KR20100063098A - 고로 가스를 위한 집진기 - Google Patents

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KR20100063098A
KR20100063098A KR1020107006855A KR20107006855A KR20100063098A KR 20100063098 A KR20100063098 A KR 20100063098A KR 1020107006855 A KR1020107006855 A KR 1020107006855A KR 20107006855 A KR20107006855 A KR 20107006855A KR 20100063098 A KR20100063098 A KR 20100063098A
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알프레드 울스펠드
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풀 부르스 에스.에이.
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Abstract

종래 고로 가스를 위한 집진기는 가스 흡입구(inlet)와 배출구(outlet) 돔(14)을 가진 압력 용기(pressure vessel), 분리 챔버(seperation chamber, 16), 하부 더스트 호퍼(18) 및 가스 흡입구과 배출구 돔(14)을 통해 분리 챔버의 축방향으로 연장되는 산기배관(diffuser pipe, 26)을 포함한다. 더스트 호퍼(18)와 같은 분리 효율을 증가시키기 위해, 분리 챔버(16)의 내부 벽 사이에 환형 장착 챔버(annular settlement chamber, 52)가 존재하기 위해 분리 챔버(16)에서 분리 챔버(16)보다 단면이 작은 흐름 편향 챔버(50, 50')가 중심부에 구비되는 것을 제시하였다. 산기배관(26)은 하향 가스 흐름이 위쪽으로 편향되고 흐름 편향 챔버(50, 50')의 상부 말단으로 하향 가스 흐름을 축방향으로 배출하기 위해 상기 흐름 편향 챔버(50, 50')로 연결된다. 상기 산기배관의 하부 말단 주위에 구비되는 가이드 베인(60)을 가진 환형 와류 장치가 구비되고, 집진기의 압력용기로 가스가 흐르게 하기 위해 배출구 오프닝 작용을 한다. 상기 가이드 베인(60)은 가스 흡입구와 배출구 돔 방향으로 상승하는 소용돌이 가스 흐름을 형성시킨다.

Description

고로 가스를 위한 집진기{DUST-CATCHER FOR BLAST FURNACE GAS}
본 발명은 고로 가스를 위한 집진기에 관한 것이다.
대부분의 고로 플랜트의 가스 세척 시스템은 예비 세척 단계(preliminary cleaning stage) 및 정밀 세척 단계(fine cleaning stage)를 포함한다. 정밀 세척 단계는 일반적으로 적어도 하나의 가스 스크러버(gas scrubber) 또는 정전 분리기(electrostatic seperator)로 구성된다. 예비 세척 단계의 목적은 정밀 세척 단계로 돌입하기 전 가스 흐름으로부터 굵은(큰 크기의) 먼지 입자들을 제거하기 위한 단계이다. 이에 의해, 예비 세척 단계는 정밀 세척 단계의 분리 효율을 증가시킬 뿐만 아니라, 정밀 세척 단계의 신뢰성과 효율성을 향상시킨다. 2000년대 전에 제조된 대부분의 고로 플랜트에서, 예비 세척 단계는 소위, 집진기(dust-catcher)로 구성된다.
도 1에 도시한 것과 같은 집진기는 위에서 아래로, 가스 흡입구와 배출구 돔(gas inlet and outlet dome), 큰 원통형 분리 챔버(big cylindrical separation chamber) 및 깔대기 형상의 더스트 호퍼(funnel-shaped dust hopper)를 포함하는 대형 수직 압력 용기(large vertical pressure vessel)이다. 가스 흡입구 배출구 돔은 압력 용기의 수직축과 돔의 상부 말단 근처의 수평 가스 배출구 연결부(connection)를 중심으로 하는 가스 흡입구 연결부(gas inlet connection)를 가진다. 축 방향의 가스 흡입구 연결부는 산기배관(diffuser pipe)의 상부 말단에 형성되며, 산기배관은 상기 돔을 지나 분리 챔버까지 축방향으로 연장되고, 수평면에 배출구 오프닝(outlet opening)을 형성한다. 수평 가스 배출구 연결부는 집진기 돔 내 산기배관 주위의 환형 공간으로 개방된다.
