KR101412131B1

KR101412131B1 - 가스선별장치 및 방법

Info

Publication number: KR101412131B1
Application number: KR20120108148A
Authority: KR
Inventors: 김구용; 박병철
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2012-09-27
Filing date: 2012-09-27
Publication date: 2014-06-25
Also published as: KR20140041136A

Abstract

가스선별장치 및 가스선별방법이 개시된다. 상기 가스선별장치는, 전로가스가 유입되는 제1 배관; 상기 제1 배관으로 유입되는 전로가스 중 일산화탄소의 함량을 측정하는 제1 측정기; 상기 제1 배관에 연결되어, 상기 제1 측정기에 의해 측정된 상기 일산화탄소의 함량이 기준값 보다 작은 경우 상기 전로가스를 혼합부에 전달하는 제2 배관; 상기 제2 배관에 설치되어, 상기 혼합부에 유입되는 전로가스 중 산소의 함량을 측정하는 제2 측정기; 고로가스가 유입되는 제3 배관; 상기 제3 배관에서 분기되어 상기 혼합부에 연결되는 제4 배관; 상기 제3 배관에 연결되어 상기 고로가스를 이송하는 제5 배관; 상기 제4 배관에 설치되어, 상기 혼합부에 전달되는 고로가스의 유량을 조절하는 유량밸브; 상기 혼합부에서 배출되는 혼합가스를 상기 제5 배관에 전달하는 제6 배관; 상기 제6 배관에 설치되어, 상기 혼합가스의 열량을 측정하는 열량측정기; 및 상기 제2 측정기에서 측정된 상기 전로가스의 산소함량과 상기 열량측정기에서 측정된 상기 혼합가스의 열량을 이용하여, 상기 유량밸브의 작동을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

가스선별장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SORTING A GAS}

본 발명은 가스선별장치 및 방법에 관한 것이다.

제철 공정에서는 고로가스(BFG, blast furnace gas), 코크스로가스(COG, coke oven gas), 전로가스(LDG, linz donawitz gas) 등과 같은 부생가스가 발생된다. 이러한 고로가스, 코크스로가스 및 전로가스는, 각각 750kcal/Nm³, 4200kcal/Nm³, 2000kcal/Nm³ 정도의 발열량을 보유하고 있어, 이들 부생가스는 제철 공정의 에너지원으로 다양하게 재이용될 수 있다.

이러한 부생가스 중 전로가스는 일산화탄소의 함량에 따라 열량이 결정될 수 있으며, 이러한 일산화탄소의 함량은 취련 작업의 진행에 따라 변동된다. 그리고 이러한 전로가스는 일산화탄소 함량이 기준값, 예를 들어 30 부피퍼센트 보다 작은 경우 연소가스의 형태로 대기 중으로 방산될 수 있으며, 이 경우 전로가스의 연소시 폭발을 방지하기 위해, 연소 이전에 전로가스에 질소 등과 같은 퍼지가스를 혼합하여 혼합가스 중 산소의 함량을 감소시킬 수 있다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2004-0092823 (2002.05.04)에 개시되어 있다.

본 발명은 소정 수준 이하의 일산화탄소 함유량을 갖는 전로가스를 안정적으로 재활용 할 수 있는 가스선별장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 전로가스(LDG, linz donawitz gas)가 유입되는 제1 배관; 상기 제1 배관으로 유입되는 전로가스 중 일산화탄소의 함량을 측정하는 제1 측정기; 상기 제1 배관에 연결되어, 상기 제1 측정기에 의해 측정된 상기 일산화탄소의 함량이 기준값 보다 작은 경우 상기 전로가스를 혼합부에 전달하는 제2 배관; 상기 제2 배관에 설치되어, 상기 혼합부에 유입되는 전로가스 중 산소의 함량을 측정하는 제2 측정기; 고로가스가 유입되는 제3 배관; 상기 제3 배관에서 분기되어 상기 혼합부에 연결되는 제4 배관; 상기 제3 배관에 연결되어 상기 고로가스를 이송하는 제5 배관; 상기 제4 배관에 설치되어, 상기 혼합부에 전달되는 고로가스의 유량을 조절하는 유량밸브; 상기 혼합부에서 배출되는 혼합가스를 상기 제5 배관에 전달하는 제6 배관; 상기 제6 배관에 설치되어, 상기 혼합가스의 열량을 측정하는 열량측정기; 및 상기 제2 측정기에서 측정된 상기 전로가스의 산소함량과 상기 열량측정기에서 측정된 상기 혼합가스의 열량을 이용하여, 상기 유량밸브의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 가스선별장치가 제공된다.

