KR100481431B1

KR100481431B1 - 배기가스 연료 혼합형 3단 연소 저질소 산화물 버너를이용한 연소 시스템

Info

Publication number: KR100481431B1
Application number: KR1020030075260A
Authority: KR
Inventors: 김세원; 신명철
Original assignee: 한국생산기술연구원
Priority date: 2003-10-27
Filing date: 2003-10-27
Publication date: 2005-04-07

Abstract

본 발명은 가스 연료를 사용한 버너에서 연료가스를 화염 자체의 연소상태 개선에 따른 저질소 산화물 연소 방식으로 연소시켜 질소 산화물 발생량을 효과적으로 줄이기 위한 버너 장치 및 연소 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 질소 산화물(NOx) 발생 저감을 위한 연소 방법은 기본적으로 버너 자체에서 연소 공기를 3단으로 나누어 단계적으로 공급하고 각 공기 출구단에서의 선회 강도와 공급 유량을 달리 형성하는 선회기를 부착하여 화염의 연료 농후 영역과 연료 희박 영역을 종래 버너의 다단 연소 방식보다 훨씬 효과적으로 구성하여 화염 내 국부적인 최고 화염 온도 영역을 줄이는 화염 구조를 형성하여 질소 산화물 발생을 억제한다. 또한 이에 부가적으로 배기가스를 공기공급부가 아닌 연료공급부에 미량 주입하여 공기 공급부로의 배기가스 재순환에 비해 보다 효과적이고 버너에서 발생하는 질소 산화물의 추가적인 감소를 이루게 한다.

Description

배기가스 연료 혼합형 3단 연소 저질소 산화물 버너를 이용한 연소 시스템{COMBUSTION SYSTEM USING A LOW NOx BURNER WITH TRIFLE BURNING OUTLET FOR MIXING GAS FUEL}

연소 과정 중 발생하는 질소 산화물에 대한 제어 기술은 크게 연소 후 처리 방법과 연소 개선 방법으로 나누어지는데, 일반적으로 중대형 급 이상 규모의 보일러 및 기타 연소 시스템의 경우 선택적 촉매 환원법(Selective Catalytic Reduction, SCR), 비 선택적 촉매 환원법(Selective Non-Catalytic Reduction, SNCR)과 같은 연소 후 처리 방법에 의한 배기가스 배출 제어 연구가 많이 시도되고 있으나, 연소 개선에 의한 배기가스 농도 제어가 충분히 이루어 질 경우 이러한 후처리 장치에 관한 비용 절감을 이룰 수 있다는 경제적 측면에서 연소 개선에 의한 방법은 연소 배기가스 제어에 있어서 보다 근본적이고 효과적인 방법이 될 수 있다.

이러한 연소 개선에 의한 질소 산화물제어 기술들 중 저질소 산화물 연소기는 가장 널리 사용되는 질소 산화물 제어 기술들 중의 하나이다. 이는 일반적으로 질소 산화물 배출량에 있어서 약 30-50% 정도의 감소 효과를 가져올 수 있으며, 배기가스 재순환과 같은 질소 산화물 제어 기술들과 병용해 적은 비용으로 비교적 큰 배기가스 배출 농도의 감소를 얻을 수 있는 장점이 있다.

공기의 단계적 공급(Burner-induced air staging)에 의한 종래의 저 질소 산화물 연소기는 연소용 공기 출구를 2단으로 구성하고 1단 공기에 선회기를 부착하여 연료과잉 및 희박 영역을 형성하였고, 보다 더 질소 산화물을 저감시키기 위하여 배기가스 재순환의 경우 연소된 배기가스 일부를 연소용 공기와 혼합하여 버너(100)로 유입시켜 연소시키는 방법을 사용하고 있다.

