KR20000042039A - 코크스로의 연소온도 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 코크스 조업에 관한 것으로서, 그 목적은 열량 변화에 따른 연소실 온도를 사전에 예측하여 효율적으로 연소실 온도를 제어함에 있다.

본 발명은 다수개의 연소실을 구비한 코크스로에 연료가스를 일정시간 공급하여 코크스를 제조할 때, 조업하고자 하는 연소실의 목표온도(Tm)를 미리 설정하고, 연소실의 공급 열량(Qa)과 공급시간(ta)을 임의로 설정한 다음, 한 개의 연소실 온도 1℃ 상승에 필요한 연료가스의 유량(f₁), 연소실 개수(n), 연료가스의 유량(F₁), 연료가스의 발열량(q_GAS)과 코크스로 온도 1℃ 상승에 필요한 열량(Q₁), 이전에 연소실의 온도(T')와 그 때 공급 열량(Q') 정보를 기초로 이론 연소실의 온도(Tt)를 구한 후, 이를 보정하여 예측온도(Tp)를 계산하고, 계산된 예측온도(Tp)와 상기 목표온도(Tm)가 같아지는 시점에서 상기 설정된 공급열량과 공급시간을 실제 공급되는 열량과 공급시간으로 정하여 그 공급 열량(Q)을 상기 공급시간(t) 만큼 열량을 공급하는, 연소온도 제어방법이며, 이러한 본 발명에 의하면 굳이 코크스로의 연소실에 연료가스를 공급하지 않은 상태에서도 미리 연소실 온도를 예측, 제어할 수 있다.

Description

코크스로의 연소온도 제어방법

본 발명은 코크스 조업에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실제 코크스로의 연소실에 연료가스를 공급하지 않은 상태에서도 열량 변화에 따른 연소실 온도를 사전에 예측하여 효율적으로 연소실 온도를 제어할 수 있는 방법에 관한 것이다.

코크스로는 석탄을 가열하여 코크스를 제조하는 설비로서, 보통 66개의 연소실과 탄화실로 이루어져 있다. 탄화실에 석탄을 넣고 연소실에서 열원인 연료가스를 연소시켜 발생된 열을 탄화실에 전달시켜 코크스를 제조한다. 따라서, 코크스로는 코크스로의 연소실 온도를 어떻게 관리하느냐에 따라 코크스 품질 및 연료 사용량이 결정된다. 코크스로의 조업은 일반적으로 가동율과 석탄의 성상에 따라 연소실 온도를 수시로 변화시키며 조업을 하게 된다.

종래에는 연소실 온도를 제어하기 위해서 도1과 같이, 공급되는 연료가스의 양을 변화시킨 후 연소실 온도를 온도계로 측정한 다음, 원하는 온도가 될 때까지 계속 열량 공급을 변화시켰다. 그러나, 열량을 변화시킨 다음 나타나는 연소실의 온도변화를 관리하는 이러한 종래의 방법은 매우 비효율적이다. 즉, 어떤 특정 온도를 유지하기 위해 먼저 열량 변화를 일으키고 연소실 온도를 측정하고, 목표로 한 온도와 일치하지 않을 경우 다시 열량 변화를 가하는 종래의 연소제어방법은 즉각적인 대처가 요구되는 조업상황에서 시간 지연이 많이 소요되며, 열량이 과잉 공급될 수 있기 때문이다.

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위해 열량 변화에 따른 연소실 온도를 미리 예상하므로써 보다 효율적으로 연소실의 온도를 제어함에 그 목적이 있다.

도1은 종래의 연소실 온도 제어 흐름도

도2는 본 발명에 의한 연소실 온도 제어 흐름도

도3은 종래와 본 발명에 의해 예측된 연소실 온도변화를 비교한 그래프

상기 목적달성을 위한 본 발명은 다수개의 연소실을 구비한 코크스로에 연료가스를 일정시간 공급하여 코크스를 제조하는 코크스로의 조업방법에 있어서,

조업하고자 하는 연소실의 목표온도(Tm)를 설정하는 단계;

상기 목표온도(Tm)에 이르고자 하는 연소실의 공급 열량(Qa)과 공급시간(ta)을 임의로 설정하는 단계;

한 개의 연소실 온도 1℃ 상승에 필요한 연료가스의 유량(f₁)에 연소실 개수(n)를 곱하여 코크스로 온도 1℃ 상승에 필요한 연료가스의 유량(F₁)을 계산하는 단계;

상기 코크스로 온도 1℃ 상승에 필요한 연료가스의 유량(F₁)과 공지된 연료가스의 발열량(q_GAS)을 곱하여 코크스로 온도 1℃ 상승에 필요한 열량(Q₁)을 계산하는 단계;

