KR101701244B1 - Oxygen enrichment combustion apparatus, thermal power system with the same and control method thereof - Google Patents

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Abstract

산소부화 연소장치, 그가 적용된 화력발전 시스템 및 그의 제어방법에 관한 것으로, 공기 중의 산소 농도에 비해 산소의 양을 증가시킨 산소부화된 공기를 저발열량을 갖는 연료와 혼합해서 보일러에 설치되는 다단의 버너에서 연소시키도록, 각 단 버너에 공급되는 연료를 공급하는 연료공급부, 공기 중의 산소에 비해 산소의 양을 증가시켜 산소부화된 공기를 생성하는 산소부화공기 발생장치 및 상기 연료공급부의 연료공급량과 각 단 버너에 공급되는 연료량, 상기 산소부화공기 발생장치에서 각 단 버너 및 화로에 공급되는 산소부화공기 공급량을 조절해서 전체 연소장치의 당량비 분포를 제어하는 제어부를 포함하는 구성을 마련하여, 산소부화된 공기를 이용해서 저급 연료를 사용하는 경우에도 설계치에 근접하게 연소 효율을 향상시키고, 질소산화물을 저감하며, 배가스 유량을 감소시켜 배가스 처리 설비의 효율성을 향상시키고, 저급 연료의 연소성을 향상시켜 발전 시스테의 연료 수용성을 증대할 수 있다는 효과가 얻어진다.The present invention relates to an oxygen-enriched combustion apparatus, a thermal power generation system to which the oxygen-enriched combustion apparatus is applied, and a control method thereof. In the oxygen-enriched combustion apparatus, An oxygen-enriched air generating device for generating oxygen enriched air by increasing the amount of oxygen in comparison with oxygen in the air, and an oxygen-enriched air generating device for generating the oxygen enriched air, And a control unit for controlling the amount of fuel supplied to the burner and the distribution of the equivalence ratio of the entire combustion apparatus by regulating the amount of oxygen-enriched air supplied to each stage burner and the furnace in the oxygen-enriched air generating apparatus, Even when low-grade fuel is used by using air, the combustion efficiency is improved close to the design value, Reducing the oxide, and reducing the exhaust gas flow to improve the efficiency of exhaust gas treatment equipment and is obtained the effect of improving the combustibility of the lower fuel can increase the water solubility of the power generation fuel systematic.

Figure R1020150094643
Figure R1020150094643

Description

산소부화 연소장치, 그가 적용된 화력발전 시스템 및 그의 제어방법{OXYGEN ENRICHMENT COMBUSTION APPARATUS, THERMAL POWER SYSTEM WITH THE SAME AND CONTROL METHOD THEREOF} TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an oxygen enrichment combustion apparatus, a thermal power generation system to which the same is applied, and a control method thereof. [0002]

본 발명은 화력발전 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 산소부화공기를 이용해서 연료를 연소하는 산소부화 연소장치, 그가 적용된 화력발전 시스템 및 그의 제어방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermal power generation system, and more particularly, to an oxygen-enriched combustion system for burning fuel using oxygen-enriched air, a thermal power generation system to which the system is applied, and a control method thereof.

미분탄 화력 발전소는 직경이 대략 수십 ㎛인 가루 형태로 미분된 석탄을 연소시켜 발생한 열에너지를 이용하여 증기를 발생해서 증기 터빈을 회전시키고, 발전기를 이용해서 증기 터빈의 회전운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 시스템으로서, 전세계적으로 가장 많이 사용되고 있는 전력생산 시스템이다.The pulverized coal-fired power plant generates steam by using heat energy generated by burning pulverized coal in the form of powder having a diameter of about several tens of micrometers, rotates the steam turbine, and converts the rotational kinetic energy of the steam turbine into electric energy System, which is the most widely used power generation system in the world.

미분탄 화력발전소에서 전력생산 단가, 즉 경제성을 결정하는 가장 중요한 요소는 연료로 사용되는 석탄의 가격이다. In coal-fired power plants, the most important factor determining the cost of electricity production, that is, the economy, is the price of coal used as fuel.

석탄의 단위 무게당 열량이 작은 저열량탄일수록 단위 열량당 가격이 싸지는 것이 일반적인 경향이기 때문에, 미분탄 화력발전소의 전력생산단가를 낮추기 위한 가장 유력한 방법으로 단위 무게당 열량이 낮은 저열량탄을 연소시키기 위한 기술에 대한 개발이 진행되고 있다. Since the lower the calorific value per unit weight of coal is, the lower the price per unit calorie is, the more likely method is to lower the power production cost of the pulverized coal-fired power plant. Development of technology is proceeding.

저열량탄은 연소과정에서 열손실을 야기하는 수분과 회분의 함량이 높기 때문에, 단위 유효발생 열량당 연소성분의 양이 많아짐에 따라 완전연소를 위한 공기 요구량도 높아진다.Since the amount of water and ash that cause heat loss in the combustion process is high in low-calorific burning, the amount of air required for complete combustion increases as the amount of combustion component per unit effective calorific value increases.

최근에는 미분탄 화력발전소에서 전력생산 단가를 낮추기 위해, 발전소의 건설 당시 설계의 기준이 되었던 석탄보다 가격이 저렴하고, 수분 함량이 높으며, 발열량이 낮은 저열량탄을 사용하는 경향이 증가하고 있다.In recent years, there has been an increasing tendency to use low calorific value coal, which is lower in price, higher in moisture content, and lower in calorific value than coal, which was the design standard at the time of constructing the power plant, in order to lower the electricity production cost in the pulverized coal thermal power plant.

이로 인해, 미분탄 화력발전소는 연소, 보일러 및 환경처리를 위해서 설치된 각종 설비에서 다양한 문제점이 발생하고 있다. As a result, the pulverized coal-fired power plant has various problems in various facilities installed for combustion, boiler and environmental treatment.

특히, 보일러의 연소 효율을 향상시키기 위해 전열 튜브 소재의 내열성이 향상되고 있으나, 상기한 저열량탄 사용시 발생하는 문제점으로 인해, 설비에 대한 추가적인 투자에도 불구하고 그에 맞는 효율을 내지 못하는 문제들이 지속적으로 발생할 것으로 예상되고 있다.Particularly, heat resistance of the heat transfer tube material is improved to improve the combustion efficiency of the boiler. However, due to the problems occurring when using the low-calorific material, there are problems that the efficiency of the heat transfer tube can not be improved despite the additional investment .

즉, 저열량탄을 연소시키기 위해 공기 공급량을 증가시키는 경우, 발열반응에 참가하는 대신 열손실을 야기하는 수분, 회분 및 질소 성분의 양도 함께 증가한다.That is, when increasing the amount of air supplied to burn a low calorific value, the amount of moisture, ash and nitrogen that causes heat loss instead of participating in the exothermic reaction also increases.

따라서, 실제 보일러 운전시 화염의 온도가 설계조건의 화염온도보다 낮아지고, 연소가스 유량의 증가로 인해 연소실 내 연료와 공기의 체류시간이 짧아져서 불완전 연소의 결과물인 미연탄소, 미연휘발분 및 일산화탄소의 양이 증가함에 따라, 전반적인 연소성능이 저하된다.Therefore, when the actual flame temperature of the boiler is lower than the flame temperature of the design condition and the residence time of the fuel and air in the combustion chamber is shortened due to the increase of the flue gas flow rate, unburned carbon, unburned volatile matter and carbon monoxide As the amount increases, the overall combustion performance decreases.

그리고 연소가스의 보일러내 체류시간 단축은 복사열 전달과 대류열 전달을 약화시킴에 따라, 전반적으로 보일러의 과열증기 생산 열효율을 떨어뜨린다.And the shortening of the residence time of the flue gas in the boiler weakens radiant heat transfer and convective heat transfer, which generally reduces the thermal efficiency of the superheated steam production of the boiler.

또, 연소실과 보일러 내 화염온도가 낮은 반면 수분이 상대적으로 증가해서 황산화물의 응축에 의한 부식 가능성이 높아지고, 유속 증가로 인한 유선의 박리 및 미연탄소분에 의한 마모 등으로 인해 보일러의 수명이 단축될 수 있다. In addition, while the flame temperature in the combustion chamber and the boiler is low, the moisture is relatively increased, and the possibility of corrosion due to the condensation of sulfur oxides increases, and the lifetime of the boiler is shortened due to detachment of the wire due to increase in flow rate and wear due to unburnt carbon content .

또한, 공기와 연소가스를 유동시키는 팬의 부하가 과도하게 증가함으로 인해, 전체적인 통풍시스템의 성능이 저하되고, 수명이 단축될 수 있다.Further, since the load of the fan for flowing the air and the combustion gas is excessively increased, the performance of the entire ventilation system is lowered, and the service life can be shortened.

또한, 보일러 후단에 마련되는 환경설비에서도 유량 증가와 불완전 연소물질로 인한 문제점이 발생할 수 있다. Also, environmental facilities installed at the end of the boiler may cause problems due to an increase in flow rate and incomplete combustion materials.

즉, 탈질설비인 SCR에서는 적절한 반응온도보다 높은 연소가스가 유입되고, 미연탄소분을 포함한 연소가스가 설계치보다 많은 유량을 갖고 통과하기 때문에, 탈질성능의 저하 및 촉매층의 마모를 야기하는 문제점이 있었다. That is, in the SCR, which is a denitration facility, a combustion gas having a temperature higher than a proper reaction temperature is introduced and a combustion gas containing unburned carbon is passed at a flow rate larger than the designed value, resulting in deterioration of denitrification performance and wear of the catalyst layer.

그리고 탈진설비인 전지집진기에서는 집진된 비산재에서 재활용을 위한 허용치 이상의 미연탄소분이 포집됨에 따라, 비산재의 재활용율이 저하되고, 탈황공정의 부산물인 석고에서 미연 탄소에 의해 석고의 색상이 나빠지는 등 환경처리 부산물의 품질을 떨어뜨리는 문제점을 야기하였다.In the battery dust collector, which is a de-dusting facility, the unburned carbon content exceeding the allowable value for recycling is collected in the collected fly ash, the recycling rate of the fly ash is lowered and the color of the gypsum is deteriorated due to unburned carbon in the gypsum, Resulting in a problem of deteriorating the quality of the byproduct to be treated.

이에 따라, 설계시 석탄의 발열량보다 각각 4%와 7.8% 열량이 감소한 저열량탄을 연소한 보일러 시스템에 대한 보일러 성능진단을 수행한 결과, 보일러의 증기생산에 대한 열효율은 각각 1.9%와 4.2%가 감소하였으며, 연소가스의 유량은 8% 및 11.5%가 증가한 것을 확인할 수 있었다. As a result, the heat efficiency of the boiler steam production was 1.9% and 4.2%, respectively, as a result of the boiler performance test for the boiler system burning low calorific value coal with 4% and 7.8% And the flue gas flow rate increased by 8% and 11.5%, respectively.

또한, 보일러 출구의 연소가스 온도는 설계조건보다 약 40℃ 정도 증가함에 따라, 증가한 온도만큼 열이 증기를 생산하는데 이용되지 못하고 보일러 외부로 배출되어 열효율을 떨어뜨림을 확인할 수 있었다. Also, as the combustion gas temperature at the boiler outlet increased by about 40 ° C from the design condition, it could be confirmed that the heat was not used to produce the steam at an increased temperature, but was discharged outside the boiler to lower the thermal efficiency.

대한민국 특허 공개번호 제10-2001-0010080호(2001년 2월 5일 공개)Korean Patent Publication No. 10-2001-0010080 (published February 5, 2001)

상기한 바와 같이, 전력의 생산 단가를 낮추기 위해서 저열량 석탄을 연소시킴에 따라, 연소성능, 보일러 열효율 및 대기오염물질의 처리 효율이 저하됨과 동시에 설비의 마모를 촉진하는 부작용도 발생시키고 있다. As described above, by burning the low calorific coal to lower the production cost of the electric power, the combustion performance, the thermal efficiency of the boiler, and the treatment efficiency of the air pollutant are reduced, and the side effect of promoting the abrasion of the facility is also generated.

이와 같은 저열량탄의 연소에 의한 화력발전소 보일러 및 환경처리 설비의 문제점을 해결하기 위해서는 연소의 조건을 설계 당시의 조건에 보다 근접하게 회복시킬 수 있는 기술의 개발이 요구되고 있다 In order to solve the problems of the thermal power plant boiler and the environmental treatment facility due to the combustion of such low-calorific coal, it is required to develop a technology capable of restoring the combustion condition closer to the condition at the time of design

이를 위해, 기본적으로 연료 또는 산화제를 개선하여 화염온도와 연소가스의 유량을 설계조건에 근접하게 회복시켜야 한다.To this end, it is essential to improve the fuel or oxidant basically to restore the flame temperature and flue gas flow rate close to the design conditions.

먼저, 연료의 개선은 수분 함량이 높은 저열량탄을 건조시켜서 단위 무게당 열량을 설계 조건에 부합하는 상태까지 높일 수 있는 석탄건조기술을 통해서 달성될 수 있다.First, improvement of the fuel can be achieved through the coal drying technique which can dry the low calorific value coal having a high moisture content and increase the heat amount per unit weight to meet the design conditions.

일반적으로 수분이 높은 저열량탄이 화력발전소에서 멀지 않은 탄광에서 채굴되어 발전소로 쉽게 운송될 수 있으며, 건조 즉시 미분되어 바로 연소될 경우, 가장 효과적인 기술로 알려져 있으나, 대부분의 발전소가 채굴 장소와 원거리에 위치함에 따라 이를 적용하기 어려운 실정이다. Generally, low-calorie coal with high water content is mined from a coal mine not far from a coal-fired power plant and can be easily transported to a power plant. It is known to be the most effective technology when it is directly fired and immediately dried. However, It is difficult to apply it according to the location.

또한, 석탄 건조 기술을 이용하는 경우, 석탄을 건조하기 위한 에너지, 건조과정에서 발생된 가연성 휘발분에 의한 화재 사고 위험, 건조된 석탄에 수분이 재흡착되는 등의 다양한 문제들이 해결되어야 한다. In addition, when coal drying technology is used, various problems such as energy for drying coal, risk of fire accident caused by flammable volatile matter generated in drying process, and reabsorption of moisture into dried coal should be solved.

한편, 산화제를 개선하는 방법으로는 다단연소, 순산소 및 산소부화연소 기술 등이 있다.On the other hand, as a method for improving the oxidant, there are multi-stage combustion, pure oxygen and oxygen enrichment combustion technology.

예를 들어, 하기의 특허문헌 1에는 다단 연소설비의 연료 주입량에 대한 산소의 유량을 제어하는 기술이 개시되어 있다. For example, Patent Document 1 below discloses a technique for controlling the flow rate of oxygen with respect to the amount of fuel injected in a multi-stage combustion plant.

