KR20020047774A - 코크스 오븐의 탄화실 압력 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 코크스 오븐의 탄화실 압력 제어장치에 관한 것으로, 본 발명은 코크스 오븐의 탄화실 압력을 제어하는 장치에 있어서, 상승관 하부(30)의 압력을 측정하는 제1 압력 측정센서(S1); 암모니아 탱크에서 상승관 곡관부에 설치된 고압 안수노즐(8)로 연결된 고압안수라인에 설치한 조절밸브(20); 사전에 설정압력, 압력별 제어할 개도율을 입력해 두고, 상기 제 압력측정센서(30)로부터의 압력측정값으로 건류시간에 따른 압력변화를 연속적으로 감시하고, 이 측정된 압력이 설정 압력(양압)보다 높은 경우 그 차압력의 크기에 따라 조절밸브(20)의 개도를 제어하는 제어부(21);를 포함하며, 이와같은 본 발명에 의하면, 코크스 오븐의 상승관 하부, 장입구 및 오븐 도어 하부에서 압력을 연속적으로 측정하고, 이에 따라 고압안수 라인에 설치된 유량 조절 밸브를 제어하여 안수 유량을 조절함으로서, 건류초기 탄화실 내 압력을 약간의 양압이 되도록 조절하여 코크스 오븐에서 석탄 건류시 건류초기 오븐 도어로부터 가스 누출을 방지할 수 있다.

Description

코크스 오븐의 탄화실 압력 제어장치{APPARATUS FOR CONTROLLING CHAMBER PRESS IN COKES OVEN}

본 발명은 코크스 오븐의 탄화실 압력 제어장치에 관한 것으로, 특히 코크스 오븐의 상승관 하부, 장입구 및 오븐 도어 하부에서 압력을 연속적으로 측정하고, 이에 따라 고압안수 라인에 설치된 유량 조절 밸브를 제어하여 안수 유량을 조절함으로서, 건류초기 탄화실 내 압력을 약간의 양압이 되도록 조절하여 코크스 오븐에서 석탄 건류시 건류초기 오븐 도어로부터 가스 누출을 방지할 수 있는 코크스 오븐의 탄화실 압력 제어장치에 관한 것이다.

도 1은 종래 코크스 온븐의 구조도로서, 도 1을 참조하면, 야금용 코크스 제조를 위해 코크스 오븐에서 석탄을 건류할 때 발생하는 가스(COG)는 탄화실 상부의 가스통로(gas way)(9)와 상승관(4)을 통해 가스 포집관(gas collecting main)(5)에 포집되며, 셕숀메인(suction main)을 거쳐 후 공정인 가스 정제공정의 배기 송풍기에 의해 배송된다. 이때, 석탄 건류시 발생하는 가스량은 장입 직후에는 매우 많으나, 급격하게 감소하여 건류 개시로부터 대략 4~5시간 후에는 거의 일정해진다. 또한, 건류 최종단계에서 발생 가스량은 약간의 최대 값을 보인 후 급격하게 감소하여 석탄 건류가 완료된다.

그리고, 발생 가스중의 가스 성분은 건류초기에는 주로 메탄의 발생량이 많으며, 건류말기에는 수소의 발생량이 증가한다. 이와같은 코크스 오븐에서 석탄 건류 가스를 송풍기의 흡인력에 의해 배송시 가스 포집관(5)의 압력은 가스 포집관과 연결된 셕숀메인에 설치된 PIC(pressure indication control)의 개도 조절에 의해 수mmH2O 정도의 일정한 압력으로 유지되며, 또한 전 건류시간을 통해 상승관 곡관부에 설치된 저압 안수(7)를 분무하여 발생 가스의 온도를 낮추고 안수 분무효과에 의해 탄화실 내 압력을 낮추게 된다.

한편, 셕숀메인의 PIC나 상승관 곡관부에서 안수 조절에 의해 탄화실 내 압력을 약간의 양압으로 일정하게 유지하는 것은 코크스 오븐의 조업에서 매우 중요하다. 즉 탄화실 내 압력을 높게 유지하면 석탄 건류 가스가 오븐 밖으로 누출되어 환경적인 문제가 발생하고, 연소실로 누출되면 연소실에서 불완전연소가 되어 연돌에서 흑연이 발생하는 문제가 발생하게 된다. 또한 탄화실 내 압력이 0mmH2O이하로 유지되면 외부 공기가 탄화실 내로 유입되어 탄화실 내에서 작은 폭발이 일어나게 되고 석탄 건류가스의 발열량이 저하되며, 공기가 유입되는 곳에서 국부적인 연소에 의해 노체변형 등의 손상을 일으키게 된다. 탄화실 내의 압력은 셕숀메인의 PIC 개도 조절, 상승관 곡관부에서 안수 분무효과 및 석탄 건류로부터 발생하는 가스유량의 복합작용에 의해 결정된다.

