KR100786785B1 - A premixing burner for decreasing pollution - Google Patents

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KR100786785B1
KR100786785B1 KR20060129614A KR20060129614A KR100786785B1 KR 100786785 B1 KR100786785 B1 KR 100786785B1 KR 20060129614 A KR20060129614 A KR 20060129614A KR 20060129614 A KR20060129614 A KR 20060129614A KR 100786785 B1 KR100786785 B1 KR 100786785B1
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KR
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fuel
combustor
formed
supply pipe
low
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KR20060129614A
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Korean (ko)
Inventor
김세원
신명철
Original Assignee
한국생산기술연구원
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Abstract

A premixing burner for reducing pollution is provided to minimize discharge of nitrogen oxides by preventing formation of a fuel rich region and distributing temperatures of fire at a low level, and to minimize discharge of carbon monoxide by complete combustion. A premixing burner for reducing pollution comprises: an outer duct(60) including an air inlet(50) at a lower end thereof, a fuel supply pipe(40) provided in the direction of height of the outer duct with passing through the lower surface of the outer duct, a fuel head part(30) connected to the upper end of the fuel supply pipe for spraying gas fuel supplied through the fuel supply pipe, a swirler(20) provided at the upper end of the fuel head part. The fuel supply pipe supplies external gas fuel into the outer duct. The air supplied through the air inlet is premixed with the gas fuel sprayed from the fuel head part in a premixing space and then sprayed to the outside with being swirled by the swirler.

Description

저공해 예혼합 연소기{A PREMIXING BURNER FOR DECREASING POLLUTION} Low-pollution premixing burner PREMIXING BURNER FOR DECREASING POLLUTION {A}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 저공해 예혼합 연소기의 구성도. 1 is a structural view of a low-pollution premixing burner according to an embodiment of the invention.

도 2는 도 1의 연소기에 포함된 연료헤드부와 연소기 외통의 상부를 나타낸 구성도. Figure 2 is a schematic view showing an upper portion of a fuel burner head and the outer tube included in a combustor of Figure 1;

도 3은 도 2의 연료헤드부에 형성된 연료분사구를 나타낸 구성도. Figure 3 is a schematic view showing a fuel injection hole formed at the head portion of the fuel 2.

도 4는 도 1의 연소기에 포함된 선회기를 나타낸 구성도. Figure 4 is a schematic view showing an wheeled included in the combustor of FIG.

도 5는 도 1의 연소기에 포함된 보염기를 나타낸 구성도. Figure 5 is a schematic view showing the flame stabilizing included in the combustor of FIG.

※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※ 2. Description of the Related Art ※ ※

10 : 보염기 11a : 보염공 10: flame stabilizing 11a: Bo Dyeing

11 : 보염원판 12 : 보염지지대 11: Beam desire plate 12: Stabilization support

20 : 선회기 21 : 선회기 지지대 20: 21 turning machine: turn-based support

22 : 선회기 베인(Vane) 30 : 연료헤드부 22: group turn vane (Vane) 30: Fuel head

31 : 연료 분사구 40 : 연료공급파이프 31: the fuel injection port 40: fuel supply pipe

50 : 공기유입구 60 : 연소기 외통 50: air inlet 60: a combustor outer cylinder

70 : 예혼합 영역 70: the premix zone

본 발명은 기체연료를 사용하는 연소기에 관한 것으로서, 특히 상용 가스를 연료로 사용하는 버너에서 배출되는 질소산화물과 일산화탄소의 배출량을 줄일 수 있는 저공해 예혼합 연소기에 관한 것이다. The present invention relates to a burner for gaseous fuel, and more particularly to a low-pollution premixing burner which can reduce the emission of nitrogen oxide and carbon monoxide emissions from the burner to use commercially available gases as a fuel.

기체연료를 사용하는 연소기는 액체연료를 사용하는 연소기와는 달리 황산화물(SOx)이나 분진 등의 발생이 거의 없어, 대기오염방지 대책과 관련해서는 질소산화물(NOx)과 같은 오염물질에 대해서만 고려하면 족하다. A combustor for gaseous fuel is, considering only the contaminants such as combustion, unlike the sulfur oxides (SOx) or almost no generation of dust, nitrogen regard to air pollution prevention countermeasure oxide (NOx) using a liquid fuel enough.

질소산화물은 NO, NO2 등의 NOx 형태로 존재하며, 광화학 스모그를 생성하거나 산성비의 원인이 되는 질산과 질산염으로 전환되어 환경오염을 유발한다. NOx is NO, and NOx present in the form of NO2 etc., is converted to nitric acid and nitrate generate photochemical smog or acid rain that is causing the leads to environmental pollution. 이러한 질소산화물은 전국적으로 한해 수백만 톤이 발생하며 전체 대기오염물질의 상당량을 차지하고 있다는 사실은 잘 알려져 있다. The nitrogen oxides are generated millions of tons a year and the country that accounts for a significant amount of the total atmospheric pollutants is well known.

이러한 질소산화물의 종류에는 발생 원인에 따라 열적 질소산화물(Thermal NOx)과 급속 질소산화물(Prompt NOx)로 분류될 수 있다. Type of nitrogen oxide may be thermally nitrogen oxide (NOx Thermal) and rapid classified under nitrogen oxides (NOx Prompt), depending on the source occurred. 열적 질소산화물은 공기 중의 질소가 산소와 반응하여 생성되는 것이며 급속 질소산화물은 탄화수소계 연료의 연소시 연소초기에 생성되는 것이다. Thermal NOx is rapidly nitrogen oxides will be produced is nitrogen in the air reacts with the oxygen is generated at the initial combustion, the combustion of the hydrocarbon-based fuel. 각각의 질소산화물의 생성 메커니즘은 아래와 같다. Create mechanisms for each of the nitrogen oxides are as follows:

첫째로, 열적 질소산화물의 경우 아래와 같이 4가지의 화학반응 경로로 생성 된다. First of all, it is produced in four of the following chemical reaction scheme for the thermal NOx.

