고로 가스 발생 및 사용

고로 가스 생성 및 사용

고로(BF) 공정은 제강 및 선철 생산에 필요한 용선(HM) 생산의 선두 기술입니다. HM은 BF의 주력 제품입니다. HM 생산 중 BF 가스가 동시에 생산됩니다. BF 가스는 운전 중 BF의 부담을 통해 분사 공기의 상승 가스 상승으로 인해 지속적으로 생성되는 부산물에 부여된 이름입니다.

BF에서 탄소의 부분 연소의 목적은 광석 부하에서 산소(O2)를 제거하는 것이지만 BF에서 생성된 가스의 부피는 BF를 가스 생성기로 만듭니다. BF 가스는 BF 공정 외부에서 소비되는 화학 에너지의 중요한 원천이며 일관제철소의 가스 균형에 큰 영향을 미칩니다. 우선, 잉여 BF 가스는 제철소의 여러 로 및 발전소 보일러에서 코크스로 가스 및 전로 가스와 같은 다른 부산물 가스와 함께 소비됩니다. BF 가스의 유용성에 대해 결정적인 말을 하는 주요 매개변수는 발열량입니다.

용광로 상단에서 나오는 BF 가스를 보여주는 용광로 작동의 간단한 실례가 그림 1에 나와 있습니다.

그림 1 고로 작업의 간단한 보기

고로에서 용선(HM)을 생산하는 동안 열풍을 송풍구를 통해 용광로에 불어넣습니다. 뜨거운 공기 분사기에 포함된 O2는 방정식 (i) C + O2 =CO2, (ii)에 따라 탄소(코크스 형태)와 반응하여 이산화탄소(CO2)와 일산화탄소(CO)를 생성합니다. ) CO2 + C =2CO. 이 반응에 의해 생성된 가스는 광석, 플럭스 및 코크스가 채워진 노 샤프트 위로 이동합니다. 아래에 설명된 여러 화학 반응과 약 25m에서 30m의 이동 후에 BF 가스는 가열된 먼지가 포함된 희박 발열량(CV) 가연성 가스로 퍼니스에서 나옵니다.

코크스의 탄소(C)와 CO는 적철광(Fe2O3), 황철광(FeO) 및 자철광(Fe3O4)으로 구성된 광석 부하의 환원제입니다. 이 산화물은 환원되어 Fe와 CO2를 형성합니다. 예를 들어, 적철광의 환원 메커니즘은 (i) Fe2O3 + 2C =2Fe + CO + CO2 및 (ii) Fe2O3 + 3CO =2Fe + 3CO2 방정식으로 제공됩니다.

가스 방출의 또 다른 원인은 불순물 제거를 위한 기본 플럭스로 사용되는 석회석과 백운석의 분해로 인해 발생합니다. 이러한 반응은 (i) CaCO3 =CaO + CO2, (ii) MgCO3 =MgO + CO2입니다.

이러한 모든 변화는 노의 반응 구역에서 발생하며 중요하게는 BF 가스 조성의 관점에서 방출된 가스의 화학 평형은 설정 비율에 도달할 때 Boudouard 가역 반응( 2CO =CO2 + C)에 의해 지배됩니다. 주어진 온도에서 CO와 CO2 사이. 작동 결과는 새로운 부하가 반응 구역으로 내려가면서 다량의 뜨거운 CO2, CO 및 N2가 용광로를 통해 상승하는 것입니다.

그러나 계통 변수에 따라 기체 조성에 추가 성분이 추가될 수 있습니다. 예를 들어, 미분탄, 오일, 천연 가스 또는 재활용 플라스틱과 같은 부담에서 코크스 요구량을 줄이기 위해 추가 환원제를 BF에 주입하여 노 효율을 향상시킬 수 있습니다. 그러나 부하 무결성이 유지되어야 하므로 추가 환원제와 함께 증기 또는 O2를 주입해야 합니다. 이러한 추가는 뜨거운 공기 분사에서 H2 및 H2O의 수준을 변동시키고 결과적으로 (i) C + H2O =CO + H2 및 (ii) CO + H2O =CO2 + H2와 같은 수성 가스 이동 가역 반응에 영향을 미칩니다.

따라서 BF 가스의 전체 화학 조성은 동적이며 노 작동 매개변수에 따라 달라집니다. 전형적인 작동을 나타내는 BF 가스의 건조 체적 조성은 그림 2에 나와 있습니다.

