KR101665790B1 - 래들 예열 설비의 운전 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

래들 예열 설비의 운전 장치는, 우회 배관과 맥동 배관으로 분기되어 래들 상부의 연소 버너에 연료를 공급하는 연료 공급 배관을 구비한 래들 예열 설비의 운전 장치에 있어서, 우회 배관에 설치된 우회 제어 밸브를 개방시킴으로써, 우회 배관을 통해서 공급되는 연료에 의해 연소 버너를 연소시키는 우회 제어 밸브 제어부와, 연소 버너의 연소에 의해 래들의 온도가 미리 설정된 기준 시간 동안 제1 기준온도 이상을 유지하는 경우 맥동 배관에 설치된 맥동 밸브를 제어하여 맥동 연소를 수행하는 맥동 밸브 제어부와, 맥동 연소가 수행되는 동안 우회 제어 밸브의 개도량을 제어하여 우회 배관을 통해 공급되는 연료의 양을 최소화하는 개도량 제어부를 포함함으로써, 짧은 시간에 래들 내부의 온도가 목표온도에 도달하여 예열과정을 단축시키거나, 맥동화염에 의한 열 전달율 상승으로 래들 내부 온도를 증가시켜 사용되는 연료의 양을 절감할 수 있다.

Description

래들 예열 설비의 운전 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD OF OPERATING LADLE PREHEATING EQUIPMENT}

본 출원은, 래들 예열 설비의 운전에 관한 것이다.

산업용 열처리로 및 가열로 등 대형 열설비의 사용이 증가됨에 따라 에너지 소비가 증가하고 있으며, 에너지 절감 방법으로 새롭고 다양한 연소 기술 및 연소 제어 기술에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.

특히, 제철소에서 사용되는 래들 예열 설비의 경우 기존에는 일반적인 연소버너가 예열 및 가열을 통해 래들의 예열을 목적으로 사용되었는데, 래들 내의 내화물 상태에 따라 수 시간 ~ 수십 시간 동안 예열을 진행하며, 각 건조 과정은 점점 온도를 높이며 건조하는 등의 일정한 패턴을 가진다. 이와 같은, 래들의 예열시에는 연소제어를 통한 일정 패턴에 따라 과잉공기로 연소가 진행되기 때문에 다량의 질소산화물이 발생하게 된다. 또한, 과잉공기의 공급으로 화염온도가 최적화되지 못하고, 예열시간이 오래 걸리거나 연료의 사용량이 증가하는 문제점이 있다.

이에 따라, 연료공급을 제어하여 연소를 제어함으로써, 래들 내부의 승온 속도를 빠르게 하여 더욱 짧은 시간에 목표 온도에 도달하여 예열과정을 단축시키거나, 맥동화염에 의한 열 전달율 상승으로 래들 내부 온도를 증가시켜 사용되는 연료의 양을 절감하기 위한 방법에 대한 연구가 필요하게 되었다.

관련 선행 기술로 일본공개특허 특개2009-079588호(‘액티브 연소 제어를 위한 가변 용량 2줄식 밸브 장치’, 공개일: 2009년 04월 16일)가 있다.

일본공개특허 특개2009-079588호(‘액티브 연소 제어를 위한 가변 용량 2줄식 밸브 장치’, 공개일: 2009년 04월 16일)

본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 짧은 시간에 래들 내부의 온도가 목표온도에 도달하여 예열과정을 단축시키거나, 맥동화염에 의한 열 전달율 상승으로 래들 내부 온도를 증가시켜 사용되는 연료의 양을 절감할 수 있는 래들 예열 설비의 운전 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명의 제1 실시 형태에 의하면, 우회 배관과 맥동 배관으로 분기되어 래들 상부의 연소 버너에 연료를 공급하는 연료 공급 배관을 구비한 래들 예열 설비의 운전 장치에 있어서, 상기 우회 배관에 설치된 우회 제어 밸브를 개방시킴으로써, 상기 우회 배관을 통해서 공급되는 연료에 의해 상기 연소 버너를 연소시키는 우회 제어 밸브 제어부; 상기 연소 버너의 연소에 의해 상기 래들의 온도가 미리 설정된 기준 시간 동안 제1 기준온도 이상을 유지하는 경우 상기 맥동 배관에 설치된 맥동 밸브를 제어하여 맥동 연소를 수행하는 맥동 밸브 제어부; 및 상기 맥동 연소가 수행되는 동안 상기 우회 제어 밸브의 개도량을 제어하여 상기 우회 배관을 통해 공급되는 연료의 양을 최소화하는 개도량 제어부를 포함하는 래들 예열 설비의 운전 장치를 제공한다.

