KR100784681B1 - 유동화 질소가스를 이용한 피드호파 가압 제어 장치 및 그방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고로에 미분탄을 취입하는 미분탄 취입 설비에서 피드호파 내의 압력을 증가시키는 가압 제어 장치에 있어서, 피드호파 내에 적재되어 있는 미분탄의 중량치를 측정하는 중량검출수단과, 중량검출수단에서 측정된 중량치에 따라 피드호파의 기준 취입압력치를 설정하는 제어수단과, 피드호파 내의 내부 압력치를 측정하는 압력검출수단과, 상기 측정된 내부 압력치가 기준 취입압력치에 못 미칠 경우에 일시대기하여 유동화 질소가스의 유입에 의한 가압을 지속시킬 수 있도록 상기 측정된 내부 압력치와 제어수단에서 전송된 기준 취입압력치의 다소를 비교하는 비교수단으로 이루어져 구성되는 피드호파 가압 제어장치에 관한 것이다.

본 발명에 의하면, 피드호파 하부에 미분탄 고착방지를 위해 상시 퍼지되는 유동화 질소가스를 이용하여 차기 취입시까지 피드호파 내부에 압력을 가압하여 취입조건을 완료시킬 수 있어 질소가스의 손실량을 줄이며 포집설비로 통과하는 질소가스량의 감소로 미분탄의 포집능력과 수명을 연장시킬 수 있는 이점이 있다.

미분탄 취입설비, 피드호파, 유동화 질소가스

Description

유동화 질소가스를 이용한 피드호파 가압 제어 장치 및 그 방법{An control pressurize using a float nitrogen-gas and method}

도 1 은 일반적인 미분탄 취입설비의 전체 공정 설비를 간략하게 도시한 구성도이다.

도 2a 에서 도 2e 까지는 도 1 의 피드호파에서 진행되는 일반적인 취입공정을 도시한 공정도이다.

도 3 는 본 발명의 구체적인 실시예에 따른 피드호파의 가압 제어 장치를 도시한 구성도이다.

도 4 는 본 발명의 피드호파의 가압 제어방법을 적용한 동작흐름을 나타내는 블럭도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

1 : 피드호파 10 : 중량검출수단

20 : 제어수단 30 : 압력검출수단

40 : 비교수단 100 : 유동화 질소밸브

110 : 충진밸브 120 : 취입밸브

130 : 제 1 밴트제어밸브 135 : 제 2 밴트제어밸브

본 발명은 고로에 미분탄을 취입하는 미분탄 취입설비에서 피드호파 내의 압력을 증가시키는 가압 제어 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 피드호파의 가입시 잔류 미분탄이 피드호파 하부에 고착되는 것을 방지하기 위해 항상 퍼지(PURGE)되는 유동화 질소가스를 대기로 방출시키지 않고 이를 이용하여 피드호파에서 필요로하는 압력으로 가압하여 미분탄을 고로내에 취입시킬 수 있는 유동화 질소가스를 이용한 피드호파 가압 제어 장치에 관한 것이다.

일반적으로 값비싼 코크스(COKE) 대신에 저가의 코올(COAL)을 고로의 용선 연료로 사용하고자 사용되는 설비인 미분탄 취입설비는, 배압(VENT), 충진(FILLING), 가압(PRESSURE), 취입대기(STAND-BY), 취입(INJECTION)의 다섯 가지 공정을 거쳐 고로 내로 미분탄을 취입시키게 된다.

도 1 은 일반적인 미분탄 취입설비의 전체 공정 설비를 간략하게 도시한 구성도이다.

도 1 에 도시한 바와 같이 코올 호퍼에 장입된 코올이 피더에서 그 양이 제어되어 파쇄기인 밀(MALL)에 공급된다.

밀은 열풍로에서 전달된 청정 배기가스에 의해 건조된 코올을 미립 입자로 파쇄하고, 배기가스와 함께 백필터(BAG FILTER)로 이송시킨 후 배기가스와 미분탄으로 분리시킨다.

백필터의 걸음망에 의해 미세하게 거른 후에 순수한 배기가스는 대기중으로 방출하고, 미분탄은 다수의 저장탱크에 저장된다.

각 저장탱크에는 다시 3개의 피드호파(FEED HOPPER)가 부설되어 일련의 미분탄 취입 시퀸스(SEQUENCE)에 의해 고로내에 연속적으로 취입되어 용선을 생산하는데 필요한 연료로 사용된다.

도 2a 에서 도 2e 까지는 도 1 의 피드호파에서 진행되는 일반적인 취입공정을 도시한 공정도이다.

