KR100702144B1

KR100702144B1 - 보일러 소비연료량의 자동 처리장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR100702144B1
Application number: KR1020050098092A
Authority: KR
Inventors: 장석원; 정훈
Original assignee: 한국전력공사
Priority date: 2005-10-18
Filing date: 2005-10-18
Publication date: 2007-03-30

Abstract

본 발명은 보일러 소비연료량의 자동 처리장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것으로, 보일러의 운전 자료를 취득하는 열량 입력부와; 상기 열량 입력부에서 아날로그 신호를 입력받아 디지털 신호로 변환시켜 출력하고, 입력된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환시켜 열량 출력부로 출력하는 디지털-아날로그 변환부와; 상기 디지털-아날로그 변환부에서 출력된 아날로그 신호를 입력받아 연료열량을 상기 보일러로 전송하는 열량 출력부;를 포함하여 열량데이터 처리부를 구성함으로서, 실시간으로 보일러와 관계되는 온도, 압력, 유량 등의 운전자료를 취득하여 보일러 경계에서의 열과 질량의 출입 관계식으로부터 보일러 성능의 주요지표인 소비연료량을 산출하여 측정에 의하지 않고도 보일러에서 현재 소비되는 연료의 유량을 계산하고, 이를 처리할 수 있게 되는 것이다.

보일러, 소비연료량, 연료열량, 연료량, 고체연료, 액체연료, 기체연료

Description

보일러 소비연료량의 자동 처리장치 및 그 방법{Apparatus and method for auto processing of boiler fuel consumption}

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 보일러 소비연료량의 자동 처리장치의 블록구성도이다.

도 2는 도 1에서 컴퓨터와 보일러가 부가된 것을 보인 블록구성도이다.

도 3은 도 2에서 보일러의 상세블록도이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 보일러 소비연료량의 자동 처리방법을 보인 흐름도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 컴퓨터

200 : 열량데이터 처리부

210 : 열량 입력부

220 : 디지털-아날로그 변환부

230 : 열량 출력부

300 : 보일러

본 발명은 보일러 소비연료량의 자동 처리장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 실시간으로 보일러와 관계되는 온도, 압력, 유량 등의 운전자료를 취득하여 보일러 경계에서의 열과 질량의 출입 관계식으로부터 보일러 성능의 주요지표인 소비연료량을 산출하여 측정에 의하지 않고도 보일러에서 현재 소비되는 연료의 유량을 계산하고, 이를 처리하기에 적당하도록 한 보일러 소비연료량의 자동 처리장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 보일러는 석유, 석탄, 가스 등의 연료를 연소시켜 그 연소열을 물에 전하여 증기를 발생시키는 장치를 말한다.

그래서 종래에는 보일러에서 소비되는 연료량을 측정하기 위해 다음과 같은 방식을 사용하였다.

즉, 사용되는 연료가 고체연료일 경우에는 운반되는 연료의 컨베이어 속도를 측정하여 연료량을 측정하고, 사용되는 연료가 액체연료일 경우에는 탱크 사운딩(sounding)을 수행하여 연료량을 측정하였으며, 사용되는 연료가 기체연료일 경우에는 유량계를 주로 사용하여 연료량을 측정하였다.

이 중 액체연료와 기체연료는 유체 특성상 비교적 정확하게 연료량을 측정할 수 있으나, 석탄과 같은 고체연료는 속도측정의 부정확성, 고체연료 크기의 불균일성 등으로 측정의 정밀도가 떨어지는 문제점이 있었다.

특히, 오래된 보일러의 경우 계측기의 노후화로 측정의 정확도가 떨어져 원가 계산의 부정확성, 성능산출의 오차 등 유지, 보수, 운영에 필수적인 기본 데이 터 산출의 부정확성을 초래하게 되는 문제점이 있었다.

