KR101520759B1 - System and method for measuring temperature distribution of boiler tube - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시 형태에 따른 보일러 튜브의 온도분포를 측정하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 상기 보일러 튜브의 온도분포를 측정하기 위한 방법은, 가열부 튜브의 입측의 튜브 내부 증기 온도, 증기 압력, 증기 유량을 실시간 측정하는 과정과, 가열부 튜브의 전체 구간을 복수 개의 구간으로 가상 분할하는 과정과, 상기 가열부 튜브의 입측의 튜브 내부 증기 온도, 증기 압력, 증기 유량을 기반으로, 각 구간별 튜브 내부 온도 및 튜브 외면 온도를 순차적으로 계산하는 과정을 포함한다. A system and method for measuring the temperature distribution of a boiler tube in accordance with an embodiment of the present invention, the method for measuring the temperature distribution of the boiler tube comprises the steps of: Measuring the steam flow rate in real time; dividing the entire section of the heating section tube into a plurality of sections; and determining, based on the steam temperature, the steam pressure, and the steam flow rate of the tube inside the heating section tube, And sequentially calculating the inner temperature of the star tube and the outer surface temperature of the tube.
Description
본 출원은 보일러 내 가열부 튜브에 온도센서를 설치하지 않고도 가열부 튜브의 온도분포를 측정할 수 있는 시스템 및 방법에 관한 것으로서, The present invention relates to a system and a method for measuring the temperature distribution of a heating section tube without providing a temperature sensor in the heating section tube in the boiler,
산업통상자원부의 한국에너지기술평가원-전력산업원천기술개발사업의 일환으로 수행된 연구로부터 도출된 것이다. [과제관리번호: R10GG02, 과제명: 초초임계압 화력발전소 통합 운영지원 및 감시시스템 개발]
It is derived from the research conducted as part of the original technology development project of the electric power industry by Korea Energy Technology Evaluation & [Project number: R10GG02, Project name: Integrated operation support and surveillance system development of supercritical high pressure thermal power plant]
산업용 보일러의 운전 중 발생하는 튜브의 손상은 주로 장시간 고온운전으로 인한 크리프 손상과 침식 및 부식으로 인한 튜브 두께의 감육손상이다. 이 중 크리프 손상의 평가를 위해서는 운전 중 튜브에 작용하는 압력과 온도 및 운전시간에 대한 정보가 필요하다.Damage to the tube during operation of an industrial boiler is mainly due to creep damage due to high temperature operation for a long period of time and to thinning of the tube thickness due to erosion and corrosion. In order to evaluate the creep damage, it is necessary to know the pressure, temperature and operation time of the tube during operation.
즉, 보일러 튜브의 손상감시를 위해서는 가열부 튜브의 온도 정보가 필수적으로 요구된다. 하지만, 이를 위해 보일러 운전 중 고온으로 유지되는 노내 가열부 튜브의 외면에 온도센서를 설치할 경우, 연소가스에 의한 지속적인 고온가열 및 기동/정지에 따른 열응력/열피로 발생 등으로 센서의 오동작이 발생할 수 있으며, 이에 따른 측정값의 신뢰성 저하 또는 설치점으로부터의 탈락과 같은 구조적 건전성 저하 등의 위험성이 따른다. 더불어 측정신호의 전송을 위한 전송기 또는 전송선에 대해서도 위와 같은 위험성은 상존하게 된다.That is, temperature information of the heating tube is indispensably required for monitoring the damage of the boiler tube. However, when the temperature sensor is installed on the outer surface of the tube in the furnace heating tube maintained at a high temperature during the operation of the boiler, the sensor malfunctions due to continuous high temperature heating due to the combustion gas and generation of thermal stress / thermal fatigue due to start / And there is a risk of deterioration of the structural integrity such as a decrease in the reliability of the measured value or a dropout from the installation point. In addition, the above-described risks are also present in a transmitter or a transmission line for transmission of a measurement signal.
또한, 노후 발전소의 보일러에는 튜브 내부 증기 온도를 측정하기 위한 온도센서가 설치되어 있지 않은 경우가 많으며, 특히 복합발전소의 배열회수 보일러의 경우, 튜브에 증기 온도 측정을 위한 온도센서가 설치되어 있지 않다.In addition, the temperature sensor for measuring the steam temperature inside the tube is not often installed in the boiler of the old power plant. Especially, in the case of the batch recovery boiler of the combined power plant, there is no temperature sensor for measuring the steam temperature in the tube .
따라서, 보일러 내 가열부 튜브에 온도센서를 설치하지 않고도 가열부 튜브의 온도분포를 측정할 수 있는 시스템 및 방법이 요구된다.
Therefore, there is a need for a system and a method that can measure the temperature distribution of the heating section tube without installing a temperature sensor in the heating section tube in the boiler.
당해 기술분야에서는, 보일러 내 가열부 튜브에 온도센서를 설치하지 않고도 가열부 튜브의 온도분포를 측정할 수 있는 시스템 및 방법이 요구되고 있다.
There is a need in the art for a system and a method that can measure the temperature distribution of the heating section tube without installing a temperature sensor on the heating section tube in the boiler.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제1 태양은, 보일러 튜브의 온도분포를 측정하기 위한 방법을 제공한다. 상기 보일러 튜브의 온도분포를 측정하기 위한 방법은, 가열부 튜브의 입측의 튜브 내부 증기 온도, 증기 압력, 증기 유량을 실시간 측정하는 과정과, 가열부 튜브의 전체 구간을 복수 개의 구간으로 가상 분할하는 과정과, 상기 가열부 튜브의 입측의 튜브 내부 증기 온도, 증기 압력, 증기 유량을 기반으로, 각 구간별 튜브 내부 온도 및 튜브 외면 온도를 순차적으로 계산하는 과정을 포함한다.
