KR101351962B1 - Ｃｄｑ 챔버내 비상 연소용 에어공급장치 및 이를 이용한 에어공급방법 - Google Patents

Ｃｄｑ 챔버내 비상 연소용 에어공급장치 및 이를 이용한 에어공급방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 CDQ(Coke Dry Quenching) 챔버내 비상 연소용 에어공급장치 및 이를 이용한 에어공급방법에 관한 것으로, 챔버 내부 압력을 검출하는 압력검출센서, 보일러의 입구온도를 검출하는 온도검출센서, 챔버로 인입되는 순환가스의 성분을 검출하는 가스성분검출센서를 포함하는 CDQ 설비에서; 상기 챔버로 연소용 에어를 공급하는 연소용 에어공급관 상에 연결되어 비상시 공정에어를 공급하도록 된 제1비상공급관; 상기 제1비상공급관에서 분기되고, 별도 저장된 비상에어를 강제공급할 수 있도록 비상공급블로어를 갖춘 제2비상공급관; 상기 제2비상공급관이 분기된 지점과 연소용 에어공급관에 연결된 지점 사이의 제1비상공급관 상에 설치된 비상공급컨트롤밸브; 상기 압력검출센서, 온도검출센서, 가스성분검출센서로부터 출력된 검출값들을 판독하여 상기 비상공급컨트롤밸브의 개도를 제어하는 컨트롤러;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 CDQ 챔버내 비상 연소용 에어공급장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 자연공급식에 반해 필요시 필요량만큼 강제공급할 수 있고, 순환가스내 가연성가스를 완전히 소각시킬 수 있어 폭발의 위험을 배제시키며, 챔버내 음압상태를 무리하게 제어하지 않아도 되므로 압력관리가 용이하고 내화물의 붕괴를 예방할 뿐만 아니라 조업지연이 방지되어 생산성 향상에 일조하는 효과를 얻을 수 있다.

Description

ＣＤＱ 챔버내 비상 연소용 에어공급장치 및 이를 이용한 에어공급방법{AIR SUPPLYING DEVICE FOR EMERGENCY BURNING INNER CDQ CHAMBER AND METHOD FOR SUPPLYING AIR USING THE SAME}
본 발명은 CDQ(Coke Dry Quenching) 챔버내 비상 연소용 에어공급장치 및 이를 이용한 에어공급방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 CDQ 설비중 장입된 코크스의 미건류분을 태워 열효율을 높이고 순환가스 내에 발생되는 가연성가스(CO,O2,H2,CO2)를 태우는 연소용 에어를 필요에 따라 강제공급할 수 있도록 하여 안전하고 효율적인 연소작용이 일어나도록 유도하는 CDQ 챔버내 비상 연소용 에어공급장치 및 이를 이용한 에어공급방법에 관한 것이다.
일반적으로, CDQ(Coke Dry Quenching) 설비는 코크스 오븐(COKE OVEN)에서 생산된 적열 코크스를 순환가스(질소:75%, 공기:25%)에 의해 냉각 소화시키기 위해 사용되는 설비를 말한다.
예컨대, 도 1은 이러한 CDQ 설비를 개략적으로 보여 주는데, 순환가스는 순환가스블로어(10)에 의해 챔버(12) 하부로 공급되고, 챔버(12)로 유입된 후 내부의 코크스를 소화시키면서 열교환된 다음 챔버(12)내 링덕트(14)로 배출되어 보일러로 공급되게 된다.
이때, 챔버(12) 내부는 화염분출 및 순환가스의 외부 리크(Leak)를 막기 위해 마이너스압으로 관리되어야 한다.
이를 위해, 순환가스블로어(10)로부터 챔버(12) 하부로 연결된 관로 상에 분기관(16)이 구비되고, 이 분기관(16) 상에 압력컨트롤밸브(18)가 설치되어 압력을 조절하게 된다.
아울러, 챔버(12) 내부에 장입된 코크스중 미건류된 코크스를 태워 열효율을 높이고 순환가스내에 발생되는 가연성가스를 소각하기 위해 상기 챔버(12)의 일측에는 배관이 연결되고, 이 배관 상에는 공급컨트롤밸브(20)가 설치되어 연소용 에어의 공급을 조절하게 된다.
이 경우, 종래 공급컨트롤밸브(20)는 챔버(12) 내부가 마이너스압으로 유지되기 때문에 별도의 제어수단없이 그냥 밸브의 개도만 조절하도록 구성되어 있고, 그렇게 하더라도 연소용 에어 공급에 전혀 지장을 주지 않는다.
