KR101794325B1 - 발전소 보일러의 최적 연소를 위한 미분탄 공급 및 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발전소 보일러의 연소를 최적화하기 위하여 미분탄의 공급을 제어하는 장치에 관한 것으로, 저탄장(10)에서 컨베이어로 이송된 석탄 속의 철편을 자력에 의해 추출하여 제거하는 자기분리기(12); 상기 자기분리기(12)에서 철편이 제거된 석탄을 컨베이어로 이송하는 동안 과열증기를 분사하여 1차 건조하는 석탄건조기(14); 상기 석탄건조기(14)에서 건조된 석탄을 분쇄하여 미분화시키는 미분탄기(15); 상기 미분탄기(15)에서 분쇄된 미분탄을 일정 메시(mesh)로 구분된 다단의 스크린을 통과시켜 일정 입도이상의 미분탄을 걸러내는 다단 분리기(16); 상기 다단 분리기에서 분리된 미분탄을 컨베이어로 이송하는 동안 재열증기를 분사하여 2차 건조하는 미분탄건조기(18); 상기 미분탄건조기(18)에서 2차 건조된 미분탄을 저장하고 설치된 저온냉각기로 미분탄을 일정 온도이하로 유지시키는 사일로(19); 상기 사일로(19)에 저장된 미분탄을 보일러(34)로 일정량으로 분사하는 분사기(21); 이산화탄소, 질소가스, 불활성가스 또는 포화증기를 선택적으로 사용하여 미분탄이 이송되거나 각 기기를 통과하는 동안 미분탄의 자연발화를 방지하는 복수의 발화방지장치(30); 상기 미분탄이 이송되거나 각 기기를 통과하는 동안 발생되는 분진을 포집하는 복수의 집진기(32); 상기 석탄건조기(14)에서 석탄을 건조하는 동안 과열증기의 온도 및 분사량을 제어하고, 상기 미분탄기(15)로 투입되는 석탄과 미분되어 배출되는 미분탄의 양을 감지하여 미분탄기(15)의 작동을 제어하며, 상기 미분탄기(15)에서 배출된 미분탄을 다단 분리기(16)에서 분리된 후 미분탄건조기(18)로 이송되는 양과 폐기되는 양을 감지하여 다단 분리기(16)의 작동을 제어하고, 상기 미분탄건조기(18)에서 미분탄을 건조하는 동안 재열증기의 온도 및 분사량을 제어하며, 상기 사일로(19)에 저장된 미분탄의 온도를 감지하여 저온냉각기(20)의 작동을 제어하고, 상기 보일러(34) 내부에 설치된 열량감지기(35)로부터 열량을 감지하여 사일로(19)에서 보일러(34)로 미분탄의 투입량을 제어하며, 상기 석탄건조기(14)에서 건조되는 석탄의 건조도와, 미분탄기(15), 다단 분리기(16), 미분탄건조기(18), 사일로(19) 및 분사기(21)에서의 각 미분탄의 건조도를 감지하여 각각의 발화방지장치(30)의 작동을 제어하고, 상기 석탄건조기(14), 미분탄기(15), 다단 분리기(16), 미분탄건조기(18), 사일로(19) 및 분사기(21)에서 발생되는 분진량을 감지하여 각 기기 일측에 설치된 집진기(32)의 작동을 제어하는 컨트롤러(40)를 포함하여 이루어진 것이다. 본 발명은 발전소 보일러의 최적 연소를 위하여 석탄을 분쇄한 미분탄의 공급량을 실시간으로 판단할 수 있도록 하고 보일러의 열량에 따라 투입되는 미분탄의 투입량 결정, 그리고 미분탄의 이송 및 공급과 저장에 따라 자연발화의 방지와 분진을 최소화한 것이다.

Description

발전소 보일러의 최적 연소를 위한 미분탄 공급 및 제어장치{Apparatus for Supply and Control Powdered Coal for Boiler Optimized Combustion of Power Plant}

본 발명은 발전소 보일러의 연소를 최적화하기 위하여 미분탄의 공급을 제어하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 발전소는 물, 석유, 석탄, 천연가스 또는 지열 등의 열에너지 또는 기계적인 에너지를 전기에너지로 변환시켜 전력을 생산하는 곳이다. 발전소는 전기의 생산에 사용되는 에너지원에 따라 크게 수력발전소, 화력발전소, 원자력발전소로 구분된다.

더욱이 화력발전소는 석탄, 석유, 복합, LNG 등 화석연료를 에너지원으로 사용하여 전력을 생산한다. 그리고 석탄을 에너지원으로 하는 화력발전소는 석탄을 분쇄한 미분탄을 사용한다. 미분탄은 석탄의 입도별에 의한 호칭으로, 미분탄은 석탄을 미분쇄기에 걸어 0.07~0.05㎜ 정도의 입경으로 한 것으로 보통 200메시 체를 통과한 것이나 유연탄에서는 55~75%, 무연탄에서는 80~85%, 역청탄에서는 고탄소 65~75%, 저탄소 55~65%, 갈탄에서는 40~45%인 것이 경제적인 미세도이다.

