KR100307398B1 - 화격자식 쓰레기 소각설비의 연소제어 시스템 - Google Patents
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Abstract
경제성장 및 도시화의 진전 등으로 국민 생활환경변화가 발생되며 아울러 쓰레기로 분류되는 물질 중에서 높은 발열량을 가진 것들이 점차적으로 증가하고 있는 추세이다.
따라서 이러한 쓰레기를 처리하는 방안으로 매립이나 소각처리 방법 등으로 구분되나, 우리나라와 같이 국토가 작은 경우 매립으로 인한 침출수 발생 및 2차 환경오염을 방지할 수 있는 소각처리방법으로 선회하고 있는 상태이며, 다양한 종류로 발생되는 쓰레기를 안정적이며 효율적으로 소각처리 하면서 또한 유해가스 발생을 최소화하고 아울러 발생되는 폐열을 활용하여 양질의 증기를 생산할 수 있도록 쓰레기의 자동연소제어에서 중심이 되는 자동연소제어 주제어 설비(Master Control Unit)와 이와 연계되어 쓰레기 공급을 담당하는 쓰레기 공급설비와 노 내에서 쓰레기 이송 및 교반을 지원하는 화격자 설비와 쓰레기 연소시 공급 공기량을 제어하는 1, 2차 연소공기 공급설비 등을 기본으로 하여 구성한 것이다.
Description
본 발명은 화격자식 쓰레기 소각 설비의 연소제어 시스템에 관한 것이다.
가정용 쓰레기에 대한 소각설비의 주목적은 쓰레기량의 감소에 있으나, 경제성장, 도시화의 진전 그리고 생활양식 변화 등의 요인으로 쓰레기 발열량이 증가함에 따라 소각 후 생성되는 폐열의 유용성을 높이는 것이 또 다른 중요한 목적이 되고 있으며, 아울러 환경보존을 위한 소각로의 유해 배기가스 감소 문제가 심각한 사회문제로 대두되고 있다. 이러한 목적들을 달성하기 위해서 기존의 소각설비는 점점 복잡해지고 있으며 이에 따른 운전 조작의 어려움을 극복하기에는 인간의 힘으로는 한계를 가지게 되므로 이를 해결하기 위하여 자동연소 제어기술 개발이 절실히 필요하게 되었다.
현재 국내 각 사에서 가동중인 소각설비의 자동연소 제어시스템 기술은 대부분 선진 외국의 기술제휴사로부터 제공하는 연소제어 회로에 전적으로 의존하고 있는 실정이다.
따라서 소각설비 공사 수행 시 각종 설계자료 및 자동연소 제어용 데이터들을 기술제휴사로부터 받아야 하는 어려운 상황에 놓여 있었다.
그러나 유럽 및 일본 등의 선진 각국은 이미 오래전부터 독자적인 소각로 설비설계 기술을 확보하고 있으며 이 모든 기술은 오랜 운전에 의한 통합 데이터 베이스 구축을 통하여 기술자립의 기반이 되었으며 특히 자동제어를 통한 완전연소를실현하는데 많은 노력을 기울이고 있다.
따라서 기술제휴사로부터 도입된 설비의 핵심 기술에 대한 철저한 분석과 이해를 통하여 우리나라 현실에 가장 적합한 독자적인 제어기술 확보가 시급하였다.
본 발명은 상기와 같이 우리나라 현실에 적합한 독자적인 자동연소 제어기술을 확보하기 위하여 안정된 연소특성을 가지는 화격자식 소각로를 대상으로 하였으며, 화격자식 소각로의 구조는 도 1과 같이 건조지역, 연소지역, 냉각지역으로 이루어져 있으며, 그 연소 특성이 매우 복잡하다. 또한 쓰레기의 종류, 성분, 분류방법, 수분함량 등은 크게 지역특성, 계절에 따라 매우 다르기 때문에 소각기술은 체계적인 연구 및 실증 경험을 통하여 독자적인 기술이 필요하다.
연소제어에서 중요한 요구조건은 쓰레기가 충분히 연소되어야 하며 유해가스 발생이 최소화할 수 있도록 적정한 양의 공기공급과 혼합이 필요하고, 연소가 지속적으로 진행될 수 있도록 노 내 온도를 유지시켜 주면서 불완전 연소생성물이 최소화될 수 있어야 한다.
