KR20180094857A - 노 가스로부터의 건식 분진 제거 - Google Patents

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보우터 베른드 에발츠
피터 디르크 클루트
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다니엘리 코루스 베뷔
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Abstract

노 가스를 정화하기 위한 공정 및 설비. 하나 이상의 센서가, 용광로 가스 유동의 예상되는 온도 피크를 나타내는 하나 이상의 파라미터를 지속적으로 모니터링하기 위해 사용된다. 가스 유동은, 이어서 조화 타워를 통과하게 된다. 측정된 파라미터가 사전 정의된 한계값을 초과하는 경우, 물과 같은 냉각제가, 조화 타워 내에서 용광로 가스 내로 분사된다. 후속적으로, 용광로 가스의 유동은, 하나 이상의 필터 스테이션을 통과한다.

Description

노 가스로부터의 건식 분진 제거
본 발명은, 용광로 가스 또는, 전기로들(electric arc furnaces: EAF), 순산소 전로들(basic oxygen furnaces: BOF)에 의해, 또는 직접 환원철(direct reduced iron: DRI) 공정들에 의해 생성되는 가스와 같은, 금속 생산 공정들로부터 야기되는, 노 가스로부터의 건식 분진 제거를 위한 공정에 관한 것이다. 본 발명은, 또한 그러한 공정을 수행하기 위한 설비에 관한 것이다.
용광로 가스는 일반적으로, 예를 들어, 다양한 유형의 버너들에서 연료 가스로서의 사용을 허용하도록, 약 20 내지 28 %의 비교적 높은 일산화탄소 함량을 갖는다. 그러나, 용광로에서 나오는 용광로 가스의 분진 함량은, 버너들의 안정적인 기능 수행을 위해 너무 높으며, 따라서 용광로 가스의 분진 함량은, 상당히 낮춰져야만 한다. 이는 통상적으로, 2-단계 공정에 의해 실행된다. 제1 단계에서, 더 큰 분진 입자들이 사이클론 내에서 분리된다. 제2 단계에서, 더 작은 입자들이, 통상적으로 습식 공정에서 스크러버(scrubber)에 의해 분리된다. 그러한 습식 공정은, 상당한 물 소비를 요구하며 그리고, 추가적인 처리를 요구하는, 슬러지 및 폐수를 생성한다. 물 포집 처리는 또한, 처리되는 용광로 가스의 압력 및 온도의 강하를 야기하며, 이는, 하류의 가스 버너에서 연료 가스로서의 용광로 가스의 효율을 감소시킨다.
습식 가스 정화 공정들의 단점을 극복하기 위해, 예를 들어, 제5회 제철 과학 및 기술에 관한 국제 학술 발표회의 논문집(p. 612 - 616, 2009년, 상하이, 중국)의, 장 푸-밍(Zhang Fu-Ming)의 논문 "대형 용광로에서의 용광로 가스의 건식 유형 자루형 필터 정화 기술에 관한 연구"에서, 그리고 란저스토르퍼(Lanzerstorfer) 및 시우(Xu)의 "최고의 용광로 청소를 위한 새로운 개발: 개요(BH, vol. 195, p. 91-98, 2014)"에서, 필터 자루들에 의해 가스를 여과하는 것이 제안된 바 있다.
정상적인 작동 도중에 용광로에서 나오는 용광로 가스는 전형적으로, 약 80 내지 200℃의 온도를 갖지만, 용광로 내의 공정 역학적 특성으로 인해, 용광로 가스 온도는, 약 600 내지 1000℃ 또는 그 이상으로 최고조에 달할 수 있다. 필터 자루들이 용광로 가스를 정화하기 위해 사용되는 경우, 이러한 온도 피크는, 필터 자루들을 과열시키고 파손할 것이다.
