KR101868155B1 - 가열 장치 - Google Patents

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켈리 티 비스콘티
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린데 악티엔게젤샤프트
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Abstract

연소 영역과 상기 연소 영역과 관련된 연소 가스 출구를 갖는 용광로 스토브를 가열하기 위한 장치는 저발열량 연료원과, 상기 저발열량 연료를 상기 연료원으로부터 연소 영역에 분배하도록 작동할 수 있는 제 1 관로와, 공기원과, 상기 공기를 상기 공기원으로부터 연소 영역에 분배하도록 작동할 수 있는 제 2 관로와, 적어도 85 부피%의 산소를 포함하는 산화제원과, 상기 산화제를 상기 산화제원으로부터 연소 영역에 분배하도록 작동할 수 있는 제 3 관로와, 연소 가스를 연소 가스 출구로부터 스토브로부터 멀리 안내하도록 작동할 수 있는 제 4 관로와 연소 가스의 일부를 연소 영역으로 복귀시키도록 작동할 수 있는 제 5 관로를 포함한다. 상기 장치는 관로 중의 어느 관로가 연소 영역과 연통되는가에 따라서 여러 가지 모드에서 운전될 수 있다.

Description

가열 장치{HEATING APPARATUS}
본 발명은 연소 영역과 상기 연소 영역과 연관된 연소 출구를 갖는 용광로 스토브를 가열하는 장치에 관한 것이다.
용광로는 주로 산화철광석을 환원시켜 철을 용융시키기 위해 사용되지만 독점적으로 사용되는 것은 아니다. 용광로 스토브의 목적은 많은 해의 오랜 기간에 걸쳐 안전하고 환경에 책임 있는 방식으로 일관된 열풍 온도를 원하는 유속으로 용광로에 제공하는 것이다. 용광로 스토브의 운전은 원칙적으로 단순하다. 공기-연료 버너는 전형적으로 연료 가스(전형적으로는 대부분 용광로 가스)를 태우는데 사용되며 연소 생성물은 연소 생성물의 현열(sensible heat)을 포획하는 대량의 내화벽돌을 통과한다. 내화벽돌이 일단 원하는 작동 온도에 도달하면 버너가 정지되고 차가운 공기는 열풍 공기로서 용광로에 보내지기 전에 예열되도록 스토브를 통과하여 벽돌을 지나간다. 전형적으로 스토브는 일부 스토브가 가열되는 동안에 다른 스토브는 열풍을 용광로에 제공하도록 3층 또는 4층으로 운전된다.
용광로 스토브는 다수의 여러 구성 중에 어느 구성이라도 가질 수 있다. 전형적으로 각 스토브는 내화벽돌이 위치하는 제 2 수직 챔버의 측면을 따라서 연소가 일어나는 제 1 수직 챔버를 포함한다. 이런 스토브는 많은 경우에 외측 연소식(external combustion) 챔버 종류라고 부른다. 연소 영역이 내화 챔버 속에 수용된 스토브도 알려져 있다. 이들은 내측 연소식 스토브라고 부른다. 다른 구성에서 연소 챔버는 전형적으로 돔형 구조물 내에 위치하는 내화 챔버의 상단에 놓여진다.
현재의 관행에서는 스토브 위로부터 열풍으로 전달될 수 있는 열의 양을 최대로 하려는 3가지 주된 시도가 있다. 가능한 높은 열량을 갖는 열풍을 제공하면 용광로에서의 제철용 코크스율이 감소한다. 높은 열풍 온도를 얻기 위해서는 스토브 내의 내화벽돌 또는 체커벽돌이 스토브의 허용 돔 온도에 의해 정해지는 물리적 제약 내에서 가능한 높은 온도로 가열될 필요가 있다. 결과적으로 버너에 전달된 연료 가스의 발열량이 적절히 높은 화염을 발생할 수 있어야 한다.