위와 같은 연소 방식은 화염 내 연료 과잉 및 희박 영역의 구분이 정 확하게 형성되지 않고 부하에 따른 화염의 상태에 따라 효과적으로 화염 내 유동 형태를 제어하지 못해 비교적 큰 질소산화물 저감 효과를 나타내지 못하며 연소용 공기 내 배기가스 재순환의 경우 재순환 양에 따라 설치 비용에 따른 경제적 부담이 증가하는 문제점이 있었다.

화염의 안정화와 효과적인 연료 농후 및 연료 희박 영역을 화염 내에 구성함에 있어 선회류를 이용하는데, 버너 자체에서 연소 공기의 단계적 공급을 통해 화염을 형성함에 있어 각 공기 출구단에서의 선회 강도와 공급 유량의 변화에 의해 축방향 운동량과 접선 방향 운동량이 변함에 따라 화염 구조가 달라져 이에 따른 각 공기 출구에서의 선회강도와 공기량 조건에 대한 확립이 필요하다.

이에 따라 본 발명에서는 연소 공기의 단계적 공급을 적용한 3단 연소 방식의 저 질소 산화물 연소기에서 질소 산화물 배출량 저감을 위해 각 연소용 공기 주입구 별 공기 공급 유량과 버너 출구 각각에서의 선회각 변화에 의한 선회류의 운동량 조절을 통해 보다 효율적인 선회류를 구성함으로써 질소 산화물 배출농도를 저감하고 각 공기단에 공급되는 공기량 조절을 통해 CO를 고려한 최적의 배기가스 배출 특성을 나타내도록 하며, 배기가스를 재순환시킴으로써 질소 산화물 저감의 효과를 극대화시키는 버너의 형태를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

즉, 연소 개선에 의한 질소 산화물 제어 기술들 중 연소 공기의 단계적 공급과 연료 중 배기가스 재순환을 통해 화염 내 국부적인 고온 영역을 줄여 이런 영역대에서 발생하는 열적 질소 산화물(Thermal NOx)을 줄이는 저 질소 산화물 연소 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 배기가스 연료 혼합형 3단 연소 저질소 산화물 버너를 이용한 연소 시스템은 1단 버너 외통, 이 1단 버너 외통의 주위에 설치된 2단 버너 외통, 상기 2단 버너 외통의 주위에 설치된 3단 버너 외통, 상기 1단 버너 외통의 중앙에 설치된 연료분사 노즐, 상기 1단 버너 외통과 연료 공급부의 연료분사 노즐의 사이에 설치된 1단 공기 출구측 선회기, 상기 1단 버너 외통과 2단 버너 외통의 사이에 설치된 2단 공기 출구측 선회기, 상기 2단 버너 외통과 3단 버너 외통의 사이에 설치된 3단 공기 출구측 선회기를 포함하고, 상기 1단 버너 외통은 하부에 1단 공기 입구)를 형성하고 연료 공급부의 연료분사 노즐과의 사이에 1단 공기 출구를 형성하며, 상기 2단 버너 외통은 하부에 2단 공기 입구를 형성하고 1단 버너 외통과의 사이에 2단 공기 출구를 형성하며, 상기 3단 버너 외통은 하부에 3단 공기 입구를 형성하고 2단 버너 외통과의 사이에 3단 공기 출구를 형성하는 배기가스 연료 혼합형 3단 연소 저질소 산화물 버너와; 상기 1, 2, 및 3단 공기 입구로 공기를 공급할 수 있는 공기 공급원과; 상기 공기 공급원에 연결되어 이 공기 공급원의 공기를 상기 1, 2, 및 3단 공기입구로 보낼 수 있는 블로우어와; 상기 연료분사 노즐의 타단에 가스 연료 공급관을 통해 연결되어 가스 연료를 공급할 수 있는 가스 연료 공급원과; 일단이 상기 버너연소로의 연료 및 공기 출구 쪽에 설치되어 내부에서 연료와 공기의 혼합 기체를 연소할 수 있는 연소로와; 상기 연소로의 타단에 연결되어 연소된 가스를 배기할 수 있는 배기 덕트를 포함하며;

