KR200216739Y1 - 2차 노정압제어 장치 - Google Patents

Abstract

용광로에서 발생되는 고압의 개스흐름을 조속변으로 제어하여 노정압 발전기의 구동에 의해 전력을 생산하면서 조속변과 바이패스 밸브를 1개의 노정압 조절계에 의해 순차제어하여 노정압을 일정하게 유지시키는 기술이 개시된다.

Description

2차 노정압제어 장치

본 고안은 노정압 제어 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 비숍(bischoff) 스크레버 설비에 의한 2차 노정압 제어에 관한 것이다.

일반적으로, 용광로법에 의한 개스 청정방식은 벤츄리 스크레바(Venturi scrubber) 및 비숍(bischoff) 스크레버 방식으로 나눌 수 있다. 비숍 스크레버 방식에 의한 종래의 노정압제어 장치를 도 1을 참고하여 설명하면 다음과 같다.

일반적인 고로조업에서, 열풍로(111)로부터 열풍이 공급되는 용광로(blast furnace)(101)에 철광석이 환원되어 용선이 출선되고, 이때 용광로가스(blast furnace gas)가 발생된다. 이때 용선 생산량을 증대시키기 위해 용광로 내부의 가스압력을 올려서 조업을 행하며, 가스압력을 일정하게 제어하는 것을 노정압 제어라고 한다.

용광로 노정압 제어는 설비보수측면과 경제적측면을 고려하여 비숍 스크레버 방식을 채택하고 있다. 노정압 제어(blast furnce top press control)는 1차적으로 상승하는 가스압력을 측정하게 된다. 그리고, 2차 노정압 제어는 용광로(101) 내부의 압력이 일정하게 유지되도록, 비숍 스크레바(bischoff scrubbe; 103)를 구성하는 3개의 콘트롤 밸브(control valve)를 적절히 제어함으로써 수행된다. 이때, 3개의 콘트롤 밸브는 유압제어장치(103A)에 의해 제어된다.

이때, 수집기(112) 및 비숍 스크레바(103)를 통과한 용광로 배기가스에 의해 전력을 생산하기 위한 노정압 발전기(104)가 기동될 수 있다. 븍, 조속기 밸브(control valve: 이하, "GV"로 표기; 105) 및 바이패스 제어밸브(by pass control valve: 이하, "BCV"로 표기; 106)의 개폐에 따라 2차 노정압이 제어된다.

2차노정압은 압력센서(107)에 의해 측정된다. 조속기 밸브 조절계(110)에 의해 조속기 밸브(105)이 완전개방(full open)된 상태에서도, 계속적으로 2차노정압이 상승하면, BCV 조절계(109)에 의해 2차 노정압 설정치(set valve: 이하, "SV"로 표기)와 측정치(process valve: 이하, "PV"로 표기) 편차에 해당하는 제 1 출력신호(manipulation valve: 이하, "MV"로 표기)가 발생된다. 이때, 제 1출력신호 만큼 BCV(106)를 개방시킴으로써 2차 노정압의 상승이 억제된다.

BCV(106)의 개방에 따라 가스(gas)가 가스 홀더로 유입된다. GV(105)는 GV조절계(110)에서 출력되는 제 2출력신호에 의해 제어된다. 이러한 동작이 연속적으로 이루어지므로 항상 일정 압력을 유지할 수가 있다. 그러나, 이러한 노정압 제어는, GV와 BCV를 제어하기 위해 2개의 조절계(109,110)를 요구하고 있으므로, 다음과 같은 문제점이 발생하고 있다.

첫째, 노정압 발전기(104)는 용광의 노정압 제어를 하면서 전력을 생산하는것이 주목적이므로, 노정압 발전기의 제어는 노정압 제어 모드와 전력 제어모드로 이루어진다. 그런데, 통상 노정압 제어를 수행하면, GV가 100% 개방된 상태로 된다. 그 후, 전력량이 증가하면 노정압 발전기를 보호하기 위해 전력 제어 모드로 절환되어 GV는 50%정도 닫힌다.

즉, 제어모드가 변경될 때, 앞에서 언급한 2개의 조절계(109,110)에 의해 노정압력을 따로따로 제어하므로 제어성이 떨어진다. 또한, 조속기 밸브과 BCV의 언발런스(unbellance)에 의해 노정압이 상승할 뿐만 아니라 블리드(bleeder)가 개방되는 등 노정압이 변동하는 문제점이 있다.

