KR101406567B1 - 배가스 순환을 이용한 질소산화물 저감방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 배가스 순환을 이용한 질소산화물 저감방법은, 연소실로부터 발생되어 배출되는 배가스 중 일부를 인출하는 인출단계; 및 연소실 내에 가스연료와 연소용 공기를 주입하고, 인출된 상기 배가스를 비상용 COG버너를 통해 상기 연소실에 주입하는 주입단계;를 포함하여, 상기 연소실에서 연소됨에 따라 질소산화물의 배출을 저감시킨다.
또한, 에어인렛박스를 통해 연소실 내로 배가스가 순환되어 주입됨으로써, 배출되는 질소산화물의 농도를 저감시킬 수 있다.
즉, 이는 연소용 공기와 배가스가 섞인 공기가 가스연료와 반응하여 연소시 그 연소시간이 연장되기 때문인데, 연소용 공기만이 주입되어 연소를 하게 되면 완전연소가 짧은 시간에 이루어지기 때문에 화염온도가 높아져 질소산화물의 발생이 커지는데 반해, 배가스가 순환주입되어 연소가 이루어지게 되면 배가스로 인하여 완전연소가 보다 긴 시간에 걸쳐서 이루어지기 때문에 화염온도가 상대적으로 낮아짐에 따라 질소산화물의 발생농도를 저감시킬 수 있다.

Description

배가스 순환을 이용한 질소산화물 저감방법{Method for reducing NOx by flue gas recirculation}
본 발명은 질소산화물 저감방법으로서, 질소산화물의 발생을 저감시키는 배가스 순환을 이용한 질소산화물 저감방법에 관한 것이다.
일반적으로 코크스 공정은 코크스 오븐의 탄화실에 코크스를 장입하고 연소실에 열원인 가스연료를 연소시켜 발생되는 열을 이용하여 건류하는 제철 공정 중의 하나이다.
탄화실과 연소실은 내화벽돌로 분리되어 있는데, 연소실의 온도를 어떻게 관리하느냐에 따라 코크스 품질과 가동율이 결정되게 된다. 이에 따라, 노온관리를 위한 연소관리는 코크스로 운전에 매우 중요하다.
구체적으로, 코크스로의 가동률에 따라 필요한 전체 가스연료 유량이 산출되면 각 배터리에 필요한 가스연료가 공급된다.
이때, 가스연료를 연소시키는 외부공기는 에어인렛박스를 통하여 유입이 되고 유입량은 에어인렛박스의 에어플랩의 단면적을 조절하여 제어를 한다.
그러나, 이와 같은 과정을 통해 완전연소를 이루게 되더라도, 그에 따른 질소산화물의 배출량이 문제가 된다.
여기에서, 완전연소에 있어서 그 과정 중에 발생하는 질소산화물(NOx)은 산성비와 미세먼지의 주범이 된다.
대한민국 공개특허공보 제10-2009-0035773호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 비상용 COG버너 또는 에어인렛박스를 통해 연소실 내로 배가스가 순환되어 주입됨으로써, 배출되는 질소산화물의 농도를 저감시키는 배가스 순환을 이용한 질소산화물 저감방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배가스 순환을 이용한 질소산화물 저감방법은, 연소실로부터 발생되어 배출되는 배가스 중 일부를 인출하는 인출단계; 및 연소실 내에 가스연료와 연소용 공기를 주입하고, 인출된 상기 배가스를 비상용 COG버너를 통해 상기 연소실에 주입하는 주입단계;를 포함하여, 상기 연소실에서 연소됨에 따라 질소산화물의 배출을 저감시킨다.
이때, 상기 주입단계에서, 상기 가스연료와 연소용 공기는 상기 연소실의 하단으로부터 유입되고, 상기 배가스는 상기 연소실 내의 하부에 설치된 상기 비상용 COG버너를 통해 유입되는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 인출단계에서, 상기 연소실로부터 배출되는 배가스는 연돌 전단의 폐기변으로 유동되며, 상기 폐기변으로부터 상기 비상용 COG버너로 연통된 순환라인을 통해 상기 비상용 COG버너로 이송되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 연소실로부터 발생되어 배출되는 배가스 중 일부를 인출하는 인출단계; 연소실 내에 가스연료와 연소용 공기를 주입하고, 인출된 상기 배가스를 에어인렛박스를 통해 상기 연소실에 주입하는 주입단계;를 포함하여, 상기 연소실에서 연소됨에 따라 질소산화물의 배출을 저감시키는 배가스 순환을 이용한 질소산화물 저감방법이 제공된다.
