KR101328684B1 - Method for Reducing Depositions of Heat Exchanger - Google Patents

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Abstract

본 발명은 철강 더스트 및 슬러지를 포함하는 산화물 원료를 환원하여 금속을 회수하는 공정에서, 교환기의 부착물을 근원적으로 저감시켜 열교환기 부착물 제거 시간을 단축시키는 방법으로서, 열교환기를 통과하는 배가스의 온도를 350℃ 이하로 낮추거나, 450℃ 이상으로 높이는 열교환기 부착물 저감 방법 및 산화물 원료 중 염소의 함량을 5% 이하로 제어하는 열교환기 부착물 저감 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 열교환기를 통과하는 배가스의 온도나 원료의 염소함량을 제어함으로써 열교환기 부착물을 저감시켜 열교환기 부착물 제거 시간을 크게 단축시킬 수 있다.
The present invention is a method for reducing the heat exchanger deposit removal time by fundamentally reducing the deposits of the exchanger in the process of recovering the metal by reducing the oxide raw material including steel dust and sludge, the temperature of the exhaust gas passing through the heat exchanger 350 The present invention relates to a method for reducing heat exchanger deposits lowered to or below 450 ° C., or a method for reducing heat exchanger deposits for controlling the content of chlorine in an oxide raw material to 5% or less.
According to the present invention, by controlling the temperature of the exhaust gas passing through the heat exchanger or the chlorine content of the raw material, the heat exchanger deposits can be reduced, thereby greatly reducing the heat exchanger deposits removal time.

Description

열교환기 부착물 저감 방법{Method for Reducing Depositions of Heat Exchanger}Method for Reducing Deposits of Heat Exchanger

본 발명은 열교환기 부착물 제거 시간을 크게 단축시키기 위하여, 열교환기 부착물을 근원적으로 저감시키는 방법에 관한 것이다.The present invention is directed to a method of reducing the heat exchanger deposits fundamentally in order to significantly shorten the heat exchanger deposit removal time.

열교환기 전열판 부착물 제거방법에 관하여 일본 특허공개공보 평11-287595호에는 덕트(Duct)내에 일정한 간격으로 병렬 설치되어 있는 복수의 열전달판의 표면 부착물을 긁어내기 위한 스크래퍼(Scraper)의 이동 방향 등을 개선한 기술이 기재되어 있다.
Japanese Patent Laid-Open Publication No. Hei 11-287595 discloses a method of removing a heat exchanger plate attachment by using a scraper movement direction to scrape surface attachments of a plurality of heat transfer plates arranged in parallel at regular intervals in a duct. Improved techniques are described.

또한, 일본 특허공개공보 제2001-133196호에는 열전달판의 표면 부착물을 긁어내기 위한 스크래퍼(Scraper)가 열교환기 내를 통과하는 고온의 배가스의 영향을 받아 열팽창한 경우라도 안정적으로 장기간에 걸쳐 동작할 수 있도록 스크래퍼의 연결 방식을 개선한 열교환기 전열판 부착물 제거방법이 개시되어 있다.
In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-133196 discloses that a scraper for scraping off surface attachments of a heat transfer plate can operate stably for a long time even when thermally expanded under the influence of a high temperature exhaust gas passing through a heat exchanger. Disclosed is a heat exchanger plate removal method that improves the connection method of a scraper.

그러나, 이들 특허문헌에는 주로 열교환기 전열판에 부착된 부착물을 효과적으로 제거하는 방법에 관한 것으로서, 부착물의 발생을 억제하는 것이 아니어서, 부착물의 발생을 근본적으로 억제할 수 없다. 또, 이러한 부착물 제거방법에 의해서는 부착된 부착물의 제거를 위한 스크래퍼의 사용이 요구되며, 이러한 제거 작업으로 인해 스크래퍼의 마모, 변형 등이 유발되는바, 스크래퍼의 수명이 단축되는 문제가 있다.
However, these patent documents mainly relate to a method for effectively removing deposits adhering to a heat exchanger heat transfer plate, and do not suppress the occurrence of deposits, and therefore cannot fundamentally suppress the deposits. In addition, the use of a scraper for removing the adhered material is required by the method for removing the deposit, and the removal of the scraper causes wear and deformation of the scraper, which shortens the life of the scraper.

