KR20050036777A - 열역학적 시스템 제어 방법 및 이 방법을 위한 측정 장치 - Google Patents

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Abstract

하나 이상의 공급 유니트(5)가 상기 유니트(5)에 배치되는 2개 이상의 버너(7)에 연료를 공급하고, 각각의 기존 버너(7)를 위해, 형성되는 불꽃(11)의 영상이 탐지되고 처리되는 열역학적 시스템(1)을 제어하는 방법에 있어서, 상기 버너(7)의 근거리 영역에서 불꽃 근저의 상기 불꽃(11) 영상의 하나 이상의 관심 영역이 선택되고 상기 영상의 강도(I)는 시간-종속 신호로서 탐지되어 제어를 위해 이용된다.

Description

열역학적 시스템 제어 방법 및 이 방법을 위한 측정 장치 {METHOD FOR CONTROLLING A THERMODYNAMIC SYSTEM, AND MEASURING DEVICE FOR SAME}
본 발명은 청구항 1 의 전제부의 특징을 가지는 열역학적 시스템을 제어하는 방법 및 청구항 5 의 전제부의 특징을 가지는 열역학적 시스템 제어 방법용 측정 장치에 관한 것이다.
이러한 유형의 공지된 방법에 있어서, 제공된 각각의 공급 유니트(supply unit)는 연료로서 제공되는 석탄의 알려지지 않은 질량 흐름 분배 및 결정 스펙트럼(grain spectrum)을 상기 유니트에 배치되는 버너에 공급하며, 이러한 알려지지 않은 값들로 인해 공정을 제어하는 것이 어렵게 된다. 제공된 각각의 버너에 있어서, 측정 장치는 불꽃 사진으로부터 불꽃의 존재를 추측하게 된다.
본 발명은 위에서 언급된 유형의 방법을 데이터의 양과 관련하여 개선하려는 목적과 적합한 측정 장치를 제공하려는 목적에 기초한다. 이러한 목적은 청구항 1 의 특징을 갖는 방법 및 청구항 5 의 특징을 갖는 측정 장치를 통해 달성된다. 다른 유리한 개선예들이 종속항의 주요 내용을 이룬다.
버너의 근거리 영역(shortrange field)에서 불꽃 근저(root of the flame)의 불꽃 영상에 대한 하나 이상의 관심 영역을 선택하고, 시간-종속 신호로서 상기 영상의 강도를 탐지하며, 제어를 위해 상기 탐지된 강도를 이용함으로써, 적은 노력을 들여 제어를 위해 중요한 데이터를 제공하기에 충분한 레벨의 근사치(approximation)로 불꽃을 특징짓는 소량의 데이터를 포착하는 것이 가능하다. 또한, 하나 이상의 관심 영역을 모니터링하는 것도 가능하다. 한정된 데이터의 양으로 인해, 동일한 것에 대한 고속 처리가 보장된다. 본 발명은 연료 및 연료의 집합 상태(aggregate state)에 독립적인 발전 장치와 같은 상이한 열역학적 시스템에 이용될 수 있다. 따라서, 연료는 예를 들어, 석탄, 오일 또는 가스일 수 있다.
바람직하게는, 포착된 시간-종속 신호를 기초로 불꽃의 특성을 결정하기 위해 예를 들어 고속 푸리에 변환 또는 그 외 다른 수학적 방법을 이용하여 스펙트럼을 계산하여, 하나 이상의 특성치 바람직하게는 예를 들어 5개인 다수의 특성치가 얻어질 수 있다. 특성치를 이용하여, 다중 회귀법(multiple regression) 또는 다른 수학적 방법에 의해 공지된 연료 입자 스펙트럼의 결합 및/또는 초기화를 위해 미리 폴링(polling)될 필요가 있는 각각의 공급 유니트(예를 들어, 분쇄기 또는 펌프)의 각 버너 당 질량 흐름 분배의 가능한 최상의 근사치를 얻을 수 있다. 즉, 이런식으로 현재 연료 입자 스펙트럼 및/또는 현재 질량 흐름 분배를 계산할 수 있다. 석탄의 경우에, 연료 입자 스펙트럼은 결정 스펙트럼이며, 오일의 경우에는 액적(droplet) 스펙트럼이다. 가스의 경우에는, 질량 흐름 분배만이 결정된다.
