KR20090059287A - 고로가스의 순산소 연소버너 - Google Patents

고로가스의 순산소 연소버너 Download PDF

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KR20090059287A
KR20090059287A KR1020070126056A KR20070126056A KR20090059287A KR 20090059287 A KR20090059287 A KR 20090059287A KR 1020070126056 A KR1020070126056 A KR 1020070126056A KR 20070126056 A KR20070126056 A KR 20070126056A KR 20090059287 A KR20090059287 A KR 20090059287A
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burner
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조길원
조한창
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주식회사 포스코
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Abstract

본 발명은 고로가스의 순산소 연소버너에 관한 것으로, 제철공정에서 발생되는 저열량 부생가스 중 철광석으로부터 순수 선철을 분리하는 과정에서 발생되는 저열량 부생가스인 고로가스를 연료로 하고, 산소를 산화제로 사용하여 화염의 유지는 물론 완전 연소가 가능한 고로가스의 순산소 연소버너를 제공하기 위한 것으로서, 그 기술적 구성은 고로가스(BFG)가 공급되기 위하여 하부에 구비되는 산소 유입구와, 상기 산소 유입구를 통하여 공급된 고로가스(BFG)가 분사되기 위한 산소 분사노즐을 포함하는 산소 공급기; 상기 산소 공급기의 산소 분사노즐이 후방 중심부에 소정부분 인입설치되되, 고로가스(BFG)가 공급되기 위하여 하부에 구비되는 고로가스 유입구와, 상기 고로가스 유입구를 통하여 공급되는 고로가스(BFG) 및 산소 분사노즐을 통하여 공급되는 고로가스(BFG)가 혼합되기 위하여 그 내부에 형성되는 혼합챔버와, 상기 혼합챔버에서 혼합된 고로가스(BFG) 및 고로가스(BFG)가 분사되기 위한 버너 토출구를 포함하는 고로가스 공급기; 및 상기 고로가스 공급기에 인입설치되되, 혼합된 고로가스(BFG) 및 고로가스(BFG)를 착화시키기 위한 점화기; 를 포함하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
제철공정, 고로가스(BFG), 산소(O2), 연소, 화염, 버너

Description

고로가스의 순산소 연소버너{Oxy fuel burner using Blast Furnace Gas produced in iron and steel making process}
본 발명은 제철공정에서 발생되는 저열량 부생가스를 연소시키기 위한 연소버너에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제철공정에서 발생되는 저열량 부생가스 중 철광석으로부터 순수 선철을 분리하는 과정에서 발생되는 저열량 부생가스인 고로가스를 연료로 하고, 산소를 산화제로 사용하여 화염의 유지는 물론 완전 연소가 가능한 고로가스의 순산소 연소버너에 관한 것이다.
일반적으로, 제철 공정에서는 여러 가지의 저열량 부생가스가 발생되며, 이러한 저열량 부생가스는 대표적으로 철광석으로부터 순수 선철을 분리하는 고로에서 발생되는 고로가스(BFG : Blast Furnace GAS)와 제강 공정에서 탄소를 제거하기 위한 산소를 공급할 때 발생되는 전로가스(LDG :Linz Donawitz GAS) 및 코크스로에서 석탄을 건류하여 코크스를 만드는 과정에서 발생되는 코크스로가스(COG : Cokes Oven GAS) 등이 있다.
여기서, 고로가스(BFG)는 용광로가스라고도 하며, 그 성분은 이산화탄소 10∼14%, 일산화탄소 26∼30%, 메탄 0∼0.3%, 수소 1∼2%, 질소 55∼60%, 발열량 900 ∼1,000kcal/㎥으로 이루어진다.
상술한 바와 같이, 제철 공정에서 발생되는 여러 가지의 저열량 부생가스 중 전로가스(LDG)와 코크스로가스(COG)는 비교적 발열량이 높고, 연소성이 좋아 공기를 이용하여 연소시키며, 공기를 이용하여 연소할 경우, 연소가 잘되는 특성을 갖는다.
그러나, 고로가스(BFG)의 경우, 발열량이 700~800kcal/Nm3으로 매우 낮아 공기를 산화제로 이용하는 경우에는 단열 화염 온도(Adiabatic Flame Temperature)가 낮고, 화염 전파 속도(Flame Propagation Velocity)가 느려 자체적으로 화염이 유지되지 않고 소화된다는 문제점이 있었다.