상기 셕숀메인(suction main)의 PIC 개도조절과 상승관 곡관부에서 안수 분무에 의해 탄화실 내 압력을 일정하게 유지하려고 해도 석탄 건류가스는 건류시간에 따라 발생량이 일정하지 않기 때문에 건류초기에는 건류가스량이 많아 탄화실 내의 압력이 높고 건류말기에는 발생 가스량이 적어 음압으로 되는 경우도 있다.

이와같이 종래 코크스 오븐에서 석탄이 건류되는 동안 탄화실 내의 압력은 셕숀메인의 PIC 개도 조절에 의해 가스 포집관(5) 내의 압력을 수mmH2O로 유지하고 상승관 곡관부에 설치된 저압 안수(2기압)(7)의 분무에 의해 약간의 양압으로 유지하려고 한다. 그리고, 탄화실에 석탄을 장입하는 동안 급격한 가스 발생에 의한 분진 발생 및 오븐 밖으로 가스누출을 방지하기 위해, 상승관 곡관부에 설치된 고압안수(40기압)(8)를 분무하여 탄화실 내의 압력을 음압으로 유지하고 석탄 장입 후에는 고압 안수를 닫는다. 고압 안수를 닫은 후에는 건류초기에 가스 발생량이 많기 때문에 오븐 도어를 통해 가스 누출이 일어난다.

또한, 종래의 코크스 오븐 탄화실 내의 압력을 조절하는 방법으로는 코크스로 상승관 곡관부의 압력을 연속적으로 측정해서 곡관부의 압력이 발생 가스량에 대해 예정된 소정의 패턴이 되도록 상승관 곡관부에 분무되는 안수 유량, 압력 및 댐퍼 개도를 조절하는 방법(특개평9-310072)이 제안되었다. 이 방법에서는 건류초기에는 탄화실 상부의 가스 통로(9) 압력을 0mmH2O로 조절하고 건류 중기부터 말기까지는 오븐 하부의 압력을 0mmH2O로 조절한다. 또한 실시예에서 보면 탄화실 압력조절을 위해 저압 안수의 압력을 0~20기압으로 조절하였다.

그러나, 도 2에 나타낸 것처럼, 단지 상승관 곡관부의 압력만을 측정하여 탄화실 상부의 가스통로의 압력(9)과 오븐 하부의 압력(32)을 0mmH2O 로 조절하는 것은 매우 어렵다. 또한 상승관 곡관부의 압력을 측정하여 건류중기부터 말기까지 오븐 하부의 압력을 0mmH2O로 유지할 경우 석탄 건류 가스 유량 및 탄화실 내 압력 요동으로 탄화실 내 압력이 음압이 될 가능성이 매우 높기 때문에 외부 공기가 탄화실 내로 유입되는 문제점이 있다.

또한, 상승관 곡관부에는 장입시 분진 발생 방지와 발생되는 가스의 냉각을 위해 고압안수(40기압)와 저압안수(2기압)를 사용한다. 또한 종래 기술에서는 탄화실 압력조절을 위해 저압 안수 압력을 20기압까지 조절하였는데 기존의 저압안수로는 불가능하기 때문에 저압안수 펌프의 용량을 크게 늘려야 하므로 상당한 설비 비용이 요구되는 문제점이 있다.

