KR20020001772A - A method and apparatus for reducing a feed material in a rotary hearth furnace - Google Patents
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Abstract
본원은 공급재료를 환원하기 위한 로타리 노상 노에 관한 것이다. 로타리 노상 노(10)는 회전운동을 위해 장착되고 포위체에 배치된 회전동작 노상(12)을 구비한다. 포위체는 환형상 내벽(14)과, 환형상 외벽(16) 및 천정(18)을 구비한다. 포위체는 노에 밀봉되며, 적어도 적재구역(28)과 처리구역(24)과 방출구역(22)을 구비하는 복수 구역으로 분할된다. 노는 부가로 공급재료의 처리공정으로 발생되는 가스와 버너로부터의 연소가스를 배기하도록 방출구역(22)과 예열구역(26)과의 사이에 노의 환원구역 내에 배치된 연도(30)와 로타리 노상 노 내에 제어온도를 제공하도록 포위체의 적어도 외벽에 배치된 복수 버너(20)를 부가로 구비한다. 상기 연도는 비연소된 미립물의 연소 및 침전용 공간을 갖고 있다. 물분무 냉각(water spray quench)은 공기 또는 산소의 유입으로 순차적으로 이어지는 연소가 상당한 산화질소를 생성하지 않도록 노 이탈-가스(furnace off-gas)의 온도를 저하 시킨다.The present application relates to a rotary hearth furnace for reducing feedstock. The rotary hearth furnace 10 has a rotatable hearth 12 mounted for rotational movement and disposed on the enclosure. The enclosure includes an annular inner wall 14, an annular outer wall 16, and a ceiling 18. The enclosure is sealed in a furnace and divided into a plurality of zones having at least a loading zone 28, a treatment zone 24 and a discharge zone 22. The furnace additionally comprises a flue 30 and a rotary hearth disposed in the reduction zone of the furnace between the discharge zone 22 and the preheating zone 26 to exhaust the gases produced by the feedstock processing and the combustion gases from the burners. It is further provided with a plurality of burners 20 arranged on at least an outer wall of the enclosure to provide a control temperature in the furnace. The flue has a space for combustion and precipitation of unburned particulates. Water spray quench lowers the temperature of the furnace off-gas so that subsequent combustion with the inflow of air or oxygen does not produce significant nitrogen oxides.
Description
일반적인 로타리 노상 노는 환형상 내부 내화벽, 환형상 외부 내화벽 그리고 내외부 벽 사이에 배치된 환형상 노상(hearth)을 구비한다. 상기 노상은 그 원주부를 중심으로 배치된 롤러에 가동식으로 지지를 받고 있다. 고정 천정은 노상 위와 내외부 벽 사이에 배치된다. 복수 버너는 내부 및/또는 외부 벽을 따라 배치되어, 고정 천정 내에서 회전동작 노상 위에 환형 공간 내로 발화되어 다양한 구역, 예를 들면, 적재구역, 처리구역, 및 방출구역을 통해서 회전동작 노상으로 반송되는 공급재료를 가열한다.Typical rotary hearth furnaces have an annular hearth disposed between the annular inner fire wall, the annular outer fire wall and the inner and outer walls. The hearth is movably supported by a roller arranged around its circumference. A fixed ceiling is placed on the roadbed and between the inner and outer walls. The plurality of burners are disposed along the inner and / or outer walls, ignited in an annular space above the rotary hearth in a fixed ceiling and conveyed to the rotary hearth through various zones, for example, the loading zone, the treatment zone, and the discharge zone. Heat the feedstock.
운영 시에, 피가열 공급재료는 적재구역에 노상에 바로 배치되며, 여기서 공급재료가 공급재료의 노상 통로 둘레로의 반송으로 화학반응에 대한 전도성 처리가스와 복사가열을 받게된다. 다음, 피처리 공급재료가 방출구역에 회전동작 노상에서 제거된다.In operation, the heated feedstock is placed directly on the furnace in the loading zone, where the feedstock is subjected to radiant heating and conductive process gases for chemical reactions as the feed is conveyed around the hearth passage. The treated feedstock is then removed from the rotary hearth in the discharge zone.
그 전체 내용이 참고로 본원에 기재된 미국특허 제4,597,564호와 제4,622,905호에 도시된 바와 같이 로타리 노상 노에서, 로타리 노상 노에서 생성되는 가스는 노의 방출구역으로부터 원격지고 적재구역에 인접하여 배치된 연도(flue)로부터 배기된다. 상기 연도는 적재구역에 인접하고 노의 방출구역으로부터는 원격지게 배치되어, 방출구역으로부터 적재구역으로 가스를 인출하는 역류 유동 시스템, 예를 들면 피가열되는 공급재료에 대한 노출시간을 최대로 하기 위해 유출물이 노의 회전방향에 대해 역방향으로 흐르는 시스템을 생성한다. 상기 유동 시스템이 만족할 만하게 이행되어지더라도, 일반적인 역류 타입에서 방출구역 근처에 로타리 노상 노가 생성하는 가스는 수밀(水密) 터널을 통한 의도적인 가스 흐름의 방해로 연도로 직접흐르게 되어, 처리구역과 적재구역을 회피하여 흐르게 된다. 또한, 연도가 적재구역 또는 방출구역의 어느 하나에 인접하여 배치되면, 적재구역과 방출구역에서 압력차가 획득되어 적재구역과 방출구역을 통해 로타리 노상 노로부터 노 가스가 배출되는 것을 도와주게 됨을 예측할 수 있다.In rotary hearth furnaces, as shown in US Pat. Nos. 4,597,564 and 4,622,905, the disclosures of which are incorporated herein by reference in their entirety, the gas produced in the rotary hearth furnace is remote from the furnace's discharge zone and disposed adjacent to the loading zone. Exhaust from the flue. The year is located adjacent to the loading zone and remotely from the discharge zone of the furnace to maximize the exposure time to the countercurrent flow system, for example the feedstock being heated, withdrawing gas from the discharge zone to the loading zone. This creates a system in which the effluent flows in the reverse direction to the direction of rotation of the furnace. Even if the flow system is satisfactorily implemented, the gas produced by the rotary hearth furnace near the discharge zone in the general counterflow type flows directly into the flue due to the intentional obstruction of the gas flow through the watertight tunnel, resulting in the treatment zone and the loading. Flow through the area. In addition, if the year is located adjacent to either the loading or discharge zone, it can be foreseen that a pressure differential is obtained in the loading and discharge zones to help the emissions of the furnace gas from the rotary hearth furnace through the loading and discharge zones. have.
