WO2018097568A1 - 슬래깅 층의 모니터링을 통한 연소로 제어 시스템 - Google Patents

슬래깅 층의 모니터링을 통한 연소로 제어 시스템 Download PDF

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slagging
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이용운
채태영
양원
이재욱
툼사테페라젤라램
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    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2225/00—Measuring
    • F23N2225/08—Measuring temperature

Definitions

  • the present invention relates to a furnace control system, and more particularly, to a furnace control system for controlling the furnace by appropriately adjusting the slagging layer generated in the furnace.
  • Slag is a phenomenon in which the temperature of the furnace in the combustion process is higher than the melting point of the ash contained in the fuel, and the ash particles are melted and solidified by contact with the wall of the furnace with the water cooling wall.
  • the molten ash hardens by combustion, and slagging of a solid layer is formed.
  • the resulting slagging layer can control the thickness of the slagging layer deposited according to the amount of fuel injected, the melting point and the temperature of the furnace.
  • Patent Literature 1 controls the amount of fuel and oxygen supplied to the gasifier according to the amount of liquid slagging generated in the gasifier, and when the slagging layer is thin, an additional silica additive is added to adjust the thickness of the slagging layer. do.
  • Patent Literature 1 only the viscosity of the liquid layer can be measured through a device such as a transducer, so that the thickness of the solid layer cannot be grasped. Is difficult, and also causes a cost problem with the supply of additional additives.
  • Patent document 2 arrange
  • Patent Literature 2 As in Patent Literature 1, the thickness of the solid layer cannot be determined, and the efficiency of the melting furnace itself is prevented by preventing slag clogging due to slagging, rather than optimal control of the melting furnace through measurement of slagging. There is a disadvantage that it is difficult to increase.
  • Patent Document 3 the thickness of the solid slagging produced in the gasifier is measured, the liquid slagging is sampled separately, the viscosity thereof is measured, and accordingly, the flow rate of additional limestone in the gasifier is controlled.
  • Patent Document 1 KR 2015-0083527 A
  • Patent Document 2 JP 2002-130639 A
  • Patent Document 3 KR 2011-0046900 A
  • the present invention can measure the slagging thickness and viscosity of the solid and liquid layer in real time in real time, it is possible to integrally control the thickness of the slagging layer in the furnace, the temperature of the furnace and fouling of the superheater. It is intended to provide a combustion furnace control system through monitoring of the slagging layer.
  • the burner is provided, the combustion furnace in which the combustion of the supplied fuel is made;
  • a laser measuring unit located at one side of the combustion furnace and measuring the thickness of the slagging layer in the combustion furnace for each solid layer and liquid layer by using two kinds of lasers having different transmission targets;
  • a fuel supply unit configured to supply two or more kinds of fuels having different physical properties to the combustion furnace;
  • a soot blower installed in the superheater connected to the combustion furnace; And controlling the amount and ratio of each fuel supplied from the fuel supply unit to the combustion furnace, the operation of the burner and the soot blower in correspondence to the thickness of each slagging layer in the combustion furnace measured from the laser measuring unit. It provides a combustion furnace control system through the monitoring of the slagging layer comprising a control unit.
  • the control unit sets the thickness of the slagging layer suitable for the set operating temperature from the set operating temperature of the combustion furnace and the respective property values of the two or more types of fuel supplied from the fuel supply unit, and measures the thickness from the laser measuring unit. It is preferable to control the amount and ratio of the respective fuels supplied from the fuel supply unit to the combustion furnace by comparing the thickness of each slagging layer in the combustion furnace with the set thickness of the slagging layer.
  • a temperature measuring sensor for measuring a temperature in the combustion furnace, wherein the control unit compares the temperature in the combustion furnace measured by the temperature measuring sensor with the set operating temperature, and correspondingly determines the flame length of the burner. It is desirable to control.
  • the controller calculates a viscosity of the slagging liquid layer from the thickness of the slagging liquid layer in the combustion furnace measured from the laser measuring unit, and calculates the viscosity of the fouling according to the calculated viscosity of the slagging liquid layer. It is preferred to control the operation of the soot blower correspondingly.
  • a plurality of laser measuring units are installed, and it is preferable to measure the thickness of the slagging layer at each installed position.
  • the furnace control system through the monitoring of the slagging layer according to the present invention as described above, by controlling the fuel, burner and soot blower supplied to the furnace through real-time monitoring of the slagging layer in the furnace,
  • the graded coal can be used more actively as a fuel for the furnace, thereby improving the efficiency of the furnace through economical and precise control of the thickness of the slagging layer.
  • FIG. 1 schematically shows a configuration of a combustion furnace control system through monitoring of a slagging layer according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 schematically shows a state of measuring the thickness of the slagging layer using the laser measuring unit in the furnace control system through monitoring of the slagging layer according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a detailed view of the configuration of the laser measuring unit in the furnace control system through the monitoring of the slagging layer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing a state in which a laser traveling direction is changed upward by an operation of a reflector of a laser measuring unit in a combustion control system through monitoring of a slagging layer according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 illustrates a state in which a laser traveling direction is changed downward by an operation of a reflector of a laser measuring unit in a combustion control system by monitoring a slagging layer according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • Each component constituting the furnace 100 control system through monitoring of the slagging layer according to the present invention may be used integrally or separately separated as necessary. In addition, some components may be omitted depending on the form of use.
  • the control system of the combustion furnace 100 through monitoring of the slagging layer includes a combustion furnace 100, a laser measuring unit 500, a fuel supply unit 300, And a soot blower 400 and a controller 600.
  • the combustion furnace 100 is provided with a space in which combustion can be made, and combustion of the fuel supplied to the combustion furnace 100 is performed through the burner 200 provided at one side, and the combustion furnace 100 is also provided.