O 2 → 2O O 2 → 2O

O + N 2 O + N 2 → NO + N 식(1) → NO + N Equation (1)

N + O 2 N 2 + O → NO + O → NO + O

N + OH → NO + H N + OH → NO + H

여기서 평형 상태에서 계산된 질소 원자에 관한 산소 원자 농도를 고려한 이론상의 최대 질소 산화물 생성률은 아래와 같다. The maximum NOx generation rate theoretical consideration of the oxygen atom concentration on the nitrogen atom in the calculation equation is as follows:

d[NO]/dt = 1.45x10 17 T -1/2 d [NO] / dt = 1.45x10 17 T -1/2

exp[-69460/T(k)] 식(2) exp [-69460 / T (k)] Eq. (2)

[O 2 ] eq 1 /2 [N 2 ] eq mol/cc s [O 2] eq 1/2 [N 2] eq mol / cc s

위의 식(1)과 식(2)에서와 같이 열적 질소산화물의 생성률은 화염 온도와 산소 농도에 의존하며, 1200℃ 이상의 고온에서는 21℃ 정도의 화염 온도 상승 시 열적 질소산화물의 생성률은 2 배정도 증가한다. Production rate of thermal NOx as shown in equation (1) and (2) above is dependent on the flame temperature and oxygen concentration, the generation rate of the flame temperature and thermal NOx at the rise of about 21 ℃ In the above 1200 ℃ high temperature twice It increases. 따라서 열적 질소산화물의 생성률은 화염 온도와 큰 관련이 있음을 알 수 있다. Thus, generation rate of thermal NOx can be seen that there is a great relation to the flame temperature.

둘째로, 급속 질소산화물의 경우 탄화수소계 연료가 분해되는 과정에서 라디칼이 생성되며, 생성된 라디칼은 주변의 질소와 결합되면서 카본 라디칼을 형성한다. Second, when the nitrogen oxide is rapidly radicals are generated in the course of the hydrocarbon-based fuel cracking, and the resulting radicals are Combined with the nitrogen ambient to form a carbonyl radical. 이러한 카본 라디칼은 연소장의 화염 전반부에서 급격히 산화되면서 급속 질소산화물로 생성된다. The carbon radicals are as rapidly oxidized in the first half of sheets of the flame combustion is rapid generation of nitrogen oxides. 특히 연료 공기비가 0.6 이하인 연료 농후 조건에서는 이러한 과정은 더욱 빠르게 진행되어 보다 많은 양의 급속 질소산화물이 생성된다. In particular, the fuel air ratio of 0.6 or less fuel-rich conditions this process is generating a large amount of NOx rapidly than it proceeds more quickly. 이와 같은 화학 반응 경로는 아래와 같다. This chemical reaction is the same path as follows:

CH + N 2 CH + N 2 = HCN + N = HCN + N

N + H 2 = NH + H N + H 2 = NH + H

NH +H 2 NH + H 2 = NH 3 NH = 3

HCN + O 2 HCN + O 2 = NO +HCO = NO + HCO

위 반응에서 생성되는 NO는 NO2로 전환되고 이 과정은 아래와 같다. NO generated by the above reaction is converted to NO2 this process is as follows.

NO + HO 2 → NO 2 + OH(생성) NO + HO 2 → NO 2 + OH ( generation)

NO 2 + H → NO + OH(소멸) NO 2 + H → NO + OH ( extinction)

NO 2 NO 2 + O → NO + O 2 (소멸) + O → NO + O 2 (extinction)

위의 식에서 HO 2 라디칼은 다음 과정으로 생성된다. The above formula HO 2 radical is produced by the following process.

H + O 2 + H 2 O → HO 2 → HO 2

지금까지 살펴본 질소산화물의 생성 메커니즘을 고찰해보면, 첫째로 열적 질소산화물의 생성을 줄이기 위해서는 연소기의 국부적인 고온 화염대를 억제해야 하고, 둘째로 급속 질소산화물의 생성을 줄이기 위해서는 연소기의 연료 농후 영역을 억제해야 한다는 사실을 알 수 있다. Haebomyeon investigate the formation mechanism of the discussed oxides of nitrogen so far, first, to reduce the generation of thermal NOx to be suppressed to a localized high-temperature flame for the burner and, secondly rapidly reduce the generation of nitrogen oxides to fuel rich zone of the combustor it can be seen that must be suppressed.

질소산화물의 배출량을 억제하기 위한 종래의 기술에 따른 연소기의원리는 기술적으로 크게 세가지로 분류될 수 있다. The principle of the combustor according to the prior art for suppressing the emission of NOx can be technically categorized into three. 첫째로 연소로 내에서 질소산화물의 생성을 억제하는 메커니즘, 둘째로 생성된 질소 산화물을 연소로 내에서 환원시키는 탈질 메커니즘, 셋째로 질소산화물의 생성 억제와 탈질이 조합된 복합적 메커니즘이다. First, the NO x removal mechanism, and the third generation suppression of nitrogen oxide in the complex mechanism of NO x removal is a combination for the reduction in the nitrogen oxides generated by the mechanism, and the second of suppressing the generation of NOx in the combustion furnace. 이러한 메커니즘이 구현된 현재의 기술은 주로 다단 공기 공급 연소기술이다. Current technology, these mechanisms are implemented are mainly multi-stage air-fed combustion technologies.

다단 공기 공급 연소기술과 같은 종래의 기술에 따른 연소기는 3단으로 이루어진 공기 공급부와 각각의 공기 공급부에 설치되는 선회기 및 연소기 중심에 위치하는 연료 공급부와 연료분사노즐을 포함한다. Combustor according to the prior art, such as a multi-stage air supply combustion technique include a fuel supply and a fuel injection nozzle which is located on the turning center group, and a combustor air supply unit consisting of a 3-stage and which is installed in each of the air supply.

