KR101351823B1 - 석탄가스의 성분을 분석하기 위한 가스 분석 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 생성되는 고온의 석탄가스에서 가스샘플을 채취하여 필터링, 바이패스, 냉각처리 및 압력 처리된 안전한 가스시료를 분석기로 제공하여 석탄가스를 분석하기 위한 석탄가스의 성분을 분석하기 위한 가스 분석 시스템에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 석탄에 산소를 반응시켜 합성가스를 생성하는 적어도 하나의 가스 생성부, 적어도 하나의 가스 생성부에 각각 대응하도록 구비되며, 가스 생성부로부터 고온의 가스시료를 유입하는 가스시료 추출부, 가스시료 추출부에서 필터링, 바이패스 및 냉각 처리된 가스시료를 선택적으로 유입하는 가스시료 선택부, 가스시료 선택부로부터 공급된 가스시료의 성분을 측정하는 분석부, 분석부의 눈금을 교정하기 위해 표준가스를 공급하는 표준가스 공급부, 및 가스시료 추출부를 선택적으로 기동시키고, 가스시료 선택부의 선택을 제어하며, 표준가스의 유입을 제어하고, 분석부에서 분석된 가스시료의 성분을 모니터링하는 제어부를 포함한다.
이를 위해 본 발명은 석탄에 산소를 반응시켜 합성가스를 생성하는 적어도 하나의 가스 생성부, 적어도 하나의 가스 생성부에 각각 대응하도록 구비되며, 가스 생성부로부터 고온의 가스시료를 유입하는 가스시료 추출부, 가스시료 추출부에서 필터링, 바이패스 및 냉각 처리된 가스시료를 선택적으로 유입하는 가스시료 선택부, 가스시료 선택부로부터 공급된 가스시료의 성분을 측정하는 분석부, 분석부의 눈금을 교정하기 위해 표준가스를 공급하는 표준가스 공급부, 및 가스시료 추출부를 선택적으로 기동시키고, 가스시료 선택부의 선택을 제어하며, 표준가스의 유입을 제어하고, 분석부에서 분석된 가스시료의 성분을 모니터링하는 제어부를 포함한다.
Description
본 발명은 생성되는 고온의 석탄가스에서 가스샘플을 채취하여 필터링, 바이패스, 냉각처리 및 압력 처리된 안전한 가스시료를 분석기로 제공하여 석탄가스를 분석하기 위한 석탄가스의 성분을 분석하기 위한 가스 분석 시스템에 관한 것이다.
최근 들어, 공정상에서 발생하는 가스의 시료를 채취하여 분석하는 기술에 대한 중요성이 높아지고 있다.
특히 1970년대 중반부터 리플럭스 샘플러(reflux sampler)라고 하는 컨셉이 소개되어 현재까지 이용되고 있으나 단순히 가스샘플을 채취하여 단순히 필터링하는 수준에 지나지 않았다.
본 발명과 관련이 있는 선행기술문헌(대한민국 공개특허 제2013-0071595호, 공개일: 2013년 7월 1일, 발명의 명칭: "코크스 오븐 브리더의 방산가스 최적 연소장치")은 코크스 오븐 내부의 압력이상 시 개방되어 COG 가스를 대기로 방산하면서 COG 가스를 연소시키는 브리더의 상단 내경에 설치된 에어공급노즐; 상기 에어공급노즐과 에어공급관을 통해 연결되어 에어공급노즐 쪽으로 연소용 에어를 송풍시키는 연소용 에어공급팬; 상기 에어공급노즐과 연소용 에어공급팬 사이의 에어공급관 상에 설치된 에어량조절댐퍼; 상기 브리더의 길이 일부에 설치된 가스샘플러; 상기 가스샘플러와 연결되어 샘플링된 가스의 성분을 분석하는 가스분석기; 상기 브리더의 길이 일부에 설치되어 플로우되는 COG 가스의 유량을 산출하는 가스유량검출기; 상기 가스분석기, 가스유량검출기, 에어량조절댐퍼와 전기적으로 연결되고, 가스분석기와 가스유량검출기로부터 송출된 검출값을 복합적으로 판단하여 상기 에어량조절댐퍼의 개도를 조절하는 컨트롤러;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 코크스 오븐 브리더의 방산가스 최적 연소장치를 제공한다.
