KR100252142B1 - 순환 유동층 증기 발생기 내의 질소산화물 제어방법 - Google Patents

순환 유동층 증기 발생기 내의 질소산화물 제어방법 Download PDF

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뮬홀란드 죤 에이취
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Abstract

연료, 유체화 공기, 연소 공기의 하부 레벨 및 연소 공기의 상부 레벨로 분사되는 순환 유동층 증기 발생기(12)내에 질소산화물의 최소화를 향상시키기 위한 방법이 개시된다. 연료가 제 1 위치(30)로 분사되고, 유체화 공기는 제 2 위치(24)로 분사되고, 연소 공기의 하부 레벨은 제 3 위치(50b)로 분사되고, 연소 공기의 상부 레벨은 제 4 위치(50a)로 분사된다. 순환 유동층 증기 발생기(12)내에 질소산화물 제어의 최소화를 향상하기 위해, 상부 레벨 연소 공기(50a)와 마찬가지로 하부 레벨 연소 공기(50b)는 수직면과 마찬가지로 수평면에 각각 바이어스되고, 그리하여 순환 유동층 증기 발생기(12)내에 국부 화학양론이 70% 화학양론에서 90% 화학양론의 범위내에서 유지되도록 하부 레벨 연소 공기 흐름(50b) 및 상부 레벨 연소 공기 흐름(50a)를 제어한다.

Description

순환 유동층 증기 발생기내의 질소산화물 제어방법
종래 기술에서는 유동층 유닛에서 수직 연료 및 공기 스테이징(staging)을 사용하는 것이 알려져 있다. 이런 관점에서 예를 들면, 1979년 8월 28일자로 공고된 발명의 명칭이 "탄소 물질 연소방법"인 미국 특허 제4,165,717호를 참고로 할수 있다. 상기 미국 특허 제4,156,717호에 따라, 탄소 물질은 직립형 반응기에서 유동층으로 도입된다. 이 탄소 물질은 유동층의 바닥으로 도입된 일차 유동가스에 의해 유동층내에서 흐르게 된다. 2차 가스는 1차 가스가 도입되는 높이보다 높은 곳에서 그리고 유동층의 바닥보다 높은 곳에서 유동층으로 도입된다. 따라서, 연소는 산소함유 가스가 있는 상태에서 실행되고, 산소함유 가스는 직입 유동층의 다른 높이에서 2가지 부분 흐름으로 공급되는데, 그중 하나의 부분 흐름은 연소촉진 2차 가스로서 사용되며 하나의 플레인(plane) 또는 다수의 중첩된 플레인에 있는 연소실로 공급된다. 그와 같이, 연소에 필요한 산소함유 가스가 다른 높이에서 공급되는 적어도 2개의 부분 흐름으로 나누어지기 때문에, 연소가 2단계로 수행된다. 게다가, 제1 하부영역에서는 연소가 아화학량론적(substoichiometric)이고 제2 상부영역에서 후연소가 일어나기 때문에 "부드러운(soft)" 연소를 초래하고, 이는 지역적 과열을 일으키지 않아서 크러스트(crust) 또는 막힘이 생성되지 않고 질소산화물의 생성을 100ppm 이하의 값으로 제한한다.
앞에서 제안한 바와 같이, 질소산화물의 생성은 연료 및 공기의 혼합을 수직으로 스테이징함으로써 최소로 줄일 수 있다. 이것으로서 연료내의 질소를 산화시키지 않고 질소산화물이 생성되지 않도록 애쓰고 있다. 그러한 스테이징의 결과로서 순환 유동층 증기 발생기내에서 연소의 스테이징이 일어나고 있다. 순환 유동층 증기 발생기내에서 그러한 연소의 스테이징이 일어남에 따라, 일부 연료가 순환 유동층 증기 발생기의 하부 로에서 부분적으로 연소되고 있다. 또한, 나머지 연료와 연소중 발생된 생성가스를 산화시키기 위해서, 순환 유동층 증기 발생기에는 오버파이어 공기(overfire air)가 공급된다. 이 오버파이어 공기는 순환 유동층 증기 발생기에서 연료가 공급되는 위치보다 위에서 공급된다.
따라서, 요약하면 순환 유동층 증기 발생기에서 종래 방법의 스테이징 연소는 일차공기 및/또는 하부 2차 공기를 슈트 아래에서 공급하는 것인데, 이 슈트는 보통 순환 유동층 증기 발생기내로 연료를 공급하기 위한 것이다. 상기 일차공기 및/또는 하부 2차 공기는 환원영역에서 연소의 부분연소를 실행하여 연료내의 질소로부터 N2를 생성하기 위하여 순환 유동층 증기 발생기내로 공급된다. 오버파이어 또는 상부 2차 공기는 연료슈트 위에서 순환 유동층 증기 발생기내로 공급되어서 나머지 연료 및 환원가스를 연소시키며 저탄소 손실, 낮은 이산화탄소 배출량을 달성하고 그리고 완전산화된 SO2를 달성함으로써 솔벤트에 의한 최적 유황 포착을 달성하게 되며, 완전 산화된 SO2를 달성하기 위해 종래 실시에 따라 솔벤트가 순환 유동층 증기 발생기로 도입되고 있다. 상술된 바와 같이, 모든 연료/공기 스테이징(staging)은 수직 방향으로 이루어진다. 이러한 것의 주요한 어려운 점은 순환 유동층 증기 발생기의 수평면을 따라 연료와 공기의 양호한 혼합이 있다는 점을 가정한다는 것이다. 그러나, 연료와 공기는 상기 순환 유동층 증기 발생기의 수평면을 따라 잘 혼합되지 않는다는 것이 발견되었다. 즉, 상기 연료와 공기는 순환 유동층 증기 발생기의 수평면을 따라 잘 혼합되지 않기 때문에, 매우 감소된 영역과 공기가 풍부한 영역이 상기 순환 유동층 증기 발생기의 상승시에 동일한 수평면을 따라 발생하게 된다. 지금까지는, 순환되는 유동층 증기 발생기로부터의 질소산화물 방출이 감소되는 정도까지, 순환 유동층 증기 발생기내에서 유체와 공기의 혼합의 수직적인 스테이징을 통하여 얻을 수 있는 것 이상으로 연장하기 위하여, 당업자에 의하여 통상적으로 뒤따른 것은 상기 순환 유동층 증기 발생기내에 생성에 이어서 질소산화물을 제거하기 위하여 작동가능한 부가적 수단으로 상기 순환하는 유동층 증기 발생기를 제공한다. 상기 종래의 기술은 유동층 유닛으로 부터의 질소 산화물 방출 또는 N2O 방출을 감소시키는 목적으로 사용되는 것이 제안되는 다수의 서로 다른 방법을 포함한다. 예시적이며 한정되지 않는 것에 의하여, 유동층 유닛으로 부터 질소산화물을 감소시키기 위한 하나의 종래 기술은 1989년 11월 14일자로 발행된 "연료 가스에서 질소 산화물을 감소시키기 위한 장치를 가진 연소 플랜트(Combustion Plant Wkth A Device For Nitrogen Oxides In Flue Gases)"라는 제목의 미국 특허 제 4,880,378 호에 기재되어 있다. 상기 미국 특허 제 4,880,378 호의 기술에 따라서, 유동층 유닛은 연료 가스에서 질소산화물을 감소시키기 위한 수단을 구비하고, 상기 연료 가스는 유동층 유닛내에서 연료와 공기의 연소에 이어서 발생된다. 상기 유동층 유닛을 구비한 상기 수단은 암모니아를 포함하는 가스 감소제를 유동층 유닛내로 분사하기 위한 분사장치와, 촉매장치를 포함하고, 여기에서 상기 촉매는 600℃를 초과하는 도관 가스 온도에 영향을 받기 쉽고 도관 가스의 흐름방향에서 분사장치의 하류부에 위치되는 철족의 원소를 포함한다.
