KR100469298B1 - 저질소 저유황 함유 무연탄을 이용한 소결배기가스의황산화물과 질소산화물의 저감방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소결광 제조 공정에서 발생하는 황산화물과 질소산화물의 저감 방법에 관한 것으로써, 특히 소결 원료로서 분 상태의 철광석과 각종 부원료 및 열원인 분코크스와 무연탄을 이용하여 괴상화시키는 소결광의 제조 방법에 있어서, 종래의 무연탄과 분코크스를 소결원료에 혼합, 조립시킴으로써 수분에 대해 응집성이 강한 무연탄이 상기 원료와 조립시 균일 배합이 이루어 지지 않고 특정 부위에 편중되어 소결 베드내에서 소성시 변동폭이 높게 발생할 때에 소결 원료 배합공정에서 1차 혼합기에는 연료인 분코크스와 원료인 철광석, 그리고 부원료를 물과 혼합시켜 적정 수분(6.0%±0.5)이 함유된 배합원료를 제조한 후, 2차 조립기에서 입도를 정립시킨 무연탄을 필요 연료량에 치환시켜 상기 배합원료와 구분 조립함으로써 무연탄을 균일하게 배합하여 사용토록 한 것이다.

이러한 본 발명은 소결광 제조원료의 균일한 무연탄 피복이 필요없고 환경오염물질인 질소 및 황산화물의 발생량을 현저히 줄여 환경친화적인 소결광을 제조할 수 있는 효과를 제공한다.

Description

저질소 저유황 함유 무연탄을 이용한 소결배기가스의 황산화물과 질소산화물의 저감방법{SOx AND NOx REDUCING METHOD OF SINTERING DISCHARGING GAS BY USING ANTHRACITE HAVING LOW NITROGEN AND SULFUR}

본 발명은 분상태의 철광석과 각종 부원료 및 열원인 분코크스와 무연탄을 괴상화하여 소결광을 제조할 때 발생되는 질소산화물 및 황산화물의 발생량을 극소화시킬 수 있도록 한 저질소 저유황 함유 무연탄을 이용한 소결배기가스의 황산화물과 질소산화물의 저감방법에 관한 것이다.

소결광은 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 소결용 연,원료빈(101,102)에서 절출한 분철광석 및 부원료(석회석,규사,사문암 등)그리고 연료인 분코크스(Coke)와 무연탄을 1,2차 혼합기(104,105)에서 물을 뿌리면서 회동시켜 혼합 및 조립을 행하여 대차(107)에 장입하고, 1200℃의 점화로(111)를 통과하면서 표층부를 착화시킨 후 유효화상거리(대차 상층부에서만 공기를 흡입할 수 있는 거리)를 지나면서 메인 브로어(112)로 흡입하여 배합원료중에 포함된 연료에 의해 1300∼1400℃까지 온도가 상승되면서 원료가 용융되어 입자들끼리 강고한 결합력을 지닌 소결체(괴상화)가 형성됨으로서 제조된다.

상기한 일련의 소결 과정은 소결기 대차(107)에 장입된 배합원료와 고체 연료인 분코크스의 환원과 산화반응이 거의 순간적으로 일어나면서, 소결베드내 공기를 하방으로 취입하는 과정에서 분코크스를 급격하게 연소시켜 온도를 1350~1400℃까지 도달시킨다.

즉, 상기 반응 과정에서 분코크스에 포함된 탄소(87.1%)가 대차(107) 상부에서 흡입된 공기중의 산소와 결합하여 일산화탄소가 되며, 상기 생성된 가스에 의해배합원료를 환원시키면서 필요한 열량을 공급하게 되어 배합원료의 상층부에서 하층부로 열을 전달하면서 소결체가 형성되는 것이다.

그러나, 상기 연료인 분코크스만 소결 연료로서 사용하게 되면 분코크스 중에 다량 포함된 질소와 유황 성분이 상기 흡입된 공기중의 산소와 결합하게 되어 유독성 가스인 NOx와 SOx가 다량 배출되는 심각한 문제가 초래됨으로 상기 유해 성분이 적은 저질소 무연탄을 혼합사용하게 된다.

따라서, 상기 무연탄을 많이 사용할수록 소결 제조 공정에서 배출되는 유해 가스를 줄일 수는 있으나, 발열량이 적고, 입도가 미세한 무연탄을 소결광 제조 과정에서 다량 사용시에는 생산성 및 품질을 저하시켜 현재 40∼60% 이내에서 사용하고 있다.

