KR101779891B1 - 연소 공정의 부식 방지 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연소가 이루어지는 공정 및 장치 등에서 발생하는 배가스에 포함된 부식 유발 생성물에 의해 연소 공정에 발생하는 부식을 사전 및 실시간으로 방지할 수 있는 연소 공정의 부식 방지 시스템 및 방법에 관한 것으로, 본 발명은, 연소 공정의 부식 방지 시스템에 있어서, 상기 연소 공정의 정해진 위치에 부식저감물질을 투입하는 인젝터; 상기 연소 공정의 정해진 위치의 부식정도를 감지하는 센서; 상기 연소 공정에서 발생할 배가스의 조성값이 연산되는 배가스 연산 모듈; 상기 센서를 통하여 상기 연소 공정의 부식정도를 실시간으로 모니터링 하는 모니터링 모듈; 및 상기 인젝터에서의 부식저감물질의 투입량을 제어하는 제어 모듈;을 포함하며, 상기 제어 모듈은 상기 배가스 연산 모듈에서 연산된 배가스의 조성값에 따라 결정되는 부식저감물질의 투입여부에 따라 상기 인젝터를 통하여 부식저감물질을 상기 연소 공정의 정해진 위치에 미리 투입하고, 상기 실시간 모니터링을 통한 상기 연소 공정의 정해진 위치의 부식정도에 따라 상기 인젝터를 통하여 부식저감물질을 추가로 투입하는 연소 공정의 부식 방지 시스템을 제공한다.

Description

연소 공정의 부식 방지 시스템 및 방법{Corrosion preventing system for combustion process and corrosion preventing method for the same}

본 발명은 부식 방지 시스템 및 방법으로서, 상세하게는 연소가 이루어지는 공정 및 장치 등에서 발생하는 배가스에 포함된 부식 유발 생성물에 의해 연소 공정에 발생하는 부식을 사전 및 실시간으로 방지할 수 있는 연소 공정의 부식 방지 시스템 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 연소를 통하여 에너지를 얻는 연소 공정으로서, 예를 들면, 발전소, 지역난방공사 등의 연소 공정에는 연소로, 열교환기 같은 장치들이 구비된다

이와 같은 연소 공정에 구비되는 각 구성들은, 그 내부에서 발생하는 배가스 및 냉각수의 유동에 의한 마찰, 유체의 이물질, 스케일, 급수 처리상의 문제 등으로 쉽게 부식 또는 스케일이 부착된다. 따라서 각 구성의 부식/스케일 여부 및 부식/스케일 정도를 주기적으로 검사하고 예방할 필요가 있다.

이에 대한 종래기술로서 특허문헌 1에 개시된 것과 같은 부식 진단 및 방지 기술은 보일러에서 발생하는 부식을 감지하여 이에 따라 부식 저감 물질을 투입함으로써, 보일러 내의 부식을 억제한다.

그러나, 보일러 내의 저항 값을 적용하여 모니터링 하고, 부식이 발생한 이후의 사후적인 억제 방법으로서 그 효과가 높지 않아 활용도 낮았다.

또한, 최근에는 연소 공정에서 연소되는 연료도 여러 가지 다양한 종류(석탄, 바이오 매스, 중유, 바이오 중유, 폐기물 등)의 연료가 연소되어, 전력공급, 난방수 공급, 화학공정 등에 사용되고 있다. 따라서, 다양한 연료에 대한 부식의 정도를 측정할 수 있는 방법에 대한 문제점이 대두되고 있다.

본 기술은 다양한 고형연료(석탄, 바이오 매스, 폐기물, 하수 슬러지 고형 연료 등) 뿐만 아니라 액상 연료인 중뷰, 바이오 중유, 폐물 등에 대한 연료의 성분으로 튜브의 부식을 예측하고, 감지, 저감 할 수 있는 기술이다. 또한, 종래에 적용된 센서를 보완하여, 실시간 모니터링을 연속으로 감지하여, 튜브의 내구성을 실시간감지 할 수 있도록 하였으며, 부식 발생 시 특정 위치에 부식 저감 물질을 투여 후 실시간 모니터링으로 튜브 내구성을 최적화 하는 기술이다.

