KR20210064102A - 코크스로 상승관 배가스의 고온 현열 재활용 장치 - Google Patents

코크스로 상승관 배가스의 고온 현열 재활용 장치 Download PDF

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원쥔 탕
화핑 주
구이란 양
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난징 화디엔 에너지-세이빙＆인바이론먼털 프로텍션 이큅먼트 컴퍼니 리미티드
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Abstract

본 발명은 코크스로의 노정에 각각 독립적으로 설치된 제1 상승관 열교환기를 포함하고, 열교환 장치, 순환 펌프를 더 포함하며, 상기 제1 상승관 열교환기, 열교환 장치, 순환 펌프는 루프로 연결되어 열교환 사이클을 형성하고, 열교환 사이클에서는 열교환 매질로서 물, 열전달 오일 또는 기타 열 매질을 사용하며, 열교환 매질은 순환 펌프의 작동 하에서 제1 상승관 열교환기를 통해 흡열 후 증기와 물의 혼합물 또는 고온 열매질로 되며, 열교환 장치를 통과한 후 온도가 낮아지면, 다시 순환 펌프로 유입되어, 하나의 사이클이 완성되는 코크스로 상승과 배가스의 고온 현열 재활용 장치를 제공한다. 상기 장치는 일반적인 석탄화학공업 생산공정에서 코크스로 가스를 연소시키는 벤졸 제거용 튜브로 및 암모니아 증류용 튜브로를 대체하여 코크스로 생산공정 시스템의 열효율을 향상시킴과 동시에 배가스 오염 배출원을 줄인다.

Description

코크스로 상승관 배가스의 고온 현열 재활용 장치
본 발명은 보일러 설비 기술 분야에 속하며, 특히 코크스로 상승관 배가스의 고온 현열 재활용 장치에 관한 것이다.
코크스로는 석탄을 고온 건류 처리하여, 높은 효율로 코크스, 코크스로 가스, 콜타르, 미정제 벤졸 등과 같은 제품으로 전환시킬 수 있으며, 고효율 에너지 전환로이다. 코크스로에서 발생된 열에서 650℃~700℃의 배가스에 의해 방출되는 열은 약 36%를 차지하며, 매우 높은 재활용 가치가 있다. 생성된 배가스 중에는 벤졸, 타르 등 물질이 함유되어 있고, 온도를 낮춘 후 일련의 처리 과정을 거쳐야만 공업적을 응용될 수 있으며, 그 중 하나의 벤졸을 제거하는 것이다. 일반적인 과정으로서 배가스는 최종적으로 약 25℃로 냉각된 후, 먼저 제1 벤졸 스크러버의 하부로 유입되어 상부에서 인출된 다음, 순서대로 각 벤졸 스크러버를 통과한다. 마지막 벤졸 스크러버의 상부에서 인출된 가스의 벤졸 함량은 2g/Nm³ 미만이어야 한다. 린 오일 탱크로부터의 린 오일은 마지막 벤졸 스크러버의 상부로부터 분사되어, 가스와 반대 방향으로 하강하면서 긴밀하게 접촉하여, 가스의 벤졸을 흡수한다. 2.5%의 벤졸을 함유한 리치 오일은 제1 벤졸 스크러버의 하부로부터 인출되어, 리치 오일 펌프에 의해 벤졸 제거 공정으로 펌핑되고, 벤졸 제거 후의 린 오일은 린 오일 탱크로 전달되어 순환 사용된다. 린 오일은 벤졸을 흡수하면 리치 오일로 변한다.
각 벤졸 스크러버의 하부는 세척 오일 수용 탱크로서, 강판으로 가스와 격리시킨다. 상부로부터의 세척 오일은 U 형 튜브를 통해 상기 탱크로 유입되고, 탱크 내의 오일 레벨은 안정적으로 유지되어야 한다. 마지막 벤졸 스크러버 노즐 위의 미스트 포집층은 가스에 포함된 오일 방울을 포집하여, 세척 오일의 손실을 줄이고, 세척 오일이 가스로 유입되는 것을 방지하기도 한다. 회수된 상승관 내의 배가스 열량을 이용하여 린 오일, 리치 오일을 가열하나, 이러한 종래의 화학공업 생산공정에서는, 튜브로(tube furnace)를 이용하여 코크스로 가스를 연소시키며, 연기 배출 온도는 350℃에 달하며, 열효율은 약 60%이다. 따라서, 화학공업 생산공정 중의 배기가스 오염을 최대한 줄이고, 열효율을 향상시키는 것은 업계의 주요 관심사이다. 상승관 열교환기를 이용하여 고온 배가스의 열량을 회수하여, 린 오일, 리치 오일, 암모니아 증류용수 가열, 과열 증기 생성 등을 진행하여, 튜브로를 대체하면, 열효율을 35% 이상 향상시키고, 튜브로의 배기가스 배출원을 감소시킨다. 따라서, 코크스화의 경제성 및 환경 보호 효과를 크게 향상시킨다.
