KR101187822B1

KR101187822B1 - 연소기 모니터링 시스템

Info

Publication number: KR101187822B1
Application number: KR1020100063129A
Authority: KR
Inventors: 이민철; 박세익
Original assignee: 한국전력공사
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2010-06-30
Publication date: 2012-10-05
Also published as: KR20120002312A

Abstract

연소기 모니터링 시스템이 개시된다. 연소기 모니터링 시스템은 연소기에 결합되어 연소기 내부를 모니터링하기 위해 연소기의 일측면에 설치되어 연소기의 내부가 관측되는 내열창, 내열창을 통해 연소기의 내부를 촬영하여 영상으로 표시하는 촬영 장치, 촬영 장치를 제어하고, 영상을 수신하여 연소기의 내부를 모니터링하는 모니터링부 및 내열창 및 촬영 장치가 냉각되도록 내열창과 촬영 장치 사이에 냉각유체를 유동시키는 냉각부를 포함한다.

Description

연소기 모니터링 시스템{Burner Monitoring System}

본 발명의 연소기 모니터링 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 가스터빈은 크게 압축기, 연소기 및 터빈으로 구성되는 것으로 항공용, 추진용, 발전용, 및 산업용 등 다양한 산업분야에서 사용된다.

고온 및 고압의 상태에서 연소하는 가스터빈 연소기 내부 및 가스화기 내부의 운전 상태를 진단하는 방법은 주로 비가시화 방법을 이용한다. 종래의 가스터빈의 연소기에서는 고온 및 고압의 연소실 내부의 화염발화 환경을 직접적으로 관측하지 못하고, 계측장비 또는 전산해석의 방식으로 연소현상을 간접적으로 예측하였다. 따라서 연소기 내부의 화염 특성을 정밀하게 계측하기 어려우므로 가스터빈의 운전 상태를 진단하기 어렵다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 연소실 내부의 화염발화 환경을 직접적으로 관측 가능하게 됨으로써 화염 특성을 정밀 계측할 수 있는 연소기 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 연소기 모니터링 시스템을 제공한다.

연소기 모니터링 시스템은 연소기에 결합되어 연소기 내부를 모니터링하기 위해 연소기의 일측면에 설치되어 연소기의 내부가 관측되는 내열창, 내열창을 통해 연소기의 내부를 촬영하여 영상으로 표시하는 촬영 장치, 촬영 장치를 제어하고, 영상을 수신하여 연소기의 내부를 모니터링하는 모니터링부 및 내열창 및 촬영 장치가 냉각되도록 내열창과 촬영 장치 사이에 냉각유체를 유동시키는 냉각부를 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 냉각부는 냉각유체가 유동하는 복수의 냉각관을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 촬영 장치는 복수의 냉각관 사이에 삽입되어 내열창에 인접하여 고정되는 내시경 카메라를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 냉각관 및 촬영 장치를 고정시키는 적어도 하나의 고정판을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 냉각 유체는 냉각 스팀, 냉각액 및 상온의 냉각 공기를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 냉각 공기는 촬영 장치와 인접하여 유동할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 냉각액은 냉각 공기와 내열창 사이에 개재되어 유동할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 냉각 스팀은 냉각액과 내열창 사이에 개재될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 냉각 공기는 촬영 장치의 외주면을 따라 유동하여 촬영 장치의 전방에 배치된 내열창을 향해 분사될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 냉각액은 촬영 장치의 외주면을 따라 냉각 공기의 외측으로 경유하여 유동할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 냉각 스팀은 촬영 장치의 외주면을 따라 냉각액의 외측으로 경유하여 유동할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 내열창은 석영 및 사파이어 중 어느 하나로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 연소기 모니터링 시스템은 고온 및 고압에서도 내열창을 통해 연소기 내부의 화염을 직접 촬영함으로써 연소 진단의 품질 및 정확성을 높일 수 있다. 또한, 연소기 모니터링 시스템은 구성이 간단하고 사용이 편리하여 연소 전문가가 아니라도 쉽게 이상 유무를 진단할 수 있으므로 발전 플랜트를 안정적으로 운영할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 연소기 모니터링 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 내열창, 촬영 장치, 냉각부 및 모니터링부를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 A-A' 지시선을 따라 절단된 단면을 도시한 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 B-B' 지시선을 따라 절단된 단면을 도시한 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 연소기 내부의 화염을 나타내는 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.

