KR100460658B1 - 미분탄제조장치의 산소농도분석 및 조절장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 미분탄제조장치의 산소농도분석 및 조절장치는 지르코니아식 산소검출기를 미분탄제조기의 전단에 설치하여 전체 장치의 산소농도를 정확하게 측정한다. 미분탄제조기에 공급되는 폐가스, 온도제어용 에어, 질소, 미분탄 누출방지용 에어의 유량 데이터는 제어부에 입력되어 전체 산소농도가 분석되며, 이 분석된 산소농도가 설정치 이상으로 되면 질소유량 제어밸브를 제어하여 미분탄제조기에 공급되는 질소의 양을 조절한다.

Description

미분탄제조장치의 산소농도분석 및 조절장치{AN APPARATUS FOR ANALYSISING AND CONTROLLING OXYGEN CONCENTRATION OF A FINE COKE DEVICE}

본 발명은 미분탄제조장치에서 산소농도분석 및 제어장치에 관한 것으로, 특히 고로에 취입되는 미분탄 제조공정에서 미분탄제조기 전단에 산소검출기를 설치하여 장치 전체에 걸친 정확한 산소농도를 분석하고 미분탄에 함유되는 산소의 농도가 일정값 이상이 되는 경우 질소유량을 증가하여 산소농도를 항상 일정농도 이하로 유지하여 미분탄의 발화에 의한 사고를 방지할 수 있는 미분탄제조장치의 산소농도분석 및 제어장치에 관한 것이다.

일반적으로 제철소에서 고로에 취입되는 미분탄은 미분탄제조기에 의해 분쇄된 후 고로에 후송되어 취입된다. 이러한 미분탄은 통상 수분을 함유하고 있기 때문에 원활한 분쇄 및 이송을 위해 건조되어야만 한다. 이러한 건조를 위해서는 일반적으로 열풍로에서 발생하는 고온의 폐가스를 사용하는데, 도 1에 이러한 비분탄제조장치가 도시되어 있다.

도면에 도시된 바와 같이, 미분탄제조장치에서는 컨베이어벨트에 의해 운반되어온 원료탄은 원료탄호퍼(10)에 저장된 후 원료탄 이송벨트(3)에 의해 미분탄제조기(5)로 투입된다. 미분탄제조기(5)에서는 투입된 원료탄을 분쇄하여 미분탄을 형성한다. 이때, 일반적으로 미분탄에는 수분을 함유하고 있기 때문에 이를 건조시켜야만이 미분탄의 분쇄능력과 이송이 원활하게 이루어진다. 이러한 미분타의 건조를 위해 열풍로폐가스 공급기(7)에서는 열풍로폐가스 공급관(11)을 통해 열풍로폐가스를 미분탄제조기(5)에 공급한다. 상기 열풍로폐가스 공급기(7)로부터 공급되는 폐가스에는 온도제어용 에어공급기(9)로부터 에어가 혼합된다. 이것은 폐가스가 미분탄 발화온도 이상이 되는 경우 미분탄이 발화되는 것을 방지하기 위한 것으로,상기 에어가 혼합됨에 따라 폐가스의 온도가 미분탄 발화점 이하로 저하된다.

또한, 상기 미분탄제조기(14)에는 미분탄 누출방지에어관을 통해 에어가 공급되어 미분탄이 외부로 누출되는 것을 방지하는 미분탄누출에어 공공기(13)가 연결되어 있다.

미분탄제조기(5)에서 분쇄된 미분탄은 폐가스의 압력에 의해 미분탄이송관(15)을 통해 백필터(23)로 이송된다. 백필터(23)에서는 이송되어온 미분탄으로부터 폐가스를 분리하여 이를 폐가스방출관(19)을 통해 방출하고 필터링된 미분탄은 저장호퍼(25)에 저장한다. 저장호퍼(25)에 저장된 미분탄은 운송탱크(27a,27b,27c)를 통해 분배기(29)로 이송된 후 고로로 공급된다.

