KR0147786B1 - 석탄의 건류중 발생하는 가스의 온도 분포식으로 건류상태를 판정하는 방법 - Google Patents
석탄의 건류중 발생하는 가스의 온도 분포식으로 건류상태를 판정하는 방법Info
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Abstract
본 발명은 코크스 오븐의 연소관리 상태를 판정하는 방법에 관한 것으로서, 석탄 건류중 발생하는 로오가스(RAW GAS)의 온도데이타를 수집하고, 수집된 온도데이터의 재배열에 의한 최소자승법으로 2차식 Y=aX2+bX+C (a,b,c는 계수, Y는 로오가스 온도, X는 건류시간)………(1)을 구하여 식(1)을 이용한 기울기를 각 오븐별로 비교분석하여 연소상태에 이상이 있는 오븐을 찾아내며, 식(1)을 미분한 식 Y'=2aX+b………(2)으로부터 최고온도 도달시간(Y'=0일때)을 산출하여 각 오븐의 건류시간을 비교함으로써 열내온도 불량 및 열간온도 불량 오븐을 신속히 찾아낼 수 있고 이를 통하여 품질안정 및 소비열량을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 고온, 고분진의 작업조건하에서 측정하는 작업횟수를 평소 일일 5문 열내온도 측정 및 9회의 열간온도 측정 등의 작업횟수를 불량오븐 판정 시에만 측정함으로써 대폭 줄일 수 있는 석탄의 건류중 발생하는 가스의 온도 분포식으로 건류상태를 판정하는 방법이다.
Description
제1도는 코크스 오븐의 개략도로서
(a)는 단면도,
(b)는 평면도이다.
제2도는 열내온도 불량오븐의 개념과 연료공급량 조정 노즐판의 역할을 설명하기 위한 도면으로서,
(a)는 한 오븐의 연도에 따른 온도구배를 보여주는 도면,
(b)는 솔연도(SOLE FLUE)에 설치된 연소실에 공급되는 연료를 연도별로 분배하는 노즐판을 보여주는 도면이다.
제3도는 열간온도 불량오븐의 개념과 오븐별 연료 공급량조정 분배관을 보여주는 도면으로서,
(a)는 열간온도편자 개념도,
(b)는 각 오븐별 연료를 분배하는 분배관 및 온도 측정위치를 나타낸 도면이다.
제4도는 코크스 오븐의 상승관에 설치된 로오가스(RAW GAS)온도측정 열전대의 위치도,
제5도는 장입탄의 온도변화와 석탄의 반응과정(건류)을 설명하기 위한 그래프,
제6도는 장입탄의 온도 상승에 의해 석탄에서 발생한 로오가스의 여러 가지 온도분포를 나타낸 그래프,
제7도는 코크스 오븐에서 석탄의 건류중 발생하는 로오가스의 여러 가지 온도분포를 나타낸 그래프,
제8도는 코크스 오븐에서 석탄의 건류상태와 로오가스의 온도 분포를 나타낸 도면으로서,
(a) 이상적인 건류진행의 경우이고,
(b)는 비 이상적인 건류진행의 경우이다.
제9도는 데이터를 재배열하지 않았을 때의 로오가스 온도데이타 분포와 곡선식에 의한 곡선을 나타낸 그래프,
제10도는 데이터를 재배열했을 때의 로오가스 온도데이타 분포와 곡선식에 의한 곡선을 나타낸 그래프,
제11도는 코크스 오븐의 열내온도 측정결과를 나타낸 그래프이다.
본 발명은 코크스 오븐의 연소관리 상태를 판정하는 방법에 관한 것으로서, 특히 석탄의 건류중 발생하는 가스의 온도분포 상태를 분석하여 신속 정확하게 연소관리 불량오븐을 연속적으로 찾아내는 석탄의 건류중 발생하는 가스의 온도분포식으로 건류상태를 판정하는 방법에 관한 것이다.