도시한 바와 같이, 고로에 미분탄 취입이 완료된 후 피드호파 내의 압력을 배압(排壓)하는 배압모드(도 2a)와, 배압모드가 완료된 후 저장탱크로 부터 미분탄을 공급받는 충진모드(도 2b)와, 고로 내부로 미분탄을 이송하기 위해 고압의 질소를 충진하는 가압모드(도 2c)와, 차기 미분탄 취입을 위하여 대기하는 취입대기모드(도 2d)와, 질소가스로 압축된 미분탄을 고로내로 취입하는 취입모드(도 2e)로 이루어지며 이러한 과정이 각 피드호파 별로 순차적으로 이루어진다.

상기와 같은 구성의 미분탄 취입설비에서 저장탱크와 피드호파 사이에는 미분탄의 충진과 취입의 제어를 담당하는 충진 밸브와 취입 밸브가 설치되며, 피드호파의 배압 제어를 위해 제 1 및 제 2 밴트제어밸브가 설치된다.

또한 각각의 피드호파로의 질소 공급관에는 질소충압밸브가 설치되며, 피드호파 하부에는 미분탄 고착방지와 취입라인의 막힘 방지를 위해 클로브밸브인 유동화 질소밸브가 설치되어 있다.

각 공정에 따른 밸브의 제어상태를 살펴보면, 피드호파의 압력을 배출하는 단계인 배압모드(도 2a)에서, 충진밸브와 취입밸브, 질소 충압밸브는 클로즈(CLOSE :

) 되고, 제 1 밴트 제어밸브와 제 2 밴트 제어밸브는 제어상태(

)가 된다.

제 1 밴트 제어밸브와 제 2 밴트 제어밸브가 단계적으로 풀 오픈(FULL OPEN :

) 되도록 제어하여 피드호파 압력을 완전히 배출시킨다.

질소 충압밸브와 동일한 고압 라인에서 인출 설치되어 있는 유동화 질소밸브는 상시 소정의 개도만큼 오픈시켜 질소가스가 피드호파 내로 일정한 유량만큼 퍼지되도록 한다.

피드호파 내의 압력이 완전히 배출되면 충진모드 공정(도 2b)으로 진행되고 충진밸브가 오픈되어 저장탱크의 미분탄을 설정량 만큼 수입하게 된다.

이 때 각 밸브의 상태로는 취입밸브와 질소 충압밸브는 크로스 상태, 제 1 밴트 제어밸브는 오픈, 제 2 밴트 제어밸브는 제어 상태를 유지하며 미분탄 수입이 완료되면 충진모드가 완료된다.

가압모드(도 2c)가 실행되면 질소 충압밸브가 오픈되면서 피드호파의 설정 압력까지 질소가스를 피드호파에 충진하게 되고, 제 1 밴트 제어밸브는 크로스, 제 2 밴트 제어밸브는 크로스 명령으로 제어된다.

취입대기모드(도 2d)에서는 피드호파에 설정된 압력을 유지하기 위하여 설정 압력과 실제 압력과의 편차에 따라 질소 충압밸브와 제 1 및 제 2 밴트 제어밸브는 계속적으로 오픈과 크로스를 반복하는 형태로 전환된다.

또한 유동화 질소밸브는 최초 단계인 배압모드에서부터 일정 유량을 연속적 으로 피드호파 내에 퍼지하게 되어 항상 설정 압력보다 큰 압력이 유지됨으로서, 다음 진행공정인 취입모드(도 2e)까지 제 1 및 제 2 밴트 제어밸브는 계속적으로 오픈/크로스 동작을 반복하게 된다.

선행 피드호파의 취입이 완료되면 취입대기모드로 존재하는 피드호파가 취입을 하며, 취입모드(도 2e)에서의 각 밸브들의 유지상태는 취입밸브는 오픈, 제 1 밴트 제어밸브는 크로스, 질소 충압밸브와 제 2 밴트 제어밸브는 피드호파의 압력편차에 의해 오픈과 크로스를 반복하게 된다.

이러한 미분탄 취입 공정은 미분탄 취입을 위해 피드호파 내의 압력을 약 10㎏/㎠ 이상 유지해야 하며, 이러한 압력하에 미분탄으로 채워진 피드호파를 일정시간 방치하는 경우 피드호파 하부의 취입라인이 유동성이 없어지면서 고착되고 취입라인의 막힘 현상이 발생하게 된다.

