KR101322902B1 - 코크스 오븐 배기가스 온도를 이용한 소연도 압력 제어방법 - Google Patents

코크스 오븐 배기가스 온도를 이용한 소연도 압력 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 코크스 오븐 연소 배기가스 온도에 따른 배출 배기가스의 압력을 자동 제어하기 위한 코크스 오븐 배기가스 온도를 이용한 소연도 압력 제어방법에 관한 것이다.
본 발명은, (a) 코크스 오븐의 연소실의 연소 후의 배기가스의 온도 변화에 따른 상기 코크스 오븐의 소연도의 1차 압력 제어값을 산출하는 단계와; (b) 상기 단계 (a)에서 산출한 상기 소연도의 1차 압력 제어값에 상기 연소실 내의 상부(Top) 압력 증가에 따른 상승 압력값(Δp)을 더하여 상기 소연도의 2차 압력 제어값을 연산하는 단계와; (c) 상기 단계 (b)에서 연산한 값이 이미 설정한 조건 설정치의 범위 내의 값인지 판단하는 단계와; (d) 상기 단계 (c)에서 연산한 값이 조건 설정치의 범위 내의 값인 경우, 상기 소연도를 제어하기 위한 제어 압력값을 출력하는 단계와; (e) 상기 단계 (d)에서 출력한 상기 소연도의 제어 압력값에 따라 상기 소연도의 댐퍼를 제어하는 단계;를 포함하되, 상기 단계 (c)에서, 상기 범위를 벗어날 경우, 상기 단계 (a)부터 재 수행하는 코크스 오븐 배기가스 온도를 이용한 소연도 압력 제어방법을 제공한다.