제1도에 도시한 코크스 오븐은 1베터리당 66문, 한 기는 2베터리로 312문의 오븐으로 구성되어 있으며 각 오븐은 34개의 연도(버너)를 갖고 있어 연소관리 상태를 각 오븐별로 관리하기가 매우 어렵다.
현재 수동적으로 각 오븐별 모든 연도의 온도를 측정해야 하기 때문에 연속적으로 연소관리 상태를 관리하는 것은 불가능하다. 특히 오븐의 상부에서 연도의 점검홀을 통하여 온도를 측정하는 고온, 고분진의 작업조건이기 때문에 작업상의 어려움이 많다.
코크스 오븐에서 건류중에 석탄에서 발생하는 가스(RAW GAS)의 온도를 측정하여 건류완료 시점을 판정하고 건류완료 시점의 장(長) 단(短)을 통하여 각 오븐에 공급되는 열량을 조정하는 데 이용되어 왔다. 그러나 이러한 종래 코크스의 연소관리는 단순히 공급열량의 조정으로 건류완료 시점을 조정하는 것에 그치게 되고, 더구나 온도 측정기에 이물질(TAR, 카본)등이 부착하여 측정온도의 오차가 커지면(온도가 낮아지거나 높아지면) 건류 완료 시점을 판정할 수 없게 되는 문제점이 있으며 실제로 이문제 때문에 건류판단에 의한 열량조정은 불가능하다.
불량 오븐이라 함은 두 종류로 분류되는데 하나는 각 연소실별의 열량 공급상태가 불량으로 다른 오븐의 온도가 크게 높거나 낮은 경우이고(이를 열간온도 불량이라 함)다른 하나는 제2도에 도시한 바와 같이 하나의 오븐내에서 연도들 간에 열량 공급 상태가 불량하여 한 오븐 내에서의 온도 편차가 발생하는 경우이다(이를 열내온도 불량이라 함.) 열간온도 불량은 제3도에서와 같이 가동률에 따라 목표 온도가 정해지며 이 온도에 모든 오븐의 온도가 접근할 수 있도록 열량 공급을 베터리별 (66문)일괄적으로 공급되고 각 오븐별로는 제3도(나)에 표시된 연료공급관에서 연료(i7)의 열정량이 유입되도록 연료분배관(i6)에 설치된 오리피스(ORIFICE)의 크기를 조정하여 공급량을 조정하는데 오븐별 유입되는 량은 오리피스의 크기 뿐만 아니라 대기압, 총공급유량, 온도 등에 의하여 변하기 때문에 항상 일정하게 조정할 수 없어 제3도(가)와 같이 표준온도로부터 10℃이상 차이나는 경우를 말한다(i3, i4). 불량오븐의 색출은 필요한때 또는 주기적으로 오븐의 중앙위치 연도(i5:i7, 18번)중 하나의 온도를 베터리 전체를 측정하여 이루어진다. 불량 오븐이 검출되면 해당 오븐의 오리피스를 교체하여 해당 오븐의 온도를 조정한다.
열내온도 불량은 제2도(가)와 같이 한 오븐내의 온도 분포가 표준온도 분포와 15℃이상 차이나는 것인데 이는 각각의 연도가 적절한 온도를 못내기 때문에 생기는 것이다. 베터리별 열량이 공급되면 각 오븐별로 오리피스에 의하여 열량이 조정되고 다시 오븐의 연도별로 제2도(나)의 노즐판에 의하여 분배된다. 열내온도의 불량은 해당연도의 목표한 온도를 내지 못하도록 하는 노즐판의 연료공급 홀(h8)이 적절치 못하여 발생한다. 34개의 연도는 동시에 연소하는 것이 아니고 1번이 연소하면 2번은 폐가스를 배출하는 식의 2 연도 1조의 형식을 취한다. 즉, 2번 연도가 연소하면 1번 연도는 폐가스 배출이 이루어지는 것이다. 열내온도 불량의 측정은 34개의 연도의 온도를 코크스 압출 직전에 측정하여 표준온도 구배(h1)와 비교하여 이루어진다.
