고로가스 세정

고로 가스 청소

고로(BF)에서 액체 철을 생산하는 공정은 BF 공정의 중요한 부산물인 용광로 상단에서 가스를 생성합니다. 이 고로 상부 가스는 BF 상부에 존재하는 온도와 압력으로 보통 먼지와 물 입자로 오염된다. 이 상부 가스는 상당한 발열량을 가지며 원시 BF 가스 또는 오염된 BF 가스로 알려져 있습니다. 이 탑 가스의 조성과 양은 고로의 기술 공정의 특성과 고로에서 철 생산에 사용되는 원료의 종류와 품질에 따라 다릅니다. 원시 BF 가스를 더 사용하려면 고체 입자의 함량을 줄이는 특정 공정 시스템을 사용하여 청소해야 합니다.

상부 가스는 일산화탄소(CO)를 포함하며 청소 후 고로 가스로 알려져 있습니다. 열풍 난로의 송풍 공기를 가열하는 연료 가스와 제철소의 보조 연료로 사용됩니다. BF 가스를 연료 가스로 사용하려면 가스 부피와 수분 함량을 줄이기 위해 원시 BF 가스를 청소하고 냉각해야 합니다. 제철소의 광범위한 분배 시스템 전반에 걸쳐 운송 비용을 상당히 절감할 수 있으므로 사전 냉각 및 가스량 감소도 필요합니다.

미분탄 주입(PCI)으로 작동되는 고로용 고로 가스의 일반적인 분석은 표 1에 나와 있습니다. 가스 세척을 위한 공정 시스템은 습식 가스 세척 시스템 또는 건식 세척 시스템입니다. 고효율 가스 세정 시스템은 제철소의 BF 가스 네트워크는 물론 BF의 고온 열풍 시스템의 안정적인 작동과 긴 캠페인 수명을 위해 필수적입니다. 습식 세척 시스템은 BF 가스 세척에 더 일반적으로 사용되는 시스템입니다.

탭 1 PCI를 사용한 BF 가스의 일반적인 분석
구성원	단위	가치
CO	% 볼륨	20 – 24
CO2	% 볼륨	18-23
H2	% 볼륨	1.5-4.5
N2	% 볼륨	52-57
SO2	mg/cum	10-30
NH3	mg/cum	5-21
염화물	mg/cum	50-200
N2의 산화물	mg/cum	3-12

고로 가스 세정 시스템의 주요 기능은 이 가스에서 입자상 물질을 제거하는 것입니다. 또한 시스템은 가스를 냉각시켜 수분 함량을 줄여 발열량을 높입니다. 회수된 슬러지/먼지에는 비교적 많은 양의 철과 탄소가 포함되어 있으므로 소결로를 통해 재활용할 수 있습니다.

고로 공정에 대한 지식은 가스 세정 시스템의 적절한 설계 및 작동에 필요합니다. 분진 준비 및 광석 부담 유형(펠렛 또는 소결)은 분진의 양과 입자 크기에 영향을 미칩니다. 또한 플럭싱 재료의 선택과 준비는 스크러버 시스템의 물 화학에 영향을 미칩니다. 칼슘은 융제로 사용되는 석회석에서 수계로 유입될 수 있습니다. 코크스와 연료 분사제는 황, 염화물, 암모니아 및 질소 산화물을 제공합니다. 가스 분석은 PCI가 있거나 없는 부하 재료 및 BF 작동에 따라 다릅니다. 생산 수준과 풍속은 가스 청소 시스템의 미립자 부하에 영향을 미칩니다.

상부 압력 및 스크러버 압력 강하는(습식 시스템의 경우) 집진 효율과 스크러버 물에 용해된 가스 흡착에 영향을 미칩니다. 상부 가스의 세척 및 냉각의 기본 기능 외에도 스크러버 및/또는 상부 가스 에너지 회수 터빈은 또한 고로의 상부 압력을 제어합니다. 부드럽고 안정적인 퍼니스 작동을 위해서는 상단 압력이 제어되고 가능한 한 일정하게 유지되어야 합니다. 따라서 가스 세정 시스템 설계는 고로 작동과 완전히 통합되어야 합니다.

