JP6703626B2 - 超低窒素酸化物燃焼装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃焼ガスの内部再循環による超低窒素酸化物燃焼装置に関し、より詳しくは、燃焼室内で発生する燃焼ガスを前記燃焼室の外部連結通路ではなく燃焼室の内部で別途の装置なしに伝達されるようにし、より効率的な燃焼ガスの流動のためのバーナの構成と燃料分配最適制御を通じて燃焼ガスの内部再循環をより効率的に具現した超低窒素酸化物燃焼装置に関する。

現在、人類の主なエネルギー源は、炭化水素系の化石燃料である。しかし、このような化石燃料の燃焼後、生成物による環境汚染の問題が深刻に提起されている。主な環境汚染源としては、窒素酸化物（ＮＯｘ）、二酸化炭素（ＣＯ２）以外に、燃料の不完全燃焼により生じる一酸化炭素（ＣＯ）と煤煙（ｓｏｏｔ）などがある。

既存の化石燃料を使用する燃焼器は、燃焼時の化学反応によりＮＯ及びＮＯ２の化学式を有する窒素酸化物（ＮＯｘ）の生成が避けられない。その発生を抑制するための低ＮＯｘ燃焼技術は、燃料と空気の混合形態、空燃比など燃焼器の構造改善を通じてなされるように発展している。燃焼過程で発生する窒素酸化物は、大気中の他の酸素と反応し、スモッグ及び大気のオゾン増加など、環境の問題を発生させる。特に、このような燃焼過程で発生する排出物（emission）の場合、環境及び人体の健康に害を及ぼすため、各国では、ますます厳格な基準で規制を強化している。

窒素酸化物の種類には、発生原因によりサーマルＮＯｘ（Thermal NOx）、プロンプトＮＯｘ（Prompt NOx）、及びフューエルＮＯｘ（Fuel NOx）に分類することができる。サーマルＮＯｘは、空気中の窒素が酸素と１６００℃以上の高温で反応して生成されるものであり、プロンプトＮＯｘは、炭化水素系燃料の燃焼時の燃焼初期に生成されるものであり、フューエルＮＯｘは、燃料中に含まれた窒素成分の反応により生成される。このような窒素酸化物の対策においても、天然ガスのような気体燃料には、燃料中に窒素成分が含有されていないため、Ｔｈｅｒｍａｌ ＮＯｘ及びＰｒｏｍｐｔ ＮＯｘに関連する事項を制御することが効果的であり得る。

窒素酸化物は、光化学スモッグ及び酸性雨の原因となり、動植物に深刻な影響を与えることが知られており、長い間多くの研究者は、ＮＯｘを低減させる多様な方法を研究した。

これにより、現在試みられている低ＮＯｘ方法としては、排気ガス再循環、水またはスチーム噴射、空気及び燃料の多段燃焼、選択的非触媒還元反応（SNCR、selective non-catalytic reduction）、選択的触媒還元反応（SCR、selective catalytic reduction）などがある。最近、先進国では、後燃焼の領域でＮＯｘを除去する方法が試みられており、ＮＯｘ低減率や経済性において効率が高いことが知られている。

前記のようにＮＯｘを低減するための従来の方法として、特許文献１には、窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生量を低減するために、燃焼用空気を一般の空気と排ガスを混合して３段階に分けて供給するが、各段の混合比を、それぞれ異にすることにより、多段燃焼による局部高温域の生成を最小限に抑え、燃焼領域を拡張してボイラ内部の均一加熱をなすための液体及びガス用排ガス再循環３段バーナを提供する。

前記特許文献１では、排気ガスを再循環させるための要素として、複数の排ガス供給管、再循環ダクト及びダンパなどの別途の装置を備えることにより、排気ガスを燃焼炉内に再流入されるようにするが、前記装置が燃焼炉の外部に別途に装置されなければならないため、必要空間が多く要されるという欠点がある。

