WO2012064027A2 - 환원가스의 분진 제거방법 및 그 장치 - Google Patents

환원가스의 분진 제거방법 및 그 장치 Download PDF

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WO2012064027A2
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dust
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sacrificial nozzle
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남궁원
김현수
이상호
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    • B01D50/20—Combinations of devices covered by groups B01D45/00 and B01D46/00

Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for removing dust from a reducing gas, and more particularly, to a method and apparatus for removing dust for removing dust from a reducing gas by introducing a deposit forming layer.
  • the reducing gas used for the flow and reduction of the ore in the flow furnace is formed with a coal packed bed. It can be generated and supplied from a melt gasification furnace or an electric furnace or the like.
  • Reducing gas discharged from the melt gasifier has carbon monoxide (CO) and hydrogen (H 2 ) as major constituents and has strong reducing power and contains about 100 ⁇ 200g of dust per 1Nm 3 of reducing gas.
  • the reason why the reducing gas contains a large amount of dust as described above is due to dust generated by pyrolysis of coal, etc., because the upper part is a high temperature operation of 1000 ° C. due to melting gasification. Most are moved into the coal packed bed, but some of the fines are introduced into the reducing gas conduits by the rising airflow of reducing gases from the bottom.
  • Inflowed dust is collected more than 90% in the cyclone connected to the reducing gas conduit is blown and reused again in the molten gasifier, and the uncollected dust is introduced into the flow reduction reactor through the reducing gas conduit.
  • the reducing gas flowing into the flow reduction reactor contains about 10 to 20 g of dust per 1 Nm 3 , and the main components are mainly pyrolysis residues (fixed carbon and ash) of coal, fine reduced iron and alkali compounds. Some are included.
  • Alkaline compounds that are present in the liquid phase or gaseous phase in the course of passing the reducing gas containing a large amount of dust may corrode the nozzle surface to roughen the nozzle surface, thereby increasing the formation of deposits on the nozzle surface.
  • alkali compounds and the like exist in the liquid phase at a high temperature, they can increase adhesion formation on the nozzle surface by having an adhesive force.
  • the deposit formed on the nozzle surface may grow gradually during the operation, and in the worst case, may block the nozzle.
  • the ore reduction rate is also reduced because the temperature of the flow reduction path is kept low to suppress the formation of the nozzle deposits. In order to solve the above problems, it is necessary to stop the flow reduction operation and replace the nozzle in which the deposit is formed.
  • the present invention is designed to solve the above problems, by reducing the clogging of the nozzle portion formed in the distribution plate of the flow path to which the reducing gas is supplied by removing the dust, such as alkali chloride contained in the reducing gas in advance attached to the sacrificial nozzle portion. It is an object of the present invention to provide a dust removal method and apparatus for reducing gas which can increase the operation rate and the reduction rate of the flow furnace.
  • Dust reduction apparatus for reducing gas according to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above object is an injection conduit for injecting a reducing gas, a chamber including a sacrificial nozzle unit for collecting dust from the injected reducing gas, and the dust An exhaust conduit for discharging the collected reducing gas.
  • the temperature range of the reducing gas is characterized in that 600 °C ⁇ 850 °C.
  • the injection conduit includes a first gate for connecting or interrupting the flow of hot gas.
  • the sacrificial nozzle portion is characterized in that consisting of pipe bundles.
  • the dust removing apparatus of the reducing gas further includes at least one differential pressure gauge for sensing the pressure applied to the input terminal and the output terminal of the sacrificial nozzle unit.
  • the sacrificial nozzle unit provided in the chamber is characterized in that formed in multiple stages in the longitudinal direction of the chamber.
  • the dust removal apparatus of the reducing gas further includes an alternate flow path tube connected to the chamber to bypass the injected reducing gas.
  • the replacement flow passage includes a second gate for connecting or blocking the flow of the hot gas.
  • a method for removing dust from a reducing gas comprising: providing a reducing gas, injecting the reducing gas into a chamber having a sacrificial nozzle unit therein, and discharging the reducing gas from the chamber It includes.
  • the dust removing method of the reducing gas further includes measuring a pressure difference between the input end and the output end of the sacrificial nozzle unit.
  • the dust removal method of the reducing gas further comprises the step of bypassing the reducing gas injected into the chamber.
  • an injection conduit for injecting reducing gas a chamber including a sacrificial nozzle portion for collecting dust from the injected reducing gas, and the dust is reduced
  • the sacrificial nozzle portion of the dust removal device including a discharge conduit for discharging gas is made of stainless steel.
  • the sacrificial nozzle portion of the dust removal device is characterized in that at least one selected from kaolin, silica and bauxite is coated on the surface of the stainless steel.
