KR20100076172A

KR20100076172A - 가열로의 분위기 온도 상향 설정방법

Info

Publication number: KR20100076172A
Application number: KR1020080134112A
Authority: KR
Inventors: 강덕홍; 김기홍; 정홍규
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2010-07-06

Abstract

본 발명은 가열로에서 배가스의 온도 제약을 최소화하여 분위기 온도를 상향 설정함으로써 생산성을 향상시키고자 하는 데 그 목적이 있다. 본 발명은 유량의 방향을 조절하는 밸브와, 상기 밸브를 제어하는 분산제어시스템(DCS)과 한 쌍의 축열식 열교환기를 포함하여 구성된 가열로의 분위기 온도 상향 설정 시스템에 있어서, 상기 한 쌍의 열교환기는 세라믹으로 이루어져 있고, 가열로의 배가스가 통과되면서 배열을 축열시키는 열교환기와 송풍기로부터 공급되는 연소용 공기가 통과되면서 예열되는 열교환기로 구성되며, 상기 분산제어시스템(DCS)의 지시에 의해 상기 밸브를 절환하여 상기 배가스와 연소용 공기의 유로를 변경함에 의해 상기 한 쌍의 열교환기의 축열과 예열의 기능을 서로 변경할 수 있는 것을 특징으로 하는 가열로의 분위기 온도 상향 설정 시스템을 제공한다. 본 발명은 종래에는 배가스 온도 제약으로 인해 가열로의 분위기 온도의 상한치에 한계가 있었는 바, 이러한 배가스 온도 제약을 최소화하여 가열로의 분위기 온도를 높게 설정함으로써 가열소재의 재로시간이 단축시켜 생산성을 향상시키고, 열교환율이 우수하고 소형의 축열식 교환기를 사용하여 에너지 절감효과를 제공하게 된다.

가열로, 분위기, 온도, 배가스, 열교환기, DCS

Description

가열로의 분위기 온도 상향 설정방법{METHOD FOR RAISING FURNACE GAS TEMPERATURE IN REHEATING FURNACE}

본 발명은 가열로에 있어서 배가스의 온도 제약을 최소화함으로써 가열로내 분위기 온도를 높게 설정하여 생산성 향상이 가능한 가열로의 분위기 온도 상향 설정 시스템에 관한 것이다.

가열로는 통상 버너에 의해 연료를 연소시켜 피가열물을 승온, 가열시키는 설비로서 대개 1200 ℃ 이상 고온으로 유지되는 에너지 다소비 설비이다. 그러므로 가열로의 열효율을 향상시켜 연료 원단위를 낮추는 것이 매우 중요한 것으로 인식되어 왔으며, 이를 위하여 각종 열회수 장치가 개발되어 사용되고 있다.

가열로에서 방출되어지는 폐열중에서 가장 큰 부분을 차지하는 것이 연소 배가스의 배열임은 이미 잘 알려져 있으며, 연소 배가스의 배열회수를 위한 방법으로써 일반적으로 연소용 공기 예열용의 열교환기(Recuperator)를 설치하여 운용하고 있다.

도 1은 종래의 가열로와 배열회수용 열교환시스템을 나타내는 구성도인데, 종래의 가열로(1)에서는 장입대, 예열대, 가열대, 균열대에서 연소되어 가열로(1) 내의 소재(2)를 가열한 후 950 ℃ 정도의 연소 배가스가 연도(6)를 통하여 열교환기(10)로 보내진다. 이 때 열교환기는 금속으로 이루어지며 그 재질의 제약조건에 의해 연소 배가스의 온도가 최대 850 ℃가 넘지 않도록 하기 위해 연도에 희석팬(8)이 설치되어 있다.

또한, 열전대(9)에 의하여 측정된 연소 배가스의 온도가 일정치를 넘어설 경우 분산제어시스템(Distributed Control System, 이하 'DCS'라함;12)에 의하여 희석팬(8)을 가동시켜 연도(6)를 지나가는 연소 배가스의 온도를 상온의 외기와 혼합시켜 적정 연소 배가스의 온도를 유지하여 열교환기(10)로 보내게 된다.

그러나, 상기 방식의 경우에는 열교환기의 열회수율이 70% 미만으로서 연소용 공기의 온도를 600 ℃ 이상으로 예열하는 것이 곤란하여 현열회수의 극대화에 문제점이 있다. 또한, 열교환기의 재질적인 측면에서도 전열관의 보호를 위하여 가열로의 출구 온도를 850 ℃ 이상으로 유지하는 것이 곤란하여 희석팬에 의하여 상기 열교환기의 전단부의 배가스 온도를 저감시킴에 의해 배열 회수율이 악화되고, 희석팬의 용량 한계때문에 가열로의 분위기 온도를 1050 ℃ 이상 유지할 수 없어 생산성이 저하되는 문제가 있다.

본 발명은 가열로에서 배가스의 온도 제약을 최소화하여 분위기 온도를 상향 설정함으로써 생산성을 향상시키고자 하는 데 그 목적이 있다.

