KR102240464B1

KR102240464B1 - 화력발전소의 미분탄 공급조절 시스템의 스윙게이트형 가변오리피스밸브유닛

Info

Publication number: KR102240464B1
Application number: KR1020200040121A
Authority: KR
Inventors: 김상일
Original assignee: 김상일
Priority date: 2020-04-02
Filing date: 2020-04-02
Publication date: 2021-04-13

Abstract

본 발명은 화력발전소의 미분탄 공급조절 시스템의 스윙게이트형 가변오리피스밸브유닛에 관한 것으로, 화력발전소의 미분탄 공급조절 시스템의 가변오리피스밸브유닛은 상기 급탄관(2)의 유로 선상에 직선유로상으로 결합되고, 상기 급탄관 내경과 동일한 내경의 직선유로상으로 형성되어 하측으로 유입구(112)와 상측으로 유출구(114)가 형성된 밸브하우징(110)과; 반원형상의 원호상으로 형성된 스윙게이트(122,124)가 형성되고, 상기 스윙게이트(122,124)의 원호상의 외연이 상기 밸브하우징(110) 내주연으로부터 이격형성되며, 상기 스윙게이트(122,124)의 반원형상의 중심측 면상에 와류방지홀(126,128)이 관통형성되어 상기 밸브하우징(110) 내주연 전후로 대칭형성된 스윙가변오리피스(120)와; 상기 스윙가변오리피스(120)를 이루는 전후 대칭되게 형성된 반원형상의 스윙게이트가 수평을 이루는 중심측 원호상의 외연에 결합되어 스윙게이트가 축선상에서 선회작동가능하도록 좌우 대칭형성된 스윙축(130, 140))과; 상기 스윙게이트(122,124)의 스윙축(130,140) 일단이 축선상에서 자유회전 가능하게 상기 밸브하우징 일측으로 결합되고, 스윙축(130,140)의 타단이 구동력을 전달받도록 축결합되어 정역회전되도록 구동력을 전달하며, 전후 스윙게이트(122,124)가 서로 동시에 스윙축(130,140)선상에서 전방-후방, 후방-전방의 반대방향으로 동일한 각도로 선회작동되도록 상기 밸브하우징(110) 타측으로 형성되는 정역선회 구동전달수단(150)과; 상기 정역선회 구동전달수단(150)의 상측으로 핸들조작에 의한 수동 또는 전자동 액츄에이터를 구비한 구동모터에 의한 자동으로 상기 정역선회 구동전달수단(150)으로 구동력을 발생하여 상기 스윙가변오리피스(120)가 밸브하우징(110)의 50%~100%의 개방범위내에서 스윙조정되도록 마련된 구동수단(160);으로 형성되어 미분탄유량측정유닛(Coal Flow Monitoring System;콜 유량 모니터링 시스템)을 통해 측정된 데이터에 의해 각 버너에서 연소효율 향상을 위한 미분탄 유량의 균형공급과 스윙게이트형으로 구성하여 밸브 내부 공간형성이 없어 미분탄이 쌓이는 적층현상이 없고, 이를 통해 운전 중에도 유량을 조절할 수 있으며, 별도의 퍼지(Purge)단계를 거치지 않고 바로 유량 조절이 가능함에 따라 실시간 측정된 미분탄 유량 데이터에 바로 적용가능하여 빠른 미분탄 유량제어가 가능하고, 이를 통해 각 버너의 균형된 연소제어가 가능하여 국부과열과 불완전연소로 보일러 열효율 저하 방지, 미연탄소분(Un-burned Carbon) 및 질소산화물(NOx) 발생 등의 환경문제 발생 최소화가 가능하며, 전체 발전설비의 운영 및 성능향상이 가능한 화력발전소의 미분탄 공급조절 시스템의 스윙게이트형 가변오리피스밸브유닛에 관한 것이다.

Description

화력발전소의 미분탄 공급조절 시스템의 스윙게이트형 가변오리피스밸브유닛{Swing gate type Adjustable Orifice Valve unit of pulverized coal supply control system of thermal power plant}

본 발명은 화력발전소의 미분탄 공급조절 시스템의 스윙게이트형 가변오리피스밸브유닛에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제반 운전여건 변화시에도 화력발전소의 각 버너 내에 공급되는 미분탄을 실시간으로 측정하고 자동적으로 균등하게 공급할 수 있는 미분탄 공급조절 시스템에 적용되는 가변오리피스밸브가 운전 중에도 가변오리피스밸브의 개도조절이 가능하고, 종래 가변오리피스밸브의 작동을 위한 미분탄 제거 과정이 없이 수동 또는 자동으로 조작이 가능하여 빠른 시간에 변화되는 유량에 즉각적으로 미분탄의 공급량의 제어가 가능함에 따라 현장에서 즉시 대응이 가능하며, 화력발전소의 각 버너 간의 균형 연소 제어가 보다 빠른시간에 가능하여 발전설비의 운영 및 성능향상이 가능한 화력발전소의 미분탄 공급조절 시스템의 스윙게이트형 가변오리피스밸브유닛에 관한 것이다.

500MW급 표준형 석탄화력 발전소 보일러는 통상 6대의 미분기가 있으며, 이 미분기 1대당 4개의 급탄관이 보일러에 연결 설치되어 있다. 따라서 미분기에서 만들어진 미분탄은 4개의 급탄관을 통하여 보일러의 노 내로 공급되게 된다. 미분탄의 이송은 공기로 행해진다.

4개의 급탄관을 통하여 공급되는 미분탄량은 미분기로 석탄을 공급하는 급탄기(Coal Feeder)에서 전체적으로 측정하여 연소제어의 변수로 사용, 공기량을 일률적으로 조정하며, 급탄관의 길이 및 높이에 따라 저항이 달라져 중간에 고정형 오리피스(Fixed Orifice)를 설치하여 미분탄량이 균등하게 배분되도록 하였다.

이 고정형 오리피스의 수량은 미분기의 위치에 따라 약간의 차이는 있지만 대부분 2개 혹은 1개를 설치하고 있다. 이와 같이, 대부분의 기존 발전소는 미분탄 유량의 균형을 맞추기 위하여 일반적으로 고정형 오리피스를 사용하고 있으나 미분탄 침식에 따른 마모로 인해 신뢰성이 저하되고 있다. 즉, 시간이 경과함에 따라 미분탄의 침식 작용으로 고정형 오리피스의 마모를 일으켜 미분탄 유량의 불균형이 심화되며, 또한 운전여건의 변화 등으로 인하여 불균형이 심화되지만, 운전 중에는 고정형 오리피스를 조절할 수 있는 수단이 없어서 미분탄 유량의 불균형이 심화된 상태에서 운전하고 있다. 이 불균형 정도는 미국의 전력연구원(EPRI) 보고서에 의하면 약 30%까지 발생하는 것으로 보고되고 있다.

