KR100838738B1 - 복합화력 발전설비의 배열보일러 보조연소버너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복합화력 발전설비의 배열보일러 보조연소버너에 관한 것으로서, 특히, 가스터빈에 의한 배열보일러의 증기발생을 통해 증기터빈이 구동되는 복합화력 발전설비에 있어서, 내측에 연소실을 갖는 버너하우징과, 유입 연료가스에 선회 속도가 부여되도록 버너하우징의 입구측에 설치되는 선회익과, 연소에어가 유입되는 공급노즐과 유입된 연소에어가 유출되는 분사노즐이 상호 수직방향으로 배치되어 연소실 내로 연소에어를 공급시키는 에어공급부와, 버너하우징의 출구가 삽입되고 버너하우징의 출구와 연통되는 화염분사구가 내측에 관통 형성되며 냉각에어를 공급하는 냉각유로가 버너하우징의 출구를 감싸도록 형성되는 냉각하우징, 화염분사구를 통해 분사되는 화염과 냉각유로를 통해 분사되는 냉각에어가 상호 혼합되기 위한 혼합챔버가 내측에 형성되도록 냉각하우징의 출구를 감싸며 배열보일러에 장착되는 버너타일부를 포함하는 구성으로, 복합화력 발전설비의 보조 연소 장치에서 요구되는 고부화 연소를 충족하는 동시에 연소배기 가스에 대한 온도 조절이 유리하게 이루어지도록 하는 특징이 있다.

가스터빈, 배열보일러, 증기터빈, 선회익

Description

복합화력 발전설비의 배열보일러 보조연소버너{Auxiliary burner of waste heat boiler of gas turbine combined power plant}

도 1은 종래기술에 따른 복합화력 발전설비를 도시한 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 복합화력 발전설비의 배열보일러 보조연소버너를 도시한 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 배열보일러 보조연소버너가 장착된 복합화력 발전설비를 도시한 구성도.

※도면의 주요 부분에 대한 부호설명※

100 : 버너하우징 110 : 연소실

200 : 선회익 300 : 에어공급부

310 : 공급노즐 320 : 분사노즐

400 : 냉각하우징 410 : 화염분사구

500 : 버너타일부

본 발명은 복합화력 발전설비의 배열보일러 보조연소버너에 관한 것으로서, 배열보일러의 단독 운전이 가능한 보조연소버너가 설치되어 고부화 연소의 실현이 가능하고 연소 배기가스에 대한 온도 조절이 용이한 복합화력 발전설비의 배열보일 러 보조연소버너에 관한 것이다.

도 1은 종래기술에 따른 복합화력 발전설비를 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래 복합화력 발전설비에는 연료를 연소시켜 1차 동력을 생산하는 가스터빈(30)과, 가스터빈(30)의 출구에서 배출되는 배기가스 열을 이용하여 증기가 발생되도록 증기발생 전열관(41)이 구비되는 배열보일러(40) 및, 배열보일러(40)에서 생산된 증기를 통해 2차 동력을 생산하는 증기터빈(50)이 구비된다.

즉, 이러한 복합화력 발전 설비는 연료의 연소 에너지를 이용하여 1차적으로 가스터빈(30)을 구동하여 동력을 얻은 후, 배열보일러(40)을 통해 증기를 발생시키고, 이로부터 증기터빈(50)을 구동하여 2차적으로 동력을 발생시키는 것이다. 이때, 배열보일러의 배기가스 덕트에는 보조버너(미도시)가 설치됨으로써, 가스터빈의 배기가스의 열과 더불어 배열보일러의 출력을 증대시킬 수 있다.

그러나, 이러한 보조버너의 경우 제철 부생가스와 같이 연소성이 떨어지는 저 발열량 가스에는 적용이 어렵고, 보조버너 내로 유입되는 보조연료와 보조에어 사이의 혼합이 원활하게 이루어지지 못하는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은 전술된 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 복합화력 발전설비의 보조 연소 장치에서 고부화 연소를 충족하는 동시에 연소 배기 가스에 대한 온도 조절이 용이하게 이루어지는 복합화력 발전설비의 배열보일러 보조연소버너를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 가스터빈에 의한 배열보일러의 증기 발생을 통해 증기터빈이 구동되는 복합화력 발전설비에 있어서, 내측에 연소실을 갖는 버너하우징; 유입되는 연료가스에 선회 속도가 부여되도록 상기 버너하우징의 입구측에 설치되는 선회익; 연소에어가 유입되는 공급노즐과 유입된 연소에어가 분사되는 분사노즐이 상호 수직방향으로 배치되어 상기 연소실 내로 연소에어를 공급시키는 에어공급부; 상기 버너하우징의 출구가 삽입되고 상기 버너하우징의 출구와 연통되는 화염분사구가 내측에 관통 형성되며 냉각에어를 공급하는 냉각유로가 상기 버너하우징의 출구를 감싸도록 형성되는 냉각하우징; 상기 화염분사구를 통해 분사되는 화염과 상기 냉각유로를 통해 분사되는 냉각에어가 상호 혼합되기 위한 혼합챔버가 내측에 형성되도록 상기 냉각하우징의 출구를 감싸며 상기 배열보일러에 장착되는 버너타일부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 분사노즐의 연소에어 분사방향은 상기 연소실 내로 유입되는 연료가스의 유동방향과 동일하게 배치되고, 상기 냉각하우징은 원형의 중공 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 복합화력 발전설비의 배열보일러 보조연소버너의 구성을 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 배열보일러 보조연소버너가 장착된 복합화력 발전설비를 나타낸 도면이다.

