KR101444364B1 - 이송 미분탄 유량 측정 장치 및 그를 이용한 유량 측정 방법 - Google Patents

이송 미분탄 유량 측정 장치 및 그를 이용한 유량 측정 방법 Download PDF

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KR101444364B1 KR1020130022076A KR20130022076A KR101444364B1 KR 101444364 B1 KR101444364 B1 KR 101444364B1 KR 1020130022076 A KR1020130022076 A KR 1020130022076A KR 20130022076 A KR20130022076 A KR 20130022076A KR 101444364 B1 KR101444364 B1 KR 101444364B1
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Abstract

버너로 유입되기전의 이송 미분탄의 유량값을 측정하는 유량측정장치가 개시된다. 유량값측정장치는 이송배관 상에 구비되어 제어용 유량값 산출을 위한 측정값을 취득하는 유량 제어용 측정유닛, 제어용 유량값을 검증하기 위한 차압값을 측정하도록 이송배관상에 구비된 제1검증용 측정유닛; 및 유량 제어용 측정유닛으로부터 측정된 상기 유량 제어값을 기초로 상기 제어용 유량값을 산출하는 제어용 유량값 연산부 및 상기 제1검증용 측정유닛에 의해 측정된 차압값을 이용하여 수식에 의해 제1 검증용 유량값을 산출하는 제1검증용 유량값 연산부를 포함하는 콘트롤 유닛을 포함한다.

