KR102574488B1 - 연소 안정화를 위한 소각로의 운전 제어 장치 및 방법 - Google Patents

연소 안정화를 위한 소각로의 운전 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

연소 안정화를 위한 소각로의 운전 제어 장치 및 방법이 제공된다. 연소 안정화를 위한 소각로의 운전 제어 장치는, 소각로 내부의 온도를 구하는 온도 측정 모듈과, 구한 소각로 내부의 온도와 소각로의 정상 운전시의 기 저장된 온도를 비교하는 비교 모듈과, 비교 결과에 따라 소각로 내부의 화격자의 이동 및 소각로 내부로 공급되는 공기의 공급량 중 적어도 하나를 제어하는 제어 모듈을 포함할 수 있다.

Description

연소 안정화를 위한 소각로의 운전 제어 장치 및 방법{APPARARUS AND METHOD OF CONTROLLING OPERATION OF INCINERATOR FOR COMBUSTION STABILIZAION}
본 발명은 연소 안정화를 위한 소각로의 운전 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
다양한 폐기물이 지속적으로 발생되고 있으며, 폐기물의 품질(성상, 조성, 열량 등)은 계절, 지역, 소비성향, 산업 여건 등에 따라 크게 달라진다. 이러한 폐기물을 소각 또는 에너지로 이용하는 설비는 기본적으로 소각로를 이용하게 되며, 스토커 소각로, 로타리 킬른 소각로, 다단 연소로, 유동층 소각로 등 다양한 형태의 로를 사용하고 있다.
소각로 내에 폐기물이 큰덩어리 상태로 투입시 순간적인 산소결핍, 연소속도 저하, 연소불안정(CO 증가) 등이 발생한다. 이와 같은 현상은 하루에도 수십 차례 이상 발생될 수 있다. 유사한 양의 폐기물을 투입하여도 폐기물 종류, 함수량 등의 차이로 인해 투입 폐기물의 총 열량이 상이하다.
이와 같은 폐기물의 품질 및 투입(열)양 불균일은 현 수준으로는 피할 수 없는 현상이며, 이로 인해 로내 연소 불안정이 발생한다. 폐기물 공급 과다 또는 과열량 공급으로 인해 로내온도 증가시 녹스(NOx) 발생량, 재 용융 및 클링커 벽면 부착 등이 증가된다. 반면, 수분 또는 공기 과다로 인해 로내온도 저하시 일산화탄소(CO)의 농도, 바닥재내 강열감량 등 미연소 성분이 증가된다.
상기와 같은 다양한 문제점에 대응하기 위해 소각로 연소 제어가 중요하나 아직까지는 이러한 다양한 연소상태에 대응하기 위한 소각로 정밀/자동 제어는 이루어지지 않고 있다. 즉, 현장에서는 폐기물 투입으로 인해 변화하는 온도를 참고하여 운전자가 수동으로 소각로를 제어하며, 운전자의 숙련도에 따라 연소상태가 매우 달라진다. 따라서, 상기와 같이 불특정한 폐기물 투입이 발생하더라도 소각로 내부의 연소상태를 안정화하기 위해 새로운 방법의 정밀/자동 제어가 필요하다.
한국공개특허 제1998-0019532호(공개일: 1998년06월05일)
본 발명은, 소각로 내부의 연소상태를 안정적으로 제어함으로써, 연소 불안정으로 발생하는 다양한 문제들을 경감시킬 수 있으며, 운전제어의 안정화를 도모할 수 있는 연소 안정화를 위한 소각로의 운전 제어 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 소각로 내부의 온도를 구하는 온도 측정 모듈; 구한 상기 소각로 내부의 온도와 상기 소각로의 정상 운전시의 기 저장된 온도를 비교하는 비교 모듈; 및 상기 비교 결과에 따라, 상기 소각로 내부의 화격자의 이동 및 상기 소각로 내부로 공급되는 공기의 공급량 중 적어도 하나를 제어하는 제어 모듈;을 포함하는, 연소 안정화를 위한 소각로의 운전 제어 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상기 소각로는, 건조단, 연소단 및 후연소단으로 구성되며, 상기 온도 측정 모듈은, 상기 건조단, 상기 연소단 및 상기 후연소단의 각 단별로 온도를 구하며, 상기 제어 모듈은, 상기 건조단, 상기 연소단 및 상기 후연소단의 각 단별로 화격자의 이동 및 상기 소각로 내부로 공급되는 공기의 공급량 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상기 제어 모듈은, 상기 화격자의 이동 속도 또는 화격자의 작동 타이밍(상술한 작동 타이밍은 인터벌 또는 시간 간격을 의미함)을 제어함으로써 상기 화격자의 이동을 제어하며, 상기 소각로에 공기를 공급하는 윈드 박스 내의 밸브 개도 또는 상기 윈드 박스로 공기를 공급하는 송풍기의 회전수를 제어함으로써 상기 공기의 공급량을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상기 제어 모듈은, 상기 건조단의 온도가 상기 소각로의 정상 운전시의 기 저장된 건조단의 온도보다 일정 온도 이상 낮을 경우 상기 건조단 측의 화격자의 이동 속도를 감소시키거나 기 설정된 화격자의 작동 타이밍을 지연시키며, 상기 건조단의 온도가 상기 소각로의 정상 운전시의 기 저장된 건조단의 온도보다 일정 온도 이상 높을 경우 및 상기 건조단에 구비된 일산화탄소 측정 센서에서 측정된 일산화탄소의 농도가 정상 운전시의 기 설정된 농도보다 일정 농도 이상 높은 경우 중 어느 하나이면, 상기 건조단 측 화격자의 이동 속도를 증가시키거나 또는 기 설정된 화격자의 작동 타이밍을 단축시킬 수 있다.