온도 피크를 검출하기 위해, WO 2013/045534는, 용광로 가스 내의 압력 변화를 모니터링하는 것을 제안한다. 급작스런 압력 피크의 경우에, 물이, 예를 들어 사이클론과 필터 스테이션 사이의 파이프 라인에서, 가스 유동 내로 분사된다. 그러한 수냉의 단점은, 물이 용광로 가스를 오염시키며 그리고 용광로 가스의 수분 함량을 높인다는 점이다. 더불어, 분사되는 액적들은, 액상의 물이 하류측 필터 자루들의 막힘에 기여하기 때문에, 완전히 증발될 필요가 있다.
본 발명의 목적은, 분사된 액적들의 완전한 증발을 보장하는 가운데, 액체 냉각제를 분사함에 의해, 노 가스의 온도 피크를 제거하는 것이다.
본 발명의 목적은, 뒤따르는 단계들을 포함하는, 용광로 가스를 정화하기 위한 공정에 의해 달성된다:
- 하나 이상의 센서가, 용광로 가스 유동의 예상되는 온도 피크를 나타내는 하나 이상의 파라미터를 지속적으로 모니터링하기 위해 사용되는 단계. 모니터링된 파라미터는 예를 들어, WO 2013/045534에 의해 교시되는 바와 같은, 가스 유동의, 예를 들어 용광로의 배출 도관에서의, 상류측 온도, 및/또는 압력 피크, 또는 임의의 다른 적당한 파라미터를 포함할 수 있다.
- 용광로 가스 유동이, 이어서 조화 타워를 통과하게 되는 단계.
- 특정된 파라미터가 사전 정의된 한계값을 초과하는 경우, 물과 같은 냉각제가, 조화 타워 내에서 용광로 가스 내로 분사되는 단계.
- 후속적으로, 용광로 가스의 유동이, 하나 이상의 필터 스테이션, 특히 자루형 필터 스테이션들을 통과하는 단계.
조화 타워 내에서의 잔류 시간은 전형적으로, 용광로 가스 유동의 지배적인 공정 압력 및 온도와 더불어, 가스 유동이 조화 타워를 떠나가기 이전에, 모든 분사된 물을 증발시키기에 충분할 정도로 길 것이다. 냉각제 분사로 인해, 가스 유동 내에 부유하게 되는 입자들이, 용광로 가스 유동으로부터 입자들의 효과적인 분리를 가능하게 하게 위해, 응고되거나 또는 응집될 수 있을 것이다.
특정 실시예에서, 냉각제는, 예를 들어 유동 방향으로, 예를 들어 하향 유동 방향으로, 확장되는 원추형 부분의 상류측 단부에서, 용광로 가스 유동과 병행 유동으로 분사된다. 예를 들어, 원추형 부분은, 약 3 내지 9°의, 예를 들어 약 6°의, 원뿔각을 가질 수 있을 것이다. 이러한 수단은, 벽 접촉의 최소화 및 액적들의 완전한 증발을 허용하도록, 낮은 난류 또는 심지어 무-난류 유동에 기여한다.
조화 타워 내에서의 평균 잔류 시간은, 예를 들어 약 3초 내지 약 8초, 전형적으로 약 5초 내지 약 6초일 수 있을 것이다. 더 길거나 더 짧은 잔류 시간이 또한, 요구되는 경우, 사용될 수 있을 것이다. 용광로 가스 유동의 유동 속도는 전형적으로, 약 105 내지 8·105 Nm3/h이다. 그러한 유동 속도와 함께 언급된 잔류 시간을 달성하기 위해, 노즐들과 타워의 배출구 사이의 타워의 용적은, 예를 들어 80 내지 1800 m3의 범위 이내일 수 있을 것이다. 특정 실시예에서, 노즐들과 타워의 배출구 사이의 공간은, 적어도 2.5의, 예를 들어 적어도 3의, 높이 대 직경비를 가질 것이고, 여기서 직경은, 조화 타워의 바닥에서의 직경이다.
용광로 가스 유동의 압력은 전형적으로, 약 200 내지 300 kPa, 예를 들어 약 250 kPa이다. 이러한 압력은, 조화 타워 내에서 유지될 수 있다.
냉각제는 전형적으로, 비록 다른 적당한 냉각제들이 또한 사용될 수 있지만, 물일 것이다. 선택적으로, 물은, 응고제와 같은, 첨가제를 함유할 수 있을 것이다.
