KR101988774B1 - 석탄 장입 레벨 제어 장치 및 방법 - Google Patents

석탄 장입 레벨 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 탄화실내에 삽입된 파이프에 공급되는 기체의 유량 및 유체 진동의 변화에 따라 장입 높이를 측정하여 석탄의 최적 장입을 제어할 수 있는 석탄 장입 레벨 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄 장입 레벨 제어 장치는 탄화실의 장입구를 통해 파이프를 삽입하고, 상기 파이프에 기체를 주입하여, 상기 기체의 유량 변화 및 유체 진동 중 적어도 하나에 따라 탄화실 내에 장입되는 석탄의 레벨을 측정하는 탄화실 레벨 측정부, 상기 탄화실 레벨 측정부로부터의 측정 데이터를 수집하여, 상기 탄화실 레벨 측정부에 의해 측정된 상기 기체의 유량 변화 및 유체 진동 중 적어도 하나의 변화량이 해당 기준값 이상이면 석탄의 장입을 중지시키는 데이터 수집 및 분석부를 포함할 수 있다.

Description

석탄 장입 레벨 제어 장치 및 방법{Coal level control apparatus and method for optimal coal charging in coke oven}
본 발명은 코크스 오즌의 탄화실 내에 장입되는 석탄(coal)의 레벨을 최적으로 장입시키기 위한 석탄 장입 레벨 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 코크스 오븐설비는 탄화실과 연소실로 구분되며, 탄화실 상부에서 주행되는 장입차를 이용하여 탄화실 상부면에 복수개 마련된 장입구를 열고, 이를 통해 석탄을 장입한 다음, 장입구를 밀봉한채 일정시간동안 연소실에서 연료를 태워 탄화실의 석탄을 건류시키며, 건류되어 코크스화된 석탄을 압출소화시켜 철광석을 녹이는 용광로의 열원으로 사용한다.
그러나, 장입차의 상부 호퍼에서 각 장입구를 통해 탄화실내로 석탄을 장입할 때, 스크류피더의 회전수를 측정하여 석탄의 장입량을 계산하여 석탄을 장입하게 되는데, 탄화실 내부가 밀봉상태이며, 고열 및 화염 등으로 인해 탄화실 내부를 육안으로 확인할 수 없기 때문에 탄화실 내부에서 석탄레벨이 균일하지 않고 석탄이 산 모양으로 쌓이게 되며, 이러한 경우에 건류시 발생되는 가스가 상승관을 통해 원할하게 배출되지 않아서 코크스 오븐의 각 부를 통해 누출 되는 한편, 석탄의 건류작업이 원할하게 이워지지 않아서 품질이 균일하지 못하는 문제점이 있다.
이를 방지하기 위하여 레벨러를 사용하여 높이를 균일하게 하는데, 석탄을 많이 장입하여 레벨링을 하게 되면 리턴석탄이 많아지게 되어 환경문제 유발 및 원료 낭비를 일으키게 되고, 석탄을 적게 장입하면 생산성 저하가 되는 문제점이 있다.
따라서, 종래에는 작업자가 코크스오븐의 상부에서 탄화실에 마련된 각 장입구의 뚜껑을 순차적으로 열고서 긴 막대를 장입구내로 삽입하여 탄화실내에 장입된 석탄위로 찔러 넣은 다음, 남은 막대의 길이를 줄자로 측정하여 석탄레벨을 측정하며, 측정된 석탄레벨이 높은 곳에서는 석탄장입량을 줄이는 한편, 석탄레벨이 낮은 곳에는 석탄장입량을 늘려 투입하였다.
그러나, 이러한 종래의 작업은 석탄 레벨 측정시 3인 이상의 작업자가 필요하고, 장입구로부터 분출되는 화염에 의한 화상재해의 위험성이 항상 있어 작업자의 기피현상이 있을 뿐만 아니라, 석탄 레벨 측정이 다수개의 장입구에 대하여 수작업으로 이루어지기 때문에 작업소요시간이 많이 소요되어 작업생산성을 저하시키는 문제점이 있었다.
