KR101171320B1 - 순산소/공기 연소 겸용 버너 및 이를 포함하는 연소 시스템 - Google Patents

순산소/공기 연소 겸용 버너 및 이를 포함하는 연소 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101171320B1
KR101171320B1 KR1020100006074A KR20100006074A KR101171320B1 KR 101171320 B1 KR101171320 B1 KR 101171320B1 KR 1020100006074 A KR1020100006074 A KR 1020100006074A KR 20100006074 A KR20100006074 A KR 20100006074A KR 101171320 B1 KR101171320 B1 KR 101171320B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
supply pipe
oxidant
oxygen
combustion
gas
Prior art date
Application number
KR1020100006074A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20110086372A (ko
Inventor
양원
류태우
채태영
김세원
Original Assignee
한국생산기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국생산기술연구원 filed Critical 한국생산기술연구원
Priority to KR1020100006074A priority Critical patent/KR101171320B1/ko
Publication of KR20110086372A publication Critical patent/KR20110086372A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101171320B1 publication Critical patent/KR101171320B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/32—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid using a mixture of gaseous fuel and pure oxygen or oxygen-enriched air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23B—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING ONLY SOLID FUEL
    • F23B40/00—Combustion apparatus with driven means for feeding fuel into the combustion chamber
    • F23B40/04—Combustion apparatus with driven means for feeding fuel into the combustion chamber the fuel being fed from below through an opening in the fuel-supporting surface
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/48—Nozzles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/62—Mixing devices; Mixing tubes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/66—Preheating the combustion air or gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2203/00—Gaseous fuel burners
    • F23D2203/007—Mixing tubes, air supply regulation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)

Abstract

본 발명은 순산소/공기 연소 겸용 버너 및 이를 포함하는 연소 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 다수의 홀이 형성된 가스 공급 노즐을 버너의 중간부에 돌출되도록 설치하여, 1) 순산소 연소 조건에서는 상기 가스 공급 노즐을 통해 순산소를 공급하여 착화 특성 및 연소 안정성을 향상시킬 수 있고 2) 공기 연소 조건에서는 상기 가스 공급 노즐을 통해 합성가스를 공급하여 기존 연료의 일부를 대체할 수 있는 순산소/공기 연소 겸용 버너 및 이를 포함하는 연소 시스템에 관한 것이다.

