KR20060124114A - Method for controlling multistage combustion system - Google Patents

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Abstract

A method for controlling a multistage air supply and combustion system is provided to predict carbon monoxide and nitrogen oxide by measuring chemical light emitting energy of an intermediate product of the carbon monoxide and the nitrogen oxide. A method for controlling a multistage air supply and combustion system includes the steps of: collecting chemical light emitting energy of an intermediate product of carbon monoxide and nitrogen oxide by using a light collecting unit(13) and measuring the quantity of fuel and the quantity of air, determining the state of the carbon monoxide and the nitrogen oxide, regulating the quantity of flowing air, and selecting an optimum state of flame by repeatedly performing the above-mentioned steps and operating a combustion unit in the state.

Description

다단 공기 공급 연소 시스템의 제어 방법{Method for controlling multistage combustion system}Method for controlling multistage combustion system

도 1은 본 발명에 따른 다단 공기 공급 연소 시스템의 제어 방법을 수행하기 위한 시스템의 개략 블록도.1 is a schematic block diagram of a system for performing a method of controlling a multistage air supply combustion system according to the present invention;

도 2는 본 발명에 따른 다단 공기 공급 연소 시스템의 제어 방법의 제어 과정을 나타내는 도면.2 is a view showing a control process of a control method of a multistage air supply combustion system according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 다단 공기 공급 연소 시스템의 제어 방법에서 사용되는 다단 공기 공급 연소 장치의 평면도.3 is a plan view of the multi-stage air supply combustion apparatus used in the control method of the multi-stage air supply combustion system according to the present invention.

도 4는 도 3에 도시된 다단 공기 공급 연소 장치의 배면도.4 is a rear view of the multistage air supply combustion device shown in FIG.

도 5a는 본 발명에 따른 다단 공기 공급 연소 시스템의 제어 방법에서 사용되는 집광 장치를 개략적으로 도시한 도면.Figure 5a schematically shows a light collecting device used in the control method of the multi-stage air supply combustion system according to the present invention.

도 5b는 본 발명에 따른 다단 공기 공급 연소 시스템의 제어 방법에서 사용되는 다른 형태의 집광 장치를 개략적으로 도시한 도면.Figure 5b schematically shows another type of light collecting device used in the control method of the multi-stage air supply combustion system according to the present invention.

도 6은 본 발명에 따른 다단 공기 공급 연소 시스템의 제어 방법에서 사용되는 분광 장치를 개략적으로 도시한 도면.6 schematically shows a spectroscopic device for use in the control method of a multistage air feed combustion system according to the present invention.

도 7은 화염에서 발생하는 OH, CH, C2의 당량비에 따른 화학 발광 세기의 관계를 도시한 그래프.7 is a graph showing the relationship between chemiluminescence intensity according to the equivalent ratio of OH, CH, and C 2 generated in a flame.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)(Explanation of symbols for the main parts of the drawing)

1 : 버너 2 : 공기 및 연료 유량 측정부1: burner 2: air and fuel flow measurement unit

3 : 광학 측정부 4 : 제어부3: optical measuring unit 4: control unit

5 : 노즐 6 : 공기 공급 장치5: nozzle 6: air supply

7 : 연료 공급원 8a, 8b, 8c : 공기 유량 제어 솔레노이드 밸브7: fuel supply source 8a, 8b, 8c: air flow control solenoid valve

9 : 연료 유량 제어 솔레노이드 밸브9: fuel flow control solenoid valve

10a,10b,10c : 공기 유량계 11 : 데이터 수집부10a, 10b, 10c: air flow meter 11: data collector

12 : 연료 유량계 13, 13a, 13b : 집광 장치12: fuel flow meter 13, 13a, 13b: light collecting device

14 : 분광기 15 : 공기 유량 제어부14 spectrometer 15 air flow control unit

16 : 자외선 렌즈 17, 22 : 밴드 패스 필터16: ultraviolet lens 17, 22: band pass filter

18, 23 : 광전 증배관 19 : 콜리메이터 렌즈18, 23: photomultiplier tube 19: collimator lens

20 : 광섬유 21 : 이색성 거울20: optical fiber 21: dichroic mirror

24 : 제어 로직24: control logic

본 발명은 다단 공기 공급 연소 장치의 제어 방법에 관한 것이고, 보다 상세하게는 화염에서 발생하는 일산화탄소와 질소산화물의 중간생성물인 OH, CH, C2의 화학 발광 에너지(복사 에너지)를 측정하여 일산화탄소와 질소산화물을 예측하여 배기 가스중의 오염 물질을 최소화하는 다단 공기 공급 연소 시스템의 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a control method of a multi-stage air-supply combustion device, and more particularly, to measure chemiluminescence energy (radiation energy) of OH, CH, and C 2 , which are intermediate products of carbon monoxide and nitrogen oxides generated in a flame, A method of controlling a multistage air feed combustion system that minimizes pollutants in exhaust gases by predicting nitrogen oxides.

