뜨거운 코크스의 건식 담금질

뜨거운 콜라의 건조 냉각

코크스 건식 담금질(CDQ)은 코크스 오븐 배터리에서 코크스를 생산하는 동안 사용되는 에너지 절약 공정입니다. CDQ 플랜트는 코크스 건식 냉각 플랜트(CDCP)라고도 합니다. 기존의 CWQ(코크스 습식 담금질) 공정에서는 코크스 화로에서 밀려난 적열 코크스를 뜨거운 코크스에 물을 분사하여 냉각합니다. 냉각에 사용된 물은 기화되어 대기 중으로 방출됩니다. 이 기존 시스템의 문제는 적열 코크스의 열 에너지가 증기로 변환되어 사용되지 않고 방출되는 증기로 변환될 때 에너지 손실입니다. 또 다른 단점은 CWQ 공정이 코크스 분진을 공기 중으로 생성하기 때문에 CWQ 공정이 높은 CO2 배출 및 열 에너지 손실과 관련이 있다는 것입니다.

오븐 코크스의 냉각을 위한 CWQ 공정 동안 뜨거운 코크스의 현열은 대기 중으로 소산되어 손실됩니다. 또한 공기 중 배출(페놀, 시안화물, 황화물 및 먼지가 포함된 코크스 톤당 증기 0.5톤)이 있으며 습식 담금질에는 다량의 물(코크스 톤당 약 0.6cum)이 필요합니다. . 물 속의 오염 물질도 환경으로 배출됩니다. Tab 1은 CWQ 공정과 CDQ 공정에서 생산되는 코크스의 대표적인 특성을 비교한 것이다.

탭 1 CWQ 및 CDQ 공정에 의해 생산된 코크스의 일반적인 특성 비교
SL 번호	매개변수	단위	CWQ 프로세스	CDQ 프로세스
1	수분 함량	%	2-5	0.1-0.3
2	재 콘텐츠	%	11.35	11.39
3	휘발성 성분	%	0.5	0.41
4	평균 입자 크기	mm	65	55
5	코크스의 산들바람 비율(-15mm에서 절단 후)	%	10	13
6	다공성	%	49	48
7	드럼 색인	%	83.5	85
8	반응 후 코크스 강도(CSR)	%	58	60

CDQ 공정에서 적열 코크스는 밀폐된 시스템에서 순환하는 가스에 의해 냉각되어 공기 중 코크스 분진의 방출을 방지합니다. 기존의 CWQ 공정에서 손실된 적열 코크스의 열에너지는 CDQ 시스템에서 수집되어 증기로 재사용됩니다. 이 기술은 화석연료를 적게 사용하고 CO2 배출량을 줄여 지구 온난화 방지에 기여합니다. 오늘날 CDQ 플랜트는 효율적인 에너지 회수와 환경오염을 줄이는 특성으로 인해 세계적으로 많은 주목을 받고 있습니다. CO2에 의한 지구온난화, 대기오염 등 환경문제에 대한 대책의 필수시설로 각광받고 있다. 기존 CDQ 공정의 운전을 기반으로 에너지 절약 계산을 수행한 연구에서 석탄 탄화 과정에서 발생하는 폐열의 85%가 CDQ 공정으로 회수되는 것으로 나타났습니다.

기록

CDQ 기술은 1920년대 Sulzer 형제에 의해 스위스에서 도입되었습니다. 수십 년 후, 연속 작동을 위한 CDQ 프로세스의 개선된 개념이 러시아의 Giprokoks Institute에서 만들어졌습니다. 파일럿 및 파일럿/상업적 시험을 거친 후, 최초의 본격적인 CDQ 플랜트 설치는 1965년 당시 소련의 Cherepovets Iron and Steel Works에서 시운전되었습니다. 1978년까지 시간당 56톤의 약 50개의 CDCP 모듈이 당시 소련에서 가동되었습니다. 지난 20년 동안 CWQ 프로세스가 여전히 인기가 있지만 CDQ 프로세스는 점진적으로 수용되었습니다. 그러나 많은 국가에서 많은 수의 CDQ 공장이 운영되고 있습니다. 그림 1은 Giprokoks 디자인의 CDQ 플랜트 모듈이 시간당 56톤의 용량을 갖고 있음을 보여줍니다.

그림 1 Giprokoks 디자인의 CDQ 플랜트 모듈은 시간당 56톤의 용량을 가지고 있습니다.

