KR100361738B1

KR100361738B1 - 축열식가열로의 승온시 균일축열용 제어장치 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR100361738B1
Application number: KR1020000081242A
Authority: KR
Inventors: 강덕홍; 김기홍
Original assignee: 주식회사 포스코; 주식회사 케너텍; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2000-12-23
Filing date: 2000-12-23
Publication date: 2002-11-22
Also published as: KR20020052060A

Abstract

본 발명은 피가열 소재를 가열하기 위한 가열로에 관한 것으로서, 가열로(1) 내 상,하부 공간에 열전대(20) ,(21)를 각각 설치함과 더불어 상기 열전대(20),(21 )를 분배제어기(22; DCS)의 입력단에 연결하고, 상기 분배제어기(22; DCS)의 출력단에 연료유량 조절밸브(V_A1∼V_A4) 각각을 통해 차압계(G_P1∼G_P4)를 연결하며, 상기 차압계(G_P1∼G_P4) 각각을 공기유량 조절밸브 (V_B1∼V_B4) 각각 에다 연결함과 더불어 상기 차압계(G_P1∼G_P4) 각각 에다 절환밸브(V₅∼V₈) 각각을 통해 우측 버너(3),(2), 좌측 버너(9),(8) 각각을 연결하여서 이루어진 구성으로 가열로에 채용된 축열연소장치에 있어서, 물리적으로 발생하는 로내 상,하부 온도차의 발생으로 인한 각 축열기의 축열량의 편차, 그로인한 연소용 공기의 공급 온도의 편차 및 소재의 불균일 가열등의 문제를 해결 할 수 있는 장점이 있는 것이다.

Description

축열식가열로의 승온시 균일축열용 제어장치 및 그 제어방법 {Combustion control unit and method for uniform heat storage in a regenerator of regenerative reheating furnace}

본 발명은 피가열 소재를 가열하기 위한 가열로에 관한 것으로서, 특히 피가열소재가 균일하게 가열되도록 연소장치를 제어하는 축열식가열로의 승온시 균일축열용 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

도 1은 축열식 버너 연소장치를 채용한 종래 가열로의 구성도로서, 우측버너 (2),(3)가 연소모드이고, 좌측버너(8),(9)가 배기모드인 경우를 나타낸 것으로 일정주기(30초∼ 3분)가 지나면 우측버너(2),(3)가 배기모드 상태로 되고, 좌측버너 (8),(9)가 연소모드 상태로 절환연소가 이루어 지게 된다. 이때 상,하부 버너로 동일한 연료유량을 공급하여도 가열로(1) 하부에 피가열소재(14)를 지지하기 위한 고정빔(15)과 피가열소재(14)를 이동시키는 이동빔(16)을 냉각시키기 위한 냉각수가 각 빔내로 공급되기 때문에 일반적으로 가열로(1) 하부의 분위기 온도가 상부에 비해 낮게 된다.

더구나 가열로(1)를 소화한 후 상온에서 고온(1,000℃이상)으로 승온시킬 경우에는 비정상 상태로 가열로(1)내 상,하부 온도차가 100℃ 이상이 되어 축열모드(배기모드) 상태인 좌측버너(9),(10)로 흡입된 고온의 연소배 가스가 각각 축열기 (12),(13)에 축열되는 열량의 차이를 발생시키며 또한 이로 인해 일정주기(30초∼ 3분)후 절환연소가 행하여 진 후 좌측버너(8),(9)가 연소모드로 변환시 각 축열기(12),(13)를 거쳐 공급되는 연소용 공기의 온도편차를 야기시키게 되어 더욱더 가열로(1) 상,하부 온도차가 심하게 발생하는 문제점이 발생한다.

그리고 가열로(1)의 온도가 고온이 되더라도 이전의 각 축열기(6),(7),(12), (13)에 축열된 열량이 장시간 다르기 때문에 피가열소재(14)를 적정 추출온도로 균일하게 가열하기 위한 연소제어가 어렵고 또한 정확도가 많이 떨어지게 된다. 이처럼 종래에는 실제적인 연소제어가 이루어지는 최소 로온 1,000℃ 이하의 로온에 대하여는 연소제어가 이루어지는 로온이 될 때까지 승온 시간에 따라 설정된 로온 패턴으로 가열로를 승온시키거나, 수동으로 승온시키는 방법으로 조업을 한다.