열내온도 편차(h3, h4)가 발생되면 해당하는 노즐판의 연료공급 홀(h8)의 크기를 이동판(h7)을 이동시켜 수정한다. 이 노즐판(h6)은 오리피스(i6)에 의해 공급된 열량이 축열실을 경유하여 연소실에 공급되도록 솔 연도(SOLE FLUE)에 설치되어 있다.
위에서 설명한 것과 같이 불량오븐을 지속적으로 조사하려면 연도온도를 지속적으로 측정해야 하므로 매우 많은 인력과 시간이 소비된다. 이 때문에 연도온도는 품질 불량시나 소비열량 과다시 또는 필요시 측정하고 있으며 연도온도 측정위치가 오븐 상부이므로 고온, 고분진 지역이어서 작업에 어려움이 많은 실정이고, 무엇보다 수많은 연도 온도를 측정해야 불량한 오븐을 찾아낼 수 있으므로 불량 오븐을 찾아내기는 무척 힘들다고 하는 문제점이 있다.
이와 같이 종래에는 로오가스(RAW GAS)의 온도로부터 건류완료 시점을 찾아내고 건류완료 시점의 조정에만 이용되었고 불량 오븐은 수동으로 측정해야 했다.
본 발명은 상기한 실정을 감안하여 종래 코크스 오븐의 연소관리시 발생하는 문제점들을 해소하기 위하여 발명한 것으로서, 석탄의 건류중 발생하는 가스의 온도상태를 분석하여 연소관리 상태의 신속화 및 지속화를 도모할 수 있는 석탄의 건류중 발생하는 가스의 온도분포식으로 건류상태를 판정하는 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 석탄 건류중 발생하는 로오가스(RAW GAS)의 온도데이타를 수집하고, 수집된 온도데이타의 재배열에 의한 최소자승법으로 2차식
a,b,c는 계수,
Y는 로오가스 온도,
X는 건류시간
을 구하여 식(1)을 이용한 기울기를 각 오븐별로 비교분석하여 연소상태에 이상이 있는 오븐을 찾아내며, 식(1)을 미분한 식 Y'=2ax+b………(2)로부터 최고 도달온도시간(Y'=0일 때)을 산출하여 각 오븐의 건류시간을 비교함으로써 열간온도 불량오븐을 신속하게 찾아내는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
코크스의 제조는 제1도에 도시한 바와 같이 점결성(粘結性)이 있는 탄을 코크스 오븐의 탄화실에 장입하여 공기를 차단하고 가열하여 석탄의 휘발물질을 휘발시키고 탄소들의 결합을 통하여 단단한 코크스를 제조하게 된다. 장입된 탄의 온도는 양 쪽의 연소실에서 내화벽돌을 통한 전열에 의하여 승온된다. 따라서 장입된 탄은 양 쪽에서 반응이 시작되어 노 중앙에서 만나게 된다. 온도 상승에 따른 반응과정은 제5도에 나타낸 바와 같이 먼저 수분의 증발(a2)이 100℃부근에서 이루어지고 계속 승온되어 450℃∼550℃에서 휘발물질의 휘발과 결합(a3)을 통하여 반성코크스가 되고 이후 계속적인 수소분해 및 미반응 물질의 반응을 통하여 코크스(a4)가 제조된다. 석탄 장입후 승온되며 반응하여 코크스가 되는 과정을 건류라하고 그 시간을 건류시간(a5)이라 한다.