조화 타워에 진입하는 용광로 가스는 전형적으로, 염화수소, 불화수소, 황화카르보닐 및 황화수소와 같은, 다수의 산성 및 유기 오염물을 포함한다. 이들은, 예를 들어 조화 타워 내 또는 조화 타워 하류의, 가스 유동 내로 염기성 제제를 주입함에 의해 제거될 수 있다. 이들은 예를 들어, 예를 들어 분사되는 물 내의 용해된 제제로서, 냉각제와 함께 분사될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 이들은, 조화 타워 내 및/또는 조화 타워 하류의, 예를 들어 필터 스테이션으로 가스 유동을 유도하는 파이프 라인 내의, 가스 유동에 별개로 부가될 수 있다. 염기성 제제는, 건조 화합물로서 또는 수용성 용액으로서, 부가될 수 있다. 적당한 화합물들이, 탄산칼슘, 탄산나트륨(소다), 수화석회 또는 이들의 혼합물을 포함한다.
용광로 가스의 다른 전형적인 오염물들이, 중금속, 다환 방향족 탄화수소(PAH), 벤젠, 톨루엔 및 크실렌(BTX)을 포함한다. 이들은, 예를 들어 산성 오염물을 중화하기 위한 시약과의 혼합물로서, 용광로 가스 유동 내로 흡수제를 주입함에 의해 제거될 수 있다. 흡수제는 예를 들어, 활성탄, 갈탄 코크스 또는 미세 등급 제올라이트를 포함할 수 있을 것이다.
물은, 하나 이상의 노즐을 사용하여 분사될 수 있다. 분사될 물의 양은, 예를 들어, 최대 약 200 m3/h의 또는, 요구되는 경우, 그보다 더 많은, 임의의 적당한 양일 수 있을 것이다.
조화 타워의 배출구 온도에 대한 설정점은 예를 들어, 적어도 150℃, 예를 들어 최대 250℃, 예를 들어 약 200℃일 수 있을 것이다.
모니터링되는 파라미터가 용인 가능한 레벨까지 되돌아가면, 분사는 정지될 수 있을 것이다. 모든 주입되는 냉각제는, 증발될 것이며, 그리고 잔류 액적은, 하류의 필터 자루 모듈들에 도달하지 않을 것이다.
특정 실시예에서, 하향 가스 유동은, 분진 수집 유닛 위에서 상향으로 편향된다. 이는, 더 큰 응고된 입자들을 가스 유동으로부터 분리할 것이다. 분리된 입자들은 수집되고 방출된다. 예를 들어, 6·105 Nm3/h 용광로에 의해, 시간당 약 200 내지 500 kg의 분진이, 수집될 수 있다.
공정은, 용광로 가스를 위한 배출 도관을 갖는 용광로 및, 냉각제 공급 라인에, 예를 들어 물 공급 라인에, 연결되는 노즐들을 포함하는 하류측 조화 타워를 포함하는, 용광로 설비에 의해 수행될 수 있다. 선택적으로, 설비는, 하나 초과의 용광로 및/또는 하나 초과의 하류측 조화 타워를 포함할 수 있을 것이다.
특정 실시예에서, 노즐들, 또는 이들 중의 적어도 일부가, 용광로 가스 유동과 냉각제의 병행 유동 분사를 가능하게 하기 위한 유동 방향으로 지향된다. 대안적으로, 모든 노즐들 또는 노즐들 중의 일부가, 대향 유동 분사를 위해 배열될 수 있을 것이다. 적당한 노즐들의 예들이, 예를 들어 냉각제를 무화하기 위해 질소 또는 증기와 같은 불활성 기체를 사용하는, 2-상(two-phase) 노즐들을 포함한다. 노즐당 물 유동 용량은, 예를 들어 분당 5 내지 100 리터 사이일 수 있을 것이다.
