KR20200122911A - 현열 회수 설비 및 현열 회수 방법 - Google Patents

현열 회수 설비 및 현열 회수 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제철소에서 발생되는 열을 회수하는 설비로서, 열을 회수하고자 하는 회수 대상체의 일측에 위치하며, 회수 대상체의 열이 흡수된 후에도 액상을 유지하는 작동 유체가 통과하는 열 회수 유로를 구비하는 열 회수 장치, 열 회수 유로로 공급하기 위한 작동 유체를 액상 상태로 저장하는 제 1 탱크 및 열 회수 유로로부터 배출된 작동 유체를 액상 상태로 저장하는 제 2 탱크를 포함한다.
따라서, 본 발명의 실시형태에 따른 열 회수 설비 및 열 회수 방법에 의하면, 제철소 내에서 발생하는 현열의 회수가 용이하며, 회수된 열을 이용하여 전기 에너지와 같은 다른 에너지를 생산할 수 있다.
또한, 실시예들에 따른 열 회수 장치는 개별적으로 이동이 가능하다. 이에, 제철소 내에서 현열이 발생되는 다양한 조업 위치로 열 회수 장치를 이동시켜 설치할 수 있다. 또한, 열 회수 장치를 복수개로 마련하고, 현열이 발생되는 서로 다른 위치에 동시 또는 분산 설치가 가능하다. 따라서, 제철소 내 현열, 특히 외기로 방출되는 현열을 효과적으로 회수할 수 있다.

Description

현열 회수 설비 및 현열 회수 방법{EQUIPMENT FOR SENSIBLE HEAT AND METHOD FOR SENSIBLE HEAT}
본 발명은 현열 회수 설비 및 현열 회수 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제철소에서 발생되는 현열의 회수가 용이한 현열 회수 설비 및 현열 회수 방법에 관한 것이다.
제철소 내에서는 다양한 조업에서 현열이 발생된다. 예컨대, 고로, 코크스 오븐, 전로 등에서 고온의 부생 가스가 발생된다. 또한, 고로에서 생성된 용선, 용선을 정련한 용강 등과 같은 액상물, 용선의 정련 중에 발생되는 슬래그(slag), 용강을 주조한 슬라브(slab)도 고온의 열을 가지고 있다.
고로, 코크스 오븐, 전로 등에서 발생된 고온의 부생 가스는 포집하여, 물 또는 유기랭킨(organic rankine)과 같은 작동 유체를 이용하여 열교환 시킴으로써 현열을 회수하고, 회수된 열을 이용하여 전기 에너지를 생산한다.
그런데, 용선, 용강, 용선의 정련 중에 발생된 슬래그(slag), 연속 주조 중이거나, 직전에 연속 주조가 종료된 슬라브 자체도 고온의 열을 가지고 있는데, 이 열은 포집하기 어렵고, 그대로 외기로 방출되기 때문에, 그 만큼의 현열이 회수되지 못한다.
또한, 제철소에서의 조업 대부분은 상시 가동되지 않고 비연속적으로 실시된다. 즉, 코크스 오븐의 동작, 고로에서의 용선 생산, 전로에서 용선 정련, 주조 장치에서의 슬라브 제조 등의 조업이 상시 실시되지 않고, 제철소 내 작업 환경, 고객사의 수요에 따라 비연속적으로 실시될 수 있다. 이에, 제철소 내에서 현열이 비연속적 또는 간헐적으로 발생된다.
한편, 물 또는 유기랭킨(organic rankine)을 이용하여 열 교환을 실시하면, 그 온도가 상승하여 기상 또는 스팀(steam)이 된다. 그런데, 상술한 바와 같이 제철소 내에서 현열이 비연속적으로 발생되는 경우, 현열 회수 조업을 연속적으로 실시할 수 없다. 이에, 휴지기 동안 작동 유체가 손실되지 않도록 일시 저장해야 하는데, 상술한 바와 같이 현열 회수 이후 기상 또는 스팀(steam)으로 변한 작동 유체를 손실없이 저장하기 힘들고, 저장을 위해서는 고가의 고압 저장 설비가 필요하다.
한국등록특허 KR0226885
본 발명은 제철소에서 발생되는 현열의 회수가 용이한 현열 회수 설비 및 현열 회수 방법을 제공한다.
본 발명은 비연속적으로 발생되는 현열의 회수가 용이한 현열 회수 설비 및 현열 회수 방법을 제공한다.
본 발명은 제철소에서 발생되는 열을 회수하는 설비로서, 열을 회수하고자 하는 회수 대상체의 일측에 위치하며, 상기 회수 대상체의 열이 흡수된 후에도 액상을 유지하는 작동 유체가 통과하는 열 회수 유로를 구비하는 열 회수 장치; 상기 열 회수 유로로 공급하기 위한 작동 유체를 액상 상태로 저장하는 제 1 탱크; 및 상기 열 회수 유로로부터 배출된 작동 유체를 액상 상태로 저장하는 제 2 탱크;를 포함한다.
상기 열 회수 유로는 상기 제 1 및 제 2 탱크와 연결 및 분리 가능하며, 이동 가능한다.
상기 열 회수 유로와 체결 및 분리 가능하고, 상기 제 1 탱크와 연결되어 상기 제 1 탱크 내 작동 유체를 상기 열 회수 유로로 공급하는 제 1 이송 라인; 상기 열 회수 유로와 체결 및 분리 가능하고, 상기 제 2 탱크와 연결되어, 상기 열 회수 유로에서 배출된 작동 유체를 상기 제 2 탱크로 공급하는 제 2 이송 라인;을 포함한다.
상기 제 2 이송 라인을 통해 상기 제 2 탱크로부터 제공된 작동 유체의 열을 회수하여 전기 에너지를 생성하는 열 교환 장치를 포함한다.
상기 열 회수 장치는 상기 회수 대상체와 마주하는 상기 열 회수 유로를 커버하는 집열 부재를 포함한다.
상기 열 회수 장치는 상기 열 회수 유로가 내부에 수용되도록 마련된 집열 부재를 포함한다.
상기 열 회수 장치는 상기 회수 대상체의 상측, 하측, 측방향 중 적어도 하나의 위치에 설치된다.
상기 열 회수 장치는 복수개로 마련되어 복수의 회수 대상체 각각에 위치하도록 설치된다.
상기 열 회수 장치는 상기 회수 대상체와 접촉되도록 설치되거나, 이격 되도록 설치된다.
상기 작동 유체는 용융 온도와 분해 온도 사이의 온도차가 100℃ 이상, 700℃ 이하의 재료일 수 있다.
상기 작동 유체는 용융 온도가 100℃ 내지 700℃, 분해 온도가 200℃ 내지 800℃인 재료인 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예들에 따른 현열 회수 방법은 작동 유체의 통과가 가능한 열 회수 유로를 구비하는 열 회수 장치를 열을 회수하고자 하는 회수 대상체의 적어도 일측에 위치시키는 과정; 및 상기 열 회수 유로로 상기 회수 대상체의 열이 흡수된 후에도 액상을 유지하는 작동 유체를 공급하여, 상기 회수 대상체로부터 열을 회수하는 과정;을 포함한다.
