KR101738091B1 - CONTROLLING SYSTEM OF AIR FUEL RATION AND NOx - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 실시간 보일러 배기가스 분석을 통한 공연비 및 질소산화물 제어 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료를 공급하는 연료관; 라인을 통해 상기 연료관에 연결되어 전방으로 화염을 분사하는 버너; 라인을 통해 상기 버너에 공기를 공급하는 송풍기; 상기 버너가 장착되어 열을 공급하는 보일러; 상기 보일러에 연결되어 배기가스를 배출하는 연도; 상기 연도에 설치되어 배기가스에 포함된 NOx와 O2의 양을 감지하는 NOx 센서를 포함하며 센서해석기능과 통신기능을 갖춘 센서모듈; 상기 보일러의 후단과 연도 사이에 배치되어, 배기가스에 포함된 NOx 량에 비례하여, SCR(선택적 촉매환원법) 또는 SNCR(선택적 무촉매 환원법)의 비례제어 또는 스크러버의 비례제어를 가능하게 하는 비례제어 전자스위치; 연료댐퍼모터용 콘트롤러와 공기댐퍼모터용 콘트롤러를 부착하여 상기 버너에 대한 상기 연료관으로부터의 연료와 상기 송풍기로부터의 공기의 공급량을 제어하는 PLC를 포함하고, CAN(Controller Area Network) 통신을 통해 상기 센서모듈에 연결되어 있으며 상기 통신모듈을 통해 받은 NOx와 O2값을 임시저장 하고 이를 PLC(Programmable Logic Controller)로 보내는 기능을 탑재하고 있는 제어부; 상기 라인에 설치되고 상기 연료댐퍼모터용 콘트롤러에 연결된 연료댐퍼모터; 상기 라인에 설치되고 상기 공기댐퍼모터용 콘트롤러에 연결된 공기댐퍼모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 보일러 배기가스 분석을 통한 공연비 및 질소산화물 제어 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an air-fuel ratio and a nitrogen oxide control system through real-time boiler exhaust gas analysis, and more particularly, A burner connected to the fuel pipe through a line for spraying the flame forward; A blower for supplying air to the burner through a line; A boiler installed with the burner to supply heat; A flue connected to the boiler for discharging exhaust gas; A sensor module having a sensor analysis function and a communication function, the sensor module including a NO x sensor installed in the flue and detecting the amount of NO x and O 2 contained in the exhaust gas; A proportional control of the SCR (selective catalytic reduction method) or SNCR (selective non-catalytic reduction method) or a proportional control of the scrubber in proportion to the amount of NO x contained in the exhaust gas, disposed between the rear end of the boiler and the flue Control electronic switch; A controller for a fuel damper motor and a controller for an air damper motor to control the supply of the fuel from the fuel pipe and the air from the blower to the burner, It is connected to the sensor module and the control unit that stores NOx and O 2 value received via the communication module and the temporary mount the ability to send it to a PLC (Programmable Logic controller); A fuel damper motor installed in the line and connected to the controller for the fuel damper motor; And an air damper motor installed in the line and connected to the controller for the air damper motor. The present invention relates to an air-fuel ratio control system and an air-fuel ratio control system for real-time boiler exhaust gas analysis.
일반적으로 산업화의 급속한 진전에 따른 화석연료 사용량의 증가로 인한 대기오염과 지구 온난화 문제가 날로 심각해지고 있다.In general, the problem of air pollution and global warming due to the increase of fossil fuel consumption due to the rapid progress of industrialization is becoming serious.
이러한 대기오염의 주범 중 하나로 차량의 엔진이나 화력발전소, 공장의 온수 및 증기발생장치 등의 배기가스에 포함된 황 산화물(SOx)과 질소 산화물(NOx)이 손꼽히고 있으며, 최근 환경보존에 대한 인식이 높아짐에 따라 이들에 대한 각국의 배출규제가 도입되고 있다.One of the main causes of this air pollution is sulfur oxides (SOx) and nitrogen oxides (NOx) contained in the exhaust gas such as engine, thermal power plant, hot water and steam generator of the plant. The emission regulations of each country are being introduced.
산업생산 현장, 예를 들면, 공장이나 가정 및 사무 빌딩 등에서 보일러의 사용으로 인해 배출되는 배기가스 중의 NOx는 지구의 온난화를 촉진시켜 지구환경을 파괴할 뿐만 아니라 최근 사회적 이슈가 되고 있는 미세먼지(이하 PM2.5) 발생의 주요인으로 대두되고 있어 그 대책이 강력히 요구되고 있으며, 우리나라의 경우 대기환경보존법 및 환경정책기본법 시행령에 의하여 규제되고 있다.NOx in the exhaust gas emitted by the use of boilers in industrial production sites, for example, factories, homes, and office buildings, not only destroys the global environment by promoting global warming, but also includes PM2 .5). Therefore, the countermeasures are strongly demanded, and in Korea, it is regulated by the enforcement ordinance of the Atmospheric Environment Conservation Act and the Environmental Policy Framework Act.
현행 대기환경보전법은 그 시행규칙 중 별표1 대기오염물질에서 대기오염물질을 규정하고 있으며 별표8 대기오염물질의 배출허용기준을 통해 대기오염물질의 배출허용기준을 법적으로 제시해 놓고 있다. 본 발명이 저감하고자하는 NOx 는 대기오염물질 중 하나로서 법에 따라 60ppm(기체연료, 시간당 증발량 10톤 미만, 2015년 1월 1일 이후 설치 보일러 기준) 미만으로 배출되도록 규정되어 있다. The current Air Quality Preservation Act stipulates air pollutants from air pollutants in Annex 1 of the Rules of Enforcement, and legally permits emission standards for air pollutants through Annex 8 Air Pollutant Emission Standards. The NOx to be reduced by the present invention is one of the air pollutants and is regulated by law to be discharged to less than 60 ppm (gaseous fuel, less than 10 tons of evaporation per hour and installed on or after January 1, 2015).