그러나 다단연소 기술은 공기 내 산소의 농도를 높이는 것이 아니라, 각 공기가 주입되는 단별 공기의 양을 변화시켜서 질소산화물을 감소시키기 위해서 개발된 기술이다. However, the multi-stage combustion technology is not a technique of increasing the concentration of oxygen in the air, but a technique developed for reducing the amount of nitrogen oxide by changing the amount of air to which each air is injected.

이러한 다단연소 기술은 저열량탄의 연소성능 개선에는 실질적인 도움을 주지 못하고, 오히려 저열량탄을 사용하는 경우 다단연소의 첫단인 과농화염의 안정성이 악화되어 연소 시 다양한 문제점을 야기할 수 있다.Such a multi-stage combustion technique does not substantially improve the combustion performance of the low-calorie carbon. If the low-calorific carbon is used, the stability of the superheated flame, which is the first stage of the multi-stage combustion, is deteriorated.

순산소 연소 기술은 질소가 거의 없는 순도 95% 이상의 고순도 산소로 구성된 산화제만을 이용하여 연료를 연소시켜 연소가스에 높은 농도로 존재하는 이산화탄소를 포집하기 위해서 개발된 기술이다. Oxyfuel combustion technology is a technology developed for burning fuel using only an oxidizer composed of high purity oxygen with a purity of 95% or more with little nitrogen and to capture carbon dioxide present in high concentration in combustion gas.

이러한 순산소 연소 기술은 저열량탄의 연소에는 효과적이나, 순산소 연소를 구현하기 위해 보일러 시스템 전체에 대한 대규모의 개조를 동반함에 따라, 저열량탄의 연소성능 개선을 목표로 해서 채택하기에는 적합하지 않다.This oxyfuel combustion technology is effective for the combustion of low calorific value burns, but is not suitable for the purpose of improving the combustion performance of low calorific value burning, accompanied by a large scale modification of the entire boiler system to achieve pure oxygen combustion.

산소부화연소 기술은 주어진 연료를 완전 연소시키기 위해 필요한 산소의 양은 공기를 산화제로 이용하는 연소방식과 동일하나, 연소공기 내 질소를 일부 제거하고 산소의 농도를 높인 상태로 연소시키는 기술이다. Oxygen enrichment combustion technology is the same as the combustion method using air as the oxidizer, but the amount of oxygen required to completely burn the given fuel is the technology of removing the nitrogen in the combustion air and burning it with the oxygen concentration increased.

이러한 산소부화연소 기술은 화염의 온도를 높여 연소의 반응성을 개선하고, 연소가스의 유량을 감소시키는 효과를 얻을 수 있다.Such an oxygen-enriched combustion technique can increase the temperature of the flame to improve the reactivity of the combustion and reduce the flow rate of the combustion gas.

이와 같은 산소부화연소의 특징은 저열량탄을 산소부화되지 않은 공기로 연소시킬 경우 미분탄 화력발전소에서 발생하는 연소성능, 보일러 열효율 및 환경처리 효율 저하, 설비의 수명 단축 등의 문제점을 해결할 수 있는 방법으로 이용될 수 있다.The characteristic feature of the oxygen-enriched combustion is that when low-calorific burning is performed with oxygen-enriched air, problems such as combustion performance, boiler thermal efficiency, environmental treatment efficiency, and shortening the life of the plant are solved Can be used.

즉, 연소가스의 유량을 약 10% 감소시키기 위해서 공기분리장치를 이용하여 질소가 미리 제거된 산소부화공기를 만든다면, 보일러 효율 약 1% 감소에 해당하는 에너지가 필요한 반면, 보일러 효율을 2~4%까지 개선할 수 있음과 동시에 다양한 운전장애를 해결할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.That is, if oxygen-enriched air is produced by using an air separation device to reduce the flow rate of combustion gas by about 10%, the energy equivalent to about 1% reduction in boiler efficiency is required, It is possible to improve up to 4% and at the same time to solve various operation troubles.

따라서 산소부화연소 기술은 설계 조건보다 낮은 열량을 갖는 연료를 사용하는 미분탄 화력발전소에서 발생하는 연소성능, 보일러 열효율 및 환경처리 효율의 감소와 부식, 마모 등 설비의 수명을 단축할 수 있는 운전장애를 해결할 수 있는 유력한 기술로 주목받고 있다. Therefore, the oxygen-enriched combustion technology can reduce the combustion performance, boiler thermal efficiency and environmental treatment efficiency of the pulverized coal-fired power plant using the fuel having the lower calorific value than the design condition and the operation failure that can shorten the life of equipment such as corrosion and wear It is attracting attention as a viable technology to solve.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 산소부화연소를 통해서 연소조건과 유량조건을 설계 당시 조건으로 회복시켜 미분탄 화력발전소의 건설 당시 설계조건 보다 낮은 열량을 갖는 저열량탄 연소로 인해 발생하는 연소성능 저하, 보일러 효율 감소, 대기오염물질 처리 성능 저하 및 부식과 마모에 의한 설비의 수명 단축 등의 문제점을 완화하는 산소부화 연소장치, 그가 적용된 화력발전 시스템 및 그의 제어방법을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to recover combustion conditions and flow conditions by oxygen enriching combustion to the conditions at the time of design and to provide a low calorific burnt- An oxygen-enriched combustion device that mitigates problems such as a decrease in combustion performance, a reduction in boiler efficiency, a reduction in air-polluting material treatment performance, and a reduction in the life of equipment due to corrosion and abrasion, a thermal power generation system to which the same is applied, and a control method thereof will be.

본 발명의 다른 목적은 공기가 아닌 산소부화공기를 산화제로 사용하여 복수의 단으로 구성된 연소기기에 적용하고, 각 단에 공급되는 연료의 양과 단별 당량비를 효과적으로 산출, 제어할 수 있는 산소부화 연소장치, 그가 적용된 화력발전 시스템 및 그의 제어방법을 제공하는 것이다. It is another object of the present invention to provide an oxygen-enriched combustion apparatus which can be applied to a combustion apparatus composed of a plurality of stages using oxygen-enriched air rather than air as an oxidizer, and to effectively calculate and control the amount of fuel supplied to each stage, , A thermal power generation system to which the present invention is applied, and a control method thereof.

본 발명의 또 다른 목적은 산소부화공기의 산소농도 및 유량 제어를 통해 단별 당량비를 조절해서 연료를 완전 연소시키고 로 내에서 질소 산화물을 저감하고, 배가스 유량을 제어하여 배가스 처리 설비의 효율성을 향상시키며, 보일러 및 발전단 효율을 향상시킬 수 있는 산소부화 연소장치, 그가 적용된 화력발전 시스템 및 그의 제어방법을 제공하는 것이다. It is another object of the present invention to improve the efficiency of the exhaust gas treatment facility by controlling the oxygen concentration and the flow rate of the oxygen-enriched air to completely burn the fuel by controlling the equivalence ratio, An oxygen enriching combustion apparatus capable of improving boiler and power generation efficiency, a thermal power generation system to which the same is applied, and a control method thereof.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 산소부화 연소장치는 공기 중의 산소 농도에 비해 산소의 양을 증가시킨 산소부화된 공기를 저발열량을 갖는 연료와 혼합해서 보일러에 설치되는 다단의 버너에서 연소시키도록, 각 단 버너에 공급되는 연료를 공급하는 연료공급부, 공기 중의 산소에 비해 산소의 양을 증가시켜 산소부화된 공기를 생성하는 산소부화공기 발생장치 및 상기 연료공급부의 연료공급량과 각 단 버너에 공급되는 연료량, 상기 산소부화공기 발생장치에서 각 단 버너 및 화로에 공급되는 산소부화공기 공급량을 조절해서 전체 연소장치의 당량비 분포를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above-mentioned object, the oxygen-enriched combustion apparatus according to the present invention mixes the oxygen-enriched air, which has increased the amount of oxygen compared to the oxygen concentration in the air, with the fuel having a low calorific value, An oxygen-enriched air generating device for generating oxygen enriched air by increasing the amount of oxygen in comparison with oxygen in the air, and an oxygen-enriched air generating device for generating oxygen enriched air, And a control unit for controlling the amount of fuel supplied to each stage burner, the amount of oxygen-enriched air supplied to each stage burner and the furnace in the oxygen-enriched air generating apparatus, and controlling the distribution of the equivalence ratio of the entire combustion apparatus.

그리고 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 화력발전 시스템은 산소부화 연소장치, 배열회수 보일러에서 생산된 증기의 열에너지를 기계적 일로 변환하는 증기터빈, 상기 증기터빈에서 변환된 기계적 일을 이용해서 발전하는 발전기 및 상기 산소부화 연소장치에서 발생하는 배가스 내에 포함된 유해물질을 제거하고, 상기 배가스의 열을 이용해서 상기 산소부화공기를 예열하는 배가스 처리장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above-mentioned object, the thermal power generation system according to the present invention includes an oxygen-enriched combustion apparatus, a steam turbine for converting thermal energy of a steam produced in a sequential recovery boiler into a mechanical one, And a flue gas treating apparatus for removing the harmful substances contained in the flue gas generated in the oxygen-enriched combustion apparatus and preheating the oxygen-enriched air using the heat of the flue gas.

또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 화력발전 시스템의 제어방법은 산소부화공기 발생장치에 의해 공기 중의 산소 농도에 비해 산소 농도가 증가된 산소부화된 공기를 산화제로 이용하여 연료를 연소시키는 것 을 특징으로 한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of controlling a thermal power generation system using oxygen-enriched air having an oxygen concentration increased by an oxygen-enriched air- And burning the fuel.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 산소부화 연소장치, 그가 적용된 화력발전 시스템 및 그의 제어방법에 의하면, 산소부화공기를 산화제로 이용해서 보일러의 연소 성능을 향상시킬 수 있다는 효과가 얻어진다. As described above, according to the oxygen-enriched combustion apparatus of the present invention, the thermal power generation system to which the present invention is applied, and the control method thereof, the combustion performance of the boiler can be improved by using oxygen-enriched air as an oxidant.

즉, 본 발명에 의하면, 연료의 양, 공기의 양 및 산소부화공기의 양을 조절하여 화로의 연소실에 공급해서 설계 조건의 석탄에 비해 열량이 낮은 저열량탄을 연소시킴에 따라, 설계 당시 조건 보다 떨어진 화염온도를 설계치로 회복시키고, 설계 유량 보다 늘어난 연소가스의 유량을 설계치에 근접하게 감소시킬 수 있다는 효과가 얻어진다. That is, according to the present invention, by controlling the amount of fuel, the amount of air, and the amount of oxygen-enriched air to be supplied to the combustion chamber of the furnace and burning the low calorific value coal with lower calorific value than the coal of the design condition, The flame temperature can be restored to the design value and the flow rate of the combustion gas, which is larger than the design flow rate, can be reduced close to the design value.

이에 따라, 본 발명에 의하면, 안정적인 다단 연소를 실시할 수 있어 질소산화물의 생성을 억제하고, 미연 탄소, 미연 휘발분 및 일산화탄소의 산화에 유리한 온도 조건, 수분 조건 및 후연 산소의 공급 조건을 이룸으로써, 미연분의 발생도 억제할 수 있으며, 연소 성능의 개선 효과를 얻을 수 있다.Thus, according to the present invention, stable multi-stage combustion can be carried out, thereby suppressing the generation of nitrogen oxides and providing temperature conditions, water conditions and post-combustion oxygen supply conditions favorable for oxidation of unburnt carbon, unleavened volatile components and carbon monoxide, The occurrence of unburned components can be suppressed, and the combustion performance can be improved.

그리고 본 발명에 의하면, 연소 에너지를 이용해서 증기를 생산하는 화로에서 화염온도를 설계 온도로 회복시켜 저열량탄 사용으로 인해 감소된 복사열 교환 성능을 개선하고, 연소가스의 유량을 적정치로 유지하여 연소가스의 화로 내 체류시간을 늘릴 수 있으며, 화로 내 유동조건을 개선하여 대류열 전달 성능도 개선함으로서, 저열량탄 연소에 의해서 저하된 화로의 열효율을 개선할 수 있다는 효과가 얻어진다.According to the present invention, the flame temperature is restored to the design temperature in the furnace where the steam is produced by using the combustion energy to improve the radiant heat exchange performance reduced by the use of the low calorific value burner, It is possible to increase the residence time in the furnace of the gas and to improve the convection heat transfer performance by improving the flow condition in the furnace so that the thermal efficiency of the furnace lowered by the combustion of the low calorie amount can be improved.

또, 본 발명에 의하면, 종래의 화력발전소에서 저열량탄을 연소시킬 경우, 보일러 후단에 위치한 대기오염물질 처리 설비에 유입되는 연소가스의 유량과 온도가 높아지고, 연소가스에 포함된 미연탄소분이 많아짐에 따라 환경처리 성능이 감소하고 마모가 촉진되는 문제점을 개선할 수 있다. According to the present invention, when the low-calorific value coal is burned in the conventional thermal power plant, the flow rate and the temperature of the combustion gas flowing into the air pollutant treatment facility located at the rear end of the boiler are increased and the unburned carbon content included in the combustion gas is increased It is possible to improve the problem that the environmental treatment performance is decreased and the abrasion is promoted.

이에 따라, 본 발명에 의하면, 저열량탄을 연소시키는 경우에도 설계 당시의 성능을 얻을 수 있으며, 비산재 및 석고와 같은 환경처리 부산물의 품질도 개선할 수 있다는 효과가 얻어진다.Thus, according to the present invention, the performance at the time of designing can be obtained even when the low-calorific carbon is combusted, and the quality of the environmental treatment by-products such as fly ash and gypsum can be improved.

