KR102077710B1 - Internal recirculation type oxy-fuel combustor - Google Patents

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KR102077710B1
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이영재
김동희
안형준
이은도
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한국생산기술연구원
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Abstract

The present invention relates to an internal recirculation type pressurized oxyfuel combustor capable of largely increasing efficiency thereof with a relatively simple configuration. According to the present invention, the internal recirculation type pressurized oxyfuel combustor comprises: an outer wall; an inner wall installed inside the outer wall to separate an internal space; a burner installed on the lower part of the outer wall, placed at the inner center of the inner wall, and combusting fuel and oxidant; an exhaust unit installed on the lower part of the outer wall, placed inside the inner wall, and placed adjacent to the burner to discharge exhaust gas to the outside; a thermal medium which is a spherical solid material placed between the inner and outer walls to accumulate and use thermal energy of the exhaust gas for heat exchange; and a pipeline installed between the inner and outer walls and producing steam through the heat exchange. The inner wall has an open upper side and has a through-hole formed on a lower side to pass gas therethrough, such that the exhaust gas generated by combustion of the burner upwardly moves inside the inner wall, moves down along the space between the inner and outer walls, and moves to the inside of the inner wall. A part of the exhaust gas moving to the inside of the inner wall is discharged through the exhaust unit and the remainder of the exhaust gas is recirculated through the space and the fuel and the oxidant injected into the burner are preheated by the recirculated exhaust gas.

Description

내부 재순환 가압순산소 연소기{INTERNAL RECIRCULATION TYPE OXY-FUEL COMBUSTOR}INTERNAL RECIRCULATION TYPE OXY-FUEL COMBUSTOR}

본 발명은 가압순산소 연소기에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 효율이 향상된 가압순산소 연소기에 관한 것이다.The present invention relates to a pressurized oxy-combustor, and more particularly to a pressurized oxy-combustor with improved efficiency.

일반적으로 연료 연소 시의 열을 사용하는 화력발전소 또는 기력발전소로부터 나오는 연소 배가스는 부피 기준 약 12∼17%의 이산화탄소와 76∼78%의 질소, 그리고 4∼5%의 산소와 그밖에 미량의 수분과 SOx, NOx 화합물을 포함하고 있다. 그 중에서 특히 이산화탄소는 지구 온난화의 주요 원인으로 지목되고 있으므로 이의 배출을 줄이는 것이 국제적인 관심사가 된 상황이다.In general, combustion flue-gases from thermal or thermal power plants that use heat from fuel combustion are about 12-17% carbon dioxide, 76-78% nitrogen, 4-5% oxygen and other traces of water and SO x, and includes a NO x compound. In particular, since carbon dioxide is regarded as a major cause of global warming, reducing its emissions has become an international concern.

순산소 연소기는 산화제로서 공기대신 산소를 사용함으로써 에너지 절감 효과를 얻는 동시에, SOx 및 NOx 화합물이 감소하고 고농도의 CO2가 발생되어 CO2 회수비용을 줄일 수 있는 장점이 있다.The oxy-fuel combustor has an energy saving effect by using oxygen instead of air as an oxidant, and at the same time, SO x and NO x compounds are reduced and high concentrations of CO 2 are generated to reduce CO 2 recovery costs.

순산소 연소기를 사용하는 과정에서 효율을 높이기 위한 방법으로서 배기가스의 폐열을 회수하여 예열을 수행하는 방법이 적용되고 있는데, 배기가스를 외부에서 순환하여 예열을 수행하고 예열을 위한 별도의 버너를 사용하는 점에서 장비가 복잡하고 제작비용이 높아지는 단점이 있다.(대한민국 등록특허 10-1360515)As a method for improving efficiency in the process of using a oxy-fuel combustor, a method of recovering waste heat of exhaust gas and performing preheating is applied. The exhaust gas is circulated from the outside to preheat and a separate burner is used for preheating. There is a disadvantage in that the equipment is complicated and the manufacturing cost is increased (Korea Patent 10-1360515).

또한 열교환 과정에서의 성능을 높이기 위하여 축열매체로서 세라믹 볼(또는 비드)을 사용하는 경우가 많지만, 연소 불꽃의 크기가 작은 경우에는 상대적으로 과도한 세라믹 볼이 효율을 떨어뜨리는 문제가 있다. 이를 위하여 연소량의 차이에 따라서 열교환을 수행하는 배관의 사용범위를 조절하는 기술이 개발되었으나, 과도한 세라믹 볼에 의해서 열 손실을 보는 문제를 해결하지는 못하는 실정이다.(대한민국 등록특허 10-0650602)In addition, ceramic balls (or beads) are often used as a heat storage medium in order to increase the performance in the heat exchange process. However, when the size of the combustion flame is small, relatively excessive ceramic balls reduce the efficiency. To this end, the technology for adjusting the use range of the pipe to perform heat exchange according to the difference in the combustion amount has been developed, but the situation that does not solve the problem of seeing the heat loss due to excessive ceramic balls (Republic of Korea Patent Registration 10-0650602)

