KR100544237B1 - 화력발전용 보일러의 화울링 측정장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 석탄화력 발전소의 보일러에서 석탄 회분의 화울링 부착 정도를 실시간으로 측정할 수 있는 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 화력발전용 보일러의 화울링 측정장치는, 냉각매체 유입구를 갖는 내부 유관; 냉각매체 유출구를 가지며, 상기 내부 유관과 동심축 상에 위치하며 내부 유관을 둘러싸는 이중 구조를 형성하는 외부 유관; 보일러 내의 과열기 및 재열기와 동일한 위치에 동일한 재질로 설치되는 센서; 상기 내부 유관의 유입구, 외부 유관의 유출구 및 센서의 본체에 구비되어 각 부위의 온도를 측정하기 위한 열전대; 상기 열전대를 통해 측정된 각 부위의 온도 데이터 및 냉각매체의 유량에 관한 정보를 수집하는 데이터 수집 시스템; 및, 상기 데이터 수집 시스템에 의해 수집된 정보를 토대로 화울링 인자를 연속적으로 계산하여 그 결과를 운용자에게 디스플레이시키는 감시 시스템을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 탄종에 따른 과도한 화울링 발생여부를 감시할 수 있고, 이러한 자료를 바탕으로 매연 송풍기를 적절하게 제어할 수 있다.
화력발전, 화울링(fouling), 센서, 온도차, 회분
Description
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 화력발전용 보일러의 화울링 측정장치의 전체 구성을 나타낸 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
101 : 내부 유관 102 : 외부 유관
103 : 센서 104 : 데이터 수집 시스템
105 : 감시 시스템
본 발명은 화력발전용 보일러의 화울링 측정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 석탄화력 발전소의 보일러에서 석탄 회분의 화울링 부착 정도를 실시간으로 측정할 수 있는 장치에 관한 것이다.
석탄화력 발전소의 보일러에서 석탄 연소시 회분이 고온의 보일러 내 온도 조건에서 용융하여 노 벽면에 부착되면 열전달을 방해하는 슬래깅 현상이 발생한 다. 또한, 석탄 회분의 화울링은 보일러 상부의 과열기 및 재열기에 부착되어 열전달을 방해한다. 따라서, 이러한 화울링의 부착을 방지하기 위하여 매연 송풍기(soot blower)가 적용되고 있다.
현재, 대용량 보일러의 매연 송풍기는 보일러 내의 스팀 온도의 저하 및 배기 가스 온도 상승 등 주로 회분의 부착량 증가시 발생하는 석탄 연소열의 보일러 수관으로의 흡수율 감소에 따라 운용되고 있거나 규칙적인 주기에 따라 운전하도록 되어 있다. 그러나, 이러한 조치는 결과적으로 다소 사후의 대응 방식이 되거나 불필요한 과잉 대응 방식에 해당하는 것으로서, 보일러 최적운용에는 다소 미흡한 부분이 있다. 만약, 화울링 부착량 증가에 따른 미세한 열적 변화를 사전에 미리 감지할 수 있다면, 배기 가스 상승 등과 같은 결과가 상당 시간 진행되기 이전에 적절한 매연 송풍기를 통한 그을음 제거와 같은 예방적 조치를 취할 수 있다.
본 발명은 상기 설명된 종래의 기술적 과제를 해결하기 위한 것으로서, 화력 발전용 보일러의 화울링 부착 정도를 실시간으로 연속 측정함으로써 탄종에 따른 과도한 화울링 발생여부를 감시할 수 있게 하고, 이러한 자료를 바탕으로 매연 송풍기를 적절하게 제어할 수 있도록 하는 화력발전용 보일러의 화울링 측정장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 화력발전용 보일러의 화울링 측정장치는, 냉각매체 유입구를 갖는 내부 유관; 냉각매체 유출구를 가지며, 상기 내 부 유관과 동심축 상에 위치하며 내부 유관을 둘러싸는 이중 구조를 형성하는 외부 유관; 보일러 내의 과열기 및 재열기와 동일한 위치에 동일한 재질로 설치되는 센서; 상기 내부 유관의 유입구, 외부 유관의 유출구 및 센서의 본체에 구비되어 각 부위의 온도를 측정하기 위한 열전대; 상기 열전대를 통해 측정된 각 부위의 온도 데이터 및 냉각매체의 유량에 관한 정보를 수집하는 데이터 수집 시스템; 및, 상기 데이터 수집 시스템에 의해 수집된 정보를 토대로 화울링 인자를 연속적으로 계산하여 그 결과를 운용자에게 디스플레이시키는 감시 시스템을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화력발전용 보일러의 화울링 측정장치를 설명한다.
상기 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 화울링 측정장치는 냉각매체 유입구를 갖는 내부 유관(101), 냉각매체 유출구를 가지고 내부 유관(101)과 동심축 상에 위치하며 내부 유관(101)을 둘러싸는 이중 구조를 형성하는 외부 유관(102), 보일러 내의 과열기 및 재열기와 동일한 위치에 동일한 재질로 설치되는 센서(103), 데이터 수집 시스템(104) 및 감시 시스템(105)으로 구성된다. 냉각매체는 상기 내부 유관(101)의 유입구를 통해 유입되어 센서(103) 위치에 도달한 후 상기 외부 유관(102)의 유출구를 통해 외부로 유출되는 순환 방식이다. 또한, 상기 내부 유관(101)의 유입구, 외부 유관(102)의 유출구 및 센서(103)의 본체 에는 각 부위의 온도를 측정하기 위한 열전대(Ta, Tb, Tc)가 부착되어 있다.