상기 열 회수 장치를 열을 회수하고자 하는 회수 대상체의 적어도 일측에 위치시키는데 있어서, 상기 열 회수 유로로 작동 유체를 공급하는 제 1 이송 라인 및 상기 열 회수 유로 내 작동 유체를 배출 이동시키는 제 2 이송 라인과 분리된 상태로 상기 열 회수 장치를 회수 대상체의 적어도 일측에 위치시키며, 상기 열 회수 장치가 회수 대상체의 적어도 일측에 위치되면, 상기 열 회수 유로에 상기 제 1 및 제 2 이송 라인을 체결한다.
상기 회수 대상체의 열을 회수한 작동 유체로부터 열을 회수하여 전기 에너지를 생성하는 과정을 포함한다.
열 회수를 수행하지 않는 휴지기 동안, 상기 전기 에너지 생성에 사용된 작동 유체를 제 1 탱크에 액체 상태로 저장하는 과정; 및 상기 전기 에너지 생성이 중지된 휴지기 동안, 상기 제 2 이송 라인으로 배출된 작동 유체를 제 2 탱크에 액체 상태로 저장하는 과정;
을 포함한다.
상기 작동 유체는 용융 온도와 분해 온도 사이의 온도차가 100℃ 이상, 700℃ 이하의 재료를 사용할 수 있다.
상기 작동 유체는 알카리금속 양이온 및 알카리토금속 양이온 중 하나와 Cl-,　NO3-, SO4- 및 CO3- 중 어느 하나의 음이온의 염화합물일 수 있다.
상기 작동 유체는 2종 이상의 상기 염화합물을 포함할 수 있다.
2종 이상의 상기 염화합물의 종류 및 상기 2종 이상의 상기 염화합물의 혼합 비율 중 적어도 하나를 조절하여, 상기 용융 온도가 100℃ 내지 700℃ 이고, 분해 온도가 200℃ 내지 800℃인 작동 유체를 마련하는 것이 바람직하다.
상기 회수 대상체는 고로에서 생산되거나 정련 중인 용선, 용선을 정련시킨 용강, 용강을 응고시켜 제조된 슬라브(slab), 용강이 완전히 응고 되기 전 상태인 반응고 상태의 슬라브, 용선의 정련 중에 발생되는 슬래그(slag) 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따른 열 회수 설비 및 열 회수 방법에 의하면, 제철소 내에서 발생하는 현열의 회수가 용이하며, 회수된 열을 이용하여 전기 에너지와 같은 다른 에너지를 생산할 수 있다.
또한, 실시예들에 따른 열 회수 장치는 개별적으로 이동이 가능하다. 이에, 제철소 내에서 현열이 발생되는 다양한 조업 위치로 열 회수 장치를 이동시켜 설치할 수 있다. 또한, 열 회수 장치를 복수개로 마련하고, 현열이 발생되는 서로 다른 위치에 동시 또는 분산 설치가 가능하다. 따라서, 제철소 내 현열, 특히 외기로 방출되는 현열을 효과적으로 회수할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 현열 회수 방법에 의하면, 용융 온도와 분해 온도 간의 차이가 큰 재료를 작동 유체로 사용함으로써, 비연속적으로 발생되는 현열의 회수가 용이하고, 작동 유체의 현열을 이용한 에너지 생산을 비연속적으로 실시하기가 용이하다. 즉, 열을 회수할 회수 대상체가 발생되지 않거나, 열 교환 장치가 동작하지 않는 휴지기 동안 작동 유체를 액상 상태로 유지시킬 수 있다. 따라서, 비연속 또는 간헐적으로 발생하는 제철소 내 현열의 회수가 용이하고, 비연속적으로 에너지 생산이 용이하다.
또한, 실시예들에 따른 현열 회수 설비는 제철소에서 발생되는 용선, 용강과 같은 액상, 슬라브와 같은 고상, 슬래그와 같은 반용융 상태의 물질로부터 현열 회수가 용이하다. 따라서, 제철소 내에서 발생하는 현열을 폐기시키지 않고 효과적으로 회수할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 현열 회수 설비를 개념적으로 도시한 도면
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열 회수 장치를 도시한 도면
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 열 회수 장치를 도시한 도면
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 작동 유체의 용융 온도 및 분해 온도를 나타낸 도면
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니고, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. 단지 본 발명의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명의 실시예를 설명하기 위하여 도면은 과장될 수 있고, 도면상의 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명은 제철소에서 발생되는 현열의 회수가 용이한 현열 회수 설비 및 현열 회수 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 설명하면, 비연속적으로 발생되는 현열의 회수가 용이한 현열 회수 설비 및 현열 회수 방법에 관한 것이다.
이하에서는 설명의 편의를 위하여 현열을 회수하고자 하는 제품, 물질, 장치 등을 '회수 대상체'로 명명한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 현열 회수 설비를 개념적으로 도시한 도면이다. 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열 회수 장치를 도시한 도면이다.도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 열 회수 장치를 도시한 도면이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 작동 유체의 용융 온도 및 분해 온도를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 현열 회수 설비는 회수 대상체(HS)로부터 방출되는 열(즉, 현열)을 회수하는 유체(이하, 작동 유체(CM))가 흐르는 유로(이하, 열 회수 유로(110))를 구비하는 열 회수 장치(100), 열 회수 유로(110)에서 배출된 작동 유체(CM)의 열을 이용하여 다른 에너지 예컨대 전기를 생산하는 열 교환 장치(400)를 포함한다. 또한, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 현열 회수 설비는 열 교환 장치(400)에서 배출된 작동 유체(CM)를 저장하고, 이를 열 회수 유로(110)로 공급하는 제 1 탱크(200) 및 열 회수 유로(110)에서 배출된 작동 유체(CM)를 저장하고, 이를 열 교환 장치(400)로 공급하는 제 2 탱크(300)를 포함한다.
그리고, 현열 회수 설비는 열 회수 유로(110)와 제 1 탱크(200)를 연결하여, 제 1 탱크(200)의 작동 유체(CM)를 열 회수 유로(110)로 공급하는 제 1 이송 라인(510) 및 열 회수 유로(110)와 제 2 탱크(300)를 연결하여, 열 회수 유로(110)에서 배출된 작동 유체(CM)를 제 2 탱크(300)로 공급하는 제 2 이송 라인(520)을 포함한다. 또한, 제 2 탱크(300)와 열 교환 장치(400)를 연결하여, 제 2 탱크(300)의 작동 유체(CM)를 열 교환 장치(400)로 공급하는 제 3 이송 라인(530) 및 열 교환 장치(400)와 제 1 탱크(200)를 연결하여, 열 교환 장치(400)에서 배출된 작동 유체(CM)를 제 1 탱크(200)로 공급하는 제 4 이송 라인(540)을 포함한다.
또한, 현열 회수 설비는 제 1 이송 라인(510)과 제 1 탱크(200) 사이 및 제 2 탱크(300)와 제 3 이송 라인(530) 사이에 설치되어 작동 유체(CM)의 이동 또는 수송력을 제공하는 펌프(미도시)를 포함할 수 있다
제 1 이송 라인(510)은 제 1 탱크(200) 및 열 회수 유로(110)와 각기 체결 및 분리 가능하고, 제 2 이송 라인(520)은 열 회수 유로(110) 및 제 2 탱크(300)와 각기 체결 및 분리 가능할 수 있다. 또한, 제 3 이송 라인(530)은 제 2 탱크(300) 및 열 교환 장치(400)와 체결 및 분리 가능하고, 제 4 이송 라인(540)은 열 교환 장치(400) 및 제 1 탱크(200)와 체결 및 분리 가능할 수 있다.
