KR100838163B1 - Low nox invertor boiler system and combustion controlling methode thereof - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 저 질소산화물(NOx) 인버터 보일러의 정면도. 1 is a front view of a low nitrogen oxide (NOx) inverter boiler according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 저 질소산화물(NOx) 인버터 보일러의 종단면 및 회로 전개도.Figure 2 is a longitudinal cross-sectional view and circuit development of a low nitrogen oxide (NOx) inverter boiler according to a preferred embodiment of the present invention.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 송풍기의 사시도.3 is a perspective view of the blower shown in FIGS. 1 and 2;
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 저 질소산화물(NOx) 인버터 보일러의 연소 흡입 공기 제어 흐름도. 4 is a flow chart illustrating combustion intake air of a low nitrogen oxide (NOx) inverter boiler according to a preferred embodiment of the present invention.
〈도면의 부분에 대한 부호의 설명〉<Description of the code | symbol about the part of drawing>
10 : 저 질소산화물(NOx) 인버터 보일러 12 : 보일러 동체, 10 low nitrogen oxide (NOx)
13 : 수면계 14 : 노통13: water gauge 14: old pain
15 : 연소실 16 : 연관15: combustion chamber 16: association
17 : 워터-쉘(water shell) 18 : 버너17
20 : 노즐 22 : 송풍기20: nozzle 22: blower
24 : 프리히터 26 : 절탄기24: preheater 26: cutter
27 : 댐퍼 28 : 배기가스 배출통로 27: damper 28: exhaust gas discharge passage
29 : 보일러 부하감지센서 30 : 제어유닛 29: boiler load sensor 30: control unit
31 : NOx센서 32 : ADC31: NOx sensor 32: ADC
34 : 메모리 36 : 인버터 34: memory 36: inverter
36 : 제어부 EGC-P : 배기가스 재순환 통로36: control unit EGC-P: exhaust gas recirculation passage
본 발명은 질소산화물(Nitrogen Oxide: "이하 "NOx"라 칭함)의 배출을 최대로 저감시킬 수 있는 저 NOx 보일러(Low NOx boiler)에 관한 것으로, 특히 배기가스 재순환 제어를 통하여 NOx 발생량을 극도로 낮게 억제할 수 있는 구조를 갖는 저 NOx 인버터 보일러 및 그 연소 제어 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a low NOx boiler capable of maximally reducing the emission of nitrogen oxides (hereinafter referred to as "NOx"), and in particular, the amount of NOx generated is extremely reduced through exhaust gas recirculation control. A low NOx inverter boiler having a structure that can be suppressed low and a combustion control method thereof.
통상적으로, 질소산화물(NOx)은 질소와 산소의 화합물로, 연소과정에서 공기 중의 질소가 고온에서 산화돼 발생한다. 7종류가 알려져 있는데 공해문제로 중요한 것은 일산화질소(NO), 이산화질소(NO2)이다. 대표적인 질소산화물의 배출원은 자동차, 항공기, 선박, 산업용 보일러, 소각로, 전기로 등이 있다. Typically, nitrogen oxides (NOx) are compounds of nitrogen and oxygen, and are generated by the oxidation of nitrogen in the air at high temperatures during combustion. Seven kinds are known, and the major pollution problems are nitrogen monoxide (NO) and nitrogen dioxide (NO 2 ). Typical sources of nitrogen oxides include automobiles, aircraft, ships, industrial boilers, incinerators, and electric furnaces.
산업생산 현장, 예를 들면, 공장이나 가정 및 사무 빌딩 등에서 배출되는 배기가스 중의 NOx에 의해 대기오염이 점점 증가하는 경향으로 인하여 그 대책이 강 력히 요구되고 있으며, 우리나라의 경우 대기환경보존법 및 환경정책기본법 시행령에 의하여 규제되고 있다. The countermeasures are strongly demanded due to the increasing trend of air pollution by NOx in exhaust gases emitted from industrial production sites, for example, factories, homes, and office buildings. It is regulated by the Enforcement Decree of the Framework Act.
저 NOx화를 도모하기 위한 종래의 기술의 예로서는 2004년 4월 2일 "산요덴키가부시끼가이샤"에게 특허허여 된 특허 제10-0427206호 "저 NOx 버너 및 배기가스재순환제어방법"(이하 "등록특허"이라 칭함)과, 2004는 2월 11일 공개된 특허공개 제10-2004-0012525호 "저 산화질소 연소방법과 그 장치"(이하 "공개특허"라 칭함)이 있다. 상기 등록특허와 공개특허는 모두 버너에서 연소된 후의 배기가스(연소완결가스)를 버너로 재순환시켜 버너의 연소공간의 온도를 낮추어 최종적으로 연도의 외부로 배출되는 배기가스에 포함된 NOx를 저감시키는 기술적 구성이 개시되어 있다. As an example of the conventional technique for achieving low NOx, Patent No. 10-0427206, "Low NOx Burner and Exhaust Gas Recirculation Control Method" (hereinafter, "Patented by Sanyo Denki Kabuki Kaisha" on April 2, 2004) Patent Application Publication No. 10-2004-0012525, published on February 11, 2004, entitled "Low Nitric Oxide Combustion Method and Apparatus" (hereinafter referred to as "Public Patent"). Both the registered patent and the published patent recycle the exhaust gas (combustion complete gas) after the combustion in the burner to the burner to lower the temperature of the combustion space of the burner and finally reduce the NOx contained in the exhaust gas discharged to the outside of the flue. Technical configuration is disclosed.
