KR101965437B1 - 실시간 배기가스 성분검출을 통해 연소공기를 조정하여 질화산화물을 저감시키기 위한 보일러 제어방법 - Google Patents

실시간 배기가스 성분검출을 통해 연소공기를 조정하여 질화산화물을 저감시키기 위한 보일러 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실시간 배기가스 성분검출을 통해 연소공기를 조정하여 질소산화물을 저감시키기 위한 보일러 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료공급관(11)으로부터 연료를 공급받아 화기를 생성하는 버너부(10); 상기 버너부(10)로 연료의 연소에 필요한 외부 공기를 송풍기(21)를 통해 공급하는 연소공기공급관(20); 상기 버너부(10)로부터 연소되는 화기를 통해 열교환이 이루어지는 보일러부(30); 상기 보일러부(30)로부터 이송되는 화기가 배출되도록 이송 안내하는 배출연도(40); 상기 배출연도(40)의 이동경로 상에 일단이 연통 가능하도록 연결되고 상기 송풍기(21)의 후단측에 타단이 연통 가능하도록 연결되어 배출연도(40)를 통해 배출되는 배출가스를 회수하여 외부공기와 혼합된 상태로 상기 연소공기공급관(20)으로 공급되도록 하는 FGR 회수관(60); 상기 배출연도(40)의 이동경로 상에 배출가스의 녹스농도 및 산소농도를 실시간으로 감지하여 배출가스 센싱데이터를 생성하는 제1검출센서부(70); 상기 연소공기공급관(20)의 이동경로 상에 유입되는 외부 공기의 녹스농도 및 산소농도를 실시간으로 감지하여 유입가스 센싱데이터를 생성하는 제2검출센서부(71); 상기 제1검출센서부(70) 및 제2검출센서부(71)로부터 실시간 배출가스 센싱데이터 및 실시간 유입가스 센싱데이터를 전달받아 송풍기(21)를 통한 외부 공기유입량을 제어하는 제1컨트롤밸브(90)와, FGR 회수관(60)으로부터 배출가스의 회수량을 제어하는 제2컨트롤밸브(91)의 개도 제어를 실시간으로 수행하는 컨트롤부(80); 및 상기 보일러부(30) 내의 유체의 온도, 압력 중 적어도 하나 이상을 체크하여 보일러 부하량을 감지하는 부하감지기(92);롤 포함하여 이루어진 보일러의 제어방법에 있어서,
상기 제2컨트롤밸브(91)를 차단하고, 제1컨트롤밸브(90)를 개방한 상태로 상기 부하감지기(92)로부터 부하값을 전달받아 연료댐퍼(12) 및 송풍기 모터(22) 회전수를 제어하며, 부하값에 따라 보일러를 구동하되, 상기 제1검출센서부(70)를 통해 녹스농도 및 산소농도를 측정하며, 상기 컨트롤부(80)가 상기 제1검출센서부(70)로부터 전달받은 녹스농도 및 산소농도에 대한 센싱데이터와 목적하는 녹스농도 및 산소농도와의 관계를 판단하여, 측정된 녹스농도 및 산소농도 중 적어도 어느 하나라도 목적 농도를 초과하면 상기 연료댐퍼(12)의 개도량 또는 송풍기 모터(22)의 회전수, 또는 이들 모두를 제어하되, 측정된 녹스농도 및 산소농도가 목적하는 녹스농도 및 산소농도 이하일 때 해당 부하값과, 해당 부하값에 따른 상기 연료댐퍼(12)의 개도량 및 상기 송풍기 모터(22)의 회전수를 저장하는 제1설정단계(S100); 및 상기 제1설정단계 이후, 부하값에 따라 보일러를 구동하되, 상기 제1컨트롤밸브(90) 및 제2컨트롤밸브(91)의 개도량을 제어하여 상기 제1검출센서부(70) 및 제2검출센서부(71)를 통해 측정되는 녹스농도와 산소농도가 목적 녹스농도와 산소농도 이하인 경우에 해당 부하값에 따른 상기 제1컨트롤밸브(90) 및 제2컨트롤밸브(91)의 개도량 설정값을 저장하는 제2설정단계(S200);를 포함하여 이루어지며, 상기 컨트롤부(80)는 상기 제1설정단계(S100) 또는 상기 제2설정단계(S200), 또는 이들 모든 단계에서 상기 부하감지기(92)로부터 새로운 부하값이 전달되는 경우 상기 제1설정단계(S100)로 돌아가도록 제어하고, 다음 단계 부하값이 부존재하는 경우 동일 부하내에서의 연소 변화에 실시간적으로 대응하기 위해 상기 제2설정단계(S200)가 반복 수행되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 실시간 배기가스 성분검출을 통해 연소공기를 조정하여 질소산화물을 저감시키기 위한 보일러 제어방법을 제안하고자 한다.

Description

실시간 배기가스 성분검출을 통해 연소공기를 조정하여 질화산화물을 저감시키기 위한 보일러 제어방법{A boiler control method for reducing nitrogen oxides by adjusting combustion air through detection of real-time exhaust gas components}
본 발명은 실시간 배기가스 성분검출을 통해 연소공기를 조정하여 질소산화물(NOx : 이하 녹스)을 저감시키기 위한 보일러 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배출연도를 통해 배출되는 배기가스의 산소농도 및 녹스농도를 검출하는 제1검출센서부와, FGR(Flue-Gas Recirculation : 배기가스재순환) 회수관을 통해 회수되는 배기가스와 유입되는 외부 공기와의 혼합가스의 산소농도 및 녹스농도를 검출하는 제2검출센서부가 구비되어 실시간으로 정밀하게 배출되는 녹스의 저감 및 완전 연소가 이루어지도록 하며 보일러의 장시간 사용 또는 급격한 부하값의 변동에 따라 기설정된 제1컨트롤밸브 및 제2컨트롤밸브의 개도량이 적정하지 않게 된 경우 이를 실시간 감지하여 제1컨트롤밸브 및 제2컨트롤밸브의 개도량 설정 제어를 재수행하도록 하는 실시간 배기가스 성분검출을 통해 연소공기를 조정하여 질소산화물을 저감시키기 위한 보일러 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 산업화의 급속한 진전에 따른 화석연료 사용량의 증가로 인한 대기오염과 지구 온난화 문제가 날로 심각해지고 있다.
이러한 대기오염의 주범 중 하나로 차량의 엔진이나 화력발전소, 공장의 온수 및 증기발생장치 등의 배기가스에 포함된 황 산화물(SOx)과 질소 산화물(녹스;NOx)이 손꼽히고 있으며, 최근 환경보존에 대한 인식이 높아짐에 따라 이들에 대한 각국의 배출규제가 도입되고 있다.
산업생산 현장, 예를 들면, 공장이나 가정 및 사무 빌딩 등에서 보일러의 사용으로 인해 배출되는 배기가스 중의 질소산화물(NOx)은 지구의 온난화를 촉진시켜 지구환경을 파괴할 뿐만 아니라 최근 사회적 이슈가 되고 있는 미세먼지(이하 PM2.5) 발생의 주요인으로 대두 되고 있어 그 대책이 강력히 요구되고 있으며, 우리나라의 경우 대기환경보존법 및 환경정책기본법 시행령에 의하여 규제되고 있다.
