KR200250016Y1 - 미분탄 제조설비에서의 산소농도 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 파쇄기 전단의 산소농도가 항상 설정치 이하를 유지하도록 파쇄기 전단의 검출산소농도에 따라 배가스와 혼합되는 대기공기에서의 산소농도를 줄여 화재 및 폭발을 미연에 방지하는 미분탄 제조설비에서의 산소농도제어장치에 관한 것으로, 석탄을 파쇄하여 미분탄을 제조하는 파쇄기와, 배가스 및 공기를 가열하는 가열기와, 상기 가열기에 의하여 발생된 열풍을 흡입하여 상기 파쇄기로 인가하는 흡입기를 구비한 미분탄 제조설비에서의 산소농도제어장치에 있어서, 상기 흡입기에서 파쇄기 전단부로 인가되는 산소농도를 검출하는 산소농도검출기와, 상기 산소농도상한검출부에 의해 검출한 산소농도값이 설정된 산소농도 상한값보다 높으면 산소농도측정값과 설정값과의 차로부터 제1질소유량조절변의 개도량을 조절하고 상기 산소농도 상한검출부로 검출한 산소농도값이 최고 한계인 상상한값보다 높을 때 제2질소유량조절변을 전개시켜 산소농도가 관리치이하가 되도록 제어하는 산소농도조절부로 이루어지는 산소농도제어기와, 가열기에 의하여 가열되어 상기 파쇄기 전단에 열풍으로 인가될 공기에 그 개도량에 따라 질소를 인가하도록 설치된 제1질소유량조절변과, 상기 공기에 개폐에 따라 질소를 인가하거나 차단하는 제2질소유량조절변을 구비한다.

Description

미분탄 제조설비에서의 산소농도 제어장치

본 고안은 미분탄제조설비의 산소농도 제어장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 미분탄 제조과정에서 산소(02)농도의 증가로 인한 화재발생 및 폭발을 방지하기 위하여 파쇄기 전단의 산소농도를 기준치이하로 유지시키는 산소농도 제어장치에 관한 것이다.

도 1에 도시한 바와 같이 석탄저장탱크(RAW COAL HOPPER)(10)에 저장되 있는 석탄을 급탄기(COAL FEEDER)(20)에서 운전자 설정치(SETTING VALUE)에 따른 일정한 양씩 파쇄기(30)로 급탄을 실시하며, 파쇄기(30)에서는 급탄되는 석탄을 파쇄하여 미분탄을 제조한다. 상기 파쇄기(30)로부터 제조된 미분탄은 열풍로(HOT STOVE)에서 발생되는 배가스(WASTE GAS)와 대기공기가 혼합된 열풍에 의해 건조되며 미분탄포집기(40)로 운반된다. 상기 미분탄포집기(40)에서는 배가스는 대기중으로 방산되고 미분탄은 포집되어 미분탄저장호퍼(50)에 저장된다. 이렇게 미분탄저장호퍼(50)에 저장되는 완성된 미분탄은 취입호퍼(50A)의 취입공정에 의하여 대기하다가 분배기(50B)를 통해 고압질소 및 반송공기(50C)를 통해 고로로 취입된다.

상기에서 파쇄기(30)에서 파쇄된 미분탄을 건조 및 운반하기 위해서는 일정량의 온도 및 유량을 갖는 열풍이 필요하다. 그래서, 미분탄제조설비에서, 열풍로에서 발생되는 고온의 배가스와 대기공기를 배가스조절변(60) 및 대기공기조절변(70)을 조절하여 일정한 온도가 되도록 혼합하여 배가스공기를 조절하여 열풍으로 사용하거나, 대기공기만을 공기와 씨오지가스를 연로로 사용하는 공기가열기(80)에서 가열하여 열풍을 만들어 흡입기(30D)를 통해 파쇄기(30)로부터 미분탄포집기(40)의 운반라인에 인가한다.

