KR101244769B1

KR101244769B1 - 압연공정에서의 피-콕크 혼소 직화 연소방법 및 연소를 위한 버너

Info

Publication number: KR101244769B1
Application number: KR1020120095948A
Authority: KR
Inventors: 이아름드리
Original assignee: 서울샤프중공업 주식회사
Priority date: 2012-08-30
Filing date: 2012-08-30
Publication date: 2013-03-18

Abstract

본 발명은 철강제품을 얻기 위한 공정 중에서 강괴를 성형하여 철판, 형강 등과 같은 철강재 제품을 만드는 열간 압연 공정시 소성 가공을 위하여 강괴에 직접 열을 가할 경우에 사용되는 원료를 경제성이 우수한 분말의 P-COKE를 사용하면서도 완전연소토록 하여 압연을 위한 소성가공의 안정성은 물론 에너지(비용적인 부분)를 절감토록 한 것이다.
이를 위하여 점화시에만 점화를 용이토록 하기 위하여 벙커 C유로 점화토록 하고 이때 반드시 분무공기를 인입토록 하여야 점화가 이루어지는 것이다.
이와 같이 점화에 의하여 발생되는 점화불꽂의 외측을 감싸게 1차 연소공기 및 2차 연소공기(순수 산소)를 투입하여 온도가 1000∼1100℃로 올라갈 경우에는 점화를 위하여 사용된 벙커 C유를 서서히 줄여 10%정도로 사용하고 나머지는 1차 연소공기에 P-COKE 분말을 90%까지 혼입토록 하여 투입 연소토록 하고, 동시에 P-COKE분말의 외측으로 2차 연소공기를 순수 부하산소(O₂:30%)를 투입하여 1차 연소 공기에 혼입되어진 P-COKE분말을 감싸도록 함으로서 점화불꽂에 의한 P-COKE 분말의 연소가 산소에 의하여 완전연소가 가능토록 한 것이다.

Description

압연공정에서의 피-콕크 혼소 직화 연소방법 및 연소를 위한 버너{Combustion method that make use of p-coke in rolling process, its bunner}

본 발명은 철강제품을 얻기 위한 공정 중에서 강괴를 성형하여 철판, 형강 등과 같은 철강재 제품을 만드는 열간 압연공정시 소성 가공을 위하여 강괴에 직접 열을 가할 경우에 사용되는 원료를 경제성이 우수한 분말의 P-COKE를 사용하면서도 완전연소토록 하여 압연을 위한 소성가공의 안정성은 물론 에너지(비용적인 부분)를 절감토록 한 것이다.

현재 강괴를 성형하여 철판, 형강 등과 같은 철강재 제품을 만드는 과정으로는 통상 금속의 재결정 온도 이상에서 소성 가공하는 열간 압연의 방법을 사용하게 되는데 이때 재결정을 위하여 소성가공할 경우에는 종래에는 보일러를 이용하여 증기를 발생토록 하여 간접가열의 방식을 사용하였는데 이럴 경우에 많은 에너지 낭비로 인하여 최근에는 버너를 이용하여 직접가열방식을 취하게 되는 것이다.

그러나 버너(통상 압연용 가열버너는 32개 이상임)를 이용하여 강괴에 직접 열을 가할때 사용되는 연료는 표면의 부식을 방지하기 위하여 대부분 황의 함량이 가장 적은 0.3%의 벙커 C유를 사용하게 된다라는 것이다.

그러나 이러한 황의 함량이 0.3%에 해당되는 벙커 C유가 상당히 고가(통상의 벙커 C유는 즉 보일러를 사용할 경우에는 황의 함량이 4% 를 인 것을 주로 사용함)이기 때문에 생산성 증대를 위하여 버너에 의한 직접가열방식을 취한다고 하여도 결국 이러한 연료비의 증가로 압연제품의 생산비가 증가되어 결국 에너지 낭비는 물론 비경제적이라는 것이다.

따라서 최근에는 정유공장에서 원유를 정제하는 과정에 발생하는 석유부산물로서 각종 유류를 빼낸 뒤 고체 형태의 탄화물로 남게 되는 페트로 코크스(Petro cokes:일명 P-COKE)를 사용하여 원료의 비용절감을 유도하고 있으나 이러한 것의 단점이 직접열을 가할 경우에 완전연소가 불가능함은 물론 질소성분이 상당히 많이 포함되어 있어 연소할 경우에 NOx의 발생량이 어떤 연료보다 많이 발생된다 라는것이다.