일본은 1975년 소련으로부터 라이센스를 구입했고 1976~77년에 3개의 일본 설비가 시운전되었습니다. 최근 몇 년 동안 코크스 오븐의 생산 능력이 증가하고 있기 때문에 CDQ 용량도 이러한 변화하는 추세에 적응해야 합니다. 이러한 경향을 따르고 다양한 고객 요구 사항을 충족시키기 위해 일본에서는 대량의 코크스를 급냉하기 위한 단일 챔버(단일 챔버 CDQ)로 구성된 대규모 CDQ 플랜트의 개발이 진행되었습니다. 단일 챔버 CDQ의 경우 예비 시설이 없기 때문에 가용성이 매우 중요한 요소입니다. 고가용성을 달성하기 위해서는 안정적인 운영이 필수적입니다. 그러나 미숙한 작업자의 경우 다양한 매개변수를 조정하여 안정적인 작동을 달성하기 어렵습니다. 최근에는 CDQ 플랜트를 위한 새로운 자동화 기술도 개발되었습니다. 1975년 이후 CDQ 챔버 용량의 점진적인 증가는 그림 2에 나와 있습니다.

그림 2 1975년 이후 CDCP 챔버 용량의 점진적인 증가

CDQ 프로세스

밀린 후 뜨거운 코크스는 코크스 오븐 배터리에서 냉각 차량에 보관된 바닥 개방 버킷의 CDQ 공장으로 가져옵니다. 이 버킷은 호이스팅/충전 장치에 의해 CDQ 공장에서 CDQ 챔버 상단으로 들어 올려지고 레드 핫 코크스는 충전 장치에 의해 사전 챔버로 배출됩니다. 고온 코크스(온도 1000~1100℃ 정도)는 순환 가스에 의해 챔버 내에서 냉각됩니다. 챔버에서 순환 가스는 코크스의 움직임과 반대 방향으로 이동합니다. 즉, 순환 가스는 위쪽으로 이동하고 코크스는 중력에 의해 아래쪽으로 이동합니다.

연속 실행되는 CDCP 플랜트의 순환 가스는 주로 질소(N2)와 소량의 이산화탄소(CO2), 일산화탄소(CO) 및 수소(H2)로 구성된 혼합 가스입니다. 순환 가스의 일반적인 구성은 N2 – 70% ~ 75%, CO2 – 10% ~ 15%, CO – 8% ~ 10%, H2 – 2% ~ 3%입니다. 핫코크스는 챔버 내에서 하강하면서 냉각챔버 하부에서 불어오는 순환가스에 의해 200℃ 이하의 온도로 냉각되어 챔버 하부 배출시설에서 배출된다. 챔버를 통한 코크스의 통과 시간은 약 5시간 내지 6시간이다. 56톤/시간 용량의 CDQ 플랜트에 대한 일반적인 운영 매개변수는 표 2에 나와 있습니다.

56톤/시간 용량의 CDQ 플랜트에 대한 탭 2 일반적인 매개변수
SL 번호	매개변수	단위	가치
1	정원	톤/시간	56
2	콜라 충전 온도	도 C	1,000 – 1,050
3	코크스 출력 온도	도 C	200
4	가스 유입 온도	도 C	170
5	가스 배출구 온도	도 C	800 -850
6	증기 생성	톤/시간	25
7	증기압	kg/sq cm	40
8	증기 온도	도 C	440
9	총 가스량	N cm/시간	84,000

냉각실에서 열교환 과정을 거친 고온 순환 가스(약 800~850℃)는 1차 더스트 캐처를 거쳐 보일러로 공급된다. 보일러에서 열교환과정을 거친 후 순환가스를 약 180℃ 정도로 냉각시킨다. 보일러에서 발생된 증기는 범용공정증기로 사용하거나 과열 고압증기로 ​​전환하여 전기발전 터빈 발전기를 통해 전력을 공급합니다.

순환 가스는 2차 먼지 포집기를 통과하여 가스 순환 송풍기로 들어가 압력을 높이고 N2 가스를 첨가하여 조성을 보정한 후 순환 가스를 CDQ 챔버 바닥에 주입합니다. 필요시 서브 이코노마이저를 설치하여 순환가스의 온도를 약 130℃ 정도로 낮추어 냉각실의 냉각효율을 높였습니다.

챔버에서 코크스를 차단하는 차단 장치, 순환하는 불활성 가스의 먼지를 제거하는 먼지 제거 시스템, 순환 송풍기 앞에 설치된 2차 먼지 포집 장치 등의 부대 시설이 있습니다. CDQ 프로세스의 프로세스 흐름은 그림 3과 같습니다.

그림 3 CDQ 프로세스의 프로세스 흐름

  CDQ 프로세스의 이점

CDQ 프로세스는 기존의 CWQ 프로세스에 비해 많은 장점이 있습니다. 주요 이점은 아래에 설명되어 있습니다.

