KR960016258B1 - 보일러 효율 자동 연속기록장치 - Google Patents

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KR960016258B1 KR1019920015963A KR920015963A KR960016258B1 KR 960016258 B1 KR960016258 B1 KR 960016258B1 KR 1019920015963 A KR1019920015963 A KR 1019920015963A KR 920015963 A KR920015963 A KR 920015963A KR 960016258 B1 KR960016258 B1 KR 960016258B1
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Abstract

없음

Description

보일러 효율 자동 연속기록장치
제1도는 본 발명의 구성을 개략적으로 도시한 블럭도.
제2도는 본 발명의 일실시예에 따른 구성 블럭도.
제3도는 본 발명에 의한 연산 및 제어부의 수행 흐름도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 온도 검출부12 : 산소농도 검출부
13, 14 : 증폭 및 신호처리부15 : 연산부
16 : D/A 변환부17 : 기록부
본 발명은 산업용 보일러에 관한 것으로, 특히 배기가스에 포함된 산소농도와 배기가스의 온도를 측정하여 해당 보일러의 효율을 산출하고, 이를 연속적으로 기록함으로써 항상 효율적인 운전상태를 유지할 수 있도록 하는 보일러 자동 연속기록장치에 관한 것이다.
지금까지 보일러의 효율을 측정하는 방법으로, 보일러에 유입되는 모든 열량에 대한 출력되는 유용한 열량의 비율은 계산하는 "입출열법"이 이용되어 왔으나, 이는 측정 항목이 지나치게 많고, 전문적인 지식에 의한 계산을 요구하며, 연속적인 측정이 불가능하기 때문에 실제 산업현장에서는 실용화되지 못한다는 문제점이 있었다.
또한, 보일러에서 필요 이상의 공기를 공급하는 경우에는 배출되는 배기가스에 포함된 산소성분의 발생 농도가 높아지게 되어, 연소와 무관한 과잉공기를 가열하여 배출함으로써 발생하는 열손실이 증가하게 된다. 반면에, 적정량의 공기를 공급하더라도 열설비류 내부에서 충분한 열교환이 이루어지지 못하는 경우에는 배기가스의 온도가 상승하게 되고, 이에 따른 열손실이 증가하므로 배기가스의 온도와 산소 농도를 적정상태로 유지하는 것은 에너지 절약의 측면에서 매우 필수적인 사항이다.
이에 착안하여 안출된 방법이 이른바 "열손실법"으로서, 이 열손실에 의한 보일러의 효율을 계산하는 방법은 KS B 6205의 7.4(2)항에 규정되어 있음며, 이를 간단히 설명하면 다음과 같다.
열손실법에 의한 보일러의 효율
(1)
(2)
(3)
여기에서,
열손실(LL)=L1+L2+L3+L4+L5+L6, kcal/kg(또는 m3)(4)
HL: 연료의 저발열량, kcal/kg(또는 m3)
Q : 연료의 현열, 공기의 현열, 취입증기의 지입열, 보기의 일에 상당하는 열 등에 의한 입열의 합계, kcal/kg(또는 m3)
L1: 연소에 의해서 생기는 배기가스(수증기 포함)의 열손실(배기가스의 보유열), kcal/kg(또는 m3)
L2: 노내 취입증기 또는 온수에 의한 열손실, kcal/kg(또는 m3)
L3: 불완전 연소가스에 의한 열손실, kcal/kg(또는 m3)
L4: 연소 잔재물중의 미연소분에 의한 열손실, kcal/kg(또는 m3)
L5: 방산열에 의한 열손실, kcal/kg(또는 m3)
L6: 기타의 손실, kcal/kg(또는 m3)
그러나, 위의 계산방식을 엄밀하게 적용하여 보일러 효율을 측정하려면, 연료 및 공기 예열기에 의한 열량과 증기 및 온수 등의 취입에 의한 열량을 모두 감안하여야 하므로 입출열법에서와 동일한 복잡한 측정과 계산을 필요로 하는 문제점을 내포하고 있다.