一方、特許文献２は、本出願人による先出願登録特許を参照すると、図４に示すように、燃焼炉１'内で発生する燃焼ガス３'、４'を燃焼炉の外部連結通路ではなく燃焼炉１'の内部で別途の装置なしにバーナ２'の内部に伝達されるようにする内部再循環技術を提供するが、燃焼炉１'内の一部の領域における燃焼ガス４'の流動を効果的に利用しておらず、供給される燃料の量の制御について考慮していない欠点がある。

韓国公開特許第10-2005-0117417号公報 韓国登録特許第10-1512352号公報

そこで、本発明は、前記問題点を解決するために、燃焼炉の中心領域に酸化剤を供給させるとともに、多重火炎場が形成された燃焼炉内で発生する燃焼ガスを燃焼炉の外部連結通路ではなく燃焼炉の内部で別途の装置なしに伝達されるようにする内部再循環技術を適用した超低窒素酸化物燃焼装置であって、燃焼炉内の再循環領域で流動する燃焼ガスのより円滑な再循環及び燃料分配最適制御を通じて窒素酸化物の低減効果を向上させる超低窒素酸化物燃焼装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、燃焼炉；一側が前記燃焼炉内に挿入され、挿入された一側及び外周面が前記燃焼炉の内面と所定間隔が離隔されて位置するバーナ；前記バーナの中央に位置する主燃料噴射体；前記主燃料噴射体を取り囲むように位置し、その端部が前記バーナの一側端部から所定間隔が他側に引き込まれて位置する補助燃料噴射体；前記バーナの外周面において前記補助燃料噴射体の端部が位置する近傍に位置する燃料再循環ポート；及び前記燃焼炉内で発生する燃焼ガスに含まれたＣＯ濃度を検出するセンサ；を含み、前記主燃料噴射体を通じて前記燃焼炉に供給される主燃料は、所定の量より少ない量で供給され、前記補助燃料噴射体を通じて前記燃焼炉に供給される補助燃料は前記主燃料が前記所定の量より少なく供給される量だけさらに供給され、前記燃焼炉内で燃焼が行われ、前記センサにより検出される前記燃焼炉内のＣＯ濃度が所定の濃度以上である場合、供給される前記主燃料の量を増加させ、前記燃焼により発生して前記燃焼炉の内周面と前記バーナの外周面との間に流動する燃焼ガスが前記補助燃料噴射体に噴射される補助燃料の流速により前記燃料再循環ポートを通じて前記バーナの内部に流入され、再燃焼が行われる超低窒素酸化物燃焼装置を提供する。

前記主燃料噴射体と前記補助燃料噴射体との間に位置する再循環誘導部をさらに含み、前記補助燃料噴射体は前記主燃料噴射体を中心にして同一円周上に所定の間隔を維持するように複数個が配置され、前記再循環ポート側に流入される燃焼ガスの一部が前記補助燃料噴射体の間の間隔により流動して前記再循環誘導部に流入されて前記主燃料噴射体に供給される酸化剤と混合されて前記主燃料噴射体に供給される主燃料と共に燃焼されることが望ましい。

前記再循環誘導部は、前記補助燃料噴射体を基準に傾斜配置される内部再循環スリーブ、前記内部再循環スリーブの後端から延長される連結ガイド、前記連結ガイドの後端に連結されて流動する燃焼ガスの移動方向を変更させる噴射ノズルを含むことが望ましい。

前記噴射ノズルは、前記主燃料噴射体と前記再循環誘導部との間で傾斜配置されることにより、前記酸化剤の流動空間である前記主燃料噴射体と前記再循環誘導部との間の幅を減少させることが望ましい。

前記噴射ノズルと前記主燃料噴射体の外面との間に敷設される再循環促進突起部；をさらに含み、前記再循環促進突起部は、前記主燃料噴射体と前記再循環誘導部との間に流動する燃焼ガスの流速を増加させることを特徴とすることが望ましい。

前記のように、本発明による超低窒素酸化物燃焼装置によると、燃焼炉の内部で発生する燃焼ガスを、内部再循環技術を適用して前記燃焼室の外部連結通路ではなく燃焼室の内部で別途の装置なしに伝達されるようにする。