이때, 상기 주입단계에서, 상기 에어인렛박스를 통해 유입되는 상기 연소용 공기와 배가스는, 상기 에어인렛박스 내에 장착된 와류기에 의해 혼합되는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 인출단계에서, 상기 연소실로부터 배출되는 배가스는 연돌 전단의 폐기변으로 유동되며, 상기 폐기변으로부터 상기 에어인렛박스로 연통된 순환라인을 통해 상기 에어인렛박스로 이송되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 배가스 순환을 이용한 질소산화물 저감방법은, 비상용 COG버너 또는 에어인렛박스를 통해 연소실 내로 배가스가 순환되어 주입됨으로써, 배출되는 질소산화물의 농도를 저감시킬 수 있는 효과를 가진다.
즉, 이는 연소용 공기와 배가스가 섞인 공기가 가스연료와 반응하여 연소시 그 연소시간이 연장되기 때문인데, 연소용 공기만이 주입되어 연소를 하게 되면 완전연소가 짧은 시간에 이루어지기 때문에 화염온도가 높아져 질소산화물의 발생이 커지는데 반해, 배가스가 순환주입되어 연소가 이루어지게 되면 배가스로 인하여 완전연소가 보다 긴 시간에 걸쳐서 이루어지기 때문에 화염온도가 상대적으로 낮아짐에 따라 질소산화물의 발생농도를 저감시킬 수 있는 장점을 지닌다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배가스 순환을 이용한 질소산화물 저감방법을 위한 코크스 오븐을 나타낸 도이다.
도 2는 도 1의 코크스 오븐에서 연소실을 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 배가스 순환을 이용한 질소산화물 저감방법을 위한 코크스 오븐을 나타낸 도이다.
도 4는 도 1의 코크스 오븐에서 에어인렛박스를 나타낸 도이다.
도 5는 본 발명의 질소산화물 저감방법에 따른 배가스 순환에 의해 발생되는 질소산화물(NOx)의 농도를, 일반연소시 발생되는 질소산화물의 농도와 비교하여 나타낸 그래프이다.
이하, 도면을 참고하여 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배가스 순환을 이용한 질소산화물 저감방법을 위한 코크스 오븐을 나타낸 도이고, 도 2는 도 1의 코크스 오븐에서 연소실을 나타낸 도이다.
도면을 참조하면, 연소실(1)로부터 발생되어 배출되는 배가스(12) 중 일부를 인출하는 인출단계와, 연소실(1) 내에 가스연료(10)와 연소용 공기(11)를 주입하고 인출된 상기 배가스(12)를 순환하여 상기 연소실(1)에 주입하는 주입단계를 포함한다.
이에 따라, 상기 연소실(1)에서 순환된 순환배가스(13)와 함께 연소용 공기(11)가 가스연료(10)와 반응하여 연소함에 따라 질소산화물의 배출을 저감시킬 수 있다.
이는 연소용 공기(11)와 순환배가스(13)가 섞인 공기가 가스연료(10)와 반응하여 연소시 그 연소시간이 연장된다.
이와 같이, 연소용 공기(11)만이 주입되어 연소를 하게 되면 완전연소가 짧은 시간에 이루어지기 때문에 화염온도가 높아져 질소산화물의 발생이 커지는데, 배가스(12)가 순환주입되어 연소가 이루어지게 되면 순환배가스(13)로 인하여 완전연소가 보다 긴 시간에 걸쳐서 이루어지기 때문에 화염온도가 상대적으로 낮아짐에 따라 질소산화물의 발생을 줄일 수 있다.
여기에서, 상기 연소실(1) 내의 구조를 살펴보기로 한다.
상기 연소실(1)은 축열실(9) 상부에 상하방향으로 길게 형성된 구조를 취하며, 내부의 하면으로부터 상측을 길게 형성된 격벽(4)에 의해 두 개의 챔버로 나뉜다.
이때, 상기 격벽(4)은 그 높이가 연소실(1) 내의 상면에 이르지 않아서, 두 개의 챔버가 상측 공간에서 서로 연결되어 통하는 구조를 이룬다.
또한, 상기 연소실(1)의 하부에 연료공급구(2)와 공기공급구(3)가 형성되는데, 상기 연료공급구(2)는 연료공급라인(10a)과 연결되고 공기공급구(3)는 공기 공급라인(11a)과 연결된다.
이때, 연소실(1) 내의 두 개의 챔버에 연료공급구(2)와 공기공급구(3)가 각각 형성된다.
이러한 연료공급구(2)를 통해 가스연료(10)가 주입되고, 공기공급구(3)를 통해 연소용 공기(11)가 주입됨으로써, 연소실(1)의 하단부로부터 가스연료(10)와 연소용 공기(11)가 주입될 수 있다.
