KR100426854B1 - 고온미분탄 취입장치 및 방법 - Google Patents

고온미분탄 취입장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고로에 취입되는 미분탄과 미분탄 이송용으로 사용하는 고압의 압축공기를 강온(25℃)하지 않고, 직접 고온(150℃)의 상태로 미분탄과 더불어 취입하고, 또한 미분탄 취입랜스 냉각용 공기온도를 상승시켜 취입할 수 있도록 하여 추가적인 큰 설비 투자없이 미분탄의 온도상승을 유도하여 고로에 취입되는 미분탄의 연소성을 향상시킴과 동시에 풍온을 상승시켜 고로의 연료비를 저하시켜 줄 수 있도록 하는 고온미분탄(HOT COAL) 취입장치 및 방법에 관한 것이다.
특히, 가열공기(HOT AIR)를 직접 픽업(PICK UP:(5))까지 이송시켜 줄 수 있도록 하는 배관(22)과; 상기 배관(22)의 중간부분에 설치되어 고온 공기량을 조절할 수 있도록 하는 가열공기(HOT AIR)제어변(20)과; 상기 가열공기제어변(20)에 연결 설치되어 이 가열공기제어변(20)의 개도상태를 조절할 수 있도록 하는 제어기(23a)와; 2차냉각기(COOLER:(15b))와 공기저장소(14) 사이의 배관에 설치되어 저온 공기량을 조절할 수 있도록 하는 냉각공기(COLD AIR)제어변(19)과; 상기 냉각공기제어변(19)에 연결 설치되어 이 냉각공기제어변(19)의 개도상태를 조절할 수 있도록 하는 제어기(23b)와; 미분탄이송라인(7)에 설치되어 이송되는 미분탄의 온도를 감지할 수 있도록 하는 온도검출기(21)와; 상기 온도검출기(21)에 연결 설치되어 온도검출기(21)에서 검출한 온도를 변환시켜 줄 수 있도록 하는 변환기(24)와; 이들을 통합제어하는 프로그램제어기(25)를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

Description

고온미분탄 취입장치 및 방법 {HOT COAL BLOWING APPARATUS AND METHOD}
본 발명은 고온미분탄(HOT COAL) 취입장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고로에 취입되는 미분탄과 미분탄 이송용으로 사용하는 고압의 압축공기를 강온(30℃)하지 않고, 직접 고온(150℃)의 상태로 미분탄과 더불어 취입하고, 또한 미분탄 취입랜스 냉각용 공기온도를 상승시켜 취입할 수 있도록 하여 추가적인 큰 설비 투자없이 미분탄의 온도상승을 유도하여 고로에 취입되는 미분탄의 연소성을 향상시킴과 동시에 풍온을 상승시켜 고로의 연료비를 저하시켜 줄 수 있도록 하는 고온미분탄(HOT COAL) 취입장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 미분탄은 굵은 형태의 석탄상태에서 파쇄설비를 거친 후 얻어지는데 파쇄설비를 거친 미분탄은 온도가 상승되어 수분함량이 줄어든다.
이러한 미분탄 입자의 온도와 수분함유량의 관계는 도 5에 도시된 바와 같이미분탄입자의 온도상승시 수분함유량이 감소되는 것을 알 수 있다. 특히 미분탄입자의 온도가 100℃ 이상에서는 수분함유량이 급격히 감소되는 것을 알 수 있다.
이러한 미분탄을 고로에 취입하는 공정을 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도시된 바와 같이 취입시에는 미분탄저장소(1)에 저장되어 있던 미분탄이 먼저, 3개의 미분탄취입탱크(2)에 분산 공급되어 저장되게 된다.
그리고, 주입되는 고압의 질소가스(3)에 의해 미분탄배출라인(4)으로 배출되게 된다.
이때, 공기압축기(20)에서 생산된 고압의 공기가 공기유량제어변(6)을 통과하여 픽업(PICK UP:(5))으로 공급됨과 동시에 미분탄을 희석 및 압송하여 미분탄이송라인(7)를 통해 분배변(8)까지 압송되게 되고, 다시 미분탄취입지관(9)을 통하여 미분탄취입랜스(10)를 거쳐 고로(12)의 풍구(4)로 불어 넣어지게 된다.
한편, 미분탄취입랜스(10)의 냉각용으로 사용하는 압축공기도 공기압축기(13)에서 생산되어 공기저장소(14)를 거쳐 공기이송라인(24)을 통해 미분탄취입랜스퍼지관()을 거쳐 고로(12)의 풍구(11)에 미분탄과 함께 취입되게 된다.
