KR20200030066A - 스트립 처리 노에서 질소산화물을 줄이는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 금속 스트립(5)이 안내되어 통과하는 직화로(1)에서 금속 스트립(5)을 처리하는 방법에 관한 것이다. 직화로(1)는 가스 버너에 의해 직접적으로 연소되고, 스트립 진행 방향으로 보았을 때 연소 구역(2)의 바로 앞에 비-연소 구역(7)을 구비하고, 연소 구역(2)에서 오는 배기가스(14)가 유동하여 금속 스트립(5)을 예열한다. 비-연소 구역(7)을 빠져나온 배기가스는 애프터버너 챔버(9)에서 후-연소된다. 본 발명에 따르면, 비-연소 구역(7)에서 배기가스(14) 내로 메탄이 분사되어, 배기가스(14) 내에 포함되어 있는 질소산화물이 시안화수소로 변환된다.
Description
본 발명은 스트립이 관통하여 안내되는 직화로에서 금속 스트립을 처리하는 방법에 관한 것이다. 노는 가스 버너에 의해 직접 연소되며, 스트립이 진행하는 방향으로 보았을 때 직접 연소 구역 앞에 비-연소 구역을 구비한다. 노를 관통하여 배기가스가 연소 구역에서부터 유동하여 금속 스트립이 직접 연소 구역에서 추가로 가열되기 전에 금속 스트립을 예열한다.
금속 스트립은, 금속 스트립을 아연 도금하기 전에 또는 피클링 라인을 거친 후에 어닐링로에서 이 방식으로 종종 열처리된다.
하나의 열처리 방법은 버너들이 노 내부에 직접 배치되어 있는 직화로(DFF: directly fired furnace)를 사용하는 것이다. 이 노를 사용하는 경우, 금속 스트립이 연속적으로 진행하는 예열 구역이 있다. 예열 구역에서, 직화로에서 발생하는 고온의 배기가스로 금속 스트립이 약 200-300℃로 예열된다.
직화로의 버너들은 통상적으로 가스(천연가스 또는 코크 오븐 가스)로 작동된다. 연소 중에 이 배기가스 내에 포함되어 있는 질소산화물(NOx)이 방출된다. 질소산화물(NOx)이란 용어는 연소 과정에서 형성되는 모든 질소 산화물을 가리킨다. 이들 화합물 중에서 가장 중요하는 일반적으로 NO 및 NO2이다.
연료가 변환되는 중에 또는 높은 공정 온도에 의해 연소 공기로부터 NOx가 직접 형성될 수 있다. 질소산화물 배출과 관련된 지침이 점점 더 엄격해지고 있다. 새로 개발된 가스 버너에 의해, 스트립 처리를 위한 직화로에서 발생되는 질소산화물 배출이 실질적으로 감소되고 있지만, 추가적으로 감소될 것이 요구된다
본 발명은 질소산화물 배출을 추가로 감소하는 저-비용 방법을 제공하는 과제에 기초한다.
이 목적은 청구항 제1항에 따른 방법에 의해 달성된다. 이 방법에서, 비-연소 구역으로 메탄(CH4)이 분사되거나 취입되며, 이에 따라 배기가스 내에 함유되어 있는 질소산화물(NOx)이 메탄과 반응하게 된다. 이 반응(재연소(reburning))에 의해 1차적으로 시안화수소(HCN)가 형성된다. 노의 이 영역 대부분은 자유 산소를 포함하지 않는다.
석탄 화력 발전소나 폐기물 소각 설비 같이 다른 유형의 설비에서의 질소산화물 재연소가 알려져 있지만, 질소산화물 체적이 더욱 농축되어 있다. 예를 들면, 100MW 석탄 화력 발전소에서 질소산화물의 3000 mg/N㎥이 적절한 재연소로 500 mg/N㎥로 감소되었다. 금속 스트립 처리를 위한 현대의 직화로에서, 현재 질소산화물 체적은 겨우 120 mg/N㎥로, 이는 상대적으로 낮은 수준이다. 본 발명으로 인해, 이 수치는 80 mg/N㎥로 추가로 감소될 수 있다.