따라서, 본 발명은 상기의 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 실제로현장에서 보일러 효율을 간편하게 연속적으로 측정하고, 측정된 결과를 연속적으로 기록하기 위하여 비교적 그 영향 정도가 적은 항목을 무시하고, 영향정도가 큰 항목일지라도 상수로 취급할 수 있는 항목을 일정한 값으로 간주함으로써, 배기가스의 온도와 산소성분의 농도만을 측정하여 개략적인 열효율을 산출하고, 이를 연속적으로 기록하는 보일러 효율 자동 연속기록장치를 제공함에 그 목적을 두고 있다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 보일러 효율을 간편하게 연속적으로 측정하고 측정된 결과를 연속적으로 기록하는 장치에 있어서, 배기가스 온도를 검출하는 온도 검출수단; 배기가스의 산소농도를 검출하는 산소농도 검출수단; 상기 온도 검출수단으로부터의 검출신호를 입력하여 증폭하고 연산회로에 알맞은 신호로 변환시키는 제1증폭 및 신호처리수단; 상기 산소농도 검출수단으로부터의 검출신호를 입력하여 증폭하고 연산회로에 알맞은 신호로 변환시키는 제2증폭 및 신호처리수단; 상기 제1 및 제2증폭 및 신호처리수단의 출력단에 연결되어 있으며, 입력되는 신호를 이용하여 자동적으로 효율을 산출하기 위해 연산하고 적절한 출력값으로 결정하는 연산수단; 상기 연산수단의 출력단에 연결되어 있으며, 상기 연산수단의 디지털 출력값을 아날로그신호로 변환시켜 출력하는 디지털/아날로그 변환수단; 및 상기 디지털/아날로그 변환수단에 연결되어 있으며, 상기 변환부의 출력값을 연속적으로 기록하는 기록수단으로 구성되는 보일러 효율 자동 연속기록장치를 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 일실시예를 상세히 설명한다.
제1도는 본 발명의 구성을 개략적으로 도시한 블럭도로서, 도면에서 11은 온도 검출부, 12는 산소농도 검출부, 13과 14는 증폭 및 신호처리부, 15은 연산부, 16은 디지털/아날로그 변환부, 17은 기록부를 각각 나타낸 것이다.
도면에 도시한 바와같이 본 발명의 보일러 효율 자동 연속기록장치는 산업용 보일러등의 배기가스 온도를 검출하는 온도 검출부(11)와, 배기가스의 산소농도를 검출하는 산소농도 검출부(12)와, 상기 온도 검출부(11)로부터의 검출신호를 입력받아 증폭하고 연산회로에 알맞은 신호로 변환시키는 증폭 및 신호처리부(13)와, 상기 산소농도 검출부(12)로부터의 검출신호를 입력받아 증폭하고 연산회로에 알맞은 신호로 변환시키는 증폭 및 신호처리부(14)와, 상기 증폭 및 신호처리부(13, 14)의 출력단에 연결되어 있으며, 입력되는 신호를 이용하여 자동적으로 효율을 산출하기 위해 연산하고 적절한 출력값으로 결정하는 연산부(15)와, 상기 연산부(15)의 출력단에 연결되어 있으며, 상기 연산부(15)의 디지털 출력값을 아날로그신호로 변환시켜 출력하는 디지탈/아날로그 변환부(16)와, 상기 디지털/아날로그 변환부(16)에 연결되어 있으며, 상기 디지털/아날로그 변환부(16)의 출력값을 스트립 챠트에 연속적으로 기록하는 기록부(17)를 구비한다.
전술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 원리를 소개하면 다음과 같다. 전술한 식(4)에서 L2+L3+L4+L5+L6=k1으로 간주하면,
LL=L1+k1(5)
이 되고, 연료, 공기예열기에 의한 유입열량과 증기, 온수 등의 취입에 의한 유입열량을 무시하면, 식(3)에서의 Q=0라고 할 수 있다.
따라서, 식(3)을 다시 정리하면 다음과 같다.
(6)
한편, 배기가스 손실(L1)은 다음 식으로 표시된다.
L1=GCg(ta-to)(7)
={G1+(m-1)A0}Cg(tg-to)(8)
여기에서,
G : 연료 1kg(또는 m3)당의 실제 배기가스량(수증기 포함), m3/kg(또는 m3/)
Cg: 배기가스의 평균 비열(통상 0.33kcal/m3℃로 간주함)
tg: 배가스의 온도, ℃
to: 외기온도, ℃
G1: 수증기를 포함한 이론 연소가스량, m3/kg(또는 m3)
m : 공기비
Ao: 이론(건조) 공기량, m3/kg(또는 m3)
그리고, 식(8)에서, G1, Ao, Cg는 연료의 종류에 따라서 변화하는 상수이고, 공기비 m은,
(9)
으로 약산이 가능하며, (tg-to)는 측정 원리상 △T=T로 바꿀 수 있다. 이상의 조건을 대입하여 식(8)을 정리하면 L1은,
(10)
이다. 여기에서,
a*=(G1-A0)cg, b*=21Aocg(11)
이제, 상기 식(10)을 식(6)에 대입하여 전개하면 다음과 같다.
(12)
여기에서,
(13)
지금까지 알려져 있는 G1,A0, cg, HL등의 수치를 이용하여 위의 식(11)에 대입하여 a*, b*를 계산하고, 이를 식(13)에 대입하여 연료의 종류에 대한 식(12)의 매개 변수값을 계산하여 정리한 일예를 들면 다음의 <표 1>과 같다.
[표 1]