상술한 화격자의 이동 속도를 감소시키거나 기 설정된 화격자의 작동 타이밍을 지연시킨다는 의미는 해당 위치에서의 폐기물 소각을 좀 더 지속시킨다는 것이고, 화격자의 이동 속도를 증가시키거나 또는 기 설정된 화격자의 작동 타이밍을 단축시킨다는 의미는 해당 위치의 폐기물을 다음 위치로 이동시킨다는 것을 의미한다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상기 연소단은 전단 연소단 및 후단 연소단의 2단으로 구성되며, 상기 제어 모듈은, 상기 전단 연소단 및 후단 연소단 사이 지점의 온도가 정상 운전시의 기 저장된 연소단의 온도보다 일정 온도 이상 낮고, 상기 전단 연소단의 온도가 후단 연소단의 온도보다 일정 온도 이상 높은 경우 상기 전단 연소단의 화격자의 이동 속도를 증가시키거나 또는 기 설정된 화격자의 작동 타이밍을 단축시키며, 후단 연소단의 온도가 전단 연소단의 온도보다 일정 온도 이상 높은 경우 후단 연소단의 화격자의 이동 속도를 감소시키거나 또는 기 설정된 화격자의 작동 타이밍을 지연시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상기 제어 모듈은, 상기 후연소단의 온도가 상기 소각로의 정상 운전시의 기 저장된 후연소단의 온도보다 일정 온도 이상 높은 경우 및 상기 후연소단에 구비된 일산화탄소 센서에서 측정한 일산화탄소의 농도가 정상 운전시의 기 설정된 농도보다 일정 농도 이상 높은 경우 중 어느 하나이면, 상기 후연소단의 화격자의 이동 속도를 감소시키거나 또는 기 설정된 화격자의 작동 타이밍을 지연시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상기 제어 모듈은, 상기 소각로 내부의 상기 건조단, 상기 연소단 및 상기 후연소단의 각 단 중 어느 하나의 온도가 상기 소각로의 정상 운전시의 각 단별 기 설정된 온도보다 일정 온도 이상 높거나 또는 상기 소각로의 출구 온도가 정상 운전시의 기 설정된 출구 온도보다 일정 온도 이상 높을 때, 상기 건조단, 상기 연소단 및 상기 후연소단의 각 단에 구비된 일산화탄소 센서에서 측정한 일산화탄소의 농도가 정상 운전시의 각 단별 기 설정된 농도보다 일정 농도 이상 높은 경우 및 상기 건조단, 상기 연소단 및 상기 후연소단의 각 단에 구비된 산소 센서에서 측정한 산소의 농도가 정상 운전시의 각 단별 기 설정된 농도보다 일정 농도 이상 낮은 경우 중 어느 하나이면, 상기 소각로 내부의 해당 단으로 유입되는 공기의 공급량을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상기 제어 모듈은, 상기 소각로 내부의 상기 건조단, 상기 연소단 및 상기 후연소단의 각 단 중 어느 하나의 온도가 상기 소각로의 정상 운전시의 각 단별 기 설정된 온도보다 일정 온도 이상 낮거나 또는 상기 소각로의 출구 온도가 정상 운전시의 기 설정된 출구 온도보다 일정 온도 이상 낮을 때, 상기 건조단, 상기 연소단 및 상기 후연소단의 각 단에 구비된 일산화탄소 센서에서 측정한 일산화탄소의 농도가 정상 운전시의 각 단별 기 설정된 농도보다 일정 농도 이상 높은 경우 및 상기 건조단, 상기 연소단 및 상기 후연소단의 각 단에 구비된 산소 센서에서 측정한 산소의 농도가 정상 운전시의 각 단별 기 설정된 농도보다 일정 농도 이상 높은 경우 중 어느 하나이면, 상기 소각로 내부의 해당 단으로 유입되는 공기의 공급량을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상기 온도 측정 모듈은, 열화상 이미지를 측정하는 열화상 카메라 또는 온도 센서를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 각 단별 연소 상태 이미지를 획득하고, 획득된 연소 상태 이미지로부터 OH 라디칼의 농도를 분석하고, 기 저장된 OH 라디칼의 농도 및 온도 자료를 참조하여 해당 농도에 대응되는 온도를 구하는 라디칼 측정 모듈을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 온도 측정 모듈에서, 소각로 내부의 온도를 구하는 제1 단계; 비교 모듈에서, 구한 상기 소각로 내부의 온도와 상기 소각로의 정상 운전시의 기 저장된 온도를 비교하는 제2 단계; 및 제어 모듈에서, 상기 비교 결과에 따라, 상기 소각로 내부의 화격자의 이동 및 상기 소각로 내부로 공급되는 공기의 공급량 중 적어도 하나를 제어하는 제3 단계;를 포함하는, 연소 안정화를 위한 소각로의 운전 제어 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 소각로 내부의 온도를 구하고, 구한 소각로 내부의 온도와 소각로의 정상 운전시의 기 저장된 온도의 비교 결과에 따라 소각로 내부의 화격자의 이동 및 소각로 내부로 공급되는 공기의 공급량 중 적어도 하나를 제어함으로써, 불특정한 폐기물이 소각로 내부로 투입되어도 소각로 내부의 연소 불안정상태를 최소화하여 연소상태를 안정적으로 제어할 수 있으며, 연소 불안정으로 발생하는 다양한 문제들을 경감시킬 수 있다. 또한 수동운전을 최소화 함으로써 운전제어의 안정화를 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명에 적용되는 소각로를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 소각로 내 온도 측정 모듈의 설치 위치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 소각로 내 각 단의 화격자 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 연소 반응 과정에서 생성되는 OH 라디칼을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 OH 라디칼의 농도 및 온도 곡선을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 소각로의 운전 제어 장치의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 소각로의 운전 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 1은 본 발명에 적용되는 소각로를 설명하기 위한 도면이며, 도 2는 소각로 내 온도 측정 모듈의 설치 위치를 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 소각로 내 각 단의 화격자 제어를 설명하기 위한 도면이다. 한편, 도 4는 연소 반응 과정에서 생성되는 OH 라디칼을 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 OH 라디칼의 농도 및 온도 곡선을 설명하기 위한 도면이다.
