KR20100074799A - 가열로 연소 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 가열로에 공급되는 가연 가스의 조성을 분석하는 레이저 조성 측정기; 상기 레이저 조성 측정기에서 분석된 상기 가연 연료의 조성으로부터 상기 가스에 대한 이론 공연비를 산출하는 이론 공연비 산출기; 상기 이론 공연비에 따라 상기 가열로에 공급되는 상기 가연 가스 및 공기의 양을 조절하는 연소 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가열로 연소 제어 시스템 및 이를 이용한 가열로 연소 제어 방법을 제공한다.
Figure P1020080133317
가열로, 이론 공연비, 연소 챔버

Description

가열로 연소 제어 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING COMBUSTION OF FURNACE}
본 발명은 가열로 연소 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 레이저 조성 측정기를 이용하여 분석된 가연 가스의 조성에 따라 이론 공연비를 계산하여 가열로에 가연 가스와 공기의 양을 조절하여 공급할 수 있는 연소 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
철강 공정에서 가열로는 가열 소재(예를 들어, 슬라브, 블룸, 빌렛 등)를 후 공정에서 압연이 가능하도록 균일하게 가열해주는 설비이다. 이러한 가열로는 통상, 예열대, 가열대, 균열대로 이루어져 있으며, 그 각각은 소재의 추출 목표 온도와 노(爐) 내의 체류시간을 고려하여 분위기 온도를 설정해 주고 있다. 이 때, 분위기 온도를 맞추기 위해 버너를 통해 연료와 연소용 공기를 주입하여 노 내에서 연소시켜 분위기 온도를 맞추어 준다. 이 경우에 열원으로 사용되는 연료는 통상 일관 제철소에서는 Coke 오븐에서 발생하는 COG(Coke Oven Gas)와 고로에서 발생하는 BFG(Blast Furnace Gas), LDG(Linz Donavitz Gas), 또는 LNG(Liquified Natural Gas)를 혼합하여 사용한다. 또한, 효율적인 연소를 위하여는 연료량에 맞는 적정량의 공기도 공급되어야 한다.
이와 같이 적정한 공기를 가열로 내에 공급하기 위한 종래의 연소 제어 시스템(100)은 도 1에 도시된 바와 같다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 연소 제어 시스템(100)은 공급되는 가연 가스의 시료를 채취하여 전처리하는 전처리기(110), 전처리된 시료의 열량 및 조성을 분석하여 이론 공연비를 산출하는 열량/조성 분석기(120), 가열로의 연소 챔버 내의 산소 농도를 측정하여 분석하는 산소 농도 분석기(180), 이론 공연비와 산소 농도에 따라 유량계(140, 150) 및 밸브(145, 155)를 통해 연소 챔버(170)로 공급되는 공기와 가연 가스의 양을 조절하는 연소 제어기(130) 및 상기 연소 챔버(170)에 공급된 가연 가스를 연소시키는 버너(160)를 포함한다.
그러나, 이러한 구성을 갖는 종래의 연소 제어 시스템(100)은 가연 가스의 이론 공연비를 계산하기 위하여 전처리기(110)를 통해 전처리 절차를 거치므로 이를 위해 시스템이 복잡하여 구축 비용이 많이 들며, 응답성이 낮아 가연 가스의 조성이 급격하게 변경되는 경우 즉각적인 공연비 제어를 할 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 일 실시예는 가열로로 공급되는 가연 가스의 조성을 간단한 장치로 실시간으로 분석하여 즉각적인 공연비 제어가 가능한 가열로 연소 제어 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 양태는, 가열로에 공급되는 가연 가스의 조성을 분석하는 레이저 조성 측정기; 상기 레이저 조성 측정기에서 분석된 상기 가연 가스의 조성으로부터 상기 가연 가스에 대한 이론 공연비를 산출하는 이론 공연비 산출기; 상기 이론 공연비에 따라 상기 가열로에 공급되는 상기 가연 가스 및 공기의 양을 조절하는 연소 제어기;를 포함하는 가열로 연소 제어 시스템을 제공한다.
일 실시예에서, 상기 이론 공연비 산출기는 상기 가열로의 연소 챔버 내부의 H20 농도에 따라 상기 이론 공연비를 산출할 수 있으며, 또한, 상기 연소 제어기는 상기 가열로의 연소 챔버 내부의 O2 농도에 따라 상기 가열로에 공급되는 상기 가연 가스 및 상기 공기의 양을 조절할 수 있다.