불꽃 영상을 얻게되는 본 발명에 따른 방법에 이용하기 위한 적합한 측정 장치는 불꽃 영상에 있어서 하나의 관심 영역을 정확하게 탐지하는 즉, 영상의 일부분에 배타적으로 집중하는 하나 이상의 다이오드를 갖는다. 이것은 탐지 및 처리되어야 하는 데이터의 양을 감소시킨다. 하나 이상의 관심 영역의 경우에 있어서는, 이에 상응하는 수의 다이오드가 설치된다. 바람직하게는, 평가 유니트 특히 바람직하게는 스펙트럼 및 특성치(혹은 다수의 특성치)를 결정하는 적합한 평가 유니트가 다이오드에 배치된다. 이러한 경우에, 전송되어야 하는 데이터의 양은 최소화 된다. 그러나, 비록 보다 많은 데이터 영역(특성치와 비교해서)이 측정 장치로부터 메인 컴퓨터로 전송되어야 하지만, 메인 컴퓨터 역시 평가 유니트의 이러한 기능을 수행할 수도 있다.
다이오드를 조정하기 위해 즉 관심 영역 상에 다이오드를 집중시키기 위해, 비디오 카메라가 측정 장치에 선택적으로 결합되는 것이 바람직하다. 집중화 이후에, 비디오 카메라는 측정 장치로부터 분리될 수 있으며, 이는 다수의 측정 장치가 있는 대규모 시스템에 있어서 전체 비용을 감소시키게 될 것이다. 간소화된 집중화를 위해, 바람직하게는 다이오드 및 비디오 카메라 모두 예를 들어, 빔 스플리터(beam splitter)가 연결되는 공통 내시경(common boroscope)과 같은 동일한 광학적 통로를 이용한다.
2개 이상의 배치된 버너를 구비하는 하나 이상의 공급 유니트 특히, 분쇄기 또는 펌프 및 노뿐 아니라, 본 발명에 따른 방법에 의해 제어되는 상응하는 열역학적 시스템은 본 발명에 따른 하나 이상의 측정 장치 바람직하게는 각각의 버너 당 하나의 측정 장치를 구비한다. 발전 장치용 연료는 바람직하게는 석탄이다. 그러나, 그 외 다른 연료 특히, 고체 연료도 이용될 수 있으며, 첨가물로도 이용될 수도 있다.
본 발명은 도면에 도시된 전형적인 일 실시예에 의해 이하 보다 상세하게 설명된다.
열역학적 시스템의 일례인 발전 장치(1)는 조립질(coarse), 중립질(medium), 및 미립질(fine)의 석탄 정광을 포함하는 다수의 석탄 창고(3)를 가지며, 공급 유니트인 분쇄기(5)는 상기 석탄 창고(3)로부터 석탄을 공급받는다. 일반적으로, 석탄 이외의 다른 연료도 이용되거나 추가될 수 있다. 분쇄기(5)로부터의 석탄(K)은 1차 공기(primary air)(LP)와 함께 노(9)의 버너(7) 내부로 공급되며, 비용상의 이유로 각각의 분쇄기(5)는 다수의 버너(7), 예를 들어 도면에서는 2개의 유니트가 제공된다. 불꽃(11)은 노(9) 내의 각각의 버너(7)에서 발생된다. 2차 공기(LS)는 버너(7) 아래에서 노(9) 내로 불어넣어진다.