상기 1, 2 및 3단 공기 출구는, 공기 출구 쪽으로 1단 공기 출구 보다는 2단 공기 출구가 그리고 2단 공기 출구 보다는 3단 공기 출구가 더 길게 형성되어 계단 형상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

한편, 공기 출구측 수평 단면에 대한 상기 1, 2, 및 3단 공기 출구측 선회기의 선회 날개의 각도는 1단 공기 출구측 선회기의 선회 날개의 각도가 가장 크고 2단과 3단 공기 출구측으로 갈수록 설치된 선회기의 선회 날개의 각도가 감소하도록 설정하여 상기 1, 2 및 3단 공기 출구에서의 선회도가 다른 것을 특징으로 한다.

그리고, 공기 출구측 수평 단면에 대한 상기 1, 2, 및 3단 공기 출구측 선회기의 선회 날개의 각도는 각각 60°, 45°, 및 30°로 설정되어 상기 1, 2, 및 3단 공기 출구에서의 공기의 유량이 각각 1단 공기 출구에서 30-35%, 2단 공기 출구에서 30%, 및 3단 공기 출구에서 35-40%로 공급되는 것을 특징으로 한다.

또한, 공기의 균일한 압력과 출구 유동 조건의 제어를 위해 상기 2단 공기 입구와 3단 공기 입구 중 적어도 하나에 윈드 박스를 더 연결한 것을을 특징으로 한다.

아울러, 상기 가스 연료 공급원과 연료 공급부의 연료분사 노즐의 맞은편의 끝의 사이에 위치하는 가스 연료 공급관에 연료의 공급을 개폐할 수 있는 밸브를 더 설치한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 배기 덕트의 일측에 배출되는 배기 가스의 일부를 상기 연료 공급부로 재순환시키기 위해 배기가스 재순환 라인을 배기 덕트와 가스 연료 공급관의 사이에 더 설치한 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 연료분사 노즐은 적어도 하나 이상의 홀을 가지는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 연료분사 노즐의 홀은 8개인 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 이하에서 설명될 도 1 내지 도 7에서 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 부여하였다.

본 발명의 연소 시스템은, 1단 버너 외통(11), 이 1단 버너 외통(11)의 주위에 설치된 2단 버너 외통(21), 상기 2단 버너 외통(21)의 주위에 설치된 3단 버너 외통(31), 상기 1단 버너 외통(11)의 중앙에 설치된 연료분사 노즐(41), 상기 1단 버너 외통(11)과 연료 공급부(40)의 연료분사 노즐(41)의 사이에 설치된 1단 공기 출구측 선회기(12), 상기 1단 버너 외통(11)과 2단 버너 외통(21)의 사이에 설치된 2단 공기 출구측 선회기(22), 상기 2단 버너 외통(21)과 3단 버너 외통(31)의 사이에 설치된 3단 공기 출구측 선회기(32)를 포함하고, 상기 1단 버너 외통(11)은 하부에 1단 공기 입구(10')를 형성하고 연료 공급부(40)의 연료분사 노즐(41)과의 사이에 1단 공기 출구(10)를 형성하며, 상기 2단 버너 외통(21)은 하부에 2단 공기 입구(20')를 형성하고 1단 버너 외통(11)과의 사이에 2단 공기 출구(20)를 형성하며, 상기 3단 버너 외통(31)은 하부에 3단 공기 입구(30')를 형성하고 2단 버너 외통(21)과의 사이에 3단 공기 출구(30)를 형성하는 배기가스 연료 혼합형 3단 연소 저질소 산화물 버너(100)와; 상기 1, 2, 및 3단 공기 입구(10', 20', 30')로 공기를 공급할 수 있는 공기 공급원(60)과; 상기 공기 공급원(60)에 연결되어 이 공기 공급원(60)의 공기를 상기 1, 2, 및 3단 공기입구(10', 20', 30')로 보낼 수 있는 블로우어(50)와; 상기 연료분사 노즐(41)의 타단에 연결되어 가스 연료를 공급할 수 있는 가스 연료 공급원(70)과; 일단이 상기 버너연소로(100)의 연료 및 공기 출구 쪽에 설치되어 내부에서 연료와 공기의 혼합 기체를 연소할 수 있는 연소로(90)와; 상기 연소로(90)의 타단에 연결되어 연소된 가스를 배기할 수 있는 배기 덕트(110)를 포함하며;

