KR20230116997A - 가속 탈질시스템의 운전제어 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 관점에 의하면, 가속 탈질시스템의 운전제어 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 제철 공정 중 소결 공정에서 가속 탈질반응기(Fast-SCR)에 인입되는 총 질소산화물에 대한 NO2의 농도비가 기 설정된 범위가 되도록, 상기 가속 탈질반응기 전단에 배치된NO산화챔버의 반응온도 및 상기 NO산화챔버에 투입되는 산화제의 농도를 조절하는, 가속 탈질시스템의 운전제어 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 제철 공정 중 소결 공정에서 가속 탈질반응기(Fast-SCR)에 인입되는 총 질소산화물에 대한 NO2의 농도비가 기 설정된 범위가 되도록, 상기 가속 탈질반응기 전단에 배치된NO산화챔버의 반응온도 및 상기 NO산화챔버에 투입되는 산화제의 농도를 조절하는, 가속 탈질시스템의 운전제어 방법이 제공된다.
Description
본 발명은 가속 탈질시스템의 운전제어 방법으로서, 구체적으로 배기가스 내 질소산화물을 제거함에 있어서 저온에서 효율적인 탈질공정이 가능한 가속 탈질시스템의 운전제어 방법에 대한 것이다.
제철 공정 중 소결 공정은 철광석을 고로 등에 장입하기 쉬운 괴상의 형태로 가공하기 위한 공정으로서 철광석, 첨가제 및 바인더 등을 혼합한 후 고온에서 소결하는 공정이다. 상기 공정으로 투입되는 원료에서 가스가 대량으로 발생하는데, 상기 가스에는 황산화물, 질소산화물 및 기타 할로겐 화합물 등의 유해 가스가 다량 포함되어 있으며 이를 제거하기 위한 설비가 추가되고 있다. 특히, 배기가스 내 질소산화물을 제거하기 위해서는 탈질시스템(selective catalytic reduction, SCR)이 사용되고 있다.
다만, 종전의 탈질시스템은 운전온도가 300℃ 내지 400℃로 운용됨으로써, 이를 위해 배가스를 약 250℃ 이상의 고온으로 승온하는 별도의 절차가 필요함에 따라, 설비 운용비가 상승하는 문제점이 존재한다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 발명의 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 탈질반응기에 유입되는 배가스 내 NO2의 비율을 조절함으로써, 저온에서 운전이 가능한 가속 탈질시스템(Fast-SCR)의 운전제어 방법을 제공하는 것이다.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 가속 탈질시스템의 운전제어 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 제철 공정 중 소결 공정에서 가속 탈질반응기(Fast-SCR)에 인입되는 총 질소산화물에 대한 NO2의 농도비가 기 설정된 범위가 되도록, 상기 가속 탈질반응기 전단에 배치된NO산화챔버의 반응온도 및 상기 NO산화챔버에 투입되는 산화제의 농도를 조절한다.
상기 가속 탈질반응기에 인입되는 총 질소산화물에 대한 NO2의 농도비가 0.1 내지 0.4가 되도록, 상기 NO산화챔버의 반응온도 및 상기 NO산화챔버에 투입되는 산화제의 농도가 조절될 수 있다.
상기 NO산화챔버의 반응온도는 170℃ 내지 230℃로 조절되고, 상기 NO산화챔버에 투입되는 산화제의 농도는 상기 NO산화챔버에 인입되는 NO 농도의 0.1 내지 0.4가 되도록 조절될 수 있다.
상기 NO산화챔버의 반응온도는 상기 NO산화챔버의 전단 및 후단에 배치된 센서에 의해 측정된 온도 정보를 기반으로 조절되고, 상기 NO산화챔버에 투입되는 산화제의 농도는 상기 NO산화챔버의 전단 및 후단에 배치된 센서에 의해 측정된 상기 가속 탈질반응기에 인입되는 총 질소산화물 및 NO2의 농도 정보를 기반으로, 산화제 공급장치를 제어하여 조절될 수 있다.
상기 NO산화챔버에 투입되는 산화제의 농도를 조절하기 위하여, i) 소결광 생산시 장입 원료탄 종류 및 생산량, ii) COG 및 LNG사용량을 더 고려할 수 있다.
