KR101435272B1 - 코크스 소비열량 추정방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 코크스 소비열량 추정방법에 관한 것으로, 코크스 소비열량과 상관성이 있는 영향인자를 수집하는 단계와, 상기 수집한 영향인자 중 코크스 소비열량과 상관성이 높은 영향인자 및 이론적 검토가 필요한 영향인자를 각각 독립변수와 보조변수로 선택하는 단계와, 상기 독립변수와 상기 보조변수에 의하여 코크스 소비열량을 추정하는 단계를 포함한다.
본 발명은 석탄배합조건 및 코크스 오븐의 조업조건에 따른 최적 소비열량 도출이 가능하여 코크스의 품질 관리가 가능하고 코크스 오븐의 운전비용 상승을 방지할 수 있는 이점이 있다.
본 발명은 석탄배합조건 및 코크스 오븐의 조업조건에 따른 최적 소비열량 도출이 가능하여 코크스의 품질 관리가 가능하고 코크스 오븐의 운전비용 상승을 방지할 수 있는 이점이 있다.
Description
본 발명은 코크스 소비열량 추정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 석탄배합조건 및 조업조건 변화에 따라 코크스 오븐의 소비열량을 예측할 수 있는 코크스 소비열량 추정방법에 관한 것이다.
코크스는 고로의 열원으로 사용되는 연료인 동시에 철광석을 환원시키는 환원제의 역할을 한다. 코크스는 석탄을 코크스 오븐 설비에서 가열 건류하여 제조한다.
코크스 제조용 석탄은 건류시에 점결이 잘 이루어질 수 있는 점결성을 가져야하므로 원료로는 역청탄이 많이 사용된다. 코크스 제조에 이용되는 석탄을 일반적인 연료용과 구분하여 원료탄이라 칭하기도 한다.
본 발명과 관련된 선행기술로는 국내등록특허 제10-0206486호(1999.04.08)"고로용 코크스의 제조방법"이 있다.
본 발명의 목적은 코크스의 품질 확보와 코크스 오븐의 경제적 운전을 위해 석탄배합조건 및 조업조건 변화에 따라 코크스 오븐의 소비열량을 예측할 수 있도록 한 코크스 소비열량 추정방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 코크스 소비열량과 상관성이 있는 영향인자를 수집하는 단계와, 상기 수집한 영향인자 중 코크스 소비열량과 상관성이 높은 영향인자 및 이론적 검토가 필요한 영향인자를 각각 독립변수와 보조변수로 선택하는 단계와, 상기 독립변수와 상기 보조변수에 의하여 코크스 소비열량을 추정하는 단계를 포함한다.
상기 독립변수는 코크스 가동율, 장입탄 수분, 장입탄 휘발분이다.
상기 보조변수는 코크스 오븐 문당 장입량, 코크스 오븐 평균 로온이다.
상기 코크스 소비열량은 하기의 수학식을 만족한다.
<수학식>
코크스 소비열량=-381-5.82×(코크스 가동율)+17.30×(장입탄 수분)+7.73×(장입탄 휘발분)+15.30×(코크스 오븐 문당 장입량)+0.23×(코크스 오븐 평균 로온)
(결정계수 R2이 0.744)
본 발명은 코크스 소비열량과 상관성이 있는 영향인자들을 분석하여 최소한의 상관성이 높은 독립변수와 조업조건 변화시 이론적 적정 소비열량을 미세하게 조정할 수 있는 보조변수를 도출하고, 이를 회귀분석 방법에 적용하여 코크스 소비열량을 추정하는 수학식을 도출한다. 도출한 수학식은 실제 측정된 코크스 소비열량과의 결정계수가 0.744로 상관도가 높다.
따라서, 석탄배합조건 및 코크스 오븐의 조업조건에 따른 최적 소비열량 도출이 가능하여 코크스의 품질 관리가 가능하고 코크스 오븐의 운전비용 상승을 방지할 수 있는 효과가 있다.
더 나아가, 본 발명의 코크스 소비열량 추정방법은 코크스 에너지 절감을 통한 원가절감 효과와 더불어 코크스 오븐 내화물이 받는 열 충격을 낮추어 코크스 오븐의 수명을 연장할 수 있는 중요한 효과가 있다.
도 1은 장입탄 가동율에 대한 코크스 소비열량과의 상관성을 나타낸 그래프.
도 2는 장입탄 수분에 대한 코크스 소비열량과의 상관성을 나타낸 그래프.
도 3은 장입탄 휘발분에 대한 코크스 소비열량과의 상관성을 나타낸 그래프.
도 4는 코크스 오븐 문당 장입량에 대한 코크스 소비열량과의 상관성을 나타낸 그래프.