상기 1, 2 및 3단 공기 출구(10, 20, 30)는, 공기 출구 쪽으로 1단 공기 출구(10) 보다는 2단 공기 출구(20)가 그리고 2단 공기 출구 보다는 3단 공기 출구(30)가 더 길게 형성되어 계단 형상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 버너의 단면도이고, 도 2는 도 1의 연료 노즐의 단면도이며, 도 3은 도 1의 버너의 상면도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에서 버너의 형상은 1단, 2단, 3단 각각의 버너 외통(11, 21, 31)에 각각 1단, 2단, 3단 공기 입구(10', 20', 30')가 형성되어 있고, 2단과 3단 버너 외통(21, 31)의 공기 입구(20', 30')에는 공기의 균일한 압력과 출구 유동 조건을 위해 윈드 박스(Wind Box)(61)가 부착되어 있다.

여기에서, 상기 윈드 박스(61)는 2단과 3단 버너 외통(21, 31)에 동시에 연결되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 2단과 3단 버너 외통(21, 31)에 각각 별도로 하나씩 연결될 수도 있고, 2단 버너 외통(21)에는 연결되고 3단 버너 외통(31)에는 연결되지 않을 수도 있으며 그 반대의 경우도 가능하고, 경우에 따라서는 2단과 3단 버너 외통(21, 31)의 모두에 연결되지 않을 수도 있다.

버너(100)의 중앙부에는 연료 공급부(40)와 연료분사 노즐(41)이 설치되어 있고 연료 공급부(40) 출구에 연료분사 노즐(41)이 설치되어 있다.

상기 연료분사 노즐(41)은 본 실시예에서는 8공의 다공 홀을 가지는 노즐로 도시되어 있으나, 연료를 적절한 양으로 분사할 수 있는 것이라면 8공 홀 외에도 하나 이상의 다양한 수로 이루어진 홀을 형성할 수 있으며, 연료가 상기 연료분사 노즐(41)로부터 소정의 각도(θ)로 분사될 수 있도록 되어 있는데 상기 노즐(41)로부터 분사되는 연료의 분사각은 60°로 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 버너의 상면도로서, 도 5에 도시된 바와 같이 연료분사 노즐(41)은 하나의 홀을 가지는 노즐로 이루어질 수도 있다.

한편, 기체 연료를 사용하는 선회 화염에서 연료와 연소용 공기의 당량비가 이론 공연비 근처인 경우 높은 선회 강도가 적용될수록 일반적으로 화염 내부 재순환 영역(120)에서의 당량비가 증가하여 이 영역(120)에서의 복사에 의한 열방출로 인해 전체 화염의 온도 분포가 감소하여 질소 산화물 배출 농도가 줄어들며, 반대로 과잉 공기가 20% 정도 이상의 당량비 조건에서는 내부 재순환 영역(120)에서 연소 버너 근처의 방향으로의 축방향 속도가 증가하여 이 영역에서 연소 생성물들의 체류시간이 감소하여 화염 전체에서 발생하는 질소 배출 농도가 감소하게 된다.

