KR20120033074A - Combusion type caloriemeter and method of combusion type calorie measurement - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 연료에 포함된 수분의 양에 관계없이 정확한 열량을 측정할 수 있는 연소식 열량계 및 연소식 열량측정방법에 관한 것이다.The present invention relates to a combustion calorimeter and a combustion calorimetry method capable of measuring an accurate amount of heat regardless of the amount of water contained in the fuel.
제철소에서는 용광로에서 발생하는 고로가스, 코크스 건류과정에서 발생하는 코크 오븐가스, 전로에서의 제련과정에서 발생하는 전로가스 등의 부생가스와 작업공정에 따라 LNG또는 LPG를 연료로 사용하고 있다. Steel mills use LNG or LPG as fuel depending on by-product gases such as blast furnace gas from blast furnace, coke oven gas from coke distillation process and converter gas from smelting process in converter.
이들 가스연료의 경우 대부분은 폐열을 이용한 레큐퍼레이터나 열교환기를 거쳐 고온으로 예열 후 연소기내로 유도되나 경우에 따라서는 예열없이 상온의 가스연료를 그대로 사용하기도 한다.Most of these gas fuels are preheated to high temperature through a recuperator or heat exchanger using waste heat and then introduced into the combustor.
본 발명의 목적은 연료에 포함된 수분의 양에 관계없이 정확한 열량을 측정할 수 있는 연소식 열량계 및 연소식 열량측정방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a combustion calorimeter and a combustion calorimetry method capable of accurately measuring calories regardless of the amount of water contained in a fuel.
본 발명의 일측면에 따른 연소식 열량계는 버너를 포함하는 연소로; 상기 연소로로 가스가 주입되는 주배관; 입구와 출구 양단이 주배관에 연결된 지관; 상기 지관의 입구에 형성된 삼방밸브; 상기 지관 상에 부분적으로 충진된 흡습제와 상기 흡습제의 하부에 위치하여 흡습제의 중량 변화를 감지하는 압전센서를 포함하는 측정부 및 상기 압전센서로 부터 감지된 흡습제의 중량변화를 전송받아 가스내의 수분량을 측정하는 제어부를 포함한다.Combustion calorimeter according to an aspect of the present invention is a combustion furnace including a burner; A main pipe through which gas is injected into the combustion furnace; Branch pipes connected at both ends of the inlet and outlet to the main pipe; A three-way valve formed at the inlet of the branch pipe; A measurement part including a hygroscopic agent partially filled on the branch pipe and a piezoelectric sensor positioned below the hygroscopic and detecting a weight change of the hygroscopic agent; and receiving a weight change of the hygroscopic agent detected from the piezoelectric sensor to receive a moisture content in the gas. It includes a control unit for measuring.
상기 측정부는 상기 충진된 흡습제의 양단에 위치하여 흡습제를 고정하는 다공성부재를 더 포함할 수 있다.The measuring unit may further include a porous member positioned at both ends of the filled absorbent to fix the absorbent.
특히, 상기 측정부의 상기 다공성부재는 ABS계통 수지가 코팅된 것을 이용할 수 있다. In particular, the porous member of the measurement unit may be coated with ABS resin.
상기 측정부는 상기 흡습제의 상부에 제어부에 의해 개폐가능한 도어를 더 포함할 수 있으며, 상기 도어의 개방시 상기 흡습제를 건조시키는 히터를 더 포함할 수 있다. The measurement unit may further include a door that can be opened and closed by a control unit on an upper portion of the moisture absorbent, and may further include a heater to dry the moisture absorbent when the door is opened.
상기 지관상에서 상기 충진재 보다 상기 지관의 입구쪽에 위치하며, 상기 지관으로 유입되는 가스를 냉각시키는 냉각부를 더 포함할 수 있다.Located on the inlet side of the branch pipe than the filler on the branch pipe, it may further include a cooling unit for cooling the gas flowing into the branch pipe.
