KR101684348B1 - 화력발전시스템의 운전진단장치 및 방법 - Google Patents
화력발전시스템의 운전진단장치 및 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101684348B1 KR101684348B1 KR1020150090460A KR20150090460A KR101684348B1 KR 101684348 B1 KR101684348 B1 KR 101684348B1 KR 1020150090460 A KR1020150090460 A KR 1020150090460A KR 20150090460 A KR20150090460 A KR 20150090460A KR 101684348 B1 KR101684348 B1 KR 101684348B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- fuel
- amount
- power generation
- generation system
- input
- Prior art date
Links
- 238000010248 power generation Methods 0.000 title claims abstract description 57
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 156
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 claims abstract description 39
- 239000003245 coal Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims abstract description 22
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 17
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 claims description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 7
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 claims description 6
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims description 4
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 3
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 2
- 239000002585 base Substances 0.000 claims description 2
- 238000000921 elemental analysis Methods 0.000 claims 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 claims 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 abstract description 5
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 abstract 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 7
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000011234 economic evaluation Methods 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 238000004448 titration Methods 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 239000010801 sewage sludge Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 that is Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
- G06Q50/06—Energy or water supply
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q10/00—Administration; Management
- G06Q10/08—Logistics, e.g. warehousing, loading or distribution; Inventory or stock management
- G06Q10/087—Inventory or stock management, e.g. order filling, procurement or balancing against orders
Landscapes
- Business, Economics & Management (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Economics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Human Resources & Organizations (AREA)
- Marketing (AREA)
- General Business, Economics & Management (AREA)
- Strategic Management (AREA)
- Tourism & Hospitality (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Primary Health Care (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Public Health (AREA)
- Accounting & Taxation (AREA)
- Finance (AREA)
- Development Economics (AREA)
- Entrepreneurship & Innovation (AREA)
- Operations Research (AREA)
- Quality & Reliability (AREA)
- Regulation And Control Of Combustion (AREA)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
Abstract
화력발전시스템의 운전진단장치 및 방법에 관한 것으로, 저탄장에 저장된 각 연료별 재고 현황을 관리하는 재고 관리부, 연료별 재고현황 정보와 발열량 정보에 기초해서 연료를 선정하는 연료 선정부, 선정된 연료별 투입량에 따른 열입력과 산화제 투입량의 적정성을 판단하는 적정성 판단부, 화력발전시스템에 마련된 각 장치의 이상 발생 여부를 검사해서 운전 상태를 진단하는 운전 진단부 및 상기 적정성 판단부의 판단결과와 운전 진단부의 진단결과에 기초해서 연료 조합별 운전이력을 관리하고 효율을 최대화하도록 연료 조합을 변경 선정하도록 제어하는 제어부를 포함하는 구성을 마련하여, 연료별 재고 현황 및 발열량 정보를 이용해서 연료를 선정하고 시뮬레이션 기법을 활용해서 최적의 연료 조합을 선정할 수 있다는 효과가 얻어진다.
Description
본 발명은 화력발전시스템의 운전진단장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 석탄 화력발전시스템에서 연료 다변화에 따른 최적 연료조합을 도출하도록 운전을 진단하는 화력발전시스템의 운전진단장치 및 방법에 관한 것이다.
국내 석탄화력발전은 기저부하로 운전되고, 전체 전력생산 중 약 40%에 해당되는 매우 중요한 발전원이다.
최근에는 국제적으로 CO2 저감 및 RPS(Renewable Portfolio Standard, 신재생에너지 의무 할당제) 규제로 인해, 신재생 연료의 활용이 증대되고 있다.
이에 따라, 대부분의 화력발전소에서는 우드 펠릿(wood pellet)나 하수오니(sewage sludge)를 신재생 에너지원으로 하여 석탄과 함께 혼소하고 있다.
한편, 신재생 연료의 수급 한계로 인해, 값싸고 쉽게 이용 가능한 바이오매스들의 활용이 불가피한 상황이다.
특히, 화력발전시스템에서 신재생 에너지원인 바이오매스와 석탄을 함께 혼소할 경우, 연료 특성이 달라 각 연료별 운전(혼소운전)의 이력 관리가 필요하게 된다.
예를 들어, 하기의 특허문헌 1 및 특허문헌 2에는 복수의 연료를 사용하는 발전 설비의 효율을 관리하는 기술이 개시되어 있다.