예시적이며 한정되지 않는 것에 의하여, 유동층 유닛으로 부터의 질소산화물 방출을 저감하기 위한 다른 종래 기술의 방법은, 1995년 1월 17일 발행된 "연소 배출 가스로 부터 오염물을 제거하기 위한 방법(Process For Removing Pollutants From Combustion Exhaust Gases)"의 명칭인 미국 특허 제 5,382,418 호에 기재되어 있다. 특히, 미국 특허 제 5,382,418 호에는 도관 가스로 부터 질소산화물을 제거하기 위한 방법이 기재되어 있고, 상기 도관 가스는 석탄, 가스 또는 연료가스의 연소에 이어서 발생된다. 미국 특허 제 5,382,418 호에는, NH3를 포함하는 흡수제와 낟알 모양의 질산을 없애는 촉매가 도관 가스로 혼합된다. 그 다음, 도관 가스를 포함하는 상기 흡수제는 도관 가스가 질소산화물을 제거하기 위하여 흡수제와 반응하는 곳인 유동층내로 도입된다. 예시적이며 한정되지 않는 것에 의하여, 유동층 유닛으로 부터의 질소산화물 방출을 저감하기 위한 또 다른 종래 기술의 방법은, 1993년 1월 12일자로 발행된 "낮은 질소산화물 연소 방법과 시스템(Low NOx Combustion Process And System)"의 명칭의 미국 특허 제 5,178,101 호에 기재되어 있다. 상기 미국 특허 제 5,178,101 호의 기술에 따라서, 질소산화물 방출이 감소되는 도중에 질소산화물 방출이 동시에 감소되는 방법과 시스템이 제공된다. 특히, 상기 미국 특허 제 5,178,101 호의 기술에 따라서, 유동층 유닛로 부터의 배출 흐름은 열 반응 영역을 통과하여 흐르는데, 여기에서 연료와 공기는 작은 양의 연소가능성의 산소를 포함하는 변형된 가열 흐름을 제공하기 위하여 연소된다. 그후, 변형된 가열 증기는 전체 감소 조건하에서 차례로 촉매층을 통과하며, 흐름내의 산소량은 연소물의 양보다는 적지만, 질소산화물과 N2O 양보다 화학양론적으로 과량 존재하며, 그리하여 먼저 질소산화물과 N2O 는 NO2로 산화되며 NO2는 과량 연소물에 의하여 감소된다. 실시예를 통하여 제한하지 않고 상기의 다른 실시예로써, 1991년, 9월 17일에 발행된 "NO의 열분해를 위한 공정 및 장치(Process and Apparatus For The Thermal Decomposition Of Nitrous Oxide)"라는 제목의 미국특허 출원 제5,048,432호에 N2O 배출물의 감소에 관하여 개재되어 있다. 미국특허 제5,048,432호의 기술에 따르면, N2O 는 폐기물을 포함하는 N2O 의 온도를 최소 약 1700F까지 증가시키므로써 열분해된다. 상술한 처리방법을 따르는 폐기물의 수용한 N2O 는, 예를 들어 유동층 장치와 같은 보일러내에서 연료 연소의 결과로서 발생된다. 바람직하게는 N2O 의 열분해는 유동층 장치로부터 폐기물을 유출시키는 유동통로내에 가열 수단을 구비하므로써 수행된다. 즉, 유동층 장치의 경우에, 이른바 최대 효율을 위한 상기 가열 수단은 집진 장치(cyclone)로부터 하류, 열교환기로부터는 상류에 위치하는 것이 유리하다.
다른 개시는 실시예를 사용하지만 제한되지는 않는 것에 의해 다음 특허들에 나타나 있다. 미국특허출원 제 US A-5 345 885 호. 특히 칼럼 2, 11행 내지 25행 및 도 1에는 하부를 갖는 로를 포함하는 순환 유동층 증기 발생기를 제공하는 단계와, 로의 제 1 위치에서, 그 안에서 연소할 연료를 로의 하부로 분사하는 단계와, 연료의 유동화를 유효하게 하기 위해 로의 제 2 위치에서 유동화 공기를 분사하는 단계와, 연료의 연소를 유효하게 하기 위해 하부 레벨 2차공기를 로의 제 3의 위치에서 로의 하부로 분사하는 단계와, 연료의 연소를 유효하게 하기 위해 상부 레벨 2차 공기를 로의 제 4의 위치에서 로의 하부로 분사하는 단계로 이루어지는 순환 유동층 증기 발생기내에 질소산화물의 생성을 최소화하기 위한 방법이 개시되었다.
유럽특허출원 EP A-0 553 511호, 특히 4면 26 내지 43행, 청구범위 제 1 항 내지 제 3 항 및 도 1에는 공기 대 연료 공급비가 연료의 로의 하부의 어디에서든지 화학양론이 0.7 내지 0.9 범위로 유지되는 것이 개시되었다.
PCT 특허출원 WO-A-8 804 010 호에는 특히 도 1 및 도 1의 상세한 설명에, 복수의 점에서 로의 하부로 상부 레벨 2차 공기가 분사되고 마찬가지로 복수의 점에서 로의 하부로 하부 레벨 2차 공기가 분사되는 것이 개시되었다.
비록, 이하에서 참조용으로 쓰일 4개의 미국특허에 개재한 바와 같은 방법들이 유동층 장치로부터의 질소 관련 배출물들을 감소시키는데 있어서 그들이 가리키는 목적을 위하여 효과적이라고 설명할지라도, 종래 기술에서는 상기 질소 관련 배출물의 감소에 대한 방법이 더 개선되었다는 증거는 없다. 즉 종래 기술은, 순환 유동층 증기 발생기로부터 질소 관련 배출물을 감소시키는 새롭고 개선된 방법, 그리고 특히 순환 유동층 증기 발생기로부터 질소산화물을 감소시키는 새롭고 개선된 방법의 필요성을 증명하고 있다. 더 특별하게, 종래 기술에서는 질소산화물 내부에 생성된 이후 질소산화물의 제거에 의하여 순환 유동층 증기 발생기로부터 질소 산화물 배출물을 감소시키는 것이 효과적이라기 보다는, 오히려 질소산화물이 순환 유동층 증기 발생기내에 생성되지 않기 때문에 질소산화물을 제거할 필요가 없는 순환 유동층 증기 발생기내에 질소산화물의 생성을 최소화시키므로써 순환 유동층 증기 발생기로부터 질소산화물 배출물을 감소시키는 것이 효과적인 새롭고 개선된 방법의 필요성을 증명하고 있다. 상기 목적을 위하여, 종래 기술에서는 여러 가지 측면으로 특징지워진 순환 유동층 증기 발생기에 생성된 질소산화물의 최소화를 실현하는 새롭고 개선된 방법의 필요성을 증명한다. 상기 특징 중 하나는, 순환 유동층 증기 발생기내에 생성된 질소산화물의 최소화를 고양시키는 상기의 새롭고 개선된 방법은, 상술한 바와 같이 하지 않으면 제거해야 할 필요성이 있는 순환 유동층 증기 발생기내의 질소산화물의 생성을 방지하는 것이 효과적이기 때문에, 질소 산화물을 제거하므로써 순환 유동층 증기 발생기로부터 질소산화물 배출물을 감소 시키는 것이 불필요하게 한다. 상기 특징 중 다른 하나는, 순환 유동층 증기 발생기내에 생성된 질소산화물의 최소화를 고양시키는 상기의 새롭고 개선된 방법은, 새롭고 개선된 방법의 도입이 선택적 비촉매 질소산화물 감소 장치를 사용하므로써 제거될 필요가 있는 순환 유동층 증기 발생기내의 질소산화물의 생성을 방지하는데 효과적이기 때문에, 질소산화물을 감소시키기 위하여 선택적 비촉매 질소산화물의 감소 장치를 갖는 순환 유동층 증기 발생기를 제공하는 것을 불필요하게 한다는 것이다. 제 3 특징은 새롭고 개선된 주요 방법이 상기 선택적인 촉매 질소산화물 저감 설비를 사용하여 제거될 필요가 있는 순환 유동층 증기 발생기 내에서 질소산화물이 생성되는 것을 방지하기에 효과적이기 때문에, 순환 유동층 증기 발생기에서 질소산화물 생성의 극소화를 강화시키는 새롭고 개선된 방법은 질소산화물의 감소의 실행을 목적으로 선택적인 촉매 질소산화물의 감소 설비를 갖는 순환 유동층 증기 발생기를 제공할 필요가 없다. 제 4 특징은 새롭고 개선된 주요 방법이 질소산화물을 제거하기 위해 암모니아를 분사할 필요가 있는 순환 유동층 증기 발생기 내에서 질소산화물이 생성되는 것을 방지하기에 효과적이기 때문에, 순환 유동층 증기 발생기에서 질소산화물 생성의 극소화를 강화시키는 새롭고 개선된 방법은 질소산화물의 저감의 실행을 목적으로 암모니아를 순환 유동층 증기를 발생기 내로 분사할 필요가 없다는 것이다. 제 5 특징은 새롭고 개선된 주요 방법이 질소산화물을 제거하기 위해 요소를 분사할 필요가 있는 순환 유동층 증기 발생기 내에서 질소산화물이 생성되는 것을 방지하기에 효과적이기 때문에, 순환 유동층 증기 발생기에서 질소산화물 생성의 극소화를 강화시키는 새롭고 개선된 방법은 질소산화물의 감소의 실행을 목적으로 요소를 순환 유동층 증기 발생기내로 분사할 필요가 없다는 것이다. 제 6 특징은 새롭고 개선된 주요 방법이 상기 부가수단을 사용하여 제거될 필요가 있는 질소산화물이 순환 유동층 증기 발생기 내에서 생성되는 것을 방지하기에 효과적으로, 주요 새롭고 개선된 방법이 질소산화물의 감소를 실행하는 부가 수단을 갖는 순환 유동층 증기 발생기를 제공할 필요가 없기 때문에, 순환 유동층 증기 발생기에서 질소산화물 생성의 극소화를 강화시키는 새롭고 개선된 방법은 순환 유동층 증기 발생기를 제공하여 작동시키는 것을 더욱 저렴하게 한다는 것이다. 제 7 특징은 새롭고 개선된 주요 방법이 상기 부가수단을 사용하여 제거될 필요가 있는 질소산화물이 순환 유동층 증기 발생기 내에서 생성되는 것을 방지하기에 효과적이므로, 새롭고 개선된 주요 방법이 질소산화물의 감소를 실행하는 부가 수단을 갖는 순환 유동층 증기 발생기를 제공할 필요가 없기 때문에, 순환 유동층 증기 발생기에서 질소산화물 생성의 최소화를 강화시키는 새롭고 개선된 방법은 순환 유동층 증기 발생기를 제공하여 작동시키는 것을 더욱 단순하게 한다는 것이다. 제 8 특징은 순환 유동층 증기 발생기에서 질소산화물 생성의 최소화를 향상시키는 새롭고 개선된 방법이 새로운 순환 유동층 증기 발생기에 적용하기에 적당하다는 것이다. 제 9 특징은 순환 유동층 증기 발생기에서 질소산화물 생성의 극소화를 강화시키는 새롭고 개선된 주요 방법이 기존의 순환 유동층 증기 발생기에 적용하기에 적당하는 것이다.
