KR200270316Y1

KR200270316Y1 - 노내 연소가스 온도분포 감시장치

Info

Publication number: KR200270316Y1
Application number: KR2020010025915U
Authority: KR
Inventors: 소수일
Original assignee: 하나제어기술 주식회사
Priority date: 2001-08-27
Filing date: 2001-08-27
Publication date: 2002-04-03

Abstract

본 고안은 노내 연소가스 온도분포 감시장치에 관한 것으로서, 노벽에 설치되어 노내에서 전달되는 음향을 감지하는 다수의 음향감지수단(12)과, 상기 음향감지수단에 의해 감지되는 음향을 발생시키는 음향발생수단(14)과, 상기 음향감지수단에 의해 감지된 음향신호를 분석처리하여 노내의 온도분포를 산출함과 동시에 상기 음향감지수단 및 음향발생수단을 제어하는 제어유니트(16)와, 상기 제어유니트에서 산출된 노내의 온도분포를 표시함과 동시에 상기 제어유니트에 원하는 명령을 입력하는 입출력유니트(18)로 이루어져, 노내의 온도분포를 지속적으로 골고루 감시함에 의해 노내의 연소상태를 파악함으로서 연소를 최적화하고 연소효율을 향상시키는 운전을 행하고, 감지수단의 내구성을 높일 수 있다.

Description

노내 연소가스 온도분포 감시장치{apparatus for monitoring a gas temperature in a furnace}

보일러 등의 노내에는 버너의 위치 및 갯수 등에 따라 그 내부의 온도분포가 상이하므로 연소온도를 제어하여 연소효율을 향상하거나 연소상태를 파악하기 위해 노내의 연소가스의 온도를 측정하여 알 필요가 있다.

이러한 목적으로 종래에는 노내의 다수곳에 열전대(Thermocouple)나 열탐침(Thermal Probe)을 설치하여 노내 다수 곳의 온도를 측정하였다.

상기 열전대나 열탐침을 이용한 온도측정은 열전대 및 열탐침이 직접 연소가스에 접촉하여, 그 열전대나 열탐침이 위치하고 있는 지점의 연소가스의 온도를 감지하게 되는 것이다.

또한 노내의 연소가스의 온도를 측정하는 기기로서 광 고온계도 개시되어 있으나 이 역시 특정지점의 연소가스의 온도만을 감지하게 된다.

그런데, 종래 열전대나 열탐침 또는 광 고온계를 이용한 노내의 온도측정은 설치부분의 온도만 감지하므로 노내 전체적인 온도분포를 알기가 힘들며, 노내의 온도분포를 실시간으로 지속적으로 감시하기가 어렵다는 문제점이 있었다.

또한 열전대나 열탐침 또는 광 고온계가 고온의 가스에 직접 접촉하여 연소가스의 온도를 감지하므로 기기의 손상이 빈번하여 내구성이 낮다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 고안은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 고안의 목적은 노내의 온도분포를 지속적으로 골고루 감시하고 감지수단의 내구성을 높이는 노내 연소가스 온도분포 감시장치를 제공하는 데 있다.

도1은 본 고안에 의한 노내 연소가스 온도분포 감시장치의 블록도,

도2는 본 고안이 보일러에 적용된 개략구성도,

도3은 도2의 음향발생수단과 음향감지수단의 일예를 나타내는 구성도,

도4는 도3에서 음향감지수단부를 나타낸 상세도,

도5는 본 고안에 의해 노내의 온도분포를 감지하기 위한 패스 구성의 일예를 나타내는 설명도,

도6은 도5의 패스에 따른 음향감지수단의 송,수신표이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

12 : 음향감지수단 14 : 음향발생수단

16 : 제어유니트 18 : 입출력유니트

20 : 전치증폭기 34 : 음향 감지관

36 : 음향센서 38 : 안내관

40 : 주공압라인 42 : 오리피스

44 : 전자밸브 48 : 보조공압라인

본 고안에 의한 노내 연소가스 온도분포 감시장치는, 노벽에 설치되어 노내에서 전달되는 음향을 감지하는 다수의 음향감지수단과, 상기 음향감지수단에 의해 감지되는 음향을 발생시키는 음향발생수단과, 상기 음향감지수단에 의해 감지된 음향신호를 분석처리하여 노내의 온도분포를 산출함과 동시에 상기 음향감지수단 및 음향발생수단을 제어하는 제어유니트와, 상기 제어유니트에서 산출된 노내의 온도분포를 표시함과 동시에 상기 제어유니트에 원하는 명령을 입력하는 입출력유니트로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 음향감지수단은 상기 음향발생수단에 연통된 음향감지관과, 상기 음향감지관에 결합된 음향센서와, 상기 음향감지관에 연통되어 음향을 노내로 안내하는 안내관으로 이루어진다.