현행 대기환경보전법은 그 시행규칙 중 별표1 대기오염물질에서 대기오염물질을 규정하고 있으며 별표8 대기오염물질의 배출허용기준을 통해 대기오염물질의 배출허용기준을 법적으로 제시해 놓고 있다.
본 발명이 저감하고자 하는 질소산화물은 대기오염물질 중 하나로서 법에 따라 60ppm(기체연료, 시간당 증발량 10톤 미만, 2015년 1월 1일 이후 설치 보일러 기준) 미만으로 배출되도록 규정되어 있다.
상기 질소산화물은 속칭으로 녹스(N0x)라고 칭하기도 하는데, 이러한 녹스는 N2O, NO, N2O3, NO2, N2O4, N2O5, NO3, N2O6의 8종류가 알려져 있으나, 공해용어의 녹스(NOx)는 NO와 NO2의 총칭의 의미로 사용되고 있는 경우가 많다.
연료가 연소할 때, 최초에 생기는 것은 대부분이 NO이며, NO는 공기 중에서 산화되어 NO2가 된다. 공기 중의 NOx는 그 자신이 유해하며, 태양광선에 의해 해리되어 광화학 스모그의 원인이 된다.
이 같은 대기오염물질 중 보일러의 연소시 주로 발생되는 질소산화물의 배출 규제기준을 충족시키기 위해, 일반적으로 산업용 보일러 등에는 배기가스를 처리하기 위하여 다양한 설비가 적용되고 있다.
하지만 대부분의 질소산화물 저감을 위해 별도의 저감장치를 마련하거나 저감을 위한 배출가스 센서부를 두어 해당 데이터를 주기적으로 산출하여 이를 기반으로 하는 산소농도를 제어함에 따라 실시간으로 변화하는 녹스농도값에 즉각적으로 대응하지 못하는 문제가 있다.
이러한 종래 문제를 해결하기 위한 배경기술은 도 7에 도시된 바와 같이 연소기기가 공기부족연소가 되면 센서(3)가 일산화탄소와 탄화수소의 농도를 각각 전압으로 검출하여 마이콤으로 보내지고, 또한 산소, 산화질소 및 온도센서는 동시에 산소의 농도와 연소배가스의 온도를 전압으로 측정하여 마이콤(6)에 보내져서 그 값을 비교 정산하게 된다. 또한 공기부족연소로 인해 일산화탄소와 탄화수소가 많음을 최적연소시의 기준출력전압과 비교 판정하여 그 값이 기준전압과 일치할 때까지 보일러의 송풍기(8)이나 댐퍼(7)의 개폐각도 및 인젝터의 개방시간을 조절하여 공연비가 최적화 되도록 하고 있다. 즉 배경기술의 경우 산소, 산화질소 및 온도센서는 산소의 농도와 연소배기가스의 온도를 전압으로 측정하여 마이콤에 설정된 기준전압과 비교하여 정산한 후, 보일러의 송풍기나 댐퍼의 개폐각도 및 인젝터의 개방시간을 조절하여 공연비가 최적화되도록 구성되어 있다.
상기 배경기술은 산소 및 질소산화물 센서의 출력전압이 기준전압과 동일하게 될 때까지 재순환밸브(9)의 개도량을 제어하여 산화질소화합물의 배출을 억제하고 있다. 이 경우 이미 수행한 재순환밸브의 개도량 정보 이력을 보일러의 부하값별로 저장하여 데이터화하고, 현재 보일러의 부하량이 기저장된 부하값과 동일한 부하값이 있는 경우 해당 부하값에 상응하는 재순환밸브의 개도량 정보를 적용하여 재순환밸브의 개도량을 제어한다면 보다 신속하고 효율적인 제어가 가능하게 된다. 이렇게 기저장된 부하값에 따른 재순환밸브의 개도량 정보를 적용하였으나, 목적하는 녹스농도나 산소농도에 도달하지 못하는 경우에는 재순환밸브의 개도량을 재설정하게 되는데, 이 경우 기저장된 부하값에 대응하는 재순환밸브의 개도량을 기초하여 재순환밸브의 개도량을 재설정하게 된다면 보다 신속한 제어가 가능하게 된다. 이는 재순환밸브의 개도량을 제어함 있어 그만큼 시행착오를 줄일 수 있다는 점에서 신속한 제어가 가능하게 되는 것이다.
그러나 배경기술의 경우에는 산소 및 질소산화물 센서의 출력전압이 기준전압과 동일하게 될 때까지 재순환밸브(9)의 개도량을 제어하여 산화질소화합물의 배출을 억제하게 되는데, 이 경우 산소 및 질소산화물의 센서의 출력전압이 기준전압과 동일하게 될 때까지 재순환밸브의 개도량 제어를 수차례의 시행착오를 걸쳐 수행하여야 하는 문제가 있고, 기존의 제어 정보를 활용하지 못한다는 점에서 비효율적이라는 문제가 있다.
또한 배경기술에서 사용하고 있는 재순환밸브(9)는 송풍기를 통해 공급되는 외부공기의 양만을 조절하는 밸브로서 재순환공기는 유입되지 못하는 까닭에 배기가스분석을 통한 배기가스의 양을 제어하지 못하며 이에 따라 정밀제어가 불가능하다.
마지막으로 배경기술에서 언급한 반도체식 가스센서(3)는 제조방식의 한계로 인해 상당한 오차를 가질 수밖에 없고 경년변화에 의한 특성변화도 상당하다. 즉 고정저항처럼 절대적으로 정확한 표준값이 확립된 부품은 그 정확도를 수치로 나타낼 수 있지만 배기가스처럼 그 값의 변화가 실시간으로 폭 넓게 나타나는 경우에는 그 사용이 부정확하다 할 것이다.
대한민국 특허등록 제10-0173398호(1999.03.20 등록)
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 버너 측으로 유입되는 혼합가스 및 연소 후 배출되는 배출가스의 산소농도와 녹스농도를 각각 실시간으로 검출하는 지르코늄 전해질 측정 방식(zirconium electrolyte measures)의 제1, 제2검출센서부를 구비하고 컨트롤부에서 상기 제1, 제2검출센서부의 센싱데이터를 통해 FGR 회수관의 개도, 외부 공기 유입관의 개도를 실시간 제어하여 즉각적인 피드백을 통한 녹스 저감 및 완전 연소로의 정밀 제어가 가능하도록 하는 것을 하나의 목적으로 한다.
아울러 본 발명은 보일러의 장시간 사용 또는 급격한 부하값의 변동에 따라 기설정된 제1컨트롤밸브 및 제2컨트롤밸브의 개도량이 적정하지 않게 된 경우 이를 실시간 감지하여 제1컨트롤밸브 및 제2컨트롤밸브의 개도량 설정 제어를 재수행하도록 하는 것을 또 하나의 목적으로 한다.
