KR19980044912A - Theoretical combustion temperature calculation method of combustion zone in blast furnace coal injection operation - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고로에서 미분탄 취입 조업시 연소대의 이론연소온도를 계산하는 방법에 관한 것으로, 열역한 데이터와 고로조업조건을 입력하는 단계와,The present invention relates to a method for calculating the theoretical combustion temperature of the combustion zone in the pulverized coal blowing operation in the blast furnace, the step of inputting the thermal parameters and blast furnace operating conditions,

반응계와 생성계에 대해 물질수지를 세우는 단계와, 연소대 내에서의 엔탈피를 계산하는 단계로 이루어져 고로 미분탄 취입시 연소대 이론연소온도를 계산하도록 하여서 된 것이다.It consists of establishing the mass balance for the reaction system and the production system, and calculating the enthalpy in the combustion zone to calculate the theoretical combustion temperature of the combustion zone when the pulverized coal is blown.

Description

고로 미분탄 취입조업시 연소대의 이론 연소온도 계산방법Theoretical combustion temperature calculation method of combustion zone in blast furnace coal injection operation

본 발명은 고로에서 미분탄 취입 조업시 연소대의 이론연소온도를 계산하는 방법에 관한 것으로, 열역학 데이터와 고로조업조건을 입력하는 단계와;The present invention relates to a method for calculating the theoretical combustion temperature of the combustion zone during the pulverized coal blowing operation in the blast furnace, comprising the steps of: inputting thermodynamic data and blast furnace operating conditions;

반응계와 생성계에 대해 물질수지를 세우는 단계와, 연소대 내에서의 엔탈피를 계산하는 단계로 이루어져 고로 미분탄 취입시 연소대 이론연소온도를 계산하도록 한 것이다.It consists of establishing a mass balance for the reaction system and the production system, and calculating the enthalpy in the combustion zone to calculate the theoretical combustion temperature of the combustion zone when blowing pulverized coal.

종래의 고로 연소대는 풍구를 통하여 노내로 들어온 고온의 송풍, 송풍 증 습분, 산소부화조업을 위해 취입된 산소 그리고 미분탄이 연소반응을 일으켜 조업에 필요한 열과 철광석의 환원에 필요한 CO가스 그리고 수소와 질소를 생성시키는 반응대이다.Conventional blast furnace combustion zone is a high temperature blowing into the furnace through the air vents, blowing evaporation moisture, oxygen blown for the oxygen incubation operation, and the pulverized coal causes a combustion reaction, CO and hydrogen and nitrogen required to reduce the heat and iron ore required for operation It is a reaction zone to produce.

도 1은 고로의 연소대를 개략적으로 나타낸 개요도이다.1 is a schematic diagram schematically showing a combustion zone of a blast furnace.

이러한 연소대에서 연소반응의 온도는 고로조업에서 고로의 열적상태를 판단하는 중요한 지수로써 원활한 고로조업을 위해서 철저한 관리가 필요하다.The temperature of the combustion reaction in these combustion zones is an important index for determining the thermal state of the blast furnace in the blast furnace operation and requires thorough management for smooth blast furnace operation.

그러나 연소대의 온도를 직접 측정하기가 어려우므로 간접적으로 연소대 온도를 추측하는 방법을 사용하거나 이론적으로 연소온도를 계산하는 방법을 사용한다(참조:The Iron Blast Furnace Theory and Practice, J.G.Peaceu and W.G.Davenport).However, since it is difficult to directly measure the temperature of the furnace, either indirectly estimates the furnace temperature or theoretically calculate the combustion temperature (see The Iron Blast Furnace Theory and Practice, JGPeaceu and WG Davenport). ).

이론적인 연소온도의 계산은 연소대를 주위로의 열손실이 없는 단열계로 취급하고 연소반응에 대한 물질수지와 열수지를 세워서 유도한다.The theoretical calculation of the combustion temperature is derived by treating the combustion zone as an insulator with no heat loss to the surroundings and by setting up the mass balance and the heat balance for the combustion reaction.

현재 고로에서 사용되고 있는 대표적인 연소대의 이론연소온도식은 다음과 같다.The theoretical combustion temperature equation of the representative combustion zone currently used in the blast furnace is as follows.

Tf(℃)=1,559+0.839TB-6.003WH20-3.0PCB+4,973VO2------(1)Tf (° C) = 1,559 + 0.839TB-6.003WH20-3.0PCB + 4,973VO2 ------ (1)

여기에서이다.From here to be.

미분탄 취입조업시 취입 탄종은 원료수급문제나 원가문제등을 고려하여 다양한 탄종을 선택하여 취입한다.In the pulverized coal injection operation, the blown coal species is selected by taking into account various coal types in consideration of supply and demand problems and cost problems.

하기 표 1은 미분탄 취입용으로 사용되고 있는 대표적인 석탄의 성분분석표이다.Table 1 is a table of the analysis of the representative coal used for pulverized coal blowing.

[표 1]TABLE 1

미분탄의 성분분석표Table of Elements of Pulverized Coal

연소대의 이론연소온도를 종전의 방법에 따라 계산할 때 송풍온도, 송풍량, 송풍습분량, 산소부하량 및 미분탄 취입량이 조업조건이 일정하고, 취입하는 탄종이 변경하였을 경우 상기 식(1)에서 알 수 있는 것처럼 미분탄이 이론 연소온도에 영향을 주는 것은 미분탄 취입량 뿐이므로 도 3에서 보는 바와같이 미분탄종이 달라져도 동일한 양을 취입하면 이론연소온도는 동일하였다.When the theoretical combustion temperature of the combustion zone is calculated according to the conventional method, the blowing temperature, the blowing amount, the blowing moisture amount, the oxygen load and the pulverized coal blowing amount are constant and the coal type to be blown can be determined from Equation (1). As shown in FIG. 3, the pulverized coal affects the theoretical combustion temperature, so the theoretical combustion temperature was the same even if the pulverized coal species were injected as shown in FIG. 3.

