KR20130034586A

KR20130034586A - 보일러의 증기량 계측 방법, 보일러의 부하 분석 방법, 보일러의 증기량 계측 장치 및 보일러의 부하 분석 장치

Info

Publication number: KR20130034586A
Application number: KR1020120095796A
Authority: KR
Inventors: 오사무 다나카; 데츠지 나모토; 노리아키 나가이
Original assignee: 미우라고교 가부시키카이샤
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2012-08-30
Publication date: 2013-04-05
Also published as: CN103032866A; US20130074608A1; CN103032866B; JP5961962B2; JP2013072602A; US9127835B2; KR102017769B1

Abstract

증기 보일러로부터의 증기량의 시간적 변동을 연속적으로 계측하는 보일러의 증기량 계측 방법으로서, 상기 증기 보일러의 캔 몸체 또는 증기 유출로의 소정 위치인 제1 검출 위치의 압력과 상기 제1 검출 위치로부터 하류 측으로 이간된 상기 증기 유출로의 제2 검출 위치의 압력 사이의 차압을 계측하는 것과, 상기 증기 유출로에 소정 유량의 증기 또는 증기를 대신하는 유체를 흐르게 하여 계측한 상기 차압과 상기 소정 유량으로부터 압력 손실 계수를 산출하는 것과, 상기 계측한 차압 및 상기 산출한 압력 손실 계수로부터 증기량을 연속적으로 산출하여 계측값으로서 출력하는 것을 포함한다.

Description

보일러의 증기량 계측 방법, 보일러의 부하 분석 방법, 보일러의 증기량 계측 장치 및 보일러의 부하 분석 장치{BOILER STEAM AMOUNT MEASURING METHOD, BOILER LOAD ANALYZING METHOD, BOILER STEAM AMOUNT MEASURING APPARATUS, AND BOILER LOAD ANALYZING APPARATUS}

본 발명은, 보일러의 증기량 계측 방법, 보일러의 부하 분석 방법, 보일러의 증기량 계측 장치, 및 보일러의 부하 분석 장치에 관한 것이다.

종래, 증기 유량계를 사용하지 않고 증기량을 계측하는 간이 증기량 계측 방법이 알려져 있다. 종래의 제1 방법은, 연료 유량계에 의한 직접적인 연료 유량 신호를 이용하여 증기량을 산출하는 것이다. 또, 종래의 제2 방법은, 피토관에 의해 전압(全壓)과 정압(靜壓)의 차로부터 연도(煙道) 내의 배기 가스 유속을 측정하여 연료 유량을 산출하며, 간접적으로 산출한 연료 유량 신호를 이용하여 증기량을 추정하는 것이다. 종래의 제1, 제2 모두 보일러의 입출 열량으로부터 증기량을 추정하는 방법이다.

종래의 제1이나 제2 방법과 같은 보일러의 입출 열량으로부터 증기량을 산출하는 방법에는, 다음의 과제가 있다. 즉, 보일러의 입출 열량에 의한 증기량 추정은, 실제 증기량 계측과는 시간 변화 속도가 다르기 때문에, 시시각각으로 변화되는 증기량을 응답 지연 없이 계측할 수 없다. 예를 들면, 보일러의 간헐 급수, 간헐 블로(blow)나 급수 온도의 변동 등이 계측 중에 발생하면 증기량의 시간적 변화를 정확하게 계측할 수 없다(전열이나 축열·방열에 의한 지연이 개재되기 때문).

또, 종래의 제1, 제2 증기량 추정 방법은, 보일러의 입출 열량에 의한 증기량 추정에 중요한 데이터가 되는 발열량 등의 연료 물성값이 변화되면, 추정하는 증기량이 변화된다는 과제가 있다. 특히, 해외의 석탄 연소에서는 탄종(炭種)에도 의존하지만 실제의 사용 직전의 야적(野積)의 파쇄탄에서는 수분량의 영향이 크고, 연료 물성값이 변화된다. 그러면, 발열량·이론 배기 가스량이 달라지기 때문에, 추정하는 증기량은 변화된다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 증기 보일러로부터의 증기량의 시간적 변동을 연속적으로 계측하는 보일러의 증기량 계측 방법으로서, 상기 증기 보일러의 캔 몸체 또는 증기 유출로의 소정 위치인 제1 검출 위치의 압력과 상기 제1 검출 위치로부터 하류 측으로 이간(離間)된 상기 증기 유출로의 제2 검출 위치의 압력 사이의 차압을 계측하는 것과,

상기 증기 유출로에 소정 유량의 증기 또는 증기를 대신하는 유체를 흐르게 하여 계측한 상기 차압과 상기 소정 유량으로부터 압력 손실 계수를 산출하는 것과,

상기 계측한 차압 및 상기 산출한 압력 손실 계수로부터 증기량을 연속적으로 산출하여 계측값으로서 출력하는 것을 포함하는 보일러의 증기량 계측 방법을 특징으로 하고 있다.

도 1은 본 발명을 실시한 증기량 계측 장치의 실시예 1의 개략 구성도이다.
도 2는 이 실시예 1의 제어 프로그램을 설명하는 플로우차트도이다.
도 3은 이 실시예 1의 다른 제어 프로그램을 설명하는 플로우차트도이다.
도 4는 이 실시예 1에 있어서 보일러의 캔 몸체 내 압력과 계측한 증기량의 시간적 변화를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명을 실시한 증기량 계측 장치의 실시예 2의 개략 구성도이다.

