KR100784427B1 - 플랜트 안정운전을 위한 연소 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명인 플랜트 안정운전을 위한 연소 제어방법은, 세 개의 발신기 (13,14,15)가 각각 플랜트 연소실로 공급되는 연료량을 검출하고 연료량에 대응되는 검출신호를 출력하는 단계와; 상기 세 개의 발신기(13,14,15) 중 어느 두 개의 발신기에 중복되지 않도록 연결되는 세 개의 하이실렉터(16,17,18)가 두 개의 발신기에서 인가되는 검출신호를 비교하여 높은 검출신호만을 선택출력하는 단계와; 상기 세 개의 하이실렉터(16,17,18)에 연결된 로우실렉터(19)가 입력되는 검출신호를 비교하여 가장 낮은 검출신호만을 선택출력하는 단계와; 제어부(21)가 상기 로우실렉터 (19)의 검출신호를 인가받아, 미리 설정한 공급 연료량과 상호 비교하여 실제 연료 공급량이 설정 연료량이 되도록 연료조절밸브(25)를 제어하고, 에어비교연산부(22)가 상기 로우실렉터(19)에서 인가되는 검출신호에 대응되는 에어량을 연산하고, 입력되는 실제 에어량이 연산 에어량에 일치되도록 에어조절밸브(26)를 제어하는 단계를 포함하여 구성된 것으로서, 공급되는 연료량을 정확하게 검출하고 연료와 에어흐름을 조절하므로써, 에어의 과부족에 따른 불완전 연소 또는 과잉연소가 없어 플랜트 운전이 안정화 되는 장점이 있다.

비에프지(BFG), 오리피스, 발신기, 실렉터, 연료조절밸브, 에어조절밸브

Description

플랜트 안정운전을 위한 연소 제어방법{The Combustion Method for Stable Operation of Plant }

도 1은 본 발명이 적용가능한 발전소의 개략적 구성도

도 2는 종래 보일러 연료인 비에프지(BFG)의 흐름양을 검출제어하기 위한 3중화 제어방법에 대한 개략적 구성도,

도 3은 종래 보일러 연료인 비에프지(BFG)의 흐름양을 검출제어하기 위한 2중화 절환제어방법에 대한 개략적 구성도,

도 4는 본 발명인 플랜트 안정운전을 위한 연소 제어방법에 따른 일실시예의 개략적 구성도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1,11 : BFG(BLAST FURNACE GAS)배관 2,12 : 오리피스

3,13 : 제1 발신기 4,14 : 제2 발신기

5,15 : 제3 발신기 6 : 평균값변환부

7 : 발신기절환부 16 : 제1 하이실렉터

17 : 제2 하이실렉터 18 : 제3 하이실렉터

19 : 로우실렉터 20 : 비례신호연산부

21 : 제어부 22 : 에어비교연산부

25 : 연료조절밸브 26 : 에어조절밸브

31 : 상부 드럼(Drum) 32 : 보일러(Boiler)

33 : 터어빈(Turbin) 34 : 제너레이터(Generater)

본 발명은 플랜트 안정운전을 위한 연소 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가열로나 보일러 등 플랜트설비에서 연소가 바람직하게 이루어져 운전이 안정되도록, 연료배관과 에어배관을 흐르는 연료와 에어량을 자동조정하여 연소를 제어하는 플랜트 안정운전을 위한 연소 제어방법에 관한 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 종래 기술의 문제점을 살펴보기 위해서, 제철소 고로에서 생성되는 BLAST FURNACE GAS(BFG, 이하 '비에프지'라 한다.)를 연료로 하여 플랜트 운전을 하는 경우를 예를 들어 설명한다.

도 1은 본 발명이 적용가능한 발전소의 개략적인 구성도이다.

도시된 바와 같이 발전소에는 그 연료로 비에프지(BFG)를 사용하는데, 상부드럼(DRUM,31)에 물을 공급하고 보일러(32)에서 가열하게 되면 상부 드럼(31)에서 스팀이 발생하게 된다.

상기 스팀은 터빈(33)으로 공급되고 터빈(33)의 작동으로 발전기인 제너레이터(34)에서 일정 전력을 발생시켜 각 공장으로 전력을 공급하게 된다.

