KR100411635B1 - 유리용융로의2차공기습도제어장치및이제어장치를구비하는유리용융로 - Google Patents

Abstract

2차 공기 습도 제어장치는, 유리용융로 내에서의 연소를 위한 2차 공기의 습도를 검출하는 습도센서와, 이 습도센서의 상류부에 배열되어 습도센서로부터의 출력이 소정의 값에 달하도록 2차 공기에 수분을 공급하는 가습장치를 포함한다.

Description

유리용융로의 2차 공기 습도 제어장치 및 이 제어장치를 구비하는 유리용융로

본 발명은 유리를 제조하는 용융로를 위한 2차 공기습도 제어장치에 관한 것이다.

유리를 제조하는데 사용되는 축열실을 구비한 용융로에 있어서는, 연도가스를 축열실에 통과시켜 축열 내화벽돌에 열을 흡수시킨다. 그후 연소방향의 교환시에, 고온의 축열실에 연소용 2차 공기를 통과시켜 2차 공기의 예열 및 발열회수를 행한다.

용융로에 의해 제조되는 유리제품의 품질을 고도의 수준으로 유지하기 위하여는, 용융로의 운행 상황이 안정되어야만 한다. 용융로의 안정한 작동에 방해가 되고 용융로의 작동조건에 변화를 주는 인자로서는 여러 가지의 것들이 있다. 이러한 인자들 중의 하나로서는, 연소용 2차 공기가 용융로에 흡입될 때의 온도 (송풍온도) 변화가 있다.

송풍온도를 변화시키는 인자는 대기온도의 변화라고 생각되고 있다. 축열실 입구에서의 2차 공기의 온도는 원칙적으로 대기온도에 비례하여 변화하기 때문에, 결과적으로 송풍온도가 변화하는 문제가 있다. 대기온도 변화에 기인한 송풍온도의 변동을 방지할 목적으로, 열교환기를 통과시킨 고온공기를 이용하여 그 고온공기와 대기와의 혼합비를 제어함으로써, 축열실 입구에서의 2차 공기의 온도를 일정한 수준으로 제어하여, 송풍온도의 안정화를 도모하는 방법이 알려지고 있다.

하지만, 본 발명자들은, 대기의 온도변화 뿐만 아니라, 대기의 습도변화도 용융로의 온도에 영향을 미치는 경우가 있다는 것을 최근에 알게 되었다. 이는, 우천시에는 용융로내의 온도가 상승한다는 식견에 기초하여 발견된 현상이다. 이는 용융로의 안정한 작동에 방해가 되기 때문에 바람직하지 않은 현상이다.

상세히 조사한 결과, 대기습도의 변화에 기인한 송풍온도의 변동은, 유리용융 처리량이 하루 약 200 t 인 용융로에서는 하루에 변동하는 습도차에 따라 최대 10℃ 정도의 변동폭을 갖는 것으로 나타났다.

여기서, 습도의 변화가 용융탱크에 영향을 미치는 과정은 명백하지는 않지만, 하기와 같은 것으로 추측된다. 축열실에서의 2차 공기가열에 있어서의 고온 내화벽돌로부터 2차 공기로의 열전달은, 주로 접촉에 의한 대류 열전달에 의해 행해진다. 그러나, 대부분의 축열 내화벽돌은 1000℃ 를 넘는 고온이기 때문에, 증기의 복사능이 증기와 농도와 더불어 변화하면 열전달도 변화하는 것으로 추측된다.

특히, H₂O의 농도가 높은 경우에는 축열 내화벽돌로부터 2차 공기로의 복사에 의한 열전달이 증가하고, H₂O의 농도가 낮은 경우에는 복사 전열량이 감소하여, 결국에는 축열실 통과후의 2차 공기의 온도가 변화하는 것이라고 생각된다. 대기중에 포함되는 다른 복사 성분으로서 CO₂가 있지만, CO₂는 증기와는 달리 변동이 작기 때문에, CO₂는 2차 공기의 온도변화의 요인은 아니다.

본 발명의 목적은, 해명되지 않아 여전히 그 해결책이 요구되고 있는, 대기습도변화에 기인하는 용융로에서의 작지만 해로운 온도변화를 방지하는데 있다.

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 유리용융로내에서의 연소용 2차 공기의 습도를 검출하는 습도센서와, 이 습도센서의 상류부에 배열되어 이 습도센서로부터의 출력이 소정의 값에 달하도록 2차 공기에 수분을 공급하는 가습장치를 포함하는 2차 공기습도 제어장치를 제공한다.