이에 따라, 열교환기 전열판 부착물의 부착을 근원적으로 저감시키는 방법이 요구된다.Accordingly, there is a need for a method of fundamentally reducing the adhesion of heat exchanger plate attachments.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 열교환기의 부착물을 근원적으로 저감시켜 열교환기 부착물 제거 시간을 크게 단축시키는 방법을 제공하는 것이다.According to one embodiment of the present invention, it is to provide a method of significantly reducing the heat exchanger deposit removal time by reducing the deposit of the heat exchanger fundamentally.

본 발명은 열교환기 부착물을 근원적으로 저감시키는 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 제1 구현예에 따르면, 철강 더스트 및 슬러지를 포함하는 산화물 원료의 환원공정에서 배출되는 배가스의 온도를 350℃ 이하 또는 450℃ 이상으로 조절하여 열교환기에 공급하는 열교환기 부착물 저감 방법을 제공한다.
The present invention relates to a method for fundamentally reducing heat exchanger deposits. According to a first embodiment of the present invention, a temperature of exhaust gas discharged from a reduction process of an oxide raw material including steel dust and sludge is 350 ° C. or less or 450. Provided is a method for reducing heat exchanger deposits that is controlled at or above C to supply a heat exchanger.

본 발명의 제2 구현예에 따르면, 상기 배가스의 온도를 상기 배가스의 온도를 200℃ 이상 300℃ 이하로 조절하여 열교환기에 공급할 수 있다.
According to the second embodiment of the present invention, the temperature of the exhaust gas may be supplied to a heat exchanger by adjusting the temperature of the exhaust gas to 200 ° C. or more and 300 ° C. or less.

본 발명의 제3 구현예에 따르면, 상기 배가스의 온도를 450℃ 이상 550℃ 이하로 조절하여 열교환기에 공급할 수 있다.
According to the third embodiment of the present invention, the temperature of the exhaust gas may be adjusted to 450 ° C. or higher and 550 ° C. or lower to supply the heat exchanger.

본 발명의 제4 구현예에 따르면, 상기 산화물 원료는 염소의 함량을 5% 이하로 제어된 것을 사용할 수 있다.According to the fourth embodiment of the present invention, the oxide raw material may be used to control the content of chlorine to 5% or less.

본 발명에 따르면 열교환기를 통과하는 배가스의 온도나 원료의 염소 함량을 제어함으로써 열교환기 부착물을 저감시켜 열교환기 부착물 제거 시간을 크게 단축시킬 수 있다.According to the present invention, by controlling the temperature of the exhaust gas passing through the heat exchanger or the chlorine content of the raw material, the heat exchanger deposits can be reduced, thereby greatly reducing the heat exchanger deposits removal time.

본 발명에서는 주원료로 철강 더스트 및 슬러지를 포함하는 산화물 원료를 환원하여 금속을 회수하는 공정에서 발생되는 배가스에 대하여, 공기 또는 수증기 등을 사용하여 배가스 온도를 제어하거나 원료의 염소 함량을 제어함으로써 열교환기에 부착되는 부착물을 저감시킬 수 있음을 발견하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
In the present invention, for the exhaust gas generated in the process of recovering the metal by reducing the oxide raw material including steel dust and sludge as the main raw material, by using the air or water vapor or the like to control the exhaust gas temperature or the chlorine content of the raw material to the heat exchanger The present inventors have found that the adherend to be deposited can be reduced, and the present invention has been completed.