이러한 발전소의 전력을 발생 과정에서 연료량을 정확히 검출하는 것은 상당 히 중요하다. 즉, 보일러(32)로 공급되는 연료량을 정확하게 검출하게 되면, 공급 연료를 연소시키기 위한 적정 이론적 공기량이 산출되어 연료량에 부합한 에어를 공급할 수 있게 된다.

따라서 보일러(32) 연소실에서 양호한 연소가 이루어 지게 되어 원하는 온도의 스팀 및 스팀량이 발생되어 적절한 전력생산이 가능하게 된다.

그러나 만일, 연료 검출시 실제 배관을 흐르는 양보다 적게 검출되면 검출된 연료량에 부합되는 에어량도 적게 산정투입되므로, 불완전 연소가 일어나게 되는 문제점이 생기게 된다. 또한 반대로 연료 검출시 실제 배관을 흐르는 양보다 많게 검출되면 검출된 연료량에 부합되는 에어량도 많게 산정투입되어 에어공급에 의한 과잉연소가 일어나게 되어 연료오 전력의 낭비를 초래하게 된다.

더욱이 연료를 검출하는 장치가 고장이 발생된 경우에는 보일러 설비를 포함한 플랜트가 정지될 수도 있게 된다.

따라서 플랜트가 안정되게 운전되도록 연소가 적절히 제어되어야 하는데 종래에는 다음과 같은 방법으로 연료량을 검출하여 연소를 제어하였다.

도 1과 도 2는 각각 종래 비에프지(BFG)를 보일러 연료로 사용하는 경우 이를 검출제어하는 3중화 제어방법과 2중화 절환제어방법에 대한 개략적 구성을 나타내고 있다.

도 2에서 도시된 3중화 제어방법은 비에프지 배관(1)에 연료량을 검출할 수 있는 발신기 3 개를 연결설치하여 검출하는데, 제1 발신기(3), 제2 발신기(4), 제3 발신기(4)로부터 출력되는 검출값을 평균값변환부(6)로 인가하면 평균값변환부(6) 에서는 3 개의 검출값을 합산 및 평균하게 된다.

이러한 방법은 평균값에 의해 비에프지 검출의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 장점이 있으나, 세 개의 발신기 중 어느 하나가 고장이 발생된 경우에는, 평균값변환부(6)의 출력값이 실제 흐르는 양보다 1/3 로 감소되어 실제 지시치와 많은 편차가 일어나 플랜트의 정상적인 운전이 어렵게 된다.

예를 들어, 제1 발신기(3)의 검출값이 100, 제2 발신기(4)의 검출값이 102, 제3 발신기(5)의 검출값이 104라고 각각 가정하게 되면 세 개의 발신기가 정상적인 경우에는, (100+102+104)/3=102의 평균값을 비에프지 실제값으로 하여 이를 평균값변환부(6)의 후단을 제어하는 신호로 채택하여 정확한 제어를 하게 되지만, 제1 발신기(3)이 고장시에는 평균값은 68이 되어 실제 지시치와 편차가 너무 심하여 정상 운전을 할 수 없게 되므로 플랜트 운전이 불안전하게 되는 문제점이 있었다.

한편, 도 3에 도시된 절환제어방법은 비에프지 배관(1)에 두 개의 발신기(3,4)를 설치하고 비에프지 가스흐름을 검출하는데, 검출 발신기 두 개 중 하나만이 동작사용되어 비에프지를 검출 및 이를 통한 연소가 제어되고, 나머지 한 대는 대기모드 상태에 있게 된다.

이러한 상태에서 동작중인 발신기가 고장이 나게 되면 발신기 절환부(7)를 통하여 대기 상태에 있던 나머지 발신기로 절환되어 운전하게 된다.

이러한 방법은 절환운전에 의한 백업기능은 만족하나 비에프지의 정확한 양을 검출할 수 없게 된다.

