KR20110039878A - 발전소의 미분기의 입구온도 제어장치 및 방법 - Google Patents

발전소의 미분기의 입구온도 제어장치 및 방법 Download PDF

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    • F23K1/04—Heating fuel prior to delivery to combustion apparatus

Abstract

이 발명은, 석탄 총수분, 미분기 출구온도, 미분기 입구 공기량, 미분기 분류기 속도등을 이용하여 미분기 입구온도를 설정함으로써 미분기 입구온도를 상대적으로 정확하게 제어할 수 있는, 발전소의 미분기의 입구온도 제어장치 및 방법에 관한 것으로서,
사용자가 명령 및 데이터를 입력하기 위한 입력부와, 미분기 입구의 온도를 감지하여 출력하기 위한 온도센서와, 상기한 입력부로부터 석탄 총수분, 미분기 출구온도, 미분기 입구 공기량, 미분기 분류기 속도에 관한 데이터를 입력받아서 미분기 입구온도의 목표치를 산출한 뒤에 미분기 입구온도가 목표치를 유지하도록 하기 위한 제어신호를 출력하는 제어부와, 상기한 제어부의 제어신호에 따라 미분기내의 미연탄을 가열하는 버너부를 포함하여 이루어진다.
입력부, 제어부, 버너부, 미분기, 석탄 총수분

