KR101468214B1 - 연소기 내의 공기와 연료 혼합물의 균질성을 개선하기 위한혼합 구멍 장치 및 방법 - Google Patents

연소기 내의 공기와 연료 혼합물의 균질성을 개선하기 위한혼합 구멍 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

연소기 내의 공기와 연료 혼합물의 균질성을 개선하기 위한 혼합 구멍 장치가 개시되며, 상기 혼합 구멍 장치는 라이너에 의해 형성되는 복수의 혼합 구멍을 포함하고, 상기 복수의 혼합 구멍 중 적어도 하나는 크기 및 위치 중 적어도 하나가 연소기의 선단부에 위치되는 주 혼합 영역 내로의 유체 유동의 통과를 방지하도록 설정되는 혼합 구멍이다.

Description

연소기 내의 공기와 연료 혼합물의 균질성을 개선하기 위한 혼합 구멍 장치 및 방법{MIXING HOLE ARRANGEMENT AND METHOD FOR IMPROVING HOMOGENEITY OF AN AIR AND FUEL MIXTURE IN A COMBUSTOR}
본 개시 내용은 일반적으로 연소기 내의 공기 연료 혼합물의 균질성을 개선하기 위한 혼합 구멍 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 혼합 영역으로의 유체 유동을 억제함으로써 연소기 내의 공기 연료 혼합물의 균질성을 개선하는 혼합 구멍 장치 및 방법에 관한 것이다.
가스 터빈은 공기를 압축하기 위한 압축기와, 상기 압축기에 의해 생성되는 압축 공기의 앞에서 연료를 연소시킴으로써 고온의 가스를 생성하기 위한 연소기와, 연소기에 의해 생성된 고온의 팽창 가스로부터 일을 추출하기 위한 터빈을 포함한다. 가스 터빈은 원치 않는 질소산화물(NOX) 및 일산화탄소(C0)를 배출하는 것으로 알려져 있다. 건식 저 질소산화물 연소기(DLN 연소기)로 인해 질소산화물, 일산화탄소 및 그 외 다른 오염물질의 발생이 최소화된다. 이러한 DLN 연소기는 연료 부족 혼합물을 수용하며, 불꽃 영역 공기의 일부가 보다 낮은 부하에서 연료 와 혼합되도록 함으로써 불꽃 분출의 가능성 및 불안정한 불꽃의 존재를 방지한다.
그러나 질소산화물 배출 요건은 보다 엄격해지고 있으며, 이에 따라 관련 업계에서는 보다 낮은 질소산화물 배출 연소기에 대한 필요성이 대두되고 있다.
본 발명의 개시내용은 연소기 내의 공기와 연료 혼합물의 균질성을 개선하기 위한 혼합 구멍 장치 및 방법으로서, 상기 혼합 구멍 장치는 라이너에 의해 형성되는 복수의 혼합 구멍을 포함하고, 상기 복수의 혼합 구멍 중 적어도 하나는 연소기의 선단부에 위치되는 주 혼합 영역으로의 유체 유동의 침입을 방지하도록 크기 및 위치가 정해지는 혼합 구멍인, 상기 혼합 구멍 장치 및 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 개시내용은 연소기 내의 공기와 연료 혼합물의 균질성을 개선하기 위한 방법으로서, 적어도 하나의 연료 유동 및 연소기의 주 혼합 영역 내로의 유체 유동의 침입을 방지하는 단계를 포함하는, 상기 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 개시내용은 연소기 내의 공기와 연료 혼합물의 균질성을 개선하기 위한 방법으로서, 복수의 혼합 구멍 중 적어도 하나로부터 연소기의 선단부의 주 혼합 영역 및 연료 유동 내로의 유체 유동의 침입을 방지하는 단계를 포함하며, 상기 복수의 혼합 구멍은 연소기에 포함되는 라이너에 의해 형성되고, 상기 방지 단계는 소정의 구멍 직경을 포함하는 복수의 혼합 구멍의 크기를 정하는 단계와, 소정의 위치 및 소정의 개수 중 적어도 하나에 있어, 상기 라이너를 따라 상기 복수의 혼합 구멍을 배치하는 단계를 포함하는, 상기 방법에 관한 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 건식 저 질소산화물 연소기(14)[도 1에 도시된 유동 슬리브 없이 도 2에 부분적으로 도시됨]의 선단부(13)를 포함하는 라이너(12)가 도시된다. 연소기(14)는 주 노즐 단부(15) 및 벤투리 목부(17)를 포함하며, 상기 벤투리 목부와 주 노즐 단부 사이에 선단부(13)가 배치된다. 연소기의 선단부(13)에 포함되는 라이너(12)는 상기 라이너(12)를 중심으로 원주 방향으로 배치되는 복수의 혼합 구멍(18)을 형성한다. 구멍 간격은 연소기(14)의 종방향 중심축(19)에 대해 소정의 각도[즉, 2개의 구멍(18) 사이가 24도]로 선택된다. 구멍(18)은 유동 슬리브(16)를 통해 흐르는 공기가 주 혼합 영역(20)으로 통과할 수 있도록 하며, 이때 종방향 중심축(19)은 상기 주 혼합 영역을 통해 진행한다. 주 혼합 영역(20)에서, 공기는 연료와 혼합하여 연소를 용이하게 한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 주 혼합 영역(20)은 라이너(12)와 중심체 튜브(22) 사이에서 반경 방향으로, 그리고 주 노즐 단부(15)와 벤투리 목부(17) 사이에서 축선 방향으로 상기 연소기 내에 배치된다.
전술된 라이너(12)는 다양한 양의 동력을 생성하는 연소기에서 발견될 수 있다. 도 3을 참조하면, 35 메가와트 연소 터빈의 연소기(14)용 라이너(12)가 도시되며[비록, 당해 기술분야에서는 혼합 구멍(18)이 라이너(12)를 중심으로 반경 방향으로 배치되어 원통형 구조를 이루지만, 여기서 도시된 도면은 편평함], 주 혼합 영역(20)으로의 기류를 허용하도록 크기 및 위치가 정해지는 혼합 구멍(18)의 장치(26)를 포함한다. 이러한 혼합 구멍(18)은 각각 10개의 혼합 구멍(18)의 2열[제 1 열(28a) 및 제 2 열(28b)]로 배치된다. 제 1 열(28a)은 통상적으로 도 1에 도시된 주 노즐 단부(15)로부터 4.9인치에 위치되며, 직경이 0.77인치이고 원통형 라이너(12)를 중심으로 서로로부터 24도 및 48도의 거리로 교대로 위치되는 혼합 구멍(18)을 포함한다[즉, 혼합 구멍(18)은 라이너(12)를 중심으로 서로로부터 24-48-24-48도의 패턴으로 위치됨]. 제 2 열(28b)은 주 노즐 단부(15)로부터 6.15인치에 위치되며, 직경이 1.04인치이고 라이너(12)를 중심으로 서로로부터 36도의 거리로 위치되는 혼합 구멍(18)을 포함한다. 또한, 2개의 크로스파이어 튜브(29a, 29b)가 제 1 열(28a)과 주 노즐 단부(15) 사이에 도시된다.