그러나 종래의 코크스 오븐 브리더의 방산가스 최적 연소장치는 고온의 가스시료를 수집하지만, 필터링 처리, 바이패스 처리, 냉각 처리, 및 압력 처리하는 수단이 개시되어 있지 않아 고온의 석탄 가스시료를 측정함으로써 가스화되는 석탄가스의 성분을 분석하기에 부적절하다는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 코크스 오븐 브리더의 방산가스 최적 연소장치는 장시간 미사용 후, 재사용 시 내부에 남아 있는 가스에 의한 부작용이 존재한다는 문제점도 있었다.
따라서, 고온의 가스시료를 목표온도로 냉각하고, 가스시료의 다량유입에도 가스시료의 처리속도를 향상시키며, 내부에 남아있는 폐가스시료를 효율적으로 제거할 수 있는 시스템이 절실히 요구된다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 특히 고온의 석탄 가스시료를 목표온도로 냉각하고, 가스시료의 다량유입에도 가스시료의 처리속도를 향상시키며, 내부에 남아있는 폐가스 시료를 효율적으로 제거하기 위한 석탄가스의 성분을 분석하기 위한 가스 분석 시스템을 제공하는 것이다.
이를 위해 본 발명에 따르는 석탄가스의 성분을 분석하기 위한 가스 분석 시스템은, 석탄에 산소를 반응시켜 합성가스를 생성하는 적어도 하나의 가스 생성부, 적어도 하나의 가스 생성부에 각각 대응하도록 구비되며, 가스 생성부로부터 고온의 가스시료를 유입하는 가스시료 추출부, 가스시료 추출부에서 필터링, 바이패스 및 냉각 처리된 가스시료를 선택적으로 유입하는 가스시료 선택부, 가스시료 선택부로부터 공급된 가스시료의 성분을 측정하는 분석부, 분석부의 눈금을 교정하기 위해 표준가스를 공급하는 표준가스 공급부, 및 가스시료 추출부를 선택적으로 기동시키고, 가스시료 선택부의 선택을 제어하며, 표준가스의 유입을 제어하고, 분석부에서 분석된 가스시료의 성분을 모니터링하는 제어부를 포함한다.
그리고 본 발명의 실시 예에 따른 가스시료 선택부는 가스시료의 압력을 1 바로 설정하는 압력 조절기를 포함한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 쿨링부와 이멀전시 쿨링부는 가스시료가 냉각되는 제1 챔버와 제2 챔버를 각각 구비하고, 제1 챔버와 제2 챔버는 제1 볼텍스 에어 쿨러(Vortex Air Cooler)에서 출력되는 냉각에어를 제공받는 12개의 쿨링 튜브(Cooling Tube)와 제2 볼텍스 에어 쿨러에서 출력되는 냉각에어를 제공받는 12개의 쿨링 튜브를 각각 구비하며, 쿨링부와 이멀전시 쿨링부는 가스시료의 온도를 조절하는 제1 온도 조절기와 제2 온도 조절기를 각각 구비하고, 제2 온도 조절기는 쿨링부에서 가스시료를 목표온도로 낮추지 못하는 경우, 이멀전시 쿨링부의 냉각강도를 제어하여 가스시료를 목표온도로 낮추도록 제어하며, 가스시료 추출부는 배출부로 배출되는 가스시료가 기 설정된 압력 이상인 경우, 가스시료를 외부로 배출시키는 릴리프 부, 배출부로 배출되는 가스시료의 압력을 기 설정된 압력 범위로 조절하는 압력 조절부, 및 바이패스 부의 유량을 조절하는 유량 제어부를 더 포함한다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 윈칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 가스시료로서 유입된 고온의 석탄가스를 냉각하고, 목표온도까지 냉각되지 않는 경우, 비상 냉각함으로써 고온의 석탄가스의 온도를 기 설정된 온도로 안전하게 낮추는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 가스시료로서 유입된 고온의 석탄가스의 일부를 바이패스하여 외부로 방출함으로써 단시간에 분석부로 제공하는 효과도 있다.
그리고 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 가스시료로서 유입된 석탄가스의 압력을 조절함으로써 압력에 의한 내부손상을 방지하는 효과도 있다.
마지막으로 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 백퍼지 기능을 구비하여, 내부를 자동으로 청소하여 불순물의 유입을 방지하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따르는 석탄가스의 성분을 분석하기 위한 가스 분석 시스템을 보여주기 위한 블록도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따르는 가스시료 추출부를 보여주기 위한 설계도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따르는 가스시료 추출부를 보여주기 위한 설계도.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시 예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.
