KR101606011B1 - 클링커 억제 장치 및 이를 포함하는 화력 발전 시스템 - Google Patents

클링커 억제 장치 및 이를 포함하는 화력 발전 시스템 Download PDF

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Abstract

클링커 억제 장치 및 이를 포함하는 화력 발전 시스템이 제공된다. 상기 클링커 억제 장치는, 석탄을 이용하는 화력 발전 시스템에서 발생하는 클링커를 억제하는 장치에 있어서, 상기 화력 발전 시스템에 클링커 억제제를 공급하는 공급부, 및 상기 공급부를 제어하여, 상기 클링커 억제제의 공급을 조절하는 제어부를 포함한다.

Description

클링커 억제 장치 및 이를 포함하는 화력 발전 시스템 {DEVICE FOR CONTROLLING CLINKER AND THERMAL POWER PLANT COMPRISING THEREOF}
본 발명은 클링커 억제 장치 및 이를 포함하는 화력 발전 시스템에 관한 것이다.
화력 발전소는 석탄을 연소하여 에너지를 발생시키며, 국내 전력의 약 40%를 생산한다. 화력 발전소는 석탄과 중유 등의 연료를 거대한 보일러 안에서 적당량의 공기와 혼합해 연소시킨다. 이때 보일러 안에서 타고 남은 석탄재인 클링커, 슬래그 등의 부착물이 발생한다. 이러한 클링커는 보일러 내에 두껍게 쌓여, 보일러를 파손시킬 수 있다. 또한 클링커로 인해 보일러가 중지되면, 전체 화력 발전소의 발전 효율에 큰 손실을 야기할 수 있다.
클링커가 많이 발생하는 원인 중 하나는 석탄 탄종의 변화이다. 우리나라의 경우 석탄을 주로 국외에서 수입하기 때문에, 석탄의 품질 및 탄종이 종종 변화한다. 특히 무연탄, 반무연탄, 유연탄, 및 중유(벙커-C유) 등을 혼소하여 연소하기도 하는데, 이러한 연료의 연소특성은 기존에 설치된 보일러와 맞지 않아 클링커의 발생량이 증가하게 된다.
기존에는 클링커를 제거하기 위하여 보일러 내부의 클링커를 물리적으로 떼어내는 방식을 이용해왔다. 그러나 이러한 방법은 사람이 직접 물리적인 힘을 가하여야 한다는 점에서 매우 위험하고 안전사고가 발생할 수 있다. 또한, 클링커를 제거하기 위하여 보일러의 가동을 정지하면 그만큼의 전력 생산에 손실이 발생하여, 전력생산의 전체적인 비용 효율이 감소한다는 문제점이 존재한다. 클링커를 억제하는 억제제를 이용하는 방법이 있으나, 석탄 탄종 또는 석탄의 성분이 변경될 때마다 억제제의 공급 조건을 변경하기 매우 힘들다는 문제점이 존재한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 화력 발전 시스템에 클링커 억제제를 공급하여 클링커의 발생을 억제하는 클링커 억제 장치를 제공한다.
본 발명은 석탄의 성분에 따라서 클링커 억제제의 공급을 제어하는 클링커 억제 장치를 제공한다.
본 발명은 상기 클링커 억제 장치를 포함하는 화력 발전 시스템을 제공한다.
본 발명의 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부한 도면으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 실시예들에 따른 클링커 억제 장치는, 석탄을 이용하는 화력 발전 시스템에서 발생하는 클링커를 억제하는 장치에 있어서, 상기 화력 발전 시스템에 클링커 억제제를 공급하는 공급부, 및 상기 공급부를 제어하여, 상기 클링커 억제제의 공급을 조절하는 제어부를 포함한다.
상기 제어부는 상기 석탄의 성분에 따라 상기 클링커 억제제의 공급을 조절하고, 상기 석탄의 성분이 변경되는 경우 상기 클링커 억제제의 종류도 변경될 수 있다.
상기 석탄의 성분 데이터는 상기 석탄을 랜덤으로 추출하여 분석한 제1 성분 데이터를 포함할 수 있다.
상기 화력 발전 시스템은 상기 석탄을 운반하는 컨베이어 벨트를 포함하고, 상기 클링커 억제 장치는 상기 컨베이어 벨트 위에 배치되어 상기 석탄의 성분을 실시간으로 분석하는 석탄 분석부를 더 포함할 수 있다.
상기 석탄 분석부는 제2 성분 데이터를 형성하고, 상기 제어부는 상기 제2 성분 데이터를 분석하여 상기 클링커 억제제의 공급을 조절할 수 있다.
상기 석탄 분석부는 NMR(Nuclear magnetic resonance) 장치일 수 있다.
상기 화력 발전 시스템은 상기 석탄을 운반하는 컨베이어 벨트를 포함하고, 상기 클링커 억제 장치는 상기 컨베이어 벨트 아래에 배치되어 상기 석탄의 무게 데이터를 형성하는 무게 측정부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 무게 데이터를 분석하여 상기 클링커 억제제의 공급을 조절할 수 있다.