  • a temperature measuring sensor (not shown) for measuring an internal temperature may be provided.
  • the combustion furnace 100 is provided with a water cooling wall (not shown) for protecting the high temperature combustion furnace 100.
  • the ash particles contained in the fuel combusted in the combustion furnace 100 are melted to flow in the combustion furnace 100 and then inside the wall 110 of the combustion furnace 100.
  • it is rapidly cooled to produce slagging inside the boiler wall 110, which slags the solid and liquid layers according to the distance to the inside of the wall 110 of the furnace 100 as described above. It forms and is stacked inside the boiler wall 110, causing the above-mentioned problem when excessively stacked.
  • the laser measuring unit 500 is provided at one side of the combustion furnace 100, and measures the thickness of the slagging layer stacked inside the wall surface 110 of the combustion furnace 100 by the combustion of fuel.
  • the laser measuring unit 500 may measure the thickness of the slagging layer stacked inside the combustion chamber 100 inside the wall 110 in real time for each of the solid layer 120 and the liquid layer 130. Thickness measurement can be made by projecting two lasers from which a permeation object differs.
  • the laser measuring unit 500 is composed of a laser projection means for projecting a laser capable of transmitting only the gaseous target material and a laser projection means for projecting a laser capable of transmitting both gaseous and liquid target materials.
  • the thickness of the slagging layer in the 100 may be measured in real time for each of the solid layer 120 and the liquid layer 130.
  • a plurality of laser measuring units 500 may be installed for each location of the combustion furnace 100 to measure the slagging layer thickness for each location in the installed combustion furnace 100.
  • the laser measuring unit 500 will be described in detail with reference to FIG. 3.
  • the laser measuring unit 500 includes a first laser projector 510, a second laser projector 520, reflectors 531 and 532, and operation plates 541 and 542. .
  • the first laser projection unit 510, the second laser projection unit 520, and the laser measuring unit 500 may be disposed inside the space of the housing 501, which is provided with a predetermined space therein.
  • a laser that can transmit only gas is projected from the first laser projector 510, and a laser that transmits both gas and a liquid (fluid) is projected from the second laser projector 520.
  • One side of the housing 501 that is, the combustion furnace 100, is open, and the lasers projected from the first laser projector 510 and the second laser projector 520 may proceed into the combustion furnace 100.
  • the transmission window 502 is located therein.
  • Air injection units 503 are located on both sides of the outer side of the transmission window 502, and the air is injected into the air injection unit 503 to be injected to the transmission window 502 side, by the combustion in the combustion furnace 100 Ash generated can be prevented from accumulating in the transmission window 502.
  • the cooling tube 550 is positioned at both sides of the first laser projection unit 510 and the second laser projection unit 520 to circulate a cooling medium such as air into the housing through the cooling tube. Prevent overheating inside.
  • the reflectors 531 and 532 are located at both sides of the inner circumferential surface of the housing 501, and reflect the lasers projected from the first laser projector 510 and the second laser projector 520 to change the traveling direction. Can be.
  • the operation plates 541 and 542 are for changing the angle of the reflector.
  • the operation plates 541 and 542 are located between the housing 510 and the reflectors 531 and 531 so as to be hinged and operated by an actuator (not shown) connected thereto. The hinge position is possible.
  • the angle of the reflector is changed according to the operation of the operation plates 541 and 542.
  • the angle of the lower reflector 531 is changed by the hinge operation of the lower operation plate 541, whereby the first laser projection unit 510 and the second laser projection unit 520 are changed.
  • the advancing direction of each laser projected from may be changed to the upper side in the combustion furnace 100.
  • the angle of the lower reflector 532 is changed by the hinge operation of the lower operation plate 542, whereby the first laser projection unit 510 and the second laser projection unit ( The traveling direction of each laser projected from 520 may be changed to the lower side in the combustion furnace 100.
  • the thickness of the slagging layer in the combustion furnace 100 can be measured for each of the solid layer 120 and the liquid layer 130, as well as expanding the measurement range You can do it.
  • the fuel supply unit 300 is connected to the combustion furnace 100 to supply fuel to the combustion furnace 100 so that combustion occurs.
  • the fuel supply unit 300 may be supplied to the combustion furnace 100 by adjusting the amount of a single type of fuel, or may be supplied to the combustion furnace 100 by varying the ratio of two or more fuels having different physical properties.
  • the low grade coal supply unit 310 and the high grade coal supply unit 310 is configured to be supplied to the combustion furnace 100 by varying the ratio of the fuel of the low grade coal and high grade coal.
  • a soot blower 400 is a device for treating fouling caused by soot generated during combustion. When soot is deposited on the heat transfer surface disposed in the combustion furnace 100 or exhaust gas flue, conduction of heat is conducted. Oftens worse and removes it by intermittently exhaling steam or air stream.
  • the soot blower 400 is a foul attached to a superheater (not shown) positioned at the upper side and the side of the combustion furnace 100 to obtain thermal energy through heat exchange with the flue gas discharged from the combustion furnace 100 and the combustion furnace 100. Remove the ring.
  • the control unit 600 is connected to the burner 200 provided in the laser measuring unit 500, the fuel supply unit 300, the soot blower 400, and the combustion furnace 100, and configured to control them, respectively.
  • control unit 600 includes a database 610, a monitoring unit 620, a calculation unit 630, a soot blower control unit 640, and a combustion control unit 650.
  • the database 610 inputs the property values of each fuel supplied from the fuel supply unit 300, and the property values are not limited to various properties of the fuel, but are generated from the carbon content, the calorific value, and the fuel generated by the fuel. Physical values such as ash melting temperature (AFT) of ash and experimental values of the viscosity of the slagging liquid according to the thickness of the slagging liquid layer generated during combustion of each fuel are input.
  • AFT ash melting temperature
  • the amount of heat loss generated according to the thickness and viscosity of the slagging layer stacked inside the combustion chamber 100 wall 110 is input to the database 610.
