KR102525332B1 - 석탄 화력 보일러 연소실 온도 측정장치 - Google Patents
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Abstract
화력보일러는 석탄 또는 다른 연료 원을 사용하여 열을 발생시키고 발생된 열로 물을 끓이며, 끓는 물의 수증기를 이용하여 터빈을 돌림으로써 전기 발전을 한다. 이때 물이 흐르는 파이프를 가열하게 되는데, 가열온도가 변하게 되면 물이 흐르는 파이프가 온도변화에 의하여 수축 또는 평창을 반복하게 되고 이에 따라 수명이 단축되는 문제가 발생한다. 상기와 같은 이유로 화력발전소 연소실의 온도 특히 물이 흐르는 파이프를 가열하는 최상단부의 온도를 일정하게 유지하기 위하여 연소실 내부의 온도분포를 정확히 측정하는 기술이 우선 필요하다.
이를 위하여 본 출원 발명에서는 사각형 또는 원형의 화력발전소 보일러 연소실에 설치된 에어혼; 및 상기 에어혼에서 발생한 각각의 음파가 상기 보일러 연소실의 상단부를 2개 이상의 방향으로 갈라져 측면 및/ 또는 반대쪽에 설치된 피에조방식의 마이크로폰에 의하여 음파를 2개 이상의 음파 경로를 통과한 음파를 측정하고, 상기 보일러 연소실의 온도에 따라 온도가 높을수록 음파의 속도가 빨라지고, 온도가 낮을수록 음파의 속도가 느려지는 원리를 이용하여 상기 피에조방식의 마이크로폰에서 음파의 도달 시간을 측정하여, 음파의 속도를 계산하여 상기 에어혼에서 발생한 음파가 상기 2 개 이상의 방향으로 갈라져 통과한 음파 경로상의 온도를 음파의 속도를 측정하여 온도로 환산하여 석탄화력 보일러 연소실의 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 석탄 화력 보일러 연소실 온도측정 장치를 제공한다.
상기와 같은 발명의 구성에 의하여 화력 보일러 연소실의 온도분포를 신뢰성 있고, 내구성 있는 방법에 의하여 측정함으로써 효율적으로 제어할 수 있는 수단을 제공하는 효과가 있다.
이를 위하여 본 출원 발명에서는 사각형 또는 원형의 화력발전소 보일러 연소실에 설치된 에어혼; 및 상기 에어혼에서 발생한 각각의 음파가 상기 보일러 연소실의 상단부를 2개 이상의 방향으로 갈라져 측면 및/ 또는 반대쪽에 설치된 피에조방식의 마이크로폰에 의하여 음파를 2개 이상의 음파 경로를 통과한 음파를 측정하고, 상기 보일러 연소실의 온도에 따라 온도가 높을수록 음파의 속도가 빨라지고, 온도가 낮을수록 음파의 속도가 느려지는 원리를 이용하여 상기 피에조방식의 마이크로폰에서 음파의 도달 시간을 측정하여, 음파의 속도를 계산하여 상기 에어혼에서 발생한 음파가 상기 2 개 이상의 방향으로 갈라져 통과한 음파 경로상의 온도를 음파의 속도를 측정하여 온도로 환산하여 석탄화력 보일러 연소실의 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 석탄 화력 보일러 연소실 온도측정 장치를 제공한다.
상기와 같은 발명의 구성에 의하여 화력 보일러 연소실의 온도분포를 신뢰성 있고, 내구성 있는 방법에 의하여 측정함으로써 효율적으로 제어할 수 있는 수단을 제공하는 효과가 있다.
Description
본 출원 발명은 석탄화력 보일러 연소실 온도측정 장치에 관한 것이다. 더욱 자세하게는 음파를 이용하여 온도를 측정하는 기술에 관한 것이다.
본 발명의 출원 이전의 선행기술로 석탄화력발전소 보일러의 상태 예측 모델 생성 방법 및 장치에 관한 기술이 개시되어 있다. 이 기술은 석탄화력발전소로부터센서에 의해 계측된 보일러상태 계측 데이터와, 연료 성상 데이터와, 발전소 운전 데이터를 획득하는 단계; 및 훈련조건에 대응하여 상기 보일러상태 계측데이터와, 상기연료 성상 데이터와, 상기 발전소 운전 데이터를 서로 다른 기준으로 동기화한 시간동기화 데이터를 구성하는단계; 및 상기 시간 동기화 데이터와, 상기 시간 동기화 데이터 내에 타켓변수에 대응하는 보일러상태 계측데이터를 훈련 데이터로하여 심층신경망모델을 훈련시켜 보일러상태 예측모델을 생성하는 단계를 포함하는 기술이 개시되어 있다.