상기 냉각부는 냉각수를 이용하는 것을 특징으로 하며, 상기 제어부에 의해 상기 냉각수 공급이 제어될 수 있다. The cooling unit may use cooling water, and the cooling water supply may be controlled by the control unit.
상기 지관상에 열전대를 더 포함하고, 상기 열전대에서 감지한 온도가 기준온도보다 높은 경우 상기 제어부는 상기 냉각수를 냉각부에 공급할 수 있다. The thermocouple further includes a thermocouple on the branch pipe, and when the temperature detected by the thermocouple is higher than a reference temperature, the controller may supply the cooling water to the cooling unit.
상기 압전센서의 신호가 상기 제어부로 전달될 때 상기 신호를 증폭시키는 OP-AMP를 더 포함할 수 있다.The piezoelectric sensor may further include an OP-AMP that amplifies the signal when the signal is transmitted to the controller.
본 발명의 다른 측면에 따른 연소식 열량측정방법은 연소식 열량계의 주배관에 연결된 지관 상에 충진된 흡습제의 하단에 위치한 압전센서로 부터 초기 압력을 측정하는 단계; 상기 주배관에 유입되는 가스의 흐름을 상기 지관으로 변경하는 단계; 상기 흡습제에 기준시간 동안 가스를 통과시킨 후 연소로에서 가스의 연소 시 발열량을 측정하고, 가스흐름을 다시 상기 주배관으로 변경하는 단계; 상기 압전센서에서 상기 초기 압력 대비 압력변화량을 측정하고, 이를 기초로 상기 가스에 포함된 수분함량을 계산하는 단계; 및 상기 수분함량과 상기 측정열량을 출력하거나 상기 수분함량을 고려하여 상기 발열량의 보정한 값을 출력하는 단계를 포함한다.Combustion calorimetry method according to another aspect of the present invention comprises the steps of measuring the initial pressure from the piezoelectric sensor located at the bottom of the absorbent filled on the branch pipe connected to the main pipe of the combustion calorimeter; Changing the flow of gas flowing into the main pipe into the branch pipe; Passing a gas through the moisture absorbent for a reference time, measuring a calorific value during combustion of the gas in a combustion furnace, and changing a gas flow back into the main pipe; Measuring a pressure change relative to the initial pressure in the piezoelectric sensor and calculating a moisture content included in the gas based on the pressure change; And outputting the moisture content and the measured calorific value or correcting the calorific value in consideration of the moisture content.
상기 지관에 흐르는 가스의 온도를 측정하는 단계; 및 상기 측정온도가 기준온도보다 높은 경우 상기 가스를 냉각시키는 단계를 더 포함할 수 있다.Measuring a temperature of a gas flowing in the branch pipe; And cooling the gas when the measurement temperature is higher than a reference temperature.
상기 지관으로 가스를 차단한 경우, 상기 흡습제의 상부를 개폐하는 도어를 개방하여 상기 흡습제를 건조시키는 단계를 더 포함할 수 있다.When the gas is blocked by the branch pipe, the method may further include drying the absorbent by opening a door that opens and closes the upper portion of the absorbent.
본 발명의 연소식 열량계는 에너지효율 산정의 기준점이 열량계에 따라 차이가 없어 정확한 공정의 제어가 가능하고, 에너지 효율계산에 있어서 오차를 최소화할 수 있어 정확한 계산이 가능하다.In the combustion calorimeter of the present invention, the reference point of the energy efficiency calculation does not differ depending on the calorimeter, so that accurate control of the process is possible, and the error can be minimized in the energy efficiency calculation so that accurate calculation is possible.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 연소식 열량계를 나타낸 개념도
도 2는 도 1의 연소식 열량계의 측정부를 나타낸 개념도
도 3은 본 발명의 다른 측면에 따른 연소식 열량측정방법을 나타낸 순서도.1 is a conceptual diagram showing a combustion calorimeter according to an aspect of the present invention
FIG. 2 is a conceptual view illustrating a measuring unit of the combustion calorimeter of FIG. 1.
Figure 3 is a flow chart showing a combustion calorimetry method according to another aspect of the present invention.