  • the period of nozzle replacement can be extended by suppressing the formation of deposits on the nozzles formed in the dispersion plate in the flow path, thereby improving the operation rate of the flow path.
  • the reduction rate of ore can be improved by maintaining the temperature of the reducing gas blown into a flow path high.
  • FIG. 1 is a view showing a process diagram of the dust removal method of the reducing gas according to the present invention.
  • FIG. 2 is a view schematically showing the configuration of a dust removal apparatus for implementing the dust removal method of the reducing gas according to the present invention.
  • FIG. 3 is a conceptual view illustrating an enlarged view of a sacrificial nozzle unit formed in a chamber of the dust removing device of FIG. 2 and a phenomenon in which alkali chloride adheres to a pipe.
  • FIG. 4 is an enlarged view of a tapered pipe bundle according to another embodiment of constructing a sacrificial nozzle unit constituting the chamber shown in FIG. 2.
  • FIG. 1 is a view showing a process sequence of the dust removal method of the reducing gas according to the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing a schematic configuration of a dust removal apparatus for implementing the dust removal method of the reducing gas according to FIG.
  • the reducing gas passing through the injection conduit 10 for reducing gas injection is discharged from the chamber 20 through the discharge conduit 30 after dust and the like are removed from the chamber 20.
  • the dust removal apparatus for implementing the dust removal method of the present invention includes an injection conduit 10 for injecting reducing gas and a sacrificial nozzle unit 25 for collecting dust from the injected reducing gas. It includes a chamber 20, and an exhaust conduit 30 for discharging the reducing gas collected in the dust.
  • the dust removal apparatus of the reducing gas of FIG. 2 shows that the sacrificial nozzle unit 25 is formed in two stages in the chamber 20, but this is exemplary and the sacrificial nozzle unit 25 may be formed in one stage or two or more stages. have.
  • the injection conduit 10 is connected to a reducing gas supply source such as a melt gasification furnace, a converter-type melt reduction reactor, or an electric furnace to provide a flow path of reducing gas discharged from the melt gasification furnace or an electric furnace.
  • a reducing gas supply source such as a melt gasification furnace, a converter-type melt reduction reactor, or an electric furnace to provide a flow path of reducing gas discharged from the melt gasification furnace or an electric furnace.
  • the reducing gas may include pyrolysis residues of coal such as fixed carbon, ash and the like, fine reduced iron and alkali compounds.
  • the dust contained in the reducing gas includes the pyrolysis residue of the coal, fine reduced iron, and an alkali compound.
  • Alkali chloride refers to a low melting point compound having a melting point of about 650 ° C to 770 ° C including potassium chloride (KCl) or sodium chloride (NaCl).
  • the injection conduit 10 has a first gate 13 for connecting or blocking the flow of reducing gas. Therefore, when the dust removing device is connected to a reducing gas source such as a melt gasifier or an electric furnace, the flow of reducing gas may be connected or blocked according to an operation situation.
  • a reducing gas source such as a melt gasifier or an electric furnace
  • the reducing gas is injected into the chamber 20 provided with the sacrificial nozzle unit 25 through the injection conduit 10.
  • FIG 3 is a conceptual view showing an enlarged view of the sacrificial nozzle portion 25 formed in the chamber 20 of the dust removal apparatus for reducing gas according to the present invention and the phenomenon that alkali chloride adheres to the pipe.
  • the sacrificial nozzle unit 25 refers to a deposit forming layer for attaching the adhesion-causing substance contained in the reducing gas to the nozzle unit before being discharged from the chamber 20.
  • the sacrificial nozzle unit 25 may be formed in multiple stages at regular intervals in the longitudinal direction of the chamber 20 to attach more dust or the like contained in the reducing gas. That is, the sacrificial nozzle unit 25 may be formed by aligning in a direction parallel to the flow direction of the reducing gas.
  • the sacrificial nozzle unit 25 may be formed as a filling layer in which a filling material having a large surface area and a shape capable of passing gas smoothly is stacked.
  • FIG. 4 is an enlarged view of a tapered pipe bundle according to another embodiment constituting the sacrificial nozzle portion 25 formed in the chamber 20 of the dust removing apparatus.
  • the sacrificial nozzle unit 25 may be in the form of a bundle of pipes and may have a tapered shape from the input end to the output end of the sacrificial nozzle unit 25. More specifically, in the case where the sacrificial nozzle portion 25 is tapered, the diameter of the input end is wide and the diameter of the output end is small.
  • the diameter of each pipe may have a range of 10 cm to 15 cm and the length of the pipe bundle may have a range of 30 cm to 40 cm.
  • the temperature of the reducing gas passing through the sacrificial nozzle unit 25 may be maintained in the range of 600 ° C. to 850 ° C. to induce formation of deposits on the sacrificial nozzle unit 25.