쓰레기 소각설비에 있어서 안정적인 동시에 효율적인 운전을 수행하는 목적으로 한 자동연소제어 기술이 필요 불가결하였으며 이러한 자동연소제어 기술을 실현 시킨곳이 화격자식 소각설비의 연소제어 시스템이다.
도 1은 본 발명의 쓰레기 소각설비 연소과정 구성도
도 2는 본 발명의 쓰레기 소각설비의 자동연소제어 회로도
도 3은 본 발명의 주 설정치와 각종 제어기 리스트(Master Set Value and
Controllers List)
도 4는 소각로 자동연소 주제어 설비도
도 5는 쓰레기 공급설비도
도 6은 화격자 #1 속도 제어 설비도
도 7은 화격자 #2, #3, #4 속도제어 설비도
도 8은 화격자 #5, #6 속도제어 설비도
도 9는 2차연소 공기 공급 설비도
도 10은 화격자 #2, #3, #4 1차 연소 공기 공급 설비도
도 11은 1차 연소공기 압력제어 설비도
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
(15) : 소각로 주제어 설정값 보정(Master Set Value Rectified) 신호
(16a) : 소각로 주제어 편차(Control Deviation)
(16b) : 소각로 제어편차 보정 제어기(Control Value Live Steam)신호
(16c) : 쓰레기 열량편차 보정 제어기
(19) : 소각로 출구 산소 농도 신호
(21) : 화격자 #1 하부의 1차 연소공기 압력
(100) : 증기량 주제어기(Live Steam Master Controller)
(110) : 쓰레기 열량 보정 제어기
(121) : 화격자 #1 속도 제어기
(122)(123)(124) : 화격자 #2, #3 & #4 속도 제어기
(125)(126) : 화격자 #5 & #6 속도제어기
(132)(133)(134) : 화격자 #2, #3 & #4 1차 연소공기량 제어기
(140) : 쓰레기 공급 주제어기
(150) : 쓰레기 공급속도 제어기
(160) : 2차 연소공기 산소농도 주제어기
(170) : 2차 연소공기 공급량 제어기
본 발명은 화격자(Roller Grate)식 쓰레기 소각설비의 연소제어 시스템(UAFC-Universal Automatic Firing Control)과 관련한 소각로 자동 운전의 목표를 설정하여 운전 목표와 결과에 따른 편차를 보정한 신호를 하부에 연결된 설비로 전달하는 소각로 자동연소 주제어 설비(Master Control Unit)와 소각로 자동연소 주제어 신호에 따라 노 내로 쓰레기를 일정하게 공급 및 이송 제어를 하는 쓰레기 공급설비(Ram Feeder Control Unit), 화격자 #1 속도제어 설비(No. 1 Roller Grate Speed Control Unit), 화격자 #2, #3 및 #4 속도제어 설비(No.2, 3 & 4 Roller Grate Speed Control Unit) 및 화격자 #5 & #6 속도제어 설비(No. 2, 3 & 4 Roller Grate Speed Control Unit) 또한 소각로 자동연소 주제어 신호에 따른 쓰레기를 완전 연소하기 위하여 공기를 공급하는 공기량 제어 설비로 2차 연소공기 공급설비, 화격자 #2, #3 & #4 1차 연소공기 공급설비 및 1차 연소공기 압력제어설비 회로도를 구성되었다.
첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 화격자식 소각설비의 연소과정을 도시한 것이고, 도 2와 3은 본 발명의 핵심 기술인 자동연소 제어 회로도 및 제어 회로도에 사용되는 각종 제어기들을 도시한 것이다.
상기와 같은 본 발명의 구성 및 작용은 다음과 같다.
도 1에 도시한 것은 본 발명에서 쓰레기 소각설비의 공정을 간략하게 도식화한 것으로서, 각 공정을 몇 단계로 분류하여 설명하면,
첫째 각 가정에서 수거된 쓰레기는 소각설비의 쓰레기 저장조에 저장되고 저장된 쓰레기는 크레인을 이용 쓰레기 호퍼로 이송된다.