또한, 철 공정의 직접환원(the direct reduction of iron process)에서는, 노의 최종 구역에 고 CO/CO2비율이 직접환원 철(DRI:the direct reduced iron)의 역산소를 방지하는데 필요하게 된다. 고 CO/CO2비율을 유지하기 위해서, 버너는 상당히 낮은 공기 대 연료비(6.2 대 1이하)로 작동되어야 함을 예측할 수 있다. 이러한 낮은 공기 대 연료비는, 고 연료사용으로 전환하는 6.12 공기/연료 비에서 예를들면 84.5BTU/ft3천연가스의 수용할 수 없는 저 가연소 열 값(low available heat values)으로 변환한다. 열 문제를 향상하는데에는 3개 대안을 활용하여 이용할 수 있다. 첫째는 연소공기를 예비열하여 노 배기 가스로부터의 에너지를 회복하는 것, 둘째는 일부 또는 모든 연소공기를 산소로 대체하는 것, 그리고 세째는 산소 부화(富化)와 예열 연소공기를 화합하는 것이다. 표1은 생성된 DRI의 파운드 당 소모되는 천연가스의 파운드와 가연소 열 가열 시에 예열 연소공기와 산소 부화의 영향을 요약하여 나타낸 표이다.In addition, in the direct reduction of iron process, a high CO / CO 2 ratio in the final zone of the furnace is needed to prevent back oxygen from the direct reduced iron (DRI). In order to maintain a high CO / CO 2 ratio, it can be predicted that the burners should be operated with significantly lower air-to-fuel ratios (below 6.2 to 1). This low air-to-fuel ratio translates from an unacceptable low available heat values of, for example, 84.5 BTU / ft 3 natural gas at a 6.12 air / fuel ratio that translates into high fuel use. Three alternatives are available to improve thermal issues. The first is to preheat combustion air to recover energy from the furnace exhaust, the second to replace some or all combustion air with oxygen, and the third is to combine oxygen enrichment and preheat combustion air. . Table 1 summarizes the effects of preheated combustion air and oxygen enrichment on pounds of natural gas consumed per pound of DRI produced and on combustible thermal heating.
표1: 약2 CO/CO2비에서 가연소 열과 산소 부화Table 1: Heat of combustion and oxygen enrichment at about 2 CO / CO 2 ratio
상술된 견지에서, 종래기술의 문제에 직면하게 되는 개량된 로타리 노상 노의 필요의 증대성이 있음을 예상할 수 있다. 본 발명의 목적은 향상된 공정가스흐름을 가진 로타리 노상 노를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 노의 방출구역 및/또는 적재구역의 어느 하나를 통하여 처리구역을 공정가스가 피해지는 것을 방지하는 로타리 노상 노를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 로타리 노상 노에 공급재료를 환원하는데 유용한 에너지를 효율적으로 활용하는 로타리 노상 노를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 배기장비의 크기가 축소되도록 로타리 노상 노의 연도를 빠져나가는 적층가스의 량을 효율적으로 저하시키는 로타리 노상 노를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 공급장치의 슬롯을 통하여 공급재료를 준비하는데 사용되는 유기질 또는 탄소질 접합재로부터 발생되는 잠재적 유독 증기의 방출이 없도록 적재구역으로부터 이격지게 통기장치를 제공하는 것이다. 이러한 사실은 공정가스가 공기로부터 산소와 결합되어 소각되어서 노의 예열구역 내에 열을 방출하게 허용함을 기대할 수 있다. 본 발명의 다른 목적은 제조가 간단하고 경제적인 로타리 노상 노를 제공하는 것이다.In view of the foregoing, it can be envisaged that there is an increasing need for an improved rotary hearth furnace that faces the problems of the prior art. It is an object of the present invention to provide a rotary hearth furnace with improved process gas flow. Another object of the present invention is to provide a rotary hearth furnace which prevents process gas from being avoided in the treatment zone through either the discharge zone and / or the loading zone of the furnace. Another object of the present invention is to provide a rotary hearth furnace which efficiently utilizes energy useful for reducing feedstock to a rotary hearth furnace. It is another object of the present invention to provide a rotary hearth furnace that effectively reduces the amount of laminated gas passing through the year of the rotary hearth furnace so that the size of the exhaust equipment is reduced. It is a further object of the present invention to provide an aerator away from the loading zone so that there is no release of potential toxic vapors from the organic or carbonaceous binder used to prepare the feedstock through the slot of the feeder. This fact can be expected to allow the process gas to be combined with oxygen from air and incinerated to release heat in the preheating zone of the furnace. Another object of the present invention is to provide a rotary hearth furnace which is simple and economical to manufacture.
본 발명은 로타리 노상(爐床) 노와 로타리 노상 노에 공급재료를 환원하는 공정에 관한 것이다. 보다 특정적으로는, 본 발명은 개량된 연도(煙道) 시스템을 가진 로타리 노상 노와 로타리 노상 노에 공급재료를 환원하는 공정방법에 관한 것이다.The present invention relates to a process for reducing feedstock to a rotary hearth furnace and a rotary hearth furnace. More specifically, the present invention relates to a rotary hearth furnace with an improved flue system and a process method for reducing feedstock to a rotary hearth furnace.
