KR20040019462A

KR20040019462A - 보일러 최적연소를 위한 미연탄소 및 공기댐퍼 제어 시스템

Info

Publication number: KR20040019462A
Application number: KR1020020050990A
Authority: KR
Inventors: 김은기
Original assignee: 김은기
Priority date: 2002-08-28
Filing date: 2002-08-28
Publication date: 2004-03-06

Abstract

보일러에서 최적연소는 에너지 절약을 위해서 아주 중요하다. 여러가지의 최적연소 제어 시스템이 있으나 보일러 내의 미연탄소분과 CO 값을 줄이는 것은 가장 긴요한 것으로써 아래와 같은 제어 시스템으로 목적한 바를 달성할 수 있다.

최적연소를 위해서 보일러에는 연료량 증감에 따라서 공기량을 제어할 수 있는 댐퍼가 각각의 버너에 설치되어 있고, 미연탄소를 줄이기 위해서 Mill(미분기) 출구에 Classifier Vane이 각각 설치되어 있다. 500MW 한국표준형 석탄화력 발전소의 경우에 버너는 Oil 버너 12개가 설치되어있고 Coal 버너는 24개가 설치되어 있으며, 6대의 Pulverizer(미분기)가 설치되어 있다.

우선 대표도 ①에서는 Network으로서 전체 플렌트 제어를 위하여 중요신호들이 DCS(Distributed Control System)에 의해서 올려지고, 대표도 ②의 RC(Remote Communicator)에 의하여 DCS에 있는 보일러의 중요한 제어 신호들을 대표도 ③의 LC(Local Controller) Network에 전달하고, 각각의 LC에서는 제어 로직에 의하여 보일러 내의 연소 상태가 최적이 되도록 하기 위하여 대표도 ④의 보일러 미연탄소 & CO, Coal Pipe 내의 Coal Flow & 미분도 값을 얻고, Local Network에 있는 DCS에서 온 신호와 결합하여 제어기 출력신호를 만들고 출력신호를 Local Network으로 보내면 각각의 제어기들이 상위 제어기의 출력값을 받아서 또다시 제 2의 제어기를 만들고 최종적으로 Pulverizer 출구에 설치되어 있는 Classifier Vane과 버너에 설치되어 있는 Fuel Air Damper를 제어한다.

Description

보일러 최적연소를 위한 미연탄소 및 공기댐퍼 제어 시스템{Unberned Carbon and Air Damper Control System for Boiler Optimal Combustion}

보일러 제어 시스템에서 최적연소를 위해서는 O2(산소분석기)를 분석하여 단지 공기량을 총량적으로 제어하는 시스템이 일반적이었다.

그러나 요즘 Coal Pipe 내의 Coal Flow를 측정할 수 있는 Sensor가 개발되어 각각 버너의 Fuel Air Damper를 적적히 제어하여 Coal Flow량에 맞는 공기량을 제어할 수 있게 되었고, 보일러 내의 미연탄소를 분석하는 Sensor 분석기 개발과 Coal Pipe 내의 미분도 분석기 개발에 따라서 Mill 출구에 설치되어 있는 Classifier Vane개도를 조절할 수 있다.

보일러의 최적연소를 위해서 우선 보일러 출구 쪽에서 미연탄소를 측정하고RC를 통하여 혼탄에 따른 설정값(연료의 형상과 경도에 따라서 미분도가 달라지기 때문에 운전원이 컴퓨터 화면상에 설정해야 함)을 DCS로 부터 받아 미연탄소 제어기를 구성하고 출력신호를 LC Network에 올리면 Mill 출구에 설치되어 있는 각각의 LC가 미분도 제어를 위하여 그 신호를 설정값으로 취하고, 각각의 Coal Pipe에 설치된 미분도 값을 얻어서 제2의 제어기를 만들어 각각의 Mill 출구에 설치되어 있는 Clashfire Vane 개도를 제어한다.