본 발명은 순환 유동층 증기 발생기에 관한 것으로서, 특히 순환 유동층 증기 발생기에서 질소산화물(NOx)의 생성을 최소로 줄이는 방법에 관한 것이다.
제 1도는 순환 유동층 증기 발생기내에서 질소산화물을 생성하는 화학양론의 효과를 나타내는 그래프.
제 2도는 본 발명에 따라 사용될 수 있는 순환 유동층 증기 발생기안에서 질소산화물 생성의 최소화를 향상시키는 방법이 구비된 순환 유동층 증기 발생기의 부분측면도.
제 3도는 본 발명에 따라 사용될 수 있는 순환 유동층 증기 발생기내에서 질소산화물 생성의 최소화를 향상시키는 방법이 구비된 제 2도의 순환 유동층 증기 발생기의 하측 부분의 확대측면도.
제 4도는 본 발명에 따라 사용될 수 있는 순환 유동층 증기 발생기내에서 질소산화물 생성의 최소화를 향상시키는 방법이 구비된 제 2도의 순환 유동층 증기 발생기의 평면도.
제 5도는 본 발명에 따라 사용될 수 있는 순환 유동층 증기 발생기내에서 질소산화물 생성의 최소화를 향상시키는 방법이 구비된 제 2도의 순환 유동층 증기 발생기 일부분의 확대평면도.
제 6도는 본 발명에 따라 사용될 수 있는 순환 유동층 증기 발생기내에서 질소산화물 생성의 최소화를 향상시키는 방법이 구비된 제 2도의 순환 유동층 증기 발생기의 하측 부분으로, 제 3 도와 유사한 확대측면도로서, 다수의 수직 영역과 수평 영역 안으로 파단되는 순환 유동층 증기 발생기의 하측 부분을 나타낸 도면.
제 7도는 본 발명에 따라 사용될 수 있는 순환 유동층 증기 발생기내에서 질소산화물 생성의 최소화를 향상시키는 방법이 사용될 때 순환 유동층 증기 발생기가 구비된 공기 공급 시스템을 개략적으로 나타낸 도면.
제 8도는 본 발명에 따라 사용될 수 있는 순환 유동층 증기 발생기내에서 질소산화물 생성의 최소화를 향상시키는 방법이 사용될 때 순환 유동층 증기 발생기가 구비된 제 7도의 공기 공급 시스템의 개략적 평면도.
따라서, 본 발명의 목적은 순환 유동층 증기 발생기에서 질소산화물 방출의 감소를 실행하기 위한 새롭고 개선된 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 순환 유동층 증기 발생기에서 질소산화물 방출의 감소를 실행하기 위한 새롭고 개선된 방법을 제공하는 것이며, 이 방법은 순환 유동층 증기 발생기에서 질소산화물 생성의 극소화를 강화시키는 결과로써, 순환 유동층 증기 발생기에서 질소산화물 방출을 감소시킨다.
본 발명의 또 다른 방법은 순환 유동층 증기 발생기에서 질소산화물 방출의 감소를 실행하기 위한 새롭고 개선된 방법을 제공함으로써, 그 방법을 활용하여 선택적인 비촉매 질소산화물 저감 설비를 갖는 순환 유동층 증기 발생기를 제공할 필요성을 제거하는 것이다.
본 발명의 목적은 선택 촉매 질소산화물 저감 장치로 순환 유동층 증기 발생기를 제공하는 필요성을 제거함으로써 순환 유동층 증기 발생기의 질소산화물 생성의 최소화를 위한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 순환 유동층 증기 발생기로부터 질소산화물의 저감을 수행하기 위하여 암모니아 또는 요소를 순환 유동층 증기 발생기 안으로 분사할 필요성을 제거함으로써 순환 유동층 증기 발생기에서의 질소산화물 생성의 최소화를 위한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 암모니아 슬립이 발생되는 곳으로부터 순환 유동층 증기 발생기 안으로 암모니아 또는 요소를 분사할 필요성을 제거하기 때문에 순환유체 증기 발생기로부터 암모니아 슬립이 발생되는 사실에 의해 단점으로 특징지워지지 않는 순환 유동층 증기 발생기에서의 질소산화물의 생성을 최소화하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 애쉬(ash)의 오염원이 발생되는 곳으로 부터 순환 유동층 증기 발생기안으로 암모니아 또는 요소를 분사할 필요성을 제거하기 때문에 암모니아 또는 요소로 애쉬의 오염이 발생되는 사실에 의하여 단점으로 특징지워지지 않는 순환 유동층 증기 발생기에서의 질소산화물 생성을 최소화 하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 순환 유동층 증기 발생기로 부터 동일 정도로 질소산화물의 제거를 수행하기 위하여 순환 유동층 증기 발생기에 추가적인 수단을 제공하는 필요성을 제거하기 때문에 순환 유동층 증기 발생기 작동을 단순화하는 순환 유동층 증기 발생기에서의 질소산화물의 생성을 최소화 하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 순환 유동층 증기 발생기로부터 동일 정도로 질소산화물의 제거를 수행하기 위하여 순환 유동층 증기 발생기에 요구되는 추가적인 수단을 제공할 필요성을 제거하기 때문에 순환 유동층 증기 발생기를 경제적으로 제공하는 순환 유동층 증기 발생기에서의 질소산화물 생성을 최소화하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 순환 유동층 증기 발생기의 적용에 적합하며 순환 유동층 증기 발생기의 적용을 위해 구형 장치에 적용되는 순환 유동층 증기 발생기에서의 질소산화물 생성을 최소화하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 순환 유동층 증기 발생기로부터 질소산화물 발출의 최소화가 순환 유동층 증기 발생기에서의 질소산화물 생성의 최소화의 결과로서 수행되는 순환 유동층 증기 발생기로부터 질소산화물 방출의 저감을 위한 방법을 제공하는 것이다. 이 목적을 위하여 순환 유동층 증기 발생기에서의 질소산화물 생성의 최소화를 위한 방법에 따라서 질소산화물 생성의 최소화는 수직 및 수평으로 순환 유동층 증기 발생기내의 연료 및 공기의 연소의 단계를 통하여 수행된다. 구체적으로 1차 공기 즉 유동화 공기는 바닥 격자를 통하여 순환 유동층 증기 발생기 안으로 공급된다. 1차 공기 즉 유동화 공기의 작용은 순환 유동층 증기 발생기 내의 연료, 흡착제 및 애쉬를 유동화시키는 것이다. 1차 공기 즉 유동화 공기에 부가하여 연소 공기 또한 질소산화물 제어 뿐만 아니라 순환 유동층 증기 발생기내의 연료의 적합한 연소에 필요한 공기를 제공하기 위해 하부 2차 공기와 상부 2차 공기로서 순환 유동층 증기 발생기 안으로 공급된다. 연료는 수직 방향으로 볼 때 하부 2차 공기와 상부 2차 공기가 순환 유동층 증기 발생기내로 공급되는 사이에 위치한 하나 이상의 연료 슈트를 통하여 순환 유동층 증기 발생기로 들어간다. 순환 유동층 증기 발생기 내의 질소산화물 생성을 최소화하기 위하여 순환 유동층 증기 발생기로 도입되는 동안에 하부 2차 공기 흐름과 상부 2차 공기 흐름은 수직 및 수평방향으로 제어된다. 수직 및 수평방향 에서의 하부 2차 공기흐름과 상부 2차 공기흐름의 제어는 순환 유동층 증기 발생기 내에서 국부적 화학양론 즉 암모니아 생성에 공헌하지 않는 저 화학 양론과 직접 질소산화물 생성에 공헌하지 않는 고 화학양론을 유지하기 위하여 질소산화물 생성을 제한하는 것이다. 본 발명에 따라서 하부 2차 공기 흐름과 상부 2차 공기 흐름은 순환 유동층 증기 발생기 내에 국부적으로 화학양론적으로 제어하기 위하여 수평면과 수직면으로 바이어스된다. 또한, 본 발명에 따라서 하부 2차 공기 흐름과 상부 2차 공기 흐름의 바이어스는 이 목적을 위하여 공급라인에 제공된 국부적 댐퍼의 사용을 통하여 수행되며 공급라인을 통하여 하부 2차 공기 흐름과 상부 2차 공기 흐름은 각각 순환 유동층 증기 발생기안으로 공급된다. 요약하면, 순환 유동층 증기 발생기내의 화학 양론이 70% 내지 90% 화학양론의 범위내에서 국부적으로 제어된다면 전체 질소산화물 생성은 순환 유동층 증기 발생기 내에서 최소로 유지된다.
