KR20010011706A - 보일러의 슈트 블로잉 제어 시스템 - Google Patents

Abstract

목적 : 오염도를 추론하여 슈트 블로어의 가동유무를 판단하는 슈트 블로잉 제어 시스템에서 오염도 추론 모듈의 내부 파라미터를 적합한 범위 내의 값으로 초기화시키는 작업을 오프라인 방식으로 행함으로써 오염도 추론의 정확성을 높일 수 있으며, 슈트 블로잉 제어 시스템의 현장 설치 시운전 기간을 단축할 수 있으며, 오염도 추론 모듈의 초기화 부분을 분리시켜 프로그램의 단순화를 달성한다.

구성 : 보일러 내부에 침착된 슈트를 제거하는 슈트 블로어의 작동을 제어하는 시스템에 있어서, 보일러의 사전 가동을 통해 미리 획득하여 둔 운전조건에 대한 입력값과, 이 입력값의 조건으로 운전될 때의 보일러 내부 오염도에 대한 출력값의 정보를 저장하는 데이터베이스와; 상기 데이터베이스를 통해 획득된 데이터에 근거하여 오프라인으로 내부 파라메터를 초기화시켜서 온라인으로 보일러 내부의 오염도를 추론하는 오염도 추론기관으로 구성된 것이다.

효과 : 오염도 추론 모듈의 내부 파라메터의 초기화 작업을 오프라인 방식으로 슈트 블로잉 제어 시스템의 현장 설치 이전에 달성함으로써, 시스템의 현장 설치 시운전 기간을 대폭 단축할 수 있으며, 오염도 추론 모듈의 초기화 부분을 별도 프로그램으로 분리시킬 수 있어 프로그램을 단순화시킬 수 있다.

Description

보일러의 슈트 블로잉 제어 시스템 {Soot Blowing Controlling System of Boiler}

본 발명은 보일러의 슈트 블로잉 제어 시스템에 관한 것으로, 특히 보일러 내부의 오염도 추론을 위해 미리 획득하여 둔 입출력 데이터를 오염도 추론기관에 미리 입력하여 학습시켜 줌으로써 오프라인 방식에 의해 오염도 추론 모듈의 내부 파마미터를 초기화 시켜주어, 오염도 추론 모듈의 프로그램을 단순화 시켜주며, 현장 설치 시운전 기간을 단축시킬 수 있도록 한 보일러의 슈트 블로잉 제어 시스템에 관한 것이다.

화력발전용으로 구비되는 보일러는 증기로 터빈을 회전시켜 전력을 얻을 수 있도록 하는 설비로, 연소로 내부에서 연료를 연소시킬 때 발생되는 열로 물을 가열하여 줌으로써 터빈을 회전시키기 위한 증기를 발생시켜 전열관을 통해 터빈으로 공급할 수 있도록 되어 있다.

이러한 보일러 설비의 연소로에서 연료가 연소될 때는 슈트가 발생되어 전열관의 표면에 침착되어진다. 슈트는 전열관의 열교환율을 저하시켜 보일러의 전체 효율과 부하율을 감소시키게 되는 바, 보일러의 높은 열효율과 부하율을 유지시키기 위해서는 상기 전열관 표면에 침착된 슈트를 제거해 주어야 하며, 이를 위해 보일러의 연소로에는 전열관을 순환하는 고압증기를 바이패스시켜 사용하는 슈트 블로어가 구비된다.

그러나, 슈트 블로잉 작업을 위해 많은 증기가 사용되면 터빈을 회전시키는 고압증기의 압력이나 유량이 저하되므로 가능한 한 적게 사용되는 것이 바람직하다.

현재 알려진 슈트 블로어의 동작 유형으로는 보일러의 내부가 오염되었다고 판단한 작업자의 조작에 의해 작동되는 방식, 타이머에 의해 설정된 시간에 작동되는 방식, 및 보일러의 운전상태를 평가하여 자동 기동되는 방식 등이 있다.

