KR20140017237A - 운전신호 패턴을 이용한 보일러튜브 이상상태 진단 방법 - Google Patents

운전신호 패턴을 이용한 보일러튜브 이상상태 진단 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 패턴인식 기법을 이용한 보일러튜브 이상상태 진단 방법에 관한 것으로, 패턴인식 기법을 이용한 보일러튜브 이상상태 진단 방법에 있어서, 상기 보일러 각 부에 설치한 센서를 통하여 보일러 운전신호를 수신하는 단계, 상기 운전신호를 패턴인식 기법으로 분석하여 신호별 운전패턴을 작성하는 단계, 실시간으로 입력되는 운전신호를 상기단계에서 작성한 운전패턴과 비교하여 이상여부를 판단하는 단계, 상기 이상여부 판단 결과들을 종합하여 이상원인을 진단하는 단계 및 상기 이상원인별로 관리자가 시행해야 할 조치사항을 출력하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

패턴인식 기법을 이용한 보일러튜브 이상상태 진단 방법{A analytical method for industrial boiler condition using pattern recognition}
본 발명은 발전용 대용량 보일러의 운전신호를 실시간으로 계측하여 보일러튜브의 이상상태를 진단하는 방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 보일러 각 부에 설치된 센서의 신호를 이용하여 보일러튜브 온도, 보일러 연소가스 온도, 증기온도 조절용 냉각수 유량, 연소기(버너) 연료분사 각도 등의 이상여부를 판단하고, 판단결과를 종합하여 보일러튜브 오염, 보일러튜브 누설, 보일러튜브 막힘 등 이상원인을 진단하며, 상기 상황의 개선에 필요한 오염제거장치(제매기, Soot blower) 가동 권고 (가동 위치, 시각 포함), 보일러 운전정지 기간 중 보일러튜브 세정 권고, 보일러 운전정지 권고 등을 관리자에게 제시함으로서, 보일러튜브의 과열과 손상을 방지하고 연소효율 저하를 방지하는 패턴인식 기법을 이용한 보일러튜브 이상상태 진단 방법에 관한 것이다.
발전소에 설치되는 대용량 보일러는 증기터빈에 구동용 증기를 공급하는 핵심설비로서 첨단 금속기술과 연소기술이 채용되어 운전신뢰도를 높이도록 하고 있지만, 1,300 ~ 1,350℃ 에 달하는 연소가스 내에서 용융된 연소 잔유물이 보일러튜브 외부표면에 부착되어 열전달을 방해하고, 물과 증기의 온도는 300 ~ 600℃, 압력은 250 ~ 300㎏/㎠ 에 달하여 보일러튜브 내부표면에 오염(scale)이 발생하고, 온도와 압력에 의한 피로가 누적되어 금속이 손상되는 등 많은 문제점들이 발생한다.
보일러 설비에서 발생하는 대표적인 문제 중 첫째는 보일러튜브 외부표면에 연소 잔유물이 부착(slagging, fouling, clinker)하여 열전달을 방해하는 것이고, 둘째는 보일러튜브 내부표면에 오염(scale)이 발생하여 열전달을 방해하는 것이며, 셋째는 보일러튜브가 손상되어 누설되는 것이고, 넷째는 보일러튜브 내부에 이물질이 부착되어 막히는 것이다.
더욱이 양질의 석탄이 고갈되고 회융점이 낮은 석탄들의 사용이 증가함에 따라 보일러 연소로 내부에는 석탄이 용암처럼 녹으며 덩어리가 되는 크링커(clinker)가 많이 부착되어 보일러튜브에 열전달을 방해하고, 연소로 내부의 열적균형을 깨트리며, 부착된 거대한 크링커가 보일러 하부로 낙하하면서 보일러튜브를 손상시키고, 보일러 가동을 중지시키는 등의 심각한 문제점들이 증가하고 있는 추세이지만, 보일러 내부에는 운전상태를 판단할 수 있는 정보취득수단이 없어 블랙박스처럼 다루어지고 있는 실정이다.