도 5는 코크스 오븐 평균 로온에 대한 코크스 소비열량과의 상관성을 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명에 의해 예측된 코크스 소비열량과 실제 측정된 코크스 소비열량과의 상관성을 나타낸 그래프.
도 2는 장입탄 수분에 대한 코크스 소비열량과의 상관성을 나타낸 그래프.
도 3은 장입탄 휘발분에 대한 코크스 소비열량과의 상관성을 나타낸 그래프.
도 4는 코크스 오븐 문당 장입량에 대한 코크스 소비열량과의 상관성을 나타낸 그래프.
도 5는 코크스 오븐 평균 로온에 대한 코크스 소비열량과의 상관성을 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명에 의해 예측된 코크스 소비열량과 실제 측정된 코크스 소비열량과의 상관성을 나타낸 그래프.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 코크스 소비열량 추정방법은, 코크스 소비열량과 상관성이 있는 영향인자를 수집하는 단계와, 수집한 영향인자 중 코크스 소비열량과 상관성이 높은 영향인자 및 이론적 검토가 필요한 영향인자를 각각 독립변수와 보조변수로 선택하는 단계와, 독립변수와 보조변수에 의하여 코크스 소비열량을 추정하는 단계를 포함한다.
코크스 오븐은 석탄을 장입한 후, 공기가 차단된 상태의 고온(800~1400℃)에서 15~20시간 동안 간접 가열을 통한 건류 과정을 통해 코크스를 제조하는 설비이다. 코크스는 열원과 환원제로서의 역할뿐 아니라 고로 내 통기성을 유지하는 중요한 역할을 한다.
코크스 소비열량은 석탄 1톤을 코크스로 만드는데 투입되는 열량(Mcal)을 의미한다. 코크스 오븐에 투입되는 열량이 줄어들면 코크스가 충분히 마르지 않아 코크스의 품질이 낮아지거나 편차가 심해지는 문제가 발생한다.
또한, 코크스 오븐에 투입되는 열량이 과다할 경우에는 코크스 오븐에 과다한 열량이 공급되어 운전비가 상승하고 코크스 오븐 내화물이 받는 열 충격이 커져 코크스 오븐의 손상을 야기할 수 있다.
따라서, 코크스의 품질을 확보하고, 코크스 오븐의 경제적 운전을 위해 코크스 오븐에 장입되는 석탄 1톤당 필요한 열량을 의미하는 적정 소비열량(Mcal/t-건탄)을 설정하여 조업한다.
코크스 소비열량은 장입탄의 성상, 장입조건, 코크스 오븐의 가동조건에 따라 차이가 발생하며, 이러한 차이에 의해 코크스 품질이나 코크스 소비열량에 편차가 발생한다.
따라서, 코크스 품질 하락 및 코크스 오븐의 운전비용 상승을 방지하는 코크스 오븐의 최적 소비열량을 도출할 수 있도록 석탄배합조건 및 조업조건 변화에 따라 코크스 소비열량을 예측한다.
여기서, 장입탄은 복수의 석탄 탄종을 배합한 배합탄을 의미한다. 통상, 코크스 제조시에는 8~10 탄종을 배합한 장입탄을 사용한다.
우선, 코크스 소비열량과 상관성이 있는 영향인자를 수집한다. 코크스 소비열량과 상관성이 있는 영향인자는 코크스 소비열량에 영향을 미칠 수 있는 영향인자들을 선별하는 단계이다.
선별된 영향인자는 장입탄 휘발분, 장입탄 회분, 장입탄 반사율, 활성성분, 불활성성분, 장입탄 수분 등의 석탄배합조건과, 코크스 가동율, 코크스 오븐 분당 장입량, 코크스 오븐 평균 로온, 건류속도 등의 조업조건을 포함한다.
영향인자는 실조업에서 코크스 오븐의 월별 평균 실적 데이터를 기반으로 하여 선별한 것이다.
다음으로, 수집한 영향인자 중 코크스 소비열량(이하, "소비열량"으로도 칭함)과 상관성이 높은 영향인자 및 이론적 검토가 필요한 영향인자를 각각 독립변수및 보조변수로 선택한다.
독립변수는 코크스 소비열량과 상관성이 높은 대표인자만 선택하여 상관 정도의 중첩효과를 최소화한 것이다.
독립변수는 코크스 가동율, 장입탄 수분, 장입탄 휘발분이다.
코크스 가동율은 코크스 오븐의 가동율을 의미하는 것으로, 1년 동안에 발전된 총발전량을 설비용량으로만 발전 되었다고 가정할 때 발전시간과 1년에 대한 비율(%)을 나타낸 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 코크스 가동율은 소비열량과 결정계수 R2가 0.62로 상관성이 매우 높다. 코크스 가동율이 높아지면 소비열량은 감소한다. 또한, 가동율이 높아지면 코크스의 건류가 나빠 강도 하락을 초래한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 장입탄 수분은 소비열량과 결정계수 R2가 0.22로 상관성이 높다.
