KR20110026470A - 저항 계수와 플레임 프론트 추정의 조합을 사용하여 연소 설비를 제어하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연소 설비의 적어도 하나의 인자(1, 2)를 제어하는 방법에 관한 것이며, 상기 연소 설비는 연료가 피드 포워드되어 연속적으로 건조, 점화, 연소 및 아웃버닝되게 되는 다수의 이동 그레이트에 연료를 공급하는 인-피드 시스템을 포함하며, 연소를 위한 주된 공기는 그레이트 아래로부터 그레이트 상의 연료의 층을 통해 공급되고, 상기 방법은, 연료와 그레이트를 통한 공기 유동에 대한 저항 계수(ζpv)를 계산하는 단계와, 저항 계수(ζpv)에 기초하여 연소 설비의 적어도 하나의 인자(1, 2)를 제어하는 단계와, 연소 구역의 카메라 이미지의 이미지 분석으로 플레임 프론트의 위치(Fpv)의 추정을 제공하는 단계와, 저항 계수(ζpv)에 기초한 적어도 하나의 인자(1, 2)의 제어의 보정을 제공하기 위해 플레임 프론트의 상기 추정된 위치(Fpv)를 사용하는 단계를 포함한다.

Description

저항 계수와 플레임 프론트 추정의 조합을 사용하여 연소 설비를 제어하는 방법{METHOD OF CONTROLLING A COMBUSTION FACILITY USING A COMBINATION OF COEFFICIENT OF RESISTANCE AND FLAME FRONT ESTIMATION}

본 발명은 다수의 이동 그레이트(moving grate)에 연료를 공급하는 피드-인 시스템(feed-in system)을 포함하는 연소 설비에 사용되는 제어 방법에 관한 것이며, 상기 이동 그레이트 상에서 연료가 피드 포워드(feed forward)되어 연속적으로 건조, 점화, 연소 및 아웃버닝(outburning)되게 되며, 연소를 위한 주된 공기는 그레이트 아래로부터 그레이트 상의 연료의 층을 통해 공급된다.

이러한 종류의 연소 설비에서 인-피드 시스템(in-feed system)을 제어하고, 가능하게는, 예를 들어, 베르누이 원리에 기초하여, 연료와 그레이트를 통한 공기유동에 대한 저항 계수(coefficient of resistance)의 계산에 기초한 이동 그레이트의 속도의 제어를 제공하는 것이 알려져 있다. 이러한 종류의 방법은 EP 제955 499호에 공지되어 있다.

본 발명의 목적은 전술된 종류의 방법에 있어서, 연소의 더 정밀한 제어를 제공할 수 있는 방법을 제공하는 것이며, 이러한 목적은, 본 발명에 따라 연소 구역의 카메라 이미지의 이미지 분석에 의해 제공되는 플레임 프론트(flame front)의 추정된 위치를 사용함으로써 저항 계수에 기초한 제어의 보정을 제공하는 상기 종류의 방법으로 달성된다. 이러한 구성에서, 저항 계수 제어기의 설정값(set point) 또는 제어 신호는 플레임 프론트의 위치가 그의 최적 위치로부터 벗어난 것으로 검출되는 어느 때라도 보정될 수 있다.

본 설명의 이하의 상세한 설명에서 본 발명은 도면에 도시된 본 발명에 따른 방법의 예시적인 실시예를 참조하여 더 상세히 설명될 것이다.
도 1은 저항 계수 제어기의 설정값이 플레임 프론트 제어 신호에 의해 추가적으로 보정되는(피드 포워드) 공급 제어 시스템(feeding control system)의 구조를 개략적으로 나타낸다.
도 2는 저항 계수 제어기의 설정값이 플레임 프론트 제어 신호에 의해 스케일되는[스케일링(scaling)] 공급 제어 시스템의 구조를 개략적으로 나타낸다.
도 3은 플레임 프론트 제어 신호가 공급 제어 시스템에 대한 설정값을 직접 스케일하는[게인 스케일링(gain scaling)] 공급 제어 시스템의 구조를 개략적으로 나타낸다.

도 1 내지 도 3에 도시된 제어 시스템은 연소 설비의 2개의 인자, 즉, 연소 챔버 내로의 연소가능한 연료의 공급 속도(1)와, 연속된 제1 연소 그레이트 상의 이송 속도(2) 각각에 대한 제어기를 포함한다. 2개의 제어기 각각은 PID 제어기로 나타내지며, 이들은 주로 플랜트에 대한 목표하는 스팀/에너지 생산량에 기초한 그레이트 속도의 설정값(3)에 따라 제어된다. 2개의 제어기에 대한 그레이트 속도 설정값(3)의 보정은 연소 구역에 걸친 저항 계수(ζ)에 의해 실행된다. 저항 계수(ζ)는, 예를 들어, 결합된 연소 그레이트의 양측과 그 위의 연소가능 재료의 층 상의 압력, 연소 공기의 공기유동, 압력, 및 온도 등의 측정을 사용하여 연소 구역에 대해 계산된다. 저항 계수(ζ)의 계산은,

단,

Δp = 그레이트와 그 위의 연료 상의 압력 손실

ζ = 저항 계수

ρ = 매질(연소공기)의 밀도

υ = 매질의 속도

χ = 유동이 층류인지 난류인지에 따른 지수

또는,

단,

ζ₁ = 저항 계수

R = 공기에 대한 기체 상수 (=287,1J/(kg·K))

T = 공기의 온도(K)

P = 공기의 압력(Pa)

Δp = 그레이트와 그 위의 연료 상의 압력 손실

V = 공기의 체적 유동(㎥/s)

또는, 그레이트 상의 연료의 두께와 밀도에 관한 저항 계수(ζpv)를 제공하는 임의의 다른 관련 방정식과 같은 몇몇의 상이한 방정식에 기초할 수 있다.

