KR102220991B1 - 대형 버너용 파일럿 버너 - Google Patents

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KR102220991B1
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Abstract

본 발명의 목적은 대형 버너에서 발생될 수 있는 다양한 운전 조건에서 혼합가스의 착화, 화염의 형성 및 유지를 안정적으로 구현하는 대형 버너용 파일럿 버너를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 대형 버너용 파일럿 버너는, 덕트 버너의 일측에 설치되어 연료를 공급하는 공급 노즐, 및 상기 공급 노즐에 인접하여 상기 버너의 챔버에 설치되고 상기 공급 노즐의 전방으로 분사되는 연료와 공급되는 연소용 공기의 혼합물에 플라즈마 방전으로 형성되는 아크 제트를 연속적으로 공급하여 상기 혼합물을 점화하여 화염을 형성 및 유지시키는 플라즈마 점화장치를 포함한다.

Description

대형 버너용 파일럿 버너 {PILOT BURNER FOR LARGE SIZE BURNER}
본 발명은 대형 버너용 파일럿 버너에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 대형 버너에서 발생될 수 있는 다양한 운전 조건에서 화염의 착화 및 화염의 유지를 안정적으로 구현하는 대형 버너용 파일럿 버너에 관한 것이다.
알려진 바에 따르면, 석탄화력 보일러는 연료(석탄)를 공급하면서 덕트(duct) 버너에 의해 점화를 수행하며, 덕트 버너의 점화를 위해 기상 또는 액상의 연료를 사용하는 파일럿(pilot) 버너를 사용한다. 파일럿 버너는 공급되는 연료와 공기의 혼합가스를 점화시킨다. 점화 후, 공급되는 연료와 공기에 의하여 지속적인 연소가 진행된다.
대형 버너 운전 시, 경우에 따라 연료의 공급량 또는 연료의 조성이 변동되거나, 상대적인 공기의 양이 변동될 수 있다. 이 경우, 대형 버너는 화염이 불안정하게 되어 실화의 위험을 가지고 있다.
예를 들면, 종래의 파일럿 버너는 스파크와 같은 착화원에 연료와 공기(산소)를 공급하여 착화된다. 그리고 파일럿 버너의 착화는 공급 노즐을 통하여 공급되는 연료와 공기의 혼합가스를 착화시킨다.
파일럿 버너는 스파크 점화 방식을 적용하며, 스파크 점화 방식에 따라 수 Hz 범위의 불연속적인 스파크를 발생시킨다. 그리고 공급되는 연료와 공기의 혼합가스는 균일한 상태로 일정하게 공급되지 않을 수도 있다.
이러한 경우, 수 Hz 범위의 불연속적 스파크는 불균일하게 공급되는 연료 및 공기를 혼합한 혼합가스의 공급 조건에 따라 착화 불안정성을 야기한다. 또한, 스파크는 발생 길이가 수 mm 범위 이내이므로 혼합가스의 착화 확률을 낮게 하며, 시동에서 착화까지의 소요 시간을 길게 한다.
예를 들면, 화력발전소의 파일럿 버너는 수초(예, 10초) 이내에 화염 기동이 형성되어 온도 상승을 발생시켜야 하는데, 이러한 기동 조건을 만족시키지 못하고 착화 실패를 유발할 수 있다.
본 발명의 목적은 대형 버너에서 발생될 수 있는 다양한 운전 조건에서 혼합물(혼합가스)의 착화, 화염의 형성 및 유지를 안정적으로 구현하는 대형 버너용 파일럿 버너를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 플라즈마 방전에 의한 아크 제트의 연속적인 토출로 연속적인 고온의 혼합물(혼합가스) 착화 조건을 길게(수 cm)에 형성하는 대형 버너용 파일럿 버너를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 대형 버너용 파일럿 버너는, 덕트 버너의 일측에 설치되어 연료를 공급하는 공급 노즐, 및 상기 공급 노즐에 인접하여 상기 버너의 챔버에 설치되고 상기 공급 노즐의 전방으로 분사되는 연료와 공급되는 연소용 공기의 혼합물에 플라즈마 방전으로 형성되는 아크 제트를 연속적으로 공급하여 상기 혼합물을 점화하여 화염을 형성 및 유지시키는 플라즈마 점화장치를 포함한다.
