KR100647245B1

KR100647245B1 - 제철소의 연료가스 관리시스템에 채용된 열량분석기

Info

Publication number: KR100647245B1
Application number: KR1020050069385A
Authority: KR
Inventors: 김기성
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2005-07-29
Filing date: 2005-07-29
Publication date: 2006-11-23

Abstract

제철소의 연료가스 관리시스템에 채용된 열량분석기가 개시된다. 개시된 제철소의 연료가스 관리시스템에 채용된 열량분석기는, 제철소에서 부생되는 연료가스를 적정 비율로 혼합하여 혼합가스로 만들어 요구하는 칼로리로 하여 공급할 때, 상기 혼합가스를 단위당 열량값을 분석하는 열량분석기에 있어서, 케이스와; 상기 케이스의 일측에 설치된 냉각공기가 흐르도록 설치된 냉각공기용 파이프와; 상기 냉각공기용 파이프의 일측에 설치된 디스차지 파이프와; 상기 디스차지 파이프의 저부 일측에 설치된 버너와; 상기 버너의 일측에 설치되어 에어가 유입되는 오리피스와; 상기 오리피스와 연결되어 가스가 지나도록 설치된 가스라인과; 상기 냉각공기용 파이프와 상기 디스차지 파이프의 일측에 설치되어 이들 파이프를 지나는 유체의 온도를 측정하는 열전대와; 상기 냉각공기용 파이프의 일측에 설치되어 상기 냉각공기용 파이프를 지나는 냉각공기의 압력을 측정하는 압력센서와; 상기 냉각공기용 파이프의 일측에 설치되어 상기 압력센서로부터 압력값을 수신하여 상기 압력값에 따라 속도가 조절되며 작동되어 상기 냉각공기용 파이프로 냉각공기를 보내는 냉각 에어팬 장치;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

제철소, 연료가스 관리시스템, 열량분석기

Description

제철소의 연료가스 관리시스템에 채용된 열량분석기{CALORIMETER IN THE BYPRODUCT GAS MANAGEMENT SYSTEM FOR IRONWORKS}

도 1은 일반적인 제철소의 연료가스 관리시스템의 구성을 개략적으로 나타내 보인 개략도.

도 2는 본 발명에 따른 제철소의 연료가스 관리시스템에 채용된 열량분석기의 구성을 개략적으로 나타내 보인 도면.

도 3은 도 2의 요부 구성을 보다 상세하게 나타내 보인 상세도.

도 4는 본 발명에 따른 제철소의 연료가스 관리시스템에 채용된 열량분석기의 요부 구성 작동을 순차적으로 나타내 보인 개략적인 순서도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1. 냉각공기용 파이프

2. 디스차지 파이프

3. 버너

4. 오리피스

5. 가스라인

6. 열전대

7. 압력센서

8. 냉각 에어팬 장치

8a. 에어팬

8b. 주파수 제어기

8c. 노이즈 필터

본 발명은 제철소의 연료가스 관리시스템에 채용된 열량분석기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열량분석기의 분석값에 편차가 발생되지 않도록 개선된 제철소의 연료가스 관리시스템에 채용된 열량분석기에 관한 것이다.

제철소에서 철광석의 환원반응에 석탄을 이용하는 과정에서 생기는 막대한 양의 부생가스를 거의 전량을 연료로 소비한다. 이러한 연료가스는 단위 열량당 가격으로 석유의 거의 절반 수준이므로 제철소에서 석탄의 소비를 증가시켜 부생가스를 증산하고, 제철소 내의 필요에너지를 석탄베이스의 에너지로 이용하는 것이 바람직하다.

예컨대, 제철소에서 화성공정은 고로에서 사용하기 적합하도록 석탄을 건류하여 코크스를 제조하는 공정이다. 코크스는 고로와 소결공장의 연료로 쓰이며 코크스를 제조하는 과정에서 발생하는 부산물인 코크스 건류가스(Coke Oven Gas, 이하 COG라 함)는 제철공정의 연료로 사용된다.

그리고 상기한 부생가스 또는 제철가스는 고로를 중심으로 하는 제선과정에 서 고로가스(Blast Furnace Gas, 이하 BFG라 함)와, 그리고 전로를 이용하는 제강공정에서 발생하는 LDG(Lintz Donawhitz Gas)가 있다.

