KR20160021674A

KR20160021674A - 보일러 튜브 모사장치

Info

Publication number: KR20160021674A
Application number: KR1020140107279A
Authority: KR
Inventors: 김태형; 임현수; 안광익; 공지선
Original assignee: 한국전력공사
Priority date: 2014-08-18
Filing date: 2014-08-18
Publication date: 2016-02-26
Also published as: KR102236672B1

Abstract

석탄화력발전용 보일러에 설치되는 튜브의 상태를 확인할 수 있는 보일러 튜브 모사장치가 개시된다.
개시된 보일러 튜브 모사장치는 발전용 보일러에 설치되는 튜브의 연소환경을 모사하기 위하여 설치되며, 냉각매체에 의한 온도조절이 이루어지는 튜브 모사부; 및 상기 튜브 모사부에서 감지된 온도에 따라 상기 튜브 모사부에 공급되는 냉각매체의 양을 조절하는 냉각제어부;를 포함하여 구성될 수 있다.
이러한 보일러 튜브 모사장치에 의하면, 튜브모사부에 공급되는 냉각매체의 양을 조절함으로써 튜브모사부의 상태를 연소환경과 극히 유사하게 모사할 수 있게 되고, 이에 따라 실제 연소환경에 대응하여 튜브에 퇴적되는 회분의 상태를 확인할 수 있게 된다.

Description

보일러 튜브 모사장치{Simulation Apparatus for Boiler Tube}

본 발명은 석탄화력발전용 보일러에 설치되는 튜브의 상태를 확인할 수 있는 보일러 튜브 모사장치에 관한 것이다.

석탄화력발전용 보일러는 수냉벽 튜브로 둘러싸여 있는 연소실 내부에서 미분된 석탄을 산화제와 함께 연소시키고, 연소과정에서 발생하는 고온의 열은 수냉벽 튜브의 내부를 흐르는 물 또는 증기에 전달된다. 또한, 보일러 연소실에서 발생한 고온의 연소가스는 보일러 대류부를 통과하면서 대류부에 설치된 다수의 대류부 튜브 즉, 과열기 튜브와 재열기 튜브의 내부에 흐르는 물 또는 증기에 열을 전달하는 과정을 거치게 된다.

이러한 석탄 연소과정에서는 석탄에 포함되어 있던 일정한 양의 회분(Ash)도 고온으로 가열되는데, 고온으로 가열된 회분 중에서 일부가 보일러의 외부로 배출되지 않고 수냉벽 튜브 또는 대류부 튜브에 퇴적되는 슬래깅(slagging) 또는 파울링(fouling)과 같은 현상이 발생한다. 이러한 슬래깅 또는 파울링과 같은 현상들은 전열을 방해하여 보일러의 효율과 용량을 저하시킬 뿐만 아니라, 보일러 내부의 유체흐름을 방해하거나 튜브의 막힘과 기계적 손상을 유발하게 되며, 튜브의 부식량을 증가시키는 등 보일러에 크고 작은 장애를 유발하게 된다.

슬래깅 또는 파울링 현상은 석탄에 포함된 물질과 석탄이 연소되는 환경 등 매우 복잡하게 얽혀 있는 것으로 알려져 있기 때문에, 석탄정보와 함께 보일러에 설치된 튜브의 표면에 회분이 퇴적되는 현상이 발생하는 연소환경에 대한 정보를 종합적으로 모니터링하여 정량화할 수 있다면 석탄의 회분에 기인한 문제점을 해소하거나 경감하기 위한 조치를 취할 수 있다.

하지만, 기존의 기술은 보일러에 설치되어 있는 작은 점검창을 열고 보일러 내부의 튜브표면을 잠시 들여다보는 정도로 보일러 튜브의 회분퇴적 상태를 점검하고 있기 때문에 점검창을 통해 관측이 가능한 특정한 일부분에 한정하여 상태를 파악할 수 있고, 점검자의 주관적 판단에 의존하기 때문에 부정확하고 정성적인 상태의 정보만 얻을 수 있었다.

이로 인해, 보일러에서 슬래깅 또는 파울링과 같은 현상에 의한 문제점이 경감되지 않고 있으며, 앞서 열거된 슬래깅 또는 파울링 현상에 기인한 크고 작은 장애들로 인해 보일러의 운전조건을 양호하게 유지시키기 어려운 문제점이 가중되고 있고, 때때로 출력 감발이나 불시정지와 같은 문제가 발생되어 경제적인 손실을 유발하고 있다.

한편, 보일러의 수냉벽과 대류부에 부착되는 회분의 퇴적상태를 확인하기 위해서는 보일러를 정지하고 내부에 들어가서 직접 점검하거나 튜브를 절단하여 점검하는 방법을 사용하여야 하지만, 이는 현실적으로 불가능하다는 문제점이 있다.

대한민국 공개특허 제2012-0111550호(2012.10.10. 공개)

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점 중 적어도 일부를 해결하고자 안출된 것으로, 발전용 보일러에 설치되는 튜브의 연소환경을 모사함으로써 실제의 튜브와 동일 내지 유사한 조건에서 회분이 퇴적되는 상태를 확인할 수 있도록 하는 보일러 튜브 모사장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 다양한 연소환경에 대응하여 튜브의 모사가 가능하도록 사용자가 설정한 조건에 맞게 튜브 모사부의 온도조절을 할 수 있는 보일러 튜브 모사장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

그리고, 본 발명은 보일러 내부에 들어가서 직접 점검하거나 튜브를 절단하지 않고도 튜브의 회분 퇴적 상태를 확인할 수 있는 보일러 튜브 모사장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 일 측면으로서, 본 발명은, 발전용 보일러에 설치되는 튜브의 연소환경을 모사하기 위하여 설치되며, 냉각매체에 의한 온도조절이 이루어지는 튜브 모사부; 및 상기 튜브 모사부에서 감지된 온도에 따라 상기 튜브 모사부에 공급되는 냉각매체의 양을 조절하는 냉각제어부;를 포함하는 보일러 튜브 모사장치를 제공한다.

이때, 상기 튜브 모사부는, 보일러 수냉벽에 설치된 수냉벽 튜브의 연소환경을 모사하는 수냉벽 튜브 모사부와, 연소실 내부 또는 대류부에 설치된 과열기 튜브와 재열기 튜브 중 적어도 하나의 연소환경을 모사하기 위한 대류부 튜브 모사부 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

일 실시예로서, 상기 수냉벽 튜브 모사부는, 내부에 냉각매체가 유입되는 유로공간을 형성하는 유입관체와, 상기 유입관체를 내부에 수용하는 몸체 외통을 구비하고, 상기 유입관체의 외주면과 상기 몸체 외통의 내주면 사이에 냉각매체가 토출되는 유로공간이 형성되는 몸체부와; 보일러 내부 환경에 노출되도록 상기 몸체부에 연결되는 튜브 모사체를 구비하며 상기 튜브 모사체의 내측면이 상기 몸체부를 흐르는 냉각매체에 의해 냉각되는 튜브 모사체부와; 상기 튜브 모사체에 설치되어 상기 튜브 모사체의 온도를 측정하는 온도센서를 구비할 수 있다.

이때, 상기 몸체부는 상기 튜브 모사체를 향하여 단면이 넓어지는 냉각매체 분산부재를 구비하고, 상기 튜브 모사체부는 상기 튜브 모사체를 상기 몸체부에 고정하고 상기 냉각매체 분산부재를 수용하는 모사체 고정부재를 구비할 수 있다.

그리고, 상기 튜브 모사체는 탄성부재의 가압력에 의해 상기 냉각매체 분산부재와 밀착하도록 설치될 수 있다.