도 4를 참조하면, 80 메가와트 연소 터빈의 연소기(14)용 라이너(12)가 도시되며[비록, 당해 기술분야에서는 혼합 구멍(18)이 라이너(12)를 중심으로 원주 방향으로 배치되어 원통형 구조를 이루지만, 여기서 도시된 도면은 편평함], 주 혼합 영역(20)으로의 기류를 허용하도록 크기 및 위치가 정해지는 혼합 구멍(18)의 장치(32)를 포함한다. 이러한 혼합 구멍(18)은 각각 12개(34a) 및 6개(34b)의 혼합 구멍(18)의 2열[제 1 열(34a) 및 제 2 열(34b)]로 배치된다. 제 1 열(34a)은 도 1에 도시된 주 노즐 단부(15)로부터 6.39인치에 위치되며, 직경이 1.125인치이고 원통형 라이너(12)를 중심으로 서로로부터 20도 및 40도의 거리로 교대로 위치되는 혼합 구멍(18)을 포함한다[즉, 혼합 구멍(18)은 라이너(12)를 중심으로 서로로부터 20-40-20-40도의 패턴으로 위치됨]. 제 2 열(34b)은 주 노즐 단부(15)로부터 7.64인치에 위치되며, 직경이 1.125인치인 혼합 구멍(18)을 포함한다. 그러나 제 2 열(34b)의 혼합 구멍(18)은 라이너(12)를 중심으로 서로로부터 60도의 거리로 일정 하게 위치된다. 전술된 바와 같은 2개의 크로스파이어 튜브(29a, 29b)가 제 1 열(34a)의 좌측에 추가로 도시된다.
장치(26, 32)와 같은 혼합 구멍(18) 장치는 통상적으로 도 5에 도시된 바와 같이 유동 슬리브(16)로부터 혼합 구멍(18)을 통해 반경 방향 주 혼합 영역(20)으로의 유체 유동(24; 공기일 수 있음)을 야기한다. 유체 유동(24)은 혼합 영역(20)으로 도입되는 연료 유동(30)의 방향에 대략 수직으로 주 혼합 영역(20)으로 진입한다. 유체 유동(24)의 속도로 인해, 상기 유동(24)은 중심체 튜브(22)를 충격하기에 충분한 깊이까지 연료 유동(30)을 지나간다. 중심체(22)에 대한 유체 유동(24)의 충격으로 인해, 이러한 유체 유동(24)은 중심체(22)로부터 비산하여, 도 6에 도시된 바와 같이 소형의 불균질 공기와 연료 혼합(38)을 야기한다. 도 6에 있어서, 암대는 비산하는 유체 유동(24)에 의해 중심체 튜브(22)로부터 멀리 가압된 연료(40a, 40b)의 포켓을 나타낸다.
도 7을 참조하면, 보다 덜 불균질한 공기와 연료 혼합물(42)이 도시된다. 도 7에 있어서, 연료 포켓팅(fuel pocketing)은 도 6의 연료 포켓팅에 비교해서 감소된다. 이렇게 보다 덜 불균질한 혼합물(42)은 도 1 및 도 2에 부분적으로 도시된 것처럼, 건식 저 질소산화물 연소기와 같은 연소기에서의 개선된 질소산화물 배출을 얻을 수 있다. 이러한 균질성은 도 8에 도시된 바와 같이, 연소기 작동 동안 주 혼합 영역(20) 내로의 유체 유동(24)의 통과 방지를 통해 얻어질 수 있다. 도 8에서, 연료 유동(30)으로의 유체 유동(24)의 통과는 중심체 튜브(22)로부터 유체 유동(24)의 비산을 감소시키는 도 5의 혼합[구멍 장치(26, 32)로부터 야기됨]에 비 해 감소(방지)된다. 주 혼합 영역(30)으로의 유체 유동(24)의 통과는 중심체(22)와 라이너(12) 사이의 거리의 백분율로 표시될 수 있다. 100%는 중심체로부터 유체 유동이 비산하는 상태일 것이며, 200%는 예를 들어, 125%보다 훨씬 강한 비산을 나타낸다. 통과는 교차 유동으로 통과하는 제트[유체 유동(24)]에 대한 표준 상호 관계를 사용하여 계산되며, 상기 표준 상호 관계는 Ymax/Dj=sqrt(제트의 모멘텀/교차 유동의 모멘텀)*C1(여기서, Ymax= 최대 제트 통과, Dj= 제트 직경, 제트의 모멘텀= 0.5*j*Vj 2, 교차 유동의 모멘텀= 0.5*cf*Vcf 2, C1= 본 계산에 대해 1.15, j= 제트 유체의 밀도, cf= 교차 유동의 밀도, Vj= 제트 속도 및 Vcf= 교차 유동 속도). 주 혼합 영역(20)으로 약 195% 이상으로 통과하는 유체 유동(24)은 바람직하지 않게 높은 배출을 생성하는 불균질한 공기-연료 혼합물을 야기할 수 있다. 도 8에 있어서, 유체 유동(24)은 주 혼합 영역(20)으로 약 165% 이하로 통과하며, 그 일예로서 약 100% 내지 165%의 예시적 범위를 들 수 있다. 이와 같은 예시적 범위는 배출의 감소와 안정성의 유지 사이의 균형을 최적화한다.
도 9를 참조하면, 도 7에 도시된 개선된 보다 불균질성이 적은 공기와 연료 혼합물(42)을 허용하는 혼합 구멍 장치(100)의 예시적 실시예가 도시된다. 장치(100)는 균질한 혼합물(24)을 위해, 유체 유동(24)이 연료 유동(30) 및 주 혼합 영역(20)으로 통과하는 것을 방지한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 이러한 장치(100)를 통해 유체 유동(24)을 방지하는 것은, 유체 유동(24)이 165% 이하로 주 혼합 영역(20)으로 통과하도록 하며, 상기 범위는 전술된 바와 같이, 예시적으로 150% 내지 165%에 해당한다. 장치(100)는 선단부(106)의 라이너(104)[비록, 당해 기술분야에서는 혼합 구멍(102)이 라이너(104)를 중심으로 반경 방향으로 배치되어 원통형 구조를 이루지만, 여기서 도시된 도면은 편평함]에 의해 형성되는 복수의 혼합 구멍(102)을 포함한다. 상기 복수의 혼합 구멍(102) 중 적어도 하나는 도 8에 도시된 주 혼합 영역(20) 내로의 유체 유동(24)의 통과를 방지하도록 크기(직경) 및 위치 중 적어도 하나가 설정된다.
이러한 실시예에 있어서 연소기(14)는 35 메가와트 이종 터빈(variety turbine)용 일 수 있는 건식 저 질소산화물 연소기이다. 혼합 구멍(102)은 제 1 열(110a), 제 2 열(110b) 및 제 3 열(110c)로 도시된 3열로 배열된다. 상기 3열 중 적어도 하나의 혼합 구멍(102)은 주 혼합 영역(20) 및 연료 유동(30) 내로의 유체 유동(24)의 통과를 방지하도록 크기(직경) 및 위치가 설정된다. 예시적인 실시예에서, 제 1 열(110a)의 혼합 구멍(102)은 주 노즐 단부(15; 도 1에 도시됨)로부터 3.65인치의 거리에서, 라이너(104) 주변에 각각의 혼합 구멍(102) 사이에서 24도 및 36도의 교대 간격을 포함하도록 위치된다[즉, 혼합 구멍(102)은 라이너(104) 주변에 24도, 60도, 84도, 120도 등에 있다]. 이러한 혼합 구멍(102)은 또한 0.59인치의 직경(112a)을 갖는다. 제 2 열(110b)의 혼합 구멍(102)(예시적 실시예의)은 주 노즐 단부(15)로부터 4.9인치의 거리에서, 라이너(104) 주변의 12도, 60도, 90도, 126도, 168도, 192도, 234도, 270도, 312도 및 348도에 위치된다. 이러한 혼합 구멍(102)은 0.71인치의 직경(112b)을 갖는다. 제 3 열(110c)의 혼합 구 멍(102)(이 역시 예시적인 실시예의)은 주 노즐 단부(15)로부터 6.15인치의 거리에서, 라이너(104) 주변에서 서로로부터 36도에 위치된다. 이러한 혼합 구멍(102)은 0.98인치의 직경(112c)을 갖는다.
