KR100472900B1 - 미분탄용 연소기 - Google Patents

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KR100472900B1
KR100472900B1 KR10-1999-7004170A KR19997004170A KR100472900B1 KR 100472900 B1 KR100472900 B1 KR 100472900B1 KR 19997004170 A KR19997004170 A KR 19997004170A KR 100472900 B1 KR100472900 B1 KR 100472900B1
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시비제니퍼엘.
코스로스키죤브이.
카프맨케쓰씨.
로져스래리더블유.
라뤼알버트디.
사르브해미드
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더 뱁콕 앤드 윌콕스 컴파니
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    • F23C2201/00—Staged combustion
    • F23C2201/20—Burner staging

Abstract

본 발명은 제 1구역(42)과 제 2구역(48,50) 사이에 완충부로 작용하는 변이부(46)를 구비한 연소기에 관한 것으로, 상기 변이부(46)는 제 1구역(42)과 제 2구역(48,50) 사이에 한정된 재순환영역을 구비함으로써 연소기 근처의 혼합과 화염안정성의 향상된 제어를 제공하며, 이 한정된 재순환영역은 분자로 된 질소로 환원시키기 위해 연소기의 출구(52) 근처의 산소결핍 열분해구역쪽으로 방출된 NOx를 되돌려 보내어서, 화합물의 방출과 불연소된 연료의 손실을 감소시키도록 되어 있다.

Description

미분탄용 연소기 {An Improved Pulverized Coal Burner}
본 발명은 미국 정부의 에너지부에 의해 재정된 계약 DE-AC22-92PC92160호 하에 정부지원으로 이루어진 것으로, 미국 정부는 본 발명에 있어 소정의 권리를 갖는다.
본 발명은 연료용 연소기에 관한 것으로, 특히 질소산화물(NOx)의 발생을 제한하도록 된 미분탄용 연소기에 관한 것이다.
질소산화물(NOx)은 열분해 동안 여러 성분들을 함유한 질소가 연료로부터 방출될 때 미분탄화염과 같은 화염을 형성하는데, 상기 성분들은 이용할 수 있는 산소와 결합하여, 예컨대 도 1에 도시된 바와 같이 NO와 NO2를 형성한다. 도 1은 전형적인 NOx반응구조를 나타내고 있는 바, NOx는 질소와 산소가 존재하는 화염영역에서 고온(2700℉ 이상)이 유지될 때 형성될 수 있으며, 이 조건하에서 분자로 된 질소는 해리(解離)되어 뜨거운 NOx를 형성하도록 산소와 재결합한다.
NOx방출의 감소는 연료와 약간의 연소용 공기의 혼합을 지연시키거나 "단계화(Staging)"함으로써, 미분탄연료로부터 이루어져 방출된 질소의 휘발성물질이 NOx 대신에 분자로 된 질소를 형성하도록 결합한다. 단계화로 초래되는 감소한 공기 중에서, 형성되는 NOx의 분자들은 더욱 쉽게 분자로 된 질소로 환원될 수도 있다. 이 단계화공정은 약간의 연소용 공기를 연소기로부터 제거하거나 화로내에서 다른 위치에 놓이게 함으로써 연소기에 대해 외부적으로 완성될 수 있다.
연료와 공기첨가의 위치를 물리적으로 분리하기 보다는 연소기 자체에서 연소용 공기를 제어하여 저NOx의 화염이 발생되는 내부단계화의 원리로 작용되면서 공기역학적인 공기단계식으로 된 연소기는 시중에서 구입할 수 있는 바, 이 내부단계화는 다중의 공기구역을 가로질러 연소용 공기를 공기역학적으로 분배시킴으로써 성취되며, 상기 내부단계화는 연소용 공기에 와류속도를 부여하고, 연소용 공기의 흐름을 바로 잡도록 다양한 형태의 연소기를 사용함으로써 향상된다. 바로 잡혀진 연소용 공기가 화염하류에 혼합될 때 연료의 소진은 주요 연소구역으로부터 멀리 떨어져 이루어진다. 더 뱁콕 앤드 윌콕스 컴퍼니(The Babcock & Wilcox Company)는 다중의 공기구역을 사용하여 NOx의 방출을 감소시키는 일련의 미분탄용 연소기를 개발 및 시험하고 생산하였으며, 그 한 예가 도 2에 도시되어 있는데, 이는 디알비-엑스씨엘(DRB-XCL)이라는 등록된 명칭으로 시중에 공급되고 있다. 이 공기역학적으로 단계화된 연소기는 연소기의 출구 근처에서 연료와 공기를 급속히 혼합하는 고와류의 일반적인 연소기로 현저하게 성공적으로 NOx의 수준을 감소시키는 것을 나타내고 있으나, 이렇게 설계된 저NOx 연소기로 생성된 긴 화염은 증가된 일산화탄소 (CO)의 방출과 높은 수준의 불연소된 탄소를 통해 낮은 연소효율을 나타낸다. 일반적으로 배출되는 NOx의 측정된 수준과 연소효율은 이전의 실험을 통해 반비례 관계임을 알 수 있다.