일반적으로, 다단 공기 공급 연소 시스템은 여러 연소 단계로 구별되어 각 단계별로 연료와 공기가 공급되고, 각 단계별로 산소 농도를 제어하기 위한 PID(Proportional Integrate Derivative) 제어기가 설치된 연소 설비에서 연소 가스중 산소 농도를 제어할 때, 각각의 PID 제어기에 공기비 조절기가 설치되어, 연도에 설치된 산소 농도 측정 장치에서 측정된 산소 농도를 피드백시켜, 산소 농도 설정값과 측정값의 오차를 감소시키도록, PID 제어기를 이용하여 공기비 조절기를 작동시켜 공연비의 설정값을 조절함으로써, 공기 유량의 조절로 산소 농도를 추출한다. In general, a multi-stage air-supply combustion system is divided into several combustion stages, in which fuel and air are supplied at each stage, and oxygen in the combustion gas in a combustion facility equipped with a Proportional Integrate Derivative (PID) controller to control the oxygen concentration at each stage. When controlling the concentration, each PID controller is provided with an air ratio regulator to feed back the oxygen concentration measured by the oxygen concentration measuring device installed in the year so that the PID controller can be reduced to reduce the error between the oxygen concentration setting value and the measured value. By operating the air ratio controller to adjust the air fuel ratio set value, by adjusting the air flow rate to extract the oxygen concentration.

대한민국 특허등록 제 10-0328951호에는 연소 가스 중 산소농도를 측정하여 최적의 연소를 실시하는 방식이 제안되어 있으며, 미국 특허 제5,480,298호에는 배기가스중의 질소산화물을 줄이기 위해 화염의 OH 복사 에너지를 측정하여 온도를 측정하는 방법이 사용되고 있다.Korean Patent Registration No. 10-0328951 proposes a method for optimal combustion by measuring oxygen concentration in combustion gas, and US Patent No. 5,480,298 uses OH radiant energy of flame to reduce nitrogen oxides in exhaust gas. The method of measuring and measuring temperature is used.

또한, 종래의 다단 공기 공급 연소 시스템에서 언급하는 제어로서 작업자가 직접 화염의 가시적인 모양이나 색을 육안으로 확인하여 화염을 조절하거나 또는 배기가스를 작업자가 직접 측정하여 운전조건을 변경시키는 방법이 있다. In addition, as a control mentioned in the conventional multi-stage air supply combustion system, there is a method in which the operator directly controls the flame by visually checking the visible shape or color of the flame or changes the operating conditions by measuring the exhaust gas directly by the operator. .

그러나, 종래의 기술은 측정기를 통하여 측정하였을지라도, 이는 피드백 제어가 아닌 개루프 제어이기 때문에, 시간과 노동력, 연료 등이 많이 소비된다. 그리고 작업자가 직접 화염의 상태를 육안으로 파악하여 연소시스템의 운전 조건을 정하는 것은 작업자의 가시오차를 무시할 수 없으며, 또한 외부 환경의 갑작스런 변화에 적응을 하지 못한다. 그러나 이러한 단점보다 가장 큰 문제점은 실시간의 제어가 힘들다는 것이다.However, although the conventional technique is measured through a measuring device, since it is an open loop control rather than a feedback control, a lot of time, labor, fuel and the like are consumed. And the operator's direct determination of the operating conditions of the combustion system by visualizing the state of the flame cannot ignore the operator's visible errors and cannot adapt to sudden changes in the external environment. However, the biggest problem than this disadvantage is that it is difficult to control in real time.

따라서, 본 발명의 목적은 폐루프 제어를 이용하여 현재 화염의 상태를 파악하고 일산화탄소와 질소산화물의 배출을 줄이기 위해 공기공급 시스템의 유량을 조절하여 최적의 운전 상태를 유지할 수 있는 다단 공기 공급 연소 시스템의 제어 방법을 제공하는데 있다. Accordingly, an object of the present invention is to determine the current flame state by using the closed loop control, and to control the flow rate of the air supply system to reduce the emissions of carbon monoxide and nitrogen oxides, a multi-stage air supply combustion system that can maintain an optimal operating state. To provide a control method of.

상기된 바와 같은 목적은, 화염에서 발생하는 일산화탄소와 질소산화물의 중간생성물인 OH, CH C2의 화학 발광 에너지를 집광하여, 화염으로부터 발광하는 광 에너지중 OH, CH C2의 파장 대역의 광 에너지만 선택적으로 통과시킨 후에 이를 측정하여 전기 적인신호로 변환시키고, 각 단의 연소 장치로 공급되는 연료 및 공기 의 유량을 측정하여 전기 신호로 변환시키는 단계와; 상기 전기 신호의 세기로부터, 화염의 현재 상태를 파악하여 실시간으로 표시하는 한편, 배기가스 중의 일산화탄소와 질소산화물의 상태를 판단하는 단계와, 상기 판단으로부터 각 단의 연소 장치로 공급되는 공기 유량을 조절하는 단계와, 상기 단계를 연속적인 피드백 제어를 통해 반복적으로 수행하여 최적의 화염 상태를 선택하고, 이 상태로 연소 장치를 운전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 다단 공기 공급 연소 시스템의 제어 방법에 의해 달성될 수 있다.The purpose as described above is to concentrate the chemiluminescence energy of OH, CH C 2 which is an intermediate product of carbon monoxide and nitrogen oxide generated in the flame, the light energy of the wavelength band of OH, CH C 2 of the light energy emitted from the flame Measuring the flow rate of the fuel and air supplied to the combustion apparatus of each stage, and converting the measured signal into an electrical signal after selectively passing it; Determining the current state of the flame and displaying in real time from the intensity of the electrical signal, determining the state of carbon monoxide and nitrogen oxides in the exhaust gas, and adjusts the air flow rate supplied to the combustion apparatus of each stage from the determination And repeatedly performing the above steps through continuous feedback control to select an optimum flame state and operating the combustion apparatus in this state. It can be achieved by the control method of.