また、燃焼ガスの円滑な流動を誘導する再循環ポートの構成を通じて燃焼ガスの再循環を最適化することにより、燃焼炉内の燃焼ガスが多段に流動し、より円滑に燃焼されることより、超低窒素酸化物の運転が可能であり、再循環による燃焼ガスが酸化剤及び燃料と共に燃焼されることにより、燃焼炉内の火炎が安定化する。

また、供給される燃料分配の最適制御を通じてさらなる窒素酸化物の低減が可能である。

本発明の一実施例に係る超低窒素酸化物燃焼装置の側面概略図である。 本発明の一実施例に係る超低窒素酸化物燃焼装置の側面概略図であり、超低窒素酸化物燃焼装置の燃焼過程を示す。 本発明の他の実施例による超低窒素酸化物燃焼装置の側面概略図であり、超低窒素酸化物燃焼装置の燃焼過程を示す。 従来の燃焼装置の側面概略図である。 本発明による超低窒素酸化物燃焼装置の燃焼過程を示すフローチャートである。 ＮＯｘの発生量を示したもので、既存の再循環多段燃焼装置（特許文献２）で再循環ポートが未適用の場合のＮＯｘ発生量、及び本発明による超低窒素酸化物燃焼装置で再循環ポートが適用された場合におけるＮＯｘ発生量を示す。 ＮＯｘの発生量を示したもので、燃料分配最適制御が未適用の場合と適用された場合のＮＯｘ発生量をそれぞれ示す。

本発明の前記のような目的、特徴及び他の利点は、添付図面を参照し、本発明の好ましい実施例を詳しく説明することにより、より一層明らかになるだろう。記述される実施例は、発明の説明のために例示的に提供されるものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

本発明の超低窒素酸化物燃焼装置を構成する各構成要素は、必要に応じて一体型で使用されたり、それぞれ分離して使用することができる。また、使用形態に応じて一部の構成要素を省略して使用が可能である。

以下、添付された図面を参照し、本発明の一実施例に係る超低窒素酸化物燃焼装置を詳しく説明する。

超低窒素酸化物燃焼装置の全体的な構成の説明
まず、図１を参照し、本発明の一実施例に係る超低窒素酸化物燃焼装置１００の全体的な構成を見る。

超低窒素酸化物燃焼装置１００は、燃焼炉、一側が前記燃焼炉内に挿入されるバーナ５、前記バーナ５の中央部に位置する主燃料噴射体１０、主燃料噴射体１０を取り囲むように位置し、その端部が前記バーナ５の一側端部から所定間隔が他側に引き込まれて位置する補助燃料噴射体２０、前記バーナ５の外周面において前記補助燃料噴射体２０の端部が位置する地点の近傍に位置する燃料再循環ポート２１及び前記主燃料噴射体１０と補助燃料噴射体２０との間に位置する酸化剤再循環誘導部４０を含む。

バーナ５は、一側が燃焼炉１内に挿入され、その外周縁が燃焼炉１の内周面と所定間隔が離隔されるように位置する。

具体的には、バーナ５は、その先端部６が燃焼炉１に挿入される挿入面（図２において燃焼炉１の下側面）から所定間隔ａが離隔されるように挿入され、これにより、燃焼炉内で発生する燃焼ガスの再循環領域が区分することができる。

主燃料噴射体１０は、主燃料ライン５１に連結される移送部１３及び前記移送部１３に直接連結される主燃料噴射部１１を含む。前記移送部１３は、主燃料を主燃料噴射部１１まで安全に移送するためのものであり、直径が均一に形成されてもよい。

主燃料噴射部１１は、一実施例として、次第にその直径が拡大される形状を有することができ、供給された主燃料を、その外周面を通じて噴射する。即ち、主燃料噴射部１１の外周面に形成された噴射ホール（図示せず）を通じて主燃料噴射部１１内に進入した燃料が各燃料噴射体１０，２０との間の内部空間に噴射される（図２の図面符号１５を参照）。即ち、主燃料噴射部１１内の燃料は、流入される酸化剤の上に前記主燃料噴射部１１の半径方向に沿って噴射される。

