KR20100034827A - 피드호퍼의 미분탄 공급시스템 - Google Patents

피드호퍼의 미분탄 공급시스템 Download PDF

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Abstract

피드호퍼(10), 질소를 공급하는 가압라인(120), 질소를 배출하는 배압라인(150), 고로(90)에 미분탄을 배출하는 취입라인(130), 반송라인(140) 및 제어부(300)로 구성되며, 가압라인(120)은 상부라인(123), 콘부라인(121') 및 하부라인(127)으로 구성되고, 제어부(300)는 배압라인(150) 또는 상부라인(123)이 선택적으로 개방되도록 하며 하부라인(127)이 일정범위의 공급량을 유지하도록 하고 취입되는 미분탄의 밀도를 고려하여 콘부라인(121') 및 반송라인(140)의 공급량을 가감하는 피드호퍼의 미분탄 공급시스템이 소개된다. 그 피드호퍼의 미분탄 공급시스템에 따르면, 피드호퍼의 상부, 콘부 및 하부로 모두 질소가 유입되어 피드호퍼내 압력 조절이 정밀해지고, 각각의 질소 유입과 반송공기를 함께 제어하여 미분탄의 밀도가 정밀히 제어된다.
피드호퍼, 미분탄 밀도

Description

피드호퍼의 미분탄 공급시스템 {SYSTEM FOR SUPPLYING PULVERIZED COAL OF FEED-HOPPER}
본 발명은 미분탄을 질소와 혼합하여 고로에 취입하는 피드호퍼의 미분탄 공급시스템에 관한 것이다.
일반적으로 제철공장에서 공석을 녹여 용선을 생산하기 위하여는 열원이 필요하게 된다. 종래에는 그 열원으로써 코크스를 사용하였는데 최근에는 코크스 외에 미분탄을 사용하여 고로에 장입한다. 미분탄은 코크스보다 원가가 저렴하고 발열률이 높기 때문에 상당부분 고로의 열원으로써 코크스를 대체하고 있다.
그러한 미분탄을 고로에 장입하기 위하여는 분말상태의 미분탄을 질소와 혼합하여 공급하게 되는데, 이러한 미분탄과 질소를 혼합시켜 고로에 공급하는 장치가 피드호퍼이다. 피드호퍼에는 미분탄이 공급되고 질소가 내부로 불어넣어져 미분탄과 균일하게 섞이도록 한다. 그 혼합동작은 피드호퍼의 제어부에 의해 이루어지는데, 질소의 투입 위치와 제어부의 제어방식에 따라 고로에 공급되는 미분탄의 밀도가 결정된다.
고로에 장입되는 미분탄의 경우 원하는 수치대로 밀도가 조절되어야 최적의 열효율을 달성할 수 있게 된다. 그러나 종래에는 피드호퍼에 의해 취입되는 미분탄의 밀도가 제어가 용이하지 않아 용선생산의 제조단가가 증가되는 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 고로에 취입되는 미분탄의 밀도가 정확하게 제어되는 피드호퍼의 미분탄 공급시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 피드호퍼의 미분탄 공급시스템은, 상부, 콘부 및 하부로 구성된 피드호퍼, 질소를 공급하는 가압라인, 질소를 배출하는 배압라인, 고로에 미분탄을 배출하는 취입라인, 취입라인에 반송공기를 가하는 반송라인 및 각 라인을 제어하는 제어부로 구성되며, 상기 가압라인은 피드호퍼의 상부, 콘부 및 하부에 각각 연결된 상부라인, 콘부라인 및 하부라인으로 구성되고, 상기 제어부는 배압라인 또는 상부라인이 선택적으로 개방되도록 하며 하부라인이 일정범위의 공급량을 유지하도록 하고 취입되는 미분탄의 밀도를 고려하여 콘부라인 및 반송라인의 공급량을 가감한다.
상기 제어부는 미분탄의 취입량을 결정하고 설정값을 도출하는 취입량설정기 및 취입량설정기의 설정값에 따라 압력값을 도출하여 배압라인과 상부라인 및 콘부라인을 제어하는 압력조절기를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 압력조절기의 압력값이 일정값 이하인 경우에만 신호를 출력하여 배압라인을 제어하는 배압비율기, 압력조절기의 압력값이 일정값 이상인 경우에만 신호를 출력하는 압력비율기, 압력비율기의 출력에 따라 상부라인 제어신호를 출력하는 상부비율기 및 콘부라인 제어신호를 출력하는 콘부비율기를 포함하고, 상부라인/콘부라인 제어신호는 각각 상한이 설정될 수 있다.