이때 축열식 연소는 일정주기(30초∼3분)를 가지고 절환연소를 행한게 되고,이렇게 함으로써 로온이 1,000℃ 이상이 되더라도 축열기(6),(7),(12),(13) 내 축열재가 비슷한 열관성을 가지는데 장시간이 요구되어 전술한 것처럼 가열로(1)에 장입된 피가열소재(14)의 적정가열을 위한 연소제어에 어려움이 발생하게 된다.

본 발명은 상기한 실정을 감안하여 종래의 가열로에서 야기되는 각종 문제점들을 해결하고자 발명한 것으로서, 가열로등에 적용된 축열식버너 연소장치에 있어서, 로의 소화후 승온시에 로온이 어느 정도 고온(1000℃이상)이 될때 까지 축열기에 균일한 축열을 할 수 있는 축열식가열로의 승온시 균일축열용 제어장치 및 그 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 축열식 버너 연소장치를 채용한 종래 가열로의 구성도,

도 2는 본 발명 축열식가열의 승온시 균일축열용 제어장치의 구성도,

도 3은 본 발명의 일 실시예를 나타낸 도면,

도 4는 본 발명에 따른 축열식가열로의 승온시 균열축열 제어의 순서도이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 가열로 2,3 : 우측 버너

4,5 : 우측 연료노즐 6,7 : 우측 축열기

8,9 : 좌측 버너 10,11 : 좌측 연료노즐

12,13 : 좌측 축열기 14 : 피가열소재

15 : 고정빔 16 : 이동빔

17 : 송풍팬 18 : 배기팬

20, 21 : 열전대 22 : 분배제어기(DCS)

V₁∼V₈: 절환밸브 V_A1∼V_A4: 연료유량 조절밸브

V_B1∼V_B4: 공기유량 조절밸브 G_P1∼G_P4: 차압계

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 축열식가열의 승온시 균일축열용 제어장치는 가열로 (1)와 우측 버너(2),(3) 우측 연료노즐(4),(5), 우측 축열기(6),(7 ), 좌측 버너(8) ,(9), 좌측 연료노즐(10),(11), 좌측 축열기(12),(13), 고정빔(15 ), 이동빔 (16), 절환밸브(V₁∼V₄), 공기유량 조절밸브(V_B1∼V_B4), 송풍팬(17) 및 배기팬(18)을 구비한 가열로 제어장치에 있어서, 상기 가열로(1) 내 상,하부 공간에 열전대(20) ,(21)를 각각 설치함과 더불어 상기 열전대(20),(21)를 분배제어기(22; DCS)의 입력단에 연결하고, 상기 분배제어기(22; DCS)의 출력단에 연료유량 조절밸브(V_A1∼V_A4) 각각을 통해 차압계(G_P1∼G_P4)를 연결하며, 상기 차압계(G_P1∼G_P4) 각각을 공기유량 조절밸브 (V_B1∼V_B4) 각각 에다 연결함과 더불어 상기 차압계(G_P1∼G_P4) 각각 에다 절환밸브(V₅∼V₈) 각각을 통해 우측 버너(3),(2), 좌측 버너(9),(8) 각각을 연결하여서 구성된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명 축열식가열로의 승온시 균일축열용 제어방법은 좌측 버너(8),(9)와 우측 버너(2),(3)의 절환주기를 설정하는 단계와; 연소모드의 해당 버너를 점화하는 단계와; 가열로(1) 내 상,하부의 온도를 측정하는 단계와; 측정한 가열로(1) 내 상,하부의 온도가 설정 온도조건에 해당하는지의 여부를 판단하는 단계 및; 상기 판단 결과에 따라 버너의 연소/배기모드를 절환하거나 SCC( Supervisory Control Computer)에 인식된 연소제어용 수식모델에 의해 피가열소재( 14)의 균일가열 및 추출목표온도를 맞추기 위해 연료와 공기유량을 제어하여 로온을 설정하거나 또는 현재의 연소모드를 실행하고 분배제어기(22)로 연료와 공기의 유량을 제어하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 작용을 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명 축열식가열의 승온시 균일축열용 제어장치의 구성도로서, 본 발명은 도 2에 도시한 바와 같이 가열로등에 적용된 축열식버너 연소장치에 있어서 균일축열을 위한 장치이며, 가열로(1) 내 상,하부 온도를 측정하는 열전대(20),(21 ), 연소용 공기유량 조절밸브(V_B1∼V_B4), 연료유량 조절밸브(V_A1∼V_A4) , 연료공급 차압계(G_P1∼G_P4)와 이들을 제어하기 위한 분배제어기(22)로 구성된다.