이 중 연료가스인 상기한 BFG와 COG를 적정 비율로 혼합하여 혼합가스(Mixing Gas)를 만들어 열량분석기(Calorimeter)에서 단위당 열량값을 분석하게 된다. 이렇게 분석된 열량값을 기준으로 연료가스를 관리하고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기와 같은 열량분석기(QT)(20)는 코크스로의 연소용으로 사용되는 COG + BFG(가변) 조성의 리치가스(Rich Gas) 배관 및 BFG +　COG(가변) 조성의 린가스(Lean Gas) 배관에 연속 측정을 위해 각각 1대씩 설치되어 있다.

이렇게 설치된 열량분석기(20)의 거버너 에어(governor air)는 연소 및 열량값 측정용으로 사용되어 정밀한 제어가 요구되나, 주변 흡입 과정의 필터(filter) 막힘 현상으로 압력이 저하되고 유입공기가 떨어지며, 이에 따른 열량값 지시치가 변하여 로온 편차 및 배기가스 O₂량의 변화를 가져오며, 상기 필터를 청소해야 하는 등의 문제점이 있다.

그리고 샘플링(sampling) 지점의 프로브(probe)를 거쳐 들어오는 시료(sampling) 가스는 전처리 장치에서 습식세정, 필터링, 압력조정을 거쳐　일정량이 버너(burner)로 유입되어 연소되며, 연소 배기가스 온도와 연소용 공기 버너 입구온도와의　온도 차이를 열전대(thermopile)를 이용하여 검출하여 발열량을 측정한다.

그러나 상기한 전처리 장치가 장기 사용에 따른 노후화로 점토 필터와 실리 콘 필터의 기능 저하로 분석값에 차이가 발생하고, 또한 열량분석기(20) 열량값이 실내 온도 변화에 따라 분석값의 차이가 많이 발생한다.

한편, 도 1에서 설명되지 않은 참조부호 30은 비율조절기(FRIC; Flow Ratio Indicator Controller)를, 40은 COG 유량조절밸브를, 50은 BFG 압력조절밸브를 각각 나타내 보인 것이다. 그리고 PT는 압력발신기를, TT는 온도발신기를, PIC는 압력조절기를 각각 의미한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 열량분석기 내의 에어 압력을 조절하여 열량분석기의 분석값에 편차가 발생되지 않도록 하여 노온 편차 및 배기가스 O₂량을 최적으로 관리토록 한 제철소의 연료가스 관리시스템에 채용된 열량분석기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제철소의 연료가스 관리시스템에 채용된 열량분석기는, 제철소에서 부생되는 연료가스를 적정 비율로 혼합하여 혼합가스로 만들어 요구하는 칼로리로 하여 공급할 때, 상기 혼합가스를 단위당 열량값을 분석하는 열량분석기에 있어서, 케이스와; 상기 케이스의 일측에 설치된 냉각공기가 흐르도록 설치된 냉각공기용 파이프와; 상기 냉각공기용 파이프의 일측에 설치된 디스차지 파이프와; 상기 디스차지 파이프의 저부 일측에 설치된 버너와; 상기 버너의 일측에 설치되어 에어가 유입되는 오리피스와; 상기 오리피스와 연결되어 가스가 지나도록 설치된 가스라인와; 상기 냉각공기용 파이프와 상기 디스차 지 파이프의 일측에 설치되어 이들 파이프를 지나는 유체의 온도를 측정하는 열전대와; 상기 냉각공기용 파이프의 일측에 설치되어 상기 냉각공기용 파이프를 지나는 냉각공기의 압력을 측정하는 압력센서와; 상기 냉각공기용 파이프의 일측에 설치되어 상기 압력센서로부터 압력값을 수신하여 상기 압력값에 따라 속도가 조절되며 작동되어 상기 냉각공기용 파이프로 냉각공기를 보내는 냉각 에어팬 장치;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2에는 본 발명에 따른 제철소의 연료가스 관리시스템에 채용된 열량분석기의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도가 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 제철소의 연료가스 관리시스템에 채용된 열량분석기는, 전술한 바와 같이 제철소에서 부생되는 연료가스(BFG, COG)를 적정 비율로 혼합하여 혼합가스(mixing gas)로 만들어 요구하는 칼로리(calorie)로 하여 공급할 때, 혼합가스를 단위당 열량값을 분석한다.

이를 보다 구체적으로 설명하면, 본 발명에 따른 제철소의 연료가스 관리시스템에 채용된 열량분석기는, 케이스(미도시)와, 이 케이스의 일측에 냉각공기(cooling air)가 흐르도록 설치된 냉각공기용 파이프(1)와, 이 냉각공기용 파이프(1)의 일측에 설치된 디스차지 파이프(discharge pipe)(2)와, 이 디스차지 파이프(2)의 저부 일측에 설치된 버너(burner)(3)와, 이 버너(3)의 일측에 설치되어 에어가 유입되는 오리피스(orifice)(4)와, 이 오리피스(4)와 연결되어 가스가 지나도록 설치된 가스라인(5)을 포함하여 구성된다.

