KR102337026B1 - Apparatus for treating exhaust gas comprising nitrogen oxide in thermal power plant and Method for treating exhaust gas comprising nitrogen oxide in thermal power plant - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 화력발전소에서 배출되는 질소산화물 함유 배가스를 처리하는 처리장치와 처리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인공지능에 기반하여 보다 효과적으로 화력발전소의 질소산화물 함유 배가스를 처리할 수 있는 처리장치 및 처리방법에 관한 것이다.The present invention relates to a treatment apparatus and a treatment method for treating the nitrogen oxide-containing flue gas emitted from a thermal power plant, and more particularly, a treatment device capable of more effectively treating the nitrogen oxide-containing flue gas of a thermal power plant based on artificial intelligence and It's about processing.
화력발전소에서 배출되는 질소산화물 함유 배가스를 처리하기 위한 기술이 개발되고 있다. 그 중 탄화수소계 환원제 및 암모니아계 환원제를 복합적으로 적용하여, 질소산화물 함유 배가스를 보다 효과적으로 처리하는 기술도 알려져 있다(대한민국등록특허공보 제10-2159082호 참조). 이와 같은 기술은 서로 상이한 계열의 환원제를 적용함으로써, 화력발전소에서 배출되는 배가스 중 질소산화물을 처리할 수 있었다.A technology for treating the nitrogen oxide-containing flue gas emitted from thermal power plants is being developed. Among them, a technique for more effectively treating an exhaust gas containing nitrogen oxides by applying a hydrocarbon-based reducing agent and an ammonia-based reducing agent is also known (refer to Korean Patent Publication No. 10-2159082). This technology was able to treat nitrogen oxides in flue gas emitted from thermal power plants by applying different types of reducing agents.
그러나, 가스터빈의 운전 상태에 따라, 특히 저부하 운전 상태에서 질소산화물의 배출양상이 시간에 따라 급변하게 되어, 대응이 용이하지 않았다.However, depending on the operating state of the gas turbine, especially in the low-load operation state, the emission pattern of nitrogen oxides changed rapidly over time, which made it difficult to respond.
따라서, 서로 상이한 계열의 환원제를 효과적으로 적용하여, 시간에 따라 배출양상이 달라지는 질소산화물에 대하여도 능동적으로 대응할 수 있는 기술개발이 필요하다.Therefore, it is necessary to develop a technology that can actively respond to nitrogen oxides, which have different emission patterns over time, by effectively applying different types of reducing agents.
본 발명이 해결하고자 하는 하나의 과제는 인공지능에 기반하여, 상이한 계열의 환원제를 보다 효과적으로 적용함으로써, 시간에 따라 배출양상이 달라지는 질소산화물도 효과적으로 처리할 수 있는 화력발전소의 질소산화물 함유 배가스 처리장치를 제공하는 것이다.One problem to be solved by the present invention is an apparatus for treating nitrogen oxide-containing flue gas of a thermal power plant that can effectively treat nitrogen oxides, which change in emission patterns over time, by more effectively applying different types of reducing agents based on artificial intelligence is to provide
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 하나의 과제는 인공지능에 기반하여, 상이한 계열의 환원제를 보다 효과적으로 적용함으로써, 시간에 따라 배출양상이 달라지는 질소산화물도 효과적으로 처리할 수 있는 화력발전소의 질소산화물 함유 배가스 처리방법을 제공하는 것이다.In addition, another problem to be solved by the present invention is based on artificial intelligence, by applying different types of reducing agents more effectively, containing nitrogen oxides of thermal power plants that can effectively treat nitrogen oxides that change over time in emission patterns To provide an exhaust gas treatment method.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems of the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명에 의한 화력발전소의 질소산화물 함유 배가스 처리장치는, 가스터빈과 탈질촉매 사이에 형성된 환원제주입부; 상기 환원제주입부로 환원제를 이송하는 환원제이송부; 기수집된 표본가스터빈의 운전데이터와 배가스조성데이터의 상관관계를 입력받고, 인공지능 학습 알고리즘에 의해 학습하여 배가스 내 질소산화물 농도에 영향을 미치는 영향인자를 도출하는 데이터학습모듈; 상기 가스터빈 운전 시에 실시간으로 측정된 상기 영향인자의 변화와 그에 따른 배가스 내 질소산화물 농도변화의 측정값을 입력받고, 상기 영향인자와 상기 질소산화물 농도간 시간에 따른 상관관계를 인공지능 학습 알고리즘에 의해 학습하여 상기 가스터빈 운전 중인 제1시점에서, 그보다 시간이 경과된 제2시점의 배가스 내 질소산화물 농도를 예측하는 농도예측모듈; 및 상기 농도예측모듈이 예측한 상기 제2시점의 배가스 내 질소산화물 농도에 대응하는 환원제분사량 계산값을 얻고, 상기 제1시점으로부터 상기 환원제이송부를 제어하여, 상기 제2시점에서 상기 환원제주입부를 통해 주입되는 환원제의 양을 상기 환원제분사량 계산값과 일치시키는 공정제어모듈을 포함하고, 상기 질소산화물은 일산화질소 및 이산화질소를 포함하고, 상기 환원제는 탄화수소계환원제 및 암모니아계환원제를 포함한다.The nitrogen oxide-containing flue gas treatment apparatus of a thermal power plant according to the present invention comprises: a reducing agent injection unit formed between a gas turbine and a denitration catalyst; a reducing agent transfer unit for transferring the reducing agent to the reducing agent injection unit; a data learning module that receives the correlation between the operation data of the previously collected sample gas turbine and the exhaust gas composition data, and learns it by an artificial intelligence learning algorithm to derive influence factors affecting the nitrogen oxide concentration in the exhaust gas; The artificial intelligence learning algorithm receives the measured value of the change in the influencing factor measured in real time during the operation of the gas turbine and the change in the nitrogen oxide concentration in the exhaust gas accordingly, and the correlation over time between the influencing factor and the nitrogen oxide concentration a concentration prediction module for estimating the concentration of nitrogen oxides in the exhaust gas at a second point in time that has elapsed from the first point in time during gas turbine operation by learning by; and obtaining a calculated reducing agent injection amount corresponding to the nitrogen oxide concentration in the exhaust gas at the second time point predicted by the concentration prediction module, and controlling the reducing agent transfer unit from the first time point, through the reducing agent injection unit at the second time point and a process control module for matching the amount of the injected reducing agent with the calculated reducing agent injection amount, wherein the nitrogen oxide includes nitrogen monoxide and nitrogen dioxide, and the reducing agent includes a hydrocarbon-based reducing agent and an ammonia-based reducing agent.
상기 표본가스터빈은 그 후단에 표본탈질촉매가 위치하고, 상기 표본가스터빈과 상기 표본탈질촉매 사이에 표본환원제주입부가 형성된 가스터빈을 포함할 수 있다.The sample gas turbine may include a gas turbine in which a sample denitration catalyst is positioned at a rear end thereof, and a sample reducing agent injection unit is formed between the sample gas turbine and the sample denitration catalyst.
상기 데이터학습모듈 및 상기 농도예측모듈의 인공지능 학습 알고리즘은 입력층과 출력층 사이에 복수의 계산 노드들로 이루어진 은닉층이 적어도 하나 형성된 인공신경망 알고리즘을 포함하며, 상기 농도예측모듈의 상기 인공신경망 알고리즘은, 입력변수들의 시간 의존성이 고려된 연산결과를 출력하는 순환신경망 알고리즘을 포함할 수 있다.The artificial intelligence learning algorithm of the data learning module and the concentration prediction module includes an artificial neural network algorithm in which at least one hidden layer composed of a plurality of computation nodes is formed between an input layer and an output layer, and the artificial neural network algorithm of the concentration prediction module comprises: , it may include a recurrent neural network algorithm that outputs an operation result in which time dependence of input variables is considered.
상기 농도예측모듈의 인공지능 학습 알고리즘은, 인공신경망 알고리즘, 강화학습 알고리즘, 지도학습 알고리즘, 및 비지도학습 알고리즘 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The artificial intelligence learning algorithm of the concentration prediction module may include at least one selected from an artificial neural network algorithm, a reinforcement learning algorithm, a supervised learning algorithm, and an unsupervised learning algorithm.
상기 환원제분사량 계산값은, 상기 농도예측모듈이 예측한 상기 제2시점의 배가스 내 질소산화물에 포함되는 이산화질소에 연동되어 상기 탄화수소계환원제의 소요량을 산출하여 얻어질 수 있다.The calculated reducing agent injection amount may be obtained by calculating the required amount of the hydrocarbon-based reducing agent in association with nitrogen dioxide included in nitrogen oxides in the exhaust gas at the second time point predicted by the concentration prediction module.
상기 환원제분사량 계산값은, 상기 농도예측모듈이 예측한 상기 제2시점의 배가스 내 질소산화물에 포함되는 이산화질소의 0.5 당량에 해당하는 양을 상기 탄화수소계환원제의 최대량으로 설정하여 얻어질 수 있다.The calculated value of the reducing agent injection amount, the amount corresponding to 0.5 equivalent of nitrogen dioxide contained in the nitrogen oxide in the exhaust gas at the second time point predicted by the concentration prediction module can be obtained by setting the maximum amount of the hydrocarbon-based reducing agent.
상기 탄화수소계환원제의 최대량은 하기 수학식 1 또는 하기 수학식 1-1을 적용하여 산출할 수 있다.The maximum amount of the hydrocarbon-based reducing agent can be calculated by applying
[수학식 1][Equation 1]
상기 식에서, Qe1은 탄화수소계 환원제량(kg/hr), Q는 배가스량(Nm3/hr.dry), NO2i는 이산화질소농도(ppm), MW는 환원제분자량, P는 환원제순도(%), NSR은 환원제 표준당량비(0.5)이다.In the above formula, Q e1 is the amount of hydrocarbon-based reducing agent (kg/hr), Q is the amount of exhaust gas (Nm 3 /hr.dry), NO 2i is nitrogen dioxide concentration (ppm), MW is the reducing agent molecular weight, P is the reducing agent purity (%) , NSR is the reducing agent standard equivalent ratio (0.5).
[수학식 1-1][Equation 1-1]
상기 식에서, Qe1은 탄화수소계 환원제량(kg/hr), Q는 배가스량(Nm3/hr.dry), NO2i는 이산화질소농도(ppm), O2A는 실제산소농도(%, dry), O2R은 표준산소농도(%, dry), MW는 환원제분자량, P는 환원제순도(%), NSR은 환원제 표준당량비(0.5)이다.In the above formula, Q e1 is the amount of hydrocarbon-based reducing agent (kg/hr), Q is the amount of exhaust gas (Nm 3 /hr. dry), NO 2i is nitrogen dioxide concentration (ppm), O 2A is the actual oxygen concentration (%, dry), O 2R is the standard oxygen concentration (%, dry), MW is the reducing agent molecular weight, P is the reducing agent purity (%), and NSR is the reducing agent standard equivalent ratio (0.5).
상기 환원제분사량 계산값은, 상기 농도예측모듈이 예측한 상기 제2시점의 배가스 내 질소산화물의 1 당량에 해당하는 양을 상기 암모니아계환원제의 최대량으로 설정하여 얻어질 수 있다.The calculated reducing agent injection amount may be obtained by setting the amount corresponding to 1 equivalent of nitrogen oxide in the exhaust gas at the second time point predicted by the concentration prediction module as the maximum amount of the ammonia-based reducing agent.
상기 암모니아계환원제의 최대량은 하기 수학식 2 또는 하기 수학식 2-1을 적용하여 산출할 수 있다.The maximum amount of the ammonia-based reducing agent can be calculated by applying Equation 2 or Equation 2-1 below.
[수학식 2][Equation 2]
상기 식에서, Qe2은 암모니아계 환원제량(kg/hr), Q는 배가스량(Nm3/hr.dry), NOxi는 질소산화물 농도(ppm), NOxo는 질소산화물 목표농도(ppm), M은 설계여유값(margin, NOxi의 20% 이하 값), MW는 환원제분자량, P는 환원제순도(%), NSR은 환원제 표준당량비(1)이다.In the above formula, Q e2 is the amount of ammonia-based reducing agent (kg/hr), Q is the amount of exhaust gas (Nm 3 /hr. dry), NOx i is the nitrogen oxide concentration (ppm), NOx o is the nitrogen oxide target concentration (ppm), M is the design margin (margin, less than 20% of NOxi), MW is the molecular weight of the reducing agent, P is the reducing agent purity (%), and NSR is the reducing agent standard equivalent ratio (1).
[수학식 2-1] [Equation 2-1]
상기 식에서, Qe2은 암모니아계 환원제량(kg/hr), Q는 배가스량(Nm3/hr.dry), NOxi는 질소산화물 농도(ppm), NOxo는 질소산화물 목표농도(ppm), M은 설계여유값(margin, NOxi의 20% 이하 값), O2A는 실제산소농도(%, dry), O2R은 표준산소농도(%, dry), MW는 환원제분자량, P는 환원제순도(%), NSR은 환원제 표준당량비(1)이다.In the above formula, Q e2 is the amount of ammonia-based reducing agent (kg/hr), Q is the amount of exhaust gas (Nm 3 /hr. dry), NOx i is the nitrogen oxide concentration (ppm), NOx o is the nitrogen oxide target concentration (ppm), M is the design margin (margin, value less than 20% of NOxi), O 2A is the actual oxygen concentration (%, dry), O 2R is the standard oxygen concentration (%, dry), MW is the reducing agent molecular weight, and P is the reducing agent purity ( %), NSR is the reducing agent standard equivalent ratio (1).
상기 환원제분사량 계산값은, 상기 농도예측모듈이 예측한 상기 제2시점의 배가스 내 질소산화물에 포함되는 이산화질소의 0.5 당량에 해당하는 양을 상기 탄화수소계환원제의 최대량으로 설정하고, 상기 농도예측모듈이 예측한 상기 제2시점의 배가스 내 질소산화물의 1 당량에 해당하는 양을 상기 암모니아계환원제의 최대량으로 설정하여 얻어질 수 있다.The calculated value of the reducing agent injection amount is set as the maximum amount of the hydrocarbon-based reducing agent an amount corresponding to 0.5 equivalent of nitrogen dioxide contained in nitrogen oxide in the exhaust gas at the second time point predicted by the concentration prediction module, and the concentration prediction module is It can be obtained by setting the predicted amount corresponding to 1 equivalent of nitrogen oxide in the exhaust gas at the second time point as the maximum amount of the ammonia-based reducing agent.
상기 탄화수소계 환원제 최대량은 수학식 1 또는 수학식 1-1을 적용하고, 상기 암모니아계 환원제 최대량은 수학식 2 또는 수학식 2-1을 적용하여 산출될 수 있다.The maximum amount of the hydrocarbon-based reducing agent may be calculated by applying
상기 운전데이터는 상기 표본가스터빈의 연소조건, 부하량, 및 배가스량 중에서 선택된 하나 이상을 포함하고, 상기 연소조건은 내부연소조건과 외기조건 중에서 선택된 하나 이상을 포함하고, 상기 내부연소조건은 연소기 수량(또는 버너 수량), 공기연료비, 연소온도, 연소압력, 로내온도, 및 로내압력 중에서 선택된 하나 이상을 포함하며, 상기 표본가스터빈은 상기 가스터빈 및 그와 다른 가스터빈 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The operation data includes at least one selected from a combustion condition, a load amount, and an amount of exhaust gas of the sample gas turbine, the combustion condition includes at least one selected from an internal combustion condition and an external air condition, and the internal combustion condition is an amount of combustor (or number of burners), air fuel cost, combustion temperature, combustion pressure, furnace temperature, and at least one selected from furnace pressure, wherein the sample gas turbine includes at least one selected from the gas turbine and other gas turbines can do.
상기 운전데이터는 상기 표본가스터빈과 상기 표본가스터빈 후단의 표본탈질촉매 사이의 배가스 온도, 및 배가스 유속 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.The operation data may include at least one selected from an exhaust gas temperature and an exhaust gas flow rate between the sample gas turbine and the sample denitration catalyst at the rear end of the sample gas turbine.
상기 배가스조성데이터는 상기 표본가스터빈과 상기 표본가스터빈 후단의 표본탈질촉매 사이의 배가스조성데이터를 포함할 수 있다.The exhaust gas composition data may include flue gas composition data between the sample gas turbine and the sample denitration catalyst at the rear end of the sample gas turbine.
상기 가스터빈과 상기 탈질촉매 사이에서, 배가스 온도, 배가스 유속, 및 배가스조성 중에서 선택된 하나 이상을 측정하는 측정부를 더 포함할 수 있다.Between the gas turbine and the denitration catalyst, a measuring unit for measuring at least one selected from an exhaust gas temperature, an exhaust gas flow rate, and an exhaust gas composition may be further included.
상기 탈질촉매와 상기 환원제주입부 사이에 배치되는 추가환원제주입부를 더 포함할 수 있다.It may further include an additional reducing agent injection unit disposed between the denitration catalyst and the reducing agent injection unit.
상기 공정제어모듈은, 환원제 공급 전 또는 후에, 상기 가스터빈을 포함하는 배가스 유동경로 내 이상상태를 자동으로 진단하고, 이상상태가 발견되면 상기 환원제이송부, 및 상기 가스터빈을 포함하는 화력발전소의 설비 중 제어 가능한 적어도 어느 하나의 설비를 동작시켜 상기 이상상태를 자동으로 해소시키는 제어를 할 수 있다.The process control module automatically diagnoses an abnormal state in the exhaust gas flow path including the gas turbine before or after supply of the reducing agent, and when an abnormal state is found, the reducing agent transfer unit, and the facility of a thermal power plant including the gas turbine It is possible to perform a control to automatically resolve the abnormal state by operating at least one controllable facility among them.
상기 이상상태는, 상기 배가스 유동경로 내 환원제 농도로부터 판별된 환원제 과다상태를 포함할 수 있다.The abnormal state may include a reducing agent excess state determined from the reducing agent concentration in the exhaust gas flow path.
본 발명에 의한 화력발전소의 질소산화물 함유 배가스 처리방법은, (a) 기수집된 표본가스터빈의 운전데이터와 배가스조성데이터의 상관관계를 컴퓨터가 인공지능 학습 알고리즘에 의해 학습하여, 배가스 내 질소산화물 농도에 영향을 미치는 영향인자를 도출하는 학습-도출단계; (b) 가스터빈 운전 시에 실시간으로 측정된 상기 영향인자의 변화와 그에 따른 배가스 내 질소산화물 농도변화의 시간에 따른 상관관계를 컴퓨터가 인공지능 학습 알고리즘에 의해 학습하여 상기 가스터빈 운전 중인 제1시점에서, 그보다 시간이 경과된 제2시점의 배가스 내 질소산화물 농도를 예측하는 학습-예측단계; 및 (c) 상기 (b) 단계에서 예측된 상기 제2시점의 배가스 내 질소산화물 농도에 대응하는 환원제분사량 계산값을 얻고, 상기 제1시점으로부터 환원제의 이송공정을 제어하여 상기 제2시점에서 배가스로 분사되는 환원제의 양을 상기 환원제분사량 계산값과 일치시키는 목표-제어단계를 포함하고, 상기 가스터빈은 그 후단에 탈질촉매가 위치하고, 상기 가스터빈과 상기 탈질촉매 사이에 환원제주입부가 형성되고, 상기 질소산화물은 일산화질소 및 이산화질소를 포함하고, 상기 환원제는 탄화수소계환원제 및 암모니아계환원제를 포함한다.The method for treating exhaust gas containing nitrogen oxides of thermal power plants according to the present invention comprises: (a) a computer learns the correlation between the operation data of a sample gas turbine and the composition data of the collected sample gas by an artificial intelligence learning algorithm, and the nitrogen oxide in the exhaust gas a learning-derivation step of deriving an influencing factor affecting the concentration; (b) The computer learns the correlation with time of the change in the influence factor measured in real time during gas turbine operation and the change in the nitrogen oxide concentration in the exhaust gas according to the artificial intelligence learning algorithm, and the first in operation of the gas turbine a learning-prediction step of predicting the concentration of nitrogen oxides in the exhaust gas at a second time point at which time has elapsed; and (c) obtaining a calculated reducing agent injection amount corresponding to the nitrogen oxide concentration in the exhaust gas at the second point in time predicted in step (b), and controlling the transfer process of the reducing agent from the first point in time to control the exhaust gas at the second time point a target-control step of matching the amount of the reducing agent injected into the furnace with the calculated value of the reducing agent injection amount, wherein a denitration catalyst is located at the rear end of the gas turbine, and a reducing agent injection part is formed between the gas turbine and the denitration catalyst, The nitrogen oxide includes nitrogen monoxide and nitrogen dioxide, and the reducing agent includes a hydrocarbon-based reducing agent and an ammonia-based reducing agent.
