KR100972284B1 - 보일러 주증기 및 재열증기 운전 장치의 감시 방법 - Google Patents

보일러 주증기 및 재열증기 운전 장치의 감시 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 보일러 주증기 및 재열증기 운전 장치의 감시 방법에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 주증기와 재열증기의 온도 및 과열 저감기의 운전 감시 방법을 최적화하여 증기관 과열 및 터빈의 물 유입 등을 방지하는데 있다.
이를 위해 본 발명은 1차 과열기 및 최종 과열기를 통한 주증기가 고압 터빈에 공급되고, 상기 1차 과열기에는 1차 과열 저감기가 설치되고, 상기 최종 과열기에는 최종 과열 저감기가 설치된 주증기부와, 상기 고압 터빈에 연결된 1차 재열기 및 최종 재열기를 통한 재열증기가 중압 터빈에 공급되고, 상기 최종 재열기에는 재열기 과열 저감기가 설치된 재열증기부로 이루어진 보일러 주증기 및 재열증기 운전 장치의 감시 방법에 있어서, 상기 주증기부중에서 상기 최종 과열기의 온도 설정치와, 상기 최종 과열기에 연결된 다수의 증기관중 적어도 어느 하나의 실제 온도 사이에 발생되는 편차가 미리 결정된 설정치보다 크면, 경보를 취명함을 특징으로 하는 보일러 주증기 및 재열증기 운전 장치의 감시 방법을 개시한다.
주증기, 재열증기, 운전, 감시, 과열 저감기

Description

보일러 주증기 및 재열증기 운전 장치의 감시 방법{Methode of operation monitoring for boiler main steam and reheater steam}
본 발명은 보일러 주증기 및 재열증기 운전 장치의 감시 방법에 관한 것이다.
500MW급 표준 석탄 화력 발전소는 관류형 보일러로 주증기는 초임계압(246kg/cm2)과 초고온(540℃)의 증기를 이용하며, 증기관의 과열로 인한 튜브 손상 및 급수 또는 과열 저감기로부터의 물 과다 공급으로 터빈에 습증기 및 물 유입을 방지하기 위하여 운전 상태 감시가 매우 중요하다. 특히 터빈으로의 물 유입은 터빈의 심각한 손상을 초래할 수 있으므로 사전 예방을 위한 다각적인 감시 장치가 필요하다.
도 1a는 보일러 주증기 및 재열증기 운전 장치의 감시 방법을 도시한 계통도이고, 도 1b는 컴퓨터에 표시되는 운전 감시 화면이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 일반적인 500MW급 표준 석탄 화력 보일러의 주증기 및 재열증기 운전 감시 장치는 보일러로 급수를 공급하는 급수펌프와, 급수펌프 로부터의 물을 증기화시키는 수냉벽과, 고온, 고압의 증기를 생산하는 1차 과열기 및 최종 과열기와, 주증기의 온도를 설정치(540℃)로 제어하기 위하여 1차 과열기 및 최종 과열기의 전단에 각각 설치된 1차 과열 저감기 및 최종 과열 저감기와, 상기 최종 과열기로부터의 고온,고압 증기가 공급되어 동작하는 고압 터빈과, 상기 고압 터빈을 통과한 질이 떨어진 증기가 재가열되는 1차 재열기 및 최종 재열기와, 재열증기의 온도를 설정치(540℃)로 제어하기 위하여 1차 재열기의 후단에 설치되어 물을 분사하는 재열기 과열 저감기와,상기 최종 재열기로부터의 고온,고압의 증기가 공급되어 동작하는 중압 및 저압 터빈을 포함한다. 이러한 중압 및 저압 터빈에서 일을 한 습증기는 콘덴서에서 물로 응축되어 다시 재순환된다.
