KR20010067195A

KR20010067195A - 코우크스 건식 소화 방법 및 소화 장치

Info

Publication number: KR20010067195A
Application number: KR1020000054950A
Authority: KR
Inventors: 요코미조마사히코; 시하라야스타카; 야마구치고이치; 이시하라구치유지
Original assignee: 아사무라 타카싯; 신닛뽄세이테쯔 카부시키카이샤
Priority date: 1999-09-20
Filing date: 2000-09-19
Publication date: 2001-07-12
Also published as: DE10046334A1; TW591101B; KR100393023B1; RO120555B1; CN1290734A; CN1150298C; TR200002708A2; BR0004279B1; DE10046334B4; BR0004279A

Abstract

프리 쳄버(pre-chamber)내에 공기를 도입하므로써, 가열 가스·분진 코우크스 연소등에 따라 안전성 향상을 도모함과 동시에, 폐열 회수량의 증대를 도모할 경우에 있어서도 용재괴(clinker)의 부착이 발생되지 않은 코우크스 건식 소화(dry quenching) 방법 및 소화 장치를 제공한다. 본 발명의 구성은 냉각실(2)과 그의 상부의 프리 쳄버(3)로 이루어진 소화탑(quenching tower)(1)을 구비하고, 상부로부터 적열 코우크스(9)를 장입하고, 상기 적열 코우크스의 현열(sensible heat)을 냉각실내에서 불활성 가스를 매체로 하여 열교환하고, 증기의 형태로 열회수하는 코우크스 건식 소화방법에 있어서, 프리 쳄버(2) 상부로부터 프리 쳄버내에 공기(24)를 도입함과 동시에 물 또는 증기(26)을 도입하는 것을 특징으로 하는 코우크스 건식 소화 방법 및 장치. 프리 쳄버(2)내 온도가 1150℃ 이하가 되도록 프리 쳄버내부로 도입된 공기(24) 및 물 또는 증기 (26)의 도입량 중 하나 또는 둘을 제어한다.

Description

코우크스 건식 소화 방법 및 소화 장치{METHOD AND APPARATUS FOR DRY QUENCHING OF COKE}

본 발명은 코우크스 건식 소화(dry quenching) 방법 및 소화 장치에 관한 것이다.

코우크스 노에서 배출된 적열 코우크스를 냉각할 때, 적열 코우크스의 열을 회수하여 에너지 절약을 도모하기 위해서 코우크스 건식 소화장치(즉, CDQ(코우크스 건식 소화기))가 이용되고 있다.

건식 소화장치는 적열 코우크스가 가지고 있는 열을 불활성 가스로 열 교환하는 냉각실과 상기 냉각실의 상부에 프리 쳄버(pre-chamber)를 구비한다. 적열 코우크스는 프리 쳄버의 상부로부터 프리 쳄버내로 장입된다. 프리 쳄버는 적열 코우크스 투입의 시간 변동에 따라 흡수하고, 또한 조업의 안전성을 얻을 목적으로 설계된다. 950 ∼ 1100℃에서 장입된 코우크스는 냉각실내에서 불활성 가스와 열교환하여 200℃부근까지 냉각된 후, 일정량씩 배출된다. 열교환 후 900℃로 가열된 불활성 가스는 냉각실 상부로부터 링 덕트(ring duct)를 통해 배출되고, 1차 분진 포집기를 지나서 폐열 보일러로 열 회수되고, 순환 송풍기로 두 번째 냉각실로 압송(壓送)된다.

장입된 코우크스중에는 휘발분 및 미분 코우크스를 함유하고 있다. 휘발분은 연소성이 높고 순환 가스중에 높은 비율로 함유되고, 다른 연소의 가능성이 있다. 따라서 프리 쳄버내에 공기를 도입하므로, 코우크스 괴중에 잔존하는 휘발분 및 미분 코우크스를 연소시키는 일이 가능하다. 도입된 공기에 따라 적열 코우크스의 표층의 일부가 연소되는 일이 있다. 그 결과, 고온으로 되는 공기 및 연소 배가스가 불활성 가스에 혼합되는 일에 따라, 냉각실에서 배출된 가스의 열량을 증대하는 일이 가능하다. 또한, 프리 쳄버를 지나서 냉각실에 도달하는 코우크스의 온도도 상승하기 때문에, 냉각실내에서 불활성가스로 회수되는 열량도 증대된다. 그 결과, 폐열 보일러로 증기 회수량을 증대하는 일이 가능하다.

상기 프리 쳄버로 공기 도입에 따라 정상 상태의 건식 소화 설비의 운전에 있어서 폐열 보일러의 경우 열회수량을 증대하는 일이 가능함과 함께, 적열 코우크스의 공급량이 저하하고 장입하는 적열 코우크스의 온도가 저하하는 일에 따라서 냉각실내의 코우크스 온도가 저하하는 경우에서도, 폐열 보일러에서의 열 회수량을일정하게 유지하는 일이 가능하게 된다. 일본 특개소 제61-37893호 공보에는 프리 쳄버내에 공기를 도입하는 방법이 개시되어 있다.

프리 쳄버내에 공기를 도입하므로써, 잔존 휘발분, 미분 코우크스 및 괴(塊) 코우크스의 일부를 연소하는 일에 따라, 도입된 공기 및 프리 쳄버내의 코우크스와 함께 투입 적열 코우크스의 온도 이상으로 온도가 상승한다. 따라서, 프리 쳄버내 온도가 1200℃ 전후로 되고, 코우크스중에 함유된 화분이 용융, 기화하고, 상기 기화된 화분이 공기와 함께 이동된다. 냉각실에 도입된 불활성 가스 온도는 900℃ 전후이고, 프리 쳄버내에서 기화된 화분은 냉각실 상부의 경사진 연관(煙管)(sloping flue) 부에 응집·부착된다. 상기 부착물은 용재괴(clinker)라 부르고, 가스 통풍공의 밀폐를 초래하여 가스의 통기저항을 상승시키고, 고온 코우크스 냉각용 가스의 순환을 저해시키는 문제점이 있다.

