KR102330238B1 - 인-스트림 버너 모듈 - Google Patents

인-스트림 버너 모듈 Download PDF

Info

Publication number
KR102330238B1
KR102330238B1 KR1020167025067A KR20167025067A KR102330238B1 KR 102330238 B1 KR102330238 B1 KR 102330238B1 KR 1020167025067 A KR1020167025067 A KR 1020167025067A KR 20167025067 A KR20167025067 A KR 20167025067A KR 102330238 B1 KR102330238 B1 KR 102330238B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
angle
fuel injection
burner
injection orifices
stream
Prior art date
Application number
KR1020167025067A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160122210A (ko
Inventor
푸아드 사이드
루이 리치
야닉 부데
Original Assignee
파이브즈 필라드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 파이브즈 필라드 filed Critical 파이브즈 필라드
Publication of KR20160122210A publication Critical patent/KR20160122210A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102330238B1 publication Critical patent/KR102330238B1/ko

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/34Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid with recycling of part of the working fluid, i.e. semi-closed cycles with combustion products in the closed part of the cycle
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/16Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration with devices inside the flame tube or the combustion chamber to influence the air or gas flow
    • F23R3/18Flame stabilising means, e.g. flame holders for after-burners of jet-propulsion plants
    • F23R3/20Flame stabilising means, e.g. flame holders for after-burners of jet-propulsion plants incorporating fuel injection means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D14/00Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/20Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00Components
    • F05D2240/35Combustors or associated equipment
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D2900/00Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/14Special features of gas burners
    • F23D2900/14003Special features of gas burners with more than one nozzle
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D2900/00Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/21Burners specially adapted for a particular use
    • F23D2900/21003Burners specially adapted for a particular use for heating or re-burning air or gas in a duct
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/16Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration with devices inside the flame tube or the combustion chamber to influence the air or gas flow
    • F23R3/18Flame stabilising means, e.g. flame holders for after-burners of jet-propulsion plants

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Gas Burners (AREA)
  • Pre-Mixing And Non-Premixing Gas Burner (AREA)

Abstract

본 발명은 축을 가지며 실질적으로 원형의 단면을 가지는 공급 파이프(2)와, 파이프에 배치되며 화염을 생성하는 연료 분사 오리피스들(20)과, 버너 모듈의 상류에서 연료의 유동 평면(P)에 대해 대칭적으로 배치되고, 연료 분사 오리피스들(20)의 각각의 측면에서 파이프(2) 상의 측방향으로 배치되는 핀들(3)을 포함하며, 파이프(2)의 부분에 둘 이상의 연료 분사 오리피스들(20)이 위치하고, 연료 분사 오리피스들(20)은 연료의 유동 평면(P)과 α의 각도를 이루는 축을 가지는 공기 스트림 내 버너 모듈에 관한 것이다. 이러한 방식으로, 둘 이상의 분기된 평면에 배치된 복수의 오리피스들에서 가스가 분사된다. 이러한 두 평면들은 연료가 공급되지 않고 산화제가 공급되지 않는 공간을 획정함으로써, 화염 내 연소 가스들의 내부 재순환을 촉진하고 연소된 가스의 상당 부분을 중심으로 이동시킨다.