또한, 이하에서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
도 1 내지 도 2의 동일 부재에 대해서는 동일한 도면 번호를 기재하였다.
본 발명의 기본 원리는 고온의 석탄가스를 샘플링하여 필터링하고, 바이패스하며, 냉각함으로써 안정된 가스시료를 가스 분석부로 단시간에 제공하는 것이다.
아울러, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따르는 석탄가스의 성분을 분석하기 위한 가스 분석 시스템을 보여주기 위한 블록도이다.
도 1을 참조하면 본 발명에 따르는 석탄가스의 성분을 분석하기 위한 가스 분석 시스템(100)은 석탄에 산소를 반응시켜 합성가스를 생성하는 적어도 하나의 가스 생성부(110), 적어도 하나의 가스 생성부(110)에 각각 대응하도록 구비되며, 가스 생성부(110)로부터 고온의 가스시료를 유입하는 가스시료 추출부(120), 가스시료 추출부(120)에서 냉각, 바이패스 및 필터링 처리된 가스시료를 선택적으로 유입하는 가스시료 선택부(130), 가스시료 선택부(130)로부터 공급된 가스시료의 성분을 측정하는 분석부(150), 분석부(150)의 눈금을 교정하기 위해 표준가스를 공급하는 표준가스 공급부(140) 및 임의의 가스 생성부(110)에 대응하여 구비된 가스시료 추출부(120)를 기동시키고, 가스시료 선택부(130)의 선택을 제어하며, 표준가스의 유입을 제어하고, 분석부(150)에서 분석된 가스시료의 성분을 모니터링하는 제어부(160)를 포함한다.
도 1과 같이 구성된 본 발명의 실시 예에 따르는 석탄가스의 성분을 분석하기 위한 가스 분석 시스템(100)을 자세히 설명하면 다음과 같다.
우선 적어도 하나의 가스 생성부(Gasifier)(110)가 개시된다.
가스 생성부(110)는 석탄을 높은 온도로 가열한다. 이와 같이 석탄을 높은 온도로 가열하면 건조, 열분해, 연소의 과정을 통해 고분자 물질인 석탄이 CO, CO2, H2, H2O 등으로 가스화된다.
특히 고분자화합물인 석탄을 600 내지 1,600도씨로 가열하면, 석탄 고유의 형태를 유지하지 못하고 차르(Char) 또는 코크스(Cokes)로 변환된다. 이 과정에서 다양한 불순물들과 함께 H2, 메탄(methane), CO 등의 가연성 가스를 방출한다.
이와 같이 가스 생성부(110) 내에 생성된 가스의 성분을 분석하기 위해 적어도 가스시료 추출부(120)가 구비된다.
가스시료 추출부(120)는 적어도 하나의 가스 생성부(110)에 대응하여 구비되는 것이 바람직하다. 그리고 가스 생성부(110)는 가스시료 추출부(120)가 가스시료를 용이하게 수집하도록 파이프와 같은 연통수단이 구비되어 서로 연통되는 것이 바람직하다.
여기서 도 2를 참조하여 가스시료 추출부(120)를 자세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따르는 가스시료 추출부(120)를 보여주기 위한 설계도이다.
도 2를 참조하면 본 발명에 따르는 가스시료 추출부(120)는 고온의 가스시료가 유입되는 흡기부(210), 흡기부(210)의 상부에 구비되어, 흡기부(210)가 제공한 가스시료의 불순물을 제거시키는 필터링부(220), 필터링부(220)의 상부에 구비된 유입구로 필터링부(220)에서 제공한 가스시료의 일부를 외부로 배출시키는 바이패스부(230), 필터링부(220)의 상부에 구비되어, 필터링부(220)에서 제공한 가스시료를 목표온도로 냉각시키는 쿨링부(240), 쿨링부(240)의 상부에 구비되어, 쿨링부(240)에서 제공한 가스시료가 기 설정된 온도 이상인 경우, 목표온도로 냉각시키는 이멀전시(Emergency) 쿨링부(250), 이멀전시 쿨링부(250)에서 제공한 가스시료의 온도가 기 설정된 압력인 경우에만 가스시료를 제공하는 배출부(260), 및 흡기부(210), 필터링부(220), 쿨링부(240), 이멀전시 쿨링부(250)의 압력이 기 설정된 압력 미만일 경우 백퍼지(Back Purge)하는 백퍼지부(270)를 포함한다.
