KR100798061B1 - 열풍로에 있어서 풍량과 고로가스 성분에 따라 연소가스량을 자동제어하는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용선을 생산하기 위한 제철소 고로 열풍로 설비에 있어서 풍량과 고로가스 성분에 따라 연소 가스량을 자동제어함으로써 가스의 연소 및 노온관리를 최적화하고 용선의 품질을 향상시키도록 할 수 있는 방법 및 장치의 제공에 관한 것이다.

본 발명은 열풍로(80)의 연소 가스량을 결정하기 위해 송풍기(91)에서 고로(10)에 보내 주는 송풍량을 측정하고, 현재의 송풍온도를 받아 열풍로(80)에 기본적으로 필요로 하는 열량을 계산하고 열량이 계산되면 고로가스의 발열량을 알기 위해 고로가스의 성분을 분석하고, 현재 고로가스 성분이 분석되면 현재 COG의 혼합연소비율을 받아 현재 혼합가스의 발열량을 계산하고, 발열량이 계산되면 그에 해당하는 가스량이 결정되고 그 가스량값과 현재의 가스량 설정값과 비교하여 가스량이 적으면 해당로의 가스량을 올려 주고 많으면 가스량을 줄여 변동되는 풍량과 가스 발열량에 따라 자동적으로 연소 가스량을 조정하여 조업조건에 맞는 최적의 열량을 축열실(82)에 비축하도록 하는 방법 및 장치를 제공한다.

Description

열풍로에 있어서 풍량과 고로가스 성분에 따라 연소 가스량을 자동제어하는 방법 및 장치{MTEHOD AND APPARATUS FOR AUTOMATIC CONTROL OF GAS COMBUSTION IN THE HOT STOVE FOR OPERATING BLAST FURNACE}

도1은 종래의 열풍로 연소 계통도,

도2의A는 종래의 감풍조업시 열풍로 축열상태를 나타낸 그래프,

도2의B는 종래의 감풍조업시 열풍로 연소상태를 나타낸 그래프,

도3은 종래의 고로가스 칼로리 변동추이를 나타낸 그래프,

도4는 본 발명의 연소 계통도,

도5의A,도5의B는 본 발명에 있어서 송풍량 변화시 연소 가스량 제어양태를 보인 그래프,

도6은 본 발명의 연소 제어 플로우차트.

* 도면중 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 고로 20 : 건식 집진기

40 : 연소부 41 : 연소용 혼합가스 제어장치

42 : 혼합가스실 43 : 혼합가스유량 검출장치

44 : 혼합가스유량 제어변 50 : COG 비율제어장치

51 : COG유량 검출장치 52 : COG유량 제어변

54 : COG 차단변 60 : 연소용 공기 제어장치

61 : 연소용 공기팬 62 : 공기유량 검출장치

63 : 공기유량 제어변 64 : 차단변

70 : 고로가스 분석부 71 : 고로가스 분석장치

80 : 열풍로 81 : 연소실

82 : 축열실 83 : 열풍로출구온도 검출장치

90 : 송풍부 91 : 송풍기

92 : 송풍유량 검출장치 93 : 열풍로출구온도 검출장치

94 : 송풍온도 측정장치 95 : 송풍온도 설정기

100 : 제어부

본 발명은 용선을 생산하기 위해 설치 사용되는 제철소 고로 열풍로 설비에 있어서 풍량과 고로가스 성분에 따라 연소 가스량을 자동제어함으로써 가스의 연소 및 노온관리를 최적화하고 용선의 품질을 향상시킬 수 있도록 연구된, 열풍로에 있어서 풍량과 고로가스 성분에 따라 연소 가스량을 자동제어하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