  • the monitoring unit 620 monitors the thickness of the slagging layer of the wall 110 of the combustion furnace 100 measured by the laser measuring unit 500 during combustion.
  • the calculation unit 630 corrects the data input to the database 610 according to the amount of heat loss generated according to the thickness and viscosity of the slagging layer of the wall 110 of the combustion furnace 100 monitored by the monitoring unit 630. do.
  • the soot blower control unit 640 controls the operation of the soot blower according to the information stored in the database 610 or the data calculated by the operation unit 630 as the combustion proceeds.
  • the combustion control unit 650 is supplied to the combustion furnace 100 from the burner 200 and the fuel supply unit 300 according to the information stored in the database 610 or the data calculated by the operation unit 630 as the combustion proceeds. Control the fuel cost.
  • the controller 600 sets a temperature and a target heat quantity at which the combustion furnace 100 is to be operated.
  • the amount, ratio of fuel to be supplied to the combustion furnace 100, and an appropriate slab effective for the combustion thereof is set, and the thickness of the slagging layer may be input as data in the pre-operated combustion furnace 100, but is not limited thereto.
  • combustion control unit 650 fuel is supplied from the supply units 310 and 320 of the fuel supply unit 300 to the combustion furnace 100 at an amount and a ratio set in the database 610, and the burner 200 is operated. Combustion of the fuel supplied in the combustion furnace 100 takes place.
  • the ash contained in the fuel flows in the combustion furnace 100 in a molten state, and then solidifies as it comes into contact with the inside of the wall surface 110 of the combustion furnace 100. ) The slagging layer is formed.
  • the slagging of the solid layer 120 is laminated inside the wall 110 of the combustion furnace 100, and the liquid layer (slag) on the slagging of the solid layer 120 due to the thermal insulation effect of the lagging of the solid layer stacked first. Slag of 130) is laminated.
  • the laser measuring unit 500 projects the laser to measure the thickness of the slagging layer laminated inside the wall 110 of the combustion furnace 100.
  • the laser measuring unit 500 projects a slag layer by projecting a laser capable of transmitting gas only (see solid arrow in FIG. 2) and a laser transmitting both gas and liquid (see dashed arrow in FIG. 2). The thickness of each of the solid layer 120 and the liquid layer 130 is measured.
  • the monitoring unit 620 monitors the thicknesses of the slagging layers 120 and 130 measured by the laser measuring unit 500.
  • the calculation unit 630 may include the thickness of the slagging layer monitored by the monitoring unit 630, the physical properties of the fuel previously input into the database 610, the viscosity and the heat loss according to the thickness of the slagging liquid layer 130. Modify the data through.
  • the combustion control unit 650 controls the operation of the burner 200, the amount or ratio of the fuel supplied from the fuel supply unit 300 to the combustion furnace 100.
  • the soot blower control unit 640 controls the operation of the soot blower 400.
  • the combustion control unit 650 controls the amount and ratio of each fuel supplied from the fuel supply unit 300 to the combustion furnace 100 according to the thickness of the slagging layer in the combustion furnace 100.
  • low grade coal having a relatively large amount of ash, a low melting point of ash, and a low calorific value is supplied from the low grade coal supply unit 310 to the combustion furnace 100 to perform combustion.
  • the ash content is low from the high grade coal supply unit 320, the melting point of the ash is high, and the ratio of high grade coal having high calorific value is supplied to the combustion furnace 100 As a result, the total amount of fuel supplied is reduced.
  • the temperature of the generated slagging liquid layer 130 becomes high, so that the slag of the solid layer 120 that has already been produced melts and thus the liquid layer 130. As a result, the overall slagging layer becomes thinner.
  • the combustion control unit 650 increases the supply rate of low grade coal so that the combustion furnace 100 is supplied, and thus the total amount of fuel supplied is increased.
  • the slagging of the solid layer 120 is easy to be generated, thereby increasing the overall thickness of the slagging layer.
  • Control of the total amount and ratio of the fuel supplied as described above is made in the range for matching the target calorific value of the preset boiler. Therefore, while controlling the thickness of the slagging layer, it is possible to maintain the operating conditions of the boiler, that is, the target calories and control the efficiency without reducing the efficiency.
  • combustion control unit 650 controls the flame length of the burner 200 according to the thickness of the slagging layer measured by the laser measuring unit 500 and monitored by the monitoring unit 620.
  • the combustion control unit 650 adjusts the flame length of the burner 200 to control the combustion amount and speed of the fuel to directly change the temperature in the combustion furnace 100 to adjust the thickness of the slagging layer.
  • soot blower control unit 640 controls the operation of the soot blower 400 according to the coagulation characteristics of the slagging layer calculated by the calculator 630 to remove fouling attached to the superheater and the combustion furnace 100.
  • the furnace control system through the monitoring of the slagging layer according to the present invention as described above, by controlling the fuel, burner and soot blower supplied to the furnace through real-time monitoring of the slagging layer in the furnace,
  • the graded coal can be used more actively as a fuel for the furnace, thereby improving the efficiency of the furnace through economical and precise control of the thickness of the slagging layer.
  • control unit 600 control unit

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Abstract

본 발명은, 연소로 내 발생하는 슬래깅 층의 모니터링을 통하여, 이를 적절하게 조절함으로써 연소로의 제어를 행하는 연소로 제어 시스템에 관한 것으로, 본 발명은, 버너가 구비되어, 공급되는 연료의 연소가 이루어지는 연소로; 상기 연소로 일측에 위치하며, 투과대상이 다른 2종의 레이저를 이용하여 실시간으로 상기 연소로 내 슬래깅 층의 두께를 고체층 및 액체층 별로 측정하는 레이저 측정부; 물성치가 상이한 2종 이상의 연료를 상기 연소로로 공급되도록 하는 연료공급부; 상기 연소로와 연결되는 과열기에 설치되는 수트 블로워(soot blower); 및 상기 레이저 측정부로부터 측정된 상기 연소로 내 각 슬래깅 층의 두께에 상응하여 상기 연료공급부로부터 상기 연소로로 공급되는 상기 각 연료의 양 및 비율, 상기 버너 및 상기 수트 블로워의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하는 슬래깅층의 모니터링을 통한 연소로 제어 시스템을 제공한다.