상기 과열기 및 재열기는 보일러 내부에 수십 개의 관으로 설치되어 있으며, 온도의 불균형을 방지하기 위하여 각 헤더(Header)로 모여 4개의 관으로 다른 과열기 및 재열기로 각각 연결되어 있고, 각 관의 온도를 검출하고 과열 저감수를 분사하여 온도제어를 한다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 컴퓨터에 표시되는 운전 감시 화면에는 각 부위의 온도 신호가 하나의 화면에 숫자로 표시되고, 여러 부위에 분포되어, 이상 상태를 육안으로 조기 인식하기 어렵다. 따라서, 신속한 조치가 불가능하며, 비정상 운전 감시 장치가 미흡하여 종래의 기술로는 튜브 과열 및 온도 편차, 과열 저감기 노즐 막힘, 터빈으로 물 유입 등의 문제 발생시 신속한 고장 조치가 어렵다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 500MW급 석탄 화력 보일러의 주증기와 재열증기의 온도 및 과열 저감기의 운전 감시 방법을 최적화하여 증기관 과열 및 터빈의 물 유입 등을 방지할 수 있는 보일러 주증기 및 재열증기 운전 장치의 감시 방법을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 보일러 주증기 및 재열증기 운전 장치의 감시 방법은 1차 과열기 및 최종 과열기를 통한 주증기가 고압 터빈에 공급되고, 상기 1차 과열기에는 1차 과열 저감기가 설치되고, 상기 최종 과열기에는 최종 과열 저감기가 설치된 주증기부와, 상기 고압 터빈에 연결된 1차 재열기 및 최종 재열기를 통한 재열증기가 중압 터빈에 공급되고, 상기 최종 재열기에는 재열기 과열 저감기가 설치된 재열증기부로 이루어진 보일러 주증기 및 재열증기 운전 장치의 감시 방법에 있어서, 상기 주증기부중에서 상기 최종 과열기의 온도 설정치와, 상기 최종 과열기에 연결된 다수의 증기관중 적어도 어느 하나의 실제 온도 사이에 발생되는 편차가 미리 결정된 설정치보다 크면, 경보를 취명함을 특징으로 한다.
상기 최종 과열기의 각 증기관에는 적어도 2개의 개소에서 온도가 계측되며, 상기 계측된 2개의 온도 편차가 미리 결정된 설정치보다 크면, 경보를 취명함을 특징으로 한다.
상기 최종 과열 저감기의 밸브 지령 신호와 밸브 개도 신호 사이에 발생되는 편차가 미리 결정된 제1설정치보다 크면, 경보를 취명함을 특징으로 한다.
상기 최종 과열 저감기의 밸브 지령 신호와 밸브 개도 신호 사이에 발생되는 편차가 미리 결정된 제2설정치보다 크면, 상기 최종 과열 저감기의 제어 모드를 수동 모드로 절체함을 특징으로 한다.
상기 주증기부의 과열 저감기의 분사 압력에 따른 유량을 보정하고, 상기 보정된 유량에 과열 저감기의 밸브 개도를 곱하여 유량을 산출하는 방식으로 모든 증기관을 통한 유량을 합산하여 계산하고, 상기와 같이 합산하여 계산된 유량을 1차 과열 저감기와 최종 과열 저감기의 유량계로부터 얻은 합산된 최종 유량과 비교하여, 편차가 설정치 이상 발생하면 경보를 취명함을 특징으로 한다.
상기 재열증기부의 과열 저감기의 분사 압력에 따른 유량을 보정하고, 상기 보정된 유량에 과열 저감기의 밸브 개도를 곱하여 유량을 산출하는 방식으로 모든 증기관을 통한 유량을 합산하여 계산하고, 상기와 같이 합산하여 계산된 유량을 과열 저감기의 유량계로부터 얻은 합산된 최종 유량과 비교하여, 편차가 설정치 이상 발생하면 경보를 취명함을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 보일러 주증기 및 재열증기 운전 장치의 감시 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 각 증기관 부위별로 육안 비교가 용이하도록 막대 그래프로 화면을 구성 하여 보일러 내부 연소 편류, 버너 분사각도 조절기 및 과열 저감기 오동작, 온 도 계측기의 오신호 등 비정상 운전 상태를 조기에 발견 가능하다.
둘째, 과열기 및 재열기의 온도 설정치와 실제 온도 편차 및 각 증기관에 2개의 온도 신호 중 상호 편차가 설정치(12℃) 이상 발생시 경보를 취명하고, 과열 저감기의 밸브 지령 신호 대비 밸브 개도 편차가 10% 이상일 경우 경보를 취명하고, 15%이상일 경우 제어 모드를 수동으로 절체하여 터빈으로의 물 유입, 증기관의 과열 및 온도 계측기 오동작을 조기에 감시 가능하다.