다음으로, 본 발명의 보일러의 증기량 계측 방법의 실시 형태에 대하여 설명한다. 본 발명의 실시 형태는, 증기 유량계를 사용하지 않고 증기량을 계측하는 보일러의 증기량 계측 방법에 관한 것이다. 이 실시 형태의 과제는, 증기 유량계를 사용하지 않고, 시시각각으로 변화되는 증기량을 응답 지연 없이 계측함과 함께, 연료 물성값이 변화되어도 증기량을 종래 방법과 비교하여 정확하게 산출하는 것이다. 이 실시 형태는, 기설(旣設)의 증기 보일러에 사용하는 증기량 계측 장치에 적합하게 실시된다. 상기 증기 보일러는, 가스 연료, 액체 연료, 고체 연료를 연소시키는 보일러, 및 전기 보일러나 배기 가스 보일러를 포함한다.

이 실시 형태를 구체적으로 설명한다. 이 실시 형태는, 시시각각으로 변화되는 증기 보일러(이하, 간단히 보일러라고 칭한다.)의 증기량 X의 시간적 변동을 연속적으로 계측하는 보일러의 증기량 계측 방법이다. 또한, 증기량은, 증기 발생량, 증기 유량으로 환언할 수 있다.

이 실시 형태의 특징 부분은, 다음의 차압 계측 단계, 압력 손실 계수 산출 단계, 증기량 산출·출력 단계를 포함하는 것에 있다. 이하에, 각 단계에 대하여 설명한다.

(차압 계측 단계)

차압 계측 단계는, 상기 보일러의 캔 몸체, 또는 캔 몸체로부터의 증기 유출로(증기 유출관 또는 증기 유출 관로로 환언할 수 있다.)의 소정 위치인 제1 검출 위치의 압력 P1과, 상기 제1 검출 위치로부터 하류 측으로 이간된 상기 증기 유출로의 제2 검출 위치의 압력 P2의 차인 차압 ΔP(=P1-P2)를 계측하는 단계이다.

상기 제1 검출 위치는, 상기 캔 몸체 내로 할 수 있다. 또, 상기 제2 검출 위치도, 스팀 헤더로 할 수 있다. 물론, 상기 제1 검출 위치 및 상기 제2 검출 위치는, 캔 몸체나 스팀 헤더가 아니라, 상기 증기 유출로로 할 수 있다. 상기 스팀 헤더는, 상기 보일러로부터의 증기를 저류하고, 증기 사용 기기로 분배하는 증기 집합부이다.

(압력 손실 계수 산출 단계)

또, 압력 손실 계수 산출 단계는, 바람직하게는, 상기 증기 유출로에 소정 유량의 증기를 흐르게 하여 계측한 상기 차압 ΔP와 상기 소정 유량으로부터 압력 손실 계수 K를 산출하는 단계(제1 형태의 산출 단계라고 한다.)이다. 그러나, 상기 증기 유출로에 증기를 대신하는 소정 유량의 유체(기체 또는 액체)를 흐르게 하여 계측한 상기 차압 ΔP와 상기 소정 유량으로부터 압력 손실 계수 K를 산출하는 단계(제2 형태의 산출 단계라고 한다.)로 할 수도 있다.

먼저, 제1 형태의 산출 단계에 대하여 설명한다. 이 산출 단계는, 상기 증기 보일러의 기준 증기량 X0의 산출 소스 데이터를 계측하는 산출 소스 데이터 계측 단계와, 상기 차압 계측 단계와, 계측한 상기 산출 소스 데이터로부터 기준 증기량 X0을 구하는 기준 증기량 산출 단계와, 상기 기준 증기량 X0을 구하였을 때의 상기 차압 ΔP로부터 하기 식 1의 압력 손실 계산식 1에 의거하여 압력 손실 계수 K를 산출하는 계수 산출 단계를 포함하여 구성된다. 유동 관로의 밸브, 벤딩 등의 손실 요소의 총 합을 K라고 하면 압력 손실은 식 1로 나타내진다.

… 식 1

단, ρ는, 압력 P1(혹은 P1과 P2의 평균값)에 있어서의 증기 비중량(이 값은 기존의 증기압만의 관계식을 이용하여 산출할 수 있다.)

식 1은, 속도 V의 관계로서 일반적으로 이용되고 있는 압력 손실 산출식 A에 증기량 X의 산출식 B를 대입하여 얻은 압력 손실 산출식이다.

… 식 A

… 식 B

단, R은, 증기 유출로의 관내 반경이다.

단,

또한, 식 1에서는 압력 손실 산출식을 증기량 X와의 관계식으로 표현하고 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.

상기 기준 증기량 산출 단계에 있어서의 산출 소스 데이터는, 상기 기준 증기량 X0을 산출할 수 있는 데이터이다. 상기 산출 소스 데이터는, 바람직하게는, 상기 보일러로의 연료 유로(流路)의 연료 유량(연료 사용량으로 환언할 수 있다.) N 또는 상기 보일러의 배기 가스 유로의 배기 가스 유속 M으로 한다. 그러나, 연료 유량 N 및 배기 가스 유속 M 이외에 간이하게 계측할 수 있고, 기준 증기량 X0을 산출 가능한 데이터가 있으면, 연료 유량 N 및 배기 가스 유속 M으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 연속 급수 제어의 보일러이면 급수량 계측으로부터도 기준 증기량 X0을 산출 가능하다. 또한, 상기 산출 소스 데이터는, 연료 유량 N 또는 배기 가스 유속 M만을 의미하는 것은 아니고, 기준 증기량 X0을 산출하기 위하여 계측이 필요한 그 밖의 데이터를 포함한다.

또, 상기 산출 소스 데이터는, 후기하는 압력 손실 계수 K를 산출하는 소스 데이터가 되는 기준 증기량 X0을 산출하기 위하여 필요한 데이터이기 때문에, 압력 손실 계수 K를 산출한 후에는, 계측할 필요는 없다. 식 1에 나타내는 바와 같이, 기준 증기량 X0은, 압력 손실 계수 K 산출 후에는, 증기 상태를 나타내는 증기 비중량만 알면, 연료계, 연소계의 영향을 받지 않고 산출 가능하다. 물론, 상기 산출 소스 데이터는, 압력 손실 계수 K를 산출한 후에도 필요가 있으면 계측해도 된다.