이로 인해 고로가스(BFG)를 연소시킬 경우, 강력한 파이롯 화염이 존재하거나, 공기를 고온으로 예열하여 공급하는 조건이 아니면 완전 연소가 불가능하다는 문제점이 있었다.
이에 따라 공기를 산화제로 사용하는 경우에는 통상적으로 타 연료와 혼합하여 발열량을 높여 사용하거나, 고온화된 공기의 조건에 연료를 투입하는 방법을 이용하였다.
그러나, 저열량 부생가스인 고로가스(BFG)를 완전히 연소시키기 위하여 산소를 산화제로 사용할 경우에도 여전히 천연가스에 비해 낮은 단열 화염 온도와 저속의 화염 전파 속도를 갖기 때문에 통상의 버너 구조를 이용하여 저열량 부생가스인 고로가스(BFG)를 연소시킬 경우, 화염 날림이 발생한다는 문제점이 있었다.
즉, 산소를 산화제로 사용하여 저열량 부생가스인 고로가스(BFG)를 연소시킬 경우, 화염이 후류로 밀리면서 소화됨으로써 화염 날림이 발생한다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 제철공정에서 발생되는 저열량 부생가스 중 철광석으로부터 순수 선철을 분리하는 과정에서 발생되는 저열량 부생가스인 고로가스를 연료로 하고, 산소를 산화제로 사용하여 화염의 유지는 물론 완전 연소가 가능하며, 화염이 빠르게 분사되어 긴 화염의 형성 및 생성이 가능하고, 이로 인해 화염 날림의 발생을 방지하는 고로가스의 순산소 연소버너를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 고로가스(BFG)가 공급되기 위하여 하부에 구비되는 산소 유입구와, 상기 산소 유입구를 통하여 공급된 고로가스(BFG)가 분사되기 위한 산소 분사노즐을 포함하는 산소 공급기; 상기 산소 공급기의 산소 분사노즐이 후방 중심부에 소정부분 인입설치되되, 고로가스(BFG)가 공급되기 위하여 하부에 구비되는 고로가스 유입구와, 상기 고로가스 유입구를 통하여 공급되는 고로가스(BFG) 및 산소 분사노즐을 통하여 공급되는 고로가스(BFG)가 혼합되기 위하여 그 내부에 형성되는 혼합챔버와, 상기 혼합챔버에서 혼합된 고로가스(BFG) 및 고로가스(BFG)가 분사되기 위한 버너 토출구를 포함하는 고로가스 공급기; 및 상기 고로가스 공급기에 인입설치되되, 혼합된 고로가스(BFG) 및 고로가스(BFG)를 착화시키기 위한 점화기; 를 포함하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 산소 공급기에 화염 감지기가 구비되되, 상기 화염 감지기는 산소 유입구에 근접되는 후방 중심부에 설치된다.
여기서, 상기 버너 토출구의 형상이 가변적으로 형성된다.
한편, 상기 산소 공급기의 산소 분사노즐은 그 중심부에 주연소 산소 홀이 형성되고, 상기 주연소 산소 홀의 외주연에 방사상으로 구비되는 보조연소 산소 홀을 더 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 주연소 산소 홀의 형상 및 보조연소 산소 홀의 형상이 각각 가변적으로 이루어진다.
이때, 상기 산소 공급기의 산소 분사노즐을 통하여 분사되는 고로가스(BFG)의 분사 유속은 상온 기준으로 5~25m/s으로 이루어진다.
그리고, 상기 고로가스 공급기의 버너 토출구를 통하여 분사되는 고로가스(BFG)의 분사 유속은 상온 기준으로 2~40m/s으로 이루어진다.
한편, 상기 고로가스 공급기에 인입설치되어 점화기는 그 단부가 상기 산소 공급기의 산소 분사노즐에 근접되게 위치한다.
그리고, 상기 산소 공급기의 산소 분사노즐의 입구측은 직경이 감소하는 형상으로 형성된다.
여기서, 상기 고로가스 공급기의 버너 토출구의 입구측에 직경이 감소하는 형상의 수축부가 구비된다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 제철공정에서 발생되는 저열량 부생가스 중 철광석으로부터 순수 선철을 분리하는 과정에서 발생되는 저열량 부생가스인 고로가스를 연료로 하고, 산소를 산화제로 사용하여 화염의 유지 및 보염이 곤란한 제철공정에서 발생되는 저열량 부생가스인 고로가스의 완전 연소가 가능할 뿐만 아니라, 안정적인 연소가 가능하고, 화염이 빠르게 분사되어 긴 화염의 형성 및 생성이 가능하며, 이로 인해 화염 날림의 발생을 방지할 수 있어 화염의 안정화가 용이하다는 등의 효과를 거둘 수 있다.