一方、主燃料噴射体１０の内部に沿って中心酸化剤噴射体８５が配置されてもよい。ここで、中心酸化剤噴射体８５の終端にノズル挿入が可能なように構成することにより空気供給量を調節するようにする。前記中心酸化剤噴射体８５は、酸化剤供給部８０から供給される酸化剤を主燃料噴射体１０の中心軸に沿って流動させた後、燃焼炉１の火炎中心部である１次火炎空間７２に供給するようにする。

これを通じて火炎の中心部である１次火炎空間７２に火炎と酸化剤の混合効果を促進し、赤炎形成を抑制することにより、青炎形成を誘導する。併せて、火炎の中心部の周辺の局部的高温領域を減少することにより、窒素酸化物の発生を１次的に低減するようにする。

補助燃料噴射体２０は、主燃料噴射体１０を中心に同一円周上に一定の間隔で配置される。補助燃料噴射体２０の個数は限定されないが、６個〜１２個の補助燃料噴射体２０が配置され、好ましくは、８個の補助燃料噴射体２０が均等な間隔を維持したまま配置することができる。補助燃料噴射体２０の先端は、燃焼炉１内に位置するバーナ５の一側から他側に引き込まれて位置する。

言い換えれば、補助燃料噴射体２０の先端は、バーナ５の先端部６から燃焼炉の前記挿入面（図１において下側面）に向かって所定間隔が離隔されて位置する。

補助燃料噴射体２０から噴射される燃料は、燃焼炉１内で燃焼され、燃焼炉１内に回転流動を発生させる。

前記のようにバーナ５を燃焼炉１内に、より深く挿入することにより、燃焼炉１内で発生する燃焼ガスの再循環領域が燃焼炉１内で明確に区分され、燃焼ガスの流動がスムーズになり、前記の補助燃料噴射体２０の位置により、後述する燃焼ガスの再循環をより効果的に行うことができる。

主燃料噴射体１０及び補助燃料噴射体２０は、共に中空の円筒状の管で構成することができる。主燃料噴射体１０と補助燃料噴射体２０との間の空間には、酸化剤供給部８０から酸化剤が供給される。前記酸化剤は、主燃料噴射体１０の先端に備えられたスワラ３０を通じて軸方向または接線方向のモメンタムが形成された状態で燃焼炉１の内部に供給されてもよく、スワラ３０を介さずに直接的に燃焼炉１内に供給されてもよい。

主燃料噴射体１０と補助燃料噴射体２０との間の空間に速やかに供給される酸化剤の流量により低圧状態となる。

前記主燃料噴射体１０及び補助燃料噴射体２０には、燃料供給部５０から燃料が主燃料（Main fuel）と補助燃料（2nd fuel）に分けられて供給される。具体的には、燃料が燃料供給部５０からフィルタ（図示せず）を経て、不純物が除去され、ポンプ（図示せず）によりポンピングされた後に第１ライン５１と第２ライン５２に分岐され、各燃料噴射体１０、２０に連結される。前記ライン５１，５２には、それぞれ電磁弁５５、５６が設置され、主燃料（Main fuel）と補助燃料（2nd fuel）として供給される各燃料を適切に供給及び遮断するようにできる。

燃料再循環ポート２１は、バーナ５の先端部６と燃焼炉１の挿入面との間に位置する。具体的には、補助燃料噴射体２０の端部が位置する地点にスリット形態で位置し、これにより、燃焼炉内で発生する燃焼ガスがバーナ５の内部に流入され、前記補助燃料噴射体２０及び／または、後述する酸化剤再循環誘導部４０側に流動して燃焼が行われ、燃焼ガスに含まれた窒素酸化物が低減される。