그러나 상기 표 1 에서 보는 것처럼 탄종에 따라 석탄의 성분과 발열량이 다르기 때문에 동일한 양을 취입하더라도 취입탄종에 따라 이론연소온도는 다르다.However, as shown in Table 1, since the composition and calorific value of coal are different depending on the type of coal, the theoretical combustion temperature is different depending on the type of coal injected, even if the same amount is injected.

그러나 종래의 방법에 의한 이론연소온도계산식에는 이러한 취입하는 서로 다른 탄종의 미분탄에 대해서 고려해 줄 수 없었다.However, in the theoretical combustion temperature calculation method according to the conventional method, it is not possible to consider the pulverized coal of these different coal species.

한편, 미분탄 취입조업시에는 취입미분탄을 증대시키면 이론연소온도가 감소하여 고로에 공급되는 열이 적어지므로 원활한 고로조업을 위해서는 열보상을 해주어야 한다.On the other hand, in the pulverized coal blowing operation, increasing the coal pulverized coal decreases the theoretical combustion temperature, thereby reducing the heat supplied to the blast furnace.

종래의 방법에 의해 이론연소온도를 계산하면 취입탄종이 달라져도 동일한 이론연소온도로 계산되므로 적절한 열보상을 실시할 수 없었다.When the theoretical combustion temperature is calculated by the conventional method, even if the blown coal species is different, the theoretical combustion temperature is calculated. Therefore, proper thermal compensation cannot be performed.

따라서 탄종이 상이한 경우에 실질적인 열보상을 위해서는 탄종변화가 가져오는 이론연소온도의 변화를 정확하게 추정 가능한 이론연소온도계산 방법이 필요하였다.Therefore, the theoretical combustion temperature calculation method that can accurately estimate the change of theoretical combustion temperature brought about by the change of coal type is needed for the actual heat compensation when the coal type is different.

종래의 방법에 의한 이론연소온도계산식은 계산의 간략화를 위하여 반응에 참여하는 물질의 엔탈피(Enthalpy)는 온도에 무관하게 일정하다고 가정하였고, 수식의 유도과정 중간에서 각 고로의 조업데이터를 수식에 대입하여 상관관계를 구하여 선형수식으로 표현하였다.In order to simplify the calculation, the theoretical combustion temperature calculation method according to the conventional method assumes that the enthalpy of the material participating in the reaction is constant regardless of temperature, and the operation data of each blast furnace is substituted into the equation in the middle of the derivation process. Correlation was obtained and expressed by linear equation.

상기 식(1)이 선형수식으로 표현된 식이다.Equation (1) is a formula expressed by linear equation.

그러나 이러한 선형수식을 사용하여 이론연소온도를 계산하는 종래의 방법은 신속한 계산에는 유용하지만 조업조건의 다양성을 수용하지 못하는 단점이 있었다.However, the conventional method of calculating the theoretical combustion temperature using such a linear equation is useful for rapid calculation, but has a disadvantage in that it cannot accommodate a variety of operating conditions.

특히 미분탄의 탄종이 바뀌어도 종전의 방법은 동일량으로 미분탄을 취입하는 경우에는 동일한 이론연소온도를 가지는 것으로 계산하였다.In particular, even if the coal type of pulverized coal is changed, the previous method is calculated to have the same theoretical combustion temperature when the pulverized coal is blown in the same amount.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 감안하여 이를 해소하고자 발명한 것으로, 이론 연소온도를 계산하여 미분탄의 종류에 따라 정확한 이론연소온도를 계산할 수 있으며, 이를 이용하여 고로 조업을 효과적으로 해석하고 적절한 열적보상의 정도를 파악할 수 있으며, 안정된 조업을 할 수 있도록 함에 그 목적이 있는 것이다.The present invention has been invented to solve the above problems in consideration of the above problems, the theoretical combustion temperature can be calculated according to the type of pulverized coal by calculating the theoretical combustion temperature, by using this to effectively analyze the blast furnace operation and appropriate thermal compensation The purpose is to be able to grasp the degree of and to ensure stable operation.

이와 같은 목적을 갖는 본 발명의 특징은 열역한 데이터와 고로조업조건을 입력하는 단계;Features of the present invention having such an object include the steps of: inputting bloating data and blast furnace operating conditions;

반응계와 생성계에 대해 물질수지를 세우는 단계;Establishing a mass balance for the reaction system and the production system;

연소대 내에서의 엔탈피를 계산하는 단계로 이루어져 고로 미분탄 취입시 연소대 이론연소온도를 계산함에 의한다.It consists of calculating the enthalpy in the combustion zone by calculating the theoretical combustion temperature of the combustion zone when blowing pulverized coal.

도 1은 연소대의 개요도1 is a schematic view of a combustion table

도 2는 이론연소온도를 계산하는 프로그램의 순서도2 is a flowchart of a program for calculating the theoretical combustion temperature

도 3은 미분탄 취입량 증대시 종래의 방법으로 계산된 이론연소온도 변화 그래프Figure 3 is a graph of the theoretical combustion temperature change calculated by the conventional method when the amount of fine coal injection

도 4는 미분탄 취입량 증대시 본 발명의 방법으로 계산된 이론연소온도 변화 그래프Figure 4 is a graph of the theoretical combustion temperature change calculated by the method of the present invention when the amount of fine coal injection is increased

도 5는 미분탄 취입량을 10㎏증대시 이론연소온도의 감소정도 그래프5 is a graph of the decrease in the theoretical combustion temperature when increasing the amount of fine coal injection;

도 6은 이론연소온도와 하부통기지수와의 그래프6 is a graph of theoretical combustion temperature and lower ventilation index.