즉, 비에프지 검출 발신기(3,4)가 각각 100 ,104를 검출하고 실제량이 104라면, 제1 발신기(3)로 운전하는 경우에는 실제량보다 편차가 있어, 실제의 비에프지량에 맞는 정확한 에어량이 투입되지 않게 되고, 대신에 허위의 에어량이 산정계산되어 투입되므로 불완전연소 또는 과잉연소가 발생되어, 이 방법 역시 플랜트 운전을 불안정하게 하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하고자 안출된 것으로, 발신기의 출력값을 정확하게 비교처리하여 검출값이 연료의 실제값에 근접하게 하므로써 신뢰성을 향상시키고, 이를 근거로 제어부와 비교연산부를 통해 연료와 에어(공기)의 흐름을 조절하여 플랜트 연소를 제어시키는 플랜트 안정운전을 위한 연소 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명인 플랜트 안정운전을 위한 연소 제어방법은, 가열로 또는 보일러 등의 플랜트 운전에 공급되는 연료량을 발신기로 검출하고, 검출결과를 통하여 플랜트의 연소를 제어하는 방법에 있어서,

연료공급배관에 연결설치된 세 개의 발신기(13,14,15)가 각각 플랜트 연소실로 공급되는 연료량을 검출하고 연료량에 대응되는 검출신호를 출력하는 단계와;

상기 세 개의 발신기(13,14,15) 중 어느 두 개의 발신기에 중복되지 않도록 연결되는 세 개의 하이실렉터(16,17,18)가 두 개의 발신기에서 인가되는 검출신호를 비교하여 높은 검출신호만을 선택출력하는 단계와;

상기 세 개의 하이실렉터(16,17,18)에 연결된 로우실렉터(19)가 입력되는 검출신호를 비교하여 가장 낮은 검출신호만을 선택출력하는 단계와;

제어부(21)가 상기 로우실렉터(19)의 검출신호를 인가받아, 미리 설정한 공급 연료량과 상호 비교하여 실제 연료 공급량이 설정 연료량이 되도록 연료조절밸브(25)를 제어하고, 에어비교연산부(22)가 입력된 프로그램에 따라 상기 로우실렉터(19)에서 인가되는 검출신호에 대응되는 에어량을 연산하고, 입력되는 실제 에어량이 연산 에어량에 일치되도록 에어조절밸브(26)를 제어하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명인 플랜트 안정운전을 위한 연소 제어방법에 따른 바람직한 일실시예의 구성을 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명인 플랜트 안정운전을 위한 연소 제어방법의 일실시예에 따른 개략적인 구성도이다.

참고로, 본 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위해 단지, 제철소 고로에서 생성되는 비에프지(BLAST FURNACE GAS)를 연료로 하여 전기를 발생시키는 발전소의 보일러 설비에서 연소가 바람직하게 이루어지도록 함에 그 한정을 두고 있으나, 본 발명은 본 실시예만으로 한정되지 아니하며 비에프지를 포함하여, 발신기로 검출할 수 있는 유체를 연료로 하는 가열로 또는 기타 목적을 가진 보일러 등의 플랜트 운전을 위한 연소제어에 폭 넓게 적용가능하다.

도 4에 도시된 바와 같이 본 실시예를 실시하기 위한 제어구성은, 비에프지 배관(11) 내부에 오리피스(12)가 설치되고, 또한 상기 배관에 제1 발신기(13), 제2 발신기(14), 제3 발신기(15)가 각각 연결설치되어 있다.

그리고 발신기(13,14,15)의 후단에는 하이실렉터(,16,17,18; High Selecter)가 발신기 신호를 입력받도록 설치되는데, 제1 발신기(13)와 제3 발신기(15)는 제1 하이실렉터(16)에 연결되고, 제1 발신기(13)와 제2 발신기(14)는 제2 하이실렉터 (17)에 연결되며, 제2 발신기(14)와 제3 발신기(15)는 제3 하이실렉터(18)에 연결되어 있다. 이렇게 함으로써 세 개의 발신기 검출값 중 두 개의 발신기 검출값이 교차되지 않게 하이실렉터에서 비교선택될 수 있게 된다.

그리고 제1 하이실렉터(16), 제2 하이실렉터(17), 제3 하이실렉터(18)의 출력값이 로우실렉터(19,Low Selecter)에 인가되도록 연결되어 있다.

그리고 비에프지 검출신호를 제어성에 맞도록 직선성으로 변환시켜주는 비례신호연산부(20)가 로우실렉터(19) 후단에 연결되어 있으며, 상기 비례신호연산기 (20)는 제어부(21)과 에어비교연산부(22)에 각각 연결되어 있다.