대한민국 등록특허 10-1360515Republic of Korea Patent Registration 10-1360515 대한민국 등록특허 10-0650602Republic of Korea Patent Registration 10-0650602

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 내부 재순환 가압순산소 연소기를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and an object thereof is to provide an internal recirculation pressurized oxy-combustor.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 내부 재순환 가압순산소 연소기는, 외벽; 상기 외벽의 내부에 설치되어, 내부 공간을 구분하는 내벽; 상기 외벽의 하부에 설치되고, 상기 내벽의 내측 중심에 위치하며 연료와 산화제를 연소시키는 버너; 상기 외벽의 하부에 설치되고, 상기 내벽의 내측에 위치하며, 상기 버너의 주변에 위치하여 배기가스를 외부로 배출하는 배기부; 상기 외벽과 상기 내벽의 사이에 위치하는 고형상태 구형의 물질로서, 배기가스의 열에너지를 축열하여 열교환에 이용하는 열전달 매체; 및 상기 외벽과 상기 내벽의 사이에 설치되며 열교환을 통해서 스팀을 생산하는 배관을 포함하며, 상기 내벽은 위쪽이 개방되고 아래쪽에는 기체가 지날 수 있는 관통공이 형성되어, 상기 버너의 연소에 의해서 발생한 배기가스가 상기 내벽의 내측에서 위쪽으로 이동하고 외벽과 내벽 사이의 공간을 따라서 하강한 뒤에 내벽의 내측으로 이동하며, 내벽의 내측으로 이동한 배기가스 중에 일부는 배기부를 통해서 배출되고 나머지는 내부를 재순환하며, 재순환되는 배기가스에 의해서 버너에 주입되는 연료와 산화제를 예열시키는 것을 특징으로 한다.Internal recirculation pressurized oxy-combustor according to the present invention for achieving the above object, the outer wall; An inner wall installed inside the outer wall and dividing an inner space; A burner installed at a lower portion of the outer wall and positioned at an inner center of the inner wall to burn fuel and an oxidant; An exhaust unit disposed below the outer wall and positioned inside the inner wall and positioned around the burner to discharge the exhaust gas to the outside; A solid state spherical material located between the outer wall and the inner wall, the heat transfer medium storing heat energy of exhaust gas and using the same for heat exchange; And a pipe installed between the outer wall and the inner wall to produce steam through heat exchange, wherein the inner wall is formed with a through hole through which an upper side is opened and a gas passing through the lower side, and exhaust gas generated by combustion of the burner. The gas moves upwards from the inside of the inner wall and descends along the space between the outer wall and the inner wall and then into the inner wall. Some of the exhaust gas moved to the inside of the inner wall is discharged through the exhaust and the rest is recycled inside. And preheating the fuel and the oxidant injected into the burner by the recycled exhaust gas.

상기 내벽의 내측 공간 상부에서의 압력(P1), 상기 외벽의 내측 공간 상부에서의 압력(P2), 상기 외벽의 내측 공간 하부에서의 압력(P3) 및 상기 내벽의 내측 공간 하부에서의 압력(P4)이 P1>P2>P3>P4의 관계인 것이 바람직하다.Pressure P1 at the upper inner space of the inner wall, Pressure P2 at the upper inner space of the outer wall, Pressure P3 at the lower inner space of the outer wall and Pressure P4 at the lower inner space of the inner wall ) Is preferably P1> P2> P3> P4.

상기 내벽의 상부에 배기가스가 지나는 공간이 좁아지는 병목 구조를 형성한 것이 바람직하다.It is preferable to form a bottleneck structure in which the space through which the exhaust gas passes is narrowed on the inner wall.

상기 내벽이 1300℃ 이상의 고온용 소재인 것이 바람직하다.It is preferable that the said inner wall is a high temperature material of 1300 degreeC or more.

상기 열전달 매체가 세라믹 볼이고, 상기 외벽과 상기 내벽의 사이에 위치하는 세라믹 볼의 양을 조절할 수 있는 조절수단을 더 포함하는 것이 바람직하다.It is preferable that the heat transfer medium is a ceramic ball, and further comprising adjusting means for adjusting the amount of ceramic balls located between the outer wall and the inner wall.

조절수단이, 상기 외벽의 아래쪽에 연결되어 상기 세라믹 볼을 보관할 수 있는 조절공간 및 상기 조절공간 내부에서 상하로 이동하면서 세라믹 볼을 이동시킴으로써 상기 조절공간에 보관되는 세라믹 볼의 양을 조절할 수 있는 높이조절기를 포함하는 것이 좋다.The adjusting means is connected to the lower side of the outer wall and the control space for storing the ceramic ball and the height to adjust the amount of the ceramic ball stored in the control space by moving the ceramic ball while moving up and down inside the control space It is good to include a regulator.

