WO2015012523A1 - 축열식 가열로의 연소 배기 제어장치 및 제어방법 - Google Patents

축열식 가열로의 연소 배기 제어장치 및 제어방법 Download PDF

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combustion gas
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장병록
한승훈
안민환
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Definitions

  • the present invention relates to a furnace for heating a material to a forgeable temperature in a forged steel production process, and more particularly, by controlling the emission of fuel, combustion air and combustion exhaust gas of the burner in a regenerative heating furnace using a regenerative combustion burner.
  • the pressure in a furnace by combustion gas is adjusted suitably, and it is related with the control method and control apparatus which utilize the whole waste gas for the heat storage of the heat storage body for heat exchange.
  • heating furnaces are used to heat materials to the target temperature in the steel production process, and most of them use burners that are fueled by mix gas. Recently, the use of regenerative burners is increasing to save fuel. to be.
  • All burners installed in the existing furnace are continuously burned and the exhaust gas generated at this time is recovered through a heat exchanger recuparator.
  • the burner itself is provided with a heat accumulator and does not use a separate heat exchanger.
  • the burner on one side burns for a predetermined time with two burners corresponding to each other in one set, and the exhaust gas generated at this time is opposed. Is sucked into the burner on the opposite side, and the heat accumulates in the alumina ceramic ball, which is a heat storage body.
  • the burner that has been burned is stopped and the counter burner that is accumulating in the heat accumulator starts to combust.
  • the combustion air passes through the heat accumulator, the combustion air is preheated to a high temperature.
  • the regenerative burner combustion system is composed of a pair of facing burners are continuously replaced with the combustion, and the heat exchange is carried out through the heat accumulator of the burner that was in the non-operation state when the non-operating burner and the operation burner are replaced and operated.
  • the heat accumulated by the heat accumulator is transferred to the combustion air, and thus, the combustion device capable of recovering the heat amount of the combustion exhaust gas.
  • the energy regeneration burner is burned in two combustion methods according to the furnace temperature of the furnace.
  • the furnace temperature is lower than a certain temperature (usually 800-900 ° C.)
  • the primary combustion method by the pilot burner is used. If the temperature is higher than 800-900 °C, spontaneous ignition occurs.
  • the fuel gas is injected from a separate nozzle and the high temperature combustion air passing through the heat accumulator inside the burner is mixed and ignited in the heating furnace. Combustion method is used.
  • the furnace pressure is usually measured near the furnace or at the height of the piled up object, and the value is automatically adjusted through the adjustment damper installed in the exhaust duct so that the value is about 0 to +5 mmH2O.
  • fuel gas and combustion air are double cross limit control, and the output of the temperature controller and the cascade control signal of the gas and air volume controller are composed of parallel circuits.
  • the upper and lower limits of the respective gas and air ratios are determined by the increase and decrease coefficients so that the amount of air is not excessive or insufficient in the measured value.
  • the existing technology uses only 80% of the combustion gas generated during combustion to preheat the combustion air, and discharges 20% of the high temperature combustion gas (1200 to 1250 degrees) into the atmosphere, resulting in energy loss.
  • the existing technology requires a separate combustion gas discharge duct to discharge 20% of the combustion gas generated during combustion to the outside, and since the combustion gas temperature is high, a refractory for insulation is separately inside the discharge duct. There is a disadvantage to be installed.
  • the present invention uses a 100% exhaust gas of an industrial furnace for the heat exchange necessary for preheating the combustion air, thereby minimizing the energy loss caused by the combustion exhaust gas and controlling the combustion exhaust of the regenerative heating furnace for maximizing the energy saving. To provide.
  • the present invention is to provide a combustion exhaust gas control device and control method for a regenerated heating furnace that reuses 20% of the high-temperature combustion gas discharged into the atmosphere for preheating the combustion air, and also controls the gas pressure in the furnace.
  • the present invention is to control the discharge of the fuel, combustion air, exhaust gas according to the combustion load of the burner in the furnace using a regenerative burner and the combustion exhaust gas control device and control method for controlling the pressure in the furnace through this To provide.
  • regenerative burners (Regenerative Burners) are installed in the furnace and the combustion exhaust gas control method of the regenerative heating furnace configured to control burner combustion amount, fuel and combustion air supplied to the burner, combustion exhaust gas emissions To provide.
  • the step of sensing the temperature in the furnace in the temperature sensor in the heating furnace Receiving the temperature measurement value in the furnace and comparing it with a reference temperature set value, and outputting an analog signal according to the compared value to a sequence controller;
  • a third step of controlling combustion, fuel amount, air amount and combustion gas emissions of each burner in the sequence controller by a program set according to the output value of the second step Measuring the pressure in the furnace by the combustion gas according to the combustion load; Comparing the measured pressure value with a reference pressure and outputting an analog signal according to the compared value to the sequence controller;
  • And according to the output value of the fifth step to provide a combustion gas control method of a regenerative heating furnace comprising a six step of controlling the combustion gas emissions set in the third step in the sequence controller.
  • the burner undergoing combustion starts combustion by opening the blocking valve of fuel and air
  • the opposite burner may exhaust the combustion gas by opening the combustion gas blocking valve.
  • the fuel and air cutoff valves of the burner undergoing the combustion may be delayed by an input value than the combustion exhaust gas cutoff valves of the opposite burners, thereby preventing an increase in the furnace pressure caused by the combustion gas.
  • the sixth step may give a factor to the combustion gas emissions set in the third step to control the combustion gas emissions in the sequence controller.