막힘 현상은 해당 피드호파의 미분탄 취입을 불가능하게 하는 상황에까지 도달하게 되므로 이를 해소하기 위하여 상술한 바와 같이 유동화 질소밸브를 일정 개도만큼 오픈되어 질소가스를 퍼지시킨다.

하지만 퍼지된 질소가스는 전량 제 1 및 제 2 밴트 제어밸브를 통해 대기로 방출되어 질소가스의 손실량이 증가하게 된다.

또한 장시간 소요되는 취입대기모드 과정에서는 이러한 질소가스로 인해 피드호파의 실제 압력이 설정압력 이상으로 유지되어 제 2 밴트 제어밸브가 이를 제어하기 위하여 연속적으로 오픈/크로스를 반복하게 되는데, 설정압력 이하시 질소충압밸브가 오픈되어 재가압 과정에서 피드호파 내의 다량의 미분탄과 고압질소가 혼합되어 밴트 제어밸브를 통과하면서 밴트 제어밸브의 주요 부위인 볼(BALL) 및 바디(BODY) 부위의 마모시켜 수명을 단축시키게 된다.

또한 밴트라인을 통해 빠져나간 다량의 미분탄과 고압의 질소는 미분탄 포집설비인 백필터에 유입되어 백필터의 수명 단축은 물론 파손까지 초래하여 제조계통의 설비를 정지시키는 문제점이 대두된다.

유동화 질소가스는 취입대기 시간에 제 2 밴트 제어밸브를 통과하여 백필터를 거쳐 대기중으로 방산되고 또한 피드호파의 설정 압력 이하로 다운될 시 재가압을 위해 질소 충압밸브가 오픈됨으로 질소가스의 소비량이 많아 질소가스 생산설비의 부하를 초래하며 또한 취입 대기모드 중에 제 2 밴트 제어밸브를 통해 빠져나가는 미분탄으로 인해 고로 내로 취입되는 미분탄 취입량에 변동을 주어 노열 저하를 유발하는 문제점이 있다.

이를 개선하고자 기 공지된 미분탄 취입설비의 충압용 질소 회수장치에는 피드호파 진행공정 중 배압모드시 피드호파 내의 압력을 타 피드호파로 보내어 질소를 회수하는 방법을 채택하고 있는데, 손실되는 질소의 대부분을 차지하는 취입대기모드에서 질소 회수에 대한 대안으로 부족할 뿐만 아니라 회수되는 질소도 이미 가압되어져 있는 피드호파내의 압력을 1/2 정도밖에 회수할 수 없다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 제시된 것으로서, 피드호파 내 에 미분탄 충진이 완료된 후, 피드호파 하부에 상시 퍼지되는 유동화 질소가스만을 이용하여 피드호파 내의 압력 충진이 이루어질 수 있도록 구성하여, 취입 대기시간이 없이 미분탄을 취입중인 선행 피드호파와 연계하여 차기 피드호파의 취입이 이루어질 수 있도록 하는 피드호파 내의 가압 제어 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 외부로 방출되는 질소가스의 손실을 최소화하고 더불어 밴트제어밸브의 마모를 방지하며 미분탄 포집설비인 백필터의 부하를 방지하고 설비 수명을 연장시킬 수 있는 피드호파 내의 가압 제어 장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 피드호파내에 충진되어 있는 미분탄의 중량치를 측정하는 중량검출수단을 구비하고 검출된 중량치를 이용하여 이상적인 기준 취입압력치를 설정하게 한다.

또한 압력검출수단을 구비하여 해당 피드호파의 내부 압력치를 측정하고, 이측정된 내부 압력치와 기준 취입압력치를 비교수단에서 비교하여 내부 압력치가 기준 취입압력치에 미치지 못할 때에는 가압을 지속시키게 한다.

특히 본 발명에서는 이러한 피드호파내의 가압을 미분탄 취입공정 전 과정에 걸쳐 피드호파에 유입되는 유동화 질소가스를 이용하여 실시하게 한다.

이하에서는 본 발명에 따른 실시예의 구성 및 작용에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 3 는 본 발명의 구체적인 실시예에 따른 피드호파의 가압 제어 장치를 도시한 구성도이다.

도 3 에 도시한 바와 같이, 종래의 미분탄 취입 설비에서 피드호파(1) 내에 적재되어 있는 미분탄의 중량치를 측정하는 중량검출수단(10)과, 검출된 중량치에 따라 기준 취입압력치를 설정하는 제어수단(20)과, 피드호파 내의 압력치를 측정하여 유동화 질소가스에 의해 피드호파 내부의 압력이 기준 취입압력치까지 가압되는가를 확인하는 압력검출수단(30)과, 내부 압력치와 기준 취입압력치와의 다소비교를 수행하여 비교 결과를 제어부에 전달하는 비교수단(40)을 부설하여 구성한다.