Description

발전소의 미분기의 입구온도 제어장치 및 방법{Inlet temperature control device of pulverizer in power plant}
이 발명은 발전소의 미분기의 입구온도 제어방법에 관한 것으로서, 좀더 세부적으로 말하자면 석탄 총수분, 미분기 출구온도, 미분기 입구 공기량, 미분기 분류기 속도등을 이용하여 미분기 입구온도를 설정함으로써 미분기 입구온도를 상대적으로 정확하게 제어할 수 있는, 발전소의 미분기의 입구온도 제어장치 및 방법에 관한 것이다.
석탄화력 발전소에서는 발전연료로서 유연탄을 사용하고 있으나, 유연탄은 석유, LNG 등의 연료에 비해 연소성이 불량하기 때문에, 완전연소를 위해서 덩어리 형태의 유연탄을 미분기를 이용하여 200 메쉬(mesh) 이하의 아주 미세한 미분탄으로 분쇄하여 사용하게 된다.
상기한 미분기는, 미분탄의 건조와 이송을 위하여 고온의 공기가 공급되는데, 상기한 고온의 공기는 미분탄과 수분의 온도를 상승시키고 나면 자신의 온도는 낮아지게 되어 미분탄, 수증기와 함께 일정한 온도를 유지하게 된다. 이와 같이 공기, 미분탄, 수중기의 혼합물이 미분기를 빠져 나갈 때 유지하게 되는 일정한 온 도를 미분기 출구온도라 하는데, 상기한 미분기 출구온도가 낮을 경우에는 증발된 수분의 재응축에 의해 미분탄 관이 막히는 현상이 발생할 수 있으므로 상기한 미분기 출구온도는 적어도 수분의 재응축을 방지할 수 있는 최소온도인 56℃ 이상이 되어야 한다.
상기한 미분기 출구온도를 56℃ 이상이 되도록 하기 위해서는 미분기 입구온도를 적어도 200℃ 이상의 고온이 되도록 해야 하며, 수분 함량이 높은 미연탄인 경우에는 석탄에 비해 비열이 큰 수분을 건조시키기 위하여 더 높은 미분기 입구온도를 필요로 하게 된다. 일예로서, 최근에 연료비 절감 등의 목적으로 아역청탄의 사용이 증가하고 있는데, 상기한 아역청탄은 수분과 휘발분 함량이 상대적으로 높으므로 아역청탄에 함유되어 있는 수분을 건조시키기 위해서는 미분기 입구온도를 더 높여주어야만 한다.
그러나, 상기한 미분기 입구온도를 무작정 높이게 되면, 미분기 입구온도가 석탄의 착화온도인 250℃ 이상으로 높아질 경우에, 미분기내에서 화재가 발생할 수 있기 때문에 미분기 입구온도를 좀더 정확하게 제어해야될 필요가 있다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 석탄 총수분, 미분기 출구온도, 미분기 입구 공기량, 미분기 분류기 속도등을 이용하여 미분기 입구온도를 설정함으로써 미분기 입구온도를 상대적으로 정확하게 제어할 수 있는, 발전소의 미분기의 입구온도 제어장치 및 방법을 제공하는 데 있 다.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 장치의 구성은, 사용자가 명령 및 데이터를 입력하기 위한 입력부와, 미분기 입구의 온도를 감지하여 출력하기 위한 온도센서와, 상기한 입력부로부터 석탄 총수분, 미분기 출구온도, 미분기 입구 공기량, 미분기 분류기 속도에 관한 데이터를 입력받아서 미분기 입구온도의 목표치를 산출한 뒤에 미분기 입구온도가 목표치를 유지하도록 하기 위한 제어신호를 출력하는 제어부와, 상기한 제어부의 제어신호에 따라 미분기내의 미연탄을 가열하는 버너부를 포함하여 이루어진다.
이 발명의 장치의 구성은, 상기한 미분기 입구온도(InletTemp)는 다음의 수식에 의해 산출되도록 하면 바람직하다.
InletTemp = - 163.791+3.725 OutTemp + 0.288194 ClassifierSpeed
- 11.5184 PAFlow + 11.6591 TM + 0.173182 (OutTemp × PAFlow)
+ 0.631212 (PAFlow × TM) - 0.0109091 (OutTemp × PAFlow × TM)
여기에서, OutTemp 는 미분기 출구온도이며, ClassifierSpeed 는 미분기 분류기 속도이며, PAFlow 는 미분기 입구 공기량이며, TM 은 석탄 총수분을 의미한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 방법의 구성은, 사용자로부터 미분기 출구온도(OutTemp), 미분기 분류기 속도(ClassifierSpeed), 미분기 입구 공기량(PAFlow), 석탄 총수분(TM)에 대한 데이터를 입력받는 단계와, 미분기 입구온도(InletTemp)의 목표치를 산출해내는 단계와, 버너부를 작동시켜서 미분기내의 미연탄을 가열하면서, 온도센서로부터 입력되는 신호를 이용하여 미분기 입구온도(InletTemp)가 목표치를 유지할 수 있도록 제어하는 단계를 포함하여 이루어진다.
이 발명의 방법의 구성은, 상기한 미분기 입구온도(InletTemp)는 다음의 수식에 의해 산출되도록 하면 바람직하다.
InletTemp = - 163.791+3.725 OutTemp + 0.288194 ClassifierSpeed
- 11.5184 PAFlow + 11.6591 TM + 0.173182 (OutTemp × PAFlow)
+ 0.631212 (PAFlow × TM) - 0.0109091 (OutTemp × PAFlow × TM)
여기에서, OutTemp 는 미분기 출구온도이며, ClassifierSpeed 는 미분기 분류기 속도이며, PAFlow 는 미분기 입구 공기량이며, TM 은 석탄 총수분을 의미한다.
이 발명은, 석탄 총수분, 미분기 출구온도, 미분기 입구 공기량, 미분기 분류기 속도등을 이용하여 미분기 입구온도를 설정함으로써 미분기 입구온도를 상대적으로 정확하게 제어할 수 있는, 효과를 갖는다.
이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 이 발명의 목적, 작용, 효과를 포함하여 기타 다른 목적들, 특징점들, 그리고 동작상의 이점들이 바람직한 실시예의 설명에 의해 보다 명확해질 것이다.
참고로, 여기에서 개시되는 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시예가 가능함을 밝혀 둔다.
도 1은 이 발명의 일실시예에 따른 발전소의 미분기의 입구온도 제어장치의 블럭 구성도이다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 이 발명의 일실시예에 따른 발전소의 미분기의 입구온도 제어장치의 구성은, 사용자가 명령 및 데이터를 입력하기 위한 입력부(10)와, 미분기 입구의 온도를 감지하여 출력하기 위한 온도센서(20)와, 상기한 입력부(10)로부터 석탄 총수분, 미분기 출구온도, 미분기 입구 공기량, 미분기 분류기 속도에 관한 데이터를 입력받아서 미분기 입구온도의 목표치를 산출한 뒤에 미분기 입구온도가 목표치를 유지하도록 하기 위한 제어신호를 출력하는 제어부(30)와, 상기한 제어부(30)의 제어신호에 따라 미분기내의 미연탄을 가열하는 버너부(40)를 포함하여 이루어진다.
상기한 미분기 입구온도는 다음의 수식에 의해 산출된다.
InletTemp = - 163.791+3.725 OutTemp + 0.288194 ClassifierSpeed
- 11.5184 PAFlow + 11.6591 TM + 0.173182 (OutTemp × PAFlow)
+ 0.631212 (PAFlow × TM) - 0.0109091 (OutTemp × PAFlow × TM)
여기에서, OutTemp 는 미분기 출구온도이며, ClassifierSpeed 는 미분기 분류기 속도이며, PAFlow 는 미분기 입구 공기량이며, TM 은 석탄 총수분을 의미한다.
상기한 구성에 의한, 이 발명의 일실시예에 따른 발전소의 미분기의 입구온도 제어장치 및 방법의 작용은 다음과 같다.
미분기 분류기 속도(ClassifierSpeed)를 60%로 고정하고, 미분기 입구 공기량(PAFlow)를 71 ton/hr로 고정한 상태에서 미분기 출구온도(OutTemp)를 가변시키는 미분기 출구온도 조정시험을 통해서 다음과 같은 데이터 시트를 얻을 수가 있다.
미분기
출구온도
(℃) 		Coal Flow
(ton/hr)		 Classifier
Speed (%)		 PA Flow
(ton/hr)		 미분기
입구온도
(℃)		 MTR
Current
(A)		 ΔP
(mmH2O)
66