본 발명은 프리 쳄버내에 공기를 도입하므로써 가연(可燃) 가스· 분코우크스 연소등에 따라 안전성 향상을 도모함과 동시에, 폐열 회수량의 증대를 도모할 경우에 있어서도 상기 형태인 용재괴(clinker)의 부착이 발생되지 않은 일과 함께, 보일러에 공급된 가스 온도를 안정시킨 코우크스 건식 소화 방법 및 소화 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

즉, 본 발명의 요지가 다음 아래에 기술되었다.

(1) 냉각실(2)과 그 상부에 프리 쳄버(3)를 구성하는 소화탑(1)을 구비하여, 상부로부터 적열 코우크스(9)를 장입하고, 상기 적열 코우크스에 있는 열을 냉각실내에서 불활성 가스를 매체로하여 열교환하고, 증기의 형태로 열회수하는 코우크스 건식 소화방법에 있어서, 프리 쳄버(2) 상부로부터 프리 쳄버내에 공기(24)를 도입함과 동시에 물 또는 증기(26)을 도입하는 것을 특징으로 하는 코우크스 건식 소화 방법.

(2) 상기 프리 쳄버(2) 내부 공기(24)의 도입량 및 물 또는 증기(26)의 도입량 중 하나 또는 둘이 프리 쳄버내부 온도가 적열 코우크스의 온도 이상 및 미리 결정된 온도 이하로 유지되도록 제어되는 것을 특징으로 (1)에 따른 코우크스 건식 소화 방법.

(3) 상기 프리 쳄버내 미리 결정된 온도가 1150℃인 것을 특징으로 하는 (2)에 따른 코우크스 건식 소화 방법.

(4) 소화탑(1)로부터 배출된 고온의 배출가스(22)에, 폐열 보일러(7)에 도달할때 까지 그 사이에서 공기(25)를 공급하여, 상기 배출가스(22)중 성분을 연소시킨 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 따른 코우크스 건식 소화 방법.

(5) 소화탑(1)로부터 배출된 고온의 배출가스(22)에, 폐열 보일러(7)에 도달할 때 까지 그 사이에서 저온의 불활성 가스를 공급하고, 폐열 보일러 공급 가스 (23)의 온도를 저하 및 미리 결정된 온도 범위로 제어하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (4)중 어느 하나에 따른 코우크스 건식 소화 방법.

(6) 상기 저온의 불활성 가스는, 냉각실에 공급한 불활성 가스의 일부를 분기(分岐)한 가스(29)인 것을 특징으로 하는 상기 (5)에 따른 코우크스 건식 소화방법.

(7) 폐열 보일러 공급 가스의 온도는 프리 쳄버 내부 공기(24)의 도입량 및/또는 물 또는 증기(26)의 도입량을 제어하므로써 및 고온 가스가 폐열 보일러에 도달하기전 한지점에서 냉각 쳄버 및 프리 쳄버로부터 배출된 고온 가스에 첨가된 저온 불활성 가스의 양을 제어하므로써 목표 온도 범위로 제어되는 것을 특징으로 하는 상기 (5) 또는 (6)에 따른 코우크스 건식 소화 방법.

(8) 상기 물 또는 증기(26)는 공기 도입 장치(14)의 노즐을 통하여 프리 쳄버내부로 도입되는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 따른 코우크스 건식 소화 방법.

(9) 상기 프리 쳄버내부로 물의 도입은 물을 분진상으로 하여 도입하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 하나에 따른 코우크스 건식 소화 방법.

(10) 냉각실(2)과 그 상부의 프리 쳄버(3)를 구성하는 소화탑(1)을 구비하고, 상부로부터 적열 코우크스(9)를 장입하고, 상기 적열 코우크스(9)에 있는 열을 냉각실내에서 불활성 가스를 매체로하여 열교환하고, 증기의 형태로 열회수하는 코우크스 건식 소화방법에 있어서, 상기 프리 쳄버(2) 상부로부터 프리 쳄버내에 공기(24)를 도입하고, 상기 프리 쳄버내의 온도가 1150℃ 이하가 되도록 상기 프리 쳄버 도입 공기(24)의 도입량을 제어하는 것을 특징으로 하는 코우크스 건식 소화 방법.

(11) 적열 코우크스에 있는 열을 불활성 가스로 교환하는 냉각실(2) 및 냉각실(2)의 상부 프리 쳄버(3)를 구성하는 소화탑(1)과, 불활성 가스의 열을 증기 형태로 회수하는 폐열 보일러(7)를 구비한 코우크스 건식 소화장치에 있어서, 상기 프리 쳄버(3) 상부에는 상기 프리 쳄버내에 공기(24)를 도입하는 장치(14) 및 또다른 물 또는 증기(26)를 도입하는 장치(16)를 구비하는 것을 특징으로 하는 코우크스 건식 소화 장치.

(12) 프리 쳄버(13)내의 온도가 1150℃ 이하가 되도록 프리 쳄버 내부로 공기의 도입량(24) 및 물 또는 증기 (26)의 도입양중 하나 또는 둘을 제어하기 위해도입 제어장치(17)를 구비하는 것을 특징으로 하는 (11)에 따른 코우크스 건식 소화 장치.