본 발명은 유량의 방향을 조절하는 밸브와, 상기 밸브를 제어하는 분산제어시스템(DCS)과 한 쌍의 축열식 열교환기를 포함하여 구성된 가열로의 분위기 온도 상향 설정 시스템에 있어서, 상기 한 쌍의 열교환기는 세라믹으로 이루어져 있고, 가열로의 배가스가 통과되면서 배열을 축열시키는 열교환기와 연소용 공기가 통과되면서 예열되는 열교환기로 구성되어 있으며, 상기 분산제어시스템(DCS)의 지시에 의해 상기 밸브를 절환하여 상기 배가스와 연소용 공기의 유로를 변경함에 의해 상기 한 쌍의 열교환기의 축열과 예열의 기능을 서로 변경할 수 있는 것을 특징으로 하는 가열로의 분위기 온도 상향 설정 시스템을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 한 쌍의 열교환기의 내부에 다층으로 구성된 허니컴 타입의 축열체가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가열로의 분위기 온도 상향 설정 시스템을 제공한다.

또한, 본 발명의 상기 밸브는 4방향으로 유량을 조절할 수 있는 4방 절환 밸브임을 특징으로 하는 가열로의 분위기 온도 상향 설정 시스템을 제공한다.

또한, 본 발명은 가열로내의 로압의 측정신호를 상기 분산제어시스템에 송신하는 검출센서가 더 포함되어 구성된 것을 특징으로 하는 가열로의 분위기 온도 상 향 설정 시스템을 제공한다.

또한, 본 발명은 가열로의 배기가스 출구와 상기 한쌍의 열교환기의 하측에 형성된 4방절환밸브 사이에 연소 배가스의 배기를 위한 바이패스 배기라인이 형성되고, 상기 바이패스 배기라인상에는 DCS의 제어에 의해 유량을 조절하는 댐퍼가 더 포함되어 구성된 것을 특징으로 하는 가열로의 분위기 온도 상향 설정 시스템을 제공한다.

본 발명은 종래에는 배가스 온도 제약으로 인해 가열로의 분위기 온도의 상한치에 한계가 있었는 바, 이러한 배가스 온도 제약을 최소화하여 가열로의 분위기 온도를 높게 설정함으로써 가열소재의 재로시간이 단축시켜 생산성을 향상시키고, 열교환율이 우수하고 소형의 축열식 교환기를 사용하여 에너지 절감효과를 제공하게 된다.

이하, 본 발명에 대하여 첨부 도면을 참고하여 자세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 분위기 온도 상향 설정 시스템을 나타낸 구성도이다.

본 발명은 종래의 금속재질의 열교환기의 온도제약조건을 해결하기 위하여 열교환기의 재질을 세라믹으로 구성한다. 상기 세라믹은 알루미나, 코딜라이트 등의 재질이 가능하다.

도 3에 도시된 바와 같이, 가열로의 배가스가 밸브와 유량조절 댐퍼를 지나 일측의 축열식 열교환기(30a)를 통과하면서 배스의 배열을 상기 열교환기에 축열시키고 200 ℃ 이하의 저온으로 배출되어 연도(35)를 통하여 배기된다. 한편, 송풍기(31)로부터 공급되는 연소용 공기가 밸브(32)를 지나 타측의 축열된 축열식 열교환기(30b)를 통과하면서 고온으로 예열된다.

상기 과정이 일정 주기가 지나면 제어기인 분산제어시스템(DCS)(34)의 지시에 의해 상기 밸브(27)를 절환하여 상기 배가스와 연소용 공기의 유로를 변경함에 의해 상기 한 쌍의 열교환기의 축열과 예열의 역할을 서로 바꾸어 수행하게 된다.

즉, 상기 밸브(27)가 절환되면, 상기 일측의 축열식 열교환기(30a)에는 송풍기(31)로부터 공급되는 연소용 공기가 유입되어 축열된 열에 의하여 고온으로 예열되어 연소용 공기 공급라인(25)을 통해 버너(22)로 공급되고, 상기 타측의 축열식 열교환기(30b)에는 가열로의 연소 배가스가 유입되어 상기 열교환기(30b)에 축열시키고 저온으로 배출된 배가스는 연도를 통하여 배기되는 것이다.

따라서 장입대에 버너(36)를 추가 설치하여 가열로의 분위기 온도를 상향시 켰을 때, 가열로로부터의 고온의 배가스가 상기 일측의 축열식 열교환기(30a)에 유입되더라도 고온에서 저항성이 큰 세라믹 재질로 이루어져 있기 때문에 가열로의 분위기 온도의 상향 설정에 문제가 없으며, 한 쌍의 열교환기가 축열과 예열의 역할을 교번으로 수행하기 때문에 열교환기의 전열관에 가해지는 열적 응력을 최대한 감소시킬 수 있다.

본 발명은 상기 한 쌍의 열교환기의 내부에 다층으로 구성된 허니컴 타입의 축열체가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가열로의 분위기 온도 상향 설정 시스템을 제공한다. 축열체층을 다층의 허니컴(Honeycomb) 타입으로 형성시킴에 의하여 열교환율을 상승시키고 설치면적의 최소화가 가능하며, 교체 및 보수, 청소가 용이하고, 열충격을 최소화하며, 온도대별로 적정재질과 CPSI(Cell Per Square Inch)를 달리할 수 있다.