Description

이송 미분탄 유량 측정 장치 및 그를 이용한 유량 측정 방법 {APPARATUS FOR MEASURING FLOW RATE OF TRANSPORTED PARTICULATE COAL AND METHOD FOR FLOW RATE USING THE SAME}
본 발명은 이송관 내의 압력강하를 측정하고, 측정된 압력강하 값을 계산식에 적용하여 유량을 예측하는 기능을 갖는 이송 미분탄의 유량 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
합성가스는 석탄과 같은 탄소성 연료 또는 유기 연료를 가스화기 내에서 비교적 높은 온도 및 압력하에 산소 또는 산소 함유 가스의 존재하에 부분 연소하는 것에 의해 제조할 수 있다.
합성 가스를 제조할 때 특별히 중요한 것은 분말 상 연료(이하 미분탄이라 칭함)를 가스화기의 버너에 공급함에 있어, 공급을 일정 불변 상태로 행하는 것이다. 즉, 연료를 일정 불변의 질량 유량으로 공급하는 것이 상당히 중요하다.
가스화기의 버너로 공급되는 미분탄의 질량 유량의 변동은 가스화기의 작동에 악영향을 준다. 예를 들면, 미분탄의 질량 유량의 변동에 따라서 가스화기 내의 연료의 연소가 불안전한 상태로 행해지고, 가스화기 내에서 과열 영역과 과열 영역 옆에 가열 부족상태의 비가열 영역이 존재할 수 있다.
그 결과, 비가열 영역에서는 연료의 가스화가 원하는 대로 행해지지 않고, 한편, 과열 구역에서는 연료가 저 가치의 생성물 즉, 이산화탄소 및 수증기로 완전히 변화된다.
또한, 버너의 면에서 열플럭스가 손상되고, 그로 인해 열응력이 생겨 버너의 수명이 짧아지게 된다.
가스화기 내에 국부적으로 고온부가 생긴다면, 일반적으로 가스화기 벽부의 내면에 라이닝되어 있는 내화재가 손상될 수 있다.
상술한 바와 같은 이유로 인해 가스화기를 효과적으로 작동시키기 위해 가스화기의 버너 내로 공급되는 미분탄과 가스와의 혼합물의 질량 유량을 정상적으로 유지시키는 것이 상당히 중요하다.
종래에는 버너로 유입되기 전에 버너로 공급되는 미분탄의 유량을 측정하는 장치로서 로드 셀을 이용한 중량률(weight rate) 측정장치를 채용하였다.
종래의 기술에 의하면, 버너에 접속되는 이송 배관 내의 미분탄의 농도를 광학적으로 측정하는 것에 의해 미분탄의 질량 유량을 간접적으로 측정하는 측정장치를 채용하였다.
이러한 측정장치는 적외선, 자외선 또는 가시광선과 같은 조사선의 흡광율의 측정과 같은 광학적 측정 조작을 행하는 것에 의해 질량 유량을 정확히 측정한다.
종래의 기술에 의하면, 버너로 공급되는 미분탄과 가스와의 혼합물의 질량 유량을 정확히 측정하기 위하여 방사선 조사에 의한 밀도 측정기를 채용하였다.
이러한 밀도측정기는 고가이며, 베타선, 감마선과 같은 방사선을 이용함에 따라 작업자의 안정성의 문제가 제기되고 있다.
*미국특허번호 4,049,394 *미국특허번호 5,132.917
본 발명의 목적은 밀도 측정기를 배제하고, 측정된 차압값만을 이용하여 계산식에 의해 유량 예측이 가능토록 구성하여 비용 절감 및 작업자의 안정성을 확보할 수 있는 이송 미분탄의 유량 측정 장치 및 그를 이용한 유량 측정 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 차압값을 통하여 계산식에 의해 유량 예측이 가능토록 구성하여 측정 설비의 오류 검증능력을 향상시킬 수 있는 이송 미분탄의 유량 측정 장치 및 그를 이용한 유량 측정 방법을 제공하는 것이다.
본 발명을 따르면 이송배관 상에 구비되어 이송 미분탄의 제어용 유량값을 산출하기 위한 측정값을 취득하는 제어용 측정유닛, 상기 제어용 유량값을 검증하기 위한 차압값을 측정하도록 상기 이송배관 상에 구비된 제1검증용 측정유닛 및 상기 제어용 측정유닛으로부터 측정된 측정값을 조합하여 상기 제어용 유량값을 산출하는 제어용 유량값 연산부 및 상기 제1검증용 측정유닛에 의해 측정된 상기 차압값을 이용하여 수식에 의해 제1 검증용 유량값을 산출하는 제1검증용 유량값 연산부를 포함하는 콘트롤 유닛을 포함하는 이송 미분탄의 유량 측정 장치 및 그를 이용한 유량 측정 방법이 제공된다.
상기 제어용 측정유닛은 제1 압력값을 측정하는 제1압력측정기, 제어용 온도값을 측정하는 제어용 온도측정기, 및 제어용 속도값을 측정하는 제어용 속도측정기를 포함할 수 있다.
상기 제1검증용 측정유닛은 상기 이송배관 상의 일정 거리를 갖는 2개소의 압력을 측정하여 차압을 취득가능토록 하는 두 개의 압력측정기를 포함할 수 있다.
상기 제1검증용 측정유닛은 상기 제어용 측정 유닛의 상기 제어용 제1압력측정기와 공유되도록 구성되고, 상기 제1압력측정기와 일정 간격을 두고 제2압력측정기를 배치하여 구성될 수 있다.
상기 제1검증용 측정유닛은 상기 미분탄의 이송 방향을 따라 상기 제어용 측정유닛의 하류에 배치될 수 있다.
상기 수식은 하기의 수식 (1),(2) 및 (3)중 적어도 어느 하나를 단순화시켜 일차 함수 형태로 정리된 정리식을 포함할 수 있다.
수식 (1): Kunii Levenspiel가 제안한 식
Figure 112013018248584-pat00001
( θ=0°)
Figure 112013018248584-pat00002
(θ=90°)
여기서, ρg는 가스밀도, g는 중력가속도, L은 이송배관 거리, us는 고체유속, Gs는 고체질량속(mass flux), gc는 중력 단위 전환 상수, θ는 배관기울기, △Pf는 마찰압력손실, △Phor 및 △Pver는 고체이송시 수평 이송배관 및 수직이송배관 내의 전체 압력, △Phor와 △Pver의 합은 전체 압력손실을 의미한다.
수식 (2): Zenz ＆ Othmer가 제안한 식
Figure 112013018248584-pat00003
Figure 112013018248584-pat00004
Figure 112013018248584-pat00005
Figure 112013018248584-pat00006
여기서, △Phor 및 △Pver는 고체이송시 수평 이송배관 및 수직 이송배관 내의 압력손실, △Phor 및 △Pver의 합은 전체압력 손실, Vg는 가스속도, Vp는 분체속도, f는 마찰계수, fp는 고체 마찰계수, W는 고체질량(mass of solids), Gs는고체 질량속(mass flux), L은 이송배관 거리, Dt는 배관 직경을 의미한다.
수식 (3): Wens ＆ Simons가 제안한 식
Figure 112013018248584-pat00007
여기서, △P는 고체이송시 이송배관내의 차압(압력손실), Ms는 고체질량, Ma는 기체질량, ρg는 기체밀도, ρs는 고체밀도, A는 배관 단면적, D는 파이프 직경, d는 입자직경, L은 배관거리를 의미한다.
