KR820001481B1 - 용광로의 배기가스에 포함된 에너지를 터어빈으로 회수하는 방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

용광로의 배기가스에 포함된 에너지를 터어빈으로 회수하는 방법

제1도는 터어빈을 사용하여 용광로로부터 방출되는 배가가스로부터 에너지를 회수하는 한 종래 방법에 있어서의 배기가스의 전체유량, 그리고 그의 변화, 터어빈용량간의 관계를 나타내는 선도.

제2도는 터어빈을 사용하여 용광로로부터 방출되는 배기가스로부터 에너지를 회수하는 다른 종래 방법에 있어서의 배기가스의 전체유량, 그리고 그의 변화, 터어빈용량간의 관계를 나타내는 선도.

제3도는 본 발명의 한 실시예를 나타내는 선도.

제4도는 본 발명에 있어서의 배기가스의 전체유량을, 그리고 그의 변화, 터어빈용량간의 관계를 나타내는 선도.

본 발명은 용광로의 상부로부터 방출되는 배기가스를 터어빈에 공급하여 상기 배기가스에 포함된 열에너지 및 운동에너지를 회수하여 상기 열에너지 및 운동에너지를 터빈에 의해 구동되는 발전기를 사용하여 전기에너지로 변화시키는 방법에 관한 것이다.

용광로의 상부로부터 방출되는 가스는 많은 양의 열에너지 및 운동에너지를 갖고 있기 때문에, 이러한 에너지들을 낭비함이 없이 효과적으로 회수하여 다른 목적을 위한 동력으로서 사용하는 것이 바람직하다.

이러한 배기가스의 에너지로 회수하기 위한 종래의 방법에 따르면, 용광로로부터 방출되는 가스는 집진기를 통과하여 먼지를 제거하게 되며, 그렇게 정화된 배기가스는 용광로의 상부압력을 제어시키는 격벽밸브와 터어빈으로 분기공급되어, 터어빈에 의해 구동되는 발전기를 구동시킴으로써 상기 배기가스의 에너지가 전기에너지로 회수되게끔 되어 있다. 이러한 종래의 기술에 있어서 격벽밸브 및 터어빈으로 공급되는 배기가스의 유량은 두 가지의 방법에 따라 설정된다.

용광로의 정상작동중에도, 용광로의 상부로부터 방출되는 배기가스의 유량은 시간이 경과함에 따라 변화하게 된다. 첫번째 방법에 따르면, 터어빈에 공급되는 배기가스의 유량율은 배기가스의 전체유량의 변화에 의해 영향을 받지 않는 하부의 최소치, 즉 제1도의 선 A-A로 표시된 수준으로 설정된다. 터어빈의 용량을 초과하는 배기가스의 초과량은 격벽밸브로 공급되어 유량이 상기 격벽밸브(septum valve)에 의해 제어됨으로써 필요한 상부압력을 유지시킬 수 있게 된다. 두번째 방법에 따르면, 터어빈에 공급되는 배기가스의 유량율 즉, 터어빈의 용량은 배기가스의 전체유량의 변화치중 최대치, 즉 제2도의 선B-B로 표시된 수준으로 설정된다.

상부 압력은 터어빈에 공급되는 배기가스의 유량을 제어하는 조절밸브에 의해 제어되며, 격벽밸브는 단지 블로우바이(blow-bye)에 대처하도록 위치되거나 또는 단지 터어빈이 정지될때만 사용된다.

첫번째 방법에서는, 시스템은 비교적 쉽게 제어될 수 있으나, 격벽밸브를 흐르는 배기가스량이 많기 때문에 에너지가 회수되지 않고 방출되는 배기가스량이 증가하게 된다. 따라서, 터어빈에 의한 에너지 회수율은 저하된다.

두번째 방법에서는, 배기가스의 유량이 변화하여 터어빈으로 흐르는 가스의 유량이 터어빈의 용량보다 저하될때 상부압력을 바람직한 수준으로 유지시키도록, 가스의 흐름을 트로톨링(throttling)시키는 것이 필요하다. 이 경우에, 트로틀링에 의한 가스의 손실이 크게 되어 에너지회수율이 오히려 감소된다. 특히 용광로가 오랜기간 동안 낮은 작업율로 작동되어야만 할 때는, 이러한 에너지회수율의 감소는 두드러지게 된다.

더욱, 터어빈의 설계용량이 더욱 커지게 되기 때문에, 터어빈의 크기가 크게 되어야 하며, 그에 따라 부수설비들의 크기 또한 필연적으로 크게 되어야 하기 때문에 설비비가 증가하게 된다.

