KR20100076627A - 버너 자동운전 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기설정된 운전 압력범위 내에서 버너의 기동 및 정지를 자동으로 수행할 수 있는 버너 자동운전 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 주요구성은 가스 헤더의 압력을 주기적으로 감지하는 기능과, 기설정된 운전 압력범위를 초과하는 경우 관련된 처리 로직에 명령을 통보하는 기능을 갖는 제어부와, 상기 제어부로부터의 지시에 따라 버너 자동점화 곡선에 기초하여 기설정된 로직에 따라 버너 운전수량을 증가시키는 버너점화 로직; 및 상기 제어부로부터의 지시에 따라 버너 자동소화 곡선에 기초하여 기설정된 로직에 따라 버너 운전수량을 감소시키는 버너소화 로직을 구비하는 것을 특징으로 한다.

발전소, 점화, 기동, 정지, 소화, 셧 다운, 운전압력 범위, 총연료량

Description

버너 자동운전 시스템{BURNER AUTOMATIC OPERATION SYSTEM}

본 발명은 버너 자동운전 시스템에 관한 것으로, 특히 기설정된 운전 압력범위 내에서 버너의 기동 및 정지를 자동으로 수행할 수 있는 버너 자동운전 시스템에 관한 것이다.

화력발전소는 통상 독립체 혹은 부착된 로에서 가연성 연료로부터 열을 이용하여 물을 가열, 증기를 생성 및 과열시키는 보일러(Boiler)와, 로 내에서 연료의 점화와 연소를 유지시킬 수 있는 필요한 속도, 나류, 농도로 로 안으로 연료와 공기를 넣는 버너(Burner), 및 연료준비와 연소장치의 작동 이상과 손상을 방지하고 연료준비와 연소장치의 개시 및 중단에 있어 운전자 지원과 보일러-로의 안전을 위한 버너제어장치(Burner Control Unit)를 구비한다.

이러한 장치들은 버너 자동운전 시스템(Burner Executive System)에 의해 발전설비 정상운전 중(1/2~4/4 Load) 보일러로 공급되는 연료 압력변동을 안정적으로 제어하기 위해, 미리 설정한 압력범위에서 버너 기동 및 정지를 자동으로 수행하게 된다.

특히, 버너제어 계통은 보일러의 다중 버너장치들을 안전하고 효율적으로 운전하기 위해 중앙제어실(Remote) 및 현장(Local)에서 조작 가능한 방식으로 설치되어 있다.

그러나, 발전출력 변동에 따른 보일러의 총 연료량의 증감이 발생하는 경우, 수동조작에 의한 버너운전으로 출력 추종성이 저하되어 전력계통 주파수조정서비스(Automatic Generation Control) 운영이 어렵다는 문제점이 있다.

구체적으로, 보일러로 공급되는 총 연료량(Total Mass Flow)은 발전출력(Gen Output)에 거의 비례하여 변동되므로, 발전출력이 변동하면 보일러의 총 연료량의 증감이 발생하고, 이에 따라 주 버너 연료공급압력(Fuel Supply Pressure)이 변화된다. 따라서, 종래에는 버너제어 계통의 연료공급압력을 안정적으로 유지하기 위해 버너운전 수량을 운전원(Operator)이 수동으로 조정하였기 때문에 상기와 같은 문제점이 발생한다.

또한, 연료공급압력 변동 과다로 보일러 운전상태가 불안정하여 발전설비는 불시 고장위험에 노출되어 있다.

더욱이, 보일러 출력에 대한 운전버너 수량이 일정하지 않아 다양한 제어기능 구현이 취약하다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 보일러의 총 연료량의 증감 발생시 연료공급 압력변화를 주기적으로 감지하여 다중버너 장치들을 안정적이고 효율적으로 운전할 수 있는 버너 자동운전 시스템을 제공하는 것이다.

상기의 목적은, 가스 헤더의 압력을 주기적으로 감지하는 기능과, 기설정된 운전 압력범위를 초과하는 경우 관련된 처리 로직에 명령을 통보하는 기능을 갖는 제어부와, 상기 제어부로부터의 지시에 따라 버너 자동점화 곡선에 기초하여 기설정된 로직에 따라 버너 운전수량을 증가시키는 버너점화 로직; 및 상기 제어부로부터의 지시에 따라 버너 자동소화 곡선에 기초하여 기설정된 로직에 따라 버너 운전수량을 감소시키는 버너소화 로직으로 이루어진 버너 자동점화 및 소화 모듈을 포함하는 버너 자동운전 시스템에 의해 달성된다.

바람직하게, 상기 버너점화 곡선과 버너소화 곡선은 X축을 총 연료량으로 하고 Y축을 연료공급압력으로 하는 버너 성능곡선에 기초한다.

바람직하게, 상기 버너 자동운전 시스템은, 버너 자동점화 및 소화기능을 선택적으로 활성화할 수 있는 활성화 버튼을 구비하거나, 운전 압력범위를 초과함을 운전자에게 경고하거나, 또는 버너 운전상태를 나타내는 그래픽 인터페이스를 구비할 수 있다.