상기와 같이, 필요한 열풍을 확보하기 위하여, 배가스외에 씨오지가스와 대기공기가 사용되기 때문에, 화재를 유발할 수 있는 요소 열(배가스온도), 씨오지가스, 산소, 물질(미분탄)이 존재하여 화재 및 폭발의 위험을 내포하게 된다.

즉, 철강제조시 연료로 이용되는 미분탄을 제조하는 제조설비는 파쇄된 미분탄에 포함되어 있는 수분을 건조시키고 이를 운반하기 위해서는 열풍이 필요하게 되며 이는 적당한 온도, 유량을 확보하여야 하기 때문에 대기공기(AIR) 흡입으로 인한 산소(02)의 증가를 발생시켜, 설비 내부의 화재 및 폭발의 위험을 내포하고 있으며, 특히 공기가열기(80) 가동시 연소불씨에 의하여 설비 내부의 화재 및 폭발의 위험이 배가된다.

그렇기 때문에, 화재를 예방하기 위하여 출구온도검출기(30C)와 온도제어기(30E)를 이용하여 파쇄기(30)의 출구온도를 일정하게 유지시키고, 화재발생시 신속히 소화하기 위하여 방폭설비(30B, 40C)를 갖추고 있다.

종래의 화재방지방법을 좀더 설명하면 파쇄기(30)의 출측온도를 온도검출기(30C)를 검출하여, 상기 검출온도가 설정값을 유지하도록 배가스조절변(60)과 대기공기조절변(70)을 제어하여 배가스 및 대기공기의 양을 조정한다. 그리고, 급탄기(20)에서는 석탄의 휘발분이 탄 종에 따라 다르므로, 휘발분이 높은 탄 종의 경우에는 산소농도를 줄이기 위하여 석탄에 물을 분사하여 수분량을 증가시킨다. 이는 물을 분사하여 파쇄기 내부의 온도를 저하시킬 경우, 파쇄된 미분탄을 건조시키기 위해서는 대기공기보다는 배가스가 더욱 많이 필요해지므로, 대기공기비율을 줄여 산소농도를 줄일 수 있다는 계산에 의한 것이다.

그런데, 이와 같은 경우 파쇄기(30)의 출측온도가 저하되기 때문에 급탄되는 석탄의 양이 줄어들어 생산량이 저하되고, 설비내부의 수분증가로 인하여 설비부식이 발생되어 설비의 수명단축을 가져오는 문제점이 발생한다.

화재예방을 위한 다른 방법으로서, 산소량검출식(40A)에 의해 검출한 이론적인 산소농도에 따라 파쇄기(30) 및 미분탄포집기(40)에 질소퍼지차단변(30A, 40D)을 오픈하여 질소인가를 통해, 열풍(배가스 + 씨오지가스 + 공기)에 질소를 혼합시켜 산소농도가 저하되도록 하고 있으나, 이는 파쇄기(30)의 전단에서 흡입되는 대기공기량이 줄어들지 않는 상태에서 산소농도를 저하시키지 못하는 문제점이 있게 된다.

본 고안은 상기와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로서, 파쇄기전단의 산소농도가 항상 설정치 이하를 유지하도록 파쇄기전단의 검출산소농도에 따라 배가스와 혼합되는 대기공기에서의 산소농도를 줄여 화재 및 폭발을 미연에 방지하는 미분탄 제조설비에서의 산소농도제어장치를 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.