Description

순산소/공기 연소 겸용 버너 및 이를 포함하는 연소 시스템{Pure oxy/genair combustion combined burner and burning system having the same}
본 발명은 순산소/공기 연소 겸용 버너 및 이를 포함하는 연소 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 다수의 홀이 형성된 가스 공급 노즐을 버너의 중간부에 돌출되도록 설치하여, 1) 순산소 연소 조건에서는 상기 가스 공급 노즐을 통해 순산소를 공급하여 착화 특성 및 연소 안정성을 향상시킬 수 있고 2) 공기 연소 조건에서는 상기 가스 공급 노즐을 통해 합성가스를 공급하여 기존 연료의 일부를 대체할 수 있는 순산소/공기 연소 겸용 버너 및 이를 포함하는 연소 시스템에 관한 것이다.
미분탄 버너는 기존 석탄화력발전소와 산업용 보일러에서 실제 연료의 연소를 수행하는 핵심적인 설비이다. 당연히 이와 관련된 많은 기술들이 소개되었고 현장에 적용되어 왔다. 그러나, 최근들어 이러한 미분탄 순산소 버너를 이용한 연소 기술은 크게 두 가지 기술적 해결점을 찾아야 하는 상황에 이르렀다.
첫째는 이산화탄소 배출에 의한 기후 변화 문제에 따라 이산화탄소 최대 배출원인 화력발전소 및 산업용 보일러에서는 이산화탄소 배출의 저감이 절실히 요구되고 있는 실정이다. 둘째는 화석 연료의 매장량 한정에 따른 연료비 상승 문제에 따라 기존 미분탄 버너에 저급 연료를 적용하여 연료비를 저감시킬 수 있는 기술을 개발해야 하는 실정이다.
석탄화력발전소에서 이산화탄소 무배출을 달성하기 위해서는 여러 가지 방법들이 있지만, 이 중 가장 핵심적인 기술 중 하나는 미분탄 연소기에서 순산소 연소를 적용함으로써 배가스 성분의 대부분이 이산화탄소와 수증기가 되게 한 다음에, 수증기를 응축하여 이산화탄소만 대량으로 포집하는 기술이다.
기존의 석탄화력발전소나 산업용 보일러에 상기 기술을 적용하기 위해서는 순산소 연소 모드에서의 보일러 노내 온도가 일반 공기 연소 모드에서와 비슷해야 하므로, 순산소 연소 모드에서는 배가스를 재순환하여 산화제 내 산소의 농도를 공기와 비슷하게 조절함으로서 운전을 수행하게 된다.
그러나, 이 경우 재순환된 배가스의 대부분을 차지하는 이산화탄소의 열용량이 질소보다 크고, 이산화탄소의 경우 미분탄의 탈휘발이 끝나고 남은 촤와 반응하여 일산화탄소를 생성하는 흡열반응이 발생할 수도 있어 연소 안정성에 부정적인 영향을 끼치게 된다는 문제점이 발생한다.
미분탄 순산소 버너의 경우도 보통 공기를 사용하는 버너와 마찬가지로 다중 원형 버너 구조를 채택하는 것이 일반적이며, 보일러 내 온도 매칭을 위해 기존의 공기 중 질소 비중과 비슷하게 산화제 내 이산화탄소 및 수증기 비중을 두게 되지만, 연소 안정성 및 질소보다 높은 이산화탄소의 열용량을 고려하여 기존 공기 중 산소 농도보다 다소 높게 산화제 내 산소 농도를 설정하게 된다. 이 중, 미분탄을 이송하는 1차 산화제의 경우에는 미분탄 이송관 내 화재를 방지하기 위해 부득이하게 매우 낮은 산소 농도를 가지는 산화제를 활용하게 된다. 이 경우, 연료 및 산화제가 분사된 뒤 미분탄 주위 온도가 공기 연소에 비해 천천히 상승하게 되고 주위 산소 농도 역시 공기 연소에 비해 매우 낮아 착화 특성 및 연소 안정성에 문제가 생기게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위해 1차 또는 2차 산화제 비를 조절하거나, 선회기의 조정을 수행할 수 있으나 이러한 방법은 운전자 입장에서 기존 버너의 운전 조건을 바꾸는 것으로서 현장에서 받아들여지기 어려운 측면이 있다.
한편, 순산소 연소 모드에서는 순산소 제조 등에 필요한 추가적인 에너지 소비가 불가피하므로, 필요시에는 순산소 연소 모드와 공기 연소 모드를 번갈아가면서 운전을 수행할 수 있는 기술이 필요하게 된다.
본 발명은 상술된 문제점을 해결하고 상술된 필요성을 충족시키기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 다수의 홀이 형성된 가스 공급 노즐을 버너의 중간부에 돌출되도록 설치하여, 1) 순산소 연소 조건에서는 상기 가스 공급 노즐을 통해 순산소를 공급하여 착화 특성 및 연소 안정성을 향상시킬 수 있고 2) 공기 연소 조건에서는 상기 가스 공급 노즐을 통해 합성가스를 공급하여 기존 연료의 일부를 대체할 수 있는 순산소/공기 연소 겸용 버너 및 이를 포함하는 연소 시스템을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은, 순산소 연소 조건에서는 버너 노즐 근처에서 형성되는 화염 뿌리 부분에 미분탄의 