상기 문제점들이 확인되는 경우 관리자들이 취할 수 있는 조치사항으로, 첫째 경우는 오염제거장치로 증기를 분사하여 보일러튜브 외부표면에 부착된 오염물질(연소 잔유물)을 제거하는 것이고, 둘째 경우는 보일러 운전정지 기간 중 세정을 실시하여 보일러튜브 내부표면에 생성된 오염물질(scale)을 제거하는 것이며, 셋째 경우는 보일러튜브 누설 증상을 조기에 발견하여 보일러 가동을 중지하는 것이고, 넷째 경우는 보일러튜브 막힘 증상을 조기에 발견하여 보일러 가동을 중지하는 등의 방법이 있다.
보일러튜브 외부표면에 부착된 오염물질을 제거하기 위하여 보일러튜브가 설치된 위치마다 오염제거장치가 설치되어 있으며, 필요 시 오염제거장치가 보일러 내부로 진입하여 높은 압력(10 ~ 15㎏/㎠)의 증기를 분사하여 오염물질을 제거하는 기능을 수행한다.
그러나 오염제거장치는 오염물질을 제거하는 장점이 있는 반면, 보일러튜브를 손상시키는 문제점이 있고 다량의 고품질 증기를 소모하여 경제적 손실이 발생하기 때문에 필요한 위치에 최소의 증기를 분사하는 것이 바람직하지만, 현실적으로는 오염된 보일러튜브의 위치와 오염정도를 인지할 수 있는 수단이 없어 1일 3회씩 주기적으로 오염제거장치를 가동하거나 관리자가 보일러 각 부의 증기온도 변화를 개략적으로 참고하여 오염제거장치를 가동하는 실정이다.
KR 10-0779916호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 보일러 내부와 외부 각 부에 센서를 설치하고, 그 운전신호를 패턴인식 방법으로 분석하여 보일러튜브의 이상여부를 판단하며, 판단결과들을 종합하여 이상원인을 진단하고, 관리자가 시행해야 할 조치사항을 도출하여 제시하는데 그 목적이 있다.
이를 위하여 온도센서(보일러튜브, 연소가스)와 유량센서(증기온도 조절용 냉각수), 각도센서(연소기 연료분사)를 장치하고, 취득한 각종 신호를 패턴인식 기법과 인공지능 기법으로 분석하여 보일러튜브 외부표면 오염, 보일러튜브 내부표면 오염, 보일러튜브 누설, 보일러튜브 막힘 등 이상원인을 용이하게 진단할 수 있는 진단방법을 제공하고자 하는데 목적이 있다.
또한, 상기의 진단정보를 기반으로 관리자가 시행해야 할 조치사항 즉, 오염제거장치 가동 권고 (가동 위치, 시각 포함), 보일러 운전정지 기간 중 보일러튜브 세정 권고, 보일러 운전정지 권고 등을 제시함으로서 보일러튜브의 과열과 손상을 방지하고 연소효율 저하를 방지하는 방법을 찾아내고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 패턴인식 기법을 이용한 보일러튜브 이상상태 진단 방법에 있어서, 상기 보일러 각 부에 설치한 센서를 통하여 보일러 운전신호를 수신하는 단계, 상기 운전신호를 패턴인식 기법으로 분석하여 신호별 운전패턴을 작성하는 단계, 실시간으로 입력되는 운전신호를 상기단계에서 작성한 운전패턴과 비교하여 이상여부를 판단하는 단계, 상기 이상여부 판단 결과들을 종합하여 이상원인을 진단하는 단계 및 상기 이상원인별로 관리자가 시행해야 할 조치사항을 출력하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 운전신호는, 수냉벽튜브 출구 증기온도, 증발기튜브 출구 증기온도, 과열기튜브#1 출구 증기온도, 과열기튜브#2 출구 증기온도, 재열기튜브 출구 증기온도, 절탄기튜브 출구 급수온도를 포함하는 상기 보일러튜브의 출구 증기온도, 연소로 출구 가스온도, 보일러 출구 가스온도를 포함하는 연소가스 출구온도, 증기온도 조절용 냉각수 유량 및 연소기 각도를 각각 측정하는 측정센서를 통해 해당 운전신호를 획득하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 운전패턴을 작성하는 단계는, 운전상황별로 다양한 특성을 나타내는 프로세스 값(process value)의 운전패턴을 분석하여 판단 기준치를 정하는 패턴인식 기법을 사용하고, 이상상태로 규명된 각각의 상태를 분석하여 특정 상황을 정의하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보일러튜브 이상원인을 진단하는 단계는, 보일러튜브 외부표면 오염, 보일러튜브 내부표면 오염, 보일러튜브 누설, 보일러튜브 막힘 현상을 진단하는 것을 포함한다.