상기 제어부는 취입량설정기의 설정값에 따라 일정범위 내에서 증감되는 하부라인 제어신호를 출력하는 하부비율기, 취입량설정기의 설정값에 따라 반송라인 제어신호를 출력하는 반송량설정기를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 취입되는 미분탄량과 콘부라인 및 하부라인을 통하여 공급되는 질소량에 의해 밀도값을 산출하는 밀도연산기를 포함하고, 이 밀도값에 따라 콘부라인 및 반송라인의 공급량을 가감할 수 있다.
상기 배압라인에는 주밸브 및 주밸브에 병렬로 연결된 보조밸브가 구비되며, 상기 제어부는 상부라인 및 콘부라인을 통한 공급량이 일정크기 이상으로 일정시간 동안 지속될 경우 주밸브를 잠그고 보조밸브를 개방할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 피드호퍼의 미분탄 공급시스템에 따르면, 피드호퍼의 상부, 콘부 및 하부로 모두 질소가 유입되어 피드호퍼내 압력 조절이 정밀해지고, 각각의 질소 유입과 반송공기를 함께 제어하여 미분탄의 밀도가 정밀히 제어된다.
또한, 제어부에서 취입되는 미분탄의 질량과 공급되는 질소의 양에 따라 밀도제어를 함으로써 취입되는 미분탄의 밀도가 보상된다.
또한, 배압밸브의 고장을 자동으로 탐지하여 피드호퍼내 압력이 비이상적으로 증가됨에 대비할 수 있어 작업을 중단하지 않고도 밸브의 교체가 가능해진다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 피드호퍼의 미분탄 공급시스템에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 피드호퍼의 미분탄 공급시스템의 구성도이다. 피드호퍼(10)에는 미분탄저장조(50)로부터 공급라인(160)을 통하여 미분탄이 공급되고 질소탱크(30)로부터 가압라인(120)을 통하여 질소가 공급된다. 또한 피드호퍼(10)내에 질소가 과공급되어 내부압력이 높은 경우에는 배압라인(150)을 통하여 미분탄저장조(50)로 질소를 배출한다. 피드호퍼(10) 내에서 혼합된 미분탄은 고로(90)로 취입라인(130)을 통하여 취입된다. 또한 그 취입의 압력유지를 위하여 취입라인(130)에는 반송기(70)로부터 공급되는 반송공기가 반송라인(140)을 통하여 전달된다. 이하에서는 도 2 및 도 3을 참고하여 피드호퍼를 중심으로 미분탄 공급시스템을 상세히 살펴본다.
도 2에는 피드호퍼와 그에 연결된 각 라인이 도시되어 있으며, 도 3에는 제어부의 구성이 도시되어 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 피드호퍼의 미분탄 공급시스템은, 상부(12), 콘부(14) 및 하부(16)로 구성된 피드호퍼(10), 질소를 공급하는 가압라인(120), 질소를 배출하는 배압라인(150), 고로(90)에 미분탄을 배출하는 취입라인(130), 취입라인(130)에 반송공기를 가하는 반송라인(140) 및 각 라인을 제어하는 제어부(300)로 구성되며, 상기 가압라인(120)은 피드호퍼(10)의 상부(12), 콘부(14) 및 하부(16)에 각각 연결된 상부라인(123), 콘부라인(121') 및 하부라인(127)으로 구성되고, 상기 제어부(300)는 배압라인(150) 또는 상부라 인(123)이 선택적으로 개방되도록 하며 하부라인(127)이 일정범위의 공급량을 유지하도록 하고 취입되는 미분탄의 밀도를 고려하여 콘부라인(121') 및 반송라인(140)의 공급량을 가감하도록 한다.
피드호퍼(10)는 상부(12), 콘부(14) 및 하부(16)로 구성된다. 상부(12)에는 상부라인(123)이 연결되어 질소가 공급되고 배압라인(150)을 통하여 미분탄저장조로 질소가 배출된다. 상부(12)의 하단에는 깔대기 형태로 내부가 좁아지는 콘부(15)가 형성되고 그 콘부(15)에는 환상가압관(15)과 연결된 콘부라인(121')을 통하여 질소가 공급된다. 콘부(15)의 하단에는 하부(16)가 형성되며 하부(16)에도 하부라인(127)을 통하여 질소가 공급되고 취입라인(130)을 통하여 미분탄이 고로로 취입된다. 취입라인(130)에는 반송기로부터 가압된 반송공기가 더해지기 위하여 반송라인(140)이 연결된다. 반송공기는 취입라인(130)에서 취입되는 미분탄에 가압을 하여 고로로 이송되도록 한다.