둘째 호퍼로 이송된 쓰레기는 유압을 이용한 쓰레기 정량 공급장치에 의해 노 내로 공급되면 화격자 #1에서 수분 등을 제거하기 위한 건조과정을 거치게 된다.
셋째 쓰레기가 충분히 건조되면 화격자 #2, #3 및 #4 에서 연소가 시작되어가연분은 모두 산화되고 타지 않는 불연분은 화격자 #5, #6에서 충분히 냉각되어 노 밖으로 배출된다. 이때 노 내의 쓰레기는 화격자에 의해 이동, 교반되며 연소용 공기와 혼합되어 완전연소를 이루게 된다.
도 2에 도시한 것은 본 발명의 자동연소 제어회로이며 각 분야별 기능을 크게 분류하면
- 소각로 자동연소 주제어 설비(Master Control Unit)
- 쓰레기 공급설비(Ram Feeder Control Unit)
- 화격자 #1 속도제어 설비(No.1 Roller Grate Speed Control Unit)
- 화격자 #2,#3 및 #4 속도제어 설비(No.2, 3 & 4 Roller Grate Speed
Control Unit)
- 화격자 #5 & #6 설비
- 2차 연소공기 공급설비
- 화격자 #2, #3 & #4 1차 연소공기 공급설비
- 1차 연소공기 압력제어설비
으로 분류되며 이들에 대한 구체적인 설명은 다음과 같다.
소각로 자동연소 주제어 설비(Master Control Unit)는 도 4와 같이
소각로 주제어 값(Master Set Value)(K3)는 소각로가 다음과 같은 비정상적인 운전이 될 경우 설비 및 인명을 보호하고 나아가 환경오염물질(일산화탄소)배출을 억제하기 위하여 소각로 주제어 설정 값 보정(Master Set Value Rectified)(15) 신호로 기존 설정값이 수정되어 하부에 연결된 각종 제어기에 전달된다.
- 폐열 보일러에서 생산되는 증기량이 최고 생산능력(110%)을 초과(제한값 G3)할 경우 폐열 보일러 및 이와 연계된 설비를 보호하기 위하여 쓰레기 소각로의 운전 부하를 자동으로 하향 조정(소각로 주제어 설정 값 보정(Master Set Value Rectified)(15)신호)함으로써 과잉 생산되는 증기량을 감소시킬 수 있다.(보일러 과부하 방지회로)
- 쓰레기 연소과정에서 고열량 쓰레기가 노 내로 유입되어 노 내 온도가 급작스럽게 상승하여 최고 허용온도(제한 값 G1)를 초과할 경우 소각로를 보호하기 위하여 쓰레기 소각로의 운전 부하를 자동으로 하향 조정(소각로 주제어 설정 값 보정(Master Set Value Rectified)(15)신호)함으로써 노 내 온도를 적정하게 유지시킬 수 있다.(노 내 과부하 방지 회로)
- 소각로 내에서 쓰레기가 불완전연소로 인하여 생성 배출되는 일산화탄소 농도가 허용치(제한 값 G2)를 초과할 경우 환경오염 및 설비를 보호하기 위하여 쓰레기 소각로의 운전 부하를 자동으로 하향 조정(소각로 주제어 설정값 보정(Master Set Value Rectified)(15) 신호)함으로써 연소 상태를 개선 일산화탄소 생성을 억제할 수 있다(CO 생성 억제 회로)
소각로 자동연소제어에서 소각로 주제어 값(Master Set Value)(K3)과 실제 생산되는 증기량과의 미세한 편차는 소각로 제어편차 보정 제어기(Live Steam Master Controller)(100)에서 연산을 거친 출력값이 소각로 제어편차 보정신호(Control Value Live Steam)(16b)로 하부에 연결된 쓰레기 공급장치 속도제어기(Ram Feeder Speed Controller)(150) 및 화격자 #2, #3 & #4 1차 연소용 공기량제어기(132)(133)(134)들로 전달되어 연소상태를 미세 조절함으로써 증기량 편차를 줄이고, 노 내로 유입되는 쓰레기의 열량 변화로 발생되는 소각로 주제어 값(Master Set Value)(K3)과 실제 생산되는 증기량과의 편차는 쓰레기 열량편차 보정 제어기(110)에서 연산을 거친 출력값이 쓰레기 열량편차 보정신호(16c)로 하부에 연결된 쓰레기 공급장치 속도제어기(Ram Feeder Speed Controller)(150)의 속도를 보정함으로써 열량 변화에 따른 증기량 편차를 보정할 수 있다.