이 같은 배출 규제기준을 충족시키기 위해, 일반적으로 산업용 연소설비 또는 2 행정의 선박 내연기관 등에는 배기가스를 처리하기 위하여 다양한 설비가 적용되고 있다.In order to meet such emission control standards, various facilities are generally applied to the treatment of exhaust gas in industrial combustion facilities or two-stroke ship internal combustion engines.
관련되는 종래의 질소산화물 제어 장치로는 대한민국 등록특허 제10-1460775호(2014.11.5. 이하 '종래기술 1'이라 함) "오토 저녹스 컨트롤 시스템이 구성된 보일러"가 게시되어 있다.A conventional nitrogen oxide control device is disclosed in Korean Patent No. 10-1460775 (hereinafter referred to as "Prior Art 1", hereinafter referred to as "Prior Art 1") "a boiler constituted by an auto-knox control system".
상기 종래기술 1의 보일러는 상기 연료관(101)에 연결되어 전방으로 화염을 분사하는 버너(110)와, 상기 버너(110)에 공기를 공급하는 송풍기(102)와, 상기 버너(110)가 장착되어 열을 공급받는 열교환기(103)와, 상기 열교환기(103)에 연결되어 배기가스를 배출시키는 배기관(104)과, 상기 배기관(104)에 장착되어 배기가스에 포함된 산소량을 감지하는 O2센서(105)와, 상기 O2센서(105)에 연계되어 상기 송풍기(102)를 컨트롤하는 제어부(107)를 포함하는 보일러에 있어서; 상기 보일러에 NOx량을 감소시키도록 오토 저녹스 컨트롤 시스템(T)이 구성되고, 상기 오토 저녹스 컨트롤 시스템(T)은, 상기 배기관(104)에 장착되어 배기가스에 포함된 NOx(NOx; 질소산화물)량을 감지하여 데이터를 전송하는 NOx센서(106)와, 상기 NOx센서(106)에 연계되어 상기 버너(110)의 화염각(a)을 컨트롤하도록 구성된 상기 제어부(107)를 포함하고, The boiler of the prior art 1 includes a burner 110 connected to the fuel pipe 101 to inject a flame forward, a blower 102 for supplying air to the burner 110, And an exhaust pipe 104 connected to the heat exchanger 103 for exhausting the exhaust gas. The exhaust pipe 104 is connected to the exhaust pipe 104 and detects the amount of oxygen contained in the exhaust gas. A boiler comprising an O2 sensor (105) and a control unit (107) for controlling the blower (102) in association with the O2 sensor (105); Wherein an auto-knox control system (T) is configured to reduce the amount of NOx in the boiler, and the autogenous nox control system (T) is installed in the exhaust pipe (104) And a control unit 107 configured to control the flame angle a of the burner 110 in association with the NOx sensor 106. The control unit 107 controls the flame angle a of the burner 110,
상기 버너(110)는, 상기 연료관(101)에 연결되어 연료를 안내하는 안내관(111)과, 상기 안내관(111)의 전방으로 씌워지는 캡(112)과, 상기 캡(112)의 외측면에서 내측방으로 연결되어 연료를 외부로 배출시키는 배출관(113)과, 상기 캡(112)에 연결되어 후방으로 연장되는 로드(115)와, 상기 로드(115)에 연결되고 상기 제어부에 의해서 컨트롤되는 리니어 액튜에이터(116)와, 상기 캡(112)과 로드(115)를 수용하고 상기 열교환기(103)에 고정되는 파이프(117)를 포함하고, The burner 110 includes a guide pipe 111 connected to the fuel pipe 101 to guide the fuel, a cap 112 covering the guide pipe 111 in front of the guide pipe 111, A rod 115 connected to the cap 112 and extending rearwardly and connected to the rod 115 and connected to the rod 112 by the control unit And a pipe 117 which receives the cap 112 and the rod 115 and is fixed to the heat exchanger 103,
상기 파이프(117)의 후방부가 상기 송풍기(102)와 연결되어 구성되고, 상기 캡(112)의 외측면 둘레를 따라 형성되고 상기 배출관(113)의 전방에 배치되는 판상의 커버(S)와, 상기 커버(S)를 관통하는 관통구(T)를 포함하고, 상기 캡(112)의 전방단부에 부착되는 판상의 전방커버(K)와, 상기 전방커버(K)를 관통하는 관통구(R)를 포함하여 구성된다.A plate-shaped cover S formed at the rear of the pipe 117 connected to the blower 102 and formed around the outer surface of the cap 112 and disposed in front of the discharge pipe 113, A plate-like front cover K attached to the front end of the cap 112 and including a through hole T passing through the cover S and a through hole R ).
상기 종래기술 1에 따르면 상기 NOx센서를 통해서 실시간으로 NOx량을According to the related art 1, the NOx amount is detected in real time through the NOx sensor
데이터로 전송받고 연속적으로 로드를 전후진시키면서 화염각 및 화염속도를 조정할 수 있기 때문에 NOx량이 증가되는 현상을 억지할 수 있는 효과가 있다.The flame angle and the flame speed can be adjusted while the load is continuously transmitted and the load is shifted back and forth, so that the phenomenon that the amount of NOx is increased can be suppressed.
그러나, 상기 종래기술 1은 공연비 제어를 하기 위한 방법을 적용하지 않고 있어 NOx의 저감과 동시에 공연비 제어를 할 수 없는 것이다.However, in the above-mentioned prior art 1, the method for controlling the air-fuel ratio is not applied, so that the air-fuel ratio control can not be performed simultaneously with the reduction of NOx.
또한, 상기 종래기술 1은 SCR(선택적 촉매환원법) 또는 SNCR(선택적 무촉매 환원법), 또는 스크러버를 이용하지 않고 있어 NOx의 저감 방식 및 저감 정도에 한계가 있는 것이다.Further, the prior art 1 does not use SCR (Selective Catalytic Reduction) or SNCR (Selective Catalytic Reduction), or scrubber, so that there is a limit to the reduction method and reduction degree of NOx.