상기에서, 화염에서 발생하는 일산화탄소와 질소산화물의 중간생성물인 OH, CH C2의 화학 발광 에너지의 집광은 연소 장치의 버너 전단의 난류 화염의 축방향 중심 위치에 초점을 맞추어 화염의 광을 직사하는 것에 의하여 수행된다.In the above, the condensation of chemiluminescence energy of OH, CH C 2 which is an intermediate product of carbon monoxide and nitrogen oxide generated in the flame is focused on the axial center position of the turbulent flame in front of the burner of the combustion apparatus, so as to direct the light of the flame. Is performed by.

상기에서, 집광된 화염에서 발생하는 일산화탄소와 질소산화물의 중간생성물인 OH, CH C2의 화학 발광 에너지중 OH, CH C2의 파장 대역의 발광 에너지가 밴드 패스 필터에 의해 필터링된다. In the above, the light emission energy with a spectrum range of the intermediate product of chemiluminescent energy of OH, CH 2 C of carbon monoxide and nitrogen oxides generated in the light converging flame OH, CH 2 C that is filtered by a bandpass filter.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 다단 공기 공급 연소 시스템의 제어 방법을 수행하기 위한 시스템의 개략 블록도이다.1 is a schematic block diagram of a system for performing a method of controlling a multistage air feed combustion system according to the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 다단 공기 공급 연소 시스템의 제어 방법을 수행하는 제어부는 버너(1)로 공급되는 공기 및 연료의 유량을 측정하기 위한 공기 및 연료 유량 측정부(2), 버너(1)로부터 발생하는 화염에서 발생하는 OH, CH C2의 화학 발광 에너지를 측정하는 광학 측정부(3), 및 공기 및 연료 유량 측정부(2) 및 광학 측정부(3)로부터 입력된 전기 신호에 따라서 버너(1)의 화염을 제어하기 위한 제어부(4)를 포함한다. As shown in Figure 1, the control unit for performing the control method of the multi-stage air supply combustion system according to the present invention is an air and fuel flow rate measuring unit (2) for measuring the flow rate of the air and fuel supplied to the burner (1) Input from the optical measuring unit 3 for measuring the chemiluminescence energy of OH and CH C 2 generated in the flame generated from the burner 1, and the air and fuel flow rate measuring unit 2 and the optical measuring unit 3. And a control section 4 for controlling the flame of the burner 1 in accordance with the electrical signal.

버너(1)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 3단의 다단 연소기를 가지며, 연료 공급원(7)으로부터 공급된 연료가 중앙에 배치된 노즐(5)로부터 분사되는 한편, 각 단의 연소로에 각각 송풍기와 같은 공기 공급 장치(6)로부터 공기가 공급된다. 공기 공급 장치(6)로부터 공급되는 공기는 각각의 공기 유량 제어 솔레노이드 밸브(8a,8b,8c)에 의해 그 유량이 조정되어 버너(1)로 공급되고, 연료 또한 연료 유량 제어 밸브(9)에 의해 그 유량이 조정된 상태에서 버너(1)로 공급된다. The burner 1 has a three stage multistage combustor, as shown in FIGS. 3 and 4, in which fuel supplied from the fuel supply 7 is injected from a centrally arranged nozzle 5, while combustion of each stage is performed. Air is supplied from the air supply device 6, such as a blower, to a furnace, respectively. The air supplied from the air supply device 6 is supplied to the burner 1 by adjusting the flow rate by the respective air flow control solenoid valves 8a, 8b, 8c, and the fuel is also supplied to the fuel flow control valve 9 Thereby, it is supplied to the burner 1 in the state in which the flow volume was adjusted.

도 4에 도시된 바와 같이 각 연소기는 난류기가 설치되고, 이러한 난류기에 의해 각 연소기에서는 난류 화염이 만들어진다. 예를 들어, 1단의 연소기에서의 와류각도는 60°, 2단에서는 45°, 3단에서는 30°로 설정될 수 있다. 이러한 각 연소기에서의 와류 각도는 공급되는 공기 유량에 따라서 변할 수 있다. 그러므로, 공급되는 유량이 변할 때, 버너(1)의 전체 와류도가 변하기 때문에, 버너(1)의 화염상태가 변하게 된다. As shown in FIG. 4, each combustor is provided with a turbulence, and the turbulence flame is generated in each combustor by the turbulence. For example, the vortex angle in the first stage combustor may be set to 60 degrees, 45 degrees in the second stage, and 30 degrees in the third stage. The vortex angle in each of these combustors can vary depending on the air flow rate supplied. Therefore, when the flow rate supplied changes, since the total vortex of the burner 1 changes, the flame state of the burner 1 will change.

