대형 용광로의 진단 도구로서의 연도 가스 분석

대형 용광로의 진단 도구로서의 연도 가스 분석

Doug Simmers
Rosemount Analytical, Emerson Process Management

 

이 글은 연소 공정 개선에 관한 내용입니다. 연소 연도 가스 분석의 주된 목적은 연료/공기 비율의 최적화를 통해 연료비용을 최소화하고, 산화질소 배출을 감소시키며 대기 중으로 방출되는 이산화탄소 온실 가스의 양을 최소화하는데 있습니다. 그간, 대형 다단 연소기(multi-burner) 용광로 전반의 균형적인 연소를 위해서 연도 가스 분석기를 사용할 수 있다는 점은 간과되어 왔습니다.
과거에는, 다운 스트림이나 굴뚝에 설치한 단일한 연도 가스 분석기만으로도 연료/공기 비율 설정은 만족된다고 생각했습니다. 다수의 용광로 운용 업체에서는, 보다 신속한 응답 속도를 얻기 위해 용광로에 더 근접하게 업스트림으로 측정 위치를 이동시켰고, 반복성을 위해서 추가 분석기를 설치하기도 했습니다. 하지만, 이러한 조치는 단점도 동시에 드러냈는데, 분석기가 동일한 산소 수준을 판독해 내는 경우가 거의 없었기 때문에 측정 신뢰도는 저하되었고, 차후 측정된 최저 산소 설정값에 맞춘 작동은 꺼려하게 되었습니다. 수차례에 걸친 검교정을 거쳐 모든 분석기가 정확한 측정값을 판독하는 것이 확인되고 나서는, 용광로 내부의 연소 불균형이 문제로 나타나는 이해할만한 결과가 도출되었습니다.

연료와 공기가 혼합되고 연소되는 연소 공정은 연소기에서 이뤄집니다. 대부분의 경우 용광로는 단순한 열교환 장치로서의 역할을 한다고 할 수 있습니다. 만일 하나의 대형 용광로에 50개의 연소기를 장착했다면, 50개의 분산된 연소 공정을 수반하여 일부 가변성을 예상할 수 있을 것입니다. 이는 500MW급 석탄 화력 보일러, 정유 시설 내 대규모 원유 공정 가열 용광로, 철강 재 가열로를 포함한, 전체 대형 다단 연소기 용광로에 해당되는 사안입니다. 용광로 균형 유지와 여러 문제 예방을 위해서는, 연도 가스 배관에 전략적으로 일련의 분석기를 배치하는 것이 도움이 될 수 있습니다.

연도 가스 성층화
한 발 앞서 미래를 볼 줄 아는 업체에서는 상기에서 언급된 가변적 산소 측정값을 용광로 문제에 대한 분석 도구로 사용하여, 다음과 같은 쟁점에 접근할 수 있을 것입니다.
ㆍ 연료 가스 BTU 변화 - 산소 및 일산화탄소 변화로 유추
ㆍ 연소기 오류 - 용광로에서 연소되는 연료의 일관성 및 품질에 근거하여, 시간 경과에 따른 연소기 변경 유추
ㆍ 화염 기수 공발(carryover) - 출구 온도 상승과 더불어 낮은 산소 판독값, 높은 일산화탄소 판독값, 혹은 두 가지가 동시에 발견될 시, 대류 영역으로 진행되는 연소 상태를 유추
ㆍ 튜브 누출 - 용광로 불균형으로 화염 침해 및 관련 튜브 소모 초래 유추
ㆍ 용광로 케이싱(casing) 누출 - 공기 누출의 21%는 산소이므로, 산소 판독값 상승을 유추
ㆍ 댐퍼 교착(sticking damper) - 스택 출구 댐퍼 관리가 부실할 시, 산소/일산화탄소의 제어 부진 및 용광로 통풍 문제를 유추 가능
연소 연도 가스 분석기는 모든 종류의 용광로 문제를 확인할 수 있는 진정한 분석 도구로 자리하게 되었습니다.

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 대형 용광로의 진단 도구로서의 연도 가스 분석