상기 가속 탈질반응기에 인입되는 총 질소산화물에 대한 NO2의 농도비가 0.1 내지 0.4가 되도록, 상기 NO 산화챔버 내 산화반응 후 체류시간이 2초 내지 5초로 조절될 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 의하면, 가속 탈질시스템이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 철광석을 고온에서 소결하는 소결기; 상기 소결기에서 발생하는 배기가스 중 먼지를 제거하는 집진기; 상기 소결기에서 발생하는 배기가스 중 황산화물을 제거하는 배그필터(Bag Filter); 상기 소결기에서 발생하는 배기가스 중 질소산화물 내 NO를 NO2로 산화시키는 NO산화챔버; 상기 NO산화챔버에 투입되는 산화제의 농도를 조절하기 위한 산화제 공급장치; 상기 소결기에서 발생하되 상기 NO 산화챔버를 통과한 배기가스 중 질소산화물을 제거하는 가속 탈질반응기(Fast-SCR); 상기 가속 탈질반응기에 유입되는 배기가스의 온도를 조절하기 위한 열교환기 및 덕트버너; 상기 가속 탈질반응기에 투입되는 환원제의 공급량을 조절하기 위한 환원제 공급장치; 상기 집진기와 상기 배그필터 사이에 배치되어 반응온도 및 질소산화물의 농도를 측정하는 제 1센서부; 상기 배그필터와 상기 NO 산화챔버 사이에 배치되어 반응온도 및 질소산화물의 농도를 측정하는 제2 센서부; 상기 NO 산화챔버와 상기 가속 탈질반응기 사이에 배치되어 반응온도 및 질소산화물의 농도를 측정하는 제 3 센서부; 상기 가속 탈질반응기의 후단에 배치되어 배기가스의 온도 및 질소산화물의 농도를 측정하는 제 4 센서부; 및 상기 제 1 센서부 내지 상기 제 3 센서부에서 측정된 정량 정보를 기반으로, 상기 NO 산화챔버의 반응온도를 조절하고, 상기 산화제 공급장치를 제어하여 상기 NO 산화챔버에 투입되는 산화제의 농도를 조절하는, 제어부; 를 포함한다.
상기 제어부는 상기 NO산화챔버에 투입되는 산화제의 공급량을 조절하기 위하여, i) 소결광 생산시 장입 원료탄 종류 및 생산량, ii) COG 및 LNG사용량을 더 고려할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 가속 탈질시스템의 운전제어 방법을 이용하여, 전단의 NO산화챔버의 반응조건을 조절함으로써 가속 탈질시스템으로 인입되는 NO2의 농도제어를 통해 고효율의 탈질반응이 가능하다.
물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가속 탈질시스템을 개요적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가속 탈질시스템에서 제어부를 기준으로 한 가속 탈질시스템의 운전 제어 방법의 일부를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가속 탈질시스템의 운전 제어방법에서 가속 탈질반응기의 자율 운전에 영향을 미치는 인자별 수식 표준화를 도식화한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가속 탈질시스템에서 제어부를 기준으로 한 가속 탈질시스템의 운전 제어 방법의 일부를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가속 탈질시스템의 운전 제어방법에서 가속 탈질반응기의 자율 운전에 영향을 미치는 인자별 수식 표준화를 도식화한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가속 탈질시스템을 개요적으로 나타낸 도면이고,도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가속 탈질시스템에서 제어부를 기준으로 한 가속 탈질시스템의 운전 제어 방법의 일부를 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가속 탈질시스템은 철광석을 고온에서 소결하는 소결기; 상기 소결기에서 발생하는 배기가스 중 먼지를 제거하는 집진기; 상기 소결기에서 발생하는 배기가스 중 황산화물을 제거하는 배그필터(Bag Filter); 상기 소결기에서 발생하는 배기가스 중 질소산화물 내 NO를 NO2로 산화시키는 NO산화챔버; 상기 NO산화챔버에 투입되는 산화제, 예를 들어, 오존(O3)의 농도를 조절하기 위한 산화제 공급장치; 상기 소결기에서 발생하되 상기 NO 산화챔버를 통과한 배기가스 중 질소산화물을 제거하는 가속 탈질반응기(Fast-SCR); 상기 가속 탈질반응기에 유입되는 배기가스의 온도를 조절하기 위한 열교환기 및 덕트버너; 상기 가속 탈질반응기에 투입되는 환원제의 공급량을 조절하기 위한 환원제 공급장치; 상기 집진기와 상기 배그필터 사이에 배치되어 반응온도 및 질소산화물의 농도를 측정하는 제 1센서부; 상기 배그필터와 상기 NO 산화챔버 사이에 배치되어 반응온도 및 질소산화물의 농도를 측정하는 제2 센서부; 상기 NO 산화챔버와 상기 가속 탈질반응기 사이에 배치되어 반응온도 및 질소산화물의 농도를 측정하는 제 3 센서부; 상기 가속 탈질반응기의 후단에 배치되어 배기가스의 온도 및 질소산화물의 농도를 측정하는 제 4 센서부; 및 상기 제 1 센서부 내지 상기 제 3 센서부에서 측정된 정량 정보를 기반으로, 상기 NO 산화챔버의 반응온도를 조절하고, 상기 산화제 공급장치를 제어하여 상기 NO 산화챔버에 투입되는 산화제의 농도를 조절하는, 제어부; 를 포함한다.