용광로의 노정 가스(top-gas)(흔히 용광로 가스라고 부른다)는 종래 용광로 스토브를 가열하는데 사용하는 일차연료이지만, 이 연료를 사용하면 발열량이 가변적이며, 용광로 운전 실무에 크게 의존한다. 용광로 가스의 발열량의 가변성은 발열량을 높이고 원하는 화염 온도를 발생하기 위해 용광로 가스를 코크스 오븐 가스, 전로(converter) 가스 또는 천연 가스 같은 높은 발열량 연료 가스와 혼합하는 것이 잘 알려져 있도록 되어 있다. 다른 방법으로서 연소 상류측의 연료 가스 및 공기를 스토브 버너에 의해 예열하는 것이 알려져 있다. 사실 가열 사이클 중에 스토브에서 나오는 연소 가스는 250℃ 내지 400℃의 온도를 가지며 스토브에 입력되는 에너지의 약 18%를 함유하고 있다. 플랜트에 따라서, 이렇게 비교적 높은 연료 가스는 폐열회수 장치로 보내지며, 여기서 그 현열량의 일부가 포획되어 예열에 사용된다. 용광로 스토브를 가열하는 다른 대안적 방법은 연소 공기를 산소가 풍부하게 하는 것이다. 연소 공기의 일부를 교체하기 위해 산소를 첨가하면 일정한 전체 분자 산소 흐름에서 연소 생성물 내의 질소 발라스트가 감소하므로 화염 온도가 높아진다. 보통은 원하는 화염 온도를 발생시키는데 필요한 코크스 오븐, 전로 또는 천연 가스의 양을 용이하게 감소시키는데 공기의 산소 부화가 사용된다.
작동 중에 연료 및 그 외의 가스의 가변성 및 비용의 변화를 고려할 수 있는 유연한 방식으로 용광로 스토브의 운전을 개량시키는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 연소 영역과 상기 연소 영역과 관련된 연소 가스 출구를 갖는 용광로 스토브를 가열하기 위한 장치에 있어서,
a) 저발열량 연료원과,
b) 상기 저발열량 연료를 상기 연료원으로부터 연소 영역에 분배하도록 작동할 수 있는 제 1 관로와,
c) 공기원과,
d) 상기 공기를 상기 공기원으로부터 연소 영역에 분배하도록 작동할 수 있는 제 2 관로와,
e) 적어도 85 부피%의 산소를 포함하는 산화제원과,
f) 상기 산화제를 상기 산화제원으로부터 연소 영역에 분배하도록 작동할 수 있는 제 3 관로와,
g) 연소 가스 출구로부터의 연소 가스를 스토브로부터 멀리 안내하도록 작동할 수 있는 제 4 관로와,
h) 연소 가스의 일부를 연소 영역으로 복귀시키도록 작동할 수 있는 제 5 관로를 포함하는 장치가 제공된다.
"연소 가스"라는 용어는 가스상태의 연소 생성물을 포함하는 것을 의미한다.
본 발명에 따른 장치는 연소 영역과 연통되도록 선택되는 제 2, 제 3 및 제 5 관로에 따라서 다수의 여러 가지 모드에서 운전될 수 있다. 이들 모드 중에서 가장 중요한 것은 적어도 85 부피%의 산소를 포함하는 산화제가 연소를 지지하는데 사용되는 유일한 산화제인 모드이며, 연소 가스는 제 5 관로를 통해 연소 영역으로 재순환된다. 이 모드에서 운전함으로써 많은 이점들이 얻어질 수 있다. 첫 번째로, 코크스 오븐 가스나 천연 가스 같은 고발열량 가스에 의한 부화 없이 단지 용광로 가스를 연료 가스로서 사용함으로써 원하는 화염 온도가 얻어질 수 있다. 두 번째로, 연소 가스의 리사이클은 이산화탄소가 발생되는 속도의 순수 감소를 가능하게 한다. 세 번째로, 공기의 산소 부화에서 얻어지는 것과 유사한 이점들(상기 참조)이 얻어질 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 연소 가스를 열회수 열교환기를 통과시킴으로써 연소 가스로부터 열을 회수하여 운전될 수 있다.
연소 가스가 연소 영역으로 재순환되면 그 속의 연료 및 산화제의 혼합물이 희석되며, 따라서 온도를 변화시키고 연소의 결과로서 스토브 재료의 손상의 위험을 줄인다. 이 연소는 실제로는 화염이 없을 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 연소를 지지하기 위한 공기를 이용하고, 그리고 용광로 연료 이외에 코크스 오븐 가스, 전로 가스 또는 천연 가스 같은 고발열량 연료의 이용에 의해 용광로 연료의 발열량을 상승시키는 종래의 운전으로 전환할 수 있는 융통성을 용광로의 오퍼레이터에게 부여한다.