또 다른 선행기술로 석탄화력발전소 및 석탄화력발전소의 제어 방법에 관한 기술이 개시되어 있다. 이 기술은 석탄을 지연가스와 함께 연소시키는 보일러와, 상기 보일러로부터 배출된 배기가스와 상기 지연가스를 열교환시키는 가스 예열기와, 공기 연소 또는 산소 연소에 따라 바꾸어 사용하는 열회수기 및 가스 쿨러와, 상기 열회수기 또는 가스 쿨러로부터의 배기가스로부터 매진ㆍ재를 제거하는 집진장치와, 집진 후 배기가스로부터 유황 산화물을 제거하는 탈황 장치와, 탈황된 배기가스가 공기 연소 또는 산소 연소에 따라 바꾸어 공급되는 재가열기 및 제습 장치를 구비하고, 공기 연소 방식 및 산소 연소 방식을 실현 가능한 석탄 보일러와, 상기 보일러로 발생한 증기에 의해서 구동되는 증기 터빈과, 상기 증기 터빈으로부터 배출된 물을 가열하는 급수 가열기를 구비한 석탄화력발전소에 있어서, 상기 집진장치 입구의 배기가스 온도를 계측하는 온도 센서와, 상기 증기 터빈으로부터 배출된 물을 상기 가스 쿨러에 공급하는 급수 유량을 조정하는 유량밸브와, 상기 집진장치 입구의 배기가스 온도가 일정해지도록 상기 가스 쿨러에 흐르는 급수 유량을 조정하는 제어장치를 구비한 기술에 관한 것이다.
본 출원 발명은 석탄 화력 보일러 또는 다른 종류의 연료 원을 가지는 화력보일러 연소실의 온도를 측정하는 기술에 관한 것이다. 화력보일러는 석탄 또는 다른 연료원을 사용하여 열을 발생시키고 발생된 열로 물을 끓이며, 끓는 물의 수증기를 이용하여 터빈을 돌림으로써 전기 발전을 한다.
이때 물이 흐르는 파이프를 가열하게 되는데, 가열온도가 변하게 되면 물이 흐르는 파이프가 온도변화에 의하여 수축 또는 평창을 반복하게되고 이에 따라 수명이 단축되는 문제가 발생한다.
상기와 같은 이유로 화력발전소 연소실의 온도 특히 물이 흐르는 보일러 파이프를 가열하는 최상단부의 온도를 일정하게 유지하는 것이 필요하다. 따라서, 온도를 일정하게 유지하는 제어를 위해서는 화력발전소 연소실 상단부의 온도를 정확히 측정하는 기술이 필요하다.
본 출원 발명은 기존의 레이저를 이용하여 측정하는 방식은 석탄화력발전소와 같이 분진과 수증기 등의 광전달을 차단하는 물질이 많은 곳에서는 정확한 온도 측정이 어렵다. 이러한 문제점을 해결하고자 하는 것이 본 출원 발명의 목적이다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 다음의 과제해결 수단을 제공한다.
사각형 또는 원형의 화력발전소 보일러 연소실의 서로 마주보는 면에 설치된 에어혼; 및
상기 에어혼에서 발생한 음파가 상기 보일러 연소실의 상단부를 2개 이상의 방향으로 갈라져 측면 및/ 또는 반대쪽에 설치된 복수개의 피에조방식 마이크로폰에 의하여 2개 이상의 음파 경로를 통과한 음파의 속도를 측정하고,
상기 보일러 연소실의 온도에 따라 온도가 높을수록 음파의 속도가 빠르고, 온도가 낮을수록 음파의 속도가 느린 원리를 이용하여 상기 에어혼에서 발생한 음파가 2개 이상의 방향으로 갈라져 상기 복수개의 피에조방식의 마이크로폰까지 도달한 음파의 시간으로부터 음파의 속도를 측정하고, 측정된 음파의 속도로부터 음파 경로상의 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 석탄 화력 보일러 연소실 온도측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 2개 이상의 방향은 좌측면, 중앙의 왼쪽, 중앙의 오른쪽, 우측면 중 어느 2개 이상의 방향을 설정하는 것을 특징으로 하는 석탄 화력 보일러 연소실 온도 측정 장치를 제공한다.
