KR101908809B1 - 석탄 조습 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 석탄 조습 장치는 복수의 스팀 튜브를 포함하고, 주증기 배관을 통해 증기를 제공받아 석탄을 건조하는 건조기; 건조부하 정보를 이용하여 건조에 필요한 상기 증기의 공급온도 및 목표압력을 산출하는 제어기; 상기 제어기에 의해 제어되고, 주증기 배관으로부터 상기 건조기로 제공되는 증기를 조절하는 압력밸브를 포함하고, 상기 제어기는 건조부하 정보를 지연시간 동안 적분보정하여 상기 건조부하 정보에 포함된 외란을 제거한다.

Description

석탄 조습 장치{AN APPARATUS FOR COAL MOISTURE CONTROL PROCESS}
본 발명은 코크스공장의 석탄 조습(燥濕) 공정을 위한 석탄 조습 장치에 대한 것이다.
코크스공장에서는 코크스제조 원료로 사용하는 석탄에 함유된 수분을 코크스 제조에 적합하도록 조절하는 석탄 조습 공정(Coal Moisture Control Process: CMCP)이 수행된다. 구체적으로, 이러한 공정은 석탄 조습 장치에 의해 수행되고, 석탄 조습 장치는 건조기를 포함한다. 수분이 함유된 석탄을 복수의 스팀 튜브를 포함하는 건조기 내부에 공급하여 석탄을 건조시킨다. 이러한 과정에서 석탄의 초기 수분, 석탄 입조량, 석탄 초기온도 등의 건조부하의 정보에 따라 건조기에 제공되는 증기를 조절한다.
여기서, 상기 건조부하 정보는 다양한 아날로그 센서(수분계, 무게 저울, 온도계, 압력계)에 의해 획득될 수 잇는데 신호오류 및 정합성 미흡으로 인해 데이타의 변동이 발생할 수 있다. 이러한 데이터의 변동은 증기 압력 조절을 위한 제어계의 측면에서 외란으로 볼 수 있다.
이러한 외란은 증기의 유량에 과대한 변동을 유발하여 건조기와 스팀 공급 배관의 내구성을 악화시키고 증기의 소모량을 증가시킬 수 있다.
대한민국 공개특허공보 제2002-0043700호
본 발명의 과제는 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 외란에 의한 증기 목표 압력의 변동성을 억제하여 안정화된 증기 공급 제어가 가능한 석탄 조습 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 석탄 조습 장치는 복수의 스팀 튜브를 포함하고, 주증기 배관을 통해 증기를 제공받아 석탄을 건조하는 건조기; 건조부하 정보를 이용하여 건조에 필요한 상기 증기의 공급온도 및 목표압력을 산출하는 제어기; 상기 제어기에 의해 제어되고, 주증기 배관으로부터 상기 건조기로 제공되는 증기를 조절하는 압력밸브를 포함하고, 상기 제어기는 건조부하 정보를 지연시간 동안 적분보정하여 상기 건조부하 정보에 포함된 외란을 제거한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 석탄 조습 장치는 원료탄의 수분을 건조시키기 위하여 증기을 투입하는 과정에서 증기 목표 압력의 오류로 의한 증기의 과도한 소모 및 증기 공급 배관의 기계적인 피로를 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄 조습 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄 조습 장치의 건조기를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 석탄 입조량을 보정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 4는 석탄 초기수분을 보정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5는 보정된 건조부하 정보에 따라 산출된 증기 목표압력을 나타내는 그래프이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄 조습 장치를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄 조습 장치는 건조기(100), 제어기(200), 및 압력밸브(300)를 포함한다.
건조기(100)는 일정한 속도로 회전하는 원통형 회전체로서, 증기를 제공받아 석탄을 건조한다. 그러나, 건조기(100)의 형상은 특별히 한정되지 않으며, 건조기(100)가 회전 가능하고, 원료탄이 장입되는 형상이라면 어떠한 형상이라도 가능하다. 또한, 건조기(100)의 내부에는 복수의 스팀 튜브를 포함하고, 상기 복수의 스팀 튜브에는 과열 증기(S2)가 투입될 수 있다.