착화도를 높일 수 있도록 순산소를 공급하되, 이를 화염 뿌리 부분에 형성되는 연료 과농 지역에 균일하게 공급할 수 있도록 함과 동시에 산소를 버너의 연소열을 사용하여 가열하여 공급함으로써 순산소 조건에서 발생하기 쉬운 화염 부상을 착화성의 향상을 통해 제어할 수 있는 순산소/공기 연소 겸용 버너 및 이를 포함하는 연소 시스템을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은, 공기 연소 조건에서는 해당 순산소 공급 라인을 통해 혼소용 합성가스 연료 공급이 수행됨에 따라 통상적인 공기 연소시에는 연료비를 절감시킬 수 있는 산소/공기 연소 겸용 버너 및 이를 포함하는 연소 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 순산소/공기 연소 겸용 버너는 미분탄 및 상기 미분탄을 이송하는 1차 산화제를 공급할 수 있는 제1 산화제 공급관; 상기 제1 산화제 공급관을 둘러싸도록 배치되며 2차 산화제를 공급할 수 있는 제2 산화제 공급관; 상기 제2 산화제 공급관을 둘러싸도록 배치되며 3차 산화제를 공급할 수 있는 제3 산화제 공급관;상기 제3 산화제 공급관을 둘러싸도록 배치되며 내화재로 구성되는 퀄(quarl); 및 상기 제1 산화제 공급관 내에 삽입되어 일부가 돌출되며, 다수의 홀이 형성되어 상기 다수의 홀을 통해 가스를 고르게 공급할 수 있는 가스 공급 노즐을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 가스 공급 노즐을 통해 공급되는 상기 가스는 산소 또는 합성가스이며, 상기 가스의 종류는 버너의 연소 모드에 따라 변경될 수 있는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 가스 공급 노즐은 상기 퀄 내에 매설된 가스 공급관과 연결되고, 상기 가스 공급관 내의 가스는 상기 버너의 연소열을 통해 예열되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제1, 제2 및 제3 산화제 공급관은 동축의 파이프로 구성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 화염의 안정성을 확보하도록 상기 제2 및 제3 산화제 공급관의 단부에는 선회기(Swirl Generator)가 제공되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 연소 시스템은, 연소로; 상기 연소로 내부로 미분탄 및 상기 미분탄을 이송하는 1차 산화제를 공급할 수 있는 제1 산화제 공급관; 상기 제1 산화제 공급관을 둘러싸도록 배치되며 상기 연소로 내부로 2차 산화제를 공급할 수 있는 제2 산화제 공급관; 상기 제2 산화제 공급관을 둘러싸도록 배치되며 상기 연소로 내부로 3차 산화제를 공급할 수 있는 제3 산화제 공급관; 상기 제1 산화제 공급관 내에 삽입되어 일부가 상기 연소로 내부로 돌출되며, 다수의 홀이 형성되어 상기 다수의 홀을 통해 상기 연소로 내부로 가스를 공급할 수 있는 가스 공급관; 상기 연소로로부터 배출되는 배기가스 내의 산소 및 일산화탄소의 농도를 측정할 수 있는 산소 및 일산화탄소 농도 측정 센서; 및 상기 산소 및 일산화탄소 농도 측정 센서로부터 검출된 산소 및 일산화탄소의 농도에 따라 상기 가스 공급관 내의 가스의 유량을 조절하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 가스 공급관은 산소 공급 장치 및 합성가스 공급 장치와 연결되고, 연소 모드에 따라 산소 또는 합성가스가 상기 가스 공급관을 통해 상기 연소로 내부로 공급되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 산소 공급 장치에는 산소 제어 밸브가 제공되고 상기 산소 제어 밸브는 상기 제어부의 제어에 따라 개방 및 폐쇄정도가 조절되며, 그리고 상기 합성가스 공급 장치에는 합성가스 제어 밸브가 제공되고 상기 합성가스 제어 밸브는 상기 제어부의 제어에 따라 개방 및 폐쇄정도가 조절되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제1, 제2 및 제3 산화제 공급관은 동축의 파이프로 구성되는 것을 특징으로 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제2 및 제3 산화제 공급관의 단부에는 선회기가 제공되어 화염의 안정성을 확보하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 다수의 홀이 형성된 가스 공급 노즐을 버너의 중간부에 돌출되도록 설치하여, 1) 순산소 연소 