KR102348975B1 - 배가스 재순환 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

배가스 재순환 제어 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 배가스 재순환 제어 시스템은, 버너를 구비하며 소재를 가열하는 가열로, 배기라인을 통해 상기 가열로에서 배출되는 배가스를 연소용 공기와 열교환하여 상기 연소용 공기를 예열하며, 배가스를 배출하는 열교환기, 상기 열교환된 배가스의 일부인 재순환 배가스와 상기 예열된 연소용 공기를 혼합하여 상기 버너에 공급하는 혼합부를 포함하되, 상기 혼합부는, 상기 예열된 연소용 공기를 공급하는 예열공기 공급라인 내부에 상기 재순환 배가스를 공급하는 배가스 배관이 삽입되고, 상기 삽입된 배가스 배관의 둘레를 따라 복수의 노즐이 배치되어, 상기 복수의 노즐을 통해 분사된 재순환 배가스를 상기 예열된 연소용 공기와 혼합하는 것을 특징으로 할 수 있다.

Description

배가스 재순환 제어 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING OF FLUE GAS RECIRCULATION}
본 발명은 배가스 재순환 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가열로의 배가스 중 질소산화물인 NOx의 발생을 최소화할 수 있도록 하는 배가스 재순환 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반 제철 공정에서는 고로, 제강, 압연 등의 공정으로 구성되어 철을 생산 한다. 압연하기 위해 연구공정의 냉각된 슬라브를 다시 가열하는 설비를 가열로 하고 소재를 승온하기 위해 연료로는 주로 COG 혹은 혼합가스(COG,BFG,LDG)를 사용하며, 연소 후 연소 생성물은 스택(굴뚝)을 통해 배출하며, NOx, SOx 등을 배출한다. 현재 질소 산화물 총량제로 인해 환경부담금이 증가하여 Nox를 저감하는 기술들이 개발되고 있다.
이러한 Nox를 저감하는 기술은 맥동연소(Oscillating Combustion) 기술, 배가스 재순환(FGR, Flue Gas Recirculation) 기술을 포함할 수 있다.
맥동연소(Oscillating Combustion)는 연료 또는 산화제에 주기적인 압력변동을 주어 유량변동이 이루어지는 상황에서 연료를 연소시키는 연소기술로서, 연료와 산화제의 혼합성을 떨어뜨려 연소 반응률을 제어함으로써 고온영역을 감소시켜 NOx를 저감시키는 기술이다. 맥동 연소는 도 1에 도시된 바와 같이 연료에 주기적인 맥동이 주어지는 경우 축방향으로 연료희박인 경우와 연료과잉인 경우가 반복되는 유동구조를 가지게 되며, 하류로 가면서 연료희박과 연료과잉정도가 점차적으로 감쇄된다. 맥동연소는 유량이 적은 연료에 주기적인 압력변동을 주는 것이 일반적이며, 통상 수십 Hz이내의 맥동상황에서 운전된다. 일반적으로 맥동연소를 유도하는 방식에는 연소기에 부착된 플래퍼 밸브(flapper valve)에 의해 발생하는 자발적인 맥동에 의한 방식과 피스톤이나 별도의 전동 밸브를 이용하여 희망하는 주기적인 압력변동을 주는 방식이 있다.
질소산화물의 생성은 도 2에 도시된 바와 같이 연소반응온도와 매우 밀접한 관계가 있는데, 연소온도가 높으면 열적 질소산화물 반응 기구에 의해 질소산화물의 배출량이 증가하게 되므로 질소산화물을 줄이기 위해서는 연소온도를 낮추는 것이 중요한데, 연소온도를 낮추기 위해서는 최고 연소온도가 나타나는 당량비가 1.0인 영역을 피해서 연료를 연소시켜야 한다. 당량비란 완전연소를 위한 이론공연비/실제공연비를 나타내는 것으로서, 당량비가 1.0이하인 상태를 연료 희박상태, 당량비가 1.0이상인 상태를 연료과잉상태로 정의하였을 때, 연소기에 공급되는 연료를 과잉상태와 희박상태를 계속 교번하여 공급하면 연소시 당량비가 1.0인 영역을 벗어나게 되어 연소 온도가 낮아지므로 질소산화물도 저감된다.