상기 무게 데이터가 상기 제어부에 송신되었을 때, 상기 제어부가 작동 중인 경우, 상기 제어부는 상기 공급부에 대한 제어를 개시할 수 있고, 상기 제어부가 중지 중인 경우, 상기 제어부가 작동될 수 있다.
상기 클링커의 발생량을 측정하는 클링커 측정부를 더 포함할 수 있다.
상기 화력 발전 시스템은 상기 석탄을 연소하는 보일러를 포함하고, 상기 클링커 측정부는 상기 보일러 내에 삽입되어 상기 클링커 발생량을 측정할 수 있다.
상기 제어부는 상기 클링커 발생량 데이터를 분석하여 상기 클링커 억제제의 공급을 조절할 수 있다.
상기 화력 발전 시스템은 상기 석탄을 운반하는 컨베이어 벨트를 포함하고, 상기 클링커 억제 장치는 상기 컨베이어 벨트 아래에 배치되어 상기 석탄의 상탄 여부를 감지하는 상탄 센서를 더 포함할 수 있다.
상기 상탄 신호가 상기 제어부에 송신되었을 때, 상기 제어부가 작동 중인 경우, 상기 제어부는 상기 공급부에 대한 제어를 개시할 수 있고, 상기 제어부가 중지 중인 경우, 상기 제어부가 작동될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 화력 발전 시스템은 석탄을 연소하여 에너지를 발생하는 보일러, 및 상기 클링커 억제 장치를 포함하고, 상기 클링커 억제 장치는 상기 석탄에 클링커 억제제를 공급한다.
상기 연소 후에 발생하는 배기가스 내의 질소산화물을 제거하는 탈질 장치를 더 포함하고, 상기 클링커 억제 장치로 인하여 상기 클링커의 발생량이 억제되고, 상기 배기가스에 포함된 상기 질소산화물의 양이 억제될 수 있다.
상기 연소 후에 발생하는 배기가스 내의 황산화물을 제거하는 탈황기를 더 포함하고, 상기 클링커 억제 장치로 인하여 상기 클링커의 발생량이 억제되고, 상기 배기가스에 포함된 상기 황산화물의 양이 억제될 수 있다.
상기 연소 후에 발생하는 배기가스 내의 먼지를 제거하는 집진기를 더 포함하고, 상기 클링커 억제 장치로 인하여 상기 클링커의 발생량이 억제되고, 상기 배기가스에 포함된 상기 먼지의 양이 억제될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 클링커 억제 장치는 화력 발전 시스템에 클링커 억제제를 공급하여, 상기 화력 발전 시스템에서 발생하는 클링커의 발생을 억제할 수 있다. 또, 상기 클링커 억제 장치는 상기 화력 발전 시스템에 이용되는 석탄의 성분 및/또는 탄종에 따라 상기 클링커 억제제의 공급을 제어할 수 있다. 상기 클링커 억제 장치는 상기 석탄의 성분에 따라 상기 클링커 억제제를 다르게 공급하기 때문에, 다양한 품질의 석탄을 이용할 수 있어 저가 석탄도 상기 클링커에 대한 걱정 없이 이용할 수 있다. 또한, 상기 클링커 억제 장치는 상기 클링커 발생량을 감소시키기 때문에, 상기 화력 발전 시스템의 관리 비용을 감소시킬 수 있고, 전력 생산의 전체적인 원가를 절감할 수 있다. 상기 클링커 억제 장치는 상기 화력 발전 시스템의 공기 가열기(air heater)의 막힘에 의한 차압 증가로 발생하는 손실을 줄일 수 있다. 상기 클링커 억제 장치는 상기 클링커가 낙하되어 보일러 노벽의 수관이 파손되는 현상을 방지할 수 있다. 상기 클링커 억제 장치는 상기 클링커의 과다 생성으로 인한 브릿지 형성으로 상기 화력 발전 시스템의 가동중단 현상을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 화력 발전 시스템은 상기 클링커 억제 장치를 포함하여, 상기 클링커 억제 장치에 의한 효과를 갖는다. 상기 화력 발전 시스템은 상기 클링커의 발생이 억제되어 열전달 효율이 높고, 에너지 출력이 우수하다. 상기 화력 발전 시스템은 현재의 발전설비를 이용하면서도, 상기 클링커가 억제되어 다양한 종류의 석탄을 효과적으로 연소할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 클링커 억제 장치를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 클링커 억제 장치를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 클링커 억제 장치의 석탄 성분 데이터 처리 과정을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 성분 측정부를 포함하는 클링커 억제 장치를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 무게 측정부를 포함하는 클링커 억제 장치를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 상탄 센서를 포함하는 클링커 억제 장치를 나타낸다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예들에 따른 제어부의 공급부 제어 방법을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 클링커 측정부를 포함하는 클링커 억제 장치를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 클링커 측정부를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 클링커 억제 장치를 포함하는 화력 발전 시스템을 나타낸다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 클링커 억제 방법을 나타낸다.