또한, 상기 이상원인 상황별로 조치사항을 제시하는 단계는, 상기 보일러튜브 이상원인 진단단계의 결과를 기반으로 오염제거장치 가동 권고(가동 위치, 시각 포함), 보일러 운전정지 기간 중 보일러튜브 세정 권고, 보일러 운전정지 권고를 제시하는 것을 포함한다.
또한, 상기 이상원인을 진단하는 단계는, 운전패턴을 통해 작성된 이상신호 진단표를 이용하여 오염 위치를 분석한다.
상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명은 발전용 대용량 보일러 운전과정에서 발생하는 보일러튜브 외부표면 오염, 보일러튜브 내부표면 오염, 보일러튜브 누설, 보일러튜브 막힘 등을 진단하고, 상기 이상원인 별로 오염제거장치 가동 권고(가동 위치, 시각 포함), 보일러 운전정지 기간 중 보일러튜브 세정 권고, 보일러 운전정지 권고 등을 관리자에게 제시함으로서, 보일러튜브의 과열과 손상을 방지하고 연소효율 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.
따라서, 대용량 보일러의 이상 발생 시 신속한 대처를 통해 오염 제거, 튜브 세정, 운전 정지 등을 권고함에 따라 보일러 가동에 안정성 확보, 보일러 가동의 효율성을 극대화시킬 수 있는 이점이 있다.
도 １은 발전용 대용량 보일러 구조도,
도 ２는 본 발명에 따른 패턴인식 기법을 이용한 보일러튜브 이상상태 진단 방법에서 보일러 구조 및 센서설치 위치도,
도 ３은 본 발명에 따른 패턴인식 기법을 이용한 보일러튜브 이상상태 진단 방법의 흐름도,
도 ４는 패턴인식 기법을 이용한 보일러튜브 이상상태 진단 방법의 운전패턴 작성 원리도,
도 ５는 패턴인식 기법을 이용한 보일러튜브 이상상태 진단 방법의 운전신호 이상 판단 원리도,
도 ６은 보일러튜브 외부/내부 표면 오염 진단표,
도 ７은 보일러튜브 오염 세부 진단표,
도 ８은 보일러튜브 누설/막힘 진단표,
도 ９는 이상원인별 조치사항을 도시한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 패턴인식 기법을 이용한 보일러튜브 이상상태 진단 방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 패턴인식 기법을 이용한 보일러튜브 이상상태 진단 방법은, 패턴인식 기법을 이용한 보일러튜브 이상상태 진단 방법에 있어서, 상기 보일러 각 부에 설치한 센서를 통하여 보일러 운전신호를 수신하는 단계, 상기 운전신호를 패턴인식 기법으로 분석하여 신호별 운전패턴을 작성하는 단계, 실시간으로 입력되는 운전신호를 상기단계에서 작성한 운전패턴과 비교하여 이상여부를 판단하는 단계, 상기 이상여부 판단 결과들을 종합하여 이상원인을 진단하는 단계 및 상기 이상원인별로 관리자가 시행해야 할 조치사항을 출력하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 설명하는 실시 예로 한정하지 않으며, 본 발명의 실시 예는 본 발명의 기술적 사상에 대한 이해를 돕기 위하여 사용된다. 본 발명에 참조한 도면에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.