도1은 로타리 노상 노의 평면도.1 is a plan view of a rotary hearth furnace.
도2는 도1의 2-2선을 따라 절취된 단면도.FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line 2-2 of FIG. 1; FIG.
본 발명에 의거, 공급재료를 환원하는 로타리 노상 노가 제공된다. 본원의 로타리 노상 노는 회전작용용으로 장착되고 내화 라인 포위체(refractory lined enclosure)에 배치된 회전동작 노상을 구비한다. 포위체는 환형상 내벽, 환형상 외벽 및 천정을 구비한다. 포위체는 노상에 작동적으로 밀봉되고, 적어도 적재구역, 예열구역, 처리구역 및 방출구역을 구비하는 복수의 구역으로 분할된다. 노는 부가적으로, 로타리 노상 노 내에 제어 온도를 제공하도록 적어도 포위체의 외벽에 배치된 복수개의 버너와, 공급재료의 처리공정에서 발생되는 처리가스와 버너로부터의 연소가스를 배기하도록 노의 처리구역과 예열구역 사이에 배치된 연도를 포함한다.In accordance with the present invention, a rotary hearth furnace for reducing feedstock is provided. The rotary hearth furnace of the present invention has a rotatable hearth mounted for rotational operation and disposed in a refractory lined enclosure. The enclosure has an annular inner wall, an annular outer wall and a ceiling. The enclosure is operably sealed on the furnace and is divided into a plurality of zones having at least a loading zone, a preheating zone, a treatment zone and a discharge zone. The furnace additionally comprises a plurality of burners arranged on at least the outer wall of the enclosure to provide a controlled temperature in the rotary hearth furnace, and the treatment zone of the furnace to evacuate the process gases generated in the processing of the feed material and the combustion gases from the burners. And the year disposed between and the preheating zone.
본 발명의 다른 특징 및 목적과 잇점을 첨부도면을 참고로 이하에 설명한다.Other features, objects, and advantages of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
도면에 나타낸 로타리 노상 노(10)에서 유사 특징부분에는 동일한 번호를 부여하였다. 도면에서, 당 분야의 기술인이 충분히 이해하고 있는 상세부분에 대해서는 본 발명의 로타리 노상 노(10)의 구조를 명료하게 설명할 목적으로 나타내지 않았음에 주의한다. 예를 들면, 기체성 및 특정한 고체성 물질을 조작하는데 소요되는 버너, 송풍기, 배관 및 덕트 작업부와 같은 것은, 해당 성분이 당 분야의 기술인에 의해 본원에 기술된 본 발명의 전체 시스템에 필요에 따라 개조될 수 있는 것을 제외하고는 공지된 상용되는 유용한 성분이다. 참고자료로는, 1984년 미국 뉴욕주 맥그로우 힐 간행 화공 편람(the Chemical Engineer's Handbook, 7판); 1982년 죤 윌리 앤드 선스 인코포레이티드에서 켈리, 이. 지(Kelly,E.,G.,)의 미네널 프로세싱 안내서(Introduction To Mineral Processing)가 있으며, 다양한 장치와 공정 구조 및 상태를 상세하게 설명하는 화공산업 문헌으로 이룰 수 있다.In the rotary hearth furnace 10 shown in the drawing, similar features have been given the same numbers. In the drawings, it should be noted that the detailed parts that are well understood by those skilled in the art are not shown for the purpose of clearly describing the structure of the rotary hearth furnace 10 of the present invention. For example, burners, blowers, piping and ductwork, such as those required for manipulating gaseous and specific solid materials, are required for the entire system of the present invention as described herein by those skilled in the art. It is a known commercially available useful ingredient except that it can be adapted accordingly. For reference, the Chemical Engineer's Handbook, 1984, McGraw Hill, New York, USA; Kelly, Lee at 1982 John Willy & Sons Incorporated. The introduction to Mineral Processing, by Kelly, E., G., is a chemical industry document detailing various devices, process structures, and conditions.
도면에 도시된 로타리 노상 노(10)는, 역시계방향으로 그 중심을 중심으로 회전운동하도록 장착된 노상(12)을 구비한다. 노상(12)은 당 기술분야에서 널리 공지된 바와 같이 그 원주부 둘레에 배열된 롤러에 지지를 받으며 도너츠 모양의 포위체에 배치된다. 상기 포위체는 환형상 내측벽(14)과 환형상 외측벽(16)을 구비한다. 환형상 측벽(14,16)은 양호하게 수직적으로 배치되고 당 기술분야에서 널리 공지된 내화재료로 제작된다. 고정 천정(18)은 내외측벽(14,16)의 최상부 단부 사이에 배치되어 접속된다. 포위체는 당 기술분야에서 공지된 바와 같이 수밀체(도시 않음)에 의해 노상(12)에 작동적으로 밀봉된다.The rotary hearth furnace 10 shown in the drawing has a hearth 12 mounted to rotate about its center in the direction of the system. The hearth 12 is placed in a donut shaped enclosure supported by a roller arranged around its circumference as is well known in the art. The enclosure has an annular inner wall 14 and an annular outer wall 16. The annular sidewalls 14 and 16 are preferably vertically arranged and made of refractory materials well known in the art. The fixed ceiling 18 is disposed and connected between the top ends of the inner and outer side walls 14 and 16. The enclosure is operably sealed to the hearth 12 by a watertight body (not shown) as is known in the art.