3개의 열, 혼합 구멍(102)의 직경(112a 내지 112c)에 있어서의 전체적 감소, 및 혼합 구멍(102)의 위치 설정은 도 8에 도시된 바와 같은 유체 유동(24) 통과를 방지하여, 도 7에 도시된 보다 덜 불균질한 혼합물(42)을 야기할 수 있는 장치(100)의 모든 요소이다. 비록, 이러한 3개의 열(110a 내지 110c) 각각이 동일한 개수의 혼합 구멍(102; 10개)을 포함하지만, 각각의 열이 보다 많거나 혹은 보다 적은 개수의 혼합 구멍(102)을 포함할 수도 있음을 이해해야 한다. 또한, 장치(100)는 균질성을 증대하고자 하는 것이지만, 유체 및 연료 혼합물의 균질성을 최대화하는 것을 의도하지 않을 수도 있음을 이해해야 한다. 너무 균질한 혼합물은 질소산화물 배출을 감소시킴에 따라 안정성이 감소할 것이다. 장치(100)는 배출과 안정성 사이의 균형을 유지하면서 배출량을 줄인다. 이러한 균형을 깨는 것(즉, 혼합물을 너무 균질하게 하는 것)은 복수의 혼합 구멍(102) 중 일부만이 주 혼합 영역(20) 내로의 유체 유동(24) 통과를 방지하도록 크기 및 위치 설정될 지도 모르는 하나의 이유가 된다.
도 10을 참조하면, 도 7에 도시된 개선된 보다 덜 불균질한 공기와 연료의 혼합물(42)을 허용하는 혼합 구멍 장치(200)의 예시적인 실시예가 도시된다. 도 10은 도 9의 라이너(104)와 같은 라이너 내의 혼합 구멍 장치(200)의 위치 설정을 나타내는 표(201)를 도시한다. 이러한 장치(200)는 균질한 혼합물(42)을 허용하 여, 주 혼합 영역(20) 및 연료 유동(30)으로의 유체 유동(24)의 통과를 방지한다. 장치(200)는 적절한 열과 종행으로 배치되는 직경 단위로 표(201)에 표시되는 복수의 혼합 구멍을 포함한다. 장치(200) 내의 이러한 복수의 혼합 구멍 중 적어도 하나는 도 8에 도시된 주 혼합 영역(20)으로의 유체 유동(24) 통과를 방지하도록 크기(직경) 및 위치 중 적어도 하나가 설정된다.
본 실시예의 연소기(14)는 35 메가와트 터빈용일 수 있는 건식 저 질소산화물 연소기(도 1에 도시된 것과 같은)이다. 장치(200)의 혼합 구멍은 제 1 종행, 제 2 종행 및 제 3 종행으로서 표(201)에 표시된 3열로 배열된다. 3열 중 적어도 하나의 혼합 구멍은 연료 유동(30) 및 주 혼합 영역(20) 내로의 유체 유동(24)의 통과를 방지하도록 크기(직경) 및 위치 설정된다. 본 실시예에서, 혼합 구멍 직경은 도 9에 도시된 것처럼 증가하는 것과 달리, 주 노즐 단부(15)(도 1)로부터 상기 열이 멀어짐에 따라 줄어든다. 제 3 열[표(201)의 제 3 종행에 표시됨]에 배치되는 장치(200)의 혼합 구멍은 원형 라이너 주변에 각각의 혼합 구멍 사이에 24도, 36도 및 48도의 교대 간격을 포함한다[즉, 혼합 구멍(102)은 라이너(104) 주변에, 24도, 48도, 84도, 132도, 156도 등에 있음]. 또한, 이러한 혼합 구멍은 0.59인치의 직경을 갖는다. 제 2 열[표(201)의 제 2 종행에 표시됨]에 배치되는 장치(200)의 혼합 구멍은 주 노즐 단부(15)로부터 4.9인치의 거리에서, 상기 라이너 주변에 12도, 60도, 90도, 126도, 168도, 192도, 234도, 270도, 312도 및 348도에 위치된다. 이러한 혼합 구멍은 0.71인치의 직경을 갖는다. 제 1 열[표(201)의 제 3 종행에 표시됨]에 배치되는 장치(200)의 혼합 구멍은 주 노즐 단부(15; 도 1에 도시됨)로부터 3.65인치의 거리에서, 상기 라이너 주변에 서로로부터 36도 떨어져 위치된다. 이러한 혼합 구멍은 0.98인치의 직경을 갖는다.
3개의 열, 혼합 구멍의 직경에 있어서의 전체적 감소 및 혼합 구멍의 위치 설정은 주 혼합 영역(20) 내의 다양한 수준으로의 유체 유동(24)의 통과를 방지하여, 도 7에 도시된 보다 덜 불균질한 혼합물(42)을 야기할 수도 있는 장치(200)의 모든 요소이다. 이러한 장치(200)를 통해 유체 유동(24)을 방지함으로써, 유체가 제 1 열, 제 2 열 또는 제 3 열 중 어느 열의 구멍으로부터 기원하느냐에 따라 다양하게 유체 유동(24)이 통과되도록 한다. 제 1 열로부터의 유체 유동(24)은 최대 통과를 가지며, 주 혼합 영역(20) 내로 약 250% 이상, 예시적으로는 약 250% 내지 280% 범위에서 통과한다. 제 2 열로부터의 유체 유동은 주 혼합 영역(20) 내로 약 175% 이하, 예시적으로는 약 130% 내지 175% 범위에서 통과하며, 반면에 제 3 열은 주 혼합 영역(20) 내로 약 100% 이하, 예시적으로 약 80% 내지 100% 범위에서 통과한다. 비록, 장치(200)의 3개의 열 각각이 동일한 개수(10개)의 혼합 구멍을 포함하지만, 각각의 개별적인 열은 더 많은 또는 더 적은 수의 혼합 구멍을 포함할 수도 있음을 이해해야 한다. 또한, 장치(200)는 균질성을 증가시키고자 하나, 유체 및 연료 혼합물의 균질성을 극대화시키려는 것은 아닐 수도 있다는 점을 이해해야 한다. 너무 균질한 혼합물은 질소산화물 배출을 감소시키는 동시에 안정성을 감소시킬 것이다. 장치(200)는 배출과 안정성 사이의 균형을 유지하면서 배출을 감소시킨다. 이러한 균형을 깨뜨리는 것(즉, 혼합물을 너무 균질하게 하는 것)은 복수의 혼합 구멍 중 일부만이 주 혼합 영역(20) 내로의 유체 유동(24) 통과를 방지하 도록 크기 및 위치 설정되는 이유 중 하나이다.
도 11을 참조하면, 도 7에 도시된 개선된 보다 덜 불균질한 공기와 연료 혼합물(42)을 허용하는 혼합 구멍 장치(300)의 예시적인 실시예가 도시된다. 도 11은 도 9의 라이너(104)와 같은 라이너 내의 혼합 구멍 장치(300)의 위치 설정을 나타내는 표(301)를 나타낸다. 장치(300)는 적절한 열과 종행으로 배치되는 직경 단위에 의해 표(301)에 표시된 복수의 혼합 구멍을 포함한다. 장치(300)의 복수의 혼합 구멍 중 적어도 하나는 도 8에 도시된 주 혼합 영역(20) 내로의 유체 유동(24) 통과를 방지하도록 크기(직경) 및 위치 중 적어도 하나가 설정된다.
