KR102258033B1 - 버너로 투입되는 공기로 구동되는 터보차저에 의한 고온의 배가스 재순환을 통하여 화염 안정과 연료예열이 가능한 연소장치 - Google Patents

버너로 투입되는 공기로 구동되는 터보차저에 의한 고온의 배가스 재순환을 통하여 화염 안정과 연료예열이 가능한 연소장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 터보차저를 이용하여 연소로 내부에서 발생하는 배가스의 재순환이 가능한 연소장치에 관한 것으로, 연소로; 및 선단부가 상기 연소로에 연결되는 버너;를 포함하며, 상기 버너는, 중앙에 위치하는 주 공기 공급관; 상기 주 공기 공급관을 둘러싸는 연료 공급관; 상기 연료 공급관을 둘러싸는 배가스 공급관; 상기 주 공기 공급관과 연통되는 공기 투입관; 상기 배가스 공급관과 상기 연소로 내부가 연통되도록 하는 배가스 재순환관; 및 상기 공기 투입관에 위치하는 휠과, 상기 배가스 재순환관에 위치하며 상기 공기 투입관에 위치하는 휠과 연동하여 회전하는 휠을 구비하는 터보차저를 포함하는 연소장치를 제공한다.

Description

버너로 투입되는 공기로 구동되는 터보차저에 의한 고온의 배가스 재순환을 통하여 화염 안정과 연료예열이 가능한 연소장치{A Combustor capable of flame stabilization and fuel preheating through recirculating high-temperature exhaust gas by turbocharger driven by air to burner}
본 발명은 연소장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 터보차저를 이용하여 연소로 내부에서 발생하는 배가스의 재순환이 가능한 연소장치에 관한 것이다.
화석연료를 연소시켜서 에너지를 얻는 대표적인 설비로서 화력발전소가 있다.
화석연료를 연소할 때는 연소를 위해 공기를 산화제로 이용하는데, 이때, 공기 중의 질소와 산소가 고온의 화염대에서 반응을 하여 유해한 질소산화물이 발생한다.
최근 정부의 환경 정책으로 인해 화력 발전소의 환경 규제가 엄격해지고 있으며, 특히, 미세먼지와 관련된 질소산화물과 황산화물 저감에 대한 국민적, 국가적 관심이 높아지고 있다.
이와 같이 2차 미세먼지의 전구 물질에 해당하는 질소산화물을 저감하는 기술 개발이 필요하다.
기존에는 이러한 질소산화물을 저감하기 위하여 화력발전소에는 촉매를 이용한 탈질설비가 설치된다.
화력발전소의 탈질설비는 초기설치비용이 상당히 크며 운전비용과 교체비용 등이 적지 않게 투입되어야 한다.
화석연료의 연소 시에 발생하는 질소산화물의 양을 탈질설비나 장치에 의한 처리 전에 연소장치 내에서 저감시킬 수 있다면 설치비용과 운전비용을 줄일 수 있다고 할 것이다.
배가스에 포함된 질소산화물은, 연료에 들어있는 질소성분이 산화되어 발생되는 질소산화물(Fuel NOx), 공기 중의 질소가 고온의 연소온도에 의해 산화되어 발생하는 질소산화물(Thermal NOx), 그리고 탄화수소계 연소시에 발생하는 질소산화물(Prompt NOx) 등으로 구분할 수 있다.
가스 및 액체 연료, 예를 들면 탄화수소계 연료에는 질소가 거의 포함되지 않으므로, 이러한 연소 시스템에서는 대부분의 질소산화물이 공기에서 기인한다.
반면, 석탄 등의 고체연료의 경우에는 질소가 포함되어 있어, 공기에 포함된 질소의 고온반응에 기인한 질소산화물이 30%, 연료에 기인한 질소산화물이 70% 가량을 차지한다.
