KR101812050B1 - 화력발전용 보일러의 자동제어 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화력발전용 보일러의 자동제어 시스템을 제공한다. 상기 화력발전용 보일러의 자동제어 시스템은, 서로 다른 종류의 석탄을 서로 다른 공급 경로를 통해 공급하는 원료 공급부와; 상기 원료 공급부로부터 서로 다른 석탄을 공급 받아 열을 제공하여 연소시키는 다수의 보조 연소부; 및 상기 다수의 보조 연소부에서 연소되는 서로 다른 종류의 석탄의 연소 농도를 측정하여, 기설정되는 기준 공정 농도에 해당되는 종류의 석탄만이 주 연소부로 투입되도록 상기 원료 공급부의 구동을 제어하는 공정 제어부를 포함한다.

Description

화력발전용 보일러의 자동제어 시스템{AUTOMATIC CONTROL SYSTEM OF BOILER FOR STEAM POWER GENERATION}

본 발명은 화력발전용 보일러의 자동제어 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다탄종의 원료가 공급이 되는 경우에도 자동으로 각 탄종의 특성 요소를 즉시 판단하여, 해당 특성 요소를 갖는 보일러의 운전 조건을 이루어 제어되도록 할 수 있는 화력발전용 보일러의 자동제어 시스템에 관한 것이다.

통상, 화력발전소에 채택되는 보일러 시스템은, 분산 제어 시스템(Distributed Control System)으로 구성된 설비자동제어장치(APC;Automatic Plant Controller)에 의해서 제어된다.

이러한, 보일러 시스템에 포함되는 다양한 센서들에 의해 계측된 데이터를 사용하여, 보일러가 가동되는 중의 다양한 구동 상태를 모니터링함과 아울러, 이러한 정보를 기반으로 하여 보일러 시스템의 연소량 조절, 스팀 온도 및 압력 조절 등에 관련된 제반적 제어를 수행한다.

특히, 화력 발전소에서는 석탄을 사용하고, 이러한 경우, 석탄용 보일러의 연료로서 한가지 연료만을 사용하지 않고 다양한 원산지에서 채광되는 다양한 석탄을 사용한다.

이와 같이, 원산지가 서로 다른 석탄들 각각은 발열량, 수분 함유량, 재 및 NOx발생량 등의 물성치가 다르기 때문에, 선탄의 탄종을 무시하는 상태에서 일괄적으로 원료로 사용하는 경우, 설비 자동제어장치의 각종 시스템 파라미터를 변경하지 않고서는 통상 운전시의 부하변화율 및 변화폭을 만족하지 못하게 되는 문제점이 있다.

따라서, 종래에는 탄종을 절체할 때마다 별도로 각 탄종에 대한 부하전력 변화 테스트(Load Change Test), 연소 테스트(Firing Test)를 다수회 행하여서 얻어진 실측 데이터를 상기 설비 자동제어장치에서 알고리즘을 수행하는 기초 데이터로 사용하여 시스템 파라미터를 조정하는 공정을 진행하였고, 이에 따라, 종래에는 이에 따른, 많은 시간과 노고가 필요하게 되며 가동시간에도 악영향을 미치는 문제점이 있다.

본 발명과 관련된 선행문헌으로는 대한민국 공개특허 공개번호 제10-2016-0059150호(공개일자: 2016.05.26)가 있으며, 상기 선행문헌에는 화력발전 가능한 보일러에 대한 기술이 개시된다.

본 발명의 목적은, 다탄종의 원료가 공급이 되는 경우에도 자동으로 각 탄종의 특성 요소를 즉시 판단하여, 해당 특성 요소를 갖는 보일러의 운전 조건을 이루어 제어되도록 할 수 있는 화력발전용 보일러의 자동제어 시스템을 제공함에 있다.

상기의 과제를 달성하기 위해, 본 발명은 화력발전용 보일러의 자동제어 시스템을 제공한다.