이때, 높이조절기는 나사산 구조를 통해서 상기 조절공간 내부에서 상하로 움직일 수 있는 것이 좋다.At this time, the height adjuster can be moved up and down inside the control space through the screw thread structure.

세라믹 볼의 이동이 용이하도록 외부에서 진동이나 충격을 가하는 장치를 더 포함할 수 있다.It may further include a device for applying vibration or shock from the outside to facilitate the movement of the ceramic ball.

조절공간의 하부에 압력유지를 위한 패킹이 설치된 것이 바람직하다.It is preferable that a packing for maintaining pressure is installed at the bottom of the adjusting space.

배관은 내부의 열교환 매체가 내부를 한 바퀴 회전하는 동안 상승과 하강을 반복하도록 배치하여, 수직방향의 배관을 길게 구성함으로써, 세라믹 볼의 이동을 방해하지 않도록 한 것이 바람직하다. The piping is preferably arranged so that the heat exchange medium therein is repeated up and down while rotating the inside, and the pipe in the vertical direction is formed long so as not to disturb the movement of the ceramic ball.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명은, 별도의 외부 순환 장치나 추가 버너를 사용하지 않고 배기가스의 일부가 내부에서 재순환되도록 하는 방법으로 예열을 수행함으로써, 상대적으로 간단한 구성으로 연소기의 효율을 크게 높일 수 있는 효과가 있다.The present invention configured as described above can significantly increase the efficiency of the combustor with a relatively simple configuration by performing preheating in such a way that a part of the exhaust gas is recycled inside without using a separate external circulation device or an additional burner. It has an effect.

또한, 내부 순환을 위하여 설치된 내벽과 외벽의 사이에 열전달 매체를 위치시켜 사용함으로써, 열교환 효율이 크게 향상되는 뛰어난 효과가 있다.In addition, by placing and using a heat transfer medium between the inner wall and the outer wall provided for internal circulation, there is an excellent effect that the heat exchange efficiency is greatly improved.

나아가 내벽과 외벽의 사이에 위치하는 열전달 매체의 양을 조절하는 수단을 구비함으로써, 열전달 매체의 양이 과도하게 많아서 열교환 효율을 저해하는 문제를 방지할 수 있는 효과가 있다.Furthermore, by providing a means for adjusting the amount of the heat transfer medium located between the inner wall and the outer wall, the amount of the heat transfer medium is excessively large, thereby preventing the problem of impairing the heat exchange efficiency.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 내부 재순환 가압순산소 연소기의 구조를 도시한 정단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 내부 재순환 가압순산소 연소기의 내부에서 배기가스가 순환하는 모습을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 내부 재순환 가압순산소 연소기에서 세라믹 볼의 사용량을 조절하는 모습을 도시한 도면이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 내부 재순환 가압순산소 연소기에서 스팀 생성을 위한 배관의 구조를 설명하기 위한 도면이다.1 is a cross-sectional view showing the structure of the internal recirculation pressurized oxy-combustor according to an embodiment of the present invention.
2 is a view illustrating a state in which exhaust gas circulates in an internal recirculation pressurized oxy-combustor according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing a state in which the amount of use of the ceramic ball in the internal recirculation pressurized oxy-combustor according to an embodiment of the present invention.
4 to 6 are views for explaining the structure of the pipe for generating steam in the internal recirculation pressurized oxygen combustor according to an embodiment of the present invention.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. With reference to the accompanying drawings will be described embodiments of the present invention;

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 내부 재순환 가압순산소 연소기의 구조를 도시한 정단면도이다.1 is a cross-sectional view showing the structure of the internal recirculation pressurized oxy-combustor according to an embodiment of the present invention.

본 실시예의 내부 재순환 가압순산소 연소기는, 외벽(100), 버너(200), 배기부(300), 내벽(400), 세라믹 볼(500), 조절공간(600), 진동기(700) 및 배관(도 1에는 미도시)을 포함하여 구성된다.The internal recirculation pressurized oxy-combustor of the present embodiment includes an outer wall 100, a burner 200, an exhaust part 300, an inner wall 400, a ceramic ball 500, a control space 600, a vibrator 700, and piping. (Not shown in FIG. 1).

외벽(100)은 연소기의 외부면을 구성하는 벽체이며, 평단면이 원형이고, 그 내부에서 연소와 열교환 및 스팀 생성이 이루어진다.The outer wall 100 is a wall constituting the outer surface of the combustor, the circular cross-section is circular, the combustion and heat exchange and steam generation therein.

버너(200)는 연소에 의해서 불꽃(220)을 형성하는 구성으로서, 연료와 산화제인 산소가 투입되는 투입관(210)이 연결된다.The burner 200 is configured to form a flame 220 by combustion, and the injection pipe 210 into which the fuel and oxygen as the oxidant are injected is connected.

배기부(300)는 버너(200)의 연소에 의해서 발생한 배기가스가 연소기의 외부로 배출되는 부분이다.The exhaust unit 300 is a portion where the exhaust gas generated by the combustion of the burner 200 is discharged to the outside of the combustor.