본 발명에 따른 패턴인식 기법을 이용한 보일러튜브 이상상태 진단방법은, 발전용 대용량 보일러의 각 부에 센서를 설치하고, 상기 센서로부터 측정된 값을 논리적으로 분석하여 보일러튜브의 오염, 튜브 막힘, 튜브 누설 등에 따른 다양한 이상신호를 검출한 후 이상신호 발생 시 조치사항을 제시할 수 있는 이상신호 진단방법을 주요 기술적 요지로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 동작을 상세하게 설명한다.
발전용 대용량 보일러의 구조는 도 １과 도 ２에 도시한 바와 같이 사각형 구조물 형태로 이루어지며, 보일러 벽면은 하부부터 중간까지는 수냉벽튜브(water wall tube, 22)가 설치되고, 이후부터 상층부까지는 증발기튜브(evaporator tube, 23)가 설치되며, 상부 공간에는 과열기튜브#1(25), 과열기튜브#2(26), 재열기튜브(27)가 설치되고, 보일러 후단 부에는 절탄기튜브(21)가 설치된다.
또한, 보일러 전단부 중간 이하는 공간으로 되어 있어 연소기(31)에서 분사되는 석탄이 연소되는 공간을 제공하고, 연소화염은 주변 벽면에 설치된 수냉벽튜브(22)에 복사열 에너지를 공급하며, 보일러 상층부 벽면에는 증발기튜브(23)가 설치되어 연소가스로부터 대류열을 흡수하고, 상부 공간에는 연소가스로부터 대류열을 흡수하여 고온의 증기를 생산하는 과열기튜브#1(25), 과열기튜브#2(26), 재열기튜브(27)가 위치하며, 후단부에는 절탄기튜브(21)가 설치되어 대류열을 흡수한다.
또한, 보일러를 구성하는 다수의 보일러 튜브들이 분기 또는 결합되는 튜브헤더(11, 12, 13, 14, 15)가 구성된다.
발전용 보일러의 운전은 도２에 도시한 바와 같이, 급수펌프(51)로부터 공급된 보일러 용수는 보일러 후단부에 설치된 절탄기튜브(21) → 수냉벽튜브(22) → 증발기튜브(23)를 거치며 고온의 증기로 변화하고 기수분리기(Steam Separator ; 24)를 거쳐 과열기튜브#1(25)에 공급된다.
과열기튜브#1(25)을 통과하며 가열된 증기는 과열기튜브#2(26)로 공급되고 과열도가 높아진 증기는 증기터빈으로 공급되는데, 증기온도조절기(41)는 냉각수를 분사하여 과열기튜브 출구 증기온도(86)를 정밀하게 조절한다.
증기터빈에서 에너지를 고압터빈에 전달하고 냉각된 증기는 재열기튜브(26)를 통과하며 온도가 상승하여 저압터빈에 공급된다.
연소실에서 1,300 ~ 1,350℃ 였던 연소가스 온도는 보일러튜브를 지나면서 열을 전달하고 서서히 낮아지며 보일러출구에서는 300 ~ 330℃ 로 낮아지는데, 특정 보일러튜브에 오염이 발생하여 열 전달량이 감소하면 증기온도는 낮아지고 연소가스 온도는 증가하는 현상이 나타난다.
본 발명에 따른 보일러튜브 이상원인 진단 방법은 도３에 도시한 프로세스를 거쳐 수행되는데, 보일러 각 부에 설치한 센서를 통하여 보일러 운전신호를 수신하는 단계(S100), 상기 운전신호를 패턴인식 기법으로 분석하여 신호별 운전패턴을 작성하는 단계(S200), 실시간으로 입력되는 운전신호를 상기단계에서 작성한 운전패턴과 비교하여 이상여부를 판단하는 단계(S300), 상기 이상여부 판단결과들을 종합하여 이상원인을 진단하는 단계(S400), 상기 이상원인별로 관리자가 시행해야 할 조치사항을 제시하는 단계(S500)를 포함한다.