여기서 압축공기의 생산과정을 보면 미분탄이송용으로 사용되는 공기는 10Kg/㎠ 이상의 고압으로서 2단 압축식 콤프레셔를 사용하고 있는데 공기압축기(13)가 가동되면 필터(6)를 거친 청정공기는 1차압축기(13a)에서 승압(0→7Kg/㎠)되면서 공기온도가 상승(130℃)되게 된다.
그리고 뒤이어 1차냉각기(15a)로 이동되어 냉각(25℃)됨과 동시에 다시 2차압축기(13b)를 거치면서 승압(7Kg/㎠→13Kg/㎠)되게 되어 뜨거운 공기(150℃)로 상승되게 된 후 2차냉각기(15b)로 이동되어 냉각과정을 거쳐 미분탄 이송용 공기(30℃)로 사용되게 된다.
여기서, 공기를 1차 압축 후 냉각하는 것은 온도 상승에 위해 1ck압축기(13a)가 악영향을 입게 되는 문제를 방지하기 위한 것이며, 2차압축기(13b)에서 압축 후 냉각하는 것은 노출된 고온배관으로 인한 화상등의 안전사고를 미연에 방지하기 위해 취해지는 것이다.
그러나, 이와 같이 작용을 하는 종래의 기술은 150℃를 취하는 미분탄 이송용 공기(TRANSPORT AIR)와 미분탄 취입랜스 냉각용 공기(COOLING AIR)를 30℃로 강온하여 사용하고 있으므로 미분탄 연소성을 크게 저하시키는 문제를 발생시켰고, 또한 미분탄의 연소성을 향상시키기 위해 풍온을 상승시켜야 하나, 이는 열풍로 설비에 큰 부하를 가져와서 풍온을 상승시키지 못하는 문제가 있었다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점들을 개선하기 위해 안출한 것으로서, 그 목적은 고로에 취입되는 미분탄과 미분탄 이송용으로 사용하는 고압의 압축공기를 강온(25℃)하지 않고, 직접 고온(150℃)의 상태로 미분탄과 더불어 취입하고, 또한 미분탄 취입랜스 냉각용 공기온도를 상승시켜 취입할 수 있도록 하여 추가적인 큰 설비 투자없이 미분탄의 온도상승을 유도하여 고로에 취입되는 미분탄의 연소성을 향상시킴과 동시에 풍온을 상승시켜 고로의 연료비를 저하시켜 줄 수 있도록 하는고온미분탄(HOT COAL) 취입장치 및 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적은 특히, 고압의 질소가스를 통해 미분탄을 고로에 취입하는 콜 취입장치에 있어서,
가열공기(HOT AIR)를 직접 픽업(PICK UP)까지 이송시켜 줄 수 있도록 하는 배관과; 상기 배관의 중간부분에 설치되어 고온 공기량을 조절할 수 있도록 하는 가열공기(HOT AIR)제어변과; 상기 가열공기제어변에 연결 설치되어 이 가열공기제어변의 개도상태를 조절할 수 있도록 하는 제어기와; 냉각기(COOLER)와 공기저장소 사이의 배관에 설치되어 저온 공기량을 조절할 수 있도록 하는 냉각공기(COLD AIR)제어변과; 상기 냉각공기제어변에 연결 설치되어 이 냉각공기제어변의 개도상태를 조절할 수 있도록 하는 제어기와; 미분탄이송라인에 설치되어 이송되는 미분탄의 온도를 감지할 수 있도록 하는 온도검출기와; 상기 온도검출기에 연결 설치되어 온도검출기에서 검출한 온도를 변환시켜 줄 수 있도록 하는 변환기와; 이들을 통합제어하는 프로그램제어기를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 고온미분탄(HOT COAL) 취입장치의 구성상태를 도시한 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 고온미분탄(HOT COAL) 취입장치의 요부 구성상태를 도시한 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 고온미분탄(HOT COAL) 취입장치의 작동순서를 나타내는 순서도,
도 4는 종래 고온 미분탄 취입장치의 구성상태를 도시한 구성도.