또한, 설정된 상기 2 개 이상의 방향의 보일러 연소실 경계면에 피에조방식의 마이크로폰이 구비되는 것을 특징으로 하는 석탄 화력 보일러 연소실 온도 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 2개 이상의 방향은 석탄 화력 보일러 연소실의 수평면을 기준으로 중앙에서 15도 좌측면, 중앙에서 45도 좌측면, 중앙에서 75도 좌측면, 중앙에서 15도 우측면, 중앙에서 45도 우측면, 중앙에서 75도 우측면이고,
중앙을 기준으로 대칭되도록 방향이 설정되며, 상기 설정된 방향의 보일러 연소실 경계면에 복수개의 피에조방식의 마이크로폰이 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 석탄 화력 보일러 연소실 온도 측정 장치를 제공한다.
상기 피에조방식의 마이크로폰이 보일러 연소실의 열에 의하여 고장 나는 것을 방지하기 위하여 상기 피에조방식의 마이크로폰의 전단에 음파를 유도하고, 보일러 연소실의 열기로부터 이격하여 상기 피에조방식의 마이크로폰을 설치하여 열로부터 보호할 수 있도록 중공의 단열 파이프를 구비하여, 상기 에어혼의 음파가 상기 단열파이프를 통하여 상기 피에조방식의 마이크로폰에 전달되는 것을 특징으로 하는 석탄 화력 보일러 연소실 온도 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 단열파이프 중간에는 단열파이프 내부 온도센서를 더 구비하여 상기 단열파이프 내부의 온도에 따라 변화되는 음파의 속도를 보정할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 석탄 화력 보일러 연소실 온도 측정 장치를 제공한다.
상기 2개 이상의 방향의 음파경로는, 그길이와 경로상의 온도 프로파일이 그래프 또는 함수로 구비되어, 음파속도만 구하면 온도프로파일을 생성할 수 있는 것을 특징으로 하는 석탄화력보일러 연소실 온도 측정장치를 제공한다.
본 출원 발명의 상기와 같은 발명의 구성에 의하여 화력 보일러 연소실의 온도분포를 신뢰성있고, 내구성있는 방법에 의하여 측정함으로써 효율적으로 제어할 수 있는 수단을 제공하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 석탄 화력 보일러 연소실 온도 측정장치가 설치될 석탄 화력 보일러의 내부 단면도이다.
도 2는 석탄 화력보일러 내부에 설치된 수냉벽 부식을 촬영한 사진이다.
도 3은 석탄 화력보일러 내부에 설치된 튜브의 열화 및 튜브 고착물 침적 촬영 사진이다.
도 4는 기존의 석탄 화력 보일러 연소실 온도를 측정하기 위한 레이저 온도측정 방식의 센서와 센서 사용 시 문제점을 도시하고 있다.
도 5는 본 출원 발명의 새로운 온도측정 방법을 석탄 화력 보일러 연소실과 함께 도시하고 있다.
도 6은 본 발명의 석탄 화력 보일러 연소실 온도 측정 장치가 설치된 구성도이다.
도 7은 다른 실시예의 본 발명의 석탄 화력 보일러 연소실 온도 측정 장치가 설치된 구성도이다.
도 8은 본 출원 발명의 음파속도를 온도프로파일로 변환하는 과정을 설명하는 설명도이다.
도 2는 석탄 화력보일러 내부에 설치된 수냉벽 부식을 촬영한 사진이다.
도 3은 석탄 화력보일러 내부에 설치된 튜브의 열화 및 튜브 고착물 침적 촬영 사진이다.
도 4는 기존의 석탄 화력 보일러 연소실 온도를 측정하기 위한 레이저 온도측정 방식의 센서와 센서 사용 시 문제점을 도시하고 있다.
도 5는 본 출원 발명의 새로운 온도측정 방법을 석탄 화력 보일러 연소실과 함께 도시하고 있다.