제 1 내지 제 4 이송 라인(510, 520, 530, 540)은 내부로 작동 유체(CM)가 흐를 수 있는 내부 공간을 가지는 파이프(pipe) 형태일 수 있다.
회수 대상체(HS)는 제철소 내의 제품, 물질, 장치 등일 수 있다. 즉, 회수 대상체(HS)는 고로에서 생산되거나 정련 중인 용선, 용선을 정련시킨 용강, 용강을 응고시켜 제조된 슬라브(slab), 용강이 완전히 응고 되기 전 상태인 반응고 상태의 슬라브, 용선의 정련 중에 발생되는 슬래그(slag)일 수 있다. 또한 회수 대상체(HS)는 용선을 생산하는 고로, 고로에서 생산된 용선이 흐르는 탕도, 용선 또는 용강이 수용된 전로, 래들, 용강을 응고시켜 슬라브를 제조하는 연속 주조 장치 등일 수 있다.
상술한 회수 대상체(HS)로부터 현열을 회수하기 위하여 실시예들에 따른 열 회수 장치를 설치하는 방법은 이후에 설명한다.
제 1 실시예에 따른 열 회수 장치(100)는 내부로 작동 유체(CM)가 흐르는 열 회수 유로(110)를 포함한다. 또한, 열 회수 장치(100)는 소정의 면적을 가지도록 마련되어 열 회수 유로(110)의 일측에 위치하는 집열 부재(120)를 포함할 수 있다.
열 회수 유로(110)는 내부로 작동 유체(CM)가 흐를 수 있는 내부 공간을 가지는 파이프(pipe) 형태일 수 있다. 그리고, 열 회수 유로(110)는 파이프 형태의 복수의 유로가 연결된 구조이거나, 단일의 유로가 연장된 형태일 수 있다.
이때, 복수의 유로가 나열된 전체적인 형태 또는 단일의 유로가 연장된 전체적인 형태가 소정의 면적을 가지는 형태일 수 있다. 다른 말로 하면, 복수의 유로가 나열되거나 단일의 유로가 연장된 구조에서, 최외곽을 연결한 가상선 내측이 소정의 면적을 가지는 형태일 수 있다.
복수의 유로가 나열된 구조로 열 회수 유로(110)를 구성하는데 있어서, 적어도 2개 유로의 나열 방향이 다르게 한다. 이러한 구조에서 소정의 면적이란, 복수의 유로가 나열되어 상호 연결된 상태에서, 최외곽을 연결한 가상선 내의 면적일 수 있으며, 이 면적은 복수의 유로 사이의 빈 공간을 포함하는 면적이다.
또한, 단일의 유로가 연장 형성되어 열 회수 유로(110)를 구성하는데 있어서, 상기 단일의 유로가 1회 이상 연장 방향을 변경하여 형성될 수 있다. 이러한 구조에서 소정의 면적이란, 단일의 유로가 1회 이상 그 연장 방향이 변경되도록 연장 형성된 상태에서, 최외곽을 연결한 가상선 내의 면적일 수 있으며, 이 면적은 연장 경로 상에서 빈 공간을 포함하는 면적이다.
예컨대, 도 1 및 도 2를 참조하면, 열 회수 유로(110)는 일 방향으로 연장 형성되며, 일단에 작동 유체(CM)가 유입되는 유입구가 마련된 유로(이하, 제 1 회수 유로(111)), 상기 제 1 회수 유로(111)와 나란하며, 일단에 작동 유체(CM)가 배출되는 배출구가 마련된 유로(이하, 제 2 회수 유로(112)) 및 제 1 회수 유로(111)와 제 2 회수 유로(112) 사이를 연결하는 유로(이하, 제 3 회수 유로(113))를 포함한다.
제 3 회수 유로(113)는 제 1 회수 유로(111)와 제 2 회수 유로(112)의 나열 방향으로 연장 형성된다. 이러한 제 3 회수 유로(113)는 복수개로 마련되어, 제 1 및 제 2 회수 유로(111, 112)의 연장 방향으로 나열 배치될 수 있다.
이러한 제 1 내지 제 3 회수 유로(111, 112, 113)가 나열된 전체적인 형상은 예컨대 대략 사각형의 형상일 수 있다. 즉, 제 1 내지 제 3 회수 유로(111, 112, 113)를 포함하는 열 회수 유로에 있어서, 최외곽은 제 1 및 제 2 회수 유로(111, 112)의 외측면, 복수의 제 3 회수 유로(113) 중 양측 끝에 배치된 제 3 회수 유로(113)의 외측면이다. 그리고 이들을 연결한 가상선은 대략 사각형의 형상이며, 가상선 내측 공간은 소정의 면적을 가지며, 이 면적은 제 1 내지 제 3 회수 유로(111, 112, 113)와 이들 사이의 빈 공간을 포함하는 면적이다.
하지만, 제 1 내지 제 3 회수 유로(111, 112, 113)가 상호 연결된 전체적인 형상은 사각형의 형상에 한정되지 않고, 원형, 타원형, 나선형, 사각형 외의 다양한 다각형이 되도록 마련될 수 있다.
또한, 상술한 예에서는 열 회수 유로(110)가 제 1 내지 제 3 회수 유로(111, 112, 113)로 이루어지는 것을 설명하였다. 하지만, 이에 한정되지 않고 열 회수 유로(110)가 하나 또는 단일의 유로로 이루어질 수 있고, 이 하나의 유로가 연장된 전체적인 형상이 원형, 타원형, 나선형 및 다각형 중 어느 하나일 수 있다.
집열 부재(120)는 회수 대상체(HS)로부터 발생되는 열이 열 회수 장치(100) 또는 열 회수 유로(110)의 외측으로 방출되는 것을 차단 또는 억제한다. 이를 위해 집열 부재(120)는 열 회수 유로(110)와 마주보도록 배치되는데, 회수 대상체(HS)와 마주하는 열 회수 유로(110)의 일면의 반대면과 마주보도록 배치된다. 다른 말로 설명하면, 집열 부재(120)는 외측에서 열 회수 유로(110)를 커버하도록 설치된다. 이러한, 집열 부재(120)에 의해 회수 대상체(HS)의 열이 외측으로 빠져나가는 것을 차단 또는 억제할 수 있다. 즉, 회수 대상체(HS)로부터 방출된 열 중 작동 유체(CM)에 흡수되지 못하고 열 회수 유로(110) 밖으로 향하는 열이 집열 부재(120)에 의해 그 이동이 차단되고, 다시 열 회수 유로(110)를 향하게 된다. 이에, 열 회수 유로(110)에 흡수되는 열의 량을 증가시킬 수 있어, 열 회수 유로(110)에서의 열 회수율을 향상시킬 수 있다.
집열 부재(120)는 열 회수 유로(110)가 이루는 형태와 동일한 형상으로 마련될 수 있으며, 예컨대, 집열 부재(120)는 열 회수 유로(110)가 이루는 형태 예컨대 사각형의 판 형상일 수 있다. 그리고 집열 부재(120)는 열 회수 유로(110)가 이루는 전체 면적과 동일하거나 그 보다 큰 면적을 가지는 것이 바람직하다.
물론, 집열 부재(120)의 형상은 사각형의 형상에 한정되지 않고, 열 회수 유로(110)가 이루는 형태에 따라 다양한 형상 예컨대, 원형, 타원형, 다각형 중 어느 하나일 수 있다.
