KR100330675B1 - 미분탄버너 - Google Patents

미분탄버너 Download PDF

Info

Publication number
KR100330675B1
KR100330675B1 KR1019970020301A KR19970020301A KR100330675B1 KR 100330675 B1 KR100330675 B1 KR 100330675B1 KR 1019970020301 A KR1019970020301 A KR 1019970020301A KR 19970020301 A KR19970020301 A KR 19970020301A KR 100330675 B1 KR100330675 B1 KR 100330675B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel nozzle
pulverized coal
central axis
flow path
air
Prior art date
Application number
KR1019970020301A
Other languages
English (en)
Other versions
KR970075644A (ko
Inventor
히로노부 고바야시
히로후미 오까자끼
마사유기 다니구찌
겐지 기야마
Original Assignee
밥콕-히다찌 가부시끼가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 밥콕-히다찌 가부시끼가이샤 filed Critical 밥콕-히다찌 가부시끼가이샤
Publication of KR970075644A publication Critical patent/KR970075644A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100330675B1 publication Critical patent/KR100330675B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D1/00—Burners for combustion of pulverulent fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2201/00—Burners adapted for particulate solid or pulverulent fuels
    • F23D2201/20—Fuel flow guiding devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2209/00—Safety arrangements
    • F23D2209/20—Flame lift-off / stability

Abstract

본 발명에 따른 미분탄 버너는 미분탄과 1차 공기의 혼합기(62)의 유동을 연료 노즐(2)의 중심 축을 향해 수축시키는 벤츄리(4)와, 중심 축과 동축을 이루게 설치되어 상류 쪽으로부터 하류 쪽으로 향해 가면서 점점 확대되고 상기 혼합기가 충돌되게 하여 확산되게 하는 원추체(10), 상기 원추체(10)로부터 연장되어 상기 연료노즐(2)의 중심 축에 평행하게 배치된 원기둥(11) 및 상기 원기둥(11)으로부터 연장되어 상류 쪽에서 하류 쪽으로 향해 가면서 점점 좁아지는 원추체(12)를 갖는 방추체(9)와, 상기 방추체(9)의 하류에서 상기 연료 노즐(2)의 중심 축(3)과 동축을 이루게 배치되어 점점 좁아지는 중공 원추체(15) 및 상기 중공 원추체(15)로부터 연장되고 상기 연료 노즐(2)의 중심 축(3)에 평행하고 동축을 이루게 배치된 원통(17)을 가지며 유로를 동축을 이루게 분할하는 분배기(14)를 포함한다.

