KR100969857B1 - 연료 연소장치 - Google Patents

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KR100969857B1
KR100969857B1 KR1020080116012A KR20080116012A KR100969857B1 KR 100969857 B1 KR100969857 B1 KR 100969857B1 KR 1020080116012 A KR1020080116012 A KR 1020080116012A KR 20080116012 A KR20080116012 A KR 20080116012A KR 100969857 B1 KR100969857 B1 KR 100969857B1
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Abstract

연료 연소장치가 개시된다. 개시된 연료 연소장치는 1차연료 분사체 및 상기 1차연료 분사체 주위에 배치되는 둘 이상의 2차연료 분사체를 구비하는 연료분사모듈, 상기 연료분사모듈로 산화제를 공급하는 공기주입모듈, 및 상기 연료분사모듈로 연료를 공급하는 연료공급모듈을 포함하되, 상기 2차연료 분사체는 상기 1차연료 분사체를 중심으로 하여 원주 상에 방사상으로 배치되고, 상기 1차연료 분사체로부터 1차공간이 형성되고, 상기 1차공간과 이격되어 상기 2차연료 분사체로부터 2차공간이 형성되어져, 다단 화염이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 연료 연소장치는 연료분사체의 물리적 구조에 따른 부분산화에 의한 화염형성으로 인해 연료농후영역인 1차 공간과 연료희박영역인 2차 공간이 명확하게 구분된 형태로서, 화염 내 국부적인 고온영역을 최소화하여 Thermal NOx 생성을 최대한 억제하게 되며, 추가적으로 전체 연료량의 약 50% 이하를 부분 산화반응에 의한 가연성 가스 상태로 전환함에 따라 연료 중 질소 성분의 산화에 의한 Fuel NOx 생성을 원천적으로 저감할 수 있다.
연소로, 선회기, 농후, 희박, 분사, 화염, 다단, 부분 산화

Description

연료 연소장치{Apparatus For burning Fuel}
본 발명은 연료 연소장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료의 노즐이 이중으로 구성되어 중심부의 1차 화염영역과 액체연료의 부분산화에 의한 부분산화영역이 구분되는 연료 연소장치에 관한 것이다.
일반적으로, 화석연료의 연소에 의해 생성되는 질소산화물 저감방법으로는 연소전 연료 내에 함유된 질소성분을 물리, 화학 및 생화학적인 방법 등으로 최소화하여 질소산화물의 생성을 근원적으로 차단하는 연소 전 처리방법과, 연소 중 다양한 질소산화물 저감 기술을 적용하여 제어하는 연소 중 처리방법과, 연소 후 배기가스를 처리하는 연소 후 처리방법이 있다.
이 중에서 저 질소산화물 버너(Low NOx Burner), 연소로 내 다단연소/재연소(OFA/Reburner)의 기법 등과 같은 연소 중 제어방식은 질소산화물의 발생을 비교적 용이하게 억제할 수 있고, 적은 고정 투자비와 저렴한 운전 비용으로 기존 설비 및 신규 설비에 적용이 가능하기 때문에 경제성 또한 우수하며 선진 업체에서 집중적으로 연구, 개발, 적용되고 있다.
액체 및 고체연료를 사용하는 연소시스템에서 저 NOx 를 구현하기 위한 버너기술에서 가장 중요한 점은 연료 중 질소의 산화에 의한 Fuel NOx생성을 억제하는 것이다.
Fuel NOx는 연료 중 N이 NOx 로 변환되는 비율을 줄여 원천적인 Fuel NOx 발생을 줄이고 연소장 중 연료 농후 및 연료 희박 영역의 명확한 분할 및 선회류에 의한 연료/공기 혼합장을 형성하여 생성된 NOx 의 N2로의 환원에 필요한 체류시간 등을 확보하여 초저 NOx를 실현시키는 연소기술이 필요하다.
액체 연료 연소기의 경우 대부분 노즐이나 버너 자체에서 Steam 혹은 물분사에 의한 증발잠열을 이용해 화염 온도 저하에 따라 Thermal NOx를 줄이고 있으나 연료 중 질소 성분에 의한 화염 내 Fuel NOx 생성이 매우 두드러지므로 이는 액체 연료 버너에서 근본적인 NOx저감 대책이 될 수 없다. 또한 기존의 다단연소 버너는 화염 내 연료 농후 및 희박영역을 물리적으로 명확히 구분하기가 어려우므로 화염 내 국부적인 고온 영역을 피할 수 없어 Thermal NOx도 상당부분 발생한다. 이에 따라 현재까지 새로운 개념을 적용한 노즐 및 버너 설계기술이 미비하여 Fuel NOx 저감에 관한 획기적인 저 NOx 버너의 근본적인 대체기술을 확립하지 못하고 있는 문제점이 있다.