또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 연소기 모니터링 시스템에 관하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 연소기 모니터링 시스템을 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 연소기 모니터링 시스템은 연소기(100), 내열창(150), 촬영 장치(300), 냉각부(200) 및 모니터링부(400)를 포함한다.

연소기(100)는 연료와 공기를 혼합하여 화염(135)을 발생시키는 버너(130), 내부 공간을 연소실로 형성하여 밀폐시키는 케이싱(110) 및 케이싱(110)의 내측에 연소실을 둘러싸도록 형성되어 외부로부터 유입되는 공기를 연소실로 가이드하는 라이너(120)를 포함한다.

여기서 버너(130)의 일측으로는 연소기(100)로 다양한 종류의 연료를 공급하는 연료 공급관(137)이 연결된다.

내열창(150)은 연소기(100)의 일측면에 설치된다. 내열창(150)은 연소기(100)의 내부를 관측할 수 있다.

촬영 장치(300)는 내열창(150)에 인접하여 설치된다. 촬영 장치(300)는 내열창(150)을 통해 연소기(100)의 내부를 촬영한다. 촬영 장치(300)는 촬영된 영상을 모니터링부(400)로 전송한다.

냉각부(200)는 내열창(150)의 외면 및 촬영 장치(300)의 냉각을 위해 내열창(150) 및 촬영 장치(300)의 주변에 형성된다. 냉각부(200)는 냉각유체를 유동시켜 내열창(150)의 외면 및 촬영 장치(300)를 냉각시킨다.

모니터링부(400)는 촬영 장치(300)로부터 촬영된 영상을 수신한다. 모니터링부(400)는 녹화, 정지, 저장 등의 촬영 장치(300)의 기능을 제어한다. 또한, 모니터링부(400)는 촬영 장치(300)로부터 수신된 영상을 분석하여 연소기(100)의 연소 상태를 모니터링한다.

이하에서는 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 연소기 모니터링 시스템의 내열창(150), 촬영 장치(300) 및 냉각부(200)를 보다 상세하게 설명한다.

도 2는 도 1에 도시된 내열창, 촬영 장치, 냉각부 및 모니터링부를 나타내는 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 A-A' 지시선을 따라 절단된 단면을 도시한 도면이며, 도 4는 도 2에 도시된 B-B' 지시선을 따라 절단된 단면을 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 내열창(150)은 내열창(150)은 케이싱(110) 및 라이너(120)의 일부분을 대체하여 케이싱(110)의 일측면에 설치된다. 내열창(150)은 고정용 실재를 이용하여 케이싱(110)에 실링 결합되어 고정된다.

내열창(150)은 용융점이 약 700℃ 이상인 물질로 형성된다. 내열창(150)은 연소기(100)의 내부 관측을 위해 빛이 투과되는 투명한 물질로 형성된다. 예를 들어 내열창(150)은 약 1500℃ 이상의 연소기(100) 온도에서도 견딜 수 있는 석영 또는 사파이어 등으로 형성된다. 또한, 내열창(150)은 내압을 견딜 수 있도록 적정 두께로 형성된다.

내열창(150)은 파열되지 않고 고온 및 고압의 연소기(100) 내부와의 기밀을 유지하기 위해 상부 오링(O-Ring)(125)과 하부 오링(O-Ring)(126)이 부착된다. 이 때 상부 오링(125) 및 하부 오링(126)은 고온에서 견디면서도 내열창(150)을 깨지지 않고 잘 잡아줄 수 있는 그라파이트 등의 재질로 형성될 수 있다.

촬영 장치(300)는 내열창(150)과 라이너(120)의 연소공기용 홀을 통해 연소기(100)의 내부를 촬영한다. 촬영 장치(300)는 내열창(150)에 인접하여 설치되는 헤드(320)와 헤드(320)에 연결되는 몸체(310)로 이루어진 내시경 카메라를 포함한다. 촬영 장치(300)는 소형의 내시경 카메라를 이용하여 연소기(100) 내부의 공기 및 연소 유동에 의한 영향을 최소화하면서 연소기(100) 내부를 촬영할 수 있다.