상기와 같은 집진기의 작동은 아래와 같다. 원료 고로 가스(즉, 고로에서 공급된 많은 먼지를 포함하는 가스)는 다운커머(down-comer)로 불리는 큰 직경의 가스 배관을 거쳐 하강하고, 가스 배관은 집진기의 가스 흡입구 연결부까지 연결된다. 산기배관을 통과하여, 원료 가스 흐름은 축방향으로 집진기의 분리 챔버로 공급된다. 분리 챔버로 들어오는 가스의 단면량 증가는 가스 속도가 상당량 감소하였기 때문이다. 분리 챔버에서, 집진기의 가스 배출구 연결부는 집진기 돔에 위치하기 때문에 가스 흐름은 아래에서 위쪽으로 바뀐다. 가스 속도의 감소와 분리 챔버에서 180 °바뀐 가스 흐름 때문에 굵은 먼지 입자들은 중력에 의해 분리되고, 깔대기 형상의 더스트 호퍼에 모이게 된다. 예비 세척된 가스는 돔에서 수평 가스 배출구 연결부를 통과하여 집진기를 출발한다.
앞에서 기술한 바와 같은 종래 집진기는 총 먼지량의 40 - 50%만 분리되는 효율을 가진다. 상기 분리 효율은 현재 환경 보호 요구에 부합하는 정밀 세척 단계의 효율성과 경제성에는 부족한 실정이다. 새로운 고로 플랜트의 가스 세척 시스템에서, 예비 세척 단계는 탄젠셜(tangential) 또는 축방향(axial)의 사이클론(cyclone)이며, 종래 집진기보다 향상된 분리 효율을 가진다.
고로 가스 세척 시스템의 축방향 사이클론 먼지 분리기(dust seperator)는 WO 00/40763에 기재되어 있다. 상기 먼지 분리기는 상부 말단에 고로 가스의 축방향 공급 장치를 가진 수직방향 압력 용기를 포함한다. 상기 축방향 공급 장치는 원료 고로 가스를 위한 상부로 돌출되는 두개의 흡입구 연결부 배관을 포함하고, 예비 세척된 가스를 위한 중앙의 배출구 연결부 배관을 포함한다. 두개의 흡입구 연결부 배관은 압력 용기의 돔으로 개방되고, 수평의 중앙 배출구 연결부 배관의 돔으로 개방된다. 아래방향으로 연장되는 흡입구 벨(inlet bell)은 압력 용기의 돔 아래에 구비되고, 흡입구 벨의 하단 모서리와 압력 용기의 외벽 사이에 형성되는 환형 갭(annular gap) 방향으로 가스 흐름을 유도한다. 가이드 베인을 가진 와류 장치는 상기 환형 갭에 구비되고, 고로 가스가 가압된 용기의 축방향으로 와류되게 한다. 원심력에 의해 먼지 입자들은 방사방향으로 향하고, 외벽에 충돌하게 되며, 깔대기를 지나 더스트 호퍼로 떨어지게 된다. 가스 흐름은 상기에서 언급된 깔대기 형상의 배출구 오프닝 앞에 위치한 편향 원뿔에서 나선형으로 바뀌고, 작은 내측 나선은 위쪽으로 이동한다. 중앙 배출구 연결부 배관은 흡입구 벨을 축방향으로 횡단하고, 흡입구 벨의 아래에 위치하는 흡입구 오프닝을 가진다. 상기 흡입구 오프닝을 통과하여, 위쪽으로 이동하는 가스 흐름은 먼지 분리기를 축방향으로 출발하여 중앙 배출구 연결부 배관으로 흐른다. 상기 타입의 축방향 사이클론 먼지 분리기는 총 먼지량의 85%까지 제거하는 효율을 나타낼 수 있다.
상기 축방향 사이클론 분리기는 결과적으로 새로운 고로 가스 세척 플랜트에 흥미로운 해결점을 제공한다. 종래 집진기를 포함한 현존 고로 가스 세척 플랜트를 개조한 것이 WO 00/40763에 기재되어 있으며, 더스트 호퍼가 집진기의 압력 용기에 형성되는 것과 같이, 집진기의 끝이 잘린 압력 용기로 더스트 호퍼 없이 축방향 사이클론 분리기를 삭입하는 것을 제안하고 있다. 상기 해결책은 완전히 새로운 축방향 사이클론 분리기에 의한 종래 집진기를 완전하게 대체하는 것보다 적은 비용이 들지만, 환경 보호 수단을 위해 제한된 비용을 사용하는 경우에는 여전히 비용이 많이 드는 문제가 있다.
종래 집진기를 포함하는 고로 가스 세척 플랜트를 개조하는 경우에는, 압력 용기로 변경하지 않고 종래 집진기의 분리 효율을 증가시키는 것이 유리하다. 압력 용기로 변경하는 것은 새로운 압력에 대한 보증을 확립하여야 하기 때문에 비용이 많이 드는 문제가 있다.