In order to solve the above problems, a first aspect of the present invention provides a method for measuring the temperature distribution of a boiler tube. The method for measuring the temperature distribution of the boiler tube includes the steps of measuring in real time the temperature of the tube inner steam at the inlet of the heating tube, the pressure of the steam, and the steam flow rate, and dividing the entire section of the heating tube into a plurality of sections And sequentially calculating the tube inner temperature and the tube outer surface temperature of each section based on the tube inner steam temperature, the steam pressure, and the steam flow amount at the inlet side of the heating part tube.
본 발명의 제2 태양은, 보일러 튜브의 온도분포를 측정하기 위한 시스템을 제공한다. 상기 보일러 튜브의 온도분포를 측정하기 위한 시스템은, 가열부 튜브의 입측의 튜브 내부 증기 온도, 증기 압력, 증기 유량을 실시간 측정하는 측정장치와, 가열부 튜브의 전체 구간을 복수 개의 구간으로 가상 분할하고, 상기 가열부 튜브의 입측의 튜브 내부 증기 온도, 증기 압력, 증기 유량을 기반으로, 각 구간별 튜브 내부 온도 및 튜브 외면 온도를 순차적으로 계산하는 계산장치를 포함한다.
A second aspect of the present invention provides a system for measuring the temperature distribution of a boiler tube. The system for measuring the temperature distribution of the boiler tube includes a measuring device for measuring in real time the temperature of the tube inner steam at the inlet of the heating tube, the steam pressure and the steam flow rate, And a calculating device for sequentially calculating the tube inner temperature and the tube outer surface temperature for each section based on the tube inner steam temperature, the steam pressure, and the steam flow amount on the inlet side of the heating part tube.
덧붙여 상기한 과제의 해결 수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시 형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
In addition, the solution of the above-mentioned problems does not list all the features of the present invention. The various features of the present invention and the advantages and effects thereof will be more fully understood by reference to the following specific embodiments.
보일러 내 가열부 튜브에 온도센서를 설치하지 않고도 가열부 튜브의 온도분포를 실시간으로 정확히 측정할 수 있는 이점이 있다.
There is an advantage that the temperature distribution of the heating part tube can be accurately measured in real time without installing a temperature sensor on the heating part tube in the boiler.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 보일러 튜브 온도분포 측정 시스템의 구성을 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 보일러 튜브 온도분포 측정 시스템 내 탈부착 가능한 별도의 휴대용 측정장치의 구성을 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 보일러 튜브 온도분포 측정 시스템에서 보일러 튜브의 온도분포를 측정하기 위한 방법을 도시한 흐름도, 및
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 보일러 튜브 온도분포 측정 시스템에서 각 구간별 튜브 내부 온도 및 튜브 외면 온도를 계산하기 위한 방법을 구체적으로 도시한 흐름도.1 is a view showing a configuration of a boiler tube temperature distribution measuring system according to an embodiment of the present invention,
FIG. 2 is a view showing the configuration of a detachable portable measurement device in a boiler tube temperature distribution measurement system according to an embodiment of the present invention; FIG.
3 is a flow chart illustrating a method for measuring the temperature distribution of a boiler tube in a boiler tube temperature distribution measurement system according to an embodiment of the present invention; and
4 is a flow chart specifically illustrating a method for calculating a tube inner temperature and a tube outer surface temperature for each section in a boiler tube temperature distribution measurement system according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments of the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Further, the embodiments of the present invention are provided to more fully explain the present invention to those skilled in the art. The shape and size of elements in the drawings may be exaggerated for clarity.
이하, 본 발명의 실시 형태인 보일러 내 가열부 튜브에 온도센서를 설치하지 않고도 가열부 튜브의 온도분포를 측정할 수 있는 시스템 및 방법에 대해 설명한다.
Hereinafter, a system and a method capable of measuring the temperature distribution of the heating section tube without providing a temperature sensor in the heating section tube in the boiler, which is an embodiment of the present invention, will be described.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 보일러 튜브 온도분포 측정 시스템의 구성을 도시한 도면이다. 1 is a view showing a configuration of a boiler tube temperature distribution measuring system according to an embodiment of the present invention.
