KR20020002114A - 코크스 수분 자동제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 건식으로 코크스를 냉각하는 설비에서 코크스 냉각설비의 운전조건에 따라 결정되는 코크스의 온도와 배출량을 기준으로 목표수분 값과 그에 따른 살수량을 정하고 이 목표수분 값을 지속적으로 트레이스 하여 배출 코크스가 항상 일정한 수분을 함유하도록 한 코크스 수분 자동제어 방법을 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명의 구성은 코크스 건식 냉각설비에서 배출되는 코그스의 온도와 배출량을 이송벨트의 입측에서 측정하는 단계와, 측정된 코크스 온도와 배출량으로 목표수분 값을 정하여 살수량을 계산하고 계산된 살수량이 코크스에 살수되도록 유량공급밸브를 제어하는 단계와, 이송벨트의 출측에서 코크스의 일부를 채취하여 수분을 분석하는 단계와, 상기 단계에서 분석된 수분 값을 목표수분 값에 비교하여 오차가 나타날 경우 그 오차를 상쇄시키는 방향으로 살수량을 조절하기 위해 수량제어밸브의 개도를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명은 코크스에 잔류하는 수분량을 항상 일정하게 유지시킬 수 있어 코크스 이송중의 분진발생을 최소화시킬 수 있다.

Description

코크스 수분 자동제어 방법{An automatic moisture control method of cokes}

본 발명은 건식으로 코크스를 냉각하는 설비에서 이송중의 코크스 분진을 예방하기 위한 살수 방법에 관한 것으로, 특히 코크스 냉각설비의 운전조건에 따라 결정되는 코크스의 온도와 배출량을 기준으로 목표수분 값과 그에 따른 살수량을 정하고 이 목표수분 값을 지속적으로 트레이스 하여 배출 코크스가 항상 일정한 수분을 함유하도록 한 코크스 수분 자동제어 방법에 관한 것이다.

코크스 오븐에서 건류 완료된 적열상태의 코크스를 건식으로 처리하여 배출되는 코크스는 온도가 100~250℃ 범위에 있어 수분을 포함하지 않는다. 수분이 없음에 따라 나타나는 문제는 분진의 과다발생으로 공해문제를 야기하며 용광로에서의 습식 코크스와 혼합 사용하는 경우 수분의 편차가 증대되어 조업관리에 문제점이 발생한다.

일반적인 코크스 수분값 조절은 설비 후단에 설치된 살수라인의 수동밸브를 조정하여 살수량을 증감 시켜왔다. 그 살수량은 코크스의 수분이 목표치보다 낮으면 운전자가 살수밸브를 종전보다 더 열어서 살수량을 증가시키고 반대로 수분이 높으면 그 밸브의 개도를 줄여서 코크스의 수분 함유율을 항상 일정히도록 조절하게 된다. 그러나 건식 처리설비에서 배출되는 코크스 온도는 운전조건에 의하여 연속적으로 변동되므로 적절한 물의 량을 설정하는데 곤란성이 있다.

도 1은 종래의 코크스 수분 제어를 위한 제어시스템의 블록구성도이다.

여기에서 참고되는 바와 같이, CDQ(12)에 투입된 핫코크는 그 내부의 쿨링샤프트의 회전에 의해 일정온도로 냉각된다. 이렇게 냉각된 코크스는 냉각 코크스 배출장치(13)애 의해 이송벨트 위로 배출되어 이송되게 된다. 이때 이송벨트의 입측에서 코크스의 온도와 중량이 각각 온도측정센서(14)와 중량측정센서(15)에서 측정되어 CDQ 운전용 DCS(19)에 입력된다.

이에 따라 CDQ운전용DCS(19)는 코크스의 중량 및 온도값으로 정해지는 살수량을 연산하여 작업자에게 디스플레이를 통하여 살수분량을 볼 수 있게 한다. 이러한 살수량 값을 작업자가 인지하여 살수량 수동조절 밸브(16)를 열어주는 것으로 살수노즐을 통해 적정량의 물이 코크스에 살수되게 하고 있었다.

그러나 이와 같은 종래의 코크스 수분조절방식은 CDQ(12)에서 배출되는 코크스의 량과 온도가 실시간으로 변화하게 되므로 살수시점과 검출시점과의 사이에 오차가 발생하게 되어 정확한 살수를 수행할 수 없었다.

특히, 코크스의 수분조절이 작업자의 수동조절에만 의존해 왔기 때문에 작업이 숙련도에 따른 코크스 수분함유 편차가 심하게 나타나게 되는 단점이 있었다.

본 발명의 목적은 건식으로 코크스를 냉각하는 설비에서 코크스 냉각설비의 운전조건에 따라 결정되는 코크스의 온도와 배출량을 기준으로 목표수분 값과 그에 따른 살수량을 정하고 이 목표수분 값을 지속적으로 트레이스 하여 배출 코크스가 항상 일정한 수분을 함유하도록 하기 위한 코크스 수분 자동제어 방법을 제공하는 데 목적이 있다.

