기술자료
HOME > 자료실 > 기술자료
| 연소 설비의 광학 온도 측정 |
|---|
| 작성자: admin 2022-04-28 13:53:08 | 556 |
| 첨부: Technical Report Optical temperature measurement in combustion plants (kr).pdf (2.3 MB) |
 연소 설비의 광학 온도 측정 법적 조항 및 라이센스 요구 사항의 범위 내에서, NH3 슬립 <10 mg / Nm³에서 청정 가스에서 <100 mg / Nm³의 NOx 값을 갖는 연소 플랜트의 배기 가스에서 NOx 분리에 대한 요구 사항은 높습니다. 이러한 요구 사항을 충족 시키려면 보일러 내부 온도를 오염 물질을 줄이기 위해 1차 및 2차 측정을 위한 제어 매개 변수로 감지해야합니다. 이 보고서는 연소 플랜트의 광학 온도 측정을위한 다양한 측정 시스템을 설명합니다.
질소 산화물은 폐기물의 질소 함량과 높은 연소 온도로 인해 발생하며, 이는 유기 오염 물질의 파괴에 필요합니다. 연소 공학 조치의 목표는 연소 과정에서 이미 NOx의 발생을 크게 피하는 것입니다. 그것으로 전체 연소와 관련된 낮은 NOx 배출을 달성하기 위해, 입자는 1 차 환원 구역에서 가능한 한 오랫동안 유지되어야하고 2 차 구역에서 연소 공기와 잘 혼합되어야한다.
또한 폐기물, 대체물 또는 바이오 매스에 대한 석탄 화력 발전소 및 열 소각 시설 운영자의 운영 비용을 낮추는 압력이 증가하고 있습니다. 동시에, 퍼니스의 효율을 높이고 퍼니스 벽과 열교환 기의 마모를 최소화하여 수명을 늘리기 위한 노력이 이루어지고 있습니다.
이러한 요구 사항을 충족하고 연소 공정을 최적화하기 위해 연소실의 온도를 정확하게 기록하고 균일하게 분포시키는 것이 결정적인 역할을 합니다. BImSchV(German Federal Immission Control Ordinance) 및 독일 공기 품질 관리 (TA Luft)에 대한 독일 기술 지침에 따르면, 폐기물 소각 설비는 최소 850 ° C의 온도로 설치되고 운영되어야합니다. 연소 공기의 마지막 공급 후 폐기물 또는 물질의 소각 중에 생성 된 연소 가스에 대해 관찰 됨. 이를 통해 오염 물질 배출이 허용 한계 값 미만으로 유지되어야합니다. > 1 %의 할로겐 함량으로 유해 폐기물을 소각 할 때 작업자는 최소 1100 ° C의 온도를 준수해야합니다. 현저한 NOx 환원이 달성되는 최적 온도 범위는 배기 가스 조성에 따라 850 내지 1100 ℃입니다.
궁극적으로, 연소 플랜트 운영자는 온도 제어 공정을 통해 연료를 보다 완전하게 연소시켜 재를 적게 생성하는 것이 목표입니다. 동시에 오염 물질 배출의 요구 사항을 충족시켜야하고 환원제의 소비는 가능한 한 많이 감소해야합니다.
또한, 퍼니스 내의 온도 분포는 마모 및 수명에 상당한 영향을 미칩니다. 온도가 너무 높으면 매우 짧은 시간 내에 벽과 열교환 기에서 슬래그가 발생할 위험이 높습니다. 단열 효과로 인한 효율 손실 외에도 슬래그 덩어리가 분리되어 떨어지면 상당한 기계적 손상이 발생할 수 있습니다. 온도가 너무 낮으면 질소 산화물 환원 속도가 감소하여 암모니아가 완전히 용해되지 않습니다. 암모니아 슬립이 형성되어 암모니아 염이 형성됩니다. 이것은 부식으로 인해 플랜트의 마모를 증가시킵니다.
