KR102535538B1 - 노 가스를 정화하기 위한 공정 및 필터 장치 - Google Patents

노 가스를 정화하기 위한 공정 및 필터 장치 Download PDF

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Abstract

노 가스를 정화하기 위한 공정 및 필터 장치. 주 유동 방향(A)으로 유동하는, 노 가스는, 자루형 필터들(13)의 배열집단을 통과한다. 필터 자루들을 통과한 여과된 노 가스는, 자루형 필터들의 하류측 단부들을 따라 이동하는, 하나 이상의 노즐(28)을 통해 부분적으로 복귀하게 된다. 각 자루형 필터(13)는, 사이클 도중에 적어도 하나의 노즐(28)에 의해 적어도 한 번 통과된다. 자루형 필터를 통과하는 노즐이, 상기 자루형 필터를 통해 역류 방향(B)으로, 여과된 노 가스를 불어 낸다. 역류 방향은, 주 유동 방향에 대향한다.

Description

노 가스를 정화하기 위한 공정 및 필터 장치
본 발명은, 금속 생산 공정들, 특히 강철 또는 철 생산 공정들로부터 야기되는, 용광로 가스 또는, 전기로들(electric arc furnaces: EAF), 순산소 전로들(basic oxygen furnaces: BOF)에 의해, 또는 직접 환원철(direct reduced iron: DRI) 공정들에 의해 생성되는 가스와 같은, 노 가스의 건식 분진 제거를 위한 공정 및 필터 장치에 관한 것이다.
용광로 가스는 일반적으로, 예를 들어, 다양한 유형의 버너들에서 연료 가스로서의 사용을 허용하도록, 약 20 내지 28 %의 비교적 높은 일산화탄소 함량을 갖는다. 그러나, 용광로에서 나오는 용광로 가스의 분진 함량은 일반적으로, 그러한 버너들에서의 사용을 위해 너무 높은, 약 10 내지 40 g/Nm3이다. 용광로 가스를 사용하는 버너들 또는 다른 장비의 적합하고 안정적인 기능 수행을 보장하기 위해, 용광로 가스의 분진 함량은, 실질적으로 낮아져야만 한다. 이는 통상적으로, 2-단계 공정에 의해 실행된다. 제1 단계에서, 더 큰 분진 입자들이 사이클론 내에서 분리된다. 제2 단계에서, 더 작은 입자들이, 통상적으로 습식 공정에서 스크러버(scrubber)에 의해 분리된다. 그러한 습식 공정은, 상당한 물 소비를 요구하며 그리고, 추가적인 처리를 요구하는, 슬러지 및 폐수를 생성한다. 물 포집 처리는 또한, 처리되는 용광로 가스의 압력 및 온도의 강하를 야기하며, 이는, 하류의 가스 버너에서 연료 가스로서의 용광로 가스의 효율을 감소시킨다.
습식 가스 정화 공정들의 단점을 극복하기 위해, 예를 들어, 제5회 제철 과학 및 기술에 관한 국제 학술 발표회의 논문집(p. 612 - 616, 2009년, 상하이, 중국)의, 장 푸-밍(Zhang Fu-Ming)의 논문 "대형 용광로에서의 용광로 가스의 건식 유형 자루형 필터 정화 기술에 관한 연구"에서, 튜브 시트로부터 아래로 매달리는 필터 자루들에 의해 가스를 여과하는 것이 제안된 바 있다.
자루형 필터들은, 예를 들어, 란저스토르퍼(Lanzerstorfer) 및 시우(Xu)의 "최고의 용광로 청소를 위한 새로운 개발: 개요(BH, vol. 195, p. 91-98, 2014)"에 개시되는 바와 같이, 일반적으로 질소와 같은 불활성 기체의 역류에 의해 청소될 수 있다. 이는, 오프-라인 또는 온-라인으로 실행될 수 있다. 오프-라인 청소는, 여과 공정을 중단시킨다. 온-라인 청소는, 질소 가스가 용광로 가스를 냉각시키며 그리고 희석시키는 단점을 갖는다. 이러한 영향을 최소화하기 위해, 질소 유동은, 최소량의 질소를 사용하도록, 짧고 매우 강한 펄스들과 함께, 분출되어야만 한다. 이러한 펄스들은, 2.5 bar의 주 유동에 대한 충격파를 생성하기 위해, 매우 강해야만 한다. 그러한 온-라인 역류에 의해 청소될 수 있는 필터 자루들의 최대 길이는, 일반적으로 약 4 미터이다.