일 실시예로서, 상기 대류부 튜브 모사부는, 내부에 냉각매체가 유입되는 유로공간을 형성하는 유입관체와, 냉각수 유로가 형성된 다중관 구조를 가지며 중앙측 내부에 상기 유입관체를 수용하는 몸체 외통을 구비하고, 상기 유입관체의 외주면과 상기 몸체 외통의 내주면 사이에 냉각매체가 토출되는 유로공간이 형성되는 몸체부와; 보일러 내부 환경에 노출되도록 상기 몸체부에 연결되는 튜브 모사체를 구비하며, 상기 튜브 모사체의 내측면이 상기 몸체부를 흐르는 냉각매체에 의해 냉각되는 튜브 모사체부와; 상기 튜브 모사체에 설치되어 상기 튜브 모사체의 온도를 측정하는 온도센서를 구비할 수 있다.

이때, 상기 몸체 외통은 상기 대류부 튜브 모사부가 고온 환경에서 견딜 수 있도록 내부에 냉각수가 유입 및 유출되는 삼중관 구조를 가질 수 있다.

또한, 상기 튜브 모사체부는 상기 튜브 모사체를 상기 몸체부에 고정하는 모사체 고정부재를 구비할 수 있다. 이때, 상기 튜브 모사체는 탄성부재의 가압력에 의해 상기 튜브 모사체 고정부재에 밀착되어 고정될 수 있다.

그리고, 상기 냉각제어부는 상기 튜브 모사부에서 감지된 온도가 설정온도보다 높은 경우에는 상기 튜브 모사부에 공급되는 냉각매체의 양을 증가시키고, 상기 튜브 모사부에서 감지된 온도가 설정온도보다 낮은 경우에는 상기 튜브 모사부에 공급되는 냉각매체의 양을 감소시키도록 구성될 수 있다.

이때, 상기 온도센서는 상기 튜브 모사체의 외부 표면 측의 온도를 측정하는 제1 온도센서와, 상기 튜브 모사체의 내부 표면 측의 온도를 측정하는 제2 온도센서 중 적어도 하나를 구비하며, 상기 냉각제어부는 상기 제1 또는 제2 온도센서에서 감지된 온도를 설정온도와 비교하여 상기 튜브 모사부에 공급되는 냉각매체의 양을 제어하도록 구성될 수 있다.

상기 온도센서는 상기 튜브 모사체의 외부 표면 측의 온도를 측정하는 제1 온도센서와, 연소환경을 모사하고자 하는 튜브의 온도를 감지하는 제3 온도센서를 구비하며, 상기 냉각제어부는 상기 제1 온도센서에서 감지된 온도가 상기 제3 온도센서에서 감지된 온도에 연동하도록 상기 튜브 모사부에 공급되는 냉각매체의 양을 제어하도록 구성될 수 있다.

다른 측면으로서, 본 발명은, 발전용 보일러에 설치되는 튜브의 연소환경을 모사하기 위하여 설치되며, 냉각매체가 흐르는 유로 공간을 형성하는 몸체부와, 보일러 내부 환경에 노출되도록 상기 몸체부에 연결되는 튜브 모사체와, 상기 튜브 모사체에 설치되어 상기 튜브 모사체의 온도를 측정하는 온도센서를 구비하는 튜브 모사부; 및 상기 온도센서에서 감지된 온도에 따라 상기 튜브 모사부에 공급되는 냉각매체의 양을 조절하여 상기 튜브 모사체의 온도를 제어하는 냉각제어부;를 포함하는 보일러 튜브 모사장치를 제공한다.

이때, 상기 몸체부는 다중관 구조로 이루어져 내부에 냉각수가 흐르는 냉각수 유로를 형성할 수 있다.

또한, 상기 온도센서는 상기 튜브 모사체의 외부 표면 측의 온도를 측정하는 제1 온도센서와, 상기 튜브 모사체의 내부 표면 측의 온도를 측정하는 제2 온도센서와, 연소환경을 모사하고자 하는 튜브의 온도를 감지하는 제3 온도센서 중 적어도 하나를 구비하며, 상기 냉각제어부는 상기 제1 내지 제3 온도센서 중 적어도 하나에서 감지된 온도를 기초로 하여 상기 튜브 모사부에 공급되는 냉각매체의 양을 제어하도록 구성될 수 있다.

한편, 상기 온도센서는 상기 몸체부에 형성된 유로 공간을 통하여 상기 튜브 모사체에 설치될 수 있다.

그리고, 상기 튜브 모사부는 발전용 보일러로부터 분리가능하도록 설치될 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점 중 적어도 일부를 해결하고자 안출된 것으로, 튜브모사체를 사용함으로써 발전용 보일러에 설치되는 튜브의 연소환경을 실제의 연소환경에 대응하도록 모사할 수 있게 된다. 즉, 발명의 일 실시예에 의하면, 튜브모사부에 공급되는 냉각매체의 양을 조절함으로써 튜브모사부의 상태를 사용자가 설정한 조건에 대응되도록 모사할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 실제의 다양한 연소환경에 대응하여 튜브에 퇴적되는 회분의 상태나 튜브의 온도를 확인할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

특히, 슬래깅 또는 파울링 현상은 석탄에 포함된 물질과 석탄이 연소되는 환경 등에 따라 복잡한 양상을 띠고 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 의하면 석탄정보와 함께 보일러에 설치된 튜브를 모사하는 튜브모사체의 표면에 회분이 퇴적되는 현상이 발생하는 연소환경에 대한 정보를 종합적으로 모니터링하여 정량화할 수 있고, 이를 통해 석탄의 회분에 기인한 문제점을 해소하거나 경감하기 위한 조치를 취하는 것이 가능하게 된다. 즉, 튜브모사체 및/또는 튜브의 온도를 측정하는 온도센서 및 튜브모사부에 공급되는 냉각매체의 양을 측정하는 유량센서 등으로부터 획득한 정보를 통하여 실시간으로 튜브모사부에서 발생하는 연소현상을 해석하여 최적의 석탄사용 정보와 불시정지사고 예방 등에 필요한 정보를 얻는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 튜브외면(화염측) 및/또는 튜브내면(스팀측)의 온도에 따라 튜브모사부에 공급되는 냉각매체의 양을 조절함으로써 튜브의 외면 또는 내면의 온도변화에 따른 회분의 퇴적상태 등을 확인할 수 있으며, 이러한 정보들을 통해 다양한 연소환경에 따른 튜브의 영향을 해석할 수 있게 된다.

그리고, 본 발명의 일 실시예에 의하면 보일러 수냉벽에 설치된 수냉벽 튜브, 및/또는 연소실 내부 또는 대류부에 설치된 과열기 튜브나 재열기 튜브와 같은 대류부 튜브의 연소환경을 고려하여 이에 적합한 수냉벽 튜브 모사부 또는 대류부 튜브 모사부를 구성함으로써, 보일러에 구비되는 각종의 튜브의 모사가 가능하다는 효과를 얻을 수 있게 된다. 특히, 튜브모사부를 내부에 냉각수가 흐르는 다중관의 냉각구조로 형성함으로써 고온의 환경에서도 모사가 가능하다는 효과가 있게 된다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 튜브모사부를 보일러로부터 분리하여 튜브모사체에 퇴적된 퇴적물의 성분이나 퇴적량, 센서의 무게변화, 센서표면의 상태 등을 분석할 수 있으므로, 보일러 내부에 들어가서 직접 점검하거나 튜브를 절단하지 않고도 튜브 상태를 확인할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 튜브모사부의 퇴적성분 등을 분석한 자료들을 통하여 연소환경 변화에 따른 수냉벽 튜브와 대류부 튜브의 영향을 해석할 수 있게 된다.