충전, 태핑, 균등화 및 스토브 교체와 같은 작업 중에 필연적으로 가스 흐름 및 압력의 변동이 있습니다. 변동은 일반적으로 짧은 기간이지만 상당한 진폭을 가지며 가스 시스템 전체에 걸쳐 용광로 상단과 하류에서 감지됩니다. BF 가스 세정 시스템은 이러한 변동을 처리하고 제어할 수 있도록 설계되어야 합니다.

PCI로 작동되는 퍼니스의 경우 퍼니스 상단에서 나오는 BF 가스에는 일반 가스 입방 미터당 약 20-30g의 연도 먼지가 포함되어 있으므로 그대로 사용할 수 없습니다. 이 분진에는 고로에서 일어나는 반응에 의해 생성되는 코크스의 미세한 입자, 부하물질, 화합물이 포함되어 있습니다. PCI를 사용한 원시 BF 가스의 입자 크기의 일반적인 크기 분포는 표 2에 나와 있습니다.

표 2 PCI가 있는 원시 BF 가스의 입자 크기의 일반적인 분포
클래스	마이크로미터 단위의 입자 크기	마이크로미터 단위의 평균 크기	% 분포
1	0-10	5	9
2	11-30	20	8
3	31-60	45	12
4	61-100	80	17
5	101-200	150	17
6	201-400	300	17
7	401-600	500	10
8	601-800	700	10

고로 가스 정화의 주요 목적은 제철소의 용광로에서 연료로 사용할 냉각 가스를 먼지 없이 생산하는 것이므로 가스 정화 시스템은 이 목표를 충족하도록 설계되어야 합니다.

매우 먼지가 많은 가스에서 거친 먼지와 미세 먼지 혼합물을 효과적으로 제거하려면 먼지 포집 장치와 다중 벤츄리 스크러빙 시스템을 사용해야 합니다. 효과적인 냉각을 위해서는 제철소의 BF 가스 네트워크로 BF 가스를 배출하기 전에 가스 냉각탑을 사용해야 합니다. 원료 BF 가스는 가스 세정 플랜트에서 1차 가스 세정 단계와 2차 가스 세정 단계의 두 단계로 세정됩니다. 고로 가스 세정 시스템의 일반적인 흐름도는 그림 1에 나와 있습니다.

그림 1 가스 청소 시스템의 흐름도

1차 가스 정화 단계

1차 가스 청소는 중력 분리 원리를 기반으로 하며 큰 먼지 입자를 제거하는 데 사용됩니다. 습식 세정 전에 고로 상부 가스의 먼지 입자를 건식 분리하는 것으로 일반적으로 중력 먼지 포집기 또는 가장 최근에는 대구경 사이클론에 의해 수행됩니다. 이 단계에서 더 거친 입자가 모두 제거됩니다. 목적은 재사용 및 재활용을 위해 건조한 상태에서 가능한 한 많은 먼지를 제거하는 것입니다. 재활용 분진은 또한 아연 함량이 낮아야 하며 고로 아연 균형 한계를 충족해야 합니다. 분리기의 먼지 제거 효율은 입자 크기 분포, 분리 메커니즘(예:중력 또는 원심력) 및 더 적은 정도는 유입 먼지 부하에 따라 달라집니다. 분리된 먼지는 일반적으로 10마이크로미터보다 큰 크기이며 일반적으로 하루 반 동안 먼지가 쌓일 수 있는 크기의 먼지 저장 호퍼에 수집되고 먼지 배출 시스템을 통해 비워집니다.

먼지 포집은 일반적으로 큰 직경과 필요한 높이를 가진 큰 원통형 구조입니다. 일반적으로 단열 및 BF 가스의 수분 응축을 방지하여 먼지가 건조한 상태를 유지하고 뭉쳐지지 않고 주기적으로 제거하기 위해 바닥에 있는 먼지 포집의 원추형 부분으로 자유롭게 흐르지 않도록 라이닝됩니다.