도 7은 이론연소온도와 S1단의 평균온도와의 그래프7 is a graph of the theoretical combustion temperature and the average temperature of the S1 stage

본 발명의 물질 엔탈피는 상수라는 가정하지 않고, 온도에 따라 변화하는 온도의 함수로 두고 또한 유도과정에서 간략화를 하지 않고 연립방정식을 세워 해를 구하는 방법으로 이론연소온도를 계산하는 것으로 종래의 방법이 가졌던 상이한 탄종일 때에도 동일한 취입량이면 이론연소온도를 동일하게 계산하는 문제를 해결할 수 있다.The enthalpy of the present invention does not assume that it is a constant, it is a function of temperature that changes with temperature, and the theoretical combustion temperature is calculated by calculating a system of equations by setting up a system of equations without simplifying the induction process. Even in the case of different coal types, the same blowing amount solves the problem of calculating the same theoretical combustion temperature.

연소대에서의 이론연소온도는 다음과 같다.The theoretical combustion temperature in the combustion zone is as follows.

도 1에서 보는 바와 같이 연소대로 들어가는 물질들은 송풍공기, 송풍습분, 산소부하조업을 위해 공급하는 산소, 그리고 미분탄 취입조업시 취입되는 미분탄이 있다. 이러한 반응물들은 연소대에서의 다음과 같은 연소반응에 의해 CO, H2, N2가스로 변화한다.As shown in FIG. 1, the materials entering the combustion zone include blowing air, blowing moisture, oxygen supplied for an oxygen load operation, and pulverized coal blown during a pulverized coal blowing operation. These reactants are converted into CO, H 2 and N 2 gases by the following combustion reactions in the combustion zone.

O2 (송풍공기중, 산소부화)+2C(코크스,미분탄)= 2CO(2)O 2 (blowing air, oxygen enrichment) + 2C (coke, pulverized coal) = 2CO (2)

H2O(송풍습분)+C(코크스,미분탄)= H2+CO(3)H 2 O (blowing moisture) + C (coke, pulverized coal) = H 2 + CO (3)

N2 (공기중)= N2(4)N 2 (in air) = N 2 (4)

H2 (미분탄중)= H2(5)H 2 (in pulverized coal) = H 2 (5)

본 발명에 의한 방법으로 이론연소온도를 구하는 단계는 다음과 같다.The theoretical combustion temperature is calculated by the method according to the present invention as follows.

이론연소온도를 구하는 첫번째 단계로서 반응에 참여하는 물질들의 열역학 데이터를 읽는다.The first step in finding the theoretical combustion temperature is to read the thermodynamic data of the materials involved in the reaction.

하기 표 2는 이론연소온도의 계산을 위해서 필요한 물질들의 열역학 데이터이다. 하기 표 2중의 a, b, c는 물질의 열용량의 계수이다.Table 2 below is the thermodynamic data of the materials required for the calculation of the theoretical combustion temperature. In Table 2, a, b, and c are coefficients of heat capacity of the material.

Cp는 등압반응의 열용량으로서이고, ΔH298는 298K, 1기압에서 물질의 표준생성 엔탈피이며, 단위는 cal이다.Cp is the heat capacity of the isostatic reaction ΔH 298 is the standard production enthalpy of the material at 298 K at 1 atmosphere and is in cal.

[표 2]TABLE 2

열역학 데이터Thermodynamic data

참조 : O.Kubaschewski, C.B.Alcock; Metallurgical Thermochemistry 5th Pergamon Press PP340-356See: O. Kubaschewski, C.B.Alcock; Metallurgical Thermochemistry 5th Pergamon Press PP340-356

이론연소온도계산의 두번째 단계로 조업조건을 읽는다. 이론연소온도의 계산에 필요한 조업조건은 송풍량, 송풍온도, 송풍습분, 산소부하량 그리고 미분탄 취입량과 취입미분탄의 성분이다.The second step in calculating the theoretical combustion temperature is to read the operating conditions. The operating conditions required for the calculation of theoretical combustion temperature are the blowing amount, blowing temperature, blowing moisture, oxygen load, and the amount of pulverized coal blown and blown pulverized coal.

이론연소온도를 계산하는데 세번째 단계로서 연소대의 연소반응의 물질수지를 구한다. 연소반응의 물질수지는 반응계 반응물의 몰(mole)과 생성계의 생성물의ㅡ 몰이 같아야 한다는 사실로부터 구한다. 물질수지를 계산할 때 계산의 편의를 위하여 반응에 참여하는 물질의 양을 송풍중의 산소 1kgmol-O기준으로 하여 단위를 환산하여 계산한다.The third step in calculating the theoretical combustion temperature is to obtain the mass balance of the combustion reaction in the combustion zone. The mass balance of the combustion reaction is derived from the fact that the mole of the reaction system reactant and the mole of the product of the product system must be equal. When calculating the mass balance, for the convenience of calculation, the amount of the mass participating in the reaction is calculated based on the unit of 1kgmol-O based on oxygen in the blowing air.

연소반응에 참여하는 반응계의 반응물은 송풍중 산소, 송풍중 질소, 산소부하에 의한 산소, 송풍습분, 취입 미분탄 그리고 연소되는 Coke중의 탄소이다.The reactants of the reaction system participating in the combustion reaction are oxygen during blowing, nitrogen during blowing, oxygen from the oxygen load, blowing moisture, blown coal and carbon in the burning coke.

