KR102574944B1 - 고로가스 더스트 측정시스템 - Google Patents

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Abstract

고로가스 더스트 측정시스템이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 고로가스 더스트 측정시스템은 고로에서 배출된 고로가스를 이송시키는 메인라인으로부터 분기되며, 고로가스 중 적어도 일부를 공급하는 분기라인; 분기라인과 연결되며, 분기라인으로 공기를 주입시키는 공기주입라인; 고로가스와 공기와의 혼합물을 연소시켜, 고로가스에 함유된 수분이 응축되지 못하도록 설정온도에 따라 승온시키는 연소부; 및 승온된 혼합물에 함유된 더스트 농도를 측정하는 제2측정부;를 포함한다.

Description

고로가스 더스트 측정시스템{MEASURING SYSTEM FOR DUST CONTAINED IN FURNACE GAS}
본 발명은 고로가스 더스트 측정시스템에 관한 것이다.
고로조업에서는 철광석과 코크스를 고로 내에 장입하고, 고온의 열풍을 불어넣어 환원용융작용에 의해 용선을 생산한다. 고로 내부에 불어 넣어진 열풍은 환원용융작용을 일으킨 다음 고로가스(BFG, Blast Furnace Gas)로 생성되고, 고로 상부를 통해 배출되어 고로가스 청정설비 쪽으로 흘러간다.
고로가스는 다량의 더스트(Dust)를 포함하며, 더스트 집진장치와 미립자 집진장치를 순차적으로 통과함으로써 집진처리가 이루어질 수 있다. 더스트 집진장치는 중력낙하방식으로 과립의 입자를 분리하여 1차적으로 고로가스를 집진 처리하며, 미립자 집진장치는 건식 및 습식 수단을 포함하거나, 집진률이 우수한 건식 집진수단으로만 구성될 수도 있다.
한편, 고로가스에 포함된 더스트를 줄이기 위해 물을 뿌려 더스트를 포집할 수 있다. 이는 수분 농도를 증가시키고 온도는 하락시켜, 수분 응축에 의해 고로가스에 다량의 액적이 생성되도록 한다.
종래에는 집진 효율 측정을 위해서 예컨대 레이저를 이용한 빛의 산란이나 투과를 이용하는 광학식 방법을 사용하여 고로가스에 함유된 더스트를 측정한다. 그러나, 고로가스에 액적이 존재하면, 더스트의 측정에 영향을 주어 정확한 측정이 어렵다.
이에, 상술한 수분 응축을 막아 고로가스에 포함된 더스트에 대한 보다 정확한 측정이 요구된다. 관련 기술로서, 한국공개특허 제10-2011-0106581호(2011.09.29. 공개)를 참조하기 바란다.
한국공개특허 제10-2011-0106581호(2011.09.29. 공개)
본 발명의 실시 예는 고로가스에 포함된 더스트 량을 효과적으로 측정하여, 고로가스 청정설비의 최적의 셋팅을 수행하여 고로가스에 포함된 더스트 포집 효과를 높일 수 있는 고로가스 더스트 측정시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 고로에서 배출된 고로가스를 이송시키는 메인라인으로부터 분기되며, 상기 고로가스 중 적어도 일부를 공급하는 분기라인; 상기 분기라인과 연결되며, 상기 분기라인으로 공기를 주입시키는 공기주입라인; 상기 고로가스와 상기 공기와의 혼합물을 연소시켜, 상기 고로가스에 함유된 수분이 응축되지 못하도록 설정온도에 따라 승온시키는 연소부; 및 상기 승온된 혼합물에 함유된 더스트 농도를 측정하는 제2측정부;를 포함하는 고로가스 더스트 측정시스템이 제공될 수 있다.
상기 공기주입라인에 마련되며, 설정값을 기준으로 상기 공기를 압축시키는 압축부와, 상기 압축부에 의해 압축된 공기의 압력을 측정하는 공기압력측정기와, 상기 공기의 유량을 측정하는 공기유량측정기를 더 포함할 수 있다.
상기 분기라인을 통해 고로가스 중 적어도 일부를 공급받아 상기 고로가스의 온도 및 습도 중 하나 이상을 측정하는 제1측정부를 더 포함할 수 있다.
상기 분기라인에 마련되며, 상기 공기와 혼합될 상기 고로가스의 유량을 조절하는 고로가스유량조절밸브와, 상기 공기주입라인에 마련되며, 상기 분기라인으로 합류될 공기의 유량을 조절하는 공기유량조절밸브를 더 포함하되, 상기 공기유량조절밸브는 상기 제1측정부에 의해 측정된 고로가스의 온도 및 고로가스의 습도 중 하나 이상을 기초로 상기 승온을 위해 개폐 정도가 조절될 수 있다.
