KR20140012489A - 유동로 분산판의 노즐 - Google Patents

Abstract

유동로 분산판의 노즐 내부를 막고 있는 고착물을 용이하게 제거하여 노즐 청소를 보다 간편하게 수행할 수 있도록, 유동로의 분산판에 설치되는 복수의 노즐에 있어서, 상기 노즐은 유동로의 분산판에 형성된 관통공을 통해 환원가스를 분사하는 노즐부와, 상기 관통공에 고정되어 상기 노즐부를 지지하는 노즐홀더부, 상기 노즐홀더부 내면에 착탈가능하게 설치되어 노즐홀더부와 상기 노즐부 사이에 배치되는 이너파이프를 포함하는 유동로 분산판의 노즐을 제공한다.

Description

유동로 분산판의 노즐{NOZZLE FOR FLUDIZIED BED REACTOR}

본 발명은 유동로의 분산판에 관한 것이다. 더욱 상세하게 본 발명은 분산판에 설치되어 고온의 가스를 분사하기 위한 유동로 분산판의 노즐에 관한 것이다.

일반적으로, 유동로는 하부에서 고온의 가스나 열풍을 주입함으로써 내부에 유동층을 형성하여 소각이나 분광의 환원 등 필요한 조업을 하는 설비이다. 예를 들어, 분광을 직접 사용하여 용철을 제조하는 용융환원제철설비의 경우, 분광을 유동 환원처리하기 위해 복수의 유동로가 구비된다.

상기 유동로는 용융가스화로로부터 공급되는 고온환원가스를 이용하여 분광내에 함유된 산소를 제거하여 분환원철(DRI:Direct Reduced Iron)을 생산하게 된다.

유동로의 하부에는 복수개의 노즐이 고르게 배열된 분산판이 설치되어 환원가스를 유동로 내부로 균일하고 고르게 공급한다. 고온의 환원가스는 분산판에 설치된 노즐을 통과하면서 가스의 흐름이 고르게 분산되어 유동로 상부로부터 장입되는 분광을 유동화시키게 된다. 분광은 고온의 환원가스 기류 중에 유동화되면서 일정시간 유동로 내에서 체류하여 환원된다. 유동로의 분산판에 설치되는 노즐은 환원 가스를 고르게 분배하여 가스의 흐름을 일정하게 유지하는 데 있어서 매우 중요한 역할을 한다.

그런데, 상기 분산판은 유동로로 공급되는 환원가스에 포함된 부착성 분진의 영향으로 노즐의 내벽에 분진이 누적되면서 노즐의 내경이 좁아지거나 막히는 문제가 있다. 이에, 분산판 일측에서 노즐을 통한 가스의 흐름이 나빠지거나 가스가 흐르지 않게 되어 유동환원로 내부의 유동층 밸런스가 흐트러지게 된다. 또한, 노즐이 막힌 부분에는 분광이 쌓여 고착되어 유동로 환원 기능을 현저하게 떨어뜨리게 된다.

종래에는 노즐의 막힘 방지를 위해 정기적으로 설비의 조업을 중단하고 드릴 등을 이용하여 노즐에 부착된 고착광 등을 제거하는 노즐 관통 작업을 수행하였다. 그러나, 이러한 작업은 힘들고 많은 시간이 소요되어 작업부하가 매우 크다는 단점이 있다. 특히, 노즐의 하단부가 막힌 경우에는 드릴링 작업이 더욱 힘들고 원활하지 못하여 작업부하가 더 커지게 된다. 이와 같이, 종래에는 노즐 관통을 위한 작업 효율이 떨어지고 작업 소요 시간이 늘어나, 유동로 정비에 많은 시간이 소요되고 설비 가동율이 저하되는 문제점이 있다.

이에, 노즐 내부를 막고 있는 고착물을 용이하게 제거하여 노즐 청소를 보다 간편하게 수행할 수 있도록 된 유동로 분산판의 노즐을 제공한다.

이를 위해 본 노즐은 유동로의 분산판에 형성된 관통공을 통해 환원가스를 분사하는 노즐부와, 상기 관통공에 고정되어 상기 노즐부를 지지하는 노즐홀더부, 상기 노즐홀더부 내면에 착탈가능하게 설치되어 노즐홀더부와 상기 노즐부 사이에 배치되는 이너파이프를 포함할 수 있다.