가스는 단일 다운 코머에 의해 먼지 포집기로 보내지고 먼지 포집기 내부에서 가스를 아래로 운반하는 수직 파이프를 통해 상단을 통해 들어갑니다. 이 파이프는 거꾸로 된 깔때기처럼 아래쪽 끝에서 튀어나와 가스가 아래쪽으로 통과함에 따라 속도(따라서 먼지 운반 가능성)가 감소하고 대부분의 더 거친 먼지가 가스 흐름에서 떨어지고 먼지 포집의 바닥입니다. 먼지 포집의 하단은 닫혀 있고 가스 배출구는 상단에 가까우므로 가스의 이동 방향은 180도 바뀌어야 합니다. 흐름 방향이 갑자기 바뀌면 더 많은 먼지가 침전됩니다.

기존 중력 먼지 포집기의 작동 및 효율성은 스톡스의 법칙에 따릅니다. 1851년 George Stokes는 작은 유체 질량 한계를 해결하여 연속 점성 유체에서 매우 작은 Reynolds(Re) 수, 예를 들어 매우 작은 입자를 갖는 구형 물체에 가해지는 마찰력(항력이라고도 함)에 대한 표현을 유도했습니다. 일반적으로 풀 수 없는 Navier-Stokes 방정식.

그러나 Stokes의 법칙은 층류 영역에서 침전 속도를 갖는 매우 작은 Re 값을 갖는 구형 물체에만 적용됩니다. Re 숫자가 0.2보다 크고 최대 100,000인 입자의 경우 난류의 정도가 심각해져서 추가 항력이 발생합니다. 따라서 침전(또는 말단) 속도는 일반적으로 스톡스의 법칙에 의해 예측된 것보다 낮습니다. 이러한 입자 크기에 대해 종단 속도는 Haywood 표에 제공된 값을 사용하여 입자 Re 수와 항력 계수 간의 상관 관계에 의해 결정됩니다. 또는 입자 Re와 아르키메데스(Ar) 수(Re =0.2와 20,000 사이에서 유효) 간의 상관 관계를 사용할 수 있습니다.

입자가 자체 무게로 점성 유체에서 떨어지는 경우 부력과 결합된 마찰력이 중력과 정확히 균형을 이룰 때 침전 속도라고도 하는 종단 속도에 도달합니다. Stokes의 법칙과 Haywood 테이블을 결합하여 각 입자 그룹의 종단 속도를 결정할 수 있습니다. 입자 말단 속도에서 제거 효율을 계산할 수 있으며, 이는 먼지 포집 고리의 상승하는 가스 속도와 배럴 직경에 따라 달라집니다.

사이클론 먼지 포집기의 경우 먼지 포집기의 작동 및 효율성은 원심력을 기반으로 합니다. 사이클론 먼지 포집기에서 미가공 용광로 가스는 먼지 입자를 벽으로 밀어내고 가스 흐름에서 분리하는 속도로 하나 또는 두 개의 접선 입구에 의해 도입됩니다. 사이클론 먼지 포수는 내부 구조가 다를 수 있습니다. 사이클론의 한 유형은 완전히 비어 있고 다른 유형은 복잡한 흡입구 돔과 교체 가능한 가이드 베인이 있습니다.

사이클론 내부의 더 높은 먼지 분리는 먼지 포집 기술과 비교하여 사이클론 내부의 원심력 및 높은 원주 속도와 관련이 있습니다. 용기 내부의 더 높은 속도는 용기 내부 표면의 특별한 보호를 필요로 합니다. 먼지 포집기는 가스 속도가 낮기 때문에 내부 표면을 보호하지 않고 작동하는 경우가 매우 많지만 사이클론 기술은 마모를 방지하기 위해 이러한 표면을 보호해야 합니다.

사이클론 먼지 포수에는 일반적으로 와류 찾기, 정점, 흐름 원뿔 및 이중 먼지 배출구가 있는 집진 호퍼가 있습니다. 사이클론의 포집 효율은 입자 크기 분포에 크게 의존합니다. 5 마이크로미터 미만의 입자는 질량이 작기 때문에 제거되지 않습니다. 5~30마이크로미터 사이의 입자는 부분적으로 분리되고 30마이크로미터보다 큰 입자는 콘 더스트 캐처에서 완전히 분리됩니다. 사이클론 먼지 포집의 전체 분리 효율은 중력 먼지 포수보다 우수합니다. 제거된 건조 먼지에는 아연과 납 농도가 거의 포함되어 있지 않으며 쉽게 재활용할 수 있습니다. 사이클론 더스트 캐처는 습식 가스 청소로 구성된 2차 단계의 먼지 부하를 줄입니다. 