  • the measured pressure value is less than the reference pressure in the sixth step may be given a factor of 0.9 ⁇ 0.99 to discharge the amount less than the amount of combustion gas generated in the furnace to increase the pressure in the furnace.
  • a factor of 1.01 to 1.1 may be given to exhaust the amount larger than the amount of combustion gas generated in the furnace to lower the furnace pressure.
  • a heating furnace in which regenerative burners are installed;
  • a fuel gas line for supplying fuel and air to the regenerative burners, and a combustion air line;
  • a combustion gas line for regenerating combustion gas generated during combustion of the regenerative burners;
  • a temperature measuring system and a pressure measuring system for measuring the temperature and the pressure in the heating furnace;
  • a sequence controller for controlling combustion of the regenerative burners, fuel amount, air amount and combustion gas emission;
  • the sequence controller may control the supply of fuel and air of the burner that burns among the regenerative burners to be delayed by a predetermined input value than the combustion gas exhaust of the burner that does not burn.
  • sequence controller may compare the measured pressure value with the reference pressure to give a factor to the combustion gas emissions.
  • sequence controller may give a 0.9 ⁇ 0.99 factor to the combustion gas emissions when the measured pressure value is less than the reference pressure.
  • sequence controller may give a factor of 1.01 to 1.1 when the measured pressure value is greater than the reference pressure.
  • the temperature measuring unit for measuring the temperature in the furnace and the pressure measuring unit for measuring the pressure in the furnace, comparing the measured value and the reference value to select the burner and fuel gas, combustion air, combustion exhaust gas output value
  • the control unit, and the control unit for controlling the amount of burner and fuel gas, combustion air, combustion exhaust gas in accordance with the signal of the controller.
  • a regenerative burner consisting of a pair for heating the material in the heating furnace, the fuel gas line and combustion air line for the combustion of the burner, the combustion gas for the heat storage of the combustion gas generated during combustion
  • a combustion gas control apparatus for a regenerative heating furnace including a measuring gas, a pressure measuring instrument, and a combustion gas exhaust line configured for heat storage without installing a separate combustion gas regulating valve and line for measuring and regulating pressure in the furnace may be provided. Can be.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a control device of a regenerative heating furnace according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a control method of a regenerative heating furnace according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a table comparing the combustion gas amount and energy consumption rate of the existing furnace and the heating furnace of the present invention.
  • the heating furnace may be a heating furnace for heating the material to a forgeable temperature in the forging steel production process.
  • the present invention is not limited thereto, and the heating furnace may be another kind of heating furnace.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a control device of a regenerative heating furnace according to an embodiment of the present invention.
  • the regenerative heating furnace 100 is provided with regenerative burners 1a and 1b opposed to left and right sides thereof.
  • two regenerative burners 1a and 1b facing each other form a pair.
  • the regenerative burners 1a and 1b have the first burner 1a burned according to a predetermined period (for example, 1 minute), and the pair The first burner 1a is in the exhausted state, and the second burner 1b is in the combustion state at the time of switching at a predetermined period after the second burner 1b provided in the exhausted state is in the exhausted state.
  • the two regenerative burners 1a and 1b facing each other are switched to a combustion mode (ignition) and an exhaust mode (fire) alternately (alternatively) at a predetermined period, that is, at the time of switching.
  • a temperature measuring device 24 and a pressure measuring device 25 for pressure measurement are installed in the furnace temperature measurement by combustion.
  • Each regenerative burner (1a, 1b) sucks the combustion gas generated in the fuel gas line 112, combustion air line 122 and the heating furnace 100 for combustion to the heat storage of the regenerative burner (1a, 1b).
  • Combustion gas line 132 is installed.
  • the gas shutoff side 9 is installed in the fuel gas line 110 connected to the regenerative burners 1a and 1b and is connected to one main fuel gas line 110.
  • the main fuel gas line 110 is provided with a flow meter 18 and a flow control valve 21, in order to correct the temperature and pressure in the flow rate measured by the flow meter 18, the temperature gauge 12, the pressure gauge 15 is installed.
  • Combustion air line 122 and combustion gas line 132 of each regenerative burner (1a, 1b) is provided with the respective shut-off sides (10, 11) to operate independently, each one main combustion It is connected to the air line 120 and the main combustion gas line 130.
  • the main combustion air line 120 and the main combustion gas line 130 are provided with flow meters (19, 20) and flow control valves (22, 23), the temperature to the flow rate measured by the flow meters (19, 20) And temperature gauges 13 and 14 and pressure gauges 16 and 17 to correct the pressure.
  • main combustion air line 120 and the main combustion gas line 130 is provided with a combustion air blower 26 for supplying combustion air and a combustion gas discharge fan 27 for exhausting the combustion gas.
  • the control unit 200 may include a flow rate indicating controller (30, 31, 32, FIC), a temperature indicating controller (28, TIC), a pressure indicating controller (29, PIC), the sequence controller 33.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a control method of a regenerative heating furnace according to an embodiment of the present invention.
  • the temperature inside the furnace is measured by the temperature measuring sensor 24 (TE) inside the furnace temperature sensor in the temperature sensor in the furnace 100.
  • TE temperature measuring sensor 24
  • Step 2 The furnace temperature measurement value and the reference temperature set value are compared, and an analog signal corresponding to the compared value is output to the sequence controller 33. That is, the temperature value measured by the temperature measuring device 24 is compared with the reference temperature value targeted by the temperature indicating controller 28 and TIC, and an analog signal according to the difference between the measured value and the reference temperature value is measured by the sequence controller 33,. To PLC).