상기 이너파이프는 노즐홀더부 내면에 밀착되어 설치될 수 있다.

상기 이너파이프는 상기 노즐홀더부와 동일한 재질로 이루어질 수 있다.

상기 노즐홀더부와 상기 노즐부는 각각 선단에 외측으로 플랜지가 형성되고, 각 플랜지에는 대응되는 위치에 홀이 형성되어, 상기 홀에 체결되는 볼트와 너트를 매개로 결합되는 구조일 수 있다.

상기 이너파이프는 선단에 외측으로 돌출 형성되어 상기 노즐홀더부의 플랜지 위로 걸쳐져 노즐홀더부의 플랜지와 노즐부의 플랜지 사이에 끼워지는 단턱이 형성될 수 있다.

상기 단턱은 상기 각 플랜지와 대응되는 크기로 형성되고, 상기 홀과 대응되는 위치에 볼트가 관통하는 홀이 형성된 구조일 수 있다.

이와 같이 본 실시예에 의하면, 노즐 내부에 별도의 설치된 이너파이프를 교체하는 것으로 노즐을 간단하게 청소할 수 있게 된다.

이에, 노즐 청소에 소요되는 작업부하를 줄이고, 이너파이프에 대한 청소작업은 유동로 밖에서 이루어짐에 따라 안전성을 높일 수 있게 된다.

또한, 작업에 소요되는 시간을 최소화함으로써, 설비 가동율을 높일 수 있게 된다.

도 1은 본 실시예에 따른 유동로를 구비한 용융환원 제철설비의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 실시예에 따른 유동로의 분산판의 노즐을 도시한 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 실시예에 따른 유동로 분산판의 노즐을 분해하여 도시한 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 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. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.

이하에서 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.

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.

도 1은 본 실시예에 따른 유동로를 구비한 용융환원 제철설비를 도시하고 있다.

이하 설명에서는 분산판을 구비한 유동로로, 용융환원 제철설비에서 분광을 환원하기 위해 사용되는 유동환원로를 일예로서 설명한다. 그러나, 본 실시예의 노즐은 유동환원로의 분산판에 설치되는 노즐에 한정되지 않으며, 분산판을 구비하여 유동층을 형성하는 모든 유동로에 적용가능하다 할 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 용융환원 제철설비(100)는 분광을 환원하는 하나 이상의 유동환원로(10)와, 분환원철을 압착하여 괴성체로 제조하는 괴성화 장치(20), 용융가스화로(30)를 포함한다. 도 1에는 순차적으로 연결된 3개의 유동환원로(10)를 도시하고 있으나, 이는 단지 하나의 예시에 불과하며 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 각 유동환원로(10)는 내부에 분산판(40)이 설치된다.

분산판(40)은 하부로부터 취입되는 환원가스를 분산시키기 위하여 유동환원로(10)의 내측 하부에 설치한다. 분산판(40)은 조업중 유동환원로(10)내 유동층의 붕괴를 고려하여 설계된다. 즉, 분산판(40)은 유동층을 형성하는 분광의 무게를 지탱할 수 있도록 약 1.2m 두께의 두꺼운 내화물로 되어 있다. 분산판(40) 하부의 윈드박스(wind box)에는 지지대가 설치되어 분산판(40)을 지지한다.

도 2와 도 3은 본 실시예에 따른 분산판의 상세한 구조를 도시하고 있다.

상기 분산판(40)에는 복수개의 노즐(50)이 배열 설치된다. 상기 분산판(40)에는 다수의 관통공(42)이 형성되어 있고, 각 관통공(42)마다 노즐(50)이 설치된다. 이에, 유동환원로(10)의 윈드박스로 취입된 환원가스는 분산판(40)에 형성된 관통공(42)을 통하여 유동환원로(10)의 상부로 유입된다. 관통공(42)에는 노즐(50)이 설치되어 있어서, 관통공(42)으로 유입된 환원가스는 노즐(50)을 통해 고속 분사되어 유동환원로(10) 내부에 유동층을 형성한다.