상기 화력발전용 보일러의 자동제어 시스템은, 서로 다른 종류의 석탄을 서로 다른 공급 경로를 통해 공급하는 원료 공급부와; 상기 원료 공급부로부터 서로 다른 석탄을 공급 받아 열을 제공하여 연소시키는 다수의 보조 연소부; 및 상기 다수의 보조 연소부에서 연소되는 서로 다른 종류의 석탄의 연소 농도를 측정하여, 기설정되는 기준 공정 농도에 해당되는 종류의 석탄만이 주 연소부로 투입되도록 상기 원료 공급부의 구동을 제어하는 공정 제어부를 포함한다.

상기 공정 제어부는, 상기 다수의 보조 연소부에 설치되며, 상기 다수의 보조 연소부에서 연소되는 서로 다른 종류의 석탄의 연소 농도를 측정하는 다수의 농도 센서와, 상기 기준 공정 농도가 기설정되며, 상기 기준 공정 농도에 해당되는 종류의 석탄만이 상기 주 연소부로 투입되도록 상기 원료 공급부의 구동을 제어하는 제어기를 구비하는 것이 바람직하다.

상기 주 연소부는, 공급되는 석탄을 연소시키되,

상기 주 연소부로 공급된 상기 석탄이 연소되는 경우 발생되는 주 연소 농도를 측정하고, 측정되는 상기 주 연소 농도를 상기 제어기로 전송하는 주 농도 센서가 더 설치된다.

상기 제어기는, 측정되는 상기 주 연소 농도가 상기 기준 공정 농도에 부합되는지의 여부를 판단하고,

상기 주 연소 농도가 상기 기준 공정 농도에 부합되지 않는 경우, 상기 주 연소 농도가 상기 기준 공정 농도에 부합되도록 상기 원료 공급부의 구동을 제어하여, 상기 주 연소부로 공급되는 석탄의 공급량을 제어하도록 하는 것이 바람직하다.

상기 제어기에는, 제 1모드가 설정되고,

상기 제어기에는, 상기 서로 다른 석탄의 가상의 연소 농도가 기설정되고,

상기 제어기는, 선택기를 통해 상기 제 1모드가 선택되는 경우, 상기 원료 공급부릍 통해, 서로 다른 종류의 석탄이 동시에 공급되는 경우, 상기 가상의 연소 농도를 기초로, 상기 기준 공정 농도를 만족하도록 서로 다른 종류의 석탄의 혼합 비율을 추정하는 추정기를 포함하는 것이 바람직하다.

특히, 상기 제어기는, 상기 원료 공급부를 통해 공급되는 석탄의 종류가 변경되는 경우, 상기 다수의 보조 연소부 중 어느 하나를 사용하여, 변경되는 상기 석탄을 연소시키고, 상기 다수의 농도 센서 중 어느 하나를 통해, 측정되는 변경되는 상기 석탄의 연소 농도를 전달 받고, 상기 전달 받은 측정되는 변경되는 상기 석탄의 연소 농도를 상기 변경되는 상기 석탄의 가상의 연소 농도로 설정할 수 있다.

또한, 상기 원료 공급부와 상기 주 연소부의 사이에는, 혼합부가 설치되고, 상기 혼합부에는, 상기 혼합부 내의 연소 농도를 측정하는 추가 농도 센서가 배치될 수 있다.

여기서, 상기 제어기에는, 제 2모드가 설정될 수 있다.

상기 제어기는, 상기 선택기에 의해 상기 제 2모드가 선택되는 경우, 상기 원료 공급부로부터 공급되는 서로 다른 종류의 석탄을 설정되는 가변 비율을 연속적으로 이루도록 동시에 상기 혼합부로 제공하도록 하고,

상기 혼합부는, 설정되는 상기 가변 비율로 공급되는 상기 서로 다른 종류의 석탄을 연소시키고, 상기 추가 농도 센서는 설정되는 상기 가변 비율로 공급되는 상기 서로 다른 종류의 석탄이 연소되는 경우 발생되는 연소 농도를 측정하고,

상기 제어기는, 상기 측정되는 연소 농도가 상기 기준 공정 농도에 이르도록 상기 가변 비율을 가변 설정하고, 상기 원료 공급부를 통해, 가변 설정되는 상기 가변 비율을 실시간으로 이루도록 제어할 수 있다.

