KR20200045113A - 베인장치 및 고로가스 함유물 처리장치 - Google Patents

Abstract

노정압 발전에 공급되는 고로가스에 포함된 더스트나 더스트 입자를 포함하는 수분을 효과적으로 처리 가능하게 하여, 적어도 터빈의 발전 출력의 저하 요인들을 줄이는 한편, 터빈 블레이드의 침식을 방지하는 등의 설비 안정성을 향상시키는 베인장치 및 고로가스 함유물 처리장치가 제공된다.
상기 본 발명의 고로가스 함유물 처리장치는, 고로가스 배관에 제공되는 베인장치;과, 상기 베인장치의 하측에 제공되는 고로가스 함유물 처리수단; 및, 상기 고로가스 함유물 처리수단의 하류측에 제공되는 고로가스 함유물 배출수단;을 포함하여 구성될 수 있다.

Description

베인장치 및 고로가스 함유물 처리장치{VANE DEVICE AND APPARATUS FOR TREATING INCLUSIONS CONTAINED IN BLAST FURNACE GAS}

본 발명은 베인장치 및 고로가스 함유물 처리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 적어도 노정압 발전에 공급되는 고로가스에 포함된 더스트(dust)나 더스트 입자를 포함하는 수분(mist) 등의 고로가스 함유물을 효과적으로 처리 가능하게 하면서, 추가로 이들 함유물의 회수율도 높여, 궁극적으로 터빈 발전 출력의 저하 요인들을 줄이고, 설비 안정성도 향상시키는 베인장치 및 고로가스 함유물 처리장치에 관한 것이다.

선철을 생산하는 용광로인 고로는 코크스, 소결광, 고온 공기 등을 기반으로 다양한 부원료를 이용하여 용융 선철을 생산하는데, 이때 그 부산물로 용융 슬래그와 고로가스가 배출되고, 용융 슬래그는 냉각을 거쳐 노반재 등으로 사용된다.

한편, 고로가스는 고로 상부에서 2~3bar의 압력과 130~200^oC의 온도로 발생되는데, 이와 같은 고로가스는 함유물 예컨대, 다량의 더스트와 더스트 입자를 포함하는 수분(미스트) 등을 포함하고 있어, 제진 설비들을 거쳐 이들을 처리하게 된다.

그리고, 이와 같은 고로가스는 노정압 발전기가 있는 터빈에 공급되어 발전에 이용될 수 있다.

한편, 제진 설비들을 통과한 고로가스의 제진이 이루어져도, 노정압발전으로 유입되는 고로가스의 더스트 기준을 만족하지 못하는 경우가 빈번하게 발생되는 실정이었고, 이에 제진설비를 통과한 후의 고로가스의 추가 처리를 위한 기술이 알려져 있다.

예를 들어, 베인(vane)을 기반으로 더스트나 수분 등의 고로가스 함유물의 처리를 위한 기술이 알려져 있으나, 이들 기술은 단순하게 베인을 이용할 뿐이어서, 터빈의 가동 효율을 극대화하기 위한 베인의 최적화 설계가 더 요구되어 왔고, 고로가스가 베인을 통과한 후에 더스트나 수분 등의 함유물을 추가 처리하여 적어도 이들의 회수율을 높이기 위한 고로가스 함유물 처리기술이 요구되어 왔다.

한편, KR 10-2004-0056333 A (2004.06.30)에서는 고로가스 제진설비인 비숍 스크러버의 후단에 설치되어 더스트를 포함하는 입자상의 물을 제거하는 베인을 기반으로 하는 기술이 개시되나, 단지 베인만을 개시할 뿐, 상기와 같은 베인의 최적화 설계와는 무관하고, 베인을 통과한 후의 더스트 등의 고로가스 함유물을 추가로 처리하는 관련 기술도 개시되지 않는 것이다.

KR 10-2004-0056333 A (2004.06.30)

본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서 그 목적은, 적어도 노정압 발전에 공급되는 고로가스에 포함된 더스트(dust) 또는/및 더스트 입자를 포함하는 수분(mist) 등의 고로가스 함유물을 효과적으로 처리 가능하게 하면서, 추가로 고로가스 함유물의 회수율도 높여, 궁극적으로 터빈 발전출력의 저하 요인들을 줄이고, 터빈 블레이드의 침식 등을 방지하여 설비 안정성도 향상시키는 베인장치 및 고로가스 함유물 처리장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 일 측면으로서, 본 발명의 베인장치는, 고로가스 배관에 제공되는 장치 몸체부; 및, 상기 장치 몸체부에 복수개 제공되는 베인; 을 포함하여 구성되되, 상기 베인은 설정된 각도 및 높이를 갖고, 상기 장치 몸체부의 내경에 대응되는 설정된 직경을 갖는 베인이 없는 중공부;를 더 포함하여 구성될 수 있다.

바람직하게는, 장치가 노정압 발전용 터빈의 입구측 고로가스 배관에 제공되되, 상기 베인은 4∼8개가 제공되고, 상기 베인의 각도는 30∼60°로 이루어 지며, 상기 베인의 높이는 상기 장치 몸체부의 내경에 대응하는 범위로 형성될 수 있다.