Description

슬래깅 층의 모니터링을 통한 연소로 제어 시스템
본 발명은, 연소로의 제어 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연소로 내 발생하는 슬래깅 층의 모니터링을 통하여, 이를 적절하게 조절함으로써 연소로의 제어를 행하는 연소로 제어 시스템에 관한 것이다.
슬래깅은 연소과정에서 연소로의 온도가 연료에 포함된 회분의 용융점보다 높은 영역에서 회분 입자가 용융된 상태로 수냉벽이 설치된 연소로 벽면에 접촉하면서 급냉되어 응고되어 연소로 내벽에 부착되는 현상을 통칭한다.
즉, 연소에 의해 용융된 회분이 굳어지게 되어 고체층의 슬래깅이 형성된다.
고체층의 슬래깅은 어느 정도 쌓이게 되면, 이에 의해 연소로 내벽과의 단열과로 인하여, 그 위에는 더 이상 굳어지지 않는 액체층이 형성된다.
연소 시스템에서는 적절한 슬래깅의 형성이 연소로 내의 열을 외부로 방출시키는 것을 막아주어 열효율을 높여주는 역할을 한다.
하지만, 연소 시스템에서 연소로 내의 과도한 슬래깅의 퇴적은 열전달을 방해하므로 성능 저하 및 심하면 운전 정지까지 이루어진다.
생성된 슬래깅 층은 투입되는 연료의 양, 용융점과 연소로의 온도에 따라 퇴적되는 슬래깅 층의 두께 조절이 가능하다.
슬래깅 층의 두께가 과도하게 얇아질 경우, 연소로 벽면으로 많은 열이 전달되어 손실 됨으로써 배가스의 온도가 낮아져 연소로 효율이 떨어지기 때문에 적정두께 조절이 필수적이다.
관련된 종래기술을 살펴본다.
특허문헌 1에는 가스화기 내에서 발생하는 액체 슬래깅의 양에 따라 가스화기에 공급되는 연료와 산소량을 제어하고, 슬래깅 층이 얇을 경우, 추가로 실리카 첨가제를 투입함으로써 슬래깅 층의 두께를 조절한다.
특허문헌 1의 경우 액체층의 점도만을 트랜스듀서 등의 장치를 통하여 측정하기에 고체층의 두께를 파악할 수 없고, 단순히 공급되는 단일 연료량 및 산소비를 제어함에 따라 연료 종류에 따른 슬래깅 층의 제어가 어렵고, 또한 추가적인 첨가제의 공급에 따른 비용 문제를 야기한다.
특허문헌 2에는 용융로 내에 CCD 카메라를 설치하여 액체 슬래깅의 유동속도로부터 슬래깅의 점도를 파악한다.
특허문헌 2의 경우 특허문헌 1과 마찬가지로 고체층의 두께를 파악할 수 없고, 슬래깅의 측정을 통한 용융로의 최적제어가 아닌, 슬래깅에 의한 용융로 하구 막힘 현상을 방지하기 위한 것으로 용융로 자체의 효율을 높이기는 어렵다는 단점이 있다.
특허문헌 3에는 가스화기에서 생성되는 고체 슬래깅의 두께를 측정하고, 액체 슬래깅을 별도로 샘플링하여 그 점도를 측정하고 이에 따라 가스화기에 추가적인 석회석의 유량을 제어하고 있다.
특허문헌 3의 경우 고체층 및 액체층 슬래깅의 두께 및 점도를 측정하나, 별도의 두께 측정장치와 점도 측정장치를 이용하여 엄밀한 의미의 실시간 측정이 이루어지기 어렵고, 이에 따라 단순히 공급되는 석회석의 양을 제어하는 데에 불과하다.
(특허문헌 1) 특허문헌 1: KR 2015-0083527 A
(특허문헌 2) 특허문헌 2: JP 2002-130639 A
(특허문헌 3) 특허문헌 3: KR 2011-0046900 A
이에, 본 발명은 실시간으로 고체층 및 액체층의 슬래깅 두께 및 점도를 실시간으로 측정하여, 연소로 내 슬래깅 층의 두께, 연소로의 온도 및 과열기의 파울링 현상을 통합적으로 제어할 수 있는 슬래깅 층의 모니터링을 통한 연소로 제어 시스템을 제공하고자 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 버너가 구비되어, 공급되는 연료의 연소가 이루어지는 연소로; 상기 연소로 일측에 위치하며, 투과대상이 다른 2종의 레이저를 이용하여 실시간으로 상기 연소로 내 슬래깅 층의 두께를 고체층 및 액체층 별로 측정하는 레이저 측정부; 물성치가 상이한 2종 이상의 연료를 상기 연소로로 공급되도록 하는 연료공급부; 상기 연소로와 연결되는 과열기에 설치되는 수트 블로워(soot blower); 및 상기 레이저 측정부로부터 측정된 상기 연소로 내 각 슬래깅 층의 두께에 상응하여 상기 연료공급부로부터 상기 연소로로 공급되는 상기 각 연료의 양 및 비율, 상기 버너 및 상기 수트 블로워의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하는 슬래깅층의 모니터링을 통한 연소로 제어 시스템을 제공한다.