KR 10-2008-0024133 A

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점에 착안하여 이를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 연소 공정의 부식을 사전 및 실시간으로 방지함으로써, 연소 공정의 부식으로 인한 효율감소를 효과적으로 억제하는 부식 방지 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 연소 공정의 부식 방지 시스템에 있어서, 상기 연소 공정의 정해진 위치에 부식저감물질을 투입하는 인젝터; 상기 연소 공정의 정해진 위치의 부식정도를 감지하는 센서; 상기 연소 공정에서 발생할 배가스의 조성값이 연산되는 배가스 연산 모듈; 상기 센서를 통하여 상기 연소 공정의 부식정도를 실시간으로 모니터링 하는 모니터링 모듈; 및 상기 인젝터에서의 부식저감물질의 투입량을 제어하는 제어 모듈;을 포함하며, 상기 제어 모듈은 상기 배가스 연산 모듈에서 연산된 배가스의 조성값에 따라 결정되는 부식저감물질의 투입여부에 따라 상기 인젝터를 통하여 부식저감물질을 상기 연소 공정의 정해진 위치에 미리 투입하고, 상기 실시간 모니터링을 통한 상기 연소 공정의 정해진 위치의 부식정도에 따라 상기 인젝터를 통하여 부식저감물질을 추가로 투입하는 연소 공정의 부식 방지 시스템을 제공한다.

상기 미리 투입되는 부식저감물질의 투입여부는, 연산된 상기 배가스 조성값과 기설정된 오염지수를 비교함으로써 결정되는 되는 것이 바람직하다.

또한, 연소 공정의 부식 진단 방법에 있어서, (a) 연소 공정에서 발생할 배가스 조성값이 미리 연산되고, 이에 따라 상기 연소 공정에 부식저감물질이 미리 투입될 것인지 여부가 결정되는 단계; (b) 연산된 상기 배가스 조성값에 의하여 결정된 부식저감물질의 투입여부에 따라 상기 연소 공정의 정해진 위치에 부식저감물질이 투입되는 단계; (c) 상기 연소 공정의 정해진 위치의 부식 정도가 실시간으로 모니터링 되는 단계; 및 (d) 모니터링 되는 상기 부식 정도에 따라 상기 연소 공정의 정해진 위치에 부식저감물질이 추가로 투입되는 단계;를 포함하는 연소 공정의 부식 방지 방법을 제공한다.

상기 (a) 단계는, (a1) 상기 연소 공정으로 투입되는 연료의 성상이 확인되는 단계; (a2) 확인된 상기 연료의 성상 및 상기 연소 공정의 열용량에 따라 투입되는 상기 연료량 및 산화제의 양이 결정되는 단계; (a3) 결정된 상기 연료량 및 산화제의 양으로부터 배가스의 조성값이 연산되는 단계; 및 (a4) 연산된 상기 배가스의 조성값에 따라 상기 부식저감물질의 투입여부가 결정되는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 (a4) 단계는, 연산된 상기 배가스의 조성값과 기설정된 지수와의 비교를 통하여 상기 부식저감물질의 투입여부가 결정되는 단계인 것이 바람직하다.

상기와 같이, 본 발명에 따른 연소 공정의 부식 방지 시스템 및 방법에 의하면, 연소 공정에 구비되는 각 구성의 부식을 연료의 성상, 투입량 등에 따라 계산하여 배가스 및 부식 유발 생성물의 생성 및 거동을 예측하고, 부식 유발 생성물이 많이 발생할 것으로 예측될 경우 사전에 부식 저감 물질을 투여하여, 부식을 미리 예방하고, 또한, 지속적인 실시간 모니터링을 통해 부식발생을 감지하여 필요한 시기에 부식 저감 물질을 투여함으로써, 연소 공정 구성의 부식으로 인한 효율 저하를 줄이고, 연소 공정의 수명을 연장할 수 있다는 효과를 갖는다.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 연소 공정의 부식 방지 시스템을 개략적으로 나타낸다.
도 2 내지 도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 연소 공정의 부식 방지 방법의 순서도이다.

본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 기술되어야 할 것이다.

또한, 기술되는 실시예는 발명의 설명을 위해 예시적으로 제공되는 것이며, 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다.

본 발명에 따른 연소 공정의 부식 방지 시스템을 이루는 각 구성요소들은 필요에 따라 일체형으로 사용되거나 각각 분리되어 사용될 수 있다. 또한, 사용 형태에 따라 일부 구성요소를 생략하여 사용이 가능하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 연소 공정의 부식 방지 시스템 및 방법을 설명하면 다음과 같다.

본 명세서에서 기술되는 "연소 공정"은 연료를 연소하는 각 단계가 이루어지는 공정 및 이러한 단계들이 구현되는 시스템을 포함하는 개념으로서, 화력 발전 시스템과 같이 보일러, 터빈 및 배가스 처리부 등을 포함하는 연소 시스템은 물론, 단일 보일러와 같은 연소 장치를 포함한다.