본 발명은, 다탄종의 원료가 공급이 되는 경우에도 자동으로 각 탄종의 특성 요소를 즉시 판단하여, 해당 특성 요소를 갖는 보일러의 운전 조건을 이루어 제어되도록 할 수 있는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 화력발전용 보일러의 자동제어 시스템의 구성을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 화력발전용 보일러의 자동제어 시스템의 구동의 일 예를 보여주는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 화력발전용 보일러의 자동제어 시스템의 구동의 다른 예를 보여주는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 화력발전용 보일러의 자동제어 시스템의 구동의 또 다른 예를 보여주는 흐름도이다.
도 5는 공급되는 석탄의 종류가 변경되는 경우 가상의 연소 농도를 재설정하는 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 6은 본 발명에 따르는 혼합부가 더 구비되는 예를 보여주는 구성도이다.
도 7은 본 발명에 따르는 제 2모드가 선택되는 경우, 서로 다른 종류의 석탄을 연소시키는 과정을 보여주는 흐름도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

이하에서 기재의 "상부 (또는 하부)" 또는 기재의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 구비 또는 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 기재의 상면 (또는 하면)에 접하여 구비 또는 배치되는 것을 의미한다.

또한, 상기 기재와 기재 상에 (또는 하에) 구비 또는 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성을 포함하지 않는 것으로 한정하는 것은 아니다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 화력발전용 보일러의 자동제어 시스템을 설명한다.

도 1은 본 발명의 화력발전용 보일러의 자동제어 시스템의 구성을 보여주는 도면이다. 도 2는 본 발명의 화력발전용 보일러의 자동제어 시스템의 구동의 일 예를 보여주는 흐름도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 화력발전용 보일러의 자동제어 시스템은, 서로 다른 종류의 석탄을 서로 다른 공급 경로를 통해 공급하는 원료 공급부(100)와, 상기 원료 공급부(100)로부터 서로 다른 석탄을 공급 받아 열을 제공하여 연소시키는 다수의 보조 연소부(200)와, 상기 다수의 보조 연소부에서 연소되는 서로 다른 종류의 석탄의 연소 농도를 측정하여, 기설정되는 기준 공정 농도에 해당되는 종류의 석탄만이 주 연소부(300)로 투입되도록 상기 원료 공급부(100)의 구동을 제어하는 공정 제어부(400)로 구성된다.

상기 공정 제어부(400)는, 상기 다수의 보조 연소부(200)에 설치되며, 상기 다수의 보조 연소부(200)에서 연소되는 서로 다른 종류의 석탄의 연소 농도를 측정하는 다수의 농도 센서(410)와, 상기 기준 공정 농도가 기설정되며, 상기 기준 공정 농도에 해당되는 종류의 석탄만이 상기 주 연소부(300)로 투입되도록 상기 원료 공급부의 구동을 제어하는 제어기(420)로 구성된다.

상기 보조 연소부들(200) 각각은, 해당 종류의 석탄이 공급되도록 주 연소부와 공급 라인(L)을 통해 연결된다.

상기 공급 라인들(L) 각각에는 석탄의 공급 유로를 개폐하는 밸브(V)가 설치되고, 상기 밸브(L)는 제어기(420)의 제어를 통해 제어된다.

상기 주 연소부(300)는 공급되는 석탄을 연소시키는 역할을 한다.

도 3은 본 발명의 화력발전용 보일러의 자동제어 시스템의 구동의 다른 예를 보여주는 흐름도이다.

도 1 및 도 3을 참조 하면, 상기 주 연소부(300)로 공급된 상기 석탄이 연소되는 경우 발생되는 주 연소 농도를 측정하고, 측정되는 상기 주 연소 농도를 상기 제어기(420)로 전송하는 주 농도 센서(310)가 더 설치된다.

상기 구성에 의해, 상기 제어기(420)는, 측정되는 상기 주 연소 농도가 상기 기준 공정 농도에 부합되는지의 여부를 판단한다.

이어, 상기 주 연소 농도가 상기 기준 공정 농도에 부합되지 않는 경우, 상기 주 연소 농도가 상기 기준 공정 농도에 부합되도록 상기 원료 공급부(100)의 구동 및 각 밸브들(V)의 구동을 제어하여, 상기 주 연소부(100)로 공급되는 석탄의 공급량을 제어할 수 있다.