따라서 본 발명에 따른 장치는 고발열량 연료원과 고발열량 연료를 연소 영역에 분배하도록 작동할 수 있는 제 6 관로를 포함할 수 있다.
"저발열량 연료"라는 용어는 전형적으로 발열량이 9MJ/Nm3 이하인 연료를 포함하는 것을 의미한다. 전술한 바와 같이, 용광로 가스는 일반적으로 사용되는 저발열량 연료다. "고발열량 가스"라는 용어는 일반적으로 9MJ/Nm3를 초과하는 발열량을 갖는 가스를 지시한다. 코크스 오븐 가스, 전로 가스 또는 천연 가스는 본 발명에 따른 장치에 사용하기 적합한 고발열량 연료다.
필요에 따라서, 본 발명에 따른 장치는 제 3 관로로부터 제 2 관로 내로 산화제를 선택적으로 도입하기 위한 수단을 추가로 포함할 수 있다. 이런 배열장치는 용광로의 오퍼레이터에게 산소 부화 공기로 스토브를 운전시킬 수 있는 선택권을 부여한다.
본 발명에 따른 장치는 바람직하게는 전형적으로는 퇴적물에서 끝나는 연소 가스용 통기관을 포함하는데, 이 통기관은 전형적으로 제 4 관로와 연통되어 있다. 본 발명에 따른 장치가 연소 가스가 연소 영역으로 재순환하여 운전되는 경우, 연소 가스의 일부의 통기에 의해 순환 가스내의 불순물의 형성이 제한된다.
저발열량 연료 가스원은 전형적으로 본 발명에 따른 장치의 용광로 스토브 형성부가 연관되는 용광로다.
공기원은 전형적으로 적어도 하나의 압축기, 블로어 또는 휀이다. 압축기는 전형적으로 에어 블라스트를 용광로에 공급하는 압축기와는 별개이다.
적어도 85 부피%의 산소를 포함하는 산화제 공급원은 전형적으로 공기 분리 플랜트다. 따라서 산화제는 적어도 95 부피%의 산소를 포함할 수 있다. 공기 분리 플랜트는 예를 들어 분별증류 또는 압력스윙흡착(pressure swing adsorption)에 의해 공기를 분리할 수 있다.
제 1 내지 제 6 관로의 각각은 개방시에 원하는 흐름을 부여하고 폐쇄시에 그 흐름을 방지하는 하나의 밸브 또는 일련의 밸브를 포함할 수 있다. 밸브는 모두 공통 제어 장치와 연관될 수 있는데, 이는 필요에 따라서 자동으로 운전될 수 있고 프로그램될 수 있다. 제 1 내지 제 6 관로의 각각은 또한 장치의 전체 운전을 도와주는 송신기, 안전 밸브 및 그 외의 제어 장치도 포함할 수 있다.
필요에 따라서, 제 4 및 제 5 관로는 둘 다 연소 가스를 처리하기 위한 수단과 연통될 수 있다. 연소 가스의 처리에는 연소 가스로부터 폐열의 회수, 또는 재 압축, 또는 이들 양자를 포함할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 장치는 연소 가스로부터 폐열을 회수하기 위한 열교환기, 및 연소 가스를 제 4 관로로부터 제 5 관로로 보내기 위한 블로어 또는 압축기를 포함할 수 있다.
이제 본 발명에 따른 장치를 첨부 도면을 참조하여 예로서 설명한다.
도 1은 종래의 제철소에서 용광로와 관련 스토브의 개략도.
도 2는 외측 연소 챔버를 갖는 용광로 스토브의 개략단면도.
도 3은 용광로 스토브의 운전에 필요한 본 발명의 장치를 도시하는 개략흐름도.
도면은 일정한 축적으로 되어 있지 않다. 가스 공급 기술에서 잘 알려진 다양한 송신기, 안전 밸브 및 그 외의 제어 장치들을 도면에서 생략되어 있다.