도 2를 참조로 하면, 이는 라뤼(LaRue)의 미국 특허 제 4,836,772호에 기재된 연소기와 유사한 석탄연소용 디알비-엑스씨엘 연소기를 도시하고 있는데, 이 연소기(10)는 원뿔형상의 디퓨저(12)와, 연료와 제 1공기(이송된 공기)의 입구(14)를 거쳐 미분탄과 공기가 공급되는 연소기(10)의 중앙도관내에 위치된 디플렉터(34)를 구비하고 있다. 바람통(16)은 내부벽(18)과 외부벽(20) 사이에 각각 구획되어 있는데, 이 바람통(16)은 배열되어 있는 고정된 회전날개(22)와 조정할 수 있는 날개 (24)를 수용하는 벽들에 의해 동심으로 둘러싸여진 연소기의 도관을 포함하고 있다. 상기 연소기의 노즐 주위에 동심적으로 형성된 공기분리판(26)은 제 2공기가 공급되는 채널을 보조하도록 되어 있으며, 상기 연소기(10)는 화염안정판(30)과 제 2공기(28)의 양을 제어하는 슬라이드 댐퍼(32)를 구비하고 있다.
라뤼 등의 미국 특허 제 4,380,202호도 원뿔형상의 디퓨저와 도 2의 다른 부재들을 갖춘 연소기에 관련된 것으로, 임펠러가 석탄용 노즐에 통상적으로 설치되어 방출을 희생함으로써 화염길이를 줄이게 된다. 임펠러 및 와류장치와 같은 유사한 장치들은 단지 연료흐름의 유형을 변화시키게 되고, 이들 수단은 NOx의 방출을 증가시키는 연료와 공기의 혼합을 향상시킬 수 있게 된다.
잇세(Itse) 등의 미국 특허 제 4,479,442호는 분기류 분리장치와 다중의 와류날개를 구비하는 미분탄용 벤튜리 노즐을 기재하고 있다.
비교되는 불연소된 연소물과 일산화탄소(CO)의 방출이 최소로 되었지만, 훨씬 NOx의 방출을 낮출 수 있는 향상된 저NOx 연소기를 여전히 필요로 하게 되었는 바, 바람직하기로 상기 연소기는 단지 연소용 공기의 추가적인 흐름과 더불어 미분탄과 공기가 결합된 흐름을 전달하여 미분탄화염의 연소특성을 제어하게 되고, 연소기의 설계는 낮은 오염물질의 방출 및 높은 연소효율 모두와 더불어 안정적이고 강한 화염을 제공하게 된다. 이러한 유형의 연소기의 형태는 이 연소기가 종래의 보일러나 화로에 설치될 수 있도록 한다.
도 1은 NOx의 반응구조를 도시한 그래프이고,
도 2는 본 발명에 의해 향상되는 공지된 디알비-엑스씨엘 연소기의 개략적인
단면도,
도 3은 본 발명에 따른 연소기의 개략적인 단면도,
도 4는 연소기의 화염특성을 나타내는 본 발명에 따른 연소기의 개략적인 단
면도,
도 5는 본 발명에 따른 바람직한 실시예의 개략적인 단면도이다.
