KR101900077B1 - 습식 부선 공정 제어시스템 - Google Patents

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KR101900077B1
KR101900077B1 KR1020180023662A KR20180023662A KR101900077B1 KR 101900077 B1 KR101900077 B1 KR 101900077B1 KR 1020180023662 A KR1020180023662 A KR 1020180023662A KR 20180023662 A KR20180023662 A KR 20180023662A KR 101900077 B1 KR101900077 B1 KR 101900077B1
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정용일
서미연
김성
이성열
강신일
한광수
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주식회사 알티이테크놀러지
한국남동발전 주식회사
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03D—FLOTATION; DIFFERENTIAL SEDIMENTATION
    • B03D1/00—Flotation
    • B03D1/14—Flotation machines

Abstract

본 발명은 습식 부선 공정 제어시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 미연탄소 회수 시스템 중 믹싱 탱크에서 형성된 슬러리 및 자철석 분리기에 의해 자철석이 분리되고 남은 슬러리에 대해서 습식 부선기에 의해 다시 미연탄소(UC)가 포수제 및 기포제가 첨가되고 부유선별 후 탈수기에 의해 탈수 및 건조기에 의해 건조된 미연탄소(UC)가 회수되면, 습식 부선기에서의 슬러리 농도 측정치, 그리고 탈수기의 탈수액에서 pH 측정치를 이용해 원료 및 용수 투입량, 약품 주입량 및 공기량 조절을 자동으로 제어하는 습식 부선 공정 제어시스템으로서, 네트워킹을 통해 연결된 스위칭 허브의 스위칭 제어에 따라 복수의 이중화 서버 중 하나를 와 연결된 PLC 시스템에 자동 제어 명령을 전송하고 제어하는 제어용 컴퓨터 및 PLC(Programmable Logic Controller)를 기반으로 하는 생산 자동화 시스템으로, 습식 부선기에 형성된 농도계, 탈수에 형성된 pH 센서 각각에 의해 측정된 슬러리 농도 측정치, pH 측정치를 이용해 원료 및 용수 투입량, 공기량, 약품 주입량에 대한 수치연산 기능을 수행한 뒤, 각 연산된 수치를 이용해 컨트롤 판넬을 통해 부선기 모터, 부선기 에어 공급 밸브, 약품 주입 모터에 대한 제어를 자동으로 수행되도록 하는 PLC 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 습식 부선 공정 제어시스템을 제공한다.
본 발명의 습식 부선 공정 제어시스템에 따르면, 공정개선에 따른 시간 및 비용절감, 위험요소 감소, 업무부담 감소 등에 따른 비용절감, 효율성증대를 이룰 수 있을 뿐만 아니라, 생산 공정관리를 통한 원가 절감 및 생산 공정 관리가 가능하고, 종전의 미연탄소(UC) 제거율을 80% 수준에서 90% 이상의 제거율을 적용시킬 수 있으며, 제거율 상승에 따른 플라이 애시의 미연탄소(UC) 최대치를 현재수준 3%에서 2% 이하로 적용할 수 있고, 슬러리 농도 변동율은 자동 조정 기반으로 현재 ±50%에서 ±5% 이하로 적용할 수 있는 효과가 있다. 뿐만 아니라, 습식 부선식 구조에 있어서 전후단에 침전식 슬러리 농도 측정기에 해당하는 농도계를 구비하여 슬러리 농도 측정의 신뢰성 확보를 확보하고, pH 센서를 이용해 습식 부선기 상에서 기포제 투입에 따른 탈수기 상에서 탈수액의 pH를 측정하여 pH 측정치의 건전성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

Description

습식 부선 공정 제어시스템{WET FLOATING PROCESS CONTROL SYSTEM}
본 발명은 습식 부선 공정 제어시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 습식 부선 공정에서 공정 개선에 따른 시간 및 비용절감, 위험요소 감소, 업무부담 감소 등에 따른 비용절감, 효율성증대를 이룰 수 있을 뿐만 아니라, 생산 공정관리를 통한 원가 절감 및 생산 공정 관리가 가능하도록 하기 위한 습식 부선 공정 제어시스템에 관한 것이다.
연료 및 산업소재 제조공정에서, 자철석과 미연탄소(Unburned Carbon, 이하 'UC') 분리 공정은 '슬러리(Slurry) 형성 → 자철석 분리 → 미연탄소분리 → 슬러리 농축 → 탈수 → 건조’순으로 진행된다.
여기서, 1차로 부선기는 자철석 분리 공정을 거친 슬러리를 교반기 모터와 공기 공급을 통하여 입자를 부선시키는 공정으로, 설비 운전은 수동 조작에 의한 원료, 용수 공급 및 공기량 조절 등은 현장 운전원이 현장에서 육안으로 기포의 상태를 확인한 후 수동운전을 하고 있다.
그러나, 수동 운전에 따른 비효율적인 생산 공정관리로 시간 및 과비용 투입, 안전관련 위험요소 노출, 과중한 업무 부담, 품질 저하, 생산량 변동이 발생한다.
이에 따라서 해당 기술분야에 있어서는 부선기 운전을 슬러리 농도, pH, 원료의 미연탄소 함량에 따른 원료와 용수 투입량, 약품 주입과 공기량 조절에 따른 자동운전방식으로 공정을 개선하기 위한 기술 개발이 요구되고 있다.