일반적으로, 철강 부산물은 산화철, 산화니켈, 산화크롬, 산화규소, 산화알루미늄, 산화칼슘, 산화칼륨, 산화나트륨 등의 다양한 금속산화물을 포함함은 물론, 지구 구성물질에 해당하는 다양한 광물질을 함유하고 있어, 많은 양이 재활용되고 있다. 그러나, 철강부산물 중의 유가금속을 회수하기 위한 환원 공정에서 KCl, ZnCl2, K2ZnCl4 등의 저융점 염화물이 발생하게 된다. 이와 같은 저융점 염화물은 열교환기 전열판에 부착하여 열교환기 전열판의 성능을 저하시키는 원인으로 작용한다. 따라서, 이러한 부착물은 제거될 필요가 있으며, 이의 제거를 위해 열교환기의 가동을 중단하여야 하는바, 철강 부산물의 환원 공정 자체의 중단이 요구되어, 철강 부산물 환원에 따른 생산성 저하를 초래하는 문제가 있다.
In general, steel by-products include various metal oxides such as iron oxide, nickel oxide, chromium oxide, silicon oxide, aluminum oxide, calcium oxide, potassium oxide, sodium oxide, as well as various minerals corresponding to the earth constituents. Large quantities are being recycled. However, low-melting chlorides such as KCl, ZnCl 2 and K 2 ZnCl 4 are generated in the reduction process for recovering valuable metals in the steel by-products. The low melting point chloride attaches to the heat exchanger heat exchanger plate and acts as a cause of degrading the performance of the heat exchanger heat exchanger plate. Therefore, such deposits need to be removed, and the heat exchanger must be stopped for removal thereof, and thus, the reduction of steel byproducts is required to be stopped, resulting in a decrease in productivity due to reduction of steel byproducts. .

환원 배가스 중에는 상기한 바와 같이 KCl, ZnCl2, K2ZnCl4 등과 같은 저융점 염화물이 포함되어 있는데, 이러한 물질들이 배가스의 온도에서 용융되어 다른 물질의 부착을 유도하는 바인더 역할을 하고, 이러한 바인더에 의해 ZnO, ZnFe2O4, Fe2O3, Fe3O4와 같은 물질들이 응집되어 열교환기 전열판 내에 고형물을 형성하게 된다.
The reducing flue gas contains low-melting chlorides such as KCl, ZnCl 2 , K 2 ZnCl 4 and the like as described above, and these materials melt at the temperature of the flue gas and serve as a binder to induce adhesion of other substances. As a result, materials such as ZnO, ZnFe 2 O 4 , Fe 2 O 3 , and Fe 3 O 4 aggregate to form solids in the heat exchanger plate.

따라서 열교환기 전열판에 대한 부착물의 발생을 원천적으로 저감시키기 위해서는 바인더 역할을 하는 저융점 염화물의 분해 온도 또는 용융 온도 이하로 배가스의 온도를 제어하여 액상을 고상으로 변화시켜 바인더로서의 기능을 저하시키거나, 또는 배가스의 온도를 상기 저융점 염화물의 용융 온도보다 높은 온도로 제어함으로써 저융점 염화물의 점성을 떨어뜨려 바인더로서의 기능을 약화시킬 수 있어, 열교환기 전열판에 부착되는 부착물의 생성량을 줄일 수 있다.
Therefore, in order to fundamentally reduce the occurrence of deposits on the heat exchanger plate, the temperature of the exhaust gas is controlled to be lower than the decomposition temperature or melting temperature of the low melting point chloride serving as a binder, thereby changing the liquid phase into a solid phase, thereby reducing the function as a binder. Alternatively, by controlling the temperature of the exhaust gas to a temperature higher than the melting temperature of the low melting point chloride, the viscosity of the low melting point chloride may be lowered and the function of the binder may be weakened, thereby reducing the amount of deposits attached to the heat exchanger plate.

이를 위해 배가스의 온도를 350℃ 이하로 제어하여 열교환기 전열판에 대한 부착물 량을 저감시킬 수 있다. 배가스 온도를 350℃ 이하로 제어하면 K2O의 분해가 일어나지 않아 저융점 염화물인 KCl의 생성을 차단할 수 있으며, 이로 인해 또 다른 저융점 염화물인 K2ZnCl4 생성을 억제할 수 있다.
To this end, by controlling the temperature of the exhaust gas to 350 ℃ or less can reduce the amount of deposits on the heat exchanger plate. If the flue gas temperature is controlled below 350 ° C, decomposition of K 2 O does not occur and thus the formation of KCl, a low melting chloride, may be blocked, which may cause the formation of another low melting chloride, K 2 ZnCl 4 . Production can be suppressed.