다시 설명하면, 셕숀메인의 PIC 개도 조절에 의해 가스 포집관(5)의 압력을 7mmH2O로 유지하고 상승관 곡관부에 설치된 저압 안수(2기압)를 분무하여 코크스 오븐을 조업할 경우 도 2에 나타난 것처럼 석탄 장입 초기에 오븐 하부에서 높은압력을 나타내지만, 건류중기부터 말기까지는 대략 탄화실 내의 압력은 수mmH2O를 유지한다. 탄화실에 석탄을 장입하는 동안 급격한 가스 발생에 의한 분진 발생 및 오븐 밖으로 가스누출을 방지하기 위해 상승관 곡관부에 설치된 고압안수(40기압)(8)을 분무하면 탄화실 내의 압력은 순간적으로 대략 30mmH2O 정도의 압력이 걸려 외기의 공기가 석탄 장입 동안 오븐 내로 유입되며, 그리고 석탄 장입 종료 후 고압안수를 닫은 후 건류초기에 오븐 하부에서의 압력이 대략 수백mmH2O가 되기 때문에 발생 가스가 오븐 밖으로 누출이 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 따라서, 본 발명의 목적은 코크스오븐의 상승관 하부, 장입구 및 오븐 도어에서의 압력을 연속적으로 측정하고, 이 측정값에 따라 건류초기 탄화실 내의 압력이 약간의 양압이 되도록 상승관의 고압안수의 유량을 조절함으로서, 코크스오븐에서 건류초기 건류가스가 오븐 도어로 누출되는 것을 방지할 수 있는 코크스 오븐의 탄화실 압력 제어장치를 제공하는데 있다.

도 1은 종래 코크스 온븐의 구조도이다.

도 2는 종래 고압안수 유량 미조절시 건류시간에 따른 각부의 압력변화 그래프이다.

도 3은 본 발명에 따른 코크스 오븐의 탄화실 압력 제어장치의 구성도이다.

도 4는 도 3의 탄화실 압력 제어장치의 동작흐름도이다.

도 5는 고압안수 조절밸브 개도에 따른 상승관 하부 압력변화 그래프이다.

도 6은 본 발명에 따라 고압안수 유량조절시 건류시간에 따른 각부의 압력변화 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 코크스 오븐 2 : 탄화실

3 : 오븐 도어 4 : 상승관

5 : 가스 포집관(gas collecting main) 6 : 댐퍼

7 : 저압 안수 노즐 8 : 고압 안수 노즐

9 : 가스 통로(gas way) 20 : 조절밸브

21 : 제어부 30 : 상승관 하부

31 : 장입구, 32 : 오븐 도어 하부

S1,S2,S3 : 제1,제2,제3 압력 측정센서

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단으로써, 본 발명의 장치는 코크스 오븐의 탄화실 압력을 제어하는 장치에 있어서, 상승관 하부의 압력을 측정하는 제1 압력 측정센서; 암모니아 탱크에서 상승관 곡관부에 설치된 고압 안수노즐로 연결된 고압안수라인에 설치한 조절밸브; 사전에 설정압력, 압력별 제어할 개도율을 입력해 두고, 상기 제 압력측정센서로부터의 압력측정값으로 건류시간에 따른 압력변화를 연속적으로 감시하고, 이 측정된 압력이 설정 압력(양압)보다 높은 경우 그 차압력의 크기에 따라 조절밸브의 개도를 제어하는 제어부;를 포함함을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 코크스 오븐의 탄화실 압력 제어장치에 대해서 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 발명에 참조된 도면에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 코크스 오븐의 탄화실 압력 제어장치의 구성도로서, 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 코크스 오븐의 탄화실 압력 제어장치는 상승관 하부(30)의 압력을 측정하는 제1 압력 측정센서(S1)와, 암모니아 탱크(10)에서 상승관 곡관부(15)에 설치된 고압 안수노즐(8)로 연결된 고압안수라인에 설치한 조절밸브(20)와, 사전에 설정압력, 압력별 제어할 개도율을 입력해 두고, 상기 제 압력측정센서(30)로부터의 압력측정값으로 건류시간에 따른 압력변화를 연속적으로 감시하고, 이 측정된 압력이 설정 압력(양압)보다 높은 경우 그 차압력의 크기에 따라 조절밸브(20)의 개도를 제어하는 제어부(21)를 포함한다.

또한, 상기 코크스 오븐의 탄화실 압력 제어장치는 장입구(31)의 압력을 측정하는 제2 압력 측정센서(S2)와, 오븐 도어 하부(32)의 압력을 측정하는 제3 압력 측정센서(S3)를 더 포함한다.

그리고, 상기 제어부(21)는 설정압력, 압력별 제어할 개도율을 입력하고, 제어동작의 시작과 종료를 입력하기 위한 키입력부와, 상기 제1-제3 압력 측정센서(S1-S3)로부터 측정된 압력을 건류시간별로 화면으로 표시하는 화면표시부를 포함한다.

