KR102232481B1

KR102232481B1 - 지능형 고효율 친환경 화장시스템

Info

Publication number: KR102232481B1
Application number: KR1020190092587A
Authority: KR
Inventors: 원용식
Original assignee: 합자회사 세화산업사
Priority date: 2019-07-30
Filing date: 2019-07-30
Publication date: 2021-03-26
Also published as: KR20210014469A

Abstract

본 발명은 주연소실과 재연소실을 포함하며 로내대차에 실은 관을 반입 받아 소각처리 하는 화장로와; 화장로에서 배출되는 고온의 배출가스에 외부공기를 혼합하여 냉각시키는 공기혼합냉각기와; 냉각된 배출가스에서 이물질을 제거하는 싸이크론집진기와; 싸이크론집진기로부터 토출되는 배출가스를 냉각하는 가스냉각기와; 가스냉각기를 통해 냉각된 배출가스에 포함된 미세먼지를 집진하는 여과집진기와; 배출가스에 포함된 다이옥신을 제거하는 다이옥신촉매장치와; 백연을 방지하는 백연방지장치와; 배출가스로부터 유해가스를 분해하는 유해가스촉매장치와; 유해가스가 제거된 배출가스를 배기관으로 강제배풍시키는 유인배풍기를 관로로 연결하여 이루어지는 화장시스템에 있어서, 상기 화장시스템의 측정장치는 관운반차에 설치되어 연소대상물의 무게를 측정하는 로드셀과; 재연소실의 후단부 연소가스 배출용 배기관 상에 설치되어 피드백 연소제어와 주연소실 및 재연소실의 온도를 균일화시키는 산소농도측정기와; 주연소실의 연소버너 연료 주입라인에 설치되어 연료 소모량을 측정하는 연료소모량측정기와; 여과집진기의 백필터 인입부에 설치되어 압력을 측정하는 차압트랜스미터와; 여과집진기의 재받이통에 설치되어 잔재무게를 측정하는 잔재로드셀과; 배기관의 후단에 설치되어 백연농도를 측정하는 벡연농도지시기를 포함하는 발명이다.

Description

지능형 고효율 친환경 화장시스템{Intelligent cremation system of High efficiency and environment-friendly}

본 발명은 화장시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 다양한 화장대상물에 대응할 수 있는 화장로를 포함하는 데이터마이닝(Data mining) 다변량 통계분석을 이용한 지능형 화장시스템을 구축하여 화장로의 연소효율을 극대화시켜 화장시간을 단축하고 연료소비를 감축하며, 환경오염원 배출을 억제하는 동시에 무인 운전이 가능하도록 하는 지능형 고효율 친환경 화장시스템에 관한 기술이다.

화장시스템과 관련된 종래기술은 도 1에 도시한 바와 같이, 사체를 화장하는 화장로와; 연소로에서 발생되는 유해가스를 처리하는 집진기를 포함하는 환경처리설비와; 고온의 폐열 회수용 공기예열기를 포함하는 재활용설비로 구성되어 있으며, 특히 국내 설치된 대부분의 화장로는 축열식인 캐비넷방식 화장로와 달리 장례시간이 짧은 문화적 특성에 따라 에너지 소모가 큰 단속식인 대차형 화장로를 채택하고 있고, 이에 따라 에너지 저감 연소 제어시스템과 대기오염 배출을 더욱 최소화시킬 수 있는 친환경 화장시스템이 요구되고 있다.

보다 구체적으로 국내에 널리 알려진 종래기술의 화장로 형태는 도 2(a)에 도시한 세화산업사 화장로, 도 2(b)에 도시한 B&L사 화장로, 도 2(c)에 도시한 후지사 화장로, 도 2(d)에 도시한 미야모토사의 화장로 방식이 있는데, 이들 화장로 방식은 아래 표 1의 공정특성과 장단점을 가지고 있다.

구분	세화산업사 제품	B&L사 제품	후지사 제품	미야모토사 제품
연소방식	범용저압연소	병류연소	향류연소	하향병류연소
공정특성	3차 연소실 구비연소가스유로 연장체류시간 증대 장화염 버너 직화효율개선	캐비넷형 3-버너 연소, 연소로 바닥화상방식	2차 연소실 구비 연소가스 화염끝 방향배출 버너의 화염형상 다양성, 직화효율개선	2차 연소실 구비 연소가스 화염반대방향 배출
장점	직화 장화염 버너 활용, 시간단축 버너 조정범위 넓음	설비 단순 배기가스 현열 활용, 주연소실 온도분포 균일, 열에너지 30% 저감 효과 발생	원활한 연소흐름 정체현상 해소 연소로 구조 단순	복사열 활용 열효율 증대
단점	축열효율 낮음	제어 복잡 장시간 연소 배가스 온도 높음 분진 발생량 높음	열효율 낮음	국부과열 역류 미연발생 과도한 난류 부하증대로 배기가스 배출불량

표 1의 화장로 중에서 B&L사 화장로를 제외한 나머지 방식의 화장로는 관을 화장로 입구에 구비되는 전단 냉각전실에서 로내대차에 얹은 상태로 주연소실 내부로 이동시켜 화장하게 되고, 화장 후 로내대차를 주연소실 밖으로 반출하여 냉각전실에서 유골을 수급하고 있으며, 이러한 방식은 유족 입회하에 입로 및 수골 처리함으로써 유족에게 위안감을 제공하는 효과가 있다.

