KR101277539B1 - 제철설비의 스팀압력 조절장치 및 그 제어방법 - Google Patents

제철설비의 스팀압력 조절장치 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제철설비의 스팀압력 조절장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 제철설비의 제강보일러에서 발생된 스팀을 공동스팀라인으로 공급할 때 공동스팀라인의 과다한 압력상승으로 인한 대기방출을 줄여 경제적 손실을 줄일 수 있으며, 제철설비로의 스팀압력을 안정적으로 공급하여 스팀압력 변화에 따른 생산제한을 줄여 생산량을 증대시킬 수 있다.

Description

제철설비의 스팀압력 조절장치 및 그 제어방법{APPARATUS FOR CONTROLLING STEAM PRESSURE OF IRONWORKS INSTALLATION AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 제철설비의 스팀압력 조절장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제철설비의 제강보일러에서 발생된 스팀을 공동스팀라인으로 공급할 때 공동스팀라인의 과다한 압력상승으로 인한 대기방출을 줄이며 스팀압력을 안정시킬 수 있도록 한 제철설비의 스팀압력 조절장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
제강공장의 전로설비에 있어서 용강 정련 중에는 고열의 배가스(약1400℃)가 발생하게 되는데 이때 발생된 고열의 배가스를 이용하여 스팀을 발생시키는 제강보일러가 설치된다.
제강보일러에서 발생된 스팀은 제강공장에서 일부 사용되고 나머지는 스팀 공동라인을 통해 제철설비로 공급되어 사용된다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허 10-2003-0043584호(2003.06.02.)에 개시되어 있다.
본 발명은 제철설비의 제강보일러에서 발생된 스팀을 공동스팀라인으로 공급할 때 공동스팀라인의 과다한 압력상승으로 인한 대기방출을 줄이며 스팀압력을 안정시킬 수 있도록 한 제철설비의 스팀압력 조절장치 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 제철설비의 스팀압력 조절장치는 전로의 폐열을 통해 스팀을 생산하는 제강보일러에서 출력된 스팀을 축열하는 동력축열기의 평균압력을 측정하는 제 1압력측정부; 동력축열기에서 축열된 스팀을 공동스팀라인으로 공급하기 위한 출력라인에 설치되어 스팀의 공급을 개폐하는 공급밸브; 공급밸브의 출력측에서 출력압력을 측정하는 제 2압력측정부; 및 제 1압력측정부에서 측정된 평균압력과 제 2압력측정부에서 측정된 출력압력을 입력받아 평균압력이 제 2설정압력 이상일 경우 공급밸브를 개방하고 출력압력이 제 3설정압력 이상일 경우 폐쇄하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제 2설정압력은 제 3설정압력보다 높은 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 공급밸브를 개방할 때 출력압력에 따라 비례적분미분제어를 통해 개방하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 제강보일러에서 출력된 스팀이 제강측공급부와 동력축열기로 분기되는 분기지점의 분기압력을 측정하는 제 3압력측정부; 및 공급밸브의 전단의 출력라인에서 분기되어 분기지점으로 바이패스되는 바이패스 라인에 설치되는 바이패스밸브를 더 포함하며, 바이패스밸브는 분기압력이 출력압력보다 낮을 때 개방되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 바이패스밸브가 개방될 때 공급밸브는 폐쇄되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제강측공급부는 제강보일러에서 출력된 스팀을 축열하는 제강축열기; 제강축열기의 평균압력이 제 1설정압력 이상일 경우 개방되어 제강축열기에서 출력되는 스팀을 공동스팀라인으로 공급하는 제강측공급밸브; 및 제강축열기에서 출력되는 스팀을 제강스팀라인으로 공급하는 제강밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 동력축열기와 공급밸브 사이에 상시 개방된 상태로 설치되어 공급밸브의 이상시 공급밸브와 동일하게 작동되는 예비공급밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 제철설비의 스팀압력 조절장치의 제어방법은 제어부가 제 1압력측정부를 통해 동력축열기의 평균압력과 제 2압력측정부를 통해 공급밸브의 출력압력을 입력받는 단계; 동력축열기의 평균압력과 제 2설정압력을 비교하여 동력축열기의 평균압력이 제 2설정압력 이상일 경우 공급밸브를 개방하는 단계; 및 공급밸브를 개방한 상태에서 공급밸브의 출력압력이 제 3설정압력 이상일 경우 공급밸브를 폐쇄하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제 2설정압력은 제 3설정압력보다 높은 것을 특징으로 한다.