여기에서, 연소용 에어는 공급량에 따라 과할 경우 소각효율이 높아지고 그때 발생된 열에 의해 보일러의 입구 온도를 높일 수 있는 장점이 있으나, 공급량이 부족할 경우에는 소각이 어려워 보일러의 입구 온도가 떨어지는 단점이 있다.
그런데, 순환가스블로어(10)의 풍량이 절출되는 코크스양 대비 낮을 때 보일러 입구의 석션압력이 약하므로 연소용 에어가 많이 필요하지만 공급컨트롤밸브(20)의 개도를 최대로 하더라도 단순 압력차에 의해 공급되는 구조이다 보니 원하는 양만큼 공급되지 못하는 현상이 발생되고, 가연성가스를 완전히 소각시키지 못하는 문제 뿐만 아니라, 공급량을 늘리기 위해 챔버(12) 내부의 압력을 더 낮추게 되는데 급격한 압력저하는 챔버(12) 내부의 내화물 붕괴 현상을 초래하고, 가연성가스의 미소각에 따른 폭발의 위험도 배제할 수 없는 상황이 된다.
예컨대, 코크스의 절출량과 관련하여 공급되어야 할 연소용 에어 및 순환가스의 풍량은 다음 표 1과 같은 관계를 가진다.
코크스 절출량(ton/hr) 순환풍량(N㎥/hr) 연소용 에어 공급량(N㎥/hr)
20 29000 4180
30 43500 6270
40 58000 7315
50 72500 10450
60 87000 12540
70 101500 14630
한국특허 등록번호 제10-1197940호 : 발명의 명칭= CDQ설비 (등록일: 2012. 10. 30)
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 여러가지 요인에 의해 연소용 에어를 원활하게 공급할 수 없는 비상사태 발생시 혹은 필요에 따라 더 많은 양의 연소용 에어를 강제 공급할 필요가 있을 때 간단하면서도 신속 용이하게 대처하여 안전하고 효율적인 연소환경을 구현할 수 있도록 한 CDQ 챔버내 비상 연소용 에어공급장치 및 이를 이용한 에어공급방법을 제공함에 그 주된 목적이 있다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 챔버 내부 압력을 검출하는 압력검출센서, 보일러의 입구온도를 검출하는 온도검출센서, 챔버로 인입되는 순환가스의 성분을 검출하는 가스성분검출센서를 포함하는 CDQ 설비에서; 상기 챔버로 연소용 에어를 공급하는 연소용 에어공급관 상에 연결되어 비상시 공정에어를 공급하도록 된 제1비상공급관; 상기 제1비상공급관에서 분기되고, 별도 저장된 비상에어를 강제공급할 수 있도록 비상공급블로어를 갖춘 제2비상공급관; 상기 제2비상공급관이 분기된 지점과 연소용 에어공급관에 연결된 지점 사이의 제1비상공급관 상에 설치된 비상공급컨트롤밸브; 상기 압력검출센서, 온도검출센서, 가스성분검출센서로부터 출력된 검출값들을 판독하여 상기 비상공급컨트롤밸브의 개도를 제어하는 컨트롤러;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 CDQ 챔버내 비상 연소용 에어공급장치를 제공한다.
이때, 상기 제2비상공급관이 분기된 지점과 상기 비상공급컨트롤밸브 사이의 제1비상공급관 상에는 상기 비상공급컨트롤밸브를 우회하여 상기 연소용 에어공급관으로 연결되는 수동공급관이 더 분기되고, 상기 수동공급관 상에는 수동개폐밸브가 구비된 것에도 그 특징이 있다.
또한, 상기 비상공급컨트롤밸브와 상기 제1비상공급관이 상기 연소용 에어공급관에 연결된 지점 사이의 제1비상공급관 상에는 챔버 내부의 가스가 역류하는 것을 방지하도록 질소를 퍼지하는 질소퍼지관이 더 설치된 것에도 그 특징이 있다.
