KR20110069341A - 코크스오븐의 상승관 점화장치 - Google Patents

Abstract

어느 상황에서나 잔류가스의 점화가 성공적으로 이루어져 잔류가스를 완전히 연소시킬 수 있도록, 상승관의 상단을 따라 설치되며 보조 연소용 가스를 분사하기 위한 분사노즐이 간격을 두고 설치된 가스링과, 상기 가스링과 연결되어 보조 연소용 가스를 공급하기 위한 공급라인을 포함하는 코크스 오븐의 상승관 점화장치를 제공한다.

가스링, 에어링, 분사노즐, 예열챔버, 코크스 오븐 가스

Description

코크스오븐의 상승관 점화장치{DEVICE AND METHOD FOR MEASURING CARBONIZATION OF COKE IN COKE OVEN}

본 발명은 코크스오븐의 상승관에 관한 것이다. 더욱 상세하게 본 발명은 코크스 오븐의 상승관에서 나오는 잔류가스를 연소시키기 위한 상승관 점화장치에 관한 것이다.

일반적으로, 코크스 오븐은 석탄이 장입되어 코크스가 만들어지는 것으로 연소실과 탄화실로 구성된다. 연소실은 가스를 연소시켜 열을 가하는 곳이며 탄화실은 석탄을 장입하는 곳이다. 연소실에서 가스가 연소되면 열분해 작용에 의해 코크스 오븐 가스(COG ; Coke Oven Gas)가 발생된다.

이때 발생된 코크스 오븐 가스는 코크스 오븐에서 상승관을 통해 곡관부를 거쳐 메인 수집관(Gas Collecting Main)을 거쳐 화성공장으로 보내지게 된다.

상승관은 코크스 오븐에 석탄을 장입하여 가열하는 경우 발생되는 코크스 오븐 가스를 정제공정인 화성공장으로 보내는 통로이며, 원통형 관으로 형성된다. 상승관의 상부에는 상승관 커버가 구비된다.

코크스 오븐에 석탄을 장입한 후 15시간 정도(가동율에 따라 소요시간이 차 이가 있음) 경과하게 되면 코크스 오븐 내에서 가스발생이 거의 일어나지 않으므로 곡관부 댐퍼를 닫고 상승관 커버를 열어준다.

이때 상승관을 개방함과 더불어 상승관 내에 잔류하는 코크스 오븐 가스를 연소시켜 주어야 한다. 이를 위해 상승관에는 이그나이터가 설치되어 상승관을 통해 배출되는 잔류 가스를 점화하여 연소시키게 된다.

그런데, 종래에는 상승관을 통해 배출되는 잔류 가스가 이그나이터 쪽을 벗어나서 흘러나가는 경우에는 점화가 제대로 이루어지지 않는 문제가 있었다.

즉, 상승관이 개방된 경우 잔류가스는 상승관 상부를 통해 흘러나가게 되는 데, 이때 바람이 예를 들어 상승관에 설치된 이그나이터에서 반대쪽을 향하여 부는 경우에는 점화가 되지 않거나 점화 시간이 길어지게 된다.

이에 점화가 제대로 이루어지지 않는 경우 미연소된 코크스 오븐 가스가 대기 중에 방출되어 대기 오염의 원인이 된다.

이에 어느 상황에서나 잔류가스의 점화가 성공적으로 이루어져 잔류가스를 완전히 연소시킬 수 있도록 된 코크스오븐의 상승관 점화장치를 제공한다.

또한, 잔류가스에 대한 점화시간을 단축시킬 수 있도록 된 코크스오븐의 상승관 점화장치를 제공한다.

이를 위해 본 장치는 상승관의 상단을 따라 설치되며 보조 연소용 가스를 분사하기 위한 분사노즐이 간격을 두고 설치된 가스링과, 상기 가스링과 연결되어 보조 연소용 가스를 공급하기 위한 공급라인을 포함할 수 있다.

여기서 상기 보조 연소용 가스는 COG 가스일 수 있다.

상기 공급라인 상에는 보조 연소용 가스를 공급 또는 차단하는 개폐밸브와, 가스의 공급량을 제어하는 유량조절밸브가 더 설치될 수 있다.

본 장치는 상기 가스링 상단을 따라 설치되며 에어를 분사하기 위한 분사노즐이 간격을 두고 설치된 에어링을 더 포함할 수 있다.