조건에서는 상기 가스 공급 노즐을 통해 순산소를 공급하여 착화 특성 및 연소 안정성을 향상시킬 수 있고 2) 공기 연소 조건에서는 상기 가스 공급 노즐을 통해 합성가스를 공급하여 기존 연료의 일부를 대체할 수 있다는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따르면, 순산소 연소 조건에서는 버너 노즐 근처에서 형성되는 화염 뿌리 부분에 미분탄의 착화도를 높일 수 있도록 순산소를 공급하되, 이를 화염 뿌리 부분에 형성되는 연료 과농 지역에 균일하게 공급할 수 있도록 함과 동시에 산소를 버너의 연소열을 사용하여 가열하여 공급함으로써 순산소 조건에서 발생하기 쉬운 화염 부상을 착화성의 향상을 통해 제어할 수 있다는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 가스 공급 노즐을 통해 순산소를 공급된 만큼 2차 산화제의 산소 농도가 줄어들게 되므로 Thermal NOx의 생성을 줄일 수 있게 되며, 2차 화염 생성 지역에서 당량비 1인 지점의 넓이를 최소화하여 Fuel NOx의 생성을 감소시킬 수 있다는 효과도 있다.
또한 본 발명에 따르면, 공기 연소 조건에서는 해당 순산소 공급 라인을 통해 혼소용 합성가스 연료 공급이 수행됨에 따라 통상적인 공기 연소시보다 연료비를 절감시킬 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 순산소/공기 연소 겸용 버너를 개략적으로 도시한 도면이며,
도 2는 본 발명에 따른 순산소/공기 연소 겸용 버너를 포함하는 연소 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 순산소/공기 연소 겸용 버너 및 이를 포함하는 연소 시스템의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
<실시예>
도 1은 본 발명에 따른 순산소/공기 연소 겸용 버너를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 순산소/공기 연소 겸용 버너(100)는 제1 산화제 공급관(110), 제2 산화제 공급관(120), 제3 산화제 공급관(130),퀄(quarl)(140), 가스 공급 노즐(150) 및 가스 공급관(160)을 포함할 수 있다.
제1 산화제 공급관(110)은 미분탄(dust coal) 및 상기 미분탄을 이송하는 1차 산화제를 공급하는 역할을 한다. 제1 산화제 공급관(110)은 원형의 노즐로 구성될 수도 있으며 버너 내로 미분탄 및 1차 산화제를 공급할 수 있는 한 그 구성은 특별히 제한되지 않는다. 이때, 1차 산화제로는 이산화탄소, 산소 및 일부 수증기가 혼합될 수 있다.
제2 산화제 공급관(120)은 제1 산화제 공급관(110)을 둘러싸도록 배치되며 2차 산화제를 공급하는 역할을 한다. 제2 산화제 공급관(120)은 원형의 노즐로 구성될 수도 있으며 버너 내로 2차 산화제를 공급할 수 있는 한 그 구성은 특별히 제한되지 않는다. 이때, 2차 산화제로는 이산화탄소, 산소 및 일부 수증기가 혼합될 수 있다.
제3 산화제 공급관(130)은 제2 산화제 공급관(120)을 둘러싸도록 배치되며 3차 산화제를 공급하는 역할을 한다. 마찬가지로, 제3 산화제 공급관(130)은 원형의 노즐로 구성될 수도 있으며 버너 내로 3차 산화제를 공급할 수 있는 한 그 구성은 특별히 제한되지 않는다. 이때, 3차 산화제로는 이산화탄소, 산소 및 일부 수증기가 혼합될 수 있다.
이러한 제1 산화제 공급관(110), 제2 산화제 공급관(120) 및 제3 산화제 공급관(130)은 연료 및 산화제 공급부로서 총칭할 수 있으며, 이들은 일체로 형성되거나 개별적으로 형성되어 결합될 수 있다. 그리고 이러한 제1 산화제 공급관(110), 제2 산화제 공급관(120) 및 제3 산화제 공급관(130)은 동축의 파이프로 구성될 수도 있음을 유의한다.
한편, 화염의 안정성을 확보할 수 있도록 제2 산화제 공급관(120) 및 제3 산화제 공급관(130)의 단부에는 선회기(Swirl Generator)(121, 131)가 각각 제공될 수 있다. 선회기는 일반적으로 사용되는 구성을 채용하는 것이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
또한 화염의 안정성을 확보할 수 있도록 제3 산화제 공급관(130)을 둘러싸도록 배치되는 퀄(140)이 제공된다. 내화재로 구성되는 퀄(140)은 화염의 안정성을 확보할 수 있는한 그 형태는 제한되지 않으며, 일반적으로 사용되는 구성을 채용하는 것이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
