KR20110091483A

KR20110091483A - 저등급 연료의 연소 방법

Info

Publication number: KR20110091483A
Application number: KR1020110010286A
Authority: KR
Inventors: 토마스 에크만; 안데어스 루그넷; 올라 리첸
Original assignee: 린데 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2010-02-05
Filing date: 2011-02-01
Publication date: 2011-08-11
Also published as: EP2354655B1; RU2558175C2; EP2354655A3; PL2354655T3; UA106473C2; US9004910B2; RU2011104051A; AU2011200177B2; SE533731C2; SE1050114A1; AU2011200177A1; CN102147110B; ES2564988T3; CN102147110A; EP2354655A2; US20110195366A1; KR101751069B1

Abstract

본 발명에 따르면, 기존의 공기 버너(1)를 사용하는 연료의 연소 방법으로서, 상기 공기 버너(1)는 연료를 위한 제1 공급구(5)와 공기를 위한 제2 공급구(7)를 포함하며, 이들 공급구(5, 7)는 연소 구역(3)으로 개구되는 것인 연료의 연소 방법이 제공된다.
본 발명은, LHV(Lower heating Value)가 7.5 MJ/Nm³ 미만인 가스상 연료가 제2 공급구(7)를 통해 공급되며, 적어도 85 중량%의 산소를 포함하는 산화제가 또한 산화제를 위한 공급 디바이스를 통해 연소 구역(3)에 공급되고, 연소 구역(3)에서 산화제를 사용하여 가스상 연료가 연소되도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

저등급 연료의 연소 방법{METHOD FOR COMBUSTION OF A LOW-GRADE FUEL}

본 발명은 노(爐) 내에서의 연료의 연소 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 저등급 연료의 연소 방법에 관한 것이다.

강 및 다른 금속을 생산하기 위해 산업용 노가 사용되는 플랜트에서는, 다양한 가스상 저등급 연료가 종종 부산물로서 생성된다. 일례로는 소위 강의 생산에 사용되는 용광로로부터 나오는 노정 가스(top gas)가 있다. 다른 예로는 컨버터 오프가스(off-gas)가 있다. 그러한 저등급 연료는 통상적으로, 예컨대 다양한 탄화수소, 질소, 산소, 수소, 일산화탄소, 이산화탄소 및 수증기를 포함하는 화합물의 혼합물로 이루어진다. 그러한 저등급 연료에서의 종종 제한되는 에너지 밀도로 인해, 저등급 연료는 통상적으로 가열과 같은 저온 공정을 위해 또는 발전소에서 사용된다. 대안으로서, 저등급 연료는 에너지 밀도가 높은 연료와 혼합될 수 있다.

상기 저등급 연료는 종종, 예컨대 제철소에서 다량으로 생산되고, 이에 따라 비교적 저가이기 때문에, 통상적으로 고등급 연료가 요구되는 고온 공정에서 보다 많은 양의 저등급 연료를 사용할 수 있는 것이 바람직하다. 오늘 날, 저등급 연료는 종종 연소되고 대기로 빠져나가기 때문에 사용되지 않는다.

본 발명은 전술한 문제점들을 해결하고자 한다.

따라서, 본 발명은, 기존의 공기 버너를 사용하는 연료의 연소 방법으로서, 상기 공기 버너는 연료를 위한 제1 공급구와 공기를 위한 제2 공급구를 포함하고, 상기 제1 공급구와 제2 공급구는 연소 구역으로 개구되는 것인 연료의 연소 방법에 있어서, LHV(Lower Heating Value)가 7.5 MJ/Nm³ 미만인 가스상 연료가 제2 공급구를 통해 공급되며, 적어도 85 중량%의 산소를 포함하는 산화제가 또한 산화제를 위한 공급 디바이스를 통해 연소 구역에 공급되고, 연소 구역에서 산화제를 사용하여 가스상 연료가 연소되도록 하는 것을 특징으로 하는 연료의 연소 방법에 관한 것이다.