연소대의 물질수지를 계산하기 위하여 반응계의 물질의 양을 송풍중 산소 1㎏/mole을 기준으로 하여 계산하면 다음과 같다.In order to calculate the mass balance of the combustion zone, the amount of material in the reaction system is calculated based on 1kg / mole of oxygen in the air as follows.

(가) 송풍중 산소량 (XO2) = 1[kgmol-O](6)(A) Oxygen volume during blowing (XO2) = 1 [kgmol-O] (6)

송풍중 산소량은 계산의 기준으로 1kgmol-O이다.The amount of oxygen in the blow is 1 kg mol-O as a standard of calculation.

이하의 수식에서 송풍중 산소량은 XO2로 표시한다.In the following formula, the oxygen amount during blowing is expressed as XO2.

나) 송풍중 질소량(7)B) Nitrogen content during blowing (7)

송풍중 질소량은 산소량이 1㎏/mol-O일때의 공기의 조성비를 이용하여 구한다.The amount of nitrogen in the blow is determined using the composition ratio of air when the amount of oxygen is 1 kg / mol-O.

이하의 수식에서 송풍중 질소량은 XN2로 표시한다.In the following formula, the nitrogen content during blowing is expressed as XN2.

다) 산소부하에 의한 산소량(OXY)C) Oxygen amount by oxygen load (OXY)

여기에서 산소부하율은 다음과 같이 구한다.Here, the oxygen loading rate is calculated as follows.

산소부하에 의한 산소량은 조업조건에서 전체송풍중 공기에 포함된 산소와 산소부하된 산소를 합하여 산소부하율로 나타내므로 상기 식(8)에 의해 순수하게 산소부하된 산소의 양을 계산한다.The amount of oxygen due to the oxygen load is expressed as the oxygen load ratio by adding the oxygen contained in the air during the entire blowing and the oxygen loaded oxygen under the operating conditions, so that the amount of purely oxygen loaded oxygen is calculated by the above equation (8).

이하의 수식에서 산소부하에 의한 산소량은 OXY로 표시한다.In the following equation, the oxygen amount due to the oxygen load is expressed as OXY.

라) 송풍습분량(WET)D) Blowing moisture content (WET)

송풍습분량은 송풍중 포함된 습분(수분)의 양으로 단위가(g/N㎥)로 표기되므로 식(10)에 의해 계산한다.Blowing moisture content is calculated by the formula (10) because the unit value (g / N ㎥) as the amount of moisture (moisture) contained in the blowing air.

이하의 수식에서 송풍습분량은 WET로 표시한다.In the following formula, the blowing moisture amount is expressed as WET.

마) 미분탄 취입량(XFA)E) fine coal injection (XFA)

미분탄 취입량은 조업조건에서 단위생산 용선당 취입량으로 표기되므로 식(11)에 의해서 계산된다.The pulverized coal injection is expressed by the equation (11) because it is expressed as the blowing amount per unit production charterage under the operating conditions.

이하의 수식에서 미분탄 취입량은 XFA로 표시한다.In the following formula, the pulverized coal injection amount is represented by XFA.

바) 연소되는 Coke중의 탄소(XCC)F) Carbon in the burned coke (XCC)

=(XO2+WET+OXY)-(미분탄중의 탄소)(12)= (XO2 + WET + OXY)-(carbon in pulverized coal) (12)

연소에 필요한 Coke 중의 탄소는 공기중 산소, 송풍습분 그리고 산소부하에 의한 산소와 반응하여 CO가스를 생성하는데 필요한 탄소중 미분탄에 의해 공급되는 탄소를 제외한 탄소량이다.Carbon in the coke required for combustion is the amount of carbon excluding carbon supplied by pulverized coal in the carbon required to generate CO gas by reacting with oxygen in the air, blowing moisture, and oxygen by the oxygen load.

취입된 미분탄중의 탄소, 산소, 수소, 질소는 상기 표 1의 성분분석표를 이용하여 식(13),(14),(15),(16)에 의해 구한다.Carbon, oxygen, hydrogen and nitrogen in the pulverized coal blown are calculated by the formulas (13), (14), (15) and (16) using the component analysis table in Table 1 above.

이하의 수식에서 연소되는 Coke 중의 탄소는 XCC로 표시한다.Carbon in the coke burned by the following formula is represented by XCC.

반응계의 물질은 연소대의 연소반응에 의하여 CO가스, H2가스 그리고 N2가스 3종의 물질로 변화한다. 생성되는 3종의 물질의 양을 송풍중 산소 1kgmole-O를 기준으로 하여 계산하면 다음과 같다.The material of the reaction system is changed into three types of CO gas, H 2 gas and N 2 gas by the combustion reaction of the combustion zone. The amount of three substances produced is calculated on the basis of 1kgmole-O of oxygen in the air as follows.

가) CO 가스량(YCO)A) CO gas amount (YCO)

= XO2 + (WET) + (OXY×2)+(미분탄중 산소)(17)= XO2 + (WET) + (OXY × 2) + (Oxygen in Pulverized Coal) (17)

CO가스는 공기중 산소, 송풍습분, 산소부하된 산소 그리고 미분탄중 산소의 연소에 의해 생성된다.CO gas is produced by the combustion of oxygen in the air, blowing moisture, oxygen loaded oxygen and oxygen in pulverized coal.

