KR20120064538A - 코크스 오븐의 로온 편차 제어장치 - Google Patents

Abstract

건류시간에 따라 발생되는 각 개별 연소실의 로온 변화에 맞춰 개별 연소실로 공급되는 연료가스와 공기의 양을 조절함으로써, 로온 편차를 최소화할 수 있도록, 코크스 오븐의 개별 연소실 온도를 연속적으로 검출하는 온도 검출부와, 상기 온도 검출부의 검출값을 기 설정된 설정값과 비교 연산하여 개별 연소실의 온도 편차를 확인하는 컨트롤러, 상기 컨트롤러의 신호에 따라 상기 개별 연소실로 연소용 연료가스를 공급하는 가스공급박스의 개도량을 가변하여 연료가스의 공급량을 조절하는 가스조절부, 상기 컨트롤러의 신호에 따라 상기 개별 연소실로 공기를 공급하는 공기공급박스의 개도량을 가변하여 에어의 공급량을 조절하는 공기조절부를 포함하는 코크스 오븐의 로온 편차 제어장치를 제공한다.

Description

코크스 오븐의 로온 편차 제어장치{DEVICE FOR CONTROLLING TEMPERATURE OF COMBUSTION CHAMBER FOR COKE OVEN}

본 발명은 코크스를 생산하기 위한 코크스 오븐에 관한 것이다. 더욱 상세하게 본 발명은 코크스 오븐 연소실의 온도 편차를 최소화할 수 있도록 된 코크스 오븐의 로온 편차 제어장치에 관한 것이다.

일반적으로, 적열 코크스(coke)는 코크스 오븐에서 건류되어 제조된다. 코크스 오븐은 배합탄이 장입되는 복수의 탄화실들과, 이 탄화실들 사이에 배치되어 코크스 오븐의 내부에서 연소가 이루어지는 개별 연소실들로 구성된다. 이에 코크스 오븐의 탄화실(chamber) 내부에 배합탄을 장입하고, 연소실 내부에는 혼합가스와 연소용 공기를 연소시킴으로써, 발생된 열이 탄화실에 전달되어 코크스가 건류된다.

연소실에 공급되는 혼합 가스는 고로가스(BFG)와 코크스 오븐 가스(COG)가 혼합된 믹스가스(Mixed Gas)로서, 분배관과 연결된 가스공급박스(gas inlet box)를 통해 각각의 연소실로 공급된다. 그리고, 연소용 공기는 자연 통풍력을 이용한 드라프트(Draft) 압력에 의해서 각각의 연소실에 설치된 공기공급박스(air inlet box)를 통해 연소실의 내부로 공급된다.

연소실의 온도 변화는 탄화실로 전도되는 전도열 차이를 발생시켜 탄화실에서 제조되는 코크스의 품질과 코크스 오븐의 가동율에 영향을 주게 된다. 예를 들어, 연소실의 로온이 높게 되면 코크스 과건류의 원인이 되고, 로온이 낮으면 코크스 미건류의 원인이 된다. 이에 연소실의 로온을 결정하는 연소관리는 코크스 오븐의 운전에 있어서 매우 중요하다.

종래에는 코크스 오븐의 가동율에 따라 필요한 전체 연료 가스 유량을 산출하여 코크스 오븐의 전체 연소실의 평균온도를 목표 로온으로 맞추도록 전체적인 가스 공급 열량을 컨트롤하였다. 이에 종래에는 건류시간 즉, 탄화실에 석탄을 장입하여 압출하기까지 각 개별 연소실에 대해 동일한 양의 공기와 혼합가스가 공급된다.

그런데 상기한 종래의 구조는 건류시간에 따라 발생되는 로온 편차로 인해 전체적인 가스 공급 열량이 헌팅(hunting)되며, 개별 탄화실의 건류시간에 따라 불필요하게 혼합가스가 과잉 공급되는 문제가 발생된다. 이에 과잉 열량 공급으로 에너지가 낭비되며, 로온 편차에 의해 코크스 오븐 내부 연와가 수축 팽창되어 수명이 단축된다.

이에, 건류시간에 따라 발생되는 각 개별 연소실의 로온 변화에 맞춰 개별 연소실로 공급되는 연료가스와 공기의 양을 조절함으로써, 로온 편차를 최소화할 수 있도록 된 코크스 오븐의 로온 편차 제어장치를 제공한다.

또한, 개별 연소실 사이에 온도 편차를 최소화할 수 있도록 된 코크스 오븐의 로온 편차 제어장치를 제공한다.