본 장치는 상기 에어링에 연결되어 에어링으로 공급되는 에어를 예열하기 위한 예열부를 더 포함할 수 있다.

상기 예열부는 상승관의 외측면에 설치되며 내부에 에어가 가열되는 내부 공간을 형성하는 예열챔버와, 상기 예열챔버의 하단부에 형성되어 내부로 에어가 유입되도록 개방된 유입구, 상기 예열챔버의 상단에 형성되고 에어라인을 통해 상기 가스링과 연결되어 가열 상승되는 에어가 배출되는 배출구를 포함할 수 있다.

상기 예열부는 예열챔버의 전면에 설치되어 가열 상승되는 에어의 온도를 조절하기 위한 조절부를 더 포함할 수 있다.

상기 조절부는 예열챔버의 상부에 형성되어 외기가 유입되는 조절창과, 상기 예열챔버 상부에 회동가능하게 설치되어 상기 조절창의 개방량을 조절하는 조절판을 포함할 수 있다.

여기서 상기 가스링은 가스 공급라인과 연결되는 지점에서 먼쪽을 향해 갈수록 점차적으로 내경이 작아지는 구조일 수 있다.

또한, 상기 에어링은 에어라인과 연결되는 지점에서 먼쪽을 향해 갈수록 점차적으로 내경이 작아지는 구조일 수 있다.

이와 같이 본 장치는 바람의 방향이나 바람의 세기에 영향을 받지 않고 항상 신속하고 정확하게 점화가 이루어질 수 있게 되어 잔류가스 점화 불량에 따른 문제점을 해결할 수 있게 된다.

또한, 잔류가스를 완전히 연소시킬 수 있게 되어 잔류가스 배출에 따른 대기오염을 최소화할 수 있게 된다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 다른 실시예에서 대응하거나 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.

여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

사시도를 참조하여 설명된 본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형, 예를 들면 제조 방법 및/또는 사양의 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다. 도면에 도시된 영역은 원래 대략적인 것에 불과하며, 이들의 형태는 영역의 정확한 형태를 도시하도록 의도된 것이 아니고, 본 발명의 범위를 좁히려고 의도된 것이 아니다.

도 1은 본 실시예에 따른 상승관 점화장치가 코크스 오븐의 상승관 상에 설 치된 구조를 예시하고 있다.

도시된 바와 같이 상승관 설비는 상승관(100), 상승관 커버(110), 곡관부(120), 가스의 수집을 위한 메인 수집관(130)을 포함한다.

상기 상승관(100)은 코크스 오븐에 석탄을 장입하여 가열하는 경우 발생되는 코크스 오븐 가스를 화성공장으로 보내는 통로이며, 원통형 관으로 형성된다. 상승관(100)의 상부에는 상승관 커버(110)가 구비되며, 상기 상승관 커버(110)는 구동실린더(112)에 링크부재(114)를 매개로 연결되어 구동실린더(112)의 신축작동에 따라 회동되어 개폐된다.

상기 상승관(100)의 상단 일측에는 커버(110) 개방시 상승관(100)을 통해 빠져나오는 잔류가스를 연소시키기 위해 연소가스를 점화시키는 이크나이터(140)가 설치된다.

여기서 본 장치는 상기 상승관(100) 상단에 설치되어 이그나이터(140)에 의한 잔류가스 점화가 보다 확실하고 신속하게 이루어질 수 있도록 한다.

이를 위해 본 장치는 상승관(100)의 상단을 따라 설치되며 보조 연소용 가스를 분사하기 위한 분사노즐(12)이 간격을 두고 설치된 가스링(10)과, 상기 가스링(10)과 연결되어 보조 연소용 가스를 공급하기 위한 공급라인(14)을 포함한다.

본 실시예에서 상기 가스링(10)을 통해 공급되는 보조 연소용 가스는 코크스 오븐 가스(Coke Oven Gas; 이하 COG 가스라 한다)이다.

상기 가스링(10)은 링 구조물로 상승관(100)의 상단을 따라 설치된다. 상기 가스링(10)의 내측을 따라 분사노즐(12)이 간격을 두고 설치된다. 이에 가스링(10) 에서 상승관(100)의 중심을 향해 어느쪽에서도 COG 가스가 분사됨으로써 바람의 방향에 관계없이 상승관(100)으로 방산되는 잔류가스와 더불어 보다 용이하게 이그나이터(140)에 의해 점화될 수 있는 것이다.