도 2와 같이 구성된 본 발명의 실시 예에 따르는 가스시료 추출부(120)를 상세하면 다음과 같다.
우선 가스 생성부(110)에서 제공되는 가스시료는 흡기부(210)를 통해 유입되어 필터링부(220)로 제공된다.
필터링부(220)는 제1 필터(221), 제2 필터(222), 온도 지시계(223), 및 스팀밸브(224)를 포함한다.
이와 같이 유입된 가스시료는 제1 필터(221)에서 1차 필터링되고, 2차 필터(222)에서 2차 필터링된다.
여기서 1차 필터(221)와 2차 필터(222)는 스테인리스 스틸로 구성되는 철사그물 형상으로서 내부에 적층되는 것이 바람직하다. 그리고 스팀밸브(224)는 니들 밸브(needle valve) 형태로서 스팀의 흐름을 조절하고, 스팀을 필터링부(220)의 전체에 포화시킨다.
즉, 스팀밸브(224)는 스팀을 1차 필터(221)와 2차 필터(222)의 내부에 포화(Saturation)시킨다. 그러면 1차 필터(221)와 2차 필터(222)에 스팀이 닿아 이슬이 맺히고, 이와 같이 맺힌 이슬에 가스시료에 포함된 불순물 입자들이 닿게 되면 이슬로 불순물이 흡수된다. 따라서 불순물을 흡수한 이슬은 스팀이 지속적으로 공급됨에 따라 무게에 의해 물방울로 성장하여 하방으로 떨어지게 된다.
상술한 원리로 필터링이 수행되어 가스시료에 포함된 불순물을 필터링할 수 있다.
한편, 일반적으로 필터링부(220)에서 배출되는 가스시료의 온도는 50도 씨로 운영되는 것이 바람직하기 때문에, 제1 필터(221)와 제2 필터(222)의 사이에 온도 지시계(223)를 구비하여 필터링부(220)의 내부온도를 감시하는 것도 바람직하다.
여기서 온도 지시계(223)는 RTD 온도 센서를 사용하는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정하지 않는다.
참고로 필터링부(220)에서 배출되는 가스시료의 온도가 너무 높을 경우에는 쿨링부(240)와 이멀전시 쿨링부(250)가 과도하게 동작하여 로드가 발생함으로써 다른 구성요소에도 문제를 발생시킬 수 있다. 반면에 온도가 너무 낮은 경우에는 콘덴세이트 매개체가 필터링부(220)에서 조기에 퇴거하여 가스시료를 깨끗하게 필터링하기 어렵다.
이와 같이 필터링부(220)에서 필터링된 가스시료는 바이패스 부(230)에 의해 일부가 외부로 배출된다.
여기서 바이패스 되고 남는 가스시료는 5리터(LITER)를 초과하지 않는 것이 바람직하다.
이를 위해 바이패스 부(230)는 제1 공기 제어부(231), 바이패스 밸브(232), 유량 제어부(Flow Controler)(233) 및 제1 제어 밸브(234)를 포함한다.
이와 같이 구성된 바이패스 부(230)를 상세하면 다음과 같다.
우선 유량 제어부(233)가 제어부(280)로 제1 제어 밸브(234)의 개방을 지시한다. 그러면 제1 제어 밸브(234)가 개방되고, 공기는 제1 공기 제어부(231)로 유입된다.
유입된 공기에 의해 제1 공기 제어부(231)는 바이패스 밸브(232)를 개방시킨다.
이와 같이 동작함으로써 바이패스 경로가 개방된다. 따라서 가스시료의 일부가 바이패스 경로를 통해 외부로 배출된다.
반대로 바이패스 경로를 닫기 위해서는 유량 제어부(233)가 제어부(280)로 제1 제어 밸브(234)의 닫음을 지시하면, 제1 제어 밸브(234)가 닫히고, 제1 공기 제어부(231)로의 공기 유입이 차단된다. 이 후, 공기의 유입이 차단됨에 따라 바이패스 밸브(232)는 닫히게 된다.
따라서, 유량 제어부(233)는 바이패스 밸브(232)의 개폐를 제어하여 바이패스 되는 가스시료의 양을 조절할 수 있다. 이와 같이 필터링부(220)에서 처리된 가스시료의 일부를 바이패스 시킴으로써 남은 가스시료의 처리속도를 상승시킬 수 있다.
한편, 제1 제어밸브(234)는 노멀클로즈(Nomal Close)의 형태이므로 평소에는 닫혀있는 것이 바람직하다.