공기 공급 장치(6)로부터 발생된 공기는 레귤레이터(도시되지 않음)에 의해 일정한 압력으로 조정된 상태에서, 각 공기 공급 라인에 설치된 공기 유량 제어 솔레노이드 밸브(8a,8b,8c)에 의해 그 유량이 조정된 상태에서 버너(1)의 각 단의 연 소기로 공급되며, 버너(1)의 각 단의 연소기로 공급되는 공기 유량은 공기 유량을 측정하도록 공기 및 연료 유량 측정부(2)를 구성하는 공기 유량계(10a,10b,10c)에 의해 측정된다. 유량계(10a,10b,10c)들에 의해 초기에 측정된 공기의 유량은 4~20㎃의 전기 신호로 제어부(4) 내에 제공되는 데이터 수집부(11)로 전달된다. The air generated from the air supply device 6 is regulated to a constant pressure by a regulator (not shown), and the flow rate is controlled by the air flow control solenoid valves 8a, 8b, and 8c installed in each air supply line. The air flow rate supplied to the combustor of each stage of the burner 1 in the adjusted state, and the air flow rate supplied to the combustor of each stage of the burner 1 constitutes the air and fuel flow rate measuring unit 2 to measure the air flow rate. It is measured by the air flow meters 10a, 10b, and 10c. The flow rate of air initially measured by the flow meters 10a, 10b, and 10c is transmitted to the data collection unit 11 provided in the control unit 4 as an electric signal of 4-20 dB.

한편, 연료 공급원(7)으로부터 버너(1)로 공급되는 연료의 유량도 공기와 같이 레귤레이터에 의해 그 공급 압력이 조정되며, 버너(1)로 공급되는 연료의 유량이 연료 유량계(12)에 의해 측정된다. 이러한 연료의 유량 조절은 연료 유량 제어 솔레노이드 밸브(9)에 의해 이루어진다. 공기 측정과 마찬가지로, 연료 유량계(12)에 의해 측정된 유량도 4~20㎃의 전기 신호로 변환되어, 제어부(4)의 데이터 수집부(11)로 전달된다. 버너(1)로 공급되는 연료의 유량은 버너(1)의 부하에 따라 초기에 설정되어, 일정한 유량의 연료가 버너(1)로 지속적으로 공급될 수 있도록 할 수 있다. On the other hand, the flow rate of the fuel supplied from the fuel supply source 7 to the burner 1 is also adjusted by the regulator like the air, and the flow rate of the fuel supplied to the burner 1 is controlled by the fuel flow meter 12. Is measured. This fuel flow control is made by the fuel flow control solenoid valve 9. Similar to the air measurement, the flow rate measured by the fuel flow meter 12 is also converted into an electric signal of 4 to 20 kV and transmitted to the data collection unit 11 of the control unit 4. The flow rate of the fuel supplied to the burner 1 may be initially set according to the load of the burner 1, so that a constant flow rate of fuel can be continuously supplied to the burner 1.

광학 측정부(3)는 버너(1)의 화염으로부터 발광 에너지를 측정하기 위한 것으로서, 측정 거리 300mm 렌즈를 사용하여 발광 에너지를 측정하기 위한 집광 장치(13) 및/또는 집광된 발광 에너지의 스펙트럼을 측정하는 분광기(14)를 포함한다. 광학 측정부(3)는 집광 장치(13)가 버너(1)의 출구 전단의 난류 화염의 축방향 중심 위치에 초점을 맞추도록 설치된다. 이러한 집광 장치(13)는 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같은 포토다이오드 또는 광전 증배관(PMT, photo multiplier tube)을 이용한 집광 장치(13a) 또는 광섬유를 이용한 집광 장치(13b)가 사용될 수 있다. The optical measuring unit 3 measures light emission energy from a flame of the burner 1, and collects a spectrum of the light converging device 13 and / or the focused light emission energy for measuring the light emission energy using a 300 mm lens. It includes the spectrometer 14 to measure. The optical measuring unit 3 is provided such that the light collecting device 13 focuses on the axial center position of the turbulent flame at the front end of the outlet of the burner 1. The light collecting device 13 may use a light collecting device 13a using a photodiode or a photo multiplier tube (PMT) or a light collecting device 13b using an optical fiber as shown in FIGS. 5A and 5B. .