본 실시예의 연소기(14)는 35 메가와트 터빈용일 수 있는 건식 저 질소산화물 연소기(도 1에 도시된 것과 같음)이다. 혼합 구멍은 제 1 종행, 제 2 종행 및 제 3 종행으로 표(301)에 표시된 바와 같이, 3개의 열로 배열된다. 3개의 열 내의 혼합 구멍은 연료 유동(30) 및 주 혼합 영역(20) 내로의 유체 유동(24)의 통과를 방지하도록 크기가 정해지고, 제 1 및 제 2 종행은 보다 덜 불균질한 공기와 연료 혼합물(42; 도 7)을 허용하고 기류 통과를 방지하도록 위치 설정되는 열을 도시한다. 본 실시예에서, 혼합 구멍 직경은 3개의 열 전체적으로 일정하게 유지되고, 장치(300)의 혼합 구멍 각각은 0.777인치의 직경을 갖는다. 제 1 열[표(301)의 제 1 종행에 표시됨]의 혼합 구멍은 주 노즐 단부(15; 도 1에 도시됨)로부터 3.65인치의 거리에서, 24도, 48도, 84도, 132도, 156도, 204도, 228도, 276도, 300도 및 336도에 위치된다. 제 2 열[표(301)의 제 2 종행에 표시됨]의 혼합 구멍은 주 노즐 단부(15)로부터 4.9인치의 거리에서, 상기 원형 라이너 주변에 서로로부터 12 도, 60도, 90도, 126도, 168도, 192도, 234도, 270도, 312도 및 348도 떨어져 위치된다. 제 3 열[표(301)의 제 3 종행에 표시됨]의 혼합 구멍(302)은 주 노즐 단부(15)로부터 6.15인치의 거리에서, 상기 라이너 주변에 서로로부터 36도 떨어져 위치된다.
3개의 열, 장치(300) 내의 혼합 구멍의 직경에 있어서의 전체적 감소 및 혼합 구멍의 위치 설정은 유체 유동(24)의 통과를 방지하여, 도 7에 도시된 보다 덜 불균질한 혼합물(42)을 야기할 수도 있는 장치(300)의 모든 요소이다. 이러한 장치(300)를 통해 유체 유동(24)을 방지함으로써, 유체가 제 1 열로부터 주 혼합 영역(20) 내로 약 200% 이상, 예시적으로는 약 200% 내지 220% 범위에서 통과하도록 하며, 제 2 열로부터의 유체 유동(24)은 주 혼합 영역(20) 내로 약 165% 이하, 예시적으로는 약 150% 내지 165% 범위에서 통과하며, 반면에 제 3 열로부터의 유체 유동(24)은 주 혼합 영역(20) 내로 약 130% 이하, 예시적으로 약 115% 내지 130% 범위에서 통과한다. 비록, 3개의 열 각각이 동일한 개수(10개)의 혼합 구멍을 포함하지만, 각각의 개별적인 열은 더 많은 또는 더 적은 수의 혼합 구멍을 포함할 수도 있음을 이해해야 한다. 또한, 장치(300)는 균질성을 증가시키고자 하나, 유체 및 연료 혼합물의 균질성을 극대화시키려는 것은 아닐 수도 있다는 점을 이해해야 한다. 너무 균질한 혼합물은 질소산화물 배출을 감소시키는 동시에 안정성을 감소시킬 것이다. 장치(300)는 배출과 안정성 사이의 균형을 유지하면서 배출을 감소시킨다. 이러한 균형을 깨뜨리는 것(즉, 혼합물을 너무 균질하게 하는 것)은 복수의 혼합 구멍 중 일부만이 주 혼합 영역(20) 내로의 유체 유동(24) 통과를 방 지하도록 크기 및 위치 설정되는 이유 중 하나이다.
도 12를 참조하면, 도 7에 도시된 개선된 보다 덜 불균질한 공기와 연료 혼합물(42)을 허용하는 혼합 구멍 장치(400)의 예시적인 실시예가 도시된다. 도 12는 도 9의 라이너(104)와 같은 라이너 내의 혼합 구멍 장치(400)의 위치 설정을 나타내는 표(401)를 나타낸다. 장치(400)는 적절한 열과 종행으로 배치되는 직경 단위에 의해 표(401)에 표시된 복수의 혼합 구멍을 포함한다. 장치(400)의 복수의 혼합 구멍 중 적어도 하나는 도 8에 도시된 주 혼합 영역(20) 내로의 기류 통과를 방지하도록 크기(직경) 및 위치 중 적어도 하나가 설정된다.
본 실시예의 연소기(14)는 35 메가와트 터빈용일 수 있는 건식 저 질소산화물 연소기(도 1에 도시된 것과 같음)이다. 혼합 구멍은 제 1 종행, 제 2 종행 및 제 3 종행으로 표(401)에 표시된 바와 같이, 3개의 열로 배열된다. 본 실시예(400)의 제 1 열 및 제 2 열[표(401)의 제 1 종행 및 제 2 종행으로 각각 표시됨]에 있는 장치(400)의 혼합 구멍은 연료 유동(30) 및 주 혼합 영역(20)으로의 유체 유동(24)의 통과를 방지하도록 크기가 정해지며, 이에 반해 제 3 열[표(401)의 제 3 종행으로 표시됨]의 혼합 구멍 중 일부만이 연료 유동(30) 및 주 혼합 영역(20) 내로의 유체 유동(24)의 통과를 방지하도록 크기가 정해질 필요가 있다. 이는 본 실시예에 있어서, 제 3 열 내의 혼합 구멍이 다양한 크기를 갖고 있고, 일부는 통과를 방지할 크기가 아닐 수도 있는 경우이다. 본 실시예에 있어서 위치 설정과 관련하여, 제 1 열 및 제 2 열은 기류 통과를 방지하고 보다 덜 불균질한 공기와 연료 혼합물(42)(도 7)을 허용하도록 위치 설정된다. 제 1 열의 혼합 구멍 은 주 노즐 단부(15; 도 1에 도시됨)로부터 3.65인치의 거리에서, 24도, 48도, 84도, 132도, 156도, 204도, 228도, 276도, 300도 및 336도에 위치된다. 이러한 혼합 구멍은 0.59인치의 직경을 갖는다. 제 2 열의 혼합 구멍은 주 노즐 단부(15)로부터 4.9인치의 거리에서, 상기 라이너 주변에 서로로부터 12도, 60도, 90도, 126도, 168도, 192도, 234도, 270도, 312도 및 348도 떨어져 위치된다. 이러한 혼합 구멍은 0.71인치의 직경(412b)을 갖는다. 제 3 열의 혼합 구멍(302)은 주 노즐 단부(15)로부터 3.65인치의 거리에서, 상기 라이너 주변에 서로로부터 36도 떨어져 위치된다. 이러한 혼합 구멍은 본 실시예에서, 0.71인치 및 1.39인치의 직경을 교대로 갖는다.
3개의 열, 장치(400) 내의 혼합 구멍의 직경에 있어서의 전체적 감소 및 혼합 구멍의 위치 설정은 유체 유동(24)의 통과를 방지하여, 도 7에 도시된 보다 덜 불균질한 혼합물(42)을 야기할 수도 있는 장치(400)의 모든 요소이다. 이러한 장치(400)를 통해 유체 유동(24)을 방지함으로써, 유체 유동(24)이 주 혼합 영역(20) 내로 약 165% 이하로, 예시적으로 제 1 및 제 2 열에 대해 150% 내지 165%의 범위로 통과한다. 직경 0.71인치의 제 3 열의 구멍으로부터의 유체 유동(24)은 주 혼합 영역(20)으로 약 120% 이하로, 예시적으로 약 100% 내지 120%의 범위로 통과하며, 직경 1.39인치의 제 3 열의 구멍으로부터의 유체 유동(24)은 주 혼합 영역(20)으로 약 200% 이상으로, 예시적으로 약 200% 내지 220%의 범위로 통과한다. 비록, 장치(400)의 3개의 열 각각이 동일한 개수(10개)의 혼합 구멍을 포함하지만, 각각의 개별적인 열은 더 많은 또는 더 적은 수의 혼합 구멍을 포함할 수도 있음을 이 해해야 한다. 또한, 장치(400)는 균질성을 증가시키고자 하나, 유체 및 연료 혼합물의 균질성을 극대화시키려는 것은 아닐 수도 있다는 점을 이해해야 한다. 너무 균질한 혼합물은 질소산화물 배출을 감소시키는 동시에 안정성을 감소시킬 것이다. 장치(400)는 배출과 안정성 사이의 균형을 유지하면서 배출을 감소시킨다. 이러한 균형을 깨뜨리는 것(즉, 혼합물을 너무 균질하게 하는 것)은 복수의 혼합 구멍(402) 중 일부만이 주 혼합 영역(20) 내로의 유체 유동(24) 통과를 방지하도록 크기 및 위치 설정되는 이유 중 하나이다. 상기 특정 실시예에 있어서, 0.71인치 및 1.39인치의 직경을 갖는 제 3 열의 혼합 구멍은 안정성과 배출 사이의 균형을 유지하기 위해 국부적 불균질성을 특히 야기하도록 상이하게 크기가 정해진다.
