KR20000032128A - Denitration control system for incinerator of waste - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A denitration control system of an incinerator is provided to prevent the environmental pollution by developing the control technology to remove nitrogenous compounds(NOx) in a process of incinerating industrial waste and waste matters from home. CONSTITUTION: A total amount of dry gas is produced by removing vapor from the total amount of gas. The amount of nitrogenous compounds(NOx) to be removed is decided by multiplying the amount of dry gas by the NOx density to be removed except the NOx density permitted to exhaust to the air after changing the NOx density into the NOx weight per unit volume. The amount of NOx to be removed is changed into the amount of ammonia(NH3) to be fed by multiplying a stoichiometric factor by the feed amount of ammonia required to react. The NOx density to be exhausted to the air is maintained to prevent the air pollution.

Description

쓰레기 소각설비의 탈질제어 시스템Denitrification Control System of Waste Incineration Facility

본 발명은 환경오염 방지를 위한 쓰레기 소각설비의 탈질제어 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 쓰레기 소각설비 운전시 발생되는 질소화합물을 제거하기 위하여 환경 규제치를 초과하여 촉매탑으로 유입되는 질소화합물을 현장에 설치된 가스 분석기를 이용 측정 분석하여 중앙제어설비로 전송되면 중앙제어설비의 중앙처리장치에서는 질소화합물을 제거하기 위해 필요한 암모니아량을 자동 계산 제어기를 통해 결과값을 현장에 설치된 암모니아 공급 조절밸브를 조절함으로서 질소화합물을 제거토록 하는 것에 관한 것이다.The present invention relates to a denitrification control system of a waste incineration plant for preventing environmental pollution, and more particularly, in order to remove nitrogen compounds generated during operation of a waste incineration plant, nitrogen compounds introduced into the catalyst tower exceeding environmental regulations. When the gas analyzer installed in the center is measured and analyzed and transmitted to the central control equipment, the central processing equipment of the central control equipment controls the ammonia supply control valve installed on site through the automatic calculation controller for the amount of ammonia needed to remove nitrogen compounds. By removing nitrogen compounds.

일반적으로, 산업현장 및 일반 가정에서 배출되는 산업폐기물과 가정용 쓰레기 등의 발생량이 날로 증가함에 따라 이를 처리하기 위한 쓰레기 소각설비는 어디에서나 필요로 하는 주요 시설이 되고 있다.In general, as the amount of industrial waste and household waste discharged from industrial sites and general households increases day by day, waste incineration facilities for treating them have become major facilities that are needed everywhere.

소각설비가 이러한 쓰레기를 태워 없애는 데 목적을 두는 반면 쓰레기 연소과정에 발생되는 각종 유해가스는 환경오염 등의 주체가 될 수도 있으므로 대기오염의 주범이 되는 물질들을 잘 처리하여 배출시키는 것이 소각설비에서 가장 중요한 부분이라고 하겠다.While incineration facilities aim to burn these wastes, various harmful gases generated during the combustion process of wastes can be the main cause of environmental pollution. Therefore, it is best to treat and discharge the substances that are the main causes of air pollution. It's an important part.