뜨거운 코크스의 현열 활용 – 화석연료를 사용하지 않고 코크스를 건식 급랭하여 전력을 생산할 수 있습니다. 이는 CO2 배출량 감소로 이어집니다. 예를 들어(그림 4), 시간당 200톤(t/h) 용량의 CDQ는 약 36MW의 전력을 생성할 수 있습니다. 중유 보일러로 동일한 전력을 생산하려면 12 t/h의 중유가 필요하며 이는 대기로 36 t/h의 CO2를 배출합니다. 따라서 CDQ 플랜트는 경제적인 이점과 환경적인 이점을 모두 제공합니다. 코크스의 현열을 회수하므로 순 에너지 절감 효과가 있습니다. 에너지 절약은 코크스 톤당 약 0.25Gcal입니다. 따라서 CDQ 공정은 CWQ 공정에서 대기로 분산된 에너지를 효과적으로 활용할 수 있습니다.

환경 보호 – CDQ에서는 CWQ 공정의 경우 퀜칭 타워에서 정상적으로 나오는 흰 연기가 없습니다. 이 흰 연기는 먼지 함량이 높습니다. CDQ 공정의 경우 백연이 없는 것은 모든 공정이 완전히 밀폐되어 있기 때문입니다. 그 결과 CDQ 장비 주변의 작업 환경이 개선됩니다.

일반적으로 CWQ 공정에서는 환경으로 배출되는 증기에 포함된 코크스 분진(코크스 300g/t~코크스 400g 정도)이 다량으로 배출됩니다. 최근 개발된 '코크스 안정화 담금질(CSQ) 공정'은 분진 배출량을 줄인다. 그러나 CDQ 프로세스는 먼지 배출을 방지하는 데 여전히 더 효율적입니다. CDQ의 분진 배출량은 코크스 톤당 3g 미만입니다(그림 4). 이 가치는 현재 진행 중인 CDQ 프로세스의 지속적인 개선으로 더욱 향상되었습니다.

CDQ 프로세스는 또한 수질 오염 및 수질 보존과 관련하여 환경 친화적입니다. 이는 담금질 매체가 물인 CWQ 공정과 달리 CDQ 공정에서는 물이 사용되지 않기 때문입니다.

<강한>

그림 4 CDQ 프로세스의 이점  

BF의 생산성 향상에 CDQ 프로세스 기여 – CDQ 공정으로 생산되는 코크스의 품질 향상은 고로(BF)의 생산성 향상으로 이어집니다. CDQ 공법으로 생산되는 코크스는 CWQ 공법으로 생산되는 코크스의 품질에 비해 두 가지 우수한 특징을 갖고 있다. 이러한 특징은 (i) 코크스의 더 높은 기계적 강도, (ii) 코크스의 매우 낮은 수분 함량(거의 0)입니다. 이러한 기능은 아래에 설명된 BF에서 특정 이점을 제공합니다.

코크스에 포함된 수분 증발에 추가 열 에너지가 필요하지 않기 때문에 BF의 연료 소비는 몇 퍼센트 감소합니다. 또한 BF의 CO2 저감과 BF 상부의 온도 상승으로 인한 TRT(Top Pressure Recovery Turbine)의 발전량 향상에 기여합니다.

CDQ 공정으로 담금질된 코크스를 사용하여 코크스 강도가 높아 BF의 투과성이 향상됩니다. BF의 투자율이 높을수록 BF의 환원 반응 효율이 ​​향상되고, 이는 BF의 용선 생산성을 향상시킨다. CDQ 공정으로 생산된 코크스를 사용하는 BF는 비교적 안정적으로 작동합니다. 또한, 코크스 강도가 증가함에 따라 BF 내부는 충분한 투자율을 유지할 수 있으므로 BF에서 더 높은 미분탄 주입률을 달성할 수 있습니다.

콜라 품질 향상 – CWQ 공정으로 생산되는 코크스에 비해 CDQ 공정으로 코크스의 품질을 향상시킵니다. 코크스의 품질은 낮은 표준편차(보통 약 1.25%)로 인해 더 안정적입니다. 균일한 품질의 코크스는 BF 작업에 도움이 됩니다. 이는 CWQ 공정의 경우 워터젯으로 물을 분사하여 빠르게 냉각시키는 것이 아니라 CDQ 챔버의 순환 가스에 의해 코크스가 서서히 냉각되기 때문입니다. 또한, 수성 가스 반응을 피할 수 있습니다. 기계적 강도(드럼 지수)에서 예상되는 개선은 약 1.5%이고 반응 후 코크스 강도(CSR)의 개선은 약 2.5%입니다. 이러한 개선은 순환 가스에 의해 서서히 냉각되는 열간 코크스가 습식 급냉 코크스에 일반적으로 존재하는 표면 기공 및 내부 균열이 없기 때문입니다.

일반적으로 석탄 탄화에 사용되는 혼합탄에서 고급 점결탄의 비율이 높은 경우 코크스 강도의 증가율은 상대적으로 적은 것으로 관찰됩니다. 혼합탄에 저점점탄을 더 많이 사용하면 CDQ 공정을 통해 추가 비용 이점을 얻을 수 있습니다.