도 6은 본 발명의 석탄 화력 보일러 연소실 온도 측정 장치가 설치된 구성도이다.
도 7은 다른 실시예의 본 발명의 석탄 화력 보일러 연소실 온도 측정 장치가 설치된 구성도이다.
도 8은 본 출원 발명의 음파속도를 온도프로파일로 변환하는 과정을 설명하는 설명도이다.
본 출원 발명의 작용효과를 도면을 활용하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 석탄 화력 보일러 연소실 온도 측정장치가 설치될 석탄 화력 보일러의 내부 단면도이다. 붉은색으로 표시될수록 온도가 높고, 파란색으로 표시될수록 온도가 낮다. 최상단의 온도가 구역별로 일정하지 않는 것을 알 수 있다. 이렇게 보일러 연소실 내부의 온도차가 발생하면, 보일러 연소실에서 발생한 열을 물을 끓이는데 사용하는 물파이프에 전달되는 온도에 차이가 발생하여 전달되는 온도 차이에 의하여 물파이프가 팽창과 수축을 반복하면서 내구성이 저하되어 파손될 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 우선 보일러 연소실의 온도를 정확히 측정할 필요가 있다. 그러나, 내부 온도가 매우 높고 연소실 면적이 크기 때문에 전체적으로 동일한 온도로 제어하기 쉽지 않고, 온도측정 장치가 쉽게 고장나는 문제가 지속적으로 발생하고 있다. 더욱이 연소실 내부에는 석탄 연소 시에 발생하는 분진과 먼지 및 수증기 등이 존재하여 기존의 열화상카메라, 적외선 온도센서 등의 사용이 매우 제한적이고, 정확한 온도측정이 어려운 문제가 있어왔다.
도 2는 석탄 화력보일러 내부에 설치된 수냉벽 부식을 촬영한 사진이다. 열에 의하여 부식과 손상이 발생한 것을 확인할 수 있다.
도 3은 석탄 화력보일러 내부에 설치된 튜브의 열화 및 튜브 고착물 침적 촬영 사진이다. 물을 끓이기위하여 사용되는 물파이프(튜브)의 열화와 연소실 내부에서 발생하는 분진과 먼지 등이 물파이프에 고착된 것을 확인할 수 있다.
도 4는 기존의 석탄 화력 보일러 연소실 온도를 측정하기 위한 레이저 온도측정 방식의 센서 및 사용 시 문제점을 도시하고 있다. 주지하는 바와 같이 레이저는 광증배관에서 특정 파장의 광을 증폭하여 사용하는 것으로 직진성이 우수한 장점이 있다. 이러한 장점으로 인하여 한쪽에는 레이저광원을 다른 쪽에는 수광부를 두고 레이저가 투과한 경로의 온도 특성에 따라 변화되는 레이저광을 측정하여 온도를 측정하는 방법이 개발되었다(도4 (A)). 그러나, 이 방법은 레이저의 통과를 방해하는 분진, 먼지 및 수증기 등에 의하여 레이저 광이 차단되는 경우가 많아 석탄 화력 발전소 보일러 연소실 온도측정에 어려움이 있어왔다. 한편으로는 넓은 보일러 연소실의 온도를 측정하기 위해서는 촘촘하게 센서를 설치하여야 하는 설치상의 문제와 보일러실의 열기로 인하여 센서마운트의 팽창과 수축으로 레이저광원과 수광부의 정렬이 틀어지기 때문에 주기적으로 레이저 광원과 수광센서부를 정렬하여야 하는 문제가 있어 유지관리가 매우 까다로운 문제가 있다.
본 출원 발명은 상기와 같은 기존 기술의 문제점을 해결하고자 도5에 도시된 방법을 발명하게 되었다.
도 5는 본 출원 발명의 석탄 화력 보일러실 온도측정 방법을 석탄 화력 보일러 연소실과 함께 도시하고 있다. 음파를 사용하여 음파가 매질의 온도에 따라 다른 속도를 가지는 것을 이용하여, 경로를 알고 있는 구간에서의 음파 속도를 측정하여, 그 경로에서의 평균 온도를 측정하고, 경로별로 계산된 온도를 교차되는 경로들의 온도 차이와 석탄 화력 보일러의 연료공급 및 연소패턴을 적용함으로써 연소실 내부 온도 분포를 측정하는 기술이다. 예로써 석탄화력 보일러실을 통과하는 경로가 중앙을 지나는 경우와 측면으로 지나는 경우 동일한 음파속도가 측정된 경우라도 실제 각 경로별로 온도프로파일에 차이가 있다. 측정된 음파의 속도는 해당 측정경로의 평균속도라 할 수 있고, 같은 평균 속도라 할지라도 구간별로 속도가 다를 수 있다.