이러한 연소기는 다단 공기 공급을 통해 연료를 재순환시킴으로써 화염 내 최대 온도 영역을 국부적으로 형성시켜 열적 질소산화물의 생성을 억제하는 효과가 있으나, 연료 농후 영역에서 발생하는 급속 질소산화물의 생성은 여전히 억제하지 못한다. These combustors by recycling the fuel through the multi-stage air supply to form a flame in the maximum temperature zone locally, but an effect of suppressing the generation of thermal NOx, the generation of rapid nitrogen oxide occurring in the fuel rich area can not still inhibited . 더욱이 일반적인 다단 연소기에서는 열적 질소산화물이 줄어들면 반대로 일산화탄소의 배출이 증가하게 된다. Moreover, in a typical multi-stage combustor is reduced if the thermal NOx increases contrast, the discharge of carbon monoxide.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 연소기 내의 연료 농후 영역의 생성을 억제하고, 연소기 화염온도를 낮은 수준에서 균일하게 분포시킴으로써 열적 질소산화물 및 급속 질소산화물의 배출량을 최소화할 수 있는 연소기를 제공하는 것을 목적으로 한다. The invention can as been made in view of the points described above, suppressing the formation of fuel-rich region in the combustor, and to minimize the thermal nitrogen oxides and the discharge of rapid nitrogen oxide by uniformly distribute the burner flame temperature at a low level, It aims to provide a combustor. 더욱이 연소기의 완전연소를 유도함으로써 일산화탄소의 배출량 역시 최소할 수 있는 연소기를 제공하는 것을 목적으로 한다. In addition to induction by the complete combustion of the burner object of the present invention is to provide a combustor that emissions of carbon monoxide can also be minimized. 아울러 연소기 내부에서 기체연료와 공기를 예혼합시킴으로써 점화시 안정적인 화염을 유지하고 역화를 방지할 수 있음과 동시에, 연소기에 포함되는 선회기 및 보염기를 통해 화염의 생성 길이를 단축시켜 체적당 단위 열부를 증가시킴으로써 높은 열효율을 가지는 연소기를 제공하는 것을 목적으로 한다. In addition, ignition at the same time and that can maintain a stable flame and to prevent backfire, by shortening the generated length of the flame over a turn group and a flame stabilizing contained in the combustion per unit volume unit yeolbu by the premixed gaseous fuel and air within the combustor by increasing its object to provide a combustor having a high thermal efficiency.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 제공되는 본 발명의 실시예에 따른 저공해 예혼합 연소기는, 기체연료를 사용하는 연소기에 있어서, 하단부에 외부의 공기가 유입되는 공기유입구가 형성되는 연소기 외통; Low-pollution premixing burner according to an embodiment of the present invention provided to achieve the above object, the combustor outer cylinder that is in the combustor using a fuel gas, an air inlet through which the external air flows into the lower end portion is formed; 상기 연소기 외통의 하면을 관통하여 상기 연소기 외통의 높이 방향으로 설치되며, 외부의 기체연료를 상기 연소기 외통 내부로 공급하는 연료공급파이프; Through a lower surface of the combustor outer cylinder it is disposed in the height direction of the combustor outer cylinder, the fuel supply pipe for supplying the outer gas fuel into the combustor outer cylinder; 상기 연료공급파이프의 상단과 연결되어, 상기 연료공급파이프를 통해 공급되는 기체연료를 분사시키는 연료헤드부; Fuel head which is connected to the upper end of the fuel feed pipe, injecting the gaseous fuels supplied through the fuel supply pipe; 상기 연료헤드부의 상단에 설치되는 선회기;를 포함하며, 상기 공기유입구를 통해 공급되는 공기는 상기 연료헤드부에서 분사되는 기체연료와 상기 선회기 하단부의 일정 공간인 예혼합 영역에서 예혼합된 후, 상기 선회기를 통해 선회유동하면서 연소기 외부로 분사되는 것을 특징으로 한다. Group pivot which is installed at the top of the fuel head portion; wherein the air supplied through the air inlet after the premix in a certain space in the premixed region of the lower end group the pivot and the gas fuel injected by the fuel head characterized in that, while turning the flow through a pivot which is injected into the combustor outside.

상기 연료헤드부는, 상기 연료공급파이프와 연결된 부분으로부터 로 직경이 증가되는 깔때기 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. The fuel head portion, is preferably formed from a portion connected to the fuel supply pipe into a funnel shape which increases in diameter.

더욱이 상기 연료헤드부의 상단 직경 D1은, 상기 연료헤드부가 상기 연료공급파이프와 연결된 부분의 직경 D3의 1 배 내지 5 배의 크기로 형성되는 것이 바람 직하다. Moreover, the top diameter D1 of said fuel head is preferable to wind the fuel head portion is formed to a size of one to five times the diameter D3 of the connected part with the fuel feed pipe.

한편 상기 공기와 상기 기체연료가 예혼합되는 상기 예혼합 영역의 혼합거리는, 상기 연소기 외통의 직경 D2에서 상기 연료헤드부의 상단 직경 D1을 뺀 값(D2-D1)의 2배 내지 3배 인 것이 바람직하다. The preferred from the air and mixing distance, the diameter D2 of the burner outer cylinder of the gas the premix zone in which the fuel is premixed to a two to three times the value (D2-D1) obtained by subtracting the upper diameter D1 of said fuel head Do.

상기 연료헤드부의 외주면에는, 상기 기체연료가 분사될 수 있도록 복수의 연료분사구가 형성되며, 상기 연료분사구는 상기 연료헤드부의 표면과 1 도 내지 90 도의 각도로 상기 기체연료를 분사하도록 형성되는 것이 바람직하다. An outer peripheral surface of the fuel head portion, and a plurality of fuel injection hole formed so that the gaseous fuel can be injected, said fuel injection hole is preferably formed to inject the gaseous fuel in degrees degrees to 90 degrees with the surface of the first portion of the fuel head Do.

아울러 상기 연료분사구의 직경은, 상기 연료분사구를 통해 분사되는 상기 기체연료의 유속이 10 내지 50 m/s 가 되도록 형성되는 것이 바람직하다. In addition, the diameter of the fuel injection hole is preferably the flow rate of the gaseous fuel injected through the fuel injection port formed so as to be 10 to 50 m / s.

한편 상기 복수의 연료분사구는, 상기 연료헤드부의 외주면을 일정한 간격으로 둘러싸는 배열로 형성되며, 상기 복수의 연료분사구의 배열은 가지런한 배열 또는 엇갈린 배열 중의 어느 하나의 배열로 형성되는 것이 바람직하다. On the other hand, the plurality of fuel injection orifices are formed in an array surrounding the outer circumferential surface of the head portion the fuel at regular intervals, the arrangement of the plurality of fuel injection hole is preferably formed by an array of any one of gajireonhan arrangement or a staggered arrangement.