도 1은 발전용 보일러의 일 예를 도시한 개략도로서, (a)는 전체 개략도, (b)는 (a)에 도시된 A-A'선에 따른 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 보일러 모사장치의 구성을 도시한 개략도.
도 3은 도 2에 도시된 수냉벽 튜브 모사부의 일 예를 도시한 단면도.
도 4는 도 2에 도시된 대류부 튜브 모사부의 일 예를 도시한 단면도.
도 5는 도 4에 도시된 대류부 튜브 모사부의 B-B'선의 좌측을 확대하여 도시한 단면도.
도 6은 도 4에 도시된 대류부 튜브 모사부의 C-C'선의 우측을 확대하여 도시한 단면도.
도 7은 대류부 튜브 모사부에서 튜브 모사체에 형성되는 센서 고정홈을 도시한 것으로서, (a)는 도 6의 D-D'선에 따른 우측면도이고, (b)는 (a)의 우측 단면도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

또한, 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

먼저, 도 1 내지 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 보일러 튜브 모사장치(100)의 전체적 구성에 대해 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 석탄화력발전용 보일러(1)는 수냉벽 튜브(30)로 둘러싸여 있는 연소실(10) 내부에서 미분된 석탄을 산화제와 함께 연소시키고, 연소과정에서 발생하는 고온의 열은 수냉벽 튜브(30)의 내부를 흐르는 물 또는 증기에 전달된다. 또한, 보일러 연소실(10)에서 발생한 고온의 연소가스는 보일러의 대류부(20)를 통과하면서 대류부(20)에 설치된 각종의 튜브(예를 들어, 과열기 튜브, 재열기튜브 등)의 내부에 흐르는 물 또는 증기에 열을 전달하는 과정을 거치게 된다. 이하, 본 명세서에서는 대류부(20)에 구비되는 각종의 튜브를 대류부 튜브(도 2의 '50' 참조)로 정의하기로 한다. 또한, 수냉벽 튜브(30)의 내부의 공간(31)을 스팀측이라고 하고, 그 외부의 공간을 화염측이라고 정의하며, 도 4에 도시된 바와 같이 대류부 튜브(50)의 내부의 공간(51)을 스팀측이라고 하고, 그 외부의 공간을 화염측으로 정의하기로 한다.

한편, 발전용 보일러는 방식에 따라 여러 가지로 구분될 수 있으나, 본 발명의 보일러 튜브 모사장치(100)가 적용되는 발전용 보일러는 특정한 방식의 발전용 보일러에 한정되지 않으며, 수냉벽 튜브(30)나 대류부 튜브(50)를 구비하는 모든 형태의 발전용 보일러에 적용 가능하다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 보일러 튜브 모사장치(100)는 튜브의 연소환경을 모사하기 위한 튜브 모사부(200, 300)와, 상기 튜브 모사부(200, 300)에 공급되는 냉각매체(예를 들어, 공기)의 양을 조절하는 냉각제어부(120)를 포함하여 구성된다.

구체적으로, 상기 튜브 모사부(200, 300)는 발전용 보일러(1)에 설치되는 튜브의 연소환경을 모사하기 위하여 설치되며, 냉각매체에 의한 온도조절이 이루어지게 된다.

이러한 튜브 모사부(200, 300)는 보일러(1)의 수냉벽에 설치된 수냉벽 튜브(30)의 연소환경을 모사하기 위하여 설치되는 수냉벽 튜브 모사부(200)와, 연소실(10) 내부 또는 대류부(20)에 설치된 과열기 튜브와 재열기 튜브 중 적어도 하나의 연소환경을 모사하기 위한 대류부 튜브 모사부(300) 중 어느 하나, 또는 수냉벽 튜브 모사부(200)와 대류부 튜브 모사부(300)를 모두 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 냉각제어부(120)는 튜브 모사부(200, 300)에서 감지된 온도에 따라 튜브 모사부(200, 300)에 공급되는 냉각매체의 양을 조절하도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 냉각제어부(120)는 사용자가 설정한 조건에 따라 튜브 모사부(200, 300)의 온도조절을 수행하여 다양한 실제 연소환경에 대응하는 모사가 가능하게 된다.

도 2를 참조하면, 상기 냉각제어부(120)는 수냉벽 튜브 모사부(200)의 냉각제어가 가능하도록 수냉벽모사부 냉각제어부(125)와, 대류부 튜브 모사부(300)의 냉각제어가 가능하도록 대류부모사부 냉각제어부(121)를 구비할 수 있다.

이때, 상기 수냉벽모사부 냉각제어부(125)는 수냉벽 튜브 모사부(200)에 구비되는 온도센서(TS1, TS2, TS3)에서 감지된 온도값을 측정부(110)에서 측정하고, 그 온도값에 따라 냉각매체공급부(130)에서 수냉벽 튜브 모사부(200)에 공급되는 냉각매체의 양을 제어하게 된다. 즉, 수냉벽모사부 냉각제어부(125)는 측정부(110)에서 감지된 온도 및 유량센서(FS1)의 유량을 감지하여 개폐밸브(V1)의 개폐 및/또는 개도를 조정하게 된다. 도시되지는 않았지만, 또한, 상기 수냉벽모사부 냉각제어부(125)는 도시되지 않은 가압장치(펌프 등)을 통하여 수냉벽 튜브 모사부(200)에 공급되는 냉각매체의 양을 제어하는 것도 가능하다. 이때, 개폐밸브(V1)의 개방에 의해 공급되는 냉각매체는 유입구(221)을 통해 유입되어 수냉벽 튜브 모사체(251)를 거쳐 토출구(233)를 통해 배출되는 구성을 가질 수 있다. 구체적인 수냉벽 모사부(200)의 구성에 대해서는 후술하기로 한다.

또한, 상기 대류부모사부 냉각제어부(121)는 대류부 튜브 모사부(300)에 구비되는 온도센서(TS1', TS2', TS3')에서 감지된 온도값을 측정부(110)에서 측정하고, 그 온도값에 따라 냉각매체공급부(130)에서 대류부 튜브 모사부(300)에 공급되는 냉각매체의 양을 제어하게 된다. 즉, 대류부모사부 냉각제어부(121)는 측정부(110)에서 감지된 온도 및 유량센서(FS2)의 유량을 감지하여 개폐밸브(V2)의 개폐 및/또는 개도를 조정하게 된다. 도시되지는 않았지만, 또한, 상기 대류부모사부 냉각제어부(121)는 도시되지 않은 가압장치(펌프 등)을 통하여 대류부 모사부(200)에 공급되는 냉각매체의 양을 제어하는 것도 가능하다. 이때, 개폐밸브(V2)의 개방에 의해 공급되는 냉각매체는 유입구(321)을 통해 유입되어 대류부 튜브 모사체(351)를 거쳐 토출구(333)를 통해 배출되는 구성을 가질 수 있다. 대류부 모사부(300)의 상세한 구성에 대해서는 후술하기로 한다.

[ 수냉벽 튜브 모사부(200)]

다음으로 도 3을 참조하여, 수냉벽 튜브 모사부(200)의 일 실시예에 대해 살펴본다.

도 3에 일 예로 도시된 바와 같이, 수냉벽 튜브 모사부(200)는, 냉각매체가 흐르는 유로 공간(S1)을 형성하는 몸체부(210)와, 보일러 내부 환경에 노출되도록 상기 몸체부(210)에 설치되는 튜브 모사체부(250)와, 상기 튜브 모사체부(250)에 설치되어 상기 튜브 모사체부(250)의 온도를 측정하는 온도센서(TS1, TS2, TS3)를 구비할 수 있으며, 수냉벽 또는 수냉벽 튜브(30)에 상기 몸체부(210)를 설치하기 위한 모사부 지지부(270)를 구비할 수 있다.

상기 몸체부(210)는 내부에 냉각매체가 유입되는 유로 공간(S1)을 형성하는 유입관체(211)와, 상기 유입관체(211)를 내부에 수용하는 몸체 외통(212)을 구비하며, 상기 유입관체(211)의 외주면과 상기 몸체 외통(212)의 내주면 사이에 냉각매체가 토출되는 유로공간(S4)이 형성된다.

상기 유입관체(211)의 일측에는 냉각매체가 유입관체(211) 내부의 유로공간(S1)으로 유입되도록 하는 냉각매체 유입부재(220)가 설치된다. 이러한 냉각매체 유입부재(220)에는 냉각매체가 유입되는 유입구(221)가 구비되며, 일측에는 피팅부재(225)가 구비되어 후술하는 온도센서(TS1, TS2)가 몸체부(210)에 유입되도록 함과 동시에 개방된 입구를 막도록 구성될 수 있다. 도 3에는 상기 냉각매체 유입부재(220)가 T자 관 형태로 도시되어 있으나, 냉각매체가 유입될 수 있다면 그 형태가 제한되는 것은 아니다.