아울러, 본 발명은 상기에 기재된 어느 하나의 CDQ 챔버내 비상 연소용 에어공급장치를 이용한 에어공급방법에 있어서; 비상이 발생되면 컨트롤러가 현재 연소용 에어 공급모드를 확인하는 단계; 확인된 모드가 제1모드라면 가스성분검출센서로부터 송신된 검출값을 판독하여 순환가스의 성분이 관리치 이상으로 상승한 경우에는 비상공급컨트롤밸브의 개도를 조절하여 연소용 에어를 강제공급하고, 그 반대인 경우에는 강제공급을 차단하며; 제2모드라면 온도검출센서로부터 송신된 검출값을 판독하여 보일러 입구 온도가 관리치 이하로 내려간 경우에는 비상공급컨트롤밸브의 개도를 조절하여 연소용 에어를 강제공급하고, 그 반대인 경우에는 강제공급을 차단하며; 제3모드라면 압력검출센서로부터 송신된 검출값을 판독하여 챔버 내부의 압력이 관리치 이상으로 상승한 경우에는 비상공급컨트롤밸브의 개도를 조절하여 연소용 에어를 강제공급하고, 그 반대인 경우에는 강제공급을 차단하도록 제어하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 CDQ 챔버내 비상 연소용 에어공급장치를 이용한 에어공급방법도 제공한다.
본 발명에 따르면, 자연공급식에 반해 필요시 필요량만큼 강제공급할 수 있고, 순환가스내 가연성가스를 완전히 소각시킬 수 있어 폭발의 위험을 배제시키며, 챔버내 음압상태를 무리하게 제어하지 않아도 되므로 압력관리가 용이하고 내화물의 붕괴를 예방할 뿐만 아니라 조업지연이 방지되어 생산성 향상에 일조하는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 일반적인 CDQ 설비의 개략적인 예시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 CDQ 챔버내 비상 연소용 에어공급장치를 보인 예시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 CDQ 챔버내 비상 연소용 에어공급장치를 이용한 에어공급방법을 보인 플로우챠트이다.
이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은 CDQ 설비를 구성하는 챔버(100) 내부의 압력을 검출할 수 있는 압력검출센서(110)를 포함한다.
또한, 챔버(100)로부터 배출된 순환가스가 보일러의 입구에서 어떤 온도분포를 갖는지를 확인할 수 있도록 보일러의 입구온도를 검출할 수 있는 온도검출센서(120)도 포함한다.
뿐만 아니라, 챔버(100)로 유입되는 관로상에 설치되어 유입되는 순환가스의 성분을 검출하는 가스성분검출센서(130)도 포함한다.
그리고, 이들 압력검출센서(110), 온도검출센서(120) 및 가스성분검출센서(130)는 컨트롤러(200)와 전기적으로 연결되어 검출값을 전기신호로 출력할 수 있도록 구성된다.
한편, 상기 챔버(100)로 연소용 에어를 공급하는 연소용 에어공급관(300)에는 제1비상공급관(310)이 연결 배관된다.
이 경우, 상기 제1비상공급관(310)은 비상공급 에어가 항상 챔버(100)를 향해 분출될 수 있도록 관 내부 구조가 챔버(100)를 향해 경사 형성된 일종의 이젝터이다.
따라서, 제1비상공급관(310)을 통해 공급되는 비상공급 에어는 평상시 연소용 에어 공급통로인 연소용 에어공급관(300) 쪽으로 배출되지는 않는다.
그리고, 상기 제1비상공급관(310)은 통상적으로 공장 내에서 각 공정마다 사용하고 있는 공정에어와 직결시키고 별도의 개폐밸브(V1)를 달아 필요시 개폐밸브(V1)만 열면 사용할 수 있도록 구성됨이 바람직하다.
물론, 상기 제1비상공급관(310)의 관로상에 메인밸브인 비상공급컨트롤밸브(210)가 구비되어 있으므로 상기 개폐밸브(V1)는 상시 개방된 상태로 유지될 수 있으며, 필요시 이를 닫을 수 있다.
상기 비상공급컨트롤밸브(210)는 앞서 설명한 컨트롤러(200)와 전기적으로 연결되어 제어받도록 구성된 전자밸브로서 압력검출센서(110), 온도검출센서(120), 가스성분검출센서(130)로부터 수집된 정보를 바탕으로 상기 컨트롤러(200)에 의해 개도가 자동으로 조절된다.
덧붙여, 상기 제1비상공급관(310)의 관로상, 더 구체적으로는 개폐밸브(V1)를 지난 임의의 지점에 제2비상공급관(320)이 더 연결될 수 있다.
상기 제2비상공급관(320)은 별도의 개폐밸브(V2)를 가지며, 끝에는 비상공급블로어(322)가 연결된다.
따라서, 강제로 연소용 에어 공급이 필요할 경우 상기 제1비상공급관(310)에 구비된 개폐밸브(V1)를 닫고 상기 개폐밸브(V2)를 개방한 상태에서 상기 비상공급블로어(322)를 가동시키면 연소에 필요한 에어가 제2비상공급관(320), 제1비상공급관(310), 연소용 에어공급관(300)을 거쳐 챔버(100) 내부로 강제 공급되게 된다.