따라서, 본 발명의 첫번째 목적은 배기가스의 에너지를 회수하기 위한 터어빈의 용량을 용광로의 정상작동중에 시간이 경과함에 따라 변화하는 배기가스의 전체유량의 평균치로 설정하여, 터어빈에 의한 에너지 회수율을 증가시킬 수 있게하는 에너지 회수방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 두번째 목적은 터어빈의 설정용량에 대한 회수에너지의 비율을 증가시키는 에너지회수방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 세번째 목적은 터어빈을 통과하지 않고 격벽밸브를 통과하는 배기가스의 유량을 감소시켜 회수되지 않고 방출되어 낭비되는 에너지량을 감소시키게 하는 에너지회수방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 네번째 목적은 배기가스의 유량이 터어빈의 설정용량미만으로 감소될 때 터어빈의 조절밸브에 의한 가스흐름의 트로틀링을 낮은 수준으로 유지시켜 트로틀링에 의해 발생되는 손실을 감소시키게 하는 에너지회수방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적들 및 특징들 그리고 효과들은 이후의 상세한 설명을 참조함으로써 명백해질 것이다.

본 발명을 첨부된 도면들을 참조해 설명하면 다음과 같다.

제3도에 도시된 바와 같이, 배기가스는 용광로(10)의 상부(10a)로부터 관(11a)를 통해 집진기 12와 벤튜리정화기(venturi scrubber, 13)으로 통과되어, 배기가스에 포함된 먼지들이 집진기(12) 및 벤튜리정화기(13)에 의해 제거된다. 정화기(13)로부터 연장되는 관(11b)는 두관(11c, 11d)로 분기된다.

관(11c)는 조절밸브(14)를 통해 터어빈(15)으로 연결되어 또한 터어빈(15)의 배출구는 관(11c)를 통해 차단밸브 16에 연결된다. 관(11d)는 배출측이 관(11f)에 연결되어 있는 격벽밸브(17)에 연결된다. 관(11f)는 언급한 차단밸브(16)의 배출측에 연결된 관(11g)와 결합되어 가스호울더(gas holder)에 연결된 관(11h)를 형성한다.

상부압력을 감지하여 감지된 상부압력치에 따라 전기신호를 발생시키도록 제1발진기(19)와 용광로(10)의 상부(10a)에 위치된다. 제1발진기(19)는 접촉자(20a)가 선택적으로 접촉자(20b)또는 접촉자(20c)에 연결될 수 있게끔 배치된 제1신호전환장치(20)에 전기적으로 연결된다. 이 제1신호전환장치에서 상부압력의 허용변화의 상한선 및 하한선이 어떤 작은 범위를 갖게끔 설정된다. 상부압력이 상한선을 초과하게 되면, 접촉자(20a)는 자동적으로 접촉자(20b)에 연결되며, 상부압력이 하한선보다 낮게 되면 접촉자(20a)는 자동적으로 다른 접초자(20c)에 연결된다. 접촉자(20a)가 접촉자(20b)에 연결됐을 때는 인위적으로 연결을 고정 또는 비고정시킬 수 있다. 제1발진기(19)로부터 발생되는 전기신호는 압력조절기(12)에 의해 제어신호로 변환되며, 그리하여 압력조절기(12)로부터 발생되는 제어신호는 상부압력을 제어시키도록 제1신호전환장치(20)를 통해 격벽밸브(17) 또는 조절밸브(14)에 보내진다.

제1신호전환장치(20)의 접촉자(20b)는 격벽밸브(17)를 작동시키기 위한 개구(22)에 연결된다. 또한 접촉자(20c)는 제2신호전환장치(23)의 접촉자(23b)에 연결된다. 이 제2신호전환장치(23)는 접촉자(23b)외에 접촉자(23a) 및 접촉자(23c)을 갖는다.

접촉자(23a)는 자동적으로 접촉자(23b,23c)에 선택적으로 연결된다. 상기 접촉자(23a)는 조절밸브(14)를 작동시키기 위한 기구(24)에 연결되며, 접촉자(23c)는 터어빈(15)의 회전수를 탐지하여 탐지된 회전수에 따른 신호를 발생시키는 제2발진기(29)에 연결된다.

터어빈(15)에 공급되는 배기가스의 유량은 시간의 경과에 따라 변화하는 배기가스의 전체유량의 평균치 즉 제4도에 선 c-c로 표시된 수준으로 설정된다.

상기에 설명한 바와 같이, 제1신호전환장치(20)에서 미리 설정되는 압력의 상한선 및 하한선들은 상한선이 터어빈용량에 상응하는 압력 즉, 평균치보다 높은 압력수준과 동일하게 되고, 하한선은 터어빈용량에 상응하는 압력보다 약간 낮은 압력수준과 동일하게 되게끔 정해진다. 본 발명의 방법을 성취시키기 위해, 상기한 바와 같은 구조를 갖는 장치의 작동을 설명하면 다음과 같다.

조절밸브(14)와 차단밸브(16)가 폐쇄되면, 터어빈(15)이 정지되고 모든 배기가스들은 격벽밸브(17)를 통과하게 된다. 접촉자(20a)가 제1신호전환장치(20)의 접촉자(20b)에 연결되어 그 연결이 고정되면, 제1발진기(19)로부터 발생되는 전기신호가 압력조절기(21)에 공급된다. 공급된 신호들은 압력조절기(21)에서 비교되어 감산, 제산 및 가산과 같은 연산이 실행된다. 그리하여 압축조절기(21)에서 발생되는 출력신호는 상부압력을 제어하도록 격벽밸브(17)에 보내진다. 이러한 공정중에, 터어빈(15)에 의해 회수되는 에너지는 없게 된다.