동일한 공개문헌은 또한, 필터 자루들을 청소하기 위해 정화된 용광로 가스의 대향 유동을 사용하는, 1982년의 고쿠라 제철소의 일본 필터 장치를 논의한다. 필터들은, 가스 유동 밖으로 꺼내지며 그리고 오프-라인에서 청소된다.
본 발명의 목적은, 더 긴 필터 자루들의 사용을 허용하도록 개선된 청소 효율을 갖는, 온-라인 역류를 동반하는 자루형 필터들을 사용하여, 용광로 가스로부터의 분진 제거를 위한 건식 정화 공정을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은, 주 유동 방향으로 유동하는 노 가스가 자루형 필터들의 배열집단을 통과하는, 노 가스를 정화하기 위한 공정에 의해 달성된다. 필터 자루들을 통과한 여과된 노 가스는 부분적으로, 자루형 필터들의 하류측 단부들을 따라 이동하는, 하나 이상의 노즐을 통해 복귀하게 되고, 각 자루형 필터는, 사이클 도중에 적어도 하나의 노즐에 의해 적어도 한 번 통과된다. 자루형 필터를 통과하는 노즐이, 자루형 필터를 통해 역류 방향으로 여과된 노 가스를 불어내며, 역류 방향은, 주 유동 방향에 대향한다.
온-라인 역류를 위해 여과된 용광로 가스를 사용하는 것은, 주 용광로 가스 유동을 냉각시키거나 또는 희석시키지 않는다. 따라서, 질소 가스와 함께 가능할 수 있는 것보다 훨씬 더 많은 양이, 사용될 수 있으며, 따라서 펄스들이, 더 길 수 있으며 그리고 덜 강할 수 있을 것이다. 펄스 당 더 많은 양의 역류 가스가 사용될 수 있기 때문에, 사용될 수 있는 필터 자루들이, 훨씬 더 길게 제작될 수 있다.
복귀되는 역류 가스는, 예를 들어 튜브 시트 위에서의 차압이 너무 높을 때, 주 유동으로부터 지속적으로 또는 간헐적으로 분리될 수 있다. 복귀되는 가스의 양은, 예를 들어, 주 가스 유동의 약 0.1 내지 약 0.5 체적%일 수 있을 것이다.
구체적인 실시예에서, 노즐들은, 자루형 필터들의 배열집단 위에서 이동 가능한, 아암 내에 배열된다. 자루형 필터들의 배열집단은, 예를 들어, 가압 공정 조건의 관점에서 전형적으로 원통형인 필터 장치의 하우징 내의 공간의 최대 활용을 이루도록, 다수의 동심원형 배열집단을 포함한다. 그러한 경우에, 노즐들을 갖는 아암은, 예를 들어, 자루형 필터들의 원형 배열집단과 동축 상에 놓이는, 중심축을 중심으로 회전하는 회전형 아암일 수 있을 것이다. 개별적인 노즐들은, 회전형 아암의 회전 도중에 상응하는 반경 방향 위치를 갖는, 자루형 필터들을 통과하도록 배열되고, 따라서 각 자루형 필터는, 사이클 도중에 적어도 하나의 노즐에 의해 통과된다.
평면도에서, 필터 자루들 및 튜브 시트의 개구들은, 예를 들어, 원형 또는 타원형일 수 있을 것이다. 타원형 필터 자루들을 사용하는 것은, 필터 자루들이 동심원형 배열집단들로 배열되는 경우, 공간의 최적 활용을 이루도록 돕는다. 더불어, 통과하는 노즐이 필터 자루 위에 놓이게 될 시간은, 필터 자루들이 반경 방향으로 연장되는 단축 및 접선 방향으로 연장되는 장축을 갖는 타원형인 경우, 더 길 것이고, 따라서 역류 펄스들이 더 길 것이다.