또한, 상기 몸체부(210)에는 내부로 유입된 냉각매체를 외부로 토출하는 토출구(233)가 구비된다. 이러한 토출구(233)는 몸체 외통(212)에 연결된 냉각매체 토출부재(232)에 구비될 수 있으나, 냉각매체의 토출이 이루어지는 유로공간(S4)을 형성할 수 있다면 몸체 외통(212)에 직접 형성되는 것도 가능하다.

그리고, 튜브 모사체부(250)는 수냉벽 튜브(30)를 모사하기 위한 수냉벽 튜브 모사체(251)와, 상기 수냉벽 튜브 모사체(251)를 몸체부(210)에 연결하는 모사체 고정부재(255)를 구비할 수 있다.

수냉벽 튜브 모사체(251)와 몸체부(210) 사이에는 냉각매체가 흐르는 공간(S2)이 형성되어, 수냉벽 튜브 모사체(251)의 내측면이 몸체부(210)를 흐르는 냉각매체에 의해 냉각되도록 구성된다. 이때, 수냉벽 튜브 모사체(251)의 외측면은 보일러 내부 환경에 노출되도록 설치되므로, 연소환경에 따라 표면에 퇴적되는 회분의 양이 변화하게 된다.

또한, 상기 수냉벽 튜브 모사체(251)에는 그 온도를 측정할 수 있도록 온도센서(TS1, TS2)가 설치된다. 이때, 제1 온도센서(TS1)는 상기 수냉벽 튜브 모사체(251)의 외부 표면 측의 온도를 측정하도록 수냉벽 튜브 모사체(251)의 외부 표면에 인접한 위치에 설치되며, 제2 온도센서(TS2)는 상기 수냉벽 튜브 모사체(251)의 내부 표면 측의 온도를 측정하도록 수냉벽 튜브 모사체(251)의 내부 표면에 인접한 위치에 설치된다. 여기서, 상기 제1 온도센서(TS1)나 제2 온도센서(TS2)는 수냉벽 튜브 모사체(251)의 외부 또는 내부의 표면온도를 직접 측정하는 것은 아니지만, 그 설치 깊이가 고정되어 있으므로 이를 고려하여 수냉벽 튜브 모사체(251)의 외부 또는 내부의 표면온도를 도출할 수 있다.

한편, 수냉벽 튜브 모사체(251)의 온도측정을 위한 제1 온도센서(TS1)와 제2 온도센서(TS2)는 몸체부(210)의 내부에 형성된 유로공간을 통하여 수냉벽 튜브 모사체(251)에 설치될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 온도센서(TS1, TS2)는 냉각매체 유입부재(220)의 내부공간, 유입관체(211)의 내부공간(S1), 냉각매체 분산부재(260)의 내부공간(S2)을 관통하여 수냉벽 튜브 모사체(251)에 설치될 수 있다.

그리고, 수냉벽 튜브(30)의 온도를 직접 측정하도록 제3 온도센서(TS3)가 추가로 설치될 수 있다. 이러한 제3 온도센서(TS3)는 일 예로서 도 3에 도시된 바와 같이, 후술하는 모사부 지지부(270)를 관통하여 설치될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 몸체부(210)는 상기 수냉벽 튜브 모사체(251)의 내부 표면이 냉각매체와 고르게 접촉할 수 있도록 수냉벽 튜브 모사체(251)를 향하여 단면이 넓어지도록 형성된 냉각매체 분산부재(260)를 구비할 수 있다. 이러한 냉각매체 분산부재(260)는 일측이 유입관체(211)의 타측에 고정되고, 타측이 수냉벽 튜브 모사체(251)와 밀착하도록 구성될 수 있다.

그리고, 수냉벽 튜브 모사체(251)를 몸체부(210)에 부착하기 위하여 모사체 고정부재(255)가 구비될 수 있다. 이러한 모사체 고정부재(255)는 일측은 몸체부(210)의 몸체 외통(212)에 고정되고, 타측은 수냉벽 튜브 모사체(251)을 지지하도록 단턱이 형성될 수 있다. 또한, 상기 모사체 고정부재(255)는 냉각매체 분산부재(260)와의 사이에 유로공간(S3)을 형성할 수 있으며, 이 유로공간(S3)에 유입된 냉각매체는 몸체 외통(212)에 형성된 냉각매체 회수홀(213)을 통하여 몸체 외통(212)와 유입관체(211) 사이의 유로공간(S4)으로 전달된다. 한편, 상기 모사체 고정부재(255)는 조립 및 제작 용이성을 위하여 도 3에 도시된 바와 같이 복수의 부재로 분할 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

그리고, 수냉벽 튜브 모사부(200)는 상기 몸체부(210)를 수냉벽에 설치하기 위한 모사부 지지부(270)를 구비할 수 있다. 일 예로서, 상기 모사부 지지부(270)는 수냉벽 튜브(30) 또는 수냉벽에 지지되는 지지부재(271)와, 몸체부(210)의 몸체 외통(212)과 지지부재(271) 사이를 연결하는 연결부재(272)와, 상기 연결부재(272)를 몸체 외통(212)에 고정하는 체결부재(273)를 포함하여 구성될 수 있으나, 몸체부(210)를 수냉벽 튜브(30) 또는 수냉벽에 고정 설치할 수 있다면 다양한 변형이 가능할 것이다.

한편, 상기 수냉벽 튜브 모사체(251)는 상기 냉각매체 분산부재(260)과 밀착하도록 설치되는 것이 바람직하다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 수냉벽 튜브 모사체(251)는 몸체 외통(212)에 고정되는 모사체 고정부재(255)에 지지되고, 냉각매체 분산부재(260)는 유입관체(212)에 지지되므로, 수냉벽 튜브 모사체(251)와 냉각매체 분산부재(260)과 밀착을 위하여 탄성부재(235)가 이용될 수 있다.

예를 들어, 상기 탄성부재(235)는 유입관체(211)의 외주면을 둘러싸며 탄성부재 지지링(236)에 의해 위치가 제한되는 코일 스프링 구조를 가질 수 있다.

이때, 탄성부재(235)의 일측에 설치된 탄성조절체(231)를 회전시키면 탄성조절체(231)의 외주면과 냉각매체 토출부재(232)의 내면의 나사결합에 의해 수냉벽 튜브 모사체(251)와 냉각매체 분산부재(260) 사이의 접촉력을 조절할 수 있게 된다. 즉, 탄성조절체(231)의 조절에 의해 탄성부재(235)의 탄성력은 유입관체(211)에 지지되는 탄성부재지지링(236)을 통해 유입관체(211)에 고정되는 냉각매체 분산부재(260)에 전달되어 냉각매체 분산부재(260)와 수냉벽 튜브 모사체(251) 사이를 압박하게 구성되므로, 수냉벽 튜브 모사체(251)가 냉각매체 분산부재(260)과 밀착된 상태를 유지할 수 있어 안정된 고정위치를 유지할 수 있게 된다.

그리고, 수냉벽 튜브 모사부(200)는 발전용 보일러로부터 분리가능하도록 설치될 수 있다. 따라서, 수냉벽 튜브 모사부(200)를 발전용 보일러로부터 분리하여 수냉벽 튜브 모사체(251)에 퇴적된 퇴적물의 성분이나 퇴적량, 센서의 무게변화, 센서표면의 상태 등을 분석할 수 있으므로, 보일러 내부에 들어가서 직접 점검하거나 튜브를 절단하지 않고도 튜브 상태를 확인할 수 있게 된다. 또한, 수냉벽 튜브 모사체(251)의 퇴적성분 등을 분석한 자료들을 통하여 연소환경 변화에 따른 수냉벽 튜브(30)의 영향을 해석할 수 있게 된다.