이하, 실시예들을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 본 발명의 목적, 특징, 장점은 이하의 실시예들을 통해 쉽게 이해될 것이다. 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고, 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 따라서, 이하의 실시예들에 의하여 본 발명이 제한되어서는 안 된다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 요소들(elements)을 기술하기 위해서 사용되었지만, 상기 요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이러한 용어들은 단지 상기 요소들을 서로 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 또, 어떤 요소가 다른 요소 위에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 요소 위에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다.
도면들에서 요소의 크기, 또는 요소들 사이의 상대적인 크기는 본 발명에 대한 더욱 명확한 이해를 위해서 다소 과장되게 도시될 수 있다. 또, 도면들에 도시된 요소의 형상이 제조 공정상의 변이 등에 의해서 다소 변경될 수 있을 것이다. 따라서, 본 명세서에서 개시된 실시예들은 특별한 언급이 없는 한 도면에 도시된 형상으로 한정되어서는 안 되며, 어느 정도의 변형을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
[ 클링커 억제 장치]
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 클링커 억제 장치(10)를 나타낸다.
도 1 및 도2를 참조하면, 클링커 억제 장치(10)는 공급부(100), 제어부(200), 및 저장부(300)를 포함할 수 있다.
공급부(100)는 화력 발전 시스템(1)에서 발생하는 클링커를 억제할 수 있는 클링커 억제제를 공급한다. 공급부(100)는 제어부(200)의 제어를 받으며, 저장부(300)에 저장된 클링커 억제제를 화력 발전 시스템(1)에 공급할 수 있다.
공급부(100)는 저장부(300)에 저장된 액체의 클링커 억제제를 화력 발전 시스템(1)으로 이송 및 공급하기 위한 구성들, 예를 들어, 파이프, 펌프, 밸브, 및 노즐을 포함할 수 있다. 상기 파이프는 저장부(300)와 상기 노즐을 연결하여 클링커 억제제를 이동시키기 위한 통로를 제공할 수 있다. 상기 펌프는 저장부(300)의 클링커 억제제를 높은 위치로 이송시킬 수 있다. 상기 밸브는 상기 파이프에 배치되어 상기 파이프를 통하여 이송되는 클링커 억제제의 유량을 조절할 수 있다. 상기 노즐은 석탄을 운반하는 컨베이어 벨트(20) 위에 배치되어 상기 컨베이어 벨트에 의해 운반되는 석탄에 클링커 억제제를 분사할 수 있다. 상기 클링커 억제제의 종류에 따라 다른 파이프, 노즐, 및 밸브가 사용될 수 있다.
제어부(200)는 공급부(100)를 제어하여, 클링커 억제제의 공급을 조절한다. 제어부(200)는 클링커 억제제의 종류, 클링커 억제제의 공급량, 및 클링커 억제제의 공급 시간 중에서 선택된 하나 이상을 제어할 수 있다.
제어부(200)는 상기 석탄의 성분 데이터, 화력 발전 시스템(1)의 운전 조건, 상기 석탄의 무게 데이터, 및 클링커 발생량 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 데이터를 분석하여, 클링커 억제제의 공급을 조절할 수 있다. 상기 데이터는 제어부(200)에 수신 및 저장되어 이용될 수 있다. 예를 들어, 사용자는 상기 저장된 데이터에 적합한 클링커 억제제 공급 설정 값을 확인할 수 있다.
상기 석탄의 성분은 일정하지 않을 수 있다. 저가의 석탄일수록 상기 석탄의 성분이 자주 변화할 수 있다. 바람직하게는 상기 클링커를 효과적으로 억제하기 위해, 상기 석탄의 성분 변화에 따라 상기 클링커 억제제가 다르게 공급될 수 있다.
제어부(200)는 상기 석탄의 성분에 따라 다른 클링커 억제제를 공급하도록 공급부(100)를 제어할 수 있다. 제어부(200)는 상기 석탄 성분 데이터를 수신하여, 상기 석탄 성분 데이터에 적합한 상기 클링커 억제제를 선택할 수 있다. 예를 들어, 서로 다른 성분을 갖는 제1 석탄 및 제2 석탄에 대하여, 상기 제1 클링커 억제제는 상기 제1 석탄에 공급될 수 있고, 상기 제2 클링커 억제제는 상기 제2 석탄에 공급될 수 있다. 상기 석탄의 성분 데이터는 다양한 방법으로 획득될 수 있다.
제어부(200)는 화력 발전 시스템(1)의 운전 조건에 따라 상기 클링커 억제제의 공급을 조절할 수 있다. 상기 운전 조건은 화력 발전 시스템(1)의 규모, 성능, 및 시스템 온도 등과 같은 데이터 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으며, 이에 한정되지 않고 화력 발전 시스템(1)의 종류에 따라 달라질 수 있다.
