KR100804976B1

KR100804976B1 - 온도변화에 따른 탄화실 개별 연소제어 장치

Info

Publication number: KR100804976B1
Application number: KR1020010057303A
Authority: KR
Inventors: 김기성
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2001-09-17
Filing date: 2001-09-17
Publication date: 2008-02-20
Also published as: KR20030024249A

Abstract

본 발명은 온도변화에 따른 탄화실 개별 연소제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명은 온도변화에 따른 탄화실 개별 연소제어 장치에 있어서, 상승관 곡관부에 설치하여 석탄가스의 온도를 측정하는 온도감지부(300); 상기 온도감지부(300)의 검출신호를 전류신호로 변환하여 전송하는 송신부(410)와, 이 송신부(410)로부터 신호를 온도신호로 변환하는 수신부(420)를 포함하는 신호전송부(400); 상기 신호전송부(400)의 온도신호를 사전에 설정된 시간동안에 계속적으로 입력받아서, 이 온도신호에 따라 석탄가스의 최고온도(tmax) 및 그 시점을 판단하고, 이 최고온도 시점에서 시간을 계수하여 이 계수값이 사전에 설정된 건료완료시간(=최고온도 시점에서 건료 완료시까지 소요되는 시간)을 비교하여 건료완료시간을 경과하게 되면, 이 시점을 건류 완료시점인 화락점으로 판정하여 그 판정결과를 제공하는 연산제어부(500); 상기 연산제어부(500)로부터의 판정결과에 따라 연소가스의 공급 및 차단을 제어하는 연소시퀸스제어부(600); 및 공급가스 분배관(40)에 설치되어, 상기 연소시퀀스제어부(600)의 공급 및 차단 제어에 따라 개폐되어 연소실로 공급되는 연소가스의 공급을 조절하는 콘트롤러(50)를 구비하며, 이와 같이 구성된 본 발명에 의하면, 코크스오븐에서 석탄 건류시 발생가스 온도를 측정하여 개별 탄화실의 건류상태 및 건류완료 시점을 판정하여 이 건류완료시점 판정시 각각의 연소실 공급열량을 조정하도록 함으로서, 소비열량을 저감할 수 있다.

온도, 탄화실, 연소제어, 개별 제어, 공급가스, 공급, 차단

Description

온도변화에 따른 탄화실 개별 연소제어 장치{APPARATUS FOR INDIVIDUALLY CONTROLLING COMBUSTION OF CARBONIZATION CHAMBER USING CHANGE OF TEMPERATURE OF GAS}

도 1은 종래의 코크스오븐 공급가스 설비 구성도이다.

도 2는 종래의 공급가스 조정 설명도이다.

도 3a-3c는 코크스 오븐에서의 석탄 건류과정을 나타낸 그래프이다.

도 4는 본 발명에 따른 탄화실 개별 연소제어 장치의 구성도이다.

도 5는 본 발명에 따라 건류시점 판정을 위한 화락판정 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 탄화실 20 : 연소실

30 : 상승관 32 : 온도감지 센서(SENSOR)

33 : 석탄가스 포집관(G.C MAIN) 40 : 공급가스 분배관

41 : 리버싱 코크(REVERSING COCK) 43 : 리버싱 웬치(REVERSING WINCH)

44 : 폐기변 50 : 유량조절계(CONTROLLER)

300 : 온도감지부 400 : 신호전송부

410 : 송신부 420 : 수신부

500 : 연산제어부 600 : 시컨스 제어부

700 : 표시부

본 발명은 온도변화에 따른 탄화실 개별 연소제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 코크스오븐에서 석탄 건류시 발생가스 온도를 측정하여 개별 탄화실의 건류상태 및 건류완료 시점을 판정하여 이 건류완료시점 판정시 각각의 연소실 공급열량을 조정하도록 함으로서, 소비열량을 저감할 수 있도록 하는 온도변화에 따른 탄화실 개별 연소제어 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 코크스공장에서는 가동율에 따라 로단(BATTERY)별 평균온도를 가지고 전체의 열량을 조정하며, 이 코크스오븐(COKE OVEN)의 연소제어 방법으로는 연소실의 온도를 측정하여 열량을 조정하는 방법과, 비어있는 탄화실의 온도를 측정하여 연소실 온도로 환산하여 열량을 조절하는 방법이 있다.