일반적으로 폐가스는 적은 양의 산소만을 함유한다. 따라서, 미분탄이 발화될 가능성이 없지만, 열풍로 공정중에서 열풍로가 고로송풍에서 연소로 전환될 때에는 미연소된 산소농도 21％의 대기공기가 폐가스로 배출되어, 미분탄제조기(5)에 공급되는 폐가스의 산소농도가 대기공기와 같은 21％가 된다.

도 2의 산소농도와 미분탄 발화온도의 관계 그래프에 도시된 바와 같이, 산소농도가 증가함에 따라 미분탄의 발화온도는 급격히 낮아진다. 특히, 약 16％의 산소농도 이하에서는 발화온도가 급격히 높아지지만 그 이상의 산소농도에서는 미분탄이 약 100℃에서 발화된다. 따라서, 열풍로의 전환에 의해 폐가스의 산소농도가 16％ 이상인 경우에는 낮은 온도(폐가스의 온도에 비해)에서도 미분탄이 발화되는 문제가 있었다.

한편, 백필터(23)의 폐가스방출관(19)에는 산소분석기(21)가 설치되어 있다.이 산소분석기(21)는 백필터(23)에서 미분탄이 분리된 폐가스의 산소농도를 분석하여 폐가스의 산소농도가 설정 농도 이상이 되면 미분탄제조장치를 정지시킨다.

그러나, 상기와 같이 산소분석기(21)를 폐가스방출관(19)에 설치하여 폐가스의 산소농도를 분석하는 종래의 미분탄제조장치에서는 다음과 같은 문제가 발생할 수 있다. 첫째, 종래의 미분탄제조장치에서는 산소분석기(21)가 폐가스방출관(19)에 설치되어 있기 때문에 미분탄제조기(1)에서 미분탄이 제조된 후 폐가스와 혼합되어 상기 산소분석기(21)까지 도달하기에는 장시간이 소요되며 그 결과 산소농도분석이 지연되었다.

둘째, 미분탄제조기(5) 내부 및 미분탄제조기(1)와 산소분석기(21) 사이의 미분탄이송관(15) 내부의 산소농도분석을 할 수가 없기 때문에 순간적인 산소농도 상승시에는 대처를 할 수 없었다.

셋째, 기존 산소분석기에서는 미분탄제조기 후단에 설치되어 산소농도를 분석하기 때문에 폐가스에 혼합된 미분탄에 의해 배관이 막히는 경우가 빈번히 발생하였다.

넷째, 저온상태에서의 산소농도를 측정하기 위한 자기풍식 분석계를 사용해야만 하는데 이러한 자기풍식 분석계는 비용이 대단히 고가일 뿐만 아니라 미분탄에 의해 고장이 자주 발생하기 때문에 산소농도분석의 신뢰성이 저하된다.

본 발명은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 미분탄제조기의 전단에 산소검출기를 설치함으로써 전체 장치의 농도를 정확하게 측정할 수 있으며 폐가스에 혼합된 미분탄에 의한 고장을 방지할 수 있는 미분탄제조장치의 산소농도분석 및 조절장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 미분탄제조기에 공급되는 공기 및 질소의 유량에 의해 전체 산소농도를 분석하여 설정치 보다 높은 경우 질소유량 제어밸브를 제어하여 질소의 공급량을 증가시킴으로써 항상 일정한 산소농도를 유지시킬 수 있는 산소농도분석 및 조절장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 미분탄제조장치의 산소농도분석 및 조절장치는 원료탄을 미분탄제조기에서 미분탄으로 분쇄한 후 고로로 운송하는 미분탄제조장치에 있어서, 폐가스 유량계와 산소검출기가 설치된 폐가스 공급관을 통해 상기 폐가스를 상기 비분탄제조기에 공급하는 열풍로폐가스 공급기와, 온도제어용 에어유량 제어밸브를 통해 상기 폐가스 공급관에 연결되어 미분탄제조기에 에어를 공급함으로써 폐가스의 온도를 조절하는 온도제어용 에어공급기와, 질소유량계와 질소유량 제어밸브가 설치된 질소공급관을 통해 상기 미분탄제조기에 연결되어 미분탄제조기에 질소를 공급함으로써 미분탄제조기내의 산소농도를 조절하는 질소공급기와, 미분탄 누출방지 에어유량계 및 에어유량 제어밸브를 통해 미분탄제조기에 미분탄 누출방지에어를 공급하는 미분탄 누출방지 에어공급기와, 상기 유량계 및 산소검출기로부터 입력되는 폐가스 유량, 온도제어용 에어유량, 질소유량 및 미분탄 누출방지 에어유량을 기초로 미분탄제조기내의 산소농도를 분석하고 분석된 산소농도에 따라 온도제어용 에어유량 제어밸브, 질소유량 제어밸브 및 미분탄누출방지 에어유량 제어밸브를 제어하여 미분탄제조기내의 산소농도를 일정하게 유지시키는 제어부로 구성된다.