도 1을 참조하면, 제철소에서 용광로(120) 및 3개의 스토브(100)의 배치구조가 개략적으로 도시되어 있다. 용광로(120)가 작동하면 코크스 같은 재료에 의해 주어지는 탄소에 의한 산화철의 환원에 의해 용융철이 생성된다. 산화철광석이 철로 환원되면 일산화탄소가 형성되고, 일산화탄소, 이산화탄소 및 질소를 포함하는 가스 혼합물이 용광로(120)의 노정으로부터 연료공급 제어장치(110)로 흐르는데, 이 제어장치는 3개의 용광로 스토브(100)의 각각에 대한 용광로 노정 가스의 공급을 제어한다. 각 스토브(100)는 용광로(120)로부터의 노정 가스의 연소를 위한 챔버 및 에어 블라스트를 가열하기 위한 챔버를 갖는다. 에어 블라스트는 공기공급 제어장치(130)에 의해 공급된다. 에어 블라스트를 가열하기 위한 챔버는 흔히 체커벽돌(checker work)이라고 부르는 세라믹 벽돌 등의 형태의 내화 금속을 포함한다. 각 스토브(100)의 연소실로부터의 연소가스는 공기 가열실을 통해 흐르고 내화벽돌에게 열을 준다. 전형적으로, 각 스토브는 어느 시점이라도 스토브 중의 적어도 하나가 에어 블라스트를 가열하는데 사용되고 스토브 중의 나머지는 용광로 가스의 연소에 의해 가열되도록 소정의 사이클에 따라서 작동된다.
내화벽돌이 가열될 때, 그 결과의 연소 가스 또는 연료 가스는 연료 가스 처분장치(150)로 공급된다. 스토브(100)의 목적은 많은 해의 오랜 기간에 걸쳐서 원하는 유속으로 일관된 열풍 온도를 용광로(120)에 제공하는 것이다. 일관된 스토브 성능을 얻고, 에너지 소비를 줄이며, 안전 운전 및 수명 연장을 향상시키기 위해 연소를 제어하는 것은 기술적으로 잘 알려져 있다. 각 스토브(100)의 연소실에는 연소를 일으키기 위한 버너가 마련되어 있다. 내화벽돌은 연소 생성물의 현열을 포획한다. 체커벽돌(checker brick)이 작동 온도에 도달하면, 버너가 정지되고 차가운 공기가 내화벽돌을 지나가며 여기서 예열된 다음에 "열풍" 공기로서 용광로에 보내진다. 전형적으로, 스토브는 일부 스토브가 가열되는 동안에 다른 스토브가 열풍을 용광로에게 제공하도록 3층 또는 4층으로 작동된다.
도 2는 외측 연소 챔버(101), 내화재(102) 및 돔(103)을 갖는 종래의 카우퍼 스토브(Cowper stove)(100)를 보여준다. 이 스토브는 돔(103)의 온도가 스토브(100)에 손상이 미칠 정도로 높아지지 않도록 운전된다. 내측 연소 챔버를 구비한 스토브도 있으며, 본 발명에 따른 장치는 이런 스토브의 운전에도 적용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
내화재가 가열될 때, 용광로 노정 가스는 연료 입구(105)를 통해 버너(108)에 공급되고 산화제는 산화제 입구(104)를 통하여 버너(108)에 공급된다. 그 결과의 고온 연소 가스는 외측 연소 챔버(101)를 통해 상부측으로 흘러서 돔(103)을 통과하여 내화벽돌(102)로 라이닝된 챔버를 통해 하방으로 흐른다. 그 결과 내화벽돌(102)이 가열된다. 그 결과 연소가스는 포트(106)를 통해 스토브(100)를 나온다. 전형적으로 배출되는 연소 가스의 온도는 약 200℃ 내지 350℃다. 벽돌의 내화재가 소정의 온도에 도달하였을 때, 운전은 에어 블라스트의 가열로 전환된다. 이 때 공기가 포트(106)를 통해 도입되어 내화벽돌(102)로 라이닝된 챔버를 통해 흐른다. 그 결과 공기가 가열된다. 가열된 공기는 돔(103), 연소 챔버(101) 및 출구 포트(107)를 통해 외부로 흐른다. 이 때, 블라스트 공기는 전형적으로 1100℃ 내지 1200℃의 온도를 갖는다. 노정 가스는 바람직하게는 스토브(100)로부터 블라스트 공기가 제공되는 용광로로부터 취해진다. 이에 따라서 용광로(120) 근처에 스토브(100) 배열체가 있게 되어 에너지 효율적이 되며 플랜트로부터의 전체 배출물을 감소시킬 수 있게 한다.
