KR20030054484A - 가변 비례대를 도입한 보일러의 분산형 중유 공급제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열 병합 발전소에 사용되는 보일러의 중유 공급 제어시스템에 있어서, PID 조절계의 이득값(P)을 조작출력(MV)에 따라서 비선형으로 출력하여 중유공급 제어밸브를 신속하게 제어할 수 있도록 한 가변 비례대를 도입한 보일러의 분산형 중유 공급제어방법을 제공하는데 있다.

본 발명은 열 병합 발전기에 있어서 보일러의 버너에 공급되는 중유의 량을 온도, 유량, 압력 등 공정 제어계에서 요구하는 만큼 가변적으로 설정하여 보일러의 운전 제어성을 조기에 획기적으로 확보하는 효과가 있다.

Description

가변 비례대를 도입한 보일러의 분산형 중유 공급제어방법{A METHOD FOR CONTROLLING A DCS TYPE FUEL SUPPLY TO A BOILER}

본 발명은 가변 비례대를 도입한 보일러의 분산형 중유 공급제어시스템에 관한 것으로, 특히 PID(Proportional Integral Derivatives; "이하, 'PID'라 함)제어 시스템을 채용하는 열 병합 발전소의 보일러에 사용되는 중유 공급시스템에서 제어시스템의 이득값을 온도, 유량, 압력 등 공정에 맞게 자동 가변되도록 하여 보일러의 구동초기에 중유를 공급하는 밸브의 제어성을 향상시키기 위한 보일러의 분산형 중유 공급제어시스템에 관한 것이다.

일반적으로 열병합 발전소의 보일러는 중유를 연료로 사용하는데 중유는 점성이 강한 액체로 다른 액체에 비하여 노내 연소시 공급 유량의 제어에 상당한 취약점이 있다.

따라서 열병합 발전소의 보일러에서 중유를 연료로 사용하는 경우에 연료인 중유를 효율적으로 공급하기위해서 중유를 보일러에 공급하기 전에 점성을 좋게 하기 위해서 가열하여 공급한다.

도 1은 이러한 기존의 열병합 발전소의 보일러의 중유 공급 구성도를 도시하고 있다. 이하에서는, 도 1을 참조하여 종래의 열병합 발전소의 보일러에 사용하는 중유 공급 방법을 상세히 설명하기로 한다.

연료탱크(1)에 저장된 중유는 가압펌프(3)에 의해서 중유 히터(5)에 공급된다. 도면에는 도시되어 있지 않았지만, 중유 히터(5)는 통과하는 중유의 점성을 높이기 위해서 히터를 통과하는 중유를 적당한 온도로 가열한다. 가열된 중유는 메인 차단밸브(7), 중유 공급 제어밸브(9), 및 유량계(11)를 통과하여, 최종적으로 버너 밸브(13)을 거쳐 보일러의 노내에 유입된다.

여기서, 상기 메인 차단밸브(7)은 보일러에의 중유의 공급을 차단 또는 공급하는 것을 제어하는 밸브이고, 중유 공급 제어밸브(9)는 보일러에 공급되는 중유의 량을 제어하는 밸브로서 이 밸브에 의해서 적절한 량의 중유가 보일러에 공급되는것이다. 또한, 유입 유량계(11)에서는 버너에 공급되는 중유의 량이 체크된다.

공급 제어밸브(9)를 통과한 중유 중에서 보일러에 제공되지 않은 나머지 중유는 리턴 유량계(209)를 통과하여 다시 중유 탱크(1)에 회수되어 저장된다.

종래 기술에 있어서, 중유의 버너 유입 유량의 제어는 버너 입구의 유입 유량계(11) 및 출구의 리턴 유량계(13)에서 측정된 유량에 의해서 공급 제어밸브(9)를 제어하여 이루어졌다.

도 2는 종래의 분산형 제어 시스템 (Distributed Control System; 이하, 'DCS"라 칭함)을 사용한 중유 공급 제어시스템을 도시하고 있다. 이하에서는, 도 2을 참고하여 종래의 열병합 발전소에 있어서, 보일러의 중유 연료 공급 제어시스템을 설명한다.