공기에서 기인하는 질소산화물을 줄이기 위하여는 연소로 내의 연소온도를 낮추어야 하고, 연료에서 기인하는 질소산화물을 줄이기 위하여는 연소로 내의 산소농도를 낮추어야 한다.
즉, 질소산화물을 줄이기 위한 최선의 방법은 연소실 내부의 연소온도를 낮추거나 산소의 농도를 줄이는 것이다.
이를 구현하는 방법에는 지연연소를 통한 연소반응 분산, 배가스 재순환 등이 연구되고 있으며, 최근에 가장 많이 쓰이는 방법 중 하나인 배가스 재순환법은 연소로에서 배출되는 배가스를 공기 공급관으로 재유입시켜 질소산화물의 발생을 억제하는 방법이다.
그러나, 상기와 같은 배가스 재순환 방법은, 배가스 재순환시 온도가 저하된 배가스에 의해 연소실 내부가 필요 이상으로 냉각됨으로써, 연소화염의 불안정 및 연소효율의 저하를 야기한다.
또한, 고체연료 연소시 많은 유량의 배가스를 재순환시키는 경우, 고체연료에 포함된 회분에 의해 재순환 팬의 기능이상이 발생할 수 있다.
KR 10-1512352 B1 KR 10-1799227 B1 KR 10-2011-0026333 A
본 발명은 상기한 종래의 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 연소로로 투입되는 공기의 운동량을 이용한 터보차저를 사용하여 연소장치 내부에서 배가스를 효과적으로 재순환시켜 연소로 내의 산소 농도 및 연소 온도를 낮추고 화염 안정성을 확보하여 질소산화물을 저감할 수 있는 연소장치를 제공하고자 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 연소로; 및 선단부가 상기 연소로에 연결되는 버너;를 포함하며,
상기 버너는, 중앙에 위치하는 주 공기 공급관; 상기 주 공기 공급관을 둘러싸는 연료 공급관; 상기 연료 공급관을 둘러싸는 배가스 공급관; 상기 주 공기 공급관과 연통되는 공기 투입관; 상기 배가스 공급관과 상기 연소로 내부가 연통되도록 하는 배가스 재순환관; 및 상기 공기 투입관에 위치하는 휠과, 상기 배가스 재순환관에 위치하며 상기 공기 투입관에 위치하는 휠과 연동하여 회전하는 휠을 구비하는 터보차저를 포함하는 연소장치를 제공한다.
상기 터보차저는, 상기 공기 투입관 내부에 위치하며, 그 중심으로부터 다수의 터빈 블레이드가 방사상으로 위치하는 터빈 휠; 상기 배가스 재순환관 내부에 위치하며, 그 중심으로부터 다수의 임펠러 블레이드가 방사상으로 위치하는 컴프레서 휠; 및 상기 터빈 휠과 상기 컴프레서 휠을 연결하는 샤프트;를 포함하며, 상기 터빈 휠의 회전에 따라 상기 컴프레서 휠이 연동하여 회전하는 것이 바람직하다.
상기 공기 투입관으로 투입되는 공기에 의해 상기 터빈 휠이 회전하며, 상기 컴프레서 휠이 상기 터빈 휠의 회전에 연동하여 회전함으로써, 상기 연소로 내부의 배가스가 상기 배가스 재순환관을 통하여 흡입되어 상기 배가스 공급관을 통하여 상기 연소로로 재공급되는 것이 바람직하다.
상기 연소로로 재공급되는 배가스에 의하여 상기 연소로 내 산소 농도가 저하되는 것이 바람직하다.
상기 배가스 공급관을 둘러싸는 보조 공기 공급관을 더 포함하며, 상기 공기 투입관은 상기 보조 공기 공급관과도 연통되는 것이 바람직하다.