열손실법에 의한 보일러의 효율식에 있어서의 각 매개변수 값
따라서, 본 발명에 있어서는 상기의 식(12)를 이용하여 <표 1>에 계산된 각각의 연료에 대한 매개 변수값으로부터 배기가스의 산소농도와 온도를 측정하여 개략적인 보일러 효율을 계산하고, 계산된 효율의 연속적인 기록을 수행하는 것이다.
제2도는 본 발명의 일실시예의 상세 블럭도로서, 연소분석기의 자동효율기록장치의 검출신호 변환회로 및 기록장치 구동회로를 구체적으로 도시한 구성도이다.
도면에서 21은 배기가스 온도 검출기인 K형 열전대, 22는 지르코니아(ZrO2) 방식의 배기가스 산소농도 검출기, 23과 24는 증폭용 IC로서 LT1101과 LM358을 이용하여 구현될 수 있다. 그리고, 25는 LM331을 이용한 전압/주파수(V/F) 변환기로서, 이 변환기 대신에 아날로그/디지털 변환기를 이용하여 구현할 수도 있다. 26은 6805 마이크로프로세서를 이용한 연산 제어부, 26a는 발진기, 27은 DAC-08을 이용한 디지털/아날로그 변환기, 28은 OP-07을 이용한 전류/전압 변환기, 29은 상용화된 50mm 또는 100mm의 기록폭을 갖는 스트림 챠트 기록계를 각각 나타낸 것이다.
따라서, 배기가스 온도를 검출하여 그 온도에 비례하는 기전력을 발생시키는 센서인 K형 열전대(21)와 배기가스 산소농도를 검출하여 그 농도에 비례해서 기전력을 발생시키는 지르코니아(ZrO2) 방식의 배기가스 산소농도 검출기(22)로부터 출력되는 전압신호를 증폭용 IC(23, 24)를 통해 각각 증폭하고, 이 증폭된 전압신호를 전압/주파수 변환기(25)로 입력시켜 주파수 형태의 신호로 변환하여 연산 및 제어부(26)로 출력한다. 이때 증폭된 전압신호를 8비트 아날로그/디지털 변환기를 이용하여 곧바로 디지털값으로 변환하여 연산 및 제어부로 출력할 수도 있다. 연산 및 제어부(26)에서는 입력된 측정 주파수에 따라 그것을 수치계산으로 대수화 시킴으로써 동특성 범위를 넓혀 디지털로 출력시키고, 이 신호를 디지털/아날로그 변환기(27)에서 아날로그신호로 변환한 후, 전류/전압 변환기(28)에서 전압신호로 변환하여 스트립 챠트 기록계(29)에 의해 배기가스의 온도와 보일러 효율을 연속적으로 기록하도록 한 것이다.
그리고, 본 발명의 바람직한 일실시예에서는 상기 증폭부 및 전압/주파수(V/F) 변환부는 본원 출원인에 의해 출원된 특허출원 제13955호에 공개된 기술을 이용하여 구성하였으며, 상기 연산 및 제어부는 주파수 측정기능을 내장한 6805 마이크로프로세서와 상기 마이크로프로세서에 출력신호를 제공하는 4.194MHz 발진기(26a)로 구현하였고, DAC-08을 이용한 디지털/아날로그 변환부 및 OP-07을 이용한 전류/전압 변환부를 거치면서 계산된 보일러 효율과 배기가스 온도를 상용화된 50mm 또는 100mm의 기록폭을 갖는 스트립 챠트 기록계에 연속적으로 기록되도록 한 것이다.
첨부된 제3도는 상기 제2도의 연산 및 제어부에 입력된 프로그램의 수행 흐름도를 나타낸 것이다. 먼저, 6805 마이크로프로세서의 인터럽트(interrupt)와 스텍(stack)을 지정해 주면(31), 전압/주파수 변환기(25)에서 배기가스의 온도와 산소농도의 검출신호를 입력하고, 사용되는 연료종류에 따라 매개변수값이 미리 설정된다(32). 그리고 나서, 인터럽트 체크루틴에서 인터럽트신호의 입력시에(33), 주파수를 측정하거나 또는 아날로그/디지털 변환을 수행하여(34), 디지털로 변환된 검출신호와 선택된 연료종류에 따라 설정된 매개변수값을 이용하여 상기 식(12)의 효율 계산 공식에 따라 효율을 계산한 후(35), 발광다이오드(LED)에 디스플레이할 것인가를 체크한다(36). 이때 기록과 동시에 표시수단을 통해 디스프레이하는 경우에는, 디스플레이 루틴을 작동하여(38), 통상적으로 7-세그먼트 발광다이오드(LED)로 구성되는 표시장치를 통해 디스플레이 하고, 또한 디지털/아날로그 변환기를 출력하여(37) 스트립 챠트 기록계를 구동하도록 한다. 그렇지 않고 단순히 보일러 효율의 기록만을 원하는 경우에는 발광다이오드 디스플레이 루틴을 구동하지 않는다.
전술한 바와같은 본 발명은 측정된 산소농도 및 배기가스의 온도와 연료에 대한 매개 변수값을 이용하여, 간단한 방식으로 보일러 효율을 계산하고, 계산된 효율의 연속적인 기록을 수행함으로써 항상 효율적인 보일러 운전상태를 유지할 수 있도록 하는 효과를 갖는다.