도 5는 종래의 고온 미분탄 입자의 온도와 고온 미분탄 수분 함유량 관계를 도시한 그래프도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 :미분탄저장소 2 :미분탄취입탱크
3 :질소가스 4 :미분탄배출라인
5 :픽업(pick-up) 6 :공기유량제어변
7 :미분탄이송라인 8 :분배변
9 :미분탄취입지관 10 :미분탄취입랜스
11 :풍구 12 :고로
13 :공기압축기 13a,13b :1차,2차압축기
14 :공기저장소 15a,15b :1차,2차냉각기
16 :필터 17 :공기이송라인
18 :미분탄취입랜스퍼지관 19 :냉각공기(COLD AIR)제어변
20 :가열공기(HOT AIR)제어변 21 :온도검출기
22 :배관 23a,23b :제어기
24 :변환기 25 :프로그램제어기
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 고온미분탄(HOT COAL) 취입장치의 구성상태를 도시한 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 고온미분탄(HOT COAL) 취입장치의 요부 구성상태를 도시한 구성도이다.
도시된 바와 같이 가열공기(HOT AIR)를 직접 픽업(PICK UP:(5))까지 이송시켜 줄 수 있도록 하는 배관(22)이 형성되어 있고, 상기 배관(22)의 중간부분에는가열 공기량을 조절할 수 있도록 하는 가열공기제어변(20)이 설치되어 있으며, 상기 가열공기제어변(20)에는 이 가열공기제어변(20)의 개도상태를 조절할 수 있도록 하는 제어기(23a)가 연결 설치되어 있다.
또한, 2차냉각기(COOLER:(15b))와 공기저장소(14) 사이에는 저온 공기량을 조절할 수 있도록 하는 냉각공기제어변(19)이 설치되어 있고, 상기 냉각공기제어변(19)에는 이 냉각공기제어변(19)의 개도상태를 조절할 수 있도록 하는 제어기(23b)가 연결 설치되어 있다.
그리고, 미분탄이송라인(7)에는 이송되는 미분탄의 온도를 감지할 수 있도록 하는 온도검출기(21)가 설치되어 있고, 상기 온도검출기(21)에는 온도검출기(21)에서 검출한 온도를 변환시켜 줄 수 있도록 하는 변환기(24)가 설치되어 있으며, 상기 변환기(24)와 제어기(23a),(23b)에는 이를 통합제어하는 프로그램제어기(25)가 연결 구성되어 있다.
이와 같이 구성되어 있는 본 발명의 동작과 그에 따른 작용을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 가열콜(HOT COAL) 취입장치의 작동순서를 나타내는 순서도이다.
참고적으로 이와 같은 가열콜 취입장치는 약 150℃의 고온 상태를 취하는 미분탄 이송용 공기(TRANSPORT AIR)와 미분탄 취입랜스 냉각용 공기(COOLING AIR)를 이용하여 풍온상승의 효과를 이룬 것으로 그 기술적 근거를 보면 다음과 같다.
- 연소대 내 물질 및 열수지를 통한 이론연소온도 계산
여기서, ni,in: i종의 input 몰수
(Hi,in)Ti,in: j종의 온도 Ti,in에서의 엔탈피
nj,out: j종의 output 몰수
(Hj,out)Tj,out: j종의 온도 Tj,out에서의 엔탈피
<전제조건>
송풍량 : 6000Nm3/min(풍온 1150℃)
산소부화 :10000Nm3/hr(풍온 1150℃)
PCR : 50T/hr(60℃)
이송용공기(Transport air) : 6000Nm3/hr(25℃)
Lance cooling air : 3000Nm3/hr(25℃)
균압용질소 : 700Nm3/hr(25℃)
(그림) 연소대 모식도
상기의 수식으로 미분탄이송용공기(TRANSPORT AIR)와 랜스냉각공기(LANCE COOLING AIR)를 상승시킬 경우 아래와 같은 결과를 얻을수 있다.
Air온도 25℃ 50℃ 100℃ 150℃ 200℃ 250℃ 300℃
이론연소온도 증대량(℃) 0 0.35 1.07 1.79 2.51 3.24 3.98
상기 이론연소온도 증대에 필요한 풍온 상승값(℃) 0 0.45 1.4 2.33 3.28 4.23 5.2
따라서 미분탄이송용공기와 랜스냉각공기 온도를 현재의 25℃에서 150℃로 상승시키면 이론연소온도는 1.79℃ 상승효과가 있으며, 이 만큼의 연소온도 상승을 위해서는 풍온이 현재보다 2.33℃ 증대되어야 한다.
즉 2.33℃의 풍온 상승효과가 발생한다는 것을 알 수 있다.
(상기는 물질 및 열수지만을 고려한 계산 결과임을 밝혀 둠. )
상기의 결과로 볼 때 미분탄의 온도 상승과 이송용 공기온도 상승 및 냉각용 공기온도 상승등은 미분탄 연소성 향상과 풍온상승의 효과를 가져옴을 알 수 있다.