酸化剤再循環誘導部４０は、燃焼炉１の開口部（図示せず）上で補助燃料噴射体２０を基準に傾斜配置される内部再循環スリーブ４１（Forced Internal recirculation sleeve）、内部再循環スリーブ４１から延長される連結ガイド４３、連結ガイド４３の後端に連結されて流動する燃焼ガスの移動方向を変更させる噴射ノズル４５及び酸化剤再循環誘導部４０の内部の下部に傾斜配置される傾斜部材４７を含む。

内部再循環スリーブ４１は、燃焼ガスの最初の流入部であるバーナ５の先端から後端に行くほど開口部の中心を向かうように傾斜配置される。即ち、内部再循環スリーブ４１の後端に行くほど次第に内部の幅が広がる。連結ガイド４３は、内部再循環スリーブ４１を通じて流入した燃焼ガスの緩やかな流動を可能にするもので、一定の幅を維持する。

噴射ノズル４５は、内部再循環スリーブ４１及び連結ガイド４３を通じて燃焼炉１から流動する燃焼ガスを主燃料噴射体１０と酸化剤再循環誘導部４０との間の空間に噴射させる。噴射された燃焼ガスは、酸化剤と共に燃焼炉１の内部に流動する。前記噴射ノズル４５は、主燃料噴射体１０と酸化剤再循環誘導部４０との間で傾斜配置される。即ち、主燃料噴射体１０と酸化剤再循環誘導部４０との間の幅を減少させることによりオリフィス形態の構造を具現する。前記のような噴射ノズル４５の配置構造は、主燃料噴射体１０と補助燃料噴射体２０との間の空間に供給される酸化剤の流動速度をより速くすることにより、高速で燃焼炉１内に流動させる。

即ち、主燃料噴射体１０と噴射ノズル４５との間の空間が狭くなることにより、ベルヌーイ定理により酸化剤の流速が増加する。このような構造を通じて燃焼炉１内で発生する流動はモメンタムの増加を可能にする。

傾斜部材４７は、連結ガイド４３と噴射ノズル４５の境界線上に配置される構造体であり、燃焼ガスが流動する幅を調節し、結果的に流量を調節することになる。

空気多段スリーブ６０は中空円筒状の構造体であり、酸化剤供給部８０から供給される酸化剤を空気多段スリーブ６０の内部及び外部に分離供給するように構成することで、酸化剤の多段供給を可能にし、これを通じて結果的に燃焼炉１の内部に多段火炎を容易に形成するようにする。

再循環促進突起部９０は、空気多段スリーブ６０の外周面上に配置される。具体的には、前記再循環促進突起部９０は、酸化剤再循環誘導部４０を構成する噴射ノズル４５及び空気多段スリーブ６０との間の空間を狭める機能を行う。前記のような構造を通じて燃焼炉１から酸化剤再循環誘導部４０を通じて流動する燃焼ガスの流速は、再循環促進突起部９０の近傍を経て上昇する。これを通じて酸化剤再循環誘導部４０を通じて燃焼炉１に再流入される燃焼ガスの剥離（separation）を防止するようになり、結果として燃焼ガスの再循環を促進する。

超低窒素酸化物燃焼装置の燃焼過程の説明
次には、図２〜図３及び図５をさらに参照し、本発明の実施例に係る超低窒素酸化物燃焼装置の燃焼過程及び効果について説明する。

超低窒素酸化物燃焼装置に燃料及び酸化剤が供給されて燃焼が行われる（Ｓ１００）。

ここで、供給される燃料は、主燃料と補助燃料に分けて供給されるが、主燃料は 既に設定された所定の量（例えば、酸化剤との理論当量比）より少なく供給され、補助燃料は主燃料が少なく供給されるだけの量をさらに供給される。

酸化剤供給部８０を通じて酸化剤が供給され、供給された酸化剤の一部は、主燃料噴射体１０の内部の中心酸化剤噴射体８５を通じて流動する。

これと同時に、燃料供給部５０から主燃料が第１燃料ライン５１を経て、主燃料噴射体１０に供給される。

主燃料噴射体１０内を流動する主燃料は、主燃料噴射部１１の外周面を通じて半径方向に噴射される過程を経るが、前記のように噴射された主燃料は、酸化剤と反応して予混合領域７８を形成する。ここで、前記主燃料噴射部１１は、燃焼炉１の方向に向かうほど拡大される形状を有するため、噴射される燃料が広い部位にわたる予混合領域７８を形成するようにする。