도1은 제철소 고로 설비에 있어서 일반적인 열풍로 연소 계통을 나타낸 것인데, 열풍로(HOT STOVE)(80)는 예컨대 4기가 설치되어 그중 2기는 송풍을 행하고 나 머지 2기는 연소를 행하는 방법으로 연소와 송풍을 반복적으로 수행하도록 되어 있다. 각 열풍로(80)는 연소실(81)과 축열실(82)로 구분 구성되며, 연소실(81)은 고로가스(BLAST FURNACE GAS ; 이하 "BFG"로 약칭함)와 코크스오븐가스(COKES OVEN GAS ; 이하 "COG"로 약칭함)를 혼합한 연소용 가스와 공기를 버너(burner)를 통해 연소하여 고온의 열을 발생시키는 곳이고, 축열실(82)은 연소실(81)에서 발생된 고온의 열을 축열연와에 저장하여 다음 송풍시 필요한 고온의 열을 제공하기 위한 일종의 열 저장창고이다. 송풍시 일정온도의 열풍을 내도록 하기 위해서는 해당 송풍량에 맞는 일정한 열량을 가진 일정한 연소가스량을 연소시켜 열풍로에 축열을 해주어야 요구되는 일정한 송풍온도를 얻을 수 있다.

본 발명은 이러한 열풍로 설비에 있어서 송풍량의 변화와 고로가스의 칼로리(연소열량)에 따라 자동으로 열풍로 연소용 가스량을 제어하여 송풍량에 맞는 연소량을 최적으로 관리함으로써 불필요한 에너지 낭비를 방지하여 가스 원단위와 작업부하를 감소시키고 용선의 품질안정을 가져오도록 할 수 있는, 열풍로에 있어서 풍량과 고로가스 성분에 따라 연소 가스량을 자동제어하는 방법 및 장치를 제공하려는 것이다.

이를 좀더 상세히 설명해 보면, 본 발명에 관련된 열풍로(80)는 제철소 고로에서 용선을 생산하기 위해 코크스 다음으로 많은 열량을 소비하는 설비로서, 이는 고로(10)에 고온의 송풍을 하기 위해 고로(10)에서 발생된 BFG와 COG 가스를 버너에서 혼합 연소시켜 축열실(82)에 열을 축적시켜 두었다가 송풍시에 대기공기를 상기 축열실(82)에 열을 축적하고 있는 열풍로(80)에 송풍하여 고온(1150℃)의 공기 로 만들어 주는 예열 설비이다. 이러한 열풍로를 통해 일정온도의 열풍을 내기 위해서는 해당 송풍량에 맞는 일정한 열량을 가진 일정한 연소 가스량을 연소시켜 열풍로에 축열을 해주어야 일정한 송풍온도를 얻을 수 있게 되는데, 고로(10)에 불어 넣는 송풍량은 고로 조업상황에 따라 수시로 변하게 되고, 연소가스인 고로가스도 노황에 따라 성분변동이 발생되며, 이에 따라 열풍로(80)에서의 연소 열량의 변화가 발생되어 송풍온도의 변동이 발생되고 있다. 그러나, 종래의 열풍로 제어 시스템은 다음과 같은 문제점을 갖고 있다.

첫째로, 고로조업시는 상술한 바와 같이 그 노황변동에 따라 송풍하는 바람의 양이 수시로 바뀌게 되나 종래의 열풍로 제어 시스템은 이러한 풍량 변화에 따라 자동으로 열풍로 연소 가스량을 제어해주지 못하므로 예컨대 감풍조업시 열풍로가 과축열되어 많은 열이 배가스로 손실되는 폐단이 있다.

둘째로, 연소용 혼합가스 발열량 검출장치인 칼로리메타는 연소용 가스를 연소시켜 발열량을 측정하는데 여기에서 연소 칼로리를 측정하는 시간보다 해당 가스가 열풍로에서 연소를 시작하는 시간이 더 빨리 이루어져 가스 발열량에 대한 보상지연이 발생되고, 이에 따라 고로가스 성분에 따른 연소 가스량의 보상이 제때 이루어지지 않아 일정한 풍온을 얻을 수 없다.

이러한 종래의 문제점을 규명하기 위한 측정결과로서 도2의A는 감풍조업시 열풍로 축열량을 나타낸 그래프이고, 도2의B는 감풍조업시 열풍로 연소상태를 나타낸 그래프이며, 도3은 고로가스의 칼로리 변동추이를 나타낸 그래프이다.