본원 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해서 연소로에 공급되는 연료 중 질소 성분의 산화에 의한 연료 질소 산화물(Fuel NOx)과 열적 질소산화물(Thermal NOx) 생성을 원천적으로 저감할 수 있는 연료 연소장치를 제공함이 목적이다.
본 발명에 따른 연료 연소장치의 구성은 1차연료 분사체 및 상기 1차연료 분사체 주위에 배치되는 둘 이상의 2차연료 분사체를 구비하는 연료분사모듈, 상기 연료분사모듈로 산화제를 공급하는 공기주입모듈, 및 상기 연료분사모듈로 연료를 공급하는 연료공급모듈을 포함하되, 상기 2차연료 분사체는 상기 1차연료 분사체를 중심으로 하여 원주 상에 방사상으로 배치되고, 상기 1차연료 분사체로부터 1차공간이 형성되고, 상기 1차공간과 이격되어 상기 2차연료 분사체로부터 2차공간이 형성되어져, 다단 화염이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 연료 연소장치는 상기 연료분사모듈의 일측을 둘러싸는 마운트 모듈을 더 포함하며, 상기 마운트 모듈은 상기 2차연료 분사체와 연통하는 연료수송관을 포함하며, 상기 연료수송관은 상기 1차공간에 의해 간접가열될 수 있다.
상기 2차연료 분사체는 6개 내지 12개가 형성될 수 있다..
상기 연료 연소장치는 상기 1차연료 분사체의 선단에 배치되어 상기 연료분사모듈의 축방향과는 사선으로 공기가 공급될 수 있도록 하는 선회기 모듈을 더 포함할 수 있다.
상기 선회기 모듈은 중공원통 형상의 몸체와 상기 몸체 내부에 축방향과는 경사지게 사선으로 배치되는 날개 형상의 안내판으로 구성되되, 상기 공기주입모듈로부터 상기 선회기 모듈에 공급되는 공기는 상기 안내판에 의해 상기 1차공간에 안내되어질 수 있다.
상기 선회기 모듈의 중앙부로부터 공급되는 1차 공기와 상기 안내판을 통해 공급되는 2차공기는 상기 1차공간 내에서 다단 공기층을 형성할 수 있다.
상기 1차연료 분사체의 지름은 Dn, 상기 1차연료 분사체와 상기 선회기 모듈 사이의 공간으로 1차 공기가 토출되는 영역의 지름은 D1st, 상기 선회기 모듈의 외곽 지름은 D2nd, 상기 2차연료분사체가 이루는 원의 내측 공간의 지름은 D3rd, 및 열부하는 Q로 정의되며, D1st=
Figure 112010024506136-pat00023
, D2nd=
Figure 112010024506136-pat00024
, D3rd=
Figure 112010024506136-pat00025
일 수 있다.
상기 마운트 모듈은 그 내부 일측에 원뿔대 형상의 마운트 경사부를 구비하고, 상기 마운트 경사부의 출구측 외곽 지름은 Dg, 상기 마운트 경사부의 내측에서 외측까지의 거리는 Hg라 정의되며, 상기 Dg, Hg, 및 D3rd 간의 수식은
Figure 112010024506136-pat00026
,
Figure 112010024506136-pat00027
일 수 있다.
상기 마운트 경사부의 하단부로부터 돌출되는 상기 2차연료분사체까지의 거리는 Hp, 상기 2차연료분사체가 이루는 원의 내측 공간의 지름은 D3rd라 정의되며, 상기 Hp 와 D3rd 간의 수식은
Figure 112010024506136-pat00028
일 수 있다
상기 연료수송관은 상기 마운트 모듈의 내벽에 코일 형상으로 이루어질 수 있다.
상기 마운트 모듈은 내화재가 내장될 수 있다.
상기 연료는 액체연료인 경유일 수 있다.