이와 같은 근거에 의해 제작되는 본 발명은 운전자에 의해 미분탄 취입이 개시되고 운전자에 의해 고온미분탄의 온도설정이 이루어지면 프로그램제어기(25)에서는 운전자의 온도설정값과 온도검출기(21)에서 검출되어 변환기(24)를 거친 미분탄이송라인(7) 내부의 현재온도 값을 비교하여 온도설정값이(예:설정값 100℃)이 현재값보다 클경우 가열공기제어변(20)을 OPEN하기 위해 밸브 출력값을 제어기(23a)에서 상승시키게 된다.
이때, 가열공기제어변 출력값이 80% 이상이 되면 냉각공기제어변(19)을CLOSE하기 위해 출력값을 제어기(23b)에서 감소시키면서 온도설정값을 맞추게 된다.
한편, 온도설정값이 현재값보다 적을 경우 가열공기제어변(20)을 CLOSE하기 위해 출력값을 제어기(23a)에서 감소시키게 된다.
이때, 가열공기제어변(20) 출력값이 30%이하가 되면 냉각공기제어변(19)을 OPEN하기 위해 출력값을 제어기(23b)에서 상승시켜 운전자가 원하는 고온미분탄을 생산할 수 있게 된다.
여기서 가열공기 출력값이 30%에서 냉각공기제어변(19)이 OPEN되는 것은 미분탄 이송용 공기가 차단되는 것을 방지하기 위함이다.
또한 고온미분탄을 생산하는 과정에서 온도 설정값이 현재값과 비교하여 ±5℃ 이내의 범위에 들어서면 가열공기제어변(20)이 홀딩(HOLDING)되어 연속적인 온도를 유지하게 된다.
이상에서 살펴 본 바와 같이 본 발명은 고로에 취입되는 미분탄과 미분탄 이송용으로 사용하는 고압의 압축공기를 강온(25℃)하지 않고, 직접 고온(150℃)의 상태로 미분탄과 더불어 취입하고, 또한 미분탄 취입랜스 냉각용 공기온도를 상승시켜 취입할 수 있도록 하여 추가적인 큰 설비 투자없이 미분탄의 온도상승을 유도하여 고로에 취입되는 미분탄의 연소성을 향상시킴과 동시에 풍온을 상승시켜 고로의 연료비를 저하시켜 줄 수 있도록 하는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 고압의 질소가스를 통해 미분탄을 고로에 취입하는 콜 취입장치에 있어서,
    가열공기(HOT AIR)를 직접 픽업(PICK UP:(5))까지 이송시켜 줄 수 있도록 하는 배관(22)과;
    상기 배관(22)의 중간부분에 설치되어 고온 공기량을 조절할 수 있도록 하는 가열공기(HOT AIR)제어변(20)과;
    상기 가열공기제어변(20)에 연결 설치되어 이 가열공기제어변(20)의 개도상태를 조절할 수 있도록 하는 제어기(23a)와;
    2차냉각기(COOLER:(15b))와 공기저장소(14) 사이의 배관에 설치되어 저온 공기량을 조절할 수 있도록 하는 냉각공기(COLD AIR)제어변(19)과;
    상기 냉각공기제어변(19)에 연결 설치되어 이 냉각공기제어변(19)의 개도상태를 조절할 수 있도록 하는 제어기(23b)와;
    미분탄이송라인(7)에 설치되어 이송되는 미분탄의 온도를 감지할 수 있도록 하는 온도검출기(21)와;
    상기 온도검출기(21)에 연결 설치되어 온도검출기(21)에서 검출한 온도를 변환시켜 줄 수 있도록 하는 변환기(24)와;
    상기 변환기(24)와 제어기(23a),(23b)에는 이들을 통합제어하는 프로그램제어기(25)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 고온미분탄(HOT COAL) 취입장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기의 프로그램제어기(25)에 의해 운전자가 고온미분탄(HOT COAL) 온도를 설정하면 온도설정값과 현재온도 값을 비교하여 온도설정값이 현재 값보다 클경우 가열공기제어변(20)을 제어하고, 가열공기제어변(20) 출력값이 80%이상이 되면 냉각공기제어변(19)을 제어하는 과정과;
    온도설정값이 현재값보다 적을경우 가열공기제어변(20)을 제어하고, 가열공기제어변(20) 출력값이 30%이하가 되면 냉각공기 제어하는 과정과;
    온도설정값을 현재값과 비교하여 ±5℃ 이내의 범위에 들어서면 가열공기제어변(20)이 홀딩(HOLDING)되어 연속적인 온도유지가 가능하도록 하는 과정을 거쳐 고온미분탄을 생산하는 방법.
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