따라서 대부분 P-COKE 분말의 원료는 별도의 연소실을 구비하는 보일러(즉 증기발생을 이용하는 간접가열방식)에서 사용함으로서 연소 분위기의 온도를 낮추면서 NOx의 발생량을 줄이고 있으나 소성가공이 강괴에 직접열을 가하는 가열로용 버너에서는 별도의 연소실이 없어서 연소 분위기의 온도가 상승되고 NOx의 발생량이 증가되어 사용치 못하고 있었던 것이다.

따라서 본 발명은 소성가공에 의하여 압연가공을 위한 직접열을 가하기 위한 가열로용 버너에 가열을 위한 연료로 P-COKE를 사용할 경우에도 완전연소가 가능토록 함으로서 0.3%의 벙커 C유의 에너지를 사용할 경우에 얻을 수 있는 발열량을 얻을 수 있으면서도 NOx의 발생량를 줄일 수 있도록 한 것이다.

이를 위하여 점화시에만 점화를 용이토록 하기 위하여 벙커 C유로 점화토록 하고 이때 반드시 분무공기(Automiging air)를 인입토록 하여야 점화가 이루어지는 것이다.

이와 같이 점화에 의하여 발생되는 점화불꽂의 외측을 감싸게 1차 연소공기및 2차 연소공기(부하산소(O₂:30%))를 투입하여 온도가 1000∼1100℃로 올라갈 경우에는 점화를 위하여 사용된 벙커 C유를 서서히 줄여 10%정도로 사용하고 나머지는 1차 연소공기에 P-COKE 분말을 90%까지 혼입토록 하여 투입토록 하고, 동시에 P-COKE분말의 외측으로 2차 연소공기를 순수 부하산소(O₂:30%)를 투입하여 1차 연소공기에 혼입되어진 P-COKE분말을 감싸도록 함으로서 점화불꽂에 의한 P-COKE분말의 연소가 산소에 의하여 완전연소가 가능토록 한 것이다.

이를 위한 버너의 구조를 벙커 C유가 연소공기와 혼입되어 분사되는 점화노즐의 외주연으로 1차 연소공기와 함께 혼입되어 분사되는 P-COKE노즐을 형성하고 그 외주연으로 P-COKE노즐을 감싸게 되는 에어노즐을 구비하여 에어노즐에는 부하산소(O₂:30%)가 분사되어지는 것이다.

따라서 저렴한 연료에 해당되는 P-COKE분말을 사용하면서도 황의 함량이 가장 낮은 벙커 C유를 사용한 것과 동일한 발열량을 얻을 수 있으면서도 연소시 발생되는 NOx의 발생량를 줄일 수 있도록 되는 것이다.

또한 P-COKE분말 원료를 사용하면서도 완전연소가 가능하여 압연가열을 위한 철판의 표면손상도 방지하게 되는 것이다.

도1은 본 발명의 P-COKE 분말 연료의 완전연소를 위한 공정도.
도2는 본 발명의 버너의 일 실시 예의 외관 구조도.
도3은 본 발명의 점화를 위한 점화연료의 투입라인과 1차 연소공기에 혼입되어진 P-COKE분말의 투입라인과 2차 연소공기인 순수산소의 투입라인을 도시한 단면도.
도4는 본 발명의 버너의 노즐의 상세구조도.
도5a는 본 발명의 점화연료에 의하여 점화된 상태에서 일정온도로 가열되는 불꽂의 상태도.
도5b는 본 발명의 점화연료에 의하여 일정온도로 가열된 상태에서 P-COKE분말연료가 투입된 상태에서의 연소상태를 나타낸 불꽂의 상태도.

이하 첨부도면에 의거 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 발명의 압연공정에서의 점화연료와 P-COKE 분말연료의 혼소(mixed firing)직화 연소과정을 나타내는 전체적인 설비의 계통도를 도시한 것으로, 상기에 도시된 바와 같이 본 발명의 혼소를 위한 과정은 점화연료를 사용하여 오토마이징에어의 공급에 의하여 점화토록 되어 점화불꽂을 형성토록 한 후 1차 연소공기와 2차 연소공기를 연속으로 투입하여 점화불꽂의 외측을 감사싸도록 하여 점화불꽂의 온도가 일정온도로 가열토록 한 상태에서 1차 연소공기에 P-COKE 분말연료가 연소공기와 혼입된 상태에서 점화 불꽂의 외측으로 분사하여 투입토록 하고, 동시에 2차 연소공기를 점화 불꽂의 외측으로 분사되어지는 1차 연소공기와 혼입되어진 P-COKE 분말연료의 분사되어지는 외측을 감싸면서 부하산소(O₂:30%)로 이루어지는 2차 연소공기가 투입되어지는 것이다.

