KR20120028863A - 연도 가스 재순환을 포함한 코킹 설비 - Google Patents
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Abstract
비 회수 방법 또는 열 회수 방법에 따라 다수의 노를 구비한 코킹 설비의 소각 특성을 균질하게 하고 열 NOx 방출을 줄이기 위한 방법 및 장치가 제공되며, 상기 장치는 문 및 측벽에 의해 한정되며 석탄 공급 또는 압축된 석탄 케이크를 위한 노 공간 및 상기 장치의 상부에 위치한 빈 공간, 상기 빈 공간으로부터의 연도 가스를 위한 제거 장치들, 빈 공간안으로 신선 공기를 공급하기 위한 장치들을 각각 포함하고, 연도 가스 또는 2차 공급 공기를 가이드하기 위한 솔 플류들로 이루어지며 적어도 부분적으로 노 공간 하부의 바닥에 통합된 시스템을 더 포함하며, 이때 노에서 생성된 연도 가스는 노의 연소 공정에서 개구부 또는 채널을 경유하여 부분적으로 노 공간안으로 회귀한다.
Description
본 발명은 석탄으로부터 코크스를 제조하기 위한 비 회수 공정(non-recovery process) 또는 열 회수 공정(heat-recovery process)에 따른 코킹 설비에 관한 것이다. 이하에서 NR/HR로 통칭하는 비 회수 공정 또는 열 회수 공정에 따른 코킹 설비의 경제성에 있어서는 높은 처리율이 특히 중요하다. 이는 무엇보다도, 상기 기술에서는 연소 가스 방출의 영향력이 근소하여 종래의 수평 챔버 기술에 비해 항상 더 연장된 구동 시간, 즉 더 낮은 경제성을 책정해야 하기 때문이다. 이러한 코킹 기술의 속도는, 공기가 복수 개의 스테이지에서 공정에 균일하게 공급되고 그로 인하여 연소가 최적화됨으로써만 영향을 받을 수 있다.
최근 수년간 상부노(upper furnace) 및 하부노에서 1차- 및 2차 공기 공급을 균질화하고, 그로 인하여 상부 및 하부로부터 석탄-/코크스 장입물(charge)의 표면 가열을 보장하는 다수의 개선 방법이 제시되었다. 이를 통해, 석탄 장입물의 완전한 코킹을 위해 필요한 구동 시간이 단축될 수 있고 경제성이 증가할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 현재의 해결 방법은 표면 가열에 근접할 뿐인데, 상부 노에서의 1차 공기 및 하부 노에서의 2차 공기는, 항상, 각각 노 밑면을 거쳐 공급될 수 있기 때문이다.
하부 노에서의 내화 구조물(refractory structure)을 위한 예는 도 1에 소개되어 있다. 상부 노의 연소 챔버에서 형성된 미가공가스-/연도 가스(flue gas) 혼합물은 각각의 노 마다 2개 내지 20개의 다운코너 채널들(downcorner channels)을 통해 하부노의 솔 플류들(sole flues)에 공급된다. 이 곳에서, 연소 공기가 첨가되면서 완전한 연소가 일어난다. 이 곳에서 생성된 열은 석탄 장입물을 하부로부터 코크스 제조하는 데 이용됨으로써, 구동 시간이 짧아지고 노의 성능이 높게 보장된다. 하부 노에서는 전방측의 개구부들을 경유하여 소위 2차 공기가 흡인되고, 상기 2차 공기는 분기된 수직 채널 시스템을 경유하여 가연성 가스의 2차 연소를 위한 고유의 솔 플류 가열 경로들에 제공된다. 이때, 솔 플류들에 다수의 짧은 개별 불꽃이 생성된다. 이러한 솔 플류 가열 경로들에서 생성된 열은 수직으로 노 저부(furnace bottom)를 통한 열 전도 공정에 의해 석탄의 코킹을 위한 석탄 장입물에 공급된다. 도면으로부터, 하부노의 다중 채널 구조는 2차 공기 단계의 수를 늘려 2차 연소의 효율을 향상시킬 수 있는 가능성을 거의 제공하지 않는다는 것을 알 수 있다. 또한, 이러한 해결 방법은 보정 공정에 있어 비 허용 수준으로 높은 공정기술적 다중 소모를 초래한다.