집광 장치(13a)는 3개가 사용되며, 버너(1)에서의 화염의 빛을 직사하여, 화 염과 포토다이오드 또는 광전 증배관(PMT) 또는 광섬유에 초점이 맞추어지는 자외선 렌즈(16), 화염 중의 OH, CH, C2의 파장 대역에 일치하는 파장 대역을 가지는 밴드 패스 필터(17), 그리고 발광 에너지를 전기 신호로 바꾸어주는 포토다이오드 또는 광전 증배관(18)을 구비한다. 집광 장치(13a)에서, 화염에서 발생하는 OH, CH, C2의 발광 에너지는 자외선 렌즈(16)에서 집광되어, 밴드 패스 필터(17)에 의해 다른 파장의 빛이 제거되어, 화염중의 OH, CH, C2의 각각의 파장 대역에 일치하는 빛만 밴드 패스 필터(17)를 통과한다. Three light collecting devices 13a are used, the UV lens 16, the flame, which focuses on the flame and the photodiode or the photomultiplier tube (PMT) or the optical fiber by directing the light of the flame in the burner 1 And a band pass filter 17 having a wavelength band corresponding to the wavelength band of OH, CH, and C 2 therein, and a photodiode or photomultiplier tube 18 for converting light emission energy into an electrical signal. In the light collecting device 13a, the light emission energy of OH, CH, and C 2 generated in the flame is collected by the ultraviolet lens 16, and light of different wavelengths is removed by the band pass filter 17, so that the OH in the flame Only light corresponding to each of the wavelength bands CH, C, and C 2 passes through the band pass filter 17.

집광 장치(13a)의 경우에, 밴드 패스 필터(17)를 통과한 빛에너지는 포토다이오드 또는 광전 증배관(18) 앞에 있는 콜리메이터 렌즈(19)를 통해 측정 면적면에 맞게 직광으로 변환되고, 직광으로 변환된 빛은 포토다이오드 또는 광전 증배관(18)을 통해 전기적인 에너지로 변환된다. 각각의 집광 장치(13)들의 포토다이오드 또는 광전 증배관(18)에 의해 발광 에너지로부터 변환된 전기 신호들은 제어부(4)의 데이터 수집부(11)로 전달된다.In the case of the light collecting device 13a, the light energy passing through the band pass filter 17 is converted into direct light through the collimator lens 19 in front of the photodiode or photomultiplier tube 18 so as to fit the measurement area plane, and the direct light The converted light is converted into electrical energy through a photodiode or photomultiplier tube 18. The electrical signals converted from the luminous energy by the photodiode or photomultiplier tube 18 of the respective light collecting devices 13 are transmitted to the data collection unit 11 of the control unit 4.

도 5b에 도시된 집광 장치(13b)의 경우에 본 발명에서 하나의 집광 장치가 사용되고, 버너(1)에서의 화염의 빛을 직사하여 광섬유(20)에 초점이 맞추어지는 자외선 렌즈(16)를 구비한다. 광섬유(20)에 초점이 맞추어진 발광 에너지는 도 6에 도시된 분광기(14)로 보내진다. 한편, 도 5b에 도시된 집광 장치(13b)에서 광섬유를 이용하는 것은 위치에 따른 제한을 없애기 위함이다. In the case of the light collecting device 13b shown in FIG. 5B, one light collecting device is used in the present invention, and the ultraviolet lens 16 focused on the optical fiber 20 by directing the light of the flame in the burner 1 is used. Equipped. The luminous energy focused on the optical fiber 20 is sent to the spectrometer 14 shown in FIG. On the other hand, the use of the optical fiber in the light converging device 13b shown in FIG. 5B is to remove the limitation depending on the position.

분광기(14)는 지정된 파장 대역의 빛을 분광하여 반사시키는 3개의 이색성 거울(21, DM, dichroic mirror)들과, 각각의 이색성 거울(21)에 의해 분광된 빛으로부터 OH, CH, C2의 파장 대역에 일치하는 파장 대역의 발광 에너지만 통과시키는 3개의 밴드 패스 필터(22), 그리고 밴드 패스 필터(22)에 의해 OH, CH, C2의 파장 대역의 발광 에너지를 전기 에너지로 변환시키기 위한 다수의 포토다이오드 또는 광전 증배관(23)들을 포함한다. 이러한 이색성 거울(21), 밴드 패스 필터(22) 및 포토다이오드 또는 광전 증배관(23)들은 소형화를 위하여 1개의 상자 내에 수용되도록 구성된다. The spectrometer 14 has three dichroic mirrors 21 (DM) for spectroscopically reflecting light of a specified wavelength band and OH, CH, C from the light spectroscopy by each dichroic mirror 21. Three band pass filters 22 which pass only the emission energy of the wavelength band corresponding to the wavelength band of 2 and the band pass filter 22 convert the emission energy of the OH, CH, and C 2 wavelength bands into electrical energy. And a plurality of photodiodes or photomultiplier tubes 23 for the purpose of the present invention. These dichroic mirrors 21, band pass filters 22 and photodiodes or photomultipliers 23 are configured to be housed in one box for miniaturization.

집광 장치(13b)를 통해 광섬유로 전달된 발광 에너지는 분광기(14) 내에 수용된 3개의 이색성 거울(21)에 의해 도 6에 도시된 바와 같이 3방향으로 분광된다. 3개의 이색성 거울(21)에 의해 빛들은 각각 밴드 패스 필터(22)를 통과하고, 이 때, OH, CH, C2의 각각의 파장 대역에 일치하는 에너지만 밴드 패스 필터(22)를 통과한다. 밴드 패스 필터(22)를 통과한 빛은 3개의 포토다이오드 또는 광전 증배관(23)을 통과하는 동안 전기 신호로 변환되고, 전기 신호는 제어부(4)의 데이터 수집부(11)로 보내진다. The luminescence energy transmitted to the optical fiber through the light collecting device 13b is spectroscopically in three directions as shown in FIG. 6 by three dichroic mirrors 21 accommodated in the spectrometer 14. By means of the three dichroic mirrors 21, the light passes through the band pass filter 22, where only energy corresponding to the respective wavelength bands of OH, CH and C 2 passes through the band pass filter 22. do. Light passing through the band pass filter 22 is converted into an electrical signal while passing through three photodiodes or photomultiplier tubes 23, and the electrical signal is sent to the data collection unit 11 of the control unit 4.