상기 제어부는, 상기 연소로의 설정된 운전온도와 상기 연료공급부에서 공급되는 상기 2종 이상의 연료의 각각의 물성치로부터, 설정된 상기 운전온도에 적합한 슬래깅 층의 두께를 설정하고, 상기 레이저 측정부로부터 측정된 상기 연소로 내의 각 슬래깅 층의 두께와 설정된 상기 슬래깅 층의 두께를 비교하여, 상기 연료공급부로부터 상기 연소로에 공급되는 상기 각 연료의 양 및 비율을 제어하는 것이 바람직하다.
상기 연소로 내 온도를 측정하는 온도측정센서를 더 포함하며, 상기 제어부는, 상기 온도측정센서에서 측정되는 상기 연소로 내의 온도와 설정된 상기 운전온도를 비교하고, 이에 상응하여 상기 버너의 화염 길이를 제어하는 것이 바람직하다.
상기 제어부는, 상기 레이저 측정부로부터 측정된 상기 연소로 내 슬래깅 액체층의 두께로부터 상기 슬래깅 액체층의 점도를 연산하고, 연산된 상기 슬래깅 액체층의 점도에 따른 파울링의 응집특성에 상응하여 상기 수트 블로워의 동작을 제어하는 것이 바람직하다.
상기 레이저 측정부는 다수개가 설치되며, 각 설치된 위치에서의 슬래깅 층의 두께를 측정하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 본 발명에 따른 슬래깅 층의 모니터링을 통한 연소로 제어 시스템에 의하면, 연소로 내의 슬래깅 층의 실시간 모니터링을 통하여 연소로에 공급되는 연료, 버너 및 수트 블로워를 통합적으로 제어함으로써, 저등급탄을 보다 적극적으로 연소로의 연료로 활용할 수 있게 되어 경제적이면서도, 보다 정밀한 슬래깅 층의 두께 조절을 통하여 연소로의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬래깅 층의 모니터링을 통한 연소로 제어 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬래깅 층의 모니터링을 통한 연소로 제어 시스템에서의 레이저 측정부를 이용한 슬래깅 층의 두께를 측정하는 상태를 개략적으로 나타낸다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬래깅 층의 모니터링을 통한 연소로 제어 시스템에서의 레이저 측정부의 구성의 상세도 이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬래깅 층의 모니터링을 통한 연소로 제어 시스템에서의 레이저 측정부의 리플렉의 동작에 의해 레이저의 진행방향이 상측으로 변경된 모습을 나타낸다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬래깅 층의 모니터링을 통한 연소로 제어 시스템에서의 레이저 측정부의 리플렉의 동작에 의해 레이저의 진행방향이 하측으로 변경된 모습을 나타낸다.
본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 기술되어야 할 것이다.
또한, 기술되는 실시예는 발명의 설명을 위해 예시적으로 제공되는 것이며, 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다.
본 발명에 따른 슬래깅층의 모니터링을 통한 연소로(100) 제어 시스템을 이루는 각 구성요소들은 필요에 따라 일체형으로 사용되거나 각각 분리되어 사용될 수 있다. 또한, 사용 형태에 따라 일부 구성요소를 생략하여 사용이 가능하다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 슬래깅층의 모니터링을 통한 연소로(100) 제어 시스템을 설명하면 다음과 같다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬래깅층의 모니터링을 통한 연소로(100) 제어 시스템은, 연소로(100), 레이저 측정부(500), 연료공급부(300), 수트 블로워(soot blower, 400) 및 제어부(600)를 포함한다.
연소로(100)는 내부에서 연소가 이루어질 수 있는 공간이 마련되며, 일측에 구비되는 버너(200)를 통하여 연소로(100)로 공급되는 연료의 연소가 이루어지며, 또한, 연소로(100) 내부 온도를 측정하는 온도측정센서(미도시)가 구비될 수 있다.
연소로(100)에는 고온의 연소로(100)를 보호하기 위한 수냉벽(미도시)가 설치된다.
따라서, 연소로(100) 내의 연소시에, 연소로(100)에서 연소되는 연료에 포함된 회분입자가 용융되어 연소로(100) 내를 유동하다가 연소로(100)의 벽면(110) 내측에 접촉하게 되면, 급격히 냉각되어 보일러 벽면(110) 내측에 슬래깅을 생성하게 되며, 이러한 슬래깅은 상기한 바와 같이 연소로(100) 벽면(110) 내측과의 거리에 따라 고체층 및 액체층을 형성하며 보일러 벽면(110) 내측에 적층되며, 과도하게 적층되는 경우 전술한 문제를 일으킨다.
도 2를 참조하면, 레이저 측정부(500)는 연소로(100) 일측에 구비되어, 연료의 연소에 의해 연소로(100) 벽면(110) 내측에 적층되는 슬래깅 층의 두께를 측정한다.
레이저 측정부(500)는 연소로(100) 벽면(110) 내측에 적층되는 슬래깅 층의 두께를 고체층(120) 및 액체층(130) 별로 실시간 측정이 가능하며, 이와 같은 슬래깅의 층별 두께 측정은, 투과대상이 다른 2종의 레이저를 투사하여 이루어질 수 있다.
구체적으로, 레이저 측정부(500)에는 가스상의 대상물질만 투과가 가능한 레이저를 투사하는 레이저 투사수단과, 가스상 및 액체상의 대상물질을 모두 투과 가능한 레이저를 투사하는 레이저 투사수단으로 구성됨으로써 연소로(100) 내 슬래깅 층의 두께를 고체층(120) 및 액체층(130) 별로 실시간 측정이 가능하다.
또한, 레이저 측정부(500)는 연소로(100) 위치별로 다수개가 설치되어, 설치된 연소로(100) 내의 각 위치별로 슬래깅 층 두께의 측정이 이루어지도록 할 수 있다.