나아가, 배가스 온도를 300℃ 이하로 제어하면, 저융점 염화물인 K2ZnCl4의 생성을 억제할 수 있음은 물론, 이미 생성된 K2ZnCl4도 고화시킬 수 있어, 상기 열교환기 전열판에의 부착물 생성을 더욱 저감시킬 수 있다.
Further, by controlling the exhaust gas temperature below 300 ℃, low melting point chlorides of K 2 can suppress the production of ZnCl 4, as well as the already created K 2 ZnCl's 4 can be solidified, the attachment of the heat exchanger the heat transfer plate The production can be further reduced.

더 나아가, 배가스 온도를 280℃ 이하로 제어함으로써 열교환기 전열판에 대한 부착물 생성을 더욱 억제할 수 있다. 배가스 온도를 280℃ 이하로 제어하면 저융점 염화물인 ZnCl2가 고상이 되며, 이에 의해 상기 ZnCl2의 바인더로서의 기능을 억제할 수 있어 부착물 생성을 저감시킬 수 있다.
Furthermore, by controlling the exhaust gas temperature below 280 ° C, it is possible to further suppress the formation of deposits on the heat exchanger heat transfer plate. When the exhaust gas temperature is controlled to 280 ° C. or lower, ZnCl 2, which is a low melting point chloride, becomes a solid phase, whereby the function of the ZnCl 2 as a binder can be suppressed, and deposit formation can be reduced.

상기 배가스의 온도를 낮춤으로써 배가스에 포함된 저융점 염화물의 용융으로 인한 부착물 생성을 억제함에 있어서는 배가스의 온도가 낮을수록 이와 같은 부착물 생성 저감 효과를 높일 수 있을 것이나, 배가스의 온도 저하를 위하여 다량의 냉각가스 유입이 요구되며, 나아가, 열교환기를 통한 배가스의 열 회수율이 저하하는 문제가 있는바, 200℃ 보다 낮은 온도로까지 냉각하는 것은 바람직하지 않다.
In lowering the temperature of the exhaust gas, in suppressing the formation of deposits due to the melting of the low melting point chloride contained in the exhaust gas, the lower the temperature of the exhaust gas may increase the effect of reducing the formation of such deposits, but in order to reduce the temperature of the exhaust gas, Cooling gas inflow is required, and furthermore, there is a problem that the heat recovery rate of the exhaust gas through the heat exchanger is lowered, so cooling to a temperature lower than 200 ° C is not preferable.

한편, 배가스의 온도를 저융점 염화물의 용융온도보다 높은 온도로 높임으로써 배가스 중의 저융점 염화물의 점성을 저하시킴으로써 부착물 생성을 억제할 수 있다. 이를 위해, 배가스의 온도를 450℃ 이상으로 높이는 것이 바람직하다. 상기한 바와 같은 KCl, ZnCl2, K2ZnCl4 등의 저융점 염화물이 450℃ 이상에서는 점성이 현저히 떨어지는바, 이와 같이 고온으로 배가스를 가열함으로써 저융점 염화물의 부착을 억제할 수 있다.
On the other hand, by raising the temperature of the exhaust gas to a temperature higher than the melting temperature of the low melting point chloride, deposit formation can be suppressed by lowering the viscosity of the low melting point chloride in the exhaust gas. For this purpose, it is preferable to raise the temperature of exhaust gas to 450 degreeC or more. The low-melting chlorides, such as KCl, ZnCl 2 , K 2 ZnCl 4 , and the like described above, are significantly less viscous at 450 ° C. or higher. Thus, by heating the exhaust gas at a high temperature, adhesion of low-melting chlorides can be suppressed.

배가스에 포함된 저융점 염화물의 부착물 생성을 억제함에 있어서는 상기 배가스의 온도를 높임으로써 이와 같은 부착물 생성 저감 효과를 높일 수 있을 것이나, 배가스의 온도 상승을 위하여 별도의 에너지 소모가 요구되는바, 550℃를 초과하여 지나치게 높은 온도로 가열하는 것은 바람직하지 않다.
In suppressing the formation of deposits of low melting point chloride contained in the exhaust gas, the effect of reducing the formation of deposits can be enhanced by increasing the temperature of the exhaust gas, but a separate energy consumption is required to increase the temperature of the exhaust gas. Heating to an excessively high temperature in excess of is undesirable.