도 2를 참조하여, 건조기(100)를 보다 상세히 설명한다.
도 2에는, 건조기(100)의 일 예로 스팀 튜브 드라이어(STD)를 도시하였다. 상술한 바와 같이, 건조기(100)는 축을 둘레로 회전할 수 있고, 건조기는 복수의 스팀 튜브(101)를 포함한다. 또한, 상기 석탄 공급구(110)에는 석탄 초기온도를 측정하는 온도계가 배치될 수 있다.
또한, 건조기(100)는 일단에 석탄 공급구(110), 캐리어 가스 공급구(120)를 포함하고, 타단에 및 증기 공급구(140)를 포함한다.
상기 석탄 공급구(110)를 통해 원료탄(MC)이 건조기(100)의 내부로 공급된다. 석탄 공급구(110)로 공급된 원료탄은 캐리어 가스 팬(20)으로부터 공급되는 캐리어 가스(G1)와 함께 건조기(100)의 회전에 따라 타측으로 반송된다. 상기 복수의 스팀 튜브(101)에는 증기 공급구(140)를 통해 공급된 과열 증기(S2)가 유동될 수 있다.
이에 따라, 원료탄(MC)은 건조기(100) 내부에서 반송되면서 복수의 스팀 튜브(101)와 접촉함으로써 가열된다. 이러한 가열에 의해 건조된 건조탄(DC)은 건조탄 배출구(130)로 배출된다. 한편, 증기 및 캐리어 가스(G1)에 의해 건조기(100) 내부에서 형성된 배가스(G2)는 집진기(30)로 배출된다.
이러한 과정을 통해, 건조기(100)는 원료탄(MC)의 수분 함유량을 수 퍼센트(%) 낮출 수 있다. 이때, 상기 건조에 필요한 증기의 공급온도 및 목표압력은 의도된 수분량을 가지는 건조탄(DC)을 획득하는데 중요한 요소이다.
다시 도 1을 참조하면, 압력밸브(300)는 건조기(100)와 주증기 배관(MP) 사이에 배치되고, 상기 과열 증기(S2)를 조절하기 위해 제어기(200)의 지시에 따라 개폐될 수 있다. 또한, 보일러(10)는 포화 증기(S1)를 상기 주증기 배관(MP)으로 공급한다.
제어기(200)는 건조부하 정보(AI)를 입력 받고, 건조부하 정보(AI)를 이용하여 건조에 필요한 상기 증기의 공급온도 및 목표압력을 산출하고, 상기 공급온도 및 목표압력에 따른 증기를 건조기(100)에 제공하기 위해 압력 밸브(300)를 제어한다. 또한, 상기 제어기(200)는 압력밸브(300)의 제어를 위해 비례-미분-적분 제어(proportional integral derivative control)를 수행할 수 있다. 여기서, 건조부하는 정보는 상기 건조부하 정보(AI)는 석탄 초기수분, 석탄 입조량, 및 석탄 초기온도를 포함할 수 있다.
구체적으로, 제어기(200)는 건조부하 정보(AI)를 지연시간 동안 적분보정하여 상기 건조부하 정보(AI)에 포함된 외란을 제거한다. 상기 건조부하 정보(AI)는 다양한 센서로부터 제공된 측정값으로 비정상적인 변동성을 가질 수 있고, 이러한 변동성은 제어기(200)가 산출하는 목표압력에 외란으로 작용한다. 따라서, 제어기(200)는 건조부하 정보(AI)를 지연시간 동안 적분보정하여 외란을 최소화할 수 있다. 또한, 상기 건조부하 정보(AI)가 샘플링 주기를 가지는 이산적인 값인 경우, 제어기(200)는 시간에 대한 평균화 방식으로 건조부하 정보(AI)에 포함된 외란을 제거할 수 있다. 또한, 제어기(200)는 건조부하 정보(AI)를 보정하기 위해 적분보정에 더하여, 비례 보정과 미분 보정을 함께 수행할 수 있다.