이러한 미분탄 유량의 불균형은 연소상의 공연비(Air/Fuel Ratio) 불균형을 일으키고, 이 불균형 조정에 어려움이 많아 국부과열과 불완전연소로 보일러 열효율 저하와, 미연탄소분(Un-burned Carbon) 및 질소산화물(NOx) 발생 등의 환경문제를 야기시킬 수 있다.

또한, 불균형의 재조정 요구에는 발전소 정지 후에 조절해야 하기 때문에, 시간과 비용이 많이 소요된다. 또한, 일단 균형을 맞추어도 현장 여건에 따라 변동되는 연료 및 공기 공급장치변화, 오리피스 마모 등에 의해 불균형이 재 발생되어 전술한 문제가 반복되게 된다.

이러한 고정형 오리피스를 이용하여 미분탄 유량을 조절하는 경우, 오리피스의 마모 등에 의하여 시간이 경과함에 따라 미분탄 유량의 불균형이 심화되고, 운전 중에는 유량을 조절할 수 있는 방법이 없는 문제점이 있다.

종래기술로서 상기 고정형 오리피스를 이용한 기술에서의 문제점을 해결하기 위한 “수동형 가변 오리피스 밸브”가 미국특허 등록 제6,009,899호920000104)의 공보에 개시되어 있다.

상기 미국특허의 수동형 가변오리피스밸브를 이용하여 미분탄 유량을 조절하는 절차는 먼저 클린 에어 테스트(Clean Air Test)와 더티 에어 테스트(Dirty Air Test)를 통하여 급탄관에 흐르는 1차 공기 유량(연료이송유량)을 먼저 측정하여 미분탄의 균형을 가변오리피스로 수동 조절하고, 최종적으로 로터프로브(Rotorprobe)를 이용하여 석탄 샘플링 테스트(Coal Sampling Test)를 함으로 최종으로 미분탄 균형을 가변오리피스 밸브로 수동조절하고 있다.

그런데, 클린 에어 테스트, 더티 에어 테스트 및 석탄 샘플링 테스트 모두는 자동이 아닌 수동으로 1차 공기 유량 및 미분탄 유량을 측정함으로써, 측정 시간이 장시간 소요되는 문제가 있다. 예를 들어, 로터프로브(Rotorprobe)를 이용하여 석탄 샘플링(Coal Sampling)을 하는 경우에, 4개의 급탄관의 테스트시 소요되는 시간은 약 2시간 정도 소요된다. 이처럼, 측정시간이 과다하게 소요됨으로써, 운전 여건에 따라 재조정을 원활하게 하지 못하고 있는 실정이다.

또한, 실시간으로 미분탄 유량의 측정 및 조절이 행해지지 않아, 발전 부하의 변동, 미분기 및 통풍기의 운전여건이 변하여도 원활하게 대처하지 못하고 있다. 따라서 보일러 노 내에 미분탄을 균등하게 배분하지 못해, 불완전연소에 따른 열효율 저하와 환경오염물질의 배출이라는 문제가 또한 생기게 된다.

또한 종래기술로서 상기 수동형 가변 오리피스 밸브에서의 문제점을 해결하며 발전소 보일러 노 내로 공급되는 미분탄 유량을 실시간으로 측정하는 동시에 자동 조절을 통해 운전 여건이 변화하더라도 미분탄의 공급이 균등하게 이루어지도록 하여 연소효율을 높이고 환경오염물질의 배출을 최소화할 수 있도록 한 “발전소 보일러 최적연소 제어 시스템”이 대한민국 특허 등록 제10-0525472호(2005.10.25)에 개시되어 있다.

그러나 상기 “발전소 보일러 최적연소 제어 시스템”은 미분기; 상기 미분기에서 분쇄된 미분탄이, 상기 미분기로 공급되는 1차 공기에 의해 급탄관을 통해 공급되는 버너; 2차 공기를 상기 버너에 공급하는 압입통풍기; 상기 버너로 공급되는 상기 2차 공기를 예열하는 공기 예열기; 상기 급탄관에 설치되는 미분탄유량측정유닛; 상기 급탄관에 설치되는 가변오리피스밸브유닛; 상기 미분탄유량측정유닛의 측정값을 인가받아 상기 가변오리피스밸브유닛을 구동 제어하고, 연료량의 증감에 따라 연료 이송용 1차공기량을 조절하며, 상기 압입통풍기 입구변을 가감하여 전체 연료량에 따라 연소용 2차공기량을 조절하는 제어유닛; 을 포함하며, 상기 가변오리피스밸브유닛은 상기 미분탄의 유량을 조절하는 가변오리피스밸브와, 상기 제어유닛에 접속되는 모터와, 상기 가변오리피스밸브의 구동 샤프트와 상기 모터를 연결하는 기어부와, 상기 기어부에 접속되는 핸들과, 상기 모터 구동이 자동 조작인 경우 상기 기어부와 핸들을 이간시키고, 수동으로 조작할 경우 서로 접속시키는 클러치 레버로 구성되는 것으로서 구조적으로 복잡한 기어 및 스크루 드라이브 구동 메커니즘이 필요한 것이기 때문에 전체적으로 구조가 복잡하게 되는 문제점이 있다.

따라서 급탄관을 통해 보일러로 공급되는 미분탄의 공급 조절이 원활하게 이루어지면서도 구조가 간단하고 급탄관에 대한 탈부착이 간편하게 되도록 하는 화력발전소의 미분탄 공급 조절 시스템의 가변오리피스밸브유닛을 개발할 필요가 있다.

상기 가변오리피스밸브유닛의 개발의 필요성에 의해 대한민국 등록특허 제10-1412514호 (등록일자 2014년06월20일)에 가변오리피스밸브유닛이 개시되고 있다.

상기 화력발전소의 미분탄 공급 조절 시스템에 개시되고 있는 가변오리피스밸브유닛은 앞서 전술한 미분기, 버너, 안입통풍기, 공기예열기, 미분탄유량측정유닛, 가변오리피스밸브유닛, 제어유닛을 포함하는 구성요소에서 가변오리피스밸브유닛을 종래보다 구조가 간단하고 급탄관에 대한 탈부착이 간편하도록 이루어지도록 밸브본체, 밸브커버, 좌우측 밸브판, 구동모터, 좌우측 구동너트, 좌우측 구동스크류, 좌우측 밸브판 연결봉, 좌우측 연결레버로 구성된다.