상기 정리식은 상기 수식(1)을 단순화시켜 일차함수 형태로 정리된 하기의 [정리식 1]을 포함할 수 있다.
[정리식 1]
Figure 112013018248584-pat00008
여기서, Gs는 고체질량속(mass flux), fg는 가스마찰계스, u는 가스유속, △P는 이송배관상의 차압, Lt는 배관 거리,F는 마찰 변수를 의미한다.
상기 제어용 측정 유닛은 밀도측정기를 더 포함할 수 있으며, 상기 제어용 유량값을 검증하기 위한 검증값을 2차 측정하도록 상기 이송배관 상에 구비된 제2검증용 측정유닛이 더 포함되고, 상기 제2검증용 측정유닛은 검증용 속도 측정기, 제2압력측정기 및 검증용 밀도 측정기를 포함하고, 상기 콘트롤유닛은 상기 검증용 속도 측정기, 상기 제2압력측정기, 및 상기 검증용 밀도측정기를 통해 측정된 값을 기초로 제2 검증용 유량값을 연산하는 제2 검증용 유량값 연산부를 더 포함할 수 있다.
상기 제2검증용 측정유닛의 상기 제2압력측정기는 상기 제1검증용 측정유닛의 제2압력측정기와 공통으로 사용되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 이송 미분탄의 유량 측정 장치 및 그를 이용한 유량 측정 방법에 의하면, 방사선을 이용하는 고가의 밀도 측정기를 배제하고, 차압값만을 이용해 계산식에 의해 유량 예측이 가능토록 구성하여 측정 설비 비용 절감 및 작업자의 안전성을 꾀할 수 있다.
본 발명의 이송 미분탄의 유량 측정 장치 및 그를 이용한 유량 측정방법에 의하면, 제어용 유량 측정값을 이중으로 검증할 수 있어 설비 오작동에 대한 안정성을 확보할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예를 따른 미분탄 이송장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예를 따른 이송 미분탄의 유량 측정장치의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 3은 미분탄의 속도 및 이송 배관 내 압력손실(차압)의 상관 관계에 관한 실험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예를 따른 이송 미분탄의 유량 측정 과정을 도시한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예를 따른 이송 미분탄의 유량 측정장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예를 따른 이송 미분탄의 유량 측정 장치의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예를 따른 이송 미분탄의 유량 측정 과정을 도시한 순서도이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예를 따른 미분탄 이송 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 미분탄이 공급용기(2)로부터 토출되어 이송배관(3)을 통하여 버너(5)로 공급된다. 이때, 미분탄을 버너(5)로 이송시키기 위하여 이송가스, 예컨대 질소가 가스공급원(7)으로부터 가스공급관(9)을 통하여 이송배관(3)으로 공급된다.
미분탄 및 가스의 혼합물이 버너(5)로 유입되기 전에 혼합물의 유량이 유량측정장치(10)에 의해 측정된다.
유량측정장치(10)는 혼합물의 유량을 제어하도록 제어용 유량값을 산출하는 제어용 측정유닛(30), 제어용 측정 유닛(30)을 통해 산출된 유량값을 검증하기 위한 검증용 측정유닛(50), 및 제어용 측정 유닛(30)으로부터 측정된 값들을 연산하여 제어용 유량값을 산출하고, 검증용 측정 유닛(50)을 통해 측정된 값을 연산하여 검증용 유량값을 산출하는 콘트롤유닛(60)을 포함한다.
제어용 측정유닛(30)은 이송 배관(3)상에 구비되어 압력값을 측정하는 제1압력측정기(31), 제어용 온도값을 측정하는 제어용 온도측정기(33), 및 제어용 속도값을 측정하는 제어용 속도측정기(35)를 포함한다.
제1검증용 측정유닛(50)은 이송 배관 상의 일정 거리(Lt)를 갖는 2개소의 압력을 측정하여 차압을 취득가능토록 하는 두 개의 압력측정기를 포함한다.
제1검증용 측정유닛(50)은 제어용 측정 유닛(30)의 제어용 제1압력측정기(31)와 제1압력측정기(31)와 일정 간격(Lt)을 두고 배치된 제2압력측정기(53)로 구성될 수 있다.
즉, 제1검증용 측정유닛(50)은 제어용 측정유닛(30)을 구성하는 제1압력측정기(31)와 공유되도록 구성되고, 제1압력측정기(31)에 이웃하게 일정간격을 두고 제2압력측정기(53)를 추가적으로 배치하여 구성할 수 있다.
제2압력측정기(53)가 제1압력측정기(31)가 배치된 수직이송배관(3a) 직교되게 연결된 수평이송배관(3b)에 배치된 것을 예로 들었으나, 제2압력측정기(53)는 차압을 측정할 수 있도록 제1압력측정기(31)와 일정 간격을 두는 모든 위치에 설치가능하다.
제1검증용 측정유닛(50)은 미분탄의 이송 방향을 따라 제어용 측정유닛(30)의 하류에 배치될 수 있다.
콘트롤유닛(60)은 제1압력측정기(31), 제어용 온도 측정기(33), 제어용 속도 측정기(35), 및 제2압력측정기(53)를 통해 수신된 각각의 측정값들 근거로 미리 프로그램밍된 연산식들에 의해 제어용 유량값 및 제1검증용 유량값을 산출한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예를 따른 미분탄 이송장치의 유량측정장치의 구성을 도시한 블럭도이다.
유량측정장치(1)는 미분탄이 이송가스인 예컨대, 질소에 의해 그 내부를 통과하는 이송배관(3)에 구비된 제1압력측정기(31), 제어용 온도측정기(33) 및 제어용 속도 측정기(35)를 포함하는제어용 측정유닛(30)을 포함한다.
또한 제1압력측정기(31)와 이웃하여 이송배관(3)에 구비된 제2압력측정기(53)를 포함하고, 제1압력측정기(31)를 공유하도록 구성된 검증용 측정유닛(50)을 포함한다.
콘트롤유닛(60)은 제어용 유량값 연산부(61)와 제1검증용 유량값 연산부(63)를 포함할 수 있다.
제어용 유량값 연산부(61)는 제어용 측정유닛(30)으로부터 수신된 압력값, 온도값, 속도값을 조합하여 미리 프로그래밍된 유량 연산식에 의해 제어용 유량값을 산출한다.
제1검증용 유량값 연산부(63)는 제1압력측정기(31)로부터 수신된 제1압력값 및 제2압력측정기(53)로부터 수신된 제2압력값을 근거로 차압값을 취득하고, 취득된 차압값을 근거로 수식에 의해 검증용 유량값을 산출한다.