저항 계수(ζpv)가 연소 구역 내의 웨이스트 층(waste layer)의 두께에 대한 우수한 추정을 제공한다는 사실로 인해, 연소 구역에 걸쳐 계산된 저항 계수(ζpv)는 공급 시스템의 속도(1, 2)에 대해 필요한 보정의 좋은 지표를 제공한다.

그러나, 본 발명에 따르면, 저항 계수의 설정값(ζsp)은 너무 높거나 너무 낮을 수 있으며 추가로 보정될 필요가 있을 수 있다. 이러한 보정의 필요성은 본 발명에 따르면 플레임 프론트의 추정된 위치(Fpv)의 사용에 의해 제공되며, 상기 추정은 연소 구역의 카메라 이미지의 이미지 분석에 의해 제공된다. 바람직한 실시예에서, 카메라는 적록청(red-green-blue) 이미지 카메라이지만, 적외선 카메라와 같은 다른 형식의 카메라가 사용될 수 있다.

도 1에 도시된 예시적인 실시예에서, 플레임 프론트 제어기에 플레임 프론트에 대한 설정값(Fsp)과 플레임 프론트 위치에 대한 추정 값(Fpv)이 제공되며, 이는 PID 제어기에 제공되고, 플레임 프론트에 대한 상기 PID 제어기로부터의 출력은 저항 계수 제어기에 대한 설정값(ζsp)에 더해지는데, 이는 이러한 제어 값을 보정하고 최종적으로 연소 챔버 내로의 연소가능 연료의 인-피드 속도(1)와 연속된 제1 연소 그레이트 상의 이송 속도(2)의 제어를 보정하기 위함이다.

상응하게, 도 2는 플레임 프론트 제어기로부터의 출력이 저항 계수 제어기에 대한 설정값(ζsp)을 곱하는, 대응 시스템을 도시한다.

또한, 도 3은, 플레임 프론트 제어기로부터의 출력 신호가, 연소 챔버 내로의 연소가능한 연료의 공급 속도(1)와 연속된 제1 연소 그레이트 상의 이송 속도(2) 각각을 제어하기 위해 PID 제어기에 공급되기 전에, 저항 계수 제어기 출력 신호가 그 결과 상에 곱해지는 것과 동일한 방식으로 그레이트 속도 설정값(3) 상으로 곱해지는 대안의 구조를 도시한다.

Claims (6)

1. 연소 설비의 적어도 하나의 인자(1, 2)를 제어하는 방법이며,
   상기 연소 설비는 연료가 피드 포워드되어 연속적으로 건조, 점화, 연소 및 아웃버닝되게 되는 다수의 이동 그레이트에 연료를 공급하는 인-피드 시스템을 포함하고, 연소를 위한 주된 공기는 그레이트 아래로부터 그레이트 상의 연료의 층을 통해 공급되고,
   상기 방법은,
   연료와 그레이트를 통한 공기 유동에 대한 저항 계수(ζpv)를 계산하는 단계와,
   저항 계수(ζpv)에 기초하여 연소 설비의 적어도 하나의 인자(1, 2)를 제어하는 단계와,
   연소 구역의 카메라 이미지의 이미지 분석에 의해 플레임 프론트의 위치의 추정(Fpv)을 제공하는 단계와,
   저항 계수(ζpv)에 기초한 적어도 하나의 인자(1, 2)의 제어의 보정을 제공하기 위해 플레임 프론트의 상기 추정된 위치(Fpv)를 사용하는 단계를 포함하는
   제어 방법.
2. 제1항에 있어서,
   적어도 하나의 인자는 인-피드 시스템의 속도(1)를 포함하는
   제어 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   적어도 하나의 인자는 이동 그레이트들 중 적어도 하나의 속도(2)를 포함하는
   제어 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   저항 계수(ζpv)에 기초한 제어에 대한 보정은 플레임 프론트의 추정된 위치(Fpv)의 피드포워드 도입에 의해 실행되는 (도 1)
   제어 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   저항 계수(ζpv)에 기초한 제어에 대한 보정은 플레임 프론트의 추정된 위치(Fpv)의 스케일링 도입에 의해 실행되는 (도 2)
   제어 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   저항 계수(ζpv)에 기초한 제어에 대한 보정은 플레임 프론트의 추정된 위치(Fpv)의 게인 스케일링 도입에 의해 실행되는 (도 3)
   제어 방법.

Images