더 바람직하게는, 상기 베인의 높이 L=(0.2∼0.7)*D1 이고, 상기 중공부의 직경 D2=(0.2∼0.7)*D1 로 형성되며, 여기서 상기 D1은 상기 장치몸체부의 내경일 수 있다.

그리고, 기술적인 다른 측면으로서, 본 발명의 고로가스 함유물 처리장치는, 고로가스 배관에 제공되는 베인장치;와, 상기 베인장치의 하측으로 베인을 통과한 고로가스 함유물을 추가로 처리토록 제공된 고로가스 함유물 처리수단; 및, 상기 고로가스 함유물 처리수단의 하류측에 제공되는 고로가스 함유물 배출수단;을 포함하여 구성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 고로가스 함유물 처리수단은, 상기 베인장치의 하측으로 상기 고로가스 배관의 내면에 방사방향으로 하나 이상 수직하게 제공되되, 압력 손실을 방지하기 위한 하나 이상의 개구를 구비하는 고로가스 함유물 충돌판;을 포함할 수 있다.

이때, 상기 고로가스 함유물 충돌판은, 고로가스 배관의 내면에 용접되거나, 상기 고로가스 배관에 형성된 개구부를 통하여 제공되되, 상기 고로가스 함유물 충돌판은 조립되는 부착판이 상기 고로가스 배관의 외면에 고정되거나 분리 가능하게 제공될 수 있다.

더 바람직하게는, 상기 고로가스 함유물 처리수단은, 상기 베인장치의 하측으로 상기 고로가스 배관의 내면 상에 제공되는 고로가스 함유물 부착판;을 포함할 수 있다.

더 바람직하게는, 상기 고로가스 함유물 처리수단은, 상기 베인장치의 하측으로 상기 고로가스 배관의 내면 상에 제공되는 고로가스 함유물 유도판;을 포함할 수 있다.

더 바람직하게는, 상기 고로가스 함유물 유도판은, 고로가스 함유물의 유도를 위하여 코팅되거나, 골을 더 포함할 수 있다.

더 바람직하게는, 상기 고로가스 함유물 부착판 또는, 상기 고로가스 함유물 유도판은, 상기 고로가스 배관의 내면을 적어도 일부분 포위하면서 플랜지 체결을 통하여 고로가스 배관에 분리 가능하게 제공될 수 있다.

또한, 상기 고로가스 함유물 배출수단은, 상기 고로가스 함유물 처리수단의 하측으로 상기 고로가스 배관의 만곡부에 연결되고, 배출 콘트롤 밸브와 펌프가 연계되어 상기 배관 만곡부에 누적된 고로가스 함유물을 배출하는 배출라인;을 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 고로가스 함유물은 더스트와 더스트 입자를 포함하는 수분일 수 있다.

더 바람직하게는, 상기 베인장치는 상기 기술적인 일 측면의 베인장치로 제공될 수 있다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 최적화 설계된 베인장치를 통하여, 고로가스의 선회류를 발생시키어 더스트 단독 또는 더스트 입자가 포함된 수분(미스트)이 포집된 상태로 배관의 내면(벽면)에 부착되면서, 보다 큰 제진효과를 제공할 수 있다.

더하여, 본 발명은 베인장치를 통과한 후에도 더스트나 수분 등의 고로가스 함유물의 추가 처리룰 통하여, 고로가스 함유물의 회수율을 높이고, 회수된 고로가스 함유물 등의 배관 외부로의 배출도 용이하게 하는 효과를 제공할 수 있다.

그리고, 터빈의 고정익과 회전익에 부착되는 더스트 량을 크게 감소시키기 때문에, 유로감축 현상 완화 및 유동교란 완화에 따른 발전출력 하락 정도를 지연시켜 전체적으로는 발전 출력의 증대나 설비 수명을 연장하는 효과를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 베인장치가 설치되는 고로가스 라인의 전체 구성을 도시한 개략도
도 2는 본 발명에 따른 베인장치가 도 1의 고로가스 배관의 'A' 부분에 설치되는 상태를 도시한 정면 구성도
도 3은 본 발명의 베인장치의 고로가스 배관의 다른 설치 상태를 도시한 정면 구성도
도 4는 본 발명의 베인장치를 도시한 개략 사시도
도 5는 본 발명에 따른 고로가스 함유물 처리장치의 전체 구성을 도시한 구성도
도 6는 도 5의 장치에서 본 발명에 따른 고로가스 함유물 처리장치의 일 실시예를 도시한 정면 구성도
도 7은 도 6의 장치에서 고로가스 함유물 충돌판을 도시한 개략 평면도
도 8은 도 7의 고로가스 함유물 충돌판을 도시한 분해 사시도
도 9는 본 발명의 고로가스 함유물 처리장치의 다른 실시예들을 도시한 정면 구성도
도 10은 도 9의 장치에서 고로가스 함유물 부착판을 도시한 일부 사시도
도 11은 도 9의 장치에서 고로가스 함유물 유도판을 도시한 일부 정면 구성도
도 12는 도 11의 고로가스 함유물 유도판의 다른 실시예를 도시한 일부 사시도

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.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

먼저, 도 1에서 도시한 바와 같이, 선철을 생산하는 용광로인 고로(10)는 코크스, 소결광, 고온 공기 등을 기반으로 다양한 부원료를 이용하여 용융 선철을 생산하고 그 부산물인 용융 슬래그와 고로가스(G)가 배출된다.

