KR101391212B1 - 점화 전극용 보호 요소를 구비한 버너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스 터빈의 메인 버너(7) 내에 설치하기 위한 점화기 및 점화 전극(7)을 구비한 가스 터빈 버너에 관한 것이다. 운반 동안 또는 설치 또는 제거 동안 부착되는 점화 전극의 손상 또는 벤딩의 결과로서, 점화 전극(7)의 벤딩 또는 손상이 작동 동안 발생할 수 있다. 본 발명에 따라, 점화 전극(7)에는 보호 요소(8)에 의해 손상으로부터 보호된다. 이는 충격의 경우 점화 전극(7)이 아닌 보호 요소(8)에 로딩되는 결과를 가진다.

Description

점화 전극용 보호 요소를 구비한 버너 {BURNER WITH A PROTECTIVE ELEMENT FOR IGNITION ELECTRODES}

본 발명은 점화기 및 하나 이상의 점화 전극에 관한 것으로, 특히 가스 터빈의 버너 내에 설치하기에 적절한 타입의 점화 전극에 관한 것이다.

점화기 및 이 점화기로 연결되는 점화 전극을 가지는 파일럿 버너로서 실시되는 버너는 예를 들면, EP 0 193 838 B1에 기재되어 있다. 점화기는 연료를 점화하는 일을 한다. 점화 전극은 파일럿 버너의 외부에 고정되어 파일럿 버너의 종방향 축선에 대해 평행하게 형성된다. 연료 공급원은 연료 유출 개구 내의 단부 및 파일럿 버너의 내부에 위치한다. 점화 전극은 연료 유출 개구의 영역에서 종결되어 점화 스파크에 의해 연료 유출 개구로부터 나오는 연료를 점화한다. 점화 스파크는 두 개의 점화 전극들 사이로 인가되는 점화 전압에 의해 발생되어 전체 점화 지속 기간 동안 존재한다.

파일럿 버너 상에 장착된 점화 전극들 중 하나 또는 모두 운반 또는 설치 동안 손상 또는 굽혀지는 경우, 이는 점화 전극의 작동 신뢰성에 대해 나쁜 영향을 미칠 수 있다. 따라서 손상 또는 굽힘에 의해 점화 전극의 교체가 요구될 수 있다.

점화 전극을 대체함으로써 또한 전극들 중 하나는 전류 방전(sparkover)이 전극 팁들 사이 대신 전극 리드와 또 다른 금속 부품 사이에 발생하여, 결론적으로 가스 혼합물이 점화될 수 있다.

US 2,850,084호, US 5,860,804호, 및 US 5,865,651호는 필수적으로 점화 전극을 가지는 점화기를 공개하며, 점화 전극 내의 점화는 열적으로 높은 저항의 결과로서 점화 전극의 가열에 의해 발생된다. 점화의 이러한 형태는 열적 점화로서 후술되는 것으로 지칭된다. 예를 들면, 방전에 의해, 전자 또는 전기 점화의 가능성이 단지 US 5,860,804호에서 언급된다.

부근에 점화가 발생하는 점화 전극 영역을 보호하기 위한 다양한 보호 요소 또는 보호 인클로저(enclosure)는 US 2,850,084호, US 5,860,804호 및 US 5,865,651호에 공개된다. 상기 보호 인클로저는 보호 인클로저가 결과적인 프레임 내로 연장할 수 있어 특히 가능한 고장 또는 손상에 대한 점화 존(zone) 내의 점화 전극을 보호하는 것으로 의도되는 것을 특징으로 한다. 이러한 배치에서 점화 존에 인접한, 즉 점화 존으로부터 멀어지거나 점화 존으로 이끌어지는, 점화 전극의 영역은 대응하는 보호 요소에 의해 보호되지 않는다.

점화 전극을 가지는 점화기는 또한 US 4,029,936호, US 6,777,650 B1호, 및 US 3,823,345호에 설명된다. 여기에서, 점화 존에 인접한, 즉 점화 존으로부터 멀어지거나 점화 존으로 이끌어지는, 적어도 점화 전극의 영역이 부분적으로, 소정의 비율로, 하우징에 의해 둘러싸인다. 그러나, 이러한 점화기는 배타적인 열 점화기이다. 더욱이, 이러한 점화기는 가스 터빈 버너용 점화기가 아니다.