  • Step 3 The program adjusts each burner combustion amount, fuel amount, air amount and combustion exhaust gas discharge amount according to the output value.
  • the sequence controller 33 adjusts the burner time, fuel gas amount, combustion air amount and combustion exhaust gas discharge amount of the burner by the program set according to the output value.
  • Burner combustion adjusts ON-OFF TIME according to output value.
  • the fuel and air shutoff sides 9 and 10 of the burner in the combustion mode are delayed by the input value KS (1 second to 2 seconds) than the combustion gas shutoff side 11 of the burner in the opposite exhaust mode to exhaust the combustion gas. Proceeds first to prevent in-house pressure rise by combustion gases.
  • the sequence controller 33 outputs a flow rate value set by the fuel gas amount, the combustion air amount, and the combustion gas amount regulator to adjust the flow rate.
  • the amount of fuel gas and combustion gas is controlled according to the output value of the combustion air according to the combustion control of the burner, but in this case, the combustion of the fuel is preferentially performed and the combustion gas is adjusted accordingly. Excessive pressure on the combustion gases in the furnace may occur. Therefore, in the case of a conventional regenerative heating furnace, an exhaust line for separately discharging about 20% of the total combustion gas is installed and a combustion gas control damper is installed to prevent temporary excessive pressure rise.
  • the present invention does not install such a separate exhaust line, at the same time to control the combustion of the burner and the control of the fuel gas, combustion air, combustion gas flow rate value according to the combustion to prevent the pressure rise in the furnace.
  • the combustion air amount and the combustion gas amount are configured in the program through the following calculation formula.
  • the flow rate measured in each of the flowmeters 18, 19, and 20 is corrected by the temperature and pressure measured by the pressure gauges 15, 16, and 17 and the temperature gauges 12, 13, and 14, respectively. It is indicated and controlled by the flow rate relative to the temperature (1 atm, 0 ° C.).
  • Step 4 Pressure measurement in the furnace depending on combustion load.
  • the pressure inside the furnace generated by the combustion gas is measured through a pressure gauge (25, PT).
  • Step 5 Analog signal output by comparing the measured internal pressure with the reference pressure.
  • the pressure value measured by the pressure measuring device 25 is compared with a target reference pressure value by the temperature indicating controller 29 (PIC), and an analog signal corresponding to the compared value is output to the sequence controller 33 (PLC).
  • PIC temperature indicating controller 29
  • Step 6 The preset program according to the output value controls the combustion exhaust gas emissions.
  • the sequence controller 33 gives the combustion gas amount factor set in the third step to further adjust the combustion gas amount.
  • the combustion gas amount is controlled by the value calculated in the control of the third step, but since the pressure in the furnace can be changed by additional factors, additionally measures the pressure in the furnace and gives a factor of 0.9 to 1.1 to the set combustion gas amount. Maintain proper furnace pressure.
  • a factor of 0.9 is applied to reduce the combustion gas amount, thereby increasing the furnace pressure.
  • a factor of 1.1 is applied to exhaust the amount larger than the amount of combustion gas generated to lower the pressure in the furnace.
  • the factor value may be changed in the range of 0.99 to 0.9 according to the pressure difference, and when larger than the reference pressure, the factor value may be changed in the range of 1.01 to 1.1 according to the pressure difference.
  • Figure 3 is a table comparing the combustion gas amount and energy consumption rate of the existing furnace and the heating furnace of the present invention.
  • the table is based on the combustion capacity of 10,000,000 kcal / hr, the combustion gas amount and the energy consumption rate in the furnace of the present invention can be seen that 5% of the fuel is reduced than the conventional furnace.
  • the present invention utilizes 100% of the combustion gas generated during combustion by securing a system in which a part (about 20%) of the high temperature combustion gas is released into the atmosphere in order to control the furnace pressure in the existing heating furnace. It is to control the internal pressure at the same time.

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Abstract

본 발명은 축열식 가열로의 연소 제어 방법을 제공한다. 본 발명의 축열식 가열로의 연소 제어 방법은 상기 가열로 내의 온도감지 센서에서 로내 온도를 감지하는 1단계; 상기 로내 온도 측정값을 입력받아 기준 온도 설정값과 비교하고, 그 비교된 값에 따른 아날로그 신호를 시퀀스 제어기로 출력하는 2단계; 상기 제2단계의 출력값에 따라 설정된 프로그램에 의해 상기 시퀀스 제어기에서 각 버너들의 연소 조절, 연료량, 공기량 및 연소가스 배출량을 조절하는 3단계; 연소 부하에 따라 연소가스에 의한 상기 가열로 내의 압력을 측정하는 4단계; 상기 측정된 압력값을 기준압력과 비교하고, 비교된 값에 따른 아날로그 신호를 상기 시퀀스 제어기로 출력하는 5단계; 및 상기 제5단계의 출력값에 따라 상기 시퀀스 제어기에서 상기 제3단계에서 설정된 연소가스 배출량을 제어하는 6단계를 포함한다.

Description

축열식 가열로의 연소 배기 제어장치 및 제어방법
본 발명은 단조강 생산공정에서 소재를 단조 가능한 온도로 가열하기 위한 가열로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 축열식 연소 버너를 이용하는 축열식 가열로에서 버너의 연료, 연소공기 및 연소배가스의 배출량을 제어하여 연소가스에 의한 로내의 압력은 적절히 조절하며, 배기가스 전체를 열교환을 위한 축열체의 축열에 이용하는 제어 방법 및 제어 장치에 관한 것이다.