용광로 노정 가스는 전형적으로 약 3.2MJ/Nm3의 발열량을 갖는다. 필요에 따라서는 그 대신에 대안적인 저발열량의 연료가 사용될 수 있다.
일반적으로 각 스토브의 버너(108)에 공기가 산화제로서 공급되는 경우, 공기를 원하는 블라스트 온도로 가열할 수 있을 정도로 충분히 높은 화염 온도를 얻는데 곤란이 생길 수 있다.
추가의 열을 제공하기 위해서 용광로 가스에는 고발열량의 연료 가스가 보충된다. 전형적으로 이를 위해서는 코크스 오븐 가스가 사용되지만 전로 가스 또는 천연 가스 같은 다른 가스도 대신에 사용될 수 있다. 사용되는 고발열량의 가스의 양은 용광로 가스의 발열량을 9MJ/Nm3까지 높이는데 필요한 것보다 작다.
첨가할 필요가 있는 고발열량의 연료 가스의 양을 줄이기 위해서는 다양한 기술들을 이용할 수 있다. 일 예에서는 스토브로부터 나오며 전형적으로 250℃ 내지 450℃의 온도를 갖는 비교적 뜨거운 연료 가스는 폐열 회수장치로 가서 현열량의 일부가 포획되어, 스토브 버너에 의한 연소 이전에 연료 가스를 예열하는데 사용된다.
제 2 방법론에서는, 연소 공기의 일부를 교체하는데는 적어도 85 부피%의 산소(전형적으로는 적어도 95 부피%의 산소)를 함유하는 산화제가 사용된다. 이런 교체는 일정한 전체 산소 유량에서 연소 생성물 내의 질소 발라스트가 감소되므로 화염 온도를 높이는 효과를 갖는다. 스토브의 허용 돔 온도가 도달하지 않은 경우, 원하는 화염 온도를 발생시키기 위해 추가될 필요가 있는 고발열량의 가스의 양을 줄이기 위해 보다 높은 화염 온도가 이용될 수 있다. 산소 부유화의 덕분으로 고발열량 가스의 유량이 감소된 상태로 원하는 화염 온도가 유지될 수 있지만, 스토브에 입력된 에너지는 감소되는 경향이 있다. 실제로는 이는 스토브 버너로의 용광로 가스의 유량을 증가시킴으로써 개선된다. 용광로 가스의 유량을 높이면 공기 유량의 감소가 보상된다. 그 결과, 스토브 내에서의 대류열 전달 조건이 크게 영향 받지 않는다.
그러나 화염 온도가 너무 높아서 내화벽돌 및 스토브의 돔에 손상의 위험이 있기 전에 스토브에 사용될 수 있는 산소 부화량에는 현실적인 한계가 있다(현재의 기술에 기초).
여기서 그 전체 내용을 언급하여 인용하는 동시계속중의 국제특허출원 PCT/SE2010/051301에 따르면, 공기 대신에 적어도 85%의 산소를 포함하는 산화제를 이용하고 연소 가스가 스토브의 연소 영역 내로 재순환되도록 함으로써 고발열량 가스의 사용을 생략할 수 있다. 재순환된 연소 가스는 연소로 인해 스토브의 재료가 손상을 받지 않을 정도로 충분하게 연료 및 산화제의 혼합물을 희석시킨다. 실제로는 필요에 따라서 화염이 없는 연소가 될 수 있다. 전형적으로는 스토브 내에서 발생된 연소 가스의 약 1/3이 재순환된다. 적어도 85 부피%의 산소를 함유하는 산화제와 재순환된 연소 가스에 의한 운전은 연소를 지지하기 위해 공기를 사용하고 연소 가스가 재순환되지 않는 운전과는 완전히 다르지만, 이런 변화를 수용하기 위해서는 종래의 용광로 스토브에 비교적 작은 변경이 필요하다. 전형적으로 연료 가스는 기존의 연료 가스 포트를 통하여 계속 흐를 것이며, 적어도 85 부피%의 산소를 함유하는 산화제와 재순환된 연소 가스는 사전에 혼합되어 "합성 공기"를 형성할 것이며, 이 합성 공기는 기존의 공기 포트를 통해 도입될 수 있다. 어떤 경우라도 스토브를 통한 전체 유량은 종래의 공기-연료 운전의 유량으로 또는 그에 가까운 유량으로 유지된다. 용광로 가스의 양이 증가하지만, 스토브 내로 흐르는 다른 가스의 유량이 그에 따라서 감소하며, 그 결과 전체 유량이 실질적으로 변경되지 않는다.