둘째, 전력생산을 위해서 GV를 통해 가스를 회수해야 되지만, 노정압 상승시에는 BCV 조절계에 의해 BCV가 개방되므로, GV쪽으로 가스가 회수되지 않아 전력생산량이 감소되는 문제점이 있다.

본 고안의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, GV 및 BCV를 연동 제어 하여 노정압 변동 및 전력량 감소를 방지하는데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따르면, 2차 노정압 제어장치는 2차 노정압 설정값 및 노정압 검출값의 편차에 해당하는 노정압 제어신호를 출력하는 노정압 조절계와, 상기 노정압 조절계의 제어신호에 따라 일정한 제 1제어신호를 출력하는 제 1비율기와, 상기 제 1비율기의 제 1제어신호에 따라 비숍 스크레바로부터 노정압 발전기로 공급되는 가스흐름을 제어하기 위한 조속기 밸브과, 상기 조속기 밸브의 개패 정도를 검출하기 위한 조속기 밸브 개도센서와, 상기 조속기 밸브 개도센서에서 감지된 신호에 따라 일정한 제 2제어신호를 출력하는 제 2비율기와, 상기 제 2 제어신호와 상기 노정압 제어신호의 차에 해당하는 제 3제어 신호를 출력하는 감산기와, 상기 감산기의 제 3제어 신호에 따라 상기 비숍 스크레바로 부터 가스 홀더로 유입되는 가스량을 제어하기 위한 바이패스 제어밸브로 구성되는 것을 특징으로 하는 노정압 제어장치에 의해 달성된다.

도 1은 종래기술에 따른 노정압제어 장치의 구성도.

도 2는 본 고안에 따른 노정압 제어 장치의 구성도.

도 3 및 도 4는 제 2도의 동작을 설명하기 위한 그래프도.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

105: 조속변(GV) 106: BCV(by pass control valve)

113:노정압 조절계 115: 감산기

114,116: 비율기

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안을 상세히 설명하기로 하고, 동일 구성은 동일 도면부호를 채택한다.

도 2는 본 고안에 따른 노정압 제어장치의 구성도로써, 노정압 제어장치는 노정압 조절계(113)를 1개만 사용하여 병렬로 설치된 각기 다른 두개의 밸브, 즉 조속기 밸브와 바이패스 제어밸브105,106)를 연동 제어하도록 회로를 구성하였다.

즉, GV(105)에서 노정압 제어를 하다가 노정압이 상승하면, 그때 BCV(106)가 열리도록 하였다. 그 결과, 종래 실시예에 따라서 GV 및 BCV가 동시에 개방되어 GV로 유입되는 가스가 감소하여 노정압 제어 특성이 떨어지고 노정압 발전기의 전력 생산량도 감소되는 문제점이 해소된다.

상기와 같은 제어를 하기 위하여, 비율기(114,116) 및 감산기(115)가 제공된다. 제 1 비율기(114)는 도 3의 비율기 곡선과 같이 제어되며, 제 2 비율기(116)는 도 4의 비율기 곡선과 같이 제어 된다.

예를 들어, GV(105)의 크기가 17003이고, BCV(106)의 크기가 700일 경우, GV(105)를 신속히 동작시키기 위해 노정압 조절계의 출력()이 700/1700×100% = 41%로 되면 GV(105)가 100% 개방된다.

반면에, BCV(106)는 감산기(115)의 출력신호(C)에 의해 제어되며, 감산기(115)는 노정압 조절계(113)의 출력신호(A) 및 제 2비율기(116)의 출력신호(B)에 의해 제어된다. GV(105)가 완전히 100% 개방되었을 때, 제 2 비율기(116)의 출력신호(B)은 제 4도에 도시된 바와 같이 41%가 된다. GV(105)의 개패 정도는 조속기 밸브 개도센서(117)에 의해 검출된다.

전술한 바와 같이 2차 노정압 제어의 목적은 용광로에서 발생되는 고압의 가스흐름을 GV로 제어하여 노정압 발전기(104)의 구동에 의해 전력을 생산하면서 GV(105)와 BCV(106)를 제어하여 노정압을 일정하게 유지하는 것이다. 이를 위해, 한개의 노정압력 조절계(113)로 가장 효과적으로 압력제어가 이루어지도록 도 2와 같이 회로를 구성하였다. 회로동작의 이해가 쉽도록 노정압 조절계의 출력신호가 41%일 때와 60%일 때를 예로 설명한다.

경우 1) 먼저 노정압 조절계(113)의 출력신호()가 41%의 값에서 2차 압력 측정치가 설정치에 맞도록 제어한다고 가정한다.

