KR20040047291A - 열연 가열로 폐열을 이용한 전력저감 장치 - Google Patents

열연 가열로 폐열을 이용한 전력저감 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열연 가열로의 슬라브 이송 장치인 스키드 파이프의 수명을 연장하기 위하여 사용되는 순수의 재생 및 공급 작업시 발생하는 수질 불량을 최소화하기 위한 것으로, 특히 열연 가열로의 폐열을 회수하여 이를 이용한 온수 히팅 방식으로 관련 히팅 탱크의 온도를 제어 유지할 수 있도록 구성된 열연 가열로 폐열을 이용한 전력저감 장치에 관한 것이다.
본 발명은 가열로 폐열을 회수할 수 있는 가열로 순환수 열교환기(50)와, 가열로 순환수 열교환기(50)에서 열교환 효율을 증대시키고 1차적 스키드 파이프 온도 및 유량을 제어하는 가열로 순환수 제어용 밸브(110)와, 오일라인 순환온수의 유량 및 온도를 제어하는 가열로 폐열 회수용 제어밸브(111)와, 히팅 탱크(1)로의 오일라인 순환온수의 유입 및 차단을 행하는 온수 공급 차단변(95)과, 히팅 탱크(1)의 온도를 목표치로 상시 유지시킬 수 있는 히팅 탱크 온도 제어용 밸브(93)와, 온수 공급 차단변(95)과 히팅 탱크 온수 제어용 밸브(93)의 이상시 및 수리시 순환온수를 차단할 수 있는 수동밸브(96)와, 열교환된 오일라인 순환온수를 다시 리턴라인으로 보내 주고 히팅 탱크(1)로 역류를 방지해주는 차단변 리턴 차단변(94)과, 리턴 차단변(94) 밸브 이상시 오일라인 순환수를 차단해주는 수동밸브(97)와, 히팅 탱크를 가열하는 온수 히터장치(130)와, 히팅 탱크(1)의 온도를 검출하는 온도계(32)와, 제어판넬(90) 및 현장 히팅 탱크(1)의 온도를 감시하고 관리하는 운전자 그래픽 판넬(91)을 포함하는 구성을 특징으로 하는 열연 가열로 폐열을 이용한 전력저감 장치를 제공한다.

Description

열연 가열로 폐열을 이용한 전력저감 장치{EBERGY SAVING SYSTEM UTILIZING WASTE HEAT OF HEATING TANK IN HOT ROLLING MILL}
본 발명은 제철소의 열연 가열로에서 발생하는 폐열회수를 극대화하여 에너지절감에 기여하고 생산성향상을 가져올 수 있도록 구성된 열연 가열로 폐열을 이용한 전력저감 장치에 관한 것이다.
제철소의 열연 가열로 노내에 설치되어 있는 슬라브 이송장치인 스키드 파이프 수명 연장 및 부식 방지의 목적으로 도1에 도시된 바와 같이 순수를 재생 및 써비스하여 스키드 파이프에 공급하기 위한 부대 장치가 설치사용되는데, 이 장치는 순수 저장 탱크(8)의 레벨이 최저치 이하로 되면 차단변(20,21,22)이 동작하여 순수를 공급하여 순수 저장 탱크(8)의 레벨이 하이가 될 때까지 계속 동작하도록 구성되어 있고, 순수 저장 탱크(8)에서 순수를 쌤플링하여 수질 분석을 의뢰하여 수질 저하 판명시 순수 수지재생을 실시하도록 구성되어 있으며, 수지재생시 필터 탱크(6)에서의 세척공정 및 혼상 수지 이온탑(7)에서의 수지재생공정을 각각 실시하고 이때 히팅 탱크(1)가 온도 관리치 40℃ 이하로 되면 수재 재생이 다운되도록 시스템이 구성되어 있다.
도2는 기존 온도제어 장치로서 히팅 탱크(1) 온도가 상시 40℃로 유지될 수있도록 히팅 탱크 제어용 온도계(32)에 의해서 온도를 검출하고 히터 제어 판넬(31)이 현장 운전 판넬의 설정값 및 지시값을 감시할 수 있으며 히터 전원 공급 판넬(30)에 의해서 온도제어(PLC) 프로그램에 따라서 히터(33)가 동작할 수 있도록 구성되어 있는 장치이나, 이 방식은 전력 소비가 많고 PLC 전장품인 각 퓨즈, 콘덕터, 릴레이, 히터등이 파손되어 수지재생시에 관리 온도(40℃) 이하가 발생되어 수지재생도중 자동운전이 중지됨으로써 수질이 더욱 악화되는 일이 빈번히 발생되고, 한번 수지재생으로 서비스할 수 있는 순수는 약 200㎥정도로 설계되어 있으며 수지재생시 소비되는 공업용수는 약 70㎥로 재생 불량시 순수 저장 탱크(8)내의 많은 순수를 다시 교환해야 함으로써 공업용수의 소비가 가중되고, 또한 1회 수지재생하는데 5시간 이상의 장시간이 소요되어 조업자의 부하가 증가하는 등의 문제가 있다.