일반적으로 철강 생산 과정에서 소재를 목표온도까지 가열하기 위해서는 가열로가 사용되고, 대부분 믹스 가스를 연료로 하는 버너를 사용하고 있으며, 최근에는 연료 절감을 위해 축열식 버너(Regenerative Burner)의 사용이 증가하는 추세이다.
기존 가열로에 설치된 모든 버너는 연속적으로 연소가 이루어지고 이때 발생된 배기가스를 열교환기인 레큐퍼레이터(recuparator)를 통해 회수하게 된다. 그러나 축열식 버너의 경우에는 버너 자체에 축열체가 구비되어 별도의 열교환기를 사용하지 않는 구조로써, 서로 대응하는 2개의 버너를 하나의 셋트로 하여 일측의 버너는 일정시간 연소하고 이때 발생된 배기가스는 대향하는 반대측의 버너로 흡입되어 축열체인 알루미나계 세라믹볼에 축열되는 구조로 되어 있다.
일정시간(약 60-90초)이 지나 연소하고 있던 버너는 정지하고 축열체에 축열시키고 있던 대향 버너는 연소를 시작하게 되며 이와 동시에 연소용 공기를 축열체로 통과시키면 연소용 공기는 고온으로 예열되는 것이다. 즉, 상기한 축열식 버너 연소 시스템은 마주보는 한쌍의 버너가 한 조로 구성되어 연속적으로 교체 연소가 이루어지고 비작동 버너와 작동 버너를 교체 운전할 때 비작동 상태에 있던 버너의 축열체를 통해 열교환이 이루어져 축열체가 축적한 열량이 연소 공기에 전달되어 이로서 연소 배기가스가 지니고 있는 열량의 회수가 가능한 연소장치인 것이다.
이러한 에너지재생 버너는 가열로의 로온도에 따라 두가지의 연소방식으로 연소하게 되는 데, 가열로의 온도가 일정온도(통상 800-900℃)이하에서는 파이롯트 버너에 의한 1차측 연소방식이 사용되고, 일정온도(800-900℃)이상의 경우에는 자연발화가 일어나게 되는 데 이경우에는 연료가스를 별도의 노즐에서 분사하여 버너 내부에 있던 축열체를 통과한 고온의 연소공기가 가열로 내에서 혼합되면서 착화시켜주는 연소방식이 사용된다.
기존 축열식 버너 연소의 경우 반대측 버너가 축열에 이용하는 연소 배가스는 전체 발생하는 가스의 80%가량만 이용된다. 이는 잔여 20%의 배가스을 이용하여 로내 압력을 조절하기 위함이다. 이때 20%의 배기가스는 고온의 폐가스로 배기덕트를 통해 대기중에 방출된다. 로내 분위기압력(로압) 조절이 필요한 이유는 로압이 부압이 되면 주위의 공기가 로내에 유입하여 로내 온도나 로내 분위기를 불안정하게 할뿐만 아니라 침입공기가 과잉공기가 되어 에너지 손실을 초래하기 때문이다.
반대로 로압이 정압의 경우에는 로내 가스가 소재 장,출입문 주변의 틈새로부터 새어나와 에너지손실 및 로 본체의 손상도 초래하게 한다. 로압의 측정은 통상 로상에 가까운 곳 또는 피가열물이 쌓여있는 높이에서 행하고 그 수치는 0 ~ +5mmH2O 정도가 되도록 배기덕트에 설치된 조절 댐퍼를 통하여 자동 조절된다.
기존의 유량 제어방법을 살펴보면 연료가스, 연소공기는 양방향제한(double cross limit)제어로써 온도 조절계의 출력과 가스 및 공기량 조절계의 캐스캐이드 제어신호가 병렬회로로 구성되어 실행되며 과도 상태에서는 연료 및 공기량이 측정값에 과잉 또는 과부족되지 않도록 설정된 증,감계수에 의한 각각의 가스,공기 비율량의 상,하한 값이 정해진다.
즉 기존의 기술은 연소시 발생하는 연소가스의 80%만 연소공기의 예열에 이용하고, 20%의 고온 연소가스(1200~1250도)를 대기중에 배출하므로 에너지 손실이 발생된다.
또한, 기존의 기술은 연소시 발생하는 연소가스의 20%를 외부로 배출하기 위해 별도의 연소가스 배출 덕트(duct)가 필요하며, 연소가스 온도가 높기 때문에 배출 덕트 내부에 단열을 위한 내화물을 별도로 시공해야 하는 단점이 있다.