상기 배가스 재순환관은, 상기 연소로와 상기 터보차저 사이에 위치하는 배가스 흡기관 및 상기 터보차저와 상기 배가스 공급관 사이에 위치하는 배가스 배기관을 포함하며, 상기 배가스 배기관은 상기 보조 공기 공급관을 관통하여 상기 배가스 공급관과 연통되는 것이 바람직하다.
상기 보조 공기 공급관을 통하여 상기 연소로로 공급되는 보조 공기가 상기 배가스 배기관을 지나는 배가스에 의해 예열되어 상기 연소로로 공급되고, 상기 연료 공급관을 통하여 상기 연소로로 공급되는 공기는 상기 배가스 공급관으로 지나는 배가스에 의해 예열되어 상기 연소로로 공급되는 것이 바람직하다.
상기 배가스 흡기관은 상기 버너의 중심으로부터 최외곽에 위치하는 것이 바람직하다.
상기 연소로 내부에서 배가스 흡기관으로 유입되는 배가스와, 상기 버너의 중심측으로부터 상기 연소로 내부로 공급되는 연료 및 공기로 인해 상기 연소로 내부에서의 배가스 순환 유동 영역이 생성되는 것이 바람직하다.
상기 배가스 재순환관 내에 위치하는 필터를 더 포함하며, 상기 연료 공급관으로 공급되는 연료는 고체 연료인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 연소장치에 의하면, 연소로로 투입되는 공기의 운동량만을 이용하여, 연소로 내의 고온 배가스를 버너 측으로 유입시켜 연소로 내부로 다시 공급함으로써 연소실 내 산소농도를 낮추어 연료에 기인한 질소산화물 발생을 저감할 수 있다.
연소로 내부에서 배가스 순환 유동 영역을 형성하여 연소온도를 낮춤으로써 공기에 기인한 질소산화물 발생을 저감할 수 있다.
또한, 재순환 하는 고온의 배가스를 이용하여 연료 및 공기를 예열하여 연소로 내부로 공급하여 연소가 이루어지도록 함으로써, 연소 화염 안정화의 효과를 갖는다.
그리고, 배가스에 포함된 회분을 여과하여 재순환 하도록 함으로써, 연료에 포함된 회분으로 인한 연소장치의 고장 등을 방지한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 연소장치의 개략도이다.
도 2는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연소장치의 버너부분의 사시도이다.
도 3은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연소장치의 버너부분을 위에서 본 도면이다.
도 4는, 터보차저의 측면도이다.
도 5는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연소장치의 개략도이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 연소장치의 개략도로서, 유체연료를 사용한 연소과정 및 작용을 나타낸다.
도 7은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연소장치의 개략도로서, 고체연료를 사용한 연소과정 및 작용을 나타낸다.
본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 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 기술되어야 할 것이다.
또한, 기술되는 실시예는 발명의 설명을 위해 예시적으로 제공되는 것이며, 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다.
본 발명에 따른 연소장치를 이루는 각 구성요소들은 필요에 따라 일체형으로 사용되거나 각각 분리되어 사용될 수 있다. 또한, 사용 형태에 따라 일부 구성요소를 생략하여 사용이 가능하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연소장치를 상세히 설명한다
<연소장치의 구성>
이하, 첨부된 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 각 실시예에 따른 연소장치의 각 구성을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연소장치를 개략적으로 나타내고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연소장치의 버너부분의 사시도이며, 도 3은, 연소장치의 버너부분을 위에서 본 도면이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연소장치는, 연소로(100) 및 터보차저(300)가 설치되는 버너(200)를 포함한다.
연소로(100)는 연료와 공기가 공급되어 연소가 일어나는 구성으로서, 그 내부로 공급되는 연료와 공기의 연소가 일어나기 위한 공간이 마련된다.
따라서, 연소로(100)는 연소에 의한 고압 및 고온을 견딜 수 있는 재질로 구성되는 것이 바람직하다.
연소로(100)의 형상은 한정되지는 않으나, 대략 중공의 원통형 또는 사각통 형상으로 구성될 수 있다.