종래 설계로 이루어진 적절한 버너(20)가 포위체의 수직 외측벽(14) 및/또는 내측벽(16)에 배치된다. 버너(20)에는 오일, 석탄분 및/또는 가스와 같은 적절한 연료가 공급되어, 공기와 연소된다. 버너(20)는 공급재료의 환원을 위해 로타리 노상 노(10) 내에 제어 온도를 제공하도록 작동적으로 방화(放火)된다. 휘발성 석탄을 함유 방출하는 공급재료를 처리할 시에, 선택된 버너는 연소가스를 소각할 목적으로 있는 공기 유입구가 노 포위체 내에 다르게 제공하여 활용된다. 본원에서 부가적으로 설명되는 바와 같이 처리구역의 최종 사분면에서 매우 높은 환원이 이루어진 가스로 동작할 때에는 공기만이 선택된 버너에 도입되어서 연소가스를 부분적으로 소각한다.Suitable burners 20 of conventional design are arranged on the vertical outer wall 14 and / or the inner wall 16 of the enclosure. Burner 20 is supplied with appropriate fuel such as oil, coal dust and / or gas and combusted with air. Burner 20 is operatively fired to provide a controlled temperature in rotary hearth furnace 10 for the reduction of feedstock. In treating feedstock containing volatile coal, the selected burners are utilized by providing different air inlets in the furnace enclosure for the purpose of burning the combustion gases. As further described herein, when operating with gases having a very high reduction in the final quadrant of the treatment zone, only air is introduced into the selected burners to partially incinerate the combustion gases.
일반적으로, 로타리 노변 노(10)는 적어도 적재구역(28), 예열구역(26), 처리구역(24) 및 방출구역(22)을 구비하는 복수의 구역으로 분할된다. 각각의 구역은 당 기술분야에서 널리 공지된 바로서 상기 구역 내에서 고온과 부식 분위기에 대해 견디기에 적절한 합금 또는 세라믹 파이버로 구성된 차단막(도시 않음)에 의해 인접구역으로부터 분리되는 것이다. 본원에 사용된 "구역(zone)"용어는, 발생하는 기본작용이 예를 들어 적재동작, 예열동작, 처리동작, 및 방출동작과 같이 노의 다른 구획에서 발생하는 기본작용이 서로 다른, 로타리 노상 노의 인위적 분할영역을 칭하는 것으로 한다. 각각의 구역은 부가로 순차적인 사분면으로 분할될 수 있다. 여기서 사용되는 "사분면(quadrant)"용어는 노의 각각의 구역의 분리영역을 칭하는 것이다. 도면에 도시된 바와 같이, 사분면은 동일한 크기의 것이다.In general, the rotary fireside furnace 10 is divided into a plurality of zones having at least a loading zone 28, a preheating zone 26, a treatment zone 24 and a discharge zone 22. Each zone is one that is well known in the art and is separated from the adjacent zone by a barrier film (not shown) composed of an alloy or ceramic fiber suitable to withstand high temperature and corrosive atmospheres within the zone. As used herein, the term "zone" refers to a rotary hearth, in which the basic action that occurs is different from the basic action that occurs in different compartments of the furnace, such as, for example, loading, preheating, processing, and discharging. An artificial division of the furnace is referred to. Each zone may additionally be divided into sequential quadrants. The term "quadrant" as used herein refers to the separation zone of each zone of the furnace. As shown in the figure, the quadrants are of the same size.
적재구역(28)에서는 환원되는 공급재료가 로타리 노상 노(10)의 회전동작 노상(12)에 배분된다. 공급재료는 가열동작에 의해 환원되거나 또는 제어 대기압에서 처리 가스에 노출되기에 적절한 재료이다. 공급재료는 석탄재와 같이 탄소질 재료, 석탄재 함유 혼합물, 석유 코크 및/또는 석유 코크 함유 혼합물을 포함한다. 공급재료는 또한, 보통 금속 제조 또는 그 혼합의 결과로서 수집된, 적철광, 갈철광, 자철광, 타코나이트(taconite), 능철광, 황철광 및 크롬철광과 같은 처녀, 예를 들면 다루어지지 않았거나 처리되지 않은, 산화금속 응축물 및 자연 광석 분광(natural ore fines) 그리고/또는 금속처리 연마 폐기물, 아크로 분말(electric arc furnace dust), 압연 연마 박편 또는 그와 같은 것들도 포함한다. 공급재료는 석탄재 또는 석탄재 함유 혼합물 및 그와 같은 류와 같은 휘발성 물질을 함유하거나 또는 공급재료는 코크재와 같이 무휘발성 일 수 있다. 공급재료는 당 기술분야에서 알려진 바와 같이 콤팩트하거나 펠렛 형태의 미립체이다.In the loading zone 28, the reduced feed material is distributed to the rotary operation hearth 12 of the rotary hearth furnace 10. The feed material is a material suitable for being reduced by a heating operation or exposed to the process gas at a controlled atmospheric pressure. Feedstocks include carbonaceous materials, such as coal ash, coal ash containing mixtures, petroleum coke and / or petroleum coke containing mixtures. The feedstock is also virgin, such as untreated or untreated, such as hematite, limonite, magnetite, taconite, rhomborite, pyrite and chromite, usually collected as a result of metal fabrication or mixing thereof. Metal oxide condensates and natural ore fines and / or metallized abrasive waste, electric arc furnace dust, rolled abrasive flakes or the like. The feedstock may contain volatiles such as coal ash or coal ash containing mixtures and the like, or the feedstock may be nonvolatile, such as coke ash. The feedstock is a compact or pellet shaped particulate as known in the art.