여기에서, 두 개의 챔버 중 하나의 챔버 하부에 형성된 연료공급구(2)와 공기공급구(3)를 통해서 가스연료(10)과 연소용 공기(11)가 주입되면, 나머지 하나의 챔버 하부를 통해서는 배가스(12)가 배출될 수 있다.
즉, 하나의 챔버 내에서 연소가 일어나고 이에 따라 발생한 배가스(12)는 상측으로 유동한 후 격벽(4) 상측을 통해 나머지 하나의 챔버로 건너가서 하측으로 유동하여 하부에 형성된 연료공급구(2)와 공기공급부를 통해 외부로 배출되게 되며, 이러한 연소와 배출은 챔버가 서로 번갈아가며 행해지게 된다.
그리고, 상기 연소실(1) 내의 하부에는 비상용 COG버너(20)가 장착된다. 물론, 상기 비상용 COG버너(20)에는 배가스(12)가 순환되는 순환라인(13a)이 내장됨으로써 비상용 COG버너(20)를 통해 연소실(1) 내의 하부에 순환배가스(13)가 공급될 수 있다.
아울러, 외측의 상기 순환라인(13a) 상에는 송풍기(30) 설치되어 배가스(12)의 순환력을 제공한다.
여기에서, 폐기변(7)은 가스연료(10)와 연소용 공기(11)의 공급 및 배가스(12)의 배출에 있어서 제어하도록 코크스 오븐에 구비되는데, 코크스 오븐에 있어서의 일반적인 구성으로서 본 발명에 의해 한정되지 않고 종래의 어떠한 폐기변(7)도 활용될 수 있다.
이러한 폐기변(7)은 비상용 COG버너(20)로 순환라인(13a)을 통해 연통되며, 폐기변(7)을 거쳐 연돌(5)을 통해 외부로 배출되는 배가스(12)는 폐기변(7)으로부터 비상용 COG버너(20)로 연통된 순환라인(13a)을 통해 비상용 COG버너(20)로 이송되어 연소실(1) 내로 공급된다.
그러면, 배가스(12)를 이용한 질소산화물 저감방법에 대해 구체적으로 살펴보기로 한다.
먼저, 연소실(1)로부터 발생되어 배출되는 배가스(12) 중 일부를 인출한다.
연소실(1) 내의 연소과정 후 발생되는 배가스(12)는 연소가 일어나지 않은 챔버의 하부에 형성된 연료공급구(2)와 공기공급구(3)를 통해서 배출되는데, 이러한 배가스(12)는 연돌(5) 측으로 유동하는 과정에서 폐기변(7)에 이르게 된다.
이어서, 배가스(12)를 상기 폐기변(7)으로부터 비상용 COG버너(20)로 연통된 순환라인(13a)을 통해 비상용 COG버너(20)로 이송하여 연소실(1) 내로 공급한다.
즉, 순환라인(13a) 상에 설치된 송풍기(30)를 작동하면, 폐기변(7)으로부터 배가스(12)의 일부가 순환라인(13a)을 거쳐 연소실(1)의 하부에 설치된 비상용 COG버너(20)를 통해 연소실(1) 내로 주입된다.
도 3은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 배가스 순환을 이용한 질소산화물 저감방법을 위한 코크스 오븐을 나타낸 도이고, 도 4는 도 1의 코크스 오븐에서 에어인렛박스를 나타낸 도이다.
도면을 참조하면, 배가스(12)를 이용한 질소산화물 저감방법에 있어서의 다른 실시예로서, 먼저 연소실(1)로부터 발생되어 배출되는 배가스(12) 중 일부를 인출하는 인출단계가 진행된다.
연소실(1) 내의 연소과정 후 발생되는 배가스(12)는 연소가 일어나지 않은 챔버의 하부에 형성된 연료공급구(2)와 공기공급구(3)를 통해서 배출되는데, 이러한 배가스(12)는 연돌(5) 측으로 유동하는 과정에서 폐기변(7)에 이르게 된다.
이어서, 배가스(12)를 상기 폐기변(7)으로부터 에어인렛박스(6)로 연통된 순환라인(13a)을 통해 에어인렛박스(6)로 이송하여 연소실(1) 내로 공급한다.
즉, 순환라인(13a) 상에 설치된 송풍기(30)를 작동하면, 폐기변(7)으로부터 배가스(12)의 일부가 순환라인(13a)을 거쳐 연소실(1)의 하부에 설치된 에어인렛박스(6)를 통해 연소실(1) 내로 주입된다.
이러한 주입단계에서 에어인렛박스(6)를 통해 유입되는 연소용 공기(11)와 배가스(12)는, 에어인렛박스(6) 내에 장착된 와류기(6a)에 의해 혼합할 수 있다.