본 발명의 다른 양태는, 가열로에 공급되는 가연 가스의 조성을 레이저 조성 측정기를 이용하여 분석하는 단계; 분석된 상기 가연 가스의 조성으로부터 상기 가연 가스에 대한 이론 공연비를 산출하는 단계: 및 상기 이론 공연비에 따라 상기 가열로에 공급되는 상기 가연 가스 및 공기의 양을 조절하는 단계;를 포함하는 가열로 연소 제어 방법을 제공한다.
일 실시예에서, 상기 이론 공연비를 산출하는 단계는, 상기 가열로의 연소 챔버 내부의 H20 농도에 따라 상기 이론 공연비를 산출할 수 있으며, 또한, 상기 가연 가스 및 공기의 양을 조절하는 단계는, 상기 가열로의 연소 챔버 내부의 O2 농도에 따라 상기 가열로에 공급되는 상기 가연 가스 및 상기 공기의 양을 조절할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 간단한 구성으로 빠른 응답성을 갖는 가열로 연소 제어 시스템을 제공할 수 있는 효과가 있으며, 이에 따라 저렴한 비용으로 가열로 연소 제어 시스템을 구축할 수 있을 뿐만 아니라, 안정적으로 가열로의 연소를 제어할 수 있는 효과가 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 가열로 연소 제어 시스템 및 방법을 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가열로 연소 제어 시스템(200)이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가열로 연소 제어 시스템은, 가열로에 공급되는 가연 가스의 조성을 분석하는 레이저 조성 측정기(210), 레이저 조성 측정기(210)에서 분석된 가연 가스의 조성으로부터 가연 가스에 대한 이론 공연비를 산출하는 이론 공연비 산출기(220), 이론 공연비에 따라 연료 챔버(270)에 공급되는 가연 가스 및 공기의 양을 조절하는 연소 제어기(230)를 포함한다.
이 때, 이론 공연비 산출기(220)는 H20 농도 분석기(290)로부터 제공된 연소 챔버(270) 내부의 H20 농도에 따라 이론 공연비를 산출할 수 있으며, 또한, 연소 제어기(220)는 산소 농도 분석기(280)에 의해 분석된 연소 챔버(270) 내부의 O2 농도에 따라 공급되는 가연 가스 및 공기의 양을 조절할 수 있다. 연소 챔버(270) 내의 가연 가스는 버너(260)에 의해 연소된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가열로 연소 제어 방법에 대한 플로우차트이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가열로 연소 제어 방 법은, 가열로에 공급되는 가연 가스의 조성을 레이저 조성 측정기를 이용하여 분석하는 단계(S100), 분석된 가연 가스의 조성으로부터 가연 가스에 대한 이론 공연비를 산출하는 단계(S200) 및 이론 공연비에 따라 가열로에 공급되는 가연 가스 및 공기의 양을 조절하는 단계(S300)를 포함한다.
이 때, 이론 공연비를 산출하는 단계(S200)는, 가열로의 연소 챔버 내부의 H20 농도에 따라 이론 공연비를 산출할 수 있으며, 또한, 가연 가스 및 공기의 양을 조절하는 단계(S300)는 가열로의 연소 챔버 내부의 O2 농도에 따라 가열로, 즉, 연소 챔버에 공급되는 가연 가스 및 공기의 양을 조절할 수 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 가열로 연소 제어 시스템 및 방법의 동작 및 작용을 도 2 및 3을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
가연 가스가 가열로로 공급되면, 가연 가스가 레이저 조성 측정기(210)를 통과하게 되며, 이 때 레이저 조성 측정기(210)는 레이저를 조사함으로써 가연 가스의 조성을 측정하게 된다(S100). 레이저 조성 측정기(210)는 가연 가스가 흐르는 배관에 설치되어 소정 파장의 레이저를 조사하게 되고, 조사된 가연 가스에서 발생하는 파장을 분석함으로써 가연 가스의 조성을 파악하는 장치이다.
측정된 조성은 이론 공연비 산출기(220)로 공급되며, 이론 공연비 산출 기(220)는 측정된 조성에 따른 이론 공연비를 산출한다(S200). 이론 공연비는 단위량의 연소 가능한 가스(이하, 가연 가스)를 완전히 연소시키는데 필요한 공기의 양을 의미하며, 이는 가연 가스를 완전 연소시키기 위하여 실제로 공급되어야 하는 공기량을 결정하는 기준이 된다.