(13) 소화탑(1)으로부터 폐열 보일러(7)에 도달할때 까지 고온 가스 배출 경로에, 배출가스(22)중의 성분을 연소시키기 위해서 공기를 공급하는 공기 도입장치 (15)를 구비하는 것을 특징으로 하는 (11) 또는 (12)에 따른 코우크스 건식 소화장치.

(14) 소화탑(1)로부터 폐열 보일러(7)에 도달할때 까지 고온 가스 배출 경로에, 폐열 보일러 공급 가스(23)의 온도를, 저하 또는 미리 결정된 온도 범위로 제어하기 위해서 온도의 불활성 가스(29)를 공급하는 불활성 가스 공급장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 상기 (11) 내지 (13) 중 어느 하나에 따른 코우크스 건식 소화장치.

(15) 상기 저온의 불활성 가스 공급 장치는 냉각실로 공급하는 불활성 가스의 일부를 분기하므로써 공급하는 장치(19)인 것을 특징으로 하는 상기 (14)에 따른 코우크스 건식 소화 장치.

(16) 프리 쳄버 도입 공기(24) 및/또는 프리 쳄버에 첨가한 물 또는 증기 (26)의 양과, 냉각실 및 프리 쳄버로부터 배출된 고온 가스로 폐열 보일러에 도달할 때 까지 한 지점에서 저온의 불활성 가스량등의 제어장치를 설치하고, 보일러 공급 가스(23)의 온도를 목표 온도 범위로 조절하기 위해 연산장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 상기 (14) 또는 (15)에 따른 코우크스 건식 소화장치.

(17) 상기 프리 쳄버내에 공기를 도입하기 위한 공기 도입장치(14)의 노즐은 물 또는 증기를 도입하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 상기 (11) 내지 (16)중 어느 하나에 따른 코우크스 건식 소화 장치.

(18) 상기 프리 쳄버내에 물을 도입하는 장치는, 물을 분진상으로 하여 도입하는 것을 특징으로 하는 상기 (11) 내지 (17) 중 어느 하나에 따른 코우크스 건식 소화장치.

(19) 적열 코우크스(9)에 있는 열을 불활성 가스로 열교환하는 냉각실(2) 및 상기 냉각실의 상부에 프리 쳄버(3)를 구성하는 소화탑(1)과, 불활성 가스의 열을 증기의 형태로 회수하는 폐열 보일러(7)를 구비한 코우크스 건식 소화장치에 있어서,

상기 프리 쳄버(3) 상부에는 상기 프리 쳄버내에 공기를 도입하는 장치(14)를 구비하고, 또한 상기 프리 쳄버내의 온도가 1150℃ 이하가 되도록 상기 프리 쳄버 도입 공기(24)의 도입량을 제어하기 위해서 도입 제어 장치(17)를 구비하는 것을 특징으로 하는 코우크스 건식 소화장치.

(20) 프리 쳄버내의 온도 측정은 내통벽돌(brick lining inner shell) 하부의 분위기 온도 또는 코우크스 온도를 외부로부터 투입한 온도계 또는 방사 온도계로 계측하는 온도 측정장치(18)를 이용하여 행하는 것을 특징으로 하는 상기 (12) 내지 (19)중 어느 하나에 따른 건식 소화장치.

본 발명은 프리 쳄버내에 공기(24)와 함께 물 또는 증기(26)를 도입하는 것을 특징으로 한다. 적열 코우크스와 증기등이 접촉할 때 수성 가스 반응은 수소 가스 및 일산화탄소가 발생하는 것과 동시에 흡열반응이 일어난다. 물을 도입할 경우는 상기 수성 가스 반응에 따른 흡연 반응뿐만 아니라 물이 증발할 때의 흡열 반응이 더해진다. 따라서, 프리 쳄버내부로 공기 도입에 따라서 프리 쳄버내 온도가 투입 적열 코우크스 온도 이상으로 된다. 한편, 프리 쳄버내로 물 또는 증기를 도입하는 일에 따라 흡열 반응이 일어나고, 결과적으로 프리 쳄버내 온도를 일정 온도 이하로 유지하는 일이 가능하게 된다.

그 결과, 프리 쳄버내에서 회분(ash)의 용융 및 기화를 방지하는 일이 가능하고, 가스 순환계에 용재괴의 부착을 방지하는 일이 가능하게 된다.

수성 가스 반응에 따라서 발생한 수소 및 일산화 탄소는, 프리 쳄버에 도입된 공기에 따라 일부는 그 자리에서 연소하지만, 나머지는 불활성 가스(27)와 함께냉각실(2)로부터 링 덕트(5)로 배출된다. 링 덕트(5) 또는 보일러로 이송하는 가스 배출관(12)에는 공기(25)가 도입되고, 수소 및 일산화탄소는 링 덕트 또는 가스 배출관내에서 연소하여 발열하고, 최종적으로는 폐열 보일러(7)에 있어서 증기로 열이 회수된다. 따라서, 수성가스 반응에 따라서 프리 쳄버내 온도는 저하하므로 최종적으로 회수된 열량은 오히려 증가한다.

도 1은 본 발명의 코우크스 건식 소화장치의 개략도이고,

도 2는 프리-쳄버내부 공기 도입량, 프리-쳄버 물 첨가량과 프리 쳄버 하부에서 가스 온도와의 관계를 나타낸 그래프이고,

도 3은 링 덕트내에 도입된 공기량, 불활성 가스 첨가량과 보일러 공급 가스 온도와의 관계를 나타낸 그래프이다.

본 발명 실시의 형태를 도 1을 바탕으로 설명하였다.