CO 가스의 발생량은 산소 1mole 일때 CO가스 1mole이 비율로 생성된다. 산소부하된 산소의 단위가 kgmol-O2/kgmol-O이므로 CO가스는 산소부하된 산소량의 2배가 생성된다. 이하의 수식에서 생성계의 CO가스량은 YCO로 표시한다.The amount of CO gas generated is 1 mole of oxygen when 1 mole of oxygen is generated. Since the unit of oxygen-loaded oxygen is kgmol-O 2 / kgmol-O, the CO gas generates twice the amount of oxygen-loaded oxygen. In the following equation, the amount of CO gas in the production system is expressed as YCO.

나) H2가스량(YH2)I) H 2 gas (YH2)

= (송풍중 수소) + (미분탄중 수소)(18)= (Hydrogen in Blowing Air) + (Hydrogen in Pulverized Coal) (18)

H2가스는 송풍중 수소와 미분탄 중 수소가 반응을 일으키지 않고, 그 대로 생성가스에 포함된다.The H 2 gas does not react with hydrogen during blowing and hydrogen in pulverized coal, and is included in the generated gas as it is.

이하의 수식에서 H2가스량은 YH2로 표시한다.In the following formula, the amount of H 2 gas is expressed as YH 2 .

다) N2가스량은(YN2)C) N 2 gas amount is (YN2)

=(송풍중 질소) + (미분탄 중 질소)(19)= (Nitrogen in blowing) + (nitrogen in pulverized coal) (19)

N2가스는 연소반응에 의해서 아무런 변화를 하지 않으므로 반응계의 양과 생성계의 양이 동일하다. N2가스의 발생원으로 송풍중의 질소와 미분탄 중의 질소이다.N 2 gas does not change by combustion reaction, so the amount of reaction system and the amount of production system are the same. The source of N 2 gas is nitrogen in blowing and nitrogen in pulverized coal.

이하의 수식에서 N2가스량은 YN2로 표시한다.In the following formula, the N 2 gas amount is expressed as YN 2 .

이론연소온도는 구하는 네번째 단계로서 연소대에서의 반응계 엔탈피를 구한다.The theoretical combustion temperature is the fourth step to find the reaction system enthalpy in the combustion zone.

반응계의 엔탈피 Hinput은 하기 식(20)와 같이 나타낼 수 있다.Enthalpy H input of a reaction system can be represented as following Formula (20).

Hinput=HO2, (air)+HO2,(산소부화)+HH2O,(송풍습분)+HN2,(air)+HC,(미분탄)+HC,(coke)(20)H input = H O2, (air) + H O2, (oxygen enrichment) + H H2O, (blowing moisture) + H N2, (air) + H C, (pulverized coal) + H C, (coke) (20)

위 수식에서 HO, (air)는 송풍중 산소의 엔탈피이고, HO, (산소부화)는 산소부하에 의해 공급되는 산소의 엔탈피를 나타낸다.In the above formula, H O, (air) is the enthalpy of oxygen during blowing, H O, (oxygen enrichment) represents the enthalpy of oxygen supplied by the oxygen load.

그리고 HN, (air)는 송풍중 질소의 엔탈피를 나타내며, HC,(미분탄)은 취입된 미분탄의 엔탈피를 나타내고, HC,(coke)는 연소되는 Coke 중의 탄소의 엔탈피를 나타낸다.And H N, (air) represents the enthalpy of nitrogen in the blowing, H C, (pulverized coal) represents the enthalpy of the pulverized coal blown, and H C, (coke) represents the enthalpy of carbon in the coke burned.

반응계의 물질의 엔탈피들을 상세하게 나타내면 하기 식(21)에서 식(26)으로 나타낼 수 있다.If the enthalpy of the substance of the reaction system is shown in detail, it can be represented by the following formula (21) to formula (26).

위 수식에서 TB는 송풍온도를 나타낸다.In the above formula, T B represents the blowing temperature.

반응계 엔탈피를 위 수식들 중에서 coke 의 엔탈피는 이론연소온도의 함수이다. 그러므로 반응계의 엔탈피는 coke의 엔탈피를 제외하고서는 조업조건으로 송풍량, 송풍온도, 송풍습분, 산소부하량 그리고 미분탄 취입량과 취입미분탄의 성분이 주어지면 모두 구할 수 있다.Reaction System Enthalpy In the above equations, the enthalpy of coke is a function of theoretical combustion temperature. Therefore, the enthalpy of the reaction system can be obtained if the air flow rate, the blowing temperature, the blowing moisture, the oxygen load, the pulverized coal injection and the pulverized coal powder are given as operating conditions except for the enthalpy of the coke.

따라서 반응계의 엔탈피는 다음과 같이 간단하게 표현할 수 있다.Therefore, the enthalpy of the reaction system can be expressed simply as follows.

Hintput=H1+Hcoke(27)H intput = H 1 + H coke (27)

H1은 반응계의 엔탈피중에서 coke의 엔탈피를 제외한 나머지의 엔탈피의 합으로서 다음과 같이 나타낼 수 있다.H 1 is the sum of the enthalpy remaining in the enthalpy of the reaction system except for the enthalpy of the coke.

연소대의 이론연소온도를 구하는 최종단계는 지금까지 유도한 수식을 이용하여 엔탈피 수지를 만족시키는 온도를 구하는 단계이다. 엔탈피 수지를 만족시킨다는 것은 반응계의 엔탈피의 합과 생성계의 엔탈피의 합이 같다는 것이다.The final step to find the theoretical combustion temperature of the combustion zone is to find the temperature that satisfies the enthalpy resin by using the formula derived so far. Satisfying the enthalpy resin is that the sum of the enthalpy of the reaction system and the sum of the enthalpy of the production system is the same.

