기획특집 탈황설비계통감시제어시스템소개및 DCS 적용사례 정일성 / LS 산전 A&D 기술팀 isjung@lsis.com 머리말 FGD(Flue Gas Desulfurization) 시스템은석탄화력 발전소에서배출되는배기 Gas를처리하는설비이, 환경규제대상인탈황 (SOx) 성분을제거하는데그목적이있다. 이와관련하여국내기업으로는유일하게배연감시 LS산전이탈황설비계통제어설비를현장에납품한경험이있다. 이번기배고에서탈황설비계통감연탈황시제어시스템소개및장치자사의분산제어시스템석고저장소자원재활용유효이용인 Master-5000 DCS 호안적용사례를소개하겠다. 회처리장 LS산전은보일러및터석탄선석탄빈제어기술력을바탕으로 Master P- 5000 분석탄비산방지산제어시스템을적용하여탈황공정제어알고리 황산화물제거먼지의제어 배연처리장치 석고 전기집진장치 즘을탈황설비계통에구현설치하여성공적으로운행중에있다. FGD(Flue Gas Desulfurization) 계통구성 질소산화물저감 배연감시보일러옥내화 배연탈질설비 석탄회석탄회석탄회저장소 안전변소음기 종합폐수처리장치밀폐형양탄기상탄기폐수배수구살수장치저탄장벨트콘베이어 ( 방진설비부착 ) [ 그림 1] 발전소탈황설비구성 소음방지 터빈실옥내화 복수기 배수의정화 주변환경과의조화 송전철탑발전기가정, 공장 변압기개폐장치취수구 수온감시 배수감시 138 계장기술
탈황설비계통감시제어시스템소개및 DCS 적용사례 FGD(Flue Gas Desulfurization) 제어공정탈황설비는석탄, 중유등의화석연료를보일러에서연소시킬때나오는황산화물 (SOx) 을효과적으로제거하기위한설비로서, 황산화물분해방법에따라 건식법과습식법으로구분되며, 습식법에는수산화마그네슘습식법및석회-석고습식법등이있다. [ 표 1] 은탈황주요감시제어공정을설명한다. 구분주요감시제어공정비고 Flue Gas System Absorber System Absorber Aux. System Utility System 기타설비 Flue Gas System 공정은유인송풍기에서굴뚝으로배기 Gas 가배출되기까지의유인송풍기, GAS GAS Heater(GGH), Damper, 흡수탑설비등으로구성된다. 흡수공정은탈황공정중가장중요한공정으로서실제 Gas 가반응하여황산화물을제거하는기능을수행하며, 배기 Gas 는 GGH -> Absorber -> Spray -> Stack( 굴뚝 ) 으로배연가스가배출된다. 흡수보조공정은 Absorber 에서황산화물을제거하기위한보조설비의제어기능을수행한다. 배연탈황방법으로는수산화마그네슘습식배연탈황법및석회 - 석고습식배연탈황법등이있다. ( 수산화마그네슘습식법 : 물에대한용해도가크고, 비공해물질이며, 석고분리과정이필요없이비교적처리가단순하여중소규모발전소에서주로사용, 석회 - 석고습식법 : 국내대형발전소에가장보편적으로사용하며 90% 이상의높은황제거효율을보임 ) 유틸리티공정은 Steam, Instrument Air, Air Systems 등을제어하는기능을수행한다. 기타설비공정은 MAKE UP WATER TANK, EMERGENCY STORAGE TANK, M/E WASHING WATER STORAGE TANK, SLURRY STORAGE TANK, OXIDIZER & CUSHION TANK, ABSORBER SUMP, 전기계통을감시및제어한다. 탈황설비구성 흡수탑공정 흡수보조공정및기술분류 부대설비공정 [ 표 1] 탈황주요감시제어공정소개 주요탈황설비계통운전화면예시 [Flue Gas 공정 ] [ 흡수공정 ] 2014. 3 139
계측제어시스템과 DCS 신기술적용 [ 흡수보조공정 ] [ 유틸리티공정 ] [Emergency Storage Tank] [ 전기계통도 ] FGD(Flue Gas Desulfurization) 시스템구성및주요기능 LS산전이대용량발전소에적용한탈황감시제어설비시스템구성도는 [ 그림 2] 과같은형태로구성된다. 이는석회-석고습식법을사용한대용량발전소로호 기별탈황제어설비, 석회석, 석고, 폐수제어설비등으로시스템이구성된다. 이는배연가스제거전체계통을자동화하고공통설비에대한통일성있는제어시스템을적용하였다. 140 계장기술