그러나 연소 중 로내대차가 연소로 내에 체류하기 때문에 로내대차의 소모가 크고 유지보수 비용이 큰 단점이 있고, 소각과정에서 일시적 불완전 연소 등으로 인하여 다량의 미연분이 배출가스에 존재할 수 있어서, 통상적으로 주연소실의 후단에 재연소실를 설치하고 과잉의 공기공급과 함께 전용버너를 사용하여 일정온도 이상으로 유지하여 줌으로써 불완전연소 잔존물을 처리하고 있다.

또한 고온의 재연소실 배출가스 중에도 일정분의 분진이 포함되어 배출될 수 있기 때문에 1차 공기혼합기를 통해 온도를 떨어뜨린 후 분진회수 설비로 건식 싸이크론을 후단에 설치하여 1차적으로 고온상태에서 분진을 포집하고 있다.

그 후 싸이크론 후단의 배출가스 온도를 낮추면서 고온의 배출가스열을 회수하여 버너로 공급하는 연소용 공기를 예열하는 공기예열기와 가스냉각기를 설치하고, 배출가스의 원활한 배출을 위해 백필터 후단에 유인 배풍기를 설치하는 등의 로내 버너연소제어 및 화장로 조업의 안정화를 도모하고 있으나, 이를 제어하는 시스템을 작업자의 판단에 의지하고 있어서 연소 상황에 따른 고효율의 연소제어와 조업 안정화가 미흡한 실정이다.

최근 들어서 환경오염원의 배출에 대한 사회적 관심이 더욱 커지면서 추가로 설치된 배출가스 관리 장치는 배출가스 후처리 설비에 백금촉매반응기에 의한 다이옥신제거장치, 백연발생방지를 위한 백연방지장치, NOx 저감을 위한 유해가스촉매장치를 설치하여 연소로에서 배출되는 배출가스로 인한 환경오염을 관리하고 있으나, 배출가스 변화에 따른 배출가스 후처리 설비의 제어 또한 작업자의 판단에 의지하고 있어서 화장설비 실시간 변화에 대응하는 최적 제어가 미흡함에 따라 여전히 환경오염 문제가 발생되고 있다.

즉, 상술한 종래기술들의 화장시스템에서 화장로 연소와 배출가스 후처리 설비를 포함하는 화장설비 제어시스템은 일반적으로 알려진 PLC-HMI(Programmable Logic Controller-Human Machine Interface) 기반으로 운전되며 모든 작업결과는 실시간 모니터링 기능만 존재하고 화장설비 운전의 적정성은 작업자의 판단에 의지할 수밖에 없기 때문에 환경변화에 대응할 수 없는 문제가 내재되어 있는 것이다.

또한 널리 알려진 바와 같이, 국내 장례문화는 급격한 산업화, 도시화와 함께 매장방식에서 화장, 자연장으로 급격한 변화가 진행되어 2017년도 전국 화장률이 84.6%를 차지하고 있어 화장시설 신설 등의 조치가 필요하나, 일반적으로 화장시설이 환경오염 및 혐오시설이라고 인식되어 있어서 시설의 신설 또는 확충이 어렵기 때문에 이를 해소할 수 있는 보다 더 친환경 화장시스템 마련이 시급한 실정이다.