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상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 연료 연소장치는 기본적으로 상기 연료 연소장치 연료분사체의 물리적 구조에 따른 부분산화에 의한 화염형성으로 인해연료농후영역인 1차 공간과 연료희박영역인 2차 공간이 명확하게 구분된 형태로서, 화염 내 국부적인 고온영역을 최소화하여 Thermal NOx 생성을 최대한 억제하게 되며, 추가적으로 전체 연료량의 약 50% 이하를 부분 산화반응에 의한 가연성 가스 상태로 전환함에 따라 연료 중 질소 성분의 산화에 의한 Fuel NOx 생성을 원천적으로 저감할 수 있다.
본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 액체연료 연소장치를 상세히 설명하기로 한다.
이하, 본 발명의 실시 예에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액체연료 연소장치의 개략적인 개념도,
도 2는 본 발명의 액체연료 연소장치의 단면을 포함한 개략적인 구성도,
도 3은 도 2의 'A'의 부분 확대도,
도 4는 액체연료 분사장치의 분사구를 나타낸 도면,
도 5는 액체연료 연소장치의 구성요소인 연료분사모듈의 사시도,
도 6a는 액체연료 연소장치의 구성요소인 선회기의 사시도,
도 6b는 도 6a의 단면도, 및
도 7은 액체연료 연소장치의 유해가스 배출농도의 예를 도시한 그래프이다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 액체연료 연소장치(100)의 구성요소에 대해서 설명한다.
먼저, 상기 액체연료 연소장치(100)는 그 내부에서 연소가 이루어지는 보일러(미도시) 내지 연소로로 액체연료를 분사할 수 있도록 하는 장치인데, 현재 중대형 산업용 보일러 및 연소로 시스템의 경우에 여전히 액체연료 사용의 비중이 여전히 높고 대기오염 물질 저감에 관한 기술적 대처가 미비한 상황에서 후처리 설비 투자 부담을 획기적으로 줄이고 향후 선진국으로부터의 기술종속 탈피 및 비교우위의 기술선점을 가능하게 하기 위해서 초 저공해 또는 초 고효율의 보일러 및 연소로 시스템을 개발하는데 필요하다.
상기 연료는 주로 액체 상태의 경유, 중유 등이 주로 사용되는데 액체 상태라면 어떤 연료이든지 사용이 가능할 것이다. 또한, 환경에 따라서 구조 변경을 통해 액체 연료 뿐만이 아니라 고체 연료 등도 사용할 수 있을 것이다.
액체연료 연소장치(100)는 연소로 내로 연료를 공급·분사하는 연료분사모듈(110), 연료분사모듈(110)이 그 내부를 통하여 설치되도록 구성되며 연료분사모듈(110)로 산화제를 공급하는 공기주입모듈(120), 연료분사모듈(110)로 액체연료를 제공하는 연료공급모듈(130), 연료분사모듈(110)의 분사구 측에 구비되는 선회기 모듈(140), 및 연료분사모듈(110)과 공기주입모듈(120)이 고정거치될 수 있는 마운트 모듈(150)로 구성된다.
도 1을 참조하여, 액체연료 연소장치(100)의 기본 개념을 설명하면 다음과 같다. 마운트 모듈(150)은 중공의 원통형 구조로 이루어질 수 있다. 마운트 모듈(150)의 중공부로는 1차연료가 공급될 수 있고, 마운트 모듈(150) 내부의 내화재(154) 내에 매설된 연료수송관(152)을 통해 2차연료가 공급되면서 간접적으로 가열될 수 있다. 도면부호 102는 1차연료가 마운트 모듈(150)의 중앙부를 통해 연소로 내부로 공급되는 것을 표시하고, 도면부호 104는 2차연료가 공급되는 형태를 개략적으로 도시하고 있다.
마운트 모듈(150)은 그 내측이 연소로 측으로 확개되는 형상으로 이루어짐으로써 원뿔대 형상으로 마운트 경사부(151)가 구비되는데 상기 마운트 경사부(151)의 출구측 외곽 지름을 Dg라 정의한다. 마운트 경사부(151)의 내측에서 외측까지의 거리를 Hg(마운트 경사부 높이)로 정의한다.
도2, 도 3, 도 5 및 도 6a를 참조하여 연료분사모듈(110)에 대해 자세히 설명하면 다음과 같다.