상기의 목적은, 가스 헤더의 압력을 주기적으로 감지하여 연료공급압력이 기설정된 운전 압력범위를 벗어나는지를 판정하는 단계; 상기 판정 단계에서, 상기 가스 헤더의 압력이 계속하여 상기 기설정된 운전 압력범위의 상한을 초과한 것으로 판정한 경우, 기설정된 버너점화 곡선에 기초하여 버너 운전 수량을 점차 증가하는 단계; 및 상기 판정 단계에서, 상기 가스 헤더의 압력이 계속하여 상기 기설정된 운전 압력범위의 하한을 초과한 것으로 판정한 경우, 기설정된 버너소화 곡선에 기초하여 버너 운전 수량을 점차 감소하는 단계를 포함하는 버너 자동운전 방법에 의해 달성된다.

상기한 구성에 의하면, 총 연료량에 대응하여 버너 운전수량을 점차 감소하거나 증가시켜 출력 추종성을 향상할 수 있고 보일러 설비를 안정적으로 운영할 수 있게 된다.

또한, 보일러 응동성 개선으로 전력시장 운영환경 변화에 능동적 대처 가능하고, 버너제어 계통의 기능 향상으로 보일러 안정적 운영에 기여할 수 있으며, 인적 실수에 의한 발전설비 고장정지 예방에 기여하고, 설비개선 마인드 활성화 및 기술경쟁력 제고에 이바지하며, 그외 운전 및 정비원 근무환경 개선에 기여할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 버너 자동운전 시스템을 나타내는 개념도 이다.

제어부(10)는 가스 헤더(20)의 압력을 주기적으로 감지하는 기능과, 기설정된 운전 압력범위를 초과하는 경우 관련된 처리 로직에 명령을 통보하는 기능을 갖는다. 제어부(10)는 독립된 모듈로 구현되어 기존의 버너 자동운전 시스템에 추가될 수 있다.

여기서, 기존의 버너 자동운전 시스템에 추가되는 경우, 본 발명에 의한 버너 자동점화 및 소화기능을 선택적으로 활성화할 수 있는 활성화 버튼을 구비할 수 있고, 운전 압력범위를 초과함을 운전자에게 통보하는 출력, 가령 알람 등을 이용한 경보발생이나 경고 램프 점멸 등의 기능을 부가할 수 있으며, 버너 운전상태를 나타내는 그래픽 인터페이스를 추가할 수 있다.

버너점화 로직(30)은 제어부(10)로부터의 지시에 따라 버너 자동점화 곡선에 기초하여 기설정된 로직에 따라 버너 운전수량을 증가시키며, 버너소화 로직(32)은 제어부(10)로부터의 지시에 따라 버너 자동소화 곡선에 기초하여 기설정된 로직에 따라 버너 운전수량을 감소시킨다.

여기서, 버너점화 곡선과 버너소화 곡선은 X축을 총 연료량으로 하고 Y축을 연료공급압력으로 하는 버너 성능곡선에 기초하며, 버너 성능곡선의 일 예를 도 2에 도시한다.

이하, 도 3과 4를 참조하여 본 발명의 버너 자동운전 시스템의 동작에 대해 설명한다. 이 실시 예에서 운전 압력범위는 0.92㎏/㎠ 내지 1.18㎏/㎠으로 미리 설 정되어 있으나, 보일러 특성에 따라 변경 가능하다.

총 연료량(Total Fuel Mass Flow) 증가 시 버너 자동 점화

제어부(10)는 가스 헤더(20)의 압력을, 가령 12초 주기로 6초(보일러 특성에 따라 변경 가능)씩 감지하여 연료공급압력이 기설정된 운전 압력범위를 벗어나는지를 감지한다.

가스 헤더(20)의 압력이 계속하여 1.18㎏/㎠ 이상으로 유지되는 경우, 제어부(10)는 연료공급압력이 운전 압력범위의 상한을 초과한 것으로 판단하여 이에 대응하는 처리를 위해 버너점화 로직(30)에 처리를 지시한다.

도 3을 참조하면, 총 연료량 증가에 따라 최초 9개의 버너를 운전하다가 점차 수량을 늘려 최종 16개의 버너를 운용하여 연료공급압력이 항상 운전 압력범위 내에 있도록 한 것을 알 수 있다. 즉, 최초 9개의 버너로 운전을 하는 도중, 총 연료량이 증가함으로써 연료공급압력이 증가하여 기설정된 운전 압력범위를 계속하여 벗어나는 것이 감지되어 제어부(10)로부터 처리 지시를 수신하면, 버너점화 로직(30)은 현재 운전 중인 버너에 더하여 한 대의 버너를 추가로 기동한다.

이에 따라, 증가한 총 연료량은 그대로 유지하면서 연료공급압력을 운전 압력범위 내에서 유지되도록 할 수 있다.

이때, 버너점화 로직(30)은 도 3과 같이 기설정된 버너 자동점화 곡선에 따라 추가로 기동하는 버너의 개수를 판정할 수 있으며, 총 연료량이 급격히 증가하는 경우에는 필요시 버너 자동점화 곡선에 따라 2대 이상의 버너를 추가로 한꺼번 에 기동할 수 있다.