특허문헌 1에는 발전설비의 터빈 등에 설치된 계측센서를 이용해서 온도, 압력, 유량 등의 운전변수를 취득하고, 연료별 연료비 단가 및 연료 발열량 등의 데이터와 설계 운전 변수의 변화값에 따른 열소비율 변화량, 터빈 효율 변화량, 플랜트 효율 변화량을 계산하며, 연료비용 추가액을 산정해서 연료 비용 및 경제성을 평가하는 화력발전설비 평가 방법 및 모니터링 시스템 구성이 기재되어 있다.
특허문헌 2에는 서로 다른 두 가지 연료를 사용하는 화력발전설비에서 사용되는 연료의 발열량 변화에 따라 연료제어기의 요구연료량을 보정하여 보일러로 공급함으로써, 제어성능을 개선해서 발전소의 효율을 향상시키는 화력발전설비의 연료량 보정장치 구성이 기재되어 있다.
그러나 종래에는 연료가격 및 특성을 이용해서 경제성을 평가만이 수행됨에 따라, 연료 다변화에 따른 다양한 변수를 고려해서 화력발전시스템의 효율을 정확하게 진단하는데 한계가 있었다.
따라서 각 연료의 재고 현황, 시뮬레이션기법을 활용한 열입력(thermal input) 및 투입산화제 적정여부, 선정 연료들의 애시(ash) 특성을 활용한 이상상태 진단, 전력 생산량 확인을 통해 다양한 연료들의 최적조합 및 배제조합 등에 대한 운전이력을 확보하여 경제적 이익을 도모할 수 있는 기술의 개발이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 연료별 재고 현황 및 발열량 정보를 이용해서 연료를 선정하고 시뮬레이션 기법을 활용해서 최적의 연료 조합을 선정할 수 있는 화력발전시스템의 운전진단장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 화력발전시스템의 운전 과정에서 열입력 적정 여부 및 투입 산화제량 진단, 이상상태 확인, 전력 생산량 확인, 경제성 평가 등 일련의 과정을 거쳐 다양한 연료들의 최적조합을 도출하고 운전이력을 관리하는 화력발전시스템의 운전진단장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 석탄과 다양한 종의 바이오매스 연료를 혼합 연소시켜 발전하는 화력발전시스템의 운전진단장치는 저탄장에 저장된 각 연료별 재고 현황을 관리하는 재고 관리부, 연료별 재고현황 정보와 발열량 정보에 기초해서 연료를 선정하는 연료 선정부, 선정된 연료별 투입량에 따른 열입력과 산화제 투입량의 적정성을 판단하는 적정성 판단부, 화력발전시스템에 마련된 각 장치의 이상 발생 여부를 검사해서 운전 상태를 진단하는 운전 진단부 및 상기 적정성 판단부의 판단결과와 운전 진단부의 진단결과에 기초해서 연료 조합별 운전이력을 관리하고 효율을 최대화하도록 연료 조합을 변경 선정하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 화력발전시스템의 운전진단방법은 (a) 재고 관리부에서 저탄장에 저장된 각 연료별 재고 현황을 검사하는 단계, (b) 연료 선정부에서 연료별 재고현황 정보와 발열량 정보에 기초해서 석탄과 다양한 종의 바이오매스 중 적어도 한 종 이상을 조합하여 연료를 선정하는 단계, (c) 적정성 판단부에서 선정된 연료별 투입량에 따른 열입력과 산화제 투입량을 결정하고, 결정된 열입력과 산화제 투입량의 적정성을 판단하는 단계, (d) 운전진단부에서 전력 생산량의 변화에 기초하여 화력발전시스템에 마련된 각 장치의 이상 발생 여부를 검사해서 운전 상태를 진단하는 단계 및 (e) 제어부에서 상기 (c)단계의 판단 결과와 (d)단계의 진단 결과에 기초해서 연료 조합별 운전이력을 관리하고 효율을 최대화하도록 연료 조합을 변경 선정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 화력발전시스템의 운전진단장치 및 진단방법에 의하면, 연료별 재고 현황 및 발열량 정보를 이용해서 연료를 선정하고 시뮬레이션 기법을 활용해서 최적의 연료 조합을 선정할 수 있다는 효과가 얻어진다.