상기 도 1을 참조하면, 보일러 튜브 온도분포 측정 시스템은, 측정장치(120-1, 120-2), 계산장치(130), 저장장치(140)를 포함한다. Referring to FIG. 1, the boiler tube temperature distribution measuring system includes measuring devices 120-1 and 120-2, a calculating
먼저, 상기 측정장치(120-1, 120-2)는, 튜브(100)에 설치된 센서를 통해 가열부 튜브의 입측과 출측의 튜브 내부 증기 온도, 가열부 튜브의 입측의 튜브 내부 증기 압력 및 증기 유량을 실시간 측정하고, 측정 결과 정보를 신호전송선을 통해 계산장치(130) 및 저장장치(140)로 전달한다. 여기서, 튜브(100)는 가열부(106)에 해당하며, 튜브입구헤더(102)와 튜브출구헤더(104)에 각각 연결되는 가열부 튜브의 입측과 출측은 비가열부(108, 110)에 해당한다. First, the measuring devices 120-1 and 120-2 measure the temperature of the inner tube of the tube at the inlet side and the outlet side of the heating tube through the sensor installed in the
만약, 상기 가열부 튜브의 입측과 출측의 튜브 내부 증기 온도를 측정하기 위한 센서가 튜브(100)에 설치되어 있지 않다면, 별도의 휴대용 측정장치를 튜브 외면에 설치하여 가열부 튜브의 입측과 출측의 튜브 내부 증기 온도 측정에 이용할 수 있다. 이 경우, 별도의 휴대용 측정장치는 가열부 튜브의 입측 및 출측의 튜브 외면 온도 및 튜브 외면 열유속을 측정하고, 측정 결과 정보를 계산장치(130)로 전송하며, 이에 따라 계산장치(130)는 상기 측정된 가열부 튜브의 입측 및 출측의 튜브 외면 온도 및 튜브 외면 열유속, 튜브의 열전도계수를 기반으로 가열부 튜브의 입측 및 출측의 튜브 내부 증기 온도를 계산할 수 있다.If the
상기 별도의 휴대용 측정장치는, 도 2와 같이, 탈부착 가능한 형태로 구성되어 설치 및 제거가 용이하며, 표면온도계(202), 열유속계(204), 보온재(206), 신호전송선(208)을 포함한다. 여기서, 열유속계(204)는 튜브(200)의 표면을 둘러 감싸며 튜브(200)를 통해 방출되는 열유속을 측정한다. 표면온도계(202)는 튜브(200)의 표면에 접촉하여 튜브(200)의 외면온도를 측정한다. 보온재(206)는 열유속의 확산 및 발산을 통한 측정오차를 막기 위해 튜브(200)를 감싼다. 신호전송선(208)은 표면온도계(202) 및 열유속계(204)를 통해 측정된 튜브 외면 온도 및 열유속을 계산장치(130)로 전달한다. As shown in FIG. 2, the portable measurement device includes a
상기 계산장치(130)는, 가열부 튜브(100)의 전체 구간을 복수 개의 구간으로 가상 분할하고, 상기 가열부 튜브의 입측의 튜브 내부 증기 온도, 증기 압력, 증기 유량을 기반으로, 각 구간별 튜브 내부 온도 및 튜브 외면 온도를 순차적으로 계산한다. 여기서, 상기 구간의 개수는, 상기 가열부 튜브의 입측과 출측의 튜브 내부 증기 온도 차를 온도센서의 분해능으로 나눈 값을 기반으로 결정된다. 즉, 상기 계산장치(130)는, 가열부 튜브(100)의 각 구간에 대하여, 첫 번째 구간부터 마지막 구간까지 순차적으로, 해당 구간의 상부온도 및 상부압력, 가열부 튜브의 입측의 튜브 내부 증기 유량을 기반으로 해당 구간의 하부온도 및 하부압력, 튜브 내부 온도 및 튜브 외면 온도를 계산한다. 여기서, 첫 번째 구간의 경우, 가열부 튜브의 입측의 튜브 내부 증기 온도 및 증기 압력이 해당 구간의 상부온도 및 상부압력이 되고, 나머지 구간의 경우, 바로 이전 구간의 하부온도 및 하부압력이 해당 구간의 상부온도 및 상부압력이 된다. The
여기서, 각 구간별 튜브 내부 온도 및 튜브 외면 온도 계산 방법을 상세히 설명하면, 상기 계산장치(130)는, 첫 번째 구간부터 마지막 구간까지 순차적으로, 각 구간의 상부온도 및 상부압력을 기반으로 해당 구간의 밀도를 결정한다. 상기 계산장치(130)는, 각 구간의 밀도와 가열부 튜브의 입측의 튜브 내부 증기 유량을 기반으로 해당 구간의 압력강하량을 계산하고, 각 구간의 상부압력과 압력강하량을 기반으로 해당 구간의 하부압력을 계산한다. 상기 계산장치(130)는, 각 구간의 상부온도 및 상부압력을 기반으로 해당 구간의 정압비열을 결정하고, 각 구간의 정압비열과 밀도, 가열부 튜브의 입측의 튜브 내부 증기 유량을 기반으로 해당 구간의 온도 증가량을 계산한 후, 각 구간의 상부온도와 온도 증가량을 기반으로 해당 구간의 하부온도를 계산한다. 상기 계산장치(130)는, 각 구간의 상부온도 및 상부압력을 기반으로 해당 구간의 증기의 프란틀 수(Prantl number)와 레이놀드 수(Reynold number)를 결정하고, 각 구간의 증기의 프란틀 수와 레이놀드 수를 기반으로 해당 구간의 증기의 누셀트 수(Nusselt number)를 계산한 후, 각 구간의 증기의 누셀트 수 및 증기의 열전도계수를 기반으로 해당 구간의 증기의 열전달계수를 계산한다. 상기 계산장치(130)는, 각 구간의 상부온도와 하부온도, 증기의 열전달계수를 기반으로 해당 구간의 튜브 내부 온도를 계산하고, 각 구간의 튜브 내부 온도와 튜브의 열전도계수를 기반으로 해당 구간의 튜브 외면 온도를 계산한 후, 계산 결과 정보를 신호전송선을 통해 저장장치(140)로 전달한다.Here, the calculation method of the tube inner temperature and the tube outer surface temperature for each section will be described in detail. The
상기 저장장치(140)는, 상기 측정장치(120-1, 120-2)에 의해 측정된 각종 운전정보와 상기 계산장치(130)에 의해 계산된 각종 운전정보를 저장한다.
The
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 보일러 튜브 온도분포 측정 시스템에서 보일러 튜브의 온도분포를 측정하기 위한 방법을 도시한 흐름도이다. 3 is a flow chart illustrating a method for measuring the temperature distribution of a boiler tube in a boiler tube temperature distribution measurement system according to an embodiment of the present invention.