주 방향으로의 용광로 가스 유동 내의 압력은 전형적으로, 적어도 1.5 bar, 예를 들어 적어도 2 또는 적어도 2.5 bar이다. 노즐들에서, 역류 압력은, 예를 들어, 주 유동 방향으로의 주 가스 유동 내부의 압력보다, 약 0.1 내지 1.2 bar, 예를 들어, 0.5 내지 1.0 bar, 예를 들어, 약 0.8 bar 더 높을 수 있을 것이다.
정화된 용광로 가스의 사용은, 훨씬 더 많은 양의 역류 가스의 사용을 가능하도록 한다.
개시되는 공정은, 뒤따르는 구성요소들을 갖는 적어도 하나의 용기를 포함하는, 금속 생산 공정에서 공정 가스를 정화하기 위한 필터 장치에 의해 수행될 수 있다:
- 바닥 부분의 가스 유입구;
- 상부 부분의 가스 배출구;
- 가스 유입구와 가스 배출구 사이의 튜브 시트.
튜브 시트는, 개구들의 배열집단을 포함하고, 각 개구는, 상기 개구로부터 아래로 매달리는 필터 자루를 갖도록 제공된다. 가스 배출구는, 방출 라인에 연결된다. 복귀 라인이, 용기의 상단부에 있는 복귀 유입구에 의해, 방출 라인의 하류측 부분에 연결된다. 복귀 라인은 예를 들어, 요구되는 과압으로 청정 가스를 복귀시키기 위한, 가스 부스터(gas booster)를 포함할 수 있을 것이다. 복귀 라인은, 용기의 중심축을 중심으로 회전 가능한 적어도 하나의 반경 방향 아암에 의해 로터에 연결될 수 있으며, 회전 가능한 아암은, 예를 들어 용기 내부에 동축으로 배치되는 로터의 중앙 채널을 통해, 복귀 라인과 소통 상태에 놓이는, 채널을 한정한다. 반경 방향 아암의 채널은, 튜브 시트 내의 개구들의 반경 방향 위치들에 상응하는 반경 방향 위치들을 갖는, 하방으로 지향되는 노즐들을 포함하고, 따라서 각 자루형 필터는, 각 로터의 완전한 사이클 도중에 적어도 하나의 노즐에 의해 통과된다.
개시된 공정 및 필터 장치는, 예시적인 실시예를 도시하는 첨부 도면들을 참조하여, 추가로 설명될 것이다.
도 1은, 용광로 가스를 정화하기 위한 필터 장치의 레이아웃을 개략적으로 도시하고;
도 2는, 도 1의 필터 장치의 자루형 필터들을 청소하기 위한 노즐들을 갖는 로터를 도시하며;
도 3은, 도 2의 로터의 상세도를 측면도로 도시한다.
도 1은, 유사한 금속 생산 공정들로부터의 용광로 가스 또는 공정 가스를 여과하기 위한 여과 장치(1)에 대한 레이아웃을 도시한다. 가스는, 방향(A)으로부터 공급된다. 선택적으로, 가스는, 예를 들어 큰 분진 입자들의 제거를 위해, 사이클론과 같은 분진 제거 장치에 의해 1차적으로 처리되고 및/또는, 가스는, 예를 들어 온도 피크를 감소시키기 위해, 1차적으로 냉각될 수 있으며 및/또는 산성 및 유기 오염물을 제거하기 위해 흡수제 및/또는 염기성 제제로 처리될 수 있을 것이다.
