를 생산하게 될 때, 코크스오븐에서 건류가 완료된 적열코크스(22)는 압출기(21)에 의하여 압출되어 이송카(23)로 옮겨지게 된다.

그런데 코크스오븐에서 건류가 완성된 코크스는 1100℃ 이상의 고온을 유지하고 있으며, 이를 압출시 발생하는 미분의 코크스로 인하여 작업환경에 악영향을 미치게 될 뿐만 아니라 대기오염을 일으킬 소지가 있으므로 이에 코크스를 압출할 때 대기환경오염을 방지한다는 측면에서 백필터를 이용하여 집진기에서 미분의 코크스를 흡입하여 제거함으로써 작업환경의 개선할 수가 있었다.

그러나, 상기에서 이미 언급한 바와 같이 건류가 완성된 코크스는 1100℃ 이상의 고온상태를 유지하고 있으므로 집진기를 이용하여 제거하게 될때 집진기의 백필터에서 화재가 발생할 수 있으며, 이로 인하여 집진기의 생명인 백필터가 전소되는 사고가 종종 발생하고 있다.

한편, 건식소화설비는 코크스로에서 생산된 적열코크스를 소화 및 냉각시키는 설비로서, 종래의 습식소화 방식과 달리 불활성 냉각가스에 의해 소화 및 냉각하는 방식을 적용하고 있다. 상기 방식의 건식 소화설비는 에너지 절약 차원에서 우수한 특성을 가지며, 또한 폐루프중에서 소화하게 되므로 대기로 방출되는 분진이 적고, 대기중에 방산되는 적열코크의 현열을 회수하여 이용할 수 있으며, 냉각과정의 개선에 의하여 냉각 후 코크품질을 향상시킬 수 있는 장점을 가지고 있다.

상기 적열코크스의 현열을 회수함에 있어서, 산소를 함유한 공기를 주입하여 적열코크스 중 미분코크스를 연소시켜 순환가스의 발열량을 증대시키고, 고온의 순환가스와 보일러에서 순환하는 물이 열교환되어 발생된 수증기에 의하여 터빈을 동작시킴으로써 전력을 발전하고 있다.

그러나 상기와 같은 종래의 방법에서는 적열코크스의 현열 회수가 효율적으로 이루어지지 못하였기 때문에 보다 효율적으로 적열코크스의 현열을 회수할 수 있는 기술 개발이 요구되어 왔다.

따라서 본 발명은 상기의 필요성에 부응하여 안출한 것으로서, 본 발명은 건식소화설비의 불활성가스를 적열코크스의 열회수 매체로 이용하여 코크스오븐에서 압출하는 시점에 적열코크스가 함유하고 있는 현열을 집진기에서 회수할 수 있도록 함으로써, 집진기의 생명인 백필터를 보호하여 수명을 연장할 수 있고 건식소화설비의 증기발생량을 증대시킬 수 있도록 한 코크스 오븐에서의 에너지 회수장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 코크스 오븐의 코크스 압출 작업시 나타내는 전체 구성도

도 2는 본 발명에 의한 코크스 오븐에서의 에너지 회수장치 및 방법에서의 에너지 회수 공정흐름도

도 3은 본 발명에 의한 에너지 회수장치에서 튜브형 열교환기 내부의 열교환동작을 설명하기 위하여 도시한 참고도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 집진기 메인팬 2 : 백(bag) 실

3 : 도포재 저장소 4 : 굴뚝

5 : 유도 저장소 6 : 더스트 저장소

7 : 질소 라인 8 : 열교환기

9 : 센서 10 : 차단밸브

11 : 압력 게이지 12 : 유량조절밸브

13 : 질소배출구 14 : 모니터

15 : 분진 포집관 16 : 안내 이동기기

17 : 흡입라인 18 : 전기 제어기(PLC)

19 : 건식소화설비 20 : 더스트 이송라인

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 코크스오븐에서 코크스를 압출시 발생하는 미분의 코크스를 흡입하는 집진기를 구비한 적열코크스의 현열 에너지 회수장치에 있어서, 상기 집진기의 흡입구 배관에 설치되어 코크스 오븐에서 발생하는 고온의 가스와 건식소화설비에서 유입되는 질소가스와의 열교환으로 적열코크스의 현열을 회수하는 열교환기와; 건식소화설비의 순환가스인 질소를 상기 열교환기에 공급하기 위해 설치되는 질소라인과; 상기 질소라인의 개폐 및 유량조절을 위한 차단밸브 및 유량조절밸브와; 상기 질소라인의 유량에 대한 압력을 측정하기 위한 압력 센서 및 압력 게이지와; 상기 집진기에서 미분의 코크스를 흡입할 수 있는 흡입 압력을 2~3Kgf/㎠로 유지시키고 상기 압력 게이지에 의한 압력지시 데이타로 상기 밸브의 자동 개폐를 제어하여 상기 질소가스를 1,000~1,500N㎥/hr로 상기 열교환기에 공급하는 전기제어기를 포함하는 코크스 오븐에서의 에너지 회수장치를 제공한다.