그러나, 이러한 방식들은 전열관의 표면에 침착된 슈트의 양이나 오염정도를 판단할 근거가 전무한 상태에서 가시적 판단과 직관적인 판단으로 슈트 블로잉 작업을 하는 것이므로, 증기의 소모량이 많고 오염물질로 인한 전열면의 열전달 효율이 낮게 되는 문제점을 안고 있는 것이었다.

이러한 문제점을 해결하고자 본 출원인에 의해 출원된 선행기술로서, 대한민국 특허출원 제98-37975호에 보일러의 슈트 블로잉 제어 시스템 및 그 제어방법에 대해 개시되어 있다.

여기에 개시된 선행의 슈트 블로잉 제어 시스템은 보일러 내부의 각 부분의 오염도를 추론하여 오염된 부분을 자동 블로잉함으로써 블로잉 작업에 사용되는 증기를 최소화하여 보일러 효율을 최상으로 유지시킬 수 있도록 한다. 또한, 블로잉 결과를 피드백하여 자기 습득 알고리즘을 반복 실시함으로써 보일러 운전 후에 연료의 상태가 변하거나 운전 조건이 변화하더라도 슈트 블로어를 최적으로 운전할 수 있도록 한다.

이를 위해서는 개시된 선행기술의 구성을 보인 도 1 의 도시와 같이, 다수의 센서, 분산 제어장치(42), 프로그램 로직 제어장치(44), 슈트 블로잉용 컴퓨터(46), 신호 인터페이스 모듈(50), 주문 도구 모듈(52), 열역학 모델링 모듈(54), 모델 확인 모듈(56) 및 운전 지식 베이스 툴(60) 등의 많은 요소들로 구성되어 있다.

이러한 구성요소 중에서 오염도 추론 모듈(58)은 슈트 블로잉 제어 시스템을 적용하고자 하는 보일러 플랜트의 특성에 따라 오염도 추론 모듈의 내부 파라미터를 초기화시켜주기 위하여, 슈트 블로잉 제어 시스템의 설치 현장에서 장기간의 초기화 작업을 필요로 하는 문제점을 가지고 있으며, 특히 오염도 추론 모듈의 초기화 작업이 부적절하게 되어 내부 파라미터의 값이 범위를 벗어나게 되면, 오염도 추론 자체가 불가능하게 될 수도 있다.

따라서, 전술한 종래의 문제점을 해결하고자 본 발명은 오프라인 방식으로 오염도 추론 모듈의 내부 파라미터를 적합한 범위 내의 값으로 설정할 수 있게 함으로써, 오염도 추론의 정확성을 높일 수 있도록 하고, 아울러서 슈트 블로잉 제어 시스템의 현장 설치 시운전 기간을 단축시켜 슈트 블로잉 제어 시스템의 납기를 단축하는 데에 그 목적을 두고 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위해서 본 발명은 보일러 내부에 침착된 슈트를 제거하는 슈트 블로어의 작동을 제어하는 시스템에 있어서, 보일러의 사전 가동을 통해 미리 획득하여 둔 운전조건에 대한 입력값과, 이 입력값의 조건으로 운전될 때의 보일러 내부 오염도에 대한 출력값의 정보를 저장하는 데이터베이스와; 상기 데이터베이스를 통해 획득된 데이터에 근거하여 오프라인으로 내부 파라미터를 초기화시켜서 온라인으로 보일러 내부의 오염도를 추론하는 오염도 추론기관을 구비하는 것을 특징으로 하는 보일러의 슈트 블로잉 제어 시스템을 제안한다.

이러한 본 발명의 구성에 있어서, 상기 오염도 추론기관은 오프라인으로 상기 입력값과 출력값을 입력으로 하여 자기 학습에 의해 초기값을 내부 파라미터 범위 내의 값으로 수렴할 수 있도록 하는 퍼지형 적응 신경 네트웍을 구비하여, 상기 입출력값을 퍼지 개념에 입각하여 처리함으로써 내부 파라미터의 초기화 작업을 행하는 것이다.