선진 소각로 업체의 경우를 보면 소각로 자체에 대하여 이미 자동화를 실현하여 최적상태의 운전으로 엄격한 환경규제 방침에 대응하고 있으나, 이에 비해 국내의 기술 수준을 보면 상당히 미비한 상태에 있으며 특히 자동운전 및 시스템 제어 기술들은 선진 외국으로부터 기술제휴를 통하여 도입되고 있는 실정에 불과하였다. 이러한 기술 종속에서 벗어나기 위해서는 우리나라 현실에 적합한 제어기술로 하루 빨리 자립화를 기하는 것이 옳다고 판단된다.In the case of advanced incinerator companies, the incinerator itself has already realized automation and is responding to strict environmental regulations with optimal operation.However, the technical level in Korea is quite insignificant, especially the automatic operation and system control technology. They were only being introduced through technological alliances from advanced foreign countries. In order to escape from this technological subordination, it is judged that it is right to be self-reliant as soon as possible with the control technology suitable for the reality of Korea.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 그 목적은 산업폐기물 및 가정용 생활 쓰레기를 소각처리하는 과정에 발생되는 질소화합물(NOx)을 제거 처리하는 제어기술을 개발하여 환경오염을 미연에 방지하고자 하는 쓰레기 소각설비의 탈질제어 시스템을 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the above problems, the object of which is to develop a control technology to remove nitrogen compounds (NOx) generated in the process of incineration of industrial wastes and household wastes to prevent environmental pollution in advance. It is to provide a denitrification control system for waste incineration facilities.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여 쓰레기 소각설비의 탈질제어 시스템과 관련한 현장 장치 및 계기의 신호를 전송하는 입·출력 모듈(Input/Output Module)과 각종 제어 및 논리 수행을 담당하는 디스트리뷰티드 프로세스 유니트(Distributed Processor Unit:DPU)를 내장하고 있는 리모트 프로세스 유니트(Remote Processor Unit:RPU)와 각종 그래픽 및 텍스트 데이터를 컴퓨터 화면에 지원하고 운전자와의 인터페이서 기능을 하는 그래픽 프로세스(Graphic Processor:GP)와 데이터의 수집, 경보 처리 및 추이 데이터를 지원하는 리얼 타임프로세스(Real Time Processor:RTP)를 가지는 다중 CRT 오퍼레이터 워크스테이션(Operator Workstation:OW)장치, 그리고 상기와 같은 장치를 연결시키는 데이터 하이웨이(Data Highway:DH)로서 구성되어 있는 중앙 제어 장치를 이용하여 탈질설비를 컴퓨터 화면 운전 시스템에서 운전이 가능하도록 실현시킨 것을 제공함에 의해 달성된다.In order to achieve the above object, the present invention is an input / output module that transmits signals of field devices and instruments related to the denitrification control system of a waste incineration facility, and is distributed in charge of performing various controls and logics. Remote Processor Unit (RPU) with Integrated Processor Unit (DPU) and Graphic Processor (GP) that supports various graphic and text data on the computer screen and functions as an interface with the driver. And multiple CRT Operator Workstation (OW) devices with a Real Time Processor (RTP) that supports data collection, alert processing and trend data, and the Data Highway that connects such devices. Computer screening denitrification system using central control unit configured as Highway (DH) By providing what is realized to be operational in the operating system.

도 1 은 본 발명 쓰레기 소각설비의 탈질설비 시스템 구성도1 is a block diagram of a denitrification system of the present invention waste incineration plant

도 2 는 본 발명 쓰레기 소각설비의 탈질제어설비 시스템 구성도2 is a block diagram of a denitrification control system of the present invention waste incineration plant

도 3 은 본 발명 쓰레기 소각설비의 탈질설비 덕트버너 제어 논리회로도3 is a control circuit diagram of the denitrification equipment duct burner of the waste incineration plant of the present invention.

도 4 의 (가),(나)는 본 발명 쓰레기 소각설비의 탈질설비 아날로그 제어회로도Figure 4 (a), (b) is a denitrification facility analog control circuit diagram of the waste incineration plant of the present invention

도 5 는 본 발명 쓰레기 소각설비의 탈질설비 운전콘솔 화면의 그래픽5 is a graphic of the denitrification facility operation console screen of the present invention waste incineration plant

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>

(10) : 다중 CRT 오퍼레이터 워크스테이션10: multiple CRT operator workstation

(11) : 그래픽 프로세스(11): graphics process

(12) : 리얼 타임 프로세스(12): Real time process

(13) : 리모트 프로세스 유니트(13): remote process unit

(14) : 디스트리뷰티드 프로세스 유니트14: distributed process unit

(15) : 입·출력 카드(15): I / O card

(16) : 데이터 하이웨이16: Data Highway

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 설명하면 다음과같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described the configuration and operation of the present invention.

도 1 은 본 발명 쓰레기 소각설비의 탈질제어 시스템(선택적 촉매 환원법)의 탈질설비 구성도를 도시한 것이고, 도 2 는 본 발명 쓰레기 소각설비의 탈질제어 시스템(선택적 촉매 환원법)의 제어설비 시스템 구성도를 도시한 것이며, 도 3 은 본 발명 쓰레기 소각설비의 탈질제어 시스템(선택적 촉매 환원법)의 연소가스 가열용 덕트버너의 논리회로도를, 도 4 의 (가),(나)는 본 발명 쓰레기 소각설비의 탈질제어 시스템(선택적 촉매 환원법)의 아날로그 제어 회로도를, 도 5 는 본 발명 쓰레기 소각설비의 탈질제어 시스템(선택적 촉매 환원법)의 운전콘솔 화면의 그래픽을 도시한 것이다.1 is a block diagram illustrating a denitrification system of the denitrification control system (selective catalytic reduction method) of the waste incineration plant of the present invention, and FIG. 3 is a logic circuit diagram of a duct burner for combustion gas heating in a denitrification control system (selective catalytic reduction method) of the waste incineration plant of the present invention, and FIG. 4 (a) and (b) are waste incineration plants of the present invention. An analog control circuit diagram of a denitrification control system (selective catalytic reduction method) of FIG. 5 is a graphic of an operation console screen of a denitrification control system (selective catalytic reduction method) of a waste incineration plant of the present invention.

