KR101007513B1 - 산소 연소 보일러의 연소 제어 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기존의 공기 연소 보일러에 용이하게 적용하여 연소를 안정되고 또한 용이하게 제어할 수 있는 산소 연소 보일러의 연소 제어 방법 및 장치를 제공한다.
보일러 부하 지령(35)에 대응한 설정량의 산소를 보일러 본체(4)에 공급하고, 또한, 보일러 본체(4)에 공급하는 급수의 입구 온도와 증기의 출구 온도로부터 보일러 수열량을 계측하고, 보일러 본체(4)의 수열량(41)이 목표의 수열량(42)이 되도록 연소 배기 가스(14a)의 재순환 유량을 제어하여 보일러 본체(4)에 도입되는 전가스 중의 산소 농도를 조절한다.
Figure R1020087012666
산소 분리 장치, 연소 배기 가스, 산소 연소 보일러, 연소 제어 방법.

Description

산소 연소 보일러의 연소 제어 방법 및 장치{Combustion control method and device of oxygen combustion boiler}
본 발명은 산소 연소 보일러의 연소 제어 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 기존의 공기 연소 보일러를 사용하여 산소 연소를 하는 경우에 있어서의 산소 연소 보일러의 연소 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근, 지구 온난화가 지구 규모의 환경 문제로서 크게 문제되고 있다. 지구 온난화는 대기 중의 이산화탄소 CO2의 농도 증가가 주요인의 하나인 것이 분명하게 되어 있으며, 화력 발전소는 이들 물질의 고정 배출원으로서 주목되고 있다. 화력 발전용 연료로서는 석유, 천연가스, 석탄이 사용되고 있고, 특히 석탄은 채굴 가능 매장량이 많아, 금후 수요가 늘어날 것이 예상된다.
석탄은 천연가스 및 석유와 비교하여 탄소 함유량이 많고, 그 외 수소, 질소, 유황 등의 성분, 무기질인 회분(ash;회灰分)을 포함하고 있기 때문에, 석탄을 공기 연소시키면, 연소 배기 가스의 조성은 대부분이 질소(약 70%)가 되고, 그 외 이산화탄소 CO2, 유황산화물 SOx, 질소 산화물 NOx, 및 회분이나 미연소 석탄입자로 이루어지는 먼지와 산소(약 4%)를 포함한 것으로 된다. 그리고, 연소 배기 가스는 탈질소(denitration;脫硝), 탈황(脫硫), 탈진(脫塵) 등의 배기 가스 처리를 실시하고, NOx, SOx, 미립자가 환경 배출 기준치 이하가 되도록 하여 굴뚝으로부터 대기로 배출하고 있다.
상기 연소 배기 가스에 생기는 NOx에는 공기 중의 질소가 산소로 산화되어 생성하는 서멀(thermal) NOx와, 연료 중의 질소가 산화되어 생성하는 퓨얼(fuel) NOx가 있다. 종래, 서멀 NOx의 저감에는 화염 온도를 저감시키는 연소법이 채용되고, 또한 퓨얼 NOx의 저감에는 연소기내에 NOx를 환원하는 연료 과잉의 영역을 형성하는 연소법이 채용되어 왔다.
또한, 석탄과 같은 유황을 포함하는 연료를 사용한 경우에는 연소에 의해서 연소 배기 가스 중에 SOx가 생기기 때문에, 습식 또는 건식의 탈황장치를 구비하여 제거하고 있다.
한편, 연소 배기 가스 중에 다량으로 발생하는 이산화탄소도 고효율로 분리 제거하는 것이 요망되고 있다. 연소 배기 가스 중의 이산화탄소를 회수하는 방법으로서는 종래부터 아민 등의 흡수액 중에 흡수시키는 수법이나, 고체 흡착제에 흡착시키는 흡착법, 또는 막 분리법 등이 검토되고 있지만, 모두 변환 효율이 낮아, 실용화에는 이르지 못하고 있다.
그래서, 연소 배기 가스 중의 이산화탄소의 분리와 서멀 NOx의 억제의 문제를 동시에 달성하는 유효한 수법으로서는 공기 대신에 산소로 연료를 연소시키는 수법이 제안되어 있다(예를 들면 특허문헌 1 참조).
석탄을 산소로 연소하면, 서멀 NOx의 발생은 없어지기 때문에, 연소 배기 가 스의 대부분은 이산화탄소가 되고, 그 외 퓨얼 NOx, SOx를 포함한 가스가 되기 때문에, 연소 배기 가스를 냉각함으로써, 상기 이산화탄소를 액화하여 분리하는 것이 비교적 용이하게 된다.