그밖에, 코크스로는 일반적으로 연중 내내 생산을 멈추지 않으나, 상승관 열교환기를 장착하면, 긴급 상황 또는 자연 단전, 정전, 모터 고장 등 돌발 사고가 발행할 경우, 물 또는 열매질 펌프가 작동을 멈추게 되고, 상승관 열교환기 내의 물 또는 열매질의 흐름이 차단되어, 상승관 열교환기 내부의 공가열 상태가 발생하며, 이러한 상태에서 상승관 열교환기 내의 부재가 크게 손상되므로, 상승관 열교환기의 사용 수명을 크게 감소시킨다.
종래 기술의 상술한 문제점을 해결하기 위해, 본 출원은 코크스로 상승관 배가스의 고온 현열 재활용 장치를 제공한다.
종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 코크스로의 노정에 각각 독립적으로 설치된 제1 상승관 열교환기를 포함하고, 열교환 장치, 순환 펌프를 더 포함하며, 상기 제1 상승관 열교환기, 열교환 장치, 순환 펌프는 루프로 연결되어 열교환 사이클을 형성하고, 열교환 사이클에서는 열교환 매질로서 물, 열전달 오일 또는 기타 열매질을 사용하며, 제1 상승관 열교환기는 상승관 내의 고온 배가스의 열량을 회수하고, 물이 포화 증기로 변하거나 저온 열매질이 고온 열매질로 변하며, 열교환 장치는 회수한 열량을 석탄화학공업 생산공정의 리치 오일, 린 오일 또는 암모니아 증류용수로 전달하고, 열교환 매질은 순환 펌프의 작동 하에서 제1 상승관 열교환기를 통해 흡열 후 증기와 물의 혼합물 또는 고온 열매질로 되며, 열교환 장치를 통과한 후 온도가 낮아지면, 다시 순환 펌프로 유입되어, 하나의 사이클이 완성되는 코크스로 상승관 배가스의 고온 현열 재활용 장치를 제공한다.
개선안으로서, 상기 열교환 장치는 스팀 드럼, 암모니아 증류용수 히터, 리치 오일 히터, 열전달 오일 증발기, 린 오일 히터 중 적어도 하나이다.
다른 개선안으로서, 코크스로의 노정에 독립적으로 설치된 제2 상승관 열교환기를 더 포함하고, 제2 상승관 열교환기로 증기를 유입시키면, 증기는 제2 상승관 열교환기에서 열량을 흡수하여 과열 증기가 되어 석탄화학공업 생산공정으로 전송된다.
다른 개선안으로서, 물을 열교환 매질로 할 경우, 제1 상승관 열교환기는 상승관 증발기이다.
추가 개선안으로서, 상승관 증발기의 열교환 매질의 유출단은 스팀 드럼의 유입단에 연결되고, 스팀 드럼의 유출단은 순환 펌프의 유입단에 연통되며, 순환 펌프의 유출단은 암모니아 증류용수 히터의 유입단에 연통되고, 암모니아 증류용수 히터의 유출단은 상승관 증발기의 열교환 매질의 유입단에 연통되어, 하나의 사이클이 완성된다.
추가 개선안으로서, 상승관 증발기의 열교환 매질의 유출단은 스팀 드럼의 유입단에 연결되고, 스팀 드럼의 유출단은 순환 펌프 유입단에 연통되며, 순환 펌프의 유출단은 리치 오일히터의 유입단에 연통되고, 리치 오일히터의 유출단은 암모니아 증류용수 히터의 유입단에 연통되며, 암모니아 증류용수 히터의 유출단은 상승관 증발기의 열교환 매질의 유입단에 연통되어, 하나의 사이클이 완성된다.
추가 개선안으로서, 상승관 증발기의 열교환 매질의 유출단은 스팀 드럼의 유입단에 연결되고, 스팀 드럼의 유출단은 순환 펌프의 유입단에 연통되며, 순환 펌프의 유출단은 상승관 증발기의 열교환 매질의 유입단에 연통되어, 하나의 사이클이 완성된다.