予混合領域７８に形成された予混合気は、主燃料噴射体１０の先端を通じて、またはスワラ３０を通じて軸方向のモメンタム（Axial momentum）及び接線方向のモメンタム（Tangential momentum）を有する状態で燃焼炉１内に噴射され、１次火炎空間を成して燃焼される。

次には、燃料供給部５０から燃料が第２燃料ライン５２を経て、補助燃料噴射体２０に供給される。補助燃料噴射体２０を通じて１次火炎空間７２の上部側に噴射される補助燃料は、１次火炎空間７２で未反応の酸化剤と反応する過程を通じて２次火炎空間７４を形成する。１次火炎空間７２での可燃性ガスの一部は、スワラ３０の外郭に供給される予混合気と混合されて１次火炎の後流に移動し、２次火炎空間７４を形成することになる。

主燃料噴射体１０から噴射された燃料は、燃焼炉１内における多段空気流動により１次火炎空間７２を形成するようになり、補助燃料噴射体２０から噴射された燃料は、主燃料噴射体１０の１次火炎空間７２から伝達された熱による雰囲気温度と残留酸素により部分的な酸化反応をするようになり、種々の可燃性ガス種に転換され、火炎後流で２次火炎空間７４を構成するようになる。したがって、前記燃料濃厚領域と燃料希薄領域を含む燃焼炉内で多段で構成された火炎の状態が明確に区分されて組成される。

言い換えれば、１次燃料噴射体１０の半径方向に沿って噴射される主燃料が酸化剤と予備混合されて予混合領域７８を形成し、前記予混合領域７８から燃焼炉１内に供給された予混合気が１次火炎空間７２を形成し、１次火炎空間７２の後端に２次燃料噴射体２０から補助燃料を噴射し、最終火炎の形態をなすようにする。

前記のように、燃焼炉１内には、主燃料噴射体１０及び補助燃料噴射体２０により噴射される燃料により多段火炎空間が形成される。前記１次火炎空間７２の後端部には、２次火炎空間７４が作られる。２次火炎空間７４は、燃焼炉１の内部側にさらに進入した空間に１次火炎空間７２を囲む形態で形成される。

前記１、２次火炎空間７２、７４を含む多段火炎空間における燃焼ガス７５は、前記の酸化剤の供給により主燃料噴射体１０と補助燃料噴射体２０との間に形成される低圧により酸化剤再循環誘導部４０に流入して流動することにより、主燃料噴射体１０と補助燃料噴射体２０との間に形成される予混合領域７８側に流動し、燃焼炉１内で燃焼される。

これとは別途に、燃焼炉１の内周面とバーナ５の外周面との間の空間には、再循環領域が形成される。このような再循環領域において渦流の形態で燃焼ガス７６が流動する。

前記のような燃焼過程を通じて燃焼炉１の内部再循環領域で発生した燃焼ガス７６は、バーナ５の外周面及び燃焼炉１の内周面の間の空間である再循環領域を通じて流動する。

再循環領域で流動する燃焼ガス７６は、補助燃料噴射体２０の先端から高速で噴射される燃料により形成される低圧により燃料再循環ポート２１に流入される。

このように、燃料再循環ポート２１に流入した燃焼ガス７６補助燃料噴射体２０の先端から噴射される燃料と混合されて燃焼炉１の内部に供給され、燃焼することができる。

また、他の実施例として、燃焼炉１の内部と酸化剤再循環誘導部４０の外周縁が連通するようにすることで、再循環領域で流動する燃焼ガス７６の一部は、酸化剤再循環誘導部４０に供給される酸化剤による低圧で流動し、離隔して位置する各補助燃料噴射体２０の間を通じて酸化剤再循環誘導部４０に流入され、主燃料噴射体１０の周囲に流動して予混合領域７８と混合されて燃焼炉１内の１次火炎空間７２に供給されることにより、燃焼が行われてもよい。