그리고 상기 제어부(21)은 비에프지 배관(11)을 경우하여 연소실로 향하는 비에프지의 흐름량을 제어하도록 비에프지 배관(11)에 설치된 연료조절밸브(25)와 연결되며, 에어비교연산부(22)는 에어의 흐름량을 제어하도록 에어배관(도면 미도시)에 설치된 에어조절밸브(26)에 연결되어 있다.

이하 도면을 참조하여 본 발명인 플랜트 안정운전을 위한 연소 제어방법에 따른 바람직한 일실시에의 작용을 상세하게 설명한다.

도 3에 도시된 바와 같이,

먼저 발신기(13,14,15)에서 비에프지 배관(11)을 흐르는 비에프지량을 검출 하여 출력한다. 일반적으로 유체의 유량을 차압원리로 검출하는 오리피스(12)와 유량에 비례하는 검출신호를 출력하는 발신기(13,14,15)에 대한 기술내용은 당해기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명하므로 상세한 설명은 생략한다.

다음으로, 제1 발신기(13)과 제5 발신기(15)의 검출신호는 제1 하이실렉터(16)로 인가되고 상기 제1 하이실렉터(16)는 인가되는 두 개의 검출신호를 비교하여 높은 쪽을 선택하여 로우실렉터(19)로 출력한다. 그리고 제1 발신기(13)과 제2 발신기(14)의 검출신호는 제2 하이실렉터(17)로 인가되고 상기 제2 하이실렉터(17)는 인가되는 두 개의 검출신호를 비교하여 높은 쪽을 선택하여 로우실렉터(19)로 출력한다.

그리고 제2 발신기(14)와 제3 발신기(15)의 검출신호는 제3 하이실렉터(18)로 인가되고 상기 제3 하이실렉터(18)는 인가되는 두 개의 검출신호를 비교하여 높은 쪽을 선택하여 로우실렉터(19)로 출력한다.

다음으로 로우실렉터(19)는 세 개의 하이실렉터(16,17,18)에서 출력되는 검출신호중 가장 낮은 검출신호를 선택하여 비례신호연산부(20)로 출력한다.

이렇게 함으로써, 발신기(13,14,15)가 검출한 비에프지량의 중간값이 선택되어 정확하게 비에프지의 실제치를 검출할 수 있게 된다.

예를 들어 상기의 과정을 설명하면, 제1 발신기(13) 검출값이 100, 제2 발신기(14) 검출값이 102, 제3 발신기(15) 검출값이 104라고 가정하면, 제1 하이실렉터(16)는 제1 발신기(13)와 제3 발신기(15)의 100, 104를 비교하여 104를 선택하여 출력하게 된다.

반면, 제2 하이실렉터(17)은 제1 발신기(13)와 제2 발신기(14)의 100, 102를 비교하여 102를 선택하여 출력하게 된다.

반면 제3 하이실렉터(18)는 제2 발신기(14)와 제3 발신기(15)의 102, 104를 비교하여 104를 선택하여 출력하게 된다.

그리고 로우실렉터(19)는 인가되는 104, 102, 104를 비교하여 가장 낮은 값인 102를 출력하게 된다.

따라서 로우실렉터(19)가 선택출력하는 값은 102는 발신기(13,14,15)의 검출 중간값이 되게 된다.

또한 세 개의 발신기중 제2 발신기(14)가 고장이 발생되어 검출값이 0이라고 가정한다 하더라도, 상기와 같이 세 개중 두 개씩 비교하므로 100 , 0 , 104의 검출값을 비교하여 중간값인 100의 제1 발신기(13)의 신호를 선택하게 된다. 그러므로 한 개의 발신기가 고장시에도 백업(BACK UP) 기능이 만족되어 정확한 양의 비에프지를 검출할 수 있을 뿐만 아니라 고장시도 대비되게 된다.