본 발명은 공업용 가열로의 배기가스 100%를 연소공기의 예열에 필요한 열교환에 사용함으로 연소배기 가스에 의한 에너지 손실을 최소화하고 사용 에너지 절감의 극대화를 위한 축열식 가열로의 연소배기 제어장치 및 제어방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명은 대기중으로 배출되던 20%의 고온의 연소가스를 연소공기의 예열에 재사용하고, 또한 로내 가스 압력 조절도 가능한 축열식 가열로의 연소배기 제어장치 및 제어방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명은 축열식 버너를 사용하는 가열로에서 버너의 연소 부하에 따라 연료 및 연소공기, 배기가스의 배출량를 제어하며 이를 통하여 로내 압력을 제어할 수 있는 축열식 가열로의 연소배기 제어장치 및 제어방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 가열로에 축열식버너(Regenerative Burner)들이 설치되고 버너연소량, 버너에 공급되는 연료 및 연소공기, 연소배기가스 배출량을 제어할 수 있도록 구성된 축열식 가열로의 연소배기 제어 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 가열로 내의 온도감지 센서에서 로내 온도를 감지하는 1단계; 상기 로내 온도 측정값을 입력받아 기준 온도 설정값과 비교하고, 그 비교된 값에 따른 아날로그 신호를 시퀀스 제어기로 출력하는 2단계; 상기 제2단계의 출력값에 따라 설정된 프로그램에 의해 상기 시퀀스 제어기에서 각 버너들의 연소 조절, 연료량, 공기량 및 연소가스 배출량을 조절하는 3단계; 연소 부하에 따라 연소가스에 의한 상기 가열로 내의 압력을 측정하는 4단계; 상기 측정된 압력값을 기준압력과 비교하고, 비교된 값에 따른 아날로그 신호를 상기 시퀀스 제어기로 출력하는 5단계; 및 상기 제5단계의 출력값에 따라 상기 시퀀스 제어기에서 상기 제3단계에서 설정된 연소가스 배출량을 제어하는 6단계를 포함하는 축열식 가열로의 연소가스 제어방법을 제공하고자 한다.
또한, 상기 제3단계에서 상기 버너들이 교차 연소할 때, 연소를 진행하는 버너는 연료 및 공기의 차단변이 열려 연소를 시작하며, 맞은 편 버너는 연소가스 차단변이 열려 연소가스를 배기할 수 있다.
또한, 상기 연소를 진행하는 버너의 연료 및 공기의 차단변은 맞은편 버너의 연소배기가스 차단변보다 입력값 만큼 지연시켜, 연소가스에 의한 로내 압력 상승을 방지할 수 있다.
또한, 상기 제6단계는 상기 시퀀스 제어기에서 연소가스 배출량을 조절하기 위해 상기 제3단계에서 설정된 연소가스 배출량에 팩터(factor)를 부여할 수 있다.
또한, 상기 제6단계에서 상기 측정된 압력값이 기준압력보다 작을 경우 0.9 ~ 0.99의 팩터를 부여하여 상기 로 내에서 발생되는 연소가스량보다 적은 양을 배출시켜서 로내 압력을 상승시킬 수 있다.
또한, 상기 제6단계에서 상기 측정된 압력값이 기준압력보다 클 경우 1.01 ~ 1.1의 팩터를 부여하여 상기 로내에서 발생되는 연소가스량보다 많은 양을 배기시켜 로내 압력을 낮출 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 축열식 버너들이 설치되는 가열로; 상기 축열식 버너들로 연료와 공기를 각각 공급하는 연료가스 라인과, 연소공기 라인; 상기 축열식 버너들의 연소시 발생하는 연소가스의 축열을 위한 연소가스 라인; 상기 가열로 내의 온도 및 압력을 측정하는 온도 측정계, 압력 측정계; 상기 축열식 버너들의 연소 조절, 연료량, 공기량 및 연소가스 배출량을 조절하는 시퀀스 제어기를 포함하되; 상기 시퀀스 제어기는 상기 축열식 버너들 중에서 연소를 진행하는 버너의 연료 및 공기의 공급을 연소를 진행하지 않는 버너의 연소가스 배기보다 소정의 입력값 만큼 지연되도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 시퀀스 제어기는 측정된 압력값과 기준압력을 비교하여 연소가스 배출량에 팩터(factor)를 부여할 수 있다.
또한, 상기 시퀀스 제어기는 상기 측정된 압력값이 기준압력보다 작을 경우 연소가스 배출량에 0.9 ~ 0.99 팩터를 부여할 수 있다.
또한, 상기 시퀀스 제어기는 상기 측정된 압력값이 기준압력보다 큰 경우 연소가스 배출량에 1.01 ~ 1.1 팩터를 부여할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 로내의 온도를 측정하는 온도 측정부와 로내압력을 측정하는 압력 측정부, 측정된 값과 기준값을 비교하여 연소 버너 및 연료 가스, 연소공기, 연소배기가스 출력값을 선정하는 제어부, 제어기의 신호에 따라 버너 및 연료 가스, 연소공기, 연소배기가스의 양을 조절하는 조절부를 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 가열로에서 소재의 가열을 위해 한쌍씩 이루어지는 축열식 버너를 이용하고, 버너의 연소를 위한 연료가스 라인 및 연소공기 라인, 연소시 발생하는 연소가스의 축열을 위한 연소가스 라인, 상기 연료가스 및 연소공기, 연소배기가스 메인라인의 유량측정계와 측정된 유량을 온도 압력 보정을 위한 온도 측정계, 압력측정계, 유량 조절을 위한 유량조절밸브, 가열로내의 온도 및 압력을 측정하는 온도측정계, 압력측정계, 가열로내의 압력을 측정하여 조절하기 위한 별도의 연소가스 조절 밸브 및 라인을 설치하지 않고 축열을 위해 구성된 한 개의 연소가스 배기라인을 포함한 축열식 가열로의 연소가스 제어장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 배기가스 100%를 열교환에 이용하고 로압 조절 시스템을 병행함으로 적정 제품 품질을 유지하면서 사용 에너지절약의 효율을 최대화 할 수 있는 각별한 효과를 갖는다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면 기존의 가열로에서 로내 압력을 제어하기 위하여 대기중으로 방출하던 고온의 연소배기가스(약 20%)를 축열에 이용하여 연소공기를 예열함으로써 가열로에 사용되는 에너지를 절감 할 수 있는 각별한 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 축열식 가열로의 제어장치를 도시한 개략적인 도면이다.