Description

미분탄 버너
본 발명은 미분탄(pulverized coal)을 기류 이송시켜 연소시키는 미분탄 버너(pulverized coal burner)에 관한 것이며, 특히, 저 부하 작동 시의 화염의 안정성을 높이고 질소 산화물(NOx)의 발생을 억제하기 위한 미분탄 버너에 관한 것이다.
미분탄 연소에는 질소 산화물의 발생량을 소량으로 억제하는 것이 요구된다. 미분탄 연소 중에 발생하는 질소 산화물의 대부분은 석탄에 함유된 질소의 산화에 의해 발생되는 질소 산화물이다. 연소 시에 발생하는 질소 산화물의 양을 줄이기 위한 미분탄 버너들의 구조는 다양하게 제안되어 있다.
연소 시에 발생하는 질소 산화물을 줄이기 위한 미분탄 버너로는 환원 영역과 산화 영역이 형성된 화염 내 이단 연소 버너(flame-inside-two-stage-burning burner)가 있다. 석탄 속의 질소는 연소 개시 시의 미분탄의 열분해(thermaldecomposition)시에 시안화수소(HCN)와 암모니아(NH3)로 분해되어 기체 상태로 방출된다. 그러한 질소 화합물은 산화되어 질소 산화물로 되는 한편, 산소 농도가 낮은 영역에서 질소 산화물을 환원시키는 효과를 갖는다. 화염 내 이단 연소는 화염내에서 암모니아(NH3)나 시안화수소(HCN) 등과 같은 질소 산화물 선구 물질(NOx precursors)로 질소 산화물을 환원시키는 반응을 효과적으로 실현한다. 그러한 화염 내 이단 연소에서는, 화염 내의 미분탄 버너의 근처에서는 공기 부족에 의한 연료 과잉 연소를 행함으로써 환원 영역을 확대하고, 화염의 하류 쪽에서는 산소 농도가 높은 상태에서의 연소를 행함으로써 산화 영역을 형성한다.
그러한 화염 내 이단 연소의 효과를 높이기 위해서는, 연료 노즐로부터 공급되는 미분탄의 화염을 안정적으로 형성하는 것이 필수적이며, 따라서, 미분탄과 이송 공기의 공급 조건을 변화시키기 위한 노력이 있어 왔다. 예를 들어, 일본국 특허 공개 소화63-21406호와 일본국 특허 공개 평성3-41571호와 일본국 특허 공개 평성3-110308호 및 일본국 특허 공개 평성4-24404호의 공보들에는 입자 농도를 조절하기 위한 부재들이 내부에 배치되어 있는 미분탄 버너들이 기재되어 있다.
그러나, 미분탄 연소 보일러에 적용되는 화염 내 탈질형 미분탄 버너(flame-inside-denitration-type pulverized coal burner)에서는, 배출되는 질소산화물의 농도를 낮추기 위하여 환원 화염 영역에서의 환원 반응을 촉진시키는 것이 중요하다. 이를 위해서는, 연소 공기를 공급하기 위한 공급 구조를 개선할 뿐만 아니라, 미분탄을 공급하기 구한 공급 구조도 개선함으로써, 연료 과잉 연소를 수행하고 환원 화염 영역에서의 미분탄의 열분해성을 높이는 것이 중요하다.
미분탄 연소 보일러의 운용성을 높이기 위해서는, 짧은 시간 내에 부하를 변경시킬 수 있어야 한다. 이러한 관점에서, 미분탄 버너의 작동의 하한선을 저 부하로 확대하는 것이 중요하다.
그러나, 미분탄 버너에서는 미분탄 이송관 속으로 흐르는 미분탄 입자들의 유속을 일정 속도 이하로 줄일 수가 없고, 따라서 미분탄 이송관 속으로 흐르는 공기의 유량을 줄이는 데에는 한계가 있다. 미분탄 입자들의 유속이 너무 작으면, 미분탄 입자들이 이송관 속에서 가라앉아서 이송관이 막힘으로써 화로(furnace) 속의 화염이 이송관 속으로 역류할 우려가 있다.
이러한 이유로 인해, 미분탄 버너의 작동의 하한선을 저부하로 확대하기 위해 미분탄의 유속과 공기의 유량을 줄일 경우에는, 부하가 어느 정도 낮춰지게 되면 미분탄 이송 공기의 유량을 일정하게 유지하고 미분탄의 유속을 줄일 것이 요구된다.
미분탄의 유속만이 감소되면, 미분탄 이송 공기 속에 함유된 미분탄의 농도가 낮아진다. 이러한 이유로 인해, 미분탄 화염은 미분탄의 출구로부터 멀리 떨어져서 형성된다. 이것은 미분탄과 연소 기체가 서로 혼합된 후에 미분탄이 연소함을 의미한다. 결과적으로, 화염 속에 질소 산화물의 환원 영역을 형성하기가 어렵다.
본 발명의 제1 목적은 위에서 설명한 바와 같은 문제를 극복하고, 저 부하 작동 시의 화염 안정성을 높여서 미분탄의 연소 효율을 향상시키며 환원 화염 영역에서의 미분탄의 열분해성을 높여서 환원 화염 영역을 확대하고 질소 산화물의 발생을 억제할 수 있는 미분탄 버너를 제공하는 것이다.
본 발명의 제2 목적은 미분탄만으로 된 연료로 연소가 이루어질 수 있는 버너 부하 범위를 확장함으로써 연료 오일 등과 같은 조연제(stabilizing fuel)의 이용량을 줄일 수 있는 미분탄 버너를 제공하는 것이다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미분탄 버너의 단면도.
도2는 화살표 I의 방향에서 본 도면.
도3은 도1과 유사하지만 일부가 생략된 것으로서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 미분탄 버너의 단면도.
도4는 도1과 유사한 것으로서, 본 발명의 제3 실시예에 따른 미분탄 버너의 단면도.
도5는 도4의 II-II선을 따라 취한 단면도.
도6은 도4의 III-III선을 따라 취한 단면도.
도7은 도1과 유사한 것으로서, 본 발명의 제4 실시예에 따른 미분탄 버너의 단면도.
도8은 도7의 IV-IV선을 따라 취한 단면도.
도9는 도7의 V-V선을 따라 취한 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 미분탄 버너 2 : 연료 노즐
3 : 중심 축 4 45, 58 : 벤츄리(수축부)
9, 46, 59 : 방추체(피충돌 확산체) 10 : 원추체(확대부)
11 : 원기둥(평행부) 12 : 원추체(축소부)
14, 50, 60 : 분배기(유료 분할체) 15 : 중공 원추체(축소 원통부)
16 : 외표면 17 : 원통(평행 원통부)
19 : 화염 안정판(충돌체) 27 : 2차 공기 노즐(공기 노즐)
33 : 3차 공기 노즐(공기 노즐) 62 : 혼합기
63 : 2차 공기(연소 공기) 64 : 3차 공기(연소 공기)
이러한 목적들을 달성하기 위한 본 발명은 다음과 같다. 즉, 미분탄과 공기의 혼합기를 공급하는 연료 노즐과, 상기 연료 노즐의 외측에서 상기 연료 노즐과 동축을 이루게 설치되어 연소 공기를 선회류(swirling flow)의 상태로 공급하는 공기 노즐을 구비한 미분탄 버너에서, 상기 연료 노즐은 상기 혼합기의 유동을 상기 연료 노즐의 중심 축을 향해 모아주는 수축부(constricted throat)와, 상기 수축부의 하류 쪽에서 상기 연료 노즐의 중심 축 상에 설치되어 상류 쪽으로부터 하류 쪽으로 향해 가면서 점점 확대되고 상기 혼합기가 충돌되어 확산되게 하는 확대부를 갖는 피충돌 확산체(impinged diffuser), 및 상기 피충돌 확산체의 하류 쪽에서 상기 연료 노즐의 중심 축과 동축을 이루게 설치되어 상류 쪽으로부터 하류 쪽으로 향해 가면서 점점 좁아지는 축소 원통부(narrowing cylinder portion)를 가지며 유로를 분할하는 유로 분할체(flow path divider)를 구비한다.
수축부와 확대부를 갖는 피충돌 확산체 및 축소 원통부를 갖고 유로를 동축을 이루게 분할하는 유로 분할체를 구비한 상기 미분탄 버너는, 연료 노즐의 상류쪽에서 유로 면적을 줄이는 수축부를 가짐으로써, 연료 노즐의 벽면 근처의 미분탄이 수축부의 유입구에 충돌하게 하고, 그럼으로써 미분탄의 농도를 높인다. 수축부의 하류 쪽에 배치된 확대부를 갖는 피충돌 확산체는 연료 노즐의 중심부의 미분탄이 거기에 충돌되게 함으로써 농도를 높이고, 수축부에 의해 농축된 미분탄 입자들도 거기에 충돌되게 한다. 즉, 연료 노즐의 내외측의 연료는 피충돌 확산체의 외면에 충돌하면서 농도가 높아진다. 그럼으로써, 연료 노즐에서의 입자들의 유동방향이 외측으로 이동되고, 미분탄의 농도도 높아진다.
피충돌 확산체의 확대부에 의해 유동 방향이 변화되고 농도가 높아진 미분탄 입자들은 자체의 관성력으로 인해 원래의 유동 방향을 일시적으로 유지하며, 그럼으로써, 비교적 큰 미분탄 입자들이 연료 노즐의 구멍의 모서리 부분에 모아진다. 피충돌 확산체의 하류 쪽에 있는 유로 분할체는 연료 노즐의 유로를 동축을 이루게 분할하며, 외부 유로와 내부 유로에서의 미분탄의 유동을 조정한다. 즉, 유료 분할체를 배치함으로써 외부 유료 및 내부 유료에서의 이송 공기의 유동들이 서로 균등해지며, 반경 방향으로의 속도 구배가 감소된다.