본 발명은 실시간 배기가스 성분검출을 통해 연소공기를 조정하여 질소산화물을 저감시키기 위한 보일러 제어방법은 연료공급관(11)으로부터 연료를 공급받아 화기를 생성하는 버너부(10); 상기 버너부(10)로 연료의 연소에 필요한 외부 공기를 송풍기(21)를 통해 공급하는 연소공기공급관(20); 상기 버너부(10)로부터 연소되는 화기를 통해 열교환이 이루어지는 보일러부(30); 상기 보일러부(30)로부터 이송되는 화기가 배출되도록 이송 안내하는 배출연도(40); 상기 배출연도(40)의 이동경로 상에 일단이 연통 가능하도록 연결되고 상기 송풍기(21)의 후단측에 타단이 연통 가능하도록 연결되어 배출연도(40)를 통해 배출되는 배출가스를 회수하여 외부공기와 혼합된 상태로 상기 연소공기공급관(20)으로 공급되도록 하는 FGR 회수관(60); 상기 배출연도(40)의 이동경로 상에 배출가스의 녹스농도 및 산소농도를 실시간으로 감지하여 배출가스 센싱데이터를 생성하는 지르코늄 전해질 측정 방식(zirconium electrolyte measures)의 제1검출센서부(70); 상기 연소공기공급관(20)의 이동경로 상에 유입되는 외부 공기의 녹스농도 및 산소농도를 실시간으로 감지하여 유입가스 센싱데이터를 생성하는 지르코늄 전해질 측정 방식(zirconium electrolyte measures)의 제2검출센서부(71); 상기 제1검출센서부(70) 및 제2검출센서부(71)로부터 실시간 배출가스 센싱데이터 및 실시간 유입가스 센싱데이터를 전달받아 송풍기(21)를 통한 외부 공기유입량을 제어하는 제1컨트롤밸브(90)와, FGR 회수관(60)으로부터 배출가스의 회수량을 제어하는 제2컨트롤밸브(91)의 개도 제어를 실시간으로 수행하는 컨트롤부(80); 및 상기 보일러부(30) 내의 유체의 온도, 압력 중 적어도 하나 이상을 체크하여 보일러 부하량을 감지하는 부하감지기(92);롤 포함하여 이루어진 보일러의 제어방법에 있어서,
상기 제2컨트롤밸브(91)를 차단하고, 제1컨트롤밸브(90)를 개방한 상태로 상기 부하감지기(92)로부터 부하값을 전달받아 연료댐퍼(12) 및 송풍기 모터(22) 회전수를 제어하며, 부하값에 따라 보일러를 구동하되 상기 제1검출센서부(70)를 통해 녹스농도 및 산소농도를 측정하며, 상기 컨트롤부(80)가 상기 제1검출센서부(70)로부터 전달받은 녹스농도 및 산소농도에 대한 센싱데이터와 목적하는 녹스농도 및 산소농도와의 관계를 판단하여, 측정된 녹스농도 및 산소농도 중 적어도 어느 하나라도 목적 농도를 초과하면 상기 연료댐퍼(12)의 개도량 또는 송풍기 모터(22)의 회전수, 또는 이들 모두를 제어하되, 측정된 녹스농도 및 산소농도가 목적하는 녹스농도 및 산소농도 이하일 때 해당 부하값과, 해당 부하값에 따른 상기 연료댐퍼(12)의 개도량 및 상기 송풍기 모터(22)의 회전수를 저장하는 제1설정단계(S100); 및 상기 제1설정단계 이후, 부하값에 따라 보일러를 구동하되, 상기 제1컨트롤밸브(90) 및 제2컨트롤밸브(91)의 개도량을 제어하여 상기 제1검출센서부(70) 및 제2검출센서부(71)를 통해 측정되는 녹스농도와 산소농도가 목적 녹스농도와 산소농도 이하인 경우에 해당 부하값에 따른 상기 제1컨트롤밸브(90) 및 제2컨트롤밸브(91)의 개도량 설정값을 저장하는 제2설정단계(S200);를 포함하여 이루어지며,
상기 컨트롤부(80)는 상기 제1설정단계(S100) 또는 상기 제2설정단계(S200), 또는 이들 모든 단계에서 상기 부하감지기(92)로부터 새로운 부하값이 전달되는 경우 상기 제1설정단계(S100)로 돌아가도록 제어하고,
새로운 부하값이 부존재하는 경우 동일 부하내에서의 연소 변화에 실시간적으로 대응하기 위해 상기 제2설정단계(S200)가 반복 수행되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 상기 컨트롤부(80)는 부하값별로 상기 연료댐퍼(12)의 개도량, 상기 송풍기 모터(22)의 회전수 및 상기 제1 및 제2컨트롤밸브(90)(91)의 개도량을 메모리부(81)에 저장한 후, 상기 메모리부(81)의 저장된 값에 따라 해당 부하값으로 보일러를 구동하되, 보일러 구동 시, 상기 제1검출센서부(70) 및 제2검출센서부(71)로부터 검출된 녹스농도 또는 산소농도가 목적 녹스농도 또는 산소농도를 초과하는 경우 상기 제1컨트롤밸브(90) 및 제2컨트롤밸브(91)의 개도량을 재설정하고, 해당 부하값과 함께 재설정된 상기 제1컨트롤밸브(90) 및 제2컨트롤밸브(91)의 개도량을 상기 메모리부(81)에 저장하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 상기 컨트롤부(80)는 상기 부하감지기(92)로부터 새로운 부하값이 전달되는 경우, 상기 제1설정단계(S100)에서는 상기 메모리부(81)에 기저장된 해당 부하값에 대응하는 상기 연료댐퍼(12)의 개도량 및 송풍기 모터(22)의 회전수 제어값을 초기값으로 설정하고, 상기 제2설정단계(S200)에서는 상기 메모리부(81)에 기저장된 해당 부하값에 대응하는 상기 제1 및 제2컨트롤밸브(90)(91)의 개도량 제어값을 초기값으로 설정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 제1검출센서부와 제2검출센서부의 센싱데이터 분석을 통해 즉각적인 피드백 데이터가 수집되어 목적하는 녹스 농도 및 산소 농도로의 정밀 제어가 용이해지는 효과가 있다.
아울러 상기 센싱데이터를 분석하는 컨트롤부에서 FGR 회수관의 개도 및 외부 공기 유입관의 개도를 컨트롤밸브를 통해 실시간으로 제어함에 따라 보다 정밀한 보일러의 녹스 저감 및 완전 연소 제어가 가능해지는 효과가 있다.
아울러 보일러의 장시간 사용 또는 급격한 부하값의 변동에 따라 기설정된 제1컨트롤밸브 및 제2컨트롤밸브의 개도량이 적정하지 않게 된 경우 이를 실시간 감지하여 제1컨트롤밸브 및 제2컨트롤밸브의 개도량 설정 제어를 재수행하도록 함에 따라 비교적 빈번하게 발생되는 설정값의 부적정 환경에 실시간으로 대응하여 항시 목적하는 녹스 농도 및 산소 농도가 유지될 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 질소산화물을 저감하는 보일러를 나타내는 사시도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 질소산화물을 저감하는 보일러의 구성을 개략적으로 나타내는 개념도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 질소산화물을 저감하는 보일러의 제어 과정을 나타내는 순서도,
도 4는 도 3의 제1설정단계(공연비제어)를 구체적으로 나타내는 순서도,
도 5는 도 3의 제2설정단계(FRG시스템제어)를 구체적으로 나타내는 순서도,
도 6은 본 발명에 따른 실시간 FGR에 따른 각 부하별로 녹스농도 및 산소농도의 변화량을 나타내는 그래프,
도 7은 배경기술을 나타내는 개념도.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 설명하기 위하여 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하고 이를 참조하여 살펴본다.