여기서, 도 3을 참조하여 상기 레이저 측정부(500)를 상세히 설명한다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 레이저 측정부(500)는, 제1레이저 투사부(510), 제2레이저 투사부(520), 리플렉터(531, 532) 및 동작판(541, 542)을 포함한다.
제1레이저 투사부(510) 및 제2레이저 투사부(520), 레이저 측정부(500)의 외관을 이루며 그 내부에 소정공간이 마련되는 하우징(501)의 상기 공간 내부에 배치된다.
제1레이저 투사부(510)로부터는 가스만 투과 가능한 레이저가 투사되고, 제2레이저 투사부(520)로부터는 가스 및 액체(유체)를 모두 투과하는 레이저가 투사된다.
하우징(501)의 일측, 즉 연소로(100)측은 개구된 상태로서, 상기 제1레이저 투사부(510) 및 제2레이저 투사부(520)에서 투사되는 레이저가 연소로(100) 내부로 진행할 수 있도록 개구되며, 이 개구된 부분에는 투과창(502)이 위치한다.
투과창(502)의 외측면 양측에는 공기 분사부(503)가 위치하며, 공기 분사부(503)에 공기를 주입하여 투과창(502) 측으로 분사되도록 하여, 연소로(100) 내 연소에 의해 발생하는 회분이 투과창(502)에 쌓이는 것을 방지할 수 있다.
제1레이저 투사부(510)와 제2레이저 투사부(520)의 양측으로는 냉각관(550)이 위치하여, 냉각관을 통하여 공기 등의 냉각 매체를 하우징 내부로 순환시킴으로써, 하우징(501) 내부의 과열을 방지한다.
리플렉터(531, 532)는 하우징(501)의 내주면 양측에 각각 위치하며, 상기 제1레이저 투사부(510) 및 제2레이저 투사부(520)으로부터 투사되는 레이저를 반사시켜 진행 방향이 변경되도록 할 수 있다.
동작판(541, 542)은 상기 리플렉터의 각도를 변경하기 위한 것으로, 바람직하게는 상기 하우징(510)과 리플렉터(531, 531) 사이에서 힌지동작 가능하게 위치하고, 이와 연결된 액츄에이터(미도시)의 동작에 의해 힌지동작 가능하게 위치한다.
동작판(541, 542) 동작에 따라 리플렉터의 각도가 변경된다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 하측의 동작판(541)의 힌지동작에 의해 하측의 리플렉터(531)의 각도가 변경되고, 이로써, 제1레이저 투사부(510)와 제2레이저 투사부(520)에서 투사되는 각 레이저의 진행 방향이 연소로(100) 내의 상부 측으로 변경될 수 있다.
또한, 도 5에 나타낸 바와 같이, 하측의 동작판(542)의 힌지동작에 의해 하측의 리플렉터(532)의 각도가 변경되고, 이로써, 제1레이저 투사부(510)와 제2레이저 투사부(520)에서 투사되는 각 레이저의 진행 방향이 연소로(100) 내의 하부 측으로 변경될 수 있다.
상기한 레이저 측정부(500)의 구성으로 인하여, 연소로(100) 내부의 슬래깅 층의 두께를 고체층(120) 및 액체층(130) 별로 측정할 수 있음은 물론, 그 측정 범위를 확대할 수 있게 된다.
연료공급부(300)는 연소로(100)와 연결되어, 연소로(100)로 연료를 공급하여 연소가 이루어지도록 한다.
연료공급부(300)는 단일 종류의 연료의 양을 조절하여 연소로(100)로 공급하거나, 물성치가 서로 다른 2종 이상의 연료의 비율을 달리하여 연소로(100)로 공급되도록 할 수 있다.
이를 위하여, 저등급탄 공급부(310) 및 고등급탄 공급부(310)로 구성되어, 저등급탄과 고등급탄의 연료의 비율을 달리하여 연소로(100)로 공급되도록 한다.
수트 블로워(soot blower, 400)는 연소시 발생하는 그을음에 의한 파울링을 처리하는 장치로서, 그을음이 연소로(100) 내부나 배기가스 연도(煙道)에 배치된 전열면에 적층되면 열의 전도가 나빠지므로 간헐적으로 증기 또는 공기의 분류(噴流)를 내뿜어 이를 제거한다.
수트 블로워(400)는, 연소로(100) 상부 및 측면에 위치하여 연소로(100) 및 연소로(100)에서 배출되는 배가스와의 열교환을 통하여 열에너지를 얻는 과열기(미도시)에 부착되는 파울링을 제거한다.
제어부(600)는, 레이저 측정부(500), 연료공급부(300), 수트 블로워(400) 및 연소로(100)에 구비되는 버너(200)와 연결되어 이들을 각각 제어하도록 구성된다.,
구체적으로, 제어부(600)는 데이터베이스(610), 모니터링부(620), 연산부(630), 수트 블로워 제어부(640) 및 연소 제어부(650)를 포함한다.
데이터베이스(610)에는 연료공급부(300)에서 공급되는 각 연료의 물성치가 입력되며, 이러한 물성치는 연료가 갖는 여러 특성으로서 한정되지 않으나, 기실험에 의해 얻어진 연료의 탄소함량, 발열량 및 연료에서 발생하는 회분의 용융점(AFT, Ash Fusion Temperature) 등의 물성치 및, 각 연료의 연소시 발생하는 슬래깅 액체층의 두께에 따른 슬래깅 액체의 점도의 실험값 또는 이의 연산식이 입력된다.
데이터베이스(610)에는 연소로(100) 벽면(110) 내측의 적층되는 슬래깅층의 두께 및 점도에 따라 발생하는 열손실량이 입력된다.
모니터링(620)부는, 연소시 레이저 측정부(500)에서 측정되는 연소로(100) 벽면(110)의 슬래깅층의 두께를 모니터링 한다.