배압라인(150)에는 대형라인(151)과 두 개의 소형라인(152,153)이 병렬로 연결되고, 대형라인(151)에는 대형밸브(156)가 마련되고 그 대형밸브(156)에는 두 개의 소형밸브(157,158)가 병렬로 연결된다. 소형밸브(157,158) 중 하나는 주밸브(157)이고 나머지 하나는 보조밸브(158)이다. 보조밸브(158)는 평상시 잠겨있다가 주밸브(157)의 고장판명시 주밸브(157)가 폐쇄됨과 동시에 개방되도록 한다. 물론, 주밸브와 보조밸브의 관계는 대형밸브와 소형밸브에도 대응이 가능하다.
각각의 라인에는 모두 밸브가 적용되어 라인의 개폐가 가능하다. 일 예로 상부라인(123)에는 상부밸브(124)가 설치되고 콘부라인(121')에는 콘부밸브(125)와 콘부압력기(126)가 설치되며 상부밸브(124)와 콘부밸브(125)가 만나는 메인라인(121)에는 메인압력기(122)가 설치된다. 하부라인(127)에는 하부밸브(128)와 하부압력기(129)가 설치되고 반송라인(140)에는 반송밸브(142)와 반송압력기(143)가 설치된다. 각각의 압력기는 각각의 라인의 상태를 제어부(300)에 전달하고, 제어부(300)는 각각의 밸브의 개폐정도를 조절하여 라인별 압력을 조정한다.
구체적으로 도 3을 참고하여 제어부의 구성과 작용을 살펴본다. 제어부(300)는 각 라인의 개폐를 조절하고 특히 배압라인(150) 또는 상부라인(123)이 선택적으로 개방되도록 하며 하부라인(127)이 일정범위의 공급량을 유지하도록 하고 취입되는 미분탄의 밀도를 고려하여 콘부라인(121') 및 반송라인(140)의 공급량을 가감하도록 한다. 이러한 제어부(300)의 작용은 각각의 비율기를 통하여 가능한데, 비율기의 입력과 출력의 관계는 도 4 및 5에 도시되어 있다. 이하 도 3 내지 도 5를 함께 살펴본다.
제어부(300)는 취입량설정기(310), 압력조절기(320), 배압비율기(330), 압력비율기(340), 상부비율기(342), 콘부비율기(343), 콘부조절기(345), 하부비율기(350), 하부조절기(352), 반송량설정기(360), 반송조절기(362), 밀도연산기(370) 및 밀도비율기(372)로 구성된다. 취입량설정기(310)는 입력값과 피드호퍼의 미분탄 질량을 통하여 미분탄의 취입량을 결정하고, 설정값을 도출한다. 압력조절기(320)는 그 취입량설정기(310)의 설정값에 따라 압력값을 도출하여 배압라인(150)과 상부라인(123) 및 콘부라인(121')을 제어한다.
압력조절기(320)의 압력값은 배압비율기(330)와 압력비율기(340)에 입력된 다. 구체적으로 배압비율기(330)는 소형밸브(157)를 제어하는 비율기1(331)과 대형밸브(156)를 제어하는 비율기2(332)로 구성된다. 압력조절기(320)의 압력값을 100이라 할 때, 이 값은 비율기1(331), 비율기2(332), 압력비율기(340)로 입력되고 압력값이 50 이하일 때는 비율기1,2(331,332)가 출력을 발생하고 50 이상일 때는 압력비율기(340)가 출력을 발생한다. 즉, 50을 기준으로 하여 피드호퍼 내부압이 높을 때는 배압작용을 하고, 내부압이 낮을 때는 가압작용을 하는 것이다. 또한 비율기2(332)는 대형밸브를 제어하는 것이므로 비율기1(331)에 비하여 그 출력의 상한을 50으로 한다.
압력비율기(340)는 상부비율기(342)와 콘부비율기(343)에 신호를 전달한다. 압력비율기(340)의 출력 상한은 65인데, 그 65를 100으로 하여 입력이 된다. 압력비율기(340)의 출력 증가시 우선적으로 콘부비율기(343)의 출력이 상한 45로 하여 증가된다. 압력비율기(340)의 출력을 100으로 하였을 때 20이 되는 순간 상부비율기(342)의 출력이 발생된다. 상부비율기(342)의 출력 상한은 65로 한다. 상부비율기(342)와 콘부비율기(343)의 출력이 각각 상한이 정하여져 있으므로 미분탄의 밀도가 급격히 저하되는 것을 방지한다. 즉, 일반적으로 피드호퍼의 내압이 낮은 경우 압력조절기(320)의 압력값이 높아지는데, 그 압력값에 따라 압력비율기(340)의 출력이 증가되고 상부비율기(342)와 콘부비율기(343)의 출력이 상승된다. 그러나 상부비율기(342)와 콘부비율기(343)의 값이 그에 따라 갑자기 증대되면 피드호퍼에 가압되는 질소가 증대되고 이는 피드호퍼의 내압을 급격히 높히는 반면 미분탄의 밀도를 급격히 저하시키는 결과를 낳는다. 따라서 상부비율기(342)와 콘부비율 기(343)의 출력 상한을 설정하여 피드호퍼의 내압을 높이면서도 미분탄의 밀도를 유지토록 하는 것이다.