제어부(200)는 상기 석탄의 무게 데이터에 따라 상기 클링커 억제제의 공급을 조절할 수 있다. 제어부(200)는 상기 무게 데이터에 따라 상기 클링커 억제제의 공급량을 조절할 수 있다. 예를 들어, 상기 무게가 증가하면, 상기 공급량도 증가할 수 있다. 상기 무게가 감지되면 제어부(200)가 공급부(100)를 동작시킬 수 있다.
제어부(200)는 상기 클링커 발생량에 따라 상기 클링커 억제제의 공급을 조절할 수 있다. 예를 들어, 제어부(200)는 상기 클링커 발생량을 확인한 후, 상기 클링커를 더 억제해야 할 필요가 있다고 판단되면 상기 클링커 억제제의 공급량을 증가시킬 수 있다.
저장부(300)는 상기 클링커 억제제를 저장한다. 저장부(300)는 하나 이상의 클링커 억제제 저장 탱크를 포함할 수 있다. 예를 들어, 저장부(300)는 제1 탱크(301), 제2 탱크(302), 제3 탱크(303), 및 제4 탱크(304)를 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제4 탱크는 각각 서로 다른 클링커 억제제를 저장할 수 있다. 예를 들어, 제1 탱크는(301) 제1 클링커 억제제를, 제2 탱크(302)는 제2 클링커 억제제를, 제3 탱크(303)는 제3 클링커 억제제를, 그리고 제4 탱크(304)는 제4 클링커 억제제를 저장할 수 있다. 저장부(300)에 저장된 상기 클링커 억제제는 상기 파이프로 연결된 공급부(100)를 통해서 공급될 수 있다.
실시예들에서, 제어부(200)는 저장부(300)에 무선 및/또는 유선으로 연결되어, 상기 클링커 억제제의 저장 상태 및 상기 클링커 억제제의 잔여량 등을 모니터링할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 클링커 억제 장치(10)의 석탄 성분 데이터 처리 과정을 나타내고, 도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 석탄 분석부(400)를 포함하는 클링커 억제 장치를 나타낸다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 석탄 성분 데이터는 제1 성분 데이터(a) 및 제2 성분 데이터(b) 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
제1 성분 데이터(a)는 랜덤으로 추출한 상기 석탄의 성분을 분석하여 얻은 데이터일 수 있다. 예를 들어, 제1 성분 데이터(a)는 상기 석탄을 랜덤 추출하여 분석된 것일 수 있다. 제1 성분 데이터(a)의 구체적인 분석 방법이나 수단은 한정되지 않는다.
제2 성분 데이터(b)는 상기 석탄을 석탄 분석부(400)로 분석하여 얻은 데이터일 수 있다. 석탄 분석부(400)는 컨베이어 벨트(20)를 통하여 운반 중인 상기 석탄의 성분을 분석하여, 제2 성분 데이터(b)를 생성할 수 있다. 제2 성분 데이터(b)는 실시간으로 생성되어 제어부(200)로 송신될 수 있다. 제어부(200)는 제2 성분 데이터(b)를 통하여 상기 석탄 성분 데이터의 정확도를 높여, 공급되는 상기 석탄에 맞는 최적의 상기 클링커 억제제를 선택할 수 있다. 제2 성분 데이터(b)를 이용하면, 제어부(200)는 상기 석탄의 성분의 변화에 따라 상기 클링커 억제제의 공급을 조절할 수 있다.
클링커 억제 장치(10)는 석탄 분석부(400)를 더 포함할 수 있다. 석탄 분석부(400)는 컨베이어 벨트(20) 위에 배치될 수 있다. 바람직하게는, 석탄 분석부(400)는 공급부(100) 이전에 배치될 수 있다. 이는 상기 클링커 억제제가 상기 석탄에 공급되기 전에 상기 석탄의 분석이 수행되는 것이 바람직하기 때문이다.
실시예들에서, 석탄 분석부(400)는 NMR(Nuclear magnetic resonance) 장치일 수 있다. 상기 NMR 장치는 자기장 내에서 원자핵의 자기모멘트에 특정한 외부의 에너지가 작용하여 상기 에너지를 흡수하고 다른 에너지 준위로 전이하는 현상을 이용한 방법을 이용한 장치일 수 있다. 상기 NMR 장치는 상기 석탄 성분을 정확하게 분석할 수 있다. 석탄 분석부(400)는 상기 NMR 장치에 한정되지 않으며, 상기 석탄의 성분을 측정할 수 있으면 된다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 무게 측정부(500)를 포함하는 클링커 억제 장치(10)를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 클링커 억제 장치(10)는 컨베이어 벨트(20) 아래에 배치되어, 상기 석탄의 무게 데이터를 생성하는 무게 측정부(500)를 더 포함할 수 있다. 상기 무게 데이터가 제어부(200)에 전달되면, 제어부(200)는 상기 무게 데이터를 분석하여 상기 클링커 억제제의 공급량을 조절하도록 공급부(100)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 무게 데이터가 증가하면, 제어부(200)는 상기 클링커 억제제의 공급량을 증가하도록 공급부(100)를 제어할 수 있다. 다른 예에서, 제어부(200)는 상기 무게 데이터에 따라 상기 공급 노즐의 시간당 클링커 억제제 공급량을 조절할 수 있다. 상기 무게 감지에 의해 제어부(200)는 공급부(100)를 동작시킬 수 있다.