Description

인-스트림 버너 모듈{IN-STREAM BURNER MODULE}
본 발명은 터빈 또는 엔진으로부터의 연소 가스 또는 공기의 직접 가열에 사용되는 공기 스트림에서의 버너에 관한 것이며, 보다 상세하게는 그 나란한 병렬 배치(juxtaposition)가 매니폴드에서 인-스트림 버너를 구성하는 인-스트림 버너 모듈에 관한 것이다. 이러한 종류의 버너는 산화제로서 (습한 연기에서(in wet smoke)) 대기보다 더 낮은 산소 농도를 가지고, 대기 온도보다 더 높은 온도를 가지며, 대체로, 버너 이탈 시 상대적으로 낮은 속도를 가지는 엔진 배기 가스 또는 터빈 배기 가스(turbine exhaust gases, TEG)를 사용하며, 연료로서 천연 가스, 셰일 가스, 오일 가스 또는 산업 공정을 거친 가스들을 사용한다.
최근, 가스 터빈들과 회수 보일러들(recovery boilers)은 조합된 사이클의 에너지 효율에서 증가하는 방향으로 발전해왔다. 따라서, 터빈 배출 가스(TEG)는 (350℃ 내지 700℃의) 보다 가변적이고 더 높은 온도를 가지며 (9% 내지 13%의) 더 낮은 습한 연기에서의 산소 농도를 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 스트림 생성 사이클들의 발전은 이하의 두 결과를 가지는, 제1 교환 단계(exchanger stage)의 하류 측에서의 버너들의 배치를 따른다:
- 버너 레이아웃에서 트렁킹(trunking) 부분을 증가시켜 그 부분에서 터빈 가스들의 속도를 감소시킴; 대부분의 경우에서, 버너들의 정확한 작동을 위해(화염 안정성), 이는 고가의 배플들(baffles)을 추가함으로써 국부적인 속도를 증가시키는 것을 필요로 한다.
- 350℃ 내지 550℃를 포함하는 온도까지 터빈 가스들의 초기 온도를 감소시킴.
이러한 파라미터들 발전은 양호한 연소를 위한 조건, 더욱 구체적으로는 화염 안정성 및 일산화탄소(CO)의 배출 제어를 더욱 어렵게 한다.
한편, 화염 길이를 제어하는 것은 상당히 고비용인 트렁킹의 길이를 최소화함과 동시에 하류 온도 프로파일을 제어하는 것을 가능케 하는 점에서 중요하다.
공지의 인-스트림 버너들은, 이러한 어려운 조건들, 특히 낮은 TEG 속도에서 화염 안정성과 일산화탄소(CO)의 배출을 제어하는데 필요한 국부적인 압력 감소 및 혼합을 제공하지 않는다.
본 발명의 목적은 이러한 문제점들을 해결하고 특히, 새롭고 최적화된 공기역학에 의한 국부적인 압력 감소 영역과 버너 모듈의 TEG/가스 혼합물의 속도를 증가시키는 새로운 배치에 기인하여 이하의 목적을 달성하는 것을 가능케 하는 새로운 인-스트림 버너 모듈을 제안하는 것이다:
- 낮은 산소 농도를 가지는 화염 안정도,
- 매우 낮은 일산화탄소 배출을 가지는 작동,
- 감소시키거나 배플들을 생략하는 것을 가능케 하는 낮은 TEG 속도를 가지는 작동,
-높은 선형 동력을 가지는 작동,
- 짧은 화염을 가지는 작동.
따라서, 본 발명에 따른 공기 스트림에서의 버너 모듈은, 축을 가지며 실질적으로 원형의 단면을 가지는 공급(feed) 파이프와, 상기 파이프에 형성되고 화염을 생성하는 연료 분사 오리피스들과, 버너 모듈의 상류에서 연료 유동 평면(P)에 대해 대칭적으로 배치되고, 연료 분사 오리피스들의 각각의 측면에서 파이프 상의 측방향으로 배치되며, 소위 모듈 또는 블록 구조를 형성하는 핀들(fins), 또는 캡들(caps)을 포함하며, 파이프의 부분에 둘 이상의 연료 분사 오리피스들이 위치하고, 연료 분사 오리피스들은 연료의 유동 평면(P)과 α의 각도를 이루는 축을 가진다. 따라서, 가스는 둘 이상의 분기된(divergent) 평면들에 위치하는 복수의 오리피스들에서 분사된다. 이러한 두 평면들은 연료와 산화제가 투입되지 않는 공간을 획정하며, 화염 내에 연소 가스들의 내부 재순환을 촉진하고 중심을 향하여 연소된 가스들의 상당량을 이동시킨다. 또한, 이는 병류(co-current flow)의 경우보다 TEG와 가스의 더욱 신속한 혼합을 가능케한다. 이러한 경사진 분사와 유도된 재순환은 화염 안정성, 짧은 화염 및 체류 시간의 증가에 의한 일산화 탄소의 재연소를 동시에 달성한다. 이러한 특징들을 가지는 복수의 버너 모듈들 또는 블록들을 포함하는 버너를 제조하는 것이 가능하다.