도1에서 20은 건식 집진기, 42는 혼합가스실, 43은 혼합가스유량 검출장치, 44는 혼합가스유량 제어변, 51은 COG 유량검출장치, 52는 COG유량 제어변, 54는 COG 차단변, 61은 연소용 공기팬, 62는 공기유량 검출장치, 63은 공기유량 제어변, 91은 송풍기를 각각 나타낸다.

따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 연구된 것으로, 송풍량의 변화와 고로가스의 발열량의 변화를 측정하여 이에 관한 데이터를 생성하고 현재의 열풍로 축열상태를 파악하여 열풍로 연소제어에 최적의 가스량을 자동 연산 제어토록 함으로써 현재의 조업 여건에 맞는 최적의 가스 연소를 행하여 가스량을 절감하고 노온관리를 일정하게 유지토록 하여 용선 품질을 향상시킬 수 있는, 열풍로에 있어서 풍량과 고로가스 성분에 따라 연소 가스량을 자동제어하는 방법 및 장치를 제공하고자 하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 용선을 생산하기 위한 고로 설비에 있어서 열풍로 연소 가스량을 결정하기 위해 송풍기에서 고로에 보내주는 송풍량을 측정하고, 현재의 송풍온도를 받아 열풍로에 기본적으로 필요로 하는 열량을 계산하고, 열량이 계산되면 현재의 고로가스(BFG)의 발열량을 알기 위해 고로가스 본관에서 가스 성분을 분석하고, 현재 고로가스 성분이 분석되면 현재의 코크스오븐가스(COG)의 혼합연소비율을 받아 현재의 혼합가스의 발열량을 계산하고, 발열량이 계산되면 그에 해당하는 가스량이 결정되고 그 가스량값과 현재의 가스량설정값과 비교하여 가스량이 적으면 해당로의 가스량을 올려 주고 많으면 가스량을 줄여 변 동되는 풍량과 가스 발열량에 따라 자동으로 연소 가스량을 조정하여 조업조건에 맞는 최적의 열량을 축열실에 비축하고, 그리고 해당 열풍로가 송풍을 할 때 연소실 측부의 혼냉실 입구에서 열풍로 축열상태를 감시하여 다음 연소시 가스량을 가감하여 열량을 보정해 주도록 하는 단계들을 포함하는 방법 및 동 방법의 수행을 위한 장치를 제공한다.

이로써 설비 고장이나 노황 변동에 의한 감풍조업시 신속히 연소 가스량을 줄여 열풍로의 과축열을 막으며, 또 이상조치를 해결하거나 노황안정으로 증풍시 신속히 가스량을 늘려 줌으로써 열풍로의 축열되는 열량을 항상 적정수준으로 맞추어 불필요한 연소 가스 소비량을 줄여 에너지 낭비를 방지하고 일정한 풍온유지로 노온관리 및 용선 품질의 안정을 유지하도록 할 수 있다.

이하에서, 본 발명을 첨부도면에 예시된 실시예를 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

첨부도면중 도4는 본 발명이 적용된 열풍로 연소 계통도이고, 도5의A, 도5의B는 본 발명의 적용하에 감풍조업시 연소 가스 제어양태를 보여 주는 그래프, 도6은 본 발명의 연소 제어 플로우차트이다.

먼저, 도4에 예시된 바와 같이 본 발명의 장치는 고로(10)에서의 용선 생산을 위해 열풍로(80)로부터의 열풍을 상기 고로(10)에 공급하는 설비에 있어서, 고로(10)에 불어넣는 열풍의 양을 측정하고 그 송풍되는 열풍의 온도를 측정하여 열풍로 축열상태를 파악하는 송풍부(90)와;

고로가스를 분석하는 분석장치(71)와 COG 비율제어장치(50)로 구성되는 가스 분석부(70)와;

열풍로(80)의 연소 가스량을 제어해 주는 혼합가스유량 제어변(44)과 가스량에 따라 공기량을 자동으로 제어하는 공기유량 제어변(63), 그리고 정해진 개소의 가스유량 및 공기유량을 측정하는 유량 검출장치(43)(62)로 구성되는 연소부(40)와;

