KR100861204B1

KR100861204B1 - 전로 부생 가스 회수 극대화 방법

Info

Publication number: KR100861204B1
Application number: KR1020020049881A
Authority: KR
Inventors: 박상규; 유정수; 오세천; 조영형; 김해원
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2002-08-22
Filing date: 2002-08-22
Publication date: 2008-09-30
Also published as: KR20040017942A

Abstract

본 발명은 전로 부생 가스의 회수에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제강 전로에서 용선을 용강으로 제조하는 작업 과정중에 발생되는 부산물인 CO 가스를 회수하여 재활용하기 위한 작업중, 회수 컵 밸브 전후단 압력차인 차압을 회수를 할 수 있는 적정 차압으로 조정하는 작업에 있어서, 배가스의 유량을 인위적으로 조정할 수 있는 후드 압력을 차압의 높고 낮음에 따라 연동으로 자동 제어하여, 차압 형성 시간을 단축시켜, 전로 부생 가스 회수를 극대화하도록 함으로써, 원가 절감에 따른 경쟁력 확보와 CO₂ 가스 방산에 따른 대기오염을 방지하는 방법에 관한 것이다.

전로, LDG, 차압, 후드압력

Description

전로 부생 가스 회수 극대화 방법{Method for collecting Linze Donawitz Gas}

도 1은 통상적인 배가스 처리 설비를 보여주는 도면,

도 2는 적정 차압 형성으로 회수 작업시를 설명하는 도면,

도 3은 차압이 낮아 방산을 실시하는 상황을 설명하는 도면,

도 4는 차압에 따른 후드 압력 변화를 나타내는 도면으로서,

A는 차압이 적정 차압보다 낮을 때의 후드 압력 변화를,

B는 적정 차압일 때의 후드 압력 변화를,

C는 적정 차압보다 높을 때의 후드 압력 변화를,

D는 차압과 무관한 종래의 후드 압력을 각각 나타내는 그래프,

도 5는 본 발명에 따른 차압별 후드 압력 변화 수순을 나타내는 순서도,

도 6은 후드 압력에 따라 배가스 유량 증감을 나타내는 프로그램 블록도,

도 7은 회수 조건을 도시한 조건 표이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 전로(Linze Donawitz) 11 : 랜스(lance)

15 : 후드(hood) 16 : 후드 압력 검출기

20 : 전단 온도계 21 : 후단 온도계

25 : 분사 노즐 30 : 유인 송풍기

31 : 전기 집진기 32 : 유량 검출기

35 : 유압 펌프 36 : 회수 컵 밸브

37 : 방산 컵 밸브 40 : 연돌

41 : 가스 분석계 42 : 대기압 측정기

43 : 가스 홀더 45 : 차압 측정기

60 : PLC 61 : 모니터

일반적으로, 제강 전로의 생산 작업시 발생되는 전로 부생 가스의 처리 수순을 살펴 보면, 도 1에 도시된 바와 같이, 취련 작업을 개시하면 발생되는 배가스는 유인 송풍기(30)의 힘에 의하여 유인되며, 이때 배가스의 온도를 전단 온도계(20)와 후단 온도계(21)에서 측정하여, 후단 온도계(21) 위치에서 적정 온도인 180℃에 근접시키기 위하여, 분사 노즐(25)에서 스팀과 냉각수를 혼합 분사하여 냉각시키며, 배가스에 포함된 더스트는 전기 집진기(31)에서 포집하고, 배출되는 청정 가스는 도 7에 나타낸 바와 같은 회수 조건이 만족될 때까지 연돌(40)을 통하여 대기로 방산한다(도 3 참조).

상기한 회수 조건 만족시에는 회수 컵 밸브(36) 전후단의 차압을 측정하는 차압 측정기(45)의 출력 신호에 따라, 방산 컵 밸브(37)가 유압 펌프(35)의 작동 압력에 의하여 상하로 위치 제어를 실시하여 회수할 수 있는 적정 차압(＋2~＋8mbar)으로 형성시키면, 회수 컵 밸브(36)가 열려, 청정한 전로 부생 가스가 가스 홀더(43)로 모여져 재활용될 수 있도록 되어 있다(도 2 참조).

