KR100345501B1 - 보일러 수트 블로어 제어시스템의 열역학 모델링 모듈 - Google Patents

Abstract

목적: 소각로용 보일러의 오염도를 정확히 추론하여 최적의 수트 블로잉을 실현하는 소각로용 보일러 수트 블로어 제어시스템의 열역학 모델링 모듈을 제공한다.

구성: 보일러 내부의 오염도 판단요소들의 실제치와 기준치를 비교하여 오염도를 산출하고 상기 오염도에 따라 수트 블로어의 작동 여부를 결정하는 보일러 수트 블로어 제어시스템의 열역학 모델링 모듈에 있어서, 보일러(6)의 드럼으로부터 배출되는 증기량을 센싱하여 얻어지는 신호를 연산처리하는 계산부(52)와, 상기 보일러(6)의 내부에 배치된 통상의 센서로부터 송출되는 신호에 따라 열흡수율을 연산하는 절탄기 열흡수율 계산부(54)와, 보일러 출구측에 배치된 센서를 통하여 연소가스의 온도를 측정하는 가스 온도 계산부(56)와, 상기 계산부(52), 절탄기 열흡수율 계산부(54) 및 가스 온도 계산부(56)에서의 연산 결과치를 미리 설정 입력된 기준치에 비교 연산하여 설정된 기준범위의 초과 여부를 판정하는 오염도 산출부(58)를 포함하는 구성이다.

효과: 소각로용 보일러에서 수트 블로어가 최적으로 작동 할 수 있는 열역학 모델링 모듈을 사용하여 오염도를 추론하는 것이어서 오염도 추론 결과에 따라 행하는 수트 블로어의 제어량을 정밀하게 조성할 수 있어 증기의 낭비를 최소화하였고 특히 수트 블로어를 자동으로 작동시킴으로서 소각로 보일러에서 발생하기 쉬운 보일러 내부의 막힘을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

보일러 수트 블로어 제어시스템의 열역학 모델링 모듈{Thermodynamic modeling module of soot-blower control system for boiler}

본 발명은 보일러 수트 블로어 제어시스템의 열역학 모델링 모듈에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 소각로용 보일러에서 연소시 발생되어 보일러의 효율이나 부하율을 감소시키는 수트(soot)를 증기 또는 공기의 분사로 세정하는 장치인 수트 블로워를 최적으로 제어하기 위한 보일러 수트 블로어 제어시스템의 열역학 모델링 모듈에 관한 것이다.

보일러는 밀폐된 강판제 용기로 이루어진 연소로 내부에서 연료를 연소시킬 때 발생되는 열로 물을 가열하여 증기를 발생시키는 장치로써, 이러한 증기로 터빈을 회전시켜서 전력을 얻거나 가열된 물을 온수나 난방에 사용하도록 구성되어 있다.

따라서, 보일러에는 증기를 내부에서 순환시키기 위하여 다수의 전열관이 배열되는데, 이들 전열관의 표면에는 연소시 발생되는 수트가 침착되어 전열관 표면의 열전달율을 저하시키게 되고, 이로 인해 보일러의 전체 효율과 부하율이 감소된다. 그러므로 높은 열효율과 부하율을 유지하기 위해서는 전열관 표면에 침착된 수트를 제거해야 한다.

상기한 전열관 표면에 장착된 수트를 제거하기 위하여, 보일러의 연소로에 구비되는 장치가 수트 블로어이다.

종래의 수트 블로잉 방법은 작업자가 보일러의 내부가 오염되었다고 판단한연후에 수동으로 작동하는 방식과, 타이머에 의해 동작시키는 방식 및 보일러의 운전상태를 가시적으로 단순평가하여 기동하는 방식등이 알려져 있다.

그러나 상기 방법으로는 수트를 효과적으로 제거하지 못하므로 이 문제점을 해결하고자 본 출원인에 의해 출원된 선행기술로서. 대한민국 특허 출원 제 98-37975호에 보일러 수트 블로워 제어 시스템과 제어 방법, 특허 출원 제 99-31209호에 보일러 수트 블로워 제어시스템에서의 오염도 판정 기준 자동 보정 방법이 개시되어 있다.