상기 무게 데이터가 제어부(200)에 전달되면, 제어부(200)는 상기 클링커 억제제의 공급 시간을 조절할 수 있다. 상기 공급 시간은 상기 클링커 억제제의 종류에 따라 다를 수 있다. 예를 들어, 제1 클링커 억제제를 공급하는 클링커 억제 장치(10)에 있어서, 제어부(200)는 상기 무게 데이터에 따라 공급부(100)를 제어하여 상기 제1 클링커 억제제의 상기 공급 시간을 조절할 수 있다. 다른 예에서, 제어부(200)는 공급부(100)를 제어하여 상기 공급 시간의 간격을 조절할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 상탄 센서(600)를 포함하는 클링커 억제 장치(10)를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 클링커 억제 장치(10)는 상기 석탄이 컨베이어 벨트(20)에 상탄되었는지 여부를 감지하는 상탄 센서(600)를 더 포함할 수 있다. 상탄 센서(600)는 상기 석탄이 컨베이어 벨트(20)에 올려지면 자동으로 상탄 신호를 생성할 수 있다. 제어부(200)는 상기 상탄 신호를 수신할 수 있다. 상기 상탄 신호에 의해, 제어부(200)는 공급부(100)를 동작시킬 수 있다. 실시예들에서, 제어부(200)가 정지된 상태에서, 상기 상탄 신호가 생성되면 제어부(200)가 자동으로 작동될 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예들에 따른 제어부(200)의 공급부(100) 제어 방법을 나타낸다.
도 7a를 참조하면, 상기 무게 데이터 및 상기 상탄 신호 중에서 어느 하나 이상의 신호가 상기 제어부에 송신되었을 때, 제어부(200)가 작동 중인 경우, 제어부(200)는 공급부(100)에 대한 제어를 개시할 수 있다. 상기 신호는 화력 발전 시스템(1)의 운전 조건, 안정성, 및 사용자의 의도 등에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 예를 들어, 사용자는 제어부(200)가 상기 무게 데이터 및 상기 상탄 신호 모두를 수신하면 공급부(100)를 제어하도록 설정할 수 있다.
다른 예에서, 상기 무게 데이터 및 상기 상탄 신호 중에서 어느 하나 이상의 신호가 상기 제어부에 송신되었을 때, 제어부(200)가 중지 중인 경우, 제어부(200)가 작동될 수 있다.
도 7b를 참조하면, 제어부(200)는 상기 무게 데이터 및 상기 상탄 신호 중에서 어느 하나 이상이 수신되지 않으면 공급부(100)에 대한 제어를 중지할 수 있다.
도 7a 및 도 7b의 방법을 통하여, 제어부(200)는 컨베이어 벨트(20) 위에 석탄의 존재 여부를 파악하고, 자동으로 공급부(100)에 대한 제어를 개시 또는 중지할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 클링커 측정부(700)를 포함하는 클링커 억제 장치(10)를 나타낸다.
도 8을 참조하면, 클링커 억제 장치(10)는 클링커 측정부(700)를 더 포함할 수 있다. 클링커 측정부(700)는 상기 석탄이 연소되는 보일러(30) 내부에 발생하는 상기 클링커 발생량을 측정할 수 있다. 클링커 측정부(700)는 상기 클링커 발생량 데이터를 제어부(200)에 송신할 수 있다. 제어부(200)는 상기 클링커 발생량 데이터를 분석하여 상기 클링커 억제제의 공급을 조절하도록 공급부(100)를 제어할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 클링커 측정부(700)를 나타낸다.
도 9를 참조하면, 실시예들에 따른 클링커 측정부(700)는 삽입부(701) 및 본체부(702)를 포함할 수 있다.
삽입부(701)는 보일러(30) 내부에 삽입될 수 있다. 삽입부(701)는 온도 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 삽입부(701)가 보일러(30) 내부에 삽입되면, 상기 클링커가 삽입부(701)에 쌓일 수 있다. 상기 온도 센서는 삽입부(701)의 온도를 측정할 수 있다. 상기 온도는 상기 클링커의 발생량에 따라 달라질 수 있다.
본체부(702)는 내부에 상기 클링커의 발생량을 연산하는 연산부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 본체부(702)는 삽입부(701)에서 측정된 상기 온도를 분석하여 상기 클링커 발생량 데이터를 생성할 수 있다.
[화력 발전 시스템]
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 클링커 억제 장치(10)를 포함하는 화력 발전 시스템(1)을 나타낸다.
도 10을 참조하면, 화력 발전 시스템(1)은 클링커 억제 장치(10), 보일러(30), 탈질 장치(40), 열교환기(50), 집진기(60), 및 탈황기(70)를 포함할 수 있다. 클링커 억제 장치(10)는 보일러(30) 내부에 발생하는 상기 클링커 발생량을 억제할 수 있다. 보일러(30)는 상기 클링커에 의해 작동이 중지될 수 있는데, 클링커 억제 장치(10)의 작동으로 인하여 보일러(30)의 작동 중지 현상이 감소할 수 있다.