상술한 제 1 실시예에서는 열 회수 유로(110)와 집열 부재(120)가 별도로 마련되는 것을 설명하였다.
하지만 이에 한정되지 않고, 도 3에 도시된 제 2 실시예와 같이 집열 부재(120) 내부에 열 회수 유로(110)가 수용 또는 삽입되는 구조로 열 회수 장치(100)가 마련될 수 있다.
상술한 바와 같이 열 회수 유로(110)와 집열 부재(120)가 별도로 마련되는 제 1 실시예에 따른 열 회수 장치(100)는 접촉이 용이하지 않은 회수 대상체(HS)로부터 열을 회수하는데 사용될 수 있다. 이러한 경우, 회수 대상체(HS)의 열은 복사 및 대류의 열전달 방법으로 열 회수 장치로 회수될 수 있다.
예컨대, 회수 대상체(HS)는 슬라브일 수 있으며, 도 2에 도시된 바와 같이 열 회수 유로(110)가 슬라브의 상측으로 이격되고, 그 상측에 집열 부재(120)가 위치하도록 설치될 수 있다. 이때, 슬라브는 연속 주조 장치로부터 연속 주조된 후, 절단 장치로부터 절단되기 전의 슬라브일 수 있다. 이에, 열 회수 장치(100)는 연속 주조 장치의 연장 방향에 있어서 절단 장치의 이전 구간에 위치하도록 설치될 수 있다.
다른 예로, 회수 대상체(HS)는 고로에서 생성되어 탕도를 따라 흐르는 용선일 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 고로로부터 배출된 용선은 상측이 개방되어 있는 탕도를 따라 흐르며, 이에 탕도를 따라 흐르는 고온의 용선은 외기로 그 온도를 뺏기게 된다.
이에, 제 1 실시예에 따른 열 회수 장치(100)를 탕도의 외측 예컨대 상측에 위치시키면, 탕도를 따라 흐르는 용선으로부터 방출되는 열을 회수할 수 있다. 이때, 탕도와 집열 부재(120) 사이에 열 회수 유로(100)가 위치하도록 설치하여, 열이 열 회수 유로(110) 외측으로 전달되는 것을 차단 또는 억제한다.
또 다른 예로, 회수 대상체(HS)는 전로 내에 수용되어 정련 중인 용선일 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 전로 내 수용된 용선은 고온이기 때문에, 전로에서 용선이 정련되는 동안 전로 밖으로 용선의 열이 빠져나간다. 이에, 전로의 외측에 상기 전로의 외벽과 이격되도록 열 회수 장치(100)를 설치하여 전로 밖으로 빠져 나가는 열을 회수할 수 있다. 이때, 전로의 외벽과 집열 부재 사이에 열 회수 유로가 위치하도록 설치하여, 열이 열 회수 유로(100) 외측으로 빠져나가는 것을 차단 또는 억제한다.
또한, 전로의 상측 개구를 커버하는 커버와 이격되도록 열 회수 장치(100)를 설치하여 전로 밖으로 빠져 나가는 열을 회수할 수 있다.
다른 예로, 열 회수 장치(100)는 용선 또는 용강을 수용한 상태로 이동하거나, 대기중인 용기 예컨대 래들(ladle)의 주위에 설치하여 용선 또는 용강으로부터 열을 회수할 수 있다.
그리고, 제 2 실시예와 같이 집열 부재(120) 내부에 열 회수 유로(110)가 수용되도록 마련되는 열 회수 장치(100)의 경우, 접촉 가능한 회수 대상체(HS)로부터 열을 회수하는데 사용될 수 있다. 이러한 경우, 전도 방식의 열전달 방법으로 회수 대상체(HS)의 열이 열 회수 장치(100)로 회수될 수 있다.
예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이, 회수 대상체(HS)는 주조가 완료되어 절단된 슬라브일 수 있다. 이때, 열 회수 장치(100)를 설치하는데 있어서, 집열 부재(120)의 하부면이 슬라브의 상부면과 접촉되도록 설치할 수 있으며, 이에, 슬라브로부터 열을 회수할 수 있다.
다른 예로, 회수 대상체(HS)는 제강 공정 중에 발생된 슬래그(slag)일 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 예컨대, 제강 공정 중 전로 내에서 용강 정련 중에 탕면 상에 슬래그(slag)가 부생되는데, 정련이 종료된 후 슬래그를 포트 내로 배재한 후, 이를 야적장에 적재한다. 이때, 야적장에 먼저 열 회수 장치(100)를 설치하고, 열 회수 장치(100)의 집열 부재(120) 상에 슬래그를 적재한다. 이후, 작동 유체를 열 회수 유로로 공급하여 집열 부재 상에 적재된 슬래그로부터 열을 회수한다.
상기에서는 열 회수 장치(100)가 야적장의 바닥에 설치되어 그 상부에 슬래그가 적재되는 것을 설명하였다. 하지만 이에 한정되지 않고, 슬래그의 상측 또는 측 방향에 추가로 열 회수 장치를 설치할 수 있는데, 제 1 및 제 2 실시예에 따른 열 회수 장치(100) 중 어느 하나를 설치할 수 있다.
실시예들에 따른 열 회수 장치(100)는 제 1 및 제 2 이송 라인(510, 520), 제 1 및 제 2 탱크(200, 300), 열 교환 장치(400)와 별도의 구성으로, 개별적으로 이동이 가능하다. 즉, 열 회수 장치(100)는 제 1 및 제 2 이송 라인(510, 520)과 분리 및 체결이 가능하다. 보다 구체적으로 설명하면, 제철소 내에서 현열이 발생되는 위치에 먼저 열 회수 장치(100)를 배치시키며, 이때, 열 회수 장치(100)는 제 1 및 제 2 이송 라인(510, 520)과 분리된 상태일 수 있다. 이후, 제 1 및 제 2 탱크(200, 300)에 연결된 제 1 및 제 2 이송 라인(510, 520) 각각을 열 회수 장치(100)에 연결하여 현열 회수를 실시한다.
이와 같이 실시예들에 따른 열 회수 장치(100)는 제철소 내에서 현열이 발생되는 다양한 조업 위치에 설치가 용이하다. 따라서, 제철소 내 현열, 특히 외기로 방출되는 현열을 효과적으로 회수할 수 있다.
한편, 제철소에서 용선, 용강의 제조, 용선 정련, 슬라브의 제조 조업은 연속하여 실시되지 않고, 휴지기를 가지고 비연속적으로 실시될 수 있다. 이를 다른 말로 하면, 제철소 내에서 현열이 비연속적으로 발생될 수 있다. 이에, 열 회수 장치(100)에서의 열 회수 공정이 휴지기를 가지고 비연속적으로 실시될 수밖에 없으며, 현열을 이용하여 에너지를 생산하는 열 교환 장치의 동작 역시 휴지기를 가지고 비연속적으로 실시될 수 있다.
이렇게 휴지기일 때, 작동 유체(CM)가 열 회수 유로(110) 및 열 교환 장치(400) 각각으로 공급되지 못하고, 외부에 저장되어야 한다.
그런데, 작동 유체(CM)가 저장되어 있는 동안 작동 유체(CM)의 온도가 용융 온도(고상이 액상으로 용융되는 온도) 미만으로 하락하여 고상이 되면 이는 열 회수 유로(110)를 따라 이동할 수 없기 때문에, 열 교환 매체로 사용될 수 없다. 이에, 작동 유체(CM)를 폐기하거나 다시 용융시켜야 하는 문제가 있다.