위 등록 특허는 버너의 작동에 의하여 발생되는 연소가스(배기가스)를 연소용 공기로 공급하기 위한 배기가스 재순환통로에 배기가스 재순환 팬(fan)을 설치하여 배기가스를 버너의 연소용 공기로 공급하여 연소가스(연소실)의 온도를 낮추게 하는 구조를 갖는다. 상기 배기가스 재순환 팬의 회전속도는 배기가스 재순환 통로 상에 설치된 NOx센서의 출력에 의해 제어하여 배기가스의 재순환율을 일정하도록 제어하고 있다. 그러나 이와 같은 구조를 가지는 등록특허는 배기가스 재순환 통로에 별도의 순환용 팬을 설치하여야 하고, 버너에 연소용 공기를 제공하는 송풍기와 별도로 순환용 팬을 회전 구동함으로써 두 개의 송풍기의 회전을 제어하여야 하는 등 많은 불편함이 있었다. The above patent is to install the exhaust gas recirculation fan (fan) in the exhaust gas recirculation passage for supplying the combustion gas (exhaust gas) generated by the operation of the burner to the combustion air to supply the exhaust gas to the combustion air of the burner Thereby lowering the temperature of the combustion gas (combustion chamber). The rotational speed of the exhaust gas recirculation fan is controlled by the output of the NOx sensor provided on the exhaust gas recirculation passage to control the recirculation rate of the exhaust gas. However, the registered patent having such a structure should install a separate circulation fan in the exhaust gas recirculation passage, and control the rotation of the two blowers by rotating the circulation fan separately from the blower that provides combustion air to the burner. There was a lot of inconvenience.
상기 공개특허는 배기가스통로와 송풍기의 흡입구 사이에 배기가스 재순환 통로를 형성하고, 배기가스통로에 설치된 산소농도센서의 출력에 따라 상기 송풍기의 회전수를 제어하여 버너로 공급되는 연소용 공기에 배기가스와 물 또는 증기를 첨가하여 배기가스의 NOx를 저감하도록 구성되어 있다. 그러나 이와 같은 구성을 가지는 공개특허는 송풍기의 회전속도를 배기가스통로에 설치된 산소농도센서에 의하여 감지된 산소농도에 따라 증속 또는 감속도록 함으로써 보일러의 부하에 적응하여 연소용 공기에 배기가스의 재순환율이 정확하게 조절되지 않아 NOx의 저감 효과가 적었다. The patent discloses an exhaust gas recirculation path between the exhaust gas passage and the suction port of the blower, and controls the rotation speed of the blower according to the output of the oxygen concentration sensor installed in the exhaust gas passage to exhaust the combustion air supplied to the burner. It is configured to reduce the NOx of the exhaust gas by adding gas, water or steam. However, the disclosed patent having such a configuration allows the rotational speed of the blower to increase or decrease according to the oxygen concentration sensed by the oxygen concentration sensor installed in the exhaust gas passage to adapt to the load of the boiler and to recycle the exhaust gas to the combustion air. This was not precisely controlled, resulting in less NOx reduction.
따라서 본 발명의 목적은 보일러의 부하에 적응하여 버너의 연소에 의한 배기가스를 연소용 공기로 재순환하여 로(furnace)의 온도를 낮추어 배기가스의 NOx를 저감시키는 저 NOx 인버터 보일러 및 그 연소 제어 방법을 제공함에 있다. Accordingly, an object of the present invention is to adapt the load of the boiler to reduce the NOx of the exhaust gas by reducing the temperature of the furnace by recycling the exhaust gas from the combustion of the burner to the combustion air and the combustion control method thereof In providing.
본 발명의 다른 목적은 인버터의 출력에 의하여 회전수가 제어되는 유도전동기에 의하여 버너로 연소용 공기를 공급하는 송풍기의 회전에 따라 배기가스의 일정비율을 버너의 연소용 공기로 재순환하여 NOx를 저감시키는 저 NOx 인버터 보일러 및 그 연소 제어 방법을 제공함에 있다. Another object of the present invention is to reduce NOx by recycling a certain ratio of exhaust gas to combustion air of the burner according to the rotation of the blower which supplies the combustion air to the burner by the induction motor whose rotation speed is controlled by the output of the inverter. A low NOx inverter boiler and its combustion control method are provided.