상기 구성을 통해 가변오리피스밸브유닛은 구동모터의 작동에 의해 구동모터 좌우로 구동스크류가 정역회전하면서 연결레버가 구동스크류상에서 좌우로 수평이동하도록 하고, 연결레버에는 밸브판과 연결된 밸브판 연결봉이 결합되어 있어 구동모터의 작동에 따라 연결레버가 구동스크류의 축선상에서 나선을 따라 좌우이동에 의해 밸브판 연결봉이 밸브판을 좌우로 이동시켜 밸브의 개방 및 차단이 이루어지도록 구성되어 있다.

하지만, 상기 종래 가변오리피스밸브유닛이 구동모터의 구동에 따라 자동으로 밸브판의 좌우이동을 제어하여 미분탄의 유량을 제어하도록 구성하고 있어 종전의 복잡한 기어구성에 비해 간편하게 이루어진 부분은 있으나 통상 미분탄의 공급유량의 제어를 위한 게이트의 개방이 50%~100%에서 조절하는 특성상 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 양자 모두 밸브판이 수평 이동을 통해 게이트를 개방하는 특성상 밸브 내측 공간이 발생되고, 밸브 내측 공간으로 미분탄이 유입되어 적층되는 현상이 발생된다.

이와 같은 미분탄이 밸브 내부 공간으로 적층되어 쌓이게 되면 밸브판의 수평이동에 제한되어 요구되는 밸브의 게이트 개방율에 즉각적 대응이 어렵고, 밸브의 파손이나 손상이 발생될 수 있어 상기 종래 가변오리피스밸브유닛은 앞서 설명한 양자 모두가 별도의 퍼지포트를 구비하여야 하고, 상기 퍼지포트를 통해 밸브 내부 공간에 적층되어 쌓여있는 미분탄을 제거해야 하는 미분탄 퍼지단계를 거쳐야만 실질적 작동이 가능하다.

따라서, 실시간으로 미분탄 유량을 모니터링하여 각 버너별 공급량을 측정하고, 측정된 데이터분석을 통해 게이트의 개방율을 운전중에도 자동 또는 수동으로 조정이 가능한 가변오리피스밸브유닛이 요구되고 있지만, 현실적으로는 퍼지포트를 통한 미분탄의 제거를 위한 미분탄 퍼지단계를 거치지 않고서는 정확한 게이트의 개방율로 제어하기는 어렵고, 이로 인해 적정 공급량으로 미분탄의 공급이 어려워 버너의 연소효율의 저하 및 불완전 연소 등에 따른 오염물질의 발생이 여전히 남아 있으며, 발전설비의 운영과 성능향상에 제한적일 수 밖에 없는 실정이다.

즉, 앞서 설명한 대한민국 특허 등록 제10-0525472호(2005.10.25) 및 대한민국 등록특허 제10-1412514호 (등록일자 2014년06월20일)에 개시되고 있는 가변오리피스밸브유닛은 구조적인 부분에서 개선은 되었으나 실질적인 미분탄의 공급량의 제어에 있어서, 별도의 미분탄 퍼지단계를 두어야 하는 문제점과 미분탄 제거없이 게이트의 개방율을 제어시에는 모니터링되어 분석된 미분탄의 각 버너로의 공급량에 정확성이 현저히 떨어지는 문제가 있고, 운전중에는 미분탄 퍼지단계 없이는 사실상 밸브에 의한 미분탄 유량제어가 불가능하며, 그 크기 역시 대형화되어 있어 장소의 제약이 따르는 문제가 있다.

나아가, 실시간으로 모니터링된 데이터 분석에 따른 각 버너로 공급될 최적의 미분탄 공급량이 계산되더라도 실시간으로 바로 적용이 어렵다는 단점은 여전히 남아 있으며, 이로 인한 불완전 연소 등에 따른 버너에서의 연소과정에서 오염물질의 발생과 발전설비의 운영 및 성능향상에 제한적인 문제가 있는 실정이다.

1. 대한민국 등록특허 제10-0525472호 (등록일자 2005년10월25일) 2. 대한민국 등록특허 제10-1412514호 (등록일자 2014년06월20일)