또한, 본 발명에 의하면, 보일러와 환경처리 설비를 통과하는 연소가스의 온도을 적절히 유지시켜서 보일러의 수냉벽면에서 발생하는 부식을 완화할 수 있으며, 연소가스 유량의 증가와 미연 탄소분에 의한 마모를 완화시킴으로써, 설비의 수명을 개선할 수 있는 효과가 얻어진다.According to the present invention, the temperature of the combustion gas passing through the boiler and the environment treatment facility can be appropriately maintained to alleviate the corrosion occurring on the water-cooled wall surface of the boiler. By increasing the flow rate of the combustion gas and alleviating the wear due to the non- , It is possible to obtain an effect of improving the service life of the equipment.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 산소부화 연소장치가 적용된 화력발전 시스템의 구성도,
도 2는 도 1에 도시된 산소부화공기 발생장치의 구성도,
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 산소부화공기 발생장치의 구성도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 산소부화 연소장치의 구성도,
도 5는 측정유닛, 조절유닛 및 제어부의 블록 구성도,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 화력발전 시스템의 제어방법을 단계별로 설명하는 흐름도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a configuration diagram of a thermal power generation system to which an oxygen-enriched combustion apparatus according to a preferred embodiment of the present invention is applied;
FIG. 2 is a configuration diagram of the oxygen-enriched air generating apparatus shown in FIG. 1,
3 is a configuration diagram of an oxygen-enriched air generating apparatus according to another embodiment of the present invention,
4 is a configuration diagram of an oxygen-enriched combustion apparatus according to a preferred embodiment of the present invention,
5 is a block diagram of the measuring unit, the adjusting unit and the controlling unit,
FIG. 6 is a flow chart for explaining steps of controlling a thermal power generation system according to a preferred embodiment of the present invention.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 산소부화 연소장치, 그가 적용된 화력발전 시스템 및 그의 제어방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an oxygen-enriched combustion apparatus, a thermal power generation system, and a control method thereof according to preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 실시 예에서는 미분된 석탄을 연료로 이용하는 산소부화 연소장치 및 그가 적용된 미분탄 화력발전 시스템의 구성을 설명한다. In this embodiment, the configuration of an oxygen-enriched combustion system using finely divided coal as a fuel and a coal-fired power generation system to which the same is applied will be described.

그러나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 석탄뿐만 아니라, 석유 또는 바이오매스 등 다양한 에너지원에서 유래된 액상 연료를 이용하거나, 또는 바이오매스와 같이 석탄에 비해 열량이 낮은 저급 연료를 석탄과 동시에 연료로 이용하도록 변경될 수 있음에 유의하여야 한다. However, the present invention is not necessarily limited to this, and it is also possible to use a liquid fuel derived from various energy sources such as petroleum or biomass as well as coal, or to use a low-grade fuel, such as biomass, It should be noted that it can be changed to use as fuel.

본 발명은 최근 화력 발전소에 공급되는 연료가 설계 당시 기준으로 삼았던 연료에 비해 수분이 많고 발열량이 낮은 특성을 보임에 따라, 연료의 공급량을 증가시키더라도 연소성이 저하되면서 보일러의 효율이 떨어지는 문제점을 해결하기 위해, 산소부화공기를 산화제로 이용한다.The present invention is characterized in that the fuel supplied to the thermal power plant has a higher moisture content and a lower calorific value than the fuel used at the time of designing, so that even if the fuel supply amount is increased, the efficiency of the boiler deteriorates To solve this problem, oxygen-enriched air is used as an oxidizing agent.

즉, 본 실시 예는 저열량탄을 연소시키는 미분탄 화력발전소에서 산소부화연소를 구현하기 위해 산소부화공기 발생장치를 이용한다.That is, this embodiment uses an oxygen-enriched air generator to realize oxygen-enriched combustion in a sub-coal-fired power plant that burns low calorific value coal.

종래의 미분탄 화력발전소에 적용되는 산소부화연소의 산소농도는 통상적으로 23% 내외이고, 최대 25%를 초과하지 않는 저순도 산소부화 연소이므로, 본 실시 예에서는 연소실로 공급되는 모든 연소공기에 대한 산소부화를 하기 보다는 일부 공기를 비교적 고산소농도 산소부화공기로 만들어서 연소 공기에 혼합할 수 있다.The oxygen concentration of the oxygen-enriched combustion applied to the conventional pulverized coal-fired power plant is usually about 23%, and it is low-purity oxygen-enriched combustion not exceeding 25% at maximum. In this embodiment, oxygen Rather than hatching, some air can be made into oxygen-enriched air at a relatively high oxygen concentration and mixed into the combustion air.

이와 같이, 연소공기 전체의 산소부화 정도보다 고산소농도의 산소부화공기를 만들기 위해, 공기분리장치, 산소부화막을 이용한 부화막 산소부화장치 또는 산소와 질소의 압력 또는 진동도에 따른 서로 다른 흡착능력을 이용한 압력또는 진공도 스윙 흡착 방식의 산소부화장치를 사용하거나, 이들 장치의 조합으로 산소부화공기 발생장치가 이용될 수 있다.As described above, in order to make oxygen-enriched air having a higher oxygen concentration than the oxygen enrichment degree of the entire combustion air, an air separation apparatus, an oxygen enrichment apparatus using an oxygen enriching membrane, or a different adsorption ability Or an oxygen-enriched air-generating apparatus using a swing adsorption-type oxygen-enriching apparatus or a combination of these apparatuses.

상기 공기분리장치는 통상적으로 산소농도가 90% 이상인 고산소농도 산소부화공기를 생산할 수 있으며, 분리막 산소부화장치와 압력 또는 진공도 스윙 흡착 방식 산소부화장치는 반복적으로 설치된 단수에 따라, 산소농도가 30% 이하에서 90% 이상을 갖는 산소부화공기를 생산할 수 있다.The air separation apparatus can produce high oxygen concentration oxygen-enriched air having an oxygen concentration of 90% or more. The separation membrane oxygen enrichment apparatus and the pressure or vacuum degree swing adsorption type oxygen enrichment apparatus have oxygen concentration of 30% or more, Of oxygen enriched air having a boiling point of not less than 90%.

미분탄 화력발전 시스템의 산소부화연소에는 전적으로 공기분리장치에 의존해서 산소부화공기를 발생시키거나 운전 조건의 유연성을 위해서 이들 장치를 조합하여 산소부화공기를 생산할 수 있다.The oxygen-enriched combustion of the pulverized coal-fired power generation system can produce oxygen-enriched air depending on the air separator as a whole, or by combining these devices for the flexibility of the operating conditions.

한편, 연소시킬 연료가 정해지면, 연소를 위한 산소의 총량은 산소부화의 정도에 무관하게 정해진다.On the other hand, if the fuel to be combusted is determined, the total amount of oxygen for combustion is determined irrespective of the degree of oxygen enrichment.

따라서, 본 실시 예에서는 산소부화연소를 적용함에 따라, 연소공기를 통해서 공급되는 산소의 양은 종래의 공기연소 방식과 동일하나, 산소부화공기 발생장치를 통해서 연소공기와 같이 공급되는 질소의 일부를 제거함으로써, 전체 연소가스의 유량을 줄이고, 화염의 온도를 상승시키는 효과를 얻을 수 있다.Accordingly, in the present embodiment, the amount of oxygen supplied through the combustion air is the same as that of the conventional air combustion method by applying the oxygen-enriched combustion, but a part of the nitrogen supplied together with the combustion air is removed through the oxygen- The effect of reducing the flow rate of the total combustion gas and raising the temperature of the flame can be obtained.

그리고 본 실시 예에 따른 미분탄 화력발전 시스템에서 전체 연소공기의 산소농도와 유량으로 대표될 수 있는 산소부화의 정도는 단열화염온도 또는 연소가스의 유량을 발전소의 건설 당시 설계 조건에 근접하게 회복시키는 방법으로 결정될 수 있다.The degree of oxygen enrichment, which can be represented by the oxygen concentration and the flow rate of the total combustion air in the coal-pulverized thermal power generation system according to the present embodiment, is a method of restoring the adiabatic flame temperature or the flow rate of the combustion gas close to the design condition at the time of construction of the power plant . ≪ / RTI >

한편, 산소부화연소 시 전체 연소가스의 비열 및 복사특성 등 열역학적 물성이 설계 조건과 약간의 차이를 보일 수 있으나, 그 차이가 크지 않기 때문에, 단열화염온도 또는 연소가스의 유량 등 어느 것에 의해서 전체적인 산소부화정도를 결정하더라도 운전에 미치는 영향은 매우 미미할 수 있다. On the other hand, the thermodynamic properties such as the specific heat and the radiation characteristic of the total combustion gas during the oxygen-enriched combustion may be slightly different from the design conditions. However, since the difference is not large, the total oxygen Even if the degree of hatching is determined, the effect on the operation may be negligible.

따라서, 본 실시 예에 따른 화력발전 시스템은 산소부화에 필요한 에너지보다 산소부화를 통해서 회수되는 에너지가 더 크기 때문에, 여러 가지의 최적화 조건 가운데 산소부화의 정도가 가장 큰 조건에 맞춰서 운전하는 것이 바람직하다. Therefore, in the thermal power generation system according to the present embodiment, since the energy recovered through the oxygen enrichment is larger than the energy required for oxygen enrichment, it is preferable that the thermal power generation system is operated in accordance with the conditions of the greatest degree of oxygen enrichment among various optimization conditions .

또, 저열량탄을 연소시켜 연소가스의 유량이 늘어날 경우, 보일러의 열효율이 감소하는 특성으로 인해 감소된 열효율에 해당하는 잉여 열에너지에 기초해서 보일러 출구의 연소가스 온도가 상승되는 경향을 보인다. Further, when the flow rate of the combustion gas is increased by burning the low calorific value, the temperature of the combustion gas at the boiler outlet tends to rise based on the surplus heat energy corresponding to the reduced thermal efficiency due to the characteristic that the thermal efficiency of the boiler decreases.

이에 따라, 본 실시 예에서는 보일러 출구에서 연소가스의 온도를 측정해서 설계조건의 연소가스 온도와 비교하고, 산소부화연소에 의한 보일러 열효율의 회복을 확인하며, 산소부화의 정도를 되먹임 제어할 수 있다.Accordingly, in this embodiment, the temperature of the combustion gas at the boiler outlet is measured, compared with the combustion gas temperature under the design conditions, the recovery of the boiler thermal efficiency by the oxygen enriching combustion is confirmed, and the degree of oxygen enrichment is controlled .

즉, 본 실시 예에서는 산소부화의 정도를 연소기, 보일러, 환경설비의 운전조건의 허용범위에서 전체적인 산소의 농도가 가장 큰 조건, 즉 질소의 농도가 가장 작은 조건에 기초해서 운전하는 것이 바람직하다. That is, in this embodiment, it is preferable to operate the degree of oxygen enrichment based on the condition in which the total oxygen concentration is the largest in the allowable range of the operating conditions of the combustor, the boiler, and the environmental facility, that is, the condition in which the nitrogen concentration is the smallest.

이를 위해, 본 실시 예에서는 보일러 출구에서 측정된 연소가스 온도가 설계조건에 충분히 근접하는지 여부를 확인한다.To this end, in this embodiment, it is checked whether the combustion gas temperature measured at the boiler outlet is sufficiently close to the design conditions.

또한, 종래의 미분탄 화력발전소가 공기와 연료의 당량비 및 각 단에 공급되는 공기 유량의 분배를 통해서 연소를 제어하는 것과 달리, 본 실시 예에 따라 산소부화연소를 채택하는 화력발전 시스템은 연소공기와 연료의 당량비 및 각 단에 공급되는 연소공기의 총량과 함께, 산소의 농도, 즉 산소부화공기의 연소공기에 대한 혼합비율을 추가적으로 제어함으로써, 연소 성능을 효과적으로 개선할 수 있다.Further, unlike a conventional pulverized coal-fired power plant in which combustion is controlled through the equivalence ratio of air and fuel and the distribution of the air flow rate supplied to the respective stages, the thermal power generation system employing the oxygen- The combustion performance can be effectively improved by additionally controlling the concentration of oxygen, that is, the mixing ratio of the oxygen-enriched air to the combustion air, together with the equivalence ratio of the fuel and the total amount of combustion air supplied to each stage.

또한, 본 실시 예에서는 산소부화공기 발생장치에서 생산된 산소부화공기와 대기 중에서 흡입된 공기를 균일하게 혼합해서 연소공기로 공급할 필요없이, 각 단별로 대기에서 흡입된 공기와 산소부화공기를 개별적으로 제어해서 공급함으로써, 다단연소의 효과를 증폭시킬 수 있다.In the present embodiment, the oxygen-enriched air produced by the oxygen-enriched air generating apparatus and the air sucked in the air are not mixed uniformly and supplied to the combustion air, and the air sucked in the atmosphere and the oxygen- The effect of the multi-stage combustion can be amplified.

상기 다단연소는 연소기의 아랫단에는 연료에 대한 당량비 이하의 산소를 공급해서 과농화염을 형성시키고, 윗단에서 산소를 당량비 이상으로 공급해서 희박화염을 이용해서 미연분을 완전연소시켜 산화 분위기의 고온 영역을 최소화함으로써, 질소산화물의 생성을 억제한다.In the multi-stage combustion, oxygen is supplied to the lower end of the combustor at a rate equal to or less than the equivalent ratio of fuel to form a superheated flame, and oxygen is supplied at an upper rate above the equivalence ratio to completely combust the unleaded flame by using a lean flame, Thereby suppressing the generation of nitrogen oxides.

일반적으로, 다단연소의 아랫단에 있는 과농화염은 온도가 단열화염온도보다 낮고, 많은 미연분이 나오는 비교적 불안정한 화염이므로, 전체적인 화염의 안정성이 떨어지는 문제점이 있었다.In general, the superheated flame at the lower end of the multi-stage combustion is a relatively unstable flame at which the temperature is lower than the adiabatic flame temperature and a large amount of unburned flame is produced, so that the stability of the flame is deteriorated.

그러나 산소부화공기를 연소공기로 이용해서 다단연소를 실시할 경우, 아랫단에 형성되는 과농화염 내에 질소의 양이 감소됨에 따라, 화염은 과농 상태이나 반응지역의 온도가 공기를 연소공기로 사용하는 경우에 비해 상승되므로, 보다 안정적인 과농화염이 형성될 수 있다.However, when multi-stage combustion is performed using oxygen-enriched air as combustion air, as the amount of nitrogen in the overflow flame formed at the bottom is reduced, the flame is in an overcooked state, but when the temperature of the reaction area is used as combustion air , A more stable super concentrated flame can be formed.

그리고 윗단의 희박화염에 공급할 수 있는 산소의 여유분이 많고, 일산화탄소와 미연탄소분의 산화에 기여할 수 있는 수증기의 농도가 높으며, 반응지역의 온도를 높게 유지할 수 있다. 이에 따라, 희박화염지역으로 유입되는 미연탄소, 미연 휘발분 및 일산화탄소와 같은 미연소 물질의 완전 연소가 촉진될 수 있다.The amount of oxygen that can be supplied to the lean flame at the upper end is large, the concentration of water vapor that can contribute to the oxidation of carbon monoxide and unburned carbon is high, and the temperature of the reaction zone can be maintained high. As a result, complete combustion of unburnt materials such as unburned carbon, unburned volatile matter and carbon monoxide introduced into the lean flame region can be promoted.