이하에서는 도면을 중심으로 본 발명의 실시예를 설명하도록 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 일측면에 따른 연소식 열량계를 나타낸 개념도이고, 도 2는 도 1의 연소식 열량계의 측정부를 나타낸 개념도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면 연소로(10), 주배관(15), 측정부(20), 압전센서(21), 흡습제(23), 다공성부재(25), 도어(29), 지관(30), 열전대(31), 삼방밸브(33), 냉각부(35), 냉각수밸브(37), 제어부(40) 및 OP-AMP(45)가 도시되어 있다.1 is a conceptual diagram illustrating a combustion calorimeter according to an aspect of the present invention, and FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating a measurement unit of the combustion calorimeter of FIG. 1. 1 and 2, the
제철소에서는 연료의 공급이나 연소환경을 제어를 하기 위해 연료의 열량을 측정한다. 제철소에서 이용하는 열량계는 크게 두 가지가 있으며, 직접 가스연료를 연소시키는 방식의 연소식열량계나 표본가스를 자동으로 포집하여 가스크로미터를 이용한 열량계가 사용되고 있다. In steel mills, the calorific value of fuel is measured to control the supply of fuel or the combustion environment. There are two types of calorimeters used in steel mills, and a calorimeter using a gas chromatograph is used to automatically collect a combustion calorimeter or a sample gas.
연소식열량계는 가스연료 내 수분이 많으면 많을 수록 연소에 방해가 되므로 연료가스 내 가연성분의 비율에 저위발열량을 곱해 열량을 산정하는 가스크로미터 방식의 열량계보다는 낮은 값을 나타내게 된다.Combustion calorimeter is more hampered in combustion as more moisture in the gas fuel is lower than the gas chromatographic calorimeter multiplying the ratio of the flammable components in the fuel gas by the low calorific value.
본 발명은 연료에 포함된 수분의 양에 관계없이 정확한 열량을 측정할 수 있는 연소식 열량계에 관한 것이다. The present invention relates to a combustion calorimeter capable of measuring an accurate calorific value regardless of the amount of water contained in the fuel.
연소로(10)는 연소식 열량계에서 열량을 측정하기 위해 가스를 직접 연소하기위한 공간이며, 버너에서 열을 가해 가스를 연소하고, 주배관(15)은 연소로(10)로 가스를 공급하는 통로이다.
지관(30)은 도 1에 도시된 바와 같이 입구와 출구 양단이 주배관(15)에 연결되어 주배관(15)을 통과하는 가스의 수분량을 측정하기 위해 가스를 우회시킨다. 주배관(15)과 연결된 지관(30)의 입구에 위치하는 삼방밸브(33)가 밸브를 여닫음으로써 주배관(15)으로 흐르던 가스의 흐름을 지관(30)으로 바꾼다.As illustrated in FIG. 1, the
측정부(20)는 가스에 포함된 수분량을 측정하는 장치로서 지관(30) 상에 위치하고 지관(30) 상 부분적으로 충진된 흡습제(23)와 흡습제(23)의 하부에 위치하여 흡습제(23)의 중량 변화를 감지하는 압전센서(21)를 포함한다.