먼저, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 또한 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 질소산화물을 저감하는 보일러를 나타내는 도면이며, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 질소산화물을 저감하는 보일러의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도면을 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 보일러(100)는 연료공급관(11)으로부터 연료를 공급받아 화기를 생성하는 버너부(10)와, 상기 버너부(10)로 연료의 연소에 필요한 외부 공기를 송풍기(21)를 통해 공급하는 연소공기공급관(20)과, 상기 버너부(10)로부터 연소되는 화기를 통해 열교환이 이루어지는 보일러부(30)와, 상기 보일러부(30)로부터 이송되는 화기가 배출되도록 이송 안내하는 배출연도(40)와, 상기 배출연도(40)의 이동경로 상에 일단이 연통 가능하도록 연결되고 상기 송풍기(21)의 후단측에 타단이 연통 가능하도록 연결되어 배출연도(40)를 통해 배출되는 배출가스를 회수하여 외부공기와 혼합된 상태로 상기 연소공기공급관(20)으로 공급되도록 하는 FGR 회수관(60)과, 상기 배출연도(40)의 이동경로 상에 배출가스의 녹스농도 또는 산소농도 중 어느 하나 또는 모두를 실시간으로 감지하여 배출가스 센싱데이터를 생성하는 제1검출센서부(70)와, 상기 연소공기공급관(20)의 이동경로 상에 유입되는 외부 공기의 녹스농도 또는 산소농도 중 어느 하나 또는 모두를 실시간으로 감지하여 유입가스 센싱데이터를 생성하는 제2검출센서부(71)와, 상기 제1검출센서부(70) 및 제2검출센서부(71)로부터 실시간 배출가스 센싱데이터 및 실시간 유입가스 센싱데이터를 전달받아 송풍기(21)를 통한 외부 공기 유입량을 제어하는 제1컨트롤밸브(90)와, FGR 회수관(60)으로부터 배출가스의 회수량을 제어하는 제2컨트롤밸브(91)의 개도 제어를 실시간으로 수행하는 컨트롤부(80) 및 상기 배출연도(40)와 연소공기공급관(20)의 이동경로 상에 연결 설치되어 배출연도(40)로 배출되는 배출가스의 열을 전달받아 연소공기공급관(20)으로부터 유입되는 공기로 전달하여 예열되도록 하는 공기예열부(50)로 이루어진다.
여기서 상기 버너부(10)는 연료공급관(11)으로부터 유입되는 연료와 연소공기공급관(20)으로부터 유입되는 공기를 통해 별도의 스파크 발생수단으로 화염을 일으켜 화기를 생성시키도록 구비된다.
이러한 버너부(10)에 의해 생성된 화기는 보일러부(30)에 형성되는 화기 이송 경로로 이동하면서 보일러부(30) 내에 수용되는 물 등의 열교환 매질로 열을 전달한다.
이에 따라 열교환을 수행한 화기는 배출연도(40)를 통해 외부로 배출되도록 안내되는데, 상기 배출연도(40) 상에는 버너부(10)로 유입되는 공기를 예열하기 위한 공기예열부(50)가 형성된다.
여기서 상기 공기예열부(50)는 상기 배출연도(40)와 연소공기공급관(20)의 이동경로 상에 연결 설치되어 배출연도(40)로 배출되는 배출가스의 열을 전달받아 연소공기공급관(20)으로부터 유입되는 공기로 전달하여 예열되도록 구비된다.
즉 전술한 배출연도(40)의 이송 화기가 상기 공기예열부(50)를 경유하여 배출될 때 공기예열부(50)의 다수의 히팅관에 자신의 열에너지를 전달하여 다수의 히팅관이 가열되도록 하고, 해당 히팅관은 연료공기공급관(20) 상에서 버너부(10)로 이송되는 경로 상에 연결되어 형성됨에 따라 이를 경유하는 공기가 예열되도록 열교환을 수행한다.
이에 따라 폐열로 폐기될 수 있는 배출가스를 열교환하여 폐열을 회수할 수 있으며, 높은 온도로 배출되는 가스의 온도를 냉각시켜 고온의 배출가스로 인한 다양한 문제를 동시에 해결할 수 있게 된다.
아울러 상기 배출연도(40)의 이송 경로 상에는 공기예열부(50) 후단부에 배출되는 배기가스의 폐열 회수를 유도하고 연소에 의해 발생되는 녹스가 포함된 배출가스를 재차 연소하여 배출가스의 녹스농도를 저감하도록 하는 FGR 회수관(60)이 형성된다.
이러한 FGR 회수관(60)은 상기 배출연도(40)의 이동경로 중 공기예열부(50)의 후단에 그 일단이 연통 가능하도록 형성되고, 그 타단은 상기 송풍기(21)의 후단측에 연통 가능하도록 형성되어 배출연도(40)를 통해 배출되는 배출가스가 공기예열부(50)를 통해 열교환이 이루어진 뒤 회수되며, 회수된 배출가스가 송풍기(21)를 통해 유입되는 외부공기와 혼합되어 공기예열부(50)를 통해 예열이 이루어지도록 구성된다.
이와 같이 연료가스공급관(20)으로부터 버너부(10)로 이송하는 공기는 FGR 회수관(60)으로부터 유입되는 배출가스와 송풍기(21)로부터 유입되는 외부 공기가 혼합된 혼합 가스의 형태로 이루어지며, 이러한 혼합 가스가 전술한 바와 같이 공기예열기(50)를 거쳐 예열된 후 버너부(10)로 이송하게 된다.
아울러 상기 FGR 회수관(60)을 통해 이송되는 배출가스의 이송력은 송풍기(21)를 통해 발생되는데, 이러한 송풍기(21)의 순환력은 외부 공기가 유입시킴과 동시에 FGR 회수관(60)의 배출가스를 이송시키는 데에도 활용되게 된다.
한편 상기 제1검출센서부(70)는 상기 배출연도(40)의 이동경로 상에 배출가스의 녹스농도 또는 산소농도 중 어느 하나 또는 모두를 실시간으로 감지하여 배출가스 센싱데이터를 생성하도록 구비되는데, 이러한 제1검출센서부(70)는 배출연도(40)의 이동경로 중 공기예열부(50)의 후단측에 형성됨이 바람직하다.
아울러 상기 제2검출센서부(71)는 상기 연소공기공급관(20)의 이동경로 상에 유입되는 외부 공기의 녹스농도 또는 산소농도 중 어느 하나 또는 모두를 실시간으로 감지하여 유입가스 센싱데이터를 생성하도록 구비되는데, 이러한 제2검출센서부(71)는 연소공기공급관(20)의 이동경로 중 FGR 회수관(60)으로부터 송풍기(21)의 후단측에 유입되는 공기와 송풍기(21)의 전단측에 유입되는 외부공기가 혼합되어 공기예열기(50)측으로 이동하는 이동경로 상에 설치됨이 바람직하다.
제1검출센서부(70)와 제2검출센서부(71)의 센서는 실시간으로 정밀한 녹스의 측정을 위해 많이 사용되며 이미 그 정밀도와 내구성이 입증된 지르코늄 전해질 측정 방식(zirconium electrolyte measures)의 센서로 구성되며 실시간으로 정밀한 계측이 가능하다.
또한 상기 컨트롤부(80)는 상기 제1검출센서부(70) 및 제2검출센서부(71)로부터 실시간 배출가스 센싱데이터 및 실시간 유입가스 센싱데이터를 전달받아 이를 분석함으로써 송풍기(21)를 통한 외부 공기 유입량을 제어하는 제1컨트롤밸브(90)와, FGR 회수관(60)으로부터 배출가스의 회수량을 제어하는 제2컨트롤밸브(91)의 개도 제어를 실시간 수행하도록 구비된다.