이전에 연소실의 온도(T')와 그 때 공급 열량(Q') 정보를 기초로 수학식1에 의해 이론 연소실의 온도(Tt)를 구하는 단계;

상기 이론 연소실의 온도를 보정하여 수학식2에 의해 예측온도(Tp)를 계산하는 단계;

계산된 예측온도(Tp)와 상기에서 설정된 목표온도(Tm)를 비교하여 예측온도와 설정된 목표온도가 틀리면, 상기에서 임의로 설정된 공급열량(Qa)과 공급시간(ta)을 바꿔 새로운 예측온도를 계산하고, 예측온도와 설정된 목표온도와 같으면 임의로 설정된 공급열량과 공급시간을 실제 공급되는 열량과 공급시간으로 정하는 단계; 및

상기에서 정해지는 공급 열량(Q)을 상기 공급시간(t) 만큼 열량을 공급하는 단계;를 포함하여 구성되는 코크스로의 연소온도 제어방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 다수개의 연소실을 구비한 코크스로에 연료가스를 일정시간 공급하여 코크스를 제조하는 코크스로의 조업방법에 매우 유용하다. 본 발명은 우선, 도2와 같이, 조업하고자 하는 연소실의 목표온도(Tm)를 임의로 설정한다. 그리고, 상기 목표온도에 이르고자 하는 연소실의 공급 열량(Qa)과 공급시간(ta)을 임의로 설정한다.

그 다음, 한 개의 연소실 온도 1℃ 상승에 필요한 연료가스의 유량(f₁)과 연소실 개수(n)를 곱하면 코크스 온도 1℃ 상승에 필요한 연료가스의 유량(F₁)이 계산된다. 여기서, 한 개의 연소실 온도 1℃ 증가에 필요한 연료가스의 유량은 연료가스마다 알려진 상수이므로, 전체 연소실의 개수를 곱하면 코크스로를 1℃ 증가시키는데 필요한 연료가스의 유량은 쉽게 구할 수 있다.

그 다음, 상기에서 구한 코크스로 1℃ 증가에 필요한 연료가스의 유량(F₁)과 연료가스의 발열량(q_GAS)을 곱하면, 코크스로 온도 1℃ 상승에 필요한 공급 열량(Q₁)이 계산된다. 상기 연료가스의 발열량(q)은 연료가스마다 이미 알져진 값이다.

그리고 나서, 이전 코크스로 조업에서의 연소실의 온도(T')와 그 때 공급 열량(Q') 정보를 기초로 수학식1에 의해 이론 연소실의 온도(Tt)를 구한다.

Tt = T'-{(Q'-Qa)×ta÷Q₁}

한편, 임의의 열량(Qa)을 일정 시간(ta)만큼 공급했다하더라도 공급된 열량이 코크스 노체 전체를 가열하는데는 어느 정도 시간이 필요로 하게 된다. 즉, 공급 열량 변화에 따른 코크스 노체의 반응시간은 공급 열량 변화후 노의 온도가 안정화되기까지 걸리는 시간과는 동일하다. 따라서, 본 발명에서는 상기 이론 연소실 온도에 열량이 공급된 후 노온이 안정화되기까지의 시간 만큼 보정할 필요가 있다. 즉, 본 발명에서는 열량 공급시간을 노체 반응시간으로 나눈 값을 보정계수(τ)라 정의하고, 이를 통해 상기 이론 연소실 온도를 보정하면, 최종 임의의 공급열량(Qa)과 공급시간(ta)을 기준으로 한 예측온도(Tp)는 수학식2와 같은 실험식이 얻어진다.

Tp = Tt - {(Q'-Qa)×ta÷Q₁×τ}

이후, 수학식2와 같이 계산된 예측온도(Tp)와 상기에서 설정된 목표온도(Tm)를 비교한다. 즉, 상기 예측온도와 설정된 목표온도가 틀리면 상기에서 임의로 설정된 공급열량(Qa)과 공급시간(ta)을 바꿔 새로 예측온도를 계산하며, 예측온도와 설정된 목표온도와 같으면 임의로 설정된 공급열량과 공급시간을 실제 공급되는 열량(Q)과 공급시간(t)으로 정한다.

따라서, 상기에서 정해지는 공급열량을 상기 공급시간만큼 열량을 공급하면 종래와는 달리, 일단 코크스로에 열량을 공급해 보지 않더라도 설정된 목표온도(Tm)에 필요한 공급 열량을 어느 정도 가해야 할지 사전에 알 수 있다.