또한, 미분탄의 저장이나 분쇄 또는 이송과정에서 자연발화를 일으킬 수 있다. 자연발화는 인위적으로 외부에서 점화에너지를 부여하지 않는데도 상온에서 물질이 공기 중 화학변화를 일으켜 오랜 시간에 걸쳐 열의 축적이 생겨 마침내 발화하는 현상이다. 자연발화를 일으키는 원인이 되는 발화에너지는 화학변화로 생긴 산화열, 분해열, 중합열, 흡착열 등이다. 자연발화는 상온의 공기 중에서 물질이 스스로 발화하기 위해서는 자체적으로 발생하는 열의 발생과 열의 축적이 이루어져야 자연발화가 일어날 수 조건이 된다. 또한, 석탄은 채굴 후 공기 중에 방치해 두면 자연히 광택을 잃거나 미분화되고 발열량이 저하되어 풍화의 현상을 일으킨다. 이것은 석탄의 자동산화작용에 의한 것으로 그 산화의 크기는 석탄의 종류에 따라 현저하게 다르다. 무연탄 등 오래된 노년의 탄은 크게 우려할 바가 아니지만 석탄의 자연발화는 불포화성이 많고 탄소함유량이 적은 저급탄에 많다. 석탄에 적당량의 수분과 황화철이 존재하면 산화될 때 발열하여 석탄의 온도상승을 촉진시킨다. 또한 석탄의 형상이 분말상태인 경우가 가장 산화되기 쉽다.

이와 같이 종래에 화력발전소의 에너지원으로 사용되는 석탄을 미분화한 후 보일러로 투입하는 과정에서 각 장치나 기기들의 부분적인 제어로 실제 석탄을 미분탄으로 공급하는 양과 보일러의 온도에 따른 미분탄의 투입량의 결정 등 일괄적인 제어가 이루어지지 않은 문제가 있었다. 또한, 보일러의 열효율을 향상시키기 위하여 양질의 미분탄 생산과 공급시스템의 체계적인 감시와 제어가 필요한 실정이다.

대한민국 등록특허공보 제10-0525472호(2005.10.31. 공고)

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여, 저탄장에서 이송된 석탄을 미분탄기로 미분화하고 다단의 분리기에서 일정 메시 이하의 미분탄을 분리한 후 사일로를 거쳐 보일러로 투입되는 전 공정을 제어하여 보일러의 열효율을 향상시키기 위한 것이 목적이다.

또한, 본 발명은 석탄을 미분화하고 이송 및 공급하는 동안 발생되는 분진을 집진하여 공해발생을 최소화시키고, 미분탄의 이송 및 저장에 따른 자연발화를 방지하여 안전문제를 해결하며, 미분탄의 공급에 따른 각종 데이터를 수집하여 시스템의 효율적인 운영을 도모하기 위한 것이 다른 목적이다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 저탄장에서 컨베이어로 이송된 석탄 속의 철편을 자력에 의해 추출하여 제거하는 자기분리기; 상기 자기분리기에서 철편이 제거된 석탄을 컨베이어로 이송하는 동안 과열증기를 분사하여 1차 건조하는 석탄건조기; 상기 석탄건조기에서 건조된 석탄을 분쇄하여 미분화시키는 미분탄기; 상기 미분탄기에서 분쇄된 미분탄을 일정 메시(mesh)로 구분된 다단의 스크린을 통과시켜 일정 입도이상의 미분탄을 걸러내는 다단 분리기; 상기 다단 분리기에서 분리된 미분탄을 컨베이어로 이송하는 동안 재열증기를 분사하여 2차 건조하는 미분탄건조기; 상기 미분탄건조기에서 2차 건조된 미분탄을 저장하고 설치된 저온냉각기로 미분탄을 일정 온도이하로 유지시키는 사일로; 상기 사일로에 저장된 미분탄을 보일러로 일정량으로 분사하는 분사기; 이산화탄소, 질소가스, 불활성가스 또는 포화증기를 선택적으로 사용하여 미분탄이 이송되거나 각 기기를 통과하는 동안 미분탄의 자연발화를 방지하는 복수의 발화방지장치; 상기 미분탄이 이송되거나 각 기기를 통과하는 동안 발생되는 분진을 포집하는 복수의 집진기; 상기 석탄건조기에서 석탄을 건조하는 동안 과열증기의 온도 및 분사량을 제어하고, 상기 미분탄기로 투입되는 석탄과 미분되어 배출되는 미분탄의 양을 감지하여 미분탄기의 작동을 제어하며, 상기 미분탄기에서 배출된 미분탄을 다단 분리기에서 분리된 후 미분탄건조기로 이송되는 양과 폐기되는 양을 감지하여 다단 분리기의 작동을 제어하고, 상기 미분탄건조기에서 미분탄을 건조하는 동안 재열증기의 온도 및 분사량을 제어하며, 상기 사일로에 저장된 미분탄의 온도를 감지하여 저온냉각기의 작동을 제어하고, 상기 보일러 내부에 설치된 열량감지기로부터 열량을 감지하여 사일로에서 보일러로 미분탄의 투입량을 제어하며, 상기 석탄건조기에서 건조되는 석탄의 건조도와, 미분탄기, 다단 분리기, 미분탄건조기, 사일로 및 분사기에서의 각 미분탄의 건조도를 감지하여 각각의 발화방지장치의 작동을 제어하고, 상기 석탄건조기, 미분탄기, 다단 분리기, 미분탄건조기, 사일로 및 분사기에서 발생되는 분진량을 감지하여 각 기기 일측에 설치된 집진기의 작동을 제어하는 컨트롤러를 포함하여 이루어진 발전소 보일러의 최적 연소를 위한 미분탄 공급 및 제어장치를 제공한 것이 특징이다.