본 발명은 높은 연소효율을 유지하면서 NOx의 방출을 낮출 수 있는 연소기를 제공하여 다른 연소기 뿐만 아니라 종래 연소기의 전술한 문제점을 해결하고자 하는 것인데, 여기에 사용된 바와 같이 높은 연소효율은 화로에서 배출되는 불연소 탄소와 일산화탄소의 수준을 최소화하는 것을 의미한다. 본 발명은 연소용 공기의 공기역학적인 분배를 효율적으로 결합시킴으로써, 이전의 NOx감소의 한계를 초월하여 안정적인 화염과 허용될 수 있는 연소효율을 제공하여서, 독특한 연소기의 특징과 함께 NOx의 발생을 제한하게 되는데, 이러한 특징들은 상호작용하여 여기에 설명된 바와 같이 효율적인 저NOx 연소기를 생산할 수 있게 된다. 본 발명은 제 2공기의 속도를 이용하는 한편, 연소기 근처에서 제 1과 제 2흐름을 분리하여 높은 난류수준과 향상된 하류혼합을 촉진시킨다. 변이부와 함께 원추형상의 공기분배구는 날개에 의해 제 2공기에 전달되는 흩어지는 와류없이 제 2공기의 방향을 바로 잡을 수 있게 하는데, 이러한 조정은 화염안정성과 하류혼합을 향상시킨다. 상기 제 2공기가 변이부에 의해 연소기 근처의 중심연료구역으로부터 물리적이고 공기역학적으로 분리됨으로써, 직접적인 연료의 비말동반을 방지하게 되며, 제 2와류와 원추형상의 공기분배구의 사용은 하류에서의 혼합을 여전히 허용하는 한편, 화염중심으로부터 떨어진 공기를 국부적으로 방향을 바로 잡게 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 석탄의 불휘발화(devolatilization) 동안 국부적인 화학량(stoichiometry)을 감소시켜 초기 NOx의 형성을 감소시키는 연소기의 출구 근처의 제 1연소영역으로부터 떨어져 연소용 공기를 전환시키는 향상된 저NOx 연소기를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 다른 목적은 낮은 오염물질 방출 및 높은 연소효율 모두와 더불어 안정적인 화염을 제공하는 향상된 저NOx 연소기를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 설계가 간단하고 구조적으로 단단하며 제조하는 데에 경제적인 연소기를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 특성을 나타내는 새롭고 다양한 특징은 이 명세서의 일부를 이루면서 첨부되는 청구항에 잘 나타나 있으며, 본 발명과 작동상의 장점 및 그 사용으로 인해 달성되는 특정한 목적들을 보다 잘 이해하기 위해서, 본 발명에 따른 바람직한 실시예는 도시된 첨부도면을 참조로 하여 설명된다.
도면들을 참조로 하는 바, 우선 도 3과 여러 도면들을 통해 동일하거나 유사한 특징부에는 동일한 참조부호가 부여된다.
도 3은 일반적으로 참조부호 40으로 지시된 본 발명에 따른 연소기의 개략적인 단면도인데, 디알비-4젯(DRB-4Z) 연소기라고도 하는 이 연소기(40)는 한정된 이송된 공기(제 1공기)와 함께 미분탄과 같은 연료 및, 연소기의 바람통(16)으로부터 공급되는 추가적인 연소용 공기(제 2공기)를 전달하는 연소기의 도관내에서 동심적으로 둘러싸는 벽에 의해 형성된 일련의 구역들을 갖추고 있다. 상기 연소기(40)의 중앙구역(42)은 공급부(도시되지 않음)로부터 입구(44)를 거쳐 제 1공기와 미분탄을 전달하는 원형단면인 제 1구역 또는 연료노즐이다. 연소용 제 2공기를 안내하거나 제 2공기를 외부의 잔여공기구역으로 전환시키도록 되어 있는 제 1-2변이부(46)를 형성하는 환형상의 동심벽(45)은 상기 중앙 또는 제 1구역(42)을 둘러싸고 있다. 상기 변이부(46)는 제 1과 제 2흐름 사이에서 완충부로 작용하여 연소기 근처의 혼합과 안정성의 제어를 향상시키게 되는데, 이 변이부(46)는 와류와 함께 또는 와류없이 공기를 안내하거나 난류수준을 향상시키도록 형성되어 연소제어를 향상시킨다. 상기 연소기(40)의 환형상의 잔여구역은 연소용 공기의 대부분을 전달하는 동심적으로 둘러싸인 벽에 의해 형성된 내부의 제 2공기구역(48)과 외부의 제 2공기구역(50)으로 이루어진다. 구조적으로, 본 발명에 따른 연소기(40)의 설계는 주로 도 2에 도시된 디알비-엑스씨엘 연소기를 기초로 하고 있지만, 본 발명에 따른 연소기의 설계는 미분탄과 제 1공기를 공급하는 연소기의 중앙도관(42)을 둘러싸는 환형상의 동심부(46)를 구비하며, 덧붙여 이 연소기의 설계(40)는 변형되어 디알비 -엑스씨엘 연소기보다 다소 높은 속도로 제 2공기를 공급하도록 되어 있는데, 이 연소기의 속도는 연소기 제어의 불필요한 감도와 고압강하를 일으킴 없이 필요한 다방면의 혼합특성을 제공하도록 선택된다. 상기 연소기(40)는 연료와 연소기의 적용에 따른 속도범위 이상으로 제 2공기를 공급하도록 설계되어 있는데, 상기 속도범위는 충분한 방사상운동량과 접선운동량의 발생이 제 1흐름과 내부의 제 2흐름 사이에서 방사상의 분리를 창출할 수 있도록 선택된다. 상기 연소기(40)는 바람직하기로 제 1공기 및 연료 흐름속도의 대략 1.0 내지 1.5배와 같은 속도로 제 2공기를 전달하도록 되어 있는데, 한 실시예의 실험에서 제 2공기의 정상속도는 약 5500fpm이지만, 상업적인 응용에서는 약 4500에서 7500fpm까지의 범위내에 있다.