도 13을 참조하면, 도 7에 도시된 개선된 보다 덜 불균질한 공기와 연료 혼합물(42)을 허용하는 혼합 구멍 장치(500)의 예시적인 실시예가 도시된다. 도 13은 도 9의 라이너(104)와 같은 라이너의 혼합 구멍 장치(400)의 위치 설정을 나타내는 표(501)를 도시한다. 이러한 장치(500)를 통해 유체 유동(24)을 방지함으로써 전술되었고, 도 8에 도시된 바와 같이 유체 유동(24)이 주 혼합 영역(24) 내로 약 165% 이하로, 예를 들어 약 150% 내지 165%의 범위로 통과한다. 장치(500)는 적절한 열 및 종행에 배치되는 직경 단위로 표(501)에 표시되는 복수의 혼합 구멍을 포함한다. 장치(500) 내의 복수의 혼합 구멍 중 적어도 하나는 도 8에 도시된 주 혼합 영역(20)으로의 기류의 통과를 방지하도록 크기(직경) 및 위치 중 적어도 하나가 설정된다.
본 실시예에서의 연소기(14)는 80 메가와트 터빈용일 수 있는 건식 저 질소 산화물 연소기(도 1에 도시된 것과 같음)이다. 장치(500)의 혼합 구멍은 제 1 종행, 제 2 종행 및 제 3 종행으로서 표(501)에 도시된 3개의 열로 배열된다. 3개의 열 중 적어도 하나의 혼합 구멍은 연료 유동(30) 및 주 혼합 영역(20) 내로의 유체 유동(24)의 통과를 방지하도록 크기(직경) 및 위치 설정된다. 제 1 열[표(501)의 제 1 종행에 도시됨] 내의 혼합 구멍은 주 노즐 단부(15)(도 1에 도시된 것과 같음)로부터 5.14인치의 거리에서, 라이너 주변에서 서로로부터 30도 떨어져 위치된다. 이러한 혼합 구멍은 0.784인치의 직경을 갖는다. 제 2 열[표(501)의 제 2 종행에 도시됨]의 혼합 구멍은 주 노즐 단부(15)로부터 6.39인치의 거리에서, 라이너 주변에서 서로로부터 30도 떨어져 위치된다. 이러한 혼합 구멍은 0.85인치의 직경을 갖는다. 제 3 열[표(501)의 제 3 종행에 도시됨]의 혼합 구멍은 주 노즐 단부(15)로부터 7.64인치의 거리에서, 라이너 주변에서 서로로부터 30도 떨어져 위치된다. 이러한 혼합 구멍(502)은 0.912인치의 직경을 갖는다.
3개의 열, 장치(500)의 혼합 구멍의 직경에 있어서의 전체적인 감소 및 혼합 구멍의 위치 설정은 유체 유동(24) 통과를 방지하여 결과적으로 도 7에 도시된 보다 덜 불균질한 혼합물(42)을 야기할 수 있는 장치(500)의 모든 요소이다. 비록, 3개의 열 각각이 동일한 개수(12개)의 혼합 구멍을 포함하지만, 각각 별개의 열은 보다 많거나 보다 적은 수의 혼합 구멍을 가질 수도 있음을 이해해야 한다. 또한, 장치(500)는 균질성을 증가시키려고 하나, 유체 및 연료 혼합물의 균질성을 최대화시키려는 것은 아님을 이해해야 한다. 너무 균질한 혼합물은 질소산화물 배출을 감소시킴에 따라 안정성이 저하될 것이다. 장치(500)는 배출 및 안정성 사이의 균 형을 유지하면서 배출을 감소시킨다. 이러한 균형을 깨는 것(즉, 혼합물이 너무 균질한 경우)은 복수의 혼합 구멍 중 일부만이 주 혼합 영역(20)으로의 유체 유동(24)의 통과를 방지하도록 크기 및 위치가 설정되는 이유 중 하나이다.
도 14를 참조하면, 도 7에 도시된 개선된 보다 덜 불균질한 공기와 연료 혼합물(42)을 허용하는 혼합 구멍 장치(600)의 예시적 실시예가 도시된다. 도 14는 도 9의 라이너와 같은 라이너 내의 혼합 구멍 장치(600)의 위치 설정을 나타낸다. 장치(600)는 적절한 열 및 종행으로 배치되는 직경의 치수로 표(601)에 표시되는 복수의 혼합 구멍을 포함한다. 장치(600)의 복수의 혼합 구멍 중 적어도 하나는 도 8에 도시된 주 혼합 영역(20) 내로의 유체 유동(24) 통과를 방지하도록 크기(직경) 및 위치 중 적어도 하나가 설정된다.
본 실시예에서의 연소기(14)는 80 메가와트 터빈용일 수 있는 건식 저 질소산화물 연소기(도 1에 도시된 것과 같음)이다. 혼합 구멍은 제 1 종행, 제 2 종행 및 제 3 종행으로서 표(601)에 도시된 3개의 열로 배열된다. 3개의 열 중 적어도 하나의 혼합 구멍은 연료 유동(30) 및 주 혼합 영역(20) 내로의 유체 유동(24)의 통과를 방지하도록 크기(직경) 및 위치 설정된다. 본 실시예에 있어서, 도 13에 도시된 바와 같이 증가하는 것에 반해, 열이 주 노즐 단부(15)(도 1)로부터 멀리 이동함에 따라 혼합 구멍 직경이 감소한다. 제 1 열[표(601)의 제 1 종행에 도시됨] 내의 혼합 구멍은 주 노즐 단부(15)로부터 5.14인치의 거리에서, 라이너 주변에서 서로로부터 30도 떨어져 위치된다. 이러한 혼합 구멍은 0.912인치의 직경을 갖는다. 제 2 열[표(601)의 제 2 종행에 도시됨]의 혼합 구멍은 주 노즐 단부(15) 로부터 6.39인치의 거리에서, 라이너 주변에서 서로로부터 30도 떨어져 위치된다. 이러한 혼합 구멍은 0.85인치의 직경을 갖는다. 제 3 열[표(601)의 제 3 종행에 도시됨]의 혼합 구멍은 주 노즐 단부(15)로부터 7.64인치의 거리에서, 라이너 주변에서 서로로부터 30도 떨어져 위치된다. 이러한 혼합 구멍(602)은 0.784인치의 직경을 갖는다.
