KR101792486B1 - 팽창 터빈에 사용하기 위한 선철 제조용 플랜트로부터 프로세스 가스의 온도를 조절하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

팽창 터빈에 사용하기 위한 선철 제조용 플랜트로부터 프로세스 가스의 온도를 조절하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

팽창 터빈(34)에 사용하기 위한 선철 제조용 플랜트로부터 프로세스 가스(12)의 온도를 조절하기 위한 방법 및 장치가 제공되고, 팽창 터빈(34)에 진입할 때에 프로세스 가스(12)의 입구 온도는 팽창 터빈 내에서 응축이 발생하는 최소 입구 온도 미만으로 저하되지 않도록 조정되고, 및/또는 프로세스 가스(12)는 저압 가스 어큐뮬레이터(13)에 진입할 때에 팽창 터빈으로부터 나오는 프로세스 가스가 어큐뮬레이터를 위해 허용 가능한 최대 입구 온도를 초과하지 않도록 냉각되는 것을 특징으로 한다. 이 방식으로, 적어도 팽창 터빈을 나올 때에 응축 온도 이하로의 배기 가스의 냉각이 방지될 수 있고 또는 저압 가스 어큐뮬레이터 내로의 배기 가스의 도입을 위해 배기 가스 냉각기의 사용이 회피될 수 있다.

Description

팽창 터빈에 사용하기 위한 선철 제조용 플랜트로부터 프로세스 가스의 온도를 조절하기 위한 방법 및 장치 {METHOD AND DEVICE FOR REGULATING THE TEMPERATURE OF PROCESS GASES FROM PLANTS FOR RAW IRON PRODUCTION FOR USE IN AN EXPANSION TURBINE}
선철(pig iron)과 유사한 제품의 제조를 포함하도록 또한 의도되는 선철의 제조를 위해, 본질적으로 2개의 공지된 통상적으로 채택된 프로세스, 즉 고로(blast furnace) 프로세스 및 용융 환원 프로세스가 존재한다.
고로 프로세스에서, 먼저 선철이 코크스의 도움으로 철광석으로부터 제조된다. 스크랩(scrap)이 또한 부가적으로 사용될 수 있다. 그 이후에, 강이 추가의 프로세스에 의해 선철로부터 제조된다. 괴광(lump ore), 펠릿(pellet) 또는 소결물(sinter)의 형태의 철광석이 환원제(일반적으로, 예를 들어 미분탄 취입 플랜트의 형태의 코크스 또는 다른 석탄) 및 추가의 성분(석회암, 슬래그 형성 플럭스 등)과 함께 혼합되어 소위 고로 장입물(burden)을 형성하고, 이어서 고로 내에 장입된다. 고로는 고로 장입물을 포함하는 고로내 장입재료(stock column)가 열풍(hot blast)으로서 공지된 역류 내의 고온 공기와 반응한다. 코크스로부터 탄소를 연소시킴으로써, 반응을 위해 필요한 열은 환원 가스의 상당한 부분을 나타내는 일산화탄소 및 수소와 함께 생성되고, 고로내 장입재료를 통해 유동하여 철광석을 환원한다. 결과로서 제조된 것은 선철 및 슬래그이고, 이들은 주기적으로 추출된다(tapped off).
노정 가스(top-gas) 또는 고로 가스 복귀를 갖는 고로라 또한 칭하는 소위 산소 고로에서, 80% 초과의 산소 분율(O2)을 갖는 산호 함유 가스가 코크스 또는 석탄의 가스화 중에 고로 내로 취입된다.
노정 가스 또는 고로 가스로서 공지된 고로를 떠나는 가스에 대해, 가스 정화가 제공되어야 한다(예를 들어, 습식 스크러버, 백(bag)-필터 유닛 또는 고온 가스 필터와 조합하여 먼지 분리기 및/또는 사이클론). 더욱이, 산소 고로의 경우에, 고로 내로 복귀된 노정 가스를 위한 바람직하게는 애프터쿨러(aftercooler)를 갖는 압축기 그리고, 또한 통상적으로 종래 기술에 따른 압력 변동 흡착(pressure-swing adsorption)에 의해 CO2 제거를 위한 장치가 통상적으로 제공된다.
고로 프로세스의 설계를 위한 추가의 옵션은 환원 가스용 히터 및/또는 산소와의 부분 연소를 위한 연소 챔버이다.
고로의 단점은 사용된 재료에 의해 부합되어야 하는 요구조건 및 이산화탄소의 높은 배출이다. 사용된 철 운반체(carrier) 및 코크스는 덩어리 형태이고 경질이어야 하므로, 충분한 공극(void)이 고로내 장입재료 내에 잔류하여, 취입되는 공기가 그를 통해 유동하는 것을 보장하게 된다. CO2 배출은 심각한 환경 오염을 나타낸다. 따라서, 고로 루트를 대체하려는 노력이 존재한다. 천연 가스에 기초하는 해면철 제조(MIDREX, HYL, FINMET) 및 또한 용융 환원 프로세스(COREX
Figure 112012106028510-pct00001
및 FINEX
Figure 112012106028510-pct00002
프로세스)가 여기서 언급될 수 있다.
용융 환원의 경우에, 고온 액상 금속이 제조되는 용융 가스화로(melter gasifier) 및 철광석[괴광, 분광(fine ore), 펠릿, 소결물]의 운반체가 환원 가스로 환원되는 하나 이상의 환원 반응기가 사용되고, 환원 가스는 산소(90% 또는 그 초과)로 석탄(및 가능하게는 작은 분율의 코크스)을 가스화함으로써 용융 가스화로 내에서 생성된다.
용융 환원 프로세스에서, 또한 일반적으로 제공되는 것은
- 가스 정화 플랜트(한편으로는, 환원 반응기로부터의 노정 가스용, 다른 한편으로는, 용융 가스화로로부터의 환원 가스용),
- 환원 반응기 내로 복귀된 환원 가스용, 바람직하게는 애프터쿨러를 갖는 압축기,
- 통상적으로 종래 기술에 따른 압력 변동 흡착에 의한 CO2 제거용 장치,
- 그리고 선택적으로, 환원 가스용 히터 및/또는 산소와의 부분 연소용 연소 챔버이다.
COREX
Figure 112012106028510-pct00003
프로세스는 2단 용융 환원 프로세스이다. 용융 환원은 용융 환원 프로세스(주 환원)와 직접 환원의 프로세스(해면철로의 철의 사전 환원)를 조합한다.
마찬가지로 공지된 FINEX
Figure 112012106028510-pct00004
프로세스는 본질적으로 COREX
Figure 112012106028510-pct00005
프로세스에 대응하지만, 철광석은 분광으로서 도입된다.
선철 제조 또는 합성 가스 제조의 프로세스로부터 유도된 프로세스 가스는 이것이 더 이상 사용될 수 없기 때문에 종종 "배기 가스(export gas)"라 칭하는 것이 있다. 이는 특히 예를 들어, 폐열 보일러 내에서 일반적으로 냉각되고 일반적으로 또한 먼지 제거되는, 특히 건식 먼지 제거되는 선철 제조의 프로세스로부터 유도된 노정 가스의 그 부분을 위한 용어로서 작용한다.
COREX
Figure 112012106028510-pct00006
플랜트의 노정 가스로부터 건식 먼지 제거 및 열 추출 이후에, 가스는 대략 150 내지 250℃의 온도 및 전형적으로 3 barg의 압력을 갖는다.
건식 먼지 제거 및 열 추출 이후에 COREX
Figure 112012106028510-pct00007
플랜트의 노정 가스는 대략적으로 이하의 조성을 갖는다.
CO : 38.5 체적 %
CO2 : 31.6 체적 %
H2 : 15.3 체적 %
H2O : 11.1 체적 %
CH4 : 1.5 체적 %
N2 : 2.0 체적 %
배기 가스는, 예를 들어 이것이 더 사용되게 하고 또는 연료 가스로서 즉시 저장될 수 있게 하기 위해, 예를 들어 1단 또는 2단 반경방향 압축기에 의해 압축되고, 이어서 냉각될 수 있다.