또한, 본 발명에서, 상기 컨트롤러에서 각 기기로부터 감지한 신호를 가시적으로 표시하고, 각 기기의 제어에 따른 작동상태를 표시하며, 이상신호를 알람으로 표시하는 표시장치와, 상기 컨트롤러에서 각 기기로부터 감지한 신호정보와 컨트롤러의 제어정보를 실시간으로 저장하는 데이터로거와, 상기 컨트롤러에서 발생된 각종 데이터를 전송하고 원격의 제어수단의 제어신호를 수신하는 통신장치를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에서, 상기 자기분리기에서 분리된 철편이나 이물질을 모으는 수집조가 설치되고, 상기 다단 분리기에서 분리된 일정 메시 이상의 미분탄을 미분탄기로 재투입시키는 피드백수단이 설치되며, 상기 다단 분리기에서 미분탄건조기 또는 피드백수단으로 분리하지 못하는 이물질을 모으는 폐기조가 더 설치될 수 있다.

또한, 본 발명에서, 상기 미분탄기는 작은 강구를 다량 집어넣은 회전 원통 속에서 조분탄을 미분탄으로 분쇄하는 관형 미분탄기, 큰 강구를 회전시켜서 조분탄을 갈아 미분탄으로 만드는 볼형 미분탄기, 해머가 붙어 있는 디스크를 고속으로 회전시켜 공급되는 석탄을 타격하여 분쇄실벽에 있는 분쇄판에 충돌시켜 파괴시키는 해머밀, 링 모양의 분쇄실 또는 원판상의 테이블 위를 롤러 구 또는 추체를 포함하는 회전체가 회전하여 석탄을 압축, 전단 및 마찰 작용으로 분쇄하는 롤러밀 및 강구가 들어 있는 동체형의 용기를 회전시켜 그 속에 분쇄할 석탄을 넣고 분쇄하는 튜브밀 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에서, 상기 스크린이 채용된 다단 분리기 각각을 진동시키거나 또는 회전시키는 모터가 설치될 수 있다.

본 발명에 따르면, 저탄장에서 이송된 석탄을 미분탄기로 미분화하고 다단의 분리기에서 일정 메시 이하의 미분탄을 분리한 후 사일로를 거쳐 보일러로 투입되는 전 공정을 제어하여 보일러의 열효율을 향상시키고, 석탄을 미분화하고 이송 및 공급하는 동안 발생되는 분진을 집진하여 공해발생을 최소화시키며, 미분탄의 이송 및 저장에 따른 자연발화를 방지하여 안전문제를 해결하고, 미분탄의 공급에 따른 각종 데이터를 수집하여 시스템의 효율적인 운영을 도모하며, 발전소 보일러의 최적 연소를 위하여 석탄을 분쇄한 미분탄의 공급량을 실시간으로 판단할 수 있도록 하고 보일러의 열량에 따라 투입되는 미분탄의 투입량 결정, 그리고 미분탄의 이송 및 공급과 저장에 따라 자연발화의 방지와 분진을 최소화한 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 실시 예로, 발전소 보일러의 최적 연소를 위한 미분탄 공급 및 제어장치를 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 발전소 보일러의 최적 연소를 위한 미분탄 공급 및 제어장치에서 컨트롤러의 제어를 나타낸 흐름도이다.

이하, 본 발명에 따른 발전소 보일러의 최적 연소를 위한 미분탄 공급 및 제어장치에 관한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1에서, 자기분리기(12)는 저탄장(10)에서 컨베이어로 이송된 석탄 속의 철편을 자력에 의해 추출하여 제거하는 것이다. 자기분리기(12)는 미분탄기(15)에서 석탄을 분쇄할 때에 석탄 중에 철편 등이 혼입해 있으면 미분탄기 고장의 원인으로 될 수 있어 이를 방지하기 위하여 미분탄기(15) 이전에 석탄 속의 철편을 자력에 의해 제거하는 것이다. 더욱이 자기분리기(12)는 미분탄기(15)에서 분쇄된 미분탄 내에서도 석탄 속에 잔존해있던 강자성 또는 무자성 성분의 재료를 자성재료로 분리하는 것으로, 분쇄된 미분탄에 마그네트부를 통하여 자성이 있는 재료를 흡착 분리한다. 따라서 자기분리기(12)는 미분탄기에서 미분화된 후 다단 분리기(16)에서 일정 메시이하로 분리되는 과정에서 미분탄에 포함된 자성 성분을 분리한다. 자기분리기(12)에서 분리된 철편 등의 자성체는 수집조(13)로 분리되어 재처리되도록 한다.

석탄건조기(14)는 자기분리기(12)에서 철편이 제거된 석탄을 컨베이어로 이송하는 동안 컨베이어 아래에서 고온 저압의 과열증기를 분사하여 석탄을 1차 건조시킨다. 석탄건조기(14)는 저탄장에 저장되어 컨베이어로 이송되는 석탄 표면에 포집된 수분을 제거한다. 이는 수분이 함유된 석탄을 미분탄기(15)에서 넣고 분쇄하면 미분탄기(15)의 분쇄효율의 저하와 더불어 미분탄기(15)의 고장을 유발할 수 있는 원인이 된다.