공급재료는 양호하게, 노상의 표면 위에서 적절한 거리로 노의 외측벽(16)을 통하여 연장되는 별모양 휠(the profiled star wheel)에 전기 진동식 공급기와 같은 종래 공급기에 의해 로타리 노상 노(10)의 노상(12)에 균일하게 배분된다. 양호한 실시예에서는, 공급재료가 회전동작 노상(12)에 직접 일 층 깊이(one layer deep)로 배치되어 공급재료의 균일한 처리를 용이하게 하고, 많이 노출되는 공급재료와 보다 적게 노출되는 공급재료 사이에서 반응도가 변화는 것을 방지한다.The feedstock is preferably the hearth of the rotary hearth furnace 10 by a conventional feeder such as an electric vibratory feeder on the profiled star wheel which extends through the outer wall 16 of the furnace at a suitable distance above the surface of the hearth. It is evenly distributed to (12). In a preferred embodiment, the feed material is placed one layer deep directly on the rotary operation hearth 12 to facilitate uniform processing of the feed material, and the feed material which is more exposed and the less exposed feed material. This prevents the reactivity from changing.
공급재료가 적재구역(28)에 충전된 후에, 공급재료는 노상 통로를 타라 형성된 포위체 내에서 예열구역(26)으로 반송되고, 다음, 처리구역(24)쪽으로 반송된다. 예열구역(26)은 처리구역(24)보다 낮은 온도에서, 예를 들면 1800℉와 2200℉ 대 2300℉과 2600℉ 작용하여서, 공급재료를 잘게 파쇄하게 다르게 유도하는 열전달 상태의 역작용을 최소로 한다. 도1에 도시된 바와 같이, 예열구역(26)은 적재구역(28)의 하류 단부로부터 처리구역(24)의 유입지대로 이어진다.After the feed material is filled in the loading zone 28, the feed material is conveyed to the preheating zone 26 in the enclosure formed by burning the hearth passage, and then to the processing zone 24. The preheating zone 26 operates at temperatures lower than the treatment zone 24, for example 1800 ° F and 2200 ° F versus 2300 ° F and 2600 ° F, thus minimizing the adverse reaction of heat transfer that leads to different crushing of the feedstock. . As shown in FIG. 1, the preheating zone 26 extends from the downstream end of the loading zone 28 to the inlet of the treatment zone 24.
처리구역(24)은 1,2,3으로 인식되는 3개의 순차적 연속 사분면으로 다시 분할된다. 각각의 사분면은 유입지대와 유출지대를 구비한다. 제1사분면은 예열구역(26)의 하류 단부로부터 제2사분면의 상류 유입지대로 이어지고, 제2사분면은 제1사분면의 유출지대로부터 제3사분면의 유입지대로 이어지고, 그리고 제3사분면은 제2사분면의 유출지대로부터 방출구역의 상류 단부로 이어진다.Treatment zone 24 is subdivided into three sequential sequential quadrants identified as 1,2,3. Each quadrant has an inlet zone and an outlet zone. The first quadrant extends from the downstream end of the preheating zone 26 to the upstream inlet of the second quadrant, the second quadrant extends from the outflow zone of the first quadrant to the inlet of the third quadrant, and the third quadrant It extends from the outlet of the quadrant to the upstream end of the discharge zone.
예열구역(26)에서는, 버너(20)가 주 연료원으로 공급재료로부터 방출되는 휘발성 유기물을 소각하기에 충분한 공기 대 연료 비율로 1800℉ 내지 2200℉ 사이에 소정구역 온도를 획득하도록 방화(放火)한다. 처리구역(24)에서는 버너(20)가 공급재료를 환원하는 공기 분위기와 2300℉와 2600℉사이에 소정 노의 온도를 획득하도록 방화된다. 공급재료는 버너(20)로부터의 연소가스의 작용과 복사 열을 받고 그리고 공급재료에 따라서는, 노상 통로 주위를 이동하는 중에 공급재료의 처리공정으로부터 방출되는 처리가스를 받게되어 환원된다. 또한, 공기는 노의 처리구역(24)으로 필요에 의해 도입되어 연소과정에서 어느 정도 과도한 일산화탄소와 탄화수소와 연소하여서 이산화탄소와 수증기를 형성하여 처리구역에 공급재료를 다루기 위한 소정의 노상 온도를 유지하도록 열을 방출한다.In the preheating zone 26, the burner 20 is fired to achieve a predetermined zone temperature between 1800 ° F and 2200 ° F with an air-to-fuel ratio sufficient to incinerate the volatile organics emitted from the feedstock as the main fuel source. do. In the treatment zone 24, the burner 20 is fired to obtain the temperature of the furnace between 2300 ° F. and 2600 ° F. with the air atmosphere reducing the feedstock. The feed material receives the action and radiant heat of the combustion gas from the burner 20 and, depending on the feed material, receives the processing gas emitted from the processing of the feed material while traveling around the hearth passage and is reduced. In addition, air is introduced into the treatment zone 24 of the furnace as needed to combust with some excessive carbon monoxide and hydrocarbons in the combustion process to form carbon dioxide and water vapor so as to maintain a predetermined furnace temperature for handling feedstock in the treatment zone. Releases heat.
공급재료가 처리구역(24)에서 환원된 후에, 감소된 공급재료는 방출구역(22)에 회전동작 노상으로부터 제거된다. 예를 들어, 감소된 공급재료는 노상 위에 가로질러 이격공간져 배치된 나선형 나사에 의해 방출구역(22)으로부터 방출될 수 있다. 다음, 감소된 공급재료는 당 기술분야에서 공지된 부가적인 처리공정을 위해 균열로(soaking pit)에 방출된다.After the feedstock is reduced in the treatment zone 24, the reduced feedstock is removed from the rotary hearth in the discharge zone 22. For example, reduced feedstock may be discharged from the discharge zone 22 by helical screws disposed spaced across the hearth. The reduced feedstock is then discharged into the soaking pit for additional processing processes known in the art.