적어도 85 부피%의 산소를 함유하는 산화제와 재순환된 연소 가스를 포함하는 "합성 공기"가 형성되면 가스 혼합물이 형성될 수 있는데, 이는 공기와 비교하여 비교적 높은 산소 농도를 갖는다. 필요에 따라서 이런 가스 혼합물을 취급하기 위해 필요한 가스 관로의 부분들은 산소와 함께 사용하는데 안전한 구리나 그 외의 재료 같은 재료로 형성될 수 있다. 다른 방법으로서, 이런 재료로 된 "합성 공기" 포트에 입구관을 형성하는 것을 피하기 원하는 경우, 산소의 일부는 하나 이상의 랜스(lance)를 통해 연소 챔버 내로 유입될 수 있다.
용광로는 전통적으로 수년의 기간 동안 연속적으로 운전된다. 이런 운전 기간 동안에 용광로와 용광로 스토브에 대한 다양한 공급물의 비용 및 가용성이 변할 수 있다. 따라서, 연소 가스의 재순환에 의한 운전이 일반적으로 바람직하다고 생각되지만, 용광로의 오퍼레이터는 용광로 스토브가 운전되는 방식에 어떤 융통성을 요구할 수 있다. 본 발명에 따른 가열 장치 실시형태는 이 융통성을 제공한다. 이 장치의 일 예가 도 3에 도시되어 있다. 본 발명의 용이한 이해를 위해 다양한 일방향 밸브, 유량조절 밸브 등이 생략되어 있다.
도 3을 참조하면, 다수, 예를 들어 4개의 용광로 스토브(302, 304, 306, 308)가 도시되어 있다. 이 스토브(302, 304, 306, 308)는 서로 병렬로 연결되어 있다. 이 장치는 메인 공기 관로(310), 메인 저발열량 연료(용광로 가스) 관로(320), 메인 고발열량 연료(코크스 오븐 가스) 관로(330), 메인 연소 가스 관로(340), 메인 산소 관로(350) 및 메인 리사이클 가스 관로(360)를 포함한다. 이 관로는 다양한 관로와 스토브의 입구 및 출구 사이의 적절한 연통을 부여하는 가스 헤더 또는 분배기(도시하지 않음)와 연관되어 있는데, 상기 입구 및 출구는 도 2에 도시한 스토브의 것들과 본질적으로 유사하다. 따라서, 메인 공기 입구 관로(310)는 압축기(309)로부터 공기를 받으며, 각각 분배관(312, 314, 316, 318)을 통하여 스토브(302, 304, 306, 308)의 각 입구 포트에 연통된다. 용광로 가스는 메인 용광로 가스 관로(320)로부터 각각 용광로 가스 분배관(322, 324, 326, 328)을 통해 스토브(302, 304, 306, 308)에 분배된다. 마찬가지로 코크스 오븐 가스 또는 그 외의 고발열량 연료가 각각 코크스 오븐 분배관(332, 334, 336, 338)을 통해 스토브(302, 304, 306, 308)에 분배될 수 있다. 연소 가스는 각각 연소 가스 분배관(342, 344, 346, 348)을 통하여 스토브(302, 304, 306, 308)로부터 유출되는데, 연소 가스 분배관은 전부 메인 연소 관로(340)에 연통되어 있다.
메인 연소 관로(340)는 운전 폐열 회수 장치(380)를 통하여 연장되어, 리사이클 가스 블로어(370)에서 끝난다. 폐열 회수 장치(380)와 리사이클 가스 블로어(370) 사이에는 폐가스를 퇴적물(도시하지 않음)에 안내하여 대기로 배출하는 통기 관로(390)가 있다.
블로어(370)의 출구는 연소 가스 재순환 관로(360)에 연통되어 있다. 재순환 가스 관로(360)는 공기 분배관(312, 314, 316, 318)의 각각에 연결된다. 메인 산소 관로(350)는 공기 분리 플랜트(351)에서 생성된 산소를 분배관(312, 314, 316, 318)의 각각에 공급할 수 있다. 다른 방법으로서 또는 추가적으로, 각각 산소 분배관(352, 354, 356, 358)을 통하여 스토브(302, 304, 306, 308)에 산소를 직접 공급할 수 있다.