또한, 제어기(200)는 포화 증기(S1)의 압력을 측정하는 제2 압력계(P2)로부터 증기압력을 입력 받을 수 있다. 더하여, 제어기(200)는 주증기 배관(MP)의 유량을 측정하는 유량계(M)로부터 증기유량을 입력받을 수 있다. 제어기(200)는 상기 증기압력 및 증기유량을 이용하여 건조기(100)로 제공되는 증기의 압력값을 보상할 수 있다.
한편, 제어기(200)는 논리연산, 순서조작, 타이머, 카운터, 산술연산 등의 제어 동작을 수행하는 PLC(Programmable Logic Controller)로서, 중앙처리장치(CPU), 마이크로프로세서, 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC), Field Programmable Gate Arrays(FPGA) 등의 하드웨어와 이에 탑재되어 기 정해진 동작을 수행하도록 프로그래밍된 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 3은 석탄 입조량을 보정한 결과를 나타내는 그래프이고, 도 4는 석탄 초기수분을 보정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 센서의 측정 오류 또는 설비 운전의 변동에 따른 외란이 제거된 석탄 입조량 및 석탄 초기수분의 보정값의 그래프를 확인할 수 있다.
도 5는 보정된 건조부하 정보에 따라 산출된 증기 목표압력을 나타내는 그래프이다.
도 5를 참조하면, 보정전 목표압력에는 건조부하 정보에 포함된 외란이 반영되어 시간에 따라 큰 변동성을 가진다. 반면, 보정후 목표압력은 이러한 변동성이 감소한 것을 확인할 수 있다. 도 5의 보정후 목표압력은 5초의 지연시간 동안 다점 평균화 방식으로 보정된 건조부하 정보를 이용하여 산출되었다.
이에 따라, 본 발명의 석탄 조습 장치는 과대한 목표압력의 변동을 억제하여 건조기에 안정적인 증기 공급을 가능하게 하고, 증기 공급압력의 순간적인 변동성으로 인한 설비의 기계적인 피로를 억제하고 소모되는 증기량을 감소시킬 수 있다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
10: 보일러
20: 캐리어 가스 팬
30: 집진기
100: 건조기
200: 제어기
300: 압력밸브

Claims (4)

  1. 복수의 스팀 튜브를 포함하고, 주증기 배관을 통해 증기를 제공받아 석탄을 건조하는 건조기;
    건조부하 정보를 이용하여 건조에 필요한 상기 증기의 공급온도 및 목표압력을 산출하는 제어기;
    상기 제어기에 의해 제어되고, 주증기 배관으로부터 상기 건조기로 제공되는 증기를 조절하는 압력밸브를 포함하고,
    상기 제어기는 건조부하 정보를 지연시간 동안 적분보정하여 상기 건조부하 정보에 포함된 외란을 제거하고,
    상기 건조부하 정보는 석탄 초기수분, 석탄 입조량 및 석탄 초기온도를 포함하며,
    상기 제어기는 상기 건조부하 정보가 샘플링 주기를 가지는 이산적인 값인 경우, 시간에 대한 다점 평균화 방식으로 상기 건조부하 정보에 포함된 외란을 제거하는 석탄 조습 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 주증기 배관의 증기유량 및 증기압력을 입력 받고 상기 건조기로 제공되는 증기의 압력값을 보상하는 석탄 조습 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 건조기는
    일단에 석탄 공급구 및 캐리어 가스 공급구를 포함하고, 타단에 건조탄 배출구 및 증기 공급구를 포함하는 스팀 튜브 드라이어인 석탄 조습 장치.
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