추가적인 개선안으로서, 스팀 드럼 내부에 리치 오일 또는 린 오일 채널이 설치되어 있으며, 리치 오일 또는 린 오일 채널은 스팀 드럼 내의 증기와 열교환하여, 리치 오일 또는 린 오일 채널 내의 리치 오일 또는 린 오일을 가열처리하고, 증기로 리치 오일 또는 린 오일을 가열하는 열교환 면적이 크면, 열교환 장치는 스팀 드럼의 상부에 설치될 수 있으며, 열교환 장치와 스팀 드럼 사이는 상승 연통관 및 하강 연통관을 통해 연통되고, 증기는 상승 연통관을 통하여 위를 향해 열교환 장치로 유입되며, 응축수는 하강 연통관을 통해 스팀 드럼 내로 유입된다.
추가적인 개선안으로서, 상기 스팀 드럼 내의 포화 증기 출구는 제2 상승관 열교환기의 증기 입구와 연결되고, 증기는 제2 상승관 열교환기를 거쳐 계속 가열되어 과열 증기를 형성한다.
추가적인 개선안으로서, 제1 상승관 열교환기의 열교환 매질(열전달 오일)의 유출단은 리치 오일 히터의 유입단에 연결되며, 리치 오일 히터의 유출단은 암모니아 증류용수 히터의 유입단에 연통되고, 암모니아 증류용수 히터의 유출단은 열전달 오일 증발기의 유입단에 연통되며, 열전달 오일 증발기의 유출단은 순환 펌프의 유입단에 연결되고, 순환 펌프의 유출단은 제1 상승관 열교환기의 유입단에 연결되어, 하나의 사이클이 완성된다.
다른 개선안으로서, 제1 상승관 열교환기의 열교환 매질(열전달 오일)의 유출단은 린 오일 히터의 유입단에 연결되고, 린 오일 히터의 유출단은 열전달 오일 증발기의 유입단에 연결되며, 열전달 오일 증발기의 유출단은 순환 펌프의 유입단에 연결되고, 순환 펌프의 유출단은 제1 상승관 열교환기의 유입단에 연통되어, 하나의 사이클이 완성된다.
추가적인 개선안으로서, 상기 제1 상승관 열교환기는 내통, 열교환 튜브, 자연 냉각 튜브, 튜브 캡, 열전도층을 포함하고, 열교환 튜브 및 자연 냉각 튜브는 열전도층 내부에 매설되며, 내통의 외벽에 열교환 튜브 및 자연 냉각 튜브가 서로 엇갈려 번갈아 나선으로 감겨져 있고, 자연 냉각 튜브는 다중 구간으로 구성되며, 각 구간에는 모두 하나의 외부 공기와 서로 연통되는 유입단, 유출단이 한 세트로 설치되어 있고, 튜브 캡은 유입단에 고정 장착된다.
추가적인 개선안으로서, 각 자연 냉각 튜브 내부의 공기 동력은 하기 조건을 만족시켜 한다.
ΔH≥ΔP, 여기서 ΔH는 공기 유동 동력이고, ΔP은 공기 유동 저항력이며;
ΔH=Δρgh, Δρ는 공기 유입구 및 유출구의 밀도차이며, g는 중력 가속도이고, h는 공기 유입구 및 유출구의 고도차이며;
ΔP=(λL/d+Σξ)ρu2/2, λ는 마찰 저항 계수이고, L는 튜브 길이이며, d는 냉각 튜브의 내경이고, Σξ는 부분 저항 계수의 합이며;
작동 상태 유속은 u=G/(ρπd2/4)이며;
G는 공기의 질량 유량이고, ρ는 공기의 평균 온도에 대응하는 밀도이며, 평균 온도는 t=(t1+t2)/2이고, t1은 유입구 온도이며, t2은 유출구 온도이고;
자연 냉각 튜브의 열교환량은 Q이며, 공기의 열 흡수량과 같고, Q=GCp(t2-t1)이며, Cp는 공기의 평균 온도에 대응하는 비열이다.
추가적인 개선안으로서, 정전되어 제1 상승관 열교환기의 물 펌프 또는 열매질 펌프가 작동하지 않으면, 튜브 캡은 열림 상태이며, 전기가 통하여 제1 상승관 열교환기의 물 펌프 또는 열매질 펌프가 작동하면, 튜브 캡은 닫힘 상태이다.
