KR910001605B1 - 용광로의 석탄 슬러리 주입용 관 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

용광로의 석탄 슬러리 주입용 관

제1도는 본 발명에 의한 석탄 슬러리 주입용 관과 그와 관련된 용광로의 일부분을 나타낸 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 용광로의 노벽 2 : 송풍구(tuyere)

3 : 블로우 파이프(blow pipe) 4 : 강관

5 : 내화성 라이닝재 6 : 외부 도관

7 : 내부 외관 8 : 챔버

9 : 석탄 슬러리 주입용 관

본 발명은 다량의 석탄 슬러리 (slurry)를 용광로 속으로 주입하기 위한 석탄 슬러리 주입용 관에 관한 것으로, 더 자세하게는 다량의 석탄-물 혼합물 또는 석탄-타르 혼합물을 용광로의 보조연료로 사용할 수 있도록 해주는 그 구조가 보다 새롭고 단순화된 석탄 슬러리 주입용 관에 관한 것이다.

석유류 값의 인상으로 인해 효율면에서 적당하고 가격적으로도 유리한 다른 대체 연료를 찾기 위한 노력이 여러 많은 산업분야에서 활발히 진행되고 있다.

예를 들면 용광로의 운전의 경우에서, 예를 들면 용광로의 송풍구(tuyere)로 기름 연료를 주입하는 기술은 원래 용광로의 가동 능력을 높이고 균일한 가동을 시키기 위한 수단으로써 발달되었다.

그러나 이러한 기술은 기름값의 인상과 철강의 전 세계적인 과잉 생산으로 인해 철강 산업이 위기에 직면했기 때문에 경제적인 관점에서 더 이상 매력을 끌지 못하게 되었다.

그러므로 기름 연료를 다른 값싸고 높은 발열량을 가지는 연료(예를 들면 석탄-물 혼합물 및 석탄-타르혼합물)로 대체하려는 움직임이 일어났다.

이 두가지 타입의 혼합물은 본 발명의 목적과 동일한 것으로 생각될 수 있기 때문에 여기서는 석탄-물(coal-water, 이하 CW라 칭함) 혼합물에 대해서 예를 들었으며 석탄-타르 혼합물에 대해서도 똑같이 적용되는 것은 물론이다.

석탄은 이 두가지 혼합물에서 가장 중요한 구성 요소이며 따라서 가능한 높은 혼합비율로 구성되어 있어야 한다.

이러한 요구 조건은 석탄 슬러리를 용광로의 보조 연료로 사용할 때 필수적인 것인데 이는 왜냐하면 이 혼합물의 열효율이 저하되었을 경우 바람직한 기술적, 경제적 잇점을 얻을 수 없을 뿐 아니라 몇몇의 시험 생산에서 입증되었듯이 용광로가 냉각되거나 심지어 용광로가 꺼지는 위험한 현상이 야기될 수 있기 때문이다.

그렇지만 수송이나 물리적 안정도 면에서 물제가 있다하더라도, 이 석탄-물 혼합물중 석탄이 80% 이상 함유된 것이 용광로의 보조연료로써 개발되어 왔다.

고체(석탄)의 함유량이 높을 경우, 액체(물) 쪽에서의 분리할려는 조그마한 경향이 있으면 석탄 슬러리는 유체의 특성 및 필요한 펌핑성을 급속히 잃어 버리게 된다.

이러한 조건하에서 저장 탱크와 혼합물을 운반하는 파이프는 습기있는 석탄 가루에 의해 곧 막히게 된다. 그러나 이 혼합물의 점도는 적절한 제조 기술, 특히 적합한 첨가물을 사용함으로써 만족할 만한 레벨로 유지시킬 수 있다.

다량의 CW 혼합물은 여러 실시예에서 아주 유망한 결과를 얻는 용광로의 보조 연료로써 실험적으로 사용되어지고 있다.

그러나 이 혼합물을 안정된 배분율로 보내주기 위한 어려움 때문에 산업적 차원에서 널리 이용하는데는 지금까지 심각한 문제점을 안고 있었다.

사실 CW 혼합물을 용광로의 송풍구로 주입하기 위해 현재 사용되는 석탄 슬러리 주입용 관은 단지 수시간 후에 통로가 막히며 노의 제어 및 가동의 연속성을 저해시키는 것이 자주 관찰되었다.

이러한 석탄 슬러리 주입용 관은 기름 버너의 대략적인 선을 따라 디자인 되어지며, 또한 내부 도관(이것을 통해 CW 혼합물이 펌프되어짐)이 있고, 그 송출관 끝에는 미세한 스프레이가 되도록 혼합물에 소용돌이 운동을 부여해주는 속이 빈 나선형 노즐이 있는 배럴(barrel)로 구성되어 있다.