공기 또는 산소가 애프터버너 챔버 내로 분사되면, 형성된 시안화수소가 다시 분해되므로, 유리하다.
메탄이 비-연소 구역으로 분사되기 전에 질소가 메탄에 부가된다. 질소를 부가함으로써 메탄이 배기가스 내로 더욱 효과적으로 혼합될 수 있다. 메탄 및 질소가 혼합되어 벤투리 노즐로 분사될 수 있다. 연소 공기를 질소산화물로 대체하는 이 과제를 위해 통상적인 버너를 사용할 수도 있다. 질소에 대한 메탄의 비율은 1:10 범위에 있을 수 있다.
가장 가까운 버너로부터 다른 거리에 있는 여러 지점에서 메탄이 비-연소 구역 내로 분사될 수 있다.
도 1은 스트립 처리를 위한 직화로를 개략적으로 설명하는 도면이다.
도 2는 안쪽으로 메탄이 분사되는 노 영역(7)의 측면도이다.
도 3은 비-연소 노 영역(7)의 단면도이다.
도 2는 안쪽으로 메탄이 분사되는 노 영역(7)의 측면도이다.
도 3은 비-연소 노 영역(7)의 단면도이다.
이하에서 도면에 기초하여 본 발명의 실시형태를 설명한다.
도 1은 금속 스트립(5)이 열처리되는 직화로(1)의 일부를 도시한다. 금속 스트립(5)은 위쪽에서부터 노의 내부로 안내되어 먼저 비-연소 구역(7)을 통과한다. 비-연소 구역의 길이는 수 미터이며, 금속 스트립(5)이 예열되는 구간이다. 스트립 진행 방향에서 보았을 때, 비-연소 구역(7)은 연소 구역(2) 전에 있는 구역으로, 이 구역에는 버너가 존재하지 않는다.
직화로(1)의 연소 구역(2)에서 금속 스트립(5)이 가스 버너에 의해 가열된다. 여기서, 금속 스트립(5)은 먼저 노벽(12)에 "노즐 믹스형 버너"(nozzle mix type burner)가 장착되어 있는 구역(3)을 통과하고, 그런 다음 "프리믹스형 버너"(premix type burner)가 있는 구역(4)을 통과한다. 직화로(1)의 하단부에서 금속 스트립(5)이 방향전환 롤(11)에 의해 방향이 전환된 후, 예를 들어 RTF(radiant tube furnace)로 공급된다.
가스 버너에 의해 직접 연소되어 구역(2)에서 형성되는 배기가스는 노(1)에서 상향 유동하고, 거기서 방향(6)으로 전향되어 주지된 방식으로 배기가스(14)의 후-연소를 위한 애프터버너를 포함하고 있는 애프터버너 챔버(9)로 공급된다. 금속 스트립(5)은 애프터버너 챔버(9)를 통과하지 않는다. 배기가스(14)는 주로 NO 및 NO2인 질소산화물을 또한 포함한다. 이 질소산화물 함량을 줄이기 위해, 메탄(CH4)이 피드 파이프(8)를 통해 분사되거나 노(1)의 비-연소 구간(7) 내로 질소의 도움을 받아 취입된다. 메탄은 고온의 배기가스와 혼합되고, 질소산화물은 메탄과 반응하여 시안화수소를 형성한다.
여기서 필요한 메탄 가스의 양은 상대적으로 소량일 수 있다. 표준 노(1)에 있어서 5 ㎥/시의 양이면 충분할 수 있다. 이 비-연소 구역(7)에 산소가 거의 없어서(O2 함량 < 0.05%) 산소가 취입되는 메탄과 반응할 수 없는 것이 유용하다. 산소-프리 상태를 보증하기 위해, 사전에 존재하는 임의의 산소를 태워 없애기 위해 적어도 가장 가까이에 있는 버너들이 과잉의 연료로 작동될 수 있다.
독성인 시안화수소를 분해시키기 위해, 파이프(10)를 통해 애프터버너 챔버(9) 내로 산소(O2) 또는 공기가 취입되어, 시안화수소와 반응을 일으켜서 질소(N2), 이산화탄소 및 수소 및/또는 증기를 형성한다. 마지막으로, 이들 배기가스들이 한번 사용된 후에 스트립 예열을 위해 열 회수 설비(13)로 공급된다.