본 발명이 제공하는 코크스로 상승관 배가스의 고온 현열 재활용 장치는, 여러 용도로 공업에 응용되며, 상승관 열교환기의 회수 열량 및 석탄화학공업 생산공정의 리치 오일, 암모니아 증류용수, 린 오일, 과열 증기의 가열에 필요한 열량에 따라, 장치 내의 상승관 열교환기 및 상승관 과열기의 수량을 합리적으로 배치하여, 일반적인 공정에서 코크스로 가스를 연소시키는 벤졸 제거용 튜브로 및 암모니아 증류용 튜브로를 대체하여, 이들로 인한 연기 배출 온도가 350℃에 달하나 열효율이 60% 정도로 낮은 가열 방식의 불리한 영향을 해소한다. 구체적으로 증기에 의한 리치 오일 가열 또는 펌핑 후 온수에 의한 리치 오일 가열, 증기에 의한 린 오일 가열, 펌핑 후 온수에 의한 암모니아 증류용수 가열, 고온 열전도 오일에 의한 리치 오일 및 암모니아 증류용수, 린 오일 가열 등 유형을 포함하며, 이들의 공업적 응용 및 구조 배치는 이미 코크스로 생산공정 시스템의 열 효율을 크게 향상시킬 수 있으며, 또한 배기가스 오염원을 감소시키고, 에너지를 절약하고, 배기가스를 감소시켜, 환경 보호 차원에서 의미가 매우 크다.
동시에, 본 발명에서 상승관 열교환기의 단전 시 쉽게 발생하는 공가열 현상에 대해, 물리역학적 관점에서 보면, 자연 냉각 튜브의 유입단에 튜브 캡이 설치되어 있어, 공가열 시 상승관 열교환기 내의 기타 부재에 대한 강온 목적을 효과적으로 달성하여, 상승관 열교환기를 보호하는 작용을 한다. 또한, 열풍 출구에 위치하는 관구(管口)는 사면형이므로, 빗물이 자연 냉각 튜브로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 가열장치 실시예 1의 구조 개략도이다.
도 2는 본 발명의 가열장치 실시예 2의 구조 개략도이다.
도 3은 본 발명의 가열장치 실시예 3의 구조 개략도이다.
도 4는 본 발명의 가열장치 실시예 4의 구조 개략도이다.
도 5는 본 발명의 가열장치 실시예 5의 구조 개략도이다.
도 6는 본 발명의 상승관 열교환기의 구조 개략도이다.
이하, 본 발명의 도면과 실시예를 결합하여 추가적으로 설명한다.
코크스로 상승관 배가스의 잔열 고온 현열의 재활용 장치에서, 코크스로 상승관 배가스 현열을 회수하여, 석탄화학공업 생산공정과 결합하여, 회수된 열량을 화학공업 생산공정 매질의 가열에 이용한다. 코크스로 상승관 배가스의 고온 현열 재활용 장치는 배가스 현열의 회수에 사용되는 열매질에 따라 다르다. 물의 강제 순환을 이용하여 배가스 열량을 흡수하여 증기를 생성할 경우, 증기에 의한 리치 오일 가열 또는 펌핑 후 온수에 의한 리치 오일 가열, 펌핑 후 온수에 의한 암모니아 증류용수 가열 등 장치를 포함하며, 열전도 오일의 강제 순환을 이용하여 배가스 열량을 흡수하여 고온 열전도 오일로 전환할 경우, 고온 열전도 오일에 의한 리치 오일 가열, 또는 고온 열전도 오일에 의한 린 오일 가열 등 유형의 장치를 포함한다. 코크스로의 일부 상승관은 상술한 두 가지 방법을 이용하여 배가스의 열량을 회수하고, 다른 상승관들은 포화 증기를 상승관 열교환기에 유입시켜, 포화 증기로 배가스의 열량을 흡수하여 고온의 과열 증기로 변환시키고, 상기 고온의 과열 증기는 화학공업 생산공정으로 전송하는 것으로, 일반적인 튜브로를 대체한다. 코크스로 상승관 배가스의 고온 현열 재활용 장치의 구체적인 구조의 실시예는 도 1-5의 공정을 참고하기 바란다.