물론 발신기 두 개이상이 고장난 경우는 하이 또는 로우실렉터가 비교할 수 없게 되므로 발신기 또는 실렉터에 에러표시부를 연결설치하여 관리자가 확인할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

다음으로 로우실렉터(19)의 신호를 인가받는 비례신호연산부(20)는 검출신호가 제어부(20)에서 양호하게 인식제어되도록 제어성에 맞도록 직선적인 비례신호로 변환되도록 한다. 비례신호연산부(19)로는 개평연산기 등을 예로 들수 있으며 자동제어 분야에서는 널리 사용되는 소자이므로 상세한 설명은 생략한다.

상기 과정에서 신호처리된 검출신호는 제어부(21)와 에어비교연산부(22)로 입력되는데, 제어부(21)는 플랜트의 안정운전에 적합한 연소량에 따른 목표 비에프지량이 설정입력되어 있으므로, 배관을 실제로 흐르는 현재 검출된 비에프지량과 목표 비에프지량을 비교하여 편차만큼 연료조절밸브(25)을 조절하게 되며, 발신기를 통하여 입력되는 실제 비에프지량이 목표 비에프지량과 일치하게 되면 제어부(25)는 연료조절밸브(25)로 제어신호를 인가하지 않게 된다.

그리고 비에프지량을 제어하는 연료조절밸브(25)는 예를 들어, 제어부(21)가 출력신호의 듀티싸이클을 조정하므로써, 밸브로 투입되는 전기량을 조절 및 밸브 펄런져의 위치를 제어하는 비례제어형 솔레노이드 밸브 등을 들 수 있으며 이는 당업자에게 자명한 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.

그리고 에어비교연산부(22) 역시 발신기의 비에프지량에 해당되는 검출신호를 인가받아, 비에프지량에 대한 이론적인 연소을 위한 에어량을 구하는 내장 프로그램 수행으로 목표 에어량을 산출한다. 그리고 현재의 에어검출신호를 인가받아 목표 에어량과 현재의 실제 에어량을 비교하여 편차만큼 에어조절밸브(26)를 제어하여 상기 편차가 없도록 한다.

상기 과정으로 플랜트의 연소실에서는 설정된 목표 비에프지량과 에어가 공급되어 바람직한 연소가 이루어지게 되며 결국 플랜트는 안정되게 운전된다.

상기와 같이 작용하는 본 발명은 발신기에서 출력되는 검출신호를 하이실렉터와 로우실렉터로 처리하여 공급되는 연료량을 정확하게 검출하고 연료와 에어흐 름을 조절하므로써, 에어의 과부족에 따른 불완전 연소 또는 과잉연소가 없어 플랜트 운전이 안정화 되는 장점이 있다.

또한 연료의 불필요한 소모가 방지되어 비용을 절감할 수 있으며, 불완전 연소가 배제되므로 환경 친화적으로 플랜트를 가동할 수 있는 장점이 있다.

Claims (1)

1. 가열로 또는 보일러 등의 플랜트 운전에 공급되는 연료량을 발신기로 검출하고, 검출결과를 통하여 플랜트의 연소를 제어하는 방법에 있어서,

   연료공급배관에 연결설치된 세 개의 발신기(13,14,15)가 각각 플랜트 연소실로 공급되는 연료량을 검출하고 연료량에 대응되는 검출신호를 출력하는 단계;

   상기 세 개의 발신기(13,14,15)중 어느 두 개의 발신기에 중복되지 않도록 연결되는 세 개의 하이실렉터(16,17,18)가 두 개의 발신기에서 인가되는 검출신호를 비교하여 높은 검출신호만을 선택출력하는 단계;

   상기 세 개의 하이실렉터(16,17,18)에 연결된 로우실렉터(19)가 입력되는 검출신호를 비교하여 가장 낮은 검출신호만을 선택출력하는 단계;

   제어부(21)가 상기 로우실렉터(19)의 검출신호를 인가받아, 미리 설정한 공급 연료량과 상호 비교하여 실제 연료 공급량이 설정 연료량이 되도록 연료조절밸브(25)를 제어하고, 에어비교연산부(22)가 입력된 프로그램에 따라 상기 로우실렉터(19)에서 인가되는 검출신호에 대응되는 에어량을 연산하고, 입력되는 실제 에어량이 연산 에어량에 일치되도록 에어조절밸브(26)를 제어하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 플랜트 안정 운전을 위한 연소 제어방법.

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