도 1에는 도시되지 않았지만, 냉각매체의 유량을 제어하기 위한 장치가 별도로 구비되어 있으며, 상기 센서(103)에 의해 측정되는 온도가 과열기의 평균 온도인 약 540도를 유지하도록 상기 냉각매체의 유량은 제어되는 것으로 가정한다.
상기 센서는 보일러 내의 과열기 및 재열기와 동일한 위치에 동일한 재질의 샘플러(sampler)이며, 장착 및 탈착이 가능하여 일정시간 경과 후에 탈착하여 센서에 부착된 화울링을 채취하며, 화울링의 부착량 및 성분을 분석할 수 있도록 하고 있다. 상기 냉각매체로는 공기 혹은 물이 사용된다.
이 때, 상기 내부 유관(101)으로 유입되는 냉각 매체의 온도와 외부 유관(102)을 통해 유출되는 냉각 매체의 온도는 열전대(Ta, Tb)를 통해 연속적으로 측정되어 상기 데이터 수집 시스템(104)에 실시간으로 제공된다. 따라서, 상기 데이터 수집 시스템(104)에서는 상기 유관(101, 102)의 단위 면적을 통해 통해 전달되는 열량이 연속적으로 계산될 수 있다. 시간이 경과하면, 상기 센서(103) 부위에서 화울링이 부착하게 되고 이것은 열전달 현상을 방해하게 되므로, 상기 냉각 매체의 유입구 및 유출구 간의 온도차는 점차 줄어든다. 따라서, 상기 센서(103) 부위의 온도를 실험이 진행되는 동안 동일하게 유지시키기 위해 필요한 냉각 매체의 양도 줄어들게 된다. 상기 데이터 수집 시스템(104)은 이러한 냉각 매체의 온도차 및 유량 변화를 지속적으로 측정하여 미세한 열량 변화를 감지할 수 있다. 상기 데이터 수집 시스템(104)은 측정된 정보를 상기 감시 시스템(105)에 제공하며, 상기 감시 시스템(105)은 측정된 정보를 바탕으로 화울링 발생인자(fouling factor)를 계산하여 운용자에게 디스플레이시킨다. 상기 운용자는 이러한 화울링 인자를 통해 미세한 열량 변화에 따른 화울링 부착 정도를 예측하여 매연 송풍기의 가동과 같은 필요한 조치를 취할 수 있다.
상기 화울링 인자는 화울링 생성 정도를 지수화한 것으로서, 아래의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다. 상기 화울링 인자의 열역학적인 의미는 슬래그 패널(slag panel)의 표면에 부착된 회분의 단열 작용으로 인해 발생한 열 전달량 감소를 통해 회분의 부착 정도를 지수화한 것이다.
상기 수학식 1에서, 화울링 인자의 (Ff)값은 회분 부착시의 화울링 인자(FfㆍAsh)값에서 초기 회분이 부착되지 않은 상태의 화울링 인자(FfㆍAsh free)값을 뺀 값이다.
이상과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 화력발전용 보일러의 화울링 측정장치는 화력 발전용 보일러의 화울링 부착 정도를 실시간으로 연속 측정하여 화울링 지수를 계산하여 운용자에게 디스플레이함으로써 탄종에 따른 과도한 화울링 발생 여부를 감시할 수 있게 하고, 이러한 자료를 바탕으로 매연 송풍기를 효율적으로 제어할 수 있도록 한다.
이상으로 설명한 것은 본 발명에 따른 화력발전용 보일러의 화울링 측정장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 미친다고 할 것이다.
Claims (4)
- 냉각매체 유입구를 갖는 내부 유관;냉각매체 유출구를 가지며, 상기 내부 유관과 동심축 상에 위치하며 내부 유관을 둘러싸는 이중 구조를 형성하는 외부 유관;보일러 내의 과열기 및 재열기와 동일한 위치에 동일한 재질로 설치되는 센서;상기 내부 유관의 유입구, 외부 유관의 유출구 및 센서의 본체에 구비되어 각 부위의 온도를 측정하기 위한 열전대;상기 열전대를 통해 측정된 각 부위의 온도 데이터 및 냉각매체의 유량에 관한 정보를 수집하는 데이터 수집 시스템; 및상기 데이터 수집 시스템에 의해 수집된 정보를 토대로 화울링 인자를 연속적으로 계산하여 그 결과를 운용자에게 디스플레이시키는 감시 시스템을 포함하는화력발전용 보일러의 화울링 측정장치.
- 제1항에 있어서,상기 센서는 장착 및 탈착이 가능한 샘플러인화력발전용 보일러의 화울링 측정장치.
- 제1항에 있어서,상기 냉각매체로는 공기 또는 물이 사용되며, 상기 냉각매체의 양은 상기 과열기의 평균온도를 유지하도록 제어되는화력발전용 보일러의 화울링 측정장치.
- 제1항에 있어서,상기 화울링 인자는 아래의 수학식을 통해 계산되는화력발전용 보일러의 화울링 측정장치.
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