제1검증용 유량값 연산부(63)는 이와 같이 측정된 차압값을 수식을 통해 검증용 유량값을 산출한다.
검증용 유량값을 산출하는 이유는 제어용 유량값 연산부(63)로부터 산출된 제어용 유량값의 정확성을 기하기 위한 것으로서, 설비 운전의 안전성을 확보하기 위함이다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 일 실시 예를 따른 유량 측정 장치(10)는 제어용 유량값 산출을 위하여 예컨대, β-RAY를 이용하는 고가의 밀도 측정기를 사용하지 않고 유량값을 산출하며, 단순히 차압값만을 측정하여 산출된 제어용 유량값을 검증토록 구성되어 산출된 제어용 유량값의 정확성을 기할 수 있다.
그 결과, 측정설비의 단순화를 꾀할 수 있어 측정 설비 비용을 절감시키고, 방사선을 이용하는 밀도측정기 삭제가 가능하여 작업자의 안전성을 확보할 수 있다.
다음은 차압값 측정을 통해 계산식에 의해 검증용 유량값을 산출하도록 검증용 유량값 측정유닛을 구성한 본 발명의 배경에 관하여 설명한다.
도 3은 미분탄의 속도 및 이송 배관 내 압력손실(차압)의 상관 관계에 관한 실험 결과를 나타내는 그래프이다. 도 3의 그래프는 가스 유속을 일정하게 하면서 미분탄의 주입량을 달리하였을 때, 이송관 내에 걸리는 압력 강하를 나타낸다.
그래프를 통해 알 수 있듯이 미분탄의 이송 속도가 높아질수록 압력 강하가 증가함이 관찰되었다. 이러한 그래프를 통하여 이송 배관 내의 차압 측정을 통하여 이송되는 미분탄의 속도가 예측가능하므로, 유량 예측이 가능함을 알 수 있다.
기체와 함께 고체가 이동하는 배관에서 압력 손실을 계산하는 경험식들이 아래와 같이 알려져 있다.
[경험식 1] Kunii Levenspiel가 제안한 식
Figure 112013018248584-pat00009
( θ=0°)
Figure 112013018248584-pat00010
(θ=90°)
[경험식 2] Zenz ＆ Othmer가 제안한 식
Figure 112013018248584-pat00011
Figure 112013018248584-pat00012
Figure 112013018248584-pat00013
Figure 112013018248584-pat00014
여기서, △Phor 및 △Pver는 고체이송시 수평 이송배관 및 수직 이송배관 내의 압력손실이며, △Phor와 △Pver의 합은 전체 압력손실, Vg는 가스속도, Vp는 분체속도, f는 마찰계수, fp는 고체 마찰계수, W는 고체질량(mass of solids), Gs는고체질량속(mass flux), L은 이송배관 거리, Dt는 배관 직경을 의미한다.
[경험식 3] Wens ＆ Simons가 제안한 식
Figure 112013018248584-pat00015
여기서, △P는 고체이송시 이송배관내의 차압(압력손실), Ms는 고체질량, Ma는 기체질량, ρg는 기체밀도, ρs는 고체밀도, A는 배관 단면적, D는 파이프 직경, d는 입자직경, L은 배관거리를 의미한다.
상술한 바와 같은 여러 식 중에서 Kunii Levenspiel의 식을 단순화 시켜 1차 함수로 정리하면, 다음의 정리식 1을 얻을 수 있다.
[정리식 1]
Figure 112013018248584-pat00016
여기서, Gs는 고체질량속(mass flux), fg는 가스마찰계스, u는 가스유속, △P는 이송배관상의 차압, Lt는 배관 거리, F는 마찰변수를 의미한다.
[정리식1]에서 고체마찰변수 (F)는 고체마찰계수 (Fs)와 현장 상황을 반영한 변수로서 플랜트 설치 후 운전을 통하여 산출할 수 있다. 즉, 고체마찰계와 비례하지만 현장 운전 상황을 반영하는 변수로써 미분탄 순환 과정에서 도출하여 상수화 할 수 있다.
이와 같이 마찰변수를 찾아내고, 이미 알고 있는 값(fg, u)을 적용하면, 고체 질량속(GS)∝압력 강하(△P)의 관계가 성립된다.
본 발명의 검증용 측정유닛(50)은 상술한 바와 같은 실험 그래프 및 정리식을 통하여 차압 측정을 통해 유량을 예측할 수 있음을 근거로 착안된 것이다.
[정리식1]은 콘트롤 유닛(60)의 검증용 유량값 연산부(63)에 반영되어 검증용 유량값 산출이 가능케 된다.
기체와 함께 고체가 이동하는 배관에서 압력 손실을 계산하는 경험식들은 상술한 식 외에도 다수 존재한다. 따라서, 본 발명의 검증용 유량값 산출은 상술한 경험식들(1)(2)(3)에 국한되지 않으며, 기타 압력 손실을 계산하는 모든 경험식 들이 적용될 수 있다.
다음은 상술한 바와 같은 유량측정장치에 의해 제어용 유량값 및 검증용 유량값을 산출하는 방법에 관하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예를 따른 유량 측정 방법을 도시한 순서도이다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 미분탄 및 가스를 포함하는 혼합물은 이송 배관(3)내에서 버너(5)를 향하여 유동한다.
이때, 유량측정장치(10)를 통하여 혼합물이 버너(5)로 유입되기 전의 유량제어용 유량값 및 검증용 유량값이 측정된다.
즉, 이송 배관(3)을 통하여 혼합물이 이송되는 동안 제어용 측정유닛(30)의 제1압력측정기(31), 제어용 온도 측정기(33) 및 제어용 속도측정기(35)를 통하여 제1압력값, 온도값, 및 속도값이 측정되고, 제2압력측정기(53)를 통하여 제2압력값이 얻어진다(S10).
취득된 제1압력값, 온도값, 및 속도값은 콘크롤 유닛(60)의 제어용 유량값 연산부(61)에 입력되고, 제2압력값이 검증용 유량값 연산부(53)로 입력된다. 이때, 제1압력값(31)은 제1검증용 유량값 연산부(63)로도 입력된다(S30).
제어용 유량값 연산부(61) 및 제1검증용 유량값 연산부(63)는 입력된 측정값들을 근거로 제어용 유량값 및 검증용 유량값을 산출한다. 즉, 제어용 유량값 연산부(61)는 입력된 3개의 측정값, 즉, 제1압력값, 온도값, 속도값을 조합하여 미리 프로그래밍 된 연산식을 통하여 제어용 유량값을 산출한다(S50).
검증용 유량값 연산부(63)는 제1압력값 및 제2압력값을 통하여 차압값을 취득하고, 취득된 차압값을 정리식에 대입하여 미분탄 주입 속도 산출을 통하여 유량값을 산출한다.
상기의 유량 측정 과정은 일정 주기를 두고 지속적으로 수행되어 버너(5)로 공급되는 가스 및 미분탄의 이송량을 지속적으로 체크한다.
상술한 바와 같은 유량값 측정방법을 따르면, 제어용 유량값 및 검증용 유량값 산출을 위하여 고가 및 작업자의 안전성에 문제가 되는 별도의 밀도측정기를 채용하지 않으면서 유량 측정을 행한다.