또한, 마이크로웨이브를 이용한 석탄 레벨 측정 방법이 있으나, 이는 석탄 주입중에는 측정을 하지 못하고, 석탄 장입 완료후에 측정을 하게되는데, 장입구 두껑을 열고 레벨을 측정하여야 하기 때문에 화염에 의한 화재 위험과 가스배출에 의한 환경오염이 발생하는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2013-0015147호 대한민국 공개특허공보 제10-2006-0105319호
본 발명의 일 실시예에 따르면, 탄화실내에 삽입된 파이프에 공급되는 기체의 유량 및 유체 진동의 변화에 따라 장입 높이를 측정하여 석탄의 최적 장입을 제어할 수 있는 석탄 장입 레벨 제어 장치 및 방법이 제공된다.
상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄 장입 레벨 제어 장치는 탄화실의 장입구를 통해 파이프를 삽입하고, 상기 파이프에 기체를 주입하여, 상기 기체의 유량 변화 및 유체 진동 중 적어도 하나에 따라 탄화실 내에 장입되는 석탄의 레벨을 측정하는 탄화실 레벨 측정부, 상기 탄화실 레벨 측정부로부터의 측정 데이터를 수집하여, 상기 탄화실 레벨 측정부에 의해 측정된 상기 기체의 유량 변화 및 유체 진동 중 적어도 하나의 변화량이 기준값 이상이면 석탄의 장입을 중지시키는 데이터 수집 및 분석부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 석탄 장입 레벨 제어 방법은 탄화실 레벨 측정부에서 탄화실의 석탄 레벨을 측정하기 위해 탄화실의 장입구를 통해 파이프를 삽입하여 탄화실의 석탄 장입 목표치에 맞춰 상기 파이프를 하강시키는 단계, 상기 파이프에 기체를 주입하는 단계, 상기 파이프의 기체의 유량 변화 및 유체 진동 중 적어도 하나를 측정하는 단계, 데이터 수집 및 분석부가 상기 기체의 유량 변화 및 유체 진동 중 적어도 하나의 변화량이 기준값 이상이면 석탄의 장입을 중지시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 안정적인 생산성 향상 및 부생에너지 생산 증가의 효과가 있고, 고온 환경하에 노출될 수 있는 조업자의 안전성 확보할 수 있으며 고로 노황을 안정화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄 장입 레벨 제어 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄 장입 레벨 제어 장치의 탄화실 레벨 측정부의 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄 장입 레벨 제어 방법의 개략적인 동작 흐름도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄 장입 레벨 제어 장치의 최적 장입 레벨을 검출하는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄 장입 레벨 제어 장치의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄 장입 레벨 제어 장치(100)은 탄화실 레벨 측정부(110), 호퍼 레벨 측정부(120) 및 데이터 수집 및 분석부(130)를 포함할 수 있다.
탄화실 레벨 측정부(110)는 탄화실 내의 장입 석탄의 레벨을 측정할 수 있고, 호퍼 레벨 측정부(120)는 장입차의 호퍼내의 석탄의 레벨을 측정할 수 있으며, 데이터 수집 및 분석부(130)는 탄화실 레벨 측정부(110) 및 호퍼 레벨 측정부(120)로부터 측정 신호를 받아 이를 분석하여 장입차 PLP와 통신하여 석탄의 장입을 제어할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄 장입 레벨 제어 장치의 탄화실 레벨 측정부의 개략적인 구성도이다.
도 1과 함께, 도 2를 참조하면, 탄화실 레벨 측정부(110)는 장입구 내로 주입되는 파이프(스테인레스강과 같은 내식성 재료)(111)와, 파이프와 연결되어 파이프를 상하로 이동될 수 있도록 하는 내열튜브 (112)와. 파이프 내로 일정량의 기체를 주입하기 위해서 외부 기체를 공급하는 받아서 수분을 제거하는 유수분리기 (113)와, 파이프(111)내에 기체를 정압으로 공급할 수 있는 정압밸브(114)와, 파이프의 기체의 유량 또는 유체 진동 중 적어도 하나를 측정하는 측정기(115)와, 내열 튜브를 권취하여 파이프의 높이를 원하는 위치로 상하로 이동할 수 있도록 제어할 수 있는 모터(117)를 포함할 수 있다.