상기 아크 제트의 온도는 400~1500℃ 범위로 유지될 수 있다.
상기 아크 제트의 길이는 1~9cm 범위로 유지될 수 있다.
상기 플라즈마 점화장치는, 방전기체를 공급하고 생성되는 고전압 방전을 공급되는 방전기체로 밀어서 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부, 및 상기 플라즈마 생성부에 연결되어 상기 플라즈마 생성부에서 밀려나는 상기 플라즈마를 분출시켜 상기 아크 제트를 형성하는 아크 제트 생성부를 포함할 수 있다.
상기 공급 노즐은, 상기 챔버에 설치되어 연료를 공급하는 일유체 노즐, 및 브로어로 공급되는 연소 공기를 상기 일유체 노즐의 외주로 공급하는 연소 공기통로를 포함할 수 있다.
상기 공급 노즐은, 상기 챔버에 설치되어 내부의 연료관으로 연료를 공급하고 상기 연료관의 외부에 구비되는 공기관으로 연료 분사용 공기를 공급하는 이유체 노즐, 및 브로어로 공급되는 연소 공기를 상기 이유체 노즐의 외주로 공급하는 연소 공기통로를 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 점화장치는 상기 공급 노즐의 전방에 상기 아크 제트를 분사하도록 상기 챔버에 설치될 수 있다.
상기 아크 제트의 분사 방향은 상기 혼합물의 분사 방향에 설정된 각도(θ)로 경사지게 교차할 수 있다.
상기 아크 제트는 상기 공급 노즐의 선단에서 설정된 거리(L)만큼 이격된 위치에 분사될 수 있다.
상기 플라즈마 점화장치는, 전기적으로 접지되고 방전기체를 유입하며 상기 챔버에 설치되는 하우징, 및 상기 하우징의 내부에 설치되어 상기 하우징의 내주면과의 사이에 방전갭을 형성하고 구동전압이 인가되는 전극을 포함할 수 있다.
상기 하우징은, 상기 전극과의 사이에서 방전기체를 공급하고 생성되는 고전압 방전을 공급되는 방전기체로 밀어서 플라즈마를 생성하며 상기 전극의 단부에 대응하는 위치에서부터 공급 방향으로 가면서 점진적으로 좁아지는 공간, 및 상기 공간에 연결되어 밀려지는 상기 플라즈마를 분출하여 상기 아크 제트를 형성하는 제트 형성통로를 포함할 수 있다.
상기 공간은 상기 방전기체로 밀어서 상기 플라즈마를 생성하는 제1거리(L1)의 길이로 형성되고, 상기 제트 형성통로는 상기 공간의 선단에서 상기 공간의 최소 직경을 가지고 제2거리(L2)의 길이로 형성되며, 상기 제2거리(L2)의 길이는 상기 제1거리(L1)의 길이의 0.5 ~ 10(L2=(0.5~10.0)*L1)으로 설정될 수 있다.
상기 제트 형성통로는 상기 제2거리의 길이 범위 전체에서 동일한 직경의 원통으로 형성될 수 있다.
상기 제트 형성통로는 상기 제2거리의 길이 범위 전체에서 가변 직경을 가지도록 상기 공간 측에서 최대 직경으로 형성되고 상기 방전기체가 밀리는 방향으로 가면서 점진적으로 좁아지는 직경으로 형성될 수 있다.
상기 공급 노즐 및 상기 플라즈마 점화장치는 석탄 화력 발전용 보일러 연소실 또는 가스터빈 발전용 보일러 연소실의 점화에 사용될 수 있다.
상기 공간 및 상기 제트 형성통로는 내면에 나선형 그루브(groove)를 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 공급 노즐의 일측에 플라즈마 점화장치를 설치하여 플라즈마 방전으로 형성되는 아크 제트를 연속적으로 공급하므로 파일럿 버너에 신속히 안정적으로 화염을 형성하여 대형 버너의 연소실에서 발생될 수 있는 다양한 운전 조건(예, 연료/공기 혼합 조건 및 열량 공급 조건)에서 연료/공기 혼합물(혼합가스)의 착화, 화염의 형성 및 화염의 유지를 안정적으로 구현할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 플라즈마 점화장치로 플라즈마 방전에 의한 아크 제트를 연속적으로 토출하여 연속적인 고온(400~1500℃)의 착화 조건을 길게(1~9cm) 형성하므로 대형 버너에서 발생될 수 있는 다양한 운전 조건에서 안정적으로 파일럿 버너에 화염을 착화하여, 화염의 형성 및 화염의 유지를 안정적으로 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 대형 버너용 파일럿 버너의 부분 단면도이다.
