KR100415927B1 - 코크스 최종온도를 이용한 코크스로 연소제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 코크스 최종온도를 이용한 코크스로 연소제어 방법을 제공하기 위한 것으로, 이러한 본 발명은 코크스 목표온도와 연소실 목표온도를 설정한 다음 코크스 최종온도를 측정하여 코크스 목표온도와 코크스 최종온도의 차이가 일정 온도 범위 이내에 있는지 판별하는 제1 단계와; 상기 온도 차이가 일정 온도 범위를 벗어나면 공급 열량을 조절하는 제2 단계와; 상기 온도 차이가 일정 온도 범위 이내에 있으면, 코크스 벽부온도를 연소실 온도로 환산하고 배터리 평균 온도를 계산하는 제3 단계를 수행함으로서, 코크스 최종온도를 연소제어에 활용하여 코크스품질 향상 및 에너지절약을 이루고, 코크스로의 열간/열내 온도를 자동측정하여 작업자의 업무 부하를 경감시킬 수 있게 되는 것이다.

따라서 본 발명은 코크스 최종온도를 연소제어에 활용함으로서 코크스품질 향상 및 에너지절약을 이룰 수 있고, 코크스로의 열간/열내온도를 자동측정하여 작업자의 업무 부하를 경감시킬 수 있는 효과가 있게 된다.

Description

코크스 최종온도를 이용한 코크스로 연소제어 방법{Method for controlling combustion of coke oven by using coke final temperature}

본 발명은 코크스로 연소제어 방법에 관한 것으로, 특히 코크스 최종온도를 연소제어에 활용하여 코크스품질 향상 및 에너지절약을 이루고, 코크스로의 열간/열내 온도를 자동측정하여 작업자의 업무 부하를 경감시키기에 적당하도록 한 코크스 최종온도를 이용한 코크스로 연소제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 코크스는 고로에서 열원제, 환원제, 통기성 유지제로 사용하기 위해 석탄을 코크스로(Coke Oven)에서 고온건류 과정을 거쳐 제조되는 다공질의 회백색 고체이다. 그리고 코크스로는 내화벽돌로 축조된 로(Oven)로써 탄화실과 연소실로 이루어졌으며, 탄화실 내에 원료탄을 장입하여 공기를 연소실에서 석탄을 건류 코크스를 제조하는 설비이다. 또한 배터리(Battery)는 연소실, 탄화실, 축열실로 구성되며 이러한 로가 한 세트화된 것을 말한다.

따라서 코크스로는 석탄을 가열하여 코크스를 제조하는 설비로서 연소실과 탄화실로 이루어져 있는데, 탄화실에 석탄을 넣고 연소실에서 열원인 연료가스를 연소시켜 발생된 열을 탄화실에 전달시켜 코크스를 제조한다. 코크스로는 한 개의 battery에 연소실과 탄화실이 교대로 위치하며 수십 또는 백여개의 연소실과 탄화실로 구성되어 있다. 제철소에서는 경제성 문제 때문에 각각의 연소실을 개별적으로 제어할 수 있는 시스템을 갖추지 못하고, battery 전체에 공급되는 연료가스 유량을 제어하는 시스템을 사용하고 있다. 각 연소실은 약 34개의 소연소실(이하 flue)이 있으며, 각 탄화실은 건류가 완료된 코크스의 압출을 용이하게 하기 위하여 코크스를 미는 쪽(이하 pusher side) 보다 밀리는 쪽(이하 coke side)이 넓게 되어 있다. 따라서 각 flue의 온도는 pusher side를 coke side 보다 낮게 유지해야 한다. 작업자는 수시로 한 battery에 있는 모든 연소실의 중앙 flue의 온도(이하 열간온도)와 한 연소실에 있는 각 flue의 온도(이하 열내온도)를 측정하여 연소제어에 활용한다.

이와 같은 코크스로의 구성상 연소실 온도(각 flue 온도 포함)를 어떻게 관리하느냐에 따라 코크스품질 및 연료사용량이 결정된다. 코크스로의 조업을 일반적으로 가동율 및 석탄의 성상에 따라 열간온도와 열내온도를 수시로 변화시키며 조업을 하게된다. 연소실 온도를 변화시키기 위해서는 공급되는 연료가스의 양을 변화시킨후 연소실온도를 pyrometer를 이용하여 측정한 후 원하는 연소실온도가 될 때까지 계속 연료가스의 유량을 변화시킨다.

그러나 수많은 연소실과 flue를 관리하기 위해 수시로 온도를 측정하다 보니 작업자의 부하가 가중되고 연소관리의 효율성이 많이 떨어지고 있는 실정이다. 또한 특정 연소실온도를 유지하면 특정 코크스온도가 제조된다는 가정하에 연소제어를 하지만 실제로 원하는 코크스온도가 되는지 확인하는 절차를 생략하는 경우가 발생하는 문제점이 있었다.