한편, 사용하는 원료 중에 포함된 열교환기 전열판에 부착물 생성의 원인이 되는 물질인 염소(Cl)의 함량을 제어함으로써 부착물 발생을 더욱 근원적으로 억제할 수 있다. 구체적으로, 환원 공정에 투입되는 원료물질인 철강 부산물을 5% 이하가 되도록 하는 경우에는 바인더 역할을 하는 저융점 염화물의 생성 자체를 억제시킬 수 있으므로, 저융점 염화물에 의한 열교환기 전열판에의 부착물 생성을 억제할 수 있다.
On the other hand, by controlling the content of chlorine (Cl), which is a substance causing the formation of deposits on the heat exchanger heat transfer plate included in the raw material to be used, it is possible to further suppress the generation of deposits. Specifically, when the steel by-product that is input to the reduction process is 5% or less, it is possible to suppress the formation of low-melting chlorides, which act as binders, and thus to form deposits on the heat exchanger plate by low-melting chlorides. Can be suppressed.

이와 같이 본 발명의 방법에 의해 부착물질의 특성을 고려하여 배가스 온도를 제어하거나 또는 원료중 염소함량을 제어하면 열교환기 부착물을 저감시켜 열교환기 부착물 제거 시간을 크게 단축시킬 수 있다.
As such, by controlling the exhaust gas temperature or controlling the chlorine content in the raw materials in consideration of the properties of the attachment substance by the method of the present invention, it is possible to reduce the heat exchanger deposit and greatly reduce the heat exchanger deposit removal time.

실시예Example

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 본 발명에 따른 일 예를 나타낸 것으로서, 본 발명을 한정하고자 하는 것이 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the following examples are not intended to limit the present invention as an example according to the present invention.

실시예Example 1 One

주 원료로서 철강 더스트 및 슬러지를 포함하는 산화물 원료를 사용하여 평균 직경 10mm의 펠렛을 제조하여 건조한 후, 수소를 환원가스로 환원하여 금속을 회수하였다. Pellets having an average diameter of 10 mm were prepared and dried using an oxide raw material including steel dust and sludge as the main raw materials, and then hydrogen was reduced with a reducing gas to recover the metal.

상기 환원공정에서 배출되는 배가스를 열교환기에 공급하였다. 이때, 상기 열교환기의 전단에서 상온의 공기를 사용하여 배가스의 온도를 표 1에 기재된 바와 같이 280℃∼450℃로 제어하여, 열교환기에 부착된 부착물을 제거하는데 소요되는 분기당 시간을 측정하였다. 측정 결과를 표 1에 나타내었다.
The exhaust gas discharged from the reduction process was supplied to a heat exchanger. At this time, by controlling the temperature of the exhaust gas to 280 ℃ ~ 450 ℃ as shown in Table 1 at the front end of the heat exchanger, the time per quarter required to remove the deposit attached to the heat exchanger was measured. The measurement results are shown in Table 1.

구분division 배가스 온도(℃)Exhaust gas temperature (℃) 부착물 제거 시간(일/분기)Attachment Removal Time (Days / Quarters) 발명예 1Inventory 1 450450 6.36.3 비교예 1Comparative Example 1 430430 10.410.4 비교예 2Comparative Example 2 370370 12.212.2 발명예 2Inventory 2 350350 5.15.1 발명예 3Inventory 3 300300 4.74.7 발명예 4Honorable 4 280280 3.63.6

상기 표 1에서와 같이, 배가스의 온도를 450℃ 이상 또는 350℃ 이하로 제어한 발명예 1 내지 4의 경우에는 열교환기에 부착된 부착물을 제거하는데 소요되는 시간이 분기당 6.3일 이하였다. 그러나, 비교예 1 및 2의 경우에는 10일 이상 소요되었다.
As shown in Table 1, in the case of Inventive Examples 1 to 4 in which the temperature of the exhaust gas was controlled at 450 ° C. or higher or 350 ° C. or lower, the time required to remove the deposit attached to the heat exchanger was 6.3 days or less per quarter. However, in the case of Comparative Examples 1 and 2, it took 10 days or more.