즉, 연료의 연소에 의한 배가스의 유동 및 배출에 의해 부식현상이 발생할 수 있는 연소 시스템 및 연소 장치를 모두 포함하는 개념이다.

먼저, 첨부된 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 연소 공정의 부식 방지 시스템을 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 연소 공정의 부식 방지 시스템은, 인젝터(100), 센서(200), 배가스 연산 모듈(300), 모니터링 모듈(400) 및 제어 모듈(500)을 포함한다.

인젝터(100)는 연소 공정 내에 위치하여, 부식저감물질을 연소 공정 내로 투입한다.

구체적으로, 인젝터(100)는 연소 공정 내에서 부식이 발생할 수 있는 위치에 구비되며, 예를 들면, 연소 공정에 구비되는 구성으로서, 보일러에 구비되는 연소로 및 열교환기, 냉각부, 재가열기 및 응축기 등을 들 수 있고, 이들에 구비되어 배가스, 열매체, 냉각수 및 응축수 등이 유동하는 튜브 등에 구비될 수 있다.

상기한 부식저감물질로는 후술하는 배가스 및 연소 공정 내의 구성의 재질에 따라, 배가스로부터 부식유발물질의 생성 등을 방지하거나, 배가스와 공정 내 구성과 부식반응을 억제 가능한 화학제 등이 사용될 수 있다. 일례로 특허문헌 1에 개시된 SO₂ 또는 SO₃, 또는 이들의 전구체를 함유하는 화학 처리제를 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

센서(200)는 연소 공정 내에 위치하여, 연소 공정 내의 부식여부 및 정도를 감지한다.

센서(200)는 상기한 인젝터(100)와 같이, 연소 공정 내에서 부식이 발생할 수 있는 위치에 구비될 수 있다.

배가스 연산 모듈(300)은 연소 공정에 투입되는 연료의 성상, 투입량 및 산화제의 양으로부터 배가스의 조성값을 연산한다.

연소 공정에는 다양한 특성을 갖는 연료가 투입될 수 있고, 이러한 연료는 단일한 연료가 사용될 수 있으나, 서로 다른 성상의 연료가 혼합되어 투입될 수도 있다.

연료의 성상, 혼합량, 투입량 및 이의 연소에 필요한 산화제의 양으로부터 연료가 연소되며 발생할 배가스의 조성값이 미리 연산된다.

모니터링 모듈(400)은 상기 센서(200)에서 감지되는 연소 공정 내의 부식 여부 및 정도를 실시간으로 모니터링 한다.

제어 모듈(500)은 상기 배가스 연산 모듈(300)에서 연산된 배가스 조성값 및 모니터링 모듈(400)에서 모니터링 되는 연소 공정의 부식여부 및 정도에 따라, 인젝터(100)를 제어하여 부식저감물질을 연소 공정에 투입하도록 함으로써, 연소 공정의 부식이 방지되도록 한다.

이하, 첨부된 도 2 내지 도 4를 더 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 연소 공정의 부식 방지 방법을 상세히 설명한다.

먼저, 배가스 연산 모듈(300)에서 상기 연소 공정에서 발생할 배가스 조성값이 미리 연산되고, 이에 따라 상기 연소 공정에 부식저감물질이 미리 투입될 것인지 여부가 결정된다(S100).

연소 공정으로 투입되는 연료의 성상이 확인된다(S110). 연소 공정에는 다양한 성상의 원료가 투입될 수 있고, 이러한 투입 연료 성상을 확인한다. 배가스 연산 모듈(300)에 투입되는 연료의 정보가 미리 입력되거나, 연소 공정에 구비되는 연료 공급부(미도시) 또는 연료 저장부(미도시)로부터 연소 공정에 투입될 연료의 성상이 확인되어 배가스 연산 모듈(300)에 입력될 수 있다.

확인된 상기 연료의 성상 및 상기 연소 공정의 열용량에 따라 투입되는 상기 연료량 및 산화제의 양이 결정된다(S120).

연소 공정의 열용량(MWth)에 따라 투입되는 상기 연료의 성상에 따른 발열량, 성분(C, H, N, O, S 및 Cl 포함) 및 주요 미네랄 정보를 고려하여 연료의 투입량(혼합량)을 하기와 같이 정한다.

[열용량(MWth)=연료의 발열량(MJ/kg)×연료의 투입량(kg/s)]

그리고, 연료와 산화제의 비를 결정하고(과잉/희박), 이로부터 투입될 산화제량이 정해진다.