그림 2 고로 가스의 대표적인 구성

생성된 BF 가스의 특정 부피(HM의 cum/ton), 화학 조성 및 CV는 (i) 부하 재료의 특성, (ii) 충전된 플럭스의 양과 같은 BF의 작동 매개변수에 따라 달라집니다. BF에서, (iii) BF 굴뚝에서 부하 물질의 분포, (iv) 만들어지는 뜨거운 금속의 등급, (v) BF에 주입되는 보조 연료의 양, (vi) 열풍의 온도, (vii) ) 폭발의 O2 함량. 따라서 운영 매개변수는 일관제철소의 에너지 관리 관점에서 실질적으로 중요합니다. 다른 소비자에게 전달되는 BF 가스의 양은 BF에서 생산되는 가스의 양과 BF의 열풍로에서 소비되는 BF 가스의 양에 따라 다릅니다.

용광로 상단에 있는 BF 가스의 CO + CO2 가스 총량은 총 가스 부피의 약 37%에서 53% 범위입니다. CO/CO2 비율은 용광로에서 1.25:1에서 2.5:1까지 다양할 수 있습니다. 가스의 CO 비율이 높으면 BF 가스가 위험합니다. BF 가스의 수소(H2) 함량은 BF의 풍구에 주입되는 연료의 유형과 양에 따라 1%에서 7%까지 다양합니다. BF 가스의 균형 성분은 질소(N2)입니다. 메탄(CH4)은 BF 가스에 최대 0.2%까지 존재할 수 있습니다.

BF에서 일부 시안화수소(HCN)와 시아노겐 가스(CN2)는 열풍의 N2와 코크스의 C의 반응으로 인해 형성될 수도 있습니다. 이 반응은 알칼리 산화물에 의해 촉진됩니다. 이 가스는 매우 유독합니다. BF 가스는 입방 미터당 200밀리그램(mg/cum) ~ 2000mg/cum의 범위에서 이러한 시아노 화합물을 포함할 수 있습니다.

BF 가스는 약 120°C ~ 370°C의 온도와 약 350mm ~ 2,500mm 수은 게이지 압력 범위의 압력에서 BF 상단을 떠납니다. 이 단계에서 일반적으로 '연도 먼지'로 알려진 115g/cum의 수증기와 20g/cum에서 40g/cum의 먼지까지 입방 미터당 약 20g(g/cum)을 운반합니다. 연도 먼지의 입자 크기는 수 마이크론에서 6mm까지 다양합니다.

BF 가스는 거의 무색(약한 희끄무레함)이며 무취의 가스입니다. BF의 다른 주요 특성은 (i) 일반적으로 입방 미터당 약 700킬로 칼로리(kcal/cum)에서 850kcal/cum 범위의 매우 낮은 CV, (ii) 일반적으로 약 1.250 범위의 비교적 높은 밀도입니다. 0 ℃ 및 1 기압에서 입방 미터당 킬로그램(kg/cum), 표준 온도 및 압력(STP), (iii) 약 1455℃인 낮은 이론적 화염 온도, (iv) 낮은 화염 전파 속도 일반적으로 다른 일반적인 기체 연료보다 낮고, (v) 비발광 화염으로 연소하고, (vi) 약 630℃의 자동 발화점을 가지며, (vii) 폭발 하한(LEL)이 27%이고, 상온 및 압력에서 공기-가스 혼합물의 폭발 상한(UEL) 75%. BF 가스의 밀도는 모든 가스 연료 중에서 가장 높습니다. 밀도가 공기의 밀도보다 높기 때문에 누출시 바닥에 가라앉습니다. BF 가스의 CO 가스 농도가 높으면 가스가 위험합니다.

BF 가스의 높은 상단 압력은 발전기를 작동하는 데 사용됩니다(탑 가스 압력 회수 터빈, 즉, TRT). TRT는 연료를 태우지 않고도 최대 35kWh/ton의 뜨거운 금속으로 전기 에너지(전력)를 생성할 수 있습니다. 건식 TRT는 습식보다 더 많은 전력을 생산할 수 있습니다.

BF 가스 청소

화로 상단에서 나오는 BF 가스에는 20g/cum ~ 40g/cum의 연도 먼지가 포함되어 있어 그대로 사용할 수 없습니다. 이 분진에는 BF 내부에서 일어나는 반응으로 인해 생성되는 코크스의 미세한 입자, 부하물질 및 화합물이 포함되어 있습니다. 이 더러운 BF 가스는 (i) 1차 가스 정화 단계와 (ii) 2차 가스 정화 단계의 두 단계로 가스 정화 공장에서 정화됩니다.

1차 가스 청소는 먼지 포집기, 사이클론 또는 이 둘의 조합으로 구성됩니다. 중력 원리는 먼지의 큰 입자(0.8mm보다 큰 입자)를 제거하는 데 사용됩니다. 이 단계에서 BF 가스는 일반적으로 더 거친 입자가 모두 제거되는 먼지 포집기를 통과합니다. 먼지 포집은 일반적으로 직경 20m~30m, 높이 20m~30m의 큰 원통형 구조입니다. 일반적으로 단열재로 라이닝되어 BF 가스에 존재하는 수분의 응축을 방지하여 먼지가 건조한 상태를 유지하고 뭉쳐지지 않고 주기적 제거를 위해 바닥에 있는 먼지 포집의 원추형 부분으로 자유롭게 흐르지 않습니다.