본 발명은 상술한 문제점을 해소하기 위한 것으로, 데이터마이닝 기법에 의한 인공지능 분석용 소프트웨어를 기반으로 최적 연소제어를 통해 에너지를 절감하는 동시에 이상진단 및 조업현황 모니터링 시스템을 통해 화장설비 각부의 이상여부와 조업상태를 자동으로 진단하여 화장설비의 무인 운전화를 달성하고 유지보수의 편리성과 조업의 안정성을 확보하는 지능형 고효율 친환경 화장시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 주연소실(1a)과 재연소실(1b)을 포함하며 형성되며 로내대차에 실은 관을 반입 받아 소각처리 하는 화장로(1)와; 화장로에서 배출되는 고온의 배출가스에 외부공기를 혼합하여 냉각시키는 공기혼합냉각기(2)와; 공기혼합기를 통해 냉각된 배출가스에서 이물질을 제거하는 싸이크론집진기(3)와; 싸이크론집진기로부터 토출되는 배출가스를 냉각하는 가스냉각기(4)와; 가스냉각기를 통해 냉각된 배출가스에 포함된 미세먼지를 집진하는 여과집진기(5)와; 여과된 배출가스에 포함된 다이옥신을 제거하는 다이옥신촉매장치(6)와; 배기관을 통해 배출될 때 발생되는 백연을 방지하는 백연방지장치(7)와; 배출가스로부터 유해가스를 분해하는 유해가스촉매장치(8)와; 유해가스가 제거된 배출가스를 배기관(10)으로 강제배풍시키는 유인배풍기(9)를 관로로 연결하여 이루어지는 화장시스템에 있어서, 상기 화장시스템에 측정장치를 설치하되, 상기 측정장치는 관운반차(100)에 설치되어 연소대상물의 무게를 측정하는 로드셀(17)과; 재연소실(1b)의 후단부 연소가스 배출용 배기관 상에 설치되어 피드백 연소제어와 주연소실 및 재연소실의 온도를 균일화시키는 산소농도측정기(12)와; 주연소실의 연소버너 연료 주입라인에 설치되어 연료 소모량을 측정하는 연료소모량측정기(13)와; 여과집진기(5)의 백필터 인입부에 설치되어 압력을 측정하는 차압트랜스미터(14)와; 여과집진기(5)의 재받이통에 설치되어 잔재무게를 측정하는 잔재로드셀(15)과; 배기관의 후단에 설치되어 백연농도를 측정하는 백연농도지시기(16)를 포함하는 지능형 고효율 친환경 화장시스템을 제공하도록 한다.

상기 측정장치에서 측정된 신호는 PLC-HMI 기반 현장제어반(18)에 송신되어 수집되고, 수집되는 신호는 중앙운전실 PC(19)와; 데이터마이닝 소프트웨어가 설치된 EC마이너(20)와; 실시간 모니터링 및 이상진단 소프트웨어가 장착된 EC마이너IMS(21)와; 데이터베이스(22)로 전송되도록 하여, PLC 기반 버너 연소제어에 의한 화장조업과 더불어 HMI를 활용한 조업모니터링을 통해 화장로 조업특성을 분석하며, 이를 기반으로 모든 측정장치의 데이터와 조업결과를 수집하여 데이터베이스에 저장한 후 EC마이너를 사용하여 수집된 데이터를 불러들이고, 이들 조업데이터를 전처리하며, 다변량분석을 통해 연소제어 모델을 구축하고, 또한 데이터마이닝을 통한 이상진단 및 조업현황 모니터링 시스템을 형성하여 화장로 실시간 조업데이터를 지속적으로 축적하면서 분석하고 분석된 경험적인 데이터를 기반으로 무인조건에서 화장조업이 이루어질 수 있도록 한다.

상기 이상진단 및 조업현황 모니터링 제어시스템은 상기 화장시스템의 각 측정장치로부터 수신되는 실시간 데이터를 관리하는 데이터베이스 서버, 실시간 모니터링 서버, 뷰어, 예측 및 모니터링 모델 생성을 위한 EC마이너(20)로 구성되고, EC마이너에서 데이터를 분석한 결과로 생성된 예측/모니터링 모델을 EC마이너IMS(21)를 통해 이상 진단과 더불어 모니터링 및 제어하고, 그 상태와 결과를 모니터링 화면에 디스플레이되도록 형성한다.

지능형 고효율 친환경 화장시스템의 조업절차는 화장장에 장례차량이 들어오면, 운구된 관은 관운반차에 탑재되어 화장로 전실로 이동하여 로내대차로 옮겨지고, 로내대차가 주연소실로 이동되며, 이어서 이상진단 모니터링 제어시스템에 의하여 유인배풍기, 여과집진기, 가스냉각 송풍기, 연소공기송풍기, 그리고, 과잉공기 송풍기를 1차적으로 기동시키고 재연버너를 점화시켜 화장조업이 시작되고, EC마이너 분석용 소프트웨어를 통해 만들어진 화장로 조업변수들을 독립변수로 도출한 가스유량기반 제어모델식(연료유량 = 회귀계수: 15.9413 - 0.6865*화장로압력 - 0.0358*주연소실온도 + 0.1027*연소공기유량 + 0.0036*과잉공기유량 - 0.5693*산소농도 - 0.0384*공기혼합온도)에 따라 실시간으로 얻어지는 연료유량 값이 현장 PLC제어반으로 입력되면서 화장종료까지 자동운전으로 진행되도록 한다.