한편, 대한민국 특허등록 제10-0144225호 "미세 기포 컬럼 부선법을 이용한 미분체 분리장치(DEVICE FOR SEPARATING FINE POWDER USING FLOATATION FOR MICRO BUBBLE COLUMN)"(특허문헌 1)는 미세 기포 부선법으로 미분체의 소수성, 친수성 차이를 이용하여 분리하는 정제 장치에 관한 것이다. 본 발명은 특히 석탄회 중 미연 탄소 분리, 석탄정제에 적합한 장치이다.
그러나 이 기술은 부선법을 이용한 미분체를 분리할 뿐 자동운전방식으로 공정을 개선하지 못하는 한계점이 있다.
또한, 대한민국 특허등록 제10-0584251호 "복합정제공정에 의한 고탄소 석탄회로부터의 활성탄의 제조방법(Manufacturing method of activated carbon from highcarbon contents fly ash by using combinated benefication process)"(특허문헌 2)은 공기분급 후, 부유선광하는 복합정제공정에 의해 석탄회로부터 고품위의 미연분을 분리하고, 이를 활성화시키는 복합정제공정에 의한 고탄소 석탄회로부터의 활성탄의 제조방법에 관한 것으로서, 석탄회로부터 미연분을 분리하여 수증기활성화시켜 활성탄을 제조함에 있어서, (1) 석탄회를 공기분급법에 의해 공기분급한 후, 공기분급에 의해 분리회수된 1차회수물을 다시 기포제로 파인오일 또는 메틸이소부틸카비놀(MIBC ; methylisobutylcarbinol)을 사용하고, 포집제로서 폐식용유를 사용하여 부유선광하여 포집된 2차회수물을 수집하는 복합정제공정에 의한 복합정제단계; (2) 상기 복합정제단계에서 수득된 2차회수물에 야자각 또는 유연탄 등의 탄소원을 더 혼합한 후, 이를 탄화시키는 탄화단계; 및 (3) 상기 탄화단계에서 탄화된 탄화물을 수증기활성화시키는 활성화단계; 들을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
그러나 이 기술은 석탄회로부터 고품위의 미연분을 분리하는 방식을 제시하고 있으나, 특허문헌 1과 마찬가지로, 자동운전방식으로 공정을 개선하지 못하는 한계점이 있다.
또한, 대한민국 특허등록 제10-1504513호 "전처리를 통한 플라이애시로부터의 고품위 유용광물 회수 방법(Valuable Mineral Collection Method From Fly Ash By Soot Preprocessing)"(특허문헌 3)은 Soot 전처리 과정을 적용하여 플라이애시로부터 고품위의 유용광물을 높은 수율로 회수하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 석탄 발전소에서 폐기되는 플라이애시(Fly Ash)로부터 미연탄소, 자철석, 실리카, 뮬라이트 등의 유용광물을 높은 품질과 수율로 분리 회수하기 위한 방법에 대한 것이다.
또한, 대한민국 특허등록 제10-1504511호 "입도선별을 통한 플라이애시로부터의 고품위 유용광물 회수 방법(Valuable Mineral Collection Method From Fly Ash By Particle Separation)"(특허문헌 4)은 플라이애시로부터 실리카와 뮬라이트와 같은 고품위의 유용광물을 높은 수율로 회수하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 입도선별 공정을 적용하여 석탄 발전소에서 폐기되는 플라이애시(Fly Ash)로부터 실리카, 뮬라이트 등의 유용광물을 높은 품질과 수율로 분리 회수하기 위한 방법에 대한 것이다.
상기 특허문헌 3 및 4는 플라이애시로부터 대상 물질을 회수 분리하는 방법을 제시하고 있으나 미연탄소에 대한 정밀한 분리 공정은 제시하지 못하는 한계점이 있으며, 특허문헌 1 및 2와 같이 자동운전방식으로 공정을 개선하지 못하는 한계점이 있다.
대한민국 특허출원 출원번호 제10-1995-0043323호 "미세 기포 컬럼 부선법을 이용한 미분체 분리장치(DEVICE FOR SEPARATING FINE POWDER USING FLOATATION FOR MICRO BUBBLE COLUMN)" 대한민국 특허출원 출원번호 제10-2003-0077016호 "복합정제공정에 의한 고탄소 석탄회로부터의 활성탄의 제조방법(Manufacturing method of activated carbon from highcarbon contents fly ash by using combinated benefication process)" 대한민국 특허등록공보 등록번호 제10-1504513호 "전처리를 통한 플라이애시로부터의 고품위 유용광물 회수 방법(Valuable mineral collection method from fly ash by soot preprocessing)" 대한민국 특허등록공보 등록번호 제10-1504511호 "입도선별을 통한 플라이애시로부터의 고품위 유용광물 회수 방법(Valuable mineral collection method from fly ash by particle separation)"
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 공정개선에 따른 시간 및 비용절감, 위험요소 감소, 업무부담 감소 등에 따른 비용절감, 효율성증대를 이룰 수 있을 뿐만 아니라, 생산 공정관리를 통한 원가 절감 및 생산 공정 관리가 가능하도록 하기 위한 습식 부선 공정 제어시스템을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 종전의 미연탄소(UC) 제거율을 80% 수준에서 90% 이상의 제거율을 적용시킬 수 있으며, 제거율 상승에 따른 플라이 애시의 미연탄소(UC) 최대치를 현재수준 3%에서 2% 이하로 적용할 수 있고, 슬러리 농도 변동율은 자동 조정 기반으로 현재 ±50%에서 ±5% 이하로 적용할 수 있도록 하기 위한 습식 부선 공정 제어시스템을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 습식 부선식 구조에 있어서 전후단에 침전식 슬러리 농도 측정기에 해당하는 농도계를 구비하여 슬러리 농도 측정의 신뢰성 확보를 확보하고, pH 센서를 이용해 습식 부선기 상에서 기포제 투입량을 조절하고 탈수기 상에서 탈수액의 pH를 측정하여 pH 측정치의 건전성을 확보할 수 있도록 하기 위한 습식 부선 공정 제어시스템을 제공하기 위한 것이다.