아래에서는, 본 발명에 관한 예시적인 실시예와 첨부 도면을 참고로 하여 본 발명을 상세히 설명하겠다.

본 발명에 따르면, 저등급 연료가 종종 연소되고 대기로 빠져나가기 때문에 저등급 연료를 사용할 수 없었던 종래 기술의 문제점을 해결하여, 통상적으로 고등급 연료가 요구되는 고온 공정에서 보다 많은 양의 저가의 저등급 연료를 사용할 수 있도록 하는 연료의 연소 방법이 제공된다.

도 1은 본 발명에 따른 방법과 함께 사용되는 공기 버너의 개략도이고,
도 2는 동일한 제철소에 배치되는 산업용 노와 용광로의 개략도이다.

이에 따라, 도 1은 이와 같은 그러한 종래의 공기 버너(1)로서, 통상의 공정 중에 산업용 노를 가열하는 데 사용되는 공기 버너(1)를 예시한다. 공기 버너(1)는 산업용 노의 노 벽(2)에 설치된다. 공기 버너(1)는 통상의 공정 중에 연소 구역(3)에서 공기인 산화제를 사용하여 연료를 연소하도록 구성된다. 상기 통상의 공정 중에, 연료는 공기 버너(1)에 의해 공급관(4)을 통과하도록 공급되고, 연료를 위한 공급구(5)를 통해 연소 구역(3)에 공급된다. 공기는 대응하는 방식으로 별도의 공급관(6)과 공기를 위한 별도의 공급구(7)를 통해 공급된다.

공기 버너(1)는 다른 방식으로 구성될 수도 있으며, 이러한 다른 방식의 구성은 연료를 위한 하나 이상의 공급구를 구비하고 공기를 위한 하나 이상의 공급구를 구비하는 것과 같은 것으로서, 그 자체로서 통상적인 것이다. 통상의 공정을 위해 사용되는 연료는 액체 연료 또는 가스상 연료이다. 종래의 연료는 액화 석유 가스, 천연 가스 또는 코크스로 가스(coke-oven gas)와 같은 고등급 연료 또는 중간 등급 연료이다.

본 발명에 따르면, 공기 버너(1)는 종래의 고등급 연료 또는 중간 등급 연료로 작동되는 것이 아니라, 대신에 용광로로부터 나온 노정 가스와 같은 가스상 저등급 연료를 사용하여 작동된다.

표 1은 한편으로는 코크스노 가스와 같은 중간 등급 연료와 다른 한편으로는 용광로로부터 나온 노정 가스와 오프가스와 같은 저등급 연료의 다양한 성분의 통상적인 함량을 비교한 것이다. 모든 값들은 체적%로서 주어진다.

	N₂	O₂	H₂	CO	CO₂	CH₄	C_mH_n	H₂O
코크스노 가스	3.5	0.55	60	7.5	2.35	23.5	2.4	0.2
노정 가스	52.5	0.55	2.3	23.5	20	-	-	1.15
오프가스	17.2	0.1	2.5	64.5	15.6	-	-	0.1

표 2는 코크스노 가스, 용광로로부터 나온 노정 가스 및 컨버터 오프가스에 대한 LHV들을 비교한 것이다.

	LHV(MJ/Nm³)	LHV(MJ/kg)
코크스노 가스	17.9	8.2
노정 가스	3.2	4.3
오프가스	7.5	10.4

본 발명에 따르면, 종래의 공기 버너(1)는, LHV가 7.5 MJ/Nm³ 이하인 가스상 연료로 구동된다. 연료는, 혼합물의 LHV가 7.5 MJ/Nm³를 초과하지 않는 한, 보다 고등급의 다른 연료로 이루어진 소정 혼합물을 포함할 수 있다. 그러나, 비용상의 이유로, 연소 이전에 고등급 연료를 혼합하지 않는 것이 바람직하다.