미분탄기(15)는 석탄건조기(14)에서 건조된 석탄을 분쇄하여 미분화시키는 것이다. 미분탄기(15)는 미분탄을 대략 0.07~0.05㎜로 분쇄한다. 미분탄기(15)는 미분화하는 방식에 따라 작은 강구를 다량 집어넣은 회전 원통 속에서 조분탄을 미분탄으로 분쇄하는 관형 미분탄기(tube coal mill), 큰 강구를 회전시켜서 조분탄을 갈아 미분탄으로 만드는 볼형 미분탄기(ball coal mill)가 적용될 수 있다. 또한, 미분탄기(15)는 해머가 붙어 있는 디스크를 고속으로 회전시켜 공급되는 석탄을 타격하여 분쇄실벽에 있는 분쇄판에 충돌시켜 파괴시키는 해머밀(hammer mill), 링 모양의 분쇄실 또는 원판상의 테이블 위를 롤러 구 또는 추체를 포함하는 회전체가 회전하여 석탄을 압축, 전단 및 마찰 작용으로 분쇄하는 롤러밀(roller mill) 및 강구가 들어 있는 동체형의 용기를 회전시켜 그 속에 분쇄할 석탄을 넣고 분쇄하는 튜브밀(tube mill)이 적용될 수 있다.

다단 분리기(16)는 미분탄기(15)에서 분쇄된 미분탄을 일정 메시(mesh)로 구분된 다단의 스크린을 통과시켜 일정 입도이상의 미분탄을 걸러내는 것이다. 스크린은 대략 200메시의 체인 것이 좋다. 그리고 스크린이 채용된 다단 분리기(16) 각각을 진동시키거나 또는 회전시키는 모터가 설치되어 미분탄의 분리효율 향상과 미분탄이 스크린에 흡착되는 것을 방지하는 것이 좋다. 더욱이 스크린의 진동과 더불어 고압 분사기로 스크린에 미분탄이 흡착되거나 망 사이에 걸리지 않도록 하는 것이 좋다. 또한, 다단 분리기(16)는 미분탄기(15)에서 분쇄된 미분탄을 대략 0.05㎜이하인 것만 분리하여 미분탄건조기(18)로 이송되도록 한다. 또한, 다단 분리기(16)는 보일러의 에너지원으로 저급탄을 사용하는 경우에는 발열량을 좌우하는 탄소이외의 성분을 제거하기 위한 각종 장치들이 부가되는 것이 좋다. 다단 분리기(16)에서 분리된 이물질은 폐기조(17)에 수집하여 재처리하는 것이 좋다. 더욱이 다단 분리기(16)에서 분리된 일정 메시 이상의 미분탄을 미분탄기(15)로 재투입시키는 컨베이어 등의 피드백수단이 설치되며, 다단 분리기(16)에서 미분탄건조기(18) 또는 피드백수단으로 분리하지 못하는 이물질을 폐기조(17)에서 수집하도록 한다.

미분탄건조기(18)는 다단 분리기(16)에서 분리된 미분탄을 컨베이어로 이송하는 동안 재열증기를 분사하여 2차 건조하는 것이다. 미분탄건조기(18)는 다단 분리기(16)에서 분리된 미분탄의 표면과 내부에 함유하고 있는 수분함량을 일정 이하로 제거하여 미분탄의 열효율을 향상시키기 위하여 고온 저압의 재열증기를 이용한다. 또한, 미분탄건조기(18)에서 미분탄을 건조하기 위하여 고로가스나 코크스가스가 분사될 수 있다.

석탄건조기(14)는 저탄장에 저장되어 컨베이어로 이송되는 석탄 표면에 포집된 수분을 제거한다. 이는 수분이 함유된 석탄을 미분탄기(15)에서 넣고 분쇄하면 미분탄기(15)의 분쇄효율의 저하와 더불어 미분탄기(15)의 고장을 유발할 수 있는 원인이 된다.

사일로(19)는 미분탄건조기(18)에서 2차 건조된 미분탄을 저장하고 설치된 저온냉각기(20)로 미분탄을 일정 온도이하로 유지시키는 것이다. 사일로(19)는 보일러(34)로 분사되는 미분탄을 양을 안정적으로 조절하기 위한 것이다. 따라서 미분탄건조기(18)에서 건조된 미분탄을 분사기(21)를 거쳐 직접 보일러(34)로 분사되도록 할 수 있다. 또한, 사일로(19)는 미분탄의 저장 중에서 자연 발화를 방지하기 위하여 저온냉각기(20)로 사일로(19) 내부를 일정 온도 이하로 유지할 수 있도록 한다.

분사기(21)는 사일로(19)에 저장된 미분탄을 보일러(34)로 일정량으로 분사하는 것이다. 분사기(21)는 미립자의 미분탄을 1차 공기 또는 가스와 함께 보일러(34) 내부로 분사된다. 이는 사일로(19)에 저장된 미분탄을 보일러(34) 내부로 분사하는 방식이지만, 사일로(19)를 거치지 않고 보일러(34) 내부로 직접 분사하거나 싸이클론 수집기를 거쳐 보일러(34) 내부에 분사할 수도 있다. 더욱이 분사기(21)의 노즐 위치와 거리를 변화시켜 보일러(34)로 분사되는 미분탄을 조절하여 질소산화물의 생성을 억제하는 방식도 적용될 수 있다.