다른 실시예에서, 로타리 노상 노(10)는 가온구역(warming zone)(도시 않음)도 포함한다. 로타리 노상 노(10)의 가온구역은 공급재료를 도입하기 위한 적재구역 바로 전에 배치된다. 공급재료가 없는 가온구역은 공급재료를 적재하기에 앞서 필요한 온도로 가열할 수 있다. 공급재료를 충전하기 바로 전에 공급재료가 없는 노상을 가온하는 것은, 노상 노의 전체 상부 표면을 가온(加溫)하는 동작과, 상부로부터 순차적으로 도입된 공급재료를 복사 가열하는 동작과, 저부로부터 공급재료를 전도 복사 가열하는 동작이 이루어지게 한다. 공급재료가 없는 로타리 노상 노의 구역을 헌신적으로 가온하는 것은, 노가 회전동작 노상에 열을 가하도록 하여, 노의 회전동작 노상에서 냉각 공급재료의 연속적인 충전동작으로 발생되는 냉각효과를 받게되는 로타리 노상 노에 반대하여 일정한 적재구역 온도를 이루게 함을 예측할 수 있다.In another embodiment, the rotary hearth furnace 10 also includes a warming zone (not shown). The warming zone of the rotary hearth furnace 10 is placed just before the loading zone for the introduction of feedstock. Warming zones without feedstock may be heated to the required temperature prior to loading the feedstock. The heating of the hearth without feedstock immediately before filling the feedstock comprises the operations of warming the entire upper surface of the hearth furnace, radiant heating of the feedstock sequentially introduced from the top, and from the bottom. The operation of conducting radiant heating of the feed material is effected. Dedicated warming of the zone of the rotary hearth furnace with no feed material causes the furnace to heat up the rotary hearth furnace, resulting in the cooling effect caused by the continuous charging of the cooling feedstock in the rotary hearth furnace. It can be expected to achieve a constant loading zone temperature as opposed to a hearth furnace.
로타리 노상 노(10)의 천정(18)은 예열구역(26)과 방출구역(22) 사이에 노의 처리구역(24)의 지대 내에 배치된 연도(30)를 구비한다. 처리구역(24) 내에연도(30)를 배치하여, 공급재료, 처리가스 및 연소가스가 예열구역(26) 내에서 흐르고, 연소공기로부터의 산소와 화합하여 예열구역(26) 내에서 방출열을 연소시키며, 처리가스와 연소가스가 방출구역(22)으로부터 흐르게 하여 공기 및/또는 산소 농축 공기로부터의 산소와 화합하여 연소되어서 노(10) 내에서 열을 방출하기도 하는 것이다.The ceiling 18 of the rotary hearth furnace 10 has a flue 30 disposed in the zone of the treatment zone 24 of the furnace between the preheating zone 26 and the discharge zone 22. The flue 30 is disposed in the treatment zone 24 so that feed material, treatment gas and combustion gas flow in the preheating zone 26 and combine with oxygen from the combustion air to dissipate heat in the preheating zone 26. Combustion may cause the process gas and the combustion gas to flow out of the discharge zone 22 to be combined with oxygen from air and / or oxygen enriched air to combust and release heat in the furnace 10.
연도(30)는 처리구역의 제3사분면의 유입지대와 예열구역(26)의 유출지대와의 사이에 임의 위치에 배치된다. 본 발명의 양호한 실시예에서는, 로타리 노상 노(10)가 대략적으로 처리구역의 제2사분면의 유출지대 또는 예열구역(26)의 유출지대에 배치된 연도(30)를 구비한다. 대략적으로 예열구역(26)의 유출지대에 연도(30)를 배치하여, 노의 적재구역과 방출구역이 대기압과 같은 압력으로 유지되어 양압상황에서 적재 또는 방출 메카니즘을 통하여 노의 가스가 누설되는 것을 방지하고 그리고 음압상황에서 노에 불필요한 공기가 유입되는 것을 방지함을 예측할 수 있다.The year 30 is disposed at any position between the inlet zone of the third quadrant of the treatment zone and the outlet zone of the preheat zone 26. In a preferred embodiment of the present invention, the rotary hearth furnace 10 has a flue 30 disposed approximately in the outflow zone of the second quadrant of the treatment zone or in the outflow zone of the preheating zone 26. By arranging the flue 30 approximately at the outlet of the preheating zone 26, the furnace loading and discharge zones are maintained at the same pressure as the atmospheric pressure, so that the gas from the furnace leaks through the loading or discharge mechanism in a positive pressure situation. Anticipate and prevent unnecessary air from entering the furnace in a negative pressure situation.
도2에 도시된 바와 같이, 연도(30)는 일련의 상호접속된 수평적 연장 재연소버너(afterburner) 챔버(32)와 1개 이상의 수직 연장 스택(stack)(34)을 구비한다. 챔버(32)의 저부는 원추형태이며 부가로 후술되는 바와 같은 수집지대로 챔버를 이탈시키는 동작을 한다. 당 기술분야에서 공지된 타입의 이물질 제거밸브(36)는 각각의 챔버(32)의 저부에 작동적으로 접속된다. 이물질 제거밸브(36)는 낙하되는 이물질과 미립체의 접근과 제거가 용이한 것이며, 재연소버너 챔버(32)에 수집된다.As shown in FIG. 2, flue 30 includes a series of interconnected horizontally extending reburn burner chambers 32 and one or more vertically extending stacks 34. The bottom of the chamber 32 is conical and additionally operates to exit the chamber to a collection site as described below. A foreign matter removal valve 36 of the type known in the art is operatively connected to the bottom of each chamber 32. The foreign matter removal valve 36 is easy to access and remove the foreign matter and particulate falling, and is collected in the reburn burner chamber (32).