각각의 불꽃(11)은, 노(9) 내부로 돌출 되고 불꽃(11)의 영상을 측정 장치(15) 내부에서 재생하는 내시경(17)을 구비하는 측정 장치(15)에 의해 광학적으로 포착된다. 불꽃(11)의 영상은 빔 스플리터(19)에 의해, 한편으로는 측정 장치(15)에 결합되는 비디오 카메라(21)로 광학적으로 지향되고, 다른 한편으로는 예를 들어, 2kHz 까지의 주사 주파수(scanning frequency)를 이용하고 가능한 경우 조정된 분광 감도(spectral sensitivity)를 가지며 고 시분해 신호(high time resolved signal) 또는 선택적으로 고 스펙트럼 분해 신호(high spectral resolved signal)를 포착하는 다이오드(23)로 광학적으로 지향된다. 이러한 경우에, 내시경(17)은, 다이오드(23)가 버너(7)의 근거리 영역에서 불꽃 근저의 관심 영역(ROI)에 집중되는 방식으로 비디오 카메라(21)에 의해 조정되며, 여기서 관심 영역(ROI)은 도면상에 십자 표시에 의해 개략적으로 표시된다. 조정 후, 비디오 카메라(21)는 분리되어 다른 측정 장치(15)의 조정에 이용될 수 있다.
바람직하게는, 다이오드(23)는 이하 설명되는 평가(evaluation)를 실행하고 그 결과를 컴퓨터(31)에 전송하는 자체 평가 유니트(25)에 수신되는 신호를 송신한다. 상기 컴퓨터(31)는 발전 장치(1)를 제어하기 위해 제공된다. 즉, 분쇄기 내부로 공급되며 버너(7) 각각의 결정 스펙트럼(grain spectrum)에 영향을 미치는 석탄의 혼합물과 품질, 석탄의 양 및 제 1 공기와 제 2 공기의 양과 같은 다수의 제어 변수들이 예를 들어, 최소 질소 산화물 배출과 같은 최적 목표에 이르기 위해 측정 장치(15)에 의해 제공되는 결과의 기초에 작용된다. 서로 다른 버너(7)들이 각각의 분쇄기(5)에 배치되기 때문에, 모든 효과적인 제어 변수들이 공지되는 것은 아니다.
따라서, 버너(7) 각각의 결정 스펙트럼 및 분쇄기(5)의 서로 다른 버너(7)에 분배되는 석탄 질량 흐름을 계산하기 위해, 수신되는 시간-종속 신호는 각각의 다이오드(23)의 평가 유니트(25) 또는 선택적으로는 컴퓨터(31)에서 고속 푸리에 변환에 종속되어, 1000 Hz 까지의 스펙트럼(표본화 정리)을 얻게된다. 대략 100 내지 1000 Hz에서, 스펙트럼은 강도(I)의 급격한 하락을 나타내며 5개의 특성치에 의해 충분히 근사치화 될 수 있다.
이러한 5개의 특성치는, 주파수 f=0 에서의 강도(I)와 일치하며 주파수에 독립적인 상수 강도 부분(M1), 강도 하락의 범위 즉 주파수 f=0 로부터의 강도 하락 범위의 거리에서의 중간 주파수 값(M2), 강도 하락 범위의 위치 및 폭(M3)(그렇지 않으면, 강도 하락 범위의 최소 및 최대 값), 회귀 계수(M4) 즉 강도 하락 범위의 기울기, 및 분산(M5) 즉 강도 하락 범위에서의 강도 대역폭이다. 공지된 결정 스펙트럼 및 석탄 질량 흐름 분배의 초기 폴링(polling)이 절대치를 초기화하거나 결정하기 위해 제공된다. 다중 회귀법 또는 모든 버너(7)로부터의 시간에 대한 상기 5개의 값을 이용하는 다른 근사법에 의해, 제어를 위해 요구되는 변수들이 계산되는 공지된 석탄 질량 흐름 및 공지된 결정 스펙트럼의 결합체의 최적 근사치를 얻을 수 있다.