이와 같은 고로가스는 도 1과 같이, 고로(10)의 상부에서 2~3bar의 압력과 130~200℃의 온도로 발생하는데, 더스트를 다량으로 포함하고 있기 때문에 더스트 갭쳐(dust catcher)(20)와 비숍 스크러버(vischoff scrubber)(30)와 디미스터(demister)(40) 등의 습식 제진설비를 거치게 된다.

그런데, 이와 같은 습식 제진설비가 이용되지만, 도면에서 도시하지 않은 백필터(bag filter)를 기반으로 하는 건식 제진설비가 운용되기도 한다.

한편, 더스트 갭쳐(20)는 비교적 큰 입자의 중력을 이용하여 제거하는 설비로 싸이클론(cyclone)이 이용되기도 하고, 비숍 스크러버(30)는 물을 공급하여 물에 입자들이 포집되도록 하여 제거하는 설비로서 물의 공급량과 차압정도에 따라 제거율을 결정된다.

그리고, 이와 같은 물의 입자는 디미스트(40)에서 제거함으로써, 고로가스에 포함된 함유물인 더스트와 더스트 입자를 포함하는 수분(미스트)의 제거(처리)가 완료된다.

이후, 도 1과 같이, 고로가스(G)는 고로가스 배관(50)을 통하여 노정압 발전기가 있는 터빈(60)에 공급하여 고로가스를 상압수준으로 팽창시켜 발전하게 되는데, 고로가스의 터빈(60)에 고로가스를 공급하기 위하여는 여러 개의 밸브들을 거치게 된다.

예를 들어, 고로가스 배관(라인)(50)에 설치되는 터빈 입구측 밸브(inlet valve)(72)와 터빈 입구측 셧오프 밸브(inlet shutoff valve)(74)와 터빈측 셧오프 밸브(turbine shutoff valve)(76), 터빈측 콘트롤 밸브(turbine control valve)(78) 및, 터빈 출구측(후방측)의 셧오프 밸브(oultet shutoff valve)(80) 등이다. 이와 같은 밸브들은, 예를 들어 터빈의 안정적 운용과 수리과정에 필요한 밸드들일 수 있다.

또한, 노정압 발전의 터빈(60)이 운용되는 경우에는 터빈 입구측 밸브(72)를 열고 고로가스 배관(50)에 제공된 바이패스 밸브(bypass valve)(82)를 닫고, 바이패스 콘트롤 밸브(bypass control valve)(84)의 개도를 이용하여 고로의 압력을 유지하는 제어를 실시하게 된다.

또한, 노정압 발전이 운용되지 않는 경우에는 터빈(60)으로 고로가스가 통입되지 않아야 하므로, 터빈 전단의 밸브들을 모두 닫고, 바이패스 밸브(82)를 개방하면서 바이패스 콘트롤 밸브(84)를 이용하여 고로내 압력을 제어하게 되는 것이다.

한편, 노정압 발전에서 발전량 증대를 위해서는 습식 제진설비인 비숍 스크러버(30)에 공급하는 물의 량의 줄여 고로 가스의 온도저하를 줄이고, 차압을 줄이는 운용이 필요하다.

그런데, 고로가스가 상기 더스트 갭쳐(20)와 비숍 스크러버(30)를 거치더라도 노정압발전으로 유입되는 고로가스의 더스트 기준을 만족하지 못하는 경우가 빈번하게 발생된다.

따라서, 노정압 발전의 터빈(60)에 유입되는 더스트가 고정익과 회전익에 부착되면서 터빈내 유동교란, 유로 감축에 따른 차압증가 등에 의한 터빈출력 저하가 지속적으로 증가함은 물론 습식 제진의 경우 수분을 다량 함유하고 있기 때문에 수분응축에 따라 터빈의 로터 블레이드(rotor blade)의 침식 등으로 설비 안정성은 물론 일부 출력 감소요인이 있다.

이에 따라서, 고로 노정압 발전에 공급되는 고로가스의 더스트와 수분 등의 함유물을 추가 제거함으로써, 터빈 발전의 출력 저하 요인을 줄이고 블레이드 등의 침식을 방지하여 설비 안정성을 향상시키도록 하는, 이하에서 보다 상세하게 설명하는 본 발명의 최적화 설계된 베인장치 및 고로가스 함유물 처리장치가 필요한 것이다.

이에, 이하에서는 본 발명에 따른 베인 장치(100) 및, 고로가스 함유물 처리장치(200)에 대하여 순차로 상세하게 살펴본다.

먼저, 도 2 내지 도 4에서는 본 발명에 따른 베인장치(100)를 도시하고 있다.

한편, 이하의 본 실시예 설명에서는 본 발명의 베인장치(100)가 도 1에서와 같이 고로 노정압 발전용 터빈(60)의 입구측 고로가스 배관(5)의 'A' 부분에 설치되는 것으로 설명하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 도 1에서 설명한 습식 제진설비들(20)(30)(40)의 하류측(후방측)에 배치되어 고로가스(G)에 포함된 더스트나 더스트 입자를 포함한 수분(미스트)을 추가로 처리하도록 제공될 수 있다.