도3은 열연 가열로 내부에 있는 스키드 파이프를 보호하기 위하여 파이프내에 순환수(순수)를 리턴시키는 장치로, 가열로 순환수 절환용 차단변(29)에 의해서 가열로 순환수 펌프(11)을 선택하여 순환수를 계속 리턴시킬 수 있도록 구성되어 있으며, 가열로 순환수 열교환기(50)에서 1차적으로 순환수의 폐열을 회수하여 열연 공장 오일탱크히팅, 난방용등으로 사용되며 가열로 순환수 제어용 밸브(110), 가열로 폐열 회수용 제어 밸브(111)등에 의해서 온도제어와 유량제어가 가능하도록 구성되어 있고, 가열로 순환수 냉각 탑(60)은 가열로 스키드 파이프에 공급되는 순환온수를 목표치가 될 수 있도록 냉각시켜주는 장치이며, 가열로 순환수 냉각 탑(60)를 통과한 순환수는 열연 가열로 본체(40)에 설치된 스키드 파이프에 공급되어 가열로 노내에서 스키드 파이프의 열화가 발생되는 것을 방지할 수 있도록 구성되어 있다.
도4는 가열로 순환온수 라인에서 1차적으로 회수한 온수를 재 가열하여 열연 공장에서 예컨대 오일 탱크 히팅용으로 사용되는 온수를 구성하는 장치로서, 가열로 노내에서 순환되어 나온 온수를 가열로 순환수 열교환기(50) 장치에 의해서 1차적으로 열을 회수하고, 가열로 순환수 제어용 밸브(110), 가열로 폐열 회수용 제어 밸브(111)는 각각 온도 및 유량제어가 가능하도록 구성되며, 가열로 순환수 열교환기(50)에서 1차적으로 가열된 오일라인용 순환수는 스팀 열교환기(80)에서 2차적으로 가열하여 목표치가 될 수 있도록 구성되어 있는 장치이다. 이 장치는 스팀 온도제어용 밸브(114)로 목표온도가 될 수 있도록 온도제어가 가능하도록 구성되어 있으며, 스팀 온도계(15)에 의해서 온도를 검출하고 목표 온도로 가열된 오일라인 순환 온수는 각 공정별 열연 가열로 본체(40), 조압연기(101), 슬라브 절단기(102), 사상 압연기(103)로 공급사용되었다가 다시 회수되어 팽창탱크(70)에서 집수되어 오일라인 순환수 레벨제어를 행하고, 팽창 탱크 레벨 제어용 밸브(112)에 의해서 자동 레벨제어와 팽창 탱크 레벨 발신기(14)에 의해서 팽창 탱크(70)에 레벨을 감시 및 팽창 탱크 레벨 제어용 밸브(112)를 동작할 수 있도록 구성되고, 오일라인을 순환한 온수는 압력이 저하되므로 펌프(13)에 의해서 재순환을 하도록 구성된 장치이다.
본 발명은 열연 가열로의 슬라브 이송 장치인 스키드 파이프의 수명을 연장하기 위하여 사용되는 순수의 재생 및 공급 작업시 발생하는 수질 불량을 최소화하기 위한 것으로, 현재 사용되고 있는 히팅 탱크의 히팅 방식을 전기 히터식에서 열연 가열로 폐열을 회수하여 이를 이용한 온수 히팅 방식으로 개선하고, 열연 가열로에서 발생하는 폐열 회수를 극대화하므로 성 에너지 효율을 향상시키며, 종전의 전기적인 히팅방식을 지양하여 열연 가열로에 사용되는 소비 전력을 저감할 수 있을 뿐만 아니라 PLC 프로그램 히팅 방식에서 자주 발생하는 트러블 요인인 퓨즈, 콘덕터, 릴레이, 히터등의 고장요인을 제거함으로써 공업용수의 과다 사용을 억제할 수 있으며, 잦은 수지재생 실패로 인한 작업자의 부하를 경감할 수 있고 정비비 및 자재비를 절감할 수 있는 것등의 효과를 제공하는 열연 가열로 폐열을 이용한 전력저감 장치를 제공하고자 하는 것이다.