본 발명의 또 다른 목적은 연도를 통하여 버너의 외부로 배출되는 연소완결가스의 NOx량과 보일러의 부하량에 따라 버너로 공급되는 연소용 공기에 혼합되는 배기가스의 재순환 가스의 비율을 자동으로 조절하여 버너의 연소공간의 온도를 낮추어 NOx의 배출량을 억제할 수 있는 저 NOx 인버터 보일러 및 그 연소 제어 방법 을 제공함에 있다. Another object of the present invention is to automatically adjust the ratio of the recycle gas of the exhaust gas mixed in the combustion air supplied to the burner according to the NOx amount of the combustion complete gas discharged to the outside of the burner through the flue and the load of the boiler It is to provide a low NOx inverter boiler and its combustion control method that can reduce the NOx emissions by lowering the temperature of the burner combustion space.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 불꽃이 연소되는 연소공간과 상기 연소된 후의 가스를 배출하는 배기가스 배출통로와, 입력되는 연료와 연소용 공기의 혼합비에 대응하는 불꽃을 상기 연소공간에 제공하는 버너 및 상기 연소공간의 불꽃에 의해 내부에 채워진 물을 가열하여 가열된 유체를 토출하는 보일러 동체(boiler shell)와; 구동신호에 대응하는 속도로 회전되는 전동기를 가지며, 상기 전동기의 구동에 의하여 상기 배기가스 배출통로에 연결된 배기가스 재순환통로를 통한 배기가스와 외부의 공기를 흡입·혼합하여 상기 버너의 연소공간으로 공급하는 송풍기와; 상기 보일러 동체 내의 유체의 온도/압력을 감지하고, 그 감지된 유체의 압력/온도에 비례하는 증속·감속 구동신호를 상기 송풍기로 제공하는 제어유닛을 포함하여 구성함을 특징으로 한다. The present invention for achieving the above object provides a combustion space in the combustion space and the exhaust gas discharge passage for discharging the gas after the combustion, and a flame corresponding to the mixing ratio of the input fuel and the combustion air to the combustion space. A boiler shell for heating the water filled therein by the burner and the flame of the combustion space to discharge the heated fluid; The motor is rotated at a speed corresponding to a drive signal, and the exhaust gas and the outside air are sucked and mixed through the exhaust gas recirculation passage connected to the exhaust gas discharge passage by the driving of the motor and supplied to the combustion space of the burner. Blower; And a control unit which senses the temperature / pressure of the fluid in the boiler body and provides a speed increase / deceleration drive signal to the blower in proportion to the detected pressure / temperature of the fluid.
상기 배기가스 재순환통로의 내부에는 댐퍼구동신호에 대응하여 개폐되는 댐퍼(damper)를 설치하여 상기 외부공기와 상기 배기가스의 재순환의 비가 약 100%: 20%내외로 배기가스의 재순환량을 조절하도록 하는 것이 바람직하다. A damper that is opened and closed in response to a damper driving signal is installed inside the exhaust gas recirculation passage to adjust the amount of recirculation of the exhaust gas to about 100%: 20% of the recycle ratio of the external air and the exhaust gas. It is desirable to.
상기 송풍기는 상기 배기가스 재순환통로에 연결된 제1흡입구 및 외부공기를 입력하기 위하여 형성된 제2흡입구를 가지는 기체실(gas chamber)과, 상기 기체실에 연통되어 상기 버너의 연소용 공기구에 결합되며 그 내부에 위치된 임펠러(impeller)의 회전에 의해 상기 재순환된 배기가스와 외부공기가 혼합된 공기를 상기 버너의 연소용 공기로 공급하는 기체 공급부와, 상기 기체 공급부의 임펠러에 축 결합되어 고정되며, 구동신호의 입력에 따른 속도로 회전되어 상기 임펠러를 회 전시키는 전동기로 구성됨을 특징으로 한다. The blower is a gas chamber having a first inlet connected to the exhaust gas recirculation passage and a second inlet formed to input external air, and is connected to the gas chamber and coupled to a combustion air port of the burner. By the rotation of an impeller (internal) located therein is fixed to the gas supply unit for supplying the air mixed with the recycled exhaust gas and the outside air to the combustion air of the burner, and the impeller of the gas supply unit, The motor is rotated at a speed according to the input of a drive signal to rotate the impeller.