본 실시예의 연소기는 버너(200)와 배기부(300)가 모두 외벽(100)의 하부에 위치하며, 버너(200)가 외벽(100) 하부의 중심에 위치하고, 배기부(300)가 버너(200)의 주변을 감싸도록 배치된다. 버너(200)의 연소에서 발생된 고온의 배기가스는 위쪽으로 이동하기 때문에 곧바로 배기부(300)로 배출되지 못하고 연소기의 내부를 순환하며, 연소기의 중심부에서 상승한 배기가스는 외벽(100)의 측면을 타고 하강한 뒤에 배기부(300)로 배출된다. 나아가 버너(200)와 배기부(300)는 이후에 설명할 내벽(400)의 안쪽에 위치하며, 이에 따른 배기가스의 이동은 추후에 구체적으로 설명한다.In the combustor of this embodiment, both the burner 200 and the exhaust part 300 are located under the outer wall 100, the burner 200 is located at the center of the lower part of the outer wall 100, and the exhaust part 300 is the burner ( It is arranged to surround the periphery of 200). Since the high temperature exhaust gas generated from the combustion of the burner 200 moves upward, the exhaust gas circulates inside the combustor without being immediately discharged to the exhaust unit 300, and the exhaust gas rising from the center of the combustor is the side of the outer wall 100. After descending to ride the exhaust portion 300 is discharged. Further, the burner 200 and the exhaust unit 300 are located inside the inner wall 400 to be described later, and thus the movement of the exhaust gas will be described in detail later.

내벽(400)은 연소기의 내부에 형성되어 공간을 구분하기 위한 구성으로서, 평단면이 원형이다. 내벽(400)은 위쪽이 개방되어 있고, 중간부(420)는 벽체로 구성되며, 하부(410)는 배기가스가 이동할 수 있도록 관통공이 형성된다. 이때, 내벽(400)의 상부(430)는 평단면인 원의 지름이 작아지는 형태의 유선형 병목을 구성함으로써 연소기 내부의 위치에 따른 압력분포를 유도하고 배기가스의 흐름이 원활하도록 구성한다. 하부(410)는 벽체에 타공하여 구성될 수도 있고 메쉬를 부착할 수도 있다. The inner wall 400 is formed inside the combustor to distinguish the space, the flat cross section is circular. The inner wall 400 is open at the top, the middle portion 420 is composed of a wall, the lower portion 410 is formed through holes so that the exhaust gas can move. At this time, the upper portion 430 of the inner wall 400 constitutes a streamlined bottleneck in which the diameter of the circle, which is a flat cross section, becomes small, thereby inducing pressure distribution according to the position of the combustor and configured to smooth the flow of the exhaust gas. The lower portion 410 may be constructed by perforating the wall or may attach a mesh.

내벽(400)은 버너에 가깝게 위치하고 가장 뜨거운 초기 배기가스가 생성되어 이동하는 부분이므로 1300℃ 이상의 고온용 소재를 사용하는 것이 바람직하다.Since the inner wall 400 is located close to the burner and the hottest initial exhaust gas is generated and moved, it is preferable to use a material for high temperature of 1300 ° C. or higher.

세라믹 볼(500)은 배기가스의 열을 받아서 장시간 보관하기 위한 축열 기능과 스팀 생성을 위한 물에 열을 전달하기 위한 열전달 매체로서 기능한다. 세라믹 볼(500)은 외벽(100)과 내벽(400)의 사이 공간에 위치하여, 버너(200)의 연소에 영향을 미치지 않는다. The ceramic ball 500 functions as a heat storage medium for receiving heat of exhaust gas and storing heat for a long time and transferring heat to water for steam generation. The ceramic ball 500 is located in the space between the outer wall 100 and the inner wall 400 and does not affect the combustion of the burner 200.

조절공간(600)은 외벽(100)의 하부에 위치하는 공간으로서, 높이조절기(610)의 위치에 따라서 세라믹 볼(500)을 보관할 수 있도록 구성된다. 높이조절기(610)를 낮춰서 조절공간(600)에 세라믹 볼(500)을 보관시키면, 외벽(100)과 내벽(400)의 사이에 위치하는 세라믹 볼(500)의 양이 감소한다. 이를 통해서, 버너(200)에서 연소되는 불꽃이 작아서 발생되는 열에너지가 적은 경우에도 과도하게 많은 세라믹 볼(500)에 의해서 에너지가 손실되는 것을 방지할 수 있다.The adjusting space 600 is a space located below the outer wall 100, and is configured to hold the ceramic balls 500 according to the position of the height adjuster 610. When the ceramic ball 500 is stored in the adjustment space 600 by lowering the height adjuster 610, the amount of the ceramic ball 500 positioned between the outer wall 100 and the inner wall 400 is reduced. Through this, even when the thermal energy generated due to the small flame burned by the burner 200 is small, it is possible to prevent the energy loss by excessively many ceramic balls 500.

