KR20170142244A

KR20170142244A - 코크스로의 가스분사장치

Info

Publication number: KR20170142244A
Application number: KR1020160075326A
Authority: KR
Inventors: 박해웅; 이창훈; 안치규; 김기범; 도규헌
Original assignee: 주식회사 포스코; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2016-06-16
Filing date: 2016-06-16
Publication date: 2017-12-28
Also published as: KR101819340B1

Abstract

본 발명은 코크스로의 가스분사장치에 관한 것으로, 이는 코크스로의 장입구에 설치되어 아래로 연장한 본체; 및 상기 본체의 하단에서 상기 본체의 길이방향 축선에 대해 경사지게 형성되어, 상기 본체를 관통한 가스를 분사하는 분사구를 포함하여서, 기존의 제거 방법보다 효율이 우수하게 카본을 제거할 수 있음과 동시에 카본의 형성을 억제할 수 있으며, 이로 인해 탄화실의 열효율을 증대시키고 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있게 된다.

Description

코크스로의 가스분사장치 {GAS INJECTION DEVICE FOR COKE OVEN}

본 발명은, 물리적으로 카본의 형성을 억제하고 기 생성된 카본의 화학적 제거를 위해 코크스로의 탄화실에 설치되는 코크스로의 가스분사장치에 관한 것이다.

고로 공정에서 철광석의 환원제 및 에너지원으로 사용되는 코크스를 생산하기 위해 석탄을 코크스로에서 간접적으로 가열하여 생산한다. 석탄 건류 중 발생하는 휘발성 물질(VOCs) 및 미분탄 입자가 코크스로의 벽면이나 상승관 등에 고착되어 카본이 형성되며, 간접적인 가열시 저항으로 작용하여 가열효율을 저하시킨다.

이를 해결하기 위해 장입구에 랜스를 삽입하고 랜스의 선단에서 압축 공기를 부착한 카본에 분사하여 연소시켜 제거하는 방법이 제안되었다. 하지만, 압축 공기 등에 의해 카본을 연소시켜 제거하는 방법은 발열 반응을 이용한 것으로서 연소 부분은 국부적이지만 상당히 고온으로 되어 탄화실의 내벽이 손상되는 원인이 되고 있다.

이에 본 발명은 탄화실의 손상 없이 카본의 제거 효율을 향상시킴과 동시에, 카본의 형성을 억제할 수 있는 코크스로의 가스분사장치를 제공하는 데에 그 주된 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스분사장치는, 코크스로의 장입구에 설치되어 아래로 연장한 본체; 및 상기 본체의 하단에서 상기 본체의 길이방향 축선에 대해 경사지게 형성되어, 상기 본체를 관통한 가스를 분사하는 분사구를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 기존의 제거 방법보다 효율이 우수하게 카본을 제거할 수 있음과 동시에 카본의 형성을 억제할 수 있으며, 이로 인해 탄화실의 열효율을 증대시키고 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스분사장치가 적용된 코크스로를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스분사장치가 코크스로의 장입구에 설치된 상태를 확대하여 도시한 일측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스분사장치를 도시한 정면도 및 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스분사장치의 작동상태를 도시한 도면이다.

이하, 본 발명이 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명된다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스분사장치가 적용된 코크스로를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스분사장치가 코크스로의 장입구에 설치된 상태를 확대하여 도시한 일측면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스분사장치를 도시한 정면도 및 단면도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스분사장치(10)는, 코크스로(1)의 장입구(3)에 설치되어 아래로 연장한 본체(11); 및 이 본체의 하단에서 본체의 길이방향 축선에 대해 경사지게 형성되어, 본체를 관통한 가스를 분사하는 분사구(12)를 포함하고 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스분사장치(10)는 코크스로(1)에 있는 탄화실(2)의 장입구 프레임(5)에 설치된다. 적어도 하나의 가스분사장치가 탄화실의 벽면(6)을 구성하는 내화물에 인접하여 설치된다.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스분사장치(10)가 장입구(3)마다 배치된 예가 도시되어 있으며, 도 2에는 하나의 장입구에 대해 한 쌍의 가스분사장치가 배치된 예가 나타나 있다. 하지만, 가스분사장치의 적용예는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

장입구 프레임(5)에는 장입구(3)마다 배치된 복수의 가스분사장치(10)를 연결하여 가스를 공급하는 가스공급라인(20)이 설치될 수 있다. 하지만, 반드시 이러한 예에 한정되지 않으며, 가스라인이 가스분사장치에 연결되어 가스를 공급할 수 있다면, 공지된 다른 임의의 구성을 통하여 탄화실(2)에 장착되어도 무방하다. 도 1 및 도 2에서 미설명부호 7은 장입구 뚜껑을 표시한다.