한편 상기 선회기는, 상기 연료헤드부의 상단에 안착되는 선회기 지지대;와, 상기 선회기 지지대로부터 상부 방향으로 돌출되어 상기 예혼합된 가스를 선회유동시키는 선회기 베인;을 포함하는 것이 바람직하다. On the other hand, the turning groups, turning the support group is mounted on the top of the fuel head portion; preferably includes; protrude and, in an upper direction from the pivot support group orbiting group vane for flowing turning the premixed gas.

더욱이 상기 선회기 베인은, 상기 선회기 지지대의 수평면으로부터 연장되는 수평선과 15 도 내지 60 도의 각도 방향으로 돌출되는 것이 바람직하다. Moreover, the turning vanes group is preferably projected in horizontal and 15 degrees to 60 degrees angle direction extending from the horizontal plane of the pivot support group.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 저공해 예혼합 연소기의 구성에 대하여 상세하게 설명한다. The detailed description will be given of the configuration of the low-pollution premixing burner according to an embodiment of the present invention with reference to the accompanying drawings.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 저공해 예혼합 연소기는, 연소기 의 내부로 기체연료를 공급하는 연료공급파이프(40), 연료공급파이프(40)와 연결되면서 연속되게 형성되는 연료헤드부(30), 연료헤드부(30)의 상단에 안착되는 선회기(20), 연료공급파이프(40) 및 연료헤드부(30)를 둘러싸며 내부 공간을 갖는 연소기 외통(60) 및 연소기 외통(60)의 내부 공간으로 공기를 공급하는 공기유입구(50)를 포함한다. 1, the fuel head low-pollution premixing burner according to an embodiment of the present invention, which is formed to be continuous as connected to the fuel supply pipe 40 for supplying gas fuel into the combustor, the fuel supply pipe 40 section 30, a combustor outer cylinder 60 and the combustor outer cylinder surrounding the turning device 20, the fuel supply pipe 40 and a fuel head portion 30 which is secured to the top of the fuel head portion (30) having an interior space into the inner space (60) includes an air inlet 50 for supplying air. 또한 선회기(20)의 상단에는 보염기(10)가 설치된다. In addition, the top of the turning device 20 is provided with a beam base (10).

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 저공해 예혼합 연소기의 구성을 설명하기 위한 필수 요소를 도시한 것이므로, 본 발명의 실시예에 따른 저공해 예혼합 연소기에는 일반적인 연소기에 포함되는 알려진 기술에 의한 점화시스템이나 공기공급원 등과 같은 일반적인 장치들이 포함됨은 물론이다. Figure 1 because it shows an essential element for illustrating a configuration of a low-pollution premixing burner according to an embodiment of the present invention, low-pollution premixing burner, the ignition system according to the known technique in a typical combustor in accordance with an embodiment of the present invention and general equipment such as air source are included, of course.

따라서 일반적인 연소기에 적용되는 연소기 외통(60)과 연료공급파이프(40) 및 공기유입구(50)의 재질과 형상은 본 발명의 실시예에 따른 저공해 예혼합 연소기에도 적용될 수 있는 것이다. Therefore, material and shape of the combustor outer cylinder 60 and the fuel supply pipe 40 and air inlet 50 that is applied to a common combustor is to be applied to low-pollution premixing burner according to an embodiment of the invention.

연소기 외통(60)은 저공해 예혼합 연소기의 외관을 형성한다. A combustor outer cylinder 60 forms an exterior of the low-emissions combustors premix. 이러한 연소기 외통(60)은 일정한 내경을 가지며 형성되는 원통형의 상단을 가진다. The combustor outer cylinder 60 has an upper end of the cylindrical formed has a constant inner diameter. 이러한 연소기 외통(60)의 상단은 연료헤드부(30) 및 연료공급파이프(40)를 둘러싸며, 연료헤드부(30)와 연료공급파이프(40)와의 사이에 내부 공간을 형성한다. The top of the combustor outer cylinder 60 forms an internal space between the fuel head portion 30 and surrounds the fuel feed pipe 40, the fuel head portion 30 and the fuel supply pipe 40.

공기유입구(50)는 연료헤드부(30) 및 연료공급파이프(40)와 연소기 외통(60)과의 사이에 형성된 내부 공간에 공기를 주입한다. Air inlet 50 injects air in the inner space formed between the fuel and the head portion 30 and the fuel supply pipe 40 and the burner outer cylinder (60). 주입되는 공기는 기체연료와 혼합되어 연소되기 위한 공기를 의미한다. Injected air means the air for combustion is mixed with the gaseous fuel. 공기유입구(50)는 공기공급원(미도시)를 통해 공급된 공기를 주입하는 것으로 이러한 과정과 장치는 일반적인 것으로 상세 한 설명은 생략한다. Air inlet 50 has such a process and apparatus are described in detail as a general by injecting the air supplied through the air supply source (not shown) it will be omitted.

여기서 연소기 외통(60)과 공기유입구(50)는 일체로 형성된 하나의 외부 하우징으로 이해할 수 있다. The burner outer tube 60 and the air inlet 50 can be understood as one of the outer housing are formed integrally.

연료공급파이프(40)는 공기유입구(50)와는 별도의 소스를 통해 공급되는 기체연료를 연료헤드부(30)로 전달하는 기능을 수행한다. A fuel supply pipe 40 serves to deliver a gas fuel supplied from a separate source than the air inlet 50 to the fuel head portion (30). 연료공급파이프(40)가 연료헤드부(30)와 연결되는 부분은 분리되지 않으며 연속되게 형성된다. Part of the fuel supply pipe 40 connected to fuel head section 30 is not separated and formed to be continuous.

도 1을 참조하면, 공기유입구(50)를 통해 유입되는 공기와 연료공급파이프(40)를 통해 유입되는 기체연료는, 연료헤드부(30)와 연소기 외통(60)의 사이에 형성되는 내부 공간에서 예혼합되면서 선회기(20)를 통해 분사된다. 1, the gas fuel flowing through the air and the fuel supply pipe 40 is introduced through the air inlet 50, the inner space formed between the fuel head portion 30 and the combustor outer cylinder 60 as the premix is ​​injected in through the turning device 20. 이러한 과정을 본 발명의 구성에 대한 상세한 설명과 함께 아래에서 기술한다. This procedure together with the detailed description of the configuration of the present invention will be described below.