그러나, 산소로 연소한 경우에는 화염 온도가 높아지고, 연소 로(爐)를 구성하는 재료의 내열성이나 수명 향상을 도모할 필요가 있는 기술 과제가 있다. 이 문제를 해결하는 하나의 대책법으로서는 특허문헌 1에 나타내는 것처럼, 연소 로로부터 추출하여 배기 가스 처리한 연소 배기 가스의 일부를 분기하고, 이 분기한 연소 배기 가스를 연소 로에 공급하는 산소 또는 공기 등의 연소용 기체에 혼합시키도록 한 배기 가스 재순환 방법이 알려져 있다.
이 배기 가스 재순환을 위해, 특허문헌 1에서는 연소 배기 가스 처리수단에서 처리한 연소 배기 가스를, -80℃ 이하로 냉각하여 이산화탄소를 액화·저장함으로써 산소와 분리하고, 또한 산소는 압축용 송풍 블로워에 의해 압축하여 액화·저장하고, 이 저장한 산소를 기화시켜 상기 연소용 기체 공급계로 재순환시키는 수단을 구비한 것으로 하고 있다.
특허문헌 1: 특허 제3068888호
발명이 해결하고자 하는 과제
그러나, 특허문헌 1에 나타나는 수법에서는 연소 배기 가스를 냉각장치에서 냉각하여 이산화탄소를 액화·저장하고, 또한 산소를 압축하여 액화·저장하고, 저장한 액화산소의 일부를 연소용 기체 공급계로 재순환하도록 하고 있기 때문에, 장치, 에너지적으로 불리하게 되는 문제가 있다.
즉, 연소장치로부터의 연소 배기 가스 중에 포함되는 산소의 농도는 일반적으로 4% 정도로 낮은 값이 되고, 이와 같이 적은 함유량의 산소를 회수하기 위해서, 냉각장치에서 냉각하여 이산화탄소를 액화 분리한 후의 산소를, 압축용 송풍 블로워로 압축하여 액화 회수하고 있기 때문에, 장치 및 동력 에너지가 필요하게 되는 문제가 있다.
또한, 상기한 바와 같이, 산소에 의해서 연소하는 경우에는 화염 온도가 높아지고, 연소 로를 구성하는 재료의 내열성이나 수명의 문제가 있기 때문에, 특허문헌 1에서는 연소 배기 가스를 재순환하는 것을 전제로 하고 있지만, 산소 연소 보일러의 안정 운전을 가능하게 하기 위해서 어떻게 제어할지에 대해서는 전혀 언급하지 않으며, 따라서 상기 특허문헌 1에 기재된 수법으로 산소 연소 보일러를 실제로 가동시킬 수 없다.
즉, 예를 들면, 특허문헌 1에 의하면, 연소용 기체로서, 연소 배기 가스로부터 분리하여 얻어진 이산화탄소와 공기로부터 분리한 산소의 혼합 기체중의 산소의 비율을, 공기 중의 산소의 비율과 동일하게 하여 사용한다고 기재되어 있지만, 연소장치에서는 부하가 변동하는 것이 생각되고, 따라서, 부하가 증가하여 연료 공급량이 증가한 경우에는 당연히 산소 부족 상태가 생기는 것이고, 이와 같이 특허문헌 1에서는 산소 연소 보일러를 안정 운전하기 위한 수법에 대해서는 전혀 고려되어 있지 않았다.
본 발명은 상기 과제에 비추어 이루어진 것으로, 보일러 부하 지령에 기초하여 보일러 본체에 공급하는 산소의 공급량을 설정하고, 또한 보일러 본체의 수열(收熱)량에 기초하여 연소 배기 가스의 재순환 유량을 제어하여 보일러 본체에 도입되는 전가스 중의 산소 농도를 조절함으로써, 기존의 공기 연소 보일러에도 용이하게 적용하여 연소를 안정되고 또한 용이하게 제어할 수 있도록 한 산소 연소 보일러의 연소 제어 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
과제를 해결하기 위한 수단
본 발명은 산소 분리 장치에 의해 공기를 산소와 다른 질소 주체 가스로 분리하고, 상기 산소 분리 장치에서 얻어진 산소와 연료를 보일러 본체에서 연소함으로써 급수를 가열하여 증기를 발생하고, 보일러 본체로부터의 연소 배기 가스를 적어도 탈진(脫塵) 처리한 후, 연소 배기 가스의 일부를 재순환 가스로서 상기 보일러 본체로 재순환하도록 하는 산소 연소 보일러의 연소 제어 방법으로서, 보일러 부하 지령에 대응한 설정량의 산소를 상기 보일러 본체에 공급하고, 또한, 상기 보일러 본체에 공급하는 급수의 입구 온도와 증기의 출구 온도, 및/또는 보일러의 연소 배기 가스 온도를 사용하여 보일러 수열량을 계측하여, 보일러 본체의 수열량이 목표의 수열량이 되도록 상기 재순환 가스의 재순환 유량을 제어하여 보일러 본체에 도입되는 전가스 중의 산소 농도를 조절하는 것을 특징으로 하는 산소 연소 보일러의 연소 제어 방법에 관한 것이다.