수직 하향 가스 유동을 제공하기 위해, 조화 타워는 예를 들어, 그의 상부 부분에 용광로 가스 유입구를 그리고 그의 바닥 부분에 용광로 가스 배출구를 포함할 수 있을 것이다. 바닥 부분은 예를 들어, 응고된 입자들을 방출하기 위한 분진 방출 라인으로 하방으로 좁아질 수 있을 것이다.
특정 실시예에서, 조화 타워는, 측면 출구 및, 조화 타워 내부의 하향 지향 유입구 및 측면 출구에 연결되는 배출구를 구비하는, 파이프 부분을 포함할 수 있을 것이다. 하향 지향 유입구에 진입하기 위해, 하향 가스 유동은, 상방으로 편향된다. 이는, 더 큰 분진 입자들을 가스 유동으로부터 분리한다. 하향 지향 유입구는 예를 들어, 개방된 바닥 측부를 갖는 상방으로 뾰족한 원추 형상 입구 부재일 수 있을 것이다. 이러한 원추 형상 입구 부재는 예를 들어, 좁아지는 바닥 부분 위의 중앙에 배치될 수 있을 것이다.
분리된 입자들을 수집하기 위해, 용광로 설비는 예를 들어, 방출 라인에 의해 조화 타워의 바닥에 연결되는 잠금식 호퍼(lock hopper)를 포함할 수 있을 것이다.
용광로 설비는 전형적으로, 용광로의 배출 도관과 조화 타워 사이에, 사이클론 또는 분진 포획기와 같은, 하나 이상의 제1 분진 제거 장치를 포함할 것이다. 그러한 사이클론 또는 분진 포획기는, 더 큰 분진 입자들을 분리하기 위해 사용될 수 있다. 더 미세한 분진 입자들을 제거하기 위해, 용광로 설비는, 조화 타워 하류에 하나 이상의 추가적 분진 제거 장치를 포함할 수 있을 것이다. 이러한 하류측 분진 제거 장치들은 예를 들어, 예를 들어 필터 자루들 및/또는 정전기적 집진기들을 포함하는, 필터 스테이션들일 수 있을 것이다.
본 발명의 양태들이, 예시적인 실시예를 도시하는 첨부 도면들을 참조하여, 설명될 것이다.
도 1은, 용광로 설비의 예시적인 실시예를 측면도로 도시하고;
도 2는, 도 1의 설비를 측면도로 개략적으로 도시하며;
도 3은, 도 1의 설비의 조화 타워 내부의 노즐들을 도시하고;
도 4는, 조화 타워의 바닥 부분을 도시한다.
도 1은, 도 2에 개략적으로 도시되는, 용광로 설비(1)를 도시한다. 설비(1)는, 더 큰 분진 입자들이 가스 유동으로부터 분리되는 곳인, 사이클론(6)으로 이어지는 라인(4)에 연결되는 가스 배출 도관(3)을 갖는 용광로(2)를 포함한다. 사이클론(6)은, 가스 방출 라인(7)에 연결되는 자체의 상단부의 가스 배출구, 및 분진을 수집하고 방출하기 위한 분진 방출 라인에 연결되는 자체의 바닥의 분진 배출구(8)를 갖는다.
가스 방출 라인(7)은, 가스 유동을 조화 타워(11) 상단부의 유입구(9)로 유도한다. 조화 타워(11)는, 분진 방출 배출구(14)로 하방으로 좁아지는, 좁아지는 바닥 부분(12)(도 2 참조: 도 1에서 이는 원통형 벽(13)에 의해 둘러싸임)을 갖는다. 분진 배출구(14) 위로 거리를 두고, 조화 타워(11)는, 이후에 도 4를 참조하여 설명될 것으로서, 하향의 가스 유동을 상향으로 편향시키기 위한 유동 편향기(17)와 함께 가스를 위한 측면 출구(16)를 포함한다.