도면을 참조로 하여 특히, 도 1을 참조로 하여, 종래의 순환 유동층 증기발생기내에서 질소산화물 생성을 갖는 그래프로 나타낸 화학량론의 효과를 상술한다. 상기 그래프 10으로 표기된 도 1에서 점선으로 굴곡되게 도시된다. 도 1에서와 같이, 질소산화물 양은 70% 이하의 화학량론에서 증가된다. 이것은 화학량론이 매우 낮은 수준 즉, 아화학량론이 되도록 암모니아가 생산되다는 사실로부터 초래된다. 이렇게 되기 위해서는, 연소가 순환 유동층 증기 발생기내에서 너무 아화학량론적으로 발생하는 즉, 70% 이하의 화학량론으로 감소될 때, 암모니아가 연료 연소동안에 질소로부터 생성된다. 암모니아는 그때 순환 유동층 증기 발생기내로 공급되는 2차 공기 즉, 연소가 시작되기 때문에 순환 유동층 증기의 상부 영역에서 질소산화물로 나중에 용이하게 산화된다. 한편, 순환 유동층 증기 발생기가 90% 이상의 화학량론을 초과하도록 증대되는 상황으로 연소가 되는 조건에서는, 질소산화물은 다시 연료속에서 빠른 질소 산화로 인하여 증대된다. 따라서, 도 1을 다시 참조하면, 커브(10)는 70% 화학량론과 90% 화학량론의 영역안에서 가장 낮게된다. 따라서, 암모니아 산화와 직접적인 질소 산화를 최소화하기 위하여서는 도 1로 부터, 순환 유동층 증기 발생기내의 국부적인 화학량론은 연료를 효과적으로 연소시키기 위해서는 대략적으로 70%의 화학량론과 90%의 화학량론을 가져야 하다. 마지막에서는, 국부적인 화학량론의 윈도우 즉, 대략 70%와 대략 90% 사이의 화학량론과 같은 커브(10)는 순환 유동층 증기 발생기로부터 최소의 질소산화물과 최대의 N2를 동시에 생산하는 것을 볼 수 있다.
도 2에서는, 본 발명에 따라, 이용될 수 있는 순환 유동층 증기 발생기내에서 질소산화물 생성의 최소화를 향상시키는 방법이 구비된, 12로 표기된 순환 유동층 증기 발생기가 도시된다. 본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 순환 유동층 증기 발생기(12)는 다수의 구성요소를 둘러싸도록 된다.
이것 때문에, 도면의 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 순환 유동층 증기 발생기는 일반적으로 참조 번호 14로 지시되는 연료 공급 수단과; 일반적으로 참조 번호 16으로 지시되는 로(furnace)와; 일반적으로 참조 번호 18로 지시되는 집진 장치와; 일반적으로 참조 번호 20으로 지시되는 애쉬 복귀 수단과; 일반적으로 참조 번호 22로 지시되는 공기 공급 수단과; 일반적으로 참조 번호 24로 지시되는 유동화 격자 수단과; 일반적으로 참조 번호 26으로 지시되는 애쉬 제거 수단을 포함한다.
도면의 도 2에 도시된 바와 같은 순환 유동층 증기 발생기의 설명에 이어서, 그것의 연료 공급수단(14)이 순환 유동층 증기 발생기(12)의 로(16)로 연료를 공급하도록 작동한다. 이것 때문에, 상기 연료 공급 수단(14)은 도면에서 참조 번호 28로 지시되며, 주로 고체형의 연료가 그 적절한 공급원으로부터 그 위에 적층되고, 묘사의 투명성을 유지하는 이해관계 차원에서는 도면에 도시하지 않은 연료 공급기를 포함한다. 공지된 형태의 연료 공급기(28)는 도면의 도 4를 참조하여 잘 알 수 있듯이, 동일 참조 번호, 즉 참조 번호 30으로 도면에서 동일성이 쉽게 각각 지시되는 다수의 연료 공급점으로 주로 고체형의 연료를 이송하도록 작동된다. 그런 다음, 상기 연료 공급점(30)으로부터 연료는 순환 유동층 증기 발생기(12)의 로(16) 내부로 공급된다. 상기 연료 공급점(30)은 이하에서 참조될 것이다.
다음에, 순환 유동층 증기 발생기(12)의 로(16)에 대해 살펴보면, 이하에서 더 충분히 서술되는 바와 같이 연료 공급점(30)으로부터 그 내부로 공급되는 연료가 연소되는, 도 2에서 참조 번호 32로 지시되는 로(16)의 하부내에 있다. 로(16)의 하부(32)내의 연료 연소의 결과로서 발생된 가스는, 도 2에서 참조 번호 34로 지시되는 로(16)의 상부를 통해 상승하여, 결국 도 2에서 참조 번호 36으로 지시되는 바와 같이 그곳으로부터 배출되며, 그 결과 가스가 집진 장치(18)로 유입된다. 상기 로(16)내에서 그 상승 유동의 과정에서, 이 가스는 공지된 형태로 수반되는 열의 일부를 빼앗긴다. 이것 때문에, 적어도 로(16)의 상부(34)의 일부가 물이 통과하면서 만드는 워터웨일(waterwail)의 형태로 있으며, 이로 인해 가스가 로(16)로부터 집진 장치(18)로의 배출전에 로(16)의 내부를 관통하는 바와 같이 로(16)의 워터웨일을 통과하는 물과 뜨거운 연소 가스사이에서 열이 전이되고, 그것에 의해 물이 증기로 변화된다.
다음에 상기 집진 장치(18)는 로(16)로부터 지점(36)에서 배출되어 집진 장치(18)로 유입되는 뜨거운 가스를 동반하는 고체의 분리를 이루기 위해 작동되도록 설계된다. 즉, 이 분야의 당업자에게 잘 알려진 방법으로 설정된 크기보다 큰 뜨거운 가스를 동반하는 이 고체는 집진 장치(18)를 통한 뜨거운 가스의 통과중에 뜨거운 가스로부터 종래의 형태로 분리된다. 더욱이, 설정된 크기보다 큰 이 고체가 집진 장치(18)내에서 뜨거운 가스로부터 분리된 후에, 뜨거운 가스는 도 2에서 참조 번호 38로 지시되는 그것의 배출구를 통해 배출되어지고, 고체가 설정된 크기보다 크기 때문에, 집진 장치(18)를 통한 뜨거운 가스의 통과중에 뜨거운 가스로부터 분리되어, 도 2에서 참조 번호 40으로 지시되는 그것의 배출구를 통해 집진 장치(18)로부터 배출된다.
배출구(40)를 통해 집진 장치(18)로부터 배출되는 고체는 로(16)의 하부(32)로 애쉬 복귀 수단에 의해 재순환된다. 그 도시된 실시예에 따르면, 상기 애쉬 복귀 수단(20)은 애쉬 복귀용 밀봉 포트를 포함하는 것처럼 도시된다. 이것 때문에, 애쉬 복귀 수단(20)은 참조 번호 42로 지시되며 집진 장치(18)의 배출구(40)와 유체 유동 관계로 일단이 연결되는 제 1 하향 연장 레그와; 참조 번호 44로 지시되며 그와 유체 유동 관계에서 제 1 하향 연장 레그(42)의 다른 단부가 연결된 밀봉 포트 수단과; 참조 번호 46으로 지시되며 상기 밀봉 포트 수단(44)과 유체 유동 관계에서 일단이 연결되고 로(16)의 하부(32)와 유체 유동 관계에서 다른 단부가 연결되는 2차 하향 연장 레그로 구성된다.
애쉬 복귀 수단(20)의 작동 모드는 집진 장치(18)로 부터 그 출구(40)를 통하여 배출된후 고체가 제 1 하향 연장 레그(42)로 들어가서 그를 통하여 밀봉 포트 수단(44)으로 흐르도록 하다. 밀봉 포트 수단(44)으로부터 상기 고체는 2차 하향 연장 레그(46)에 들어가서 그로 부터 흐른 후에 로(26)의 하부(32)에 들어간다. 공지된 바와 같이, 밀봉 포트 수단(44)은 고체의 흐름을 제 1 하향 연장 레그(42)로 부터 2차 하향 연장 레그(46)까지 제어하고, 이에 의해 또한 집진 장치(18)로 부터 로(16)의 하부(32)까지 재순환하는 고체의 흐름량을 제어한다.