  • the temperature of the reducing gas is less than 600 °C because the deposit causing substance in the reducing gas is present as a solid, it is difficult to form a deposit, if it exceeds 850 °C because it is difficult to form a deposit because most of the deposit causing substance is present as a gas to be.
  • the material constituting the sacrificial nozzle unit 25 may be a material having a low corrosion resistance to alkali chlorides in the dust contained in the reducing gas, preferably stainless steel containing SUS310S may be used. .
  • a material coated with at least one material selected from kaolin, silica and bauxite may be used on the surface of the stainless steel.
  • the stainless steel, kaolin, silica and bauxite correspond to materials capable of reacting with chlorides.
  • the chamber 20 may include at least one differential pressure gauge 40 for sensing pressure at an input end and an output end of the sacrificial nozzle unit 25.
  • the differential pressure gauge 40 is formed by depositing a deposit on the sacrificial nozzle unit 25 when the reducing gas passes through the chamber 20, thereby forming a deposit by measuring a pressure difference between the input terminal and the output terminal of the sacrificial nozzle unit 25. Status can be monitored.
  • a second gate 53 is disposed in the replacement flow path 50, and when the pressure applied to the differential pressure gauge 40 is within an allowable range, the second gate 53 is kept closed and the pressure is within the allowable range. When exceeding, the second gate 53 is opened to allow the reducing gas to flow through the replacement flow path tube 50.
  • the replacement flow path tube 50 may be referred to as an emergency reducing gas flow path installed in case the deposit gas is excessively grown in the sacrificial nozzle unit 25 and the reducing gas does not flow smoothly through the normal flow path.
  • a method for removing dust of a reducing gas (S10), injecting the reducing gas into a chamber having a sacrificial nozzle unit therein (S20), and from the chamber. Discharging the reducing gas (S30).
  • the reducing gas flows from a reducing gas source including a melt gasification furnace, a converter-type melt reduction reactor or an electric furnace, and may include pyrolysis residues of coal such as fixed carbon and ash, fine reduced iron and alkali compounds.
  • the reducing gas is injected into the chamber 20 provided with the sacrificial nozzle unit 25, and the dust, etc. of the reducing gas is adhered to the sacrificial nozzle unit 25 formed by the bundle of pipes in the chamber 20, thereby reducing dust in the reducing gas. Can be reduced.
  • the sacrificial nozzle unit 25 may be formed of a bundle of pipes to increase the surface area in contact with the reducing gas.
  • the sacrificial nozzle unit 25 may be formed in multiple stages in the longitudinal direction of the chamber 20.
  • the material constituting the sacrificial nozzle unit 25 may be a stainless steel that is weak in corrosion resistance to alkali chlorides and at least one material selected from kaolin, silica, and bauxite, which easily reacts with alkali chlorides, may be used.
  • the surface of the steel can be coated.
  • the dust removal method of the reducing gas further includes measuring a pressure difference between the input terminal and the output terminal of the sacrificial nozzle unit 25.
  • the differential pressure gauge 40 may be formed at the input end and the output end of the sacrificial nozzle unit 25 to quantitatively monitor the degree of deposits formed on the sacrificial nozzle unit 25.
  • the dust removal method of the reducing gas further comprises the step of bypassing the reducing gas injected into the chamber (20).
  • Bypass of the reducing gas may ensure operational stability by opening the second valve of the replacement flow path tube 50 when the pressure applied to the differential pressure gauge 40 exceeds an acceptable level.
  • the sacrificial nozzle unit When the pressure of the differential pressure gauge 40 exceeds an allowable standard, the sacrificial nozzle unit is excessively attached to the attachment provided in the chamber 20 by allowing the reducing gas to bypass the replacement flow path tube 50. (25) can be replaced with a new sacrificial nozzle portion (25).
  • the sacrificial nozzle portion 25 of the dust removing apparatus includes an injection conduit 10 for injecting reducing gas and a sacrificial nozzle portion 25 for collecting dust from the injected reducing gas.
  • the sacrificial nozzle portion 25 of the dust removal apparatus comprising a chamber 20 including, and an exhaust conduit 30 for discharging the reducing gas collected in the dust
  • the sacrificial nozzle portion 25 is made of stainless steel. (stainless steel).
  • the sacrificial nozzle portion 25 of the dust removal device is characterized in that at least one selected from kaolin, silica and bauxite is coated on the surface of the stainless steel.
  • the present invention provides a technique for inducing deposit formation using a dust removal device before the dust or alkali compound contained in the reducing gas discharged from a reducing gas source such as a melt gasifier or an electric furnace is supplied to the reducing furnace. .