또한, 선회 유동에서의 내부 재순환 영역(120)은 일반적으로 화염 안정화의 근원으로 사용된다. 연료와 산화제가 서로 섞이면서 반응할 때 열과 함께 화학적으로 반응하는 스피시(species)들이 생성되고 이들이 고온 상태에서 역압력 구배에 의한 재순환 유동에 의해 버너 출구 근처로 중심축을 따라 끌려 내려오면서(trapped) 화염 전파를 위한 착화 근원(ignition source)을 형성하게 되고, 유동의 전단층(Shear layer) 즉, 재순환 영역의 경계면에서 반경 방향 및 접선 방향의 난류도가 축방향의 난류도에 비해 상대적으로 증가하면서 난류 운동 에너지(Turbulent kinetic energy)의 증가로 인해 이 부분에서 연료와 산화제의 혼합이 활발히 일어나 이론 공연비 근처의 당량비 조건이 형성되어 화염 내 국부적인 최고 온도 영역을 형성하게 된다.

상기 1단, 2단, 및 3단 공기 출구(10, 20, 30)에는 각각 선회류를 형성하기 위한 선회기(12, 22, 32)가 설치되어 있으며, 이러한 선회기들(12, 22, 32)에 의해 공기 유동의 축 방향 및 접선 방향 유속 변화에 따른 각 공기 출구(10, 20, 30)에서의 운동량이 달라지면서 선회 강도가 변하게 되고 재순환 영역에서의 당량비 및 체류시간이 달라지게 된다.

이에 따라 본 발명의 실시예들에 따른 저질소 산화물 버너(100)는 3단의 연소용 공기의 입구(10', 20', 30')와 출구(10, 20, 30)로 각각 구성하고 버너(100)의 출구에서 공기 출구측 수평 단면에 대해 연료분사 노즐(41)의 가장 근처에 있는 선회기인 1단 공기 출구측 선회기(12)의 선회각을 크게 하고 이후 2단과 3단 공기 출구측 선회기(22, 32)에서 점차적으로 선회각이 감소하는 선회기를 적용하고, 각 단의 공기 출구에서의 공기의 유량을 달리하여 공급할 수 있다.

공기 출구의 수평 단면에 대한 각 단의 선회기의 선회 날개의 각도는 1단 선회기를 60°, 2단 선회기를 45°, 3단 선회기를 30°롤 형성하는 것이 바람직하며, 또한 각 단의 공급 공기의 유량을 1단 공기 출구(10)에서 30-35%, 2단 공기 출구(20)에서 30%, 3단 공기 출구(30)에서 35-40% 정도로 나누어 공급하는 것이 바람직하다.

도 5는 본 발명에 따른 버너를 사용하여 연소할 때의 출구측의 연소 상태를 연소 영역별로 도시하는 도면으로서, 도 5에 도시된 바와 같이 화염의 형태를 전체적인 선회 화염의 형태로 유지하면서 적은 유량의 강선회 1단 공기를 이용해 분사되는 연료를 보다 효과적으로 재순환 영역(120) 내부로 끌어 들여 연료 과잉영역(140)을 구성하고 많은 유량의 약선회 2단 및 3단 공기를 사용해 연료 희박 영역(140)을 구성하여 효율적인 화염 내 단계적 연소(Internal Staging)의 방법을 사용해 화염 내 국부적인 고온 영역을 줄임으로써 질소 산화물 농도를 저감한다.

다시 말해, 다단으로 나누어진 연소용 공기 출구(multiple annuli air port) 조건에 따른 화염 내 단계적 연소는 다음과 같은 유동의 물리적인 효과를 나타낸다.

첫째, 1단 공기 출구(10)에서의 공기의 강선회 강도에 의해 강한 내부 재순환 영역이 형성되어 연료 농후 영역에서 효과적으로 연료를 끌어들인다(fuel entrapment).

둘째, 2단과 3단 공기 출구(20, 30)에서의 연소용 공기가 화염면과 후류의 연료 희박 영역(140)을 형성해 미연 탄화수소의 완전 연소를 유도한다.