유입 유량계(11) 및 리턴 유량계(15)에서 측정된 유량이 DCS 입력 신호처리부(17, 19, 21, 23)에 의해서 전기적 신호로 변환된다. 변환된 유입 유량값 및 리턴 유량값은 감산기(25)에 의해서 감산되어 조절계(27)에 측정치(PV)로 입력된다. 조절계(27)에 입력된 측정치(PV)는 시스템의 운전자에 의해서 미리 설정된 목표값(SV)과 비교되고 PID블럭에 의해서 연산되어 조작출력(MV)을 출력처리부(29)에 입력한다. 출력처리부(29)에 입력된 조작출력(MV)은 공급 제어밸브(9)를 조작하는 신호이다.

종래 기술의 중유의 공급유량 제어시스템에 있어서는, 측정치(PV)와 목표값(SV)를 비교하여 제어밸브(9)로 조작출력(MV)을 보내는데, 그 출력의 속도 및 량은 전구간에 걸쳐서 일정하게 선형적으로 출력하도록 PID 조절계가 설계되어있다.

도 3은 종래 기술에 사용되는 분산형 제어 시스템에 의한 제어 밸브의 특성곡선을 도시하고 있다. 도시된 바와 같이 제어밸브 개도율은 전 구간에 걸쳐서 선형적으로 증가한다.

그러나, 중유를 사용하는 보일러에서는 점화 초기에 온도가 낮기때문에 중유의 점도가 낮다. 따라서 중유를 충분히 공급하기 위해서는 연료공급 제어밸브(9)을 신속하게 제어할 필요성이 있음에도 불구하고 제어밸브(9)의 조작출력(MV)이 전구간에 걸쳐서 선형적으로 증가하기 때문에 기존의 PID 조절계의 특성으로는 제어성을 확보할 수 없다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하고 개선점을 달성하기 위해서 안출된 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 열 병합 발전소에 사용되는 보일러의 중유 공급 제어시스템에 있어서, PID 조절계의 이득값(P)을 조작출력(MV)에 따라서 비선형으로 출력하여 중유공급 제어밸브를 신속하게 제어할 수 있도록 한 가변 비례대를 도입한 보일러의 분산형 중유 공급제어방법을 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명에 의한 가변 비례대를 도입한 보일러의 분산형 중유 공급제어방법은 보일러의 버너 입구에서 버너에 공급되는 유량과 버너 출구에서 버너에 공급되지 않고 남은 유량을 체크하여 공급유량에서 남은 유량을 감산하는 단계;

상기 감산된 값을 PID 조절계에 측정값(PV)으로 입력하고, 상기 측정값(PV)을 조작자에 의해서 설정된 목표값(SV)과 비교연산하여 조작 출력값(MV)을 출력하는 단계;

상기 조작 출력값(MV)이 작은, 미리 정해진 구간에 대해서는 상기 PID 조절계의 비례 계수값을 증가시키는 단계; 및

상기 조작 출력값(MV)에 의해서 버너에 공급하는 중유의 량을 제어하는 단계로 구성된다.

도1은 종래의 열병합 발전소의 보일러의 중유 공급 구성도이다.

도2는 종래의 분산형 제어 시스템을 사용한 중유 공급 제어시스템의 구성도이다.

도3은 종래 기술에 의한 제어 밸브의 특성곡선이다.

도4은 본 발명에 의한 가변 비례대를 도입한 보일러의 분산형 중유 공급제어제어시스템의 구성도이다.

도 5은 본 발명에 의한 제어 밸브의 특성곡선이다.

도 6은 종래기술의 보일러의 버너의 시간별 운전상태도이다.

도7은 본 발명의 보일러 버너의 시간별 운전상태도이다.

이하, 본 발명에 의한 가변 비례대를 도입한 보일러의 분산형 중유 공급제어시스템을 수행하기 위한 방법을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도4은 본 발명에 의한 가변 비례대를 도입한 보일러의 분산형 중유 공급제어방법에 의해서 구현된 중유 공급제어시스템이다.

본 발명에 의한 가변 비례대를 도입한 보일러의 분산형 중유 공급제어방법에 의해서 구현된 중유 공급제어시스템은 열 병합 발전기에 사용되는 보일러의 버너에 중유 공급을 제어하는 공급 제어밸브(9)를 통과한 다음 버너에 유입되는 연료의 량을 체크하는 유입 유량계(11) 및 버너를 거쳐 최종 노내에 유입되고 남은 잔량을 체크하는 리턴 유량계(15)와, 유입 유량계(11) 및 리턴 유량계(15)에서 측정된 유량을 전기적 신호로 변화하는 DCS 입력 신호처리부(17, 19, 21, 23)와, 전기적 신로로 변환된 유입 유량계(11) 및 리턴 유량계(15)에서 측정된 유량의 차이값을 감산하는 감산기(25)와, 상기 유량의 차이값을 측정값(PV)으로 입력하고 시스템의 운전자가 미리 설정한 목표값(SV)과 비교 연산하여 조작출력(MV)을 출력하는 PID 조절계(29), 상기 PID 조절계의 GAIN(P), 즉 비례대를 조작출력(MV)에 따라서 자동가변되도록 하는 별도의 제어회로(31)와, 상기 조작출력(MV)을 다음에 연결되는 공급 제어밸브(9)의 개도를 제어하는 신호로 변환하는 출력처리부(29)와, 출력처리부에서 출력되는 신호에 의해서 제어되는 공급 제어밸브(9)로 구성된다.