이하, 본 발명에 의한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명한다. 또한, 본 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고 단지 예시로 제시된 것이며, 그 기술적 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다.
도 1은 본 발명에 의한 고로가스의 순산소 연소버너를 개략적으로 나타내는 측단면도이고, 도 2는 본 발명에 의한 고로가스의 순산소 연소버너의 산소 공급기를 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 고로가스의 순산소 연소버너(1)는 산소 공급기(10)와 고로가스 공급기(30) 및 점화기(50)를 포함하는 구성으로 이루어진다.
상기 산소 공급기(10)는 산소(O2)가 공급되기 위하여 그 하부에 산소 유입구(11)가 구비되고, 상기 산소 유입구(11)를 통하여 내부로 공급되는 산소(O2)를 분 사하기 위한 산소 분사노즐(13)을 포함한다.
여기서, 상기 산소 공급기(10)의 산소 유입구(11)는 외부에서 제공되는 산소(O2)가 그 내부로 유입 및 공급되도록 별도의 튜브(미도시)가 연결되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 산소 공급기(10)의 후방 중심부에 화염 감지기(17)가 구비되되, 상기 산소 공급기(10)의 하부에 구비되는 산소 유입구(11)에 근접되는 산소 공급기(10)의 후방 중심부에 화염 감지기(17)가 구비된다. 즉, 점화기(50)의 착화 여부 및 점화기(50)의 착화에 따른 화염 형성 여부를 판단하기 위하여 상기 산소 공급기(10) 내부의 후방 중심에 화염 감지기(17)가 구비된다.
여기서, 상기 산소 공급기(10)의 산소 분사노즐(13)은 그 중심부에 주연소 산소 홀(14)이 형성되고, 상기 주연소 산소 홀(14)의 외주연에 방사상으로 다수개의 보조연소 산소 홀(15)이 형성된다. 이때, 상기 산소 공급기(10)의 산소 분사노즐(13)에 형성되는 주연소 산소 홀(14)의 형상과 보조연소 산소 홀(15)의 형상은 원형으로 형성되는 것이 바람직하나, 상기 산소 공급기(10)의 내부에 공급되는 산소(O2)를 분사하기 용이하다면 상기 산소 분사노즐(13)에 형성되는 주연소 산소 홀(14)과 보조연소 산소 홀(15)의 형상이 사각, 삼각, 타원형 등 기타 다양한 형상으로 형성되는 것도 가능하다.
한편, 상기 산소 공급기(10)의 산소 분사노즐(13)을 통하여 분사되는 산소(O2)의 분사 유속은 상온 기준으로 5~25m/s으로 이루어지는 것이 바람직하나, 상 기 산소 유입구(11)를 통하여 공급된 후 산소 분사노즐(13)을 통한 산소(O2)의 분사가 용이하다면 상기 산소 분사노즐(13)을 통하여 분사되는 산소(O2)의 분사 유속을 이에 한정하지 않는 것이 바람직하다.
한편, 상기 산소 공급기(10)의 산소 분사노즐(13)의 입구측은 직경이 감소하는 형상으로 형성된다. 상기한 바와 같이, 상기 산소 분사노즐(13)의 입구측의 형상이 직경이 감소하도록 이루어짐으로써 상기 산소 공급기(10)의 산소 분사노즐(13)을 통하여 분사되는 산소(O2)가 보다 빠르게 고로가스 공급기(30)로 공급된다.