다만, 이하의 본 실시예 설명에서는, 더스트 단독이나 더스트 입자를 포함한 수분(미스트)을 포함하여 일괄적으로 고로가스 함유물(D)로 설명한다.

다음, 도 2 및 도 3에서는 본 발명 배인장치(100)의 고로가스 배관(50)의 설치 상태를 도시하고 있다.

예를 들어 도 2와 같이 고로가스 배관(50)을 일부 절개한 절개부(56)에 베인장치(100)를 삽입하고, 용접(W)을 통하여 베인장치(100)를 고로가스 배관(50)으로 원하는 위치에 설치할 수 있다.

또는, 도 3과 같이, 배관 절개부(56)에 제공된 플랜지(F)와 베인장치(100)에 제공된 플랜지(F)를 볼트(미도시) 체결하는 방식으로 베인장치를 고로가스 배관의 원하는 위치에 설치할 수 있다.

이에, 이하의 본 실시예 설명에서는 플랜지들은 도면부호 'F'로 일괄하여 표시한다.

한편, 도 2 내지 도 4와 같이, 고로가스 배관(50)의 원하는 위치(도 1의 터빈(60)의 입구측 고로가스 배관(50)의 'A' 부분 등)에 제공되는 본 발명의 베인장치(100)는, 앞에서 설명한 바와 같이, 용접(W)이나 플랜지(F) 체결 방식으로 고로가스 배관(50)의 절개구(56) 사이에 제공되는 장치 몸체부(110) 및, 상기 장치 몸체부(110)에 복수개 제공되는 베인(130)을 기반으로 제공될 수 있다.

그런데, 바람직하게는 본 발명의 베인장치(100)는 고로 노정압 발전용 터빈(60)의 효율을 극대화하기 위하여 최적화 설계되는 것인데, 예를 들어 본 발명 베인장치(100)의 상기 베인(130)은 설정된 개수와 설정된 각도(α) 및 설정된 높이(L)를 갖으면서 제공될 수 있다.

이때, 바람직하게는, 본 발명의 베인장치(100)는, 도 2 내지 도 4와 같이, 상기 베인(130)들의 간격(틈새)으로 고로가스 함유물(D)이 메워지는 경우 터빈(60)으로 공급되는 고로가스(G)의 과도한 압력손실을 방지토록, 베인이 없는 중공부(150)를 더 포함하는데, 이와 같은 본 발명 베인장치(100)의 중공부(150)는, 상기 장치 몸체부(110)의 내경(D1)에 대응되는 설정된 직경(D2)을 갖는다.

따라서, 상기한 바와 같이, 본 발명의 베인장치(100)는 고로가스 배관(50)에 단순하게 제공되기 보다는, 터빈(60)의 가동 효율을 극대화하거나 설비 수명을 연장시키는 최적화 설계를 반영하고 있는 것이다.

이때, 도 3과 같이, 상기 베인(130)은 4∼8개가 제공되는 것이 바람직한데, 예를 들어 베인(130)의 설치 개수(숫자)가 너무 많으면 고로가스가 통과하면서 고로가스 함유물(D)을 배관(50)의 내면(벽면)(52)을 향하도록 하는 선회류를 형성하는 유동성은 향상되나, 베인장치(100)의 장기운용시 베인(130)의 더스트 부착에 따른 베인(130)간 간격(틈새)이 좁아져, 터빈에 공급되는 고로가스의 압력손실이 과도하게 증가할 수 있어, 상기 베인(130)의 설치 개수는 4∼8개가 적당하다.

예를 들어, 상기 베인의 설치 개수가 4개 보다 적으면, 베인을 통과하는 고로가스(G)에 포함된 더스트 또는 수분 등의 고로가스 함유물(D)을 고로가스 배관(50)의 내면(벽면)(52)측으로 유동시키는 유동성(선회류) 효과가 낮아지고, 반대로 베인(130)의 설치개수가 8개 보다 많으면, 베인(130)들의 간격이 좁아져 부착되는 더스트로 인하여 베인사이의 틈새가 쉽게 메워지고, 이는 고로가스의 통과를 방해하여 고로가스의 압력손실이 과도하게 증대되고, 이는 결국 터빈(60)의 가동 효율에 영향을 미치게 된다.

한편, 본 발명의 베인장치(100)에서 상기 베인(130)의 각도(α)는 30∼60°로 이루어 지는 것이 바람직한데, 예를 들어 베인(130)의 각도(α)는 고로가스의 압력손실과 고로가스 함유물(D) 즉, 더스트 제거율에 직접적인 영향을 준다.

그런데, 베인(130)의 각도(α)가 증가하면 압력손실 증가에 의해 터빈(60)의 발전출력은 감소하게 되지만 더스트 제거율은 향상되는 상반된 기능을 한다.

즉, 상기 베인(130)의 각도(α)가 30°보다 작으면 더스트 제거율이 30%이하로 감소하고, 반대로 베인(130)의 각도(α)가 60°보다 크면, 고로가스의 압력손실이 베인장치가 없는 경우에 대비하여 8배나 증가하는데, 예를 들어 1000mmAq 이상의 압력손실이 증가하며, 결국 20MW 노정압발전 설비에서는 1MW수준의 발전량 손실이 발생하게 된다. 바람직하게는 상기 베인(130)의 각도(α)는 40∼50°일 수 있다.