본 발명에 따른 질소산화물 생성의 최소화를 향상시키는 방법이 하기에서 상세히 설명되는 바와 같이 사용될 때 순환 유동층 증기 발생기가 사용될 필요가 있는 공기 공급 수단의 작동 모드와 구성으로 인해, 상기 공기 공급 수단(22)의 간단한 설명이 하기에 기술된다. 따라서, 도 2에 도시된 바에 따르면, 공기 공급 수단(22)의 구성은 공기 공급 수단(22)이 1차 공기와 연소 즉, 2차 공기 양자를 순환 유동층 증기 발생기(12)에 공급하므로써 작동되도록 설계된다.
계속하여, 도시의 명료화를 위해 도면에 도시되어 있지 않을지라도, 공기 공급 수단(22)은 공기의 적합한 공급원 즉 종래 구성의 팬과 관련한 유체 유동에 적합한 것을 이해해야한다. 이러한 적합한 공기 공급원(도시생략)은 1차 공기 공급원과 연소 즉 2차 공기 공급원으로 작용하도록 설계된다. 적합한 공기 공급원(도시생략)은 도 2에서 참조부호 48로 도시된 1차 공기 도관과 관련한 유체 유동에 관련되고, 도 2에서 참조부호 50으로 도시된 연소 즉 2차 공기 도관과 관련한 유체 유동에 관련된 것이다. 1차 공기 도관(48)은 적합한 공기 공급원(도시생략)으로 부터 유동화 격자 수단(24)까지 공기를 공급하기 위해 작동되도록 설계되어 있고, 종래의 방법에서 이러한 공기는 일차 즉 유동화 공기 형태로 로(16)의 하부(32)에 분사된다. 이 때문에, 도 2에 도시된 바와 같이 1차 공기 도관(48)은 제 1 및 2차 수평 연장부(48a, 48b)와, 2차 수평 연장부(48b)와 관련하여 유체 유동으로 제 1 수평 연장부(48a)와 상호 연장하는 하향 연장부(48c) 및 수평 격자 수단(24)과 관련하여 유체 유동으로 2차 수평 연장부(48b)와 상호 연결되는 상향 연장부(48d)를 포함한다.
2차 공기 도관(50)과 관련하여, 2차 공기 도관(50)은 적합한 공기 공급원(도시생략)으로부터 상부 레벨 2차 공기 형태인 제 1 수직 평면과 하부 레벨 2차 공기 형태인 2차 수직 평면에서 로(16)의 하부(32)까지 연소 공기를 공급하도록 작동하게 설계된다. 이 때문에, 도 2에 도시된 바에 따르면 2차 공기 도관(50)은 상부 레벨 2차 공기가 로(16)의 하부(32)에 공급되는 제 1 하향 연장 도관 수단(50a)과, 하부 레벨 2차 공기가 로(16)의 하부부분에 공급되는 2차 하향 연장 도관 수단(50b)을 포함한다.
본 명세서에 기술된 순환 유동층 증기 발생기(12)의 구성 요소중 하나는 하기에서 기술되는 애쉬 제거 수단(26)이다. 애쉬 제거 수단(26)은 순환 유동층 증기 발생기(12)의 로(16)의 하부(32)로부터 애쉬의 제거를 실행하기 위해 작동하도록 설계된다. 이 때문에, 도 2에 가장 잘 도시된 바와 같이, 애쉬 제거 수단(26)은 하향 연장 레그(52)와 스크류 컨베이어 수단(54)을 포함한다. 본 기술분야에 숙련된 자들에게 잘 공지된 바와 같이 애쉬 제거 수단(26)의 작동 모드에 따르면, 애쉬가 순환 유동층 증기 발생기(12)로부터 제거되도록 요구될 때, 이러한 애쉬는 로(16)의 하부(32)로 부터 하향 연장 레그(52)로 들어간다. 하향 연장 레그(52)를 통하여 유동한 후에, 로(16)의 하부(32)로부터 제거될 필요가 있는 애쉬는 스크류 컨베이어 수단(54)에 의해 수용된다. 스크류 컨베이어 수단(54)은 로(16)의 하부(32)로부터 제거되는 스크류 컨베이어 수단(54)에 의해 스크류 컨베이어 수단(54)에 의해 수용된 애쉬의 순환 유동층 증기 발생기(12)로 부터 양호한 방법으로 배출되도록 작동한다.
상술된 설명 및 도면으로부터, 순환 유동층 증기 발생기(12)가 2개의 2차 공기 레벨, 예를 들면, 상부 2차 공기 레벨 및 하부 2차 공기 레벨을 구체화한다는 사실을 쉽게 이해할 수 있다. 또한, 전방벽(32a)을 통해 로(16)의 하부(32)내로 분사되도록 설계된 2차 공기는 상부 2차 공기 레벨의 경우 제 1 하향 연장 덕트(50a)에 의해, 그리고 하부 2차 공기 레벨의 경우 2차 하향 연장 덕트(50b)에 의해 공급된다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이 상부 2차 공기 레벨은 로(16) 하부(32)의 전방벽(32a)을 통해 전방벽(32a)상의 위치 위로 분사되며, 반면 연료는 연료 슈트(30)로부터 로(16)의 하부(32)로 유입된다. 반대로, 도 2에 도시된 바와 같이 하부 2차 공기 레벨은 로(16) 하부(32)의 전방벽(32a)을 통해 상기 전방벽(32a)상의 위치 아래로 분사되며, 반면 연료는 연료 슈트(30)로부터 로(16)의 하부(32)로 유입된다. 도 2 에 도시된 순환 유동층 증기 발생기(12)의 실시예에 따라 전방벽(32a)을 통해 로(16)의 하부(32)안으로 분사된 상부 2차 공기 레벨 및 하부 2차 공기 레벨에 부가하여, 상기 상부 2차 공기 레벨 및 하부 2차 공기 레벨 모두는 또한 로(16) 하부(32)의 후방벽(32b)을 통해 분사된다. 적합하게는 후방벽(32b)을 통해 로(16)의 하부(32) 안으로 분사된 상부 2차 공기 레벨은 전방벽(32a)을 통해 로(16)의 하부(32) 안으로 분사된 상부 2차 공기 레벨과 동일 평면상에 분사된다. 마찬가지로, 후방벽(32b)을 통해 로(16)의 하부(32)안으로 분사된 하부 2차 공기 레벨은 전방벽(32a)을 통해 로(16)의 하부(32) 안으로 분사된 하부 2차 공기 레벨과 동일 평면상에 분사된다. 도시된 바와같이 비록 상기 순환 유동층 증기 발생기(12)는 연료가 전방벽(32a)을 통해 로(16)의 하부(32)안으로만 공급되도록 설계되었다 할지라도, 상기 연료는 또한 본 발명의 본질로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 후방벽(32b)을 통해 로(16)의 하부(32)안으로 공급될 수 있음을 알 수 있다.
도 3 에 있어서는 로(16)의 하부(32)를 확대 설명하고 있으며, 도 2 에 있어서 더욱 상세히 설명되어 있다. 도 3 에서 잘 설명하고 있는 바와같이, 유동화 격자 수단(24)을 통해 로(32)의 하부(32) 안으로 분사되는 제 1 공기; 전방벽(32a) 및 후방벽(32b)양쪽을 통해 로(16)의 하부(32) 안으로 분사된 하부 2차 공기 레벨; 상기 전방벽(32a)을 통해 로(16)의 하부(32) 안으로 공급된 연료; 상기 전방벽(32a) 및 후방벽(32b) 양쪽을 통해 로(16)의 하부(32) 안으로 분사된 상부 2차 공기 레벨은 각각 로(16)의 수직축에 대해 볼 수 있는 바와같이 연속 위치된다. 제 1 공기, 연료 및 2개의 2차 공기 레벨의 배열, 즉, 수직 방향에서의 연속 위치는 산업분야에서 보편적인 것이다. 상기와 같은 제 1 공기, 연료 및 2개의 2차 공기 레벨의 배열에 근거하여, 순환 유동층 증기 발생기(12)로 공급된 전체 공기의 약 50% 내지 60%는 유동화 격자 수단(24)을 통해 로(16)의 하부(32)로 유입되도록 제조된다. 비록 전체 공기량의 나머지 40% 내지 50%중 일부 최소량이 다른 수단을 통해 유동층 증기 발생기(12)로 유입될지라도, 필연적으로, 순환 유동층 증기 발생기(12)로 공급된 전체 공기량의 나머지 40% 내지 50% 모두는 상부 2차 공기 레벨 및 하부 2차 공기 레벨과 같은 로(16)의 하부(32)로 유입되도록 제조된다.