결정된 상기 연료량 및 산화제의 양으로부터 배가스의 조성값이 연산된다(S130).

투입되는 연료의 정보 및 산화제의 양으로부터 연소에 의해 발생할 배가스의 조성값이 연산된다. 즉, 부식을 일으키는 인자로서 배가스에 포함될 황산화물 및 염소 등의 조성값이 연산된다.

연산된 배가스의 조성값에 따라 부식저감물질의 투입여부가 결정된다(S140).

상기와 같이 연산된 배가스의 조성값에 따라 연소 공정에 발생할 부식정도를 미리 예측할 수 있으며, 이에 따라 연소 공정에 미리 부식저감물질을 투입할 것인지의 여부를 결정한다.

투입여부의 결정은 연산된 배가스의 조성값을 기설정된 값과 비교하여, 배가스의 조성값 또는 비교값이 기설정된 범위 이외의 값일 경우 부식저감물질을 미리 투입하도록 결정할 수 있다.

또한, 부식저감물질이 연소 공정으로 미리 투입될지의 여부는 다음과 같은 지수를 통해 평가하여 결정될 수 있다.

상기 각 지수에서, Base/Acid (B/A) 비가 0.75 이하, Alkali index (AI)가 0.34 이상, Sintering index (SI)가 2 이하이면 슬래깅과 파울링 현상이 높게 나타난다. 따라서, 연산된 배가스의 조성값을 상기 지수와 비교하여 각 지수의 상기와 같이 정해진 값 이상이거나 이하이면, 연소 공정에 부식저감물질이 미리 투입되도록 한다.

한편, 배가스 조성에 따라 부식저감물질이 미리 투입되지 않는 것으로 결정된 경우, 후술할 실시간 모니터링 단계(S300)가 수행된다.

다음, 연산된 상기 배가스 조성값에 의하여 결정된 부식저감물질의 투입여부에 따라 상기 연소 공정의 정해진 위치에 부식저감물질이 투입된다(S200).

상기 S100 단계에서, 연소 공정에 부식저감물질이 미리 투입되는 것으로 결정된 경우, 제어 모듈(500)은 연소 공정의 각 위치에 구비된 인젝터(100)를 제어하여 부식저감물질이 연소 공정으로 투입되도록 한다. 이와 같이, 배가스 조성값에 따라 연소 공정의 부식을 예측하고, 부식저감물질을 연소 공정에 미리 투입함으로써 연소 공정의 부식을 사전에 방지할 수 있다.

다음, 연소 공정의 정해진 위치의 부식 정도가 실시간으로 모니터링 된다(S300).

상기와 같이, 배가스 조성값에 따라 부식저감물질이 미리 투입되거나, 투입되지 않은 후, 연소 공정의 각 위치에 구비된 센서(200)에 의해 연소 공정의 부식발생여부 및 그 정도가 감지되고, 감지되는 부식여부 및 정도가 모니터링 모듈(400)에 의해 실시간으로 모니터링 된다.

다음, 모니터링 되는 부식 정도에 따라 연소 공정의 정해진 위치에 부식저감물질이 추가로 투입된다(S400).

연소 공정에서 연소가 진행됨에 따라, 센서(200)에 의한 실시간 모니터링을 통하여 연소 공정에 부식이 감지되면(S410), 이를 감지한 센서(200)의 위치에 의해 부식이 감지된 연소 공정 내의 위치가 파악되고(S420), 파악된 위치에 부식저감물질이 투입된다(S430).

제어 모듈(500)은 부식이 감지된 연소 공정의 위치에 부식저감물질이 투입되도록 인젝터(100)를 제어한다.

연소 공정에 부식저감물질의 투입 후, 투입된 위치의 복원 여부에 따라 부식저감물질의 추가 투입 여부가 결정된다(S440). 부식이 감지된 위치에 구비된 인젝터(100)에 의해 부식저감물질이 투입되면, 센서(200) 및 모니터링 모듈(400)에 의해 부식 복원여부사 모니터링 되고 부식이 복원되지 않은 경우, 제어 모듈(500)은 인젝터(100)를 제어하여 부식저감 물질이 추가로 투입되도록 한다

또한, 연소 공정의 실시간 모니터링 중에 상기한 연료의 성상 등이 변경될 경우 배가스 연산 모듈(300)은 연료 등의 변경에 따라 배가스 조성값을 새로이 연산하여, 이에 따라 부식저감물질의 투입이 더 필요하다고 판단될 경우, 제어 모듈(500)은 인젝터(100)를 제어하여 부식저감물질이 추가로 투입되도록 한다.