흡습제(23)는 실리카겔이나 염화칼슘과 같이 수분을 흡수하는 성질의 물질을 이용할 수 있고, 흡습제(23)에 흡수된 수분의 양이 증가하면 중력에 의해 흡습제(23)가 압전센서(21)를 누르는 힘이 커져 압전센서(21)의 측정 값이 변화되며 이를 통해 가스에 포함된 수분의 양을 측정할 수 있다. 수분량의 변화는 매우 미세하므로 압전센서(21)의 압력감지 신호를 증폭시키는 OP-AMP(45)를 통과시켜 신호의 크기를 증폭시킬 수 있다. OP-AMP(45)는 100배 내지 1000배 정도의 증폭기능을 갖는 것을 이용하면 된다.As the moisture absorbent 23, a substance having a property of absorbing moisture, such as silica gel or calcium chloride, may be used. When the amount of moisture absorbed by the moisture absorbent 23 increases, the moisture absorbent 23 presses the
측정부(20)는 충진된 흡습제(23)가 압전센서(21) 위에서 벗어나지 않도록 흡습제(23)를 고정하기 위해 양단에 다공성부재(25)를 더 구비할 수 있다. 다공성 부재(25)는 흡습제(23)를 고정하면서도, 가스와 수증기가 통과할 수 있어야 하므로, 플레이트에 구멍이 형성되거나 매쉬구조의 부재를 이용할 수 있다. The
이때 다공성부재(25)는 고온의 가스가 통과하므로 SS400 에폭시 코팅과 같이 ABS계통 수지가 코팅된 것을 이용하면 다공성부재(25)가 고온에서 변형되는 것을 방지할 수 있다. At this time, since the
도어(29)는 흡습제(23)의 상부에 위치하며, 수분량을 측정하지 않아 지관으로 가스가 흐르지 않는 경우 도어(29)를 개방하여 흡습제(23)를 건조시킨다. 필요에 따라서는 증발이 빨리 이루어지도록 흡습제에 열을 가하는 히터(미도시)를 더 포함할 수 있다. 흡습제(23)를 건조하지 않고 계속 사용하는 경우 흡습제(23)의 수분 흡수 능력이 한계치를 초과하게되어 측정이 부정확해질 수 있기 때문에 도어나 히터와 같이 건조 장비를 구비한다.The
냉각부(35)는 지관의 입구 부근에 위치하여 지관을 흐르는 가스와 냉각수와의 열교환을 통해 가스의 온도를 낮춘다. 측정부(20)로 이동하는 가스의 정확한 수분량을 측정하기 위해서는 포화상태일 때 흡습제에 수분이 잘 포집되므로, 포화상태 또는 거의 그에 준하는 수준의 상태가 될 때까지 온도를 낮추어주는 역할을 한다.The
냉각수밸브(37)는 냉각부(35)에 냉각수를 제공하는 역할을 하며, 냉각수밸브(37)의 개폐를 통해 냉각부(35)의 작동을 제어할 수 있다. 열전대(31)은 지관상에 위치하는 온도 측정장치로서, 열전대에서 감지한 온도가 기준온도보다 높은 경우 냉각부(35)가 작동하도록 제어할 수 있다. 기준온도란 가스의 수분이 포화 또는 그에 준하는 정도가 되는 온도를 의미며, 일 실시예로서 70℃를 설정하여 냉각시킬 수 있다.The
제어부(40)는 상술한 도어(29), 열전대(31), 삼방밸브(33) 및 냉각수밸브(37)의 작동을 관장하는 장치로, 각 장치가 감지한 측정치를 전송받고 적절한 명령을 지시하여 연소식 열량계에서 가스의 수분을 측정하는 역할을 한다. The
도 3은 본 발명의 다른 측면에 따른 연소식 열량측정방법을 나타낸 순서도 이다. 도 1 및 도 2의 도면을 참조하여 설명하도록 하며, 연소식 열량계의 설명과 중복되는 내용은 생략하도록 한다.3 is a flow chart showing a combustion calorimetry method according to another aspect of the present invention. Description will be made with reference to FIGS. 1 and 2, and descriptions overlapping descriptions of the combustion calorimeter will be omitted.