즉, 연소대에서의 엔탈피 수지는 다음과 같다.That is, the enthalpy resin in a combustion zone is as follows.

Hintput=Houtput(29)H intput = H output (29)

여기에서 Hinput은 반응계의 엔탈피이고, Houtput은 생성계의 엔탈피이다.Where H input is the enthalpy of the reaction system and H output is the enthalpy of the production system.

Hinput=는 하기 식(27)과 식(28)과 나타내어진다.H input = is represented by the following formula (27) and (28).

1) Hinput=H1+Hcoke(27)1) H input = H 1 + H coke (27)

(2) Houtput (2) H output

연소대의 엔탈피수지를 계산하기 위해서는 생성계의 엔탈피를 계산하여야 한다.In order to calculate the enthalpy resin of the combustion zone, the enthalpy of the production system must be calculated.

생성계의 엔탈피 Houtput은 다음과 같다.The enthalpy H output of the generation system is

Houtput=HCO+HH2+HN2(30)H output = H CO + H H2 + H N2 (30)

생성계의 생성물은 CO가스, H2가스 그리고 N2의 3종이고, 각각의 엔탈피는 하기 식(31),(32),(33)으로 나타내어진다.The products of the production system are three kinds of CO gas, H 2 gas and N 2 , and each enthalpy is represented by the following formulas (31), (32) and (33).

위 수식에서 Tf는 이론연소도이다. 반응계의 엔탈피 Houtput는 상기 식(30)에 식(31),(32),(33)을 대입하면 다음과 같이 나타내어진다.In the above formula, Tf is the theoretical combustion degree. The enthalpy H output of the reaction system is expressed as follows by substituting Eqs. (31), (32) and (33) into Eq. (30).

따라서 연소대의 엔탈피 수지는 상기 식(29)에 식(27)과 식(30)을 대입하면 다음과 같다.Therefore, when the enthalpy resin of a combustion zone substitutes Formula (27) and Formula (30) in said Formula (29), it is as follows.

H1+Hcoke=HCO+HH2+HN2(35)H 1 + H coke = H CO + H H2 + H N2 (35)

상기 식(35)에 식 (28)과 식(34)를 대입하면 이론연소온도를 계산하기 위한 엔탈피수지식의 최종식은 하기식(36)과 같다.Substituting Eq. (28) and Eq. (34) into Eq. (35), the final equation of the enthalpy equation for calculating the theoretical combustion temperature is given by Eq. (36).

상기 식(36)에서 알 수 있듯이 생성계의 엔탈피는 이론연소온도의 함수이다. 따라서 연소대의 엔탈피 수지식인 상기 식(36)을 만족하는 온도가 이론연소도이다.As can be seen from equation (36), the enthalpy of the production system is a function of the theoretical combustion temperature. Therefore, the temperature which satisfy | fills said Formula (36) which is an enthalpy resin formula of a combustion zone is a theoretical combustion degree.

상기와 같이 연소대에서의 물질수지와 엔탈피수지를 세워서 이론연소온도를 구할 수 있다. 컴퓨터의 계산용 언어인 베이직(BASIC)이나 포트란(FORTRAIN)등을 이용하며 용이하게 계산할 수 있으며, 도 2는 이러한 언어를 이용하여 이론연소온도를 구하는 프로그램의 순서도이다.As described above, the theoretical combustion temperature can be obtained by setting the mass balance and the enthalpy balance in the combustion zone. It can be calculated easily using BASIC or FORTRAIN, which is a language for computing, and FIG. 2 is a flowchart of a program for calculating theoretical combustion temperature using such a language.

실시예Example

도 3은 3800㎥의 내용적을 가지는 고로에서 종류가 다른 미분탄의 취입량을 200㎏/t-p까지 증대시켰을 때 종전의 방법에 의해 계산한 이론연소온도의 변화를 보여주는 것이다.FIG. 3 shows the change in theoretical combustion temperature calculated by the conventional method when the blowing amount of pulverized coal of different types is increased to 200 kg / t-p in a blast furnace having an internal volume of 3800 m 3.

사용된 미분탄은 상기 표 1의 성분을 가지는 석탄 4종에 대하여 계산하였다. 이때의 다른 조업조건은 일정하게 고정시켰으며, 송풍량은 6324N㎥/min이고, 온도송풍온도는 1107℃, 송풍습분은 23g/N㎥, 산소부하량은 11646N㎥/Hr이었다. 상기 도면에서 보여주는 것처럼 종래의 방법에 의해 계산된 이론연소온도는 탄종에 무관하게 동일한 이론연소온도를 보여준다.The pulverized coal used was calculated for four coals having the components shown in Table 1 above. At this time, the other operating conditions were fixed at a constant rate, the blowing amount was 6324 Nm 3 / min, the temperature blowing temperature was 1107 ℃, the blowing moisture was 23g / Nm, the oxygen load was 11646Nm / Hr. As shown in the figure, the theoretical combustion temperature calculated by the conventional method shows the same theoretical combustion temperature regardless of the carbon type.

도 4는 상기 조건의 경우 본 발명의 방법에 따라 계산된 미분탄 취입량 증대시의 이론연소온도의 변화이다.4 is a change in the theoretical combustion temperature at the time of increasing the pulverized coal injection amount calculated according to the method of the present invention for the above conditions.

미분탄 취입량이 0일 경우, 계산된 이론연소온도는 종전의 이론연소온도 계산방법에 비해서 약 80℃정도 낮게 계산된다.When the pulverized coal injection amount is 0, the calculated theoretical combustion temperature is calculated to be about 80 ° C. lower than the conventional theoretical combustion temperature calculation method.