먼지 포집 장치에는 먼지 포집 장치에 먼지가 쌓이는 것을 방지하고 먼지와 가스 배출을 줄이기 위해 거의 대기압 아래에서 배치 단위로 먼지를 투기하는 먼지 배출 시스템이 장착되어 있습니다. 먼지는 일반적으로 지면으로 배출되거나 아래의 덤퍼/왜건으로 직접 배출되기 전에 적셔집니다. 레벨 표시를 위해 먼지 호퍼에 레벨 감지 장치가 설치되어 있습니다. 레벨 감지 장치의 신호는 먼지 축적을 모니터링하고 먼지 덤프 주기를 시작하며 낮고 높은 수준의 경보를 제공하는 데 사용됩니다.

2차 가스 정화 단계

먼지 포집기에서 1차 세정 후 BF 가스는 대부분의 무거운 입자가 제거되어 습식 세정 시스템인 2차 가스 세정 단계(스크러버)로 이동합니다. 이 단계에서 BF 가스는 물과 접촉하여 세척되며 거의 모든 부유 입자가 분리됩니다(99% 이상). 일부 공장에서 이 가스는 전기 집진기로 추가로 사용됩니다. 2차 가스 세정 단계 후 처리된 가스는 플랜트의 BF 가스 네트워크로 유입되어 BF 스토브 난방에도 사용됩니다. 동시에 시스템의 오염된 물에는 500-10,000mg/l 범위의 고농도 부유 입자가 포함되어 있어 침전지/정화기 농축기로 보내져 먼지가 가라앉고 맑은 물이 상부에서 내려옵니다. 재사용을 위해 펌핑됩니다. Scrubber는 다양한 디자인, 크기 및 성능 기능으로 제공됩니다. 주로 입자 수집용으로 설계되었습니다.

거친 용광로 운전 조건에서도 문제 없는 스크러버 작동은 고로에서 경제적인 철 생산을 위한 전제 조건입니다. 스크러버의 설계는 높은 신뢰성과 우수한 성능을 제공하도록 최적화되어야 합니다. 스크러버에 필요한 특성은 (i) 다중 먼지 제거 메커니즘, (ii) 최소 스크러빙 물 요구 사항, (iii) 우수한 상단 압력 제어, (iv) 입증된 성능 및 고효율, (v) 낮은 공간 요구 사항, (vi) 낮은 에너지 소비 및 (vii) 낮은 소음 방출.

입자 크기는 스크러버의 제거 효율에 영향을 미치는 가장 중요한 요소 중 하나입니다. 더 큰 입자는 훨씬 더 쉽게 제거되는 반면 서브미크론 입자는 제거하기가 가장 어렵습니다.

습식 스크러버의 먼지 제거 메커니즘과 관련하여 고로 가스에서 먼지 입자를 분리하려면 가스에 대한 입자의 차동 운동을 생성하는 힘의 적용과 입자가 이동하는 데 충분한 체류 시간이 필요합니다. 표면 수집.

고로 가스 세정용 스크러버는 기본 공기역학적 원리에 따라 작동합니다. 공기역학적 원리에 대한 간단한 비유는 매우 큰 크기의 물방울이 훨씬 작은 크기의 가스 흐름 입자와 충돌할 것으로 예상되는 경우 충돌의 통계적 가능성은 매우 작다는 것입니다. 물방울의 크기가 기체 흐름 입자의 크기에 가까워질수록 충돌 가능성이 높아집니다. 연구에 따르면 물방울을 둘러싼 표면 필름은 지름의 1/200 정도의 두께를 가지고 있습니다. 비행 중인 기류 입자는 물방울 직경의 1/200보다 작은 직경을 갖는 경우 충돌 없이 액적 주위의 유선형 필름을 통해 흐릅니다. 그러나 물방울의 직경이 훨씬 작으면 충돌이 발생합니다. 10미크론 조준 입자는 적절한 수집을 위해 2000미크론(200×10)보다 작은 물방울이 필요합니다. 따라서 효율적인 스크러빙은 포획할 입자와의 최대 접촉을 제공하기 위해 입자 크기와 관련된 미세도로 물을 분무해야 합니다. 또한 물방울이 먼지 입자에 부딪힐 확률은 먼지 농도에 비례합니다. 단일 먼지 입자는 떼보다 단일 방울에 부딪힐 가능성이 적습니다. 이러한 요인을 균등화하기 위해 스크러버는 스크러빙할 가스의 양(가스 흐름의 압력 강하로 측정)과 분무할 물(스프레이 노즐의 수압으로 측정)으로 조절됩니다. 스크러빙 챔버의 높이와 직경도 알려진 가스 특성에 맞게 조정됩니다.