또한, 도 3에서와 같이, 산지에서 운송된 무연탄에는 괴가 섞여있으므로 소결광 제조에 적합한 5㎜이하 입도로 사분하기 위해 1차저장빈(301)에서 중괴 코크스와 함께 절출한 후, 선별기(304)에서 사분 작업을 행할 때 5㎜ 이하의 미세입자가 많이 분포된 무연탄이 상기 선별기(304)에서 거의 사하되어 배합 공정의 저장빈(102,110)으로 유입하게 되어 분코크스와의 비중, 수분 발열량 등에 의해 베드내에서 사용시 배합이 불균일하게 되어 조업 변동을 가져오게 되며, 또한 상기 연료인 분코크스와 무연탄을 철광석과 부원료 상부에 동시 절출하여 1차 혼합기(104)에서 물을 뿌려가면서 혼합시, 물에 대해 응집성이 강한 무연탄은 상기 철광석에 국부적으로 혼합하게 되어 도 2에서 보는 것과 같이 상기 소결기 유효화상면적(400㎡)에서 균일하게 분포되지 못하여 소결완료 시점에서 대량 발생되는 유해가스가 무연탄의 불균일한 분포로 인해 연속 제조 공정중 배출량이 높게 나타나는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 노력들이 경주되어 왔으나 실용상 유익한 방안은 제시되지 못하였다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술이 갖는 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하기 위해 창안된 것으로, 열원으로 사용되는 분코크스와 무연탄에 있어 무연탄을 제외한 철광석과 부원료들을 1차혼합기에서 먼저 혼합시킨 후 2차조립기에서 조립 강화시 저질소 무연탄을 분코크스에 대해 일정 비율로 치환하여 소결 원료에 균일하게 피복시켜 소결베드내 사용하도록 함으로써 질소산화물 및 황산화무를 저감시킬 수 있도록 한 저질소 저유황 함유 무연탄을 이용한 소결배기가스의 황산화물과 질소산화물의 저감방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 이러한 목적은 소결용 원료에 연료를 첨가하여 소결광을 제조할 때; 주원료인 철광석과 부원료인 석회석, 규사, 사문암, 생석회에 분코크스를 1차 혼합기에서 물을 뿌리면서 6.0%±0.5의 수분함량을 갖도록 혼합하여 배합원료를 만드는 단계와; 상기 단계 후 상기 배합원료를 2차 조립기에서 입도를 정립시킨 무연탄과 균일 배합하도록 의사입화하는 단계를 포함하여 이루어짐에 의해 달성된다.

도 1은 종래의 소결광 제조 공정을 나타낸 공정도,

도 2의 (가)는 소결 원료 배합과정에서의 무연탄의 불균일 조립 상태를 나타낸 베드 단면도,

(나)는 소결광 제조 유효화상면적을 나타낸 사시도,

도 3은 소결 연료인 분코크스와 무연탄의 정립 과정을 나타낸 공정도,

도 4는 본 발명에 따른 무연탄의 배합 공정을 나타낸 개선 공정도,

도 5는 본 발명의 무연탄 치환 배합에 따른 SOx 배출 저감 효과를 나타낸 그래프,

도 6은 본 발명의 무연탄 치환 배합에 따른 NOx 배출 저감 효과를 나타낸 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

101a,102a : 정량절출기, 104 : 1차혼합기,

105 : 2차조립기, 107 : 소결기.

이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

도 4를 참조하면, 본 발명에서는 철광석과 부원료 및 소결반광 등을 1차 혼합기(104)에서 물을 섞어 혼합한 후 2차 조립기(105)에서 조립과정을 거쳐 의사입자를 제조하는 종래의 설비에 생산량에 따라 결정되는 배합원료 절출량에 의해서 첨가되는 연료량이 결정되면 분코크스와 무연탄을 목표로 한 일정비율에 따라 절출할 수 있는 정량절출기(101a,102a)를 상기 원료 저장호퍼(101,102) 하부에 설치하여서 이루어진다.

상기 정량절출기(101a,102a)를 통해 절출되는 분코크스와 무연탄의 사용비는 하기한 식 1에 의한 치환율에 의해 종래 사용비에 적용하여 결정된다.

[식 1]

치환율 = 무연탄 고정탄소량/분코크스 고정탄소량

아울러, 무연탄과 분코크스의 분리 첨가 공정은 분코크스에 비하여 무연탄이 응집성이 높으므로 상기 분코크스를 먼저 소결 원료와 1차 혼합기(104)내 장입하여 소결 공정에서 필요한 물을 뿌리면서 혼합하고, 상기 과정에서 배출된 원료를 벨트컨베어를 이용하여 2차 조립기(105)내 장입시 상기 배합 원료량에 필요한 무연탄을 동시에 고루 투입하도록 한다.

이때, 적정 수분량은 6.0%±0.5가 바람직하다.

그러므로, 상기 2차 조립기(105)내에서 조립 강화시 상기 원료에 고루 무연탄이 분포되면서 의사 입화되어 상기 소결기 대차내 장입시 별도의 장치없이 균일한 분포의 무연탄 배합을 얻을 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.