실시예 1:
상승관 과열기(5), 상승관 증발기(1), 스팀 드럼(2), 제1 순환 펌프(3), 암모니아 증류용수 히터(4)를 포함하고 있으며; 상승관 가열기(5)는 상승관 증발기(1)에 연통되고, 상승관 증발기(1)의 유출단은 스팀 드럼(2)의 유입단에 연결되며, 스팀 드럼(2)의 유출단은 순환 펌프(3)의 유입단에 연통되고, 순환 펌프(3)의 유출단은 암모니아 증류용수 히터(4)의 유입단에 연통되며, 암모니아 증류용수 히터(4)의 유출단은 상승관 증발기(1)의 유입단에 연통되고, 스팀 드럼(2) 내부에 린 오일 채널이 설치되어 있으며, 스팀 드럼(2) 상에 리치 오일 유입단 및 리치 오일 유출단이 설치되어 있고, 리치 오일 채널은 내부의 리치 오일에 대해 열교환 가열처리를 진행하며, 순환 펌프(3) 내부는 물 매질로 설치될 수 있다. 본 실시예는 리치 오일 벤졸 제거용 튜브로를 대체할 수 있다.
실시예 2:
상승관 과열기(5), 상승관 증발기(1), 스팀 드럼(2), 순환 펌프(3), 암모니아 증류용수 히터(4), 리치 오일 히터(6)를 포함하며, 상승관 증발기(1)의 유출단은 스팀 드럼(2)의 유입단에 연결되고, 스팀 드럼(2)의 유출단은 순환 펌프(3)의 유입단에 연통되며, 순환 펌프(3)의 유출단은 리치 오일 히터(6)의 유입단에 연통되고, 리치 오일 히터(6)의 유출단은 암모니아 증류용수 히터(4)의 유입단에 연통되며, 암모니아 증류용수 히터(4)의 유출단은 상승관 증발기(1)의 유입단에 연통되고, 스팀 드럼(2) 내부 및 순환 펌프(3) 내부는 물 매질로 설치될 수 있다. 본 실시예는 리치 오일 벤졸 제거용 튜브로를 대체할 수 있다.
스팀 드럼(2) 내부에 리치 오일 채널이 설치되어 있으며, 리치 오일 채널은 스팀 드럼 내의 증기와 열교환하여, 리치 오일 채널 내의 리치 오일을 가열처리하고, 증기로 리치 오일을 가열하는 열교환 면적이 크면, 열교환면은 스팀 드럼의 상부에 설치될 수 있으며, 열교환면과 스팀 드럼 사이는 상승 연통관 및 하강 연통관을 통해 연통되고, 증기는 상승 연통관을 통하여 위를 향해 열교환면으로 유입되며, 응축수는 하강 연통관을 통해 스팀 드럼 내로 유입된다.
상기 스팀 드럼 내(2)의 포화 증기 출구는 제2 상승관 열교환기(5)의 증기 입구와 연결되거나 또는, 상승관 과열기(5)의 증기 유입구와 연결될 수도 있으며, 증기는 상승관 열교환기(5)를 거쳐 계속 가열되어 과열 증기를 형성한다.
실시예 3:
상승관 증발기(1), 스팀 드럼(2), 순환 펌프(3)를 포함하며, 상승관 증발기(1)의 유출단은 스팀 드럼(2)의 유입단에 연결되고, 스팀 드럼(2)의 유출단은 순환 펌프(3)의 유입단에 연통되며, 순환 펌프(3)의 유출단은 상승관 증발기(1)의 유입단에 연통되고, 스팀 드럼(2) 내부 및 순환 펌프(3) 내부는 물 매질로 설치될 수 있다.
스팀 드럼(2) 내부에 린 오일 채널이 설치되고, 린 오일 채널은 스팀 드럼 내의 증기와 열교환하여, 린 오일 채널 내의 린 오일을 가열처리하고, 증기가 린 오일을 가열하는 열교환 면적이 크면, 열교환면은 스팀 드럼의 상부에 설치될 수 있으며, 열교환면과 스팀 드럼 사이는 상승 연통관 및 하강 연통관을 통해 연통되고, 증기는 상승 연통관을 통하여 위를 향해 열교환면으로 유입되며, 응축수는 하강 연통관을 통해 스팀 드럼 내로 유입된다. 본 실시예는 린 오일 벤졸 제거용 튜브로를 대체할 수 있다.