따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출한 것으로, 화력발전소의 미분탄 공급조절 시스템의 미분탄유량측정유닛(Coal Flow Monitoring System;콜 유량 모니터링 시스템)을 통해 측정된 데이터에 의해 각 버너에서 연소효율 향상을 위한 미분탄 유량의 균형공급과 운전 중에도 유량을 조절할 수 있는 화력발전소의 미분탄 공급조절 시스템의 스윙게이트형 가변오리피스밸브유닛을 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 별도의 퍼지(Purge)단계를 거치지 않고 바로 유량 조절이 가능하여 실시간 측정된 미분탄 유량 데이터에 바로 적용가능하여 빠른 미분탄 유량제어가 가능하고, 이를 통해 각 버너의 균형된 연소제어가 가능하여 국부과열과 불완전연소로 보일러 열효율 저하 방지, 미연탄소분(Un-burned Carbon) 및 질소산화물(NOx) 발생 등의 환경문제 발생 최소화가 가능하고, 전체 발전설비의 운영 및 성능향상이 가능한 화력발전소의 미분탄 공급조절 시스템의 스윙게이트형 가변오리피스밸브유닛을 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 화력발전소의 미분탄 공급조절 시스템의 스윙게이트형 가변오리피스밸브유닛은 미분기(1), 상기 미분기(1)에서 분쇄된 미분탄이 상기 미분기(1)로 공급되는 1차 공기에 의해 급탄관(2)을 통하여 공급되는 버너(4), 2차 공기를 상기 버너(4)에 공급하는 압입통풍기(5), 상기 버너(4)로 공급되는 상기 2차 공기를 예열하는 공기 예열기(6), 상기 급탄관(2)에 설치되는 미분탄유량측정유닛(7), 상기 급탄관(2)의 중간 일부분에 설치되는 가변오리피스밸브유닛(100), 상기 미분탄유량측정유닛(7)의 측정값을 인가받아 상기 가변오리피스밸브유닛(100)의 구동을 제어하고, 연료량의 증감에 따라 연료 이송용 1차 공기량을 조절하며, 상기 압입통풍기(5) 입구변을 가감하여 전체 연료량에 따라 연소용 2차공기량을 조절하는 제어유닛(8)을 포함한 화력발전소의 미분탄 공급조절 시스템의 가변오리피스밸브유닛에 있어서, 상기 가변오리피스밸브유닛(100)은 상기 급탄관(2)의 유로 선상에 직선유로상으로 결합되고, 상기 급탄관 내경과 동일한 내경의 직선유로상으로 형성되어 하측으로 유입구(112)와 상측으로 유출구(114)가 형성된 밸브하우징(110)과; 반원형상의 원호상으로 형성된 스윙게이트(122,124)가 형성되고, 상기 스윙게이트(122,124)의 원호상의 외연이 상기 밸브하우징(110) 내주연으로부터 이격형성되며, 상기 스윙게이트(122,124)의 반원형상의 중심측 면상에 와류방지홀(126,128)이 관통형성되어 상기 밸브하우징(110) 내주연 전후로 대칭형성된 스윙가변오리피스(120)와; 상기 스윙가변오리피스(120)를 이루는 전후 대칭되게 형성된 반원형상의 스윙게이트가 수평을 이루는 중심측 원호상의 외연에 결합되어 스윙게이트가 축선상에서 선회작동가능하도록 좌우 대칭형성된 스윙축(130, 140))과; 상기 스윙게이트(122,124)의 스윙축(130,140) 일단이 축선상에서 자유회전 가능하게 상기 밸브하우징 일측으로 결합되고, 스윙축(130,140)의 타단이 구동력을 전달받도록 축결합되어 정역회전되도록 구동력을 전달하며, 전후 스윙게이트(122,124)가 서로 동시에 스윙축(130,140)선상에서 전방-후방, 후방-전방의 반대방향으로 동일한 각도로 선회작동되도록 상기 밸브하우징(110) 타측으로 형성되는 정역선회 구동전달수단(150)과; 상기 정역선회 구동전달수단(150)의 상측으로 핸들조작에 의한 수동 또는 전자동 액츄에이터를 구비한 구동모터에 의한 자동으로 상기 정역선회 구동전달수단(150)으로 구동력을 발생하여 상기 스윙가변오리피스(120)가 밸브하우징(110)의 50%~100%의 개방범위내에서 스윙조정되도록 마련된 구동수단(160);으로 형성된 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 밸브하우징(110)의 내주연 단면적(D)에 대하여 상기 스윙게이트(122,124)가 수직의 유로방향에 대하여 직교되면서 서로 마주보며 수평하게 서로 위치시, 상기 밸브하우징(110) 내주연으로부터 상기 스윙가변오리피스(120)를 형성하는 각각의 스윙게이트(122,124)의 원호상 외주연이 이격되어 연통되는 공간의 단면적(d1)과 상기 스윙게이트(122,124)가 서로 마주보는 직선상 외연의 이격거리에 따른 공간의 단면적(d2) 및 와류방지홀(126,128)의 단면적(d3)의 합이 유입구(112)로 미분탄의 유입량 100%이면 유출구(114)를 통해 배출되는 미분탄의 배출량은 50%로 제어되는 것과 동일한 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 스윙가변오리피스(120)를 형성하는 각각의 스윙게이트(122,124)가 밸브하우징(110)의 유로상에 대하여 직교되도록 서로 마주보며 수평하게 서로 위치된 상태의 전후 스윙게이트(122,124) 각도가 0°일 때는 연료 공급이 50%로 공급제어되고, 전후 스윙게이트(122,124)가 정역회전을 통해 선회된 각도가 90°로 선회하여 밸브하우징(110)의 유로와 동일 선상으로 수직으로 평행하게 개방되면 연료 공급이 100%로 공급제어됨에 따라 50~100% 범위로 연료공급이 제어되는 것을 특징으로 한다.

나아가, 상기 구동전달수단(150)은 기어, 벨트풀리, 체인, 와이어 중 어느 하나의 결합구성으로 상기 스윙가변오리피스(120)의 전후대칭되는 스윙게이트(122,124)가 정역회전되도록 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 스윙가변오리피스(120)와 밸브하우징(100) 내주연은 미분탄의 충돌로 인한 강도와 내마모성 향상을 위해 세라믹 코팅층 또는 텅스텐 코팅층이 형성된 것이 바람직하다.

본 발명은 화력발전소의 미분탄 공급조절 시스템의 미분탄유량측정유닛(Coal Flow Monitoring System;콜 유량 모니터링 시스템)을 통해 측정된 데이터에 의해 각 버너에서 연소효율 향상을 위한 미분탄 유량의 균형공급과 스윙게이트형으로 구성하여 밸브 내부 공간형성이 없어 미분탄이 쌓이는 적층현상이 없고, 이를 통해 운전 중에도 유량을 조절할 수 있으며, 별도의 퍼지(Purge)단계를 거치지 않고 바로 유량 조절이 가능함에 따라 실시간 측정된 미분탄 유량 데이터에 바로 적용가능하여 빠른 미분탄 유량제어가 가능하고, 이를 통해 각 버너의 균형된 연소제어가 가능하여 국부과열과 불완전연소로 보일러 열효율 저하 방지, 미연탄소분(Un-burned Carbon) 및 질소산화물(NOx) 발생 등의 환경문제 발생 최소화가 가능하며, 전체 발전설비의 운영 및 성능향상이 가능한 효과가 있다.

도 1은 화력발전소의 미분탄 공급조절 시스템을 보인 개략도이다.
도 2 및 도 3은 화력발전소의 미분탄 공급조절 시스템의 종래 가변오리피스밸브유닛의 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 화력발전소의 미분탄 공급조절 시스템의 스윙게이트형 가변오리피스밸브유닛의 전체 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 화력발전소의 미분탄 공급조절 시스템의 스윙게이트형 가변오리피스밸브유닛의 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 화력발전소의 미분탄 공급조절 시스템의 스윙게이트형 가변오리피스밸브유닛의 횡 단면상의 작동 상태도이다.
도 7은 본 발명에 따른 화력발전소의 미분탄 공급조절 시스템의 스윙게이트형 가변오리피스밸브유닛의 종 단면상의 작동 상태도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 화력발전소의 미분탄 공급조절 시스템의 스윙게이트형 가변오리피스밸브유닛의 50%, 100% 개방단계를 도시한 측면도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다수의 형태로 구현될 것이다.