또한, 열 교환 장치(400)가 휴지기 일 때, 열 회수 유로(110)로부터 배출된 작동 유체(CM)를 상기 열 교환 장치(400)로 바로 공급하지 못하고, 상기 열 교환 장치(400)가 재 가동될 때까지 작동 유체(CM)를 외부에 저장해야 한다. 그런데, 작동 유체(CM)가 열 회수 유로(110)를 따라 흐르는 동안 온도가 분해 온도 이상으로 상승되어 기체 상태가 된 경우, 열 교환 장치(400)의 휴지기 동안 이 기체를 손실없이 저장하기 어렵고, 저장을 위해서는 고가인 고압의 저장 설비가 필요한 문제가 있다.
그리고, 액상의 작동 유체가 온도 상승에 의해 기체가 된 후 온도가 하락하면 역반응에 의해 성질 또는 특성이 변하여 열 교환 매체로 사용하기 어려운 상태가 되거나 다시 액상이 되기 어려울 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 휴지기 동안에도 액상으로 유지하기 쉽고, 기체로의 변화가 용이하지 않은 재료를 작동 유체로 사용한다. 다른 말로 하면, 용융 온도(고상이 액상으로 용융되는 온도)와 분해 온도(액상이 기체(기상)가 되는 온도) 사이의 구간이 큰 재료를 작동 유체로 사용한다. 보다 바람직하게는 액상선 온도(모든 고상이 액상으로 변하는 온도)와 분해 온도 사이의 구간이 큰 재료를 작동 유체로 사용한다.
이러한 작동 유체에 의하면, 고상 상태의 작동 유체가 용융 온도에 도달하면 용융되기 시작하고, 액상선 온도에 도달하면 모든 고상이 액상이 되며, 분해 온도에 도달하면 기체화된다. 이때, 온도가 용융 온도 이상 용융선 온도 미만일 때, 액상에 일부 고상이 혼합된 상태일 수 있으나, 액상을 가지고 있는 상태이므로 작동 유체로서 사용될 수 있다. 이에, 작동 유체는 용융 온도와 분해 온도 사이로 온도를 유지될 필요가 있다.
또한, 상술한 바와 같이 온도가 용융선 온도 이상, 분해 온도 미만일 때 고상이 없이 모두 액상 상태로 존재한다. 따라서, 작동 유체는 용융선 온도와 분해 온도 사이로 온도를 유지되는 것이 보다 효과적이다.
그리고, 용융 온도와 분해 온도 간의 온도차, 보다 바람직하게는 용융선 온도와 분해 온도 간의 온도차가 클수록 작동 유체를 액상으로 유지하기가 쉽다.
여기서, '작동 유체를 액상으로 유지'한다는 것은 작동 유체 전체가 모두 액상이거나, 고체가 일부 포함된 액상을 의미한다. 즉, 작동 유체의 온도가 액상 온도 이상, 액상선 온도 미만일 때, 작동 유체는 고체와 액상이 혼합된 상태일 수 있는데, 액상을 포함하고 있으므로, 이를 액상 유지 상태로 정의한다. 또한, 작동 유체의 온도가 액상선 온도 이상, 분해 온도 미만인 경우, 작동 유체는 모두 액상인 상태가 되므로, 이 상태 역시 액상 유지 상태로 정의된다.
또한, 상압(또는 대기압)에서 액상 상태로 유지가 가능한 재료를 작동 유체로 사용한다. 상압에서 액상 상태로 유지가 가능한 재료를 작동 유체로 사용하는 것은, 고가의 고압 설비를 이용하지 않고도 상압에서 저장이 용이하기 때문이다.
용융 온도와 분해 온도 사이의 구간이 큰 재료를 작동 유체로 사용하는 것은, 작동 유체의 온도가 하락 및 상승하더라도 고상이나 기체가 되지 않고, 액상으로 유지가 용이하기 때문이다. 즉, 작동 유체가 온도의 상승 및 하강에도 안정적으로 액상으로 유지될 수 있기 때문이다.
보다 구체적으로 설명하면, 회수 대상체(HS) 또는 회수할 현열이 없어 열 회수 장치(100)가 휴지기일 때, 열 교환 장치(400)에서 배출된 작동 유체(CM)를 바로 열 회수 유로(110)로 공급할 수 없다. 또한, 제철소 내 조업 환경에 의해 열 교환 장치(400)가 휴지기일 때, 열 회수 유로(110)에서 배출된 작동 유체(CM)를 바로 열 교환 장치(400)로 공급할 수 없다. 이러한 경우, 열 교환 장치(400) 및 열 회수 유로(110) 각각에서 배출된 작동 유체를 상기 열 교환 장치(400) 및 열 회수 장치(100) 밖에서 저장해야 한다. 이렇게 작동 유체가 열 교환 장치(400) 및 열 회수 장치(100) 밖에서 저장되어 있는 동안은 작동 유체(CM)가 열 교환되지 않기 때문에, 시간 경과에 따라 작동 유체(CM)의 온도가 하락하며, 작동 유체의 온도가 용융 온도 미만으로 떨어지면 고상이 된다.
따라서, 용융 온도와 분해 온도 사이의 구간이 클 경우 그렇지 않을 경우에 비해, 작동 유체가 고상이 되기 어렵고 액상으로의 유지가 쉽다. 또한, 액상의 작동 유체가 열 회수 유로(100)를 통과할 때 작동 유체의 온도가 상승하는데, 용융 온도와 분해 온도 사이의 구간이 클 경우 그렇지 않을 경우에 비해, 작동 유체가 기체가 되기 어렵고 액상으로의 유지가 용이하다.
이에, 본 발명의 실시예에서는 용융 온도와 분해 온도 구간이 큰 재료, 보다 바람직하게는 용융선 온도와 분해 온도 구간이 큰 재료를 작동 유체(CM)로 사용한다. 구체적으로, 분해 온도가 용해 온도보다 높으며, 용융 온도와 분해 온도 간의 차이가 100℃ 내지 700℃(100℃ 이상, 700℃ 이하)인 재료를 작동 유체로 사용한다. 보다 구체적으로, 용융 온도가 100℃ 내지 700℃(100℃ 이상, 700℃ 이하) 이고, 분해 온도가 200℃ 내지 800℃(200℃ 이상, 800℃ 이하)인 재료를 작동 유체로 사용하며, 작동 유체의 재료는 염(salt)일 수 있다.
재료를 예를 들어 설명하면, Li+, Na+, K+ 등 같은 알카리금속 양이온 및 Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+ 등과 같은 알카리토금속 양이온 중 어느 하나와 Cl-,　NO3-, SO4- 및 CO3- 중 어느 하나의 음이온과의 화합물인 염화합물을 작동 유체로 사용한다.
예컨대, KNO3, NaNO3, LiNO3, Ca(NO3)2, NaCl 및 KCl 중 적어도 하나의 염화합물을 작동 유체로 사용한다. 그리고, 작동 유체는 적어도 2개 이상의 염화합물이 혼합된 혼합염일 수 있다.