이와 같이 버너점화 로직(30)의 대응 처리에 의해, 버너 운전수량을 점차 증가시키므로 출력 추종성이 향상되며 보일러 설비를 안정적으로 운영할 수 있게 된다.

총 연료량 감소 시 버너 자동 소화

상기와 반대로, 가스 헤더(20)의 압력이 계속하여 0.92㎏/㎠ 이하로 유지되는 경우, 제어부(10)는 연료공급압력이 운전 압력범위의 하한을 초과한 것으로 판단하여 이에 대응하는 처리를 위해 버너소화 로직(32)에 처리를 지시한다.

도 4를 참조하면, 총 연료량 감소에 따라 최초 16개의 버너를 운전하다가 점차 수량을 줄여 최종 9개의 버너를 운용하여 연료공급압력이 항상 운전 압력범위 내에 있도록 한 것을 알 수 있다. 즉, 최초 16개의 버너로 운전을 하는 도중, 총 연료량이 감소함으로써 연료공급압력이 감소하여 기설정된 운전 압력범위를 계속하여 벗어나는 것이 감지되어 제어부(10)로부터 처리 지시를 수신하면, 버너소화 로직(32)은 현재 운전 중인 버너 중 하나를 소화(shut down)시킨다.

이에 따라, 감소한 총 연료량은 그대로 유지하면서 연료공급압력을 운전 압력범위 내에서 유지되도록 할 수 있다.

이때, 버너소화 로직(32)은 도 4와 같이 기설정된 버너 자동소화 곡선에 따라 정지시킬 버너의 개수를 판정할 수 있으며, 총 연료량이 급격히 감소하는 경우에는 필요시 버너 자동소화 곡선에 따라 2대 이상의 버너를 한꺼번에 정지시킬 수 있다.

상기와 마찬가지로, 버너소화 로직(32)의 대응 처리에 의해, 버너 운전수량을 점차 감소시키므로 출력 추종성이 향상되며 보일러 설비를 안정적으로 운영할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 구성에 의하면, 보일러 응동성 개선으로 전력시장 운영환경 변화에 능동적 대처가 가능하고, 버너제어 계통의 기능 향상으로 보일러 안정적 운영에 기여할 수 있으며, 인적 실수에 의한 발전설비 고장정지 예방에 기여하고, 설비개선 마인드 활성화 및 기술경쟁력 제고에 이바지하며, 그외 운전 및 정비원 근무환경 개선에 기여할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 실시 예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경을 가할 수 있음은 물론이다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 상기한 실시 예에 한정되어 해석될 수 없으며, 이하에 기재되는 특허청구범위에 의해 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 버너 자동운전 시스템을 나타내는 개념도 이다.

도 2는 본 발명에 적용되는 버너 성능 곡선을 나타낸다.

도 3은 본 발명의 버너 자동운전 시스템의 점화 동작을 설명한다.

도 4는 본 발명의 버너 자동운전 시스템의 소화 동작을 설명한다.

Claims (4)

1. 가스 헤더의 압력을 주기적으로 감지하는 기능과, 기설정된 운전 압력범위를 초과하는 경우 관련된 처리 로직에 명령을 통보하는 기능을 갖는 제어부;

   상기 제어부로부터의 지시에 따라 버너 자동점화 곡선에 기초하여 기설정된 로직에 따라 버너 운전수량을 증가시키는 버너점화 로직; 및

   상기 제어부로부터의 지시에 따라 버너 자동소화 곡선에 기초하여 기설정된 로직에 따라 버너 운전수량을 감소시키는 버너소화 로직으로 이루어진 버너 자동점화 및 소화 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 버너 자동운전 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 버너점화 곡선과 버너소화 곡선은 X축을 총 연료량으로 하고 Y축을 연료공급압력으로 하는 버너 성능곡선에 기초하는 것을 특징으로 하는 버너 자동운전 시스템.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 버너 자동운전 시스템은, 버너 자동점화 및 소화기능을 선택적으로 활성화할 수 있는 활성화 버튼을 구비하거나, 운전 압력범위를 초과함을 운전자에게 경고하거나, 또는 버너 운전상태를 나타내는 그래픽 인터페이스를 구비하는 것을 특징으로 하는 버너 자동운전 시스템.
4. 가스 헤더의 압력을 주기적으로 감지하여 연료공급압력이 기설정된 운전 압력범위를 벗어나는지를 판정하는 단계;

   상기 판정 단계에서, 상기 가스 헤더의 압력이 계속하여 상기 기설정된 운전 압력범위의 상한을 초과한 것으로 판정한 경우, 기설정된 버너점화 곡선에 기초하여 버너 운전 수량을 점차 증가하는 단계; 및

   상기 판정 단계에서, 상기 가스 헤더의 압력이 계속하여 상기 기설정된 운전 압력범위의 하한을 초과한 것으로 판정한 경우, 기설정된 버너소화 곡선에 기초하여 버너 운전 수량을 점차 감소하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 버너 자동운전 방법.

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