보일러 운전신호 수신단계(S100)에서는, 보일러튜브 출구 증기온도(수냉벽튜브 출구 증기온도, 증발기튜브 출구 증기온도, 과열기튜브#1 출구 증기온도, 과열기튜브#2 출구 증기온도, 재열기튜브 출구 증기온도, 절탄기튜브 출구 급수온도), 연소가스 출구온도(연소로 출구 가스온도, 보일러 출구 가스온도), 냉각수 유량(증기온도 조절용 냉각수 유량), 연소기 각도(연소기 연료분사 각도) 등을 수신하며, 수신된 운전신호는 운전준비 단계에서는 운전패턴 작성에 사용되고, 정상운전단계에는 보일러 운전 이상여부 판단에 사용된다.
각종 센서의 종류와 설치위치는 도 ２에 나타내었으며, 센서동작 분석결과는 도 ４ ~ ８에 표시하였다.
신호별 운전패턴 작성단계(S200)에서는 보일러 운전신호 수신단계(S100)에서 수신되는 신호들을 대상으로 일정기간 동안 운전 수치를 분석하여 통계적 정상운전범위를 의미하는 운전패턴을 작성하는데, 그 형태는 보일러출력, 튜브오염, 석탄발열량, 석탄성분 등에 따라 운전수치 범위가 다양하게 변화할 수 있기 때문에 정확도 향상을 위해서는 운전 가능한 모든 운전조건을 감안하여 일정기간동안 데이터를 취득하여 분석을 실시하여야 한다. 증발기튜브출구 증기온도의 운전신호를 일정기간 수신하여 보일러출력별 운전패턴을 작성한 예를 도 ４에 나타내었는데 다른 운전신호에 대하여도 동일한 방법으로 운전패턴을 작성하여야 한다.
보일러 운전신호 이상여부 판단단계(S300)에서는 도５에 도시한 바와 같이 실시간으로 입수되는 신호들을 보일러 운전패턴 작성단계(S200)에서 작성된 운전패턴과 비교하고, 입력된 상기 신호의 레벨이 이미 작성된 운전패턴 범위를 벗어나는 경우 이상상태로 판단하게 된다. 예로 보일러 정격출력에서 증발기튜브 출구 증기온도가 운전패턴(정격운전출력)에서는 430 ~ 440℃ 로 작성되었는데 현재 운전값이 425℃ 이면 운전패턴(정격운전출력)을 벗어났다고 판단할 수 있다. 따라서 감시대상으로 선정된 모든 신호는 상기와 같은 절차를 거쳐서 이상여부를 판단하게 된다.
보일러 이상원인 진단단계(S400)에서는 상기 단계(S300)에서 색출된 이상신호들을 분석하여 그 발생원인을 진단하게 된다.
상기 단계(S400)에서는 ４개의 진단싸이클(보일러튜브 외부표면 오염 진단, 보일러튜브 내부표면 오염 진단, 보일러튜브 누설 진단, 보일러튜브 막힘 진단)이 수행되는데, 도면을 이용하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
보일러튜브 외부표면 오염은 보일러튜브 외부표면에 연소 잔유물(slagging, fouling, clinker)인 석탄재가 부착되는 것으로 유체온도 측정법, 가스온도 측정법, 냉각수 유량 측정법, 연소기 각도 측정법 등으로 찾아낼 수 있으며 도 ２,３,６을 이용하여 그 방법을 설명하면 다음과 같다.
유체온도 측정법은, 보일러 급수/증기 온도변화를 이용하여 오염발생을 찾아내는 것으로, 예를 들어 보일러 정격출력 운전 시 증발기튜브 출구 증기온도(83) 운전패턴이 430 ~ 440℃ 로 작성되었는데, 현재온도가 425℃ 이면 증발기튜브(23) 외부표면이 오염되어 열 흡수 기능이 저하한 것으로 진단할 수 있다.