버너(200)는 그 선단부(도 1에서 보아 상측)가 연소로(100)에 연결되도록 배치된다.
버너(200)는 연소로(100)에서의 연소를 위한 연료 및 공기를 공급하는 구성으로서, 본 발명의 실시예에서는 연소로(100) 내부에서의 연소에 의해 발생하는 배가스를 연소로(100) 내부로 재순환시키기 위한 구성이 추가로 구비된다.
도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이, 버너(200)는 주 공기 공급관(210), 연료 공급관(220), 배가스 공급관(230), 보조 공기 공급관(240), 공기 투입관(250), 및 배가스 재순환관(260)을 포함한다.
주 공기 공급관(210)은 버너(200)의 중앙부분에 위치한다.
주 공기 공급관(210)의 후단(도 1에서 보아 하측)으로부터 공기가 투입되며, 투입되는 공기는 주 공기 공급관(210)을 통하여 그 선단부에 연결된 연소로(100)로 공급된다.
주 공기 공급관(210)을 통하여 공급되는 공기는 연소로(100) 내부에서 일어나는 연소를 위한 산화제로서 기능한다.
연료 공급관(220)은 상기 주 공기 공급관(210)을 둘러싸는 관 형태를 이루고, 연료 공급관(220)의 내부에 주 공기 공급관(210)이 위치한다.
도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 연료 공급관(220)의 직경은 주 공기 공급관(210)보다 크고, 연료 공급관(220)의 내주면과 주 공기 공급관(210)의 외주면 사이가 소정간격 이격되도록 배치된다.
연료 공급관(220)의 후단으로부터 연료가 투입되고, 투입된 연료는 연료 공급관(220)을 통하여 연소로(100) 내부로 공급된다.
연료 공급관(220) 및 주 공기 공급관(210)을 통하여 각각 연소로(100) 내부로 공급된 연료 및 공기가 연소된다.
연료 공급관(220)을 통하여 공급되는 연료는 한정되지 않으며, 기체연료와 액체연료를 포함하는 유체연료 및 고체 연료가 연료 공급관(220)을 통하여 연소로(100) 내부로 공급될 수 있다.
다만, 고체연료의 공급시에는, 고체연료가 연소되기 용이하도록 분말 형태로 하고, 분말 형태의 고체연료를 연료 공급관(220) 후단에서 공기와 혼합하여 투입한다.
배가스 공급관(230)은 연료 공급관(220)을 둘러싸는 관 형태를 이루고, 연료 공급관(220)의 내부에 연료 공급관(220)이 위치한다.
도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 배가스 공급관(230)의 직경은 연료 공급관(220)보다 크고, 배가스 공급관(230)의 내주면과 연료 공급관(220)의 외주면 사이가 소정간격 이격되도록 배치된다.
배가스 공급관(230)은 후술할 배가스 재순환관(260)과 연결되어, 연소로(100) 내부로부터 배가스 재순환관(260)을 통하여 유입되는 배가스가 배가스 공급관(230)을 통하여 연소로(100)로 다시 공급되어 재연소 된다.
보조 공기 공급관(240)은 상기 배가스 공급관(230)을 둘러싸는 관 형태를 이루고, 보조 공기 공급관(240)의 내부에 배가스 공급관(230)이 위치한다.
도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 보조 공기 공급관(240)의 직경은 배가스 공급관(230)보다 크고, 보조 공기 공급관(240)의 내주면과 배가스 공급관(230)의 외주면 사이가 소정간격 이격되도록 배치된다.
즉, 도 3에 나타낸 바와 같이, 주 공기 공급관(210), 연료 공급관(220), 배가스 공급관(230) 및 보조 공기 공급관(240)은, 버너(200)의 중심에서 외측을 향하여 동심을 이루며 순차로 배치된다.
공기 투입관(250)은 버너(200) 후단에서, 주 공기 공급관(210) 및 보조 공기 공급관(240)의 후단에 연결된다.