터어빈(15)이 시동되면, 차단밸브(16)는 개방되고 제1발진기(25)의 다이얼(dial)은 시동위치로 맞춰진다 이때, 접촉자(23a)는 제2신호전환장치(23)의 접촉자(23c)에 연결되며, 조절밸브(14)는 터어빈(15)을 시동시키도록 점차로 개방된다. 그러면, 제2발진기(25)는 터어빈(15)의 회전이 시작됨과 동시에 동력모선에 대한 동력공급이 시작될수 있게끔 조정되며, 발전기(18)의 동력은 동력모선에 보내진다. 그러면, 제1신호 전환장치(20)에서의 두 접촉자(20a,20b)사이의 연결은 고정상태에 있게 되지 않으며, 제2발진기(25)는 발전기(18)의 출력을 증가시키도록 조정된다. 그 결과로, 제2신호전환장치(23)에서 접촉자(23a)는 접촉자(23b)와 자동적으로 연결된다. 그리하여, 시스템은 자동적으로 제어될 수 있는 상태에 있게 된다.

상부 압력에 따른 신호는 제1발진기(19)로부터 제1신호전환장치(20)으로 보내져서, 그곳에서 신호는 지정된 상, 하한선들과 비교된다. 상부압력이 하한선보다 낮게 되면, 시간경과 따라 변화하는 배기가스의 전체유량의 평균치는 터어빈(15)의 용량보다 낮게 된다. 이 경우에, 제1신호전환장치(20)에서 접촉자(20a)이 자동적으로 접촉자(20c)에 연결되어, 격벽밸브(17)가 폐쇄됨으로써 모든 배기가스들은 조절밸브(14)를 통해 터어빈(15)에 공급된다. 터어빈(15)에 의해 발전기(18)가 구동됨으로써, 배기가스의 에너지는 전기에너지로 변환되어 동력모선에 공급되는 상태로해서 회수된다. 상부압력은 제1발진기(19)에 의해 감지되어 압력조절기(21)로 전달되어, 그곳에서 상부압력신호는 제어신호로 변환된다. 이 제어신호는 제1신호전환장치(20) 및 제2신호전환장치(23)를 통해 조절밸브동작기구(24)로 전달된다. 조절밸브 작동기구(24)는 조절밸브(14)를 구동시켜 터어빈(15)에 공급되는 배기가스량을 조정하여, 상부압력을 제어할 수 있게 한다.

상부압력이 제1신호전환장치(20)에서 미리 설정된 상한선을 초과하면, 접촉자(20c)에 연결되어 있는 접촉자(20a)는 자동적으로 접촉자(20b)와 연결된다. 이러한 상태에서, 터어빈(15)에 공급되는 배기가스의 유량은 완전히 터어빈(15)의 용량과 상응하게 되며, 터어빈(15)의 용량을 초과하는 배기가스의 초과량은 격벽밸브(17)로 흐르게 된다. 상부압력은 제1발진기(19)로부터 발생되는 신호에 따라, 압력조절기(21), 제1신호전환장치(20)그리고 격벽밸브, 작동기구(22)를 통해 격벽밸브(17)을 작동시킴으로써 예정된 수준으로 유지된다. 본 발명에 있어서, 제4도에서 선 c-c로 표시된 수준인 터어빈의 용량은 선 c-c및 선 c-c위의 흐름율곡선에 의해 정해지는 지역이 선 c-c 및 선 c-c 밑의 흐름율곡선에 의해 정해지는 지역과 동일하게 될 수 있게끔 결정될 것이다. 또한 터어빈(15)의 용량은 흐름율 곡선의 최상점 a₁, a₂, a₃, ...과 최저점 b₁, b₂, b₃...의 평균치에 근거를 두어 결정될 것이다. 터어빈의 용량이 전자의 방법이나 후자의 방법 어느 것으로 결정되든지간에 터어빈에 의해 에너지회수율의 실질적인 차이는 초래되지 않는다. 전술한 실시예에서는 배기가스에 포함된 에너지를 터어빈에 연결된 발전기를 사용하여 전기에너지로 변환시키는 방법을 설명하였다.

본 발명에 있어서, 배기가스의 에너지는 터어빈에 연결된 압축기 및/ 또는 펌프를 사용하여 다른 형태의 에너지로 회수될 수 있다.

Claims (1)

1. 터어빈(15)과 격벽밸브(17)을 병렬로 연결하고 발전기(18)를 전력모선에 접속하는 용광로 배출가스 시스템에 있어서, 터어빈 용량을 배출가스 유량의 시간평균치에 상당하는 크기로 하고, 터어빈 속도조절밸브(14)의 밸브부의 최대 개도(開度)를 경계로 하여 그 이하의 유량에서는 격벽밸브(17)는 닫고 용광로(10)의 상부(10a)의 압력은 조절밸브(14)에 의하여 제어되며, 그 이상에서는 격벽밸브(17)를 사용하도록 한 것을 특징으로 하는 용광로의 배기가스에 포함된 에너지를 터어빈으로 회수하는 방법.

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