3개의 열, 장치(600)의 혼합 구멍의 직경에 있어서의 전체적인 감소 및 혼합 구멍의 위치 설정은 유체 유동(24) 통과를 방지하여 결과적으로 도 7에 도시된 보다 덜 불균질한 혼합물(42)을 야기할 수 있는 장치(600)의 모든 요소이다. 본 장치(600)를 통한 유체 유동(24)을 방지함으로써, 유체 유동(24)이 제 1 열, 제 2 열 또는 제 3 열 중의 어느 구멍으로부터 온 것인지에 따라 통과를 야기한다. 제 1 열로부터의 유체 유동(24)은 최대 통과를 갖고, 주 혼합 영역(20) 내로 약 250% 이상, 예시적으로 약 250% 내지 280%의 범위로 통과한다. 제 2 열로부터의 유체 유동은 주 혼합 영역(20) 내로 약 175% 이하, 예시적으로 약 130% 내지 175%의 범위로 통과하는 반면, 제 3 열은 주 혼합 영역(20) 내로 약 100% 이하, 예시적으로 약 80% 내지 100%의 범위로 통과한다. 비록, 이러한 3개의 열이 각각 동일한 개수(12개)의 혼합 구멍을 포함하지만, 각각의 별개의 열은 보다 많은 개수 또는 보다 적은 개수의 혼합 구멍을 포함할 수도 있음을 이해해야 한다. 또한, 장치(600)가 균질성을 증가하도록 하지만, 유체 및 연료 혼합물의 균질성을 최대화하려는 것은 아님을 이해해야 한다. 너무 균질한 혼합물은 질소산화물 배출을 감소시키는 동시에 안정성이 저하할 것이다. 장치(600)는 배출 및 안정성 사이의 균형을 유지하면서 배출을 감소시킨다. 이러한 균형을 깨는 것(즉, 혼합물이 너무 균질하게 되는 것)은 복수의 혼합 구멍 중 일부만이 주 혼합 영역(20) 내로의 유체 유동(24) 통과를 방지하도록 크기 및 위치 설정되는 하나의 이유이다.
도 15를 참조하면, 도 7에 도시된 개선된 보다 덜 불균질한 공기와 연료 혼합 구멍 장치(700)의 예시적인 실시예가 도시된다. 도 15는 도 9의 라이너(104)와 같은 라이너 내의 혼합 구멍 장치(700)의 위치 설정을 나타낸다. 이러한 장치(700)를 통한 유체 유동(24)을 방지하는 것은 전술되고 도 8에 도시된 바와 같이, 유체 유동(24)이 주 혼합 영역(24)으로 약 138% 이하, 예시적으로 약 110% 내지 138%의 범위로 통과하도록 한다. 장치(700)는 적절한 열 및 종행으로 배치되는 직경의 치수로 표(701)에 표시되는 복수의 혼합 구멍을 포함한다. 장치(700) 내의 복수의 혼합 구멍 중 적어도 하나는 도 8에 도시된 주 혼합 영역(20) 내로의 유체 유동(24)의 통과를 방지하도록 크기(직경) 및 위치 중 적어도 하나를 설정한다.
본 실시예의 연소기(14)는 80 메가와트 터빈용일 수 있는 건식 저 질소산화물(도 1에 도시된 것과 유사함)이다. 혼합 구멍은 제 1 종행, 제 2 종행 및 제 3 종행으로 표(701)에 표시된 3개의 열로 배열된다. 3개의 열 중 적어도 하나 내의 혼합 구멍은 연료 유동(30) 미 주 혼합 영역(20)으로의 유체 유동(24)의 통과를 방지하도록 크기(직경) 및 위치 중 적어도 하나가 설정된다. 본 장치(700)에 있어서, 혼합 구멍의 크기는 3개 열[표(701)의 제 1 종행, 제 2 종행 및 제 3 종행으로 각각 표시됨] 전체에 걸쳐 일정하며, 각각의 혼합 구멍은 0.85인치의 직경을 갖는다. 제 1 열[표(701)의 제 1 종행으로 표시됨] 내의 혼합 구멍은 주 노즐 단 부(15)(도 1에 도시됨)로부터 5.14인치의 거리에서, 라이너 주변에서 서로로부터 30도 떨어져 위치된다. 제 2 열[표(701)의 제 2 종행으로 표시됨] 내의 혼합 구멍은 주 노즐 단부(15)로부터 6.39인치의 거리에서, 라이너 주변에서 서로로부터 30도 떨어져 위치된다. 제 3 열[표(701)의 제 3 종행으로 표시됨] 내의 혼합 구멍은 주 노즐 단부(15)로부터 7.64인치의 거리에서, 라이너 주변에서 서로로부터 30도 떨어져 위치된다.
3개의 열, 장치 내의 혼합 구멍의 직경에 있어서의 전체적인 감소 및 혼합 구멍의 위치 설정은 유체 유동(24) 통과를 방지하여 결과적으로 도 7에 도시된 보다 덜 불균질한 혼합물(42)을 야기할 수 있는 장치(700)의 모든 요소이다. 비록, 상기 3개의 열은 각각 동일한 개수(12개)의 혼합 구멍을 포함하지만, 각각의 별개의 열은 보다 많은 개수 또는 보다 적은 개수의 혼합 구멍을 포함할 수도 있음을 이해해야 한다. 또한, 장치(700)가 균질성 증대를 목적으로 하지만, 유체 및 연료 혼합물의 균질성을 최대화하는 것을 목적으로 하지 않음을 이해해야 한다. 너무 균질한 혼합물은 질소산화물 배출을 감소시키는 동시에 안정성을 저하시킬 것이다. 장치(700)는 배출과 안정성 사이의 균형을 유지하면서 배출을 감소시킨다. 이러한 균형을 깨는 것(즉, 혼합물이 너무 균질한 것)은 복수의 혼합 구멍 중 일부만이 주 혼합 영역(20)으로의 유체 유동(24) 통과를 방지하도록 크기 및 위치설정되는 이유 중 하나이다.
도 16을 참조하면, 도 7에 도시된 개선된 보다 덜 불균질한 공기와 연료 혼합물(42)을 허용하는 혼합 구멍 장치(800)의 예시적 실시예가 도시된다. 장 치(800)는 균질한 혼합물(42)을 허용하는, 주 혼합 영역(20) 및 연료 유동(30) 내로의 유체 유동(24)의 통과를 방지한다. 이러한 장치(800)를 통한 유체 유동(24)을 방지하는 것은 유체 유동(24)으로 하여금, 전술되고 도 8에 도시된 바와 같이 주 혼합 영역(20)으로 약 110% 이하로, 예시적으로 약 90% 내지 110%의 범위로 통과된다. 장치(800)는 선단부(806)의 라이너(804)에 의해 형성되는 복수의 혼합 구멍(802)[비록, 적용예에서, 구조상 원통형인, 라이너(804)를 중심으로 원주 방향으로 배치된 혼합 구멍(802)이지만, 도면에서는 편평을 도시됨]이 배치됨을 포함한다. 복수의 혼합 구멍(802)의 적어도 하나는 도 8에 도시된 주 혼합 영역(20) 내로의 유체 유동 통과를 방지하도록 크기(직경) 및 위치 중 적어도 하나가 설정된다.
본 실시예의 연소기(14)는 80 메가와트 터빈일 수도 있는 건식 저 질소산화물 연소기(도 1에 도시된 것과 유사함)이다. 혼합 구멍(802)은 제 1 열(810a), 제 2 열(810b), 제 3 열(810c) 및 제 4 열(810d)로 도시된 4개의 열로 배열된다. 4개의 열(810a 내지 810d) 중 적어도 하나에 있어서의 혼합 구멍(802)은 연료 유동(30) 및 주 혼합 영역(20)으로의 유체 유동(24)의 통과를 방지하도록 크기(직경) 및 위치가 설정된다. 본 실시예에서, 혼합 구멍(802)의 크기는 4개의 열(810a 내지 810d) 전체에 걸쳐 일정하게 유지되며, 각각의 혼합 구멍(802)은 0.655인치의 직경(812)을 갖는다. 제 1 열(810a) 내의 혼합 구멍(802)은 주 노즐 단부(15)(도 1에 도시됨)로부터 5.14인치의 거리에서, 라이너(804) 주위에서 서로로부터 24도 떨어져 위치된다. 제 2 열(810b) 내의 혼합 구멍(802)은 주 노즐 단부(15)로부터 6.39인치의 거리에서, 라이너(804) 주위에서 서로로부터 24도 떨어져 위치된다. 제 3 열(810c) 내의 혼합 구멍(802)은 주 노즐 단부(15)로부터 7.64인치의 거리에서, 라이너(804) 주위에서 서로로부터 24도 떨어져 위치된다. 제 4 열(810d) 내의 혼합 구멍(802)은 주 노즐 단부(15)로부터 8.89인치의 거리에서, 라이너(804) 주위에서 서로로부터 24도 떨어져 위치된다.