상기 표본가스터빈은 그 후단에 표본탈질촉매가 위치하고, 상기 표본가스터빈과 상기 표본탈질촉매 사이에 표본환원제주입부가 형성된 것일 수 있다.The sample gas turbine may have a sample denitration catalyst positioned at a rear end thereof, and a sample reducing agent injection unit may be formed between the sample gas turbine and the sample denitration catalyst.
상기 (a) 단계 및 (b) 단계의 인공지능 학습 알고리즘은 입력층과 출력층 사이에 복수의 계산 노드들로 이루어진 은닉층이 적어도 하나 형성된 인공신경망 알고리즘을 포함하며, 상기 (b) 단계에서 상기 인공신경망 알고리즘은, 입력변수들의 시간 의존성이 고려된 연산결과를 출력하는 순환신경망 알고리즘을 포함할 수 있다.The artificial intelligence learning algorithm of steps (a) and (b) includes an artificial neural network algorithm in which at least one hidden layer composed of a plurality of computation nodes is formed between an input layer and an output layer, and in the step (b), the artificial neural network The algorithm may include a recurrent neural network algorithm that outputs an operation result in which time dependence of input variables is considered.
상기 (b) 단계의 상기 인공지능 학습 알고리즘은, 인공신경망 알고리즘, 강화학습 알고리즘, 지도학습 알고리즘, 및 비지도학습 알고리즘 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The artificial intelligence learning algorithm of step (b) may include at least one selected from an artificial neural network algorithm, a reinforcement learning algorithm, a supervised learning algorithm, and an unsupervised learning algorithm.
상기 운전데이터는 상기 표본가스터빈의 연소조건, 부하량, 및 배가스량 중에서 선택된 하나 이상을 포함하고, 상기 연소조건은 내부연소조건과 외기조건 중에서 선택된 하나 이상을 포함하고, 상기 내부연소조건은 연소기 수량(또는 버너 수량), 공기연료비, 연소온도, 연소압력, 로내온도, 및 로내압력 중에서 선택된 하나 이상을 포함하며, 상기 표본가스터빈은 상기 가스터빈 및 그와 다른 가스터빈 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The operation data includes at least one selected from a combustion condition, a load amount, and an amount of exhaust gas of the sample gas turbine, the combustion condition includes at least one selected from an internal combustion condition and an external air condition, and the internal combustion condition is an amount of combustor (or number of burners), air fuel cost, combustion temperature, combustion pressure, furnace temperature, and at least one selected from furnace pressure, wherein the sample gas turbine includes at least one selected from the gas turbine and other gas turbines can do.
상기 운전데이터는 상기 표본가스터빈과 상기 표본가스터빈 후단의 표본탈질촉매 사이의 배가스 온도, 및 배가스 유속 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.The operation data may include at least one selected from an exhaust gas temperature and an exhaust gas flow rate between the sample gas turbine and the sample denitration catalyst at the rear end of the sample gas turbine.
상기 배가스조성데이터는 상기 표본가스터빈과 상기 표본가스터빈 후단의 표본탈질촉매 사이의 배가스조성데이터를 포함할 수 있다.The exhaust gas composition data may include flue gas composition data between the sample gas turbine and the sample denitration catalyst at the rear end of the sample gas turbine.
상기 (a) 단계의 영향인자는, 배가스 내 질소산화물의 농도를 변화시키는 변화의 민감도에 따라서 상기 운전데이터의 일부로서 도출될 수 있다.The influencing factor of step (a) may be derived as a part of the operation data according to the sensitivity of the change to change the concentration of nitrogen oxide in the exhaust gas.
상기 (c)단계에서, 상기 환원제분사량 계산값은, 상기 (b)단계에서 예측된 상기 제2시점의 배가스 내 질소산화물에 포함되는 이산화질소에 연동되어 상기 탄화수소계환원제의 소요량을 산출하여 얻어질 수 있다.In the step (c), the calculated value of the reducing agent injection amount is linked to the nitrogen dioxide contained in the nitrogen oxides in the exhaust gas at the second time point predicted in the step (b). It can be obtained by calculating the required amount of the hydrocarbon-based reducing agent. have.
상기 환원제분사량 계산값은, 상기 (b)단계에서 예측된 상기 제2시점의 배가스 내 질소산화물에 포함되는 이산화질소의 0.5 당량에 해당하는 양을 상기 탄화수소계환원제의 최대량으로 설정하여 얻어질 수 있다.The calculated value of the reducing agent injection amount can be obtained by setting the amount corresponding to 0.5 equivalent of nitrogen dioxide contained in the nitrogen oxide in the exhaust gas at the second time point predicted in step (b) as the maximum amount of the hydrocarbon-based reducing agent.
상기 탄화수소계환원제의 최대량은 하기 수학식 1 또는 하기 수학식 1-1을 적용하여 산출할 수 있다.The maximum amount of the hydrocarbon-based reducing agent can be calculated by applying
[수학식 1][Equation 1]
상기 식에서, Qe1은 탄화수소계 환원제량(kg/hr), Q는 배가스량(Nm3/hr.dry), NO2i는 이산화질소농도(ppm), MW는 환원제분자량, P는 환원제순도(%), NSR은 환원제 표준당량비(0.5)이다.In the above formula, Q e1 is the amount of hydrocarbon-based reducing agent (kg/hr), Q is the amount of exhaust gas (Nm 3 /hr.dry), NO 2i is nitrogen dioxide concentration (ppm), MW is the reducing agent molecular weight, P is the reducing agent purity (%) , NSR is the reducing agent standard equivalent ratio (0.5).
[수학식 1-1][Equation 1-1]
상기 식에서, Qe1은 탄화수소계 환원제량(kg/hr), Q는 배가스량(Nm3/hr.dry), NO2i는 이산화질소농도(ppm), O2A는 실제산소농도(%, dry), O2R은 표준산소농도(%, dry), MW는 환원제분자량, P는 환원제순도(%), NSR은 환원제 표준당량비(0.5)이다.In the above formula, Q e1 is the amount of hydrocarbon-based reducing agent (kg/hr), Q is the amount of exhaust gas (Nm 3 /hr. dry), NO 2i is nitrogen dioxide concentration (ppm), O 2A is the actual oxygen concentration (%, dry), O 2R is the standard oxygen concentration (%, dry), MW is the reducing agent molecular weight, P is the reducing agent purity (%), and NSR is the reducing agent standard equivalent ratio (0.5).
상기 환원제분사량 계산값은, 상기 (b)단계에서 예측된 상기 제2시점의 배가스 내 질소산화물의 1 당량에 해당하는 양을 상기 암모니아계환원제의 최대량으로 설정하여 얻어질 수 있다.The calculated value of the reducing agent injection amount may be obtained by setting the amount corresponding to 1 equivalent of nitrogen oxide in the exhaust gas at the second time point predicted in step (b) as the maximum amount of the ammonia-based reducing agent.
상기 암모니아계환원제의 최대량은 하기 수학식 2 또는 하기 수학식 2-1을 적용하여 산출할 수 있다.The maximum amount of the ammonia-based reducing agent can be calculated by applying Equation 2 or Equation 2-1 below.
[수학식 2][Equation 2]
상기 식에서, Qe2은 암모니아계 환원제량(kg/hr), Q는 배가스량(Nm3/hr.dry), NOxi는 질소산화물 농도(ppm), NOxo는 질소산화물 목표농도(ppm), M은 설계여유값(margin, NOxi의 20% 이하 값), MW는 환원제분자량, P는 환원제순도(%), NSR은 환원제 표준당량비(1)이다.In the above formula, Q e2 is the amount of ammonia-based reducing agent (kg/hr), Q is the amount of exhaust gas (Nm 3 /hr. dry), NOx i is the nitrogen oxide concentration (ppm), NOx o is the nitrogen oxide target concentration (ppm), M is the design margin (margin, less than 20% of NOxi), MW is the molecular weight of the reducing agent, P is the reducing agent purity (%), and NSR is the reducing agent standard equivalent ratio (1).
[수학식 2-1] [Equation 2-1]
상기 식에서, Qe2은 암모니아계 환원제량(kg/hr), Q는 배가스량(Nm3/hr.dry), NOxi는 질소산화물 농도(ppm), NOxo는 질소산화물 목표농도(ppm), M은 설계여유값(margin, NOxi의 20% 이하 값), O2A는 실제산소농도(%, dry), O2R은 표준산소농도(%, dry), MW는 환원제분자량, P는 환원제순도(%), NSR은 환원제 표준당량비(1)이다.In the above formula, Q e2 is the amount of ammonia-based reducing agent (kg/hr), Q is the amount of exhaust gas (Nm 3 /hr. dry), NOx i is the nitrogen oxide concentration (ppm), NOx o is the nitrogen oxide target concentration (ppm), M is the design margin (margin, value less than 20% of NOxi), O 2A is the actual oxygen concentration (%, dry), O 2R is the standard oxygen concentration (%, dry), MW is the reducing agent molecular weight, and P is the reducing agent purity ( %), NSR is the reducing agent standard equivalent ratio (1).
상기 환원제분사량 계산값은, 상기 (b)단계에서 예측된 상기 제2시점의 배가스 내 질소산화물에 포함되는 이산화질소의 0.5 당량에 해당하는 양을 상기 탄화수소계환원제의 최대량으로 설정하고, 상기 (b)단계에서 예측된 상기 제2시점의 배가스 내 질소산화물의 1 당량에 해당하는 양을 상기 암모니아계환원제의 최대량으로 설정하여 얻어질 수 있다.The calculated value of the reducing agent injection amount is set as the maximum amount of the hydrocarbon-based reducing agent in an amount corresponding to 0.5 equivalents of nitrogen dioxide contained in nitrogen oxides in the exhaust gas at the second time point predicted in step (b), and (b) It can be obtained by setting the amount corresponding to 1 equivalent of nitrogen oxide in the exhaust gas at the second time point predicted in the step as the maximum amount of the ammonia-based reducing agent.
상기 탄화수소계 환원제 최대량은 수학식 1 또는 수학식 1-1을 적용하고, 상기 암모니아계 환원제 최대량은 수학식 2 또는 수학식 2-1을 적용하여 산출할 수 있다.The maximum amount of the hydrocarbon-based reducing agent may be calculated by applying
상기 (c) 단계는, 환원제 공급 전 또는 후에, 컴퓨터로 상기 가스터빈을 포함하는 배가스 유동경로 내 이상상태를 자동으로 진단하는 단계와, 이상상태가 발견되면 컴퓨터로 제어시스템 및 상기 이송공정 중 적어도 어느 하나를 제어하여 상기 이상상태를 자동으로 해소시키는 단계가 포함된 세부단계를 포함할 수 있다.The step (c) is, before or after supply of the reducing agent, automatically diagnosing an abnormal state in the flue gas flow path including the gas turbine with a computer, and when an abnormal state is found, at least one of the computer control system and the transfer process It may include a detailed step including the step of automatically resolving the abnormal state by controlling any one.
상기 이상상태를 자동으로 해소시키는 단계는, 상기 가스터빈을 포함하는 배가스 유동경로 내 환원제 농도를 조절하여 환원제 과다에 의한 폭발 및 화재위험을 제거하는 과정을 포함할 수 있다.The step of automatically resolving the abnormal state may include the process of controlling the concentration of the reducing agent in the exhaust gas flow path including the gas turbine to remove the risk of explosion and fire due to the excess of the reducing agent.
본 발명에 의하면, 서로 상이한 계열의 환원제를 보다 효과적으로 적용하여, 시간에 따라 배출양상이 달라지는 질소산화물도 능동적으로 처리할 수 있다.According to the present invention, by more effectively applying different series of reducing agents, it is possible to actively treat nitrogen oxides, which have different emission patterns over time.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 화력발전소의 질소산화물함유 배가스 처리장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 화력발전소의 질소산화물함유 배가스처리장치를 설명하기 위한 블럭도이다.
도 3은 도 1의 데이터학습모듈 및 농도예측모듈에 적용 가능한 학습 알고리즘의 예를 개념적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 화력발전소의 질소산화물함유 배가스 처리방법을 도시한 순서도이다.
도 5는 오염물질농도 예측 및 환원제공급과 관련된 처리과정을 경시적으로 나타낸 타임테이블 및 그에 따른 환원제공급량의 변동을 예시적으로 나타낸 그래프를 함께 도시한 도면이다.1 is a view showing a nitrogen oxide-containing exhaust gas treatment apparatus of a thermal power plant according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram for explaining a nitrogen oxide-containing exhaust gas treatment apparatus of a thermal power plant according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram conceptually illustrating an example of a learning algorithm applicable to the data learning module and the concentration prediction module of FIG. 1 .
4 is a flowchart illustrating a method for treating a nitrogen oxide-containing exhaust gas of a thermal power plant according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing a time table showing the processing process related to the prediction of the pollutant concentration and the supply of the reducing agent over time, and a graph showing the fluctuation of the supply amount of the reducing agent according thereto.
본 발명의 이점 및 특징 그리고 그것들을 달성하기 위한 방법들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 단지 청구항에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be implemented in various different forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete and common knowledge in the art to which the present invention pertains. It is provided to fully inform the possessor of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.
본 명세서에서, 질소산화물(nitrogen oxide)은 질소와 산소로 이루어진 화합물 또는 이들의 혼합물을 의미하며, 일산화질소, 이산화질소, 일산화이질소, 삼산화이질소, 사산화이질소, 및/또는 오산화이질소를 포함하는 의미한다.In the present specification, nitrogen oxide means a compound consisting of nitrogen and oxygen or a mixture thereof, and includes nitrogen monoxide, nitrogen dioxide, dinitrogen monoxide, dinitrogen trioxide, dinitrogen tetraoxide, and/or dinitrogen pentoxide .
이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 화력발전소의 질소산화물 함유 배가스처리 장치(이하, '처리장치' 또는 '배가스 처리장치'라 지칭될 수 있음) 및 화력발전소의 질소산화물 함유 배가스 처리방법(이하, '처리방법' 또는 '배가스 처리방법'이라 지칭될 수 있음)에 대해 상세히 설명한다. Hereinafter, with reference to FIGS. 1 to 5 , a nitrogen oxide-containing flue gas treatment device (hereinafter, may be referred to as a ‘treatment device’ or ‘exhaust gas treatment device’) of a thermal power plant according to an embodiment of the present invention and a thermal power plant The nitrogen oxide-containing flue gas treatment method (hereinafter, may be referred to as a 'treatment method' or a 'exhaust gas treatment method') will be described in detail.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 화력발전소의 배가스처리장치를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 화력발전소의 배가스처리장치를 설명하기 위한 블럭도이다.1 is a view showing an exhaust gas treatment apparatus of a thermal power plant according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a block diagram for explaining the exhaust gas treatment apparatus of a thermal power plant according to an embodiment of the present invention.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예인 처리장치(1)는 환원제주입부(500), 환원제이송부(400), 데이터학습모듈(100), 농도예측모듈(200), 및 공정제어모듈(300)을 포함한다.As shown in Figures 1 and 2, an embodiment of the
환원제주입부(500)는 가스터빈(10)과 탈질촉매(22) 사이에 형성되며, 환원제주입부(500)를 통해 주입되는 환원제는 이질적인 2종의 환원제를 포함한다. 이질적인 2종의 환원제는 탄화수소계환원제 및 암모니아계환원제이다. 탄화수소계환원제에 의해 배가스 중 이산화질소가 일산화질소로 환원됨에 따라 배가스 중 이산화질소 함량이 감소하게 되고, 그와 같은 배가스가 암모니아계환원제와 함께 탈질촉매를 거치게 되어, 탈질반응이 진행된다. 탈질반응에 의해, 질소산화물이 최종적으로 질소로 환원되어 처리될 수 있다. 이와 같이, 탄화수소계환원제에 의해 배가스 중 이산화질소 함량이 감소하게 되므로, 이산화질소로 인한 황연을 억제할 수 있고, 주로 암모니아계환원제와 탈질촉매에 의한 탈질반응도 효과적으로 진행될 수 있는 것이다. 또한, 질소산화물 특히 이산화질소는 가스터빈 기동 초기에 배가스 중 함량이 높고 시간에 따른 변동성도 크게 된다. 본 발명의 일 실시예는 환원제주입부(500)와 함께, 환원제이송부(400), 데이터학습모듈(100), 농도예측모듈(200), 및 공정제어모듈(300)을 유기적으로 적용함으로써, 그와 같은 변동성에도 용이하게 대응할 수 있다. 즉, 데이터학습모듈(100)이 배가스 내 질소산화물 농도에 영향을 미치는 영향인자를 도출하고, 도출된 영향인자로부터 미래시점의 질소산화물 농도를 농도예측모듈(200)이 예측하고, 공정제어모듈(300)이 예측치에 대응하는 환원제분사량 계산값을 얻을 뿐만 아니라, 그와 같은 계산값에 대응하는 양의 환원제가 환원제주입부(500)를 통해 주입되도록 환원제이송부(400)를 시간차를 고려하여 제어함으로써, 변동하는 질소산화물 농도를 미리 예측할 뿐만 아니라, 선제적으로 대응하여 처리할 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예는 앞서 살펴 본 이질적인 2종의 환원제가 적용될 뿐만 아니라, 그와 같은 환원제를 선제적으로 적용함으로써, 일산화질소 및 이산화질소를 함께 포함하는 질소산화물이 포함된 배가스를 보다 효과적으로 처리할 수 있다. 이하에서는 각각의 구성에 대해 보다 상세하게 설명한다.The reducing
탄화수소계 환원제는 한 분자 내에 수산(OH)기를 하나 이상 포함하는 탄화수소 및 설탕과 같은 당류 중에서 선택된 하나 이상일 수 있다. 보다 바람직한 탄화수소계환원제는 예를 들어 에탄올(Ethanol), 에틸렌글리콜(Ethylene glycol), 글리세린(Glycerin), 설탕, 및 과당 중에서 선택된 하나 이상일 수 있다.The hydrocarbon-based reducing agent may be one or more selected from hydrocarbons and sugars having one or more hydroxyl (OH) groups in one molecule. A more preferred hydrocarbon-based reducing agent may be, for example, at least one selected from ethanol, ethylene glycol, glycerin, sugar, and fructose.
암모니아계 환원제는 암모니아, 요소 또는 그 전구체 중에서 선택된 하나 이상일 수 있다.The ammonia-based reducing agent may be one or more selected from ammonia, urea, or a precursor thereof.