도 1 은 종래의 슈트 블로잉 제어 시스템을 도시한 블록도

도 2 는 본 발명이 적용되는 통상의 증기 원동소의 전체 구조를 보인 개략도

도 3 은 도 2 에 도시된 연소로의 구조와 슈트 블로잉 위치를 보인 개략도

도 4 는 본 발명에 의한 오염도 추론 모듈의 내부 파라미터의 오프라인 초기화 실행 블록도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

6 : 보일러 10: 증기터빈

12 : 발전기 14: 스택

16 : 연소로 38 : 슈트 블로어

120: 슈트 블로잉용 컴퓨터 122: 데이터베이스

124: 오염도 추론기관 130 : 분산 제어장치

140 : 프로그램 로직 제어장치

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 2 는 본 발명이 적용되는 통상의 증기 원동소의 전체 구조를 보인 개략도이고, 도 3 은 도 2 에 도시된 연소로의 구조와 슈트 블로잉 위치를 보인 개략도이며, 도 4 는 본 발명에 의한 오염도 추론 모듈의 내부 파라미터의 초기화 작업을 오프라인으로 실행하는 것을 보인 블록도이다.

도 2 에 도시된 바와 같이, 본 발명이 적용되는 증기 원동소는 석탄조(2)에서 공급되는 화석 연료를 연소시키는 연소로(4)를 보유한 보일러(6)와, 이(6)의 내부에 소정의 형태로 배치된 전열관(8)이 설치되어 있다. 상기 전열관(8)을 내류하는 증기는 연소로(4)에서 발생되는 열을 흡수하여 고압의 증기로 되어 증기 터빈(10)을 회전시킴으로써 발전기(12)의 전력을 생성하게 된다. 이때, 화석연료의 연소시에 발생되는 배가스는 스택(stack;14)을 통해 배출된다.

좀더 구체적으로 상기 보일러(6)는 도 3 에 도시된 바와 같은 구조로 이루어진다. 즉, 브리지 형태의 보일러(6)는 화석 연료를 측방에서 공급받는 연소로(16)가 일측에 설치되고, 타측에는 격벽(18)을 사이에 두고 재열기(reheater;20)와 제1과열기(primary super heater;22)가 배치되며, 그 하부로 절탄기(economizer;24)가 배치된 구조이다. 상기 절탄기(24)의 튜브는 연소로(16)로 연장되어 나선형 구조로 배열되는 것이다.

그리고, 보일러(6)의 배가스 출구에 장착되는 에어 히터(air heater;26)는 배가스의 폐열을 이용하여 보일러(6)로 보내지는 연소용 공기를 예열한다.

또, 보일러(6)의 상부에 배치되는 제2과열기(28)는 과열기 튜브(30)의 일단이 증기 터빈(10)으로 연계되고, 상기 재열기(20)에 연장되는 재열기 튜브(32)의 일단이 상기 과열기 튜브(30)의 일단과 연접하게 배치된 상태로 증기 터빈(10)으로 연계되어지는 것이다.

여기서, 상기 제2과열기(28)는 세 부분으로 나뉘어지되, 보일러(6)의 좌방에서 우방을 향하여 펜던트 과열기(pendant super heater;34), 플래튼 과열기(platen super heater;36) 및 상기 과열기 튜브(30) 순서로 배열된다.

한편, 슈트 블로어(38)는 보일러(6)의 내부를 이동할 수 있게 장착되어 보일러(6) 내부의 오염도에 따라 세정작업이 이루어지도록 한다. 이때 사용되는 증기는 재열기(20)에서 바이패스하여 얻게 되는 것이다.

이와 같은 구조로 이루어진 보일러(6)는, 연소로(16) 내부에서 화석연료가 연소될 때 생성된 열에 의해 물이 증발하여 포화증기 상태로 되고, 이 포화증기는 제1~2과열기(22)(28)를 거치면서 고압의 증기로 전환되어 증기 터빈(10)을 일차로 회전시킨 후, 재열기(20)에서 재열됨에 따라 상기 고압의 증기에 근접한 압력을 지닌 증기로 전환되어 재열기 튜브(32)를 통과하여 증기 터빈(10)을 회전시킨 다음, 도시생략된 응축기에서 응축 액화되어 물이 되며, 이 물은 절탄기(24)로 유입되어 예열되어서 보일러(6)로 급수되어진다.