본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 개도량 제어부는, 미리 설정된 개도량을 기준으로 상기 우회 제어 밸브의 개도량을 단계적으로 감소시키며, 상기 우회 제어 밸브의 개도량에 따른 상기 래들의 온도가 제2 기준 온도 이상이며, 상기 우회 배관으로 공급되는 연료의 유량이 일정 유량 이상임과 동시에 상기 래들의 온도가 미리 설정된 기준 시간 동안 제2 기준온도 이상을 유지하는 경우 종료할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 개도량 제어부는, 상기 우회 제어 밸브의 개도량에 따른 상기 래들의 온도가 제2 기준 온도 미만인 경우, 상기 우회 배관으로 공급되는 연료의 유량이 일정 유량 미만인 경우 또는 상기 래들의 온도가 미리 설정된 기준 시간 동안 제2 기준온도 이상을 유지하지 못하는 경우 중 어느 하나의 경우에 상기 미리 설정된 개도량을 기준으로 우회 제어 밸브의 개도량을 단계적으로 감소시킬 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 우회 제어 밸브 제어부는, 상기 연소 버너의 연소에 의해 상기 래들의 온도가 미리 설정된 기준 시간 동안 제1 기준온도 이상을 유지하지 못하는 경우 상기 우회 배관에 설치된 우회 제어 밸브를 개방시킴으로써, 상기 우회 배관을 통해서 공급되는 연료에 의해 상기 연소 버너를 연소시킬 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 의하면, 래들 예열 설비의 운전 장치는, 상기 연소 버너를 연소 시키기 이전에 상기 래들 예열 설비의 오류 발생 여부를 진단하는 자가 진단부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 제2 실시 형태에 의하면, 우회 배관과 맥동 배관으로 분기되어 래들 상부의 연소 버너에 연료를 공급하는 연료 공급 배관을 구비한 래들 예열 설비의 운전 방법에 있어서, 우회 제어 밸브 제어부에서, 상기 우회 배관에 설치된 우회 제어 밸브를 개방시킴으로써, 상기 우회 배관을 통해서 공급되는 연료에 의해 상기 연소 버너를 연소시키는 예열 단계; 맥동 밸브 제어부에서, 상기 연소 버너의 연소에 의해 상기 래들의 온도가 미리 설정된 기준 시간 동안 제1 기준온도 이상을 유지하는 경우 상기 맥동 배관에 설치된 맥동 밸브를 제어하여 맥동 연소를 수행하는 맥동 연소 단계; 및 개도량 제어부에서, 상기 맥동 연소가 수행되는 동안 상기 우회 제어 밸브의 개도량을 제어하여 상기 우회 배관을 통해 공급되는 연료의 양을 최소화하는 연료량 제어 단계를 포함하는 래들 예열 설비의 운전 방법을 제공한다.

본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 연료량 제어 단계는, 미리 설정된 개도량을 기준으로 상기 우회 제어 밸브의 개도량을 단계적으로 감소시키는 단계; 및 상기 우회 제어 밸브의 개도량에 따른 상기 래들의 온도가 제2 기준 온도 이상이며, 상기 우회 배관으로 공급되는 연료의 유량이 일정 유량 이상임과 동시에 상기 래들의 온도가 미리 설정된 기준 시간 동안 제2 기준온도 이상을 유지하는 경우 종료하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 연료량 제어 단계는, 상기 우회 제어 밸브의 개도량에 따른 상기 래들의 온도가 제2 기준 온도 미만인 경우, 상기 우회 배관으로 공급되는 연료의 유량이 일정 유량 미만인 경우 또는 상기 래들의 온도가 미리 설정된 기준 시간 동안 제2 기준온도 이상을 유지하지 못하는 경우 중 어느 하나의 경우에 상기 미리 설정된 개도량을 기준으로 우회 제어 밸브의 개도량을 단계적으로 감소시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 맥동 연소 단계는, 상기 연소 버너의 연소에 의해 상기 래들의 온도가 미리 설정된 기준 시간 동안 제1 기준온도 이상을 유지하지 못하는 경우 상기 우회 배관에 설치된 우회 제어 밸브를 개방시킴으로써, 상기 우회 배관을 통해서 공급되는 연료에 의해 상기 연소 버너를 연소시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 의하면, 래들 예열 설비의 운전 방법은, 상기 예열 단계 이전에 상기 래들 예열 설비의 오류 발생 여부를 진단하는 자가 진단 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 연료 공급 배관을 우회 배관과 맥동 배관으로 분기시키고, 우회 배관을 통해서 공급되는 연료에 의해 연소 버너를 연소시켜 래들을 예열하고, 래들의 온도가 미리 설정된 기준 시간 동안 제1 기준온도 이상을 유지하는 경우에는 맥동 배관에 설치된 맥동 밸브를 제어하여 맥동 연소를 수행하도록 하며, 맥동 연소가 수행되는 동안 우회 제어 밸브의 개도량을 제어하여 우회 배관을 통해 공급되는 연료의 양을 최소화하도록 함으로써, 짧은 시간에 래들 내부의 온도가 목표온도에 도달하여 예열과정을 단축시키거나, 맥동화염에 의한 열 전달율 상승으로 래들 내부 온도를 증가시켜 사용되는 연료의 양을 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 래들 예열 설비의 운전 장치를 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 맥동 밸브를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 맥동 밸브를 도시한 절단사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 맥동 밸브를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 맥동 밸브의 유량 조절 유닛을 도시한 분해 사시도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 맥동 밸브의 작동 상태도이다.
도 7a는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 래들 예열 설비의 운전 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7b는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 래들 예열 설비의 운전 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7c는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 래들 예열 설비의 운전 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 래들 예열 설비의 운전 장치를 도시한 구성도이다. 한편, 도 2 내지 도 6b는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 맥동 밸브를 설명하기 위한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 래들 예열 설비의 운전 장치는 자가 진단부(410), 우회 제어 밸브 제어부(420), 맥동 밸브 제어부(430) 및 개도량 제어부(440)를 포함할 수 있다.