상기 송풍부(90)에서 온 현재의 풍량 데이터를 받고 가스 발열량을 구해 실제 열풍로에 필요로 하는 연소 가스량을 구한 다음 그 값을 가스량 제어장치에서 제어토록 하고 그 전회 해당 열풍로의 축열상태를 알기 위해 해당로 송풍시 열풍로 연소실 출구측에서 온도를 예컨대 1시간 동안 측정 평균한 값으로 해당 열풍로의 축열상태를 파악하여 가스량을 가감 제어하는 제어부(100)를 포함하는 구성으로 되어 있다.

상기 장치중의 송풍부(90)는 송풍유량 검출장치(92)와 열풍로출구온도 검출장치(93), 송풍온도 측정장치(94), 송풍온도 설정기(95)로 구성되어 있다.

송풍유량 검출장치(92)는 송풍기(91)와 열풍로(80) 사이의 배관에 설치된 오리피스 유량계로 송풍기(91)에서 고로(10)로 송풍되는 유량을 검출하여 제어부(100)에 보낸다.

열풍로출구온도 검출장치(93)는 열전대의 형태로 연소실(81)과 혼냉실(83) 사이의 배관 내측에 설치되어 송풍하는 동안 열풍로(80)의 출구온도를 측정 평균하여 현 열풍로의 축열상태를 검출하여 제어부(100)에 보낸다.

송풍온도 측정장치(94)는 고로(10)와 열풍로(80) 사이의 중간부 배관 내부에 온도 검출용 연전대를 설치하여 고로(10)에 송풍되는 열풍의 온도를 측정하여 송풍온도 설정기(95)에 보내면 제어부(100)에서 보내준 설정온도와 비교하여 제어변을 피드백 제어하여 설정된 풍온에 맞도록 제어해준다.

가스 분석부(70)는 고로가스 분석장치(71)와 COG 비율제어장치(50)로 구성된다.

고로가스 분석장치(71)는 고로 집진설비를 거쳐 나온 고로가스를 분석하여 고로가스중의 CO,CO2,H2등의 성분을 분석하고 이를 토대로 고로가스 발열량을 계산하여 제어부(100)에 보낸다.

COG 비율제어장치(50)는 열풍로의 연소용 고로가스량에 비례하여 일정한 비율로 COG를 공급 혼합해주도록 하는 것으로, 제어부(100)에서 COG 설정값을 주면 고로가스 사용량을 받아 COG유량 제어변(52)을 제어하여 공급 COG량을 제어한다.

그리고, 고로가스 분석부(70)는 에너지부에서 보내준 COG 발열량을 받아 고로가스 발열량과 COG 발열량의 혼합가스 발열량을 계산하여 제어부(100)로 보내어 열풍로 연소시 최적 가스량을 계산하는데 있어 기초적인 데이터를 제공한다.

연소부(40)는 연소용 공기 제어장치(60)와 연소용 혼합가스 제어장치(41)로 구성된다. 연소용 공기 제어장치(60)는 공기유량 제어변(63)과 공기유량 검출장치(62)로 되어 있으며, 공기유량 제어변(63)은 연소용 공기 배관의 차단변(64) 전단에 설치되고 제어부(100)에서 보내준 설정치에 따라 공기량을 조절한다. 이 연소용 공기량은 공기유량 제어변(63) 전단에 설치된 오리피스형 공기유 량 검출장치(62)에 의해 검출되어 연소용 공기 제어장치(60)에 의해 피드백(FEED BACK) 제어된다.

또한, 연소용 혼합가스 제어장치(41)는 혼합가스유량 제어변(44)과 혼합가스 유량 검출장치(43)로 구성된다. 혼합가스유량 제어변(44)은 차단변(46) 전단에 설치되어 제어부(100)에서 출력된 값에 따라 연소용 혼합가스량을 조절하고 조절된 양은 오리피스형 혼합가스유량 검출장치(43)에 의해 검출되어 피드백 제어된다.