도 1은 종래의 코크스 건식소화시 코크스 수분조절시스템의 블록구성도이다.

도 2는 본 발명의 코크스 건식소화시 코크스 수분조절시스템의 블록구성도이다.

도 3은 본 발명의 코크스 수분 자동제어과정을 설명하기 위한 흐름도이다.

※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※

11 : 적열 코크스 12 : CDQ(코크스 냉각설비)

13 : 냉각 코크스 배출장치 14 : 온도측정센서

15 : 중량측정센서 16 : 살수량 수동조절 밸브

17 : 살수노즐 18 : 수분측정기

19 : CDQ운전제어DCS 20 : 수분자동제어DCS

21 : 수량제어밸브 22 : 수량측정기

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 코크스 건식 냉각설비에서 배출되는 코그스의 온도와 배출량을 이송벨트의 입측에서 측정하는 단계와, 측정된 코크스 온도와 배출량으로 목표수분 값을 정하여 살수량을 계산하고 계산된 살수량이 코크스에 살수되도록 유량공급밸브를 제어하는 단계와, 이송벨트의 출측에서 코크스의 일부를 채취하여 수분을 분석하는 단계와, 상기 단계에서 분석된 수분 값을 목표수분 값에 비교하여 오차가 나타날 경우 그 오차를 상쇄시키는 방향으로 살수량을 조절하기 위해 수량제어밸브의 개도를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 코크스 건식소화시 코크스 수분조절시스템의 블록구성도이다. 여기에서 참고되는 바와 같이, CDQ(12)에 투입된 핫코크는 그 내부의 쿨링샤프트의 회전에 의해 일정온도로 냉각되게 구성하고, 이렇게 냉각된 코크스는 냉각 코크스 배출장치(13)애 의해 이송벨트 위로 배출되게 구성한다.

상기 이송벨트의 입측에는 코크스의 온도와 중량을 센싱하기 위한 온도측정센서(14)와 중량측정센서(15)를 설치한다.

이 센서들에 의해 센싱된 코크스의 온도검출 값과 중량검출 값은 수분자동제어DCS(20)에 입력되게 구성하고 또한 살수용 급수파이프 상에 설치된 수량측정기(22)에 의해 검출된 수량신호와 수분측정기(18)에 의해 측정된 코크스내 수분 값 검출신호도 상기 수분자동제어DCS(20)로 제공되게 구성한다.

상기 수분자동제어DCS(20)의 코크스 수분조정용 살수량 조절신호에 의해서는 수량제어밸브(21)가 제어되게 구성한다.

이와 같이 구성된 본 발명에서의 수분제어과정을 설명하면 다음과 같다.

개발된 코크스 건식소화(CDQ)시 코크스 수분 자동제어는 CDQ에서 배출되는코크스의 온도를 측정하는 온도측정센서(14)와 동시에 배출량을 측정하는 중량측정센서(15)에서 측정되는 온도와 배출량이 코크스 수분을 제어하는 수분자동제어 DCS(20)에 전달된다.

이 수분자동제어DCS(20)에서는 코크스의 온도와 량을 바탕으로 목표 하고자 하는 수분이 될 수 있는 살수량을 계산하고 계산된 살수량에 맞도록 공급수량을 수량제어밸브(21)를 조절한다. 수량측정기(22)에 의해서는 상수량을 계측할 수 있다. 이 살수량 계측량은 상기 수분자동제어DCS(200에 제공되어 코크스 수분제어 요소의 하나로 이용된다.

제어된 코크스의 수분은 수송중 일부가 이송벨트의 출측부분에서 수분측정기(18)에 의해 채취되어 분석된다.

이 분석치와 사전에 설정한 목표치가 상이할 경우 원래의 살수량 계산 수식이 자동적으로 보정되어 코크스 수분이 일정한 범위에 들어오도록 자동제어된다.

수분제어 수식 수립과정은 다음과 같다.

먼저, 배출되는 코크스의 온도와 량에 의하여 총량을 계산한다.

T_mcal_1 = Discharge * Temp * Cp_coke(Mcal/Hr)-------식1

상기 식1에서 T_mcal_1 : 살수전 총열량(Kcal/Hr), Discharge : 배출량(T/Hr), Temp1 : 배출 코크스 온도(℃), Cp_coke : 비열(0.36 Mcal/T℃)로 정의된다.

예를들어 배출량 170 T/Hr, 배출온도 160℃로 배출된다면,

T_mcal_1(총열량)=170 t/h * 160℃ * 0.36 Mcal/T℃) = 9,792 Mcal/Hr이다.