종래 공지된 보일러 수트 블로어 제어 시스템을 도 4에 블록도로 도시한다.

상기에 개시된 수트 블로어 제어시스템은 다수의 센서, 분산 제어장치(22), 프로그램 로직 제어장치(24), 수트 블로잉용 컴퓨터(26), 신호 인터페이스 모듈(30), 주문 도구 모듈(32), 열역학 모델링 모듈(34), 모델 확인 모듈(36) 및 운전 지식 베이스 툴(40) 등 많은 요소들로 구성되어 보일러 내부의 각 부분의 오염도를 추론하여 오염된 부분을 자동 블로잉함으로써 블로잉 작업에 사용되는 증기를 최소화하여 보일러 효율을 적절하게 유지시킬 수 있도록 되어 있다.

또한 블로잉 결과를 피드백 하여 자가 습득 알고리즘을 반복 실시함으로써 보일러 운전 후에 연료의 상태가 변하거나 운전조건이 변화하더라도 수트 블로어를 최적으로 운전할 수 있도록 하기 위한 시스템이다.

그러나 상기의 구성 요소들은 발전용 보일러에 최적화되어 있어 소각로용 보일러에 적용하여 정밀한 수트 블로어를 제어하기 위해서는, 소각로용 보일러에 최적화될 수 있도록 구성요소의 발명이 필요하게 되며, 특히 열역학 모델링 모듈은보일러의 기종에 직접적인 관계가 있는 모듈로 발명이 이루어져야 하는 과제가 있다.

본 발명은 보일러의 오염도를 정확히 추론하여 수트 블로잉 작업의 제어 정밀도를 보다 개선할 수 있는 보일러 수트 블로어 제어시스템의 열역학 모델링 모듈을 제공하는 것은 그 목적으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 보일러 내부의 오염도 판단요소들의 실제치와 기준치를 비교하여 오염도를 산출하고 상기 오염도에 따라 수트 블로어의 작동 여부를 결정하는 보일러 수트 블로어 제어시스템의 열역학 모델링 모듈에 있어서, 보일러 내부의 오염도 판단요소들의 실제치와 기준치를 비교하여 오염도를 산출하고 상기 오염도에 따라 수트 블로어의 작동 여부를 결정하는 보일러 수트 블로어 제어시스템의 열역학 모델링 모듈에 있어서, 보일러의 드럼으로부터 배출되는 증기량을 센싱하여 얻어지는 신호를 연산처리하는 계산부와, 상기 보일러의 내부에 배치된 통상의 센서로부터 송출되는 신호에 따라 열흡수율을 연산하는 절탄기 열흡수율 계산부와, 보일러 출구측에 배치된 센서를 통하여 연소가스의 온도를 측정하는 가스 온도 계산부, 상기 계산부, 절탄기 열흡수율 계산부 및 가스 온도 계산부에서의 연산 결과치를 미리 설정 입력된 기준치에 비교 연산하여 설정된 기준범위의 초과 여부를 판정하는 오염도 산출부를 포함하는 구성으로 이루어진다.

본 발명은 소각로용 보일러에서 수트 블로어가 최적으로 작동할 수 있는 열역학 모델링 모듈을 사용하여 오염도를 추론하므로 오염도 추론 결과에 따라 행하는 수트 블로어의 제어량을 정밀하게 조성할 수 있어 증기의 낭비를 최소화하고, 또한 수트 블로어를 자동으로 작동시켜 소각로 보일러에서 발생하기 쉬운 보일러 내부의 막힘을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 열역학 모델링 모듈을 도시한 구성도.

도 2는 본 발명에 관련된 소각로 시스템을 도시한 개략도.

도 3은 본 발명에 관련된 소각로용 보일러를 개략적으로 도시한 도면.

도 4는 본 발명이 적용된 소각로용 보일러 수트 블로어 제어시스템을 도시한 블록도.

도 5는 종래 보일러 수트 블로어 제어시스템을 도시한 블록도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

2: 소각로 4: 수트 블로어

6: 보일러 12: 쓰레기 저장조

50: 열역학 모델링 모듈 52; 드럼 배출 증기량 계산부

54: 절탄기 열흡수율 계산부 56: 보일러 출구 온도 계산부

58: 오염도 산출부 61: 순환열기

62: 전열관 63: 절탄기

65: 드럼

본 발명의 구성에 대하여 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.

