KR101874749B1 - 부생가스 예열 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 부생가스 예열 장치에 관한 것으로, 예열수를 공급하는 예열수 공급부와, 보일러의 폐가스를 이용한 제 1 열교환을 통해 상기 예열수를 증발시키는 증발부와, 상기 증발부를 통해 증발된 증기를 이용한 제 2 열교환을 통해 유입되는 부생가스를 예열한 후 상기 보일러에 공급하는 응축부와, 상기 제 2 열교환을 통해 응축된 응축수를 회수하여 상기 예열수 공급부로 유입시키는 응축수 회수부를 포함하며, 상기 증기는, 상기 증발부로부터 상승하여 상기 응축부에 제공됨으로써, 열손실을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

부생가스 예열 장치{APPARATUS FOR PREHEATING WASTE GAS}
본 발명은 부생가스를 예열하기 위한 응축기와 증발기를 일체화하여 설치함으로써, 열손실을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 열교환 효율을 향상시킬 수 있는 부생가스 예열 장치에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 기력 발전의 경우 제철 공정에서 발생되는 부생가스(예를 들면, 코크스가스, 고로가스, 전로가스 등)를 보일러 연료로 사용하고 있는데, 코크스 가스(COG : cokes oven gas), 고로가스(BFG : blast furnace gas), 전로가스(LDG : linze donawitz converter gas) 등은 제철 공정 또는 석탄화학 공정 중에 발생하고, 파이넥스 가스(FOG : finex off gas)는 파이넥스 공정에서 발생한다.
이러한 기력 발전에서는 보일러의 연소 효율 향상을 위해 고온의 배기여열을 이용하여 부생가스를 예열하고 있는데, 도 1에 도시한 바와 같이 배기여열측에는 증발기가 설치되어 대략 180℃의 폐가스가 유입된 후 열교환을 통해 대략 140℃의 온도로 배출되고, 부생가스 배관에는 열교환용 응축기가 설치되어 대략 20-30℃의 부생가스가 유입된 후 열교환을 통해 대략 80-90℃로 예열되어 배출될 수 있다.
상술한 바와 같은 기력 발전의 경우 증발기에서 열교환을 통해 발생된 증기(steam)가 응축기까지 이송배관을 통해 이송되기 때문에, 열 손실이 발생하는 문제점이 있으며, 응축기에서 응축된 증기는 물이 되어 증발기로 회수되지만, 응축된 과정에서 발생된 불응축성 가스는 응축기의 상부에 쌓이게 되고, 이러한 불응축성 가스는 증기의 흐름을 방해하여 열교환을 억제하기 때문에, 효율적인 열교환을 위해서 주기적인 가스 배출이 수행되어야만 하는 문제점이 있다.
아울러, 응축기와 증발기가 상대적으로 먼 원거리에 설치되어 있기 때문에, 관리 비용이 상승하게 되는 문제점이 있고, 응축기와 증발기가 분리 설치되어 있어 많은 배관 및 연결부가 존재하기 때문에, 잦은 누설(leak)과 이물질의 유입으로 인해 예열수 탁도가 높아져 열교환 효율이 저하되는 문제점이 있다.
1. 한국등록특허 제10-0715418호(2007.04.30.등록) 2. 한국등록특허 제10-1556642호(2015.09.23.등록)
본 발명은 부생가스를 예열하기 위한 응축기와 증발기를 일체화하여 설치함으로써, 열손실을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 열교환 효율을 향상시킬 수 있는 부생가스 예열 장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 보일러의 폐가스를 이용한 제 1 열교환을 통해 예열수를 증발시키고, 증발된 증기를 이용한 제 2 열교환을 통해 유입되는 부생가스를 예열한 후 상기 보일러에 공급함으로써, 응축기와 증발기가 일체로 설치되어 있어 누설과 이물질의 유입을 미연에 방지할 수 있고, 이로 인해 열교환 효율을 향상시킬 수 있는 부생가스 예열 장치를 제공하고자 한다.