상기 공급라인(14)은 코크스 오븐 설비나 COG 공급 설비에서 분기되는 라인으로 가스링(10) 일측에 연통되어 COG 가스를 공급하게 된다. 상기 공급라인(14) 상에는 보조 연소용 가스를 공급 또는 차단하는 개폐밸브(16)와, 가스의 공급량을 제어하는 유량조절밸브(18)가 설치된다.

상기 개폐밸브(16)는 공급라인(14)을 개폐하게 되며, 유량조절밸브(18)는 공급라인(14)의 개폐정도를 조절하게 된다. 상기 개폐밸브(16)와 유량조절밸브(18)는 상승관 커버(110)의 개폐신호에 따라 제어작동되는 데 이에 대해서는 뒤에서 다시 설명하도록 한다.

또한, 본 장치는 상기 가스링(10) 상단을 따라 설치되며 에어를 분사하기 위한 분사노즐(22)이 간격을 두고 설치된 에어링(20)을 포함한다.

여기서 도 3에 도시된 바와 같이 본 실시예에 의하면 가스링(10)이 밑에 위치하고 에어링(20)이 가스링(10)의 위쪽에 배치되나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어 에어링 위쪽에 가스링이 배치될 수 있다.

상기 에어링(20)은 링 구조물로 가스링(10)의 상단을 따라 설치된다. 상기 에어링(20)의 내측을 따라 분사노즐(22)이 간격을 두고 설치된다. 이에 에어링(20)에서 상승관(100)의 중심을 향해 에어가 분사되어 잔류가스를 연소시키게 된다.

또한, 본 장치는 상기 에어링(20)에 연결되어 에어링(20)으로 공급되는 에어 를 예열하기 위한 예열부(30)를 더 포함한다.

연소용 에어를 예열하는 경우 연소가 보다 잘 이루어진다. 이는 동절기보다 하절기에 연소 후 폐가스 성분 중의 O₂ 량이 적게 발생되는 것을 통해 확인할 수 있다. 따라서 상기 예열부를 통해 에어를 예열하여 상승관(100)으로 공급함으로써 잔류가스를 보다 완벽하게 연소시킬 수 있게 된다.

본 실시예에서 상기 예열부(30)는 상승관(100)의 측면을 통해 발산되는 열을 이용하는 구조로 되어 있다.

이를 위해 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 예열부(30)는 상승관(100)의 외측면에 설치되며 내부에 에어가 가열되는 내부 공간을 형성하는 예열챔버(32)를 포함한다. 상기 예열챔버(32)의 하단부에는 내부로 에어가 유입되도록 개방된 유입구(34)가 형성된다. 그리고 상기 예열챔버(32)의 상단에는 에어라인(24)과 연결되며 가열 상승되는 에어가 배출되는 배출구(36)가 형성된다.

상기 예열챔버(32)의 배출구(36)는 에어라인(24)을 통해 에어링(20) 일측에 연결된다. 상기 에어라인(24) 상에는 에어라인(24)을 개폐하는 밸브(26)가 설치된다.

상기 예열챔버(32)는 상승관(100)의 측면에 밀착 설치되며, 하단과 하부의 양 측단 일부가 개방되어 에어가 내부로 유입될 수 있도록 유입구(34)를 형성한다. 상기 예열챔버(32)의 상단은 점차적으로 좁아져 중심에 배출구(36)가 형성된다.

이에 예열챔버(32)의 하부를 통해 유입된 에어는 내부에서 가열되고 가열된 에어는 위쪽으로 자연스럽게 상승하면서 상단의 배출구(36)를 통해 배출된다.

상기 예열챔버(32)는 열전달율이 높은 재질로 이루어질 수 있으며 그 재질에 있어서 특별히 한정되지 않는다.

또한, 상기 예열챔버(32)에는 가열 상승되는 에어의 온도를 조절하기 위한 조절부가 더 설치된다.

상기 조절부는 가열되지 않은 외기를 예열챔버(32)의 상부쪽으로 유입시킴으로써 예열챔버(32) 내부의 온도를 조절하는 구조로 되어 있다. 즉, 상기 조절부는 예열챔버(32)의 상부 전면에 형성되어 외기가 유입되는 조절창(40)과, 상기 예열챔버(32) 전면에 회동가능하게 설치되어 상기 조절창(40)의 개방 정도를 조절하는 조절판(42)을 포함한다.