우선, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시 형태에 따른 소각로(100)를 설명한다. 본 발명에서는 스토커 소각로를 예시적으로 설명하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 기타 다른 종류의 소각로, 예컨대 로타리 킬른 소각로, 다단 연소로, 유동층 소각로 등에도 유사하게 적용 가능함은 물론이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 폐기물(Waste)은 반입 피트/호퍼에 저장되고, 크레인을 이용하여 수 분 ~ 수십 분 간격으로 적당한 무게로 투입 호퍼(101)에 공급되며, 이후 폐기물(Waste)은 투입 호퍼(101)의 댐퍼 및 장입 피더(도시하지 않음)에 의해 연소로 내부로 장입되어 스토커(또는 화격자)(110)에 적재될 수 있다.
가동 초기에는 착화 버너를 이용하여 착화시키고, 이후 로내 온도가 상승하면 폐기물 투입에 의해 자동 착화된다. 연소 공기는 화격자(110) 하부의 윈드박스(115)로부터 공급되며, 화격자(110)의 왕복운동에 의해 폐기물이 반전, 교반, 이동될 수 있다.
한편, 화격자(110)는 고정 화격자(110a, 110c)와 이동 화격자(110b)로 구분될 수 있으며, 이동 화격자(110b)는 유압 제어 모듈(140)에 연결된 유압 실린더(141)에 의해 기 설정된 화격자의 작동 타이밍에 따라 전후로 이동(즉, 왕복 운동)을 하게 되며, 이러한 이동 화격자(110b)의 왕복 운동에 의해 폐기물(Wasete)은 건조단(111), 연소단(112) 및 후연소단(113)으로 옮겨질 수 있다.
화격자(110)는 주로 4단으로 이루어 지며, 1단은 건조단(111), 2단 및 3단은 연소단(112), 4단은 후연소단(113)으로 구성될 수 있다.
폐기물이 적재된 건조단(111)에서는 주로 건조가 이루어지며, 연소단(112)에서는 메인 연소가 이루어지고, 후연소단(113)에서는 연소가 거의 완료되어 연소재(Ash)가 발생될 수 있다.
화격자(110) 및 폐기물이 연소되는 주연소실 상부에는 2차 연소실(120)이 구비될 수 있으며, 주연소실에서 발생된 일산화탄소의 완전연소를 위해 2차 연소실(120)에서 추가적인 공기가 공급될 수 있다.
한편, 온도 측정 모듈(130)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 소각로(100)의 각 단, 즉 건조단(111), 연소단(112) 및 후연소단(113) 각각의 상부 벽면에 구비되어 각 단(111 내지 113)의 온도를 측정할 수 있다. 측정된 각 단(111 내지 113)의 온도는 후술하는 제어 모듈(630)로 전달될 수 있다.
온도 측정 모듈(130)은 열화상 카메라이거나 온도 센서일 수 있다. 열화상 카메라의 경우 건조단(111), 연소단(112) 및 후연소단(113) 각각이 화면에 보일 수 있도록 설치될 수 있다. 특히 열화상 카메라가 소각로 내에 설치될 경우에는 냉각수 순환을 위한 냉각 장치나 연소시 발생하는 그을음 또는 비산 먼지 등으로 인한 세정 장치가 더 구비될 수 있다. 그리고, 온도 측정 모듈(130)이 온도 센서인 경우 건조단(111), 연소단(112) 및 후연소단(113) 외에도 소각로의 출구에도 구비될 수 있으며, 연소단(112)이 2단으로 구성된 경우 센터, 전단 및 후단 각각에 더 구비될 수 있다.
또한, 소각로(100)의 각 단, 즉 건조단(111), 연소단(112) 및 후연소단(113) 각각에는 연소 상태를 파악하기 위한 일산화탄소 측정 센서 및 산소 측정 센서가 더 구비될 수 있으며, 이들을 통해 측정된 일산화탄소 및 산소의 농도는 후술하는 제어 모듈(630)로 전달될 수 있다. 실시 형태에 따라서는 일산화탄소 농도 및 산소 농도는 굴뚝 TMS(Tele Metering System)에서 측정된 값을 이용할 수도 있음은 물론이다.