먼저, 연소식 열량계의 주배관(15)에 연결된 지관 상에 충진된 흡습제(23)의 하단에 위치한 압전센서(21)로 부터 초기 압력을 측정한다(S100). First, the initial pressure is measured from the
다음으로, 주배관(15)에 유입되는 가스의 흐름을 지관으로 변경하여(S200), 흡습제(23)에 기준시간 동안 가스를 통과시킨 후 연소로에서 가스의 연소 시 발열량을 측정하고, 가스흐름을 다시 주배관(15)으로 변경하고(S300), 압전센서(21)에서 초기 압력 대비 압력변화량을 측정하고, 이를 기초로 가스에 포함된 수분함량을 계산한다(S400). 기준시간이란 흡습제가 수분을 흡수하기에 적절한 시간을 의미한다(예를 들면 약 1분).Next, by changing the flow of the gas flowing into the
정확한 수분량 측정을 위해 압력변화량을 측정하기(S300) 이전에 지관에 흐르는 가스 온도를 측정하여 기준온도보다 높으면(S230) 냉각기를 가동하여 가스를 기준온도까지 냉각시킨다(S260). 이때, 수분량은 반드시 완전히 포화상태일 필요는 없으나, 일정 수준 이상 포화상태가 될 수 있는 온도(예를 들면 약 70℃)를 설정하여 흡습제(23)에서 수분이 흡수될 수 있도록 한다. In order to measure the amount of pressure change to accurately measure the amount of water (S300), the gas temperature flowing through the branch pipe is measured to be higher than the reference temperature (S230) to operate the cooler to cool the gas to the reference temperature (S260). At this time, the amount of water does not necessarily need to be completely saturated, but by setting a temperature (for example, about 70 ° C.) that can be saturated over a predetermined level, the moisture can be absorbed by the absorbent 23.
수분함량과 상기 측정열량을 출력하거나 상기 수분함량을 고려하여 상기 측정열량의 보정한 값을 출력한다(S500). 지관으로 가스가 통과하지 않는 동안 도어(29)를 개방하고 히터(미도시)를 가동하여 흡습제(23)를 건조한다.The moisture content and the measured calorific value are output or the corrected value of the measured calorific value is output in consideration of the moisture content (S500). The
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. It will be understood that the invention may be varied and varied without departing from the scope of the invention.
10: 연소로 15: 주배관
20: 측정부 21: 압전센서
23: 흡습제 25: 다공성부재
29: 도어 30: 지관
31: 열전대 33: 삼방밸브
35: 냉각부 37: 냉각수밸브
40: 제어부 45: OP-AMP10: combustion furnace 15: main pipe
20: measuring unit 21: piezoelectric sensor
23: absorbent 25: porous member
29: door 30: branch pipe
31: thermocouple 33: three-way valve
35: cooling unit 37: cooling water valve
40: control unit 45: OP-AMP
Claims (12)
상기 연소로로 가스가 주입되는 주배관;
입구와 출구 양단이 주배관에 연결된 지관;
상기 지관의 입구에 형성된 삼방밸브;
상기 지관 상에 부분적으로 충진된 흡습제와 상기 흡습제의 하부에 위치하여 흡습제의 중량 변화를 감지하는 압전센서를 포함하는 측정부 및
상기 압전센서로 부터 감지된 흡습제의 중량변화를 전송받아 가스내의 수분량을 측정하는 제어부를 포함하는 연소식 열량계.A combustion furnace comprising a burner;
A main pipe through which gas is injected into the combustion furnace;
Branch pipes connected at both ends of the inlet and outlet to the main pipe;
A three-way valve formed at the inlet of the branch pipe;
A measurement unit including a piezoelectric sensor partially positioned on the branch pipe and a piezoelectric sensor positioned below the absorbent to sense a weight change of the absorbent;
Combustion calorimeter comprising a control unit for measuring the moisture content in the gas by receiving the weight change of the absorbent sensed from the piezoelectric sensor.
상기 측정부는
상기 충진된 흡습제의 양단에 위치하여 흡습제를 고정하는 다공성부재를 더 포함하는 연소식 열량계.The method of claim 1,
The measuring unit
Combustion calorimeter further comprises a porous member positioned at both ends of the filled absorbent to fix the absorbent.
상기 측정부는
상기 다공성부재는 ABS계통 수지가 코팅된 것을 특징으로 하는 연소식 열량계.The method of claim 2,
The measuring unit
The porous member is a combustion calorimeter characterized in that the ABS-based resin is coated.