보일러(30)가 상기 석탄을 연소하면 배기가스가 발생한다. 상기 배기가스에는 질산가스, 먼지, 및 황산가스 등의 대기오염 물질이 포함되어 있다. 클링커 억제 장치(10)에 의해 상기 클링커가 억제되면, 상기 배기가스의 품질이 좋아질 수 있다. 이로 인하여, 상기 배기가스에 포함된 질산가스, 먼지, 및 황산가스 함유량이 감소할 수 있다. 상기 배기가스에 포함된 상기 질산가스의 함유량이 줄어들면, 탈질 장치(40)의 수명이 증가할 수 있다. 상기 배기가스에 포함된 상기 먼지의 함유량이 줄어들면, 집진기(60)의 수명이 증가할 수 있다. 상기 배기가스에 포함된 상기 황산가스의 함유량이 줄어들면, 탈황기(70)의 수명이 증가할 수 있다. 클링커 억제 장치(10)가 상기 클링커 발생량을 억제함으로써, 상기 배기가스의 품질이 좋아지며, 이로 인하여 화력 발전 시스템(1) 전체의 수명과 효율이 증가할 수 있다.
[ 클링커 억제 방법]
석탄을 이용하는 화력 발전 시스템(1)에서 발생하는 클링커를 억제하기 위한 방법이 개시된다. 바람직하게 상기 클링커를 효과적으로 억제하기 위해서, 상기 석탄의 성분에 따라 상기 클링커 억제제를 다르게 투여할 수 있다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 클링커 억제 방법을 나타낸다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 상기 클링커 억제 방법은 클링커 억제제의 공급 조절을 위한 데이터를 준비하는 단계(S10), 상기 데이터에 따라 클링커 억제제의 공급 조건을 조절하는 단계(S20), 및 상기 클링커 억제제를 공급하는 단계(S30)를 포함할 수 있다.
클링커 억제제의 공급 조절을 위한 데이터를 준비한다(S10). 상기 데이터는 석탄의 성분 데이터, 석탄의 무게 데이터, 상기 클링커 발생량 데이터, 화력 발전 시스템의 운전조건 데이터, 및 상기 클링커의 종류 데이터 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 성분 데이터가 NMR 분석 등에 의해 준비될 수 있다. 상기 성분 데이터는 상기 석탄을 랜덤으로 추출하여 분석한 제1 성분 데이터 및 상기 석탄을 실시간으로 분석한 제2 성분 데이터 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 데이터에 따라 클링커 억제제의 공급 조건을 조절한다(S20). 상기 데이터에 따라, 클링커 억제제의 종류, 공급량, 및 공급 시간 중에서 선택된 하나 이상의 조건을 조절할 수 있다.
예를 들어, 상기 석탄의 성분에 따라 다른 클링커 억제제를 공급하도록 할 수 있다. 서로 다른 성분을 갖는 제1 석탄 및 제2 석탄에 대하여, 상기 제1 클링커 억제제는 상기 제1 석탄에 공급되도록 조절될 수 있고, 상기 제2 클링커 억제제는 상기 제2 석탄에 공급되도록 조절될 수 있다. 상기 석탄의 성분 데이터는 다양한 방법으로 획득될 수 있다.
다른 예에서, 상기 운전조건 데이터에 따라 클링커 억제제의 공급 조건을 조절할 수 있다. 상기 운전조건은 상기 화력 발전 시스템의 규모, 성능, 및 시스템 온도 등과 같은 데이터 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으며, 이에 한정되지 않고 상기 화력 발전 시스템의 종류에 따라 달라질 수 있다.
또 다른 예에서, 상기 석탄의 무게 데이터에 따라 클링커 억제제의 공급량 조건을 조절할 수 있다. 상기 무게가 증가하면, 상기 공급량도 증가할 수 있다.
또 다른 예에서, 상기 클링커 발생량 데이터에 따라 클링커 억제제의 공급 조건을 조절할 수 있다. 상기 클링커 발생량을 확인한 결과, 상기 클링커를 더 억제해야 할 필요가 있다고 판단되면 클링커 억제제의 공급량을 증가시킬 수 있다.
상기 공급 조건에 따라 클링커 억제제를 공급한다(S30). 예를 들어, 액체의 클링커 억제제가 파이프, 펌프, 및 노즐 등을 통해서 상기 석탄에 공급될 수 있다.
실시예들에서, 상기 클링커 억제 방법은 상기 클링커 발생량을 확인하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 클링커 발생량은 클링커 측정부(700)에 의해 측정될 수 있다. 제어부(200)는 상기 클링커 발생량을 확인하여, 상기 클링커를 더 억제해야 할 필요가 있으면, 다시 제어부(200)가 클링커 억제제의 공급을 조절할 수 있다(S20).