아울러 상기 종래기술 1은 감지되어 계산된 NOx과 O2의 값 및 센서 이상 발생시의 에러 코드를 육안으로 확인할 수 없어 적절하고 정확한 대응을 즉각적으로 할 수 없다.In addition, the prior art 1 can not visually confirm the calculated values of NOx and O2 and the error code at the time of occurrence of the sensor abnormality, so that it is impossible to immediately and appropriately and correctly respond.
그리고, 상기 종래기술 1은 센서모듈 자체가 스스로의 이상유무를 판단할 수 없어서 센서모듈의 이상작동 시에 이를 확인하거나 판단할 수 없어 적절한 공연비 제어 및 NOx의 저감을 이룰 수 없다.In the above-mentioned prior art 1, the sensor module itself can not determine its own abnormality, so that it can not confirm or determine the abnormal operation of the sensor module, so that proper air-fuel ratio control and reduction of NOx can not be achieved.
덧붙여, 상기 종래기술 1은 센서를 통해 나온 NOx값을 기록하고 저장할 수 있는 장치가 없어 NOx값의 변화를 확인할 수가 없을 뿐만 아니라 외부로 NOx 측정치에 대한 데이터를 보낼 수도 없다.In addition, in the above-mentioned prior art 1, there is no device capable of recording and storing the NOx value outputted through the sensor, so that it is not possible to confirm the change of the NOx value, nor can it send data on the NOx measurement value to the outside.
마지막으로, 상기 종래기술 1은 NOx센서와 O2센서 두 가지를 센서를 각각 장착하여 사용하는 반면에 본 기술은 하나의 센서로 두 가지 물질을 모두 계측할 수 있어 비용대비 효과가 크다 하겠다.Lastly, in the above-mentioned prior art 1, both of the NOx sensor and the O2 sensor are mounted using the sensors, but the present technology can measure both materials with one sensor, which is cost effective.
다른 종래의 장치로는 대한민국 등록특허 제10-1433612호(2014.08.19. 이하 '종래기술 2'라 함 "스크러버가 구성된 에코노마이저"가 게시되어 있다.Another conventional apparatus is disclosed in Korean Patent No. 10-1433612 (hereinafter referred to as "Prior Art 2", "Economerizer composed of scrubber").
상기 종래기술 2의 스크러버가 구성된 에코노마이저는 배기관에 연결되는 배관(110)과, 상기 배관(110)을 관통하는 수관을 포함하는 에코노마이저에 있어서, 상기 배관(110)의 후방에 장착된 스크러버(120)를 포함하여 구성된다.The eco-mounter including the scrubber of the prior art 2 includes a pipe 110 connected to an exhaust pipe and a water pipe passing through the pipe 110. The eco- And a scrubber 120.
상기 종래기술 2에 따르면, 에코노마이저를 구성하는 배관(110)의 후방에 장착되므로 에코노마이저 내부에서 열교환되는 배기가스의 열량을 감소시키는 현상을 방지할 수 있다. 또한, 상기 분사노즐(V)을 통해서 분사되는 물에 의해서 수용된 CO2, NOx 등의 공해물질은 배수구(W)를 통해서 배출되는데, 상기 수량조절부(130)를 통해서 배기가스의 배출량에 따라 물의 양을 절약할 수 있는 효과가 있다.According to the above-described related art 2, since it is mounted at the rear of the pipe 110 constituting the economizer, it is possible to prevent the phenomenon of reducing the amount of heat of the exhaust gas exchanged in the eco-cooler. In addition, pollutants such as CO 2 and NO x contained in the water sprayed through the injection nozzle V are discharged through the drain port W. The quantity of water discharged through the water volume control unit 130 It is possible to save the cost.
그러나, 상기 종래기술 2는 배기가스 전체의 배출량에 따라 시간당 분사량이 조절되나 NOx 센서는 장착하고 있지 않아 배기가스에 포함된 NOx의 량을 정확히 감지할 수 없어 NOx의 저감에 대한 최적의 대응을 할 수 없다. However, in the prior art 2, the injection amount per hour is adjusted according to the exhaust amount of the entire exhaust gas, but since the NO x sensor is not mounted, the amount of NO x contained in the exhaust gas can not be accurately detected, Can not.
그리고, 상기 종래기술 2는 공연비 제어를 하기 위한 방법을 적용하지 않고 있어 NOx의 저감과 동시에 공연비 제어를 할 수 없다.In the conventional art 2, the method for controlling the air-fuel ratio is not applied, so that the air-fuel ratio control can not be performed simultaneously with the reduction of NOx.
또한, 상기 종래기술 2는 감지되어 계산된 NOx과 O2의 값 및 센서 이상 발생 시의 에러 코드를 육안으로 확인할 수 없어 적절하고 정확한 대응을 즉각적으로 할 수 없다.In addition, the above-mentioned prior art 2 can not visually confirm the values of NOx and O2 that are sensed and calculated, and the error code when a sensor abnormality occurs, so that it is impossible to immediately and appropriately and correctly respond.
아울러, 상기 종래기술 2는 센서모듈 자체가 스스로의 이상유무를 판단할 수 없어서 센서모듈의 이상 작동 시에 이를 확인하거나 판단할 수 없어 적절한 공연비 제어 및 NOx의 저감을 이룰 수 없다.In addition, since the sensor module itself can not determine the abnormality of the sensor module itself, the prior art 2 can not confirm or determine the abnormal operation of the sensor module, so that it is impossible to control the air-fuel ratio appropriately and to reduce the NOx.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 실시간으로 배출가스를 분석하여 배기가스 속의 NOx와 O2 농도를 측정하고 모니터링하여 이를 보일러 제어장치로 보내 연료와 공기의 혼합량을 조절하여 신속, 정확하게 최적의 공연비를 달성하도록 함과 동시에 NOx의 저감을 제공함에 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a boiler control apparatus which measures exhaust NOx and O2 concentration in exhaust gas by analyzing exhaust gas in real time and controls the mixture amount of fuel and air, And at the same time, it is an object of the present invention to provide a reduction in NOx.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 특징을 갖는다. The present invention has the following features in order to achieve the above object.