또한 점화시에는 점화연료만을 사용하여 점화토록 하고, 점화시 공급되는 점화연소공기는 오토마이징 에어의 형태로 공급토록 하였다.

본 발명에서는 점화연료를 벙커 C유 또는 LNG를 사용하였으나 이러한 점화연료가 본 발명의 목적을 제한하는 것이 아니다.

이와 같이 점화가 완료된 상태에서 일정온도로의 상승을 위하여 1차 연소공기와 2차 연소공기를 투입하게 되는 것이다.

본 발명에서의 점화연료에 의한 점화불꽂의 온도를 1000∼1100℃가 되었을 경우에 혼소를 위한 P-COKE 분말연료를 1차 연소공기에 혼입토록 한 후 투입하게 되는 것이고 2차 연소공기의 투입도 그대로 유지되어지는 것이다.

이때 점화연료의 공급은 점차적으로 줄어들면서 P-COKE 분말연료를 점차적으로 증가토록 하여 90%로 사용하고 점화연료를 10%를 사용토록 한 것이다.

이때의 비율이 완전연소가 가능한 상태에서 가장 경제적인 이득을 얻게 되는 것이다.

이때 1차 연소공기의 투입에 의한 분사압력은 750~850mmAq를 사용하였고, 또한 2차연소공기의 투입도 분사압력을 200~300mmAq로 사용하였다.

1차연소분사압력이 2차 연소분사압력보다 높게 형성함으로서 2차 연소공기의 연소력을 우수하게 한 것이다.

본 발명에서의 혼소를 위하여 도1에 도시된 바와 같이 P-COKE분말이 혼입된 1차 연소공기는 P-COKE 분말연료의 저장조(100)에서 정해진 일정한 량의 P-COKE 분말연료를 정량공급기(110)를 통하여 로터리 밸브(120)에 의하여 분사기(130)로 공급되면 분사기(130)의 후단에서 공급되는 브로워(140)에 의하여 공급되는 1차 연소공기와 혼입되어져 버너(10)의 1차 연소공기투입구(11)로 투입되어 P-COKE노즐(12)로 분사되어지는 것이다.

또한 상기 P-COKE 분말연료는 점화노즐에서 점화되어지는 점화불꽂의 외측을 감싸는 형태로 분사되어지게 되는 것이다.

이때 P-COKE 분말연료가 혼입된 1차 연소공기와 동시에 2차 연소공기고 정해진 량이 계량기(200)를 통하여 2차 연소공기 투입구(13)를 통하여 에어노즐(14)로 분사되어지는 것이다.

이때 2차 연소공기는 완전연소를 위하여 부하산소(O₂:30%)만을 공급하게 되는 것이고 분사되는 형태는 P-COKE 분말 연료가 혼입되어진 1차 연소공기를 감싸는 형태로 이루어지는 것이다.

또한 혼소를 위한 점화 불꽂의 형성은 점화연료로 본 발명에서는 벙커 C유 또는 LNG를 사용하였고 이러한 점화연료는 오일 저장조(300)에서 오일펌프(310)에 의하여 펌핑되어 계량기(320)를 통하여 버너(10)의 점화를 위한 투입구(15)로 투입되어 지고 그 후단에는 점화연료의 연소를 위한 점화공기가 투입되어지는 것이다.

이와 같이 점화연료와 점화공기는 점화노즐(16)로 분사되면서 점화되는 것이다.

이때 오일 저장조(300)에서 오일펌프(310)에 의하여 계량기(320)를 통하여 버너의 점화를 위한 투입구(15)로 투입되어지는 점화연료(벙커 C유)는 그 후단에서 안개처럼 미세하게 분사되는 오토 마이징 노즐(Automiging nozzle)(17)을 사용하여 투입되어지는 점화공기에 의하여 혼입이 우수하게 하는 것이고 이러한 점화시 투입되는 점화공기는 점화연료(벙커 C유)가 인입되어지는 투입구(15)의 후단에서 투입되어지는 것이다.