한편, 발명의 실시 형태에 따라서는 각 단(111 내지 113)의 온도를 구하기 위해, 온도 측정 모듈(130)은 연소가스 중 라디칼의 농도를 계측하는 카메라 장비일 수 있다. 상기 라디칼 농도 계측장비는 후술하는 CCD 카메라를 포함한 장비일 수 있다. 상기 CCD 카메라의 경우 건조단(111), 연소단(112) 및 후연소단(113) 각각이 화면에 보일 수 있도록 설치될 수 있다. 또한 냉각수 순환을 위한 냉각 장치나 연소시 발생하는 그을음 또는 비산 먼지 등으로 인한 세정 장치가 더 구비될 수 있다. 상기 CCD 카메라로부터 각 단별 연소 상태 이미지를 획득하고, 획득된 연소 상태 이미지로부터 OH 라디칼의 농도를 분석하고, 기 저장된 OH 라디칼의 농도 및 온도 곡선을 참조하여 분석된 OH 라디칼의 농도에 대응되는 온도를 구하는 라디칼 측정 모듈일 수 있다.
상술한 라디칼 측정 모듈은, 예를 들면 CCD(Charged Coupled Device) 카메라나 ICCD(Intensified CCD) 카메라와 밴드 패스 필터가 장착된 UV 렌즈를 포함할 수 있으며, OH 라디칼의 측정을 위해 밴드 패스 필터는 310㎚ 파장을 통과시킬 수 있는 필터일 수 있다(자발광 측정 방식). 기타 라디칼의 농도 측정을 위해 레이저 연소 계측, 화염의 분광 분석 등의 방식도 사용할 수 있으며, 이러한 방식에 맞는 적절한 장치가 사용될 수 있다.
즉, 상술한 열화상 카메라나 온도 센서가 직접적으로 노 내의 온도를 직접 측정하여 소각로 내부의 화격자의 이동 및 소각로 내부로 공급되는 공기의 공급량 중 적어도 하나를 제어하는 것이라면, 라디칼 측정 모듈은 연소 중 발생되는 OH 라디칼의 농도를 통해 각 단별 대표 온도를 측정하여 소각로 내부의 화격자의 이동 및 소각로 내부로 공급되는 공기의 공급량 중 적어도 하나를 제어하는 것일 수 있다.
도 4는 연소 반응 과정에서 생성되는 OH 라디칼을 설명하기 위한 도면이다.
라디칼(radical)은 연소 반응 과정에서 연소 반응의 최종 생성물인 물이나 이산화탄소로 형성되기 전에 형성되는 중간 생성물이다. 대표적인 라디칼은 OH, CH 등이 있으며, 반응 과정 중에 많은 라디칼의 발생은 활발한 연소 반응을 의미하며, 연소 시작점으로부터 일정 거리 이상에서 주로 나타나므로, 라디칼의 농도 측정 기법은 연소 반응의 정도를 보여주는 척도로 많이 사용되고 있다.
도 4에는 라디칼 생성 원리의 이해를 돕기 위해 일반적인 수소, 산소 연소 반응의 단순 예시를 통해 OH 라디칼이 연소 반응 중간에 형성되는 과정이 도시되어 있다. 실제는 더 복잡한 과정을 거쳐 최종 생성물인 물이 형성되지만 이해를 위해 반응 매카니즘을 단순화하였다.
한편, 도 5는 OH 라디칼의 농도 및 온도 곡선이다. 도 5에서 X축은 버너의 중심으로부터 거리, Y축은 각각 라디칼 농도와 온도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, OH 라디칼은 연소 반응이 활발하게 발생하는 화염면에 주로 형성이 되므로, 화염의 최대 온도 부근에 가장 많은 OH 라디칼이 형성됨을 알 수 있다.
구체적으로, 라디칼 측정 모듈은 각 단별 연소 상태 이미지를 획득하고, 획득된 연소 상태 이미지로부터 OH 라디칼의 농도를 분석하고, 기 저장된 OH 라디칼의 농도 및 온도 곡선을 참조하여 분석된 OH 라디칼의 농도에 대응되는 온도를 구할 수 있다.
예를 들면, 연소 상태 이미지로부터 컬러(예: 빨강색)의 농도에 대응하는 OH 라디칼의 농도(A)를 구한 후(이 경우 기 저장된 컬러의 농도 대비 OH 라디칼의 농도를 테이블 형태로 저장한 룩업 테이블을 이용할 수 있음), 도 5(도면부호 로부터 OH 라디칼의 농도(A)에 대응되는 지점(P)의 온도(K)를 구할 수 있다.
한편, 도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 소각로의 운전 제어 장치의 구성도이다. 연소 안정화를 위한 소각로의 운전 제어 장치(600)는, 소각로 내부의 온도를 구하는 온도 측정 모듈(130)과, 구한 소각로 내부의 온도와 소각로의 정상 운전시의 기 저장된 온도를 비교하는 비교 모듈(620)과, 비교 결과에 따라 소각로 내부의 화격자의 이동 및 소각로 내부로 공급되는 공기의 공급량 중 적어도 하나를 제어하는 제어 모듈(630)을 포함할 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시 형태에 따른 소각로의 운전 제어 장치를 상세하게 설명한다
도 1 내지 도 6을 참조하면, 온도 측정 모듈(130)은 소각로(100) 내부의 온도를 구할 수 있다. 구한 온도는 비교 모듈(620)로 전달될 수 있다.