이를 위해 본 장치는 코크스 오븐의 개별 연소실 온도를 연속적으로 검출하는 온도 검출부와, 상기 온도 검출부의 검출값을 기 설정된 설정값과 비교 연산하여 개별 연소실의 온도 편차를 확인하는 컨트롤러, 상기 컨트롤러의 신호에 따라 상기 개별 연소실로 연소용 연료가스를 공급하는 가스공급박스의 개도율을 가변하여 연료가스의 공급량을 조절하는 가스조절부, 상기 컨트롤러의 신호에 따라 상기 개별 연소실로 공기를 공급하는 공기공급박스의 개도율을 가변하여 에어의 공급량을 조절하는 공기조절부를 포함할 수 있다.

상기 가스조절부는 상기 가스공급박스와 가스분배관을 연결하는 연결관 내에 설치되어 개폐량을 조절하는 댐퍼, 상기 댐퍼의 회전축에 설치되는 레버에 연결되어 상기 컨트롤러의 신호에 따라 댐퍼를 회동시키는 유압조절기를 포함할 수 있다.

상기 공기조절부는 상기 공기공급박스의 전면에 설치되어 개폐량을 조절하는 도어에 연결되는 와이어와, 상기 와이어에 연결되고 상기 컨트롤러의 신호에 따라 와이어를 당겨 도어를 개방시키기 위한 유압조절기, 상기 도어와 공기공급박스 내면 사이에 설치되어 도어를 닫기 위한 탄성스프링을 포함할 수 있다.

상기 유압조절기는 유압에 의해 회동되는 구동바를 포함하며, 상기 와이어와 상기 레버가 상기 구동바에 연결된 구조일 수 있다.

상기 공기조절부는 공기공급박스 측면에 설치되어 상기 와이어의 진행방향을 유압조절기쪽으로 전환하는 도르레를 더 포함할 수 있다.

이상 설명한 바와 같은 본 장치에 의하면, 개별 연소실간의 온도 편차 및 개별 연소실 내에서 건류 시간에 따른 온도 편차를 최소화하여 코크스의 품질을 높일 수 있게 된다.

또한, 연료가스의 공급을 최적화하여 에너지 소비를 줄일 수 있게 된다.

또한, 온도 편차에 따른 연와 파손을 줄여 로의 수명을 연장할 수 있게 된다.

도 1은 본 실시예에 따른 코크스 오븐의 로온 편차 제어장치를 도시한 개략적인 도면이다.
도 2는 본 실시예에 따른 코크스 오븐의 로온 편차 제어장치의 구성을 도시한 개략적인 도면이다.
도 3은 본 실시예에 따른 코크스 오븐의 로온 편차 제어장치의 작동상태를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명의 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.

이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 실시예에 따른 코크스 오븐의 로온 편차 제어장치를 도시한 개략적인 도면이다.

도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 코크스 오븐은 배합탄을 장입하는 탄화실(110)들과, 상기 탄화실(110)들에 열을 제공하기 위한 연소실(100)들로 구성된다. 상기 탄화실(110)과 연소실(100)은 서로 교대로 배치된다.

상기 각 연소실(100)에는 연료용 연료가스를 공급하기 위해 가스분배관(130)에 연결되는 가스공급박스(10)와, 연료 가스의 연소에 필요한 산소를 공급하기 위한 공기공급박스(20)가 각각 구비된다. 따라서, 공기공급박스(20)와 가스공급박스(10)를 통해 연소실(100) 내부로 유입된 공기 및 연료가스가 연소되면서 발생된 열은 탄화실(110)로 전달되어 탄화실(110)에 장입된 배합탄을 건류시켜 코크스로 제조하게 된다.

여기서 본 장치는 각 개별 연소실(100)에서 건류 과정을 진행함에 있어서, 건류 시간에 따른 온도 편차를 최소화할 수 있도록 되어 있다. 또한, 본 장치는 개별 연소실(100) 사이의 온도 편차를 최소화할 수 있도록 되어 있다.

이를 위해 본 장치는 코크스 오븐의 개별 연소실(100) 온도를 연속적으로 검출하는 온도 검출부와, 상기 온도 검출부의 검출값을 기 설정된 설정값과 비교 연산하여 개별 연소실(100)의 온도 편차를 확인하는 컨트롤러(40), 상기 컨트롤러(40)의 신호에 따라 상기 개별 연소실(100)로 연소용 연료가스를 공급하는 가스공급박스(10)의 개도율을 가변하여 연료가스의 공급량을 조절하는 가스조절부, 상기 컨트롤러(40)의 신호에 따라 상기 개별 연소실(100)로 공기를 공급하는 공기공급박스(20)의 개도율을 가변하여 에어의 공급량을 조절하는 공기조절부를 포함한다.

