KR20120075169A - 코크스용 석탄 건조 장치 및 건조 방법 - Google Patents

Abstract

코크스 오븐에서 발생되는 폐가스를 활용하여 유동층 건조기의 열원으로 사용함으로써 에너지를 절감하고 환경 오염을 최소화할 수 있도록, 열풍에 의해 석탄을 건조하는 건조기와, 상기 건조기에 연결되어 내부로 석탄을 투입하기 위한 석탄공급부, 상기 건조기에 연결되어 열풍을 공급하기 위한 열풍공급부를 포함하고, 상기 열풍공급부는 코크스 오븐의 연소실과 연도를 연결하는 배기가스 배출라인에 설치되어 배기가스를 석탄 건조기의 열풍으로 공급하기 위한 분기관, 상기 분기관에 설치되어 배기가스를 송급하기 위한 블로워를 포함하는 코크스용 석탄 건조 장치를 제공한다.

Description

코크스용 석탄 건조 장치 및 건조 방법{DEVICE AND METHOD FOR DRYING COAL FOR COKE OVEN}

본 발명은 코크스 제조를 위해 코크스 오븐에 장입되는 석탄을 건조하는 기술에 관한 것이다. 더욱 상세하게 본 발명은 폐가스를 활용하여 석탄 건조 열원으로 사용할 수 있도록 된 코크스용 석탄 건조 장치 및 건조 방법에 관한 것이다.

세계적인 조강생산량의 급격한 증가로 인해 철광석 및 야금용 코크스 제조를 위한 석탄의 수요가 증가하고 있다. 이에 석탄의 가격 급등과 양질의 점결탄에 대한 고갈우려 및 확보에 대한 어려움이 점점 커지고 있다. 이와 같은 환경 하에서 야금용 코크스 제조에 사용되는 석탄을 다양화하고, 점결력이 약한 석탄(이하 미점결탄이라 한다)의 사용비를 증가시키기 위한 여러 기술들이 개발 적용되고 있다.

이중 석탄의 전처리 기술로서 코크스 오븐에 장입되는 석탄의 수분을 저감하는 건조기술이 주로 활용되고 있다. 석탄의 수분 건조에는 건조 효율이 우수한 유동층 건조기가 주로 이용되고 있다.

유동층 건조기 내부에서 석탄은 열풍에 의해 유동화되면서 건조된다. 건조된 조립의 석탄은 유동층 건조기 하부를 통해 배출된다. 석탄이 건조되는 과정에서 발생되는 미분탄은 공급되는 열풍유속에 의해 집진설비에 의해 포집된다. 집진설비에서 포집된 미분탄은 물이나 바인더를 혼합하여 일정형태로 성형된다. 성형된 미분탄은 유동층 건조기에서 건조된 조립탄과 혼합된 후 코크스 오븐내로 공급되어 코크스로 제조된다.

그런데, 종래 코크스용 배합탄을 건조하는 유동층 건조공정의 경우, 유동층 건조기 내로 고온의 열풍을 공급하게 되는 데, 열풍 공급을 위해 많은 에너지가 소모되고, 이산화 탄소 등 공해물질의 배출에 따라 환경 오염이 심화되는 문제점이 있다.

이에, 코크스 오븐에서 발생되는 폐가스를 활용하여 유동층 건조기의 열원으로 사용함으로써 에너지를 절감하고 환경 오염을 최소화할 수 있도록 된 코크스용 석탄 건조 장치 및 건조 방법을 제공한다.

또한, 코크스 오븐에서 발생되는 폐가스 내의 분진을 처리할 수 있게 되어, 분진에 의한 환경 오염을 최소화할 수 있도록 된 코크스용 석탄 건조 장치 및 건조 방법을 제공한다.

이를 위해 본 건조 장치는, 열풍에 의해 석탄을 건조하는 건조기와, 상기 건조기에 연결되어 내부로 석탄을 투입하기 위한 석탄공급부, 상기 건조기에 연결되어 열풍을 공급하기 위한 열풍공급부를 포함하고, 상기 열풍공급부는 코크스 오븐의 연소실과 연도를 연결하는 배기가스 배출라인에 설치되어 배기가스를 석탄 건조기의 열풍으로 공급하기 위한 분기관, 상기 분기관에 설치되어 배기가스를 송급하기 위한 블로워를 포함할 수 있다.