또한 액체연료 또는 기체연료를 사용하는 보일러에서도 고체연료에 비해서는 정확하지만 계측장비의 교정불량에 의하여 정확한 연료측정이 이루어지지 않는 경우도 빈번히 발생하는 문제점도 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 실시간으로 보일러와 관계되는 온도, 압력, 유량 등의 운전자료를 취득하여 보일러 경계에서의 열과 질량의 출입 관계식으로부터 보일러 성능의 주요지표인 소비연료량을 산출하여 측정에 의하지 않고도 보일러에서 현재 소비되는 연료의 유량을 계산하고, 이를 처리할 수 있는 보일러 소비연료량의 자동 처리장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예에 의한 보일러 소비연료량의 자동 처리장치는,

보일러의 운전 자료를 취득하는 열량 입력부와; 상기 열량 입력부에서 아날로그 신호를 입력받아 디지털 신호로 변환시켜 출력하고, 입력된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환시켜 열량 출력부로 출력하는 디지털-아날로그 변환부와; 상기 디지털-아날로그 변환부에서 출력된 아날로그 신호를 입력받아 연료열량을 상기 보일러로 전송하는 열량 출력부;를 포함하여 열량데이터 처리부를 구성하는 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예에 의한 보일러 소 비연료량의 자동 처리방법은,

보일러의 특정 위치에서의 운전 자료를 측정하는 제 1 단계와; 상기 제 1 단계에서 측정된 운전 자료를 이용하여 연료열량을 계산하는 제 2 단계와; 상기 제 2 단계에서 계산된 연료열량을 상기 보일러로 전송하는 제 3 단계를 포함하여 수행함을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

이하, 상기와 같은 본 발명, 보일러 소비연료량의 자동 처리장치 및 그 방법의 기술적 사상에 따른 일실시예를 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 보일러 소비연료량의 자동 처리장치의 블록구성도이고, 도 2는 도 1에서 컴퓨터와 보일러가 부가된 것을 보인 블록구성도이며, 도 3은 도 2에서 보일러의 상세블록도이다.

따라서 본 발명은, 도 1에 도시된 바와 같이, 보일러(300)의 운전 자료를 취득하는 열량 입력부(210)와; 상기 열량 입력부(210)에서 아날로그 신호를 입력받아 디지털 신호로 변환시켜 출력하고, 입력된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환시켜 열량 출력부(230)로 출력하는 디지털-아날로그 변환부(Digital Analog Converter, DAC)(220)와; 상기 디지털-아날로그 변환부(220)에서 출력된 아날로그 신호를 입력받아 연료열량을 상기 보일러(300)로 전송하는 열량 출력부(230);를 포함하여 열량데이터 처리부(200)를 구성하는 것을 특징으로 한다.

상기 열량 입력부(210)는, 건배기가스손실열량(Qdg), 수분손실열량(Qm), 재열증기출구열량(QRHout), 기타손실열량(Qetc), 보조증기열량(Qaux), 과열증기출구 열량(QSHout) 중에서 하나 이상의 정보를 포함하여 상기 보일러(300)로부터 입력받는 것을 특징으로 한다.

상기 열량 출력부(230)는, 공기열량(Qair), 급수열량(QFW), 재열증기입구열량(QRHin), 부가입열열량(Qcr), 연료열량(Qfuel) 중에서 하나 이상의 정보를 포함하여 상기 보일러(300)로 출력하는 것을 특징으로 한다.

상기 열량 출력부(230)는, 연료열량 = 연료량 * 발열량에 의해 계산된 연료열량을 상기 보일러(300)로 출력하는 것을 특징으로 한다.

상기 열량 출력부(230)는, 연료열량(Qfuel) = (과열증기출구열량(QSHout) + 재열증기출구열량(QRHout) + 보조증기열량(Qaux) + 건배기가스손실열량(Qdg) + 수분손실열량(Qm) + 기타손실열량(Qetc)) - (공기열량(Qair) + 부가입열열량(Qcr) + 급수열량(QFW) + 재열증기입구열량(QRHin)) 에 의해 계산된 연료열량을 상기 보일러(300)로 출력하는 것을 특징으로 한다.

상기 보일러 소비연료량의 자동 처리장치는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 열량데이터 처리부(200)와 연결되어 상기 열량데이터 처리부(200)로 운전 자료를 제공하고, 상기 열량데이터 처리부(200)로부터 연료열량 정보를 전송받아 연료열량에 맞추어 동작하는 보일러(300)와; 상기 열량데이터 처리부(200)와 연결되어 상기 보일러(300)의 운전 정보를 전송받아 저장하고, 상기 보일러(300)에 대한 연료열량을 결정하여 결정된 값을 상기 열량데이터 처리부(200)를 통해 상기 보일러(300)로 전송하며, 상기 보일러(300)의 운전 정보에 따라 연료열량의 변화상태를 비교출력하는 컴퓨터(100)를 더욱 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.