한편, 본 발명이 적용되는 래들 예열 설비는 래들 바디(600)와 래들 바디(600)의 상부, 즉 래들 커버(610)에 구비된 연소 버너(200), 연소 버너(200)에 연료를 공급하기 위한 우회 배관(220)과 맥동 배관(210)으로 분기된 연료 공급 배관(230)을 포함하며, 우회 배관(220)에는 연소 버너(200)로 공급되는 연료의 양을 제어하기 위한 우회 제어 밸브(300)와 우회 배관(220)을 통해 공급되는 연료의 유량(FT_1)을 계측하기 위한 유량계(511)가 구비되며, 맥동 배관(210)에는 연소 버너(200)로 공급되는 연료의 양을 제어하기 위한 맥동 제어 밸브(320), 연소 버너(200)를 맥동 연소시키기 위한 맥동 밸브(100) 및 맥동 배관(210)을 통해 공급되는 연료의 유량(FT_2)을 계측하기 위한 유량계(512)가 구비될 수 있다. 또한, 연료 공급 배관(230)에는 연료의 양을 제어하기 위한 메인 제어 밸브(310)가 더 포함될 수 있다. 또한, 레들 커버(410)에는 래들 내부의 온도(TT_1)을 측정하기 위한 온도계가 더 포함될 수 있다.

구체적으로, 연소 버너(200)는 래들 바디(600)의 상부, 즉 래들 커버(610)에 장착되어 래들 바디(600)의 내부를 건조 및 예열시키는 역할을 할 수 있으며, 이를 위해서 연소 버너(200)는 연료를 공급받아 연소를 제어할 수 있다. 여기서, 연소 버너(200)는 후술할 맥동 밸브(100)와 우회 제어 밸브(300)에 의해서 연료를 공급받는 량은 일정하게 유지할 수 있다.

즉, 맥동 배관(210)에 구비된 맥동 밸브(100)가 맥동되는 연료의 양을 조절하기 위해서 후술할 유량 조절 유닛(120)에 의해서 연료의 량을 증가 또는 감소시키면, 우회 배관(220)에 제공되는 우회 제어 밸브(300)를 통과하는 연료의 량이 감소 또는 증가하게 되어, 연소 버너(200)로 제공되는 연료의 량을 일정하게 유지할 수 있는 것이다.

또한, 연소 버너(200)는 래들 바디(600)을 덮는 래들 커버(610)에 제공될 수 있으며, 이에 의해서 래들의 건조 및 예열 효율을 높일 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상술한 맥동 밸브(100)를 포함함으로써, 연소 버너(200)를 맥동 연소시켜서, 질소산화물(NOx)의 발생을 감소시키고, 래들의 건조 및 예열 시간을 감소시키기 위한 연소효율을 향상시킬 수 있다. 여기서, '맥동 연소'란 연료를 일정한 주기로 압력 변동을 가하여 유량 변동이 이루어지는 상황에서 연료를 연소시킴으로써, 연료는 공기와의 혼합 과정과 연소 과정에서 연료 과잉과 연료 희박 상태를 주기적으로 형성하게 되어, 질소산화물의 발생을 대폭 감소시키는 연소 형태를 말한다.

이하, 도 2 내지 도 6b를 참조하여 상술한 맥동 밸브(100)에 대해 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 맥동 밸브(100)를 도시한 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 맥동 밸브(100)를 도시한 절단사시도이다. 그리고, 도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 맥동 밸브(100)를 도시한 단면도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 맥동 밸브(100)의 유량 조절 유닛을 도시한 분해 사시도이다. 한편, 도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 맥동 밸브(100)의 작동 상태도이다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 맥동 밸브(100)는 맥동 배관(210)에 제공되며, 연료의 유입부(111)와 배출부(112)가 형성된 장치 바디(110), 연료의 공급량을 조절하도록, 장치 바디(110)에 제공되는 유량 조절 유닛(120) 및 래들에 연료를 맥동 공급하도록, 장치 바디(110)에 제공되는 맥동 조절 유닛(130)을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 맥동 밸브(100)의 맥동 조절 유닛(130)은 유입부(111)와 배출부(112) 사이를 통과하는 연료의 유로 폭(L)을 주기적으로 변경하도록, 장치 바디(110)에 상하 왕복 이동하게 제공되는 상하 이동부(131)를 포함할 수 있다.

즉, 맥동 밸브(100)는 연소시의 효율을 향상시켜, 질소산화물 등의 발생을 감소시키기 위해, 래들에 연료를 맥동 공급할 수 있는 구성으로 제공될 수 있는 것이다.

또한, 장치 바디(110)는 맥동 배관(210)에 구비되며, 연료의 유입을 위한 유입부(111)와 연료의 배출을 위한 배출부(112)가 구비될 수 있다.

유량 조절 유닛(120)은 장치 바디(110)를 통과하는 연료의 량을 조절하는 역할을 할 수 있으며, 이를 위해 유량 조절 유닛(120)은 고정판(121), 회전판(122)을 제공할 수 있다. 유량 조절 유닛(120)에 대한 자세한 설명은 도 5를 참조하여 후술한다.

맥동 조절 유닛(130)은 래들로 공급되는 연료를 맥동 공급하는 역할을 할 수 있다. 이를 위해, 맥동 조절 유닛(130)은 상하 이동부(131), 탄성부재(132), 크랭크암부(133) 등을 포함할 수 있다.