또한 본 발명은 가스유량 기반 제어모델을 통해 화장조업이 안정적으로 실시간 수행될 수 있도록 가스유량기반 연소제어모델을 구축하되, 화장중 버너연소의 기본패턴은 화장이 시작된 시점부터 10분간 저연운전이 진행되도록 하고, 10분간의 저연 구간에서도 재연소실 온도가 850℃가 넘을 경우 고연운전을 진행시키며, 가스유량기반 제어모델의 저연구간 운전에서는 연소실 온도가 850℃ 이하일 때에는 일정량의 가스유량을 지속적으로 투입하고, 연소실 온도가 850℃ 초과일 때부터 온도기반 비례제어로 동작되도록 제어하며, 가스유량기반 제어모델의 고연구간 운전에서는 연소실 온도가 900℃ 이하일 때에는 점진적으로 가스유량을 증대하여 투입하고, 연소실 온도가 900℃에서부터는 온도 기반 비례제어로 동작되도록 제어하고, 고연구간에서 산소농도가 12% 미만으로 하락할 때에는 과잉공기량을 증대하도록 운전 조건을 추가적으로 변경하고, 최종적으로 연소완료가 확인되면 주연버너와 재연버너가 소화되어 화장을 종료하도록 제어하는 지능형 고효율 친환경 화장시스템을 제공하도록 한다.

본 발명은 데이터마이닝 기법에 의한 인공지능 분석용 소프트웨어를 기반으로 화장대상물에 따른 최적 연소제어를 통해 에너지 소비량을 절감시키면서 화장시간을 단축하는 효과가 발생된다.

또한 본 발명은 데이터마이닝 기법에 의한 인공지능 분석용 소프트웨어를 기반으로 이상진단 및 조업현황 모니터링 시스템을 통해 화장설비 각부의 이상여부와 조업상태를 자동으로 진단하여 화장설비의 무인화를 이루고, 고장을 방지하여, 조업의 안정성과 유지보수의 편리성을 확보하는 효과가 발생된다.

도 1, 2는 종래기술의 화장시설과 화장로를 개념적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 지능형 고효율 친환경 화장시스템을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 지능형 고효율 친환경 화장시스템의 화장로를 간략하게 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 지능형 고효율 친환경 화장시스템의 측정장치 설치 상태를 개념적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 지능형 고효율 친환경 화장시스템의 측정장치에서 측정된 신호의 수집과 처리 상태를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 지능형 고효율 친환경 화장시스템의 이상진단 및 조업현황 모니터링 제어시스템을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 지능형 고효율 친환경 화장시스템의 연소제어 시스템의 흐름을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 지능형 고효율 친환경 화장시스템의 모니터링 화면을 도시한 도면이다.

본 발명은 다음에서 설명하는 바람직한 실시예에 의해 명확해질 것이나, 본 실시예는 단지 본 발명을 설명하기 위한 하나의 예시에 불과한 것으로, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니고, 실시예와 균등한 기술들을 모두 포함하는 것으로 이해하여야 한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어 종래기술과 동일한 구성에 대한 명칭은 동일하게 적용하도록 한다.

본 발명에 따른 지능형 고효율 친환경 화장시스템은 도 3에 도시한 바와 같이, 주연소실(1a)과 재연소실(1b)을 포함하며 형성되며 로내대차에 실은 관을 반입 받아 소각처리 하는 화장로(1)와; 화장로에서 배출되는 고온의 배출가스에 외부공기를 혼합하여 냉각시키는 공기혼합냉각기(2)와; 공기혼합기를 통해 냉각된 배출가스에서 이물질을 제거하는 싸이크론집진기(3)와; 싸이크론집진기로부터 토출되는 배출가스를 냉각하는 가스냉각기(4)와; 가스냉각기를 통해 냉각된 배출가스에 포함된 미세먼지를 집진하는 여과집진기(5)와; 여과된 배출가스에 포함된 다이옥신을 제거하는 다이옥신촉매장치(6)와; 배기관을 통해 배출될 때 발생되는 백연을 방지하는 백연방지장치(7)와; 배출가스로부터 유해가스를 분해하는 유해가스촉매장치(8)와; 유해가스가 제거된 배출가스를 배기관(10)으로 강제배풍시키는 유인배풍기(9)를 관로로 연결하여 형성하되, 주연소실과 재연소실의 연소를 제어하는 연소제어시스템과 화장시스템에 전체에 대한 이상진단 및 조업현황 모니터링 제어시스템을 포함하여 형성한다.

주연소실(1a)과 재연소실(1b)의 중간부분에는 도 4에 도시한 바와 같이, 두 연소실을 연결하는 덕트통로(1c)를 구비하되, 주연소실에서 사체가 버너에 의해 소각되면 연소가스의 배출은 덕트통로를 통해 재연소실 하단에서 재연소실 버너화염 속으로 배출되어 처리된 후 재연소실 후단의 상부 배출구를 통해 배출가스 후처리설비로 공급되며 후처리 배기관을 통해 대기로 배출되도록 한다.

상기 주연소실(1a)은 내부 체적을 종래기술 대비 85% 증가시켜 형성하고, 초기 버너 저연소시간을 조정하고, 피연소부위를 효율적으로 연소시킬 수 있는 연소공기 공급배관을 설치하되 산소분석기 연계를 통한 불완전연소를 해소하며, 연소공기량 조절 및 적정 로 내압 조작/설정 변경이 가능하도록 형성한다.

