CN112240567A - 具有氮氧化物排放量自动测量装置的工业锅炉及其方法 - Google Patents
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Abstract
具有氮氧化物排放量自动测量装置的工业锅炉及其方法。本发明的工业锅炉包括：鼓风机，进行旋转以使燃料燃烧所需的外部空气流入；电动机，使鼓风机进行旋转；排放烟道，使燃烧的空气排放到外部；及氮氧化物排放量自动测量装置，自动测量通过排放烟道排放的氮氧化物排放量，氮氧化物排放量自动测量装置包括：存储部，存储有根据工业锅炉的负荷量的排气流量；NOx传感器部，设置在排放烟道的内侧，检测通过排放烟道排放的排气中所含的氮氧化物的浓度；及控制部，根据鼓风机的转速确定锅炉的负荷量，通过使用存储在存储部中的根据负荷量的排气流量中与确定的锅炉的负荷量相对应的排气流量和在NOx传感器部中检测的氮氧化物的浓度来对氮氧化物排放量进行演算。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有氮氧化物排放量自动测量装置的工业锅炉及氮氧化物自动测量方法，更具体而言，涉及具有通过根据工业锅炉的容量和负荷量计算排放的排气中所含的氮氧化物排放量来将其用作数据的氮氧化物排放量自动测量装置的工业锅炉及氮氧化物自动测量方法。
背景技术
近年来，如细粉尘或超细粉尘等，由于使用化石燃料引起的大气污染问题变得严重，国家执行营业场总量管理制度以严格限制大气污染物质。营业场总量管理制度是如下制度，即，在针对每种污染物质计算用于达到目标大气质量的排放许可量后，将排放量分配给每个营业场，以使营业场在该范围内排放污染物质。
但是，总量管理制度不仅针对氮氧化物，还针对如硫氧化物或粉尘等在营业场排放的所有污染物质，其以排放大量污染物质的大规模营业场为基准分阶段适用。因此，大规模营业场在烟囱上安装自动测量装置(远程监护系统，Tele-Monitoring System；TMS)，以测量大气污染物质排放量。
自动测量装置是通过每个传感器实时测量粉尘、一氧化碳、氮氧化物、硫氧化物、氯化氢、氟化氢及氨等七种污染物质，并将其与控制中心的主机在线连接以24小时随时监控污染物质排放状态的系统。但是，附着对象是大气环境保护法执行法令所规定的一定容量以上的排放设施，需要数据链路等的电算化，费用非常贵，因此，其使用受到极大限制。
大气污染物质中的氮氧化物不仅本身具有毒性，而且还会通过日光的光化学反应产生臭氧等，成为超细粉尘的原因，从而对人体造成不利影响。从2020年开始，环境部将加强管理监督，例如在排放一定量以上的氮氧化物时收取大气排放费。因此，在将来，预计将不仅针对大规模营业场，而且针对之前排除在限制对象之外的中小营业场的氮氧化物排放量掌握和排放标准将变得更加严格。
然而，如上所述，由于如昂贵设备的设置或测量仪运行等问题，仅在一些大规模营业场和研究室等中进行了从如工业锅炉等的单独排放设施排放的氮氧化物排放量测量，而在工业现场尚未正式实施。另外，直到现在，仅在某些研究阶段才使用用于测量锅炉排放的氮氧化物浓度或减少氮氧化物的方法。
因此，为了根据强化的氮氧化物排放许可标准调节氮氧化物排放量，通过计算工业锅炉的氮氧化物排放量并将其用作工业现场数据的方法的必要性日益增长。
(现有技术文献)
(专利文献)
(专利文献0001)韩国授权专利公报第10-1882361号(2018.07.20)
发明内容
技术问题
因此，本发明是为了解决上述问题而研制的，其目的在于提供具有通过计算从如工业锅炉等的单独排放设施排放的氮氧化物排放量来将其用作数据的氮氧化物排放量自动测量装置的工业锅炉及氮氧化物自动测量方法。
解决问题的方案