상기 제어유닛은 상기 보일러 동체의 유체의 온도/압력을 감지하는 보일러 부하감지센서와, 상기 배기가스 배출통로상에 설치되어 외부로 배출되는 배기가스의 NOx 함유량을 감지하는 NOx센서와, 상기 부하감지센서와 NOx센서의 출력을 디지털신호로 변환하는 ADC(Analog to Digital Convertor)와, 상기 보일러 부하감지센서의 출력에 대응하는 속도로 상기 송풍기의 회전을 제어하기 위한 인버터 제어신호(Inverter control signals) 및 NOx 감지신호에 대응한 댐퍼구동 제어신호(damper open/closed control signals)를 저장하고 있는 메모리와, 인버터제어신호에 대응하는 VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)된 구동신호를 상기 전동기로 제공하는 인버터와, 상기 ADC를 통하여 입력되는 보일러 부하감지신호에 대응하는 인버터제어신호와 NOx감지신호에 대응한 댐퍼구동신호를 상기 메모리로부터 액세스하여 상기 인버터 및 배기가스 재순환통로에 설치된 댐퍼로 공급하는 제어부로 구성함을 특징으로 한다. The control unit includes a boiler load detection sensor for detecting the temperature / pressure of the fluid in the boiler body, a NOx sensor installed on the exhaust gas discharge passage to sense the NOx content of the exhaust gas discharged to the outside, and the load detection An analog to digital converter (ADC) for converting the output of the sensor and the NOx sensor into a digital signal, an inverter control signal for controlling the rotation of the blower at a speed corresponding to the output of the boiler load sensing sensor; A memory for storing damper drive control signals corresponding to the NOx detection signal, an inverter for providing a drive voltage of a variable voltage variable frequency (VVVF) corresponding to the inverter control signal to the electric motor; The inverter control signal corresponding to the boiler load detection signal input through the ADC and the damper driving signal corresponding to the NOx detection signal are measured. Access from Li is characterized in that it consists of a control unit for supplying a damper is installed on the inverter, and an exhaust gas recirculation passage.
본 발명의 다른 원리에 따른 저 NOx 인버터 보일러의 연소 제어 방법은 불꽃이 연소되는 연소공간과, 상기 연소된 후의 가스를 배출하는 배기가스 배출통로와, 입력되는 연료와 연소용 공기의 혼합비에 대응하는 불꽃을 상기 연소공간에 제공하는 버너 및 상기 연소공간의 불꽃에 의해 내부에 채워진 물을 가열하여 가열된 유체를 토출하는 보일러 동체(boiler shell)와; 구동신호에 대응하는 속도로 회전되는 송풍기를 가지며, 상기 송풍기의 구동에 의하여 상기 배기가스 배출통로에 연결되어 상기 배기가스의 일부만을 재순환 입력하는 재순환입구를 통한 배기가스와 외 부공기입구를 통한 연소용 공기를 흡입·혼합하여 상기 버너의 연소공간으로 공급하는 송풍기를 구비하여, 상기 보일러 동체 내의 유체의 온도/압력으로서 보일러의 부하를 감지하는 과정과; 상기 감지된 보일러 부하에 비례하여 상기 송풍기의 회전속도를 가감속하는 송풍기 회전속도 제어과정을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다. The combustion control method of a low NOx inverter boiler according to another principle of the present invention corresponds to a combustion space in which a flame is combusted, an exhaust gas discharge passage for discharging the gas after combustion, and a mixing ratio of input fuel and combustion air. A burner for providing a flame to the combustion space and a boiler shell for heating the water filled therein by the flame in the combustion space to discharge the heated fluid; Combustion through exhaust gas and external air inlet through a recirculation inlet having a blower that is rotated at a speed corresponding to a drive signal and connected to the exhaust gas discharge passage by driving the blower to recirculate only a portion of the exhaust gas. A blower configured to suck and mix air for supply to the combustion space of the burner, and detect the load of the boiler as the temperature / pressure of the fluid in the boiler body; And a blower rotational speed control process for accelerating and decelerating the rotational speed of the blower in proportion to the detected boiler load.
상기 송풍기 회전속도 제어과정은 상기 감지된 보일러의 부하가 증가될 때 상기 송풍기의 회전속도를 증속하는 과정과, 상기 감지된 보일러의 부하가 감소될 때 상기 송풍기의 회전속도를 감속하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 한다. The blower rotational speed control process includes the step of increasing the rotational speed of the blower when the load of the detected boiler is increased and the process of reducing the rotational speed of the blower when the load of the detected boiler is reduced. It features.