적열 코우크스를 냉각하는 소화탑(1)은 종형으로 형성되고, 상하 방향으로 프리 쳄버(3)와 냉각실(2)을 구비하였다. 프리 쳄버(3)와 냉각실(2)은 그 내벽주위에 형성된 경사진 연관부(4)에 따라서 가스가 유동하므로써 분할된다.

980℃ 전후로 온도를 가진 적열 코우크스(9)는 프리 쳄버(3)의 상부로부터 장입되고, 점점 하부로 이동하고, 냉각실(2)에서 냉각실 하부의 도입관(11)으로부터 도입된 불활성 가스(27)에 의해 냉각된다. 냉각실 바닥으로부터 배출된 코우크스(10)의 온도는 210℃ 전후로 된다.

냉각실에 대해서 도입된 불활성 가스(27)는 냉각실 내부를 상승하면서 적열 코우크스와의 사이에서 열교환이 이행되고, 가스 온도가 상승하고, 냉각실 상부의 경사진 연관부(4)로부터 링 덕트(5)로 배출된다. 또한 불활성 가스는 링 덕트(5)로부터 1차 분진 포집기(6)을 지나 폐열 보일러(7)로 이송되고, 폐열 보일러(7)에서 열 회수된 온도가 180℃ 전후로 저하된 후 순환 송풍기(8)를 지나 두 번째 냉각실 (2)로 도입된다.

프리 쳄버 상부의 공기 도입 장치(14)로부터 프리 쳄버내로 공기(24)가 도입된다. 도입된 공기중의 산소가 잔존 휘발분, 미분 코우크스 및 괴 코우크스 일부와 반응한다. 반응은 주로 일산화탄소를 생성하는 발열 반응이고, 도입된 공기와 생성 가스, 및 코우크스는 온도가 상승하면서 프리 쳄버내부를 하강하므로 프리 쳄버 하부는 최고로 높은 온도가 된다.

프리 쳄버(3) 바닥에서 도입된 공기와 반응 생성가스는 하부로부터 상승된 불활성 가스와 혼합하고, 경사 연관부(4)로부터 링 덕트(5)로 배출된다. 링 덕트 (5) 또는 가스 배출관(12)내부에는 공기 도입관(15)으로부터 공기(25)가 도입되고, 프리 쳄버내에서 생성된 일산화탄소를 연소하여 이산화탄소로 된다.

본 발명에 있어서 또한, 물 또는 증기 도입 장치(16)에 따라, 프리 쳄버 상부로부터 프리 쳄버 내부로 물 또는 증기(26)가 도입된다. 도입된 물은 증발하여 증기로 될때 열을 흡수하고, 및 증기는 적열 코우크스와 접촉하여 수성가스 반응에 따라서 수소 가스와 일산화 탄소를 발생시키는 것과 동시에 열을 흡수한다. 따라서, 물 또는 증기를 도입하는 일에 따라서 프리 쳄버내부의 가스 및 코우크스의 온도는 저하하고, 물 또는 증기의 도입량을 조절하는 일에 따라서 프리 쳄버내부의 가스 및 코우크스의 온도를 조절하는 일이 가능하다.

수성 가스 반응에 따라서 발생된 수소 가스 및 일산화 탄소는 프리 쳄버내부를 하강하고, 프리 쳄버하부에서 상승한 불활성 가스와 혼합하고, 경사 연관부(4)로부터 링 덕트(5)로 배출된다. 링 덕트(5) 또는 가스 배출관(12) 내부에는 공기 (25)가 도입되고, 수소 가스 및 일산화 탄소를 연소하여 물 및 이산화탄소로 된다. 동시에 상기 연소의 연소열에 따라서 폐열 보일러 공급 가스(23)의 열량을 증가시킨다.

프리 쳄버 내부에 물 또는 증기를 도입한 결과로, 상기 기술된 형태인 보일러 입구 측에 있어서 폐열 보일러 공급 가스(23)가 공급하는 열량은 더욱 증가한다. 따라서, 물 또는 증기를 도입한 본 발명의 경우는, 폐열 보일러에 대해서 필요한 열량을 확보하는 것으로부터 프리 쳄버에서 공기 도입량을 감소시키는 것도 가능하다. 즉, 프리 쳄버에서 공기 도입량과 프리 쳄버에서의 물 또는 증기 도입량중 하나 또는 둘을 제어하는 일에 따라 프리 쳄버 내부의 최고 온도 및 폐열 보일러 공급 가스(23)의 가스량 및 가스 온도등을 동시에 최적 조건으로 제어하는 일이 가능하다.

적열 코우크스를 냉각하는 일에 따라서 불활성 가스가 획득하는 열량이 높고, 폐열 보일러에 공급하는 열량이 충분히 확보될 수 있는 경우에는 프리 쳄버로부터 물 또는 증기를 공급하는 일이 없고, 프리 쳄버 도입 공기(24)의 도입량을 낮추는 일에 있어서도 프리 쳄버 내부 온도를 낮추는 일이 가능하다.

프리 쳄버 내부 온도 측정 방법은 프리 쳄버 일부의 외부로부터 벽을 관통하여 온도계를 투입하므로써 내통 벽돌의 내측 부근의 분위기 온도 또는 코우크스 온도를 측정하는 방법(18a), 내통벽돌에 투입된 온도계에서 내통벽돌 온도 또는 분위기 온도를 측정하는 방법(18b), 내통벽돌 하부 부근 온도를 열전대 또는 비접촉식 온도계로 측정하는 방법(18c)이 있지만, 여기에서는 내통벽돌 하부 부근 온도를 대표로 하였다. 내통벽돌 하부의 분위기 온도 또는 코우크스 온도를 외부로부터 투입한 보호관 부착 온도계 또는, 벽돌 또는 코우크스 온도를 방사 온도계로 계측하는 방법이 바람직하다. 측정된 프리 쳄버내부 온도를 도시하지 않는 도입 제어장치 (17)로 이송하고, 도입 제어장치(17)는 상기 프리 쳄버내부 온도가 목표 온도로 되는 형태로 물 또는 증기(16) 또는 공기(24)의 도입을 제어한다.