또한, 환경 친화적인 노의 구동의 견지에서, 산업 설비의 질산화물(NOx)-방출을 가능한 한 많이 줄이는 것이 필요하다. 질산화물은 예를 들면 석탄과 같은 화석 연료의 연소 공정에서 연소 공기의 분자 질소(molecular nitrogen) 및 연료내에서 화학적으로 결합된 질소의 부분적 산화에 의해 불꽃 및 주변의 고온 구간에서 발생한다. NOx-주성분으로서 열에 의해 형성된 NO는 1300℃를 초과한 온도에서 분자 산소에 의한 산화로 인한 불꽃에서 분자 질소 N2로부터 생성된다. NR/HR-노에서 온도는 약 1450℃까지 발생할 수 있으므로, 열에 의한 상기 NO 형성 및 그로 인한 환경 부하를 줄이기 위한 기술적 노력이 필요하다. 이하의 도면에서는 요약적으로 NO 감소의 가장 중요한 이론적 가능성을 상술한다:
- 적은 전체 공기수
- 공기 다단화(air staging)
- NH3-주입
- 증기 주입/물 주입
- 연도 가스 재순환
본 발명의 목적은 연도 가스 재순환을 포함한 코킹 설비를 제공하는 것에 있다.
상기 제시한 문제를 효율적 및 공통적으로 해결하기 위해, NR/HR 노의 연소 챔버에서 연도 가스 재순환의 공정 기술적 처리법이 제안된다. 이때 한편으로는 하부노의 솔 플류 시스템내에서 내부 연도 가스 재순환이 응용될 수 있다. 연도 가스 부분 스트림은 직접적으로 상기 스트림이 최종적으로 상기 노로부터 배기되기 직전에 솔 플류내에서 분기되고 채널 시스템 또는 하나 이상의 개구부를 거쳐 상향흐름(upstream)으로 솔 플류로 되돌아간다. 상향 흐름 및 하향 흐름에 위치한 솔 플류 사이의 압력차가 연도 가스 재순환을 위한 동력을 형성하고, 상기 압력차는 상향 흐름에 위치한 플류안으로의 회귀를 야기한다. 압력차는 상향 흐름에 위치한 솔 플류에서 더 높은 연도 가스 온도 및 그로 인한 더 낮은 밀도로부터 기인한다.
이러한 처리법에 의해 2차 연소가 지연되고, 솔 플류내에서 개별 불꽃이 길어지며, 소각 특성의 균질화 및 하부노에서의 열 분리가 필요해진다. 또한, 이러한 처리법에 의해 하부노의 솔 플류 가열 경로들내에서 산소 부분압이 감소하고, 따라서 열에 의해 형성된 NOx 연도 가스 비율이 줄어든다. 이러한 점은, 연도 가스가 섞이면서 매질의 온도 및 솔 플류내에서 열에 의한 NO형성이 감소한다는 점에 기인한다.
그러나, 연도 가스가, 우선, 이후의 유동 경로에서, 즉 외부에서 노의 채널 시스템으로부터 추출되고 노 챔버의 송풍구(fan)를 거쳐 다운코너들 또는 하부노의 솔 플류 시스템에서 되돌아갈 수 있다. 중간에 연결된 공정기술적인 준비 스테이지에서, 연도 가스로부터 부가적인 환경이나 공정을 저하시키는 성분들은 상기 성분이 노안으로 되돌아가기 전에 제거될 수 있다.
본 발명은 특허청구범위에 기술된 특징을 이용하여 상기 과제를 해결한다. 본 발명은 도 1 내지 도 5에서 더 상세히 설명된다.
도 1은 나란히 배치된 2개의 코크스로들(coke ovens)로 이루어진 하부 시스템(bottom system) 및 가스 스트림을 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 종래 기술에 따른 솔 플류들에서 스트림 가이드 및 불꽃 형성을 이에 상응하는 본 발명과 비교하여 도시한다.
도 3은 나란히 배치된 2개의 코크스로들로 이루어진 하부 시스템을 다른 평면도로 도시한다.