압력 손실 계수 산출 단계는, 계측한 상기 산출 소스 데이터(연료 유량 N, 배기 가스 유속 M)로부터 입(入)열량 Q를 구하고, 구해진 입열량 Q로부터 기준 증기량 X0을 구하는 단계를 포함한다.

상기 산출 소스 데이터인 연료 유량 N으로부터 입열량 Q를 구하고, 구한 입열량 Q로부터 기준 증기량 X0을 구하는 방법은, 일본 특허 제2737753호 공보 등으로 알려져 있다. 본 발명의 실시 형태에 있어서는, 일본 특허 제2737753호 공보에 기재된 바와 같이, 상기 보일러의 연료 유로에 구비하는 연료 유량계에 의해 연료 유량 N을 계측하여, 다음 식에서 기준 증기량 X0을 산출할 수 있다. 또한, 일본 특허 제2737753호 공보의 연료는 액체 연료이다.

입열량 Q=연료 유량 N×연료 비중×연료 저위 발열량(연료 저발열량)

기준 증기량 X0=입열량 Q×보일러 효율÷엔탈피 증가분

또, 상기 산출 소스 데이터인 배기 가스 유속 M의 계측으로부터 입열량 Q를 구하고, 구한 입열량 Q로부터 기준 증기량 X0을 구하는 방법은, 일본 특허공개 제2010-139207호 공보로 알려져 있다. 본 발명의 실시 형태에 있어서는, 일본 특허공개 제2010-139207호 공보에 기재된 바와 같이, 배기 가스 유속 M을 계측하고, 동시에 배기 가스 온도, 공기비(공기 과잉률)를 산출하는 산소 농도 또는 이산화탄소 농도를 계측하며, 연료 유량 N을 산출하고, 최종적으로, 기준 증기량 X0을 산출할 수 있다.

이 실시 형태에 있어서는, 상기 기준 증기량 X0을 구하는 방법은, 본 발명의 특징 부분은 아니다. 이 실시 형태에 있어서의 배기 가스 유속 M의 계측에 의해 상기 기준 증기량 X0을 구하는 방법은, 일본 특허공개 제2010-139207호 공보의 방법에 한정되는 것은 아니다. 또, 일본 특허공개 제2010-139207호 공보와 같이, 피토관이 아니라, 풍속계에 사용되고 있는 것과 같은 임펠러식의 배기 가스 유속계 혹은 열선식 유속계에 의해 배기 가스 유속 M을 계측할 수 있다. 또, 기준 증기량 X0의 산출식도 일본 특허공개 제2010-139207호 공보의 식에 한정되는 것은 아니다.

기준 증기량 X0은, 상기 압력 손실 계수 K를 구하기 위하여 일시적으로 필요한 증기량이다. 이 기준 증기량 X0의 측정 조건으로서는, 보일러 자기(自己) 증기량, 보일러로의 축열에 의한 영향을 제외하기 위하여, 상기 보일러의 캔 몸체 내 압력 P1 및 하류의 압력 P2 모두 대략 일정한 상태인 것을 조건으로 행한다. 「대략 일정한 상태」란, 압력 변동이 거의 없는(예를 들면, ±수% 이내의 압력 변동 상태가 일정 시간 계속되는) 것을 의미한다. 일정 시간은, 바람직하게는, 1분 정도, 더 바람직하게는, 5～10분 정도로 한다. 또한, 기준 증기량 X0은, 차압 ΔP를 계측하여 얻어진 연속 증기 유량 변화의 그래프로부터 최대 증기량이나 정부하(定負荷) 가동 시간 등 수일간 계측함으로써, 그 타당성을 음미할 수 있다. 분명하게 기준 증기량 X0 계측 시점이 부적절하면, 이 그래프로부터 최대량이 일정 시간 계속되는 사다리꼴의 정상부를 판정하여, 기준 증기량 X0을 보정해도 된다.

상기 계수 산출 단계는, 상기 기준 증기량 X0을 구한 후, 상기 기준 증기량 X0을 구하였을 때의 상기 차압 ΔP로부터 상기 압력 손실 계산식 1에 의거하여 압력 손실 계수 K를 산출하는 단계이다. 더 구체적으로는, 상기 기준 증기량 X0을 구하였을 때의 상기 차압 ΔP로부터 상기 압력 손실 계산식 1에 의거하여 산출한 증기량 X와, 기준 증기량 X0이 동일하다고 하여 압력 손실 계수 K를 산출하도록 하고 있다.

다음으로, 제2 형태의 산출 단계에 대하여 설명한다. 이 산출 단계는, 상기 증기 유출로에 소정량의 공기를 흐르게 하고, 그때의 공기 유량 X1과 차압 ΔP를 다음의 압력 손실 산출식 2에 대입하여 압력 손실 계수 K를 구하는 것이다. 공기는, 증기를 대신하는 유체(다른 기체나 액체)로 바꿀 수 있다.

… 식 2

단, ρ1은, 공기 밀도

이 제2 형태의 산출 단계는, 제1 형태의 산출 단계와 비교하여 경비를 요하지만 실시에 따라 채용할 수 있다. 이 제2 형태에서는, 기설 보일러의 증기 유출 배관에서 증기를 대신하는 안정적인 기체 등을 소정 유량 흐르게 하여, 압력 손실을 계측할 수 있다. 또, 신설의 보일러에서는, 컴프레서에 의해 소정 유량의 공기를 유동시켜서 계측할 수 있다.

(증기량 산출·출력 단계)

또, 증기량 산출·출력 단계는, 증기량 산출 단계와 증기량 출력 단계를 포함한다. 증기량 산출 단계는, 상기 압력 손실 계수 산출 단계에서 산출한 압력 손실 계수 K에 의거하여, 증기량 X를 연속적으로 산출하는 단계이다. 구체적으로는, 상기 차압 계측 단계에서 계측한 차압 ΔP와 상기 압력 손실 계수 산출 단계에서 산출한 압력 손실 계수 K로부터 상기 압력 손실 계산식 1에 의거하여, 증기량 X를 연속적으로 산출하는 단계이다.