도 2를 참조하면, 연료헤드부(30)는 연료공급파이프(40)와 연결된 부분으로부터 직경이 증가되는 깔때기 형상으로 형성된다. 2, the fuel head portion 30 is formed in a funnel shape in which the diameter from the portion connected to the fuel supply pipe 40 increases. 여기서 깔때기는 나팔꽃 모양으로 된, 밑에 구멍이 뚫린 기구로 윗부분은 폭이 넓고 아랫부분은 폭이 좁은 용기를 의미한다. The funnel is a, under the perforated mechanism in the upper part is wider bottom of the hole to the flaring means a narrower vessel width. 연료헤드부(30)는 이와 같은 깔때기의 형상으로 형성된다. Fuel head portion 30 is formed in this shape in the same funnel. 일반적인 원뿔 형상을 뒤집어 놓은 것과 같다. The same as that swept general conical shape.

따라서 연료헤드부(30)의 직경은 연료공급파이프(40)와 연결된 부분의 직경 D3로부터 연료헤드부(30) 상단의 직경 D1 까지 증가된다. Therefore, the diameter of the fuel head portion 30 is increased from the diameter D3 of the portion connected with the fuel supply pipe 40 to the diameter D1 at the top of the fuel head portion (30). 여기서 연료헤드부(30)가 연료공급파이프(40)와 '연결된 부분'이란 연료공급파이프(40)의 끝단과 연료헤드부(30)의 하단이 연결된 부분을 의미한다. Here, the fuel head portion 30 means a portion of the lower end of the fuel head portion 30 of the fuel supply pipe 40 and the "connected portion" means a fuel supply pipe 40 is connected. 다만 '연결된 부분'이란 직경 'D3'를 정의하기 위해 사용된 개념으로 이해하면 족하다. However, an understanding of the concepts used to define a "connected portion" means a diameter "D3" is enough.

이와 같은 연료헤드부(30)의 직경 D3와 D1의 관계는 바람직하게, D1이 D3보다 1 배 내지 5배의 크기로 형성된다. Such a relationship between the diameter D1 and D3 of the fuel head portion 30 is preferably, D1 is formed to a size of one to five times than D3.

연료헤드부(30)의 이러한 형상은 연소기 외통(60)과 연료헤드부(30)의 사이에 형성된 내부 공간에서 예혼합된 기체가 유동하는 면적을 점차 감소시켜, 일정한 유량으로 연소기 외부로 배출되는 예혼합된 기체의 분사 속도를 증가시키게 된다. This shape of the fuel head section 30 is a combustor outer cylinder 60 and to gradually reduce the area for example, the gas mixture flows in an internal space formed between the fuel head unit 30, it is discharged to the combustor outside with a constant flow rate for mixing, thereby increasing the jet velocity of the gas. 따라서 선회기(20) 외부로 분출되는 화염의 역화 및 공급되는 예혼합된 기체의 유동 박리를 억제하는 기능을 수행한다. Therefore it performs a turning device 20 function to suppress the flow separation of the flashback, and the premixed gas supplied to the flame sprayed to the outside.

여기서 '예혼합'은 기체연료와 공기유입구(50)를 통해 공급되는 공기를 연소기 내부에서 미리 혼합한 후에 분사하는 것을 말한다. The "premix" refers to the injection after a pre-mixing the air supplied through the gaseous fuel and the air inlet 50 inside the combustor. 이러한 예혼합을 통해 분사되는 가스가 발화되면 화염면과 같은 고온의 반응면이 형성되면서 화염이 스스로 전파되는 효과가 있다. If such premixed gas is ignited sprayed through a high temperature while forming a reaction surface such as the flame front it has the effect that the flame is self-propagating.

다시 도 1을 참조하면, 공기유입구(50)를 통해 공급되는 공기와 연료헤드부(30)를 통해 분사되는 기체연료가 예혼합되는 영역(70)은 연료헤드부(30)의 높이 방향으로 특정되는 혼합거리(Lm, 도 2 참조)를 포함한다. Back to 1, the region 70 of the gas fuel to the premix is ​​injected through the air and fuel head portion 30, which is supplied through the air inlet 50 is specified in the height direction of the fuel head portion 30 which comprises a mixing length (Lm, see Fig. 2).

도 2를 참조하면, 바람직하게 혼합거리(Lm, Mixing Length)는 연소기 외통(60)의 직경 D2에서 연료헤드부(30) 상단 직경 D1 을 뺀 값에 2 내지 3을 곱한 값으로 특정된다. Referring to Figure 2, preferably mixing length (Lm, Mixing Length) is specified as the product of 2 to 3 to a value obtained by subtracting the fuel head unit 30 upper diameter D1 in the diameter D2 of the combustor outer cylinder (60). 여기서 D2에서 D1을 뺀 값, 즉 'D2-D1'은 유체역학에서 사용되는 일반용어로서'수력직경'으로 이해된다. The subtracting D2 from D1 value, that is, D2-D1 'is to be understood as "hydraulic diameter" as a generic term used in fluid mechanics. 이와 같은 수력직경 값의 2 내지 3배가 되는 값이 혼합거리(Lm)가 된다. In the 2 to 3 times that value in the same hydraulic diameter value is the mixing length (Lm).

이러한 혼합거리는 연료헤드부(30)에 형성되는 복수의 연료분사구(31)의 설 계 위치에 따라 형성되는데, 적절한 혼합거리의 설계를 통해 기체연료와 공기의 혼합율을 증가시킬 수 있다. Is formed according to the design position of the plurality of fuel injection orifices (31) formed in this mixing distance fuel head part 30, it is possible to increase the mixing rate of the gaseous fuel and the air through a suitable design of the mixing length. 완전혼합을 위한 거리는 수력직경의 2배 내지 3배로 결정된다. Hydro distance is two to three times the diameter determined for the complete mixing.

도 2 및 도 3을 참조하면, 연료헤드부(30)에는 연료공급파이프(40)로부터 공급되는 기체연료가 분사될 수 있도록 복수의 연료분사구(31)가 형성된다. FIG When 2 and 3, the fuel head portion 30 is provided with a plurality of fuel injection hole 31 is formed so that the gaseous fuel supplied from the fuel supply pipe 40 can be injected. 도 2에서 보이듯이 복수의 연료분사구(31)는 깔때기 형상의 연료헤드부(30)의 외주면을 둘러싸면서 일정한 배열로 형성된다. Also a plurality of fuel injection orifices 31, as shown in 2 surrounding the outer peripheral surface of the fuel head portion 30 of the funnel-shaped is formed at a predetermined arrangement.