상하 이동부(131)는 연료가 통과하는 장치 바디(110)에 상하 이동할 수 있도록 제공됨으로써, 연료를 맥동 공급할 수 있다. 장치 바디(110)와 상하 이동부(131) 사이로 연료가 통과할 수 있게 제공되며, 상하 이동부(131)와 장치 바디(110) 사이의 폭(L)의 조절에 의해서 통과하는 연료의 량 및 연료 공급의 주기를 조절할 수 있다. 즉, 상하 이동부(131)와 장치 바디(110) 사이의 폭(L)에 따라서 통과하는 연료의 량이 조절되고, 이와 같은 폭(L)을 유지하는 시간을 상하 이동부(131)가 조절하여 맥동의 주기를 설정하게 작동할 수 있는 것이다.

여기서, 상하 이동부(131)는 상하 왕복 이동할 수 있도록, 탄성부재(132), 크랭크암부(133) 등과 연계되어 제공될 수 있으며, 이에 대한 자세한 설명은 도 6을 참조하여 후술한다.

한편, 도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 맥동 밸브(100)의 유량 조절 유닛을 도시한 분해 사시도로써, 이를 참조하면, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 맥동 밸브(100)의 상기 유량 조절 유닛(120)은 유입부(111)와 배출부(112) 사이에 제공되며, 관통홀이 형성된 고정판(121) 및 고정판(121)과 겹쳐져 위치하고, 고정판(121)의 중심축(121b)에 회전되게 연결되며, 관통홀이 형성된 회전판(122)을 포함할 수 있다. 이와 같이, 유량 조절 유닛(120)은 고정판(121)과 회전판(122)을 제공하여 연료의 공급 유량을 조절할 수 있게 되는 것이다.

한편, 고정판(121)은 장치 바디(110)에 고정되어 제공되며, 연료가 통과할 수 있는 관통홀(121a)이 형성될 수 있다. 또한, 회전판(122)은 고정판(121)과 동일한 축상에 회전될 수 있게 제공될 수 있고, 연료가 통과할 수 있는 관통홀(122a)이 형성되는 것은 고정판(121)과 동일하다. 여기서, 고정판(121)과 회전판(122)에 의해서 통과하는 연료의 량을 조절하는 것은 고정판(121)에 형성된 관통홀(121a)과 회전판(122)에 형성된 관통홀(122a)의 겹치는 정도에 따라서 조절될 수 있다.

즉, 고정판(121)에 형성된 관통홀(121a)과 회전판(122)에 형성된 관통홀(122a)이 완전히 겹치게 되면, 최대의 유량으로 연료가 통과할 수 있으며, 그 반대의 경우에는 연료는 최소의 유량으로 통과하게 된다.

이와 같은 유량 조절 유닛(120)에 의하면, 맥동 조절 유닛(130)과 별도로 장치 바디(110)를 통과하는 전체 유량을 조절할 수 있기 때문에, 맥동 공급되는 연료의 량을 조절할 수 있게 된다. 구체적으로, 맥동 조절 유닛(130)이 유량의 통과량을 조절하는 것은 맥동의 발생을 위한 유량의 조절로써, 연료의 통과 속도를 변화시키는 것이고, 이에 의해 장치 바디(110)를 통과하는 전체 유량은 조절되지 않는다. 그러나, 유량 조절 유닛(120)에 의해서는 연료의 통과 속도에는 변화를 주지 않고, 장치 바디(110)를 통과하는 전체 유량을 조절하게 되는 것이다. 이에 의해 우회 제어 밸브(300)를 통과하는 유량은 피드백으로 조절된다.

한편, 도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 맥동 밸브(100)를 도시한 작동 상태도로써, 도 6a는 상하 이동부(131)가 하강하여 장치 바디(110)에 밀착되어 밀폐된 상태를 도시한 것이고, 도 6b는 상하 이동부(131)가 상승하여 장치 바디(110)와 최대 폭(L)으로 이격된 상태를 도시한 것이다.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 맥동 밸브(100)의 맥동 조절 유닛(130)은 상하 이동부(131)에 탄성력을 제공하도록, 상하 이동부(131)에 연계되어 제공되는 탄성부재(132) 및 상하 이동부(131)를 상하 왕복 이동시키도록, 장치 바디(110)에 제공되는 크랭크암부(133)를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 맥동 밸브(100)의 크랭크암부(133)는 상하 이동부(131)에 연결된 암바디(134), 암바디(134)에 제공되며, 일측으로 편향된 결합홀(135a)이 형성된 구동판(135) 및 상하 이동부(131)의 개폐 주기, 상하 이동부(131)와 장치 바디(110) 사이의 간격을 조절하도록, 구동판(135)과 연결되며, 회전속도를 조절하게 제공되는 회전 구동 수단(136)을 포함할 수 있다.

즉, 상하 이동부(131)를 상하 왕복 이동시키기 위해서, 탄성부재(132), 크랭크암부(133)를 제공한 것이다. 탄성부재(132)는 상하 이동부(131)를 장치 바디(110) 방향(도 6a에서 하방향)으로 탄성력을 제공하는 역할을 할 수 있으며, 이를 위해서, 탄성부재(132)는 스프링 등으로 제공될 수 있다.