상기와 같은 본 발명의 저 NOx 인버터 보일러 및 그 연소 제어 방법은 버너의 점화에 의하여 보일러 동체 내부의 연소가스를 배출하는 배기가스 배출통로에 연결된 배기가스 재순환통로를 상기 버너에 연소용 공기로 공급하는 송풍기의 일측에 형성된 배기가스 재순환구에 연결하고, 상기 송풍기의 회전속도를 보일러 동체의 부하에 비례하여 제어함으로써 보일러의 부하에 따라 항상 일정비율의 배기가스를 버너로 재순환하여 연소공간의 온도를 낮춤으로써 NOx의 발생을 억제할 수 있다. The low NOx inverter boiler and the combustion control method of the present invention as described above is to supply the exhaust gas recirculation passage connected to the exhaust gas discharge passage for discharging the combustion gas inside the boiler body by the ignition of the burner to the burner air. It is connected to the exhaust gas recirculation port formed at one side of the blower, and by controlling the rotational speed of the blower in proportion to the load of the boiler body, the exhaust gas is always recycled to the burner according to the load of the boiler to lower the temperature of the combustion space. As a result, generation of NOx can be suppressed.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 보다 상세하게 설명한다. 하기에 설명되는 본 발명의 실시 예에 따른 도면은 노통 연관식 콘덴싱 보일러의 구조에 적용한 것을 나타내고 있으나, 노통 연관식 콘덴싱 보일러가 아닌 관류 보일러도 적용이 가능함에 유의하여야 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Although the drawings according to the embodiment of the present invention described below are applied to the structure of the furnace-associated condensing boiler, it should be noted that a perfusion boiler may be applied instead of the furnace-associated condensing boiler.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 저 NOx 인버터 보일러의 정면도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 저 NOx 인버터 보일러의 종단면 및 회로 전개도이다. 1 is a front view of a low NOx inverter boiler according to a preferred embodiment of the present invention, Figure 2 is a longitudinal sectional view and a circuit development of the low NOx inverter boiler according to a preferred embodiment of the present invention.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 저 NOx 인버터 보일러(10)는 원통형상으로 밀폐된 구조를 가지고 그 내부가 워터-셀(water-shell)(17)을 형성하는 보일러 동체(12)를 갖는다. 상기 보일러 동체(12)의 내부에는 일측이 개구되어 버너(18)와 결합되며, 상기 버너(18)의 분사노즐(20)로부터 제공되는 불꽃을 연소하는 연소 공간(15)을 형성하는 노통(furance)(14)이 설치되고, 상기 노통(14)의 상부에는 노통(14)의 내부에 채워진 배기가스(연소완결가스)를 보일로 동체(12)의 외부로 배출하기 위한 연관(Smoke tube)(16)이 설치되어 있다. 1 and 2, a low
상기 버너(18)의 하부에는 구동신호의 입력에 응답하는 속도로 회전되어 제1흡입구와 제2흡입구를 통한 기체를 혼합하여 상기 버너(18)의 연소 공간(15)으로 공급하기 위한 송풍기(22)가 설치된다. The
상기 보일러 동체(12)의 전면에 형성된 연관(16)의 개구부측의 상부에는 프리히터(24)가 설치되어 상기 연관(16)으로부터 배출되는 연소완결가스(배기가스)의 열로서 상기 송풍기(22)에 의하여 공급되는 연소용 공기를 예열하여 상기 버너(28)의 연소 공간(15)으로 공급한다. 이러한 프리히터(24)는 배기가스의 온도를 낮추고 연소용 공기를 예열하는 히트 파이프 에어 프리히터(Heat pipe Air pre-heater)를 이용할 수 있다. A
