알제리 제철소 고로 메인 배기팬에 적용된 INVT GD5000 MV VFD 사례

요약: 본 문서는 알제리 제철소 펠렛화 프로젝트의 고로 메인 배기팬에 적용된 INVT GD5000 시리즈 중압(VFD) 사용 사례를 다룹니다. 현장 운영 결과, 중압 변주파 속도 제어를 대형 팬 부하에 적용하는 것이 실현 가능하며 필요성이 있으며, 에너지 절감 효과가 있음이 입증되었고, 제철소 고로 시스템에서의 보다 넓은 적용을 촉진합니다.

키워드: 제철소, 고로 메인 배기팬, 중압 변주파 드라이브, 공기-물 냉각

1. 소개

고로 메인 배기팬은 제철소에서 가장 중요한 장비 중 하나입니다. 팬은 음압을 이용하여 연소 화염을 고로로 끌어들여 완전 연소와 안정적인 펠릿 품질을 보장합니다. 풍량과 압력 같은 운전 파라미터는 생산 품질과 효율에 직접적인 영향을 미칩니다.

팬 모터는 또한 주요 에너지 소비자이며, 소결 생산 라인 총 에너지 소비의 거의 2/3를 차지합니다. 기존 제어 방식은 동기 모터와 액체 저항기 조합으로 시동하며, 풍량 조절은 댐퍼 조정을 통해 이루어집니다. 이러한 방식은 효율이 낮고 실시간 제어 능력이 제한적이며 시동 빈도가 제한됩니다.

중압 및 중출력 VFD 기술의 급속한 발전으로, 부드러운 시동과 정밀한 속도 제어가 보다 신뢰성 있고 안정적으로 발전하였습니다. 알제리 제철소 펠렛화 프로젝트에서는 중압 VFD를 사용하여 팬 모터 속도를 제어함으로써 운전 효율을 크게 향상시키고 에너지 절감 제어를 실현합니다.

2. 고로 제철 공정 소개

고로 제철은 철광석을 용융철로 환원하는 연속 공정입니다. 철광석, 코크스, 플럭스 등의 원료를 상부에서 규정된 비율로 투입하여 내부에 층을 형성합니다. 원료가 하강하면서 환원과 용융 과정을 거쳐 용광로 바닥에서 용융철과 슬래그를 형성합니다.

예열된 공기가 하부 주변의 투입구(tuyeres)를 통해 불어 넣어집니다. 코크스 내 탄소는 산소와 반응하여 일산화탄소, 수소 등 환원 가스를 생성하며, 이는 철광석에서 산소를 제거합니다. 용융철과 슬래그는 주기적으로 배출되며, 고로 가스는 상부에서 배출되어 정화 후 다른 장비의 연료로 재사용됩니다.

3. 고로 메인 블로워 팬 소개

고로 메인 블로워 팬은 제철 공장에서 용광로에 필요한 안정적인 공기 공급을 담당하는 핵심 장비입니다. 팬의 안정적 운전은 상부 압력 제어, 용광로 이용률, 철 생산량에 직접적인 영향을 줍니다.

전기적, 기계적, 제어적 문제로 인한 예기치 않은 팬 정지는 에어락 슬래깅, 가스 역류 등 심각한 사고를 초래할 수 있으며, 안전 위험과 경제적 손실을 야기합니다. 따라서 공기 공급 시스템은 안정적인 조절 능력과 신뢰할 수 있는 안전 제어 시스템을 제공해야 합니다.

4. 현장 장비 조건

5. 제어 방식

5.1 시스템 주 회로 제어

메인 블로워 팬은 고로 바닥에 뜨거운 공기를 공급하며 석탄 분말 주입을 지원하여 고로 시스템의 핵심 구성 요소가 됩니다. 제련 강도가 증가함에 따라 더 많은 뜨거운 공기량과 안정적인 풍량 조절이 철 생산량 향상과 용광로 조건 유지에 필수적입니다.

이 프로젝트는 알제리 펠렛화 프로젝트의 고로 메인 블로워 팬의 부드러운 시동 및 속도 제어를 위해 INVT GD5000-A7100-6.6-D 중압 VFD를 채택했습니다.

5.2 제어 성능 특징

주파수 설정 방법: 디지털 설정, 아날로그 설정, 고속 펄스 입력, 다단 속도 단자 설정, Modbus 통신, Profinet 통신.

운전 모드: HMI 제어, 단자 제어, Modbus 원격 제어, Profinet 통신 제어 지원.

시스템은 시동 전 토크 보상, 시동 및 정지 시 DC 제동, 전압 변동 시 자동 전압 조정 기능을 제공합니다.

5.3 VFD 사용 장점

VFD 사용 시, 팬 시동 시간이 약 2분에서 몇 초로 단축되며, 시동 전류는 정격 전류의 1.2~1.5배로 제한됩니다.

부드러운 시동 및 제동은 댐퍼 제어와 관련된 전류 급증과 기계적 충격을 제거하여 모터, 베어링, 팬 블레이드에 가해지는 부담을 크게 줄입니다.

중압 VFD는 로컬 터치스크린 제어 및 원격 DCS 제어를 지원하여 운전자가 제어실에서 모터 속도와 풍량을 정확히 조절할 수 있어 운전 유연성과 안전성을 향상시킵니다.

6. 결론

현장 운전 기준으로, INVT GD5000 중압 VFD는 설치 면적이 작고 설치가 용이하며 시운전이 간편합니다. 사용자는 모터 전압 선택, 파라미터 설정, 빠른 자기 학습으로 설치를 완료할 수 있습니다.

시스템은 0.5Hz에서 150% 정격 토크 출력 및 토크 응답 시간 100ms의 개방 루프 벡터 제어를 달성하여 적용 요구 사항을 충족합니다. 전력 유닛 상태의 실시간 모니터링을 통해 조기 결함 예측이 가능하며 시스템 신뢰성을 향상시킵니다. 성공적인 적용 사례는 팬 및 펌프 에너지 절감 적용에서 중압 VFD의 장점을 강조합니다.

7. 현장 사진

고로 메인 배기팬에 적용된 GD5000 중압 VFD 시스템의 설치 및 운전 현장 사진.