이와 같이, 본 실시 예에 따른 산소부화연소와 결합된 다단연소는 화염온도를 설계조건에 맞게 안정적으로 형성시킬 수 있는 장점과 함께, 질소산화물 생성의 억제 및 미연소 물질의 완전 연소를 촉진할 수 있다.As described above, the multi-stage combustion combined with the oxygen-enriched combustion according to the present embodiment has the advantage of stably forming the flame temperature in accordance with the design conditions, and can suppress the generation of nitrogen oxides and promote the complete combustion of unburned materials have.

한편, 종래의 미분탄 화력발전소에서는 팬을 통해서 흡입된 공기를 보일러에서 배출되는 연소가스와 열교환하는 공기예열기를 통과시켜서 온도를 상승시킨 후에 연소 시스템으로 공급한다.On the other hand, in a conventional pulverized coal-fired power plant, the air sucked through the fan is passed through an air preheater for exchanging heat with the combustion gas discharged from the boiler, and the temperature is raised to be supplied to the combustion system.

여기서, 연소시스템에 공급되는 공기는 미분된 석탄을 연소실로 이송하기 위해서 미분탄과 예혼합되어 연소기의 각단으로 공급되는 1차 산소부화공기와 윈드박스를 통해서 1차 산소부화공기와 분리되어 각 단으로 공급되는 2차 산소부화공기 그리고 최상단 버너 위쪽에 별도의 노즐을 통하여 화로에 공급되는 3차 산소부화공기로 구성된다.Here, the air supplied to the combustion system is separated from the primary oxygen-enriched air through the primary oxygen-enriched air and the wind box supplied to each end of the combustor premixed with the pulverized coal to transfer the pulverized coal to the combustion chamber, The secondary oxygen enriched air to be supplied and the tertiary oxygen enriched air supplied to the furnace through a separate nozzle above the uppermost burner.

특히, 산소부화연소를 위해, 산소부화공기 발생장치에서 생산된 산소부화공기를 미분탄을 이송하는 1차 산소부화공기와 혼합하여 사용하는 경우, 미분탄 이송과정에서 화재 발생의 가능성이 높아진다. Particularly, when the oxygen-enriched air produced by the oxygen-enriched air generating apparatus is mixed with the primary oxygen-enriched air for conveying the pulverized coal for oxygen-enriched combustion, the possibility of occurrence of fire in the pulverized coal conveying process is increased.

이에 따라, 본 실시 예에서는 산소부화공기를 1차 산소부화공기와 혼합하도록 구성될 수도 있으나, 윈드박스를 통해서 공급되는 2차 산소부화공기와 혼합해서 연소실의 각단으로 나누어 공급할 수 있다.Accordingly, in this embodiment, the oxygen-enriched air may be mixed with the primary oxygen-enriched air, but may be mixed with the secondary oxygen-enriched air supplied through the wind box and divided into the respective stages of the combustion chamber.

또한, 3차 산소부화공기 역시 필요에 따라 산소부화하지 않고 화로에 공급될 수 있다. In addition, the tertiary oxygen enriched air can also be supplied to the furnace without oxygen enrichment if necessary.

먼저, 도 1을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 화력 발전소의 산소부화 연소장치(이하 '산소부화 연소장치'라 약칭함)가 적용되는 화력 발전시스템의 구성을 설명한다. First, a configuration of a thermal power generation system to which an oxygen enriching combustion apparatus of a thermal power plant according to a preferred embodiment of the present invention (hereinafter referred to as 'oxygen enrichment combustion apparatus') is applied will be described with reference to FIG.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 산소부화 연소장치가 적용된 화력 발전시스템의 구성도이다. 1 is a configuration diagram of a thermal power generation system to which an oxygen-enriched combustion apparatus according to a preferred embodiment of the present invention is applied.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 산소부화 연소장치가 적용된 화력 발전시스템(10)은 도 1에 도시된 바와 같이, 공기에 포함된 산소 농도를 증가시켜 산소부화된 공기(이하 '산소부화공기'라 함)를 발생하는 산소부화공기 발생장치(11), 산소부화공기를 산화제로 이용해서 연료를 연소시키는 산소부화 연소장치(12), 산소부와 연소장치(12)에서 배출되는 배가스의 열을 회수하여 물을 가열해서 고온고압의 수증기를 발생시키는 배열회수 보일러(13) 및 배열회수 보일러(13)에서 발생하는 증기를 이용하여 회전력을 발생하는 증기터빈(14)을 포함한다. As shown in FIG. 1, the thermal power generation system 10 to which the oxygen-enriched combustion apparatus according to the preferred embodiment of the present invention is applied increases the oxygen concentration contained in the air to increase oxygen enriched air , An oxygen-enriched air generating device (11) for generating an oxygen-enriched air, an oxygen-enriched air generating device (12) for burning fuel using oxygen enriched air as an oxidizing agent, And a steam turbine 14 for generating a rotational force by using the steam generated in the batch recovery boiler 13 and the arrangement recovery boiler 13 for heating the water to generate steam of high temperature and high pressure.

이와 함께, 상기 화력발전 시스템(10)은 증기터빈(14)의 회전력을 전기에너지로 변환하는 발전기(15), 배열회수보일러(13)에서 배출되는 배가스에서 유해물질을 제거하고 상기 산화제를 예열하는 배가스 처리장치(16), 유해물질이 제거된 배가스를 외부로 배출하는 연돌(17) 및 산소부화공기 발생장치(11)에서 분리된 건(乾) 질소를 이용하여 저탄장(19)에서 산소부화 연소장치(12)로 공급되는 과정에서 연료를 건조하는 연료건조장치(18)를 더 포함할 수 있다. In addition, the thermal power generation system 10 includes a generator 15 for converting the rotational force of the steam turbine 14 into electrical energy, a heat exchanger 15 for removing toxic substances from the exhaust gas discharged from the exhaust heat collecting boiler 13, And the oxygen enriching combustion is performed in the low-lean burning 19 by using the exhaust gas treating apparatus 16, the stack 17 discharging the exhaust gas from which harmful substances have been removed to the outside, and the dry nitrogen removed from the oxygen- And a fuel drying device 18 for drying the fuel in the process of being supplied to the device 12. [

증기터빈(14)에는 증기터빈(14)에서 배출되는 저온저압의 증기를 응축시켜 물로 변환하는 응축기(141)가 연결될 수 있다. The steam turbine 14 may be connected to a condenser 141 for condensing low-temperature and low-pressure steam discharged from the steam turbine 14 into water.

배가스 처리장치(16)와 연돌(17) 사이에는 배가스를 흡입해서 외부로 배출하는 배출팬(171)이 마련될 수 있다. Between the flue gas treating apparatus 16 and the stack 17, a discharge fan 171 for sucking exhaust gas and discharging the flue gas to the outside may be provided.

저탄장(19)에는 질소의 소화(消火) 특성을 이용해서 질소를 저탄장에 골고루 흘려줌으로써, 석탄의 자발화를 방지하는 자발화 방지장치(191)가 마련될 수 있다. The low carbon fiber 19 may be provided with an autoignition prevention device 191 for preventing the self-ignition of coal by uniformly flowing nitrogen to the low carbon fiber using the nitrogen extinguishing characteristic.

산소부화공기 발생장치(11)는 공기 중의 질소를 분리하여 공기에 포함된 산소 농도를 높여 산소부화공기를 만드는 장치로서, 산소부화공기 내 산소 농도는 공기 중 산소 농도인 20.9%에서 100%까지 범위 내에서 조절될 수 있다. The oxygen-enriched air generating apparatus 11 separates nitrogen in the air to increase the oxygen concentration in the air to produce oxygen enriched air. The oxygen concentration in the oxygen enriched air ranges from 20.9% to 100% ≪ / RTI >

산소부화공기 발생장치(11)는 심냉법을 이용하여 공기에서 90% 이상의 고순도의 산소를 분리하는 공기분리장치(air separating unti), 공기주입팬에 의해 공급되는 공기에 산소부화막을 이용해서 공기에 포함된 산소 농도를 높이는 산소부화막 장치, 질소와 산소의 압력인나 진공도에 따른 서로 다른 흡착성능을 이용하는 압력 스윙 흡착장치(Pressure Swing Adsorption, PSA) 및 진공도 스윙 흡착 장치(Vaccum Swing Adsorption, VSA) 중에서 어느 하나로 마련될 수 있다. The oxygen-enriched air generating device 11 includes an air separating device for separating oxygen having a purity of 90% or more from the air by using the deep-sea cooling method, an air separating device for separating the air supplied from the air- Pressure swing adsorption (PSA) and vacuum swing adsorption (VSA), which utilize different adsorption capacities depending on the pressure of nitrogen and oxygen and the degree of vacuum, Or the like.

물론, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 상기한 장치들을 조합하여 산소부화공기 발생장치를 구성하고, 이를 이용해서 고산소농도 산소부화공기를 생산하도록 변경될 수 있다.Of course, the present invention is not limited to this, and the apparatuses may be combined to constitute an oxygen-enriched air generating apparatus, and the oxygen-enriched air generating apparatus may be modified to produce high oxygen concentration oxygen-enriched air.

산소부화 연소장치(12)는 연료를 연소 특성에 대응되도록 미분하는 미분기(23) 및 각각 연료와 공기, 산소부화공기를 공급받아 연소시키도록 화로(20)의 일측단에 복수의 단으로 설치되는 복수의 버너(21)를 포함할 수 있다. The oxygen-enriched combustion apparatus 12 includes a plurality of differentiators 23 for differentiating fuel to correspond to combustion characteristics, and a plurality of stages at one end of the furnace 20 for supplying fuel, air, and oxygen- A plurality of burners 21 may be included.

산소부화 연소장치(12)는 배열회수 보일러(13)와 함께 산소부화 보일러 시스템을 구성한다. The oxygen-enriched combustion device 12 constitutes an oxygen-enriched boiler system together with the arrangement recovery boiler 13.

배열회수 보일러(13)는 산소부화 연소장치(12)에서 발생한 고온의 연소 배가스 열을 이용해서 물을 가열하여 고온고압의 수증기를 발생시킨다. The batch recovery boiler 13 generates water vapor at a high temperature and a high pressure by heating the water using the combustion exhaust gas heat of high temperature generated in the oxygen enrichment combustion apparatus 12. [

이를 위해, 배열회수 보일러(13)는 물을 증발 온도 이하까지 가열하는 절탄기(Economizer)(131), 절탄기(131)에서 배출되는 고온의 물을 증발시켜 포화증기로 생성하는 증발기(Evaporator)(132), 포화증기를 다시 가열하여 과열증기를 생성하는 과열기(Superheater)(133) 및 증기터빈(14)에서 나온 증기를 다시 가열하여 재열증기를 생성하는 재열기(Reheater)(134)를 포함할 수 있다.The batch recovery boiler 13 includes an economizer 131 for heating water to below the evaporation temperature, an evaporator for evaporating the high temperature water discharged from the economizer 131 to generate saturated steam, A superheater 133 for heating the saturated steam again to generate superheated steam, and a reheater 134 for reheating the steam from the steam turbine 14 to generate reheated steam. can do.

다음, 도 1 및 도 2를 참조하여 산소부화공기 발생장치의 구성을 상세하게 설명한다. Next, the configuration of the oxygen-enriched air generating apparatus will be described in detail with reference to Figs. 1 and 2. Fig.

도 2는 도 1에 도시된 산소부화공기 발생장치의 구성도이다.FIG. 2 is a configuration diagram of the oxygen-enriched air generating apparatus shown in FIG. 1. FIG.

산소부화공기 발생장치(11)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 공기분리장치로 마련되고, 산소의 농도가 부피 기준으로 약 20.9%에서 약 100%까지 높아진 고산소농도 산소부화공기를 제1 내지 제3 공기주입팬(111) 각각에서 공급되는 공기와 혼합하여 산소 농도를 조절해서 연소 조건에 맞는 산소 농도를 가지는 제1 내지 제3 산소부화 공기를 발생할 수 있다. The oxygen enriched air generating apparatus 11 is provided with an air separating apparatus as shown in Figs. 1 and 2, and has a high oxygen concentration oxygen enriched air whose oxygen concentration is increased from about 20.9% to about 100% The first to third oxygen-enriched air can be generated by mixing with the air supplied from each of the first to third air injection fans 111 to adjust the oxygen concentration to have the oxygen concentration matching the combustion condition.

제1 공기주입팬(111)은 아래에서 설명할 산소부화 연소장치(12)의 미분기(23)에서 미분된 연료를 각 단 버너(21)로 이송하도록 1차 산소부화공기를 주입하는 기능을 한다. The first air injection fan 111 functions to inject primary oxygen enriched air so as to transfer the finely divided fuel to each stage burner 21 in the differentiator 23 of the oxygen enriching combustion apparatus 12 to be described below .

상기 1차 산소부화공기는 배가스 처리장치(16)에서 배가스의 열을 이용하여 예열된 상태에서 미분기(23)로 공급될 수 있다. 물론, 1차 산소부화공기는 연료의 이송과정에서 자발화를 방지하도록 예열되지 않은 상태에서 미분기(23)로 공급되거나, 산소부화 없이 공기 상태로 바로 미분기(23)으로 공급될 수도 있다. The primary oxygen-enriched air may be supplied to the differentiator 23 in the preheated state using the heat of the exhaust gas in the flue gas treating apparatus 16. Of course, the primary oxygen-enriched air may be supplied to the differentiator 23 in the unheated state to prevent self-ignition in the course of transferring the fuel, or may be supplied to the differentiator 23 directly in the air state without oxygen enrichment.

제2 공기주입팬(112)은 산소부화 연소장치(12)의 윈드박스(24)를 통해 버너(21)로 2차 산소부화공기를 주입하는 기능을 한다. The second air injection fan 112 functions to inject secondary oxygen enriched air into the burner 21 through the wind box 24 of the oxygen enrichment combustion apparatus 12. [

상기 2차 산소부화공기는 배가스 처리장치(16)에서 배가스의 열을 이용하여 예열된 상태에서 윈드박스(24)로 공급될 수 있다. The secondary oxygen-enriched air may be supplied to the windbox 24 in the preheated state using the heat of the exhaust gas in the flue gas treating apparatus 16.

제3 공기주입팬(113)은 산소부화 연소장치(12)의 화로(20)에 3차 산소부화공기를 공급하는 기능을 한다. The third air injection fan 113 functions to supply tertiary oxygen enriched air to the furnace 20 of the oxygen enrichment combustion apparatus 12. [

상기 3차 산소부화공기는 배가스 처리장치(16)에서 배가스의 열에 의해 예열된 상태에서 화로(20)로 공급될 수 있다. The tertiary oxygen enriched air can be supplied to the furnace 20 in a state where it is preheated by the heat of the exhaust gas in the flue gas treating apparatus 16.