연료분사모듈(110)은 지지판(111)에 그 일측이 고정되는 1차연료 분사체(112)와 1차연료 분사체(112) 주위로 적어도 하나 이상으로 배치되는 2차연료 분사체(114)로 이루어진다. 2차연료 분사체(114)는 동일 원주 상에 일정한 간격으로 배치되는 것이 바람직하고, 일 예로써 6개가 배치될 수 있다. 즉, 2차연료 분사체(114)는 1차연료 분사체(112)를 중심으로 하여 원주 상에 방사상으로 배치되는 구조일 수 있다. 1차연료 분사체(112)에는 별도의 화염 안정판(미도시)이 부착될 수 있다. 연료 분사체들(112,114)은 중공의 원통형 관으로서 구성될 수 있다. 1차연료 분사체(112)를 둘러싸도록 1차공기 공급관(113)이 마련되어지고, 1차공기 공급관(113)을 거친 공기는 선회기모듈(140) 내측의 삽입공(141a)으로 공급될 수 있다.
1차연료 분사체(112)에 근접하여 점화수단(미도시)이 부가될 수 있다. 점화수단은 공급되는 연료와 공기가 혼합된 상태에서 연소가 원활히 되도록 불꽃을 발생하게 한다. 점화수단은 별도의 점화 트랜지스터(ignition TR,미도시)에 의해 신호를 전달받을 수 있다.
상기 1차연료 분사체(112) 및 2차연료 분사체(114)에는 연료공급모듈(130)로부터 액체 연료가 1차연료(Main fuel)와 2차연료(2nd fuel)로 나뉘어져 공급된다. 연료공급모듈(130)은 외부의 연료탱크(미도시)로부터 필터(131)를 거쳐 불순물이 제거되고 펌프(132)에 의해 펌핑된 후에 제1라인(133)과 제2라인(135)으로 분기되어 연료분사모듈(110)에 연결된다. 상기 라인들(133,135)에는 각각 솔레노이드 밸브(133a,135a)가 설치되어 1차연료(Main fuel)와 2차연료(2nd fuel)로 공급되는 액체연료를 적절히 공급 및 차단하도록 할 수 있다. 도면 부호 139는 오일 드레인 관으로 연료공급모듈(130)로부터 과도한 연료가 공급되거나 이상이 있는 경우에 외부로 오일을 배출할 수 있도록 한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 기본적으로는 1차연료 분사체(112)에서 분사되는 1차연료에 의해 1차 화염이 형성되도록 하고, 부분산화를 적용하기 위하여 2차연료 분사체(114)에서 분사되는 2차연료가 마운트 모듈(150)의 내부에 매설된 연료 수송관(152)을 지나서 공급되도록 한다.
마운트 모듈(150)은 그 내부에 내화재(154)가 내장되어 있다. 상기 내화재(154)에는 중공의 연료 수송관(152)이 바람직하게 코일 형태로 구비될 수 있다.
부분산화 반응을 위한 액체연료의 증발을 보다 용이하게 유도하기 위해 2차연료가 1차화염으로부터 열을 받아 가열되도록 내화재(154)에 연료 수송관(152)을 매설하고, 체류시간을 늘리기 위해 코일모양으로 구성하여 가열효율을 극대화한다.
이때, 마운트 모듈(150)에서 가열된 연료는 액체연료 연소장치(100)에 설치된 다기관(118,manifold)으로 공급되고 다기관에서 6개 내지 12개의 2차연료 분사체(114)로 분기하여 공급된다. 2차연료 분사체(114)의 개수에는 제한이 없으므로 사용자가 필요한 성능을 얻을 수 있도록 개수를 결정할 수 있음은 물론이다.
공기주입모듈(120)은 그 내부에 연료분사모듈(110)이 배치되도록 구성되고 일측에 외부로 개방되는 입구부(121)를 통해 공급되는 공기가 연소실 내부로 토출되게 한다.
다음은 본원 발명의 핵심인 부분 산화 과정에 대해서 설명한다.
공급된 2차연료는 연료 수송관(152)을 거치면서 연소전 사전 가열되는 단계를 거친다. 상기 사전 가열된 2차 연료는 2차연료 분사체(114)를 통하여 연소로 내부로 고속으로 분사되면서 1차 화염의 주위에서 분무화(Atominizing)되는 과정을 거치게 된다. 상기의 분무화 된 액체 연료는 1차 화염에 의한 주위 분위기 온도 조건에서 연소기 공기 주입 모듈로 부터 토출된 공기 중 1차 화염과 반응한 산소 외 잔류 산소와 반응하여 부분 산화 반응이 일어나게 된다. 하기에는 부분 산화 과정에 대한 개략적인 반응식이 표현되어 있다.