한편, 레이저 조성 측정기(210)는 그 특성상 가연 가스에서 H2의 조성을 분석하기 어렵다. 즉, H2에 레이저가 조사되더라도 이에 의해 발생하는 파장은 너무 짧기 때문에 레이저 조사에 의해 발생하는 파장을 분석하더라도 H2의 농도를 파악하기 어렵다. 이를 대신하여, 가연 가스 내의 H2의 조성은 수소 농도 분석기(290)에서 공급된 가열로의 연소 챔버(270) 내에 포함된 H20의 농도를 참조함으로써 파악될 수 있다. 즉, 가연 가스에 함유된 H2는 연소 챔버(270) 내에서 공급된 공기 내의 O2와 결합하여 H2O를 생성하므로, 연소 챔버(270) 내의 H2O 농도로부터 역으로 가연 가스 내의 H2 농도를 파악할 수 있다. 이를 위하여, 공급되는 가연 가스에서의 H2 조성과 연소 챔버(270) 내에 포함된 H20의 농도 사이의 관계를 사전에 결정하여 이를 참조하여 이론 공연비 산출에 사용하는 것이 바람직하다.
산출된 이론 공연비는 연소 제어기(220)에 공급되며, 연소 제어기(220)는 이 론 공연비, 유입되는 공기량 및 유입되는 가연 가스량을 밸브(245, 255)를 통해 제어한다(S300). 이 경우 유입되는 공기량과 가연 가스량에 대한 정보는 각각 유량계(240, 250)로부터 공급될 수 있다.
한편, 연소 제어기(220)는 더욱 정밀한 공기 및 가연 가스 공급 제어를 위하여 연소 챔버(270) 내의 O2 농도를 산소 농도 분석기(280)를 통해 공급받아 이에 따라 공기 및 가연 가스 공급을 할 수 있다.
이러한 과정을 통하여, 본 발명의 실시예에 따른 가열로 연소 제어 시스템은 레이저 조성 측정기를 통해 실시간으로 가연 가스의 조성을 분석하여 이를 가연 가스 연소에 즉시 이용할 수 있어, 가연 가스의 급격한 조성 변화에 있어서 더욱 신속한 공연비 제어가 가능한 이점이 있으며, 그 구성이 단순하여 가열로 연소 제어 시스템의 구축 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이며, 이 또한 첨부된 청구범위에 기재된 기술적 사상에 속한다 할 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 가열로 연소 제어 시스템에 대한 개략적인 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가열로 연소 제어 시스템에 대한 개략적인 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가열로 연소 제어 방법에 대한 플로우차트이다.
<도면의 주요 부분 부호에 대한 부호의 설명>
200: 가열로 연소 제어 시스템
210: 레이저 조성 측정기
220: 이론 공연비 산출기
230: 연소 제어기
240, 250: 유량계
245, 255: 밸브
260: 버너
270: 연소 챔버
280: 산소 농도 분석기
290: H20 농도 분석기

Claims (6)

  1. 가열로에 공급되는 가연 가스의 조성을 분석하는 레이저 조성 측정기;
    상기 레이저 조성 측정기에서 분석된 상기 가연 가스의 조성으로부터 상기 가연 가스에 대한 이론 공연비를 산출하는 이론 공연비 산출기; 및
    상기 이론 공연비에 따라 상기 가열로에 공급되는 상기 가연 가스 및 공기의 양을 조절하는 연소 제어기;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가열로 연소 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이론 공연비 산출기는 상기 가열로의 연소 챔버 내부의 H20 농도에 따라 상기 이론 공연비를 산출하는 것을 특징으로 하는 가열로 연소 제어 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 연소 제어기는 상기 가열로의 연소 챔버 내부의 O2 농도에 따라 상기 가열로에 공급되는 상기 가연 가스 및 상기 공기의 양을 조절하는 것을 특징으로 하는 가열로 연소 제어 시스템.
  4. 가열로에 공급되는 가연 가스의 조성을 레이저 조성 측정기를 이용하여 분석하는 단계;
    분석된 상기 가연 가스의 조성으로부터 상기 가연 가스에 대한 이론 공연비를 산출하는 단계: 및
    상기 이론 공연비에 따라 상기 가열로에 공급되는 상기 가연 가스 및 공기의 양을 조절하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가열로 연소 제어 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 이론 공연비를 산출하는 단계는, 상기 가열로의 연소 챔버 내부의 H20 농도에 따라 상기 이론 공연비를 산출하는 것을 특징으로 하는 가열로 연소 제어 방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 가연 가스 및 공기의 양을 조절하는 단계는, 상기 가열로의 연소 챔버 내부의 O2 농도에 따라 상기 가열로에 공급되는 상기 가연 가스 및 상기 공기의 양 을 조절하는 것을 특징으로 하는 가열로 연소 제어 방법.
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