한편, 용융 온도가 100℃ 미만인 재료는 일반적으로 분해 온도도 낮기 때문에, 너무 낮은 온도에서 기화가 시작된다. 이에, 이러한 재료를 작동 유체로 사용하는 경우, 열 회수 유로를 통과한 작동 유체의 상태가 기체될 수 있다. 반대로, 용융 온도가 700℃를 초과하는 경우 용융 온도와 분해 온도 사이의 구간이 좁아, 작동 유체를 액상으로 유지하기 상대적으로 어려울 수 있다.
또한, 분해 온도가 200℃ 미만인 재료는 너무 낮은 온도에서 액상의 기화가 시작되기 때문에, 열 회수 유로를 통과한 작동 유체가 기체 상태가 될 수 있다.
한편, 용융 온도와 분해 온도 사이의 차이가 클 수록 작동 유체를 액상으로 유지하기 용이하므로, 작동 유체의 액상 유지 측면에서는 분해 온도가 높을수록 유리하다. 그러나, 분해 온도가 800℃를 초과하는 재료는 작동 유체가 이동하는 열 회수 유로(110), 제 1 및 제 2 탱크(200, 300), 제 1 내지 제 4 이송 라인(510, 520, 530, 540)의 내구성을 고려할 때 적용하기 어려운 문제가 있다.
이에, 본 발명의 실시예에서는 용융 온도와 분해 온도 간의 차이가 100℃ 내지 700℃이며, 용융 온도가 100℃ 내지 700℃, 분해 온도가 200℃ 내지 800℃인 염 재료를 작동 유체로 사용한다.
상술한 바와 같이 작동 유체는 2 종 이상의 염화합물이 혼합된 혼합염일 수 있으며, 혼합되는 염의 종류 및 혼합 비율에 따라 혼합염의 액상 온도, 분해 온도를 조절할 수 있다.
예컨대, KNO3와 NaNO3가 혼합된 혼합염을 작동 유체로 사용할 수 있다. 보다 구체적인 예로, 작동 유체 전체 100 중량%에 대해, KNO3가 40 중량%, NaNO3가 60 중량% 함유된 혼합염을 작동 유체로 사용할 수 있다. 이렇게 40 중량%의 KNO3 및 60 중량%의 NaNO3가 혼합된 혼합염의 경우, 도 4에 도시된 바와 같이 용융 온도가 220℃, 분해 온도가 550℃일 수 있다.
이에, 작동 유체는 220℃ 이상, 550℃ 미만에서 액상으로 유지될 수 있다. 따라서, 40 중량%의 KNO3 및 60 중량% 의 NaNO3가 혼합된 혼합염을 작동 유체로 사용하는 경우, 220℃ 이상, 550℃ 미만의 작동 유체를 이용하여 현열을 회수하고, 에너지를 생성한다.
이와 같이, 본 발명의 실시예들에서는 용융 온도와 분해 온도 간의 차이가 큰 재료를 작동 유체로 사용함으로써, 작동 유체가 이동 또는 통과하는 전 구간에서 상기 작동 유체를 액상 상태로 유지시킬 수 있다. 따라서, 비연속적으로 발생되는 현열의 회수가 용이하고, 작동 유체의 현열을 이용한 에너지 생산을 비연속적으로 실시하기가 용이하다.
상술한 바와 같은 작동 유체를 열 회수 유로(110)를 통과하도록 이동시키는데 있어서, 열 회수 유로(110) 내에 체류하고 있는 시간이 너무 길지 않도록 작동 유체의 유속을 조절하는 것이 효과적이다. 이는, 작동 유체의 용융 온도와 분해 온도 간의 온도가차 크더라도, 열 회수 유로 내에서의 체류 시간이 길어질수록 점차 온도가 상승하기 때문이다. 이에, 작동 유체의 분해 온도를 고려하여 작동 유체가 열 회수 유로를 통과하는 유속을 조절하는 것이 바람직하다.
제 1 탱크(200)는 열 회수 유로(110)로 공급하기 위한 또는 열 교환 장치(400)로부터 배출된 작동 유체(CM)를 저장한다. 이러한 제 1 탱크(200)에는 제 1 및 제 4 이송 라인(510, 540)이 연결되며, 제 1 탱크(200)의 작동 유체는 제 1 이송 라인(510)을 통해 열 회수 유로(110)로 공급되고, 열 교환 장치(400)를 통과한 작동 유체는 제 4 이송 라인(540)을 통해 상기 제 1 탱크(200) 내로 공급된다.
제 2 탱크(300)는 열 회수 유로(110)를 통과한 작동 유체(CM) 또는 열 교환 장치(400)로 공급하기 위한 작동 유체(CM)를 저장한다. 이러한 제 2 탱크(300)에는 제 2 및 제 3 이송 라인(520, 530)이 연결되며, 열 회수 유로(110)로부터 배출된 작동 유체는 제 2 이송 라인(520)을 통해 제 2 탱크(300)로 공급되고, 제 2 탱크(300) 내 작동 유체는 제 3 이송 라인(530)을 통해 상기 열 교환 장치(400)로 공급된다.
제 1 및 제 2 탱크(200, 300) 각각의 설치 위치는 열 회수 장치(100) 및 열 교환 장치(400)의 설치 위치에 따라 다양하게 변경 가능하다. 또한, 제 1 및 제 2 탱크(200, 300) 각각은 복수개로 마련될 수 있으며, 열 회수 장치(100) 및 열 교환 장치(400)의 설치 위치에 따라 여러 개소에 분산 설치가 가능하다.
제 1 및 제 2 탱크(200, 300)에 작동 유체(CM)가 저장되면, 하루에 약 10℃ 미만으로 온도가 하강한다. 그리고 제 1 및 제 2 탱크(200, 300) 각각에 체류하고 있는 시간이 증가할 수록 점점 용융 온도와 가까워지도록 하락하며, 용융 온도 미만으로 떨어지면 작동 유체(CM)가 고상이 된다. 이에, 제 1 및 제 2 탱크(200, 300) 내에 작동 유체(CM)를 저장하는데 있어서, 작동 유체(CM)의 온도가 용융 온도까지 떨어지는 시간을 반영하여 저장 시간 또는 체류 시간을 설정하고, 기 설정된 시간을 초과하지 않도록 작동 유체를 각 탱크(200, 300)에 저장한다. 즉, 체류 시간을 초과하기 전에 제 1 탱크(200) 내 작동 유체를 열 회수 유로(110)로 공급하거나, 제 2 탱크(300) 내 작동 유체(CM)를 열 교환 장치(400)로 공급한다.
열 교환 장치(400)는 제 2 탱크(300)로부터 작동 유체(CM)를 제공받아, 상기 작동 유체(CM)의 열을 열교환시켜 전기 에너지를 생산한다. 이러한 열 교환 장치(400)는 제 2 탱크(300)로부터 제공되는 작동 유체로부터 열을 회수하는 열 교환기(410) 및 열 교환기(410)로부터 제공된 작동 유체의 열을 다른 에너지 예컨대 전기 에너지 변환하는 열 흡수기(420)를 포함할 수 있다.
열 교환기(410)에서 작동 유체(CM)와 열 교환되는 열 교환 매체는 예컨대 물(water)일 수 있으며, 열 교환에 의해 온도가 하락된 작동 유체는 제 4 이송 라인(540)을 거쳐 제 1 탱크(200)로 저장된다. 그리고 열 교환기(410)에서 열 교환에 의해 생성된 고온의 물질 예컨대 스팀(steam)은 열 흡수기(420)로 전달되며, 열 흡수기(420)는 스팀이 가지고 있는 열을 이용하여 전기 에너지로 전환 또는 변환한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 현열 회수 설비를 이용한 현열 회수 방법에 대해 설명한다. 이때, 제 1 및 제 2 실시예에 따른 현열 회수 설비의 현열 회수 방법이 유사하므로, 제 1 실시예에 따른 현열 회수 설비를 예를들어 설명한다. 그리고, 위에서 설명한 내용과 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 설명한다.