가스 공급 노즐(150)은 제1 산화제 공급관(110) 내에 삽입되어 가스 공급 노즐(150)의 일부가 돌출되며, 가스 공급 노즐(150)의 말단에는 다수의 홀이 형성되도록 구성된다(도 1 참조). 이러한 다수의 홀을 통해 가스를 연료 과농 지역(160)에 고르게 공급할 수 있게된다.
한편, 다수의 홀의 방향은 주 유동 흐름(다시 말하면, 가스 공급 노즐(150)과 평행한 흐름) 방향, 주 유동 흐름에 수직하는 방향, 주 유동 흐름에 일정한 각도를 주는 방향 등의 여러 조합을 제작될 수 있으며 특별히 제한되지 않음을 유의한다.
이때, 가스 공급 노즐(150)을 통해 공급되는 가스는 버너의 연소 모드에 따라 변경될 수 있다. 보다 구체적으로 살펴보면, 순산소 연소 모드에서는 산소가 가스 공급 노즐(150)을 통해 공급되며, 공기 연소 모드에서는 합성가스가 가스 공급 노즐(150)을 통해 공급될 수 있다.
이러한 구성으로 인해 순산소 연소 모드에서는 빠른 속도로 연료 과농 지역(160)에 골고루 순산소를 분사할 수 있게 된다. 그로 인해 연료 과농 지역(160)의 산소 농도가 다소 높아지면서 착화 특성이 향상되고, 미분탄의 탈휘발이 촉진되면서 안정한 화염의 형성이 가능해지게 된다. 더욱이 1차 산화제 내에 추가적인 산소 공급의 필요가 없어지면서 덕트 내 폭발과 같은 미분탄 보일러의 안전 문제 역시 해결할 수 있다. 그리고 미분탄과 같은 연료 및 1차 산화제가 지나가는 부분과 일부 겹치게 하여 순산소를 분사하는 경우, 석탄에서 탈휘발된 휘발분과 산화제의 급속 혼합(rapid mixing) 또는 부분 예혼합(partial premixing)을 통해 NOx를 저감하는 효과도 함께 도모할 수 있게 된다.
또한 공기 연소 모드에서는 빠른 속도로 연료 과농 지역(160)에 골고루 합성가스, 보다 구체적으로는 저급 연료 유래 합성가스를 분사할 수 있게 되고, 그로 인해 연료 절감의 효과를 도모할 수 있게 된다. 이 경우에는 1차 산화제 내에 산소 농도가 비교적 충분하고 2차 산화제 부분에 설치된 선회기를 이용하므로 화염의 안정성에도 별 문제가 없이 기존 연료의 일부 대체를 수행할 수 있게 된다.
한편, 가스 공급 노즐(150)은 퀄(140) 내에 매설된 가스 공급관(152)과 연결될 수 있다. 가스 공급관(152)은 산소 공급 장치(도시 안됨) 또는 합성가스 공급 장치(도시 안됨)와 연결되어 가스 공급 노즐(150)에 산소 또는 합성가스를 공급하는 역할을 하는데, 상기 구성으로 인해 가스 공급관(152) 내의 가스는 버너의 연소열을 통해 예열될 수 있다. 그로 인해, 착화 특성이 더욱 개선될 수 있으며, 이러한 조건은 특히 낮은 발열량의 합성가스를 사용할 때 더욱 효과적임을 알 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 순산소/공기 연소 겸용 버너를 포함하는 연소 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다. 본 발명에 따른 연소 시스템(200)은 연소로(210), 제1 산화제 공급관(220), 제2 산화제 공급관(230), 제3 산화제 공급관(240), 가스 공급관(250), 산소 및 일산화탄소 농도 측정 센서(260) 및 제어부(270)을 포함할 수 있다.
연소로(210)는 연료를 연소시키는 데 사용되는 일반적인 중공 형상의 노(furnace)이다. 한편, 연소로(110)는 연소가 이루어질 수 있는 모든 형태의 시스템을 포함하는 개념으로서, 반드시 그 명칭에 한정되는 것이 아니며 가열로, 보일러 등의 모든 연소 장치 및 가스화기를 포함하는 포괄적인 의미임을 유의한다.
제1 산화제 공급관(220)은 연소로(210) 내부로 미분탄 및 상기 미분탄을 이송하는 1차 산화제를 공급하는 역할을 한다. 제1 산화제 공급관(220)은 원형의 노즐로 구성될 수도 있으며 연소로(210) 내부로 미분탄 및 1차 산화제를 공급할 수 있는 한 그 구성은 특별히 제한되지 않는다. 이때, 1차 산화제로는 이산화탄소, 산소 및 일부 수증기가 혼합될 수 있다.
제2 산화제 공급관(230)은 제1 산화제 공급관(220)을 둘러싸도록 배치되며 연소로(210) 내부로 2차 산화제를 공급하는 역할을 한다. 제2 산화제 공급관(230)은 원형의 노즐로 구성될 수도 있으며 연소로(210) 내부로 2차 산화제를 공급할 수 있는 한 그 구성은 특별히 제한되지 않는다. 이때, 2차 산화제로는 이산화탄소, 산소 및 일부 수증기가 혼합될 수 있다.