Claims (2)

  1. 보일러 효율을 연속적으로 측정하고 측정된 측정된 결과를 연속적으로 기록하는 장치에 있어서, 배기가스의 온도를 검출하기 위한 온도 검출수단(11); 배기가스중의 산소농도를 검출하기 위한 산소농도 검출수단(12); 상기 온도 검출수단(11)으로부터 검출신호를 입력받아 증폭하고 연산회로에 알맞은 신호로 변환시키는 제1증폭 및 신호처리수단(13); 상기 산소농도 검출수단(12)으로부터 검출신호를 입력받아 증폭하고 연산회로에 알맞은 신호로 변환시키는 제2증폭 및 신호처리수단(14); 상기 제1및 제2증폭 및 신호처리수단(13, 14)의 출력단에 연결되어, 입력되는 온도 검출값과 산소농도 검출값 및 사용되는 연료에 따라 미리 설정된 매개변수값을 이용하여 보일러의 효율을 산출하기 위한 연산을 수행하는 연산수단(15); 상기 연산수단(15)의 출력단에 연결되어 있으며, 상기 연산수단(15)의 디지털 출력값을 아날로그신호로 변환시켜 출력하는 디지털/아날로그 변환수단(16); 및 상기 디지털/아날로그 변환수단(16)에 연결되어 있으며, 상기 디지털/아날로그 변환수단(16)의 출력값을 연속적으로 기록하는 기록수단(17)을 포함해서 이루어진 보일러 효율 연속 기록장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2증폭 및 신호처리수단(13, 14)은, 전압/주파수 변환수단을 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러 효율 연속기록장치.
KR1019920015963A 1992-09-02 1992-09-02 보일러 효율 자동 연속기록장치 KR960016258B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101021293B1 (ko) * 2008-10-02 2011-03-11 한국전력공사 순 산소 보일러 연소 가스 물성 자동계산 시스템 및 방법

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