본 발명은 공급밸브를 개방하는 단계에서 출력압력에 따라 비례적분미분제어를 통해 개방하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 제어부가 제 3압력측정부를 통해 제강보일러에서 출력된 스팀이 제강측공급부와 동력축열기로 분기되는 분기지점의 분기압력을 입력받는 단계; 및 동력축열기의 평균압력과 분기압력을 비교하여 분기압력이 동력축열기의 평균압력보다 낮을 경우 바이패스밸브를 개방하고, 분기압력이 동력축열기의 평균압력보다 높을 경우 바이패스밸브를 폐쇄하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제어부는 바이패스밸브를 개방할 때 공급밸브는 폐쇄시키고, 바이패스밸브를 폐쇄된 상태에서 공급밸브의 개방여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 제철설비의 제강보일러에서 발생된 스팀을 공동스팀라인으로 공급할 때 공동스팀라인의 과다한 압력상승으로 인한 대기방출을 줄여 경제적 손실을 줄일 수 있으며, 제철설비로의 스팀압력을 안정적으로 공급하여 스팀압력 변화에 따른 생산제한을 줄여 생산량을 증대시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제철설비의 스팀압력 조절장치를 나타낸 블록구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제철설비의 스팀압력 조절장치의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 제철설비의 스팀압력 조절장치 및 그 제어방법의 일 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제철설비의 스팀압력 조절장치를 나타낸 블록구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 제철설비의 스팀압력 조절장치는 제 1압력측정부(22), 공급밸브(62), 제 2압력측정부(64) 및 제어부(40)를 비롯하여 제 3압력측정부(14), 바이패스밸브(72) 및 예비공급밸브(66)를 포함한다.
제 1압력측정부(22)는 전로(미도시)의 폐열을 통해 스팀을 생산하는 제강보일러(10)에서 출력된 스팀을 축열하는 동력축열기(20)의 평균압력을 측정한다.
공급밸브(62)는 동력축열기(20)에서 축열된 스팀을 공동스팀라인(50)으로 공급하기 위한 출력라인(60)에 설치되어 스팀의 공급을 개폐한다.
공동스팀라인(50)으로 공급된 스팀은 제철설비에서 공동으로 사용하게 된다.
제 2압력측정부(64)는 공급밸브(62)의 출력측에서 출력압력을 측정한다.
이때 출력압력은 공동스팀라인(50)의 압력을 의미한다.
제어부(40)는 제 1압력측정부(22)에서 측정된 평균압력과 제 2압력측정부(64)에서 측정된 출력압력을 입력받아 평균압력이 제 2설정압력 이상일 경우 공급밸브(62)를 개방하되, 개방량은 출력압력에 따라 비례적분미분제어(PID제어)를 통해 개방하고 출력압력이 제 3설정압력 이상일 경우 폐쇄한다.
이때 제 2설정압력은 제 3설정압력보다 높게 설정된다.
본 실시예에서는 제 2설정압력을 20.5㎏/㎠로 설정하고 제 3설정압력은 18㎏/㎠로 설정하여 설명하지만 이 값은 설비 및 조업조건에 따라 다양하게 변형될 수 있는 값이다.
또한, 제 3압력측정부(14)는 제강보일러(10)에서 출력된 스팀이 제강측공급부(30)와 동력축열기(20)로 분기되는 분기지점의 분기압력을 측정한다.
바이패스밸브(72)는 공급밸브(62)의 전단의 출력라인(60)에서 분기되어 분기지점으로 바이패스되는 바이패스 라인(70)에 설치된다.
이와 같이 바이패스밸브(72)가 설치된 경우 제어부(40)는 분기압력이 출력압력보다 낮을 때 바이패스밸브(72)를 개방시킨다. 그리고, 바이패스밸브(72)가 개방될 경우에는 공급밸브(62)를 폐쇄시킨다.