그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은
미연탄소 회수 시스템 중 믹싱 탱크에서 형성된 슬러리 및 자철석 분리기에 의해 자철석이 분리되고 남은 슬러리에 대해서 습식 부선기에 의해 다시 미연탄소(UC)가 포수제 및 기포제가 첨가되고 부유선별 후 탈수기에 의해 탈수 및 건조기에 의해 건조된 미연탄소(UC)가 회수되면, 습식 부선기에서의 슬러리 농도 측정치, 그리고 탈수기의 탈수액에서 pH 측정치를 이용해 원료 및 용수 투입량, 약품 주입량 및 공기량 조절을 자동으로 제어하는 습식 부선 공정 제어시스템으로서,
네트워킹을 통해 연결된 스위칭 허브의 스위칭 제어에 따라 복수의 이중화 서버 중 하나를 와 연결된 PLC 시스템에 자동 제어 명령을 전송하고 제어하는 제어용 컴퓨터 및 PLC(Programmable Logic Controller)를 기반으로 하는 생산 자동화 시스템으로, 습식 부선기에 형성된 농도계, 탈수에 형성된 pH 센서 각각에 의해 측정된 슬러리 농도 측정치, pH 측정치를 이용해 원료 및 용수 투입량, 공기량, 약품 주입량에 대한 수치연산 기능을 수행한 뒤, 각 연산된 수치를 이용해 컨트롤 판넬을 통해 부선기 모터, 부선기 에어 공급 밸브, 약품 주입 모터에 대한 제어를 자동으로 수행되도록 하는 PLC 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 습식 부선 공정 제어시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 습식 부선기는 슬러지를 물에 슬러리화된 슬러리 혼합물에서 애쉬 입자와 미연탄소(UC)를 분리시키기 위한 부선(flotation) 공정을 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 습식 부선기는, 플라이 애쉬로부터 미연카본(UC)을 추출하기 위해, 석탄연소 화력 발전소로부터 폐기물로서 운반된 플라이 애시를 플라이 애시 탱크에 저장한 후, 슬러리 탱크에 공급하여 물과 혼합하고, 슬러리를 생성이 완료되면, 슬러리 탱크 내의 플라이 애시 슬러리를 부선기 모터를 통해 공급받은 뒤, 추가로 제 1 약품 주입 모터를 통해 포수제 탱크로부터 포수제를 공급받는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 습식 부선기는, 제 2 약품 주입 모터를 통해 기포제 탱크로부터 기포제를 공급받고, 플라이 애시와 물의 중량비를 5 : 5로 섞어서 형성된 플라이 애시 슬러리와 기포제를 혼합하여 슬러리를 생성한 뒤, 부선기 에어 공급 밸브를 통하여 공기를 발생시켜 기포를 발생시키면, 기포 발생에 따라 포수제에 흡착된 미연카본(UC)이 부착되어 부상한 기포에 포함된 미연카본(UC)을 추출하는 방식으로, 플라이 애시에 포함되어 있던 미연카본(UC)을 추출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 습식 부선 공정 제어시스템은, 복수의 설비 감시용 CCTV를 통해 수집되는 CCTV 영상을 수집한 뒤, 각 습식 부선기의 기포 Form 형성 상태를 현장에 설치된 CCTV를 통해 CCTV 감시 컴퓨터에 영상을 전송하는 CCTV 네트워크를 포함하며, 통신망을 통해 CCTV 컴퓨터와 연결된 설비 감시용 CCTV를 통해 현장 제어실에서 각 구의 슬러리와 기포제 및 포수제의 반응 상태를 감시하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 습식 부선 공정 제어시스템은, 공정개선에 따른 시간 및 비용절감, 위험요소 감소, 업무부담 감소 등에 따른 비용절감, 효율성증대를 이룰 수 있을 뿐만 아니라, 생산 공정관리를 통한 원가 절감 및 생산 공정 관리가 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 습식 부선 공정 제어시스템은, 종전의 미연탄소(UC) 제거율을 80% 수준에서 90% 이상의 제거율을 적용시킬 수 있으며, 제거율 상승에 따른 플라이 애시의 미연탄소(UC) 최대치를 현재수준 3%에서 2% 이하로 적용할 수 있고, 슬러리 농도 변동율은 자동 조정 기반으로 현재 ±50%에서 ±5% 이하로 적용할 수 있도록 하는 효과가 있다.