상기 프리히터(24)의 배기가스 배출구 측에는 절탄기(economizer)(26)를 통하여 연도(flue)(28)가 연결되어 있다. 상기 연도(28)는 주지된 바와 같이 버너(18)에서 연소 완결 가스, 즉, 배기가스를 배출하는 배기가스 배출통로이다. 상기 연도(28)의 내부에는 배기가스에 포함된 NOx의 함유량을 감지하는 NOx센서(31)가 부착되어 있다. A
그리고 상기 연도(28)와 상기 송풍기(22)의 제1흡입구의 사이에는 상기 연도(28)로 배출되는 배기가스의 일부를 상기 버너(18)의 연소공간으로 재순환시키기 위한 배기가스 재순환통로(EGC-P : Emission Gas Recirculation Pass)가 연결되어 있고, 상기 배기가스 재순환통로(EGC-P)의 내부에는 개폐구동신호(D-CTL: damper open/close control signals)에 따라 작동되는 댐퍼(27)가 설치되어 있다. And between the
상기 보일러 동체(12)의 일측, 예를 들면, 상부측에는 보일러 작동에 필요한 유체, 예를 들면, 물(water)을 워터-쉘(17)로 공급하기 위한 급수밸브(V1)와 상기 버너(18)의 작동에 의하여 내부에서 가열된 중온수 또는 가열 발생된 증기를 보일러 동체(12)의 외부로 토출하기 위한 토출밸브(V2)가 설치되어 있다. On one side of the
또한, 상기 토출밸브(V2)의 출구에는 중온수/증기 이송관(SS)이 연결되고, 상기 보일버 동체(12)의 상부에는 워터-쉘(17)내부에 채워진 유체, 즉, 보일러 작동수의 온도 또는 그로부터 배출되는 증기의 압력을 감지하는 보일러 부하감지센서(29)가 설치된다. 이러한 보일러 부하감지센서(29)는 보일러의 종류에 따라 온도센서 또는 압력센서가 이용된다. 예를 들면, 저 NOx 인버터 보일러(10)의 최종 부하의 출력이 중온수인 경우에는 온도센서가 적용되며, 최종 부하의 출력이 증기로 출력되는 경우에는 압력센서가 적용된다.In addition, the hot water / steam transfer pipe (SS) is connected to the outlet of the discharge valve (V2), the fluid filled in the water-shell (17) in the upper portion of the
도 1 및 도 2에 도시된 송풍기(22)의 회전수(RPM)는 상기 보일러 부하감지센서(29)의 출력에 비례하여 구동신호를 발생하는 제어유닛(30)에 의해 인버터 제어되고, 배기가스 재순환통로(EGC-P)의 내부에 설치된 댐퍼(27)는 상기 연도(28)에 설치된 NOx감지센서(31)의 출력을 입력하는 상기 제어유닛(30)로부터 출력되는 댐퍼구동신호(D-CTL)에 의해 개폐된다. The rotation speed RPM of the
도 2에 도시된 제어유닛(30)은 상기 보일러 동체(12)에 설치된 보일러 부하감지센서(29)의 출력과 상기 연도(28)에 설치된 NOx감지센서(31)의 출력을 디지털신호로 변환하는 ADC(32)와, 상기 ADC(32)를 통한 보일러 부하감지신호에 대응하는 속도로 상기 송풍기(22)의 회전 속도를 제어하기 위한 인버터 제어신호 및 NOx 감지신호에 대응한 댐퍼구동 제어신호(D-CTL)를 저장하고 있는 메모리(34)와, 인버터제어신호에 대응하는 VVVF 된 구동신호를 상기 송풍기(22)로 제공하는 인버터(36)와, 상기 ADC(32)를 통하여 입력되는 보일러 부하감지신호 및 NOx감지신호에 대응한 인버터제어신호와 댐퍼구동신호(D-CTL)를 상기 메모리(34)로부터 액세스하여 상기 인버터(36) 및 배기가스 재순환통로(EGC-P)에 설치된 댐퍼(27)로 각각 공급하는 제어부(38)로 구성되어 있다. The
본 발명의 실시 예에서는 메모리(34)와 ADC(32) 및 제어부(36)가 서로 다른 블록으로 구성되어 있으나, ADC 입력포트를 가지고 있으며 내장 메모리가 큰 마이크로프로세서로 설계하는 경우 1칩 프로세서(One chip processor)로서 구현이 가능함에 유의하여야 한다. 도 1에서 미 설명된 참조부호 13은 보일러 동체(12)의 내부 워터-쉘(17)의 수위를 알기 위한 수면계이다. In the exemplary embodiment of the present invention, the
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 송풍기의 사시도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 송풍기(22)는 연도(28)에 일측이 연결된 배기가스 재순환통로(EGC-P)의 타측이 연결되는 제1흡입구(22B) 및 외부공기를 입력하기 위하여 형성된 제2흡입구(22C)를 가지는 기체실(gas chamber)(22A)과, 상기 기체실(22A)에 연통되어 상기 버너(18)의 연소용 공기구에 결합되며 그 내부에 위치된 임펠러(impeller)(22F)의 회전에 의해 상기 재순환된 배기가스와 외부공기가 혼합된 공기를 상기 버너(18)의 연소용 공기로 공급하는 기체 공급부(22D)와, 상기 기체 공급부(22D)의 임펠러(22F)에 축 결합되어 고정되며, 구동신호의 입력에 따른 속도로 회전되어 상기 임펠러(22F)를 회전시키는 전동기(22E)로 구성되어 있다. 상기 구성 중 제2흡입구(22C)에는 이물질이 내부로 흡입되지 않도록 하기 위한 메시망(mesh net)이 설치된다. 3 is a perspective view of the blower shown in FIGS. 1 and 2. Referring to FIG. 3, the