상술한 본 고안의 목적을 달성하기 위한 수단으로써, 본 고안은 석탄을 파쇄하여 미분탄을 제조하는 파쇄기와, 배가스 및 공기를 가열하는 가열기와, 상기 가열기에 의하여 발생된 열풍을 흡입하여 상기 파쇄기로 인가하는 흡입기를 구비한 미분탄 제조설비에서의 산소농도 제어장치에 있어서,

상기 흡입기에서 파쇄기 전단부로 인가되는 산소농도를 검출하는 산소농도검출기와,

상기 산소농도검출기에 의해 검출한 산소농도값이 설정된 산소농도상한값보다 높으면 산소농도측정값과 설정값과의 차로부터 제1질소유량조절변의 개도량을 조절하고 상기 산소농도검출기로 검출한 산소농도값이 최고한계인 상상한값보다 높을 때 제2질소유량조절변을 전개시켜 산소농도가 관리치이하가 되도록 제어하는 산소농도조절부로 이루어지는 산소농도제어기와,

가열기에 의하여 가열되어 상기 파쇄기 전단에 열풍으로 인가될 공기에 그 개도량에 따라 질소를 인가하도록 설치된 제1질소유량조절변과,

상기 열풍에 인가될 공기에 그 개폐여부에 따라 질소를 인가하거나 차단하는 제2질소유량조절변을 구비한다.

도1은 종래의 미분탄제조설비를 도시한 블록구성도이다.

도2는 본 고안에 의한 산소농도제어장치를 구비한 미분탄제조설비를 도시한 블록구성도이다.

도3은 본 고안에 의한 산소농도제어장치를 상세하게 도시한 회로도이다.

도4는 본 고안에 의한 산소농도제어동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 석탄저장호퍼 20 : 급탄기

30 : 파쇄기 40 : 미분탄포집기

50 : 미분탄저장호퍼 60 : 배가스조절변

70 : 공기조절변 80 : 가열기

90 : 산소농도검출기 100 : 산소농도제어기

110A, 110B : 제1,2질소유량조절변

이하, 본 고안에 의한 산소농도제어장치의 구성 및 동작을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도2는 본 고안에 의한 산소농도 제어장치를 구비한 미분탄제조설비를 보이는 블록구조도로써, 일반적인 미분탄제조설비는 도1과 일치하므로 설명의 반복을 생략하고 본 고안에 의한 산소농도제어장치만을 설명하면, 90은 흡입기(30D)를 통해 파쇄기(30)의 전단으로 인가되는 열풍에서의 산소농도를 검출하는 산소농도검출기이고, 90A는 상기 산소농도검출기(90)로부터 출력되는 산소농도검출신호를 전압신호로 변환하는 전류/전압변환기이고, 100은 상기 전류/전압변환기(90A)를 통해 입력되는 파쇄기(30)전단에서의 열풍의 산소농도를 설정된 한계치와 비교하여 설정된 한계치를 넘어서지 않도록 제1질소유량조절변(110A) 및 제2질소유량조절변(110B)의 개도량을 조절하는 산소농도제어기이고, 110A는 상기 산소농도게정기(100)로부터의 출력값에 따라 개도량을 조작하여 상기 열풍을 만들기 위한 대기공기에 혼합되는 질소량을 조절하기 위한 제1질소유량조절변이고, 110B는 상기 산소농도제어기(100)로부터의 출력값에 따라 온/오프하여 상기 열풍을 만들기 위한 대기공기에 질소량을 인가하거나 차단하는 제2질소유량조절변이다.