건류과정에서 발생하는 가스(이하 로오가스(RAW GAS)라 함)의 온도는 건류과정에 따라 변하게 되는데 이는 반응중인 탄의 온도와 이 온도를 열전대(Thermocuple)까지 전달하는 매체인 로오가스의 량 및 온도에 의하여 좌우된다. 이런 이유로 로오가스의 온도는 최고점을 갖게 된다. 즉, 오븐의 중심 탄의 온도가 가스발생 온도에 가까워지며 오븐내의 온도상승 및 로오가스 발생량이 증가하여 제4도에 나타낸 상승관 곡관부에서의 로오가스의 온도가 증가하다가 탄화실 중심부의 열분해 반응이 종결되면서 로오가스의 온도는 제6도에서와 같이 급격히 감소한다. 실험 결과에서 알 수 있듯이 탄화실 중앙의 온도가 상승하기 전 2∼3시간 전에 최고 온도가 나타난다(제6도). 오븐 벽으로부터 100mm지점의 탄중온도(b1)와 노 중심의 탄중 온도(b2)를 측정하고 로오가스의 온도(b5)를 측정한 결과 최고점(b6)을 가지며 건류가 완료된 시점(오븐의 중심온도가 800℃이상 되는 점)에서 3시간전에 최고점(b6)이 나타난다.
그런데 여러 개의 조업 결과 로오가스의 온도 그래프를 보면 제7도로부터 알수 있는 바와 같이 최고점은 같아도 건류완료 시간이 다르다거나 건류완료 시간이 같아도 최고 온도가 틀리며 또는 최고온도와 건류완료 시간은 같으나 그래프의 형태가 틀린 경우가 매우 많이 발견된다. 이는 건류상태에 따라서 발생 로오가스의 온도 분포가 다르다는 것이며 이 분포를 건류상태와 연결시킬 수 있고 또 장입탄의 건류상태는 연소실의 연소상태와 관련이 있으므로 결국 로오가스의 온도 분포를 이용하여 연소상태를 관리할 수 있는 것이다.
건류중 발생하는 가스의 대부분은 제5도에서 a3으로 나타낸 플라스틱층(제8도의 d1)에서 발생하므로 이의 형성 형태는 로오가스의 온도 분포에 영향을 준다. 로오가스의 최고점은 노중심으로부터 일정한 거리에 있을 때 형성된다. 즉 이때가 고온의 코크스 온도를 온도 측정위치까지 잘 전달하여 온도가 높아지는데 이후에는 플라스틱층이 중심에 접근하여 층의 크기가 줄어들어 가스발생량이 줄어든다. 로오가스의 온도 하락패턴(PATTERN)은 이 발생가스의 하락패턴(d5)에 의하여 결정된다. 즉 플라스틱층이 노벽으로부터 일정하게 진행되는(온도 분포가 균일하여 플라스틱층 진행 속도가 일정하다.) 이상적인 경우는 d1이며, 중심에서 플라스틱층이 동시에 만나기 때문에 층감소 속도가 빠르고 따라서 가스발생량도 빠르게 줄어들어 로오가스의 온도 하락이 급격히 일어난다(제8도(가)). 반면 플라스틱층의 진행 속도가 일정하지 않으면(노내에서의 온도 편차가 커 탄의 건류속도가 일정하지 않은 경우)노 중심에서 플라스틱층의 만나는 시간이 늘어나며 이에 따라 가스의 발생량 감소 시간도 연장된다(제8도(나)). 결국 로오가스의 온도 감소 속도도 느리게 된다(제8도(나)). 즉, 로오가스의 최고점 이후의 온도 분포는 건류상태를 파악할 수 있는 중요한 요인이다. 또한 플라스틱층의 진행 및 형성은 연소실의 연소상태와 관련이 깊다. 즉 한 부분의 온도가 높으면 그 부분의 플라스틱층의 진행 속도는 다른 부분보다 빠를 것이고 온도가 낮은 부분은 늦게 진행할 것이며 로오가스의 온도하락패턴(d5)이 연소상태와 관련이 매우 깊을 것이다. 따라서 건류상태가 좋은 로오가스의 온도분포(d5)와 건류상태가 좋치못한 로오가스의 온도분포(d8)와의 차이는 바로 건류상태 및 연소상태와 연결시킬 수 있다.
본 발명은 이와 같은 점을 이용하여 로오가스의 최고점 전후의 온도 분포를 가장 잘 표현할 수 있는 2차식을 최소자승법을 통하여(데이타의 분포가 2차식의 형태를 띠고 있을 때 식과 데이터간의 편차를 최소화하여 식을 수립할 수 있는 방법)수립하고 이 식을 이용 최고온도, 건류시간, 건류상태 등을 판단한다.