즉, 소각로(100)는 건조단(111), 연소단(112) 및 후연소단(113)으로 구성될 수 있으며, 상술한 온도 측정 모듈(130)은 건조단(111), 연소단(112) 및 후연소단(113)의 각 단별로 온도를 구할 수 있다.
비교 모듈(620)은 구한 소각로 내부의 온도와 소각로의 정상 운전시의 기 저장된 온도를 비교하며, 비교 결과는 제어 모듈(630)로 전달될 수 있다.
이후 제어 모듈(630)은, 건조단(111), 연소단(112) 및 후연소단(113)의 각 단별로 화격자(110)의 이동 및 소각로(110) 내부로 공급되는 공기의 공급량 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.
구체적으로, 제어 모듈(630)은, 유압 제어 장치(140)를 통해 유압 실린더(141)를 제어하여 화격자(110)의 이동 속도 또는 작동 타이밍을 제어함으로써 화격자(110)의 이동을 제어하며, 소각로(100)에 공기를 공급하는 윈드 박스(115) 내의 밸브 개도 또는 윈드 박스(115)로 공기를 공급하는 송풍기(150)의 회전수를 제어함으로써 공기의 공급량을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 제어 모듈(630)은, 건조단(111)의 온도가 소각로(100)의 정상 운전시의 기 저장된 건조단(111)의 온도보다 일정 온도 이상 낮을 경우 건조단(111) 측의 화격자의 이동 속도를 감소시키거나 기 설정된 화격자의 작동 타이밍을 지연시킬 수 있다.
또한, 제어 모듈(630)은, 건조단(111)의 온도가 소각로(100)의 정상 운전시의 기 저장된 건조단(111)의 온도보다 일정 온도 이상 높을 경우 및 건조단(111)에 구비된 일산화탄소 측정 센서에서 측정된 일산화탄소의 농도가 기 설정된 농도보다 일정 농도 이상 높은 경우 중 어느 하나이면, 건조단(111) 측 화격자의 이동 속도를 증가시키거나 또는 기 설정된 화격자의 작동 타이밍을 단축시킴으로써, 화격자(110)의 이동을 제어할 수 있다. 본 실시 형태에 의하면, 폐기물(Waste)내 수분이 많고, 건조가 진행중인 경우임을 의미한다.
한편, 본 발명에 있어서, 정상 운전시라 함은 소각로 내부의 온도가 안정적 범위에서 일정하게 또는 변동이 크지 않게 일정하게 유지되고, 배가스 중 산소(O2)와 일산화탄소(CO) 농도가 안정적 범위에서 일정하게 또는 변동이 크지 않게 유지될 경우를 의미한다. 안정적인 소각로 내부의 온도는 소각로의 구성, 운전조건, 온도 센서의 위치, 각 단별로 상이할 수 있는바, 본 발명에서는 구체적인 수치(예컨대, 850℃ ~ 950℃ 범위)로 한정하지는 않음에 유의하여야 한다. 다만, 연소실 또는 연소실 내부의 온도는 출구 온도 보다 높을 수 있다. 안정적인 산소(O2)와 일산화탄소(CO) 농도 범위 역시 소각로의 운전 조건 및 배가스 조건 등에 따라 상이할 수 있지만, 일반적으로 환경오염물질 배출 법규를 만족하는 수준 및 그 이하 범위를 의미한다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 연소단은 전단 연소단(112, 2단) 및 후단 연소단(112, 3단)의 2개의 단으로 구성되며, 제어 모듈(630)은 전단 연소단(112, 2단) 및 후단 연소단(112, 3단) 사이 중간 지점의 온도가 정상 운전시의 기 저장된 연소단의 온도보다 일정 온도 이상 낮고, 전단 연소단(112, 2단)의 온도가 후단 연소단(112, 3단)의 온도보다 일정 온도 이상 높은 경우 전단 연소단(112, 2단)의 화격자의 이동 속도를 증가시키거나 또는 기 설정된 화격자의 작동 타이밍을 단축시키며, 후단 연소단(112, 3단)의 온도가 전단 연소단의 온도보다 일정 온도 이상 높은 경우 후단 연소단(112, 3단)의 화격자의 이동 속도를 감소시키거나 또는 기 설정된 화격자의 작동 타이밍을 지연시킬 수 있다.
즉, 폐기물을 전단 연소단(112, 2단)과 후단 연소단(112, 3단)의 시작 부분에 위치시켜 연소시키는 것이 소각로 운영에 가장 적합하고 안정적인 연소가 가능하다. 연소단(112) 센터의 온도분포가 정상운전조건의 온도분포 대비 일정 온도 이상 낮을 경우 폐기물이 연소단(112) 센터에 위치하지 않음을 의미한다. 고온이 발생되는 위치가 센터 대비 위쪽인지 아래쪽인지를 판단하여, 위쪽에 있을 경우 2단 화격자를 작동시켜 폐기물을 3단으로 이동시키고, 아래쪽에 위치한 경우 3단의 이동을 느리게 하거나 작동 타이밍을 지연시켜 지속적인 연소가 발생하도록 유도한다. 3단이 너무 빠르게 작동되는 경우 미연 폐기물(W)이 후연소단(113)으로 이동하여 연소불안정을 발생시킬 수 있기 때문이다.