상기 고로가스 공급기(30)는 상기 산소 공급기(10)의 산소 분사노즐(13)이 후방 중심부에 소정부분 인입설치되되, 고로가스(BFG)가 유입 및 공급되기 위하여 그 하부에 형성되는 고로가스 유입구(31)와 상기 고로가스 유입구(31)를 통하여 공급되는 고로가스(BFG) 및 산소 분사노즐(13)을 통하여 공급되는 산소(O2)가 혼합되기 위한 혼합챔버(33)와 상기 혼합챔버(33)에서 혼합된 고로가스(BFG) 및 산소(O2)가 분사되기 위한 버너 토출구(35)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 고로가스 공급기(30)의 고로가스 유입구(31)에 외부에서 제공되는 고로가스(BFG)가 그 내부로 유입 및 공급되도록 별도의 튜브(미도시)가 연결되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 고로가스 공급기(30)의 버너 토출구(35)를 통하여 분사되는 고로 가스(BFG)의 분사 유속은 상온 기준으로 2~40m/s으로 이루어지는 것이 바람직하나, 상기 고로가스 유입구(31)를 통하여 공급된 후 버너 토출구(35)를 통한 고로가스(BFG)의 분사가 용이하다면 상기 버너 토출구(35)를 통하여 분사되는 고로가스(BFG)의 분사 유속을 이에 한정하지 않는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 고로가스 공급기(30)의 버너 토출구(35)는 원형으로 형성되는 것이 바람직하나, 상기 고로가스 공급기(30)의 내부에 공급되는 고로가스(BFG)를 분사하기 용이하다면 상기 버너 토출구(35)의 형상이 삼각, 사각, 타원형 등 기타 다양한 형상으로 형성되는 것도 가능하다.
이때, 상기 고로가스 공급기(30)의 버너 토출구(35)의 입구측에 직경이 감소하는 형상의 수축부(36)가 구비된다. 상기한 바와 같이, 상기 고로가스 공급기(30)의 버너 토출구(35)에 직경이 감소하는 형상의 수축부(36)가 구비됨으로써 상기 버너 토출구(35)를 통하여 분사되는 고로가스(BFG)와 산소(O2)의 혼합가스가 착화되어 발생되는 화염이 빠르게 분사될 뿐만 아니라, 긴 화염을 형성한다.
상기 점화기(50)는 상기 고로가스 공급기(30)에 소정부분 인입설치되되, 상기 고로가스 공급기(30)의 혼합챔버(33)에서 혼합된 고로가스(BFG) 및 산소(O2)를 착화시킨다.
여기서, 상기 고로가스 공급기(30)에 소정부분 인입설치되는 점화기(50)는 인입설치되는 그 단부가 상기 산소 공급기(10)의 산소 분사노즐(13)에 근접되게 위치한다.
이하, 본 발명에 의한 고로가스의 순산소 연소버너의 작동 및 연소 과정을 설명한다.
먼저, 본 발명에 의한 고로가스 순산소 연소버너(1)에 산소(O2) 및 고로가스(BFG)가 공급된다. 즉, 상기 산소 공급기(10)의 산소 유입구(11)를 통하여 외부에서 산소(O2)가 공급됨과 동시에 상기 고로가스 공급기(30)의 고로가스 유입구(31)를 통하여 외부에서 고로가스(BFG)가 공급된다.
상기한 바와 같이, 산소 공급기(10)로 공급되는 산소(O2)와 상기 산소 공급기(10)의 원주상으로 공급되는 고로가스(BFG)는 고로가스 공급기(30)의 혼합챔버(33)에서 혼합된다.
이때, 상기 산소 공급기(10)를 통하여 공급되는 산소(O2)는 산소 분사노즐(13)을 통하여 고로가스 공급기(30) 내부의 혼합챔버(33)로 제공되며, 상기 산소 분사노즐(13)의 주연소 산소 홀(14)과 상기 주연소 산소 홀(14)의 외주연에 방사상으로 다수개 형성되는 보조연소 산소 홀(15)을 통하여 혼합챔버(33)로 제공된다.
여기서, 상기 산소 공급기(10)의 산소 분사노즐(13) 입구측이 직경이 감소하는 형상으로 형성됨으로써 상기 산소 공급기(10) 내부의 고로가스(BFG)가 고로가스 공급기(30)의 혼합챔버(33)로 보다 빠르게 분사된다.
이때, 상기 산소 공급기(10)의 산소 분사노즐(13)을 통하여 분사되는 고로가스(BFG)는 상온 기준으로 5~25m/s의 분사 유속을 갖는다.
여기서, 상기 고로가스 공급기(30)의 혼합챔버(33)에 의해 공급되는 고로가스(BFG)와 고로가스(BFG)의 혼합이 촉진될 뿐만 아니라, 점화기(50)의 착화 시 화염을 유지하는 역할을 담당한다.