도 4는 나란히 배치된 2개의 코크스로들로 이루어진 하부 시스템을 다른 평면도로 도시한다.
도 5는 나란히 배치된 2개의 코크스로들로 이루어진 하부 시스템을 다른 전면도로 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 종래 기술에 따른 솔 플류들에서 스트림 가이드 및 불꽃 형성을 이에 상응하는 본 발명과 비교하여 도시한다.
도 3은 나란히 배치된 2개의 코크스로들로 이루어진 하부 시스템을 다른 평면도로 도시한다.
도 4는 나란히 배치된 2개의 코크스로들로 이루어진 하부 시스템을 다른 평면도로 도시한다.
도 5는 나란히 배치된 2개의 코크스로들로 이루어진 하부 시스템을 다른 전면도로 도시한다.
도 1은 나란히 배치된 2개의 NR/HR-노(1, 2), 2차 공기 유입부(3), 2차 공기 배출부(4), 다운코너들(5)을 평면도 및 전면도로 도시한다. 또한, 바닥에 통합된 2차 공기 채널(6)뿐만 아니라 연도 가스 채널(7), 내부 솔 플류(8) 및 외부 솔 플류(9)를 확인할 수 있다.
도 2a는 종래 기술에 따른 솔 플류내들에서 스트림 가이드 및 불꽃 형성을 도시한다. 이때, 상부노의 미가공 가스-연도 가스 혼합물은 다운코너들(5)로부터 나와서, 솔 플류(8, 9)에서의 2차 공기 배출구(13)로부터의 공기와 함께 불꽃(11, 12)을 내며 연소한다.
이에 대한 비교에 있어서, 도 2b에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 방법 및 그에 상응하는 장치에는 개별 순환 흐름 개구부들(10)이 제공되며, 상기 개구부들은 연도 가스의 역류를 가능하게 함으로써, 불꽃(11, 12)의 기하학적 형상이 개선되고, 유해 물질 형성과 관련하여 본 발명에 따른 이점을 발생한다.
도 3에서는 하부노의 내부 연도 가스 재순환을 발생시키기 위한 개별 개구부(10)를 포함한 솔 플류의 기하학적 형상에 관한 예를 확인할 수 있다.
도 4에서는 하부노의 내부 연도 가스 재순환을 발생시키기 위한 2개의 개별 개구부들(10)을 포함한 솔 플류의 기하학적 형상에 관한 예를 확인할 수 있다.
도 5에서는 회귀를 위한 각각의 송풍구들(14)이 제공된 외부 연도 가스 회귀 가능성에 관한 2개의 예를 확인할 수 있다.
Claims (14)
- 비 회수 공정 또는 열 회수 공정에 따라 다수의 노들(ovens)을 포함한 코킹 설비의 열적 NOx 방출을 줄이고 소각 특성을 균질화하기 위한 방법으로, 상기 노들은 각각, 문 및 측벽에 의해 한정되며 석탄 벌크(coal bulk) 또는 압축된 석탄 케이크(coal cake)를 위한 노 공간 및 상기 설비의 상부에 위치한 빈 공간, 상기 빈 공간으로부터의 연도 가스를 위한 제거 장치들, 상기 빈 공간안으로 신선 공기를 공급하기 위한 장치들을 포함하고, 연도 가스 또는 2차 공급 공기를 가이드하기 위한 솔 플류들로 이루어지며 적어도 부분적으로 노 공간 하부의 바닥에 통합된 시스템을 더 포함하는 방법에 있어서,
상기 노에서 생성된 연도 가스는 노의 연소 공정에서 개구부 또는 채널을 거쳐 부분적으로 상기 노 공간안으로 되돌아가는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 노에서 생성되며 연소 챔버로부터 나오는 연도 가스의 회귀 공정은 상기 노의 내부에서 일어나는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 2에 있어서,
상기 노에서 생성되며 코킹 챔버로부터 나오는 연도 가스의 회귀 공정은 단일의 개구부를 거쳐 상기 솔 플류들 사이의 솔 플류 분리벽에서 일어나는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 2에 있어서,
상기 노에서 생성되며 코킹 챔버로부터 나오는 연도 가스의 회귀 공정은 복수 개의 개구부들을 거쳐 상기 솔 플류들 사이의 솔 플류 분리벽에서 일어나는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 2에 있어서,