[ 대류부 튜브 모사부(300)]

다음으로 도 4 내지 도 7을 참조하여, 대류부 튜브 모사부(300)의 일 실시예에 대해 살펴본다.

도 4 내지 도 6에 일 예로 도시된 바와 같이, 대류부 튜브 모사부(300)는, 냉각매체가 흐르는 유로 공간(S1')을 형성하는 몸체부(310)와, 보일러 내부 환경에 노출되도록 상기 몸체부(310)에 설치되는 튜브 모사체부(350)와, 상기 튜브 모사체부(350)에 설치되어 상기 튜브 모사체부(350)의 온도를 측정하는 온도센서(TS1', TS2', TS3')를 구비할 수 있으며, 수냉벽 또는 수냉벽 튜브(30)에 상기 몸체부(310)를 설치하기 위한 모사부 지지부(370)를 구비할 수 있다.

상기 몸체부(310)는 내부에 냉각매체가 유입되는 유로 공간(S1')을 형성하는 유입관체(311)와, 유입관체(311)를 내부에 수용하는 몸체 외통(312)을 구비하며, 상기 유입관체(311)의 외주면과 상기 몸체 외통(312)의 내주면 사이에 냉각매체가 토출되는 유로공간(S4')이 형성된다.

상기 몸체 외통(312)은 몸체부(310)의 외관을 형성하므로 장시간 고온환경에서 견딜 수 있도록 그 내부에 냉각수가 흐르는 냉각수 유로(S5', S6')가 형성된 다중관 구조를 가질 수 있다. 즉, 대류부 튜브 모사부(300)는 수냉벽 튜브 모사부(200)에 비해 상대적으로 높은 온도의 영역에 설치되므로 고온의 영향을 받기 쉽고 따라서, 고온에서 견딜 수 있도록 충분한 냉각구조를 갖는 것이 바람직하다. 일 예로서, 상기 몸체 외통(312)은 제1관(312a), 제2관(312b) 및 제3관(312c)로 이루어진 3중관 구조를 가질 수 있고 이에 따라 제1관(312a)과 제2관(312b)의 사이, 그리고 제2관(312b)과 제3관(312c)사이에 각각 냉각수 유로(S5', S6')가 형성될 수 있다. 또한, 제1관(312a)과 제2관(312b) 사이의 냉각수 유로(S5')에는 냉각수 유입관(312d)이 연결될 수 있고, 제2관(312b)과 제3관(312c) 사이의 냉각수 유로(S6')에는 냉각수 회수관(312d)이 연결되어 냉각수에 의한 몸체 외통(312)의 냉각이 이루어지는 구조를 가질 수 있다. 그러나, 이러한 몸체 외통(312)은 냉각수에 의한 냉각구조를 구현할 수 있다면 그 냉각구조는 다양한 형태로 변형 가능하다.

그리고, 상기 유입관체(311)의 일측에는 냉각매체가 유입관체(311) 내부의 유로공간(S1')으로 유입되도록 하는 냉각매체 유입부재(320)가 설치된다. 이러한 냉각매체 유입부재(320)에는 냉각매체가 유입되는 유입구(321)가 구비되며, 일측에는 피팅부재(325)가 구비될 수 있다. 이때, 상기 피팅부재(325)는 대류부 튜브 모사부(300)에 추가적인 냉각이 필요한 경우 냉각수를 냉각매체와 함께 공급하여 냉각효과를 증대시킬 수 있도록 냉각수 공급용 튜브(미도시)와 연결되는 구조를 가질 수 있다. 한편, 도 4 및 도 5에는 상기 냉각매체 유입부재(320)가 T자 관 형태로 도시되어 있으나, 냉각매체가 유입될 수 있다면 그 형태가 제한되는 것은 아니다.

또한, 상기 몸체부(310)에는 내부로 유입된 냉각매체를 외부로 토출하는 토출구(333)가 구비된다. 이러한 토출구(333)는 몸체 외통(312)에 연결부재(341)을 통해 연결된 냉각매체 토출부재(332)에 구비될 수 있으나, 냉각매체의 토출이 이루어지는 유로공간(S4')을 형성할 수 있다면 몸체 외통(312)에 직접 형성되는 것도 가능하다.

그리고, 튜브 모사체부(350)는 몸체부(310)와 연결되며, 대류부 튜브(50)를 모사하기 위한 대류부 튜브 모사체(351)를 구비한다. 이때, 상기 대류부 튜브 모사체(351)는 모사체 고정부재(355a, 355b) 및 연결부재(342)를 통하여 몸체부(310)에 고정될 수 있다. 일 예로서, 대류부 튜브 모사체(351)는 2개의 모사체 고정부재(355a, 355b)의 사이에 위치한 상태에서, 모사체 고정부재(355b)를 관통하는 고정부재(357)가 유입관체(311)와 결합되는 구조를 통하여 몸체부(310)에 고정되는 구조를 가질 수 있다.

한편, 유입관체(311)를 통해 유입된 냉각매체는 유입관체(311)의 배출구(311a)를 통해 모사체 고정부재(355b) 내부에 형성된 유로공간(S2') 및, 대류부 튜브 모사체(351)의 내주면과 유입관체(311)의 외주면 사이에 형성된 유로공간(S3')를 거치게 된다. 이에 따라, 대류부 튜브 모사체(351)의 내측면은 냉각매체에 의해 냉각되며, 대류부 튜브 모사체(351)의 외측면은 보일러 내부의 연소환경에 노출되도록 설치되므로 그 표면에 회분이 퇴적하게 된다.

그리고, 상기 대류부 튜브 모사체(351)에는 그 온도를 측정할 수 있도록 온도센서(TS1', TS2')가 설치된다. 이때, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 온도센서(TS1')는 상기 대류부 튜브 모사체(351)의 외부 표면 측의 온도를 측정하도록 대류부 튜브 모사체(351)의 외부 표면에 인접한 센서고정홈(351a)에 설치되며, 제2 온도센서(TS2')는 상기 대류부 튜브 모사체(351)의 내부 표면 측의 온도를 측정하도록 대류부 튜브 모사체(351)의 내부 표면에 인접한 센서고정홈(351b)에 설치될 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 온도센서(TS1', TS2')는 측정 정밀도를 높이기 위하여 복수 개가 설치되는 것도 가능하다.

도 7을 참조하면, 상기 제1 온도센서(TS1')나 제2 온도센서(TS2')는 대류부 튜브 모사체(351)의 외부 또는 내부의 표면온도를 직접 측정하는 것은 아니지만, 그 설치 깊이가 고정되어 있으므로 이를 고려하여 대류부 튜브 모사체(351)의 외부 또는 내부의 표면온도를 도출할 수 있다. 또한, 도 6을 참조하면 대류부 튜브 모사체(351)는 센서고정홈(351a, 351b)을 용이하게 형성하기 위하여 복수개 분할된 분할 구조를 가질 수 있으나, 일체형 구조를 갖는 것도 가능하다.

한편, 대류부 튜브 모사체(351)의 온도측정을 위한 제1 온도센서(TS1')와 제2 온도센서(TS2')는 몸체부(310)의 내부에 형성된 유로공간을 통하여 대류부 튜브 모사체(351)에 설치될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 온도센서(TS1', TS2')는 냉각매체 토출부재(332)의 토출구(333), 몸체 외통(312)의 내주면과 유입관체(311)의 외주면 사이의 유로공간(S4'), 대류부 튜브 모사체(351)의 내주면과 유입관체(311)의 외주면 사이의 유로공간(S3') 및 모사체 고정부재(355b)의 내주면과 유입관체(311)의 외주면 사이의 유로공간(S2')을 거쳐 대류부 튜브 모사체(351)에 설치될 수 있다.