상기한 바와 같이, 상기 산소 공급기(10)를 통하여 공급되는 고로가스(BFG)와 고로가스 공급기(30)를 통하여 공급되는 고로가스(BFG)가 혼합챔버(33)에서 혼합되며, 이와 동시에 상기 고로가스 공급기(30)에 그 단부가 인입설치되는 점화기(50)가 점화하여 화염이 버너 토출구(35)를 통하여 외부로 분사 및 발사된다.
이때, 상기 고로가스 공급기(30)의 버너 토출구(35) 입구측이 직경이 감소하는 형상의 수축부(36)가 형성됨으로써 상기 점화기(50)의 착화에 의한 화염이 버너 토출구(35)를 통해 매우 빠르게 분사되어 긴 화염을 형성한다.
여기서, 상기 고로가스 공급기(30)의 버너 토출구(35)를 통하여 분사되는 고로가스(BFG)는 상온 기준으로 2~40m/s의 분사 유속을 갖는다.
본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부 특허청구의 범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 고로가스의 순산소 연소버너를 개략적으로 나타내는 측단면도,
도 2는 본 발명에 의한 고로가스의 순산소 연소버너의 산소 공급기를 개략적으로 나타내는 정면도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
1 : 고로가스의 순산소 연소버너, 10 : 산소 공급기,
11 : 산소 유입구, 13 : 산소 분사노즐,
14 : 주연소 산소 홀, 15 : 보조연소 산소 홀,
17 : 화염 감지기, 30 : 고로가스 공급기,
31 : 고로가스 유입구, 33 : 혼합챔버,
35 : 버너 토출구, 36 : 수축부,
50 : 점화기.

Claims (10)

  1. 저열량 부생가스를 연소시키기 위한 연소버너에 있어서,
    고로가스(BFG)가 공급되기 위하여 하부에 구비되는 산소 유입구와, 상기 산소 유입구를 통하여 공급된 고로가스(BFG)가 분사되기 위한 산소 분사노즐을 포함하는 산소 공급기;
    상기 산소 공급기의 산소 분사노즐이 후방 중심부에 소정부분 인입설치되되, 고로가스(BFG)가 공급되기 위하여 하부에 구비되는 고로가스 유입구와, 상기 고로가스 유입구를 통하여 공급되는 고로가스(BFG) 및 산소 분사노즐을 통하여 공급되는 고로가스(BFG)가 혼합되기 위하여 그 내부에 형성되는 혼합챔버와, 상기 혼합챔버에서 혼합된 고로가스(BFG) 및 고로가스(BFG)가 분사되기 위한 버너 토출구를 포함하는 고로가스 공급기; 및
    상기 고로가스 공급기에 인입설치되되, 혼합된 고로가스(BFG) 및 고로가스(BFG)를 착화시키기 위한 점화기;
    를 포함하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고로가스의 순산소 연소버너.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 산소 공급기에 화염 감지기가 구비되되, 상기 화염 감지기는 산소 유입구에 근접되는 후방 중심부에 설치되는 것을 특징으로 하는 고로가스의 순산소 연 소버너.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 버너 토출구의 형상이 가변적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 고로가스의 순산소 연소버너.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 산소 공급기의 산소 분사노즐은 그 중심부에 주연소 산소 홀이 형성되고, 상기 주연소 산소 홀의 외주연에 방사상으로 구비되는 보조연소 산소 홀을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고로가스의 순산소 연소버너.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 주연소 산소 홀의 형상 및 보조연소 산소 홀의 형상이 각각 가변적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고로가스의 순산소 연소버너.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 산소 공급기의 산소 분사노즐을 통하여 분사되는 고로가스(BFG)의 분사 유속은 상온 기준으로 5~25m/s으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고로가스의 순산소 연소버너.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 고로가스 공급기의 버너 토출구를 통하여 분사되는 고로가스(BFG)의 분사 유속은 상온 기준으로 2~40m/s으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고로가스의 순산소 연소버너.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 고로가스 공급기에 인입설치되어 점화기는 그 단부가 상기 산소 공급기의 산소 분사노즐에 근접되게 위치하는 것을 특징으로 고로가스의 순산소 연소버너.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 산소 공급기의 산소 분사노즐의 입구측은 직경이 감소하는 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 고로가스의 순산소 연소버너.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 고로가스 공급기의 버너 토출구의 입구측에 직경이 감소하는 형상의 수축부가 구비되는 것을 특징으로 하는 고로가스의 순산소 연소버너.
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JP2011133200A (ja) * 2009-12-25 2011-07-07 Noritz Corp ガス燃焼装置

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