KR20140028806A - 유동층 보일러 및 이를 이용한 연소 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 종래의 유동층 보일러에서보다 안정적으로 저급연료 및 신재생 연료 등의 혼소율을 증가하는 것이 가능한 유동층 보일러 및 이를 이용한 연소 제어방법을 제공한다.
이를 위해 본 발명은 공기와 연료를 공급받아 연소가 발생되는 연소로, 상기 연소로 일측에 구비된 연료공급부, 상기 연소로 하측에 구비된 공기공급부를 포함하는 유동층 보일러에 있어서, 상기 연소로는 내부에 CO농도분석기 및 온도센서를 구비하고, 상기 연료공급부는 상기 연소로 일측에 결합된 적어도 하나의 연료주입구와 연료입도조절장치를 포함하며, 상기 공기공급부는 공기를 공급하는 팬, 상기 팬에 결합되어, 제1덕트 및 제2덕트로 분리된 덕트, 상기 제1덕트 및 제2덕트의 끝단이 결합된 공기상자, 및 상기 공기상자에 결합되어 상기 연소로를 향하며, 전면에 다수의 오리피스가 형성된 분산판을 포함하고, 상기 공기상자는 제1공기상자 및 제2공기상자를 포함하고, 상기 제1공기상자는 제1덕트의 끝단에 결합되며, 상기 제2공기상자는 제2덕트의 끝단에 결합되는 것을 특징으로 하는 유동층 보일러를 개시한다.

Description

유동층 보일러 및 이를 이용한 연소 제어방법{FLUIDIZED BED BOILER AND COMBUSTION CONTROLLING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 유동층 보일러 및 이를 이용한 연소 제어방법에 관한 것이다.
종래의 유동층 보일러는 다양한 연료를 특별한 전처리 없이 바로 연소할 수 있는 장점이 있다. 따라서 바이오매스 및 폐기물연료를 연료로 이용하여 실질적인 온실가스 배출 감소시킬 수 있는 발전방법으로 각광받고 있다. 온실가스 저감 뿐만 아니라 연소 온도(900℃ 내외)가 미분탄 보일러(1,200℃ 내외)에 비해 상대적으로 낮아 고황분 연료에 대해서도 FGD(Flue Gas Desulfurization)없이도 연소로 내에 석회석을 직접 주입하여 SOx 배출을 낮출 수 있으며, thermal NOx가 발생하지 않아 SCR(selective catalytic Reduction)이 없이도 환경규제치를 만족시킬 수 있어 환경적으로도 우수하고 하겠다. 또한, 상대적으로 연료비가 저렴한 바이오매스 및 폐기물연료를 연료로 이용할 수 있어 경제성 측면에서도 우수한 평가를 받고 있다.
상기 설명한 장점 때문에 최근 들어 대용량 유동층 보일러에서 다양한 연료(바이오매스 및 폐기물연료 등)을 높게는 20% 내외까지 혼소하고 있다. 하지만, 바이오매스 및 폐기물연료에 대한 연소성 분석 및 설비에 대한 영향에 대해 면밀히 검토하지 않고 바로 혼소 실증 사업을 진행하여 많은 문제를 겪고 있다. 특히 고휘발분 연료의 혼소율 증가는 연소로 내부의 튜브의 부식 및 마모 문제가 크게 발생시켰다. 이는 연소로 내 튜브 교체를 위한 보일러 운전 정지를 야기시켜 경제성을 오히려 낮추었으며, 또한 장기적으로 보일러 전체 설비의 건정성을 떨어 뜨려 혼소를 통한 이익보다는 큰 손해를 끼치는 것으로 보고되고 있다. 또한, 고휘발분 연료 혼소율 증가로 인해 연소로 내 상 하부, 좌우 온도의 불균형도 커져서 클링커 발생 및 안정적인 보일러 운전에 문제를 발생시킨다.
본 발명은 종래의 유동층 보일러에서보다 안정적으로 저급연료 및 신재생 연료 등의 혼소율을 증가하는 것이 가능한 유동층 보일러 및 이를 이용한 연소 제어방법을 제공한다.