이하에서는 현열을 회수하고자 하는 회수 대상체로 연속 주조 장치에서 연속 주조 중이며, 절단기에 의해 절단 전 상태의 슬라브를 예를 들어 설명한다.
먼저, 열 회수 장치(100)를 회수 대상체(HS)에 인접하게 배치한다.
예컨대, 연속 주조 장치의 몰드로부터 인발되어 응고가 종료되고 절단기에 의해 절단 전 상태의 슬라브(회수 대상체)의 상측에 열 회수 장치를 배치한다. 즉, 절단기의 이전 구간에 위치된 슬라브의 상측에 열 회수 장치(100)를 배치한다. 이때, 슬라브의 상측에 열 회수 유로(110), 열 회수 유로(110) 상측에 집열 부재(120)가 위치되도록 설치한다.
그리고, 제 1 이송 라인(510)을 통해 제 1 탱크(200) 내 작동 유체를 열 회수 유로(110)로 공급한다. 여기서 제 1 탱크(200) 내에 저장된 작동 유체는 용융 온도 이상, 분해 온도 미만, 바람직하게는 액상선 온도 이상, 분해 온도 미만의 온도를 가지는 액상 상태이다.
작동 유체(CM)가 열 회수 유로(110)로 유입되면, 이는 열 회수 유로(110)의 연장 방향을 따라 흐른 뒤 제 2 이송 라인(520)을 통해 배출되어 제 2 탱크(300)로 수용된다.
이렇게 작동 유체(CM)가 열 회수 유로(110)를 따라 흐르는 동안 회수 대상체(HS)인 슬라브로부터 방출되는 현열이 상기 열 회수 유로(110)로 흡수된다. 즉, 작동 유체(CM)가 열 회수 유로(110)로 공급되어 슬라브의 현열을 회수한 상태로 배출된다.
작동 유체(CM)가 열 회수 유로(110)로 공급되어 회수 대상체(HS)의 열이 흡수되면 그 온도가 상승하며, 따라서 작동 유체(CM)가 열 회수 유로(110)로 공급되기 전에 비해, 열 회수 유로(110)를 따라 흐르거나, 열 회수 유로(110)를 통과한 후 배출될 때의 온도가 높다.
이때, 실시예에 따른 작동 유체는 용융 온도와 분해 온도 간의 차이가 큰 염을 작동 유체로 사용하기 때문에 작동 유체가 열 회수 유로(110)로 공급되더라도 회수 대상체(HS) 즉, 슬라브의 열에 의해 기체로 변하지 않고 액상을 유지한다. 이에, 열 회수 유로(110)를 통과 중인 또는 상기 열 회수 유로(110)를 통과한 후 배출된 작동 유체는 액상 상태이다.
한편, 열 회수 유로(110)로부터 배출되어 제 2 탱크(300) 내로 장입된 작동 유체(CM)는 바로 열 교환기(410)로 이동되지 않고 소정 시간 또는 소정 일동안 제 2 탱크(300) 내에 저장될 수 있다. 이는 열 교환 장치(400)가 상시 가동되지 않고, 제철소 내 조업 환경에 따라 비연속적으로 가동되기 때문이다.
작동 유체(CM)가 제 2 탱크(300) 내에 저장되고 있는 동안 그 온도는 점차 하락하는데, 실시예에 따른 작동 유체(CM)에 의하면 제 2 탱크(300) 내에 작동 유체(CM)가 저장되는 동안 액상 상태로 유지가 가능하다. 이는 작동 유체(CM)의 액상 온도와 분해 온도 사이의 구간이 커, 제 2 탱크(300) 내에 저장되어 있는 동안 온도가 하락하더라도, 작동 유체(CM)가 액상 구간의 온도에 있기 때문이다.
이후, 열 교환 장치(400)의 가동이 시작되면, 제 2 탱크(300) 내 작동 유체를 열 교환기(410)로 공급한다. 열 교환기(410)는 열 교환 작용으로 작동 유체(CM)의 열을 회수하고, 이때 회수된 열은 열 흡수기(420)로 전달되어 전기 에너지로 변환된다.
물론, 열 교환 장치(400)가 동작 중이거나 동작 개시 예정인 경우, 열 회수 유로(110)에서 배출된 작동 유체를 바로 제 2 탱크(300)를 거쳐 열 교환기(410)로 공급할 수 있다.
그리고, 열 교환기(410)를 통과한 작동 유체(CM)는 그 전에 비해 온도가 하강한 상태이나 액상 상태로 유지되며, 이는 제 4 이송 라인(540)을 통해 이동되어 제 1 탱크(200)로 장입된다.
한편, 제 1 탱크(200) 내로 장입된 작동 유체(CM)는 바로 열 회수 유로(110)로 공급되지 않고 소정 시간 또는 소정 일동안 제 1 탱크(200) 내에 저장될 수 있다. 이는 회수 대상체(HS) 즉 슬라브를 주조하는데 있어서 상시 연속적으로 주조되지 않고 비연속적으로 주조될 수 있기 때문이다. 예컨대, 한 차지(charge)의 주조가 종료된 후 다음 차지의 주조가 개시될 때까지 휴지기가 발생할 수 있다.
작동 유체(CM)가 제 1 탱크(200) 내에 저장되고 있는 동안 그 온도는 점차 하락하는데, 본 발명의 실시예에 따른 작동 유체(CM)에 의하면 제 1 탱크(200) 내에 작동 유체가 저장되는 동안 액상 상태로 유지가 가능하다.
이후, 슬라브 주조가 재개되면 제 1 탱크(200) 내 작동 유체를 열 회수 유로(110)로 공급한다. 이에, 작동 유체(CM)는 슬라브의 상측에 위치된 열 회수 유로(110)를 따라 흐르며, 이때 슬라브로부터 방출되는 현열이 작동 유체(CM)로 회수된다.
물론, 열 회수 장치(100)가 설치된 위치에서 현열이 연속적으로 발생되는 경우, 열 교환기(410)에서 배출된 작동 유체(CM)를 제 1 탱크(200)를 거쳐 바로 열 회수 유로(110)로 공급할 수 있다.
상기에서는 열 회수 장치(100)가 연속 주조에 의해 주조되고 있으며, 절단되기 전의 슬라브의 일측에 설치되는 것을 설명하였다. 하지만 이에 한정되지 않고, 제철소 내에서 외부로 현열이 방출되고 있는 다양한 조업 위치에 열 회수 장치가 설치될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시형태에 따른 열 회수 설비 및 열 회수 방법에 의하면, 제철소 내에서 발생하는 현열의 회수가 용이하며, 회수된 열을 이용하여 전기 에너지와 같은 다른 에너지를 생산할 수 있다.
