KR100333086B1 - 연료가스 조성비에 의한 코크스 오븐의 연소제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 코크스 오븐의 탄화실에 석탄을 장입하되 연소실에서 연소되는 연료가스의 열을 탄화실에 전달시켜 코크스를 제조할 때 연료가스의 발열량값을 측정하여 그 조성비를 분석함에 따라 최적 상태로 공급열량을 조절할 수 있게한 연료가스 조성비에 의한 코크스 오븐의 연소제어방법에 관한 것으로,

즉, 시시각각 변하는 연료가스의 조성을 일일이 분석하지 않고 연료가스 공급라인에 칼로리미터(calorimeter)를 부착하여 연료가스 발열량값을 측정하고, 측정된 발열량값을 온라인(on-line)으로 연료가스 조성 계산 프로그램에 입력하여 즉각적으로 연료가스의 조성을 계산할 수 있게 된 것이다.

Description

연료가스 조성비에 의한 코크스 오븐의 연소제어방법

본 발명은 연료가스 조성비에 의한 코크스 오븐의 연소제어방법, 보다 상세하게는 코크스 오븐의 탄화실에 석탄을 장입하되 연소실에서 연소되는 연료가스의 열을 탄화실에 전달시켜 코크스를 제조할 때 연료가스의 발열량값을 측정하여 그 조성비를 분석함에 따라 최적 상태로 공급열량을 조절할 수 있게한 연료가스 조성비에 의한 코크스 오븐의 연소제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 코크스 제조시 열원으로 사용되는 연료가스는 코크스 오븐(coke oven)에서 발생되는 COG(Coke Oven Gas)와 고로에서 발생되는 BFG(Blast Furace Gas)를 혼합하여 사용하였으며, 상기 모든 작업은 코크스 오븐의 연소제어시스템에 의해 이루어졌다.

도 1은 종래의 연소제어시스템의 흐름도를 나타낸 것으로, 이 시스템은 여러 계산 경로를 통해 최종적으로 연소실에 공급해야할 열량을 계산하도록 구성되어 있다.

즉, 연료가스의 조성(각 성분의 양 또는 분율)을 가장 먼저 분석하여 시스템에 입력하면 이 조성을 이용하여 폐가스중의 산소농도와 폐가스 유량을 계산하고 이 계산값들에 의해 결국 공급열량이 결정된다.

따라서 연료가스의 조성은 폐가스의 산소농도와 폐가스 유량을 계산하는데 필수적임은 물론 최종적으로 공급열량에 영향을 미치게 됨으로써, 연료가스의 조성이 적합하지 않게 입력 될 경우 열량공급에 문제가 발생되었다.

또한 연료가스의 성분이 일정한 경우에도 코크스 오븐과 고로의 조업상황에 따라 그 조성이 시시각각 변하였으므로, 연료가스의 조성을 정확히 알기 위해서는 공급되는 연료가스를 주기적으로 따로 채취한 후 분석장치를 이용하여 분석하고 그 분석값을 시스템에 입력시켜야 하였으나, 이때 연료가스를 분석하는데 시간이 많이 소요되어 실제 공급되는 연료가스의 조성을 즉각적으로 반영시키지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명은 위와 같은 종래의 제어시스템의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 그 목적은 연료가스의 발열량값을 이용하여 공급열량을 조절할 수 있는 연료가스 조성비에 의한 코크스 오븐의 연소제어방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 시시각각 변하는 연료가스의 조성을 일일이 분석하지 않고 연료가스 공급라인에 칼로리미터(calorimeter)를 부착하여 연료가스 발열량값을 측정하고, 측정된 발열량값을 온라인(on-line)으로 연료가스 조성 계산 프로그램에 입력하여 즉각적으로 연료가스의 조성을 계산할 수 있게 됨을 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 코크스 오븐의 연소제어시스템을 예시한 흐름도,

도 2는 본 발명의 실시예의 연료가스 발열량과 조성계산 프로그램을 이용한 연소제어방법을 나타낸 흐름도,

도 3은 연료가스의 평균 발열량에 대한 조성물의 구성비,

도 4는 종래의 방법과 본 발명에 의한 연료가스 조성의 분석값을 비교한 표,

도 5는 종래의 방법과 본 발명에 의한 건류시간별 공급열량의 차이를 나타낸 비교표이다.