  • a device capable of selectively removing an alkali compound in a reducing gas conduit between a reducing gas supply source and a reducing furnace as described above is used to remove the alkali compound and supply clean reducing gas to the reducing furnace.
  • the formation of deposits can be prevented in the nozzle provided in the dispersion plate which comprises.

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Abstract

환원가스의 분진 제거방법 및 장치가 개시된다. 본 발명에 의한 환원가스의 분진 제거방법은 환원가스를 제공하는 단계, 상기 환원가스를 내부에 희생 노즐부가 구비된 챔버에 주입하는 단계, 및 상기 챔버로부터 환원가스를 배출하는 단계를 포함한다. 본 발명을 적용함으로써 환원가스내에 포함된 저융점의 알칼리 염화물을 유동환원로에 취입전에 제거함으로써 유동환원로내 분산판의 노즐 막힘을 저감하여 유동환원로의 가동율을 향상시키고 환원가스의 온도를 증가시킴으로 인하여 광석의 환원율을 증가 및 연료비를 저감시킬 수 있다.

Description

환원가스의 분진 제거방법 및 그 장치
본 발명은 환원가스의 분진 제거방법 및 그 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 부착물 형성층을 도입하여 환원가스로부터 분진을 제거하기 위한 분진 제거방법 및 장치에 관한 것이다.
다단의 유동로 및 용융로를 포함하며 분상 또는 괴상의 일반탄 및 분상의 철함유 광석을 직접 사용하는 용철제조장치에 있어서, 유동로에서 광석의 유동 및 환원에 사용되는 환원가스는 석탄 충진층이 형성된 용융가스화로 또는 전기로 등으로부터 발생되어 공급될 수 있다.
용융가스화로에서 배출되는 환원가스는 일산화탄소(CO)와 수소(H2)가 주요 구성성분으로 강한 환원력을 가지고 있으며 환원가스 1Nm3당 약 100~200g 정도의 분진을 포함하고 있다.
환원가스가 상기와 같이 많은 양의 분진을 포함하고 있는 원인은 용융가스화로 상부가 1000℃ 이상의 고온 조업이 이루어지는 곳이기 때문에 장입되는 석탄의 열분해 등에 의해 발생되는 분진 등에 기인한 것으로, 발생된 분진들은 대부분은 석탄 충진층 내부로 이동되지만 일부 미분은 하부에서부터 상승하는 환원가스의 상승 기류를 타고 환원가스 도관으로 유입된다.
유입된 분진은 환원가스 도관에 연결된 사이클론에서 90% 이상 포집되어 다시 용융가스화로에 취입 재사용되고, 포집되지 않은 분진은 환원가스 도관을 통하여 유동환원로로 유입된다.
그 결과 유동환원로에 유입되는 환원가스에는 1Nm3당 약 10 ~ 20 g의 양의 분진이 포함되어 있으며, 주요 성분은 주로 석탄의 열분해 잔류물(고정탄소, 재), 미립의 환원철 그리고 알칼리 화합물도 일부 포함되어 있다.
상기와 같은 분진을 함유한 고온의 환원가스가 직경이 큰 유동환원로에 균일하게 공급되어 유동과 환원이 반응기 전체에서 균일하게 유지되기 위해서, 원통형 유동환원로 반응기에 수백 개의 가스 통과용 노즐을 일정한 간격으로 배치한 분산판이 설치된다.
분진을 다량으로 포함한 환원가스가 노즐을 통과하는 과정에서 액상이나 기상으로 존재하는 알칼리 화합물 등은 노즐 표면을 부식시켜 노즐 표면을 거칠게 함으로써 노즐 표면에 부착물 형성을 증대시킬 수 있다.
또한, 알칼리 화합물 등은 고온에서 액상으로 존재하기 때문에 점착력을 가짐으로써 노즐 표면에 부착물 형성을 증대시킬 수 있다.
상기와 같이 노즐 표면에 형성된 부착물은 조업이 진행되는 과정에서 점차 성장해 나가고 최악의 경우에는 노즐을 막게 될 수 있다.
균일한 가스 흐름을 유도하는 노즐의 일부가 부착물에 의해 막힐 경우에, 가스의 흐름이 일부 영역으로 편중되고 이는 곧 반응기 내부에서 정상적으로 유동하고 있던 환원광이 가스 흐름이 형성되지 않는 영역에 집적하여 광석의 정체층을 형성할 수 있게 된다.
따라서, 노즐 막힘으로 인하여 유동환원로 내부의 가스 흐름이 불량해지고 이로 인하여 유동환원로의 역할인 유동과 환원 모두 제 기능을 수행할 수 없게 된다.