제3 산화제 공급관(240)은 제2 산화제 공급관(230)을 둘러싸도록 배치되며 연소로(210) 내부로 3차 산화제를 공급하는 역할을 한다. 마찬가지로, 제3 산화제 공급관(240)은 원형의 노즐로 구성될 수도 있으며 버너 내로 3차 산화제를 공급할 수 있는 한 그 구성은 특별히 제한되지 않는다. 이때, 3차 산화제로는 이산화탄소, 산소 및 일부 수증기가 혼합될 수 있다.
이러한 제1 산화제 공급관(220), 제2 산화제 공급관(230) 및 제3 산화제 공급관(240)은 연료 및 산화제 공급부로서 총칭할 수 있으며, 이들은 일체로 형성되거나 개별적으로 형성되어 결합될 수 있다. 그리고 이러한 제1 산화제 공급관(220), 제2 산화제 공급관(230) 및 제3 산화제 공급관(240)은 동축의 파이프로 구성될 수도 있음을 유의한다.
한편, 화염의 안정성을 확보할 수 있도록 제2 산화제 공급관(230) 및 제3 산화제 공급관(240)의 단부에는 선회기(231, 241)가 각각 제공될 수 있다. 선회기는 일반적으로 사용되는 구성을 채용하는 것이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
가스 공급관(250)은 제1 산화제 공급관(220) 내에 삽입되어 가스 공급관(250)의 일부가 연소로 내부로 돌출되며, 가스 공급관(250)의 말단에는 다수의 홀(251)이 형성되도록 구성된다(도 2 참조). 이러한 다수의 홀(251)을 통해 연소로 내부로 가스를 공급할 수 있게된다. 한편, 이러한 가스 공급관(250)은 산소 공급 장치(280) 및 합성가스 공급 장치(290)와 연결되고, 연소 모드에 따라 산소 또는 합성가스가 가스 공급관(250)을 통해 연소로(210) 내부로 공급되게 된다.
산소 및 일산화탄소 농도 측정 센서(260)은 연소로(210)로부터 배출되는 배기가스 내의 산소 및 일산화탄소의 농도를 측정할 수 있는 역할을 하며, 검출된 산소 및 일산화탄소의 농도에 관한 정보를 후술되는 제어부(270)로 송신한다.
제어부(270)은 산소 및 일산화탄소 농도 측정 센서(260)로부터 검출된 산소 및 일산화탄소의 농도에 따라 가스 공급관(250) 내의 가스의 유량을 조절하는 역할을 한다.
구체적으로 살펴보면, 산소를 공급할 수 있는 산소 공급 장치(280)에는 산소 제어 밸브(281)가 제공되고, 이러한 산소 제어 밸브(281)는 제어부(270)의 제어에 따라 개방 및 폐쇄정도가 조절되게 된다. 그로 인해 가스 공급관(250) 내의 가스의 유량이 조절될 수 있게 된다. 또한 합성가스, 즉 저급 연료 유래 합성가스를 공급할 수 있는 합성가스 공급 장치(290)에는 합성가스 제어 밸브(291)이 제공되고, 이러한 합성가스 제어 밸브(291)는 제어부(270)의 제어에 따라 개방 및 폐쇄정도가 조절되게 된다. 그로 인해 가스 공급관(250) 내의 가스의 유량이 조절될 수 있게 된다.
한편, 산소 제어 밸브(281) 및 합성가스 제어 밸브(291)는 제어부(270)의 제어에 따라 자동으로 제어될 수도 있으며, 설계자 또는 사용자의 의도에 따라 수동으로 제어될 수도 있음을 유의한다.
이러한 구성으로 인해 본 발명에 따른 순산소/공기 연소 겸용 버너 및 이를 포함하는 연소 시스템은 기존의 공기 연소용 미분탄 버너와 비슷한 형상을 유지하면서, 연료 과농 지역에 순산소를 골고루 퍼지게 분무할 수 있도록 다수의 홀이 설치된 노즐을 버너 중앙에 설치하여 버너의 착화 특성 및 화염 부착 특성을 향상시킬 수 있으며, 그로 인해 순산소 연소 모드에서의 미분탄의 안정적인 연소를 수행할 수 있도록 하였고, 공기 연소 모드에서는 저급 연료 유래 합성가스의 혼소가 가능하다는 장점이 있다.
이상, 여기에서는 본 발명을 특정 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명이 그에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구의 범위는 본 발명의 정신과 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변형될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 알 수 있다.
<도면의 주요부호에 대한 설명>
110: 제1 산화제 공급관 120: 제2 산화제 공급관
130: 제3 산화제 공급관 121, 131: 선회기
140: 퀄(quarl) 150: 가스 공급 노즐
151: 다수의 홀 152: 가스 공급관
160: 연료 과농 지역
210: 연소로 220: 제1 산화제 공급관
230: 제2 산화제 공급관 240: 제3 산화제 공급관
231, 241: 선회기 250: 가스 공급관
251: 다수의 홀
260: 산소 및 일산화탄소 농도 측정 센서 270: 제어부
280: 산소 공급 장치 281: 산소 제어 밸브
290: 합성가스 공급 장치 291: 합성가스 제어 밸브