이하, 본 발명의 연료가스 조성비에 의한 코크스 오븐의 연소제어방법을 첨부도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 실시예의 연소제어방법을 나타낸 흐름도이고, 도 3은 연료가스의 평균 발열량에 대한 조성물의 구성비를 나타낸 것으로, 연료가스로 사용되는 COG와 BFG 혼합가스의 성분은 O₂,N₂,H₂,H₂O,CO,CO₂,CH₄,CmHn,H₂S등으로 구성되어 있으며, 이 성분들의 종류는 변하지 않으나 각성분의 분율 및 발열량은 조업상황에 따라 변화된다.

연료가스 공급 라인에는 그 발열량을 측정하기 위한 칼로리미터가 설치되고, 이 칼로리미터에서 측정된 연료가스의 발열량값은 온라인으로 다음과 같은 연료가스 조성계산 프로그램에 입력되어 연료가스중 COG와 BFG의 분율을 다음과 같은 프로그램에 의해 계산한다.

먼저, 칼로리미터에 의해 측정된 연료가스의 발열량 및 제 3도의 COG와 BFG의 평균 발열량을 이용하여 연료가스중 COG와 BFG의 혼합비율을 계산한다.

BFG분율 = 1.0 - COG분율

위에서 구한 COG와 BFG의 분율 및 제 3도의 각 성분의 평균분율을 이용하여 연료가스의 각 조성을 다음과 같이 계산한다.

산소분율 = (COG중 산소평균분율×COG분율 + BFG중 산소평균분율×BFG분율)

질소분율 = (COG중 질소평균분율×COG분율 + BFG중 질소평균분율×BFG분율)

· ·

· ·

· ·

H₂S분율 = (COG중 H₂S평균분율 × COG분율 + BFG중 H₂S평균분율 ×BFG분율)

위의 계산 프로그램을 코크스 오븐의 연소제어시스템에 연결함에 따라, 계산된 연료가스의 조성이 즉시 연소제어시스템에 입력된다.

이러한 계산과정의 정확성을 확인하기 위해 실제 연료가스를 일일이 채취하여 분석한 연료가스 조성데이터와 본 발명의 계산 프로그램에 의해 계산된 값을 도 4에 나타내었다.

그 결과, 측정된 두 값이 거의 일치하는 것으로 확인되어 이러한 계산 프로그램을 연소제어시스템에 도입하였을 때 연료가스를 일일이 분석하지 않고서도 연료가스의 발열량만을 측정하여 그 연료가스의 조성을 즉각적으로 계산해 낼 수 있음도 확인할 수 있었다.

그러므로 도 5에서와 같이 상기 연료가스의 발열량값을 측정하여 계산된 조성비에 의한 제어방법과 종래의 제어방법에 의한 건류시간별 공급열량을 비교한 결과, 총 19시간동안 건류하였을 때 5.16Kcal/Kg의 열량이 차이가 나게되어 이 량많큼 에너지를 절감할 수 있었다.

이와 같은 본 발명의 연료가스 조성비에 의한 코크스 오븐의 연소제어방법은 자주 변화되는 코크스 오븐의 연료가스 조성을 효율적이고 간편한 방법으로 측정하여 공급열량을 정확히 제어함에 따라 코크스의 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 연료가스의 조성을 일일이 분석할 때 발생되는 시간지연을 방지하고 에너지를 절감할 수 있는 장점도 있다.

Claims (1)

1. 연료가스 공급 라인에 그 발열량을 측정하기 위한 칼로리미터가 설치되어 이 칼로리미터에서 측정된 연료가스의 발열량값은 온라인으로 다음과 같은 연료가스 조성계산 프로그램에 입력되어 연료가스중 COG와 BFG의 분율이 계산되며,

   

   BFG분율 = 1.0 - COG분율

   (단, 칼로리미터에 의해 측정된 연료가스의 발열량 및 COG와 BFG의 평균 발열량을 이용하여 연료가스중 COG와 BFG의 혼합비율을 계산함)

   상기 식으로 구한 COG와 BFG의 분율 및 혼합가스 성분의 평균분율을 이용하여 연료가스의 각 조성을 다음과 같이 계산하며,

   A분율 = (COG중 A평균분율×COG분율 + BFG중 A평균분율×BFG분율)

   (단, 위에서 A는 혼합가스중의 하나의 성분을 말함. 예 : 산소 및 질소 등)

   상기 연료가스 조성계산 프로그램을 연소제어시스템에 도입하여 즉각적으로 연료가스의 조성을 계산하는 것을 특징으로 하는 연료가스 조성비에 의한 코크스 오븐의 연소제어방법.

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