촬영 장치(300)의 헤드(320)에는 고정 촬상 소자(CCD) 등의 관찰 부재가 설치된다. 또한, 헤드(320)에는 고품질의 촬영을 위해 조명 수단이 설치될 수 있다. 이러한 촬영 장치(300)의 헤드(320)는 내열 온도가 낮은 관찰 부재 및 조명 수단들에 의해 최대 사용 허용 온도가 약 200℃ 이하로 제한된다.

냉각부(200)는 고온에 의한 내열창(150) 및 촬영 장치(300)의 손상을 방지하기 위해 내열창(150) 및 촬영 장치(300)를 냉각시킨다. 냉각부(200)는 촬영 장치(300)를 둘러싸며 형성되어 내열창(150)과 촬영 장치(300) 사이에 냉각유체를 유동시킨다.

냉각부(200)는 냉각유체가 유동하는 복수의 냉각관(210,220,230)을 포함한다. 구체적으로 냉각부(200)는 냉각 스팀이 유동하는 제1 냉각관(210), 냉각액이 유동하는 제2 냉각관(220) 및 냉각 공기가 유동하는 제3 냉각관(230)을 포함한다.

제1 냉각관(210)은 냉각부(200)의 최외측에 배치된다. 제1 냉각관(210)은 내열창(150)과 촬영 장치(300) 사이에 개재되어 냉각 스팀을 유동시킨다. 이를 위해 제1 냉각관(210)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 제1 내벽(215)에 의해 구분되는 제1 관로(211) 및 제2 관로(213)를 포함한다. 제1 관로(211)에는 냉각 스팀 공급구(201)를 통해 공급되는 냉각 스팀이 유동한다. 제2 관로(213)에는 내열창(150) 또는 촬영 장치(300)를 냉각시킨 냉각 스팀이 냉각 스팀 배출구(203)를 통해 외부로 배출되도록 유동한다.

제1 냉각관(210)은 외부로부터 냉각 스팀을 공급받아 내열창(150)을 통해 촬영 장치(300)로 전달되는 열을 1차로 차폐한다. 여기서, 냉각 스팀은 복합화력발전플랜트 혹은 IGCC 발전 플랜트의 저압스팀헤더 혹은 중압스팀헤더로부터 공급받을 수 있다. 냉각 스팀은 냉각액과 냉각부(200)의 고온 부위가 직접 접촉하였을 때 생기는 열충격을 차단하여 준다.

제2 냉각관(220)은 제1 냉각관(210)의 내측에 배치된다. 제2 냉각관(220)은 제1 냉각관(210)과 촬영 장치(300) 사이에 개재되어 냉각액을 유동시킨다. 이를 위해 제2 냉각관(220)은 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 제2 내벽(225)에 의해 구분되는 제3 관로(221) 및 제4 관로(223)를 포함한다. 제3 관로(221)에는 냉각액 공급구(205)를 통해 공급되는 냉각액이 유동한다. 제4 관로(223)에는 내열창(150) 또는 촬영 장치(300)를 냉각시킨 냉각액이 냉각액 배출구(207)를 통해 외부로 배출되도록 유동한다.

제2 냉각관(220)은 외루로부터 냉각액을 공급받아 내열창(150)을 통해 촬영 장치(300)로 전달되는 열을 2차로 차폐한다. 냉각액은 촬영 장치(300)의 외주면을 따라 촬영 장치(300)의 전방과 내열창(150) 사이를 경유하여 유동한다. 여기서 냉각액은 원수를 이용한다. 냉각액는 고온 및 고압의 연소기(100)의 내부 압력보다 낮은 압력으로 제2 냉각관(220)에 공급되어 내열창(150) 및 촬영 장치(300)를 냉각시킨 후 냉각액 배출구(207)를 통해 배출된다.

제3 냉각관(230)은 제2 냉각관(220)과 촬영 장치(300) 사이에 배치된다. 제3 냉각관(230)은 내열창(150)에 냉각 공기를 배출하여 내열창(150)을 통해 전달되는 열을 3차로 차폐한다. 냉각 공기는 연소기(100)의 내부와 유사한 압력으로 제3 냉각관(230)을 통해 유동한다. 냉각 공기는 내열창(150)을 냉각한 후 도 2의 제3 냉각관(230)과 촬영 장치(300)를 고정시키는 1차, 2차 및 3차 고정판(151,153,155)의 냉각공기 배출구(240)를 거쳐 외부로 배출된다. 여기서 1차, 2차 및 3차 고정판(151,153,155)은 제3 냉각관(230) 및 내시경 카메라의 몸체(310)를 고정하여 냉각 공기로 인해 떨리는 것을 막아준다.