또, 상기 증기량 출력 단계는, 산출된 증기량 X를, 계측값으로서 출력하는 단계이다. 이 출력의 방법은, 증기량 계측 장치의 표시기 등의 경보기에 계측값 신호를 표시하는 등에 의해 통지하는 방법, 증기량 계측 장치로부터 이간된 관리 장치로 계측값 신호를 송신하는 방법을 포함한다.

이상 설명한 실시 형태에 의하면, 기준 증기량 X0의 산출 소스 데이터로부터 압력 손실 계수 K를 간이하게 산출할 수 있다. 또, 증기류를 직접 검출하는 차압 ΔP로부터 증기량 X를 산출하기 때문에, 시시각각으로 변화되는 증기량 X를 응답 지연 없이 계측할 수 있다. 또한, 압력 손실 계수 K의 산출 후에는, 연료 물성값과 관계없이 증기량 X를 산출하기 때문에, 연료 물성값이 변화되어도 증기량 X를 종래 방법과 비교하여 정확하게 산출할 수 있다.

이상 설명한 증기량 계측 방법은, 보일러의 부하 분석 방법에 적용할 수 있다. 이 부하 분석 방법은, 계측한 증기량 X에 의거하여, 상기 보일러의 증기 사용 부하에 의한 최대 증기 사용량의 측정을 행한다. 또, 상기 보일러의 증기 사용 부하에 의한 최대 증기 사용량의 측정에 더하여, 증기 사용량의 시간 변동의 경향 측정을 행하도록 구성할 수 있다. 또, 상기 보일러의 최대 증기 사용량의 측정 대신, 증기 사용량의 시간 변동의 경향 측정만을 행하도록 구성할 수 있다. 어느 측정도 연속적으로 계측한 증기량 X의 값으로부터 사람이 판단할 수 있도록, 보일러의 증기 발생으로부터 보일러를 정지시키고, 캔 몸체 내 압력이 0 근방이 될 때까지의 증기량 X의 시간 변화를 나타내는 그래프로서 출력하는 것이 바람직하다. 물론, 최대 증기 사용량은, 제어기에 의해 자동적으로 판정하도록 구성할 수 있다.

또, 이상의 증기량 계측 방법은, 다음의 증기량 계측 장치에 의해 실현된다.

증기 보일러의 증기량의 시간적 변동을 연속적으로 계측하는 보일러의 증기량 계측 장치로서,

상기 증기 보일러의 캔 몸체 또는 증기 유출로의 소정 위치인 제1 검출 위치의 압력과 상기 제1 검출 위치로부터 하류 측으로 이간된 상기 증기 유출로의 제2 검출 위치의 압력 사이의 차압 ΔP를 계측하는 차압 검출 수단과,

상기 증기 유출로에 소정 유량의 증기 또는 증기를 대신하는 유체를 흐르게 하여 계측한 상기 차압 ΔP와 상기 소정 유량으로부터 압력 손실 계수 K를 산출하는 압력 손실 계수 산출 단계와, 상기 차압 계측 수단으로 계측한 차압 ΔP 및 상기 압력 손실 계수 산출 단계에서 산출한 압력 손실 계수 K로부터 상기 압력 손실 계산식 1에 의거하여, 증기량 X를 연속적으로 산출하는 증기량 산출 단계와, 산출한 증기량 X를 계측값으로서 출력하는 증기량 출력 단계를 행하는 제어기를 구비하는 것을 특징으로 하는 보일러의 증기량 계측 장치이다.

이 실시 형태의 증기량 계측 장치는, 바람직하게는, 상기 증기 보일러의 기준 증기량 X0의 산출 소스 데이터를 계측하는 소스 데이터 계측 수단을 구비하고, 상기 제어기에 의한 압력 손실 계수 산출 단계는, 상기 증기 보일러의 기준 증기량 X0의 산출 소스 데이터를 계측하는 산출 소스 데이터 계측 단계와, 계측한 상기 산출 소스 데이터로부터 기준 증기량 X0을 구하는 기준 증기량 산출 단계를 포함하고, 상기 기준 증기량 X0을 구하였을 때의 상기 차압 ΔP로부터 상기 압력 손실 계산식 1에 의거하여 압력 손실 계수 K를 산출하도록 구성한다.

상기 차압 계측 수단은, 바람직하게는, 2개의 압력 센서의 동일 시각 계측에 의한 차를 계측하는 것으로 하지만, 공지된 차압계로 할 수도 있다. 2개의 압력 센서의 동일 시각 계측에 의한 경우에는, 압력 센서는 동일 종류, 동일 사양의 센서로서, 연소되지 않은 무압력 하, 및 가동 중 혹은 운전 정지 후 등의 연소 정지 시(=유량 제로 시)의 가압력 하의 2점의 신호로부터 압력-출력의 직선 보정, 적어도 무압력 하에 있어서의 제로점 교정을 포함하는 연산 처리를 수시로 행한다.

또, 상기 소스 데이터 계측 수단은, 바람직하게는, 연료 유량 N을 계측하는 연료 유량계 또는 배기 가스 유속 M을 계측하는 배기 가스 유속계, 및 배기 가스 온도계, 공기비(공기 과잉률)를 산출하는 산소 농도계 또는 이산화탄소 농도계 등을 포함하는 것으로 한다.

[실시예 1]

계속하여, 본 발명의 증기량 계측 방법을 실시한 증기량 계측 장치(1)의 실시예 1을 도면에 따라 설명한다. 도 1은, 이 실시예 1의 개략 구성도이고, 도 2는, 이 실시예 1의 제어 프로그램을 설명하는 플로우차트도이며, 도 3은, 이 실시예 1의 다른 제어 프로그램을 설명하는 플로우차트도이고, 도 4는, 이 실시예 1에 있어서 보일러의 캔 몸체 내 압력 P1과 계측한 증기량 X의 시간적 변화를 나타내는 도면이다.