뿐만 아니라, 자동제어되는 비상공급컨트롤밸브(210)의 고장을 대비하여 비상시 수동조작도 가능하도록 상기 제1비상공급관(310)으로부터 분기되어 연소용 에어공급관(300)에 연결된 수동공급관(330)을 더 구비할 수 있다.
이때, 상기 수동공급관(330)의 분기지점은 상기 비상공급컨트롤밸브(210)와, 제1비상공급관(310)으로부터 분기된 제2비상공급관(320)이 연결된 지점 사이이다.
또한, 상기 수동공급관(330)에도 수동개폐밸브(332)가 구비되어 수동제어가 가능하도록 구성되어야 함은 당연하다 하겠다.
나아가, 상기 챔버(100)의 내부압에 의해 내부 가스가 연소용 에어공급관(330) 및 제1비상공급관(310) 쪽으로 역류되는 것을 방지하기 위해 불활성가스인 질소를 퍼지할 수 있도록 구성함이 바람직하다.
이를 위해, 비상공급컨트롤밸브(210)와 연소용 에어공급관(300)에 제1비상공급관(310)이 연결된 지점 사이의 제1비상공급관(310) 상에 자체 밸브를 갖는 질소퍼지관(400)이 더 연결되며, 필요에 따라 컨트롤러(200)의 제어하에 자동제어되도록 세팅할 수 있다.
이러한 구성으로 이루어진 본 발명은 다음과 같은 방법으로 비상시 연소용 에어를 공급하게 된다.
도 2,3에 따르면, 본 발명에 따른 비상시 연소용 에어 공급방법은 기본적으로 3가지 형태(이하 '모드'라 함)로 이루어질 수 있으며, 또한 이들이 조합된 형태로도 가능하다.
이를 위한 기본 정보는 앞서 설명한 압력검출센서(110), 온도검출센서(120), 가스성분검출센서(130)에서 검출한 각 검출값에 기초한다.
이때, 제1모드는 가스성분검출센서(130)를 통해 검출된 순환가스의 성분만을 기준으로 제어하는 모드이며, 제2모드는 온도검출센서(120)를 통해 검출된 보일러의 입구 온도만을 기준으로 제어하는 모드이고, 제3모드는 압력검출센서(110)를 통해 검출된 챔버(100)의 내부 압력만을 기준으로 제어하는 모드이다.
그리하여, 비상이 발생되면(S100), 컨트롤러(200)는 현재 연소용 에어 공급모드가 어느 모드인지를 확인한다(S110).
확인 결과, 제1모드라면 가스성분검출센서(130)로부터 송신된 검출값을 판독하여 순환가스의 성분이 관리치 이상으로 상승한 경우에는 비상공급컨트롤밸브(210)의 개도를 조절하여 연소용 에어를 강제공급하고, 그 반대인 경우에는 강제공급을 차단한다(S112,S114).
또한, 확인 결과, 제2모드라면 온도검출센서(120)로부터 송신된 검출값을 판독하여 보일러 입구 온도가 관리치 이하로 내려간 경우에는 비상공급컨트롤밸브(210)의 개도를 조절하여 연소용 에어를 강제공급하고, 그 반대인 경우에는 강제공급을 차단한다(S212,S114).
뿐만 아니라, 확인 결과, 제3모드라면 압력검출센서(110)로부터 송신된 검출값을 판독하여 챔버(100) 내부의 압력이 관리치 이상으로 상승한 경우에는 비상공급컨트롤밸브(210)의 개도를 조절하여 연소용 에어를 강제공급하고, 그 반대인 경우에는 강제공급을 차단한다(S312,S114).
이때, 연소용 에어의 공급원은 도 2에 예시된 바와 같이, 공정에어가 될 수도 있고, 별도 저장된 에어탱크로부터 비상공급블로어(322)를 통해 공급되는 비상에어가 될 수도 있다.
또한, 챔버(100) 내부 가스의 역류 현상을 억제하도록 필요한 경우 질소퍼지관(400)을 통해 질소를 퍼지할 수도 있다.
덧붙여, 상술한 바는 제1,2,3모드가 단독으로 수행된 예만을 예시하고 있으나, 그 외에도 제1,2모드를 동시에 만족하는 제1복합모드, 제1,2,3모드를 동시에 만족하는 제2복합모드 형태로도 제어할 수 있다.
만약, 제1복합모드로 제어되는 경우라면, 순환가스의 성분 검출값이 관리치 이상으로 올라갔다고 하더라도 보일러의 입구 온도가 관리치 이상이면 강제 공급을 중단하도록 할 수 있다.