따라서, 실측된 석탄화력발전소 연소실의 내부 온도 분포로부터 여러 음파 전달 경로별로 온도분포 형태를 측정된 음파속도를 기준으로 속도가 빠른 구간과 느린 구간을 확인하고, 이로부터 음파의 전달 속도가 측정되면 해당구간의 음파속도의 빠른구간과 느린구간을 속도프로파일로 만들고 이를 변환하여 해당 음파전달 경로의 온도프로파일을 생성한다.
도 6은 본 발명의 석탄 화력 보일러 연소실 온도 측정 장치가 설치된 구성도이다. 에어혼(200), 상기 에어혼은 고온의 보일러 연소실의 환경을 고려하여 전기 방식이 아닌 압축공기로 동작하는 에어혼(200)을 이용하여 음파를 발생한다. 상기 에어혼이 발생한 음파를 측정하기 위하여 연소실의 측면과 반대편에 피에조방식의 마이크로폰이 구비된다. 상기 피에조방식의 마이크로폰은 고온에서도 견딜 수 있도록 구성되어 있으며, 수신된 음파를 전기적인 신호로 바꾸어 음파의 수신을 측정한다. 즉, 상기 에어혼에서 발생한 음파의 발생시작 시간과 상기 피에조방식의 마이크로폰에서 수신한 음파 신호의 시간 간격과 상기 에어혼과 상기 피에조방식의 마이크로폰 사이의 실제 거리를 이용하여 해당 음파 경로상의 음파의 속도를 측정한다. 상기 음파속도를 이용하여 해당경로의 평균 온도를 계산할 수 있다. 결국 우리가 측정한 데이터는 해당 경로들의 평균 온도를 구한 것으로 음파전달 경로별로 다양한 온도 분포가 있을 수 있으나, 구체적인 경로상의 온도분포는 알 수 없다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 해당 석탄화력 발전소 보일러 연소실의 연소패턴과 연소실을 가로지르는 경로에 따라 상기 평균온도를 이용하여 경로상의 온도 프로파일을 새로 생성할 수 있다.
이는 도6에 도시된 것과 같이 경로에 따라 고온과 저온을 가로지르는 경우도 있고, 거의 동일한 온도의 구간을 경로로 가지는 경우도 있기 때문이다. 이러한 경로마다 다른 온도분포와 경로평균온도와의 경로별 연소실의 온도분포를 수학적모델로 구비한다.
보일러 연소실의 형상과 연료의 공급 위치에 따라 상기 에어혼의 위치와 피에조방식의 마이크로폰의 설치 개수와 위치는 달리 할 수 있으며, 본 출원 발명에서는 하나의 실시예로써 대칭으로 에어혼을 사용하고 있으나, 1개 또는 비대칭으로 3개 이상 사용하는 것도 가능하며, 상기 에어혼의 사용에 있어서, 한 쌍을 동시에 또는 번갈아 사용하는 것도 가능하다. 이는 다수의 에어혼을 사용하는 경우에도 동일한 에어혼의 사용방법을 응용할 수 있을 것이다. 필요한 경우에는 고압의 공기를 사용하는 에어혼이 아니라 초음파 발생부를 사용할 수 있다. 이러한 경우 수신부도 초음파를 수신할 수 있는 방식으로 바꾸는 것이 필요하다.
도 7은 다른 실시예의 본 발명의 석탄 화력 보일러 연소실 온도 측정 장치가 설치된 구성도이다. 상기 피에조방식의 음파센서를 열로부터 보호하여 오랜 시간 사용할 수 있도록 연소실과 거리를 둘 수 있는 단열파이프를 상기 피에조방식의 음파 센서 전단에 더 구비할 수 있다. 음파가 단열파이프를 통하여 상기 피에조방식의 음파센서에 전달되도록 함으로써 센서를 열로부터 보호할 수 있다.