이와 같은 환원제는 단일 물질 또는 2이상의 물질이 혼합된 상태로, 액상, 기상에 관계 없이 환원제주입부를 통해 배가스에 주입될 수 있다.Such a reducing agent may be injected into the exhaust gas through a reducing agent injection unit in a state in which a single substance or two or more substances are mixed, regardless of liquid or gaseous phase.
탈질촉매는 선택적촉매환원(SCR; Selective Catalytic Reduction)에 의해 질소산화물을 질소로 환원시킬 수 있는 것인 한 제한되지 않는다. 예를 들어, 암모니아-SCR 반응촉매(예, 바나듐 포함 금속산화물촉매 등)를 포함하며, 이온교환법, 건식함침법 등 공지의 방법에 의해 제조하거나 시판되는 것일 수 있다. 또한, 탈질촉매는 산화촉매 기능이 추가된 이중기능촉매일 수 있다. 이 때, 산화촉매 기능이 추가된 이중기능촉매는 탈질촉매 기능 외에 산화촉매 기능이 추가된 촉매를 의미하며, 촉매의 형태나 형식에 제한되지 않으나, 예를 들어, 이중기능촉매는 하나의 촉매지지체 위에 탈질기능을 담당하는 촉매성분과 산화기능을 담당하는 촉매성분이 함께 존재하는 것일 수 있다. 바람직하게는 탈질기능을 담당하는 촉매성분이 산화기능을 담당하는 촉매성분의 전단에 위치할 수 있다 이 때, 탈질기능을 담당하는 촉매성분은 환원능을 갖는 바나듐산화물 촉매성분일 수 있고, 산화기능을 담당하는 촉매성분은 귀금속계 촉매성분일 수 있다. 이 때, 귀금속은 백금, 팔라듐, 은 등일 수 있다. 이와 같은 이중기능촉매에 의해, THC나 암모니아슬립도 억제할 수 있으며, 차압면에서, 보다 효과적인 배가스 처리가 가능하다. 탈질촉매(22)는 환원제주입부(500) 후단에 배치되는 한 제한되는 것은 아니나, 바람직하게는 배가스 온도가 200℃ 내지 500℃에 이를 수 있는 위치에 배치될 수 있다. 이와 같은 온도범위에서 촉매반응이 보다 효과적으로 진행될 수 있기 때문이다. 탈질촉매(22)는 예를 들어, 덕트(20)내 서로 떨어져 배치된 복수의 열교환모듈(21) 사이에 배치될 수 있다. 이와같은 복수의 열교환모듈은 서로 분리된 것으로 도시되어 있으나, 실제로는 서로 연결되어 있을 수 있다. The denitration catalyst is not limited as long as it can reduce nitrogen oxide to nitrogen by selective catalytic reduction (SCR). For example, it may include an ammonia-SCR reaction catalyst (eg, a metal oxide catalyst containing vanadium, etc.), and may be manufactured by a known method such as an ion exchange method or a dry impregnation method or may be commercially available. In addition, the denitration catalyst may be a dual function catalyst to which an oxidation catalyst function is added. In this case, the dual function catalyst to which the oxidation catalyst function is added means a catalyst to which an oxidation catalyst function is added in addition to the denitration catalyst function, and is not limited to the form or type of the catalyst, for example, the dual function catalyst is one catalyst support It may be that the catalyst component responsible for the denitrification function and the catalyst component responsible for the oxidation function exist together. Preferably, the catalyst component responsible for the denitration function may be located in front of the catalyst component responsible for the oxidation function. In this case, the catalyst component responsible for the denitration function may be a vanadium oxide catalyst component having a reducing ability, The catalyst component responsible for the may be a noble metal-based catalyst component. In this case, the noble metal may be platinum, palladium, silver, or the like. With such a dual function catalyst, THC and ammonia slip can also be suppressed, and more effective exhaust gas treatment is possible in terms of pressure difference. The
환원제주입부(500)는 환원제를 가스터빈(10)과 탈질촉매(22) 사이의 덕트(20) 내부로 주입할 수 있는 한 제한되는 것은 아니나, 노즐이나 그리드 등일 수 있다. 또한, 환원제주입부(500)는 하나 또는 복수일 수 있다. 환원제 종류별로 각각의 환원제주입부가 형성될 수 있으며, 2종의 환원제가 혼합된 상태로 하나 또는 복수의 환원제주입부로 공급될 수도 있다. 또한, 환원제주입부(500) 외에 추가환원제주입부(550)가 추가될 수 있다. 추가환원제주입부(550)는 환원제주입부(500)와 탈질촉매(22) 사이에 배치될 수 있다. 추가환원제주입부(550)를 통해서는 암모니아계환원제, 및/또는 탄화수소계환원제가 주입될 수 있으며, 그와 다른 종류의 환원제가 주입될 수도 있다. 이와 같은 추가환원제주입부(550)에 의해, 부족한 환원제를 보충할 수 있고, 운전상황에 따라 보다 원활하게 질소산화물을 처리할 수 있다. The reducing
또한, 환원제주입부(500)는 가스터빈(10)과 탈질촉매(22) 사이에 형성되는 한 제한되는 것은 아니나, 바람직하게는 배가스 온도가 200℃ 내지 500℃, 보다 바람직하게는 300℃ 내지 500℃에 이를 수 있는 위치에 형성될 수 있다. 이와 같은 온도범위에서 환원제, 바람직하게는 탄화수소계환원제에 의해 이산화질소가 일산화질소로 보다 쉽게 환원될 수 있기 때문이다.In addition, the reducing
환원제이송부(400)는 환원제주입부(500)로 환원제를 이송하는 환원제 공급설비로 형성될 수 있다. 환원제이송부(400)에는 환원제가 저장된 환원제탱크와 같은 환원제저장부(600, 650) 등이 연결될 수 있다. 도시된 바와 같이 환원제저장부는 복수로 이루어지고, 각각에는 탄화수소계환원제와 암모니아계환원제가 저장될 수 있다. 환원제(B)는 환원제저장부(600, 650)로부터 환원제이송부(400)를 거쳐 환원제주입부(500)로 이송되며, 환원제주입부(500)로부터 덕트(20) 내부로 분사된다. 따라서 덕트(20) 내부를 유동하는 배가스(A)에 혼합되어 배가스 내 질소산화물을 환원시켜 제거할 수 있다. 추가환원제주입부(550)에도 환원제이송부(400)에 의해 환원제가 이송될 수 있으며, 별도의 추가환원제이송부(미도시)에 의해 환원제가 이송될 수 도 있다.The reducing
환원제이송부(400)는 환원제저장부(600, 650)로부터 환원제주입부(500)까지 환원제(B)를 이송시키는 여러 가지 설비들로 구성될 수 있으며 이러한 설비에는 배관, 밸브, 펌프 등을 포함하는 다양한 장비들이 설치되어 있을 수 있다. 배관은 하나 또는 복수로 형성될 수 있으며 복수가 서로 연결되어 상대적으로 복잡한 이송경로를 형성할 수도 있다. 또한 그 외 다른 설비들이 추가로 배치될 수도 있다. 이러한 이유로 환원제가 환원제이송부(400)를 거쳐 환원제주입부(500)까지 도달하는 데 시간이 소요되며 이를 환원제 이송공정의 소요시간이라 부를 수 있다. 환원제이송부(400)는 장치의 구현형태에 따라 다양하게 형성될 수 있는 것으로 그에 따라 이송공정의 소요시간도 달라질 수 있다. 따라서 종래에는 실제 환원제이송부(400)로 환원제 분사지시가 되었다 하더라도 실제 해당 지시에 따른 양만큼 환원제가 분사되는 데까지는 적어도 이송공정의 소요시간만큼의 시차가 발생하여 질소산화물 농도가 바뀌는 경우 대처하기 매우 곤란하였다. 본 발명은 농도예측모듈(200)이 가스터빈(10) 운전 중인 제1시점에서, 그보다 시간이 경과된 제2시점의 배가스 내 질소산화물 농도를 예측할 수 있으므로 이송공정의 소요시간이 있더라도 소요시간을 고려한 제어를 통해 예측시점(즉, 제2시점)에 맞춘 정확한 양의 환원제가 분사되도록 제어할 수 있다. The reducing
이하에서는, 농도예측모듈 외에 데이터학습모듈, 공정제어모듈에 대해 설명한다. 데이터학습모듈, 농도예측모듈, 및 공정제어모듈은 하나 또는 복수의 컴퓨터에 설치된 프로그램모듈 등으로 구성될 수 있다. 데이터학습모듈(100), 농도예측모듈(200), 및 공정제어모듈(300)은 각각의 동작을 수행할 수 있는 하나 또는 복수의 연산프로그램을 포함할 수 있으며, 관련프로그램들이 복합된 일종의 소프트웨어로 형성되거나, 그러한 소프트웨어와 함께 이를 저장하고 있는 하드웨어를 포함하는 형태로 형성될 수 있다. 필요에 따라서는, 각 모듈들이 연산프로그램을 구동할 수 있는 중앙연산장치까지 포함하고 있을 수도 있다. 따라서 예를 들면, 각각의 모듈들이 서로 다른 독립된 중앙연산장치, 소프트웨어, 및 이를 저장하는 메모리장치를 갖는 독립된 하드웨어 상에서 구현될 수도 있고(그러한 경우 각 모듈들이 독립된 컴퓨터를 구성하는 것으로 볼 수 있다), 각 모듈 중 적어도 2개의 모듈이 중앙연산장치 등 하드웨어의 일부를 공유하는 형태로 구현되는 것도 가능하다(그러한 경우 하나의 컴퓨터에 적어도 2개의 모듈이 형성된 것으로 볼 수 있다). 이와 같이 다양한 형태로 컴퓨터를 이용하여 데이터학습모듈(100), 농도예측모듈(200), 및 공정제어모듈(300)을 동작 가능하게 구현할 수 있다. 데이터학습모듈(100), 농도예측모듈(200), 및 공정제어모듈(300)은 서로 다른 시간에 동작할 수도 있지만, 서로 동작시간이 중첩될 수도 있으므로 본 발명에서 시간 순서에 따라 한정되지 않은 프로세스 등은 같은 시간에 각 모듈이 서로 동시에 수행할 수도 있다.Hereinafter, in addition to the concentration prediction module, a data learning module and a process control module will be described. The data learning module, the concentration prediction module, and the process control module may include program modules installed in one or more computers. The
데이터학습모듈(100)은 기수집된 표본가스터빈의 운전데이터 및 그와 연관된 배가스의 조성데이터의 상관관계를 입력받고, 인공지능 학습 알고리즘에 의해 학습(예를 들어, 인공지능 학습 알고리즘에 의한 머신-러닝방식으로 학습)하여 배가스 내 질소산화물 농도에 영향을 미치는 영향인자를 도출한다. 데이터학습모듈(100)은 이러한 연산을 수행할 수 있는 하나 또는 복수의 연산프로그램을 포함할 수 있다. 기수집된 표본가스터빈의 운전데이터 및 배가스 조성데이터와 같은 데이터는 데이터베이스에 포함된 것일 수 있다. 표본가스터빈은 그 후단에 표본탈질촉매가 위치하고, 표본가스터빈과 표본탈질촉매 사이에 표본환원제주입부가 형성된 가스터빈을 포함할 수 있다. 이와 같이 본 발명의 일 실시예인 배가스 처리장치에 포함되는 가스터빈과 동일하게 그 후단에 환원제주입부와 탈질촉매가 위치하는 가스터빈을 표본가스터빈으로 적용함으로써, 그로부터 얻어진 운전데이터와 배가스조성데이터가 보다 노이즈가 적은 상태의 학습데이터로 활용될 수 있다.The
또한, 본 명세서에서, 데이터베이스, 모듈과 같은 구성은 서로 유선 및/또는 무선으로 연결될 수 있다. 유선 및/또는 무선은 모뎀과 같이 시판되는 것이거나 일반적인 기술에 의해 제조된 것일 수 있음은 물론이다. 또한, 데이터베이스 및/또는 프로그램 등은 장치 자체에 물리적으로 일체되어 포함될 수 있을 뿐만 아니라, 클라우드 상에 포함될 수도 있음은 물론이다. 데이터학습모듈(100)은 후술하는 배가스 처리방법의 학습-도출단계(도 4의 S100참조)를 수행할 수 있다.In addition, in the present specification, components such as a database and a module may be connected to each other by wire and/or wirelessly. It goes without saying that wired and/or wireless may be commercially available, such as a modem, or manufactured by a common technique. In addition, it goes without saying that the database and/or the program may be physically integrated into the device itself and may also be included in the cloud. The
농도예측모듈(200)은 가스터빈의 운전 시에 실시간으로 측정된 영향인자의 변화와 그에 따른 배가스 내 질소산화물 농도변화의 측정값을 입력받고, 영향인자와 질소산화물 농도의 시간에 따른 상관관계를 인공지능 학습 알고리즘에 의해, 예를 들어 인공지능 학습 알고리즘에 의한 머신-러닝방식으로 학습하여 가스터빈(10) 운전 중인 제1시점에서, 그보다 시간이 경과된 제2시점의 배가스 내 질소산화물 농도를 예측한다. 농도예측모듈(200)은 실시간으로 측정된 영향인자의 변화와 그에 따른 배가스 내 질소산화물 농도변화의 측정값을 실시간 데이터로 입력받아 제2시점의 질소산화물 농도를 예측할 수 있다. 이 때, 가스터빈과 탈질촉매 사이에서, 배가스 온도, 배가스 유속, 및 배가스 조성 중에서 선택된 하나 이상을 측정하는 측정부(25)를 통해, 실시간 데이터를 얻을 수 있다. 이와 같은 측정부(25)에서 측정된 데이터는 특히 환원제주입부(500)가 위치하는 공간의 상태를 직접적으로 파악할 수 있어, 질소산화물 농도예측에 효과적이다. 농도예측모듈(200) 역시 이러한 연산을 수행할 수 있는 하나 또는 복수의 연산프로그램을 포함할 수 있다. 농도예측모듈(200)은 후술하는 배가스 처리방법의 학습-예측단계(도 4의 S200참조)를 수행할 수 있다. The
이하에서는 도 3을 참조하여, 데이터학습모듈(100) 및 농도예측모듈(200)의 인공지능 학습 알고리즘에 대해 보다 상세히 설명한다. 도 3은 도 1의 데이터학습모듈 및 농도예측모듈에 적용 가능한 학습 알고리즘의 예를 개념적으로 도시한 도면이다.Hereinafter, the artificial intelligence learning algorithm of the
데이터학습모듈(100) 및 농도예측모듈(200)의 인공지능 학습 알고리즘은, 예를 들어 도 3과 같이 입력층과 출력층 사이에 복수의 계산 노드(Hn)들로 이루어진 은닉층이 적어도 하나 형성된 인공신경망(ANN: Artificial neural network) 알고리즘을 포함하며, 특히 농도예측모듈(200)의 인공신경망 알고리즘은, 입력변수들의 시간 의존성이 고려된 연산결과를 출력하는 순환신경망(RNN: Recurrent neural network) 알고리즘을 포함할 수 있다. 예를 들면, 인공신경망 알고리즘에서 각 층의 노드들은 가중치 부여된 함수들일 수 있고, 이들이 도시된 바와 같이 네트워크 형태로 인공적인 뉴런을 구성하여 알고리즘에 따라 이들의 합성에 의한 연산이 수행될 수 있다. 이에 따라 데이터는 입력층의 노드(In)들에 입력되고 이로부터 은닉층에 형성된 복수의 노드들을 거치며 출력층의 노드(On)들로 전파되며 연산될 수 있다. 이러한 과정에서 노드의 가중치는 역전파법(back propagation) 등에 의해 갱신되어 결과가 최적화되도록 구성될 수 있다. 이러한 연산에 의한 결과로부터 예를 들면, 비선형 상관관계 등 입력데이터간 다양한 상관관계가 나타난 모델링 등이 가능하며 이로부터 다수의 입력데이터에서 종래 손쉽게 파악하기 어려운 데이터간 연관성 등이 파악될 수 있다. 예를 들어, 각 노드나 노드를 합성하거나 노드의 결과를 처리하는 함수 등을 적절히 조정하거나 선택하여 원하는 종류의 연산을 수행하는 인공신경망을 구성할 수 있다. 따라서 예를 들어, 데이터학습모듈(100)의 경우 기수집된 운전데이터와 배가스 조성데이터로부터 배가스 내 질소산화물 농도와 운전데이터간 상관관계를 도출 가능한 인공신경망으로 데이터를 학습하도록 구성할 수 있고 이로부터 운전데이터의 일부로서 배가스 내 질소산화물 농도에 영향을 미치는 영향인자를 도출하는 것이 가능하다.
