KR100804949B1

KR100804949B1 - 미분탄 수송속도 추정방법

Info

Publication number: KR100804949B1
Application number: KR1020010085542A
Authority: KR
Inventors: 허남환; 이동환
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2001-12-27
Publication date: 2008-02-20
Also published as: KR20030055527A

Abstract

고로에의 미분탄 수송속도 추정방법이 제공된다. 본 발명은 고로에 취입되는 미분탄의 평균입도, 휘발분 함량, 회분 함량 및 수분 함량 등 물성을 측정하는 단계; 상기 미분탄을 수송하기 위한 수송배관의 직경과 수송공기 및 보조공기의 유량을 설정하는 단계; 그리고, 상기 측정된 평균입도, 휘발분 함량, 회분 함량 및 수분 함량과 상기 설정된 수송배관의 직경, 수송공기의 총 유량 및 보조공기의 유량비를 하기 식에 대입하여 미분탄의 수송속도를 계산하는 단계;로 이루어진다.

미분탄 수송속도 = 0.718*배관직경 + 0.0094*평균입경 - 0.0775*휘발분 함량 - 0.625*회분 함량 - 0.8908*수분 함량 + 0.367*총 수송공기 유량 - 3.666*보조공기 유량비 + 5.741

고로, 수송속도, 평균입도, 수송배관직경, 수송공기, 보조공기

Description

미분탄 수송속도 추정방법{A Method for Estimating Transport Rate of Pulverized Coal}

도 1은 미분탄 수송성 실험장치의 일례를 나타내는 구조도

도 2는 미분탄 수송실험결과의 일례를 나타내는 그래프

도 3은 미분탄의 종류에 따른 수송속도변화를 보여주는 그래프

도 4는 미분탄의 입도에 따른 수송속도변화를 보여주는 그래프

도 5는 수송배관의 직경에 따른 미분탄 수송속도변화를 보여주는 그래프

도 6은 측정된 미분탄 수송속도와 계산된 미분탄 수송속도의 상관관계를

나타내는 그래프

도 7은 계산된 미분탄 수송속도와 실제 조업에서의 수송속도의 상관관계를

나타내는 그래프

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1..압축기, 2..수송공기 압력조절기, 3..수송공기 유량조절기,

4..수송공기 조절밸브, 5..안전밸브, 6..수송호퍼, 7..수송배관,

8..보조공기 조절밸브, 9..압력계

본 발명은 고로(高爐)에 미분탄(微粉炭)을 취입할 때 미분탄의 수송속도를 추정하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 취입하는 미분탄의 평균입도, 휘발분 함량, 회분 함량 및 수분 함량 등 물성치와 수송배관의 직경, 수송공기의 총 유량 및 보조공기의 유량비 등의 정보를 이용하여 미분탄 탄종에 따른 수송속도를 추정할 수 있도록 하는 방법에 관한 것이다.

제선공정에서는 열원과 환원재로서 괴상태의 코크스를 장입하여 용선(溶銑)을 생산하고 있다. 그러나, 코크스를 제조하는 코크스로의 수명이 길어짐에 따라 이 공정에서 발생되는 유해성분에 대한 규제가 국내외적으로 강화되고 있고, 이러한 코크스로의 부담을 줄이기 위해 코크스를 대체할 수 있는 석탄을 고로의 풍구를 통해 직접 취입하여 용선의 제조원가를 절감하려는 이른 바 미분탄 취입조업이 현재 일반화되고 있는 실정이다.

이러한 미분탄 취입조업시 고로조업에 알맞은 석탄을 선택하고자 할 경우 단순히 미분탄의 공업분석치를 통해 연소성 또는 코크스를 대체할 수 있는 능력인 치환율을 기준으로 하는 것이 일반적인 경향이며, 이러한 연소성이나 코크스 치환율 외에 건조 및 파쇄 과정을 거친 미립의 미분탄이 원활하게 풍구를 통해 취입되도록 하기 위한 수송성에 대한 평가기준이나 이를 산정할 수 있는 간접적인 방법은 부족한 실정이다. 그리하여, 어떤 탄종의 경우 연소성이나 코크스 치환능력은 우수하지만 이를 파쇄하여 풍구에 삽입된 랜스로 이송하는 중에 수송성이 나빠져서 원하는 수송속도의 조업이 불가능하거나 또 심할 경우에는 막힘현상이 발생하는 경우 도 있었다. 따라서, 취입하려는 미분탄을 효과적으로 선정하기 위해서는 연소성이나 코크스 치환율 뿐 아니라 그 수송성을 추정할 필요가 있다.