계산온도의 차이는 종래의 방법은 물질은 엔탈피가 온도와 관계없는 상수로 취급하였고, 간략화를 위해서 선형화를 하였기 때문에 생기는 것이다.The difference in the calculated temperature is caused by the conventional method because the material is treated as enthalpy as a constant independent of temperature and linearized for simplicity.

상기 도면에서 보여주는 것처럼 본 발명에 의해 이론연소온도를 계산하면 취입탄종에 따라서 이론연소온도는 다른다.When the theoretical combustion temperature is calculated according to the present invention as shown in the figure, the theoretical combustion temperature varies depending on the coal type charged.

취입량이 100㎏/t-p의 경우 취입탄종이 D일때의 이론연소온도는 2106℃로서 A탄의 경우보다 85℃정도가 낮다.When the blowing amount is 100 kg / t-p, the theoretical combustion temperature when the blowing coal type is D is 2106 ° C, which is about 85 ° C lower than that of the A coal.

취입량이 150㎏/t-p일때는 이론연소온도의 차이가 커져서 D탄종의 경우가 A탄의 경우보다 100℃정도가 낮았으며 취입량이 200㎏/t-p일때는 약 150℃차이를 보인다.The difference in theoretical combustion temperature was increased at 150 kg / t-p, so that coal type D was about 100 ° C lower than that of coal A, and the difference was about 150 ° C at 200 kg / t-p.

도 5는 임의의 취입량에서 미분탄 취입량을 10㎏/t-p증대시켰을때의 이론연소온도의 변화이다.5 is a change in the theoretical combustion temperature when the amount of fine coal injection is increased by 10 kg / t-p at an arbitrary injection amount.

종전의 방법에 의한 계산에서는 미분탄 취입량이 많고, 적음에 관계없이 미분탄 취입량을 10㎏/t-p증가시키면 이론연소온도는 일정하게 29℃정도 감소한다.In the calculation by the conventional method, the amount of fine coal injection is increased by 10 kg / t-p irrespective of the amount, and the theoretical combustion temperature decreases by approximately 29 ° C.

본 발명의 방법에 의해 이론연소온도를 계산하면 이론연소온도의 감소량은 탄종에 따라 다르다. 또한 취입량이 적은 경우에는 취입량은 10㎏/t-p증대시켰을 때 이론연소온도의 감소량이 크지만 높은 취입량의 경우에는 이론연소온도의 감소량이 적아진다.When the theoretical combustion temperature is calculated by the method of the present invention, the amount of decrease in the theoretical combustion temperature varies depending on the type of coal. In the case where the blowing amount is small, the blowing amount is a large decrease in theoretical combustion temperature when the increase is 10 kg / t-p, but in the case of a high blowing amount, the reduction in the theoretical combustion temperature is smaller.

도 6은 이론연소온도와 고로조업지수인 하부통기지의 관계를 보여주는 도면이다.6 is a view showing the relationship between the theoretical combustion temperature and the lower ventilator blast furnace operation index.

하부통기지수는 고로 하부의 통기성을 알 수 있는 주요지수로서 다음과 같이 구한다.The lower airflow index is the main index to know the air permeability of the bottom of the blast furnace.

(37) (37)

여기서 SPI단 압력은 고로의 GL+17485㎜에 위치한 압력계의 온도이고, 보쉬가스(bosh gas)량이란 연소대에서 발생된 가스의 양으로 정의한다.Here, the SPI stage pressure is the temperature of the pressure gauge located at GL + 17485 mm of the blast furnace, and the amount of bosh gas is defined as the amount of gas generated in the combustion zone.

하부통기지수는 이론연소온도가 높아지면 취입된 미분탄의 연소효율이 높아져서 미연소된 분이 노내에 퇴적하는 양이 작아지므로 통기성이 양호해진다.The lower ventilation index increases the theoretical combustion temperature, so that the combustion efficiency of the pulverized coal blown is increased, so that the amount of unburned powder is deposited in the furnace, so that the ventilation is good.

따라서 이론연소온도와 하부통기지수는 양의 상관성을 보일 것이다.Therefore, theoretical combustion temperature and lower ventilation index will be positively correlated.

도면에서 보여주는 것처럼 종래의 방법에 의해 계산된 이론연소온도와 하부통기지수의 상관성은 0.09로서 상관성이 없으나, 본 발명에 의한 방법에 계산된 이론 연소온도와 하부K와의 상관성을 0.71로서 상관성이 높게 나타난다.As shown in the figure, the correlation between the theoretical combustion temperature calculated by the conventional method and the lower ventilation index has no correlation as 0.09, but the correlation between the theoretical combustion temperature calculated by the method according to the present invention and the lower K appears as 0.71. .

도 7은 이론연소온도와 고로의 노체하부에 설치된 온도계인 S1단의 평균온도와의 상관성을 보여주는 도면이다.7 is a graph showing the correlation between the theoretical combustion temperature and the average temperature of the S1 stage, which is a thermometer installed under the furnace body of the blast furnace.

S1단의 위치는 GL+17798㎜로서 위치가 GL+14600㎜인 풍구에 가장 가까운 위치의 노체온도를 보여준다.The position of the S1 stage is GL + 17798mm, which shows the furnace temperature at the position closest to the tuyere with the position GL + 14600mm.