도시되지 않았지만, 은닉층은 하나 또는 복수로 형성될 수 있으며 은닉층을 증가시켜 뉴런들의 수를 확대할 수 있다. 복수의 은닉층을 갖는 경우 예를 들어, 심층신경망(DNN: Deep neural network)으로 구성될 수 있으며 이로부터 딥 러닝에 의한 머신-러닝이 진행되어 비선형 상관관계 등도 보다 적합하게 파악될 수 있다. 또한, 이에 더하여 예를 들면, 은닉층에서 은닉상태로 노드의 출력을 시간 순서에 따라 재귀적으로 연산하는 등의 방식으로 입력변수들의 시간 의존성이 고려된 연산결과를 출력하도록 형성하는 것도 가능하며 이를 통해 이를 테면, 연산의 방향이 입력층에서 출력층으로 향하면서 은닉층 내부에서도 순환하도록 구성된 순환신경망(RNN: Recurrent neural network)을 구성할 수 있다. 농도예측모듈(200)의 경우 실시간 측정된 데이터의 시간에 의존하는 관계를 도출하는 구성이므로 이러한 순환신경망 알고리즘이 보다 적합할 수 있으며 이를 적용하여 실시간 측정된 영향인자의 변화 및 그에 따른 배가스 내 질소산화물 농도변화의 측정값으로부터 이들의 시간에 따른 상관관계를 보다 적절하게 도출하는 것이 가능하다. 이와 같이 인공신경망 알고리즘에 의한 동작이 가능하게 데이터학습모듈(100) 및 농도예측모듈(200)의 학습 알고리즘을 형성해 줄 수 있다.Although not shown, one or a plurality of hidden layers may be formed, and the number of neurons may be enlarged by increasing the hidden layer. In the case of having a plurality of hidden layers, for example, it may be composed of a deep neural network (DNN), and machine-learning by deep learning is performed therefrom, so that a non-linear correlation may be more appropriately identified. In addition to this, for example, it is possible to output the operation result in which the time dependence of the input variables is considered in a method such as recursively calculating the output of the node in the hidden state in the hidden layer according to the time order. For example, a recurrent neural network (RNN) configured to circulate within the hidden layer while the direction of the operation is directed from the input layer to the output layer may be configured. In the case of the
그러나 이와 같이 한정될 필요는 없으며 필요한 경우 다른 인공지능 학습 알고리즘을 선택적/추가적으로 적용하는 것도 얼마든지 가능하다. 예를 들어, 농도예측모듈(200)의 경우, 학습에 의한 예측이 가능한 또 다른 학습방식을 고려할 수 있으며 그러한 학습방식으로 예를 들면, 학습과정에 포상을 통한 강화의 개념을 적용한 강화학습 알고리즘이나, 해답이 있는 데이터로 훈련하는 개념의 지도학습 알고리즘, 및 해답이 없는 데이터의 군집화를 통한 분류를 통해 훈련하는 개념의 비지도학습 알고리즘 등이 활용될 수 있다. 이러한 알고리즘들은 예를 들어, 딥 러닝을 통해 인공지능 학습 알고리즘으로 적용될 수 있으며 이로 인해 농도예측모듈(200)의 인공지능 학습 알고리즘은 전술한 인공신경망 알고리즘, 강화학습 알고리즘, 지도학습 알고리즘, 및 비지도학습 알고리즘 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 데이터학습모듈(100) 및 농도예측모듈(200)은 각각 이러한 인공지능 학습 알고리즘에 의해 구현된 하나 또는 복수의 연산프로그램을 포함할 수 있으며, 농도예측모듈(200)의 경우, 그러한 연산프로그램으로부터 학습 및 예측이 함께 이루어지도록 할 수 있다. 또는 필요에 따라 인공지능 학습 알고리즘으로 데이터간 상관관계를 도출하는 연산프로그램과 인공지능 학습 알고리즘으로 도출된 결과를 적용하여 반복적으로 예측을 수행하는 또 다른 연산프로그램을 함께 포함할 수도 있다. 이러한 방식으로 인공지능에 기반한 학습방식을 적용하여 전술한 영향인자를 도출하는 데이터학습모듈(100) 및 가스터빈 운전 중인 제1시점에서, 그보다 시간이 경과한 제2시점의 오염물질 농도를 예측하는 농도예측모듈(200)을 구성하는 것이 가능하다.However, it is not necessary to be limited in this way, and if necessary, it is possible to selectively/additionally apply other artificial intelligence learning algorithms. For example, in the case of the
데이터학습모듈(100)에서 학습되는 운전데이터 및 배가스조성데이터는 보다 구체적으로 다음과 같은 데이터들을 포함할 수 있다. 운전데이터는 전술한 표본가스터빈의 연소조건, 부하량, 및/또는 배가스량을 포함하고, 배가스온도를 더 포함할 수 있다. 운전데이터는 바람직하게는, 표본가스터빈과 표본탈질촉매 사이의 배가스 온도, 및 배가스 유속 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 이와 같은 특정 공간에서의 운전데이터는, 본 발명의 일 실시예에 따른 장치의 환원제가 주입되는 공간에서 시간에 따른 질소산화물 변화를 예측하기에 적합하기 때문이다. 이와 같은 운전데이터를 수집하기 위해, 표본가스터빈과 표본탈질촉매 사이에 배가스 온도, 및 배가스 유속 중에서 선택된 하나 이상을 측정할 수 있는 측정부가 위치할 수 있다. 측정부는 온도계, 유속계, 및/또는 유량계 등을 포함할 수 있다. 연소조건은 내부연소조건과 외기조건을 포함할 수 있다. 이와 같은 운전데이터는 배가스 중 존재하는 질소산화물과 같은 오염물질 농도와 관련성이 깊은 것으로, 본 발명 과정에서 밝혀진 것들로, 이와 같은 운전데이터를 활용함으로써 보다 정확한 예측이 가능하게 되는 것으로 보인다. 보다 구체적으로, 상기한 내부 연소조건은 예를 들어, 연소기 수량(또는 버너 수량), 공기연료비, 연소온도, 연소압력, 로내온도, 및 로내압력 등의 세부적인 내용을 포함할 수 있으며, 부하량은 표본가스터빈의 출력을 포함할 수 있다. 또한 외기조건은 해당 운전데이터가 생성되는 시점의 기온 및 습도 등의 연소환경과 관련한 내용을 포함할 수 있다. 이 때, 연소기 수량은 버너 수량을 포함하는 의미이며, 공기연료비는 공기량 및 연료량을 포함하는 의미이다. 배가스조성데이터는 해당 운전데이터가 생성되는 시점에서 그에 따라 운전된 표본가스터빈에서 발생된 배가스 내 존재하는 물질의 성분과 각 성분의 농도 등을 포함하며, 이와 같은 물질은 오염물질과 비오염물질을 모두 포함한다. 오염물질의 예로는 질소산화물, 일산화탄소 등을 들 수 있다. 비오염물질의 예로는 산소, 수증기 형태의 물 등을 들 수 있다. 전술한 바와 같이 표본가스터빈은, 현재 고려되고 있는 가스터빈(실제 운전되는 가스터빈으로서, 전술한 학습-예측단계(S200)의 가스터빈) 및 그와 다른 가스터빈(예, 이종(異種)의 유사가스터빈) 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 이와 같은 배가스조성데이터는 바람직하게는 표본가스터빈과 표본탈질촉매 사이의 배가스조성데이터일 수 있다. 이와 같은 특정 공간에서의 배가스조성데이터는, 본 발명의 일 실시예에 따른 장치의 환원제가 주입되는 공간에서 시간에 따른 질소산화물 변화를 예측하기에 적합하기 때문이다. 이와 같은 배가스조성데이터를 수집하기 위해, 표본가스터빈과 표본탈질촉매 사이에 가스측정부가 형성될 수 있다. 가스측정부는 입자측정센서, 가스측정센서, 및/또는 수분측정계 등을 포함할 수 있다. 또한, 가스터빈과 탈질촉매 사이에도 가스측정부가 형성될 수 있다.The driving data and the flue gas composition data learned by the
이러한 운전데이터 및 배가스조성데이터는 상술한 바와 같은 인공지능 학습 알고리즘에 의해 학습(예, 인공지능 학습 알고리즘에 의한 머신-러닝 방식으로 학습)되며 그에 따라 배가스 내 질소산화물 농도에 영향을 미치는 영향인자가 도출된다. 예를 들어 영향인자는, 배가스 내 질소산화물 농도 변화의 민감도에 따라서 상기한 운전데이터의 일부로서 도출될 수 있다. 영향인자는 운전데이터를 구성하는 세부 내용 중에서 어느 하나 또는 복수로 이루어질 수 있으며 구체적인 내용은 상황에 따라 달라질 수 있다. 예를 들면, 운전데이터 중 부하량 및 내부 연소조건 중 연소기 수량(또는 버너 수량), 공기연료비, 연소온도, 연소압력, 로내온도, 및 로내압력 중 적어도 어느 하나가 영향인자로 도출될 수 있다. 그러나 이는 예시적인 것이므로 상황에 따라 영향인자는 이보다 종류가 많을 수도 또는 적을 수도 있으며 그러한 영향인자의 실측값으로부터 보다 정확하게 배가스 내 질소산화물 농도를 예측하는 것이 가능하다. 이를 후술하는 배가스 처리방법과 관련하여 서술하면, (a) 단계(S100)의 영향인자는 배가스 내 질소산화물 농도를 변화시키는 변화의 민감도에 따라서 운전데이터의 일부로서 도출될 수 있으며, 그러한 (a) 단계의 영향인자가 농도를 변화시키는 질소산화물은 일산화질소 및 이산화질소를 포함한다. 즉, 도출된 영향인자의 실시간 변화와 그에 따른 배가스 내 질소산화물 농도변화의 상관관계를 상술한 바와 같은 인공지능 학습 알고리즘에 의한 머신-러닝 방식으로 학습하여 미래시점의 질소산화물 농도 예측값을 도출할 수 있다. 예를 들어, 배가스 내 질소산화물 중 일산화질소 및 이산화질소의 농도 변화에 민감하게 영향을 주는 영향인자를 도출하고, 그러한 영향인자 변화와 일산화질소 및 이산화질소 농도변화의 시간에 따른 상관관계를 농도예측모듈(200)로 학습시켜 가스터빈 운전 중인 제1시점에서, 그보다 시간이 경과된 제2시점의 배가스 내 일산화질소 및 이산화질소의 농도를 예측하는 것이 가능하다. These driving data and flue gas composition data are learned by the artificial intelligence learning algorithm as described above (e.g., learning by the machine-learning method by the artificial intelligence learning algorithm), and accordingly, the influencing factors affecting the nitrogen oxide concentration in the flue gas is derived For example, the influencing factor may be derived as a part of the above-described operation data according to the sensitivity of the change in the nitrogen oxide concentration in the exhaust gas. The influencing factor may consist of any one or a plurality of detailed contents constituting the driving data, and the specific contents may vary depending on the situation. For example, at least one of a load amount in the operation data and a quantity of combustors (or a quantity of burners) among internal combustion conditions, air fuel cost, combustion temperature, combustion pressure, furnace temperature, and furnace pressure may be derived as an influence factor. However, since this is an example, there may be more or fewer influencing factors depending on the situation, and it is possible to more accurately predict the nitrogen oxide concentration in the flue gas from the measured values of such influencing factors. If this is described in relation to the exhaust gas treatment method to be described later, the influencing factor of (a) step (S100) can be derived as a part of the operation data according to the sensitivity of the change to change the nitrogen oxide concentration in the exhaust gas, and such (a) Nitrogen oxides of which the influencing factors of the stage change the concentration include nitrogen monoxide and nitrogen dioxide. That is, by learning the correlation between the real-time change of the derived influencing factor and the resulting change in the nitrogen oxide concentration in the exhaust gas by the machine-learning method using the artificial intelligence learning algorithm as described above, it is possible to derive a predicted value of the nitrogen oxide concentration at a future time. have. For example, influencing factors that sensitively affect changes in the concentration of nitrogen monoxide and nitrogen dioxide among nitrogen oxides in the flue gas are derived, and the time-dependent correlation between the changes in the influencing factors and changes in the concentrations of nitrogen monoxide and nitrogen dioxide is evaluated using the concentration prediction module ( 200), it is possible to predict the concentrations of nitrogen monoxide and nitrogen dioxide in the exhaust gas at the first point in time during gas turbine operation, and at the second time point in which the time has elapsed.
공정제어모듈(300)은 농도예측모듈(200)이 예측한 제2시점의 배가스 내 질소산화물 농도에 대응하는 환원제분사량 계산값을 얻고, 제1시점으로부터 환원제이송부(400)를 제어하여, 제2시점에서 환원제주입부(500)를 통해 배가스로 분사되는 환원제의 양을 환원제분사량 계산값과 일치시키는 제어를 한다. 공정제어모듈(300)은 데이터학습모듈(100) 및 농도예측모듈(200)과 연결되어 있을 수 있으며 이들과 데이터교환이 가능하게 형성될 수 있다. 공정제어모듈(300)은 환원제이송부(400)에 제어신호를 전송하여 환원제이송부(400)의 동작을 조절할 수 있으며 후술하는 바와 같이 가스터빈(10), 덕트(20), 연돌(30) 등과 연결된 제어시스템(40)으로도 제어신호를 전송하는 것이 가능하게 형성될 수 있다. 공정제어모듈(300)은 데이터학습모듈(100)이나 농도예측모듈(200)과 유사하게 하나 또는 복수의 연산프로그램을 포함하여 형성될 수 있으며, 독립된 컴퓨터장치로 구성되거나, 데이터학습모듈(100) 및 농도예측모듈(200) 중 적어도 어느 하나와 같은 컴퓨터장치 내에 통합되어 구성되는 것이 가능하다. 특히 공정제어모듈(300)의 연산프로그램에는 제2시점의 예측된 질소산화물 농도에 대응하는 환원제분사량을 계산하는 기능이 탑재될 수 있다. 아울러, 환원제이송부(400)를 구성하는 각종 설비 등을 제어하기 위한 제어와 관련된 연산을 하는 또 다른 연산프로그램이 함께 구성될 수 있다. 공정제어모듈(300)은 후술할 배가스 처리방법의 목표-제어단계(도 4의 S300참조)를 수행할 수 있다. The
앞서 살펴본 바와 같이, 데이터학습모듈(100)에 의해 질소산화물 농도에 영향을 미치는 영향인자를 도출하고, 도출된 영향인자를 이용하여 농도예측모듈(200)이 미래시점인 제2시점의 질소산화물 농도를 예측하고, 공정제어모듈(300)로 환원제이송부(400)를 제어하여 제2시점의 질소산화물 농도에 대응하는 환원제가 환원제주입부(500)를 통해 주입되도록 할 수 있다. 이와 같이, 이질적인 2종의 환원제를 주입하는 환원제주입부(500)와 함께, 환원제이송부(400), 데이터학습모듈(100), 농도예측모듈(200), 및 공정제어모듈(300)을 유기적으로 적용함으로써, 시간에 따라 변동성이 큰 질소산화물에 대해서도 선제적으로 대응하는 것이 가능하다.As described above, the
또한, 공정제어모듈(300)은 환원제 공급 전 또는 후에 가스터빈(10)을 포함하는 배가스 유동경로 내 이상상태를 자동으로 진단하고, 이상상태가 발견되면 환원제이송부(400), 및 가스터빈(10)을 포함하는 화력발전소의 설비 중 제어 가능한 적어도 어느 하나의 설비를 동작시켜 이상상태를 자동으로 해소시키는 제어를 할 수 있다. 특히, 상기 이상상태는 배가스 유동경로 내 환원제 농도로부터 판별된 환원제 과다상태를 포함할 수 있으며 따라서 공정제어모듈(300)의 제어를 통해 환원제 과다에 의한 폭발위험 등을 검사를 통해 자동으로 해소시키는 것이 가능하다. 또한, 상기 이상상태는 탈질성능 등 배가스 처리성능이 과도하게 저하되거나 배가스 처리에 따른 부산물 농도가 과도하게 증가하는 등의 상태도 포함할 수 있으며 상기한 화력발전소의 설비 중 제어 가능한 적어도 어느 하나의 설비를 동작시켜 이러한 이상상태 역시 자동으로 해소시키는 제어를 할 수 있다. 예를 들어, 배가스 유동경로 내 농도센서 등을 배치하여 환원제 농도를 모니터링 할 수 있으며 그 밖에도 온도센서, 압력센서 등을 복합 배치하여 배가스 유동경로 내 이상상태가 발생하는지 모니터링 할 수 있다. 이상상태가 발견되면, 공정제어모듈(300)은 환원제이송공정에 있더라도 환원제 공급을 중단할 수 있으며 환원제 공급 전에 또는 환원제 공급이 이루어진 이후라도 즉시 이상상태를 해소시키는 제어동작을 할 수 있다. 이러한 제어동작은 예를 들어, 도 2와 같이 가스터빈(10), 덕트(20), 연돌(30) 등과 연결된 제어시스템(40)[화력발전소의 설비들을 동작시키기 위해 형성된 것일 수 있다]에 제어신호를 전송하거나 환원제이송부(400)에 제어신호를 전송하여 실행될 수 있으며 제어동작에 의해 환원제 농도가 적정상태 이하로 된 이후 환원제 공급을 실행할 수 있다. 그 밖에도 공정제어모듈(300)은 화력발전소 내 배치된 각종 센서나 모니터장치들을 통해 정보를 수집하여 가스터빈(10)에 문제가 있거나, 덕트(20) 내 유체유동에 문제가 있거나, 환원제주입부(500), 환원제이송부(400) 등에 문제가 있는 등 여러 이상상태를 감지하고 이를 해소시키는 제어를 할 수 있다. 필요한 경우 알람 등을 동작시켜 작업자 등에 문제를 알려줄 수 있으며 즉각적으로 문제가 해소되지 않는 경우 공정은 일시적으로 중지될 수도 있다. 이상상태를 해소하는 제어에 관한 사항은 후술하는 배가스 처리방법에서 좀더 상세히 설명한다.In addition, the
이하, 이러한 배가스 처리장치의 구성과 도 4를 참고하여, 본 발명의 일 실시예인 화력발전소의 배가스 처리방법에 대해 상세히 설명한다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 화력발전소의 배가스 처리방법을 도시한 순서도이다. Hereinafter, with reference to the configuration of such an exhaust gas processing apparatus and FIG. 4, an exhaust gas processing method of a thermal power plant according to an embodiment of the present invention will be described in detail. 4 is a flowchart illustrating a method for treating exhaust gas of a thermal power plant according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명에 의한 배가스 처리방법은, 데이터 학습을 통해 변동하는 질소산화물의 농도를 예측하고 대응하는 과정들로 이루어진다. 본 발명은 인공지능 학습 알고리즘에 의해, 기수집된 데이터 및 실측 데이터를 학습하고 배가스 내 질소산화물 농도 등의 변화를 미리 예측한다. 예측은 기수집된 데이터와 가스터빈 운전시점의 실시간 데이터가 복합적으로 반영되어 우수한 정확도로 이루어지며 이를 통해 현시점에서 일정 시간 경과한 미래시점에 맞춘 제어를 효과적으로 수행할 수 있다. 즉 환원제로 질소산화물을 환원시켜 제거하는 처리 등을 진행할 때, 현시점의 정보로부터 배가스 내 질소산화물 농도가 어떻게 변화할 지 예측하고 현시점부터 예측된 시점까지의 시간간격을 이용한 제어를 통해 예측시점에 환원제를 보다 정확하게 공급할 수 있다. 이를 통해 시간에 따라 질소산화물이 변동하는 경우에도 효과적으로 대처할 수 있을 뿐만 아니라 환원제의 이송공정 등에 의해서 실제 환원제의 공급량이 시차를 두고 변동되는 문제도 함께 해소할 수 있다.Referring to FIG. 4 , the exhaust gas treatment method according to the present invention includes processes for predicting and corresponding processes of changing the concentration of nitrogen oxides through data learning. The present invention learns pre-collected data and actual data by an artificial intelligence learning algorithm, and predicts changes in nitrogen oxide concentration, etc. in exhaust gas in advance. Prediction is made with excellent accuracy by reflecting the collected data and real-time data at the time of gas turbine operation in a complex way, and through this, it is possible to effectively perform control tailored to the future point in time after a certain time has elapsed from the present point. That is, when performing a process to reduce and remove nitrogen oxides with a reducing agent, predict how the nitrogen oxide concentration in the flue gas will change from the current information, and control using the time interval from the current point to the predicted time. can be supplied more accurately. Through this, it is possible not only to effectively deal with the case where nitrogen oxides fluctuate over time, but also to solve the problem of the actual supply amount of the reducing agent fluctuating with time lag due to the transfer process of the reducing agent, etc.
이러한 본 발명의 배가스 처리방법은 구체적으로 다음과 같이 구성된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 배가스 처리방법은 (a) 학습-도출단계, (b) 학습-예측단계, 및 (c) 목표-제어단계를 포함한다. (a) 학습-도출단계는 기수집된 표본가스터빈의 운전데이터와 배가스조성데이터의 상관관계를 컴퓨터가 인공지능 학습 알고리즘에 의해 학습하여, 배가스 내 질소산화물 농도에 영향을 미치는 영향인자를 도출하는 단계이다(S100). (b) 학습-예측단계는 가스터빈 운전 시에 실시간으로 측정된 상기 영향인자와 그에 따른 배가스 내 질소산화물 농도변화의 시간에 따른 상관관계를 컴퓨터가 인공지능 학습 알고리즘에 의해 학습하여 가스터빈 운전 중인 제1시점에서, 그보다 시간이 경과된 제2시점의 배가스 내 질소산화물 농도를 예측하는 단계이다(S200). (c) 목표-제어단계는 (b) 단계(즉, S200)에서 예측된 제2시점의 배가스 내 질소산화물 농도에 대응하는 환원제분사량 계산값을 얻고, 제1시점으로부터 환원제의 이송공정을 제어하여, 제2시점에서 배가스로 분사되는 환원제의 양을 환원제분사량 계산값과 일치시키는 단계이다(S300). 목표-제어단계 또한 컴퓨터가 수행할 수 있으며 학습-도출단계 및 학습-예측단계의 인공지능 학습 알고리즘은 인공신경망 알고리즘을 포함하는 다양한 머신-러닝 학습 알고리즘이 사용될 수 있다. 이하, 각 단계의 주요사항을 좀더 상세히 설명한다.The exhaust gas treatment method of the present invention is specifically configured as follows. As shown in FIG. 4 , the exhaust gas processing method includes (a) a learning-derivation step, (b) a learning-prediction step, and (c) a target-control step. (a) In the learning-derivation step, the computer learns the correlation between the operation data of the sample gas turbine and the exhaust gas composition data collected previously by an artificial intelligence learning algorithm, and derives the influencing factors affecting the nitrogen oxide concentration in the exhaust gas. step (S100). (b) In the learning-prediction step, the computer learns the correlation over time of the influencing factor measured in real time during gas turbine operation and the resultant change in nitrogen oxide concentration in the exhaust gas by an artificial intelligence learning algorithm, At the first time point, it is a step of predicting the nitrogen oxide concentration in the exhaust gas at the second time point in which time has elapsed (S200). (c) The target-control step obtains the calculated reducing agent injection amount corresponding to the nitrogen oxide concentration in the exhaust gas at the second time point predicted in step (b) (ie, S200), and controls the reducing agent transport process from the first time point. , is a step of matching the amount of the reducing agent injected into the exhaust gas at the second time point with the calculated value of the reducing agent injection amount (S300). The target-control step can also be performed by a computer, and various machine-learning learning algorithms including artificial neural network algorithms can be used for the learning-derivation step and the learning-prediction step of the AI learning algorithm. Hereinafter, the main points of each step will be described in more detail.