FGR(Flue Gas Recirculation)은 연소 배가스 중의 질소산화물(이하 NOx)을 감소시키기 위한 기술 중 일반적으로 많이 사용되는 기술이다. FGR 연소는 스택 배출 배가스를 재활용 연소공기에 혼합하여 화염내로 분사하는 것으로, O2 및 N2 분율이 감소시키고, 비열이 큰 배가스 재순환 화염온도를 저감시켜, NOx 발생량을 감소시킨다. 즉, FGR은, 도 3에 도시된 바와 같이 연소공기 중 O2 농도, N2 농도 및 화염온도를 감소시키면, NOx 발생량을 감소시킬 수 있다.
그러나 지나친 O2 농도 감소는 화염 안정성에 문제가 있고, 불완전 연소의 가능성이 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허 제10-1799227호(2017.11.17. 공고, 무동력 배기가스 재순환을 통한 초저녹스 보일러 및 그 연소 제어 방법)에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 가열로의 열효율 향상을 도모하고, NOx 발생을 현저히 저감시킬 수 있도록 하는 배가스 재순환 제어 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 배가스 재순환 제어 시스템은, 버너를 구비하며 소재를 가열하는 가열로, 배기라인을 통해 상기 가열로에서 배출되는 배가스를 연소용 공기와 열교환하여 상기 연소용 공기를 예열하며, 배가스를 배출하는 열교환기, 상기 열교환된 배가스의 일부인 재순환 배가스와 상기 예열된 연소용 공기를 혼합하여 상기 버너에 공급하는 혼합부를 포함하되, 상기 혼합부는, 상기 예열된 연소용 공기를 공급하는 예열공기 공급라인 내부에 상기 재순환 배가스를 공급하는 배가스 배관이 삽입되고, 상기 삽입된 배가스 배관의 둘레를 따라 복수의 노즐이 배치되어, 상기 복수의 노즐을 통해 분사된 재순환 배가스를 상기 예열된 연소용 공기와 혼합하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 배가스 재순환 제어 시스템은, 상기 버너의 상부 및 하부에 설치되어, 상기 재순환 배가스를 상기 가열로 내에 분사하는 배가스 분사부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 배가스 분사부는, 상기 버너와 일정 간격으로 상부 및 하부 각각에 2개씩 설치된 배가스 노즐, 및 상기 버너를 통해 분사되는 화염의 끝단 방향으로 상기 재순환 배가스를 분사하도록 설치된 배가스 노즐을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 배가스 재순환 제어 시스템은, 상기 가열로 내 배가스 중 산소 농도를 측정하는 산소 측정부, 상기 산소 측정부에서 측정된 산소 농도에 기초하여 상기 배가스의 재순환 유량을 조절하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 산소 측정부는, 상기 배가스의 흐름에 수직하도록 레이저 광을 조사하는 레이저 발광부, 상기 레이저 광을 수광하는 레이저 수광부를 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 제어부는, 상기 측정된 산소 농도를 기 설정된 산소 농도 기준값과 비교하여 제1 오차범위 이내인지 판단하고, 상기 측정된 산소 농도가 상기 제1 오차범위 이내인 경우 상기 가열로 내의 온도를 기 설정된 온도 기준값과 비교하여 제2 오차범위 이내인지 판단하며, 상기 가열로 내의 온도가 상기 제2 오차범위 이내가 아닌 경우 상기 배가스의 재순환 유량을 감소시킬 수 있다.
본 발명에서 상기 제어부는, 상기 측정된 산소 농도가 상기 제1 오차범위 미만인 경우 상기 배가스의 재순환 유량을 감소시키고, 상기 측정된 산소 농도가 제1 오차범위를 초과하는 경우 상기 배가스의 재순환 유량을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배가스 재순환 제어 방법은, 제어부가 산소 측정부로부터 가열로내 배가스의 산소 농도를 입력받은 단계, 상기 제어부가 상기 산소 농도를 기 설정된 산소 농도 기준값과 비교하여 제1 오차범위 이내인지 판단하는 단계, 상기 산소 농도가 제1 오차범위 이내인 경우, 상기 제어부가 상기 가열로 내의 온도를 기 설정된 온도 기준값과 비교하여 제2 오차범위 이내인지 판단하는 단계, 상기 가열로내의 온도가 제2 오차범위 이내가 아닌 경우, 상기 제어부가 배가스의 재순환 유량을 감소시키는 단계를 포함한다.