셋째, 과열기 및 재열기의 과열 저감기 밸브 개도와 분사 압력에 따른 계산된 유량을 산출하고, 분사수 유량계와 편차가 10% 이상 발생하면 경보를 취명토록 하여 분사수 노즐 막힘, 유량계 오동작 등을 조기 발견하여 과열기 및 재열기 과열을 예방 할 수 있다.
상기와 같이 하여, 보일러 주증기 및 재열증기 계통 감시를 최적화함으로써 증기관 과열, 터빈 물 유입, 분사수 노즐 막힘, 계측기 오동작을 조기 감지하여 신속한 조치로 파급 고장을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
여기서, 이하에 설명되는 보일러 주증기 및 재열증기 운전 장치의 하드웨어적인 구성은 도 1에 도시된 것과 동일한 것이다. 즉, 본 발명은 종래와 동일한 하드웨어 구성을 하므로, 하드웨어 구성에 대한 설명은 최소화하고, 이러한 하드웨어 로부터 얻은 정보를 이용하여 소정 제어 동작을 구현하는 소프트웨어를 중심으로 설명한다.
다만, 여기서 1차 과열기, 최종 과열기, 고압 터빈, 1차 과열 저감기 및 최종 과열 저감기로 이루어진 구성을 주증기부로 정의하고, 1차 재열기, 최종 재열기, 중압 터빈 및 재열기 과열 저감기로 이루어진 구성을 재열증기부로 정의한다.
도 2는 본 발명에 따라 컴퓨터에 표시되는 보일러 주증기 및 재열증기 운전 감시 화면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 각 증기관 부위별로 육안 비교가 용이하도록 막대 그래프 형태로 화면을 구성하여 편차 상태를 쉽게 구분 할 수 있도록 하였다. 최종 과열기의 온도 설정치(FINAL SH TEMP SP)(1: 541℃)에 따라 최종 과열기의 온도(FINAL SH T)(2: 541℃)가 1차 과열 저감기(Pri Spray)(3)와 최종 과열 저감기(Final Spray)(4)의 물 분사량으로 제어되며, 정상 상태에서는 4개의 각 증기관 온도와 과열 저감기 밸브 개도는 10% 이내의 편차로 운전된다. 따라서 과도한 편차 발생은 보일러 내부 연소 편류, 과열 저감기 오동작, 온도계측기 오신호 등으로 추정 할 수 있다.
최종 재열기 온도 설정치(FINAL RH TEMP SP)(7: 541℃)에 따라 최종 재열기 온도(FINAL RH T)(8: 543℃)가 보일러 버너 분사 각도(BNR Tilt)(10) 및 재열기 과열 저감기(RH Spray)(9)의 물 분사량으로 제어되며, 과열기와 동일하게 정상 상태에서는 4개의 각 증기관 온도와 과열 저감기 밸브 개도는 10% 이내의 편차로 운전된다. 따라서 과도한 편차 발생은 터빈으로 보일러 내부 연소 편류, 버너 분사각도 조절기 및 과열 저감기 오동작, 온도계측기 오신호 등으로 추정 할 수 있다.
도면 부호 5 및 11은 최종 과열 저감기 및 재열기 과열 저감기에 의한 물분사 유량을 각각 표시한 것이며, 도면 부호 6 및 12는 최종 과열 저감기 및 재열기 과열 저감기에서 실측치와 계산치를 각각 표시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 보일러 주증기 및 재열증기 운전 장치의 감시 방법중 최종 과열기 온도 편차 경보 방법을 도시한 것이다.
고압 터빈 및 중압 터빈으로 각각 유입되는 최종 과열기와 최종 재열기의 증기 온도 감시가 가장 중요하다. 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이 최종 과열기 온도 설정치(1)와 4개의 증기관중 1개관의 실제 온도(2) 사이에 발생되는 편차(3)가 설정치(12℃)보다 크면, 경보를 취명(4)하도록 한다. 이러한 방법은 나머지 3개의 증기관에도 동일하게 적용된다.
도 4는 본 발명에 따른 보일러 주증기 및 재열증기 운전 장치의 감시 방법중 최종 과열기 온도 편차 경보 방법을 도시한 것이다.
최종 과열기에 연결된 4개의 증기관에는 각각 2개의 온도 계측기가 설치되어 있어 이중으로 사용되며, 이중화된 신호 중 1개(5)와 나머지 신호(6) 사이의 편차(7)가 설정치(12℃)를 초과하게 되면, 경보를 취명(8)하도록 한다. 이러한 방법은 나머지 3개의 증기관에도 동일하게 적용된다.