먼저 수집된 데이터를 다음과 같은 재배열 방법으로 재배열하여 곡선의 최고점 이후의 곡선을 더욱 정확히 식으로 표현할 수 있다(제11도). 재배열하지 않고 그대로 2차식을 구한다면 최고점 이후의 분포형태가 실데이타와 많은 편차를 낸다(제10도). 이는 최고점 전의 형태가 최고점 후의 패턴과 틀리기 때문이다.
실데이타를 그대로 최소자승법 적용한 경우 2차식은 Y=-8.91X2+373.06X-3281이며(제10도), 재배열 데이터를 최소자승법 적용한 경우 2차식은 Y=-15.66X2+677.41X-6706으로(제11도) 많은 차이를 보인다. 즉, 최고점 이후의 데이터를 좀더 잘 표현하려면 데이터를 재배열하여 식을 구하여야 한다.
위와 같이 재배열된 데이터를 최소자승법을 이용하여 2차식을 만들면 정확한 연소관리 상태를 파악할 수 있는 2차식 형태의 하기 식(1)이 얻어진다.
식(1)에서 계수 a는 기울기를 표현하는 계수이므로 이 a가 오븐의 연소관리 상태를 표현하는 것이다.
즉 이 계수의 절대값이 클수록 급한 기울기를, 그리고 적을수록 완만한 기울기를 갖는다. 제9도에서 설명한 건류상태의 차이는 a로 표현할 수 있다. 따라서 곡선의 기울기 a를 비교 분석하여 연소관리 상태의 현상을 파악할 수 있다.
기울기 a가 다른 오븐 보다 절대값이 적다면 건류상태가 불규칙적이고 연소관리가 좋지 않다는 것이다. 즉 열내온도 불량이라 할 수 있으며 이 오븐의 연소관리 상태를 점검 조치해야 할 것이다.
최고점의 도달시간은 건류진행 속도를 비교할 수 있는 것이므로 최고점 도달시간의 비교는 각 오븐별 건류진행 속도를 비교하는 것이고 이는 공급열량의 비교를 표현한다고 할 수 있다. 즉 다른 오븐보다 공급열량이 적다면 건류의 진행속도도 늦을 것이므로 최고점의 도달시간도 늦게 나타난다. 최고점의 도달시간은 식(1)로부터 쉽게 구할 수 있다. 로오가스 온도 붙포의 표현식의 기울기가 영인 지점이 최고온도 지점이므로 미분하여 풀면 간단히 얻어진다. 즉 식(1)을 미분하면 하기 식(2)이 되고 식(2)에서 Y'가 영인 지점이(Y'=0)최고 온도에 해당하는 건류시간이므로 하기식(3)과 같이 건류시간을 얻을 수 있다.
[실시예]
식(1)에서의 기울기 a, 식(3)에서의 로오가스 최고온도 도달 건류시간 및 관련 조업 데이터를 적용시켜 하기표1.과 같은 결과를 얻었다.
건류상태 또는 연소상태는 코크스 오븐의 열량공급의 베터리 단위로 이루어지기 때문에 인근 오븐과 비교하여 판단되는 것이므로 상태를 판단하는 기준치는 조업당시의 평균에 의하여 좌우된다. 상기 표1.의 조업에서는 기울기 a가 -8 이하를 정상이라고 할 수 있고 이것을 벗어나는 것은 열내온도 불량이라 한다. 즉 10, 19, 49번 오븐은 열내온도 불량으로 판단할 수 있다. 이것을 실측하여 확인한 결과 제12도와 같이 10번 오븐은 불량 오븐으로 판명되었으며 기울기가 비교적 기준치에 근접하는 9번 오븐은 개선의 여지가 있는 것으로 조사되었다. 기울기가 매우 적은 (절대값으로는 큰) 6번 오븐은 열내온도 편차도 없을 뿐만 아니라 온도가 높아 건류의 진행이 빠른 것으로 분석되었다.