수송성이 나쁜 석탄을 사용하거나 또는 수송조건이 나쁠 경우 이를 검출할 수 있는 장치와 이를 제거하기 위한 방법이 각각 출원 제1999-059958호(용광로 미분탄 취입지관의 막힘검출장치) 및 출원 제1997-054541호(고로의 미분탄 막힘제거방법)로 고안된 바 있다. 그러나, 이러한 장치나 방법은 수송계통에 문제가 발생한 경우에 적용할 수 있는 것에 불과하였다.

또한, 본 발명자들은 석탄의 평균입경, 휘발분 함량, 불활성 성분 함량의 분석값을 이용하여 안식각을 계산하고 이 안식각으로부터 미분탄의 수송성을 추정하는 방법을 출원 제1998-021168호(고로 미분탄 수송성 추정방법)로 고안한 바 있다. 그러나, 이 방법은 석탄의 물성만을 기준으로 수송성을 추정하는 문제점이 있었다. 즉, 동일한 미분탄이더라도 수송배관의 직경이나 수송공기의 유량 등에 따라서도 수송성이 달라질 수 있기 때문에 실 조업에 적용하기에는 다소 문제점이 있었다.

본 발명자들은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명을 제안하게 되었으며, 본 발명은 고로에 미분탄 취입조업을 할 때 평균입도, 휘발분 함량, 회분 함량, 수분 함량 등 미분탄의 물성 뿐 아니라 수송배관의 직경, 수송공기 및 보조공기의 유량 등 여타 수송조건을 함께 고려하여 미분탄의 수송속도를 사전에 손쉽게 추정할 수 있는 방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 고로에 취입되는 미분탄의 평균입도, 휘발분 함량, 회분 함량 및 수분 함량 등의 물성을 측정하는 단계; 미분탄을 수송하기 위한 수송배관의 직경과 수송공기 및 보조공기의 유량을 설정하는 단계; 및 상기 측정된 평균입도, 휘발분 함량, 회분 함량 및 수분 함량과 상기 설정된 수송배관의 직경, 수송공기의 총 유량 및 보조공기의 유량비를 하기 식에 대입하여 미분탄의 수송속도를 계산하는 단계;로 이루어짐을 특징으로 하는 미분탄 수송속도 추정방법에 관한 것이다.

이하, 도면 및 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따라 미분탄의 수송성을 측정할 수 있는 미분탄 수송성 실험장치의 일례를 나타내는 구조도이다. 압축기(1)로부터 공급되는 수송공기는, 수송공기 압력조절기 (2)와 수송공기 유량조절기(3), 그리고 조절밸브(4) 및 안전밸브(5)를 거쳐 수송호퍼 (6)에 존재하는 일정량의 미분탄을 수송배관(7)을 통해 수송시킨다. 이러한 미분탄 수송설비에는 수송효과를 높이기 위해 보조공기를 사용하고 있으며, 이 효과를 측정하기 위해 보조공기 유량 조절밸브(8)를 설치하였다. 또, 수송배관(7)에는 수송중 압력을 측정할 수 있는 압력계(9)가 부착되어 있다. 수송이 끝난 미분탄은 싸이클론 (10)에 회수된 후 중계호퍼(11)와 배출호퍼(12)로 이송된 후 다시 수송호퍼(6)에 담겨져 연속하여 수송이 가능하도록 되어 있다. 본 발명에서는 상기 장치를 이용하여 수송공기의 압력에 대해 일정량의 미분탄이 수송되는 데 소요되는 시간을 기준으로 미분탄의 수송성을 계산하였으며, 또한 공기의 유량변화도 함께 고려하였다.

표1은 미분탄의 수송성을 추정하기 위해 그 주요물성에 대해 정리한 것으로, 상기 미분탄 수송성 실험장치에서의 실험 전후에 걸쳐 측정하여 대표값을 나타낸 것이다. 특히, B, J탄은 입도변화의 효과를 보기 위해 입도를 분급하였다.

미분탄 종류	휘발분 함량(%)	수분 함량(%)	회분 함량(%)	평균입도(μm)
B	36	1.7	9.2	29, 53, 70
J	9	0.8	10.6	35, 72, 98
Y	37	1.4	7.7	55
G	28	1.4	9,3	43

한편, 수송배관의 직경은 11mm또는 17mm로 하였으며, 수송공기의 유량 변화와 보조공기의 유량 변화에 따라서도 각 미분탄의 수송성을 실험하였다.

도 2는 수송성이 좋은 경우와 수송성이 나쁜 경우의 수송배관 내의 압력변화와 유량변화를 나타낸 그래프이다. 수송성이 좋은 경우에는 유량이 거의 일정하게 유지되는 반면, 수송성이 나쁜 경우에는 수송 초기에 유량이 적다가 압력이 낮아지 는 시점에 유량이 증가하는 불안한 거동을 나타내었다.

