KR20080093032A - 최적 제어를 구비한 코크스 오븐 및 제어 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플랫 타입 구조(flat-type construction)로 내장된 코크스 오븐, 즉 코크스 오븐 챔버, 코크스 오븐 솔(sole) 및/또는 폐가스 채널의 가스 성분들의 농도 측정을 위한 적어도 하나의 측정 장치로 구성된 이른바 비회수 또는 열회수 코크스 오븐에 관한 것이며, 이러한 데이터를 기초로 프로세스 컴퓨터를 통해 제 1 및/또는 제 2 공기의 최적 공급이 결정되며 그리고 제어된다. 본 발명은 또한 이러한 타입의 코크스 오븐을 이용하는 코크스메이킹 공정(cokemaking process)을 포함한다.
Description
본 발명은 플랫 타입 구조(flat-type construction)로 내장된 코크스 오븐(coke oven), 즉 코크스 오븐 챔버(coke oven chamber), 코크스 오븐 솔(coke oven sole) 및/또는 폐가스 채널(waste gas channel) 내의 가스 성분의 농도 측정을 위한 적어도 하나의 측정 장치로 구성된 이른바 비회수(non-recovery) 또는 열회수(heat-recovery) 코크스 오븐에 관한 것이며, 이러한 측정 데이터를 기초로 프로세스 컴퓨터(process computer)를 통해 제 1 및/또는 제 2 공기의 최적 공급이 결정 및 제어된다. 본 발명은 또한 이러한 타입의 코크스 오븐을 이용한 코크스메이킹 공정(cokemaking process)을 포함한다.
열회수 오븐의 히팅(heating)은 일반적으로 코크스메이킹(cokemaking) 중에 방출되는 가스의 연소 및/또는 탄화될 석탄(coal)의 가벼운 휘발성 물질의 일부의 연소에 의해 수행된다. 연소는 석탄 장입(coal charge)의 상부의 가스의 일부가 상기 오븐 챔버 내에서 제 1공기로 연소되는 방식으로 제어된다. 이러한 부분적으로 연소된 가스는 "하강관(downcomers)"으로 또한 지정되는 가스 채널을 통해 오븐 솔(oven sole)로 공급되며, 여기서 제 2 공기로 지칭되는 추가 연소 공기의 부가에 의해 완전히 연소된다.
이러한 방식으로, 열이 상부로부터 직접적으로 및 하부로부터 간접적으로 석탄 장입부로 공급되며, 따라서 코킹(coking) 속도에 긍정적인 영향을 미치며, 이에 의해, 코크스 오븐의 수행 속도에 긍정적인 영향을 미친다. 상기 방법의 수행을 위해서, 96시간까지 소요될 수 있는 코킹 시간을 통해 상기 공급된 제 1 공기 및 제 2 공기를 정확히 평가하고 가변적으로 제어하는 것이 요구된다. 플랫 타입 구조의 열회수 및 비회수 코크스 오븐은 선행 기술 공개에 광범위하게 기술되어 있다. 예를 들어 참고 문헌으로서 미국 특허 공보 US 4,344,820, 미국 특허 공보 US 4,287,024, 미국 특허 공보 US 5,114,542, 영국 특허 공보 GB 1 555 400 또는 캐나다 특허 공보 CA 2 052 177 C 등이 있다.
본 기술분야의 종래 기술에 따르면, 제 1 공기(primary air)는 도어(door)의 포트(port)를 통해 대기으로부터 흡입된다. 제 2 공기(secondary air)는 지면에 인접한 포트를 통해 흡입되며 채널(channel)을 통해 코크스 오븐 챔버의 하부에 주로 수평으로 연장되는 히팅 플루(heating flue) 내로 안내된다. 제 1 및 제 2 공기를 위한 포트들은 영구적으로 개방되거나 또는 흡입될 공기량의 조절을 위해 설계된 플랩(flap)이 제공된다.
코크스 오븐 배터리들은 매우 대규모로서, 그리고 일반적으로 그 내부가 매우 높은 온도가 우세하며, 심각한 더스트(dust)의 발생에 직면하기 때문에, 수동 조절 벤팅 플랩(manually adjustable venting flap)만이 선행기술에 개시되어 있다. 미국 특허 공보 US 5,928,476 호는 그러한 코크스 오븐 배터리를 기술하는데, 여기서는 3개의 수동으로 작동 가능한 포트가 각각의 코크스 오븐 도어에 제공되며, 그 내부 또는 그 정면에 각각 포트 횡단면에 맞추어 적응되고 중심축에서 지지되는 하나의 플레이트(plate) 또는 디스크(disk)가 배치된다. 이러한 포트 플랩(port flap)은 레버(lever)를 통해 수동으로 그들의 위치를 변경할 수 있다.