그리고, 대류부 튜브(50)의 온도를 직접 측정하도록 제3 온도센서(TS3')가 추가로 설치될 수 있다. 이러한 제3 온도센서(TS3')는 일 예로서 도 4에 도시된 바와 같이, 후술하는 모사부 지지부(370)를 관통하여 설치될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 대류부 튜브 모사부(300)는 상기 몸체부(310)를 수냉벽 또는 수냉벽 튜브(30)에 설치하기 위한 모사부 지지부(370)를 구비할 수 있다. 일 예로서, 상기 모사부 지지부(370)는 수냉벽 튜브(30) 또는 수냉벽에 지지되는 지지부재(371)와, 몸체부(310)의 몸체 외통(312)과 지지부재(371) 사이를 연결하는 연결부재(372)와, 상기 연결부재(372)를 몸체 외통(312)에 고정하는 체결부재(373)를 포함하여 구성될 수 있으나, 몸체부(310)를 수냉벽 튜브(30) 또는 수냉벽에 고정 설치할 수 있다면 다양한 변형이 가능할 것이다.

한편, 상기 대류부 튜브 모사체(351)는 탄성부재(335)의 가압력에 의해 모사체 고정부재(355a,355b)에 밀착되어 고정될 수 있다. 일 예로서, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 대류부 튜브 모사체(351)의 일측은 모사체 고정부재(355a,355b) 사이에 위치된 상태에서 모사체 고정부재(355b)를 관통하여 유입관체(311)에 체결되는 고정부재(357)에 의해 고정되도록 하고, 타측에는 유입관체(311)의 외주면을 감싸도록 설치되는 탄성부재(335)가 설치될 수 있다.

이때, 탄성조절체(331)를 회전시키면 유입관체(311)의 외부에 구비된 나사부(331a)를 따라 탄성조절체(331)가 이동하면서 탄성부재(335)의 가압력을 조정하게 되고 이에 따라 유입관체(311), 모사체 고정부재(355a,355b) 및 대류부 튜브 모사체(351)에 가압력이 작용하여 대류부 튜브 모사체(351)가 모사체 고정부재(355a, 355b)에 밀착, 고정될 수 있다.

그리고, 대류부 튜브 모사부(300)는 발전용 보일러로부터 분리가능하도록 설치될 수 있다. 따라서, 대류부 튜브 모사부(300)를 발전용 보일러로부터 분리하여 대류부 튜브 모사체(351)에 퇴적된 퇴적물의 성분이나 퇴적량, 센서의 무게변화, 센서표면의 상태 등을 분석할 수 있으므로, 보일러 내부에 들어가서 직접 점검하거나 튜브를 절단하지 않고도 튜브 상태를 확인할 수 있게 된다. 또한, 대류부 튜브 모사체(351)의 퇴적성분 등을 분석한 자료들을 통하여 연소환경 변화에 따른 대류부 튜브(50)의 영향을 해석할 수 있게 된다.

[보일러 튜브 모사장치의 작용, 효과]

다음으로, 도 2 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 보일러 튜브 모사장치(100)의 작용, 효과에 대해 살펴본다.

먼저, 측정부(110)는 튜브 모사부(200, 300), 수냉벽 튜브(30) 및/또는 대류부 튜브(50)에 설치된 온도센서(TS1, TS2, TS3, TS1', TS2', TS3')에서 측정된 튜브모사체(251, 351)의 외측 표면(화염측)의 온도, 내측 표면의 온도(스팀측)의 온도, 수냉벽 튜브(30)의 온도 및/또는 대류부 튜브(50)의 온도를 감지하게 된다. 또한, 측정부(110)는 유량센서(FS1, FS2)의 유량도 감지하게 된다.

이러한 측정부(110)에서 감지된 온도값을 이용하여 냉각제어부(120)는 수냉벽 튜브모사부(200)와 대류부 튜브모사부(300)에 공급되는 냉각매체의 양을 조절하게 된다. 이러한 냉각매체는 기체가 사용될 수 있으나, 튜브모사부(200, 300)의 냉각조절이 가능하다면 이에 한정되는 것은 아니며, 기체와 액체와 혼합물, 또는 액체가 사용되는 것도 가능하다. 다만, 냉각매체로 기체를 사용하는 경우 냉각매체의 공급 및 회수를 위한 구성이 간단하다는 이점이 있다.

보일러 내부의 화염측에서 회분이 퇴적되는 현상은 매우 복잡한 관계를 가지고 있지만, 튜브 표면의 회분 퇴적현상과 관련된 것 중 하나가 튜브(30, 50) 표면의 온도이다. 따라서, 사용자가 특정한 온도에서 보일러의 위치마다 퇴적량이 어떻게 달라지는지 알고 싶다면 튜브의 온도를 일정하게 고정시켜야 하며, 이를 통해 위치에 따른 퇴적량 변화를 확인할 수 있다. 또한, 튜브의 온도변화에 따른 퇴적량을 알고 싶다면 동일한 위치에서 튜브의 온도만을 변화시켜야 한다.

그러므로, 사용자가 원하는 조건, 예를 들어 수냉벽 튜브(30) 또는 대류부 튜브(50) 표면의 온도를 일정온도로 설정하게 되면, 냉각제어부(120)는 설정된 조건을 유지하기 위하여 개폐밸브(V1, V2)를 조정하여 냉각매체 공급부(130)로부터 튜브 모사부(200, 300)로 공급되는 냉각매체의 양을 조정하게 된다.

이때, 상기 냉각제어부(120)는 튜브모사체(251, 351)의 외부표면 측의 온도를 측정하는 제1 온도센서(TS1, TS1') 또는 튜브모사체(251, 351)의 내부표면 측의 온도를 측정하는 제2 온도센서(TS2, TS2')에서 감지된 온도를 사용자의 설정온도와 비교하여 튜브 모사부(200, 300)에 공급되는 냉각매체의 양을 제어할 수 있다.

또한, 상기 냉각제어부(120)는 상기 제1 온도센서(TS1, TS1')에서 감지된 온도(즉, 화염측 온도)가 수냉벽 튜브(30) 또는 대류부 튜브(50)의 온도를 감지하는 제3 온도센서(TS3, TS3')에서 감지된 온도에 연동하도록 튜브 모사부(200, 300)에 공급되는 냉각매체의 양을 제어할 수 있다. 이와는 달리, 상기 제2 온도센서(TS1, TS1')에서 감지된 온도(즉, 스팀측 온도)가 수냉벽 튜브(30) 또는 대류부 튜브(50)의 온도를 감지하는 제3 온도센서(TS3, TS3')에서 감지된 온도에 연동하도록 튜브 모사부(200, 300)에 공급되는 냉각매체의 양을 제어할 수 있다.

이때, 상기 냉각제어부(120)는 튜브 모사부(200, 300)에 구비되는 온도센서(TS1, TS2, TS1', TS2')를 통해 감지된 온도가 설정온도보다 높은 경우에는 튜브 모사부(200, 300)에 공급되는 냉각매체의 양을 증가시키고, 튜브 모사부(200, 300)에서 감지된 온도가 설정온도보다 낮은 경우에는 튜브 모사부(200, 300)에 공급되는 냉각매체의 양을 감소시키게 된다.

또 다른 방식으로, 튜브 모사부(200, 300)에 공급되는 냉각매체의 양을 일정하게 설정한 후 제1 내지 제3 온도센서(TS1, TS2, TS3, TS1', TS2', TS3')의 온도변화를 분석할 수 있다.

이와 같이, 제1 내지 제3 온도센서(TS1, TS2, TS3, TS1', TS2', TS3') 및/또는 유량센서(FS1, FS2)에서 측정된 값에 기초하여 수냉벽 튜브(30)나 대류부 튜브(50)의 연소환경 변화를 모니터링하여 분석할 수 있다. 또한, 일정시간이 경과한 후에 튜브모사체(251, 351)를 분리하여 퇴적물의 성분, 퇴적량, 수냉벽 튜브 모사체(251)의 무게 변화나 표면상태 등을 분석함으로써 연소환경변화에 따른 수냉벽 튜브(30)나 대류부 튜브(50)의 영향성을 해석할 수 있다.