압력 용기로 변경하지 않고 종래 집진기의 분리 효율을 증가시키는 해결책이 EP 1557218에 기재되어 있다. 상기 해결책은 종래 집진기의 변경되지 않은 압력 용기내에 상대적으로 작은 다수의 접선 사이클론을 구비하는 것으로 구성된다. 상기 작은 접선 사이클론의 각각은 외부 튜브(outer tube), 공축 내부 튜브(coaxial inner tube) 및 탄젠셜 공급 배관(tangential feed pipe)으로 구성된다. 탄제셜 공급 배관은 외부와 내부 튜브 사이의 한정된 환형 공간으로 외부 튜브의 상부 말단을 통과한다. 집진기의 축방향 산기배관의 하부 말단은 작은 탄젠셜 사이클론이 구비되는 곳 주위의 중앙 분배 챔버(central distribution chamber)에 구비된다. 고로 가스는 축방향 산기배관을 통과하여 분배 챔버로 흐르고, 탄젠셜 공급 배관을 거쳐 사이클론으로 들어간다. 여기서, 상기 가스는 나선형으로 아래방향으로 이동하게 된다. 상기 이동으로 원심력을 받는 가스에 존재하는 먼지 입자들은 가스 흐름에서 분리되고, 사이클론의 오픈 베이스(open base)를 거쳐 집진기의 깔대기 형상 말단으로 배출된다. 예비 세척된 가스는 사이클론의 내부 튜브를 거쳐 축방향 산기 배관 주위 공간으로 흐르고, 압력 용기의 배출구 연결부를 거쳐 집진기를 출발한다. 상기 EP 1557218에 기재된 해결책의 결점은 예를 들어, 사이클론의 내부 튜브를 제외하고, 집진기의 더스트 호퍼와 소통하지 않는 축방향 산기 배관 주위 공간에 먼지가 축적될 수 있다는 것이다.
본 발명의 목적은 압력 용기를 변경하지 않고 종래 집진기의 효율을 증가시키는 향상된 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적은 본원 발명 청구항 제1항에 개시한 집진기에 의해 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 종래 집진기(10)의 변경은 압력 용기 및/또는 다운커머에 연결되는 압력 용기 축의 변경이 필요하지 않다. 또한, 흐름 편향 챔버(50, 50')는 분리 챔버(16)보다 작은 단면적을 가지며, 흐름 편향 챔버(50, 50')는 다소 큰 공간의 환형 장착 챔버(52)로 둘러싸인다는 점은 종래 집진기에 본 발명을 수행하기 쉽게 할 뿐만 아니라 유지보수 또한 쉽게 할 수 있다.
본 발명의 상세한 부분과 이점은 하기 도면에 의해 더욱 명확해질 수 있으나, 첨부된 도면과 관련된 다수의 구체예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
도 1은 종래 집진기의 수직단면도이고;
도 2는 본 발명의 첫번째 구체예에 따라 변경된 도 1의 종래 집진기의 수직단면도이고;
도 3은 본 발명의 두번째 구체예에 따라 변경된 도 1의 종래 집진기의 수직단면도이고;
도 4는 도 2 및 도 3에 나타낸 4-4'구획면의 단면도이다.
본 발명은 압력 용기(pressure vessel), 가스 흡입구와 배출구 돔(gas inlet and outlet dome), 분리 챔버(seperation chamber) 및 하부 더스트 호퍼(dust hopper)를 포함하는 고로 가스의 종래 집진기에 있어서, 산기 배관은 가스 흡입구 배출구 돔을 통과하여 분리 챔버의 축방향으로 연장된다. 본 발명에 따라, 상기 종래 집진기는 다음과 같이 변경된다.
상기 분리 챔버보다 작은 단면을 가지는 흐름 편향 챔버는 분리 챔버(16)의 내벽과 흐름 편향 챔버(flow deflecting chamber) 사이에 환형 장착 챔버(annular settlement chamber)가 존재하기 위해 분리 챔버의 중심부에 구비된다. 산기배관은 하향 가스 흐름은 위쪽으로 편향되고 흐름 편향 챔버의 상부 말단으로 하향 가스 흐름을 축방향으로 배출하기 위해 상기 흐름 편향 챔버와 연결된다. 가이드 베인을 가진 환형 와류 장치는 산기배관 주위에 가스 흡입구와 배출구 돔 방향으로 상승하는 소용돌이 가스 흐름을 형성시키기 위해 산기배관 하부 말단 주위의 흐름 편향 챔버 상부 말단에 구비된다. 상승하는 소용돌이 가스 흐름에서, 먼지 입자들은 원심력을 받고, 적어도 굵은 먼지 입자들은 바깥쪽으로 방사된다. 즉, 상승하는 주 소용돌이 가스 흐름에서, 하강하는 2차 소용돌이 가스 흐름은 먼지 입자들에 영향을 미친다. 하강하는 2차 소용돌이 가스 흐름과 중력에 의해, 적어도 굵은 먼지 입자들은 환형 장착 챔버로 가라앉고, 기본적으로 가스 흐름이 없고 더스트 호퍼로 직접 연결되는 환형 장착 챔버로 떨어진다. 상기 기술된 변경은 압력 용기의 변경없이 종래 집진기의 분리 효율을 잠재적으로 증가시킨다. 또한, 압력 용기 내에 분리 챔버, 가스 흡입구와 배출구 돔은 환형 장착 챔버를 통과하여 하부 더스트 호퍼와 직접적으로 소통하고, 가스 흐름으로부터 분리된 먼지는 더스트 호퍼에 곧장 떨어진다.