실시예 4:
상승관 과열기(5), 상승관 열교환기(7), 리치 오일 히터(6), 암모니아 증류용수(4), 열전달 오일 증발기(8), 순환 펌프(3)를 포함하며, 상승관 열교환기(7)의 유출단은 리치 오일 히터(6)의 유입단에 연결되고, 리치 오일 히터(6)의 유출단은 암모니아 증류용수 히터(4)의 유입단에 연결되며, 암모니아 증류용수 히터(4)의 유출단은 열전달 오일 증발기(8)의 유입단에 연결되고, 열전달 오일 증발기(8)의 유출단은 순환 펌프(3)의 유입단에 연결되며, 순환 펌프(3)의 유출단은 상승관 열교환기(7)의 유입단에 연통되고, 순환 펌프(3) 내부에 열전도 오일 매질이 설치되어 있다. 본 실시예는 리치 오일 벤졸 제거용 튜브로를 대체할 수 있다.
실시예 5:
상승관 열교환기(7)를 포함하며, 상승관 열교환기(7)의 유출단은 린 오일 히터(8)의 유입단에 연결되고, 린 오일 히터(9)의 유출단은 열전달 오일 증발기(8)의 유입단에 연결되며, 열전달 오일 증발기(8)의 유출단은 순환 펌프(3)의 유입단에 연결되고, 순환 펌프(3)의 유출단은 상승관 열교환기(7)의 유입단에 연통되며, 순환 펌프(3) 내부에 열전도 오일 매질이 설치되어 있다. 본 실시예는 린 오일 벤졸 제거용 튜브로를 대체할 수 있다.
실시예 1은 증기에 의한 리치 오일 가열, 펌핑 후 온수에 의한 암모니아 증류용수 가열을 이용하여, 리치 오일 튜브로를 대체한다. 실시예 2는 펌핑 후 온수에 의한 리치 오일, 암모니아 증류용수 가열을 이용하여, 일반적인 리치 오일 튜브로를 대체한다. 실시예 3은 증기에 의한 린 오일 가열을 이용하여, 일반적인 린 오일 튜브로를 대체한다. 실시예 4는 고온 열전도 오일에 의한 리치 오일, 암모니아 증류용수 가열을 이용하여, 일반적인 리치 오일 튜브로를 대체한다. 실시예 5는 고온 열전도 오일에 의한 린 오일 가열을 이용하여, 일반적인 린 오일 튜브로를 대체한다.
동시에, 본 발명에서 상승관 열교환기(7)는 내통(71), 열교환 튜브(72), 자연 냉각 튜브(73), 튜브 캡(74), 열전도층(75)을 포함하고, 열교환튜브(72) 및 자연 냉각 튜브(73)는 열전도층(75) 내부에 매설되며, 내통(71)의 외벽에 열교환 튜브(72) 및 자연 냉각 튜브(73)가 서로 엇갈려 번갈아 나선으로 감겨져 있고, 자연 냉각 튜브(73)는 다중 구간으로 구성되며, 각 구간에는 모두 하나의 외부 공기와 서로 연통되는 유입단, 유출단이 한 세트로 설치되어 있고, 튜브 캡(74)은 유입단에 고정 장착된다. 열전도층(75) 외층에 한 층의 보온층(76)이 설치되어 보온하여, 방열을 줄인다. 외통(77)을 더 포함하고 있으며, 외통(77)은 보온층(76)의 외측면에 설치되어, 보온층(76) 및 내부 구조를 고정한다.
자연 냉각 튜브(73)의 구간 개수는, 각 구간의 튜브 내 공기가 받는 부력이 유동 저항력을 극복하기에 충분하도록 보장하는 것으로 몇 그룹의 자연 냉각 튜브를 설치해야 할지 결정하도록, 물리적 역학에 따라 계산할 수 있다.
유동 저항력을 극복하고, 공기 순환 속도를 보장하기 위해, 각 자연 냉각 튜브 내부의 공기 동력은 하기 조건을 만족시켜야 한다.
ΔH≥ΔP, 여기서 ΔH는 공기 유동 동력이고, ΔP는 공기 유동 저항력이며;
ΔH=Δρgh, Δρ는 공기 유입구 및 유출구의 밀도차이며, g은 중력 가속도이고, h는 공기 유입구 및 유출구의 고도차이며;
ΔP=(λL/d+Σξ)ρu2/2, λ는 마찰 저항 계수이고, L는 튜브 길이이며, d는 냉각 튜브의 내경이고, Σξ는 부분 저항 계수의 합이며;
작동 상태 유속은 u=G/(ρπd2/4)이며;
G는 공기의 질량 유량이고, ρ는 공기의 평균 온도에 대응하는 밀도이며, 평균 온도는 t=(t1+t2)/2이고, t1은 유입구 온도이며, t2은 유출구 온도이고;
자연 냉각 튜브의 열교환량은 Q이며, 공기의 열 흡수량과 같고, Q=GCp(t2-t1)이며, Cp는 공기의 평균 온도에 대응하는 비열이다.