진동기(700)는 외벽(100)에서 내측으로 진동이나 충격을 전달하기 위한 구성으로서, 세라믹 볼(500)을 움직일 때에 움직임이 원활하게 수행될 수 있도록 한다.The vibrator 700 is configured to transmit vibrations or shocks from the outer wall 100 to the inner side, so that the movement can be smoothly performed when the ceramic ball 500 is moved.

배관(도 1에서 미도시)은 내부에 스팀을 생성하기 위한 물이 순환되며, 외벽(100)과 내벽(400)의 사이 공간에 위치하고, 세라믹 볼(500)과 접촉하도록 배치된다. 배관의 구체적인 형태는 추후에 자세하게 설명한다.In the pipe (not shown in FIG. 1), water for generating steam is circulated therein, and is disposed in a space between the outer wall 100 and the inner wall 400 and disposed in contact with the ceramic ball 500. The specific form of the pipe will be described later in detail.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 내부 재순환 가압순산소 연소기의 구체적인 동작과 기능에 대해서 설명한다.Hereinafter, specific operations and functions of the internal recirculation pressurized oxy-combustor according to the embodiment of the present invention will be described.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 내부 재순환 가압순산소 연소기의 내부에서 배기가스가 순환하는 모습을 도시한 도면이다.2 is a view illustrating a state in which exhaust gas circulates in an internal recirculation pressurized oxy-combustor according to an embodiment of the present invention.

버너(200)의 불꽃(220)에 의해서 발생한 배기가스는 위쪽으로 이동하며, 이때 내벽(400)의 내측에 갇힌 상태에서 위쪽으로 이동한다. The exhaust gas generated by the flame 220 of the burner 200 moves upward, and moves upward while being trapped inside the inner wall 400.

내벽(400) 상부(430)의 병목 부분을 지나서 외벽(100)의 천정에 이른 배기가스는 외벽(100)의 측면을 따라서 하강한다. 이때 내벽(400)과 외벽(100)의 사이 공간을 통해서만 배기가스가 하강하며, 내벽(400)과 외벽(100) 사이에 위치하는 세라믹 볼과 배관에 열을 전달한다.Exhaust gas that reaches the ceiling of the outer wall 100 through the bottleneck portion of the upper portion 430 of the inner wall 400 descends along the side of the outer wall 100. At this time, the exhaust gas is lowered only through the space between the inner wall 400 and the outer wall 100, and transfers heat to the ceramic ball and the pipe located between the inner wall 400 and the outer wall 100.

외벽(100)의 측면을 따라서 하강한 배기가스는 내벽(400) 하부(410)를 통해서 내벽(400)의 내측으로 이동하고, 이때 일부는 아래쪽으로 형성된 배기부(300)를 통해서 배출되고 일부는 버너(200) 및 불꽃(220)을 따라서 다시 상승한다. 이와 같은 배기가스의 분기가 발생하면서, 점선으로 표시된 부분에서 버너(200)로 주입되는 연료와 산화제를 예열시키는 예열영역이 형성된다.The exhaust gas descending along the side surface of the outer wall 100 moves to the inner side of the inner wall 400 through the lower part 410 of the inner wall 400, and at this time, part of the exhaust gas is discharged through the exhaust part 300 formed downward. It rises again along the burner 200 and the flame 220. As the branching of the exhaust gas occurs, a preheating region for preheating the fuel and the oxidant injected into the burner 200 is formed at the portion indicated by the dotted line.

이러한 배기가스의 흐름 및 내부 재순환을 위해서는, 내벽(400)의 내측 공간 상부인 P1과 외벽(100)의 내측 공간 상부인 P2와 외벽(100)의 내측 공간 하부인 P3 및 내벽(400)의 내측 공간 하부인 P4에서의 압력 관계의 조절이 필요하다. 구체적으로 P1의 압력이 가장 높고 P2와 P3 및 P4의 순서로 내부 압력이 점차 낮아져야 하며, 본 실시예에서는 내벽(400) 상부(430)에 병목 구간을 형성하여 P1의 압력을 높였다. 또한, 내벽(400)의 내측 공간 하부에는 배기부(300)가 형성되어 배기가스의 일부가 배출되기 때문에 P4의 압력이 가장 낮아지도록 하여, P2에서 P4 까지 압력이 점점 낮아지도록 구성할 수 있었다.For the flow of the exhaust gas and internal recirculation, P1 which is the upper part of the inner space of the inner wall 400, P2 which is the upper part of the inner space of the outer wall 100, and P3 which is the lower part of the inner space of the outer wall 100 and the inner side of the inner wall 400. It is necessary to adjust the pressure relationship at the lower space of P4. Specifically, the pressure of P1 is the highest and the internal pressure should be gradually lowered in the order of P2, P3, and P4. In this embodiment, the bottleneck section is formed on the upper portion 430 of the inner wall 400 to increase the pressure of P1. In addition, since the exhaust part 300 is formed below the inner space of the inner wall 400 so that a part of the exhaust gas is discharged, the pressure of P4 may be the lowest, and the pressure may be gradually decreased from P2 to P4.