이에 도시된 바와 같이, 보일러(300)의 특정 위치에서의 운전 자료를 측정하는 제 1 단계(ST11)와; 상기 제 1 단계에서 측정된 운전 자료를 이용하여 연료열량을 계산하는 제 2 단계(ST12)와; 상기 제 2 단계에서 계산된 연료열량을 상기 보일러(300)로 전송하는 제 3 단계(ST13)를 포함하여 수행하는 것을 특징으로 한다.

상기 제 2 단계는, 연료열량 = 연료량 * 발열량에 의해 계산된 연료열량을 상기 보일러(300)로 전송하는 것을 특징으로 한다.

상기 제 2 단계는, 연료열량(Qfuel) = (과열증기출구열량(QSHout) + 재열증기출구열량(QRHout) + 보조증기열량(Qaux) + 건배기가스손실열량(Qdg) + 수분손실열량(Qm) + 기타손실열량(Qetc)) - (공기열량(Qair) + 부가입열열량(Qcr) + 급수열량(QFW) + 재열증기입구열량(QRHin)) 에 의해 계산된 연료열량을 상기 보일러(300)로 전송하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 보일러 소비연료량의 자동 처리장치 및 그 방법의 동작을 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 본 발명은 실시간으로 보일러와 관계되는 온도, 압력, 유량 등의 운전자료를 취득하여 보일러 경계에서의 열과 질량의 출입 관계식으로부터 보일러 성능의 주요지표인 소비연료량을 산출하여 측정에 의하지 않고도 보일러에서 현재 소비되는 연료의 유량을 계산하고, 이를 처리하고자 한 것이다.

종래에는 고체연료 뿐만 아니라 기체연료나 액체연료를 사용할 때도 발생하 는 문제점들에 있었고, 이러한 문제점들 때문에 보일러 유지비용과 효율계산에 있어서 가장 기본이 되는 연료량 산출의 정확성이 더욱 필요하게 된다.

따라서 보일러에서 성능산출 및 최적운영에 필수적인 연료소비량을 정확하게 구하기 위해서는 측정 이외의 다른 방식의 고찰이 필요하게 되었다.

그리고 보일러에서 직접 측정에 의하지 않고도 연료소비량 계산하는 방식은 보일러 경계에서의 열 및 질량 균형(heat & mass balance) 분석으로부터 그 해답을 구할 수 있다.

그래서 본 발명에서는 보일러(300)의 경계를 출입하는 연료열량, 증기입열, 증기출열, 손실열량 등의 요소항목에 대한 에너지 분석으로부터 소비연료량 계산식을 수립하고, 각 요소항목을 측정하여 실시간으로 연료량 계산을 수행하도록 한다.

이를 위해 열량데이터 처리부(200)를 구성하게 되는데, 열량데이터 처리부(200)는 열량 입력부(210), 디지털-아날로그 변환부(220), 열량 출력부(230)를 포함하여 구성할 수 있다.

그래서 열량 입력부(210)는 보일러(300)의 운전 자료를 취득하게 되는데, 이때 취득하는 자료에는 건배기가스손실열량(Qdg), 수분손실열량(Qm), 재열증기출구열량(QRHout), 기타손실열량(= 미연소탄소열량 + 복사열량 + 미측정열량)(Qetc), 보조증기열량(Qaux), 과열증기출구열량(QSHout) 중에서 하나 이상의 정보가 포함되도록 한다.

또한 디지털-아날로그 변환부(220)에서는 열량 입력부(210)에서 아날로그 신호를 입력받아 디지털 신호로 변환시켜 컴퓨터(100)로 출력하고, 컴퓨터(100)로부 터 입력된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환시켜 열량 출력부(230)로 출력하게 된다.

그리고 컴퓨터(100)는 열량데이터 처리부(200)와 연결되어 보일러(300)의 운전 정보를 전송받아 저장하고, 보일러(300)에 대한 연료열량을 결정하여 결정된 값을 열량데이터 처리부(200)를 통해 보일러(300)로 전송하며, 보일러(300)의 운전 정보에 따라 연료열량의 변화상태를 비교출력하게 된다.