도 3은, 조화 타워(11)의 중간 부분을 단면도로 도시한다. 조화 타워(11)의 내부공간은, 조화 타워(11)의 벽을 관통하는, 일련의 반경 방향으로 연장되는 분사 관창들(spray lances)(15)을 포함한다. 분사 관창들(15)은, 조화 타워(11)의 수직 중심선에 근접한, 하방으로 지향되는 노즐들(18)을 갖는다. 대안적인 실시예에서, 노즐들은, 상방으로 지향될 수 있을 것이다. 노즐들(18)은, 가압 질소를 위한 공급 라인(15a) 및 물을 위한 공급 라인(15b)을 갖는 2-상 노즐들이다. 질소는, 물을 위한 무화 가스로서 역할을 한다. 질소 대신에, 증기와 같은, 대안적인 불활성 무화 가스들이, 사용될 수 있다.
조화 타워(11)는, 하향 방향으로 확장되는 원추형 중간 부분(11b)에 연결되는, 원통형 상부 부분(11a)을 갖는다. 분사 관창들(15)은, 조화 타워(11)의 원통형 상부 부분(11a)으로의 전이부에 근접한, 원추형 부분(11b)의 상단부에 배치된다. 관창들(15)의 이러한 배치는, 냉각수의 양호한 분포를 촉진한다.
가스 방출 라인(19)(도 2 참조)이, 측면 출구(16)로부터 다수의 자루형 필터 스테이션(21)으로 연장된다. 가스는, 가스 필터 스테이션들(21) 위에 분포되며, 그리고 후속적으로, 청정 가스가 재수집된다. 청정 가스는, 열풍로들 또는 가스 터빈들을 위한 연료로서 사용될 수 있다.
가스 배출 도관(3)에서, 통과하는 용광로 가스의 온도는, 하나 이상의 센서(22)를 사용하여 지속적으로 측정된다. 가스 온도가 한계치, 예를 들어 180℃를 통과하면, 하나 이상의 센서(22)는, 제어 유닛(23)으로 경고 신호를 전송한다. 제어 유닛(23)은, 조화 타워(11) 내의 분사 노즐들(18)을 활성화시키도록 구성된다. 배출 도관(3) 내의 가스 온도가 한계치 아래로 떨어지면, 센서들(22)은, 제어 유닛(23)으로 제2 신호를 전송한다. 제2 신호에 응답하여, 제어 유닛(23)은, 분사 노즐들(18)을 비활성화시킨다.
이러한 예시적인 실시예에서, 조화 타워(11)의 길이 및 직경은, 용광로 가스의 평균 잔류 시간이 적어도 5초가 되도록 하는 것이다.
용광로 가스 유동 내의 온도 피크는 전형적으로, 약 2 내지 10분 동안 일어난다. 그러한 시간 도중에, 물이 온도 피크를 감소시키기 위해 분사된다.
도 3 및 도 4는 노즐들(18)을 더욱 상세하게 도시한다. 온도 피크를 낮춘 이후에, 용광로 가스는, 필터 재료를 손상시키지 않는 가운데, 자루형 필터들(21)로 운반될 수 있다. 조화 타워(11)로부터 필터 스테이션들(21)로의 라인(19)에서, 염기성 화합물들 및/또는 흡수제들이, 오염물을 제거하기 위해 주입 스테이션(24)에서 가스 유동 내로 주입될 수 있다. 예를 들어, 수화석회 및 활성탄을 포함하는, 혼합물이, 주입될 수 있다. 가능한 한 낮게 수분 함량을 유지하기 위해, 이러한 화합물들은, 건조 분말로서 부가될 수 있다.
조화 타워(11)에서, 분리된 분진 및 주입된 흡수제들은, 바닥 부분(12)에서 수집되고 방출된다. 이를 위해, 조화 타워(11)는, 하향 지향 유입구(27) 및 측면 출구(16)에 연결되는 배출구(28)를 갖는, 파이프 부분(26)을 포함한다. 하향 지향 유입구(27)는, 개방된 바닥 측부(31)를 갖는 상방으로 뾰족한 원추 형상 입구 부재(29)이다. 원추 형상 입구 부재(29)는, 좁아지는 바닥 부분(12) 위의 중앙에 배치된다. 용광로 가스의 하향 유동 방향은, 원추 형상 입구 부재(29)에 의해 측면 출구(16)를 향해 상향 방향으로 편향된다. 더 큰 입자들은, 유동 방향의 이러한 편향을 따르지 않을 것이며, 그리고 가스 유동으로부터 분리되고 조화 타워(11)의 좁아지는 바닥 부분(12) 내에 수집될 것이다.