본 명세서에서, 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 그리고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 결코 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 화력발전소의 미분탄 공급조절 시스템의 스윙게이트형 가변오리피스밸브유닛의 실시예에 따른 기술적 특징을 구체적으로 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명에 따른 화력발전소의 미분탄 공급조절 시스템의 스윙게이트형 가변오리피스밸브유닛의 전체 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 화력발전소의 미분탄 공급조절 시스템의 스윙게이트형 가변오리피스밸브유닛의 분해 사시도이며, 도 6은 본 발명에 따른 화력발전소의 미분탄 공급조절 시스템의 스윙게이트형 가변오리피스밸브유닛의 종 단면상의 작동 상태도이고, 도 7은 본 발명에 따른 화력발전소의 미분탄 공급조절 시스템의 스윙게이트형 가변오리피스밸브유닛의 횡 단면상의 작동 상태도이며, 도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 화력발전소의 미분탄 공급조절 시스템의 스윙게이트형 가변오리피스밸브유닛의 50%, 100% 개방단계를 도시한 측면도이다.

이하의 설명에서 종래기술과 동일한 구성 및 기능에 대해서는 상술한 특허 내용을 참조하고 구체적인 설명은 생략한다.

먼저, 도 1은 본 실시예에 따른 화력발전소의 미분탄 공급 조절 시스템이 적용된 화력발전소의 보일러 시스템을 보인 구성도이다. 상기 구성도에서는 석탄벙커에서 공급된 석탄은 미분기(pulverizer)(1)에서 분쇄되고, 분쇄된 미분탄은 미분기(1)로 공급되는 1차 공기에 의해 4개의 급탄관(coal pipe)(2)을 통해 버너(4)로 공급되는 한편, 2차 공기는 압입통풍기(FD fan)(5)에 의해 압입되고 공기예열기(6)를 통해 예열된 다음 버너(4)로 공급되어 미분탄과 혼합되어 연소가 이루어지게 된다.

도면에서 7은 미분탄유량측정유닛이고, 8은 제어유닛이며, 미설명 부호 9는 증기발생기이고, 10은 전기집진기이며, 11은 비산회 벙커이다. 이와 같이 버너(4)에 공급되는 공기는 미분탄 이송용인 1차 공기와 연소용 2차 공기로 구분되며, 1차 공기는 각 미분기(1)의 입구측에서 각각 측정되고, 2차 공기를 압입통풍기(FD fan)(5)의 출구측에서 각각 측정된다.

연료 이송용인 1차공기량은 연료량의 증감에 따라 조절되며 미분기별로도 조절이 가능하다. 연소용 2차공기량은 전체 연료량에 따라 압입통풍기(5)의 입구밸브를 가감하여 전체적으로 조절되며, 버너별로 공급되는 공기량은 미분기(1)의 온/오프(on/off) 및 부하에 따라 일률적으로 조절된다. 통상적으로 미분기별로 4개의 버너(4)에 공급되는 공기량의 편차는 연료량에 비하여 상대적으로 매우 적다.

이와 같은 종래의 화력발전소의 미분탄 공급 조절 시스템의 구성과 함께 미분탄유량측정수단(7), 가변오리피스밸브유닛(100) 및 제어유닛(8)을 더 구성한다.

여기서, 상기 미분탄유량측정유닛(7)은 미분기(1)의 출구측에 연결되는 출구측의 4개의 급탄관(2)에 각각 설치되어 실시간으로 미분탄량을 측정한다. 이렇게 미분탄유량측정유닛(7)을 통해 측정된 미분탄량의 신호가 제어유닛(8)에 전송되면 전송된 신호에 따라 미분기별 합산유량, 평균유량 및 버너별 유량편차를 표시한다. 버너별 유량편차 및 제반 운전여건을 고려한 최적 제어신호가 산출되면, 산출된 최적 제어신호는 가변오리피스밸브유닛으로 신호를 출력하여, 구동을 제어하게 된다.

이와 같이 미분탄유량측정유닛(7)의 실시간 전송된 신호에 따라 미분탄의 공급량을 제어하기 위해 가변오리피스밸브유닛을 통해 제어되는 통상의 가변오리피스밸브유닛의 범위는 기본 50%~100% 범위로 제어된다. 하지만, 이러한 가변오리피스밸브유닛으로 종래 방식은 수평이동에 따른 미분탄의 밸브내 적층으로 인한 운전상의 문제를 해결하기 위해 미분탄 제거과정을 거쳐야만 운전이 가능하고, 운전중 미분탄유량측정유닛으로부터의 최적의 제어신호가 산출되더라도 현실적으로는 퍼지포트를 통한 미분탄의 제거를 위한 미분탄 퍼지단계를 거치지 않고서는 정확한 게이트의 개방율로 제어하기는 어렵고, 이로 인해 적정 공급량으로 미분탄의 공급이 어려워 버너의 연소효율의 저하 및 불완전 연소 등에 따른 오염물질의 발생이 여전히 남아 있으며, 발전설비의 운영과 성능향상에 제한적일 수 밖에 없는 실정이다.

하지만, 상기 화력발전소의 미분탄 공급 조절 시스템의 가변오리피스밸브유닛을 본 발명에 따른 스윙게이트형 가변오리피스밸브유닛(100)을 통해 해결이 가능한 것으로, 상기 스윙게이트형 가변오리피스밸브유닛(100)은 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 밸브하우징(110), 스윙가변오리피스(120), 스윙축(130,140), 정역선회 구동전달수단(150), 구동수단(160)으로 구성된다.

상기와 같은 구성을 통해 본원 발명의 스윙게이트형 가변오리피스밸브유닛(100)을 화력발전소의 미분탄 공급조절 시스템에 적용되면 콜 유량의 모니터링되어 산출된 최적의 미분탄 유량의 각 버너로의 공급량을 제어시, 별도의 퍼지(제거) 단계가 필요없이 산출된 신호값에 따라 곧 바로 제어가 가능하고, 퍼지포트와 같은 구성을 형성할 필요도 없어 제작이 용이하며, 운전중에도 미분탄의 버너로의 공급유량을 손쉽게 제어하여 버너의 연소효율상승 및 불완전 연소 등에 따른 오염물질의 발생방지, 발전설비의 운영과 성능향상이 가능하게 된다. 또한, 종래 가변오리피스밸브 대비 크기와 무게가 현저히 줄어 장소의 제약이 적고, 공간 활용이 보다 용이하다.

이에 상기 스윙게이트형 가변오리피스밸브유닛(100)의 밸브하우징(100)은 상기 급탄관(2)의 유로 선상에 직선유로상으로 결합되고, 상기 급탄관(2) 내경과 동일한 내경의 직선유로상으로 형성되어 하측으로 유입구(112)와 상측으로 유출구(114)가 형성된다.