본 발명의 실시간 보일러 배기가스 분석을 통한 공연비 및 질소산화물 제어 시스템은 연료를 공급하는 연료관; 라인을 통해 상기 연료관에 연결되어 전방으로 화염을 분사하는 버너; 라인을 통해 상기 버너에 공기를 공급하는 송풍기; 상기 버너가 장착되어 열을 공급하는 보일러; 상기 보일러에 연결되어 배기가스를 배출하는 연도; 상기 연도에 설치되어 배기가스에 포함된 NOx와 O2의 양을 감지하는 NOx 센서를 포함하며 센서해석기능과 통신기능을 갖춘 센서모듈; 상기 NOx 센서는 지르코늄 디옥사이드 세라믹 방식의 센서이며; 상기 보일러(20)의 후단에 배치되어, 배기가스에 포함된 NOx 량에 비례하여, SCR(선택적 촉매환원법) 또는 SNCR(선택적 무촉매 환원법)의 비례제어 또는 스크러버의 비례제어를 가능하게 하는 비례제어 전자스위치;의 구성을 가지는 것을 특징으로 한다.
스크러버는 보일러의 후단과 연도의 전단에 설치되되; 상기 SCR(선택적 촉매환원법)은 암모니아와 이송가스의 혼합을 Injection Grid(주입망)를 통하여 배기가스 중에 분사하는 것으로 이루어져 있으며; 연료댐퍼모터용 콘트롤러와 공기댐퍼모터용 콘트롤러를 부착하여 상기 버너에 대한 상기 연료관으로부터의 연료와 상기 송풍기로부터의 공기의 공급량을 제어하는 PLC를 포함하고, 센서모듈의 센서해석기능에 의해 계산된 NOx 및 O2값을 PLC로 보내는 기능을 탑재하고 있는 제어부;의 구성을 가지는 것을 특징으로 한다.
제어부는 CAN통신을 통해 센서모듈에 연결되어 있고; 상기 라인에 설치되고 상기 연료댐퍼모터용 콘트롤러에 연결된 연료댐퍼모터; 상기 라인에 설치되고 상기 공기댐퍼모터용 콘트롤러에 연결된 공기댐퍼모터; 상기 버너에 대한 상기 연료관으로부터의 연료와 상기 송풍기로부터의 공기의 공급량 제어가 각각, PLC의 입력된 시퀀스 프로그램에 의해 처리된 값을 바탕으로, 상기 라인에 설치된 상기 공기댐퍼모터의 개폐각도를 조절하는 상기 공기댐퍼모터용 콘트롤러와 상기 라인에 설치된 상기 연료댐퍼모터의 개폐각도를 조절하는 상기 연료댐퍼모터용 콘트롤러;의 구성을 가지고 있는 것을 특징으로 한다.
공기댐퍼모터 또는 상기 연료댐퍼모터에 연결되고 상기 PLC에 부착되어 상기 공기댐퍼모터 또는 상기 연료댐퍼모터의 개폐각도를 조절할 수 있는 예비적 콘트롤러; 상기 센서모듈이 상기 보일러의 연소 조건 변화를 유도하여 상기 NOx 센서의 자체적 이상유무를 판단하도록 프로그램된 프로그램을 포함하며; 상기 PLC는 센서모듈의 센서해석기능에 의해 계산된 NOx 및 O2값과 상기 센서모듈의 이상 발생 시의 에러코드를 실시간으로 확인할 수 있는 HMI를 포함하고; 상기 HMI는 데이터와 그래프가 터치패널에 표시되는 것으로 이루어져 있고; 상기 제어부는, 센서모듈의 센서해석기능에 의해 계산된 NOx 및 O2값과 상기 센서모듈의 이상 발생 시의 에러코드를 기록 및 저장하며 저장매체에 이 데이터를 옮길 수도 있는 저장장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The air-fuel ratio and the nitrogen oxide control system through real-time boiler exhaust gas analysis of the present invention include a fuel pipe for supplying fuel; A burner connected to the fuel pipe through a line for spraying the flame forward; A blower for supplying air to the burner through a line; A boiler installed with the burner to supply heat; A flue connected to the boiler for discharging exhaust gas; A sensor module having a sensor analysis function and a communication function, the sensor module including a NO x sensor installed in the flue and detecting the amount of NO x and O 2 contained in the exhaust gas; Wherein the NO x sensor is a zirconium dioxide ceramic type sensor; A proportional control of the SCR (selective catalyst reduction method) or SNCR (selective non-catalytic reduction method) or a proportional control of the scrubber in proportion to the amount of NO x contained in the exhaust gas, And a control electronic switch.
The scrubber is installed at the rear end of the boiler and at the front end of the flue; The SCR (Selective Catalytic Reduction) method comprises injecting a mixture of ammonia and transfer gas into an exhaust gas through an injection grid; And a controller for controlling a fuel damper motor controller and an air damper motor controller to control the fuel supplied from the fuel pipe to the burner and the amount of air supplied from the blower, And a control unit that has a function of sending NOx and O2 values to the PLC.
The control unit is connected to the sensor module via CAN communication; A fuel damper motor installed in the line and connected to the controller for the fuel damper motor; An air damper motor installed in the line and connected to the controller for the air damper motor; Controlling the opening and closing angle of the air damper motor installed in the line based on the value of the fuel supplied from the fuel pipe to the burner and the supply amount of the air from the blower, And a controller for the fuel damper motor for controlling opening and closing angles of the controller for the air damper motor and the fuel damper motor provided in the line.