또한, 노즐 부착물의 형성을 억제하기 위하여 유동환원로의 온도를 낮게 유지하기 때문에 광석 환원율도 감소하는 결과를 가져오게 한다. 상기와 같은 문제를 해결하기 위해서는 유동환원로의 조업을 중단하고 부착물이 형성된 노즐을 교체해야 한다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 환원가스내에 포함된 알칼리 염화물 등의 분진을 희생 노즐부에 미리 부착시켜 제거함으로써 환원가스가 공급되는 유동로의 분산판에 형성된 노즐부의 막힘을 저감하여 유동로의 조업률 및 환원율을 증대할 수 있는 환원가스의 분진 제거방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 환원가스의 분진 제거장치는 환원가스를 주입하는 주입 도관, 상기 주입된 환원가스로부터 분진을 포집하기 위한 희생 노즐부를 포함하는 챔버, 및 상기 분진이 포집된 환원가스를 배출하기 위한 배출 도관을 포함한다.
상기 환원가스의 온도 범위는 600℃~850℃ 인 것을 특징으로 한다.
상기 주입 도관은 고온 가스의 흐름을 연결 또는 차단하기 위한 제1 게이트를 포함한다.
상기 희생 노즐부는 파이프 다발로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 환원가스의 분진 제거장치는 상기 희생노즐부의 입력단과 출력단에 인가되는 압력을 감지하기 위한 적어도 하나의 차압계를 더 포함한다.
상기 챔버내에 구비된 희생 노즐부는 챔버의 길이 방향으로 다단으로 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 환원가스의 분진 제거장치는 상기 주입된 환원가스를 바이패스 시키기 위해 상기 챔버에 연결된 대체 유로관을 더 포함한다.
상기 대체 유로관은 고온 가스의 흐름을 연결 또는 차단하기 위한 제2 게이트를 포함한다.
본 발명의 바람직한 다른 실시예에 의한 환원가스의 분진 제거방법은 환원가스를 제공하는 단계, 상기 환원가스를 내부에 희생 노즐부가 구비된 챔버에 주입하는 단계, 및 상기 챔버로부터 환원가스를 배출하는 단계를 포함한다.
상기 환원가스의 분진 제거방법은 상기 희생 노즐부의 입력단과 출력단의 압력 차이를 측정하는 단계를 더 포함한다.
또한, 상기 환원가스의 분진 제거방법은 상기 챔버에 주입된 환원가스를 바이패스 시키는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 의한 분진제거 장치의 희생 노즐부는 환원가스를 주입하는 주입 도관, 상기 주입된 환원가스로부터 분진을 포집하기 위한 희생 노즐부를 포함하는 챔버, 및 상기 분진이 포집된 환원가스를 배출하기 위한 배출 도관을 포함하는 분진 제거장치의 희생 노즐부에 있어서, 상기 희생 노즐부는 스테인리스 강(stainless steel)으로 이루어진다.
상기 분진 제거장치의 희생 노즐부는 고령토, 규석 및 보오크사이트 중에서 선택된 적어도 하나가 상기 스테인레스 강의 표면에 코팅된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 분진 제거장치에 환원가스에 포함된 부착 유발 물질을 사전에 제거함에 따른 효과는 다음과 같다.
유동로에서 분철광석을 환원시 유동로 하부의 분산판에 형성된 노즐에 부착물 형성을 억제함으로써 유동로에 공급되는 가스의 흐름을 균일하게 함으로써 분철광석의 유동과 환원을 원활하게 할 수 있다.
또한, 유동로내의 분산판에 형성된 노즐에 부착물의 형성을 억제함으로써 노즐 교환의 주기를 연장시킬 수 있으며 이로 인하여 유동로의 가동률을 향상시킬 수 있다.
또한, 유동로에 취입되는 환원가스의 온도를 높게 유지함으로써 광석의 환원율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 환원가스의 분진 제거방법의 공정도를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 의한 환원가스의 분진 제거방법을 구현하기 위한분진 제거장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 분진 제거장치의 챔버내에 형성된 희생 노즐부의 확대도 및 파이프에 알칼리 염화물이 부착되는 현상을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 챔버를 구성하는 희생 노즐부를 구성하는 다른 실시예에 의한 테이퍼 된(tapered) 파이프 다발을 확대하여 도시한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 환원가스의 분진 제거장치에 대하여 설명하기로 한다. 참고로 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명에 의한 환원가스의 분진 제거방법의 공정순서를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 의한 환원가스의 분진 제거방법을 구현하기 위한 분진 제거장치의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 환원가스 주입을 위한 주입 도관(10)을 통과한 환원가스는 챔버(20)내에서 분진 등이 제거된 후 배출 도관(30)을 통해서 챔버(20)에서 배출된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본원발명의 분진 제거방법을 구현하기 위한 분진 제거장치는 환원가스를 주입하는 주입 도관(10), 상기 주입된 환원가스로부터 분진을 포집하기 위한 희생 노즐부(25)를 포함하는 챔버(20), 및 상기 분진이 포집된 환원가스를 배출하기 위한 배출 도관(30)을 포함한다.