연료분사구(31)는 연료헤드부(30)의 표면과 1 도 내지 90도의 각도로 기체연료를 분사하도록 형성된다. Fuel injection hole 31 is formed so as to inject the gaseous fuel in the surface and the angle 1 degree to 90 degrees of the fuel head portion (30). 기체연료는 연료공급파이프(40)를 통해 일정한 압력과 속도로 공급되고 연료헤드부(30)의 상단은 선회기로 밀폐되므로 기체연료는 자연스럽게 연료분사구(31)를 통해 배출된다. Gas fuel is the top of a constant feed to the fuel pressure and velocity head portion 30 through the fuel supply pipe 40 is therefore sealed groups turning the gaseous fuel is naturally discharged through the fuel injection port (31).

바람직하게 연료분사구(31)는, 도 3에서처럼 연료헤드부(30) 표면과 90도의 각도로 기체연료를 분사시킬 수 있도록 형성된다. Preferably the fuel injection hole 31 is formed so as to inject the gaseous fuel, as shown in Figure 3 in section 30 and the surface angle of 90 degrees fuel head. 따라서 이와 같은 90 도의 분사각을 형성하여 공기유입구(50)를 통해 공급되는 공기와 기체연료와의 혼합율을 증가시킨다. Therefore, by forming this minute square of 90 degrees such as to increase the mixing rate between the air and the fuel gas supplied through the air inlet 50.

연료분사구(31)의 직경은 연료분사구(31)를 통해 분사되는 기체연료의 유속이 10 내지 50 m/s가 되도록 형성되는 것이 바람직하다. The diameter of the fuel injection hole 31 is preferably formed such that the flow rate of the gaseous fuel injected through the fuel injection hole 31 is 10 to 50 m / s. 앞서 설명한 것처럼, 기체연료는 연료공급파이프(40)를 통해 일정한 압력과 속도로 공급되고 연료헤드부(30)의 상단은 선회기로 밀폐되므로 기체연료는 자연스럽게 연료분사구(31)를 통해 배출된다. As mentioned previously, the gas fuel is supplied at a constant pressure and rate through a fuel supply pipe 40 is closed top of the group of fuel is turning the head unit 30, so the gaseous fuel is naturally discharged through the fuel injection port (31). 이 때 연료분사구(31)의 직경과 분사되는 기체연료의 유속은 반비례할 것 이다. At this point, the diameter and flow rate of the gaseous fuel injected in a fuel injection port (31) will be inversely proportional. 따라서 연료분사구(31)의 직경을 조절함으로써 분사되는 기체연료의 유속을 조절할 수 있으며, 분사되는 기체연료의 유속은 공기유입구(50)로부터 공급되는 공기와의 혼합율에 영향을 미친다. Therefore, by adjusting the diameter of the fuel injection hole 31 and can adjust the flow rate of the gaseous fuel injected, the flow rate of the gaseous fuel injected will affect the mixing rate of the air supplied from the air inlet 50. 따라서 설계자는 연료공급파이프로부터 공급되는 기체연료의 고정된 압력과 속도를 기초로 10 내지 50 m/s 의 유속으로 기체연료가 분사될 수 있는 연료분사구(31)의 직경을 설계할 수 있을 것이다. Thus the designer will be able to design the diameter of the fuel injection port 31, which may be a gaseous fuel injection to secure a flow rate of 10 to 50 m / s based on the pressure and velocity of the gaseous fuel supplied from the fuel supply pipe.

도 3을 참조하면, 복수의 연료분사구(31)는 연료헤드부(30)의 외주면을 일정한 간격으로 둘러싸는 배열로 형성된다. 3, a plurality of fuel injection hole 31 is formed in an array surrounding the outer peripheral surface of the fuel head portion 30 at regular intervals. 도 3에서 보이듯이, 연료분사구(31)가 배열되는 형태에는 '가지런한 배열'과 '엇갈린 배열'의 어느 하나의 형태가 될 수 있다. Fig. As shown in 3, in the form in which the fuel injection hole 31 is arranged may be any one form of the "gajireonhan array" and "staggered array".

'가지런한 배열'은 복수의 연료분사구(31)가 각각 수직과 수평으로 정렬되며, 네 개의 연료분사구(31)가 하나의 사각형 격자를 형성하는 배열을 의미한다. "Gajireonhan array" is a plurality of fuel injection orifices 31 arranged in the vertical and horizontal, and four fuel injection hole 31 is means arranged to form a square grid.

'엇갈린 배열'은 복수의 연료분사구(31)가 수평으로 정렬되면서 연료헤드부(30)의 상하 수직 방향에서는 사선으로 정렬되며, 세 개의 연료분사구(31)가 하나의 삼각형 격자를 형성하는 배열을 의미한다. "Mixed array" is an array as a plurality of fuel injection orifices (31) aligned horizontally in the vertical direction perpendicular to the fuel head portion 30 are arranged in an oblique, three fuel injection hole 31 is formed in one of the triangular lattice it means.

이와 같은 연료분사구(31)의 배열 방법은 설계자의 의도에 따라 자유롭게 결정될 수 있으며, 다른 형태의 배열 방법이 사용될 수도 있을 것이다. In this way an array of such fuel injection hole 31 can be freely determined according to a designer's intention, there may be arranged another form may be used. 어느 경우에나 연료분사구(31)의 적절한 배열은 분사되는 기체연료가 공기유입구(50)를 통해 공급되는 공기와 충분히 혼합되게 하는 것이면 족하다. Suitable arrangement of any event the fuel injection hole 31 is enough as long as it is sufficient to be mixed with air and the gas fuel injected to be supplied through the air inlet 50.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 저공해 예혼합 연소기는 선회기(20)를 포함한다. 4, a low-pollution premixing burner according to an embodiment of the present invention includes a turning device 20. 일반적으로 연소기에 포함되는 선회기는 연소기로부터 분출되 는 혼합가스에 일정한 방향으로 회전력을 부가하여 균일한 혼합을 유지, 증가시키는 장치이다. In general, be ejected from the turning groups combustor included in the combustor to maintain a uniform mix in addition to the rotational force in a specific direction in the gas mixture, an apparatus to increase. 이러한 선회기의 기능을 수행하기 위해 종래의 기술에 의해 다양한 형상의 선회기가 제공된 바 있으며, 이러한 선회기들은 본 발명의 실시예에 따른 저공해 예혼합 연소기에 적용될 수 있다. To carry out the function of such a turning machine and the turning bar provided groups of various shapes by conventional technique, such a turning machine may be applied to low-pollution premixing burner according to an embodiment of the invention.