<실시예 1의 구성>

이 실시예 1의 증기량 계측 장치(1)는, 증기 보일러(이하, 간단히 보일러라고 칭한다.)(2)의 증기량 X[증기 유출로(3A)의 증기 유량]를 계측하는 장치이다. 이 증기량 계측 장치(1)는, 차압 검출 수단(4)과, 소스 데이터 계측 수단(5)과, 증기량 X의 계측을 제어하는 제어기(6)를 주요부로서 구비한다.

차압 검출 수단(4)은, 보일러(2)의 캔 몸체(7) 내인 제1 검출 위치의 압력과, 제1 검출 위치로부터 하류 측으로 이간된 증기 유출로(3A)의 제2 검출 위치의 압력 사이의 차압 ΔP를 계측하는 제1 압력 센서(8)와 제2 압력 센서(9)를 포함하고 있다. 제1 압력 센서(8)는, 제1 검출 위치에 있어서, 보일러(2)의 캔 몸체(7) 내의 제1 압력 P1을 검출하는 센서이다. 제2 압력 센서(9)는, 증기 유출로(3A)의 제2 검출 위치인 스팀 헤더(10) 내의 제2 압력 P2를 검출하는 센서이다. 차압 ΔP는, P1-P2이다. 제1 압력 센서(8) 및 제2 압력 센서(9)는, 종래의 압력계와 동일하게 장착할 수 있다. 또한, 기설의 압력 센서를 이용할 수도 있지만, 동일 종류[신호-압력의 직선성이 동일한 반도체식 혹은 정전용량식, 자왜식(磁歪式) 등]·동일 사양인 것을 사용한다. 스팀 헤더(10)에는, 복수의 증기 사용 부하(도시 생략)로 증기를 분배하는 증기 유출로(3B, 3B, …)를 접속하고 있다.

그리고, 압력 센서(8, 9)는 동일 종류, 동일 사양의 센서로서, 연소되지 않은 무압력 하, 및 가압력 하의 2점의 신호로부터 상기 압력-출력의 직선 보정과, 무압력 하에 있어서의 제로점 교정을 포함하는 연산 처리를 수시로 행하도록 구성한다.

소스 데이터 계측 수단(5)은, 기준 증기량 X0의 산출 소스 데이터의 계측 수단이며, 이 실시예 1에서는, 압력 센서(8, 9)와, 배기 가스 유로(11) 내의 배기 가스 유속 M을 계측하는 배기 가스 유속계(12)와, 배기 가스 중의 산소 농도를 계측하는 배기 가스 산소 농도계(13)와, 배기 가스의 온도를 계측하는 배기 가스 온도계(14)와, 급기(給氣) 온도를 계측하는 급기 온도계(15)와, 급수 온도를 계측하는 급수 온도계(16)를 포함하여 구성되어 있다. 또한, 이들 계측 수단 중에서, 보일러(2)에 기설한 것은, 새롭게 설치하지 않고 필요에 따라 이용한다.

제어기(6)는, 제1 압력 센서(8), 제2 압력 센서(9), 소스 데이터 계측 수단(5)의 각 계측계로부터의 신호를 입력하고, 미리 기억한 제어 순서(제어 프로그램)에 의거하여, 계측한 증기량 X를 표시기(17)로 출력하도록 구성되어 있다. 제어 순서의 일례를 도 2, 3에 나타낸다.

제어기(6)에 의한 제어 순서는, 도 2에 나타내는 압력 손실 계수 산출 순서와, 도 3에 나타내는 증기량 산출·출력 순서(증기량 계측 순서로 환언할 수 있다.)를 포함하고 있다. 압력 손실 계수 산출 순서는, 산출 소스 데이터[소스 데이터 계측 수단(5)의 각 계측계로부터의 신호]를 입력하는 산출 소스 데이터 입력 단계와, 차압 ΔP[제1 압력 센서(8)의 검출압 P1과 제2 압력 센서(9)의 검출압 P2의 차]를 입력하는 차압 입력 단계와, 상기 산출 소스 데이터로부터 기준 증기량 X0을 구하는 기준 증기량 산출 단계와, 기준 증기량 X0을 구하였을 때의 차압 ΔP로부터 하기 식 1의 압력 손실 계산식에 의거하여 산출한 증기량 X와 기준 증기량 X0이 동일하다고 하여 압력 손실 계수 K를 산출하는 계수 산출 단계를 포함하여 구성되어 있다.

… 식 1

단, ρ는, P1로부터 구한 증기 비중량

또, 증기량 산출·출력 순서는, 차압 입력 단계에서 입력한 차압 ΔP와 계수 산출 단계에서 산출한 압력 손실 계수 K로부터 압력 손실 계산식(식 1)에 의거하여, 증기량 X를 연속적으로 산출하는 증기량 산출 단계와, 산출한 증기량 X를 계측값으로서 표시기(17)로 출력하는 증기량 출력 단계를 포함하고 있다.

또한, 도 1에 있어서의 부호 18, 19, 20, 21은, 각각, 버너, 버너(18)로의 연소용 공기 유로, 버너(18)로의 연료 유로, 캔 몸체(7)로의 급수로이다.

<실시예 1의 동작>

다음으로, 실시예 1의 동작을 도면에 의거하여 설명한다. 이제, 기설의 보일러(2)의 증기량 X를, 증기량 계측 장치(1)를 사용하여 계측하는 것으로 한다. 먼저, 보일러(2)의 운전 정지 상태에 있어서, 도 1에 나타내는 바와 같이, 제1 압력 센서(8), 제2 압력 센서(9), 배기 가스 유속계(12), 배기 가스 산소 농도계(13), 배기 가스 온도계(14), 급기 온도계(15), 급수 온도계(16)을 장착한다. 이 상태에서, 보일러(2)의 운전을 개시함과 함께, 증기량 계측 장치(1)의 기동 스위치(도시 생략)를 ON으로 하여 계측을 개시한다.