그리고 재연소실(1b)은 내부 체적을 종래기술 대비 100% 확장하되 재연소실 내 배출가스 체류시간 증대시켜 미연분을 완전 연소시키는 다공판형 편류방지판(1d)을 포함하여 형성한다.

상기 주연소실(1a)의 주연버너와 재연소실(1b)의 재연버너는 화장시간 단축과 저 NOx 조업에 적합한 노즐혼합형 버너를 채용하고, 주연버너는 용량 60만 kcal/hr (697Kw), 재연버너는 용량 30만 kcal/hr(349ㆍKw)를 채용하며, 연료량과 연소공기의 조절범위 1:10으로 이 범위안에서 비례제어하면서 화장조업이 이루어질 수 있도록 한다.

상기 주연버너와 재연버너에 채용된 노즐 혼합형 버너는 주연소실 및 재연소실의 적정온도를 유지하기 위해 각각 연소실 배출구 온도 측정치를 받아 연료 및 1차 연소공기량을 비례 제어하게 되며, 과잉의 CO농도 또는 배출가스중 산소농도를 모니터링하여 과잉공기를 공급함으로써 완전연소가 조건이 이루어질 수 있도록 한다.

상기 주연소실(1a)과 재연소실(1b)의 버너에 각각 공급되는 연소공기는 상기 가스냉각기(4)를 통해 고온의 배출가스에 포함된 폐열을 회수하여 100℃ ~ 200℃로 예열시켜 공급하되, 연소공기 공급배관은 방열량이 최소화되도록 단열처리한다.

화장로에서 연소시키는 연소대상물은 그 무게가 연소시간 단축에 중요한 조업변수로 작용되기 때문에 관운반차(100)에 로드셀(17)을 설치하고 측정된 연소대상물의 무게가 중앙운전실로 자동 전송되어 연소제어 시스템의 조업데이터로 활용한다.

그리고 상기 연소제어 시스템은 로내 온도를 기반으로 한 단순한 버너제어로서 부장품 및 목재 관의 연소가 급속히 일어나는 경우 불완전 연소가 불가피하게 발생되기 때문에 이를 해소하기 위해 화장로의 온도뿐만 아니라 연료와 연소공기량, 산소농도, 차압 등을 측정하는 다양한 측정장치를 설치한다.

상기 측정장치들로부터 발생되는 데이터는 취합되어 PLC(Programmable Logic Controller)로 전송하고, 전송된 데이터는 DB화하여 상위 조업시스템으로 전송하며, 운전변수에 따른 로내 연소특성을 분석할 수 있는 기반과 함께 부대장치들의 성능을 진단하고 제시하고, 정비시점을 예측하는 기능이 수행되도록 한다.

보다 구체적으로 도 5에 도시한 바와 같이, 재연소실(1b)의 후단부 연소가스 배출용 배기관 상에는 피드백 연소제어를 실시하여 주연소실 및 재연소실의 온도를 균일화시키는 산소농도측정기(12)를 설치하고, 주연소실(1a)의 연소버너 연료 주입라인에 연로 소모량을 측정하는 연료소모량측정기(13)를 설치하며, 여과집진기(5)의 백필터 인입부에 차압트랜스미터(14)를 설치하고, 또한 여과집진기(5)의 재받이통에 잔재무게를 측정하는 잔재로드셀(15)을 설치하며, 배기관의 후단에 백연농도지시기(16)를 설치한다.

상술한 각각의 측정장치에서 측정된 신호는 도 5에 도시한 바와 같이, PLC-HMI(Programmable Logic Controller - Human Machine Interface) 기반 현장제어반(18)에 송신되어 수집되고, 수집되는 신호는 도 6에 도시한 바와 같이, 중앙운전실 PC(19)와; 데이터마이닝 소프트웨어가 설치된 EC마이너(20, ECMiner)와; 실시간 모니터링 및 이상진단 소프트웨어가 장착된 EC마이너IMS(21, ECMiner Intelligent Monitoring System)와; 데이터베이스(22)로 전송되도록 한다.

상술한 바와 같이, PLC-HMI 기반 현장제어반(18)을 설치하고, PLC 기반 버너 연소제어에 의한 화장조업과 더불어 HMI(Human Machine Interface)를 활용한 조업모니터링을 통해 화장로 조업특성을 분석하며, 이를 기반으로 모든 센서데이터와 조업결과를 수집하여 데이터베이스(22, DB)에 저장한 후 EC마이너(20)를 사용하여 수집된 데이터를 불러들이고, 이들 조업데이터를 전처리하고, 다변량분석을 통해 연소제어 모델을 구축한다.

화장조업은 화장장에 장례차를 통해 사체관이 이송되면, 관운반차를 이용하여 사체관을 화장장 화장로(1)로 운반하고, 사체관을 화장로 전실에서 로내대차에 옮겨 실어 주연소실로 반입되면, 중앙운전실 PC(19)나 현장제어반(18)에서 시스템을 기동하여 실행되는 것이다.