그러나, 음파의 전달 경로가 길어지고, 단열파이프 내부의 온도에 따라 음파의 속도에도 영향을 주기 때문에 상기 단열파이프 내부 온도센서를 더 구비하여, 상기 단열 파이프에 의한 길이의 연장으로 발생하는 경로의 차이와 온도 차이를 보상하여 정확한 보일러 연소실의 온도분포를 측정할 수 있도록 할 수 있다. 또한, 상기 단열파이프에 수냉식 냉각파이프를 더 구비함으로써 피에조 방식의 음파센서의 온도를 낮추어 열에 의한 고장을 막을 수 있다.
도8은 본 출원 발명에서 측정된 음파의 속도를 이용하여 온도 프로파일을 생성하는 도면이다.
음파는 
음파가 통과하는 대기의 온도에 따라 속도가 변하게 되는데, 대기에서의 섭씨온도(C)를 대입하면 해당 온도에서의 음파의 속도를 계산할 수 있다.
보일러 연소실을 가로지르는 음파의 속도를 측정하면 그 속도는 해당 음파 경로의 평균속도가 측정된다. 하지만, 보실러 연소실 내부의 온도는 각부분마다 차이가 있어 여러 경로로 음파를 송신하고 수신하여 각 경로별 음파의 속도를 측정한다. 한편 음파가 지나가는 각각의 경로별로 상기 화력발전소 보일러실의 형태와 석탄 및 공기 공급 경로에 따라 온도에 차이가 발생한다. 따라서 상기 음파의 속도만으로는 음파의 이동경로 내에서 발생하는 온도의 편차는 측정할 수 있다. 이를 보완하기 위하여 상기 음파의 경로별로 온도프로파일모델을 생성하여 음파의 속도를 측정한 후 이를 상기 온도프로파일모델에 적용하여 해당경로에서의 온도분포를 측정한다.
도8을 활용하여 이를 설명하면, 도8에 도시된 경로(A)의 실제 온도 프로파일은 (B)와 같고 이때 측정된 음파의 속도는 약 700 m/sec 이다. 도8(A)를 참고하면 실제로 음파가 이동한 경로상에 700℃ 이상의 온도도 포함되어 있고, 이보다 낮은 온도도 포함되어 있다. 측정결과로부터 해당경로 전체의 평균 음파속도가 700m/sec 이다. 이 정보로부터 온도프로파일을 얻기 위해서는 해당경로의 음파의 속도에 따른 온도프로파일모델을 경로에 따라 생성 저장한 후, 측정된 음파속도를 해당 온도프로파일모델에 적용하여 해당 음파 경로의 온도프로파일을 생성한다.
다른 방법으로 음파 경로별 온도프로파일모델을 음파속도프로파일모델로 변환하고, 변환된 음파속도프로파일모델의 평균속도를 INDEX화하고, 측정된 음파의 속도를 해당 경로의 INDEX 로 음파속도프로파일모델에 적용함으로써 음파속도프로파일을 얻고, 다시 온도프로파일을 얻는 방법이 있다.
상기와 같은 작용효과를 나타내기 위한 발명의 구성은 다음과 같다.
사각형 또는 원형의 화력발전소 보일러 연소실의 서로 마주보는 면에 설치된 에어혼; 및
상기 에어혼에서 발생한 음파가 상기 보일러 연소실의 상단부를 2개 이상의 방향으로 갈라져 측면 및/ 또는 반대쪽에 설치된 복수개의 피에조방식 마이크로폰에 의하여 2개 이상의 음파 경로를 통과한 음파의 속도를 측정하고,
상기 보일러 연소실의 온도에 따라 온도가 높을수록 음파의 속도가 빠르고, 온도가 낮을수록 음파의 속도가 느린 원리를 이용하여 상기 에어혼에서 발생한 음파가 2개 이상의 방향으로 갈라져 상기 복수개의 피에조방식의 마이크로폰까지 도달한 음파의 시간으로부터 음파의 속도를 측정하고, 측정된 음파의 속도로부터 음파 경로상의 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 석탄 화력 보일러 연소실 온도측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 2개 이상의 방향은 좌측면, 중앙의 왼쪽, 중앙의 오른쪽, 우측면 중 어느 2개 이상의 방향을 설정하는 것을 특징으로 하는 석탄 화력 보일러 연소실 온도 측정 장치를 제공한다.