또한, 유로 분할체에 의해 분할된 외측에서의 연료 농도가 높아지므로, 연료 농도가 낮은 저 부하 작동 시나 저 휘발성 미분탄인 경우에도 화염을 안정적으로 유지할 수 있다. 환원 화염 영역에서의 미분탄의 열분해성, 특히, 저 부하 작동시의 화염 안정성이 높아지고, 질소 산화물의 발생이 억제된다.
또한, 미분탄과 공기의 혼합기를 공급하는 연료 노즐과, 상기 연료 노즐의 양측에 설치되어 연소 공기를 공급하는 공기 노즐을 구비한 미분탄 버너에서, 상기 연료 노즐은 상기 혼합기의 유동을 상기 연료 노즐의 중심 축을 향해 모아주는 수축부와, 상기 수축부의 하류 쪽에서 상기 연료 노즐의 중심 축 상에 설치되어 상류쪽으로부터 하류 쪽으로 향해 가면서 점점 확대되고 상기 혼합기가 충돌되어 확산되게 하는 확대부를 갖는 피충돌 확산체 및, 상기 피충돌 확산체의 하류 쪽에서 상기 연료 노즐의 중심 축과 동축을 이루게 설치되어 상류 쪽으로부터 하류 쪽으로 향해 가면서 점점 좁아지는 축소 원통부를 가지며 유료를 등촉을 이루게 분할하는 유로 분할체를 구비한다.
연소 공기를 공급하는 연료 노즐의 양측에 공기 노즐이 배치된 미분탄 버너에서, 상기 연료 노즐이 수축부와, 확대부를 갖는 피충돌 확산체 및, 축소 원통부를 갖고 유로를 동축을 이루게 분할하는 유로 분할체를 갖는 버너는 연료 노즐의 양측에 공기 노즐이 설치된 위에서 설명한 미분탄 버너와 동일하게 작동한다. 또한, 위에서 설명한 모든 미분탄 버너들에서, 상기 피충돌 확산체는 상기 확대부로부터 연장되도록 상기 연료 노즐의 중심 축 상에 설치되고 상기 중심 축에 평행한 평행부 및 해당 평행부로부터 연장되도록 상기 연료 노즐의 중심 축 상에 설치되어 상류 쪽으로부터 하류 쪽으로 향해가면서 점점 축소되는 축소부를 구비할 수도 있다. 피충돌 확산체가 확대부로부터 연장되며 중심 축에 평행한 평행부를 가지며 축소 원통부가 상기 평행부로부터 연장되고 중심 축을 따라 점점 좁아지는 상기 미분탄 버너는, 위에서 설명한 모든 미분탄 버너들의 작동에 부가하여, 혼합기의 유동 방향을 상기 평행부에 의해 상기 연료 노즐의 중심 축을 따르는 방향으로 변화시키며, 그럼으로써, 상기 평행부의 외부 표면의 근처에서의 비교적 미세한 입자유동과 입자들의 농축이 기대된다. 상기 축소 원통부는 상기 혼합기가 상기 축소원통부의외부 표면을 따라 유동하도록 작동하고, 상기 평행부의 근처에서의 비교적 미세한 입자 유동은 상기 축소 원통부의 외부 표면을 따라 유동하는 기체를 뒤따르므로, 상기 연료 노즐의 반경 방향으로의 농도 구배가 더욱 증가된다(비교적 미세한 미분탄 입자들은 상기 연료 노즐의 출구에서 중심부로부터 화로(furnace)로 분출되고, 비교적 큰 미분탄 입자들은 미분탄 버너의 출구에서 외측으로부터 분출됨).
또한, 위에서 설명한 미분탄 버너에서, 피충돌 확산체의 확대부의 꼭지각은 15°내지 40°의 범위를 가질 수 있다. 피충돌 확산체의 확대부의 꼭지각이 15°내지 40°의 범위 내에 있는 경우에는, 위에서 설명한 미분한 버너들의 작동에 더하여, 피충돌 확산체에 의한 입자들의 분류가 매우 효율적으로 이루어진다. 확대부의 꼭지각이 15°미만일 경우에는, 확대부에서의 유동 방향의 변화가 작으므로, 연료 노즐의 직경 방향으로의 속도 성분이 작아지고 입자들의 분류가 매우 저조해진다. 한편, 확대부의 꼭지각이 40°이상인 경우에는, 확대부의 표면이 입자들의 충돌에 의해 마모될 것이고, 연료 노즐의 압력 손실이 커진다.
또한, 위에서 설명한 모든 미분탄 버너들에서, 피충돌 확산체의 축소부의 꼭지각은 5°내지 20°의 범위를 가질 수 있다. 피충돌 확산체의 축소부의 꼭지각이 5°내지 20°의 범위를 갖는 경우에는, 위에서 설명한 축소부를 갖는 모든 미분탄 버너들의 작동에 더하여, 축소부의 외부 표면에서 유동이 분리되지 않으며, 입자들의 분류 상태가 유지된다. 축소부의 꼭지각이 5°미만인 경우에는, 피충돌 확산체가 너무 커져서 연료 노즐에 수용될 수 없게 된다. 축소부의 꼭지각이 20°이상인 경우에는, 축소부의 외표면에서 유동이 분리됨으로써 입자들의 분류 상태가 지극히열악해진다.
또한, 위에서 설명한 모든 미분탄 버너들에서, 상기 유로 분할체는 상기 축소 원통부로부터 연장되고 상기 연료 노즐의 중심 축과 평행하도록 상기 연료 노즐의 중심 축과 동축을 이루게 설치된 평행 원통부를 구비할 수도 있다. 상기 유로 분할체가 상기 축소 원통부로부터 연장되고 상기 연료 노즐의 중심 축과 평행한 평행 원통부를 구비한 경우에는, 위에서 설명한 모든 미분탄 버너들의 작동에 더하여, 평행 원동부의 내측 및 외측에서의 연료 유동이 그러한 평행 원통부를 따라 흐르기 때문에, 평행 원통부의 외측 및 내측에서의 분출 속도와 방향은 서로 동일해질 수 있으며, 따라서, 화로 속으로 분사된 후에도 연료 분사류가 반경 방향으로 섞이는 것이 억제될 수 있다. 그럼으로써, 직경이 작은 연료 입자들이 질소 산화물 환원 영역에 다량으로 공급될 수 있으므로, 질소 산화물 환원이 촉진될 수 있고, 미분탄 버너로부터 나오는 질소 산화물의 농도가 저감될 수 있다. 또한, 상기 평행 원통부의 화로 방향으로의 투영 면적은 판의 두께에 상응하는 것으로서 매우 작아질 수 있으므로, 화로로부터 나오는 열 복사가 줄어들고, 오일 연소 중이나 휴지 중의 미분탄 버너의 연소 손상이 방지될 수 있다. 또한, 냉각에 필요한 공기의 양이 줄어들 수 있으므로, 과잉 공기량이 줄어들고 화로의 열효율이 높아질 수 있다.
위에서 설명한 모든 미분탄 버너들에서, 상기 축소 원통부의 외부 표면과 상기 연료 노즐의 중심 축으로 이루어진 사이 각은 2°내지 10°의 범위를 가질 수 있다. 상기 축소 원통부의 외부 표면과 상기 연료 노즐의 중심 축으로 이루어진 사이 각이 2°내지 10°의 범위를 갖는 경우에는, 위에서 설명한 모든 미분탄 버너들의 작동에 더하여, 유동 특성을 개선할 수 있다. 즉, 상기 축소 원통부의 외부 표면과 상기 연료 노즐의 중심 축으로 이루어진 사이 각이 10°이상인 경우에는, 혼합기의 유동이 축소 원통부의 외부 표면으로부터 분리되며, 하류 쪽에서의 유동 분포가 균일해질 수 없다. 상기 축소 원통부의 외부 표면과 상기 연료 노즐의 중심 축으로 이루어진 사이 각이 2°미만인 경우에는, 축소 원통부가 길어짐으로써 그러한 축소 원통부가 연료 노즐 내에 수용될 수 없고, 하류 쪽에서의 유동 분포를 균일하게 하는 작동이 지극히 열악해진다. 그러므로, 상기 축소 원통부의 외부 표면과 상기 연료 노즐의 중심 축으로 이루어진 사이 각은 2 내지 10°의 범위를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 미분탄과 공기의 혼합기를 공급하는 연료 노즐과, 상기 연료 노즐의 양측에 설치되어 연소 공기를 공급하는 공기 노즐을 구비한 미분탄 버너에서, 상기 연료 노즐은 상기 혼합기의 유동을 제1 측벽으로부터 제2 측벽으로 접근하게 모아주는 수축부와, 상기 수축부의 하류 쪽에서 상류 쪽으로부터 하류 쪽으로 향해 가면서 유동이 상기 제2 측벽으로부터 상기 제1 측벽 쪽으로 접근되게 하고 상기 혼합기가 충돌되어 확산되게 하는 확대부를 갖는 피충돌 확산체 및 상기 피충돌 확산체의 하류 쪽에서 유로를 분할하는 유로 분할체를 구비한다.
상기 혼합기의 유동을 제1 측벽으로부터 제2 측벽으로 접근하게 모아주는 수축부와, 상기 유동이 상기 제2 측벽으로부터 상기 제1 측벽 쪽으로 접근되게 하고 상기 혼합기가 충돌되어 확산되게 하는 피충돌 확산체 및, 유로를 분할하는 유로 분할체를 구비한 상기 미분탄 버너는 연료 노즐의 양측에 연소 공기를 공급하는 공기 노즐이 설치된 앞서 설명한 미분탄 버너들과 동일하게 작동하며, 미분탄 버너의 근처에서 안정적인 화염을 형성할 수 있으므로, 미분탄의 열분해가 촉진되고 질소산화물의 농도가 줄어든다.