상기 분기관 상에 설치되어 배기가스에 포함된 분진을 처리하기 위한 분진포집부를 더 포함할 수 있다.

상기 분진포집부는 상기 분기관에 설치되는 적어도 하나 이상의 사이클론, 상기 배출라인에 설치되어 배출라인을 개폐하여 배출가스를 상기 분기관으로 보내기 위한 메인밸브, 상기 분기관에 설치되어 분기관을 개폐하는 분기밸브를 포함할 수 있다.

상기 열풍공급부는 상기 분진포집부를 선택적으로 거칠 수 있도록, 상기 배출라인과 상기 블로워를 연결하는 바이패스관과, 상기 바이패스관 상에 설치되어 바이패스관을 개폐하는 바이패스밸브를 포함할 수 있다.

상기 건조기는 내부에 설치된 분산판을 통해 분출하는 열풍에 의해 석탄을 유동화하여 건조하는 유동층 건조기를 포함하고, 상기 유동층 건조기가 적어도 2개 이상 구비되고 각각 순차적으로 연결되어, 석탄이 각 유동층 건조기를 차례로 거치며 건조되는 구조일 수 있다.

상기 복수개의 유동층 건조기가 다단으로 설치되고, 석탄의 이동경로를 따라 일측 유동층 건조기의 배출구와 다음 유동층 건조기의 투입구 사이에는 석탄을 이동시키기 위한 연결관이 설치된 구조일 수 있다.

한편, 본 건조 방법은 건조기 내부로 열풍을 공급하여 석탄을 건조시키는 건조 방법에 있어서, 코크스 오븐의 연소실에서 배출되는 배기가스를 상기 건조기 내부로 공급하여 석탄을 건조시키는 방법일 수 있다.

본 건조 방법은 상기 배기가스를 건조기 내부로 공급하는 과정에서 배기가스에 포함된 분진을 제거하는 과정을 더 거칠 수 있다.

본 건조 방법은 석탄의 건조가 유동층 건조기 내부에서 석탄을 유동화하여 건조하며, 다단으로 연결된 유동층 건조기를 차례로 통과시켜 순차적으로 건조시키는 방법일 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 의하면 코크스 오븐에서 발생되는 폐가스를 활용하여 유동층 건조기의 열원으로 사용함으로써 에너지를 절감하고 환경 오염을 최소화할 수 있게 된다.

또한, 코크스 오븐에서 발생되는 폐가스 내의 분진을 처리할 수 있게 되어, 종래 배기가스 배출에 따라 발생되는 분진에 의한 환경 오염 및 연도 오염을 최소화할 수 있게 된다.

이와 같이 석탄 건조 효율을 높여 코크스 오븐에 장입되는 석탄의 장입밀도를 높일 수 있고, 이에 코크스 품질을 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 저가의 저급탄 사용비를 획기적으로 향상시킬 수 있으며, 코크스 오븐 조업을 안정적으로 유지 할 수 있다.

도 1은 본 실시예에 따른 석탄 건조 장치를 도시한 개략적인 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명의 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.

이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 실시예는 코크스로용 석탄의 건조에 적용한 실시예를 기초로 하여 설명한다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다양한 용도의 석탄을 포함한 각종 원료의 건조에 모두 적용가능하다.

도 1은 본 실시예에 따른 석탄 건조 장치를 도시하고 있다.

도시된 바와 같이, 본 장치는 석탄을 건조하는 건조기와, 상기 건조기에 연결되어 내부로 석탄을 투입하기 위한 석탄공급부(20), 상기 건조기에 연결되어 석탄 건조를 위한 열풍을 공급하기 위한 열풍공급부(30)를 포함한다.

본 실시예에서 상기 건조기는 내부에 설치된 분산판(12)을 통해 분출하는 열풍에 의해 석탄을 유동화하여 건조하는 유동층 건조기(10,11)로 이루어질 수 있다. 물론, 본 건조기는 유동층 건조기에 한정되지 않으며 석탄 건조를 위한 건조 구조면 모두 적용 가능하다 할 것이다.