학습-도출단계(S100)는, 화력발전소의 가스터빈 운전과 그에 따른 배가스의 조성(성분, 성상 등과 동일한 의미임) 변화의 상관관계를 인공지능 학습방식으로 구체화하는 단계일 수 있다. 예를 들어 화력발전소의 가스터빈 운전과 관련된 데이터들은 독립변수로, 그와 연관된 배가스의 조성을 나타내는 데이터들이 종속변수로 되어 둘 사이의 인과관계가 판별될 수 있으며 후술하는 바와 같이 가스터빈의 운전과 관련되어 축적되어 있는 다양한 종류의 데이터들과 그와 관련된 배가스조성데이터들의 상관관계를 머신-러닝과 같은 방식에 의한 자가 학습과정을 거쳐 높은 정확도로 알아낼 수 있다. 이는 종래의 선형 회귀분석 등과 같이 단순히 데이터간 선형성 등을 가정하여 얻어지는 결과가 아닌 인공지능 학습 알고리즘에 의해 분석된 데이터들의 유기적 상관관계를 반복적인 자가 학습을 통해 도출한 결과에 따라 판별하는 과정으로서, 이를 통해 가스터빈의 운전데이터 중 특히 배가스 내 질소산화물 농도에 영향을 미치는 영향인자들이 무엇인지를 보다 높은 신뢰도로 알아낼 수 있다. 이러한 영향인자는 예를 들어, 배가스 내 질소산화물 농도를 변화시키는 변화의 민감도에 따라서 운전데이터의 일부로서 도출될 수 있으며 하나 또는 복수로 도출될 수 있다. 예를 들면, 운전데이터가 연소조건, 부하량, 배가스량, 및/또는 배가스온도 등을 포함하는 다양한 종류의 데이터로 이루어져 있을 때, 이 중 연소조건이나 부하량, 또는 연소조건을 이루는 세부조건의 일부 등이 운전데이터의 일부로서 영향인자로 도출될 수 있으며, 영향인자 변화에 따라 민감하게 농도가 변화되는 배가스 내 오염물질도 하나 또는 복수로 나타날 수 있다. 예를 들어, 영향인자가 농도를 변화시키는 배가스 내 질소산화물은, 일산화질소 및 이산화질소를 포함하며 영향인자의 변화로부터 이러한 질소산화물의 농도변화를 예측하여 효과적으로 대응할 수 있다. 따라서 본 발명은 탈질처리에 효과적이다.The learning-derivation step ( S100 ) may be a step of materializing the correlation between the operation of the gas turbine of the thermal power plant and the change in the composition (same meaning as components, properties, etc.) of the exhaust gas according to the artificial intelligence learning method. For example, data related to the operation of a gas turbine in a thermal power plant are independent variables, and data representing the composition of the flue gas related thereto are made a dependent variable, so that a causal relationship between the two can be determined. The correlation between various types of accumulated data and related flue gas composition data can be found with high accuracy through a self-learning process such as machine-learning. This is a process of determining the organic correlation of data analyzed by an artificial intelligence learning algorithm, not the result obtained by simply assuming linearity between data, as in the conventional linear regression analysis, according to the result derived through repeated self-learning, Through this, it is possible to find out with higher reliability the factors affecting the nitrogen oxide concentration in the exhaust gas among gas turbine operation data. These influencing factors may be derived as a part of the operation data according to the sensitivity of the change to change the nitrogen oxide concentration in the exhaust gas, for example, and may be derived one or more. For example, when operation data consists of various types of data including combustion conditions, load amounts, flue gas amounts, and/or flue gas temperatures, among them, combustion conditions or loads, or a part of detailed conditions constituting the combustion conditions, etc. As a part of this operation data, it can be derived as an influencing factor, and one or more pollutants in the flue gas whose concentration is sensitively changed according to the change of the influencing factor may appear. For example, nitrogen oxides in the flue gas whose concentration is changed by the influencing factor include nitrogen monoxide and nitrogen dioxide, and it is possible to effectively respond by predicting the change in the concentration of nitrogen oxides from the change in the influencing factor. Therefore, the present invention is effective for denitrification treatment.
이러한 학습-도출단계(S100)에서는 기수집된 표본가스터빈의 운전데이터와 배가스조성데이터에 대한 학습이 이루어진다. 이때, 표본가스터빈은 후술하는 학습-예측단계에서 실제 운전되는 가스터빈이 될 수도 있고 그 외 또 다른 가스터빈이 될 수도 있다. 즉, 본 발명의 배가스 처리방법은 화력발전소에서 사용되는 여러 가스터빈의 운전조건과 그에 따라 생성된 배가스 조성간 연관관계를 방대하게 학습할 수 있고 이를 통해 보다 민감하고 정확한 결과를 주는 영향인자를 도출할 수 있다. 즉 보다 민감하고 정확한 예측결과를 주는 영향인자를 도출하기 위해 기존에 수집된 다양한 가스터빈들의 데이터를 활용할 수 있다. 즉 표본가스터빈은, 학습-예측단계(S200)에서 운전되는 가스터빈 및 그와 다른 가스터빈(예, 이종(異種)의 유사가스터빈)이 포함된 복수의 가스터빈들 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 그러한 표본가스터빈의 운전데이터와 배가스조성데이터를 학습하여 영향인자를 도출할 수 있다. 상황에 따라서는 여러 가스터빈의 운전데이터들을 고려할수록 학습 가능한 데이터량은 증가되나 그에 따른 노이즈도 생길 수 있는바, 바람직하게는 현재 고려되는 가스터빈(전술한 학습-예측단계에서 운전되는 가스터빈을 말함)과 실질적인 유사성을 갖는 유사가스터빈들의 범위 내에서 표본가스터빈을 설정할 수 있다. 유사가스터빈은 예를 들어, 현재 고려되는 가스터빈과 완전히 동일한 모델이 아닌 다른 종류의 가스터빈 중에서 구조, 제원, 성능 등이 비슷하여 학습범위 내에 있다고 판단되는 것일 수 있다. 상황에 따라 학습범위는 달라질 수 있으므로 그에 따라 유사가스터빈의 범위도 조정될 수 있다. 이와 같이 현재 고려되는 가스터빈 및 그와 다른 가스터빈을 포함하는 다양한 가스터빈들 중에서 표본가스터빈을 선정하여 표본가스터빈(들)의 기수집된 운전데이터들을 학습함으로써 보다 민감하고 정확한 예측결과를 주는 영향인자를 도출할 수 있다. 표본가스터빈은 그 후단에 표본탈질촉매가 위치하고, 표본가스터빈과 표본탈질촉매 사이에 표본환원제주입부가 형성된 가스터빈을 포함할 수 있다. 이와 같이 본 발명의 일 실시예인 배가스 처리장치에 포함되는 가스터빈과 동일하게 그 후단에 환원제주입부와 탈질촉매가 위치하는 가스터빈을 표본가스터빈으로 적용함으로써, 그로부터 얻어진 운전데이터와 배가스조성데이터가 보다 노이즈 적은 상태의 데이터로 활용될 수 있으며, 처리되는 데이터량이 지나치게 커지는 것을 피할 수 있다. 데이터량의 감소는 장치 효율성 면에서 특히 바람직하다.In this learning-derivation step (S100), learning is performed on the operation data and the exhaust gas composition data of the previously collected sample gas turbine. In this case, the sample gas turbine may be a gas turbine actually operated in the learning-prediction step to be described later, or may be another gas turbine. That is, the exhaust gas treatment method of the present invention can extensively learn the correlation between the operating conditions of various gas turbines used in a thermal power plant and the composition of the exhaust gas generated accordingly, and through this, an influence factor that gives more sensitive and accurate results is derived. can do. In other words, data of various gas turbines previously collected can be used to derive influence factors that give more sensitive and accurate prediction results. That is, the sample gas turbine includes at least one selected from among a plurality of gas turbines including the gas turbine operated in the learning-prediction step (S200) and another gas turbine (eg, a heterogeneous pseudo-gas turbine). It can be included, and influence factors can be derived by learning the operation data and flue gas composition data of such sample gas turbines. Depending on the situation, the amount of data that can be learned increases as the operation data of several gas turbines are considered, but noise may also occur. A sample gas turbine can be established within the range of pseudo-gas turbines having substantial similarity to The pseudo-gas turbine may be, for example, determined to be within the learning range because it is similar in structure, specifications, and performance among other types of gas turbines that are not exactly the same model as the currently considered gas turbine. Since the learning range may vary depending on the situation, the range of the pseudo-gas turbine may be adjusted accordingly. In this way, by selecting a sample gas turbine from among various gas turbines including the currently considered gas turbine and other gas turbines, and learning the collected operation data of the sample gas turbine(s), it provides more sensitive and accurate prediction results. influence factors can be derived. The sample gas turbine may include a gas turbine in which a sample denitration catalyst is positioned at a rear end thereof, and a sample reducing agent injection unit is formed between the sample gas turbine and the sample denitration catalyst. As described above, by applying a gas turbine having a reducing agent injection part and a denitration catalyst located at the rear end of the gas turbine included in the exhaust gas processing apparatus according to an embodiment of the present invention as a sample gas turbine, the operation data and the exhaust gas composition data obtained therefrom are It can be used as data in a state with less noise, and the amount of processed data can be avoided from becoming excessively large. A reduction in the amount of data is particularly desirable in terms of device efficiency.
학습-도출단계(S100)의 컴퓨터는 다양한 형태로 구현될 수 있다. 이는 후술하는 학습-예측단계(S200), 및 목표-제어단계(S300) 등에서도 마찬가지이며 이러한 각 단계들을 수행 가능한 컴퓨터의 구현방식이나 형태 등은 특정하게 제약되지 않는다. 예를 들어, 배가스 처리방법의 각 단계를 물리적으로 통합된 하나의 컴퓨터에서 진행할 수도 있고, 서로 별개의 독립된 컴퓨터에서 진행할 수도 있다. 예를 들어 각 단계는 하나 또는 복수의 연산프로그램이 포함된 일종의 프로그램모듈 등을 통해 수행될 수 있는바 연산프로그램의 구동이 가능한 중앙연산장치(CPU)가 포함되고 이들을 내장하거나 저장할 수 있는 메모리 등이 형성된 다양한 형태의 기기들이 컴퓨터가 될 수 있다. 따라서 컴퓨터라는 명칭에 의해 제약될 필요는 없으며 예를 들면, PLC(Programmed logic controller)등과 같은 제어기기 등도 실질적으로 본 발명의 컴퓨터의 범주 내 있을 수 있다. 이러한 컴퓨터장치를 활용하여 본 발명의 배가스 처리방법을 수행 가능한 배가스 처리장치를 구성할 수 있다. 구체적인 배가스 처리장치의 실시형태는 전술한 바와 같다.The computer of the learning-derivation step (S100) may be implemented in various forms. This is the same in the learning-prediction step (S200) and the target-control step (S300), which will be described later, and the implementation method or form of a computer capable of performing each of these steps is not specifically limited. For example, each step of the exhaust gas treatment method may be performed on one physically integrated computer, or may be performed on an independent computer separate from each other. For example, each step can be performed through a kind of program module that includes one or a plurality of operation programs. Various types of devices formed may be computers. Therefore, it is not necessary to be limited by the name of a computer, and for example, a control device such as a PLC (Programmed Logic Controller) may be substantially within the scope of the computer of the present invention. By utilizing such a computer device, it is possible to configure an exhaust gas processing apparatus capable of performing the exhaust gas processing method of the present invention. A specific embodiment of the exhaust gas treatment apparatus is as described above.
학습-도출단계(S100)는 가스터빈이 실질적인 운전을 시작하기 이전에 진행될 수 있다. 즉 가스터빈 운전 전에 기수집된 표본가스터빈의 운전데이터 및 그와 연관된 배가스의 조성데이터의 상관관계를 머신-러닝방식으로 학습하여 상술한 영향인자를 먼저 도출할 수 있으며, 이후 도출된 영향인자에 기초한 실시간 데이터의 학습을 통해 보다 정확하게 질소산화물 농도를 예측할 수 있다.The learning-derived step ( S100 ) may be performed before the gas turbine actually starts operating. That is, the above-mentioned influencing factors can be derived first by learning the correlation between the operation data of the sample gas turbine and the composition data of the related flue gas collected before the operation of the gas turbine by the machine-learning method, and then Based on real-time data learning, it is possible to more accurately predict the concentration of nitrogen oxides.
이후, 학습-예측단계(S200)를 진행한다. 학습-예측단계는 실제 가스터빈이 운전하는 시점에서 진행된다. 학습-예측단계(S200)에서는 가스터빈 운전 시에 실시간으로 측정된 영향인자의 변화와 그에 따른 배가스 내 질소산화물 농도변화의 시간에 따른 상관관계를 컴퓨터가 인공지능 학습 알고리즘에 의한 머신-러닝방식으로 학습하며 그에 따라 가스터빈 운전 중인 제1시점에서, 그보다 시간이 경과된 제2시점의 배가스 내 질소산화물 농도를 예측하게 된다. 즉, 학습-예측단계(S200)에서 앞서 도출된 영향인자가 실제 가스터빈 운전상황의 분석에 적용되며 그로부터 영향인자 변화가 배가스 내 질소산화물 농도변화에 미치는 상관관계를 실시간으로 파악하게 된다. 이때, 인공지능 학습 알고리즘에 의한 머신-러닝방식의 학습이 컴퓨터 상에서 이루어지며 이를 통해 특히, 실시간 변동되는 영향인자의 변화와 그에 따른 배가스 내 질소산화물 농도변화의 시간에 따른 상관관계가 학습되어 측정된 영향인자 값에 따라서, 미래시점에 질소산화물 농도가 어떠한 값을 갖게 될 지 예측이 가능하게 된다. 예를 들면, 영향인자와 질소산화물 농도 간 상관관계는 시간에 의존하는 관계 등으로 파악될 수 있으며 이와 같이 도출된 학습결과로부터 가스터빈 운전 중인 제1시점에서, 그보다 시간이 경과된 제2시점의 배가스 내 질소산화물 농도를 예측하는 것이 가능하다.Thereafter, the learning-prediction step (S200) is performed. The learning-prediction phase proceeds when the actual gas turbine is operated. In the learning-prediction step (S200), the computer analyzes the time-dependent correlation of the change in the influencing factor measured in real time during gas turbine operation and the consequent change in the nitrogen oxide concentration in the exhaust gas in a machine-learning method using an artificial intelligence learning algorithm. It learns and predicts the concentration of nitrogen oxides in the exhaust gas at the first time point during gas turbine operation and at the second time point when the time has elapsed. That is, the influence factor derived earlier in the learning-prediction step (S200) is applied to the analysis of the actual gas turbine operation situation, and the correlation of the influence factor change on the change in the nitrogen oxide concentration in the exhaust gas is identified in real time. At this time, the machine-learning method learning by the artificial intelligence learning algorithm is performed on the computer, and through this, in particular, the time-dependent correlation of the change in the influencing factor that fluctuates in real time and the change in the nitrogen oxide concentration in the exhaust gas is learned and measured. Depending on the value of the influencing factor, it is possible to predict what the nitrogen oxide concentration will have in the future. For example, the correlation between the influencing factor and the nitrogen oxide concentration can be identified as a time-dependent relationship. It is possible to predict the nitrogen oxide concentration in the flue-gas.
이러한 학습-예측단계(S200)에서는 기수집된 데이터가 아닌, 실시간으로 측정된 데이터를 학습하게 된다. 실시간으로 측정된 데이터는 실시간으로 측정된 영향인자의 변화값을 포함하는 것으로 이는 현재 고려된 가스터빈의 운전데이터 중 특히 그 일부로서 도출된 전술한 영향인자의 시간에 따른 값들과 그 변동치, 및 그에 따른 배가스 내 질소산화물 농도와 그 변동치가 포함된 것일 수 있다. 예를 들어 이들 데이터들은 실시간 측정 중 측정시점 또는 데이터 생성시점이 기록된 시간정보도 함께 포함할 수 있으며 이러한 시간정보들로부터 각 데이터(즉, 영향인자와 그에 따른 질소산화물 농도)간 시간에 따른 변화관계까지 학습할 수 있다. 이와 같이 실시간으로 변동되는 측정값들을 인공지능 학습 알고리즘을 통해서 빠르게 학습하여 영향인자 변화에 따른 질소산화물 농도의 시간에 따른 변화의 상관관계를 도출하고, 이로부터 제1시점에서, 그보다 미래시점인 제2시점의 배가스 내 질소산화물 농도를 예측할 수 있다. 이때 인공지능 학습 알고리즘은, 예를 들어 입력된 데이터들의 시간 의존성이 고려된 연산결과를 출력하는 순환신경망 알고리즘 등을 사용할 수 있으며 이로부터 시변하는 데이터간 상관관계를 보다 올바르게 학습한 결과를 도출하여 더욱 정확하게 질소산화물 농도를 예측하도록 할 수 있다.In this learning-prediction step (S200), real-time measured data is learned, not pre-collected data. The data measured in real time includes the change value of the influencing factor measured in real time, which is the time-dependent values of the above-mentioned influencing factor derived as a part of the currently considered operation data of the gas turbine, and the change value thereof, and The nitrogen oxide concentration in the flue gas and its fluctuation value may be included. For example, these data may also include time information in which the measurement time or data generation time is recorded during real-time measurement, and the change with time between each data (that is, the influencing factor and the resulting nitrogen oxide concentration) from this time information relationships can be learned. In this way, the measured values that change in real time are quickly learned through an artificial intelligence learning algorithm to derive the correlation of the change over time in the nitrogen oxide concentration according to the change of the influencing factor, and from this, the first point in time, the second point in the future The concentration of nitrogen oxides in the exhaust gas at time 2 can be predicted. At this time, the artificial intelligence learning algorithm can use, for example, a recurrent neural network algorithm that outputs a calculation result in consideration of the time dependence of the input data, and derives the result of learning the correlation between time-varying data more correctly from this. It can accurately predict the nitrogen oxide concentration.