다시 도 2를 참조하면, 쿨링부(240)와 이멀전시 쿨링부(250)가 개시된다.
우선 쿨링부(240)는 필터링부(220)로부터 제공되는 가스시료를 냉각한다.
이를 위해 가스시료가 제1 챔버(241)로 제공된다. 제1 챔버(241)에는 다수개의 쿨링튜브들(미도시)이 구비되고, 쿨링튜브들은 제1 볼텍스 에어 쿨러(Vortex Air Cooler)(242)로부터 제공되는 냉각용 기체를 제1 챔버(241)로 공급하여 제1 챔버(241) 내의 가스시료를 냉각한다.
특히 쿨링튜브들은 12개 정도 구비되는 것이 바람직한데 쿨링튜브는 가스시료와의 접촉면적이 최대가 되도록 설계하여 효과적이고 정확한 냉각을 제공하는 것이 바람직하다.
한편, 쿨링튜브의 수를 12개로 상정하는 것은 설명의 편의를 위해서 한정한 것이므로 쿨링튜브의 수는 설계에 따라 변형될 수 있다.
여기서 제1 볼텍스 에어 쿨러(242)는 제1 냉각밸브(243)와 연결되고, 제1 냉각밸브(243)는 외부의 공기를 제1 볼텍스 에어 쿨러(242)로 공급한다.
한편, 제1 온도 조절기(244)는 제1 챔버(241)의 내부 온도를 감지하여 설정된 목표온도까지 냉각하도록 제1 볼텍스 에어 쿨러(242)를 동작시키고, 제1 냉각밸브(243)의 공기 유입량을 조절한다.
바람직하게 제1 온도 조절기(244)는 콘트롤러(280)와 전기적으로 연결되고 제어부(280)를 제어하여 제1 볼텍스 에어 쿨러(242)의 냉각강도를 조절하기 위해 제1 냉각밸브(243)의 공기 유입량을 조절할 수 있다. 또한, 제1 온도 조절기(244)는 온도센서(미도시)와 전자 컨트롤러 또는 뉴메틱(PNEUMATIC) 컨트롤러를 포함하여 구성될 수 있다.
그리고 제1 온도 조절기(244)는 제1 쿨링부(240)에서 냉각되는 가스시료의 온도를 예를 들면 4도 씨 내지 5도 씨로 설정할 수 있다. 즉 제1 온도 조절기(244)는 필터링부(220)에서 제공하는 가스시료를 냉각하기 위하여 제1 냉각밸브(243)의 개방을 제어하여 제1 볼텍스 에어 쿨러(242)로 유입되는 공기의 양을 제어할 수 있다.
즉 제1 볼텍스 에어 쿨러(242)로 유입되는 공기의 양이 많을수록 가스시료의 냉각을 가속화시킬 수 있다.
또한, 냉각되는 가스시료의 목표온도를 4도 씨 내지 5도 씨로 상정하였으나 이는 일 예에 불과할 뿐, 목표온도는 다른 온도로 설정될 수 있다.
다음으로, 이멀전시 쿨링부(250)를 상세한다.
이멀전시 쿨링부(250)는 쿨링부(240)로부터 냉각된 가스시료를 제공받는다.
여기서 이멀전시 쿨링부(250)는 쿨링부(240)에서 냉각된 가스시료의 온도가 목표온도보다 높은 경우 기동한다.
즉, 쿨링부(240)에서 냉각된 가스시료의 온도가 목표온도인 4도 씨 내지 5도 씨보다 높다면, 이멀전시 쿨링부(250)는 유입된 가스시료를 목표온도까지 냉각한다.
이를 위해 이멀전시 쿨링부(250)는 냉각된 가스시료를 제2 챔버(251)로 제공한다. 제2 챔버(251)에는 다수개의 쿨링튜브(미도시)들이 구비되어 제2 볼텍스 에어 쿨러(Vortex Air Cooler)(252)로부터 제공되는 냉각용 기체를 통해 제2 챔버(251)를 냉각한다.
특히 쿨링튜브들은 12개 정도 구비되는 것이 바람직한데 쿨링튜브는 가스시료와의 접촉면적이 최대가 되도록 설계하여 효과적이고 정확한 냉각을 제공하는 것이 바람직하다.
여기서 제2 볼텍스 에어 쿨러(252)는 제2 냉각밸브(253)와 연결되고, 제2 냉각밸브(253)는 외부의 공기를 제2 볼텍스 에어 쿨러(252)로 공급한다.