Description

코크스 오븐 배기가스 온도를 이용한 소연도 압력 제어방법{METHOD OF CONTROLLING EXHAUST DUCT PRESSURE USING EXHAUST GAS TEMPERATURE FOR COKE OVEN}
본 발명은 코크스 오븐 배기가스 온도를 이용한 소연도 압력 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 코크스 오븐 연소 배기가스 온도에 따른 배출 배기가스의 압력을 자동 제어하기 위한 코크스 오븐 배기가스 온도를 이용한 소연도 압력 제어방법에 관한 것이다.
일반적인 제철소에서의 코크스 제조공정은 코크스 오븐(cokes oven)의 탄화실(chamber)의 내부에 배합탄이 장입되어, 코크스로 제조된다. 이렇게 코크스 제조를 위해 코크스 오븐은 연소가 이루어지는 연소실과, 배합탄이 장입되는 공간인 탄화실을 구비한다
이와 같은 구성을 갖는 코크스 오븐의 특성에 의해 코크스 오븐 전체 연소실 플루(flue, 2,432개)를 반분하여 20분(min) 주기로 반복 교체되어 연소가 이루어지며, 공급된 연료가스와 연소용 공기는 연소 후 배출되는 과정에서 소연도 댐퍼에 의해 배기가스 압력 조정을 통하여 코크스 오븐 내부의 압력과 연소 분위기를 조절한다.
이 과정에서 연소실의 연소 진행에 따른 연소실의 온도가 상승할 경우, 연소가스의 팽창으로 코크스 오븐 내부의 압력이 상승하게 되나, 배출되는 배기가스 압력조절은 소연도 댐퍼에 의해 일정하게 유지된다.
따라서 자연 통풍력에 의해 유입되는 연소용 공기의 유입이 상대적(이상기체 상태방정식 원리에 준함)으로 감소하게 된다.
즉, 연소실의 온도가 초기에는 낮은 상태에서 연소가 진행되면서 높아지므로 연소가스 팽창에 따른 연소용 공기 공급 부족으로 인하여 연소 분위기가 불안정해 지므로, 연소 초기에 비해 후기에는 배기가스 중의 O2 농도 하락 등으로 인한 연소효율이 저하되고, 대기오염의 원인이 되는 문제점 있다.
그리고 선행기술문헌으로, 대한민국 공개특허공보 특2002-0047774호(2002. 06. 22. 공개)에는 '코크스 오븐의 탄화실 압력 제어장치'가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 배기가스 압력을 제어하여 연소실 내를 일정 압력으로 유지하여 연소실 내 연와 상하 온도의 편차를 감소시키고, 완전 연소가 이루어지게 하여 연소 효율을 향상시키고, 대기오염을 방지할 수 있도록 한 코크스 오븐 배기가스 온도를 이용한 소연도 압력 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 코크스 오븐 배기가스 온도를 이용한 소연도 압력 제어방법은, (a) 코크스 오븐의 연소실의 연소 후의 배기가스의 온도 변화에 따른 상기 코크스 오븐의 소연도의 1차 압력 제어값을 산출하는 단계와; (b) 상기 단계 (a)에서 산출한 상기 소연도의 1차 압력 제어값에 상기 연소실 내의 상부(Top) 압력 증가에 따른 상승 압력값(Δp)을 더하여 상기 소연도의 2차 압력 제어값을 연산하는 단계와; (c) 상기 단계 (b)에서 연산한 값이 이미 설정한 조건 설정치의 범위 내의 값인지 판단하는 단계와; (d) 상기 단계 (c)에서 연산한 값이 조건 설정치의 범위 내의 값인 경우, 상기 소연도를 제어하기 위한 제어 압력값을 출력하는 단계와; (e) 상기 단계 (d)에서 출력한 상기 소연도의 제어 압력값에 따라 상기 소연도의 댐퍼를 제어하는 단계;를 포함하되, 상기 단계 (c)에서, 상기 범위를 벗어날 경우, 상기 단계 (a)부터 재 수행하는 것을 그 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 단계 (b)에서, 상기 상승 압력값(Δp)은, 상기 상부(Top) 압력의 1/4이다.
그리고 상기 단계 (c)에서, 상기 조건 설정치는, 상기 조건 설정치를 기준하여 ±4.0 이상이다.
또한 상기 소연도의 압력은, 상기 연소실에 구비된 압력측장장치, 상기 소연도의 일측에 구비된 온도측장치 및 상기 댐퍼를 제어부가 제어함으로써 자동 제어된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 코크스 오븐 연소 배기가스 온도에 따른 배출 배기가스 압력을 자동 제어할 수 있으므로, 연소실의 상하 연와 온도 편차를 감소시킬 수 있고, 배기가스 중의 O2 농도를 안정적으로 유지할 수 있어, 연소 효율을 향상시킬 수 있고, 대기오염을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 코크스 오븐 배기가스 온도를 이용한 소연도 압력 제어방법을 순차적으로 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 코크스 오븐 배기가스 온도를 이용한 소연도 압력 제어방법이 적용된 코크스 오븐의 개략도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1에는 본 발명의 실시예에 따른 코크스 오븐 배기가스 온도를 이용한 소연도 압력 제어방법을 순차적으로 나타낸 순서도가 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명의 실시예에 따른 코크스 오븐 배기가스 온도를 이용한 소연도 압력 제어방법이 적용된 코크스 오븐이 개략적으로 도시되어 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 코크스 오븐 배기가스 온도를 이용한 소연도 압력 제어방법은, 우선, 코크스 오븐의 연소실(12)의 연소 후의 배기가스의 온도 변화에 따른 코크스 오븐의 소연도(15)의 1차 압력 제어값을 산출한다.(단계 110)
통상 상기한 배기가스 온도 변화 폭은 170~230℃이다.
즉, 상기 단계 110은, 연소실(12) 연소 후 배기가스의 온도, 체적, 압력을 이용하여 배기가스 온도변화에 대한 소연도(15) 1차 압력 제어값을 산출하는 것이다.
상기 단계 110에서 산출한 코크스 오븐의 소연도(15)의 1차 압력 제어값에 연소실(12) 내의 상부(Top) 압력 증가에 따른 상승 압력값(Δp)을 더하여 소연도(15)의 2차 압력 제어값을 연산한다.(단계 120)
즉, 상기 단계 120은, 연소실(12)의 상부(Top) 압력 증가에 따른 상승 압력값(Δp)을 소연도(15) 압력 1차 제어값에 보정하여 소연도(15) 압력을 제어하는 것이다.
이러한 배기가스 온도와 연소실(12) 내 상부(Top) 압력의 보정은 이상기체 상태 방정식(P1V1/T1 = P2V2/T2)을 이용한다.
따라서, P2 = 1차 압력 제어값 + Δp이다.
또한 상기 상승 압력값(Δp)은 상부(Top) 압력의 1/4이고, 연소실(12) 상부(Top) 압력은 +0.0~4.0mmH2O이다.
그리고 상기 단계 120에서 연산한 값이 이미 설정한 조건 설정치의 범위 내의 값인지 판단한다.(단계 130)
상기 단계 130에서, 상기 조건 설정치를 설정하는 이유는, 배기가스 온도 또는 상부(Top) 압력을 측정하는 압력측정장치(예컨대, 트랜스미터(Transmitter))(21)의 수신 데이터에 에러(error) 발생시 배기가스 압력을 과도하게 조정함에 따른 연소불안정을 방지하기 위하여 설정치(SV)를 기준하여 ±4.0 이상 설정한다.
만약, 그 범위를 벗어날 경우 상기 단계 110부터 재 수행한다.
한편, 불완전 연소는 자연 통풍력에 의한 연소방식이므로 연소용 공기가 과잉 공급 또는 공기 부족 등으로 인하여 일어나는 경우이다.
또한 상기 단계 130에서 연산한 값이 상기한 조건 설정치의 범위 내의 값인 경우, 상기 소연도(15)를 제어하기 위한 제어 압력값을 출력한다.(단계 140)
상기 단계 140에서 출력한 소연도(15)의 제어 압력값에 따라 소연도(15)의 댐퍼(16)를 제어한다.(단계 150)
여기서, 소연도(15)의 압력은 연소실(12)에 구비된 압력측장장치(21), 소연도(15)의 일측에 구비된 온도측장치(22) 및 댐퍼(16)를 제어부(23)가 제어함으로써 자동 제어된다.
한편, 도 2에서 도면부호 11은 탄화실을 나타내 보인 것이고, 도면부호 13은 가스배관을 나타내 보인 것이다.
상기한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 코크스 오븐 배기가스 온도를 이용한 소연도 압력 제어방법에 대한 근거 및 원리를 설명한다.
코크스 오븐의 특성에 따른 20분 주기로 반복 교체가 이루어지는 연소실(12)의 온도 변화에 따른 연소 후 배기가스 온도 상승, 체적 팽창에 따른 소연도(15) 압력을 산출한 후, 연소실(12) 내 상부(Top) 압력의 상승 압력값(Δp)을 더하여 배기가스압력을 자동 제어한다.
따라서 연소실(12) 내 압력을 일정하게 관리할 수 있고, 배출되는 배기가스 중의 O2 농도를 일정하게 유지 할 수 있다.
즉, 이미 전술한 바와 같이, 코크스 오븐 연소관리에서 20분 주기로 가스가 교체되는 특성에 따라 연소실(12) 연소 후 배출되는 배기가스 온도도 초기에는 낮은 상태에서 서서히 상승하여 가스 교체 직전에 가장 높게 상승하게 된다.
이러한 연소가스의 온도 상승에 따른 가스 팽창, 압력 변화에 대응하기 위하여 배기가스 온도 상승에 따라 소연도(15) 배기가스 압력 제어값을 자동 산출하여 유압장치를 통하여 배기가스 압력을 제어한다.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 코크스 오븐 배기가스 온도를 이용한 소연도(15) 압력 제어방법은, 연소실(12) 내를 일정한 압력으로 유지할 수 있어 연소실(12) 내의 연와 상하 온도 편차를 감소시키며, 완전 연소 및 연소 효율을 향상시킬 수 있어, 에너지 절감과 환경오염을 방지하게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
11 : 탄화실 12 : 연소실
13 : 가스배관 15 : 소연도
16 : 소연도 댐퍼 21 : 압력측정장치
22 : 온도측정장치 23 : 제어부