여기서, 기체는 공기(air)일 수 있다.
상기 장입구는 탄화실의 복수의 장입구 각각 또는 제어하고 싶은 장입구로부터의 석탄 레벨을 제어하기 위해 제1 내지 제4 장입구 중 적어도 하나의 장입구에 파이프(111)를 삽입할 수 있다.
측정기(115)는 기체의 유량을 측정하는 유량 변화 측정기(115a)와 기체의 유체 진동을 측정할 수 있는 유체 진동 측정기(115b)를 포함할 수 있다.
파이프(111)는 하단에 눈금자를 새겨서 고온 상태에서 노출되는 파이프의 마모량을 확인할 수 있도록 한다.
호퍼 레벨 측정부 (120)는 호퍼 내의 석탄이 탄화실 내부로 장입될 때에 호퍼내의 석탄(Coal)이 모두 탄화실 내부로 장입되게 되면 탄화실 내부와 장입스크류 및 호퍼로의 빈 공간이 발생되게 되는데, 이와 같은 경우에 탄화실 내부의 화염과 환경오염 물질이 호퍼 상부로 분출하게 되는 문제가 발생될 수 있다. 이에 따라 호퍼 상부에서 마이크로웨이브 레벨 측정기를 통한 호퍼 내의 석탄이 최소 장입 기준선 이하로 내려가면 탄화실로 내려가는 공간의 댐퍼 (Damper)를 폐쇄하여 빈 공간이 생기지 않도록 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 탄화실 레벨 측정 신호와 호퍼 레벨 측정 신호는 데이터 수집 및 분석부(130)를 통해 장입차 PLC와 통신되어 석탄의 최적 장입을 할 수 있도록 배치된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄 장입 레벨 제어 방법의 개략적인 동작 흐름도이다.
도 1 및 도 2와 함께, 도 3을 참조하면, 먼저, 장입하고자 하는 탄화실 상부에 장입차가 위치하여 장입차가 제1 내지 제4 장입구의 두껑을 개방할 수 있다. 탄화실 레벨 측정부(110)는 기체 주입을 위한 준비 작업을 시작하여 각 부분의 정상상태를 확인하고, 장입차 하부 댐퍼 (Damper)를 개방하여, 레벨 측정을 위한 파이프(111)의 끝단을 탄화실에 석탄의 장입을 위한 목표치에 맞추어서 하강할 수 있다(S10).
다음으로, 탄화실 레벨 측정부(110)는 파이프 (111)를 통해 기체를 주입한다(S20). 이때 기체는 가능한 최소값으로 설정할 수 있다. 또한, 기체는 유수분리기(113) 를 통해 수분을 제거하고, 파이프내의 기체유량이 일정하도록 정압밸브(114)를 사용할 수 있으며, 유량 변화 측정기(115a)와 유체 진동 측정기(115b)를 통해 신호를 측정할 수 있다(S30).
탄화실내로 석탄(Coal)을 장입할 수 있다. 장입순서는 제2 및 제3 장입구에 먼저 1차 석탄을 장입하고, 이후 제1 및 제4 장입구로 석탄을 장입하게 되는데, 유량 변화 측정기(115a)와 유체 진동 측정기(115b)를 통해 제1 및 제4 장입구의 장입 레벨이 파이프의 끝단까지 장입되는 신호를 감지하면(S40) 데이터 수집 및 분석부(130)는 장입차 PLC와 통신하여 장입을 중단한다. 이후 제2 및 제3 장입구로 석탄을 장입하여 파이프 끝단까지 장입되는 신호를 감지하면 데이터 수집 및 분석부(130)는 장입차 PLC와 통신하여 장입을 중단한다(S50).