또한 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 코크스오븐에서 코크스를 압출시 발생하는 미분의 코크스를 흡입하는 집진기의 흡입구 배관에 건식소화설비에서 질소가스가 유입될 수 있도록 질소라인이 연결되는 열교환기를 설치하는 제 1단계와; 상기 설치된 열교환기에 건식소화설비의 순환가스인 질소를 1,000~1,500N㎥/hr로 공급하는 제 2단계와; 상기 열교환기를 통해 상기 집진기에서 미분의 코크스를 흡입하기 위하여 흡입 압력을 2~3Kgf/㎠로 유지하는 제 3단계와; 코크스오븐에서 코크스를 압출시 발생하는 가스의 현열을 흡입한 질소가스를 건식소화설비의 터빈에 공급하는 제 4단계를 포함하는 코크스 오븐에서의 에너지 회수방법을 제공한다.

상기 본 발명의 목적과 특징 및 장점은 이하의 각 실시예 및 첨부된 도면을 바탕으로 하는 상세한 설명을 참조함으로서 더욱 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도 2를 참조하여 상세히 설명하고자 한다.

도 2는 본 발명의 일시예에 의한 에너지 회수장치를 설치하여 에너지 회수하는 공정 흐름을 도시한 전체 구성도로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 코크스오븐에서 코크스를 압출시 발생하는 미분의 코크스를 흡입하는 집진기의 흡입구 배관에 설치되어 코크스 오븐에서 발생하는 고온의 가스와 건식소화설비(19; CDQ)에서 유입되는 질소가스와의 열교환으로 적열코크스의 현열을 회수하는 튜브형 열교환기(8)와, 건식소화설비의 순환가스인 질소를 상기 열교환기에 1,000~1,500N㎥/hr로 공급하기 위해 설치되는 질소라인(7)과, 상기 질소라인의 개폐 및 유량조절을 위한 차단밸브(10) 및 유량조절밸브(12)와, 상기 질소라인의 유량에 대한 압력을 측정하기 위한 압력 센서(9) 및 압력 게이지(11)와, 집진기에서 미분의 코크스를 흡입하기 위하여 흡입 압력을 2~3Kgf/㎠으로 유지시키고 건식소화설비의 순환가스인 질소를 상기 열교환기에 1,000~1,500N㎥/hr로 공급하기 위하여 상기 압력 게이지에 의한 압력지시 데이타를 저장하고 밸브 자동 개폐를 제어하는전기제어기(18) 등을 포함하여 구성할 수 있다.

참고로 상기 도 2에서 도면 부호 1은 집진기 메인 팬이며, 2는 백(bag) 실이고, 3은 백(bag)을 크리닝한 후 보호하는 도포재 저장소이고, 4는 외부로 공기를 배출하는 굴뚝이며, 5는 더스트 유도 저장소이고, 6은 포집된 더스트를 모아 두는 저장소이며, 13은 적열코크스와 열교환된 고온의 질소를 배출하는 배출구이고, 14는 상기 압력 게이지에서의 질소압력 측정결과에 의한 게이지 지시상태를 운전자가 확인할 수 있도록 하는 모니터(Monitor)이며, 15는 적열코크스 압출 작업시 분진과 화염이 통과하는 분진 포집관이고, 16은 코크스 오븐 작업시의 안내 이동기기이며, 17은 열교환기를 설치하는 집진기의 흡입라인이며, 19는 건식소화설비(CDQ)이고, 20은 더스트 이송 라인이다.