이에 따른 코크스오븐의 구조는 여러 개의 연소실로 구성되어 있으며, 개별 연소실 온도를 측정하여도, 로단(BATTERY) 별로 연소조정이 이루어지므로 인하여, 개별 탄화실의 건류 상태에 따라 연소조정을 할 수 없는 중앙집중식 구조로 되어있 다. 따라서 건류가 완료된 탄화실에도 불필요한 연료가 과공급되어 열원단위 상승으로 소비열량이 상승하며 코크스 품질에도 바쁜 영향을 미치고 있다.

한편, 일본에서 개발된 건류판정 방법으로는 탄화실에서 발생되는 가스의 온도를 측정 하여 계산식에 의한 화락 판정을 하여 적정 압출시간을 판정하는데 활용하고 있으나 이러한 방법도 코크스의 건류상태 판정에는 활용되고 있으나, 개별 탄화실의 건류상태에 따른 열량조정 방법은 이용되지 않는 실정이다.

도 1은 종래의 코크스오븐 공급가스 설비 구성도이고, 도 2는 종래의 공급가스 조정 설명도이며, 도 3a-3c는 코크스 오븐에서의 석탄 건류과정을 나타낸 그래프이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 종래의 코크스오븐 연소관리 시스템은 가스공급량을 코크스의 하루생산량(이하 가동율 이라 칭한다)에 따라 조업여건을 고려하여 PC(PROCESS COMPUTER) 에서 계산하여 전체적인 열량을 조정하는 중앙집중식 연소제어방법을 이용하고 있다. 즉 동일한 열량을 동일한 방법으로 동일한 시간에 코크스오븐 전체의 연소실에 공급한다.

따라서, 여러 개의 연소실(67개)로 구성된 현재의 로단(BATTERY)연소관리 시스템에서는 코크스 건류과정에 따른 불필요한 열량이 과다 공급되고, 이에 따른 로 단온도 편차가 발생되어 실제공급 열량보다 과공급 열량이 제어되고 있다.

이러한 종래의 중앙집중식 연소제어 방법은 개별 탄화실의 석탄 건류상태에 따른 열량투입을 할수없어 건류가 완료된 이후에도 압출시 까지 계속적으로 연료가스가 공급되어 불필요한 연료소모로 인하여 단위열량 상승에 따른 원가가 상승하는 문제점이 있으며, 또한, 과건류에 의한 코크스 품질에도 나쁜 영향을 미치는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 따라서, 본 발명의 목적은 코크스오븐 상승관 곡관부에 탄화실 내열온도감지 센서를 설치하여 석탄 건류시 발생되는 석탄가스 온도를 연속적으로 측정하며 이를 이용한 최고온도에서부터 일정 시간경과후 건류가 완료되는 시점을 판단하고 이에 따른 개별 연소실에 필요한 적정한 가스공급량을 조절하도록 하여 중앙 개별식 연소제어 방법에 의한 소비열량을 저감 코크스 원단위 상승을 억제하는 온도변화에 따른 탄화실 개별 연소제어 장치를 제공하는데 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단으로써, 본 발명의 장치는 온도변화에 따른 탄화실 개별 연소제어 장치에 있어서, 상승관 곡관부에 설치 하여 석탄가스의 온도를 측정하는 온도감지부; 상기 온도감지부의 검출신호를 전류신호로 변환하여 전송하는 송신부와, 이 송신부로부터 신호를 온도신호로 변환하는 수신부를 포함하는 신호전송부; 상기 신호전송부의 온도신호를 사전에 설정된 시간동안에 계속적으로 입력받아서, 이 온도신호에 따라 석탄가스의 최고온도 및 그 시점을 판단하고, 이 최고온도 시점에서 시간을 계수하여 이 계수값이 사전에 설정된 건료완료시간(=최고온도 시점에서 건료 완료시까지 소요되는 시간)을 비교하여 건료완료시간을 경과하게 되면, 이 시점을 건류 완료시점인 화락점으로 판정하여 그 판정결과를 제공하는 연산제어부; 상기 연산제어부로부터의 판정결과에 따라 연소가스의 공급 및 차단을 제어하는 연소시퀸스제어부; 및 공급가스 분배관에 설치되어, 상기 연소시퀀스제어부의 공급 및 차단 제어에 따라 개폐되어 연소실로 공급되는 연소가스의 공급을 조절하는 콘트롤러를 구비함을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 온도변화에 따른 탄화실 개별 연소제어 장치에 대하여 첨부도면을 참조하여 그 구성 및 작용을 상세하게 설명한다. 본 발명에 참조된 도면에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 탄화실 개별 연소제어 장치의 구성도로서, 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 탄화실 개별 연소제어 장치는 상승관 곡관부에 설치하여 석탄가스의 온도를 측정하는 온도감지부(300)와, 상기 온도감지부(300)의 검출신호 를 전류신호로 변환하여 전송하는 송신부(410)와, 이 송신부(410)로부터 신호를 온도신호로 변환하는 수신부(420)를 포함하는 신호전송부(400)와, 상기 신호전송부(400)의 온도신호를 사전에 설정된 시간동안에 계속적으로 입력받아서, 이 온도신호에 따라 석탄가스의 최고온도(tmax) 및 그 시점을 판단하고, 이 최고온도 시점에서 시간을 계수하여 이 계수값이 사전에 설정된 건료완료시간(=최고온도 시점에서 건료 완료시까지 소요되는 시간)을 비교하여 건료완료시간을 경과하게 되면, 이 시점을 건류 완료시점인 화락점으로 판정하여 그 판정결과를 제공하는 연산제어부(500)와, 상기 연산제어부(500)로부터의 판정결과에 따라 연소가스의 공급 및 차단을 제어하는 연소시퀸스제어부(600)와, 그리고, 공급가스 분배관(40)에 설치되어, 상기 연소시퀀스제어부(600)의 공급 및 차단 제어에 따라 개폐되어 연소실로 공급되는 연소가스의 공급을 조절하는 콘트롤러(50)로 구성한다.