그러나, 배기 가스의 에너지 함량, 압축 및 열 에너지는 또한 소위 팽창 터빈 또는 노정 가스 회수 터빈(TRT) 내의 발전을 위해 사용될 수 있다. 배기 가스는 팽창 터빈 이전보다 팽창 터빈 이후에 더 낮은 압력 및 더 낮은 온도를 갖는다.
대략 327 000 Nm3/h의 배기 가스 제조, 건식 먼지 제거, 85%의 효율을 갖는 팽창 터빈 및 97%의 효율을 갖는 그에 연결된 발전기를 갖는 COREX
Figure 112012106028510-pct00008
C-3000 플랜트의 경우에,
배기 가스가 팽창 터빈을 떠날 때에 배기 가스에 대한 이하의 출구 온도 및 압력과 팽창 터빈 내에서 발생한 생성된 전력 및 응축물이 이하에 지정된 입구 온도 및 압력에서 얻어진다 - 그리고 상기와 같은 배기 조성물이 제공되면 -.
입구 압력
[barg]		 3 3 3 3 3 3 3
입구 온도
[℃]		 250 200 150 146.5 100 50 40
출구 압력
[barg]		 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15
출구 온도
[℃]		 136 95 54 51 46 8 -6
전력
[MW]		 15.6 14.1 12.6 12.5 11.7 9.4 8.8
응축물
[t/h]		 0 0 0 0 7.4 27.1 28.4
배기 가스 라인의 온도 손실 때문에, 실제 온도는 상기에 그리고 이하에 더 지정된 온도로부터 일탈될 수 있다. 팽창 터빈의 작동 파라미터는 유사하게 배기 가스의 가스 조성에 기초하여 변경될 수 있고 따라서 전술된 파라미터로부터 일탈될 수 있다.
습식 스크러빙이 COREX
Figure 112012106028510-pct00009
플랜트의 노정 가스를 위한 건식 먼지 제거 대신에 실행되면, 이하의 통상의 값이 얻어진다.
입구 압력
[barg]		 1.5
입구 온도
[℃]		 40
출구 압력
[barg]		 0.15
출구 온도
[℃]		 12
전력
[MW]		 5.9
응축물
[t/h]		 4.1
팽창 터빈에 진입할 때 배기 가스의 입구 온도가 대략 150℃의 온도 미만으로, 구체적으로는 146.5℃ 미만이 되도록 저하되면, 팽창 터빈을 떠날 때의 배기 가스의 출구 온도는 51℃의 응축 온도 미만으로 저하된다. 이는 먼지 및 가능하게는 다환 방향족 탄화수소(PAH)의 응축에 기인하여 팽창 터빈 내의 액적 충돌 및 덩어리진(caked) 침전물을 유도한다. 이러한 것은 팽창 터빈의 서비스 수명의 감소 및 서비스를 위해, 즉 침전물을 제거하기 위해 매 3 내지 4개월마다 팽창 터빈이 조업 정지되어야 하는 것을 유도한다.
모든 팽창 터빈에 있어서, 팽창 터빈 내에 여전히 응축이 존재하지 않는 최소 입구 온도를 배기 가스의 물 함량에 기초하여 결정하는 것이 가능하다. 배기 가스가 팽창 터빈에 진입할 때에 이 최소 입구 온도보다 낮은 온도를 가지면, 응축이 발생한다.
다른 한편으로, 배기 가스의 입구 온도가 팽창 터빈에 진입할 때에 175℃를 초과하여 상승하면, 배기 가스의 출구 온도는 75℃ 초과로 증가한다. 배기 가스는 이것이 균일한 양 및 발열량을 갖도록 저압 가스 어큐뮬레이터(accumulator) 내에 진입하기 때문에, 이 경우에 배기 가스의 온도는 직접 또는 간접 냉각에 의해 저압 가스 어큐뮬레이터에 진입하기 이전에 감소되어야 한다. 저압 가스 어큐뮬레이터에 진입할 때에, 따라서 배기 가스는 최대 배기 가스 온도를 초과하지 않아야 한다.
그러나, 이러한 용도로의 배기 가스 냉각기의 사용은 이하의 단점을 갖는다.
- 냉각기, 펌프, 파이프라인, 물탱크, 재냉각을 위한 자본 비용,
- 펌프 및 재냉각을 위한 전력 소비 및 가능하게는 물 소비,
- 배기 가스와 냉각수의 직접적인 접촉이 그 내부에 포함된 유해 물질을 대기 내로 유입하게 할 수 있기 때문에, 직접 냉각기의 경우에 환경 문제,
- 간접 냉각기의 경우에 덩어리진 침전물.
따라서, 본 발명의 목적은 적어도 팽창 터빈을 떠날 때에 응축 온도 이하로 배기 가스의 냉각을 방지하거나 또는 저압 가스 어큐뮬레이터 내로의 배기 가스의 도입을 위한 연속적인 작동에서 배기 가스 냉각기의 사용을 회피하는 것이다.
상기 목적은 팽창 터빈에 진입할 때에 프로세스 가스의 입구 온도는 팽창 터빈 내에서 응축이 발생하는 최소 입구 온도 미만으로 저하되지 않도록 설정되고, 그리고 프로세스 가스는 저압 가스 어큐뮬레이터에 진입할 때에 팽창 터빈을 떠나는 프로세스 가스가 이 어큐뮬레이터를 위해 허용 가능한 최대 입구 온도 미만이 되지 않도록 냉각되며,
상기 팽창 터빈 이전 수단들은,
- 프로세스 가스가 팽창 터빈에 진입하기 이전에 유동하는 폐열 회수 플랜트, 특히 폐열 증기 발생기 플랜트를 조절함으로써 프로세스 가스 온도를 조절하는 것으로서, 보다 자세하게는 제 1 조절 장치는 팽창 터빈에 진입하기 직전에 배기 가스의 온도를 측정하는 제 1 온도 센서, 팽창 터빈을 떠난 직후에 배기 가스의 온도를 측정하는 제 2 온도 센서 및 제 1 및 제 2 온도 센서의 측정된 값들 사이의 차이를 측정하는 제 3 온도 센서에 접속되는 제 1 조절 장치,
- 폐열 회수 플랜트, 특히 폐열 증기 발생기 플랜트에 의해 미냉각된 상태로 우회하게 되는 프로세스 가스의 양을 조절함으로써 프로세스 가스 온도를 조절하는 것으로서, 보다 자세하게는, 바이패스 라인이 완전히 또는 부분적으로 개방되거나 차단될 수 있는 제 2 조절 장치,
- 프로세스 가스 내에 물을 분사하는 것(이에 의해, 그러나 이슬점 온도가 시프트될 수 있음)으로서, 보다 자세하게는, 제 4 조절 장치를 포함하고,
상기 팽창 터빈 이전 수단들은,
- 팽창 터빈 이전에 냉각된 압축된 추가의 프로세스 가스를 프로세스 가스와 혼합하는 것으로서, 보다 자세하게는, 제 3 조절 장치,
- 팽창 터빈 이후에 CO2 제거를 위한 플랜트로부터 차가운 잔류 가스를 프로세스 가스와 혼합하는 것으로서, 보다 자세하게는, 제 5 조절 장치,
중 하나를 선택적으로 포함하며, 제 1 조절 장치는, 제 2 조절 장치 및 제 4 조절 장치에 연결되고, 선택적으로, 제 3 조절 장치 및 제 5 조절 장치에 연결되는, 청구항 1에 따른 방법에 의해 성취된다.
3 개의 변형예, 본 발명에 대응하는 단지 제 3 의 변형예만이 존재하는데,
A) 팽창 터빈에 진입할 때에 프로세스 가스의 입구 온도는 팽창 터빈 내에서 응축이 발생하는 최소 입구 온도 미만으로 저하되지 않도록 설정된다. 따라서, 프로세스 가스는 냉각되지 않거나 일반적으로 프로세스 가스의 어떠한 성분도 팽창 터빈 내에서 응축하지 않는 정도로만 폐열 회수 플랜트에 의해 냉각된다. 폐열 회수 플랜트는 어느 경우든 추가의 프로세스 가스 또는 몇몇 다른 열전달 매체(예를 들어, 질소 또는 열 오일)를 가열하기 위해, 증기 발생을 위해 고온 프로세스 가스(대략적으로 350 내지 450℃)의 열을 사용하기 위해, 선철 제조용 플랜트의 부분으로서 존재한다. COREX
Figure 112012106028510-pct00010
플랜트의 시작에서 언급된 예에서, 이는 본 발명에 따른 조절에 의해, 프로세스 가스의 입구 온도가 146.5℃ 미만으로 저하되어서는 안된다는 것을 의미한다. 그러나, 이 수단의 결과로서, 팽창 터빈 이후의 프로세스 가스는 저압 가스 어큐뮬레이터에 대해 너무 고온일 수 있다.