자연 냉각 튜브(73)의 유입구의 튜브 캡(74)은 상승관 열교환기가 정상 작동하면 닫혀 열리지 않은 상태이며, 상승관 열교환기(7)의 정전으로 펌프가 작동하지 않으면, 튜브 캡(74)은 열린 상태가 된다. 정전일 때, 물 또는 열매질을 작동시키는 펌프는 작동을 멈추고, 열교환 튜브 내의 물 또는 열 매질의 흐름이 차단되어, 상승관 열교환기는 공가열 상태가 된다. 이때, 자연 냉각 튜브의 유입구에 위치하는 튜브 캡(74)을 빠르게 돌리면, 자연 냉각 튜브의 유출구가 상대적으로 상부에 위치하므로, 외부 환경의 냉기가 자연 냉각 튜브로 유입되어, 상승관 열교환기 내의 각 부재에 축적된 열량을 흡수하여 열기로 변하고, 열기의 밀도가 냉기의 밀도보다 작아, 열기는 이 밀도차로 인해 발생된 부력 작용에 의해 자연 냉각 튜브 내부 나선을 따라 위로 유출구까지 이동하여 대기로 배출됨으로써, 공가열 시 상승관 열교환기 내의 기타 부재에 대한 강온 목적을 달성하여, 상승관 열교환기를 보호하는 작용을 한다. 동시에 본 발명에 열풍 출구에 위치하는 관구는 사면형이므로, 빗물이 자연 냉각 튜브로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
상술한 실시예들은 단지 본 발명의 몇 가지 실시예를 설명한 것이며, 설명이 구체적이고 상세하나, 특허범위를 한정하는 것으로 이해해서는 안 된다. 주의해야 할 점은, 당업자에게 있어, 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 전제하에서, 약간의 변형 및 개선을 수행할 수 있으며, 이는 모두 본 발명의 보호범위에 속한다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 청구범위를 기준으로 한다.
1: 상승관 증발기
2: 스팀 드럼
3: 순환 펌프
4: 암모니아 증류용수 히터
5: 상승관 과열기
6: 리치 오일 히터
7: 상승관 열교환기
71: 내통
72: 열교환 튜브
73: 자연 냉각 튜브
74: 튜브 캡
75: 열전도층
76: 보온층
77: 외통
8: 열전달 오일 증발기
9: 린 오일 히터

Claims (10)

  1. 코크스로의 노정에 각각 독립적으로 설치된 제1 상승관 열교환기(7)를 포함하고, 열교환 장치, 순환 펌프(3)를 더 포함하며, 상기 제1 상승관 열교환기(7), 열교환 장치, 순환 펌프(3)는 루프로 연결되어 열교환 사이클을 형성하고, 열교환 사이클에서는 열교환 매질로서 물, 열전달 오일 또는 기타 열매질을 사용하며, 상기 제1 상승관 열교환기(7)는 상승관 내의 고온 배가스의 열량을 회수하고, 물이 포화 증기로 변하거나 저온 열매질이 고온 열매질로 변하며, 상기 열교환 장치는 회수한 열량을 석탄화학공업 생산공정의 리치 오일, 린 오일 또는 암모니아 증류용수로 전달하고, 상기 열교환 매질은 순환 펌프의 작동 하에서, 상기 제1 상승관 열교환기(7)를 통해 흡열 후 증기와 물의 혼합물 또는 고온 열매질로 되며, 상기 열교환 장치를 통과한 후 온도가 낮아지면, 다시 상기 순환 펌프로 유입되어, 하나의 사이클이 완성되는 것을 특징으로 하는,
    코크스로 상승관 배가스의 고온 현열 재활용 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열교환 장치는 스팀 드럼(2), 암모니아 증류용수 히터(4), 리치 오일 히터(6), 열전달 오일 증발기(8), 린 오일 히터(9) 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는, 코크스로 상승관 배가스의 고온 현열 재활용 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    코크스로의 노정에 독립적으로 설치된 제2 상승관 열교환기(5)를 더 포함하고, 상기 제2 상승관 열교환기(5)로 증기를 유입시키면, 증기는 상기 제2 상승관 열교환기(5)에서 열량을 흡수하여 과열 증기가 되어 석탄화학공업 생산공정으로 전달되는 것을 특징으로 하는, 코크스로 상승관 배가스의 고온 현열 재활용 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 상승관 증발기(1)의 열교환 매질의 유출단은 스팀 