KR20190059744A - 부하 분산 제어 방식을 적용한 전기집진기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 부하 분산 제어 방식을 적용한 전기집진기에 따르면 전기집진기의 방전극에 개별로 2차 전압 및 2차 전류를 감시하는 계측기를 설치하여 정류용 변압기의 운전 상태를 감시함으로써, 문제 발생 시 해당 정류용 변압기만 차단하고, 문제가 발생하지 않은 나머지 정류용 변압기를 통하여 전기집진기가 가동될 수 있도록 하여 전기집진기의 운전 효율의 극대화에 따른 미세 먼지 저감이 지속적으로 이루어질 수 있도록 하는 효과가 있다.

Description

부하 분산 제어 방식을 적용한 전기집진기{Electric Precipitator using Load Balancing Control Process}

본 발명은 부하 분산 제어 방식을 적용한 전기집진기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기집진기의 방전극에 개별로 2차 전압 및 2차 전류를 감시하는 계측기를 설치하여 정류용 변압기의 운전 상태를 감시함으로써, 문제 발생 시 해당 정류용 변압기만 차단하고, 문제가 발생하지 않은 나머지 정류용 변압기를 통하여 전기집진기가 가동될 수 있도록 하는 부하 분산 제어 방식을 적용한 전기집진기에 관한 것이다.

전기집진기는 화력발전소 보일러에서 연소에 의해 대기로 방출되는 배기가스를 전기집진기의 집진극과 방전극으로 구성되는 전계층을 통과시켜 배기가스 중에 포함되어 있는 분진을 전기적으로 포집하여 대기오염을 방지하는 설비이다.

전기집진기는 코로나 방전에 의한 전계의 힘을 이용하며 직류 고전압으로 코로나 방전을 발생시켜 정전기력에 의하여 분진 가스 중에 부유하는 분진을 포집하는 원리로 동작한다.

집진판에 부착된 분진은 주기적으로 가해지는 추타 장치의 충격 및 자중으로 떨어져 제거 된다.

전기집진기의 동작을 제어하기 위한 제어 시스템은 코로나 방전을 위해 적정한 직류 고전압을 공급하기 위한 하전제어장치와 집진 판에 포집된 분진을 제거하기 위한 추타 제어 시스템으로 구성된다.

이러한 종래의 전기집진기 제어시스템에서 코로나 방전을 위하여 직류 고전압의 공급을 통한 직류 연속 하전방식은 연속적으로 전압을 인가하는 방식으로 이에 따른 전력 소모가 많고, 계속적인 전압인가에 따라 전기집진기에서 아크(Arc)나 스파크(Spark) 또는 백 코로나(Back Corona) 현상이 빈번하게 발생되어, 경우에 따라서는 전기집진기에 전압을 거의 인가할 수 없는 상황이 실제 발전소 운전 시 나타나서, 전기집진기의 성능 저하 또는 해당 정류용 변압기의 가동정지(Trip)로 분진 배출량이 증가되어 환경규제 치 초과 시 발전소의 출력을 감발해야 하는 문제점이 있었다.

대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-2012-0033187호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 전기집진기의 방전극에 개별로 2차 전압 및 2차 전류를 감시하는 계측기를 설치하여 정류용 변압기의 운전 상태를 감시함으로써, 문제 발생 시 해당 정류용 변압기만 차단하고, 문제가 발생하지 않은 나머지 정류용 변압기를 통하여 전기집진기가 가동될 수 있도록 하여 전기집진기의 운전 효율의 극대화에 따른 미세 먼지 저감이 지속적으로 이루어질 수 있도록 하는 부하 분산 제어 방식을 적용한 전기집진기를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 부하 분산 제어 방식을 적용한 전기집진기는, 전기집진기의 방전극에 개별로 2차 전류를 감시하는 계측기를 설치하여 정류용 변압기의 운전 상태를 감시함으로써, 문제 발생 시 해당 정류용 변압기만 차단하고, 문제가 발생하지 않은 나머지 정류용 변압기를 통하여 전기집진기가 가동될 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

전기집진기는 하부로 연장되는 봉 형상으로써 폭 방향으로 복수로 구비된 방전극과, 상기 방전극과 서로 대향되게 구비되는 것으로 판 형상의 집진판이 포함되어 구성되어, 대향 구비된 방전극과 집진판이 길이 방향으로 반복적으로 배열되어 구성되며; 상기 각각의 방전극 입력단에 개별 전류계 및 개별 차단스위치가 구비될 수 있다.