도3은 상술한 산소농도제어기(100)의 구성을 상세하게 보이는 회로도로써, 상기 전류/전압변환기(90A)로부터 출력되는 산소농도를 나타내는 전압신호를 일정 레벨로 증폭하는 연산증폭기(OP1)와 전원(V+)을 분압하여 각각 상한값 및 상상한값에 대응하는 전압을 발생시키는 제1,2가변저항(VR1,VR2)으로 이루어진 입력부(100A)와, 상기 연산증폭기(OP1)로부터 출력되는 검출한 산소농도를 나타내는 전압에서 상기 제2가변저항(VR1)에 걸린 상한값을 나타내는 전압을 감산하는 제1비교기(OP2)와 상기 제1비교기(OP2)로부터의 출력값에 따라 턴온되는 트랜지스터(TR1)와 상기 트랜지스터(TR1)를 통해 전원에 연결되는 제1릴레이(RY1)와 상기 제1비교기(OP2)의 비반전단자에 애노드가 연결되고 반전단자에 캐소드가 연결되는 제1발광다이오드(LED1)로 이루어진 상한값초과검출부(100A)와, 상기 검출한 산소농도를 나타내는 전압에서 상기 입력부(100A)의 제1가변저항(VR1)에 의한 상상한값을 나타내는 전압을 감산하는 제2비교기(OP3)와 제2상기 비교기(OP3)의 출력값에 따라 턴온되는 트랜지스터(TR2)와 상기 트랜지스터(TR2)를 통해 전원에 연결되며 그 A접점(RY2-a)을 통해 제2질소유량조절변(110B)의 열림신호를 출력하고 B접점(RY2-b)을 통해 제2질소유량조절변(110B)의 닫힘신호를 출력하도록 연결되는 제2릴레이(RY2)와 상기 제2비교기(OP3)의 비반전단자에 캐소드가 연결되고 반전단자에 애노드가 연결되는 제2발광다이오드(LED2)로 이루어진 상상한값초과검출부(110C)와, 상기 전류/전압변환기(90A)로부터 인가되는 검출한 산소농도를 나타내는 전압에서 제3가변저항(VR3)를 통해 인가되는 하한값을 나타내는 전압을 감산하는 제3비교기(OP4)와 상기 제3비교기(OP4)의 출력값을 소정비율로 연속증폭하는 제1,2증폭기(OP5,OP6)와 상기 제2증폭기(OP6)의 출력에 공통으로 연결되고 제3증폭기(OP7)의 입력단에 연결되는 A접점(RY1-a) 및 접지되는 B접점(RY1-b)과 상기 A접점(RY1-a)을 통해 인가된 전압을 조절밸브의 제어범위(1V∼5V)내로 증폭하는 제3증폭기(OP7)로 이루어진 산소농도조절부(100D)와 상기 제3증폭기(OP7)의 출력전압을 전류신호로 변환하여 질소유량조절변(100A)에 인가하는 전압/전류변환기(100E)를 구비한다.

상술한 바와같이 구성된 본 고안에 의한 산소농도제어장치는 파쇄기(30)의 전단에서의 산소(O2)농도를 검출하여 그 산소농도가 관리치이하를 유지하도록 제어함으로써 파쇄기(30) 및 미분탄포집기(40)에서 발생할 수 있는 화재 및 폭발을 예방하여 설비보호 및 안정된 조업을 유지하고자 하는 것으로서, 그 상세한 작용은 다음과 같이 이루어진다.

도 2에서, 운전자가 미분탄제조설비를 가동하게 되면, 흡입기(30D)에서 열풍을 흡입하고, 이에 파쇄기(30)의 출구온도(30C)가 운전자에 의해 설정된 설정치(SET)에 도달하게 되면 파쇄기(30)를 가동할 수 있는 승온 완료의 신호가 발생한다. 그로부터, 파쇄기(30)는 급탄기(20)에서 석탄이 공급된 석탄을 200메쉬(MESH) 80%이하의 크기로 된 미분탄을 제조한다. 상기 제조된 미분탄은 흡입기(30D)로부터 흡입되어 인가되는 열풍과 혼합되어 파쇄기(30)의 출구온도(30C)를 일정하게 제어하면서 포집기(40)까지 운반된다.

여기에서, 열풍내에 포함된 산소농도가 증가할 시는 설비내부에 물체(미분탄), 온도(발화점 이상)가 존재하고 있기 때문에 화재 및 폭발의 위험이 커지게 된다.

따라서, 본 고안에서는 파쇄기(30)전단에 설치된 산소분석계(90)에서 열풍에 포함된 산소농도를 측정하고, 측정된 산소농도가 운전관리치 이상 검출되면 화재 발생이 가능한 시점으로 판단하여 다음과 같이 제어동작한다. 도 2,3에서, 산소분석계(90)에서 측정된 산소농도는 전류/전압변환기(90A)를 통해 비교가능한 전압신호로 변환되어 산소농도제어기(100)에 입력된다.