살수후 수송되는 코크스 수분을 측정하는 곳에서의 코크스 온도는 상온이다. 즉, 높은 온도에서 살수하여 살수된 물이 증발하면서 코크스의 온도가 하강하고 일부는 코크스에 남아 코크스의 수분으로 남게 된다. 그러므로 증발되고 코크스에 잔류한 물의 량이 목표한 수분에 접근해야 하는 것이다.

Water_Moist = Moist_Target * Discharge/(1 - Moist_Target)(Ton/Hr)---식2

상기 식2에서 Water_Moist : 수분측정하는 부분에서의 코크스 중에 포함된 물의 량(Ton/Hr), Water_Target : 목표하고자하는 수분의 비, Discharge : 배출량(Ton/Hr)으로 정의된다.

목표수분을 3%, 배출량 170 Ton/Hr 인 경우에 코크스에 잔류하는 물의 량은

0.03 * 170 /(1-0.03) = 5.26 T/Hr 이다.

코크스의 온도하락을 위해 필요한 물의 량은 코크스 온도하락 분에 대한 열량을 소모할 수 있는 물의 량을 계산한다.

T_mcal_2 = Discharge * Temp2 * Cp_coke (Mcal/Hr)------ 식3

상기 식3에서 T_mcal_2 : 살수후 총열량(Kcal/Hr), Discharge : 배출량(T/Hr), Temp2 : 살수후 상온으로 냉각된 코크스 온도(℃), Cp_coke : 비열(0.36 Mcal/T℃)로 정의된다.

예를들어, 배출량 170 T/Hr, 배출온도 20℃로 배출된다면,

T_mcal_2 = 170 t/h * 20℃ * 0.36 Mcal/T℃ = 1,224 Mcal/Hr 와 같이 계산된다.

살수된 물에 의하여 냉각되어야할 열량은

T_mcal = T_mcal_1 -T_mcal_2 (Mcal/Hr) ----------- 식4

즉, 170T/Hr로 조업되며 배출 코크스온도가 160 →20℃로 하강된다면 없어져야 할 열량은 9,792 - 1,224 = 8,568 Mcal/Hr 이 되는 것이다.

식 4에 의해 계산된 열량을 상쇄시키기 위한 물의 량은 다음과 같이 계산된다.

Water_vap = T_Mcal / (100-Temp2 + Vap-cal) (T/Hr) -------------식5

상기 식 5에서 Water_vap : 증발되어야 할 물의 량(T/Hr), Vap_cal : 증발열량(540 Mcal/T)으로 정의된다.

즉, 170T/Hr로 조업되며 배출 코크스온도가 160 →20℃로 하강된다면 증발에 필요한 물의 량은 8568 / (100-20 + 540) = 13.819 Ton/Hr가 되는 것이다.

따라서 살수된 물이 코크스의 냉각에 완전히 사용된다면 냉각후 잔류하는 수분과 증발에 필요한 량의 합이 될 것이다.

Water_spray1 = Water_Moist + Water_vap (T/Hr) ---------- 식6

식 6에서 Water_spray1은 이론적으로 계산된 살수량이다.

즉, 170T/Hr로 조업되며 배출 코크스온도가 160 →20℃로 하강되면서 목표 수분을 3%로 한다면 살수해야할 양은 13.8 + 5.26 이므로 19 T/Hr 으로 결정된다.

그러나 실제 살수에 있어서는 비산되는 량을 고려해야 하며 배출시의 코크스 온도는 코크스 덩어리 표면의 온도이므로 덩어리 내부의 온도는 표면보다 높다. 이런 것들을 고려하기 위하여는 실제 현장에서의 실험이 필요하다. 따라서 유량계에 의하여 조절된 살수량을 배출 코크스에 살수한 결과는 다음 표1과 같다.

실험수	배출량(T/Hr)	배출온도(℃)	살수량	코크스수분(%)	살수량비(실적/이론)
			이론	실적		목표	실적
1	170	150	19.0	24.9	3.0	3.2	1.31
2	163	170	19.2	25.1	3.0	2.9	1.30
3	150	130	14.2	18.9	3.0	3.1	1.33
4	170	145	19.4	26.0	4.0	4.2	1.34
5	170	140	17.1	22.8	2.0	2.2	1.33

표 1의 실험 결과, 살수중에 비산되는 량과 기타 소모되는 량을 고려하여 볼 때 계산된 량의 1.30배정도 증가하여 살수하면 될 것으로 예측된다.

또한 수분측정 결과가 목표치와 차이가 날 때 그에 따른 살수량 보정에 있어 그 증발량은 필요한 열량에 의하여 계산된 것이므로 코크스에 함유된 잔류 수분량을 추가로 살수해주면 될 것이다. 이때는 목표수분과 실적수분의 차이가 배출량과의 관계에서 계산이 가능하다.