본 발명은 상기 제1 오차범위 이내인지 판단하는 단계에서, 상기 제어부는, 상기 산소 농도가 상기 제1 오차범위 미만인 경우 상기 배가스의 재순환 유량을 감소시키고, 상기 산소 농도가 상기 제1 오차범위를 초과하는 경우 상기 배가스의 재순환 유량을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 배가스 재순환 제어 시스템 및 방법은, 가열로의 열효율 향상을 도모하고, NOx 발생을 현저히 저감시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 효과들이 포함될 수 있다.
도 1은 종래의 맥동 연소 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 종래의 맥동 연소에서 NOx와 연소온도 간의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 종래의 FGR에서 연소공기와 NOx 발생량 간의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배가스 재순환 제어 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 혼합부를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 4에 도시된 배가스 분사부를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 4에 도시된 산소 측정부를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배가스 산소 농도에 따라 배가스 재순환 유량 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배가스 재순환 제어 시스템 및 방법을 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배가스 재순환 제어 시스템을 설명하기 위한 도면, 도 5는 도 4에 도시된 혼합부를 설명하기 위한 도면, 도 6은 도 4에 도시된 배가스 분사부를 설명하기 위한 도면, 도 7은 도 4에 도시된 산소 측정부를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배가스 재순환 제어 시스템은, 소재(4)를 가열하는 가열로(1), 가열로(1)에서 발생한 배가스를 배출하는 배기라인(6), 배기라인(6)으로부터 배출되는 배가스를 공기와 혼합하는 열교환기(7), 열교환기(7)에서 열교환된 배가스의 일부인 재순환 배가스와 예열된 연소용 공기를 혼합하여 버너(5)에 공급하는 혼합부, 재순환 배가스를 가열로(1) 내에 분사하는 배가스 분사부, 가열로(1) 내 배가스의 O2 농도를 측정하는 산소 측정부(50), 및 제어부(60)를 포함한다.
연속식 가열로(1)의 장입도어(2)를 통하여 장입된 소재(4)는 가열로(1) 내의 구동설비에 의하여 추출방향으로 이송된다. 이때, 각 제어대별로 설치되어 있는 수십 개의 직화식 버너(5)에 의해 소재(4)가 가열되고, 목표로 하는 온도로 가열된 소재(4)는 추출도어(3)를 통하여 추출되게 된다.
이때 가열로(1) 내에서 발생한 연소 배가스는 가열로(1) 내의 압력과 연돌(9)의 상부 압력과의 차에 의해 장입측 상부로 모아져 배기라인(6)으로 흐르게 된다. 이와 같이, 배기라인(6)을 통해 배출되는 배가스의 배출 온도는 통상 1000℃ 이하이다.
일반적으로 열교환기(7)는 그 내부에서 배가스의 배열을 이용하여 작은 온도차에서도 무동력으로 열을 효과적으로 교환하는 장치이다. 이러한 열교환기(7) 구조 중에서 가장 일반적으로 사용되는 구조는 쉘-튜브(shell-tube) 열교환기(7)이다. 이러한 쉘-튜브 열교환기(7)는 출구 헤드와 유체의 유동을 소통시키는 입구 헤드를 갖는 튜브 다발로 구성되며, 상기 튜브 다발은 쉘로 둘러싸여 있다. 쉘은 튜브 다발 내에 흐르는 다른 열매체, 즉, 연소용 공기와 열교환하도록 하여 가열로(1) 내로 공급한다.
연소용 공기가 통과하는 관다발 튜브(8) 측 재질은 일반적으로 열전도가 양호하고, 내식성 및 내압성이 양호한 SUS 계통의 금속재질 또는 세라믹 계열의 SiC 재질을 사용할 수 있다.
이와 같은 과정을 통하여 열교환기(7) 내로 유입된 고온의 배가스는 관다발(8) 내의 공기와 열교환을 통하여 약 350℃의 온도로 되어 연돌(9)로 배출되게 된다. 이때 열교환 과정에서 상온의 연소용 공기가 배열회수용 열교환기(7)의 관다발(8)을 통과하면서 약 600℃ 정도의 온도로 예열되고, 예열공기 공급라인(10)을 통하여 각 제어대의 버너(5)로 공급되게 된다.
본 발명의 배가스 재순환 제어 시스템은 예열 공기를 공급하기 위한 예열공기 공급라인(10), 예열 공기의 유량을 측정 및 제어하는 유량계(11) 및 유량조절밸브(12)를 포함한다. 예열된 공기는 연소용 예열 공기 공급라인(10)을 거쳐 각 버너(5)에 공급되는데, 이때, 버너(5)에 공급되는 공기량은 제어부(60)에 의하여 각 버너(5)에서 필요한 공기량이 실시간 설정되며, 이에 따라 각 버너(5)에서 필요한 공기량이 유량계(11) 및 유량조절밸브(12)의 작동에 의해 공급되게 된다.