본 발명에 따른 유동층 보일러는 상기 연소로 하측에 구비된 공기공급부를 포함하는 유동층 보일러에 있어서, 상기 연소로는 내부에 CO농도분석기 및 온도센서를 구비하고, 상기 연료공급부는 상기 연소로 일측에 결합된 적어도 하나의 연료주입구와 연료입도조절장치를 포함하며, 상기 공기공급부는 공기를 공급하는 팬, 상기 팬에 결합되어, 제1덕트 및 제2덕트로 분리된 덕트, 상기 제1덕트 및 제2덕트의 끝단이 결합된 공기상자, 및 상기 공기상자에 결합되어 상기 연소로를 향하며, 전면에 다수의 오리피스가 형성된 분산판을 포함하고, 상기 공기상자는 제1공기상자 및 제2공기상자를 포함하고, 상기 제1공기상자는 제1덕트의 끝단에 결합되며, 상기 제2공기상자는 제2덕트의 끝단에 결합되는 것을 특징으로 한다.
상기 연료입도조절장치의 연료 입도 조절량 및 상기 제1덕트 및 제2덕트의 공기 유량을 각각 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다. 상기 제2공기상자는 상기 제1공기상자 보다 상기 적어도 하나의 연료주입구에 더 가깝게 배치될 수 있다. 상기 팬은 제1팬 및 제2팬을 구비하며, 상기 제1팬은 상기 제1덕트 및 제2덕트에 연결되고, 상기 제2팬은 상기 제1덕트에 연결된 제3덕트 및 상기 제2덕트에 연결된 제4덕트에 각각 연결될 수 있다. 상기 제1덕트, 제2덕트, 제3덕트 및 제4덕트의 공기 유량을 각각 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다. 상기 제2팬은 공기분리장치에 연결되어 상기 연소로 내부로 산소를 공급할 수 있다. 상기 다수의 오리피스는 제1오리피스 및 상기 제1오리피스 보다 크기가 크게 형성된 제2오리피스를 포함할 수 있다. 상기 제2오리피스는 상기 제1오리피스에 비해 상기 적어도 하나의 연료주입구에 더 가깝게 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 연소 제어방법은 내부에 CO농도분석기 및 온도센서를 구비하며, 제1연료 및 휘발성 제2연료를 혼소하여 연소하는 연소로, 상기 연소로 일측에 결합된 적어도 하나의 연료주입구 및 연료입도조절장치를 구비하는 연료공급부 및 상기 연소로 하측에 구비되는 공기공급부 및 상기 연료공급부 및 상기 공기공급부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 공기공급부는 공기를 공급하는 팬, 상기 팬에 결합되어, 제1덕트 및 제2덕트로 분리된 덕트, 상기 제1덕트 및 제2덕트의 끝단이 결합된 공기상자, 및 상기 공기상자에 결합되어, 상기 연소로를 향하며, 다수의 오리피스가 형성된 분산판을 포함하고, 상기 공기상자는 상기 제1덕트의 끝단에 결합되는 제1공기상자 및 상기 제2덕트의 끝단에 결합되는 제2공기상자를 포함하고, 상기 제2공기상자는 상기 제1공기상자 보다 상기 적어도 하나의 연료주입구에 더 가깝게 배치되어 이루어지는 유동층 보일러를 이용한 연소 제어방법으로, 상기 제1연료 및 제2연료의 종류 및 혼소율을 결정하는 (A) 단계, 상기 (A) 단계 이후, 상기 제1연료 및 제2연료의 탈휘발 댐코올러(Damkohler) 상수를 연산하는 (B) 단계, 상기 (B) 단계 이후, 상기 연소로에 상기 제1연료, 제2연료 및 공기를 공급하여 연소를 실시하는 (C) 단계, 상기 (C) 단계에서, 상기 온도센서를 통해 상기 연소로의 온도(T)를 측정하는 (D) 단계, 상기 (C) 단계에서, 상기 CO농도분석기를 통해 상기 연소로의 일산화탄소 농도(C)를 측정하는 (E) 단계, 상기 (D) 및 (E) 단계를 참조하여, 상기 온도(T) 및 일산화탄소 농도(C)를 설계 온도(T0) 및 설계 일산화탄소 농도(C0)와 비교하는 (F) 단계, 상기 (F) 단계에서 상기 온도(T) 및 일산화탄소 농도(C)가 설계 온도(T0) 및 설계 일산화탄소 농도(C0)와 일치하지 않는 경우, 상기 연료입도조절장치를 통해 상기 제1연료 및 제2연료의 입도를 조절하는 (G) 단계, 및 상기 (F) 단계에서 상기 온도(T) 및 일산화탄소 농도(C)가 설계 온도(T0) 및 설계 일산화탄소 농도(C0)와 일치하지 않는 경우, 상기 제1덕트 및 제2덕트를 통해 공기의 유량을 조절하는 (H) 단계를 포함한다.