제어부(100)는 송풍부(90)에서 고로의 송풍유량 데이터를 받아 현재 풍량에 맞는 필요 열량을 계산한 다음, 고로가스 분석장치에서 온 현재의 가스 발열량 데이터를 받아 총 열풍로 필요열량을 현재의 혼합가스 발열량으로 나누어 필요한 연소 가스량을 구한 다음, 열풍로출구온도 검출장치(93)에서 전회 송풍 평균 온도값을 받아 노열 보유상태를 확인하여 금회 연소시 열풍로에 필요한 연소용 혼합가스량 보정하여 준다. 그리하여 최종적으로 계산된 혼합가스량을 연소부에 보내어 연소 제어토록 한다.

도6은 상기 본 발명의 장치를 사용한 열풍로 연소 제어의 흐름을 나타낸 것이다.

고로(10)에 불어 넣는 열풍의 송풍량은 고로의 일일 생산량에 맞추어 결정된다. 일일 고로 생산량은 고로에 넣는 열풍 송풍량과 비례하게 되고, 열풍로(80)에서는 상기 고로(10)에 대한 송풍량에 맞게 그 가스사용량이 결정된다. 즉, 바람의 양이 증가하면 열풍로(80)의 가스량을 올려 주어 동 열풍로(80)에 축열되는 열량을 증가시켜 일정한 풍온을 얻도록 하는 것이다. 그러나, 조업중 종종 설비사고나 노 황변화로 감풍이 이루어지는 경우가 발생될 때 그에 맞추어 가스량을 조정해 주는 것이 필요하다. 현재는 이러한 송풍량의 변화에 따른 가스량 조정을 하지 않기 때문에 열풍로가 불필요한 가스량을 소모하는 경우가 많다. 그리고, 고로가스도 노황에 따라 성분의 변화가 자주 발생되므로 이에 따른 가스량의 조정도 필요한 것이다.

따라서, 본 발명에 있어서는 열풍로(80)에서 정상 풍량에 맞게 가스량을 연소시키고 있다가 조업변화나 설비고장등이 발생하여 감풍이 이루어지면 송풍유량 검출장치(92)에서 풍량변화를 감지하여 제어부(100)로 보낸다. 또한, 고로(10)에서 발생된 고로가스의 성분을 고로가스 분석장치(71)에서 계속적으로 분석하여 제어부(100)에 보낸다.

상기 제어부(100)는 1단계로, 고로가스 분석부(70)에서 보내준 발열량 데이터를 받아 이를 예컨대 1분전의 발열량과 비교하여 변동이 있으면 그 변동에 따른 가스량 보정을 행한다.

2단계로, 해당 열풍로의 전회 열풍로 축열상태를 계산한다. 즉 전회 송풍시 열풍로출구온도 검출장치(93)에서 온 송풍평균온도를 기준으로 하여 연소 가스량을 보정해 준다.

3단계로, 기본 연소용 가스량을 구한다.

4단계로, 송풍부(90)의 송풍유량 검출장치(92)에서 계속적으로 전송되어 오는 송풍량을 제어부(100)가 연산하여 가스량을 조절해 준다.

5단계로, 위의 데이터들을 종합 연산하여 최종 가스량을 구한다.

제어부(100)는 위와 같이 고로가스 분석부(70)에서 분석되어 온 고로가스 분석치를 가지고 혼합가스 발열량을 구하여 가스량을 보정한다. 열풍로출구온도 검출장치(93)에 의해 전회 열풍로 축열상태를 파악하여 이번 연소시 혼합가스 설정량을 보정토록 하고, 또 송풍부(90)에서 온 풍량의 변화를 감지하여 가스량을 보정한다. 그래서 위의 3가지의 조건을 종합 연산하여 연소 가스량이 결정된다. 혼합가스량이 결정되면 열풍로의 연소부에 가스량 설정값에 대한 지령을 내린다. 연소부(40)는 혼합가스 제어장치(41)에 설정값을 보내고 혼합가스유량 제어변(45)은 가스량 제어 동작하여 가스량을 조절하고 그 제어값은 제어장치 전단에 설치된 혼합가스유량 검출장치(43)를 통해 그 결과를 받아 피드백 제어를 한다. 연소용 공기 제어장치(60)는 연소용 혼합가스량의 변화를 받아 공기비의 설정값에 따라 자동으로 공기유량 제어변(63)을 제어하여 연소 가스량에 따라 자동으로 연소용 공기량을 제어하며, 그 제어값은 공기유량 검출장치(62)에서 받아 피드백 제어를 한다.