도 3은 미분탄의 종류에 따른 실험결과를 나타낸 그래프이다. 이때, 수송배관의 직경은 11mm, 보조공기의 유량은 30ℓ/분이었으며, 평균입도는 43 ~ 72 μm였다. 전반적으로 J, B탄이 Y, G탄에 비해 동일조건에서 수송속도가 높은 것으로 측정되었다. 그러나, 입도와 수분 등 다른 물성의 영향도 있을 수 있기 때문에 단정적으로 결론지을 수는 없다.

도 4는 미분탄의 입도에 따른 실험결과를 나타낸 그래프이다. 이는 J탄에 대해 수송배관의 직경이 11mm, 보조공기의 유량이 30ℓ/분인 경우에 대한 결과를 나타낸 일례로 그림에서 보는 바와 같이 미분탄의 입도가 증가할수록 수송속도는 증가하였다.

도 5는 수송배관의 직경에 따른 실험결과를 나타낸 그래프이다. 이는 입도 53μm인 B탄을 대상으로 측정한 결과를 나타낸 일례로 그림에서 보는 바와 같이 동일한 수송공기 유량조건에서의 미분탄 수송속도는 배관직경이 증가할수록 증가하는 반면 수송배관 내에 작용하는 압력은 낮아짐을 알 수 있다.

이상의 여러 실험결과를 종합하여 하기와 같이 미분탄의 수송속도를 추정할 수 있는 상관관계식을 얻을 수 있다.

CFR = 0.718*D + 0.0094*Dp - 0.0775*VM - 0.625*ASH - 0.8908*IM

+ 0.367*V - 3.666*PUR + 5.741

여기서, CFR은 미분탄 수송속도(kg/분)

D는 배관직경(mm)

Dp는 미분탄 평균입경(μm)

VM은 미분탄 휘발분 함량(%)

ASH는 미분탄 회분 함량(%)

IM은 미분탄 수분 함량(%)

V는 총 수송공기 유량(ℓ/분)

PUR은 보조공기 유량비(보조공기 유량 ÷총 수송공기 유량, -)

도 6은 실험에 의해 측정된 미분탄 수송속도와 상기 계산식에 의해 추정된 수송속도와의 상관관계를 나타낸 그래프로서, 이들은 잘 일치함을 알 수 있다. 따라서, 상기 관계식으로부터 미분탄의 물성이 동일한 조건에서는 수송배관의 직경이 크고, 수송공기의 유량이 많고, 보조공기의 유량이 적은 조건이면 미분탄의 수송속도는 증가하고, 또 수송배관의 직경과 수송공기의 유량이 동일한 조건에서는 평균입도가 크고, 휘발분, 회분 및 수분 함량이 적은 미분탄일수록 수송속도가 증가함을 추정할 수 있다.

도 7은 본 발명에 의해 계산된 미분탄의 수송속도와 실제 고로 조업에서의 수송속도와의 상관관계를 나타내는 그래프이다. 이는 내용적이 2550m³인 고로에서 표 1의 B탄종을 대상으로 한 것으로서, 그림에서 보는 바와 같이 전반적인 수송속도의 절대값에 차이가 있기는 하나 이것은 단지 수송공기의 압력이 본 발명을 위해 실시한 실험조건에서보다 실제 고로 조업에서는 더 높은 수준으로 이루어지고 있기 때문이다. 그러나, 상기 양자간에 수송속도의 상관성은 매우 우수하므로 이를 통해 미분탄의 수송속도를 증대시키기 위한 물성이나 수송공기의 조건 등을 조절할 수 있는 방법을 손쉽게 얻을 수 있음을 확인할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 고로에 취입되는 미분탄의 평균입도, 휘발분 함량, 회분 함량 및 수분 함량 등 미분탄의 물성과 수송배관의 직경, 수송공기 및 보조공기의 유량 등의 수송조건을 이용하여 미분탄의 수송속도를 손쉽게 추정할 수 있을 뿐 아니라 이를 통해 미분탄의 수송속도를 조절할 수 있는 효과가 있다.

Claims

고로에 취입되는 미분탄의 평균입도, 휘발분 함량, 회분 함량 및 수분 함량 등의 물성을 측정하는 단계;

상기 미분탄을 수송하기 위한 수송배관의 직경과 수송공기 및 보조공기의 유량을 설정하는 단계; 그리고,

상기 측정된 평균입도, 휘발분 함량, 회분 함량 및 수분 함량과 상기 설정된 수송배관의 직경, 수송공기의 총 유량 및 보조공기의 유량비를 하기 식에 대입하여 미분탄의 수송속도를 계산하는 단계;로 이루어짐을 특징으로 하는 미분탄 수송속도 추정방법

미분탄 수송속도 = 0.718*배관직경 + 0.0094*평균입경 - 0.0775*휘발분 함량 - 0.625*회분 함량 - 0.8908*수분 함량 + 0.367*총 수송공기 유량 - 3.666*보조공기 유량비 + 5.741