Claims (10)

  1. 미분탄 및 상기 미분탄을 이송하는 1차 산화제를 공급할 수 있는 제1 산화제 공급관;
    상기 제1 산화제 공급관을 둘러싸도록 배치되며 2차 산화제를 공급할 수 있는 제2 산화제 공급관;
    상기 제2 산화제 공급관을 둘러싸도록 배치되며 3차 산화제를 공급할 수 있는 제3 산화제 공급관;
    상기 제3 산화제 공급관을 둘러싸도록 배치되며 내화재로 구성되는 퀄(quarl); 및
    상기 제1 산화제 공급관 내에 삽입되어 일부가 돌출되며, 다수의 홀이 형성되어 상기 다수의 홀을 통해 가스를 고르게 공급할 수 있는 가스 공급 노즐을 포함하고,
    상기 가스 공급 노즐을 통해서는 산소 또는 합성가스가 선택적으로 공급되며,
    상기 퀄의 내부에는 상기 가스 공급 노즐과 연통하는 가스 공급관이 매설된 상태에서, 상기 가스 공급관을 통해 공급되는 상기 산소 또는 합성가스는 버너의 연소열을 통해 간접 가열되는 것을 특징으로 하는,
    순산소/공기 연소 겸용 버너.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1, 제2 및 제3 산화제 공급관은 동축의 파이프로 구성되는 것을 특징으로 하는,
    순산소/공기 연소 겸용 버너.
  5. 제1항에 있어서,
    화염의 안정성을 확보하도록 상기 제2 및 제3 산화제 공급관의 단부에는 선회기(Swirl Generator)가 제공되는 것을 특징으로 하는,
    순산소/공기 연소 겸용 버너.
  6. 연소로;
    상기 연소로 내부로 미분탄 및 상기 미분탄을 이송하는 1차 산화제를 공급할 수 있는 제1 산화제 공급관;
    상기 제1 산화제 공급관을 둘러싸도록 배치되며 상기 연소로 내부로 2차 산화제를 공급할 수 있는 제2 산화제 공급관;
    상기 제2 산화제 공급관을 둘러싸도록 배치되며 상기 연소로 내부로 3차 산화제를 공급할 수 있는 제3 산화제 공급관;
    상기 제1 산화제 공급관 내에 삽입되어 일부가 상기 연소로 내부로 돌출되며, 다수의 홀이 형성되어 상기 다수의 홀을 통해 상기 연소로 내부로 가스를 공급할 수 있는 가스 공급관;
    상기 연소로로부터 배출되는 배기가스 내의 산소 및 일산화탄소의 농도를 측정할 수 있는 산소 및 일산화탄소 농도 측정 센서; 및
    상기 산소 및 일산화탄소 농도 측정 센서로부터 검출된 산소 및 일산화탄소의 농도에 따라 상기 가스 공급관 내의 가스의 유량을 조절하는 제어부를 포함하고,
    상기 가스 공급관은 산소 공급 장치 및 합성가스 공급 장치와 연결되고, 연소 모드에 따라 산소 또는 합성가스가 상기 가스 공급관을 통해 상기 연소로 내부로 공급되며,
    상기 가스 공급관을 통하는 상기 산소 또는 합성가스는 상기 연소로의 열을 통해 간접 가열된 상태에서 공급되는 것을 특징으로 하는,
    연소 시스템.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서,
    상기 산소 공급 장치에는 산소 제어 밸브가 제공되고 상기 산소 제어 밸브는 상기 제어부의 제어에 따라 개방 및 폐쇄정도가 조절되며, 그리고
    상기 합성가스 공급 장치에는 합성가스 제어 밸브가 제공되고 상기 합성가스 제어 밸브는 상기 제어부의 제어에 따라 개방 및 폐쇄정도가 조절되는 것을 특징으로 하는,
    연소 시스템.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제1, 제2 및 제3 산화제 공급관은 동축의 파이프로 구성되는 것을 특징으로 하는,
    연소 시스템.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제2 및 제3 산화제 공급관의 단부에는 선회기가 제공되어 화염의 안정성을 확보하는 것을 특징으로 하는,
    연소 시스템.
KR1020100006074A 2010-01-22 2010-01-22 순산소/공기 연소 겸용 버너 및 이를 포함하는 연소 시스템 KR101171320B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100006074A KR101171320B1 (ko) 2010-01-22 2010-01-22 순산소/공기 연소 겸용 버너 및 이를 포함하는 연소 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100006074A KR101171320B1 (ko) 2010-01-22 2010-01-22 순산소/공기 연소 겸용 버너 및 이를 포함하는 연소 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110086372A KR20110086372A (ko) 2011-07-28
KR101171320B1 true KR101171320B1 (ko) 2012-08-09