여기서, 상기 제1 측정기에 의해 측정된 상기 일산화탄소의 함량이 기준값 이상인 경우 상기 전로가스는 전로가스 홀더로 전달될 수 있다.

또한, 상기 기준값은 30 부피퍼센트(volume percent)일 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 전로가스 중 일산화탄소의 함량을 측정하는 단계; 상기 일산화탄소의 함량이 기준값 보다 작은 경우 상기 전로가스를 혼합부에 전달하는 단계; 고로가스의 일부를 상기 혼합부에 전달하여 상기 전로가스와 혼합하는 단계; 상기 혼합부에서 배출되는 혼합가스를 상기 고로가스의 나머지 일부에 주입하는 단계를 포함하는 가스선별방법이 제공된다. 이 때, 상기 혼합부에 전달되는 고로가스의 유량은, 상기 혼합부에 전달되는 전로가스 중 산소의 함량과 상기 혼합가스의 열량에 의해 조절된다.

한편, 상기 기준값은 30 부피퍼센트(volume percent)일 수 있다.

또한, 상기 제1 측정기에 의해 측정된 상기 일산화탄소의 함량이 기준값 이상인 경우 상기 전로가스를 전로가스 홀더로 전달하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 소정 수준 이하의 일산화탄소 함유량을 갖는 전로가스를 안정적으로 재활용 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스선별장치를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스선별장치에 유입되는 전로가스 중 일산화탄소 및 산소의 함량 변화를 나타낸 그래프.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스선별방법을 나타낸 순서도.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명에 따른 가스선별장치 및 방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 일산화탄소의 함량이 소정 수준에 미치지 못하여 방산되던 전로가스를 고로가스의 일부와 혼합하여 활용하되, 이로 인해 과도한 에너지 상승이 발생하는 것을 방지하기 위해 혼합가스의 열량을 실시간으로 감지하여 전로가스와 혼합되는 고로가스의 양을 제어할 수 있게 된다. 뿐만 아니라, 혼합가스의 폭발이 방지될 수 있도록 전로가스의 산소 함량을 실시간으로 측정하고, 이 자료 역시 고로가스의 유입량을 조절하는 데에 적용한다. 이러한 구조를 통하여, 방산되던 전로가스를 활용하면서도 시스템의 안정성을 유지할 수 있게 된다.

전로가스는 일산화탄소 함량에 따라 열량이 결정될 수 있기 때문에, 전로가스를 일산화탄소 함량에 따라 선별하면 고열량의 연료가 요구되는 설비에 높은 일산화탄소 함량에 의해 고열량을 갖는 전로가스를 공급할 수 있어, 설비의 보다 효과적인 운용이 가능하게 된다.

또한, 본 실시예에 따르면, 전로가스 중 일산화탄소의 함량이 기준값, 예를 들어 30 부피퍼센트 보다 작은 경우에도 이를 방산하지 않고 고로가스와 혼합하여 다양한 용도로 활용함으로써, 전로가스가 보유하고 있는 열량이 버려져 낭비되는 것을 방지할 수 있게 된다.

이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 실시예에 따른 가스선별장치의 각 구성에 대하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.