도 2는 비-연소 구역(7) 내로의 메탄 분사를 도시한다. 여기서 메탄 가스는 분사되기 전에 질소(N2)와 혼합되고, 금속 스트립(5)의 양 측 위로 취입된다.
도 3은 비-연소 구역(7)의 단면을 도시한다. 여기서, 가능하다면 모든 배기가스(14)가 메탄과 접촉하도록 하기 위해, 금속 스트립의 전방 측 주위 영역과 금속 스트립의 후방 측 주위 영역 모두에 메탄이 풍부하게 되도록 메탄 가스가 공급된다. 직접 연소 구역(2)으로부터 다양한 거리에서 예컨대 가장 근접한 버너로부터 1m, 2m 및 3m 떨어진 지점에서 메탄이 분사될 수 있다.
메탄 가스 분사 장치는 기존의 설비에 쉽게 장착되어 질소산화물 배출을 줄일 수 있다. 본 방법을 사용하면, NOx 수치가 100 mg/N㎥ 이하로 달성될 수 있다.
물론, 본 발명에 따른 방법이 수평식 또는 L-형 직화로에서도 사용될 수 있다.
1 직화로(Directly fired furnace)
2 연소 구역(Fired zone)
3 노즐 믹스(nozzle mix)
4 프리믹스(premix)
5 금속 스트립(metal strip)
6 방향(Direction)
7 비-연소 구역(Non-fired zone)
8 메탄 분사(Methane injection)
9 애프터버너 챔버(Afterburner chamber)
10 산소 분사(Oxygen injecting)
11 방향전환 롤(Deflection roll)
12 노벽(Furnace wall)
13 열 회수 설비(Heat recovery plant)
14 버너에서 오는 배기가스
2 연소 구역(Fired zone)
3 노즐 믹스(nozzle mix)
4 프리믹스(premix)
5 금속 스트립(metal strip)
6 방향(Direction)
7 비-연소 구역(Non-fired zone)
8 메탄 분사(Methane injection)
9 애프터버너 챔버(Afterburner chamber)
10 산소 분사(Oxygen injecting)
11 방향전환 롤(Deflection roll)
12 노벽(Furnace wall)
13 열 회수 설비(Heat recovery plant)
14 버너에서 오는 배기가스
Claims (5)
- 금속 스트립(5)이 안내되어 통과하는 직화로(1)에서 금속 스트립(5)을 처리하는 방법으로, 직화로(1)는 가스 버너에 의해 직접적으로 연소되고, 스트립 진행 방향으로 보았을 때 연소 구역(2)의 바로 앞에 비-연소 구역(7)을 구비하고, 연소 구역(2)에서 오는 배기가스(14)가 유동하여 금속 스트립(5)을 예열하며, 비-연소 구역(7)을 거친 후 애프터버너 챔버(9)에서 배기가스(14)가 후-연소되는 금속 스트립 처리 방법에 있어서,
비-연소 구역(7)에서 배기가스(14) 내로 메탄이 분사되거나 취입되어, 배기가스(14) 내에 포함되어 있는 질소산화물이 시안화수소로 변환되도록 하는 것을 특징으로 하는 금속 스트립 처리 방법. - 제1항에 있어서,
애프터버너 챔버(9) 내로 공기 또는 산소가 분사되어 시안화수소를 분해시키는 것을 특징으로 하는 금속 스트립 처리 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
비-연소 구역(7) 내로 분사되기 전에 질소가 메탄에 부가되는 것을 특징으로 하는 금속 스트립 처리 방법. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
메탄이 여러 지점에서 비-연소 구역(7) 내로 분사되는 것을 특징으로 하는 금속 스트립 처리 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
비-연소 구역(7)이 노즐(8)을 구비하되, 잘못이 있는 경우 노즐을 통해 질소가 취입되어 금속 스트립(5)을 냉각시키고, 정상 작동하는 경우 질소 함량을 줄이기 위해 노즐(8)을 통해 메탄이 취입되는 것을 특징으로 하는 금속 스트립 처리 방법.
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