여기서, 상기 분산판(40)에 설치되는 본 실시예의 노즐(50)은 분산판(40)의 관통공(42)에 고정 설치되는 노즐홀더부(52)와, 상기 노즐홀더부(52) 상단에 결합되어 환원가스를 분사하는 노즐부(54), 상기 노즐홀더부(52) 내면에 착탈가능하게 설치되어 노즐홀더부(52)와 상기 노즐부(54) 사이에 배치되는 이너파이프(56)를 포함한다.

상기 노즐(50)을 구성하는 노즐홀더부(52)와 노즐부(54)는 스틸 재질 또는 스테인리스강 등을 사용하여 제조된다.

상기 노즐홀더부(52)는 분산판(40)에 노즐부(54)를 지지하기 위한 것으로, 양 선단이 개방된 원통형태의 관구조물로 이루어진다. 상기 노즐홀더부(52)의 외경은 상기 분산판(40)에 형성된 관통공(42)의 직경과 대응되어 분산판(40)의 관통공(42)에 끼워져 고정된다.

상기 노즐홀더부(52)는 분산판(40)의 관통공(42)에 설치되어 분산판(40) 상단을 지나 위쪽으로 소정길이 연장된다. 상기 노즐홀더부(52)의 상단에는 외측으로 플랜지(53)가 돌출 형성된다. 상기 플랜지(53)는 노즐부(54)와의 결합을 위한 것으로, 간격을 두고 복수개의 홀(60)이 관통 형성된다.

상기 노즐부(54)는 노즐홀더부(52)의 상부에서 내측에 삽입되어 설치된다. 상기 노즐부(54)는 실질적으로 환원가스를 고속 분사시키기 위한 것으로, 하단에서 상단으로 갈수록 내경이 좁아지는 콘 형태를 이룬다. 상기 노즐부(54)의 하단의 외경은 상기 이너파이프(56)에 삽입될 수 있는 크기로 형성된다. 상기 노즐부(54)의 상단에는 외측으로 플랜지(55)가 돌출 형성된다. 상기 노즐부(54)의 플랜지(55)는 노즐홀더부(52)의 플랜지(53)와 대응되는 크기와 형태를 이룬다. 상기 노즐부(54)의 플랜지(55)에는 상기 노즐홀더부(52)의 플랜지(53)에 형성되는 홀(60)과 대응되는 위치에 홀(62)이 형성된다.

본 실시예에서 상기 노즐홀더부(52)와 노즐부(54)의 결합은 상기 홀(60,62)에 끼워져 체결되는 볼트(70)와 너트(72)를 통해 이루어진다. 볼트(70)는 상기 각 플랜지(53,55)에 형성된 홀(60,62)에 끼워지고 볼트(70) 선단에 너트(72)를 체결하여 조여줌으로써, 노즐홀더부(52) 상부에 노즐부(54)가 고정설치된다.

한편, 본 실시예의 노즐(50)은 상기 노즐홀더부(52)와 상기 노즐부(54) 사이에 이너파이프(56)가 더 설치된다. 이에 상기 이너파이프(56)는 노즐홀더부(52)의 내면에 분진이나 분철광석 등이 부착되는 것을 방지하게 된다. 따라서, 단지 노즐홀더부(52)로부터 이너파이프(56)를 분리하고 새롭게 교체하는 것으로, 노즐(50) 청소를 용이하게 수행할 수 있게 된다.

상기 이너파이프(56)는 상기 노즐홀더부(52)와 동일한 재질로 이루어질 수 있으며, 고온에 사용가능한 재질이면 특별히 한정되지 않는다.

상기 이너파이프(56)는 양 선단이 개방된 원통형태의 관 구조물로 상기 노즐홀더부(52) 내에 삽입 설치된다. 상기 이너파이프(56)는 노즐홀더부(52)에 끼워질 수 있도록, 이너파이프(56)의 외경은 노즐홀더부(52)의 내경보다 작거나 같은 구조로 되어 있다. 본 실시예에서 상기 이너파이프(56)는 외경이 노즐홀더부(52)의 내경과 대응되어 노즐홀더부(52)의 내면에 밀착되는 구조일 수 있다. 상기 노즐홀더부(52)보다 크기가 좀 작을 뿐 동일한 형태로 이루어진다. 상기 이너파이프(56)는 노즐홀더부(52)와 대응되는 길이로 형성되어 노즐홀더부(52) 내면 전체를 덮는다.