그리고 본 발명에 의하면, 화력발전시스템의 운전 과정에서 열입력 적정 여부 및 투입 산화제량 적정 여부 진단, 이상상태 확인, 전력 생산량 확인, 경제성 평가 등 일련의 과정을 거쳐 다양한 연료들의 최적조합을 도출하고 운전이력을 관리함으로써, 화력발전시스템의 효율을 향상시키고 경제성을 개선할 수 있다는 효과가 얻어진다.
또한, 본 발명에 의하면, 연료의 핸들링이나 운반비 등을 포함한 연료의 가격 문제로 인해, 선정된 연료 조합의 경제성이 미개선되는 경우, 해당 연료 조합을 추후 연료 선정시 배제하고, 각 연료 조합에 대한 이력을 관리함으로써, 연료 선정 작업의 효율과 작업 속도를 향상시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.
이에 따라, 본 발명에 의하면, 현존하는 표준 석탄화력발전 설계와 이산화탄소 포집 및 저장(Carbon Capture and Storage, CCS) 기반 미래형 석탄화력발전에 활용할 수 있다는 효과가 얻어진다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 화력발전시스템의 운전진단장치의 블록 구성도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 화력발전시스템의 운전진단방법을 단계별로 설명하는 흐름도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 화력발전시스템의 운전진단방법을 단계별로 설명하는 흐름도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 화력발전시스템의 운전진단장치 및 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 화력발전시스템의 운전진단장치의 블록 구성도이다.
본 발명은 각 연료의 재고 현황, 시뮬레이션기법을 활용한 열입력(thermal input) 및 투입산화제 적정 여부, 선정 연료들의 애시(ash) 특성을 활용한 이상상태 진단, 전력 생산량 확인 등을 통해 다양한 연료들의 최적조합 및 배제조합 등에 대한 운전이력을 확보하여 경제적 이익을 도모한다.
이를 위해, 본 발명은 화력발전시스템에 마련된 각 장치의 구동을 제어하는 메인 제어부에 마련되거나, 상기 메인 제어부와 통신 가능하게 연결되는 관리단말 또는 관리서버로 마련될 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 화력발전시스템에 마련된 각 장치에 설치되어 압력이나 온도, 유량 등을 감지하는 각종 센서로부터 전달되는 감지신호를 이용해서 연료의 재고 현황, 각 장치의 동작상태를 검사해서 이상 발생 여부를 진단할 수 있다.
상세하게 설명하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 화력발전시스템의 운전진단장치(10)는 도 1에 도시된 바와 같이, 저탄장에 저장된 석탄과 다양한 종의 바이오매스 등 각 연료별 재고 현황을 관리하는 재고 관리부(11), 연료별 재고현황 정보와 발열량 정보에 기초해서 연료를 선정하는 연료 선정부(12), 선정된 연료별 투입량에 따른 열입력(thermal input)과 산화제 투입량의 적정성을 판단하는 적정성 판단부(13), 화력발전시스템에 마련된 각 장치의 이상 발생 여부를 검사해서 운전 상태를 진단하는 운전 진단부(14) 및 적정성 판단부(13)의 판단결과와 운전 진단부(14)의 진단결과에 기초해서 연료 조합별 운전이력을 관리하고 효율을 최대화하도록 연료 조합을 변경 선정하도록 제어하는 제어부(15)를 포함한다.
이와 함께, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 화력발전시스템의 운전진단장치(10)는 열교환기의 효율을 감소시키는 슬래깅(slagging)과 파울링(fouling) 추세를 확인하는 효율 관리부(16) 및 연료의 재고 현황 정보와 발열량 정보, 연료 조합별 진단 정보 및 운전이력 정보 등 각종 정보를 저장하는 데이터베이스(17)를 더 포함할 수 있다.
도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 화력발전시스템의 운전진단방법을 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 화력발전시스템의 운전진단방법을 단계별로 설명하는 흐름도이다.
도 2의 S10단계에서 재고 관리부(11)는 연료 다변화를 위해, 저탄장에 저장된 다양한 연료, 즉 석탄과 다양한 종의 바이오매스 등 각 연료별 재고 현황정보를 취합해서 재고 현황을 파악한다.
S12단계에서 연료 선정부(12)는 연료별 재고 현황 정보와 연료별 발열량 정보에 기초해서 연료를 선정하고, 열입력을 결정한다(S14).
이때, 연료 선정부(12)는 석탄과 적어도 한 종 이상의 바이오매스를 조합해서 연료로 선정할 수 있다.
그리고 연료 선정부(12)는 하기의 수학식 1에 따라 열입력을 결정할 수 있다.