상기 산소 연소 보일러의 연소 제어 방법에 있어서, 상기 산소를 재순환 가스에 혼합하여 보일러 본체에 공급하는 계통과 상기 산소를 직접 보일러 본체에 공급하는 계통을 설치하고, 양 계통에 공급하는 산소의 유량 비율을 변경함으로써 보일러 본체의 수열량을 제어하는 것은 바람직하다.
또한, 상기 산소 연소 보일러의 연소 제어 방법에 있어서, 상기 보일러 본체의 수열량이 기존의 공기 연소 보일러의 수열량과 동등하게 되도록 상기 재순환 가스의 재순환 유량을 제어하는 것은 바람직하다.
본 발명은 연료 공급 수단과, 공기를 산소와 질소 주체 가스로 분리하는 산소 분리 장치와, 상기 연료 공급 수단으로부터의 연료와 상기 산소 분리 장치로부터의 산소를 도입하여 연소함으로써 급수를 가열하여 증기를 발생하는 보일러 본체와, 상기 보일러 본체에서 연소한 연소 배기 가스를 외부로 유도하는 연도(fuel;煙道)와, 상기 연도에 구비한 적어도 집진을 하는 배기 가스 처리수단과, 상기 배기 가스 처리수단에 의해서 처리한 연소 배기 가스의 일부를 상기 보일러 본체로 재순환하는 배기 가스 재순환 유로를 갖는 산소 연소 보일러의 연소 제어 장치로서, 보일러 부하 지령에 따라서 상기 보일러 본체에 공급하는 산소의 공급량을 제어하는 산소 공급량 제어기와, 상기 배기 가스 재순환 유로에 구비한 재순환 유량 조절 수단과, 상기 보일러 본체에 공급하는 급수 온도를 계측하는 입구 온도계와, 보일러 본체 출구의 증기 온도를 계측하는 출구 온도계와, 상기 입구 온도계로 계측한 입구 온도와 상기 출구 온도계로 계측한 출구 온도에 기초하여 보일러 본체의 수열량을 계측하는 수열량 계측장치와, 상기 수열량 계측장치로써 계측되는 수열량이 목표의 수열량이 되도록 상기 재순환 유량 조절 수단에 의한 재순환 가스의 재순환 유량을 제어하는 재순환 유량 제어기를 구비한 것을 특징으로 하는 산소 연소 보일러의 연소 제어 장치에 관한 것이다.
상기 산소 연소 보일러의 연소 제어 장치에 있어서, 상기 입구 온도계 및 출구 온도계 대신에 또는 상기 입구 온도계 및 출구 온도계와 함께, 보일러의 연소 배기 가스 온도를 계측하는 배기 가스 온도계를 설치하고, 상기 배기 가스 온도계의 검출 배기 가스 온도를 상기 수열량 계측장치에 유도하여 보일러 본체의 수열량을 계측하는 것은 바람직하다.
또한, 상기 산소 연소 보일러의 연소 제어 장치에 있어서, 상기 배기 가스 재순환 유로에, 보일러 기동시용의 공기를 공급하는 공기 공급계를 전환 가능하게 접속하는 것은 바람직하다
발명의 효과
본 발명의 산소 연소 보일러의 연소 제어 방법 및 장치에 의하면, 보일러 부하 지령에 기초하여 보일러 본체에 공급하는 산소의 공급량을 설정하고, 또한, 보일러 본체의 수열량을 계측하여 보일러 본체의 수열량이 목표의 수열량이 되도록 연소 배기 가스의 재순환 유량을 제어하여 보일러 본체에 도입되는 전가스 중의 산소 농도를 조절하도록 하였기 때문에, 재순환 가스 중에 포함되는 산소도 포함시켜 보일러 본체에 공급하는 산소량이 조절되게 되고, 따라서 보일러 본체의 연소 제어가 매우 간략화되어 안정하고, 따라서, 기존의 공기 연소 보일러에도 용이하게 적용하여 연소를 안정하게 제어할 수 있는 우수한 효과를 나타낼 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예를 도시하는 블록도.