도 2 또는 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명은 내측에 연소실(110)을 갖는 버너하우징(100)과, 유입되는 연료가스에 선회 속도를 부여하기 위한 선회익(200)과, 상기 연소실(110) 내로 연소에어를 공급하는 에어공급부(300)와, 상기 연소실(110) 내로 냉각에어를 공급하는 냉각하우징(400) 및, 상기 연소실(110)에서 발생된 화염과 상기 냉각하우징(400)의 냉각에어가 혼합되는 버너타일부(500)를 포함하는 구조로, 복합화학 발전설비의 배열보일러(40)에 장착된다.

상기 복합화학 발전설비는 연료를 연소시켜 1차 동력을 생산하는 가스터빈(30)과, 상기 가스터빈(30)의 출구로 배출되는 배기가스 열을 이용하여 증기를 발생시키는 배열보일러(40) 및, 상기 배열보일러(40)에서 생산된 증기를 통해 2차 동력을 생산하는 증기터빈(50)으로 구성되는 바, 특히 상기 가스터빈(30)이 정지되는 경우 배열보일러(40)의 입구측에 장착된 본 발명의 배열보일러 보조연소버너(600)를 통해 상기 배열보일러(40)의 단독 운전이 가능하다.

구체적으로 본 발명에 따른 버너하우징(100)은 유입 연료가스와 연소에어 사이의 혼합을 통해 실제적인 연소가 이루어져 상기 배열보일러(40)에 배기가스를 공급하기 위한 부분으로, 해당 선단부에는 연료가스가 유입되는 연료공급관(130)이 설치되고, 해당 내측에는 유입 연료가스와 연소에어 사이의 상호 혼합을 통한 연소가 이루어지도록 파이롯버너(120)가 구비된 연소실(110)이 형성되며, 해당 선단부 내측에는 유입 연료가스에 선회 속도를 부여하기 위한 선회익(200)이 설치된다.

또한, 상기 버너하우징(100)의 선단부 외측에는 상기 연소실(110)과 연통되는 에어공급부(300)가 구비된다. 상기 에어공급부(300)는 연소실(110) 내측으로 연소에어의 공급을 위한 것으로, 연소에어가 유입되는 공급노즐(310)과 유입된 연소에어가 분사되는 분사노즐(320)이 상호 연통되어 수직 배치되고, 이때, 상기 분사 노즐(320)의 연소에어 분사방향은 상기 연소실(110) 내로 유입되는 연료가스의 유동방향과 동일해지도록 배치된다.

이로써, 상기 연소실(110)내로 유입된 연료가스와 연소에어 사이의 혼합이 최대한 촉진됨에 따라 이들 간의 연소가 효과적으로 발생된다. 결국, 상기 연소실(110)에서는 혼합 연소의 특성에 따라 화염의 크기가 축소되어 작은 화염 체적이 형성됨으로써 고부하 연소가 이루어질 수 있고, 여기서, 상기 연소실(110)에서는 0.5~0.7 수준인 공기비 상태에서 연소가 이루어지는 바, 완전연소에 요구되는 에어량은 냉각하우징(400)의 냉각에어를 통해 공급된다.

상기 냉각하우징(400)은 화염분사구(410)를 갖는 원형의 중공 형상으로, 상기 버너하우징(100)의 출구와 화염분사구(410)가 연통되도록 버너하우징(100)의 출구가 상기 중공 내측에 삽입 설치되고, 상기 중공 외측에는 냉각에어가 유입되는 냉각유로(421)와, 유입된 냉각에어가 분사되는 냉각에어노즐(420)이 형성된다.

한편, 상기 버너타일부(500)는 상기 냉각하우징(400)의 출구를 감싸도록 상기 배열보일러(40)에 장착되고, 해당 내측에는 상기 화염분사구(410)를 통해 분사되는 화염과 상기 냉각에어노즐(420)을 통해 분사되는 냉각에어가 상호 혼합되기 위한 혼합챔버가 형성된다.

이때, 상기 냉각유로(421)를 통해 유입되는 냉각에어량은 상기 버너타일부(500)에서 배출되는 배기가스의 요구 온도를 고려하여 가감될 수 있다. 즉, 상기 버너타일부(500) 출구의 배기가스 온도를 저하시키고자 하는 경우에는 상기 냉각유로(421)를 통해 유입되는 냉각에어의 양을 증대시키고, 상기 버너타일부(500) 출구 의 배기가스 온도를 상승시키고자 하는 경우에는 상기 냉각유로(421)를 통해 유입되는 냉각에어량을 감소시킨다. 따라서, 상기 냉각유로(421)에서 유입되는 냉각에어량을 조절하면 상기 버너타일부(500) 출구에서 배출되는 배기가스의 온도 또한 용이하게 조절할 수 있다.