코우크스분 중 회분(ash)은 종래 1400℃ 이상에서 용융되는 것으로 고려되었지만, 많은 시험의 결과 약 1200℃에서 연화 용융하는 것으로 판명되었다. 특히 다성분계의 경우, 연화 온도를 낮추는 경향이 있고, 반경 약 10m의 프리 쳄버의 단면내 온도 변화를 고려하여, 프리 쳄버내 온도를 1150℃ 이하로 하는 것이 조업상 주요한 기준으로되는 것을 나타내었다. 또한 안전을 고려하여 낮은 온도에서 관리하는 일은 장기 안정 조업면에서 효과적이다.

프리 쳄버 상부로부터 도입 공기(24) 및 물 또는 증기(26)의 도입 위치로써는 프리 쳄버 내부의 적열 코우크스층의 상부(30) 또는 상기 적열 코우크스층 표면과 프리 쳄버등에서 구성되는 공간(31) 내에 도입하는 것이 바람직하다. 공기 및 물 또는 증기를 적열 코우크스층(32)내부에 도입하고, 상기 가스를 도입한 부근의 코우크스에 따라서 반응이 진행하고, 가스의 분산이 불균일하게 되어 프리 쳄버 단면내에서 온도 분포, 반응성의 변화가 일어나게 된다.

공기 도입 장치(14)의 노즐과 물 또는 증기 도입장치(16)의 노즐은 각각 개별적으로 설치되는 일이 가능하지만, 공기 도입 노즐에 물 또는 증기를 혼합하고, 상기 혼합된 가스를 프리 쳄버(3)에 도입하는 것도 양호하다. 또한, 물의 도입은 물을 분진상으로 하여 도입하는 형태가 특히 바람직하다.

프리 쳄버 상부로부터 도입된 공기(24)는 프리 쳄버 내부 온도를 상승시키는 목적외에, 장입된 코우크스에 포함된 휘발분 및 미분 코우크스를 연소시키는 목적을 가진다. 상기 이유로, 건식 소화 장치의 조업조건이 설령 공기 도입을 행하지 않더라도 충분한 폐열 회수가 행해지는 조업조건으로 될지라도 항상 공기 도입을 연속적으로 유지할 필요가 있다. 프리 쳄버내부에 적열 코우크스를 투입할 때에 장입 덮개를 개방하지만, 이 때 압력 균형에 따라 대기(大氣)가 침입하는 상태에서는 강제 도입을 정지하는 일도 가능하다.

폐열 보일러(7)를 능률적으로 운전하기 위해서는 폐열 보일러(7)에 공급하는 가스(23)는 일정 온도, 일정 유량으로 공급할 필요가 있다. 한편, 상기 형태인 프리 쳄버 상부에서는 항상 미리 결정된 양의 공기를 도입할 필요가 있다. 따라서, 적열 코우크스로부터 입열이 충분한 경우에서는 링 덕트(5)로부터 배출된 가스(22)의 온도가 상기 폐열 보일러(7)로 공급되는 적정 온도보다 높은 경우가 발생하는 일이 있다.

본 발명에 대해서는, 저온의 불활성 가스를 링 덕트 출구로부터 1차 분진포집기까지 라인으로 공급하고, 링 덕트(5)로부터 배출되는 고온 가스와 혼합하는 일에 따라서 가스 온도를 저하하고, 폐열 보일러 공급 가스(23)의 온도를 목표로 하는 온도로 유지하는 일이 가능하다. 순환 송풍기(8)로부터 냉각실(2)에 공급된 저온의 불활성 가스의 일부를 분기관(19)으로 분기하고, 상기 분기된 저온 가스(29)를 상기 저온의 불활성 가스로 이용하는 것이 바람직하다. 폐열 보일러 공급 가스 (23)의 온도는 상기 바이패스(bypass) 가스양을 조절하므로써 제어된다. 냉각실(2)에 공급된 불활성 가스(21)의 유량은 상기 분기된 가스(29)의 유량에 대응하여 분리하여 나누어지기 때문에 폐열 보일러에 공급된 가스(23)의 유량은 일정하게 유지하는 일이 가능하다.

아래에, 가스 온도 제어 고려 방법이 기술되었다.

CDQ에 투입된 적열 코우크스 온도가 950℃일 경우, 프리 쳄버로 공기 투입량을 증가시킴에 따라서, 도 2에 나타낸 형태로, 프리 쳄버내의 온도, 코우크스 온도 또한 상승한다. 프리 쳄버로 공기 투입량은 투입된 코우크스괴의 표면에 부착한 미분 코우크스량과, 건류(乾留) 상태의 여부에 따라서 변화하는 코우크스중 잔존 휘발분량 등에 따라서 결정된다.

프리 쳄버에 물 또는 증기를 첨가하는 일에 따라, 점선, 일점쇄선으로 나타낸 형태로 온도는 저하한다.

그러나, 상기한 바와 같이 프리 쳄버내에서 수성가스 반응에 기인하지만, 또는 석탄중 휘발분의 잔존에 기인하여 가연 가스 성분이 있는 경우에, 링 덕트와 보일러로 향한 덕트내 공기(25)를 도입하는 일이 있다(본 명세서에서는 「링 덕트 도입 공기」라 칭한다).