상기 (F) 단계에서 상기 온도(T)가 상기 설계 온도(T0)보다 10℃ 이상 낮을 경우, 상기 (G) 단계에서, 제1연료 및 제2연료의 입도를 기존 보다 크게 할 수 있다. 상기 (F) 단계에서 상기 온도(T)가 상기 설계 온도(T0)보다 10℃ 이상 높은 경우, 상기 (G) 단계에서, 제1연료 및 제2연료의 입도를 기존 보다 작게 할 수 있다. 상기 (F) 단계에서 상기 온도(T)가 상기 설계 온도(T0)보다 10℃ 이상 낮을 경우, 상기 (H) 단계에서, 상기 제1덕트 및 제2덕트의 공기 유량을 높일 수 있다. 상기 (F) 단계에서 상기 온도(T)가 상기 설계 온도(T0)보다 10℃ 이상 높은 경우, 상기 (H) 단계에서, 상기 제1덕트 및 제2덕트의 공기 유량을 낮출 수 있다. 상기 (F) 단계에서 상기 일산화탄소 농도(C) 값이 상기 설계 일산화탄소 농도(C0)의 105% 값보다 큰 경우, 상기 (H) 단계에서, 상기 제1덕트 및 제2덕트의 공기 유량을 높일 수 있다. 상기 (F) 단계에서 상기 일산화탄소 농도(C) 값이 상기 설계 일산화탄소 농도(C0)의 95% 값보다 작은 경우, 상기 (H) 단계에서, 상기 제1덕트 및 제2덕트의 공기 유량을 낮출 수 있다.
본 발명은 공기공급부에서 연료주입구 부근에 상대적으로 많은 공기를 주입하여, 유동화 속도를 증가시켜 연료가 연소로 내부로 잘 전파될 수 있게 하고, 상대적으로 공기가 많이 주입됨에 따라 산소도 같이 증가하게 되어 환원영역이 생기지 않도록 구성할 수 있다.
또한, 연료주입구 부근에 산소 농도를 상대적으로 증가시켜 환원영역이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유동층 보일러를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기공급부를 개략적으로 도시한 구성도이며, 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 분산판을 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 2c는 일 실시예에 따른 공기상자를 도시한 도 2a의 A-A'의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기공급부를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 분산판을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 연소 제어방법을 도시한 흐름도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유동층 보일러를 개략적으로 도시한 구성도이고, 도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기공급부를 개략적으로 도시한 구성도이며, 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 분산판을 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 2c는 일 실시예에 따른 공기상자를 도시한 도 2a의 A-A'의 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유동층 보일러(1000)는 도 1 내지 도 2b를 참조하면, 연소로(100), 연료공급부(200), 공기공급부(300) 및 제어부(400)를 포함한다.
상기 연소로(100)는 연료를 연소하여 고온의 가스를 생성한다.
상기 연소로(100)에는 일측에 구비된 상기 연료공급부(200)에서 제1연료(미도시)와 성상이 크게 다른 제2연료(미도시)가 혼합되어 공급된다. 또한, 상기 연소로(100)에는 하측에 구비된 상기 공기공급부(300)에서 연소용 공기가 공급된다.
상기 연소로(100)는 내부의 온도(T)를 측정하는 온도센서(110) 및 내부의 일산화탄소 농도(C)를 측정하는 CO농도분석기(120)를 구비한다.
상기 온도센서(110)는 바람직하게는 상기 연소로(100)의 하부에 설치되어, 상기 연소로(200) 하부의 온도(T)를 측정한다.
상기 CO농도분석기(120)는 바람직하게는 상기 연소로(200)의 중상부에 설치되어, 연소 과정 중 발생하는 일산화탄소 농도(C)를 측정한다.
상기 연료공급부(200)는 상기 제1연료와 성상이 크게 다른 제2연료를 혼합하여 연소로(100)에 공급한다. 여기서, 상기 제1연료는 기존 보일러의 설계 연료인 석탄 연료로 구성되며, 상기 제2연료는 저급탄, 바이오매스 및 폐기물연료 등과 같은 고휘발분 연료로 구성된다.
상기 연료공급부(200)는 연료입도조절장치(210) 및 적어도 하나의 연료주입구(220)를 포함한다.
상기 연료입도조절장치(210)는 상기 제1연료 및 제2연료의 입도를 조절하는 장치로, 후술할 상기 제어부(400)의 제어를 받는다.