상기 음향발생수단은, 소정 압력의 압축공기가 흐르는 주공압라인과, 상기 음향감지관에 연통된 오리피스와, 상기 주공압라인에서 상기 오리피스로 통하는 압축공기를 상기 제어유니트의 제어신호에 따라 개폐하는 전자밸브로 이루어진다.

상기 안내관에는 노내의 연소가스에 의한 그을음등의 이물질이 축적되지 않게 청소하도록 소정압력의 공기를 불어주는 보조공압라인이 결합되어 있는 것이 바람직하다.

이하, 본 고안의 바람직한 실시예에 관하여 첨부도면을 참조하면서 상세히설명한다.

도1에 도시한 바와 같이, 본 고안의 노내 연소가스 온도분포 감시장치는, 노벽에 설치되어 노내에서 전달되는 음향을 감지하는 다수의 음향감지수단(12)과, 상기 음향감지수단(12)에 의해 감지되는 음향을 발생시키는 음향발생수단(14)과, 상기 음향감지수단(12)에 의해 감지된 음향신호를 분석처리하여 노내의 온도분포를 산출함과 동시에 상기 음향감지수단(12) 및 음향발생수단(14)을 제어하는 제어유니트(16)와, 상기 제어유니트(16)에서 산출된 노내의 온도분포를 표시함과 동시에 상기 제어유니트에 원하는 명령을 입력하는 입출력유니트(18)를 구비한다. 그리고, 음향감지수단(12)에서 감지된 신호가 노이즈의 영향을 받지 않도록 이 신호를 반파정류하는 전치증폭기(Pre-amplifier)(20)가 제어유니트(16)와 음향감지수단(12) 사이에 연결된다.

상기 제어유니트(16)는, 상기 전치증폭기(20)에서 증폭된 신호를 증폭하는 증폭기(22)와, 상기 증폭기(22)에서 증폭된 신호에서 소정의 대역만을 선별하는 필터(24)와, 상기 필터(24)를 통해 필터링된 아날로그 신호를 디지털 신호로 바꾸는 신호변환기(26)와, 상기 신호변환기(26)에서 디지털 신호로 변환된 신호를 분석처리하는 분석처리기(28)를 포함한다. 또한 상기 제어유니트(16)는 타이머를 포함한다.

상기 입출력유니트(18)는 상기 분석처리기(28)에 원하는 명령을 입력하는 입력수단(30)과, 상기 분석처리기(28)에서 처리 및 판단된 결과를 표시하는 표시수단(32)을 포함한다. 상기 입출력유니트(18)는 상기 분석처리기(28)의 데이타를 수신 분석하여 노내의 연소가스의 온도분포를 지속적으로 나타내고 최적연소, 최적온도제어, 및 연소효율향상에 도움을 주는 정보로 처리하는 보조처리기(도시안됨)를 포함할 수도 있다.

상기 제어유니트(16)와 입출력유니트(18)는 하나의 유니트로 일체화 될 수도 있다.

상기 전치증폭기(20)는 상기 음향감지수단(12)의 후술하는 음향센서에서 검출되는 신호가 미약하여 그 신호를 바로 상기 증폭기(22)의 입력으로 사용하지 못하므로, 신호를 적당한 레벨까지 올리기 위하여 반파정류하는 기기로서, 비선형 연산증폭기의 하나인 능동 반파정류기이다.

상기 증폭기(22)와 필터(24)는 공지의 증폭기 및 필터이고, 상기 신호변환기(26)는 비디오등의 광대역 신호를 다루는 분야나 고속기록장치등의 고속처리를 요하는 용도로 사용되는 μPD 6950 C 이다.

상기 분석처리기(28)는 중앙연산장치(CPU), 보조연산장치, 연산/처리를 도우는 램(RAM) 및 롬(ROM), 보조기억장치 등을 포함한다.

상기 입력수단(30)은 키보드, 마우스등의 장치이고, 표시수단(32)은 모니터등의 디스플레이 장치이다.

도2는 보일러에 본 고안이 적용된 예이며, 보일러의 노벽(33)에 8세트의 음향감지수단(12) 및 음향발생수단(14)이 결합된 예이다. 상기 제어유니트(16)와 입출력유니트(18)는 RS-232통신이나 RS-422통신을 이용하여 데이터를 송수신한다.