이하에서는 1차 내지 3차 산소부화공기를 통칭하여 '산소부화공기'라 한다. Hereinafter, the primary to tertiary oxygen enriched air will be collectively referred to as 'oxygen enriched air'.

이를 위해, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제3 공기주입팬(111 내지 113)에 의해 주입되는 1차 내지 3차 공기를 각각 미분기(23), 윈드박스(24), 버너(21)로 공급하는 제1 내지 제3 공기공급관(114 내지 116)이 마련될 수 있다.2, the primary air to the tertiary air injected by the first to third air injection fans 111 to 113 is supplied to the differentiator 23, the wind box 24, the burner 21 The first to third air supply pipes 114 to 116 may be provided.

그리고 산소부화공기 발생장치(11)에서 공급되는 고산소농도 산소부화공기를 제1 내지 제3 공기공급관(114 내지 116)에 각각 공급하는 고산소농도 산소부화공기공급관(117)이 마련될 수 있다.And a high oxygen concentration oxygen-enriched air supply pipe 117 for supplying the oxygen-enriched oxygen-rich air supplied from the oxygen-enriched air generator 11 to the first to third air supply pipes 114 to 116, respectively .

제1 및 제2 공기공급관(114,115)은 각각 미분기(23)와 윈드박스(24)의 개수에 대응되는 개수로 분기되어 1차 및 2차 공기 또는 1차 및 2차 산소부화공기를 각각 미분기(23)와 윈드박스(24)에 공급할 수 있다. The first and second air supply pipes 114 and 115 are branched into a number corresponding to the number of the differentiator 23 and the wind box 24 to supply primary and secondary air or primary and secondary oxygen enriched air to the differentiator 23 and the wind box 24, respectively.

그리고 제3 공기공급관(116)은 화로(20)에 직접 3차 공기 또는 3차 산소부화공기를 공급할 수 있다. And the third air supply pipe 116 can directly supply tertiary air or tertiary oxygen enriched air to the furnace 20. [

고산소농도 산소부화공기공급관(117)은 제1 내지 제3 공기공급관(114 내지 116)에 대응되는 개수로 분기되어 고산소농도 산소부화공기를 제1 내지 제3 공기공급관(114 내지 116)에 공급할 수 있다. The high oxygen concentration oxygen-enriched air supply pipe 117 is branched into a number corresponding to the first to third air supply pipes 114 to 116 to supply the oxygen-enriched oxygen-enriched air to the first to third air supply pipes 114 to 116 Can supply.

이와 같이, 본 발명은 산소부화공기 발생장치에서 생산된 고산소농도 산소부화공기와 제1 내지 제3 공기주입팬에 의해 주급되는 공기를 혼합해서 산소부화 연소장치에 공급되는 공기의 산소 농도를 조절할 수 있다. As described above, according to the present invention, the high oxygen concentration oxygen-rich air produced by the oxygen-enriched air generating apparatus is mixed with the air fed by the first to third air injection fans to control the oxygen concentration of the air supplied to the oxygen- .

여기서, 산소부화공기와 공기의 혼합은 윈드박스(24)가 마련된 경우에는 윈드박스(24) 내에서 이루어지거나, 윈드박스(24) 전단에 연결된 공급관에서 이루어질 수 있다. Here, mixing of the oxygen enriched air and air may be performed in the wind box 24 when the wind box 24 is provided, or in a supply pipe connected to the front end of the wind box 24.

한편, 본 실시 예에서는 공기분리장치를 이용해서 공기에서 고산소농도 산소부화공기를 분리하고, 분리된 고산소농도 산소부화공기를 윈드박스(24)로 공급하는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. Meanwhile, in the present embodiment, it has been described that the high oxygen concentration oxygen-enriched air is separated from the air by using the air separation apparatus and the separated high oxygen concentration oxygen-enriched air is supplied to the wind box 24, But is not limited thereto.

예를 들어, 도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 산소부화공기 발생장치의 구성도이다. For example, FIG. 3 is a configuration diagram of an oxygen-enriched air generating apparatus according to another embodiment of the present invention.

본 발명은 도 3에 도시된 바와 같이, 운전 조건에 따라 제1 내지 제3 공기주입팬(111 내지 113)에서 주입되는 1차 내지 3차 공기를 각각 산소부화공기 발생장치(11)로 마련되는 산소부화막 장치, 압력 또는 진공도 스윙 흡착장치 중에서 어느 하나 또는 상기한 장치들의 조합으로 마련된 산소부화공기 발생장치(11)에 직접 통과시켜 산소부화공기를 생산하도록 변경될 수 있다.3, the first to third air injected from the first to third air injection fans 111 to 113 are provided in the oxygen-enriched air generating device 11, respectively, according to the operation conditions, An oxygen enrichment membrane device, a pressure or vacuum degree swing adsorption device, or an oxygen enriched air generating device 11 provided by a combination of the above devices, to produce oxygen enriched air.

그리고 본 발명은 공기분리장치(11) 대신에 분리막(separator membrane)을 이용해서 산소와 질소를 분리하는 산소부화막 장치(도면 미도시)를 제1 내지 제3 공기주입팬(111 내지 113) 후단에 각각 설치하고, 질소가 분리된 고산소농도 산소부화공기를 각 미분기(23)와 윈드박스(24), 버너(21) 및 화로(20)에 공급하도록 변경될 수 있다. In the present invention, instead of the air separation device 11, an oxygen-enrichment membrane device (not shown) for separating oxygen and nitrogen using a separator membrane is disposed downstream of the first to third air injection fans 111 to 113 And to supply oxygen-enriched high-oxygen oxygen-enriched air with nitrogen to each of the differentiator 23, windbox 24, burner 21, and furnace 20.

이에 따라, 본 발명은 윈드박스(24)에 연결되는 제2 공기공급관(115)이나 각 윈드박스(24)와 각 단 버너(21) 사이에 연결되는 연결라인에 고산소농도 산소부화공기를 공급해서 각 단 버너(21)에 공급되는 산소부화공기량을 조절하도록 변경될 수도 있다. Accordingly, the present invention can supply high oxygen concentration oxygen enriched air to the second air supply pipe 115 connected to the wind box 24, or to the connection line connected between each wind box 24 and each stage burner 21 So that the amount of oxygen-enriched air supplied to each stage burner 21 is adjusted.

또, 본 발명은 윈드박스(24)가 마련되지 않은 경우에는 산소부화공기와 공기를 화로 전단 공기공급관 내에서 혼합하도록 변경될 수도 있다. Further, the present invention may be modified so as to mix the oxygen enriched air and air in the furnace front-end air supply pipe when the wind box 24 is not provided.

또한, 본 발명은 고산소농도 산소부화공기와 제1 내지 제3 공기주입팬(111 내지 113)에 의해 주입되는 공기를 배가스 처리장치에서 예열하기 이전이나 이후, 또는 예열 전후 모두에서 혼합하도록 변경될 수도 있다. Further, the present invention may be modified such that the high oxygen concentration oxygen-enriched air and the air injected by the first to third air injection fans 111 to 113 are mixed before or after the preheating in the flue gas treating apparatus, or both before and after the preheating It is possible.

한편, 상기한 각 미분기(23)와 윈드박스(24), 제1 내지 제4 측정센서(31 내지 34) 및 조절밸브(41 내지 44)는 각 단 버너(21)에 연료를 공급하는 연료공급부를 구성한다. The first to fourth measuring sensors 31 to 34 and the control valves 41 to 44 are connected to the respective burners 21 through a fuel supply .

다음, 도 1 및 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 산소부화 연소장치의 구성을 상세하게 설명한다. Next, the configuration of the oxygen-enriched combustion apparatus according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 4. FIG.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 산소부화 연소장치의 구성도이다. 4 is a configuration diagram of an oxygen-enriched combustion apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 산소부화 연소장치(12)는 도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 공기분리장치(11), 화로(20), 배열회수보일러(13) 및 연료를 미분하는 미분기(23), 미분된 연료와 산소부화공기를 혼합해서 각 단 버너(21)로 공급하는 윈드박스(24), 각 단 버너(21)에 공급되는 공기량과 산소부화공기량을 측정하는 측정유닛(30), 각 단 버너(21)에 공급되는 고산소농도 산소부화공기 또는 산소부화공기의 유량을 조절하는 조절유닛(40) 및 각 단 버너(21)에 공급되는 연료량, 공기량 및 산소부화공기량에 기초해서 각 단별 당량비를 산출하고 각 단별로 당량비를 조절하도록 조절유닛(40)의 구동을 제어하는 제어부(50)를 포함할 수 있다. 1 and 4, the oxygen-enriched combustion apparatus 12 according to the preferred embodiment of the present invention includes an air separation unit 11, a furnace 20, an arrangement recovery boiler 13, A windbox 24 which mixes the finely divided fuel and the oxygen enriched air and supplies them to the respective stage burners 21, a measuring unit 24 for measuring the amount of air supplied to each stage burner 21 and the oxygen enriched air amount 30, a control unit 40 for controlling the flow rate of oxygen-enriched air or oxygen-enriched air of high oxygen concentration supplied to each stage burner 21, and a control unit 40 for controlling the amount of fuel, And a control unit 50 for controlling the driving of the control unit 40 so as to calculate the equivalence ratios for each stage based on each stage and to control the equivalence ratio for each stage.

도 1 및 도 4의 화로에는 설명의 편의를 위하여 4개의 버너가 도시되어 있으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 최적화된 다단 연소를 구현하기 위해, 버너를 4개뿐만 아니라, 2개, 3개, 5개 이상 마련하도록 변경될 수 있음에 유의하여야 한다. Although four burners are shown in FIG. 1 and FIG. 4 for convenience of explanation, the present invention is not limited thereto. In order to realize optimized multi-stage combustion, four burners, Three, or more than five of them may be provided.

미분기(23)는 각 단 버너(21)에 공급되는 연료량과 공기량을 용이하게 구분해서 측정 가능하도록 각 단 버너(21)에 대응되는 개수로 마련될 수 있다. The differentiator 23 may be provided in a number corresponding to each stage burner 21 so that the fuel amount and the air amount supplied to each stage burner 21 can be easily distinguished and measured.

윈드박스(24)는 미분기(23)에서 미분된 연료와 산소부화공기를 화로(20)의 각 단 버너(21)로 공급하는 기능을 하고, 하나 이상으로 마련될 수 있다. The wind box 24 functions to supply the finely divided fuel and the oxygen-enriched air to the burners 21 at the respective stages of the furnace 20 in the differentiator 23, and may be provided in one or more.

본 실시 예에서는 각 단 버너(21)에 공급되는 연료량와 공기량을 용이하게 구분해서 측정 가능하도록 윈드박스(24)가 각 단 버너(21)에 대응되는 개수로 마련되는 것으로 설명한다. In the present embodiment, a wind box 24 is provided in the number corresponding to each stage burner 21 so that the fuel amount and the air amount supplied to each stage burner 21 can be easily distinguished and measured.

한편, 각 단 미분기(23)와 버너(21) 사이에는 윈드박스(24)를 경유해서 각각 미분된 연료와 공기가 혼합되어 이송되는 연료 이송라인(231)이 버너(21)의 단수에 대응되는 개수로 마련될 수 있다. A fuel transfer line 231 in which the finely divided fuel and air are mixed and transported via the wind box 24 is provided between each of the stage differentiators 23 and the burner 21 to correspond to the number of stages of the burners 21 May be provided.

이를 위해, 각 연료 이송라인(231)에는 제1 공기주입팬(111)에 의해 주입되어 배가스 처리장치(16)에서 예열된 1차 공기 또는 1차 산소부화공기가 공급되는 제1 공기공급관(114)이 연결될 수 있다. For this purpose, each fuel transfer line 231 is provided with a first air supply pipe 114 (hereinafter, referred to as " first air supply pipe ") through which primary air or primary oxygen- ) Can be connected.

그리고 각 윈드박스(24)에는 제2 공기주입팬(112)에 의해 주입되어 배가스 처리장치(16)에서 예열된 2차 공기 또는 2차 산소부화공기가 공급되는 제2 공기공급관(115)이 연결될 수 있다.The second air supply pipe 115 is connected to each wind box 24 through the second air injection fan 112 and supplied with secondary air or secondary oxygen enriched air preheated by the exhaust gas treatment device 16 .

상기 1차 공기는 미분기(23)에서 미분된 연료를 윈드박스(24)로 이송하는 기능을 하고, 2차 공기는 버너(21) 내부에 공급되는 총 공기량을 조절하는 기능을 할 수 있다. The primary air serves to transfer the finely divided fuel to the wind box 24 in the differentiator 23 and the secondary air can function to regulate the total amount of air supplied into the burner 21. [

또, 각 버너(21)와 화로(20)에는 제3 공기주입팬(113)에 의해 주입되어 배가스 처리장치(16)에서 예열된 3차 공기 또는 3차 산소부화공기가 공급되는 제3 공기공급관(116)이 연결될 수 있다. The burner 21 and the furnace 20 are connected to a third air supply pipe 13 through which the tertiary air or the tertiary oxygen enriched air preheated by the exhaust gas treatment device 16 is injected by the third air injection fan 113, (116) can be connected.

다음, 도 4 및 도 5을 참조하여 측정유닛, 조절유닛 및 제어부의 구성을 상세하게 설명한다. Next, the configurations of the measurement unit, the adjustment unit, and the control unit will be described in detail with reference to Figs. 4 and 5. Fig.

도 5는 측정유닛, 조절유닛 및 제어부의 블록 구성도이다. 5 is a block diagram of the measurement unit, the adjustment unit, and the control unit.

측정유닛(30)은 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 각 연료 이송라인(231)에 연결된 제1 공기공급관(114)에 각각 설치되고 각 연료 이송라인(231)에 공급되는 1차 공기 또는 산소부화공기의 유량을 측정하는 제1 측정센서(31), 각 윈드박스(24)에 연결된 제2 공기공급관(115)에 각각 설치되고 각 윈드박스(24)에 공급되는 2차 공기 또는 산소부화공기의 유량을 측정하는 제2 측정센서(32) 및 화로(20)에 연결되는 제3 공기공급관(116)에 설치되고 화로(20)에 각각 공급되는 3차 공기 또는 산소부화공기의 유량을 측정하는 제3 측정센서(33)를 포함할 수 있다.4 and 5, the measuring unit 30 is installed in the first air supply pipe 114 connected to each of the fuel transfer lines 231, A first measurement sensor 31 for measuring the flow rate of the oxygen-enriched air or the second measurement sensor 31 for measuring the flow rate of the oxygen-enriched air, and a second air supply pipe 115 connected to the respective windboxes 24, The flow rate of the tertiary air or oxygen enriched air supplied to the second furnace 20 and the second measuring sensor 32 for measuring the flow rate of the enriched air and the third air supply pipe 116 connected to the furnace 20 And a third measurement sensor 33 for measuring the temperature.

