KR20020088071A

KR20020088071A - 코오크 오븐의 미처리 가스 및 다른 오염된 가스의 가스분석을 위한 샘플링 장치 및 그 분석 방법

Info

Publication number: KR20020088071A
Application number: KR1020027010493A
Authority: KR
Inventors: 프랑크 로사; 베르너 크루크; 호르스트 슈뢰더
Original assignee: 도이체 몬탄 테크노로기 게엠베하
Priority date: 2000-03-13
Filing date: 2001-03-09
Publication date: 2002-11-25
Also published as: AU2001244200A1; WO2001069233A3; ZA200206180B; DE10011531A1; WO2001069233A2; JP2003527602A; EP1264175A2

Abstract

본 발명은 분석되어야 하는 가스가 전기 필터를 통해 공급되며, 특히 고체 및 타르와 같은 오염 물질이 상당수 포함된 가스, 특히 코우크 오븐 미처리 가스의 가스 분석을 위한 샘플링 장치에 관한 것이다. 또한 응축으로부터 보호되며, 특히 가열되는 샘플링 관(2)이 응축으로부터 보호되는, 특히 가열되는 전기 필터(3)와 결합되며, 흐름 방향을 기준으로 전기 필터(3) 후단에 가스 냉각기(7)가 배치되며, 샘플 가스가 이 냉각기에서 적어도 하나의 관을 통해 적어도 하나의 가스 분석기(9)에 공급될 수 있다.

Description

코오크 오븐의 미처리 가스 및 다른 오염된 가스의 가스 분석을 위한 샘플링 장치 및 그 분석 방법{SAMPLING DEVICE FOR GAS ANALYSES OF RAW COKE OVEN GASES AND OTHER CONTAMINATED GASES AND METHOD FOR ANALYSIS THEREOF}

석탄의 코킹(coking)시 코우크 오븐에서 발생하는 코우크 오븐 미처리 가스(raw coke oven gases)는 가스와 증기의 황갈색 혼합물이다. 여기에는 수분, 메탄, 불포화 탄화수소, 산화탄소, 질소, 암모니아, 황, 황화수소 및 타르가 포함되어 있다.

제철소나 발전소에서 코우크 오븐 미처리 가스를 연료 가스로 사용하거나 또는 가스관에 투입하기 위해서는 이런 가스를 특수한 코우크 오븐 미처리 가스 처리 시설에서 세정해야 한다. 코우크 오븐에서 발생하는, 수증기 포화성의 약 80 ℃ 온도의 코우크 오븐 미처리 가스는, 황화수소, 암모니아, 벤졸 및 나프탈린이 상당수 제거되기 전에, 우선 간접적으로 냉각되고 정전기적 방식에 따라 타르가 제거된다.

코우크 오븐 미처리 가스 내에는 입자형태 및 타르 함유성 구성 성분의 함량이 높으므로, 코우크 오븐에서 발생하는 수증기 포화성의 약 80 ℃ 온도의 코우크 오븐 미처리 가스를 온라인 운전 모드에서 가스 분석의 이행을 위해 연속적으로 샘플링하는 것이 불가능하다. 이런 이유로 인해 간접적 가스 냉각 과정 및 정전기적 타르 제거 과정을 거친 후에 냉각된 상태(약 20℃)에서 비로소 코우크 오븐 미처리 가스에 대한 연속적인 샘플링이 이루어진다. 하지만 이런 샘플링 방식의 경우 유지보수 비용이 매우 높다. 코우크 오븐 미처리 가스에 대한 연속적인 산소 함량 측정은 전기 필터의 출구에서 비로소 이루어질 수 있다. 따라서 가스 혼합물의 폭발 위험이 감지되는 경우 이 구간에서의 전기 필터 차단 시간은 매우 짧아야 한다. 전기 필터의 차단 시점은 일반적으로 코우크 오븐 미처리 가스 내의 한계 산소 함량이 2% 미만인 시점이다. 이로 인해 코우크 오븐 미처리 가스의 타르 제거 구간에서 불필요한 운전 중단이 야기된다.

본 발명은, 제1 청구항의 상위 개념에 따라서 특히 고체 및 타르와 같은 오염 물질이 다수 포함된 가스에 대한 가스 분석을 위한 샘플링 장치 및 이런 가스의 가스 분석을 위한 방법에 관한 것이다.

도 1은 샘플링 장치에 대한 도식적 도면.

도 2는 고체 측정 장치가 내장된 전기 필터를 나타낸 도면.

본 발명의 목적은, 적은 유지 보수비용으로 고체 및 타르와 같은 오염 물질이 상당수 포함된 가스의 연속적 샘플링 및 분석을 가능케 하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다. 바람직하게는 코우크 오븐 미처리 가스에 대한 정전기적 타르 제거 설비의 반응시간이 연장되어야 한다. 본 발명의 다른 목적은 이런 가스의 가스 분석을 위한 방법을 제공하는 것이다.