이와같이, 본 발명은 목표로 하는 연소실 온도가 정해지면 연소실 온도를 예측할 수 있는 프로그램이 수행되어 공급 열량과 시간이 계산되고, 계산된 열량에 따라 코크스로의 연소실에 공급하여 연소제어를 보다 효율적으로 수행할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

[실시예1]

본 발명에 의한 연소실 온도 예측 정도가 어느 정도 정확한지를 확인하기 위해 실제 코크스로의 연소실에 공급되는 열량을 40~80GJ로 변화시키며, 종래의 방법과 본 발명에 의한 예측온도를 실제 연소실의 측정온도와 비교하고, 그 결과를 도3에 나타내었다. 표1은 본 발명에 따라 예측된 연소실 온도와 실측온도를 상세히 보이고 있다.

공급열량(GJ)	예측온도(℃)	측정온도(℃)	온도 편차(℃)
82.0	1254	1254	0
72.2	1239	1242	-3
63.0	1225	1223	+2
54.2	1216	1219	-3
48.6	1211	1209	+2
45.9	1227	1224	+3
48.6	1235	1230	+5
54.2	1246	1248	-2
63.0	1255	1257	-2
72.0	1265	1264	+1
82.0	1250	1247	+3
73.8	1243	1245	-2
69.7	1236	1233	+3
65.6	1250	1253	-3
69.7	1258	1261	-3
73.8	1272	1270	+2

표1과 도3에 나타난 바와 같이, 본 발명에 의하면 열량 변화에 따라 예측되는 연소실의 온도는 실제 측정되는 연소실 온도와 상당히 유사함을 알 수 있었다.

[실시예2]

종래의 연소실 온도 제어방법과 실시예1에서 그 정확도가 검증된 본 발명에 의한 제어방법을 실제 코크스로에 적용하여 연소실 온도를 제어하였다.

최초 코크스로의 연소실 온도가 약 1250℃인 상태에서 종래방법과 본 발명에 의해 연소실의 온도를 1270℃로 증가시켜 보았다.

그 결과 종래의 방법에 의하면 열량 조절횟수를 3회 실시하여 4.5시간이 소요되었다. 반면 본 발명에 의하면 1회 열량 공급으로 30분만에 목표로 하는 연소실 온도를 제어할 수 있었다.

[실시예3]

최초 연소실의 온도가 약 1280℃인 상태에서 1255℃로 하강시키기 위해 연소실내에 공급되는 열량을 본 발명과 종래방법에 의해 조절한 것을 제외하고는 실시예2와 같이 행하였다.

종래 방법에 의하면 역시 열량 공급 조절을 3회 정도 실시하여 5시간만에 목표로 하는 연소실의 온도를 제어할 수 있었던 반면 본 발명에 의하면 1회의 열량 조절로 30분만에 목표로 하는 연소실 온도를 제어할 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 코크스로 내에 공급되는 열량 변화에 따른 연소실 온도를 미리 예상하므로써 연소실의 목표 온도만을 설정하고도 보다 정확하고 효율적으로 연소실의 온도를 제어할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 다수개의 연소실을 구비한 코크스로에 연료가스를 일정시간 공급하여 코크스를 제조하는 코크스로의 조업방법에 있어서,

   조업하고자 하는 연소실의 목표온도(Tm)를 설정하는 단계;

   상기 목표온도(Tm)에 이르고자 하는 연소실의 공급 열량(Qa)과 공급시간(ta)을 임의로 설정하는 단계;

   한 개의 연소실 온도 1℃ 상승에 필요한 연료가스의 유량(f₁)에 연소실 개수(n)를 곱하여 코크스로 온도 1℃ 상승에 필요한 연료가스의 유량(F₁)을 계산하는 단계;

   상기 코크스로 온도 1℃ 상승에 필요한 연료가스의 유량(F₁)과 공지된 연료가스의 발열량(q_GAS)을 곱하여 코크스로 온도 1℃ 상승에 필요한 열량(Q₁)을 계산하는 단계;

   이전에 연소실의 온도(T')와 그 때 공급 열량(Q') 정보를 기초로 수학식1에 의해 이론 연소실의 온도(Tt)를 구하는 단계;

   상기 이론 연소실의 온도를 보정하여 수학식2에 의해 예측온도(Tp)를 계산하는 단계;

   계산된 예측온도(Tp)와 상기에서 설정된 목표온도(Tm)를 비교하여 예측온도와 설정된 목표온도가 틀리면, 상기에서 임의로 설정된 공급열량(Qa)과 공급시간(ta)을 바꿔 새로운 예측온도를 계산하고, 예측온도와 설정된 목표온도와 같으면 임의로 설정된 공급열량과 공급시간을 실제 공급되는 열량과 공급시간으로 정하는 단계; 및

   상기에서 정해지는 공급 열량(Q)을 상기 공급시간(t) 만큼 열량을 공급하는 단계;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 코크스로의 연소온도 제어방법