연소 시설의 온도 측정 연소 공정에서의 온도 측정은 매우 복잡합니다. 적합한 측정 장치의 선택, 측정 지점의 위치 및 측정의 해석은 작동 조건, 연료, 연소 공기의 공급 및 환원제의 상호 작용을 초래하므로 이미 연소 공정을 최적화하는 데있어 전문가에게는 큰 도전이되고 있습니다. 많은 부분이 물리적으로 도출 가능한 증거보다는 경험적 지식에 기반합니다. 연료의 기원과 유형 및 구성은 연소에 상당한 영향을 미칩니다.
또한 적절하지 않고 신뢰할 수 없는 측정 기술을 사용하여 관련 측정 지점에서 온도를 기록하는 경우 수학적 모델과 적응 제어 시스템도 실제로 작동 할 수 없습니다.
안정적이고 의미있는 온도 측정은 견고한 제어 엔지니어링 기반의 전제 조건입니다.
열전대 측정
대부분의 경우 열전대는 온도 측정에 사용되며 벽과 가까운 수 센티미터 영역의 온도를 측정합니다. 그러나 이것은 반드시 최대 20 x 20m 크기의 대형 퍼니스의 중앙 온도와 일치하지 않을 수 있으며 특히 벽에 열 교환기가 장착 된 경우에 그러합니다. 따라서 퍼니스 내 온도 분포에 대한 설명은 불가능합니다.
열전대의 또 다른 문제는 물리적으로 노화를 일으켜 장치가 표류하는 것입니다.
가스 온도와 오염 물질 함량에 따라 표시된 측정 값이 몇 주 내에 천천히 변할 수 있습니다. 중복 측정 포인트를 장착하고 정기적으로 센서를 교체하면 이 문제가 최소화되어 영구적인 소비 비용이 발생합니다.
또한 응답 시간이 몇 분인 열전대의 관성은 일시적인 온도 변화에 대한 빠른 반응을 방지합니다. 따라서, 프로세스 제어의 변화가 큽니다.
적외선 온도계를 사용한 측정 퍼니스에서 온도 측정을위한 또 다른 가능성은 적외선 온도계를 사용하는 것입니다. Planck의 방사선 법칙을 사용하여 측정 물체가 방출하는 적외선의 온도를 결정합니다. 적외선 온도계의 응답 시간은 몇 밀리 초에 불과하므로 빠른 온도 변화에 반응하는 데에도 사용할 수 있습니다. 연속파 광 기술에 기반한 최신 장치는 움직이는 부품없이 작동합니다. 따라서 마모가 없으며 사용에 시간 제한이 없습니다.
요구 사항과 요구에 따라 적외선 온도계는 소각 시설의 다양한 측정 위치에 사용됩니다 (화상, 화염, 고온 연도 가스 또는 벽 측정) (Fig 1). 측정 작업에 따라 다른 적외선 온도계 유형이 필요합니다.
 Fig.1 연소실에서 다양한 측정 위치의 원리 표현
1: Firebed, 2: Flame, 3-5: Exhaust gas  Fig.2 연소 가스의 방사선 특성 Firebed에서 측정 화단을 측정 할 때는 화각에 대한 시야에서 뜨거운 연도 가스의 영향을받지 않는 적외선 온도계를 사용하십시오. 이 장치는 3.9μm의 매우 선택적 파장 범위에서 측정됩니다. 이 범위에서 수증기 (H2O)와 이산화탄소(CO2)는 투명하며 측정 값에 영향을 미치지 않습니다(Fig 2).
화염 온도 측정 소위 불꽃 적외선 온도계는 그을음 불꽃의 온도의 비접촉 측정에 사용됩니다. 측정은 2 색 측정 방법을 기반으로합니다. 즉, 적외선은 두 파장에서 근적외선 범위에서 동시에 감지되며 이로부터 온도가 결정됩니다. 장치의 복잡한 알고리즘은 입자 밀도 및 입자 크기의 변동이 측정 거리의 길이에 대해 보상되고 측정된 값을 방해하지 않도록합니다.