본 출원인의 독일 특허 출원 DE 102005055483.0-24 호는 제 1 및 제 2 공기를 연속적으로 제어할 수 있는 중심 조정 부재(central adjusting element)를 개시한다.
그러나, 실제로는, 상이한 석탄 분쇄 정도, 석탄 수분 또는 불활성 부분 등에 기인한 변화하는 석탄 품질을 선행 기술의 코크스 오븐으로는 지배하기 어려우며 고품질의 코크스를 얻기 위해 불필요하게 긴 코킹 시간이 예정되어야만 한다는 사실이 명백해졌다.
따라서, 이제, 본 발명의 목적은 경제적인 방식으로 상기 기술된 단점들을 해결하며 코크스 오븐 수행 속도의 향상, 이에 의해, 코킹 시간 또한 개선시키기 위하여 제 1 공기 및/또는 제 2 공기의 최적 공급을 보장하는 것이다.
본 발명은 이러한 과제를 플랫 타입 구조로 내장된 코크스 오븐, 즉 코크스 오븐 챔버 및 채널들로 구성된 코크스 오븐 솔로 구성된 이른바 비회수 또는 열회수 코크스 오븐의 제공에 의해 해결하며, 상기 코크스 오븐 챔버 및 코크스 오븐 솔은 가스 채널들을 통해 서로 연결되며, 그리고 제 1 공기의 공급을 위한 개방 포트들(opening ports) 및 제 2 공기를 코크스 오븐 솔 내로 공급하기 위한 하나 이상의 개방 포트(들) 또는 채널(들)이 오븐 벽 또는 오븐 도어 내에 제공되며, 그리고 상기 개방 포트들의 전방에 또는 그러한 개방 포트들로 안내하는 라인들 내에 차단 장치(shutoff device)가 배치된다.
따라서,
개선된 변형예에서는 코크스 오븐 솔 또는 코크스 오븐의 폐가스 채널 내에 온도 측정 장치가 배치되며, 상기 온도 측정 장치는 또한 컴퓨터 유닛이 상기 온도 측정 장치로부터의 측정 결과 및 데이터를 제공받을 수 있는 방식으로 컴퓨터 유닛에 연결된다.
상기 측정 장치들은 이상적으로 수소, 질소, 일산화탄소 또는 이산화탄소의 측정을 위한 애널라이저(analyzer)를 나타내며, 상기 측정 장치들은 라인을 통해 코크스 오븐 챔버에 연결된다. 이들 주성분들의 농도 또는 이들 주성분들 중 하나의 농도는 코크스 케이크(coke cake)의 코킹 상태와 매우 잘 상호 관련된다.
특히 이것은 코킹 시간의 종료를 나타내는 이상적인 지표(indicator)인 마지막 석탄 성분으로서의 수소의 연소이다. 따라서, 본 발명을 구현하는 코크스 오븐의 경우, 수소 0 체적 % 도달과 대략 동시에 코킹 시간의 종료가 달성되는 방식으로 코크스메이킹 공정(cokemaking process)의 제어가 가능하다. 만약 수소가 너무 이르게 연소되었다면, 이것은 증가된 연소 및/또는 가치있는 코크스의 소각으로 이어지고 이것은 경제적 단점을 나타낸다.
본 발명의 또 다른 변형예에서는, 상기 측정 장치는 산소의 함량을 측정하기 위해 코크스 오븐 솔 또는 폐가스 채널 내에 배치된 람다 프로브(lambda probe)이다. 상기 람다 프로브에 의해 그리고 제 2 공기의 제어를 갖는 피드백에 의해, 코킹 시간의 연장으로 이어질 수도 있는 너무 급격한 온도 강하 없이 코크스 오븐 솔 내의 완전한 연소가 항상 발생할 것이라는 점이 보장될 수 있다.
본 발명의 진보된 변형예에서는 산소 측정을 위한 람다 프로브 뿐만 아니라 수소, 질소, 일산화탄소 또는 이산화탄소의 측정을 위한 적어도 하나의 애널라이저가 제공된다.
또한, 본 발명은 전술한 코크스 오븐이 상기 개시된 실시예 중의 하나로 구현되는 석탄 탄화(coal carbonisation) 방법을 포함하며, 여기서는
본 방법의 개선된 변형예에서는,
본 발명을 구체화하는 상기 방법은 콜(coal) 탄화 중에 코크스 오븐 솔 내의 평균 온도가 350℃ 내지 400℃ 만큼 하강하며 1000℃ 아래로는 하강하지 않는 방식으로 적용된다. 또한, 최적화 방법은 폐가스 채널 내의 산소 농도를 7.5 내지 8.5 체적 %의 범위 내의 일정 레벨로 제어 및 조절하는 것이다.