상기 연료주입구(220)는 상기 연소로(100) 내부로 삽입되어 형성되며, 상기 연료입도조절장치(210)에 나온 상기 제1연료 및 제2연료를 상기 연소로(100)에 주입한다.
상기 공기공급부(300)는 상기 연소로(100)의 하측에 결합된다.
상기 공기공급부(300)는 팬(311), 덕트(320), 공기상자(330) 및 분산판(340)을 포함한다.
상기 팬(311)은 강제적으로 외부 공기를 상기 연소로(100)에 공급하는 장치이다.
상기 덕트(320)는 일측이 상기 팬(311)에 결합되어, 팬(311)을 통해 공급되는 공기의 통로 역할을 한다. 또한, 상기 덕트(320)의 타측은 제1덕트(321), 제2덕트(322)로 분리되며, 상기 제1덕트(321) 및 제2덕트(322)의 끝단(321a, 322a)은 상기 공기상자(330) 내부로 삽입된다.
상기 제1덕트(321) 및 제2덕트(322)는 내부에 각각 댐퍼(321b, 322b)를 포함한다. 여기서 상기 댐퍼(321b, 322b)는 상기 제어부(400)의 제어를 받으며, 상기 제어부(400)는 상기 제1덕트(321) 및 제2덕트(322)를 통해 상기 제1덕트(321) 및 제2덕트(322)의 공기 유량 및 압력을 조절한다.
상기 공기상자(330)는 상부가 개방되어 형성되며, 제1공기상자(331), 제2공기상자(322)를 포함하고, 상기 공기상자(330)의 상부에는 상기 분산판(340)이 결합된다.
상기 제1공기상자(331)는 상기 제1덕트(321)의 끝단(321a)에 연결되며, 상기 연소로(100)를 향하여 개구가 형성되어 있어, 연소로(100) 내부로 공기를 공급한다. 또한, 상기 제2공기상자(332)는 상기 제2덕트(322)의 끝단(322a)에 연결되며, 상기 연소로(100)를 향하여 개구가 형성되어 있어, 연소로(100) 내부로 공기를 공급한다.
여기서, 상기 제2공기상자(332)의 상부 개구는 상기 연료주입구(220)의 하부에 대응되는 위치에 형성된다. 이는 상기 연료주입구(220) 부근에 상대적으로 많은 공기를 직접적으로 공급할 수 있게 되어, 연료의 유동화 속도를 증가시켜 연료가 연소로(100) 내부로 잘 전파될 수 있게 하고, 상대적으로 공기가 많이 주입됨에 따라 산소도 같이 증가하게 되어 연소로(100) 내부에 환원영역이 생기지 않도록 할 수 있다.
상기 분산판(340)은 전면에 다수의 오리피스(341)가 형성된 판형이다. 상기 오리피스는(341) 연소로(100) 내부로 공기가 공급될 수 있도록 일정한 직경(d1)을 가지며 형성된다.
도 1에서 미 설명한 싸이클론(500)은 상기 연소로(100)에서 비산된 고체입자들을 회수한다. 루프씨일(600)은 상기 싸이클론(500)의 하측에 구비되어 싸이클론(500)을 통해 분리된 고체입자들을 상기 연소로(100)로 재순환시킨다. 열교환기(700)는 상기 싸이클론(500)과 연결되어 상기 고체입자 중 일부 고온입자를 냉각시킨 후 상기 연소로(100)로 재순환시켜주는 역할을 수행한다.
다음은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유동층 보일러에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기공급부를 개략적으로 도시한 구성도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 유동층 보일러는, 도 3을 참조하면, 도 2a에 따른 공기공급부(300)와 구조가 다르게 형성된다. 이하에서 본 발명의 다른 실시예에 따른 유동층 보일러는 공기공급부(300')를 중심으로 설명한다. 또한, 상기 유동층 보일러는 공기공급부(300')에 대한 도면만을 도시한다. 또한, 상기 공기공급부(300')는 도 2a에 따른 공기공급부(300)와 동일 또는 유사한 부분에 대하여 동일한 도면부호를 사용하며, 여기서 상세한 설명을 생략한다.
상기 공기공급부(300')는 제1팬(311), 제2팬(312) 및 덕트(320, 320')를 포함한다.
상기 제1팬(311) 및 제2팬(312)은 강제적으로 외부 공기를 상기 연소로(100)에 공급하는 장치이다.
