KR100711763B1 - 제철소의 연료가스 관리 시스템 제어방법 - Google Patents

Abstract

제철소의 연료가스 관리 시스템 제어방법이 개시된다. 개시된 제철소의 연료가스 관리 시스템 제어방법은, (a) 제철소의 연료가스 관리 시스템의 혼합가스 배관에서 연료가스의 온도를 검출하는 단계와; (b) 상기 단계 (a)에서 검출한 연료가스 온도와 가스온도 설정값과 비교하는 단계와; (c) 상기 단계 (b)에서 상기 연료가스 온도가 상기 설정값 이상이면, 상기 연료가스의 온도값을 열량값 보정 테이블값을 적용하여 설정값과 비교하는 단계와; (d) 상기 단계 (c)에서 비교하여 결정된 해당하는 열량보정값 스텝(step)을 열량 컨트롤러로 송신하고, 상기 열량 컨트롤러에서는 설정된 보정 열량값을 추가로 적용하는 단계와; (e) 상기 단계 (d)에서 적용한 보정 열량값을 상기 연료가스 관리 시스템의 비율조절계에서 수신하여 COG 비율을 추가하는 단계와; (f) 상기 연료가스 관리 시스템의 COG 유량조절밸브를 조작하여 보정 열량값을 추가로 공급하는 단계;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 연료가스 온도에 따라 부족한 열량값을 자동으로 보상하여 줌으로써 로온(爐溫) 하락 현상을 방지할 수 있는 이점이 있다.

제철소, 연료가스 관리 시스템, BFG, COG

Description

제철소의 연료가스 관리 시스템 제어방법{METHOD OF CONTROLLING BYPRODUCT GAS MANAGEMENT SYSTEM FOR IRONWORKS}

도 1은 본 발명에 따른 제철소의 연료가스 관리 시스템 제어방법을 순차적으로 나타내 보인 개략적인 순서도.

도 2는 본 발명에 따른 제철소의 연료가스 관리 시스템 제어방법이 적용된 연료가스 관리 시스템의 구성을 개략적으로 나타내 보인 개략도.

도 3은 가스온도에 따른 열량 변화를 나타내 보인 그래프.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

9. 열량분석기

14. 열량 컨트롤러

15. 비율조절계

16. COG 유량조절밸브

17. BFG 압력조절밸브

본 발명은 제철소의 연료가스 관리 시스템 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료가스 온도 상승시 발생되는 코크스로(爐)(coke oven)의 로온(爐溫)이 하락되는 현상을 방지하기 위한 제철소의 연료가스 관리 시스템 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 제철소에서 철광석의 환원반응에 석탄을 이용하는 과정에서 생기는 막대한 양의 부생가스를 관리하는 연료가스 관리 시스템은, 상기한 부생되는 연료가스인 고로가스(Blast Furnace Gas, 이하 BFG라 함)와 코크스로 가스(Coke Oven Gas, 이하 COG라 함)를 적정비율로 혼합하여 혼합가스(Mixing Gas)를 만들어 상기한 연료가스 관리 시스템의 열량분석기(Calorimeter)에서 단위당 열량값을 분석한다.

이렇게 분석된 열량값을 기준으로 상기한 연료가스를 관리를 하고 있으며, 연료가스인 BFG는 고로 조업상황에 따라 발생 가스의 온도가 급격히 상승하거나, 하락하는 경향이 있고, 이때 단위당 칼로리(Calorie)값이 심하게 변하고 있다.

그리고 연료가스인 BFG와 COG는 일반적으로 제조과정에서 수분에 노출되어 포화증기를 포함하고 있으며, 온도가 상승하면서 드라이 볼륨(dry volume)과 습분 볼륨(saturate volume)은 후술하는 도 7의 표 3과 같이, 큰 차이를 보이고 있으며, 특히 습분 볼륨은 급격히 팽창하여 단위당 열량값을 떨어뜨리는 작용과, 연소실 내부에서 잠열이 증가하여 코크스로에서 로온(爐溫)이 하락하는 요인으로 작용하고 있다.

그리고 연료가스 관리 시스템의 열량분석기에서 열량을 분석하는 방법은, 혼합가스 쿨러(cooler)를 거쳐 온도를 일정하게 유지하고, 내부의 응축수를 제거하는 세퍼레이터(separator)를 거친 후, 열량을 분석하여 단위당 열량값을 기준으로 사용하고 있어 연료가스 온도가 높으면 상대적으로 열량분석기에서 분석한 칼로리와 코크스로로 실제 투입되는 단위당 칼로리는 차이가 발생하게 된다.