다만 도 4를 참조하면 본 발명의 실시예에 따른 저공해 예혼합 연소기에 포함되는 선회기(20)는 연료헤드부(30)의 상단에 안착되는 선회기 지지대(21)와 선회기 지지대(21)로부터 돌출되어 선회기 이전의 연소기 내부에서 예혼합된 가스를 선회유동시키는 선회기 베인(Vane, 22)을 포함한다. However Referring to Figure 4 the turning device 20 included in the low-pollution premixing burner according to an embodiment of the present invention is a group support (21) turning with the turning machine support 21 which is secured to the top of the fuel head portion 30 protrudes from group include turning vanes (vane, 22) for turning the flow of the premixed gas from the internal combustion of the previous group pivot.

선회기 베인(22)의 형상에는 특별한 제한이 없으며, 예혼합된 가스에 회전력을 부가하기 위해서는 일정한 각도로 굴곡되면서 돌출되는 날개 형상이 사용될 수 있을 것이다. The shape of the turning vane group 22 will have no particular limitation, a wing-shaped protrusion may be used as is bent at an angle to the rotational force added to the example of mixed gases. 다만, 도 4를 참조하면, 선회기 베인(22)은 선회기 지지대(21)의 수평면으로부터 연장되는 수평선과 15 도 내지 60 도의 각도 방향으로 돌출되는 것이 바람직하다. However, the 4, the turning vane group 22 is preferably projected in horizontal and 15 degrees to 60 degrees angle direction extending from the horizontal plane of the turning support group (21).

도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 저공해 예혼합 연소기는 선회기의 상단에 설치되는 보염기(10)를 포함한다. 5, a low-pollution premixing burner according to an embodiment of the present invention comprises a base beam 10, which is provided at the upper end of the turning machine. 연소기에 사용되는 보염기(Diffuser Impeller)는 일반적으로 연소기 화염의 안정과 지속적인 연소를 유지시켜주는 기능을 수행하는 장치이다. Flame stabilizing (Diffuser Impeller) used in the combustor is a device generally performs a function that maintains the stability of the combustor flame and sustained combustion.

따라서 보염기(10)는 선회기(20)로부터 분사되는 예혼합된 기체가 발화되어 발생하는 화염의 유동을 제어한다. Thus, flame stabilizing 10 controls the flow of the flame generated ignited mixed eg injected from the turning device 20 gas. 여기서 화염의 유동을 제어한다는 의미는 화염의 축방향 흐름을 제어하고 반경방향 흐름을 증가시켜 화염을 안정화 시키면서 화 염길이를 단축시킨다는 의미이다. The means controlling the flow of the flame is meant sikindaneun control the axial flow of the flame and increases the radial flow while stabilizing the flame in flame length shorter. 축방향이란 공기유입구(50)를 통해 공급되는 공기의 분사방향으로서 아래에서 위로 향하는 방향을 의미하고 반경방향은 축방향에 직교되는 방향을 의미한다. Axis direction means a direction from top to bottom as the jetting direction of air supplied through the air inlet 50 and the radial direction means the direction which is perpendicular to the axial direction.

보염기(10)는 선회기(20)의 중심으로부터 지지되는 보염지지대(12), 보염지지대(12)에 의해 지지되는 보염원판(11)을 포함하며, 보염원판(11)에는 화염의 유동을 제어하는 복수의 보염공(11a)이 형성된다. Flame stabilizing 10 includes a beam desire plate 11 is supported by the Stabilization pedestal 12, Stabilization pedestal 12 which is supported from the center of the turning device 20, beam desire plate 11 is provided with the flame a plurality of beam Dyeing (11a) for controlling the flow is formed. 보염공(11a)은 화염의 축방향 흐름을 제어하는 보염원판(11)에 가해지는 압력을 적절히 조절하는 기능을 수행한다. Dyeing beam (11a) performs a function of properly controlling the pressure applied to the beam desire plate 11 to control the axial flow of the flame. 따라서 설계자는 적절한 보염공(11a)의 개수와 위치를 결정할 수 있을 것이다. Thus the designer will be able to determine the number and location of suitable Dyeing beam (11a). 다만 화염은 선회기 지지대(21)의 외주면으로부터 분출되므로, 도 5에서 보이듯이, 보염공(11a)은 그에 대응하는 보염원판(11)의 원주를 따라 형성되는 것이 바람직할 것이다. However flame As shown in, FIG. 5, so ejected from the outer circumferential surface of the pivot support group 21, Dyeing beam (11a) will be formed along the circumference of the beam desire plate 11 corresponding thereto.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 저공해 예혼합 연소기에 의하면, 연소기 내부에서 국부적인 예혼합 영역을 형성하므로 기존의 다단식 연소기술에서 형성되는 초기 연료 농후 영역의 발생을 근원적으로 차단하여 완전 예혼합 화염을 형성할 수 있으며, 낮은 온도 수준의 균일한 화염을 제공할 수 있다. According to the low-pollution premixing burner according to an embodiment of the present invention described above, it forms a local-mixing zone within the combustor to the underlying block the generation of the initial fuel-rich zone to be formed in conventional staged combustion techniques fully premixed to form a flame, and it is possible to provide a uniform flame of lower temperature level. 따라서 연료 농후 영역으로부터 발생되었던 20 ppm 수준의 급속 질소산화물과 고온의 화염에서 발생되는 열적 질소산화물을 동시에 저감시킬 수 있는 효과가 있다. Therefore, there is an effect that it is possible to reduce the thermal NOx produced at the same time in the 20 ppm level of rapid nitrogen oxide and the high temperature flame that was generated from the fuel-rich zone.

더욱이 기존의 다단식 연소기술에서 화염의 유동을 유체역학적으로 제어함에 따라 발생하는 불완전 연소에 의한 일산화탄소 배출량을 완전 예혼합을 통해 저감시킬 수 있는 효과가 있다. Moreover, there is an effect capable of reducing carbon monoxide emissions due to incomplete combustion arising from the flow of the flame in conventional staged combustion techniques hydrodynamically controlled through complete-mixing.