이에 본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 건류완료된 적열코크스의 최종온도를 자동측정하여 연소제어에 활용하고, 동시에 적열코크스의 최종온도를 자동측정하면서 열간온도 및 열내온도를 측정하는 효과를 발휘하게 하여 작업자가 직접 연소실온도를 측정하지 않게 함으로서 작업자의 부하를 상당히 해소시킬 수 있는 발명을 제시하고자 하였다.

도1은 종래 코크스로 연소제어 방법을 보인 흐름도이다.

이에 도시된 바와 같이, 연소실 목표온도를 설정한 다음 배터리의 전체 연소실 온도를 측정하여 배터리의 연소실 평균 온도를 계산하고, 연소실 목표온도와 연소실 측정온도의 차이가 일정 온도 범위 이내에 있는지 판별하는 단계(ST1 ~ ST4)와; 상기 온도 차이가 일정 온도 범위를 벗어나면 공급 열량을 조절하는 단계(ST5)를 수행한다.

이와 같이 구성된 종래 기술의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 작업자가 목표로 하는 연소실 온도(열간온도 평균)를 설정한 다음 열량공급을 한다.

그리고 배터리의 전체 연소실 온도를 측정하도록 작업자는 열간온도를 측정한다. 그래서 배터리의 연소실 평균온도를 계산한다.

그런 다음 배터리 연소실 온도를 평균한 값과 연소실의 목표온도 설정값을 비교한다. 그래서 그 차이가 일정 온도 범위(통상 10℃) 이내에 있는지 판단하게 된다.

연소실 목표온도와 연소실 측정온도의 차이가 10℃ 이상을 벗어나면 공급열량을 조절하여 열량을 변화시킨다.

여기서 압출된 코크스의 온도는 측정하지 않으며, 단지 측정된 연소실 온도가 목표 연소실 온도와 일치하는지의 여부만을 연소제어의 핵심 요소로 활용한다. 그러다 보니 특정 석탄의 경우 코크스 온도가 지나치게 높거나(=과건류) 낮은(=미건류)현상이 종종 발생한다. 또한 작업자는 탄화실의 pusher side와 coke side의 일정한 온도 유지를 위해 수시로 열내온도를 측정해야만 하는 불편함도 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 코크스 최종온도를 연소제어에 활용하여 코크스품질 향상 및 에너지절약을 이루고, 코크스로의 열간/열내 온도를 자동측정하여 작업자의 업무 부하를 경감시킬 수 있는 코크스 최종온도를 이용한 코크스로 연소제어 방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예에 의한 코크스 최종온도를 이용한 코크스로 연소제어 방법은,

코크스 목표온도와 연소실 목표온도를 설정한 다음 코크스 최종온도를 측정하여 코크스 목표온도와 코크스 최종온도의 차이가 일정 온도 범위 이내에 있는지 판별하는 제1 단계와; 상기 온도 차이가 일정 온도 범위를 벗어나면 공급 열량을 조절하는 제2 단계와; 상기 온도 차이가 일정 온도 범위 이내에 있으면, 코크스 벽부온도를 연소실 온도로 환산하고 배터리 평균 온도를 계산하는 제3 단계를 수행함을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

도1은 종래 코크스로 연소제어 방법을 보인 흐름도이고,

도2는 본 발명의 일실시예에 의한 코크스 최종온도를 이용한 코크스로 연소제어 방법을 보인 흐름도이며,

도3은 도2에 의한 코크스 최종온도 측정방법을 보인 블록구성도이며,

도4는 도2에 의한 효과를 보인 도면이다.

이하, 상기와 같은 본 발명 코크스 최종온도를 이용한 코크스로 연소제어 방법의 기술적 사상에 따른 일실시예를 설명하면 다음과 같다.

도2는 본 발명의 일실시예에 의한 코크스 최종온도를 이용한 코크스로 연소제어 방법을 보인 흐름도이다.

이에 도시된 바와 같이, 코크스 목표온도와 연소실 목표온도를 설정한 다음 코크스 최종온도를 측정하여 코크스 목표온도와 코크스 최종온도의 차이가 일정 온도 범위 이내에 있는지 판별하는 제1 단계(ST11 ~ ST4)와; 상기 온도 차이가 일정 온도 범위를 벗어나면 공급 열량을 조절하는 제2 단계(ST15)와; 상기 온도 차이가 일정 온도 범위 이내에 있으면, 코크스 벽부온도를 연소실 온도로 환산하고 배터리 평균 온도를 계산하는 제3 단계(ST16)(ST17)를 수행한다.

상기 제1 단계에서, 코크스 최종온도 측정은, 건류가 완료되어 압출되는 적열코크스를 가이드하는 가이드 카(guide car)의 정면에 구멍을 뚫어 최종 코크스 온도를 측정한다.

상기 제3 단계에서, 코크스 벽부온도를 연소실 온도로 환산하는 것은, 가이드 카 옆면에 구멍을 뚫어 압출되는 적열 코크스의 탄화실 벽부쪽 온도를 측정하여 연소실 또는 flue의 온도로 환산한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 코크스 최종온도를 이용한 코크스로 연소제어 방법의 동작을 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 도2는 본 발명에 의한 코크스로 연소제어 방법이다.