이러한 증기 유통과정을 위해 행하는 연소과정에서 불가피하게 발생되는 슈트는 배가스와 함께 연소로 출구를 통해 배출되는 과정에서, 일부는 배출 후 집진 후처리가 가능하지만, 나머지는 연소로(16) 내부의 전열관, 즉 제2과열기(28), 재열기(20), 제1과열기(22) 및 절탄기(24)에 침착되거나 연소로(16) 내부 혹은 연소로 배가스 출구에 부착되어서, 전열관 내부를 흐르는 증기와 연소로(16)의 열교환을 불량하게 한다.

본 발명은 상술한 슈트로 인한 열교환의 불량을 해결하기 위하여, 도 4 에 도시된 바와 같이 종래에 비해 오염도 추론 모듈(124)의 초기화를 단기간에 달성하고, 또한 적절한 내부 파라미터를 선정하여 보일러의 오염상태를 보다 정확히 추론할 수 있는 오염도 추론 모듈을 구비한 슈트 블로잉 제어 시스템을 이용하여 증기의 소모를 최소로 하면서 보일러 내부에 침착된 슈트를 효율적으로 자동 제거할 수 있도록 하였다.

구체적으로, 본 발명의 구성은, 보일러의 사전 가동을 통해 미리 획득하여 둔 운전조건에 대한 입력값과, 이 입력값의 조건으로 운전될 때의 보일러 내부 오염도에 대한 출력값의 정보를 저장하는 데이터베이스(122)와, 상기 데이터베이스(122)를 통해 획득된 데이터에 근거하여 보일러의 오염 상태를 추론하기 위해 내부 파라미터를 오프라인으로 초기화 시켜주는 오염도 추론기관(124)으로 이루어진다.

특히, 상기 오염도 추론기관(124)은 오프라인으로 상기 입력값과 출력값을 입력으로 하여 자기 학습에 의해 초기값을 내부 파라미터 범위 내의 값으로 수렴할 수 있도록 하는 퍼지형 적응신경 네트웍 시스템(Adaptive Neural Network based Fuzzy Inference System, ANFIS)을 내장하여, 상기 입,출력값을 퍼지 개념에 입각하여 처리함으로써 적절한 범위 내의 파라미터 초기화 작업을 행하는 것이다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명은 오염도 추론을 위한 오염도 추론기관의 초기화 작업을 각종 센서들과 연계시킬 필요가 없는 오프라인 방식으로서 자기 학습에 의하여 적절한 범위 내의 파라미터 값을 선정해 줌으로써, 슈트 블로잉 제어 시스템의 실제 현장 설치 시운전 기간을 단축시켜 주고, 또한 오염도 추론 기관의 내부 파라미터 초기화가 성공적으로 선정되어 보일러 오염상태의 추론을 보다 정확하고 빠르게 달성하는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 보일러 내부에 침착된 슈트를 제거하는 슈트 블로어의 작동을 제어하는 시스템에 있어서, 보일러의 사전 가동을 통해 미리 획득하여 둔 운전조건에 대한 입력값과, 이 입력값의 조건으로 운전될 때의 보일러 내부 오염도에 대한 출력값의 정보를 저장하는 데이터베이스와; 상기 데이터베이스를 통해 획득된 데이터에 근거하여 오프라인으로 내부 파라미터를 초기화시켜서 온라인으로 보일러 내부의 오염도를 추론하는 오염도 추론기관을 구비하는 것을 특징으로 하는 보일러의 슈트 블로잉 제어 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 오염도 추론기관은 오프라인으로 상기 입력값과 출력값을 입력으로 하여 자기 학습에 의해 초기값을 내부 파라미터 범위 내의 값으로 수렴할 수 있도록 하는 퍼지형 적응 신경 네트웍을 구비하여, 상기 입출력값을 퍼지 개념에 입각하여 처리함으로써 내부 파라미터의 초기화 작업을 행하여 온라인으로 보일러의 오염 상태를 추론하는 것을 특징으로 하는 보일러의 슈트 블로잉 제어 시스템.