상기 노에서 생성되며 코킹 챔버로부터 나오는 연도 가스의 회귀 공정은 하나 이상의 개구부를 거쳐 상기 솔 플류들 사이의 솔 플류 분리벽에서 일어나며 슬라이드 스톤(slide stone), 노즐, 벤투리관(venturis)에 관한 보정이 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 노에서 생성되며 코킹 챔버로부터 나오는 연도 가스의 회귀 공정은 상기 노의 외부에서 일어나는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 6에 있어서,
상기 노에서 생성되며 코킹 챔버로부터 나오는 연도 가스는 송풍구를 이용하여 상향 흐름에 배치된 솔 플류들안으로 회귀하는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 6에 있어서,
상기 노에서 생성되며 코킹 챔버로부터 나오는 연도 가스는 송풍구를 이용하여 상기 다운코너들안으로 회귀하는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 6에 있어서,
상기 노에서 생성되며 코킹 챔버로부터 나오는 연도 가스는 송풍구를 이용하여 노문(oven door)의 1차 공기 개구부안으로 회귀하는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 6에 있어서,
상기 노에서 생성되며 코킹 챔버로부터 나오는 연도 가스는 송풍구를 이용하여 노 덮개의 1차 공기 개구부안으로 회귀하는 것을 특징으로 하는 방법. - 노의 구동 시간을 단축하기 위해 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 따른 방법의 이용.
- 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 따른 방법을 실시하기 위해, 문 및 측벽에 의해 한정되며 석탄 벌크 또는 압축된 석탄 케이크를 위한 노 공간 및 장치의 상부에 위치한 빈 공간, 상기 빈 공간으로부터의 연도 가스를 위한 제거 장치들, 상기 빈 공간안으로 신선 공기를 공급하는 장치들을 포함하고, 연도 가스 또는 공급 공기를 가이드하기 위한 솔 플류들로 이루어지며 적어도 부분적으로 상기 노 공간 하부의 바닥에 통합되는 시스템을 더 포함하는 장치에 있어서,
상기 솔 플류들 사이의 솔 플류 분리벽에 하나 이상의 개구부가 제공되는 것을 특징으로 하는 장치. - 청구항 5에 따른 방법을 실시하기 위해, 문 및 측벽에 의해 한정되며 석탄 벌크 또는 압축된 석탄 케이크를 위한 노 공간 및 장치의 상부에 위치한 빈 공간, 상기 빈 공간으로부터의 연도 가스를 위한 제거 장치들, 상기 빈 공간안으로 신선 공기를 공급하는 장치들을 포함하고, 연도 가스 또는 공급 공기를 가이드하기 위한 솔 플류들로 이루어지며 적어도 부분적으로 상기 노 공간 하부의 바닥에 통합되는 시스템을 더 포함하는 장치에 있어서,
상기 솔 플류들 사이의 솔 플류 분리벽에 위치한 개구부들은 슬라이드 스톤을 이용하여 닫힐 수 있거나 또는 상기 연도 가스량은 적합한 슬라이드 스톤, 노즐 또는 벤투리관에 의해 보정될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치. - 청구항 6 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 따른 방법을 실시하기 위해, 문 및 측벽에 의해 한정되며 석탄 벌크 또는 압축된 석탄 케이크를 위한 노 공간 및 장치의 상부에 위치한 빈 공간, 상기 빈 공간으로부터의 연도 가스를 위한 제거 장치들, 상기 빈 공간안으로 신선 공기를 공급하는 장치들을 포함하고, 연도 가스 또는 공급 공기를 가이드하기 위한 솔 플류들로 이루어지며 적어도 부분적으로 상기 노 공간 하부의 바닥에 통합되는 시스템을 더 포함하는 장치에 있어서,
송풍구가 제공되고, 상기 송풍구는, 코킹 챔버로부터 나오는 연도 가스가 상향흐름에 배치된 솔 플류들안으로, 다운코너들안으로 또는 노 문이나 노 덮개의 1차 공기 개구부들안으로 이송될 수 있도록 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
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