또한 본 발명은 예비공급밸브(66)를 구비하여 동력축열기(20)와 공급밸브(62) 사이에 상시 개방된 상태로 설치되어 공급밸브(62)에 이상이 발생할 경우 공급밸브(62)를 대신하여 동일하게 작동된다.
한편, 제강보일러(10)에서 생성된 스팀을 제강공장으로 공급하기 위한 구성으로 제강측공급부(30)가 구비된다.
제강측공급부(30)는 제강보일러(10)에서 출력된 스팀을 축열하는 제강축열기(31)와, 제강축열기(31)의 평균압력이 제 1설정압력 이상일 경우 개방되어 제강축열기(31)에서 출력되는 스팀을 공동스팀라인(50)으로 공급하는 제강측공급밸브(34) 및 제강축열기(31)에서 출력되는 스팀을 제강스팀라인(32)으로 공급하는 제강밸브(33)를 포함하여 구비된다.
이와 같이 구성된 제철설비의 스팀압력 조절장치의 동작을 전반적으로 설명하면 다음과 같다.
제강보일러(10)에서 전로의 폐열을 흡수하여 스팀을 생산하여 스팀압력이 35㎏/㎠ 이상 상승하게 되면 출력밸브(12)를 개방한다.
그러면 출력된 스팀은 제강측공급부(30)와 동력축열기(20)로 공급된다.
제강측공급부(30)는 공급된 스팀을 제강축열기(31)에 축열시킨 후 제강축열기(31)의 평균압력이 제 1설정압력인 25㎏/㎠ 이상이 될 경우 제강측공급밸브(34)를 개방하여 공동스팀라인(50)으로 공급한다.
또한, 제강공장에서 스팀을 사용하고자 할 경우에는 제강밸브(33)를 개방하여 제강스팀라인(32)으로 스팀을 공급한다.
한편, 동력축열기(20)로 공급된 스팀은 동력축열기(20)에서 축열된다.
이때 제어부(40)는 제 1압력측정부(22)에서 측정한 동력축열기(20)의 평균압력을 입력받아 제 2설정압력인 20.5㎏/㎠ 이상일 경우 공급밸브(62)를 개방하되, 개방량은 제 2압력측정부(64)에서 측정한 출력압력에 따라 비례적분미분제어를 통해 개방량을 결정하여 공급밸브(62)를 개방한다.
이와 같이 공급밸브(62)를 개방함에 따라 공동스팀라인(50)의 압력이 상승하여 출력압력이 제 3설정압력인 18㎏/㎠ 이상일 경우 공급밸브(62)를 폐쇄함으로써 공동스팀라인(50)의 급격한 압력상승을 방지한다.
이렇게 공급밸브(62)가 폐쇄될 경우 제강보일러(10)에서 발생된 스팀은 제강측공급부(30)의 제강측공급밸브(34)를 통해 공동스팀라인(50)으로 공급된다.
위에서 제 1내지 제 3설정압력은 제강보일러(10)가 35㎏/㎠ 압력으로 관리되고, 동력축열기(20) 및 제강축열기(31)가 25㎏/㎠ 압력으로 관리되고, 공동스팀라인(50)이 17㎏/㎠ 압력으로 관리될 때 설정된 값으로써 설비 및 조업조건에 따라 다양하게 변형될 수 있는 값이다.
한편, 제강공장에서 스팀의 사용량이 많아질 경우 동력축열기(20)의 평균압력보다 동력축열기(20)의 입구측인 분기압력이 낮아지게 되는데 이때에는 바이패스밸브(72)를 개방하여 동력축열기(20)에 축열된 스팀을 바이패스라인(70)을 통해 제강측공급부(30)로 출력하여 제강공장에서 추가적으로 스팀을 사용할 수 있도록 한다.
이때 바이패스밸브(72)가 개방될 경우에는 공급밸브(62)는 폐쇄된다.
또한, 예비공급밸브(66)를 구비하여 상시 개방상태에 있다가 공급밸브(62)의 이상시 예비공급밸브(66)는 공급밸브(62)를 대신하여 동일한 조건에 의해 동작된다.