고로 가스 세정의 주요 분리 메커니즘은 (i) 관성 차단, (ii) 난류(브라우니안) 확산 및 (iii) 유동 라인 차단으로 구성됩니다. 작은 입자가 유체에 떠 있을 때 액체 분자의 영향을 받습니다. 초미세 입자(콜로이드)의 경우 입자에 부여된 순간적인 운동량이 무작위로 달라지므로 입자가 현재 브라운 운동으로 알려진 에로틱한 경로를 따라 이동합니다. 관성 차단은 다양한 질량의 서로 다른 관성력이 특징입니다. 먼지가 포함된 가스가 수집된 물방울 주위를 흐를 때 더 큰 질량의 먼지 입자는 가스 흐름의 흐름 라인을 따르지 않습니다. 관성력에 의해 추진된 이러한 입자는 물방울을 때리고 관통하여 가스 흐름에서 제거됩니다. 난류 확산은 가스 흐름에서 더 작은 먼지 입자를 제거하는 데 매우 효과적입니다. 작은 입자, 특히 직경이 약 0.3마이크로미터 미만인 입자는 상당한 브라운 운동을 나타내며 가스 유선을 따라 균일하게 움직이지 않습니다. 이 입자는 가스 흐름에서 물방울의 표면으로 확산되어 수집됩니다. 이 수집 메커니즘은 기액 혼합물의 난류를 촉진하고 저속에서 작동하며 충분한 체류 시간을 제공하는 스크러버에서만 작동할 수 있습니다. 흐름 라인 차단은 가스 흐름 라인이 수집 물방울의 한 입자 반경 내를 통과하는 경우에만 작동합니다. 이 유선을 따라 이동하는 먼지 입자는 물방울에 닿아 관성 또는 난류 확산의 영향 없이 수집됩니다. BF 가스의 물 스크러빙 중 먼지 제거 메커니즘은 그림 2에 나와 있습니다.

<강한>

그림 2 먼지 제거 장치

더스트 캐처는 큰 입자를 제거하고 벤츄리 스크러버에 가해지는 부하를 줄이기 위한 침전 챔버일 뿐입니다. 가스는 보다 효과적인 미립자 제거를 위해 1차 벤츄리(분리기 포함)와 2차 벤츄리를 모두 통과합니다. 그런 다음 가스는 비말동반 분리기/가스 냉각탑 조합을 통과합니다. 정화되고 냉각된 가스는 제철소의 BF 가스 네트워크로 보내집니다. BF 가스 분배 라인 및 용광로의 문제를 피하기 위해 가스의 수분 수준을 낮추기 위해 적절한 냉각이 필요합니다.

높은 수준의 미립자를 포함하는 첫 번째 벤츄리에서 수집된 재활용수는 정화기 농축기로 직접 보내집니다. 분리기에서 수집된 재활용수는 첫 번째 벤츄리 스크러버로 재순환됩니다. 보충수는 정화기에 추가되고 합쳐진 오버플로는 2차 벤츄리로 재활용됩니다. 따라서 가장 깨끗한 물은 가장 깨끗한 가스와 접촉하고 첫 번째 벤츄리로 돌아간 다음 정화기로 되돌아갑니다. 물은 농축기에서 스크러버로 재활용되거나 슬래그 냉각과 같은 다른 목적으로 사용될 수 있습니다.