다음으로 가스온도 측정법은, 보일러 내부의 연소가스 온도 변화를 이용하여 오염발생을 찾아내는 것으로, 보일러 정격출력 운전 시 연소실 출구가스온도(71) 운전패턴이 1,300 ~ 1,350℃ 로 분석되었는데, 현재온도가 1,400℃ 이면 수냉벽튜브(22) 또는 증발기튜브(23) 외부표면이 오염되어 열 흡수 기능이 저하한 것으로 진단할 수 있으며, 그 결과로 흡수되지 못한 잔여 열이 보일러 상부로 넘어가기 때문에 연소실 출구 가스온도(71)와 보일러출구 가스온도(72)가 증가하는 것으로 진단할 수 있다.
냉각수유량 측정법은, 과열증기 온도변화에 따라 증기온도 조절기 냉각수 유량이 변화하는 특징을 이용하여 오염을 찾아내는 것으로, 보일러 정격출력 운전 시 냉각수 유량(61) 운전패턴이 50 ~ 60톤/시 으로 작성되었는데, 현재 냉각수 유량이 70톤/시 이면 연소실 하부 수냉벽튜브(22) 또는 증발기튜브(23)의 오염으로 열 흡수가 감소하였고, 그 결과 잔여 열이 보일러 상부로 넘어가 과열기튜브#2(86) 증기온도가 상승하게 되므로 증기온도 조절기(41)는 냉각수 유량(61)을 증가시켜 증기온도(86)를 정상으로 유지시킨다.
연소기 각도 측정법은, 재열증기 온도변화에 따라 연소기 연료분사 각도가 변화하는 특징을 이용하여 오염을 찾아내는 것으로, 보일러 정격출력 운전 시 연소기 연료분사 각도(91) 운전패턴이 -5°~ -10° 로 작성되었는데, 현재 연소기 연료분사 각도가 -15°이면 수냉벽튜브(22) 또는 증발기튜브(23)의 오염으로 열 흡수가 감소하였고, 그 결과 잔여 열이 보일러 상부로 넘어가 재열기튜브 출구 증기온도(87)가 상승하였으며 연소기는 연료분사 각도(91)를 하향으로 조절하는 것으로 진단할 수 있다.
상기과정을 통하여 나타난 현상들을 종합하여 도６에 나타내었는데 그 동작을 요약하여 설명하면 다음과 같다.
증발기튜브(23) 오염이 발생하면 증발기튜브 출구 증기온도(83)는 저하하고, 열전달이 감소한 연소가스는 온도가 상승하여 연소로 출구 가스온도(71), 보일러 출구 가스온도(72)를 상승시키며, 그 결과로 과열기튜브#1 출구 증기온도(85), 과열기튜브#2 출구 증기온도(86), 재열기튜브 출구 증기온도(87), 절탄기튜브 출구 증기온도(81)를 상승시키는 결과를 나타내며, 과열기튜브#2 출구 증기온도(86)를 낮추기 위하여 증기온도 조절용 냉각수 유량(61)이 증가하고, 재열기튜브 출구 증기온도(87)를 낮추기 위해 연소기는 연료분사 각도(91)를 하향 조절하여 수냉벽튜브(22) 및 증발기튜브(23)에서 열 흡수가 증가하도록 한다.
이상에서는 도６에 도시된 보일러튜브 외부표면 오염 진단방법 중 증발기튜브의 경우를 설명하였으나 수냉벽튜브, 과열기튜브#1, 과열기튜브#2, 재열기튜브, 절탄기튜브의 경우도 유체 온도, 가스 온도, 냉각수 유량, 연소기 각도, 냉각수 유량 변화를 운전패턴과 비교하면 특정 보일러튜브의 오염을 진단할 수 있기 때문에 설명을 생략한다.
보일러튜브 내부표면 오염은 보일러튜브 내부표면에 이물질이 부착하거나 금속표면에 부식/침식이 발생하여 스케일(scale) 형태를 이루는 것으로, 보일러튜브 외부표면 오염의 경우와 같은 방법으로 진단이 가능하다. 다만, 보일러튜브 외부표면 오염의 경우는 오염제거장치 가동 후 모든 운전신호가 운전패턴으로 복귀하나 보일러튜브 내부표면 오염의 경우는 오염제거장치 가동으로 운전신호가 변화하지 않으며, 보일러튜브 내부표면 오염(Scale)은 장기간에 걸쳐 형성되기 때문에 운전신호의 변화도 장기적으로 이루어져 구분이 용이하다.