39

60

71		 253 42 435
64 243 42 445
62 227 42 445
60 218 44 450
58 210 44 455
위의 데이터 시트에서 미분기 출구온도(OutTemp)의 저하에 따라 미분기 입구온도가 비교적 큰폭으로 저하됨을 볼 수 있다. 미분기 출구온도(OutTemp)가 2℃ 저하되는 경우에 미분기 입구온도는 평균 8.6℃ 저하된다. 미분기 출구온도(OutTemp)의 저하에 따라 MTR current 와 ΔP는 소폭 증가하지만 무시해도 좋을 정도의 미미한 수준이다.
그리고, 미분기 출구온도(OutTemp)를 64℃로 설정하고, 미분기 분류기 속도(ClassifierSpeed)를 60%로 고정한 상태에서 미분기 입구 공기량(PAFlow)을 가변 시키는 미분기 입구 공기량 조정시험을 통해서 다음과 같은 데이터 시트를 얻을 수가 있다.
PAFlow (ton/hr) Coal Flow
(ton/hr)		 미분기
출구온도
(℃)		 Classifier
Speed (%)		 미분기
입구온도
(℃)		 MTR
Current
(A)		 ΔP
(mmH2O)
±0
39
64
60		 250 41 475
+5 240 41 465
+10 230 39 455
+15 225 37 455
위의 데이터 시트에서 미분기 입구 공기량(PAFlow)의 증가에 따라 미분기 입구온도가 비교적 큰폭으로 저하됨을 볼 수 있다. 미분기 입구 공기량(PAFlow)이 5 ton/hr 증가되는 경우에 미분기 입구온도는 약 10℃ 단위로 저하되나, 10 ton/hr 이상 증가시 저하폭은 작아진다. 미분기 입구 공기량(PAFlow)의 증가에 따라 MTR current 와 ΔP는 소폭 감소하지만 미미한 수준이다.
그리고, 미분기 출구온도(OutTemp)를 64℃로 설정하고, 미분기 입구 공기량(PAFlow)을 71 ton/hr 로 고정한 상태에서 미분기 분류기 속도(ClassifierSpeed)를 가변시키는 미분기 분류기 속도 조정시험을 통해서 다음과 같은 데이터 시트를 얻을 수가 있다.
Classifier
Speed (%) 		Coal Flow
(ton/hr)		 미분기
출구온도
(℃)		 PA Flow
(ton/hr)		 미분기
입구온도
(℃)		 MTR
Current
(A)		 ΔP
(mmH2O)
60
39
64
71		 257 44 490
50 247 41 445
40 240 38 390
위의 데이터 시트에서 미분기 분류기 속도(ClassifierSpeed)의 감소에 따라 미분기 입구온도, MTR current, ΔP 가 모두 감소됨을 볼 수 있다. 미분기 분류기 속도(ClassifierSpeed)가 10% 감소되는 경우에 미분기 입구온도는 평균 8.5℃, MTR current는 3A, ΔP 는 50mmH2O 저하된다.
또한, ① 미분기 출구온도(OutTemp)와 미분기 분류기 속도(ClassifierSpeed), ② 미분기 분류기 속도(ClassifierSpeed)와 미분기 입구 공기량(PAFlow), ③ 미분기 출구온도(OutTemp)와 미분기 입구 공기량(PAFlow)과 같이 2개 항목에 대하여, 그리고 ④ 미분기 출구온도(OutTemp)와 미분기 분류기 속도(ClassifierSpeed)와 미분기 입구 공기량(PAFlow)의 3개 항목에 대하여 가변을 시키는 미분기 운전변수 통합 조정시험을 통해서 다음과 같은 데이터 시트를 얻을 수가 있다.