본 발명은 종래의 보일러 수트 블로어 제어시스템에서 구성되어 있는 열역학적 모델링 모듈을 소각로용 보일러 시스템에 적용하여 수트 블로어 시스템을 최적화하는 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 열역학적 모델링 모듈의 구성을 도시한 블록도이고 도 2는 본 발명이 적용되는 통상의 소각로 시스템의 구조를 보인 개략도이며, 도 3은 도 2에 도시된 보일러의 구조와 슈트 블로어 위치를 보인 개략도이다.

도 1에서 보면, 본 발명에 관련된 소각로용 보일러(6)에서 오염도를 추론하여 수트 블로어(4)를 동작시키기 위한 수트 블로어 제어시스템의 열역학 모델링 모듈(50)은, 보일러의 드럼 배출 증기량 계산부(52)와, 절탄기 열흡수율 계산부(54)와, 보일러 출구 가스 온도 계산부(56) 및 상기 3부분에서 계산된 실제치와 기준치를 비교하여 오염도를 산출하는 오염도 산출부(58)를 포함하는 구성으로 이루어진다.

상기 본 발명에 의한 소각로 보일러용 열역학 모델링 모듈에 대하여 소각로 시스템과 소각로용 보일러를 도시한 도 2와 도 3을 통하여 보다 상세하게 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명이 적용되는 소각로 시스템은 쓰레기 공급기(10)에서 공급되는 쓰레기를 저장하는 저장조(12)와, 상기 쓰레기를 소각하는 소각로(2)와, 소각로의 폐열을 이용한 보일러(6)를 포함하는 구조로 이루어져 있으며 상기 보일러(6) 내부에는 소정의 형태로 배치된 전열관(62)이 설치되어 있고, 상기 전열관(62)을 내류하는 증기는 소각로(2)에서 발생되는 열을 흡수하여 고압의 증기로 되어 발전에 사용되거나, 대단위 아파트 단지로 보내져 지역 난방용 등으로 사용되어 진다. 이 때, 쓰레기의 연소시에 발생되는 배가스는 가스 배기관을 통해 집진 장치(7), 탈초 설비(8) 등을 통해 굴뚝(9)으로 배출된다.

좀더 구체적으로 상기 보일러(6)는 도 3에 도시된 바와 같은 구조로 이루어진다. 즉, 보일러(6)는 쓰레기를 측방에서 공급받는 소각로(2)가 일측에 설치되고 중앙측에는 순환 열기(61)가 배치되며, 좌측에는 절탄기(63)가 배치되고, 상기 절탄기(63)의 튜브는 순환 열기(61)의 상단부인 드럼(65)으로 연장되어 나선형 구조로 배열되며 이 드럼(65)에서 증기를 배출시켜 진다.

수트 블로어(4)는 보일러의 내부를 이동할 수 있게 장착되어 보일러 내부의 오염도에 따라 세정작업이 이루어지도록 하고, 드럼(65)에서 배출되는 증기를 바이패스하여 사용한다.

이와 같은 구조로 이루어진 보일러(6)는 소각로 내부에서 쓰레기가 연소될때 생성된 고온의 가스에 의해 열교환기인 순환 열기(61)를 통하여 물이 증발하여 증기 상태로 되며, 이 물은 순환 열기(61)로 유입되기 전에 절탄기(63)를 통하여 예열되어서 보일러(6)에 급수되어 진다.

이러한 증기 유통과정에서 행해지는 연소과정에서 발생되는 수트는 배가스와 함께 소각로(2) 출구를 통해 배출되는 과정에서, 일부는 배출 후 집진 후처리가 가능하지만, 나머지는 소각로 내부의 전열관(62), 즉 순환열기(61) 및 절탄기(63)에 침착되거나 연소로 내부에 부착된다.