본 발명에서는, 상기 습도센서는 2차 공기를 공급하는 덕트의 측부에 배열되고, 상기 가습장치는 습도센서보다도 상류부인 덕트 측부에 배열되는 것이 바람직하다.

수분의 복사열량을 제어하여 2차 공기의 온도변동을 안정시키기 위하여는, 습도센서로부터의 출력이 절대습도로 5 내지 25 g/Nm³이 되도록 가습장치를 제어하는 것이 바람직하다. 1 Nm³은 정상상태에서의 1 ㎥의 체적을 의미한다. 특히, 저온과 저습의 외기조건을 갖는 겨울철 및 이와 같은 외기조건의 경우에는, 절대습도가 약 5 내지 10 g/Nm³정도가 되도록 가습장치를 제어하는 것이 바람직하다.

봄이나 가을철의 경우 및 이와 같은 외기조건의 경우에는, 절대습도가 약 10 내지 20 g/Nm³정도가 되도록 가습장치를 제어하는 것이 바람직하다. 고온과 고습의 외기조건을 갖는 여름철 및 이와 같은 외기조건의 경우에는, 절대습도가 약 20 내지 25 g/N㎥ 정도가 되도록 가습장치를 제어하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 2차 공기 습도 제어장치를 포함하는 유리용융로를 제공한다. 2차 공기 습도 제어장치를 구비한 유리용융로는, 실제로 2차 공기의 온도변동을 안정하게 하여 용융로의 안정한 작동을 가능하게 하고, 또한 연료 절감에 의한 에너지 절약효과, 안정한 작동에 의해 유리용융에 있어서의 결점을 최소화하는 효과를 발휘한다.

본 발명에서, 유리용융로는, 연소전에 2차 공기를 가열하기 위한 축열실을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에서는, 축열실을 갖지 않고 열교환기에 의해2차 공기를 가열하는 환열식 유리용융로를 사용할 수도 있다. 본 발명은, 축열실과 열교환기를 모두 갖는 유리용융로를 사용할 수도 있다.

본 발명에 따른 2차 공기 습도 제어장치에서는, 2차 공기를 공급하는 덕트에 가습장치를 설치하고, 덕트의 하류부에 습도센서를 배치하여 가습량의 피이드백 제어를 실시한다. 그러나, 다른 구성 또는 방법으로 가습량을 제어할 수도 있다.

가습장치에 대해서는, 2차 공기량이 많으면 가습량이 많이 필요하기 때문에, 증기를 노즐로부터 분출시키는 것이 바람직하다. 그러나, 충분한 가습능력을 구비하고 있다면, 다른 장치를 사용해도 좋다.

습도센서의 설치위치는, 가습장치에 의해 첨가된 수분이 2차 공기와 충분하게 혼합되어 습도가 동일해지는 위치가 바람직하다. 제어목표 습도는 절대습도로 설정하는 것이 최상이지만, 2차 공기의 온도가 일정한 값으로 제어되는 경우에는 상대습도로 설정할 수도 있다.

만약 대기습도의 변동분의 보상을 목적으로 한다면, 제어목표 습도로서 설정하는 절대습도는 일년에 걸쳐 변하지 않는 것이 최상이다. 그러나, 아주 높은 습도를 갖는 한 여름철의 비오는 날씨를 고려하여 제어목표 습도를 약 25 g/N㎥ 정도로 설정할 수도 있다. 이 경우, 아주 낮은 습도를 갖는 겨울철의 기상조건에서는 절대습도가 약 1g/N㎥ 정도이기 때문에, 습도제어의 폭을 확대하여 가습장치가 충분한 능력을 갖도록 하는 것이 요구된다. 예컨대, 2차 공기의 유량이 15000 N㎥ /h 이라면, 15000 x 25 = 375 kg/h 의 가습능력이 요구된다.

그러나, 가습장치의 능력이 제한되어 목표습도를 달성하지 못하는 경우 또는2차 공기의 온도가 낮아 덕트내에서의 결로(結露)가 문제가 되는 경우 등에 있어서는, 제어목표 습도로서의 절대습도를 계절에 따라 변경하는 것이 바람직하다. 이러한 경우의 습도제어량은, 비오는 날씨와 청명한 날씨간의 차로서 약 5 내지 7 g/N㎥ 정도를 보상할 수 있도록 설정하는 것이 최소한 요구된다. 적어도 5 g/N㎥, 바람직하게는 약 10 g/N㎥ 이상의 습도제어가 가능할 것이 요구된다. 예컨대, 2차 공기의 유량이 15000 N㎥ /h 이라면, 15000 x 10 = 150 kg/h의 가습능력이 요구된다.