상기의 수순중 차압 측정기(45)에서 검출되는 차압은 용선 장입량, 강종, 부원료 투입량, 조업 방법 등에 따라 변화되는 배가스 유량에 의하여 좌우되며, 종래의 적정 차압(＋2~＋8mbar)을 형성시키는 방법을 상세히 설명하면, 도 7의 회수 조건 만족후, 차압 측정기(45)에서 전송되는 측정값이 ＋2mbar 이하일 경우에는 방산 컵 밸브(37)가 유압 펌프(35) 작동 압력에 의하여 하부에서 상부로 서서히 이동하여, 연돌(40)로 방산되는 배가스 유로를 조금씩 차단시켜, 회수 컵 밸브(36) 전단 압력이 회수 컵 밸브(36) 후단 압력보다 ＋2mbar보다 높고, ＋8mbar보다 낮은 적정 차압으로 형성되면, 회수 컵 밸브(36)가 열리고, 뒤이어 방산 컵 밸브(37)가 닫혀 회수가 실시되는데, 대형 중량물인 방산 컵 밸브(37)를 이동시켜 mbar 단위의 미세한 압력을 조정하는데 많은 시간이 소요되고 있다.

그리고, 도 7의 회수 조건 만족후, 차압 측정기(45)에서 전송되는 측정값이 자연스럽게 ＋2mbar에서 ＋8mbar 사이의 압력으로 유지될 경우에는 방산 컵 밸브(37)의 제어없이 곧 바로 회수 컵 밸브(36)가 열리고, 뒤이어 방산 컵 밸브(37)가 닫혀 자동으로 회수가 실시된다.

나아가, 도 7의 회수 조건 만족후, 차압 측정기(45)에서 전송되는 측정값이 ＋8mbar 이상일 경우에는 특별한 제어 방법이 없이 배가스 유량이 감소하여 자연적으로 차압 측정기(45)에서 전송되는 측정값이 ＋8mbar 이하로 떨어질 때까지 기다려야 하기 때문에, 17분의 취련 시간중 배가스 유량이 자연적으로 감소하는 10분 이후에야 회수가 가능하여지는 문제점이 있다.

전로 취련 작업중 상기와 같은 3가지의 차압 형성을 비율로 살펴 보면, 회수 조건 만족후, 차압 측정기(45)에서 전송되는 측정값이 ＋2mbar 이하로 나타나는 경우가 75% 정도를 차지하고, 차압 형성 시간은 1분 정도가 소요되며, 자연스럽게 ＋2mbar에서 ＋8mbar 사이가 유지되는 경우가 20% 정도로서, 별다른 차압 형성 시간 없이 곧바로 회수가 가능하며, ＋8mbar 이상일 경우는 5% 정도 발생되고 있으며, 이때에는 차압이 형성될 때까지의 시간이 7분 정도 소요되어, 막대한 양의 에너지가 회수되지 못하여 낭비됨과 아울러 CO₂ 가스가 대기를 오염시키는 문제점이 있다.

참고로, 방산 컵 밸브(37)와 회수 컵 밸브(36)의 사양을 살펴 보면, 모두 지면과 수직으로 설치되어 움직이며, 방산 컵 밸브(37)는 상부에서 하부로 내려가면서 열려, 연돌(40)로 방산될 수 있도록 원판 모양의 디스크 중앙에 유압 실린더와 연결되어 있고, 원판 디스크 끝부분에는 반원모양의 날개가 붙어 있으며, 크기는 지름이 2,200㎜, 실린더 스토로크가 1,100㎜, 컵 밸브 무게가 9,400㎏로 되어 있다.

그리고, 회수 컵 밸브(36)는 위쪽으로 올라 갔을 때 열린 상태이고, 크기는 지름이 2,600㎜, 실린더 스토로크가 1,800㎜, 컵 밸브 무게가 16,500㎏이며, 유압 펌프는 압력이 150bar이고, 토출 유량은 100ℓ/min이다.