아울러 연소기 내부에서 예혼합이 가능하므로 별도의 혼합기기가 필요하지 않으며, 화염이 역화되는 것을 방지하는 효과가 있다. In addition, the premix is ​​possible within the combustor, so there is no need for a separate mixing device, has the effect of preventing flame flashback.

Claims (8)

  1. 기체연료를 사용하는 연소기에 있어서, In the combustor using a fuel gas,
    하단부에 외부의 공기가 유입되는 공기유입구가 형성되는 연소기 외통; Combustor where the air inlet is formed in which the external air flows into the lower end of the outer barrel;
    상기 연소기 외통의 하면을 관통하여 상기 연소기 외통의 높이 방향으로 설치되며, 외부의 기체연료를 상기 연소기 외통 내부로 공급하는 연료공급파이프; Through a lower surface of the combustor outer cylinder it is disposed in the height direction of the combustor outer cylinder, the fuel supply pipe for supplying the outer gas fuel into the combustor outer cylinder;
    상기 연료공급파이프의 상단과 연결되어, 상기 연료공급파이프를 통해 공급되는 기체연료를 분사시키는 연료헤드부; Fuel head which is connected to the upper end of the fuel feed pipe, injecting the gaseous fuels supplied through the fuel supply pipe;
    상기 연료헤드부의 상단에 설치되는 선회기;를 포함하며, Includes; group pivot which is installed at the top of the fuel head portion
    상기 공기유입구를 통해 공급되는 공기는 상기 연료헤드부에서 분사되는 기체연료와 상기 선회기 하단부의 일정 공간인 예혼합 영역에서 예혼합된 후, 상기 선회기를 통해 선회유동하면서 연소기 외부로 분사되는 것을 특징으로 하는 저공해 예혼합 연소기. Air supplied through the air inlet is characterized in that after the premix in a certain space in the premixed region of the lower end group the pivot and the gas fuel injected by the fuel head portion, and the flow turning through a said turning injected to the combustor outside premixed low-emission combustor as.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연료헤드부는, The method of claim 1, wherein the fuel head portion,
    상기 연료공급파이프와 연결된 부분으로부터 직경이 증가되는 깔때기 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 저공해 예혼합 연소기. Low-pollution premixing burner characterized in that formed from the portion connected to the fuel supply pipe into a funnel shape which increases in diameter.
  3. 제2항에 있어서, 3. The method of claim 2,
    상기 연료헤드부의 상단 직경 D1은, The top diameter D1 of said fuel head,
    상기 연료공급파이프와 연결된 상기 연료헤드부의 하단 직경 D3의 1 배 내지 5 배의 크기로 형성되는 것을 특징으로 하는 저공해 예혼합 연소기. Low-pollution premixing burner, characterized in that a size of one to five times the bottom of the fuel head portion connected to the fuel supply pipe diameter D3.
  4. 제1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 공기와 상기 기체연료가 예혼합되는 상기 예혼합 영역의 혼합거리는, Mixing distance of the area in which the premixed air and the gas fuel to be premixed,
    상기 연소기 외통의 직경 D2에서 상기 연료헤드부의 상단 직경 D1을 뺀 값(D2-D1)의 2배 내지 3배 인 것을 특징으로 하는 저공해 예혼합 연소기. In diameter D2 of the burner outer cylinder premixed low-emission combustor, characterized in that two to three times the value (D2-D1) obtained by subtracting the upper diameter D1 of said fuel head.
  5. 제1항에 있어서, 상기 연료헤드부의 외주면에는, The method of claim 1, wherein in the outer circumferential surface of said fuel head,
    상기 기체연료가 분사될 수 있도록 복수의 연료분사구가 형성되며, A plurality of fuel injection hole is formed so that the gaseous fuel can be injected,
    상기 연료분사구는 상기 연료헤드부의 표면과 1 도 내지 90 도의 각도로 상기 기체연료를 분사하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 저공해 예혼합 연소기. The fuel injection hole is low-pollution premixing burner, characterized in that at an angle of 90 degrees [deg.] To the surface and one of said fuel head is formed so as to inject the gas fuel.
  6. 제5항에 있어서, 상기 연료분사구의 직경은, The method of claim 5, wherein the diameter of the fuel injection hole is
    상기 연료분사구를 통해 분사되는 상기 기체연료의 유속이 10 내지 50 m/s 가 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 저공해 예혼합 연소기. Low-pollution premixing burner, characterized in that the flow rate of the gaseous fuel injected through the fuel injection hole is formed so as to be 10 to 50 m / s.
  7. 제5항에 있어서, 상기 복수의 연료분사구는, The method of claim 5, wherein the plurality of fuel injection orifice,
    상기 연료헤드부의 외주면을 일정한 간격으로 둘러싸는 배열로 형성되며, Formed in an array surrounding the outer circumferential surface of the head portion the fuel at regular intervals,
    상기 복수의 연료분사구의 배열은 가지런한 배열 또는 엇갈린 배열 중의 어느 하나의 배열로 형성되는 것을 특징으로 하는 저공해 예혼합 연소기. Low-pollution premixing burner, characterized in that the arrangement of the plurality of fuel injection hole is formed by an array of any one of gajireonhan arrangement or a staggered arrangement.
  8. 제1항에 있어서, 상기 선회기는, The method of claim 1, wherein the turning groups,
    상기 연료헤드부의 상단에 안착되는 선회기 지지대;와. And; turning support group is mounted on the top of the fuel head portion.
    상기 선회기 지지대로부터 상부 방향으로 돌출되어 상기 예혼합된 가스를 선회유동시키는 선회기 베인;을 포함하며, Includes; projecting from the pivot support group upward turning vane group of the revolution flow of the premixed gas
    상기 선회기 베인은, 상기 선회기 지지대의 수평면으로부터 연장되는 수평선과 15 도 내지 60 도의 각도 방향으로 돌출되는 것을 특징으로 하는 저공해 예혼합 연소기. The turning vanes group, low-pollution premixing burner, characterized in that projecting horizontal and 15 degrees to 60 degrees angle direction extending from the horizontal plane of the pivot support group.
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