아울러, 본 발명은 제 2 열교환을 통해 응축된 응축수를 회수하여 예열수 공급부로 유입시키고, 제 2 열교환을 통해 발생된 불응축 가스를 배출시킴으로써, 부생가스 예열 효율을 더욱 더 향상시킬 수 있는 부생가스 예열 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 예열수를 공급하는 예열수 공급부와, 보일러의 폐가스를 이용한 제 1 열교환을 통해 상기 예열수를 증발시키는 증발부와, 상기 증발부를 통해 증발된 증기(steam)를 이용한 제 2 열교환을 통해 유입되는 부생가스를 예열한 후 상기 보일러에 공급하는 응축부와, 상기 제 2 열교환을 통해 응축된 응축수를 회수하여 상기 예열수 공급부로 유입시키는 응축수 회수부를 포함하며, 상기 증기는, 상기 증발부로부터 상승하여 상기 응축부에 제공되는 부생가스 예열 장치가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 부생가스 예열 장치는, 상기 제 2 열교환을 통해 발생된 불응축가스를 배출하는 배출부를 더 포함하는 부생가스 예열 장치가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 예열수 공급부는, 계열별로 상기 예열수가 유입되는 복수의 계열별 유입배관과, 상기 복수의 계열별 유입배관에 각각 연결되어 상기 예열수를 공급하는 복수의 계열별 하부헤더를 포함하는 부생가스 예열 장치가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 예열수 공급부는, 상기 복수의 계열별 유입배관에 각각 구비되어 상기 예열수의 레벨을 제어하는 복수의 레벨 제어밸브와, 상기 복수의 계열별 하부헤더와 상기 증발부의 사이에 각각 구비되어 상기 예열수의 공급을 선택 차단하는 복수의 계열별 차단밸브를 더 포함하는 부생가스 예열 장치가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 증발부는, 상기 제 1 열교환이 수행되는 제 1 열교환 공간이 마련된 증발하우징과, 상기 예열수 공급부와 연통되어 상기 예열수가 공급되는 복수의 계열별 하부배관과, 상기 복수의 계열별 하부배관과 각각 연결되면서 상기 증발하우징을 관통하여 구비되며, 상기 예열수를 상부로 이동시키는 복수의 계열별 관통배관을 포함하는 부생가스 예열 장치가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 응축부는, 상기 증발부의 상부에 구비되며, 상기 제 2 열교환이 수행되는 제 2 열교환 공간이 마련되는 응축하우징과, 상기 응축하우징을 관통하여 구비되며, 상기 부생가스가 유입되어 예열된 후 배출되는 복수의 이송배관을 포함하는 부생가스 예열 장치가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 응축하우징은, 상기 증발하우징의 상부에 구비되는 부생가스 예열 장치가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 응축수 회수부는, 상기 응축부의 내부에 발생된 상기 응축수를 하부로 이송시켜 상기 예열수 공급부로 유입시키는 복수의 회수배관과, 상기 복수의 회수배관에 각각 구비되어 회수되는 상기 응축수의 회수량을 측정하는 복수의 레벨계를 포함하는 부생가스 예열 장치가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 배출부는, 상기 응축부의 상부에 구비된 진공펌프를 포함하여 상기 제 2 열교환을 통해 발생된 상기 불응축가스를 배출시키는 부생가스 예열 장치가 제공될 수 있다.
본 발명은 부생가스를 예열하기 위한 응축기와 증발기를 일체화하여 설치함으로써, 열손실을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 열교환 효율을 향상시킬 수 있는 부생가스 예열 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 보일러의 폐가스를 이용한 제 1 열교환을 통해 예열수를 증발시키고, 증발된 증기를 이용한 제 2 열교환을 통해 유입되는 부생가스를 예열한 후 상기 보일러에 공급함으로써, 응축기와 증발기가 일체로 설치되어 있어 누설과 이물질의 유입을 미연에 방지할 수 있고, 이로 인해 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.
아울러, 본 발명은 제 2 열교환을 통해 응축된 응축수를 회수하여 예열수 공급부로 유입시키고, 제 2 열교환을 통해 발생된 불응축 가스를 배출시킴으로써, 부생가스 예열 효율을 더욱 더 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 기력 발전에서 증발기와 응축기의 작용을 설명하기 위한 도면이고,
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 부생가스 예열 장치를 예시한 도면이다.