또한 보일러 출구의 CO를 측정하고 RC를 통하여 DCS로 부터 CO 설정값을 받아 제어기를 구성하여 출력신호를 LC Network에 올리면 버너 입구에 설치되어 있는 각각의 LC가 취하고, Coal Flow량을 더하여 각각의 버너 입구에 설치되어 있는 Fuel Air Damper 개도를 제어한다.

도 1 : 미연탄소 제어 시스템 Logic

도 2 : Fuel Air Damper 제어 시스템 Logic

[도 1]에서 우선 LC(Local Controller)가 미연탄소 값을 센서로 부터 취하고(측정값), 설정값은 석탄종류 및 혼탄비에 의하여 값이 정하여지면 RC를 통하여 DCS로부터 받아, PID 제어기가 설정값과 측정값을 비교 증폭 및 적분하여 M/A(Auto Manual Station) Block(미연탄소 Master)으로 보낸다. M/A에서는 F(x)에 의하여 적당한 값(Master 출력 신호 0 - 100 % 값을 미분도 값 50 - 100 으로 변환 : 보일러에 따라서 미분도 값은 다를 수 있음)으로 조정한후 각각의 하위제어기에 설정값으로 Local network에 보내고, 각각의 제2 제어기(Mill 6대를 위한 제어기)에서는 센서로 부터 미분도 측정값을 얻고 Local network를 통하여 상위 제어기에서 받은 설정값과 비교 PID 계산한후에 각각의 Mill 출구측에 설치된 ClassifierVane을 열고 닫아 미분도를 자동으로 제어하고 최종적으로는 미연탄소를 가능한한 작은 값으로 제어한다. 즉 Cascade Controller로 구성하여 아주 안정되고 정밀한 미연탄소값을 제어할 수 있다. 다만 보일러 안정운전상 Classifier Vane 개도는 어느 한정된 범위에서만 운전되도록 High Low Limiter(상한값 하한값 제한기)로 제한한다.

[도 2]에서 우선 LC(Local Controller)가 CO 값을 센서로 부터 취하고(측정값), RC를 통하여 DCS에서 얻은 ULD(Unit Load Damand) 값을 F(x)에 의하여 설정값이 정하여지면, PID 제어기가 설정값과 측정값을 비교 증폭 및 적분하여 M/A Block(CO Master)으로 보낸다. M/A 신호는 Local network를 통하여 각각의 하위 제어기에 보내고, 각각의 하위 제어기에서는 센서로 부터 Coal Flow 측정값을 받아 F(x)에 의하여 적당한 값(Coal Flow량 변화에 대하여 Fuel Air Damper 개도를 조정하여 최적연소가 이루어지도록 하기 위함)으로 변화시킨 다음 Local Network에 있는 상위 제어기 M/A 값과 더한후 각각의 버너에 설치된 Fuel Air Damper를 열고 닫아 Coal Flow량에 따른 공기량을 제어하고 동시에 상위 CO 제어기의 신호를 적용하여 버너의 공기량을 적당히 공급하므로써 버너의 연소를 최적으로 제어하고(예를들면 Coal Pipe A에 흐르는 Coal량이 Coal Pipe B에 흐르는 Coal량보다 많으면 Fuel Air Damper는 A쪽을 B쪽보다 더 열어서 공기량을 많게해야 최적의 연소가 이루어진다), 최종적으로는 CO를 가능한한 작은 값으로 제어한다.

다만 보일러 안정운전상 Fuel Air Damper 개도는 어느 한정된 범위에서만 운전되도록 High Low Limiter로 제한한다.

상기와 같은 제어 시스템을 구현하여 보일러를 운전할 경우 효율이 0.1% 이상 증가할 수 있는데 500MW 한국 표준형 발전소에 적용할 경우 년간 1개 발전기당 순 연료비 절감이 1억이상 기대된다.

Claims

보일러 최적연소를 위한 미연탄소 및 공기댐퍼 제어 시스템