여기서, 상기 신호전송부(400)의 신호수신부(420), 연산제어부(500), 연소시퀸스제어부(600) 및 표시부(700)는 실제 현장에 적용하는 경우에는 중앙운전실 PC 제어반에 설치할 수 있다.

상기 연산제어부(500)는 온도값, 시간 및 건류완료여부를 포함하는 건류상태정보를 제공하고, 상기 탄화실 개별 연소제어 장치는 상기 연산제어부(500)로부터의 건류상태정보를 화면으로 표시하는 표시부를 더 포함한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시예에 동작을 첨부도면에 의거하여 하기에 상세히 설명한다.

도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 온도변화에 따른 탄화실 연소제어 장치에 대한 동작을 설명하면, 먼저, 개별탄화실(10)에 석탄을 장입하면 건류과정의 석탄가스가 발생되며 석탄가스는 상승관(30)과 지시메인(33)을 통해 포집하여 화성공장으로 보내진다.

이때, 본 발명에 따른 탄화실 개별 연소제어 장치가 동작하기 이전에, 장입탄, 장입조건을 입력하여 이 입력에 따른 투입열량을 계산하고, 목표온도를 계산한다. 그리고, 상승관 곡관부에서 가스의 온도를 측정하여 목표온도와 측정온도를 비교하여 그 차이에 해당하는 열량을 계산하여 이 열량에 해당하는 영량공급을 제어하는 과정이 수행되어 지는데, 이러한 과정이 수행되는 동안에 본 발명이 적용되어 건류완료시점을 판단하여 가스공급을 차단하게 되며, 이에 대해서는 후술한다.

먼저, 상승관 곡관부에 설치된 온도감지부(300)는 석탄가스의 온도를 계속적으로 측정하여 신호전송부(400)로 제공하면, 이 신호전송부(400)의 송신부(410)는 상기 온도감지부(300)의 검출신호를 전류신호로 변환하여 전송하고, 상기 신호전송 부(400)의 신호수신부(420)는 상기 송신부(410)로부터 신호를 온도신호로 변환하여 연산제어부(500)로 제공한다.

상기 연산제어부(500)는 상기 신호전송부(400)의 온도신호를 사전에 설정된 시간동안에 계속적으로 입력받아서, 이 온도신호에 따라 석탄가스의 최고온도(tmax) 및 그 시점을 판단하고, 이 최고온도 시점에서 시간을 계수하여 이 계수값이 사전에 설정된 건료완료시간(=최고온도 시점에서 건료 완료시까지 소요되는 시간)을 비교하여 건료완료 시간을 경과하게 되면, 이 시점을 건류 완료시점인 화락점으로 판정하여 그 판정결과를 연소 시퀸스제어부(600) 및 표시부(700)로 제공한다.