为了达到上述本发明的目的，本发明的工业锅炉包括：鼓风机，进行旋转以使燃料燃烧所需的外部空气流入；电动机，使上述鼓风机进行旋转；排放烟道，使燃烧的空气排放到外部；及氮氧化物排放量自动测量装置，自动测量通过上述排放烟道排放的氮氧化物排放量，上述氮氧化物排放量自动测量装置包括：存储部，存储有根据上述工业锅炉的负荷量的排气流量；NOx传感器部，设置在上述排放烟道的内侧，检测通过上述排放烟道排放的排气中所含的氮氧化物的浓度；及控制部，根据上述鼓风机的转速确定上述锅炉的负荷量，通过使用存储在上述存储部中的根据负荷量的排气流量中与确定的上述锅炉的负荷量相对应的排气流量和在上述NOx传感器部中检测的氮氧化物的浓度来对氮氧化物排放量进行演算。
并且，上述氮氧化物排放量自动测量装置还包括流速测量装置连接部，上述流速测量装置连接部设置在上述排放烟道的内侧且与外部流速测量装置连接，上述外部流速测量装置测量排放的排气流速，上述控制部通过使用根据由上述外部流速测量装置测量的排气流速计算的排气流量、由上述NOx传感器部测量的氮氧化物的浓度及上述工业锅炉的运行时间来对氮氧化物排放量进行演算。
其中，上述流速测量装置连接部为与皮托管(Pitot tube)连接的15A尺寸喷嘴。
在上述存储部中还继续存储由上述控制部演算的氮氧化物排放量，上述氮氧化物排放量自动测量装置还包括触摸屏部，上述触摸屏部按小时、按日、按月及按年以报告书形式显示存储在上述存储部中的氮氧化物排放量。
另一方面，作为一种工业锅炉的氮氧化物排放量自动测量方法，上述工业锅炉包括使燃烧空气排放到外部的排放烟道，上述工业锅炉的氮氧化物排放量自动测量方法包括如下步骤：检测上述工业锅炉的负荷量；确定根据上述工业锅炉的负荷量的排气流量；对通过设置在上述排放烟道内侧的NOx传感器部测量的氮氧化物浓度的平均进行计算；及通过使用上述排气流量、上述氮氧化物浓度的平均及上述工业锅炉的运行时间来计算氮氧化物排放量。
确定根据上述工业锅炉的负荷量的排气流量的步骤是从存储有根据负荷量的排气流量的存储部选择与所检测的上述工业锅炉的负荷量相对应的排气流量的步骤，或是使用通过设置在上述排放烟道内侧的流速测量装置测量的排气流速来计算上述排气流量的步骤。
发明的效果
根据本发明的具有氮氧化物排放量自动测量装置的工业锅炉及氮氧化物自动测量方法，可以通过使用预定存储的根据工业锅炉的负荷量的排气流量及测量的氮氧化物浓度来计算从如工业锅炉等的单独排放设施排放的氮氧化物排放量。
并且，根据需要，可以通过测量根据工业锅炉的负荷量排放的排气流速来计算排气流量，从而计算氮氧化物排放量。
而且，根据需要，使用如此计算的氮氧化物排放量作为用于以报告书形式产生的数据来应对强化的氮氧化物排放许可标准。
附图说明
图1为示出本发明的一实施例的具有氮氧化物排放量自动测量装置的工业锅炉的立体图。
图2为示出本发明的一实施例的具有氮氧化物排放量自动测量装置的工业锅炉的示意性结构的框图。
图3为用于说明本发明的一实施例的氮氧化物排放量自动测量方法的流程图。
附图标记
10：燃料供给管
20：烧嘴部
30：鼓风机
40：电动机
50：锅炉部
60：排放烟道
70：控制箱
100：氮氧化物排放量自动测量装置
110：流速测量装置连接部
120：NOx传感器部
130：存储部
150：控制部
170：触摸屏部
190：通信部
具体实施方式
为说明本发明和本发明的动作上的优点及实施本发明所达成的目的，下面示例性的提出本发明的优选实施例并进行参考。
在本申请中所使用的术语只用于说明特定的实施例，并不旨在限制本发明。除非在上下文中明确用不同的意思表示，单数的描述可包括复数的描述。
并且，在本申请中，“包括”或“具有”等术语表示存在说明书上记载的特征、数字、步骤、动作、组件、部件或它们的组合，而非预先排除一个或以上的其他特征、数字、步骤、动作、组件、部件或它们的组合的存在或附加可能性。
在说明本发明的过程中，若认为对相关已公开功能或结构的具体说明有碍于对本发明的理解，则将省略其详细说明。
下面，参照附图对本发明的优选实施例的具有氮氧化物排放量自动测量装置的工业锅炉及氮氧化物自动测量方法进行详细说明。