결국 본 발명의 실시예에 따른 내부 재순환 가압순산소 연소기는, 배기가스가 전부 배출되지 않고 일부가 내부로 재순환되면서, 별도의 외부 순환 설비나 추가적인 예열용 버너를 사용하지 않고도 연소기로 투입되는 연료와 산화제를 예열하여 효율을 높일 수 있다.As a result, the internal recirculation pressurized oxy-combustor according to the embodiment of the present invention, while the exhaust gas is not discharged in part and recycled to the inside, and the fuel injected into the combustor without using a separate external circulation facility or additional preheat burner The efficiency can be improved by preheating the oxidant.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 내부 재순환 가압순산소 연소기에서 세라믹 볼의 사용량을 조절하는 모습을 도시한 도면이다.3 is a view showing a state in which the amount of use of the ceramic ball in the internal recirculation pressurized oxy-combustor according to an embodiment of the present invention.

버너(200)의 불꽃(220)이 작아서 배기가스에 의해서 전달되는 열에너지가 적은 경우에, 세라믹 볼(500)의 양이 너무 많으면, 세라믹 볼(500) 사이의 열전달에 의해서 배관과의 열교환 효율이 낮아지는 문제가 발생한다.In the case where the flame 220 of the burner 200 is small and the thermal energy transmitted by the exhaust gas is small, if the amount of the ceramic balls 500 is too large, heat exchange efficiency with the pipe is increased by heat transfer between the ceramic balls 500. The problem of being lowered occurs.

도시된 것과 같이, 본 실시예의 내부 재순환 가압순산소 연소기는 높이조절기(610)를 아래쪽으로 이동하여 조절공간(600)에 세라믹 볼(500)을 보관할 수 있다. 이러한 동작으로 인하여 외벽(100)과 내벽(400) 사이에 존재하는 세라믹 볼(500)의 양이 감소하고, 세라믹 볼(500) 사이의 과도한 열전달에 의해서 열 손실이 발생하는 문제를 방지할 수 있다.As shown, the internal recirculation pressurized oxy-combustor of the present embodiment may move the height adjuster 610 to keep the ceramic ball 500 in the control space 600. Due to this operation, the amount of ceramic balls 500 existing between the outer wall 100 and the inner wall 400 may be reduced, and the problem of heat loss caused by excessive heat transfer between the ceramic balls 500 may be prevented. .

앞서 살펴 본 것과 같이, 진동기(700)가 진동이나 충격을 가함으로써 세라믹 볼(500)의 이동이 원활해지도록 한다. As described above, the vibrator 700 applies a vibration or an impact to facilitate the movement of the ceramic ball 500.

본 실시예에서는, 높이조절기(610)가 나사산을 따라서 회전이동할 수 있는 형태로 구성함으로써 세라믹 볼(500)의 이동이 자연스럽게 수행될 수 있도록 하였다. 또한, 조절공간(600)의 아래쪽에는 압력유지를 위한 패킹부(620)를 위치시킴으로써, 연소기 내부 압력에 영향을 미치지 않도록 하였다.In this embodiment, the height adjuster 610 is configured to be rotatable along the screw thread so that the movement of the ceramic ball 500 can be performed naturally. In addition, the packing unit 620 for maintaining the pressure is positioned below the control space 600 so as not to affect the internal pressure of the combustor.

도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 내부 재순환 가압순산소 연소기에서 스팀 생성을 위한 배관의 구조를 설명하기 위한 도면이다.4 to 6 are views for explaining the structure of the pipe for generating steam in the internal recirculation pressurized oxygen combustor according to an embodiment of the present invention.

도 4는 배관의 배치 형태를 설명하기 위한 정단면도이고, 도 5는 AA'방향에서 본 평단면이며, 도 6은 배관의 배치를 설명하기 위한 도면이다.4 is a front sectional view for explaining the arrangement of the pipe, FIG. 5 is a flat sectional view seen from the AA 'direction, and FIG. 6 is a view for explaining the arrangement of the pipe.

열교환을 통해서 스팀을 생성하기 위한 배관(800, 900)이 외벽(100)과 내벽(400)의 사이 공간에 설치되며, 배관의 형태는 특별히 제한되지 않고 다양한 형태가 모두 적용될 수 있다. Piping (800, 900) for generating steam through heat exchange is installed in the space between the outer wall 100 and the inner wall 400, the shape of the pipe is not particularly limited and various forms can be applied.

본 실시예에서는 외벽(100)과 내벽(400)의 사이 공간에 세라믹 볼(500)을 위치시키고, 이 세라믹 볼(500)의 양을 조절하기 위하여 세라믹 볼(500)이 움직이는 구성을 포함하기 때문에, 배관(800, 900)이 세라믹 볼(500)의 움직임을 방해하지 않도록 구성하였다. In this embodiment, since the ceramic ball 500 is positioned in the space between the outer wall 100 and the inner wall 400, the ceramic ball 500 moves to adjust the amount of the ceramic ball 500. , The pipes 800 and 900 were configured not to interfere with the movement of the ceramic ball 500.