여기서, 실제 현장에 적용하는 경우에는, 상기 신호전송부(400)의 신호수신부(420), 연산제어부(500), 연소시퀸스제어부(600) 및 표시부(700)는 중앙운전실 PC 제어반에 설치할 수 있다.

다시 설명하면, 중앙운전실 PC제어반의 연산제어부(500)는 연속되는 석탄가스 온도의 최고온도값(Tmax)을 산출하고, 여기서, 최고 온도값을 산출하는 방법은 계속적으로 입력되는 온도값을 설정된 시간, 예를들어, 건류시작 시점부터 평균 건류시간 동안에 비교해면서 최고 온도값을 산출하고, 이때의 시간을 산출한다.

이때, 상기 최고온도값이 검출되는 시점에서 시간을 계수한다. 그리고, 사전에 최고온도 시점에서 건료 완료시까지 소요되는 시간을 건료완료시간, 예를들어 3시간 30분등으로 설정해 두고, 상기 계수값이 사전에 설정된 건료완료시간을 경과하는지 여부를 판단하여 건료완료시간을 경과하게 되면, 이 시점을 건류 완료시점인 화락점으로 판정하여 그 판정결과를 연소시퀸스제어부(600) 및 표시부(700)로 각각 제공한다.

즉, 중앙운전실의 연산제어부(500)가 석탄가스 최고온도에 의한 화락시점을 판단하여 그 판단결과를 시퀀스제어부(600)로 보내면 이 시퀀스제어부(600)에서는 전기신호로 변환하여 유량콘트롤러(50)로 보내고, 이 유량콘트롤러는 상기 시퀀스제어부(600)의 제어신호에 의해 밸브를 닫아 연소가스의 공급을 차단한다.

상기 사전에 최고온도 시점에서 건료 완료시까지 소요되는 시간을 의미하는 건료완료시간에 대해서 설명하면, 석탄가스 최고온도 이후 일정시간후 건류가 완료되는 화락점이 반복적인 실험을 통해서 설정되는데, 통상적으로 최고온도 도달후 3시간에서 3시간30분 후에 건류가 완료된다. 또한 본 발명은 하기 표1(가동율과 건류상태에 따라 변화)에 도시한 바와 같이, 가동율에 따른 건류완료 시점을 측정하였으며, 본 발명의 실험에서도 건류완료 시점인 화락점이 3시간에서 3시간30분으로 측정되었다.

또한, 화락시점에 대해서 설명하면, 일반적으로 화락판정는, 석탄이 고온건류시 석탄가스가 발생되며 이 발생가스의 량에 따라 최고온도를 지나서 일정시간(예; 3시간 3분) 경과후에는 발생량이 급격히 하락하며 가스온도도 하락하여 색갈이 흰색으로 변하며 이때를 건류완료 시점인 화락시점이라고 칭한다.

로 온	PEAK TIME	화락시간(N.C.T)	NCT-PT
1210℃	16:10±10	19:10±10	3:00 ~ 3:20
1220℃	15:40±10	18:50±10	3:00 ~ 3:30
1230℃	15:00±10	18:00±10	3:00 ~ 3:20
1250℃	14:10±10	17:10±10	3:00 ~ 3:20

상기 표1에서, "PEAK TIME"은 최고 온도시점, "N.C.T."는 화락시간을 의미한다.

한편, 중앙운전실 PC의 연산제어부(500)에서는 석탄가스 온도에 따른 경과신호를 모니터등의 표시부(700)에 전송하여 건류상태를 트랜드(Trand)로 표시하는데, 예를 들어, 건류진행은 1번, 최고온도에서 화락점까지를 2번, 그리고 화락점에서 압출시점까지를 3번신호로 하여 전송할 수 있고, 이러한 신호는 모니터상 트랜드(Trand)에 나타나도록 할 수 있다.

상기 표시부(700)에 표시되는 시간에 대해서 간단히 설명하면, 중앙운전실의 연산제어부(500)에서는 최고온도(tmax)와 최고온도 도달시간(Ts)을 연산하고 최고 온도 도달시간(Ts)에 치시간 기준시간인 3시간30분을 합산한 시간, 즉 "Ts +3:30"을 연산하여 건류완료 시점인 3번신호가 모니터 트랜드(Trand)상에는 압출대기가 표시된다.