다음은 도 4 및 도 5에 대하여 설명한다. 도 4 는 다른 성분들 뿐만아니라 도 2 에서 설명한 순환 유동층 증기 발생기(12)의 평면도에서 언급한 바와 같고, 반면 도 5는 도 4와 유사한 평면도로서 도 4 보다 더욱 상세히 설명한 확대도를 나타낸다. 특히 도 5에 있어서, 연료 공급 점(30)은 로(16)의 하부(32)로 유입되며, 참고를 위해 검은 타원(56)으로 도시하였다. 또한, 참고를 위해 하부 2차 공기 레벨의 분사점은 도 5에 도시된 각각의 크로스(58)를 갖는 가장 내부측 열에 의해 표시되며, 반면 참고를 위해 상부 2차 공기 레벨의 분사점은 도 5에 도시된 각각의 크로스(60)를 갖는 가장 외부측 열에 의해 표시된다. 마지막으로, 제 1 공기가 유동화 격자 수단(24)로부터 로(16)의 하부(32)로 유입되도록 제조된 영역은 참고를 위해 도 5에 도시된 2개의 이격된 대시 라인(62)으로 표시하였다.
하부 레벨 2차 공기와 상부 레벨 2차 공기의 분사점 위치가 각각 58과 60의 도면 부호로 참조되는 도 5의 단면도에 도시되어 있지만, 분사점의 실제 위치는 도 5에 도시된 약간의 차이가 있을 수 있다. 그러나, 상기와 같은 실제 위치와 도 5에 도시된 도면과의 차이는 본 발명의 도면에서 도시된 순환 유동층 증기 발생기(12)와 같은 순환 유동층 증기 발생기에로의 응용성이라는 관점에서든 아니면 본 발명의 방법을 이해한다는 능력에 관한 측면에서든 중요하지 않다.
상술한 바와 같이, 순환 유동층 증기 발생기는 일반적으로 양호한 측방향 연료/공기 혼합 특성을 보이지 않는다. 이 점을 이해하기 위해서 도면의 도 5를 참조하기로 한다. 이 목적으로 측방향 연료 혼합 한계를 도식적으로 도시하였으며, 이해를 돕기 위해 도 5에서 점선원으로 표시하였고, 각각의 내부에 표시된 것은 동일한 참조 부호(64)로 참조된다. 따라서, 도면의 도 5를 참조하면 점선원(64)내의 영역은 연료 리치인 상태임을 직접 이해할 수 있다. 이 때문에 로(16)의 하부(32)에서 연료와 공기의 측방향 혼합은 단지 연료 도입점, 다시 말하면 연료 공급점(30)의 분사점(58)에서 약 6 피트까지만 발생하는 것이 실험에서 증명되었다. 이 결과, 각각의 연료 공급로 분사점(56)에서 로(16)의 하부(32)로 들어가는 연료는 로(16) 내의 수직 방향에 대해 구름 모양을 생성하기 쉽다. 또한 테스트 결과에 따르면 상기 구름 모양은 연료가 리치인 상태이며 높은 일산화탄소 농도를 가진다는 것을 알아냈다. 또한 연료 공급점(30) 레벨에서, 도 1의 곡선(10)에서 예측할수 있듯이 국부적인 이론 공연비는 매우 이론적이며, 연료 내의 질소는 대부분 암모니아를 생성하며 이들은 나중에 로(16) 내에서 연소되어 추가적인 질소산화물을 생성하게 된다. 또한, 도면의 도 5을 참조하면 로(16)의 하부(32) 내에 다시 말하면 점선원(64)의 외측 영역, 따라서 상술한 구름 모양 연료의 외측에 상대적으로 큰 영역이 존재함을 알 수 있다. 상기 영역은 다시 말하면 점선원(64)의 외측에 존재하는 영역은 연료의 대부분이 측방향으로 이동하지 않았기 때문에 극단적으로 공기가 리치한 상태이다. 따라서, 상기 영역, 다시 말해서 점선원(64)의 외측 영역은 연료 내의 어떠한 질소라도 즉각적으로 질소산화물로 변환된다.
이제 도 6을 참조하면, 도 6은 도면의 도 3이 실질적으로 동일하지만, 로(16)의 하부(32)가 네개의, 다시 말해서 참조 부호(66)로 표시되는 영역(1)과; 참조 부호(68)로 표시되는 영역(2)과; 참조 부호(70)으로 표시되는 영역(3)과; 참조 부호(72)로 표시되는 영역(4)과 같이 4개의 영역으로 나누어지는 점에서 차이가 있다. 로(16)의 하부(32)는 도 6에서 상술한 바와 같이 네 개의 영역으로 분리되어 있으며, 어떻게 질소산화물이 본 발명의 도면에 도시된 순환유동층 증기 발생기(12)와 같은 순환 유동층 증기 발생기내에 생성되는지를 설명할 수 있다. 질소 산화물이 순환유동층 증기 발생기에서 어떻게 생성되는지를 설명하기 위해서, 예를 들어 순환 유동층 증기 발생기(12)와 같은 순환 유동층 증기 발생기의 수직 및 수평 스테이지의 애스팩트를 결합할 필요가 있다. 이를 위해서, 후술하는 바와 같이 순환 유동층 증기 발생기(12)의 구조를 채용한 순환 유동층 증기 발생기를 단지 예시일 뿐이며 제한을 하는 것이 아닌 순환유동층 증기 발생기 내에서 질소산화물 생성이 일어나는지를 예시로써 설명한다. 본 예시는 다음과 같은 가정에 근거한다 : 로(16)의 하부(32)로 도입되는 전체 공기의 50%는 유동화, 다시 말하면 1차 공기로서 유동화 격자 수단(32)을 통해 도입된다 : 로(16)의 하부(32)로 도입되는 전체 공기의 25%는 상위 레벨의 2차 공기로서 도입되며 : 한편 로(16)의 하부(32)로 도입되는 전체 공기의 나머지 25%는 상부 레벨 2차 공기로서 도입되며; 로(16) 내에서 연소되는 연료의 100%는 연료 공급로 도입점(56)에 가장 가까운 로(16)의 평면의 절반에서 연소되며; 로(16) 내의 전체적인 이론 공연비는 1.2, 다시 말하면 20%의 과잉 공기가 로(16)로 공급된다.
따라서, 상술한 추정에 근거하면, 영역(1)은 다시 말해서 참조 부호(66)로 참조되는 로(16)의 하부(32) 내의 영역은 1차 공기의 절반과 하부 레벨 2차 공기의 절반과 전체 연료의 연소를 포함한다. 이와 같으므로, 영역(1), 다시 말하면 영역(66)의 국부적 이론 공연비는 45%이다. 영역(3), 다시 말하면 참조 부호(70)로 참조되는 로(16)의 하부(32) 내의 영역은 상부 레벨 2차 공기의 절반 뿐만 아니라 영역(1), 다시 말해서 영역(66) 내로 상향으로 흘러드는 가스와 연료를 포함한다. 이와 같으므로, 영역(3), 다시 말해서 영역(70)의 국부 이론 공연비는 60%이다. 마지막으로, 영역(2), 다시 말해서 참조 부호(68)로 참조되는 로(16)의 하부(32)내의 영역과, 영역(4), 다시 말해서 참조 부호(72)로 참조되는 로(16)의 하부(32)내의 영역은 본질적으로 공기만 존재한다.
더 나아가, 영역(1) 즉, 면적(66)으로 부터의 가스는 상부 레벨 2차 공기로 인해 영역(3) 즉, 면적(70)에서 산화되지만 매우 감소 즉, 화학양론적이 된다는 전술의 예로 부터 명백하다. 로(16)의 하부(32)의 상부레벨에서, 영역(3) 즉, 면적(70)으로 부터의 감소 가스와 영역(4)으로 부터의 산화가스와의 혼합은 완전연소를 제공하지만, 영역(3) 즉, 면적(70)에 생성된 질소산화물 암모니아로 산화된다. 그래서, 요약하면, 순환유동층 증기 발생기에 사용되는 여기에서 설정한 예에 따른 공기 및 연료 연소의 배합은 순환유동층 증기 발생기로 부터 얻어질 수 있는 최하의 가능한 질소산화물을 발생시키지 않는다. 이는 암모니아를 생성하도록 반응하는 이 영역의 연료에서 초래되는 영역(1) 즉, 면적(66)내의 대량 저감 즉, 매우 화학양론적인 조건의 존재에 기인된다. 도 1 의 곡선(10)에 의해 도시된 바와같이, 암모니아를 생성하는 영역의 작동은 최소한의 질소산화물의 관점으로부터 최적이지 못하다.