상기 도 3을 참조하면, 보일러 튜브 온도분포 측정 시스템은 301단계에서 가열부 튜브의 입측(즉, 비가열부 튜브)의 튜브 내부 증기 온도, 증기 압력, 증기 유량을 실시간 측정한다. Referring to FIG. 3, the boiler tube temperature distribution measuring system measures the steam temperature, the steam pressure, and the steam flow rate of the tube inside the tube of the heating part tube (i.e., the non-heating part tube)
여기서, 상기 가열부 튜브의 입측의 튜브 내부 증기 온도는, 가열부 튜브의 입측의 튜브 외면 온도 및 튜브 외면 열유속을 측정하고, 상기 측정된 가열부 튜브의 입측의 튜브 외면 온도 및 튜브 외면 열유속, 튜브의 열전도계수를 기반으로 하기 <수학식 1>을 계산함으로써, 측정될 수 있다. Here, the tube inner steam temperature at the inlet side of the heating section tube is measured by measuring the temperature of the tube outer surface at the inlet side of the heating section tube and the heat flux at the tube outer surface, Can be measured based on the heat conduction coefficient of < EMI ID = 1.0 >
여기서, Tin은 가열부 튜브의 입측의 튜브 내부 증기 온도를 나타내고, Tout은 가열부 튜브의 입측의 튜브 외면 온도를 나타내며, q는 가열부 튜브의 입측의 튜브 외면 열유속을 나타내고, t는 튜브 두께를 나타내며, k는 튜브의 열전도계수를 나타낸다. 상기 가열부 튜브의 입측의 튜브 외면 온도 및 튜브 외면 열유속은, 상기 도 2와 같이 구성된 별도의 휴대용 측정장치를 튜브 외면에 설치함으로써 측정될 수 있다. Here, T in represents a tube inside the steam temperature of the inlet of the heating element tube, T out denotes the tube outer surface temperature of the inlet of the heating element tube, q is a heating element indicates a tube outer surface heat flux of the tube inlet, t is the tube And k is the coefficient of thermal conductivity of the tube. The temperature of the tube outer surface at the inlet side of the heating part tube and the heat flux of the tube outer surface can be measured by providing a separate portable measurement device constructed as shown in FIG. 2 on the outer surface of the tube.
이후, 상기 보일러 튜브 온도분포 측정 시스템은 303단계에서 가열부 튜브의 전체 구간을 복수 개의 구간으로 가상 분할한다. 이는, 가열부 튜브의 입측의 튜브 내부 증기 온도, 증기 압력, 증기 유량만이 실시간으로 확보 가능한 신뢰성 있는 데이터이므로, 이를 이용하여 가열부 튜브의 첫 번째 구간의 필요 데이터(즉, 하부압력 및 하부온도, 튜브 내부 온도 및 튜브 외면 온도)를 계산하고, 그 계산 결과를 두 번째 구간의 필요 데이터 계산에 이용하며, 동일한 방법으로 나머지 구간에 대하여, 이전 구간의 필요 데이터 계산 결과를 다음 구간의 필요 데이터 계산에 이용하기 위함이다. 상기 구간의 개수는, 상기 가열부 튜브의 입측과 출측의 튜브 내부 증기 온도 차를 온도센서의 분해능으로 나눈 값을 기반으로 결정될 수 있다. 예를 들어, 상기 보일러 튜브 온도분포 측정 시스템은, 상기 가열부 튜브의 입측과 출측의 튜브 내부 증기 온도 차를 온도센서의 분해능으로 나눈 값을, 결정 가능한 구간 개수의 최대값으로 하여, 상기 구간의 개수를 결정할 수 있으며, 이는 취득하고자 하는 가열부 튜브의 온도분포 측정 정확도에 따라 변경 가능하다. Then, in
이후, 상기 보일러 튜브 온도분포 측정 시스템은 305단계에서 상기 가열부 튜브의 입측의 튜브 내부 증기 온도, 증기 압력, 증기 유량을 기반으로, 각 구간별 튜브 내부 온도 및 튜브 외면 온도를 순차적으로 계산한다. 즉, 상기 보일러 튜브 온도분포 측정 시스템은, 가열부 튜브의 각 구간에 대하여, 첫 번째 구간부터 마지막 구간까지 순차적으로, 해당 구간의 상부온도 및 상부압력, 가열부 튜브의 입측의 튜브 내부 증기 유량을 기반으로 해당 구간의 하부온도 및 하부압력, 튜브 내부 온도 및 튜브 외면 온도를 계산한다. 여기서, 첫 번째 구간의 경우, 가열부 튜브의 입측의 튜브 내부 증기 온도 및 증기 압력이 해당 구간의 상부온도 및 상부압력이 되고, 나머지 구간의 경우, 바로 이전 구간의 하부온도 및 하부압력이 해당 구간의 상부온도 및 상부압력이 된다. 이를 통해, 상기 보일러 튜브 온도분포 측정 시스템은, 보일러 내 가열부 튜브에 온도센서를 설치하지 않고도 가열부 튜브의 온도분포를 실시간으로 정확하게 측정할 수 있다. 각 구간별 튜브 내부 온도 및 튜브 외면 온도를 계산하기 위한 구체적인 방법은, 추후 도 4를 통해 설명하기로 한다. The boiler tube temperature distribution measuring system sequentially calculates the tube inner temperature and the tube outer surface temperature of each section based on the tube inner steam temperature, the steam pressure, and the steam flow amount at the inlet of the heating tube at
이후, 상기 보일러 튜브 온도분포 측정 시스템은 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다.
Thereafter, the boiler tube temperature distribution measurement system ends the algorithm according to the present invention.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 보일러 튜브 온도분포 측정 시스템에서 각 구간별 튜브 내부 온도 및 튜브 외면 온도를 계산하기 위한 구체적인 방법을 도시한 흐름도이다. FIG. 4 is a flowchart illustrating a specific method for calculating a tube inner temperature and a tube outer surface temperature for each section in a boiler tube temperature distribution measuring system according to an embodiment of the present invention.