제1 배관(11)에는 도 1에 도시된 바와 같이, 전로(10) 내의 취련 작업에 의해 발생되며, 일산화탄소와 산소의 함량이 변동되는 전로가스가 유입된다. 전로가스는 그 유동에 따라 일산화탄소의 함량이 변동될 수 있는데, 취련 작업의 진행에 따라 일산화탄소의 함량은 취련 초기에서 중기로 갈수록 증가하다가 취련 말기로 갈수록 다시 감소하는 경향을 나타낸다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스선별장치에 유입되는 전로가스 중 일산화탄소와 산소의 함량 변화를 나타낸 그래프이다. 도 2를 통해 확인할 수 있는 바와 같이, 전로가스 중 일산화탄소의 함량은 취련 시간에 따라 변동되며, 취련 초기로부터 증가하기 시작하여 취련 중기에 최대값에 이르고, 취련 말기로 갈수록 다시 감소하게 된다.

이와 같이 전로가스 내 일산화탄소의 함량이 그 유동에 따라 변동되는 경우, 일산화탄소의 함량에 상응하여 전로가스의 보유 열량 역시 변동된다. 종래의 경우, 일산화탄소 함량이 기준값, 예를 들어 30 부피퍼센트 보다 작아 상대적으로 낮은 열량을 보유하는 취련 초기와 말기의 전로가스는 질소 등의 퍼지가스가 혼합된 후 연소가스의 형태로 방산되어 왔다.

이에 대해 본 실시예의 경우, 전로가스의 일산화탄소 함량이 미리 설정된 기준값 보다 작은 경우에도 이를 방산하는 것이 아니라 별도로 선별하고, 선별된 전로가스를 고로가스와 혼합하여 활용함으로써 전로가스와 퍼지가스의 낭비를 방지할 수 있다.

제1 측정기(12)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 배관(11)에 설치되어 제1 배관(11)으로 유입되는 전로가스의 일산화탄소 함량을 열량을 이용하여 측정할 수 있다. 이와 같은 제1 측정기(12)로는 전로가스 중 일산화탄소의 농도만을 선택적으로 측정하는 장치가 이용될 수 있으며, 그 밖에 모든 성분의 함량을 측정할 수 있는 장치 역시 제1 측정기(12)로 이용될 수 있다.

제1 측정기(12)에 의해 측정된 전로가스의 일산화탄소 함량에 대한 정보는 제어부(50)로 전달될 수 있으며, 제어부(50)는 이러한 함량 정보에 따라 전환밸브(13)의 작동을 제어한다. 보다 구체적으로, 제1 측정기(12)에 의해 측정된 전로가스 일산화탄소의 함량이 기준값 이상인 경우 제어부(50)는 고열량(약 2,000kcal/Nm³)의 전로가스가 이송관(14)을 통해 전로가스홀더(20)로 전달되도록 전환밸브(13)를 제어할 수 있다.

반면, 측정된 일산화탄소의 함량이 기준값보다 작은 경우 제어부(50)는 이러한 저열량(약 1,500kcal/Nm³)의 전로가스가 제2 배관(15)을 통해 혼합부(40)로 전달되도록 전환밸브(13)를 제어할 수 있다.

혼합부(40)에서는 전술한 전로가스와 후술할 고로가스가 혼합되어 혼합가스가 형성되는데, 혼합가스는 폭발이 방지될 수 있도록 산소의 함량이 폭발 한계값인 0.1 부피퍼센트 이하가 되도록 설정되는 것이 좋다. 이를 위하여, 본 실시예에 따르면, 제2 배관(15)에 제2 측정기(16)를 설치하여 전로가스의 산소 함량을 실시간으로 측정하고, 이를 바탕으로 고로가스의 유입량을 조절하는 구조를 갖는다.

도 2에 도시된 바와 같이, 전로가스 중 산소의 함량은 취련 시간에 따라 변동되며, 취련 초기로부터 감소하기 시작하여 취련 중기에 이르게 되면 전로가스 내에 거의 존재하지 않게 된다. 따라서 혼합가스 중 산소의 함량을 폭발 한계값인 0.1 부피퍼센트 이하로 유지하기 위하여, 제어부(50)는 제2 측정기(16)에 의해 측정된 산소 함량에 근거하여 유량밸브(34)를 제어함으로써, 취련 초기의 초반에는 상대적으로 다량의 고로가스를 혼합부(40)에 공급할 수 있으며, 후반으로 갈수록 상대적으로 소량의 고로가스를 혼합부(40)에 공급할 수 있게 된다.