전술한 첫번째 도관과 동축이며 그것을 에워싸는 두번째 도관은 혼합물을 분무하고 이것을 용광로의 송풍구안으로 밀어넣는 압축된 공기를 보내준다.

이 공기를 보내주는 외부 도관은 CW 혼합물을 운반하는 도관의 밀단부 바로 직전에서 끝나게 된다.

상기와 같이 구성함으로써 혼합물이 노즐의 효율을 저하시킴이 없이 공기 도관에서 연소되는 것이 방지된다.

또한 혼합물을 주입하기 위한 석탄 슬러리 주입용 관의 말단부가 대략 1200℃의 평균 온도에서 용광로 공기를 운반하는 용광로의 송풍구로 삽입되어지기 때문에, 이러한 구성을 해주는 것이 필요하다.

이러한 조건하에서, CW 혼합물은 높은 유동율로 주입되어져야 한다는 것이 실험적으로 입증되었는데 왜냐하면 현재 쓰여지고 있는 석탄 슬러리 주입용 관은 시간당 800리터에서 도관이 막히기 시작하기 때문이다.

그러나 용광로의 원활하고 효율적인 가동을 위해서는 혼합물의 주입율을 보다 낮은 수준, 즉 시간당 300-400리터 정도로 유지시켜야 한다.

상기와 같이 상반되는 요구를 만족시키기 위해 냉각 및/또는 단열된 석탄 슬러리 주입용 관이 제안되었지만 이 모두가 바람직한 결과를 나타내지 못하였다.

결론적으로 다량의 CW 혼합물을 용광로의 송풍구로 주입하기 위해 현재 사용되는 석탄 슬러리 주입용 관의 어느 것도 연장된 장시간 동안 낮은 주입률로 고장없이 연속적으로 사용할 수가 없다.

본 발명의 목적은 그 내부에 막히는 방해물의 생성을 억제하고 따라서 다량의 CW 혼합물을 일정한 주입률로 고온의 용광로 안으로 주입할 수 있는 간단한 구성으로 된 석탄 슬러리 주입용 관을 제공함으로써 이러한 요구 조건을 만족시키는데 있다.

본 발명은 기름 연료를 용광로의 송풍구로 주입하기 위해 현재 사용되는 관과, 다량의 CW 혼합물을 유사하게 주입하기 위해 지금까지 제안된 석탄 슬러리 주입용 관은 모두 기름 버어너의 동작 원리에 따라 구성, 설계되어져 있다는 사실에 근거를 두고 있다.

다른말로 하면 그것들 모두는 공기 스트림이 연료를 주입용 관의 밖으로 분출시키는 말단 노즐이 설치되어 있어 주어진 형태와 크기의 불꽃으로 연소하게 될 공기-연료 혼합물을 만들게 된다.

실제로는 이러한 구성이 용광로의 보조 연료의 경우에 꼭 필요한 것은 아니다.

우선 특정의 공기/연료 혼합물을 분출시키는 것이 꼭 필요하지는 않는데, 왜냐하면 용광로의 송풍구를 통해 들어오는 고온, 고속의 격렬한 공기 스트림은 혼합물의 비율에 관계없이 완전 연소가 이뤄지도록 해주기 때문이다.

그러나 주입용 관에 의해 주입되어진 보조 연료는 용광로의 송풍구내에서 점화되거나 또는 그 송풍구의 돌출부에서 너무 멀리 떨어진 곳에서 점화되어서는 안된다는 요구조건이 있다.

이러한 여러가지 요구 조건때문에 고농도의 CW 혼합물의 이용이 늦어지게 되었으며 사실 다른 이유들 때문에도 여전히 시험 단계에 머물고 있다.

본 발명에 따르면 석탄-물 혼합물 또는 석탄-타르 혼합물(혹은 그밖의 다른 다량의 석탄 슬러리)을 용광로의 송풍구로 주입하기 위한 석탄 슬러리 주입용 관은, 연료의 공급하는 내부 도관은 가스(기체)를 보내주는 외부 도관 보다 훨씬 더 짧으며 이러한 구성함으로써 팽창 및 혼합 챔버가 석탄 슬러리 주입용 관의 말단부에 형성되어지는 것을 특징으로 한다.

내부 도관의 말단부는 바람직하기로는, 석탄 슬러리 주입용 관이 블로우 파이프(blow pipe)에 들어가는 구멍과 같은 높이로 끝나야 하며, 반면에 석탄 슬러리 주입용 관의 말단부는 블로우 파이프의 중앙에 위치되면서 블로우 파이프와 용광로의 송풍구 사이의 연결부와 같은 높이로 되어야 한다.

외부 도관의 말단부는 석탄 슬러리 주입용 관으로부터 빠져나가는 석탄과 물의 분출물을 분산시키는 장치와 적합하게 결합되어 있다.