탈황설비계통감시제어시스템소개및 DCS 적용사례 FGD 제어실 기존보일러중앙운영실 (1, 2 호기 ) 보일러운영실탈황감시 (1, 2 호기 ) (1 호기 ) 범례 (1 호기 ) 기존설비 (H/W, S/W) 또는공급제외 (2 호기 ) (2 호기 ) OPC 통신 ( 공용 ) 기존 PI Application 1 ( 공용 ) 1 Large Monitor 설비 55inchx4 Large Screen Controller OPC Server (PIS 연계용 ) GPS 안테나 외부위성 GPS(M) Supervisor Color Laser Printer (3 호기 ) (3 호기 ) (4 호기 ) (4 호기 ) 기존보일러중앙운영실 (3, 4 호기 ) 보일러운영실탈황감시 GPS 안테나 (3, 4 호기 ) GPS(S) 2 4 3 5 제어랜이중화 5 6 2 3 4 6 전자기기실 (1, 2 호기 ) B/W Laser Printer EWS EWS (1~2호기) (3~4호기) 공용설비전자기기실 전자기기실 (3, 4 호기 ) 석회석고폐수 (1 호기 ) (2 호기 ) COMM. (1, 2 호기 ) ( 전산실 ) ( 전산실 ) (LIMESTONE) (GYPSUM) (WWT) (3 호기 ) (4 호기 ) COMM. (3, 4 호기 ) ( 전산실 ) [ 그림 2] 탈황감시제어설비시스템구성도 ( 예시 ) 위구성도의설비별주요기능은 [ 표 2] 와같다. FGD 제어실 전자기기실 구 분 주요기능 비고 HMI 운영을통해탈황설비현장 Data Station 수집및현장기기감시제어를수행하며, 이력데이터저장및 Client에데이터 전달기능 EWS 주요설비별 Controller에대한엔지니어링수행기능제공 OPC Server 타설비간 Data 통신기능 Large Screen 운영화면대형스크린표현및주요설비에대한실시간모니터링 Large Screen Controller 탈황제어 석회 석고 폐수 Large Screen의다양한화면표현기법제어현장주요 Control 설비는아래와같다탈황 Main 설비제어 Controller 탈황보조설비제어 Controller FGD 시스템의공용설비로석회설비계통제어 Controller FGD 시스템의공용설비로석고설비계통제어 Controller FGD 시스템의공용설비로배연탈황과정에서배출되는폐수처리계통제어 Controller [ 표 2] 설비별주요기능 (1) HMI(Human Machine Interface) Software HMI는운영실운전원이발전설비의공정별감시제어요소를실시간감시제어하기위한소프트웨어패키지로써 HMI 주요기능및운영화면예는 [ 그림 3] 과같다. LS산전의 HMI는지금까지여러발전플랜트에서검증된 HMI 시스템으로, 특히국내호남화력, 평택화력, 일산복합화력발전소, GS파워부천열병합발전소주제어설비및보조설비제어에사용되고있으며, 시스템통합소프트웨어패키지로써그성능이이미플랜트현장에서검증되었다. LS산전의 HMI는기본기능이빠르고신뢰성있는감시제어데이터처리와편리한운영화면작화등을지원하고있으며, 로그인시이전운영환경재현및운영자환경초기화기능, 현장 / 운영자별다양한운영화면을제공하고있다. 또한시스템운영을위한시스템운도우프로그램및뷰포트 2014. 3 141
계측제어시스템과 DCS 신기술적용 태그설정 그래픽설정 Trend 설정 보고서설정 스크립트설정 알람설정 [ 그림 3] HMI 주요기능및화면구성 를제공하며, 통합윈도우즈화면을제공한다. [ 그림 4] 는 HMI 트렌드및플랜트화면예시이다. (2) 제어시스템 (Remote ) 주요특징 RCS는다양한현장의데이터를수집, 풍부한제어및연산기능을이용하여발전플랜트에대한각종제어를행하는스테이션으로써다음과같은특징을갖는다. 가. 국제표준규격의채택 RCS는각종의국제표준규격을채택함으로써표준화를실현하고, IEEE 802.3 규격의 Ethernet 을적용한개방형컨트롤스테이션이며, 국제표준제어언어인 FBD, LD, SFC로엔지니어링이가능하다. 나. 모듈화설계및간편한유지보수 RCS의각국성부분을기능별로분리된모듈화개념으로설계하였으며, I/O 보드는시스템운전중에도착탈, 교환이가능하도록설계되었다. [ 그림 4] HMI 트렌드및플랜트화면예시 다. 고신뢰성시스템 RCS의제어부, 통신부, 전원부, I/O 입출력부등을모두혹은선택적으로이중화함으로써플랜트제어및시스템에대한신뢰성을극대화하였다. 142 계장기술