여기서, 상기 제2팬(312)는 공기분리장치(350)에 연결된다. 상기 공기분리장치(350)는 공기 중의 산소를 분리하여, 상기 제2팬(312)을 통해 고순도의 산소를 상기 연소로(100)에 공급한다.
상기 덕트(320')는 일측이 상기 제2팬(312)에 결합되어, 제2팬(312)을 통해 공급되는 공기의 통로 역할을 한다. 또한, 상기 덕트(320')의 타측은 제3덕트(323), 제4덕트(323)로 분리된다. 상기 제3덕트(323)는 상기 제1덕트(321)에 연결되어, 결과적으로 상기 끝단(321a)으로 공기의 통로를 제공한다. 또한, 상기 제4덕트(324)는 상기 제2덕트(322)에 연결되어, 결과적으로 상기 끝단(322a)으로 공기의 통로를 제공한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 공기공급부(300')는 상기 제2팬(312) 및 공기분리장치(350)를 더 구비하여, 상기 연료주입구(220) 부근에 산소 농도를 상대적으로 증가시켜 환원영역이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
다음은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유동층 보일러에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 분산판을 개략적으로 도시한 평면도이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유동층 보일러는, 도 4를 참조하면, 도 2b에 따른 분산판(340)과 구조가 다르게 형성된다. 이하에서 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유동층 보일러는 분산판(340')을 중심으로 설명한다. 또한, 상기 유동층 보일러는 상기 분산판(340')에 대한 도면만을 도시한다. 또한, 상기 분산판(340')은 도 2b에 따른 분산판(340)와 동일 또는 유사한 부분에 대하여 동일한 도면부호를 사용하며, 여기서 상세한 설명을 생략한다.
상기 분산판(340')은 전면에 다수의 제1오리피스(341) 및 제2오리피스(342)가 형성된 판형이다. 상기 제1오리피스(341) 연소로(100) 내부로 공기가 공급될 수 있도록 일정한 직경(d1)을 가지며 형성된다. 상기 제2오리피스(342)는 상기 연료주입구(220)의 하부에 대응되는 위치(220a)에 배치되며, 상기 제1오리피스(341)의 직경(d1) 보다 큰 직경(d2)을 가지며 형성된다.
이를 통해 상기 연료주입구(220)의 하부에 대응되는 위치(220a)에 보다 많은 공기를 공급하는 것이 가능하며, 상기 연료주입구(220)에서 공급되는 제1연료 및 제2연료의 유동화 속도를 더욱 증가시킬 수 있다.
다음은 본 발명에 따른 유동층 보일러를 이용한 연소 제어방법에 대하여 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 연소 제어방법을 도시한 흐름도이다.
본 발명에 따른 연소 제어방법은 상기 제1연료 및 제2연료의 종류 및 혼소율을 결정하는 (A) 단계, 상기 제1연료 및 제2연료의 탈휘발 댐코올러(Damkohler) 상수를 연산하는 (B) 단계, 상기 연소로에 상기 제1연료, 제2연료 및 공기를 공급하여 연소를 실시하는 (C) 단계, 상기 온도센서를 통해 상기 연소로의 온도(T)를 측정하는 (D) 단계, 상기 CO농도분석기를 통해 상기 연소로의 일산화탄소 농도(C)를 측정하는 (E) 단계, 상기 온도(T) 및 일산화탄소 농도(C)를 설계 온도(T0) 및 설계 일산화탄소 농도(C0)와 비교하는 (F) 단계, 상기 연료입도조절장치를 통해 상기 제1연료 및 제2연료의 입도를 조절하는 (G) 단계 및 상기 제1덕트 및 제2덕트를 통해 공기의 유량을 조절하는 (H) 단계를 포함한다.
상기 (A) 단계에서는, 상기 연소로(100) 내부로 공급되는 상기 제1연료 및 제2연료의 종류 및 혼소율을 결정한다.
상기 유동층 보일러(1000)는 상기 제1연료 및 제2연료의 크기가 12mm이하로 상기 연소로(100) 내로 투입되자마자 연소하는 것이 아니라 연소로(100) 하부에서 이동하면서 연소하게 된다. 이때 연료가 충분히 층물질과 혼합되고 연소로(100) 내부로 퍼져나가 연소하게 되므로, 상기 제1연료 및 제2연료의 종류 및 혼소율을 결정하는 것은 중요하다.
상기 (B) 단계에서는, 연료의 연소속도와 연료가 층물질과 섞이고 퍼져나가는 속도의 비를 무차원화하여 댐코올러(Damkohler) 상수(
Figure pat00001
)로 연산한다. 이는 아래의 식(1)과 같으며, 이 식을 이용하여 설계연료의 크기 및 연소성을 고려하여 휘발분을 다량으로 함유하고 있는 저급연료 및 신재생연료를 안정적으로 혼소하기 위해 연료공급설비 및 연소용 공기 공급계통을 새롭게 구성하고 이를 최적으로 운영할 수 있다.
식(1)
Figure pat00002
Figure pat00003
Figure pat00004
여기서, a는 반응속도 상수 빈도인자, n은 반응차수, x는 평균 연료가 퍼져나가는 거리(m), d는 연료의 직경(m), Dvol은 유동층에서의 연료분산 상수이다.
또한, 고휘발분 연료를 혼소하여 사용할 경우, 댐코올러(Damkohler) 상수(
Figure pat00005
)가 1 이하가 되도록 연료의 입도 및 연료의 퍼져가는 속도를 조절하여야 한다. 일반적으로 제1연료(석탄)는 연소속도가 제2연료(휘발분)의 연소속도보다 느리기 때문에 고휘발분 연료를 혼소할 경우, 고휘발분 연료의 탈휘발 Damkohler 상수(
Figure pat00006
)만 고려하여도 무방하다.
탈휘발 시간은 아래 식 (2)와 같으며, a, n은 연료의 탈휘발 실험을 통해 구할 수 있다.
식(2)
Figure pat00007
이렇게 구한 a, n값 및 연료의 입도(d)를 식 (1)에 대입하고,
Figure pat00008
값을 1 이하로 두고 계산하면, 그때 연료의 퍼져나가는 거리(x)를 계산할 수 있다. 따라서 이 거리(x)와 각 연료주입구(220)의 거리를 비교함으로써 상기 연소로(100) 내에 연료가 골고루 퍼져나가는지, 국부적인 연소가 발생하는지를 확인할 수 있다. 이를 통해 적절한 연료의 입도 및 연료공급부의 개수, 위치를 결정할 수 있다.
상기 (C) 단계에서는, 상기 연소로(100)에 상기 제1연료, 제2연료 및 공기가 공급되어, 상기 유동층 보일러(1000)의 연소가 실시된다.
상기 (D) 단계에서는, 상기 제어부(400)가 상기 온도센서(110)를 통해 상기 연소로(100) 하부의 온도(T)를 측정하여, 상기 제어부(400)에 저장한다.
상기 (E) 단계에서는, 상기 제어부(400)가 상기 CO농도분석기(120)를 통해 상기 연소로(100) 중상부의 일산화탄소 농도(C)를 측정하여, 상기 제어부(400)에 저장한다.
상기 (F) 단계에서는, 상기 제어부(400)가 상기 (D) 단계 및 (E) 단계에서 측정한 상기 온도(T) 및 일산화탄소 농도(C)를 기존에 저장된 설계 온도(T0) 및 설계 일산화탄소 농도(C0)와 비교를 한다.
상기 (G) 단계에서는, 상기 온도(T) 및 일산화탄소 농도(C)를 기존에 저장된 설계 온도(T0) 및 설계 일산화탄소 농도(C0)의 범위와 일치하지 않는 경우, 상기 제어부(400)에서 상기 연료입도조절장치(210)를 통해 상기 제1연료 및 제2연료의 입도를 조절한다.
상기 제어부(400)는 상기 제1연료와 비교하여 혼소되는 제2연료의 탈휘발 속도 및 전파속도를 식(1)에 의해 계산하여 연료입도조절장치(210)에서 배출되는 연료의 입도를 결정한다. 상기 연소로(100)의 상기 온도(T)가 상기 설계 온도(T0)보다 낮고 상기 일산화탄소 농도(C)가 상기 설계 일산화탄소 농도(C0)보다 높은 경우, 연료입도조절장치(210)의 간극을 크게 하여 연료의 입도를 증가시킨다.
반대로 상기 온도(T)가 상기 설계 온도(T0)보다 10℃ 이상 높고 상기 일산화탄소 농도(C)가 상기 설계 일산화탄소 농도(C0)의 95% 값 보다 낮은 경우, 연료입도조절장치(210)의 간극을 크게 하여 연료의 입도를 감소시킨다. 이러한 제어부(400)의 연소 제어는 상기 온도(T) 및 일산화탄소 농도(C)가 설계 범위와 오차가 거의 없을 때까지 반복하여 수행하며, 유동층 보일러(1000)에서 안정적인 연료다변화 연소를 가능하게 한다.
상기 (H) 단계에서는, 상기 온도(T) 및 일산화탄소 농도(C)를 기존에 저장된 설계 온도(T0) 및 설계 일산화탄소 농도(C0)의 범위가 일치하지 않는 경우, 상기 제어부(400)에서 상기 제1덕트(321) 및 제2덕트(322)의 댐퍼(321b, 322b)를 통해 공기의 유량을 조절하여, 상기 연소로(100)에 공급되는 공기량을 조절한다.
또한, 상기 연소 제어방법은 상기 제어부(400)에서 비교한 상기 온도(T) 및 일산화탄소 농도(C)가 기존에 저장된 설계 온도(T0) 및 설계 일산화탄소 농도(C0)와 일치하면, 현재의 공기 유량 및 연료 입도를 유지하는 단계(I)를 더 포함한다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정, 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
1000: 유동층 보일러
100: 연소로 200: 연료공급부
300: 공기공급부

Claims (15)

  1. 공기와 연료를 공급받아 연소가 발생되는 연소로;
    상기 연소로 일측에 구비된 연료공급부;
    상기 연소로 하측에 구비된 공기공급부를 포함하는 유동층 보일러에 있어서,
    상기 연소로는 내부에 CO농도분석기 및 온도센서를 구비하고,
    상기 연료공급부는 상기 연소로 일측에 결합된 적어도 하나의 연료주입구와 연료입도조절장치를 포함하며,
    상기 공기공급부는 공기를 공급하는 팬,
    상기 팬에 결합되어, 제1덕트 및 제2덕트로 분리된 덕트,
    상기 제1덕트 및 제2덕트의 끝단이 결합된 공기상자, 및
    상기 공기상자에 결합되어 상기 연소로를 향하며, 전면에 다수의 오리피스가 형성된 분산판을 포함하고,
    상기 공기상자는 제1공기상자 및 제2공기상자를 포함하고,
    상기 제1공기상자는 제1덕트의 끝단에 결합되며, 상기 제2공기상자는 제2덕트의 끝단에 결합되는 것을 특징으로 하는 유동층 보일러.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 연료입도조절장치의 연료입도 조절량 및 상기 제1덕트 및 제2덕트의 공기 유량을 각각 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 보일러.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제2공기상자는 상기 제1공기상자 보다 상기 적어도 하나의 연료주입구에 더 가깝게 배치되는 것을 특징으로 하는 유동층 보일러.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 팬은 제1팬 및 제2팬을 구비하며,
    상기 제1팬은 상기 제1덕트 및 제2덕트에 연결되고,
    상기 제2팬은 상기 제1덕트에 연결된 제3덕트 및 상기 제2덕트에 연결된 제4덕트에 각각 연결된 것을 특징으로 하는 유동층 보일러.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제1덕트, 제2덕트, 제3덕트 및 제4덕트의 공기 유량을 각각 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 보일러.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 제2팬은 공기분리장치에 연결되어 상기 연소로 내부로 산소를 공급하는 것을 특징으로 하는 유동층 보일러.
  7. 공기와 연료를 공급받아 연소가 발생되는 연소로;
    상기 연소로 일측에 구비된 연료공급부;
    상기 연소로 하측에 구비된 공기공급부를 포함하는 유동층 보일러에 있어서,
    상기 연소로는 내부에 CO농도분석기 및 온도센서를 구비하고,
    상기 연료공급부는 상기 연소로 일측에 결합된 적어도 하나의 연료주입구와 연료입도조절장치를 포함하며,
    상기 공기공급부는 공기를 공급하는 팬,
    상기 팬에 일측이 결합된 덕트,
    상기 덕트의 끝단이 결합된 공기상자, 및
    상기 공기상자에 결합되어 상기 연소로를 향하며, 전면에 다수의 오리피스가 형성된 분산판을 포함하고,
    상기 다수의 오리피스는 제1오리피스 및 상기 제1오리피스 보다 크기가 크게 형성된 제2오리피스를 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 보일러.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제2오리피스는 상기 제1오리피스에 비해 상기 적어도 하나의 연료주입구에 더 가깝게 배치되는 것을 특징으로 하는 유동층 보일러.