본 실시예에서, 상기 이너파이프(56)는 노즐홀더부(52)에 착탈가능하게 결합되어 필요시 분리된다. 이를 위해 상기 이너파이프(56)는 상단에 외측으로 단턱(57)이 돌출 형성되어, 상기 노즐홀더부(52)의 플랜지(53)에 걸쳐지는 구조일 수 있다. 이에 상기 단턱(57)은 노즐홀더부(52)의 플랜지(53) 위에 걸쳐진 상태에서 볼트(70)와 너트(72)를 통해 체결되는 노즐홀더부(52)의 플랜지(53)와 노즐부(54)의 플랜지(55)에 의해 가압 고정된다.

상기 단턱(57)은 이너파이프(56)에서 돌출 형성되어, 그 직경이 노즐홀더부(52)의 내경보다 큰 구조로 되어 있다. 이에 상기 이너파이프(56)는 노즐홀더부(52) 내로 삽입 시, 단턱(57)이 노즐홀더부(52) 상단에 걸려 노즐홀더부(52)와 결합된다. 상기 단턱(57)은 노즐홀더부(52) 상단에 걸릴 수 있는 정도의 크기면 충분하며, 특별히 한정되지 않는다.

이와 같이 단턱(57)이 노즐홀더부(52) 상단에 걸려있는 상태에서 노즐홀더부(52)의 플랜지(53)와 노즐부(54)의 플랜지(55)의 각 홀(60,62)에 볼트(70)를 삽입하여 너트(72)를 체결하게 되면, 노즐홀더부(52)와 노즐부(54)의 플랜지(53,55)가 단턱(57)을 가압 밀착하여 이너파이프(56)를 고정하게 된다.

한편, 상기 이너파이프(56)는 상기 볼트(70)와 너트(72)를 통해 노즐홀더부(52)에 보다 확실하고 견고하게 고정될 수 있다. 이를 위해, 상기 이너파이프(56)는 상단에 형성된 단턱(57)이 상기 노즐홀더부(52)의 플랜지(53)와 대응되는 크기로 형성되고, 상기 노즐홀더부(52)의 플랜지(53)에 형성되는 홀(60)과 대응되는 위치에 홀(64)이 형성된다.

이에, 이너파이프(56)는 단턱(57)에 형성된 홀(58)을 지나는 볼트(70)에 의해 노즐홀더부(52)와 노즐부(54)의 플랜지(53,55)와 같이 견고하게 결합된다.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 노즐(50)은 분산판(40)의 관통공(42)에 결합된 노즐홀더부(52)에 이너파이프(56)와 노즐부(54)를 차례로 삽입하여 결합된다. 이에, 노즐홀더부(52)에 이너파이프(56)가 삽입되면서 노즐홀더부(52)의 상단 플랜지(53)에 이너파이프(56)의 상단 단턱(57)이 적층된다. 그리고 이너파이프(56)에 노즐부(54)가 끼워지면서 이너파이프(56)의 상단 단턱(57) 위에 노즐부(54)의 상단 플랜지(55)가 적층된다. 즉, 이너파이프(56)는 상단의 단턱(57)이 노즐홀더부(52)의 플랜지(53)와 노즐부(54)의 플랜지(55) 사이에 놓여지게 된다.

이 상태에서 각 플랜지(53,55)와 단턱(57)에 형성된 홀(60,62,64)을 일치시키고 볼트(70)를 홀에 관통하여 너트(72)로 체결함으로서, 이너파이프(56)를 노즐홀더부(52)에 고정시킬 수 있게 된다. 또한, 필요시 상기 볼트(70)와 너트(72)의 체결을 해제하게 되면 노즐홀더부(52)로부터 이너파이프(56)를 분리할 수 있게 된다.

이하, 본 노즐(50)의 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.