상기 유동층 건조기(10,11)는 수직형태로 배치되며 내부에는 열풍을 상부로 분출하는 분산판(12)이 설치된다. 상기 유동층 건조기(10,11)의 측면에는 석탄이 투입되는 투입구와 유동층에서 건조된 석탄이 배출되는 배출구가 설치된다. 또한, 상기 유동층 건조기의 상부에는 석탄 건조과정에서 발생된 미분을 포집하기 위한 사이클론(50)이 연결 설치된다. 상기 유동층 건조기(10,11)는 열손실 방지를 위해 외면에 단열재가 시공되며, 유동층 내의 온도 및 압력검출을 위해 열전대가 압력센서가 구비된다.

여기서 본 장치는 상기 유동층 건조기(10,11)는 두 개가 구비되며, 두 개의 유동층 건조기가 다단으로 연결된 구조로 되어 있다. 이하 설명의 편의를 위해 석탄 이동 순서에 따라 앞쪽의 유동층 건조기를 제1 유동층 건조기(10)라 하고, 제1 유동층 건조기에 연결된 뒤쪽의 유동층 건조기를 제2 유동층 건조기(11)라 한다.

본 실시예에서 제1 유동층 건조기(10)와 제2 유동층 건조기(11)는 순차적으로 배치되며, 제1 유동층 건조기(10)의 배출구과 제2 유동층 건조기(11)의 투입구 사이에는 석탄을 이동시키기 위한 연결관(19)이 설치된다.

상기 제2 유동층 건조기(11)는 제1 유동층 건조기와 그 구조가 동일하며, 역시 열풍공급부(30)에서 공급된 열풍으로 석탄을 유동화하여 건조시키게 된다.

상기 석탄공급부(20)는 예를 들어, 호퍼에 적재된 석탄을 호퍼 하단의 스크류 피더(screw feeder)를 통해 정량 이송하여 투입구를 통해 제1 유동층 건조기 내부로 공급하는 구조로 되어 있다. 본 실시예에서 상기 제2 유동층 건조기(11)는 상기 연결관(19)을 통해 제1 유동층 건조기(10)에서 유동 건조된 석탄을 공급받게 되므로 별도의 석탄공급부는 불필요하다.

한편, 상기 각 유동층 건조기로 열풍을 공급하기 위한 열풍공급부의 구조를 살펴보면 다음과 같다.

본 실시예에서 상기 열풍공급부(30)는 석탄을 건류하는 코크스 오븐의 연소실(70)에서 배출되는 배기가스를 상기 유동층 건조기(10,11)로 공급하는 구조로 되어 있다.

이를 위해 본 열풍공급부(30)는 코크스 오븐의 연소실(70)과 연도(74)를 연결하는 배기가스 배출라인(72)에 설치되어 배기가스를 석탄 건조기의 열풍으로 공급하기 위한 분기관(31), 상기 분기관(31)에 설치되어 배기가스를 유동층 건조기 하부로 송급하기 위한 블로워(32), 블로워(32)와 유동층 건조기 하부를 연결하는 열풍라인(33)을 포함한다.

이에 본 건조 장치는 코크스 오븐의 연소실(70)에서 발생된 배기가스를 석탄 건조를 위한 열풍으로 이용할 수 있게 된다.

여기서 본 건조 장치는 상기 분기관(31) 상에 설치되어 배기가스에 포함된 분진을 처리하기 위한 분진포집부를 더 포함한다.

상기 분진포집부는 상기 분기관(31)에 설치되어 배기가스에 포함된 분진을 포집하는 적어도 하나 이상의 사이클론(40), 상기 배출라인(72)에 설치되어 배출라인(72)을 개폐하여 배출가스를 상기 분기관(31)으로 보내기 위한 메인밸브(41), 상기 분기관(31)에 설치되어 분기관(31)을 개폐하는 분기밸브(42)를 포함한다.

이에 필요한 경우, 상기 배출라인(72)에 설치된 메인밸브(41)를 닫고 분기관(31)에 설치된 분기밸브(42)를 개방하게 되면 연도(74)로 배출되는 배기가스가 분기관(31)으로 송급된다. 따라서 배기가스를 분진포집부를 거쳐 분진을 제거한 후 유동층 건조기(10,11)의 열풍으로 공급할 수 있게 된다.