상기된 바와 같이, 본 발명에 따른 다단 공기 공급 연소 시스템의 제어 방법을 수행하기 위한 시스템에서 사용되는 광학 측정부(3)는 2가지의 형태로 기술되었다. 즉, 첫 번째는 포트다이오드 또는 광전 증배관을 이용하는 3개의 집광 장치(13a)를 사용하여, 발광 에너지로부터 변환된 전기 신호를 직접 제어부(4)의 데이터 수집부(11)로 보내는 것이고, 다른 하나는 광섬유를 이용하는 1개의 집광 장치 (13b)를 사용하여, 발광 에너지를 광섬유(20)를 통해 분광기(14)로 발광 에너지를 전달한 후, 분광기(14)에서 빛을 분해하여 포토다이오드나 광전 증배관(23)을 이용하여, 발광 에너지를 전기 신호로 변환하여 제어부(4)의 데이터 수집부(11)로 전달하는 방식이다.As described above, the optical measuring section 3 used in the system for performing the control method of the multistage air supply combustion system according to the present invention has been described in two forms. That is, the first is to send an electrical signal converted from the luminous energy directly to the data collection unit 11 of the control unit 4 by using three light collecting devices 13a using a port diode or a photomultiplier tube, and the other one. The luminous energy is transmitted to the spectrometer 14 through the optical fiber 20 by using one light collecting device 13b using an optical fiber, and then the light is decomposed by the spectrometer 14 to decompose the photodiode or the photomultiplier tube. By using (23), the light emission energy is converted into an electrical signal and transferred to the data collection unit 11 of the controller 4.

제어부(4)는 도 1에 도시된 바와 같이 공기 및 연료 유량 측정부(2) 및 광학 측정부(4)에서 전달되는 전기 신호가 입력되는 데이터 수집부(11), 전기 신호를 처리하여 화염의 현재 상태를 파악하고 대처할 수 있는 프로그램이 저장된 제어 로직(24), 및 버너(1)의 각 연소기 단으로 공급되는 공기 유량을 변화시키도록 공기 유량 제어 솔레노이드 밸브(8a,8b,8c)들을 제어하기 위한 공기 유량 제어부(15)를 포함한다. As shown in FIG. 1, the control unit 4 processes an electrical signal, a data collection unit 11 to which an electrical signal transmitted from the air and fuel flow rate measuring unit 2 and the optical measuring unit 4 is input, Controlling the air flow control solenoid valves 8a, 8b, 8c to change the flow of air supplied to each combustor stage of the burner 1, and the control logic 24 having stored therein a program capable of identifying and coping with the current state. It includes an air flow control unit 15 for.

전기 신호들이 입력되는 데이터 수집부(11)는 공기 및 연료 유량 측정부(2)와 광학 측정부(3)로부터 입력된 전기 신호를 처리하여, 제어 로직(24)으로 전달한다. 제어 로직(24)은 입력된 전기 신호를 실시간으로 표시하는 한편, 저장된 데이터와 입력된 전기 신호를 이용하여 일산화탄소와 질소산화물의 배출량을 판단한다. The data collection unit 11 into which the electrical signals are input processes the electrical signals input from the air and fuel flow rate measuring unit 2 and the optical measuring unit 3 and transmits them to the control logic 24. The control logic 24 displays the input electrical signal in real time, and determines the emissions of carbon monoxide and nitrogen oxide using the stored data and the input electrical signal.

제어 로직(24)은 데이터 수집부(11)로부터 전달된 OH, CH, C2의 전기 신호의 각각의 세기를 이용하여, 배기가스 내의 일산화탄소와 질소산화물의 양을 판단한다. 제어 로직(24)은 판단한 값으로 현재의 화염의 상태를 파악하고, 화염 상태를 최적화하기 위하여, 현재 버너(1)의 각 연소기 단으로 공급되는 공기 유량을 기준으로 하여 공기 유량 제어 솔레노이드 밸브(8a,8b,8c)들의 개도를 조절하여 버너 (1)의 각 단의 연소기로 공급되는 공기유량을 제어한다. 이러한 제어는 도 2에 도시된 바와 같이 폐루프 제어(피드백 제어)를 통해 계속적으로 버너(1)의 각 연소기 단으로 공급되는 공기의 유량 및 화염의 발광 에너지를 측정하고, 측정 결과에 따라서 버너(1)의 운전 조건을 변경하여, 최적의 화염 상태로 만든다.The control logic 24 determines the amounts of carbon monoxide and nitrogen oxides in the exhaust gas by using the strengths of the electrical signals of OH, CH, and C 2 transmitted from the data collection unit 11. The control logic 24 determines the current state of the flame with the determined value, and in order to optimize the flame state, the air flow control solenoid valve 8a based on the air flow rate supplied to each combustor stage of the current burner 1. By controlling the opening degree of 8b and 8c, the air flow rate supplied to the combustor of each stage of the burner 1 is controlled. This control measures the flow rate of air supplied to each combustor stage of the burner 1 and the emission energy of the flame through the closed loop control (feedback control) as shown in FIG. Change the operating conditions of 1) to make the optimum flame state.