제1검증용 유량값 연산부(63)는 제어용 유량값 측정유닛(30)을 통해 측정된 유량값을 검증하기 검증용 유량값을 산출하는 것으로서, 버너(5)로 공급되는 미분탄 유량값의 정확성을 높일 수 있다.
제1검증용 유량값 연산부(63)는 이와 같이 단순히 차압값만을 측정하여 정리식을 통하여 유량값을 산출함에 따라 압력측정기 외에는 별도의 측정기가 필요하지 않다. 따라서, 설비를 단순화시킬 수 있어 설비 단가를 감소시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예를 따른 미분탄 이송장치의 구성을 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시 예를 따른 미분탄 이송장치의 유량측정장치를 도시한 블럭도이다.
도 3 및 도 4와 동일한 부분에 대해서는 동일 부호를 명기하여 중복된 설명은 생략한다.
도 5 및 도 6 참조하면, 미분탄 이송 장치(10A)는 도 3에 도시된 제어용 측정유닛(30)으로부터 변형된 제어용측정유닛(30A)을 포함하고, 제2검증용측정유닛(70)이 더 구비된다.
제어용측정유닛(30A)는 제1압력측정기(31), 제어용 온도측정기(33), 제어용 속도측정기(35) 및 제어용 밀도측정기(37)를 포함하는 제어용 측정유닛(30A)을 포함한다. 즉, 제어용측정유닛(30A)는 도 3의 제어용측정유닛(30)에 비하여 밀도측정기(37)를 추가로 포함한다.
제어용 밀도측정기(37)는 이송배관(3)내를 흘러가는 고체입자와 가스와의 비율 즉, 고체 질량속(solid mass flux)를 측정하는 것으로서, 질량속을 측정하고 제1압력측정기(31), 제어용 온도측정기(33) 및 제어용속도측정기(35)로부터 측정된 압력값, 온도값, 및 속도값을 가지고 질량속을 보정하게 된다.
제2검증용측정유닛(70)은 제어용 측정유닛(30)으로부터 측정된 값을 통하여 산출된 제어용 유량값에 대한 정확성을 기하기 위한 것으로서, 제1검증용측정유닛(50)과 더불어 이중으로 제어용 유량값에 대한 검증을 가능토록 한다.
제2검증용 측정유닛(70)은 이송배관(3)에 구비된 제2압력측정기(53), 검증용 속도측정기(71), 검층용 밀도측정기(73)를 포함한다.
제1검증용측정유닛(50)는 제어용측정유닛(30A)의 제1압력측정기(31) 및 제2검증용측정유닛(70)의 제2압력측정기(53)와 공통으로 구성되어 차압값을 취득가능토록 구성된다.
콘트롤 유닛(60A)은 제어용 유량값 산출부(61A), 제1검증용 유량값 산출부(63) 및 제2검증용유량값 연산부(65)를 포함한다.
제어용 유량값 산출부(61)는 제어용 측정유닛(10)으로부터 수신된 4개의 측정값, 즉, 밀도값,온도값, 압력값, 및 속도값을 조합하여 연산식을 통해 제어용 유량값을 산출한다.
제1검증용 유량값 연산부(63A)는 제1검증용측정유닛(50)을 구성하는 제1압력측정기(31) 및 제2압력측정기(53)로부터 취득된 차압값을 기초로 수식에 의해 제1검증용 유량값을 산출한다.
제2검증 유량값 연산부(65)는 제2검증용 유량 측정유닛(70)을 통해 측정된 3개의 측정값, 즉, 압력값, 밀도값, 및 속도값을 조합하여 연산식을 통해 제2검증용 유량값을 산출한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 다른 실시 예를 따른 유량측정장치(10A)에 의하면, 제어용 유량값 연산부(61)를 통하여 산출된 제어용 유량값에 대하여 제1검증용 유량값 및 제2검증용 유량값을 이용하여 이중으로 검증이 가능하다. 그 결과, 측정설비의 오동작에 대한 안전성을 증대시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예를 따른 이송 미분탄의 유량 측정 과정을 도시한 순서도이다.
미분탄 및 가스를 포함하는 혼합물은 이송 배관(3)내에서 버너(5)를 향하여 유동하는 동안 유량측정장치(10A)를 통하여 유량값이 측정된다.
즉, 이송 배관(3)을 통하여 혼합물이 이송되는 동안 제어용 측정유닛(30)의 제1압력측정기(31), 제어용 온도 측정기(33), 제어용 속도측정기(35) 및 제어용 밀도측정기(37)를 통하여 제1압력값, 온도값, 속도값, 및 밀도값이 측정되고, 제2압력측정기(53)를 통하여 제2압력값이 얻어진다(S11).
이에 더하여 단계 S11에서는 제2검증용 유량값 측정유닛(70)의 제2압력측정기(53), 검증용 속도측정기(71) 및 검증용 압력측정기(73)를 통하여 제2압력값, 검증용 속도값, 및 검증용 압력값이 얻어진다.
취득된 4개의 제어용 측정값, 즉, 제1압력값, 온도값, 속도값, 및 밀도값은 콘크롤 유닛(60)의 제어용 유량값 연산부(61A)에 입력되고, 제2압력값이 검증용 유량값 연산부(63)로 입력된다. 이때, 제1압력값(31)은 제1검증용 유량값 연산부(63)로도 입력된다(S30).
이에 더하여, 단계 S31에서는 제2검증용 측정유닛(70)을 통해 측정된 3개의 측정값, 즉, 제2압력값, 검증용 압력값, 및 검증용 밀도값이 제2검증용 유량값 연산부(65)로 입력된다.
제어용 유량값 연산부(61), 제1검증용 유량값 연산부(63), 및 제2검증용 유량값 연산부(65)를 통해 입력된 측정값들을 근거로 제어용 유량값 및 제1,2검증용 유량값을 산출한다. 즉, 제어용 유량값 연산부(61)는 입력된 4개의 측정값, 즉, 제1압력값, 온도값, 속도값, 및 밀도값을 조합하여 미리 프로그래밍 된 연산식을 통하여 제어용 유량값을 산출한다(S51).
단계 S51에서, 제1검증용 유량값 연산부(63)는 제1압력값 및 제2압력값을 통하여 차압값을 취득하고, 취득된 차압값을 정리식에 대입하여 미분탄 주입 속도 산출을 통하여 유량값을 산출한다.
이에 더하여, 단계 S51에서 제2검증용 유량값 연산부(65)는 3개의 측정값, 즉, 제2압력값, 검증용 속도값, 및 검증용 밀도값을 조합하여 연산식을 통해 제2검증용 유량값을 산출한다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술하는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술하는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
10,10A: 유량측정장치 30,30A: 제어용 측정유닛
31: 제1 압력측정기 33: 제어용 온도 측정기
35: 제어용 속도 측정기 37: 제어용 밀도 측정기
50 : 제1검증용측정유닛 53: 제2압력 측정기
70: 제2검증용측정유닛 71: 검증용 속도 측정기
73: 제어용 밀도 측정기 60,60A: 콘트롤 유닛
61,61A: 제어용 유량값 연산부 61: 제1검증용 유량값 연산부
63: 제2검증용 유량값 연산부