Claims (15)

  1. 노 가스를 정화하는 공정으로서,
    - 하나 이상의 센서가, 노 가스 유동의 예상되는 온도 피크를 나타내는 하나 이상의 파라미터를 지속적으로 모니터링하기 위해 사용되는 단계;
    - 노 가스 유동이, 이어서 조화 타워를 통과하게 되는 단계;
    - 특정된 파라미터가 사전 정의된 한계값을 초과하는 경우, 냉각제, 예를 들어 물이, 조화 타워 내의 노 가스 내로 분사되는 단계;
    - 후속적으로, 노 가스의 유동이, 하나 이상의 필터 스테이션을 통과하는 단계
    를 포함하는 것인, 노 가스 정화 공정.
  2. 제 1항에 있어서,
    냉각제는, 노 가스 유동과 병행 유동으로 분사되는 것인, 노 가스 정화 공정.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    파라미터는, 용광로의 배출 도관에서 측정되는 노 가스 유동의 온도를 포함하는 것인, 노 가스 정화 공정.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    조화 타워 내에서의 노 가스의 평균 잔류 시간이, 적어도 3 초, 예를 들어 3 내지 8 초인 것인, 노 가스 정화 공정.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    노 가스는, 조화 타워를 통해 하방으로 유동하는 것인, 노 가스 정화 공정.
  6. 강철 또는 철의 제조와 같은, 금속 제조를 위한 설비(1)로서,
    노 가스를 위한 배출 도관(3)의 갖는 노(2) 및, 냉각제 공급 라인에 연결되는 노즐들(18)을 포함하는, 하류측 조화 타워(11)를 포함하는 것인, 금속 제조 설비.
  7. 제 6항에 있어서,
    노즐들(18) 중의 적어도 일부가, 유동 방향으로 지향되는 것인, 금속 제조 설비.
  8. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,
    노즐들(18)은, 조화 타워의 원추형 부분(11b)의 상류측 단부에 배치되고, 원추형 부분은, 유동 방향으로 확장되는 것인, 금속 제조 설비.
  9. 제 8항에 있어서,
    원추형 부분(11b)은, 3 내지 9°의 원뿔각을 갖는 것인, 금속 제조 설비.
  10. 제 6항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    조화 타워(11)는, 자체의 상부 부분의 노 가스 유입구(9) 및 자체의 바닥 부분의 노 가스 배출구(16)를 포함하는 것인, 금속 제조 설비.
  11. 제 10항에 있어서,
    노 가스 배출구는, 측면 출구(16) 그리고, 하향 지향 유입구(27) 및 측면 출구에 연결되는 배출구를 구비하는, 파이프 부분(26)을 포함하는 것인, 금속 제조 설비.
  12. 제 11항에 있어서,
    하향 지향 유입구(27)는, 개방된 바닥 측부(31)를 갖는 상방으로 뾰족한 원추 형상 입구 부재인 것인, 금속 제조 설비.
  13. 제 14항에 있어서,
    조화 타워(11)는, 분진 배출구로 하방으로 좁아지는 바닥 부분을 구비하고, 원추 형상 입구 부재는, 좁아지는 바닥 부분 위의 중앙에 배치되는 것인, 금속 제조 설비.
  14. 제 6항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
    방출 라인에 의해 조화 타워(11)의 바닥에 연결되는 잠금식 호퍼를 포함하는 것인, 금속 제조 설비.
  15. 제 6항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    용광로의 배출 도관과 조화 타워 사이에 사이클론 또는 분진 포획기와 같은 분진 제거 장치를 포함하고, 및/또는 조화 타워 하류에, 필터 자루 스테이션들 및/또는 정전기적 집진기와 같은, 하나 이상의 추가적 분진 제거 장치를 포함하는 것인, 금속 제조 설비.
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