An air damper motor or a preliminary controller which is connected to the fuel damper motor and is attached to the PLC to adjust an open / close angle of the air damper motor or the fuel damper motor; The program being programmed to cause the sensor module to determine a presence or absence of a malfunction of the NOx sensor by inducing a change in a combustion condition of the boiler; The PLC includes an HMI capable of real-time checking the NOx and O2 values calculated by the sensor analysis function of the sensor module and the error code when the sensor module is abnormally generated; Wherein the HMI comprises data and graphs displayed on a touch panel; The control unit may further include a storage device capable of recording and storing the NOx and O2 values calculated by the sensor analysis function of the sensor module and the error code at the time of occurrence of the abnormality of the sensor module and transferring the data to the storage medium .
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상기한 구성에 의하면 본 발명은 실시간으로 배출가스를 분석하여 배기가스 속의 NOx과 O2 농도를 측정하고 모니터링하여 이를 보일러 제어장치로 보내 연료와 공기의 혼합량을 조절하여 최적의 공연비를 달성하도록 함과 동시에 선택적 촉매환원법 또는 선택적 무촉매 환원법 또는 스크러버를 통해 NOx의 저감을 달성하는 효과가 있다.According to the above configuration, the present invention analyzes the exhaust gas in real time to measure and monitor NOx and O2 concentrations in the exhaust gas, and sends the monitored NOx and O2 concentrations to the boiler control device to adjust the mixture amount of fuel and air to achieve an optimum air- There is an effect of achieving reduction of NOx through selective catalyst reduction or selective non-catalytic reduction or scrubber.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 실시간 보일러 배기가스 분석을 통한 공연비 및 NOx 제어 장치를 도시한 일부 구성의 단면도와 함께 도시한 회로전개도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a circuit developed view showing a section of a configuration of an air-fuel ratio and NOx control apparatus through real-time boiler exhaust gas analysis according to a preferred embodiment of the present invention; FIG.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 참고로, 본 발명을 설명하는 데 참조하는 도면에 도시된 구성요소의 크기, 선의 두께 등은 이해의 편의상 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다. 또, 본 발명의 설명에 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자, 운용자 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서 이 용어에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내리는 것이 마땅하겠다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. For the sake of convenience, the size, line thickness, and the like of the components shown in the drawings referenced in the description of the present invention may be exaggerated somewhat. The terms used in the description of the present invention are defined in consideration of the functions of the present invention, and thus may be changed depending on the user, the intention of the operator, customs, and the like. Therefore, the definition of this term should be based on the entire contents of this specification.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 실시간 보일러 배기가스 분석을 통한 공연비 및 NOx 제어 장치의 단면도 및 회로전개도이다.FIG. 1 is a cross-sectional view and a circuit developed view of an air-fuel ratio and NOx control apparatus through real-time boiler exhaust gas analysis according to a preferred embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 실시간 보일러 배기가스 분석을 통한 공연비 및 NOx 제어 장치는 연료관(5); 버너(10); 연료댐퍼모터(5-1); 송풍기(90); 공기댐퍼모터(90-1); 보일러(20); 연도(30); 센서모듈(40); 비례제어 전자스위치(50); 제어부(60); 저장장치(80); 및 PLC(70)로 구성되어 있다.Referring to FIG. 1, the apparatus for controlling the air-fuel ratio and the NOx through real-time boiler exhaust gas analysis according to an embodiment of the present invention includes a
상기 연료관(5)은 가스트레인(Gas train) 또는 가스 외의 다른 연료(예컨대, 석유)를 공급하는 배관을 포함하는 것인데, 버너(10)가 라인(5L)을 통해 상기 연료관(5)에 연결되어 연료관(5)으로부터 나오는 연료가 송풍기(90)로부터 나오는 공기와 함께 공급되는 경우에는 전방으로 화염을 분사하게 구성되어 있다. The
상기 연료댐퍼모터(5-1)는 라인(5L)에 설치되어 있으면서 제어부(60)의 연료댐퍼모터용 콘트롤러(61)에 연결되어 있으며, 연료댐퍼모터용 콘트롤러(61)에 의해 라인(5L)에 설치된 연료댐퍼모터(5-1)의 개폐각도를 조절하게 구성되어 있다. The fuel damper motor 5-1 is installed on the
상기 송풍기(90)는 라인(90L)을 통해 버너(10)에 공기를 공급하는 것이다.The
상기 공기댐퍼모터(90-1)는 라인(90L)에 설치되고 제어부(60)의 공기댐퍼모터용 콘트롤러(62)에 연결되어 있으며, 공기댐퍼모터용 콘트롤러(62)는 라인(90L)에 설치된 공기댐퍼모터(90-1)의 개폐각도를 조절하게 구성되어 있다.The air damper motor 90-1 is installed on the
상기 버너(10)에 대한 연료관(5)으로부터의 연료와 송풍기(90)로부터의 공기의 공급량 제어는 각각, 센서모듈(40)의 센서해석기능에 의해 계산된 NOx값이 CAN 통신라인(45)을 통해 전달되어 제어부(60)의 PLC에 입력된 시퀀스 프로그램에 따라 처리된 명령을 바탕으로, 제어부(60)의 공기댐퍼모터용 콘트롤러(62)를 통해 라인(90L)에 설치된 공기댐퍼모터(90-1)의 개폐각도의 조절과 동시에 제어부(60)의 연료댐퍼모터용 콘트롤러(61)를 통해 라인(5L)에 설치된 연료댐퍼모터(5-1)의 개폐각도의 조절에 의해 이루어진다.The supply amount control of the fuel from the
상기 보일러(20)는 버너(10)가 장착되어 열을 공급하고, 연도(30)는 보일러(20)에 연결되어 배기가스를 배출한다.The
상기 센서모듈(40)은 연도(30)에 설치되어 배기가스에 포함된 NOx와 O2의 양을 감지하는 NOx 센서, NOx와 O2의 양에 해당하는 값을 자동으로 계산하는 센서해석기능 및 통신기능을 가지고 있으며 보일러(20)의 연소 조건 변화를 유도하여 NOx 센서의 자체적 이상유무를 판단하도록 프로그램된 프로그램을 포함한다. 상기 NOx 센서는 본 실시예에서는 지르코늄 디옥사이드 세라믹(Zirconium dioxide ceramic) 방식의 녹스(NOx)센서이지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 다른 실시예에서는 다른 방식의 녹스(NOx)센서가 사용될 수도 있다.The
상기 비례제어 전자스위치(50)는 상기 보일러(20)의 후단에 배치되어, 배기가스에 포함된 NOx 량에 비례하여, SCR(선택적 촉매환원법) 또는 SNCR(선택적 무촉매 환원법)의 비례제어 또는 스크러버의 설치시 이 장비들의 작동과 관련되어 비례제어를 가능하게 하는 것으로, 도 1에서 보는 바와 같이 라인(도면부호 없음)을 통해 PLC(70)에 연결되어 있다.The proportional control
여기에서, 상기 선택적 무촉매환원법(SNCR, Selective Non-Catalytic Reduction)는 촉매를 사용하지 않고 보일러에서 발생된 NOx를 환원제로 환원시켜 무해한 질소와 물로 만드는 방법으로 최근에는 반응촉진제를 첨가하여 안정하게 고효율을 얻는 기술도 개발되고 있다. 이론적인 NOx 제거율은 40% 전후이다.Here, the selective non-catalytic reduction (SNCR) method is a method of reducing NOx generated in a boiler to a reducing agent without using a catalyst to produce harmless nitrogen and water. In recent years, a reaction promoter has been added, Is also being developed. The theoretical NOx removal rate is around 40%.