공기 투입관(250)을 통하여 투입되는 공기가 주 공기 공급관(210) 및 보조 공기 공급관(240)을 통하여 연소로(100)로 공급되고, 공기 투입관(250) 및 연료 공급관(220)을 통하여 공기와 연료가 각각 연소로(100) 내부로 공급되어 연소가 이루어진다.
배가스 재순환관(260)은 연소로(100)와 배가스 공급관(230) 사이에 위치한다.
배가스 재순환관(260)의 일단은 연소로(100) 내부와 연결되고, 타단은 배가스 공급관(230)과 연결된다.
배가스 재순환관(260)에 의해 연소로(100) 내부와 배가스 공급관(230)이 연통된다.
구체적으로, 배가스 재순환관(260)은, 배가스 흡기관(261) 및 배가스 배기관(262)으로 구성된다.
배가스 흡기관(261)은 배가스 재순환관(260)이 연소로(100)에 연결되는 일측 부분으로서, 연소로(100) 내부에서 발생하는 배가스가 배가스 흡기관(261)으로 유입된다.
그리고, 배가스 흡기관(261)은 상기 보조 공기 공급관(240)보다 외측에 위치한다. 다시 말해, 버너(200)의 최외곽에서 상기 보조 공급관과 소정거리 이격되어 위치한다.
이로써, 버너(200)의 중심측에서는 연소로(100) 중앙 내부를 향하여 연료 및 공기가 공급되는 흐름이 형성되고, 버너(200)의 외곽으로는 연소로(100)의 외곽으로부터 배가스가 버너(200) 측으로 유입되는 흐름이 발생하게 된다.
배가스 배기관(262)은 배가스 공급관(230)에 연결되는 타측 부분으로서, 배가스 흡기관(261)을 통하여 흡입된 배가스가 배가스 배기관(262)을 통하여 배출됨으로써 배가스 공급관(230)으로 유입된다.
또한, 도 1에 나타낸 바와 같이, 배가스 재순환관(260)의 타측이 보조 공기 공급관(240)을 관통하여 위치한다.
이로써, 연소로(100) 내 고온의 배가스가 배가스 재순환관(260)을 지나고, 배가스 재순환관(260)이 관통하는 보조 공기 공급관(240)으로 유동하는 보조 공기가 배가스 재순환관(260)을 지나는 고온의 배가스에 의해 예열된다.
또한, 배가스 재순환관(260)을 지나 배가스 공급관(230)으로 공급되는 고온의 배가스에 의해. 배가스 공급관(230) 내부에 위치한 연료 공급관(220)으로 공급되는 연료의 예열도 이루어진다.
터보차저(300)는 연소로(100) 내부에서 발생하는 배가스를 배가스 재순환관(260)으로 유입시켜 배가스 공급관(230)으로 공급하기 위한 구성이다.
도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 터보차저(300)는 공기 투입관(250)과 배가스 재순환관(260) 내부에 걸쳐 위치한다(파선 사각형 부분).
터보차저(300)가 버너(200)에 구비됨에 따라 공기 투입관(250)으로 투입되어 유동하는 공기의 운동량을 이용하여, 연소로(100) 내 배가스를 재순환시킬 수 있다.
터보차저(300)는 2개의 휠과, 2개의 휠 사이를 축으로 연결하여 2개의 휠이 연동하여 회전 가능하도록 구성된다.
도 4를 더 참조하여 터보차저(300)의 구성을 보다 구체적으로 설명한다. 도 4는, 터보차저의 측면도이다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 터보차저(300)는 터빈 휠(310), 컴프레서 휠(320) 및 샤프트(330)를 포함한다.
터빈 휠(310)은 공기 투입관(250)과, 각 공기 공급관(210, 240)이 연통되는 부분의 내부에 위치한다. 터빈 휠(310)은 휠 본체(311) 중심으로부터 방사상으로 배치되는 다수의 터빈 블레이드(312)를 포함한다.