중량검출수단(10)은 피드호파(1)내로 실제 수입되는 미분탄의 중량을 측정하고 해당 중량치를 제어수단(20)에 제공하여 역할과 더불어, 해당 피드호파(1)의 취입 완료시점까지의 소요시간을 계산하는데 에도 사용된다.

즉, 취입모드 중인 피드호파의 단위시간당 감소되는 중량을 측정하여 취입 속도를 구하게 되고, 이 속도는 후행하는 피드호파에서도 유효하게 되어 후행 피드호파의 미분탄 중량치의 검출을 통해 취입완료 시간을 유출해 낼 수 있게 된다.

제어수단(20)은 중량검출수단(10)에서 검출된 중량치에 따라 적절한 기준 취입압력치를 설정하게 되며, 설정된 기준 취입압력치를 비교수단(40)에 전송한다.

상술의 기준 취입압력치는 전송된 중량치와 해당 피드호파(1)의 부피, 개구 면적, 선행 피드호파의 취입 속도 등의 변수를 고려하여 설정하게 된다.

또한 제어수단(20)은 각종 신호들을 종합, 분석하고 이를 통해 각 공정에 따른 밸브들의 개폐 제어를 담당하게 된다.

압력검출수단(30)은 피드호파(1) 내의 압력의 변화를 지속적으로 측정하고 검출된 압력치를 비교수단(40)에 전송하게 된다.

비교수단(40)은 상술한 바와 같이 제어수단(20)에서 전송된 기준 취입압력치와 압력검출수단(30)에서 전송된 내부 압력치의 다소를 상호 비교하고, 그 비교결과신호를 제어수단(20)에 전송한다.

또한 종래의 피드호파와 같이, 저장탱크의 미분탄을 피드호파(1) 내부로 수입시키는 충진밸브(110)와, 각 공정을 진행 후 가압하여 고로로 미분탄을 취입시키는 취입밸브(120)와, 피드호파의 배압 제어를 위한 제 1 밴트제어밸브(130) 및 제 2 밴트제어밸브(135)를 설치한다.

그리고 각각의 피드호파(1) 하부에는 미분탄 고착방지와 취입라인의 막힘 방지를 위해 유동화 질소가스를 유입시키는 유동화 질소밸브(100)가 설치된다.

단 종래의 피더호파와 달리 취입에 필요한 가압을 유동화 질소가스에 의해 수행하게 됨으로서, 기존의 질소충압밸브는 필요로로 하지 않게 된다.

이러한 구성을 갖는 유동화 질소가스를 이용한 피드호파 가압장치의 작동을 구체적인 실시예를 통해 살펴보면 다음과 같다.

도 4 는 본 발명의 피드호파의 가압 제어방법을 적용한 동작흐름을 나타내는 블럭도이다.

우선 3개의 피드호파(1)로 구성되는 1 개열의 미분탄 취입설비 중 임의의 피드호파(1)의 미분탄 충진모드 완료를 확인한다(충진완료 확인 단계 : S1).

충진모드를 완료한 피드호파(1)의 실제 수입되어 있는 미분탄의 중량치를 중 량 검출수단(10)으로 측정한다(미분탄 중량 검출 단계 : S2).

미분탄의 피드호파(1) 수입량은 대체로 일정하게 유지되나 설비 환경 및 수입량 오차에 따라 각 피드호파(1)에 수입되는 미분탄량은 차이가 발생하게 된다.

중량검출수단(10)에서 측정된 중량치는 제어수단(20)로 전송되며, 제어수단(20)에서는 입력된 중량치와 피드호파(1)의 부피, 취입 개구의 면적 등의 변수를 고려하여 가장 적절한 취입압력치를 설정하며 그 취입압력치를 비교수단(40)에 전송한다(기준 취입압력치 설정 단계 :S3).

전 취입과정에 걸쳐 피드호파(1)내로 유입되는 유동화 질소가스에 의해 피드호파(1) 내부는 지속적으로 가압이 이루어지고 있는 상태에 있게되며, 충진모드의 완료 직후 압력검출수단(30)을 통해 내부 압력치를 검출하여 비교수단(40)에 전송한다(내부 압력치 측정 단계 : S4).

비교수단(40)에서는 전송된 내부 압력치와 제어수단(20)의 기준 취입압력치의 다소를 상호 비교하고(압력비교 단계 : S5), 내부 압력치가 기준 취입압력치에 다다르지 못할 경우에는 대기모드로로 전환한다(대기모드 단계 : S6).