드럼(2)의 유입단에 연결되고, 상기 스팀 드럼(2)의 유출단은 상기 순환 펌프(3)의 유입단에 연통되며, 상기 순환 펌프(3)의 유출단은 암모니아 증류용수 히터(4)의 유입단에 연통되고, 상기 암모니아 증류용수 히터(4)의 유출단은 상기 상승관 증발기(1)의 열교환 매질의 유입단에 연통되어, 하나의 사이클이 완성되는 것을 특징으로 하는, 코크스로 상승관 배가스의 고온 현열 재활용 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 상승관 증발기(1)의 열교환 매질의 유출단은 스팀 드럼(2)의 유입단에 연결되고, 상기 스팀 드럼(2)의 유출단은 순환 펌프(3) 유입단에 연통되며, 상기 순환 펌프(3)의 유출단은 리치 오일히터(6)의 유입단에 연통되고, 상기 리치 오일히터(6)의 유출단은 암모니아 증류용수 히터(4)의 유입단에 연통되며, 상기 암모니아 증류용수 히터(4)의 유출단은 상기 상승관 증발기(1)의 열교환 매질의 유입단에 연통되어, 하나의 사이클이 완성되는 것을 특징으로 하는, 코크스로 상승관 배가스의 고온 현열 재활용 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 상승관 증발기(1)의 열교환 매질의 유출단은 스팀 드럼(2)의 유입단에 연결되고, 상기 스팀 드럼(2)의 유출단은 순환 펌프(3)의 유입단에 연통되며, 상기 순환 펌프(3)의 유출단은 상승관 증발기(1)의 열교환 매질의 유입단에 연통되어, 하나의 사이클이 완성되는 것을 특징으로 하는, 코크스로 상승관 배가스의 고온 현열 재활용 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 스팀 드럼(2) 내부에 리치 오일 또는 린 오일 채널이 설치되어 있으며, 리치 오일 또는 린 오일 채널은 스팀 드럼 내의 증기와 열교환하여, 상기 리치 오일 또는 린 오일 채널 내의 리치 오일 또는 린 오일을 가열처리하고, 증기로 리치 오일 또는 린 오일을 가열하는 열교환 면적이 크면, 상기 열교환 장치는 상기 스팀 드럼(2)의 상부에 설치될 수 있으며, 상기 열교환 장치와 스팀 드럼(2) 사이는 상승 연통관 및 하강 연통관을 통해 연통되고, 증기는 상승 연통관을 통하여 위를 향해 열교환 장치로 유입되며, 응축수는 하강 연통관을 통해 스팀 드럼 내로 유입되는 것을 특징으로 하는, 코크스로 상승관 배가스의 고온 현열 재활용 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 스팀 드럼(2) 내의 포화 증기 출구는 상기 제2 상승관 열교환기(5)의 증기 입구와 연결되고, 증기는 상기 제2 상승관 열교환기(5)를 거쳐 계속 가열되어 과열 증기를 형성하는 것을 특징으로 하는, 코크스로 상승관 배가스의 고온 현열 재활용 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 상승관 열교환기(7)의 열교환 매질(열전달 오일)의 유출단은 상기 리치 오일 히터(6)의 유입단에 연결되며, 상기 리치 오일 히터(6)의 유출단은 암모니아 증류용수 히터(4)의 유입단에 연통되고, 상기 암모니아 증류용수 히터(4)의 유출단은 열전달 오일 증발기(8)의 유입단에 연통되며, 상기 열전달 오일 증발기(8)의 유출단은 순환 펌프(3)의 유입단에 연결되고, 상기 순환 펌프(3)의 유출단은 제1 상승관 열교환기(7)의 유입단에 연결되어, 하나의 사이클이 완성되는 것을 특징으로 하는, 코크스로 상승관 배가스의 고온 현열 재활용 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 상승관 열교환기(7)의 열교환 매질(열전달 오일)의 유출단은 린 오일 히터(9)의 유입단에 연결되고, 상기 린 오일 히터(9)의 유출단은 열전달 오일 증발기(8)의 유입단에 연결되며, 상기 열전달 오일 증발기(8)의 유출단은 순환 펌프(3)의 유입단에 연결되고, 상기 순환 펌프(3)의 유출단은 제1 상승관 열교환기(7)의 유입단에 연통되어, 하나의 사이클이 완성되는 것을 특징으로 하는, 코크스로 상승관 배가스의 고온 현열 재활용 장치.
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