도 2는 도 1의 점화장치에 적용되는 플라즈마 점화장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 대형 버너용 파일럿 버너에 적용되는 플라즈마 점화장치의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 대형 버너용 파일럿 버너의 부분 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 대형 버너용 파일럿 버너에 적용되는 플라즈마 점화장치의 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 대형 버너용 파일럿 버너의 부분 단면도이다. 도 1을 참조하면, 제1실시예의 대형 버너용 파일럿 버너(1)는 공급 노즐(10) 및 플라즈마 점화장치(20)를 포함한다. 예를 들면, 공급 노즐(10) 및 플라즈마 점화장치(20)는 석탄 화력 발전용 보일러의 연소실 또는 가스터빈 발전용 보일러의 연소실의 점화에 사용된다.
공급 노즐(10)은 수십 MW급 이상의 대형 발전용 보일러 연소실에 연결된 점화용 덕트 버너의 일측 챔버(30)에 설치되어 연료와 공기의 혼합물(혼합가스 포함)를 공급하도록 구성된다.
플라즈마 점화장치(20)는 공급 노즐(10)에 인접하여 버너의 챔버(30)에 설치되고, 공급 노즐(10)의 전방으로 분사되는 연료와 공기의 혼합물(혼합가스 포함)에 플라즈마 방전으로 형성되는 아크 제트를 연속적으로 길게 공급하도록 형성된다.
석탄 화력 발전용 보일러의 연소실인 경우, 연료가 석탄이므로 혼합물은 석탄과 공기의 혼합으로 이루어지고, 가스터빈 발전용 보일러의 연소실인 경우, 연료가 액체 또는 가스이므로 혼합가스는 연료와 공기의 혼합으로 이루어진다. 혼합물과 혼합가스에 대하여 병렬로 기재한다.
따라서 플라즈마 점화장치(20)에서 공급되는 아크 제트(AJ)는 혼합물(혼합가스)를 점화하여, 덕트 버너의 챔버에서 화염(F)을 형성 및 유지시킨다. 예를 들면, 아크 제트(AJ)의 온도는 400~1500℃ 범위로 유지되며, 아크 제트(AJ)의 길이는 1~9cm 범위로 유지된다.
아크 제트(AJ)의 온도가 400℃ 미만인 경우, 챔버(30) 내의 운전 조건 및 혼합물(혼합가스)의 조건 등에 따라 혼합물(혼합가스)의 착화가 실패될 수 있고, 1500℃ 초과인 경우, 플라즈마 점화장치(20) 및 챔버(30)가 열손상될 수 있다.
아크 제트(AJ)의 길이가 1cm 미만인 경우, 아크 제트(AJ)가 혼합물(혼합가스)에 이르지 못하여 착화가 실패될 수 있고, 9cm 초과인 경우, 플라즈마 점화장치(20)에 대한 운전 비용의 증가와 과도한 출력에 따른 구조 손상이 발생될 수 있다.
아크 제트(AJ)의 온도가 400~1500℃이고, 아크 제트(AJ)의 길이가 1~9cm인 경우, 혼합물(혼합가스)의 착화가 안정적으로 이루어져, 챔버(31) 내에서 화염(F)의 형성 및 유지가 안정적으로 구현되며, 기계적인 손상이 방지되고, 경제성이 향상될 수 있다.
도 2는 도 1의 점화장치에 적용되는 플라즈마 점화장치의 단면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 플라즈마 점화장치(20)는 플라즈마 생성부(201) 및 아크 제트 생성부(202)를 포함한다.
플라즈마 생성부(201)는 방전기체를 공급하여 고전압 방전을 생성하고, 공급되는 방전기체에 의하여 밀리면서 플라즈마(P)를 생성하며, 플라즈마(P)를 아크 제트 생성부(202)로 공급한다.