이와 같은 결과로부터, 본 발명에 따를 경우, 부착물 제거에 소요되는 시간이 현저히 단축됨을 알 수 있고, 이로부터, 열교환기 전열판에 부착되는 부착물의 생성량이 저감됨을 알 수 있다.
As a result, according to the present invention, it can be seen that the time required for removing the deposit is significantly shortened, and from this, it can be seen that the amount of deposits attached to the heat exchanger plate is reduced.

실시예Example 2 2

주 원료로서 철강 더스트 및 슬러지를 포함하는 산화물 원료를 사용하되, 원료에 포함된 염소의 함량을 표 2에 나타낸 바와 같이 3%∼6%로 조절한 후, 평균 직경 10mm의 펠렛을 제조하고, 건조하여 실시예 1과 같이 환원 공정을 수행하여 금속을 회수하였다. An oxide raw material including steel dust and sludge is used as a main raw material, and after adjusting the content of chlorine in the raw material to 3% to 6% as shown in Table 2, pellets having an average diameter of 10 mm are prepared and dried. The metal was recovered by performing a reduction process as in Example 1.

이러한 환원공정에서 발생된 배가스를 열교환기로 공급하였다. 이때, 상기 열교환기의 전단에서 상온의 공기를 공급하여 배가스 온도를 300℃로 제어하고, 각각의 원료조건(염소함량 변화)에 따른 열교환기에 부착된 부착물을 제거하는데 소요되는 분기당 시간을 측정하였다. 그 결과를 표 2에 나타내었다.
Flue gas generated in this reduction process was supplied to a heat exchanger. At this time, by supplying air at room temperature in the front of the heat exchanger to control the exhaust gas temperature to 300 ℃, the time per quarter required to remove the deposits attached to the heat exchanger according to each raw material condition (chlorine content change) was measured. The results are shown in Table 2.

구분division 원료 중 염소함량(중량%)Chlorine content in the raw material (wt%) 부착물 제거 시간(일/분기)Attachment Removal Time (Days / Quarters) 비교예 1Comparative Example 1 66 13.513.5 발명예 1Inventory 1 55 9.39.3 발명예 2Inventory 2 44 6.56.5 발명예 3Inventory 3 33 4.24.2

상기 표 2에서와 같이, 원료 중 염소의 함량이 감소할수록 분기당 부착물 제거 시간이 단축되는 것을 알 수 있다. 이러한 결과로부터, 염소의 함량을 5중량% 이하로 억제하는 경우, 열교환기에 부착되는 부착물을 현저히 저감시킬 수 있음을 알 수 있다.
As shown in Table 2, it can be seen that as the content of chlorine in the raw material decreases, the removal time of the deposit per branch is shortened. From these results, it can be seen that when the content of chlorine is suppressed to 5% by weight or less, deposits adhering to the heat exchanger can be significantly reduced.

이와 같은 결과로부터, 본 발명에 따른 열교환기 부착물 저감방법은 철강 더스트 및 슬러지를 포함하는 산화물 원료를 환원하여 금속을 회수하는 공정에서 매우 유용하게 적용될 수 있는 것으로 예상된다.From these results, it is expected that the heat exchanger deposit reduction method according to the present invention can be very usefully applied in the process of recovering metals by reducing oxide raw materials including steel dust and sludge.

Claims (4)

철강 더스트 및 슬러지를 포함하는 산화물 원료의 환원공정에서 배출되는 배가스의 온도를 200℃ 이상 350℃ 이하 또는 450℃ 이상 550℃ 이하로 조절하여 열교환기에 공급하는 열교환기 부착물 저감 방법.
A method for reducing heat exchanger deposits to supply a heat exchanger by controlling a temperature of exhaust gas discharged from a reduction process of an oxide raw material including steel dust and sludge to 200 ° C. to 350 ° C. or 450 ° C. to 550 ° C.
삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 산화물 원료는 염소의 함량을 5% 이하로 제어된 것인 열교환기 부착물 저감 방법.The method of claim 1, wherein the oxide raw material has a chlorine content of 5% or less.
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