선택적 촉매환원법(SCR,Selective Catalytic Reduction)은 섭씨300~400도 온도에서 배기가스와 환원제가 동시에 촉매층에서 접촉함으로써 배기가스 내의 NOx를 환원제와의 선택적 반응에 의해 N2와 H2O로 환원시키는 방법이다. 환원제는 암모니아, 요소 등이 사용되며 이송가스에 의해 혼합된 후 SCR 촉매 전단의 Injection Grid를 통하여 배기가스 중에 분사된다. NOx 저감률은 약 80%정도이다.Selective Catalytic Reduction (SCR) reduces the NO x in the exhaust gas to N 2 and H 2 O by selective reaction with the reducing agent by the exhaust gas and the reducing agent simultaneously contacting the catalyst layer at a temperature of 300 to 400 ° C. Method. Ammonia, urea, etc. are used as the reducing agent, mixed by the transfer gas, and injected into the exhaust gas through the injection grids at the front side of the SCR catalyst. The NO x reduction rate is about 80%.
본 발명에서 스크러버는 보일러(20)의 후단과 배기관, 즉 연도(30), 에 연결되는 배관(도시하지 않음)의 전단에 설치되는 것으로 그 구성은 앞서 설명한 바와 같은 공지의 구성이므로 본 발명에서는 도시를 생략한다. 이와 같은 스크러버는 열교환된 배기가스에 물을 분사하여 공해 물질을 제거하는 것이다. In the present invention, the scrubber is installed at the front end of a pipe (not shown) connected to the rear end of the
상기 제어부(60)는 CAN 통신(45)을 통해 상기 센서모듈(40)에 연결되어 있고 상기 PLC(70) 및 상기 저장장치(80), 상기 공기댐퍼모터용 콘트롤러(62), 상기 연료댐퍼모터용 콘트롤러(61)를 포함하고 있다.The
한편, PLC는 Programmable Logic Controller의 약자로써 각종 센서로부터 신호를 받아 제어기에 신호를 보냄으로써 사람이 지정해둔(프로그램해둔) 대로 장비가 작동하도록 해주는 장치이다. On the other hand, PLC is an abbreviation of Programmable Logic Controller. It is a device that receives signals from various sensors and sends signals to the controller so that the equipment can be operated by a person designated (programmed).
덧붙여 CAN 통신은 Controller Area Network의 약자로써 주로 자동차 안전시스템, 편의사양 시스템들의 ECU들 간의 데이터 전송 그리고 정보/통신 시스템 및 엔터테인먼트 시스템의 제어 등에 사용된다. 통신 속도와 안정성이 높아 차량용 전기통신의 표준으로 자리 잡고 있다.In addition, CAN communication is an abbreviation of Controller Area Network, mainly used for automobile safety system, data transmission between ECUs of convenience systems, and control of information / communication system and entertainment system. It has become a standard for automotive telecommunication due to its high communication speed and stability.
본 발명의 상기 실시예에서 PLC(70)는 버너(10)에 대한 연료관(5)으로부터 나오는 연료의 공급량과 송풍기(90)로부터 나오는 공기의 공급량을 제어하는 것으로, 센서모듈(40)의 센서해석기능에 의해 계산된 NOx 및 O2값과 센서모듈(40)의 이상 발생 시의 에러코드를 실시간으로 확인할 수 있는 HMI(Human Machine Interface)(71)를 포함하여 구성된다. 이러한 HMI는 PLC의 제어를 사용자가 인지하기 쉬운 화면으로 제공하고 그에 필요한 데이터를 그래프나 여러 필요한 방식으로 제공하는 시스템을 가리키는 것으로서, 예를 들면 터치패널과 그 화면구성을 포함한다.The
저장장치(80)는 센서모듈(40)의 센서해석기능에 의해 계산된 NOx 및 O2값과 상기 센서모듈(40)의 이상 발생 시의 에러코드를 기록 및 저장과 동시에 이 데이터들을 저장매체로 옮길 수도 있는 것으로, 본 발명에 따른 실시간 보일러 배기가스 분석을 통한 공연비 및 NOx 제어 장치는 상기 저장장치(80)를 포함할 수도 있지만 경우에 따라서는 생략할 수도 있다. 상기 저장장치(80)가 생략되는 경우에는, 센서모듈(40)의 센서해석기능에 의해 계산된 NOx 및 O2값과 상기 센서모듈(40)의 이상 발생 시의 에러코드를 기록 및 저장하는 기능을 상기 제어부(60)가 담당할 수 있다.The
다른 실시예에 있어서, 본 발명의 실시간 보일러 배기가스 분석을 통한 공연비 및 NOx 제어 장치는, 위에서 설명한 공기댐퍼 콘트롤러(62)와 연료댐퍼 콘트롤러(61) 외에, 공기댐퍼모터(90-1) 또는 연료댐퍼모터(5-1)에 연결되고 PLC(70)에 부착되어 공기댐퍼모터(90-1) 또는 연료댐퍼모터(5-1)의 개폐각도를 조절할 수 있는 예비적 콘트롤러를 더 포함하여 구성될 수 있다.In another embodiment, the air-fuel ratio and NOx control device through real-time boiler exhaust gas analysis according to the present invention can be applied to the air damper motor 90-1 or the fuel damper motor 61-1 in addition to the
상기 구성에 의한 본 발명의 작동예를 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, an operation example of the present invention will be described.