이와 같이 본 발명에 의한 제철설비의 스팀압력 조절장치에 따르면, 제철설비의 제강보일러(10)에서 발생된 스팀을 공동스팀라인(50)으로 공급할 때 공동스팀라인(50)의 과다한 압력상승을 방지하고 스팀압력을 안정적으로 공급할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제철설비의 스팀압력 조절장치의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 제철설비의 스팀압력 조절장치의 제어방법은 먼저, 제어부(40)가 제 1압력측정부(22)를 통해 동력축열기(20)의 평균압력과 제 2압력측정부(64)를 통해 공급밸브(62)의 출력압력과 제 3압력측정부(14)를 통해 제강보일러(10)에서 출력된 스팀이 제강측공급부(30)와 동력축열기(20)로 분기되는 분기지점의 분기압력을 입력받는다(S10).
이렇게 입력된 동력축열기(20)의 평균압력과 분기압력을 비교하여 분기압력이 동력축열기(20)의 평균압력보다 낮을 경우에는 바이패스밸브(72)를 개방하여 동력축열기(20)에 축열된 스팀이 바이패스라인(70)을 따라 바이패스되어 제강측공급부(30)로 공급되도록 한다(S20)(S40).
이때 공급밸브(62)를 폐쇄시켜 공동스팀라인(50)으로 스팀이 공급되지 못하도록 한다.
그러나, 분기압력이 동력축열기(20)의 평균압력보다 높을 경우에는 바이패스밸브(72)를 폐쇄한다(S30).
이렇게 바이패스밸브(72)가 폐쇄된 상태에서 동력축열기(20)의 평균압력과 공급밸브(62)를 개방하기 위한 제 2설정압력과 비교한다(S50).
이때 동력축열기(20)의 평균압력이 제 2설정압력인 20.5㎏/㎠ 이상일 경우 공급밸브(62)를 개방하되, 출력압력에 따라 비례적분미분제어(PID제어)를 통해 개방량을 결정하여 공급밸브(62)를 개방한다(S60).
이와 같이 동력축열기(20)의 평균압력이 20.5㎏/㎠ 이상일 때부터 출력압력에 따라 공급밸브(62)를 조금씩 개방함으로써 공동스팀라인(50)의 압력이 급격하게 증가하지 않게 된다.
이렇게 출력압력에 따라 개방량을 제어하면서 출력압력이 제 3설정압력인 18㎏/㎠ 이상이 될 경우에는 공급밸브(62)를 폐쇄하여 공동스팀라인(50)의 압력이 관리되는 압력 이상으로 상승하지 않도록 한다(S70)(S80).
이때 제강측공급부(30)의 제강측공급밸브(34)의 경우 제 1설정압력인 25㎏/㎠ 이상에서 개방되어 공동스팀라인(50)으로 스팀을 공급하게 됨에 따라 제강보일러(10)에서 생산된 스팀의 압력은 조절하면서 공급밸브(62)와 제강측공급밸브(34)가 동시에 개방되어 공동스팀라인(50)으로 스팀이 과다 공급되어 압력이 급상승하는 현상도 방지할 수 있게 된다.