또한 콘부비율기(343)의 출력은 콘부조절기(345)로 입력되고 콘부조절기(345)는 콘부밸브(125)의 개방량을 계산하여 콘부밸브(125)를 제어한다.
한편, 취입량설정기(310)의 설정값은 하부비율기(350)와 반송량설정기(360)로 입력된다. 하부비율기(350)는 취입량설정기(310)의 설정값에 따라 증대되며 일정범위 내에서 증감되도록 한다. 구체적으로 설정값이 낮은 경우는 피드호퍼의 내부압력이 높은 경우이므로 배압밸브를 개방하고 상부밸브(124)와 콘부밸브(125)를 잠그도록 하는데, 배압라인을 통한 배압시에도 하부에는 꾸준히 질소가 유입되어야 미분탄이 하부에 쌓이지 않고 원활히 취입될 수 있으므로 하부비율기(350)의 출력은 하한값을 유지하고 있어야 한다. 하부비율기(350)의 출력은 하부조절기(352)로 입력되어 하부밸브(128)를 통한 질소의 유입이 17BNm3/h ~ 25BNm3/h로 유지되도록 한다. 하부비율기(350)를 통하여 일정량의 질소가 큰 변동없이 유입되기 때문에 하부에 미분탄이 가라앉지 않고 콘부밸브(125)로 유입되는 질소가 감소되어도 미분탄의 밀도를 일정하게 유지할 수 있게 된다.
또한 취입량설정기(310)의 설정값은 반송량설정기(360)에 입력되어 반송공기의 유량을 결정한다. 반송량설정기(360)의 출력은 반송조절기(362)에 입력되어 반송밸브(142)를 조절하게 된다. 즉 반송공기의 양을 독립적으로 제어하는 것이 아니라 설정값에 따르도록 함으로써 피드호퍼에 유입되는 질소와 함께 미분탄의 농도를 좀 더 세밀하게 조절할 수 있게 된다.
제어부(300)에는 밀도연산기(370)가 마련된다. 밀도연산기(370)는 취입되는 미분탄의 밀도를 고려하여 콘부라인(121') 및 반송라인(140)의 공급량을 가감하는 것이다. 구체적으로 밀도연산기(370)는 취입량설정기(310)를 통하여 피드호퍼의 실적값을 얻고, 하부조절기(352)와 콘부조절기(345)의 출력을 통하여 콘부 질소량을 얻는다. 이 값들을 통하여 밀도값을 산출한다. 일 예로 밀도값은 (실적값*1000)/콘부질소량으로 계산된다. 실적값은 취입량설정기(310)에 입력된 미분탄질량이고, 콘부질소량은 콘부조절기(345)와 하부조절기(352)에 입력된 질소투입량으로 결정된다. 산출된 밀도값은 밀도비율기(372)로 입력되고, 밀도비율기(372)에서는 그 밀도값에 따라 -5 ~ 5의 값을 출력하고, 이 값은 하부비율기(350)와 반송량설정기(360)의 출력에 보상된다. 즉, 콘부 및 하부에 입력되는 질소량을 통해 밀도를 산출하고 이를 다시 하부와 반송공기에 보상하여 최종적인 미분탄의 밀도를 안정화시키는 것이다.