다음으로, 전로 부생 가스인 배가스의 유량에 영향을 주는 후드 제어에 관하여 살펴 보면, 후드 제어는 도 1에 도시된 바와 같이, 후드(15)부에 설치된(통상적으로, 후드 최하단으로부터 5m 지점) 후드 압력 검출기(16)에서 －200~＋200 범위의 압력을 ㎩(파스칼, 1㎩=1/100,000bar)로 검출하여, 전기적인 신호에 의해 배가스 증감에 의한 유인 송풍기(30)의 속도를 조정하여, 후드(15)부의 압력이 대기압과 거의 일치되도록 운전하여 2차 연소를 극소화하고, 노내 압력이 대기압보다 높은 현상으로 배가스 및 더스트가 외부로 방출되는 현상이 없도록 한다.

이론적으로, 후드 압력을 0㎩로 운전하면, 노내 압력과 대기 압력 차이가 0이라는 의미이고, 후드 압력을 0보다 적은 "－" 압력으로 너무 낮게 장시간 운전하면, 노내 압력이 대기 압력보다 낮아, 발생 CO 가스가 외부로 유출되지 않지만, 활 발한 2차 연소 현상이 발생되어, C0₂ 가스 상승 및 CO 가스 농담 저하 현상이 발생되고, 또한 후드 압력을 0보다 큰 "＋" 압력으로 높게 장시간 운전하면, 배가스가 노구로 누출되어, 공장 환경 오염에 막대한 영향을 미친다.

따라서, 통상 운전 압력은 0~10㎩ 사이에서 압력을 설정하고 있으며, 후드 설정값이 배가스 유량과 유인 송풍기(30) 속도와 연관 관계를 나타내는 WGFL 블록을 설명하면, 도 6에 도시된 바와 같이, 배가스 유량은 유인 송풍기(30) 처리 속도값을 정하여 주는 블록인 WILI 블록과 취련시 산소 유량과 후드 압력 출력값(Y)에 의하여 계산하고, 여기에서 계산된 값이 다시 출력값을 내고, WGFL 블록과 WILI 블록중 MAX값이 선택되어 배가스 제어의 설정값이 되어, PLC(60)에 보내 주고, 실제값은 배가스중 냉각수 분사량에 의하여 발생된 포화 증기량을 제외한 값이 배가스의 실제값이며, 여기서 다시 비려치를 산출하여 출력값을 유인 송풍기(30) 제어 블록에 보내 속도를 조정하게 되는데, 이것은 배가스 제어에 있어서 산소량 변화가 거의 일정하다는 것을 감안할 경우, 후드 압력의 Y값에 의하여 배가스 유량값이 거의 확정지어진다고 볼 수 있다.

예를 들어, 도 6에 따른 계산식을 설명하면, 취련중 후드 압력 설정값이 70㎩로 운전(도 6의 W값)되고, 실제값이 64㎩(도 6의 X값)로 운전될 시, PI(비려, 적분) 블록에서 설정값(W)에 대한 실제값(X)을 산출하여 출력 Y값(설정값이 70㎩, 실제값이 64㎩일 때는 Y값이 77.3% 정도 출력함)을 내며, 이때 산소 유량을 700 N㎥/min로 조업할 시에는 유인 송풍기(30)에 출력을 보내주는 설정값 계산식은 다 음과 같다.

Y(E1) ÷ 100(E2) = 5201 출력(Y값) × 0.01 = 77.3 × 0.01 = 0.773

산소유량(E2) ÷ 1000(E1) = 산소유량 × 0.001 = 0.7

고로, 이것은 Y값 × O₂량 환산치 × 300,000 = 0.773 × 0.7 × 300,000 = 162,330N㎥/Hr이고, 즉 이것이 배가스 유량을 결정하는 설정값이 된다.