상기 스윙가변오리피스(120)는 미분탄의 유량을 단속제어하는 것으로, 통상 버너로 미분탄이 공급되기 위한 개방면적이 50%~100%로 단속제어가능해야 하며, 종래 슬라이딩 방식의 개방형식으로 인한 미분탄의 밸브내 적층에 따른 퍼지포트를 통한 미분탄 제거공정의 필요없이 신속하게 바로 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 50%~100%로 단속제어가 가능하도록 후술되는 스윙축을 기준으로 선회작동되는 스윙타입으로 구성된다.

즉, 스윙축에 의한 선회작동의 스윙타입 구성을 통해 미분탄이 밸브내로 유입될 수 있는 공간이 없고, 이로 인해 별도의 퍼지포트를 구비할 필요가 없으며, 미분탄의 제거공정이 필요없다. 또한, 운전중에도 미분탄의 최적유량을 산출된 신호값에 의해 미분탄 유량의 단속제어가 가능하다. 종래 가변오리피스밸브 역시 운전중에도 조작이 가능하도록 설명되어 있지만 실질적으로는 미분탄의 퍼지공정을 거쳐야만 운전이 가능하다. 퍼지공정 없이 운전하게 되면 미분탄으로 인해 밸브 자체의 손상이나 파손이 일어나고, 요구되는 게이트 개방율로 오픈이 어려워 실질적으로 발전효율이나 환경오염물질의 발생을 유발하게 된다.

상기와 같은 종래 대비 운전중 조작이 가능하고, 퍼지공정없이 작동가능한 본 발명에 따른 상기 스윙가변오리피스(120)는 반원형상의 원호상으로 형성된 스윙게이트(122,124)가 전후 대칭되게 형성된다. 또한, 상기 스윙게이트(122,124)의 원호상의 외연이 상기 밸브하우징(110) 내주연으로부터 이격형성되며, 상기 스윙게이트(122,124)의 반원형상의 중심측 면상에 와류방지홀(126,128)이 관통형성되어 상기 밸브하우징(110) 내주연 전후로 대칭형성된다. 즉, 서로 대칭형성된 반원형상의 원호상의 스윙게이트(122,124)가 서로 마주보며 나란히 형성하여 스윙가변오리피스(120)를 구성함으로써, 미분탄의 공급되는 밸브하우징 내의 단면적의 50%~100% 까지 제어가 운전중에 가능하고, 미분탄의 제거 없이도 가능하게 된다.

또한, 상기 미분탄이 공급되는 밸브하우징 내의 단면적의 50%의 조건을 만족하기 위해 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 밸브하우징(110)의 내주연 단면적(D)에 대하여 상기 스윙게이트(122,124)가 수직의 유로방향에 대하여 직교되면서 서로 마주보며 수평하게 서로 위치시, 상기 밸브하우징(110) 내주연으로부터 상기 스윙가변오리피스(120)를 형성하는 각각의 스윙게이트(122,124)의 원호상 외주연이 이격되어 연통되는 공간의 단면적(d1)과 상기 스윙게이트(122,124)가 서로 마주보는 직선상 외연의 이격거리에 따른 공간의 단면적(d2) 및 와류방지홀(126,128)의 단면적(d3)의 합이 유입구(112)로 미분탄의 유입량 100%이면 유출구(114)를 통해 배출되는 미분탄의 배출량은 50%로 제어되는 것과 동일하다.

즉, 밸브하우징(110)이 수직선상으로 직선유로를 가진 상태에서 단면적(D)에 대하여 스윙게이트(122,124)가 밸브하우징(110) 내부에 내주연으로부터 이격되고, 서로마주보며 이격된 상태와, 와류방지홀의 단면적의 합을 뺀 면적이 밸브하우징의 유로의 단면적(D)의 50%에 해당된다. 따라서, 스윙게이트(122,124)가 동일면상에서 서로 마주본 상태로 수직유로에 대하여 직교되는 수평상태를 유지한 상태에서는 밸브하우징(110)의 단면적(D) 전체를 차단하는 것이 아니라 이격된 공간과 스윙게이트의 마주보는 사이 공간 및 와류방지홀의 공간을 통해 미분탄이 급탄관을 통해 버너측으로 공급될 수 있고, 이렇게 공급되도록 제어되는 부분이 전체의 50%에 해당되는 것이다.

한편, 상기 와류방지홀(126,128)은 도 6과 도 7에 도시된 바와 같이, 반원형상의 원호상의 스윙게이트(122,124)가 일정각도로 선회작동되면 미분탄이 공기와 함께 밸브하우징(110)의 유로를 거쳐 급탄관을 통해 버너로 이송되는 과정에서 스윙게이트(122,124)의 편평한 면에 충돌하고, 충돌과 함께 미분탄의 와류가 발생되는 문제로 인해 스윙게이트 및 밸브하우징의 내주연이나 급탄관의 내주연에 충격이 발생되어 파손이나 마모의 문제점과 미분탄의 공급량의 정확성이 떨어지는 문제가 발생되기 때문에 와류의 발생을 최소로 억제하여 미분탄 공급흐름을 안정과 스윙게이트의 면 및 밸브하우징과 급탄관의 내주연의 마모 및 파손이 와류방지홀(126,128)을 통해 방지가 가능하다.

즉, 스윙게이트에 충돌될 미분탄이 와류방지홀을 통과하여 원할하게 이송됨에 따라 와류의 발생이 최소화되면서 유체흐름을 안정화하고, 충격에 따른 마모 및 파손방지를 통해 미분탄의 안정적 공급이 가능하여 미분탄의 연소작용에 적합하게 효율을 향상시킬 수 있는 정확한 공급량을 제어할 수 있게 된다.

나아가, 상기 스윙가변오리피스(120)를 형성하는 각각의 스윙게이트(122,124)가 밸브하우징(110)의 유로상에 대하여 직교되도록 서로 마주보며 수평하게 서로 위치된 상태에서 전후 스윙게이트(122,124)가 정회전 및 역회전을 통해 선회각도가 변화되면 도 8 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 스윙게이트(122,124)의 원호상의 외주연과 밸브하우징(110)의 내주연 사이의 이격간격이 확장되고, 스윙게이트(122,124)가 서로 마주보는 직선상의 사이 간격도 확장되며, 와류방지홀(126,128)은 각도의 변화로 인해 수평상의 단면적이 축소되게 된다. 즉, 스윙게이트의 각도가 수평상태에서 수직상태로 변화되는 과정에서 와류방지홀(126,128)의 역할은 점차 축소되면서 단면적이 줄어들게 되는 것이고, 스윙게이트의 원호상 및 직선상의 외주연은 개방되는 단면적이 확대되어 미분탄의 공급량의 50% 이상으로 제어가 가능하게 된다.