상기 도 4를 참조하면, 보일러 튜브 온도분포 측정 시스템은 401단계에서 가열부 튜브의 각 구간에 대하여, 첫 번째 구간부터 마지막 구간까지 순차적으로, 각 구간의 상부온도 및 상부압력을 기반으로 해당 구간의 밀도를 결정한다. 상기 보일러 튜브 온도분포 측정 시스템은 증기표(steam table)에서 각 구간의 상부온도 및 상부압력에 대응하는 밀도를 검색함으로써 해당 구간의 밀도를 결정할 수 있다. 여기서, 첫 번째 구간의 경우, 가열부 튜브의 입측의 튜브 내부 증기 온도 및 증기 압력이 해당 구간의 상부온도 및 상부압력이 되고, 나머지 구간의 경우, 바로 이전 구간의 하부온도 및 하부압력이 해당 구간의 상부온도 및 상부압력이 된다. Referring to FIG. 4, in
이후, 상기 보일러 튜브 온도분포 측정 시스템은 403단계에서 각 구간의 밀도와 가열부 튜브의 입측의 튜브 내부 증기 유량을 기반으로, 하기 <수학식 2>와 같이, 해당 구간의 압력강하량을 계산한다. Then, in
여기서, ΔP는 해당 구간의 압력강하량을 나타내고, f는 튜브 마찰계수를 나타내며, dl은 구간 길이를 나타내고, d는 튜브 지름을 나타내며, 
이후, 상기 보일러 튜브 온도분포 측정 시스템은 405단계에서 각 구간의 상부압력과 압력강하량을 기반으로, 하기 <수학식 3>과 같이, 해당 구간의 하부압력을 계산한다. 이와 같이 계산된 해당 구간의 하부압력은, 바로 다음 구간의 상부압력이 되어, 바로 다음 구간의 하부온도 및 하부압력, 튜브 내부 온도 및 튜브 외면 온도 계산에 이용된다. Then, the boiler tube temperature distribution measuring system calculates the lower pressure of the corresponding section based on Equation (3), based on the upper pressure and the pressure drop of each section in
여기서, Plower는 해당 구간의 하부압력을 나타내고, Pupper는 해당 구간의 상부압력을 나타내며, ΔP는 해당 구간의 압력강하량을 나타낸다. Here, P lower represents the lower pressure of the corresponding section, P upper represents the upper pressure of the corresponding section, and ΔP represents the pressure drop of the corresponding section.
이후, 상기 보일러 튜브 온도분포 측정 시스템은 407단계에서 각 구간의 상부온도 및 상부압력을 기반으로 해당 구간의 정압비열을 결정한다. 상기 보일러 튜브 온도분포 측정 시스템은 증기표에서 각 구간의 상부온도 및 상부압력에 대응하는 정압비열을 검색함으로써 해당 구간의 정압비열을 결정할 수 있다. Then, in
이후, 상기 보일러 튜브 온도분포 측정 시스템은 409단계에서 각 구간의 정압비열과 밀도, 가열부 튜브의 입측의 튜브 내부 증기 유량을 기반으로, 하기 <수학식 4>와 같이, 해당 구간의 온도 증가량을 계산한다. Then, the boiler tube temperature distribution measuring system calculates the temperature increase amount of the relevant section based on the static specific heat and density of each section in
여기서, ΔT는 해당 구간의 온도 증가량을 나타내고, q는 가열부 튜브의 입측의 튜브 외면 열유속을 나타내며, d는 튜브 지름을 나타내고, dl은 구간 길이를 나타내며, Cp는 해당 구간의 정압비열을 나타내고, 
이후, 상기 보일러 튜브 온도분포 측정 시스템은 411단계에서 각 구간의 상부온도와 온도 증가량을 기반으로, 하기 <수학식 5>와 같이, 해당 구간의 하부온도를 계산한다. 이와 같이 계산된 해당 구간의 하부온도는, 바로 다음 구간의 상부온도가 되어, 바로 다음 구간의 하부온도 및 하부압력, 튜브 내부 온도 및 튜브 외면 온도 계산에 이용된다. Then, the boiler tube temperature distribution measuring system calculates the lower temperature of the corresponding section, as shown in Equation (5), based on the upper temperature and the temperature increase amount of each section in
여기서, Tlower는 해당 구간의 하부온도를 나타내고, Tupper는 해당 구간의 상부온도를 나타내며, ΔT는 해당 구간의 온도 증가량을 나타낸다. Here, T lower represents the lower temperature of the corresponding section, T upper represents the upper temperature of the corresponding section, and ΔT represents the temperature increase amount of the corresponding section.
이후, 상기 보일러 튜브 온도분포 측정 시스템은 413단계에서 각 구간의 상부온도 및 상부압력을 기반으로 해당 구간의 증기의 프란틀 수와 레이놀드 수를 결정한다. 상기 보일러 튜브 온도분포 측정 시스템은 증기표에서 각 구간의 상부온도 및 상부압력에 대응하는 프란틀 수와 레이놀드 수를 검색함으로써 해당 구간의 프란틀 수와 레이놀드 수를 결정할 수 있다. Then, in
이후, 상기 보일러 튜브 온도분포 측정 시스템은 415단계에서 각 구간의 증기의 프란틀 수와 레이놀드 수를 기반으로, 하기 <수학식 6>과 같이, 해당 구간의 증기의 누셀트 수를 계산한다. Then, the boiler tube temperature distribution measuring system calculates the number of nucels of the steam in the corresponding section, as shown in Equation (6), based on the number of francs and the Reynolds number of the steam in each section in
여기서, Nu는 해당 구간의 증기의 누셀트 수를 나타내고, Re는 해당 구간의 증기의 레이놀드 수를 나타내며, Pr은 해당 구간의 증기의 프란틀 수를 나타내고, f는 튜브 마찰계수를 나타낸다. Here, Nu represents the number of nucels of steam in the corresponding section, Re represents the Reynolds number of the steam in the corresponding section, Pr represents the franc number of the steam in the corresponding section, and f represents the tube friction coefficient.