참고로, 5201 PI 블록은 설정값에 실제값을 연산 처리하는데 PID(비례, 적분, 미분) 관계이며, 후드 설정값을 0㎩에서 －40㎩로 낮출 경우에는 인위적으로 배가스 유량을 20% 정도 증가시키는 효과가 있으며, 반대로 0㎩에서 ＋40㎩로 높일 경우에는 배가스 유량을 20% 정도 감소시키는 효과가 있다.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 제강 전로에서 취련작업 과정중에 발생되는 CO 가스를 회수하기 위한 작업중, 회수 컵 밸브 전후단 압력차인 차압을 회수할 수 있는 적정 차압으로 조정하는 작업에 있어서, 배가스의 유량을 인위적으로 조정할 수 있는 후드 압력을 차압의 높고 낮음에 따라 연동으로 자동 제어하여, 차압 형성 시간을 단축시켜, 전로 부생 가스 회수를 극대화하도록 함으로써, 원가 절감에 따른 경쟁력 확보와 CO₂ 가스 방산에 따른 대기오염을 방지하기 위한 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전로 부생 가스 회수 극대화 방법은, 제강 전로(10)에서 취련 작업중 발생되는 배가스를 회수하기 위하여 회수 컵 밸브(36) 전후단의 압력차인 차압을 측정하여 회수를 할 수 있는 적정 차압으로 조정함에 있어서, 상기 전로(10) 노내부 압력을 조절하는 후드의 설정값을 차압의 높고 낮음에 따라 연동으로 변화시켜 차압을 조절하는 것을 특징으로 한다.

더불어 바람직하게, 상기 차압을 측정하는 차압 측정기(45)의 신호를 PLC(60)에서 분석하여 측정값이 적정 차압보다 낮을 때에는 후드 압력을 기존에 설정된 후드 압력보다 낮은 "－" 압력으로 설정되게 하고, 상기 차압 측정기(45) 측정값이 적정 차압을 유지할 경우에는 후드 압력을 기존에 설정된 후드 압력과 동일하게 설정되게 하며, 상기 차압 측정기(45) 측정값이 적정 차압보다 높을 때에는 후드 압력을 기존에 설정된 후드 압력보다 높은 "＋" 압력으로 설정되게 하고, 회수가 개시된 이후에는 기존에 설정된 후드 압력으로 환원되어 차압을 형성시키는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 도 1에 도시된 바와 같은 통상적인 제강 배가스 처리 설비에 있어서, 도 7에 도시된 바와 같은 종래의 회수 조건 표 신호, 방산 컵 밸브(37) 신호, 회수 컵 밸브(36) 신호, 차압 측정기(45) 신호를 종합하여, 도 5에 도시된 바와 같은 X1(회수조건 : 만족, 방산 컵 밸브 : 열림, 회수 컵 밸브 : 닫힘, 차압 : ＋2mbar 이하), X2(회수조건 : 만족, 방산 컵 밸브 : 열림, 회수 컵 밸브 : 닫힘, 차압 : ＋2~＋8mbar), X3(회수조건 : 만족, 방산 컵 밸브 : 열림, 회수 컵 밸브 : 닫힘, 차압 : ＋8mbar 이상), Y1(방산 컵 밸브 : 닫힘, 회수 컵 밸브 : 열림) 신호로 분리 가공하고, 이들 각각의 신호에 따라 도 5의 수순에 의하여 후드 압력 검출 기(16)에 적용시키는 PLC(60)와 모니터(61)로 구성된다.

이와 같이 구성의 작용을 이하 상세히 설명한다.