철광석을 고온에서 소결하는 소결기에서 발생하는 배기가스는 소결기로부터 굴뚝까지 이르는 배관을 통하여 이송된다. 소결기에는 장입된 원료탄 및 생산량을 분석하는 장치가 더 제공될 수도 있다.
상기 가속 탈질시스템에서, 상기 제어부는 상기 NO산화챔버에 투입되는 산화제의 공급량을 조절하기 위하여, i) 소결광 생산시 장입 원료탄 종류 및 생산량, ii) COG 및 LNG사용량을 더 고려할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가속 탈질시스템의 운전제어 방법은 제철 공정 중 소결 공정에서 가속 탈질반응기(Fast-SCR)에 인입되는 총 질소산화물에 대한 NO2의 농도비가 기 설정된 범위가 되도록, 상기 가속 탈질반응기 전단에 배치된 NO산화챔버의 반응온도 및 상기 NO산화챔버에 투입되는 산화제의 농도를 조절한다.
상기 가속 탈질시스템의 운전제어 방법은 가속 탈질반응(Fast-SCR)에 유리한 최적의 농도로 반응물을 가속 탈질반응기에 공급할 필요가 있다. 이에, 가속 탈질반응기에 인입되는 총 질소산화물에 대한 NO2의 농도비가0.1 내지 0.4가 되도록, 전단에 배치된 NO산화챔버의 반응온도 및 상기 NO산화챔버에 투입되는 산화제의 농도가 조절될 수 있다.
상기 NO산화챔버의 반응온도는 170℃ 내지 230℃로 조절될 수 있다.
이 때, 상기 NO산화챔버의 반응온도는 상기 NO산화챔버의 전단에 배치된 제2 센서부 및 후단에 배치된 제3센서부에 의해 측정된 온도 정보를 기반으로 조절된다.
상기 NO산화챔버에 투입되는 산화제의 농도는 상기 NO산화챔버에 인입되는 NO 농도의 0.1 내지 0.4가 되도록 조절될 수 있다.
이 때, 상기 NO산화챔버에 투입되는 산화제의 농도는 상기 제2 센서부 및 제3 센서부에 의해 측정된 상기 가속 탈질반응기에 인입되는 총 질소산화물 및 NO2의 농도 정보를 기반으로, 산화제 공급장치를 제어하여 조절될 수 있다.
상기 가속 탈질시스템의 운전제어 방법에서, 상기 NO산화챔버에 투입되는 산화제의 농도를 조절하기 위하여, i) 소결광 생산시 장입 원료탄 종류 및 생산량, ii) COG 및 LNG사용량을 더 고려할 수 있다.
상기 가속 탈질시스템의 운전제어 방법에서, 가속 탈질반응(Fast-SCR)에 유리한 최적의 농도로 반응물을 공급할 필요가 있다. 이에, 상기 가속 탈질반응기에 인입되는 총 질소산화물에 대한 NO2의 농도비가 0.1 내지 0.4가 되도록 상기 NO 산화챔버 내 산화반응 후 체류시간이 2초 내지 5초로 조절될 수 있다.