유동환원로(10) 하부로 유입된 환원가스는 분산판(40)을 통해 유동환원로(10) 상부로 고속 분사되어 분광을 환원시킨다. 환원가스는 분산판(40)에 형성된 노즐(50)을 통해 분사된다. 이 과정에서 환원가스에 포함된 부착성 분진 등이 노즐(50)을 지나면서 노즐(50) 내부에 부착되는 현상이 발생된다. 본 노즐(50)은 이와 같이 분진 및 분광이 고착되는 경우, 간단하게 이너파이프(56)를 교체하는 것으로 노즐(50)을 청소할 수 있게 된다.

상기 이너파이프(56)는 노즐홀더부(52)의 내면에 설치되어 노즐홀더부(52)의 내면을 외부와 차단하게 된다. 이에, 환원가스가 노즐(50)을 지나는 과정에서 분진 등의 고착물은 노즐홀더부(52)가 아닌 이너파이프(56)의 내면에 고착된다. 따라서 노즐홀더부(52)에서 분진 등이 고착된 이너파이프(56)를 분리하게 되면 노즐(50) 내에 고착물을 완전히 제거할 수 있게 된다.

즉, 작업자는 노즐(50) 청소 작업 시, 노즐홀더부(52)에 체결된 볼트(70)와 너트(72)를 풀어 노즐부(54)와 이너파이프(56)의 고정 상태를 해제한다. 그리고, 노즐홀더부(52)에 끼워져 있던 분진이 고착된 이너파이프(56)를 분리한다. 노즐홀더부(52)에는 새로운 이너파이프(56)를 끼워 설치한다. 새로운 이너파이프(56)가 노즐홀더부(52)에 설치되면 볼트(70)와 너트(72)를 체결하여 이너파이프(56)를 결합한다.

그리고, 노즐(50)로부터 제거된 이너파이프(56)는 유동환원로(10) 외부로 이동시켜 내부에 부착된 분진 등의 고착물을 제거한다.

이와 같이, 이너파이프(56)를 교체하는 것으로 유동환원로(10)의 분산판(40)에 설치된 노즐(50)을 간단하게 청소할 수 있게 된다. 또한, 이너파이프(56)에 대한 고착물의 제거는 유동환원로(10) 외측에서 이루어지며, 필요시 온도를 낮추고 상온에서 작업할 수 있어, 보다 안전한 환경에서 작업을 수행할 수 있다. 고착물이 제거된 이너파이프(56)는 재사용된다.

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.

10 : 유동환원로 40 : 분산판
42 : 관통공 50 : 노즐
52 : 노즐홀더부 53,55 : 플랜지
54 : 노즐부 56 : 이너파이프
57 : 단턱 60,62,64 : 홀
70 : 볼트 72 : 너트

Claims (6)

1. 유동로의 분산판에 설치되는 복수의 노즐에 있어서,
   상기 노즐은 유동로의 분산판에 형성된 관통공을 통해 환원가스를 분사하는 노즐부와, 상기 관통공에 고정되어 상기 노즐부를 지지하는 노즐홀더부, 상기 노즐홀더부 내면에 착탈가능하게 설치되어 노즐홀더부와 상기 노즐부 사이에 배치되는 이너파이프를 포함하는 유동로 분산판의 노즐.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 이너파이프는 노즐홀더부 내면에 밀착되어 설치되는 유동로 분산판의 노즐.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 이너파이프는 상기 노즐홀더부와 동일한 재질로 이루어진 유동로 분산판의 노즐.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 노즐홀더부와 상기 노즐부는 각각 선단에 외측으로 플랜지가 형성되고, 각 플랜지에는 대응되는 위치에 홀이 형성되어, 상기 홀에 체결되는 볼트와 너트를 매개로 결합되는 구조의 유동로 분산판의 노즐.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 이너파이프는 선단에 외측으로 돌출 형성된 단턱을 구비하고, 상기 단턱은 상기 노즐홀더부의 플랜지 위로 걸쳐져 노즐홀더부의 플랜지와 노즐부의 플랜지 사이에 가압 고정되는 구조의 유동로 분산판의 노즐.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 단턱은 상기 각 플랜지와 대응되는 크기로 형성되고, 상기 홀과 대응되는 위치에 볼트가 관통하는 홀이 형성된 구조의 유동로 분산판의 노즐.

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