한편, 본 발명의 배가스 재순환 제어 시스템은 공기와 열교환된 배가스의 일부를 재순환시켜 버너(5)로 공급하기 위한 재순환 배가스 공급라인(33), 재순환되는 배가스의 유량을 측정 및 제어하는 재순환 배가스 유량 제어용 유량계(34) 및 유량조절밸브(35)를 포함한다.
배열회수용 열교환기(7)에서 연소용 공기와 열교환된 배가스는 연돌(9)로 배출되는데, 열교환된 배가스 중의 일부는 재순환 배가스 공급 라인(33)을 통해, 연소용 공기와 마찬가지로, 제어부(60)의 설정에 따라 재순환 배가스 유량 제어용 유량계(34) 및 유량조절밸브(35)에 의하여 필요한 양만큼 각 제어대의 버너(5)로 공급되게 된다. 재순환 배가스 공급라인(33)은 흡입 팬(미도시)을 구비할 수 있으며, 상기 흡입팬의 구동에 의해 작동에 의해 배가스를 재순환 배가스 공급라인(33)을 통해 버너(5)로 공급할 수 있다.
본 발명의 배가스 재순환 제어 시스템은 예열공기 및 재순환 배가스가 각 버너(5)로 공급되기 직전에 연소용 공기와 재순환 배가스가 잘 혼합되어 각각의 버너(5)로 공급되도록 혼합부(36)를 구비할 수 있다.
혼합부(36)는 도 5에 도시된 바와 같이 예열 공기를 공급하는 예열공기 공급라인 내부에 재순환 배가스를 공급하는 배가스 배관(33)을 삽입하고, 삽입된 배가스 배관(33)의 둘레를 따라 복수의 노즐(38)을 배치한 형태일 수 있다. 복수의 노즐(38)은 재순환 배가스를 분출하므로, 혼합부(36)는 예열공기와 재순환 배가스를 혼합할 수 있다.
이와 같이 혼합된 혼합가스는 각 버너(5)로 공급되어 연료와 만나 가열로(1) 내에서 연소가 이루어지게 되며, 이때, 가열로(1) 내에서는 무화염 연소가 일어나게 된다. 특히, 가열로(1) 내부의 분위기 온도가 750℃ 이상, 보다 바람직하게는 1000℃ 이상일 때, 연소용 공기와 재순환 배가스가 일정 비율 이상으로 혼합되어 가열로(1) 내로 유입되면, 이들 혼합가스가 연료와 화학반응을 일으켜 무화염 연소가 발생한다.
본 발명의 배가스 재순환 제어 시스템은 버너(5)의 상부 및 하부에 설치되어, 재순환 배가스를 가열로(1) 내에 직접 분사하는 배가스 분사부(40)를 구비할 수 있다. 배가스 분사부(40)에 대해 도 6을 참조하면, 배가스 분사부(40)는 버너(5)를 중심으로 상부 및 하부에 재순환 배가스를 분사하는 배가스 노즐(41, 42, 43, 44, 45)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 배가스 분사부는 버너(5)와 일정 간격으로 상부 및 하부 각각에 2개의 배가스 노즐(41, 42, 43, 44)을 포함할 수 있고, 버너(5)를 통해 분사되는 화염의 끝단 방향으로 배가스를 분사하기 위한 배가스 노즐(45)을 더 포함할 수 있다.
버너(5)의 상부 및 하부의 배가스 노즐(41, 42, 43, 44, 45)을 통해 배가스를 화염에 직접 분사함에 따라 가열로(1) 내 배가스 재순환을 더욱 활성화할 수 있고, 이로 인해 Nox를 줄일 수 있다. 배가스를 버너(5)의 상부 또는 하부에서 분사하면, B와 같이 화염이 하부에서 상부 방향으로 휘감기면서 주위의 배가스가 재순환 효과로 유입되어 배가스 중 CO2, H2O와 같은 비열이 큰 성분에 의해 화염 온도가 낮아져 NOx 발생량이 감소하게 된다.