각각의 방전극 입력단에 연결되어 개별 전류계의 상태를 감시하고, 개별 차단스위치의 개폐를 조정하는 차단조정부가 더 포함되어 구성될 수 있다.

차단조정부는 각각의 방전극 입력단에 연결된 개별 전류계를 통하여 입력전류와 출력전류가 오차범위에서 동일한 전류로 검출된 방전극에 구비된 개별 차단스위치가 오프되도록 조정할 수 있다.

전기집진기에는 분진 농도를 측정하여 모니터링 시스템으로 전송하는 분진 농도 측정기 및 전기집진기에 포집된 분진을 제거하기 위한 추타 장치가 더 연결되어 구성될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 부하 분산 제어 방식을 적용한 전기집진기에 따르면 전기집진기의 방전극에 개별로 2차 전압 및 2차 전류를 감시하는 계측기를 설치하여 정류용 변압기의 운전 상태를 감시함으로써, 문제 발생 시 해당 정류용 변압기만 차단하고, 문제가 발생하지 않은 나머지 정류용 변압기를 통하여 전기집진기가 가동될 수 있도록 하여 전기집진기의 운전 효율의 극대화에 따른 미세 먼지 저감이 지속적으로 이루어질 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 부하 분산 제어 방식을 적용한 전기집진기를 나타낸 개략도이며,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 부하 분산 제어 방식을 적용한 전기집진기의 구성 및 집진 원리를 나타낸 도면이며,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 부하 분산 제어 방식을 적용한 전기집진기의 제어 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이며,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 부하 분산 제어 방식을 적용한 전기집진기를 나타낸 예시도이며,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 부하 분산 제어 방식을 적용한 전기집진기의 제어 시스템에서 모니터링 상황을 설명하기 위한 도면이며,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 부하 분산 제어 방식을 적용한 전기집진기에서 이상 부분만 차단하는 과정을 설명하기 위한 블록도이며,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 부하 분산 제어 방식을 적용한 전기집진기에서 이상 부분만 차단하는 과정을 설명하기 위한 플로우차트이다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 일실시예에 따른 부하 분산 제어 방식을 적용한 전기집진기는 발전소에서 운영될 수 있는 것으로, 도 1에 나타낸 바와 같이, A계열 전기집진기(10) 및 B계열 전기집진기(50)로 나눌 수 있으며, 여기에 정류용 변압기(30)가 개별로 각각 10개씩, 총 20개의 정류용 변압기가 포함되어 구성된다.

A계열 전기집진기(10) 및 B계열 전기집진기(50)를 이루는 각각의 개별 전기집진기는 도 2에 나타낸 바와 같이, 코로나 방전을 하는 방전극(100)과 분진을 포집하는 집진판(300) 사이에 전계를 형성시켜 주는 하전제어장치(700) 및 포집된 분진을 제거하는 추타 장치(500)가 포함되어 구성된다.

전기집진기는 코로나 방전에 의한 전계의 힘을 이용하며 직류 고전압으로 코로나 방전을 발생시켜 정전기력에 의하여 분진 가스 중에 부유하는 분진을 포집하는 원리로 동작한다.

집진판(300)을 접지하고 방전극(100)에 고전압을 인가하면 코로나 방전이 발생하면서 전기집진기 내부 공간은 음이온과 전자로 채워지고 집진 공간에 연소가스가 유입되면 연소가스 중 분진은 (-)로 대전된다.

대전된 분진은 전계의 작용에 의한 쿨롱의 힘(Coulomb's Force)에 의하여 집진판(300)에 포집되고, 집진판(300)에 부착된 분진은 주기적으로 가해지는 추타 장치(500)의 충격 및 자중으로 떨어져 하부 호퍼(미도시)로 모이게 된다.

전기집진기는 이와 같은 과정을 거쳐 분진을 포집하고 제거한다.

하전제어장치(700)는 전기집진기가 분진을 포집하는데 필요한 전압을 전기집진기에 공급하기 위한 것이다.

하전제어장치(700)는 모니터링 시스템(900)의 제어 명령에 따라 A계열 정류용 변압기(30)에 전원을 공급하고, A계열 전기집진기(10)에 하전을 인가하여 A계열 전기집진기(10)가 집진하도록 제어하고, B계열 정류용 변압기(30)에 전원을 공급하고, B계열 전기집진기(50)에 하전을 인가하여 B계열 전기집진기(50)가 집진하도록 제어한다.