BF 가스는 단일 다운 코머에 의해 더스트 캐처로 보내지고 더스트 캐처 내부에서 가스를 아래쪽으로 운반하는 수직 파이프에 의해 더스트 캐처 상단을 통해 들어갑니다. 이 파이프는 거꾸로 된 깔때기처럼 아래쪽 끝에서 튀어나와 가스가 아래쪽으로 통과함에 따라 속도(따라서 먼지 운반 가능성)가 감소하고 대부분의 더 굵은 먼지(0.8mm보다 더 굵은)가 가스 흐름에서 떨어지고 먼지 포수 하단에 있는 원뿔에 쌓입니다. 집진기의 하단이 닫혀 있고 가스 배출구가 상단에 가까우므로 가스의 이동 방향이 180도 반전됩니다. 흐름 방향이 갑자기 바뀌면 더 많은 먼지가 침전됩니다.

먼지 포집 후 가스는 2차 가스 청소 단계로 보내집니다. 여기에서 BF 가스는 건식 가스 세정 시스템 또는 습식 가스 세정 설비로 세정됩니다. 건식 가스 세정 설비에서는 백 필터가 미세 먼지 입자를 제거하는 데 사용되는 반면 습식 가스 세정 설비에서는 BF 가스가 여러 단계의 스크러버에서 먼지를 세척합니다.

BF 가스 사용

BF 탑 가스의 현열은 1832년에 냉풍으로 열을 전달하기 위해 처음 사용되었습니다. 원래 이 열교환기는 로 상단에 장착되었습니다. 1845년 BF가스의 연소열을 이용한 최초의 시도가 있었으나 1857년까지 BF가스의 연소는 성공하지 못했다. 내용물, 청소 및 취급 문제, 고체 연료의 저렴한 비용. 다른 연료의 비용 증가와 경쟁으로 인해 연료 사용이 불가피했습니다.

과거에 BF 가스 사용은 고로에서 열풍로를 가열하고 다중 연료 보일러에서 사용하는 것으로 제한되었습니다. 다양한 특성으로 인해 다른 용도로는 경제적이지 않다고 간주되었습니다. 그러나 최근 몇 년 동안 몇 가지 요인으로 인해 사용이 확대되었습니다. 가스 사용 확대에 기여한 요인은 (i) 연료 구입 비용의 상승, (ii) 가스 세정 기술의 개선을 통한 가스 청정도 향상, (iii) BF 가스 예열 기술 개발입니다. .

일관제철소에서 BF 가스는 일반적으로 코크스로 가스나 전로 가스 또는 둘 다와 혼합되어 사용됩니다. 혼합가스는 일관제철소의 각종 용광로에서 연료로 사용됩니다. 혼합 및 예열 없이 BF 가스는 BF 스토브, 소킹 피트, 노멀라이징 및 어닐링로, 주조 코어 오븐, 송풍용 가스 엔진, 발전용 보일러, 발전용 가스 터빈에 사용할 수 있습니다. 최근 기술의 발전으로 BF 가스는 소결로에서 직접 사용되기도 합니다.

송풍 및 발전용 가스 엔진에서 BF 가스를 사용하는 열적 이점은 이러한 장비에 필요한 막대한 투자 및 유지 관리 비용을 극복해야 합니다. 현대식 보일러 하우스는 효율적인 터보 블로어 및 발전기로 높은 증기 압력과 온도를 활용합니다. 이것은 가스 엔진의 열적 이점을 충분히 감소시켰고 따라서 그들의 사용을 정당화하기 어렵게 되었습니다. 아시아와 유럽의 일부 철강 공장은 발전기를 구동하기 위해 직접 연결된 가스터빈을 성공적으로 사용했습니다. 예열된 공기와 함께 예열된 BF 가스는 코크스 오븐 가열, 담금질 구덩이 및 재가열로에서 성공적으로 사용되었습니다.

BF 가스를 예열할 때 최소 청정도는 0.023 g/cum이어야 하며 이 가스를 사용하는 모든 경우에 많은 비율의 미연 BF 가스가 주변으로 누출되는 것을 방지하기 위해 특별한 예방 조치가 필요합니다. 유독성 CO 가스.

BF 가스의 발열량이 700 kcal/cum의 낮은 값에 근접하는 고로 작업에서 스토브에서 뜨거운 공기 분사의 매우 높은 온도를 얻기 위해 BF 가스를 다른 연료 가스와 혼합해야 합니다.