더불어, 최종 재열기의 경보 회로도 동일하게 구성하며, 최종 과열기 및 최종 재열기의 온도 설정치와 실제 온도의 편차는 실제 온도가 높을 경우 과열의 우려가 있고 낮을 경우 터빈으로 물 및 습증기 유입 가능성이 있으므로 발생 초기에 경보를 취명하게 하여 신속한 조치가 가능하도록 하여, 파급 고장을 사전에 예방한다.
도 5는 본 발명에 따른 보일러 주증기 및 재열증기 운전 장치의 감시 방법중 최종 과열기 과열 저감기의 제어 편차 경보 방법을 도시한 것이다.
과열 저감기의 밸브 오동작을 차단하기 위하여 예를 들면, 최종 과열 저감기의 경우 최종 과열 저감기의 밸브 지령 신호(9)와 최종 과열 저감기의 밸브 개도 신호(10) 사이에 편차(11)가 10% 이상 발생하면 경보를 취명(12)한다. 이러한 방법은 최종 과열 저감기뿐만 아니라 1차 과열 저감기 및 재열기 과열 저감기에도 모두 동일하게 적용된다.
도 6은 본 발명에 따른 보일러 주증기 및 재열증기 운전 장치의 감시 방법중 최종 과열기 과열 저감기 제어 모드 수동 절체 방법을 도시한 것이다.
도 6에 도시된 바와 같이 본 발명은 최종 과열 저감기의 밸브 지령 신호(13)와 최종 과열 저감기의 밸브 개도 신호(14) 사이에 편차(15)가 15% 이상 발생하면 최종 과열 저감기의 제어 모드를 수동으로 절체(16)하여, 과열 저감기의 오동작으로 분사수 과도 유입으로 인한 터빈 물 유입을 방지한다. 이러한 방법은 최종 과열 저감기뿐만 아니라 1차 과열 저감기 및 재열기 과열 저감기에도 모두 동일하게 적용된다.
도 7은 본 발명에 따른 보일러 주증기 및 재열증기 운전 장치의 감시 방법중 과열 저감기 유량 편차 경보 방법을 도시한 것이다.
과열 저감기의 분사수 노즐의 막힘 상태 및 분사수 유량계의 건전성을 감시하는 장치로서 주증기측의 과열 저감기는 1차 과열 저감기와 최종 과열 저감기로 나누어 설치되어 있고, 재열증기측에는 최종 재열기에만 재열기 과열 저감기가 설치되어 있다.
상기 나열한 각 과열 저감기의 분사수 압력(1)에 따른 유량을 보정(2)하고 과열 저감기의 밸브 개도(3)를 곱하여 1개 증기관의 유량을 산출하고, 나머지 3개의 과열 저감기도 동일한 방법(5)을 이용하여 유량을 산출한 후, 이들을 합산(6)하고, 이어서 계산된 과열 저감기 유량(7)을 산출한다.
주증기측의 경우 1차 과열 저감기와 최종 과열 저감기의 유량을 합산하여 최종 유량을 산출한 값과, 상기 분사수 유량(8)을 비교하여, 편차(9)가 10% 이상 발생하면 경보를 취명(10)한다.
재열증기측의 경우 재열기 과열 저감기의 계산된 유량을 상기와 동일한 방법으로 산출하고, 재열기 과열 저감기의 분사수 유량과 편차가 10% 이상 발생하면 경보를 취명하도록 한다.
여기서, 도 2의 도면 부호 6 및 12에서와 같이 분사수 유량과 계산된 유량 트랜드를 구성하여 실시간 비교 감시가 가능하다.
분사수는 열 충격 완화를 위하여 가는 노즐을 통하여 분사되므로, 이물질(스케일) 등으로 막힘 현상이 발생하면, 분사수 유량계보다 계산된 유량이 높게 나타나므로 이러한 상태의 확인이 가능하다.
아울러 유량계의 오지시도 편차 상태로 간접 확인이 가능하며, 10% 이상 편차가 발생하면 경보를 취명토록 구성하여 비정상 운전 상태를 조기에 발견함으로써 과열기 및 재열기 과열을 예방 할 수 있다.