가스 터빈 버너는 사실 US 2,850,084호, US 5,860,804호, US 5,865,651호, US 4,029,936호, US 6,777,650 B1호, 및 US 3,823,345호에 공개된다. 그러나, 가스 터빈 버너에 관련하여 이용되고 점화 스파크의 도움으로 점화되는 점화 전극은 열 점화기의 점화 전극과의 비교에 의해 작동 신뢰성에서 더욱 용이하게 상당히 부작용을 일으킨다.

본 발명의 목적

아래 발명의 목적은 하나 이상의 점화 전극을 가지는 가스 터빈 버너를 제공하는 것으로, 상술된 문제점은 발생하지 않거나 감소로 정도로만 발생한다. 본 발명의 추가의 목적은 유용한 가스 터빈 버너를 가지는 가스 터빈을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 해결책

이러한 목적은 청구항 1의 특징을 가지는 가스 터빈 버너 및 청구항 15에 청구된 바와 같은 가스 터빈에 의해 달성된다. 가스 터빈 버너는 특히 파일럿 버너로서 실시될 수 있다.

본 발명에 따른 목적의 달성은 외부에 형성되는 하나 이상의 점화 전극이 구비되는 버너로 이루어지고, 상기 전극에는 버너의 외부를 넘어 그리고 점화 전극을 넘어 돌출되는 보호 요소가 제공된다. 본 발명에 따른 가스 터빈은 상기와 같은 종류의 가스 터빈 버너가 구비된다.

따라서 본 발명에 따른 해결책의 장점은 점화 전극이 보호되고 결론적으로 운반 동안 손상이 점화 전극의 설치 및 제거 동안 발생될 수 있는 손상이 회피될 수 있다는 것이다. 비록 버너를 가지는 가스 터빈의 연소 챔버가 EP 0 193 838 B1에 설명되지만, 버너의 점화 전극은 보호 요소가 구비된다.

본 발명의 유용한 개선

본 발명의 유용한 개선이 종속 청구항에 특정된다.

본 발명의 유용한 개선에서 보호 요소는 버너의 외부에 연결되어 필요한 안전성이 보장되도록 한다.

또 다른 유용한 개선은 점화 전극을 둘러싸는 보호 요소로 이루어지며, 점화 전극은 길이 방향으로 적어도 부분적으로 덮히도록 하여 하나 이상의 점화 전극이 최적으로 보호된다.

보호 요소는 또한 U 형상으로서 실시될 수 있어 버너의 외부 상의 개방 측부로 고정될 수 있어, 점화 전극이 3개의 측부 상의 외부를 향하여 보호된다. 보호 요소는 전극 팁으로 더 가까운 전방 영역 내에서 적어도 전극을 완전히 둘러쌀 수 있다.

이와 달리 보호성 요소는 하나 이상의 리브에 의해 형성될 수 있어 점화 전극의 더 향상된 접근가능성이 보장된다. 리브는 점화 전극에 대해 평행하게 형성될 수 있다. 하나 이상의 리브는 또한 점화 전극의 두 개의 측부의 각각에 배치된다.

보호 요소는 바람직하게는 굴곡 방지 및 내충격성 재료(flexurally resistant and shockproof material)로 제조되어 내부 점화 전극의 변형을 초래할 수 있는 보호 요소의 변형이 회피된다.

추가의 유용한 개선은 보호 요소와 점화 전극 사이의 거리로 구성되어 이 거리는 충분히 커서 점화 전압이 점화 전극으로 인가되지 않을 때 보호 요소와 점화 전극 사이에 방전이 발생하지 않도록 하여, 점화 전극과 보호 요소 사이의 전류 방전이 확실히 회피되는 것을 보장한다.