본 실시예에서는 도 4에 도시된 것과 같이, 외측 배관(800)과 내측 배관(900)의 2개를 배치하여 효율을 높였다.In the present embodiment, as shown in FIG. 4, two of the outer pipe 800 and the inner pipe 900 are disposed to increase efficiency.

각 배관(800, 900)은 수직한 방향으로 길게 왕복하는 구조로 구성하여 세라믹 볼(500)이 위아래로 움직일 때에 배관이 방해하는 것을 최소화하였다. 구체적으로 배관은 주입된 열전달 매체가 외벽(100) 내부를 한 바퀴 회전하는 동안 상승과 하강을 반복하도록 배치하여 열전달 길이를 늘이면서도 세라믹 볼(500)의 움직임을 방해하지 않도록 구성하였으며, 또한 배관 사이의 간격을 최소화하여 열전달 면적을 최대화하였다.Each pipe (800, 900) has a structure that reciprocates in a long vertical direction to minimize the interference of the pipe when the ceramic ball 500 moves up and down. Specifically, the pipe is arranged so that the injected heat transfer medium repeatedly moves up and down while rotating the inside of the outer wall 100 to increase the heat transfer length while preventing the movement of the ceramic ball 500, and also between pipes. The heat transfer area is maximized by minimizing the spacing between

도 6에 풀어서 도시한 배관(800)이 외벽(100)과 내벽(400)의 사이에 감겨져 배치되며, 점선으로 표시된 부분이 외벽(100)과 내벽(400)의 사이에 위치하여, 주입부(810)로 주입된 물이 외벽(100)과 내벽(400)의 사이에 위치하는 배관(800)을 따라서 상하로 움직이면서 주변의 세라믹 볼(500) 및 배기가스와 열교환을 하여 스팀이 된 뒤에 배출부(820)로 배출된다.The pipe 800 illustrated in FIG. 6 is wound and disposed between the outer wall 100 and the inner wall 400, and a portion indicated by a dotted line is positioned between the outer wall 100 and the inner wall 400, thereby providing an injection portion ( The water injected into the 810 moves up and down along the pipe 800 positioned between the outer wall 100 and the inner wall 400 to exchange heat with the surrounding ceramic balls 500 and the exhaust gas to become steam, and then the discharge part. Discharged to 820.

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been described through the preferred embodiments, the above embodiments are merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes are possible within the scope without departing from the technical idea of the present invention. Those of ordinary skill will understand. Therefore, the protection scope of the present invention should be interpreted not by the specific embodiments, but by the matters described in the claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

100: 외벽 200: 버너
210: 투입관 220: 불꽃
300: 배기부 400: 내벽
410: 하부 420: 중간부
430: 상부 500: 세라믹 볼
600: 조절공간 610: 높이조절기
620: 패킹부 700: 진동기
800: 외측 배관 810: 주입부
820: 배출부 900: 내측배관100: outer wall 200: burner
210: injection tube 220: flame
300: exhaust part 400: inner wall
410: lower part 420: middle part
430: upper 500: ceramic ball
600: control space 610: height adjuster
620: packing part 700: vibrator
800: outer pipe 810: injection portion
820: outlet 900: inner piping

Claims (10)