이후, 상기 보일러 튜브 온도분포 측정 시스템은 417단계에서 각 구간의 증기의 누셀트 수 및 증기의 열전도계수를 기반으로, 하기 <수학식 7>과 같이, 해당 구간의 증기의 열전달계수를 계산한다.Then, the boiler tube temperature distribution measuring system calculates the heat transfer coefficient of the steam in the corresponding section, as shown in Equation (7), based on the number of nucels of the steam in each section and the thermal conductivity coefficient of the steam in
여기서, h는 증기의 열전달계수를 나타내고, kstream은 증기의 열전도계수를 나타내며, Nu는 해당 구간의 증기의 누셀트 수를 나타내고, d는 튜브 지름을 나타낸다. Where h is the heat transfer coefficient of the steam, k stream is the heat transfer coefficient of the steam, Nu is the number of nucels of steam in the section and d is the tube diameter.
이후, 상기 보일러 튜브 온도분포 측정 시스템은 419단계에서 각 구간의 상부온도와 하부온도, 증기의 열전달계수를 기반으로, 하기 <수학식 8>과 같이, 해당 구간의 튜브 내부 온도를 계산한다.Then, the boiler tube temperature distribution measuring system calculates the internal temperature of the corresponding section of the boiler tube based on Equation (8), based on the upper and lower temperatures of the respective sections and the heat transfer coefficient of the steam in
여기서, Ttubei는 해당 구간의 튜브 내부 온도를 나타내고, Tupper는 해당 구간의 상부온도를 나타내며, Tlower는 해당 구간의 하부온도를 나타내고, q는 가열부 튜브의 입측의 튜브 외면 열유속을 나타내며, h는 증기의 열전달계수를 나타낸다. Here, T tubei represents the internal temperature of the tube in the corresponding section, T upper represents the upper temperature of the corresponding section, T lower represents the lower temperature of the corresponding section, q represents the tube external heat flux at the inlet side of the heating tube, h represents the heat transfer coefficient of the vapor.
이후, 상기 보일러 튜브 온도분포 측정 시스템은 421단계에서 각 구간의 튜브 내부 온도와 튜브의 열전도계수를 기반으로, 하기 <수학식 9>와 같이, 해당 구간의 튜브 외면 온도를 계산한다. Then, the boiler tube temperature distribution measuring system calculates the tube outer surface temperature of the relevant section based on the inner tube temperature and the thermal conductivity coefficient of the tube in each section in
여기서, Ttubeo는 해당 구간의 튜브 외면 온도를 나타내고, Ttubei는 해당 구간의 튜브 내부 온도를 나타내며, q는 가열부 튜브의 입측의 튜브 외면 열유속을 나타내고, d는 튜브 지름을 나타내며, t는 튜브 두께를 나타내고, dl은 구간 길이를 나타내며, ktube는 튜브의 열전도계수를 나타낸다. Here, T tubeo denotes a tube outer surface temperature of the section, T tubei denotes a tube inner temperature of the region, q is the heating element indicates a tube outer surface heat flux of the tube inlet, d indicates a tube diameter, t is the tube Dl represents the section length, and k tube represents the thermal conductivity coefficient of the tube.
이후, 상기 보일러 튜브 온도분포 측정 시스템은 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다.
Thereafter, the boiler tube temperature distribution measurement system ends the algorithm according to the present invention.
이와 같이, 본 발명의 실시 형태에 따른 보일러 튜브의 온도분포를 측정하기 위한 시스템 및 방법은, 가열부 튜브의 전체 구간을 복수 개의 구간으로 가상 분할하고, 실시간 데이터의 취득이 용이하며 신뢰도가 높은 가열부 튜브의 입측(즉, 비가열부 튜브)의 튜브 내부 증기 온도, 증기 압력, 증기 유량를 이용하여 구간별 필요 데이터(즉, 하부압력 및 하부온도, 튜브 내부 온도 및 튜브 외면 온도)를 계산하고, 그 계산 결과를 다음 구간의 필요 데이터 계산에 이용함으로써, 보일러 내 가열부 튜브에 온도센서를 설치하지 않고도 가열부 튜브의 온도분포를 실시간으로 정확히 측정할 수 있으며, 가열부 튜브에 온도 센서를 직접 설치함으로써 발생할 수 있는 구조적 건정성 및 측정값 신뢰성 저하를 해결할 수 있는 이점이 있다.
As described above, the system and method for measuring the temperature distribution of the boiler tube according to the embodiment of the present invention are characterized by virtually dividing the entire section of the heating section tube into a plurality of sections, (I.e., the lower pressure and the lower temperature, the tube inner temperature, and the tube outer surface temperature) are calculated by using the tube inner steam temperature, the steam pressure, and the steam flow rate at the inlet side (i.e., non-heating tube) The temperature distribution of the heating section tube can be accurately measured in real time without providing the temperature sensor in the heating section tube in the boiler by using the calculation result in the required data calculation of the next section, There is an advantage that the structural correctness that can occur and the reliability of the measured value can be solved.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be obvious to those of ordinary skill in the art.