따라서 로온(爐溫)은 하락하여 중앙운전실 근무자는 열량값을 인위적으로 더 투입하여 로온(爐溫) 관리를 하고 있어, 근무자의 업무부하 및 개인성향에 따른 로온 편차가 심하게 발생되고 있다.

상기한 바와 같이 연료가스 온도 상승시 공급되는 연료가스의 내부 포화증기량의 잠열에 의한 연소실 내부의 열손실량과, 그리고 연료가스 내부 포화증기가 차지하는 부피만큼의 부족 열량값과 같은 문제점을 해결할 수 없다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 공급가스 온도 상승시 가스 내 포화증기량과 연소실에서 잠열을 계산 열량값으로 환산하여 추가로 열량값을 보정하여 연료가스 온도 상승시 발생되는 코크스로의 로온 하락 현상을 방지하도록 한 제철소의 연료가스 관리 시스템 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제철소의 연료가스 관리 시스템 제어방법은, (a) 제철소의 연료가스 관리 시스템의 혼합가스 배관에서 연료가스의 온도를 검출하는 단계와; (b) 상기 단계 (a)에서 검출한 연료가스 온도와 가스온도 설정값과 비교하는 단계와; (c) 상기 단계 (b)에서 상기 연료가스 온도가 상 기 설정값 이상이면, 상기 연료가스의 온도값을 열량값 보정 테이블값을 적용하여 설정값과 비교하는 단계와; (d) 상기 단계 (c)에서 비교하여 결정된 해당하는 열량보정값 스텝(step)을 열량 컨트롤러로 송신하고, 상기 열량 컨트롤러에서는 설정된 보정 열량값을 추가로 적용하는 단계와; (e) 상기 단계 (d)에서 적용한 보정 열량값을 상기 연료가스 관리 시스템의 비율조절계에서 수신하여 COG 비율을 추가하는 단계와; (f) 상기 연료가스 관리 시스템의 COG 유량조절밸브를 조작하여 보정 열량값을 추가로 공급하는 단계;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

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

도 1에는 본 발명에 따른 제철소의 연료가스 관리 시스템 제어방법을 순차적으로 나타내 보인 개략적인 순서도가 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명에 따른 제철소의 연료가스 관리 시스템 제어방법이 적용된 연료가스 관리 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 개략도가 도시되어 있다.

도면을 각각 참조하면, 본 발명에 따른 제철소의 연료가스 관리 시스템 제어방법은, 코크스로 연소관리에 있어 고로 로황 변동 등 공급가스 온도 상승시 가스 내 포화증기량과 연소실에서 잠열을 계산하여 열량값으로 환산하여 추가로 열량값을 보정해 줌으로써 연료가스 온도 상승시 발생되는 코크스로의 로온 하락 현상을 방지하기 위한 것이다.

이를 보다 구체적으로 설명한다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 전술한 제철소의 연료가스 관리 시스템의 온도수신기(MT)(10)에서 혼합가스 배관(1)의 연료(혼합)가스 온도를 검출한다.(단계 110)

이렇게 검출한 연료가스 온도를 중앙운전실 센텀(centum)(12)으로 보내지면, 이 센텀(12)의 열량보정 적용 소프트웨어(S/W)를 거쳐 가스온도 설정값과 검출된 연료가스 온도를 비교한다.(단계 120)

상기 단계 120에서 연료가스 온도가 설정값 이상이면, 상기 연료가스의 온도값을 아래의 표 1과 같은 열량값 보정 테이블(Table)의 테이블값을 적용하여 설정값과 비교한다.(단계 130)

단계	범위	습분열량값	실 적용값(상수)
1step	21∼25℃	13.485	9.4395
2step	26∼30℃	17.735	12.4145
3step	31∼35℃	23.013	16.1091
4step	36∼40℃	29.614	20.7289
5step	41∼45℃	37.696	26.3872
6step	46∼50℃	47.536	33.2752
7step	51∼55℃	59.526	41.6682
8step	56∼60℃	73.859	51.7013
9step	61∼65℃	91.025	63.7175
10step	66∼70℃	111.256	77.8792