CnHm + O2 → CO + H2
즉, 분무화된 탄화수소 계열의 액체연료가 분무화된 산소 가스에 의해 산화되어 합성가스를 형성한다. 합성가스는 H2, CO, N2, CHi 등과 같은 기체들의 합성물이다. 상기와 같이 액체 연료를 가연성 가스 상태로 전환함에 따라 이 과정 중 대부분의 연료 중 질소는 NOx로 산화되지 않고 질소 분자(N2)로 배출되며 합성가스 중 가연성분들은 후류에서 연료 희박 조건의 화염을 형성하게 된다.
이하 도 4 및 하기의 수학식들을 참조하여, 1차연료분사체(112), 2차연료분사체(114) 및 선회기(140) 등의 관계에 대해서 살핀다.
하기 수학식에 사용되는 기호는 다음과 같이 정의된다.
Dn : 1차연료 분사체의 지름, Dp : 2차연료분사체의 지름, D1st : 1차연료 분사체와 선회기 사이의 공간으로 1차 공기가 토출되는 영역의 지름, D2nd : 선회기의 외곽 지름, D3rd : 1차 및 2차연료분사체가 이루는 원주 상의 공간으로 2차 공기가 토출되는 영역의 지름, Dg : 마운트 경사부의 출구측 외곽 지름, Hg : 마운트 경사부의 내측에서 외측까지의 거리, Q(열부하) : 단위연료당 발생하는 열량에 공급되는 연료의 량을 곱하여 계산되는 연료의 발열량
다음의 수학식들은 상기 지름들간의 관계를 보여주고 있다.
삭제
Figure 112010024506136-pat00029
Figure 112010024506136-pat00030
Figure 112010024506136-pat00031
도 1 및 도 3을 참조하면 다음식을 도출할 수 있다.
Figure 112010024506136-pat00032
Figure 112010024506136-pat00033
,
도 3을 참조하면, 2차연료분사체(114)가 마운트 모듈(150)의 마운트 경사부(151)의 하단부를 기준으로 하여 가변되는 것을 볼 수 있는데, 마운트 경사부(151)의 하단부로부터 돌출되는 2차연료분사체(114)의 높이를 Hp 라 하고 상기 D3rd 와의 관계를 하기식과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112008080255259-pat00007
이하, 도 6a 및 도 6b를 참조하여 선회기 모듈(140)을 설명한다.
선회기 모듈(140)은 중공 원통 형상의 몸체(141)와 몸체(141) 내부에 축 방향과는 사선으로 배치되는 날개 형상의 안내판(142)로 이루어진다. 몸체(141)의 내부로는 안내판(142)의 일측단에 연결고정되는 중공 원통형의 삽입공(141a)이 형성된다. 삽입공(141a)에는 1차연료 분사체(112)가 관통하여 고정됨으로써, 선회기 모듈(140)은 1차연료 분사체(112)의 선단부를 둘러싸도록 배치될 수 있다.
이하 도 1 내지 도 6b를 참조하여 액체연료 연소장치(100)에서의 작동을 자세히 설명한다. 액체연료 연소장치(100)의 구성 중 1차연료가 분사되는 1차연료 분사체(112)의 전방에는 1차 화염이 형성되는 연료농후영역인 1차 공간(162)이 만들어진다. 1차 공간(162)은 연소로 내부에 형성되는 공간으로 연료분사모듈(110)의 선단부 및 선회기 모듈(140)의 전방에 근접하여 배치되는 공간으로 정의된다.
상기 1차 공간(162)에 공급되는 공기는 다음과 같다. 공기주입모듈(120)을 통해 공기가 공급되면 선회기모듈(140) 내측의 삽입공(141a)을 통해 1차 공기가 축방향 모멘텀(Axial momentum)을 가지고 1차 공간으로 전달되고, 선회기모듈(140)의 안내판(142)을 통해 접선 방향 모멘텀(Tangential momentum)을 가진 2차 공기가 공급된다. 2차 공기는 Tangential momentum을 가지고 있기 때문에 1차 공간에 대한 보염의 역할을 수행한다.