도 2는 도 1에 있어서의 보일러 본체 부분의 구성 설명도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
2: 미분탄(微粉炭) 밀(연료 공급 수단) 3: 미분탄 연료(연료)
4: 보일러 본체 6: 산소 분리 장치
8: 공기 9: 산소
10: 질소 주체 가스 11a, 11b: 산소 유량 조절 수단
12a, 12b: 계통 13: 배기 가스 재순환 유로
14: 연소 배기 가스 14a: 재순환 가스
15: 연도 19: 배기 가스 처리수단
32: 재순환팬(재순환 유량 조절 수단) 34: 산소 공급량 제어기
35: 보일러 부하 지령 36: 급수
37: 입구 온도계 38: 증기
39: 출구 온도계 40: 수열량 계측장치
41: 계측된 수열량 42: 목표의 수열량
43: 재순환 유량 제어기 44: 공기 공급계
45: 배기 가스 온도계
이하, 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 석탄분 보일러에 적용한 경우에 있어서의 본 발명의 산소 연소 보일러의 일례를 도시하는 블록도이다. 연료인 석탄(1)은 연료 공급 수단으로서의 미분탄 밀(2)로 분쇄되어 미분탄 연료(3)가 되어 도 2에 도시하는 보일러 본체(4; 화 로)의 윈도 박스(5)에 구비한 버너(5a)에 공급된다. 산소 분리 장치(6)에는 블로워(7)에 의해 공기(8)가 공급되어 있고, 산소 분리 장치(6)는 공기(8)를 산소(9)와 다른 질소 주체 가스(10)로 분리하도록 되어 있다. 산소 분리 장치(6)에서 분리한 산소(9)는 산소 공급 유로(12)에 의해 일부는 계통(12a)에 의해 후술하는 배기 가스 재순환 유로(13)에 공급되어 재순환 가스(14a)와 혼합하여 윈도 박스(5)에 공급되고, 또한 잔여부는 계통(12b)에 의해 직접 버너(5a)에 공급된다.
상기 보일러 본체(4)내에서는 상기 미분탄 연료(3)가 산화제인 산소(9)와 함께 연소하지만, 이 때, 석탄에는 탄소, 수소, 질소, 유황 등의 성분이 포함되어 있기 때문에, 이들이 산소(9)에 의해서 산화되어 이산화탄소 CO2, 질소 산화물 NOx, 유황산화물 SOx 등의 산성 가스를 발생한다.
상기 CO2, NOx, SOx 등의 산성 가스, 분진을 포함하는 연소 배기 가스(14)는 연도(15)를 통하여, 가스 예열기(16), 급수 가열기(17), 상기 산소(9)를 예열하는 산소 예열기(18)를 거친 후, 배기 가스 처리수단(19)으로서의 집진장치(21)에서 탈진되고, 또한 배기 가스 처리수단(19)으로서의 탈질소장치(20)에서 NOx가 제거되어, 배기 가스 처리수단(19)으로서의 탈황장치(22)에서 SOx가 제거된다. 연소 배기 가스(14)는 이산화탄소 CO2의 농도가 높아지고 있고, 탈황장치(22)를 통한 이산화탄소 주체의 연소 배기 가스(14)는, 혼합기(23)에 유도되어 상기 산소 분리 장치(6)에서 분리한 질소 주체 가스(10)와 혼합하여 희석된 후, 굴뚝(24)으로 유도되어 배기된다.
상기 탈황장치(22)와 혼합기(23)의 사이의 연도(15)에는 연소 배기 가스(14)를 추출하기 위한 이산화탄소 회수유로(25)가 접속하고 있고, 유량 조절기(26a, 26b; 조정 댐퍼)에 의해서 이산화탄소 회수유로(25)에 추출된 연소 배기 가스(14)는, 필터(27)에서 또한 먼지 제거(除塵)된 후, 압축기(28)에 의한 압축에 의해서 액화이산화탄소(29)로서 회수되고, 이 때 액화하지 않는 NOx, SOx 등의 배기 가스 성분(30)은 상기 혼합기(23)에 유도되어 상기 질소 주체 가스(10)와 혼합하여 희석하여 굴뚝(24)으로 유도하도록 하고 있다.
상기 집진장치(21) 출구의 연도(15)에는 연소 배기 가스(14)의 일부를 추출하는 분기유로(31)를 통하여 배기 가스 재순환 유로(13)가 접속하고 있고, 상기 배기 가스 재순환 유로(13)에 구비한 재순환 팬(32; 재순환 유량 조절 수단)에 의해 재순환 가스(14a)가, 상기 가스 예열기(16)를 통하여 보일러 본체(4)의 윈도 박스(5)에 공급되도록 하고 있다. 배기 가스 재순환 유로(13)에 있어서의 윈도 박스(5)의 입구에는 상기 계통(12a)에 의해서 산소(9)가 공급되도록 되어 있다.