이후, 상기 연소시퀸스제어부(600)는 상기 연산제어부(500)로부터의 판정결과에 따라 개폐밸브(52)로 연소가스의 공급 및 차단을 제어하고, 공급가스 분배관(40)에 설치된 상기 개폐밸브(52)는 상기 연소시퀀스제어부(600)의 공급 및 차단 제어에 따라 개폐되어 연소실로 공급되는 연소가스의 공급을 조절하게 된다.

다른한편, 일정 시간후에 압출이 완료되면 중앙운전실PC 제어반(500)의 신호를 받아 유량 콘트롤러(50)를 열어 정상적으로 유량이 공급된다.

전술한 내용을 간단하게 예로서 설명하면, 실조업의 예로서 가동율 113.6% 에서 표준건류시간 20시간10분으로서 탄화실 장입이 시작되면, 석탄가스가 발생되며 장입신호에 의해 건류진행 신호인 1번 신호가 보내지며, 건류가 진행되면서 석탄가스온도가 최고온도(t max:15시간)에 도달하면 2번 신호를 보내고, 최고온도 도달후 3시간 30분 후에는(18시간30분)화락점인 건류완료 신호인 신호3이 보내져 모니터 트랜드(Trand)상에는 건류완료로 표시되고, 시퀀스제어부를 통해 콘트롤러(50)가 작동 연소가스 공급이 차단된다. 즉 건류완료후 불필요하게 공급되는 연소가스 1시간40분간의 유량을 절감할수 있는 것이다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 코크스오븐에서 코크스 생산시 석탄가스온도를 측정하여 건류진행상태를 모니터상으로 확인할 수 있으며, 또한, 건류완료 시점인 화락점 이후에는 개별 연소실에 연소가스 공급을 차단하여 잔열에 의한 뜸만 들이게 하므로서 불필요한 연소가스 소모를 줄일 수 있어 열원단위를 낮출 수있으며 건류 완료후 계속 공급되는 열량에 의한 과건류를 막을 수 있어 코크스 품질향상에도 기여하는 산업상 대단히 큰 실용적인 효과를 얻을 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 구체적인 실시 예에 대한 설명에 불과하고, 본 발명은 이러한 구체적인 실시 예에 한정되지 않으며, 또한, 본 발명에 대한 상술한 구체적인 실시 예로부터 그 구성의 다양한 변경 및 개조가 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.

Claims

온도변화에 따른 탄화실 개별 연소제어 장치에 있어서,

상승관 곡관부에 설치하여 석탄가스의 온도를 측정하는 온도감지부(300);

상기 온도감지부(300)의 검출신호를 전류신호로 변환하여 전송하는 송신부(410)와, 이 송신부(410)로부터 신호를 온도신호로 변환하는 수신부(420)를 포함하는 신호전송부(400);

상기 신호전송부(400)의 온도신호를 사전에 설정된 시간동안에 계속적으로 입력받아서, 이 온도신호에 따라 석탄가스의 최고온도(tmax) 및 그 시점을 판단하고, 이 최고온도 시점에서 시간을 계수하여 이 계수값이 사전에 설정된 건료완료시간(=최고온도 시점에서 건료 완료시까지 소요되는 시간)을 비교하여 건료완료시간을 경과하게 되면, 이 시점을 건류 완료시점인 화락점으로 판정하여 그 판정결과를 제공하는 연산제어부(500);

상기 연산제어부(500)로부터의 판정결과에 따라 연소가스의 공급 및 차단을 제어하는 연소시퀸스제어부(600); 및

공급가스 분배관(40)에 설치되어, 상기 연소시퀀스제어부(600)의 공급 및 차단 제어에 따라 개폐되어 연소실로 공급되는 연소가스의 공급을 조절하는 콘트롤러(50)를 구비함을 특징으로 하는 온도변화에 따른 탄화실 개별 연소제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 연산제어부(500)는

온도값, 시간 및 건류완료여부를 포함하는 건류상태정보를 제공하고,

상기 탄화실 개별 연소제어 장치는

상기 연산제어부(500)로부터의 건류상태정보를 화면으로 표시하는 표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온도변화에 따른 탄화실 개별 연소제어 장치.