열입력(MWth) = 연료의 발열량(MJ/kg) * 연료투입량(kg/s)
여기서, 'th'는 thermal을 의미한다.
예를 들어, 발전단 효율을 40%로 가정했을 때, 500MWe의 전력을 생산하는 화력발전소의 열입력은 1250MWth가 된다. 여기서, MWe에서 'e'는 전력을 의미한다.
즉, 보일러에 투입되어야 하는 연료의 열입력은 석탄만을 연소시키는 경우와 동일한 전력량(500MWe)을 생산하기 위해 1250MWth가 되어야 한다.
이에 따라, 적정성 판단부(13)는 선정된 석탄과 바이오매스 등 각 연료의 발열량을 계산해서 결정되는 열입력이 적정 상태인지 여부를 판단한다(S16).
S16단계의 판단결과 결정된 열입력이 적정 상태가 아니면, 제어부(15)는 S12단계로 진행해서 연료 선정부터 이후 과정을 반복 수행하도록 제어한다.
S16단계의 판단결과 결정된 열입력이 적정 상태이면, 연료 선정부(12)는 동일 열입력 및 RPS 규제를 고려해서 선정된 연료 중에서 바이오매스 사용량을 결정하여 석탄과 바이오매스의 연료 투입량을 결정하고, 선정된 연료들의 원소분석(C,H,N,O,S) 결과 및 연료별 투입량을 활용하여 일반적으로 완전 연소를 위해 필요한 산화제 투입량을 산출한다(S18).
그래서 적정성 판단부(13)는 산화제 투입량이 산출되면, 산출된 산화제 투입량이 보일러에 산화제를 공급하는 공급팬의 한계 용량 범위 이내인지 여부를 검사해서 산화제 투입량의 적정 여부를 판단한다(S20).
이때, 적정성 판단부(13)는 다양한 연료 조합에 따른 열입력 및 산화제 투입량 등 각 운전변수들의 적정 여부와 전력생산량 및 경제성 평가를 판단하기 위해, 상용화된 석탄연소계산 프로그램을 활용할 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 현존하는 표준 석탄화력발전 설계와 이산화탄소 포집 및 저장(Carbon Capture and Storage, CCS) 기반 미래형 석탄화력발전에 활용할 수 있다.
한편, S20단계의 판단결과 산출된 산화제 투입량이 적정 상태가 아니면, 제어부(15)는 S12단계로 진행해서 연료 선정부터 이후 과정을 반복 수행하도록 제어한다.
반면, S20단계의 판단결과 산출된 산화제 투입량이 적정 상태이면, 제어부(15)는 선정된 연료 조합, 열입력, 연료별 투입량 및 산화제 투입량 정보를 화력발전시스템의 메인 제어부로 전달하고, 메인 제어부는 수신된 정보에 따라 보일러에서 석탄과 바이오매스가 혼합된 연료를 연소시켜 운전한다(S22).
S24단계에서 운전 진단부(14)는 전력 생산량의 변화를 확인해서 화력발전시스템에 마련된 각 장치의 이상 상태 발생 여부를 검사한다.
S24단계의 검사결과 각 장치가 정상 상태이면, 운전 진단부(14)는 연료를 연소시켜 생산되는 전력 생산량을 산출하고(S26), 산출된 전력 생산량이 석탄 연소시 생산되는 기준 전력량과 동일한지 여부를 검사한다(S28).
S28단계의 검사결과 실제 생산되는 전력 생산량이 기준 전력량과 동일하면, 제어부(15)는 각 연료별 단가와 투입량을 이용해서 운전 비용을 산출하고, 산출된 운전 비용과 기준 비용을 비교해서 경제성이 개선되는지 여부를 검사한다(S30).
S30단계의 검사결과 경제성이 개선되면, 제어부(15)는 해당 연료 조합을 데이터베이스(17)에 저장하고, 운전이력을 관리한다(S32).
반면, S30단계의 검사 결과 경제성이 미개선되면, 해당 연료 조합은 배제하고 새로운 연료 조합을 선정하기 위해, 제어부(15)는 S12단계로 진행해서 연료 선정부터 이후 과정을 반복 수행하도록 제어한다.
즉, 본 발명은 연료의 핸들링이나 운반비 등을 포함한 연료의 가격 문제로 인해, 선정된 연료 조합의 경제성이 미개선되는 경우, 해당 연료 조합을 추후 연료 선정시 배제하고, 각 연료 조합에 대한 이력을 관리함으로써, 연료 선정 작업의 효율과 작업 속도를 향상시킬 수 있다.