상기 온도 검출부는 코크스 오븐의 연소실(100) 내에 설치되어 연소실(100)의 온도를 검출하는 온도센서(30)를 포함할 수 있다.

상기 온도센서(30)는 연소실(100)의 내부 또는 연소실(100)을 이루는 연와 상에 설치될 수 있으며, 연소실(100)의 온도를 정확하게 검출할 수 있으면 그 측정 위치나 설치 개수에 있어서 특별히 한정되지 않는다.

상기 온도센서(30)는 코크스 오븐의 개별 연소실(100) 각각에 구비되며, 컨트롤러(40)에 연결되어, 상기 컨트롤러(40)는 실시간으로 각 개별 연소실(100)의 온도를 검출할 수 있게 된다.

상기 컨트롤러(40)는 코크스 오븐의 개별 연소실에 있어서 건류 시간에 따른 평균 로온값을 설정값으로 저장하고 있다. 탄화실에 배합탄을 장입하고 압출하기까지 약 16 ~ 24시간이 소요되며 이 건류시간 동안 연소실은 인접 탄화실의 배합탄 장입과 압출 등의 작업에 영향을 받아 로온이 변화한다. 상기 설정값은 상기와 같이 건류 시간 동안 변화하는 로온의 평균값으로, 코크스 오븐의 반복적인 건류작업을 통해 얻어진 데이터를 기초로 계산된 온도이거나, 장입 배합탄에 대해 확인된 최적 건류 온도일 수 있다.

상기 컨트롤러(40)는 개별 연소실(100)에 설치된 온도센서(30)로부터 얻어진 실제 온도값을 내부에 저장된 상기 설정값과 비교 연산하여 개별 연소실(100)로 공급되는 연료가스와 공기의 공급량을 조절하는 구조로 되어 있다.

즉, 상기 컨트롤러(40)는 가스공급박스(10)와 공기공급박스(20)의 개도율을 자동으로 제어하게 된다. 상기 컨트롤러(40)는 각각의 온도센서(30)로부터 검출된 정보들을 수집 및 연산하여 개별 연소실(100)에 대한 현재의 연소 조건을 진단한다. 그리고 상기 조건에 따라 산출된 개별 연소실(100)에 요구되는 가스와 공기 유량을 공급하도록 가스조절부와 공기조절부를 운전 제어한다.

본 실시예에서, 상기 컨트롤러(40)는 개별 연소실(100)로 연료가스와 공기를 공급하는 가스공급박스(10)와 공기공급박스(20)의 개도율을 40 ~ 60%의 범위 내에서 조절하도록 가스조절부와 공기조절부를 제어하는 구조일 수 있다. 가스공급박스와 공기공급박스의 개도율이 상기 범위를 벗어나게 되면 연료가스와 공기의 공급이 너무 적거나 과하여 개별 연소실의 온도가 관리 가능한 범위를 벗어나게 된다.

또한, 상기 컨트롤러(40)는 개별 연소실(100)의 온도가 설정값을 과도하게 벗어나 불량이라고 판단되는 경우, 개별 연소실(100)로 연료가스와 공기를 공급하는 가스공급박스(10)와 공기공급박스(20)의 개도율을 20 ~ 100%의 범위 내에서 조절하는 구조일 수 있다. 상기 개도율은 100%인 경우 완전 개방된 상태이고, 0%인 경우 완전 닫혀진 상태로 수치가 커질수록 더 많이 개방되는 것으로 이해할 수 있다.

여기서 개별 연소실(100)의 온도가 설정값을 과도하게 벗어나 불량으로 판단되는 범위를 불량범위라 하고, 그 이내의 범위를 정상범위라 하면, 상기 불량범위는 다양하게 설정될 수 있다. 예를 들어, 개별 탄화실(110)의 건류 온도는 대략 1180 ~ 1300℃에 이르는 데, 이 온도 범위 중 대부분의 개별 연소실(100)의 평균온도가 포함되는 1220 ~ 1260℃를 정상범위로 정하고, 상기 벗어난 경우 로온 관리가 필요한 불량 범위로 정할 수 있다. 상기 온도 범위는 하나의 예로서 나타낸 것으로, 불량 범위는 특별히 한정되지 않는다.