보일러튜브 내부 누설은 보일러튜브 제작 또는 설치 불량으로 발생하거나 오염에 의한 열전달 방해로 국부가열이 진행되어 누설이 발생하며, 그 결과로 보일러튜브를 통과하는 증기 유량이 감소하여 온도증가 현상이 나타난다. 따라서 이 상황은 도 7, ８에 나타낸 바와 같이 일부 보일러튜브에서만 발생하기 때문에 개별 보일러튜브 출구마다 온도센서를 설치해야만 누설이 발생한 위치를 정확하게 감지할 수 있다.
보일러튜브 내부 막힘은 이물질 유입 또는 오염에 의한 결과로 발생하며 그 결과로 급수/증기 유량이 감소하여 온도증가 현상이 나타난다. 따라서 이 상황은 도 ８에 나타낸 바와 같이 일부 보일러튜브에서만 발생하기 때문에 개별 보일러튜브 출구마다 온도센서를 설치해야만 막힘이 발생한 위치를 정확하게 감지할 수 있다.
수냉벽튜브, 과열기튜브 등 특정튜브 전반에 오염이 발생한 경우는 헤더온도변화를 측정하여 오염여부를 판단할 수 있지만 보일러튜브 내부표면 오염, 보일러튜브 누설, 보일러튜브 막힘 등과 같이 일부 보일러튜브 위치에서만 문제가 발생하는 경우는 각각의 보일러튜브에 센서를 설치하여야 정확한 측정이 가능하다.
본 발명에서는 보일러튜브 중 과열기튜브는 운전온도가 높고 오염, 누설, 막힘 등이 부분적으로 발생하는 경우가 많기 때문에 과열기튜브#1 출구마다 온도센서를 설치하여 운전상태를 감시토록 구성하였다. 보일러 정격출력 운전 시 과열기튜브#1 출구 증기온도(84-1, 84-2, 84-n)는 운전패턴이 500 ~ 510℃ 로 작성되었는데, 도７에 나타낸 바와 같이 모든 과열기튜브#1 출구 증기온도가 490 ~ 500℃ 로 낮아졌다면 용수처리 문제 또는 금속재질의 문제로 모든 과열기튜브 내부에 오염이 발생한 것으로 판단할 수 있고, 특정 튜브만 증기온도가 감소하였다면 부분적인 오염으로 간주할 수 있다. 또한 이상원인을 보일러튜브 내부표면 오염으로 추정하기 위해서는 변화가 장기간에 걸쳐 진행되어야 하며 오염제거장치 가동 후에도 운전신호가 정상범위로 복귀되지 않아야 한다.
보일러 운전이상 조치사항 제시단계(S500)에서는 상기 이상원인 진단단계(S400)에서 나타난 각각의 상황에 대하여 관리자가 시행해야 할 조치사항을 제시하는 것으로 도 ９를 이용하여 그 내용을 설명하면 다음과 같다. 보일러튜브 외부표면 오염은 오염제거장치를 가동하여 제거해야 하기 때문에 오염제거장치 가동을 권고하고(가동 위치, 시각 포함), 보일러 내부표면 오염은 가동 중에는 제거작업이 불가능하기 때문에 보일러 운전정지 기간 중 튜브세정을 권고하며, 보일러튜브의 누설과 막힘은 가동 중에는 정비작업이 불가능하기 때문에 보일러 운전정지 후 정비를 권고한다.
이상에서 제시한 진단방법은 설명의 편의를 위하여 제한적 수량의 보일러 튜브에 측정센서를 설치하는 것으로 하였으나, 측정센서를 추가로 설치하는 경우 이상발견 위치 진단의 정확도를 높일 수 있다.