또한, 실시예들에 따른 열 회수 장치(100)는 제 1 및 제 2 이송 라인(510, 520), 제 1 및 제 2 탱크(200, 300), 열 교환 장치(400)와 별도의 구성이며, 제 1 및 제 2 이송 라인(510, 520)과 체결 및 분리가 가능하고, 개별적으로 이동이 가능하다. 이에, 제철소 내에서 현열이 발생되는 다양한 조업 위치로 열 회수 장치(100)를 이동시켜 설치할 수 있다. 또한, 열 회수 장치(100)를 복수개로 마련하고, 현열이 발생되는 서로 다른 위치에 동시 또는 분산 설치가 가능하다. 따라서, 제철소 내 현열, 특히 외기로 방출되는 현열을 효과적으로 회수할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 현열 회수 방법에 의하면, 용융 온도와 분해 온도 간의 차이가 큰 재료를 작동 유체로 사용함으로써, 작동 유체가 이동 또는 통과하는 전 구간에서 액상 상태로 유지가 가능하다. 이에, 비연속적으로 발생되는 현열의 회수가 용이하고, 작동 유체의 현열을 이용한 에너지 생산을 비연속적으로 실시하기가 용이하다. 즉, 열을 회수할 회수 대상체가 없거나, 열 교환 장치가 동작하지 않는 휴지기 동안 작동 유체를 액상 상태로 유지시킬 수 있다. 따라서, 비연속 또는 간헐적으로 발생하는 제철소 내 현열의 회수가 용이하고, 비연속적으로 에너지 생산이 용이하다.
또한, 실시예들에 따른 현열 회수 설비는 외기로 방출되는 현열의 회수가 용이하다. 즉, 제철소에서 발생되는 용선, 용강과 같은 액상, 슬라브와 같은 고상, 슬래그와 같은 반용융 상태의 물질로부터 방출되는 현열 회수가 용이하다. 따라서, 제철소 내에서 발생하는 현열을 폐기시키지 않고 효과적으로 회수할 수 있다.
100: 열 회수 장치 110: 열 회수 유로
120: 집열 부재 200: 제 1 탱크
300: 제 2 탱크 400: 열 교환 장치
410: 열 교환기 420: 열 흡수기
CM: 작동 유체

Claims (20)

  1. 제철소에서 발생되는 열을 회수하는 설비로서,
    열을 회수하고자 하는 회수 대상체의 일측에 위치하며, 상기 회수 대상체의 열이 흡수된 후에도 액상을 유지하는 작동 유체가 통과하는 열 회수 유로를 구비하는 열 회수 장치;
    상기 열 회수 유로로 공급하기 위한 작동 유체를 액상 상태로 저장하는 제 1 탱크; 및
    상기 열 회수 유로로부터 배출된 작동 유체를 액상 상태로 저장하는 제 2 탱크;
    를 포함하는 현열 회수 설비.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 열 회수 유로는 상기 제 1 및 제 2 탱크와 연결 및 분리 가능하며, 이동 가능한 현열 회수 설비.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 열 회수 유로와 체결 및 분리 가능하고, 상기 제 1 탱크와 연결되어 상기 제 1 탱크 내 작동 유체를 상기 열 회수 유로로 공급하는 제 1 이송 라인;
    상기 열 회수 유로와 체결 및 분리 가능하고, 상기 제 2 탱크와 연결되어, 상기 열 회수 유로에서 배출된 작동 유체를 상기 제 2 탱크로 공급하는 제 2 이송 라인;
    을 포함하는 현열 회수 설비.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제 2 이송 라인을 통해 상기 제 2 탱크로부터 제공된 작동 유체의 열을 회수하여 전기 에너지를 생성하는 열 교환 장치를 포함하는 현열 회수 설비.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 열 회수 장치는 상기 회수 대상체와 마주하는 상기 열 회수 유로를 커버하는 집열 부재를 포함하는 현열 회수 설비.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 열 회수 장치는 상기 열 회수 유로가 내부에 수용되도록 마련된 집열 부재를 포함하는 현열 회수 설비.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 회수 장치는 상기 회수 대상체의 상측, 하측, 측방향 중 적어도 하나의 위치에 설치되는 현열 회수 설비.
  8. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 회수 장치는 복수개로 마련되어 복수의 회수 대상체 각각에 위치하도록 설치되는 현열 회수 설비.
  9. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 회수 장치는 상기 회수 대상체와 접촉되도록 설치되거나, 이격 되도록 설치되는 현열 회수 설비.
  10. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작동 유체는 용융 온도와 분해 온도 사이의 온도차가 100℃ 이상, 700℃ 이하의 재료인 현열 회수 설비.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 작동 유체는 용융 온도가 100℃ 내지 700℃, 분해 온도가 200℃ 내지 800℃인 재료인 현열 회수 설비.
  12. 작동 유체의 통과가 가능한 열 회수 유로를 구비하는 열 회수 장치를 열을 회수하고자 하는 회수 대상체의 적어도 일측에 위치시키는 과정; 및
    상기 열 회수 유로로 상기 회수 대상체의 열이 흡수된 후에도 액상을 유지하는 작동 유체를 공급하여, 상기 회수 대상체로부터 열을 회수하는 과정;
    을 포함하는 현열 회수 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 열 회수 장치를 열을 회수하고자 하는 회수 대상체의 적어도 일측에 위치시키는데 있어서,
    상기 열 회수 유로로 작동 유체를 공급하는 제 1 이송 라인 및 상기 열 회수 유로 내 작동 유체를 배출 이동시키는 제 2 이송 라인과 분리된 상태로 상기 열 회수 장치를 회수 대상체의 적어도 일측에 위치시키며,
    상기 열 회수 장치가 회수 대상체의 적어도 일측에 위치되면, 상기 열 회수 유로에 상기 제 1 및 제 2 이송 라인을 체결하는 현열 회수 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 회수 대상체의 열을 회수한 작동 유체로부터 열을 회수하여 전기 에너지를 생성하는 과정을 포함하는 현열 회수 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    열 회수를 수행하지 않는 휴지기 동안, 상기 전기 에너지 생성에 사용된 작동 유체를 제 1 탱크에 액체 상태로 저장하는 과정; 및
    상기 전기 에너지 생성이 중지된 휴지기 동안, 상기 제 2 이송 라인으로 배출된 작동 유체를 제 2 탱크에 액체 상태로 저장하는 과정;
    을 포함하는 현열 회수 방법.
  16. 청구항 12 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작동 유체는 용융 온도와 분해 온도 사이의 온도차가 100℃ 이상, 700℃ 이하의 재료를 사용하는 현열 회수 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 작동 유체는 알카리금속 양이온 및 알카리토금속 양이온 중 하나와 Cl-,　NO3-, SO4- 및 CO3- 중 어느 하나의 음이온의 염화합물인 현열 회수 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 작동 유체는 2종 이상의 상기 염화합물을 포함하는 현열 회수 방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    2종 이상의 상기 염화합물의 종류 및 상기 2종 이상의 상기 염화합물의 혼합 비율 중 적어도 하나를 조절하여, 상기 용융 온도가 100℃ 내지 700℃ 이고, 분해 온도가 200℃ 내지 800℃인 작동 유체를 마련하는 현열 회수 방법.
  20. 청구항 12 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회수 대상체는 고로에서 생산되거나 정련 중인 용선, 용선을 정련시킨 용강, 용강을 응고시켜 제조된 슬라브(slab), 용강이 완전히 응고 되기 전 상태인 반응고 상태의 슬라브, 용선의 정련 중에 발생되는 슬래그(slag) 중 어느 하나인 현열 회수 방법.


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