이에 본 장치는 컨트롤러(40)의 제어신호에 따라 가스공급박스(10)와 공기공급박스(20)의 개도율을 40 ~ 60%에서 조절함으로써 개별 연소실(100)의 온도를 설정값으로 제어하여 건류시간에 따른 온도 편차를 줄이게 된다. 또한, 본 장치는 컨트롤러(40)의 제어신호에 따라 개별 연소실(100)의 온도가 설정값을 과도하게 넘어 불량으로 판단되는 경우, 가스공급박스(10)와 공기공급박스(20)의 개도율을 더 확대하여 20 ~ 100%로 조절함으로써 개별 연소실(100)의 온도 편차를 줄이게 된다. 개도율을 20% 이하로 낮출 경우 연료가스와 공기의 공급이 너무 적어 연소불량이 발생할 우려가 있다.

도 2는 컨트롤러(40)의 제어신호에 따라 상기 연소실(100)로 공급되는 연소가스와 공기의 공급량을 조절하는 가스조절부와 공기조절부의 구성을 도시하고 있다.

도시된 바와 같이, 상기 가스조절부는 상기 가스공급박스(10)와 가스분배관(130)을 연결하는 연결관(12) 내에 설치되어 개폐량을 조절하는 댐퍼(14), 상기 댐퍼(14)의 회전축에 설치되는 레버(18)에 연결되어 상기 컨트롤러(40)의 신호에 따라 댐퍼(14)를 회동시키는 유압조절기(16)를 포함한다. 이에 상기 유압조절기(16)는 댐퍼(14)에 연결된 레버(18)를 움직여 연결관(12)에 대한 댐퍼(14)의 개도율을 조절하게 된다.

또한, 본 장치는 상기 가스의 공급량 조절을 위한 유압조절기(16)의 구동에 따라 상기 공기조절부가 연동되어 작동되는 구조로 되어 있다.

즉, 상기 공기조절부는 상기 공기공급박스(20)의 전면의 개방구(21)에 설치되어 개폐량을 조절하는 도어(22)에 연결되는 와이어(24), 상기 도어(22)와 공기공급박스(20) 내면 사이에 설치되어 도어(22)를 닫기 위한 탄성스프링(26)을 포함하고, 상기 와이어(24)는 상기 유압조절기(16)에 연결된 구조로 되어 있다. 상기 도어(22)는 공기공급박스(20) 상하단에 설치된 가이드레일(28)을 따라 슬라이딩가능하게 설치된다. 상기 도어(22)는 상기 가이드레일(28)을 따라 이동되어 선단 개방구(21)의 개도율을 조절하게 된다.

이와 같이 상기 유압조절기(16)가 구동되면 개별 연소실(100)로 공급되는 가스의 공급량이 조절되면서 동시에 공기의 공급량이 조절되는 것이다.

여기서 상기 유압조절기(16)는 유압에 의해 회동되는 구동바(17)를 포함하며, 상기 와이어(24)와 상기 레버(18)가 상기 구동바(17)에 연결된 구조로 되어 있다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 공기공급박스(20) 측면에는 도르레(25)가 설치되어 와이어(24)를 안내하게 된다. 상기 도어(22)의 이동방향으로 연장된 와이어(24)는 상기 도르레(25)에 걸쳐져 상기 유압조절기(16)쪽으로 그 방향이 전환된다. 이에 상기 유압조절기(16)의 구동바(17)가 회동되면 구동바(17)에 설치된 와이어(24)가 당겨지면서 도어(22)가 개방된다.

상기한 구조로 되어 본 장치는 개별 연소실(100)로 공급되는 연료가스와 공기의 공급량을 제어하여 온도 편차를 줄이게 된다.

즉, 건류시간에 따라 개별 연소실(100)의 실제 온도는 달라지게 된다. 개별 연소실(100)의 실제 온도는 온도 센서(30)에 의해 검출되고, 온도센서(30)에 의해 검출된 신호는 컨트롤러(40)로 인가된다. 컨트롤러(40)는 개별 연소실(100)의 실제 온도값을 내장되어 있는 기 설정값과 비교 연산하여 현재 온도가 설정값보다 높은지 낮은지 여부를 확인한다.

그리고, 개별 연소실(100)의 현재 온도가 설정값보다 높은 경우에는 개별 연소실(100)로 연료가스와 공기를 공급하는 가스공급박스(10)와 공기공급박스(20)의 개도율을 낮춰 연료가스와 공기의 공급량을 감소시킨다. 이에 개별 연소실(100)에서 건류시간에 따라 발생되는 온도 편차를 줄일 수 있게 된다. 반대로 개별 연소실(100)의 온도가 설정값보다 낮은 경우에는 컨트롤러(40)는 가스공급박스(10)와 공기공급박스(20)의 개도율을 높여 연료가스와 공기의 공급량을 늘린다. 이에 개별 연소실(100)의 온도가 높아져 온도 편차를 줄일 수 있게 된다.