전술한 바와 대비하여, 질소산화물의 최소화의 향상을 위해 본 발명의 방법에 따른 접근은 수직으로 즉, 로(16)의 높이를 따라 스테이지 연소 뿐만아니라, 병렬로 로(16)내에서 이루어진다. 수직 스테이지만이 사용될때, 그렇게 질소산화물을 행함으로서 얻어질 수 있는 레벨이하로 감소되는 시험이 도시되어 있다. 측면 및 수직 스테이징의 연료/공기 연소는 로(16)의 하부(32)내의 화학양론적으로 국부적으로 제어하도록 상부 레벨 2차 공기 및 하부 레벨 2차 공기의 분사의 전략적 포인트로 공기류를 국부적으로 제어함으로서 본 발명의 방법에 따라 성취된다. 이를 위해, 도 7 및 도 8의 설명으로 설명되고, 본 발명의 최상의 방법에 따라서, 상부 레벨 2차 공기 및 하부레벨 2차 공기는 각각, 로(16)의 하부(32)로 공기류의 효과적인 분배를 위해 로(16)의 하부(32) 즉, 로(16)의 주변으로 각 분사점의 흐름을 개별적으로 댐퍼한다. 이 방법에서, 즉, 순환유동층 증기 발생기 질소산화물 형태의 로(16)의 모든영역의 국부적 화학양론을 제어함으로서 최소화된다. 그래서, 본 발명에 따른 순환유동층 증기 발생기의 질소산화물 형태의 최소화를 향상시키는 방법을 사용함으로서, 순환유동층 증기 발생기(12)와 같은 순환유동층 증기 발생기로부터 성취될 수 있는 것과 비교가능하게 사용될 수 있으며, 수직 스테이징만이 발생기가 비촉매작용의 질소산화물 저감 장치로 설치될때만 사용될 수 있다. 즉, 본 발명의 방법이 사용된 순환유동층 증기 발생기로부터 얻어질 수 있는 질소산화물 방출 레벨을 얻기위해, 암모니아는 수직 스테이징만이 사용되는 순환유동층 증기 발생기로 부터 하부 질소산화물 분사로 사용된다.
다시 말해서, 순환유동층 증기 발생기내의 질소산화물 형태의 최소화를 얻기 위해 영역(1) 즉, 면적(66)의 화학양론과 영역(3) 즉, 면적(70)의 화학양론은 70퍼센트 내지 90퍼센트 화학양론적 범위내에서 도 1 의 곡선(10)에 도시된 바와같이 유지된다. 따라서, 영역(1)즉, 면적(66) 및 영역(3) 즉, 면적(70)의 국부적 화학양론이 70 내지 90 퍼센트 범위내에 있게 국부적 화학양론을 상승시키도록 로의 하부(32)의 전방벽(32a)에 필요한 바와 같이 상부 및 하부 레벨 2차 공기가 편향된다. 이를 위해, 영역(1) 즉, 면적(66) 및 영역(3) 즉, 면적(70)의 국부적 화학양론을 상승시킴으로서, 암모니아의 생성은 최소화되고, 질소산화물에 산화생성된 암모니아의 양은 동시에 최소화된다. 본 발명을 이용하게 되면 순환유동층 증기 발생기 내에서의 질소산화물 생성 최소화가 증진될 뿐 아니라 다른 이점도 얻어진다. 즉 본 발명을 이용하므로써 탄소 손실, 휘발성 유기 성분(VOC), 일산화탄소 역시 높은 공연비로 인하여 최소화되며, SOx 에 대한 연료 황의 보다 신속한 산화로 인하여 SOx 포착이 향상된다.
수환유동층에서의 질소산화물 생성의 최소화를 증진시키기 위해 본 발명의 방법이 어떻게 작동되는지를 예시적으로 설명하기 위한 실례가 이하에 제공된다. 이 예시를 위하여 다음과 같은 가정을 하였다: 즉, 로(16)의 하부(32)로 들어가는 공기의 전체양의 50%가 유동화 격자 수단(24)을 통해 유동화 공기, 즉 1차 공기로서 진입하고: 로(16)의 하부로 들어가는 공기의 전체양의 40% 하부 레벨 2차공기로서 전방 벽(32)을 통해 완전히 진입하고, 로(16)의 하부(32)로 들어가는 공기의 전체양의 잔여 10%는 상부 레벨 2차공기로서 진입하며: 로(16)내에서 연소된 연료의 100%가 연료송급 슈트 입구(56)에 가장 근접한 로(16)의 편평영역의 절반에서 연소되고: 로(16)내의 전체 화학양론이 1.2, 즉 로(16)에 20%의 초과 공기가 존재한다고 가정하였다.
따라서, 앞서의 가정 영역(1), 즉 도면부호 66으로 지칭되는 로(16)의 하부(32)에 있는 영역은 유동화 공기, 즉 1차공기의 절반과, 하부 레벨 2차 공기 전부와, 연료 연소 전부를 갖는다. 이러하므로, 영역(1) 즉 부위(66)에서의 국부적 화학양론은 70% 이다. 도면부호 70으로 지칭되는 영역(3), 즉 로(16)의 하부(32)에 있는 영역(3)은 영역(1), 부위(66)로부터 위쪽으로 유동하는 가스와 연료 및 상부 레벨의 2차공기의 절반을 구비한다. 이러하므로, 영역(3), 즉 부위(70)내의 국부적 화학양론은 75%이다. 최종적으로, 도면부호 68로 지칭되는 영역(2), 즉 로(16)의 하부(32)의 영역과, 영역(4), 즉 도면부호 72로 지칭되는 로(16)의 하부(32)영역은 공기 뿐이다.
따라서, 이상의 내용으로부터, 그렇지 않을 경우 후방벽(32b)을 통해 로(16)의하부(32)에 진입하게될 하부 레벨의 2차공기가 하부레벨의 2차공기로서 전방벽(32)을 통하여 이송되면, 영역(1 내지 3)내의 국부적 화학양론은 암모니아의 생성이 최소화되고 질소산화물에 대한 암모니아의 산화 또한 최소화되도록 바람직한 70% 내지 90%의 화학양론 범위로 될 것이다. 실제 사용에서 본 발명의 방법은 순환유동층 증기 발생기에서의 질소산화물 생성을 최소화하기 위해 사용될 수 있는 수직 및 수평의 공기 바이어싱을 조합하여 구비할 수도 있다. 더구나, 본 발명의 방법에 따르면, 이러한 수직 및 수평의 공기 바이어싱 조합은 특정 순환유동층 증기 발생기에서 연소되는 연료의 반응에 기초하여 그리고 질소산화물 방출 레벨을 최소화하기 위해 본 발명을 사용하는 것이 바람직한 특정 순환유동층 증기 발생기에 대한 특정의 기하학적 요인에 기초하여 케이스별로 최적화되도록 설계된다.
이렇게 반복하기 위해, 순환유동층 증기 발생기에서의 질소산화물 발생의 최소화는 내부에 공기와 연료의 연소를 수직하고 수평하게 스테이지 처리하므로써 증진될수 있다. 이를 위해 유동화 즉 1차 공기는 유동화 격자 수단(24)을 통해 로(16)의 하부(32)로 이송되어 로(16)내의 연료와, 흡수제와 애쉬를 유동화하는 공기를 제공한다.
공기를 공급하기 위해 하부 레벨 2차 공기와 상부 레벨 2차 공기가 적절한 연소와 질소산화물 생성 제어를 위해 요구될 때 연소 즉, 2차 공기는 로(16)에 공급된다. 연료는 하부 레벨 2차 공기의 분사점과 상부 레벨 2차 공기의 분사점 사이에 위치된 연료 공급점(30)을 통하여 로(16)에 들어간다. 연료 공급점(30) 및 상부 레벨 2차 공기의 분사점과 하부 레벨 2차 공기의 분사점은 로(16)의 벽 예를 들면, 전방 벽(32a), 후방 벽(32b) 등의 특정의 하나 이상에 수평면을 따라 본 발명의 존재로부터 이탈됨이 없이 위치될 수 있다.
본 발명의 방법에 따라, 즉석 적용의 도면에서 도시된 순환유동층 증기 발생기(12)와 같이 순환유동층 증기 발생기에서 질소산화물 생성을 줄이기 위해, 상부 레벨 2차 공기 유동과 하부 레벨 2차 공기 유동은 수직방향과 수평방향으로 각각 제어된다. 그렇게 하는 목적은 도 1의 커브(10)에 따라 암모니아 생성 예를 들면, 저화학량론에 도움되지 않거나 또는 질소산화물 생성 예를 들면, 고화학량론을 지시하기 위해 직접적으로 도움되지 않는 70% 화학량론과 90% 화학량론 사이의 국부적 화학량론을 유지하기 위한 것이다. 본 발명의 최적 실시예에 따라서와 도면의 도 7과 8을 참고로, 이것은 로컬 댐퍼(local damper)를 사용하는 상부 레벨 2차 공기 유동과 하부 레벨 2차 공기 유동을 바이어스함으로써 얻어지고, 후자는 도 7, 8의 참조 번호(74, 76)을 각각 지시한다. 도 8을 참고로 가장 잘 이해된 바와 같이, 상기 목적을 위해 예를 들면, 복수의 로컬 댐퍼는 상부 레벨 2차 공기의 분사점 각각에 연결된 하나의 로컬 댐퍼(74)와 하부 레벨 2차 공기의 분사점 각각에 연결된 하나의 로컬 댐퍼(76)에 바람직하게 사용된다. 상기 로컬 댐퍼(74, 76)는 그 개별 위치의 결과에 따라 2차 공기 유동의 바이어스에 의해 작동되도록 설계되고, 70% 화학량론 내지 90% 화학량론 범위내로 로(16)내에 국부적으로 제어될 수 있으며, 순환유동층 증기 발생기(12)의 질소산화물 생성이 최소화될 수 있다.