발화방지장치(30)는 이산화탄소나 질소가스, 불활성가스 또는 포화증기를 선택적으로 사용하여 미분탄이 이송되거나 각 기기를 통과하는 동안 미분탄의 자연발화를 방지하는 것이다. 발화방지장치(30)는 석탄건조기(14), 미분탄기(15), 다단 분리기(16), 미분탄건조기(18), 사일로(19) 및 분사기(21)와 이송을 위한 수단, 즉, 컨베이어 등에 설치된다. 또한, 이산화탄소, 질소가스, 불활성가스 또는 포화증기 중 어느 하나 이상이 혼합된 가스를 분사하는 발화방지장치(30)의 노즐이 각 기기와 컨베이어 등에 설치될 수도 있다. 또한, 발화방지장치는 각 기기와 컨베이어를 통해 공급 또는 이송되는 미분탄의 건조도를 감지하여 이산화탄소, 질소가스, 불활성가스 또는 포화증기 중 어느 하나 이상이 혼합된 가스가 분사될 수 있도록 하는 것이 좋다. 특히, 발화방지장치(30)는 미분탄기(15)에서 분쇄되어 배출되는 미분탄에 대하여 보다 효과적인 기능을 수행할 수 있다. 이는 분쇄된 미분탄이 공기 중에 노출되면서 발화하는 가능성이 가장 높다는 것이다.

집진기(32)는 미분탄이 컨베이어로 이송되거나 각 기기를 통과하는 동안 발생되는 분진을 포집하는 것이다. 집진기(32)는 석탄건조기(14), 미분탄기(15), 다단 분리기(16), 미분탄건조기(18), 사일로(19) 및 분사기(21)와 이송을 위한 수단, 즉, 컨베이어 등에 설치된다. 또한, 집진을 위하여 각 기기나 컨베이어에 분진을 흡입하는 노즐과 이송관이 설치될 수도 있다. 집진기(32)는 석탄의 미분화와 이송, 그리고 건조과정에서 반드시 발생하는 분진을 포집하여 공해물질의 배출을 최소화하기 위한 것이다.

컨트롤러(40)는 저탄장의 석탄을 이송 건조하고 미분탄으로 분쇄 건조하며 화력발전소의 보일러(34)로 투입되는 전체 공정을 감시하고 제어하는 것이다. 컨트롤러(40)는 각 기기나 장치의 작동을 감시하는 센서로부터 신호를 수신하고 이에 대응하는 제어신호를 출력한다. 이를 위하여 컨트롤러(40)는 하드웨어적인 구성과 더불어 미분탄의 분쇄 및 건조와 이송 및 분사를 위한 제어를 위한 소프트웨어적인 구성을 포함한다. 컨트롤러(40)는 각 기기나 장치를 제어하는 제어부와 데이터를 송수신하기 위한 통신설비가 설치되어 있어야 한다. 또한, 컨트롤러(40)는 미분탄의 분쇄, 건조, 이송 및 저장에 따른 자연발화를 방지하기 위한 발화방지장치(30)와 분진의 발생을 방지하기 위한 집진기(32)를 제어한다. 또한, 컨트롤러(40)는 각 기기나 장치로부터 송수신되는 데이터를 저장하고 가시적으로 표시하며 저장된 정보를 통신장치를 통해 원격의 서버로 전송하는 기능을 포함한다.

또한, 컨트롤러(40)는 각 기기로부터 감지한 신호를 가시적으로 표시하고, 각 기기의 제어에 따른 작동상태를 표시하며, 이상신호를 알람으로 표시하는 표시장치(41)와, 컨트롤러(40)에서 각 기기로부터 감지한 신호정보와 컨트롤러(40)의 제어정보를 실시간으로 저장하는 데이터로거(42)와, 컨트롤러(40)에서 발생된 각종 데이터를 전송하고 원격의 제어수단의 제어신호를 수신하는 통신장치(43)를 포함한다.

이와 같이 이루어진 본 발명의 발전소 보일러의 최적 연소를 위한 미분탄 공급 및 제어장치의 작용을 도 2의 흐름도를 참조하여 설명한다.

도 2에서, 먼저, 저탄장(10)에서 컨베이어를 통해 이송하거나 또는 트럭으로 공급된 석탄을 호퍼에 투입하여 벙커에 저장한 후 컨베이어로 이송되는 동안 컨트롤러(40)는 자기분리기(12)를 작동시켜 석탄에 포함된 철편 등의 자성체가 분리되도록 한다(S1). 분리된 철편 등의 자성체는 수집조(13)에 분리되어 수집된다. 이때, 컨트롤러(40)는 자기분리기(12)에 구비된 전자석의 자력 세기를 조절하거나 일정 간격으로 복수로 설치된 자기분리기(12)를 제어하게 된다.

자기분리기(12)를 통과한 석탄은 컨트롤러(40)의 제어로 석탄건조기(14)에서 1차 건조시킨다(S2). 즉, 석탄건조기(14)는 입자가 상이한 석탄더미에 500℃ 이상의 과열증기를 분사하여 석탄 표면의 수분을 제거한다. 이때, 컨트롤러(40)의 제어로 석탄건조기(14)는 석탄을 컨베이어로 이송하는 동안 컨베이어 아래 또는 위에서 각각 과열증기가 분사되도록 하고, 컨베이어는 다단으로 설치하되, 석탄더미가 컨베이어로 이송되는 동안 계속 뒤섞이도록 하는 수단이 구비되는 것이 좋다. 더욱이 컨트롤러(40)는 석탄건조기(14)에서 석탄을 건조하는 동안 과열증기의 온도 및 분사량을 각각 제어한다. 그리고 컨트롤러(40)는 석탄건조기(14)에서 석탄을 건조시킬 때에 자연발화가 일어나지 않도록 발화방지장치(30)를 제어하여 이산화탄소, 질소가스, 불활성가스 또는 포화증기가 일정 비율로 분사되도록 한다(S3). 또한, 컨트롤러(40)는 석탄건조기(14)에서 석탄이 건조되면서 비산하는 분진을 집진기(32)에서 집진할 수 있도록 한다.