이론연소온도가 상승하면, S1단의 온도가 상승한다. 따라서 이론연소온도와 S1단의 온도는 양의 상관성을 보인다. 본 발명의 방법에 의해 계산된 이론연소온도와 S1단의 평균온도와의 상관성은 0.66으로서 종래의 방법에 의해 계산된 이론연소온도와 S1단의 평균온도와의 상관성인 0.22보다 높은 상관성을 보여준다.When the theoretical combustion temperature rises, the temperature of the S1 stage rises. Therefore, the theoretical combustion temperature and the temperature of the S1 stage show a positive correlation. The correlation between the theoretical combustion temperature calculated by the method of the present invention and the average temperature of the S1 stage is 0.66, which shows a correlation higher than 0.22 which is the correlation between the theoretical combustion temperature calculated by the conventional method and the average temperature of the S1 stage.

이상과 같은 본 발명의 연소대 이론연소온도는 연소대에서 연소반응에 의해 도달될 수 있는 이론적 최고 온도로써 고로내이 열적인 상태를 알 수 있는 지수이다. 따라서 안정적이고 원활한 조업을 위하여서는 적정수준의 열적상태가 유지되어야 한다. 미분탄의 취입량을 증대시키면 이론연소온도는 감소한다.The theoretical combustion temperature of the combustion zone of the present invention as described above is the theoretical maximum temperature that can be reached by the combustion reaction in the combustion zone is an index that can know the thermal state in the blast furnace. Therefore, an appropriate level of thermal state must be maintained for stable and smooth operation. Increasing the amount of pulverized coal blown decreases the theoretical combustion temperature.

그리고 취입량을 증대시키면 열적으로 낮은 상태로 되기 때문에 적절한 방법으로 열을 보상하여야 한다. 이때 열보상의 정도를 결정하기 위해서는 정확한 연소온도의 계산이 중요하다. 다양한 종류의 탄종을 미분탄 취입조업용탄으로 사용할 때 종래의 방법에 의한 이론연소온도의 계산은 탄종을 변화시켜도 동일한 이론연소온도로 계산되므로 실제적인 열보상을 실시할 수 없었다.Increasing the amount of blowing becomes thermally low, so heat must be compensated in an appropriate manner. In order to determine the degree of thermal compensation, it is important to accurately calculate the combustion temperature. When various types of coal are used as pulverized coal blowing coal, the calculation of theoretical combustion temperature according to the conventional method is calculated at the same theoretical combustion temperature even if the coal type is changed.

이상과 같은 본 발명에 의한 방법으로 이론연소온도를 계산하면 미분탄의 종류에 따라 정확한 이론연소온도를 계산할 수 있으며, 이를 이용하여 고로조업을 효과적으로 해석하고, 적절한 열적보상의 정도를 파악할 수 있으며 안정된 조업을 할 수 있는 효과가 있다.By calculating the theoretical combustion temperature by the method according to the present invention as described above, it is possible to calculate the correct theoretical combustion temperature according to the type of pulverized coal, and it is possible to effectively analyze the blast furnace operation, to grasp the appropriate degree of thermal compensation, and to operate stable There is an effect that can be done.

Claims (1)

반응에 참여하는 물질들의 하기표 즉, 열역학 데이터를 입력하는 단계와,Inputting the following table of materials participating in the reaction, ie thermodynamic data, 미분탄의 성분분석표Table of Elements of Pulverized Coal 상기 열역학 데이타와 함께 조업조건인 송풍량, 송푸온도, 송풍습분, 산소부하량, 미분탄 취입량, 취입미분탄 성분을 입력하는 단계와,Inputting the blowing conditions, the blowing temperature, the blowing moisture, the oxygen load, the pulverized coal injection amount and the pulverized coal pulverization component which are operating conditions together with the thermodynamic data; 송풍중 산소량(XO2), 식(6), 송풍중 질소량(XO2) 식(7), 산소부화에 의한 산소량(OXY) 식(8)에 의해서 구한 산소부화율Oxygen enrichment rate determined by the amount of oxygen during blowing (XO 2 ), formula (6), the amount of nitrogen during blowing (XO 2 ) formula (7), oxygen amount by oxygen enrichment (OXY) formula (8) 및 송풍습분량(WET) 식(10), 미분탄취입량(XFA) 식(11)에 의해서 계산된 연소되는 코크스 중의 탄소(XCC)And carbon in the burned coke (XCC) calculated by the blowing moisture content (WET) equation (10) and the pulverized coal injection amount (XFA) equation (11). =(XO2+WET+OXY)-(미분탄중의 탄소)(12)= (XO2 + WET + OXY)-(carbon in pulverized coal) (12) 그리고 취입된 미분탄중의 탄소, 산소, 수소, 질소는 상기표의 성분분속표를 이용하여 식(13),(14),(15),(16)에 의해 구하는 반응계와,And carbon, oxygen, hydrogen and nitrogen in the pulverized coal blown into the reaction system obtained by formulas (13), (14), (15) and (16) using the component classification table of the above table; Co가스량(YCO) 식(17), H2가스량(YH2) 식(18), N2가스량(YN2) 식(19)의 생성계에 대한 물질수지를 세우는 단계와,Establishing a mass balance for the generation system of the Co gas amount (YCO) equation (17), the H 2 gas amount (YH2) equation (18), and the N 2 gas amount (YN2) equation (19); 연소대내에서의 엔탈피를 계산하는 식(20)∼식(35)를 도출한 다음 최종적으로 엔탈피수지식Equations (20) to (35) for calculating the enthalpy in the combustion zone are derived and finally the enthalpy equation 을 도출시키는 단계로 이루어진 구성을 특징으로 하는 고로 미분탄 취입조업시 연소대의 이론연소온도 계산방법.Method for calculating the theoretical combustion temperature of the combustion zone in the blast furnace coal injection operation, characterized in that consisting of a step consisting of.
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