최고온도 도달시간은 열간온도 불량 여부를 판단할 수 있는데 13:00∼14:00이 정상이라 할 수 있고 이보다 빠르면 열량의 과잉공급이며 늦으면 열량공급이 부족한 것으로서, 제3도에서 설명한 것과 같이 분배관의 오리피스를 조정하여 연소상태를 개선해야 할 것이다. 측정 결과 표1을 보면 최고온도 도달시간이 늦은 28,29번 오븐의 온도가 각각 -6.3, -14.3℃로서 평균보다 낮음을 알 수 있다. 또한 기울기도 노의 온도와 매우 밀접한 관계가 있음을 알 수 있다. 6, 8, 46번 오븐은 온도가 높아 기울기가 적게 되었다고 할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 석탄의 건류중에 발생하는 로오가스의 온도 분포를 2차식으로 표현하여 이의 기울기를 각 오븐별 비교분석하여 연소상태가 이상이 있는 오븐을 발견하고 이의 연소관리 상태를 점검 조치한다.
또한 최고점의 산출로 최고온도 도달 시간을 산출 비교하여 건류속도를 조정하기 위해 공급 열량을 조정할 수 있다. 즉 코크스 오븐을 제어하는 프로세스 컴퓨터(PROCESS COMPUTER)에서 연속적으로 로오가스의 온도 분포 곡선 기울기를 산출하고 최고온도 도달시간을 산출하여 전체 평균값과 비교하여 열간온도불량 오븐 및 열내온도불량 오븐을 신속하게 찾아내어 조치할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명에 의하면 열내온도 불량 및 열간온도 불량오븐을 신속히 찾아낼 수 있고 이를 통하여 품질안정 및 소비열량을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 고온, 고분진의 작업조건하에서 측정하는 작업횟수를 평소 일일 5문 열내온도 측정 및 9회의 열간온도 측정 등의 작업획수를 불량오븐 판정 시에만 측정함으로써 대폭 줄일수 있는 이점을 얻을 수 있다.
Claims (1)
- 석탄 건류중 발생하는 로오가스(RAW GAS)의 온도데이타를 수집하고, 수집된 온도데이타의 재배열에 의한 최소자승법으로 2차식 Y=aX2+bX+c(a,b, 계수, Y는 로오가스 온도, X는 건류시간)······(1)을 구하여 식(1)을 이용하여 구한 전체 평균기울기와 각 오븐별 기울기a를 비교하여 기울기a의 절대값이 평균기울기의 절대값 보다 적은 오븐을 연소상태에 이상이 있는 오븐으로 판단하며, 식(1)을 미분한 식Y'=2aX+b······(2)으로부터 최고온도 도달시간(Y'=0일 때)을 산출하여 각 오븐의 건류시간을 비교함으로써 열간온도 불량오븐을 신속하게 찾아내는 석탄의 건류중 발생하는 가스의 온도분포식으로 건류상태를 판정하는 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019940039589A KR0147786B1 (ko) | 1994-12-30 | 1994-12-30 | 석탄의 건류중 발생하는 가스의 온도 분포식으로 건류상태를 판정하는 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1019940039589A KR0147786B1 (ko) | 1994-12-30 | 1994-12-30 | 석탄의 건류중 발생하는 가스의 온도 분포식으로 건류상태를 판정하는 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR960022946A KR960022946A (ko) | 1996-07-18 |
| KR0147786B1 true KR0147786B1 (ko) | 1998-08-01 |
Family
ID=19405676
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1019940039589A KR0147786B1 (ko) | 1994-12-30 | 1994-12-30 | 석탄의 건류중 발생하는 가스의 온도 분포식으로 건류상태를 판정하는 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR0147786B1 (ko) |
-
1994
- 1994-12-30 KR KR1019940039589A patent/KR0147786B1/ko not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR960022946A (ko) | 1996-07-18 |
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