향상된 분리 효율을 보증하기 위해 편향 챔버(50, 50')의 외경(D1)과 분리 챔버(16)의 내경은 (0.4×D3)≤D1≤(0.6×D3)의 관계를 가지는 것이 바람직하다.
만약 D1이 편향 챔버의 외경이고, D3는 분리 챔버의 내경이며, 가스 흡입구와 배출구 돔(14)은 내경(D2)을 가진 원통형 주요부를 포함한다면, 상기 분리 챔버(16)의 내경(D3)보다 작으며, 상기 편향 챔버(50, 50')의 외경(D1)과 같거나 큰 것이 바람직하다.
흐름 편향 챔버는 환형 와류 장치로 하강하는 가스 흐름을 위쪽으로 편향시키기 위해 원뿔 형상의 편향기를 포함하는 것이 바람직하다.
흐름 편향 챔버에서 가스 속도가 다소 높다면, 축적되는 먼지량은 중요하지 않다. 결과적으로, 흐름 편향 챔버는 먼지 배출 오프닝 없이 폐쇄된 하부 말단을 가질 수 있다. 반면, 흐름 편향 챔버 내 존재하는 먼지의 주기적인 배출을 위해 흐름 편향 챔버의 폐쇄된 하부 말단에 세척 수단을 구비할 수 있다.
대안으로, 흐름 편향 챔버는 하부 깔대기 형상의 더스트 호퍼로 연장되는 개방된 하부 말단을 가질수 있고, 깔대기 형상인 것이 바람직하다. 정상적인 작도에서 개방된 하부 말단은 더스트 호퍼에서 먼지 덩어리에 의해 가스가 차단되고, 상기에 의해 흐름 편향 챔버의 상부 말단에서 가스 흐름이 환형 와류 장치를 우회하는 것을 방지한다.
종래 더스트 호퍼의 가스 흡입구와 배출구 돔은 일반적으로 하부에 원뿔 형상의 전이부와 상부에 원통형 주요부를 가진다. 상기와 같은 돔은 가스 흡입구와 배출구 돔의 내부에 하부 원뿔 형상의 전이부와 상부 실린더형 주요부 사이에 댐과 같은 아래방향으로 돌출된 실린더형 칼라(collar)를 구비하는 것이 바람직하다. 상기 댐의 목적은 다량의 먼지를 가진 가스의 흐름이 원뿔 형상의 전이부 돔의 내벽을 따라 상승하는 것을 방지하고, 상부 원통형 주요부 돔으로 바로 들어가는 것을 방지한다. 즉, 댐은 하부 원뿔 형상의 전이부 내벽을 따라 환형 장착 챔버로 발생하는 가스/먼지 흐름을 편향시킨다. 상기에 의해 집진기의 분리 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
환형 와류 장치의 바람직한 구체예는 환형 장착 챔버로부터 가이드 베인 각각을 교체할 수 있도록 다수의 가이드 베인이 산기배관의 하부 말단을 둘러싸는 환형 공간에 구비된다.
도 1은 고로 가스 세척 플랜트의 종래 집진기(10)를 나타내는 수직단면도이다. 상기 종래 집진기(10)는 일반적으로 위에서 아래방향으로 가스 흡입구와 배출구 돔(14), 큰 사이즈의 원통형 분리 챔버(16) 및 깔대기 형상의 더스트 호퍼(18)를 포함하는 대형 수직 압력 용기이다. 가스 흡입구와 배출구 돔(14)은 위에서 아래방향으로 끝이 잘린 원뿔 형상을 가지는 헤드 엔드(20), 수직 원통 형상을 가진 주요부(22) 및 끝이 잘리 원뿔 형상을 가진 전이부(24)를 포함한다. 전이부(24)는 돔(14)을 원통형 분리 챔버(16)와 연결한다. 산기 배관(26)은 축방향으로 헤드 엔드(20)를 통과하여 돔(14)을 관통하고, 축방향으로 돔을 통과하여 분리 챔버(16)로 연장된다. 여기서, 산기배관(26)은 수평면에 위치하고, 압력 용기의 수직축(30)을 중심으로 위치한다. 도 1에 나타낸 산기배관(26)은 전체 길이에 대하여 원통형을 가지며, 몇몇의 집진기에 나타나듯이 방사하는 배출구를 가질 수 있다. 산기배관(26)의 상부 말단은 집진기의 수직축(30)을 중심으로 위치하는 가스 흡입구 연결부(32)를 형성한다. 수평 가스 배출구 연결부(34)는 돔(14)의 원통형 주요부(22)를 거쳐 돔(14)내 산기배관(26)을 둘러싸는 환형 공간(36)으로 개방된다.