한편, S24단계의 검사결과 이상 상태가 발생하거나, 또는 S28단계에서 산출된 전력 생산량이 기준 전력량과 동일하지 않으면, S34단계에서 운전 진단부(14)는 이상 발생지점을 확인한다.
예를 들어, 운전 진단부(14)는 보일러 내 워터/스팀 튜브(water/steam tube)에 설치된 각 감지센서의 감지신호를 이용해서 열전달율의 감소 여부를 진단할 수 있다.
이는 보일러 내 각 튜브들을 지나는 배기가스 온도를 검사하여 확인 가능하나, 실제 보일러 내 측정 가능한 배기가스 온도는 절탄기(Economizer)의 전후에서만 가능하다.
이에 따라, 운전 진단부(14)는 배기가스가 절탄기 전후를 지날 때 온도의 차이가 평소 운전이력과 동일한지 여부를 검사할 수 있다.
즉, 절탄기 전후의 배기가스 온도의 차이가 평소 운전이력과 동일하지 않으면, 보일러로 들어오는 BFW(Boiler feed water)의 온도 역시 낮은 열교환율에 의해 평소보다 데워지지 못함에 따라, 스팀의 온도가 평소보다 낮은 상태에서 전력생산을 위해 터빈으로 공급되기 때문에, 전력 생산량이 감소하게 된다.
이와 같이, 기준 온도보다 낮은 콜드 워터/스팀(Cold water/steam)과 핫 배기가스(hot flue gas)의 열교환능이 떨어지는 주요한 이유는 각 튜브에서 연료 내 애시(ash)에 포함된 알칼리(alkali) 성분으로 인해 슬래깅(slagging)이나 파울링(fouling)이 발생하기 때문이다.
이에 따라, S36단계에서 효율 관리부(16)는 열교환기의 효율이 감소되었는지 여부를 검사한다.
만약, S36단계의 검사결과 열교환기의 효율이 감소된 상태이면, 효율 관리부(16)는 배기가스에 포함된 원소들의 분석결과를 하기의 수학식 2 내지 수학식 4에 대입해서 산출되는 염기도(Base/Acid ratio), 알칼리 지수(Alkali index, AI, 소결 지수(Sintering index, SI) 등을 이용해서 슬래깅과 파울링 추세(tendency)를 확인한다.
만약, 염기도가 약 0.75 이하인 경우, 알칼리 지수가 약 0.34 이상인 경우, 그리고 소결 지수가 약 2 이하인 경우에, 슬래깅과 파울링 현상이 높게 나타난다.
이에 따라, 효율 관리부(16)는 상기한 지수들을 이용해서 슬래깅과 파울링 추세를 확인하여 간접적으로 열교환기의 효율을 평가할 수 있다(S38).
S40단계에서 제어부(15)는 슬래깅과 파울링 추세 확인을 통해 열교환기의 효율을 감소시키는 해당 연료 조합을 데이터베이스(17)에 저장하고 운전 이력을 관리한다.
이어서, 제어부(15)는 해당 연료 조합을 배제하고 새로운 연료 조합을 선정하기 위해, S12단계로 진행해서 연료 선정부터 연료 선정부터 이후 과정을 반복 수행하도록 제어한다.
상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 연료별 재고 현황 및 발열량 정보를 이용해서 연료를 선정하고 시뮬레이션 기법을 활용해서 최적의 연료 조합을 선정할 수 있다.
그리고 본 발명은 화력발전시스템의 운전 과정에서 열입력 적정 여부 및 투입 산화제량 적정 여부 진단, 이상상태 확인, 전력 생산량 확인, 경제성 평가 등 일련의 과정을 거쳐 다양한 연료들의 최적조합을 도출하고 운전이력을 관리함으로써, 화력발전시스템의 효율을 향상시키고 경제성을 개선할 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
본 발명은 석탄과 함께 다양한 종의 바이오매스를 혼소하는 화력발전시스템에서 연료별 재고 현황 및 발열량 정보를 이용해서 연료를 선정하고 시뮬레이션 기법을 활용해서 최적의 연료 조합을 선정하고, 운전이력을 관리하며, 화력발전시스템에 마련된 각 장치의 이상 발생 여부를 검사해서 운전 상태를 진단하는 기술에 적용된다.