석탄 장입시에 상부 호퍼의 석탄의 잔량은 호퍼 레벨 측정부(120)를 통해 최소 장입 기준값 이하로 떨어지지 않도록 한다. 이후, 탄화실 레벨 측정부(110)의 파이프 (111)를 상부로 2m 정도 올린 상태에서 레벨러를 통해 레벨링을 실시한다. 이후, 기체 주입을 차단한다. 탄화실 레벨 측정부(110)의 파이프(111)를 상승시켜서 원 상태로 돌아가도록 하며, 장입차가 제1 내지 제4 장입구의 두껑을 폐괘할 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄 장입 레벨 제어 장치의 최적 장입 레벨을 검출하는 도면이다.
도 2와 함께 도 4 및 도 5를 참조하면, 도 4에서는 유량 변화 측정기(115a)에 의한 유량 변화를 측정 그래프를 볼 수 있고, 도 5에서는 유체 진동 측정기(115b)에 의한 유체 진동 측정 그래프를 볼 수 있다.
도 4를 참조하면, 파이프의 끝단이 막히는 경우 기체의 유량이 기준값 이상으로 변화하면 석탄 장입 레벨이 목표치에 도달했음을 알 수 있다. 마찬가지로, 도 5를 참조하면, 파이프의 끝단이 막히는 경우 기체의 유체 진동이 기준값 이상인 경우 석탄 장입 레벨이 목표치에 도달했음을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 안정적인 생산성 향상 및 부생에너지 생산 증가의 효과가 있고, 고온 환경하에 노출 될 수 있는 조업자의 안전성 확보할 수 있으며 고로 노황을 안정화할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.
100: 석탄 장입 레벨 제어 장치
110: 탄화실 레벨 측정부
111: 파이프
112: 내열 튜브
113: 유수 분리기
114: 정압 밸브
115: 측정기
115a: 유량 변화 측정기
115b: 유체 진동 측정기
117: 모터
120: 호퍼 레벨 측정부
130: 데이터 수집 및 분석부

Claims (7)

  1. 탄화실의 장입구를 통해 파이프를 삽입하고, 상기 파이프에 기체를 주입하여, 상기 기체의 유량 변화 및 유체 진동 중 적어도 하나에 따라 탄화실 내에 장입되는 석탄의 레벨을 측정하는 탄화실 레벨 측정부; 및
    상기 탄화실 레벨 측정부로부터의 측정 데이터를 수집하여, 상기 탄화실 레벨 측정부에 의해 측정된 상기 기체의 유량 변화 및 유체 진동 중 적어도 하나의 변화량이 해당 기준값 이상이면 석탄의 장입을 중지시키는 데이터 수집 및 분석부를 포함하고,
    상기 탄화실 레벨 측정부는
    상기 파이프와 연결되어 상기 파이프를 상하로 이동시키는 내열 튜브;
    상기 내열 튜브를 권취하여 상기 파이프의 장입 높이를 제어하는 모터;
    외부의 기체에서 수분을 제거하여 상기 파이프에 공급하는 유수 분리기;
    상기 파이프로 공급되는 기체의 압력을 일정하게 유지하는 정압 밸브; 및
    상기 파이프의 기체의 유량 및 기체의 유체 진동 중 적어도 하나를 측정하는 측정기를 포함하는 석탄 장입 레벨 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 측정기는
    상기 파이프의 기체의 유량의 변화를 측정하는 유량 변화 측정기; 및
    상기 파이프의 기체의 유체 진동을 측정하는 유체 진동 측정기
    를 포함하는 석탄 장입 레벨 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 데이터 수집 및 분석부는 상기 탄화실에 석탄을 장입하는 장입차의 PLC에 장입 중단 신호를 전송하는 석탄 장입 레벨 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 탄화실에 석탄을 장입하는 장입차의 호퍼 내의 석탄의 레벨을 측정하는 호퍼 레벨 측정부를 더 포함하는 석탄 장입 레벨 제어 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 데이터 수집 및 분석부는 상기 호퍼 레벨 측정부로부터의 측정된 레벨이 기준값 이하이면 상기 장입차로부터 상기 탄화실로 내려가는 공간의 댐퍼를 폐쇄하는 석탄 장입 레벨 제어 장치.
  7. 삭제
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