그리고, 크랭크암부(133)는 상하 이동부(131)를 장치 바디(110) 방향의 반대 방향(도 6b에서 상방향)으로 왕복 구동시킬 수 있는 역할을 할 수 있다. 이를 위해, 크랭크암부(133)는 암바디(134), 구동판(135), 회전구동수단(136) 등을 포함할 수 있다.

암바디(134)는 상하 이동부(131)와 일단부가 결합되고, 타단부에는 구동판(135)이 결합되어 제공될 수 있다.

한편, 구동판(135)은 회전 구동 수단(136)과 결합홀(135a)에 의해서 결합되며, 결합홀(135a)은 일측으로 편향되어 구동판(135)에 형성되어 있기 때문에, 회전구동수단(136)의 회전구동력 제공시에 회전축이 일측으로 편향되어 회전되기 때문에, 구동판(135)의 면적보다 넓은 범위로 회전될 수 있게 된다.

이때, 구동판(135)의 회전으로 암바디(134)는 상하로 구동될 수 있으며, 암바디(134)와 연결된 상하 이동부(131)도 상하로 왕복 이동할 수 있게 된다.

이와 같이, 회전구동수단(136)의 회전속도에 따라, 상하 이동부(131)의 상하 왕복 이동의 주기가 설정될 수 있게 된다. 회전 구동 수단(136)은 모터 등의 회전구동을 제공하는 구성으로 제공될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

한편, 도 7a는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 래들 예열 설비의 운전 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 래들 예열 설비의 운전 방법은 크게 자가 진단 단계(S710), 예열 단계(S720), 맥동 연소 단계(S730) 및 연료량 제어 단계(S740)을 포함할 수 있다.

여기서, 자가 진단 단계(S710)는, 래들 예열 설비의 기동시 동작하는 단계이며, 예열 단계(S720)는, 우회 배관(220)에 설치된 우회 제어 밸브(300)를 개방시킴으로써, 우회 배관(220)을 통해서 공급되는 연료에 의해 연소 버너(200)를 연소시키는 단계이며, 맥동 연소 단계(S730)는, 연소 버너(200)의 연소에 의해 래들의 온도가 미리 설정된 기준 시간 동안 제1 기준온도 이상을 유지하는 경우 맥동 배관(210)에 설치된 맥동 밸브(100)를 제어하여 맥동 연소를 수행하는 단계이며, 연료량 제어 단계(S740)는, 맥동 연소가 수행되는 동안 우회 제어 밸브(300)의 개도량을 제어하여 우회 배관(220)을 통해 공급되는 연료의 양을 최소화하는 단계이다.

이하, 도 1 및 도 7a를 참조하여 본 발명의 일 실시 형태에 따른 래들 예열 설비의 운전 방법을 상세하게 설명한다.

도 7a에 도시된 바와 같이, 래들 예열 설비가 가동되면 자가 진단 단계(S710)가 개시된다. 자가 진단 단계(S710)는 자가 진단부(410)에서 수행되며, 맥동 밸브(100)를 포함한 래들 예열 설비의 오류 발생 여부를 진단할 수 있다(S711, S712). 오류 알람 발생시 운전자에서 신호를 보내고, 운전자가 모든 오류를 제거하면 맥동 밸브(100)의 상하 이동부(131)는 원점으로 복귀하여 원점좌표를 인식할 수 있다(S713). 상하 이동부(131)가 원점으로 복귀하는 방법은 통상적인 기술 범위 내에서 밸브 설계자가 위치센서 등을 사용하여 다양한 방법으로 구현될 수 있다. 원점으로 복귀한 맥동 밸브(100)는 원점위치에서 계속 대기하게 되며 운전자가 맥동 조건(주기, 듀티비, 진폭 등)을 입력 또는 수정할 수 있다(S714). 한편, 상술한 자가 진단 단계(S710)를 정지하고 할 때에는 운전자가 중지 버튼(미도시)을 누름에 의해 맥동 밸브(100)는 작동을 멈추고, 상하 이동부(131)는 원점으로 복귀할 수 있다.

자가 진단 단계(S710)가 종료되면, 예열 단계(S720)가 개시될 수 있다.

예열 단계(S720)에서, 우회 제어 밸브 제어부(420)는 우회 배관(220)에 설치된 우회 제어 밸브(300)를 개방시킨 후(S721), 래들 예열 설비의 점화/가열 시퀀스가 진행됨으로써(S722), 우회 배관(220)을 통해서 공급되는 연료에 의해 연소 버너(200)를 연소시킬 수 있다.

여기서, 기존의 래들 예열 설비의 점화/가열 시퀀스가 진행될 수 있다. 본 발명에서 기존 래들 예열 설비의 점화/가열 시퀀스를 상세하게 설명하지 않는 이유는 산업체별 및 설비별 다양한 형태의 제어방법이 사용되고 있고, 래들 예열 설비의 기존 점화/가열 시퀀스에는 전혀 영향을 주지 않고 기존 제어 시퀀스의 전단 및 후단에 맥동 제어 시퀀스가 추가됨으로써 맥동 제어 방법이 완성되기 때문이다. 기존 래들 점화 시퀀스가 진행되는 동안 우회 배관(220)을 통한 연료 공급, 래들 커버 이동, 화염 점화 등의 일련의 일들이 진행된다. 또한 기존 래들 가열 시퀀스는 래들의 내부온도를 일정 온도까지 승온하는 단계로 래들 점화 이후로 바로 진행될 수 있다.