위와 같은 유동의 물리적인 현상으로 인해 연료 농후 영역(150)에서 그을음 화염(sooty flame)의 형성으로 연소로 벽으로의 복사로 인한 충분한 열방출이 일어나 전체적인 화염 영역의 온도를 저하시켜 질소 산화물의 열적 반응 경로에 의한 질소 산화물 생성을 억제하게 되고, 유기 질소 화합물을 함유한 연료를 사용할 경우 연료 농후 영역(150)에서 연료의 체류 시간 증가로 인해 연료의 질소 산화물이 질소(N2)로 환원될 수 있는 원인을 제공하도록 한다.

도 6은 본 발명에 따른 배기가스 연료 혼합형 3단 연소 저질소 산화물 버너를 이용한 연소 시스템을 도시하는 도면으로서, 도 6에서 보는 바와 같이 본 발명에서는 본 발명에 따른 버너(100)의 출구 측에 연소로(90)를 설치하고 다시 이 연소로(90)의 출구측에 배기 덕트(110)을 연결하여 연소 가스를 배출하도록 구성되어 있으며, 상기 버너(100)의 공기 입구측의 각 단(10', 20', 30')은 공기 공급원(60)과 연결되어 각 단의 공기 입구(10', 20', 30')로 공기를 공급할 수 있도록 되어 있고 다시 각 단의 공기 입구(10', 20', 30')와 공기 공급원(60)의 사이에는 밸브(도면 부호 미부여)를 설치하여 공급되는 공기를 개폐할 수 있도록 되어 있는 것이면 어떤 형태의 것이라도 사용될 수 있으며, 필요에 따라서는 밸브를 설치하지 않을 수도 있다.

상기 공기 공급원(60)은 다시 블로우어(50)에 연결되어 이 블로우어(50)를 통해 공기 공급원(60)의 공기가 각 단의 공기 입구(10', 20', 30')로 공급될 수 있게 되어 있고, 또한 버너(100)의 연료 공급부(40)는 가스 연료 공급원(70)과 연결되어 있으며 이들 사이에 밸브(80)를 더 설치하여 연료의 공급을 개폐할 수 있도록 되어 있는데 설치되는 밸브(80)의 형태는 연료의 공급을 개폐할 수 있는 것이면 어떤 형태의 것이라도 사용할 수 있으며, 필요에 따라서는 설치하지 않을 수도 있다.

여기에서, 상기 배기 덕트(110)와 연료 공급부(40)의 사이에는 배기 가스 재순환 라인(120)을 설치하여 배기 덕트(110)에서 나오는 배기 가스를 연료 공급부(40)로 재순환시킬 수 있도록 구성되어 있는 것으로 도시되어 있는데, 이는 본 발명의 일 실시예에 지나지 않는 것으로 필요에 따라 상기 배기 가스 재순환 라인(120)을 설치하지 않을 수도 있다.

배기 덕트(110)와 연료 공급부(40)의 사이에 배기 가스 재순환 라인(120)을 설치하는 경우 이와 같은 설치에 따라 종래에 사용했던 연소된 배기가스 일부를 연소용 공기와 혼합하여 버너(100)로 유입시켜 연소시키는 종래의 배기가스 재순환법 보다 적은 배기가스 양을 연료와 함께 혼합하여 주입함으로써 추가적이고 효율적인 질소 산화물 저감 효과를 이룰 수 있게 된다.

도 7은 본 발명에 따른 배기가스 재순환법에 의한 질소 산화물 저감효과를 종래의 배기가스 재순환법과 대비한 것을 도시하는 도표이다.

도 7에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 배기가스를 연료와 혼합하여 재순환시키는 방법(Fuel injection recirculation; FIR 이라 함)이 종래의 방식인 배기가스를 공기와 혼합하여 재순환시키는 방법(Flue gas recirculation; FGR 이라 함)에 비해 적은 배기가스 양을 연료와 함께 혼합하여 주입하여도 추가적이고 효율적으로 질소 산화물을 저감시킴을 알 수 있다.