앞서 설명한 모든 미분탄 버너들에서, 연료 노즐은 그 선단에 상기 공기 노즐의 연소 공기의 유동을 외측으로 치우치게 하는 편향판 및 상기 혼합기가 충돌되게 하는 충돌판이 설치될 수 있다. 연료 노즐의 선단에 상기 공기 노즐의 연소 공기의 유동을 외측으로 편향시키는 편향판 및 상기 혼합기가 충돌되게 하는 충돌판이 설치된 미분탄 버너에서는, 앞서 설명한 모든 미분탄 버너들의 작동에 더하여, 상기 편향판이 연소 공기의 유동을 상기 미분탄 버너의 선단부로부터 바깥 쪽으로 편향시킨다. 또한, 상기 충돌판은 연료 노즐의 선단부에서 와류(eddy 또는vortex)를 일으키고, 연료 노즐 선단부의 하류 쪽에 형성된 혼합기의 역류 영역을 확대시키므로, 미분탄의 점화 위치가 미분탄 버너에 접근하고, 미분탄의 연소효율이 커진다. 또한, 미분탄 버너에 가까운 위치에서의 온도가 높아지고 산소의 소비가 증가하여 질소 산화물의 발생이 억제된다.
이하에서는, 도면을 참고하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 도1 내지 도9에서 동일한 구성 요소 및 작동 요소들에 대해서는 동일한 인용부호가 할당되어 있다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미분탄 버너의 단면도이다. 도2는 도1의 화살표 I 방향에서 본 도면이다.
제1 실시예에 따른 미분탄 버너(1)는 미분탄을 연소시켜 증기를 발생시키는미분탄 연소 보일러에 이용되기에 적합한 것이며, 미분탄과 1차 공기의 혼합기(62)를 이송하기 위해 중심 축의 위치에 설치된 연료 노즐(2)을 갖는다. 또한, 2차 공기(63)와 3차 공기(64)를 선회류 상태의 연소 공기로서 공급하기 위한 2차 공기 노즐(27)과 3차 공기 노즐(33)이 연료 노즐(2)의 외측에서 연료 노즐(2)과 동축을 이루게 설치되어 있다. 그러한 두개의 공기 노즐(27, 33)들은 송풍통(42) 속에 공급된 연소 공기를 화로(43) 속으로 공급하기 위한 유로이다.
여기에서, 연료 노즐(2)은 외벽이 1차 드로트(23)(primary throat)를 이루는 관형 유로이고, 또한, 화로(43)의 내벽에 부착된 송수관(41)들을 예열하기 위해 조연제를 분사해주기 위한 오일 건(22)(oil gun)이 연료 노즐(2)의 중심 축(3)상에 부착되어 있다. 또한, 연료 노즐(2)은 상류 쪽으로부터의 혼합기(62)의 유동을 연료 노즐(2)의 중심 축(3)을 향해 모아주는 수축부인 벤츄리(4)와, 상기 벤츄리(4)의 하류 족에서 연료 노즐(2)과 동축을 이루게 설치되어 상류 쪽으로부터 하류 쪽으로 향해 가면서 점점 확대되고 혼합기(62)가 거기에 충돌되어 확산되게 하는 일종의 피충돌 확산체인 방추체(9) 및 상기 방추체(9)의 하류에서 연료 노즐(2)의 중심 축과 동축을 이루게 설치되어 유로를 동축을 이루게 분할하며 상류 쪽으로부터 하류 쪽으로 향해 가면서 점점 좁아지는 축소 원통부인 중공 원추체(15)를 갖는 일종의 유료 분할체인 분배기(14)를 갖는다.
또한, 연료 노즐(2)은 그 선단부에 화염 안정기(19)를 갖는다. 화염 안정기(19)는 2차 공기 노즐의 2차 공기(63)의 유동을 편향시키는 편향판(20) 및 혼합기(62)가 충돌되게 하는 충돌판(21)을 갖는다. 도2에 도시된 바와 같이, 원주방향으로 다수의 충돌판(21)들이 부착되어 있다.
벤츄리(4)는 도1에 도시되지 않은 미분탄 공급 장치로부터 이송된 미분탄의 농도를 높여서 미분탄을 공급하기 위한 것이며, 벤츄리(4)의 최소 유로 단면적은 연료 노즐(2)의 유로 단면적의 30 내지 70%이고, 그럼으로써, 연료 노즐(2)의 상류쪽에서 굴곡관(bent pipe) 등에 의해 입자들이 표류하는 것이 억제될 수 있다.
방추체(9)는 일종의 확대부인 원추체(10)와, 상기 원추체(10)로부터 연장되어 연료 노즐(2)의 중심 축(3)과 평행하고 동축을 이루게 배치된 일종의 평행부인 원기등(11, column) 및 상기 원기등(11)으로부터 연장되어 연료 노즐의 중심 축(3)과 동축을 이루게 설치되고 상류 쪽으로부터 하류 쪽으로 향해 가면서 점점 좁아지는 일종의 축소부인 원추체(12)를 갖는다. 원추체(10)의 꼭지각은 15°내지 45°이고, 축소부인 원추체(12)의 꼭지각은 5°내지 20°이다.
또한, 분배기(14)는 상기 원추체(15)로부터 연장되어 상기 연료 노즐의 중심축(3)과 평행하고 동축을 이루게 배치된 일종의 평행 원통부인 원통(17)을 갖는다. 원추체(15)의 외표면과 연료 노즐의 중심 축(3)이 이루는 사이 각은 2°내지 10°이다.
2차 공기 노즐(27)은 내벽이 1차 드로트(23 ; primary throat)를 이루고 외벽이 2차 드로트(28 secondary throat)를 이루는 일종의 환형 유로이다. 그러한 환형 유로에는 화로(43)로부터 상류 쪽으로의 유료 상에 2차 공기 선회 베인(31)과 댐퍼(36 ; damper)가 제공되어 있다. 2차 공기 선회 베인(31)은 2차 공기(63)를 선회시키면서 공급한다. 2차 공기 선회 베인(31)은 축류식 선회류 발생기이고, 유로속에서 주연 방향으로 배치된 다수의 베인들과 그러한 베인들을 일체화하는 지지 바아를 갖는다. 2차 공기 선회 베인(31)들을 통과한 선회류의 세기는 도시되지 않은 구동장치에 의해 베인들의 각도를 변화시킴으로써 조절된다.
2차 공기(63)의 유량을 조절하기 위한 것으로서 원통 형상을 갖는 댐퍼(36)는 2차 트로트(28)와 송풍통(42)을 연통시키는 구멍을 덮는 위치에 부착되어 있으며, 상기 구멍의 면적을 변화시키기 위해 도1에 도시되지 않은 조절기에 의해 미분탄 버너의 중심 축과 평행한 방향으로 이동된다. 이러한 작동에 의해 2차 공기(63)와 3차 공기(64)의 배분 비율이 조절된다.
3차 공기 노즐(33)은 내벽이 3차 드로트(34)를 이루고 외벽이 버너 드로트(38)를 이루는 일종의 환형 유로이다. 송풍통(42)으로부터의 3차 공기(64)는 3차공기 선회 베인(35)을 통해 화로(43) 속으로 선회되면서 공급된다.
2차 드로트(28)와 3차 드로트(34)는 반경 방향으로 분리되어 있고, 격벽부(Partitioning portion)는 2차 드로트(28)의 화로 쪽의 단부면이 반경 방향으로 확장되면서 축방향으로 연장되게 하는 직경 확대부(29) 및 화로(43)에 대면한 직각 방향의 환형 벽면인 격벽(30)을 갖는다.
위에서 설명한 구조를 갖는 제1 실시예에 따른 미분탄 버너(1), 즉, 연로 노즐(2)이 벤츄리(4)와, 원추체(10)를 갖는 방추체(9) 및 원추체(15)를 갖고 유료를 동축을 이루게 분할하는 분배기(14)를 구비한 미분탄 버너(1)는 다음과 같이 작동한다. 연료 노즐(2)의 벽의 근처에서 흐르는 미분탄은 유입 쪽에서 벤츄리(4)의 벽면에 충돌함으로써 농도가 높아진다. 벤츄리(4)의 하류에 배치된 방추체(9)는 농도가 높아진 미분탄이 원추체(10)의 외표면에 충돌하게 함으로써, 유동 방향을 연료 노즐(2)의 내벽면으로 전향시킨다. 그럼으로써, 방추체(9)의 평행부에서 고농도의 미분탄이 연료 노즐(2)의 내벽면의 근처로 흐를 수 있다.
또한, 방추체(9)가 원추체(10)로부터 연장되고 중심 축(3)에 평행한 원기둥(11)과, 중심 축(3)상에 점점 좁아지는 원추체(12)를 갖는 미분탄 버너(1)에서는, 혼합기(62)의 유동 방향이 원기둥(11)에 의해 연료 노즐(2)의 중심 축을 따르는 방향으로 변화되고, 비교적 미세한 입자들이 원기둥(11)의 외표면의 근처로 흐르며, 거기에서 농도가 낮아진다. 원추체(12)는 혼합기(62)가 원추체(12)의 외표면을 따라 흐르도록 작동하고, 원기둥(11)의 근처에서 흐르는 비교적 미세한 입자들은 원추체(12)의 외표면 상으로 흐르는 기체를 따라 가며, 연료 노즐(2)의 반경 방향으로의 농도 구배가 더욱 커진다.
또한, 방추체(9)의 원추체(10)의 꼭지각이 15°내지 40°인 미분탄 버너에서는, 입자들의 분류가 방추체(9)에 의해 효율적으로 수행된다. 원추체(10)의 꼭지각이 15°미만이면, 원추체(10)에서의 유동 방향의 변화가 작아지므로, 연료 노즐(2)의 반경 방향으로의 속도 성분이 작아지고, 원기등에서의 입자들의 분류가 매우 저조해진다. 한편, 원추체(10)의 꼭지각이 40°이상인 경우에는, 원추체(10)의 외표면이 입자들의 충돌에 의해 쉽게 마모되고, 연료 노즐(2)의 압력 손실이 커진다.