외벽;
상기 외벽의 내부에 설치되어, 내부 공간을 구분하는 내벽;
상기 외벽의 하부에 설치되고, 상기 내벽의 내측 중심에 위치하며 연료와 산화제를 연소시키는 버너;
상기 외벽의 하부에 설치되고, 상기 내벽의 내측에 위치하며, 상기 버너의 주변에 위치하여 배기가스를 외부로 배출하는 배기부;
상기 외벽과 상기 내벽의 사이에 위치하는 고형상태 구형의 물질로서, 배기가스의 열에너지를 축열하여 열교환에 이용하는 열전달 매체; 및
상기 외벽과 상기 내벽의 사이에 설치되며 열교환을 통해서 스팀을 생산하는 배관을 포함하며,
상기 내벽은 위쪽이 개방되고 아래쪽에는 기체가 지날 수 있는 관통공이 형성되고,
상기 내벽의 내측 공간 상부에서의 압력(P1), 상기 외벽의 내측 공간 상부에서의 압력(P2), 상기 외벽의 내측 공간 하부에서의 압력(P3) 및 상기 내벽의 내측 공간 하부에서의 압력(P4)이 P1>P2>P3>P4의 관계가 되어, 상기 버너의 연소에 의해서 발생한 배기가스가 상기 내벽의 내측에서 위쪽으로 이동하고 외벽과 내벽 사이의 공간을 따라서 하강한 뒤에 내벽의 내측으로 이동하며, 내벽의 내측으로 이동한 배기가스 중에 일부는 배기부를 통해서 배출되고 나머지는 내부를 재순환하며,
재순환되는 배기가스에 의해서 버너에 주입되는 연료와 산화제를 예열시키는 것을 특징으로 하는 내부 재순환 가압순산소 연소기.
outer wall;
An inner wall installed inside the outer wall to divide an inner space;
A burner installed at a lower portion of the outer wall and positioned at an inner center of the inner wall to burn fuel and an oxidant;
An exhaust unit disposed below the outer wall and positioned inside the inner wall and positioned around the burner to discharge the exhaust gas to the outside;
A solid state spherical material located between the outer wall and the inner wall, the heat transfer medium storing heat energy of exhaust gas and using the same for heat exchange; And
Installed between the outer wall and the inner wall and includes a pipe for producing steam through heat exchange,
The inner wall is open at the top and the bottom is formed through holes through which gas can pass,
Pressure P1 at the upper inner space of the inner wall, Pressure P2 at the upper inner space of the outer wall, Pressure P3 at the lower inner space of the outer wall, and Pressure P4 at the lower inner space of the inner wall. ) Becomes a relationship of P1>P2>P3> P4, and exhaust gas generated by burning of the burner moves upward from the inside of the inner wall and descends along the space between the outer wall and the inner wall, and then moves into the inner wall. Some of the exhaust gas moved to the inside of the inner wall is discharged through the exhaust portion, and the rest is recycled inside,
An internal recirculation pressurized oxy-combustor, characterized by preheating the fuel and oxidant injected into the burner by the recycled exhaust gas.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 내벽의 상부에 배기가스가 지나는 공간이 좁아지는 병목 구조를 형성한 것을 특징으로 하는 내부 재순환 가압순산소 연소기.
The method according to claim 1,
Internal recirculating pressurized oxy-combustor, characterized in that the bottleneck structure is formed in the upper portion of the inner wall is narrow the space through which the exhaust gas passes.
청구항 1에 있어서,
상기 내벽이 1300℃ 이상의 고온용 소재인 것을 특징으로 하는 내부 재순환 가압순산소 연소기.
The method according to claim 1,
Internal recirculation pressurized oxy-combustor, characterized in that the inner wall is a high temperature material of 1300 ℃ or more.
청구항 1에 있어서,
상기 열전달 매체가 세라믹 볼이고, 상기 외벽과 상기 내벽의 사이에 위치하는 세라믹 볼의 양을 조절할 수 있는 조절수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내부 재순환 가압순산소 연소기.
The method according to claim 1,
And the heat transfer medium is a ceramic ball, and further comprising adjusting means for adjusting an amount of the ceramic ball located between the outer wall and the inner wall.
청구항 5에 있어서,
상기 조절수단이, 상기 외벽의 아래쪽에 연결되어 상기 세라믹 볼을 보관할 수 있는 조절공간 및 상기 조절공간 내부에서 상하로 이동하면서 세라믹 볼을 이동시킴으로써 상기 조절공간에 보관되는 세라믹 볼의 양을 조절할 수 있는 높이조절기를 포함하는 것을 특징으로 하는 내부 재순환 가압순산소 연소기.
The method according to claim 5,
The adjusting means is connected to the lower side of the outer wall to adjust the amount of the ceramic ball stored in the control space by moving the ceramic ball while moving up and down inside the control space and the control space for storing the ceramic ball. Internal recirculation pressurized oxy-combustor comprising a height adjuster.
청구항 6에 있어서,
상기 높이조절기는 나사산 구조를 통해서 상기 조절공간 내부에서 상하로 움직일 수 있는 것을 특징으로 하는 내부 재순환 가압순산소 연소기.
The method according to claim 6,
The height regulator is an internal recirculation pressurized oxy-combustor, characterized in that the moveable up and down in the control space through the thread structure.
청구항 6에 있어서,
세라믹 볼의 이동이 용이하도록 외부에서 진동이나 충격을 가하는 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내부 재순환 가압순산소 연소기.
The method according to claim 6,
Internal recirculation pressurized oxy-combustor further comprises a device for applying a vibration or shock from the outside to facilitate the movement of the ceramic ball.
청구항 6에 있어서,
상기 조절공간의 하부에 압력유지를 위한 패킹부가 설치된 것을 특징으로 하는 내부 재순환 가압순산소 연소기.
The method according to claim 6,
Internal recirculation pressurized oxy-combustor, characterized in that the packing portion is installed in the lower portion of the control space for maintaining the pressure.
청구항 6에 있어서,
상기 배관은 내부의 열교환 매체가 내부를 한 바퀴 회전하는 동안 상승과 하강을 반복하도록 배치한 것을 특징으로 하는 내부 재순환 가압순산소 연소기. The method according to claim 6,
The piping is internal recirculation pressurized oxy-combustor, characterized in that the heat exchange medium is arranged to repeat the rise and fall while rotating the inside.
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