뿐만 아니라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 습식 부선 공정 제어시스템은, 습식 부선식 구조에 있어서 전후단에 침전식 슬러리 농도 측정기에 해당하는 농도계를 구비하여 슬러리 농도 측정의 신뢰성 확보를 확보하고, pH 센서를 이용해 습식 부선기 상에서 기포제 투입에 따른 공기량 조절 및 기포제 투입량을 자동으로 조절할 수 있도록 pH 측정치의 건전성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 습식 부선 공정 제어시스템이 작용하는 습식 부선기(3)를 포함하는 미연탄소 회수 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 습식 부선 공정 제어시스템을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 습식 부선 공정 제어시스템 중 PLC 시스템(40)의 구성요소를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 습식 부선 공정 제어시스템 중 PLC 시스템(40)에 의한 자동 공정 관리 개념을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 습식 부선 공정 제어시스템이 작용하는 습식 부선기(3)를 포함하는 미연탄소 회수 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 습식 부선 공정 제어시스템을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 미연탄소 회수 시스템은 믹싱 탱크(1), 자철석 분리기(2), 습식 부선기(3), 탈수기(4) 및 건조기(5)를 포함할 수 있다.
다음으로, 도 2를 참조하면, 습식 부선 공정 제어시스템은 도 1의 미연탄소 회수 시스템 중 자철석 분리기(2)에 의해 자철석이 분리되고 남은 슬러리에 대해서 습식 부선기(3)에 의해 다시 미연탄소(UC)가 포수제 및 기포제가 첨가되고 부유선별 후 탈수기(4)에 의해 탈수 및 건조기(5)에 의해 건조된 미연탄소(UC)가 회수되면, 습식 부선기(3)에서의 슬러리 농도 측정치, 그리고 믹싱 탱크(1)와 탈수기(4)의 탈수액에서 pH 측정치를 이용해 원료 및 용수 투입량, 약품 주입량을 자동으로 제어할 수 있다.
이를 위해, 습식 부선 공정 제어시스템은 제어용 컴퓨터(10), 통신망(20), 이중화 서버(30), PLC 시스템(40), 컨트롤 판넬(50), 부선기 모터(60), 부선기 에어 공급 밸브(70), 농도계(80), pH 센서(90), 약품 주입 모터(100), CCTV 컴퓨터(110) 및 설비 감시용 CCTV(120)를 포함할 수 있다.
제어용 컴퓨터(10)는 통신망(20)을 통해 연결된 스위칭 허브의 스위칭 제어에 따라 복수의 이중화 서버(30) 중 하나를 통해 컨트롤 판넬(50)과 연결된 PLC 시스템(40)에 자동 제어 명령을 전송할 수 있다.
여기서, PLC 시스템(40)은 PLC(Programmable Logic Controller)를 기반으로 하는 생산 자동화 시스템으로, 습식 부선기(3)에 형성된 농도계(80), 탈수기(4)에 형성된 pH 센서(90) 각각에 의해 측정된 슬러리 농도 측정치, pH 측정치를 이용해 원료 및 용수 투입량, 공기량, 약품 주입량에 대한 수치연산 기능을 수행한 뒤, 각 연산된 수치를 이용해 컨트롤 판넬(50)을 통해 부선기 모터(60), 부선기 에어 공급 밸브(70), 약품 주입 모터(100)에 대한 제어가 자동으로 수행되도록 한다.
여기서 습식 부선기(3)는 슬러지에 포함된 애쉬 입자와 미연탄소(UC)를 분리시키기 위한 부선(flotation) 공정을 수행한다.
보다 구체적으로, 습식 부선기(3)는 플라이 애쉬로부터 미연카본(UC)을 추출하기 위해, 석탄연소 화력 발전소 등으로부터 폐기물로서 운반된 플라이 애시를 플라이 애시 탱크에 저장한 후, 믹싱 탱크에 공급하여 물과 혼합하고, 슬러리를 생성이 완료되면, 슬러리 탱크 내의 플라이 애시 슬러리를 부선기 모터(60)를 통해 공급받은 뒤, 추가로 제 1 약품 주입 모터(100a)를 통해 포수제 탱크로부터 포수제를 공급받는다.
이후, 습식 부선기(3)는 제 2 약품 주입 모터(100b)를 통해 기포제 탱크로부터 기포제를 공급받고, 플라이 애시와 물의 중량비를 5 : 5로 섞어서 형성된 플라이 애시 슬러리와 기포제를 혼합하고, 부선기 에어 공급 밸브(70)를 통하여 공기를 부선기에 공급하여 기포를 발생시키면, 기포 발생에 따라 기포에 포수제에 흡착된 미연카본(UC)이 부착되어 부상한 기포에 포함된 미연카본(UC)을 추출하는 방식으로, 플라이 애시에 포함되어 있던 미연카본(UC)을 추출할 수 있다.