도1은 본 발명이 관련된 열연 가열로 순수 재생장치의 구성개요도,
도2는 상기 순수 재생장치에 설치된 히팅 탱크 온도제어 개요도,
도3은 상기 열연 가열로의 순환온수 폐열 회수장치의 개요도,
도4는 폐열을 회수한 온수를 열간 압연에 공급하는 온수라인 개요도,
도5는 본 발명에 따른 장치의 전체적인 구성개요도,
도6은 본 발명의 장치에 있어서 히팅 탱크 제어 루프 및 알고리듬 블럭도,
도7은 본 발명의 장치에 있어서 히팅 탱크 제어 프로그램의 플로우차트.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 히팅 탱크 2 : 가성 소다 탱크
3 : 염산 탱크 4 : 가성 소다 중화 탱크
5 : 염산 중화 탱크 6 : 필터 탱크
7 : 호상 수지 이온탑 8 : 순수 저장 탱크
10 : 온수 공급용 펌프 11 : 오일라인 순환 펌프
12 : 가열로 순환수 냉각 펌프 13 : 열연 공장 순환 펌프
14 : 팽창 탱크 레벨 발신기 15 : 스팀 온도계
16 : 공장 순환수 유량 발신기 17 : 공장 순환수 압력 발신기
20 : 필터 탱크 물 공급용 차단변 21 : 혼상 이온탑 물 공급용 차단변
22 : 순수 저장 탱크 순수 공급용 차단변 23 : 가성 소다 공급용 차단변
24 : 염산 공급용 차단변 25 : 염산 중화용 차단변
26 : 가성 소다 중화용 차단변 27 : 혼상 이온탑 가성소다 공급용 차단변
28 : 혼상 이온탑 염산 공급용 차단변 29 : 가열로 순환수 절환용 차단변
30 : 히터 전원 공급 판넬 31 : 히터 제어 판넬
32 : 히팅 탱크 제어용 온도계 33 : 히터
40 : 열연 가열로 본체 50 : 가열로 순환수 열교환기
60 : 가열로 순환수 냉각 탑 70 : 팽창 탱크
80 : 스팀 열교환기 90 : 가열로 제어용 판넬
91 : 감시용 그래픽 판넬 92 : 통신 케이블
93 : 히팅 탱크 온수 제어용 밸브 94 : 리턴 차단변
95 : 온수 공급 차단변 96 : 온수 공급용 수동밸브
97 : 리턴용 수동밸브 98 : 온수 공급용 바이패스 수동밸브
99 : 리턴 바이패스 수동밸브 101 : 조압연기
102 : 슬라브 절단기 103 : 사상압연기
110 : 가열로 순환수 제어용 밸브 111 : 가열로 폐열 회수용 제어 밸브
112 : 팽창 탱크 레벨 제어용 밸브 113 : 압력 제어용 밸브
114 : 스팀 온도제어용 밸브 115 : 유량 제어용 밸브
120 : 온도계 입력카드 121 : 온도제어용 밸브 출력 카드
122 : 다점 아날로그 입 출력 처리 카드 123 : 중앙 연산장치
130 : 온수 히터 장치
이하에서 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명을 첨부도면에 참조하여 상세히 설명한다.
도5는 본 발명이 이루고자 하는 장치의 전체적인 구성개요를 보여 주는데, 기존 히팅탱크(1)를 가열하는데 사용되는 히터 및 PLC 장치를 가열로 감시용 그래픽 판넬(91)에서 감시와 조작이 가능하도록 구성하고 히팅 탱크 제어용 온도계(32)에서 온도를 검출하여 히팅 탱크 온수 제어용 밸브(93)를 동작하여 목표치(40℃)온도가 되도록 제어한다. 단, 제어밸브의 특성상 내부 리크가 발생하여 히팅 탱크(1)의 온도가 상승할 수 있으므로 히팅 탱크 온수 제어용 밸브(93)의 전, 후단에 차단변을 부착하고, 동작 수순은 히팅 탱크(1)의 온도가 목표값 이하로 내려 갔을 때온수 공급 차단변(95)을 동작시키고 다음 리턴 차단변(94)을 동작시켜 오일라인 순환수 유량이 히팅 탱크(1)로 공급되도록 구성하고, 히팅 탱크(1)의 온도가 목표값이 되면 밸브(93)를 닫고 리턴 차단변(94), 온수 공급 차단변(95)을 닫도록 구성하여 히팅 탱크(1)의 온도가 상시 40℃가 될 수 있도록 구성하며, 운전실의 조업자가 감시 및 조작이 가능하도록 가열로 제어용 판넬(90), 감시용 그래픽 판넬(91), 통신 케이블(92)의 각각의 장치에 의해서 리턴 차단변(94), 온수 공급 차단변(95), 히팅 탱크 온수 제어용 밸브(93)를 동작시킬 수 있도록 구성한다.