연산부(630)는 상기 모니터링부(630)에서 모니터링되는 연소로(100) 벽면(110)의 슬래깅층의 두께 및 점도에 따라 발생하는 열손실량에 따라, 상기 데이터베이스(610)에 입력된 데이터를 수정한다.
수트 블로워 제어부(640)는, 상기 데이터베이스(610)에 저장된 정보 또는 연소가 진행됨에 따라 연산부(630)로터 연산된 데이터에 따라 수트 블로워의 동작을 제어한다.
연소 제어부(650)는, 상기 데이터베이스(610)에 저장된 정보 또는 연소가 진행됨에 따라 연산부(630)로터 연산된 데이터에 따라 버너(200) 및 연료 공급부(300)로부터의 연소로(100)로 공급되는 연료비를 제어한다.
이하, 첨부된 도면을 다시 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬래깅층의 모니터링을 통한 연소로 제어 시스템의 동작을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 제어부(600)에서는 연소로(100)가 운전될 온도 및 목표열량이 설정된다.
그리고, 설정된 연소로(100)의 운전온도에 따라, 상기와 같이 데이터베이스(610)에 미리 입력된 각 연료의 물성치로부터 연소로(100)에 공급될 연료의 양, 비율 및 이의 연소에 효율적인 적정 슬래깅 층의 두께가 설정되며, 이러한 슬래깅 층의 두께는 기 운전된 연소로(100)에서의 데이터 등으로 입력될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
연소 제어부(650)에 의해, 연료공급부(300)의 각 공급부(310, 320)로부터 데이터베이스(610)에서 설정된 양 및 비율로 연소로(100)에 연료가 공급되고, 버너(200)가 동작되어 연소로(100) 내부에서 공급된 연료의 연소가 이루어진다.
연소로(100) 내에서의 연소과정에서 연료에 포함된 회분이 용융된 상태로 연소로(100) 내를 유동하다가 연소로(100) 벽면(110) 내측에 접촉하게 되면서 굳어지며 연소로(100) 슬래깅 층이 형성되게 된다.
먼저, 연소로(100) 벽면(110) 내측에 고체층(120)의 슬래깅이 적층되며, 먼저 적층된 고체층의 슬래깅의 단열효과로 인하여 고체층(120)의 슬래깅 위에는 액체층(130)의 슬래깅이 적층된다.
레이저 측정부(500)는 레이저를 투사하여 연소로(100) 벽면(110) 내측에 적층된 슬래깅 층의 두께를 측정한다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 레이저 측정부(500)는 가스만 투과 가능한 레이저(도 2의 실선 화살표 참조)와 가스 및 액체를 모두 투과하는 레이저(도 2의 파선 화살표 참조)를 투사하여 슬래깅 층의 두께를 고체층(120) 및 액체층(130) 별로 측정한다.
모니터링부(620)는 레이저 측정부(500)에서 측정되는 각 슬래깅층(120, 130)의 두께를 모니터링한다.
연산부(630)는 모니터링부(630)에서 모니터링되는 슬래깅 층의 두께와, 상기와 같이 데이터베이스(610)에 미리 입력된 연료의 물성치, 슬래깅 액체층(130)의 두께에 따른 점도 및 열손실량을 통하여 데이터를 수정한다.
연산부(630)에서 수정된 데이터베이스(610)의 데이터에 따라, 연소 제어부(650)는 버너(200)의 동작, 연료공급부(300)에서 연소로(100)로 공급되는 연료의 양 또는 비율을 제어하고, 수트 블로워 제어부(640)는 수트 블로워(400)의 동작을 제어한다.
구체적으로, 연소 제어부(650)는 연소로(100) 내 슬래깅 층의 두께에 따라 연료공급부(300)로부터 연소로(100)로 공급되는 각 연료의 양 및 비율을 제어한다. 연소 초기에는 비교적 회분량이 많고 회분의 용융점이 낮으며, 발열량이 작은 저등급탄을 저등급탄 공급부(310)로부터 연소로(100)로 공급하여 연소가 이루어지도록 한다.
이후, 측정되는 슬래깅 층의 두께가 상기 설정된 두께보다 두꺼워지면, 고등급탄 공급부(320)으로부터 회분량이 적고 회분의 용융점이 높으며 발열량이 높은 고등급탄의 비율을 높여 연소로(100)로 공급하며, 이에 따라 공급되는 연료의 총량은 줄어들게 된다.
연소로(100)로 공급되는 고등급탄의 비율이 높아짐에 따라 생성되는 슬래깅 액체층(130)의 온도가 높아지게 되고, 따라서 이미 생성된 고체층(120)의 슬래그가 용융되어 액체층(130)으로 변하면서 전체적인 슬래깅 층의 두께가 얇아지게 된다.
측정되는 슬래깅 층의 두께가 상기 설정된 두께보다 얇은 경우, 반대로 연소 제어부(650)는 저등급탄의 공급비율을 높여 연소로(100) 공급되게 하며, 따라서 공급되는 연료의 총량은 늘어난다.
이로써, 고체층(120)의 슬래깅이 생성되기 쉬워지므로 슬래깅 층의 전체적인 두께가 두꺼워진다.
상기와 같이 공급되는 연료의 총량 및 비율의 제어는 상기 미리 설정된 보일러의 목표열량을 맞추기 위한 범위에서 이루어지게 된다. 따라서 슬래깅 층의 두꼐를 조절하면서도 보일러의 운전조건 즉 목표열량을 유지하며 효율을 감소시키지 않고 제어가 가능하다.
또한, 연소 제어부(650)는 레이저 측정부(500)에서 측정되어 모니터링부(620)에서 모니터링되는 슬래깅 층의 두께에 따라 버너(200)의 화염길이를 제어한다.