Claims (18)

  1. 이송배관 상에 구비되어 이송 미분탄의 제어용 유량값을 산출하기 위한 측정값을 얻는 제어용 측정유닛;
    상기 제어용 유량값을 검증하기 위한 차압값을 측정하도록 상기 이송배관 상에 구비된 제1검증용 측정유닛; 및
    상기 유량 제어용 측정유닛으로부터 측정된 상기 측정값을 조합하여 상기 제어용 유량값을 산출하는 제어용 유량값 연산부 및 상기 제1검증용 측정유닛에 의해 측정된 상기 차압값을 이용하여 수식에 의해 제1 검증용 유량값을 산출하는 제1검증용 유량값 연산부를 포함하는 콘트롤 유닛
    을 포함하고,
    상기 제어용 측정유닛은,
    제1압력값을 측정하는 제어용 제1압력측정기;
    제어용 온도값을 측정하는 제어용 온도측정기; 및
    제어용 속도값을 측정하는 제어용 속도측정기
    를 포함하는 이송 미분탄의 유량 측정 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1검증용 측정유닛은 상기 이송배관 상의 일정 거리를 갖는 2개소의 압력을 측정하여 상기 차압값을 취득가능토록 하는 두 개의 압력측정기를 포함하는 이송 미분탄의 유량 측정장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1검증용 측정유닛은 상기 제어용 측정 유닛의 상기 제1압력측정기와 공유되도록 구성되고;
    상기 제1압력측정기와 일정 간격을 두고 제2압력측정기를 배치하여 구성된 이송 미분탄의 유량 측정장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1검증용 측정유닛은 상기 미분탄의 이송 방향을 따라 상기 제어용 측정유닛의 하류에 배치된 이송 미분탄의 유량 측정장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 수식은 하기의 수식 (1),(2) 및 (3)중 적어도 어느 하나를 단순화시켜 일차 함수 형태로 정리된 정리식을 포함하는 이송 미분탄의 유량 측정장치.
    수식 (1): Kunii Levenspiel가 제안한 식
    Figure 112013018248584-pat00017
    ( θ=0°)
    Figure 112013018248584-pat00018
    (θ=90°)
    여기서, ρg는 가스밀도, g는 중력가속도, L은 이송배관 거리, us는 고체유속, Gs는 고체질량속(mass flux), gc는 중력 단위 전환 상수, θ는 배관기울기, △Pf는 마찰압력손실, △Phor 및 △Pver는 고체이송시 수평 이송배관 및 수직이송배관 내의 전체 압력, △Phor와 △Pver의 합은 전체 압력손실을 의미한다.