상기 제2측정부는 상기 연소를 위해 투입된 공기의 양과 상기 연소부에 의해 연소된 더스트 양을 고려하여 고로가스의 더스트 농도를 역산하는 보정부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 고로가스 더스트 측정시스템은 고로가스에 포함된 더스트 량을 효과적으로 측정하여, 고로가스 청정설비의 최적의 셋팅을 수행하여 고로가스에 포함된 더스트 포집 효과를 높일 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 고로가스 청정설비에 마련된 고로가스 더스트 측정시스템을 나타낸 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 고로가스 더스트 측정시스템의 상세 구성도를 블록도로 나타낸 것이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 고로가스 청정설비에 마련된 고로가스 더스트 측정시스템을 나타낸 것이고, 도 2는 도 1에 도시된 고로가스 더스트 측정시스템의 상세 구성도를 블록도로 나타낸 것이다.
도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 고로가스 더스트 측정시스템(100)은 고로(101)에서 배출된 고로가스를 이송시키는 메인라인(L1)으로부터 분기된 분기라인(L2)을 통해 고로가스 중 적어도 일부를 공급받아 고로가스의 온도 및 습도 중 하나 이상을 측정하는 제1측정부(110)와, 고로가스와 공기주입라인(L3)에 의해 분기라인(L2)으로 합류된 공기와의 혼합물을 연소시켜, 고로가스에 함유된 수분이 응축되지 못하도록 설정온도에 따라 승온시키는 연소부(130)와, 연소부(130)에 의해 승온된 혼합물에 함유된 더스트 농도를 측정하는 제2측정부(140)를 포함한다.
또, 고로가스 더스트 측정시스템(100)은 공기주입라인(L3)에 마련되며, 설정값을 기준으로 공기를 압축시키는 압축부(120)를 포함할 수 있다.
또, 고로가스 더스트 측정시스템(100)은 공기주입라인(L3)에 마련되며, 압축부(120)에 의해 압축된 공기의 압력 및 유량을 측정하는 각각의 공기압력측정기(122) 및 공기유량측정기(124)를 더 포함할 수 있다.
또, 고로가스 더스트 측정시스템(100)은 분기라인(L2)의 제1측정부(110) 전단에 마련되며, 고로가스의 유량을 조절하는 고로가스유량조절밸브(V1)와, 공기주입라인(L3) 에 마련되며, 분기라인(L2)으로 합류될 공기의 유량을 조절하는 공기유량조절밸브(V2)를 포함할 수 있다.
이러한 고로가스 더스트 측정시스템(100)은 고로가스 청정설비에 마련될 수 있다.
고로가스 청정설비는 고로(101)와 메인라인(L1)을 통해 연결된 건식제진기(102, Dust Catcher), 비숍 스크러버(103, Bischoff Scrubber), 터빈(104) 등을 포함할 수 있다.
고로(101)는 원료인 철광석이 장입되어 용선으로 용융 환원되도록 한다.
고로(101)에서 배출된 고로가스(BFG, Blast Furnace Gas)는 일산화탄소와 이산화탄소가 함유된 맹독성 가스로서 연소가 가능하며, 메인라인(L1)을 통해 고로가스 청정설비로 이송되어 청정화 과정을 거친 뒤 열원으로 재사용될 수 있다.
건식제진기(102)는 고로가스에서 더스트를 제거한다.
비숍 스크러버(103)는 습식 제진방식을 이용하여 건식제진기(102)에서 제거되지 않은 다량의 더스트를 집진한다. 비숍 스크러버(103)는 고로가스에 고속으로 물을 분사시켜 제진을 수행할 수 있으며, 고로가스는 상당량의 더스트가 제거된 청정가스로 정제되어 연료로 재사용될 수 있다. 다른 실시 예에서는 비숍 스크러버(103) 대신 고온필터가 사용될 수 있다.
터빈(104)은 비숍 스크러버(103)를 통과한 고로가스에 의해 작동될 수 있다. 여기서, 고로가스는 바이패스 제어 밸브(BCV, Bypass Control Valve), 메인 바이패스 밸브(MBV, Main bypass Valve) 등에 의해 그 흐름이 제어될 수 있다. 또, 비숍 스크러버(103)의 콘 밸브를 통과한 고로가스는 GOV를 통과하여 터빈(104)을 회전시킴으로써, 터빈(104)에 연결된 발전기(105)를 구동시켜 전력을 생산할 수 있다. 여기서, 더스트 부착 방지를 위해 터빈(104) 블레이드에 물이 분사될 수 있고, 이로 인해 고로가스에 수분이 과포화되어 액적 상태로 물과 같이 이동할 수 있다.