また、再循環領域で流動する燃焼ガス７６の残りの一部は、前記のように、補助燃料噴射体２０の先端から高速で噴射される燃料により形成される低圧により、燃料再循環ポート２１を通じて燃焼炉１内に流入されて燃焼される。一方、酸化剤再循環誘導部４０から酸化剤の流動空間に排出される燃焼ガスは、再循環促進突起部９０により、その流動速度が増加されることにより、燃焼ガス及び酸化剤の流速を上昇させると共に剥離を防止することができる。

前記の過程を経て予混合気及び燃焼ガスが１次火炎空間７２に流入し、燃焼される過程を経ることにより、燃焼炉１内で火炎を形成するようにする。

そして、燃焼炉１内のＣＯ濃度をリアルタイムで検出する（Ｓ２００）。

前記のような燃焼が行われる間、燃焼炉１に設置されるセンサ（図示せず）を通じて燃焼炉１内のＣＯ濃度をリアルタイムで検出してモニタリングする。

前記のように主燃料を少なく供給して燃焼を行うため、多少不完全な燃焼が行われ、ＣＯが発生するようになるが、不完全燃焼により発生するＣＯの濃度をリアルタイムで検出する。

そして、燃焼炉１内のＣＯ濃度を既に設定された所定のＣＯ濃度と比較し（Ｓ３００）、燃焼炉１内のＣＯ濃度が所定の濃度未満であれば、その状態で燃焼及びモニタリングを継続して行い、燃焼炉１内のＣＯ濃度が所定の濃度以上であれば、供給される主燃料の量を増加させる（Ｓ４００）。

図６は、既存の再循環多段燃焼装置（特許文献２）と、本発明による超低窒素酸化物燃焼装置においてＮＯｘの発生量をそれぞれ示す。

図７は、本発明による超低窒素酸化物燃焼装置において、燃料分配最適制御を適用しない場合と、燃料分配最適制御を適用した場合のＮＯｘの発生量をそれぞれ示す。

前記図６〜図７を参照すると、再循環ポート２１の構成及び供給される燃料分配最適制御を通じて、燃焼炉１内の負荷を減少させるとともに、ＮＯｘの生成を効果的に防止することを確認することができる。

前記のように、本発明による超低窒素酸化物燃焼装置によれば、燃焼炉内で発生する燃焼ガスが、別途の動力を要することなく、酸化剤と共に燃焼炉に再流入されて反応することにより、燃料中の窒素成分の酸化による窒素酸化物の生成を根本的に低減することができ、これに、既存の燃焼装置とは異なる構造を通じて燃焼炉内で発生する燃焼ガスの多段再循環を通じて燃焼ガスの再循環をより円滑に行われるようにし、供給される燃料分配最適制御を通じて、より向上した窒素酸化物の低減効果を得ることができる。

１：燃焼炉
５：バーナ
１０：主燃料噴射体
１１：主燃料噴射部
２１：燃料再循環ポート
２０：補助燃料噴射体
３０：スワラ
４０：酸化剤再循環誘導部
４１：内部再循環スリーブ
４３：連結ガイド
４５：噴射ノズル
４７：傾斜部材
５０：燃料供給部
５１：第１燃料ライン
５２：第２燃料ライン
５５、５６：電磁弁
６０：空気多段スリーブ
７２：１次火炎空間
７４：２次火炎空間
７６：再循環領域の燃焼ガス
７８：予混合領域
８０：酸化剤供給部
８５：中心酸化剤噴射体
９０：再循環促進突起部
１００：超低窒素酸化物燃焼装置

Claims (5)