한편, 제2 온도 조절기(254)는 제2 챔버(251)의 내부 온도를 감지하여 설정된 온도까지 냉각하도록 제2 볼텍스 에어 쿨러(252)를 동작시키고, 제2 냉각밸브(253)의 공기 유입량을 조절한다.
바람직하게 제2 온도 조절기(254)는 제어부(280)와 전기적으로 연결되어 제어부(280)를 제어한다. 또한, 제2 온도 조절기(254)는 온도센서(미도시)와 전자 컨트롤러 또는 뉴메틱(PNEUMATIC) 컨트롤러를 포함하여 구성될 수 있다.
참고로 쿨링부(240)와 이멀전시 쿨링부(250)는 동일하게 구성하는 것이 바람직하다.
쿨링부(240)와 이멀전시 쿨링부(250)를 차례로 거쳐 냉각된 가스시료의 온도는 4도 씨 내지 5도 씨가 되는 것이 적당하다. 그리고 쿨링부(240)와 이멀전시 쿨링부(250)는 가스시료를 최대 5 l/min만큼 처리하는 것이 바람직하다.
이와 같이 가스시료가 냉각되면 배출부(260)를 통해 배출되는데, 이때 배출되는 가스시료의 압력은 압력 조절부(310)에 의해 미리 설정될 수 있다.
다음은 도 2를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따르는 압력 조절부(310)를 상세한다.
압력 조절부(310)는 냉각된 가스시료의 압력을 특정 압력으로 유지하기 위해 구비된다.
즉, 압력 조절 밸브(312)를 수동으로 조작하여 원하는 압력을 맞춘다.
예를 들면, 압력 조절 밸브(312)를 조작하여 압력을 2 바로 설정하였다면, 이멀전시 쿨링부(250)로부터 유입되는 가스시료의 압력은 압력 조절 밸브(312)를 통과하면서 2 바의 압력으로 설정된다.
따라서, 압력 조절 밸브(312)를 통과하는 가스시료의 압력은 일괄적으로 2 바로 세팅된다.
이와 같이 압력이 조절된 가스시료는 배출부(260)를 통해 배출된다.
한편, 압력 조절 밸브(312)를 통과한 가스시료의 압력이 제1 압력 지시계(311)에 디스플레이된다. 만약, 압력이 기 설정된 압력 이상이라면, 높은 압력의 가스시료는 릴리프 부(320)를 경유하여 외부로 배출된다.
여기서 본 발명의 실시 예에 따르는 릴리프 부(320)는 배출부(260)로 기 설정된 압력보다 높은 압력의 가스시료의 유입을 방지하기 위한 릴리프 모듈(321)과 가스시료를 일방으로 흐르도록 제어하기 위한 제1 일방밸브(322)를 구비한다.
여기서는 릴리프 부(320)로 배출되는 가스시료의 기 설정된 압력을 5 바로 설정하였으나 이는 일 예에 불과할 뿐 설정에 따라 다른 압력을 설정할 수 있다.
또한, 제1 압력 지시계(311)에 의해 디스플레이되는 압력이 기 설정된 압력보다 높은 경우 배출부(260)를 차단한다.
이를 상세하면 다음과 같다.
우선 배출부(260)는 배출밸브(261)와 제2 공기 제어부(262) 및 제2 제어밸브(263)를 구비한다.
제1 압력 지시계(311)에 의해 디스플레이되는 압력이 기 설정된 압력보다 높은 경우, 제어부(280)와 전기적으로 연결된 제2 제어밸브(263)는 개방된다.
즉 제2 제어밸브(263)는 제어부(280)에 의해 개방 제어된다.
그러면, 공기가 제2 공기 제어부(262)로 유입되고, 유입된 공기에 의해 제2 공기 제어부(262)는 배출밸브(261)를 닫는다.
여기서 제2 공기 제어부(262)는 공기가 유입되면 배출밸브(261)를 닫고, 공기가 유입되지 않는 노멀 상태에서는 배출밸브(261)가 열리도록 제어한다.
따라서, 기 설정된 압력보다 높은 압력의 가스시료는 배출밸브(261)를 통과할 수 없다.
상술한 바와 같이 기 설정된 압력보다 높은 압력의 가스시료는 릴리프 부(320)에 의해 외부로 배출되어 안정성을 확보한다.