고로가스 청정설비를 통과한 고로가스는 BFG배관(L4)을 통해 열풍로(미도시)로 공급되어 연소가스로 사용될 수 있고, 나머지는 가스홀더(106)로 보내질 수 있다.
한편, 본 발명의 고로가스 더스트 측정시스템(100)은 고로가스 중 일부를 메인라인(L1)으로부터 분기된 분기라인(L2)을 통해 공급받아, 고로가스에 포함된 더스트 량을 측정하여, 고로가스 청정설비의 최적의 셋팅을 수행하여 고로가스에 포함된 더스트를 효과적으로 포집할 수 있도록 한다. 이하, 고로가스 더스트 측정시스템(100)의 각 구성요소에 대해서 구체적으로 설명한다.
제1측정부(110)는 고로(101)에서 배출된 고로가스를 이송시키는 메인라인(L1)으로부터 분기된 분기라인(L2)을 통해 고로가스 중 적어도 일부를 공급받아 온도계(112)와 습도계(114)에 의해 고로가스의 온도 및 습도 중 하나 이상을 측정한다. 제1측정부(110)는 분기라인(L2)을 통해 고로가스가 공급되기 이전에 미리 고로가스의 온도 및 습도가 측정된 경우, 생략 가능하다.
여기서, 분기라인(L2)은 예컨대 메인라인(L1)의 터빈(104) 전단 또는 후단으로부터 분기될 수 있다. 고로가스는 예컨대 대략 100℃, 2.5bar를 가진 상태로 분기라인(L2)으로 유입될 수 있다.
분기라인(L2)에는 고로가스유량조절밸브(V1)가 마련되어, 공기와 혼합될 고로가스의 유량을 조절할 수 있다. 예컨대, 고로가스유량조절밸브(V1)는 분기라인(L2)의 제1측정부(110) 전단에 마련되어, 설정값에 따라 분기라인(L2)을 통해 공급되는 고로가스의 유량을 조절할 수 있다.
제1측정부(110)의 온도계(112)와 습도계(114)는 분기라인(L2)에 마련되어 분기라인(L2)을 통해 공급되는 고로가스의 온도 및 습도를 각각 측정할 수 있다.
또, 분기라인(L2)에는 공기주입라인(L3)이 연결되어 공기(Air)가 합류될 수 있다. 공기주입라인(L3)은 분기라인(L2)의 제1측정부(110) 후단과 연결될 수 있다.
공기주입라인(L3)에는 압축부(120)가 마련되어, 설정값을 기준으로 공기를 압축시킬 수 있다. 예컨대 공기는 2.5bar 이상으로 압축된 상태에서 대략 150℃의 온도를 가질 수 있다.
또, 공기주입라인(L3)에는 공기압력측정기(122)와 공기유량측정기(124)가 마련되어 압축부(120)에 의해 압축된 공기의 압력 및 유량을 측정할 수 있다.
또, 공기주입라인(L3)에는 공기유량조절밸브(V2)가 마련되어, 분기라인(L2)으로 합류될 공기의 유량을 조절할 수 있다. 예컨대, 공기유량조절밸브(V2)는 공기유량측정기(124) 후단에 마련되어, 분기라인(L2)으로 합류될 공기의 유량을 조절할 수 있다.
연소부(130)는 분기라인(L2)을 통해 공급된 고로가스와 공기주입라인(L3)에 의해 분기라인(L2)으로 합류된 공기와의 혼합물을 연소시켜, 고로가스에 함유된 수분이 응축되지 못하도록 승온시킨다.
즉, 고로가스에 함유된 수분이 응축되어 액적이 존재하면, 더스트의 측정에 영향을 주어 정확한 측정이 어렵다.
이에, 연소부(130)는 분기라인(L2)을 통해 공급된 고로가스와 공기주입라인(L3)에 의해 분기라인(L2)으로 합류된 공기와의 혼합물을 연소시켜 설정온도에 따라 승온시킨다.
이때, 연소부(130)에 의해 혼합물은 포화증기압 이상으로 승온될 수 있다. 구체적으로 고로가스에는 장입된 광석이나 공기 중의 수분, 수소에 의한 반응 등으로 수증기가 대부분 포화된 상태로 존재한다. 고로가스는 습식 청정설비를 거치면서 온도가 낮아지고 습도가 높아져 포화 증기압 이상의 물을 함유하고 있다. 이때 분기라인(L2)을 통해 공급되는 고로가스의 유량, 제1측정부(110)에 의해 측정된 고로가스의 온도 및 고로가스의 습도(즉, 고로가스에 함유된 과포화된 수증기의 양) 중 하나 이상을 기초로, 상술한 혼합물을 예를 들어 130℃까지 승온시키는 데에 필요한 열량이 산출될 수 있다. 그리고, 산출된 열량에 따라 공기주입라인(L3)을 통해 공급되어야 되는 공기의 양이 산출될 수 있고, 이에 따라 상술한 공기유량조절밸브(V2)의 개폐 정도가 조절될 수 있다. 공기유량조절밸브(V2)의 개폐 정도는 상술한 승온을 위해 미리 셋팅되거나, 제어수단(미도시)에 의한 상술한 산출 과정을 통해 실시간으로 제어될 수 있다. 이때, 제어수단은 공기압력측정기(122)와 공기유량측정기(124)에 의해 측정된 공기의 압력 및 유량을 추가로 고려하여 공기유량조절밸브(V2)의 개폐 정도를 조절할 수 있다.