한편, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 제어 모듈(630)은 후연소단(113)의 온도가 소각로(100)의 정상 운전시의 기 저장된 후연소단(113)의 온도보다 일정 온도 이상 높은 경우 및 후연소단(113)에 구비된 일산화탄소 센서에서 측정한 일산화탄소의 농도가 정상 운전시의 기 설정된 농도보다 일정 농도 이상 높은 경우 중 어느 하나이면, 후연소단(113)의 화격자의 이동 속도를 감소시키거나 또는 기 설정된 화격자의 작동 타이밍을 지연시킬 수 있다.
즉, 후연소단 온도가 정상운전조건의 온도분포 대비 일정 온도 이상 높을 경우 폐기물 잔여량이 많고 연소재가 적음을 의미한다. 또한 동일 조건에서 일산화탄소의 발생 농도도 증가할 수 있다. 따라서 후연소단(113)의 화격자의 이동을 느리게 하거나 화격자의 작동 타이밍을 지연시켜 연소 시간을 연장시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 제어 모듈(630)은 소각로(100) 내부의 건조단(111), 연소단(112) 및 후연소단(113)의 각 단 중 어느 하나의 온도가 소각로(100)의 정상 운전시의 각 단별 기 설정된 온도보다 일정 온도 이상 높거나 또는 소각로(100)의 출구 온도가 정상 운전시의 기 설정된 출구 온도보다 일정 온도 이상 높을 때, 건조단(111), 연소단(112) 및 후연소단(113)의 각 단에 구비된 일산화탄소 센서에서 측정한 일산화탄소의 농도가 정상 운전시의 각 단별 기 설정된 농도보다 일정 농도 이상 높은 경우 및 건조단(111), 연소단(112) 및 후연소단(113)의 각 단에 구비된 산소 센서에서 측정한 산소의 농도가 정상 운전시의 각 단별 기 설정된 농도보다 일정 농도 이상 낮은 경우 중 어느 하나이면, 소각로(100) 내부의 해당 단으로 유입되는 공기의 공급량을 증가시킬 수 있다.
즉, 소각로(100) 내부의 온도가 소각로(100)의 정상 운전시의 각 단별 기 설정된 온도보다 일정 온도 이상 높은 경우에는 폐기물이 과잉이거나 공기가 부족한 조건으로 운전되고 있을 수 있다. 또한 동일 조건에서 일산화탄소의 농도가 높거나 산소의 농도가 낮게 계측될 수 있다. 따라서, 이 경우 공기의 공급량을 증가시킬 수 있다. 다만, 윈드박스가 개방형일 경우 1단~4단 모두 연결되어 있는 설비 구성이므로 개별 제어는 의미가 없을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 제어 모듈(630)은 소각로(100) 내부의 건조단(111), 연소단(112) 및 후연소단(113)의 각 단 중 어느 하나의 온도가 소각로(100)의 정상 운전시의 각 단별 기 설정된 온도보다 일정 온도 이상 낮거나 또는 소각로(100)의 출구 온도가 정상 운전시의 기 설정된 출구 온도보다 일정 온도 이상 낮을 때, 건조단(111), 연소단(112) 및 후연소단(113)의 각 단에 구비된 일산화탄소 센서에서 측정한 일산화탄소의 농도가 정상 운전시의 각 단별 기 설정된 농도보다 일정 농도 이상 높은 경우 및 건조단(111), 연소단(112) 및 후연소단(113)의 각 단에 구비된 산소 센서에서 측정한 산소의 농도가 정상 운전시의 각 단별 기 설정된 농도보다 일정 농도 이상 높은 경우 중 어느 하나이면, 소각로(100) 내부의 해당 단으로 유입되는 공기의 공급량을 감소시킬 수 있다.
즉, 소각로(100) 내부의 온도가 정상운전조건의 온도 대비 일정 온도 이상 낮을 경우 폐기물이 부족하거나 공기가 과잉인 조건으로 운전되고 있을 수 있다. 또한 동일 조건에서 CO 농도가 높거나 O2 농도가 높게 계측될 수 있다. 이 경우 공기량을 감소시킨다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 소각로 내부의 온도를 구하고, 구한 소각로 내부의 온도와 소각로의 정상 운전시의 기 저장된 온도의 비교 결과에 따라 소각로 내부의 화격자의 이동 및 소각로 내부로 공급되는 공기의 공급량 중 적어도 하나를 제어함으로써, 불특정한 폐기물이 소각로 내부로 투입되어도 소각로 내부의 연소 불안정상태를 최소화하여 연소상태를 안정적으로 제어할 수 있으며, 연소 불안정으로 발생하는 다양한 문제들을 경감시킬 수 있다. 또한 수동운전을 최소화 함으로써 운전제어의 안정화를 도모할 수 있다.