이와 같이, 상기 버너타일부(500)에서 배출되는 배기가스의 온도는 약 600도를 초과하지 못하도록 제어함으로써, 상기 배열보일러 전열관(41)의 열적 손상을 방지할 수 있고 배열보일러(40)의 좁은 내부 공간에서 화염의 벽면 충돌 또는 전열관(41) 충돌과 같은 문제를 방지할 수 있는 것이다.

이와같은 구성으로 이루어진 본 발명의 작동 과정을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 배열보일러 보조연소버너(600)는 가스터빈이 정지되는 경우 배열보일러의 단독 운전이 가능할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 가스터빈 및 배열보일러가 정상적으로 운전되는 경우에도 배열보일러의 출력이 증대될 수 있다.

이를 위해, 먼저 상기 연료공급관(130)을 통해 연료가스가 유입되면, 유입된 연료가스는 상기 버너하우징(100) 내 선회익(200)에 의해 선회되며 연소실(110)내로 이동되고, 상기 연소실(110)내로 선회 이동된 연료가스는 상기 에어공급부(300)를 통해 유입된 연소에어와 혼합되면서 상기 파이롯버너(120)에 의해 연소된다. 이때, 연료가스와 연소에어의 혼합이 최대한 촉진됨에 따라 상기 연소실(110)에서는 작은 화염 체적이 형성되고 고부하 연소가 이루어진다.

이렇게 상기 연소실(110)내에서 발생된 화염은 상기 냉각하우징(400)의 화염분사구(410)를 거쳐 상기 버너타일부(500)로 이동되고, 상기 버너타일부(500)로 이동된 화염은 상기 냉각하우징(400)의 냉각에어노즐(420)에서 유입된 냉각에어와 혼합되면서 연소가 완료된 후, 상기 배열보일러(40)로 배기가스가 배출된다.

여기서, 상기 냉각에어노즐(420)를 통해 분사되는 냉각에어량은 버너타일부(500)에서 배출되는 배기가스의 요구 온도에 따라 가감될 수 있는 바, 냉각에어의 양을 증대시킬수록 버너타일부(500)의 출구의 배기가스 온도는 냉각에어의 냉각 효과에 의해 저하되고, 냉각에어의 양을 감소시킬수록 배기가스의 온도는 상승하게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 복합화력 발전설비의 배열보일러 보조연소버너의 경우 배열보일러의 단독 운전이 가능한 보조연소버너가 설치되어 고부화 연소의 실현이 가능하고 연소배기가스에 대한 온도 조절이 용이하다는 장점이 있다. 이로써, 연소성이 떨어지는 저 발열량 연료가스에 적용이 어렵고 보조연료와 보조에어 사이의 혼합이 원활하게 이루어지지 못하는 종래 기술의 문제를 본 발명은 해결할 수 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자에게 있어서 자명할 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의하면, 복합화력 발전설비의 보조 연소 장치에서 요구되는 고부화 연소를 충족하는 동시에 연소배기 가스에 대한 온도 조절이 유리하게 이루어진다는 이점이 있다.

Claims (3)

1. 가스터빈에 의한 배열보일러의 증기 발생을 통해 증기터빈이 구동되는 복합화력 발전설비에 있어서,

   내측에 연소실(110)을 갖는 버너하우징(100);

   유입되는 연료가스에 선회 속도가 부여되도록 상기 버너하우징(100)의 입구측에 설치되는 선회익(200);

   연소에어가 유입되는 공급노즐(310)과 유입된 연소에어가 분사되는 분사노즐(320)이 상호 수직방향으로 배치되어 상기 연소실(110) 내로 연소에어를 공급시키는 에어공급부(300);

   상기 버너하우징(100)의 출구가 삽입되고 상기 버너하우징(100)의 출구와 연통되는 화염분사구(410)가 내측에 관통 형성되며 냉각에어를 공급하는 냉각유로(421)가 상기 버너하우징(100)의 출구를 감싸도록 형성되는 냉각하우징(400);

   상기 화염분사구(410)를 통해 분사되는 화염과 상기 냉각유로(421)를 통해 분사되는 냉각에어가 상호 혼합되기 위한 혼합챔버가 내측에 형성되도록 상기 냉각하우징(400)의 출구를 감싸며 상기 배열보일러에 장착되는 버너타일부(500)를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합화력 발전설비의 배열보일러 보조연소버너.
2. 제1항에 있어서, 상기 분사노즐(320)의 연소에어 분사방향은 상기 연소실(110) 내로 유입되는 연료가스의 유동방향과 동일하게 배치되는 것을 특징으로 하는 복합화력 발전설비의 배열보일러 보조연소버너.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 냉각하우징(400)은 원형의 중공 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 복합화력 발전설비의 배열보일러 보조연소버너.

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