제2측정부(140)는 연소부(130)에 의해 승온된 혼합물에 함유된 더스트 농도를 측정한다. 예컨대 제2측정부(140)는 레이저를 이용한 빛의 산란이나 투과를 이용하는 광학식 방법을 사용하여 혼합물에 포함된 더스트 농도를 측정할 수 있다.
이때, 고로가스의 온도를 연소에 의해 상승시키기 위해 공기를 혼합시켰으므로 기체(혼합물) 부피가 커졌고, 연소 과정 중에 카본(Carbon)을 함유한 더스트가 일부 연소될 수 있으므로, 제2측정부(140)는 보정부(142)에 의해 상술한 공기 투입 및 연소 전의 고로가스 부피와 더스트 양을 고려한 보정 값을 적용하여 원래의 더스트 농도를 산출할 수 있다. 즉, 보정부(142)는 상술한 연소를 위해 투입된 공기의 양과 연소부(130)에 의해 연소된 더스트 양을 고려하여 원래 고로가스의 더스트 농도를 역산한다.
이후, 상술한 혼합물은 메인라인(L1)으로 다시 주입될 수 있다.
이와 같이 고로가스 더스트 측정시스템(100)은 고로가스에 공기를 혼합시켜 연소시킴으로써 액적이 발생하지 않도록 한 상태에서 더스트 농도를 측정하고, 측정된 데이터를 기초로 고로가스 청정설비를 셋팅하여, 더스트 집진 효율을 향상시킬 수 있다.
이상에서는 특정의 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상기한 실시 예에만 한정되지 않으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.
101: 고로 102: 건식제진기
103: 비숍 스크러버 104: 터버
110: 제1측정부 120: 압축부
130: 연소부 140: 제2측정부
142: 보정부

Claims (5)

  1. 고로에서 배출된 고로가스를 이송시키는 메인라인으로부터 분기되며, 상기 고로가스 중 적어도 일부를 공급하는 분기라인;
    상기 분기라인과 연결되며, 상기 분기라인으로 연소를 위한 공기를 주입시키는 공기주입라인;
    상기 공기주입라인 하류측 상기 분기라인에 연결되며, 상기 고로가스와 상기 공기와의 혼합물을 연소시켜, 상기 고로가스에 함유된 수분이 응축되지 못하도록 설정온도에 따라 승온시키는 연소부; 및
    상기 연소부 하류측 상기 분기라인에 연결되며, 상기 승온된 혼합물에 함유된 더스트 농도를 측정하는 제2측정부; 및
    상기 제2측정부는 상기 연소부에 의해 연소된 더스트 양과 상기 공기주입라인에 의해 공급된 공기 양을 이용하여, 상기 연소 전의 고로가스에 함유된 더스트 농도를 산출하는 보정부를 포함하는 고로가스 더스트 측정시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공기주입라인에 마련되며, 설정값을 기준으로 상기 공기를 압축시키는 압축부와,
    상기 압축부에 의해 압축된 공기의 압력을 측정하는 공기압력측정기와,
    상기 공기의 유량을 측정하는 공기유량측정기를 더 포함하는 고로가스 더스트 측정시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 분기라인을 통해 고로가스 중 적어도 일부를 공급받아 상기 고로가스의 온도 및 습도 중 하나 이상을 측정하는 제1측정부를 더 포함하는 고로가스 더스트 측정시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 분기라인에 마련되며, 상기 공기와 혼합될 상기 고로가스의 유량을 조절하는 고로가스유량조절밸브와,
    상기 공기주입라인에 마련되며, 상기 분기라인으로 합류될 공기의 유량을 조절하는 공기유량조절밸브를 더 포함하되,
    상기 공기유량조절밸브는 상기 제1측정부에 의해 측정된 고로가스의 온도 및 고로가스의 습도 중 하나 이상의 감지정보를 이용하여 상기 승온을 위해 상기 공기주입라인의 개도를 조절하는 고로가스 더스트 측정시스템.
  5. 삭제
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