이와 같이 본 발명에 의한 제철설비의 스팀압력 조절장치의 제어방법에 따르면, 제철설비의 제강보일러(10)에서 발생된 스팀을 공동스팀라인(50)으로 공급할 때 공동스팀라인(50)의 과다한 압력상승을 방지하고 스팀압력을 안정적으로 공급할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : 제강보일러 12 : 출력밸브
14 : 제 3압력측정부 20 : 동력축열기
22 : 제 1압력측정부 30 : 제강측공급부
31 : 제강축열기 32 : 제강스팀라인
33 : 제강밸브 34 : 제강공급라인
40 : 제어부 50 : 공동스팀라인
60 : 출력라인 62 : 공급밸브
64 : 제 2압력측정부 66 : 예비공급밸브
70 : 바이패스 라인 72 : 바이패스밸브

Claims (12)

  1. 전로의 폐열을 통해 스팀을 생산하는 제강보일러에서 출력된 상기 스팀을 축열하는 동력축열기의 평균압력을 측정하는 제 1압력측정부;
    상기 동력축열기에서 축열된 상기 스팀을 공동스팀라인으로 공급하기 위한 출력라인에 설치되어 상기 스팀의 공급을 개폐하는 공급밸브;
    상기 공급밸브의 출력측에서 출력압력을 측정하는 제 2압력측정부; 및
    상기 제 1압력측정부에서 측정된 상기 평균압력과 상기 제 2압력측정부에서 측정된 상기 출력압력을 입력받아 상기 평균압력이 제 2설정압력 이상일 경우 상기 공급밸브를 개방하고 상기 출력압력이 제 3설정압력 이상일 경우 폐쇄하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 제철설비의 스팀압력 조절장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 2설정압력은 상기 제 3설정압력보다 높은 것을 특징으로 하는 제철설비의 스팀압력 조절장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 공급밸브를 개방할 때 상기 출력압력에 따라 비례적분미분제어를 통해 개방하는 것을 특징으로 하는 제철설비의 스팀압력 조절장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제강보일러에서 출력된 상기 스팀이 제강측공급부와 상기 동력축열기로 분기되는 분기지점의 분기압력을 측정하는 제 3압력측정부; 및
    상기 공급밸브의 전단의 상기 출력라인에서 분기되어 상기 분기지점으로 바이패스되는 바이패스 라인에 설치되는 바이패스밸브를 더 포함하며,
    상기 바이패스밸브는 상기 분기압력이 상기 출력압력보다 낮을 때 개방되는 것을 특징으로 하는 제철설비의 스팀압력 조절장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 상기 바이패스밸브가 개방될 때 상기 공급밸브는 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 제철설비의 스팀압력 조절장치.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 제강측공급부는
    상기 제강보일러에서 출력된 상기 스팀을 축열하는 제강축열기;
    상기 제강축열기의 평균압력이 제 1설정압력 이상일 경우 개방되어 상기 제강축열기에서 출력되는 상기 스팀을 상기 공동스팀라인으로 공급하는 제강측공급밸브; 및
    상기 제강축열기에서 출력되는 상기 스팀을 제강스팀라인으로 공급하는 제강밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제철설비의 스팀압력 조절장치.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 동력축열기와 상기 공급밸브 사이에 상시 개방된 상태로 설치되어 상기 공급밸브의 이상시 상기 공급밸브와 동일하게 작동되는 예비공급밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제철설비의 스팀압력 조절장치.
  8. 제어부가 제 1압력측정부를 통해 동력축열기의 평균압력과 제 2압력측정부를 통해 공급밸브의 출력압력을 입력받는 단계;
    상기 동력축열기의 평균압력과 제 2설정압력을 비교하여 상기 동력축열기의 평균압력이 제 2설정압력 이상일 경우 상기 공급밸브를 개방하는 단계; 및
    상기 공급밸브를 개방한 상태에서 상기 공급밸브의 출력압력이 제 3설정압력 이상일 경우 상기 공급밸브를 폐쇄하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제철설비의 스팀압력 조절장치의 제어방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 제 2설정압력은 상기 제 3설정압력보다 높은 것을 특징으로 하는 제철설비의 스팀압력 조절장치의 제어방법.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 공급밸브를 개방하는 단계에서 상기 공급밸브의 출력압력에 따라 비례적분미분제어를 통해 개방하는 것을 특징으로 하는 제철설비의 스팀압력 조절장치의 제어방법.
  11. 제 8항에 있어서, 상기 제어부가 상기 제 3압력측정부를 통해 제강보일러에서 출력된 상기 스팀이 제강측공급부와 상기 동력축열기로 분기되는 분기지점의 분기압력을 입력받는 단계; 및
    상기 동력축열기의 평균압력과 상기 분기압력을 비교하여 상기 분기압력이 상기 동력축열기의 평균압력보다 낮을 경우 바이패스밸브를 개방하고, 상기 분기압력이 상기 동력축열기의 평균압력보다 높을 경우 상기 바이패스밸브를 폐쇄하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제철설비의 스팀압력 조절장치의 제어방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 제어부는 상기 바이패스밸브를 개방할 때 상기 공급밸브는 폐쇄시키고, 상기 바이패스밸브를 폐쇄된 상태에서 상기 공급밸브의 개방여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 제철설비의 스팀압력 조절장치의 제어방법.
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