연도(30) 내에 고온 배기 스택가스는 폐기물 민감 에너지와 화학 에너지를 함유하는 로타리 노상 노(10)를 이탈함을 예견할 수 있다. 폐기물 민감 에너지는 가열 형태로 있으며, 화학에너지는 일산화탄소와 수소로 유기성 휘발 형태로 있다. 스택가스는 또한 미세한 산화금속 및/또는 탄소질 재료로 이루어진 미립체도 운반한다. 로타리 노상 노(10)로부터의 스택가스를 수용할 수 있는 표준 배기로 이루기 위해서는, 연소 공기 및/또는 산소를 공기관(38)을 경유하여 재연소버너 챔버(32)에 유입시키어, 로타리 노상 노로부터의 유기 휘발물인 다른 연소가스와 탄소질 미립자와 연소되게 한다. 다음, 스택가스 내에 소각되지 않은 미립체는 이물질 제거 밸브(36)를 통해 제거하기 위해서 하류 재연소버너 챔버(32)의 수집지대 내에 침전시킨다.It can be foreseen that the hot exhaust stack gas in the flue 30 leaves the rotary hearth furnace 10 containing waste sensitive and chemical energy. Waste sensitive energy is in the form of heating, and chemical energy is in the form of organic volatiles of carbon monoxide and hydrogen. Stack gas also carries particulates made of fine metal oxides and / or carbonaceous materials. In order to achieve a standard exhaust that can accommodate the stack gas from the rotary hearth furnace 10, combustion air and / or oxygen are introduced into the reburn burner chamber 32 via the air pipe 38, and from the rotary hearth furnace, And combustion with other combustion gases and carbonaceous particulates. The particulates that are not incinerated in the stack gas are then precipitated in the collection zone of the downstream reburn burner chamber 32 for removal through the debris removal valve 36.
상기 가스는 1800℉ 내지 2350℉ 범위에 온도로 로타리 노상 노(10)를 이탈하고, 연소공기 및/또는 산소의 화합 시에는 2500℉을 넘는 온도로 상승한다는 것으로 예견한다. 2500℉를 초과하는 온도는 산화질소의 형성에 유리하다. 따라서, 저 미립자 이동, 허용가능한 탄화수소 배기, 허용가능한 일산화탄소 배기 및 허용가능한 저 NOx배기가 용이하도록 재연소버너 챔버(32) 내에 연소온도를 제어할 필요가 있다. 재연소버너 챔버(32)의 온도는 질소의 산화가 산화질소를 형성하는 것을 방지하도록 약1800℉ 미만으로 재연소공정을 위해 제어를 받게 된다. 재연소버너 챔버(32)에 온도는 물분사 냉각(water spray quench)으로 제어된다. 물분사 냉각은 수분(water droplets)을 분무(噴霧)하여 재연소버너 챔버(32)와 연도(30) 내에 온도를 냉각하여서 연소 공기 및/또는 산소의 스트림에 수분을 주사하는 것이다. 양호한 실시예에서는 수분이 연도(30) 내에 복수 유체 노즐(40)에 의해 주사된다. 유체 노즐(40)은 스프레잉 시스템 회사제 프로 막스(Flo Max) 공기분무 노즐과 같이 적절한 노즐이다.It is foreseen that the gas leaves the rotary hearth furnace 10 at a temperature in the range of 1800 ° F to 2350 ° F and rises above 2500 ° F in the combination of combustion air and / or oxygen. Temperatures above 2500 ° F. are advantageous for the formation of nitric oxide. Therefore, there is a need to control the combustion temperature in the reburn burner chamber 32 to facilitate low particulate transport, acceptable hydrocarbon exhaust, acceptable carbon monoxide exhaust, and acceptable low NOx exhaust. The temperature of the reburn burner chamber 32 is controlled for the reburn process below about 1800 ° F. to prevent oxidation of nitrogen from forming nitrogen oxides. The temperature in the reburn burner chamber 32 is controlled by water spray quench. Water spray cooling involves spraying water droplets to cool the temperature in the reburn burner chamber 32 and the flue 30 to inject moisture into the stream of combustion air and / or oxygen. In a preferred embodiment, moisture is injected by the plurality of fluid nozzles 40 in the flue 30. The fluid nozzle 40 is a suitable nozzle, such as the Flo Max air spray nozzle from Spraying Systems Ltd.
일반적인 로타리 노상 노의 운영인 경우에는 버너(20)로부터의 연소가스와 공급재료를 처리하면서 생성되는 가스가 노의 적재구역(26) 근처에서 배기되어서 소비가스와 처리가스에 공급재료가 최대로 노출되도록 함을 예견할 수 있다. 그리고, 일반적인 로타리 노상 노에서 생성되는 배기가스와 가연성 부화 처리가스의 상당한 부분이 연도로 직접 흘러가 환원구역을 회피하는 성질이 있음이 발견되어져 있다.In the case of a typical rotary hearth furnace, the gas produced while treating the combustion gas and the feed material from the burner 20 is exhausted near the loading area 26 of the furnace, thereby maximally exposing the feed material to the consumed gas and the process gas. You can foresee it. In addition, it has been found that a significant portion of the exhaust gas and the combustible hatching gas generated in the general rotary hearth furnace flows directly into the flue to avoid the reduction zone.
본 발명의 다양한 면이 본 발명의 설명만을 목적으로 이루어진 다음의 예를 통해서 보다 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Various aspects of the present invention will be more clearly understood through the following examples, which are made for the purpose of describing the present invention only.
예Yes
로타리 노상 노는 2개 구역, 즉 예열구역(26)과 처리구역(24)으로 다시 분할된다. 로타리 노상 노의 처리구역(24)은 도1에 도시된 바와 같이 3개의 동일한 사분면(1,2,3)으로 다시 분할되어, 스택 가스 유동과 에너지 소비 시에 연도 위치의 영향을 수치로 나타낸다. 스택가스 흐름은 노로부터 방출되는 연소 및 처리가스 생성물의 계량 유량이다. 에너지 소비는 공급재료를 환원하는데 소요되는 계량 에너지이다.The rotary hearth furnace is subdivided into two zones, the preheating zone 26 and the treatment zone 24. The treatment zone 24 of the rotary hearth furnace is subdivided into three identical quadrants 1, 2 and 3, as shown in FIG. 1, to numerically indicate the effect of flue position on stack gas flow and energy consumption. Stack gas flow is the metered flow rate of combustion and process gas products from the furnace. Energy consumption is the metered energy required to reduce the feedstock.