B) 프로세스 가스는 저압 가스 어큐뮬레이터에 진입할 때에, 팽창 터빈을 떠나는 프로세스 가스가 이 어큐뮬레이터를 위한 허용 가능한 최대 배기 가스 온도를 초과하지 않는 이러한 정도로 냉각된다. 이 경우에, 팽창 터빈 내의 응축이 허용되는 것일 수 있다. 프로세스 가스는 이 경우에, 예를 들어 폐열 회수 플랜트 내에서 가스를 냉각함으로써 그리고/또는 팽창 터빈 이전에 물을 분사함으로써 팽창 터빈 이전에 미리 냉각되고, 또는 팽창 터빈 이후에 물을 분사함으로써 그리고/또는 팽창 터빈 이후에 CO2 제거를 위한 플랜트로부터 차가운 잔류 가스를 혼합함으로써 냉각된다. 팽창 터빈 전의 냉각의 경우에, 응축은 이어서 팽창 터빈 내에서 발생할 수 있다. COREX
Figure 112012106028510-pct00011
플랜트의 시작에서 언급된 예에서, 이 수단은 팽창 터빈에 진입할 때에 프로세스 가스의 입구 온도가 단지 175℃ 미만으로 조절되는 것을 의미한다. 또는 팽창 터빈에 진입할 때에 프로세스 가스의 입구 온도는 조절되지 않고, 팽창 터빈을 떠나는 프로세스 가스는 75℃ 미만으로 냉각된다.
C) 팽창 터빈에 진입할 때에 프로세스 가스의 입구 온도는 팽창 터빈 내에서 응축이 발생하는 최소 입구 온도 미만으로 저하되지 않도록, 동시에 저압 가스 어큐뮬레이터에 진입할 때, 프로세스 가스가 이 어큐뮬레이터를 위해 허용 가능한 최대 배기 가스 온도를 초과하지 않는 것을 보장하도록 설정된다. 이 수단의 경우에, 팽창 터빈 내에서의 응축이 회피되고 저압 가스 어큐뮬레이터 내로의 입구에서 충분히 낮은 프로세스 가스 온도가 보장된다. 이는 팽창 터빈 이전에 수단의 결과로서만, 즉 예를 들어 가능하게는 미냉각된 상태로 이를 우회하게 되는 프로세스 가스의 포함에 의해 폐열 회수 플랜트의 대응 조절의 결과로서만 발생할 수 있다. 그러나, 부가로 냉각된 추가의 프로세스 가스가 도입되거나 물이 분사되는 것이 또한 가능하다. COREX
Figure 112012106028510-pct00012
플랜트의 시작시에 언급된 예에서, 이는 예를 들어 대략 150℃ 내지 175℃의 범위의 값으로 조절되는 팽창 터빈에 진입할 때에 프로세스 가스 온도의 입구 온도에 의해 실현될 수 있다. 그러나, 또한 본 발명의 이 제 3 방법의 경우에도, 폐가스는 부가적으로 CO2 제거를 위한 플랜트로부터 차가운 잔류 가스 내에 혼합함으로써 및/또는 물을 분사함으로써 팽창 터빈 이후에 냉각될 수 있다.
일반적으로 팽창 터빈 이전에 발생하는 프로세스 가스 내로의 물의 분사시에, 어느 경우든 응축 온도 또는 이슬점 온도가 그 결과로서 증가하고, 따라서 팽창 터빈 내에서 응축이 발생하는 최소 입구 온도도 또한 증가한다는 것이 주지된다.
폐열 회수 플랜트는 폐열 증기 발생기 플랜트로서 형성될 필요는 없다. 다른 열교환기가 또한 대신에 사용될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 가스-가스 열 교환기가 예를 들어 선철 제조용 플랜트의 추가의 프로세스 가스를 가열하기 위해 사용될 수 있다. 또는 다른 매체의 가열을 위해 간접적으로 사용되기 위해 질소 또는 열 오일과 같은 다른 열전달 매체가 또한 가열될 수 있다. 상이한 폐열 회수 플랜트의 조합이 또한 가능하다는 것은 말할 필요도 없다.
선철 제조용 플랜트로부터 미리 제거되어 있고 팽창 터빈 이후에 선철 제조용 플랜트에 재차 복귀되지 않은 폐가스는 일반적으로 팽창 터빈을 통해 통과하게 되는 프로세스 가스로서 사용된다. 이는 선철 제조용 플랜트로부터 실제로 명백히 배출되기 때문에 "배기 가스"라 칭한다. 여기서 선철 제조용 플랜트는 고로 또는 용융 가스화로 및 환원로 뿐만 아니라 필터 시스템(고온 가스 필터, 백 필터, 사이클론) 및 배기 가스의 냉각을 위한 임의의 폐열 보일러 및 또한 CO2의 제거를 위한 임의의 플랜트를 포함한다.
이 프로세스 가스 또는 배기 가스는 따라서 고로, 특히 산소 고로로부터 노정 가스를 포함할 수 있다.
그러나, 용융 환원 플랜트로부터의 폐가스, 특히
- 용융 가스화로로부터의 폐가스,
- 하나 이상의 환원 반응기로부터의 폐가스,
- 특히 산화철 및/또는 단광의 예열 및/또는 환원을 위한 하나 이상의 고정층 반응기로부터의 폐가스를 또한 포함할 수 있다.
따라서, 예를 들어, COREX
Figure 112012106028510-pct00013
프로세스의 경우에 용융 가스화로 및 적어도 하나의 고정층 반응기는 철 운반체의 환원을 위해 사용되고, FINEX
Figure 112012106028510-pct00014
프로세스의 경우에 하나가 다른 하나의 후방에 접속되고 유동상 반응기로서 형성되어 있는 용융 가스화로 및 다수의 환원 반응기가 사용된다.
본 발명을 위해 사용되는 용융 환원 플랜트로부터의 프로세스 가스 또는 배기 가스는 용융 환원 플랜트의 다수의 소스로부터 공급될 수 있다는 것은 말할 필요도 없다. 플랜트의 개별 부분(용융 가스화로, 환원 반응기, 고정층 반응기)으로부터의 부분 스트림은 일반적으로 시간 경과에 따라 다양할 것이다.
선철 제조용 플랜트(고로 또는 용융 환원로)로부터의 언급된 프로세스 가스는 부가적으로 소정의 다른 방식으로 플랜트로부터 또한 제거될 수 있고, 냉각의 목적으로 팽창 터빈 이전에 소위 배기 가스와 냉각된 압축된 추가의 프로세스 가스로서 혼합될 수 있고, 예를 들어 배기 가스 또는 프로세스 가스가 폐열 회수 플랜트에 의해 너무 많이 냉각되어 있고 이들 가스 스트림이 고온 상태로 미리 세척되어 있으면, 가열의 목적으로 이들 프로세스 가스들을 혼합되게 하는 것이 또한 가능하다.
예를 들어 환원 반응기로 통과되지 않은 용융 가스화로로부터의 세척된 냉각된 환원 가스(잔여 가스)와 같이, 선철 제조 중에 선철 제조용 플랜트 내에서 임의의 경우에 발생하는 냉각된 프로세스 가스를 사용하는 것이 적합하다.
팽창 터빈 내의 응축을 회피하기 위해, 팽창 터빈에 진입할 때에 프로세스 가스의 입구 온도는 대략 145℃의 최소 입구 온도 미만이 되지 않는 것이 제공될 수 있다.