터빈 휠(310)은 그 외주연 측으로부터 유입되는 유체의 운동량에 의해 회전하게 되고, 외주연 측으로 유입되는 유체는 터빈 블레이드(312)에 의해 터빈 휠(310)의 중심부를 지나며 유동하게 된다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에서 터빈 휠(310)의 외주연 측은 공기 투입관(250) 측이 되고, 중심 측은 버너(200)의 중심 측으로서, 보조 공기 공급관(240)과 주 공기 공급관(210) 측이 된다.
컴프레서 휠(330)은 배가스 재순환관(260) 내부에 위치한다. 구체적으로 배가스 흡기관(261)과 배가스 배기관(262) 사이에 위치한다.
컴프레서 휠(320)은 휠 본체(321) 중심으로부터 방사상으로 배치되는 다수의 임펠러 블레이드(322)를 포함한다.
컴프레서 휠(320)은 그 회전에 의해 그 중심 측으로 유체가 흡입되고, 중심 측으로 유입되는 유체는 임펠러 블레이드(322)에 의해 컴프레서(320) 휠의 외주연 측으로 유동하게 된다.
즉, 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에서 컴프레서 휠(320)의 중심측은 배가스 재순환관(260)의 배가스 흡기관(261) 측이 되고, 외주연 측은 배가스 배기관(262) 측이 된다.
샤프트(330)는 상기 터빈 휠(310)과 컴프레서 휠(320)의 사이에서 각 휠의 중심을 연결 고정하는 축의 기능을 하는 구성이다. 이로써, 터빈 휠(310)의 회전에 의해 컴프레서 휠(320)이 연동하여 회전하게 된다.
즉, 공기 투입관(250)으로 투입되는 공기가 터빈 휠(310)의 외주연으로 유입되고, 유입되는 공기의 운동량에 의해 터빈 휠(310)의 회전이 이루어지며, 공기는 터빈 휠(310)의 중심 측을 지나고 주 공기 공급관(210)과 보조 공기 공급관(240)으로 분기되어 연소로(100) 내부로 공급된다.
한편, 상기와 같이 터빈 휠(310)이 회전함에 따라, 터빈 휠(310)과 샤프트(330)로 연결된 컴프레서 휠(320)이 연동하여 회전하게 된다.
컴프레서 휠(320)의 회전에 의해 배가스 흡기관(261)을 통하여 연소실 내 배가스가 컴프레서 휠(320)의 중심 측으로 흡입되고, 흡입된 공기는 컴프레서 휠(320)의 외주연을 지나 배가스 배기관(262) 및 이와 연통된 배가스 공급관(230)을 통하여 연소로(100) 내부로 재공급된다.
그리고, 도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연소장치는, 상기 일 실시예의 구성에, 배가스 재순환관(260) 내부에 위치하는 필터(270)를 추가로 더 포함한다.
구체적으로, 필터(270)는 배가스 흡기관(261) 내부에 위치하여, 배가스 흡기관(261)으로 유입되는 배가스에 포함된 회분과 같은 입자성 물질을 여과하며, 이는 회분이 많이 포함된 고체연료의 연소에 있어서 특히 유효하다.
<연소장치의 연소과정 및 작용의 설명>
이하, 도 6 및 도 7을 더 참조하여, 본 발명의 각 실시예에 따른 연소장치에 의한 연소과정 및 그 작용을 상세히 설명한다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 연소장치의 개략도로서, 유체연료를 사용한 연소과정 및 작용을 나타내며, 도 7은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연소장치의 개략도로서, 고체연료를 사용한 연소과정 및 작용을 나타낸다.