필요에 따라서 바이패스관을 사용하여 관로(340)의 연소 가스가 폐열 회수장치(380)로 우회하도록 할 수 있다. 폐열 회수장치(380)는 전형적으로 연소 가스로부터의 열을 용광로에 공급된 가스 공기에 전달하도록 배치된다.
도 3에 도시한 장치는 전술한 여러 가지 다수의 모드에서 운전될 수 있다. 이들 모드는 다음을 포함한다.
a) 용광로 가스, 고발열량 연료 가스, 예를 들어 코크스 오븐 가스, 및 스토브에 공급된 공기는 있지만, 산소 공급 연소 가스 리사이클 및 연소 가스로부터의 폐열 회수는 없음
b) (a)와 동일하지만, 연소 가스로부터의 폐열 회수가 있음
c) (b)와 동일하지만, 공기의 산소 부화가 있고 고발열량 연료 가스 공급이 없음
d) 용광로 공급, 산소 공급 및 연소 가스 리사이클이 있지만 공기 공급이 없고, 고발열량 가스 공급이 없고 연소 가스로부터의 폐열 회수가 없음
e) (d)와 동일하지만, 연소가스로부터의 폐열 회수가 있음
f) (e)와 동일하지만, 역시 공기 공급이 있음
상기 예 (f)는 본질적으로 예 (e)와 유사하지만 연소 공기의 산소 및 재순환된 연소 가스와의 완전한 교체가 없으며, 연소 공기만이 이들 가스와 부분적으로 교체됨.
산소원은 바람직하게는 적어도 95%의 순도, 전형적으로는 적어도 99.9%의 순도의 산소를 생성하는 공기 분리 플랜트다.
장치가 상기 언급한 모드 중의 어느 모드에서도 운전될 수 있도록 하기 위해 온/오프 밸브의 어레이가 제공된다. 다시 도 3을 참조하면, 관로(312, 314, 316, 318)에는 각각 공기 공급 밸브(313, 315, 317, 319)가 제공되고, 고발열량 연료 가스관(332, 334, 336, 338)에는 각각 고발열량 연료 가스(코크스 오븐 가스) 분배 밸브(333, 335, 337, 339)가 제공되며, 리사이클 가스 차단 밸브(342)가 제공되고, 산소 공급관(352, 354, 356, 358)에는 각각 메인 산소 공급 밸브(353, 355, 357, 359)가 제공되며, 관(312, 314, 316, 318)을 각각 통하여 흐르는 공기에 산소 부화시키도록 운전 가능한 산소 부화 밸브(393, 395, 397, 399)가 제공되고, 관(312, 314, 316, 318)에 각각 연통되는 재순환 가스 밸브(363, 365, 367, 369)가 제공되며, 폐열 회수 밸브(382) 및 폐열 회수장치 바이패스 밸브(384)가 제공된다.
전술한 밸브는 도시된 장치가 상기 예 (a) - (f)에 따른 모드들 중의 어느 모드에서도 운전되어 스토브를 가열하도록 하기 위해 개폐될 수 있다. 아래의 표 1에 필요한 밸브 위치들이 제공되어 있다. 전형적으로 어느 시점이라도 스토브중의 하나만(또는 경우에 따라서는 두 개)이 가열된다.
표 1의 예 (c)에서는, 스토브중의 어느 스토브가 가열되는가에 따라서 밸브(393, 395, 397, 399)를 통해 공기에 산소를 부화시키는 것에 추가하여, 선택에 따라서 산소가 스토브(302, 304, 306, 308) 내로 주입되는데, 이 경우 밸브(353, 355, 357, 359)가 개방된다.
이 장치는 전술한 (a) - (f) 이외의 모드에서 운전될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 폐열 회수는 단지 (b) 및 (c)뿐만 아니라 모든 모드에 이용될 수 있다.
표 2에 운전 (a) - (e)의 모드에 대하여 몇 가지 예시적 운전 변수가 주어져 있다.