저압 가스 어큐뮬레이터에 진입할 때에 배기 가스 또는 프로세스 가스의 응축 및 과잉의 입구 온도를 방지하기 위해, 팽창 터빈에 진입할 때에 프로세스 가스의 입구 온도가 150 내지 175℃의 범위의 값으로 설정되는 것이 가장 양호하게 제공된다. 이는 55 내지 75℃의 범위에서 팽창 터빈을 떠날 때에 프로세스 가스의 출구 온도를 생성하고, 팽창 터빈 이후의 추가의 냉각이 이어서 더 이상 필요하지 않다.
그러나, 배기 가스 또는 프로세스 가스는 부가적으로 또는 대안적으로 또한 대략 80℃의 저압 가스 어큐뮬레이터에 진입할 때의 최대 입구 온도가 초과되지 않는 정도로 팽창 터빈 전 또는 이후에 냉각될 수 있다.
마모(abrasion) 및 오염(soiling)으로부터 팽창 터빈을 보호하기 위해, 프로세스 가스의 적어도 일부가 팽창 터빈 이전에 건식 먼지 제거되는 것이 제공된다. 건식 먼지 제거는 일반적으로 선철 제조용 플랜트 내에 임의의 경우에 발생하고, 이어서 팽창 터빈을 위해 설치될 전용 건식 먼지 제거 시설을 위한 필요성이 존재하지 않는다. 건식 먼지 제거는 통상적으로 폐열 회수 플랜트의 하류측에 배열된 백 필터에 의해 또는 폐열 회수 플랜트의 상류측에 배열된 세라믹 고온 가스 필터에 의해 발생한다. 게다가, 고온 가스 사이클론 또는 소위 "먼지 포집기(catcher)"(먼지 분리기)가 또한 사용될 수 있는데, 이들은 조대 먼지(coarse dust)를 제거하기 위한 기능을 하고 미세 먼지 제거를 위한 플랜트(백 필터, 고온 가스 필터)의 상류측에 배열된다. 건식 먼지 제거는 너무 많은 에너지가 이에 의해 프로세스 가스로부터 추출되지 않고, 그 이후에 모두가 팽창 터빈 내에 사용되도록 의도되는 습식 프로세스에 비한 장점을 갖는다.
본 발명에 따른 프로세스를 실행하기 위한 대응 장치는, 청구항 9에 포함된다.
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다수의 이들 5개의 언급된 조절 장치가 존재하면, 이들은 중앙 조절 시설 또는 조절 장치들 중 하나, 예를 들어 첫번째 장치에 연결되고, 다른 조절 장치의 제어 및 설정점 값 및 조작된 값의 계산을 착수한다.
고로로부터의 배기 가스가 팽창 터빈 내로 통과하게 되면, 고로로부터, 특히 노정 가스 복귀를 갖는 산소 고로로부터의 노정 가스가 제 1 프로세스 가스 라인 내로 통과하게 될 수 있는 적어도 하나의 라인이 제공된다.
용융 환원 플랜트로부터의 배기 가스가 팽창 터빈 내로 통과하게 되면, 용융 환원 플랜트로부터의 폐가스가 제 1 프로세스 가스 라인 내로 통과하게 될 수 있는 적어도 하나의 라인이 제공된다. 이 경우에, 이들 라인들 중 적어도 하나는 이하의 장치, 즉
- 용융 가스화로,
- 하나 또는 그 초과의 환원 반응기,
- 특히 산화철 및/또는 단광의 예열 및/또는 환원을 위한 고정층 반응기
중 적어도 하나에 접속된다.
프로세스 가스의 건식 먼지 제거를 위한 플랜트는 팽창 터빈 이전에 배열될 수 있다. 이는 오염 및 연마로부터 팽창 터빈을 보호하기 위한 기능을 한다.
본 발명이 예로서 제공된 개략도에 기초하여 이하에 더 상세히 설명된다.
도 1은 먼지 제거를 위한 백 필터 및 하류측 팽창 터빈을 갖는 COREX
Figure 112012106028510-pct00015
플랜트를 도시하고 있는 도면이며,
도 2는 먼지 제거를 위한 세라믹 필터 및 하류측 팽창 터빈을 갖는 COREX
Figure 112012106028510-pct00016
플랜트를 도시하고 있는 도면이며,
도 3은 먼지 제거를 위한 백 필터 및 하류측 팽창 터빈을 갖는 FINEX
Figure 112012106028510-pct00017
플랜트를 도시하고 있는 도면이며,
도 4는 먼지 제거를 위한 백 필터 및 하류측 팽창 터빈을 갖는 FINEX
Figure 112012106028510-pct00018
플랜트를 도시하고 있는 도면이며,
도 5는 먼지 제거를 위한 백 필터 및 하류측 팽창 터빈을 갖는 산소 고로를 도시하고 있는 도면이며,
도 6은 먼지 제거를 위한 세라믹 필터 및 하류측 팽창 터빈을 갖는 산소 고로를 도시하고 있는 도면이다.
도 1에서, COREX
Figure 112012106028510-pct00019
플랜트가 도시되어 있다. 이 예에서, 이는 고정층 반응기로서 형성되고 괴광, 펠릿, 소결물 및 첨가제(도면 부호 18 참조)로 장입되는 환원로(17)를 갖는다.
환원 가스(19)는 괴광 등(18)에 대해 역류로 안내된다. 이 환원 가스는 환원로(17)의 하부 영역에 도입되고, 노정 가스(22)로서 그 상부측에서 떠난다. 환원로(17)로부터의 노정 가스(22)의 열은 증기 발생을 위해 폐열 보일러(21) 내에 사용되고, 이에 의해 생성된 저압 증기가 CO2의 화학 흡착을 위해 플랜트(14) - 여기에는 도시되어 있지 않음 - 의 스트리퍼(stripper)에 공급될 수 있다. 폐열 보일러(21)에 진입하기 이전에, 노정 가스(22)는 먼지 분리기 또는 사이클론(23) 내에서 조대 먼지가 제거될 수 있다. 사이클론(23)으로부터 분리된 먼지(24)는 용융 가스화로(48) 내로 복귀될 수 있다.
폐열 보일러(21)를 떠나는 노정 가스는 백 필터(30) 내에서 더 세척되고, 팽창 터빈(34)으로 배기 가스(12)로서 통과된다.
환원로(17)를 위한 환원 가스(19)는 용융 가스화로(48) 내에서 제조되고, 용융 가스화로 내로 한편으로는 괴탄(lump coal)(49)의 형태의 석탄 및 가능하게는 분말 형태의 석탄이 공급되고 다른 한편으로는 환원로(17) 내에서 사전 환원된 철광석이 추가된다. 환원로(17)를 위해서는 너무 미세한 분광(fine ore)(47)이 또한 괴탄(49)과 함께 도입될 수 있다.
용융 가스화로(48) 내의 석탄은 가스화되어, 주로 CO 및 H2로 이루어진 가스 혼합물을 생성하고, 노정 가스(발생기 가스)(54)로서 배출되고, 여기서 고온 가스 사이클론으로서 형성되어 있는 분리기(59) 내의 먼지 및 분광이 세척되어 있으면, 부분 스트림은 환원 가스(19)로서 환원로(17)에 통과된다. 여기서 분리된 먼지 및 분리된 분광(25)은 용융 가스화로(48) 내로 복귀된다.
용융 가스화로(48) 내에서 용융된 고온 금속 및 슬래그는 배출된다(화살표 58 참조).
용융 가스화로(48)로부터 배출된 노정 가스(54)는 혼입된 먼지를 분리하고 먼지(25)를 - 가능하게는 미분 연료(pulverized fuel) 연소기를 경유하여 - 용융 가스화로(48) 내로 복귀시키기 위해, 먼저 분리기(59) 내로 통과된다.
조대 먼지가 세척된 노정 가스(54)의 부분은 습식 스크러버(26)에 의해 더 세척되고 COREX
Figure 112012106028510-pct00020
플랜트로부터 잔여 가스(27)로서 제거되고, - 본 발명에 따르면 - 팽창 터빈(34) 이전에 배기 가스(12)에 공급된다. 대안적으로 또는 추가로, 잔여 가스(27)의 부분은 팽창 터빈(34) 이후에 배기 가스(12)와 혼합되어 상기 가스를 냉각할 수 있다.