석탄건조기(14)를 거쳐 수분함수율이 저하된 석탄은 하나 이상의 미분탄기(15)로 투입되고, 컨트롤러(40)는 미분탄기(15)에 투입된 석탄을 일정 입도이하로 분쇄되도록 한다(S4). 컨트롤러(40)는 복수의 미분탄기(15)가 설치 운영될 때에 각각의 미분탄기(15)를 동일한 조건에서 일체 제어하거나 또는 각각 독립적으로 제어한다. 즉, 미분탄기(15)에 석탄이 투입된 후에 일정 시간동안 석탄이 분쇄되도록 하되, 각 미분탄기(15)의 작동시간과 종료시간을 판단하여 미분탄기(15)로부터 분쇄된 미분탄이 배출되도록 각각 제어한다. 컨트롤러(40)는 미분탄기(15)로 투입되는 석탄과 미분되어 배출되는 미분탄의 양을 각각 감지하여 미분탄기(15)의 작동을 제어한다. 더욱이 컨트롤러(40)는 미분탄기(15)에서 석탄이 분쇄된 후에 배출될 때에 자연발화가 일어나지 않도록 발화방지장치(30)를 제어하여 이산화탄소, 질소가스, 불활성가스 또는 포화증기가 일정 비율로 분사되도록 한다. 특히, 석탄은 미분탄기(15)에서 미분탄으로 분쇄된 후에 공기 중에 노출되면 산화열에 의하여 자연발화 가능성이 높으므로 미분탄의 배출 때에 발화방지장치(30)의 작동이 이루어지도록 하는 것이 좋다. 또한, 컨트롤러(40)는 석탄이 미분탄기(15)로 투입되거나 미분탄기(15)에서 분쇄된 미분탄이 배출되는 동안 비산하는 분진을 집진기(32)에서 집진할 수 있도록 한다.

다음으로, 미분탄기(15)에서 분쇄된 미분탄은 다단 분리기(16)로 이송되어 일정 입도이하로 분리된다(S5). 즉, 컨트롤러(40)는 분쇄된 미분탄을 다단 분리기(16)에서 각각 망목이 상이한 스크린을 거쳐 설정된 미분탄만 걸러내도록 한다. 다단 분리기(16)는 1차적으로 입도가 큰 입자를 먼저 분리해내고, 다음에 중간 입자를 분리하며 이후 최종적으로 대략 0.05㎜이하의 미분탄이 분리되도록 한다. 다단 분리기(16)는 미분탄을 분리하기 위하여 스크린에 충격을 가하거나 원형 또는 전후좌우로 털 수 있도록 모터를 포함한 충격 수단이나 회전수단이 구비되는 것이 좋다. 이는 분리기(16)의 스크린이 미분탄에 의하여 막혀 쉽게 분리되지 않는 것을 막기 위한 것이다. 분리기(16)를 다단으로 설치하는 이유는 한 번에 원하는 입도의 미분탄을 분리하면 일정량의 미분탄을 쉽게 분리할 수 없어 분리의 효율성이 저하되기 때문이다. 따라서 컨트롤러(40)는 미분탄기(15)에서 배출된 미분탄을 다단 분리기(16)에서 분리된 후 미분탄건조기(18)로 이송되는 양과 폐기되는 양을 감지하여 다단 분리기(16)의 작동을 제어한다. 더욱이 컨트롤러(40)는 일정 입도이상의 미분탄은 다시 미분탄기(15)로 투입하여 분쇄할 수 있도록 한다. 여기서, 미분탄기(15)는 석탄건조기(14)에서 투입된 석탄과 함께 미분탄기(15)에 투입되어 재분쇄되도록 하거나 또는 다단 분리기(16)에서 일정 입도 이상으로 분리된 미분탄만 재분쇄하는 미분탄기(15)를 구비할 수 있다. 또한, 다단 분리기(16)는 컨트롤러(40)의 제어로 미분탄기(15)에서 분쇄되지 않는 이물질을 분리하여 폐기조(17)로 분리 배출되도록 한다. 더욱이 컨트롤러(40)는 다단 분리기(16)에서 미분탄을 분리하는 동안 철편 등의 자성체는 자기분리기(12)로 분리하여 수집조(13)로 이송되도록 한다. 그리고 컨트롤러(40)는 다단 분리기(16)에서 미분탄을 분리하는 동안 미분탄의 자연발화를 방지하기 위하여 발화방지장치(30)로부터 이산화탄소, 질소가스, 불활성가스 또는 포화증기 중 어느 하나 이상이 선택적으로 혼합된 가스가 분사되도록 한다. 또한, 컨트롤러(40)는 미분탄이 다단 분리기(16)에서 분리되는 동안 비산하는 분진을 집진기(32)에서 집진할 수 있도록 한다.