본 발명에서 점화연료를 LNG를 사용할 경우에는 오일펌프와 계량기가 필요없이 바로 버너로 공급토록 하는 것이다.

또한 버너의 노즐의 구성은 점화불꽂이 형성되는 점화노즐(16)의 외측을 감싸게 1차 연소공기와 P-COKE가 혼입되어진 것이 분사되어지는 P-COKE노즐(12)이 형성되고, 그 외주연으로는 P-COKE 분말이 혼입되어져 분사되는 1차 연소공기를 감쌀 수 있도록 분사되는 에어노즐(14)이 형성되는 것이다.

따라서 점화불꽂은 점화연료(벙커 C유)에 의하여 점화가 개시되어지고, 점화되어진 점화불꽂이 1차 연소공기의 투입과 순수 부하산소(O₂:30%)에 의한 2차 연소공기에 의한 연소공기가 투입되어지면서 그 점화불꽂의 온도가 1000∼1100℃로 올라갈 경우에는 점화 개시를 위하여 사용된 점화연료(벙커 C유)를 서서히 줄여 주는 동시에 1차 연소공기에 P-COKE분말을 투입토록 하면서 순수 산소에 의한 2차 연소공기를 지속적으로 투입하면서 결국 점화연료(벙커 C유)를 10%정도로 사용하고 나머지는 1차 연소공기에 P-COKE 분말을 90%까지 혼입하여 완전연소토록 하는 것이다.

이때 1차 연소공기에 혼입되어지는 P-COKE분말이 분사되어지는 외측으로 2차 연소공기를 부하산소(O₂:30%)를 투입하여 1차 연소공기에 혼입되어진 P-COKE분말을 감싸도록 함으로서 점화불꽂에 의한 1차 연소공기에 혼입되어지는 P-COKE분말연료의 연소가 2차 연소공기에 해당되는 부하산소(O₂:30%)에 의하여 완전연소가 가능토록 한 것이고 발열량도 동일하게 유지가능하게 도는 것이다.

10:버너 11:1차연소공기투입구
12:P-COKE 분말연료노즐 13:2차연소공기투입구
14:에어노즐 15:점화연료투입구
16:점화노즐 17:점화공기투입구
100:저장조 110:정량공급기
120:로터리밸브 130:분사기
140:브로워
200:계량기
300:오일저장조 310:오일펌프
320:계량기

Claims

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P-COKE분말이 혼입된 1차 연소공기는 P-COKE 분말연료의 저장조(100)에서 정해진 일정한 량의 P-COKE 분말연료를 정량공급기(110)를 통하여 분사기(130)로 공급되면 분사기(130)의 후단에서 공급되는 브로워(140)에 의하여 공급되는 1차 연소공기와 혼입되어져 버너(10)의 1차 연소공기투입구(11)로 투입되어 P-COKE노즐(12)로 분사되어지고,
동시에 P-COKE 분말연료가 혼입된 1차 연소공기와 동시에 2차 연소공기가 정해진 량이 계량기(200)를 통하여 2차 연소공기투입구(13)를 통하여 에어노즐(14)로 분사되어지고,
상기 P-COKE 분말연료와 혼소를 위한 점화불꽂의 형성은 점화연료를 버너(10)의 점화를 위한 투입구(15)로 투입되어 지고 그 후단에는 점화연료의 연소를 위한 점화공기가 투입되어져 점화연료와 점화공기는 점화노즐(16)로 분사되면서 점화되어지는 압연공정에서의 P-COKE 혼소 직화 연소를 위한 버너
제3항에 있어서, 상기 P-COKE 분말연료는 점화노즐에서 점화되어지는 점화불꽂의 외측을 감싸는 형태로 분사되어지고, 2차 연소공기도 완전연소를 위하여 부하산소(O₂:30%)만을 공급하게 되고 분사되는 형태는 P-COKE 분말연료가 혼입되어진 1차 연소공기를 감싸는 형태로 이루어지는 압연공정에서의 P-COKE 혼소 직화연소를 위한 버너.
제4항에 있어서, 상기 1차 및 2차 연소공기의 압력은 1차 연소공기의 분사압력은 750~850mmAq를 사용하였고, 2차연소공기의 분사압력은 200~300mmAq로 사용한 압연공정에서의 P-COKE 혼소 직화연소를 위한 버너.