내화물로 된 벽면(6)은 코크스로(1)에 있는 연소실(4)과 인접하여 위치되기 때문에, 탄화실(2)의 내부에서 가장 온도가 높은 부분이다. 이 온도를 이용하여, 가스공급라인(20)으로부터 가스분사장치(10)의 본체(11)로 공급되는 가스를 탄화실 내부에서 효율적으로 예열할 수 있다.

더불어, 이러한 예열을 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 가스분사장치(10)는, 본체(11)에 열교환용 핀(fin)부재(13)가 장착될 수 있다. 이러한 핀부재는 전도에 의해 탄화실(2)의 내부로부터 전달받은 열을 본체 내에 흐르는 가스로 다시 전달하게 됨으로써, 가스의 예열 효과를 얻을 수 있게 되는 것이다.

가스의 취입온도나 유량 등에 따라 변동될 수 있지만, 본 발명에 따른 가스분사장치에 대한 테스트 결과, 예열에 의해 대략 200 ~ 300^oC 정도의 온도변화량(ΔT)으로 가스의 온도가 상승하는 것을 확인하였다.

더구나, 가스분사장치(10)가 탄화실(2)의 벽면(6)을 구성하는 내화물에 인접하여 대략 수직하게 설치되기 때문에 석탄의 장입 및 코크스의 압출시 간섭이 발생하지 않게 되는 장점이 있다. 또, 이러한 가스분사장치는 장입구 프레임(5)의 교체 주기와 동일하게 교체할 수 있는 장점도 있다.

또한, 탄화실(2)의 내부에서 대부분의 카본(C)은 내화물로 된 벽면(6)에 부착되게 되는데, 전술한 바와 같이 본 발명의 가스분사장치(10)가 내화물에 인접하여 설치되므로, 분사되는 가스에 의해 최대한 넓은 면적의 가스막이 탄화실의 내화물로 된 벽면에 형성될 수 있음과 더불어, 분사되는 가스와 카본 사이의 접촉 효율이 높아지게 된다.

다만, 취입되는 가스가 탄화실(2)의 벽면(6)과 충돌하여 운동량(momentum)이 손실되는 것을 방지하기 위해 가스분사장치(10)의 분사구(12)는 벽면(6)과 평행한 방향으로 가스를 분사하도록 설치되는 것이 바람직하다.

게다가, 코크스로(1)의 탄화실(2) 내에서는 건류에 의해 발생한 가스가 상승관(8)을 향해 흐르는 가스웨이(W; 도 4 참조)가 형성되는데, 분사된 가스의 탄화실 내 체류시간을 연장시기기 위해 가스분사장치(10)의 분사구(12)는 가스웨이의 역방향을 향해 가스를 분사하도록 설치되는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스분사장치(10)에서 사용되는 가스로는, 물리적으로 벽면(6)에 부착되는 카본(C)의 생성을 억제하기 위한 불활성 가스, 혹은 기 생성된 카본(C)을 화학적으로 제거할 수 있는 반응 가스를 사용할 수 있다.

불활성 가스는 미세한 분탄과 탄화실의 벽면 사이에 가스막을 형성하여 탄화실의 벽면에 부착되는 카본의 생성을 억제하게 된다. 이러한 불활성 가스로는 질소나 이산화탄소 등을 활용할 수 있다.

반응 가스는 기 생성된 카본과 화학적으로 반응하여 카본을 없애게 된다. 이러한 반응 가스로는 스팀이나 이산화탄소, 또는 이들이 혼합된 스팀-이산화탄소의 혼합 가스 등으로 구성될 수 있다. 반응 가스와 카본의 반응식은 아래와 같다.

C + CO₂ -> 2CO

C + H₂O -> H₂ + CO

이와 같이, 카본은 스팀이나 이산화탄소와 반응하여, 일산화탄소 또는 일산화탄소 및 수소를 생산할 수 있다. 한편, 이러한 반응은 흡열 반응이기 때문에, 탄화실의 내벽이 국부적으로 가열되는 일은 없다.

만일, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스분사장치(10)에서 분사되는 가스로 이산화탄소가 채용되면, 가스막을 형성하여 물리적으로 카본(C)이 부착되는 것을 억제함과 동시에, 기 생성된 카본(C)의 화학적 제거가 함께 이루어질 수 있다. 더구나, 공정에서 폐가스로 배출되는 이산화탄소를 자원화하여 유효하게 이용할 수 있게 됨은 물론, 미활용되는 카본을 회수할 수 있는 효과를 얻을 수 있게 된다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스분사장치의 작동상태를 도시한 도면이다.