도 4는 도 3의 탄화실 압력 제어장치의 동작흐름도이고, 도 5는 고압안수 조절밸브 개도에 따른 상승관 하부 압력변화 그래프이며, 도 6은 본 발명에 따라 고압안수 유량조절시 건류시간에 따른 각부의 압력변화 그래프이다.

이와같이 구성된 본 발명의 장치에 따른 동작을 첨부도면에 의거하여 하기에 상세히 설명한다.

도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 코크스 오븐의 탄화실 압력 제어장치의 동작을 설명하면, 먼저, 본 발명의 제어부(21)의 키입력부를 통해서 설정압력, 압력별 제어할 개도율을 비롯한 입력 제어에 필요한 각종 데이터를 입력하고, 압력제어를 시작한다(도 4의 S41).

한편, 제1 압력 측정센서(S1)는 상승관 하부(30)의 압력을 측정하고, 제2 압력 측정센서(S2)는 장입구(31)의 압력을 측정하며, 제3 압력 측정센서(S3)는 오븐 도어 하부(32)의 압력을 측정한다.

이와같은 측정된 압력은 상기 제어부(21)로 제공되는데, 이때 제어부는 상기 제1,제2 및 압력측정센서(S1,S2,S3)로부터의 압력측정값으로 건류시간에 따른 압력변화를 연속적으로 감시하여 화면표시부로 출력하여 조압자가 각부의 압력상태를 건류시간별로 확인할 수 있도록 한다.

그리고, 상기 제어부(21)는 상기 입력받은 압력중 제1 압력측정 센서(S1)로부터의 상승관 하부(30)의 압력을 기 설정 압력(양압)과 비교하여(도 4의 S42), 상기 상승관 하부의 압력(Ps1)이 설정압력보다 높은 경우에는 조절밸브(20)를 제어하여 암모니아탱크(10)로부터 상승관 곡관부(15)로 고압 안수 노즐(8)을 통해 안수되는 유량을 조절하게 된다(도 4의 S43,S44).

즉, 상기 상승관 하부의 압력과 설정압력과의 차압력의 크기에 따라 조절밸브(20)의 개도를 제어하는데, 예를들어, 설정압력이 3mmH2O일 경우에, 측정압력이 설정압력(3mmH2O)보다 큰 경우, 그 차압력을 2mmH2O단위로, 또는 5mmH2O단위로, 또는 7mmH2O단위등으로 구분하여, 그 차압력 크기에 따라 조절밸브(20)의 개도율을 20%에서 60%사이에서 단계적으로 증가시키도록 한다. 이와같이 하여 본 발명에서는건류초기에는 탄화실 상부의 가스 통로의 압력(9)을 건류중기부터 말기까지는 오븐 하부(32)의 압력을 0mmH2O로 조절할 수 있다.

본 발명의 코크스 오븐의 탄화실 압력 제어장치를 이용하여 6.7m의 코크스 오븐에서 석탄 수분 조절장치에 의해 건조된 장입탄을 오븐에 장입하여 건류하였으며, 총 건류시간은 대략 20시간이며, 고압 안수의 압력은 40기압이고, 저압 안수의 압력은 2기압이다. 또한 가스 포집관(5)의 압력은 셕숀메인의 PIC를 조절하여 7mmH2O로 일정하게 유지되었다.

실시예 1.

종래의 코크스 오븐 조업, 즉 고압 안수의 유량을 조절하지 않았을 때, 상승관 하부(30), 장입구(31) 및 오븐 도어 하부(32)에 설치된 압력 센서를 이용하여 오븐에 석탄을 장입하여 압출전까지 탄화실 내의 압력변화를 측정하였으며, 이것을 도 2에 나타내었다.

도 2에서 보듯이 상승관 하부(30)와 장입구(31)에서의 압력변화 형태는 거의 유사한 패턴을 나타내고 있다. 석탄 장입후 건류초기에는 장입구(31)가 상승관 하부(30)보다 약간 높은 압력을 나타내지만 건류 말기에는 상승관 하부의 압력이 장입구보다 약간 높게 나타났다. 이것은 건류초기에는 많은 양의 가스가 발생하지만 건류말기로 갈수록 발생되는 가스가 감소하기 때문이다.