환형상의 동심변이부(46)는 연료의 유형과 양에 따라 일관된 특성직경을 갖도록 고려된 연료노즐(42)의 0.5에서 1.5배의 면적범위를 갖도록 형성된다.
한 실시예의 실험에서, 상기 디알비-4젯 연소기는 통상적으로 연료노즐의 면적과 동일한 변이부 면적을 갖지만, 상업적인 연소기의 이러한 관계의 변화는 제 1공기의 유동율과 제 1과 제 2공기의 온도 및 연소기의 연소율과 같은 설계특성에 따라 일어날 수 있다.
본 발명의 변이부의 중요한 특징은 화염의 근원에서 연료와 함께 혼합되는 제 2공기의 향상된 제어를 제공한다는 것으로, 이 특징은 소량의 연소용 공기가 이 테두리로부터 화염으로 안내될 수 있게 한다.
상기 연소기(40)는 이 연소기의 목부(52)에서 제 2공기의 분배에 향상된 유연성을 제공한다. 상기 변이부를 구획하는 동심벽의 상부면에 뚫려 있는 개구부는 제 2공기가 이 구역내로 들어가게 하는데, 변이부로의 제 2공기의 흐름율은 연소기 (40)의 뒤에서 이 변이부의 외부를 둘러싸고 있는 활주슬리이브(54)에 의해 제어된다. 제 2공기가 변이부(46)를 통해 나아가게 되는 상태에서, 회전날개 조립체(도시되지 않음)는 이 변이부(46)내에 위치되어 와류를 안내할 수 있게 된다. 상기 변이부 출구에서 다른 바람직한 공기유형은 제 1-2변이구역의 높고 낮은 혼합의 산재된 구역을 창출하는 분할된 공백판(도시되지 않음)을 사용하여 성취된다. 추가적인 공기제어장치가 쉽게 변이부에 넣어져 연소용 공기의 분배와 혼합을 훨씬 잘 조절할 수 있게 된다.
디알비-엑스씨알 연소기와 유사한 형태에서, 와류는 내부의 제 2공기구역 (48)과 외부의 제 2공기구역(50)을 통과하는 제 2공기에 전달되는데, 이 와류는 내부의 제 2공기구역(48)의 일련의 이동가능한 날개(24)와, 외부의 제 2공기구역(50)의 고정된 날개(22) 및 이동가능한 날개(24) 모두를 사용하여 생성되며, 이들 날개의 배치는 와류의 완전한 제어와 필요한 혼합특성을 위한 연소기(40) 주위의 연소용 공기의 분배를 제공하게 된다. 각 구역(48)의 이동가능한 날개(24)는 완전히 폐쇄된 위치(단면도에 대략 수직인 축에 대해 0°)나 완전히 개방된 위치(90°) 또는 연소가 최적으로 이행될 수 있는 임의의 중간각도로 있게 되는데, 완전히 개방된 위치에서 상기 이동가능한 날개에 의해 전달되는 와류는 없게 된다. 변이부와 함께 제 2공기구역의 사용은 제 2와류의 분배를 방해하는 부착된 화염안정화 장치를 필요로 하지 않게 된다.