또한, 가스 터빈 버너는 각각 전극 팁을 가지는 두 개의 점화 전극을 포함할 수 있다. 이러한 경우 점화 전압이 두 개의 점화 전극들 사이로 인가될 때 전극 팁에서 방전에 의해 점화가 발생된다. 따라서 점화는 비 열적으로 이루어진다. 비록 열 점화기가 아닌 점화기가 또한 일반적으로 US 5,860,804호 및 US 5,865,651호에 언급되지만, 이러한 문헌에서 두 개의 전극들 사이에 방전이 발생하는 점화기가 설명되지 않는다. 다른 이미 인용된 서류는 단지 열 점화기를 설명한다.

본 발명에 따른 보호 요소는 바람직하게는 전극 팁으로 이끌어지는 점화 전극의 영역에 제공된다. 즉 이 경우 보호 요소는 전극 팁 만큼 멀리 연장하지 않으며 또한 전극 팁을 넘어 돌출되지 않는다. 차라리, 가스 터빈 버너의 외부, 즉 따라서 전극 팁에서 실제 점화 존으로의 공급 라인을 따라 형성되는 전극의 영역을 보호하기 위한 의도가 있다.

또한, 본 발명에 따른 가스 터빈 버너는 기본적으로 대칭으로 회전할 수 있고 외부 상에 형성되는 하나 이상의 점화 전극은 가스 터빈 버너의 대칭 축선에 대해 평행하게 연장될 수 있다.

본 발명에 따른 가스 터빈은 설명되는 다양한 실시예들 중 하나의 발명에 따라 가스 터빈 버너가 구비된다.

본 발명의 추가의 특징, 특성 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 예시적인 실시예의 아래 설명으로부터 알 수 있다.

도 1은 점화 전극을 가지는 버너를 보여주며,

도 2는 U형 단면을 가지고 점화 전극을 전방 영역에서 둘러싸는 보호 요소 및 점호 전극을 가지는 버너를 보여주며,

도 3은 리브로 형성되고 점화 전극에 대해 평행하게 형성되는 보호 요소 및 점화 전극을 가지는 버너를 보여준다.

도 1에 도시된 버너 장치는 본 발명을 적용하는 바람직한 분야인 가스 터빈 시스템에 속한다. 그러나, 버너 장치는 또한 보일러의 가스 점화 연소 시스템에 적절하다.

버너 장치는 캐리어 플레이트(도 1에 도시안됨, 도 2, 3 참조) 상에 장착되고 파일럿 버너로서 기능하는 하나 이상의 제 1 버너(2), 및 메인 버너(main burner)로서 기능하고 중간에 제 1 버너(2)가 공동 축선방향으로 삽입되는 제 2 버너(1)로 이루어진다. 제 1 버너(2)는 선회 베인 시스템(swirl vane system; 3)을 구비한 버너 헤드(4)를 가지고 연료로서 천연 가스(E) 및/또는 가열 오일(H)로 작동될 수 있다. 제 1 버너(2)의 헤드(4)는 버너 헤드(4)의 하류부에 실시되는 연소 존(도시안됨)으로 연소 공기(L)의 주요 부분을 공급하기 위한 기능을 하는 공기 유 입 덕트(6)에 의해 공동 축선 방향으로 (버너 축선으로 지칭됨) 둘러싸인다. 가압 연소 공기(L)는 가스 터빈 시스템의 압축기에 의해 고리형 갭으로 공급된다. 고온 연소 가스는 터빈 베인 시스템 내로 유동한다.

주요 버너로서 기능하는 제 2 버너(1)는 파일럿 버너로서 기능하는 제 1 버너(2)에 의해 보완되고, 즉 천연 가스 작동에서 파일럿 버너 작동 모드가 시작되어 가열되면, 더 낮은 NOx 값으로 주요 버너 작동 모드로 스위치 오버되는 것이 가능하다. 이러한 경우 제 1 버너(2)는 불꽃을 안정화하기 위한 기능한다.

제 2 버너는 노즐 제트(5) 및 공기 유입 덕트(6)를 포함한다. 노즐 덕트는 연료 공급 시스템(도시안됨)으로 연결되어 석유, 천연 가스 또는 다른 가스 상태 또는 액체 연료와 공급된 연소 공기(L)를 혼합하기 위한 기능을 한다. 공기 유입 덕트(6)는 가능하게는 연료와 혼합된 연소 공기(L)를 불꽃 존으로 공급한다.