상기, 도 1 은 쓰레기를 연소하는 과정에 쓰레기 중의 질소 성분이나 연소 공기중의 질소가 고온에서 산화되어 발생하게 되는 질소산화물을 산화티타늄, 산화바나듐 및 산화텅스텐의 재질로 된 허니콤 구조의 촉매탑에서 암모니아와 반응하여 무해한 질소 및 물로 분해되어 대기중으로 배출하는 설비로서 촉매탑 내에서의 NOx반응을 간단한 식으로 나타내면 다음과 같다.1 is a honeycomb catalyst tower having a honeycomb structure made of titanium oxide, vanadium oxide and tungsten oxide. This is a facility that reacts with ammonia at and decomposes into harmless nitrogen and water and discharges it into the air.

4NO + 4NH3+ O2→ 4N2+ 6H2O4NO + 4NH 3 + O 2 → 4N 2 + 6H 2 O

4NO2+ 4NH3+ O2→ 3N2+ 6H2O4NO 2 + 4NH 3 + O 2 → 3N 2 + 6H 2 O

촉매탑내에서 질소산화물과 암모니아와의 반응 효율을 높이고 덕트 버너의 연료 소비를 최소화하기 위하여 촉매탑으로 유입되는 가스는 열교환기(증기식 가스 가열기, 가스/가스 열교환기)를 이용하여 예열한 다음 천연가스(LNG)를 이용한 덕트 버너로 질소산화물과 암모니아가 반응하기 위한 최적온도 320℃로 가열한다.In order to improve the reaction efficiency of nitrogen oxide and ammonia in the catalyst tower and to minimize fuel consumption of the duct burner, the gas flowing into the catalyst tower is preheated using a heat exchanger (steam gas heater, gas / gas heat exchanger), and then A duct burner using gas (LNG) is heated to an optimum temperature of 320 ℃ for the reaction between nitrogen oxide and ammonia.

상기, 도 2 는 본 발명이 내장되어 있는 소각 설비 중앙 제어 시스템의 구성 일례로서 다중 CRT 오퍼레이터 워크스테이션(Operator Workstation)(10), 그래픽 프로세스(Graphic Processor)(11), 리얼 타임 프로세스(Real Time Processor)(12), 데이터 하이웨이(Data Highway)(16), 그리고 디스트리뷰티드 프로세스 유니트(Distributed Processor Unit)(14) 및 현장 계기와 신호를 전달하는 입·출력 카드(Input/Output Card)(15)를 내장하고 있는 리모트 프로세스 유니트(Remote Processor Unit)(13)를 구성하고 있으며 이를 통하여 소각설비의 운전 상황에 따라 탈질설비의 제어 프로그램이 운영되는 것이다.2 is a configuration example of a central control system for incineration facilities in which the present invention is incorporated, and includes a multi-CRT operator workstation 10, a graphic processor 11, and a real time processor. (12), Data Highway (16), and Distributed Processor Unit (14), and Input / Output Cards (15) that carry field instruments and signals. A remote processor unit (13) having a built-in is constructed so that the control program of the denitrification system is operated according to the operation status of the incineration plant.

소각설비의 탈질제어 시스템(선택적 촉매 환원법)은 연소가스 예열설비, 연소가스 가열설비, 암모니아 주입설비 등으로 분류되어 구성된다.The denitrification control system (selective catalytic reduction method) of the incineration plant is classified into a combustion gas preheating facility, a combustion gas heating facility, and an ammonia injection facility.

도 3 은 본 발명의 탈질설비 덕트 버너 제어 논리 구성을 나타낸 것으로 세부적인 작동 조건은 다음과 같다.Figure 3 shows the denitrification equipment duct burner control logic configuration of the present invention, the detailed operating conditions are as follows.

덕트 버너 기동을 위해서는 덕트 버너 자체 보호장치(Interlock Abnormal)가 정상화되어야 하며, 상온 기동(Cold Start-up)시 노내 환기 프로그램(Ventilation Program)이 실행되어야 하며, 열간 기동(Hot Start-up)시 소각로 출구 연소가스 온도가 규제치 이상 되어야 하며, 그리고 유인 송풍기가 운전되고 촉매 입구 연소가스 온도가 ＜ 345℃ 이하가 되어야 한다.In order to start the duct burner, the duct burner self-protection device (Interlock Abnormal) must be normalized, the ventilation program must be executed during cold start-up, and incinerator during hot start-up. The outlet flue gas temperature should be above the regulated value, the manned blower should be operated and the catalyst inlet flue gas temperature should be below <345 ° C.