이와 함께, 측정유닛(30)은 각 고산소농도 산소부화공기공급관(117)에 설치되고 제1 내지 제3 공기공급관(114 내지 116)에 공급되는 고산소농도 산소부화공기의 유량을 측정하는 제4 측정센서(34), 배열회수 보일러(13)의 출구를 통해 배출되는 배가스의 온도(이하 '출구온도'라 함)를 측정하는 제5 측정센서(35) 및 배가스에 포함된 산소 농도를 측정하는 제6 측정센서(36)를 더 포함할 수 있다. In addition, the measuring unit 30 includes a measuring unit 30 which measures the flow rate of the oxygen-enriched oxygen-rich air supplied to each of the first to third air supply pipes 114 to 116, 4 measuring sensor 34 and a fifth measuring sensor 35 for measuring the temperature of the exhaust gas discharged through the outlet of the batch recovery boiler 13 (hereinafter referred to as the "outlet temperature") and the oxygen concentration contained in the exhaust gas And a sixth measuring sensor 36 for measuring the temperature of the liquid.

제1 내지 제4 측정센서(31 내지 34)는 각 공기공급관(114 내지 117)을 통해 공급되는 산소부화공기 또는 공기의 유량을 측정하는 유량계로 마련될 수 있다. The first to fourth measurement sensors 31 to 34 may be provided as a flow meter for measuring a flow rate of oxygen-enriched air or air supplied through the respective air supply pipes 114 to 117.

제5 측정센서(35)는 배가스의 출구온도를 측정하는 온도감지센서로 마련되고, 제6 측정센서(36)는 배가스에 포함된 산소 농도를 측정하는 산소 농도 측정기로 마련될 수 있다. The fifth measurement sensor 35 may be provided as a temperature sensor for measuring the outlet temperature of the exhaust gas and the sixth measurement sensor 36 may be provided as an oxygen concentration meter for measuring the oxygen concentration contained in the exhaust gas.

한편, 각 미분기(23)로 공급되는 연료량은 제어부(50)에 의해 설정됨에 따라, 별도의 측정센서를 설치하지 않고, 각 미분기(23)에 공급되도록 설정된 연료의 공급량을 이용할 수 있다. On the other hand, as the amount of fuel supplied to each of the differentiators 23 is set by the control unit 50, the supply amount of the fuel set to be supplied to each of the differentiators 23 can be used without providing a separate measurement sensor.

조절유닛(40)은 각 미분기(23)에 연결된 제1 공기공급관(114)에 각각 설치되고 제어부(50)의 제어신호에 따라 각 미분기(23)에 공급되는 1차 공기 또는 1차 산소부화공기의 유량을 각각 조절하는 제1 조절밸브(41), 각 윈드박스(24)에 연결된 제2 공기공급관(115)에 각각 설치되고 각 윈드박스(24)에 공급되는 2차 공기 또는 2차 산소부화공기의 유량을 각각 조절하는 제2 조절밸브(42) 및 화로(20)에 연결된 제3 공기공급관(116)에 설치되고 화로(20)에 각각 공급되는 3차 공기 또는 3차 산소부화공기의 유량을 각각 조절하는 제3 조절밸브(43)를 포함할 수 있다. The control unit 40 is installed in the first air supply pipe 114 connected to each of the differentiators 23 and is connected to the primary air or primary oxygen enriched air supplied to each of the differentiators 23 according to the control signal of the control unit 50 A first control valve 41 for controlling the flow rate of the secondary oxygen supplied to each wind box 24 and a second air supply pipe 115 connected to each wind box 24, The second control valve 42 for controlling the flow rate of the air and the flow rate of the tertiary air or the tertiary oxygen enriched air respectively supplied to the furnace 20 and the third air supply pipe 116 connected to the furnace 20, And a third control valve 43 for controlling the first control valve 43 and the second control valve 43, respectively.

그리고 조절유닛(40)은 각 고산소농도 산소부화공기공급관(117)에 설치되고 제1 내지 제3 공기공급관(114 내지 116)에 공급되는 고산소농도 산소부화공기의 유량을 조절하는 제4 조절밸브(44)를 더 포함할 수 있다. And a control unit 40 for controlling the flow rate of the high oxygen concentration oxygen-enriched air supplied to each of the first to third air supply pipes 114 to 116, And may further include a valve (44).

제어부(50)는 산소부화공기 내 총 산소 농도를 결정하고, 측정유닛(30)에 의해 측정된 각 단별 연료량, 공기량 및 산소부화공기량을 이용해서 각 단별 당량비를 산출하고, 전체 당량비를 적절하게 조절하기 위해, 각 단 버너(21)별로 공급되는 각각의 산소부화공기 내 산소 농도를 결정해서 각 단별 고산소농도 산소부화공기량을 조절하도록 조절유닛(40)의 구동을 제어할 수 있다.The control unit 50 determines the total oxygen concentration in the oxygen enriched air, calculates the equivalence ratios for each stage using the fuel amount, the air amount, and the oxygen enriched air amount for each stage measured by the measurement unit 30, , It is possible to control the driving of the regulating unit 40 so as to determine the oxygen concentration in each oxygen enriched air supplied to each stage burner 21 and to adjust the oxygen enriched oxygen amount for each stage.

이를 위해, 제어부(50)는 1차 내지 3차 공기량 또는 산소부화공기량을 합산해서 총 공기량을 산출하는 공기량 산출부(51), 각 단 버너(21)에 공급하는 단별 연료량, 공기량 및 고산소농도 산소부화공기량을 이용해서 단별 당량비를 산출하는 당량비 산출부(52) 및 전체 당량비를 유지하거나 조절하기 위해, 각 단 버너(21)에 공급되는 공기량과 고산소농도 산소부화공기량을 조절하도록 제1 내지 제4 조절밸브(41 내지 44)의 구동을 제어하는 제어신호를 발생하는 신호발생부(53)를 포함할 수 있다. To this end, the control unit 50 includes an air amount calculating unit 51 for calculating the total air amount by summing the primary to tertiary air amount or the oxygen enriched air amount, a unit fuel amount to be supplied to each of the end burners 21, An equivalence ratio calculating unit 52 for calculating an equivalence ratio by using the oxygen enriched air amount, and a control unit 52 for controlling the amount of oxygen supplied to each stage burner 21 and the oxygen enriching air amount, And a signal generating unit 53 for generating a control signal for controlling the driving of the fourth control valves 41 to 44.

이와 같이, 본 발명은 화로에 마련된 각 단별로 공급되는 연료량과 각 단별 공기량 및 고산소농도 산소부화공기량을 이용해서 각 단별 당량비를 산출하고, 각 단별 고산소농도 산소부화공기량을 조절해서 전체 당량비를 조절할 수 있다. Thus, in the present invention, the equivalence ratios for each stage are calculated using the amount of fuel supplied to each stage, the air amount for each stage and the oxygen-rich air amount for each stage provided in the furnace, and the ratio of oxygen to oxygen enriched air for each stage is adjusted, Can be adjusted.

이에 따라, 본 발명은 바이오매스와 같이 석탄보다 열량이 낮은 저열량 연료를 이용하는 경우에도 연료의 연소 특성을 향상시키고, 연료의 완전 연소를 실현할 뿐만 아니라, 화로 내 당량비를 효과적으로 제어해서 연소 후 발생하는 질소 산화물을 저감할 수 있다. Accordingly, the present invention improves the combustion characteristics of fuel even when a low calorific value fuel such as biomass is used which has a calorific value lower than that of coal, realizes complete combustion of fuel, and effectively controls the equivalence ratio in the furnace, The oxide can be reduced.

다음, 도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 화력발전 시스템의 제어방법을 상세하게 설명한다. Next, a method of controlling the thermal power generation system according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 화력발전 시스템의 제어방법을 단계별로 설명하는 흐름도이다.6 is a flowchart illustrating steps of controlling the thermal power generation system according to a preferred embodiment of the present invention.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 화력발전 시스템의 제어방법은 크게 산소부화공기 내 총 산소 농도를 결정하는 1단계와 버너(21) 각 단별로 공급되는 각각의 산소부화공기 내 산소 농도를 결정하는 2단계를 포함한다. The control method of the thermal power generation system according to the preferred embodiment of the present invention mainly includes a step 1 for determining the total oxygen concentration in oxygen enriched air and a step 2 for determining the oxygen concentration in each oxygen- .

여기서, 상기 총 산소 농도는 산소부화 연소장치(12) 전체에 공급되는 산소량을 전체 산화제량으로 나눈 백분율을 의미한다.Here, the total oxygen concentration means a percentage obtained by dividing the amount of oxygen supplied to the entire oxygen-enriching combustion apparatus 12 by the amount of total oxidizing agent.

도 6의 S10단계에서 제어부(50)는 산소부화공기 내 총 산소 농도의 초기값(x)을 설정하고, S12단계에서 연료 투입량에 연료 발열량을 곱한 값에 의해 결정되는 총 열입력 값을 계산한다. 6, the control unit 50 sets the initial value x of the oxygen concentration in the oxygen-enriched air, and calculates the total heat input value determined by the value obtained by multiplying the fuel injection amount by the fuel heating amount in step S12 .

S14단계에서 제어부(50)는 제5 및 제6 측정센서(35)에서 측정된 배열회수 보일러(13)의 출구온도와 산소 농도 측정값을 전달받아 간단한 물질 정산으로 총 산화제량을 계산한다(S16). In step S14, the control unit 50 receives the outlet temperature and the oxygen concentration measurement value of the batch recovery boiler 13 measured by the fifth and sixth measurement sensors 35, and calculates a total oxidant amount by simple substance adjustment (S16 ).

S18단계에서 제어부(50)는 미리 저장된 연료의 성상과 산화제의 성상을 통해 배가스의 유량과 조성을 계산하고, 이를 이용해서 배가스의 현열을 계산한다. In step S18, the controller 50 calculates the flow rate and composition of the flue gas through the characteristics of the fuel stored in advance and the characteristics of the oxidizer, and calculates the sensible heat of the flue gas using the calculated flow rate and composition.

S20단계에서 제어부(50)는 S12단계에서 계산된 총 열입력 값과 S18단계에서 계산된 배가스의 현열을 감산해서 보일러 시스템의 흡수 열량을 계산한다. In step S20, the controller 50 calculates the absorbed heat amount of the boiler system by subtracting the total heat input value calculated in step S12 and the sensible heat of the exhaust gas calculated in step S18.

S22단계에서 제어부(50)는 보일러 시스템의 흡수 열량 설계치(A)와 S20단계에서 계산된 보일러의 흡수 열량(B)의 근사도를 검사한다. In step S22, the controller 50 examines the absorption calorie design value (A) of the boiler system and the approximate degree of the absorbed heat quantity (B) of the boiler calculated in step S20.

S22단계의 검사결과 흡수 열량 설계치(A)와 계산된 흡수 열량(B)의 차가 미리 설정된 설정범위(ε) 이내이면, 제어부(50)는 S10단계에서 설정한 산소 농도값(x)을 활용하고(S24), 상기 설정범위를 초과하면, 다시 S10단계로 진행해서 총 산소부화공기 내 산소 농도값(x1)을 재설정한다(S26). If the difference between the absorbed heat quantity designation value A and the calculated absorbed heat quantity B is within the predetermined setting range? As a result of the inspection in the step S22, the control section 50 utilizes the oxygen concentration value x set in the step S10 (S24). If it exceeds the set range, the flow returns to S10 to reset the oxygen concentration value (x1) in the total oxygen-enriched air (S26).

이때, 제어부(50)는 S18단계에서 계산된 보일러의 흡수 열량(B)이 설계치(A)에 비해 크면, 총 산소부화공기 내 산소 농도값(x1)을 초기값(x)으로 유지하거나 감소시켜 재설정하고, 계산된 보일러의 흡수 열량(B)이 설계치(A)에 비해 작으면, 총 산소부화공기 내 산소 농도값(x1)을 초기값(x)보다 증가시켜 재설정할 수 있다. At this time, if the absorbed heat amount B of the boiler calculated in step S18 is larger than the designed value A, the control unit 50 maintains or decreases the oxygen concentration value x1 in the oxygen-enriched air at the initial value x The oxygen concentration value (x1) in the total oxygen enriched air can be reset by increasing the initial value (x) when the calculated calorific value B of the boiler is smaller than the designed value A.

상기 설정범위는 운전자에 의해 운전상황, 연료 특성 등에 따라 변경해서 설정될 수 있다.The setting range can be changed and set by the driver depending on the operating condition, fuel characteristics, and the like.

연료 조성에 대한 정보 제한으로 인해 상기한 바와 같은 과정을 통한 총 산소부화공기 내 산소 농도의 제어가 어려운 경우, 제어부(50)는 S14단계에서 측정된 보일러 출구의 배가스온도를 설계 당시 설정된 기준 출구온도값과 비교하고, 비교 결과의 차이에 따라 S10에서 산화제 내 산소 농도를 재설정할 수 있다.If it is difficult to control the oxygen concentration in the oxygen-enriched air through the above-described process due to limitations on the fuel composition, the control unit 50 controls the exhaust gas temperature at the boiler outlet measured at step S14 to be the reference outlet temperature And the oxygen concentration in the oxidant can be reset at S10 according to the difference of the comparison result.

상기 2단계는 상기 1단계에서 설정된 산화제 내 총 산소 농도값을 고정하고, 버너 각 단별로 들어가는 산화제 내 산소 농도 및 공기량을 조절한다(S30). In the step 2, the total oxygen concentration value in the oxidant set in the step 1 is fixed, and the oxygen concentration and the amount of air in the oxidant are adjusted for each stage of the burner (S30).

상세하게 설명하면, 도 6의 S32단계에서 복수의 단으로 설치된 각 단 버너(21)에 대응되는 각 미분기(23)는 연료를 미분하고, 미분된 연료는 각 연료 이송라인(231)에 연결된 1차 이송라인(26)을 통해 공급되는 1차 공기에 의해 각 윈드박스(24)로 이송된다. Specifically, in the step S32 of FIG. 6, each differentiator 23 corresponding to each stage burner 21 provided in a plurality of stages differentiates the fuel, and the finely divided fuel is supplied to the fuel transfer line 231 And is conveyed to each wind box 24 by the primary air supplied through the car conveyance line 26.