도 1은 종래의 미분탄제조장치를 나타내는 도면.

도 2는 산소농도와 미분탄의 발화점과의 관계를 나타내는 그래프.

도 3은 본 발명에 따른 미분탄제조장치를 나타내는 도면.

도 4는 본 발명에 따른 미분탄제조장치에서 산소농도를 조절하는 방법을 나타내는 플로우챠트.

도 5는 본 발명에 따른 미분탄제조장치에서 미분탄의 온도를 조절하는 방법을 나타내는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

105 : 미분탄제조기 107 : 열풍로폐가스 공급기

108 : 온도검출기 150,154,158 : 유량계

152 : 산소검출기 162 : 질소공급기

114, 160,164 : 유량제어밸브

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 미분탄제조장치의 산소농도분석 및 조절장치에 대해 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 미분탄제조장치를 나타내는 도면이다. 도면에서는 설명을 간단히 하기 위해 백필터, 저장호퍼, 운송탱크 및 분배기를 제외하고 미분탄제조장치까지만을 도시하였지만, 그 이외의 장치는 도 1의 구성과 동일한 구성으로 이루어져 있다. 또한, 도면에서 도 1에 도시된 종래의 미분탄제조장치와 동일한 구성에 대해서는 그 자세한 설명을 생략한다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 미분탄제조장치에서는 미분탄제조기(105)에 질소공급관(166)을 통해 질소공급기(162)가 연결되어 있어 상기 미분탄제조기(105)에 질소를 공급한다. 이 질소공급기(162)는 미분탄제조기(105)에 공급되는 산소의 농도에 따라 상기 미분탄제조기(105)로 질소를 공급하여 산소가 항상 설정치 보다 낮은 농도를 유지하도록 한다.

폐가스 및 온도제어용 에어의 혼합가스가 공급되는 혼합가스 공급관(111)에는 혼합가스의 유량을 측정하는 혼합가스 유량계(150) 및 산소검출기(152)가 설치되어 있으며, 온도제어용 에어공급기(109)의 에어가 공급되는 온도제어용 에어공급관(112)에는 에어의 양을 조절하는 온도제어용 에어유량 제어밸브(160)가 설치되어 있다. 또한, 상기 미분탄누출 방지에어공급관(114) 및 질소공급관(166)에는 각각 유량계(162,158)가 설치되어 미분탄제조기(105)로 공급되는 산소와 질소의 양을 측정하며, 상기 질소공급관(166)에는 질소유량 제어밸브(164)가 설치되어 미분탄제조기(105)로 공급되는 질소의 양을 제어할 수 있게 된다. 상기 미분탄제조기(105)에서 백필터로 미분탄을 공급하는 미분탄공급관에는 온도검출기(108)가 설치되어, 백필터로 공급되는 미분탄의 온도를 측정한다.

상기한 바와 같이, 본 발명에서는 산소검출기(152)가 폐가스를 미분탄제조기(105)로 공급하는 폐가스공급관(111)에 설치되어 있다. 따라서, 산소농도 분석시간이 지연되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 미분탄에 의해 산소검출기(152)가 고장나는 것을 방지할 수 있게 된다.

상기 산소검출기(152)는 폐가스공급관(111) 내부에 직접 설치되는 지르코니아식 산소검출기로서, 산소검출원리를 간단하게 설명하면 다음과 같다.