즉, 1차 공기와 2차 공기의 일부가 다단으로 1차 공간에 유입되어 형성되어 연소되는 과정을 겪게 됨으로써 안정된 화염을 이루도록 한다. 1차 공간(162)은 약 50% 이상의 연료가 분사되어 연소하는 주 화염 공간 영역이다. 상기 1차 공간(162)을 둘러싸도록 2차 공기의 일부가 미량의 연료와 혼합되어 있는 영역인 영역선회연료희박공간(164)이 만들어진다.
상기 1차 공간(162)의 후단부에 일정거리 이격된 상태로 2차 공간(165)이 만들어진다. 즉, 1차 공간(162)으로부터 연소로 내측으로 더 진입한 공간에 연료희박영역인 2차 공간(165)이 형성된다.
2차 공간(165)에서의 2차화염이 이루어지는 과정을 보면 다음과 같다.
2차연료 분사체(114)에서 분사된 2차연료는 마운트 모듈(150)의 연료수송관(152)을 지나게 되는데, 상기 과정에서 1차연료 분사체(114)에서의 연료공급으로 인한 1차화염에서 전달된 열에 의한 분위기 온도가 상승하게 된다. 또한, 온도가 상승된 상태에서 1차공간(126) 주위로 분무되는 2차 연료는 잔류 산소에 의해 부분적인 산화 반응을 하게 되어 부분산화공간(163,Partial Oxidation space, Pox)을 이루게 된다. 이러한 과정에 의해 2차연료 분사체(114)로 분사된 연료는 여러 가연성 가스 종으로 전환된다.
부분산화공간(163)에서의 가연성 가스들은 선회기 모듈(140) 외곽으로 공급되는 3차 공기와 합성되어 1차화염의 후류로 이동하여 연료 희박상태의 화염을 구성하게 된다. 상기 연료 희박상태의 화염이 2차 공간(165)을 만들게 된다.
여기에서, 선회기 모듈(140) 외곽과 마운트 모듈(150) 사이로는 Axial momentum을 가진 3차공기가 부분산화공간(163)으로 공급되는데, 상기 3차공기는 부분산화된 액체연료가스와 혼합되어 2차 공간(165)으로 공급된다.
1차연료 분사체(112)에서 분사된 연료는 연소로 내에서의 다단 공기유동에 의해 안정적인 연료농후영역인 1차 공간(162)을 형성하게 되고 2차연료 분사체(114)에서 분사된 연료는 1차연료 분사체(112)로부터 형성된 1차 공간에서 전달된 열에 의한 분위기 온도와 잔류 산소에 의해 부분적인 산화 반응을 하게 되어 여러 가연성 가스 종으로 전환되어 화염 후류에서 연료희박상태의 화염공간인 2차 공간(165)을 구성하게 된다. 따라서, 연료농후영역인 1차 공간(162)과 연료희박영역인 2차 공간(165)을 포함한 연소로 내에서 다단으로 구성된 화염 상태가 명확히 구분되어 조성된다.
이러한 원리가 적용된 액체연료 연소장치(100)의 화염은 기본적으로 연료 농후와 연료 희박영역이 명확하게 구분된 형태로서, 화염 내 국부적인 고온영역을 최소화하여 Thermal NOx 생성을 최대한 억제하게 되며, 추가적으로 전체 연료량의 약 50% 이하를 가연성 가스 상태로 전환함에 따라 대부분의 연료 중 질소는 NOx로 산화되지 않고 질소 분자(N2)로 배출되며 1차 화염에서 생성된 NOx는 연료농후화염 조건에서 질소 분자(N2)로 환원되어 배출되므로 연료 중 질소 성분의 산화에 의한 Fuel NOx 생성을 원천적으로 저감할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통 상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액체연료 연소장치의 개략적인 개념도,
도 2는 본 발명의 액체연료 연소장치의 단면을 포함한 개략적인 구성도,
도 3은 도 2의 'A'의 부분 확대도,
도 4는 액체연료 분사장치의 분사구를 나타낸 도면,
도 5는 액체연료 연소장치의 구성요소인 연료분사모듈의 사시도,
도 6a는 액체연료 연소장치의 구성요소인 선회기의 사시도,
도 6b는 도 6a의 단면도, 및
도 7은 액체연료 연소장치의 유해가스 배출농도의 예를 도시한 그래프이다.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 액체연료 연소장치 110 : 연료분사모듈
112 : 1차연료 분사체 114 : 2차연료 분사체
116 : 점화 수단 118 : 다기관
120 : 공기주입모듈 121 : 입구부
130 : 연료공급모듈 131 : 필터
132 : 펌프 133,135 : 연료라인
133a,135a :오리피스 140 : 선회기 모듈
141 : 몸체 141a : 삽입공
142 : 안내판 150 : 마운트 모듈
152 : 연료수송관 154 : 내화재
162 : 1차 공간 163 : 부분산화공간
165 : 2차 공간

Claims (16)

1차연료 분사체 및 상기 1차연료 분사체 주위에 배치되는 둘 이상의 2차연료 분사체를 구비하는 연료분사모듈;
상기 연료분사모듈로 산화제를 공급하는 공기주입모듈; 및
상기 연료분사모듈로 연료를 공급하는 연료공급모듈;을 포함하되,
상기 2차연료 분사체는 상기 1차연료 분사체를 중심으로 하여 원주 상에 방사상으로 배치되고,
상기 1차연료 분사체로부터 1차공간이 형성되고, 상기 1차공간과 이격되어 상기 2차연료 분사체로부터 2차공간이 형성되어져, 다단 화염이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 연소장치.