도 1은 코크스 오븐 챔버(1) 및 코크스 오븐 솔(2)로 구성된 코크스 오븐을 도시한다.
본 발명은 도 1에 도시된 실시예의 변형예에 기초한 한 예를 가지고 기술되며, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않는다. 도 1은 코크스 오븐 챔버(1) 및 코크스 오븐 솔(2)로 구성된 코크스 오븐을 도시하며, 코크스 오븐 솔(2)의 각각의 챔버들 또는 채널들은 도시되지 않는다. 가스 채널(3)을 통해 상기 코크스 오븐 챔버(1)가 코크스 오븐 솔(2)과 연결된다. 라인(4)을 통해 제 1 공기가 코크스 오븐 챔버(1) 내로 공급될 수 있으며, 제어 플랩(7)이 상기 라인(4) 내에 배치된다. 라인(5)을 통해 제 2 공기가 코크스 오븐 솔(2) 내로 공급될 수 있으며, 제어 플랩(8)이 상기 라인(5) 내에 배치된다. 코크스 오븐 챔버(1)로부터 작은 가스 체적 흐름(small gas volume stream)을 취하기 위해 라인(9)이 제공되며 코크스 오븐 챔버(1)와 도시된 실시예에서 수소의 측정에 적합한 애널라이저(10)를 연결시킨다. 상기 라인(9) 내에서 이송되고 측정될 가스는 압축기(11)에 의해 흡입되고 애널라이저(10)로 이송된다. 상기 가스의 냉각을 위해서 압축기(11)의 상류에 열교환기(12)가 설치된다. 상기 가스 체적 흐름은 라인(21)을 통해 코크스 오븐 챔버(1) 내로 되돌려진다.
또한, 코크스 오븐 솔(2) 내에 배치된 온도 측정 장치(13) 및 폐가스 채널(6) 내에 배치된 람다 프로브(lambda probe)(14)가 개략적으로 도시되어 있다. 데이터 버스(data bus)(15)를 통해 애널라이저(10)로부터 상기 측정값들을 또한 제공받는 컴퓨터 유닛(16)으로 상기 측정값들이 데이터 버스(data bus)(17, 18)를 통해 전송된다. 상기 컴퓨터 유닛(16)은 제어 라인(19)을 통해 제어 플랩(control flap)(7)을 제어하며 따라서 제 1 공기의 체적 흐름 및, 각각, 코크스 오븐 챔버(1) 내의 온도를 조절한다. 또한, 상기 컴퓨터 유닛(16)은 제어 라인(20)을 통해 제어 플랩(8)을 제어하며, 이에 의해 제 2 공기의 체적 흐름을 조절하며, 따라서, 폐가스 채널(6) 내의 산소 함량뿐만 아니라 코크스 오븐 솔(2) 내의 온도를 조절한다.
본 발명을 구현하는 상술한 방법 및 상기 장치의 적용에 의해, 실질적으로 코킹 시간이 감소될 수 있었다. 이제 48시간 미만의 코킹 시간이 확실하게 달성될 수 있으며, 이것은 본 기술 분야의 종래 기술과 비교하면 오븐 수행 속도의 주목할 만한 증가를 나타낸다.
본 발명은 코크스 오븐 및 제어 방법에 이용될 수 있다.