600℃ 이상의 고온에서 산소이온에 의한 도전성을 지닌 안정화 지르코니아의 고정 전해질 세라믹에 격벽을 만들고 이 격벽의 양측으로 가스 투광성의 가공질 백금 전극을 구성하면, 격벽양측의 산소분압이 다른 가스를 투과하는 경우 산소분압 차이에 의한 산소농담전지가 형성되고 기전력이 발생된다. 이때, 발생한 기전력값으로 산소를 검출한다. 각 가스의 유량측정은 가스 배관내에 관경을 감소시키는 오리피스를 설치하면 배관내 흐르는 유량은 오리피스 전,후단에 발생하는 차압에 비례하게 되기 때문에, 이 차압에 의해 산소를 검출할 수 있게 된다.

본 발명에서는 각 유량계(150,154,158)에서 측정된 각종 유량 측정치 및 산소검출기(152)에서 검출된 폐가스의 산소검출값, 온도검출기(108)에서 검출된 미분탄의 온도가 4∼20mA의 전기신호로 변환부(170)로 입력된다. 변환부(170)에서는 입력되는 전기신호를 1∼5V로 변환하여 제어부(172)로 전송한다.

제어부(172)에서는 입력되는 데이터를 기초로 산소농도 분석연산식(수학식 1)에 의해 미분탄제조기(1)내의 종합적인 농도를 분석한다.

분석된 산소농도는 기준값인 산소농도 16％와 비교되어 기준값과의 오차만큼 질소유량 제어밸브(114)를 제어하여 미분탄내에 질소를 공급함으로써 미분탄제조기(105)내에 항상 일정한 산소농도(16％ 이하의)를 유지시킨다.

또한, 제어부(172)에서는 미분탄제조기(105)에서 백필터로 이송되는 미분탄과 혼합된 폐가스의 온도가 설정치를 넘는 경우 온도제어용 에어유량 제어밸브(160)를 제어하여 폐가스의 온도를 항상 일정하게 조절한다.

제어부(172)에서 산출된 산소농도 및 폐가스온도와 같은 데이터는 중앙제어시스템(172)으로 전송된다. 중앙제어시스템(172)에서는 산소농도 및 폐가스의 온도를 표시장치(도면표시하지 않음)를 통해 작업자에게 알리고 산소농도 및 폐가스가 설정치 보다 높은 경우 경보부(176)를 통해 경보를 발하게 된다.

이하, 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 미분탄제조장치의 산소농도분석 및 조절장치의 작동에 관해 상세히 설명한다.

우선, 도 4는 본 발명의 산소농도분석 및 조절장치에서의 산소농도를 제어하는 방법을 나타내는 플로우챠트이다. 도면에 도시된 바와 같이, 폐가스와 온도제어용 에어의 혼합가스의 농도와 혼합가스유량, 질소유량, 미분탄 누출방지용 에어유량이 산소검출기(152) 및 각종 유량계(150,154,158,160)에 의해 검출된 후 변환부(170)를 통해 신호변환되어 제어부(172)에 입력된다(S101). 이때, 혼합가스의 농도, 혼합가스의 유량, 질소의 유량 및 미분탄 누출방지용 에어의 유량 등은 제어부(172)의 표시부(도면표시하지 않음)에 표시되어 작업자에게 그 값을 알려준다(S102).

제어부(172)에서는 상술한 수학식 1에 기초하여 미분탄제조기(105)내의 산소농도를 분석하여(S103), 산소농도가 설정치(16％) 이하인 경우에는 미분탄제조기(105)내부에 아무런 이상이 없음을 인식하여 정상적인 운전을 계속한다(S105,S106). 이때, 분석된 산소농도는 제어부(172)의 표시부를 통해 외부로 표시함과 동시에 공정전체에 걸친 산소농도의 누적관리를 실행한다(S104).

산소농도가 설정치 이하인 경우에는 분석된 산소농도와 설정된 산소농도의 차이에 해당하는 질소유량을 산출한 후 질소유량 제어밸브(164)를 제어한다(S108,S109). 상기 질소유량 제어밸브(164)의 제어에 따라, 분석되는 산소농도가 5분 이상 16％(설정치) 이하를 유지하는 경우에는 계속해서 운전을 시행하며 그 이상인 경우에는 미분탄제조장치를 정지시키고 이를 경보한다(S110,S111).