图1为示出本发明的一实施例的具有氮氧化物排放量自动测量装置的工业锅炉的立体图，图2为示出本发明的一实施例的具有氮氧化物排放量自动测量装置的工业锅炉的示意性结构的框图。
根据图1和图2，本发明的具有氮氧化物排放量自动测量装置的工业锅炉包括燃料供给管10、烧嘴部20、鼓风机30、电动机40、锅炉部50、排放烟道60及氮氧化物排放量自动测量装置100。氮氧化物排放量自动测量装置100包括流速测量装置连接部110、NOx传感器部120、存储部130、触摸屏部170、通信部190及控制部150，且设置在控制箱70内部以控制工业锅炉整体的动作。
在观察一般工业锅炉的结构时，如汽油或燃油等的燃料通过燃料供给管10供应到烧嘴部20，且设置有鼓风机30和电动机40，上述鼓风机30进行旋转以将燃料燃烧所需的外部空气供应到烧嘴部20，上述电动机40根据控制部150的控制使鼓风机30旋转。通过烧嘴部20产生的火气在通过形成于锅炉部50的火气输送路径移动的同时，向容纳于锅炉部50中的水等的热交换介质传递热量。由此，进行热交换的火气通过排放烟道60作为排气被排放。
流速测量装置连接部110是设置在排放烟道60的最末端内侧的15A(其中，A是内径)尺寸的喷嘴。流速测量装置连接部110与皮托管(Pitot tube)(图中未示出)连接，借助皮托管测量通过排放烟道60排放的排气流速。如此测量的流速数据被传送到下面将描述的控制部150，控制部150通过将测量流速的点处的横截面积乘以所测量的排气流速来计算排放的排气流量。
NOx传感器部120设置在排放烟道60的内侧，将通过排放烟道60排放的排气中所含的氮氧化物的浓度检测并传送到控制部150。本发明的NOx传感器部120是二氧化锆陶瓷(Zirconium dioxide ceramic)类型的NOx传感器，但是不限于此，而可以是其他类型的NOx传感器。
在存储部130存储根据工业锅炉的负荷量的排气流量和氮氧化物平均浓度。工业锅炉的排气流量取决于根据工业锅炉的负荷量的鼓风机30的转速。也就是说，根据锅炉的负荷量的平均排气流量如下表1所示被设定并存储。其中，锅炉的负荷量取决于鼓风机30的转速，当鼓风机30的转速高时，负荷量也高，当鼓风机30的转速低时，负荷量也低。
表1
作为一实施例，表1中示出根据5吨工业锅炉的负荷量的排气流量和氮氧化物平均浓度。
在工业锅炉的试运转时，当通过连接到流速测量装置连接部110的皮托管测量排气的流速并将其传送到控制部150时，控制部150计算根据负荷量的排气流量并将其存储在存储部130。
也就是说，如表1所示例，当负荷量为10％时，控制部150将排气流量演算成38Sm3/小时，当负荷量为50％时，控制部150将排气流量演算成120Sm3/小时，当负荷量为100％时，控制部150将排气流量演算成300Sm3/小时，并将其存储在存储部130。
并且，氮氧化物的浓度在工业锅炉运行时由NOx传感器部120实时测量，并由控制部150演算为根据运行时间的氮氧化物的平均浓度，并存储在存储部130。即，如表1所示例，当负载量为10％时，控制部150将通过NOx传感器部120测量30分钟的NOx的浓度作为平均，将20ppm的氮氧化物平均浓度存储在存储部130。
其中，工业锅炉的负荷量通过蒸汽总排放量调节，控制部150控制鼓风机30的转速，使得当需要大量蒸汽排放量时，负荷量被提高，当不需要大量蒸汽排放量时，负荷量被降低。根据通过下面将描述的触摸屏部170输入的用户命令确定如上的蒸汽排放量。
并且，在存储部130中，还连续存储下面将描述的由控制部150演算的氮氧化物排放量，以将氮氧化物排放量用作产生按小时、按日、按月及按年报告书的基本数据。
在触摸屏部170输入用于操作氮氧化物排放量自动测量装置100的用户命令，并且根据用户操作按小时、按日、按月及按年以报告书形式显示氮氧化物排放量。