도3 및 도4에 도시한 바와 같이, 상기 음향감지수단(12)은 상기 음향발생수단(14)에 연통된 음향감지관(34)과, 상기 음향감지관(34)에 결합된 음향센서(36)와, 상기 음향감지관(34)에 연통되어 음향을 노내로 안내하는 안내관(38)을 포함한다.

상기 음향발생수단(14)은, 소정 압력의 압축공기가 흐르는 주공압라인(40)과, 상기 음향감지관(34)에 연통된 오리피스(42)와, 상기 주공압라인(40)에서 상기 오리피스(42)로 통하는 압축공기의 유로를 상기 제어유니트(16)의 제어신호에 따라 개폐하는 전자밸브(44)를 포함한다.

상기 노벽(33)의 내측에는 내화재 및 단열재가 소정의 두께로 적층되고, 이 층의 내측에 보일러 튜브(T)가 설치되어 있다.

상기 음향감지관(34)는, 상기 안내관(38)으로 갈수록 내경이 커지는 형상으로 되어 있으며, 내경이 작은 쪽에 상기 오리피스(42)가 연결되며, 내경이 큰 쪽에 상기 음향센서(36)가 결합되며, 중간부에는 음향감지관(34) 내부의 청소 등을 하도록 예비공압라인(46)이 연결된다. 상기 예비공압라인(46)의 출구는 상기 안내관(38)측을 향하여 비스듬히 기울어져 있다.

상기 음향센서(36)는 공지의 음향센서로서, 상기 음향감지관의 벽을 관통하여 직접 설치되거나 전달봉을 매개로 설치된다.

상기 안내관(38)에는 노내의 연소가스에 의한 그을음 등의 이물질이 축적되지 않게 청소하도록 소정압력의 공기를 불어주는 보조공압라인(48)이 연결된다. 상기 보조공압라인(48)은, 도시하지 않은 저압의 공압원에 연통되고, 그 출구는 보일러의 노내를 향해 비스듬히 기울어져 있다.

상기 안내관(38)이 설치되는 보일러의 노벽에는 보호부재(50)가 설치되고, 상기 보호부재(50)내에는 단열재 또는 내화재(52)가 충전되어 있다. 상기 안내관(38)의 외단부(노벽의 외측)에는 플랜지(38a)가 형성되고, 이 플랜지(38a)는 가스켓(54)을 사이에 두고 어댑터판(56)과 고정되며, 상기 어댑터판(56)에는 상기 음향감지관(34)의 플랜지(34a)가 체결된다.

상기 주공압라인(40)에는 상기 오리피스(42)와 전자밸브(44)가 설치된 한편 압축공기에 포함된 이물질을 거르는 필터(58)가 설치된다.

상기 주공압라인(40)과 예비공압라인(46)은 공기탱크(60)에 연결되어 있으며, 상기 공기탱크(60)에는 그 내부에 저류하는 이물질 및 수분을 제거하는 드레인밸브(62)가 설치되어 있다. 그리고, 상기 주공압라인(40)과 예비공압라인(46)에는 다수의 수동밸브가 설치되며, 상기 공기탱크(60)는 도시하지 않은 공압원에 연통된다.

상기 공기탱크(60)의 공압원과 상기 보조공압라인(48)의 공압원은 서로 다른 공압원이며, 상기 공기탱크(60)의 공압원이 상기 보조공압라인(48)의 공압원보다 고압으로 되어 있다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 노내 연소가스 온도분포 감시장치는 제어유니트에 저장된 프로그램 및, 입출력유니트의 명령과 디스플레이에 따라 노내의 온도분포에 대한 정보를 실시간 또는 누적적으로 제공하게 되는데, 그 온도분포는 다음과 같이 측정되어 표시된다.

먼저, 도5 및 도6에 도시한 바와 같이 노벽(33)에 설치된 다수(예를 들어 8개)의 음향감지수단(12)을 지정하여 경로를 정의하고, 각 경로 거리(d)를 제어유니트에 저장한다. 도5에서는 8개의 음향감지수단이 있으므로, 1에서 8까지의 번호를 부여하고, 도6에서는 24개의 경로를 예로 들어 지정한다. 도시한 바와 같이 경로 #1은 음향감지수단 1이 송신하고 음향감지수단 6이 수신하는 경로이고, 경로 #2는 음향감지수단 2가 송신하고 음향감지수단 5가 수신하는 경로 등이다.