상기 내부와 외부의 제 2공기구역(48,50)의 공기분배는 각 구역내의 이동가능한 날개를 사용하여 제어될 수 있으며, 덧붙여 연소용 제 2공기의 분배나 분할은 도 3에 도시된 활주판(56)의 다른 실시예로 조절할 수도 있다. 이 활주판(56)은 내부의 제 2공기구역(48)으로 공기의 흐름을 방해하도록 설치되고, 자동으로 또는 수동으로 조절되어 내부와 외부의 제 2공기구역 사이에서 공기의 분할을 변화시킨다. 바람직하기로, 상기 활주판(56)은 내부와 외부의 제 2공기구역(48,50)으로 공기를 조정할 수 있도록 확대될 수 있으며, 확대된 활주판은 자동으로 또는 수동으로 제어할 수 있도록 되어 다중 연소기의 배열에서 연소기들 사이의 공기흐름의 균형을 잡게 된다. 상기 활주판(56)과 내부 및 외부의 날개(22,24)가 결합하여 설치됨으로써, 연소기의 출구(52)에서 공기분할과 와류 모두를 넓은 범위로 제어할 수 있게 된다.
원추형상의 공기분배구(58)는 연료노즐을 형성하는 동심벽의 끝부분에 부착되는데, 이 동심벽은 변이부나, 내부와 외부의 제 2공기구역을 분리하는 슬리이브, 또는 이들 위치결합의 외부직경을 형성한다. 이러한 선택은 연소기의 목부(52)를 나오는 공기의 방향과 분배의 추가적인 제어를 제공한다. 상기 원추형상부(58)는 연소용 공기가 연소기의 목부(52)를 나올 때 이 연소용 공기의 회전을 추가적으로 제어하는 역할을 한다. 추가적인 장치의 응용은 여기에 설명된 연소기(40)의 형상에 쉽게 병합되어 필요할 때 추가적인 제어를 할 수 있게 한다.
다음으로 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 연소기(40)의 설계는 화염근처의 제 1연소영역으로부터 떨어져 대부분의 연소용 공기를 효과적으로 전달함으로써 저NOx의 미분탄화염을 생성하여, 석탄의 불휘발화 동안 국부적인 화학량을 제어하여서 초기 NOx의 형성을 감소시키도록 되어 있다. 도 4에서, A는 화염의 산소결핍 불휘발화 구역(oxygen lean devolatilization zone)이고, B는 생성물의 재순환이 이루어지는 구역이며, C는 NOx의 환원구역이다. D는 고온인 화염표층을 나타내고, E는 연소용 제 2공기의 제어된 혼합이 이루어지는 구역이며, F는 연소종료 구역이다. 제 1과 제 2흐름 사이의 한정된 재순환구역은 분자로 된 질소로 환원시키기 위해 산소결핍 열분해구역(A)쪽으로 방출된 NOx를 되돌려 보내는 작용을 한다. 이 재순환구역(B)은 연소기 근처의 향상된 화염안정성과 국부적인 혼합을 제공하는 작용도 하여서, 전체적인 연소효율을 향상시킨다. 도 4에 도시된 화염특성은 종래의 저NOx 연소기의 설계보다 본 발명에 따른 설계의 향상된 방출과 연소의 이행을 설명하고 있다.
본 발명에 따른 설계의 독특한 장점은 여러 중요영역으로 분류될 수 있다. 첫번째 영역은 향상된 NOx의 방출이 이루어지는 것이다. 본 발명에 따른 연소기(40)는 디알비-엑스씨알 연소기에 대해 동일하거나 증가된 제 2공기의 속도로 작동할 수 있는 능력을 포함하는 다양하고 새로운 공기역학적인 형태로 설계되었다. 제 1-2변이부와 재설계된 공기분배장치는 제한된 NOx의 형성과 연소기 근처의 NOx의 분포를 높이는 데에 중요하다. 이들 연소기의 형태는 연소기 근처의 제 1과 제 2흐름의 분리를 촉진시켜 NOx의 생성을 제한하는 산소결핍의 환경에서 연료로부터 휘발성분을 방출시키게 된다. 점화안정성을 유지하기 위해 이 영역에서 산화물의 최소수준이 요구되는데, NOx의 형성은 이 영역에서 배제될 수 없지만, 상기 연소기의 공기역학은 환원을 위해 화염중심 근처의 산소결핍영역으로 NOx를 되돌려 보내는 작용을 하는 제 1과 제 2흐름들 사이의 국부적인 재순환영역(B)을 창출하기도 한다.