아크 제트 생성부(202)는 플라즈마 생성부(201)에 연결되어 플라즈마 생성부(201)에서 앵커링(anchoring) 되는 아크점 및 이로 인하여 형성되는 고온 조건의 여기 상태 플라즈마(P)의 분출로 아크 제트(AJ)를 형성한다.
분출되는 아크 제트(AJ)는 공급 노즐(10)에서 공급되는 연료/공기의 혼합물(혼합가스)에 공급되어, 혼합물(혼합가스)을 착화하여 화염(F)을 형성하고, 형성된 화염(F)을 챔버(30) 내에 유지시킨다. 즉 아크 제트(AJ)는 화염(F)을 형성하고, 형성된 화염(F)의 유지를 안정적으로 구현한다.
구체적으로 보면, 대형 버너용 파일럿 버너(1)에서 공급 노즐(10)은 공기관(11), 연료관(12) 및 혼합관(13)을 포함한다. 공기관(11)은 챔버(30)에 설치되어 챔버(30)의 내부로 연료 분사를 위한 공기를 공급한다.
경유와 같은 액체 연료일 경우, 연료관(12)은 공기관(11)의 내부에 설치된다. 공급 노즐(10)은 공기관(11)을 통한 연료 분사용 공기와 연료관(12)을 통한 연료를 함께 공급하는 이유체 노즐(air spray nozzle)로 형성되어 챔버(30)의 내부로 연료와 공기의 혼합물(혼합가스)을 공급한다.
대형 버너용 파일럿 버너(1)는 챔버(30)에 연소용 공기를 공급하는 연소 공기통로(31)를 구비한다. 따라서 연소를 위한 공기는 블로워(미도시)를 통하여 챔버(30) 내부의 혼합물(혼합가스)로 공급된다.
혼합관(13)은 공기관(11)의 전방에 확장 형성되므로 분사용으로 공급되는 공기에 의하여 분사되는 공기와 연료를 공기관(11)보다 넓은 영역에서 혼합하며, 혼합물(혼합가스)을 챔버(30)의 내부로 공급한다.
플라즈마 점화장치(20)는 내부에서 생성되어 분출되는 아크 제트(AJ)를 혼합관(13)의 전방으로 분사하도록 챔버(30)에 설치된다. 아크 제트(AJ)의 분사 방향은 혼합가스의 분사 방향에 설정된 각도(θ)로 교차하도록 경사지게 형성된다. 따라서 분사되는 아크 제트(AJ)는 분사되는 연료와 공기의 혼합물(혼합가스)과 접하면서 효과적으로 착화될 수 있다.
그리고 아크 제트(AJ)는 혼합관(13)의 선단에서 설정된 거리(L)만큼 이격된 위치에 분사된다. 아크 제트(AJ)는 혼합관(13)의 전방에서 연료와 공기가 충분히 혼합된 상태의 혼합물(혼합가스)에 분사되어, 혼합물(혼합가스)의 착화를 구현한다.
플라즈마 점화장치(20)는 전기적으로 접지되고 방전기체를 유입하는 하우징(21), 및 하우징(21)의 내주면과의 사이에 방전갭(G)을 형성하고 구동전압(HV)이 인가되는 전극(22)을 포함한다.
하우징(21)은 전극(22)의 단부에 대응하는 위치에서부터 점진적으로 좁아지는 공간(211), 및 제트 형성통로(212)를 포함한다. 또한, 하우징(21)은 공간(211)에 연결되는 통로(213)를 형성하도록 길게 형성되어 챔버(30)에 설치되며, 통로(213)는 방전갭(G) 및 공간(211)에 방전기체를 안정적으로 공급할 수 있게 한다.
전극(22)은 절연부재(23)를 개재하여 하우징(21) 내부의 통로(213)에 설치되며, 절연부재(23)는 공급되는 공기의 유통을 위한 공급 통로(231)를 구비하며, 고온 환경에 견디는 내화재로 형성될 수 있게 한다.
하우징(21)의 공간(211)은 전극(22)과의 사이, 즉 방전갭(G)에 방전기체를 공급하고, 방전갭(G)에서 생성되는 고전압 방전을 공급되는 방전기체로 밀어서 플라즈마(P)를 생성할 수 있게 한다. 제트 형성통로(212)는 공간(211)에 연결되어 밀려지는 플라즈마(P)의 분출로 인하여 아크 제트(AJ)를 형성할 수 있게 한다.