도면 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 축열식 가열로의 제어방법을 도시한 흐름도이다.
도 3은 기존 가열로와 본 발명의 가열로의 연소가스량 및 에너지 소비율을 비교한 표이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 축열식 가열로의 연소배기 제어장치 및 제어방법을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 실시예에서 가열로는 단조강 생산공정에서 소재를 단조 가능한 온도로 가열하기 위한 가열로일 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고, 가열로는 다른 종류의 가열로일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 축열식 가열로의 제어장치를 도시한 개략적인 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 축열식 가열로(100)에는 좌우측면에 축열식 버너(1a,1b)들이 대향되어 설치된다. 여기서, 서로 마주보는 두 개의 축열식 버너(1a,1b)가 한 쌍을 이루게 된다. 일 예로, 4쌍의 축열식 버너(1a,1b)들이 설치되는 경우, 축열식 버너(1a,1b)들은 일정 주기(예를 들어, 1분)에 따라 제1 버너(1a)가 연소 상태이고, 쌍으로 구비되는 제2 버너(1b)는 배기 상태가 된 이후에 일정 주기가 되는 절환 시점에 제1 버너(1a)는 배기 상태가 되고, 제2 버너(1b)는 연소 상태가 된다. 즉, 서로 마주보는 두 개의 축열식 버너(1a,1b)는 일정 주기, 즉 절환 시점에 교번적으로(번갈아 가면서) 연소 모드(점화) 및 배기 모드(소화)로 절환된다. 축열식 가열로(100) 내부에는 연소에 의한 로내 온도측정을 위해 온도측정계(24)와 압력측정을 위해 압력측정계(25)가 설치된다.
각 축열식 버너(1a,1b)로는 연소를 위한 연료가스라인(112)과 연소공기라인(122) 및 가열로(100) 내부에서 발생하는 연소가스를 축열식 버너(1a,1b)의 축열기로 빨아들이기 위한 연소가스라인(132)이 설치된다.
축열식 버너(1a,1b)에 연결되는 연료가스라인(110)에는 가스차단변(9)이 설치되어 있으며 한 개의 메인 연료가스라인(110)과 연결된다.
메인 연료가스라인(110)에는 유량측정계(18)와 유량조절밸브(21)가 설치되어 있으며, 유량측정계(18)에서 측정된 유량에 온도 및 압력을 보정하기 위하여 온도측정계(12), 압력측정계(15)가 설치된다.
각각의 축열식 버너(1a,1b)의 연소공기라인(122) 및 연소가스라인(132)에는 각각의 차단변(10,11)이 설치되어 독립적으로 운전이 가능하도록 되어 있으며, 각 한 개의 메인 연소공기라인(120) 및 메인 연소가스라인(130)에 연결된다.
메인 연소공기라인(120) 및 메인 연소가스라인(130)에는 유량측정계(19,20)와 유량조절밸브(22,23)가 설치되어 있으며, 유량측정계(19,20)에서 측정된 유량에 온도 및 압력을 보정하기 위하여 온도측정계(13,14), 압력측정계(16,17)가 설치된다.
또한, 메인 연소공기라인(120) 및 메인 연소가스라인(130)에는 연소공기 공급을 위한 연소공기 송풍기(26)와 및 연소가스 배출을 위한 연소가스 배출팬(27)이 설치된다.
제어부(200)는 유량지시조절계(30,31,32,FIC)와 온도지시조절계(28,TIC), 압력지시조절계(29,PIC), 시퀀스제어기(33)를 포함할 수 있다.
도면 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 축열식 가열로의 제어방법을 도시한 흐름도이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 가열로의 운전에 따라 제어시스템을 하기와 같이 각 단계별로 기술한다.
제1단계; 가열로(100) 내의 온도감지 센서에서 로내 온도 감지로 내부의 온도측정계(24,TE)를 통하여 로 내부의 온도를 측정한다.
2단계; 로내 온도 측정값과 기준 온도 설정값을 비교하고, 그 비교된 값에 따른 아날로그 신호를 시퀀스 제어기(33)로 출력한다. 즉, 온도측정계(24)에서 측정된 온도값을 온도지시조절계(28,TIC)에서 목표하는 기준 온도값과 비교하고, 측정값과 기준온도값의 차이값에 따른 아날로그 신호를 시퀀스제어기(33, PLC)로 출력한다.
3단계; 프로그램에 의해 출력값에 따라 설정된 각 버너연소량, 연료량, 공기량 및 연소배기가스 배출량을 조절한다. 상기 출력값에 따라 설정된 프로그램에 의해 시퀀스제어기(33)에서 버너의 연소 시간 및 연료가스량, 연소공기량, 연소배기가스 배출량을 조절한다. 버너의 연소는 출력값에 따라 ON-OFF TIME을 조절한다. 한 쌍의 축열식 버너(1a,1b)가 연소를 할 때, 연소를 진행하는 버너(연소 모드)는 연료 및 공기의 차단변(9,10)이 열려 연소를 시작하며, 맞은 편 버너(배기 모드)는 연소가스 차단변(11)이 열려 연소가스를 배기하게 된다. 이때, 연소모드인 버너의 연료 및 공기의 차단변(9,10)은 맞은편 배기 모드인 버너의 연소가스 차단변(11)보다 입력값 KS(1초~2초) 만큼 지연시켜 연소가스 배기를 우선적으로 진행시켜 연소가스에 의한 로내 압력 상승을 방지한다.