또한, 설정된 상기 2 개 이상의 방향의 보일러 연소실 경계면에 피에조방식의 마이크로폰이 구비되는 것을 특징으로 하는 석탄 화력 보일러 연소실 온도 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 2개 이상의 방향은 석탄 화력 보일러 연소실의 수평면을 기준으로 중앙에서 15도 좌측면, 중앙에서 45도 좌측면, 중앙에서 75도 좌측면, 중앙에서 15도 우측면, 중앙에서 45도 우측면, 중앙에서 75도 우측면이고,
중앙을 기준으로 대칭되도록 방향이 설정되며, 상기 설정된 방향의 보일러 연소실 경계면에 복수개의 피에조방식의 마이크로폰이 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 석탄 화력 보일러 연소실 온도 측정 장치를 제공한다.
상기 피에조방식의 마이크로폰이 보일러 연소실의 열에 의하여 고장 나는 것을 방지하기 위하여 상기 피에조방식의 마이크로폰의 전단에 음파를 유도하고, 보일러 연소실의 열기로부터 이격하여 상기 피에조방식의 마이크로폰을 설치하여 열로부터 보호할 수 있도록 중공의 단열 파이프를 구비하여, 상기 에어혼의 음파가 상기 단열파이프를 통하여 상기 피에조방식의 마이크로폰에 전달되는 것을 특징으로 하는 석탄 화력 보일러 연소실 온도 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 단열파이프 중간에는 단열파이프 내부 온도센서를 더 구비하여 상기 단열파이프 내부의 온도에 따라 변화되는 음파의 속도를 보정할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 석탄 화력 보일러 연소실 온도 측정 장치를 제공한다.
상기 2개 이상의 방향의 음파경로는, 그길이와 경로상의 온도 프로파일이 그래프 또는 함수로 구비되어, 음파속도만 구하면 온도프로파일을 생성할 수 있는 것을 특징으로 하는 석탄화력보일러 연소실 온도 측정장치를 제공한다.
100 : 석탄 화력 보일러 연소실 온도 측정장치
200 : 에어혼
300 : 피에조방식의 마이크로폰
400 : 단열 파이프
200 : 에어혼
300 : 피에조방식의 마이크로폰
400 : 단열 파이프
Claims (4)
- 사각형 또는 원형의 화력발전소 보일러 연소실의 서로 마주보는 면에 설치된 에어혼; 및
상기 에어혼에서 발생한 음파가 상기 보일러 연소실의 상단부를 2개 이상의 방향으로 갈라져 측면 및/ 또는 반대쪽에 설치된 복수개의 피에조방식 마이크로폰에 의하여 2개 이상의 음파 경로를 통과한 음파의 속도를 측정하고,
상기 보일러 연소실의 온도에 따라 온도가 높을수록 음파의 속도가 빠르고, 온도가 낮을수록 음파의 속도가 느린 원리를 이용하여 상기 에어혼에서 발생한 음파가 2개 이상의 방향으로 갈라져 상기 복수개의 피에조방식의 마이크로폰까지 도달한 음파의 시간으로부터 음파의 속도를 측정하고, 측정된 음파의 속도로부터 음파 경로상의 온도를 계산하며,
상기 에어혼에서 발생한 음파가 2개 이상의 방향으로 갈라질 때의 방향은 상기 에어혼을 기준으로 좌측면, 중앙의 왼쪽, 중앙의 오른쪽, 우측면 중 어느 2개 이상의 방향으로 설정하며,
설정된 상기 2 개 이상의 방향을 대향하여 보일러 연소실 경계면에 피에조방식의 마이크로폰이 구비되고,
상기 피에조방식의 마이크로폰이 보일러 연소실의 열에 의하여 고장 나는 것을 방지하기 위하여 상기 피에조방식의 마이크로폰의 앞쪽 끝단에 음파를 유도하고 열로부터 보호할 수 있도록 중공의 단열 파이프를 구비하며 ,
상기 단열파이프 중간에는 단열파이프 내부 온도측정을 위한 온도센서를 구비하여 상기 단열파이프 내부의 온도에 따라 변화되는 음파의 속도를 보정할 수 있도록 하며,
설정된 상기 2 개 이상의 방향에 대한 음파 경로별 온도프로파일모델을 음파속도프로파일모델로 변환하고, 변환된 음파속도프로파일모델의 평균속도를 INDEX화하며, 측정된 음파의 속도를 해당 경로의 INDEX로 상기 음파속도프로파일모델에 적용함으로써 음파속도프로파일을 얻고, 다시 온도프로파일을 계산하는 것을 특징으로 하는 석탄화력보일러 연소실 온도 측정장치. - 삭제
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Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63249031A (ja) * | 1987-04-03 | 1988-10-17 | Kobe Steel Ltd | 音響を利用した炉内温度分布測定方法 |