공간(211)은 점진적으로 좁아지면서 방전기체로 밀어서 플라즈마(P)를 생성하도록 제1거리(L1)의 길이로 형성된다. 즉 방전갭(G)에서 방전기체가 고전압에 의하여 방전되고, 공급되는 방전기체에 의하여 플라즈마(P)를 형성하여 제1거리(L1)의 길이만큼 밀리면서 플라즈마(P)가 제트 형성통로(212)로 공급된다.
제트 형성통로(212)는 공간(211)의 선단에서 공간(211)의 최소 직경을 가지고 제2거리(L2)의 길이로 형성된다. 제2거리(L2)의 길이는 제1거리(L1)의 길이의 0.5 ~ 10(L2=(0.5~10.0)*L1)으로 설정될 수 있다.
이때, 제2거리(L2)의 길이가 짧아서 설정된 길이 미만 값을 가질 경우, 아크점이 제2거리(L2)의 길이 공간 이후로 밀려나오면서 아크점이 플라즈마 점화장치(20)의 외부로 발생하여 안정적인 아크 제트(AJ)가 형성될 수 없는 조건이 된다.
또한, 제2거리(L2)의 길이가 길어서 상기 설정된 길이 초과 값을 가질 경우, 생성되는 아크 제트(AJ)가 토출되지 않거나, 착화가 어려운 1cm 이하의 길이로 토출된다.
제트 형성통로(212)는 제2거리(L2)의 길이 범위 전체에서 동일한 직경의 원통으로 형성된다. 적어도 제2거리(L2)의 길이는 제트 형성통로(212)의 직경(φ)보다 크다. 따라서 제트 형성통로(212)를 통하여 플라즈마(P)가 토출되면서 아크 제트(AJ)를 형성한다. 즉 아크 제트(AJ)가 토출된다.
방전기체가 공급될 때, 공간(211)이 수축되는 구조를 이루므로 생성된 플라즈마(P)가 제트 형성통로(212)의 입구 내지 공간(211) 내에서 변동 없이 지속적으로(steady) 형성될 수 있다.
플라즈마(P)가 지속적으로 형성되므로 급속한 열전달에 의하여 공급되는 구동전압(HV)의 조건에 따라 400~1500℃의 온도를 가지는 아크 제트(AJ)가 연속적으로 토출될 수 있다.
연속적으로 토출되는 아크 제트(AJ)는 혼합관(13)의 전방에 공급되는 연료와 공기의 혼합물(혼합가스)에 분사되어, 혼합물(혼합가스)의 착화를 안정적으로 발생시킨다. 혼합물(혼합가스)은 화염(F)을 형성하여 유지한다.
플라즈마 점화장치(20)는 플라즈마 방전으로 형성되는 아크 제트(AJ)를 연속적으로 공급하므로 챔버(30) 내의 다양한 운전 조건에서 혼합물(혼합가스)의 착화로 화염의 형성 및 화염의 유지를 안정적으로 구현할 수 있다.
예를 들면, 운전 조건은 파일럿 버너의 운전을 위한 공기와 연료의 혼합비 및 대형 버너에서 공급할 열량 공급 조건 등을 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 대형 버너용 파일럿 버너에 적용되는 플라즈마 점화장치의 단면도이다. 도 3을 참조하면, 제2실시예의 대형 버너용 파일럿 버너에서, 플라즈마 점화장치(220)의 제트 형성통로(312)는 방전기체가 밀리는 방향으로 가면서 점진적으로 좁아지는 직경으로 형성된다.
즉 제트 형성통로(312)는 제2거리(L22)의 길이 범위 전체에서 가변 직경을 가지며, 공간(211) 측에서 제1직경(φ1)으로 형성되고 끝에서 제2직경(φ2)으로 형성된다. 즉 제트 형성통로(312)의 제1직경(φ1)보다 보다 제2직경(φ2)이 작다. 따라서 제트 형성통로(312)를 통하여 플라즈마(P)가 토출되면서 아크 제트(AJ)를 형성한다.