상기와 같이, 본 발명에 따른 연소 공정의 부식 방지 시스템 및 방법에 의하면, 연소 공정에 구비되는 각 구성의 부식을 연료의 성상, 투입량 등에 따라 계산하여 배가스 및 부식 유발 생성물의 생성 및 거동을 예측하고, 부식 유발 생성물이 많이 발생할 것으로 예측될 경우 사전에 부식 저감 물질을 투여하여, 부식을 미리 예방하고, 또한, 지속적인 실시간 모니터링을 통해 부식발생을 감지하여 필요한 시기에 부식 저감 물질을 투여함으로써, 연소 공정 구성의 부식으로 인한 효율 저하를 줄이고, 연소 공정의 수명을 연장할 수 있다는 효과를 갖는다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

100: 인젝터
200: 센서
300: 배가스 연산 모듈
400: 모니터링 모듈
500: 제어 모듈

Claims (5)

1. 연소 공정의 부식 방지 시스템에 있어서,
   상기 연소 공정의 정해진 위치에 부식저감물질을 투입하는 인젝터(100);
   상기 연소 공정의 정해진 위치의 부식정도를 감지하는 센서(200);
   상기 연소 공정에 투입될 연료의 성상, 혼합량, 투입량 및 산화제의 양으로부터 상기 연소 공정에서 발생할 배가스의 조성값이 연소 이전에 미리 연산되는 배가스 연산 모듈(300);
   상기 센서(200)를 통하여 상기 연소 공정의 부식정도를 실시간으로 모니터링 하는 모니터링 모듈(400); 및
   상기 인젝터(100)에서의 부식저감물질의 투입량을 제어하는 제어 모듈(500);을 포함하며,
   상기 제어 모듈(500)은 상기 연소 이전에, 상기 배가스 연산 모듈(300)에서 연산된 배가스의 조성값에 따라 결정되는 부식저감물질의 투입여부에 따라 상기 인젝터(100)를 통하여 부식저감물질을 상기 연소 공정의 정해진 위치에 미리 투입하고,
   상기 연소가 이루어지는 중에, 상기 실시간 모니터링을 통한 상기 연소 공정의 정해진 위치의 부식정도에 따라 상기 인젝터(100)를 통하여 부식저감물질을 추가로 투입하는,
   연소 공정의 부식 방지 시스템.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 미리 투입되는 부식저감물질의 투입여부는, 연산된 상기 배가스 조성값과 기설정된 오염지수를 비교함으로써 결정되는,
   연소 공정의 부식 방지 시스템.
   
3. 연소 공정의 부식 진단 방법에 있어서,
   (a) 상기 연소 공정에 투입될 연료의 성상, 혼합량, 투입량 및 산화제의 양으로부터 연소 공정에서 발생할 배가스 조성값이 연소 이전에 미리 연산되고, 이에 따라 상기 연소 공정에 부식저감물질이 미리 투입될 것인지 여부가 결정되는 단계;
   (b) 연산된 상기 배가스 조성값에 의하여 결정된 부식저감물질의 투입여부에 따라 상기 연소 이전에 상기 연소 공정의 정해진 위치에 부식저감물질이 투입되는 단계;
   (c) 상기 연소가 이루어지며, 상기 연소 공정의 정해진 위치의 부식 정도가 실시간으로 모니터링 되는 단계; 및
   (d) 모니터링 되는 상기 부식 정도에 따라 상기 연소 공정의 정해진 위치에 부식저감물질이 추가로 투입되는 단계;를 포함하는,
   연소 공정의 부식 방지 방법.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 (a) 단계는,
   (a1) 상기 연소 공정으로 투입되는 연료의 성상이 확인되는 단계;
   (a2) 확인된 상기 연료의 성상 및 상기 연소 공정의 열용량에 따라 투입될 연료량 및 산화제의 양이 결정되는 단계;
   (a3) 결정된 상기 연료량 및 산화제의 양으로부터 배가스의 조성값이 연산되는 단계; 및
   (a4) 연산된 상기 배가스의 조성값에 따라 상기 부식저감물질의 투입여부가 결정되는 단계;를 포함하는,
   연소 공정의 부식 방지 방법.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 (a4) 단계는,
   연산된 상기 배가스의 조성값과 기설정된 지수와의 비교를 통하여 상기 부식저감물질의 투입여부가 결정되는 단계인,
   연소 공정의 부식 방지 방법.
   

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