이와 같이 가스시료가 채취되고 난 후, 가스시료의 찌꺼기가 장치의 내부에 남아 있을 수 있고, 또한 일정 시간이 경과하면 가스시료 유동경로에 불순물이 발생할 수 있다.
따라서 본 발명의 실시 예에 따르는 가스시료 추출부(120)는 백퍼지부(270)를 더 구비한다.
백퍼지부(270)는 제2 압력 지시계(271)를 구비하며, 제2 압력 지시계(271)는 콘트롤러(280)와 전기적으로 연결되고, 내부의 압력이 기 설정된 압력 이하이면 백퍼징을 수행한다.
이를 위해 백퍼지부(270)는 제2 압력 지시계(271), 제2 일방밸브(272), 백퍼지 밸브(273), 제3 공기 제어부(274) 및 를 제3 제어밸브(275)를 포함한다.
즉 백퍼지부(270)는 흡기부(210), 필터링부(220), 쿨링부(240) 및 이멀전시 쿨링부(250)의 압력이 기 설정된 압력 미만일 경우 백퍼지를 수행한다.
이를 상세하면 다음과 같다.
우선, 제2 압력 지시계(271)에서 측정된 압력이 기 설정된 압력 이하라면 백퍼징이 수행된다.
이를 위해 제2 압력 지시계(271)로부터 제공된 압력이 기 설정된 압력 이하라면, 제2 압력 지시계(271)에 의해 제3 제어밸브(275)가 콘트롤러(280)에 의해 개방된다. 그러면 제3 공기 제어부(274)로 공기가 유입되고, 이에 따라 제3 공기 제어부(274)는 백퍼지 밸브(273)를 개방한다.
여기서 제2 일방밸브(272)는 백퍼징의 방향이 일방으로 수행하도록 하기 위한 방향제어 밸브로 간주할 수 있다.
따라서 백퍼지 밸브(273)가 오픈되면 외부로부터 유입된 공기가 일방으로 진행하여 내부의 가스 찌꺼기와 같은 불순물을 외부로 배출시킬 수 있다.
바람직하게 기 설정된 압력은 2 바인 것이 적당하나 설정자의 설정에 의해 달라질 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 이와 같이 가스시료 추출부(120)에서 필터링되고 냉각되어 기 설정된 압력으로 설정된 가스시료가 가스시료 선택부(130)로 유입된다.
여기서 가스시료 선택부(130)는 제어부(160)가 선택한 임의의 가스 생성부(110)와 대응하여 연통되는 가스시료 추출부(120)를 기동시키면, 임의의 가스시료 추출부(120)로부터 필터링, 바이패스 및 냉각 처리된 가스시료를 유입받는다.
여기서 가스시료 선택부(130)는 압력 조절기(131)를 더 구비하여, 분석부(150)로 공급되는 가스시료의 압력을 일정하게 조절한다.
바람직하게 압력 조절기(131)는 가스시료의 압력을 1 바 내외로 조절한다.
한편, 표준가스 공급부(140)는 분석부(150)의 측정눈금을 교정하기 위하여 분석부(150)로 표준가스를 공급한다.
표준가스는 원기 또는 캘리브레이션 가스(Calibration gas)라고도 하며, 분석부(150)의 검정 또는 교정용으로 공급된다.
이와 같이 표준가스 공급부(140)로부터 공급된 표준가스에 의해 분석부(150)의 캘리브레이션이 완료되면, 가스시료 선택부(130)는 가스시료 추출부(120)로부터 유입된 시료가스를 분석부(150)로 공급한다.
분석부(150)는 공급된 가스시료의 성분을 분석하고, 분석된 가스시료의 정보는 제어부(160)로 제공한다.
제어부(160)는 제공받은 가스시료의 정보를 디스플레이한다. 이를 위해 제어부(160)는 디스플레이수단(미도시)을 구비하는 것이 바람직하다.
한편, 제어부(160)는 임의의 가스시료 추출부(120)를 기동시키고, 가스시료 선택부(130)의 선택을 제어하며, 표준가스 공급부(140)의 표준가스의 유입을 제어하고, 분석부(150)에서 분석된 상기 가스시료의 성분을 모니터링할 수 있다.
이를 위해 제어부(160)는 제어명령을 입력하기 위한 수단을 더 구비할 수 있는데 키보드, 마우스, 터치 팬, 터치 패드 등이 그 예가 될 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따르는 석탄가스의 성분을 분석하기 위한 가스 분석 시스템(100)에 의하면 석탄을 원료로 생성중인 가스성분을 안전하게 샘플링하여 분석함으로써 고농도의 목표가스를 효율적으로 얻을 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.