시퀀스 제어기(33)에서 버너의 연소조절과 동시에 연료가스량 및 연소공기량, 연소가스량 조절기로 설정된 유량값을 출력하여 유량을 조절하게 된다.
통상적인 축열식 가열로의 경우 버너의 연소조절에 따른 연소공기의 출력값에 따라 연료가스 및 연소가스량을 조절하게 되어 있으나, 그 경우 연료의 연소가 우선적으로 진행되고 그에 따른 연소가스 조절이 진행되어 일시적으로 로내에 연소가스에 대한 압력이 과다하게 발생할 수 있다. 그래서 통상적인 축열식 가열로의 경우 전체 연소가스의 20%가량을 별도로 배출할 수 있는 배기라인을 설치하고 연소가스 조절 댐퍼를 설치하여 일시적인 과도한 압력상승을 방지한다.
본 발명은 이러한 별도의 배기라인을 설치하지 않고, 로내의 압력 상승도 방지하기 위하여 버너의 연소 조절과 연소에 따른 연료가스,연소공기,연소가스 유량값 조절을 동시에 수행한다.
연소공기량 및 연소가스량은 하기 연산식을 통하여 프로그램에 구성된다.
연소공기 연산식 : AG= G0×(m-1)×A0
배가스 연산식 : FG = G0×{(m-1)×A0+E0}
EG : 배가스량 G0 : 연료가스량 m : 공기과잉률 A0 : 이론공기량 E0: 이론 배가스량
각각의 유량측정계(18,19,20)에서 측정된 유량은 각각의 압력측정계(15,16,17) 및 온도측정계(12,13,14)에서 측정된 온도 및 압력에 의해 보정되어 기준압력,온도(1atm,0℃)에 대한 유량으로 지시 및 제어된다.
4단계; 연소 부하에 따른 로내의 압력 측정.
연소 부하에 따라 연소가스에 의해 발생되는 로 내부의 압력을 압력측정계(25,PT)를 통하여 로 내부의 압력를 측정한다.
5단계; 측정된 로내압력을 기준압력과 비교하여 아날로그 신호 출력.
압력측정계(25)에서 측정된 압력값을 온도지시조절계(29,PIC)에서 목표하는 기준압력값과 비교하고 비교된 값에 따른 아날로그 신호를 시퀀스제어기(33, PLC)로 출력한다.
6단계; 출력값에 따라 미리 설정된 프로그램은 연소배기가스 배출량을 제어한다. 상기 출력값에 따라 시퀀스 제어기(33)에서 상기의 제3단계에서 설정된 연소가스량 팩터를 부여하여 연소가스량을 추가 조절하게 된다. 상기한 제3단계의 제어에서 계산된 수치에 의해 연소가스량이 제어되지만, 부가적인 요소에 의해 로내의 압력이 변동될 수 있기 때문에 추가적으로 로내 압력을 측정여 설정된 연소가스량에 0.9~1.1의 팩터를 부여하여 적정한 로내압력을 유지하게 된다.
일 예로, 설정된 기준압력보다 작을 경우 0.9의 팩터를 부여하여, 연소가스량을 줄여서 로내압력의 상승시키고 기준 압력보다 클 경우 1.1의 팩터를 부여하여 발생되는 연소가스량보다 많을 양을 배기하여 로내 압력을 낮추도록 한다. 참고로, 설정된 기준압력보다 작을 경우 팩터 값은 압력차에 따라 0.99~0.9 범위에서 변동될 수 있으며, 기준 압력보다 클 경우 팩터 값은 압력차에 따라 1.01~1.1 범위에서 변동될 수 있다.
도 3은 기존 가열로와 본 발명의 가열로의 연소가스량 및 에너지 소비율을 비교한 표이다. 상기 표는 연소용량 10,000,000 kcal/hr 기준으로 한 것으로, 본 발명의 가열로에서의 연소가스량 및 에너지 소비율을 보면 기존 가열로보다 5%의 연료가 절감되는 것을 알 수 있다.