상기 산소농도제어기(100)에서는 먼저 입력부(100A)의 증폭기(OP1)를 통해 증폭된 후, 제1비교기(OP2)에서 상한값과 비교되는데, 예를 들어, 측정된 산소농도가 도4A에 도시한 그래프와 같다고 하고, 상한값이 9%로 상상한값이 11%로 하한값이 8%로 설정한다면, 상기 파쇄기(30) 전단에서의 산소농도가 설정된 관리치중 상한값보다 낮은 동안은 제1비교기(OP2)의 출력이 0V이하가 되어 트랜지스터(TR1)가 오프상태로 있고, 이에 제1릴레이(RY1)가 동작하지 않아서, 산소농도조절부(100D)에서 상기 하한값과 측정값과의 차로부터 산출한 제1질소농도조절변(110A)의 개도량이 온상태의 B접점을 통해 접지됨으로써, 실제 제1질소농도조절변(110A)으로의 출력값이 없으므로 도3B와 같이 나타난다. 또한, 측정값이 상한값보다 적다는 것은 상상한 값보다도 적다는 것이므로 당연하게 상상한값초과검출부(100C)에서도 제2비교기(OP3)의 출력이 0V보다 낮아 트랜지스터(TR2)는 오프상태를 유지하고 따라서 제2릴레이(RY2)가 동작하지 않으므로, 온상태의 B접점을 통해 제2질소유량조절변(110B)으로 도4C에 도시한 바와 같이 닫힘신호(0%)가 출력된다.

그러다가, 파쇄기(30) 전단의 산소농도가 상한값이상으로 높아지면, 상한값초과검출부(100B)의 제1비교기(OP2)의 출력이 0V이상이 됨으로써 트랜지스터(TR1)가 턴온되고 제1릴레이(RY1)가 여자되어, A접점(RY1-a)이 턴온되고 B접점(RY1-b)이 턴오프된다. 또한, 제1발광다이오드(LED1)가 애노드전압이 캐소드전압보다 높아짐으로써 발광동작하여 파쇄기(30) 전단의 산소농도가 상한값을 초과하였음을 알린다.

그리고, 산소농도검출부(100D)에서는 산소농도측정값과 하한값과의 차에 비례한 제1질소유량조절변(110A)으로의 출력값이 턴온된 A접점(RY1-a) 및 증폭기(OP7)를 통해 출력되어 전압/전류변환기(100E)에 의해 전류신호로 변환된 후 제1질소유량조절변(110A)으로 인가된다. 이와 같이, 측정한 산소농도가 상한값이상일때의 상기 제1질소유량조절변(110A)으로의 출력값은 도4B와 같다.

상기와 같이, 제1질소유량조절변(110A)을 통해 인가된 소정량의 질소가 공기에 혼합되어도 파쇄기(30) 전단에서의 산소농도가 계속증가하여 상상한값이상이 되면, 상상한값초과검출부(100C)의 비교기(OP3)의 출력이 0V이상이 되어 트랜지스터(TR2)가 턴온되고, 이에 제2릴레이(RY2)가 여자되어 A접점(RY2-a)이 턴온되고 B접점(RY2-b)이 오프된다. 따라서, 턴온된 A접점(RY2-a)을 통해 제2질소유량조절변(110B)으로 열림신호가 인가되어 산소농도가 상상한값이하로 낮아질 때까지 열린상태를 유지한다.

따라서, 완전히 전개된 제1질소유량조절변(110A)과 제2질소유량조절변(110B)을 통해 인가된 다량의 질소가 공기와 혼합되어 파쇄기(30) 전단에서의 산소농도가 점차 낮아지게 된다.