쓰레기 공급설비(Ram Feeder Control Unit)는 도 5와 같이
노 내로 공급되는 쓰레기의 양은 소각로 운전부하에 따라 일정하여야 하며 이를 위하여 화격자 #1 하부 1차 연소공기 압력을 부하에 따른 일정압력으로 유지함으로써 제어결과를 확일할 수 있다. 쓰레기 공급장치제어에서 쓰레기 공급 주제어기(Refuse Layer Master Controller)(140)의 설정값으로 소각로 주제어 설정 값보정 신호(Master Set Value Rectified)(15)와 화격자 #1 하부 1차 연소공기 압력을 비교, 편차에 따른 보정신호를 쓰레기 공급 속도제어기(Ram Feeder Speed Controller)(150)의 설정값 보정용으로 전달되며 이외 쓰레기 공급 속도제어기의 설정값으로 다음과 같은 3개의 신호와 연계되어 구성된다.
- 소각로 자동연소제어에서 소각로 주제어 값(Master Set Value)(K3)과 실제 생산되는 증기량과의 미세한 편차는 소각로 제어편차 보정 제어기(Live Steam Master Controller)(100)에서 연산을 거친 출력값이 소각로 제어편차 보정신호(Control Value Live Steam)(16b)로 쓰레기 공급 속도제어기(Ram Feeder Speed Controller)(150)의 설정값 보정용으로 이용되며,
- 노 내로 유입되는 쓰레기 열량변화로 발생되는 소각로 주제어 값(Master Set Value)(K3)과 실제 생산되는 증기량과의 편차는 쓰레기 열량편차 보정제어기(110)에서 연산을 거친 출력값이 쓰레기 열량편차 보정신호(16c)로 쓰레기 공급 속도제어기(Ram Feeder Speed Controller)(150)의 설정값 보정용으로 이용되며,
- 소각로 주제어 설정값 보정((Master Set Value Rectified)(15) 신호는 쓰레기 공급 속도제어기(Ram Feeder Speed Controller)(150)의 설정값으로 주도적인 역할을 한다.
화격자 #1 속도제어 설비(No.1 Roller Grate Speed Control Unit)는 도 6과 같이 화격자 #1 속도제어기(121)의 설정값은 쓰레기 공급장치와 밀접한 관계를 가지며 쓰레기 공급속도 제어기(150)의 설정값이 화격자 #1 속도 제어기의 설정값으로 연계되어 운용된다. 그리고 쓰레기 공급장치가 후진 행정일 경우 쓰레기 공급장치와 화격자 #1 사이의 공급을 최소화 하기 위하여 화격자 #1의 속도는 최저속도로 운전되도록 하며 쓰레기 공급장치가 전진 행정으로 전환될 경우 화격자 #1의 속도는 정상적인 제어모드로 운전된다.
화격자 #2, #3 & #4 속도제어 설비(No. 2, 3 & 4 Roller Grate Speed Control Unit)는 도 7과 같이
화격자 #2, #3 & #4 속도 제어기(122)(123)(124)의 설정 값은 자동연소제어 주설비(Master Control Unit)의 소각로 주제어 설정 값 보정(Master Set Value Rectified) 신호를 주 신호로 하여 소각로 주제어 편차(Control Deviation)신호를 보정용으로 이용 소각로의 부하변동에 따른 쓰레기 완전연소를 도모한다.
화격자 #5 & #6 속도제어 설비(No. 5 & 6 Roller Grate Speed Control Unit)는 도 8과 같이 화격자 #5 & #6 속도 제어기(125)(126)의 설정 값은 소각로 자동연소 주제어 설비(Master Control Unit)의 소각로 주제어 설정값 보정((Master Set Value Rectified)신호를 이용 소각로의 부하변동에 따른 쓰레기 완전연소를 도모한다.