종래에 사용된 연료에 비해 낮은 연료의 발열량을 보상하기 위해, 종래의 공기 버너(1)는 산화제인 공기로 구동되는 것이 아니라, 공기보다 높은 산소 함량을 갖는 산화제로 구동된다. 바람직하게는, 산화제는 적어도 85 중량%의 산소, 가장 바람직하게는 적어도 95 중량%의 산소를 포함한다.

상기 산화제를 사용하여 가스상 저등급 연료를 연소시킴으로써, 대응하는 연소 파워에서, 고등급 연료의 종래의 연소 중에 생성되는 것과 기본적으로 상응하는 화염 온도 및 연도 가스를 얻을 수 있다. 이에 의해, 용광로로부터 나오는 노정 가스 유형의 저가의 저등급 연료를 사용하여 산업용 노를 가열하는 동안, 적절한 공정 결과를 얻을 수 있다. 특히 노정 가스의 경우에는 단위 시간당 연료 공급량은 기본적으로 공기 버너의 통상의 공정 중의 공기 공급량에 상응하도록 하는 것이 바람직하다. 즉, 어떠한 예정된 연소 파워에서 단위 시간당 공급되는 저등급 연료의 부피량은 동일한 연소 파워에 있어서의 공기 버너의 통상의 공정 중의 공기의 부피량의 0.5 내지 2.0배인 것이 바람직하며, 이러한 공기의 부피량의 0.5 내지 1.5배인 것이 더욱 바람직하다. 어떠한 예정된 연소 파워에서 단위 시간당 공급되는 저등급 연료의 양은 동일한 연소 파워에 있어서 공기 버너의 통상의 공정 중에 공급되는 공기의 양의 ± 10 체적%의 양과 동일하다.

본 발명에 따르면, 저등급 연료는 공기를 위한 종래의 공급구(7)를 통해 연소 구역(3)에 공급된다. 또한, 비록 필수적인 것은 아니지만, 공급구(7)로의 공급은 공기를 위한 기존의 공급관(6)을 통해 이루어지는 것이 바람직하다. 단위 파워당 저등급 연료의 체적 유량은 종래의 고등급 연료의 연소 동안의 단위 파워당 공기 유동의 체적 유량에 비교적 근접하기 때문에, 공기를 위한 종래의 공급관(6)과 종래의 공급구(들)(7)는 임의의 주요한 변경 없이, 가능하다면 변경이 전혀 없이 사용될 수 있다. 이로 인해, 종래의 공기 버너(1)가, 비용이 많이 드는 임의의 설치 작업을 요구하는 변경 없이 종래의 고등급 연료 대신에 저가의 저등급 연료를 사용하는 공정에 대해 전환될 수 있다.

더욱이, 이로 인해, 다양한 유형의 연료에 대한 접근도에 따라 유연한 공정이 가능해진다.

산화제는 또한 연소 구역(3)으로 공급되고, 저등급 연료는 연소 구역 내에 있는 산화제와 함께 연소된다.

제1 바람직한 실시예에 따르면, 산화제는 연료를 위한 기존의 공급구(5)를 통해, 바람직하게는 연료를 위한 기존의 공급관(4)을 통해 공급된다.

제2 바람직한 실시예에 따르면, 산화제는, 공급구가 연료를 위한 기존의 공급구(5)와 공기를 위한 기존의 공급구(7) 양자로부터 소정 거리에 배치되는 추가의 공급 디바이스(8)를 통해 연소 구역(3)에 공급된다. 이로 인해, 연소 구역(3)에 산화제를 공급하기 위한 다수의 상이한 주입 지점을 배치함으로써 하나의 동일한 기존의 공기 버너가 정상 화염 연소나 무화염 연소를 이룰 수 있도록 고정될 수 있다는 장점이 형성된다.