예에서는, 약21중량% 저 휘발성 역청탄과 약79중량% 덩어리 저 실리카 적철광 원광을 포함하는 공급재료의 약105,032 lbs/hr. 이 로타리 노상 노에서 환원되는 것으로 나타난다. 로타리 노상 노는 노의 제3사분면 내에서 감소 기압을 유지하도록 약2 내지 3사이에 작용 CO/CO2비율과 약2350℉ 온도의 일정한 작용온도로 유지된다. 전체 사분면에 배급되는 연소공기는 노 안으로 유입되기에 앞서 약1200℉로 예열된다.In an example, about 105,032 lbs / hr of a feedstock comprising about 21 wt% low volatile bituminous coal and about 79 wt% agglomerated low silica hematite ore. It appears to be reduced in this rotary hearth furnace. The rotary hearth furnace is maintained at a constant operating temperature of about 2 to 3 ° F and a working CO / CO 2 ratio between about 2-3 to maintain a reduced barometric pressure within the third quadrant of the furnace. Combustion air distributed over the entire quadrant is preheated to about 1200 ° F prior to entering the furnace.
2350℉의 일정한 노 온도를 유지하도록 로타리 노상 노에 공급되는 천연가스 연료의 량은 제1,2,3사분면의 유출지대에 예열구역(26)의 유출지대와 충전구역의 유출구역이 배치될 때에 연도 위치의 함수로서 정해진다. 표2는 이러한 결과를 나타내었다.The amount of natural gas fuel supplied to the rotary hearth furnace to maintain a constant furnace temperature of 2350 ° F. is determined when the outlet zone of the preheating zone 26 and the filling zone of the charging zone are arranged in the outlet zones of the first, second and third quadrants. Determined as a function of year position. Table 2 shows these results.
표2Table 2
표2에 나타낸 바와 같이, 최대 천연가스 소요량은 연도가 제3사분면의 유출지대에 배치될 시에 발생한다. 또한, 최저 천연가스 소요량은 연도가 예열구역(26)의 유출지대에 배치될 시에 발생한다.As shown in Table 2, the maximum natural gas requirements arise when the year is placed in the outflow zone of the third quadrant. The minimum natural gas requirement also occurs when the flue is disposed in the outflow zone of the preheating zone 26.
로타리 노상 노로부터의 스택가스의 량은, 제1,2,3사분면과 예열구역(26)의 유출지대에 연도의 위치와 충전지대의 직 하류부(immediately downstream)의 위치의 함수로서 정해진다. 표3 내지 표5는 그 결과를 나타낸 표이다.The amount of stack gas from the rotary hearth furnace is determined as a function of the position of the year in the first, second and third quadrants and the outflow zone of the preheating zone 26 and the position of the immediate downstream of the filling zone. Tables 3 to 5 are tables showing the results.
표3Table 3
표4Table 4
표5Table 5
표5에 나타낸 바와 같이, 최대 스택가스의 유량비는 연도가 제3사분면의 유출지대에 위치할 때에 발생한다. 또한, 최저 스택가스의 유량비는 예열지대(26)의 유출지대에 위치할 때에 발생한다.As shown in Table 5, the flow rate ratio of the maximum stack gas occurs when the flue is located in the outflow zone of the third quadrant. In addition, the flow rate ratio of the lowest stack gas occurs when it is located in the outflow zone of the preheat zone 26.
석탄 휘발은 미약한 금속성을 가진 노의 예열구역(26)에서 방출되어, 저 CO/CO2비율로 연소된다. 제1 및 제2사분면에서는, CO/CO2비율이 공급재료에 환원철의 재산화를 제한하는데 보다 중요한 것이 된다. 제3사분면에서는, CO/CO2비율이 약1.5 내지 3.5 사이에 있어서 환원철의 재-산화를 억제한다. 제3사분면에서 생성된 CO와 다른 환원가스는 제1 및 제2사분면에서 연소되어 환원공정에 에너지를 제공한다. 공기가 노에 첨가되어 CO와 H2로 연소되어 스택가스의 량이 저하된다.Coal volatilization is released from the preheating zone 26 of the furnace with weak metallicity and burned at a low CO / CO 2 ratio. In the first and second quadrants, the CO / CO 2 ratio becomes more important to limit the reoxidation of reduced iron in the feedstock. In the third quadrant, the CO / CO 2 ratio is between about 1.5 and 3.5 to inhibit re-oxidation of the reduced iron. CO and other reducing gases produced in the third quadrant are combusted in the first and second quadrants to provide energy to the reduction process. Air is added to the furnace and burned with CO and H 2 to reduce the amount of stack gas.
본 발명의 공정의 다른 실시예에서는, 제3사분면용 예열 연소 공기에 95%순 산소가 첨가된다. 산소 내용물은 일반적으로 약21%에서 30%만큼으로 증가된다. 이러한 증가는 명목상 218에서 265BTU/ft3로 연료 가연성을 향상시키는 것이다.In another embodiment of the process of the invention, 95% pure oxygen is added to the preheated combustion air for the third quadrant. Oxygen content is generally increased by about 21% to 30%. This increase is nominally improving fuel flammability from 218 to 265 BTU / ft 3 .
본원에 기재된 실시예는 참고로서 기재된 것이기에 첨부 청구범위의 범위 내에서 다르게 실시될 수 있는 것임을 이해하여야 한다.It is to be understood that the embodiments described herein may be practiced differently within the scope of the appended claims since they are described by reference.
Claims (23)
Applications Claiming Priority (1)
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