도 2의 환원가스의 분진 제거장치는 챔버(20)내에 희생 노즐부(25)가 2단으로 형성된 것을 도시하였으나 이는 예시적인 것이며 희생 노즐부(25)는 1단 혹은 2단 이상으로 형성될 수 있다.
상기 주입 도관(10)은 용융가스화로, 전로형 용융환원로 또는 전기로 등과 같은 환원가스 공급원과 연결되어 용융가스화로 또는 전기로 등에서 배출되는 환원가스의 유로를 제공한다.
상기 환원가스는 고정탄소, 재 등과 같은 석탄의 열분해 잔유물, 미립의 환원철 및 알칼리 화합물을 포함할 수 있다. 본원발명에서 환원가스에 포함된 분진은 상기 석탄의 열분해 잔유물, 미립의 환원철 및 알칼리 화합물을 포함하는 것으로 한다.
알칼리 염화물은 염화칼륨(KCl) 또는 염화나트륨(NaCl) 등을 포함하는 융점이 약 650℃~770℃인 저융점 화합물을 말한다.
상기 주입 도관(10)은 환원가스의 흐름을 연결 또는 차단하기 위한 제1 게이트(13)를 구비한다. 따라서, 상기 분진 제거장치가 용융가스화로 또는 전기로 등의 환원가스 공급원과 연결시 조업상황에 따라 환원가스의 흐름을 연결 또는 차단할 수 있다.
상기 주입 도관(10)을 통하여 환원가스는 희생 노즐부(25)가 구비된 챔버(20)에 취입이 되게 된다.
도 3은 본 발명에 의한 환원가스의 분진 제거장치의 챔버(20)내에 형성된 희생 노즐부(25)의 확대도 및 파이프에 알칼리 염화물이 부착되는 현상을 개념적으로 도시한 도면이다.
상기 희생 노즐부(25)는 상기 환원가스에 포함되어 있는 부착 유발 물질을 상기 챔버(20)로부터 배출되기 이전에 미리 노즐부에 부착되도록 하는 부착물 형성층을 말한다.
또한, 상기 희생 노즐부(25)는 상기 챔버(20)의 길이 방향으로 일정한 이격을 두고 다단으로 형성될 수 있어 상기 환원가스내에 포함된 분진 등을 보다 많이 부착시킬 수 있다. 즉, 상기 희생 노즐부(25)는 상기 환원가스의 흐름 방향과 평행한 방향으로 정렬시켜 형성될 수 있다.
또한, 상기 희생 노즐부(25)는 표면적이 넓고 가스를 원활하게 통과시킬 수 있는 형상의 충진물을 적층한 충진층으로 형성될 수 있다.
도 4는 분진 제거장치의 챔버(20)에 형성된 희생 노즐부(25)를 구성하는 다른 실시예에 의한 테이퍼 된(tapered) 파이프 다발을 확대하여 도시한 도면이다.
상기 희생 노즐부(25)는 파이프가 다발로 이루어진 형태일 수 있으며 희생 노즐부(25)의 입력단으로부터 출력단으로의 형상이 테이퍼 된(tapered) 형태로 이루어질 수 있다. 보다 상세하게, 희생 노즐부(25)가 테이퍼 된 형상의 경우, 입력단의 직경이 넓고 출력단의 직경이 작게 된다.
상기 희생 노즐부(25)가 파이프 다발로 형성된 경우, 개개의 파이프의 직경은 10cm~15cm 의 범위를 가질 수 있으며 파이프 다발의 길이는 30cm~40cm 범위를 가질 수 있다.
상기와 같은 형상을 가짐으로써 환원가스와의 접촉 표면적을 증대시켜 보다 효과적으로 분진 등을 부착시킬 수 있다.
상기 희생 노즐부(25)를 통과하는 환원가스의 온도는 상기 희생 노즐부(25)에 부착물의 형성을 유도하기 위해 600℃~850℃ 범위로 유지될 수 있다.
상기 환원가스의 온도가 600℃ 미만인 경우는 환원가스내의 부착물 유발물질이 고체로 존재하므로 부착물 형성이 어려우며, 850℃를 초과하는 경우는 부착물 유발 물질이 대부분 기체로 존재하기 때문에 부착물 형성이 어렵기 때문이다.