상술한 가속 탈질시스템 및 이의 운전 제어 방법에 따르면, SCR 배기가스 내 질소산화물을 제거함에 있어서 저온에서 최대 효율을 냄에 따라 가열 장치의 연료 소모량을 저감하여 설비의 전체 운영비를 절감할 수 있다. 즉, 가속 탈질시스템의 반응 효율이 최적화될 수 있도록 가속 탈질반응기에 인입되는 총 질소산화물에 대한 NO2의 농도비를 제어하고, 이를 위해 가속 탈질반응기의 전단에 위치한 NO산화챔버의 반응온도 및 상기 NO산화챔버에 투입되는 산화제의 농도를 제어할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가속 탈질시스템의 운전 제어방법에서 가속 탈질반응기의 자율 운전에 영향을 미치는 인자별 수식 표준화를 도식화한 도면이다.
본 발명은 가속 탈질반응기에 인입되는 질소산화물(NOx)에 대한 NO2의 농도뿐만 아니라, 반응온도, 유입공기의 유량, 열교환기(GGH) 효율 등을 기반으로 가속 탈질시스템의 최적 운전 인자를 결정함으로써, NO산화챔버에 대한 최적농도의 산화제 공급, 최적의 운전온도 및 최적의 체류시간을 제공할 수 있다.
가속 탈질시스템의 최적 운전 제어를 위한 각 영향 인자는 구체적으로 다음과 같다.
① 반응 온도 : 연료량, 공기량, GGH 효율
② NOx 인입 농도 : 소결 장입 원료탄 종류 및 생산량
③ 유량 : 소결 장입 원료탄의 생산량, 유입공기 온도조건
즉, 본 발명에 따른 가속 탈질시스템의 최적 운전을 위한 제어 수단은 첫 번째로 소결 장입 원료탄 종류 및 생산량을 측정하여 성분을 분석하고, 이에 따른 유량을 확인하여 유입공기 온도를 측정하고, 두 번째로 제2 센서부에 의해 검출된 배기가스의 온도와 질소산화물 정량 정보를 기반하여, NO 산화챔버에서의 최적 운전온도와 최적 농도의 산화제가 공급되도록 열교환기 및 덕트버너(LNG, COG 사용량), 산화제 공급장치가 제어된다. 목표하는 하는 최적 농도, 즉, 가속 탈질반응기에 인입되는 총 질소산화물에 대한 NO2의 농도비가 0.1 내지 0.4가 되도록 각 반응기 위치에서 측정되는 센서 값과 분석 데이터를 통해 NO 산화챔버에서의 최적 운전온도 및 산화제 투입량을 결정한다.
추가적으로, 본 발명은 가속 탈질시스템을 통해 소결공정에서 배출되는 질소산화물(NOx)을 환원, 제거함에 있어서, 가속 탈질 반응기에 공급되는 환원제의 공급량과 온도제어를 최적화하는 기술을 제공한다. 가속 탈질 반응기의 최적운전을 위한 환원제 공급량과 덕트 버너는 각 센서부를 통해 분석된 영향 인자를 통해 최적 운전 제어 장치와 연동되어 제어가 된다. 예를 들어, 제4 센서부에 의해 측정되는 가속 탈질반응기로부터 배출되는 질소산화물의 양에 따라 가속 탈질반응기에 투입되는 환원제의 양을 선택적으로 조절해야 하며, 반응기 내에서 질소산화물 환원반응을 일정하게 유지시키기 위해서 반응기 내에 유입되는 배기가스 온도를 최적 온도로 일정하게 유지시켜야 한다. 이러한 SCR 최적 운전 제어 장치는 지속적으로 강화되고 있는 대기오염 배출허용기준 및 총량 규제에 대응 가능한 조건으로 최적 운전 제어가 된다
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
Claims (8)
- 제철 공정 중 소결 공정에서 가속 탈질반응기(Fast-SCR)에 인입되는 총 질소산화물에 대한 NO2의 농도비가 기 설정된 범위가 되도록, 상기 가속 탈질반응기 전단에 배치된NO산화챔버의 반응온도 및 상기 NO산화챔버에 투입되는 산화제의 농도를 조절하는,