이상과 같은 구성에 따라 본 발명은, 기본적으로 버너 자체에서 연소 공기를 3단으로 나누어 단계적 공급으로 공급하고 각 공기 출구단에서의 선회 강도와 공급 유량을 달리 형성하는 선회기를 부착하여 화염의 연료 농후 영역과 연료 희박 영역을 종래 버너의 다단 연소 방식보다 화염 내 국부적인 최고 화염 온도 영역을 줄이는 훨씬 효과적인 화염 구조를 형성하여 질소 산화물 발생을 억제하고, 또한 이에 부가적으로 배기가스를 공기공급부가 아닌 연료공급부에 미량 주입하여 공기 공급부로의 배기가스 재순환에 비해 보다 효과적이고 버너에서 발생하는 질소 산화물의 추가적인 감소를 이룰 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 버너의 단면도이고;

도 2는 도 1의 연료 노즐의 단면도이며;

도 3은 도 1의 버너의 상면도이고;

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 버너의 상면도이며;

도 5는 본 발명에 따른 버너를 사용하여 연소할 때의 출구측의 연소 상태를 연소 영역별로 도시하는 도면이고;

도 6은 본 발명에 따른 배기가스 연료 혼합형 3단 연소 저질소 산화물 버너를 이용한 연소 시스템을 도시하는 도면이며;

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 1단 공기 출구 10' : 1단 공기 입구

11 : 1단 버너 외통 12 : 1단 공기출구측 선회기

20 : 2단 공기 출구 20' : 2단 공기 입구

21 : 2단 버너 외통 22 : 2단 공기출구측 선회기

30 : 3단 공기 출구 30' : 3단 공기 입구

31 : 3단 버너 외통 32 : 3단 공기출구측 선회기

40 : 연료 공급부 41 : 연료분사 노즐

42 : 연료분사 노즐의 홀 50 : 블로우어(blower)

60 : 공기 공급원 61 : 윈드 박스(wind box)

70 : 가스 원료 공급원 80 : 밸브

90 : 연소로 100 : 버너

110 : 배기 덕트 120 : 배기가스 재순환 라인

130 : 재순환 영역 140 : 연료 희박 영역

150 : 연료 농후 영역

Claims

1단 버너 외통(11), 이 1단 버너 외통(11)의 주위에 설치된 2단 버너 외통(21), 상기 2단 버너 외통(21)의 주위에 설치된 3단 버너 외통(31), 상기 1단 버너 외통(11)의 중앙에 설치된 연료분사 노즐(41), 상기 1단 버너 외통(11)과 연료 공급부(40)의 연료분사 노즐(41)의 사이에 설치된 1단 공기 출구측 선회기(12), 상기 1단 버너 외통(11)과 2단 버너 외통(21)의 사이에 설치된 2단 공기 출구측 선회기(22), 상기 2단 버너 외통(21)과 3단 버너 외통(31)의 사이에 설치된 3단 공기 출구측 선회기(32)를 포함하고, 상기 1단 버너 외통(11)은 하부에 1단 공기 입구(10')를 형성하고 연료 공급부(40)의 연료분사 노즐(41)과의 사이에 1단 공기 출구(10)를 형성하며, 상기 2단 버너 외통(21)은 하부에 2단 공기 입구(20')를 형성하고 1단 버너 외통(11)과의 사이에 2단 공기 출구(20)를 형성하며, 상기 3단 버너 외통(31)은 하부에 3단 공기 입구(30')를 형성하고 2단 버너 외통(21)과의 사이에 3단 공기 출구(30)를 형성하는 배기가스 연료 혼합형 3단 연소 저질소 산화물 버너(100)와;

상기 1, 2, 및 3단 공기 입구(10', 20', 30')로 공기를 공급할 수 있는 공기 공급원(60)과;