(압력 손실 계수 K의 산출)

먼저, 압력 손실 계수 K의 산출에 대하여 설명한다. 이 압력 손실 계수 K의 산출은, 캔 몸체(7)의 압력, 즉 제1 압력 센서(8)의 압력 P1이 안정되어 있을 때에 행하여진다. 구체적으로는, 증기량 계측 장치(1)을 조작하는 계측자가, P1 출력을 관측하여, 5분간 연속하여 압력의 변동폭 ±수% 이하인 경우에 안정이라고 판정하고, 계수 산출 스위치(도시 생략)를 ON으로 함으로써, 압력 손실 계수 K의 산출이 행하여진다. 물론, 안정의 판정 및 계수 산출 스위치의 조작은, 자동적으로 행하도록 구성할 수 있다.

도 2를 참조하여 설명하면, 제어기(6)는, 단계 S1(이하, 단계 SN을 간단히 SN이라고 한다.)에서, 소스 데이터 계측 수단(5)의 각 계측 기기로부터의 신호를 받아들인다. 계속하여, S2에서는, 차압 ΔP를 산출하여 입력한다.

계속하여, S3에서는, 소스 데이터 계측 수단(5)의 과거 5분간의 계측 데이터로부터 샘플링한 값의 평균값으로부터 식 3에 의해 기준 증기량 X0을 산출한다. 또한, 여기서는, 기체 연료의 경우를 나타내고 있다.

… 식 3

단, XO : 기준 증기량(kg/h), η : 보일러 효율(%), HL : 연료 저위 발열량(kcal/㎥N), N : 연료 유량(㎥N/h), h1 : 포화 증기의 엔탈피(kcal/kg), h2 : 급수의 엔탈피(kcal/kg)

연료 유량 N은, 다음 식 4로부터 산출된다.

… 식 4

단, Y1 : 배기 가스 표준 유량(㎥N/h),

(G0+Gw+(m-1)×A0) : 실제 습식 배기 가스량(㎥N/㎥N, fuel)

G0 : 이론 건식 배기 가스량(㎥N/㎥N, fuel)

Gw : 연소에 의해 생기는 수증기 및 연료 중의 수분에 의한 수증기량(㎥N/㎥N, fuel)

(G0 + Gw) : 이론 배기 가스량(㎥N/㎥N,fuel)

A0 : 이론 공기량(㎥N/㎥N, fuel)

m : 공기비

배기 가스 표준 유량 Y1은, 다음 식 5로부터 산출된다.

… 식 5

단, Y2 : 배기 가스 실제 유량(㎥/h), T1 : 배기 가스 온도계(14)로 계측한 배기 가스 온도(℃)

배기 가스 실제 유량 Y2는, 다음 식 6으로부터 산출된다.

… 식 6

단, M : 배기 가스 유속계(12)로 계측한 배기 가스 유속(m/s), S : 배기 가스 유로의 단면적(㎡)

결국, 기준 증기량 X0은, 배기 가스 유속계(12)에 의한 계측 신호로부터 구한 배기 가스 유속 M으로부터 산출할 수 있다.

계속하여, S4에서는, S3에서 산출한 기준 증기량 X0과, 기준 증기량 X0을 산출하였을 때의 차압 ΔP로부터 얻어지는 증기량 X(식 1)가 동일한, 즉, XO=X로 하여, 압력 손실 계수 K를 산출한다. 압력 손실 계수 K 이외에는, 값을 구하고 있기 때문에, XO=X로부터 압력 손실 계수 K를 산출할 수 있다.

(증기량 산출·출력)

다음으로, 증기량 산출·출력 순서, 즉 증기량 계측 순서에 대하여 설명한다. 도 3을 참조하여 설명하면, S5에서, 식 1에, S4에서 산출한 압력 손실 계수 K와 연속적으로 계측하는 차압 ΔP를 대입함으로써, 증기량 X를 연속적으로 산출한다. S6에서는, 산출한 증기량 X를 표시기(17)에, 예를 들면, 도 4와 같이 출력한다. 도 4는, 계측값인 캔 몸체 내 압력 P1과 식 1로부터 산출한 증기량 X의 시간적 변화의 일례를 나타낸다. 또한, 도 4의 가로축(시간축)의 수치는, 시간:분:초를 나타내고 있다.

이상의 실시예 1에 의하면, 연료 유로(20)에 연료 유량계를 구비하고 있지 않은 보일러(2)에서도, 기준 증기량 X0의 산출 소스 데이터로부터 압력 손실 계수 K를 간이하게 산출할 수 있다. 또, 제1 압력 센서(8) 및 제2 압력 센서(9)는, 증기류를 직접 검출하여 차압 ΔP로부터 증기량 X를 산출하기 때문에, 시시각각으로 변화되는 증기량 X를 응답 지연 없이 계측할 수 있다. 또한, 압력 손실 계수 K의 산출 후에는, 연료 물성값과 관계없이 증기량 X를 산출하기 때문에, 연료 물성값이 변화되어도 증기량 X를 종래 방법과 비교하여 정확하게 산출할 수 있다. 이 효과는, 보일러의 연료로서, 연료 성상(性狀)이 불안정한 석탄이나 바이오 연료 등을 사용하고 있는 경우, 혹은 보일러의 제어 변동이 큰 경우에 특히 현저하다.

[실시예 2]

본 발명은, 상기 실시예 1에 한정되는 것은 아니고, 도 5에 나타내는 실시예 2를 포함하는 것이다. 이 실시예 2에 있어서 상기 실시예 1과 다른 것은, 연료 유로(20)에 연료 유량계(22)를 구비하고 있는 점이며, 그 밖의 구성은, 실시예 1과 동일하기 때문에, 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.