아크 제트(AJ)는 제트 형성통로(312)의 단부에서 최소 직경을 형성하여 토출되면서, 제1직경(φ1)과 직경(φ)이 동일할 때, 제1실시예의 제트 형성통로(212)에 비하여, 혼합관(13)의 전방에 공급되는 혼합물(혼합가스)에 더 깊이 분사되어, 혼합물(혼합가스)을 더 효과적으로 착화시킬 수 있다.
플라즈마 점화장치(220)는 혼합물(혼합가스)의 표면 및 깊은 부분에서도 착화시키므로 화염(F)의 형성 및 화염의 유지를 더욱 안정적으로 구현할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 대형 버너용 파일럿 버너의 부분 단면도이다. 도 4를 참조하면, 제3실시예의 대형 버너용 파일럿 버너(4)에서 공급 노즐(410)은 연료만 분사 공급하는 일유체 노즐(airless spray nozzle)로 형성되어 챔버(30)의 내부로 연료를 공급한다.
즉 공급 노즐(410)은 연료관(412) 및 확장관(413)을 포함한다. 경유와 같은 액체 연료일 경우, 공급 노즐(410)은 연료관(412)을 통하여 연료를 공급하고, 확장관(413)을 통하여 분사되는 연료를 연료관(412)보다 넓은 영역에서 확산하여 챔버(30) 내부로 공급한다.
대형 버너용 파일럿 버너(4)는 챔버(30)에 연소용 공기를 공급하는 연소 공기통로(31)를 구비한다. 따라서 연소를 위한 공기는 블로워(미도시)를 통하여 챔버(30)의 내부의 혼합물(혼합가스)로 공급된다.
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 대형 버너용 파일럿 버너에 적용되는 플라즈마 점화장치의 단면도이다. 도 5를 참조하면, 제4실시예의 대형 버너용 파일럿 버너에서, 플라즈마 점화장치(520)의 공간(511) 및 제트 형성통로(512)는 내면에 나선형 그루브(groove)를 구비한다.
제트 형성통로(512)의 그루브는 토출되는 아크 제트(AJ)의 유동을 회전시키며, 이를 통해서 아크점을 이동시킬 수 있다. 즉 아크 제트 생성부(502)와 플라즈마 생성부(501)에 연결 형성되는 제트 형성통로(512)의 그루브는 플라즈마 생성부(501)에서 앵커링(anchoring) 되는 아크점을 아크 제트 생성부(502)로 이동시키고, 이로 인하여, 형성되는 고온 조건의 여기 상태 플라즈마(P)의 분출로 회전하는 아크 제트(AJ)를 형성한다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 청구범위와 발명의 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
1, 4: 파일럿 버너 10, 410: 공급 노즐
11: 공기관 12, 412: 연료관
13: 혼합관 20, 220, 520: 플라즈마 점화장치
21: 하우징 22: 전극
30: 챔버 31: 연소 공기통로
201, 501: 플라즈마 생성부 202, 502: 아크 제트 생성부
211, 511: 공간 212, 312: 제트 형성통로
213: 통로 413: 확장관
512: 제트 형성통로 AJ: 아크 제트
F: 화염 G: 방전갭
HV: 구동전압 L: 거리
L1: 제1거리 L2, L22: 제2거리
P: 플라즈마 θ: 각도
φ: 직경 φ1, φ2: 제1, 제2직경

Claims (16)

  1. 덕트 버너의 일측에 설치되어 연료를 공급하는 공급 노즐; 및
    상기 공급 노즐에 인접하여 상기 버너의 챔버에 설치되고 상기 공급 노즐의 전방으로 분사되는 연료와 공급되는 연소용 공기의 혼합물에 플라즈마 방전으로 형성되는 아크 제트를 연속적으로 공급하여 상기 혼합물을 점화하여 화염을 형성 및 유지시키는 플라즈마 점화장치
    를 포함하며,
    상기 플라즈마 점화장치는
    전기적으로 접지되고 방전기체를 유입하며 상기 챔버에 설치되는 하우징, 및
    상기 하우징의 내부에 설치되어 상기 하우징의 내주면과의 사이에 방전갭을 형성하고 구동전압이 인가되는 전극
    을 포함하며,
    상기 전극은
    절연부재를 개재하여 상기 하우징 내부의 통로에 설치되며,
    상기 절연부재는
    내화재로 형성되어 공급되는 방전기체를 유통시키는 공급 통로를 구비하고,
    상기 통로 및 상기 공급 통로는
    상기 하우징과 상기 전극 사이에서 방전기체를 공급하고 생성되는 고전압 방전을 방전기체로 밀어서 플라즈마를 생성케 하는 대형 버너용 파일럿 버너.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 아크 제트의 온도는
    400~1500℃ 범위로 유지되는 대형 버너용 파일럿 버너.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 아크 제트의 길이는
    1~9cm 범위로 유지되는 대형 버너용 파일럿 버너.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 점화장치는