도 4는 본 발명의 화력발전용 보일러의 자동제어 시스템의 구동의 또 다른 예를 보여주는 흐름도이다.

한편, 상기 제어기(420)에는, 제 1모드가 설정된다.

상기 제어기(420)는, 선택기(421)를 통해 상기 제 1모드가 선택되는 경우, 상기 원료 공급부(100)릍 통해, 서로 다른 종류의 석탄이 동시에 공급되는 경우, 상기 가상의 연소 농도를 기초로, 상기 기준 공정 농도를 만족하도록 서로 다른 종류의 석탄의 혼합 비율을 추정하는 추정기(422)를 포함할 수 있다.

도 5는 공급되는 석탄의 종류가 변경되는 경우 가상의 연소 농도를 재설정하는 과정을 보여주는 흐름도이다.

도 5를 참조 하면, 특히, 상기 제어기(420)에는, 상기 서로 다른 석탄의 가상의 연소 농도가 기설정된다.

상기 제어기(420)는, 상기 원료 공급부(100를 통해 공급되는 석탄의 종류가 변경되는 경우, 상기 다수의 보조 연소부(200) 중 어느 하나를 사용하여, 변경되는 상기 석탄을 연소시킨다.

이어, 상기 제어기(420)는 상술한 다수의 농도 센서 중 어느 하나를 통해, 측정되는 변경된 상기 석탄의 연소 농도를 전달 받는다.

상기 제어기(420)는 상기 전달 받은 석탄의 연소 농도를 상기 변경되는 상기 석탄의 가상의 연소 농도로 설정한다.

도 6은 본 발명에 따르는 혼합부가 더 구비되는 예를 보여주는 구성도이다. 도 7은 본 발명에 따르는 제 2모드가 선택되는 경우, 서로 다른 종류의 석탄을 연소시키는 과정을 보여주는 흐름도이다.

도 6 및 도 7을 참조 하면, 상기 원료 공급부(100)와 상기 주 연소부(300)의 사이에는, 혼합부(500)가 설치된다.

상기 혼합부(500)에는, 상기 혼합부(500) 내의 연소 농도를 측정하는 추가 농도 센서(510)가 배치될 수 있다.

여기서, 상기 제어기(420)에는, 제 2모드가 설정될 수 있다.

상기 제어기(420)는, 상기 선택기(421)에 의해 상기 제 2모드가 선택되는 경우, 상기 원료 공급부(100)로부터 공급되는 서로 다른 종류의 석탄을 설정되는 가변 비율을 연속적으로 이루도록 동시에 상기 혼합부(500)로 제공하도록 한다.

이어, 상기 혼합부(500)는, 설정되는 상기 가변 비율로 공급되는 상기 서로 다른 종류의 석탄을 연소시킨다.

그리고, 추가 농도 센서(510)는 설정되는 상기 가변 비율로 공급되는 상기 서로 다른 종류의 석탄이 연소되는 경우 발생되는 연소 농도를 측정한다.

상기 제어기(420)는, 상기 측정되는 연소 농도가 상기 기준 공정 농도에 이르도록 상기 가변 비율을 가변 설정하고, 상기 원료 공급부(100)를 통해, 가변 설정되는 상기 가변 비율을 실시간으로 이루도록 제어할 수 있다.

상기와 같은 구성 및 작용에 따라, 다탄종의 원료가 공급이 되는 경우에도 자동으로 각 탄종의 특성 요소를 즉시 판단하여, 해당 특성 요소를 갖는 보일러의 운전 조건을 이루어 제어되도록 할 수 있다.

이상, 본 발명의 화력발전용 보일러의 자동제어 시스템에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.