그리고, 도 2 및 도 3에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 베인장치(100)에서 상기 베인(130)의 높이(L)는 상기 장치 몸체부(110)의 내경(D1)에 대응하는 범위로 제공될 수 있는데, 바람직하게는 상기 베인(130)의 높이 L=(0.2∼0.7)*D1 일 수 있고, 여기서 상기 D1은 베인장치(100)의 장치 몸체부(110)의 내경이다.

예를 들어, 상기 베인(130)의 높이(L)가 D1의 0.2 배 보다 낮으면, 압력손실은 감소하나 반대로 더스트 제거율이 과도하게 하락하고, 상기 베인(130)의 높이(L)가 D1의 0.7 배 보다 높으면 더스트 선회류 형성에 유리하여 더스트 제거율은 상승하나, 압력손실은 과도하게 증가하게 된다. 바람직하게는 상기 베인(130)의 높이(L)는 D1의 0.5 배 정도이다.

다음, 본 발명의 베인장치(100)는, 베인이 없는 중앙측의 중공부(150)를 더 포함할 수 있다.

이와 같은 본 발명의 베인이 없는 중공부(150)는 더스트가 누적 부착되어 베인(130)사이의 틈새(간격)가 메워지는 경우 고로가스가 통과하도록 하여 과도한 압력 손실이 발생되지 않도록 하는 것인데, 바람직하게는, 상기 중공부(150)의 직경 D2=(0.2∼0.7)*D1 일 수 있다. D1은 앞에서 설명한 바와 같이, 장치 몸체부(110)의 내경이다.

예를 들어, 베인이 없는 중공부(150)의 직경 D2가 D1의 0.2 배 보다 작으면, 고로가스가 통과하는 량이 적어져, 압력손실이 증가하는 문제가 발생하고, 상기 중공부(150)의 내경 D2가 D1의 0.7 배 보다 크면, 더스트 제거율이 과도하게 하락하는 문제가 발생된다. 바람직하게는 상기 중공부(150)의 내경 D2는 D1의 0.5 배 정도일 수 있다.

이에 따라서, 본 발명의 베인장치(100)는 기존에 단지 베인을 이용하는 것에 비하여, 베인(130)의 높이, 각도, 설치개수 및, 중공부(150)의 직경 등이 최적화 설계되기 때문에, 보다 더스트 등의 처리(제거) 효율이 높고, 궁극적으로 노정압 발전용 터빈(60)의 가동효율을 극대화하고 그 설비 수명도 연장시키는 것을 가능하게 할 것이다.

다음, 본 발명의 고로가스 함유물 처리장치(200)에 대하여 상세하게 살펴본다.

먼저, 도 5에서는 본 발명에 따른 고로가스 함유물 처리장치(200)의 전체 구성을 도시하고 있다.

즉, 도 5와 같이, 본 발명의 고로가스 함유물 처리장치(200)는, 예컨대 도 1의 'A' 부분의 고로가스 배관(50)에 제공되는 베인장치와, 상기 베인 장치의 하측에 제공되는 고로가스 함유물 처리수단(210) 및, 상기 고로가스 함유물 처리수단 (210)의 하류측에 제공되는 함유물 배출수단(230)을 포함하여 구성될 수 있다.

한편, 상기 고로가스 함유물(D)은 더스트 단독 또는/및 더스트 입자를 포함하는 수분(미스트) 일 수 있다. 다만 본 실시예에서는 앞에서 설명한 바와 같이, 일괄하여 고로가스 함유물(D)이라 설명한다.

이때, 본 발명의 고로가스 함유물 처리장치(200)는, 도 1의 'A' 부분의 고로가스 배관(50)에 제공될 수 있는데, 예를 들어 본 발명의 고로가스 함유물 처리장치(200)는 고로가스 배관(50)의 제거부분(50')에 대체되어 플랜지(F)들을 기반으로 연결되는 상,하부 만곡부(50a)(50b)사이의 직관부(50c)에 플랜지(F)를 기반으로 베인장치(100)와 고로가스 함유물 처리수단(210)이 연계 제공될 수 있고, 상기 고로가스 함유물 배출수단(230)은 하부의 고로가스 배관의 만곡부(50b)측에 제공될 수있다.

바람직하게는, 상기 베인장치는 앞의 도 2 내지 도 4에서 설명한 최적화 설계된 본 발명의 베인장치(100)로 제공될 수 있다.

물론, 본 발명의 고로가스 함유물 처리장치(200)가 반드시 앞의 도 2 내지 도 4의 본 발명 베인장치(100)로 한정되어야 하는 것은 아니고, 고로가스 함유물(D)을 배관(50)의 내면(벽면)(52)으로 향하도록 유동(선회류)을 형성하는 베인을 포함하는 장치이면 적용 가능할 것이다.

그리고, 도 5에서 도시한 바와 같이, 고로가스 배관(50)의 만곡부(50a)(50b)와 직관부(50c)들은 플랜지(F)를 기반으로 연결될 수 있고, 이와 같은 본 발명의 고로가스 함유물 처리장치(200)가 설치되는 고로가스 배관(50)에는, 처리장치의 보수시 고로가스를 이동시키는 바이패스 배관(240)이 제공될 수 있다.