반복적으로, 본 발명에 따라, 순환유동층 증기 발생기의 질소산화물 생성을 최소화하기 위한 방법의 사용으로부터 얻어질 수 있는 몇몇의 이점은 이하와 같다. 수평면과 수직면의 스테이징은 수직면만에 스테이징을 통하여 얻어지는 것보다 낮은 질소산화물 생성을 산출한다. 결과적으로, 수직면만에 스테이징이 사용될 때 요구되는 불필요한 선택적인 비촉매 질소산화물 저감 장치의 사용이 불필요하다. 선택적인 비촉매 질소산화물 저감 장치의 제거와 더불어, 주요 비용의 부수된 가소가 실현되고 암모니아 또는 다른 요소 제공과 관련된 작동 비용은 선택적인 비촉매 질소산화물 저감 장치의 이용에 요구된다. 부가로, 암모니아 또는 요소 중 하나를 사용하기 위한 필요의 제거와 더불어 순환유동층 증기 발생기로부터 암모니아를 위한 포텐셜 및 불투명하게 되는 염화물 또는 SO3과 반응되는 암모니아 슬립의 부수된 제거와, 해로운 화학물 예를 들면, 암모니아 또는 요소를 이동시키거나 저장할 필요의 부수된 제거가 있다. 간단하게, 본 발명의 방법을 사용함으로써 부가된 순환유동층 증기 발생기 관련 장치가 요구되지 않고 부가 비용이 들지 않는다.
따라서, 본 발명의 따르면, 순환유동층 증기 발생기로부터 질소산화물 방출 저감을 달성하기 위한 신규의 개선된 방법을 제공한다. 더욱이, 본 발명에 따르면, 순환유동층 증기 발생기로부터의 질소산화물 방출의 저감은 순환유동층 증기 발생기에서의 질소산화물 생성을 보다 최소화함으로써 달성되는 이와 같은 순환유동층 증기 발생기로부터 질소산화물의 저감을 달성하기 위한 신규의 개선된 방법이 제공된다. 또한, 본 발명에 따르면, 순환유동층 증기 발생기내에서의 질소산화물생성을 보다 최소화하기 위한 신규의 개선된 방법이 제공되어 있으므로, 그 이용은 선택 비촉매작용 질소산화물 감소장치를 갖춘 순환유동층 증기 발생기를 제공할 필요성을 제거한다. 또한, 본 발명에 따르면, 순환유동층 증기 발생기내에서의 질소산화물 생성을 최소화하기 위한 신규의 개선된 방법이 제공되므로 그 이용은 순환유동층 증기 발생기로부터 질소산화물의 감소를 달성하기 위해 순환유동층 증기 발생기내로의 암모니아 또는 요소를 분사해야 할 필요성을 제거한다. 추가로, 본 발명에 따르면, 불리하지 않게 순환유동층 증기발생기에서의 질소산화물 생성을 보다 최소화하기 위한 신규의 개선된 방법에 있어서, 그 사용은 암모니아 슬립이 발생하는 암모니아 또는 요소를 순환유동층 증기발생기로 분사할 필요성이 제거되므로 그 사용은 순환유동층 증기 발생기로부터 암모니아 슬립을 일으킬 수 있는 것에 특징이 있다. 또한, 본 발명에 따라 불리하지 않은 순환유동층 증기 발생기내에서의 질소산화물 생성을 보다 최소화할 수 있는 신규의 개선된 방법에 있어서, 그 사용은 애쉬의 오염원이 발생하는 암모니아 또는 요소를 순환유동층 증기 발생기에 분사할 필요성이 제거되므로 암모니아 또는 요소와 함께 애쉬의 오염을 일으키는 것에 특징이 있다. 추가로, 본 발명에 따르면, 같은 정도로 순환유동층 증기 발생기로부터 질소산화물의 제거를 달성하기 위해 필요로 될 수도 있는 어떤 추가의 수단을 갖춘 순환유동층 증기 발생기를 제공할 필요성이 제거되므로 순환유동층 증기 발생기를 보다 단순하게 제공하고 동작시킬 수 있게 하는 순환유동층 증기 발생기 내에서의 질소산화물 생성을 보다 최소화할 수 있는 신규의 개선된 방법을 제공한다. 두번째로, 본 발명에 따르면, 같은 정도로 순환유동층 증기 발생기로부터 질소산화물 제거를 달성하기 위해 필요로 되는 어떤 추가의 수단을 갖춘 순환유동층 증기발생기를 제공할 필요성을 제거하므로 순환유동층 증기 발생기를 보다 저렴하게 제공하고 작동할 수 있게 하는 순환유동층 증기 발생기내에서의 질소산화물 생성을 보다 최소화하는 신규의 개선된 방법을 제공한다. 끝으로, 본 발명에 따르면, 신규의 순환유동층 증기 발생기에 응용하는 데 적합하고 기존의 순환유동층 증기 발생기에 응용하여 개장하는 데 적합한 순환유동층 증기 발생기에서의 질소산화물 생성을 보다 최소화할 수 있는 신규의 개선된 방법을 제공한다.
이상, 본 발명의 일실시예를 나타내었으나, 몇몇 위에서 언급한 변형예 및 다른 변형예가 당업자에 의해 용이하게 만들어질 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 본 출원인은 다음의 특허청구범위에 의해 본 발명의 사상 및 범위내에서 상기한 변형예뿐만 아니라 다른 병형예가 포함될 수 있도록 한다.

Claims (8)

  1. 로 하부(32)를 갖는 순환유동층 증기 발생기(12)를 제공하는 단계와, 복수의 연료 공급점(30)에서 로 하부(32)로 연료를 분사하는 단계와, 연료의 유동화를 유효하게 하기 위해 유동화 공기를 유동화 공기 분사점에서 로의 하부(32)로 분사하는 단계와, 복수의 연료 공급점(30)에 인접하여 배치된 복수의 2차 공기 분사점(58, 60)에서 하부(32)로 2차 공기(22)를 분사하는 단계를 포함하는 순환유동층 증기 발생기(12)내의 질소산화물 제어방법에 있어서,
    a. 복수의 개별적으로 수평 연장되는 국부 영역은 순환유동층 증기 발생기(12)의 로 하부(32)내에서 각각의 국부영역이 복수의 연료 공급점(30)중의 하나와 2차 공기 분사점(58, 60)중 대응하는 것에 의해 규정되도록 만들어지고,
    b. 2차 공기(22)는 수평면 및 수직면 모두에 바이어스되어 개별적으로 수평 연장되는 복수의 국부 영역의 각각이 70% 화학양론 내지 90% 화학양론의 범위내에서 화학양론이 유지되도록 하는 것을 특징으로 하는 순환유동층 증기 발생기내의 질소산화물 제어방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 2차 공기 분사점(58, 60)은 복수의 연료 공급점(30) 아래에 배치되는 것을 특징으로 하는 순환유동층 증기 발생기내의 질소산화물 제어방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 2차 공기 분사점(58, 60)은 복수의 연료 공급점(30) 위에 배치되는 것을 특징으로 하는 순환유동층 증기 발생기내의 질소산화 제어방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 2차 공기 분사점(58, 60)의 일부는 복수의 연료 공급점(30)의 아래에 배치되고, 나머지 복수의 2차 공기 분사점(58, 60)은 복수의 연료 공급점(30)의 위에 배치되는 것을 특징으로 하는 순환유동층 증기 발생기내의 질소산화물 제어방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 2차 공기(22)의 바이어싱은 댐퍼(74, 76)에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 순환유동층 증기 발생기내의 질소산화물 제어방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 복수의 2차 공기 분사점(58, 60)에서 로 하부(32)로의 2차 공기(22)의 바이어싱은 복수의 연료 공급점(30)의 아래에 배치된 복수의 2차 공기 분사점(58, 60)의 각각의 상류에 배치된 복수의 댐퍼(74, 76)중 하나를 구비한 복수의 댐퍼(74, 76)를 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 순환유동층 증기 발생기내의 질소산화물 제어방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 복수의 연료 공급점(30)위에 배치된 복수의 2차 공기 분사점(58, 60)의 로 하부(32)로의 2차 공기(22)의 바이어싱은 복수의 연료 공급점(30)의 위에 배치된 복수의 2차 공기 분사점(58, 60)의 각각의 상류에 배치된 복수의 댐퍼(74, 76)중 하나를 구비한 복수의 댐퍼(74, 76)를 사용하여 수행되는 특징으로 하는 것을 순환유동층 증기 발생기내의 질소산화물 제어방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 유동화 공기 분사점에서 로 하부(32)는 격자를 포함하고, 유동화 공기는 상기 격자를 통해 로 하부(32)로 분사되는 것을 특징으로 하는 순환유동층 증기 발생기내의 질소산화물 제어방법.
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