5MBtu/hr와 100MBtu/hr의 양쪽 비율로 상기 연소기로 이루어진 실험에서, 이 연소기는 실험에 사용된 높은 휘발성의 3개의 다른 동부 역청탄용 디알비-엑스씨알 연소기로 얻어진 최적의 기준값 이상으로 중량%를 기초로 하여 15 % 내지 50%까지 NOx의 방출을 감소시켰다. 상기 석탄을 연소시키는 동안 디알비-4젯연소기로 이루어진 NOx의 방출은 디알비-엑스씨알 연소기 보다 연료의 특성변화에 덜 민감하였다. 종래의 연소실험 설비에서는 NOx의 방출과 연소효율 사이에 깊은 반비례관계를 나타내었다. 최고의 연소효율은 연소용 공기와 연료의 신속하고 완전한 혼합에 의해 이루어지며, 짧고 고온인 화염이 생성되는데, 저NOx의 연소기는 지연된 혼합 때문에 낮은 연소효율을 초래하기도 하는 길고 저온인 화염을 생성함으로써 NOx의 방출을 감소시킨다.
본 발명은 연소기 근처의 제 1과 제 2흐름을 분리하는 동안 보다 빠른 제 2공기의 속도를 사용함으로써 이 어려움을 다루게 되는 바, 증가된 제 2공기의 속도는 하류의 혼합을 향상시키는 와류와 높은 난류의 수준을 촉진시킨다. 제 2공기는 연소기 근처의 중심연료구역(A)으로부터 물리적으로 또는 공기역학적으로 분리되고, 상기 변이부(46)는 물리적으로 공기흐름을 분리하여 직접적인 비말동반을 방지하는 한편, 제 2와류와 원추형상의 공기분배구를 사용하여 여전히 하류의 혼합을 허용하는 동안 화염중심으로부터 떨어져 공기를 국부적으로 바로 잡게 된다. 최근의 실험은 상기 연소기(40)가 연소효율을 희생시키지 않고서 낮은 NOx를 방출함을 보여주고 있다. 3개의 동부 역청탄을 사용한 실험에서, 본 발명에 따른 연소기는 두 석탄에 대해 일산화탄소의 출구수준을 효과적으로 동등하게 하고, 한 석탄에 대해 최적화된 설정에서 낮은 열감량(LOI)을 보이는 한편, 일제히 디알비-엑스씨알 연소기에 비해 NOx의 방출을 감소시킨다. 여기서, 열감량은 연소의 비효율성을 나타내는 크기이다. 필요하면, 석탄노즐 혼합장치가 상기 연소기 설계에 쉽게 병합되어 더욱 연소를 향상시키게 되는데, 이러한 혼합장치의 한 예가 도 5에 도시된 바와 같이 제 1구역(42)내에 위치된 임펠러(60)이다. 본 발명에 따른 연소기의 설계는 종래의 연소기 보다 향상된 제어를 제공하는 일련의 특징들을 포함하고 있는 바, 상기 변이부(46)는 잘 구획된 화염고착영역을 제공하여 내부의 제 2공기분배나 와류를 방해하지 않도록 화염을 안정화시키며, 이 변이부(46)는 국부적인 제 1공기 대 석탄의 비(PA/PC)를 효과적으로 조절하는 제 2공기의 제한된 양을 넣도록 형성될 수도 있어서, 연소기의 온도를 감소시키고, 화염기저부에 추가공기를 유도하며, 연소기 근처의 혼합을 더욱 조절하게 된다. 상기 변이부(46)를 통해 넣어진 공기는 쉽게 유도되는 와류나 공기에 난류를 부가시키는 하나 또는 일련의 설비부재로 제어할 수 있다. 상기 연소기(40)의 제 2구역(48,50)을 통한 공기분배는 이동가능한 날개(24)나 활주판(56), 또는 양쪽 모두에 의해 제어될 수 있다. 본 발명의 연소기 (40)는 기계공학적이고 공기역학적인 안정화 개념을 결합하여 이용함으로써 안정성을 제공하여 안정한 미분탄화염을 생성하게 된다. 제 1-2변이부(46)는 향상된 화염고착을 제공하는 화염고정영역으로 작용하고, 제 2공기흐름과 함께 이 변이부는 안정한 화염을 촉진시키기도 하는 제 1과 제 2흐름 사이에서 낮은 운동량의 재순환영역을 생성한다. 상기 제 2공기는 와류하는 연소용 공기를 제공하여 화염을 공기역학적으로 안정화시키고, 화염혼합을 제어한다. 여기에 설명된 바와 같은 설계에 의해 제공되는 제어의 범위와 관련된 이들 특징은 광범위한 부하조건과 연소조건으로 화염을 확실히 안정화시킬 수 있게 된다. 끝으로, 본 발명에 따른 연소기는 고온의 순환과 부식에 민감해질 수 있는 고착된 화염안정화 설비를 사용할 필요가 없어서 간단하게 된다. 본 발명에 따른 연소기의 설계는 새로운 보일러와 종래의 보일러 모두에 사용될 수 있는 바, 이 연소기는 조합된 화석연료들을 연소시키도록 형성될 수도 있어 종래의 설비를 최소로 변환하여 사용할 수 있다. 예컨대, 미분탄은 제 1구역을 통해 전달되는 한편, 소량의 천연가스는 변이부를 통해 분사되는데, 이러한 형태에서 천연가스는 연소기의 열입력의 5% - 15% 사이를 이루게 된다. 추가적으로, 본 발명의 디알비-4젯 연소기는 제 1공기 및 연료쪽에 변경이 필요없게 되며 높은 분말도의 석탄이 필요없게 된다.