상기에 따라, 보일러 공급 가스 온도가 상승하지만, 상기를 제어하기 위해서는 불활성 가스(29)의 도입량을 증가하는 일에 따라, 도 3에 나타낸 형태인 관리 상한 온도이하로 관리하는 일이 가능하다.

투입된 코우크스의 투입량의 이외에, 온도, 잔존 휘발분등의 일상 조업에 있어서 용이한 측정이 불가능한 내용에 따라 보일러 공급 가스 온도는 변화하지만, 목표 온도 범위로 제어하기 위해서는 프리 쳄버로 공기 도입량 및/또는 불활성 가스(29) 량을 제어하는 일이 유효하다. 도 2, 도 3에 개요를 나타내었지만, 프리 쳄버 도입 공기량의 제어에 따라 보일러 공급 가스 온도를 조정하는 방법은 프리 쳄버로 물을 첨가하지 않은 경우도 적용 가능하다.

링 덕트 도입 공기량을 일정하게 측정한 상태의 경우, 보일러 공급 가스 온도의 제어는 불활성 가스의 도입량의 증가에 따라 가능하고, 또한 순환송풍기 출구로부터 분기관(19)에서의 가스를 이용할 경우는 전체 가스량 균형을 고려하지 않으는 것이 좋기 때문에 제어가 쉬운 효과가 있다.

도 3에서는, 프리 쳄버 도입 공기량 일정의 경우를 나타내었지만, 공기량을 변경할 경우에도 같은 형태로 제어될 수 있다.

실시예 1

도 1에 나타낸 코우크스 건식 냉각 장치에 있어서 본 발명을 적용하였다. 건식 냉각 장치의 냉각실(2)의 내부 용적은 600m³, 프리 쳄버(3)의 내부 용적은 300m³이다. 온도 980℃의 적열 코우크스(9)를 170 t/H의 능력으로 냉각하고, 배출된 코우크스(10)의 온도는 210℃로 된다. 투입 적열 코우크스의 온도는 코우크스 건식 냉각 장치에 장입하기 직전 코우크스에 열전대를 투입하므로써 측정하였다. 열전대는 버킷내 코우크스의 대략 중앙 위치(종, 횡, 고의 방향의 중앙)에 투입하였다.

프리 쳄버 상부로부터 적열 코우크스 상부 표면(30)과 프리 쳄버에 형성된 공간(31)내로 공기(24)를 도입하였다. 도입 공기량은 7000Nm³/H이다. 또한 프리 쳄버내의 온도를 조절하기 위해서 물 또는 증기(26)는 공기 분사 장치(14)의 배관내에 공기(24)와 혼합하고 및 그 후 상기 혼합된 가스는 프리 쳄버내부로 분사되었다.

상기 프리 쳄버 내부 온도는 실험실적으로 몇 가지 방법을 통해 측정되었다. 첫 번째 방법은 (18a)이고, 여기에서 온도계는 프리 쳄버 상부의 노구조가 원뿔형을 이루고 있는 부분의 외부로부터 투입되었다. 두 번째 방법은 (18b)로, 여기에서 온도계는 프리 쳄버부의 내부와 외부 링 덕트를 분리하는 벽돌 내부로 투입된다. 세 번째 방법은 내부 벽돌 하부의 분위기 온도를 외부로부터 스테인레스강의 보호관을 가진 온도계를 삽입하므로써 측정되었다. 첫 번째 방법은 약간 낮은 온도를 나타내었다. 두 번째 및 세 번째 방법은 대략적으로 동일한 온도를 나타내었지만, 본 발명에 있어서는 세 번째 방법에 따른 온도를 프리 쳄버내 온도로 하였다. 프리 쳄버내 온도는 공기를 도입하기 전에 1050℃로부터 공기 도입 시작 후 1200℃로 상승되었다. 대조적으로, 0.3t/h의 물을 노즐이 설치된 관을 통하여 도입 공기중에 0.5kg/cm²의 압력으로 분사 주입하였고, 프리 쳄버 내부 온도가 1100℃로 저하되었다.

소화탑으로부터 배출된 가스(22)중의 가연(可燃) 성분을 연소하므로써 배출 가스의 온도를 상승시키기 때문에, 가스 배출관(12) 중에 공기(25)를 4000nm³/h로 도입하였다. 증기 회수량은 보통 100t/h이고, 공기 도입에 의해 105t/h로 증가되었다. 또한 물을 프리 쳄버에 첨가하고, 링 덕트 공기 도입을 행하는 일에 따라 108t/h 증가 하였다.

폐열 보일러(7)에 공급한 가스의 적정 유량은 298000Nm³/H이고, 적정 가스 온도는 980℃ 이지만, 공기(25)를 도입하는 일에 따라, 1000℃이상으로 상승하였다. 상기 유량 및 온도를 적정치로 확보하기 위해서, 순환 송풍기(8)로부터 냉각실(2)에 공급하는 불활성 가스의 일부를 분기관(19)에 분기하고, 약 10000Nm³/h를 링 덕트(5)로부터 배출된 온도 가스에 혼합되었다. 상기에 따라, 보일러 공급 가스 온도는 980℃이하로 제어 가능하였다.

프리 쳄버 내부에 물 또는 증기의 도입없이 단지 공기를 도입하여 약 1200℃로 프리 쳄버 내부 온도에서 1 주동안 조업한 결과, 내통 벽돌 하부에 약 100mm의 부착물이 부착하였다. 상기 부착물을 제거한 후, 물을 분진 형태로 하여 공기중에 분산 주입하는 일에 따라서 프리 쳄버 내부 온도를 1150℃이하로 제어하여 조업한 결과, 장기 조업에 있어서도 용재괴는 부착되지 않고 양호한 결과를 얻었다.