본 발명의 배가스 재순환 제어 시스템에서 산소 측정부(50)는 가열로(1) 내 배가스의 O2 농도를 측정하는 것으로, 레이저 계측기(Tunable Diode Laser Spectrometer; TDLS)일 수 있다. 레이저 계측기(TDLS)는 레이저 광을 조사하고 그 레이저 광의 광 흡수에 의한 광량 변화로부터 가스 농도를 측정하는 레이저식 가스 분석계로서, 산소(O2)의 농도를 측정하기 위한 산소 계측기일 수 있다.
산소 측정부(50)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 측정하고자 하는 공간을 향해 측정용 레이저광을 조사하는 레이저 발광부(52)와, 측정 공간을 투과한 측정용 레이저광을 검출하는 레이저 수광부(51)를 포함한다. 레이저 수광부(51)의 출력 신호는 제어부(60)에 의해 처리된다. 제어부(60)는 레이저 발광부(52)로부터 발하는 레이저광의 파장을 연속적으로 변화시키면서 측정 공간에 조사하고, 그 결과 얻어지는 레이저 수광부(51)의 출력 신호를 분석 및 연산함으로써 검출 대상인 분자나 원자의 평균 농도 및 평균 온도의 데이터를 얻을 수 있다. 레이저 발광부(52)와 반대쪽 외측에 레이저 수광부(51)를 배치할 수 있다.
제어부(60)는 산소 측정부(50)에서 측정된 산소 농도에 기초하여 배가스의 재순환 유량을 조절한다.
제어부(60)는 측정된 산소 농도를 기 설정된 산소 농도 기준값과 비교하여 제1 오차범위에 포함되는지를 판단할 수 있다. 그 판단결과, 측정된 산소 농도가 제1 오차범위에 포함되면, 제어부(60)는 가열로(1) 내의 온도를 기 정의된 온도 기준값과 비교하여 제2 오차범위에 포함되는지를 판단하고, 측정된 온도가 제2 오차범위에 포함되지 않은 경우 배가스의 재순환 유량을 감소시킬 수 있다.
만약, 측정된 산소 농도가 제1 오차범위 미만이면, 제어부(60)는 배가스 재순환 유량을 감소시킬 수 있다. 또한 측정된 산소 농도가 제1 오차범위를 초과하면, 제어부(60)는 배가스 재순환 유량을 증가시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배가스 산소 농도에 따라 배가스 재순환 유량 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 측정부는 배가스의 산소 농도와 가열로(1)의 온도를 측정하여 제어부(60)로 전송한다(S810).
제어부(60)는 측정된 산소 농도를 기 설정된 산소 농도 기준값과 비교하여 제1 오차범위에 포함되는지를 판단한다(S820).
S820 단계의 판단결과, 측정된 산소 농도가 제1 오차범위에 포함되면, 제어부(60)는 가열로(1) 내의 온도를 기 정의된 온도 기준값과 비교하여 제2 오차범위에 포함되는지를 판단한다(S830).
S830 단계의 판단결과, 측정된 온도가 제2 오차범위에 포함되지 않으면, 제어부(60)는 배가스의 재순환 유량을 감소시킨다(S850).
만약 S820 단계의 판단결과, 측정된 산소 농도가 제1 오차범위에 포함되지 않으면, 제어부(60)는 측정된 산소 농도가 제1 오차범위 미만인지를 판단한다(S840).
S840 단계의 판단결과, 측정된 산소 농도가 제1 오차범위 미만이면, 제어부(60)는 배가스 재순환 유량을 감소시킨다(S850).
만약, S840 단계의 판단결과, 측정된 산소 농도가 제1 오차범위를 초과하면, 제어부(60)는 배가스 재순환 유량을 증가시킨다(S860).