제어유니트(16)는 경로 #1 부터 경로 #24까지 순서대로 각 음향감지수단에 연결된 음향발생수단(14)을 작동시켜서, 각 경로에서 음향에 따른 온도를 다음 식 1에 따라 산출한다.

c²= r x (RT/M) 와, c = d/t 에서

T = (d/t)²x (M/rR) (식1)

여기서,

c = 소리의 속도(m/s)

d = 경로 거리(m)

r = 비열비

R = 일반가스정수

T = 절대온도(°K)

M = 분자량

하나의 경로에서 송신측의 전자밸브(44)가 여닫히면, 공기탱크(60)의 압축공기는 주공압라인(40)을 통하여 오리피스(22)를 통과하면서 소음(음향)이 발생하고음향감지관(34)을 지나서 안내관(38)을 따라 노내로 분사된다. 이때 수신측의 전자밸브 및, 다른 경로의 송, 수신측 전자밸브는 닫는다.

측정중에 있는 경로의 송신측에서 발생한 음향은 음향감지관에서 노내의 모든 방향으로 퍼져가게 되는데, 측정중에 있는 경로의 송신측의 소음(음향)을 음향센서(36)에서 감지하는 한편 카운터로 시간을 카운팅하고, 측정중에 있는 경로의 수신측의 음향센서에서 그 음향을 감지할 때 까지의 시간(t)을 측정하여, 상기 식1에 따라 그 경로에서의 평균온도를 구한다.

그리고, 측정하는 중에는 모든 경로의 음향감지수단(12)에서 상기 보조공압라인(48)을 통하여 저압의 공기가 흘러나와 안내관(38)을 통해 노내로 분사되는데, 이는 노내의 연소가스가 안내관(38) 및 음향감지관(34) 내로 유입하여 이물질이 쌓이는 것을 방지한다.

제어유니트(16)에서 이와 같이 모든 경로의 평균온도를 구하여 노내의 온도분포를 분석 처리한 후, RS-232 또는 RS-422 통신을 통해 입출력유니트(18)의 표시수단(32)으로 출력한다.

이와 같은 노내의 온도분포는 다양한 소프트웨어에 의해 처리하는 한편 보일러의 제어부에 입력하여, 파이어 볼(Fire Ball, 열이 높은 부위)의 위치를 분석하여 불량버너를 식별하고, 불량연료 및 공기비율을 검증하며, 온도의 불균형에 의한 보일러 튜브의 과열을 방지하여 수명을 연장시키고, 과열기(Super Heater)와 재열기(Reheater)의 과열을 방지하여 연료의 스프레이(Spray)량을 적절히 조정하며, 상기 파이어 볼을 중심에 위치시킴으로써 미연 탄소, 질화물(Nox) 및 황화물(Sox)을감소시켜 연소효율을 향상시킨다.

그리고, 본 고안의 감지수단은 음향을 이용하여 노내의 온도를 감지하므로 종래의 감지수단에 비해 신뢰성이 높고 수명이 길다.

본 고안은 상기 실시예에 한정되지 않으며 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

본 고안에 의한 노내 연소가스 온도분포 감시장치에 의하면, 노내의 온도분포를 지속적으로 골고루 감시함에 의해 노내의 연소상태를 파악함에 의해 연소를 최적화하고 연소효율을 향상시키는 운전을 행하고, 감지수단의 내구성을 높일 수 있다.

Claims

노벽에 설치되어 노내에서 전달되는 음향을 감지하는 음향감지수단과,

상기 음향감지수단에 의해 감지되는 음향을 발생시키는 음향발생수단과,

상기 음향감지수단에 의해 감지된 음향신호를 분석처리하여 노내의 온도분포를 산출함과 동시에 상기 음향감지수단 및 음향발생수단을 제어하는 제어유니트와,

상기 제어유니트에서 산출된 노내의 온도분포를 표시함과 동시에 상기 제어유니트에 원하는 명령을 입력하는 입출력유니트로 이루어진 것을 특징으로 하는 노내 연소가스 온도분포 감시장치.
제1항에 있어서,

상기 음향감지수단은,

상기 음향발생수단에 연통된 음향감지관과,

상기 음향감지관에 결합된 음향센서와,

상기 음향감지관에 연통되어 음향을 노내로 안내하는 안내관을 포함하는 것을 특징으로 하는 노내 연소가스 온도분포 감시장치.
제1항에 있어서,

상기 음향발생수단은,

압축공기가 흐르는 주공압라인과,

상기 음향감지관에 연통된 오리피스와,

상기 주공압라인에서 상기 오리피스로 통하는 압축공기를 상기 제어유니트의 제어신호에 따라 개폐하는 전자밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 노내 연소가스 온도분포 감시장치.
제2항에 있어서,

상기 안내관에는 노내의 연소가스에 의한 그을음등의 이물질이 축적되지 않게 청소하도록 공기를 불어주는 보조공압라인이 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 노내 연소가스 온도분포 감시장치.