이후, 맥동 연소 단계(S730)가 개시될 수 있다.

맥동 연소 단계(S730)에서, 맥동 밸브 제어부(430)는 연소 버너(200)의 연소에 의해 래들의 온도(TT_1)가 미리 설정된 기준 시간 동안 제1 기준 온도 이상을 유지하는 경우 맥동 배관(210)에 설치된 맥동 밸브(100)를 제어하여 맥동 연소를 수행할 수 있다.

구체적으로, 래들 버너 점화 후 설정 시간(본 발명에서는 10분으로 특정하였으나 꼭 10분으로 제한되지 않고, 래들 예열 설비의 용량/크기에 따라 다양한 설정이 가능하다) 동안 홀딩될 수 있다(S731). 여기서, '홀딩'이란 기존의 래들 예열 설비의 점화/가열 시퀀스에 의해 래들의 내부온도를 설정 시간 동안 승온하는 것을 의미할 수 있다.

설정시간이 경과하면, 래들 내부온도(TT_1)가 미리 설정된 제1 기준 온도(본 발명에서는 950C로 특정하였으나 꼭 950C로 제한되지 않고, 래들 예열 설비의 용량/크기에 따라 다양한 설정이 가능하다)에 도달하였는지, 즉 제1 기준 온도 이상인지 판단할 수 있다(S732).

판단 결과, 래들 내부온도(TT_1)가 제1 기준 온도 이상인 경우 맥동 연소 제어를 개시할 수 있으며(S733), 제1 기준 온도 미만인 경우에는 계속 홀딩될 수 있다.

맥동 연소 제어 단계(S733)는 맥동 제어 밸브(320)가 완전 개방(100% 오픈)(S734)되면서 맥동배관(210)을 통해서도 연료가 공급되며, 맥동 밸브(100)를 제어하여 맥동 연소를 수행함을 의미할 수 있다.

이후, 연료량 제어 단계(S740)가 수행될 수 있다.

연료량 제어 단계(S740)는, 개도량 제어부(440)는 맥동 연소가 수행되는 동안 우회 제어 밸브(300)의 개도량을 제어하여 우회 배관(220)을 통해 공급되는 연료의 양을 최소화하는 단계일 수 있다.

구체적으로, 우회 제어 밸브(300)가 50% 폐쇄(클로우즈)되면서, 우회 배관(220)을 통해 공급되던 연료량이 감소하게 된다(S741). 이는 맥동배관으로 공급되는 연료의 양을 증가시키고 우회 배관(220)으로 공급되는 연료의 양을 최소화시키기 위함이다.

이후, 우회 제어 밸브(300)의 개도량은 단계적으로 감소(예컨대, 1%씩 추가로 폐쇄)되면서(S742), 래들 내부온도(TT_1)가 미리 설정된 제2 기준 온도(본 발명에서는 900C로 특정하였으나 꼭 900C로 제한되지 않고, 래들 예열 설비의 용량/크기에 따라 다양한 설정이 가능하다) 이상을 지속적으로 유지하는지를 판단할 수 있다(S743). 판단 결과, 래들 내부온도(TT_1)가 미리 설정된 제2 기준 온도 이상을 유지하는 경우 단계(S744)로 진행하며, 제2 기준 온도 미만인 경우는 단계(S741)로 진행할 수 있다.

단계(S744)에서는 우회 배관(220)으로 공급되는 연료의 유량(FT_1)이 설정유량(본 발명에서는 100Nm³/h로 특정하였으나 꼭 100Nm³/h로 제한되지 않고, 래들 예열 설비의 용량/크기에 따라 다양한 설정이 가능하다) 이하를 지속적으로 유지하는지를 판단하게 된다(S744).

즉, 우회 제어 밸브(300)가 예를 들면, 60% 폐쇄된 후 래들 내부온도(TT_1)가 미리 설정된 제2 기준 온도 이상이고, 우회 배관(220)의 공급유량(FT_1)이 설정유량 이하이면 다음 단계(S745)로 진행되지만, 래들 내부온도(TT_1)가 설정온도 이하이거나 또는 유량(FT_1)이 설정유량 이상이면 우회 제어 밸브(300)는 50% 폐쇄단계(S741)로 복귀하여 순환루프를 지속적으로 반복하게 된다.

래들 내부온도(TT_1)와 유량(FT_1) 조건이 만족되면, 우회 제어 밸브(300)는 더 이상 작동되지 않고 설정시간(본 발명에서는 30분으로 특정하였으나 꼭 30분으로 제한되지 않고, 래들 예열 설비의 용량/크기에 따라 다양한 설정이 가능하다) 동안 가열을 진행하게 된다(S745).

이후 래들 내부온도(TT_1)가 제2 기준 온도(본 발명에서는 900C로 특정하였으나 꼭 900C로 제한되지 않고, 래들 예열 설비의 용량/크기에 따라 다양한 설정이 가능하다) 이하로 낮아지면(S746) 제어밸브는 50% 폐쇄단계(S741)로 복귀하여 순환루프를 반복하게 되나, 래들 내부온도(TT_1)가 설정 온도 이상 유지하게 되면(S746), 맥동연소가 안정된 것으로 판단하고 시퀀스를 종료할 수 있다. 이와 같이 작동 모드가 종료된 상황에서 래들 예열 설비는 맥동연소조건(주기, 듀티비, 진폭)에서 맥동연소가 안정적으로 진행될 수 있다.