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 저 NOx 인버터 보일러(10)의 연소 흡입 공기 제어 흐름도로서, 도 2에 도시된 제어유닛(30)내의 제어부(38)내의 롬 영역에 마스크 된 프로그램이다. 4 is a flow chart illustrating a combustion intake air control of the low
이하 본 발명의 실시 예에 따른 저 NOx 인버터 보일러(10)의 동작 및 NOx 억제 연소 과정을 첨부한 도 1 내지 도 4를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다. Hereinafter, the operation of the low
도 1 및 도 2에 도시된 보일러 동체(12)의 워터 쉘(17)에 보일러 작동에 필요한 유체, 바람직하기론 물(water)이 적절한 레벨로 채워진 상태에서, 점화장치(점화장치는 보일러 시스템에서 주지관용의 기술임)가 작동되어 버너(18)가 점화되 면, 송풍기(22)의 전동기(22E)는 초기 설정된 속도로 회전되고, 점화장치(보일러에서 점화장치는 주지관용의 기술이므로, 구체적인 설명은 생략함)의 작동에 의하여 버너(18)의 노즐(20)로부터는 불꽃이 제공된다. 상기 버너(18)로부터 발생되는 불꽃이 연소 공간(15)에서 연소되면 보일러 동체(12)의 노통(14)에 채워진 연소완결가스, 즉, 배기가스는 연관(16), 프리히터(24), 절탄기(26) 및 연도(28)의 경로를 통하여 외부로 배출된다. In the state in which the
상기 연도(28)로 배출되는 연소완결가스, 즉 배기가스의 일부는 배기가스 재순환통로(EGC-P)를 통하여 송풍기(22)의 제1흡입구(22B)로 재순환된다. 상기 배기가스 재순환통로(EGC-P)의 내부에는 연도 댐퍼(27)가 설치되어 있으며, 상기 댐퍼(27)의 개도량은 연도(28)로부터 배출되는 배기가스량의 약 20%가 재순환되도록 설정되어 있다. Part of the combustion-complete gas discharged to the
한편, 도 2의 보일러 동체(12)에 설치된 보일러 부하감지센서(29)는 보일러 동체(12)내의 워터-쉘(17)에 채워진 유체의 온도, 즉, 중온수의 온도 또는 증기의 압력을 감지하여 해당 감지신호를 제어유닛(30)내의 ADC(32)에 입력시키며, 연도(28)에 설치된 NOx센서(31)는 버너(18)의 연소에 의하여 노통(14)의 연소 공간(15)으로부터 연관(16), 프리히터(24), 절탄기(26)를 통해 외부로 배출되는 배기가스에 포함된 NOx를 감지하여 상기 ADC(32)로 입력시킨다. Meanwhile, the
상기 ADC(32)는 입력되는 보일러 부하감지신호와 NOx감지신호를 디지털신호로 변환하여 제어부(38)로 제공한다. 이때 제어부(38)는 도 4의 S1과정에서 상기 보일러 부하감지신호를 체크하고, S2과정에서 상기 감지된 보일러 부하감지신호에 대응하는 인버터제어신호를 메모리(34)로부터 액세스하여 인버터(36)에 공급한다. 여기서, 인버터제어신호라 함은 인버터(36)로부터 출력되는 전압과 주파수를 변경하기 위한 것으로서, 최종적으로 보일러 부하에 정비례하여 송풍기(22)내 전동기(22E)의 회전속도를 증속·감속하기 위한 것이다. The
예를 들면, 보일러 동체(12)내의 중온수의 온도가 높거나 증기의 압력이 높아 보일러 부하가 큰 상태라면 송풍기(22)내의 전동기(22E)의 회전속도를 감소시키기 위한 인버터제어신호를 출력하고, 이와 반대로 보일러 동체(12)내의 중온수의 온도가 낮거나 증기의 압력이 낮아 보일러 부하가 작은 상태라면 송풍기(22)의 전동기(22E)의 회전속도를 감속시키기 위한 인버터제어신호를 출력한다. For example, when the temperature of the hot water in the
상기 제어부(38)로부터 인버터제어신호를 입력하는 인버터(36)는 입력되는 인버터제어신호에 대응하여 VVVF된 구동신호를 송풍기(22)의 전동기(22E)로 공급하며, 상기 전동기(22E)는 구동신호에 대응하는 속도로 회전된다. The
상기 송풍기(22)내의 전동기(22E)가 인버터(36)의 제어에 의하여 증속 또는 감속 회전되면, 상기 전동기(22E)의 축에 결합된 임펠러(22F)가 기체 공급부(22D)내의 기체를 버너(18)의 연소공간으로 압입 송풍한다. 이때, 상기 송풍기(22)의 기체 공급부(22D)의 일측은 배기가스 재순환통로(EGC-P)에 연결된 제1흡입구(22B)와 외부공기를 흡입하기 위한 제2흡입구(22C)가 형성된 기체실(22A)에 연통하고 있다. When the