100: 튜브
120-1, 120-2: 측정장치
130: 계산장치
140: 저장장치100: tube
120-1, 120-2: Measuring device
130: calculating device
140: Storage device
Claims (8)
가열부 튜브의 전체 구간을 복수 개의 구간으로 가상 분할하는 과정과,
상기 가열부 튜브의 입측의 튜브 내부 증기 온도, 증기 압력, 증기 유량을 기반으로, 각 구간별 튜브 내부 온도 및 튜브 외면 온도를 순차적으로 계산하는 과정을 포함하고,
상기 각 구간별 튜브 내부 온도 및 튜브 외면 온도 계산 과정은,
가열부 튜브의 각 구간에 대하여, 첫 번째 구간부터 마지막 구간까지 순차적으로, 해당 구간의 상부온도 및 상부압력, 가열부 튜브의 입측의 튜브 내부 증기 유량을 기반으로 해당 구간의 하부온도 및 하부압력, 튜브 내부 온도 및 튜브 외면 온도를 계산하는 과정이며,
여기서, 첫 번째 구간의 경우, 가열부 튜브의 입측의 튜브 내부 증기 온도 및 증기 압력이 해당 구간의 상부온도 및 상부압력이 되고, 나머지 구간의 경우, 바로 이전 구간의 하부온도 및 하부압력이 해당 구간의 상부온도 및 상부압력이 되는 것을 특징으로 하는 보일러 튜브의 온도분포를 측정하기 위한 방법.
Measuring the steam temperature inside the tube, the steam pressure, and the steam flow rate on the inlet side of the heating section tube in real time;
Dividing the entire section of the heating section tube into a plurality of sections;
Sequentially calculating a tube inner temperature and a tube outer surface temperature for each section based on a tube inner steam temperature, a steam pressure, and a steam flow rate at an inlet side of the heating section tube,
The tube internal temperature and tube external surface temperature calculation process for each section are performed as follows.
The lower temperature and the lower pressure of the corresponding section on the basis of the upper temperature and the upper pressure of the section and the steam flow rate of the tube inside the inlet of the heating section tube sequentially from the first section to the last section for each section of the heating section tube, Calculating a tube inner temperature and a tube outer surface temperature,
In the case of the first section, the temperature and the steam pressure inside the tube at the inlet side of the heating section tube become the upper temperature and the upper pressure of the corresponding section. In the remaining section, the lower temperature and the lower pressure of the immediately preceding section become Wherein the upper temperature and the upper pressure of the boiler tube are the upper temperature and the upper pressure of the boiler tube.
첫 번째 구간부터 마지막 구간까지 순차적으로, 각 구간의 상부온도 및 상부압력을 기반으로 해당 구간의 밀도를 결정하는 과정과,
각 구간의 밀도와 가열부 튜브의 입측의 튜브 내부 증기 유량을 기반으로 해당 구간의 압력강하량을 계산하는 과정과,
각 구간의 상부압력과 압력강하량을 기반으로 해당 구간의 하부압력을 계산하는 과정과,
각 구간의 상부온도 및 상부압력을 기반으로 해당 구간의 정압비열을 결정하는 과정과,
각 구간의 정압비열과 밀도, 가열부 튜브의 입측의 튜브 내부 증기 유량을 기반으로 해당 구간의 온도 증가량을 계산하는 과정과,
각 구간의 상부온도와 온도 증가량을 기반으로 해당 구간의 하부온도를 계산하는 과정과,
각 구간의 상부온도 및 상부압력을 기반으로 해당 구간의 증기의 프란틀 수(Prantl number)와 레이놀드 수(Reynold number)를 결정하는 과정과,
각 구간의 증기의 프란틀 수와 레이놀드 수를 기반으로 해당 구간의 증기의 누셀트 수(Nusselt number)를 계산하는 과정과,
각 구간의 증기의 누셀트 수 및 증기의 열전도계수를 기반으로 해당 구간의 증기의 열전달계수를 계산하는 과정과,
각 구간의 상부온도와 하부온도, 증기의 열전달계수를 기반으로 해당 구간의 튜브 내부 온도를 계산하는 과정과,
각 구간의 튜브 내부 온도와 튜브의 열전도계수를 기반으로 해당 구간의 튜브 외면 온도를 계산하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러 튜브의 온도분포를 측정하기 위한 방법.
The method as claimed in claim 1, wherein the calculation of the tube inner temperature and the tube outer surface temperature for each section comprises:
Determining the density of the corresponding section based on the upper temperature and the upper pressure of each section sequentially from the first section to the last section;
Calculating a pressure drop of the corresponding section based on the density of each section and the steam flow rate of the tube inside the heating section tube;
Calculating a lower pressure of the corresponding section based on the upper pressure and the pressure drop of each section,
Determining a static specific heat of the corresponding section based on the upper temperature and the upper pressure of each section,
Calculating a temperature increase amount of the corresponding section based on the static specific heat and density of each section and the steam flow rate of the tube inside the heating section tube;
Calculating a lower temperature of the corresponding section based on the upper temperature and the temperature increase amount of each section,
Determining a Prantl number and a Reynold number of the steam of the corresponding section based on the upper temperature and the upper pressure of each section,
Calculating a Nusselt number of the steam of the corresponding section based on the franc number and the Reynold number of the steam in each section,
Calculating the heat transfer coefficient of the steam of the corresponding section based on the number of nucels of the steam in each section and the thermal conductivity coefficient of the steam,
Calculating a tube internal temperature of the corresponding section based on an upper temperature and a lower temperature of each section and a heat transfer coefficient of the steam,
And calculating a tube outer surface temperature of the corresponding section based on the inner tube temperature and the thermal conductivity coefficient of the tube in each section.
상기 구간의 개수는, 상기 가열부 튜브의 입측과 출측의 튜브 내부 증기 온도 차를 온도센서의 분해능으로 나눈 값을 기반으로 결정되는 것을 특징으로 하는 보일러 튜브의 온도분포를 측정하기 위한 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the number of the sections is determined based on a value obtained by dividing a vapor temperature difference between an inlet side and an outlet side of the heating tube by a resolution of the temperature sensor.