4개의 열, 혼합 구멍(802)의 직경(812)에 있어서의 전체적인 감소, 혼합 구멍(802)의 위치 설정 및 각각의 열(810a 내지 810d)에서의 혼합 구멍의 개수(15개)는 유체 유동(24) 통과를 방지하여, 도 7에 도시된 보다 덜 불균질한 혼합물(42)을 야기할 수 있는 장치(800)의 모든 요소이다. 비록, 이러한 4개의 열(810a 내지 810d) 각각이 동일한 개수(15개)의 혼합 구멍(802)을 포함하지만, 각각 별개의 열은 보다 많은 개수 또는 보다 적은 개수의 혼합 구멍(802)을 포함할 수도 있음을 이해해야 한다. 또한, 장치(800)는 균질성의 증가를 도모하지만, 유체 및 연료 혼합물의 균질성을 최대화하는 것을 도모하는 것은 아님을 이해해야 한다. 너무 균질한 혼합물은 질소산화물 배출을 감소시키는 동시에 안정성을 저하시킬 것이다. 장치(800)는 배출 및 안정성 사이의 균형을 유지하며 배출을 감소시켜야 한다. 이러한 균형을 깨는 것(즉, 혼합물이 너무 균질한 것)은 복수의 혼합 구멍(802) 중 일부만이 주 혼합 영역(20) 내로 유체 유동(24) 통과를 방지하도록 크기 및 위치 설정되는 하나의 원인이 된다.
도 17 및 도 18을 참조하면, 도 7에 도시된 개선된 보다 덜 불균질한 공기와 연료 혼합물(42)을 각각 허용하는 혼합 구멍 장치(900)에 대한 2개의 실시예가 도시된다. 도 17 및 도 18은 각각 도 9의 라이너(104)와 같은 라이너 내에 있는 혼합 구멍 장치(900)에 대한 2개의 실시예의 위치 설정을 나타낸다. 장치(900)는 적절한 열 및 종행으로 배치되는 직경의 단위로 표(801, 901)에 나타낸 복수의 혼합 구멍을 포함한다. 장치(900)의 복수의 혼합 구멍 중 적어도 하나는 도 8에 도시된 주 혼합 영역(20) 내로의 유체 유동(24) 통과를 방지하도록 크기(직경) 및 위치 중 적어도 하나가 설정된다.
본 실시예의 연소기(14)는 80 메가와트 터빈일 수 있는 건식 저 질소산화물 연소기(도 1에 도시된 것과 유사함)이다. 혼합 구멍(902)은 제 1 열, 제 2 열 및 제 3 열로 표(701, 801)에 표시된 3개의 열로 배열된다. 3개의 열 중 적어도 하나에 있어서의 장치(900)의 혼합 구멍은 연료 유동(30) 및 주 혼합 영역(20) 내로의 기류 통과를 방지하도록 크기(직경) 및 위치가 설정된다. 본 장치(900)에 있어서, 혼합 구멍 직경은 제 1 열 및 제 3 열[표(801, 901)의 각각 제 1 종행 및 제 3 종행에 표시됨]에서 다양하다. 양 실시예의 제 1 열에 있어서의 혼합 구멍은 주 노즐 단부(15)(도 1에 도시됨)로부터 약 4.75 내지 5.14인치의 거리에서, 라이너 주변에서 서로로부터 20도 떨어져 위치된다. 이러한 혼합 구멍은 0.784인치의 직경 및 0.912인치의 직경을 교대로 갖는다. 양 실시예의 제 2 열[표(801, 901)의 제 2 종행으로 표시됨]에서의 혼합 구멍(902)은 주 노즐 단부(15)로부터 6.39인치의 거리에서, 라이너 주위에서 서로로부터 20도 떨어져 위치된다. 이러한 혼합 구멍은 0.85인치의 직경을 갖는다. 양 실시예의 제 3 열 내의 혼합 구멍은 주 노즐 단부(15)로부터 7.64 내지 8.15인치의 거리에서, 라이너 주변에서 서로로부터 20도 떨어져 위치된다. 이러한 혼합 구멍은 0.784인치의 직경 및 0.912인치의 직경을 교대로 갖는다.
3개의 열, 장치(900) 내의 혼합 구멍의 직경에 있어서의 전체적인 감소 및 혼합 구멍의 위치 설정은 유체 유동(24) 통과를 방지하여, 도 7에 도시된 보다 덜 불균질한 혼합물을 야기할 수 있는 장치(900)의 모든 요소이다. 본 장치(900)를 통한 유체 유동(24)을 방지하는 것은 제 2 열 내의 유체 유동(24)이 주 혼합 영역(20) 내로 약 165% 이하로, 예시적으로 약 150% 내지 165%로 통과하게 하며, 0.74인치의 직경을 갖는 제 1 및 제 3 열 내의 구멍으로부터의 유체 유동(24)이 주 혼합 영역(20)으로 약 155% 이하로, 예시적으로 약 140% 내지 155%로 통과하도록 하며, 0.912인치 직경의 제 1 및 제 3 열 내의 구멍으로부터의 유체 유동(24)이 175% 이상으로, 예시적으로 약 175% 내지 185%의 범위로 통과하도록 한다. 비록, 3개의 열 각각이 동일한 개수(12개)의 혼합 구멍을 포함하지만, 각각의 별개의 열은 보다 많은 개수 또는 보다 적은 개수의 구멍을 포함할 수도 있음을 이해해야 한다. 또한, 장치(900)는 균질성을 증가시키는 것을 목적으로 하지만, 유체 및 연료 혼합물의 균질성을 최대로 하는 것을 의도하는 것은 아님을 이해해야 한다. 너무 균질한 혼합물은 질소산화물 배출을 줄임과 동시에 안정성을 저하시킬 것이다. 장치(900)는 배출 및 안정성 사이의 균형을 유지하면서 배출을 감소시킨다. 이러한 균형을 깨뜨리는 것(즉, 혼합물이 너무 균질한 것)은 복수의 혼합 구멍 중 일부만이 주 혼합 영역(20)으로의 유체 유동(24) 통과를 방지하도록 크기 및 위치 설정되는 하나의 원인이 된다.
또한, 연소기 내의 공기 및 연료 혼합물의 균질성을 개선하기 위한 방법이 개시됨을 인지해야 한다. 상기 방법은 연소기(14)의 선단부(13)의 주 혼합 영역(20) 및 연료 유동(30) 중 적어도 하나로 유체 유동(24)이 통과하는 것을 방지하는 단계를 포함한다. 유체 유동(24)의 방지는 혼합 구멍의 크기를 설정하는 단계 및 연소기(14)의 라이너(12)를 따라 혼합 구멍의 위치를 설정하는 단계 중 적어도 하나를 통해 얻어진다.
연소기 내의 공기 및 연료 혼합물의 균질성을 개선하는 또 다른 방법이 추가로 개시됨을 인지해야 한다. 본 방법은 연소기(14)의 선단부(13)의 주 혼합 영역(20) 및 연료 유동(30) 내로의 유체 유동(24)의 통과를 방지하는 단계를 포함하며, 이러한 방지 단계는 소정의 직경을 포함하도록 복수의 혼합 구멍의 크기를 설정하는 단계 및 소정의 위치와 소정의 개수 중 적어도 하나의 연소기(14)의 라이너(12)를 따라 복수의 혼합 구멍을 배치하는 단계에 의해 달성된다. 상기 배치 단계는 적어도 3개의 열 내의 복수의 혼합 구멍을 위치 설정하는 단계를 포함한다.