미분탄에 대해 특별한 설명이 이루어졌으나, 연료용 기름이나 천연가스를 연소시키는 데에도 알맞다. 중앙도관(42)에 위치된 분무기는 여기에 설명된 바람직한 방식으로 기름을 연소시킬 수 있으며, 바람직하기로 중앙도관(42)에 위치된 하나의 큰 스퍼드(spud) 또는 변이부내의 다수의 작은 스퍼드는 전술한 바람직한 방식으로 가스를 연소시킬 수 있다.
본 발명의 특정한 실시예가 도시되고 상세하 설명되어 본 발명의 원리의 적용을 도해하였으나, 본 발명이 이러한 원리로부터 벗어남 없이 다르게 실시될 수 있음이 이해될 것이다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 석탄의 불휘발화 동안 국부적인 화학량을 감소시켜 초기 NOx의 형성을 감소시키고, 낮은 오염물질 방출 및 높은 연소효율과 더불어 안정적인 화염을 형성하는 한편, 설계가 간단하고 구조적으로 단단하며 제조하는 데에 경제적인 연소기를 제공하는 효과가 있게 된다.

Claims (22)

  1. 제 1구역에서 연소용 제 1공기와 함께 제 1연료의 통로로 사용되되, 축과 더불어 출구단을 갖춘 연료노즐부와; 이 연료노즐부를 동심적으로 둘러싸는 환형상의 변이부를 형성하면서 연소기 근처의 혼합과 화염안정성을 위해 공기를 공급하도록 구성된 변이부; 내부의 제2 공기구역과 외부의 제2 공기구역을 형성하되, 상기 내부의 공기구역은 상기 변이부를 동심적으로 둘러싸는 내부벽을 구비하며, 상기 외부의 공기구역은 상기 내부의 공기구역을 동심적으로 둘러싸는 외부벽을 구비하고, 상기 내부의 제2 공기구역에 와류를 부여하는 제1수단을 구비하며, 상기 외부의 제2 공기구역에 와류를 부여하는 제2수단을 구비하며, 상기 내부와 외부의 공기구역에 출구단을 구비하는 내부의 제2 공기구역 및 외부의 제2 공기구역; 및 외부의 제2 공기흐름을 상기 연료노즐 축으로부터 전환시키며 상기 내부 제2 공기구역을 동심으로 둘러싸는 상기 외부벽에 부착된 공기흐름 전환수단을 구비하여서, 화합물의 방출과 불연소된 연료의 손실을 낮추도록 된 연소기.
  2. 제 1항에 있어서, 난류의 수준을 향상시키는 상기 변이부를 통해 넣어진 공기를 와류시키는 수단을 추가로 구비하여 연소의 제어를 향상시키도록 된 것을 특징으로 하는 연소기.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서, 상기 변이부의 출구단에 부착되어 공기방향을 제어하는 공기분배수단을 추가로 구비하는 연소기.