먼저, 연료관(5)을 통해서 가스나 석유 등의 연료를 공급하면 라인(5L)을 통해 연료가 버너(10)로 공급된다. 그리고, 송풍기(90)를 통해서 공기가 버너(10)로 유입되어 상기 연료와 혼합된다. 이 상태에서 버너(10) 내의 착화기(도시하지 않음)를 통해서 공기와 혼합된 연료에 불을 착화시키면 버너(10)의 전방으로 그리고 보일러(20)의 내측으로 화염이 분사된다. 그리고 이 때 발생되는 배기가스는 연도(30)를 통해서 외부로 배출된다. First, when fuel such as gas or oil is supplied through the
상기한 배기가스는 질소산화물(NOx)과 산소(O2)를 포함하고 있는데, 센서모듈(40)의 NOx 센서가 배기가스에 포함된 NOx와 O2의 양을 감지하여 내장된 센서해석기능을 통해 NOx와 O2의 양에 해당하는 값이 자동으로 계산하여 이를 CAN 통신(45)을 통해 제어부(60)로 전달한다..The exhaust gas includes nitrogen oxide (NO x ) and oxygen (O 2 ). The NO x sensor of the
상기한 바와 같이 계산된 값과 상기 센서모듈(40)의 이상 발생 시의 에러코드 역시 CAN 통신(45)을 통해 이동되어 저장장치(80)에 기록 및 저장된다.The value calculated as described above and the error code at the time of occurrence of the abnormality of the
또한, 센서모듈(40)의 센서해석기능에 계산된 값은 CAN 통신라인(45)을 통해 제어부(60)의 PLC로 전달되어 PLC에 입력된 시퀀스 프로그램에 의해 처리된 값을 바탕으로, 제어부(60)의 연료댐퍼모터용 콘트롤러(61)는 라인(5L)에 설치된 연료댐퍼모터(5-1)의 개폐각도를 조절하고, 공기댐퍼모터용 콘트롤러(62)는 라인(90L)에 설치된 공기댐퍼모터(90-1)의 개폐각도를 조절하며, 그에 따라 버너(10)에 대한 상기 연료관(5)으로부터의 연료와 상기 송풍기(90)로부터의 공기의 공급량이 제어된다. 따라서 최적의 공연비가 형성될 수 있음과 동시에 최소의 NOx 값을 배출할 수 있는 화염을 형성할 수 있다. Also, The values calculated in the sensor analysis function of the
덧붙이면, 보일러(20)의 후단과 연도(30) 사이에 부착된 비례제어 전자스위치(50)의 선택에 의해 SCR(선택적 촉매환원법) 또는 SNCR(선택적 무촉매 환원법)의 비례제어 또는 스크러버의 비례제어를 선택적으로 적용할 수 있음으로써 가장 최소의 NOx가 보일러를 통해 배출되게 된다. In addition, proportional control of the SCR (selective catalytic reduction) or SNCR (selective non-catalytic reduction) or proportional control of the scrubber by selecting the proportional control
이상, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 이 명세서에 개시된 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되지 않으며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 이내에서 당업자에 의하여 다양하게 변형될 수 있다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. .
5 : 연료관 10 : 버너
20 : 보일러 30 : 연도
40 : 센서모듈 45 : CAN 통신
50 : 비례제어 전자스위치 60 : 제어부
61 : 연료댐퍼모터용 콘트롤러 62 : 공기댐퍼모터용 콘트롤러
70 : PLC 71 : HMI
80 : 저장장치 90 : 송풍기
5L, 90L: 라인 5-1 : 연료댐퍼모터
90-1 : 공기댐퍼모터 5: fuel tube 10: burner
20: Boiler 30: Year
40: Sensor module 45: CAN communication
50: Proportional control electronic switch 60:
61: Controller for fuel damper motor 62: Controller for air damper motor
70: PLC 71: HMI
80: Storage device 90: Blower
5L, 90L: Line 5-1: Fuel damper motor
90-1: Air damper motor
Claims (6)
라인(5L)을 통해 상기 연료관(5)에 연결되어 전방으로 화염을 분사하는 버너(10);
라인(90L)을 통해 상기 버너(10)에 공기를 공급하는 송풍기(90);
상기 버너(10)가 장착되어 열을 공급하는 보일러(20);
상기 보일러(20)에 연결되어 배기가스를 배출하는 연도(30);
상기 연도(30)에 설치되어 배기가스에 포함된 NOx와 O2의 양을 감지하는 NOx 센서를 포함하며 센서해석기능과 통신기능을 갖춘 센서모듈(40);
상기 NOx 센서는 지르코늄 디옥사이드 세라믹 방식의 센서이며;
상기 보일러(20)의 후단에 배치되어, 배기가스에 포함된 NOx 량에 비례하여, SCR(선택적 촉매환원법) 또는 SNCR(선택적 무촉매 환원법)의 비례제어 또는 스크러버의 비례제어를 가능하게 하는 비례제어 전자스위치(50);
상기 스크러버는 보일러의 후단과 연도의 전단에 설치되되;
상기 SCR(선택적 촉매환원법)은 암모니아와 이송가스의 혼합을 Injection Grid(주입망)를 통하여 배기가스 중에 분사하는 것으로 이루어져 있으며;
연료댐퍼모터용 콘트롤러(61)와 공기댐퍼모터용 콘트롤러(62)를 부착하여 상기 버너(10)에 대한 상기 연료관(5)으로부터의 연료와 상기 송풍기(90)로부터의 공기의 공급량을 제어하는 PLC(70)를 포함하고, 센서모듈(40)의 센서해석기능에 의해 계산된 NOx 및 O2값을 PLC(70)로 보내는 기능을 탑재하고 있는 제어부(60);
상기 제어부(60)는 CAN통신(45)을 통해 센서모듈(40)에 연결되어 있고;
상기 라인(5L)에 설치되고 상기 연료댐퍼모터용 콘트롤러(61)에 연결된 연료댐퍼모터(5-1);
상기 라인(90L)에 설치되고 상기 공기댐퍼모터용 콘트롤러(62)에 연결된 공기댐퍼모터(90-1);
상기 버너(10)에 대한 상기 연료관(5)으로부터의 연료와 상기 송풍기(90)로부터의 공기의 공급량 제어가 각각, PLC(70)의 입력된 시퀀스 프로그램에 의해 처리된 값을 바탕으로, 상기 라인(90L)에 설치된 상기 공기댐퍼모터(90-1)의 개폐각도를 조절하는 상기 공기댐퍼모터용 콘트롤러(62)와 상기 라인(5L)에 설치된 상기 연료댐퍼모터(5-1)의 개폐각도를 조절하는 상기 연료댐퍼모터용 콘트롤러(61);
상기 공기댐퍼모터(90-1) 또는 상기 연료댐퍼모터(5-1)에 연결되고 상기 PLC(70)에 부착되어 상기 공기댐퍼모터(90-1) 또는 상기 연료댐퍼모터(5-1)의 개폐각도를 조절할 수 있는 예비적 콘트롤러;
상기 센서모듈(40)이 상기 보일러(20)의 연소 조건 변화를 유도하여 상기 NOx 센서의 자체적 이상유무를 판단하도록 프로그램된 프로그램을 포함하며;
상기 PLC(70)는 센서모듈(40)의 센서해석기능에 의해 계산된 NOx 및 O2값과 상기 센서모듈(40)의 이상 발생 시의 에러코드를 실시간으로 확인할 수 있는 HMI를 포함하며;