상기에서 상온 기동시 노내 환기 프로그램은 소각로, 연소가스 덕트 및 촉매 탑내에 잔류하는 가연성 및 폭발성 가스가 체류하여 덕트 버너 점화시 내부 폭발등으로 인한 설비 손상 및 인명 피해를 방지하기 위함이며, 촉매 입구 연소가스 온도를 345℃ 이하로 유지하여 촉매 열화 방지 및 암모니아 산화를 방지하여 설비의 운전 효율을 증대하기 위함이다.The above-mentioned ventilation program in the furnace at room temperature is intended to prevent damage to equipment and human life due to internal explosion when the duct burner is ignited because the flammable and explosive gas remaining in the incinerator, the combustion gas duct and the catalyst tower stays. This is to increase the operating efficiency of the facility by preventing the gas deterioration and ammonia oxidation by maintaining the gas temperature below 345 ℃.

도 4 의 (가),(나)에 도시한 쓰레기 소각설비의 탈질설비 아날로그 제어회로도는 다음과 같이 작동이 된다.The denitrification facility analog control circuit diagram of the waste incineration plant shown in Figs. 4A and 4B is operated as follows.

NOx(질소산화물) 제어용 아날로그 제어 회로도는 대기로 배출되는 가스 총량에서 습분을 제거(도 4의 (가) B1(0.71))한 건식 가스 총량으로 산출하고 NOx(질소산화물) 농도(ppm)를 표준 산소 농도(12% Vol.건식)로 보정하여 대기중으로 배출 허용 가능한 NOx(질소산화물) 농도를 제외한 제거되어야 할 NOx(질소산화물) 농도를 단위 체적당 NOx 무게(mg/N.m3)로 환산(도 4의 (가) B5(2.05)) 건식 가스량과 곱하여 제거되어야 할 NOx(질소산화물)량(NOx load mg/h)이 결정된다.The analog control circuit diagram for NOx (nitrogen oxide) control is calculated as the total amount of dry gas obtained by removing moisture from the total amount of gas discharged to the atmosphere ((a) B1 (0.71) in FIG. 4) and standardizing the NOx concentration (ppm). oxygen concentration in terms of (12% Vol. dry) corrected on the discharge allowable NOx (nitrogen oxides), NOx can be removed except for the concentration (nitrogen oxide) suitable NOx weight density per unit volume (mg / Nm 3) into the atmosphere (Fig. 4 (A) B5 (2.05)) The amount of dry gas (NOx load mg / h) to be removed is determined by multiplying by the amount of dry gas.

제거되어야 할 NOx량은 암모니아(NH3)와 반응하기 위해 필요한 암모니아 공급량으로 환산할 화학당량(도 4의 (가) B5(1.478 × 10-6))(Stoichiometric Factor) 변수와 곱하여 공급되어야 할 암모니아(NH3)량으로 환산된다. 그러나, 현장 계기들의 측정값들은 촉매탑의 운전조건, 촉매의 성능 및 기기성능(슬립(slip)) 등으로 목표로 요구한 결과에 도달하지 못하는 겅우를 대비 이를 보완, 교정하기 위하여 촉매 후단에 설치된 NOx 농도(ppm)를 표준 산소 농도(12% Vol.건식)로 보정 제어기(AIC-, Controller)를 이용 연산제어를 수행하고 결과값으로 교정 범위의 한계를 정하여 공급되어야 할 암모니아(NH3)량에 보정되도록하여 암모니아량 제어기(FIC-, Controller)의 설정값으로 이용 제어함으로서 대기중으로 배출되는 NOx 농도는 환경규제치 내에서 유지될 수 있으며 이로 인하여 대기 오염을 방지할 수 있다.The amount of NOx to be removed is the ammonia to be supplied by multiplying the chemical equivalent (Stoichiometric Factor) variable (in Fig. 4 (A) B5 (1.478 × 10 -6 )) converted into the ammonia supply required to react with ammonia (NH 3 ). It is converted into (NH 3 ) amount. However, the measured values of the field instruments are installed at the rear of the catalyst to compensate for and correct the failure to reach the desired result due to the operating conditions of the catalyst, the performance of the catalyst and the equipment performance (slip). Amount of ammonia (NH 3 ) to be supplied by calculating the NOx concentration (ppm) to the standard oxygen concentration (12% Vol. Dry) using the calibration controller (AIC-, Controller) and limiting the calibration range to the result. The NOx concentration emitted to the atmosphere can be maintained within the environmental regulations by controlling the use of the ammonia amount controller (FIC-, Controller) set value so that the air pollution can be prevented.