즉, 본 발명은 도5에서와 같이 오일라인 순환온수를 리턴시키는 오일라인 순환 펌프(13), 오일라인에 순환수 공업용수 소모 및 자동 증발분을 보충해주는 팽창 탱크(70), 팽창 탱크(70)의 레벨을 감시하고 현장 레벨을 지시해주는 팽창 탱크 레벨 발신기(14), 레벨 저하시 자동으로 충수할 수 있도록 하여 주는 팽창 탱크 레벨 제어용 밸브(112), 가열로의 폐열을 회수할 수 있는 가열로 순환수 열교환기(50), 가열로 순환수 열교환기(50)에서 열교환 효율을 증대시킬 수 있고 1차측 스키드 파이프 온도 및 유량을 제어하는 가열로 순환수 제어용 밸브(110), 오일라인 순환온수의 유량 및 온도를 제어하는 제어밸브(111), 히팅 탱크(1)에 대한 오일라인 순환온수의 유입 및 차단을 제어할 수 있는 온수 공급 차단변(95), 히팅 탱크(1)의 온도를 목표치로 상시 유지시킬 수 있는 히팅 탱크 온수 제어용 밸브(93), 온수 공급 차단변(95)과 히팅 탱크 온수 제어용 밸브(93) 이상시 및 수리시 순환온수를 차단할 수 있는 수동밸브(96), 히팅 탱크(1)의 온도를 수동으로 조작할 수 있는 수동밸브(98), 히팅탱크(1)의 온도를 승온시킬 수 있는 열교환장치, 열교환된 오일라인순환온수를 다시 리턴 라인으로 보내 주고 히팅 탱크(1)로 역류를 방지해주는 리턴 차단변(94), 리턴 차단변(94) 밸브 이상시 오일라인 순환수를 차단해주는 수동밸브(97), 히팅 탱크(1)의 온도를 검출하는 히팅 탱크 제어용 온도계(32), 제어판넬(90), 제어판넬과 운전자 그래픽 판넬 사이를 연결 담당하는 통신 케이블(92), 현장 히팅 탱크(1)의 온도를 감시 및 관리하는 그래픽 판넬(91)로 구성된다.
도6은 상기 제어판넬(90)의 내부 구성도에 관한 것으로, 현장 히터(32)의 온도 지시치를 검출하여 디지털 신호로 변환하는 온도계 입력 카드(120)와 다점 아날로그 입출력 처리 카드(122)로부터의 신호를 처리하여 연산하는 중앙 연산장치(123)가 있고 목표 값과 현재 값을 비교하여 출력을 처리하는 장치로 구성되어 있으며, 현장 히팅 탱크 온수 제어용 밸브(93)의 출력치를 보내주는 온도제어용 밸브 출력 카드(121)와 히팅 탱크 온도 제어 알고리듬(124)의 제어식에 의해서 온도 제어가 이루어질 수 있도록 구성되어 있다.
도7은 히팅 탱크를 제어하는 프로그램으로서, 차단변과 온도제어를 하는 제어 밸브와 탱크에 설치된 온도 쎈서에 의해서 자동 제어를 행하도록 하는 것이다.