  7. 삭제
  8. 제 1항에 있어서, 연소용 제 2공기를 조절하는 수단을 추가로 갖추되, 이 조절수단은 공기의 흐름을 제어하는 상기 내부와 외부의 공기구역에 위치하는 연소기.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 변이부는 이 변이부를 통하는 제 2공기의 흐름을 제어하기 위해 변이구역을 형성하는 동심벽의 상부면에 뚫려 있는 개구부를 둘러싸는 활주슬리이브를 구비하는 연소기.
  10. 제 1항에 있어서, 연소동안 혼합을 향상시키기 위해 상기 연료노즐부내에 위치되는 석탄혼합장치를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 연소기.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 변이부에 적어도 하나의 흐름전환날개를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 연소기.
  12. 삭제
  13. 미분탄과 제 1공기용 노즐 주위에 동심적으로 위치된 내부와 외부의 공기구역과 외부끝을 갖춘 미분탄과 제 1공기용 노즐을 구비한 미분탄용 연소기에서, 상기 미분탄과 제 1공기용 노즐로부터 떨어져 둘러싸면서 이 노즐과 상기 내부의 공기구역 사이에 위치되어 상기 노즐에 의해 형성되는 제 1구역을 둘러싸는 변이부를 형성하는 환형상의 동심실린더를 제공하는 단계와; 노즐출구 근처의 제 1연소영역의 산소결핍 불휘발화 구역으로부터 연소용 공기를 전환함으로써 미분탄화염을 생성하는 단계; 초기 질소산화물의 형성을 감소시키는 석탄의 불휘발화 동안 화학량을 생성하는 단계; 및 분자로 된 질소로 환원시키기 위해 산소결핍 불휘발화구역쪽으로 방출된 질소산화물을 되돌려 보내는 제 1과 제 2공기의 흐름 사이에 구획된 재순환영역을 제공하는 단계로 이루어진 화합물의 방출과 불연소된 연료의 손실을 감소시키는 연소방법.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 내부와 외부의 공기구역을 통과하는 공기를 와류형성시키는 단계를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 연소방법.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 연소기내에 위치된 고정된 날개와 조절가능한 날개로 연소의 효율성을 향상시키도록 국부적인 혼합을 제공하는 단계를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 연소방법.
  16. 제 1항에 있어서, 상기 연료용 노즐에 분무기를 추가로 구비하여 기름을 연소시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 연소기.
  17. 제 1항에 있어서, 상기 연료용 노즐에 스퍼드를 추가로 구비하여 천연가스를 연소시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 연소기.
  18. 제 1항에 있어서, 상기 변이부에 적어도 두개의 스퍼드를 추가로 구비하여 천연가스를 연소시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 연소기.
  19. 제 1항에 있어서, 상기 와류를 부여하는 제1수단은 와류를 부여하는 제1 조정수단을 구비하되, 이 조정수단은 상기 내부의 제2 공기구역에 위치하는 연소기.
  20. 제 19항에 있어서, 상기 와류를 부여하는 제2수단은 와류를 부여하는 제2 조정수단을 구비하되, 이 조정수단은 상기 외부의 제2 공기구역에 위치하는 연소기.
  21. 제 1항에 있어서, 상기 와류를 부여하는 제2수단은 와류를 부여하는 고정수단을 구비하되, 이 고정수단은 상기 외부의 제2 공기구역에 위치하는 연소기.
  22. 제 1구역에서 연소용 제 1공기와 함께 제 1연료의 통로로 사용되되, 축과 더불어 출구단을 갖춘 연료노즐부와; 이 연료노즐부를 동심적으로 둘러싸는 환형상의 변이부를 형성하면서 연소기 근처의 혼합과 화염안정성을 위해 공기를 공급하도록 구성된 변이부; 및 내부의 제2 공기구역과 외부의 제2 공기구역을 형성하되, 상기 내부의 제2 공기구역은 상기 변이부를 동심적으로 둘러싸는 내부벽을 구비하며, 상기 외부의 제2 공기구역은 상기 내부의 제2 공기구역을 동심적으로 둘러싸는 외부벽을 구비하고, 상기 내부와 외부의 제2 공기구역은 출구단과 이 출구단에 인접하여 적어도 하나의 흐름전환날개를 구비하며, 내부 및 외부의 제2 공기구역의 출구단과 상기 변이부의 출구단에 바깥으로 연장되는 원뿔형상부를 구비하는, 내부의 제2 공기구역과 외부의 제2 공기구역;을 구비하여서, 화합물의 방출과 불연소된 연료의 손실을 낮추도록 된 연소기.
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