도 3은 우측버너 연소시 본 발명의 일 실시예를 나타낸 도면으로서, 버너 (2),(3)의 연소모드시 송풍팬(17)에 의해서 공급되는 상온의 연소용 공기는 연소용공기 절환밸브(V₁),(V₂)에 의하여 축열기(7),(6)를 통과하면서 고온의 연소용 공기( 800℃이상)로 되어 버너(3),(2)로 공급됨으로써 연료 절환밸브(V₅),(V₆)에 의해 공급되어 연료노즐을 통하여 분사된 연료와 혼합되어 연소가 이루어 지게 된다.

가열로(1) 내의 연소가스는 고정빔(15)과 이동빔(16) 상부에 놓여 있는 피가열소재(14)를 가열하고 이때 배기팬(18)에 의하여 배기모드 상태인 버너(9),(8)로 빠져 나와 축열기(13),(12)을 지나면서 방열이 이루어져 저온(200℃이하)의 상태로 빠져나와 배기팬(18)을 통하여 대기로 배기된다.

이때 가열로(1) 상,하부에 설치된 열전대(20),(21)에 의해 측정된 로온은 분배제어기(22)로 보내지며, 이때 발생한 상,하부 온도차를 가지고 이를 보상하기 위한 상,하부 연료유량을 분배제어기(22)에서 계산하여 그 계산치에 의해 분배제어기 (22)는 연료유량 조절밸브(V_A1),(V_A2)의 개도를 조정하게 된다.

이와 같이 조절된 연료유량에 의해 발생하는 각각의 연료공급 배관의 차압을 전기적 신호로 각각의 차압계(G_P1),(G_P2)로 검출하여 해당 연소용 공기유량 조절밸브 (V_B1),(V_B2)의 개도가 설정된 공기비에 따라 조정되도록 한다.

그리고 절환연소는 일정주기(30초∼3분)를 가지고 이루어 지지 않고 가열로 (1) 상,하부의 온도편차가 10℃ 이하가 되었을 때 연소가 절환되어 좌측 버너(9), (8)가 연소모드가 되고 우측 버너(3),(2)가 배기모드로 되며, 상기한 방법과 동일하게 상,하부 로온의 편차 발생에 의한 연료공급량을 조절하게 된다.

이와 같이 반복적으로 가열로(1) 내 상,하부 온도편차의 설정치를 기준으로 절환연소를 행함에 있어 물리적으로 발생하는 가열로(1) 내 상,하부 온도편차를 줄임으로서 각각의 축열기(6),(7),(12),(13)에 저장된 축열량의 균일화를 이룰 수 있어서 안정된 연소용 공기공급 및 그로인한 피가열소재(14)의 균일한 가열을 가져올 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 축열식가열로의 승온시 균일축열 제어의 순서도로서, 먼저 S1단계에서 좌측 버너(8),(9)와 우측 버너(2),(3)의 절환주기를 설정하고, S2단계에서 연소모드의 해당 버너를 점화하게 된다.

다음에는 상,하부 열전대(20),(21)로 가열로(1) 내 상,하부의 온도를 측정하여(S3단계) S4단계에서 측정한 상, 하부 온도가 1000℃ 보다 작은지의 여부 및 측정한 상, 하부 온도편차가 10℃ 보다 큰지의 여부를 판단한다. 판단결과 상, 하부 온도가 1000℃ 보다 작고, 동시에 상, 하부 온도편차가 10℃ 보다 큰 경우에는 S5단계로 진행하여 현재의 연소모드를 그대로 실행하고, S6단계로 진행하여 분배제어기(22)로 연료와 공기의 유량을 제어한 다음 상기 S2단계를 진행하게 된다.