도 1의 집진기(10) 작동은 다음과 같다. 고로 상부에서 공급되는 원료(즉, 많은 먼지를 포함하는) 고로 가스(화살표 38 참조)는 집진기(10)의 축방향 가스 흡입구 연결부(32)까지 연결되는 소위 "다운 커머(down comer)"로 불리는 대직경 가스 배관을 통과하여 하강한다. 산기배관(26)을 거쳐, 원료 가스는 축방향으로 집진기(10)의 분리 챔버(16)로(화살표 40 참조) 제공된다. 분리 챔버(16)로 들어오는 가스의 단면 유량이 증가하면 가스 속도는 상당량 감소하게 된다. 또한, 분리 챔버(16)에서, 가스 흡입구와 배출구 돔(14)을 통과하여 집진기를 출발하기 전에 아래방향에서 위쪽으로 가스 흐름의 방향이 전환되어야 한다(화살표 42 참조). 가스 속도의 감소와 가스 흐름 방향의 전환으로 굵은 먼지 입자들은 중력에 의해 떨어져 나가고, 더스트 호퍼(18)에 모이게 된다(도면부호 46은 더스트 호퍼(18)에 모인 먼지를 나타낸다). 더스트 호퍼(18)에 모인 먼지(46)는 깔대기 형상의 더스트 호퍼(18)의 하부 말단과 연결되어 있는 먼지 배출 락(48)을 통과하여 집진기(10) 밖으로 배출된다. 예비 세척된 가스 흐름(화살표 44 참조)은 돔(14)에서 수평 가스 배출구 연결부(34)를 지나 집진기(10)를 출발한다.
도 2는 본 발명에 따라 변경된 도 1의 종래 집진기(10)를 나타낸 수직단면도이다. 도면부호 50은 분리 챔버(16) 중앙에 구비되고 분리 챔버보다 작은 단면적을 가지는 원통형 흐름 편향 챔버를 나타내고, 분리 챔버(16)의 내벽(54)과 더스트 호퍼(18)와 직접적으로 소통하는 흐름 편향 챔버(50)의 외벽(56) 사이에 환형 장착 챔버(52)가 존재하게 된다. 흐름 편향 챔버(50)의 외경(D1)은 가스 흡입구와 배출구 돔(14)의 원통형 주요부(22)의 내경(D2)과 같거나 작은 것이 유리하다. 더욱 일반적으로, 흐름 편향 챔버(50)의 외경(D1)은 분리 챔버(16)의 내경(D3)의 40 - 60% 사이인 것이 바람직하다.
산기배관(26)은 흐름 편향 챔버(50)의 상부 말단으로 하강하는 가스를 배출시키기 위해 흐름 편향 챔버(50)와 연결되고(화살표 66으로 도식적으로 나타냄), 하강하는 가스 흐름은 상부로 편향된다(화살표 66으로 도식적으로 나타냄).
환형 와류 장치(58)는 흐름 편향 챔버(50)의 상부 말단에서 산기배관(26)의 하부 말단을 둘러싸는 형상이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 환영 와류 장치(58)는 산기배관(26)의 배출구 오프닝을 둘러싸는 환형 공간에 구비되고 부분적으로 중첩(overlapping)되는 다수의 가이드 베인(60)을 포함한다. 환형 공간의 외경은 환형 와류 장치(58)가 산기배관(26) 주위 흐름 편향 챔버(50)의 환형 상부 표면에 형성되기 위해 흐름 편향 챔버(50)의 외경(D1)과 같은 것이 바람직하다. 각각의 가이드 베인(60)은 환형 장착 챔버(52)로부터 흐름 편향 챔버(50)의 외벽(56)에 있는 슬릿(slit)을 통과하여 와류 장치(58)로 수평방향으로 삽입되는 것이 바람직하다. 각각의 가이드 베인(60)이 교체가능한 곳인 와류 장치(58)는 WO 00/40763 A1에 자세하게 기재되어 있다.