    방전기체를 공급하고 생성되는 고전압 방전을 공급되는 방전기체로 밀어서 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부, 및
    상기 플라즈마 생성부에 연결되어 상기 플라즈마 생성부에서 밀려나는 상기 플라즈마를 분출시켜 상기 아크 제트를 형성하는 아크 제트 생성부
    를 포함하는 대형 버너용 파일럿 버너.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 공급 노즐은
    상기 챔버에 설치되어 연료를 공급하는 일유체 노즐, 및
    브로어로 공급되는 연소 공기를 상기 일유체 노즐의 외주로 공급하는 연소 공기통로
    를 포함하는 대형 버너용 파일럿 버너.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 공급 노즐은
    상기 챔버에 설치되어 내부의 연료관으로 연료를 공급하고 상기 연료관의 외부에 구비되는 공기관으로 연료 분사용 공기를 공급하는 이유체 노즐, 및
    브로어로 공급되는 연소 공기를 상기 이유체 노즐의 외주로 공급하는 연소 공기통로
    를 포함하는 대형 버너용 파일럿 버너.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 플라즈마 점화장치는
    상기 공급 노즐의 전방에 상기 아크 제트를 분사하도록 상기 챔버에 설치되는 대형 버너용 파일럿 버너.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 아크 제트의 분사 방향은
    상기 혼합물의 분사 방향에 설정된 각도(θ)로 경사지게 교차하는 대형 버너용 파일럿 버너.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 아크 제트는
    상기 공급 노즐의 선단에서 설정된 거리(L)만큼 이격된 위치에 분사되는 대형 버너용 파일럿 버너.
  10. 삭제
  11. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 하우징은
    상기 전극과의 사이에서 방전기체를 공급하고 생성되는 고전압 방전을 공급되는 방전기체로 밀어서 플라즈마를 생성하며 상기 전극의 단부에 대응하는 위치에서부터 공급 방향으로 가면서 점진적으로 좁아지는 공간, 및
    상기 공간에 연결되어 밀려지는 상기 플라즈마를 분출하여 상기 아크 제트를 형성하는 제트 형성통로
    를 포함하는 대형 버너용 파일럿 버너.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 공간은
    상기 방전기체로 밀어서 상기 플라즈마를 생성하는 제1거리(L1)의 길이로 형성되고,
    상기 제트 형성통로는
    상기 공간의 선단에서 상기 공간의 최소 직경을 가지고 제2거리(L2)의 길이로 형성되며,
    상기 제2거리(L2)의 길이는
    상기 제1거리(L1)의 길이의 0.5 ~ 10(L2=(0.5~10.0)*L1)으로 설정되는 대형 버너용 파일럿 버너.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제트 형성통로는
    상기 제2거리의 길이 범위 전체에서 동일한 직경의 원통으로 형성되는 대형 버너용 파일럿 버너.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제트 형성통로는
    상기 제2거리의 길이 범위 전체에서 가변 직경을 가지도록 상기 공간 측에서 최대 직경으로 형성되고 상기 방전기체가 밀리는 방향으로 가면서 점진적으로 좁아지는 직경으로 형성되는 대형 버너용 파일럿 버너.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 공급 노즐 및 상기 플라즈마 점화장치는
    석탄 화력 발전용 보일러 연소실 또는 가스터빈 발전용 보일러 연소실의 점화에 사용되는
    대형 버너용 파일럿 버너.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 공간 및 상기 제트 형성통로는
    내면에 나선형 그루브(groove)를 구비하는 대형 버너용 파일럿 버너.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101764860B1 (ko) * 2016-03-16 2017-08-04 한국기계연구원 고압로용 점화장치

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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KR101453861B1 (ko) * 2013-03-22 2014-10-22 한국기계연구원 플라즈마 버너

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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