한편, 도 7은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 소각로의 운전 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하에서는 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시 형태에 따른 소각로의 운전 제어 방법을 상세하게 설명한다. 다만, 발명의 간명화를 위해 도 1 내지 도 6과 관련하여 중복된 부분에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 소각로의 운전 제어 방법은,
온도 측정 모듈(130)에서 소각로(100) 내부의 온도를 구하는 단계에 의해 개시될 수 있다(S701). 상술한 온도 측정 모듈(130) 열화상 카메라이거나 온도 센서일 수 있으며, 실시 형태 따라서는 CCD 카메라로부터 각 단별 연소 상태 이미지를 획득하고, 획득된 연소 상태 이미지로부터 OH 라디칼의 농도를 분석하고, 기 저장된 OH 라디칼의 농도 및 온도 곡선을 참조하여 분석된 OH 라디칼의 농도에 대응되는 온도를 구하는 라디칼 측정 모듈일 수 있음은 상술한 바와 같다.
다음, 비교 모듈(620)은 소각로 내부의 온도와 소각로의 정상 운전시의 기 저장된 온도를 비교할 수 있다(S702). 비교 결과는 제어 모듈(630)로 전달될 수 있다.
마지막으로, 제어 모듈(630)은 비교 결과에 따라 소각로 내부의 화격자의 이동 및 소각로 내부로 공급되는 공기의 공급량 중 적어도 하나를 제어할 수 있다(S703).
구체적으로, 건조단(111), 연소단(112) 및 후연소단(113)의 각 단별로 화격자(110)의 유압 제어 장치(140)를 통해 유압 실린더(141)를 제어하여 화격자(110)의 이동 속도 또는 작동 타이밍을 제어함으로써 화격자(110)의 이동을 제어하거나, 소각로(100)에 공기를 공급하는 윈드 박스(115) 내의 밸브 개도 또는 윈드 박스(115)로 공기를 공급하는 송풍기(150)의 회전수를 제어함으로써 공기의 공급량을 제어할 수 있음은 상술한 바와 같다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 소각로 내부의 온도를 구하고, 구한 소각로 내부의 온도와 소각로의 정상 운전시의 기 저장된 온도의 비교 결과에 따라 소각로 내부의 화격자의 이동 및 소각로 내부로 공급되는 공기의 공급량 중 적어도 하나를 제어함으로써, 불특정한 폐기물이 소각로 내부로 투입되어도 소각로 내부의 연소 불안정상태를 최소화하여 연소상태를 안정적으로 제어할 수 있으며, 연소 불안정으로 발생하는 다양한 문제들을 경감시킬 수 있다. 또한 수동운전을 최소화 함으로써 운전제어의 안정화를 도모할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
100: 소각로
101: 투입 호퍼
110: 화격자
110a, 110c: 고정 화격자
110b: 이동 화격자
111: 건조단
112: 연소단
113: 후연소단
115: 윈드 박스
120: 2차 연소실
130: 열화상 카메라(온도 측정 모듈)
140: 유압 제어 장치
141: 유압 실린더
150: 송풍기
600: 소각로의 운전 제어 장치
620: 비교 모듈
630: 제어 모듈

Claims (11)

  1. 소각로 내부의 온도를 구하는 온도 측정 모듈;
    구한 상기 소각로 내부의 온도와 상기 소각로의 정상 운전시의 기 저장된 온도를 비교하는 비교 모듈; 및
    상기 비교 결과에 따라, 상기 소각로 내부의 화격자의 이동 및 상기 소각로 내부로 공급되는 공기의 공급량 중 적어도 하나를 제어하는 제어 모듈을 포함하며,
    상기 소각로는, 건조단, 연소단 - 상기 연소단은 전단 연소단 및 후단 연소단의 2단으로 구성됨 - 및 후연소단으로 구성되며,
    상기 온도 측정 모듈은, 상기 건조단, 상기 연소단 및 상기 후연소단의 각 단별로 온도를 구하며,
    상기 제어 모듈은,
    상기 건조단, 상기 연소단 및 상기 후연소단의 각 단별로 화격자의 이동 및 상기 소각로 내부로 공급되는 공기의 공급량 중 적어도 하나를 제어하되, 상기 화격자의 작동 타이밍을 제어함으로써 상기 화격자의 이동을 제어하며,
    상기 전단 연소단 및 후단 연소단 사이 지점의 온도가 정상 운전시의 기 저장된 연소단의 온도보다 일정 온도 이상 낮고, 상기 전단 연소단의 온도가 후단 연소단의 온도보다 일정 온도 이상 높은 경우 상기 전단 연소단의 화격자의 작동 타이밍을 단축시키며, 후단 연소단의 온도가 전단 연소단의 온도보다 일정 온도 이상 높은 경우 후단 연소단의 화격자의 작동 타이밍을 지연시키는, 연소 안정화를 위한 소각로의 운전 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어 모듈은,
    상기 소각로에 공기를 공급하는 윈드 박스 내의 밸브 개도 또는 상기 윈드 박스로 공기를 공급하는 송풍기의 회전수를 제어함으로써 상기 공기의 공급량을 제어하는, 연소 안정화를 위한 소각로의 운전 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어 모듈은,
    상기 건조단의 온도가 상기 소각로의 정상 운전시의 기 저장된 건조단의 온도보다 일정 온도 이상 낮을 경우 상기 건조단 측의 화격자의 화격자의 작동 타이밍을 지연시키며,