여기서 상기 컨트롤부(80)는 제1컨트롤밸브(90) 제어를 통해 외부 공기 유입량을 제어할 수 있으나, 이외에 송풍기(21) 내 송풍기 모터(22)의 회전수 제어를 통해서도 외부 공기 유입량을 제어할 수 있다.
즉, 송풍기 모터(22)의 회전수를 변화시키면 동일한 제1컨트롤밸브(90) 개도량에도 외부 공기 유입량이 변동되는데, 이는 유입되는 외부 공기의 유입속도를 제어하여 유입량을 제어하는 형태이다.
아울러 상기 컨트롤부(80)는 버너부(10)로 연료를 공급하는 연료공급관(11)의 공급량을 결정하는 연료댐퍼(12)를 제어하며, 보일러부(30) 내의 유체의 온도, 압력 중 적어도 하나 이상을 체크하여 보일러 부하량을 감지하는 부하감지기(92)로부터 실시간 부하값을 전달받도록 구성된다.
이와 같은 부하값은 현재 보일러의 부하량을 의미한다. 이러한 부하값을 컨트롤부(80)에서 전달받게 되면 컨트롤부(80)는 메모리부(81)에 기저장된 보일러의 부하값별 연료댐퍼(12)의 개도량과 송풍기 모터(22)의 회전수를 추출하여 목적하는 산소농도와 녹스농도의 값을 확인한다(S100).
이후 동일 부하량 내에서 제1컨트롤밸브(90) 및 제2컨트롤밸브(91)의 개도량 정보 중 현재 보일러의 부하값에 대응되는 개도량 정보를 추출하여 제2센서검출부를 통해 목적하는 산소농도와 녹스농도의 값을 확인한다(S200).
아울러 추출된 기저장 개도량 정보를 통해 컨트롤부(80)의 개도 제어가 이루어지는데, 본 발명에 따른 다단 제어시스템(100)의 가장 큰 특징 중 하나가 이러한 기저장된 설정 개도량으로 컨트롤부(80)가 개도를 제어한 후 재차 제1검출센서부(70) 및 제2검출센서(71)로부터 센싱데이터를 전달받아 개도량의 재조정이 필요한지 여부를 실시간으로 판단하는 구성을 가지는 것이다.
즉, 기저장된 해당 부하별 설정 개도량은 이전 환경에 적합한 개도량 정보로 서 다양한 환경적 변수(예를 들면, 보일러의 장시간 사용 또는 급격한 부하량의 변동 등)에 따라 이전 환경에 적합하던 개도량 정보로는 더 이상 목적하는 배출가스의 녹스농도 또는 산소농도에 적합하지 않을 수 있다. 따라서 모든 환경적 변수를 동일하게 설정할 수 없는 사용 환경적 특성에 따라 기저장 개도량 정보를 1차적으로 적용한 후 이후 배출가스의 녹스농도 또는 산소농도를 즉각적으로 확인하여 목적하는 녹스농도 또는 산소농도보다 배출 농도값이 큰 경우 제1컨트롤밸브(90) 및 제2컨트롤밸브(91)의 개도량 정보를 재조정하는 과정을 구비하는 것이다.
아울러 재조정하는 과정에서 산출되는 적정 개도량 정보는 다시 메모리부(81)에 저장되어 이후 동일한 부하값이 측정되는 경우 해당 개도량 정보로 제1컨트롤밸브(90) 및 제2컨트롤밸브(91)의 개도가 제어되도록 구성된다.
이와 대비하여 전술한 바와 같은 배경기술은 도 7에 도시된 바와 같이 산소 및 질소산화물 센서의 출력전압이 기준전압과 동일하게 될 때까지 재순환밸브(9)의 개도량을 제어하여 산화질소화합물의 배출을 억제하고 있다. 이 경우 이미 수행한 재순환밸브의 개도량 정보 이력을 보일러의 부하값별로 저장하여 데이터화하고, 현재 보일러의 부하량이 기저장된 부하값과 동일한 부하값이 있는 경우 해당 부하값에 상응하는 재순환밸브의 개도량 정보를 적용하여 재순환밸브의 개도량을 제어한다면 보다 신속하고 효율적인 제어가 가능하게 된다. 이렇게 기저장된 부하값에 따른 재순환밸브의 개도량 정보를 적용하였으나, 목적하는 녹스농도나 산소농도에 도달하지 못하는 경우에는 재순환밸브의 개도량을 재설정하게 되는데, 이 경우 기저장된 부하값에 대응하는 재순환밸브의 개도량을 기초하여 재순환밸브의 개도량을 재설정하게 된다면 보다 신속한 제어가 가능하게 된다. 이는 재순환밸브의 개도량을 제어함 있어 그만큼 시행착오를 줄일 수 있다는 점에서 신속한 제어가 가능하게 되는 것이다.
이와 같이 본 발명은 배경기술과 달리 이미 제어를 수행한 보일러의 부하량에 따라 목적하는 녹스농도 및 산소농도를 만족하는 컨트롤밸브의 개도량을 데이터화 하여 컨트롤부에 저장하고, 이후 보일러의 부하량과 동일한 기저장된 보일러의 부하값과 이에 해당하는 컨트롤밸브의 개도량을 기초하여 제어를 수행함으로써 보다 효율적인 제어가 가능하다.
또한 기저장된 보일러의 부하값에 대응하는 컨트롤밸브의 개도량을 적용하였으나, 목적하는 녹스농도 및 산소 농노를 만족하지 못하는 경우 컨트롤밸브의 개도량을 재설정하고, 재설정된 개도량에 따라 목적하는 농도를 만족하는 경우 해당 부하값에 대응하는 개도량을 저장하여 데이터화함으로써 다양한 환경에 따른 풍부한 데이터를 생성하여 제어효율을 향상시킬 수 있게 된다.
더불어 배경기술은 송풍기를 통해 공급되는 외부공기의 양만을 조절하는 재순환밸브 만을 통해 공기유입을 제어하나 본 발명은 송풍기의 외부공기유입과 더불어 배기가스분석을 통한 배기가스의 양까지 제어하는 까닭에 정밀제어가 가능하다.
그리고 본 기술은 배경기술에서 사용한 오차가 큰 반도체식 가스센서가 아니라 실시간으로 정밀 측정이 가능하며 이미 그 내구성과 정밀도가 입증된 지르코늄 전해질 측정 방식(zirconium electrolyte measures)의 센서를 사용하는 까닭에 실시간으로 정밀한 계측이 가능하다.
이에 더해 본 발명은 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 최초에 목적 산소농도 및 녹스농도를 만족하기 위한 제어과정에서 상기 컨트롤부(80)가 제1설정과정과 제2설정과정으로 분류하여 설정하게 되는데, 우선 제1설정과정은 송풍기(21)의 송풍기 모터(22) 회전수 제어와, 연료공급관(11)으로부터 버너부(10)로 연료를 공급하는 공급량을 결정하는 연료댐퍼(12)를 제어함으로써 이루어진다.
이때 제2컨트롤밸브(91)를 차단하고, 제1컨트롤밸브(90)를 개방한 상태에서 상기 부하감지기(92)의 부하값을 전달받아 다수개로 분류되는 부하값별로 제1검출센서부(70)의 검출되는 녹스농도 및 산소농도가 목적하는 녹스농도 및 산소농도와 같거나 적게 되는 연료댐퍼(12)의 개도량과 송풍기 모터(22) 회전수 제어값을 생성하여 메모리부(81)에 우선 저장함으로써 제1설정단계(S100)를 완료한다.