본 발명에 따른 지능형 고효율 친환경 화장시스템을 정리하면 데이터마이닝 분석용 소프트웨어와 이를 기반으로 운용하는 지능형 데이터마이닝 이상진단과 모니터링 시스템 소프트웨어를 기반으로, 상용화된 데이터마이닝 분석용 소프트웨어를 선정하고, 이를 활용하여 사용자 관점의 인터페이스, 복합적인 다양한 종류의 조업데이터를 획득하고 처리하며, 데이터 가시화를 통해 담당자가 직접 데이터를 분석하여 최상의 운전 분석 작업 및 정비 환경을 제공할 수 있도록 연소 제어시스템을 형성하고, 또한 데이터마이닝을 통한 이상진단 및 조업현황 모니터링 시스템을 형성하여 화장로 실시간 조업데이터를 지속적으로 축적하면서 분석하고 분석된 경험적인 데이터를 기반으로 무인조건에서 제어하여 화장조업이 이루어질 수 있도록 한 것이다.

상기 이상진단 및 조업현황 모니터링 제어시스템은 도 7에 도시한 바와 같이, 화장시스템의 각 측정장치로부터 수신되는 실시간 데이터를 관리하는 데이터베이스 서버, 실시간 모니터링 서버, 뷰어, 예측 및 모니터링 모델 생성을 위한 EC마이너(20)로 구성되고, EC마이너에서 데이터를 분석한 결과로 생성된 예측/모니터링 모델을 EC마이너IMS(21)를 통해 이상 진단과 더불어 모니터링 및 제어하고, 그 상태와 결과를 모니터링 화면에 디스플레이되도록 형성한다.

즉, 본 발명에 따른 지능형 고효율 친환경 화장시스템은 현재의 화장로상의 화장조업 상황을 운영자에게 실시간으로 보여주면서 이상유무를 진단하여 줄 뿐 만 아니라 미래설비 관리에 필요한 설비상태 또한 예측하여 주므로 설비의 사전정비를 관리하는 가이드를 제공하는 동시에 조업과정의 모든 수집데이터는 저장되고 일정시간 간격을 통해 경험 모델식을 업그레이드함으로써, 축적데이터가 많아질수록 제어정도가 향상되면서 돌발적인 불안정한 외란에 노출되더라도 대처하는 능력 또한 향상되면서 안정적인 화장로 조업이 가능하게 되는 인공지능 기능을 수반하는 빅데이터 분석용 소프트웨어를 활용하여 형성한 것이다.

본 발명에 따른 지능형 고효율 친환경 화장시스템의 조업절차는 앞서 설명한 것처럼 화장장에 장례차량이 들어오면, 연소 대상물인 사체가 담긴 관을 관 운반차에 탑재하고, 관운반차를 냉각전실로 이동시킨 다음 관을 로내대차에 옮겨 싣고 로내대차를 주연소실로 이동시킨다.

이어서 도 8에 도시한 바와 같이, 이상진단 및 조업현황 모니터링 제어시스템에 의하여 유인배풍기, 여과집진기, 가스냉각 송풍기, 연소공기송풍기, 그리고, 과잉공기 송풍기를 1차적으로 기동시키고 재연버너를 점화시키므로 화장조업이 시작된다.

그리고 EC마이너 분석용 소프트웨어를 통해 만들어진 아래와 같은 다변량 회귀식 형태의 화장로 조업변수들을 독립변수로 하는 가스유량기반 제어모델식에 따라 실시간으로 얻어지는 연료유량값이 현장 PLC제어반으로 입력되면서 화장종료까지 자동운전으로 진행하게 된다.

[가스유량기반 제어모델식]

연료유량 = 회귀계수: 15.9413 - 0.6865*화장로압력 - 0.0358*주연소실온도 + 0.1027*연소공기유량 + 0.0036*과잉공기유량 - 0.5693*산소농도 - 0.0384*공기혼합온도

화장 조업진행 과정 중 화장시작 10분 이후 도달되는 고연상태에서 사체상태와 부장품의 연소상태를 통해 화장 사체의 형태(일반, 냉동, 부장품, 극냉동 등)에 따른 제어패턴을 다시 한번 판단하여 주연소의 온도를 적정온도로 위한 가스유량기반 제어모델식이 조정 설정된다.

이렇게 설정되는 가스유량 기반 제어모델을 통해 화장조업이 안정적으로 실시간 수행될 수 있도록 가스유량기반 연소제어모델을 구축하되, 화장중 버너연소의 기본패턴은 화장이 시작된 시점부터 10분간 저연으로 운전이 진행된다.

그리고 10분간의 저연 구간에서 재연소실 온도가 850℃에 도달하면 주연소실의 주연버너가 점화되고, 가스유량기반 제어모델을 기반으로 주연버너가 저부하 운전을 수행하되 저연구간 운전에서 재연소실 온도가 850℃ 이하일 때에는 일정량의 가스유량을 지속적으로 투입하고, 재연소실 온도가 850℃ 초과일 때부터 온도기반 비례제어로 동작되도록 한다.