이 경우, 제2 측정기(16)로는 전로가스 중 산소의 농도만을 선택적으로 측정하는 장치가 이용될 수 있으며, 그 밖에 모든 성분의 함량을 측정할 수 있는 장치 역시 제2 측정기(16)로 이용될 수 있다.

한편, 제3 배관(31)에는 가스저장용기(30)로부터 질소를 주성분으로 하는 고로가스가 유입된다. 제3 배관(31)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 제4 배관(32)과 제5 배관(33)으로 분기되는데, 제4 배관(32)은 혼합부(40)에 연결되어 제3 배관(31)을 통해 유입된 고로가스의 일부가 혼합부(40)에 전달될 수 있도록 한다. 이 때, 제4 배관(32)에는 혼합부(40)에 전달되는 고로가스의 유량을 조절하는 유량밸브(34)가 설치되는데, 이러한 유량밸브(34)의 작동은 제어부(50)에 의해 조절된다. 반면, 제5 배관(33)은 곧바로 고로가스홀더(60)에 연결된다.

혼합부(40)에서 생성된 혼합가스는 제6 배관(35)을 통해 배출되는데, 제6 배관(35)은 제5 배관(33)에 연결된다. 이러한 구조를 통해, 혼합부(40)에서 생성된 혼합가스는 혼합되지 않은 고로가스와 다시 합쳐져 고로가스홀더(60)에 전달된다.

한편, 제6 배관(35)에는 열량측정기(36)가 설치되어 혼합가스의 열량을 실시간으로 측정한다. 여기서 측정된 자료는 제어부(50)에 전달되며, 이 자료는 전술한 제2 측정기(16)에서 취득된 자료와 함께, 혼합부(40)에 유입되는 고로가스의 유량을 결정하는 데에 이용된다. 이를 통해 고로가스홀더(60)에 제공되는 가스의 열량이 기존 대비 약 5% 오차범위 내에 머물도록 할 수 있어, 설계의 변경에도 불구하고 안정적으로 시스템을 유지할 수 있게 된다.

이상 본 발명의 일 실시예에 따른 가스선별장치에 대해 설명하였으며, 이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스선별방법에 대해 설명하도록 한다. 본 실시예에 따른 가스선별방법은 전술한 실시예에 따른 가스선별장치와 동일 또는 유사한 장치에 의해 구현될 수 있으므로, 이하에서 설명되지 않은 사항 중 논리적으로 모순되지 않는 범위 내에서 전술한 가스선별장치에 대한 설명이 본 실시예에 따른 가스선별방법에도 적용될 수 있을 것이며, 이에 대한 구체적인 설명은 전술한 것으로 갈음하도록 한다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스선별방법을 나타낸 순서도이다.

먼저, 전로가스 중 일산화탄소의 함량을 측정한다(S10). 전로가스의 일산화탄소 함량은 제1 배관(11)에 설치된 제1 측정기(12)에 의해 측정될 수 있으며, 측정된 자료는 제어부(50)에 전달된다.

다음으로, 일산화탄소의 함량과 기준값을 비교한다(S20). 기준값은 미리 설정된 값으로서, 예를 들면 30 부피퍼센트(volume percent)일 수 있다.

비교 결과, 전로가스의 일산화탄소 함량이 기준값 이상인 경우, 전로가스는 전로가스홀더(20)로 전달된다. 이를 위해 제어부(50)가 제1 배관(11)에 설치된 전환밸브(13)의 작동을 조절할 수 있다.

이에 반해, 전로가스의 일산화탄소 함량이 기준값 보다 작은 경우에는, 전로가스를 혼합부(40)에 전달한다(S40).

한편, 전로가스와 별도로 유입된 고로가스의 일부를 혼합부(40)에 전달하여 전로가스와 혼합한다(S50). 혼합부(40)에 유입된 고로가스와 전로가스는 서로 혼합되어 혼합가스를 생성하게 된다.