[ 실시예 1]
본 발명의 실시예들에 따른 클링커 억제 장치(10)를 이용하였을 때 보일러(30) 가동 기간을 측정하여, 상기 클링커 억제 효과를 확인하였다. 보일러(30)에 상기 클링커가 많이 형성되면 가동 시간이 줄어들어 발전 효율이 감소한다. 따라서 보일러(30) 가동 시간이 길수록 클링커 억제 장치(10)의 효과가 우수할 수 있다.
일반적인 석탄 연소 보일러는 클링커 발생으로 인한 슬래깅(slagging) 및 파울링(fouling)이 발생할 수 있으며, 이로 인해 잦은 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 상기 보일러를 정지하여 청소를 진행하면, 에너지 손실이 발생할 수 있다.
본 실시예에 따른 클링커 억제 장치(10)가 적용되지 않은 상기 보일러에서, 상기 청소를 위한 발전정지 주기는 3주였다. 상기 발전정지 주기는 본 실시예에 해당하는 예시적인 것이며, 본 발명을 한정하지 않는다.
상기 보일러에 제공되는 상기 석탄은 양과 조성이 균일하지 않다는 문제점이 존재하여, 상기 석탄에 적절한 상기 클링커 억제제를 공급하기 어려웠다. 일 예에서, 예상치 못하게 많은 유연탄이 상기 보일러에 투입되는 경우, 평소보다 많은 슬래깅과 클링커가 형성되었다.
상기의 문제점들을 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 클링커 억제 장치(10)를 적용시켰다. 본 실시예에서, 클링커 억제 장치(10)는 상기 석탄의 성분의 변화에 대응하여, 실시간으로 상기 클링커 억제제의 공급을 조절할 수 있었다.
클링커 억제 장치(10)를 적용시킨 결과, 상기 발전정지 주기가 3주에서 5주로 연장될 수 있었다. 상기 발전정지 주기는 상기 석탄의 품질 및 상기 클링커 억제제의 품질 등의 조건에 따라 달라질 수 있다.
[ 실시예 2]
본 발명의 실시예에 따른 클링커 억제 장치(10)를 포함하는 화력 발전 시스템(1)에서, 클링커 억제 장치(10)에 따른 황산화물(SOx) 배출량 감소 효과를 확인하기 위하여, 클링커 억제 장치(10) 작동 전후의 상기 SO3 배출량을 비교하였다.
상기 SO3 배출량은 탈황기(70)에서 측정되었다. 클링커 억제 장치(10)의 작동 후의 상기 SO3 배출량이 전보다 많이 낮으면 상기 클링커 억제 장치(10)의 효과가 우수한 것으로 판단할 수 있다.
탈황전 SOx 배출량(ppm) 탈황후 SOx 배출량(ppm)
최저치 316 31
평균치 371 44
최고치 424 65
측정 회수 클링커 억제 장치 미작동시 SO3(ppm) 클링커 억제 장치 작동시 SO3(ppm)
1 10.93 6.73
2 10.09 2.04
3 19.34 12.61
표 1은 본 발명의 실시예에 따른 탈황기(70)의 전단 및 후단에서 측정된 SOx 배출량을 나타내고, 표 2는 본 발명의 실시예에 따른 화력 발전 시스템(1)에서 발생하는 상기 SO3 배출량을 나타낸다. 상기 SO3 배출량은 각 시간별(분 단위)로 측정된 데이터를 평균하여 나타내었으며, 측정 회수는 3회였다.
표 1을 참조하면, 클링커 억제 장치(10)가 적용되지 않은 상태에서 탈황 전후의 SOx 배출량이 나타나 있다. 이를 통해 탈황기(70)의 효과를 확인할 수 있다.
표 2를 참조하면, 클링커 억제 장치(10)가 미작동할 때와 작동할 때의 SO3 배출량을 확인할 수 있다. 클링커 억제 장치(10)가 미작동할 때, 탈황기(70)의 후단에서 발생하는 SO3 발생량은 각각 10.93, 10.09, 및 19.34 ppm으로 측정되었다. 클링커 억제 장치(10)가 작동할 때, 탈황기(70)의 후단에서 발생하는 SO3 발생량은 각각 6.73, 2.04, 및 12.61 ppm으로 측정되었다. 클링커 억제 장치(10)의 작동으로 인하여 상기 SO3 발생량이 현저하게 감소한다는 사실을 확인할 수 있다.