또한, 도 1의 배기 가스 재순환 유로(13)는 상기한 바와 같이 상기 가스 예열기(16)를 통하여 윈도 박스(5)에 유도하는 재순환계로(32a)와, 재순환계로(32a)로부터 분기하여 조정 댐퍼(32c) 및 프라이머리 에어 팬(32d)을 통하여 재순환 가스(14a)의 일부를 추출하도록 한 연료 반송계로(32b)로 구성되어 있고, 또한, 상기 연료 반송계로(32b)는 재순환 가스(14a)의 더욱 일부를 상기 가스 예열기(16)를 통하여 유도하는 예열계로(32b')와, 재순환 가스(14a)의 나머지를 가스 예열기(16)를 우회하여 유도하는 우회계로(32b")로 이루어지고 있고, 상기 예열계로(32b')와 우 회계로(32b")를 통한 재순환 가스(14a)는 합류하여 미분탄 밀(2)에 유도된다. 예열계로(32b')와 우회계로(32b")에 구비한 유량 조절기(33a, 33b; 조정 댐퍼)를 조정함으로써, 상기 미분탄 밀(2)에 유도하는 재순환 가스(14a)의 온도를 조절하도록 되어 있다.
또한, 상기 배기 가스 재순환 유로(13)에 있어서의 재순환 팬(32)의 입구에는 보일러 기동시용의 공기(8)를 공급하는 공기 공급계(44)가 접속되어 있고, 상기 분기유로(31)와 공기 공급계(44)에 구비한 유량 조절기(44a, 44b)에 의해서, 상기 연소 배기 가스(14) 대신에 공기(8)를 재순환 팬(32)에 공급할 수 있도록 하고 있다.
산소 연소를 하는 경우에는 상술한 바와 같이 화염 온도가 높아지고, 보일러 본체(4)를 구성하는 재료의 내열성이나 수명의 문제가 있기 때문에, 실제로 산소 연소 보일러를 안정하게 운전하는 것은 곤란하고, 특히 산소의 공급량은 약간 변화하더라도 연소 상태가 크게 변동하기 때문에, 도 1에서는 산소 연소 보일러를 안정하게 산소 연소하기 위한 연소 제어 장치를 설치하고 있다.
도 1의 산소 연소 보일러에서는 상기 계통(12a, 12b)의 각각에 설치한 산소 유량 조절 수단(11a, 11b)의 개방도를, 보일러 부하 지령(35; 연료 공급 지령)에 따라서 조절함으로써 보일러 본체(4)에 공급하는 산소(9)의 공급량을 제어하도록 한 산소 공급량 제어기(34)를 설치하고 있다.
상기 산소 유량 조절 수단(11a, 11b)에 의해서 보일러 본체(4)에 공급하는 산소의 공급량의 설정은 보일러 본체(4)에 공급되는 재순환 가스(14a)와 산소(9)가 합계된 전가스 중에 있어서의 산소 농도, 즉, 상기 재순환 가스(14a) 중의 산소(약 4%)도 포함한 산소 농도가, 기존의 안정 운전하고 있는 배기 가스 순환 방식의 공기 연소 보일러에 의해서 미리 얻어 놓은 보일러 본체(4)에 공급되는 전가스 중의 산소 농도와 동등하게 되도록 설정한다. 따라서, 상기 산소 공급량 제어기(34)는, 보일러 부하 지령(35; 연료 공급 지령)에 따라서, 보일러 본체(4)에 공급되는 전산소의 공급량이, 기존의 공기 연소 보일러에서 미리 구해진 전산소 공급량이 되도록 산소 유량 조절 수단(11a, 11b)을 제어한다. 또한, 상기 산소 공급량 제어기(34)는 상기 산소 유량 조절 수단(11a, 11b)의 개방도 대신에 계통(12a, 12b)에 의해서 공급되는 산소(9)의 유량 비율을 변경함으로써, 버너 화염의 착화 위치를 변경하여 보일러 본체(4)의 수열량을 개선할 수 있도록 하고 있다.
또한, 상기 보일러 본체(4)에는 도 2에 도시하는 바와 같이, 보일러 본체(4)에 공급하는 급수 가열기(17)로부터의 급수(36)의 온도를 계측하는 입구 온도계(37; T1)와, 보일러 본체(4) 출구의 증기(38)의 온도를 계측하는 출구 온도계(39; T2)를 설치하고, 상기 입구 온도계(37)에서 계측한 입구 온도와 상기 출구 온도계(39)에서 계측한 출구 온도에 기초하여 보일러 본체(4)의 수열량을 계측하도록 한 수열량 계측장치(40)를 설치하고, 또한, 상기 수열량 계측장치(40)에 의해서 계측된 수열량(41)이 목표의 수열량(42; 기존의 공기 연소 보일러에서 미리 얻어지고 있는 안정 운전 가능한 수열량)이 되도록, 상기 재순환팬(32; 재순환 유량 조절 수단)을 제어하는 재순환 유량 제어기(43)를 설치하고 있다.