10: 화력발전시스템의 운전진단장치
11: 재고 관리부
12: 연료 선정부
13: 적정성판단부
14: 운전 진단부
15: 제어부
16: 효율 평가부
17: 데이터베이스
11: 재고 관리부
12: 연료 선정부
13: 적정성판단부
14: 운전 진단부
15: 제어부
16: 효율 평가부
17: 데이터베이스
Claims (8)
- 석탄과 다양한 종의 바이오매스 연료를 혼합 연소시켜 발전하는 화력발전시스템의 운전진단장치에 있어서,
저탄장에 저장된 각 연료별 재고 현황을 관리하는 재고 관리부,
연료별 재고현황 정보와 발열량 정보에 기초해서 연료를 선정하는 연료 선정부,
선정된 연료별 투입량에 따른 열입력과 산화제 투입량의 적정성을 판단하는 적정성 판단부,
화력발전시스템에 마련된 각 장치의 이상 발생 여부를 검사해서 운전 상태를 진단하는 운전 진단부 및
상기 적정성 판단부의 판단결과와 운전 진단부의 진단결과에 기초해서 연료 조합별 운전이력을 관리하고 효율을 최대화하도록 연료 조합을 변경 선정하도록 제어하는 제어부,
열교환기의 효율을 감소시키는 슬래깅과 파울링 추세를 확인하는 효율 관리부 및
연료의 재고 현황 정보와 발열량 정보, 연료 조합별 진단 정보 및 운전이력 정보 등 각종 정보를 저장하는 데이터베이스를 포함하고,
상기 제어부는 상기 효율 관리부의 확인 결과 슬래깅과 파울링을 발생시키는 연료 조합을 배제하고, 새로운 연료 조합을 선정하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 화력발전시스템의 운전진단장치. - 삭제
- (a) 재고 관리부에서 저탄장에 저장된 각 연료별 재고 현황을 검사하는 단계,
(b) 연료 선정부에서 연료별 재고현황 정보와 발열량 정보에 기초해서 석탄과 다양한 종의 바이오매스 중 적어도 한 종 이상을 조합하여 연료를 선정하는 단계,
(c) 적정성 판단부에서 선정된 연료별 투입량에 따른 열입력과 산화제 투입량을 결정하고, 결정된 열입력과 산화제 투입량의 적정성을 판단하는 단계,
(d) 운전진단부에서 전력 생산량의 변화에 기초하여 화력발전시스템에 마련된 각 장치의 이상 발생 여부를 검사해서 운전 상태를 진단하는 단계,
(e) 제어부에서 상기 (c)단계의 판단 결과와 (d)단계의 진단 결과에 기초해서 연료 조합별 운전이력을 관리하고 효율을 최대화하도록 연료 조합을 변경 선정하는 단계 및
(f) 효율 관리부에서 열교환기의 효율을 감소시키는 슬래깅과 파울링 추세를 확인하는 단계를 포함하고,
상기 (c)단계는 (c1) 상기 적정성 판단부에서 각 연료별의 발열량을 계산해서 결정되는 열입력이 석탄만을 연소시켜 생산되는 전력량과 동일한지 여부에 따라 석탄연소계산 프로그램을 이용해서 열입력의 적정성을 판단하는 단계,
(c2) 상기 연료 선정부에서 동일 열입력 및 RPS 규제를 고려해서 선정된 연료 중에서 바이오매스 사용량을 결정하여 석탄과 바이오매스의 연료 투입량을 결정하는 단계,
(c3) 상기 연료 선정부에서 선정된 연료의 원소분석 결과와 연료별 투입량을 이용하여 완전 연소를 위해 필요한 산화제 투입량을 산출하는 단계 및
(c4) 상기 적정성 판단부에서 산출된 산화제 투입량이 보일러에 산화제를 공급하는 공급팬의 한계 용량 범위 이내인지 여부를 검사해서 산화제 투입량의 적정 여부를 판단하는 단계를 포함하며,
상기 (e)단계에서 상기 제어부는 상기 (f)단계의 확인 결과 슬래깅과 파울링 을 발생시키는 연료 조합을 배제하고, 새로운 연료 조합을 선정하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 화력발전시스템의 운전진단방법. - 삭제
- 삭제
- 제3항에 있어서, 상기 (d)단계는
(d1) 상기 운전 진단부에서 연료를 연소시켜 생산되는 전력 생산량을 산출하는 단계,
(d2) 산출된 전력 생산량이 석탄 연소시 생산되는 기준 전력량과 동일한지 여부를 검사하는 단계,
(d3) 상기 (d2)단계의 검사결과 산출된 전력 생산량이 기준 전력량과 동일하면, 상기 제어부에서 각 연료별 단가와 투입량을 이용해서 운전 비용을 산출하는 단계 및
(d4) 상기 (d2)단계의 검사결과 산출된 전력 생산량이 기준 전력량과 차이가 있는 경우, 상기 운전 진단부에서 이상 발생 지점을 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 화력발전시스템의 운전진단방법. - 제6항에 있어서,
(d5) 상기 제어부에서 산출된 운전 비용과 기준 비용을 비교해서 경제성이 개선되는지 여부를 검사하는 단계,
(d6) 상기 (d5)단계의 검사결과 경제성이 개선되면, 해당 연료 조합을 데이터베이스에 저장하고, 운전이력을 관리하는 단계 및
(d7) 상기 (d5)단계의 검사결과 경제성이 미개선되면, 해당 연료 조합을 배제하도록 상기 데이터베이스에 저장하고, 운전이력을 관리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화력발전시스템의 운전진단방법. - 제3항에 있어서,