    수식 (2): Zenz ＆ Othmer가 제안한 식
    Figure 112013018248584-pat00019

    Figure 112013018248584-pat00020

    Figure 112013018248584-pat00021

    Figure 112013018248584-pat00022

    여기서, △Phor 및 △Pver는 고체이송시 수평 이송배관 및 수직 이송배관 내의 압력손실이며, △Phor와 △Pver의 합은 전체 압력손실, Vg는 가스속도, Vp는 분체속도, f는 마찰계수, fp는 고체 마찰계수, W는 고체질량(mass of solids), Gs는고체질량속(mass flux), L은 이송배관 거리, Dt는 배관 직경을 의미한다.

    수식 (3): Wens ＆ Simons가 제안한 식
    Figure 112013018248584-pat00023

    여기서, △P는 고체이송시 이송 배관 내의 차압(압력손실), Ms는 고체질량, Ma는 기체질량, ρg는 기체밀도, ρs는 고체밀도, A는 배관 단면적, D는 파이프 직경, d는 입자직경, L은 배관거리를 의미한다.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 정리식은 상기 수식(1)을 단순화시켜 일차함수 형태로 정리된 하기의 [정리식 1]을 포함하는 이송 미분탄의 유량 측정 장치.
    [정리식 1]
    Figure 112013018248584-pat00024