한편, 배압라인(150)에는 주밸브(157) 및 주밸브(157)에 병렬로 연결된 보조밸브(158)가 구비된다. 일 예로 주밸브(157)를 소형밸브(157)로 하였을 때, 보조밸브(158)는 그에 병렬로 연결된 별도의 밸브일 수 있다. 제어부(300)는 상부라인(123) 및 콘부라인(121')을 통한 공급량이 일정크기 이상으로 일정시간 동안 지속될 경우 주밸브(157)를 잠그고 보조밸브(158)를 개방하도록 한다. 상부라인(123)과 콘부라인(121')의 공급량은 메인라인(121)의 메인압력기(122)를 통하여 검출이 가능하고, 메인압력기(122)의 측정값이 일정시간동안 일정크기 이상으로 나타날 경우 배압라인(150)의 이상으로 판단하며 주밸브(157)를 잠그고 보조밸브(158)를 개 방하는 것이다. 메인압력이 이상적으로 높다면 배압라인(150)의 고장 가능성이 큰 것이며 이 경우 피드호퍼를 정지하지 않고도 보조밸브(158)를 이용하여 피드호퍼의 동작을 유지하며 주밸브(157)의 점검 및 교체가 가능해지는 것이다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 피드호퍼의 미분탄 공급시스템의 구성도.
도 2는 도 1에 도시된 피드호퍼의 미분탄 공급시스템의 피드호퍼의 구성도.
도 3은 도 1에 도시된 피드호퍼의 미분탄 공급시스템의 제어부의 구성도.
도 4 및 5는 도 3에 도시된 각 비율기의 출력 그래프.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
120 : 가압라인 123 : 상부라인
121' : 콘부라인 127 : 하부라인
130 : 취입라인 140 : 반송라인
150 : 배압라인 300 : 제어부
310 : 취입량설정기 320 : 압력조절기
330 : 배압비율기 340 : 압력비율기
350 : 하부비율기 360 : 반송량설정기
370 : 밀도연산기

Claims (6)

  1. 상부(12), 콘부(14) 및 하부(16)로 구성된 피드호퍼(10), 질소를 공급하는 가압라인(120), 질소를 배출하는 배압라인(150), 고로(90)에 미분탄을 배출하는 취입라인(130), 취입라인(130)에 반송공기를 가하는 반송라인(140) 및 각 라인을 제어하는 제어부(300)로 구성된 피드호퍼의 미분탄 공급시스템으로서,
    상기 가압라인(120)은 피드호퍼(10)의 상부(12), 콘부(14) 및 하부(16)에 각각 연결된 상부라인(123), 콘부라인(121') 및 하부라인(127)으로 구성되고, 상기 제어부(300)는 배압라인(150) 또는 상부라인(123)이 선택적으로 개방되도록 하며 하부라인(127)이 일정범위의 공급량을 유지하도록 하고 취입되는 미분탄의 밀도를 고려하여 콘부라인(121') 및 반송라인(140)의 공급량을 가감하도록 구성된 피드호퍼의 미분탄 공급시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부(300)는 미분탄의 취입량을 결정하고 설정값을 도출하는 취입량설정기(310) 및 취입량설정기(310)의 설정값에 따라 압력값을 도출하여 배압라인(150)과 상부라인(123) 및 콘부라인(121')을 제어하는 압력조절기(320)를 포함하도록 구성된 피드호퍼의 미분탄 공급시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어부(300)는 압력조절기(320)의 압력값이 일정값 이하인 경우에만 신호를 출력하여 배압라인(150)을 제어하는 배압비율기(330), 압력조절기(320)의 압력값이 일정값 이상인 경우에만 신호를 출력하는 압력비율기(340), 압력비율기(340)의 출력에 따라 상부라인(123) 제어신호를 출력하는 상부비율기(342) 및 콘부라인(121') 제어신호를 출력하는 콘부비율기(343)를 포함하고, 상부라인(123)/콘부라인(121') 제어신호는 각각 상한이 설정되도록 구성된 피드호퍼의 미분탄 공급시스템.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어부(300)는 취입량설정기(310)의 설정값에 따라 일정범위 내에서 증감되는 하부라인(127) 제어신호를 출력하는 하부비율기(350), 취입량설정기(310)의 설정값에 따라 반송라인(140) 제어신호를 출력하는 반송량설정기(360)를 포함하도록 구성된 피드호퍼의 미분탄 공급시스템.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어부(300)는 취입되는 미분탄량과 콘부라인(121') 및 하부라인(127)을 통하여 공급되는 질소량에 의해 밀도값을 산출하는 밀도연산기(370)를 포함하고, 이 밀도값에 따라 콘부라인(121') 및 반송라인(140)의 공급량을 가감하도록 구성된 피드호퍼의 미분탄 공급시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 배압라인(150)에는 주밸브(157) 및 주밸브(157)에 병렬로 연결된 보조밸브(158)가 구비되며, 상기 제어부(300)는 상부라인(123) 및 콘부라인(121')을 통한 공급량이 일정크기 이상으로 일정시간 동안 지속될 경우 주밸브(157)를 잠그고 보조밸브(158)를 개방하도록 구성된 피드호퍼의 미분탄 공급시스템.
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