상기 희생 노즐부(25)를 구성하는 소재는 상기 환원가스내에 포함된 분진 중 알칼리 염화물에 대한 내부식성이 약한 물질을 사용할 수 있으며 바람직하게는 SUS310S를 포함하는 스테인레스 강(stainless steel)이 사용될 수 있다.
또한, 상기 스테인레스 강의 표면에 고령토, 규석 및 보오크사이트등에서 선택된 적어도 하나의 물질이 코팅된 소재가 사용될 수 있다.
상기 스테인레스 강, 고령토, 규석 및 보오크사이트는 염화물과 반응이 일어날 수 있는 물질에 해당한다.
상기 챔버(20)는 상기 희생 노즐부(25)의 입력단과 출력단에 압력을 감지하기 위한 차압계(40)를 적어도 하나 포함할 수 있다. 상기 차압계(40)는 상기 환원가스가 챔버(20)내를 통과시 희생 노즐부(25)에 부착물이 형성됨으로써 상기 희생 노즐부(25)의 입력단과 출력단의 압력 차이를 측정함으로써 부착물이 형성되는 상태를 모니터링 할 수 있다.
또한, 대체 유로관(50)을 도입함으로써, 상기 희생 노즐부(25)에 부착물이 과도하게 형성되어 차압계(40)에 가해지는 차압이 일정 수준을 넘어 조업에 영향을 줄 수 있는 경우에는 상기 챔버(20)에 입력되는 환원가스를 바이패스 시켜 대체 유로로 흐르도록 함으로써 조업 안정성을 기할 수 있다.
상기 대체 유로관(50)에는 제2 게이트(53)가 배치되며 상기 차압계(40)에 가해지는 압력이 허용 범위에 있는 경우에는 제2 게이트(53)가 닫힌 상태로 유지되며 압력이 허용 범위를 초과하는 경우에는 제2 게이트(53)가 개방됨으로써 환원가스가 대체 유로관(50)을 통해 흐르도록 한다.
즉, 대체 유로관(50)은 상기 희생 노즐부(25)에 부착물이 과다하게 성장하여 정상 유로를 통하여 환원가스가 원활하게 흐르지 못할 경우를 대비하여 설치된 비상용 환원가스 유로라 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 실시예에 의한 환원가스의 분진 제거방법은 환원가스를 제공하는 단계(S10), 상기 환원가스를 내부에 희생 노즐부가 구비된 챔버에 주입하는 단계(S20), 및 상기 챔버로부터 환원가스를 배출하는 단계(S30)를 포함한다.
상기 환원가스는 용융가스화로, 전로형 용융환원로 또는 전기로 등을 포함하는 환원가스 공급원으로부터 유입되며 고정탄소, 재 등과 같은 석탄의 열분해 잔유물, 미립의 환원철 및 알칼리 화합물을 포함할 수 있다.
상기 환원가스는 희생 노즐부(25)가 구비된 챔버(20)에 주입되며 챔버(20)내에 파이프 다발로 형성된 희생 노즐부(25)에서 환원가스의 분진등이 점착됨으로써 환원가스내의 분진등을 저감할 수 있다.
또한, 상기 희생 노즐부(25)는 파이프 다발로 형성됨으로써 환원가스와 접촉하는 표면적이 증대될 수 있다. 상기 희생 노즐부(25)는 상기 챔버(20)의 길이방향으로 다단으로 형성될 수 있다.
상기 희생 노즐부(25)를 구성하는 소재는 알칼리 염화물에 대한 내부식성이 약한 스테인레스 강재가 사용될 수 있으며 알칼리 염화물과 용이하게 화학반응을 하는 고령토, 규석 및 보오크사이트 등에서 적어도 하나 선택된 물질이 상기 스테인레스 강재의 표면에 코팅이 될 수 있다.
상기 환원가스의 분진 제거방법은 희생 노즐부(25)의 입력단과 출력단의 압력 차이를 측정하는 단계를 더 포함한다.
상기 희생 노즐부(25)의 입력단과 출력단에 차압계(40)를 형성하여 상기 희생 노즐부(25)에 부착물이 형성되는 정도를 정량적으로 모니터링 할 수 있다.
다시 말하면, 상기 희생 노즐부(25)에 부착물이 과도하게 형성되어 차압계(40)에 가해지는 압력이 일정 수준을 넘어 조업에 영향을 줄 수 있는 경우 상기 챔버(20)내에 유입되는 환원가스의 유로를 변경할 수 있다.
또한, 상기 환원가스의 분진 제거방법은 상기 챔버(20)에 주입된 환원가스를 바이패스 시키는 단계를 더 포함한다. 상기 환원가스의 바이패스는 상기 차압계(40)에 가해지는 압력이 허용되는 수준을 초과하는 경우 대체 유로관(50)의 제2 밸브를 개방함으로써 조업 안정성을 기할 수 있다.