아울러 제1설정단계(S100)가 완료되면 제2설정단계(S200)를 수행하게 되는데, 제2설정단계(S200)는 해당 부하값별로 저장된 연료댐퍼(12)의 개도량과 송풍기 모터(22)의 회전수 제어값대로 설정한 다음 해당 부하값별로 제1컨트롤밸브(90) 및 제2컨트롤밸브(91)의 개도량을 조절하여 제1검출센서부(70) 및 제2검출센서부(71)로부터 검출되는 녹스농도 및 산소농도가 목적하는 녹스농도 및 산소농도와 같거나 작게 되는 제1컨트롤밸브(90) 및 제2컨트롤밸브(91)의 개도량을 생성하여 메모리부(81)에 추가 저장함으로써 이루어진다.
이에 따라 이후 보일러의 구동시 부하감지기(92)로부터 전달받은 부하값에 따라 제1컨트롤밸브(90) 및 제2컨트롤밸브(91)의 개도량이 제어되는 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 질소산화물을 저감하는 보일러의 제어 과정을 나타내는 순서도이며, 도 4는 도 3의 제1설정단계를 구체적으로 나타내는 순서도이고, 도 5는 도 3의 제2설정단계를 구체적으로 나타내는 순서도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 질소산화물을 저감하는 보일러(100)의 제어 과정은 전술한 바와 같이 제1설정단계(S100), 제2설정단계(S200)로 이루어진다.
여기서 제1설정단계(S100)는 공연비제어로서, 제2컨트롤밸브(91)를 차단하고 제1컨트롤밸브(90)를 개방한 상태로 설정을 시작하며(S110), 부하감지기(92)로부터 부하값을 전달받아 단계적으로(예를 들면, 5개 내지 10개) 해당 부하값에 따른 연료댐퍼(12) 및 송풍기 모터(22) 회전수 제어를 수행한다.
우선 제1부하값에 따라 보일러를 구동하여(S120), 제1검출센서부(70)를 통해 산소농도 및 녹스농도를 측정한다(S130).
이에 따라 컨트롤부(80)는 제1검출센서부(70)로부터 전달받은 센싱데이터가 목적하는 녹스농도 및 목적하는 산소농도와 같거나 작은지 여부를 판단하는데(S140), 예를 들면 목적하는 녹스농도가 40ppm 이하이고, 산소농도가 3.5% 이하이라면 이로부터 검출되는 센싱데이터값 경우의 수는 총 4가지이다.
우선 제1케이스(S141)는 녹스농도가 40ppm을 초과하고 산소농도가 3.5% 이하이며, 제2케이스(S142)는 녹스농도가 40ppm을 초과하고 산소농도가 3.5%를 초과하며, 제3케이스는 녹스농도가 40ppm 이하이고 산소농도가 3.5% 이하이며, 제4케이스(S143)는 녹스농도가 40ppm 이하이고 산소농도가 3.5%를 초과하는 경우이다.
이에 따라 컨트롤부(80)는 제1케이스의 경우 산소농도는 충족하나 녹스농도가 목적 농도보다 높은 경우로서 공급되는 연료량이 많은 경우에 나타날 수 있는 케이스이므로 연료댐퍼(12)를 이전 개도량보다 일정값을 감소시키도록 한다(S141).
이에 따라 배출되는 배출가스의 제1검출센서부(70) 센싱데이터를 전달받아 녹스농도가 40ppm 이하인지 재판단하고(S141'), 계속 40ppm을 초과하는 경우 이전 개도량에서 일정값 감소시킨 현재 개도량보다 추가적으로 일정값을 감소시켜 다시 제1검출센서부(70) 센싱데이터를 통한 녹스농도 판단을 계속적으로 수행한다.
이로써 일정 시점에 녹스농도가 40ppm 이하이고 산소농도가 3.5% 이하인 개도량이 발생되면 다음 단계가 수행되게 된다.
아울러 제2케이스의 경우에는 산소농도와 녹스농도가 모두 초과하는 경우로서 송풍기 모터(22)의 회전수와 연료댐퍼(12)의 개도량을 모두 일정량 감소시켜(S142) 전술한 제1케이스와 같이 제1검출센서부(70) 센싱데이터를 통한 확인 과정을 수행한다(S142').
물론 산소농도와 녹스농도가 계속적으로 모두 초과하는 경우에는 송풍기 모터(22)의 회전수와 연료댐퍼(12)의 개도량을 모두 일정값 순차적으로 감소시키고, 산소농도와 녹스농도 중 어느 하나가 목적 농도 이하로 검출되면 송풍기 모터(22)의 회전수와 연료댐퍼(12)의 개도량 중 목적 농도 초과가 계속 중인 다른 하나에 대응되는 측이 재조절될 것이다.
이와 같은 과정을 수행하여 전술한 제1케이스에서와 같이 일정 시점에 녹스농도가 40ppm 이하이고, 산소농도가 3.5% 이하인 개도량이 발생되면 다음 단계가 수행되게 된다.
아울러 상기 제3케이스의 경우에는 녹스농도와 산소농도가 목적 농도 이하인 경우이므로 바로 다음 단계로 넘어가며, 상기 제4케이스의 경우에는 산소농도가 목적 농도 이상이고, 녹스농도는 목적 농도 이하이므로 송풍기 모터(22)의 회전수를 통해 외부공기의 유입량을 일정값 감소시키고(S143), 제1검출센서부(70)의 센싱데이터 확인 과정을 수행하게 된다(S143').
이에 따라 4가지의 케이스별로 목적하는 산소농도 및 녹스농도 이하로 제1검출센서부(70)의 센싱데이터가 확인되면 해당 연료 댐퍼(12)와 송풍기 모터(22)의 회전수를 메모리부(81)의 제1저장부(미도시)에 저장한다(S150).
이때 메모리부(81)의 제1저장부(미도시)에 저장되는 개도량에는 현재 보일러부(30)의 부하감지기(92)에서 검출된 부하값이 함께 저장됨은 물론이다.
그런 다음, 새로운 부하값이 있는지 판단하여(S160) 새로운 부하값이 있는 경우 해당 부하값에 따라 보일러를 구동하고(S170) 전술한 S130 단계부터 재수행하며, 새로운 부하값이 더 이상 없는 경우 제1설정단계(S100)를 종료하고, 제2설정단계(S200)를 수행하게 된다.
한편 제2설정단계(S200)는 FGR시스템제어로서, 우선 제1부하값에 따라 제1설정단계에서 설정된 연료댐퍼(12)의 개도량과 송풍기 모터(22)의 회전수로 보일러를 구동하는데(S210) 이때 제2컨트롤밸브(91)는 일정한 값으로 개방된 상태로 수행한다(S220).
이에 따라 제1검출센서부(70) 및 제2검출센서부(71)를 통해 측정되는 녹스농도와 산소농도에 대한 센싱데이터를 컨트롤부(80)로 전송하는데(S230), 컨트롤부(80)는 전송받은 센싱데이터에 따라 제1컨트롤밸브(90) 및 제2컨트롤밸브(91)의 개도량 제어를 통해 목적 녹스농도와 목적 산소농도에 부합되도록 조절하는 과정을 수행한다(S240).