이 목적은 제1 청구항의 특징을 갖는 장치 및 제16 청구항의 특징을 갖는 방법에 의해 해결된다.

다른 실시예는 종속항에 기술되어 있다.

분석되어야 하는 샘플 가스는, 본 발명에 따라 샘플링 관 및 전기 필터 내에서 샘플링이 이루어지는 온도로 유지된다. 코우크 오븐 미처리 가스의 경우 일반적으로 이 온도는 약 80℃이다. 샘플링 광 및 전기 필터는 예를 들어 절연(isolation)을 통해 물이나 타르가 응축되지 않도록 보호되어야 하는데, 이런 응축 현상으로 인해 샘플링 관 및 전기 필터 내에서 점결(coaking)이 야기될 수 있다. 샘플링 시 샘플 가스의 온도에 해당하는 온도로 전기 필터 및 샘플링 관을 가열하는 것이 바람직하다.

전기 필터의 온도가 80℃일 때 다른 낮은 온도에서보다 현저히 높은 효율이 나타난다는 것이 시험을 통해 관찰되었다. 전기 필터가 가열된 경우에는 고체의 99.99%가 제거되었다. 바람직하게는 가스는 그 다음 과정에서 가열 가능한 면 필터(wool filter)로 공급된다. 이 면 필터에서는 아직 존재할 수 있는 입자가 유속의 저하 및 면의 여과 효과를 통해 분리된다. 그 다음 샘플 가스는 가열된 기체 포화기로 공급된다. 이 기체 포화기는 예를 들어 데칼린(decalin)과 같은 유기성 용매로 채워져 있다. 기체 포화기를 통과할 때 샘플 가스는 포화증기압에 상응하게 용매로 포화된다.

샘플 가스는, 샘플 가스에 포함된 나프탈린 및 수증기가 응축되는 간접 냉각기로 공급된다. 나프탈린은 포화기 내에서 수용되며, 마찬가지로 냉각기 내에서 응축되는 용매에 의해 용해되고 세척되므로, 나프탈린에 의해 냉각기가 막히는 현상은 발생되지 않는다. 나프탈린은 용매로 채워진 세척병(wash-bottle)을 통해서도 분리될 수 있다.

이렇게 세정된 샘플 가스는 이제 가스 펌프를 통해 온라인 분석 장치 및 병렬로 연결된 산소 측정 장치로 연속적으로 이송될 수 있다.

샘플링 위치에서 나타날 수 있는 부압(negative pressure)이 기체 포화기의 구간에 까지 영향을 미치는 경우가 샘플링 장치에서 발생할 수 있다. 따라서 본 발명의 다른 형태에서는 포함되어 있는 용매를 압력 변화 시 분리하는 용매 트랩(solvent trap)이 포화기 전단에 설치된다.

본 발명에 따른 샘플링 시스템은 잠금 체인(locking chain)을 통해 폭발로부터 보호된다. 부압 하에서 운전되는 샘플링 시스템 내에서 급격한 압력 상승이 일어날 경우 측정된 압력은 0 mm 수압 방향으로 움직일 것이다. 소위 PSA 스위치(Pressure Switch Alarm)를 통해 가스 펌프 및 전기 필터와 같은 장치의 전원이 차단되고 가열된 샘플링 관의 입구에서 솔레노이드 밸브가 닫혀, 미처리 가스 관으로의 연결이 차단된다.

산소 함량 측정 시 산소 함량이 4%를 상회하는 경우 잠금 체인도 자동으로 차단된다. 이외에도 경고 메시지(알람 램프 및 경보음) 및 차단 시그널이 샘플링 장치에서 예를 들어 코우크 오븐의 정전기적 타르 제거 장치와 같은 기술적 장치로 전달된다.

온라인 분석이 완료된 후에 샘플 가스는 다시 샘플링 가스관으로 환원된다.

본 발명에 따른 샘플링 시스템을 통해, 많은 양의 고체 및 타르로 오염된 가스의 연속적 샘플링이 가능하다. 코우크 오븐의 약 80℃로 가열된 가스 흐름 내에서 본 발명에 따른 샘플링 장치를 통한 샘플링으로 인해 설비 장치의 감시를 위해필요한 산소량 측정이 보장되므로, 코우크 오븐 미처리 가스의 샘플링 시 이런 연속적 샘플링으로 인해 운전 안전성이 상당히 개선된다.