또한, 도 5에 도시된 바와 같은 온도제어를 하기 위해서는, 우선 온도검출기(108)를 통해 측정된 폐가스(미분탄이 혼합된)의 온도가 변환부(170)를 통해 제어부(172)로 입력된다(S201). 제어부(172)에서는 입력되는 폐가스의 온도가 설정치 이하인 경우에는 정상상태임을 판단하여 정상운전을 계속한다(S203,S204). 이때, 검출된 온도는 표시부를 통해 표시된다(S202).

검출된 온도가 설정치 이상인 경우에는 온도차에 해당하는 에어유량을 산출한 후 온도제어용 에어유량 제어밸브(160)를 제어하여 미분탄제조기(105)에 공급되는 온도제어용 에어의 유량을 증가시켜 항상 일정한 온도를 유지하도록한다(S206,207).

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 미분탄제조기 전단에 산소검출기를 설치하고 산소검출기에서 검출된 산소농도와 온도검출기에서 검출된 온도에 따라 미분탄에 공급되는 질소의 유량, 온도제어용 에어의 유량, 및 미분탄 누출방지용 에어의 유량을 조절하기 때문에 다음과 같은 효과를 얻을 수 있게 된다.

첫째, 산소검출기가 미분탄제어기 전단에 설치되어 있기 때문에 종래의 장치에서 산소농도의 측정이 불가능한 지역(즉, 미분탄제조기와 백필터 사이의 미분탄이송관)을 없앰으로써 전체 미분탄제조기의 정확한 산소농도를 산출할 수 있다.

둘째, 미분탄제어기 전단에서 산소를 검출, 분석함으로써 산소농도분석의 지연시간을 해소할 수 있다.

셋째, 질소공급기에 의해 항상 미분탄제조기 내부의 산소농도를 항상 일정하게 유지할 수 있다.

넷째, 값싼 지르코니아식 산소검출기를 사용함으로써 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 미분탄제조기 전단에 산소검출기가 설치되기 때문에 미분탄의 침투에 의한 산소검출기의 고장을 방지할 수 있다.

Claims (4)

1. 원료탄을 미분탄제조기에서 미분탄으로 분쇄한 후 고로로 운송하는 미분탄제조장치에 있어서,

   폐가스 유량계와 산소검출기가 설치된 폐가스 공급관을 통해 상기 열풍로폐가스를 상기 비분탄제조기에 공급하는 열풍로폐가스 공급기;

   온도제어용 에어유량 제어밸브를 통해 상기 폐가스 공급관에 연결되어 미분탄제조기에 에어를 공급함으로써 폐가스의 온도를 조절하는 온도제어용 에어공급기;

   질소유량계와 질소유량 제어밸브가 설치된 질소공급관을 통해 상기 미분탄제조기에 연결되어 미분탄제조기에 질소를 공급함으로써 미분탄제조기내의 산소농도를 조절하는 질소공급기;

   미분탄 누출방지 에어유량계 및 에어유량 제어밸브를 통해 미분탄제조기에 미분탄 누출방지에어를 공급하는 미분탄 누출방지 에어공급기; 및

   상기 유량계 및 산소검출기로부터 입력되는 폐가스 유량, 온도제어용 에어유량, 질소유량 및 미분탄 누출방지 에어유량을 기초로 미분탄제조기내의 산소농도를 분석하고 분석된 산소농도에 따라 온도제어용 에어유량 제어밸브, 질소유량 제어밸브 및 미분탄누출방지 에어유량 제어밸브를 제어하여 미분탄제조기내의 산소농도를 일정하게 유지시키는 제어부로 구성된 미분탄제조장치의 산소농도분석 및 조절장치.
2. 제1항이 있어서, 상기 산소검출기는 지르코니아식 산소검출기인 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 제어부가 온도제어용 에어유량 제어밸브를 제어하여 미분탄제조기에서 고로로 공급되는 미분탄의 온도를 조절하도록 상기 미분탄제조기의 출구에 형성되어 고로로 공급되는 미분탄의 온도를 검출한 후 제어부로 전송하는 온도검출기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제1항에 있어서, 산소농도 및 미분탄의 온도가 설정값 이상인 경우 경보를 발하는 경보부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.