Family

ID=44922787

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100006074A KR101171320B1 (ko) 2010-01-22 2010-01-22 순산소/공기 연소 겸용 버너 및 이를 포함하는 연소 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101171320B1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101620968B1 (ko) 2013-12-20 2016-05-13 한국생산기술연구원 액체 금속을 이용한 순산소 직접 연소 시스템
CN110030554B (zh) * 2019-05-09 2024-02-23 重庆赛迪热工环保工程技术有限公司 一种富氧平焰烧嘴及使用方法
KR102269880B1 (ko) * 2019-10-08 2021-06-25 한국남동발전 주식회사 보일러 연소용 산소의 양 제어 방법
KR102531657B1 (ko) * 2022-06-13 2023-05-10 심언규 탄화로를 포함하는 연속식 숯 제조장치

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100481431B1 (ko) * 2003-10-27 2005-04-07 한국생산기술연구원 배기가스 연료 혼합형 3단 연소 저질소 산화물 버너를이용한 연소 시스템

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100481431B1 (ko) * 2003-10-27 2005-04-07 한국생산기술연구원 배기가스 연료 혼합형 3단 연소 저질소 산화물 버너를이용한 연소 시스템

Also Published As

Publication number Publication date
KR20110086372A (ko) 2011-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9243799B2 (en) Combustion system with precombustor for recycled flue gas
Khosravy el_Hossaini Review of the new combustion technologies in modern gas turbines
EP2171356B1 (en) Cool flame combustion
US7775791B2 (en) Method and apparatus for staged combustion of air and fuel
RU2473475C2 (ru) Стеклоплавильная печь
CA2827331C (en) Low nox combustion process and burner therefor
JP2004523717A (ja) 酸素強化されたＮＯｘ低減燃焼
KR101171320B1 (ko) 순산소/공기 연소 겸용 버너 및 이를 포함하는 연소 시스템
US20090280442A1 (en) Device And Method Of Combusting Solid Fuel With Oxygen
KR20070105380A (ko) 연소 방법 및 시스템
US20060275724A1 (en) Dynamic burner reconfiguration and combustion system for process heaters and boilers
JP6474951B2 (ja) 燃焼器
Nemitallah et al. Approaches for clean combustion in gas turbines
KR20220119114A (ko) 환형 슈라우드 버너를 포함하는 연소 시스템
JP5878428B2 (ja) ガスタービン燃焼器およびガスタービン燃焼器の運転方法
JP2001141207A (ja) 燃焼装置および燃焼方法
KR20120092999A (ko) 효율성이 향상된 연소 시스템
CN203116019U (zh) 燃气短火焰高温工业燃烧器
KR20140028806A (ko) 유동층 보일러 및 이를 이용한 연소 제어방법
WO2023037643A1 (ja) アンモニア燃料燃焼装置
US20240003539A1 (en) Burner and method for transient heating
CN102147110A (zh) 用于使低级燃料燃烧的方法
KR20240064585A (ko) 암모니아 연료 연소장치
Matsumoto et al. Development of ultra-low NOx coal firing M-PM burner and successfully operational results
TW202403234A (zh) 用於氫增強之粉煤點燃之焚燒器、系統及方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150713

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160701

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170703

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170803

Year of fee payment: 18