제 1항에 있어서,
상기 연료분사모듈의 일측을 둘러싸는 마운트 모듈을 더 포함하며,
상기 마운트 모듈은 상기 2차연료 분사체와 연통하는 연료수송관을 포함하며, 상기 연료수송관은 상기 1차공간에 의해 간접가열될 수 있는 것을 특징으로 하는 연료 연소장치.
제 1항에 있어서,
상기 2차연료 분사체는 6개 내지 12개가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 연소장치.
제 1항에 있어서,
상기 1차연료 분사체의 선단에 배치되어 상기 연료분사모듈의 축방향과는 사선으로 공기가 공급될 수 있도록 하는 선회기 모듈;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 연소장치.
제 4항에 있어서,
상기 선회기 모듈은 중공원통 형상의 몸체와 상기 몸체 내부에 축방향과는 경사지게 사선으로 배치되는 날개 형상의 안내판으로 구성되되,
상기 공기주입모듈로부터 상기 선회기 모듈에 공급되는 공기는 상기 안내판에 의해 상기 1차공간에 안내되어지는 것을 특징으로 하는 연료 연소장치.
제 5항에 있어서,
상기 선회기 모듈의 중앙부로부터 공급되는 1차 공기와 상기 안내판을 통해 공급되는 2차공기는 상기 1차공간 내에서 다단 공기층을 형성하는 것을 특징으로 하는 연료 연소장치.
제 6항에 있어서,
상기 1차연료 분사체의 지름은 Dn, 상기 1차연료 분사체와 상기 선회기 모듈 사이의 공간으로 1차 공기가 토출되는 영역의 지름을 D1st, 상기 선회기 모듈의 외곽 지름을 D2nd, 상기 2차연료분사체가 이루는 원의 내측 공간의 지름은 D3rd, 및 열부하는 Q로 정의되며, D1st=
Figure 112010024506136-pat00034
, D2nd=
Figure 112010024506136-pat00035
, D3rd=
Figure 112010024506136-pat00036
인 것을 특징으로 하는 연료 연소장치.
삭제
제 2항에 있어서,
상기 마운트 모듈은 그 내부 일측에 원뿔대 형상의 마운트 경사부를 구비하고, 상기 마운트 경사부의 출구측 외곽 지름은 Dg, 상기 마운트 경사부의 내측에서 외측까지의 거리는 Hg라 정의되며, 상기 Dg, Hg, 및 D3rd 간의 수식은
Figure 112010024506136-pat00037
,
Figure 112010024506136-pat00038
인 것을 특징으로 하는 연료 연소장치.
삭제
제 9항에 있어서,
상기 마운트 경사부의 하단부로부터 돌출되는 상기 2차연료분사체까지의 거리는 Hp, 상기 2차연료분사체가 이루는 원의 내측 공간의 지름은 D3rd라 정의되며, 상기 Hp 와 D3rd 간의 수식은
Figure 112010024506136-pat00039
인 것을 특징으로 하는 연료 연소장치.
제 2항에 있어서,
상기 연료수송관은 상기 마운트 모듈의 내벽에 코일 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 연소장치.
제 2항에 있어서,
상기 마운트 모듈은 내화재가 내장되는 것을 특징으로 하는 연료 연소장치.
제 1항에 있어서,
상기 연료는 액체연료인 경유인 것을 특징으로 하는 연료 연소장치.
삭제
삭제
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