상기 (f)단계에서 효율 관리부는 배기가스에 포함된 원소들의 분석결과를 이용해서 산출되는 염기도(Base/Acid ratio), 알칼리 지수(Alkali index, AI, 소결 지수(Sintering index, SI) 중에서 하나 이상을 기준으로 슬래깅과 파울링 추세를 확인하여 열교환기의 효율을 평가하는 것을 특징으로 하는 화력발전시스템의 운전진단방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150090460A KR101684348B1 (ko) | 2015-06-25 | 2015-06-25 | 화력발전시스템의 운전진단장치 및 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150090460A KR101684348B1 (ko) | 2015-06-25 | 2015-06-25 | 화력발전시스템의 운전진단장치 및 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101684348B1 true KR101684348B1 (ko) | 2016-12-08 |
Family
ID=57576706
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020150090460A KR101684348B1 (ko) | 2015-06-25 | 2015-06-25 | 화력발전시스템의 운전진단장치 및 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101684348B1 (ko) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109102239A (zh) * | 2018-07-03 | 2018-12-28 | 华电电力科学研究院有限公司 | 一种电厂技术监督信息化管理平台系统 |
| CN109858815A (zh) * | 2019-02-01 | 2019-06-07 | 大唐东营发电有限公司 | 火电项目技术监控标准化管理方法及系统 |
| KR20200002417A (ko) * | 2018-06-29 | 2020-01-08 | 한국생산기술연구원 | 고체 연료 사용시 발생하는 회 점착을 저감하기 위한 첨가제 선정 방법 |
| KR20200074639A (ko) * | 2018-12-17 | 2020-06-25 | 두산중공업 주식회사 | 보일러 연소 모델 구성 장치 및 방법 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR19990043465A (ko) | 1997-11-29 | 1999-06-15 | 이해규 | 화력발전설비의 연료량보정장치 |
| KR20050007971A (ko) * | 2003-07-12 | 2005-01-21 | 두산중공업 주식회사 | 석탄 연소 보일러에서의 그을음 침적 제거 시스템 및 방법 |
| JP2005106390A (ja) * | 2003-09-30 | 2005-04-21 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | バイオマス燃料供給システム |
| JP2010281554A (ja) * | 2009-06-08 | 2010-12-16 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | 配合計算装置及びプログラム |
| KR20110077983A (ko) | 2009-12-30 | 2011-07-07 | 한국전력공사 | 발전 설비 평가 방법 및 모니터링 시스템 |
| JP2014101434A (ja) * | 2012-11-19 | 2014-06-05 | Central Research Institute Of Electric Power Industry | プラントの運転方法、混合燃料の製造方法及びプラント |
-
2015
- 2015-06-25 KR KR1020150090460A patent/KR101684348B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR19990043465A (ko) | 1997-11-29 | 1999-06-15 | 이해규 | 화력발전설비의 연료량보정장치 |
| KR20050007971A (ko) * | 2003-07-12 | 2005-01-21 | 두산중공업 주식회사 | 석탄 연소 보일러에서의 그을음 침적 제거 시스템 및 방법 |
| JP2005106390A (ja) * | 2003-09-30 | 2005-04-21 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | バイオマス燃料供給システム |
| JP2010281554A (ja) * | 2009-06-08 | 2010-12-16 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | 配合計算装置及びプログラム |
| KR20110077983A (ko) | 2009-12-30 | 2011-07-07 | 한국전력공사 | 발전 설비 평가 방법 및 모니터링 시스템 |
| JP2014101434A (ja) * | 2012-11-19 | 2014-06-05 | Central Research Institute Of Electric Power Industry | プラントの運転方法、混合燃料の製造方法及びプラント |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200002417A (ko) * | 2018-06-29 | 2020-01-08 | 한국생산기술연구원 | 고체 연료 사용시 발생하는 회 점착을 저감하기 위한 첨가제 선정 방법 |
| KR102067484B1 (ko) * | 2018-06-29 | 2020-01-17 | 한국생산기술연구원 | 고체 연료 사용시 발생하는 회 점착을 저감하기 위한 첨가제 선정 방법 |
| CN109102239A (zh) * | 2018-07-03 | 2018-12-28 | 华电电力科学研究院有限公司 | 一种电厂技术监督信息化管理平台系统 |