본 발명의 실시예들에 대한 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 부생가스 예열 장치를 예시한 도면이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 부생가스 예열 장치(100)는 예열수 공급부(110), 증발부(120), 응축부(130), 응축수 회수부(140), 배출부(150) 등을 포함할 수 있다.
예열수 공급부(110)는 예열수를 공급하는 것으로, 복수의 계열별 유입배관(111), 복수의 레벨 제어밸브(112), 복수의 계열별 하부헤더(113), 복수의 계열별 차단밸브(114) 등을 포함할 수 있다.
여기에서, 복수의 계열별 유입배관(111)은 계열별(예를 들면, 5계열 등)로 구비되어 예열수가 유입될 수 있고, 복수의 계열별 유입배관(111)에는 예열수의 레벨(즉, 예열수의 공급량)을 제어하는 복수의 레벨 제어밸브(112)가 각각 구비될 수 있으며, 예열수의 레벨은 후술하는 응축수 회수부(140)에 구비된 복수의 레벨계(142)를 통해 측정된 응축수 회수량에 대응하는 공급량으로 하여 복수의 레벨 제어밸브(112)를 통해 조절된 후에, 예열수를 유입시킬 수 있다.
또한, 복수의 계열별 하부헤더(113)는 복수의 계열별 유입배관(111)에 각각 연결되어 예열수를 공급할 수 있고, 복수의 계열별 차단밸브(114)는 복수의 계열별 하부헤더(113)와 증발부(120)의 사이에 각각 구비되어 예열수의 공급을 선택 차단할 수 있다.
즉, 복수의 계열별 하부헤더(113)와 증발부(120)에 구비된 복수의 계열별 하부배관(122)은 각각 연결되며, 그 사이에는 복수의 계열별 차단밸브(114)가 각각 구비됨으로써, 파손된 계열 배관으로의 예열수 공급을 선택적으로 차단할 수 있다.
증발부(120)는 예열수 공급부(110)의 상부에 구비되며, 대략 180℃의 온도를 갖는 보일러의 폐가스를 이용한 제 1 열교환을 통해 예열수를 증발시키는 것으로, 증발하우징(121), 복수의 계열별 하부배관(122), 복수의 계열별 관통배관(123) 등을 포함할 수 있다.
여기에서, 증발하우징(121)은 폐가스를 이용한 제 1 열교환이 수행되는 제 1 열교환 공간이 내부에 마련되며, 공급되는 예열수와 폐가스의 제 1 열교환을 통해 예열수를 증발시키면서 대략 140℃의 온도로 하강된 폐가스를 배출시킴으로써, 배출된 폐가스는 연돌을 통해 외부로 배출될 수 있다.
또한, 복수의 계열별 하부배관(122)은 예열수 공급부(110)와 연통되어 예열수가 공급되며, 복수의 계열별 관통배관(123)은 복수의 계열별 하부배관(122)에 계열별로 각각 연결되면서 증발하우징(121)을 관통하여 구비되며, 예열수를 상부로 이동시키는데, 예열수 공급부(110)에 구비된 복수의 계열별 하부헤더(113)과 각각 연결되어 예열수가 공급되며, 예열수가 상부로 이동하면서 폐가스와의 제 1 열교환을 통해 증발되면서 그 증기(steam)가 상부로 이동할 수 있고, 이러한 증기는 응축부(130)로 공급될 수 있다.
즉, 증발부(120)에서 발생된 증기는 상부로 상승하여 응축부(130)로 제공될 수 있다.
응축부(130)는 증발부(120)의 상부에 구비되며, 증발부(120)를 통해 증발된 증기(steam)를 이용한 제 2 열교환을 통해 유입되는 부생가스를 예열한 후 보일러에 공급하는 것으로, 응축하우징(131), 복수의 이송배관(132) 등을 포함할 수 있다.
여기에서, 응축하우징(131)은 증발부(120)의 상부에 구비되며, 증발부(120)에서의 제 1 열교환을 통해 발생된 증기를 이용한 제 2 열교환이 수행되는 제 2 열교환 공간이 마련되며, 공급되는 증기와 유입되는 부생가스와의 제 2 열교환을 통해 대략 20-30℃의 부생가스가 유입될 경우 대략 80-90℃로 예열한 후에 보일러 측으로 배출(공급)할 수 있다.