또한, 방추체의 원추체(12)의 꼭지각이 5°미만인 경우에는, 방추체가 너무 커져서 연료 노즐(2) 내에 수용될 수 없게 된다. 원추체(12)의 꼭지각이 20°이상인 경우에는, 원추체(12)의 외표면에서 유동이 분리되므로, 입자들의 분류 상태가지극히 열악해진다. 또한, 하류 쪽에서의 원추체(12)의 꼭지각이 상류 쪽에서의 원추체(10)의 꼭지각보다 작은 것이 바람직하다. 방추체(9)에 의해 유동 방향이 변화되어 고농도를 갖는 미분탄 입자들은 자체의 관성에 의해 원래의 유동 방향을 일시적으로 유지하며, 그럼으로써, 직경이 비교적 큰 미분탄 입자들은 연료 노즐(2)의 구멍의 모서리부로 모아진다, 그러한 구멍의 모서리부는 화염 안정판(19)들을 포함하는 연료 노즐의 출구에서 외부 측면부이다.
또한, 연료 노즐(2)의 유로는 방추체(9)의 하류에 분배기(14)를 설치함으로써 동축을 이루게 분할되고, 외부 유로 및 내부 유로에서의 미분탄 유동들이 조정된다. 즉, 분배기(14)를 배치함으로써 외측 및 내측에서의 이송 공기들이 서로 균등해지고, 반경 방향으로의 속도 구배가 감소된다.
또한, 분배기(14)에 의해 분할된 분배기(14)의 외측에서의 미분탄의 농도가 높아지므로, 저 휘발성 석탄이나 저 농도의 미분탄이 사용되는 저 부하 작동 시에도 화염이 안정적으로 유지될 수 있고, 환원 화염 영역에서의 미분탄의 열분해성, 특히, 저부하시의 화염의 안정성이 높아지며, 질소 산화물의 발생이 억제된다.
또한, 분배기(14)가 중심 축에 평행하게 원추체(15)로부터 연장되는 원통(17)을 갖는 미분탄 버너(1)는 원통(17)의 외측과 내측에 서로 동일한 방향으로 연료를 분사할 수 있음으로써, 화로 속으로 분출된 후에도 연료 분사 유동이 반경 방향으로 혼합되는 것이 억제될 수 있다. 그럼으로써, 질소 산화물 환원 영역에 직경이 작은 입자들로 된 좀 더 많은 양의 연료가 공급될 수 있고, 질소 산화물의 환원이 촉진될 수 있으며, 미분탄 버너로부터 배출되는 질소 산화물의 농도가 줄어들 수 있다.
원통(17)의 화로 방향으로의 투영 면적은 판의 두께에 상응하는 것으로서 매우 작아질 수 있으므로, 화로로부터 나오는 열복사가 줄어들고, 오일 연소 중이나 휴지 중의 미분탄 버너의 연소 손상이 방지될 수 있다 또한, 냉각에 필요한 공기의 양이 줄어들 수 있으므로, 과잉 공기량이 줄어들고 화로의 열효율이 높아질 수 있다.
또한, 상기 원추체(15)의 외부 표면과 상기 연료 노즐의 중심 축(3)으로 이루어진 사이 각이 10°이상인 경우에는, 혼합기(62)의 유동이 원추체의 외부 표면으로부터 분리되며, 하류 쪽에서의 유동 속도 분포가 균일해질 수 없다. 상기 원추체(15)의 외표면과 상기 연료 노즐의 중심 축(3)으로 이루어진 사이 각이 2°미만인경우에는, 원추체(15)의 길이가 길어짐으로써 그러한 원추체가 연료 노즐 내에 수용될 수 없고, 하류 쪽에서의 속도 분포가 균일해질 수 없다. 그러므로, 상기 원추체(15)의 외부 표면과 상기 연료 노즐의 중심 축(3)으로 이루어진 사이 각은 2 내지 10°의 범위를 갖는 것이 바람직하다.
편항판(20)과 충돌판(21)들을 갖는 화염 안정기(19)가 연료 노즐(2)의 선단부에 설치된 미분탄 버너(1)에서는, 편향판(20)이 2차 공기의 유동을 연료 노즐(2)의 선단(7)으로부터 바깥 쪽으로 편향시킨다. 충돌판(21)들은 연료 노즐의 선단(7)의 근처에서 와류를 발생시킨다. 도2에 도시된 바와 같이, 제1 실시예에 따른 미분탄 버너에서는, 2차 공기의 유동을 연료 노즐의 선단(7)으로부터 바깥 쪽으로 편향시키는 편향판(20)과 유동에 대한 장애물인 충돌판(21)들이 연료 노즐(2)의 선단부분에 설치되어 있으므로, 연료 노즐(2)과 2차 노즐(27)의 사이 하류 쪽에서, 즉, 화염 안정기(19)의 바로 아래에 형성된 역류 영역이 커진다. 그러므로, 미분탄의 점화 위치가 미분탄 버너(1)의 구멍 부분으로 접근하고, 미분탄의 연소 효율이 높아진다. 미분탄 버너(1)에 근접한 위치에서의 온도가 높아지고 산소의 소비가 증가하므로, 환원 화염 영역이 커지고 질소 산화물의 발생이 억제된다.
또한, 본 발명에서는 연료 노즐(2)의 선단 부분으로부터 2차 공기 노즐(27)의 유로를 점점 확대하는 직경 확대부(29)를 제공함으로써 2차 공기(63)의 축방향 유속이 느려지고, 선회를 속도가 유지될 수 있다. 이 때, 연료 노즐(2)의 화염 안정기(19)의 하류에 형성된 역류 영역의 크기는 2차 공기(63)의 선회류 세기에 따라 결정된다. 그러므로, 연소 공기의 유량이 적은 조건하에서도, 2차 공기 선회류 베인(31)의 각도를 변화시킴으로써 선회류 속도 성분을 증가시키거나 연소 공기에 의해 점유된 2차 공기(63)의 유량을 증가시킴으로써, 화염 안정기(19)의 바로 아래에 형성된 역류 영역의 크기는 연소 공기의 유량이 많은 조건하에서의 역류 영역의 크기와 같아진다. 그럼으로써, 연소 공기의 유량이 적은 조건하에서도, 미분탄은 화염 안정기(19)에 의해 점화될 수 있다. 이러한 방법은 2차 공기(63)보다 훨씬 많은 유량을 갖는 3차 공기(64)의 선회 강도를 유지하는 방법에 비해 압력 손실이 적은 상태에서 안정적인 화염을 얻을 수 있다는 점에서 양호하다.
이 실시예에 따른 미분탄 버너(1)는, 원추체(15)를 갖는 분배기(14)를 설치함으로써, 일본국 특허 공개 편성3-110308호의 공보에 기재된 안내 실린더(guide cylinder)에 비해 다음과 같은 장점을 갖는다.
즉, 첫째, 분배기(14)의 상류 쪽의 단부만이 연료 노즐(2)의 내벽면에 근접하며 다른 부분은 연료 노즐(2)의 내벽면으로부터 멀리 떨어져 있으므로, 분배기(14)의 내측의 유로의 압력 손실이 줄어들 수 있다. 본 실시례를 분배기(14)의 상류 쪽이 동일한 반경을 갖는 종래의 경우와 비교하면, 본 실시례에서는 분배기(14)의 외부 관로 속에서 흐르는 고농도 미분탄을 함유한 이송 공기의 유량이 커지고, 고농도 쪽에 분포된 미분탄의 비율이 증가한다. 그러므로, 본 실시례에서는 연료노즐(2)의 구멍의 모서리부에서의 고농도 미분탄 영역을 확장할 수 있다. 고농도 연료 분사 유동의 반경 방향 두께가 두꺼워지므로, 화로의 안쪽에서도 고농도의 연료 분사유동을 유기할 수 있고, 화염 내의 환원 환경이 효과적으로 조성될 수 있으며, 질소 산화물의 배출량을 줄이면서 미분탄이 연소될 수 있다.
한편, 동일한 압력 손실의 조건하에서, 분배기(14)의 상류 쪽의 단부는 연료노즐(2)의 벽면에 접근될 수 있다. 미분탄의 농도는 연료 노즐(2)의 벽면에 접근할수록 높아지므로, 분배기(14)에 의해 분할된 외측에서의 미분탄의 농도가 높아지고, 저 휘발성 석탄의 연소시나 저 농도의 연료가 이용되는 저 부하 작동 시에도 화염이 안정적으로 유지될 수 있다.
둘째, 분배기(14)의 하류 쪽의 단부가 연료 노즐(2)의 중심 축에 평행하고, 분배기의 외측 및 내측에서의 분사 속도가 동일한 방향을 가질 수 있으므로, 화로속으로 분사된 후에도 반경 방향으로의 연료 분사유동의 혼합이 억제될 수 있다. 그럼으로써, 더 많은 양의 직경이 작은 입자들로 된 연료가 질소 산화물 환원 영역으로 공급될 수 있으므로, 질소 산화물의 환원이 촉진되고, 미분탄 버너로부터 배출되는 질소 산화물의 농도가 줄어들 수 있다.
셋째, 하류 쪽의 단부면의 근처에서의 분배기(14)의 화로 방향으로의 투영 면적은 오직 판의 두께에 상응하는 것으로서 매우 작아질 수 있다. 상기한 투영 면적이 작아지면, 화로로부터의 열복사가 줄어든다. 미분탄 버너에 의해 오일이 연소되는 경우와 미분탄이 공급되지 않은 경우에도 미분탄 버너가 수용하는 복사량이 적으므로, 미분탄 버너가 쉽사리 연소 손상되지 않는다. 또한, 냉각에 필요한 공기의 양이 줄어들 수 있으므로, 과잉 공기량이 줄어들고 보일러의 열효율을 높일 수 있다.
도3은 도1과 유사하지만 일부가 생략된 것으로서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 미분탄 버너의 단면도이다. 도3에 도시된 제2 실시예에 따른 미분탄 버너에서는 도1에 도시된 버너에 비해서 변형된 부분만 도시되고 다른 부분은 생략되었다. 제2 실시예에 따른 미분탄 버너(1)에서는 일종의 유로 분할체인 분배기(14)가 일종의 축소 원통체인 원추체(15)만으로 이루어져 있고, 그럼으로써, 방추체(9)의 하류 쪽에서의 유속분포가 균일해진다. 원추체(15)의 꼭지각은 2°내지 10°의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 위에서 설명했듯이, 그러한 꼭지각의 범위에서는 혼합기의 유동이 원추체(15)의 외부 표면으로부터 분리되는 것이 억제된다.