    상기 건조단의 온도가 상기 소각로의 정상 운전시의 기 저장된 건조단의 온도보다 일정 온도 이상 높을 경우 및 상기 건조단에 구비된 일산화탄소 측정 센서에서 측정된 일산화탄소의 농도가 정상 운전시의 기 설정된 농도보다 일정 농도 이상 높은 경우 중 어느 하나이면, 상기 건조단 측 화격자의 작동 타이밍을 단축시키는, 연소 안정화를 위한 소각로의 운전 제어 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어 모듈은,
    상기 후연소단의 온도가 상기 소각로의 정상 운전시의 기 저장된 후연소단의 온도보다 일정 온도 이상 높은 경우 및 상기 후연소단에 구비된 일산화탄소 센서에서 측정한 일산화탄소의 농도가 정상 운전시의 기 설정된 농도보다 일정 농도 이상 높은 경우 중 어느 하나이면, 상기 후연소단의 화격자의 작동 타이밍을 지연시키는, 연소 안정화를 위한 소각로의 운전 제어 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어 모듈은,
    상기 소각로 내부의 상기 건조단, 상기 연소단 및 상기 후연소단의 각 단 중 어느 하나의 온도가 상기 소각로의 정상 운전시의 각 단별 기 설정된 온도보다 일정 온도 이상 높거나 또는 상기 소각로의 출구 온도가 정상 운전시의 기 설정된 출구 온도보다 일정 온도 이상 높을 때, 상기 건조단, 상기 연소단 및 상기 후연소단의 각 단에 구비된 일산화탄소 센서에서 측정한 일산화탄소의 농도가 정상 운전시의 각 단별 기 설정된 농도보다 일정 농도 이상 높은 경우 및 상기 건조단, 상기 연소단 및 상기 후연소단의 각 단에 구비된 산소 센서에서 측정한 산소의 농도가 정상 운전시의 각 단별 기 설정된 농도보다 일정 농도 이상 낮은 경우 중 어느 하나이면, 상기 소각로 내부의 해당 단으로 유입되는 공기의 공급량을 증가시키는, 연소 안정화를 위한 소각로의 운전 제어 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어 모듈은,
    상기 소각로 내부의 상기 건조단, 상기 연소단 및 상기 후연소단의 각 단 중 어느 하나의 온도가 상기 소각로의 정상 운전시의 각 단별 기 설정된 온도보다 일정 온도 이상 낮거나 또는 상기 소각로의 출구 온도가 정상 운전시의 기 설정된 출구 온도보다 일정 온도 이상 낮을 때, 상기 건조단, 상기 연소단 및 상기 후연소단의 각 단에 구비된 일산화탄소 센서에서 측정한 일산화탄소의 농도가 정상 운전시의 각 단별 기 설정된 농도보다 일정 농도 이상 높은 경우 및 상기 건조단, 상기 연소단 및 상기 후연소단의 각 단에 구비된 산소 센서에서 측정한 산소의 농도가 정상 운전시의 각 단별 기 설정된 농도보다 일정 농도 이상 높은 경우 중 어느 하나이면, 상기 소각로 내부의 해당 단으로 유입되는 공기의 공급량을 감소시키는, 연소 안정화를 위한 소각로의 운전 제어 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 온도 측정 모듈은,
    열화상 이미지를 측정하는 열화상 카메라 또는 온도 센서를 포함하는, 연소 안정화를 위한 소각로의 운전 제어 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 온도 측정 모듈은,
    각 단별 연소 상태 이미지를 획득하고, 획득된 연소 상태 이미지로부터 OH 라디칼의 농도를 분석하고, 기 저장된 OH 라디칼의 농도 및 온도 자료를 참조하여 해당 농도에 대응되는 온도를 구하는 라디칼 측정 모듈;
    을 포함하는, 연소 안정화를 위한 소각로의 운전 제어 장치.
  11. 온도 측정 모듈에서, 소각로 내부의 온도를 구하는 제1 단계;
    비교 모듈에서, 구한 상기 소각로 내부의 온도와 상기 소각로의 정상 운전시의 기 저장된 온도를 비교하는 제2 단계; 및
    제어 모듈에서, 상기 비교 결과에 따라, 상기 소각로 내부의 화격자의 이동 및 상기 소각로 내부로 공급되는 공기의 공급량 중 적어도 하나를 제어하는 제3 단계;를 포함하며,
    상기 소각로는, 건조단, 연소단 - 상기 연소단은 전단 연소단 및 후단 연소단의 2단으로 구성됨 - 및 후연소단으로 구성되며,
    상기 제1 단계는, 상기 건조단, 상기 연소단 및 상기 후연소단의 각 단별로 온도를 구하며,
    상기 제3 단계는,
    상기 건조단, 상기 연소단 및 상기 후연소단의 각 단별로 화격자의 이동 및 상기 소각로 내부로 공급되는 공기의 공급량 중 적어도 하나를 제어하되, 상기 화격자의 작동 타이밍을 제어함으로써 상기 화격자의 이동을 제어하며,
    상기 전단 연소단 및 후단 연소단 사이 지점의 온도가 정상 운전시의 기 저장된 연소단의 온도보다 일정 온도 이상 낮고, 상기 전단 연소단의 온도가 후단 연소단의 온도보다 일정 온도 이상 높은 경우 상기 전단 연소단의 화격자의 작동 타이밍을 단축시키며, 후단 연소단의 온도가 전단 연소단의 온도보다 일정 온도 이상 높은 경우 후단 연소단의 화격자의 작동 타이밍을 지연시키는, 연소 안정화를 위한 소각로의 운전 제어 방법.



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