    여기서, Gs는 고체질량속(mass flux), fg는 가스마찰계스, u는 가스유속, △P는 이송배관상의 차압, Lt는 배관 거리, F는 마찰변수를 의미한다.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어용 측정 유닛은 밀도측정기를 더 포함하는 이송 미분탄의 유량 측정 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어용 유량값을 검증하기 위한 값을 측정하도록 상기 이송배관 상에 구비된 제2검증용 측정유닛이 더 포함되고,
    상기 제2검증용 측정유닛은,
    검증용 속도 측정기;
    제2압력측정기; 및
    검증용 밀도 측정기를 포함하고,
    상기 콘트롤유닛은 상기 검증용 속도 측정기, 상기 제2압력측정기, 및 상기 검증용 밀도측정기를 통해 측정된 값을 조합하여 제2 검증용 유량값을 연산하는 제2 검증용 유량값 연산부를 더 포함하는 이송 미분탄의 유량 측정 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2검증용 측정유닛의 상기 제2압력측정기는 상기 제1검증용 측정유닛의 제2압력측정기와 공통으로 사용되도록 구성된 이송 미분탄의 유량 측정장치.
  11. 이송 배관 상에 배치된 제어용 측정 유닛을 통하여 취득된 측정된 값을 기초로 미분탄 유량 조절을 위한 제어용 유량값을 산출하는 단계; 및
    상기 이송 배관 상의 일정간격을 갖는 두 개소의 압력을 측정하여 차압값을 취득하고, 취득된 차압값을 통하여 수식에 의해 제어용 유량값 검증을 위한 검증용 유량값을 산출하는 단계를 포함하고,
    상기 제어용 유량값은 상기 이송 배관 상에 구비된 제어용 온도측정기, 제어용 압력 측정기 및 제어용 속도측정기를 통해 측정된 제어용 온도값, 제1 압력값, 제어용 속도값을 기초로 연산을 수행하는 것에 의해 산출되는 이송 미분탄의 유량 측정 방법.
  12. 삭제
  13. 제11항에 있어서,
    상기 차압값은 상기 이송 배관 상에 일정 간격을 두고 배치된 두 개의 압력 측정기를 통해 취득되는 이송 미분탄의 유량 측정 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 차압값은 상기 제1압력값과, 상기 제어용 압력 측정기에 인접하여 배치된 제2압력측정기를 통해 측정된 제2압력값을 통해 취득하는 이송 미분탄 유량 측정 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 수식은 하기의 수식 (1),(2) 및 (3)중 적어도 어느 하나를 단순화시켜 일차 함수 형태로 정리된 정리식을 이용하는 이송 미분탄 유량 측정 방법.
    수식 (1): Kunii Levenspiel가 제안한 식
    Figure 112013018248584-pat00025
    ( θ=0°)
    Figure 112013018248584-pat00026
    (θ=90°)
    여기서, ρg는 가스밀도, g는 중력가속도, L은 이송배관 거리, us는 고체유속, Gs는 고체질량속(mass flux), gc는 중력상수, θ는 배관기울기, △Pf는 마찰압력 손실, △Phor 및 △Pver는 고체이송시 수평 이송배관 및 수직 이송배관 내의 압력손실을 의미하며, △Phor와 △Pver의 합은 전체 압력손실을 의미한다.

    수식 (2): Zenz ＆ Othmer가 제안한 식
    Figure 112013018248584-pat00027

    Figure 112013018248584-pat00028

    Figure 112013018248584-pat00029

    Figure 112013018248584-pat00030

    여기서, △Phor 및 △Pver는 고체이송시 수평 이송배관 및 수직 이송배관 내의 압력손실이며, △Phor와 △Pver의 합은 전체 압력손실, Vg는 가스속도, Vp는 분체속도, f는 마찰계수, fp는 고체 마찰계수, W는 고체질량(mass of solids), Gs는고체 질량속(mass flux), L은 이송배관 거리, Dt는 배관 직경을 의미한다.

    수식 (3): Wens ＆ Simons가 제안한 식
    Figure 112013018248584-pat00031

    여기서, △P는 고체이송시 이송배관 내의 차압(압력손실), Ms는 고체질량, Ma는 기체질량, ρg는 기체밀도, ρs는 고체밀도, A는 배관 단면적, D는 파이프 직경, d는 입자직경, L은 배관거리를 의미한다.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 정리식은 상기 수식(1)을 단순화시켜 일차함수 형태로 정리된 아래의 [정리식 1]을 이용하는 이송 미분탄 유량 측정 방법.
    [정리식 1]
    Figure 112013018248584-pat00032

    여기서, Gs는 고체질량속(mass flux), fg는 가스마찰계수, u는 가스유속, △P는 이송배관상의 차압, Lt는 배관 거리, F는 마찰변수를 의미한다.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 제어용 유량값 산출 단계에서, 상기 이송 배관 내로부터 측정된 밀도 측정값을 추가로 적용하는 이송 미분탄 유량 측정 방법.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 미분탄 이송 방향측으로 상기 제어용 유량 측정 유닛의 하류측에 배치된 제2검증용 측정유닛으로부터 측정된 검증용 압력값, 검증용 속도값, 및 검증용 밀도값을 기초로 제2 검증용 유량값을 산출하는 단계를 추가로 포함하는 이송 미분탄 유량 측정방법.
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