[논문]보일러 기동 실패 원인 분석 및 제어로직 개선

박두용; 임건표; 김호열

보일러 기동 실패 원인 분석 및 제어로직 개선
The analysis of cause for the failure of boiler start-up and the improvement of the control logic 원문보기

박두용 (전력연구원) , 임건표 (전력연구원) , 김호열 (전력연구원)

발전소는 부하의 증 감발에 출력조정을 하며 운전하지만 부하가 많이 감소할 때는 발전정지를 하여 부하수요를 맞춘다. 그러나 부하의 증가에 따라 보일러를 다시 기동하는데 때에 따라 보일러의 기동이 실패하거나 지연기동이 발생하여 부하에 신속히 대응하지 못하는 경우가 있다. 보일러 제어를 위해서는 컨트롤하는 종류가 많고, 이들은 상호 연계되어 있어 어느 한 곳의 이상원인 발생이 다른 제어 루프에 영향을 미쳐 점점 더 어렵게 제어되므로 운선원은 신속히 원인 파악과 상태점검 및 분석을 통한 대응으로 안정적인 운전에 최선을 다하여야 한다. 본 논문에서는 발전소 보일러 기동실패로 인한 발전정지 사례에 대하여 원인 분석을 수행하고 동일한 상황이 재현되지 않도록 제어로직을 개선한 내용을 논하고자 한다.

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문제 정의

이에 각종기기의 상태점검 및 제어로직 개선을 통해 고장을 예방하고 제어설비의 신뢰성을 확보하여 안정적인 운전을 수행한 결과를 설명하고자 한다.

가설 설정

1) Cross Limit 동자 2) 출력 증.감 Blocking 3) 측정신호 이상 검출, 4) 조작단 개도 이상의 순서로 동작한다.

제안 방법

Filter 조정 (5s t L0~05s) 하어 웅동성을 향상시 켰고, 3) BFP PID 가 Master보다 3~5배정도 빨라야 하므로 Master PID와 BFP Flow PID Gain 재조정하였다. 4) Min Flow 유량에는 가감로직 재설정 하고 5) Super Heater AT Compensator Tuning(K=1.
보일러 요구신호에 연료 비율을 곱하여 연료 요구신호로, 급수율을 곱하여 급수 요구신호를 얻으며 연료요구신호는 연료 제어계통으로 보내진다. 기수분리기 수위 오차에 연료 요구 값을 더해 연료요구량 변화에 웅동성을 갖추도록 한다. 보일러 자동기동 정지계통에서 요구하는 급수 유량과 위에서 얻어진 급수요구신호 중 큰 값이 급수제어계통의 설정치가 된다.
이러한 제어시스템은 기동시간 단축, 부하 추쫑성 향상 및 운전 보수의 편이성율 주고 있으며, 제어로직개선에 매우 편리하다. 발전소 보일러의 기동실패 원인을 분석하고 진단하여 제어로직을 개선한 결과를 블록다이어그램으로 쉽게 설명하였오며, 제어 특성이 양호하도록 기술지원을 하여 발전소 운전에 많은 기여를 하였다.

성능/효과

00화력발전소 00호기의 의 보일러 기동실패로 인한 발전정지로 원인을 점검하고 데이터를 분석한 결과 Feed Water Control, Super Heater 및 Reheater Steam Temperature Control, High pressure By-Pass Valve Control, Feed Water Pump Runback System등에 문제점이 제기되었다. 이에 각종기기의 상태점검 및 제어로직 개선을 통해 고장을 예방하고 제어설비의 신뢰성을 확보하여 안정적인 운전을 수행한 결과를 설명하고자 한다.
Super 1'emp 및 Reheater Temp는 보일러 튜브의 재질열화에 중요한 인자로서 정격온도를 초과하여 운선하면 신뢰성이 떨어져 보일러 장기운전에 심각한 장애를 가져온다. Super Heater 및 Reheater Temperature Control Logic를 분석한 결과 1) 기동시에 Spray Flow 변동 심하고 (Temp Control Valve 자동운전 중) 2-2번, 3~T번 Reheater Temperature 변화가 컸다. 2) Super Heater Set point와 Process Value간 50℃ 편차 발생시 Temperature Control Valve 수동절체 및 Demand -5% 발생하였다.
웅동이 느려 수동으로 압력 조정하여야 한다, 2) 1호기 Spillover Pressure Control Valve Open 시점에서 Feed Water Flow 10~28tonAir 변동(BFP 수동운전)이 있었다. 3) 2, 3호기 Starting Valve Open 시점에서 Main Steam Pressure 저하로 Feed Water Flow Hunting이 있었다.
Unit Trip되며, 2) Runback시 BFP Suction Flow Transmitter Range Over로 수동운전 모드로 절체되고 Runback 동작이 실패하고 있었다.
Super Heater 및 Reheater Temperature Control Logic를 분석한 결과 1) 기동시에 Spray Flow 변동 심하고 (Temp Control Valve 자동운전 중) 2-2번, 3~T번 Reheater Temperature 변화가 컸다. 2) Super Heater Set point와 Process Value간 50℃ 편차 발생시 Temperature Control Valve 수동절체 및 Demand -5% 발생하였다.
1) 계통병입 전 보일러 비둥점 부근(120kg/cM, 325T)에서 Feed Water Hunting 심하고, Starting Valve 웅동이 느려 수동으로 압력 조정하여야 한다, 2) 1호기 Spillover Pressure Control Valve Open 시점에서 Feed Water Flow 10~28tonAir 변동(BFP 수동운전)이 있었다. 3) 2, 3호기 Starting Valve Open 시점에서 Main Steam Pressure 저하로 Feed Water Flow Hunting이 있었다.

후속연구

재조정하였다. 4) Min Flow 유량에는 가감로직 재설정 하고 5) Super Heater AT Compensator Tuning(K=1.0, Kp=1.0t Ki=0.08rpWmin)하였다, 또한 향후 Super Heater Pressure Compensator 추가 검토가 필요하다,

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