A계열 전기집진기(10) 및 B계열 전기집진기(50)에 설치되어 분진 농도를 측정하는 분진 농도 측정기(미도시)가 더 구성된다.

분진 농도 측정기는 전기집진기 내부 공간의 분진 농도를 측정하여 모니터링 시스템(900)으로 전송하며, 전송된 분진 데이터는 모니터링 시스템(900)에서 미리 설정된 설정 값과 비교되어 제어에 수행되고, 모니터링 시스템(900)에서 그래픽으로 디스플레이되어 전기집진기의 운전 상태와 전기집진기 입/출구의 분진 농도를 감시할 수 있도록 구성될 수 있다.

추타 장치(500)는 전기집진기에 포집된 분진을 제거하기 위한 것으로, 모니터링 시스템(900)의 제어 명령에 따라 집진판(300)에 진동을 주어 부착된 분진을 제거함으로써 계속적인 집진 효율을 유지시켜 주게 된다.

각 계열별 설치되어 있는 정류용 변압기(30)는 계열별 10개가 개별 설치 운전 중이며, 운전 상태를 감시하기 위해 모니터링 시스템(900)에 제어용 운전화면이 구성될 수 있다.

따라서 총 20개의 정류용 변압기 중 불량 개소가 발생되어 가동이 정지될 경우, 뒤 열의 정류용 변압기에 운전 부하를 증가시키게 되어 연속적으로 운전 불능 상태가 발생될 수 있으며, 이에 따른 전기집진기의 먼지 제거 효율이 저하하게 된다.

예를 들면 정류형 변압기(30) A1이 운전 불가로 가동이 중지되어 다량의 먼지가 정류형 변압기 A2로 전달되면, A2의 운전 상황에도 불구하고 과부하로 작용하여 운전 상태가 불량해질 경우가 발생되며, 정류형 변압기 A3, 정류형 변압기 A4, 정류형 변압기 A5로 계속 파급 효과가 진행되어, 결국 전기집진기의 먼지 제거 효율이 저하하게 된다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 모니터링 시스템(900)에서 전기집진기의 운전 상태를 제어용 운전화면상에서 모니터링하며, 각 계열별 설치되어 있는 전기집진기내의 스파크발생부(200)에서 Spark 및 Arc 등의 발생 여부는 제어용 운전화면상에서 운전 상태를 감시 후 Spark 및 Arc 등에 의한 스파크발생부(200)가 존재하면, 하전량을 조정하여 2차 전류를 감소시켜 Spark 및 Arc 발생을 억제하도록 운전을 하며, Spark 및 Arc가 지속적인 발생으로 인하여 해당 전기집진기의 운전이 불가능할 경우에는 해당 정류용 변압기를 정지시킨다.

각각의 정류용 변압기(203)에 연결된 부하인 개별 전기집진기는 행거서포트(90), 방전극(100) 및 집진판(300)을 포함한 1개의 집진기가 7개로 구성된다.

즉, 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 방전극(100)은 하부로 연장되는 봉 형상으로써 폭 방향으로 복수로 구비되고, 상기 집진판(300)은 상기 방전극(100)과 서로 대향되게 구비되는 것으로 판 형상으로 구성되며, 대향 구비된 방전극(100)과 집진판(300)이 1개의 세트로써, 길이 방향으로 7세트가 배열되어 구성된다.

모니터링 시스템(900)의 감시 화면상에서는 도 5에 나타낸 바와 같이, 각각의 정류용 변압기(30)의 운전 상태를 감시하고 있으며, 감시 항목으로 2차 전압 표시부(91)에 표시되는 2차 전압(Vo), 2차 전류 표시부(93)에 표시되는 2차 전류(Io), 스파크 표시부(95)에 표시되는 스파크(Spark) 발생률 및 하전율 표시부(97)에 표시되는 하전율을 실시간으로 감시하고 있다.

따라서 모니터링 시스템(900)에서 운전 상태 감시 중 방전극(100)과 집진판(300)에서 Spark 및 Arc가 발생(200)될 경우가 있으며, 스파크 발생이 증가하는 상황이 발생되면, 이에 따라 2차 전압과 2차 전류가 헌팅하거나 또는 감소하는 현상을 나타나며, 이럴 경우 하전율 조정을 통하여 운전 상태가 안정화 하도록 조치를 취한다.

그러나 하전율을 최소로 조정하여도 2차 전압과 2차 전류가 안정화되지 않아 정류형 변압기가 Trip되는 상황이 발생될 수 있다.