코크스로(1)의 상부에 형성된 복수의 장입구(3)를 통해 탄화실(2) 내에 장입된 석탄은 인접하는 연소실(4; 도 2 참조)로부터 전달된 열에 의해 건류되어 코크스가 된다. 건류에 의해 발생한 가스는 탄화실 내에 가스웨이(W)를 형성하면서 상승관(8; 도 2 참조)에 의해 가스 정제 설비로 보내어진다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스분사장치(10)에서는 불활성 가스나 반응 가스를 분사하여, 탄화실(2)의 벽면에 가스막을 형성함으로써, 휘발성 물질 및 미분탄 입자가 코크스로(1)의 벽면에 부착되는 것을 예방할 수 있다. 이때, 분사구(12)는 벽면(6)과 평행한 방향으로, 그리고 가스웨이(W)의 역방향으로 가스를 분사하게 된다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스분사장치(10)는 그 본체(11)가 상하로 길게 연장하면서 벽면에 인접하여 설치되기 때문에, 가스웨이(W)의 벽면에 생성된 카본(C)과 가스 간 넓은 접촉 면적을 형성하여 반응 가스의 전환 효율을 상승시키는 데에 기여한다.

더구나 카본의 제거 효율을 향상시키기 위해서는 반응 가스의 온도 상승이 필수적인데, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스분사장치(10)가 탄화실(2)의 내부에서 가장 온도가 높은 부분을 지나가고 있기 때문에 그 본체(11)를 관통하는 반응 가스를 탄화실 내에서 효율적으로 예열할 수 있게 되는 것이다.

이로써, 이미 부착되어 있는 카본은 가스와 화학적으로 반응하여 우수한 효율로 제거될 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스분사장치(10)에서, 도 4에 도시된 바와 같이 분사구(12)는 수직한 본체(10)의 길이방향 축선에 대해 20 ~ 40^o 의 각도를 갖도록 가스, 특히 이산화탄소를 분사하는 것이 적절하다.

가스가 수직선에 대해 0 ~ 20^o 사이의 각도로 분사될 경우, 취입된 가스가 건류 코크스와 직접 접촉하여 코크스의 생산 효율이 저하되고 이산화탄소 등과 같은 반응 가스의 전환율도 떨어지는 현상이 발생한다.

반면에, 수직선에 대해 40^o 이상의 각도로 가스가 분사될 경우, 취입된 가스가 탄화실의 상부 또는 벽면과 충돌할 가능성이 높아지고, 이에 따라 운동량이 손실되게 된다.

이상과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 가스분사장치에 의하면, 기존의 제거 방법보다 효율이 우수하게 카본을 제거할 수 있음과 동시에 카본의 형성을 억제할 수 있으며, 이로 인해 탄화실의 열효율을 증대시키고 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있게 된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 코크스로 2: 탄화실
3: 장입구 4: 연소실
5: 장입구 프레임 6: 벽면
7: 장입구 뚜껑 8: 상승관
10: 가스분사장치 11: 본체
12: 분사구 13: 핀(fin)부재
20: 가스공급라인

Claims

코크스로의 장입구에 설치되어 아래로 연장한 본체; 및
상기 본체의 하단에서 상기 본체의 길이방향 축선에 대해 경사지게 형성되어, 상기 본체를 관통한 가스를 분사하는 분사구
를 포함하는 가스분사장치.
제1항에 있어서,
상기 본체는 상기 코크스로의 벽면을 구성하는 내화물에 인접하여 설치되는 것을 특징으로 하는 가스분사장치.
제2항에 있어서,
상기 분사구는 상기 벽면과 평행한 방향으로 상기 가스를 분사하는 것을 특징으로 하는 가스분사장치.
제3항에 있어서,
상기 분사구는, 상기 코크스로 내에서 건류에 의해 발생한 가스에 의해 형성된 가스웨이의 역방향을 향해 상기 가스를 분사하는 것을 특징으로 하는 가스분사장치.
제4항에 있어서,
상기 분사구는 상기 본체의 길이방향 축선에 대해 20 ~ 40^o 의 각도를 갖도록 상기 가스를 분사하는 것을 특징으로 하는 가스분사장치.
제1항에 있어서,
상기 본체에는 열교환용 핀(fin)부재가 장착된 것을 특징으로 하는 가스분사장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스는 불활성 가스 또는 반응 가스인 것을 특징으로 하는 가스분사장치.
제7항에 있어서,
상기 가스는 이산화탄소를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스분사장치.