도 3은 유압조절기(16)의 구동에 의해 가스공급박스(10)와 공기공급박스(20)의 개도율이 가변되는 구조를 예시하고 있다.

컨트롤러(40)의 구동신호에 따라 유압조절기(16)가 구동되면 유압조절기(16)에 설치된 구동바(17)가 움직이게 된다. 이에 구동바(17) 선단에 설치된 설치된 레버(18)가 일방향으로 회동된다. 상기 레버(18)가 회동됨에 따라 레버(18)에 설치된 댐퍼(14)가 연결관(12) 내부에서 회동되어 연결관(12)의 개도율을 크게 할 수 있다. 따라서 연결관(12)을 통해 가스공급박스(10)로 공급되는 가스의 공급량이 커지게 되는 것이다.

한편, 상기 유압조절기(16)의 구동바(17)에는 공기공급박스(20)의 와이어(24) 역시 연결되어 있어서, 구동바(17)의 회동에 따라 상기 와이어(24)가 당겨지거나 밀려나가게 된다.

와이어(24)가 당겨지게 되면 와이어(24)에 연결되어 있는 도어(22)가 당겨지게 된다. 이에 상기 도어(22)는 가이드레일(28)을 따라 이동되어 공기공급박스(20) 전면의 개방구(21)가 좀 더 열리게 된다. 따라서 공기공급박스(20)의 개도율을 크게 하여 공기의 공급량을 늘릴 수 있게 된다.

또한, 상기 유압조절기(16)가 구동되어 구동바(17)가 상기와 반대방향으로 회동되면, 댐퍼(14)가 반대방향으로 회동되면서 연결관(12)의 개도율을 감소시키게 된다. 상기 도어(22)는 와이어(24)에 의해 당겨지는 힘이 해제되고, 이에 도어(22)에 설치된 탄성스프링(26)의 탄성력에 의해 반대방향으로 당겨져 개방구(21)의 개도율을 감소시키게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어, 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.

10 : 가스공급박스 12 : 연결관
14 : 댐퍼 16 : 유압조절기
17 : 구동바 18 : 레버
20 : 공기공급박스 21 : 개방구
22 : 도어 24 : 와이어
26 : 탄성스프링 30 : 온도센서
40 : 컨트롤러

Claims (6)

1. 코크스 오븐의 개별 연소실 온도를 연속적으로 검출하는 온도 검출부와,
   상기 온도 검출부의 검출값을 기 설정된 설정값과 비교 연산하여 개별 연소실의 온도 편차를 확인하는 컨트롤러,
   상기 컨트롤러의 신호에 따라 상기 개별 연소실로 연소용 연료가스를 공급하는 가스공급박스의 개도율을 가변하여 연료가스의 공급량을 조절하는 가스조절부,
   상기 컨트롤러의 신호에 따라 상기 개별 연소실로 공기를 공급하는 공기공급박스의 개도율을 가변하여 에어의 공급량을 조절하는 공기조절부
   를 포함하는 코크스 오븐의 로온 편차 제어장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 컨트롤러는 상기 가스공급박스와 공기공급박스의 개도율을 40 ~ 60%의 범위 내에서 조절하도록 상기 가스조절부와 공기조절부를 제어하는 구조의 코크스 오븐의 로온 편차 제어장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 컨트롤러는 개별 연소실의 온도가 정상범위를 벗어난 경우 상기 가스공급박스와 공기공급박스의 개도율을 20 ~ 100%의 범위 내에서 조절하도록 상기 가스조절부와 공기조절부를 제어하는 구조의 코크스 오븐의 로온 편차 제어장치.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
   상기 가스조절부는 상기 가스공급박스와 가스분배관을 연결하는 연결관 내에 설치되어 개폐량을 조절하는 댐퍼, 상기 댐퍼의 회전축에 설치되는 레버에 연결되어 상기 컨트롤러의 신호에 따라 댐퍼를 회동시키는 유압조절기를 포함하는 코크스 오븐의 로온 편차 제어장치.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 공기조절부는 상기 공기공급박스의 전면에 설치되어 개폐량을 조절하는 도어에 연결되는 와이어와, 상기 와이어에 연결되고 상기 컨트롤러의 신호에 따라 와이어를 당겨 도어를 개방시키기 위한 유압조절기, 상기 도어와 공기공급박스 내면 사이에 설치되어 도어를 닫기 위한 탄성스프링을 포함하는 코크스 오븐의 로온 편차 제어장치.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 유압조절기는 유압에 의해 회동되는 구동바를 포함하며, 상기 와이어와 상기 레버가 상기 구동바에 연결된 구조의 코크스 오븐의 로온 편차 제어장치.

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