용광로 가스는, 다수의 스테이션(2), 도시된 예시적인 배열에서, 2개의 필터 스테이션에 걸쳐 분산된다. 각각의 하나의 필터 스테이션(2)은, 용기(2)의 바닥 부분(5)에 가스 유입구(4) 및 용기(2)의 상부 부분(7)에 가스 배출구(6)를 갖는, 원통형 압력 용기를 포함한다. 용광로 가스는, 주 유동 방향(A)으로, 용기(2)의 바닥 부분(5)으로부터 상부 부분(7)으로 유동한다. 원형 튜브 시트(9)가, 용기(2)의 상부 부분(7)에 배치된다. 튜브 시트(9)는, 타원형 개구들(11)의 동심 원형 배열집단들을 갖도록 제공된다(도 2 참조). 타원형 개구들(11)은, 반경 방향으로의 단축 및 튜브 시트의 중심축에 대해 접선 방향으로 연장되는 장축을 갖는다. 평면도에서 대응하는 타원형 윤곽을 갖는 필터 자루(13)가, 각 개구(11)로부터 아래로 매달린다. 각 필터 자루(13)는, 튜브 시트(9)의 개별적인 개구(11)에 연결되는 개방 단부, 및 그 반대편 단부의 폐쇄 단부(14)를 갖는다. 개방 프레임(미도시)이, 주 용광로 가스 유동의 압력에 대해 필터 자루(13)를 개방된 상태로 유지하기 위해, 각 필터 자루(13) 내에 배치된다. 튜브 시트(9)의 둘레 에지는, 용기(2)의 내벽에 연결되며, 따라서 모든 용광로 가스는, 개구들(11)에서 필터 자루들(13)을 통해 유동하도록 강제된다.
용기들(2)의 배출구들(6)은, 여과된 가스가 팽창에 의해 압력을 감소시키도록 하기 위해 통상적인 상부 가스 회수 터빈(17)을 통해 방출되는 곳인, 공통의 방출 라인(15) 내로 개방된다. 압력 감소 이후에, 가스는, 버너들을 위한 연료로서 사용될 수 있다. 통상적인 압력 감소 밸브(18)가, 상부 가스 회수 터빈이 작동하지 않을 경우에, 대체물로서 사용될 수 있을 것이다.
메인 복귀 라인(19)이, 공통의 방출 라인(15)으로부터 분기되며 그리고, 각각 하나의 용기(2)를 위해 하나의 복귀 라인인, 복수의 복귀 라인(21)으로 분기된다. 메인 복귀 라인(19)은, 주 가스 유동 내의 압력 위의 레벨로 복귀 유동의 압력을 증가시키는, 가스 부스터(23)를 포함한다. 각 복귀 라인(21)은, 도 2 및 도 3에 더욱 상세하게 도시되는, 로터(25)에 연결된다. 로터(25)는, 튜브 시트(9) 위의 공간에서 용기 내부 공간 내부에 동축으로 배치되는 실질적으로 수직의 중심 채널(27)을 한정한다. 로터(25)는, 중심 채널(27)의 종방향 축(X)을 중심으로 회전 가능하다. 로터(25)는, 중심 채널(27)의 아래쪽 단부에 연결되는 복수의 반경 방향 중공 아암(29)을 포함한다. 반경 방향 아암들(29)은, 튜브 시트(9)를 바라보는 그들의 측부에 노즐들(28)을 갖는, 채널들을 한정한다. 개구들(11)의 각 원의 반경은, 반경 방향 아암들(29) 중의 적어도 하나의, 노즐들(28) 중의 적어도 하나의 반경 방향 위치에 대응한다. 도시된 실시예에서, 아암(29)의 2개의 인접한 노즐(28) 사이의 각각의 간격은, 튜브 시트(9)의 개구(11)와 반경 방향으로 다음 개구(11) 사이의 거리의 3배와 동등하다. 결과적으로, 3개의 개구당 단지 하나만이, 하나의 반경 방향 아암(29)의 노즐들(28)에 의해 청소된다. 다른 2개의 아암(29)의 노즐들(28)은, 이들이 나머지 필터 자루들(13)을 청소하는 방식으로 배열된다. 따라서, 로터(25)의 각각의 완전한 회전 도중에, 튜브 시트(9) 내의 각 개구(11)가, 반경 방향 아암들(29) 중의 하나의 노즐(28)에 의해 한 번 통과된다.
도어(30)가, 유지보수 또는 수리를 위한 튜브 시트(9) 위의 공간에 대한 접근을 제공한다.
개별적인 용기들(2)의 바닥 부분들(5)은, 원추형이며 그리고 분리된 분진을 수집한다. 용기들(2)의 원추형 부분들(5) 아래에, 분진 방출 라인(32)에 연결되는 분진 수집통(31)이 놓인다.