또한, 복수의 이송배관(132)은 응축하우징(131)을 관통하여 구비되며, 부생가스가 유입되어 예열된 후 배출되는데, 응축하우징(131)의 일측면과 타측면을 관통하여 구비될 수 있다.
상술한 바와 같은 응축부(130)의 응축하우징(131)에는 제 2 열교환을 통해 증기가 응축되어 응축수로 상태 변환된 후, 응축하우징(131)의 바닥에 고이게 되며, 제 2 열교환을 통해 응축되지 않은 불응축가스는 응축하우징(131)의 상부로 이동할 수 있다.
또한, 응축하우징(131)의 바닥에는 바닥에 고인 응축수를 응축수 회수부(140)로 유도하기 위해 양측면으로 경사진 응축수 유도판(도시 생략됨)이 추가로 구비됨으로써, 응축하우징(131)의 바닥에 모인 응축수가 효과적으로 응축수 회수부(140)로 배출될 수 있다.
응축수 회수부(140)는 응축부(130)의 하부 측면에 구비되며, 제 2 열교환을 통해 응축된 응축수를 회수하여 예열수 공급부(110)로 유입시키는 것으로, 복수의 회수배관(141), 복수의 레벨계(142) 등을 포함할 수 있다.
여기에서, 복수의 회수배관(141)은 응축부(130)의 내부에 발생된 응축수를 하부로 이송시켜 예열수 공급부(110)로 유입시킬 수 있는데, 이러한 복수의 회수배관(141)은 증발부(120)에 구비된 증발하우징(121)의 양측면으로 복수개가 상하로 구비되며, 응축부(130)에 구비된 응축수 유도판의 경사진 방향에 대응하는 양측면에 각각 구비될 수 있다.
즉, 복수의 회수배관(141)의 일단은 응축부(130)의 응축하우징(131) 바닥면에 대응하는 위치에 연통 구비되면서 타단은 예열수 공급부(110)의 복수의 계열별 유입배관(111)에 각각 연통될 수 있다.
또한, 복수의 레벨계(142)는 복수의 회수배관(141)에 각각 구비되어 회수되는 응축수의 회수량을 측정하는데, 이러한 응축수 회수량을 측정한 후, 응축수 회수량에 대응하는 공급량으로 하여 복수의 레벨 제어밸브(112)를 통해 조절하여 예열수를 원하는 공급량만큼 예열수를 효율적으로 유입시킬 수 있다.
배출부(150)는 제 2 열교환을 통해 발생된 불응축가스를 배출하는데, 진공펌프를 포함하며, 응축부(130)의 응축하우징(131) 내부에서 수행되는 부생가스와 증기를 이용한 제 2 열교환을 통해 발생된 불응축가스를 주기적으로 배출시킬 수 있다. 이러한 불응축가스는 응축하우징(131)의 상부에 모이게 되기 때문에, 진공펌프를 응축하우징(131)의 상부에 설치하여 불응축가스를 효과적으로 펌핑 및 배출시킴으로써, 응축부(130)에서 수행되는 제 2 열교환 효율을 더욱 더 향상시킬 수 있다.
따라서, 본 발명은 부생가스를 예열하기 위한 응축기와 증발기를 일체화하여 설치함으로써, 열손실을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 열교환 효율을 향상시킬 수 있는 부생가스 예열 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 보일러의 폐가스를 이용한 제 1 열교환을 통해 예열수를 증발시키고, 증발된 증기를 이용한 제 2 열교환을 통해 유입되는 부생가스를 예열한 후 상기 보일러에 공급함으로써, 응축기와 증발기가 일체로 설치되어 있어 누설과 이물질의 유입을 미연에 방지할 수 있고, 이로 인해 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.
아울러, 본 발명은 제 2 열교환을 통해 응축된 응축수를 회수하여 예열수 공급부로 유입시키고, 제 2 열교환을 통해 발생된 불응축 가스를 배출시킴으로써, 부생가스 예열 효율을 더욱 더 향상시킬 수 있다.
이상의 설명에서는 본 발명의 다양한 실시예들을 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다.