한편, CCTV 컴퓨터(110)는 복수의 설비 감시용 CCTV(120)를 통해 수집되는 CCTV 영상을 수집한 뒤, 각 습식 부선기(3)에 대한 작동 영상을 통신망(20)을 통해 제어용 컴퓨터(10)로 제공할 수 있다.
여기서, PLC 시스템(40)은 습식 부선 공정 제어를 위해, 슬러리 농도, pH, 원료 미연탄소(UC) 함량에 따른 Factors(원료 및 용수량, 약품 주입량, 공기량) 상관관계 시험분석 및 최적 주입량 데이터를 확보하기 위해, 습식 부선기(3) 내로 투입되는 슬러리 농도, pH에 대한 상시 측정 시스템을 구축하여, 슬러리 농도, pH, 미연탄소(UC) 함량 데이터를 바탕으로 한 습식 부선기(3)에 대한 제어를 컨트롤 판넬(50)를 이용하여 수행한다.
이에 따라, PLC 시스템(40)은 종전의 미연탄소(UC) 제거율을 80% 수준에서 90% 이상의 제거율을 적용시킬 수 있으며, 제거율 상승에 따른 플라이 애시의 미연탄소(UC) 최대치를 현재수준 3%에서 2% 이하로 적용할 수 있고, 슬러리 농도 변동율은 자동 조정 기반으로 현재 ±50%에서 ±5% 이하로 적용할 수 있다.
이를 위해 습식 부선기(3)는 전후단에 침전식 슬러리 농도 측정기에 해당하는 농도계(80)를 구비하여 슬러리 농도 측정의 신뢰성 확보를 확보하고, pH 센서(90)를 이용해 습식 부선기(3) 상에서 기포제 투입에 따른 탈수기(4) 상에서 탈수액의 pH를 측정하여 pH 측정치의 건전성을 확보할 수 있다. 한편, 기포제는 다양한 종류의 산 또는 알칼리성 약품이 사용될 수 있으며, pH는 공기량과 기포제와 연동될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 습식 부선 공정 제어시스템 중 PLC 시스템(40)의 구성요소를 나타내는 도면이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 습식 부선 공정 제어시스템 중 PLC 시스템(40)에 의한 자동 공정 관리 개념을 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, PLC 시스템(40)은 I/O 인터페이스(41), 제어부(42), 저장부(43), 통신부(44)를 포함하며, 제어부(42)는 측정치 수집모듈(42a), 원료 및 용수 투입 제어 모듈(42b), 약품 주입량 제어 모듈(42c), 공기량 제어 모듈(42d)을 포함할 수 있다.
이하에서는 제어부(42)의 구성요소를 중심으로 PLC 시스템(40)에 대해서 구체적으로 살펴보도록 한다.
측정치 수집모듈(42a)은 습식 부선기(3)의 전후단에 침전식 슬러리 농도 측정기에 해당하는 농도계(80)로부터 슬러리 농도 측정치를 수신하고, 믹싱 탱크의 슬러리와 탈수기(4)의 탈수액에 대한 pH 측정치를 수신하고, 열분석기(100a)로부터 미연탐소 함량 측정치를 수신하도록 I/O 인터페이스(41)를 제어한 뒤, 저장부(43)에 저장하고 원료 및 용수 투입 제어 모듈(42b), 약품 주입량 제어 모듈(42c), 공기량 제어 모듈(42d)로 제공할 수 있다.
원료 및 용수 투입 제어 모듈(42b)은 미연탄소(UC) 함량과 슬러리 농도 측정치로부터 원료 및 용수 투입량을 실시간으로 분석한다.
보다 구체적으로, 미연탄소 함량은 습식 부선기(3)로부터의 미연탄소(UC)가 분리된 플라이 애시를 열분석기(100a)를 이용하여 측정되며, 열분석기(100a)로부터 미연탐소 함량 측정치가 측정치 수집모듈(42a)를 통해 PLC 시스템(40)의 원료 및 용수 투입 제어 모듈(42b)로 전송된다. 그리고 슬러리 농도 측정치는 습식 부선기(3) 내부에 형성된 농도계(80)로부터 원료 및 용수 투입 제어 모듈(42b)로 전송된다.
이에 따라, 원료 및 용수 투입 제어 모듈(42b)은 미연탐소 함량 측정치 및 슬러리 농도 측정치를 이용하여, 자철석 분리기(2)로부터 습식 부선기(3)로 공급되는 슬러리 원료의 공급과, 믹싱 탱크(1)에서 형성되는 슬러리 형성에 사용되는 용수의 공급을 도출할 수 있다.
여기서, 원료 및 용수 투입 제어 모듈(42b)은 부산기 전단에서 측정한 슬러리 농도를 기준으로 원료 및 용수 투입량응ㄹ 제어한다. 여기서 원료 및 용수 투입 제어 모듈(42b)은 자철석이 분리된 슬러리 농도를 기준으로 미연탄소 함량 측정치를 제공받음으로써, 미연탄소 함량만을 기준으로 믹싱 탱크(1)에서 형성되는 슬러지에 해당하는 원료와 물(pH 7)에 해당하는 용수의 공급량을 결정할 수 있어서 팩터(factor)를 단순화할 수 있으며, 분석의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
이에 따라, 원료 및 용수 투입 제어 모듈(42b)은 미연탄소 함량 측정치의 초과 함량 수준을 구분한 뒤, 구분된 초과 함량의 수준에 따라 투입되는 슬러리 원료와 슬러지에서 슬러리로 생성할 때 사용되는 용수의 공급량에서 슬러리 원료의 용수에 대한 상대적 함량을 줄이기 위한 원료 감소 공급량 단계(제 1 내지 제 n 단계, n은 2 이상의 자연수)를 설정한 뒤, 원료 감소 공급량 단계 정보를 이중화 서버(30)를 통해 통신망(20)을 거쳐 제어용 컴퓨터(10)로 전송한다.