도 3은 본 발명에 의한 에너지 회수장치에서 튜브형 열교환기 내부의 열교환동작을 설명하기 위하여 도시한 참고도로서, 건식소화설비(19)에서 순환되는 질소가스가 튜브형 열교환기(8)로 유입되어 다시 건식소화설비(19)로 재공급되는 상태를 상세히 도시하고 있으며, 이때 튜브형 열교환기(8)에서는 코크스 오븐에서 발생하는 고온의 가스와 건식소화설비(19)에서 내부로 유입되는 저온의 질소가스간에 열교환이 이루어지게 되므로, 튜브형 열교환기로 들어오는 질소가스는 저온의 형태이고, 튜브형 열교환기에서 나가는 질소가스는 미분 코크스의 현열을 회수하여 고온의 형태로 변하게 된다.

이상과 같이 구성되는 본 발명의 작용효과를 상세히 설명한다.

먼저, 집진기의 흡입구 배관에는 튜브형 열교환기(8)가 설치되어 있고 상기열교환기(8)에는 질소라인(7)이 연결되어 이 질소라인을 통해 건식소화설비(19)의 순환가스인 질소를 공급할 수 있도록 구성되어 있다. 그리고 상기 질소라인(7)에는 질소라인의 개폐 및 유량조절을 위한 차단밸브(10) 및 유량조절밸브(12)가 설치되어 있고, 상기 질소라인의 유량에 대한 압력을 측정하기 위한 압력 센서(9) 및 압력 게이지(11)가 설치되어 전기제어기(18)로 연결되어 전기제어기(18)에 의해 제어될 수 있도록 구성되어 있다.

따라서 집진기의 흡입구 배관에 설치된 튜브형 열교환기(8) 및 그에 연결된 질소라인(7)을 통해 상기 전기제어기(18)에 의해 상기 집진기에서 미분의 코크스를 흡입할 수 있는 흡입 압력을 2~3Kgf/㎠로 유지시키고 상기 압력 게이지(11)에 의한 압력지시 데이타로 상기 밸브의 자동 개폐를 제어하여 상기 열교환기(8)에 1,000~1,500N㎥/hr로 건식소화설비(19)의 순환가스인 질소가스를 공급하게 되면, 집진기의 흡입구로 흡입되는 미분의 코크스와의 열교환이 이루어져 미분의 코크스가 가진 고온의 현열을 회수할 수 있게 된다.

이에 따라 집진기에 흡입되는 가스의 온도를 낮추어 줌으로써 집진기의 백필터의 손상을 방지하고, 에너지 절감 및 회수차원에서 적열코크스의 고온의 현열을 공정중 건식소화설비의 순환가스인 질소가스를 이용하여 에너지를 회수할 수 있다.

이하에서는 각 실시예들을 참조하여 본 발명을 설명한다.

<실시예 1>

아래의 표 1은 집진기의 전단인 열교환기에 질소가스 변화량에 따른 스팀 생산량을 보여주고 있다.

질소가스유량(N㎥/hr)	가스입구온도(℃)	가스출구온도(℃)	스팀생산량(ton/hr)
500	30	100	7
700	30	120	9
1000	30	180	15
1500	30	220	16
1700	30	150	10

상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 질소가스 유량변화에 따라 스팀 생산량의 변화가 달라지는데, 가스유량이 작을 때와 과잉으로 공급될 때는 고온의 가스와 충분한 열전달 시간이 부족함으로 인하여 가스배출온도가 요구하는 온도까지 상승하지 못하게 된다.

<실시예 2>

아래의 표 2는 집진기에서 미분의 코크스를 흡입하는 흡입력의 변화에 따른 스팀생산량을 관찰하여 보았다.

집진기흡입력(kgf/㎠)	가스입구온도(℃)	가스출구온도(℃)	스팀생산량(ton/hr)	미분코크스제거율(%)
1	30	85	5	89
1.5	30	100	6	92
2	30	160	8.4	95
3	30	200	10.6	96
4	30	120	7.2	9

상기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 집진기의 흡입력은 작업환경와 밀접한 관련성이 있는 조업관리지표로서 미분코크스의 제거율이 변화하는데, 흡입력이 증가할수록 미분제거율이 증가하는 경향을 보여주고 있다.

또한 상기 표 2에서는 집진기에서 흡입되는 흡입력의 증가는 스팀생산량이 증가하지만, 지나친 증가는 고온의 가스와 질소가스와의 열교환 면적의 감소로 인하여 스팀생산량이 감소하는 현상을 보여주었다.

이와 같이 흡입력 변화에 의하여 스팀생산량과는 상반된 관계도 보여주고 있지만, 작업환경측면에서 뿐만 아니라 에너지 회수율 차원에서 보면 집진기의 흡입력 증대는 집진기의 모터구동이라는 에너지 소비가 발생함으로서 지나친 흡입력증대는 경제적인 측면에서 바람직하지 못하다.