이외에도 망판(sieve plate) 및 저울을 이용해 전기 필터 내에서 분리된 고체의 여과 및 무게 측정을 통해 연속적 고체 측정이 가능하다. 가스량 측정 시 샘플 가스의 고체 농도를 측정할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예의 경우 샘플링 장치가 운반 백 속에 배치될 수 있다. 운반 백은 가열이 가능하므로 전기 필터 및 포화기를 별도로 가열할 필요가 없다.

연속적 샘플링을 위해서는 전기 필터 뿐 아니라 냉각기에도 연속적 배출 시스템을 장착해야 한다.

예를 들어 쓰레기 소각, 기화 및 중유 연소 시 또는 석탄 연소 오븐, 용광로 가스에서와 같이 분진이 상당량 포함되어 있는 모든 가스에서 본 발명에 따른 샘플링 장치를 이용해 연속적 샘플링을 할 수 있다.

샘플 가스가 부압 하에 있을 경우에는 상황에 따라 가스 펌프를 사용하지 않을 수도 있다.

나프탈린이 포함되지 않은 가스인 경우에는 포화기를 사용하지 않을 수도 있다.

상술된, 및 청구된, 및 실시예를 통해 설명된, 및 본 발명에 따라 사용되는 부품은 크기, 형태, 재질 선택 및 기술적 컨셉에 있어 특정한 예외 조건을 갖지 않으므로, 각 적용 분야에서 이미 알려진 선택 기준이 제한 없이 적용될 수 있다.

본 발명의 대상에 대한 다른 세부 사항, 특징 및 이점은 샘플링 장치의 바람직한 실시예가 도시되어 있는 다음 도면을 통해 설명된다. 도면은 다음과 같다.

도1에서는, 여기에서는 도시되어 있지 않는 코우크 오븐의 코우크 오븐 미처리 가스관(1) 전단에 가열된 샘플링 관(2)이 분기되어 있으며, 이 샘플링 관은 미처리 가스의 에어로졸 형태의 오염물질을 분리하기 위해 가열된 전기 필터(3)와 결합되어 있다는 것을 알 수 있다. 전기 필터(3)는 고전압 발생기(4)에 의해 전원이 공급된다. 전기 필터(3)에는 연속적 배출 장치(3')가 장착되어 있다. 전기 필터(3) 후단에는 가열 가능한 면 필터(5)가 배치되어 있다. 그 다음 샘플 가스는 데칼린(6a)이 포함되어 있는 포화기(6)에 전달되는데, 이 포화기 전단에는 용매 트랩(6')이 설치되어 있다. 데칼린(6a)으로 포화된 샘플 가스는, 응축이 이루어지는 냉각기(7)로 전달된다. 냉각기(7)에는 배출 장치(7')가 연결장착되어 있다. 이렇게 처리된 샘플 가스는 가스 펌프(8)를 통해 산소 측정기(10)에 공급된다. 다른 관에는 다른 온라인 측정기(9)가 연결된다.

도2에는 고체 측정기가 내장된 전기 필터(11)가 도시되어 있다. 이 전기 필터(11)는, 음극의 기능을 하는 원통형의 외피(12)와 절연기(13')가 포함된 분사 와이어(spray wire)(13)로 구성된다. 원통형 외피(12)는 덮개(14)를 갖는다. 원통형 외피(12)의 하단부에는 배출구(17)가 포함된 원추(15)가 배치되어 있는데, 이 배출구는 차단 밸브(16)를 통해 차단될 수 있다. 샘플 가스는 가스 유입구(18)를 통해 유입되는데, 이 가스 유입구는 원추(15) 방향으로 개방되어 있다. 전기 필터(11)의 확산기(diffusor)로서 작용하는 원추(15)를 통해 유속이 감소되는데, 이로 인해 샘플 가스 내의 큰 입자들이 일차적으로 분리된다. 샘플 가스는 가스 배출구(19)를 통해 전기 필터(11)에서 배출되는데, 이 가스 배출구는 전기 필터(11)의 원통형 원추(15)의 상단 말단부에 배치되어 있다.

전기 필터(11)의 원추(15) 하단에는 수집 탱크(collecting tank)(20)가 배치되어 있다. 이 수집 탱크(20)는 전기 필터(11)로 분리되는 물질을 배출구(17)를 통해 수용한다. 이 수집 탱크(20)내의 물질은 차단 밸브(21)가 달린 배출 장치(22)를 통해 저울(25)이 달린 망판(24) 위로 배출된다. 이 배출 과정은 질소 공급기(23)를 통해 수집 탱크(20)로 공급되는 질소의 공급 하에 이루어진다. 전기 필터(11)에서는 샘플 가스와 함께 유입된 고체의 99.99%가 분리되므로, 샘플 가스의 고체 함량을 천칭을 통해 연속적으로 측정할 수 있다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1미처리 가스관