제2 실시예에 따른 미분탄 버너는 원추체(15)의 하류 쪽에서의 유속분포를 균일하게 하려는 것이다. 이러한 목적을 이루기 위해서는, 원추체(15)의 내부 주연면과 외부 주연면을 따라 공기를 유동시키는 것이 필요하다. 그러므로, 공기가 원추체(15)의 외부 주연면을 따라 흐르고 원추체(15)의 외부 주연면에서 분리되는 것을 억제하는 것이 특히 중요하다. 공기 유동이 분리되면, 입자들은 분리된 유동으로 확산될 수 없으므로, 입자들은 원래의 상태 그대로 연료 노즐의 선단으로 이송된다. 외부 주연면에서 공기 유동이 분리되는 조건들을 상세하게 측정하였고, 그 결과에 따라, 원추체의 꼭지각이 2°내지 10°의 범위를 갖는 것이 바람직함이 밝혀졌다. 꼭지각이 2°미만인 경우에는, 원추체(15)의 내부 주연면 상으로 흐르는 공기의 유량이 적어지고, 속도 분포는 노즐의 외부 주연면에서 더 빠른 속도를 갖는다. 또한, 꼭지각이 10°이상인 경우에는, 공기 유동이 하류 쪽에서 원추체(15)의 외부 주연면에서 분리된다, 다른 부분들의 구성 및 작동은, 도1에 도시된 미분탄 버너에서와 동일하므로, 생략한다.
위에서 설명한 바와 같은 구성을 갖는 이 실시예에 따른 미분탄 버너의 연료노즐(2)은 동일한 이송 조건하에 노즐의 구멍의 모서리부에서의 연료의 농도를 다른 것에 비해 2배까지 높일 수 있다. 또한, 유속 분포는 평균 유속의 5% 내외로 균일하게 할 수 있다. 그럼으로써, 미분탄의 점화가 용이해지고, 따라서, 화염 속에서의 탈질 반응이 촉진되며, 질소 산화물의 농도가 줄어들 수 있다. 연료비가 2.3인 역청탄(bithminous coal)이 연소되고 화로 출구의 재 속에 5%의 미연소 물질이 있다는 조건하에서 비교하면, 질소 산화물의 농도는 종래의 미분탄 버너에 비해 20%까지 감소되었다. 또한, 연료 노즐(2)의 구멍의 모서리부에서와 연료의 농도가 높아지므로, 연료 농도가 희박한 조건에서도, 화염이 안정적으로 형성될 수 있다. 그럼으로써, 석탄만의 연소시에는 안정적인 화염이 버너 부하의 40%까지만 유지되었지만, 이 실시예에서는 안정적인 화염이 버너 부하의 20%에 이르기까지 유지될수 있고, 오일 등과 같은 조연제의 사용량이 줄어들 수 있다.
본 발명에 따른 미분탄 버너(1)는 연료 노즐(2), 2차 공기 노즐(27) 및 3차 공기 노즐(33)로 구성되는 것이 가장 바람직하지만, 2차 공기 노즐(27) 및 3차 공기 노즐(33)을 따로따로 설치하는 대신에 하나의 보조 공기 노즐만을 설치해도 충분할 수 있다.
또한, 이러한 버너의 안정화 기능은, 연료 노즐의 출구 단부의 근처에서 주변의 기압보다 낮은 기압을 갖는 부압 부분이 형성되고, 거기에서 미분탄과 공기의 순환 유동이 발생하며, 점화성이 양호해진다는 사실에 기인한다. 이러한 현상을 좀더 활성시키기 위해서는, 미분탄 공급원(pulverizer)의 출구에서보다 농도가 높아진 미분탄을 노즐 출구의 부압 부분에 공급해야 한다.
또한, 이 실시예에 따른 미분탄 버너(1)에서 연료 노즐(2)의 출구에서의 농도 분포와 유속 분포를 독립적으로 변화시키기 위해서는, 유로 분배기(14)의 상류에 하류 쪽으로 향해 가면서 직경이 작아지는 축소 원통체의 일종인 원추체(15)를 설치하는 것이 양호하다. 유로 분배기가 직경이 작은 부분이 상류 쪽에 배치되게 설치되면, 연료 노즐(2)의 출구에서의 농도 분포와 유속 분포를 독립적으로 변화시키기가 곤란하다. 또한, 화로로부터 나오는 복사열을 수용해서 열변형 및 연소 손상 등과 같은 문제가 생길 우려가 있다.
도4는 도1과 유사한 것으로서, 본 발명의 제3 실시예에 따른 미분탄 버너의 단면도이다. 도5는 도4의 II-II선을 따라 취한 단면도이고, 도6은 도4의 III-III선을 따라 취한 단면도이다.
제1 실시예 또는 제2 실시예에 따른 미분탄 버너(1)는 원형 단면을 갖는다. 본 발명은 유료가 사각형의 단면을 갖는 사각 버너에도 적용될 수 있다. 제3 실시예에 따른 미분탄 버너(1)는 미분탄과 공기의 혼합기(62)를 공급하는 연료 노즐(2)의 양측에 설치되어 연소 공기를 공급하는 공기 노즐(55)을 갖는다.
또한, 연료 노즐(2)에는 혼합기(62)의 유동을 상기 연료 노즐(2)의 중심 축(3)을 향해 모아주는 수축부(45)와, 상기 수축부(45)의 하류 쪽에서 상기 연료 노즐(2)의 중심 축(3)상에 설치되어 상류 쪽으로부터 하류 쪽으로 향해 가면서 점점 확대되고 상기 혼합기(62)가 충돌되어 확산되게 하는 확대부(47), 평행부(48) 및 축소부(49)를 갖는 피충돌 확산체 및, 상기 피충돌 확산체(46)의 하류 쪽에서 연료노즐의 중심 축(3)과 동축을 이루게 설치되어 상류 쪽으로부터 하류 쪽으로 향해 가면서 점점 좁아지는 축소 원통부(51) 및 상기 축소 원통부(51)로부터 연장되는 평행 원통부(52)를 가지며 유로를 동축을 이루게 분할하는 유로 분할체(50)를 구비한다.
연료 노즐(2)과 공기 노즐(55)들은 각각 사각형의 단면을 가지며, 그러한 공기 노즐(55)들은 연료 노즐(2)의 상부측과 하부측에 근접하게 설치되어 있다. 이러한 버너의 경우에는, 유로가 사각형의 단면을 가지므로, 연료 노즐(2)의 내부에 배치된 수축부(45), 피충돌 확산부(46) 및 유로 분할체(50) 등도 사각형의 단면을 갖는다. 그러한 단면 형상들이 유료 단면의 형상에 적합하게 형성될 때에는 최고의 성능이 얻어지지만, 연료 노즐이 사각형의 단면을 가질지라도, 수축부(45), 피충돌 확산체(46) 및 유료 분할체(50) 등의 단면 형상이 원형인 경우에도 거의 동일한 성능이 얻어진다.
제3 실시예에 따른 미분한 버너(1)에서는, 연료 노즐(2)에 수축부(45), 피충돌 확산체(46) 및 유로 분할체(50)가 설치되며, 그럼으로써, 연료 노즐(2)의 양측에 공기 노즐들이 설치된 미분탄 버너는 앞서 설명한 미분탄 버너(1)들과 유사하게 작동한다.
도7은 도1과 유사한 것으로서, 본 발명의 제4 실시예에 따른 미분탄 버너의 단면도이고, 도8은 도7의 IV-IV선을 따라 취한 단면도이며, 도9는 도7의 V-V선을 따라 취한 단면도이다.
제4 실시예에 따른 미분탄 버너(1)는 미분탄과 공기의 혼합기(62)를 분사하는 연료 노즐(2)의 양측에 연소 공기를 공급하는 공기 노즐(55)을 갖는다. 연료 노즐(2)에는 혼합기(62)의 유동을 제1 측벽으로부터 제2 측벽으로 접근하게 모아주는 수축부(58)와, 상기 수축부(58)의 하류 쪽에서 상류 쪽으로부터 하류 쪽으로 향해 가면서 혼합기가 상기 제2 측벽으로부터 상기 제1 측벽 쪽으로 점점 접근하게 하고 상기 혼합기(62)가 충돌되어 확산되게 하는 피충돌 확산체(59) 및, 상기 피충돌 확산체(59)의 하류 쪽에서 유로를 분할하는 유로 분할체(60)가 설치되어 있다.
제4 실시예에 따른 미분탄 버너(1)의 경우에는, 연료 노즐(20의 수축부(58), 피충돌 확산체(59) 및 유로 분할체(60)는 내부를 향해 균일하게 연장된다.
혼합기(62)의 유동을 제1 측벽(56)으로부터 제2 측벽(57)으로 접근하게 모아주는 수축부(58)와, 상기 유동이 상기 제2 측벽(57)으로부터 상기 제1 측벽(56) 쪽으로 점점 접근하게 하고 상기 혼합기(62)가 충돌되어 확산되게 하는 피충돌 확산체(59) 및, 유로를 분할하는 유로 분할체(60)가 설치된 연료 노즐(2)을 구비한 버너는 앞서 설명한 제3 실시예(도4)의 미분탄 버너와 유사하게 작동하고, 미분탄 버너의 근처에서 안정적인 화염을 형성하며, 미분탄의 열분해를 촉진하고, 질소 산화물의 농도를 줄인다.
본 발명에 따른 미분탄 버너를 이용하면, 저 부하 작동 시의 화염의 안정성이 높아지고, 미분탄의 연소 효율이 향상되며, 환원 화염 영역이 확대되어 질소 산화물의 발생을 억제한다.
또한, 미분탄만으로 연소가 가능한 버너의 부하 범위를 확대함으로써, 조연제의 사용량이 줄어든다.