또한, 본 장치는 필요시 상기 분진포집부를 선택적으로 거칠 수 있도록, 상기 배출라인(72)과 상기 블로워(32)를 연결하여 배기가스를 바로 블로워(32)를 통해 송급하기 위한 바이패스관(44)과, 상기 바이패스관(44) 상에 설치되어 바이패스관(44)을 개폐하는 바이패스밸브(46)를 더 포함한다.

본 실시예에서 상기 바이패스관(44)은 상기 사이클론(40)의 후단과 블로워(32) 사이에 설치되어 배출라인(72)과 연결된다. 이에 상기 분기관(31) 또는 바이패스관(44)에 설치된 분기밸브(42)와 바이패스밸브(46)의 개폐작동에 따라 배기가스가 분진포집부를 선택적으로 거치게 된다. 여기서 상기 메인밸브(41)는 배출라인(72)을 따라 상기 바이패스관(44)의 후단에 배치된다.

또한, 본 장치는 분진 처리된 배기가스를 필요시 연도(74)를 통해 배출시키기 위해 블로워(32)의 출측과 배출라인(72)을 연결하는 배출관(48)과, 상기 배출관(48)에 설치되는 배출밸브(49), 상기 열풍라인(33)에 설치되는 라인밸브(34)를 더 포함할 수 있다. 이에 필요시 상기 라인밸브(34)를 닫고 배출밸브(49)를 개방하게 되면 배기가스는 배출라인(72)으로 송급되어 연도(74)를 통해 배출된다.

이 경우에도 연도(74)를 통해 배출되는 배출가스는 상기 분진포집부의 사이클론(40)를 거쳐 분진이 제거된 상태이므로 배기가스에 포함된 흑연 등의 분진에 의해 연도(74)가 오염되는 것을 방지할 수 있게 된다.

이하 본 장치의 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 장치는 상기와 같이 두 개의 다단 배치된 유동층 건조기(10,11)를 구비한 구조로, 석탄이 두 개의 유동층 건조기를 거치면서 순차적으로 건조 분급된다.

여기서 상기 유동층 건조기 내부로 열풍을 공급하는 과정을 살펴보면, 코크스 오븐에서 석탄 건류를 위해 COG(Coke Oven Gas)와 BFG(Blast Furnace Gas) 등의 부생가스가 연소실(70)로 공급되어 연소된다. 연소실(70)에서 발생된 열은 석탄 건류에 이용된다. 연소실(70)에서 연소 후 발생된 배기가스는 연소실(70)과 연결된 배출라인(72)을 통해 연도(74)로 배출된다.

이 과정에서 본 장치가 구동되어 연도(74)로 배출되는 배기가스를 상기 유동층 건조기(10,11)의 열풍으로 이용하게 된다.

코크스 오븐의 연소실(70)에서 배출되는 배기가스는 200 ~ 230℃이고, 유량은 6000N㎥/min이며, 약간의 분진을 포함하고 있어 유동층 건조기의 열풍원으로 충분히 이용가능하다.

상기 배출라인(72)에 설치된 메인밸브(41)가 닫혀지고 분기관(31)에 설치된 분기밸브(42)가 개방되면 연소실(70)로부터 배출라인(72)을 통해 배출되는 배기가스는 분기관(31)으로 유입된다. 이 상태에서 블로워(32)가 구동되면 배기가스는 사이클론(40)에서 분진이 처리된 후 블로워(32)에 연결된 열풍라인(33)을 통해 각 유동층 건조기(10,11)로 공급된다. 이에 배기가스는 유동층 건조기의 열풍으로 이용된다.

제1 유동층 건조기(10)로 유입된 배기가스는 분산판(12)을 통과하여 상부로 분출된다. 분산판(12)을 통하여 상부로 분출된 열풍에 의한 상승류에 의해 분산판(12) 상에 유동층이 형성된다. 이 유동층에서 석탄이 유동되면서 열풍에 의해 건조가 이루어진다. 이에 석탄공급부(20)에 의해 제1 유동층 건조기(10)로 공급된 석탄은 제1 유동층 건조기(10) 내에서 배기가스에 의해 유동화되면서 일차적으로 건조 과정을 거치게 된다. 제1 유동층 건조기(10)의 유동층에서 건조되는 석탄 중 유동층 위쪽으로 비산된 석탄은 제1 유동층 건조기(10)의 배출구(18)에 연결된 연결관(19)을 통해 제2 유동층 건조기(11) 내부로 투입된다. 제1 유동층 건조기(10)에서 발생된 미분은 분급되어 상부에 연결된 사이클론(50)을 통해 포집 처리된다. 사이클론(50)에서 포집되지 않은 미세한 미분은 사이클론(50)에 연결된 백필터(52)를 통해 포집된다. 사이클론(50)과 백필터(52)에 의해 포지된 미분탄은 별도의 미분탄 성형설비(60)를 통해 괴상화되어 상기 건조 장치를 통해 건조된 석탄과 함께 코크스 오븐에 장입된다.