원 용광로 가스가, 용기들(2)에 공급되며 그리고 주 유동 방향(A)으로 자루형 필터들(13)을 통과한다. 용기(2)의 유입구(4)에서의 주 유동 내의 압력은 전형적으로, 약 2.5 bar이다. 여과된 가스는, 분진이 필터 자루들(13)의 외측 표면에 남는 가운데, 용기들(2)의 상부 부분들(7)에 수집된다.
튜브 시트(9)의 하류측에 수집되는 여과된 가스는, 개별적인 배출구들(6) 및 방출 라인(15)을 통해 방출된다. 가스의 일부가, 복귀 라인(19)을 통해 지속적으로 인출된다. 가스 부스터(23)는, 예를 들어, 주 유동 내의 압력보다 0.8 bar 더 높은, 적어도 3.3 bar까지 압력을 증가시킨다.
여과된 가스는, 복귀 라인들(21)을 통해 개별적인 용기들(2)의 상부 부분들(7)로, 로터(25)의 중심 채널(27) 및 3개의 반경 방향 아암(29)을 통해 유동하고, 이 곳에서 가스가, 주 유동 방향(A)에 대향하는 역류 방향(B)으로, 노즐들(28)에 의해 송풍된다. 노즐들(28)은, 청정 가스를, 노즐들이 로터(25)의 회전 도중에 통과할 때 개별적인 노즐들을 바라보는, 개별적인 튜브 시트 개구들(11) 내로 불어낸다. 중심 채널(27) 및 반경 방향 아암들(29)이 연속적으로 회전하게 되기 때문에, 각 개구(11)는, 로터(25)의 완전한 회전 사이클 도중에 송풍 노즐(28)에 의해 통과된다.
가스는, 예를 들어 약 0.8 bar의 과압을 동반하는 가운데, 개구들(11) 내로 송풍된다. 필터 자루들(13)의 외측 표면 상에 수집되는 분진은, 송풍에 의해 떨어져 나가며, 그리고 용기(2)의 바닥 부분(5)으로 하방으로 낙하한다. 이는, 자루형 필터(13)의 여과 용량을 복원한다.
충분한 분진이 용기들(2)의 바닥 부분(5)에 수집되면, 분진 방출 밸브가 개방되며, 그리고 분진이 개별적인 수집통들(31) 내에 수집된다. 분진은, 예를 들어 추가의 처리를 위해, 분진 방출 라인(32)을 통해 추가로 방출된다.

Claims (11)

  1. 노 가스를 정화하기 위한 공정으로서, 주 유동 방향(A)으로 유동하는 노 가스는 자루형 필터들(13)의 원형 배열집단을 통과하고,
    필터 자루들을 통과한 여과된 노 가스는 부분적으로, 자루형 필터들의 하류측 단부들을 따라 이동하는, 하나 이상의 노즐(28)을 통해 복귀하게 되고,
    노즐(28)은, 자루형 필터들의 배열집단과 동축 상의 중심축을 중심으로 회전하는 적어도 하나의 회전형 아암(29) 내에 배열되고, 개별적인 노즐(28)은 회전형 아암의 회전 도중에 대응하는 반경 방향 위치들을 갖는 자루형 필터들을 통과하도록 배열되며,
    각 자루형 필터(13)는, 아암의 회전 사이클 도중에 적어도 하나의 노즐(28)에 의해 적어도 한번 통과되고,
    자루형 필터를 통과하는 노즐이, 상기 자루형 필터를 통해 역류 방향(B)으로 여과된 노 가스를 불어내며, 역류 방향은, 주 유동 방향에 대향하는 것인, 노 가스 정화 공정.
  2. 제 1항에 있어서,
    역류(B)는, 주 방향(A)으로의 노 가스 유동 내부의 압력에 비해, 0.1 내지 1.2 bar 과압으로 송풍되는 것인, 노 가스 정화 공정.
  3. 제 1항 또는 제 2항 중 어느 한 항에 있어서,
    주 유동 방향(A)의 노 가스 유동 내의 압력은, 적어도 1.5 bar인 것인, 노 가스 정화 공정.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
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