2 샘플링 관

3전기 필터

3'배출 장치

4고전압 발생기

5면 필터

6포화기

6a데칼린

6'용매 트랩

7냉각기

7'배출 장치

8가스 펌프

9온라인 측정기

10산소 측정기

11전기 필터

12외피

13분사 와이어

13'절연기

14덮개

15원추

16차단 밸브

17배출구

18가스 유입구

19가스 배출구

20수집 탱크

21차단 밸브

22배출 장치

23질소 공급기

24망판

25저울

Claims

분석되어야 하는 가스가 전기 필터를 통해 공급되며, 특히 고체 및 타르와 같은 오염 물질이 상당수 포함된 가스, 특히 코우크 오븐 미처리 가스의 가스 분석을 위한 샘플링 장치에 있어서,

응축으로부터 보호되며, 특히 가열되는 샘플링 관(2)이 응축으로부터 보호되는, 특히 가열되는 전기 필터(3)와 결합되며, 흐름 방향을 기준으로 전기 필터(3) 후단에 기체 포화기(6) 및 가스 냉각기(7)가 배치되며, 샘플 가스가 이 냉각기에서 적어도 하나의 관을 통해 적어도 하나의 온라인 측정기(9)에 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 코우크 오븐 미처리 가스 샘플링 장치.
제1항에 있어서, 상기 가스 냉각기(7) 후단에는 가스 펌프(8)가 배치되는 것을 특징으로 하는 코우크 오븐 미처리 가스 샘플링 장치.
제1항에 있어서, 상기 전기 필터(3) 후단에는 가열 가능한 면 필터(5)가 배치되는 것을 특징으로 하는 코우크 오븐 미처리 가스 샘플링 장치.
제1항에 있어서, 상기 기체 포화기(6) 전단에 용매 트랩(6')이 설치되는 것을 특징으로 하는 코우크 오븐 미처리 가스 샘플링 장치.
제4항에 있어서, 상기 기체 포화기(6)는 유기성 용매로 채워지는 것을 특징으로 하는 코우크 오븐 미처리 가스 샘플링 장치.
제5항에 있어서, 상기 기체 포화기(6)는 데칼린으로 채워지는 것을 특징으로 하는 코우크 오븐 미처리 가스 샘플링 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 필터(3)는 하단에 원추(15)를 갖는 것을 특징으로 하는 코우크 오븐 미처리 가스 샘플링 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 필터(3)는 하단에서 가스 유입구(18)를 가지며 상단에서 가스 배출구(19)를 갖는 것을 특징으로 하는 코우크 오븐 미처리 가스 샘플링 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 유입구(18)는 원추(15) 방향으로 개방되는 것을 특징으로 하는 코우크 오븐 미처리 가스 샘플링 장치.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 잠금 체인에는 전기 필터(3) 및 가스 펌프(7)의 전원 차단 및 샘플링 관(2)의 잠금을 위한 산소 측정기(10)가 포함되는 것을 특징으로 하는 코우크 오븐 미처리 가스 샘플링 장치.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 잠금 체인에는 전기 필터(3) 및 가스 펌프(7)의 전원 차단 및 샘플링 관(2)의 잠금을 위한 압력 측정기가 포함되는 것을 특징으로 하는 코우크 오븐 미처리 가스 샘플링 장치.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 필터(3)의 배출구(17)는 고체의 양의 측정을 위한 저울(25)이 포함된 망판(24)과 연결되는 것을 특징으로 하는 코우크 오븐 미처리 가스 샘플링 장치.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 샘플링 장치는 히터가 포함된 운반 백 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 코우크 오븐 미처리 가스 샘플링 장치.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 필터(3) 및 냉각기(7)에는 연속적 배출 장치(3', 7')가 장착되는 것을 특징으로 하는 코우크 오븐 미처리 가스 샘플링 장치.
분석되어야 하는 가스가 전기 필터를 통해 공급되며, 특히 고체 및 타르와 같은 오염 물질이 포함된 가스, 특히 코우크 오븐 미처리 가스의 가스 분석을 위한 방법에 있어서,

분석되어야 하는 가스 내에 포함되어 있는 에어로졸 형태의 오염 물질이, 분석되어야 하는 가스의 온도와 거의 동일한 온도에서 전기 필터를 통해 우선 분리되며, 그 다음 이로서 일차 세정된 가스가 기체 포화기(6) 및 가스 냉각기(7)를 통과하며, 일반적인 가스 분석 온도, 특히 주위 온도로 냉각되고 그 다음 이런 방식으로 얻어진, 일차 세정되고 냉각된 가스에서 가스 분석이 이루어지는 것을 특징으로 하는 코우크 오븐 미처리 가스 분석방법.
제15항에 있어서, 상기 가스가 기체 포화기(6) 전단에서 용매 트랩(6')을 통과하는 것을 특징으로 하는 코우크 오븐 미처리 가스 분석방법