조정항목
조정범위
 미분기
입구온도(℃)		 MTR current(A) ΔP (mmH2O)
조정전 조정후 조정전 조정후 조정전 조정후

①		 미분기
출구온도
Classifier
Speed
미분기
출구온도
63→58℃

Classifier
Speed
60→40%

PAFlow
±0→+15





258
230





44
38





500
420

②		 Classifier
Speed
PAFlow
227
34
410

③		 미분기
출구온도
PAFlow
216
41
490

④		 미분기
출구온도
Classifier
Speed
PAFlow

210

36

420
위의 데이터 시트에서, ①의 경우에 미분기 입구온도의 변화폭이 가장 작게 나타났으며, ②의 경우에 MTR current, ΔP의 변화폭이 가장 크게 나타났으며, ③의 경우에 미분기 입구온도의 변화폭은 크지만 MTR current, ΔP의 변화폭은 가장 작게 나타났으며, ④의 경우에 미분기 입구온도의 변화폭이 가장 크고 MTR current, ΔP의 변화폭도 상대적으로 크게 나타남을 볼 수가 있다.
이러한 조정시험을 통해 미분기 입구온도(InletTemp)는 다음의 수식에 의해 산출되어질 수 있다.
InletTemp = - 163.791+3.725 OutTemp + 0.288194 ClassifierSpeed
- 11.5184 PAFlow + 11.6591 TM + 0.173182 (OutTemp × PAFlow)
+ 0.631212 (PAFlow × TM) - 0.0109091 (OutTemp × PAFlow × TM)
여기에서, OutTemp 는 미분기 출구온도이며, ClassifierSpeed 는 미분기 분류기 속도이며, PAFlow 는 미분기 입구 공기량이며, TM 은 석탄 총수분을 의미한다.
제어부(30)는 입력부(10)로부터 미분기 출구온도(OutTemp), 미분기 분류기 속도(ClassifierSpeed), 미분기 입구 공기량(PAFlow), 석탄 총수분(TM)에 대한 데이터를 입력받아서, 상기한 수식을 이용하여 미분기 입구온도(InletTemp)의 목표치를 산출해낸다.
다음에 제어부(30)는 버너부(40)를 작동시켜서 미분기내의 미연탄을 가열하면서, 온도센서(20)로부터 입력되는 신호를 이용하여 미분기 입구온도(InletTemp)가 목표치를 유지할 수 있도록 제어한다.
도 1은 이 발명의 일실시예에 따른 발전소의 미분기의 입구온도 제어장치의 블럭 구성도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 입력부 20 : 온도센서
30 : 제어부 40 : 버너부

Claims (4)

  1. 사용자가 명령 및 데이터를 입력하기 위한 입력부와,
    미분기 입구의 온도를 감지하여 출력하기 위한 온도센서와, 상기한 입력부로부터 석탄 총수분, 미분기 출구온도, 미분기 입구 공기량, 미분기 분류기 속도에 관한 데이터를 입력받아서 미분기 입구온도의 목표치를 산출한 뒤에 미분기 입구온도가 목표치를 유지하도록 하기 위한 제어신호를 출력하는 제어부와,
    상기한 제어부의 제어신호에 따라 미분기내의 미연탄을 가열하는 버너부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 발전소의 미분기의 입구온도 제어장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기한 미분기 입구온도는 다음의 수식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 발전소의 미분기의 입구온도 제어장치.
    InletTemp = - 163.791+3.725 OutTemp + 0.288194 ClassifierSpeed
    - 11.5184 PAFlow + 11.6591 TM + 0.173182 (OutTemp × PAFlow)
    + 0.631212 (PAFlow × TM) - 0.0109091 (OutTemp × PAFlow × TM)
    여기에서, OutTemp 는 미분기 출구온도이며, ClassifierSpeed 는 미분기 분류기 속도이며, PAFlow 는 미분기 입구 공기량이며, TM 은 석탄 총수분을 의미한다.
  3. 사용자로부터 미분기 출구온도(OutTemp), 미분기 분류기 속도(ClassifierSpeed), 미분기 입구 공기량(PAFlow), 석탄 총수분(TM)에 대한 데이터를 입력받는 단계와,
    미분기 입구온도(InletTemp)의 목표치를 산출해내는 단계와,
    버너부를 작동시켜서 미분기내의 미연탄을 가열하면서, 온도센서로부터 입력되는 신호를 이용하여 미분기 입구온도(InletTemp)가 목표치를 유지할 수 있도록 제어하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 발전소의 미분기의 입구온도 제어방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기한 미분기 입구온도는 다음의 수식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 발전소의 미분기의 입구온도 제어방법.
    InletTemp = - 163.791+3.725 OutTemp + 0.288194 ClassifierSpeed
    - 11.5184 PAFlow + 11.6591 TM + 0.173182 (OutTemp × PAFlow)
    + 0.631212 (PAFlow × TM) - 0.0109091 (OutTemp × PAFlow × TM)
    여기에서, OutTemp 는 미분기 출구온도이며, ClassifierSpeed 는 미분기 분류기 속도이며, PAFlow 는 미분기 입구 공기량이며, TM 은 석탄 총수분을 의미한다.
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