기존 냉각탑은 일반적으로 가스 냉각탑 물 또는 스크러버 물에서 열을 제거하는 데 사용됩니다. 타워의 디자인은 냉각수와 벤츄리 스크러버 물을 분리하여 유지하는 것을 가능하게 합니다. 스크러버 물은 일반적으로 고로의 부하에 있는 석회 미세분말에서 상당한 경도와 알칼리도를 포함합니다. 결과적으로 규모가 자주 발생합니다. 산화철과 연소되지 않은 탄소의 퇴적물 또한 많은 시스템에서 우려 사항입니다. 증착 문제는 가스가 가장 높은 수준의 미립자를 포함하는 1차 벤츄리 노즐과 목 부분, 그리고 농축기를 오가는 라인과 펌프에서 가장 자주 발생합니다.

그러나 증착은 벤츄리 스크러버, 분리기, 가스 냉각탑 또는 스크러버 재활용 라인 및 펌프에서 발생할 수 있습니다. 부적절한 액체/고체 분리로 인해 정화기 넘침의 수질이 좋지 않기 때문에 정화는 또 다른 주요 문제 영역입니다.

최근 새로 건설되고 재건된 고로, 특히 중화 인민 공화국에서 백 필터에 의한 고로 가스의 드라이 클리닝이 널리 적용되었습니다. 건식 가스 세정은 벤츄리 스크러버를 사용한 습식 가스 세정과 다음과 같은 차이점이 있습니다.

• 세정 공정에서 물이 없으면 가스 세정 시스템의 슬러지 펌핑 스테이션, 슬러지 침전 탱크 및 응집기, 슬러리 이송을 위한 펌프 스테이션, 가스 순환 사이클의 순환 펌프 스테이션과 같은 다수의 고로 상수도 시설이 제거되거나 감소됩니다. 청소 등
• 세정 후 가스의 온도는 100℃ ~ 120℃ 범위이며, 이는 습식 가스 클리닝 후 가스의 온도보다 50℃ ~ 70℃ 높다. 또한 가스의 습도는 50~-60g/cum으로 감소하며, 이는 고로 가스의 열량이 50~60kcal/cum만큼 증가하는 것과 같습니다.
• 고로 가스의 분진 함량을 2-3mg/cum으로 감소시켜 열풍로의 수명을 개선하고 최고 압력 회수 터빈의 성능을 향상시킵니다.
• 가스 먼지 제거 및 슬러지 처리 설비 제거로 제철소 환경 개선

드라이클리닝을 기본으로 하는 2차 가스세정 시스템은 다음과 같이 구성됩니다.

• 여러 섹션이 있는 백 필터 장치, 각 섹션에는 수십 개의 여과 백이 설치되어 있습니다.
• 질소로 먼지를 청소하는 펄스 백 시스템
• 금속 구조물 지지 및 보호
• 밸브 및 열 효과 보상기가 있는 가스 덕트 시스템
• 포집된 먼지의 청소 및 재활용 시스템(공압식 또는 스크레이퍼 컨베이어 사용)
• 필터 퍼지 및 공압 먼지 이송을 위한 질소 공급 시스템
• 백 필터의 압력 완화 시스템
• 포집된 먼지 저장 단위
• 자동화, 검사 및 전기 제어 시스템

백 필터에는 일반적으로 8~16개의 섹션이 있으며 두 줄로 배열되어 있으며 하나 또는 두 개의 섹션은 대기 상태이고 하나 이상의 섹션은 주기적 퍼지 질소 세척 모드에 있고 다른 섹션은 가스 세척 모드에 있습니다. 여과재로는 내화성, 내마모성 등이 높은 원단을 사용합니다. 또한, 화학 처리 후 원단은 발수 및 발유 특성이 향상되어 퍼지 청소 시 먼지로부터 쉽게 청소됩니다. 직물은 또한 정전기 전류의 발생을 방지합니다. 최대 여과 속도는 1.0 ~ 1.5 cum/min이고 가스 온도는 50 deg C ~ 280 deg C입니다(시스템은 또한 300 deg C의 가스 온도에서 2시간 동안 안정적으로(안정적으로) 작동할 수 있음).

청소 후 고로 가스의 일반적인 먼지 함량은 일반적으로 3 mg/cum 이하입니다. 패브릭 백의 수명은 일반적으로 최대 2년입니다.