상기 공기 공급원(60)에 연결되어 이 공기 공급원(60)의 공기를 상기 1, 2, 및 3단 공기입구(10', 20', 30')로 보낼 수 있는 블로우어(50)와;

상기 연료분사 노즐(41)의 타단에 가스 연료 공급관을 통해 연결되어 가스 연료를 공급할 수 있는 가스 연료 공급원(70)과;

일단이 상기 버너연소로(100)의 연료 및 공기 출구 쪽에 설치되어 내부에서 연료와 공기의 혼합 기체를 연소할 수 있는 연소로(90)와;

상기 연소로(90)의 타단에 연결되어 연소된 가스를 배기할 수 있는 배기 덕트(110)를 포함하며;

상기 1, 2 및 3단 공기 출구(10, 20, 30)는, 공기 출구 쪽으로 1단 공기 출구(10) 보다는 2단 공기 출구(20)가 그리고 2단 공기 출구 보다는 3단 공기 출구(30)가 더 길게 형성되어 계단 형상으로 이루어지고;

공기 출구측 수평 단면에 대한 상기 1, 2, 및 3단 공기 출구측 선회기(12, 22, 32)의 선회 날개의 각도는 1단 공기 출구측 선회기의 선회 날개의 각도가 가장 크고 2단과 3단 공기 출구측으로 갈수록 설치된 선회기의 선회 날개의 각도가 감소하도록 설정하여 상기 1, 2 및 3단의 공기 출구(10, 20, 30)에서의 선회도가 다른 것을 특징으로 하는 배기가스 연료 혼합형 3단 연소 저질소 산화물 버너를 이용한 연소 시스템.

제1항에 있어서, 공기의 균일한 압력과 출구 유동 조건의 제어를 위해 상기 2단 공기 입구(20')와 3단 공기 입구(30') 중 적어도 하나에 윈드 박스(61)를 더 연결한 것을 특징으로 하는 배기가스 연료 혼합형 3단 연소 저질소 산화물 버너를 이용한 연소 시스템.

삭제

제1항에 있어서, 공기 출구측 수평 단면에 대한 상기 1, 2, 및 3단 공기 출구측 선회기(12, 22, 32)의 선회 날개의 각도는 각각 60°, 45°, 및 30°로 설정되어 상기 1, 2, 및 3단 공기 출구(10, 20, 30)에서의 공기의 유량이 각각 1단 공기 출구(10)에서 30-35%, 2단 공기 출구(20)에서30%, 및 3단 공기 출구(30)에서 35-40%로 공급되는 것을 특징으로 하는 배기가스 연료 혼합형 3단 연소 저질소 산화물 버너를 이용한 연소 시스템.

제1항에 있어서, 상기 가스 연료 공급원(70)과 연료 공급부(40)의 연료분사 노즐(41)의 맞은편의 끝의 사이에 위치하는 가스 연료 공급관에 연료의 공급을 개폐할 수 있는 밸브(80)를 더 설치한 것을 특징으로 하는 배기가스 연료 혼합형 3단 연소 저질소 산화물 버너를 이용한 연소 시스템.

제1항에 있어서, 상기 배기 덕트(110)의 일측에 배출되는 배기 가스의 일부를 상기 연료 공급부(40)로 재순환시키기 위해 배기가스 재순환 라인(120)을 배기 덕트(110)와 가스 연료 공급관의 사이에 더 설치한 것을 특징으로 하는 배기가스 연료 혼합형 3단 연소 저질소 산화물 버너를 이용한 연소 시스템.

제1항에 있어서,

상기 연료분사 노즐(41)은 적어도 하나 이상의 홀을 가지는 것을 특징으로 하는 배기가스 연료 혼합형 3단 연소 저질소 산화물 버너를 이용한 연소 시스템.

제7항에 있어서,

상기 연료분사 노즐(41)의 홀은 8개인 것을 특징으로 하는 배기가스 연료 혼합형 3단 연소 저질소 산화물 버너를 이용한 연소 시스템.