따라서 건류 초기에는 상승관(4)에서 먼 coke side에서 가스 누출이 일어날 가능성이 많다고 볼 수 있다. 또한 전체적으로 장입구(31)와 상승관 하부(30)에서의 압력은 가스 포집관(5)에서의 압력인 7mmH2O 보다 약간 높은 압력을 나타낸다. 오븐 도어 하부(32)에서의 압력은 건류초기 매우 높은 압력을 나타내며 건류시간에 따라 급격히 감소하여, 장입후 대략 5시간이 경과하면 10mmH2O 이하로 감소하며 건류말기에는 수mmH2O정도를 나타내었다.

이와 같이 초기에 매우 높은 압력을 나타내는 것은 석탄 장입 초기 다량 발생한 가스가 오븐 도어(3) 측의 가스통로를 통해 미처 빠져나가지 못하기 때문이다. 이것은 건류초반에 오븐 도어(3)의 가스통로가 장입된 석탄 및 타르 등으로 일부 막히는 것으로 추정된다. 따라서 건류초기에 오븐 도어를 통한 가스 누출의 가능성이 매우 높다고 볼 수 있다. 건류가 진행됨에 따라 가스 발생량의 감소, 코크스 수축 등으로 오븐 도어 하부에서의 압력은 급격히 감소한다.

실시예 2.

상승관 곡관부에 설치된 고압 안수 라인에 안수 유량을 조절할 수 있는 조절밸브(20)를 설치하고, 안수 유량변화에 따른 압력변화, 즉 조절밸브(20)의 개도 조절에 의한 건류초기 탄화실 내 압력조절을 위해 조절밸브의 개도에 따른 상승관 하부(30)에서의 압력을 측정하였으며, 이를 도 5에 나타내었다.

그림에서 X축은 밸브 개도를 Y축은 상승관 하부(30)의 압력을 나타낸다. 그림에서 보듯이 조절밸브(20)의 개도가 20%에서 60%사이에서 상승관 하부(30)의 압력이 5mmH2O에서 30mmH2O범위에서 조절됨을 알 수 있다.

오븐에 석탄을 장입하고 장입 직후부터 건류초기까지 고압 안수 유량을 변화시켰을 때 상승관 하부(30), 장입구(31) 및 오븐 도어 하부(32)에 설치된 압력센서로부터 탄화실 내의 압력변화를 측정하였으며, 이것을 도 6에 나타내었다.

따라서, 고압 안수라인에 안수 유량 조절 밸브(20)를 설치하여 오븐에서 석탄 건류시 건류초기 오븐으로부터의 가스 누출은 고압 안수 유량을 조절하여 방지할 수 있다.

상술한 바와같은 본 발명에 따르면, 이상의 실시예에서 보면 코크스 오븐에서 석탄 장입시 분진발생 및 가스 누출 방지를 위해 사용하는 상승관 곡관부에 설치된 고압 안수 라인에 안수 유량 밸브를 설치하여 석탄 장입 후 건류초기 오븐 도어로부터의 가스 누출은 고압 안수 유량을 조절하여 방지할 수 있겠다. 이는 코크스 오븐 조업의 안정성 및 오븐 조업시 가스 누출 방지에 의한 환경문제에 대응할 수 있겠다.

이상의 설명은 본 발명의 일실시예에 대한 설명에 불과하며, 본 발명은 그 구성의 범위내에서 다양한 변경 및 개조가 가능하다.

Claims (2)

1. 코크스 오븐의 탄화실 압력을 제어하는 장치에 있어서,

   상승관 하부(30)의 압력을 측정하는 제1 압력 측정센서(S1);

   암모니아 탱크에서 상승관 곡관부에 설치된 고압 안수노즐(8)로 연결된 고압안수라인에 설치한 조절밸브(20);

   사전에 설정압력, 압력별 제어할 개도율을 입력해 두고, 상기 제 압력측정센서(30)로부터의 압력측정값으로 건류시간에 따른 압력변화를 연속적으로 감시하고, 이 측정된 압력이 설정 압력(양압)보다 높은 경우 그 차압력의 크기에 따라 조절밸브(20)의 개도를 제어하는 제어부(21);를 포함함을 특징으로 하는 코크스 오븐의 탄화실 압력 제어장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 코크스 오븐의 탄화실 압력 제어장치는

   장입구(31)의 압력을 측정하는 제2 압력 측정센서(S2);

   오븐 도어 하부(32)의 압력을 측정하는 제3 압력 측정센서(S3);를 더 포함하고,

   상기 제어부(21)는 상기 측정한 압력을 건류시간별로 화면으로 표시하는 화면표시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 코크스 오븐의 탄화실 압력 제어장치.