이에 따라 조절 후 센싱되는 센싱데이터가 목적 산소농도 및 목적 녹스농도보다 같거나 작은지 판단하여 이를 만족하는 경우 해당 부하값에 따른 제1컨트롤밸브(90) 및 제2컨트롤밸브(91)의 개도량 설정값을 메모리부(81)에 저장한다(S250).
그런 다음, 새로운 부하값이 있는지 판단하여(S260) 새로운 부하값이 있는 경우 제2설정단계(S200)를 수행하지 않고, 제1설정단계의 S130 단계로 돌아가 새로운 부하값에 따른 연료댐퍼(112)의 개도량과 송풍기 모터(22)의 회전수 제어값을 설정하게 된다. 이 경우 새로운 부하값에 따른 연료댐퍼(12)와 송풍기 모터(22)의 제어값은 메모리부(81)에 기저장된 부하값의 연료댐퍼(12)의 개도량 및 송풍기 모터(22)의 회전수 초기값으로 설정하게 된다.
반대로 새로운 부하값이 없는 경우에는 해당 부하값에 따라 보일러를 구동하고, 전술한 S230 단계로부터 S250 단계를 수행하게 된다. 이 경우 S230 단계로부터 S250 단계는 S260 단계에서 새로운 부하값이 발생할 때까지 반복하여 수행하게 된다. 이는 동일한 부하내에서도 보일러가 지속적으로 운전되거나, 장시간 운전을 수행하는 경우에는 연소 변화에 따라 배출가스의 성분 변화, 즉 녹스농도 및/또는 산소농도의 변화가 발생할 수 있다. 따라서 제2설정단계, 즉 S230 단계로부터 S250 단계를 반복하여 수행하여 동일 부하내에서의 녹스농도 및/또는 산소농도의 변화를 실시간적으로 센싱하여 목적하는 녹스농도 및/또는 산소농도를 만족하도록 제어하게 된다.
아울러 전술한 바와 같이 상기 부하값별로 상기 연료댐퍼(12)의 개도량, 송풍기 모터(22)의 회전수 제어값 및 제1, 2컨트롤밸브(90, 91)의 개도량이 메모리부(81)에 저장된다.
이렇게 저장된 값들은 데이터화되어 새로운 부하값으로 보일러를 구동하여야 하는 경우 제1설정단계에서는 연료댐퍼의 개도량 및 송풍기 모터의 회전수의 초기 설정값으로 입력되고, 제2설정단계에서는 제1 및 제2컨트롤밸브의 개도량의 초기 설정값으로 입력됨으로써 보일러 제어효율을 높일 수 있게 된다.
도 6은 본 발명에 따른 실시간 FGR에 따른 각 부하별로 녹스농도 및 산소농도의 변화량을 나타내는 그래프이다.
즉 도 6에서 S100 단계 구간은 제1설정단계, 즉 보일러의 공연비 운전 상태이고, S200 단계 구간은 제2설정단계, 즉 FGR의 운전 구간이며, 다음 구간은 제1단계와 2단계가 모두 거친 후 안정된 보일러 구동 단계이다.
이와 같이 도 6에서 상부에 위치하는 그래프는 각 부하별 녹스농도의 변화량을 나타내고, 하부에 위치하는 그래프는 각 부하별 산소농도의 변화량을 나타내는 것이다.
먼저 각 부하별 녹스농도는 S100 단계에서 점층적으로 감소하고, S200 단계에서는 급격하게 감소하다가, FGR 후에는 목적 농도로 안정되게 수렴하는 양상을 보이고 있다.
다음으로 각 부하별 산소농도는 부하가 클수록 안정적으로 분포하나, 부하가 작을수록 다소 불안정한 상태를 보이나, FGR 후에는 모든 부하별로 목적 농도로 안정되게 수렴하는 양상을 보이고 있다.
즉 S100 단계에서와 같이 연료댐퍼의 개동량과 송풍기 모터의 회전수 제어하는 공연비 운전시에는 녹스농도의 저감율이 낮지만, S200 단계에서와 같이 각 부하별로 동일 부하내에서 연소 변화에 따라 제1 및 제2컨트롤밸브의 개도량을 정밀 제어하는 경우 녹스농도가 목적하는 농도로 빠르게 수렴할 수 있도록 운전이 가능하게 되는 것을 확인할 수 있다. 따라서 실시간 FGR을 통한 본 발명에 따른 보일러 제어방법은 녹스농도의 저감효율을 높일 수 있게 된다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10 : 버너부 20 : 연소공기공급관
30 : 보일러부 40 : 배출연도
50 : 공기예열부 60 : FGR 회수관
70 : 제1검출센서부 71 : 제2검출센서부
80 : 컨트롤부 90 : 제1컨트롤밸브
91 : 제2컨트롤밸브 100 : 보일러

Claims (3)

  1. 연료공급관(11)으로부터 연료를 공급받아 화기를 생성하는 버너부(10); 상기 버너부(10)로 연료의 연소에 필요한 외부 공기를 송풍기(21)를 통해 공급하는 연소공기공급관(20); 상기 버너부(10)로부터 연소되는 화기를 통해 열교환이 이루어지는 보일러부(30); 상기 보일러부(30)로부터 이송되는 화기가 배출되도록 이송 안내하는 배출연도(40); 상기 배출연도(40)의 이동경로 상에 일단이 연통 가능하도록 연결되고 상기 송풍기(21)의 후단측에 타단이 연통 가능하도록 연결되어 배출연도(40)를 통해 배출되는 배출가스를 회수하여 외부공기와 혼합된 상태로 상기 연소공기공급관(20)으로 공급되도록 하는 FGR 회수관(60); 상기 배출연도(40)의 이동경로 상에 배출가스의 녹스농도 및 산소농도를 실시간으로 감지하여 배출가스 센싱데이터를 생성하는 제1검출센서부(70); 상기 연소공기공급관(20)의 이동경로 상에 유입되는 외부 공기의 녹스농도 및 산소농도를 실시간으로 감지하여 유입가스 센싱데이터를 생성하는 제2검출센서부(71); 상기 제1검출센서부(70) 및 제2검출센서부(71)로부터 실시간 배출가스 센싱데이터 및 실시간 유입가스 센싱데이터를 전달받아 송풍기(21)를 통한 외부 공기유입량을 제어하는 제1컨트롤밸브(90)와, FGR 회수관(60)으로부터 배출가스의 회수량을 제어하는 제2컨트롤밸브(91)의 개도 제어를 실시간으로 수행하는 컨트롤부(80); 및 상기 보일러부(30) 내의 유체의 온도, 압력 중 적어도 하나 이상을 체크하여 보일러 부하량을 감지하는 부하감지기(92);롤 포함하여 이루어진 보일러의 제어방법에 있어서,
    상기 제2컨트롤밸브(91)를 차단하고, 제1컨트롤밸브(90)를 개방한 상태로 상기 부하감지기(92)로부터 부하값을 전달받아 연료댐퍼(12) 및 송풍기 모터(22) 회전수를 제어하며, 부하값에 따라 보일러를 구동하되 상기 제1검출센서부(70)를 통해 녹스농도 및 산소농도를 측정하며, 상기 컨트롤부(80)가 상기 제1검출센서부(70)로부터 전달받은 녹스농도 및 산소농도에 대한 센싱데이터와 목적하는 녹스농도 및 산소농도와의 관계를 판단하여, 측정된 녹스농도 및 산소농도 중 적어도 어느 하나라도 목적 농도를 초과하면 상기 연료댐퍼(12)의 개도량 또는 송풍기 모터(22)의 회전수, 또는 이들 모두를 제어하되, 측정된 녹스농도 및 산소농도가 목적하는 녹스농도 및 산소농도 이하일 때 해당 부하값과, 해당 부하값에 따른 상기 연료댐퍼(12)의 개도량 및 상기 송풍기 모터(22)의 회전수를 저장하는 제1설정단계(S100); 및
    상기 제1설정단계 이후, 부하값에 따라 보일러를 구동하되, 상기 제1컨트롤밸브(90) 및 제2컨트롤밸브(91)의 개도량을 제어하여 상기 제1검출센서부(70) 및 제2검출센서부(71)를 통해 측정되는 녹스농도와 산소농도가 목적 녹스농도와 산소농도 이하인 경우에 해당 부하값에 따른 상기 제1컨트롤밸브(90) 및 제2컨트롤밸브(91)의 개도량 설정값을 저장하는 제2설정단계(S200);를 포함하여 이루어지며,
    상기 컨트롤부(80)는,