2차 연소공기 공급설비(Secondary Air Flow Control Unit)도 9와 같이
2차 연소공기 공기량 조절기(150)의 설정값은 소각로의 운전부하(소각로 주제어 설정 값 보정(Master Set Value Rectified)(15)에 따른 전체 연소공기 공급량에서 2차 연소공기 배분량(전체 공기량의 25%)을 주 설정값으로 하여 소각로 출구 산소에 따른 산소농도 주제어기(160)의 조절에 따라 과잉공기량을 보정하고 그리고 소각로 출구 일산화탄소 농도에 따른 일산화탄소 주제어기(170)의 조절에 따라 연소공기 부족시 생성되는 일산화탄소 발생을 억제함으로써 노 내 연소상태를 일정하게 유지 할 수 있다.
화격자 #2, #3 & #4 1차 연소공기 공급설비는 도 10과 같이
화격자 #2, #3 & #4 의 1차 연소공기 공급량 제어기(132)(133)(134)의 설정 값은 소각로의 운전부하(소각로 주제어 설정 값을 보정(Master Set Value Rectified)(15)에 따라 전체 연소공기 공급량에서 1차 연소공기 배분량(75%)(1차 연소공기 설정값)(15a)중 각 화격자로 분배되는 양에 따라 각각 주 설정 값으로 하며 화격자 #2 및 #4의 1차 연소공기량 제어기는 소각로 출구 산소농도에 따라 과잉공기량 제어를 병행하며 또한 소각로 주제어값(Master Set Value)(K3)과 실제 생산되는 증기량과의 편차를 보정하기 위하여 소각로 제어편차 보정 제어기(Live Steam Master Controller)(100)에서 연산을 거친 소각로 제어편차 보정신호(Control Value Live Steam)(16b)와 연계하여 소각로 부하를 일정하게 유지한다.
1차연소공기 압력제어설비는 도 11과 같이
1차 연소용공기 압력제어기는 각 화격자로 공급되는 1차 연소용 공기의 압력을 항상 일정하게 유지하여 각 화격자 1차 연소공기량 조절기의 제어 신뢰도를 향상하여 소각로의 안정된 운전을 도모하기 위함이다.
그러므로 본 발명은 우리나라 현실에 가장 접합하며 안정되고 효율적으로 소각처리 할 수 있는 자동연소제어 기술을 발명함으로서 선진 기술사에 의존해 왔던 것을 탈피하여 독자적인 기술력을 확보하였다.
Claims (1)
- 화격자(Roller Grate)식 쓰레기 소각설비의 연소제어 시스템(UAFC-Universal Automatic Firing Control)에 있어서,쓰레기 호퍼에서 유압식 쓰레기 정량 공급장치에 의해 쓰레기가 노 내로 공급되면 화격자 #1에서 수분을 제거하는 건조공정을 거쳐 화격자 #2, #3 & #4에서 연소시켜 가연분은 산화되고 불연분은 화격자 #5, #6에서 냉각시켜 노 밖으로 배출시키고 노 내의 쓰레기는 화격자에 의해 이동, 교반되며 연소용 공기와 혼합되어 완전 연소시키는 상기 시스템의 소각로 자동연소 주제어 설비(Master Control Unit)는 소각로 주제어 값(K3)을 소각로 주제어 설정값 보정(15) 신호에 의해 수정할 수 있게 하고, 증기량 편차는 소각로 제어편차 보정제어기(100), 쓰레기 열량편차 보정 제어기(110)에서 연산을 거쳐 소각로 제어편차 보정신호(16b), 쓰레기 열량편차 보정신호(16c)로 쓰레기 공급장치 속도제어기(150) 및 화격자 #2, #3 및 #4 1차 연소용 공기량 제어기(132)(133)(134), 쓰레기 공급장치 속도제어기(150)의 속도를 보정하여 편차를 조절하고, 화격자의 속도제어설비는 화격자 #1, #2, #3, #4, #5, #6 속도제어기(121)(122)(123)(124)(125)(126)가 소각로 자동연소 주제어 신호에 따라 작동하며, 공기량 제어설비로 2차 연소공기 공급설비, 화격자 #2, #3, #4의 1차 연소공기 공급량 제어기(132)(133)(134) 및 1차 연소공기 압력 제어설비 회로도를 구성한 것을 특징으로 하는 화격자식 쓰레기 소각설비의 연소제어 시스템.
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