즉 본 발명은 인공지능에 기반한 기계-학습방식을 서로 다른 적어도 2가지 단계에 적용하여 종래 손쉽게 도출되기 어려운 결과를 도출하고 예측할 수 있게 형성된다. 데이터들은 인공지능 학습 알고리즘을 통해 컴퓨터에서 단시간에 반복적으로 학습될 수 있으며 학습 알고리즘은 복수의 계산 노드들이 상호 연관된 인공신경망 등을 활용하도록 구성되어 단순한 선형관계 등으로 제한되지 않는 유연한 학습결과를 도출할 수 있다. 따라서 종래의 분석방식으로 쉽게 연관성을 파악하기 어려웠던 상관관계도 면밀하게 파악하는 것이 가능하며 오염물질 농도에 보다 민감하게 영향을 미치는 영향인자를 도출하여 효과적으로 분석에 사용할 수 있다. 또한 이러한 영향인자의 분석에 기초하여 질소산화물 농도가 시간에 따라 어떻게 변동할지를 보다 높은 정확도로 예측하고 예측에 기반한 제어를 보다 편리하게 진행하는 것이 가능하다. That is, the present invention is formed to be able to derive and predict results that are difficult to derive conventionally by applying a machine-learning method based on artificial intelligence to at least two different steps. Data can be learned repeatedly in a computer in a short time through an artificial intelligence learning algorithm, and the learning algorithm is configured to utilize an artificial neural network in which a plurality of computational nodes are interrelated. can Therefore, it is possible to closely grasp correlations that were difficult to easily identify with conventional analysis methods, and it is possible to derive influence factors that more sensitively affect the concentration of pollutants and effectively use them for analysis. In addition, based on the analysis of these influencing factors, it is possible to predict with higher accuracy how the nitrogen oxide concentration will fluctuate with time, and to perform the control based on the prediction more conveniently.
이후, 목표-제어단계(S300)를 진행한다. 목표-제어단계에서는 학습-예측단계(S200)에서 예측된 미래시점 즉, 제2시점의 배가스 내 질소산화물 농도에 대응하는 환원제분사량 계산값을 얻고 제1시점으로부터 환원제의 이송공정을 제어하여, 제2시점에서 배가스로 분사되는 환원제의 양을 환원제분사량 계산값과 일치시키는 제어를 하게 된다. 즉, 제1시점에서 미래시점인 제2시점의 예측된 오염물질 농도에 따라 이를 해소할 수 있는 환원제분사량을 계산하되, 제1시점부터 미리 환원제 공급과 관련된 제어를 시작하여, 시간이 경과된 제2시점에서 배가스로 분사되는 환원제의 분사량을 환원제분사량 계산값과 일치시키는 것이 가능하다. 이는 이를 테면, 환원제 이송공정에 관련된 소요시간을 고려한 시간차 제어의 개념을 포함하는 것으로, 특히 배가스의 농도가 고정된 상태가 아니라 변화하는 경우에도 가능하므로 매우 효과적이다. 즉 상술한 인공지능 학습방식에 기반한 분석을 통해 예를 들어, 소요시간만큼 경과된 후의 질소산화물 농도를 높은 정확도로 예측할 수 있으며, 반복적으로 미래 시점의 질소산화물 농도를 예측하면서 예측시점에 맞게 환원제분사량을 조절하는 시간차 제어를 반복하는 것이 가능하다. 따라서 농도가 바뀌는 질소산화물도 예측에 의해 정확하고 면밀하게 처리할 수 있다.Thereafter, the target-control step (S300) is performed. In the target-control step, the calculated value of the reducing agent injection amount corresponding to the nitrogen oxide concentration in the exhaust gas at the future point in time predicted in the learning-prediction step (S200), that is, the second time point is obtained, and the reducing agent transport process is controlled from the first point At the second point in time, control is performed to match the amount of reducing agent injected into the exhaust gas with the calculated value of the reducing agent injection amount. That is, the reducing agent injection amount that can solve this is calculated according to the predicted contaminant concentration at the second time point, which is the future point from the first time point. It is possible to match the injection amount of the reducing agent injected into the exhaust gas at the second time point with the calculated value of the reducing agent injection amount. This includes, for example, the concept of time difference control in consideration of the time required for the reducing agent transport process, and is particularly effective because it is possible even when the concentration of the exhaust gas is changed rather than fixed. That is, through the analysis based on the above-described artificial intelligence learning method, for example, the nitrogen oxide concentration after the required time has elapsed can be predicted with high accuracy, and the reducing agent injection amount according to the prediction time while repeatedly predicting the nitrogen oxide concentration at a future time point It is possible to repeat the time difference control to adjust Therefore, even nitrogen oxides with varying concentrations can be accurately and precisely treated by prediction.
이러한 목표-제어단계(S300)에서 제1시점은 가스터빈 운전 중의 일 시점일 수 있으며 제2시점은 그보다 시간이 경과된 시점으로 제1시점에 대해서는 미래시점일 수 있다. 제1시점과 제2시점 사이의 간격은 달라질 수 있으며 이는 상황에 따라 의도적으로 바꿀 수도 있다. 예를 들어, 분 단위의 간격을 가질 수도 있으나 필요에 따라 간격을 넓히거나 좁히는 것도 가능하다. 예를 들면, 전술한 환원제 이송공정에 관련된 소요시간을 고려하여 그보다 넓은 시간간격으로 제1시점과 제2시점 사이의 간격을 조정할 수도 있으며, 후술하는 바와 같이 이송공정을 제어하여 소요시간을 점진적으로 바꾸어 주면서 제1시점과 제2시점 사이의 간격을 필요에 따라 조정해 줄 수도 있다. 또한, 이와 다른 방식으로도 제1시점과 제2시점 사이의 시간 간격은 다양하게 조정될 수 있다. 제1시점과 제2시점, 환원제분사량의 계산방식, 환원제 이송공정 등 목표-제어단계와 관련된 구체적인 내용 역시 후술하여 보다 상세히 설명한다.In this target-control step (S300), the first time point may be a time point during gas turbine operation, and the second time point may be a time elapsed longer than that, and the first time point may be a future time point. The interval between the first time point and the second time point may vary, and this may be intentionally changed according to circumstances. For example, it may have an interval of minutes, but it is also possible to increase or decrease the interval as needed. For example, the interval between the first time point and the second time point may be adjusted with a wider time interval than that in consideration of the time required for the above-described reducing agent transfer process, and the required time may be gradually reduced by controlling the transfer process as described below. While changing, the interval between the first time point and the second time point may be adjusted as needed. Also, the time interval between the first time point and the second time point may be variously adjusted in a different manner. Specific details related to the target-control step, such as the first time point and the second time point, the calculation method of the reducing agent injection amount, and the reducing agent transfer process, will also be described later in more detail.
이와 같은 단계들을 통해, 본 발명의 배가스 처리방법은 현 시점의 영향인자 값으로부터 미래시점의 질소산화물 농도값을 예측하고, 예측시점에 정확하게 질소산화물을 처리할 수 있는 환원제를 공급해 줄 수 있다. 인공지능에 기반한 학습을 통해 영향인자변동과 질소산화물 농도 변화의 시간에 따른 관계가 도출되면 영향인자 변화를 계속 모니터링 하면서 일정 시간 경과한 미래시점의 질소산화물 농도를 지속적으로 예측할 수 있다. 또한 반복하는 학습을 통해 영향인자 변화와 질소산화물 농도 변화의 상관성도 점진적으로 증가시킬 수 있으며 이를 통해 제어과정이 진행되는 동안에도 제어공정의 정확도를 계속 향상시키는 것도 가능하다. 이러한 방식으로 가스터빈 운전 중에 배가스 내 질소산화물 농도를 예측해 가면서, 예측된 질소산화물이 보다 정확하게 제거되도록 환원제 공급을 제어할 수 있다. Through these steps, the exhaust gas treatment method of the present invention predicts the nitrogen oxide concentration value of the future time from the value of the influencing factor at the present time point, and can supply a reducing agent capable of accurately treating the nitrogen oxides at the predicted time point. When the relationship between the change in the influence factor and the change in the concentration of nitrogen oxide is derived through artificial intelligence-based learning, it is possible to continuously predict the concentration of nitrogen oxide in the future after a certain period of time while continuously monitoring the change in the influencing factor. In addition, through repeated learning, the correlation between the change in the influence factor and the change in the nitrogen oxide concentration can be gradually increased, and it is possible to continuously improve the accuracy of the control process while the control process is in progress. In this way, while predicting the nitrogen oxide concentration in the exhaust gas during gas turbine operation, it is possible to control the supply of the reducing agent so that the predicted nitrogen oxide is more accurately removed.
이하에서는, 도 5를 참조하여, 질소산화물 농도 예측 및 환원제 공급에 대하여 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to FIG. 5, the prediction of the nitrogen oxide concentration and the supply of the reducing agent will be described in more detail.
도 5는 오염물질농도 예측 및 환원제공급과 관련된 처리과정을 경시적으로 나타낸 타임테이블[도 5의 (a)] 및 그에 따른 환원제공급량의 변동을 예시적으로 나타낸 그래프[도 5의 (b)]를 함께 도시한 도면이다.Figure 5 is a time table showing the processing process related to the prediction of the pollutant concentration and the supply of the reducing agent over time [Fig. It is a drawing showing together.
도 5와 함께, 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명을 진행한다. 타임테이블 상에 나타나 있지는 않지만, 전술한 학습-도출단계(도 4의 S100참조)는 데이터분석모듈(도 1의 100참조)에 의해 진행될 수 있으며 이는 가스터빈(도 1의 10참조)의 운전시작시점(T0) 이전에 미리 진행될 수 있다. 전술한 바와 같이, 기수집된 표본가스터빈의 운전데이터 및 그와 연관된 배가스의 조성데이터의 상관관계를 컴퓨터가 인공지능 학습 알고리즘에 의해 학습(예, 인공지능 학습 알고리즘에 의한 머신-러닝방식으로 학습)하여, 배가스 내 질소산화물 농도에 영향을 미치는 영향인자를 도출한다. 이때 예를 들어 컴퓨터 내 전술한 데이터학습모듈(100)에서 이러한 과정이 진행될 수 있으며 도출된 영향인자에 대한 정보는 농도예측모듈(도 1의 200참조), 공정제어모듈(도 1의 300참조) 등으로 전달될 수 있다. In conjunction with FIG. 5, the description will proceed with reference to FIGS. 1 to 4 . Although not shown on the time table, the above-described learning-derivation step (refer to S100 in FIG. 4) may be performed by the data analysis module (refer to 100 in FIG. 1), which starts operation of the gas turbine (refer to 10 in FIG. 1) It may proceed in advance before the time point T 0 . As described above, the computer learns the correlation between the operation data of the previously collected sample gas turbine and the composition data of the associated flue gas by the artificial intelligence learning algorithm (eg, learning by the machine-learning method by the artificial intelligence learning algorithm) ) to derive the factors affecting the nitrogen oxide concentration in the exhaust gas. At this time, for example, this process may be performed in the above-described
가스터빈(10)이 운전을 시작한 이후에는 전술한 학습-예측단계(도 4의 S200참조)가 진행된다. 즉, 학습-예측단계는 가스터빈(10)의 운전시작시점(T0)이후에 실시간 측정된 데이터를 바탕으로 진행된다. 즉 전술한 바와 같이, 가스터빈(10) 운전 시에 실시간으로 측정된 영향인자의 변화와 그에 따른 배가스 내 질소산화물 농도 변화의 시간에 따른 상관관계를 컴퓨터가 인공지능 학습 알고리즘에 의해 학습(예, 인공지능 학습 알고리즘에 의한 머신-러닝방식으로 학습)하여 가스터빈 운전 중인 제1시점(T1)에서, 그보다 시간이 경과된 제2시점(T2)의 배가스 내 질소산화물 농도를 예측하게 된다. 이때 예를 들어 컴퓨터 내 전술한 농도예측모듈(200)에서 이러한 과정이 진행될 수 있으며 도출된 농도 예측치는 공정제어모듈(300)로 전달될 수 있다.After the
전술한 바와 같이 영향인자는, 운전데이터의 일부로서 도출될 수 있으며 영향인자의 종류나 개수 등은 전술한 것처럼 상황에 따라 달라질 수 있다. 또한, 이러한 영향인자가 농도를 변화시키는 배가스 내 질소산화물은 일산화질소 및 이산화질소를 포함하며, 그 밖의 다른 질소산화물도 포함될 수 있다. 다만, 이하에서는 일산화질소 및 이산화질소와 상관관계를 갖는 영향인자가 도출되어 학습-예측단계를 통해 일산화질소 및 이산화질소의 농도가 예측된 상황을 가정함으로써 환원제 공급과정과 관련된 보다 구체적인 설명을 진행하도록 한다.As described above, the influencing factor may be derived as a part of the driving data, and the type or number of the influencing factor may vary depending on the situation as described above. In addition, nitrogen oxides in the flue gas to which these influence factors change the concentration include nitrogen monoxide and nitrogen dioxide, and other nitrogen oxides may also be included. However, below, a more detailed explanation related to the reducing agent supply process is provided by assuming a situation in which the influencing factors correlated with nitrogen monoxide and nitrogen dioxide are derived and the concentrations of nitrogen monoxide and nitrogen dioxide are predicted through the learning-prediction step.
학습-예측단계의 학습과정은 가스터빈(10)의 운전과 함께 시작될 수 있으며 실측 데이터가 공급되고 적절한 데이터가 제공되는 동안 학습과정은 계속될 수 있다. 이는 조정이 가능하며 전술한 바와 같이 농도예측모듈(200)이 복수의 연산프로그램으로 형성된 경우 학습과정을 진행하면서 한편으로 배가스 내 질소산화물 농도의 예측에 관한 프로세스도 병렬적으로 진행할 수 있다. 영향인자는 전술한 바와 같이 운전데이터의 일부로서 도출되므로 운전 중인 가스터빈(10)의 운전데이터의 수집이 가능한 화력발전소 내 각종 설비나 센서를 통해 영향인자의 실시간 측정값과 변화값을 제공받을 수 있다. 배가스(A)는 가스터빈(10) 운전시작시점(T0)으로부터 운전이 종료되는 시점(Tx)까지 지속적으로 생성되므로 화력발전소 내 주요한 배가스 유동경로인 덕트(도 1의 20참조) 및 연돌(도 1의 30참조) 등에 배치된 농도센서를 통해 배가스 내 질소산화물 농도의 실시간 측정값과 변화값을 제공받을 수 있다. 즉 한편으로 실시간 제공되는 영향인자의 측정값 및 배가스 내 질소산화물 농도의 측정값을 제공받고 전술한 기계학습에 의한 학습을 진행하면서, 갱신되는 결과로부터 미래시점의 질소산화물 농도를 예측하는 과정을 진행할 수 있다.The learning process of the learning-prediction stage may be started with operation of the
이해를 돕기 위해 타임테이블 상에는 제1시점(T1) 및 제2시점(T2)의 세트가 하나만 도시되었지만, 이러한 세트는 농도예측모듈(200)의 반복적인 예측에 따라 시차를 두고 반복적으로 생성될 수 있다. 따라서 후술하는 공정제어모듈(300)의 제어동작도 그에 따라 반복적으로 이루어지며 미래시점의 질소산화물 농도에 따른 제어를 지속적으로 수행하는 것이 가능하다.For better understanding, only one set of the first time point (T 1 ) and the second time point (T 2 ) is shown on the timetable, but these sets are repeatedly generated with a lag according to the iterative prediction of the
예측을 수행하는 시점인 제1시점(T1)과 그보다 시간이 경과된 미래의 예측시점인 제2시점(T2) 사이의 시간간격은 필요에 따라 조정될 수 있으나, 바람직하게는 시간간격은 적어도 20초일 수 있으며, 보다 바람직하게는 40초 내지 5분, 보다 더 바람직하게는 40초 내지 3분일 수 있다. 예측가능성과 예측에 따른 처리효율 면에서 이와 같은 시간간격이 보다 바람직하다. 상기한 단계들과 별개로 제2시점(T2)에서 예측된 질소산화물 농도는 해당 시점에 실제 측정된 실측치와 반복적으로 비교될 수 있으며 이를 통해 농도예측모듈(200)로부터 도출된 상관관계의 유효성 판별도 가능하다. 예를 들면, 농도예측모듈(200)이 도출한 영향인자와 질소산화물 농도의 시간에 따른 상관관계는 예측치가 실측치와 적어도 80퍼센트 이상 일치하는 경우에만 유효한 것으로 판별될 수 있으며 예를 들어 그보다 일치도가 낮은 경우 예측을 중지하고 학습을 계속할 수도 있다. 학습-예측단계는 정형적이지 않으며 여러 가지 다양한 형태로 진행될 수 있다. 제1시점(T1)과 제2시점(T2) 사이의 시간간격은 전술한 환원제이송부(도 1의 400참조)에서 나타나는 이송공정의 소요시간보다 크게 설정하는 것이 바람직하다. 공정제어모듈(300)의 제어에 따라 환원제이송부(400)의 동작이 조절되어 이송공정의 소요시간이 변경되는 경우 그에 대응하여 제1시점(T1)과 제2시점(T2) 사이의 시간간격도 바꾸어 줄 수 있다. The time interval between the first time point (T 1 ), which is a time when prediction is performed, and the second time point (T 2 ), which is a prediction time of the future that has elapsed more than that, may be adjusted as needed, but preferably, the time interval is at least It may be 20 seconds, more preferably 40 seconds to 5 minutes, even more preferably 40 seconds to 3 minutes. Such a time interval is more preferable in terms of predictability and processing efficiency according to prediction. Separately from the above steps, the nitrogen oxide concentration predicted at the second time point (T 2 ) can be repeatedly compared with the actual value measured at that time point, and the validity of the correlation derived from the
배가스 내 질소산화물 농도가 예측된 제1시점(T1)부터 목표-제어단계가 진행될 수 있다. 전술한 바와 같이 목표-제어단계(도 4의 S300참조)는 학습-예측단계에서 예측된 제2시점(T2)의 배가스 내 질소산화물 농도에 대응하는 환원제분사량(Qe)을 계산하고 제1시점(T1)으로부터 환원제의 이송공정을 제어하여, 이송공정을 따라 배가스로 분사되는 환원제의 양을 제2시점(T2)에서 환원제분사량(Qe) 계산값과 일치시키게 된다. 이는 예를 들어, 컴퓨터 상에 형성된 공정제어모듈(300)에 의해 진행될 수 있으며 공정제어모듈(300)은 계산된 환원제분사량(Qe)과 예측시점(T2) 모두를 고려하여 환원제이송부(400)의 동작을 제어하게 된다.The target-control step may be performed from the first time point (T 1 ) at which the nitrogen oxide concentration in the exhaust gas is predicted. As described above, the target-control step (see S300 of FIG. 4 ) calculates the reducing agent injection amount (Q e ) corresponding to the nitrogen oxide concentration in the exhaust gas at the second time point (T 2 ) predicted in the learning-prediction step, and the first By controlling the transfer process of the reducing agent from the time point (T 1 ), the amount of the reducing agent injected into the exhaust gas along the transfer process is matched with the calculated value of the reducing agent injection amount (Q e ) at the second time point (T 2 ). This may be performed, for example, by the
이때 전술한 것처럼 환원제 공급 전 또는 후에, 이상상태를 자동으로 진단 및 해소하는 과정을 먼저 또는 함께 수행할 수 있다. 즉 목표-제어단계는, 전술한 것처럼 환원제 공급 전 또는 후에, 컴퓨터로 가스터빈(10)을 포함하는 배가스 유동경로 내 이상상태를 자동으로 진단하는 단계와, 이상상태가 발견되면 컴퓨터로 제어시스템 및 환원제 이송공정 중 적어도 어느 하나를 제어하여 이상상태를 자동으로 해소시키는 단계가 포함된 세부단계를 포함할 수 있다. 이때 이상상태를 자동으로 해소시키는 단계는, 가스터빈(10)을 포함하는 배가스 유동경로 내 환원제 농도를 조절하여 환원제 과다에 의한 폭발 및 화재위험을 제거하는 과정을 포함할 수 있다. 이러한 동작은 예를 들어, 환원제 이송공정의 제어가 시작되는 제1시점(T1)의 초기 등에 이루어질 수 있다.At this time, as described above, before or after the supply of the reducing agent, the process of automatically diagnosing and resolving the abnormal state may be performed first or together. That is, the target-control step includes the steps of automatically diagnosing an abnormal condition in the exhaust gas flow path including the
예를 들면, 상기 환원제 과다에 의한 폭발 및 화재위험을 제거하는 과정은, 환원제 이송경로의 온도 및 압력 중 적어도 어느 하나가 정상온도 및 정상압력에서 20%를 넘어서는 시점에, 환원제 이송공정을 제어하여 환원제 주입량을 급격히 줄이거나 중지하여 폭발 및 화재위험을 제거한 후, 환원제 주입을 재개하는 방식으로 수행될 수 있다. 이와 같이 폭발 및 화재위험을 제거하는 과정 중에는 예를 들어, 정상상태에서 고려 가능한 환원제 이송조건(예를 들어 환원제 주입량 증가 등) 및/또는 가스터빈(10)의 운전조건(암모니아 등 부산물 농도조절을 위한 운전조건 변경 등)등은 무시될 수도 있다.For example, the process of removing the risk of explosion and fire due to the excess of the reducing agent is performed by controlling the reducing agent transport process when at least one of the temperature and pressure of the reducing agent transport path exceeds 20% at the normal temperature and normal pressure. After removing the risk of explosion and fire by rapidly reducing or stopping the injection amount of the reducing agent, it can be performed by restarting the injection of the reducing agent. During the process of removing the risk of explosion and fire as described above, for example, the reducing agent transport conditions (for example, increasing the reducing agent injection amount, etc.) and/or the operating conditions of the gas turbine 10 (controlling the concentration of by-products such as ammonia) change of operating conditions, etc.) may be ignored.