41%의 신호(A=A')가 제 1비율기(114)를 거치면 도 3의 그래프에서 출력치(D)는 100%이므로 이때 GV는 100% 열린다. 따라서 조속기 밸브 개도 신호(E)는 100%가 되고 제 2비율기(116)의 출력(B)값은 도 3의 그래프에 도시된 바와 같이 41%가 된다. 따라서 감산기(115)의 출력은 0%가 된다. 상기의 내용을 종합해보면 GV(105)가 100%열려 있을때 까지는 BCV(106)는 항상 닫혀 있다. 즉, GV쪽으로만 가스가 흐르므로 전력량을 증가시킬 수가 있다.

경우 2) 다음은 상기와 같은 상태에서 2차 노정압력이 계속 상승하면 설정치와 맞도록 하기위해 노정압 조절계(113)의 출력신호(A, A')가 41%에서 점점 증가한다. 즉, 41%에서 60%까지 증가했을 때를 가정해서 설명해본다.

경우 1과 같은 방법으로 60%의 신호(A,A')가 제 1비율기(114)를 거치면 출력치(D)는 100%이므로 이때 GV(105)은 마찬가지로 100%열린다. 따라서, 조속기 밸브 개도신호(E)는 100%가 되고 제 2비율기(116)의 출력(B)값은 마찬가지로 41%가 된다. 그러나, BCV(106)를 제어하기 위한 감산기(115)의 출력(C)값은“A-B” 즉, 60-41=19% 이므로 BCV(106)는 19% 열린다.

다시 말하면, 종래의 기술에서는 GV(105)가 100% 열리기 전에 BCV(106)가 열려 노정압력이 변동하고 전력량이 감소하지만 본 고안에서는 BCV(106)와 GV(105)를 순차 제어함에 의해 이러한 문제점이 해소 되었다. 상기 설명은 노정 압력 제어모드에 관한 것이며 마지막으로 전력제어 모드로 바뀌는 경우에 대한 설명을 하기로 한다.

경우 3) 앞의 설명중 경우 2에서보면 노정압 조절계(113)의 출력신호(A, A')가 60% 일 때, 조속기 밸브 개도 신호는 100%, BCV는 30% 열려 있다. 이 상태에서 전력량이 계속 증가하면(본 고안 에서는 300KWH 이상 증가되면), 노정압 발전기(104)를 보호하기 위해 GV(105)가 100%에서 50%까지 닫히므로, 조속기 밸브 개도신호(E)는 50%가 된다. 이때, 제 2비율기(116)를 거친 출력(B)은 20%가 된다. 따라서, BCV를 제어하기 위한 감산기(115) 출력(C)은 “A-B”이므로 60%-20% =40%가 되어 BCV는 더 열리게 된다(즉, 19%에서 40%로 열린다).

즉, 전력제어 모드로 변경되면, 조속기 밸브가 100%에서 50%로 갑자기 닫혀지더라도 그 즉시 BCV가 보상되어 열리므로 노정압력이 변동하지 않고 일정하게 된다.

본 고안에 의하면, 용광로 조업에서 가장 중요한 노정압 제어를 일정하게 유지하여 정상화할 수 있으며 특히 전력량을 증대시키므로 노정압 발전기의 효율을 극대화 시킬수 있다.

Claims (1)

1. 노정압 설정값 및 노정압 검출값의 편차에 해당하는 노정압 제어 신호를 출력하는 노정압 조절계와,

   상기 노정압 조절계의 노정압 제어신호(A, A')에 따라 일정한 제 1제어신호(D)를 출력하는 제 1비율기와,

   상기 제 1비율기의 제 1제어신호에 따라 비숍 스크레바로부터 노정압 발전기로 공급되는 가스흐름을 제어하기 위한 조속기 밸브(105)과,

   상기 조속기 밸브의 개패 정도를 검출하기 위한 조속기 밸브 개도센서(117)와,

   상기 조속기 밸브 개도센서에서 감지된 감지신호(E)에 따라 일정한 제 2제어신호(B)를 출력하는 제 2비율기(116)와,

   상기 제 2비율기의 제 2 제어신호(B)와 상기 노정압 제어신호(A)의 차에 해당하는 제 3제어 신호(C)를 출력하는 감산기(115)와,

   상기 감산기의 제 3제어 신호에 따라 상기 비숍 스크레바로부터 가스 홀더로 유입되는 가스량을 제어하기 위한 바이패스 제어밸브(106)로 구성되는 것을 특징으로 하는 2차 노정압 제어장치.