상기와 같이, 본 발명은 기존의 가열로에서 로내압력을 제어하기 위하여 고온의 연소가스의 일부(약20%)를 대기중에 방출하던 시스템을 보안하여 연소시 발생하는 연소가스 100%를 축열에 이용하며 로내압력을 동시에 제어하는 것이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 가열로에 축열식버너(Regenerative Burner)들이 설치되고 버너연소량, 버너에 공급되는 연료 및 연소공기, 연소배기가스 배출량을 제어할 수 있도록 구성된 축열식 가열로의 연소 제어 방법에 있어서:
    상기 가열로 내의 온도감지 센서에서 로내 온도를 감지하는 1단계;
    상기 로내 온도 측정값을 입력받아 기준 온도 설정값과 비교하고, 상기 로내 온도 측정값과 상기 기준 온도 설정값의 차이에 따른 아날로그 신호를 시퀀스 제어기로 출력하는 2단계;
    상기 2단계의 출력값에 따라 설정된 프로그램에 의해 상기 시퀀스 제어기에서 각 버너들의 연소 조절, 연료량, 공기량 및 연소가스 배출량을 조절하는 3단계;
    연소 부하에 따라 연소가스에 의한 상기 가열로 내의 압력을 측정하는 4단계;
    상기 측정된 압력값을 기준압력과 비교하고, 상기 측정된 압력값과 상기 기준압력의 차이에 따른 아날로그 신호를 상기 시퀀스 제어기로 출력하는 5단계; 및
    상기 5단계의 출력값에 따라 상기 시퀀스 제어기에서 상기 3단계에서 설정된 연소가스 배출량을 제어하는 6단계를 포함하는 축열식 가열로의 연소가스 제어방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제3단계에서
    상기 버너들이 교차 연소할 때, 연소를 진행하는 버너는 연료 및 공기의 차단변이 열려 연소를 시작하며, 맞은 편 버너는 연소가스 차단변이 열려 연소가스를 배기하는 것을 특징으로 하는 축열식 가열로의 연소가스 제어방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항 있어서,
    상기 연소를 진행하는 버너의 연료 및 공기의 차단변은 맞은편 버너의 연소배기가스 차단변보다 입력값 만큼 지연시켜, 연소가스에 의한 로내 압력 상승을 방지하는 것을 특징으로 하는 축열식 가열로의 연소가스 제어방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제6단계는
    상기 시퀀스 제어기에서 로내 압력조절을 위해 연소가스 배출량을 조절하기 위한 상기 제3단계에서 설정된 연소가스 배출량에 팩터(factor)를 부여하는 것을 특징으로 하는 축열식 가열로의 연소가스 제어방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제6단계에서
    상기 측정된 압력값이 기준압력보다 작을 경우 0.9 ~ 0.99의 팩터를 부여하여 상기 로 내에서 발생되는 연소가스량보다 적은 양을 배출시켜서 로내 압력을 상승시키는 것을 특징으로 하는 축열식 가열로의 연소가스 제어방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제6단계에서
    상기 측정된 압력값이 기준압력보다 클 경우 1.01 ~ 1.1의 팩터를 부여하여 상기 로내에서 발생되는 연소가스량보다 많은 양을 배기시켜 로내 압력을 낮추는 것을 특징으로 하는 축열식 가열로의 연소가스 제어방법.
  7. 축열식 가열로의 연소가스 제어장치에 있어서:
    축열식 버너들이 설치되는 가열로;
    상기 축열식 버너들로 연료와 공기를 각각 공급하는 연료가스 라인과, 연소공기 라인;
    상기 축열식 버너들의 연소시 발생하는 연소가스의 축열을 위한 연소가스 라인;
    상기 가열로 내의 온도 및 압력을 측정하는 온도 측정계, 압력 측정계; 및
    상기 축열식 버너들의 연소 조절, 연료량, 공기량 및 연소가스 배출량을 조절하는 시퀀스 제어기를 포함하되;
    상기 시퀀스 제어기는
    상기 축열식 버너들 중에서 연소를 진행하는 버너의 연료 및 공기의 공급을 연소를 진행하지 않는 버너의 연소가스 배기보다 소정의 입력값 만큼 지연되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 축열식 가열로의 연소가스 제어방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 시퀀스 제어기는
    상기 압력 측정계에서 측정된 압력값과 기준압력을 비교하여, 측정된 압력값이 기준압력보다 작거나 큰 경우 연소가스 배출량에 팩터(factor)를 부여하는 것을 특징으로 하는 축열식 가열로의 연소가스 제어장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 시퀀스 제어기는
    상기 측정된 압력값이 기준압력보다 작을 경우 연소가스 배출량에 0.9 ~ 0.99 팩터를 부여하는 것을 특징으로 하는 축열식 가열로의 연소가스 제어장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 시퀀스 제어기는
    상기 측정된 압력값이 기준압력보다 큰 경우 연소가스 배출량에 1.01 ~ 1.1 팩터를 부여하는 것을 특징으로 하는 축열식 가열로의 연소가스 제어장치.
  11. 축열식 가열로의 연소가스 제어장치에 있어서:
    가열로에서 소재의 가열을 위해 한쌍씩 이루어지는 축열식 버너들을 이용하고,
    상기 축열식 버너들에는 연소를 위한 연료가스 라인, 연소공기 라인 그리고 연소시 발생하는 연소가스의 축열을 위한 연소가스 라인이 연결되며,
    상기 연료가스 라인은 메인 연료가스 라인과 연결되고, 상기 연소공기 라인은 메인 연소공기 라인과 연결되며, 상기 연소가스 라인은 메인 연소가스 라인과 연결되되, 상기 메인 연료가스 라인과 상기 메인 연소공기 라인 그리고 상기 메인 연소가스 라인 각각에 설치되는 유량측정계, 온도 측정계, 압력측정계, 유량 조절을 위한 유량조절밸브;
    상기 가열로 내의 온도 및 압력을 측정하는 온도측정계와 압력측정계; 및
    상기 축열식 버너들의 연소 조절, 연료량, 공기량 및 연소가스 배출량을 조절하는 시퀀스 제어기를 포함하되;
    상기 시퀀스 제어기는
    상기 축열식 버너들 중에서 연소를 진행하는 버너의 연료 및 공기의 공급을 연소를 진행하지 않는 버너의 연소가스 배기보다 기설정된 입력값 만큼 지연되도록 제어하며,
    상기 압력측정계에서 측정된 압력값이 기준압력보다 작을 경우 연소가스 배출량에 0.9 ~ 0.99 팩터를 부여하고, 상기 압력측정계에서 측정된 압력값이 기준압력보다 큰 경우 연소가스 배출량에 1.01 ~ 1.1 팩터를 부여하는 것을 특징으로 하는 축열식 가열로의 연소가스 제어장치.
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