가속 탈질시스템의 운전제어 방법. - 제1항에 있어서,
상기 가속 탈질반응기에 인입되는 총 질소산화물에 대한 NO2의 농도비가 0.1 내지 0.4가 되도록, 상기 NO산화챔버의 반응온도 및 상기 NO산화챔버에 투입되는 산화제의 농도가 조절되는,
가속 탈질시스템의 운전제어 방법. - 제2항에 있어서,
상기 NO산화챔버의 반응온도는 170℃ 내지 230℃로 조절되고,
상기 NO산화챔버에 투입되는 산화제의 농도는
상기 NO산화챔버에 인입되는 NO 농도의 0.1 내지 0.4가 되도록 조절되는,
가속 탈질시스템의 운전제어 방법. - 제2항에 있어서,
상기 NO산화챔버의 반응온도는
상기 NO산화챔버의 전단 및 후단에 배치된 센서에 의해 측정된 온도 정보를 기반으로 조절되고,
상기 NO산화챔버에 투입되는 산화제의 농도는
상기 NO산화챔버의 전단 및 후단에 배치된 센서에 의해 측정된 상기 가속 탈질반응기에 인입되는 총 질소산화물 및 NO2의 농도 정보를 기반으로, 산화제 공급장치를 제어하여 조절되는,
가속 탈질시스템의 운전제어 방법. - 제4항에 있어서,
상기 NO산화챔버에 투입되는 산화제의 농도를 조절하기 위하여, i) 소결광 생산시 장입 원료탄 종류 및 생산량, ii) COG 및 LNG사용량을 더 고려하는,
가속 탈질시스템의 운전제어 방법. - 제2항에 있어서,
상기 가속 탈질반응기에 인입되는 총 질소산화물에 대한 NO2의 농도비가 0.1 내지 0.4가 되도록, 상기 NO 산화챔버 내 산화반응 후 체류시간이 2초 내지 5초로 조절되는,
가속 탈질시스템의 운전제어 방법. - 철광석을 고온에서 소결하는 소결기;
상기 소결기에서 발생하는 배기가스 중 먼지를 제거하는 집진기;
상기 소결기에서 발생하는 배기가스 중 황산화물을 제거하는 배그필터(Bag Filter);
상기 소결기에서 발생하는 배기가스 중 질소산화물 내 NO를 NO2로 산화시키는 NO산화챔버;
상기 NO산화챔버에 투입되는 산화제의 농도를 조절하기 위한 산화제 공급장치;
상기 소결기에서 발생하되 상기 NO 산화챔버를 통과한 배기가스 중 질소산화물을 제거하는 가속 탈질반응기(Fast-SCR);
상기 가속 탈질반응기에 유입되는 배기가스의 온도를 조절하기 위한 열교환기 및 덕트버너;
상기 가속 탈질반응기에 투입되는 환원제의 공급량을 조절하기 위한 환원제 공급장치;
상기 집진기와 상기 배그필터 사이에 배치되어 반응온도 및 질소산화물의 농도를 측정하는 제 1센서부;
상기 배그필터와 상기 NO 산화챔버 사이에 배치되어 반응온도 및 질소산화물의 농도를 측정하는 제2 센서부;
상기 NO 산화챔버와 상기 가속 탈질반응기 사이에 배치되어 반응온도 및 질소산화물의 농도를 측정하는 제 3 센서부;
상기 가속 탈질반응기의 후단에 배치되어 배기가스의 온도 및 질소산화물의 농도를 측정하는 제 4 센서부; 및
상기 제 1 센서부 내지 상기 제 3 센서부에서 측정된 정량 정보를 기반으로, 상기 NO 산화챔버의 반응온도를 조절하고, 상기 산화제 공급장치를 제어하여 상기 NO 산화챔버에 투입되는 산화제의 농도를 조절하는, 제어부; 를 포함하는,
가속 탈질시스템. - 제7항에 있어서,
상기 제어부는 상기 NO산화챔버에 투입되는 산화제의 농도를 조절하기 위하여, i) 소결광 생산시 장입 원료탄 종류 및 생산량, ii) COG 및 LNG사용량을 더 고려하는,
가속 탈질시스템.
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