이상과 같이 본 발명은, 집진기의 전단에 설치된 열교환기(8)에 공급되는 질소가스의 유량변화에 따라 회수되는 현열량이 좌우됨으로써, 본 실험결과 위에서 제시한 1,000~1,500N㎥/hr를 유지할 때 최대의 에너지를 회수할 수가 있었다.

또한 집진기에서 흡입되는 흡입력은 코크스를 압출시 미분의 코크스를 흡입하면서 고온의 현열을 회수할수 있는 흡입력으로는 2~3Kgf/㎠일때가 최적의 조건을 이룰 수가 있었다.

이와 같이 압출시 발생하는 고온의 현열회수한 질소가스는 건식소화설비의 터빈에 공급되어 에너지인 스팀생산량을 증대할 수가 있었다.

이상의 본 발명에 의하면, 집진기 흡입구의 전단에 설치되는 열교환기를 이용하여 집진기에 흡입되는 가스의 온도를 낮추어 줌으로써 집진기의 백필터의 손상을 방지할 수 있는 이점을 얻게 된다.

또한 이상의 본 발명에 의하면, 에너지 절감 및 회수차원에서 적열코크스의 고온의 현열을 공정중 건식소화설비의 순환가스인 질소가스를 이용하여 에너지를 회수할 수 있게 되므로, 에너지 회수율을 향상시킬 수 있는 등의 이점을 얻을 수있게 된다.

Claims (5)

1. 코크스오븐에서 코크스를 압출시 발생하는 미분의 코크스를 흡입하는 집진기를 구비한 적열코크스의 현열 에너지 회수장치에 있어서,

   상기 집진기의 흡입구 배관에 설치되어 코크스 오븐에서 발생하는 고온의 가스와 건식소화설비에서 유입되는 질소가스와의 열교환으로 적열코크스의 현열을 회수하는 열교환기와;

   건식소화설비의 순환가스인 질소를 상기 열교환기에 공급하기 위해 설치되는 질소라인과;

   상기 질소라인의 개폐 및 유량조절을 위한 차단밸브 및 유량조절밸브와;

   상기 질소라인의 유량에 대한 압력을 측정하기 위한 압력 센서 및 압력 게이지와;

   상기 집진기에서 미분의 코크스를 흡입할 수 있는 흡입 압력을 유지시키고 상기 압력 게이지에 의한 압력지시 데이타로 상기 밸브의 자동 개폐를 제어하여 상기 질소가스를 상기 열교환기에 공급하는 전기제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 코크스오븐 적열코크스의 현열 에너지 회수장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 전기제어기는,

   상기 집진기에서 미분의 코크스를 흡입할 수 있는 흡입 압력을 2~3Kgf/㎠으로 유지시키고, 건식소화설비의 순환가스인 질소를 상기 열교환기에 1,000~1,500N㎥/hr로 공급하는 것을 특징으로 하는 코크스오븐 적열 코크스의 현열 에너지 회수장치.
3. 코크스오븐에서 코크스를 압출시 발생하는 미분의 코크스를 흡입하는 집진기의 흡입구 배관에 건식소화설비에서 질소가스가 유입될 수 있도록 질소라인이 연결되는 열교환기를 설치하는 제 1단계와;

   상기 설치된 열교환기에 건식소화설비의 순환가스인 질소를 공급하는 제 2단계와;

   상기 열교환기를 통해 상기 집진기에서 미분의 코크스를 흡입하기 위한 흡입 압력을 유지하는 제 3단계와;

   코크스오븐에서 코크스를 압출시 발생하는 가스의 현열을 흡입한 질소가스를 건식소화설비의 터빈에 공급하는 제 4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 코크스오븐 적열코크스의 현열 에너지 회수방법.
4. 제 3항에 있어서, 상기 제 2단계에서 상기 건식소화설비의 순환가스인 질소를 1,000~1,500N㎥/hr로 열교환기에 공급하는 것을 특징으로 하는 코크스오븐 적열코크스의 현열 에너지 회수방법.
5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서, 상기 제 3단계에서 상기 미분의 코크스를 흡입하기 위하여 집진기에서의 흡입 압력을 2~3Kgf/㎠으로 유지하는 것을 특징으로하는 코크스오븐 적열코크스의 현열 에너지 회수방법.