| KR20200074639A (ko) * | 2018-12-17 | 2020-06-25 | 두산중공업 주식회사 | 보일러 연소 모델 구성 장치 및 방법 |
| KR102130838B1 (ko) | 2018-12-17 | 2020-07-07 | 두산중공업 주식회사 | 보일러 연소 모델 구성 장치 및 방법 |
| US11371696B2 (en) | 2018-12-17 | 2022-06-28 | Doosan Heavy Industries & Construction Co., Ltd | System and method for configuring boiler combustion model |
| CN109858815A (zh) * | 2019-02-01 | 2019-06-07 | 大唐东营发电有限公司 | 火电项目技术监控标准化管理方法及系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101689050B (zh) | 发电厂性能监测中统计分析的使用 | |
| KR101684348B1 (ko) | 화력발전시스템의 운전진단장치 및 방법 | |
| US8046191B2 (en) | Method for monitoring performance of a heat transfer device | |
| Rostek et al. | Early detection and prediction of leaks in fluidized-bed boilers using artificial neural networks | |
| US4719587A (en) | Future behavior equipment predictive system | |
| US11125433B2 (en) | System and method for combustion tuning | |
| CN109253870B (zh) | 生物质燃料锅炉热交换管寿命的评估装置及方法 | |
| CN110458724A (zh) | 一种基于神经网络预测火电机组深度调峰能力的方法 | |
| CN105573261A (zh) | 一种电厂锅炉燃烧的优化监控方法 | |
| EP2644850B1 (en) | A system for analyzing operation of power plant units and a method for analyzing operation of power plant units | |
| Sultanov et al. | Electrical generator unit technical and economic indexes parameter study | |
| Naď et al. | Thermal load non-uniformity estimation for superheater tube bundle damage evaluation | |
| US20240183526A1 (en) | Systems, devices, and methods for a boiler health and carbon-footprint monitor tool | |
| RU2783863C1 (ru) | Способ комплексной оптимизации параметров энергоблока | |
| CN111445131B (zh) | 一种锅炉的调整操作评价方法及相关设备 | |
| Shim et al. | Full-scale Demonstration of Multi-process Sensor at a Cycling PC-fired Boiler | |
| Igboanugo et al. | Assessment of some performance characteristics of refuse boiler before and after overhaul using failure mode effect and fault tree analyses | |
| Buljubašić et al. | Improvement of steam boiler plant efficiency based on results of on-line performance monitoring | |
| CN113587136B (zh) | 燃煤火电厂入炉煤热值在线实时检测方法、系统及装置 | |
| Gierow | Utilizing Neural Networks to Minimize NOx-Emissions in a Steam Cracking Furnace | |
| Shim et al. | A. Development of Miniaturized High Temperature Multi Process Monitoring System | |
| Shim et al. | Real-time sensor measurements to evaluate impacts of load cycling on high-temperature fire-side corrosion in a PC boiler | |
| CN117889456A (zh) | 锅炉智能燃烧全景监控方法及系统 | |
| CN117968431A (zh) | 燃煤电厂烟气余热回收控制方法及装置 | |
| Wagner et al. | Trend Prognosis and Online Diagnostics of Thick Walled Boiler Components for a Flexible Mode of Operation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190925 Year of fee payment: 4 |