그래서 작업자는 최종 코크스 목표온도와 연소실 목표온도를 설정한다. 최종 코크스 온도를 측정하는 방법은 도3에 나타낸 바와 같이 coke side에서 압출되는 코크스를 가이드 해주는 역할을 하는 guide car의 옆면과 정면에 구멍을 뚫어 적외선 온도측정 장치로 온도를 측정한다. guide car 옆에서 측정한 코크스온도는 가장 먼저 coke side의 코크스 온도부터 측정되기 시작하면서 middle side를 거쳐 pusher side 코크스온도까지 탄화실 벽쪽 부위의 코크스온도가 측정된다. 그리고 guide car 정면에서 측정한 코크스온도는 탄화실 중심부위의 온도로서 최종 코크스온도라 한다.

코크스의 압출이 시작되면 측정된 최종 코크스온도가 작업화면에 나타나고 최종 코크스 목표온도와 비교하여 10℃ 이상이 되면 공급열량을 변화시킨다.

또한 guide car 옆에 설치한 적외선 온도측정장치에 의해 측정되는 적열코크스의 온도는 열간 온도 및 열내온도 측정에 중요한 factor이다. 즉, 압출되는 코크스의 탄화실벽부 쪽 온도는 결국 탄화실 벽부온도와 거의 일치한다. 따라서 pusher side부터 coke side까지의 탄화실 벽부온도를 측정하는 셈이 된다.

탄화실벽부와 연소실 사이의 로벽은 일정한 두께(약 9∼10mm)에 일정한 열전도율을 가지고 있어서 연소실온도가 탄화실벽부보다 약 40∼50℃정도 높다. 그래서 탄화실 벽부온도를 알면 연소실내 전 flue의 온도를 알 수 있어 작업자가 수시로 열내온도를 측정하지 않고도 열내온도를 알 수 있다. 또한 연소실 중심 flue의 온도를 알 수 있으므로 압출시마다 측정한 중심 flue의 온도를 평균하면 열간온도를 알 수 있게 된다.

이처럼 본 발명은 코크스 최종온도를 연소제어에 활용하여 코크스품질 향상 및 에너지절약을 이루고, 코크스로의 열간/열내 온도를 자동측정하여 작업자의 업무 부하를 경감시키게 되는 것이다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 코크스 최종온도를 이용한 코크스로 연소제어 방법은, 도4에 도시한 바와 같이, 종래에 발생하던 과건류 및 미건류 코크스의 발생 빈도가 현저히 감소한 효과가 있다. 관리하고자 하는 최종 코크스온도 범위를 950∼1050℃로 하였을 때 1050℃ 이상 과건류 되는 횟수/월은 기존의 55회에서 12회로 감소하였으며, 950℃이하의 미건류 횟수는 기존의 46회에서 8회로 상당히 감소하였다.

또한 본 발명은 코크스 품질 편차도 감소시킬 효과도 있다. 즉, 관리하는 코크스강도 범위를 86.0∼86.5로 하였을 때 이 범위를 벗어나는 코크스 강도의 이탈율이 종래의 8%에서 2%로 대폭 감소하여 일정한 코크스품질을 유지할 수 있었다.

더불어 본 발명은 종래의 방법에 비해 공급되는 열량이 610kcal/kg에서 576kcal/kg으로 약 5% 감소하여 많은 에너지 절약을 기할 수 있는 효과가 있다.

나아가 본 발명은 수시로 측정하던 열간 온도와 열내온도를 전혀 측정하지 않아도 되는 효과를 가져와 작업자의 업무효율성을 향상시킬 수 있다.

따라서 본 발명은 코크스 최종온도를 연소제어에 활용함으로서 코크스품질 향상 및 에너지절약을 이룰 수 있고, 코크스로의 열간/열내온도를 자동측정하여 작업자의 업무 부하를 경감시킬 수 있는 효과가 있게 된다.

Claims (3)

1. 코크스 목표온도와 연소실 목표온도를 설정한 다음 코크스 최종온도를 측정하여 코크스 목표온도와 코크스 최종온도의 차이가 일정 온도 범위 이내에 있는지 판별하는 제1 단계와;

   상기 온도 차이가 일정 온도 범위를 벗어나면 공급 열량을 조절하는 제2 단계와;

   상기 온도 차이가 일정 온도 범위 이내에 있으면, 코크스 벽부온도를 연소실 온도로 환산하고 배터리 평균 온도를 계산하는 제3 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 코크스 최종온도를 이용한 코크스로 연소제어 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 단계에서, 코크스 최종온도 측정은,

   건류가 완료되어 압출되는 적열코크스를 가이드하는 가이드 카의 정면에 구멍을 뚫어 최종 코크스 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 코크스 최종온도를 이용한 코크스로 연소제어 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 제3 단계에서, 코크스 벽부온도를 연소실 온도로 환산하는 것은,

   가이드 카 옆면에 구멍을 뚫어 압출되는 적열코크스의 탄화실 벽부쪽 온도를 측정하여 연소실 또는 flue의 온도로 환산하는 것을 특징으로 하는 코크스 최종온도를 이용한 코크스로 연소제어 방법.