Claims (12)

  1. 미분탄과 공기의 혼합기를 공급하는 연료 노즐과, 상기 연료 노즐과 동축을 이루도록 상기 연료 노즐의 외측에 설치되어 연소 공기를 선회류 상태로 공급하는 공기 노즐을 구비한 미분탄 버너에 있어서,
    상기 연료 노즐은
    상기 혼합기의 유동을 상기 연료 노즐의 중심 축을 향해 모아주는 수축부와,
    상기 수축부의 하류 쪽에서 상기 연료 노즐의 중심 축 상에 설치된 피충돌 확산체로서, 상류 쪽으로부터 하류 쪽으로 향해 가면서 점점 확대되고 상기 혼합기가 충돌되어 확산되게 하는 확대부를 갖는 피충돌 확산체와,
    상기 피충돌 확산체의 하류 쪽에서 상기 연료 노즐의 중심 축과 동축을 이루게 설치되어 상기 연료 노즐의 상기 혼합기에 대한 유로를 내부 유로와 외부 유로로 분할하는 유로 분할체로서, 상류 쪽으로부터 하류 쪽으로 향해 가면서 점점 좁아지고 상기 피충돌 확산체에 직접 면하는 상류쪽 단부가 구비되어 있는 축소 원통부를 가지는 유료 분할체를 구비한 것을 특징으로 하는 미분탄 버너.
  2. 미분탄과 공기의 혼합기를 공급하는 연료 노즐과, 상기 연료 노즐이 샌드위치 형상으로 끼워지도록 상기 연료 노즐의 양측에 설치되어 연소 공기를 공급하는 공기 노즐을 구비한 미분탄 버너에 있어서,
    상기 연료 노즐은
    상기 혼합기의 유동을 상기 연료 노즐의 중심 축을 향해 모아주는 수축부와,
    상기 수축부의 하류 쪽에서 상기 연료 노즐의 중심 축 상에 설치된 피충돌 확산체로서, 상류 쪽으로부터 하류 쪽으로 향해 가면서 점점 확대되고 상기 혼합기가 충돌되어 확산되게 하는 확대부를 갖는 피충돌 확산체와
    상기 피충돌 확산체의 하류 쪽에서 상기 연료 노즐의 중심 축과 동축을 이루게 설치되어 상기 연료 노즐의 상기 혼합기에 대한 유로를 내부 유로와 외부 유로로 분할하는 유로 분할체로서, 상류 쪽으로부터 하류 쪽으로 향해 가면서 점점 좁아지고 상기 피충돌 확산체에 직접 면하는 상류쪽 단부가 구비되어 있는 축소 원통부를 가지는 유로 분할체를 구비한 것을 특징으로 하는 미분탄 버너.
  3. 제1항에 있어서, 상기 피충돌 확산체는 상기 확대부로부터 연장되도록 상기 연료 노즐의 중심 축 상에 설치되고 상기 연료 노즐의 중심 축에 평행한 평행부 및 상기 평행부로부터 연장되도록 상기 연료 노즐의 중심 축 상에 설치되어 상류 쪽으로부터 하류 쪽으로 향해가면서 점점 축소되는 축소부를 구비한 것을 특징으로 하는 미분탄 버너.
  4. 제3항에 있어서, 상기 피충돌 확산체의 상기 확대부의 꼭지각은 15°내지 40°인 것을 특징으로 하는 미분탄 버너.
  5. 제3항에 있어서, 상기 피충돌 확산체의 축소부의 꼭지각은 5°내지 20°인것을 특징으로 하는 미분탄 버너.
  6. 제1항에 있어서, 상기 유로 분할체가 상기 연료 노즐의 중심축과 평행하고 상기 축소 원통부로부터 연장되고 상기 연료 노즐의 중심 축과 평행하도록 상기 연료 버너의 중심 축과 동축을 이루게 설치된 평행부를 포함하는 것을 특징으로 하는 미분탄 버너.
  7. 제1항에 있어서, 상기 유로 분할체의 축소 원통부의 외부 표면과 상기 연료 버너의 중심 축 사이의 각이 2°내지 10°인 것을 특징으로 하는 미분탄 버너.
  8. 미분탄과 공기의 혼합기를 공급하는 연료 노즐과 연소 공기를 공급하는 공기 노즐을 구비하고,
    상기 공기 노즐은 상호 이격되어 있고, 상기 공기 노즐 중 하나의 노즐은 상기 연료 노즐의 일측 상에 설치되고 다른 공기 노즐은 상기 연료 노즐의 상기 일측과 대향되는 측에 설치되는 미분탄 버너에 있어서,
    상기 연료 노즐은
    상기 혼합기의 유동을 상기 연료 노즐의 제1 측벽으로부터 제2 측벽으로 접근하게 모아주는 수축부와,
    상기 수축부의 하류 쪽에서 상류 쪽으로부터 하류 쪽으로 향해 가면서 유동이 상기 제2 측벽으로부터 상기 제1 측벽 쪽으로 접근되게 하고 상기 혼합기가 충돌되어 확산되게 하는 피충돌 확산체와,
    상기 피충돌 확산체의 하류 쪽에서 유로를 분할하는 유로 분할체를 구비한 것을 특징으로 하는 미분탄 버너.
  9. 제1항에 있어서, 상기 연료 노즐의 선단부에는 상기 공기 노즐의 연소 공기의 유동을 외측으로 치우치게 하는 편향판 및 상기 혼합기가 충돌되게 하는 충돌판이 설치된 것을 특징으로 하는 미분탄 버너.
  10. 제2항에 있어서, 상기 피충돌 확산체는 상기 확대부로부터 연장되도록 상기 연료 노즐의 중심 축 상에 설치되고 상기 연료 노즐의 중심축에 평행한 평행부 및 상기 평행부로부터 연장되도록 상기 연료 노즐의 중심 축 상에 설치되어 상류 쪽으로부터 하류 쪽으로 향해가면서 점점 축소되는 축소부를 구비한 것을 특징으로 하는 미분탄 버너.
  11. 제10항에 있어서, 상기 피충돌 확산체의 상기 확대부의 꼭지각은 15°내지 40°인 것을 특징으로 하는 미분탄 버너.
  12. 제10항에 있어서, 상기 피충돌 확산체의 축소부의 꼭지각은 5°내지 20°인 것을 특징으로 하는 미분탄 버너.
KR1019970020301A 1996-05-24 1997-05-23 미분탄버너 KR100330675B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP08129451A JP3099109B2 (ja) 1996-05-24 1996-05-24 微粉炭バーナ
JP96-129451 1996-05-24