슬래깅 또는 파울링 현상은 석탄에 포함된 물질과 석탄이 연소되는 환경 등에 따라 복잡한 양상을 띠고 있기 때문에, 석탄정보와 함께 보일러에 설치된 튜브를 모사하는 튜브모사체(251, 351)의 표면에 회분이 퇴적되는 현상이 발생하는 연소환경에 대한 정보를 종합적으로 모니터링하여 정량화하는 것이 가능하게 되므로 석탄의 회분에 기인한 문제점을 해소하거나 경감하기 위한 조치를 취하는 것이 가능하게 된다.

구체적인 냉각제어부(120)의 기능에 대해 수냉벽모사부 냉각제어부(125)의 예를 들어 살펴본다.

보일러의 내부(연소실)에서 연료를 연소시켜서 발생하는 열을 이용하기 위하여 설치되는 수냉벽 튜브(30)의 내부공간(31)에는 물이나 스팀이 흐르는 구조로 되어 있고, 화염측으로부터 열을 전달받는다. 연소과정에서 시간이 흐름에 따라 튜브의 외부 화염측에는 회분 퇴적물이 쌓이게 되므로 수냉벽 튜브(30)의 외면과 내면의 온도차이가 초기에 비해 시간이 흐름에 따라 변하게 된다. 그러므로, 수냉벽 튜브(30) 외면(화염측)의 온도를 일정하게 유지할 때 내면(스팀측)의 온도변화, 또는 수냉벽 튜브(30) 내면(스팀측)의 온도를 일정하게 유지할 때 외부 표면(화염측)의 온도변화를 이용하여 회분 퇴적 현상을 알아낼 수 있다.

이러한 회분 퇴적현상은 일정한 시간이 흐른 후에 수냉벽 튜브(30)에 퇴적되어 있는 회분퇴적물의 상태와 수냉벽 튜브(30) 외면과 내면의 온도변화를 종합적으로 분석하여 결과를 얻을 수 있다. 그러나, 수냉벽 튜브(30)에 부착된 퇴적물 분석을 위해 보일러를 운전하는 도중에 설치되어 있는 수냉벽 튜브(30)를 잘랐다 붙였다 할 수 없기 때문에 수냉벽 튜브 모사부(200)를 발전용 보일러로부터 분리 가능하도록 구성하고, 수냉벽 튜브 모사부(200)에 수냉벽 튜브(30)를 모사하기 위하여 설치된 수냉벽 튜브 모사체(251)를 통하여 퇴적물의 성분, 퇴적량, 수냉벽 튜브 모사체(251)의 무게 변화나 표면상태 등에 대한 영향성을 분석할 수 있게 된다.

보다 구체적인 예로서, 사용자가 수냉벽 튜브 모사체(251)의 화염측 온도(설정온도)를 400℃로 설정했다면 수냉벽모사부 냉각제어부(125)는 제1 온도센서(TS1)를 통하여 감지된 수냉벽 튜브 모사체(251)의 외부표면 측의 온도(화염측 온도)가 400℃가 되도록 냉각매체(공기)의 양을 조절하기 위하여 개폐밸브(V1)를 제어하게 된다. 예를 들어, 제1 온도센서(TS1)를 통하여 감지된 화염측 온도가 400℃ 이상이 되면 수냉벽 튜브 모사부(200)에 공급되는 냉각매체의 양을 증가시키고, 반대로 제1 온도센서(TS1)를 통하여 감지된 화염측 온도가 400℃ 이하가 되면 수냉벽 튜브 모사부(200)에 공급되는 냉각매체의 양을 감소키도록 개폐밸브(V1)를 제어하게 된다. 따라서, 수냉벽 튜브 모사체(251)의 화염측 온도가 400℃로 유지될 수 있게 된다.

마찬가지로, 사용자가 수냉벽 튜브 모사체(251)의 스팀측 온도(설정온도)를 350℃로 설정했다면 수냉벽모사부 냉각제어부(125)는 제2 온도센서(TS2)를 통하여 감지된 수냉벽 튜브 모사체(251)의 내부표면 측의 온도(스팀측 온도)가 350℃가 되도록 냉각매체(공기)의 양을 조절하기 위하여 개폐밸브(V1)를 제어하게 된다. 예를 들어, 제2 온도센서(TS2)를 통하여 감지된 스팀측 온도가 350℃ 이상이 되면 수냉벽 튜브 모사부(200)에 공급되는 냉각매체의 양을 증가시키고, 반대로 제2 온도센서(TS2)를 통하여 감지된 스팀측 온도가 350℃ 이하가 되면 수냉벽 튜브 모사부(200)에 공급되는 냉각매체의 양을 감소키도록 개폐밸브(V1)를 제어하게 된다. 따라서, 수냉벽 튜브 모사체(251)의 스팀측 온도가 350℃로 유지될 수 있게 된다.

이때, 전술한 설정온도는 보일러를 설계할 때 수냉벽 튜브 모사체(251)를 설치하는 위치에서의 설계온도, 실험조건에 의해 사용자가 선택한 온도 등 모사하고자 하는 연소환경 등을 고려하여 필요에 따라 다르게 설정될 수 있다.

이와 같이, 수냉벽 튜브 모사체(251)의 외부 표면(화염측)의 온도, 내부 표면(화염측)가 특정한 온도(설정온도)가 유지되도록 하는 작업을 보일러의 위치를 달리하여 수행한다면 특정한 온도에서 보일러의 위치마다 퇴적량이 어떻게 달라지는지 분석할 수 있게 된다.

또한, 사용자는 수냉벽 튜브 모사체(251)의 외부 표면(화염측)의 온도가 수냉벽 튜브(30)의 실제 온도에 대응하도록 설정할 수 있으며, 이 경우 수냉벽모사부 냉각제어부(125)는 제1 온도센서(TS1)에서 감지된 온도가 수냉벽 튜브(30)의 온도를 감지하는 제3 온도센서(TS3)에서 감지된 온도에 연동하도록 수냉벽 튜브 모사부(200)에 공급되는 냉각매체의 양을 제어할 수 있다. 즉, 수냉벽모사부 냉각제어부(125)는 수냉벽 튜브 모사체(251)의 외부 표면(화염측)의 온도가 수냉벽 튜브(30)의 온도보다 높은 경우에는 수냉벽 튜브 모사부(200)에 공급되는 냉각매체의 양을 증가시키고, 반대의 경우에는 냉각매체의 양을 감소시키게 된다. 이와는 달리 수냉벽 튜브 모사체(251)의 내부 표면(스팀측)의 온도가 수냉벽 튜브(30)의 실제 온도에 대응하도록 설정하여 모사작업을 수행하는 것도 가능하다.

한편, 대류부모사부 냉각제어부(121)는 대류부 튜브모사부(300)에 적용된다는 점을 제외하고는 전술한 수냉벽 냉각제어부(125)의 구성과 실질적으로 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

30... 수냉벽 튜브 31... 내부공간
50... 대류부 튜브 51... 내부공간
100... 보일러 튜브 모사장치 110... 측정부
120... 냉각 제어부 121... 대류부모사부 냉각제어부
125... 수냉벽모사부 냉각제어부 130... 냉각매체 공급부
200... 수냉벽 튜브 모사부 210... 몸체부
211... 유입관체 212... 몸체외통
213... 냉각매체 회수홀 220... 냉각매체 유입부재
221... 유입구 225... 피팅부재
231... 탄성조절체 232... 냉각매체 토출부재
233... 토출구 235... 탄성부재
236... 탄성부재 지지링 250... 튜브모사체부
251... 튜브 모사체 255... 모사체 고정부재
260... 냉각매체 분산부재 261... 배출구
270... 모사부 지지부 271... 지지부재
272... 연결부재 273... 체결부재
300... 대류부 튜브 모사부 310... 몸체부
311... 유입관체 311a... 배출구
312... 몸체외통 312a... 제1관
312b... 제2관 312c... 제3관
312d... 냉각수 유입관 312e... 냉각수 회수관
320... 냉각매체 유입부재 321... 유입구
325... 피팅부재 331... 탄성조절체
331a... 나사부 332... 냉각매체 토출부재
333... 토출구 335... 탄성부재
336... 탄성부재 지지링 341, 342... 연결부재
350... 튜브모사체부 351... 튜브 모사체
351a. 351b... 센서 고정홈 355a, 355b... 모사체 고정부재
357... 고정부재 370... 모사부 지지부
371... 지지부재 372... 연결부재
373... 체결부재 FS1, FS2... 유량센서
S1, S2, S3, S4, S1', S2', S3', S4', S5', S6'... 유로공간
TS1, TS2, TS3, TS1', TS2', TS3'... 온도센서
V1, V2... 개폐밸브