Water_bojung = Discharge * (Moist_Target - Moist_result) (T/Hr) - 식7

식 7에서 Water_bojung : 코크스 수분측정치에 의한 살수량 가감량(T/Hr)

Moist_result : 살수후의 코크스 수분 측정치 이다.

측정된 수분이 목표치에 접근하지 않을 경우는 자동적으로 식7에 의하여 보정 되는 것이다. 결국 최종적인 살수량 결정 값은

Water_spray = Water_spray1 + Water_bojung (T/Hr) --- 식8

과 같이 결정된다.

그러므로 CDQ에서 배출되는 코크스의 량 및 온도에 적절하게 자동적으로 수분제어가 이루어지게 되는 것이다.

이런 계산은 수분자동제어DCS(20)에서 코크스의 온도와 배출량을 지속적으로검출하여 자동적으로 계산되고 살수량을 연속으로 제어하게 된다.

도 3은 본 발명의 코크스 수분자동제어 과정을 흐름도로서 표현한 것이다. 여기에서, 제1단게에서는 코크스 건식 냉각설비에서 배출되는 코그스의 온도와 배출량을 이송벨트의 입측에서 측정한다.

제2단계에서는 측정된 코크스 온도와 배출량으로 목표수분 값을 정하여 살수량을 계산하고 계산된 살수량이 코크스에 살수되도록 유량공급밸브를 제어한다.

제3단계에서는 이송벨트의 출측에서 코크스의 일부를 채취하여 수분을 분석한다.

제4단계에서는 이전 단계에서 분석된 수분 값을 목표수분 값에 비교하여 오차가 나타날 경우 그 오차를 상쇄시키는 방향으로 살수량을 조절하기 위해 유량공급밸브의 개도를 조절한다.

이러한 코크스의 수분 자동조절은 그 작업진행 프로그램이 종료할 때까지 위의 과정은 반복적으로 진행되면서 코크스의 수분함유량을 일정하게 유지시켜 주게 된다.

한편, CDQ에서 배출되는 코크스는 100℃ 이상이기 때문에 수분이 거의 함유하지 않는다. 수분이 없으므로 수송중 분진의 발생이 증가하여 공해측면에서의 문제를 일으키며 코크스를 사용하는 고로에서 수분의 변동에 의한 조업상 문제를 야기하게 된다. 이를 위하여 CDQ 후단에 건식처리후 배출되는 코크스 량과 온도를 검지하여 일정한 수분이 될 수 있도록 자동으로 살수하도록 하고 있는 것이다.

본 발명의 현장 실험적용결과 수분의 안정적인 제어가 가능함을 알 수 있었다. 이것은 종전의 운전자에 의한 살수량 수동 조절이 CDQ 조업상황을 고려하지 못하고 측정수분의 결과에만 의존하여 실제 수분 조정과는 거리가 있었음을 알 수 있다.

아래 표2는 실제 조업 적용에 따른 결과치 테이블을 보여주고 있다.

관리목표수분(%)	개발전	개발결과 적용 Test시
	조업일	측정 수분(%)	조업일	측정수분(%)
2	1999.12.1	5.1	1999.12.21	2.5
	1999.12.2	3.6	1999.12.22	3.0
	1999.12.3	1.1	1999.12.23	2.1
	1999.12.4	0.6	1999.12.24	1.8
	1999.12.5	1.0	1999.12.25	2.3
표준편차		1.97		0.45

여기에서 참고되는 바와 같이, 본 발명은 같은 기간의 목표 수분 관리에 있어 두 기간동안의 표준편차가 1.97에서 0.45로 개선되었음을 알 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 건식으로 코크스를 냉각하는 설비에서 코크스 냉각설비의 운전조건에 따라 결정되는 코크스의 온도와 배출량을 기준으로 목표수분 값과 그에 따른 살수량을 정하고 이 목표수분 값을 지속적으로 트레이스하여 배출 코크스가 항상 일정한 수분을 함유하도록 유지시켜 줌으로써 코크스 이송중의 분진발생을 최소화시킬 수 있는 효과가 얻어진다.

Claims (1)

1. 코크스 건식 냉각설비에서 배출되는 코그스의 온도와 배출량을 이송벨트의 입측에서 측정하는 단계와, 측정된 코크스 온도와 배출량으로 목표수분 값을 정하여 살수량을 계산하고 계산된 살수량이 코크스에 살수되도록 유량공급밸브를 제어하는 단계와, 이송벨트의 출측에서 코크스의 일부를 채취하여 수분을 분석하는 단계와, 상기 단계에서 분석된 수분 값을 목표수분 값에 비교하여 오차가 나타날 경우 그 오차를 상쇄시키는 방향으로 살수량을 조절하기 위해 수량제어밸브의 개도를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 코크스 수분 자동제어 방법.