이러한 경우, 정류용 변압기에 연결된 부하인 전기집진기의 불량 개소의 원인을 파악해 보면, 방전극(100) 및 집진판(300)의 고정 상태 불량, 이격거리 및 간섭 등으로 나타날 수 있으며, 이런 현상은 방전극(100)과 집진판(300) 사이의 전체 면적에서 나타나기 보다는 일부분인 스파크 발생부(200)에서 Spark 및 Arc가 발생되는 경우가 많다.

따라서 정류용 변압기의 운전 상태의 전체를 확인할 수 있는 것을 포함하여, 개별 운전 상태를 확인하기 위하며, 도 6에 나타낸 바와 같이, 각각의 방전극(100) 입력단에 개별 전류계(130)와 개별 차단스위치(150)를 각각 구비한다.

따라서 정류용 변압기에 연결된 집진기의 범위 중 Spark 및 Arc가 발생된 스파크 발생부(200)를 확인하여, 해당 집진기의 전원만 차단 후 정상적인 집진기에 대하여는 정상 전원을 가압하여 운전이 가능하도록 할 수 있다.

즉, 상기 정류용 변압기(30)에 연결된 7개의 개별 집진기는 병렬회로로 등가화될 수 있고, 각각의 개별 집진기의 방전극(100)과 집진판(300)은 저항체가 되어, 저항체의 저항 값에 따라 집진기를 흐르는 전류 값이 변화하게 된다.

예를 들어, 정류용 변압기(30)에 연결된 7개의 개별 집진기 중 첫 번째 집진기로 흐르는 전류 I1을 를 계산해보면 저항체인 R1에 대하여 수학식 1과 같이 산출될 수 있다.

한편, 방전극(100)과 집진판(300)이 서로 밀착되어 단락이 발생될 경우에, I1의 전류 값을 계산해보면, 단락으로 인해 R1은 "0"이므로, R1으로 2차 전류인 Io가 모두 흐르게 되어 수학식 2에 나타낸 바와 같이, I1 = Io로 나타낼 수 있다.

이어서, 정류용 변압기(30)에 연결된 7개의 개별 집진기 중 두 번째 집진기에 해당하는 저항체 R2에 흐르는 전류 값을 계산해보면, R1이"0"이므로, R1으로 2차 전류인 Io가 모두 흐르게 수학식 3과 같이 I2 = 0(A)로 산출된다.

따라서 I2 = 0(A)이고, I3, I4, I5, I6, I7도 모두 "0"(A)로 산출된다.

수학식 1 내지 수학식 3에서 산출된 바와 같이, 방전극(100)과 집진판(300)이 서로 밀착되어 단락이 발생되면 회로의 전체 전류 Io가 단락된 집진기 쪽으로 모두 흘러 전류 I1값이 상승되며, 단락이 발생하지 않는 집진기 쪽으로 흐르는 전류는 "0"으로 감소할 것이다.

단락이 발생된 집진기 쪽으로 흐르는 전류 및 단락이 발생하지 않은 집진기 쪽으로 흐르는 전류를 검출하기 위하여 각 병렬회로, 즉 각각의 방전극(100)으로 입력되는 입력 전류를 감시하기 위하여 방전극(100)의 입력단에 개별 전류계(130)을 설치하고, 방전극(100)과 집진판(300)이 서로 밀착되어 단락이 발생되면 흐르는 전류를 차단하기 위하여 개별 전류계(130)와 방전극(100) 사이에 회로를 차단시킬 수 있는 개별 차단스위치(150)를 설치한다.

그리고, 각각의 개별 전류계(130) 및 개별 차단스위치(150)에 연결되어, 방전극(100)과 집진판(300)이 서로 밀착되어 단락이 발생된 집진기로 흐르는 전류가 차단되도록 개별 차단스위치(150)를 동작시키는 차단조정부(170)가 구비된다.

이렇게 함으로써, 모니터링 시스템(900)에서 2차 전압(Vo)dhk 2차 전류(Io)를 모니터링 하면서(S110), 정류용 변압기(30)에 연결된 7개의 개별 집진기에서 스파크가 발생하는지 감시하며(S120), 정류용 변압기(30)에 연결된 7개의 개별 집진기 중 방전극(100)과 집진판(300)이 서로 밀착되어 스파크 발생이 감지되고 이에 따른 2차 전류 값의 변동을 모니터링한다(S130).