| JP2698399B2 (ja) * | 1988-10-21 | 1998-01-19 | バブコツク日立株式会社 | 音響式燃焼ガス温度測定装置 |
| KR20010037958A (ko) * | 1999-10-21 | 2001-05-15 | 윤덕용 | 음파를 이용한 온도측정시 센서위치의 최적 결정방법 |
| KR200270316Y1 (ko) * | 2001-08-27 | 2002-04-03 | 하나제어기술 주식회사 | 노내 연소가스 온도분포 감시장치 |
| JP2002107235A (ja) * | 2000-10-03 | 2002-04-10 | Babcock Hitachi Kk | 音響式ガス温度計測装置とその運用方法 |
| KR20020067393A (ko) * | 2001-02-16 | 2002-08-22 | (주)타스코 | 음파를 이용한 보일러 내부 온도 측정장치 |
| KR101085236B1 (ko) * | 2011-05-25 | 2011-12-01 | (주)파워엔지니어링 | 공명음을 이용한 발전소 보일러의 내부 온도 측정장치 |
| JP2012137269A (ja) | 2010-12-28 | 2012-07-19 | Hitachi Ltd | 石炭火力発電プラント及び石炭火力発電プラントの制御方法 |
| US20180031401A1 (en) * | 2015-02-11 | 2018-02-01 | General Electric Technology Gmbh | Plant, measurement system, and method for measuring temperature and velocity of a flow of fluid |
| KR102271069B1 (ko) | 2020-03-31 | 2021-06-29 | 조선대학교산학협력단 | 석탄화력발전소 보일러의 상태 예측 모델 생성 방법 및 장치 |
-
2022
- 2022-08-03 KR KR1020220096465A patent/KR102525332B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63249031A (ja) * | 1987-04-03 | 1988-10-17 | Kobe Steel Ltd | 音響を利用した炉内温度分布測定方法 |
| JP2698399B2 (ja) * | 1988-10-21 | 1998-01-19 | バブコツク日立株式会社 | 音響式燃焼ガス温度測定装置 |
| KR20010037958A (ko) * | 1999-10-21 | 2001-05-15 | 윤덕용 | 음파를 이용한 온도측정시 센서위치의 최적 결정방법 |
| JP2002107235A (ja) * | 2000-10-03 | 2002-04-10 | Babcock Hitachi Kk | 音響式ガス温度計測装置とその運用方法 |
| KR20020067393A (ko) * | 2001-02-16 | 2002-08-22 | (주)타스코 | 음파를 이용한 보일러 내부 온도 측정장치 |
| KR200270316Y1 (ko) * | 2001-08-27 | 2002-04-03 | 하나제어기술 주식회사 | 노내 연소가스 온도분포 감시장치 |
| JP2012137269A (ja) | 2010-12-28 | 2012-07-19 | Hitachi Ltd | 石炭火力発電プラント及び石炭火力発電プラントの制御方法 |
| KR101085236B1 (ko) * | 2011-05-25 | 2011-12-01 | (주)파워엔지니어링 | 공명음을 이용한 발전소 보일러의 내부 온도 측정장치 |
| US20180031401A1 (en) * | 2015-02-11 | 2018-02-01 | General Electric Technology Gmbh | Plant, measurement system, and method for measuring temperature and velocity of a flow of fluid |
| KR102271069B1 (ko) | 2020-03-31 | 2021-06-29 | 조선대학교산학협력단 | 석탄화력발전소 보일러의 상태 예측 모델 생성 방법 및 장치 |
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