상기 단계 130에서 비교하여 결정된 해당하는 열량보정값 스텝(step)을 열량분석기(9)의 일측에 배치된 열량 컨트롤러(14)에 송신하고, 또 이 열량 컨트롤러(14)에서는 설정된 보정 열량값을 추가로 적용한다.(단계 140)

이어서, 상기 단계 140에서 적용한 보정 열량값을 연료가스 관리 시스템의 비율조절계(FRIC; Flow Ratio Indicator Controller)(15)에서 수신하여, 이 비율조절계(FRIC)(15)에서 COG 비율을 추가한다.(단계 150)

그리고 상기 연료가스 관리 시스템의 COG 조절기의 COG 유량조절밸브(16)를 조작하여 보정 열량값을 추가로 공급한다.(단계 160)

상기 보정 열량값(Q2)을 계산하는 보정량 식은 아래의 수학식 1로 이루어진다.

보정 열량값(Q2) = L - Q1

여기서, L은 가스 열량값이고, Q1은 적용 열량값이다.

그리고 상기 적용 열량값(Q1)은 아래의 수학식 2로 이루어진다.

적용 열량값(Q1) = L×V×-Y

여기서, V는 가스 볼륨이고, Y는 수분 총열량이다.

또한 상기 수분 총열량(Y)은 아래의 수학식 3으로 이루어진다.

수분 총열량(Y) = X1 + X2 + X3

여기서, X1은 현재 가스온도가 100℃ 상승할 때의 열량값이고, X2는 100℃ 잠열이며, X3은 100℃에서 180℃로 상승할 때 열량값이다.

이러한 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

우선, 가스 온도에 따른 볼륨(Volume)을 나타내 보인 아래의 표 2에서와 같이, 가스온도가 낮을 때에는 건식 볼륨(dry volume)과 습식 볼륨(saturate volume)의 차이가 미미하나, 온도가 상승할수록 비례하여 큰 차이를 보이고 있어 가스온도 가 높을 때에는 코크스로의 로온(爐溫)이 크게 떨어진다.

온도 (℃)	Dry Volume (Nm³)	Sat. Vol. (Nm³)	H₂O Vol. (Nm³)	COG Vol. (%)
0	1.000	1.006	0.006	0.994
1	1.004	1.010	0.006	0.994
2	1.007	1.014	0.007	0.993
: :
19	1.070	1.093	0.023	0.979
20	1.073	1.098	0.025	0.977
21	1.077	1.103	0.026	0.976
:
59	1.216	1.497	0.281	0.812
60	1.220	1.518	0.298	0.804
61	1.224	1.540	0.316	0.795
: :
79	1.290	2.340	1.050	0.551
80	1.293	2.429	1.136	0.532
81	1.297	2.527	1.230	0.513
:

이에 대한 일 실시예로 상기한 표 2에서와 같이, 가스온도가 20℃에서는 건식 볼륨이 1.073이고, 습식 볼륨이 1.098로 그 차이는 0.025(2.5%)이다.

그러나 가스온도가 60℃에서는 건식 볼륨이 1.220이고, 습식 볼륨이 1.518로서 그 차이는 0.298(29.8%)이다. 즉, 20℃에서의 습건식 볼륨 차이는 2.5%로서 미미하지만, 60℃에서는 29.8%의 차이를 보이고 있어 습분에 의한 부피 차이로 실제 열량값 차이가 발생되며, 습분은 열량화 되지 못하고 연소실에서 수증기화 하여 폐가스로 배출되기 때문에 잠열에 의한 열손실이 발생하여 로온(爐溫)은 하락한다.

그리고 가스온도에 따른 적용 열량값을 나타내 보인 아래의 표 3에서, 열량값 1000Kcal/Nm³의 가스가 온도 60℃에서의 실제 가스 열량값은 723.27Kcal/Nm³로써 부족분 276.73Kcal/Nm3의 열량이 추가로 필요하다.

예컨대, 폐가스 180℃ 기준 적용 열량값(Q1=L×V-Y)을 구하면,

1000×0.8036-80.414=723.27Kcal/Nm³이고,

수학식 1의 보정 열량값(Q2) = 1000-73.27=276.73Kcal/Nm³이다.