이에 따라 추가적으로 제어용 컴퓨터(10)는 통신망(20)을 통해 CCTV 컴퓨터(110)와 연결된 설비 감시용 CCTV(120)를 통해 원료 감소 공급량 단계 정보에 따라 믹싱 탱크(1)에 투입되는 원료와 용수의 공급비가 제대로 투입되는지 여부를 감시할 수 있다.
다음으로, 약품 주입량 제어 모듈(42c)은 pH 측정치와 미연탄소(UC) 함량으로부터 약품 주입량을 실시간으로 분석할 수 있다.
여기서, 미연탄소 함량은 원료 및 용수 투입 제어 모듈(42b)이 취득하는 방식과 동일하게 습식 부선기(3)로부터의 미연탄소(UC)가 분리된 플라이 애시를 열분석기(100a)를 이용하여 측정하며, 열분석기(100a)로부터 측정치 수집모듈(42a)을 통해 미연탐소 함량 측정치가 PLC 시스템(40)의 약품 주입량 제어 모듈(42c)으로 전송된다. 이에 따라, 약품 주입량 제어 모듈(42c)은 통신부(44)를 통해 미연탐소 함량 측정치를 수신한 뒤, 플라이 애시의 미연탄소(UC) 최대치가 미리 설정된 미연 탐소 함량 임계치(예, 2%) 이하인지 여부를 확인하고, pH 측정치가 미연탄소(UC)를 부유시키기에 적절한 미리 설정된 pH 범위(예, pH 8 ~ pH 10)내인지 여부를 확인한다.
여기서 미리 설정된 pH 범위는 제 3 약품 주입 모터(100c)를 통해 습식 부선기(3)로 주입되는 기포제를 투입하여 실리카의 부선에 적합하도록 pH가 조절될 수 있으므로, 약품 주입량 제어 모듈(42c)은 제 1 약품 주입 모터(100a)에 의해 투입되는 포수제의 투입과, 제 2 약품 주입 모터(100b)에 의해 투입되는 기포제의 투입도 함께, 제 3 약품 주입 모터(100c)에 대한 제어를 수행할 수 있다.
즉, 본 발명에서 포수제의 PH는 6.5 ~ 8.5의 범위이고, 기포제의 PH는 7 ~ 9의 범위인 경우, 약품 주입량 제어 모듈(42c)은 투입되는 포수제의 함량, 기포제의 함량에 따른 원료 및 용수 투입 제어 모듈(42b)에서 설정된 원료와 용수에 따른 pH 범위 변화를 이중화 서버(300)의 DB로 액세스 하여 DB상의 빅데이터 기반으로 추출한 뒤, 추출된 pH 범위 변화에 따른 미연탄소(UC)를 부유시키기에 적절한 미리 설정된 pH 범위(예, pH 2 ~ pH 6)내로 조절하기 위한 기포제의 pH에 따른 투입량을 다시 이중화 서버(300)의 DB로 액세스 하여 DB상의 빅데이터 기반으로 추출한다.
이후, 약품 주입량 제어 모듈(42c)은 기포제의 pH에 따른 투입량에 대한 제 3 약품 주입 모터(100c)에 대한 제어를 통해 습식 부선기(3)로의 투입을 제어할 수 있다.
다음으로 공기량 제어 모듈(42d)은 슬러리 농도 측정치와 pH 측정치에 의해 공기량을 실시간으로 추종 제어할 수 있다.
보다 구체적으로 슬러리에 포함된 미연탄소(UC)는 기포제 및 포수제를 투입하여 미연탄소(UC)를 분리하는데, pH의 데이터 및 기포상태에 따라 공기량 조절 밸브를 0 내지 100%의 범위 내에서 제어할 수 있다.
이에 따라, 공기량 제어 모듈(42d)은 pH의 측정값을 실시간으로 측정하여 측정된 데이터를 이중화 서버(300)의 DB로 액세스 하여 DB상의 빅데이터 기반으로 추출한 뒤, 추출된 공기량 증가 변화에 따라 부선기 에어 공급 밸브(70)의 공기량을 조절할 수 있다.