즉, 도 4에 도시된 바와 같이 에어인렛박스(6)에는 와류기(6a)가 설치되는데, 에어인렛박스(6)로 순환유입되는 배가스(12)는 연소용 공기(11)와 잘 혼합되지 않기 때문에 상기 와류기(6a)에 의해 보다 효율적으로 혼합시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 질소산화물 저감방법에 따른 배가스 순환에 의해 발생되는 질소산화물(NOx)의 농도를, 일반연소시 발생되는 질소산화물의 농도와 비교하여 나타낸 그래프이다.
도면을 참조하면, 폐기변(7)에서 배가스(12)를 비상용 COG버너(20) 또는 에어인렛박스(6)로 순환시켜 연소실(1) 내로 주입하는 경우의 연소로 인한 질소산화물의 농도를 2차례에 걸쳐 테스트하였고, 배가스(12)가 순환되어 연소실(1)로 주입되지 않은 일반연소로 인한 질소산화물의 농도를 2차례에 걸쳐 테스트하였다.
구체적으로, 폐기변(7)에서 배출되는 배가스(12) 유량 중 5%~10%를 인출하여 300oC로 연소실(1)에 재순환 시킬 경우 약 25%의 질소산화물의 저감효율을 얻을 수 있음을 알 수 있었다. 나아가, 비록 도시되지는 않았지만, 약 15%를 재순환 시킬 경우 최대 50%까지 질소산화물의 저감효율을 얻을 수 있는 것으로 계산되었다.
이에 따라, 배가스(12)가 배출되기 위해 연돌(5)로 유동되는 과정에서, 폐기변(7)에서 비상용 COG버너(20) 또는 에어인렛박스(6)로 순환되어 연소실(1) 내로 주입됨으로써, 배가스(12)가 순환되어 연소실(1)로 주입되지 않은 일반연소 때와 비교하여 배출되는 질소산화물의 농도가 저감되는 것을 알 수 있다.
결과적으로 상기와 같이 구성되는 본 발명은, 비상용 COG버너(20) 또는 에어인렛박스(6)를 통해 연소실(1) 내로 배가스(12)가 순환되어 주입됨으로써, 배출되는 질소산화물의 농도를 저감시킬 수 있다.
즉, 이는 연소용 공기(11)와 배가스(12)가 섞인 공기가 가스연료(10)와 반응하여 연소시 그 연소시간이 연장되기 때문인데, 연소용 공기(11)만이 주입되어 연소를 하게 되면 완전연소가 짧은 시간에 이루어지기 때문에 화염온도가 높아져 질소산화물의 발생이 커지는데 반해, 배가스(12)가 순환주입되어 연소가 이루어지게 되면 배가스(12)로 인하여 완전연소가 보다 긴 시간에 걸쳐서 이루어지기 때문에 화염온도가 상대적으로 낮아짐에 따라 질소산화물의 발생농도를 저감시킬 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.
1 : 연소실 2 : 연료공급구
3 : 공기공급구 4 : 격벽
5 : 연돌 6 : 에어인렛박스
6a : 와류기 7 : 폐기변
8 : 탄화실 9 : 축열실
10 : 가스연료 10a : 연료공급라인
11 : 연소용 공기 11a : 공기공급라인
12 : 배가스 13 : 순환배가스
13a : 순환라인 20 : 비상용 COG버너
30 : 송풍기

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 연소실(1)로부터 발생되어 배출되는 배가스(12) 중 일부를 인출하는 인출단계; 및 연소실(1) 내에 가스연료(10)와 연소용 공기(11)를 주입하고, 인출된 상기 배가스(12)를 에어인렛박스(6)를 통해 상기 연소실(1)에 주입하는 주입단계;를 포함하여, 상기 연소실(1)에서 연소됨에 따라 질소산화물의 배출을 저감시키며,
    상기 주입단계에서, 상기 에어인렛박스(6)를 통해 유입되는 상기 연소용 공기(11)와 배가스(12)는, 상기 에어인렛박스(6) 내에 장착된 와류기(6a)에 의해 혼합되는 것을 특징으로 하는 배가스 순환을 이용한 질소산화물 저감방법.
  5. 삭제
  6. 제4항에 있어서,
    상기 인출단계에서, 상기 연소실(1)로부터 배출되는 배가스(12)는 연돌(5) 전단의 폐기변(7)으로 유동되며, 상기 폐기변(7)으로부터 상기 에어인렛박스(6)로 연통된 순환라인(13a)을 통해 상기 에어인렛박스(6)로 이송되는 것을 특징으로 하는 배가스 순환을 이용한 질소산화물 저감방법.
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