클링커 억제 장치(10)로 인하여, 상기 SOx 및 상기 SO3의 배출량이 감소될 수 있고, 이로 인해 탈황기(70)의 수명이 증가할 수 있다. 또한, 상기 SOx 배출량이 감소되면, 상기 배출가스의 영향을 받는 부품들의 부식이 억제될 수 있어, 화력 발전 시스템(1)의 전체적인 안정성과 발전 효율이 향상될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대한 구체적인 실시예들을 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 화력 발전 시스템 10: 클링커 억제 장치
20: 컨베이어 벨트 30: 보일러
40: 탈질 장치 50: 열교환기
60: 집진기 70: 탈황기
100: 공급부 200: 제어부
300: 저장부 301: 제1 탱크
302: 제2 탱크 303: 제3 탱크
304: 제4 탱크 400: 석탄 분석부
500: 무게 측정부 600: 상탄 센서
700: 클링커 측정부 701: 삽입부
702: 본체부 a: 제1 성분 데이터
b: 제2 성분 데이터

Claims (18)

  1. 컨베이어 벨트를 이용하여 석탄을 운반하여 보일러에 공급하는 화력 발전 시스템에서 상기 석탄의 연소에 의해 발생하는 클링커를 억제하는 장치에 있어서,
    상기 컨베이어 벨트 위에서 상기 석탄에 클링커 억제제를 공급하는 공급부;
    상기 석탄의 성분에 따라 상기 공급부를 제어하여 상기 클링커 억제제의 공급을 조절하는 제어부; 및
    상기 공급부에 연결되고 상기 클링커 억제제를 저장하는 저장부를 포함하고,
    상기 공급부는 상기 컨베이어 벨트 위에 배치되어 서로 다른 클링커 억제제를 분사하는 둘 이상의 노즐을 포함하고,
    상기 저장부는 서로 다른 클링커 억제제를 저장하는 둘 이상의 탱크를 포함하며,
    상기 석탄의 성분을 실시간으로 분석하여 상기 석탄의 성분이 변경되는 경우 상기 석탄에 공급되는 상기 클링커 억제제의 종류도 변경되는 것을 특징으로 하는 클링커 억제 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 석탄의 성분 데이터는 상기 석탄을 랜덤으로 추출하여 분석한 제1 성분 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 클링커 억제 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 클링커 억제 장치는 상기 컨베이어 벨트 위에 배치되어 상기 석탄의 성분을 실시간으로 분석하는 석탄 분석부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 클링커 억제 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 석탄 분석부는 제2 성분 데이터를 형성하고,
    상기 제어부는 상기 제2 성분 데이터를 분석하여 상기 클링커 억제제의 공급을 조절하는 것을 특징으로 하는 클링커 억제 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 석탄 분석부는 NMR(Nuclear magnetic resonance) 장치인 것을 특징으로 하는 클링커 억제 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 클링커 억제 장치는 상기 컨베이어 벨트 아래에 배치되어 상기 석탄의 무게 데이터를 형성하는 무게 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 클링커 억제 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 무게 데이터를 분석하여 상기 클링커 억제제의 공급을 조절하는 것을 특징으로 하는 클링커 억제 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 무게 데이터가 상기 제어부에 송신되었을 때,
    상기 제어부가 작동 중인 경우, 상기 제어부는 상기 공급부에 대한 제어를 개시할 수 있고,
    상기 제어부가 중지 중인 경우, 상기 제어부가 작동되는 것을 특징으로 하는 클링커 억제 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 클링커의 발생량을 측정하는 클링커 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 클링커 억제 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 클링커 측정부는 상기 보일러 내에 삽입되어 상기 클링커 발생량을 측정하는 것을 특징으로 하는 클링커 억제 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 클링커 발생량 데이터를 분석하여 상기 클링커 억제제의 공급을 조절하는 것을 특징으로 하는 클링커 억제 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨베이어 벨트 아래에 배치되어 상기 석탄의 상탄 여부를 감지하는 상탄 센서를 더 포함하는 클링커 억제 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 상탄 신호가 상기 제어부에 송신되었을 때,
    상기 제어부가 작동 중인 경우, 상기 제어부는 상기 공급부에 대한 제어를 개시할 수 있고,
    상기 제어부가 중지 중인 경우, 상기 제어부가 작동되는 것을 특징으로 하는 클링커 억제 장치.
  15. 석탄을 연소하여 에너지를 발생하는 보일러; 및
    제 1 항 및 제 3 항 내지 제 14 항 중에서 어느 한 항의 클링커 억제 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 화력 발전 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 연소 후에 발생하는 배기가스 내의 질소산화물을 제거하는 탈질 장치를 더 포함하고,
    상기 클링커 억제 장치로 인하여 상기 클링커의 발생량이 억제되고,
    상기 배기가스에 포함된 상기 질소산화물의 양이 억제되는 것을 특징으로 하는 화력 발전 시스템.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 연소 후에 발생하는 배기가스 내의 황산화물을 제거하는 탈황기를 더 포함하고,
    상기 클링커 억제 장치로 인하여 상기 클링커의 발생량이 억제되고,
    상기 배기가스에 포함된 상기 황산화물의 양이 억제되는 것을 특징으로 하는 화력 발전 시스템.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 연소 후에 발생하는 배기가스 내의 먼지를 제거하는 집진기를 더 포함하고,
    상기 클링커 억제 장치로 인하여 상기 클링커의 발생량이 억제되고,
    상기 배기가스에 포함된 상기 먼지의 양이 억제되는 것을 특징으로 하는 화력 발전 시스템.
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