[도면 부호의 설명]
1 코크스 오븐 챔버(coke oven chamber)
2 코크스 오븐 솔(coke oven sole)
3 가스 채널(gas channel)
4 라인(제 1 공기)(line(primary air))
5 라인(제 2 공기)(line(secondary air))
6 폐가스 채널(waste gas channel)
7 차단 부재(제 1 공기)(shutoff element(primary air))
8 차단 부재(제 2 공기)(shutoff element(secondary air))
9 라인(line)
10 애널라이저(analyzer)
11 압축기(compressor)
12 열교환기(heat exchanger)
13 온도 측정 기구(temperature measuring instrument)
14 람다 프로브(lambda probe)
15 데이터 버스(data bus)
16 컴퓨터 유닛(computer unit)
17 데이터 버스(data bus)
18 데이터 버스(data bus)
19 데이터 버스(data bus)
20 데이터 버스(data bus)
Claims (10)
- 코크스 오븐 챔버 및 채널들로 구성된 코크스 오븐 솔로 구성된 플랫 타입 구조로 내장된 코크스 오븐(즉, 비회수 및/또는 열회수 코크스 오븐)으로서, 상기 코크스 오븐 챔버 및 코크스 오븐 솔이 가스 채널들을 통해 서로 연결되며, 제 1 공기의 공급을 위한 하나 또는 수개의 개방 포트(들) 또는 채널(들) 및 코크스 오븐 솔 내로 제 2 공기의 공급을 위한 하나 이상의 개방 포트(들) 또는 채널(들)이 오븐 벽 및/또는 오븐 도어 내에 제공되며, 이들 개방 포트들의 앞에 또는 상기 개방 포트들로 안내하는 라인들 내에 차단 장치들이 배치되는 코크스 오븐에 있어서,- 상기 코크스 오븐은 코크스 오븐 챔버, 코크스 오븐 솔 및/또는 폐가스 채널의 가스 성분들의 농도를 측정하기 위한 최소한 하나의 측정 장치와 연결되며,- 상기 측정 장치는 차례로 컴퓨터 유닛이 상기 측정 장치로부터의 측정 결과 및 데이터를 제공받을 수 있는 방식으로 컴퓨터 유닛에 링크되며,- 상기 컴퓨터 유닛은 제어 라인들을 통해 상기 차단 장치들의 하나 이상의 조정 장치에 연결되며, 상기 차단 장치들은 밸브, 플랩, 슬라이드 게이트 등을 나타내는 것을 특징으로 하는 코크스 오븐.
- 제 1항에 있어서,상기 코크스 오븐 솔 또는 폐가스 채널 내에 온도 측정 장치가 배치되며, 상기 온도 측정 장치는 컴퓨터 유닛이 온도 측정 장치로부터의 측정 결과 및 데이터 를 제공받을 수 있는 방식으로 컴퓨터 유닛에 또한 연결되는 것을 특징으로 하는 코크스 오븐.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 측정 장치는 수소, 질소, 일산화탄소 또는 이산화탄소의 측정을 위한 애널라이저인 것을 특징으로 하는 코크스 오븐.
- 제 3항에 있어서,상기 애널라이저는 라인을 통해 코크스 오븐 챔버에 연결되는 것을 특징으로 하는 코크스 오븐.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 측정 장치는 산소의 측정을 위한 람다 프로브이며 코크스 오븐 솔 또는 폐가스 채널 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 코크스 오븐.
- 제 3항 또는 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,산소의 측정을 위한 람다 프로브 뿐만 아니라 수소, 질소, 일산화탄소 또는 이산화탄소의 측정을 위한 애널라이저가 제공되는 것을 특징으로 하는 코크스 오븐.
- 석탄 탄화를 위한 방법에 있어서,선행하는 항들 중 어느 한 항에 따른 코크스 오븐이 실행되며,- 상기 오븐에 석탄이 장입되고 코크스메이킹 공정이 시작되며,- 탄화 중에 하나 이상의 가스 성분(들)의 농도가 분석되며,- 상기 분석 데이터가 컴퓨터 유닛에 전송되며,- 상기 컴퓨터 유닛은 저장된 이산 값들 또는 모델 컴퓨테이션들에 기초하여 제 1 및/또는 제 2 공기의 공급을 결정하며,- 제어 라인들을 통해 제 1 및/또는 제 2 공기를 위한 상기 차단 장치들의 제어 부재들을 작동시키며, 따라서- 제 1 및/또는 제 2 공기를 조절하는 것을 특징으로 하는 석탄 탄화 방법.
- 제 7항에 있어서,석탄 탄화 중에,- 코크스 오븐 솔 및/또는 폐가스 채널 내의 온도가 측정되며, 그리고- 상기 측정 데이터가 컴퓨터 유닛에 전송되며,- 상기 컴퓨터 유닛은 저장된 이산 값들 또는 모델 컴퓨테이션들에 기초하여 제 1 및/또는 제 2 공기의 공급을 결정하며,- 제어 라인들을 통해 제 1 및/또는 제 2 공기를 위한 차단 장치들의 제어 부재들을 작동시키며, 따라서- 제 1 및/또는 제 2 공기를 조절하는 것을 특징으로 하는 석탄 탄화 방법.
- 제 7항 또는 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,석탄 탄화 중에 코크스 오븐 솔 내의 평균 온도는 350℃ 내지 400℃ 만큼 하강하며 1000℃ 미만으로 내려가지 않는 것을 특징으로 하는 석탄 탄화 방법.
- 제 7항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,폐가스 채널 내의 산소의 농도는 지속적으로 7.5 내지 8.5 체적 %의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 석탄 탄화 방법.
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