또한 가스유량기반 제어모델의 고연구간 운전에서는 재연소실 온도가 900℃ 이하일 때에는 점진적으로 가스유량을 증대하여 투입하고, 재연소실 온도가 900℃에서부터는 온도 기반 비례제어로 동작되도록 한다.

그러나 고연구간에서 산소농도가 12% 미만으로 하락할 때에는 과잉공기량이 증대하도록 운전 조건이 추가적으로 변경 적용하고, 재연소실의 온도가 900℃에 도달하면 가스유량예측 모델을 기반으로 주연버너를 비례제어 연소시키고 연소완료가 확인되면 주연버너와 재연버너가 소화되어 화장을 종료하도록 제어한다.

본 발명에 따른 지능형 고효율 친환경 화장시스템에서 이상진단 및 조업현황 모니터링 제어시스템은 실시간 수집서버의 원천데이터를 사용하여 EC마이너IMS에 탑재한 화장로 센서 데이터, 조업현황, 주연온도 예측, 가스유량 예측 모델을 수행하여 분석 DB에 수행 결과 데이터를 적재한다.

그리고 화장시스템 모니터링은 도 9에 도시한 바와 같이, 조업자의 작업 효율을 높일 수 있도록 형성하되, 단변량 변수에 대해 임계값을 기준으로 이상 상태를 확인할 수 있도록 각 변수가 임계값에 미달되거나 초과하면 해당 변수의 수치는 빨간색(예시 : 도 9의 공기혼합온도 650℃)으로 표시되도록 한다.

상기 변수는 연소관무게, 주연소실과 재연소실의 연소온도와 압력, 과잉공기유량, LNG 유량, LNG 사용량, 연소공기온도, 연소공기유량, 대기온도를 검출하여 표시하고, 또한 배출가스에 포함된 산소농도, 공기혼합온도, 배출가스 냉각온도, 여과집진기 차압, 잔재무게, 다이옥신 촉매온도, 백연온도, 백연버너 연소시간 등을 측정하여 그 값을 디스플레이하며, 목표 주연온도와 조업현황 및 LNG 유량을 판단하여 실시간 조업현황 상태를 정상 또는 미달로 표시되도록 한다.

상술한 바와 같은 연소제어를 통해 최적 연소제어가 가능한 효과가 발생되고, 또한 이상진단 및 조업현황 모니터링 제어시스템을 통해 화장설비 각부의 실시간 이상여부와 조업 상태를 자동으로 진단하여 표시함으로써, 무인 운전이 가능하며 유지보수의 편리성과 조업의 안정성이 확보되는 효과가 발생되는 것이다.

1 : 화장로 1a : 주연소실
1b : 재연소실 1c : 덕트통로
1d : 편류방지판
2 : 공기혼합냉각기 3 : 싸이크론집진기
4 : 가스냉각기 5 : 여과집진기
6 : 다이옥신촉매장치 7 : 백연방지장치
8 : 유해가스촉매장치 9 : 유인배풍기
10 : 배기관 11 : 로내대차
12 : 산소농도측정기 13 : 연료소모량측정기
14 : 차압트랜스미터 15 : 잔재로드셀
16 : 백연농도지시기 17 : 로드셀
18 : 현장제어반 19 : 중앙운전실 PC
20 : EC마이너 21 : EC마이너IMS
22 : 데이터베이스 100 : 관운반차