배기 가스 온도 측정
적외선 온도계를 사용한 온도 측정의 전제 조건은 적외선을 방출하는 물체입니다. 배기 가스의 입자 농도는 다소 낮고 일정하지 않기 때문에, 종래의 적외선 온도계는 가스를 통해 입자의 온도와 반대쪽 벽의 혼합물을 측정할 것이다. 따라서 측정된 값은 다른 하중 조건 하에서 입자의 밀도에 따라 달라집니다.
적외선 온도계 제조업체는 배기 가스의 특수 방사 특성을 활용하여 4.2 ~ 4.8 μm 범위의 스펙트럼 감도를 갖춘 장치를 개발했습니다. 이 영역에서, 고온 탄소 함유 가스는 높은 광학 밀도를 가지므로 우수한 방사 특성을 갖습니다 (Fig 2). 배기 가스의 방사율은 파장과 온도에 따라 달라집니다. 온도가 상승함에 따라 흡수 대역이 장파 범위로 넓어집니다 (그림3). 고온 배기 가스를 측정 할 때는 벽 근처의 차가운 CO2 가스에 의해 방해받지 않고 용광로 챔버에 고온 CO2 가스의 적외선 방사가 감지되도록 적절한 스펙트럼 범위의 적외선 온도계를 선택해야합니다.
 Fig. 3 파장 및 온도의 함수로서 CO2 함유 가스의 방사율 벽에 가까운 지역에서는 온도가 연소실의 중간보다 훨씬 낮습니다 (Fig 4). 벽 근처의 온도를 열전대 대신 사용할 수 있는지 또는 공정에 결정적인 내부 온도에 따라 측정 깊이가 작거나 큰 적외선 온도계를 사용해야합니다. 가스는 표면 반사기가 아니라 체적 방출기이기 때문에 적외선 온도계는 측정 깊이에 대한 평균값을결정합니다. 측정 깊이는 뜨거운 가스의 CO2 농도에 따라 다릅니다.
 Fig. 4 연소실 내부의 온도 프로파일
적외선 온도계 장착 및 선택
퍼니스 챔버에서 균일한 온도 분포는 최적의 연소 및 최소 마모를 위해 중요합니다. 2 차원 온도 프로파일은 장치 매트릭스로부터 결정됩니다.  Fig.5 온도 분포의 왜도를 표시하는 2차원 열화상 이러한 방식으로 열 불균형을 감지하고 적절한 1차 연소 공학 조치를 시작할 수 있습니다 (Fig 5).
Figure 1 은 측정 작업에 따른 일반적인 측정 위치를 보여줍니다. 고온계를 선택할 때 기기가 가마 개구부를 통해 측정할 수 있도록 충분히 좁은 광학 시야를 갖도록 주의를 기울여야합니다. 일부는 크기가 1 인치에 불과합니다. 최근에는 비디오 카메라가 통합 된 고온계가 사용되어 측정 된 값 외에도 제어실의 모니터에서 시각적 제어를 위해 비디오 이미지를 동시에 전송합니다.
빠른 제어 측정을 위해 시장은 이제 각각의 측정 작업 및 측정 위치를위한 휴대용 장치를 제공합니다 (Fig 6).
2 차원 온도 프로파일을 기록하기 위해 벽당 한 레벨에 최대 3 개의 적외선 온도계가 설치됩니다. IO-Link와 같은 최신 디지털 인터페이스가 있는 적외선 온도계는 네트워크 및 간섭없는 데이터 전송에 이상적입니다.  Fig. 6 좁은 광학 시야와 최신 디지털 IO-Link 인터페이스를 갖춘 소형 적외선 온도계 결론 적외선 온도계는 올바른 선택 및 설치로 석탄 화력 발전소 및 연소 플랜트의 온도 측정을위한 다양한 측정 작업을 해결하는 데 이상적입니다. 마모 나 노후화에 노출되지 않기 때문에 장기간에 걸쳐 안정적으로 작동합니다. 짧은 응답 시간으로 인해 빠른 온도 변동도 인식 할 수 있으며 제어 프로세스에 즉시 포함됩니다.
그러나 온도 측정의 복잡성으로 인해 측정 시스템 선택, 측정 값 분석 및 제어 프로세스 통합에 대한 전문가의 지원을 요청하는 것이 좋습니다.  |
 |
 |