100 : 부생가스 예열 장치 110 : 예열수 공급부
111 : 복수의 계열별 유입배관 112 : 복수의 레벨 제어밸브
113 : 복수의 계열별 하부헤더 114 : 복수의 계열별 차단밸브
120 : 증발부 121 : 증발하우징
122 : 복수의 계열별 하부배관 123 : 복수의 계열별 관통배관
130 : 응축부 131 : 응축하우징
132 : 복수의 이송배관 140 : 응축수 회수부
141 : 복수의 회수배관 142 : 복수의 레벨계
150 : 배출부

Claims (9)

  1. 예열수를 공급하는 예열수 공급부와,
    보일러의 폐가스를 이용한 제 1 열교환을 통해 상기 예열수를 증발시키는 증발부와,
    상기 증발부를 통해 증발된 증기(steam)를 이용한 제 2 열교환을 통해 유입되는 부생가스를 예열한 후 상기 보일러에 공급하는 응축부와,
    상기 제 2 열교환을 통해 응축된 응축수를 회수하여 상기 예열수 공급부로 유입시키는 응축수 회수부를 포함하며,
    상기 증기는, 상기 증발부로부터 상승하여 상기 응축부에 제공되고,
    상기 응축부는,
    상기 증발부의 상부에 구비되며, 상기 제 2 열교환이 수행되는 제 2 열교환 공간이 마련되는 응축하우징과,
    상기 응축하우징을 관통하여 구비되며, 상기 부생가스가 유입되어 예열된 후 배출되는 복수의 이송배관과,
    상기 응축하우징의 바닥에 고인 상기 응축수를 상기 응축수 회수부로 유도하기 위해 양측면으로 경사지게 구비되는 응축수 유도판
    을 포함하는 부생가스 예열 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 부생가스 예열 장치는,
    상기 제 2 열교환을 통해 발생된 불응축가스를 배출하는 배출부
    를 더 포함하는 부생가스 예열 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 예열수 공급부는,
    계열별로 상기 예열수가 유입되는 복수의 계열별 유입배관과,
    상기 복수의 계열별 유입배관에 각각 연결되어 상기 예열수를 공급하는 복수의 계열별 하부헤더
    를 포함하는 부생가스 예열 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 예열수 공급부는,
    상기 복수의 계열별 유입배관에 각각 구비되어 상기 예열수의 레벨을 제어하는 복수의 레벨 제어밸브와,
    상기 복수의 계열별 하부헤더와 상기 증발부의 사이에 각각 구비되어 상기 예열수의 공급을 선택 차단하는 복수의 계열별 차단밸브
    를 더 포함하는 부생가스 예열 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 증발부는,
    상기 제 1 열교환이 수행되는 제 1 열교환 공간이 마련된 증발하우징과,
    상기 예열수 공급부와 연통되어 상기 예열수가 공급되는 복수의 계열별 하부배관과,
    상기 복수의 계열별 하부배관과 각각 연결되면서 상기 증발하우징을 관통하여 구비되며, 상기 예열수를 상부로 이동시키는 복수의 계열별 관통배관
    을 포함하는 부생가스 예열 장치.
  6. 삭제
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 응축하우징은, 상기 증발하우징의 상부에 구비되는 부생가스 예열 장치.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항 항에 있어서,
    상기 응축수 회수부는,
    상기 응축부의 내부에 발생된 상기 응축수를 하부로 이송시켜 상기 예열수 공급부로 유입시키는 복수의 회수배관과,
    상기 복수의 회수배관에 각각 구비되어 회수되는 상기 응축수의 회수량을 측정하는 복수의 레벨계
    를 포함하는 부생가스 예열 장치.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 배출부는, 상기 응축부의 상부에 구비되어 상기 불응축가스를 배출시키는 진공펌프를 포함하는 부생가스 예열 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100241623B1 (ko) * 1997-07-23 2000-03-02 오상수 흡수식 냉동기의 불응축가스 제거장치
KR100715418B1 (ko) * 2005-12-09 2007-05-07 주식회사 포스코 열교환 이상 감지 장치 및 이를 구비한 비에프지 예열 장치
KR101141438B1 (ko) * 2011-10-21 2012-05-04 이지성 폐쇄회로 순환식 스팀보일러의 응축수 회수 및 자동급수장치

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