즉, 취입모드의 전환을 일시 보류하고 유동화 질소가스의 유입에 의한 가압이 좀더 진행되도록 한다.

한편, 유동화 질소가스 유입의 진행 중 내부 압력치가 기준 취입압력치와 동일하거나 초과되었을 경우, 즉시 취입모드로 전환되고 제어수단(20)의 지시에 의해 취입밸브의 오픈과 함께 취입이 개시된다(취입모드 개시 단계 : S7).

취입속도(취입시간)는 선행하는 피드호파(1)의 취입속도와 동일하도록 기준 취입압력치에 반영되어, 각 피드호파의 충진, 취입, 배압모드를 수행하는 1 사이클의 시간도 일정한 수준으로 유지하게 된다.

이것은 취입모드에 진입하는 각 피드호파(1) 사이의 시간 간격차이를 제거할 수 있는 조건이 되어 적어도 하나의 피드호파(1)는 받드시 취입모드를 수행하게 하여 선행 피드호파의 취입을 대기하는 취입대기모드의 생략을 가능하게 한다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정된 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변환 및 변경이 가능한 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명백하다 할 것이다.

이상에서 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 피드호파 내에 미분탄 충진이 완료된 후, 피드호파 하부에 상시 퍼지되는 유동화 질소가스만을 이용하여 피드호파 내의 압력 충진이 이루어질 수 있도록 구성하여, 취입 대기시간이 없이 미분탄을 취입중인 선행 피드호파와 연계하여 차기 피드호파의 취입이 이루어질 수 있도록 하는 피드호파 내의 가압 제어 장치를 제공할 수 있는 이점이 있다.

또한 본 발명은 외부로 방출되는 질소가스의 손실을 최소화하고 더불어 밴트밸브의 마모를 방지하며 미분탄 포집설비인 백필터의 부하를 방지하고 설비 수명을 연장시킬 수 있는 피드호파 내의 가압 제어 장치를 제공할 수 있다.

Claims (2)

1. 고로에 미분탄을 취입하는 미분탄 취입 설비에서 피드호파 내의 압력을 증가시키는 가압 제어 장치에 있어서,

   피드호파(1) 내에 적재되어 있는 미분탄의 중량치를 측정하는 중량검출수단(10)과,

   상기 중량검출수단(10)에서 측정된 중량치에 따라 상기 피드호파(1)의 기준 취입압력치를 설정하는 제어수단(20)과,

   상기 피드호파(1)내의 내부 압력치를 측정하는 압력검출수단(30)과,

   상기 측정된 내부 압력치가 기준 취입압력치에 못 미칠 경우에 일시대기하여 유동화 질소가스의 유입에 의한 가압을 지속시킬 수 있도록 상기 측정된 내부 압력치와 상기 제어수단(20)에서 전송된 기준 취입압력치의 다소를 비교하는 비교수단(40)으로 이루어져 구성되는 것을 특징으로 하는 피드호파 가압 제어 장치.
2. 고로에 미분탄을 취입하는 미분탄 취입 설비에서 피드호파 내의 압력을 증가시키는 가압 제어 방법에 있어서,

   피드호파(1)내로 미분탄의 수입 완료를 확인하는 충진완료확인단계(S1)와,

   상기 충진완료 확인 후, 상기 피드호파(1)내에 적재되는 미분탄의 실제 중량치를 중량검출수단(10)을 이용하여 측정하는 미분탄 중량 검출단계(S2)와,

   상기 측정된 중량치 결과를 제어수단(20)에 전송하고 해당 피드호파(1)의 취 입모드 시의 기준 취입압력치를 설정하여 비교수단(40)에 전송하는 단계(S3)와,

   유동화 질소가스의 유입에 따라 상기 피드호파(1)에 가압되는 내부 압력치를 압력검출수단(30)에 의해 측정하여 비교수단(40)에 전송하는 단계(S4)와,

   전송된 기준 취입압력치와 내부 압력치의 다소를 비교하고 그 결과를 제어수단(20)에 송신하는 압력비교단계(S5)와,

   상기 압력비교단계(S5)에서 내부 압력치가 기준 취입압력치에 못 미칠 경우에 일시 대기하며 유동화 질소가스에 의한 가압을 지속시키는 대기모드단계(S6)와,

   상기 압력비교단계(S5)에서 내부 압력치가 기준 취입압력치에 도달하면 취입을 수행하는 취입모드개시단계(S7)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 피드호파 가압 제어 방법.

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