탈황설비계통감시제어시스템소개및 DCS 적용사례 FBD Editor LD Editor SFC Editor [ 그림 5] 국제표준규격의엔지니어링 Tool 구성 라. 다양한기능 RCS는제어및연산, 통신, 입출력기능등시스템의핵심역할을수행하며, 시퀀스제어, 스위칭, PID 제어, 논리연산, 캐스캐이드제어, 비율제어, 입출력및데이터송수신등프로세스오토메이션을위한다양한기능을제공한다. 시퀀스제어기능, 리얼타임제어및연산기능현장신호인터페이스 On line data change/control Control loop 제어 ( 위치형 PID 제어기, 속도형 PID 제어기, Program Scheduler) Closed loop 제어 (Function Group Control Block, Value Setter Block) 자기진단기능 ( 에러상태표시 ), I/O 보드상태표시마. 일반및고기능 Function Block 기능 RCS는산업설비제어를위한일반및고기능 Function Block을제공한다. 바. 기타 Interface 연계 a. 상용 DBMS 연계시스템장기간축적된방대한양의데이터를원활하게활용하기위해서나, 주요데이터에대한타시스템연계제공을위해서가장많이사용되는방법이상용 DBMS를통한방법이다. 이때문에필요한경우 DB Server를구축하여 Oracle 이나 MS SQL Server 와같은상용 DBMS에주요데이터를저장할수있으며, 이를근간으로다양한응용시스템및타시스템연계작업도가능하다. b. OPC 연계시스템 OPC 는 OLE for Control( 프로세스제어를위한 OLE) 의약자로서 DCOM/OLE/ActiveX를이용한산업시스템의표준사양을말한다. OPC 는클라이먼트 / 서버구조를취하고있으며, 하나의 OPC 클라이언트는복수의 OPC 서버에접속할수있다. OPC 의표준화된사양은높은이식성, 유연성, 높은기능성, 범용성의특징이있다. 이러한 OPC 기능을활용하여이 2014. 3 143
계측제어시스템과 DCS 신기술적용 기종시스템과의인터페이스가가능하게되며, 통합시스템구성이가능해진다. 맺음말 FGD 탈황제어시스템은현재까지대부분외산제품을채택함으로써설비의운영및유지보수의어려움과예비품확보, 고장시즉각적인대응에많은시간과비용이소요되었다. 탈황제어시스템교체사업에국산고기능제어시스템을적용함으로써국가산업경쟁력의 제고와함께국가발전에기여할것으로기대되며, 석탄화력및복합발전등국내발전설비제어시스템구축에대한다양한노하우를바탕으로한국의산업현장에맞은탈황제어시스템을적용하는것이과제이다. 이에 LS산전은그동안무수히많은플랜트감시제어및 Control 기술및경험을바탕으로최적의 FGD 탈황제어시스템구축을위하여최선의노력을다할것이다. 또한환경제어설비국산화를위해서 LS산전은다양한기능과신뢰성을확보할수있도록꾸준히노력할것이며, 이를통하여국내 DCS 시스템적용이활성화될것으로기대한다. 발전 DCS 시장은 2011 년에사상최고기록 Dedham, Massachusetts ; 발전 DCS(Distributed Control System : 분산제어시스템 ), 시장은글로벌경기침체에서회복하여성장세로돌아섰고, 특히, 중남미와아시아의신흥경제지역에서그성장은매우컸으며, 서유럽과북미의 2011년의성장은그에비해더완만하였으며, ARC의발전산업 DCS 시장동향조사 ( Distributed Control Systems for Power Generation Industry Global Market Research Study ) 보고서에서는이러한상황은 2017년까지지속될것으로예측하고있다. 고말한다. 북미와서유럽의발전플랜트자동화시장은주로플랜트의남은수명주기와밀접하게관련하여경제성평가를실시한다음에현대화와개조프로젝트로구성되어있다. 가스를연료로사용하는플랜트들은북미의공급량이풍부하고값이싼연료현황을감안할때화석연료를시장으로하는자동화프로젝트가리드해나갈것으로전망된다. 수력, 태양, 풍력등과같은신재생에너지도빠르게성장하겠지만아직시장전체에서차지하는비중은 15% 에도못미치고있다. 기존발전플랜트는석탄화력발전소가아직대부분이차지하고있지만, 향후, 석탄화력발 전소는감소할것으로 ARC는전망한다. 신규프로젝트를포함하는많은발전프로젝트의부활은 DCS뿐만아니라 CPM(Collaboration Production Management : 협업생산관리 ), APC(Advanced Control : 고급프로세스제어 ), 최적화시물레이터등에대해서도수요를촉진할것이다. DCS 시장은주로복합프로젝트, 애프터서비스, 그리고운영서비스가전체매출의거의절반을차지하는서비스비즈니스였다. MAC(Main Automation Contractor) 개념이프로젝트범위에포함되어강력하게성장해나갈것이다. MAC 프로젝트에서엔드유저는프로젝트완료후현지지역에서확실하게설치, 지원, 서비스를강력하게요구하는것이 ARC의조사를통하여확인되었다. 또한 MAC 범위는점차확대되어프로젝트의구성부분인전기분야도포함되고있으며, 이를통해프로젝트엔지니어링비용을더욱절감및엔드유저에게전반적인위험부담도경감시키고있다. 출처 : ARC Advisory Group 144 계장기술