상기 송풍기(22)의 구동에 의하여 제1흡입구(22B)를 통하여 재순환되는 배기가스와 제2흡입구(22C)를 통한 외부 연소용 공기가 혼합된 것이 버너(18)의 연소용 공간(15)으로 공급됨으로써 버너(18)의 연소용 공기를 완전연소에 충분한 질량의 유량으로 안정되게 할 수 있다. 또한, 상기 버너(18)로부터 제공되는 불꽃의 온도가 크게 변화하지 않으므로 충분한 저 NOx화를 도모할 수 있는 온도로 안정되게 유지할 수 있어 NOx의 발생량을 낮게 억제할 수 있다. The exhaust gas recycled through the
상기 도 4의 S2과정에서 보일러 부하량에 대응하여 송풍기(22)내의 전동기(22E)의 회전수를 제어한 제어부(38)는 S3과정에서 ADC(32)를 통하여 연도(28)에 설치된 NOx센서(31)의 출력을 읽어 들인다. 이후, 제어부(38)는 S4과정에서 상기 NOx센서(31)에 의하여 감지된 배기가스의 NOx 감지량과 미리 설정된 값을 비교하여 상기 감지된 NOx감지량이 미리 설정된 값을 초과하였는지를 비교 검색한다. 여기서, 미리 설정된 값이라 함은 약 60ppmㅁ5%의 값으로 설정된 것으로서, 변경이 가능한 값이다. In the process S2 of FIG. 4, the
상기 S4과정의 검색결과, NOx센서(31)에 의하여 감지된 배기가스의 NOx감지량이 설정 값을 초과하는 경우라고 판단되면, 제어부(38)는 S5과정에서 배기가스 재순환통로(EGC-P)의 내부에 설치된 댐퍼(27)의 개도량을 제어하기 위한 댐퍼구동신호(D-CTL)를 출력하여 송풍기(22)의 제1흡입구(22B)로 재순환되는 배기가스의 양을 보정한다.If it is determined that the NOx detection amount of the exhaust gas detected by the
예를 들면, 배기가스 배출통로(28)로 배출되는 배기가스의 NOx량이 설정치를 초과하는 경우, 댐퍼(27)를 열림 방향으로 스텝(step) 구동하여 배기가스 재순환통로(EGC-P)를 통해 송풍기(22)의 제1흡입구(22B)로 공급되는 배기가스의 재순환량을 증가시켜 버너(18)의 연소공간의 온도를 더욱 낮춘다. 상기와 같은 재순환 배기가스량의 보정에 의하여 버너(18)의 연소상태를 보다 안정적으로 할 수 있는데다가, NOx 발생량을 보다 안정되고 낮게 억제할 수 있다. For example, when the NOx amount of the exhaust gas discharged to the exhaust
상기한 실시 예에서는 연도(28)에 NOx센서(31)를 설치하고, 상기 NOx센서(31)의 출력에 따라 배기가스 재순환통로(EGC-P)의 내부에 설치된 댐퍼(27)의 개폐량을 제어하는 구성을 설명하였으나, 상기 NOx센서(31)가 설치되지 아니한 경우 상기 댐퍼(27)를 수동 조작에 의하여 개폐되는 수동댐퍼로 교체하여 수동으로 조작할 수 있다. 이러한 경우, 송풍기(22)의 전동기(22E)의 회전수만이 제어부(38)의 도 4의 S1, S2과정에 의해 인버터 제어되어 보일러 부하에 따라 비례 조절된다. 본 발명은 이러한 기술적 구성까지도 청구될 것이다. In the above-described embodiment, the
또한 본 발명의 실시 예에서는 보일러의 부하를 감지하기 위한 유체 온도감지센서 또는 압력감지센서로 구성되는 보일러 부하감지센서(29)을 보일러 동체(12)에 설치한 것을 설명하였으나, 워터-쉘(17)의 중온수 또는 증기 토출구에 설치하여서도 동일한 작용을 할 수 있다는 것은 당 기술분야에 종사하는 자들에게 있어서는 자명한 것임을 인식하여야 한다. In addition, the embodiment of the present invention has been described that the
상기한 바와 같이 본 발명에 실시 예에 따른 저 NOx 인버터 보일러 및 그 연소 제어 방법은 버너에 연소용 공기를 공급하는 송풍기의 흡입구에 배기가스 재순환 통로를 연결하고, 상기 송풍기내의 전동기를 보일러 부하량에 적응하여 회전시켜 배기가스와 외부 연소용 공기가 혼합된 것을 버너의 연소용 공기로 제공함으로써 보일러의 부하가 변동되더라도 NOx 발생량을 보다 안정되고 낮게 억제할 수 있 다. As described above, the low NOx inverter boiler and the combustion control method according to the embodiment of the present invention connect the exhaust gas recirculation passage to the inlet of the blower for supplying combustion air to the burner, and adapt the electric motor in the blower to the boiler load. By rotating to provide a mixture of exhaust gas and external combustion air as the combustion air of the burner, even if the load of the boiler changes, the amount of NOx generated can be more stably and lowered.
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