상기 HMI는 데이터와 그래프가 터치패널에 표시되는 것으로 이루어져 있고;
상기 제어부(60)는, 센서모듈(40)의 센서해석기능에 의해 계산된 NOx 및 O2값과 상기 센서모듈(40)의 이상 발생 시의 에러코드를 기록 및 저장하며 저장매체에 이 데이터를 옮길 수도 있는 저장장치(80)를 더 포함하며;
상기 연료는 가스 또는 석유인 것을 특징으로 하는 실시간 보일러 배기가스 분석을 통한 공연비 및 질소산화물 제어 시스템.
A fuel pipe 5 for supplying fuel;
A burner 10 connected to the fuel pipe 5 through a line 5L to spray a flame forward;
A blower 90 for supplying air to the burner 10 through a line 90L;
A boiler (20) to which the burner (10) is mounted to supply heat;
A flue (30) connected to the boiler (20) and discharging exhaust gas;
A sensor module 40 installed in the flue 30 and including an NO x sensor for sensing the amount of NO x and O 2 contained in the exhaust gas and having a sensor analysis function and a communication function;
Wherein the NO x sensor is a zirconium dioxide ceramic type sensor;
A proportional control of the SCR (selective catalyst reduction method) or SNCR (selective non-catalytic reduction method) or a proportional control of the scrubber in proportion to the amount of NO x contained in the exhaust gas, Control electronic switch (50);
Wherein the scrubber is installed at a rear end of the boiler and at a front end of the flue;
The SCR (Selective Catalytic Reduction) method comprises injecting a mixture of ammonia and transfer gas into an exhaust gas through an injection grid;
A controller for the fuel damper motor 61 and a controller 62 for the air damper motor are attached to control the supply amount of the fuel from the fuel pipe 5 and the air from the blower 90 to the burner 10 A control unit (60) including a PLC (70) and having a function of sending NOx and O2 values calculated by the sensor analysis function of the sensor module (40) to the PLC (70);
The control unit 60 is connected to the sensor module 40 via the CAN communication 45;
A fuel damper motor (5-1) installed on the line (5L) and connected to the controller (61) for the fuel damper motor;
An air damper motor (90-1) installed on the line (90L) and connected to the controller (62) for the air damper motor;
The supply amount control of the fuel from the fuel pipe 5 and the air from the blower 90 to the burner 10 is performed based on the values processed by the input sequence program of the PLC 70, The air damper motor controller 62 for adjusting the opening and closing angle of the air damper motor 90-1 installed in the line 90L and the opening and closing angle of the fuel damper motor 5-1 provided in the line 5L A controller (61) for the fuel damper motor for controlling the fuel damper motor;
The air damper motor 90-1 or the fuel damper motor 5-1 is connected to the air damper motor 90-1 or the fuel damper motor 5-1 and attached to the PLC 70, A preliminary controller capable of adjusting opening and closing angles;
And a program programmed to cause the sensor module (40) to induce a change in combustion condition of the boiler (20) to determine whether the NOx sensor itself is abnormal;
The PLC 70 includes an HMI that can check the NOx and O2 values calculated by the sensor analysis function of the sensor module 40 and the error code when the sensor module 40 is abnormally generated in real time;
Wherein the HMI comprises data and graphs displayed on a touch panel;
The control unit 60 records and stores the NOx and O2 values calculated by the sensor analysis function of the sensor module 40 and the error code when the sensor module 40 is abnormally generated and moves the data to the storage medium Further comprising a storage device (80), said storage device
Wherein the fuel is gas or oil. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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