제 1 버너(2)로 공급된 공기-연료 혼합물은 두 개의 점화 전극(7)을 가지는 로드형 또는 관형 전극 장치에 의해 점화된다. 점화 전극(7)은 제 1 버너(2)의 축선에 대해 주로 평행하게 작동된다. 그러나, 제 1 버너의 외부벽으로부터 점화 전극(7)의 거리가 캐리어 플레이트(9)의 영역 내에서 보다 상당히 더 크며, 캐리어 플레이트를 통하여 점화 전극(7)이 통과한다. 점화 전극들 사이의 거리는 또한 제 1 버너(2)의 외부벽의 영역에서 보다 캐리어 플레이트의 영역 내에서 더 크다. 점화 전극은 연결 피스(11)에 의해 제 1 버너(2)의 외부에 고정된다.

본 발명에 따른 버너의 예시적인 하나의 예로서, 도 2는 외부 벽 상에 버너(2)가 도시되어 있고 이 외부 벽 상에 버너(2)의 종방향으로 형성되는 두 개의 점화 전극(7)이 장착된다. 버너(2)는 특히 도 1을 참조하여 설명되는 버너 장치 내의 제 1 버너로서 기능할 수 있다.

버너(2)의 점화 전극은 본 발명의 예에서 U 형상으로 벤딩되는 금속 플레이트(8)로서 실시되는 보호 요소(8)에 의해 덮혀진다. 금속 플레이트(8)의 측부 각각은 이 측부가 버너(2)의 외부 벽에 고정되는 각도진 영역을 가진다. 고정부(10)는 적절한 분리가능한 연결 요소, 예를 들면, 스크류에 의해, 유용하게 영향을 받아서 요구되는 경우 점화 전극(7)으로 접근하는 것이 가능하게 되도록 한다. 기본적으로, 비 분리 연결, 예를 들면 용접 조인트는 또한 분리가능한 연결부 대신 가능하다. U형 금속 플레이트는 적어도 점화 전극의 전방 부분, 즉 전극 팁(12)에 근접하게 놓여있는 부분 위로 연장한다.

금속 플레이트(8)는 강(steel)과 같은 내충격성 및 굴곡 방지 재료로 제조되어야 한다. 점화 전극(7)으로부터 금속 플레이트(8)의 거리는 점화 전압이 점화 전극으로 인가될 때 방전이 보호 금속 플레이트(8)와 점화 전극(7) 사이에 발생하지 않도록 적어도 충분히 커야 한다. 거리에 대한 실제 값은 전극(7)과 보호 금속 플레이트(8) 사이의 매체의 유전체 강도 뿐만 아니라 점화 전극의 형상 및 점화 전압이 인가될 때 보급되는 온도에 종속한다. 매체로서 공기를 이용하는 본 발명의 전형적인 실시예에서, 적어도 5 mm의 안전한 간극(clearance)은 점화 전압이 5kV가 되는 경우 유지되어야 한다.

도 3은 외부 벽 상에 장착되는 두 개의 점화 전극(7)을 가지는 버너(2)를 보여준다. 상기 버너(2)는 또한 특히 도 1에 참조하여 설명되는 버너 장치 내의 제 1 버너로서 기능한다.

종방향 리브(8)는 각각의 경우 도 3에 도시된 버너(2)의 점화 전극(7)의 우측 및 좌측으로 형성된다. 종방향 리브(8)는 점화 전극(7)을 넘어 버너(2)의 표면 위로 돌출하여 점화 전극(7)이 충격에 대해 보호되도록 한다. 리브(8)는 버너(2)의 벽에 고정적으로 연결된다. 고정부(10)는 예를 들면 용접 또는 솔더링에 의해 이루어질 수 있다. 비록 예를 들면, 스크류에 의해 실현되는 종방향 리브(8)와 버너(2) 사이의 분리가능한 연결이 가능하지만, 분리가능하지 않은 연결은 전체적으로 적절하며 이는 상기 배치가 점화 전극(7)으로의 접근을 상당히 제한하지 않고 결론적으로 리브(8)가 전극(7)을 출입시키기 위해 제거되는 것이 요구되지 않기 때문이다.