물론, 상기 고로가스 배관(50)과 만곡부(50a)(50b) 및, 바이패스 배관(240)에는 고로가스 유동을 조정하는 밸브(202)(204)(242)들이 제공될 수 있다.

다음, 도 5에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 고로가스 함유물 처리장치(200)의 상기 고로가스 함유물 배출수단(230)은, 상기 고로가스 함유물 처리수단(210)의 하류측으로 상기 고로가스 배관(50)의 하부 만곡부(50b)에 연결되고, 배출 콘트롤 밸브(232)와 펌프(234)가 연계되어 처리되는 고로가스 함유물(D)을 외부 배출하는 배출라인(236)을 포함한다.

따라서, 다음의 도 6 내지 도 12에서 상세하게 설명하는 본 발명의 고로가스 함유물 처리수단(210)을 통하여 처리된(제거된) 더스트와 수분 등의 고로가스 함유물(D)은 고로가스 배관(50)의 하부 만곡부(50b)에 모이게 되고, 이때 배출 콘트롤 밸브(232)와 펌프(234)의 가동시 배출라인(236)을 통하여 외부 배출 처리될 수 있다.

물론, 이와 같은 배출은 바이패스 배관(240)을 통하여 고로가스(G)를 일시적으로 통과시키는 상태에서 가동될 수 있어, 터빈(60)으로의 고로가스 공급을 전면적으로 차단하지 않아도 될 것이다.

다음, 도 5에서는 다음에 상세하게 설명하는 본 발명의 고로가스 함유물 처리수단(210)의 고로가스 함유물 충돌판(212), 고로가스 함유물 부착판(218) 및 고로가스 함유물 유도판(220)들을 하나의 장치에 도시하고 있다.

이에, 이하에서는 본 발명의 고로가스 함유물 처리장치(200)의 상기 고로가스 함유물 처리수단(210)의 여러 실시예들을 상세하게 살펴본다.

먼저, 도 5 내지 도 8에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 상기 고로가스 함유물 처리수단(210)은, 상기 베인장치(100)의 하측으로 상기 고로가스 배관(50)의 직관부(50c)에 방사방향으로 하나 이상 제공된 고로가스 함유물 충돌판(212)을 포함할 수 있다.

이때, 도 6 및 도 7과 같이, 상기 고로가스 함유물 충돌판(212)은, 압력 저하를 방지하기 위한 하나 이상의 개구(214)들을 더 포함할 수있는데, 도면에서는 원형의 개구(214)를 도시하였지만, 사각형, 타원형 등의 다른 형태의 개구를 포함하는 것도 가능한다.

따라서, 베인장치(100)를 통과하여 선회류가 형성되어 배관(50)의 내면(52)(벽면)으로 유동되는 더스트 등의 고로가스 함유물(D)은 배관의 방사방향으로 수작하게 제공된 상기 충돌판(212)에 충돌하면서, 더스트 등의 회수율(처리율)을 높일 수 있을 것이다.

물론, 상기 고로가스 함유물 처리수단(210)의 일 실시예인 충돌판(212)의 폭과 길이 등은 배관 내경 등을 고려하여 적절하게 조정할 있고, 배관 길이방향으로 각도를 가지고 배치되는 것도 가능하다.

한편, 도 6 및 도 7과 같이, 상기 충돌판(212)은 플랜지(F)를 기반으로 고로가스 배관(50)에 제공되는 베인장치(100)의 설치전에 배관(50)의 내면(52)에 용접 등으로 고정 설치될 수 있다. 예를 들어 고로가스 배관(50)은 상당한 직경을 갖는 배관일 수 있어 충돌판의 용접 설치는 가능할 것이다.

또는, 도 8과 같이, 상기 충돌판(212)은 고로가스 배관(50)에 형성된 개구부(56)를 통하여 배관의 내면 상에 수직하게 배치되는 것도 가능할 것이다.

예를 들어, 상기 고로가스 배관(50)의 개구부(56)를 통과하는 상기 고로가스 함유물 충돌판(212)에 부착된 호형의 조립판(216)이 상기 고로가스 배관(50)의 외면(54)에 고정되어, 상기 충돌판(212)은 필요시 분리 가능하게 제공될 수 있다.

이때, 상기 조립판(216)은 배관과 조립판에 형성된 볼트 체결구멍(h)을 기반으로 볼트 조립되거나, 훅크 체결되는 스틸밴드(B)를 이용하여 고로가스 배관(50)의 외측에 고정될 수 있다.

다음, 도 9 및 도 10에서 도시한 바와 같이, 다른 실시예로서 상기 고로가스 함유물 처리수단(210)은, 상기 베인장치(100)의 하측으로 상기 고로가스 배관(50)의 내면(52)을 적어도 일부분 포위하도록 제공되는 고로가스 함유물 부착판(218)으로 제공될 수 있다.

즉, 도 10과 같이, 상기 고로가스 함유물 부착판(218)은 볼트 체결구멍(h)들이 형성된 플랜지(F)가 상부에 제공되는 반 원형의 부착판으로 제공되면, 표면에는 고로가스 함유물(D)의 더스트 등이 잘 부착될 수 있게 하는 널링부(N)가 형성될 수 있다.