110: 가스 생성부 120: 가스시료 추출부
130: 가스시료 선택부 140: 표준가스 공급부
150: 분석부: 160: 제어부
131: 압력 조절기 330: 제어밸브 부
130: 가스시료 선택부 140: 표준가스 공급부
150: 분석부: 160: 제어부
131: 압력 조절기 330: 제어밸브 부
Claims (4)
- 석탄에 산소를 반응시켜 합성가스를 생성하는 적어도 하나의 가스 생성부;
상기 적어도 하나의 가스 생성부에 각각 대응하도록 구비되며, 상기 가스 생성부로부터 고온의 가스시료를 유입하는 가스시료 추출부;
상기 가스시료 추출부에서 필터링, 바이패스 및 냉각 처리된 가스시료를 선택적으로 유입하는 가스시료 선택부;
상기 가스시료 선택부로부터 공급된 가스시료의 성분을 측정하는 분석부;
상기 분석부의 눈금을 교정하기 위해 표준가스를 공급하는 표준가스 공급부; 및
상기 가스시료 추출부를 선택적으로 기동시키고, 상기 가스시료 선택부의 선택을 제어하며, 상기 표준가스의 유입을 제어하고, 상기 분석부에서 분석된 상기 가스시료의 성분을 모니터링하는 제어부를 포함하며,
상기 가스시료 추출부는
상기 가스 생성부로부터 상기 가스시료가 유입되는 흡기부;
상기 흡기부의 상부에 구비되어, 상기 흡기부가 제공한 상기 가스시료의 불순물을 제거시키는 필터링부;
상기 필터링부의 상부에 유입구가 구비되어, 상기 필터링부에서 제공한 상기 가스시료의 일부를 외부로 배출시키는 바이패스부;
상기 필터링부의 상부에 구비되어, 상기 필터링부에서 제공한 상기 가스시료를 목표온도로 냉각시키는 쿨링부;
상기 쿨링부의 상부에 구비되어, 상기 쿨링부에서 제공한 상기 가스시료가 기 설정된 온도 이상인 경우, 목표온도로 냉각시키는 이멀전시(Emergency) 쿨링부;
상기 이멀전시 쿨링부에서 제공한 상기 가스시료의 압력이 기 설정된 범위인 경우에만 가스시료를 제공하는 배출부; 및
상기 흡기부, 상기 필터링부, 상기 쿨링부, 상기 이멀전시 쿨링부의 압력이 기 설정된 압력 미만일 경우 백퍼지(Back Purge)하는 백퍼지부를 포함하며,
상기 쿨링부와 상기 이멀전시 쿨링부는,
상기 가스시료가 냉각되는 제1 챔버와 제2 챔버를 각각 구비하고,
상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버는 제1 볼텍스 에어 쿨러(Vortex Air Cooler)에서 출력되는 냉각에어를 제공받는 12개의 쿨링 튜브(Cooling Tube)와 제2 볼텍스 에어 쿨러에서 출력되는 냉각에어를 제공받는 12개의 쿨링 튜브를 각각 구비하며,
상기 쿨링부와 상기 이멀전시 쿨링부는,
상기 가스시료의 온도를 조절하는 제1 온도 조절기와 제2 온도 조절기를 각각 구비하고,
상기 제2 온도 조절기는 상기 쿨링부에서 가스시료를 목표온도로 낮추지 못하는 경우, 상기 이멀전시 쿨링부의 냉각강도를 제어하여 상기 가스시료를 목표온도로 낮추도록 제어하며,
상기 가스시료 추출부는,
상기 배출부로 배출되는 상기 가스시료가 기 설정된 압력 이상인 경우, 상기 가스시료를 외부로 배출시키는 릴리프 부;
상기 배출부로 배출되는 상기 가스시료의 압력을 기 설정된 압력 범위로 조절하는 압력 조절부; 및
상기 바이패스 부의 유량을 조절하는 유량 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는,
석탄가스의 성분을 분석하기 위한 가스 분석 시스템.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 가스시료 선택부는,
상기 가스시료의 압력을 1 바로 설정하는 압력 조절기를 포함하는 것을 특징으로 하는,
석탄가스의 성분을 분석하기 위한 가스 분석 시스템. - 삭제
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