이러한 본 발명은 표준 석탄 화력 500MW급 발전소 보일러뿐만 아니라 증기터빈을 이용하는 기력 보일러에는 모두 적용이 가능하다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 보일러 주증기 및 재열증기 운전 장치의 감시 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
도 1a는 보일러 주증기 및 재열증기 운전 장치의 감시 방법을 도시한 계통도이고, 도 1b는 컴퓨터에 표시되는 운전 감시 화면이다.
도 2는 본 발명에 따라 컴퓨터에 표시되는 보일러 주증기 및 재열증기 운전 감시 화면이다.
도 3은 본 발명에 따른 보일러 주증기 및 재열증기 운전 장치의 감시 방법중 최종 과열기 온도 편차 경보 방법을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 보일러 주증기 및 재열증기 운전 장치의 감시 방법중 최종 과열기 온도 편차 경보 방법을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 보일러 주증기 및 재열증기 운전 장치의 감시 방법중 최종 과열기 과열 저감기의 제어 편차 경보 방법을 도시한 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 보일러 주증기 및 재열증기 운전 장치의 감시 방법중 최종 과열기 과열 저감기 제어 모드 수동 절체 방법을 도시한 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 보일러 주증기 및 재열증기 운전 장치의 감시 방법중 과열 저감기 유량 편차 경보 방법을 도시한 것이다.

Claims (6)

1차 과열기 및 최종 과열기를 통한 주증기가 고압 터빈에 공급되고, 상기 1차 과열기에는 1차 과열 저감기가 설치되고, 상기 최종 과열기에는 최종 과열 저감기가 설치된 주증기부와,
상기 고압 터빈에 연결된 1차 재열기 및 최종 재열기를 통한 재열증기가 중압 터빈에 공급되고, 상기 최종 재열기에는 재열기 과열 저감기가 설치된 재열증기부로 이루어진 보일러 주증기 및 재열증기 운전 장치의 감시 방법에 있어서,
상기 주증기부중에서 상기 최종 과열기의 온도 설정치와, 상기 최종 과열기에 연결된 다수의 증기관중 적어도 어느 하나의 실제 온도 사이에 발생되는 편차가 미리 결정된 설정치보다 크면, 경보를 취명하고,
상기 주증기부의 과열 저감기의 분사 압력에 따른 유량을 보정하고, 상기 보정된 유량에 과열 저감기의 밸브 개도를 곱하여 유량을 산출하는 방식으로 모든 증기관을 통한 유량을 합산하여 계산하며,
상기와 같이 합산하여 계산된 유량을 1차 과열 저감기와 최종 과열 저감기의 유량계로부터 얻은 합산된 최종 유량과 비교하여, 편차가 설정치 이상 발생하면 경보를 취명함을 특징으로 하는 보일러 주증기 및 재열증기 운전 장치의 감시 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 최종 과열기의 각 증기관에는 적어도 2개의 개소에서 온도가 계측되며, 상기 계측된 2개의 온도 편차가 미리 결정된 설정치보다 크면, 경보를 취명함을 특징으로 하는 보일러 주증기 및 재열증기 운전 장치의 감시 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 최종 과열 저감기의 밸브 지령 신호와 밸브 개도 신호 사이에 발생되는 편차가 미리 결정된 제1설정치보다 크면, 경보를 취명함을 특징으로 하는 보일러 주증기 및 재열증기 운전 장치의 감시 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 최종 과열 저감기의 밸브 지령 신호와 밸브 개도 신호 사이에 발생되는 편차가 미리 결정된 제2설정치보다 크면, 상기 최종 과열 저감기의 제어 모드를 수동 모드로 절체함을 특징으로 하는 보일러 주증기 및 재열증기 운전 장치의 감시 방법.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 재열증기부의 과열 저감기의 분사 압력에 따른 유량을 보정하고, 상기 보정된 유량에 과열 저감기의 밸브 개도를 곱하여 유량을 산출하는 방식으로 모든 증기관을 통한 유량을 합산하여 계산하고,
상기와 같이 합산하여 계산된 유량을 과열 저감기의 유량계로부터 얻은 합산된 최종 유량과 비교하여, 편차가 설정치 이상 발생하면 경보를 취명함을 특징으로 하는 보일러 주증기 및 재열증기 운전 장치의 감시 방법.
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