세척된 노정 가스 또는 발생기 가스(54)의 부분은 습식 스크러버(26) 이후에 가스 압축기(63)로 냉각을 위해 통과되고, 이어서 냉각을 위해 용융 가스화로(48) 이후에 노정 가스 또는 발생기 가스(54)로 냉각 가스(28)로서 복귀된다. 이러한 복귀는 그 내부에 포함된 환원 성분이 COREX
Figure 112012106028510-pct00021
프로세스를 위해 여전히 사용될 수 있게 하고, 다른 한편으로는 약 1050℃로부터 700 내지 870℃로 고온 노정 가스 또는 발생기 가스(54)의 요구된 냉각이 보장되는 것을 허용한다.
사이클론(23)과 폐열 보일러(21) 사이에는, 이를 냉각하기 위해, 물이 제 1 분사 장치(29)에 의해 노정 가스(22) 내로 분사된다. 폐열 보일러(21) 이후에, 노정 가스(22)는 백 필터 내로 통과되고, 여기서 미세 먼지가 분리된다. 백 필터 이후에, 배기 가스(12)를 위한 제 1 프로세스 가스 라인(31)이 시작되어 팽창 터빈(34)에서 종료한다. 제 2 프로세스 가스 라인(32)은 팽창 터빈(34)에서 시작하고, 저압 가스 어큐뮬레이터로서 형성된 배기 가스 탱크(13)에서 종료한다.
제 1 프로세스 가스 라인 내로 먼저 잔여 가스(27)를 위한 라인이 개방되어 있고, 그 이후에 배기 가스(12)를 더 냉각하기 위해 제 2 분사 장치(33)가 제공된다.
바이패스 라인(36)에 의해, 노정 가스(22)는 미냉각된 상태로 폐열 보일러(21)에 의해 통과하게 될 수 있다.
제 1 조절 장치(45)에서, 폐열 보일러(21) 내에서 발생하는 프로세스는 조절되지만, 이는 또한 점선이 나타내는 바와 같이 본 발명에 따른 다른 조절 장치에 접속되는데,
- 그에 의해 바이패스 라인(36)이 완전히 또는 부분적으로 개방되거나 차단되는, 여기서 제어 가능한 밸브(46)의 형태의 제 2 조절 장치,
- 잔여 가스(27)를 위한 라인을 위한, 여기서 제어 가능한 밸브(57)의 형태의 제 3 조절 장치, 및
- 여기서 제 2 분사 장치(33)를 위한 제어 가능한 밸브(56)의 형태의 제 4 조절 장치에 접속된다.
더욱이, 제 1 조절 장치(45)는 팽창 터빈(34)에 진입하기 직전에 배기 가스(12)의 온도를 측정하는 제 1 온도 센서(67), 팽창 터빈(34)을 떠난 직후에 배기 가스(12)의 온도를 측정하는 제 2 온도 센서(68) 및 제 1 및 제 2 온도 센서의 측정된 값들 사이의 차이를 측정하는 제 3 온도 센서(69)에 접속된다.
측정된 온도값에 기초하여, 설정점 값이 이어서 결정되고 상기 조절 장치의 보조에 의해 설정된다.
과잉의 배기 가스는 팽창 터빈(34) 이전에 제 1 라인(70)을 통해, 그리고 팽창 터빈(34) 이후에 제 2 라인(71)을 통해 잔여 가스 연소기 플랜트(72)에 운반되어 거기서 연소될 수 있다.
압력 센서(73)에 의한 압력 측정 이후에, 배기 가스(12)의 부분은 상기 터빈을 위한 바이패스 라인(74)에 의해 팽창 터빈(34)에 의해 통과되게 될 수 있다. 이는 팽창 터빈의 가속 운전(running up) 및 감속 운전(running down)을 위해 특히 요구될 뿐만 아니라, 가스의 부분량을 조절하기 위해 정상 작동 중에 사용될 수 있다.
안전을 위해, 팽창 터빈(34) 이후의 배기 가스(12)와 팽창 터빈(34) 이후에 도입되어 있는 잔여 가스(27)의 가스 혼합물이 완전히 또는 부분적으로 냉각되는 배기 가스 냉각기(75)가 그럼에도 불구하고 팽창 터빈(34) 이후에 배열될 수 있다. 냉각될 부분은 제 2 프로세스 가스 라인(32)으로부터 취해지고, 배기 가스 냉각기(75)를 통해 통과되고, 제 2 프로세스 가스 라인(32)으로 복귀된다. 냉수(76)가 냉각을 위해 사용된다. 본 발명에 따른 조절이 실패하면, 배기 가스(12)가 너무 높은 온도에서 배기 가스 탱크(13)에 진입하지 않는 것이 배기 가스 냉각기(75)에 의해 보장될 수 있다.
도 1에서와 같이, 도 2에는 COREX
Figure 112012106028510-pct00022
플랜트가 도시되어 있지만, 이는 먼지 제거를 위해 사용되는 필터에 의해 도 1의 것과 상이하다.
도 1로부터의 노정 가스를 위한 사이클론(23) 대신에, 세라믹 필터 요소를 갖는 고온 가스 필터(11)가 사용된다. 고온 가스 필터에서, 주로 세라믹, 파이버 세라믹 또는 소결 금속의 다공성 캔들의 형태의 고온 가스 필터 요소가 사용된다. 필터 캔들 상에 축적된 먼지는 통상적으로 질소(N2)로 작동되는 역세(backwashing) 장치에 의해 필터 캔들로부터 세척될 수 있다.
고온 가스 필터(11) 내의 분리된 먼지는 대안적으로 용융 가스화로(48)로 복귀될 수 있다.
추가의 변형 실시예는, 사이클론, 보다 자세하게는 고온 가스 사이클론이 고온 가스 필터(11) 이전에 배열되는 것이다. 이는 추가로 환원될 노정 가스(22)의 먼지 함유를 허용한다.
도 3에서, FINEX
Figure 112012106028510-pct00023
플랜트가 도 1 및 도 2의 COREX
Figure 112012106028510-pct00024
플랜트 대신에 사용된다.
배기 가스(12)는 팽창 터빈(34)에 공급되고, 그 이후에 저압 가스 어큐뮬레이터로서 형성된 배기 가스(13) 내에서 재차 완충 저장된다. 이 가스는 그 이후에 연료로서 원료 건조 플랜트 또는 발전 플랜트에 공급될 수 있다(도면 부호 35 참조).
FINEX
Figure 112012106028510-pct00025
플랜트는 이 예에서 유동상 반응기로서 형성되고 분광으로 장입되는 4개의 환원 반응기(37 내지 40)를 갖는다. 분광 및 첨가제(41)는 광석 건조 시설(42)로 공급되고 거기로부터 먼저 제 4 반응기(37)로 공급되고, 이들은 이어서 제 3 환원 반응기(38), 제 2 환원 반응기(39) 및 마지막으로 제 1 환원 반응기(40) 내로 통과된다. 그러나, 4개의 유동상 반응기(37 내지 40) 대신에, 단지 3개만이 또한 존재할 수 있다.
환원 가스(43)는 분광에 대해 역류로 안내된다. 이 가스는 제 1 환원 반응기(40)의 저부에 도입되어 그 상부측에서 떠난다. 아래로부터 제 2 환원 반응기(39)에 진입하기 이전에, 이 환원 가스는 또한 유사하게 제 2 환원 반응기(39)와 제 3 환원 반응기(38) 사이에서 산소(O2)로 가열될 수 있다. 환원 반응기(37 내지 40)로부터의 폐가스(44)의 열은 증기 발생을 위해 폐열 보일러(21) 내에서 사용되고, 이에 의해 생성된 저압 증기가 CO2의 화학적 흡착을 위해 플랜트(14)의 스트리퍼에 공급될 수 있다.
제 4 환원 반응기(37)를 떠나는 폐가스(44)는 폐열 보일러(21) 이후에 백 필터(30) 내에서 세척된다. 백 필터(30)를 떠나는 폐가스의 부분 스트림이 배기 가스(12)로서 팽창 터빈(34)에 공급되고, 추가의 부분 스트림이 복귀 가스(79)로서 FINEX
Figure 112012106028510-pct00026
프로세스에서 재차 사용되도록 의도된다. 이 목적으로, 이는 냉수(78)에 의해 가스 냉각기(77) 내에서 냉각되고, 복귀 가스 압축기(80) 내에서 압축되고, 하류측 냉각기(81) 내에서 재차 냉각되고, 이어서 예를 들어 흡착(예를 들어, 압력 변동 플랜트 또는 진공 압력 변동 플랜트) 또는 화학적 흡착에 의해 CO2의 제거를 위한 플랜트(14)에 공급된다.