석탄 슬러리 주입용관의 말단부와 내부 도관의 말단부 사이의 외부도관 확장부는 챔버를 형성하여 이 챔버에서 내부 도관으로부터 흘러나오는 다량의 CW 혼합물이 외부 도관을 통해 운반된 기체에 의해서 나누어져 분산되어진다.

동시에 혼합물의 물성분은 이 챔버내에서 증발하여 석탄 슬러리 주입용 관으로부터 석탄을 분출시키는데 도움이 되는 추가의 압력을 생성시키며 또한 석탄 슬러리 주입용 관의 냉각에 기여를 하게 된다.

본 발명이 첨부된 도면을 참고로 하여 하나의 실시예를 들어 보다 상세히 설명되지만 꼭 그것으로 국한되 것은 아니다.

송풍구(tuyere) (2)로 알려진 물로 냉각된 구리 구조물이 장착되어 노벽 (1)의 내부면으로부터 돌출되어 있다.

송풍구에 의해 노로 들어온 고온의 용광로의 공기는 내화물질(5)로 라이닝된 강관(4)으로 구성된 블로우 파이프(3)에 의해 송풍구로 이송된다.

석탄 슬러리 주입용 관(9)은 블로우 파이프(3)쪽에 있는 구멍을 통해 들어가며, 외부 도관(6)으로 이루어져 있으며 이 외부 도관(6)은 석탄 슬러리 주입용 관을 냉각시키고 내부 도관에 의해 운반된 연료를 분무시키기 위해 사용되는 압축 공기를 운반하며, 내부도관(7)은 석탄 슬러리 주입용 관의 말단부가 연료를 팽창 및 분무하기 위한 챔버 (8)를 형성하도록 외부도관(6)보다 더 짧다.

내부 도관은 블로우 파이프(3)내의 뜨거운 공기 통풍이 내부도관(7)에 영향을 미치지 않도록 하고 또는 기껏해야 제한된 범위내의 신장에만 영향을 끼치도록 블로우 파이프의 내화성 라이닝재 (5)와 같은 높이로 끝나게 되어 있다.

이 석탄 슬러리 주입용 관을 사용하여 조작했을 때 석탄-물, 석탄-타르 혼합물 혹은 다른 다량의 석탄 슬러리가 특정의 일정한 흐름으로 내부 도관(7)에 의해 챔버 (8)로 전달되어지며 이 챔버 (8)에서는 전달되어진 혼합물이 외부도관(6)을 통해 분사되는 가스(기체)에 의해 분산되어 진다.

동시에 내부도관(7)을 통해 챔버 (7)내로 이동된 석탄-물 혼합물에 포함된 물이 1200℃의 평균 온도를 가진 용광로 공기와 접촉하게 되면 저온 상태이었던 석탄-물 혼합물에 포함되었던 물이 증발되며, 그에 따라 고온의 용광로 공기와 접촉하고 있는 고온 상태인 석탄 슬러리 주입용 관을 냉각하는 효과를 얻게 되며, 또한 상기물이 가열되어 증발되면 증기가 생성되는데 이 생성 증기의 압력은 석탄입자를 석탄 슬러리 주입용관 밖으로 밀어내는 힘이 있으므로 상기 발생된 증기는 석탄 입자의 분산도와 이동성을 증가시키게 된다.

이렇게 하여 석탄 입자가 다른 형태의 석탄 슬러리 주입용 관의 경우처럼 뭉쳐져서 더이상 덩어리가 되지 않는다.

석탄 분말 분사물은 석탄 슬러리 주입용 관에 의해 블로우 파이프(3)의 단부 앞을 지나 블로우 파이프와 송풍구 사이의 연결부 너머로 전달된다.

음속이하의 속력으로 송풍구 안으로 흐르는 뜨거운 공기 통풍은 석탄 입자를 더욱 분산시키며 그것들을 송풍구의 돌출부(2')로부터 운반하여 여기서 이것들이 발화 연소하게 된다.

Claims (3)

1. a) 기체를 운반하고 블로우 파이프 속으로 침투되는 외부도관, b) 외부도관의 잔여 신장부가 슬러리 주입용 관의 내부 도관밖으로부터 나오는 석탄 슬러리의 팽창 및 혼합챔버로 사용될 수 있도록 상기 외부도관보다 더 짧은 내부 도관으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 다량의 석탄 슬러리를 용광로 안으로 주입하기 위한 석탄 슬러리 주입용 관.
2. 제1항에 있어서, 내부도관의 말단부는 슬러리 주입용 관이 블로우 파이프 속으로 침투하는 구멍과 높이가 같거나 혹은 거의 같은 높이로 되어있는 것을 특징으로 하는 석탄 슬러리 주입용 관.
3. 제2항에 있어서, 슬러리 주입용 관이 송풍구의 세로 축선상에서 끝나며, 이 송풍구와 블로우 파이프 사이의 연결부와 높이가 같은 것을 특징으로 하는 석탄 슬러리 주입용관.

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