한편 에너지보존의 법칙에 의하여 보일러로 들어오는 열량(energy)과 나가는 열량은 항상 일치한다. 즉 다음의 수학식 1과 같은 관계가 성립한다.

{Energy In: 보일러로 들어오는 열량 Qfuel:연료열량, Qair:공기열량, Qcr:부가입열열량, QFW:급수열량, QRHin:재열증기입구열량}

{Energy out:보일러 외부로 나가는 열량, QSHout:과열증기출구열량, QRHout:재열증기출구열량, Qetc:기타손실열량, Qaux:보조증기열량, Qdg:건배기가스 손실열량 , Qm:수분손실열량}

{Energy In: 보일러로 들어오는 열량, Energy out:보일러 외부로 나가는 열량}

{Qfuel: 연료열량,QSHout:과열증기출구열량, QRHout:재열증기출구열량, Qetc:기타손실열량, Qaux:보조증기열량, Qdg:건배기가스 손실열량 , Qm:수분손실열량, Qair:공기열량, Qcr:부가입열열량, QFW:급수열량, QRHin:재열증기입구열량}

이러한 수학식 1 내지 수학식 4에서 보일러(300) 내로 들어오는 열은 연료열량(Qfuel), 공기열량(Qair), 부가입열열량(Qcr), 급수열량(QFW), 재열증기입구열량(QRHin)이다.

또한 보일러(300)를 나가는 열은 과열증기출구열량(QSHout), 재열증기출구열량(QRHout), 기타손실열량(= 미연소탄소열량 + 복사열량 + 미측정열량)(Qetc), 보조증기열량(Qaux), 건배기가스손실열량(Qdg), 수분손실열량(Qm)이다.

그리고 수학식 3에서와 같이, Energy In = Energy Out 이므로 수학식 3에서 연료열량을 제외한 나머지 열량만 알 수 있다면 연료열량의 값은 자동으로 구해진다. 또한 연료열량은 다음과 같은 수학식 5로 표현된다.

여기서 발열량은 주어지는 값이므로 연료량을 계산할 수 있게 된다. 연료열량을 제외한 나머지 열량은 측정 또는 계산으로 구해지므로 열량데이터 처리부(200)와 컴퓨터(200)를 연계하여 연료량을 실시간으로 구해낸다.

그리고 도 3에서 보일러(300)는 연료를 공급받아 발열하는 버너(Burner, BNR), 공기를 미리 가열시키는 에어프리 히터(Air free Heater, AH), 연료를 절약하기 위해 사용하는 이코노마이저(Economizer, ECO), 가열된 공기가 보일러 안으로 들어가게 하는 가스 리스큐레이션 팬(GRF), 스팀을 다시 이용하도록 하는 리히터(Reheater), 포화스팀 온도 이상이 나오도록 하는 SH 등으로 구성된다.

그래서 보일러(300)로 들어가는 부가입력열량을 측정하고, 에어프리히터(AH)로 들어가는 공기열량을 측정하며, 이코노마이저(ECO)로 들어가는 급수열량을 측정하고, RH로 들어가는 재열증기입구열량을 측정하고, 버너(BNR)로 들어가는 연료열량을 측정하여 보일러(300) 내로 들어오는 Energy In 열량을 측정한다.

또한 에어프리히터(AH)에서 나가는 건배기가스손실열량과 수분손실열량을 측정하고, RH에서 나가는 재열증기출구열량을 측정하며, SH에서 나가는 과열증기출구열량을 측정하고, 보일러(300)에서 나가는 보조증기열량과 기타손실열량을 측정하여 보일러(300)를 나가는 Energy Out 열량을 측정한다.

이렇게 측정된 보일러(300)의 요소 열량을 수학식 1 내지 수학식 5에 대입하면 연료량이 계산된다.

그러면 열량데이터 처리부(200)는 열량계산에 필요한 물성들을 보일러(300)의 특정 위치에서 측정하고, 측정된 데이터들은 취합되어 연료량을 계산하는 컴퓨터(100)로 전송되어 연료량을 계산할 수 있게 된다. 이에 따라 컴퓨터(100)는 보일러(300)의 특정 위치에서 실측 데이터를 측정하여 열량계산에 필요한 값들을 구해 낸다.