그리고 각 윈드박스(24)는 연료와 1차 산소부화공기, 제2 공기공급관(115)을 통해 공급되는 2차 산소부화공기 및 고산소농도 산소부화공기공급관(117)을 통해 공급되는 고산소농도 산소부화공기를 혼합한 산소부화공기를 각 단 버너(21)로 공급하고, 각 단 버너(21)는 연료와 산소부화공기를 반응시켜 연소시킨다. Each of the windboxes 24 is connected to a fuel supply line through which the fuel and the primary oxygen-enriched air, the secondary oxygen-enriched air supplied through the second air supply pipe 115, and the oxygen- Oxygen-enriched air mixed with oxygen-enriched air is supplied to each stage burner 21, and each stage burner 21 reacts and burns the fuel and the oxygen-enriched air.

이때, 산소부화공기 발생장치(11)로 마련된 공기분리장치는 공기에서 질소를 분리해서 산소부화공기를 발생하고, 고산소농도 산소부화공기공급관(117)을 통해 산소부화공기를 제1 내지 제3 공기공급관(111 내지 113)에 공급할 수 있다. At this time, the air separation apparatus provided in the oxygen-enriched air generating apparatus 11 separates nitrogen from air to generate oxygen-enriched air, and oxygen-enriched air is circulated through the oxygen- To the air supply pipes 111 to 113, respectively.

여기서, 1차 내지 3차 산소부화공기는 각각 배가스 처리장치(16)를 경유해서 배가스의 열에 의해 예열될 수 있다.Here, the primary to tertiary oxygen-enriched air can be preheated by the heat of the exhaust gas via the exhaust gas treatment device 16, respectively.

S34단계에서 고산소농도 산소부화공기공급관(117)에 설치된 각 제4 측정센서(34)는 제1 내지 제3 공기공급관(114 내지 116)에 공급되는 고산소농도 산소부화공기량을 측정한다. In step S34, each of the fourth measurement sensors 34 provided in the high oxygen concentration oxygen enriched air supply pipe 117 measures the high oxygen concentration oxygen enriched air amount supplied to the first to third air supply pipes 114 to 116.

그리고 제1 내지 제3 공기공급관(114 내지 116)에 설치된 제1 내지 제3 측정센서(31 내지 33)는 제1 내지 제3 공기공급관(114 내지 116) 각각을 통해 공급되는 1차 내지 3차 공기 또는 산소부화공기의 유량을 측정한다. The first to third measurement sensors 31 to 33 provided in the first to third air supply pipes 114 to 116 are connected to the first to third air supply pipes 114 to 116 through the first to third air supply pipes 114 to 116, The flow rate of air or oxygen-enriched air is measured.

그러면, S36단계에서 제어부(50)의 공기량 산출부(51)는 각 단 버너(21)에 공급되는 1차 내지 3차 산소부화공기량을 합산해서 총 공기량을 산출하고, 당량비 산출부(52)는 각 단 버너(21)에 공급되는 연료량, 공기량 및 산소부화공기량을 이용해서 각 단별 당량비를 산출한다. Then, in step S36, the air amount calculating unit 51 of the control unit 50 calculates the total air amount by summing the primary to tertiary oxygen enriched air amounts supplied to each stage burner 21, and the equivalence ratio calculating unit 52 The equivalence ratios for each stage are calculated using the fuel amount, the air amount, and the oxygen enriched air amount supplied to each stage burner 21. [

이에 따라, 신호발생부(53)는 미리 저장된 제어프로그램에 따라 전체 당량비를 적절하게 조절하기 위해, 각 단 버너(21) 및 화로에 공급되는 산소부화공기량 및 공기량을 조절하도록 조절유닛(40)에 마련된 제1 내지 제4 조절밸브(41 내지 44)의 동작을 제어하는 제어신호를 발생한다(S38). Accordingly, the signal generating unit 53 may control the amount of oxygen-enriched air and the amount of air supplied to each stage burner 21 and the furnace so as to appropriately adjust the total equivalence ratio according to a previously stored control program. And generates control signals for controlling the operation of the first to fourth control valves 41 to 44 (S38).

예를 들어, 화로(20)의 하단에서부터 순차적으로 제1 내지 제4 버너(21)가 마련되어 4단으로 구성된 경우, 제어부(50)는 제1 및 제2 버너에 공급되는 공기량을 줄이고, 부족한 공기량만큼 산소부화공기를 더 공급해서 기준 당량비를 유지하기 위해, 제1 내지 제4 조절밸브(41 내지 44)에 마련된 각 밸브 중에서 제1 및 제2 버너에 대응되는 밸브들의 개도량을 증가시키도록 제어할 수 있다. For example, when the first to fourth burners 21 are provided sequentially from the lower end of the furnace 20, the control unit 50 reduces the amount of air supplied to the first and second burners, To control the amount of opening of the valves corresponding to the first and second burners among the valves provided in the first to fourth control valves 41 to 44 so as to maintain the reference equivalent ratio by further supplying the oxygen- can do.

그래서 제1 및 제2 버너는 기준 연료의 이론 산소 요구량을 1로 보았을 때, 약 1.05 내지 약 1.3의 당량비를 갖는 연료 희박(Fuel-lean) 조건에서 연료와 공기를 반응시켜 연소시킨다. So that when the theoretical oxygen demand of the reference fuel is taken as 1, the first and second burners react and burn the fuel and the air in a fuel-lean condition having an equivalence ratio of about 1.05 to about 1.3.

그리고 제어부(50)는 제3 및 제4 버너에 공급되는 공기량 또는 산소부화공기량을 감소시키거나 공기량과 산소부화공기량을 모두 감소시키기 위해, 제1 내지 제4 조절밸브(41 내지 44)에 마련된 각 밸브 중에서 제1 및 제2 버너에 대응되는 밸브들의 개도량을 감소시키도록 제어할 수 있다. In order to reduce the amount of air supplied to the third and fourth burners or the amount of oxygen-enriched air or to reduce both the amount of air and the amount of oxygen-enriched air, the controller 50 controls the amount of air supplied to each of the first to fourth control valves 41 to 44 The amount of opening of the valves corresponding to the first and second burners in the valve can be controlled to be reduced.

그래서 제3 및 제4 버너는 약 0.7 내지 1.0의 당량비를 갖는 연료 과농(Fuel-rich) 조건에서 연료와 공기를 반응시켜 연소시킨다. So that the third and fourth burners react and combust the fuel and air in a fuel-rich condition having an equivalence ratio of about 0.7 to 1.0.

이와 함께, 제어부(50)는 화로(20)에 공급되는 산소부화공기량을 증가시켜 총 산소량을 일정하게 유지하기 위해, 제3 조절밸브(43)에 마련된 각 밸브 중에서 화로에 대응되는 밸브의 개도량을 증가시키도록 제어할 수 있다.In addition, in order to increase the amount of oxygen-enriched air supplied to the furnace 20 so as to keep the total amount of oxygen constant, the control unit 50 calculates the amount of opening of the valve corresponding to the furnace among the valves provided in the third control valve 43 Can be controlled to increase.

상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 공기 중에 포함된 산소량을 증가시켜 산소부화된 공기를 이용해서 연소 효율을 향상시키고, 질소산화물을 저감하며, 배가스 유량을 감소시켜 배가스 처리 설비의 효율성을 향상시킬 수 있다.Through the above process, the present invention improves the combustion efficiency by using oxygen enriched air by increasing the amount of oxygen contained in the air, reduces nitrogen oxides, and improves the efficiency of the exhaust gas treatment facility by reducing the exhaust gas flow rate .

이와 같이, 본 발명은 다단 연소 당량비를 공기량과 고산소농도 산소부화공기를 사용해서 유연하게 조절함으로써, 화력발전 시스템의 효율을 향상시키고, 질소산화물을 저감할 수 있다. As described above, according to the present invention, the efficiency of the thermal power generation system can be improved and the nitrogen oxide can be reduced by flexibly controlling the multi-stage combustion equivalent ratio using the air amount and the high oxygen concentration oxygen enriched air.

한편, 본 실시 예에서는 각 단별 산소부화공기내 산소 농도를 일정하게 공급하는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 최종 산소부화공기 내 산소 농도는 동일하게 유지한 상태에서 공기량과 고산소농도 산소부화공기의 양을 각 단별로 다르게 조절하여 운전하도록 변경될 수 있다. On the other hand, in the present embodiment, it is explained that the oxygen concentration in the oxygen-enriched air is constantly supplied for each stage. However, in the present invention, the oxygen concentration in the final oxygen- May be changed to operate differently for each stage.

상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 공기 중에 포함된 산소량을 증가시켜 산소부화된 공기를 이용해서 연소 효율을 향상시키고, 질소산화물을 저감하며, 배가스 유량을 감소시켜 배가스 처리 설비의 효율성을 향상시킬 수 있다.Through the above process, the present invention improves the combustion efficiency by using oxygen enriched air by increasing the amount of oxygen contained in the air, reduces nitrogen oxides, and improves the efficiency of the exhaust gas treatment facility by reducing the exhaust gas flow rate .

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. Although the invention made by the present inventors has been described concretely with reference to the above embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and it goes without saying that various changes can be made without departing from the gist of the present invention.

즉, 상기의 실시 예에서는 각 단별 당량비를 조절하기 위해서, 각 단 버너에 공급되는 공기량 또는 산소부화공기량을 조절하는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.That is, in the above embodiment, the amount of air supplied to each stage burner or the amount of oxygen-enriched air is adjusted to control the equivalence ratio for each stage, but the present invention is not limited thereto.

예를 들어, 본 발명은 각 단 버너에 공급되는 공기량과 산소부화공기량 뿐만 아니라, 각 단 버너에 공급되는 연료의 발열량에 따라 연료의 공급량을 조절하고, 연료의 공급량에 기초해서 공기량과 산소부화공기량을 조절하도록 변경될 수도 있다. For example, according to the present invention, not only the amount of air supplied to each stage burner and the amount of oxygen enriched air, but also the amount of fuel supplied to each stage burner is controlled according to the amount of fuel supplied, As shown in FIG.

본 발명은 산소부화공기 발생장치 및 이를 통해 산소부화된 공기를 이용해서 저급탄을 사용하는 경우에 설계 당시 조건에 비해 떨어진 연소 효율을 설계치에 근접하게 향상시키고, 질소산화물을 저감하며, 배가스 유량을 감소시켜 배가스 처리 설비의 효율성을 향상시키고, 보일러 및 발전단 효율을 향상시키는 기술에 적용된다. The present invention improves the combustion efficiency, which is lower than the conditions at the time of designing, to near the design value, reduces nitrogen oxides, and reduces the exhaust gas flow rate by using oxygen enriched air generating apparatus and oxygen enriched air, To improve the efficiency of the flue gas treatment facility and to improve the efficiency of the boiler and the power generation stage.

10: 화력발전 시스템
11: 산소부화공기 발생장치 111 내지 113: 제1 내지 제3 공기주입팬
114 내지 116: 제1 내지 제3 공기공급관
117: 고산소농도 산소부화공기공급관
12: 산소부화 연소장치 13: 배열회수보일러
131: 절탄기 132: 증발기
133: 과열기 134: 재열기
14: 증기터빈 141: 응축기
15: 발전기 16: 배가스 처리장치
17: 연돌 171: 배출팬
18: 연료건조장치 19: 저탄장
191: 자발화 방지장치 20: 화로
21: 버너 23: 미분기
231: 연료 이송라인 24: 윈드박스
30: 측정유닛 31 내지 36: 제1 내지 제6 측정센서
40: 조절유닛 41 내지 44: 제1 내지 제4 조절밸브
50: 제어부 51: 공기량 산출부
52: 당량비 산출부 53: 신호발생부10: Thermal power generation system
11: oxygen-enriched air generating devices 111 to 113: first to third air-
114 to 116: First to third air supply pipes
117: high oxygen concentration oxygen enriching air supply pipe
12: oxygen-enriched combustion device 13: arrangement recovery boiler
131: burner 132: evaporator
133: superheater 134: reheater
14: Steam turbine 141: Condenser
15: Generator 16: Flue gas treating device
17: stack 171: exhaust fan
18: Fuel drying unit 19:
191: Device for preventing self-ignition 20:
21: burner 23: differentiator
231: Fuel transfer line 24: Wind box
30: Measurement units 31 to 36: First to sixth measurement sensors
40: regulating units 41 to 44: first to fourth regulating valves
50: control part 51: air amount calculation part
52: equivalent ratio calculating section 53: signal generating section

Claims (15)