선철의 제조시에 대기로의 CO2의 배출이 감소되어야 하면, 이는 선철 제조로부터의 폐가스로부터 분리되어 결합 형태[CO2 포집 및 격리(sequestration)(CCS)]로 저장된다.
화학적 흡착(14) 이후의 잔류 가스 스트림(82)은 주로 CO2를 함유하고, 잔류 가스(82)의 일부는 제 2 프로세스 가스 라인(32) 내로 개방되어 있는 잔류 가스 라인(84)을 통해 배기 가스 탱크 내로 진입 이전에 배기 가스(12)로 통과하게 될 수 있다. 이를 위해 대응 제 5 조절 장치(20)가 도 3에 도시되어 있다.
환원 가스(43)는 도 3에서 용융 가스화로(48) 내에서 생성되고, 이 용융 가스화로 내로 한편으로는 괴탄(49)의 형태의 석탄 및 가능하게는 분말 형태(50)의 석탄이 공급되고 - 분말 형태의 석탄은 산소(O2)와 함께 -, 다른 한편으로는 환원 반응기(37 내지 40) 내에서 사전 환원되고 철 단광처리(briquetting) 시설(51) 내에서 고온 상태에서 단광(HCI: 열간 압착 철)으로 성형된 철광석이 추가된다. 단광은 이 경우에 고정층 반응기로서 형성된 저장 탱크(53) 내로 이송 플랜트(52)에 의해 통과되고, 여기서 단광은 가능하게는 용융 가스화로(48)로부터 조대 세척된 발생기 가스(54)로 예열되고 환원된다. 여기서, 차가운 단광(65)이 또한 첨가될 수 있다. 그 이후에, 단광 또는 산화물은 위로부터 용융 가스화로(48) 내로 장입된다. 저환원철(LRI)이 마찬가지로 단광처리 시설(51)로부터 배출될 수 있다.
용융 가스화로(48) 내의 석탄은 가스화되어, CO와 H2로 주로 이루어지는 가스 혼합물을 생성하고, 환원 가스(발생기 가스)(54)로서 배출되고, 부분 스트림은 환원 가스(43)로서 환원 반응기(37 내지 40)로 통과된다.
용융 가스화로(48) 내에 용융된 고온 금속 및 슬래그가 배출된다(화살표 58 참조).
용융 가스화로(48)로부터 배출된 노정 가스(54)는 혼입된 먼지를 분리하고 미분 연료 연소기를 경유하여 용융 가스화로(48) 내로 먼지를 복귀시키기 위해, 분리기(59) 내로 먼저 통과된다.
조대 먼지가 세척된 노정 가스의 부분은 습식 스크러버(60)에 의해 더 세척되고 구체적으로는 복귀 가스 압축기(80) 이전에 CO2의 화학 흡수를 위해 플랜트(14)로 잔여 가스(61)로서 공급된다.
세척된 발생기 가스(54)의 추가의 부분은 마찬가지로 가스를 냉각하기 위해 습식 스크러버(62) 내에서 더 세척되고, 가스 압축기(63)로 냉각을 위해 통과되고, 이어서 플랜트(14)로부터 취해지고 CO2가 제거된 복귀 가스(79)와 혼합 이후에, 냉각을 위해 용융 가스화로(48) 이후에 발생기 가스(54)로 복귀된다. CO2가 제거된 가스(79)의 이 복귀는 그 내부에 함유된 환원 성분이 여전히 FINEX
Figure 112012106028510-pct00027
프로세스를 위해 사용될 수 있게 하고, 다른 한편으로는 고온 발생기 가스(54)의 요구 냉각이 보장될 수 있게 한다.
단광 또는 산화철이 용융 가스화로(48)로부터 먼지 제거되고 냉각된 발생기 가스(54)로 가열되고 환원되는 저장 플랜트(53)를 떠나는 노정 가스(55)는 습식 스크러버(66) 내에서 세척되고 이어서 마찬가지로 CO2의 제거를 위해 플랜트(14)에 공급될 수 있다.
CO2 제거를 위한 화학적 흡착 플랜트의 경우에, 플랜트(14)의 스트리퍼는 폐열 보일러(21)로부터 저압 증기가 공급될 수 있다. 바람직하게는, 철 제조 프로세스로부터 폐열은 폐열 보일러와 CO2의 화학 흡수를 위한 플랜트(14) 사이의 짧은 거리 때문에 이 경우를 위해 사용되어야 한다.
스트리퍼의 응축물은 이 예에서 폐열 보일러(21)의 증기 회로에 공급될 수 있다.
배기 가스(12)는 여기서 환원 반응기(37 내지 40)의 폐가스(44)만으로 이루어진다.
본 예시적인 실시예에 존재하는 모든 조절 장치[제 1 장치(45), 제 2 장치(46), 제 4 장치(56) 및 제 5 장치(20)]는 서로 접속되고, 이들의 조작된 변수는 중앙에서 지정된다.
제 2 분사 장치(33), 선택적 배기 가스 냉각기(75), 잔여 가스 연소기 플랜트(72), 온도 센서(67 내지 69), 압력 센서(73) 및 바이패스 라인(74)의 작동 모드는 도 1에 설명된 바와 같다.
도 4의 플랜트는 도 3의 것에 본질적으로 대응하지만, 도 4에서 제 4 환원 반응기(37)를 떠나는 폐가스(44)는 폐열 보일러(21) 이전에 고온 가스 필터(11) 내에서 세척된다. 폐열 보일러(21)를 떠나는 폐가스의 부분 스트림은 이어서 배기 가스(12)로서 팽창 터빈(34)에 공급되고, 추가의 부분 스트림은 복귀 가스(79)로서 FINEX
Figure 112012106028510-pct00028
프로세스에서 재차 사용되도록 의도된다.
도 5에서, 본 발명은 산소 고로에 기초하여 표현되어 있다. 여기서, 소결 플랜트(2)로부터의 철광석 및 코크스(도시 생략)는 장입 장치에 의해 위로부터 고로(1) 내로 공급된다. 80% 초과의 산소 함량을 갖는 산소 함유 가스(3)가 환상 파이프(bustle pipe)(4) 내로 도입되고, 유사하게 석탄이 분말 형태(50)로 도입된다. 환원 가스로(6)에서, 환원 가스(5)는 산소(O2)와 연소 공기가 연소를 위해 공급되는 상태로 가열된다. 차가운 또는 예열된 산소(O2)와 함께, 가열된 환원 가스(5)는 고로(1) 내로 도입된다. 슬래그(7) 및 선철(8)은 저부에서 고로(1)로부터 배출된다. 고로(1)의 상측부에서, 노정 가스 또는 고로 가스(9)는 제거되어 먼지 분리기 또는 사이클론(10) 내에서 사전 세척된다. 이 방식으로 세척된 노정 가스 또는 고로 가스(9)는 여전히 너무 고온이어서 그 에너지가 증기 발생을 위해 폐열 보일러(21) 내에서 의미 있는 방식으로 사용될 수 있게 된다. 다른 도면의 폐열 보일러(21)의 경우에서와 같이, 여기에서도 좌측의 회로는 증기 회로를 표현하고 있고, 우측의 회로는 응축물의 가열 및 증발을 위한 기능을 한다. 폐열 보일러 전의 노정 가스(9)를 냉각하기 위해, 재차 물을 위한 제 1 분사 장치(29)가 제공된다. 바이패스 라인(36)에 의해, 노정 가스(9)는 재차 미냉각된 상태로 폐열 보일러(21) 주위에서 안내될 수 있다. 폐열 보일러(21) 이후에, 노정 가스(9)는 백 필터(30)(그러나, 습식 스크러버가 또한 대신에 이 지점에 배열될 수 있음)에 진입하고 더 세척되어, 미세 먼지가 또한 분리되고 제거될 수 있게 된다[백 필터(30)의 하단부에서의 화살표 참조].