그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어 전해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 원료 공급부
200 : 보조 연소부
300 : 주 연소부
400 : 공정 제어부
500 : 혼합부

Claims (6)

1. 서로 다른 종류의 석탄을 서로 다른 공급 경로를 통해 공급하는 원료 공급부;
   상기 원료 공급부로부터 서로 다른 석탄을 공급 받아 열을 제공하여 연소시키는 다수의 보조 연소부; 및
   상기 다수의 보조 연소부에서 연소되는 서로 다른 종류의 석탄의 연소 농도를 측정하여, 기설정되는 기준 공정 농도에 해당되는 종류의 석탄만이 주 연소부로 투입되도록 상기 원료 공급부의 구동을 제어하는 공정 제어부를 포함하되,
   상기 공정 제어부는,
   상기 다수의 보조 연소부에 설치되며, 상기 다수의 보조 연소부에서 연소되는 서로 다른 종류의 석탄의 연소 농도를 측정하는 다수의 농도 센서와,
   상기 기준 공정 농도가 기설정되며, 상기 기준 공정 농도에 해당되는 종류의 석탄만이 상기 주 연소부로 투입되도록 상기 원료 공급부의 구동을 제어하는 제어기를 구비하고,
   상기 주 연소부는, 공급되는 석탄을 연소시키되,
   상기 주 연소부로 공급된 상기 석탄이 연소되는 경우 발생되는 주 연소 농도를 측정하고, 측정되는 상기 주 연소 농도를 상기 제어기로 전송하는 주 농도 센서가 더 설치되되,
   상기 제어기는, 측정되는 상기 주 연소 농도가 상기 기준 공정 농도에 부합되는지의 여부를 판단하고,
   상기 주 연소 농도가 상기 기준 공정 농도에 부합되지 않는 경우, 상기 주 연소 농도가 상기 기준 공정 농도에 부합되도록 상기 원료 공급부의 구동을 제어하여, 상기 주 연소부로 공급되는 석탄의 공급량을 제어하도록 하는 것을 특징으로 하는 화력발전용 보일러의 자동제어 시스템.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 제어기에는, 제 1모드가 설정되고,
   상기 제어기에는,
   상기 서로 다른 석탄의 가상의 연소 농도가 기설정되고,
   상기 제어기는, 선택기를 통해 상기 제 1모드가 선택되는 경우,
   상기 원료 공급부를 통해, 서로 다른 종류의 석탄이 동시에 공급되는 경우, 상기 가상의 연소 농도를 기초로, 상기 기준 공정 농도를 만족하도록 서로 다른 종류의 석탄의 혼합 비율을 추정하는 추정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 화력발전용 보일러의 자동제어 시스템.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 제어기는,
   상기 원료 공급부를 통해 공급되는 석탄의 종류가 변경되는 경우, 상기 다수의 보조 연소부 중 어느 하나를 사용하여, 변경되는 상기 석탄을 연소시키고,
   상기 다수의 농도 센서 중 어느 하나를 통해, 측정되는 변경되는 상기 석탄의 연소 농도를 전달 받고,
   상기 전달 받은 측정되는 변경되는 상기 석탄의 연소 농도를 상기 변경되는 상기 석탄의 가상의 연소 농도로 설정하는 것을 특징으로 하는 화력발전용 보일러의 자동제어 시스템.
   
6. 제 4항에 있어서,
   상기 원료 공급부와 상기 주 연소부의 사이에는, 혼합부가 설치되고,
   상기 혼합부에는, 상기 혼합부 내의 연소 농도를 측정하는 추가 농도 센서가 배치되고,
   상기 제어기에는, 제 2모드가 설정되고,
   상기 제어기는, 상기 선택기에 의해 상기 제 2모드가 선택되는 경우,
   상기 원료 공급부로부터 공급되는 서로 다른 종류의 석탄을 설정되는 가변 비율을 연속적으로 이루도록 동시에 상기 혼합부로 제공하도록 하고,
   상기 혼합부는,
   설정되는 상기 가변 비율로 공급되는 상기 서로 다른 종류의 석탄을 연소시키고,
   상기 추가 농도 센서는 설정되는 상기 가변 비율로 공급되는 상기 서로 다른 종류의 석탄이 연소되는 경우 발생되는 연소 농도를 측정하고,
   상기 제어기는,
   상기 측정되는 연소 농도가 상기 기준 공정 농도에 이르도록 상기 가변 비율을 가변 설정하고,
   상기 원료 공급부를 통해, 가변 설정되는 상기 가변 비율을 실시간으로 이루도록 제어하는 것을 특징으로 하는 화력발전용 보일러의 자동제어 시스템.
   

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