상기와 같은 소각로용 보일러(6)의 특성에 의하여 본 발명은, 도 1에 도시된 바와 같이 소각로용 보일러 수트 블로어 제어시스템에서 열역학 모델링 모듈을 구성함에 있어서, 보일러(6)의 드럼 배출 증기량 계산부(52)와 절탄기 열흡수율 계산부(54) 및 보일러 출구 가스 온도 계산부(56)로 구성된 열역학적 모델링 모듈(50)을 채용하여 오염도를 추론함으로써, 이 증기의 소모를 최소로 하면서 보일러 내부에 침착된 수트를 효율적으로 제거하는 최적화된 소각로용 보일러 수트 블로어 제어시스템을 구현할 수 있는 것이다.

상기 본 발명에 의한 열역학 모델링 모듈이 적용된 소각로용 보일러 수트 블로어 제어시스템의 작용 과정을 도 4의 종래 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

다수의 센서 및 분산 제어수단(22)으로부터 소각로용 보일러(6)의 운전 데이타들이 신호 인터페이스 모듈(30)에 의해 획득되어지고, 수트 블로잉용 컴퓨터(26)에 의해 프로그램 로직 제어수단(24)으로부터 각종 파라메타의 정보가주문 도구 모듈(32)로 입력되어진다.

여기서, 소각로용 보일러(6)의 오염도를 판단하기 위해 획득되는 각종 데이타와 파라메타는 보일러(6)의 가동에 따른 실제치와 수트 블로어(4)의 가동 시점을 판단하기 위해서 입력되어지는 기준치이다.

특히, 소각로용 보일러(6)의 오염도 판단 요소로는 보일러 드럼 배출 증기량과, 절탄기의 열흡수율과, 보일러 출구 가스온도이며, 상기 3가지 요소에 의해 획득되는 실제치와 기준치는 상기 신호 인터페이스 모듈(30) 및 주문 도구 모듈(32)과 각각 연계되는 열역학 모델링 모듈(50)과 모델 확인 모듈(36)에서 생성되어지는 것이다.

상기 열역학 모델링 모듈(50)과 모델 확인 모듈(36)은 오염도 추론용 모듈(38)에 동시에 연결되고, 오염도 추론용 모듈(38)은 이에 연결되는 운전 지식 베이스 툴(40)을 이용하여 특정부위의 오염도를 판정한다.

판정된 결과치는 상기 신호 인터페이스 모듈(30)을 통해 상기 수트 블로어(4)의 블로잉 위치와 초기 구동명령을 상기 분산 제어수단(22)에 전송함으로써 프로그램 로직 제어수단(24)이 상기 수트 블로어(4)를 동작하도록 한다.

상술한 본 발명은 다음과 같은 개선된 효과를 나타낸다.

소각로용 보일러에서 수트 블로어가 최적으로 작동 할 수 있는 열역학 모델링 모듈을 사용하여 오염도를 추론하는 것이어서 오염도 추론 결과에 따라 행하는수트 블로어의 제어량을 정밀하게 조성할 수 있어 증기의 낭비를 최소화하였고 특히 수트 블로어를 자동으로 작동시킴으로서 소각로 보일러에서 발생하기 쉬운 보일러 내부의 막힘을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 보일러 내부의 오염도 판단요소들의 실제치와 기준치를 비교하여 오염도를 산출하고 상기 오염도에 따라 수트 블로어의 작동 여부를 결정하는 보일러 수트 블로어 제어시스템의 열역학 모델링 모듈에 있어서,

   보일러(6)의 드럼으로부터 배출되는 증기량을 센싱하여 얻어지는 신호를 연산처리하는 계산부(52)와, 상기 보일러(6)의 절탄기로 흡수되는 열흡수율을 센싱하여 얻어지는 신호를 연산처리하는 절탄기 열흡수율 계산부(54)와, 보일러 출구측에 배치된 센서를 통하여 연소가스의 온도를 측정하는 가스 온도 계산부(56)와, 상기 계산부(52), 절탄기 열흡수율 계산부(54) 및 가스 온도 계산부(56)에서의 연산 결과치를 미리 설정 입력된 기준치에 비교 연산하여 설정된 기준범위의 초과 여부를 판정하는 오염도 산출부(58)를 포함하는 구성으로 된 보일러 수트 블로어 제어시스템의 열역학 모델링 모듈.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 보일러(6)는 소각로에 적용된 것임을 특징으로 하는 보일러 수트 블로어 제어시스템의 열역학 모델링 모듈.