通信部190与如移动设备(图中未示出)等的外部设备通信，接收输入到外部装置的用户命令，并且将以报告书形式产生的按小时、按日、按月及按年氮氧化物排放量数据传送到外部装置。
控制部150使用在试运转时基于存储在存储部130的排气流量实时确定的氮氧化物的平均浓度和排放时间来对氮氧化物排放量进行演算。
更详细说明的话，控制部150根据鼓风机30的转速确定工业锅炉的负荷量。并且，控制部150使用存储于存储部130的根据负荷的排气流量中与确定的工业锅炉的负荷量相对应的排气流量和在NOx传感器部120检测的氮氧化物的浓度来对氮氧化物排放量进行演算。
通过表1举例说明的话，当锅炉的负荷量被确定为10％时，控制部150将排气流量选择为38Sm3/小时。然后，通过将如此选择的排气流量和根据运行时间的氮氧化物平均浓度适用于下述等式1来计算氮氧化物排放量。等式1是使用根据环境部宣布的大气污染物质总量管理制度的自测结果的氮氧化物排放量计算方法。
等式1
氮氧化物排放量＝氮氧化物平均浓度(ppm)×时间单位的排气流量(Sm3/小时)×运行时间(小时)×10-6×46(NO2)÷22.4
其中，当测量时间被设定为30分钟时，通过排放烟道60排放30分钟的排气中所含的氮氧化物的平均浓度被代入到氮氧化物平均浓度。
参照表1举例说明的话，当根据鼓风机30的转速将锅炉的负荷量确定为50％时，排气的流量被确定为120Sm3/小时并适用于等式1。并且，通过NOx传感器部120检测30分钟的氮氧化物的平均浓度被适用于等式1，从而计算出在30分钟之内的氮氧化物排放量。
另一方面，根据需要，控制部150可以通过将根据通过流速测量装置连接部110测量的排气流速计算出的排气流量适用于等式1来计算氮氧化物的排放量。
也就是说，当与鼓风机30的转速相对应的负荷量没有存储于存储部130或需要根据现场条件测量排气流量时，根据通过流速测量装置连接部110测量的排气流速计算排气流量，然后将计算的排气流量适用于等式1来计算氮氧化物排放量。因此，当测量时间被设定为30分钟时，在30分钟之内通过排放烟道60排放的排气的累积流量被代入到等式1的排气流量，30分钟被代入到运行时间。
通过包括如上所述的结构的氮氧化物排放量自动测量装置100，可以计算从如工业锅炉等的单独排放设施排放的氮氧化物排放量，并将如此计算的氮氧化物排放量用作产生按小时、按日、按月及按年报告书的基本数据。
图3为用于说明本发明的一实施例的氮氧化物排放量自动测量方法的流程图。
根据图3，首先，控制部150检测工业锅炉的负荷量(S100)，判断与负荷量相对应的排气流量是否存储于存储部130(S120)。也就是说，控制部150确定根据鼓风机30的转速的工业锅炉的负荷量，然后判断与确定的负荷量相对应的排气流量是否存储于存储部130。
当存储部130中存储有与检测的负荷量相对应的排气流量时(S120-是)，计算通过NOx传感器部120测量的氮氧化物浓度的平均(S140)，然后在存储部130选择相关排气流量并将其代入到等式1的时间单位的排气流量，从而计算氮氧化物排放量(S160)。
当存储部130中没有存储与负荷量相对应的排气流量时(S120-否)，控制部150通过流速测量装置连接部110测量排气流速，从而计算排气流量(S130)。
在步骤S120中，即使根据工业锅炉负荷量的排气流量存储于存储部130，也在根据现场条件测量排气流量的用户命令被输入到触摸屏部170时，通过连接到流速测量装置连接部110的皮托管测量排气流速，并且由控制部150计算排气流量。
在步骤S130中，当测量时间被设定为30分钟时，控制部150计算在锅炉运行后30分钟之内的排气累计流量。
然后，控制部150计算通过NOx传感器部120测量的氮氧化物浓度的平均(S140)。此时，当运行时间被设定为30分钟时，控制部150计算在锅炉运行后30分钟之内通过NOx传感器部120测量的氮氧化物浓度的平均。