Claims

주연소실(1a)과 재연소실(1b)을 포함하며 형성되며 로내대차에 실은 관을 반입 받아 소각처리 하는 화장로(1)와; 화장로에서 배출되는 고온의 배출가스에 외부공기를 혼합하여 냉각시키는 공기혼합냉각기(2)와; 공기혼합기를 통해 냉각된 배출가스에서 이물질을 제거하는 싸이크론집진기(3)와; 싸이크론집진기로부터 토출되는 배출가스를 냉각하는 가스냉각기(4)와; 가스냉각기를 통해 냉각된 배출가스에 포함된 미세먼지를 집진하는 여과집진기(5)와; 여과된 배출가스에 포함된 다이옥신을 제거하는 다이옥신촉매장치(6)와; 배기관을 통해 배출될 때 발생되는 백연을 방지하는 백연방지장치(7)와; 배출가스로부터 유해가스를 분해하는 유해가스촉매장치(8)와; 유해가스가 제거된 배출가스를 배기관(10)으로 강제배풍시키는 유인배풍기(9)를 관로로 연결하여 이루어지는 화장시스템에 있어서,
상기 화장시스템에 측정장치를 설치하되, 상기 측정장치는 관운반차(100)에 설치되어 연소대상물의 무게를 측정하는 로드셀(17)과; 재연소실(1b)의 후단부 연소가스 배출용 배기관 상에 설치되어 피드백 연소제어와 주연소실 및 재연소실의 온도를 균일화시키는 산소농도측정기(12)와; 주연소실의 연소버너 연료 주입라인에 설치되어 연료 소모량을 측정하는 연료소모량측정기(13)와; 여과집진기(5)의 백필터 인입부에 설치되어 압력을 측정하는 차압트랜스미터(14)와; 여과집진기(5)의 재받이통에 설치되어 잔재무게를 측정하는 잔재로드셀(15)과; 배기관의 후단에 설치되어 백연농도를 측정하는 백연농도지시기(16)를 포함하며,
상기 측정장치에서 측정된 신호는 PLC-HMI 기반 현장제어반(18)에 송신되어 수집되고, 수집되는 신호는 중앙운전실 PC(19)와; 데이터마이닝 소프트웨어가 설치된 EC마이너(20)와; 실시간 모니터링 및 이상진단 소프트웨어가 장착된 EC마이너IMS(21)와; 데이터베이스(22)로 전송되도록 하여,
PLC 기반 버너 연소제어에 의한 화장조업과 더불어 HMI를 활용한 조업모니터링을 통해 화장로 조업특성을 분석하며, 이를 기반으로 모든 측정장치의 데이터와 조업결과를 수집하여 데이터베이스에 저장한 후 EC마이너를 사용하여 수집된 데이터를 불러들이고, 이들 조업데이터를 전처리하며, 다변량분석을 통해 연소제어 모델을 구축하고,
또한 데이터마이닝을 통한 이상진단 및 조업현황 모니터링 시스템을 형성하여 화장로 실시간 조업데이터를 지속적으로 축적하면서 분석하고 분석된 경험적인 데이터를 기반으로 무인조건에서 화장조업이 이루어질 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 지능형 고효율 친환경 화장시스템.
삭제
제1항에 있어서,
상기 이상진단 및 조업현황 모니터링 제어시스템은 상기 화장시스템의 각 측정장치로부터 수신되는 실시간 데이터를 관리하는 데이터베이스 서버, 실시간 모니터링 서버, 뷰어, 예측 및 모니터링 모델 생성을 위한 EC마이너(20)로 구성되고, EC마이너에서 데이터를 분석한 결과로 생성된 예측/모니터링 모델을 EC마이너IMS(21)를 통해 이상 진단과 더불어 모니터링 및 제어하고, 그 상태와 결과를 모니터링 화면에 디스플레이되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 지능형 고효율 친환경 화장시스템.
제3항에 있어서,
지능형 고효율 친환경 화장시스템의 조업절차는 화장장에 장례차량이 들어오면, 운구된 관은 관운반차에 탑재되어 화장로 전실로 이동하여 로내대차로 옮겨지고, 로내대차가 주연소실로 이동되며,
이어서 이상진단 모니터링 제어시스템에 의하여 유인배풍기, 여과집진기, 가스냉각 송풍기, 연소공기송풍기, 그리고, 과잉공기 송풍기를 1차적으로 기동시키고 재연버너를 점화시켜 화장조업이 시작되고,
EC마이너 분석용 소프트웨어를 통해 만들어진 화장로 조업변수들을 독립변수로 도출한 가스유량기반 제어모델식(연료유량 = 회귀계수: 15.9413 - 0.6865*화장로압력 - 0.0358*주연소실온도 + 0.1027*연소공기유량 + 0.0036*과잉공기유량 - 0.5693*산소농도 - 0.0384*공기혼합온도)에 따라 실시간으로 얻어지는 연료유량 값이 현장 PLC제어반으로 입력되면서 화장종료까지 자동운전으로 진행되는 것을 특징으로 하는 지능형 고효율 친환경 화장시스템.
제4항에 있어서,
가스유량 기반 제어모델을 통해 화장조업이 안정적으로 실시간 수행될 수 있도록 가스유량기반 연소제어모델을 구축하되, 화장중 버너연소의 기본패턴은 화장이 시작된 시점부터 10분간 저연운전이 진행되도록 하고,
10분간의 저연 구간에서도 재연소실 온도가 850℃가 넘을 경우 고연 운전을 진행시키며, 가스유량기반 제어모델의 저연구간 운전에서는 연소실 온도가 850℃ 이하일 때에는 일정량의 가스유량을 지속적으로 투입하고, 연소실 온도가 850℃ 초과일 때부터 온도기반 비례제어로 동작되도록 제어하며,
가스유량기반 제어모델의 고연구간 운전에서는 연소실 온도가 900℃ 이하일 때에는 점진적으로 가스유량을 증대하여 투입하고, 연소실 온도가 900℃에서부터는 온도 기반 비례제어로 동작되도록 제어하고,
고연구간에서 산소농도가 12% 미만으로 하락할 때에는 과잉공기량을 증대하도록 운전 조건을 추가적으로 변경하고, 최종적으로 연소완료가 확인되면 주연버너와 재연버너가 소화되어 화장을 종료하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 지능형 고효율 친환경 화장시스템.