먼저, 도 6에 나타낸 바와 같이, 연료 공급관(220)을 통하여 연소로(100) 내부로 액체 연료가 공급되며, 도 7에 나타낸 바와 같이, 고체연료가 사용되는 경우에는 고체연료에 공기를 혼합하여 연료 공급관(220)을 통하여 연소로(100) 내부로 공급한다.
공기 투입관(250)으로는 공기가 투입된다. 공기 투입관(250)으로 투입되는 공기는 터보차저(300)를 지나면서 터보차저(300)의 터빈 휠(310)을 회전시키면서 주 공기 공급관(210) 및 보조 공기 공급관(240)을 지나 연소로(100) 내부로 공급된다.
연소로(100) 내부로 공급된 연료 및 공기는 연소로(100) 내에서 연소가 이루어지며, 이에 따라 고온의 배가스가 발생하게 된다.
한편, 상기와 같이 터빈 휠(310)의 회전에 의해, 터빈 휠(310)과 샤프트(330)로 연결된 컴프레서 휠(320)이 회전하면서 배가스 재순환관(260) 내부에 음압이 발생하고, 이에 따라, 연소로(100) 내의 고온의 배가스 중 일부는 배가스 흡기관(261)으로 유입된다.
고체연료를 사용하는 경우, 배가스 흡기관(261)을 통하여 유입되는 배가스는, 배가스 흡기관(261) 내에 설치된 필터(270)를 통하여 회분 등의 입자상 물질이 여과된다.
배가스 흡기관(261)으로 유입된 배가스는 컴프레서 휠(320)을 지나며 압력이 증가하면서 배가스 배기관(262) 및 배가스 공급관(230)을 통하여 연소로(100) 내로 재공급된다.
유체의 압력이 증가하면 온도도 상승하므로, 배가스는 컴프레서 휠(320)을 지나면서 더욱 온도가 상승하여 배가스 배기관(262) 및 배가스 공급관(230)을 지나 연소로(100) 내부로 공급되게 된다.
배가스가 연소로(100) 내부로 다시 공급되면서 연소로(100) 내의 산소 농도가 저하되고, 이로써 공기 중의 질소와 반응하는 산소량을 줄여 질소산화물이 저감될 수 있다.
이러한 고온의 배가스가 지나는 배가스 배기관(262)은 보조 공기 공급관(240)을 관통하고 있으므로, 보조 공기 공급관(240)으로 공급되는 보조 공기가 예열되어 연소로(100) 내부로 공급된다.
그리고, 배가스 공급관(230) 내측에 위치한 연료 공급관(220)을 통하여 공급되는 공기(고체연료의 경우 연료 및 공기)도 예열되어 연소로(100) 내부로 공급된다.
이와 같이, 예열된 연료와 공기의 연소에 의하여 안정되고 소음이 적은 화염이 형성되고, 고체연료의 경우 탈휘발 활성화가 이루어져 연료에 의한 질소산화물의 생성을 저감할 수 있다.