또한, 다단 분리기(16)에서 분리된 미분탄을 미분탄건조기(18)로 이송된다. 미분탄건조기(18)는 미분탄을 컨트롤러(40)의 제어로 미분탄건조기(18)에서 2차 건조시킨다(S6). 즉, 미분탄건조기(18)는 미분탄에 일정 온도 이상의 재열증기를 분사하여 미분탄 내부 및 표면의 수분을 제거한다. 이때, 컨트롤러(40)의 제어로 미분탄건조기(18)는 석탄을 컨베이어로 이송하는 동안 컨베이어 아래 또는 위에서 각각 재열증기가 분사되도록 하고, 컨베이어는 다단으로 설치하되, 미분탄이 컨베이어로 이송되는 동안 계속 뒤섞이도록 하는 수단이 구비되는 것이 좋다. 더욱이 컨트롤러(40)는 미분탄건조기(18)에서 석탄을 건조하는 동안 재열증기의 온도 및 분사량을 각각 제어한다. 그리고 컨트롤러(40)는 미분탄건조기(18)에서 석탄을 건조시킬 때에 자연발화가 일어나지 않도록 발화방지장치(30)를 제어하여 이산화탄소, 질소가스, 불활성가스 또는 포화증기가 일정 비율로 분사되도록 한다. 또한, 컨트롤러(40)는 미분탄건조기(18)에서 석탄이 건조되면서 비산하는 분진을 집진기(32)에서 집진할 수 있도록 한다.

또한, 미분탄건조기(18)에서 건조된 미분탄은 사일로(19)로 이송되어 저장된다. 컨트롤러(40)는 사일로(19)는 저장된 미분탄의 온도와 습도를 감지하여 저온냉각기(20)를 작동시켜 항온, 항습이 유지되도록 한다(S7). 더욱이 컨트롤러(40)는 사일로(19)에 저장된 미분탄의 자연발화가 일어나지 않도록 발화방지장치(30)를 제어하여 이산화탄소, 질소가스, 불활성가스 또는 포화증기가 일정 비율로 분사되도록 한다. 또한, 컨트롤러(40)는 사일로(19)로 미분탄이 투입되거나 배출될 때에 비산하는 분진을 집진기(32)에서 집진할 수 있도록 한다.

다음으로, 사일로(19)에 저장된 미분탄은 컨트롤러(40)의 제어로 분사기(21)를 통해 보일러(34)의 노 내부로 투입된다(S8). 더욱이 컨트롤러(40)는 보일러(34) 내부에 설치된 열량감지기(35)로부터 열량을 감지하여 사일로(19)에서 보일러(34)로 미분탄의 투입량을 제어한다. 이는 보일러(34)에서 미분탄이 연소하는 과정에서 보일러(34)의 실제 온도 및 열량을 판단 및 예측할 수 있도록 한다. 이는 보일러의 열량에 의하여 터빈의 운전에 따라 생산되는 전기에너지의 출력을 제어할 수 있도록 한다.

한편, 컨트롤러(40)에서 각 장치 및 기기에서 감지된 신호와 이에 대응하는 제어신호는 표시장치(41)를 통해 수치 또는 그래픽 처리하여 표시한다(S9). 또한, 컨트롤러(40)는 각 장치 및 기기에서 감지된 신호의 이상이 발생하거나 제어불량 등의 경고를 위한 알람을 표시한다. 이는 감시자가 발전소 현장이나 원격에서 미분탄의 분쇄와 이송 및 건조와 투입 등에 관하여 일목요연하게 판단할 수 있도록 하여 빠른 후속처리가 가능하도록 하는 것이다.

또한, 컨트롤러(40)에서 각 장치 및 기기에서 수신된 감지신호와 컨트롤러(40)에서 각 장치 및 기기로 송신하는 제어신호 등 제반의 제어상황에 관한 데이터는 데이터로거(42)에 각각 저장되도록 한다(S10). 데이터로거(42)에 저장된 정보는 실시간으로 보일러에 투입되는 미분탄의 공급에 따른 양이나 효율성과 더불어 일별 및 월별 정보를 활용할 수 있도록 함으로써 발전소 보일러의 최적 연소를 위한 미분탄 공급에 따른 정보를 제시할 수 있다.

더욱이 컨트롤러(40)는 통신장치(43)를 통해 원격의 서버나 제어장치로 데이터로거(42)에 저장된 정보를 전송하거나 원격의 서버나 제어장치로부터 각 장치나 기기의 제어를 위한 프로그램의 갱신을 수행한다(S11).

이와 같이 본 발명에서 발전소 보일러의 최적 연소를 위한 미분탄 공급 및 제어장치에 의하면, 발전소 보일러의 최적 연소를 위하여 석탄을 분쇄한 미분탄의 공급량을 실시간으로 판단할 수 있도록 하고 보일러의 열량에 따라 투입되는 미분탄의 투입량 결정, 그리고 미분탄의 이송 및 공급과 저장에 따라 자연발화의 방지와 분진을 최소화할 수 있도록 한 장점이 있다.