다음의 [표 1]은 OH, CH, C2의 파장을 보여주는 것이며, 본 발명에 따른 다단 공기 공급 연소 시스템의 제어 방법을 수행하기 위한 시스템에서는 광학 측정부(3)에서 각각의 OH, CH, C2 빛의 세기만을 측정한다. 이러한 빛의 세기는 도 7의 그래프에서 알 수 있는 바와 같이 당량비의 변화에 따른 특징을 가진다. 이로부터, 당량비가 증가함에 따라 각각의 OH, CH, C2의 빛 세기가 증가 하는 것을 보여준다. [Table 1] shows the wavelengths of OH, CH, and C 2. In the system for performing the control method of the multi-stage air supply combustion system according to the present invention, each of the OH, CH, C 2 Only measure the light intensity. This light intensity has a characteristic according to the change in the equivalent ratio as can be seen in the graph of FIG. From this, it shows that the light intensity of each OH, CH, C 2 increases as the equivalent ratio increases.

OHOH CHCH C2 C 2 파장(λ)Wavelength (λ) 282.9㎚282.9 nm 387.1㎚387.1 nm 516.5㎚516.5 nm 308.9㎚308.9 nm 431.4㎚431.4 nm

즉, 도 7을 이용하여 화염의 OH, CH, C2의 당량비를 산출할 수 있다. 또한, 각 당량비 별로 각 단의 연소기의 공기별 질소산화물과 일산화탄소 배출농도를 검출하여, 각각의 OH, CH, C2의 빛 세기의 증가에 따른 질소 산화물과 일산화탄소의 증감 상태를 파악한 데이터를 얻는다. 이 결과를 통해 광학 측정부(3)에 의한 화염 상태를 파악할 수 있다. 이러한 것은 연소 직후의 정보를 얻을 수 있어서, 종래의 연소 후 배기 가스만을 통해 얻는 화염 정보 보다 신속하고 정확한 정보를 얻을 수 있도록 한다. That is, the equivalent ratio of OH, CH, and C 2 of the flame can be calculated using FIG. 7. In addition, by detecting the nitrogen oxide and carbon monoxide emission concentration for each air in the combustor of each stage for each equivalence ratio, the data to determine the increase and decrease state of nitrogen oxide and carbon monoxide according to the increase in the light intensity of each OH, CH, C 2 . Through this result, the flame state by the optical measuring unit 3 can be grasped. This makes it possible to obtain information immediately after combustion, so that faster and more accurate information can be obtained than the flame information obtained only through the conventional exhaust gas after combustion.

이상에서 예측한 일산화탄소와 질소산화물의 양으로 현재의 화염의 상태를 파악하고 최적의 화염상태를 만들기 위해 공기공급 컨트롤러를 통해 공기공급부의 전동밸브로 전기 신호를 보내어 각 단의 공기유량을 조절하여 화염의 상태를 변화시킨다.The amount of carbon monoxide and nitrogen oxides predicted above gives the electric signal to the electric valve of the air supply unit through the air supply controller to control the air flow at each stage through the air supply controller to determine the current flame state and to make the optimum flame state. To change the state.

상기된 바와 같은 과정을 통하여, 버너(1)는 최적의 화염을 유지하고, 만약 외부 환경의 갑작스런 변화로 인해 버너(1)의 화염의 조건이 변할지라도, 이러한 변화에 즉각적으로 반응하여, 버너(1)의 최적 운전 조건을 검출하여, 새로운 조건에서도 버너(1)의 최적의 운전 상태를 유지한다.Through the process as described above, the burner 1 maintains an optimum flame and, in response to the change of the flame of the burner 1 due to a sudden change in the external environment, in response to this change, the burner ( The optimum operating condition of 1) is detected and the optimum operating state of the burner 1 is maintained even in a new condition.