본 발명이 예시적인 실시예를 참고하여 설명되었지만, 당업자들은 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고, 여러 변경예를 도출하고, 동등물이 구성요소를 대체할 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 많은 개조예들이 본 발명의 취지 및 범위를 벗어남이 없이 본 발명의 개시 내용을 대체하거나 특정예에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 본 발명을 설명하기 위해 고려된 최상의 모드로서 설명된 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 부합하는 모든 실시예를 포함할 것이라는 것이 중요하다. 또한, 특별히 언급되지 않으면, 제 1, 제 2 등의 사용은 순서 또는 중요도를 나타내는 것은 아니며, 오히려 제 1, 제 2 등의 용어는 요소끼리의 구별을 위해 사용된다.
본 발명의 전술된 특징 및 그 외 다른 특징과 장점은 유사한 구성에 대해 유사한 도면부호를 부여한 첨부 도면과 관련된 예시적 실시예에 대한 이하의 상세한 설명으로부터 보다 명확하게 이해되어야 한다.
도 1은 연소기의 라이너의 측면도,
도 2는 도 1의 연소기의 부분 횡단면도,
도 3은 실질적으로 편평하게 도시된 35 메가와트 연소기의 라이너의 개략도,
도 4는 실질적으로 편평하게 도시된 80 메가와트 연소기의 라이너의 개략도,
도 5는 주 혼합 챔버로의 유동 패턴에 대한 도면,
도 6은 주 혼합 챔버 내의 연료 농도에 대한 도면,
도 7은 본 발명의 일 측면에 따른 주 혼합 챔버 내의 연료 농도에 대한 도면,
도 8은 본 발명의 일 측면에 따른 주 혼합 챔버 내로의 유동 패턴에 대한 도면,
도 9는 혼합 구멍 장치(100)의 실시예에 따른 것으로 실질적으로 편평하게 도시된 연소기의 라이너의 선단부에 대한 개략도,
도 10은 연소기의 라이너의 선단부 내의 혼합 구멍 장치(200)를 나타내는 표,
도 11은 혼합 구멍 장치(300)의 일 실시예에 따른 것으로 실질적으로 편평하게 도시된 연소기로부터 라이너의 선단부에 대한 개략도,
도 12는 혼합 구멍 장치(400)의 일 실시예에 따른 것으로 실질적으로 편평하게 도시된 연소기로부터 라이너의 선단부에 대한 개략도,
도 13은 혼합 구멍 장치(500)의 일 실시예에 따른 것으로 실질적으로 편평하게 도시된 연소기로부터 라이너의 선단부에 대한 개략도,
도 14는 혼합 구멍 장치(600)의 일 실시예에 따른 것으로 실질적으로 편평하게 도시된 연소기로부터 라이너의 선단부에 대한 개략도,
도 15는 혼합 구멍 장치(700)의 일 실시예에 따른 것으로 실질적으로 편평하게 도시된 연소기로부터 라이너의 선단부에 대한 개략도,
도 16은 혼합 구멍 장치(800)의 일 실시예에 따른 것으로 실질적으로 편평하게 도시된 연소기로부터 라이너의 선단부에 대한 개략도,
도 17은 혼합 구멍 장치(900)의 일 실시예에 따른 것으로 실질적으로 편평하게 도시된 연소기로부터 라이너의 선단부에 대한 개략도,
도 18은 혼합 구멍 장치(900)의 일 실시예에 따른 것으로 실질적으로 편평하게 도시된 연소기로부터 라이너의 선단부에 대한 개략도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
12: 라이너 13: 선단부
15: 주 노즐 단부 18: 혼합 구멍
26: 혼합 구멍 장치 28a: 제 1 열
28b: 제 2 열 29a, 29b: 크로스파이어 튜브

Claims (10)

  1. 연소기(14) 내의 공기와 연료 혼합물(38)의 균질성을 개선하기 위한 혼합 구멍 장치(26)에 있어서,
    상기 혼합 구멍 장치(26)가 라이너(12) 상에 배열되는 복수의 혼합 구멍(18)을 포함하고, 상기 복수의 혼합 구멍(18)은, 상기 라이너의 주위에 원주 방향으로, 복수의 열을 이루어 배치되고, 상기 복수의 혼합 구멍(18) 중 적어도 하나가, 상기 연소기(14)의 헤드측(13)에 배치되는 일차 혼합 영역(20)으로의 유체류(24)의 진입을 방해하는 크기 또는 위치를 갖는 혼합 구멍이고,
    상기 방해하도록 설정된 혼합 구멍에 의해, 상기 유체류(24)가, 적어도 100%, 그리고 최대 165% 까지 반경방향으로 상기 일차 혼합 영역(20)에 진입가능하고,
    100%를 넘어 침입하는 유체류는, 상기 연소기의 중심 본체관으로부터 상기 라이너를 향해서 반경 방향 외측으로 진행하고,
    상기 복수의 열 중 적어도 하나가, 상기 연소기(14)의 일차 노즐 엔드(15)로부터 4.9인치(12.4cm) 떨어진 말단에 위치되고,
    상기 진입은, 연료류(30)로 진입하는 상기 유체류(24)에 대한 표준상관을 이용해서 계산되며,
    상기 표준상관이,
    Figure 112014049201904-pat00019
    으로 정의되는 것을 특징으로 하는
    혼합 구멍 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 혼합 구멍(18)이, 상기 라이너(12)의 둘레에 원주 방향으로 적어도 3 열로 배치되는 것을 특징으로 하는
    혼합 구멍 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 방해하도록 설정된 혼합 구멍이, 1.04인치(2.64cm) 보다도 작은 직경을 갖는 것을 특징으로 하는
    혼합 구멍 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 혼합 구멍(18)이, 상기 라이너의 주위에 원주 방향으로, 적어도 4 열을 이루어 배치되고, 각 열에 배치된 상기 복수의 혼합 구멍(18)의 각각이, 상기 연소기(14)의 길이 방향 중심축(19)에 대해 서로로부터 24도 떨어져 위치하는 것을 특징으로 하는
    혼합 구멍 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 적어도 4 열로 배치된 상기 복수의 혼합 구멍(18)의 각각이, 최대 0.655인치(1.66cm)의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는
    혼합 구멍 장치.
  6. 연소기(14) 내의 공기와 연료 혼합물(42)의 균질성을 개선하기 위한 방법(1100)으로서, 상기 방법(1100)이,
    상기 연소기(14)의 연료류(30) 및 일차 혼합 영역(20) 중 적어도 하나로의 유체류(24)의 진입을 방해하는 단계를 포함하고,
    상기 유체류(24)가, 적어도 100%, 그리고 최대 165%까지 반경 방향으로 상기 일차 혼합 영역(20)에 진입가능하고,
    100%를 넘어 침입하는 유체류는, 상기 연소기의 중심 본체관으로부터 라이너를 향해서 반경방향 외측으로 진행하고,
    복수의 혼합 구멍(18)이 상기 라이너 상에 배열되고,
    상기 혼합 구멍(18)은, 상기 라이너의 주위에 원주 방향으로, 복수의 열을 이루어 배치되고,
    상기 혼합 구멍(18) 중 적어도 하나가, 상기 유체류(24)의 진입을 방해하는 크기 또는 위치를 갖고,
    상기 복수의 열 중 적어도 하나가, 상기 연소기(14)의 일차 노즐 엔드(15)로부터 49.인치(12.4cm) 미만으로 위치되며,
    상기 진입은, 연료류(30)로 진입하는 상기 유체류(24)에 대한 표준상관을 이용하여 계산되고,
    상기 표준상관이,
    Figure 112014049201904-pat00020
    으로 규정되는 것을 특징으로 하는
    방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
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