연소로(100)의 장기 운전시 상기한 연료의 공급량 및 비율의 제어만으로는 슬래깅 두께의 제어가 어려울 수 있다. 이런 경우 연소 제어부(650)는 버너(200)의 화염길이를 조절하여 연료의 연소량 및 속도를 제어함으로써 연소로(100) 내 온도를 직접 변화시킴으로써 슬래깅 층의 두께를 조절한다.
또한, 수트 블로워 제어부(640)는 연산부(630)에서 연산된슬래깅층의 응집 특성에 따라 수트 블로워(400)의 동작을 제어하여 과열기 및 연소로(100)에 부착되는 파울링을 제거한다.
상기와 같이 본 발명에 따른 슬래깅 층의 모니터링을 통한 연소로 제어 시스템에 의하면, 연소로 내의 슬래깅 층의 실시간 모니터링을 통하여 연소로에 공급되는 연료, 버너 및 수트 블로워를 통합적으로 제어함으로써, 저등급탄을 보다 적극적으로 연소로의 연료로 활용할 수 있게 되어 경제적이면서도, 보다 정밀한 슬래깅 층의 두께 조절을 통하여 연소로의 효율을 향상시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
(부호의 설명)
100: 연소로
200: 버너
300: 연료공급부
400: 수트 블로워(soot blower)
500: 레이저 측정부
600: 제어부

Claims (8)

  1. 버너(200)가 구비되어, 공급되는 연료의 연소가 이루어지는 연소로(100);
    상기 연소로(100) 일측에 위치하며, 투과대상이 다른 2종의 레이저를 이용하여 실시간으로 상기 연소로(100) 내 슬래깅 층의 두께를 고체층 및 액체층 별로 측정하는 레이저 측정부(500);
    물성치가 상이한 2종 이상의 연료를 상기 연소로(100)로 공급되도록 하는 연료공급부(300);
    상기 연소로(100)와 연결되는 과열기에 설치되는 수트 블로워(soot blower, 400); 및
    상기 레이저 측정부(500)로부터 측정된 상기 연소로(100) 내 고체층 및 액체층의 두께에 상응하여 상기 연료공급부(300)로부터 상기 연소로(100)로 공급되는 상기 각 연료의 양 및 비율, 상기 버너(200) 및 상기 수트 블로워(400)의 동작을 제어하는 제어부(600);를 포함하는,
    슬래깅 층의 모니터링을 통한 연소로 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부(600)는, 상기 연소로(100)의 설정된 운전온도와 상기 연료공급부(300)에서 공급되는 상기 2종 이상의 연료의 각각의 물성치로부터 기설정된 방법에 의해 상기 운전온도에 적합하도록 설정된 슬래깅 층의 두께를 설정하고,
    상기 레이저 측정부(500)로부터 측정된 상기 연소로(100) 내의 고체층 및 액체층의 두께와 설정된 상기 슬래깅 층의 두께를 비교하여, 상기 연료공급부(300)로부터 상기 연소로(100)에 공급되는 상기 각 연료의 양 및 비율을 제어하는,
    슬래깅 층의 모니터링을 통한 연소로 제어 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 연소로(100) 내 온도를 측정하는 온도측정센서를 더 포함하며,
    상기 제어부(600)는,
    상기 온도측정센서에서 측정되는 상기 연소로(100) 내의 온도와 설정된 상기 운전온도를 비교하고, 이에 상응하여 상기 버너(200)의 화염 길이를 제어하는,
    슬래깅 층의 모니터링을 통한 연소로 제어 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부(600)는,
    상기 레이저 측정부(500)로부터 측정된 상기 연소로(100) 내 슬래깅 액체층의 두께로부터 상기 슬래깅 액체층의 점도를 연산하고, 연산된 상기 슬래깅 액체층의 점도에 따른 파울링의 응집특성에 상응하여 상기 수트 블로워(400)의 동작을 제어하는,
    슬래깅 층의 모니터링을 통한 연소로 제어 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 측정부(500)는 다수개가 설치되며, 각 설치된 위치에서의 슬래깅 층의 두께를 측정하는,
    슬래깅 층의 모니터링을 통한 연소로 제어 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 측정부(500)는,
    가스만을 투과하는 레이저가 투사되는 제1레이저 투사부(510);
    유체만을 투과하는 레이저가 투사되는 제2레이저 투사부(520); 및
    상기 제1레이저 투사부(510) 및 상기 제2레이저 투사부(520)에서 투사되는 각 레이저의 진행 방향을 변경하는 리플렉터(531, 532);를 포함하는,
    슬래깅 층의 모니터링을 통한 연소로 제어 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 레이저 측정부(500)는,
    투사되는 상기 각 레이저가 투과되는 투과창 측으로 공기가 주입되도록 하는 공기 주입부(503)을 더 포함하는,
    슬래깅 층의 모니터링을 통한 연소로 제어 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 연료의 물성치를 포함하는 데이터가 입력되는 데이터 베이스(610);
    상기 레이저 측정부(500)로부터 측정되는 상기 연소로(100) 내 슬래깅의 고체층 및 액체층의 두께를 모니터링 하는 모니터링부(620);
    상기 모니터링부(620)에서 모니터링 되는 상기 연소로(100) 내 상기 슬래깅의 고체층 및 액체층의 두께에 따라 상기 데이터를 수정하는 연산부(630);
    상기 데이터 베이스(610)에 입력된 데이터 또는 상기 연산부에서 수정된 데이터에 따라 상기 수트 블로워(400)의 동작을 제어하는 수트 블로워 제어부(640); 및
    상기 데이터 베이스(610)에 입력된 데이터 또는 상기 연산부에서 수정된 데이터에 따라 상기 연료공급부(300)로부터 상기 연소로(100)로 공급되는 상기 각 연료의 양 및 비율과, 상기 버너(200)의 동작을 제어하는 연소 제어부(650);를 포함하는,
    슬래깅 층의 모니터링을 통한 연소로 제어 시스템.
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