또한, 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 배가스 재순환관(260)을 통하여 고온의 배가스가 버너(200) 측으로 유입되고, 연료 공급관(220), 각 공기 공급관 및 배가스 공급관(230)을 통하여는 연료, 공기, 및 재공급 되는 배가스가 연소로(100) 내부로 공급되므로, 이로 인하여 연소로(100) 내부에서 강한 배가스 순환 유동 영역(10)이 발생하고, 연소에 의해 발생하는 배가스는 상기 유동을 따라 자연스럽게 연소로(100) 내부를 순환하게 되면서 연소 온도를 낮추게 되고, 이로써, 고온연소에 의한 질소산화물을 저감할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
100: 연소로
200: 버너
210: 주 공기 공급관
220: 연료 공급관
230: 배가스 공급관
240: 보조 공기 공급관
250: 공기 투입관
260: 배가스 재순환관
261: 배가스 흡기관
262: 배가스 배기관
270: 필터
300: 터보차저
310: 터빈 휠
311: 휠 본체
312: 터빈 블레이드
320: 컴프레서 휠
321: 휠 본체
322: 임펠러 블레이드
330: 샤프트

Claims (10)

  1. 연소로(100); 및
    선단부가 상기 연소로(100)에 연결되는 버너(200);를 포함하며,
    상기 버너(200)는,
    중앙에 위치하는 주 공기 공급관(210),
    상기 주 공기 공급관(210)을 둘러싸는 연료 공급관(220),
    상기 연료 공급관(220)을 둘러싸는 배가스 공급관(230),
    상기 배가스 공급관(230)을 둘러싸는 보조 공기 공급관(240);
    상기 주 공기 공급관(210) 및 상기 보조 공기 공급관(240)과 연통되는 공기 투입관(250);
    상기 배가스 공급관(230)과 상기 연소로(100) 내부가 연통되도록 하는 배가스 재순환관(260); 및
    상기 공기 투입관(250)에 위치하는 휠과, 상기 배가스 재순환관(260)에 위치하며 상기 공기 투입관(250)에 위치하는 휠과 연동하여 회전하는 휠을 구비하는 터보차저(300);를 포함하며,
    상기 배가스 재순환관(260)은,
    상기 연소로(100)와 상기 터보차저(300) 사이에 위치하는 배가스 흡기관(261) 및 상기 터보차저(300)와 상기 배가스 공급관(230) 사이에 위치하는 배가스 배기관(262)을 포함하고,
    상기 배가스 배기관(262)은 상기 보조 공기 공급관(240)을 관통하여 상기 배가스 공급관(230)과 연통되는,
    연소장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 터보차저(300)는,
    상기 공기 투입관(250) 내부에 위치하며, 그 중심으로부터 다수의 터빈 블레이드가 방사상으로 위치하는 터빈 휠(310);
    상기 배가스 재순환관(260) 내부에 위치하며, 그 중심으로부터 다수의 임펠러 블레이드가 방사상으로 위치하는 컴프레서 휠(320); 및
    상기 터빈 휠(310)과 상기 컴프레서 휠(320)을 연결하는 샤프트(330);를 포함하며,
    상기 터빈 휠(310)의 회전에 따라 상기 컴프레서 휠(320)이 연동하여 회전하는,
    연소장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 공기 투입관(250)으로 투입되는 공기에 의해 상기 터빈 휠(310)이 회전하며, 상기 컴프레서 휠(320)이 상기 터빈 휠(310)의 회전에 연동하여 회전함으로써, 상기 연소로(100) 내부의 배가스가 상기 배가스 재순환관(260)을 통하여 흡입되어 상기 배가스 공급관(230)을 통하여 상기 연소로(100)로 재공급되는,
    연소장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 연소로(100)로 재공급되는 배가스에 의하여 상기 연소로(100) 내 산소 농도가 저하되는,
    연소장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 보조 공기 공급관(240)을 통하여 상기 연소로(100)로 공급되는 보조 공기가 상기 배가스 배기관(262)을 지나는 배가스에 의해 예열되어 상기 연소로(100)로 공급되고,
    상기 연료 공급관(220)을 통하여 상기 연소로(100)로 공급되는 공기는 상기 배가스 공급관(230)으로 지나는 배가스에 의해 예열되어 상기 연소로(100)로 공급되는,
    연소장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 배가스 흡기관(261)은 상기 버너(200)의 중심으로부터 최외곽에 위치하는,
    연소장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 연소로(100) 내부에서 배가스 흡기관(261)으로 유입되는 배가스와, 상기 버너(200)의 중심측으로부터 상기 연소로(100) 내부로 공급되는 연료 및 공기로 인해 상기 연소로(100) 내부에서의 배가스 순환 유동 영역이 생성되는,
    연소장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 배가스 재순환관(260) 내에 위치하는 필터(270)를 더 포함하며,
    상기 연료 공급관(220)으로 공급되는 연료는 고체 연료인,
    연소장치.
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