본 발명에 따른 2차 공기 습도 제어장치는, 대기습도의 변동분을 보상하는 일정치 제어 뿐만 아니라, 축열실에서의 발열 회수 효율의 향상에 의한 에너지 절약효과를 목적으로 하는 제어, 또는 예열된 2차 공기가 지닌 현열량을 제어하여 용융로 내부의 온도제어를 실시하는 제어등, 광범위한 적용이 가능하다.

본 발명에 있어서, 2차 공기중에 첨가된 H₂O 분자는 복사성 성분이기 때문에, 축열실 및 열교환기 등의 2차 공기 난기장치 (warmer) 또는 고온의 2차 공기 통로를 통과하는 경우, 상기 분자는 1000 ℃를 상회하는 고온으로된 축열 내화벽돌, 열교환기 내벽면 또는 고온의 2차 공기 통로의 내벽면으로부터의 복사열전달을 받게 된다. 2차 공기중의 H₂O 농도를 일정하게 제어함으로써 복사전열량을 일정하게 하고, 송풍온도의 변동을 방지할 수 있다.

이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명에 대해 좀더 상세히 설명하고자 한다.

제 1 도는, 본 발명에 따른 2차 공기 습도 제어장치의 일 실시예의 개략적인구성을 나타낸 블록 다이어그램이다. 제 1 도에서, 도면부호 1 은 증기분출방식인 노즐형의 가습장치를 나타내는데, 이 가습장치는 배어든 증기의 열을 보온하여 냉각에 의한 드레인(drain)의 생성을 방지하도록 파이프 (2) 를 갖는다. 가습장치 (1) 의 노즐부는, 2차 공기용 덕트 (3) 의 측부로부터 내부로 삽입되어 2차 공기 (5) 로의 가습을 행한다.

온도 및 습도 센서 (4) 는, 가습장치로부터의 증기가 2차 공기와 충분하게 혼합된 균일한 상태에서의 습도를 검출하는 것이 바람직하기 때문에, 가습장치 (1) 로부터 멀리 떨어진 하류부 (약 15 m 정도의 하류) 인 덕트 측부에 배치된다. 이 센서로부터의 습도출력 (6) 은 상대습도로 얻어진다. 이 습도출력은 센서로부터의 온도출력 (7) 과 함께 지시제어장치 (8) 에 입력되어, 절대습도로 변환된다.

지시제어장치 (8) 에서는, 얻어진 절대습도와 제어목표값 간의 편차를 구하고 조정량 (9) 을 결정하여, 이 조정량을 증기조절밸브 (10) 에 출력한다. 또한, 지시제어장치 (8) 는, 습도의 실제값과 설정값간의 편차가 소정의 정도를 넘는 경우에 또는 증기 유량계 (11) 에 의해 지시된 값이 기준값을 넘는 경우에 경보를 울리는 시스템을 갖는다. 증기조절밸브 (10) 는, 지시제어장치 (8) 로부터의 신호에 기초하여 밸브개도를 제어하여, 가습용 증기 (12) 의 유량을 변화시킨다.

제 2 도는, 2차 공기의 습도를 순차적인 가습에 의해 변화시킬 때의, 용융로의 절정 (crown) 온도의 변화를 측정한 것이다. 절정온도변화는, 용융로내의 세 개의 연료오일버너 (＃1 - ＃3 구(port))의 노상부에 대하여 온도변화를 측정한 것이다. 제 2 도에서, 수평축선은 시간 (시) 을 나타내며, 수직축선은 가습전의 절정평균온도로부터의 편차(℃) 를 나타낸다.

이 실시예에서는, 비오는 날씨의 습도와 청명한 날씨의 습도간의 차를 상정하여 측정을 실시하였다. 습도의 설정은 기상조건에 의한 변동폭과 동일한 수준으로 행하였다. 절정온도는 가습의 개시와 함께 상승하여, 가습의 완료후 약 30 분 에서 최대값에 이른 다음, 하강하였다. 이 30 분이라는 시간의 지체는, 절정부의 이면으로부터 열전대까지의 내화벽돌에서의 열전달에 걸리는 시간이다. 가습 및 절정 온도는 사실상 동일시간에 상승된다.

이 온도상승량은 약 2 ℃ 였으나, 이것은 평형상태에 이르기 전의 것으로, 이대로 가습을 계속한다면 절정 온도는 더 상승할 것이라고 생각된다.