이 실시예 2에서는, 도 2의 S1의 기준 증기량 X0의 산출 소스 데이터는, 연료 유량계(22)가 계측하는 연료 유량 N이며, 실시예 1과 같이 배기 가스 유속 M을 계측하지 않고, 기준 증기량 X0을 구할 수 있다. 또한, 산소 농도나 배기 가스 온도, 증기 압력, 급수 온도 등의 계측은 실시예 1과 동일하게 행한다.

또한, 본 발명은, 상기 실시예 1, 2에 한정되는 것은 아니고, 여러가지로 변경 가능하다. 예를 들면, 실시예 1, 2에 있어서는, 산출 소스 데이터를 센서로부터 제어기(6)로 온라인으로 입력하고 있지만, 배기 가스 유속계(12)의 배기 가스 유속 M 등의 산출 소스 데이터를 사람이 판독하여, 제어기(6)로 수기 입력(오프라인 입력)할 수 있다. 또, 본 발명에 의한 증기량 계측 방법은, 기설 보일러의 증기량의 파악을 위해 계측을 일시적으로 행하는 장치에 이용될 뿐만 아니라, 보일러의 관리나 제어를 위해 계측을 연속적으로 행하는 장치에 이용된다.

상기의 실시 형태는, 증기 보일러로부터의 증기량의 시간적 변동을 연속적으로 계측하는 보일러의 증기량 계측 방법으로서, 상기 증기 보일러의 캔 몸체 또는 증기 유출로의 소정 위치인 제1 검출 위치의 압력과 상기 제1 검출 위치로부터 하류 측으로 이간된 상기 증기 유출로의 제2 검출 위치의 압력 사이의 차압을 계측하는 것과,

상기 계측한 차압 및 상기 산출한 압력 손실 계수로부터 증기량을 연속적으로 산출하여 계측값으로서 출력하는 것을 포함한다.

상기의 실시 형태에 의하면, 증기 유량계를 사용하지 않고, 시시각각으로 변화되는 증기량을 응답 지연 없이 계측함과 함께, 압력 손실 계수를 산출한 후에는, 연료 물성값이 변화되어도 증기량을 종래 방법과 비교하여 정확하게 산출할 수 있다.

상기의 실시 형태에 의하면, 증기류를 직접 검출하여 차압으로부터 증기량을 산출하기 때문에, 시시각각으로 변화되는 증기량을 응답 지연 없이 계측할 수 있음과 함께, 압력 손실 계수를 산출한 후에는, 연료 물성값과 관계없이 증기량을 산출하기 때문에, 연료 물성값이 변화되어도 증기량을 종래 방법과 비교하여 정확하게 산출할 수 있다.

상기의 실시 형태에 있어서, 상기 압력 손실 계수를 산출하는 것은, 상기 증기 보일러의 기준 증기량의 산출 소스 데이터를 계측하는 것과, 계측한 상기 산출 소스 데이터로부터 기준 증기량을 구하는 것과, 상기 기준 증기량을 구하였을 때의 상기 차압으로부터 압력 손실 계수를 산출하는 것을 포함한다.

상기의 실시 형태에 의하면, 또한, 압력 손실 계수를 간이하게 산출할 수 있다는 효과를 가진다.

상기의 실시 형태에 있어서, 상기 산출 소스 데이터는, 상기 증기 보일러로의 연료 유로의 연료 유량 또는 상기 증기 보일러의 배기 가스 유로의 배기 가스 유속이다.

상기의 실시 형태에 의하면, 또한, 상기 기준 증기량을 연료 유량 또는 배기 가스 유속에 의해 간이하게 산출할 수 있다는 효과를 가진다.

상기의 실시 형태는, 상기의 증기량 계측 방법을 이용하여, 상기 증기 보일러의 증기 사용 부하에 의한 최대 증기 사용량의 측정 및/또는 증기 사용량의 시간적 변동의 경향 측정을 행하는 보일러의 부하 분석 방법을 특징으로 하고 있다.

상기의 실시 형태에 의하면, 상기 증기량 계측 방법에 의해 출력된 증기량에 의거하여, 상기 증기 보일러의 증기 사용 부하에 의한 최대 증기 사용량의 측정 및/또는 실제의 증기 사용량의 시간 변동의 경향 측정을 정확하게 행할 수 있다.

상기의 실시 형태는, 증기 보일러의 증기량의 시간적 변동을 연속적으로 계측하는 보일러의 증기량 계측 장치로서,

상기 증기 보일러의 캔 몸체 또는 증기 유출로의 소정 위치인 제1 검출 위치의 압력과 상기 제1 검출 위치로부터 하류 측으로 이간된 상기 증기 유출로의 제2 검출 위치의 압력 사이의 차압을 계측하는 차압 검출 수단과,

상기 증기 유출로에 소정 유량의 증기 또는 증기를 대신하는 유체를 흐르게 하여 계측한 상기 차압과 상기 소정 유량으로부터 압력 손실 계수를 산출하는 것과, 상기 계측한 차압 및 상기 산출한 압력 손실 계수로부터 증기량을 연속적으로 산출하여 계측값으로서 출력하는 것을 행하는 제어기를 구비하는 보일러의 증기량 계측 장치를 특징으로 하고 있다.

상기의 실시 형태에 의하면, 증기 유량계를 사용하지 않고, 시시각각으로 변화되는 증기량을 응답 지연 없이 계측할 수 있음과 함께, 압력 손실 계수를 산출한 후에는, 연료 물성값이 변화되어도 증기량을 종래 방법과 비교하여 정확하게 산출하는 것이 가능한 보일러의 증기량 계측 장치를 제공할 수 있다.