또한, 상기 보일러 본체(4) 출구의 연소 배기 가스(14)의 온도를 계측하는 배기 가스 온도계(45)를 설치하고, 상기 배기 가스 온도계(45)의 검출 배기 가스 온도를 상기 수열량 계측장치(40)에 유도하여 보일러 본체(4)의 수열량을 계측하도록 하고 있다. 이 배기 가스 온도계(45)는 단독으로 설치하여 보일러 본체(4)의 수열량을 계측하도록 하여도 좋고, 또한, 상기 입구 온도계(37) 및 출구 온도계(39)와 함께 구비하여 보일러 본체(4)의 수열량을 계측하도록 하여도 좋다.
또한, 상기 실시예에서는 산소(9)의 공급을 2개의 계통(12a, 12b)으로 나누어, 일부는 계통(12a)에 의해 배기 가스 재순환 유로(13)의 재순환 가스(14a)와 혼합하여 윈도 박스(5)에 공급하고, 또한 나머지는 계통(12b)에 의해 직접 버너(5a)에 공급하는 경우에 대하여 예시하였지만, 모든 산소를 배기 가스 재순환 유로(13)의 재순환 가스(14a)와 혼합하여 윈도 박스(5)에 공급할 수도 있다.
이하에 상기 실시예의 작용을 설명한다.
도 1의 산소 연소 보일러의 기동시에는 유량 조절기(44a)를 전폐쇄로 하여 유량 조절기(44b)를 열고, 재순환 팬(32)의 구동에 의해 공기(8)를 보일러 본체(4)의 버너(5a)에 공급하여, 미분탄 밀(2)로부터 공급되는 미분탄 연료(3)를 공기에 의해서 연소한다. 공기(8)로 미분탄 연료(3)를 연소하면 연소 배기 가스(14)의 조성은 약 70%가 질소가 되고, 나머지는 이산화탄소 CO2, SOx, 수증기 등이 된다. 이 연소 배기 가스(14)는 배기 가스 처리수단(19)의 집진장치(21), 탈질소장치(20), 탈황장치(22)에서 배기 가스 처리됨으로써 각 성분이 환경 배출 기준치 이하로 유지되고, 굴뚝(24)으로부터 대기중으로 배출된다.
보일러 본체(4)의 수열이 소정치에 도달하면, 산소 분리 장치(6)에서 얻어진 산소(9)를 보일러 본체(4)의 버너(5a)에 공급하여 산소 연소를 하고, 유량 조절기(44b)를 전 폐쇄로 하여 유량 조절기(44a)를 여는 것에 의해, 연소 배기 가스(14)의 일부를 배기 가스 재순환 유로(13)에 의해 재순환 가스(14a)로서 보일러 본체(4)의 버너(5a)에 공급한다. 그렇게 하면, 재순환 가스(14a)의 공급에 의해서 공기(8)에 포함되어 있던 질소의 공급이 없어지기 때문에, 연소 배기 가스(14)중의 질소의 농도는 서서히 감소한다. 연소 배기 가스(14)에 잔존하는 질소가 거의 없어진 후는 유량 조절기(26a, 26b)를 조절하여 굴뚝(24)으로 유도되는 연소 배기 가스(14)의 일부 또는 전부를 압축기(28)에 공급하여 액화이산화탄소(29)를 회수한다. 또한, 상기 굴뚝(24)으로 유도되는 연소 배기 가스(14), 및 압축기(28)로 액화하지 않는 NOx, SOx 등의 배기 가스 성분(30)은, 혼합기(23)에 유도되어 상기 산소 분리 장치(6)로부터의 대량의 질소 주체 가스(10)와 혼합하여 희석되기 때문에, 굴뚝(24)으로부터 배출할 수 있다. 이로써 정상 운전에 들어간다.
정상 운전에 있어서는 보일러 본체(4)의 연소를 제어하는 보일러 부하 지령(35)에 기초하여, 상기 산소 공급량 제어기(34)는 산소 유량 조절 수단(11a, 11b)을 제어하고, 산소 공급 유로(12)로부터 계통(12a, 12b)을 통하여 보일러 본체(4)에 공급되는 산소(9)의 유량을 설정된 유량이 되도록 제어한다. 이 때, 보일러 본체(4)에 공급하는 산소의 공급량은 보일러 본체(4)에 공급되는 재순환 가스(14a)와 산소(9)가 합계된 전가스 중에 있어서의 산소 농도, 즉, 상기 재순환 가스(14a) 중의 산소(약 4%)도 포함한 산소 농도가, 기존의 안정 운전되고 있는 공기 연소 보일러에 있어서 미리 얻어 놓은 보일러 본체(4)에 공급되는 전가스 중의 산소 농도와 동등하게 되도록 제어된다.