상기된 바와 같이, 본 발명에 따른 다단 공기 공급 연소 시스템의 제어 방법은 종래의 기계식 비례 제어 또는 연소실 후방의 배기가스를 흡입하여 센서를 통과시켜, 산소농도의 측정으로 현재의 버너 상태를 파악하여, 연소시스템의 공연비를 제어하는 장치에 비해, 화염의 자발광을 측정하는 것이기 때문에, 응답속도가 보다 신속하여 실시간 제어가 가능하고, 단순히 배기가스의 산소 농도에 따른 공연비 제어와 같은 정해진 로직과 루트에 따른 공연비 제어가 아니라, 제어 대상인 화염의 연소 반응 상태를 직접 측정 및 진단하여, 일산화탄소와 질소산화물을 동시에 저감하는 동시에, 공연비 제어를 통해 시스템 효율을 최적화할 수 있도록 화염 상태를 제어하므로 정확성과 효율이 높다. 또한, 주변상황이 변하여도 즉각 반응하여 다시 최적의 운전 상태로 즉각 반응 할 수 있다.As described above, the control method of the multi-stage air supply combustion system according to the present invention passes the sensor by sucking the exhaust gas behind the conventional mechanical proportional control or the combustion chamber, to determine the current burner state by measuring the oxygen concentration, Compared to a device that controls the air-fuel ratio of the combustion system, the self-luminescence of the flame is measured. Therefore, the response speed is faster and real-time control is possible. In addition to controlling the air-fuel ratio, the combustion reaction state of the flame to be controlled is directly measured and diagnosed to reduce carbon monoxide and nitrogen oxide simultaneously, and the flame state is controlled to optimize the system efficiency through the air-fuel ratio control. high. In addition, even if the surrounding conditions change, it immediately reacts to the optimum operating state again.

이상으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 다단 공기 공급 연소시스템 뿐만 아니라, 보일러와 가스 터빈 등 여러 종류의 연소시스템에 적용시켜 운전이 가능하고 연소시스템의 에너지효율 향상과 이와 동시에 질소산화물과 일산화탄소 등의 오염물질저감에 크게 기여할 것이다. 또한, 연소시스템의 에너지효율 향상으로 에너지 비용 절감과 원가절감효과를 기대할 수 있고, 나아가 연소시스템 성능 측정시스템의 자동화를 이루므로, 이에 따른 인력과 시간을 줄일 수 있다.As can be seen from the above, the present invention can be applied to various types of combustion systems such as boilers and gas turbines as well as multi-stage air supply combustion systems, and it is possible to improve the energy efficiency of combustion systems and at the same time nitrogen oxide and carbon monoxide, etc. Will greatly contribute to the reduction of pollutants. In addition, the energy efficiency of the combustion system can be improved to reduce energy costs and reduce costs, and furthermore, automation of the combustion system performance measurement system can be achieved, thereby reducing manpower and time.

Claims (3)

화염에서 발생하는 일산화탄소와 질소산화물의 중간생성물인 OH, CH C2의 화학 발광 에너지를 집광하여, 화염으로부터 발광하는 광 에너지중 일산화탄소, 질소산화물의 파장 대역의 광 에너지만 선택적으로 통과시킨 후에 이를 측정하여 전기 신호로 변환시키고, 각 단의 연소 장치로 공급되는 연료 및 공기의 유량을 측정하여 전기 신호로 변환시키는 단계와;Concentrates the chemiluminescence energy of OH and CH C 2 , which are intermediate products of carbon monoxide and nitrogen oxides generated in flames, and selectively passes only the light energy in the wavelength band of carbon monoxide and nitrogen oxides out of the light energy emitted from the flame. Converting the signal into an electrical signal and measuring the flow rate of fuel and air supplied to the combustion apparatus of each stage and converting the electrical signal into an electrical signal; 상기 전기 신호의 세기로부터, 화염의 현재 상태를 파악하여 실시간으로 표시하는 한편, 배기가스 중의 일산화탄소와 질소산화물의 상태를 판단하는 단계와, Determining the state of carbon monoxide and nitrogen oxide in the exhaust gas while displaying the current state of the flame in real time from the intensity of the electrical signal; 상기 판단으로부터 각 단의 연소 장치로 공급되는 공기 유량을 조절하는 단계와, Adjusting the air flow rate supplied to the combustion apparatus of each stage from the judgment; 상기 단계를 연속적인 피드백 제어를 통해 반복적으로 수행하여 최적의 화염 상태를 선택하고, 이 상태로 연소 장치를 운전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 공기 공급 연소 시스템의 제어 방법. Performing the above steps repeatedly through continuous feedback control to select an optimal flame state and operating the combustion device in this state. 제 1 항에 있어서, 화염에서 발생하는 일산화탄소와 질소산화물의 중간생성물인 OH, CH C2의 화학 발광 에너지에 대한 집광은 연소 장치의 버너 전단의 난류 화염의 축방향 중심 위치에 초점을 맞추어 화염의 광을 직사하는 것에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는 다단 공기 공급 연소 시스템의 제어 방법.The method of claim 1, wherein the focusing of the chemiluminescence energy of OH, CH C 2 , which is an intermediate product of carbon monoxide and nitrogen oxides generated from the flame, is focused on the axial center position of the turbulent flame in front of the burner of the combustion apparatus. A method of controlling a multistage air supply combustion system, characterized in that performed by direct light. 제 1 항에 있어서, 집광된 화염에서 발생하는 OH, CH C2의 발광 에너지에서 일산화탄소 및 질소 산화물의 파장 대역의 발광 에너지가 밴드 패스 필터에 의해 필터링되는 것을 특징으로 하는 다단 공기 공급 연소 시스템의 제어 방법.The method of claim 1, wherein the emission energy in the wavelength band of carbon monoxide and nitrogen oxides in the OH, CH C 2 emission energy generated in the concentrated flame is filtered by a band pass filter. Way.
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