먼저, 후드 압력이 모니터(61)에서 0㎩로 설정되었다고 가정하면, 전로(10)에서 용선을 용강으로 제조하는 취련 작업이 개시되어, 도 7의 회수 조건이 만족되면, 회수 컵 밸브(36) 전후단에서 차압을 측정하여 실시간으로 전송하는 차압 측정기(45)의 신호를 PLC(60)에서 분석하여 차압이 ＋2mbar 이하로 나타날 경우에는 도 5에 도시된 바와 같은 X1 신호 만족으로 인하여, 곧 바로 후드 압력 설정값이 도 4의 A에 도시된 것과 같이 0㎩에서 －40㎩로 변화되고, 이에 따라 연동으로 PLC(60)에서 유인 송풍기(30) 속도와 배가스 유량 설정값이 상향 조정되어, 후드 압력 설정치가 0㎩일 때보다 배가스 유량이 20% 정도 증가하여, 차압 측정기(45)의 측정값이 ＋2mbar~＋8mbar 사이를 유지하면, 회수 컵 밸브(36)가 열림과 동시에 방산 컵 밸브(37)가 닫혀, 전로 부생 가스인 배가스가 가스 홀더(43)로 모여지게 되며, 이때 다시 회수 컵 밸브(36) 열림 신호와 방산 컵 밸브(37) 닫힘 신호로 인하여, 도 5에 도시된 바와 같은 Y1 신호가 만족되면, Y1 신호 만족으로 인하여 0㎩에서 －40㎩로 변화되었던 후드 설정값이 다시 0㎩로 환원되어 차압 형성과 회수 개시가 완료되며, 차압 형성 시간은 통상적으로 30초 정도가 소요되고, 차압 측정기(45) 측정값이 ＋2mbar~＋8mbar 사이를 유지할 경우에는 도 5에 도시된 것과 같은 X2 신호 만족으로 인하여 도 4의 B와 같이, 후드 압력 설정값은 0㎩에서 변화없이 곧 바로 전로 부생 가스인 배가스가 가스 홀더(43)로 모여지며, 차압 측정기(45) 측정값이 ＋8mbar 이상으로 검출되어지면, 도 5에 도시된 것과 같은 X3 신호값 만족으로 인하여 곧 바로 후드 압력 설정값이 도 4의 C에 도시된 것과 같이 0㎩에서 ＋40㎩로 변화되고, 이에 따라 연동으로 PLC(60)에서 유인 송풍기(30) 속도와 배가스 유량 설정값이 하향 조정되어 후드 압력 설정치가 0㎩일 때보다 배가스 유량이 20% 정도 감소하여 차압 측정기(45)의 측정값이 ＋2mbar~＋8mbar 사이를 유지하면, 회수 컵 밸브(36)가 열림과 동시에 방산 컵 밸브(37)가 닫혀, 전로 부생 가스인 배가스가 가스 홀더(43)로 모여지게 되며, 이때 다시 회수 컵 밸브(36) 열림 신호와 방산 컵 밸브(37) 닫힘 신호로 인하여, 도 5에 도시된 것과 같은 Y1 신호가 만족되면 Y1신호 만족으로 인하여 0㎩에서 ＋40㎩로 변화되었던 후드 설정값이 다시 0㎩로 환원되어 차압 형성과 회수 개시가 완료되며, 차압 형성 시간은 통상적으로 40초 정도가 소요되고, 상기와 같은 차압 형성 작업은 종래의 방산 컵 밸브(37)에 의하여 차압을 형성시키던 방법과 별개로 병행되며, 시퀸스(sequence) 작용은 도 5에 도시된 바와 같이 미리 PLC(60)에 설정된 프로그램에 의하여 연동으로 작용되고, 모든 작동 사항은 모니터(61) 화면을 통하여 감시할 수 있도록 되어 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해, 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 발명에 따르면, 제강 전로에서 용선을 용강으로 제조하는 작업 과정중에 발생되는 부산물인 CO 가스를 회수하여 재활용하기 위한 작업중, 회수 컵 밸브 전후단 압력차인 차압을 회수를 할 수 있는 적정 차압으로 조정하는 차압 형성 시간을 획기적으로 단축시켜 전로 부생 가스 회수를 극대화하도록 함으로써, 원가 절감에 따른 경쟁력 확보와 CO₂ 가스 방산에 따른 대기오염을 최소화하는 등의 효과가 있다.

Claims

제강 전로(10)에서 취련 작업중 발생되는 배가스를 회수하기 위하여 회수 컵 밸브(36) 전후단의 압력차인 차압을 측정하여 회수를 할 수 있는 적정 차압으로 조정함에 있어서, 상기 전로(10) 노내부 압력을 조절하는 후드의 설정값을 차압의 높고 낮음에 따라 연동으로 변화시켜 차압을 조절하는 것을 특징으로 하고,

상기 차압을 측정하는 차압 측정기(45)의 신호를 PLC(60)에서 분석하여 측정값이 적정 차압보다 낮을 때에는 후드 압력을 기존에 설정된 후드 압력보다 낮은 "－" 압력으로 설정되게 하고,

상기 차압 측정기(45) 측정값이 적정 차압을 유지할 경우에는 후드 압력을 기존에 설정된 후드 압력과 동일하게 설정되게 하며,

상기 차압 측정기(45) 측정값이 적정 차압보다 높을 때에는 후드 압력을 기존에 설정된 후드 압력보다 높은 "＋" 압력으로 설정되게 하고,

회수가 개시된 이후에는 기존에 설정된 후드 압력으로 환원되어 차압을 형성시키는 것을 특징으로 하는 전로 부생 가스 회수 극대화 방법.
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