흐름 편향 챔버(50)에서 가스 흐름을 위해 원뿔 형상의 편향기(deflector, 62)는 산기 배관(26)의 배출구 오프닝의 맞은편에 위치한다. 편향기(62)는 산기 배관(26)을 출발하여 아래방향으로 흐르는 가스 흐름을 환형 와류 장치(58) 위쪽으로 편향시키기 위해 설계된다. 고로 먼지에 의한 심각한 마모에 노출되는 편향기(62), 흐름 편향 챔버(50)의 내벽, 가이드 베인(60) 및 모든 다른 부분은 예를 들어, 세라믹 재료로 구성되는 마모 라이닝(wear lining)이 제공된다.
변경된 집진기의 작동을 도 2에 나타내었다. 원료 고로 가스는 산기 배관(26)을 통과하여 흐름 편향 챔버(50)로 하강한다(산기 배관(26)을 출발하여 아래방향으로 흐르는 가스 흐름을 화살표 64에 나타내었다). 편향기(62)는 환형 와류 장치(58) 위쪽으로 아래방향으로 흐르는 가스 흐름(64)을 편향시킨다. 위쪽으로 흐르는 가스 흐름(66)은 환형 와류 장치(58)를 가로지르고, 가이드 베인(60)은 가스 흡입구와 배출구 돔(14)으로 산기 배관(26) 주위에 상승하는 소용돌이 가스 흐름(68)을 형성한다. 소용돌이 가스 흐름(68)에서, 먼지 입자들은 원심력을 받고 바깥쪽으로 방사된다. 여기서, 즉 상승하는 주 소용돌이 가스 흐름(68) 주위에 하강하는 2차 소용돌이 가스 흐름(desccending secondary vortex gas flow)은 먼지 입자들에 영향을 주고, 상기 2차 소용돌이 가스 흐름과 중력으로 인해 굵은 먼지 입자들은 환형 장착 챔버(52)로 가라앉고, 기본적으로 가스 흐름이 없고 더스트 호퍼(18)로 직접 연결되는 환형 장착 챔버로 떨어진다. 상승하는 소용돌이 가스 흐름(68)은 돔(14)의 원뿔 형상 전이부(24)를 통과하여 환형 공간(36)으로 들어간다. 화살표 44는 수평 가스 배출구 연결부(34)를 통과하여 집진기(10)를 출발하는 예비 세척된 가스 흐름을 나타낸다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 아래방향으로 돌출된 원통형 칼라(collar, 72)는 돔(14)의 내부에 형성되며, 하부 원뿔 형상의 전이부(24)와 상부 원통형 형상의 주요부(22) 사이에 댐(dam)과 같은 것을 형성한다. 상기 댐(72)의 목적은 돔(14)의 원뿔 형상 전이부(24)의 내벽을 따라 상승하고 상부 원통형 주요부(22)로 직접적으로 들어가는 많은 량의 먼지 입자들을 가진 가스 흐름을 막기 위한 것이다. 즉, 댐(72)은 원뿔 형상 전이부(24)의 내벽을 따라 환형 장착 챔버(52) 아래 방향으로 발생하는 가스/먼지 흐름을 편향시킨다.
도 2에 나타낸 집진기의 흐름 편향 챔버(50)는 원뿔 형상의 편향기(62) 주위에 폐쇄된 바닥면(74)을 가진다. 흐름 편향 챔버(50)내 고속 가스는 일반적인 작동 조건이 아니며, 상기 고속 가스 때문에 상기 챔버(50) 내 바닥면에 과량의 먼지가 축적될 수 있다. 반면, 상기와 같은 불리한 작동 조건에서 흐름 편향 챔버(50)내 먼지의 축적을 막기 위해 편향기(62) 하부림(lower lim, 63) 주위의 흐름 편향 챔버(50)의 폐쇄된 바닥면(74)에 세척 장치(cleaning devices, 미도시)를 구비할 수 있다. 상기 세척 장치는 흐름 편향 챔버(50)에 축적될 수 있는 먼지를 더스트 호퍼(18)로 배출시키기 위해 주기적으로 개방될 수 있다.
도 3은 도 1의 종래 집진기를 나타낸 수직단면도이고, 본 발명의 대체 구체예에 따라 변경된 것이다. 본 발명의 대체 구체예에 따라, 흐름 편향 챔버(50)와 동일한 지점에 위치하는 흐름 편향 챔버(50')는 원뿔 형상의 편향기(62) 주위에 개방된 바닥을 가진다. 또한, 흐름 편향 챔버(50')의 원통형 측벽(56')은 원뿔 형상의 편향기(62) 아래에 세퍼레이트 더스트 포집 챔버(separate dust collecting chamber, 80)를 제공하기 위해 분리 챔버(16) 전체 높이에 거쳐 원뿔 형상의 편향기(62)의 하부 모서리(63)까지 연장된다. 배출구 오프닝(84)을 가진 깔대기 형상의 배출구 부분(82)은 상기 세퍼레이트 더스트 포집 챔버(80)를 더스트 호퍼(18) 아래 방향으로 연장한다.