또한, 도 ６, ７, ８, ９ 내용을 논리화하여 텍스트 또는 그래픽 형태로 디스플레이 하면 보일러튜브의 이상상태, 이상원인, 조치사항 등을 신속하게 파악할 수 있으며, 오염제거장치와 작동을 연계하여 자동화하는 경우 오염제거 능률을 제고함은 물론 고품질 증기의 손실을 방지할 수 있어 경제적 이득도 거둘 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 발명은 보일러의 각 부에 설치된 온도센서, 유량센서, 각도(연소기 각도)를 측정하기 위한 측정센서 등을 통해 보일러의 운전상태 신호를 수신받고, 기 작성된 운전패턴을 통해 이상신호를 분석하여 신속하게 대응함으로써 보일러의 가동 안정성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
이상, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
11. 12, 13, 14, 15 : 튜브 헤더
21 : 절탄기튜브
22 : 수냉벽튜브(water wall tube)
23 : 증발기튜브(evaporator tube)
24 : 기수분리기(Steam Separator)
25, 26 : 과열기튜브#1 ~ #2
27 : 재열기튜브
31 : 연소기
51 : 급수펌프
S100 : 운선신호 수신단계
S200 : 운전패턴 작성단계
S300 : 이상여부 판단단계
S400 : 이상원인 진단단계
S500 : 조치사항 제시단계

Claims (6)

  1. 패턴인식 기법을 이용한 보일러튜브 이상상태 진단 방법에 있어서,
    상기 보일러 각 부에 설치한 센서를 통하여 보일러 운전신호를 수신하는 단계;
    상기 운전신호를 패턴인식 기법으로 분석하여 신호별 운전패턴을 작성하는 단계;
    실시간으로 입력되는 운전신호를 상기단계에서 작성한 운전패턴과 비교하여 이상여부를 판단하는 단계;
    상기 이상여부 판단 결과들을 종합하여 이상원인을 진단하는 단계; 및
    상기 이상원인별로 관리자가 시행해야 할 조치사항을 출력하는 단계를 포함하여 구성되는 패턴인식 기법을 이용한 보일러튜브 이상상태 진단 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 운전신호는,
    수냉벽튜브 출구 증기온도, 증발기튜브 출구 증기온도, 과열기튜브#1 출구 증기온도, 과열기튜브#2 출구 증기온도, 재열기튜브 출구 증기온도, 절탄기튜브 출구 급수온도를 포함하는 상기 보일러튜브의 출구 증기온도;
    연소로 출구 가스온도, 보일러 출구 가스온도를 포함하는 연소가스 출구온도;
    증기온도 조절용 냉각수 유량; 및
    연소기 각도를 각각 측정하는 측정센서를 통해 해당 운전신호를 획득하는 패턴인식 기법을 이용한 보일러튜브 이상상태 진단 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 운전패턴을 작성하는 단계는,
    운전상황별로 다양한 특성을 나타내는 프로세스 값(process value)의 운전패턴을 분석하여 판단 기준치를 정하는 패턴인식 기법을 사용하고, 이상상태로 규명된 각각의 상태를 분석하여 특정 상황을 정의하는 것을 특징으로 하는 패턴인식 기법을 이용한 보일러튜브 이상상태 진단 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 보일러튜브 이상원인을 진단하는 단계는,
    보일러튜브 외부표면 오염, 보일러튜브 내부표면 오염, 보일러튜브 누설, 보일러튜브 막힘 현상을 진단하는 것을 포함하는 패턴인식 기법을 이용한 보일러튜브 이상상태 진단 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 이상원인 상황별로 조치사항을 제시하는 단계는,
    상기 보일러튜브 이상원인 진단단계의 결과를 기반으로 오염제거장치 가동 권고(가동 위치, 시각 포함), 보일러 운전정지 기간 중 보일러튜브 세정 권고, 보일러 운전정지 권고를 제시하는 것을 포함하는 패턴인식 기법을 이용한 보일러튜브 이상상태 진단 방법.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 이상원인을 진단하는 단계는,
    운전패턴을 통해 작성된 이상신호 진단표를 이용하여 오염 위치를 분석하는 패턴인식 기법을 이용한 보일러튜브 이상상태 진단 방법.


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