한편, 도 7b는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 래들 예열 설비의 운전 방법을 설명하기 위한 흐름도로, 도 7a와 같은 순서에 따른 래들 예열 설비의 작동 중 이동 모드를 도시한 것이다. 여기서, '이동 모드'란 도 7a에 따라 래들 예열 설비의 작동되는 중에 래들 커버(610)나 래들 바디(600)의 이동 등에 의한 기계적인 변화로 인해 래들 내부 온도가 떨어지는 경우에 적용될 수 있다.

구체적으로, 안정된 맥동 연소가 진행되는 상황에서는 래들 내부온도(TT_1)가 제2 기준 온도(900C) 이상을 유지하게 되지만, 래들 커버(610)나 래들 바디(600)의 이동 등에 의한 기계적인 변화가 발생되면, 래들 내부온도(TT_1)는 제2 기준 온도(900C) 미만으로 떨어질 수 있다. 이 경우 도 7b의 단계가 수행될 수 있으며, 단계(S750)가 추가되는 것을 제외하고 도 7a과 동일하다. 이하 추가되는 단계(S750)를 위주로 설명한다.

구체적으로, 우회 제어 밸브 제어부(420)는 래들 커버(610)나 래들 바디(600)의 이동 등으로 인해 래들 내부온도(TT_1)가 제2 기준 온도(900C) 미만으로 감소되는지 판단하며(S711), 래들 내부온도가 제2 기준 온도(900C) 미만으로 감소된 경우 우회 제어 밸브(300)를 100% 오픈시킬 수 있다(S752). 이와 함께 맥동 밸브 제어부(430)는 맥동 제어 밸브(320)를 100% 클로우즈시켜 맥동 연소 제어를 종료시킴으로써, 맥동 연소가 없는 기존의 래들 가열단계로 전환될 수 있다(S753). 이후 운전자가 맥동 조건(주기, 듀티비, 진폭 등)을 입력 또는 수정할 수 있다(S754).

이후, 도 7a에서 설명된 바와 같은 맥동 연소 단계(S730), 연료량 제어 단계(S740)가 수행될 수 있다.

마지막으로, 도 7c는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 래들 예열 설비의 운전 방법을 설명하기 위한 흐름도로, 래들 예열 설비의 정지 모드를 도시한 것이다.

도 7c에 도시된 바와 같이, 맥동 연소가 진행중인 래들 예열 설비의 작동중지를 위해 기존 래들 예열 설비의 화염 소화 시퀀스를 진행될 수 있다(S761). 구체적으로 화염 소화 단계에서 연료 공급이 중지되고 화염이 소화될 수 있다. 우회 제어 밸브(300) 및 맥동 제어 밸브(320)는 완전 폐쇄되고, 맥동 밸브(100)는 작동을 중지함으로써, 맥동 연소가 종료될 수 있다(S762). 이후, 작동을 중지한 맥동 밸브(100)의 상하이동부(131)는 원점으로 복귀할 수 있다(S763) 이로써 래들 예열설비의 정지 모드가 완료될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 연료 공급 배관을 우회 배관과 맥동 배관으로 분기시키고, 우회 배관을 통해서 공급되는 연료에 의해 연소 버너를 연소시켜 래들을 예열하고, 래들의 온도가 미리 설정된 기준 시간 동안 제1 기준온도 이상을 유지하는 경우에는 맥동 배관에 설치된 맥동 밸브를 제어하여 맥동 연소를 수행하도록 하며, 맥동 연소가 수행되는 동안 우회 제어 밸브의 개도량을 제어하여 우회 배관을 통해 공급되는 연료의 양을 최소화하도록 함으로써, 짧은 시간에 래들 내부의 온도가 목표온도에 도달하여 예열과정을 단축시키거나, 맥동화염에 의한 열 전달율 상승으로 래들 내부 온도를 증가시켜 사용되는 연료의 양을 절감할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 실시 형태에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

100: 맥동 밸브 200: 연소 버너
210: 맥동 배관 220: 우회 배관
230: 연료 공급 배관 300: 우회 제어 밸브
400: 래들 바디 410: 래들 커버
110: 장치바디 111: 유입부
112: 배출부 120: 유량조절유닛
121: 고정판 122: 회전판
130: 맥동조절유닛 131: 상하이동부
132: 탄성부재 133: 크랭크암부
134: 암바디 135: 구동판
136: 회전구동수단
400: 래들 예열 설비의 운전 장치 410: 자가 진단부
420: 우회 제어 밸브 제어부 430: 맥동 밸브 제어부
430: 개도량 제어부

Claims (10)