실시예 2

실시예 1과 동일한 설비에 따라, 보일러 공급 가스 온도의 970℃에서 980℃의 사이로 제어하여 시험조업을 행하였다. 프리 쳄버의 공기 도입량(24)은 공기 도입 장치(14)의 베관도중에 유량계를 설치하였다. 링 덕트 도입 공기 배관(15)에도 유량계를 설치하였다. 또한 불활성 가스(29)를 분기관(19)으로부터 가스로 공급하였지만, 상기 배관 도중에 유량계를 설치하였고, 각 유량을 제어 가능한 제어 밸브와 각 유량 및 보일러 공급 가스 온도, 순환 가스 중의 수소, 일산화탄소 %를 입력하여 각 유량을 환산하므로써 적정한 양을 출력할 수 있는 연산 장치와 각 유량 제어 밸브의 제어장치를 설치하였다.

적열 코우크스를 투입한 코우크스 노측 조업은 코우크스 장입이 불안정하기 때문에 변동이 크다. 보일러 능력이 증기 발생량 110t/h인 것에도 불구하고 90t/h전후의 수준으로 조업되었다.

코우크스노의 건류가 뷸충분하기 때문에, 투입된 코우크스괴 중에 함유된 가연 가스 성분이 많고, 프리 쳄버에는 8000Nm³/h의 공기를 도입할 때, 보일러 공급가스 온도가 상승하기 시작하고, 순환 가스 성분중에 수소량이 증가함에 따라 링 덕트 공기(25)의 양이 증가를 시작하고, 프리 쳄버 하부의 벽돌 온도가 1200℃까지 상승하였다. 상기 온도를 감지하고, 불활성 가스 29의 유량을 증가하기 위한 지시가 산출되어 연산 장치가 작동하여 분기관의 도중에 설치되어 있는 제어 밸브의 개방을 제어하였다. 상기 연산 장치에서는 프리 쳄버로 도입 공기(24)량을 제어하는 능력, 또한 프리 쳄버내에 분진 상의 물의 도입량을 제어하는 기능도 가진다.

그 결과, 적열 코우크스의 투입이 10분 정도 정지한 시간에서는 보일러 공급 가스 온도를 안정시키기 위해서 공기를 많이 입력하는 제어가 행해지고, 링 덕트 (25)의 공기도 증량되었다. 그 후 적열 코우크스가 투입되어, 프리 쳄버내의 압력이 마이너스 압으로될 때, 프리 쳄버 공기 도입(24)을 감량하기 위한 프로그램이 입력되어, 감량 지시를 출력한다.

코우크스노의 조업이 안정하고, 적열 코우크스의 투입이 일정할 때, 보일러 공급 가스 온도는 상승하기 시작한다. 그러나, 일반적으로 프리 쳄버내에 공기 도입의 양을 일정하게 유지할 필요가 있기 때문에, 프리 쳄버 내부 온도는 상승하기 시작한다. 그 후, 프리 쳄버내부 물 도입은 시작되고 및 내통 벽돌 하부 온도계의 수치는 1100℃ 전후로 저하하지만, 순환 가스중의 가연 가스 성분이 증가하는 일로부터 링 덕트 공기로 자동제어에 따라 증량을 시작한다.

그 결과 보일러 공급 가스 온도가 상승하는 일로 되지만, 그 때 불활성 가스 (29)의 양이 증가하기 시작하고, 결과적으로 보일러 공급 가스 온도는 안정하게 목표 온도내에서 관리하는 일이 가능하다.

또한, 순환 가스 성분중에 수소량이 증가함에 따라 수동으로 링 덕트 공기 (25)량을 설정하는 방법도 실시하였지만, 자동적으로 제어하는 방법이 더욱 정확한 제어 가능한 방법임을 증명하였다.

상기한 바와 같이, 본 발명은 코우크스 건식 소화장치의 프리 쳄버 상부로부터 공기와 함께 물 또는 증기를 도입하므로써, 프리 쳄버내의 온도를 적당한 범위로 유지하고 및 장치상의 용재괴 부착을 방지하고, 폐열 보일러의 열 회수양을 확보하는 것을 가능하게 하였다.

Claims

냉각실과 그 상부에 설치된 프리 쳄버(pre-chember)를 구성하는 소화탑 (quenching tower)을 구비하고,

상부로부터 소화탑 내부로 적열 코우크스를 장입하는 단계,

상기 적열 코우크스에 있는 현열(sensible heat)을 냉각실내에서 불활성 가스를 매체로하여 열교환하는 단계,

증기의 형태로 열을 회수하는 단계,

프리 쳄버 상부 공간내부로 공기와 물 또는 증기를 도입하는 단계를 구성하는 것을 특징으로 하는 코우크스 건식 소화(dry quenching)방법.
제 1 항에 있어서,

상기 프리 쳄버내부 공기의 도입량 및 물 또는 증기의 도입량 중 하나 또는 둘이 프리 쳄버내부 온도가 적열 코우크스의 온도 이상 및 미리 결정된 온도 이하로 유지되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 코우크스 건식 소화 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 프리 쳄버내 미리 결정된 온도가 1150℃인 것을 특징으로 하는 코우크스 건식 소화 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

폐열 보일러에 도달하기 전, 소화탑으로부터 배출된 고온의 배출가스에 공기를 공급하여 상기 배출가스 중 성분을 연소시킨 것을 특징으로 하는 코우크스 건식 소화 방법.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