도 3에 따라 변경된 집진기(10)에서, 흐름 편향 챔버(50')내 존재하는 먼지 입자들은 편향기(62) 아래에 위치한 세퍼레이트 더스트 포집 챔버(80)에 축적된다. 집진기가 정상으로 작동하는 동안 깔대기 형상 배출구 부분(82)의 배출구 오프닝(84)은 종래 집진기의 깔대기 형상 더스트 호퍼(16)에서 먼지 덩어리에 의해 가스 흐름이 차단되고, 본 발명에서는 세퍼레이트 더스트 포집 챔버(80)의 깔대기 형상 배출구 부분(82)에서 차단된다. 따라서, 가스는 깔대기 형상 배출구 부분(82)의 배출구 오프닝(84)을 통과하지 않고 단지 와류 장치(58)를 통해 흐름 편향 챔버(50')를 출발할 수 있다.
상기에서 언급한 바와 같이, 구조와 작동의 상이함과는 별개로, 도 2의 기술은 필요한 부분만 약간 수정하여 도 3에 적용가능하다. 특정 먼지 비율을 흐름 편향 챔버(50')내에 존재하게 하기 위해 흐름 편향 챔버(50') 및/또는 편향기(62) 및/또는 와류 장치(58)는 이론적으로 의도하여 설계할 수 있다. 도 2의 구체예에서, 흐름 편향 챔버(50') 내에 먼지가 존재하지 않거나 오직 소량의 먼지가 존재하도록 흐름 편향 챔버(50')와 편향기(62)를 설계하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 종래 집진기(10)의 변경에 있어서, 일실시예가 아래와 같이 유리하게 수행될 수 있다. 흐름 편향 챔버(50, 50'), 환형 와류 장치(58) 및 편향기(62)는 변경된 오프닝(미도시)을 통과하여 집진기(10)의 압력 용기에 제공될 수 있을 정도로 충분히 작은 크기로 각각의 구성요소들을 포함하기 위해 설계된다. 상기 각각의 구성요소들은 상기 변경된 오프닝을 통과하여 집진기(10)의 분리 챔버(16)로 제공되고, 편향기(62)와 환형 와류 장치(58)를 가진 흐름 편향 챔버(50, 50')를 형성하기 위해 재구성된다. 환형 와류 장치(58)는 산기 배관(26)의 하부 말단과 연결되며, 흐름 편향 챔버(50, 50')는 분리 챔버(16) 내에 구비된다. 필요에 따라, 산기 배관(26)의 하부 말단은 사전에 짧게 제조할 수 있고, 또는 작거나 큰 배출구 오프닝을 가진 배관 부분으로 대체될 수 있다.
본 발명에 따른 종래 집진기(10)의 변경은 압력 용기 및/또는 다운커머에 연결되는 압력 용기 축의 변경이 필요하지 않다. 또한, 흐름 편향 챔버(50, 50')는 분리 챔버(16)보다 작은 단면적을 가지며, 흐름 편향 챔버(50, 50')는 다소 큰 공간의 환형 장착 챔버(52)로 둘러싸인다는 점은 종래 집진기에 본 발명을 수행하기 쉽게 할 뿐만 아니라 유지보수 또한 쉽게 할 수 있다.