예 (c) - (e)에서는 용광로 가스에 코크스 오븐 가스가 보충될 필요가 없음을 알 수 있다. 이산화탄소가 포획 또는 회수되는 경우에 퇴적 가스의 이산화탄소 함량이 높기 때문에 예 (d) 및 (e)가 예 (c)보다 좋다.
모드 (d)에서 운전될 때의 특별한 이점은 질소 분자가 스토브에 들어가는 속도가 다른 모드에서보다 작아서 질소산화물의 형성이 감소되는 것이다. 도 3에 도시한 장치가 리사이클 운전되는 경우라도 연소 가스를 화학적 처리하여 질소 산화물을 제거할 필요가 없어야 한다.
예 밸브 개방
스토브 302
가열중		 스토브 304
가열중		 스토브 306
가열중		 스토브 308
가열중
a) 313
323
333
384		 315
325
335
384		 317
327
337
384		 319
329
339
384
b) 313
323
333
382		 315
325
335
382		 317
327
337
382		 319
329
339
382
c) 313
323
(353)
393
382		 315
325
(355)
395
382		 317
327
(357)
397
382		 319
329
(359)
399
382
d) 323
353
363
393
342
384		 325
355
365
395
342
384		 327
357
367
397
342
384		 329
359
369
399
342
384
e) 323
353
363
393
342
384		 325
355
365
395
342
384		 327
357
367
397
342
384		 329
359
369
399
342
384
f) 313
323
353
363
393
342
384		 315
325
355
365
395
342
384		 317
327
357
367
397
342
384		 319
329
359
369
399
342
384
a) b) c) d) e)
용광로 가스 Nm3/h 44370 54461 64000 64000 64000
용광로 가스 온도 ℃ 120 215 215 120 120
코크스 오븐 가스 Nm3/h 3100 1457 0 0 0
코크스 오븐 가스 온도 ℃ 5 5 - - -
공기 유량 Nm3/h 43000 39095 28000 0 14000
공기 온도 ℃ 120 215 215 - 120
산소 유량 Nm3/h 0 0 1900 8000 5250
산소 온도 ℃ - - 20 20 20
연료 가스 리사이클 0 0 0 12987 4000
연료 가스 온도 ℃ - - - 300 300
화염 온도 ℃ 1444 1453 1456 1460 1448
연소열 GJ'h 184 182 181 181 182
퇴적 가스 산소 함량 % 1 0.5 0.5 1 1
퇴적 가스 CO2 함량 % 23.5 28 32 43.5 37

Claims (7)

  1. 연소 영역과, 상기 연소 영역과 관련된 연소 가스 출구를 갖는 용광로 스토브를 가열하기 위한 장치에 있어서,
    a) 저발열량 연료원과,
    b) 저발열량 연료를 상기 연료원으로부터 연소 영역에 분배하도록 작동할 수 있는 제 1 관로와,
    c) 공기원과,
    d) 공기를 상기 공기원으로부터 연소 영역에 분배하도록 작동할 수 있는 제 2 관로와,
    e) 적어도 85 부피%의 산소를 포함하는 산화제원과,
    f) 산화제를 상기 산화제원으로부터 연소 영역에 분배하도록 작동할 수 있는 제 3 관로와,
    g) 상기 연소 가스 출구로부터의 연소 가스를 스토브로부터 멀리 안내하도록 작동할 수 있는 제 4 관로와,
    h) 연소 가스의 일부를 연소 영역으로 복귀시키도록 작동할 수 있는 제 5 관로를 포함하며,
    상기 제 3 관로로부터의 산화제를 상기 제 2 관로 내로 선택적으로 도입하기 위한 수단을 더 포함하는
    용광로 스토브 가열 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 4 관로와 연통된 통기관을 더 포함하는
    용광로 스토브 가열 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 저발열량 연료원은 상기 용광로 스토브가 연관된 용광로인
    용광로 스토브 가열 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 공기원은 적어도 하나의 압축기인
    용광로 스토브 가열 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    고발열량 연료원과, 상기 연소 영역과 연통하여 상기 고발열량 연료원을 배치하도록 작동할 수 있는 제 6 관로를 더 포함하는
    용광로 스토브 가열 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 6 관로의 각각은 선택적으로 고발열량 연료의 원하는 연통을 제공하거나 연통을 방지하도록 작동할 수 있는 밸브를 포함하는
    용광로 스토브 가열 장치.
  7. 삭제
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