이어서, 차단조정부(170)를 통하여 정류용 변압기(30)에 연결된 7개의 개별 집진기로 흐르는 개별 전류를 모니터링하면서(S140), 개별 집진기로 흐르는 각각의 개별 전류의 값이 오차 범위 내에서 동일한 범위이면, 개별 전류의 모니터링을 유지하고(S150), 개별 집진기로 흐르는 각각의 개별 전류의 값이 대부분은 오차 범위 내에서 동일하지만, 어느 하나가 오차 범위를 벗어나 큰 차이를 나타내면, 해당 개별 전류가 흐르는 집진기에 스파크 발생부(200)가 발생되었다고 판단하고, 스파크 발생부(200)가 발생된 집진기에 연결된 개별 차단스위치(150)를 동작시켜, 스파크 발생부(200)가 발생된 집진기로 흐르는 전류를 차단시킨다(S160).

이렇게 함으로써, 전기집진기의 운전 상태에 따라 Spark 및 Arc가 발생 시에 해당 정류용 변압기가 정지 또는 Trip 됨에 따른 전기집진기 전체가 가동 중지되어먼지 농도가 증가될 수 있는 상황을, 정류용 변압기에 연결된 전기집진기내의 개별 집진기의 운전 상태를 각각 확인할 수 있는 차단조정부(170)를 통하여 Spark 및 Arc가 발생된 집진기 부분만 차단하고, 나머지 Spark 및 Arc가 발생하지 않은 집진기를 통하여 정류용 변압기에 의한 가동을 지속적으로 실시할 수 있도록 함으로써 먼지 농도의 증가를 최소화 할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 부하 분산 제어 방식을 적용한 전기집진기에 따르면 전기집진기의 방전극에 개별로 2차 전압 및 2차 전류를 감시하는 계측기를 설치하여 정류용 변압기의 운전 상태를 감시함으로써, 문제 발생 시 해당 정류용 변압기만 차단하고, 문제가 발생하지 않은 나머지 정류용 변압기를 통하여 전기집진기가 가동될 수 있도록 하여 전기집진기의 운전 효율의 극대화에 따른 미세 먼지 저감이 지속적으로 이루어질 수 있도록 하는 효과가 있다.

이상의 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 제시하여 설명하였으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

100:방전극 130: 개별 전류계
150: 개별 차단스위치 170: 차단조정부
200: 스파크 발생부 300: 집진판
700: 하전제어장치

Claims (5)

1. 전기집진기의 방전극에 개별로 2차 전류를 감시하는 계측기를 설치하여 정류용 변압기의 운전 상태를 감시함으로써, 문제 발생 시 해당 정류용 변압기만 차단하고, 문제가 발생하지 않은 나머지 정류용 변압기를 통하여 전기집진기가 가동될 수 있도록 하는 것을 특징으로 한 부하 분산 제어 방식을 적용한 전기집진기.
2. 청구항 1에 있어서, 전기집진기는 하부로 연장되는 봉 형상으로써 폭 방향으로 복수로 구비된 방전극과, 상기 방전극과 서로 대향되게 구비되는 것으로 판 형상의 집진판이 포함되어 구성되어, 대향 구비된 방전극과 집진판이 길이 방향으로 반복적으로 배열되어 구성되며; 상기 각각의 방전극 입력단에 개별 전류계 및 개별 차단스위치가 구비된 것을 특징으로 한 부하 분산 제어 방식을 적용한 전기집진기.
3. 청구항 2에 있어서, 각각의 방전극 입력단에 연결되어 개별 전류계의 상태를 감시하고, 개별 차단스위치의 개폐를 조정하는 차단조정부가 더 포함되어 구성된 것을 특징으로 한 부하 분산 제어 방식을 적용한 전기집진기.
4. 청구항 3에 있어서, 차단조정부는 각각의 방전극 입력단에 연결된 개별 전류계를 통하여 입력전류와 출력전류가 오차범위에서 동일한 전류로 검출된 방전극에 구비된 개별 차단스위치가 오프되도록 조정하는 것을 특징으로 한 부하 분산 제어 방식을 적용한 전기집진기.
5. 청구항 1에 있어서, 전기집진기에는 분진 농도를 측정하여 모니터링 시스템으로 전송하는 분진 농도 측정기 및 전기집진기에 포집된 분진을 제거하기 위한 추타 장치가 더 연결되어 구성된 것을 특징으로 한 부하 분산 제어 방식을 적용한 전기집진기.

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