따라서 가스온도 60℃시는 표 1의 열량값 보정 테이블에서 60℃에 해당하는 8스텝(step)의 열량값이 결정되어 열량 컨트롤러(14)에서 비율조절계(15)를 조절 COG 유량조절밸브(16)를 조정하여 추가 열량이 공급된다.

한편, 도 6은 가스 온도와 열량값의 관계를 나타내 보인 그래프로, 이 그래프에서 'D'는 열량값의 보정범위를 나타내 보인 것이다.

그리고 도 2에서 설명되지 않은 참조부호 17은 BFG 압력조절밸브를, PT는 압력발신기를, TT는 온도발신기를, PIC(Pressure Indicator Controller)는 압력조절기를 각각 나타내 보인 것이다.

온도	Weight of Water Vapor		T→100℃	100℃잠열	100→180℃	수분총열량	적용열량
℃	g/Nm³	kg/Nm³	Kcal/Nm³	Kcal/Nm³	Kcal/Nm³	Kcal/Nm³	Kcal/Nm³
0	4.9	0.0049	0.485	2.614	0.187	3.286	990.75
1	5.2	0.0052	0.510	2.776	0.199	3.485	990.57
2	5.6	0.0056	0.544	2.991	0.214	3.750	989.35
: :
19	16.4	0.0164	1.328	8.840	0.633	10.801	968.16
20	17.4	0.0174	1.392	9.379	0.672	11.443	965.79
21	18.4	0.0184	1.454	9.918	0.711	12.082	964.35
: :
59	124.6	0.1246	5.109	67.159	4.812	77.080	735.21
60	130.2	0.1302	5.208	70.178	5.028	80.414	723.27
61	135.9	0.1359	5.300	73.250	5.249	83.799	711.01
: :
78	271.8	0.2718	5.980	146.500	10.497	162.977	407.06
79	282.4	0.2824	5.930	152.214	10.907	169.051	382.23
80	293.3	0.2933	5.866	158.089	11.328	175.282	357.04

상기한 바와 같이 본 발명은, 연료가스가 일정 온도(20℃) 이상 상승시 연료가스 내부 습분(saturate volume)의 손실 열량값을 테이블화 하여 추가로 열량을 보상하여 연료가스 온도 상승시 발생되는 로온(爐溫)의 하락 현상을 방지하여 코크스 품질 안정을 이루게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 제철소의 연료가스 관리 시스템 제어방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.

종래에는 코크스로 연소관리에서 온도 상승시 포화증기에 의한 열량값 하락으로 로온이 떨어져 코크스 품질이 떨어졌으나, 본 발명에서는 연료가스 온도에 따라 부족한 열량값을 자동으로 보상하여 줌으로써 로온(爐溫) 하락 현상을 방지할 수 있다.

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 (3)

1. (a) 제철소의 연료가스 관리 시스템의 혼합가스 배관에서 연료가스의 온도를 검출하는 단계와;

   (b) 상기 단계 (a)에서 검출한 연료가스 온도와 가스온도 설정값과 비교하는 단계와;

   (c) 상기 단계 (b)에서 상기 연료가스 온도가 상기 설정값 이상이면, 상기 연료가스의 온도값을 열량값 보정 테이블값을 적용하여 설정값과 비교하는 단계와;

   (d) 상기 단계 (c)에서 비교하여 결정된 해당하는 열량보정값 스텝(step)을 열량 컨트롤러로 송신하고, 상기 열량 컨트롤러에서는 설정된 보정 열량값을 추가로 적용하는 단계와;

   (e) 상기 단계 (d)에서 적용한 보정 열량값을 상기 연료가스 관리 시스템의 비율조절계에서 수신하여 COG 비율을 추가하는 단계와;

   (f) 상기 연료가스 관리 시스템의 COG 유량조절밸브를 조작하여 보정 열량값을 추가로 공급하는 단계;를 포함하고,

   상기 보정 열량값은 아래의 수학식 1로 계산되어지는 제철소의 연료가스 관리 시스템 제어방법.

   [수학식 1]

   보정 열량값(Q2) = L - Q1

   여기서, L은 연료가스 열량값이고,

   상기 Q1은 적용 열량값.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 적용 열량값(Q1)은 아래의 수학식 2로 이루어지는 것을 특징으로 하는 제철소의 연료가스 관리 시스템 제어방법.

   [수학식 2]

   적용 열량값(Q1) = L×V-Y

   여기서, V는 가스 볼륨이고,

   Y는 수분 총열량.

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