그리고 본 발명에 따른 제철소의 연료가스 관리시스템에 채용된 열량분석기에는, 상기 냉각공기용 파이프(1)와 디스차지 파이프(2)의 일측에 설치되어 이들 파이프(1,2)를 지나는 유체의 온도를 측정하는 열전대(thermopile)(6)와, 상기 냉각공기용 파이프(1)의 일측에 설치되어 냉각공기용 파이프(1)를 지나는 냉각공기의 압력을 측정하는 압력센서(7)와, 상기 냉각공기용 파이프(1)의 일측에 설치되어 압력센서(7)로부터 압력값을 수신하여 수신된 압력값에 따라 속도가 조절되며 작동되어 상기 냉각공기용 파이프(1)로 냉각공기를 보내는 냉각 에어팬 장치(8)가 구비된다.

그리고 상기 열전대(6)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 냉각공기용 파이프(1)와 디스차지 파이프(2)에 걸쳐 설치되어, 상기 냉각공기용 파이프(1)를 지나는 냉각공기의 온도를 측정하는 콜드정션(cold junction)(6a)과, 상기 디스차지 파이프(2)를 지나는 가스의 온도를 측정하는 핫 정션(hot junction)(6b)으로 이루어진다.

또한 상기 냉각 에어팬 장치(8)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 냉각공기용 파이프(1)에 에어를 송풍하는 에어팬(air fan)(8a)과, 이 에어팬(8a)의 일측에 설치되어 상기 에어팬(8a)의 속도를 조절하는 주파수 제어기(frequency controller)(8b)와, 상기 에어팬(8a)의 일측에 설치되어 에어팬(8a)의 노이즈(noise) 제어를 위한 노이즈 필터(filter)(8c)를 포함하여 구성된다.

그리고 도 2 및 도 3에서 설명되지 않은 참조부호 9는 가스의 압력을 일정하 게 조절하는 압력 레귤레이터(pressure regulator)이고, 10,11,12는 이들이 설치된 일측을 지나는 유체의 온도를 측정하는 온도센서이며, 13은 비중 셀(specific gravity cell)을 나타내 보인 것이고, 도 3의 8d는 커넥팅 블록(connecting block)을 나타내 보인 것이다.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 제철소의 연료가스 관리시스템에 채용된 열량분석기의 작용을 설명하면 다음과 같다.

도면을 다시 참조하면, 본 발명에 따른 제철소의 연료가스 관리시스템에 채용된 열량분석기는, 열전대(6)의 원리를 이용하는 공정용 열량측정기로, 그 측정원리는 후술하는 바와 같으며, 2개의 독립적인 물리적인 값이 측정되며, 이들 값은 웨버지수(Wobbe Index)와 특정값이 계산되어 진다.

예를 들어 총열량값(gross calorific value)은 아래의 수학식 1로 나타낼 수 있다.

총열량값 = 웨버지수

이를 보다 구체적으로 설명한다.

시료 가스(sampling gas)는, 가스의 압력을 조절하는 압력 레귤레이터(9)에서 예컨대, 4±0.5mBar로 정밀하게 제어되어 오리피스(4)를 통하여 유입되는 일정량의 에어와 혼합되어 버너(3)를 통과하게 되고, 대기압 하에서 연소되어 진다. 이때, 가스의 흐름 량은 가스의 비중에 의해 결정되게 된다.

그리고 태워진 가스 즉, 연소가스는 냉각 에어(cooling Air)와 섞여지게 되 고, 이렇게 섞여진 가스의 온도는 열전대(6)의 핫정션(6b)에 의해 정밀하게 측정된다. 또한 콜드정션(6a)에서는 열전대(6)가 유입되는 에어팬(8a)으로부터 유입된 냉각공기의 온도를 측정한다.

이와 같이 측정한 측정결과는 열전대(6)에서 측정한 상기한 2개의 값의 전압차이다. 그리고 이 값은 가스의 웨버지수(Webbe Index) 값과 정비례 관계를 갖는다.

그리고 상기 냉각공기용 파이프(1)를 지나는 냉각공기량과 가스량은 매우 정밀하게 제어되어야만 하고, 특히 상기 가스량은 매우 정밀한 압력 레귤레이터(9)에 의해 일정한 값으로 조정된다.