공기 중의 산소 농도에 비해 산소의 양을 증가시킨 산소부화된 공기를 저발열량을 갖는 연료와 혼합해서 보일러에 설치되는 다단의 버너에서 연소시키는 연소장치에 있어서,
각 단 버너에 공급되는 연료를 공급하는 연료공급부,
공기 중의 산소에 비해 산소의 양을 증가시켜 산소부화된 공기를 생성하는 산소부화공기 발생장치,
각 단 버너에 공급되는 공기량과 산소부화공기량, 배가스의 온도 및 배가스에 포함된 산소 농도를 측정하는 측정유닛,
각 단 버너에 공급되는 고산소농도 산소부화공기 또는 산소부화공기의 유량을 조절하는 조절유닛 및
상기 연료공급부의 연료공급량, 각 단 버너에 공급되는 연료량, 공기량 및 산소부화공기량에 기초해서 각 단별 당량비를 산출하고, 상기 산소부화공기 발생장치에서 각 단 버너 및 화로에 공급되는 산소부화공기 공급량을 조절해서 각 단별로 당량비를 조절하도록 상기 조절유닛의 구동을 제어하며, 전체 연소장치의 당량비 분포를 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는 상기 각 단 버너에서 필요로 하는 산소부화공기량을 합산해서 총 공기량을 산출하는 공기량 산출부,
상기 각 단 버너에 공급하는 단별 연료량, 공기량 및 산소부화공기량을 이용해서 단별 당량비를 산출하는 당량비 산출부 및
상기 각 단 버너에 필요로 하는 산소부화공기량을 공급하도록 조절밸브의 구동을 제어하는 제어신호를 발생하는 신호발생부를 포함하며,
상기 측정유닛에 의해 측정된 배가스의 온도와 산소 농도를 이용하여 보일러 흡수 열량을 계산해서 산소부화공기 내 총 산소 농도를 결정하고, 결정된 산소부화공기 내 총 산소 농도를 기준으로 복수의 단으로 마련된 각 단 버너에 공급되는 공기량, 산소부화공기량, 각 단 버너별 산소부화공기 내 산소 농도를 조절해서 일부 버너를 연료 희박 조건으로 연소시키며, 나머지 버너를 연료 과농 조건에서 연소시키며, 화로에 공급되는 산소부화공기량을 증가시켜 총 산소량을 일정하게 유지하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 산소부화 연소장치. A combustion apparatus for burning oxygen-enriched air, which increases the amount of oxygen compared to the oxygen concentration in the air, with a fuel having a low calorific value and burning it in a multi-stage burner installed in a boiler,
A fuel supply unit for supplying fuel supplied to each stage burner,
An oxygen enriched air generating device for increasing the amount of oxygen compared to oxygen in the air to generate oxygen enriched air,
A measurement unit for measuring the amount of air supplied to each stage burner, the oxygen enriched air amount, the temperature of the exhaust gas, and the oxygen concentration contained in the exhaust gas,
An adjustment unit for adjusting the flow rate of oxygen-enriched air or oxygen-enriched air supplied to each stage burner, and
The equivalence ratio for each stage is calculated based on the fuel supply amount of the fuel supply unit, the fuel amount supplied to each stage burner, the air amount, and the oxygen enriched air amount, and the oxygen enriched air supply amount supplied to each stage burner and the furnace in the oxygen enriched air generating apparatus is And controlling the driving of the adjusting unit to adjust the equivalence ratio for each stage, and controlling the distribution of the equivalence ratio of the entire combustion apparatus,
Wherein the control unit includes an air amount calculating unit for calculating a total air amount by summing up the oxygen enriched air amount required by each of the burners at each stage,
An equivalence ratio calculating unit for calculating a sole equivalent ratio using the unit fuel amount, the air amount, and the oxygen-enriched air amount supplied to the burners at each stage,
And a signal generating section for generating a control signal for controlling the driving of the regulating valve so as to supply the oxygen enriched air amount necessary for each stage burner,
Determining the total oxygen concentration in the oxygen-enriched air by calculating the boiler heat absorbed using the temperature and the oxygen concentration of the exhaust gas measured by the measurement unit, and determining the total oxygen concentration in the oxygen- The burners are burned under fuel lean conditions by adjusting the amount of air supplied to the burners, the amount of oxygen enriched air, and the concentration of oxygen in the oxygen enriched air for each burner at each stage, and the remaining burners are burned under fuel enrichment conditions, So that the total amount of oxygen is kept constant by increasing the amount of air. 제1항에 있어서,
상기 각 단별 당량비는 보일러의 일부 버너 단들 내에서 1 이하로 설정되어 연료 과농 지역을 생성하는 것을 특징으로 하는 산소부화 연소장치. The method according to claim 1,
Wherein the equivalence ratio for each stage is set at 1 or less in some burner stages of the boiler to produce a fuel rich region. 제1항에 있어서,
공급되는 연료량과 산소부화공기량에 따른 상기 산소부화 연소장치의 전체 당량비는 일정하게 제어되는 것을 특징으로 하는 산소부화 연소장치. The method according to claim 1,
Wherein the total equivalence ratio of the oxygen-enriched combustion apparatus according to the amount of fuel supplied and the oxygen enriched air amount is controlled to be constant. 제1항에 있어서,
상기 제어부는 보일러 출구에서 측정된 배가스 온도값과 미리 설정된 설정온도값을 비교하여 공급되는 산소부화공기 공급량을 증감시켜 당량비를 제어하는 것을 특징으로 하는 산소부화 연소장치.The method according to claim 1,
Wherein the control unit compares the exhaust gas temperature value measured at the boiler outlet with a predetermined set temperature value to control the equivalence ratio by increasing or decreasing the supplied amount of oxygen-enriched air. 제1항에 있어서,
상기 보일러의 최상부 버너의 상부에 산소부화공기를 직접 공급하는 별도의 산화제 공급 장치가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 산소부화 연소장치.The method according to claim 1,
Further comprising a separate oxidizer supply device for directly supplying oxygen-enriched air to an upper portion of the uppermost burner of the boiler. 제1항에 있어서, 상기 연료공급부는
각 단 버너에 공급되는 연료를 미분하는 미분기 및
미분된 연료와 상기 산소부화공기 발생장치에서 산소부화된 공기를 혼합해서 상기 각 단 버너로 공급하는 윈드박스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산소부화 연소장치.2. The fuel cell system according to claim 1,
A differentiator for differentiating fuel supplied to each stage burner, and
Further comprising a windbox which mixes the finely divided fuel and the oxygen-enriched air in the oxygen-enriched air generator to supply the mixed air to the respective stage burners. 삭제delete 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 구성으로 이루어진 산소부화 연소장치,
배열회수 보일러에서 생산된 증기의 열에너지를 기계적 일로 변환하는 증기터빈,
상기 증기터빈에서 변환된 기계적 일을 이용해서 발전하는 발전기 및
상기 산소부화 연소장치에서 발생하는 배가스 내에 포함된 유해물질을 제거하고, 상기 배가스의 열을 이용해서 상기 산소부화공기를 예열하는 배가스 처리장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 산소부화 연소장치가 적용된 화력발전 시스템.An oxygen-enriched combustion device comprising the constitution according to any one of claims 1 to 6,
Sequence recovery Steam turbines that convert the thermal energy of the steam produced in the boiler into mechanical work,
A generator for generating electricity using the mechanical work converted from the steam turbine, and
And an exhaust gas treatment device for removing harmful substances contained in the exhaust gas generated in the oxygen-enriched combustion device and preheating the oxygen-enriched air using the heat of the exhaust gas. system. 공기 중의 산소 농도에 비해 산소의 양을 증가시킨 산소부화된 공기를 산화제로 이용하여 저발열량을 갖는 연료와 혼합해서 보일러에 설치되는 다단의 버너에서 연소시키는 산소부화 연소장치가 적용되는 화력발전 시스템의 제어방법에 있어서,
산소부화 연소장치의 출구를 통해 배출되는 배가스의 온도와 산소 농도를 측정하여 보일러 흡수 열량을 계산해서 산소부화공기 내 총 산소 농도를 결정하는 1단계 및
상기 1단계에서 결정된 산소부화공기 내 총 산소 농도를 기준으로 복수의 단으로 마련된 각 단 버너에 공급되는 공기량, 산소부화공기량, 각 단 버너별 산소부화공기 내 산소 농도를 조절하는 2단계를 포함하고,
측정유닛에 의해 측정된 배가스의 온도와 산소 농도를 이용하여 보일러 흡수 열량을 계산해서 산소부화공기 내 총 산소 농도를 결정하고, 결정된 산소부화공기 내 총 산소 농도를 기준으로 복수의 단으로 마련된 각 단 버너에 공급되는 공기량, 산소부화공기량, 각 단 버너별 산소부화공기 내 산소 농도를 조절해서 일부 버너를 연료 희박 조건으로 연소시키고, 나머지 버너를 연료 과농 조건에서 연소시키며, 화로에 공급되는 산소부화공기량을 증가시켜 총 산소량을 일정하게 유지하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 화력발전 시스템의 제어방법.A thermal power generation system in which an oxygen-enriched air having an increased amount of oxygen compared to the concentration of oxygen in the air is used as an oxidizer and mixed with a fuel having a low calorific value to burn in a multi-stage burner installed in the boiler In the control method,
A first step of determining the total oxygen concentration in the oxygen-enriched air by calculating the temperature and oxygen concentration of the exhaust gas discharged through the outlet of the oxygen-enriched combustion apparatus and calculating the boiler absorption calorie, and
And a second step of controlling the amount of oxygen supplied to each stage burner, the amount of oxygen-enriched air, and the concentration of oxygen in the oxygen-enriched air for each stage, based on the total oxygen concentration in the oxygen-enriched air determined in step 1, ,
The oxygen concentration in the oxygen-enriched air is determined by calculating the amount of heat absorbed by the boiler using the temperature and the oxygen concentration of the exhaust gas measured by the measuring unit, The amount of oxygen supplied to the burner, the amount of oxygen enriched air, and the concentration of oxygen in the oxygen-enriched air for each stage burner are controlled so that some burners are burned under fuel lean conditions, the remaining burners are burned under fuel enrichment conditions, To control the total amount of oxygen to be maintained constant. 삭제delete 제9항에 있어서, 상기 1단계는
(a) 제어부에서 산소부화 연소장치에 공급되는 총 산소부화공기 내 산소 농도를 초기 설정하는 단계,
(b) 투입되는 연료 투입량과 발열량을 이용해서 총 열입력을 계산하는 단계,
(c) 측정유닛을 이용해서 상기 산소부화 연소장치의 출구를 통해 배출되는 배가스의 온도 및 산소 농도를 측정하는 단계,
(d) 측정된 출구 온도와 산소 농도 측정값을 이용해서 총 산화제량을 계산하는 단계,
(e) 미리 저장된 연료의 성상과 산화제의 성상을 통해 배가스 유량 및 조성을 계산하고, 계산된 값을 이용해서 상기 배가스의 현열을 계산하는 단계,
(f) 상기 총 열입력과 총 배가스의 현열의 차이인 보일러의 흡수 열량을 계산하는 단계,
(g) 미리 저장된 보일러 흡수 열량 설계치와 상기 (f)단계에서 계산된 보일러의 흡수 열량의 차를 미리 설정된 설정범위와 비교해서 근사도를 검사하는 단계,
(h) 상기 검사결과 흡수 열량 설계치와 계산된 흡수 열량의 차가 상기 설정범위 이내이면 상기 (a)단계에서 설정된 산소 농도값을 고정하는 단계 및
(i) 상기 검사결과 흡수 열량 설계치와 계산된 흡수 열량의 차가 상기 설정범위를 초과하면 총 산소부화공기 내 산소 농도값을 재설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 화력발전 시스템의 제어방법. 10. The method of claim 9, wherein step
(a) initializing the oxygen concentration in the total oxygen-enriched air supplied to the oxygen-enriched combustion device in the control section,
(b) calculating a total heat input using the input fuel amount and the calorific value,
(c) measuring the temperature and oxygen concentration of the exhaust gas discharged through the outlet of the oxygen enriching combustion apparatus using the measurement unit,
(d) calculating the total oxidant amount using the measured outlet temperature and oxygen concentration measurement,
(e) calculating the flue gas flow rate and composition through the properties of the pre-stored fuel and the properties of the oxidizer, and calculating the sensible heat of the flue gas using the calculated values,
(f) calculating an absorbed heat amount of the boiler, which is a difference between the total heat input and the sensible heat of the total exhaust gas,
(g) comparing the difference between the preliminarily stored boiler absorption heat quantity design value and the boiler absorption heat quantity calculated in the step (f) to a predetermined set range, and checking the degree of approximation;
(h) fixing the oxygen concentration value set in the step (a) when the difference between the designed absorbed calorie value and the calculated absorbed heat value is within the set range; and
(i) resetting the oxygen concentration value in the total oxygen enriched air when the difference between the designed value of the absorbed heat quantity and the calculated absorbed heat value exceeds the set range. 제11항에 있어서,
상기 (i)단계에서 제어부는 계산된 보일러의 흡수 열량이 설계치에 비해 크면 총 산소부화공기 내 산소 농도값을 상기 초기값으로 유지하거나 감소시켜 재설정하고, 계산된 보일러의 흡수 열량이 설계치에 비해 작으면 총 산소부화공기 내 산소 농도값을 초기값보다 증가시켜 재설정하는 것을 특징으로 하는 화력발전 시스템의 제어방법.12. The method of claim 11,
In the step (i), if the calculated amount of heat absorbed by the boiler is larger than the designed value, the control unit resets the oxygen concentration value in the oxygen-enriched air to the initial value or resets the initial value, The oxygen concentration value in the total oxygen-enriched air is reset to be higher than the initial value. 제11항에 있어서,
(j) 상기 연료의 조성 정보가 미제공되는 경우, 상기 제어부에서 상기 (c)단계에서 측정된 보일러 출구의 배가스와 설계시 설정된 기준온도값을 비교하여 산소부화공기 내 산소 농도를 재설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화력발전 시스템의 제어방법. 12. The method of claim 11,
(j) resetting the oxygen concentration in the oxygen-enriched air by comparing the exhaust gas measured at the boiler outlet measured in the step (c) with the reference temperature value set at the design, when the composition information of the fuel is not provided And a control unit for controlling the thermal power generation system. 제9항 및 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2단계는
(k) 측정유닛을 이용해서 화로의 각 단 버너에 각각 공급되는 공기량과 산소부화공기량을 측정하는 단계,
(l) 제어부에서 상기 각 단 버너에 공급되는 연료량와 상기 (a)단계에서 측정된 공기량과 산소부화공기량을 이용해서 각 단별 당량비를 산출하는 단계,
(m) 산출된 각 단별 당량비에 기초해서 상기 각 단 버너에 공급되는 공기량 또는 산소부화공기량을 조절해서 각 단별 당량비를 제어하는 단계 및
(n) 상기 화로의 화로에 공급되는 산소부화공기량을 조절해서 전체 당량비를 일정하게 유지하거나 연료의 특성에 기초해서 각 단별 당량비를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 화력발전 시스템의 제어방법.14. The method according to any one of claims 9 to 13, wherein step
measuring the amount of air and the amount of oxygen-enriched air supplied to each stage burner of the furnace using the (k) measuring unit,
(1) calculating an equivalence ratio for each stage using the amount of fuel supplied to each stage burner, the air amount measured in step (a), and the oxygen enriched air amount,
(m) controlling the amount of air supplied to each stage burner or the amount of oxygen-enriched air based on the calculated equivalent ratios for each stage to thereby control the equivalence ratios for each stage
(n) controlling the amount of oxygen-enriched air supplied to the furnace to control the total equivalence ratio to be constant or adjusting the equivalence ratio for each stage based on the characteristics of the fuel. 제14항에 있어서, 상기 (m)단계는
(m1) 상기 복수 단의 버너 중에서 일부에 공급되는 공기량을 미리 설정된 기준 공기량보다 감소시키고, 부족한 공기량만큼 산소부화공기량을 증가시켜 연료 희박 조건에서 연료와 공기를 연소시켜 기준 당량비를 유지하는 단계,
(m2) 나머지 버너에 공급되는 공기량 또는 산소부화공기량을 감소시키거나 공기량과 산소부화공기량을 모두 감소시켜 연료 과농 조건에서 연료와 공기를 연소시키는 단계 및
(m3) 상기 화로에 공급되는 산소부화공기량을 기준 공기량보다 증가시켜 총산소량을 일정하게 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 화력발전 시스템의 제어방법.15. The method of claim 14, wherein step (m)
(m1) reducing the amount of air supplied to a part of the burners at a plurality of stages from a preset reference air amount, increasing the amount of oxygen enriched air by an amount of deficient air to burn fuel and air under fuel lean conditions to maintain a reference equivalent ratio,
(m2) reducing the amount of air supplied to the remaining burners or the amount of oxygen-enriched air or reducing both the amount of air and the amount of oxygen-enriched air to burn fuel and air under fuel enrichment conditions; and
(m3) increasing the amount of oxygen-enriched air supplied to the furnace to a level higher than a reference air amount, thereby maintaining a constant total amount of oxygen.
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