또한, 제2복합모드로 제어되는 경우라면, 순환가스의 성분 검출값이 관리치 이상으로 상승하고, 보일러의 입구 온도가 관리치 범위 내이며, 챔버(100)의 내부압이 관리범위에 있을 때 비상에어를 공급하도록 할 수 있다.
이와 같은 복합모드의 경우 변형 제어예를 설명하기 위한 예시일 뿐 반드시 이에 국한될 필요는 없으며, 복합모드시 단독모드의 조건들을 고려하여 각 모드별 조건에 가중치를 두거나 우선순위를 두고 이를 연산하여 순차 제어되도록 구성하면 되는데 이는 소프트웨어적으로 처리할 수 있는 부분이므로 더 복잡한 설명은 생략한다.
이와 같이, 본 발명은 비상 사태 발생시 연소용 에어를 외부에서 별개의 루트를 거쳐 신속하고 정확하게 공급할 수 있으므로 안전사고를 예방하고, 운전 효율을 향상시키는데 기여하게 된다.
100 : 챔버 110 : 압력검출센서
120 : 온도검출센서 130 : 가스성분검출센서
200 : 컨트롤러 210 : 비상공급컨트롤밸브
300 : 연소용 에어공급관 310 : 제1비상공급관
320 : 제2비상공급관 400 : 질소퍼지관

Claims (4)

  1. 챔버 내부 압력을 검출하는 압력검출센서, 보일러의 입구온도를 검출하는 온도검출센서, 챔버로 인입되는 순환가스의 성분을 검출하는 가스성분검출센서를 포함하는 CDQ 설비에서;
    상기 챔버로 연소용 에어를 공급하는 연소용 에어공급관 상에 연결되어 비상시 공정에어를 공급하도록 된 제1비상공급관;
    상기 제1비상공급관에서 분기되고, 별도 저장된 비상에어를 강제공급할 수 있도록 비상공급블로어를 갖춘 제2비상공급관;
    상기 제2비상공급관이 분기된 지점과 연소용 에어공급관에 연결된 지점 사이의 제1비상공급관 상에 설치된 비상공급컨트롤밸브;
    상기 압력검출센서, 온도검출센서, 가스성분검출센서로부터 출력된 검출값들을 판독하여 상기 비상공급컨트롤밸브의 개도를 제어하는 컨트롤러;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 CDQ 챔버내 비상 연소용 에어공급장치.
  2. 청구항 1에 있어서;
    상기 제2비상공급관이 분기된 지점과 상기 비상공급컨트롤밸브 사이의 제1비상공급관 상에는 상기 비상공급컨트롤밸브를 우회하여 상기 연소용 에어공급관으로 연결되는 수동공급관이 더 분기되고, 상기 수동공급관 상에는 수동개폐밸브가 구비된 것을 특징으로 하는 CDQ 챔버내 비상 연소용 에어공급장치.
  3. 청구항 1에 있어서;
    상기 비상공급컨트롤밸브와 상기 제1비상공급관이 상기 연소용 에어공급관에 연결된 지점 사이의 제1비상공급관 상에는 챔버 내부의 가스가 역류하는 것을 방지하도록 질소를 퍼지하는 질소퍼지관이 더 설치된 것을 특징으로 하는 CDQ 챔버내 비상 연소용 에어공급장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 CDQ 챔버내 비상 연소용 에어공급장치를 이용한 에어공급방법에 있어서;
    비상이 발생되면 컨트롤러가 현재 연소용 에어 공급모드를 확인하는 단계;
    확인된 모드가 제1모드라면 가스성분검출센서로부터 송신된 검출값을 판독하여 순환가스의 성분이 관리치 이상으로 상승한 경우에는 비상공급컨트롤밸브의 개도를 조절하여 연소용 에어를 강제공급하고, 그 반대인 경우에는 강제공급을 차단하며; 제2모드라면 온도검출센서로부터 송신된 검출값을 판독하여 보일러 입구 온도가 관리치 이하로 내려간 경우에는 비상공급컨트롤밸브의 개도를 조절하여 연소용 에어를 강제공급하고, 그 반대인 경우에는 강제공급을 차단하며; 제3모드라면 압력검출센서로부터 송신된 검출값을 판독하여 챔버 내부의 압력이 관리치 이상으로 상승한 경우에는 비상공급컨트롤밸브의 개도를 조절하여 연소용 에어를 강제공급하고, 그 반대인 경우에는 강제공급을 차단하도록 제어하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 CDQ 챔버내 비상 연소용 에어공급장치를 이용한 에어공급방법.
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