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR970075644A KR970075644A (ko) 1997-12-10
KR100330675B1 true KR100330675B1 (ko) 2002-09-26

Family

ID=15009815

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019970020301A KR100330675B1 (ko) 1996-05-24 1997-05-23 미분탄버너

Country Status (7)

Country Link
US (1) US5937770A (ko)
EP (1) EP0809068B1 (ko)
JP (1) JP3099109B2 (ko)
KR (1) KR100330675B1 (ko)
CA (1) CA2205778C (ko)
DE (1) DE69726048T2 (ko)
FI (1) FI114504B (ko)

Families Citing this family (53)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3344694B2 (ja) * 1997-07-24 2002-11-11 株式会社日立製作所 微粉炭燃焼バーナ
JP3343855B2 (ja) * 1998-01-30 2002-11-11 株式会社日立製作所 微粉炭燃焼バーナ及び微粉炭燃焼バーナの燃焼方法
JP2000257811A (ja) * 1999-03-03 2000-09-22 Hitachi Ltd 微粉炭燃焼方法及び微粉炭燃焼装置並びに微粉炭燃焼バーナ
US6840183B2 (en) * 1999-11-15 2005-01-11 Rickey E. Wark Diffuser insert for coal fired burners
US6240859B1 (en) * 2000-05-05 2001-06-05 Four Corners Group, Inc. Cement, reduced-carbon ash and controlled mineral formation using sub- and supercritical high-velocity free-jet expansion into fuel-fired combustor fireballs
US6729874B2 (en) 2000-07-27 2004-05-04 John Zink Company, Llc Venturi cluster, and burners and methods employing such cluster
US20020127505A1 (en) * 2001-01-11 2002-09-12 Hisashi Kobayashi Oxygen enhanced low nox combustion
US6699031B2 (en) * 2001-01-11 2004-03-02 Praxair Technology, Inc. NOx reduction in combustion with concentrated coal streams and oxygen injection
US6405664B1 (en) * 2001-04-23 2002-06-18 N-Viro International Corporation Processes and systems for using biomineral by-products as a fuel and for NOx removal at coal burning power plants
US6883444B2 (en) * 2001-04-23 2005-04-26 N-Viro International Corporation Processes and systems for using biomineral by-products as a fuel and for NOx removal at coal burning power plants
US6474250B1 (en) * 2001-05-24 2002-11-05 Babcock Borsig Power, Inc. Nozzle assembly for a pulverized coal burner
US6752849B2 (en) 2001-08-08 2004-06-22 N-Viro International Corporation Method for disinfecting and stabilizing organic wastes with mineral by-products
US6752848B2 (en) 2001-08-08 2004-06-22 N-Viro International Corporation Method for disinfecting and stabilizing organic wastes with mineral by-products
CA2625463C (en) 2001-11-16 2011-03-08 Hitachi, Ltd. Solid fuel burner, burning method using the same, combustion apparatus and method of operating the combustion apparatus
AU2003237815B2 (en) * 2002-05-15 2008-07-17 Praxair Technology, Inc. Low nox combustion
CA2485570C (en) 2002-05-15 2009-12-22 Praxair Technology, Inc. Combustion with reduced carbon in the ash
CA2524760A1 (en) * 2004-11-02 2006-05-02 Babcock-Hitachi K.K. After-air nozzle for two-stage combustion boiler, and a two-stage combustion boiler, boiler and combustion method using the same
AT502123B1 (de) * 2005-07-06 2007-05-15 Unitherm Cemcon Feuerungsanlag Brenner
US8689707B2 (en) * 2006-05-26 2014-04-08 Fuel Tech, Inc. Ultra low NOx burner replacement system
US8113824B2 (en) * 2006-06-01 2012-02-14 Babcock & Wilcox Power Generation Group, Inc. Large diameter mid-zone air separation cone for expanding IRZ
WO2009009945A1 (fr) * 2007-07-18 2009-01-22 Harbin Institute Of Technology Brûleur de charbon pulvérisé à turbulence à faible nox
CN101216173B (zh) * 2007-12-26 2011-01-19 东方锅炉（集团）股份有限公司 一种双旋流粉煤燃烧器
WO2009092234A1 (zh) * 2007-12-27 2009-07-30 Beijing Guangyao Electricity Equipment Co., Ltd 交流等离子发射枪及其供电方法和煤粉燃烧器
CN101592337A (zh) * 2008-05-29 2009-12-02 徐州燃烧控制研究院有限公司 内燃式点火煤粉燃烧器
US20100021853A1 (en) * 2008-07-25 2010-01-28 John Zink Company, Llc Burner Apparatus And Methods
US8104412B2 (en) * 2008-08-21 2012-01-31 Riley Power Inc. Deflector device for coal piping systems
US20100081102A1 (en) * 2008-09-30 2010-04-01 General Electric Company Systems and methods for facilitating varying size coal pipes for a pulverized coal burner
CN101846315B (zh) * 2009-03-24 2012-07-04 烟台龙源电力技术股份有限公司 煤粉浓缩装置和包含该煤粉浓缩装置的内燃式煤粉燃烧器
US20100275824A1 (en) * 2009-04-29 2010-11-04 Larue Albert D Biomass center air jet burner
CN102235666B (zh) * 2010-04-27 2014-11-26 烟台龙源电力技术股份有限公司 一种煤粉燃烧器及包括该煤粉燃烧器的煤粉锅炉
CN101832550A (zh) * 2010-06-18 2010-09-15 上海交通大学 基于多级煤粉浓缩的旋流煤粉燃烧器
CN102062396B (zh) * 2010-10-13 2013-01-02 西安交通大学 一种复合浓淡三调风低NOx旋流煤粉燃烧器
DE102011018697A1 (de) * 2011-04-26 2012-10-31 Babcock Borsig Steinmüller Gmbh Brenner für partikelförmigen Brennstoff
JP5658126B2 (ja) * 2011-11-16 2015-01-21 三菱重工業株式会社 油焚きバーナ、固体燃料焚きバーナユニット及び固体燃料焚きボイラ
US8925323B2 (en) 2012-04-30 2015-01-06 General Electric Company Fuel/air premixing system for turbine engine
JP5867742B2 (ja) * 2012-08-14 2016-02-24 三菱日立パワーシステムズ株式会社 固体燃料バーナを備えた燃焼装置
CN102913943A (zh) * 2012-10-19 2013-02-06 金渭圭 一种锅炉的燃烧方法及分体式低氮燃烧器
US9513002B2 (en) 2013-04-12 2016-12-06 Air Products And Chemicals, Inc. Wide-flame, oxy-solid fuel burner
CN103267282B (zh) * 2013-06-11 2016-05-11 牛博申 浓淡分离煤粉燃烧器
US9377191B2 (en) * 2013-06-25 2016-06-28 The Babcock & Wilcox Company Burner with flame stabilizing/center air jet device for low quality fuel
CN104566357A (zh) * 2013-10-29 2015-04-29 烟台龙源电力技术股份有限公司 煤粉燃烧器以及锅炉
US9709269B2 (en) * 2014-01-07 2017-07-18 Air Products And Chemicals, Inc. Solid fuel burner
CN104791833A (zh) * 2014-01-21 2015-07-22 四川川锅锅炉有限责任公司 一种面积可调且可摆动的二次风喷嘴
CN104832916A (zh) * 2014-02-10 2015-08-12 四川川锅锅炉有限责任公司 一种钝体可调节煤粉燃烧器喷嘴
US9416966B2 (en) * 2014-07-25 2016-08-16 Flame Commander Corp. Venturi nozzle for a gas combustor
JP6231047B2 (ja) * 2015-06-30 2017-11-15 三菱日立パワーシステムズ株式会社 固体燃料バーナ
CN105737145B (zh) * 2016-02-26 2017-11-03 郑州轻工业学院 一种强化浓缩型旋流煤粉燃烧器
GB2551167A (en) * 2016-06-08 2017-12-13 Doosan Babcock Ltd Burner
US10473327B2 (en) * 2016-06-09 2019-11-12 General Electric Technology Gmbh System and method for increasing the concentration of pulverized fuel in a power plant
DE102017101670A1 (de) * 2017-01-27 2018-08-02 Babcock Borsig Steinmüller Gmbh Brenner, insbesondere Braunkohle-Strahlbrenner
JP6818136B2 (ja) * 2017-05-11 2021-01-27 三菱パワー株式会社 固体燃料バーナおよび燃焼装置
JP2020030037A (ja) * 2018-08-20 2020-02-27 三菱日立パワーシステムズ株式会社 固体燃料バーナ
CN112902173B (zh) * 2021-02-07 2022-03-04 哈尔滨工业大学 一种采用高温一二次风燃尽固废的装置

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0769043B2 (ja) 1986-07-14 1995-07-26 バブコツク日立株式会社 粉砕燃料逆火防止装置
JP2973432B2 (ja) 1989-07-10 1999-11-08 富士ゼロックス株式会社 画像処理方法および装置
JP2776572B2 (ja) * 1989-07-17 1998-07-16 バブコツク日立株式会社 微粉炭バーナ
JP2781222B2 (ja) 1989-09-25 1998-07-30 バブコツク日立株式会社 微粉炭燃焼装置
EP0445938B1 (en) * 1990-03-07 1996-06-26 Hitachi, Ltd. Pulverized coal burner, pulverized coal boiler and method of burning pulverized coal
JP2954659B2 (ja) 1990-05-21 1999-09-27 バブコツク日立株式会社 微粉炭バーナ
SK282294B6 (sk) * 1990-06-29 2002-01-07 Babcock-Hitachi Kabushiki Kaisha Spaľovacie zariadenie
US5199355A (en) * 1991-08-23 1993-04-06 The Babcock & Wilcox Company Low nox short flame burner
RU2104443C1 (ru) * 1993-11-08 1998-02-10 Иво Интернэшнл ОЙ Способ и устройство для сжигания пылевидного топлива
JPH07260106A (ja) * 1994-03-18 1995-10-13 Hitachi Ltd 微粉炭燃焼バーナ及び微粉炭燃焼装置
CA2151308C (en) * 1994-06-17 1999-06-08 Hideaki Ohta Pulverized fuel combustion burner
JP3140299B2 (ja) * 1994-06-30 2001-03-05 株式会社日立製作所 微粉炭バーナ及びその使用方法

Also Published As

Publication number Publication date
CA2205778C (en) 2001-04-24
DE69726048D1 (de) 2003-12-18
FI972105A0 (fi) 1997-05-16
DE69726048T2 (de) 2004-07-08
EP0809068A2 (en) 1997-11-26
EP0809068B1 (en) 2003-11-12
KR970075644A (ko) 1997-12-10
FI114504B (fi) 2004-10-29
US5937770A (en) 1999-08-17
CA2205778A1 (en) 1997-11-24
FI972105A (fi) 1997-11-25
JPH09310809A (ja) 1997-12-02
EP0809068A3 (en) 1998-09-23
JP3099109B2 (ja) 2000-10-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100330675B1 (ko) 미분탄버너
KR100297835B1 (ko) 연소용 버너 및 이 버너를 구비한 연소장치
US5199355A (en) Low nox short flame burner
KR101285447B1 (ko) 버너, 버너를 구비한 연소장치 및 보일러
US5685242A (en) Pulverized coal combustion burner
JP2544662B2 (ja) バ―ナ―
RU2153129C2 (ru) Горелка и устройство внутреннего сгорания с горелкой
US5169302A (en) Burner
JP2526236B2 (ja) 超低ＮＯｘ燃焼装置
EP0933592B1 (en) Method for combusting pulverized coal
JPS60226609A (ja) 燃焼装置
PL185958B1 (pl) Urządzenie do spalania paliwa pyłowego w kotle
KR20000062699A (ko) 미분탄 연소 버너 및 미분탄 연소 장치
TWI712761B (zh) 固體燃料噴燃器
US5649494A (en) Burner for the combustion of fuel
JP3643461B2 (ja) 微粉炭燃焼バーナおよびその燃焼方法
EP3896337A1 (en) Combustion system for a boiler with fuel stream distribution means in a burner and method of combustion
JPH0474603B2 (ko)
JP2000039108A (ja) 低ＮＯｘバーナ
WO2022024552A1 (ja) サイクロンバーナ、サイクロンバーナユニット、ノズルユニット、およびサイクロンバーナの改造方法
JP2006162208A (ja) バーナとその運転方法
WO2023127121A1 (ja) サイクロンバーナ、サイクロンバーナユニット、及びサイクロンバーナの改造方法
JPH08200618A (ja) 微粉炭燃焼バーナ
JPS6086311A (ja) 低ΝＯｘボイラ
JPH0792214B2 (ja) 燃料燃焼バ−ナ

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20070131

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee