KR102617315B1 - 선탄 내 수분 함량 측정장치 및 측정방법 - Google Patents
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Abstract
선탄 내 수분 함량 측정방법은, 적분구를 포함하는 분광 분석장치를 제공하는 단계, 적분구 상에 투명 샬렛 및 흡습 시트를 제공하는 단계, 흡습 시트 상에 선탄 시료를 배치하는 단계, 및 분광 분석장치를 이용하여 흡습 시트를 매개로 선탄 시료의 수분 함량을 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 선탄 내의 함수율을 측정하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는, 선탄 내의 함수율을 분광 분석기를 이용하여 실시간으로 정확하게 측정할 수 있는 측정장치 및 측정방법에 관한 것이다.
선탄은 연료나 원료로서 다양한 산업에서 사용되고 있다. 그런데 선탄 내의 수분은 선탄의 발열량을 떨어뜨릴 수 있으며, 수송비를 증가시킬 수 있고, 혼합이나 분쇄 등의 선탄을 이용하는 과정에서 여러가지 문제점을 야기할 수 있다.
이렇기 때문에 선탄을 연료나 원료로 주로 사용하는 철강기업이나 석탄화력발전소에서는 신속하고, 간편하게 선탄 내 수분 함량을 측정하는 것이 매우 중요하다. 선탄의 수분 함량이 많을 경우에는 흡열반응으로 열효율이 낮아질 뿐만 아니라, 증발된 수분이 배출가스 내의 SO2 와 반응하여, 공기예열기 등에서 부식성의 황산이 응축되므로 관련 공정 및 기기들의 수명단축에 영향을 미칠 수 있기 때문이다. 따라서 선탄의 수분 측정 및 수분 제어는 철강 공정이나 화력발전소에서 중요한 공정중의 하나이다.
선탄의 수분측정은 수분의 여러가지 특성을 이용한 방법이 개발되어 있는데, 건조법, 증류법, 용액추출법, 화학반응법 등이 있다. 건조법은 선탄의 무게를 오븐 건조 전과 후에 측정하여 두 값의 차이를 수분량으로 계산하는 방법이다. 이 방법으로 수분 함유량을 측정하기 위해서는 선탄이 완전히 건조되는데 최소 1시간에서 최대2시간의 시간이 소요된다.
위 철강산업이나 석탄화력발전소 등에서 선탄이 지속적으로 공급 및 소비되는 과정을 고려할 때, 수분 측정에 1~2시간이 소요된다는 점은 그 효용성에서 효과적이지 못하다는 단점이 있다.
등록특허 제10-1406388호는 석탄의 수분측정장치가 개시하고 있다. 상기 수분측정장치는 스크류 컨베이어로 이송 슈트로부터 석탄을 일정비율로 측정 컨베이어로 이송시키고, 측정 컨베이어 상에 이송되는 석탄의 상부를 배플 플레이트로 일정부분 차단하여 석탄의 일정 높이와 고른 표면을 형성하고, 적외선 수분계에 의한 수분 측정을 수행하되, 음압 형성부를 이용하여 측정 덕트 내에 일정 음압을 형성하고, 측정 덕트 내 수증기의 유동이 일정하도록 하여, 적외선 수분계에 의한 석탄의 수분 측정치의 정확성을 높일 수 있다는 내용을 제공하고 있다.
상기 수분측정장치는 수분측정장치 내에 유동하는 수증기로 인해 수분측정이 방해를 받기 때문에 음압 형성부로 수증기를 제거할 수 있다는 내용을 제시하고 있다. 하지만, 설령 수증기가 공기 중에 유동하지 않는다고 하더라도 선탄의 시료 조건에 따라 수분 측정의 정확도나 범위가 가변적으로 영향을 받기 때문에 실질적으로 실시간 측정을 구현하기 어려울 수 있다.
본 발명은 시료의 분쇄도 등의 선탄 조건과 무관하게 정확한 함수율을 측정할 수 있는 선탄 수분 함량 측정장치 및 측정방법을 제공한다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 예시적인 일 실시예에 따르면, 선탄 내 수분 함량 측정방법은, 적분구를 포함하는 분광 분석장치를 제공하는 단계, 적분구 상에 투명 샬렛 및 흡습 시트를 제공하는 단계, 흡습 시트 상에 선탄 시료를 배치하는 단계, 및 분광 분석장치를 이용하여 흡습 시트를 매개로 선탄 시료의 수분 함량을 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
흡습 시트를 투명 샬렛과 선탄 시료 사이에 개재함으로써, 흡습 시트를 매개로 선탄 시료의 수분 함량을 측정할 수 있다. 선탄 시료의 수분 함량이 너무 적거나 반대로 너무 많은 경우에는 분광 분석장치를 이용하더라도 정확한 함수율의 측정이 어렵거나 제한적인 경우가 많은데, 매개체인 흡습 시트를 이용하여 기존의 방법보다 넓은 범위의 함수율을 신속하게 측정할 수가 있다.
분광 분석장치는 380~2500nm 파장의 빛을 이용할 수 있으며, 바람직하게는 1000~1700nm 파장의 빛을 이용할 수 있다.
분광 분석장치는 투명 샬렛과 접하는 흡습 시트의 저면을 대상으로 선탄 시료의 수분 함량을 측정할 수 있으며, 따라서 선탄 시료가 직접 적분구에 노출되지 않고, 흡습 시트를 통해서 수분 함량을 측정하는 면을 균일화할 수 있다.
흡습 시트는 폴리에스터 및 폴리우레탄 재질 중 적어도 하나를 이용하여 형성될 수 있으며, 이 외에도 다양한 재질을 이용하는 것도 가능할 수 있다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 예시적인 일 실시예에 따르면, 선탄 내 수분 함량 측정장치는 적분구를 포함하는 분광 분석장치, 적분구 상에 위치한 투명 샬렛 및 투명 샬렛 상에 제공되는 흡습 시트를 포함할 수 있으며, 흡습 시트 상에 선탄 시료를 배치하고, 분광 분석장치를 이용하여 흡습 시트를 매개로 선탄 시료의 수분 함량을 측정할 수 있다.
본 발명은 시료의 분쇄도 등의 선탄 조건과 무관하게 정확한 함수율을 측정할 수 있으며, 정확하게 측정할 수 있는 함수율의 범위도 광대하고, 흡습 시트와 선탄 시료를 동시에 제거 및 세척할 수 있어 새로운 투명 샬렛, 흡습 시트 및 선탄 시료의 준비가 신속하게 진행될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선탄 내 수분 함량 측정장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 투명 샬렛과 흡습 시트를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 선탄 시료의 건조 전과 건조 후를 비교하기 위해 무게를 측정하는 과정을 설명하기 위한 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선탄 내 수분 함량 측정방법을 설명하기 위한 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선탄 내 수분 함량 측정장치에서 흡습 시트를 이용하여 수분 함량을 측정한 파장별 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 선탄 내 수분 함량 측정장치에서 흡습 시트를 이용하여 수분 함량을 측정한 흡광도와 수분 함량 간의 관계를 비교한 도면이다.
도 7은 선탄 내 수분 함량 측정장치에서 흡습 시트를 이용하지 않고 수분 함량을 측정한 파장별 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 8은 선탄 내 수분 함량 측정장치에서 흡습 시트를 이용하지 않고 수분 함량을 측정한 흡광도와 수분 함량 간의 관계를 비교한 도면이다.
도 2는 도 1의 투명 샬렛과 흡습 시트를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 선탄 시료의 건조 전과 건조 후를 비교하기 위해 무게를 측정하는 과정을 설명하기 위한 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선탄 내 수분 함량 측정방법을 설명하기 위한 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선탄 내 수분 함량 측정장치에서 흡습 시트를 이용하여 수분 함량을 측정한 파장별 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 선탄 내 수분 함량 측정장치에서 흡습 시트를 이용하여 수분 함량을 측정한 흡광도와 수분 함량 간의 관계를 비교한 도면이다.
도 7은 선탄 내 수분 함량 측정장치에서 흡습 시트를 이용하지 않고 수분 함량을 측정한 파장별 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 8은 선탄 내 수분 함량 측정장치에서 흡습 시트를 이용하지 않고 수분 함량을 측정한 흡광도와 수분 함량 간의 관계를 비교한 도면이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
측정장치
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선탄 내 수분 함량 측정장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도 1의 투명 샬렛과 흡습 시트를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 선탄 내 수분 함량 측정장치(100)는 적분구(112)를 포함하는 분광 분석장치(110), 투명 샬렛(120), 흡습 시트(130)를 포함할 수 있다.
분광 분석장치(110)의 적분구(112)는 할로겐 빛을 이용할 수 있으며, 주로 380~2500nm 파장의 빛(Li)을 이용할 수 있다. 분광 분석장치(110)는 적분구(112)를 고정하기 위한 적분구 고정 스탠드(116) 및 적분구(112)에서 반사되는 반사광(Lo)을 분광 분석장치(110)의 본체로 전달할 수 있는 광섬유 케이블(114)을 포함할 수 있다.
적분구(112)는 투명 샬렛(120) 및 흡습 시트(130)를 향해 바람직하게는 1000~1700nm 파장의 빛(Li)을 조사할 수 있다.
수분 함량 측정을 위해 투명 샬렛(120) 상에 폴리에스터 또는 폴리우레탄을 이용하여 형성된 흡습 시트(130)를 먼저 배치하고, 흡습 시트(130) 상에 측정하고자 하는 선탄 시료(10)를 올릴 수 있다.
선탄 시료(10)는 입자 형태의 선탄으로 제공될 수 있으며, 원료로 사용되는 선탄으로부터 일부 분리 또는 선택적으로 추출하여 제공될 수 있다.
분광 분석장치(110)는 투과도(P/Po)를 이용하고, InGaAs 포토다이오드를 이용한 전류값 형태로 정보를 출력할 수 있다. 여기서, Po는 입사되는 처음 빛의 세기이며, P는 반사된 검출된 빛의 세기일 수 있다.
투과도(T)를 이용한 흡광도(Absorbance) 는 다음과 같은 식을 이용하여 산출할 수 있다.
흡광도(A) = - log(P/Po) = - log (T)
선탄 시료의 준비
본 실시예에 따른 측정방법 및 측정장치의 효과를 검증하기 위해 다양한 수분 함량의 선탄 시료를 준비할 수 있다. 선탄 시료를 준비하기 위해서, 먼저 입자크기 평준화 작업 후 시료 건조 및 온도 안정화를 시키는 선탄 사전처리 단계, 그 다음 사전 준비된 선탄 시료를 물을 함께 섞어 1%에서 31%까지의 수분량으로 선탄 시료를 만드는 시료 제조 단계를 이용할 수 있다.
첫째, 입자크기 평준화 작업 후 시료 건조 및 온도 안정화를 시키는 선탄 사전처리 단계를 수행할 수 있다. 이 단계의 목적은 시료의 변화가 최소화되도록 선탄의 상태를 균질화 시키며, 일정한 산출 값의 양상을 도출하기 위함이다. 분쇄된 선탄의 입자 크기가 일정하지 않으므로, 체를 이용하여 분석하기 알맞은 세립질의 균질한 시료를 얻을 수 있다. 체질 후 건조 전 선탄의 무게를 측정하고, 30분 단위로 오븐에 건조시켜 무게를 측정할 수 있다.
도 3은 선탄 시료의 건조 전과 건조 후를 비교하기 위해 무게를 측정하는 과정을 설명하기 위한 사진이다.
우선, 아래는 건조 전 접시와 선탄 시료의 무게를 측정한 결과이다.
그리고 오븐에서 선탄 시료들을 건조하고, 30분 단위로 측정하였으며, 약 150분 정도 건조하였을 때, 증발량의 변화가 거의 없었다. 이로써 선탄 시료를 증발측정법으로 측정한다고 가정했을 때, 시료의 완전 건조를 의해 약 120분(2시간) 정도 또는 그 이상 소요되는 것을 확인할 수 있다.
위 건조 과정으로 얻은 선탄 시료는 습기 차단을 위해 실리카를 넣은 데시게이터에서 약 1시간 동안 온도 안정화를 시킨 후, 문제를 측정할 수 있다.
선탄 시료에 물을 약 1% 내지 31%까지 인위적으로 혼합하여 소정의 수분 함량을 가지는 선탄 시료를 준비할 수 있다. 아래 표는 안정화를 시킨 선탄 시료의 무게를 측정하고, 각 선탄 시료에 1% 내지 31%의 수분을 계량하여 주입하였다.
흡습 시트를 이용한 수분 함량 측정
소정의 수분 함량을 포함하는 선탄 시료를 대상으로 흡습 시트(130)를 이용하여 선탄 시료(10) 내의 수분 함량을 측정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선탄 내 수분 함량 측정방법을 설명하기 위한 사진이다.
도 4를 참조하면, 흡습 시트(130)를 준비할 수 있으며(a), 투명 샬렛(120)에 준비된 흡습 시트(130)를 제공할 수 있다(b). 그리고 소정의 수분 함량을 갖는 선탄 시료(10)를 흡습 시트(130)가 깔린 투명 샬렛(120)에 채울 수 있다(c).
그리고 상기 측정장치의 적분구 고정 스탠드(116) 상에 올린 후, 분광 분석장치(110)를 이용하여 수분 함량을 측정할 수 있다(d).
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선탄 내 수분 함량 측정장치에서 흡습 시트를 이용하여 수분 함량을 측정한 파장별 스펙트럼을 도시한 도면이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 선탄 내 수분 함량 측정장치에서 흡습 시트를 이용하여 수분 함량을 측정한 흡광도와 수분 함량 간의 관계를 비교한 도면이다.
도 5를 참조하면, 스펙트럼이 보여주는 현상은 선탄 내 수분 함량을 분광 분석기로 분석할 수 있다는 것이며, 통상적으로 분광분석기의 흡광도가 1나 1.5이하에서는 흡광도 곡선이 선형(linear)으로 형성되므로 분광 분석을 하기에 적합하다고 할 수 있다.
여기서 분광 분석장치(110)는 약 1000~1700nm 파장의 빛을 이용할 때, 안정된 결과를 기대할 수 있음을 확인할 수 있었다.
또한, 도 6을 보면, 적분구(112)와 분광 분석장치(110)를 사용하여 반복된 실험을 진행한 결과 선탄 내 수분 함량 측정 시 흡습 시트(130)를 이용하면 1% 및 31%를 제외한 6% 내지 26% 범위에서 수분 농도를 유의미하게 측정할 수 있다는 결론을 도출할 수 있다.
흡습 시트 없이 수분 함량 측정
흡습 시트의 효과를 비교하기 위해, 흡습 시트 없이 선탄 내 수분 함량을 측정하였다. 참고로, 이전 실시예와 달리, 선탄 시료 내의 수분 함량을 1%부터 10%까지 1% 단위로 준비하였습니다.
도 7은 선탄 내 수분 함량 측정장치에서 흡습 시트를 이용하지 않고 수분 함량을 측정한 파장별 스펙트럼을 도시한 도면이며, 도 8은 선탄 내 수분 함량 측정장치에서 흡습 시트를 이용하지 않고 수분 함량을 측정한 흡광도와 수분 함량 간의 관계를 비교한 도면이다.
도 7을 보면, 1%와 같이 낮은 함수율에서는 스펙트럼의 분포가 (-)값이거나 4%의 함수율을 갖는 선탄 시료의 흡광도가 5%, 6%의 함수율을 갖는 선탄 시료의 흡광도보다 높게 나타나는 역전된 불안한 구간을 제공하기 때문에 분광 분석을 하기에 부적합하다고 할 수 있다.
또한, 도 8을 보면, 1% 시료는 흡광도가 (-)값으로 나타나거나 수분 함량이 3%~7% 범위의 선탄 시료에서는 경향성이 보이지만, 그 외 구간에서는 경향성이 보이지 않아 측정 가능한 유효범위가 매우 좁다는 것을 확인할 수 있다.
흡습 시트를 이용한 경우, 6% 내지 26% 범위에 이르는 넓은 범위에서 수분 농도를 유의미하게 측정할 수 있는 반면, 흡습 시트를 배제한 상태에서는 고작 3% 내지 7% 범위에서만 그나마 유의미하게 측정할 수 있었다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
수분 함량 측정장치 : 100 분광 분석장치 : 110
적분구 : 112 투명 샬렛 : 120
흡습 시트 : 130
적분구 : 112 투명 샬렛 : 120
흡습 시트 : 130
Claims (7)
- 선탄 내 수분 함량 측정방법에 있어서,
적분구를 포함하는 분광 분석장치를 제공하는 단계;
상기 적분구 상에 투명 샬렛 및 흡습 시트를 제공하는 단계;
상기 흡습 시트 상에 선탄 시료를 배치하는 단계; 및
상기 분광 분석장치를 이용하여 상기 흡습 시트를 매개로 상기 선탄 시료의 수분 함량을 측정하는 단계;를 포함하고,
상기 분광 분석장치는 상기 선탄 시료로부터 상기 흡습 시트를 분리하지 않은 상태에서 상기 투명 샬렛과 접하는 상기 흡습 시트의 저면을 대상으로 상기 선탄 시료의 수분 함량을 측정하는 것을 특징으로 하는 선탄 내 수분 함량 측정방법.
- 제1항에 있어서,
상기 분광 분석장치는 380~2500nm 파장의 빛을 이용하는 것을 특징으로 하는 선탄 내 수분 함량 측정방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 흡습 시트는 폴리에스터 및 폴리우레탄 재질 중 적어도 하나를 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 선탄 내 수분 함량 측정방법.
- 선탄 내 수분 함량 측정장치에 있어서,
적분구를 포함하는 분광 분석장치;
상기 적분구 상에 위치한 투명 샬렛; 및
상기 투명 샬렛 상에 제공되는 흡습 시트;를 포함하며,
상기 흡습 시트 상에 선탄 시료를 배치하고, 상기 분광 분석장치를 이용하여 상기 흡습 시트를 매개로 상기 선탄 시료의 수분 함량을 측정하고,
상기 분광 분석장치는 상기 선탄 시료로부터 상기 흡습 시트를 분리하지 않은 상태에서 상기 투명 샬렛과 접하는 상기 흡습 시트의 저면을 대상으로 상기 선탄 시료의 수분 함량을 측정하는 것을 특징으로 하는 선탄 내 수분 함량 측정장치.
- 제5항에 있어서,
상기 분광 분석장치는 380~2500nm 파장의 빛을 이용하는 것을 특징으로 하는 선탄 내 수분 함량 측정장치.
- 제5항에 있어서,
상기 흡습 시트는 폴리에스터 및 폴리우레탄 재질 중 적어도 하나를 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 선탄 내 수분 함량 측정장치.
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| KR (1) | KR102617315B1 (ko) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000241328A (ja) * | 1999-02-19 | 2000-09-08 | Toray Ind Inc | 水分計の校正方法および繊維シートの水分率測定方法 |
| JP2001116689A (ja) * | 1999-10-15 | 2001-04-27 | Japan Science & Technology Corp | 石炭の水分値推定方法 |
| KR101406388B1 (ko) | 2012-02-22 | 2014-06-16 | 주식회사 포스코 | 수분측정장치 |
| KR102250889B1 (ko) | 2019-12-13 | 2021-05-12 | 대한민국 | 마이크로웨이브를 이용하여 사료를 건조시키고 사료의 수분함량을 실시간으로 측정하는 장치 및 이의 동작 방법 |
-
2021
- 2021-11-18 KR KR1020210159843A patent/KR102617315B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
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