1. 우회 배관과 맥동 배관으로 분기되어 래들 상부의 연소 버너에 연료를 공급하는 연료 공급 배관을 구비한 래들 예열 설비의 운전 장치에 있어서,
   상기 우회 배관에 설치된 우회 제어 밸브를 개방시킴으로써, 상기 우회 배관을 통해서 공급되는 연료에 의해 상기 연소 버너를 연소시키는 우회 제어 밸브 제어부;
   상기 연소 버너의 연소에 의해 상기 래들의 온도가 미리 설정된 기준 시간 동안 제1 기준온도 이상을 유지하는 경우 상기 맥동 배관에 설치된 맥동 밸브를 제어하여 맥동 연소를 수행하는 맥동 밸브 제어부; 및
   상기 맥동 연소가 수행되는 동안 상기 우회 제어 밸브의 개도량을 제어하여 상기 우회 배관을 통해 공급되는 연료의 양을 최소화하는 개도량 제어부를 포함하는 래들 예열 설비의 운전 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 개도량 제어부는,
   미리 설정된 개도량을 기준으로 상기 우회 제어 밸브의 개도량을 단계적으로 감소시키며,
   상기 우회 제어 밸브의 개도량에 따른 상기 래들의 온도가 제2 기준 온도 이상이며, 상기 우회 배관으로 공급되는 연료의 유량이 일정 유량 이상임과 동시에 상기 래들의 온도가 미리 설정된 기준 시간 동안 제2 기준온도 이상을 유지하는 경우 종료하는 래들 예열 설비의 운전 장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 개도량 제어부는,
   상기 우회 제어 밸브의 개도량에 따른 상기 래들의 온도가 제2 기준 온도 미만인 경우, 상기 우회 배관으로 공급되는 연료의 유량이 일정 유량 미만인 경우 또는 상기 래들의 온도가 미리 설정된 기준 시간 동안 제2 기준온도 이상을 유지하지 못하는 경우 중 어느 하나의 경우에 상기 미리 설정된 개도량을 기준으로 우회 제어 밸브의 개도량을 단계적으로 감소시키는 래들 예열 설비의 운전 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 우회 제어 밸브 제어부는,
   상기 연소 버너의 연소에 의해 상기 래들의 온도가 미리 설정된 기준 시간 동안 제1 기준온도 이상을 유지하지 못하는 경우 상기 우회 배관에 설치된 우회 제어 밸브를 개방시킴으로써, 상기 우회 배관을 통해서 공급되는 연료에 의해 상기 연소 버너를 연소시키는 래들 예열 설비의 운전 장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   래들 예열 설비의 운전 장치는,
   상기 연소 버너를 연소 시키기 이전에 상기 래들 예열 설비의 오류 발생 여부를 진단하는 자가 진단부를 더 포함하는 래들 예열 설비의 운전 장치.
   
6. 우회 배관과 맥동 배관으로 분기되어 래들 상부의 연소 버너에 연료를 공급하는 연료 공급 배관을 구비한 래들 예열 설비의 운전 방법에 있어서,
   우회 제어 밸브 제어부에서, 상기 우회 배관에 설치된 우회 제어 밸브를 개방시킴으로써, 상기 우회 배관을 통해서 공급되는 연료에 의해 상기 연소 버너를 연소시키는 예열 단계;
   맥동 밸브 제어부에서, 상기 연소 버너의 연소에 의해 상기 래들의 온도가 미리 설정된 기준 시간 동안 제1 기준온도 이상을 유지하는 경우 상기 맥동 배관에 설치된 맥동 밸브를 제어하여 맥동 연소를 수행하는 맥동 연소 단계; 및
   개도량 제어부에서, 상기 맥동 연소가 수행되는 동안 상기 우회 제어 밸브의 개도량을 제어하여 상기 우회 배관을 통해 공급되는 연료의 양을 최소화하는 연료량 제어 단계를 포함하는 래들 예열 설비의 운전 방법.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 연료량 제어 단계는,
   미리 설정된 개도량을 기준으로 상기 우회 제어 밸브의 개도량을 단계적으로 감소시키는 단계; 및
   상기 우회 제어 밸브의 개도량에 따른 상기 래들의 온도가 제2 기준 온도 이상이며, 상기 우회 배관으로 공급되는 연료의 유량이 일정 유량 이상임과 동시에 상기 래들의 온도가 미리 설정된 기준 시간 동안 제2 기준온도 이상을 유지하는 경우 종료하는 단계를 포함하는 래들 예열 설비의 운전 방법.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 연료량 제어 단계는,
   상기 우회 제어 밸브의 개도량에 따른 상기 래들의 온도가 제2 기준 온도 미만인 경우, 상기 우회 배관으로 공급되는 연료의 유량이 일정 유량 미만인 경우 또는 상기 래들의 온도가 미리 설정된 기준 시간 동안 제2 기준온도 이상을 유지하지 못하는 경우 중 어느 하나의 경우에 상기 미리 설정된 개도량을 기준으로 우회 제어 밸브의 개도량을 단계적으로 감소시키는 단계를 더 포함하는 래들 예열 설비의 운전 방법.
   
9. 제6항에 있어서,
   상기 맥동 연소 단계는,
   상기 연소 버너의 연소에 의해 상기 래들의 온도가 미리 설정된 기준 시간 동안 제1 기준온도 이상을 유지하지 못하는 경우 상기 우회 배관에 설치된 우회 제어 밸브를 개방시킴으로써, 상기 우회 배관을 통해서 공급되는 연료에 의해 상기 연소 버너를 연소시키는 단계를 더 포함하는 래들 예열 설비의 운전 방법.
   
10. 제6항에 있어서,
    래들 예열 설비의 운전 방법은,
    상기 예열 단계 이전에 상기 래들 예열 설비의 오류 발생 여부를 진단하는 자가 진단 단계를 더 포함하는 래들 예열 설비의 운전 방법.
    

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