상기의 실시 형태에 있어서, 상기 증기 보일러의 기준 증기량의 산출 소스 데이터를 계측하는 소스 데이터 계측 수단을 구비하고, 상기 제어기에 의한 압력 손실 계수를 산출하는 것은, 계측한 상기 산출 소스 데이터로부터 기준 증기량을 구하는 것과, 상기 기준 증기량을 구하였을 때의 상기 차압으로부터 압력 손실 계수를 산출하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.

상기의 실시 형태에 있어서, 상기 소스 데이터 계측 수단은, 상기 증기 보일러로의 연료 유로의 연료 유량을 계측하는 연료 유량계 또는 상기 증기 보일러의 배기 가스 유로의 배기 가스 유속을 계측하는 배기 가스 유속계인 것을 특징으로 하고 있다.

상기의 실시 형태에 의하면, 또한, 상기 기준 증기량을 연료 유량계 또는 배기 가스 유속계에 의해 간이하게 계측할 수 있다는 효과를 가진다.

또한, 상기의 실시 형태는, 상기 증기량 계측 장치를 구비하고, 상기 증기 보일러의 증기 사용 부하에 의한 최대 증기 사용량의 측정 및/또는 증기 사용량의 시간적 변동의 경향 측정을 행하는 보일러의 부하 분석 장치를 특징으로 하고 있다.

상기의 실시 형태에 의하면, 증기 유량계를 사용하지 않고, 시시각각으로 변화되는 증기량을 응답 지연 없이 계측할 수 있음과 함께, 압력 손실 계수를 산출한 후에는, 연료 물성값이 변화되어도 증기량을 종래 방법과 비교하여 정확하게 산출하여, 부하 분석을 행할 수 있는 보일러의 부하 분석 장치를 제공할 수 있다.

1 : 증기량 계측 장치 2 : 증기 보일러
3A, 3B : 증기 유출로 4 : 차압 검출 수단
5 : 소스 데이터 계측 수단 6 : 제어기
7 : 캔 몸체

Claims

증기 보일러로부터의 증기량의 시간적 변동을 연속적으로 계측하는 보일러의 증기량 계측 방법으로서,
상기 증기 보일러의 캔 몸체 또는 증기 유출로의 소정 위치인 제1 검출 위치의 압력과 상기 제1 검출 위치로부터 하류 측으로 이간(離間)된 상기 증기 유출로의 제2 검출 위치의 압력 사이의 차압을 계측하는 것과,
상기 증기 유출로에 소정 유량의 증기 또는 증기를 대신하는 유체를 흐르게 하여 계측한 상기 차압과 상기 소정 유량으로부터 압력 손실 계수를 산출하는 것과,
상기 계측한 차압 및 상기 산출한 압력 손실 계수로부터 증기량을 연속적으로 산출하여 계측값으로서 출력하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러의 증기량 계측 방법.
제1항에 있어서,
상기 압력 손실 계수를 산출하는 것은,
상기 증기 보일러의 기준 증기량의 산출 소스 데이터를 계측하는 것과,
계측한 상기 산출 소스 데이터로부터 기준 증기량을 구하는 것과,
상기 기준 증기량을 구하였을 때의 상기 차압으로부터 상기 압력 손실 계수를 산출하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러의 증기량 계측 방법.
제2항에 있어서,
상기 산출 소스 데이터는, 상기 증기 보일러로의 연료 유로의 연료 유량 또는 상기 증기 보일러의 배기 가스 유로의 배기 가스 유속인 것을 특징으로 하는 보일러의 증기량 계측 방법.
제1항에 기재된 증기량 계측 방법을 이용하여, 상기 증기 보일러의 증기 사용 부하에 의한 최대 증기 사용량의 측정 및/또는 증기 사용량의 시간적 변동의 경향 측정을 행하는 것을 특징으로 하는 보일러의 부하 분석 방법.
증기 보일러의 증기량의 시간적 변동을 연속적으로 계측하는 보일러의 증기량 계측 장치로서,
상기 증기 보일러의 캔 몸체 또는 증기 유출로의 소정 위치인 제1 검출 위치의 압력과 상기 제1 검출 위치로부터 하류 측으로 이간된 상기 증기 유출로의 제2 검출 위치의 압력 사이의 차압을 계측하는 차압 검출 수단과,
상기 증기 유출로에 소정 유량의 증기 또는 증기를 대신하는 유체를 흐르게 하여 계측한 상기 차압과 상기 소정 유량으로부터 압력 손실 계수를 산출하는 것과, 상기 차압 계측 수단으로 계측한 차압 및 상기 산출한 압력 손실 계수로부터 증기량을 연속적으로 산출하여 계측값으로서 출력하는 것을 행하는 제어기를 구비하는 것을 특징으로 하는 보일러의 증기량 계측 장치.
제5항에 있어서,
상기 증기 보일러의 기준 증기량의 산출 소스 데이터를 계측하는 소스 데이터 계측 수단을 구비하고,
상기 제어기에 의한 압력 손실 계수를 산출하는 것은,
계측한 상기 산출 소스 데이터로부터 기준 증기량을 구하는 것과,
상기 기준 증기량을 구하였을 때의 상기 차압으로부터 압력 손실 계수를 산출하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러의 증기량 계측 장치.
제6항에 있어서,
상기 소스 데이터 계측 수단은, 상기 증기 보일러로의 연료 유로의 연료 유량을 계측하는 연료 유량계 또는 상기 증기 보일러의 배기 가스 유로의 배기 가스 유속을 계측하는 배기 가스 유속계인 것을 특징으로 하는 보일러의 증기량 계측 장치.
제5항에 기재된 증기량 계측 장치를 구비하고, 상기 증기 보일러의 증기 사용 부하에 의한 최대 증기 사용량의 측정 및/또는 증기 사용량의 시간적 변동의 경향 측정을 행하는 것을 특징으로 하는 보일러의 부하 분석 장치.