상기 차압계(40)의 압력이 허용 기준을 초과하는 경우에는, 상기 환원가스가 상기 대체 유로관(50)으로 바이패스 하도록 함으로써 상기 챔버(20)내에 구비된 부착물이 과도하게 부착된 상기 희생 노즐부(25)를 새로운 희생 노즐부(25)로 교체할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 의한 분진제거 장치의 희생 노즐부(25)는 환원가스를 주입하는 주입 도관(10), 상기 주입된 환원가스로부터 분진을 포집하기 위한 희생 노즐부(25)를 포함하는 챔버(20), 및 상기 분진이 포집된 환원가스를 배출하기 위한 배출 도관(30)을 포함하는 분진 제거장치의 희생 노즐부(25)에 있어서, 상기 희생 노즐부(25)는 스테인리스 강(stainless steel)으로 이루어진다.
상기 분진 제거장치의 희생 노즐부(25)는 고령토, 규석 및 보오크사이트 중에서 선택된 적어도 하나가 상기 스테인레스 강의 표면에 코팅된 것을 특징으로 한다.
본원발명은 용융가스화로 또는 전기로 등의 환원가스 공급원으로부터 배출되는 환원가스에 포함된 분진 또는 알칼리 화합물이 환원로에 공급되기 전에 분진 제거장치를 이용하여 부착물 형성을 유도시켜 제거하는 기술을 제공한다.
이 방법은 상기한 바와 같이 환원가스 공급원과 환원로 사이의 환원가스 도관에 알칼리 화합물을 선택적으로 제거할 수 있는 장치를 설치하여, 알칼리 화합물을 제거하고 깨끗한 환원가스를 환원로에 공급함으로써 환원로를 구성하는 분산판에 설치된 노즐에 부착물 형성을 막을 수 있다.
또한, 유동환원로에 취입되는 환원가스의 온도를 800℃ 이상으로 증가시킴으로써 유동환원로에서 배출되는 분환원철의 환원율을 향상시킬 수 있으며 그 결과 연료비를 저감할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예 들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (13)

  1. 환원가스를 제공하는 단계;
    상기 환원가스를 내부에 희생 노즐부가 구비된 챔버에 주입하는 단계; 및
    상기 챔버로부터 환원가스를 배출하는 단계를 포함하는 환원가스의 분진 제거방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 희생 노즐부의 입력단과 출력단의 압력 차이를 측정하는 단계를 더 포함하는 환원가스의 분진 제거방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 챔버에 주입된 환원가스를 바이패스 시키는 단계를 더 포함하는 환원가스의 분진 제거방법.
  4. 환원가스를 주입하는 주입 도관;
    상기 주입된 환원가스로부터 분진을 포집하기 위한 희생 노즐부를 포함하는 챔버; 및
    상기 분진이 포집된 환원가스를 배출하기 위한 배출 도관을 포함하는 환원가스의 분진 제거장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 환원가스의 온도 범위는 600℃~850℃ 인 것을 특징으로 하는 환원가스의 분진 제거장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 주입 도관은 고온 가스의 흐름을 연결 또는 차단하기 위한 제1 게이트를 포함하는 환원가스의 분진 제거장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 희생 노즐부는 파이프 다발로 이루어진 것을 특징으로 하는 환원가스의 분진 제거장치.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 희생노즐부의 입력단과 출력단에 인가되는 압력을 감지하기 위한 적어도 하나의 차압계를 더 포함하는 환원가스의 분진 제거장치.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 챔버내에 구비된 희생 노즐부는 챔버의 길이 방향으로 다단으로 형성된 것을 특징으로 하는 환원가스의 분진 제거장치.
  10. 제 4 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주입된 환원가스를 바이패스 시키기 위해 상기 챔버에 연결된대체 유로관을 더 포함하는 환원가스의 분진 제거장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 대체 유로관은 고온 가스의 흐름을 연결 또는 차단하기 위한 제2 게이트를 포함하는 환원가스의 분진 제거장치.
  12. 환원가스를 주입하는 주입 도관, 상기 주입된 환원가스로부터 분진을 포집하기 위한 희생 노즐부를 포함하는 챔버, 및 상기 분진이 포집된 환원가스를 배출하기 위한 배출 도관을 포함하는 분진 제거장치의 희생 노즐부에 있어서,
    상기 희생 노즐부는 스테인리스 강(stainless steel)으로 이루어진 분진 제거장치의 희생 노즐부.
  13. 제 12 항에 있어서,
    고령토, 규석 및 보오크사이트 중에서 선택된 적어도 하나가 상기 스테인레스 강의 표면에 코팅된 것을 특징으로 하는 분진 제거장치의 희생 노즐부.
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