본 발명은 상기 밸브는 4방향으로 유량을 조절할 수 있는 4방 절환 밸브임을 특징으로 하는 가열로의 분위기 온도 상향 설정 시스템을 제공한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 축열식 열교환기의 하측에 4방 절환 밸브(27)가 형성되어 있어, 절환방향에 따라 배가스와 연소용 공기의 유로가 바뀌게 되고, 한 쌍의 열교환기중 한곳으로 이동시키게 된다. 또한, 한 쌍의 축열식 열교환기의 상측에도 송풍기와 연결된 4방 절환 밸브(32)가 형성되어 있어, 절환방향에 따라 배가스와 연소용 공기를 한 쌍의 열교환기 또는 흡입팬(33)으로 이동하도록 유로를 형성시킨다. 한편, 상기 4방 절환 밸브는 분산제어시스템(DCS)(34)에 의해 제어된다.

또한, 한 쌍의 축열식 열교환기 하측에 형성된 댐퍼(28,29)도 DCS(34)에 의해 제어되는데, 이를 위하여 가열로내에는 로압의 측정신호를 상기 분산제어시스템에 송신하는 검출센서(23)가 구성되어 있다. 상기 로압검출센서(23)는 가열로 내의 로압에 관한 정보를 DCS(34)로 송신하고, DCS(34)는 이를 설정치(통상 1.0mmH₂O)와 비교하여 댐퍼(28, 29)의 개도량을 조정하여 가열로의 로압을 제어할 수 있다.

본 발명은 축열식 열교환기의 갑작스런 고장 또는 내부의 축열체의 교체 및 보수, 청소 등의 작업이 있는 경우를 대비하여 가열로의 배기가스 출구와 상기 한쌍의 열교환기의 하측에 형성된 4방절환밸브(27) 사이에 연소 배가스의 배기를 위한 바이패스 배기라인(37)이 형성되고, 상기 바이패스 배기라인상에는 DCS의 제어에 의해 유량을 조절하는 댐퍼(26)가 더 구성되어 있다. DCS가 댐퍼(26)의 개도량을 조절하면 배가스는 종래의 자연통풍에 의해 연돌(35)을 통하여 배기되게 된다.

도 1은 종래의 가열로와 가열로 분위기 온도 상향 설정 시스템을 나타낸 구성도.

도 2는 본 발명에 의한 분위기 온도 상향 설정 시스템을 나타낸 구성도.

* 발명의 주요기호에 대한 설명 *

1. 가열로 2. 소재

3. 통상 버너 4. 사절벽

5. 축열식 버너 6. 연도

7. 빔 8. 희석팬

9. 열전대 10. 열교환기

11. 연돌

21. 가열로 22. 버너

23. 로압검출센서 24. 연료공급라인

25. 연소용 공기 공급라인 26,28,29 댐퍼

27, 32. 4방 절환 밸브 30a,30b. 축열식 열교환기(Regenerator)

31. 송풍기 33. 흡입팬

34. DCS 35. 연돌

36. 장입대 버너 37. 바이패스 배기라인

Claims

유량의 방향을 조절하는 밸브와, 상기 밸브를 제어하는 분산제어시스템(DCS)과 한 쌍의 축열식 열교환기를 포함하여 구성된 가열로의 분위기 온도 상향 설정 시스템에 있어서,

상기 한 쌍의 열교환기는 세라믹으로 이루어져 있고, 가열로의 배가스가 통과되면서 배열을 축열시키는 열교환기와 연소용 공기가 통과되면서 예열되는 열교환기로 구성되어 있으며, 상기 분산제어시스템(DCS)의 지시에 의해 상기 밸브를 절환하여 상기 배가스와 연소용 공기의 유로를 변경함에 의해 상기 한 쌍의 열교환기의 축열과 예열의 기능을 서로 변경할 수 있는 것을 특징으로 하는 가열로의 분위기 온도 상향 설정 시스템.
제1항에 있어서,

상기 한 쌍의 열교환기의 내부에 다층으로 구성된 허니컴 타입의 축열체가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가열로의 분위기 온도 상향 설정 시스템.
제1항에 있어서,

상기 밸브는 4방향으로 유량을 조절할 수 있는 4방 절환 밸브임을 특징으로 하는 가열로의 분위기 온도 상향 설정 시스템.
제1항에 있어서,

가열로내의 로압의 측정신호를 상기 분산제어시스템에 송신하는 검출센서가 더 포함되어 구성된 것을 특징으로 하는 가열로의 분위기 온도 상향 설정 시스템.
제1항에 있어서,

가열로의 배기가스 출구와 상기 한쌍의 열교환기의 하측에 형성된 4방절환밸브 사이에 연소 배가스의 배기를 위한 바이패스 배기라인이 형성되고, 상기 바이패스 배기라인상에는 분산제어시스템(DCS)의 제어에 의해 유량을 조절하는 댐퍼가 더 포함되어 구성된 것을 특징으로 하는 가열로의 분위기 온도 상향 설정 시스템.