이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
1 : 습식 부선기 10 : 제어용 컴퓨터
20 : 통신망 30 : 이중화 서버
40 : PLC 시스템 41 : I/O 인터페이스
42 : 제어부 42a : 측정치 수집모듈
42b : 원료 및 용수 투입 제어 모듈
42c : 약품 주입량 제어 모듈 42d : 공기량 제어 모듈
43 : 저장부 44 : 통신부
50 : 컨트롤 판넬 60 : 부선기 모터
70 : 부선기 에어 공급 밸브 80 : 농도계
90 : pH 센서 100 : 약품 주입 모터
110 : CCTV 컴퓨터 120 : 설비 감시용 CCTV

Claims (5)

  1. "믹싱 탱크(1)"; "자철석 분리기(2)"; 슬러지에 포함된 애쉬 입자와 미연탄소(UC)를 분리시키기 위한 부선(flotation) 공정을 수행하되, 플라이 애쉬로부터 미연카본(UC)을 추출하기 위해, 석탄연소 화력 발전소로부터 폐기물로서 운반된 플라이 애시를 플라이 애시 탱크에 저장한 후, 믹싱 탱크에 공급하여 물과 혼합하고, 슬러리 생성이 완료되면, 슬러리 탱크 내의 플라이 애시 슬러리를 습식 부선 공정 제어시스템의 부선기 모터(60)를 통해 공급받은 뒤, 추가로 습식 부선 공정 제어시스템의 제 1 약품 주입 모터(100a)를 통해 포수제 탱크로부터 포수제를 공급받으며, 습식 부선 공정 제어시스템의 제 2 약품 주입 모터(100b)를 통해 기포제 탱크로부터 기포제를 공급받고, 플라이 애시와 물의 중량비를 5 : 5로 섞어서 형성된 플라이 애시 슬러리와 기포제를 혼합하고, 습식 부선 공정 제어시스템의 부선기 에어 공급 밸브(70)를 통하여 공기를 공급받아 기포가 발생하며, 기포 발생에 따라 기포에 포수제에 흡착된 미연카본(UC)이 부착되어 부상한 기포에 포함된 미연카본(UC)을 추출하는 방식으로, 플라이 애시에 포함되어 있던 미연카본(UC)을 추출하되, 자철석 분리기(2) 및 탈수기(4) 사이에 형성되어 전후단에 침전식 슬러리 농도 측정기에 해당하는 농도계(80)를 구비하여 슬러리 농도를 측정하고, pH 센서(90)를 이용해 내부로 기포제 투입에 따른 탈수기(4) 상에서 탈수액의 pH를 측정하는 "습식 부선기(3)"; "탈수기(4)"; 및 "건조기(5)"; 를 시간의 순서에 따라 차례로 포함하는 미연탄소 회수 시스템에 대해서, 자철석 분리기(2)에 의해 자철석이 분리되고 남은 슬러리에 대해서 습식 부선기(3)에 의해 다시 미연탄소(UC)가 포수제 및 기포제가 첨가되고 부유선별 후 탈수기(4)에 의해 탈수 및 건조기(5)에 의해 건조된 미연탄소(UC)가 회수되면, 습식 부선기(3)에서의 슬러리 농도 측정치, 그리고 믹싱 탱크(1)와 탈수기(4)의 탈수액에서 pH 측정치를 이용해 원료 및 용수 투입량, 약품 주입량을 자동으로 제어하는 "습식 부선 공정 제어시스템"은,
    통신망(20)을 통해 연결된 스위칭 허브의 스위칭 제어에 따라 복수의 이중화 서버(30) 중 하나를 통해 컨트롤 판넬(50)과 연결된 PLC 시스템(40)에 자동 제어 명령을 전송하는 제어용 컴퓨터(10);
    PLC(Programmable Logic Controller)를 기반으로 하는 생산 자동화 시스템으로, 습식 부선기(3)에 형성된 농도계(80), 탈수기(4)에 형성된 pH 센서(90) 각각에 의해 측정된 슬러리 농도 측정치, pH 측정치를 이용해 원료 및 용수 투입량, 공기량, 약품 주입량에 대한 수치연산 기능을 수행한 뒤, 각 연산된 수치를 이용해 컨트롤 판넬(50)을 통해 부선기 모터(60), 부선기 에어 공급 밸브(70), 약품 주입 모터(100)에 대한 제어가 자동으로 수행되도록 하는 PLC 시스템(40); 및
    복수의 설비 감시용 CCTV(120)를 통해 수집되는 CCTV 영상을 수집한 뒤, 각 습식 부선기(3)에 대한 작동 영상을 통신망(20)을 통해 제어용 컴퓨터(10)로 제공하는CCTV 컴퓨터(110); 를 포함하며,
    PLC 시스템(40)은, 습식 부선 공정 제어를 위해, 슬러리 농도, pH, 원료 미연탄소(UC) 함량에 따른 Factors(원료 및 용수량, 약품 주입량, 공기량) 상관관계 시험분석 및 최적 주입량 데이터를 확보하기 위해, 습식 부선기(3) 내로 투입되는 슬러리 농도, pH에 대한 상시 측정 시스템을 구축하여, 슬러리 농도, pH, 미연탄소(UC) 함량 데이터를 바탕으로 한 습식 부선기(3)에 대한 제어를 컨트롤 판넬(50)을 이용하여 수행하기 위해 I/O 인터페이스(41), 제어부(42), 저장부(43), 통신부(44)를 포함하며, 제어부(42)는,