이러한 본 발명의 장치는 가열로의 폐열을 회수하여 본 발명이 이루고자 하는 히팅 탱크(1)의 온도 제어를 이루도록 된 것으로, 오일라인 순환온수는 폐 루프로 구성되어 있으며 입측(2.5kg/cm2)에서 출측(7.0kg/cm2)으로 강압할 수 있는 펌프(13)와, 오일라인 순환온수의 유량 부족분을 보충할 수 있는 팽창 탱크(70)와, 탱크의 레벨을 제어할 수 있는 팽창 탱크 레벨 제어용 밸브(112)가 설치되어 있으며, 레벨이 로우가 되면 자동 충수될 수 있도록 구성되어 있고, 가열로 순환수 제어용 밸브(110)는 1차측인 스키드 파이프 순환온수의 유량 및 온도제어가 가능한 밸브로 구성되고, 가열로 폐열 회수용 제어 밸브(111)는 2차측인 오일라인 순환온수의 유량 및 온도제어가 가능하도록 구성된다. 상기 온도제어 장치의 구성을 보면, 가열로 순환수 열교환기(50)를 통수한 오일라인 순환온수를 온수 공급 차단변(95), 리턴 차단변(94)의 차단변을 동작시켜 히팅 탱크(1)로 온수가 유입되도록 구성하고, 온수 히터 장치(130)에서 열교환이 이루어져 히팅 탱크(1)를 목표 온도까지 가열시키고 히팅 탱크(1)의 온도를 검출하는 온도계(32)가 탱크내의 현재 온도를 검출하여 가열로 제어용 판넬(90)을 경유 통신 케이블(92) 장치를 거처 운전실 그래픽 판넬(91)에 표시되면 조업자가 현장 히팅 탱크(1)의 온도를 확인 및 감시하고 목표치 온도를 설정하여 현장 제어 밸브인 히팅 탱크 온수 제어용 밸브(93)를 콘트롤 할 수 있도록 구성하였으며, 히팅 탱크(1)를 히팅시킨 오일라인 순환 온수는 리턴 차단변(94)의 차단변을 경유하여 다시 순환 온수 리턴 라인으로 환원시켜 공업용수의 손실을 최소화할 수 있도록 구성하였다.
히팅 탱크(1)의 온도제어를 행하는 가열로 제어용 판넬(90)의 내부 연산 장치를 살펴 보면 도6과 같이 현장 온도쎈서 히팅 탱크 제어용 온도계(32)의 온도가 온도계 입력 카드(120)로 입력되고, 다점 아날로그 입,출력 처리카드(122)를 경유한 온도 지시값은 중앙 연산장치(123)에서 현장 검출치와 조업자에 목표치를 비교 연산하여 편차만큼의 출력값을 다점 아나로그 입,출력 처리카드(122)를 다시 경유하여 온도계제어용 밸브 출력 카드(121)에서 현장 제어 밸브인 히팅 탱크 온수 제어용 밸브(93)로 보내도록 구성되어 있으며, 중앙 연산장치(123)의 제어 연산식은 히팅 탱크 온도제어 알고리즘(124)에 의해서 계산되도록 프로그래밍되어 있다.
이상과 같은 본 발명은 열연 가열로에서 발생하는 폐열을 이용하여 히팅 탱크(1)의 온도가 상시 목표치를 유지할 수 있도록 구성함으로써 히팅 탱크(1)의 온도제어 불량을 최소화시켜 설비 안정화를 꾀함과 동시에 온도제어 불량으로 발생되는 수지재생 및 순수 서비스시 발생되는 문제점을 완전하게 보완하고, 폐열 회수를 극대화하므로 성 에너지 효율을 향상시키고 공업용수의 과다 사용을 억제할 수 있으며 잦은 수지재생 실패로 인한 조업자의 부하를 경감하고 또한 종전의 잦은 PLC 고장 발생을 억제하여 정비비 및 자재비를 절감함으로써 부차적으로 발생하는 기회비용의 손실을 줄일 수 있는 것등의 효과를 제공한다.

Claims (1)

  1. 가열로 페열을 회수할 수 있는 가열로 순환수 열교환기(50)와, 가열로 순환수 열교환기(50)에서 열교환 효율을 증대시키고 1차적 스키드 파이프 온도 및 유량을 제어하는 가열로 순환수 제어용 밸브(110)와, 오일라인 순환온수의 유량 및 온도를 제어하는 가열로 폐열 회수용 제어밸브(111)와, 히팅 탱크(1)로의 오일라인 순환온수의 유입 및 차단을 행하는 온수 공급 차단변(95)과, 히팅 탱크(1)의 온도를 목표치로 상시 유지시킬 수 있는 히팅 탱크 온도 제어용 밸브(93)와, 온수 공급 차단변(95)과 히팅 탱크 온수 제어용 밸브(93)의 이상시 및 수리시 순환온수를 차단할 수 있는 수동밸브(96)와, 열교환된 오일라인 순환온수를 다시 리턴라인으로 보내 주고 히팅 탱크(1)로 역류를 방지해주는 리턴 차단변(94)과, 리턴 차단변(94) 밸브 이상시 오일라인 순환수를 차단할 수 있게 해주는 수동밸브(97)와, 히팅 탱크를 가열하는 온수 히터장치(130)와, 히팅 탱크(1)의 온도를 검출하는 온도계(32)와, 제어판넬(90) 및 현장 히팅 탱크(1)의 온도를 감시하고 관리하는 운전자 그래픽 판넬(91)을 포함하는 구성을 특징으로 하는 열연 가열로 폐열을 이용한 전력저감 장치.
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