한편, 상기 입구 온도계(37)에서 검출하고 있는 보일러 본체(4) 입구의 급수 온도와, 출구 온도계(39)에서 검출하고 있는 보일러 본체(4) 출구의 증기 온도가 수열량 계측장치(40)에 유도되고, 또한 배기 가스 온도계(45)로부터의 연소 배기 가스 온도가 단독으로, 또는 상기 보일러 입구 온도 및 보일러 출구 온도와 함께 수열량 계측장치(40)에 유도되고 있고, 수열량 계측장치(40)는 보일러 본체(4)의 수열량(41)을 계측하고, 상기 수열량 계측장치(40)에서 계측한 수열량(41)은 재순환 유량 제어기(43)에 입력되어 있고, 재순환 유량 제어기(43)는 상기 수열량(41)이 목표의 수열량(42)이 되도록 재순환 팬(32; 재순환 유량 조절 수단)을 제어하고, 재순환 가스(14a)의 재순환 유량을 조절한다.
이 때, 상기 재순환 유량 제어기(43)는 상기 수열량(41)이, 기존의 공기 연소 보일러에서 미리 얻어 놓은 안정 운전 가능한 목표의 수열량(42)과 동등하게 되도록, 재순환팬(32)을 조절하여 재순환 가스(14a)의 재순환 유량을 제어한다.
상기한 바와 같이, 보일러 본체(4)에 공급하는 산소 공급량을, 보일러 본체(4)의 연소를 제어하는 보일러 부하 지령(35)에 기초한 설정치로 제어하고, 또한 보일러 본체(4)의 수열량이, 기존의 공기 연소 보일러의 경우와 동등하게 되도록 상기 재순환 가스(14a)의 재순환 유량을 제어하도록 하였기 때문에, 신뢰성을 갖는 기존의 공기 연소 보일러의 구성·기술을 사용하여 산소 연소 보일러를 실시하는 것이 가능하게 되고, 따라서, 특히 기존의 공기 연소 보일러를 산소 연소 보일러로 변경하여 이용하는 것이 유효하게 가능하게 된다.
또한, 상기 산소 공급량 제어기(34)는 상기 산소 유량 조절 수단(11a, 11b)의 개방도를 바꾸어 계통(12a, 12b)으로부터 공급하는 산소(9)의 유량 비율을 변경할 수 있기 때문에, 버너 화염의 착화 위치를 변경하여 보일러 본체(4)의 수열량을 개선할 수 있다. 예를 들면 버너(5a)에 직접 산소(9)를 공급하는 계통(12b)의 유량을 늘리면, 수열량을 높일 수 있기 때문에, 재순환 유량 제어기(43)에 의한 제어와, 계통(12a, 12b)에 의해 공급하는 산소(9)의 유량 비율을 변경하는 제어를 조합하여 실시하는 것은 바람직하다.
또한, 상기 실시예에서는 석탄분 보일러에 적용한 경우를 예시하여 설명하고 있고, 석탄은 탄소, 수소, 질소, 유황 등의 휘발분을 포함하기 때문에, CO2, NOx, SOx 등의 산성 가스가 생기지만, 질소, 유황 등의 함유량이 적은 천연가스 및 석유를 연료로 하는 화력 발전 보일러 등에 있어서도 본 발명은 적용할 수 있고, 또한 이 경우에는, 상기 배기 가스 처리수단을 생략 또는 작은 규모의 장치로 하거나, 또한 미분탄 밀(2)과 그 연료·반송계로(32b)를 생략할 수 있다.
또, 본 발명의 산소 연소 보일러의 연소 제어 방법 및 장치는 상기 실시예에만 한정되지 않으며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 여러 가지 변경을 더할 수 있는 것은 물론이다.

Claims (9)

  1. 산소 분리 장치에 의해 공기를 산소와 다른 질소 주체 가스로 분리하고, 상기 산소 분리장치에서 얻어진 산소와 연료를 보일러 본체로 연소함으로써 급수를 가열하여 증기를 발생하고, 보일러 본체로부터의 연소 배기 가스를 적어도 탈진(脫塵) 처리한 후, 연소 배기 가스의 일부를 재순환 가스로서 상기 보일러 본체로 재순환하도록 하고 있는 산소 연소 보일러의 연소 제어 방법으로서,
    상기 산소를 재순환 가스에 혼합하여 보일러 본체에 공급하는 계통과 상기 산소를 직접 보일러 본체에 공급하는 계통을 설치하고, 양 계통의 산소의 유량 비율을 변경하는 산소 유량 조절 수단에 의해 보일러 부하 지령에 대응한 설정량의 산소를 상기 보일러 본체에 공급하고, 또한, 상기 보일러 본체에 공급하는 급수의 입구 온도와 증기의 출구 온도, 보일러의 연소 배기 가스 온도, 또는 상기 보일러 본체에 공급하는 급수의 입구 온도와 증기의 출구 온도 및 보일러의 연소 배기 가스 온도를 사용하여 보일러 수열량을 계측하고, 보일러 본체의 수열량이 목표의 수열량이 되도록 상기 재순환 가스의 재순환 유량을 제어하여 보일러 본체에 도입되는 전가스 중의 산소 농도를 조절하여 이루어지는 산소 연소 보일러의 연소 제어 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 보일러 본체의 수열량이 기존의 공기 연소 보일러의 수열량과 동등하게 되도록 상기 재순환 가스의 재순환 유량을 제어하는, 산소 연소 보일러의 연소 제어 방법.