따라서, 도 9 및 도 10과 같이, 상기 고로가스 함유물 부착판(218)은 베인장치(100)의 배관(50) 설치시 베인장치의 플랜지(F)와 배관(50)의 플랜지(F)사이에 플랜자(F)부분이 체결되어 2개의 반원형 부착판(218)들이 배관 내부에 필요시 분리 가능하게 제공되는 것이다.

이와 같이, 고로가스 함유물 부착판(218)은 배관(50)의 내면(52)을 포위하므로, 베인장치(100)를 통과하여 배관의 내면(52)을 향하여 유동되는 더스트 등이 부착되고, 부착판(218)의 배관 분리시 더스트 들의 처리를 용이하게 할 것이고, 결과적으로 더스트 등의 고로가스 함유물(D)의 회수율을 높일 것이다. 그리고 고로가스 배관에 더스트 등이 부착되는 것을 차단하여 배관의 수명도 연장시킬 것이다.

다음, 도 9 및 도 11과 같이, 또 다른 실시예의 상기 고로가스 함유물 처리수단(210)은, 베인장치(100)의 하측으로 상기 고로가스 배관(50)의 내면(52)을 적어도 일부분 포위하도록 제공되는 고로가스 함유물 유도판(220)을 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 고로가스 함유물 유도판(220)은, 고로가스 함유물(D)의 강제 유도를 위하여 코팅층(222)을 포함할 수 있다.

즉, 도 5와 같이, 상기 유도판(220)의 코팅층(222)은 배관 내면을 향하는 더스트 등의 고로가스 함유물(D)이 원활하게 아래로 흘러내리게 하여 하부 만곡부(50b)에 쉽게 모이게 하고, 이때 앞에서 설명한 배출수단(230)을 통하여 쉽게 외부 배출시키게 할 것이다.

한편, 도 1에서 고로가스 배관(50)의 본 발명 장치가 설치되는 터빈(60) 입구측의 'A'부분의 고로가스 온도는 대략 80℃ 이하이므로, 상기 코팅층(222)은 알려진 수지 코팅층을 형성하는 데에 어려움은 없을 것이다. 또는 코팅층 대신에 표면이 매끄러운 스테인레스 판 등의 사용도 가능할 것이다.

또는, 도 12에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 상기 유도판(220)은 골(224)들을 더 포함하는 것도 가능하고, 이와 같은 유도판의 골(224)은 고로가스 함유물(D)의 더스트나 더스트 입자를 포함하는 미스트(수분) 등이 아래로 잘 흐르게 유도하여, 고로가스 함유물의 회수율을 더 높일 것이다.

그리고, 도 9 및 도 11, 12와 같이, 본 발명의 유도판(220)도 부착판(218)과 마찬가지로 반원형 구조로서, 볼트 체결구멍(h)을 갖는 플랜지(F)를 통하여 베인장치(100)의 하측으로 배관(50)의 내면(52)을 포위하는 형태로 제공될 수 있다.

즉, 본 발명의 부착판(218)이나 유도판(220)은 가능한 베인장치(100)의 하측에 근접하여 배치되면서 배관의 내면을 향하여 유동하는 고로가스 함유물의 더스트 등이 부착되거나 아래로 흐르도록 유도되어, 더스트 등의 회수율(처리율)을 높이게 하는 것이다.

그리고, 도 5 내지 도 12와 같이, 본 발명의 상기 고로가스 처리수단(210)의 고로가스 함유물 충돌판(212), 부착판(218) 또는, 유도판(220)들은 필요시 배관(50)의 내측에 설치되거나 분리 가능하므로, 더스트 등의 고로가스 함유물이 부착 누적되어 고로가스의 유동을 방해하는 압력손실의 요인 발생을 방지 가능하게 할 것이다.

이에 따라서, 지금까지 설명한 본 발명의 최적화 설계된 베인장치(100)를 통하여, 고로가스에 선회류를 발생시키어 더스트는 단독 또는 더스트 입자가 미스트(water mist)(수분)에 포집된 상태로 배관(50)의 내면(벽면)(52)에 부착되면서, 큰 입자일수록 강한 원심력에 의해 큰 제진효과를 제공하게 한다.

예를 들어, 비숍 스크러버(vischoff scrubber) 하류측(후방측)의 고로가스에 포함된 더스트의 평균입경이 20㎜ 인 경우 대략 50%의 제진효과를 제공할 수 있고, 100㎜의 미스트(Water mist)는 70%의 제진효과를 제공할 수 있다.

더하여, 본 발명의 고로가스 함유물 처리수단(210)을 통하여, 베인장치를 통과한 더스트나 미스트 등의 고로가스 함유물의 추가 처리룰 구현하여 더스트 등의 회수율을 높이고, 고로가스 배관로부터의 회수된 고로가스 함유물 등의 배출 처리도 용이하게 할 것이다.

그리고, 터빈의 고정익과 회전익에 부착되는 더스트 량을 감소시키기 때문에, 유로감축 현상 완화 및 유동교란 완화에 따른 발전출력 하락 정도를 지연시켜 전체적으로는 발전 출력의 증대나 설비 수명을 연장하는 것을 가능하게 할 것이다.

예를 들어, 통상 더스트 부착 및 수분에 의해 침식 등으로 노정압발전은 1년마다 1~2MW의 출력감소가 있으나, 본 발명의 경우 더스트와 수분 등의 고로가스 함유물이 절반이상 감축되어, 기존 출력감소를 절반이하로 낮출 수 있게 할 것이다.