세척된 가능하게는 냉각된 노정 가스(9)는 한편으로는 고로 시스템으로부터 배기 가스(12)로서 직접 제거되어 팽창 터빈(34)으로 그 이후에 배기 가스 탱크(13)로 공급될 수 있다. 다른 한편으로는, 이 가스는 CO2 제거를 위해 플랜트(14)로 공급될 수 있고, 세척되어 복귀될 노정 가스 또는 고로 가스(9)는 가스 냉각기(77) 내에서 미리 냉각되어 있고, 이는 냉수(78)로 냉각되고, 이어서 압축기(15)에 의해 대략 2 내지 6 barg로 압축되고 애프터쿨러(16) 내에서 대략 30 내지 60℃로 냉각된다. 단지 다음에 복귀될 노정 가스(9)만이 CO2 제거를 위해 플랜트(14) 내로 도입된다. 이 플랜트의 작동 모드는 도 3을 참조하여 이미 설명되어 있다. 도 4에 부가적으로 제공된 것은 복귀될 노정 가스(9)가 단지 가스 냉각기(77), 단지 플랜트(14) 또는 가스 냉각기(77) 및 플랜트(14)에 의해 연료 가스로서 환원 가스로(6) 내로 통과하게 되는 라인 - 점선으로 표현되어 있음 - 이다.
CO2가 세척된 생성물 가스는 직접적으로 그리고/또는 환원 가스로(6) 내에서 가열 이후에 환원 가스(5)로서 고로(1)에 복귀된다. CO2-농후 잔류 가스(82)는 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 대기로 직접 배출되고 그리고/또는 후속의 CO2 저장 장치(처리, 예를 들어 EOR - 향상된 오일 회수 -, EGR - 향상된 가스 회수)를 갖는 CO2 압축 시설에 실제로 공급될 수 있고 그리고/또는 그러나 또한 철 제조에서 N2에 대한 대체물로서 사용될 수도 있는데, 잔류 가스 스트림은 주로 CO2로 이루어지고, 따라서 장치, 차단 밀봉부 및 선택된 플러싱-가스 및 냉각-가스 소비자를 장입하기 위해 사용될 수 있다.
그러나, 잔류 가스(82)의 일부가 또한 환원 가스로(6)에 연료 가스로서 공급될 수 있다. 마지막으로, 잔류 가스(82)의 일부는 제 2 프로세스 가스 라인(32) 내로 개방되어 있는 잔류 가스 라인(84)을 통해, 냉각을 위해 배기 가스 탱크 내로 진입 이전에 배기 가스(12)에 통과하게 될 수 있다. 이를 위한 대응 제 5 조절 장치(20)가 도 4에 도시되어 있다.
본 예시적인 실시예에서 존재하는 모든 조절 장치[제 1 장치(45), 제 2 장치(46), 제 4 장치(56) 및 제 5 장치(20)]는 서로 접속되고, 이들의 조작된 변수는 중앙에서 지정된다.
제 2 분사 장치(33), 선택적 배기 가스 냉각기(75), 잔여 가스 연소기 플랜트(72), 온도 센서(67 내지 69), 압력 센서(73) 및 바이패스 라인(74)의 작동 모드는 도 1에 설명된 바와 같다.
도 6으로부터의 플랜트는 단지 노정 가스(9)의 세척의 유형에 의해서만 도 5의 플랜트와 상이하다. 구체적으로, 도 6에서 노정 가스(9)는 먼지 분리기 또는 사이클론(10) 이후에 고온 가스 필터(11) 내에서 더 세척되어, 미세한 먼지가 또한 분리되어 제거될 수 있게 된다[고온 가스 필터(11)의 하단부에서의 화살표 참조]. 이 방식으로 세척된 노정 가스 또는 고로 가스(9)는 단지 이어서 폐열 보일러(21) 내로 통과하게 된다.
배기 가스 탱크(13)로부터의 배기 가스(12)는 - 본 발명의 실시예와 무관하게 - 조합된 열 및 발전소 또는 증기 발전소에 연료로서 통과하게 될 수 있다.
1: 고로 2: 소결 플랜트
3: 산소 함유 가스 4: 환상 파이프
5: 환원 가스 6: 환원 가스로
7: 슬래그 8: 선철
9: 노정 가스 또는 고로 가스 10: 먼지 분리기 또는 사이클론
11: 고온 가스 필터 12: 배기 가스
13: 배기 가스 탱크 14: CO2의 화학적 흡착용 플랜트
15: 압축기 16: 애프터쿨러
17: 환원로 18: 괴강, 펠릿, 소결 및 첨가제
19: 환원 가스 20: 제 5 조절 장치(밸브)
21: 폐열 보일러 22: 노정 가스
23: 사이클론 24: 먼지
25: 먼지 및 분광 26: 습식 스크러버
27: 잔여 가스 28: 냉각 가스
29: 제 1 분사 장치 30: 백 필터
31: 제 1 프로세스 가스 라인 32: 제 2 프로세스 가스 라인
33: 제 2 분사 장치 34: 팽창 터빈
35: 원료 건조 플랜트로(석탄, 분탄 또는 광석 건조) 또는 발전소로
36: 바이패스 라인 37: 제 4 환원 반응기
38: 제 3 환원 반응기 39: 제 2 환원 반응기
40: 제 1 환원 반응기 41: 분광 및 첨가제
42: 철광 건조 시설 43: 환원 가스
44: 폐열 45: 제 1 조절 장치
46: 제 2 조절 장치(밸브) 47: 분광
48: 용융 가스화로 49: 괴탄
50: 분말 형태의 석탄 51: 단광 시설
52: 운반 플랜트 53: 저장 탱크
54: 노정 가스 또는 발생기 가스 55: 노정 가스
56: 제 4 조절 장치(밸브) 57: 제 3 관련 장치(밸브)
58: 고온 금속 및 슬래그 59: 분광용 분리기
60: 습식 스크러버 61: 잔여 가스
62: 습식 스크러버 63: 가스 압축기
64: CO2가 제거된 가스 65: 차가운 단광
66: 습식 스크러버 67: 제 1 온도 센서
68: 제 2 온도 센서 69: 제 3 온도 센서
70: 제 1 라인 71: 제 2 라인
72: 잔여 가스 연소기 플랜트 73: 압력 센서
74: 바이패스 라인 75: 배기 가스 냉각기
76: 냉수 77: 가스 냉각기
78: 냉수 79: 복귀 가스
80: 복귀 가스 압축기 81: 냉각기
82: 잔류 가스 83: 연소 가스
84: 잔류 가스 라인

Claims (14)

  1. 팽창 터빈(expansion turbine; 34)에 사용하기 위한 선철 제조용 플랜트(plants)로부터의 프로세스 가스(process gas)인, 적어도 일부가 팽창 터빈(34) 이전에 건식 먼지 제거되는 프로세스 가스(12)의 온도를 조절하기 위한 방법에 있어서,
    상기 팽창 터빈(34)에 진입할 때에 상기 프로세스 가스(12)의 입구 온도는 팽창 터빈 내에서 응축이 발생하는 최소 입구 온도 미만으로 저하되지 않도록 팽창 터빈 이전 수단들(measures)에 의해 설정되고, 그리고 상기 프로세스 가스(12)는, 저압 가스 어큐뮬레이터(low-pressure gas accumulator; 13)에 진입할 때에 팽창 터빈을 떠나는 프로세스 가스가 상기 어큐뮬레이터를 위해 허용 가능한 최대 입구 온도를 초과하지 않도록, 냉각되며
    상기 팽창 터빈 이전 수단들은,
    - 상기 프로세스 가스(12)가 팽창 터빈(34)에 진입하기 이전에 유동하는 폐열 회수 플랜트(waste heat recovery plant)를 조절함으로써 프로세스 가스 온도를 조절하는 것으로서, 팽창 터빈(34)에 진입하기 직전에 배기 가스(export gas; 12)의 온도를 측정하는 제 1 온도 센서(a first temperature sensor; 67), 팽창 터빈(34)을 떠난 직후에 배기 가스(12)의 온도를 측정하는 제 2 온도 센서(68) 및 제 1 및 제 2 온도 센서의 측정된 값들 사이의 차이를 측정하는 제 3 온도 센서(69)에 접속되는 제 1 조절 장치(45),
    - 미냉각된 상태로 폐열 회수 플랜트를 우회하게 되는 프로세스 가스의 양을 조절함으로써 프로세스 가스 온도를 조절하는 것으로서, 보다 자세하게는, 바이패스 라인(bypass line; 36)이 완전히 또는 부분적으로 개방되거나 차단될 수 있는 제 2 조절 장치(46),
    - 상기 프로세스 가스(12) 내에 물을 분사하는 것(33)으로서, 보다 자세하게는, 제 4 조절 장치(56)를 포함하며,
    상기 팽창 터빈 이전 수단들은,
    - 상기 팽창 터빈(34) 이전에 냉각된 압축된 추가의 프로세스 가스(27)를 프로세스 가스(12)와 혼합하는 것으로서, 보다 자세하게는, 제 3 조절 장치(57),