1. 燃焼炉（１）；
   一側が前記燃焼炉（１）内に挿入され、挿入された一側及び外周面が前記燃焼炉（１）の内面と離隔されて位置するバーナ（５）；
   前記バーナ（５）の中央に位置する主燃料噴射体（１０）；
   前記主燃料噴射体（１０）を取り囲むように位置し、その端部が前記バーナ（５）の一側端部から他側に引き込まれて位置する補助燃料噴射体（２０）；
   前記バーナ（５）の外周面において前記補助燃料噴射体（２０）の端部側に位置する燃料再循環ポート（２１）；
   前記主燃料噴射体（１０）と前記補助燃料噴射体（２０）との間に位置する酸化剤再循環誘導部（４０）；及び
   前記燃焼炉（１）内で発生する燃焼ガスに含まれたＣＯ濃度を検出するセンサ；を含み、
   前記燃焼炉（１）の内部と前記酸化剤再循環誘導部（４０）の外周縁は連通し、
   前記主燃料噴射体（１０）を通じて前記燃焼炉（１）に供給される主燃料は既に設定された量より少ない量で供給されて燃焼されることにより、前記燃焼炉（１）内に１次火炎空間を形成し、
   前記補助燃料噴射体（２０）を通じて前記燃焼炉（１）に供給される補助燃料は、前記主燃料が前記既に設定された量より少なく供給される量だけさらに供給されて燃焼されることにより、前記燃焼炉（１）内に２次火炎空間を形成し、
   前記センサにより検出される前記燃焼炉（１０）内のＣＯ濃度が既に設定された濃度以上である場合、供給される前記主燃料の量を増加させ、
   前記燃焼により発生し、前記燃焼炉（１）の内周面と前記バーナ（５）の外周面との間に流動する燃焼ガスの一部が、前記補助燃料噴射体（２０）に供給される補助燃料の流速により燃料再循環ポート（２１）を通じて前記バーナ（５）の内部に流入されて再燃焼が行われ、
   前記燃焼炉（１）の内周面と前記バーナ（５）の外周面との間に流動する燃焼ガス（７６）の残りの一部は前記主燃料噴射体（１０）と前記補助燃料噴射体（２０）との間に供給される酸化剤の流速により前記燃焼炉（１）の内部と前記酸化剤再循環誘導部（４０）の外周縁が連通する部分を通じて前記酸化剤再循環誘導部（４０）を経て前記燃焼炉（１）の内部に流入されて再燃焼が行われ、
   前記１、２次火炎空間の燃焼ガス（７５）が前記主燃料噴射体（１０）と前記補助燃料噴射体（２０）との間に供給される酸化剤の流速により前記酸化剤再循環誘導部（４０）に流入され、前記燃焼炉（１）内に流動して再燃焼される、
   超低窒素酸化物燃焼装置。
2. 前記補助燃料噴射体（２０）は、前記主燃料噴射体（１０）を中心にして同一円周上に一定の間隔を維持するように複数個が配置される、
   請求項１に記載の超低窒素酸化物燃焼装置。
3. 前記酸化剤再循環誘導部（４０）は、前記補助燃料噴射体（２０）を基準に傾斜配置される内部再循環スリーブ（４１）、前記内部再循環スリーブ（４１）の後端から延長される連結ガイド（４３）、前記連結ガイド（４３）の後端に連結されて流動する燃焼ガスの移動方向を変更させる噴射ノズル（４５）を含む、
   請求項１又は２に記載の超低窒素酸化物燃焼装置。
4. 前記噴射ノズル（４５）は、前記主燃料噴射体（１０）と前記酸化剤再循環誘導部（４０）との間で前記バーナ（５）の中心に向かって上側に傾斜配置される、
   請求項３に記載の超低窒素酸化物燃焼装置。
5. 前記噴射ノズル（４５）と前記主燃料噴射体（１０）の外面との間に敷設される再循環促進突起部（９０）；をさらに含み、
   前記再循環促進突起部は、前記主燃料噴射体（１０）と前記酸化剤再循環誘導部（４０）との間に流動する燃焼ガスの流速を増加させることを特徴とする、
   請求項４に記載の超低窒素酸化物燃焼装置。

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