가열부 튜브의 전체 구간을 복수 개의 구간으로 가상 분할하고, 상기 가열부 튜브의 입측의 튜브 내부 증기 온도, 증기 압력, 증기 유량을 기반으로, 각 구간별 튜브 내부 온도 및 튜브 외면 온도를 순차적으로 계산하는 계산장치를 포함하고,
상기 계산장치는,
가열부 튜브의 각 구간에 대하여, 첫 번째 구간부터 마지막 구간까지 순차적으로, 해당 구간의 상부온도 및 상부압력, 가열부 튜브의 입측의 튜브 내부 증기 유량을 기반으로 해당 구간의 하부온도 및 하부압력, 튜브 내부 온도 및 튜브 외면 온도를 계산하며,
여기서, 첫 번째 구간의 경우, 가열부 튜브의 입측의 튜브 내부 증기 온도 및 증기 압력이 해당 구간의 상부온도 및 상부압력이 되고, 나머지 구간의 경우, 바로 이전 구간의 하부온도 및 하부압력이 해당 구간의 상부온도 및 상부압력이 되는 것을 특징으로 하는 보일러 튜브의 온도분포를 측정하기 위한 시스템.
A measuring device for measuring in real time the tube internal steam temperature, the steam pressure and the steam flow rate at the inlet side of the heating part tube,
The entire section of the heating section tube is virtually divided into a plurality of sections and the temperature inside the tube and the temperature of the tube outer surface are sequentially calculated based on the tube inner steam temperature, the steam pressure, and the steam flow rate at the inlet side of the heating section tube And a computing device
The calculation device comprising:
The lower temperature and the lower pressure of the corresponding section on the basis of the upper temperature and the upper pressure of the section and the steam flow rate of the tube inside the inlet of the heating section tube sequentially from the first section to the last section for each section of the heating section tube, Calculates the inside temperature of the tube and the outside temperature of the tube,
In the case of the first section, the temperature and the steam pressure inside the tube at the inlet side of the heating section tube become the upper temperature and the upper pressure of the corresponding section. In the remaining section, the lower temperature and the lower pressure of the immediately preceding section become And the upper temperature and the upper pressure of the boiler tube.
첫 번째 구간부터 마지막 구간까지 순차적으로, 각 구간의 상부온도 및 상부압력을 기반으로 해당 구간의 밀도를 결정하고,
각 구간의 밀도와 가열부 튜브의 입측의 튜브 내부 증기 유량을 기반으로 해당 구간의 압력강하량을 계산하고,
각 구간의 상부압력과 압력강하량을 기반으로 해당 구간의 하부압력을 계산하고,
각 구간의 상부온도 및 상부압력을 기반으로 해당 구간의 정압비열을 결정하고,
각 구간의 정압비열과 밀도, 가열부 튜브의 입측의 튜브 내부 증기 유량을 기반으로 해당 구간의 온도 증가량을 계산하고,
각 구간의 상부온도와 온도 증가량을 기반으로 해당 구간의 하부온도를 계산하고,
각 구간의 상부온도 및 상부압력을 기반으로 해당 구간의 증기의 프란틀 수(Prantl number)와 레이놀드 수(Reynold number)를 결정하고,
각 구간의 증기의 프란틀 수와 레이놀드 수를 기반으로 해당 구간의 증기의 누셀트 수(Nusselt number)를 계산하고,
각 구간의 증기의 누셀트 수 및 증기의 열전도계수를 기반으로 해당 구간의 증기의 열전달계수를 계산하고,
각 구간의 상부온도와 하부온도, 증기의 열전달계수를 기반으로 해당 구간의 튜브 내부 온도를 계산하고,
각 구간의 튜브 내부 온도와 튜브의 열전도계수를 기반으로 해당 구간의 튜브 외면 온도를 계산하는 것을 특징으로 하는 보일러 튜브의 온도분포를 측정하기 위한 시스템.
6. The apparatus according to claim 5,
The density of the corresponding section is determined based on the upper temperature and the upper pressure of each section sequentially from the first section to the last section,
The pressure drop amount of the corresponding section is calculated based on the density of each section and the steam flow rate inside the tube at the inlet side of the heating section tube,
The lower pressure of the corresponding section is calculated based on the upper pressure and the pressure drop of each section,
The specific heat of static pressure of the corresponding section is determined based on the upper temperature and the upper pressure of each section,
The temperature increase amount of the corresponding section is calculated based on the static specific heat and density of each section and the steam flow rate of the tube inside the heating section tube,
The lower temperature of the corresponding section is calculated based on the upper temperature and the temperature increase of each section,
The Prantl number and the Reynold number of the steam in the corresponding section are determined based on the upper temperature and the upper pressure of each section,
The Nusselt number of the steam in the corresponding section is calculated based on the franc number and the Reynold number of the steam in each section,
The heat transfer coefficient of the steam in the corresponding section is calculated based on the number of nucels of the steam in each section and the heat conduction coefficient of the steam,
Based on the top and bottom temperature of each section and the heat transfer coefficient of the steam,
Wherein the temperature of the outer surface of the tube in the corresponding section is calculated based on the temperature inside the tube and the coefficient of thermal conductivity of the tube in each section.
상기 구간의 개수는, 상기 가열부 튜브의 입측과 출측의 튜브 내부 증기 온도 차를 온도센서의 분해능으로 나눈 값을 기반으로 결정되는 것을 특징으로 하는 보일러 튜브의 온도분포를 측정하기 위한 시스템.6. The method of claim 5,
Wherein the number of the sections is determined on the basis of a value obtained by dividing a vapor temperature difference between an inlet side and an outlet side of the heating tube by a resolution of the temperature sensor.
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| KR102079565B1 (en) * | 2018-11-12 | 2020-02-20 | 한국전력공사 | Turbine inlet temperature measurement system and measurement method |
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