소화탑로부터 배출된 고온의 배출가스에, 폐열 보일러에 도달하기전 그 사이에서 저온의 불활성 가스를 공급하고, 폐열 보일러 공급 가스의 온도를 저하 및 미리 결정된 온도 범위로 제어하는 것을 특징으로 하는 코우크스 건식 소화 방법.
제 5 항에 있어서,

상기 저온의 불활성 가스는 냉각실로 공급될 불활성 가스로부터 분기(分岐)된 가스인 것을 특징으로 하는 코우크스 건식 소화 방법.
제 5 항 또는 6 항에 있어서,

폐열 보일러 공급 가스의 온도는 프리 쳄버 내부 공기의 도입량 및/또는 물 또는 증기의 도입량을 제어하므로써 및 고온 가스가 폐열 보일러에 도달하기전 한 지점에서 냉각 쳄버 및 프리 쳄버로부터 배출된 고온 가스에 첨가된 저온 불활성 가스의 양을 제어하므로써 목표 온도 범위로 제어되는 것을 특징으로 하는 코우크스 건식 소화 방법.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 물 또는 증기는 공기 도입 장치의 노즐을 통하여 프리 쳄버내부로 도입되는 것을 특징으로 하는 코우크스 건식 소화 방법.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 프리 쳄버내부로 도입된 물은 분진의 형태로 도입되는 것을 특징으로 하는 코우크스 건식 소화 방법.
냉각실과 냉각실 상부에 프리 쳄버를 구성하는 소화탑을 구비하여, 상부로부터 소화탑내부로 적열 코우크스를 장입하고, 상기 적열 코우크스의 현열을 냉각실내에서 불활성 가스를 열 교환 매체로 하여 열교환하고, 및 증기의 형태로 열회수하는 방법에 있어서,

상기 프리 쳄버 상부로부터 프리 쳄버내부로 공기를 도입하고, 상기 프리 쳄버내부 온도가 1150℃가 되도록 상기 프리 쳄버내부 공기의 도입량을 제어하는 것을 특징으로 하는 코우크스 건식 소화 방법.
적열 코우크스에 있는 현열을 불활성 가스로 교환하는 냉각실 및 냉각실의 상부에 프리 쳄버를 구성하는 소화탑과, 불활성 가스의 열을 증기 형태로 회수하는 폐열 보일러를 구비한 코우크스 건식 소화장치에 있어서,

상기 프리 쳄버 상부에 상기 프리 쳄버내부로 공기를 도입하는 장치 및 물 또는 증기를 도입하는 또다른 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 코우크스 건식 소화 장치.
제 11 항에 있어서,

프리 쳄버내부의 온도가 1150℃ 이하를 유지하도록 프리 쳄버 내부에 공기의 도입량 및 물 또는 증기의 도입량의 하나 또는 둘을 제어하기 위한 도입 제어장치를 구성하는 것을 특징으로 하는 코우크스 건식 소화 장치.
제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,

소화탑과 폐열 보일러사이의 고온 가스 배출 경로에 설치되고, 배출가스 중 성분을 연소시키기 위해서 공기를 공급하는 공기 도입장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 코우크스 건식 소화장치.
제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,

소화탑과 폐열 보일러사이의 고온 가스 배출 경로에 설치되고, 폐열 보일러 공급 가스의 온도를, 저하 또는 미리 결정된 온도 범위로 제어하기 위해서 저온의 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 코우크스 건식 소화장치.
제 14 항에 있어서,

상기 저온 불활성 가스의 공급 장치는 냉각실로 공급될 불활성 가스로부터 분기된 가스를 공급을 위한 장치인 것을 특징으로 하는 코우크스 건식 소화 장치.
제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,

프리 쳄버 도입 공기 및/또는 프리 쳄버에 첨가한 물 또는 증기의 양과, 냉각실 및 프리 쳄버로부터 배출된 고온 가스로 폐열 보일러에 도달할 때 까지 그 사이에서 저온의 불활성 가스량등의 제어장치를 설치하고, 및 폐열 보일러 공급 가스의 온도를 목표 온도 범위로 제어하기 위해 연산장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 코우크스 건식 소화장치.
제 11 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 프리 쳄버내부로 공기를 도입하기 위한 도입장치의 노즐은 물 또는 증기를 도입하기 위한 노즐로도 사용되는 것을 특징으로 하는 코우크스 건식 소화 장치.
제 11 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 프리 쳄버내부로 물을 도입하기 위한 도입장치는 분진 형태로 도입하는 것을 특징으로 하는 코우크스 건식 소화장치.
적열 코우크스의 현열을 불활성 가스로 열교환하는 냉각실 및 상기 냉각실 상부에 설치된 프리 쳄버를 구성하는 소화탑과, 불활성 가스의 열을 증기의 형태로 회수하는 폐열 보일러를 구비한 코우크스 건식 소화장치에 있어서,

상기 프리 쳄버 상부에 상기 프리 쳄버내에 공기를 도입하는 장치를 구비하고, 또한 상기 프리 쳄버내의 온도가 1150℃ 이하로 되는 형태로 상기 프리 쳄버 도입 공기의 도입량을 제어하기 위해서 도입 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 코우크스 건식 소화장치.
제 12 항 내지 19 항 중 어느 한 항에 있어서,

프리 쳄버내의 온도 측정은 내통벽돌(brick lining inner shell) 하부의 분위기 온도 또는 코우크스 온도를 외부로부터 투입된 온도계 또는 방사 온도계로 계측하는 온도 측정장치를 이용하여 행하는 것을 특징으로 하는 코우크스 건식 소화장치.