  9. 내부에 CO농도분석기 및 온도센서를 구비하며, 제1연료 및 휘발성 제2연료를 혼소하여 연소하는 연소로;
    상기 연소로 일측에 결합된 적어도 하나의 연료주입구 및 연료입도조절장치를 구비하는 연료공급부; 및
    상기 연소로 하측에 구비되는 공기공급부; 및
    상기 연료공급부 및 상기 공기공급부를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 공기공급부는
    공기를 공급하는 팬,
    상기 팬에 결합되어, 제1덕트 및 제2덕트로 분리된 덕트,
    상기 제1덕트 및 제2덕트의 끝단이 결합된 공기상자, 및
    상기 공기상자에 결합되어, 상기 연소로를 향하며, 다수의 오리피스가 형성된 분산판을 포함하고,
    상기 공기상자는 상기 제1덕트의 끝단에 결합되는 제1공기상자 및 상기 제2덕트의 끝단에 결합되는 제2공기상자를 포함하고,
    상기 제2공기상자는 상기 제1공기상자 보다 상기 적어도 하나의 연료주입구에 더 가깝게 배치되어 이루어지는 유동층 보일러를 이용한 연소 제어방법으로,
    상기 제1연료 및 제2연료의 종류 및 혼소율을 결정하는 (A) 단계;
    상기 (A) 단계 이후, 상기 제1연료 및 제2연료의 탈휘발 댐코올러(Damkohler) 상수를 연산하는 (B) 단계;
    상기 (B) 단계 이후, 상기 연소로에 상기 제1연료, 제2연료 및 공기를 공급하여 연소를 실시하는 (C) 단계;
    상기 (C) 단계에서, 상기 온도센서를 통해 상기 연소로의 온도(T)를 측정하는 (D) 단계;
    상기 (C) 단계에서, 상기 CO농도분석기를 통해 상기 연소로의 일산화탄소 농도(C)를 측정하는 (E) 단계;
    상기 (D) 및 (E) 단계를 참조하여, 상기 온도(T) 및 일산화탄소 농도(C)를 설계 온도(T0) 및 설계 일산화탄소 농도(C0)와 비교하는 (F) 단계;
    상기 (F) 단계에서 상기 온도(T) 및 일산화탄소 농도(C)가 설계 온도(T0) 및 설계 일산화탄소 농도(C0)와 일치하지 않는 경우, 상기 연료입도조절장치를 통해 상기 제1연료 및 제2연료의 입도를 조절하는 (G) 단계; 및
    상기 (F) 단계에서 상기 온도(T) 및 일산화탄소 농도(C)가 설계 온도(T0) 및 설계 일산화탄소 농도(C0)와 일치하지 않는 경우, 상기 제1덕트 및 제2덕트를 통해 공기의 유량을 조절하는 (H) 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 연소 제어방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 (F) 단계에서 상기 온도(T)가 상기 설계 온도(T0)보다 10℃ 이상 낮을 경우,
    상기 (G) 단계에서, 제1연료 및 제2연료의 입도를 기존 보다 크게 하는 것을 특징으로 하는 연소 제어방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 (F) 단계에서 상기 온도(T)가 상기 설계 온도(T0)보다 10℃ 이상 높은 경우,
    상기 (G) 단계에서, 제1연료 및 제2연료의 입도를 기존 보다 작게 하는 것을 특징으로 하는 연소 제어방법.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 (F) 단계에서 상기 온도(T)가 상기 설계 온도(T0)보다 10℃ 이상 낮을 경우,
    상기 (H) 단계에서, 상기 제1덕트 및 제2덕트의 공기 유량을 높이는 것을 특징으로 하는 연소 제어방법.
  13. 제 9항에 있어서,
    상기 (F) 단계에서 상기 온도(T)가 상기 설계 온도(T0)보다 10℃ 이상 높은 경우,
    상기 (H) 단계에서, 상기 제1덕트 및 제2덕트의 공기 유량을 낮추는 것을 특징으로 하는 연소 제어방법.
  14. 제 9항에 있어서,
    상기 (F) 단계에서 상기 일산화탄소 농도(C) 값이 상기 설계 일산화탄소 농도(C0)의 105% 값 보다 큰 경우,
    상기 (H) 단계에서, 상기 제1덕트 및 제2덕트의 공기 유량을 높이는 것을 특징으로 하는 연소 제어방법.
  15. 제 9항에 있어서,
    상기 (F) 단계에서 상기 일산화탄소 농도(C) 값이 상기 설계 일산화탄소 농도(C0)의 95% 값 보다 작은 경우,
    상기 (H) 단계에서, 상기 제1덕트 및 제2덕트의 공기 유량을 낮추는 것을 특징으로 하는 연소 제어방법.
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