제 1의 예시적인 실시예의 금속 플레이트 처럼, 리브(8)는 예를 들면, 강과 같은 내충격성 및 굴곡 방지 재료로 제조되어야 한다. 점화 전극(7)으로부터의 리브의 거리는 5kV의 점화 전압의 경우 적어도 5 mm가 되어서 점화 전극과 리브 사이에 전류 방전이 발생하지 않도록 할 수 있도록 한다.

결론적으로, 하나 또는 그 이상의 특정 청구범위에 대해 형식적으로 역으로 참조됨에 불구하고, 또한 출원 서류, 특히 종속항에서 인용되는 모든 특징물이 개별적으로 또는 소정의 조합으로 독립적인 보호가 적용될 수 있다.

Claims (15)

1. 각각이 전극 팁(12)을 가지는 두 개의 점화 전극(7)들을 포함하는 가스 터빈 버너(2)로서, 상기 두 개의 점화 전극들 사이에 점화 전압이 인가될 때 전극 팁들에 방전이 발생되며 상기 점화 전극(7)들이 상기 버너의 외부 상에서 연장되는, 가스 터빈 버너(2)에 있어서,

   상기 점화 전극(7)에는 상기 버너(2)의 외부를 넘어서 그리고 상기 점화 전극(7)들을 넘어서 돌출하는 보호 요소(8)가 제공되며,

   상기 보호 요소(8)와 상기 점화 전극(7) 사이의 거리는 적어도, 점화 전압이 상기 점화 전극(7)에 인가될 때 상기 보호 요소(8)와 상기 점화 전극(7) 사이에 방전이 발생하지 않도록 충분히 크며,

   상기 거리에 대한 실제 값은 적어도 상기 점화 전극들의 형상 및 상기 점화 전압이 인가될 때 우세한 온도에 종속되는 것을 특징으로 하는,

   가스 터빈 버너.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 보호 요소(8)는 상기 버너(2)의 외부로 연결되는 것을 특징으로 하는,

   가스 터빈 버너.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 보호 요소(8)는 상기 점화 전극(7)을 둘러싸며, 상기 점화 전극(7)은 길이방향으로 적어도 부분적으로 덮혀지는 것을 특징으로 하는,

   가스 터빈 버너.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 보호 요소(8)는 단면이 U형상이고, 상기 버너(2)의 외부 상의 개방 측부에 고정되는 것을 특징으로 하는,

   가스 터빈 버너.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 보호 요소(8)는 적어도 상기 전극 팁들에 근접한 전방 영역 내에서 상기 점화 전극(7)을 둘러싸는 것을 특징으로 하는,

   가스 터빈 버너.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 보호 요소(8)는 하나 이상의 리브를 포함하는 것을 특징으로 하는,

   가스 터빈 버너.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 리브(8)는 상기 점화 전극(7)에 대해 평행하게 연장하는 것을 특징으로 하는,

   가스 터빈 버너.
8. 제 6 항에 있어서,

   상기 하나 이상의 리브가 상기 점화 전극의 두 개의 측부들 중 각각에 배치되는 것을 특징으로 하는,

   가스 터빈 버너.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 보호 요소(8)는 굴곡 방지 및 내충격성 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는,

   가스 터빈 버너.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 버너는 버너 장치용 파일럿 버너로서 사용되는 것을 특징으로 하는,

    가스 터빈 버너.
11. 삭제
12. 제 1 항에 있어서,

    상기 보호 요소는 상기 전극 팁으로 도달하는 상기 점화 전극(7)의 영역에 제공되는 것을 특징으로 하는,

    가스 터빈 버너.
13. 제 1 항에 있어서,

    상기 버너(2)는 회전 대칭형이고

    상기 버너(2)의 외부 상에서 연장되는 하나 이상의 점화 전극(7)은 상기 버너(2)의 대칭 축선에 대해 평행하게 연장되는 것을 특징으로 하는,

    가스 터빈 버너.
14. 제 1 항 내지 제 10 항, 제 12 항 및 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 가스 터빈 버너(2)를 가지는,

    가스 터빈.
15. 삭제

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