제3 바람직한 실시예에 따르면, 산화제는 부분적으로 연료를 위한 기존의 공급구(5)를 통해 공급되고, 공급 디바이스(8)를 통한 추가의 공급에 의해 연소 구역(3)에서 이루어지는 소정의 화학량적인 조건을 위해 충분히 많은 정도로 보충된다.

산화제는 산화제를 공급하도록 되어 있는 랜스(lance)를 통해 공급되는 것이 바람직하다. 상기 랜스는, 예컨대 연료를 위한 기존의 공급관(4) 내부에서 연장되고 연료를 위한 기존의 공급구(5)에 근접한 위치에서 개구되도록 구성될 수 있다. 대안으로서 또는 추가로, 추가 배치되는 공급 디바이스(8)는 상기 랜스를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 공기 버너(1)의 작동의 초기 부스팅 단계에서 고등급 연료 또는 중간 등급 연료가 연소 구역(3)에 주입되고, 저등급 연료와 산화제 간의 연소 반응이 개시되도록 하기 위해 이 연소 구역에서 고등급 연료 또는 저등급 연료가 점화되는 것이 바람직하다. 상기 주입은 기존의 공기 버너(1)를 통해, 예컨대 공기를 위한 기존의 공급구(7) 또는 연료를 위한 기존의 공급구(5)를 통해 실시될 수 있다.

공기 버너(1)가 공급구(7)를 통해 공급되는 연소 공기를 예열함으로써 열에너지를 회수하기 위해, 그 자체로 공지되어 있는 복열 장치(도시하지 않음)를 포함하는 경우에는 본 발명에 따른 공정 중에 복열 장치가 공급되는 저등급 연료의 스트림에 접속되어, 연료를 예열하는 것이 또한 바람직하다. 이로 인해, 비용을 발생시키는 추가의 설비 없이 보다 양호한 연소의 효율적인 사용이 이루어진다.

도 2에는 종래의 공기 버너(1)의 사용에 의해 가열되는 산업용 노(14)가 개략적으로 예시되어 있다. 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 공정 중에, 산소 함량이 높은 산화제가 도관(13)을 통해 산화제 공급 디바이스(12)로부터 공기 버너(1)로 공급되고, 공기 버너에서 전술한 바와 같은 연소 구역으로 공급된다. 연료는, 다른 도관(11)을 통해 용광로(10)로부터 공기 버너(1)로 안내된다. 용광로(10)로부터 안내되는 연료는 용광로(10)의 작동 중에 생성되는 노정 가스로 이루어진다. 가능하다면, 이러한 노정 가스는 추가의 가스상 연료, 바람직하게는 하나 또는 다수의 저등급 연료와 혼합된다. 공기 버너(1)로부터 공급되는 연소 에너지의 적어도 절반은 용광로로부터 나온 노정 가스로부터 비롯된다.

또한, 공기 버너(1)에서 연소되는 저등급 연료(들)의 적어도 절반 또는 보다 바람직하게는 이러한 저등급 연료(들)의 전부는, 내부에 공기 버너(1)가 설치되어 작동되는 것과 동일한 산업용 플랜트에 배치되는 장비의 작동시에 생성되었고, 이에 따라 이러한 장비의 작동으로부터 비롯된다. 연료는 공기 버너(1)와 같은, 동일한 산업용 플랜트에 배치되는 용광로(10)의 작동으로부터 발생되는 노정 가스로 이루어지는 것이 특히 바람직하다.

상기 방법으로 인해, 동일한 플랜트 내에서 에너지 회수가 일어날 수 있지만, 또한 상기 플랜트에 대한 총 작동비가 낮게 유지될 수 있고, 비용이 많이 드는 운송에 대한 필요성을 줄일 수 있다.

공기 버너(1)는 산업용 노(14)를 500 ℃가 넘는 온도, 보다 바람직하게는 700 ℃가 넘는 온도, 가장 바람직하게는 800 ℃가 넘는 온도로 가열하도록 작동되는 것이 바람직하다. 또한, 산업용 노(14)는 금속, 바람직하게는 강의 생산 또는 처리를 위한 다수의 단계들 중 하나의 단계로서 작동되는 것이 바람직하다. 산업용 노(14)는 워킹빔형 노(walking beam furnace), 어닐링 라인 또는 래들(ladle)의 예가열을 위한 단계에서 구성될 수 있다.