그리고 열량데이터 처리부(200)는 열량 입력부(210)에서 실시간으로 실측데이터를 전송받아 연료량 계산에 필요한 물성값들을 디지털-아날로그 변환부(220)에서 디지털 신호로 변환하여 변환데이터를 컴퓨터(100)에 제공하게 된다.

또한 컴퓨터(100)에서는 전송된 데이터를 이용하여 연료량 계산을 수행하고 효과적으로 저장하고 검색할 수 있는 기능을 제공한다. 또한 컴퓨터(100)는 보일러(300)의 과거 운전 데이터를 불러와서 보일러(300)의 현재 운전 데이터와 비교하는 등의 작업을 수행하여 연료량 변화상태 등을 파악할 수 있는 온라인 데이터 관리 기능도 수행한다.

이처럼 본 발명은 실시간으로 보일러와 관계되는 온도, 압력, 유량 등의 운 전자료를 취득하여 보일러 경계에서의 열과 질량의 출입 관계식으로부터 보일러 성능의 주요지표인 소비연료량을 산출하여 측정에 의하지 않고도 보일러에서 현재 소비되는 연료의 유량을 계산하고, 이를 처리하게 되는 것이다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.

본 발명에 따르면, 실시간으로 보일러의 운영시 온도, 압력 유량 등의 자료를 산출하여, 직접측정에 의하지 않고도 소비연료량을 계산가능하게 함으로써, 직접 측정이 어려운 석탄연료를 이용하는 발전기의 보일러, 낙후된 발전기 보일러 등의 연료소모량을 용이하게 산출할 수 있도록 하여 설비운영효율을 증진시킬 수 있도록 하게 할 수 있는 효과가 있다.

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Claims

보일러의 건배기가스손실열량, 수분손실열량, 재열증기출구열량, 기타손실열량, 보조증기열량, 과열증기출구열량 중에서 하나 이상의 정보를 포함하여 상기 보일러로부터 입력받는 열량 입력부와;

상기 열량 입력부에서 아날로그 신호를 입력받아 디지털 신호로 변환시켜 출력하고, 입력된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환시켜 열량 출력부로 출력하는 디지털-아날로그 변환부와;

상기 디지털-아날로그 변환부에서 출력된 아날로그 신호를 입력받아 연료열량을 상기 보일러로 전송하되,

상기 연료열량은 (과열증기출구열량 + 재열증기출구열량 + 보조증기열량 + 건배기가스손실열량 + 수분손실열량 + 기타손실열량) - (공기열량 + 부가입열열량 + 급수열량 + 재열증기입구열량) 에 의해 계산된 연료열량을 상기 보일러로 출력하는 열량 출력부;를 포함하여 열량데이터 처리부를 구성하는 것을 특징으로 하는 보일러 소비연료량의 자동 처리장치.
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청구항 1 에 있어서, 상기 보일러 소비연료량의 자동 처리장치는,

상기 열량데이터 처리부와 연결되어 상기 열량데이터 처리부로 운전 자료를 제공하고, 상기 열량데이터 처리부로부터 연료열량 정보를 전송받아 연료열량에 맞추어 동작하는 보일러와;

상기 열량데이터 처리부와 연결되어 상기 보일러의 운전 정보를 전송받아 저장하고, 상기 보일러에 대한 연료열량을 결정하여 결정된 값을 상기 열량데이터 처리부를 통해 상기 보일러로 전송하며, 상기 보일러의 운전 정보에 따라 연료열량의 변화상태를 비교출력하는 컴퓨터를 더욱 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 보일러 소비연료량의 자동 처리장치.
보일러의 특정 위치에서의 운전 자료를 측정하는 제 1 단계와;

상기 제 1 단계에서 측정된 운전 자료를 이용하여 연료열량을 계산하되, 상기 연료열량은, (과열증기출구열량 + 재열증기출구열량 + 보조증기열량 + 건배기가스손실열량 + 수분손실열량 + 기타손실열량) - (공기열량 + 부가입열열량 + 급수열량 + 재열증기입구열량) 에 의해 계산하는 제 2 단계와;

상기 제 2 단계에서 계산된 연료열량을 상기 보일러로 전송하는 제 3 단계를 포함하여 수행하는 것을 특징으로 하는 보일러 소비연료량의 자동 처리방법.
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