이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

10: 저탄장 12: 자기분리기 13: 수집조 14: 석탄건조기 15: 미분탄기 16: 다단 분리기 17: 폐기조 18: 미분탄건조기 19: 사일로 20: 저온냉각기 21: 분사기 30: 발화방지장치 32: 집진기 34: 보일러 35: 열량감지기 40: 컨트롤러 41: 표시장치 42: 데이터로거 43: 통신장치

Claims (5)

1. 저탄장(10)에서 컨베이어로 이송된 석탄 속의 철편을 자력에 의해 추출하여 제거하는 자기분리기(12);
   상기 자기분리기(12)에서 철편이 제거된 석탄을 컨베이어로 이송하는 동안 과열증기를 분사하여 1차 건조하는 석탄건조기(14);
   상기 석탄건조기(14)에서 건조된 석탄을 분쇄하여 미분화시키는 미분탄기(15);
   상기 미분탄기(15)에서 분쇄된 미분탄을 일정 메시(mesh)로 구분된 다단의 스크린을 통과시켜 일정 입도이상의 미분탄을 걸러내는 다단 분리기(16);
   상기 다단 분리기(16)에서 분리된 미분탄을 컨베이어로 이송하는 동안 재열증기를 분사하여 2차 건조하는 미분탄건조기(18);
   상기 미분탄건조기(18)에서 2차 건조된 미분탄을 저장하고 설치된 저온냉각기로 미분탄을 일정 온도이하로 유지시키는 사일로(19);
   상기 사일로(19)에 저장된 미분탄을 보일러(34)로 일정량으로 분사하는 분사기(21);
   이산화탄소, 질소가스, 불활성가스 또는 포화증기를 선택적으로 사용하여 미분탄이 이송되거나 각 기기를 통과하는 동안 미분탄의 자연발화를 방지하는 복수의 발화방지장치(30);
   상기 미분탄이 이송되거나 각 기기를 통과하는 동안 발생되는 분진을 포집하는 복수의 집진기(32);
   상기 석탄건조기(14)에서 석탄을 건조하는 동안 과열증기의 온도 및 분사량을 제어하고, 상기 미분탄기(15)로 투입되는 석탄과 미분되어 배출되는 미분탄의 양을 감지하여 미분탄기(15)의 작동을 제어하며, 상기 미분탄기(15)에서 배출된 미분탄을 다단 분리기(16)에서 분리된 후 미분탄건조기(18)로 이송되는 양과 폐기되는 양을 감지하여 다단 분리기(16)의 작동을 제어하고, 상기 미분탄건조기(18)에서 미분탄을 건조하는 동안 재열증기의 온도 및 분사량을 제어하며, 상기 사일로(19)에 저장된 미분탄의 온도를 감지하여 저온냉각기(20)의 작동을 제어하고, 상기 보일러(34) 내부에 설치된 열량감지기(35)로부터 열량을 감지하여 사일로(19)에서 보일러(34)로 미분탄의 투입량을 제어하며, 상기 석탄건조기(14)에서 건조되는 석탄의 건조도와, 미분탄기(15), 다단 분리기(16), 미분탄건조기(18), 사일로(19) 및 분사기(21)에서의 각 미분탄의 건조도를 감지하여 각각의 발화방지장치(30)의 작동을 제어하고, 상기 석탄건조기(14), 미분탄기(15), 다단 분리기(16), 미분탄건조기(18), 사일로(19) 및 분사기(21)에서 발생되는 분진량을 감지하여 각 기기 일측에 설치된 집진기(32)의 작동을 제어하는 컨트롤러(40);
   상기 컨트롤러(40)에서 각 기기로부터 감지한 신호를 가시적으로 표시하고, 각 기기의 제어에 따른 작동상태를 표시하며, 이상신호를 알람으로 표시하는 표시장치(41);
   상기 컨트롤러(40)에서 각 기기로부터 감지한 신호정보와 컨트롤러(40)의 제어정보를 실시간으로 저장하는 데이터로거(42);
   상기 컨트롤러(40)에서 발생된 각종 데이터를 전송하고 원격의 제어수단의 제어신호를 수신하는 통신장치(43);
   상기 자기분리기(12)에서 분리된 철편이나 이물질을 모으는 수집조(13);
   가 설치되고, 상기 다단 분리기(16)에서 분리된 일정 메시 이상의 미분탄을 미분탄기(15)로 재투입시키는 피드백수단;
   상기 다단 분리기(16)에서 미분탄건조기(18) 또는 피드백수단으로 분리하지 못하는 이물질을 모으는 폐기조(17);
   상기 스크린이 채용된 다단 분리기(16) 각각을 진동시키거나 또는 회전시키는 모터;를 포함하고,
   상기 미분탄기(15)는 작은 강구를 다량 집어넣은 회전 원통 속에서 조분탄을 미분탄으로 분쇄하는 관형 미분탄기, 큰 강구를 회전시켜서 조분탄을 갈아 미분탄으로 만드는 볼형 미분탄기, 해머가 붙어 있는 디스크를 고속으로 회전시켜 공급되는 석탄을 타격하여 분쇄실벽에 있는 분쇄판에 충돌시켜 파괴시키는 해머밀, 링 모양의 분쇄실 또는 원판상의 테이블 위를 롤러 구 또는 추체를 포함하는 회전체가 회전하여 석탄을 압축, 전단 및 마찰 작용으로 분쇄하는 롤러밀 및 강구가 들어 있는 동체형의 용기를 회전시켜 그 속에 분쇄할 석탄을 넣고 분쇄하는 튜브밀 중 어느 하나를 포함하는 발전소 보일러의 최적 연소를 위한 미분탄 공급 및 제어장치.
   
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