상기에 의해 산소농도가 상상한값이하로 낮아지면, 상기 상상한값초과검출부(100C)의 제2비교기(OP3)출력이 0V로 낮아지고 상술한 바와같이 제2릴레이(RY2)의 여자가 해제되면서 A접점(RY2-a)가 다시 오프되고 B접점(RY2-b)가 턴온되며 제2질소유량조절변(110B)로 닫힘신호가 인가된다.

그리고, 상기와 같이, 상기 제2질소유량조절변(110B)이 닫힌 후에도 그 산소농도가 상한값이하가 될 때까지는 제1질소유량조절변(110A)으로 상술한 바와 같은 제어신호가 인가되어 제1질소유량조절변(110A)을 통해 조절된 양의 질소가 인가된다. 마침내 산소농도가 점차적으로 관리치이하로 낮아지게 되면 상기 산소농도조절부(100D)로부터 제1질소유량조절변(110A)로의 출력값도 도4B와 같이 변하게 된다.

이와 같이, 본 고안은 산소(O2)농도의 증가원인이 되는 대기공기(AIR)에 관련설비의 운전에 영향을 주지 않으며 산소농도를 감소시킨 상태로 흡입기를 통해 파쇄기에 공급될 수 있도록 함으로써, 파쇄기 전단에서의 산소농도를 크게 줄이는 것이 가능하면서, 산소농도 측정장소가 파쇄기의 전단이므로 산소농도 증가에 대한 신속한 대응이 이루어지고 측정대상인 열풍이 청정상태이므로, 산소농도검출기의 고장을 방지할 수 있는 효과가 있으며, 산소농도 증가의 원인을 사전에 제거하여 화재 및 폭발의 위험을 방지할 수 있는 우수한 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

1. 석탄을 파쇄하여 미분탄을 제조하는 파쇄기와, 배가스 및 공기를 가열하는 가열기와, 상기 가열기에 의하여 발생된 열풍을 흡입하여 상기 파쇄기로 인가하는 흡입기를 구비한 미분탄 제조설비에서의 산소농도제어장치에 있어서,

   상기 흡입기에서 파쇄기 전단부로 인가되는 산소농도를 검출하는 산소농도검출기와,

   상기 산소농도상한검출부에 의해 검출한 산소농도값이 설정된 산소농도상한값보다 높으면 산소농도측정값과 설정값과의 차로부터 제1질소유량조절변의 개도량을 조절하고 상기 산소농도 상한검출부로 검출한 산소농도값이 최고한계인 상상한한계값보다 높을 때 제2질소유량조절변을 전개시켜 산소농도가 관리치이하가 되도록 제어하는 산소농도조절부로 이루어지는 산소농도제어기와,

   가열기에 의하여 가열되어 상기 파쇄기 전단에 열풍으로 인가될 공기에 그 개도량에 따라 질소를 인가하도록 설치된 제1질소유량조절변과,

   상기 열풍으로 인가될 공기에 그 개폐여부에 따라 질소를 인가하거나 차단하는 제2질소유량조절변을 구비함을 특징으로 하는 미분탄 제조설비에서의 산소농도제어장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 산소농도제어기는

   상기 산소농도검출부로부터의 출력값을 전압신호로 변환한 후 증폭하는 입력부와,

   상기 입력부로부터 인가되는 전압과 상한값에 대응하는 기준전압을 비교하여 상한값이상일 때 상한값초과신호를 출력하는 상한값초과검출부와,

   상기 입력부로부터 인가되는 전압과 상상한값에 대응한 기준전압을 비교하여 상상한값을 초과하였을 때 상기 제2질소유량조절변에 전개신호를 인가하는 상상한초과검출부와,

   상기 상한값초과검출부로부터 상한값초과신호가 출력될 때 상기 입력부로부터 인가되는 전압과 유지하고자 하는 산소농도값에 대응하는 기준전압과의 차를 증폭하여 상기 제1질소유량조절변의 개도량을 조정하는 출력값으로 출력하는 산소농도조절부를 구비함을 특징으로 하는 미분탄 제조설비에서의 산소농도제어장치.