상기 측정부는
상기 흡습제의 상부에 제어부에 의해 개폐가능한 도어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연소식 열량계.The method of claim 1,
The measuring unit
Combustion calorimeter characterized in that it further comprises a door that can be opened and closed by a control unit on top of the moisture absorbent.
상기 도어의 개방시 상기 흡습제를 건조시키는 히터를 더 포함하는 연소식 열량계.The method of claim 4, wherein
Combustion calorimeter further comprises a heater for drying the moisture absorbent when opening the door.
상기 지관상에서 상기 흡습제 보다 상기 지관의 입구쪽에 위치하며,
상기 지관으로 유입되는 가스를 냉각시키는 냉각부를 더 포함하는 연소식 열량계.The method of claim 1,
Located on the inlet of the branch on the branch than the moisture absorbent,
Combustion calorimeter further comprises a cooling unit for cooling the gas flowing into the branch pipe.
상기 냉각부는 냉각수를 이용하는 것을 특징으로 하며,
상기 제어부에 의해 상기 냉각수 공급이 제어되는 것을 특징으로 하는 연소식 열량계.The method of claim 6,
The cooling unit is characterized in that using the cooling water,
Combustion calorimeter, characterized in that the cooling water supply is controlled by the control unit.
상기 지관상에 열전대를 더 포함하고,
상기 열전대에서 감지한 온도가 기준온도보다 높은 경우
상기 제어부는 상기 냉각수를 냉각부에 공급하는 것을 특징으로 하는 연소식 열량계.The method of claim 7, wherein
Further comprising a thermocouple on the branch pipe,
When the temperature detected by the thermocouple is higher than the reference temperature
The control unit is a combustion calorimeter characterized in that for supplying the cooling water to the cooling unit.
상기 압전센서의 신호가 상기 제어부로 전달될 때 상기 신호를 증폭시키는 OP-AMP를 더 포함하는 연소식 열량계.The method of claim 1,
And a OP-AMP for amplifying the signal when the signal of the piezoelectric sensor is transmitted to the controller.
상기 주배관에 유입되는 가스의 흐름을 상기 지관으로 변경하는 단계;
상기 흡습제에 기준시간 동안 가스를 통과시킨 후 연소로에서 가스의 연소 시 발열량을 측정하고, 가스흐름을 다시 상기 주배관으로 변경하는 단계;
상기 압전센서에서 상기 초기 압력 대비 압력변화량을 측정하고, 이를 기초로 상기 가스에 포함된 수분함량을 계산하는 단계; 및
상기 수분함량과 상기 측정열량을 출력하거나 상기 수분함량을 고려하여 상기 발열량의 보정한 값을 출력하는 단계를 포함하는 연소식 열량측정방법.Measuring an initial pressure from a piezoelectric sensor located at a lower end of the absorbent filled on the branch pipe connected to the main pipe of the combustion calorimeter;
Changing the flow of gas flowing into the main pipe into the branch pipe;
Passing a gas through the moisture absorbent for a reference time, measuring a calorific value during combustion of the gas in a combustion furnace, and changing a gas flow back into the main pipe;
Measuring a pressure change relative to the initial pressure in the piezoelectric sensor and calculating a moisture content included in the gas based on the pressure change; And
And outputting the moisture content and the measured calorific value or outputting a corrected value of the calorific value in consideration of the moisture content.
상기 지관에 흐르는 가스의 온도를 측정하는 단계; 및
상기 측정온도가 기준온도보다 높은 경우 상기 가스를 냉각시키는 단계를 더 포함하는 연소식 열량측정방법.The method of claim 10,
Measuring a temperature of a gas flowing in the branch pipe; And
And burning the gas when the measurement temperature is higher than a reference temperature.
상기 지관으로 가스를 차단한 경우,
상기 흡습제의 상부를 개폐하는 도어를 개방하여 상기 흡습제를 건조시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연소식 열량측정방법.The method of claim 10,
When gas is blocked by the branch pipe,
Combustion calorimetry method characterized in that it further comprises the step of drying the moisture absorbent by opening a door for opening and closing the upper portion of the moisture absorbent.
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