이에 대하여, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 스윙게이트(122,124)가 정역회전을 통해 선회된 각도가 90°로 선회하여 밸브하우징(110)의 유로와 동일 선상으로 수직으로 평행하게 개방되면 연료 공급이 100%로 공급제어된다. 즉, 스윙게이트가 밸브하우징의 직선유로와 직교되는 각도 0°에서 90°각도 범위에서 제어함에 따라 50%~100%의 미분탄 유량의 공급제어가 가능하다.

이와 같은 상기 스윙가변오리피스(120)는 세라믹 코팅층 또는 텅스텐 코팅층을 형성하여 강도 및 내마모성이 향상되도록 하여 미분탄 충돌에 따른 스윙게이트의 파손이나 손상이 최소화되고, 이를 통해 사용수명 증대가 가능하다. 또한, 밸브하우징(100) 내주연에도 세라믹 코팅층 또는 텅스텐 코팅층을 형성함으로써, 와류발생으로 인한 미분탄의 충돌에 따른 마모 및 파손으로부터 보호가 가능하다.

상기 스윙축(130,140)은 상기 스윙게이트(122,124)가 밸브하우징(110) 내에서 스윙축을 기준으로 미분탄 공급량에 따른 개방면적의 확대 및 축소를 위해 선회작동되도록 마련된 것으로, 상기 스윙가변오리피스(120)를 이루는 전후 대칭되게 형성된 반원형상의 스윙게이트가 수평을 이루는 중심측 원호상의 외연에 결합되어 스윙게이트가 축선상에서 선회작동가능하도록 좌우 대칭형성된다.

여기서,상기 스윙축(130, 140)의 일단은 자유회전가능하도록 밸브하우징(110) 외연 일측으로 축결합되고, 타단은 후술되는 정역선회 구동전달수단(150)에 고정결합되어 구동수단을 통해 전달된 구동력을 구동전달수단에 의해 전방 타단측의 스윙축(130)이 정회전하면 후방 타단측의 스윙축(140)은 역회전하되, 전후방측 스윙축은 동시에 동일한 각도로 정역회전하도록 마련된다.

상기 정역선회 구동전달수단(150)은 앞서 상술한 바와 같이, 스윙축 타단의 전방과 후방의 스윙축(130,140)이 서로 정, 역 회전하도록 구동력을 인가받아 전달하는 것으로, 상기 스윙게이트(122,124)의 스윙축(130,140) 일단이 축선상에서 자유회전 가능하게 상기 밸브하우징 일측으로 결합되고, 스윙축(130,140)의 타단이 구동력을 전달받도록 축결합되어 정역회전되도록 구동력을 전달하며, 도 6에 도시된 바와 같이, 전후 스윙게이트(122,124)가 서로 동시에 스윙축(130,140)선상에서 전방-후방, 후방-전방의 반대방향으로 동일한 각도로 선회작동되도록 상기 밸브하우징(110) 타측으로 형성된다. 여기서, 상기 정역선회 구동전달수단(150) 기어, 벨트풀리, 체인, 와이어 중 어느 하나의 결합구성으로 상기 스윙가변오리피스(120)의 전후대칭되는 스윙게이트(122,124)가 정역회전되도록 형성된다.

상기 구동수단(160)은 전술한 정역선회 구동전달수단(150)으로 구동력을 전달하여 스윙게이트가 스윙축의 정역선회작동에 따라 선회가능하도록 마련된 것으로, 상기 정역선회 구동전달수단(150)의 상측으로 핸들조작에 의한 수동 또는 전자동 액츄에이터를 구비한 구동모터에 의한 자동으로 상기 정역선회 구동전달수단(150)으로 구동력을 발생하여 상기 스윙가변오리피스(120)가 밸브하우징(110)의 50%~100%의 개방범위내에서 스윙조정되도록 마련된다.

이와 같은 구성에 따른 본 발명의 화력발전소의 미분탄 공급조절 시스템의 스윙게이트형 가변오리피스밸브유닛은 종래 가변오리피스밸브유닛의 단점인 퍼지포트의 구성과 수평선상으로 슬라이딩 이동하는 게이트로 인해 밸브내부로 미분탄이 쌓여 게이트 작동 불량을 발생시키는 원인으로 작용되어 미분탄의 퍼지공정의 필수 수행을 통해야만 작동이 가능하다는 점 및 이로 인한 실질적으로는 운전중 조작에 어려움이 따른 문제점을 해결할 수 있을 뿐만 아니라 크기와 중량 역시 기존 대비 30% 이상의 감소를 통해 장소 및 설치면적의 제약이 최소화될 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 스윙게이트형 가변오리피스밸브유닛은 도 7에 도시된 바와 같이, 미분기와 급탄관 사이에 하부측으로 유입구(112)가 관연결되고, 상부측으로는 유출구(114)가 관연결되도록 하여 밸브하우징(110)이 미분기와 급탄관 사이에 위치되도록 결합한다.

이와 같이 결합된 본원 발명의 스윙게이트형 가변오리피스밸브유닛(100)은 도 8에 도시된 바와 같이, 최초 50% 연료공급을 위하여 스윙게이트(122,124)가 수직선상의 직선유로상의 밸브하우징(110) 내에서 직교되는 방향 즉, 수평방향으로 서로 마주보도록 위치시킨다.

이후, 콜유량을 모니터링한 데이터를 통해 각 버너에 연소효율에 적합한 미분탄 유량을 산출하여 제어부를 통해 상기 스윙게이트형 가변오리피스밸브유닛(100)의 개방율을 조정한다. 예를 들어 75%의 연료공급이 요구된다면 제어부를 통해 전달받은 신호에 따라 구동수단(160)이 작동되고, 구동수단(160)은 정역선회 구동전달수단(150)을 통해 75% 연료공급이 요구되는 스윙게이트(122,124)의 각도로 스윙축을 선회작동하게 된다. 여기서, 75% 연료공급이 요구되는 스윙게이트의 선회각도가 대략적으로 40~50°범위내라고 가정하면 상기 정역선회 구동전달수단(150)은 별도의 퍼지공정없이 운전중에 바로 40~50°각도 범위로 스윙게이트(122,124)의 각도를 정역회전을 통해 조정하여 버너측으로 공급될 미분탄의 공급량을 제어되면서 유출구(114)를 통해 버너측으로 공급된다.