또한, 상기 이상상태를 자동으로 해소시키는 단계는 예를 들면, 배가스 유동경로로 주입되는 환원제 유량 및 압력 중 적어도 어느 하나를 조절하여 환원제와 배가스간 접촉비를 조절하는 과정을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 전술한 환원제주입부(500)의 일 측에 형성된 측정장비(예, 유량 및/또는 압력센서를 포함할 수 있다) 등으로 측정한 환원제 유량 및 압력 중 적어도 어느 하나에 대한 변화와, 배가스 유동경로에 형성된 측정장비(예, 유량 및/또는 온도센서를 포함할 수 있다) 등으로 측정한 배가스량 변화(유속 및/또는 온도변화 등으로부터 계산 등을 통해 알아낼 수 있다)에 따라서 환원제의 유량 및 압력 중 적어도 어느 하나를 조절하여, 특히 환원제와 배가스간 접촉 몰비가 분사영역 전체를 통해 적절한 값을 갖도록 조절하는 것이 가능하다. 이를 통해 전술한 바와 같이 탈질성능 등 배가스 처리성능이 과도하게 저하되거나 배가스 처리에 따른 부산물 농도가 과도하게 증가하는 등의 이상상태도 해소시킬 수 있다.In addition, the step of automatically resolving the abnormal state may include, for example, adjusting the contact ratio between the reducing agent and the exhaust gas by adjusting at least one of the flow rate and pressure of the reducing agent injected into the exhaust gas flow path. For example, a change in at least one of the reducing agent flow rate and pressure measured with a measuring device (eg, it may include a flow rate and/or a pressure sensor) formed on one side of the reducing
공정제어모듈(300)은 전술한 바와 같이 제2시점(T2)의 예측된 농도에 대응하는 환원제분사량(Qe)을 계산하고 환원제 이송공정을 제어하여 배가스로 분사되는 환원제의 양을 제2시점(T2)에서 일치시킨다. 즉, 단순히 임의로 환원제를 분사하는 것이 아니라 예측치에 따라 정확하게 계산된 양으로 환원제가 분사되도록 제어한다. 계산된 환원제분사량(Qe)은 제2시점(T2)의 예측된 질소산화물 농도에 따른 것으로 예측된 시점에서 해당 오염물질을 해소시킬 수 있는 양으로 계산된다. 전술한 것처럼 예측된 질소산화물 농도가 일산화질소 및 이산화질소인 경우를 상정하여 이에 대해 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다. The process control module 300 calculates the reducing agent injection amount (Q e ) corresponding to the predicted concentration of the second time point (T 2 ) as described above, and controls the reducing agent transfer process to control the amount of the reducing agent injected into the exhaust gas. Match at time point T 2 . That is, the reducing agent is controlled so that the reducing agent is injected in an amount accurately calculated according to the predicted value, rather than simply arbitrarily injecting the reducing agent. The calculated reducing agent injection amount (Qe) is calculated according to the predicted nitrogen oxide concentration at the second time point (T 2 ), and is calculated as an amount capable of resolving the pollutant at the predicted time point. As described above, assuming that the predicted nitrogen oxide concentrations are nitrogen monoxide and nitrogen dioxide, this will be described in more detail as follows.
학습-예측단계(S200)에서 농도가 예측되는 질소산화물은 일산화질소 및 이산화질소를 포함하며, 목표-제어단계(S300)에서 얻어진 환원제분사량(Qe) 계산값은, 제2시점(T2)의 예측된 질소산화물에 포함되는 이산화질소에 연동되어 탄화수소계환원제의 소요량을 산출하여 얻어질 수 있다. 이 때, 제2시점(T2)의 배가스 내 질소산화물에 포함되는 이산화질소의 0.5당량에 해당하는 양을 탄화수소계환원제의 최대량으로 설정하여 얻어질 수 있다. 즉, 탄화수소계환원제가 최대 이산화질소의 1/2을 일산화질소로 환원하도록 함으로써, 배가스 중 이산화질소의 함량을 줄일 수 있고, 배가스 중 NO2/NO 비가 1이하가 되도록 할 수 있다. 따라서, 이산화질소로 인한 황연을 억제할 수 있고, 암모니아계환원제와 탈질촉매에 의한 탈질반응에 적합한 NO2/NO 비를 만들어 줄 수 있다. The nitrogen oxide concentration predicted in the learning-prediction step (S200) includes nitrogen monoxide and nitrogen dioxide, and the calculated value of the reducing agent injection amount (Qe) obtained in the target-control step (S300) is the second time point (T 2 ) Prediction It can be obtained by calculating the required amount of a hydrocarbon-based reducing agent by interlocking with nitrogen dioxide contained in nitrogen oxides. At this time, it can be obtained by setting an amount corresponding to 0.5 equivalents of nitrogen dioxide contained in nitrogen oxides in the exhaust gas at the second time point (T 2 ) as the maximum amount of the hydrocarbon-based reducing agent. That is, by allowing the hydrocarbon-based reducing agent to reduce 1/2 of the maximum nitrogen dioxide to nitrogen monoxide, the content of nitrogen dioxide in the exhaust gas can be reduced, and the NO 2 /NO ratio in the exhaust gas can be set to 1 or less. Therefore, it is possible to suppress yellow smoke caused by nitrogen dioxide, and it is possible to make a NO 2 /NO ratio suitable for the denitrification reaction by the ammonia-based reducing agent and the denitrification catalyst.
또한, 제2시점(T2)의 배가스 내 질소산화물의 1당량에 해당하는 양을 암모니아계환원제의 최대량으로 설정하여 얻어질 수 있다. 탄화수소계환원제에 의해, 촉매반응에 의한 탈질에 적합하게 NO2/NO 비가 조절되므로, 암모니아계환원제는 이산화질소 농도와 무관하게 질소산화물의 1당량에 해당하는 양을 최대량으로 설정하여도, 질소산화물을 충분히 환원시킬 수 있다. In addition, it can be obtained by setting an amount corresponding to 1 equivalent of nitrogen oxide in the exhaust gas at the second time point (T 2 ) as the maximum amount of the ammonia-based reducing agent. Since the NO 2 /NO ratio is adjusted suitable for denitration by catalytic reaction by the hydrocarbon-based reducing agent, the ammonia-based reducing agent reduces nitrogen oxides even when the amount corresponding to one equivalent of nitrogen oxide is set to the maximum regardless of the nitrogen dioxide concentration. can be sufficiently reduced.
이와 같이 탄화수소계환원제와 암모니아계환원제의 최대량을 설정함으로써, 환원제 사용량은 줄이면서, 황연은 억제하고, 촉매반응에 의한 탈질은 효과적으로 일어나도록 할 수 있다.By setting the maximum amount of the hydrocarbon-based reducing agent and the ammonia-based reducing agent as described above, the amount of the reducing agent used is reduced, yellow smoke is suppressed, and denitration by catalytic reaction can occur effectively.
구체적으로, 환원제의 최대량은 환원제의 표준당량비(NSR: Normalized stoichiometric ratio)를 적용하여 구할 수 있다. 예를 들어, 탄화수소계환원제의 최대량은 수학식 1 또는 수학식 1-1을 적용하여 산출할 수 있다. 수학식 1-1은 수학식 1의 변형식으로, 표준산소농도 보정을 반영한 식이다. 즉, 수학식 1은 표준산소농도보정을 생략하고 환원제분사량을 산출하기 위한 수학식을 나타내는 것으로, 이와 같이 수학식 1 또는 수학식 1-1을 적용함으로써, 산소보정 유무에 관계 없이 환원제분사량을 산출할 수 있다. 이 때, 수학식 1-1의 NO2i는 표준산소농도 보정이 반영된 농도를 나타냄은 물론이다. 부연하면, 수학식 1의 NO2i는 표준산소농도보정이 반영되지 않은 실측치를 기준으로 하는 농도를 나타내나, 수학식 1-1의 NO2i는 실제로 실측치에 표준산소농도보정계수{m=(21-표준산소농도)/(21-실제산소농도)}를 곱한 값을 기준으로 하는 농도를 나타낸다. 수학식 1-1의 NO2i는 아래와 같이 식이 복잡하지 않도록 표시되어 있으나, 필요에 따라서는 NO2i(std)와 같은 방식으로 표시될 수 도 있다.Specifically, the maximum amount of the reducing agent can be obtained by applying a standard equivalent ratio (NSR: Normalized stoichiometric ratio) of the reducing agent. For example, the maximum amount of the hydrocarbon-based reducing agent may be calculated by applying
[수학식 1][Equation 1]
상기 식에서, Qe1은 탄화수소계 환원제량(kg/hr), Q는 배가스량(Nm3/hr.dry), NO2i는 이산화질소농도(ppm), MW는 환원제분자량, P는 환원제순도(%), NSR은 환원제 표준당량비(0.5)이다.In the above formula, Q e1 is the amount of hydrocarbon-based reducing agent (kg/hr), Q is the amount of exhaust gas (Nm 3 /hr. dry), NO 2i is nitrogen dioxide concentration (ppm), MW is the reducing agent molecular weight, P is the reducing agent purity (%) , NSR is the reducing agent standard equivalent ratio (0.5).
[수학식 1-1][Equation 1-1]
상기 식에서, Qe1은 탄화수소계 환원제량(kg/hr), Q는 배가스량(Nm3/hr.dry), NO2i는 이산화질소농도(ppm), O2A는 실제산소농도(%, dry), O2R은 표준산소농도(%, dry), MW는 환원제분자량, P는 환원제순도(%), NSR은 환원제 표준당량비(0.5)이다.In the above formula, Q e1 is the amount of hydrocarbon-based reducing agent (kg/hr), Q is the amount of exhaust gas (Nm 3 /hr. dry), NO 2i is nitrogen dioxide concentration (ppm), O 2A is the actual oxygen concentration (%, dry), O 2R is the standard oxygen concentration (%, dry), MW is the reducing agent molecular weight, P is the reducing agent purity (%), and NSR is the reducing agent standard equivalent ratio (0.5).
이때, 배가스량과 실제산소농도는 제1시점에서의 값이거나, 그로부터 예측된 제2시점에서의 값일 수 있다. 배가스량과 산소농도의 시간에 따른 변화폭은 질소산화물과 같은 오염물질에 비해 상대적으로 크지 않으므로, 제1시점에서의 값을 사용할 수도 있으며, 본 발명의 오염물질 농도 예측과 같은 방식으로 예측한 예측값을 사용할 수도 있다. 예를 들어, (a)단계와 (b)단계에서 '배가스 내 질소산화물 농도에 영향을 미치는 영향인자' 대신 '배가스 내 산소농도에 영향을 미치는 영향인자'를 적용하여, 제2시점의 배가스 내 산소농도를 예측할 수 있다. 또한, (a)단계에서 '운전데이터와 배가스조성데이터' 대신 '배가스량 이외의 운전데이터와 배가스량'을 적용하고, (a)단계와 (b)단계에서 '배가스 내 질소산화물 농도에 영향을 미치는 영향인자' 대신 '배가스량에 영향을 미치는 영향인자'를 적용하여, 제2시점의 배가스량을 예측할 수도 있다.In this case, the amount of exhaust gas and the actual oxygen concentration may be a value at the first time point or a value at the second time point predicted therefrom. Since the change in the amount of exhaust gas and oxygen concentration with time is not relatively large compared to pollutants such as nitrogen oxides, the value at the first time point may be used, and the predicted value predicted in the same way as the pollutant concentration prediction of the present invention can also be used For example, in steps (a) and (b), instead of 'influencing factors affecting nitrogen oxide concentration in exhaust gas', 'influencing factors affecting oxygen concentration in exhaust gas' were applied, and The oxygen concentration can be predicted. In addition, in step (a), 'operating data and flue gas amount other than exhaust gas amount' is applied instead of 'operation data and flue gas composition data', and in steps (a) and (b), 'influence of nitrogen oxide concentration in exhaust gas' It is also possible to predict the amount of exhaust gas at the second point in time by applying the 'influencing factor on the exhaust gas quantity' instead of the 'influencing factor'.
표준산소농도는 오염물질과 배출시설에 따라 다른 값이 적용될 수 있으며, 대한민국 대기환경보전법 시행규칙상 '대기오염물질의 배출허용기준'에 기재된 값일 수 있다.The standard oxygen concentration may have different values depending on the pollutant and the emission facility, and may be the value described in the 'Permissible Emission Standards for Air Pollutants' under the Enforcement Regulations of the Air Conservation Act of Korea.
또한, 암모니아계환원제의 최대량은 수학식 2 또는 수학식 2-1을 적용하여 산출할 수 있다. 수학식 2-1은 수학식 2의 변형식으로, 표준산소농도 보정을 반영한 식이다. 부연하면, 수학식 2는 표준산소농도보정을 생략하고 환원제분사량을 산출하기 위한 수학식을 나타내는 것으로, 이와 같이 수학식 2 또는 수학식 2-1을 적용함으로써, 산소보정 유무에 관계 없이 환원제분사량을 산출할 수 있다. 이 때, 수학식 2-1의 NOxi, NOxo, M은 표준산소농도 보정이 반영된 농도를 나타냄은 물론이다. 즉, 수학식 2의 NOxi, NOxo, M은 표준산소농도보정이 반영되지 않은 실측치를 기준으로 하는 농도를 나타내나, 수학식 1-1의 NOxi, NOxo, M은 실제로 실측치에 표준산소농도보정계수{m=(21-표준산소농도)/(21-실제산소농도)}를 곱한 값을 기준으로 하는 농도를 나타낸다. 수학식 2-1의 NOxi, NOxo, M은 아래와 같이 식이 복잡해지지 않도록 간략하게 표시되어 있으나, 필요에 따라서는 각각 NOxi(std), NOxo(std), M(std)와 같은 방식으로 표시될 수 도 있다.In addition, the maximum amount of the ammonia-based reducing agent can be calculated by applying Equation 2 or Equation 2-1. Equation 2-1 is a modification of Equation 2 and reflects the standard oxygen concentration correction. In other words, Equation 2 represents a formula for calculating the reducing agent injection amount while omitting the standard oxygen concentration correction. can be calculated. At this time, of course, NOxi, NOxo, and M in Equation 2-1 represent concentrations in which standard oxygen concentration correction is reflected. That is, NOxi, NOxo, and M in Equation 2 represent concentrations based on the measured values to which standard oxygen concentration correction is not reflected, but NOxi, NOxo, and M in Equation 1-1 are actually measured values with standard oxygen concentration correction coefficients It represents the concentration based on the value multiplied by {m=(21-standard oxygen concentration)/(21-actual oxygen concentration)}. NOxi, NOxo, and M in Equation 2-1 are briefly expressed so as not to complicate the expressions as follows, but may be expressed in the same way as NOxi(std), NOxo(std), M(std), respectively, if necessary. there is also
[수학식 2][Equation 2]
상기 식에서, Qe2은 암모니아계 환원제량(kg/hr), Q는 배가스량(Nm3/hr.dry), NOxi는 질소산화물 농도(ppm), NOxo는 질소산화물 목표농도(ppm), M은 설계여유값(margin, NOxi의 20% 이하 값), MW는 환원제분자량, P는 환원제순도(%), NSR은 환원제 표준당량비(1)이다.In the above formula, Q e2 is the amount of ammonia-based reducing agent (kg/hr), Q is the amount of exhaust gas (Nm 3 /hr. dry), NOx i is the nitrogen oxide concentration (ppm), NOx o is the nitrogen oxide target concentration (ppm), M is the design margin (margin, less than 20% of NOxi), MW is the molecular weight of the reducing agent, P is the reducing agent purity (%), and NSR is the reducing agent standard equivalent ratio (1).
[수학식 2-1][Equation 2-1]
상기 식에서, Qe2은 암모니아계 환원제량(kg/hr), Q는 배가스량(Nm3/hr.dry), NOxi는 질소산화물 농도(ppm), NOxo는 질소산화물 목표농도(ppm), M은 설계여유값(margin, NOxi의 20% 이하 값), O2A는 실제산소농도(%, dry), O2R은 표준산소농도(%, dry), MW는 환원제분자량, P는 환원제순도(%), NSR은 환원제 표준당량비(1)이다.In the above formula, Q e2 is the amount of ammonia-based reducing agent (kg/hr), Q is the amount of exhaust gas (Nm 3 /hr. dry), NOx i is the nitrogen oxide concentration (ppm), NOx o is the nitrogen oxide target concentration (ppm), M is the design margin (margin, value less than 20% of NOxi), O 2A is the actual oxygen concentration (%, dry), O 2R is the standard oxygen concentration (%, dry), MW is the reducing agent molecular weight, and P is the reducing agent purity ( %), NSR is the reducing agent standard equivalent ratio (1).
이 때, 배가스량, 실제산소농도, 표준산소농도는 수학식 1 또는 수학식 1-1과 동일하며, 질소산화물 목표농도는 질소산화물 농도 보다 낮은 값을 나타내며, 질소산화물 처리율을 고려하여 결정될 수 있다.At this time, the amount of exhaust gas, the actual oxygen concentration, and the standard oxygen concentration are the same as in
결국, 환원제분사량(Qe)의 최대값은 수학식 3에 의해 산출될 수 있다.As a result, the maximum value of the reducing agent injection amount (Qe) can be calculated by Equation (3).