    습식 부선기(3)의 전후단에 침전식 슬러리 농도 측정기에 해당하는 농도계(80)로부터 슬러리 농도 측정치를 수신하고, 믹싱 탱크(1)의 슬러리와 탈수기(4)의 탈수액에 대한 pH 측정치를 수신하고, 열분석기(100a)로부터 미연탐소 함량 측정치를 수신하도록 I/O 인터페이스(41)를 제어한 뒤, 저장부(43)에 저장하고 원료 및 용수 투입 제어 모듈(42b), 약품 주입량 제어 모듈(42c), 공기량 제어 모듈(42d)로 제공하는 측정치 수집모듈(42a); 및
    미연탄소(UC) 함량과 슬러리 농도 측정치로부터 원료 및 용수 투입량을 실시간으로 분석하되, 미연탄소 함량에 대해서 습식 부선기(3)로부터의 미연탄소(UC)가 분리된 플라이 애시를 열분석기(100a)를 이용하여 측정되고, 열분석기(100a)로부터 미연탐소 함량 측정치가 측정치 수집모듈(42a)을 통해 수신하며, 슬러리 농도 측정치에 대해서 습식 부선기(3) 내부에 형성된 농도계(80)로부터 수신하며, 미연탐소 함량 측정치 및 슬러리 농도 측정치를 이용하여, 자철석 분리기(2)로부터 습식 부선기(3)로 공급되는 슬러리 원료의 공급과, 믹싱 탱크(1)에서 형성되는 슬러리 형성에 사용되는 용수의 공급을 도출하며, 부선기 전단에서 측정한 슬러리 농도를 기준으로 원료 및 용수 투입량을 제어하며, 자철석이 분리된 슬러리 농도를 기준으로 미연탄소 함량 측정치를 제공받음으로써, 미연탄소 함량만을 기준으로 믹싱 탱크(1)에서 형성되는 슬러지에 해당하는 원료와 물(pH 7)에 해당하는 용수의 공급량을 결정하고, 미연탄소 함량 측정치의 초과 함량 수준을 구분한 뒤, 구분된 초과 함량의 수준에 따라 투입되는 슬러리 원료와 슬러지에서 슬러리로 생성할 때 사용되는 용수의 공급량에서 슬러리 원료의 용수에 대한 상대적 함량을 줄이기 위한 원료 감소 공급량 단계(제 1 내지 제 n 단계, n은 2 이상의 자연수)를 설정한 뒤, 원료 감소 공급량 단계 정보를 이중화 서버(30)를 통해 통신망(20)을 거쳐 제어용 컴퓨터(10)로 전송하여, 제어용 컴퓨터(10)에 의해서 통신망(20)을 통해 CCTV 컴퓨터(110)와 연결된 설비 감시용 CCTV(120)를 통해 원료 감소 공급량 단계 정보에 따라 믹싱 탱크(1)에 투입되는 원료와 용수의 공급비가 제대로 투입되는지 여부를 감시하도록 하는 원료 및 용수 투입 제어 모듈(42b); 을 포함하는 것을 특징으로 하는 습식 부선 공정 제어시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, PLC 시스템(40)의 제어부(42)는,
    pH 측정치와 미연탄소(UC) 함량으로부터 약품 주입량을 실시간으로 분석하되, 미연탄소 함량에 있어서 원료 및 용수 투입 제어 모듈(42b)이 취득하는 방식과 동일하게 습식 부선기(3)로부터의 미연탄소(UC)가 분리된 플라이 애시를 열분석기(100a)를 이용하여 측정하며, 열분석기(100a)로부터 측정치 수집모듈(42a)을 통해 미연탐소 함량 측정치를 수신하도록 통신부(44)를 제어한 뒤, 플라이 애시의 미연탄소(UC) 최대치가 미리 설정된 미연 탐소 함량 임계치(2%) 이하인지 여부를 확인하고, pH 측정치가 미연탄소(UC)를 부유시키기에 미리 설정된 pH 범위(pH 8 ~ pH 10) 내인지 여부를 확인하며, 미리 설정된 pH 범위에 있어서 제 3 약품 주입 모터(100c)를 통해 습식 부선기(3)로 주입되는 기포제를 투입하여 실리카의 부선에 적합하도록 pH가 조절될 수 있으므로, 제 1 약품 주입 모터(100a)에 의해 투입되는 포수제의 투입과, 제 2 약품 주입 모터(100b)에 의해 투입되는 기포제의 투입도 함께, 제 3 약품 주입 모터(100c)에 대한 제어를 수행하는 약품 주입량 제어 모듈(42c); 및
    슬러리 농도 측정치와 pH 측정치에 의해 공기량을 실시간으로 추종 제어하기 위해, 슬러리에 포함된 미연탄소(UC)는 기포제 및 포수제를 투입하여 미연탄소(UC)를 분리시, pH의 데이터 및 기포상태에 따라 부선기 에어 공급 밸브(70)에 해당하는 공기량 조절 밸브를 개폐율을 제어하는 공기량 제어 모듈(42d); 을 더 포함하며,
    공기량 제어 모듈(42d)은, pH의 측정값을 실시간으로 측정하여 측정된 데이터를 이중화 서버(300)의 DB로 액세스 하여 DB상의 빅데이터 기반으로 추출한 뒤, 추출된 공기량 증가 변화에 따라 부선기 에어 공급 밸브(70)의 공기량을 조절하는 것을 특징으로 하는 습식 부선 공정 제어시스템.
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