위에서는, 바람직한 실시예를 설명하였다. 그러나, 본 발명의 사상으로부터 벗어나는 일 없이 전술한 실시예를 다수의 방식으로 수정할 수 있다는 것이 당업자에게 명백하다.

예컨대, 가스상 저등급 연료를 생성하는 용광로와 동일한 종류의 다수의 상이한 유형의 유닛이 하나 또는 다수의 종래의 공기 버너에 연결될 수 있다.

따라서, 본 발명은 전술한 실시예로 제한되는 것이 아니라, 첨부된 청구 범위의 범주 내에서 변경될 수 있다.

1 : 공기 비너
2 : 노 벽
3 : 연소 구역
5 : 연료를 위한 공급구
7 : 공기를 위한 공급구
10 : 용광로
14 : 산업용 노

Claims

기존의 공기 버너(1)를 사용하는 연료의 연소 방법으로서, 상기 공기 버너(1)는 연료를 위한 제1 공급구(5)와 공기를 위한 제2 공급구(7)를 포함하고, 이들 제1 공급구(5)와 제2 공급구(7)는 연소 구역(3)으로 개구되는 것인 연료의 연소 방법에 있어서,
LHV(Lower Heating Value)가 7.5 MJ/Nm³ 미만인 가스상 연료가 제2 공급구(7)를 통해 공급되며, 적어도 85 중량%의 산소를 포함하는 산화제가 또한 산화제를 위한 공급 디바이스를 통해 연소 구역(3)에 공급되고, 연소 구역(3)에서 산화제를 사용하여 가스상 연료가 연소되도록 하는 것을 특징하는 연료의 연소 방법.
제1항에 있어서, 산화제를 위한 상기 공급 디바이스는 산화제를 공급하도록 되어 있는 랜스(lance)를 포함하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 연료의 연소 방법.
제2항에 있어서, 상기 랜스는 공기 버너(1)에 있는 기존의 제1 공급구(5) 및 제2 공급구(7) 양자로부터 소정 거리에 배치되고, 상기 산화제는 전체적으로 또는 부분적으로 랜스를 통해 공급되는 것을 특징으로 하는 연료의 연소 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 산화제를 위한 상기 공급 디바이스는, 산화제가 전체적으로 또는 부분적으로 공기 버너(1)에 있는 연료를 위한 기존의 제1 공급구(5)를 통해 공급되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 연료의 연소 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산화제와 저등급 연료 간의 연소 반응이 산업용 노(爐)(14)를 가열하도록 하는 것을 특징으로 하는 연료의 연소 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 소정의 예정된 파워에서 단위 시간당 연료 공급량은 공기 버너(1)의 통상의 작동 중에 단위 시간당 공기 공급량에 상응하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 연료의 연소 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 초기 단계에서, 고등급 연료 또는 중간 등급 연료가 공기 버너(1)를 통해 유입되고, 저등급 연료의 연소가 개시되도록 연소 구역(3)에서 연소되는 것을 특징으로 하는 연료의 연소 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 연료의 적어도 절반은 용광로(10)로부터 나오는 노정 가스로 구성되는 것을 특징으로 하는 연료의 연소 방법.
제8항에 있어서, 연도 가스가, 공기 버너(1)와 동일한 산업용 노에 배치되는 용광노(10)의 작동으로부터 발생되도록 하는 것을 특징으로 하는 연료의 연소 방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 공기 버너(1)의 정상 작동 중에 연소 가스를 예열하는 데 사용되는 기존의 복열 장치가, 대신에 연료를 예열하는 데 사용되는 것을 특징으로 하는 연료의 연소 방법.