Claims (4)

  1. (a) 코크스 오븐의 연소실의 연소 후의 배기가스의 온도 변화에 따른 상기 코크스 오븐의 소연도의 1차 압력 제어값을 산출하는 단계와;
    (b) 상기 단계 (a)에서 산출한 상기 소연도의 1차 압력 제어값에 상기 연소실 내의 상부(Top) 압력 증가에 따른 상승 압력값(Δp)을 더하여 상기 소연도의 2차 압력 제어값을 연산하는 단계와;
    (c) 상기 단계 (b)에서 연산한 값이 이미 설정한 조건 설정치의 범위 내의 값인지 판단하는 단계와;
    (d) 상기 단계 (c)에서 연산한 값이 조건 설정치의 범위 내의 값인 경우, 상기 소연도를 제어하기 위한 제어 압력값을 출력하는 단계와;
    (e) 상기 단계 (d)에서 출력한 상기 소연도의 제어 압력값에 따라 상기 소연도의 댐퍼를 제어하는 단계;를 포함하되,
    상기 단계 (c)에서, 상기 범위를 벗어날 경우, 상기 단계 (a)부터 재 수행하는 것을 특징으로 하는 코크스 오븐 배기가스 온도를 이용한 소연도 압력 제어방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (b)에서,
    상기 상승 압력값(Δp)은, 상기 상부(Top) 압력의 1/4인 것을 특징으로 하는 코크스 오븐 배기가스 온도를 이용한 소연도 압력 제어방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (c)에서,
    상기 조건 설정치는, 상기 조건 설정치를 기준하여 ±4.0 이상인 것을 특징으로 하는 코크스 오븐 배기가스 온도를 이용한 소연도 압력 제어방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 소연도의 압력은, 상기 연소실에 구비된 압력측장장치, 상기 소연도의 일측에 구비된 온도측장치 및 상기 댐퍼를 제어부가 제어함으로써 자동 제어되는 것을 특징으로 하는 코크스 오븐 배기가스 온도를 이용한 소연도 압력 제어방법.
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