[실시예]

본 실시예에서 사용한 소결원료 배합비는 하기한 표 1과 같으며, 주원료인 철광석과 부원료인 석회석, 규사, 사문암, 생석회 및 연료인 분코크스와 무연탄을 기본 배합비로 사용하였다.

소결원료구성	배합비
배합원료	신원료	철광석	58±1.0
		석회석	12.2±1.0
		사문암	1.3±0.2
		규사	0
		생석회	1.7±0.2
	계	73.5
	반광	23±2.0
	연료	분코크스	3.5±0.2
		무연탄
합계	100

상기 표 1의 소결광 제조용 원료 배합비에 의거하여 아래 표 2에서는 분코크스 및 무연탄의 공업 분석 및 원소 분석 결과를 나타내었다.

구분	공업분석(%)	원소분석(%)	발열량(kcal/kg)
	AHS	V.M		F.C	S	N
무연탄 A	14.05	4.63	81.32	0.21	0.37	6745
무연탄 B	15.43	4.56	80.01	0.19	0.42	6641
분코크스	11.90	1.00	87.10	0.56	1.17	6932

상기 표 1과 표 2의 원료 배합 조건하에서의 무연탄을 구분하여 조립시킨 본 발명의 공정과 종래의 공정을 각각 실조업한 후 배출되는 유해가스(SOx, Nox)를 측정한 실조업 결과를 아래 표 3에 나타내었다.

구분	종래	본 발명
황산화물(ppm)	140.7	113.6
질소산화물(ppm)	131.3	82.2

이때, 소결 조업 조건은 점화로 온도는 1200℃이며, 배풍 부압은 185mb, 배풍온도는 150℃, 층후는 620㎜에서 BTP 7.5M에서 조업함으로써 공정하게 시험하였다.

상기 결과들로부터 표 2의 두가지 종류의 저질소, 저유황 무연탄(무연탄A, 무연탄B)의 공업분석 및 원소분석 결과에서 알 수 있는 바와 같이 철광석과 분코크스가 배합된 원료에 무연탄을 구분하여 조립할 경우 무연탄이 배합원료의 표면에 골고루 피복되어 소결 베드내의 장입층에 균일하게 확산 배합되어 소결공정에서 배출되는 SOx와 NOx를 현저히 줄일 수 있음을 알 수 있었다.

그리고, 주열원인 고정탄소(Fixed Carbon) 양은 표 2에서 보는 것과 같이, 분코크스가 87(wt,%)로 80∼81(wt,%)인 무연탄보다 많이 함유하고 있지만 총발열량(고정탄소에 의한 발열량+휘발분에 의한 발열량) 측면에서는 두 연료가 비슷한 수준이고, 고정탄소에 의한 소결 조업에서의 실적용 치환율은 식 1에 의해 하기한 예와 같이 0.93%와 0.92%로 각각 치환 시킴으로써 분코크스 대체 무연탄의 바람직한 적정 치환율을 얻을 수 있었다.

[예]

무연탄 A = 81.32 / 87.10 = 0.93;

무연탄 B = 80.01 / 87.10 = 0.92

아울러, 이와 같은 본 발명에 의해 저감된 황산화물 및 질소산화물의 발생량의 현저한 저하관계는 도 5,6에 나타내었다.

상기한 바와 같이 본 발명은 소결광 제조 원료의 균일한 무연탄의 피복을 별도의 투자없이 환경 오염 물질인 SOx 및 NOx 발생량을 소결 생산성과 품질에 영향을 미치지 않으면서 대폭 감소시키며, 또한 실조업에 적용할 수 있는 매우 유용한 발명이다.

Claims (3)

1. 소결용 원료에 연료를 첨가하여 소결광을 제조할 때;

   주원료인 철광석과 부원료인 석회석, 규사, 사문암, 생석회에 분코크스를 1차 혼합기에서 물을 뿌리면서 6.0%±0.5의 수분함량을 갖도록 혼합하여 배합원료를 만드는 단계와;

   상기 단계 후 상기 배합원료를 2차 조립기에서 입도를 정립시킨 무연탄과 균일 배합하도록 의사입화하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 저질소 저유황 함유 무연탄을 이용한 소결배기가스의 황산화물과 질소산화물의 저감방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 의사입화하는 단계에서 무연탄을 분코크스에 대응하여 치환하는 것을 특징으로 하는 저질소 저유황 함유 무연탄을 이용한 소결배기가스의 황산화물과 질소산화물의 저감방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 치환비율은 무연탄의 고정탄소량을 분코크스 고정탄소량으로 나눈값인 것을 특징으로 하는 저질소 저유황 함유 무연탄을 이용한 소결배기가스의 황산화물과 질소산화물의 저감방법.