본 발명의 PID 조절계(29)에서는 비례대 (GAIN(P))를 중유가 공급되기 시작하는 초기의 일정 구간에 대해서 다음과 같은 DCS 제어계의 연산식을 적용한다.

<연산식>

1.A=RD

2. IF(A.LE.0)THEN GO TO 6

3. B=16.0*RD

4. P(HO510)=0.1 /B

5. PV=RD

6. STOP

상기의 연산식에 의해서 조작 출력이 작은 초기값에 대해서는 조작출력이 비례제어 형태가 아니고 가변값으로 설정하여 PID 제어계의 비례대의 속도와 크기를 자동으로 보상하도록 하였다.

상기 연산식을 도입한 본 발명의 가변 비례대가 채용된 PID 제어계에 의한연료공급 제어밸브(9)의 출력곡선은 도5와 같다.

도5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 가변 비례대가 채용된 PID 제어계에 의한 연료공급 제어밸브의 출력특성은 초기 운전시 개도 개방속도가 빨라서 제어밸브의 제어성을 확실하게 확보할 수 있다.

따라서, 보일러를 점화하는 초기 운전시에 제어밸브를 신속하게 개도하여 많은 연료를 공급하여 정상상태로 진입하는데 소요시간을 단축할 수 있다.

첨부한 도 6에서는 종래기술에 있어서 열 병합 발전소에 사용되는 보일러의 버너의 시간별 운전상태도를 도시하고 있다. 연료 공급 제어밸브의 제어가 확보되지 않기 때문에 운전상태가 불안정 한 것을 도시하고 있다.

도 7은 본 발명에 의한 가변 비례대가 채용된 PID 제어계에 의한 연료공급 제어밸브를 적용한 경우의 열 병합 발전소에 사용되는 보일러의 버너의 시간별 운전상태도를 도시하고 있다. 도시된 바아 같이, 연료 공급 제어밸브가 초기에 신속하게 개방되어 제어성이 확보되기 때문에 보일러의 운전상태가 안정적인 것을 알 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 열 병합 발전기에 있어서 보일러의 버너에 공급되는 중유의 량을 온도, 유량, 압력 등 공정 제어계에서 요구하는 만큼 가변적으로 설정하여 보일러의 운전 제어성을 조기에 획기적으로 확보하는 효과가 있다.

이상의 설명은 단지 본 발명의 일 실시예에 대한 설명에 불과하며, 본 발명은 그 구성과 기술적 사상의 범위내에서 다양한 변경과 개조가 가능하다.

Claims (2)

1. 보일러의 분산형 중유 공급제어방법에 있어서,

   보일러의 버너 입구에서 버너에 공급되는 유량과 버너 출구에서 버너에 공급되지 않고 남은 유량을 체크하여 공급유량에서 남은 유량을 감산하는 단계;

   상기 감산된 값을 PID 조절계에 측정값(PV)으로 입력하고, 상기 측정값(PV)을 조작자에 의해서 설정된 목표값(SV)과 비교연산하여 조작 출력값(MV)을 출력하는 단계;

   상기 조작 출력값(MV)은 미리 정해진 구간에 대해서 가변 비례 동작용 연산기에 의해 상기 PID 조절계의 비례 계수값을 증가시키는 단계; 및

   상기 조작 출력값(MV)에 의해서 버너에 공급하는 중유가변 비례대를 도입한 보일러의 분산형 중유 공급제어방법.
2. 청구항 제1항에 있어서, 상기 PID 조절계의 가변 비례 동작용 연산기의 연산은 다음의 연산식에 의해서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.

   1.A=RD

   2. IF(A.LE.0) THEN GO TO 6

   3. B=16.0*RD

   4. P(HO510)=0.1 /B

   5. PV=RD

   6. STOP