    상기 제1설정단계(S100) 또는 상기 제2설정단계(S200), 또는 이들 모든 단계에서 상기 부하감지기(92)로부터 새로운 부하값이 전달되는 경우 상기 제1설정단계(S100)로 돌아가도록 제어하고,
    새로운 부하값이 부존재하는 경우 동일 부하내에서의 연소 변화에 실시간적으로 대응하기 위해 상기 제2설정단계(S200)가 반복 수행되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 실시간 배기가스 성분검출을 통해 연소공기를 조정하여 질소산화물을 저감시키기 위한 보일러 제어방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 컨트롤부(80)는
    부하값별로 상기 연료댐퍼(12)의 개도량, 상기 송풍기 모터(22)의 회전수 및 상기 제1 및 제2컨트롤밸브(90)(91)의 개도량을 메모리부(81)에 저장한 후, 상기 메모리부(81)의 저장된 값에 따라 해당 부하값으로 보일러를 구동하되,
    보일러 구동 시, 상기 제1검출센서부(70) 및 제2검출센서부(71)로부터 검출된 녹스농도 또는 산소농도가 목적 녹스농도 또는 산소농도를 초과하는 경우 상기 제1컨트롤밸브(90) 및 제2컨트롤밸브(91)의 개도량을 재설정하고, 해당 부하값과 함께 재설정된 상기 제1컨트롤밸브(90) 및 제2컨트롤밸브(91)의 개도량을 상기 메모리부(81)에 저장하는 것을 특징으로 하는 실시간 배기가스 성분검출을 통해 연소공기를 조정하여 질소산화물을 저감시키기 위한 보일러 제어방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 컨트롤부(80)는
    부하값별로 상기 메모리부(81)에 저장된 저장값은 상기 부하감지기(92)로부터 새로운 부하값이 전달되는 경우,
    상기 제1설정단계(S100)에서는 상기 메모리부(81)에 기저장된 해당 부하값에 대응하는 상기 연료댐퍼(12)의 개도량 및 송풍기 모터(22)의 회전수 제어값을 초기값으로 설정하고,
    상기 제2설정단계(S200)에서는 상기 메모리부(81)에 기저장된 해당 부하값에 대응하는 상기 제1 및 제2컨트롤밸브(90)(91)의 개도량 제어값을 초기값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 실시간 배기가스 성분검출을 통해 연소공기를 조정하여 질소산화물을 저감시키기 위한 보일러 제어방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021245474A1 (en) * 2020-06-06 2021-12-09 Howden Canada Inc. Low emission direct fired process air heating
WO2022102855A1 (ko) * 2020-11-13 2022-05-19 주식회사 태성환경연구소 Rto(regenerative thermal oxidizer)의 폭발사고 예방을 위한 센서 기반의 모니터링 디바이스

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR0173398B1 (ko) 1996-02-28 1999-03-20 손영목 가스센서를 이용한 연소기기의 공연비제어 및 배가스 처리방법
KR20040007318A (ko) * 2002-07-15 2004-01-24 미우라고교 가부시키카이샤 저산화질소 연소방법과 그 장치
KR100838163B1 (ko) * 2007-03-27 2008-06-13 주식회사 대열보일러 저 질소산화물 인버터 보일러 및 그 연소 제어 방법
KR101738091B1 (ko) * 2016-08-02 2017-05-19 대림로얄이앤피(주) 실시간 보일러 배기가스 분석을 통한 공연비 및 질소산화물 제어 시스템
KR101882361B1 (ko) * 2018-04-17 2018-07-26 주식회사 한신비텍 배기가스 재순환과 산소 농도 제어를 이용한 능동 제어식 초 저녹스형 수관식 보일러

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19905166A1 (de) * 1999-02-08 2000-08-17 Andreas Franken Verfahren und Vorrichtung zur Optimierung eines Verbrennungsprozesses
JP5225701B2 (ja) * 2008-02-05 2013-07-03 株式会社神戸製鋼所 低ＮＯｘ燃焼制御方法および還元処理物の製造方法
ITMI20131539A1 (it) * 2013-09-18 2015-03-19 Ansaldo Energia Spa Metodo per il controllo di emissioni di un impianto a turbina a gas e impianto a turbina a gas
CN105276610A (zh) * 2014-07-16 2016-01-27 深圳市国创新能源研究院 燃料分级低氮燃烧***及控制方法
US10690344B2 (en) * 2016-04-26 2020-06-23 Cleaver-Brooks, Inc. Boiler system and method of operating same

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR0173398B1 (ko) 1996-02-28 1999-03-20 손영목 가스센서를 이용한 연소기기의 공연비제어 및 배가스 처리방법
KR20040007318A (ko) * 2002-07-15 2004-01-24 미우라고교 가부시키카이샤 저산화질소 연소방법과 그 장치
KR100838163B1 (ko) * 2007-03-27 2008-06-13 주식회사 대열보일러 저 질소산화물 인버터 보일러 및 그 연소 제어 방법
KR101738091B1 (ko) * 2016-08-02 2017-05-19 대림로얄이앤피(주) 실시간 보일러 배기가스 분석을 통한 공연비 및 질소산화물 제어 시스템
KR101882361B1 (ko) * 2018-04-17 2018-07-26 주식회사 한신비텍 배기가스 재순환과 산소 농도 제어를 이용한 능동 제어식 초 저녹스형 수관식 보일러

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021245474A1 (en) * 2020-06-06 2021-12-09 Howden Canada Inc. Low emission direct fired process air heating
WO2022102855A1 (ko) * 2020-11-13 2022-05-19 주식회사 태성환경연구소 Rto(regenerative thermal oxidizer)의 폭발사고 예방을 위한 센서 기반의 모니터링 디바이스
KR20220065184A (ko) * 2020-11-13 2022-05-20 주식회사 태성환경연구소 RTO(Regenerative Thermal Oxidizer)의 폭발사고 예방을 위한 센서 기반의 모니터링 디바이스
KR102449267B1 (ko) * 2020-11-13 2022-09-30 주식회사 태성환경연구소 RTO(Regenerative Thermal Oxidizer)의 폭발사고 예방을 위한 센서 기반의 모니터링 디바이스

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