[수학식 3][Equation 3]
Qe=Qe1+Qe2 Qe=Qe 1 +Qe 2
상기 식에서, Qe는 환원제분사량(kg/hr), Qe1은 수학식 1 또는 수학식 1-1에 의해 산출된 탄화수소계 환원제량(kg/hr), Qe2는 수학식 2 또는 수학식 2-1에 의해 산출된 암모니아계 환원제량(kg/hr)이다.In the above formula, Q e is the reducing agent injection amount (kg/hr), Q e1 is the hydrocarbon-based reducing agent amount calculated by
이와 같은 최대값을 한도로, 각각의 환원제 양을 예측된 질소산화물 내지 이산화질소 농도에 따라 변동시킴으로써, 일산화질소와 이산화질소 함량이 변동하는 배가스도 용이하게 처리할 수 있다.By varying the amount of each reducing agent according to the predicted nitrogen oxide or nitrogen dioxide concentration with such a maximum value as a limit, it is possible to easily treat flue gases with fluctuating nitrogen monoxide and nitrogen dioxide contents.
결국, 예측된 질소산화물과 이산화질소 농도 변화와 환원제 종류에 따라 분사량을 결정할 수 있는 산식을 적용하여 보다 정확한 양의 환원제를 예측된 제2시점(T2)에 분사하여 배가스 내 질소산화물을 제거하는 것이 가능하다. In the end, a more accurate amount of reducing agent is sprayed at the predicted second time point (T 2 ) by applying an equation that can determine the injection amount according to the predicted change in nitrogen oxide and nitrogen dioxide concentrations and the type of reducing agent to remove nitrogen oxides in the exhaust gas. It is possible.
이와 같은 방식으로 계산된 환원제분사량(Qe)은 예측이 진행된 제1시점(T1)보다 시간이 경과된 제2시점(T2)의 질소산화물을 제거하기 위한 것이므로, 전술한 환원제 이송공정의 소요시간 또는 이송공정에 의한 시차를 고려하여 미리 제1시점(T1)으로부터 환원제의 이송공정을 제어하게 된다. 공정제어모듈(300)은 예를 들어, 전술한 환원제이송부(400) 상에 제어신호를 전송하여 관로의 개도나, 관로를 따라 이동하는 환원제의 이송경로 등을 바꾸어 줄 수 있으며 이를 통해 이송공정의 소요시간을 확인하고 조절할 수 있다. 이를 통해 전술한 환원제주입부(도 1의 500참조)에서 배가스(A)가 유동하는 덕트(도 1의 20참조)로 분사되는 환원제의 양을 시간 차를 두고 조절할 수 있으며, 목표시점을 제2시점(T2)에 맞추는 제어를 함으로써 도 5와 같이 이송공정을 따라 배가스로 분사되는 환원제의 양을 제2시점(T2)에서, 환원제분사량(Qe) 계산값과 일치시킬 수 있다. 따라서 실질적으로 제1시점(T1)의 영향인자 실측치만 알면 그보다 시간이 경과된 제2시점(T2)의 질소산화물 농도를 예측하고 환원제분사량(Qe)을 정확하게 계산하여, 환원제 이송공정의 소요시간 이후인 제2시점(T2)에 적합한 처리를 할 수 있다. 질소산화물 농도는 변동될 수 있으나, 전술한 인공지능 학습에 기반하여 보다 민감한 영향인자를 도출하고 영향인자와 질소산화물간 상관관계도 보다 정확하게 판별하여 영향인자로부터 농도가 어떻게 바뀔지 보다 정확하게 예측하는 것이 가능하므로, 시간에 따라 배출양상이 달라지는 질소산화물에 대하여도 보다 능동적으로 대응할 수 있는 것이다. 또한 환원제도 예측된 농도에 맞추어 정확히 계산된 양을 분사하므로 환원제 과잉 등의 위험요소도 최소화 할 수 있다. 이상과 같이 본 발명을 이용하여 화력발전소의 질소산화물 함유 배가스를 효과적으로 처리할 수 있다.The reducing agent injection amount (Q e ) calculated in this way is to remove the nitrogen oxides at the second time point (T 2 ), which has elapsed time than the first time point (T 1 ) at which the prediction is advanced. The transfer process of the reducing agent is controlled from the first time point (T 1 ) in advance in consideration of the time difference due to the time required or the transfer process. The
<실험례 1> 2종 환원제를 이용한 질소산화물 처리 실험<Experimental Example 1> Nitrogen oxide treatment experiment using two types of reducing agents
배가스 중 이산화질소의 0.5당량에 해당하는 양을 탄화수소계환원제 최대량으로 하고, 배가스 중 질소산화물의 1당량에 해당하는 양을 암모니아계환원제 최대량으로 하여, 질소산화물 처리 실험을 실시하였다.The nitrogen oxide treatment experiment was carried out by setting an amount corresponding to 0.5 equivalent of nitrogen dioxide in the exhaust gas as the maximum amount of hydrocarbon-based reducing agent, and an amount corresponding to 1 equivalent of nitrogen oxide in the exhaust gas as the maximum amount of ammonia-based reducing agent.
구체적으로, 다음 조건의 모사배출가스에 대해, 수학식 1 내지 3을 적용하여 산출된 양의 환원제(에탄올, 암모니아)를 탈질촉매가 장착된 선택적촉매환원장치에 주입하여, 질소산화물을 처리하였다. 이 때, 수학식 1-1에서 표준산소농도, 환원제분자량, 환원제순도, NSR은 각각 15% dry, 46, 100% wt, 0.5를 적용하였다. 수학식 2-1에서 질소산화물 목표농도, 설계여유값, 표준산소농도, 환원제분자량, 환원제순도, NSR은 각각 3ppmvd, 0.4ppmvd, 15% dry, 17, 100% wt, 1을 적용하였다. 처리전후의 질소산화물 함량 차이를 처리전 질소산화물 함량으로 나눈 후 100을 곱하여 질소산화물처리율을 구하였다. 그 결과, 질소산화물처리율은 98%이었다. 또한, 실험과정에서 탈질촉매 후단에서 측정된 탄화수소 화합물이나 암모니아 측정값은 각각 0.5ppm 이하 이었다.Specifically, for the simulated exhaust gas under the following conditions, a reducing agent (ethanol, ammonia) in an amount calculated by applying
O 배출가스 조건O Exhaust gas conditions
배가스량 9,000 Nm3/hr, dryFlue gas volume 9,000 Nm 3 /hr, dry
질소산화물 입구농도 61 ppmvd(표준산소농도보정기준)Nitrogen oxide inlet concentration 61 ppmvd (standard oxygen concentration correction standard)
이산화질소 입구농도 39 ppmvd(표준산소농도보정기준)Nitrogen dioxide inlet concentration 39 ppmvd (standard oxygen concentration correction standard)
실제산소농도 15%, dry (Base gas N2)Actual oxygen concentration 15%, dry (Base gas N 2 )
O 환원제 주입량 산출 과정O Reductant injection amount calculation process
Qe=Qe1+Qe2 Qe=Qe 1 +Qe 2
=0.76 kg/hr=0.76 kg/hr
이와 같은 결과로부터, 배가스 내 질소산화물에 포함되는 이산화질소의 0.5당량에 해당하는 양을 탄화수소계환원제의 최대량으로 설정하고, 배가스 내 질소산화물의 1당량에 해당하는 양을 암모니아계환원제의 최대량으로 설정하여 얻어진 값을 환원제의 최대량으로 적용함으로써, 효과적으로 질소산화물을 처리할 수 있으며, 환원제 과잉 염려는 피할 수 있음을 알 수 있다. 특히, 본 발명에 의할 때, 서로 상이한 계열의 환원제를 적절하게 특히 양적인 면에서 적절하게 적용할 뿐만 아니라, 시간적인 면에서도 선제적으로 적용됨으로써, 질소산화물 농도가 급변하는 배가스를 보다 능동적으로 처리할 수 있음을 알 수 있다.From this result, the amount corresponding to 0.5 equivalent of nitrogen dioxide contained in nitrogen oxide in the exhaust gas is set as the maximum amount of the hydrocarbon-based reducing agent, and the amount corresponding to 1 equivalent of nitrogen oxide in the exhaust gas is set as the maximum amount of the ammonia-based reducing agent. It can be seen that by applying the obtained value as the maximum amount of the reducing agent, it is possible to effectively treat nitrogen oxides, and the concern about the excess of the reducing agent can be avoided. In particular, according to the present invention, reducing agents of different series are appropriately applied not only in terms of quantity, but also in terms of time, by being preemptively applied in terms of time, more actively treating the flue gas with a rapidly changing nitrogen oxide concentration know you can do it.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can realize that the present invention can be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential features. you will be able to understand Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.
1: 화력발전소의 질소산화물함유배가스 처리장치 10: 가스터빈
20: 덕트 21: 열교환모듈
22: 탈질촉매 30: 연돌
40: 제어시스템 100: 데이터 학습모듈
200: 농도예측모듈 300: 공정제어모듈
400: 환원제이송부 500: 환원제주입부
550: 추가환원제주입부 600, 650: 환원제저장부
A: 배가스 B: 환원제1: Nitrogen oxide-containing flue gas treatment device of thermal power plant 10: Gas turbine
20: duct 21: heat exchange module
22: denitration catalyst 30: stack
40: control system 100: data learning module
200: concentration prediction module 300: process control module
400: reducing agent transfer unit 500: reducing agent injection unit
550: additional reducing
A: flue gas B: reducing agent
Claims (13)
상기 환원제주입부로 환원제를 이송하는 환원제이송부;
기수집된 표본가스터빈의 운전데이터와 배가스조성데이터의 상관관계를 입력받고, 인공지능 학습 알고리즘에 의해 학습하여 배가스 내 질소산화물 농도에 영향을 미치는 영향인자를 도출하는 데이터학습모듈;
상기 가스터빈 운전 시에 실시간으로 측정된 상기 영향인자의 변화와 그에 따른 배가스 내 질소산화물 농도변화의 측정값을 입력받고, 상기 영향인자와 상기 질소산화물 농도간 시간에 따른 상관관계를 인공지능 학습 알고리즘에 의해 학습하여 상기 가스터빈 운전 중인 제1시점에서, 그보다 시간이 경과된 제2시점의 배가스 내 질소산화물 농도를 예측하는 농도예측모듈; 및
상기 농도예측모듈이 예측한 상기 제2시점의 배가스 내 질소산화물 농도에 대응하는 환원제분사량 계산값을 얻고, 상기 제1시점으로부터 상기 환원제이송부를 제어하여, 상기 제2시점에서 상기 환원제주입부를 통해 주입되는 환원제의 양을 상기 환원제분사량 계산값과 일치시키는 공정제어모듈을 포함하고,
상기 질소산화물은 일산화질소 및 이산화질소를 포함하고,
상기 환원제는 탄화수소계환원제 및 암모니아계환원제를 포함하며,
상기 환원제분사량 계산값은, 상기 농도예측모듈이 예측한 상기 제2시점의 배가스 내 질소산화물에 포함되는 이산화질소의 0.5 당량에 해당하는 양을 상기 탄화수소계환원제의 최대량으로 설정하여 얻어지고, 상기 탄화수소계환원제의 최대량은 하기 수학식 1 또는 하기 수학식 1-1을 적용하여 산출하는 화력발전소의 질소산화물 함유 배가스 처리장치.
[수학식 1]
상기 식에서, Qe1은 탄화수소계 환원제량(kg/hr), Q는 배가스량(Nm3/hr.dry), NO2i는 이산화질소농도(ppm), MW는 환원제분자량, P는 환원제순도(%), NSR은 환원제 표준당량비(0.5)이다.
[수학식 1-1]
상기 식에서, Qe1은 탄화수소계 환원제량(kg/hr), Q는 배가스량(Nm3/hr.dry), NO2i는 이산화질소농도(ppm), O2A는 실제산소농도(%, dry), O2R은 표준산소농도(%, dry), MW는 환원제분자량, P는 환원제순도(%), NSR은 환원제 표준당량비(0.5)이다.a reducing agent injection unit formed between the gas turbine and the denitration catalyst;
a reducing agent transfer unit for transferring the reducing agent to the reducing agent injection unit;
a data learning module that receives the correlation between the operation data of the previously collected sample gas turbine and the exhaust gas composition data, and learns it by an artificial intelligence learning algorithm to derive influence factors affecting the nitrogen oxide concentration in the exhaust gas;
The artificial intelligence learning algorithm receives the measured value of the change in the influencing factor measured in real time during the operation of the gas turbine and the change in the nitrogen oxide concentration in the exhaust gas accordingly, and the correlation over time between the influencing factor and the nitrogen oxide concentration a concentration prediction module for estimating the concentration of nitrogen oxides in the exhaust gas at a second point in time that has elapsed from the first point in time during gas turbine operation by learning by; and
Obtain the calculated reducing agent injection amount corresponding to the nitrogen oxide concentration in the exhaust gas at the second time point predicted by the concentration prediction module, control the reducing agent transfer unit from the first time point, and inject through the reducing agent injection unit at the second time point A process control module for matching the amount of reducing agent to be injected with the calculated value of the reducing agent injection,
The nitrogen oxides include nitrogen monoxide and nitrogen dioxide,
The reducing agent includes a hydrocarbon-based reducing agent and an ammonia-based reducing agent,
The calculated value of the reducing agent injection amount is obtained by setting the amount corresponding to 0.5 equivalent of nitrogen dioxide included in the nitrogen oxide in the exhaust gas at the second time point predicted by the concentration prediction module as the maximum amount of the hydrocarbon-based reducing agent, and the hydrocarbon-based reducing agent The maximum amount of the reducing agent is a nitrogen oxide-containing flue gas treatment device of a thermal power plant calculated by applying the following Equation 1 or Equation 1-1.
[Equation 1]
In the above formula, Q e1 is the amount of hydrocarbon-based reducing agent (kg/hr), Q is the amount of exhaust gas (Nm 3 /hr.dry), NO 2i is nitrogen dioxide concentration (ppm), MW is the reducing agent molecular weight, P is the reducing agent purity (%) , NSR is the reducing agent standard equivalent ratio (0.5).
[Equation 1-1]
In the above formula, Q e1 is the amount of hydrocarbon-based reducing agent (kg/hr), Q is the amount of exhaust gas (Nm 3 /hr. dry), NO 2i is nitrogen dioxide concentration (ppm), O 2A is the actual oxygen concentration (%, dry), O 2R is the standard oxygen concentration (%, dry), MW is the reducing agent molecular weight, P is the reducing agent purity (%), and NSR is the reducing agent standard equivalent ratio (0.5).
(b) 가스터빈 운전 시에 실시간으로 측정된 상기 영향인자의 변화와 그에 따른 배가스 내 질소산화물 농도변화의 시간에 따른 상관관계를 컴퓨터가 인공지능 학습 알고리즘에 의해 학습하여 상기 가스터빈 운전 중인 제1시점에서, 그보다 시간이 경과된 제2시점의 배가스 내 질소산화물 농도를 예측하는 학습-예측단계; 및
(c) 상기 (b) 단계에서 예측된 상기 제2시점의 배가스 내 질소산화물 농도에 대응하는 환원제분사량 계산값을 얻고, 상기 제1시점으로부터 환원제의 이송공정을 제어하여 상기 제2시점에서 배가스로 분사되는 환원제의 양을 상기 환원제분사량 계산값과 일치시키는 목표-제어단계를 포함하고,
상기 가스터빈은 그 후단에 탈질촉매가 위치하고,
상기 가스터빈과 상기 탈질촉매 사이에 환원제주입부가 형성되고,
상기 질소산화물은 일산화질소 및 이산화질소를 포함하고,
상기 환원제는 탄화수소계환원제 및 암모니아계환원제를 포함하며,
상기 (c)단계에서, 상기 환원제분사량 계산값은, 상기 (b)단계에서 예측된 상기 제2시점의 배가스 내 질소산화물에 포함되는 이산화질소의 0.5 당량에 해당하는 양을 상기 탄화수소계환원제의 최대량으로 설정하여 얻어지고, 상기 탄화수소계환원제의 최대량은 하기 수학식 1 또는 하기 수학식 1-1을 적용하여 산출하는 화력발전소의 질소산화물 함유 배가스 처리방법.
[수학식 1]
상기 식에서, Qe1은 탄화수소계 환원제량(kg/hr), Q는 배가스량(Nm3/hr.dry), NO2i는 이산화질소농도(ppm), MW는 환원제분자량, P는 환원제순도(%), NSR은 환원제 표준당량비(0.5)이다.
[수학식 1-1]
상기 식에서, Qe1은 탄화수소계 환원제량(kg/hr), Q는 배가스량(Nm3/hr.dry), NO2i는 이산화질소농도(ppm), O2A는 실제산소농도(%, dry), O2R은 표준산소농도(%, dry), MW는 환원제분자량, P는 환원제순도(%), NSR은 환원제 표준당량비(0.5)이다.(a) a learning-derivation step in which the computer learns the correlation between the operation data of the previously collected sample gas turbine and the exhaust gas composition data by an artificial intelligence learning algorithm, and derives the influencing factors affecting the nitrogen oxide concentration in the exhaust gas;
(b) The computer learns the correlation with time of the change in the influence factor measured in real time during gas turbine operation and the change in the nitrogen oxide concentration in the exhaust gas according to the artificial intelligence learning algorithm, and the first in operation of the gas turbine a learning-prediction step of predicting the concentration of nitrogen oxides in the exhaust gas at a second time point at which time has elapsed; and
(c) obtain a calculated value of reducing agent injection corresponding to the nitrogen oxide concentration in the exhaust gas at the second point in time predicted in step (b), and control the transfer process of the reducing agent from the first time point to the exhaust gas at the second time point a target-control step of matching the amount of the injected reducing agent with the calculated value of the reducing agent injection amount;
The gas turbine has a denitration catalyst located at its rear end,
A reducing agent injection part is formed between the gas turbine and the denitration catalyst,
The nitrogen oxides include nitrogen monoxide and nitrogen dioxide,
The reducing agent includes a hydrocarbon-based reducing agent and an ammonia-based reducing agent,
In the step (c), the calculated value of the reducing agent injection amount is the amount corresponding to 0.5 equivalent of nitrogen dioxide contained in the nitrogen oxides in the exhaust gas at the second time point predicted in the step (b) as the maximum amount of the hydrocarbon-based reducing agent. Obtained by setting, the maximum amount of the hydrocarbon-based reducing agent is a nitrogen oxide-containing flue gas treatment method of a thermal power plant calculated by applying Equation 1 or Equation 1-1 below.
[Equation 1]
In the above formula, Q e1 is the amount of hydrocarbon-based reducing agent (kg/hr), Q is the amount of exhaust gas (Nm 3 /hr. dry), NO 2i is nitrogen dioxide concentration (ppm), MW is the reducing agent molecular weight, P is the reducing agent purity (%) , NSR is the reducing agent standard equivalent ratio (0.5).
[Equation 1-1]
In the above formula, Q e1 is the amount of hydrocarbon-based reducing agent (kg/hr), Q is the amount of exhaust gas (Nm 3 /hr. dry), NO 2i is nitrogen dioxide concentration (ppm), O 2A is the actual oxygen concentration (%, dry), O 2R is the standard oxygen concentration (%, dry), MW is the reducing agent molecular weight, P is the reducing agent purity (%), and NSR is the reducing agent standard equivalent ratio (0.5).
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CN114896895A (en) * | 2022-06-14 | 2022-08-12 | 安徽工业大学 | Gate-controlled cyclic neural network-based denitration system inlet nitrogen oxide emission prediction method and system |
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