그리고 상기 냉각공기의 유량은 에어팬(8a)의 속도를 조절하기 위해 압력센서(7)를 사용하여 일정한 값으로 유지되어 진다. 상기 압력센서(7)에 의해 측정된 압력은 도 3에 도시된 바와 같은 주파수 제어기(8b)로 입력되어 에어팬(8a)의 속도를 조절하여 압력을 항상 일정하게 제어한다.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 압력센서(7)로 냉각공기용 파이프(1) 내의 압력을 측정한다.(단계 110)

이어서, 상기 압력센서(7)로 측정한 압력값이 기준값의 범위(3.5∼4.5mBar)에 있는지 판단한다.(단계 120)

상기 단계 120에서의 조건을 만족하는 경우에는 상기 냉각 에어팬 장치(8)를 구동한다.(단계 130) 다시 말해 상기 주파수 제어기(8b)로 에어팬(8a)의 속도를 조절하여 냉각공기용 파이프(1) 내의 압력을 항상 일정하게 제어한다.

한편, 상기 버너(3)로부터 열이 열전대(6)의 실제 측정요소로 전달되는 동안 시스템의 모든 부분에서 열을 흡수하게 되며, 또한 상기 열전대(6)를 위한 열 또한 손실된다. 이들 열 손실들은 여러 개의 열 측정 부분에 설치된 온도센서(10,11,12)에 의해 모니터링(monitoring)되어 진다. 이렇게 모니터링된 이 값들은 웨버지수(Wobbe Index) 값이 선형성을 갖도록 계산에 포함되어 진다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 제철소의 연료가스 관리시스템에 채용된 열량분석기는 다음과 같은 효과를 갖는다.

에어 압력을 감지하는 압력센서로부터 압력을 감지한 후, 감지된 압력값으로 냉각 에어팬을 구동하여 에어팬의 속도를 자동적으로 조절하게 함으로써 설정압력을 유지할 수 있게 되었다.

이에 따라 에어나 가스의 안정된 압력을 유지함으로써 측정되는 열량값의 변화(차이) 요인을 사전에 차단할 수 있게 되어 노온의 편차나 배기가스 O₂량을 최적으로 관리할 수 있게 되었다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims

제철소에서 부생되는 연료가스를 적정 비율로 혼합하여 혼합가스로 만들어 요구하는 칼로리로 하여 공급할 때, 상기 혼합가스를 단위당 열량값을 분석하는 열량분석기에 있어서,

케이스와;

상기 케이스의 일측에 설치된 냉각공기가 흐르도록 설치된 냉각공기용 파이프와;

상기 냉각공기용 파이프의 일측에 설치된 디스차지 파이프와;

상기 디스차지 파이프의 저부 일측에 설치된 버너와;

상기 버너의 일측에 설치되어 에어가 유입되는 오리피스와;

상기 오리피스와 연결되어 가스가 지나도록 설치된 가스라인와;

상기 냉각공기용 파이프와 상기 디스차지 파이프의 일측에 설치되어 이들 파이프를 지나는 유체의 온도를 측정하는 열전대와;

상기 냉각공기용 파이프의 일측에 설치되어 상기 냉각공기용 파이프를 지나는 냉각공기의 압력을 측정하는 압력센서와;

상기 냉각공기용 파이프의 일측에 설치되어 상기 압력센서로부터 압력값을 수신하여 상기 압력값에 따라 속도가 조절되며 작동되어 상기 냉각공기용 파이프로 냉각공기를 보내는 냉각 에어팬 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 제철소의 연료가스 관리시스템에 채용된 열량분석기.
제1항에 있어서,

상기 열전대는,

상기 냉각공기용 파이프와 상기 디스차지 파이프에 걸쳐 설치되어,

상기 냉각공기용 파이프를 지나는 냉각공기의 온도를 측정하는 콜드정션(cold junction)과,

상기 디스차지 파이프를 지나는 가스의 온도를 측정하는 핫 정션(hot junction)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 제철소의 연료가스 관리시스템에 채용된 열량분석기.
제1항에 있어서,

상기 냉각 에어팬 장치는,

상기 냉각공기용 파이프에 에어를 송풍하는 에어팬과;

상기 에어팬의 일측에 설치되어 상기 에어팬의 속도를 조절하는 주파수 제어기와;

상기 에어팬의 일측에 설치되어 상기 에어팬의 노이즈 제어를 위한 노이즈 필터;를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 제철소의 연료가스 관리시스템에 채용된 열량분석기.