이와 같이 본 장치를 통해 코크스 오븐의 연소실(70)에서 배출되는 배기가스를 유동층 건조기의 열풍으로 이용하여 석탄을 건조시킬 수 있게 된다.

여기서 상기 연소실에서 배출되는 배기가스의 초기 온도는 200 ~ 230℃인 데, 상기와 같은 과정을 거치면서 온도가 낮아져 유동층 건조기(10,11)로 공급될 때는 200℃ 이하의 온도로 공급될 수 있게 된다. 따라서 석탄 열화와 추가 CO₂ 배출 없이 석탄을 건조할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어, 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.

10,11 : 유동층 건조기 30 : 열풍공급부
31 : 분기관 32 : 블로워
33 : 열풍라인 34 : 라인밸브
40 : 사이클론 41 : 메인밸브
42 ; 분기밸브 44 : 바이패스관
46 : 바이패스밸브 48 : 배출관
49 : 배출밸브 70 : 연소실
72 : 배출라인

Claims (7)

1. 열풍에 의해 석탄을 건조하는 건조기와, 상기 건조기에 연결되어 내부로 석탄을 투입하기 위한 석탄공급부, 상기 건조기에 연결되어 열풍을 공급하기 위한 열풍공급부를 포함하고,
   상기 열풍공급부는 코크스 오븐의 연소실과 연도를 연결하는 배기가스 배출라인에 설치되어 배기가스를 석탄 건조기의 열풍으로 공급하기 위한 분기관, 상기 분기관에 설치되어 배기가스를 상기 건조기의 열풍라인으로 송급하기 위한 블로워를 포함하는 코크스용 석탄 건조 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 분기관 상에 설치되어 배기가스에 포함된 분진을 처리하기 위한 분진포집부를 더 포함하고,
   상기 분진포집부는 상기 분기관에 설치되는 적어도 하나 이상의 사이클론, 상기 배출라인에 설치되어 배출라인을 개폐하여 배출가스를 상기 분기관으로 보내기 위한 메인밸브, 상기 분기관에 설치되어 분기관을 개폐하는 분기밸브를 포함하는 코크스용 석탄 건조 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 열풍공급부는 상기 배출라인과 상기 블로워를 연결하는 바이패스관과, 상기 바이패스관 상에 설치되어 바이패스관을 개폐하는 바이패스밸브를 포함하여 상기 분진포집부를 선택적으로 거칠 수 있도록 된 코크스용 석탄 건조 장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 건조기는 내부에 설치된 분산판을 통해 분출하는 열풍에 의해 석탄을 유동화하여 건조하는 유동층 건조기를 포함하고, 상기 유동층 건조기가 적어도 2개 이상 구비되고 각각 순차적으로 연결되어, 석탄이 각 유동층 건조기를 차례로 거치며 건조되는 구조의 코크스용 석탄 건조 장치.
5. 건조기 내부로 열풍을 공급하여 석탄을 건조시키는 건조 방법에 있어서,
   코크스 오븐의 연소실에서 배출되는 배기가스를 상기 건조기 내부로 공급하여 석탄을 건조시키는 코크스용 석탄 건조 방법.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 배기가스를 건조기 내부로 공급하는 과정에서 배기가스에 포함된 분진을 제거하는 과정을 포함하는 코크스용 석탄 건조 방법.
7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
   상기 석탄의 건조가 유동층 건조기를 통해 이루어지고, 석탄을 다단으로 연결된 유동층 건조기에 차례로 통과시켜 순차적으로 건조시키는 코크스용 석탄 건조 방법.

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