본 발명은 버너의 근거리 영역에서 불꽃 근저의 불꽃 영상에 대한 관심 영역을 선택하고, 그 강도를 시간 종속 신호로 탐지하여 제어하는 방법 및 이러한 제어 방법을 위해 불꽃 영상의 관심 영역을 정확하게 탐지하는 다이오드를 포함하는 측정 장치를 제공함으로써 열역학적 시스템을 제어함에 있어 종래의 방법에 따를 경우 알려지지 않은 변수값들로 인해 공정 제어가 어려운 문제점을 해결한다.
도 1은 발전 장치에 대한 개략적인 도면.
도 2는 측정 장치에 대한 개략적인 도면.
도 3은 불꽃의 선택 영역에서의 강도 스펙트럼을 도시한다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※
1 : 발전 장치 5 : 분쇄기
7 : 버너 9 : 노
11 : 불꽃 15 : 측정 장치
17 : 내시경 19 : 빔 스플리터
21 : 비디오 카메라 23 : 다이오드
25 : 평가 유니트 31 : 컴퓨터

Claims (10)

  1. 하나 이상의 공급 유니트(5)가 상기 유니트(5)에 배치되는 2개 이상의 버너(7)에 연료를 공급하고, 각각의 상기 버너(7)를 위해, 형성되는 불꽃(11)의 영상이 탐지되고 처리되는, 열역학적 시스템(1) 제어 방법에 있어서,
    상기 버너(7)의 근거리 영역에서 상기 불꽃 근저의 상기 불꽃(11) 영상에 대한 하나 이상의 관심 영역이 선택되고, 상기 영상의 강도(I)가 시간-종속 신호로서 탐지되어 제어를 위해 이용되는 것을 특징으로 하는,
    열역학적 시스템 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 시간-종속 신호로부터 스펙트럼이 결정되는 것을 특징으로 하는,
    열역학적 시스템 제어 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 스펙트럼으로부터 하나 이상의 특성치(M1, M2, M3, M4, M5)가 결정되는 것을 특징으로 하는,
    열역학적 시스템 제어 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 결정 스펙트럼 및/또는 상기 각각의 공급 시스템(5)의 버너(7) 당 질량 흐름의 분배가 상기 특성치(M1, M2, M3, M4, M5)로부터 회귀법에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는,
    열역학적 시스템 제어 방법.
  5. 상기 불꽃(11)의 영상을 포함하는 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 방법에서의 이용을 위한 측정 장치(15)에 있어서,
    상기 불꽃(19) 영상의 하나의 관심 영역을 정확하게 탐지하는 하나 이상의 다이오드(23)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    측정 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    각각의 상기 다이오드(23)에 평가 유니트(25)가 배치되는 것을 특징으로 하는,
    측정 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 평가 유니트(25)가 상기 스펙트럼 및 상기 특성치(M1, M2, M3, M4, M5)를 계산하는 것을 특징으로 하는,
    측정 장치.
  8. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    선택적으로, 비디오 카메라(21)가 상기 측정 장치(15)에 결합될 수 있으며, 상기 카메라(21)에 의해 상기 다이오드(23)는 상기 다이오드(23)에 할당된 관심 영역으로 조정될 수 있으며, 조정 후에 상기 비디오 카메라(21)가 상기 측정 장치(15)로부터 분리되는 것을 특징으로 하는,
    측정 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 다이오드(23) 및 상기 비디오 카메라(21) 모두 동일한 광학적 통로(17)를 이용하는 것을 특징으로 하는,
    측정 장치.
  10. 노(9), 2개 이상의 버너(7)가 배치되는 하나 이상의 공급 유니트(5), 및 제 5 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 하나 이상의 측정 장치(15)를 가지는,
    제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 이용하여 제어되는 열역학적 시스템.
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