之后，控制部150计算氮氧化物排放量并将其存储于存储部130(S160)。也就是说，控制部150通过将在步骤S120中确定的排气流量或在步骤S130中计算的排气流量和在步骤S140中计算的氮氧化物浓度的平均适用于等式1来计算在30分钟之内从锅炉排放的氮氧化物排放量，并将其存储于存储部130。
然后，控制部150以报告书形式输出存储于存储部130的氮氧化物排放量(S180)。更详细说明的话，当通过触摸屏部170显示按小时、按日、按月及按年报告书的用户命令被输入时，控制部150以按小时、按日、按月及按年报告书产生存储于存储部130的氮氧化物排放量，并将其通过触摸屏部170显示。
通过如上所述的过程，可以通过计算从如工业锅炉等的单独排放设施排放的氮氧化物排放量来将其用作数据。
上述的本发明的说明是用于示例的，在本发明所属技术领域中具有常规知识的人员应该理解为在不改变本发明的技术性思想或者必要特征的情况下可容易变形成其他具体形态。
因此，对于以上表述的实施例应该理解为在所有方面都是示例性的而非限定性的。例如，也可分散实施以单一形式说明的各个构成要素，同样地能够以结合的形态实施分散说明的构成要素。
本发明的范围应该由权利要求书体现，权利要求书的意思、范围及其同等概念导出的所有改变及变形应解释为全部包括于本发明的范围内。
Claims (6)
1.一种工业锅炉，其特征在于，包括：
鼓风机，进行旋转以使燃料燃烧所需的外部空气流入；
电动机，使上述鼓风机进行旋转；
排放烟道，使燃烧的空气排放到外部；及
氮氧化物排放量自动测量装置，自动测量通过上述排放烟道排放的氮氧化物排放量，
上述氮氧化物排放量自动测量装置包括：
存储部，存储有根据上述工业锅炉的负荷量的排气流量；
NOx传感器部，设置在上述排放烟道的内侧，检测通过上述排放烟道排放的排气中所含的氮氧化物的浓度；及
控制部，根据上述鼓风机的转速确定上述锅炉的负荷量，通过使用存储在上述存储部中的根据负荷量的排气流量中与确定的上述锅炉的负荷量相对应的排气流量和在上述NOx传感器部中检测的氮氧化物的浓度来对氮氧化物排放量进行演算。
2.根据权利要求1所述的工业锅炉，其特征在于，上述氮氧化物排放量自动测量装置还包括流速测量装置连接部，上述流速测量装置连接部设置在上述排放烟道的内侧且与外部流速测量装置连接，上述外部流速测量装置测量排放的排气流速，
上述控制部通过使用根据由上述外部流速测量装置测量的排气流速计算的排气流量、由上述NOx传感器部测量的氮氧化物的浓度及上述工业锅炉的运行时间来对氮氧化物排放量进行演算。
3.根据权利要求2所述的工业锅炉，其特征在于，上述流速测量装置连接部为与皮托管连接的15A尺寸喷嘴。
4.根据权利要求1所述的工业锅炉，其特征在于，
在上述存储部中还继续存储由上述控制部演算的氮氧化物排放量，
上述氮氧化物排放量自动测量装置还包括触摸屏部，上述触摸屏部按小时、按日、按月及按年以报告书形式显示存储在上述存储部中的氮氧化物排放量。
5.一种工业锅炉的氮氧化物排放量自动测量方法，上述工业锅炉包括使燃烧空气排放到外部的排放烟道，上述工业锅炉的氮氧化物排放量自动测量方法的特征在于，包括如下步骤：
检测上述工业锅炉的负荷量；
确定根据上述工业锅炉的负荷量的排气流量；
对通过设置在上述排放烟道内侧的NOx传感器部测量的氮氧化物浓度的平均进行计算；及
通过使用上述排气流量、上述氮氧化物浓度的平均及上述工业锅炉的运行时间来计算氮氧化物排放量。
6.根据权利要求5所述的工业锅炉的氮氧化物排放量自动测量方法，其特征在于，确定根据上述工业锅炉的负荷量的排气流量的步骤是从存储有根据负荷量的排气流量的存储部选择与所检测的上述工业锅炉的负荷量相对应的排气流量的步骤，或是使用通过设置在上述排放烟道内侧的流速测量装置测量的排气流速来计算上述排气流量的步骤。
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