본 실시예에서 상기 조절판(42)은 조절창(40)의 형태와 대응되며 조절창(40)보다 크게 형성되어 조절창(40)을 충분히 덮어 차단하는 구조로 되어 있다.

이에 상기 조절판(42)을 회동시키게 되면 조절창(40)이 열리게 되며 조절판(42)의 회동량에 따라 조절창(40)의 개방 정도가 달라지게 된다.

따라서 조절창(40)의 개방정도에 따라 예열챔버(32) 내부로 유입되는 외기의 양이 조절되어 예열챔버(32) 내부 에어 온도가 조절된다.

여기서 상기 조절부는 조절창(40)의 개방정도를 수치화하여 보다 확실히 확인할 수 있도록, 상기 예열챔버(32)의 전면에는 수치가 표시된 표시부(44)가 형성되고, 상기 조절판(42)에는 상기 표시부를 가리키는 지시침(46)이 형성된다.

이에 조절판(42)을 회동시키게 되면 조절판(42)의 지시침(46)이 이동하여 표 시부(44)의 수치를 가리키게 되어 조절창(40)의 개방정도를 확인할 수 있게 된다.

한편, 본 실시예에 의하면, 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 가스링(10)은 가스 공급라인(14)과 연결되는 지점에서 먼쪽을 향해 갈수록 점차적으로 내경이 작아지는 구조로 되어 있다. 또한, 상기 에어링(20)은 에어라인(24)과 연결되는 지점에서 먼쪽을 향해 갈수록 점차적으로 내경이 작아지는 구조로 되어 있다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이 가스링(10)과 에어링(20)은 COG 가스와 에어가 공급되는 위치인 공급라인(14)과 에어라인(24)과의 연결 지점에서 내경(D)이 가장 크다. 그리고 이 연결 지점에서 점차적으로 멀어질수록 내경이 작아져 상기 연결지점에서 180도 지점의 내경(d)이 가장 작은 구조로 되어 있다.

이에 따라 공급라인(14)을 통해 가스링(10)으로 공급된 COG 가스는 가스링(10) 전체에 형성된 분사노즐(12)을 통해 동일한 양으로 분사된다. 즉, 가스링(10)에 대한 최초 공급지점과 상기 최초 공급지점에서 가장 먼쪽에 동일한 양으로 COG 가스가 공급되는 것이다. 따라서 가스링(10)을 따라 전체 분사노즐(12)에서 균일한 양으로 COG 가스가 분사될 수 있는 것이다.

이러한 구조는 에어링(20) 역시 마찬가지다. 상기 에어링(20) 또한 에어라인(24)을 통해 에어링(20)으로 공급된 에어는 에어링(20) 전체에 형성된 분사노즐(22)을 통해 동일한 양으로 분사된다. 즉, 에어링(20)에 대한 최초 공급지점과 상기 최초 공급지점에서 가장 먼쪽에 동일한 양으로 에어가 공급되는 것이다. 따라서 에어링(20)을 따라 전체 분사노즐(22)에서 균일한 양으로 에어가 분사될 수 있는 것이다.

이하 본 장치의 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.

코크스 오븐에서의 석탄 건류가 완료되면 곡관부 댐퍼를 닫고 상승관 커버(110)를 열어준다. 이때 본 장치가 구동되어 상승관(100) 상단에 COG 가스와 연소용 에어를 공급하여 상승관(100)을 통해 배출되는 잔류가스의 점화와 연소를 돕게 된다.

상승관(100)이 닫혀져 있는 상태에서 구동실린더(112)가 작동되어 커버(110)의 개방되면 상승관(100)의 개방 신호를 인가받은 제어부는 이그나이터(140)를 작동하고 공급라인(14)에 설치된 개폐밸브(16)를 개방작동한다.

이에 공급라인(14)을 통해 COG 가스가 가스링(10)으로 공급된다. 가스링(10)으로 공급된 COG 가스는 가스링(10)을 따라 설치된 분사노즐(12)을 통해 상승관(100) 상단 전체에서 중앙쪽으로 분사된다. 상기 COG 가스의 공급량은 공급라인(14) 상에 설치된 유량조절밸브(18)를 통해 조절된다.