    - 상기 팽창 터빈(34) 이후에 CO2 제거를 위한 플랜트(14)로부터 차가운 잔류 가스(cold residual gas; 82)를 프로세스 가스(12)와 혼합하는 것으로서, 보다 자세하게는, 제 5 조절 장치(20),
    중 하나를 선택적으로 포함하며,
    상기 제 1 조절 장치(45)는, 제 2 조절 장치(46) 및 제 4 조절 장치(56)에 연결되고, 선택적으로, 제 3 조절 장치(57) 및 제 5 조절 장치(20)에 연결되는 것을 특징으로 하는,
    선철 제조용 플랜트로부터 프로세스 가스의 온도를 조절하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    선철 제조용 플랜트로부터 미리 제거되어 팽창 터빈(34) 이후에 선철 제조용 플랜트로 재차 복귀되지 않은 폐가스(waste gas)가 프로세스 가스(12)로서 사용되는 것을 특징으로 하는,
    선철 제조용 플랜트로부터 프로세스 가스의 온도를 조절하기 위한 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    고로로부터의 노정 가스(top gas; 9)가 프로세스 가스로서, 가능하게는 추가의 프로세스 가스로서 사용되는 것을 특징으로 하는,
    선철 제조용 플랜트로부터 프로세스 가스의 온도를 조절하기 위한 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    용융 환원로(17, 37 내지 40, 48)로부터의 폐가스(22, 27, 44)가 프로세스 가스로서, 가능하게는 추가의 프로세스 가스로서 사용되는 것을 특징으로 하는,
    선철 제조용 플랜트로부터 프로세스 가스의 온도를 조절하기 위한 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    이하의 폐가스, 즉
    - 용융 가스화로(melter gasifier; 48)로부터의 폐가스(27),
    - 적어도 하나의 환원로(37 내지 40)로부터의 폐가스(44),
    - 적어도 하나의 고정층 환원로(17)로부터의 폐가스(22)
    중 하나 이상이 사용되는 것을 특징으로 하는,
    선철 제조용 플랜트로부터 프로세스 가스의 온도를 조절하기 위한 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 팽창 터빈(34)에 진입할 때의 프로세스 가스(12)의 입구 온도는 145℃의 최소 입구 온도 미만이 되지 않는 것을 특징으로 하는,
    선철 제조용 플랜트로부터 프로세스 가스의 온도를 조절하기 위한 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 팽창 터빈(34)에 진입할 때의 프로세스 가스(12)의 입구 온도는 150 내지 175℃의 범위의 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는,
    선철 제조용 플랜트로부터 프로세스 가스의 온도를 조절하기 위한 방법.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 프로세스 가스(12)는 80℃의 저압 가스 어큐뮬레이터(13)에 진입할 때의 상기 최대 입구 온도가 초과되지 않는 정도로 팽창 터빈(34) 이전 또는 이후에 냉각되는 것을 특징으로 하는,
    선철 제조용 플랜트로부터 프로세스 가스의 온도를 조절하기 위한 방법.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 선철 제조용 플랜트로부터 프로세스 가스의 온도를 조절하기 위한 방법을 실행하기 위한 장치에 있어서,
    선철 제조용 플랜트는 프로세스 가스(12)를 팽창 터빈(34) 내로 도입하기 위해 적어도 제 1 프로세스 가스 라인(first process-gas line; 31)에 접속되고, 상기 팽창 터빈(34)은 프로세스 가스를 위한 저압 가스 어큐뮬레이터(13)에 제 2 프로세스 가스 라인(32)에 의해 접속되고,
    상기 프로세스 가스(12)의 건식 먼지 제거를 위한 플랜트(11, 23, 30)는 팽창 터빈(34) 이전에 배열되며,
    - 상기 팽창 터빈(34) 이전에 배열된 폐열 회수 플랜트 및 제 1 조절 장치(45)로서, 제 1 조절 장치(45)는 프로세스 가스 온도를 조절하기 위한 기능을 하는, 제 1 조절 장치(45) 및 폐열 회수 플랜트가 제공되고,
    상기 제 1 조절 장치(45)는 팽창 터빈(34)에 진입하기 직전에 배기 가스(12)의 온도를 측정하는 제 1 온도 센서(67), 팽창 터빈(34)을 떠난 직후에 배기 가스(12)의 온도를 측정하는 제 2 온도 센서(68), 및 제 1 및 제 2 온도 센서의 측정된 값들 사이의 차이를 측정하는 제 3 온도 센서(69)에 접속되며,
    - 제 2 조절 장치(46) 및 바이패스 라인(36)으로서, 상기 제 2 조절 장치(46)는 바이패스 라인(36)에 의해 미냉각된 상태로 폐열 회수 플랜트를 우회하는 프로세스 가스의 양을 조절하기 위한 기능을 하는, 제 2 조절 장치(46) 및 바이패스 라인(36)이 제공되고,
    - 분사 장치(33)에 의해 상기 제 1 프로세스 가스 라인(31) 또는 제 2 프로세스 가스 라인(32) 내로 분사될 수 있는 물의 양을 조절하는 제 4 조절 장치(56)가 제공되고,
    - 상기 제 1 프로세스 가스 라인(31) 내로 통과하게 되는 선철 제조용 플랜트로부터 냉각된 압축된 추가의 프로세스 가스(27)의 양을 조절하는 제 3 조절 장치(57), 및
    - 상기 제 2 프로세스 가스 라인(32) 내로 잔류 가스 라인(residual gas line; 84)에 의해 프로세스 가스(12)를 형성하도록 혼합되는 CO2 제거를 위한 플랜트로부터 차가운 잔류 가스의 양이 조절되는 제 5 조절 장치(20),
    중 하나가 또한 부가적으로 그리고 선택적으로 제공되며,
    상기 제 1 조절 장치(45)는, 제 2 조절 장치(46) 및 제 4 조절 장치(56)에 연결되고, 선택적으로, 제 3 조절 장치(57) 및 제 5 조절 장치(20)에 연결되는 것을 특징으로 하는,
    선철 제조용 플랜트로부터 프로세스 가스의 온도를 조절하기 위한 방법을 실행하기 위한 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    고로로부터의 노정 가스(9)가 제 1 프로세스 가스 라인(31) 내로 통과하게 될 수 있는 하나 이상의 라인이 제공되는 것을 특징으로 하는,
    선철 제조용 플랜트로부터 프로세스 가스의 온도를 조절하기 위한 방법을 실행하기 위한 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    용융 환원 플랜트로부터의 폐가스(22, 27, 44)가 제 1 프로세스 가스 라인(31) 내로 통과하게 될 수 있는 하나 이상의 라인이 제공되는 것을 특징으로 하는,
    선철 제조용 플랜트로부터 프로세스 가스의 온도를 조절하기 위한 방법을 실행하기 위한 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 라인들 중 하나 이상은 이하의 장치, 즉
    - 용융 가스화로(48),
    - 하나 또는 그 초과의 환원로(37 내지 40),
    - 고정층 환원로(17)
    중 하나 이상에 접속되는 것을 특징으로 하는,
    선철 제조용 플랜트로부터 프로세스 가스의 온도를 조절하기 위한 방법을 실행하기 위한 장치.
  13. 삭제
  14. 삭제
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