도5의A, 도5의B는 송풍량의 증가나 감소에 따라 혼합가스량이 증가하거나 감소하도록 되는 제어예를 나타낸 것으로, 풍량에 따라 자동적으로 가스량을 보정토록 하는 것이다.

위와 같이 본 발명은 열풍로(80)에서의 연소 가스량이 풍량과 고로가스의 발열량 변화에 따라 자동으로 제어되도록 함으로써 불필요한 과축열을 방지하여 최적의 축열이 이루어지도록 하고, 이로써 연소가스 사용량을 줄이면서 용선 품질의 안정을 가져올 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 현재의 열풍로 축열상태를 파악한 다음 고로 송풍량과 고로가스의 변화를 신속히 파악하여 그에 맞는 연소 가스량을 자동 조정하도록 제어함으로써 불필요한 가스연소를 줄여 주고 열풍로가 항상 일정한 연소 열량을 유지토록 하여 준다. 따라서, 본 발명은 열풍로에서의 연소 가스량을 줄여 가스량을 절감하고 과축열로 인한 열풍로 휴지등을 방지함으로써 작업부하를 줄여 주며, 송풍시에는 송풍량에 맞게 가스량을 올려 연소량을 제어토록 함으로써 풍온저하에 따른 용선온도 저하를 막아 결국 용선의 품질안정을 가져올 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 고로(10)에 대한 열풍의 송풍량을 측정하고 송풍되는 열풍의 온도를 측정하여 열풍로 축열상태를 파악하는 송풍부(90)와,

   고로가스를 분석하는 분석장치(71)와 COG 비율제어장치(50)로 이루어진 가스분석부(70)와,

   열풍로(80)의 연소 가스량을 제어해 주는 혼합가스유량 제어변(44)과 가스량에 따라 공기량을 자동 제어하는 공기유량 제어변(63), 그리고 정해진 개소의 가스유량 및 공기유량을 측정하는 검출장치(43)(62)로 구성되는 연소부(40)와,

   상기 송풍부(90)에서 온 현재의 풍량 데이터를 받아 가스 발열량을 구해 열풍로(80)에 제공될 연소 가스량을 구한 다음 그 값을 가스량 제어장치에서 제어토록 하고, 해당로 송풍시 열풍로(80)의 연소실 출구측에서의 온도를 측정 평균한 값으로 해당 열풍로의 축열상태를 파악하여 가스량을 가감 제어하는 제어부(100)를 포함하는 구성을 특징으로 하는, 열풍로에 있어서 풍량과 고로가스 성분에 따라 연소 가스량을 자동제어하는 장치.
2. 고로가스 분석부(70)로부터의 발열량 데이터를 받아 이를 그전 발열량과 비교하여 고로가스 변동에 따라 가스량을 보정하는 단계와,

   해당 열풍로(80)의 전회 열풍로 축열상태를 파악하고 전회 송풍시 열풍로출구온도 검출장치(93)에서 온 송풍평균온도를 기준으로 하여 연소 가스량을 보정하 는 단계와,

   송풍부(90)의 송풍유량 검출장치(92)에서 송풍량을 검출하고 그 송풍량 검출 데이터에 의거 연소 가스량을 보정하는 단계와,

   상기 단계들의 데이터들을 종합 연산하여 최종 연소 가스량을 구해 열풍로(80)에서의 연소 제어를 행하도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열풍로에 있어서 풍량과 고로가스 성분에 따라 연소 가스량을 자동제어하는 방법.

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