또한, 에어라인(24)에 설치된 밸브(26)가 개방작동되면서 예열챔버(32)를 거쳐 예열된 에어가 에어링(20)으로 공급된다. 에어링(20)으로 공급된 에어는 에어링(20)을 따라 설치된 분사노즐(22)을 통해 상승관(100) 상단 전체에서 중앙쪽으로 분사된다.

여기서 상승관(100)의 외표면 온도는 약 70 ~ 90도 정도이므로 예열챔버(32)를 통과한 에어의 온도는 약 40 ~ 50 도 이상으로 올라가게 된다. 예열 챔버(32) 내에서 가열된 에어는 밀도 차에 의해 상승되어 예열챔버(32) 상단의 배출구(36)로 올라가게 되고 배출구(36)와 연결된 에어라인(24)을 통해 에어링(20)으로 공급된 다.

이와 같이 가스링(10)과 에어링(20)을 통해 상승관(100) 전면에서 COG 가스와 에어가 공급되는 상태에서 이그나이터(140)가 착화됨에 따라 잔류가스의 흐름에 관계없이 점화가 이루어지게 된다.

즉, 상승관(100)이 개방되면 바람의 방향에 따라 잔류가스는 어느 한쪽으로 치우쳐 흘러나가게 되는 데, 잔류가스가 이그나이터(140)에서 벗어나서 흘러나가더라도 상기와 같이 COG 가스에 의해 점화가 이루어지게 되는 것이다. 또한, 예열된 에어가 공급됨으로써 점화시간을 보다 단축시키고 점화 후 잔류 가스를 완전 연소시키게 된다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

도 1은 본 실시예에 따른 상승관 점화장치가 상승관 상에 설치된 것을 도시한 개략적인 도면이다.

도 2는 본 실시예에 따른 상승관 점화장치의 에어 예열 구조를 도시한 개략적인 도면이다.

도 3은 본 실시예에 따른 상승관 점화장치의 일부 구성을 도시한 개략적인 도면이다.

도 4는 본 실시예에 따른 상승관 점화장치로 도 3의 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 가스링 12 : 분사노즐

14 : 공급라인 16 : 개폐밸브

18 : 유량조절밸브 20 : 에어링

22 : 분사노즐 24 : 에어라인

30 : 예열부 32 : 예열챔버

34 : 유입구 36 : 배출구

40 : 조절창 42 : 조절판

44 : 표시부 46 : 지시침

Claims (6)

1. 상승관의 상단을 따라 설치되며 보조 연소용 가스를 분사하기 위한 분사노즐이 간격을 두고 설치된 가스링과,

   상기 가스링과 연결되어 보조 연소용 가스를 공급하기 위한 공급라인

   을 포함하는 코크스 오븐의 상승관 점화장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 보조 연소용 가스는 코크스 오븐 가스(COG)인 코크스 오븐의 상승관 점화장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 가스링 상단을 따라 설치되며 에어를 분사하기 위한 분사노즐이 간격을 두고 설치된 에어링을 더 포함하는 코크스 오븐의 상승관 점화장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 에어링에 연결되어 에어링으로 공급되는 에어를 예열하기 위한 예열부를 더 포함하고,

   상기 예열부는 상승관의 외측면에 설치되며 내부에 에어가 가열되는 내부 공간을 형성하는 예열챔버와, 상기 예열챔버의 하단부에 형성되어 내부로 에어가 유 입되도록 개방된 유입구, 상기 예열챔버의 상단에 형성되고 에어라인을 통해 상기 가스링과 연결되어 가열 상승되는 에어가 배출되는 배출구를 포함하는 코크스 오븐의 상승관 점화장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 예열챔버의 상부에 형성되어 외기가 유입되는 조절창과, 상기 예열챔버 상부에 회동가능하게 설치되어 상기 조절창의 개방량을 조절하는 조절판을 포함하여, 에어의 온도를 조절하기 위한 조절부를 더 포함하는 코크스 오븐의 상승관 점화장치.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 가스링 또는 상기 에어링 중 적어도 하나는 가스 또는 에어가 공급되는 지점에서 먼쪽을 향해 갈수록 점차적으로 내경이 작아지는 구조의 코크스 오븐의 상승관 점화장치.

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