장입탄 수분이 증가하면 부피밀도(Bulk density)를 하락시켜 소비열량을 상승시킨다.
도 3에 도시된 바와 같이, 장입탄 휘발분은 소비열량과 결정계수 R2가 0.14로 상관성이 높다.
장입탄 휘발분은 건조한 석탄을 공기를 차단하고 950℃로 7분간 가열한 다음 그 감량 백분율으로부터 수분 백분율을 뺀 나머지 백분율을 휘발분으로 간주한다. 장입탄 휘발분이 높으면 소비열량이 증가한다.
상관성은 회기분석 방법을 적용하여 도출한다. 회귀분석 방법은 둘 또는 그 이상의 변수들간의 관계를 파악함으로써 어떤 특정한 변수의 값을 한 개 또는 그 이상의 변수들로부터 설명하고 예측하는 통계적 기법이다.
보조변수는 회기분석 방법을 통해 상관성이 낮은 것으로 도출되나, 이론적 검토가 필요한 영향인자이다. 보조변수는 코크스 오븐 문(Coking Chamber)당 장입량(t-건탄/문), 코크스 오븐 평균 로온이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 코크스 오븐 문(Coking Chamber)당 장입량은 소비열량과 결정계수 R2가 0.01로 상관성이 낮다.
코크스 오븐 문당 장입량은 실제 장입탄이 코크스 오븐 내에 장입되는 양이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 코크스 오븐 평균 로온은 소비열량과 결정계수 R2가 0.01로 상관성이 낮다.
그러나, 코크스 오븐 문당 장입량 증가는 부피밀도(Bulk density)를 상승시켜 코크스의 강도를 향상시키고, 코크스 오븐 평균 로온은 소비열량(Heat rate)과 밀접한 관련이 있다. 따라서 코크스 오븐의 조업조건 변화시 이론적 적정 소비열량을 미세하게 조정하기 위해 보조변수가 적용된다.
또한, 코크스 오븐 문당 장입량은 장입밀도(Charging density)에 영향을 미치며, 또한, 장입탄 수분이 코크스 오븐 문당 장입량에 큰 영향을 미친다.
독립변수와 보조변수에 의하여 코크스 소비열량을 추정하는 단계는 코크스 품질하락을 방지하고 코크스 오븐 운전비용 상승을 방지할 수 있는 최적 코크스 소비열량을 도출하는 단계이다.
코크스 소비열량은 하기의 수학식을 만족한다.
<수학식>
코크스 소비열량=-381-5.82×(코크스 가동율)+17.30×(장입탄 수분)+7.73×(장입탄 휘발분)+15.30×(코크스 오븐 문당 장입량)+0.23×(코크스 오븐 평균 로온)
여기서, 코크스 소비열량의 단위는 Mcal/t-coal로 나타내고, 장입탄의 가동율, 장입탄의 수분, 장입탄의 휘발분의 단위는 각각 %로 나타내며, 코크스 오븐 문당 장입량의 단위는 t-건탄/문으로 나타내고, 로온의 단위는 ℃로 나타낸다.
도 6에 도시된 바와 같이, 예측된 코크스 소비열량은 실제 측정된 코크스 소비열량과 결정계수 R2가 0.744로 상관성이 높다.
이로부터, 본 발명의 코크스 소비열량 추정방법을 통해 코크스 오븐에 투입되는 열량을 줄이는 동시에 코크스의 품질 관리가 가능하고, 코크스 오븐의 운전비용 상승도 방지하는 것이 가능함을 알 수 있다.
본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
Claims (4)
- 코크스 소비열량과 상관성이 있는 영향인자를 수집하는 단계와,
상기 수집한 영향인자 중 회기분석 방법을 적용하여 도출시 코크스 소비열량과 상관성이 있는 영향인자 및 이론적 검토가 필요한 영향인자를 각각 독립변수와 보조변수로 선택하는 단계와,
상기 독립변수와 상기 보조변수에 의하여 코크스 소비열량을 추정하는 단계를 포함하며,
상기 독립변수는
코크스 가동율, 장입탄 수분, 장입탄 휘발분이고,
상기 보조변수는 코크스 오븐 문당 장입량, 코크스 오븐 평균 로온이며,
상기 코크스 소비열량은 하기의 수학식을 만족하는 것을 특징으로 하는 코크스 소비열량 추정방법.
<수학식>
코크스 소비열량=-381-5.82×(코크스 가동율)+17.30×(장입탄 수분)+7.73×(장입탄 휘발분)+15.30×(코크스 오븐 문당 장입량)+0.23×(코크스 오븐 평균 로온)
(결정계수 R2이 0.744)
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