  4. 삭제
  5. 연료 공급 수단과, 공기를 산소와 질소 주체 가스로 분리하는 산소 분리 장치와, 상기 연료 공급 수단으로부터의 연료와 상기 산소 분리 장치로부터의 산소를 도입하여 연소함으로써 급수를 가열하여 증기를 발생하는 보일러 본체와, 상기 보일러 본체에서 연소한 연소 배기 가스를 외부로 유도하는 연도와, 상기 연도에 구비한 적어도 집진을 하는 배기 가스 처리수단과, 상기 배기 가스 처리수단에 의해서 처리한 연소 배기 가스의 일부를 상기 보일러 본체로 재순환하는 배기 가스 재순환 유로를 갖는 산소 연소 보일러의 연소 제어 장치로서,
    상기 산소를 재순환 가스에 혼합하여 보일러 본체에 공급하는 계통과, 상기 산소를 직접 보일러 본체에 공급하는 계통과, 양 계통의 산소의 유량 비율을 변경하는 산소 유량 조절 수단과, 보일러 부하 지령에 따라서 상기 산소 유량 조절 수단에 의해 상기 보일러 본체에 공급하는 산소의 공급량을 제어하는 산소 공급량 제어기와, 상기 배기 가스 재순환 유로에 구비한 재순환 유량 조절 수단과, 상기 보일러 본체에 공급하는 급수 온도를 계측하는 입구 온도계와, 보일러 본체 출구의 증기 온도를 계측하는 출구 온도계와, 상기 입구 온도계로 계측한 입구 온도와 상기 출구 온도계로 계측한 출구 온도에 기초하여 보일러 본체의 수열량을 계측하는 수열량 계측장치와, 상기 수열량 계측장치에서 계측되는 수열량이 목표의 수열량이 되도록 상기 재순환 유량 조절 수단에 의한 재순환 가스의 재순환 유량을 제어하는 재순환 유량 제어기를 구비하여 이루어지는 산소 연소 보일러의 연소 제어 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 입구 온도계 및 출구 온도계와 함께, 보일러의 연소 배기 가스 온도를 계측하는 배기 가스 온도계를 설치하고, 상기 배기 가스 온도계의 검출 배기 가스 온도를 상기 수열량 계측장치에 유도하여 보일러 본체의 수열량을 계측하도록 한, 산소 연소 보일러의 연소 제어 장치.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 배기 가스 재순환 유로에, 보일러 기동시용 공기를 공급하는 공기 공급계를 전환 가능하게 접속한, 산소 연소 보일러의 연소 제어 장치.
  8. 삭제
  9. 연료 공급 수단과, 공기를 산소와 질소 주체 가스로 분리하는 산소 분리 장치와, 상기 연료 공급 수단으로부터의 연료와 상기 산소 분리 장치로부터의 산소를 도입하여 연소함으로써 급수를 가열하여 증기를 발생하는 보일러 본체와, 상기 보일러 본체에서 연소한 연소 배기 가스를 외부로 유도하는 연도와, 상기 연도에 구비한 적어도 집진을 하는 배기 가스 처리수단과, 상기 배기 가스 처리수단에 의해서 처리한 연소 배기 가스의 일부를 상기 보일러 본체로 재순환하는 배기 가스 재순환 유로를 갖는 산소 연소 보일러의 연소 제어 장치로서,
    상기 산소를 재순환 가스에 혼합하여 보일러 본체에 공급하는 계통과, 상기 산소를 직접 보일러 본체에 공급하는 계통과, 양 계통의 산소의 유량 비율을 변경하는 산소 유량 조절 수단과, 보일러 부하 지령에 따라서 상기 산소 유량 조절 수단에 의해 상기 보일러 본체에 공급하는 산소의 공급량을 제어하는 산소 공급량 제어기와, 상기 배기 가스 재순환 유로에 구비한 재순환 유량 조절 수단과, 보일러의 연소 배기 가스 온도를 계측하는 배기 가스 온도계와, 상기 배기 가스 온도계로 계측한 배기 가스 온도에 기초하여 보일러 본체의 수열량을 계측하는 수열량 계측장치와, 상기 수열량 계측장치에서 계측되는 수열량이 목표의 수열량이 되도록 상기 재순환 유량 조절 수단에 의한 재순환 가스의 재순환 유량을 제어하는 재순환 유량 제어기를 구비하여 이루어지는 산소 연소 보일러의 연소 제어 장치.
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