이 후, 혼합부(40)에서 생성되어 배출되는 혼합가스를 고로가스의 나머지 일부에 주입한다(S60). 이를 통해, 혼합부(40)에서 생성된 혼합가스는 혼합되지 않은 고로가스와 다시 합쳐져 고로가스홀더(60)에 전달된다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

10: 전로
11: 제1 배관
12: 제1 측정기
13: 전환밸브
14: 이송관
15: 제2 배관
16: 제2 측정기
20: 전로가스홀더
30: 가스저장용기
31: 제3 배관
32: 제4 배관
33: 제5 배관
34: 유량밸브
35: 제6 배관
36: 열량측정기
40: 혼합기
50: 제어부
60: 고로가스홀더

Claims

전로가스(LDG, linz donawitz gas)가 유입되는 제1 배관;
상기 제1 배관으로 유입되는 전로가스 중 일산화탄소의 함량을 측정하는 제1 측정기;
상기 제1 배관에 연결되어, 상기 제1 측정기에 의해 측정된 상기 일산화탄소의 함량이 기준값 보다 작은 경우 상기 전로가스를 혼합부에 전달하는 제2 배관;
상기 제2 배관에 설치되어, 상기 혼합부에 유입되는 전로가스 중 산소의 함량을 측정하는 제2 측정기;
고로가스가 유입되는 제3 배관;
상기 제3 배관에서 분기되어 상기 혼합부에 연결되는 제4 배관;
상기 제3 배관에 연결되어 상기 고로가스를 이송하는 제5 배관;
상기 제4 배관에 설치되어, 상기 혼합부에 전달되는 고로가스의 유량을 조절하는 유량밸브;
상기 혼합부에서 배출되는 혼합가스를 상기 제5 배관에 전달하는 제6 배관;
상기 제6 배관에 설치되어, 상기 혼합가스의 열량을 측정하는 열량측정기; 및
상기 제2 측정기에서 측정된 상기 전로가스의 산소함량과 상기 열량측정기에서 측정된 상기 혼합가스의 열량을 이용하여, 상기 유량밸브의 작동을 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 유량밸브는, 상기 전로가스 및 상기 고로가스가 혼합되어 형성된 혼합가스 내 산소의 함량이 연소 한계 농도 이하로 조절되어, 상기 혼합가스의 폭발이 방지될 수 있도록 상기 고로가스의 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 가스선별장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 측정기에 의해 측정된 상기 일산화탄소의 함량이 기준값 이상인 경우 상기 전로가스는 전로가스홀더로 전달되는 것을 특징으로 하는 가스선별장치.
제1항에 있어서,
상기 기준값은 30 부피퍼센트(volume percent)인 것을 특징으로 하는 가스선별장치.
전로가스 중 일산화탄소의 함량을 측정하는 단계;
상기 일산화탄소의 함량이 기준값 보다 작은 경우 상기 전로가스를 혼합부에 전달하는 단계;
고로가스의 일부를 상기 혼합부에 전달하여 상기 전로가스와 혼합하는 단계;
상기 혼합부에서 배출되는 혼합가스를 상기 고로가스의 나머지 일부에 주입하는 단계를 포함하고,
상기 혼합부에 전달되는 고로가스의 유량은, 상기 혼합부에 전달되는 전로가스 중 산소의 함량과 상기 혼합가스의 열량에 의해 조절되고, 상기 전로가스 및 상기 고로가스가 혼합되어 형성된 혼합가스 내 산소의 함량이 연소 한계 농도 이하로 조절되어, 상기 혼합가스의 폭발이 방지될 수 있도록 조절되는 것을 특징으로 하는 가스선별방법.
제4항에 있어서,
상기 기준값은 30 부피퍼센트(volume percent)인 것을 특징으로 하는 가스선별방법.
제4항에 있어서,
상기 측정하는 단계에서 측정된 상기 일산화탄소의 함량이 기준값 이상인 경우 상기 전로가스를 전로가스홀더로 전달하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스선별방법.