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따른 배기가스 재순환 연소 제어 장치 및 방법은, NOx 저감뿐만 아니라, FGR에 의해 발생할 수 있는 CO 및 Soot를 동시에 제어할 수 있다. 이를 통해 FGR 기술 채택에 따라 발생할 수 있는 불완전 연소율 증가에 의한 그을음(Soot) 발생에 의한 배관 및 버너가 막히는 문제, 냉연 및 열처리로 RT 내부 열교환기 적열의 문제를 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 배기가스 재순환 연소 제어 장치 및 방법은, 버너 및 배관 수명 증대 및 유지보수로 인한 설비 정지시간을 최소화할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
1 : 가열로
2 : 장입 도어
3 : 추출 도어
4 : 소재
5 : 버너
6 : 배기라인
7 : 열교환기
8 : 관다발/관다발 튜브
9 : 연돌
10 : 예열공기 공급라인
11 : 연소용 공기 유량 제어용 유량계
12 : 연소용 공기 유량 제어용 유량조절밸브
31 : on-off 밸브
32 : 흡입 팬
33 : 재순환 배가스 공급 라인
34 : 재순환 배가스 유량 제어용 유량계
35 : 재순환 배가스 유량 제어용 유량조절밸브
36 : 혼합부
37 : 분배라인
38 : 노즐
40 : 배가스 분사부
41, 42, 43, 44, 45 : 배가스 노즐
50 : 산소 측정부
51 : 레이저 수광부
52 : 레이저 발광부
60 : 제어부

Claims (9)

  1. 버너를 구비하며 소재를 가열하는 가열로;
    배기라인을 통해 상기 가열로에서 배출되는 배가스를 연소용 공기와 열교환하여 상기 연소용 공기를 예열하며, 배가스를 배출하는 열교환기; 및
    상기 열교환된 배가스의 일부인 재순환 배가스와 상기 예열된 연소용 공기를 혼합하여 상기 버너에 공급하는 혼합부를 포함하되,
    상기 혼합부는,
    상기 예열된 연소용 공기를 공급하는 예열공기 공급라인 내부에 상기 재순환 배가스를 공급하는 배가스 배관이 삽입되고, 상기 삽입된 배가스 배관의 둘레를 따라 복수의 노즐이 배치되어, 상기 복수의 노즐을 통해 분사된 재순환 배가스를 상기 예열된 연소용 공기와 혼합하고,
    상기 가열로 내 배가스 중 산소 농도를 측정하는 산소 측정부; 및
    상기 산소 측정부에서 측정된 산소 농도에 기초하여 상기 배가스의 재순환 유량을 조절하는 제어부를 더 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 측정된 산소 농도를 기 설정된 산소 농도 기준값과 비교하고,
    그 비교결과 상기 측정된 산소 농도가 제1 오차범위에 포함되는 경우 상기 가열로내의 온도를 기 설정된 온도 기준값과 비교하여, 상기 가열로내의 온도가 제2 오차범위에 포함되는지를 판단하고, 상기 가열로내의 온도가 상기 제2 오차범위에 포함되지 않은 경우 상기 배가스의 재순환 유량을 감소시키며,
    상기 비교결과 상기 측정된 산소 농도가 상기 제1 오차범위 미만인 경우 상기 배가스의 재순환 유량을 감소시키고, 상기 측정된 산소 농도가 제1 오차범위를 초과하는 경우 상기 배가스의 재순환 유량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 배가스 재순환 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 버너의 상부 및 하부에 설치되어, 상기 재순환 배가스를 상기 가열로내에 분사하는 배가스 분사부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배가스 재순환 제어 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 배가스 분사부는,
    상기 버너와 일정 간격으로 상부 및 하부 각각에 2개씩 설치된 배가스 노즐, 및 상기 버너를 통해 분사되는 화염의 끝단 방향으로 상기 재순환 배가스를 분사하도록 설치된 배가스 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 배가스 재순환 제어 시스템.
  4. 삭제
  5. 제1에 있어서,
    상기 산소 측정부는,
    상기 배가스의 흐름에 수직하도록 레이저 광을 조사하는 레이저 발광부; 및
    상기 레이저 광을 수광하는 레이저 수광부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배가스 재순환 제어 시스템.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제어부가 산소 측정부로부터 가열로내 배가스의 산소 농도를 입력받은 단계;
    상기 제어부가 상기 산소 농도를 기 설정된 산소 농도 기준값과 비교하여 제1 오차범위에 포함되는지를 판단하는 단계;
    상기 산소 농도가 제1 오차범위에 포함되는 경우, 상기 제어부가 상기 가열로내의 온도를 기 설정된 온도 기준값과 비교하여 제2 오차범위에 포함되는지를 판단하는 단계; 및
    상기 가열로내의 온도가 제2 오차범위에 포함되지 않는 경우, 상기 제어부가 배가스의 재순환 유량을 감소시키는 단계를 포함하며,
    상기 제1 오차범위에 포함되는지를 판단하는 단계에서,
    상기 제어부는, 상기 산소 농도 기준값과의 비교결과 상기 산소 농도가 상기 제1 오차범위 미만인 경우 상기 배가스의 재순환 유량을 감소시키고, 상기 산소 농도가 상기 제1 오차범위를 초과하는 경우 상기 배가스의 재순환 유량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 배가스 재순환 제어 방법.
  9. 삭제
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