10: 집진기(dust-catcher)
14: 가스 흡입구와 배출구 돔(gas inlet and outlet dome)
16: 분리 챔버(separation chamber)
18: 더스트 호퍼(dust hopper)
20: 헤드 엔드(head end of 14)
22: 주요부(main section of 14)
24: 전이부(transitional section of 14)
26: 산기배관(diffuser pipe)
28: 산기배관의 배출구 오프닝(outlet opening of 26)
30: 산기배관의 수직축(verical axis of)
32: 가스 흡입구 연결부(gas inlet connection)
34: 가스 배출구 연결부(gas outlet connection)
36: 환형 공간(annular space)
38: 가스 흐름을 나타내는 화살표
40: 가스 흐름을 나타내는 화살표
42: 가스 흐름을 나타내는 화살표
44: 가스 흐름을 나타내는 화살표
46: 더스트 호퍼에 수집된 먼지(dust collected in 18)
48: 먼지 배출 락(dust discharging lock)
50, 50': 흐름 편향 챔버(flow deflecting chamber)
52: 환형 장착 챔버(annular settlement chamber)
54: 분리 챔버의 내벽(inner wall of separation chamber)
56, 56': 원통형 외벽(cylindrical outer wall of 50, 50')
58: 와류 장치(swirling device)
60: 가이드 베인(guide vanes)
62: 편향기(deflector in 50)
63: 하부림(lower rim of 62)
64: 가스 흐름을 나타내는 화살표
66: 가스 흐름을 나타내는 화살표
68: 소용돌이 가스 흐름(vortex gas flow)
72: 칼라(collar serving as dam between 22 and 24)
74: 폐쇄된 바닥면(closed bottom surface of 50)
80: 세퍼레이트 더스트 포집 챔버(separate dust collecting chamber)
82: 배출구 부분(outlet section of 50')
84: 배출구 오프닝(outlet opening of 80)
86: 먼지 배출을 나타내는 화살표

Claims (10)

  1. 가스 흡입구(inlet)와 배출구(outlet) 돔(14)을 가진 압력 용기(pressure vessel), 분리 챔버(seperation chamber, 16), 하부 더스트 호퍼(18)를 포함하는 고로 가스를 위한 집진기에 있어서,
    가스 흡입구과 배출구 돔(14)을 통과하여 분리 챔버의 축방향으로 연장되는 산기배관(diffuser pipe, 26)을 포함하고, 분리 챔버(16)의 내벽과 흐름 편향 챔버(flow deflecting chamber, 50, 50') 사이에 환형 장착 챔버(annular settlement chamber, 52)가 존재하기 위해 분리 챔버(16)의 중심부에 구비되는 분리 챔버(16)보다 단면이 작은 흐름 편향 챔버(50, 50'); 하향 가스 흐름은 위쪽으로 편향되고 흐름 편향 챔버(50, 50')의 상부 말단으로 하향 가스 흐름을 축방향으로 배출하기 위해 상기 흐름 편향 챔버(50, 50')와 연결되는 산기배관(26); 및
    상기 산기배관 주위에 가스 흡입구와 배출구 돔 방향으로 상승하는 소용돌이 가스 흐름을 형성시키기 위해 산기배관(26) 하부 말단 주위의 흐름 편향 챔버(50, 50') 상부 말단에 구비되는 가이드 베인(60)을 가진 환형 와류 장치(58)를 포함하는 것을 특징으로 하는 고로 가스를 위한 집진기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 편향 챔버(50, 50')의 외경(D1)과 분리 챔버(16)의 내경은 (0.4×D3)≤D1≤(0.6×D3)의 관계를 가지는 것을 특징으로 하는 고로 가스를 위한 집진기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가스 흡입구와 배출구 돔(14)은 내경(D2)을 가진 원통형 주요부를 포함하고, 상기 분리 챔버(16)의 내경(D3)보다 작으며, 상기 편향 챔버(50, 50')의 외경(D1)과 같거나 큰 것을 특징으로 하는 고로 가스를 위한 집진기.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고로 가스를 위한 집진기는 상기 흐름 편향 챔버(50, 50')에 가스 흐름을 위한 원뿔 형상의 편향기(deflector)를 포함하는 것을 특징으로 하는 고로 가스를 위한 집진기.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 흐름 편향 챔버(50, 50')는 패쇄된 하부 말단을 가지는 것을 특징으로 하는 고로 가스를 위한 집진기.
  6. 제5항에 있어서, 동력이 달린 배출 게이트(motorized discharge gate)가 상기 흐름 편향 챔버(50, 50')의 패쇄된 하부 말단에 구비되는 것을 특징으로 하는 고로 가스를 위한 집진기.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 흐름 편향 챔버(50, 50')는 깔대기 형상의 하부 더스트 호퍼(18)로 연장되는 개방된 하부 말단을 가지는 것을 특징으로 하는 고로 가스를 위한 집진기.
  8. 제7항에 있어서, 상기 개방된 하부 말단은 깔대기 형상인 것을 특징으로 하는 고로 가스를 위한 집진기.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 흡입구와 배출구 돔(14)은 하부에 원뿔 형상의 전이부와 상부에 원통형 주요부를 가지고, 아래방향으로 돌출되는 원통형 칼라(collar)는 원뿔 형상의 하단 전이부와 원통형의 상단 주요부 사이에 댐(dam)과 같은 것을 가스 흡입구와 배출구 돔의 내부에 형성하는 것을 특징으로 하는 고로 가스를 위한 집진기.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 환형 와류 장치(58)는 다수의 가이드 베인(60)을 포함하고, 상기 가이드 베인은 환형 장착 챔버(52)에서 각각 교체가능하도록 상기 산기배관(26)의 하부 말단을 둘러싸는 환형 공간에 구비되는 것을 특징으로 하는 고로 가스를 위한 집진기.
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