한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 연소기 모니터링 시스템은 내열창(150)의 냉각 및 수분 응축 방지를 위해 냉각부(200)의 사이즈에 따라 적어도 하나의 제3 냉각관(230)을 내부에 두고, 고온 부위의 온도 및 필요한 냉각액의 양에 따라 적어도 하나의 냉각 자켓 또는 나선형 냉각 자켓을 구비할 수 있다.

모니터링부(400)는 신호 라인(405)을 통해 촬영 장치(300)에서 촬영된 영상을 수신한다. 모니터링부(400)는 녹화, 정지, 저장 등의 촬영 장치(300)의 기능을 제어한다. 또한, 모니터링부(400)는 촬영 장치(300)로부터 수신된 영상을 분석하여 연소기(100)의 연소 상태를 모니터링한다. 모니터링부(400)는 도 5에 도시된 바와 같이 가시화된 연소기(100)의 내부의 화염을 모니터링할 수 있다.

도 5는 도 1에 도시된 연소기 내부의 화염을 나타내는 도면이다.

모니터링부(400)는 영상 분석 도구를 이용하여 도 5의 영상과 같이 수신된 영상을 분석함으로써 스펙트럼 분석, 화염온도 분석 또는 열발산율 분석 등의 분석을 할 수 있다. 또한, 모니터링부(400)는 연소상태를 진단하여 이상 발생시 경고할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 연소기
110: 케이싱
120: 라이너
150: 내열창
200: 냉각부
210: 제1 냉각관
220: 제2 냉각관
230: 제3 냉각관
300: 촬영 장치
400: 모니터링부

Claims

연소기에 결합되어 연소기 내부를 모니터링하는 연소기 모니터링 시스템에 있어서,
연소기의 일측면에 설치되어 상기 연소기의 내부가 관측되는 내열창;
상기 내열창을 통해 상기 연소기의 내부를 촬영하여 영상으로 표시하는 촬영 장치;
상기 촬영 장치를 제어하고, 상기 영상을 수신하여 상기 연소기의 내부를 모니터링하는 모니터링부; 및
상기 내열창과 상기 촬영 장치 사이에 냉각유체를 유동시키는 복수의 냉각관을 구비하는 냉각부를 포함하되,
상기 냉각부는 상기 복수의 냉각관을 이용하여 냉각 스팀, 냉각액 또는 냉각 공기를 포함하는 상기 냉각유체를 유동시키고, 상기 냉각 공기를 상기 내열창에 분사하여 상기 내열창을 냉각시키는 것을 특징으로 하는 연소기 모니터링 시스템.
삭제
제1 항에 있어서,
상기 촬영 장치는
상기 복수의 냉각관 사이에 삽입되어 상기 내열창에 인접하여 고정되는 내시경 카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는 연소기 모니터링 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 냉각관 및 상기 촬영 장치를 고정시키는 적어도 하나의 고정판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연소기 모니터링 시스템.
삭제
제1 항에 있어서,
상기 냉각 공기는 상기 촬영 장치와 인접하여 유동하는 것을 특징으로 하는 연소기 모니터링 시스템.
제6 항에 있어서,
상기 냉각액은 상기 냉각 공기와 상기 내열창 사이에 개재되어 유동하는 것을 특징으로 하는 연소기 모니터링 시스템.
제7 항에 있어서,
상기 냉각 스팀은 상기 냉각액과 상기 내열창 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 연소기 모니터링 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 냉각 공기는 상기 촬영 장치의 외주면을 따라 유동하여 상기 촬영 장치의 전방에 배치된 상기 내열창을 향해 분사되는 것을 특징으로 하는 연소기 모니터링 시스템.
제9 항에 있어서,
상기 냉각액은 상기 촬영 장치의 외주면을 따라 상기 냉각 공기의 외측으로 경유하여 유동하는 것을 특징으로 하는 연소기 모니터링 시스템.
제10 항에 있어서,
상기 냉각 스팀은 상기 촬영 장치의 외주면을 따라 상기 냉각액의 외측으로 경유하여 유동하는 것을 특징으로 하는 연소기 모니터링 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 내열창은 석영 및 사파이어 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 연소기 모니터링 시스템.