즉, 본원 발명의 스윙게이트형 가변오리피스밸브는 밸브하우징(110) 내에서 스윙게이트의 선회작동에 따라 미분탄 공급량에 따른 개방율을 조정할 수 있어 밸브하우징 외측으로 별도의 게이트 공간을 확보해야 할 필요성이 없고, 이로 인해 크기나 중량이 현저히 줄어들어 보다 컴팩트한 제품의 생산이 가능하다. 또한, 별도의 수동조작을 위한 핸들을 통해 운전중 조작이 가능하며, 버너로 공급되는 미분탄의 유량을 계속적으로 감시하면서 얻어지는 데이터에 의한 최적 유량을 변화를 실시간으로 전달하여 미분탄 유량의 제어가 가능함에 따라 화력발전소의 각 버너 간의 균형 연소 제어가 보다 빠른시간에 가능하여 발전설비의 운영 및 성능향상이 가능한 것은 자명한 것이다.

이상에서는 본 발명을 하나의 실시예로서 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않고, 기술사상 범위 내에서 통상의 지식을 가진 자라면 다수의 변형 및 수정이 가능함은 명백한 것이며, 본 발명의 실시예와 실질적 균등범위까지 포함된다 할 것이다.

1 : 미분기 2 : 급탄관
4 : 버너 5 : 압입통풍기
6 : 공기예열기 7 : 미분탄유량측정유닛
8 : 제어유닛 100 : 가변오리피스밸브유닛
110 : 밸브하우징 112 : 유입구
114 : 유출구 120 : 스윙가변오리피스
122,124 : 스윙게이트 126,128 : 와류방지홀
130,140 : 스윙축 150 : 정역선회 구동전달수단
160 : 구동수단

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화력발전소의 미분탄 공급조절 시스템을 구성하는 미분기(1), 상기 미분기(1)에서 분쇄된 미분탄이 상기 미분기(1)로 공급되는 1차 공기에 의해 급탄관(2)을 통하여 공급되는 버너(4), 2차 공기를 상기 버너(4)에 공급하는 압입통풍기(5), 상기 버너(4)로 공급되는 상기 2차 공기를 예열하는 공기 예열기(6), 상기 급탄관(2)에 설치되는 미분탄유량측정유닛(7), 상기 급탄관(2)의 중간 일부분에 설치되는 가변오리피스밸브유닛(100), 상기 미분탄유량측정유닛(7)의 측정값을 인가받아 상기 가변오리피스밸브유닛(100)의 구동을 제어하고, 연료량의 증감에 따라 연료 이송용 1차 공기량을 조절하며, 상기 압입통풍기(5) 입구변을 가감하여 전체 연료량에 따라 연소용 2차공기량을 조절하는 제어유닛(8)을 포함한 구성중 가변오리피스밸브유닛에 있어서, 상기 가변오리피스밸브유닛(100)은 상기 급탄관(2)의 유로 선상에 직선유로상으로 결합되고, 상기 급탄관 내경과 동일한 내경의 직선유로상으로 형성되어 하측으로 유입구(112)와 상측으로 유출구(114)가 형성된 밸브하우징(110)과; 반원형상의 원호상으로 형성된 스윙게이트(122,124)가 형성되고, 상기 스윙게이트(122,124)의 원호상의 외연이 상기 밸브하우징(110) 내주연으로부터 이격형성되며, 상기 스윙게이트(122,124)의 반원형상의 중심측 면상에 와류방지홀(126,128)이 관통형성되어 상기 밸브하우징(110) 내주연 전후로 대칭형성된 스윙가변오리피스(120)와; 상기 스윙가변오리피스(120)를 이루는 전후 대칭되게 형성된 반원형상의 스윙게이트가 수평을 이루는 중심측 원호상의 외연에 결합되어 스윙게이트가 축선상에서 선회작동가능하도록 좌우 대칭형성된 스윙축(130, 140))과; 상기 스윙게이트(122,124)의 스윙축(130,140) 일단이 축선상에서 자유회전 가능하게 상기 밸브하우징 일측으로 결합되고, 스윙축(130,140)의 타단이 구동력을 전달받도록 축결합되어 정역회전되도록 구동력을 전달하며, 전후 스윙게이트(122,124)가 서로 동시에 스윙축(130,140)선상에서 전방-후방, 후방-전방의 반대방향으로 동일한 각도로 선회작동되도록 상기 밸브하우징(110) 타측으로 형성되는 정역선회 구동전달수단(150)과; 상기 정역선회 구동전달수단(150)의 상측으로 핸들조작에 의한 수동 또는 전자동 액츄에이터를 구비한 구동모터에 의한 자동으로 상기 정역선회 구동전달수단(150)으로 구동력을 발생하여 상기 스윙가변오리피스(120)가 밸브하우징(110)의 50%~100%의 개방범위내에서 스윙조정되도록 마련된 구동수단(160);으로 형성되되,
상기 밸브하우징(110)의 내주연 단면적(D)에 대하여 상기 스윙게이트(122,124)가 수직의 유로방향에 대하여 직교되면서 서로 마주보며 수평하게 서로 위치시, 상기 밸브하우징(110) 내주연으로부터 상기 스윙가변오리피스(120)를 형성하는 각각의 스윙게이트(122,124)의 원호상 외주연이 이격되어 연통되는 공간의 단면적(d1)과 상기 스윙게이트(122,124)가 서로 마주보는 직선상 외연의 이격거리에 따른 공간의 단면적(d2) 및 와류방지홀(126,128)의 단면적(d3)의 합이 유입구(112)로 미분탄의 유입량 100%이면 유출구(114)를 통해 배출되는 미분탄의 배출량은 50%로 제어되는 것과 동일한 것을 특징으로 하는 화력발전소의 미분탄 공급조절 시스템의 스윙게이트형 가변오리피스밸브유닛.
제 2항에 있어서,
상기 스윙가변오리피스(120)를 형성하는 각각의 스윙게이트(122,124)가 밸브하우징(110)의 유로상에 대하여 직교되도록 서로 마주보며 수평하게 서로 위치된 상태의 전후 스윙게이트(122,124) 각도가 0°일 때는 연료 공급이 50%로 공급제어되고, 전후 스윙게이트(122,124)가 정역회전을 통해 선회된 각도가 90°로 선회하여 밸브하우징(110)의 유로와 동일 선상으로 수직으로 평행하게 개방되면 연료 공급이 100%로 공급제어됨에 따라 50~100% 범위로 연료공급이 제어되는 것을 특징으로 하는 화력발전소의 미분탄 공급조절 시스템의 스윙게이트형 가변오리피스밸브유닛.
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