도 4의 (나)는 연소가스 예열 및 가열용 아날로그 제어도는 일반적이며 보편화된 제어 방식이며 본 설비에서는 운영비를 최소화하고 반응 효울을 높이기 위하여 보통 가스 예열기의 출구온도 제어기의 설정값은 140℃로 유지하며 촉매입구 연소가스 온도 제어기의 설정값은 320℃로 유지 운전한다.4 (b) is a general and generalized control scheme for the combustion gas preheating and heating, and in this facility, the setting value of the outlet temperature controller of the gas preheater is 140 ° C. in order to minimize operating costs and increase reaction efficiency. The set value of the catalyst inlet combustion gas temperature controller is maintained at 320 ° C.

상기의 기능들은 운전 콘솔 화면의 도 5 에 도시한 소각설비의 탈질설비 운전콘솔 화면의 그래픽으로 제공되며 화면의 내용은 한글로도 구성이 가능하다.The above functions are provided as a graphic of the denitrification facility operation console screen of the incineration plant shown in FIG. 5 of the operation console screen, and the contents of the screen may be configured in Korean.

또한, 운전콘솔 화면에서 각종 제어기 조절, 기기들의 구동 및 운전상태를 한눈에 감시 가능할 뿐만 아니라 상태 이상 발생시 각종 경보가 발하도록 구성되었으며 필요시 제어를 위하여 마우스 및 터치 스크린(touch screen)으로 가능하도록 하였다.In addition, it is possible not only to control various controllers, drive and operation status of the device at a glance, but also to generate various alarms when an abnormal condition occurs, and to control it when necessary with a mouse and a touch screen. .

화면에서 빨간색은 기기들이 운전중임을, 초록색은 정지상태이며, 파란색은 밸브가 개·폐 진행중을, 노란색은 기기의 상태 이상을 표시하고 있다.On the screen, red indicates that the device is in operation, green indicates stop, blue indicates valve in progress, and yellow indicates abnormal state of the device.

화면 하단부 좌측의 유인송풍기(I.D FAN)가 빨간색으로 나타난 것은 기기가 운전되고 있음을, 화면 상단부 우측의 밸브 및 펌프가 초록색으로 나타난 것은 밸브가 크로스(close)되고 펌프가 정지된 상태를 나타내고 있다.The I.D FAN on the left side of the bottom of the screen is red, indicating that the unit is running, and the valve and pump on the right side of the top of the screen appearing green, indicating that the valve is closed and the pump is stopped.

본 발명은 쓰레기 소각설비를 운전시 발생되는 NOx(질소산화물)를 환경 규제치 내로 제거 대기중으로 배출함으로서 환경오염을 방지하는데 일조를 할 수 있는 쓰레기 소각설비의 탈질제어 시스템의 발명인 것이다.The present invention is an invention of a denitrification control system of a waste incineration plant which can help to prevent environmental pollution by discharging NOx (nitrogen oxide) generated during operation of the waste incineration plant into the atmosphere for removal.

Claims (1)

쓰레기 소각설비의 탈질제어 시스템과 관련한 현장장치 및 계기의 신호를 전송하는 입·출력 카드(15)와 각종 제어 및 논리 수행을 담당하는 디스트리뷰티드 프로세스 유니트(14)를 내장하고 있는 리모트 프로세스 유니트(13)와 각종 그래픽 및 텍스트 데이터를 컴퓨터 화면에 지원하고 운전자와의 인터페이스 기능을 하는 그래픽 프로세스(11)와 데이터의 수집, 경보처리 및 추이 데이터를 지원하는 리얼타임 프로세스(12)를 가지는 다중 CRT 오퍼레이터 워크스테이션(10) 장치 또한, 상기의 장치를 연결시키는 데이터 하이웨이(16)로 형성된 중앙제어장치를 기본으로 하여 소각설비의 덕트 버너 제어 논리회로도, 탈질설비 아날로그 제어 회로도를 개념으로 구성한 것을 특징으로 하는 쓰레기 소각설비의 탈질제어 시스템.Remote process unit with input / output card 15 which transmits signals of field device and instrument related to denitrification control system of waste incineration facility and distributed process unit 14 which is responsible for various control and logic performance. 13) and a multi-CRT operator with a graphic process 11 that supports various graphic and text data on a computer screen and functions as an interface with the driver, and a real-time process 12 that supports data collection, alarm processing and trend data. The workstation 10 device further comprises a duct burner control logic diagram of an incineration plant and a denitrification facility analog control circuit diagram based on a central control unit formed of a data highway 16 connecting the above devices. Denitrification control system for waste incineration plant.
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