Claims

발전용 보일러에 설치되는 튜브의 연소환경을 모사하기 위하여 설치되며, 냉각매체에 의한 온도조절이 이루어지는 튜브 모사부; 및
상기 튜브 모사부에서 감지된 온도에 따라 상기 튜브 모사부에 공급되는 냉각매체의 양을 조절하는 냉각제어부;
를 포함하는 보일러 튜브 모사장치.
제1항에 있어서,
상기 튜브 모사부는,
보일러 수냉벽에 설치된 수냉벽 튜브의 연소환경을 모사하는 수냉벽 튜브 모사부와,
연소실 내부 또는 대류부에 설치된 과열기 튜브와 재열기 튜브 중 적어도 하나의 연소환경을 모사하기 위한 대류부 튜브 모사부 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러 튜브 모사장치.
제2항에 있어서,
상기 수냉벽 튜브 모사부는,
내부에 냉각매체가 유입되는 유로공간을 형성하는 유입관체와, 상기 유입관체를 내부에 수용하는 몸체 외통을 구비하고, 상기 유입관체의 외주면과 상기 몸체 외통의 내주면 사이에 냉각매체가 토출되는 유로공간이 형성되는 몸체부와;
보일러 내부 환경에 노출되도록 상기 몸체부에 연결되는 튜브 모사체를 구비하며, 상기 튜브 모사체의 내측면이 상기 몸체부를 흐르는 냉각매체에 의해 냉각되는 튜브 모사체부와;
상기 튜브 모사체에 설치되어 상기 튜브 모사체의 온도를 측정하는 온도센서;를 구비하는 것을 특징으로 하는 보일러 튜브 모사장치.
제3항에 있어서,
상기 몸체부는 상기 튜브 모사체를 향하여 단면이 넓어지는 냉각매체 분산부재를 구비하고,
상기 튜브 모사체부는 상기 튜브 모사체를 상기 몸체부에 고정하고, 상기 냉각매체 분산부재를 수용하는 모사체 고정부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 보일러 튜브 모사장치.
제4항에 있어서,
상기 튜브 모사체는 탄성부재의 가압력에 의해 상기 냉각매체 분산부재와 밀착하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 보일러 튜브 모사장치.
제2항에 있어서,
상기 대류부 튜브 모사부는,
내부에 냉각매체가 유입되는 유로공간을 형성하는 유입관체와, 냉각수 유로가 형성된 다중관 구조를 가지며 중앙측 내부에 상기 유입관체를 수용하는 몸체 외통을 구비하고, 상기 유입관체의 외주면과 상기 몸체 외통의 내주면 사이에 냉각매체가 토출되는 유로공간이 형성되는 몸체부와;
보일러 내부 환경에 노출되도록 상기 몸체부에 연결되는 튜브 모사체를 구비하며, 상기 튜브 모사체의 내측면이 상기 몸체부를 흐르는 냉각매체에 의해 냉각되는 튜브 모사체부와;
상기 튜브 모사체에 설치되어 상기 튜브 모사체의 온도를 측정하는 온도센서;를 구비하는 것을 특징으로 하는 보일러 튜브 모사장치.
제6항에 있어서,
상기 몸체 외통은 상기 대류부 튜브 모사부가 고온 환경에서 견딜 수 있도록 내부에 냉각수가 유입 및 유출되는 삼중관 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 보일러 튜브 모사장치.
제6항에 있어서,
상기 튜브 모사체부는 상기 튜브 모사체를 상기 몸체부에 고정하는 모사체 고정부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 보일러 튜브 모사장치.
제8항에 있어서,
상기 튜브 모사체는 탄성부재의 가압력에 의해 상기 튜브 모사체 고정부재에 밀착되어 고정되는 것을 특징으로 하는 보일러 튜브 모사장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 냉각제어부는 상기 튜브 모사부에서 감지된 온도가 설정온도보다 높은 경우에는 상기 튜브 모사부에 공급되는 냉각매체의 양을 증가시키고, 상기 튜브 모사부에서 감지된 온도가 설정온도보다 낮은 경우에는 상기 튜브 모사부에 공급되는 냉각매체의 양을 감소시키는 것을 특징으로 하는 보일러 튜브 모사장치.
제10항에 있어서,
상기 온도센서는 상기 튜브 모사체의 외부 표면 측의 온도를 측정하는 제1 온도센서와, 상기 튜브 모사체의 내부 표면 측의 온도를 측정하는 제2 온도센서 중 적어도 하나를 구비하며,
상기 냉각제어부는 상기 제1 또는 제2 온도센서에서 감지된 온도를 설정온도와 비교하여 상기 튜브 모사부에 공급되는 냉각매체의 양을 제어하는 것을 특징으로 하는 보일러 튜브 모사장치.
제10항에 있어서,
상기 온도센서는 상기 튜브 모사체의 외부 표면 측의 온도를 측정하는 제1 온도센서와, 연소환경을 모사하고자 하는 튜브의 온도를 감지하는 제3 온도센서를 구비하며,
상기 냉각제어부는 상기 제1 온도센서에서 감지된 온도가 상기 제3 온도센서에서 감지된 온도에 연동하도록 상기 튜브 모사부에 공급되는 냉각매체의 양을 제어하는 것을 특징으로 하는 보일러 튜브 모사장치.
발전용 보일러에 설치되는 튜브의 연소환경을 모사하기 위하여 설치되며, 냉각매체가 흐르는 유로공간을 형성하는 몸체부와, 보일러 내부 환경에 노출되도록 상기 몸체부에 연결되는 튜브 모사체와, 상기 튜브 모사체에 설치되어 상기 튜브 모사체의 온도를 측정하는 온도센서를 구비하는 튜브 모사부; 및
상기 온도센서에서 감지된 온도에 따라 상기 튜브 모사부에 공급되는 냉각매체의 양을 조절하여 상기 튜브 모사체의 온도를 제어하는 냉각제어부;
를 포함하는 보일러 튜브 모사장치.
제13항에 있어서,
상기 몸체부는 다중관 구조로 이루어져 내부에 냉각수가 흐르는 냉각수 유로를 형성하는 것을 특징으로 하는 보일러 튜브 모사장치.
제13항에 있어서,
상기 온도센서는 상기 튜브 모사체의 외부 표면 측의 온도를 측정하는 제1 온도센서와, 상기 튜브 모사체의 내부 표면 측의 온도를 측정하는 제2 온도센서와, 연소환경을 모사하고자 하는 튜브의 온도를 감지하는 제3 온도센서 중 적어도 하나를 구비하며,
상기 냉각제어부는 상기 제1 내지 제3 온도센서 중 적어도 하나에서 감지된 온도를 기초로 하여 상기 튜브 모사부에 공급되는 냉각매체의 양을 제어하는 것을 특징으로 하는 보일러 튜브 모사장치.
제3항 내지 제9항, 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 온도센서는 상기 몸체부에 형성된 유로공간을 통하여 상기 튜브 모사체에 설치되는 것을 특징으로 하는 보일러 튜브 모사장치.
제1항 내지 제9항, 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 튜브 모사부는 발전용 보일러로부터 분리가능하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 보일러 튜브 모사장치.