그리고, 본 발명은 베인장치를 설치함에 따라, 베인장치가 없는 경우에 비해 압력손실은 다소 증가할 수 있으나, 앞에서 상세하게 설명한 베인장치의 최적화 설계를 통하여, 베인장치를 구축하여도 50mmAq이내의 압력손실 증가만으로도 더스트 제거 효과는 충분하게 제공할 것이다.

통상 1000mmAq의 압력이 낮아지면, 발전출력이 1.0MW정도 낮아지므로 50mmAq의 압력손실 증가는 50kW의 발전출력 감소를 유발할 수 있으나, 더스트 및 (더스트입자를 포함하는) 미스트(수분) 제거에 의한 발전출력 상향이 매년 500~1000kW가 예상되고 장기운용시에는 그 폭이 누적되게 하는 충분한 효과를 제공할 것이다.

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 명세서 및 도면에 개시된 실시예들은 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.

50.... 고로가스 배관 60.... 터빈
100... 베인장치 110.... 장치 몸체부
130.... 베인 150.... 중공부
200.... 고로가스 함유물 처리장치 210.... 고로가스 함유물 처리수단
212.... 고로가스 함유물 충돌판 218.... 고로가스 함유물 부착판
220.... 고로가스 함유물 유도판 230.... 고로가스 함유물 배출수단
236.... 고로가스 함유물 배출라인

Claims (12)

1. 고로가스 배관에 제공되는 장치 몸체부; 및,
   상기 장치 몸체부에 복수개 제공되는 베인;
   을 포함하여 구성되되, 상기 베인은 설정된 각도와 높이를 갖고,
   상기 장치 몸체부의 내경에 대응되는 설정된 직경을 갖는 베인이 없는 중공부;를 더 포함하여 구성된 베인장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   장치가 노정압 발전용 터빈의 입구측 고로가스 배관에 제공되되,
   상기 베인은 4∼8개가 제공되고, 상기 베인의 각도는 30∼60°로 이루어 지며, 상기 베인의 높이는 상기 장치 몸체부의 내경에 대응하는 범위로 형성되는 베인장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 베인의 높이 L=(0.2∼0.7)*D1 이고, 상기 중공부의 직경 D2=(0.2∼0.7)*D1 로 형성되며, 여기서 상기 D1은 상기 장치몸체부의 내경인 베인장치.
   
4. 고로가스 배관에 제공되는 베인장치;
   상기 베인장치의 하측으로 베인을 통과한 고로가스 함유물을 처리토록 제공된 고로가스 함유물 처리수단; 및,
   상기 고로가스 함유물 처리수단의 하류측에 제공되는 고로가스 함유물 배출수단;
   을 포함하여 구성된 고로가스 함유물 처리장치.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 고로가스 함유물 처리수단은, 상기 베인장치의 하측으로 상기 고로가스 배관의 내면에 방사방향으로 하나 이상 수직하게 제공되되, 압력 손실을 방지하기 위한 하나 이상의 개구를 구비하는 고로가스 함유물 충돌판;
   을 포함하는 고로가스 함유물 처리장치.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 고로가스 함유물 충돌판은, 상기 고로가스 배관의 내면에 용접되거나,
   상기 고로가스 배관에 형성된 개구부를 통하여 제공되되, 상기 고로가스 함유물 충돌판은 조립되는 부착판이 상기 고로가스 배관의 외면에 고정되거나 분리 가능하게 제공되는 고로가스 함유물 처리장치.
   
7. 제4항에 있어서,
   상기 고로가스 함유물 처리수단은, 상기 베인장치의 하측으로 상기 고로가스 배관의 내면 상에 제공되는 고로가스 함유물 부착판;
   을 포함하는 고로가스 함유물 처리장치.
   
8. 제4항에 있어서,
   상기 고로가스 함유물 처리수단은, 상기 베인장치의 하측으로 상기 고로가스 배관의 내면 상에 제공되는 고로가스 함유물 유도판;
   을 포함하는 고로가스 함유물 처리장치.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 고로가스 함유물 유도판은, 고로가스 함유물의 유도를 용이토록 코팅되거나, 골을 더 포함하는 고로가스 함유물 처리장치.
   
10. 제7항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 고로가스 함유물 부착판 또는, 고로가스 함유물 유도판은, 상기 고로가스 배관의 내면을 적어도 일부분 포위하면서 플랜지 체결을 통하여 고로가스 배관에 분리 가능하게 제공되는 고로가스 함유물 처리장치.
    
11. 제4항에 있어서,
    상기 고로가스 함유물 배출수단은, 상기 고로가스 함유물 처리수단의 하측으로 상기 고로가스 배관의 만곡부에 연결되고, 배출 콘트롤 밸브와 펌프가 연계되어 상기 배관 만곡부에 누적된 고로가스 함유물을 배출하는 배출라인;
    을 포함하는 고로가스 함유물 처리장치.
    
12. 제4항에 있어서,
    상기 고로가스 함유물은 더스트와 더스트 입자를 포함하는 수분을 포함하고,
    상기 베인장치는 상기 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에서 기재된 베인장치로 제공되는 고로가스 함유물 처리장치.

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