제 3 도는, 전술한 가습조건에 있어서, 축열실 상단부에서의 송풍온도를 흡인 온도계로 측정하여, 가습 전후간의 온도차를 그래프로 나타낸 것이다. 가습전의 2차 공기 절대습도는 1 g/N㎥이고, 가습후의 2차 공기 절대습도는 7 g/N㎥이다. 제 3 도에서, 수평축선은 시간 (초) 을 나타내며, 수직축선은 송풍온도간의 차 (℃) 를 나타낸다. 연소교환 1회분의 시간변화가 나타났다.

그래프에서 볼 수 있듯이, 내화벽돌이 고온상태에 있는 교환후의 초기단계에서 가습효과가 특히 두드러지고, 시간이 흐를 수록 그 차는 점점 더 작아짐을 알 수 있다. 평균적으로 8 ℃의 온도차가 있는 것으로 확인되었다.

이들 결과로부터, 대기의 습도변화가 용융로의 작동조건에 크게 영향을 끼치고, 이러한 변화가 일상적으로 발생함을 알 수 있다.

전술한 바와 같은 순차적 응답을 고려하여, 대기의 습도변화분을 보상하는설정으로 2차 공기의 습도제어를 실시했다. 제어목표치는 계절 마다의 제어를 행하는 것을 전제로 하여, 겨울철에 대해 2차 공기의 절대습도값을 15 g/N㎥ 으로 일정하게 설정하였다.

그 결과, 2차 공기의 습도를 제어하지 않은 경우에는 절정 온도의 하루간의 변화가 4 ℃ 인 반면에, 상기의 일정값의 제어를 실시한 경우에는 절정 온도의 하루간의 변화가 1 ℃를 밑돌아 아주 안정한 작동을 실현할 수 있었다. 또한, 송풍온도 상승에 의한 용융로로의 현열의 증대에 의해, 평균 20 ℓ/h의 연료오일을 절약할 수 있음도 확인되었다.

본 발명에 따르면, 종래 문제가 되고 있으며 대기의 습도변화에 기인하여 발생하는 축열식 용융로에서의 작지만 해로운 온도변동을, 2차 공기의 습도를 제어하여 축열실에서의 물분자에 의한 복사전열량을 일정하게 함으로써 방지할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 용융로가 안정하게 작동하는 이점이 있다. 또한, 연료절감에 의해 에너지를 절약하고, 안정한 작동에 의해 유리용융에 있어서의 결점을 최소화하는 이점도 제공된다.

상기의 교시에 비추어 볼때, 본 발명에는 여러 가지의 변형예 및 수정예가 가능함이 명백하다. 그러므로, 부속 청구항의 범위내에서, 본 발명은 여기에 특별히 기재한 것과는 다르게 실시될 수도 있음을 알 수 있을 것이다.

제 1 도는 본 발명에 따른 2차 공기 습도 제어장치의 일 실시예의 블록 다이어그램.

제 2 도는 실시예에 따른 2차 공기의 가습에 의해 유리용융로의 절정 온도가 변화하는 것을 나타낸 블록 다이어그램.

제 3 도는 실시예에 따른 2차 공기의 가습에 의해 2차 공기의 송풍온도가 변화하는 것을 나타낸 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 가습장치 2 : 파이프

3 : 덕트 4 : 습도센서

5 : 2차 공기

Claims (4)

1. 유리용융로 내에서의 연소를 위한 2차 공기 (5) 의 습도를 검출하는 습도센서 (4) 와,

   이 습도센서 (4) 의 상류부에 배열되어 이 습도센서로부터의 출력이 소정의 값에 달하도록 2차 공기에 수분을 공급하는 가습장치 (1) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리용융로의 2차 공기 습도 제어장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 습도센서 (4) 는 2차 공기를 공급하는 덕트 (3) 의 측부에 배열되며, 상기 가습장치 (1) 는 상기 습도센서 (4) 의 상류부에 있는 덕트 (3) 의 측부에 배열되는 것을 특징으로 하는 유리용융로의 2차 공기 습도 제어장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 가습장치 (1) 는 상기 습도센서 (4) 로부터의 출력이 5 내지 25 g/N㎥ 범위내의 일정한 절대습도를 나타내도록 제어되는 것을 특징으로 하는 유리용융로의 2차 공기 습도 제어장치.
4. 제 1 항에 기재된 2차 공기 습도 제어장치를 포함하는 유리용융로.