상기 S4단계의 실행에서 설정된 조건을 만족하지 않는 경우는 S7로 진행하여 상, 하부 온도가 1000℃ 보다 작고, 동시에 상, 하부 온도편차가 10℃ 이하 인지의 여부를 판단한다. 판단결과 상, 하부 온도가 1000℃ 보다 작고, 동시에 상, 하부 온도편차가 10℃ 이하인 경우에는 S8단계에서 연소와 배기모드를 절환한 후 상기 S2단계를 진행하게 된다.

상기 S7단계의 조건을 만족하지 않는 경우는 S9단계로 진행하여 상, 하부 온도가 1000℃ 이상이고, 동시에 상, 하부 온도편차가 10℃ 보다 큰지의 여부를 판단한다. 판단결과 상, 하부 온도가 1000℃ 이상이고, 동시에 상, 하부 온도편차가 10℃ 보다 큰 경우에는 상기 S8단계로 진행하며, S9단계의 조건을 만족하지 않는 경우는 S10단계로 진행한다.

S10단계에서는 절환시간이 절환주기 이하인지의 여부를 판단하고, 판단결과 절환시간이 절환주기 이하인 경우에는 S11단계로 진행하여 SCC(Supervisory Control Computer)에 인식된 연소제어용 수식모델에 의해 피가열소재(14)의 균일가열 및 추출목표온도를 맞추기위해 연료와 공기유량을 제어하여 로온을 설정하고 상기 S2단계를 진행하게 된다.

상기 S10단계의 실행에서 절환시간이 절환주기 보다 큰 경우에는 S12단계로 진행하여 연소 및 배기모드를 절환한 후 상기 S11단계를 진행하게 된다.

상기한 바와 같이 작용하는 본 발명은 가열로에 채용된 축열연소장치에 있어서, 물리적으로 발생하는 로내 상,하부 온도차의 발생으로 인한 각 축열기의 축열량의 편차, 그로인한 연소용 공기의 공급 온도의 편차 및 소재의 불균일 가열등의 문제를 해결 할 수 있는 장점이 있다.

Claims

가열로 (1)와 우측 버너(2),(3) 우측 연료노즐(4),(5), 우측 축열기(6),(7 ), 좌측 버너(8) ,(9), 좌측 연료노즐(10),(11), 좌측 축열기(12),(13), 고정빔(15 ), 이동빔 (16), 절환밸브(V₁∼V₄), 공기유량 조절밸브(V_B1∼V_B4), 송풍팬(17) 및 배기팬(18)을 구비한 가열로 제어장치에 있어서, 상기 가열로(1) 내 상,하부 공간에 열전대(20),(21)를 각각 설치함과 더불어 상기 열전대(20),(21)를 분배제어기(22; DCS)의 입력단에 연결하고, 상기 분배제어기(22; DCS)의 출력단에 연료유량 조절밸브(V_A1∼V_A4) 각각을 통해 차압계(G_P1∼G_P4)를 연결하며, 상기 차압계(G_P1∼G_P4) 각각을 공기유량 조절밸브 (V_B1∼V_B4) 각각 에다 연결함과 더불어 상기 차압계(G_P1∼G_P4) 각각 에다 절환밸브(V₅∼V₈) 각각을 통해 우측 버너(3),(2), 좌측 버너(9),(8) 각각을 연결하여서 구성된 것을 특징으로 하는 축열식가열로의 승온시 균일축열용 제어장치.
좌측 버너(8),(9)와 우측 버너(2),(3)의 절환주기를 설정하는 단계와; 연소모드의 해당 버너를 점화하는 단계와; 가열로(1) 내 상,하부의 온도를 측정하는 단계와; 측정한 가열로(1) 내 상,하부의 온도가 설정 온도조건에 해당하는지의 여부를 판단하는 단계 및; 상기 판단 결과에 따라 버너의 연소/배기모드를 절환하거나 SCC(Supervisory Control Computer)에 인식된 연소제어용 수식모델에 의해 피가열소재(14)의 균일가열 및 추출목표온도를 맞추기 위해 연료와 공기유량을 제어하여 로온을 설정하거나 또는 현재의 연소모드를 실행하고 분배제어기(22)로 연료와 공기의 유량을 제어하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 축열식가열로의 승온시 균일축열용 제어방법.