각도 α는 10° 내지 30°인 것이 유리하다.
하나의 구체적인 실시예에 따르면, 분사 오리피스들은 평면(P)의 각 측면에 상이한 크기의 부분을 가진다. 따라서, 동일한 모듈의 가스 분사 오리피스들은 유동 평면(P)에 대해 대칭적으로 배치되고, (평면(P)이 수평할 경우) 상단과 하단 간에 상이한 가스 유속과 부분을 가질 수 있다.
하나의 구체적인 특징에 따르면, 두 개의 연료 분사 오리피스들은 파이프의 축과 교차하는 축을 가진다.
또 다른 특징에 따르면, 둘 이상의 다른 보조 연료 분사 오리피스들은 연료 유동 평면과 ξ의 각도를 이루며, 각도 ξ는 각도 α보다 더 크다. 이는 재순환에 유리한 서로 엇갈리는(staggered) TEG 도달을 가능케 하고 최적화된 연료/산화제 비율을 이룬다.
각도 ξ의 보조 연료 분사 오리피스들은 연료 분사 오리피스들 및 보조 연료 분사 오리피스들의 전체 단면적의 5% 내지 20%를 차지하는 단면적을 갖는 것이 바람직하다. 5% 내지 20%의 교차 비율(alternative ratio)의 교차식 가스 분사는 매우 낮은 NOx 방출(저-NOx 작동)을 이루도록 한다. 이러한 상보적인 분사는 핀들과 연료 오리피스들의 분사 평면들 사이에서 이루어진다.
하나의 구체적인 구조에 따르면, 연료 유동 평면과 β의 각도를 이루는 핀들을 포함하며 각도 β는 2α 내지 3α이다. 이로써, 경사진 분사와 연관된 내부 재순환 및 화염의 플레어 성장(flared development)을 보호하는 대형 모듈(블록) 크기를 수반한다. 이는 CO의 형성을 제한하는 고온 구역을 유지하는 것을 가능케 한다. 따라서, 고 안정화 국부 압력 감소는 낮은 TEG 속도로 작동하는 동안에도 형성된다. 동시에, 가스의 분사 각도와 두 배 내지 세 배와 동일한 캡들의 각도를 가지는 것이 주된 와류의 발달과 연소 구역에서의 가스 제트들의 혼합 및 TEG의 올바른 도입을 위해 필요한 공간을 생성하는 것을 가능케 한다.
핀들은 산화제 분사 개구부들을 포함하는 부분을 가지는 것이 바람직하다. 교차식 TEG 도달은 재순환에 유리하며 최적의 연료/산화제 비율을 이루고, 이는 바람직하게는 슬롯(slots) 형태이고 그 개수와 단면적이 (약 5% 내지 25%의) 낮은 퍼센트의 화학량론적 공기 유속을 생성할 수 있도록 설정되는 개구부들로 인해 달성된다.
하나의 구체적인 특징에 따르면, 개구부들은 핀들의 단면적의 3% 내지 15%을 차지하는 단면적을 가진다. 이러한 개구부들의 통로 단면은 TEG 산소의 기능 및 속도 특성들에 따라 변할 수도 있다.
또 다른 구체적인 특징에 따르면, 개구부들은 평면(P)의 각 측면에 상이한 크기의 부분을 가진다. 따라서, 이러한 개구부들과 그들을 통한 TEG 유속의 부분들은 상단과 하단 간에 상이할 수 있다.
또 다른 특징에 따르면, 핀들은 연료 유동 평면(P)과 θ의 각도를 이루는 편향 부재들을 포함한다.
각도 θ는 각도 α와 실질적으로 동일한 것이 유리하다. 편향 부재들은 통로 개구부들에 가스의 분사 각도와 실질적으로 동일한 각도를 부여한다.
유리하게는, 각각의 개구부들의 크기는 오리피스들로부터의 거리가 증가함에 따라 증가하여, 화염 내로 공기의 점진적인 도입을 최적화하고 CO의 생성이 감소하도록 한다.
하나의 구체적인 특징에 따르면, 파이프와 화염 사이에 위치하는 쉴드를 포함하며, 상기 쉴드는 분사 오리피스들과 나란히 배치되는 구멍들을 구비한다. 부착된 쉴드에서 산화제와 가스 스트림의 부분적인 예비 혼합이 유도된다. 이는 TEG/가스 혼합을 가속하고 화염 안정성을 개선한다. 쉴드에 위치하는 예비 혼합 오리피스의 단면적은 가스 배출 오리피스의 단면적의 15배 내지 40배이다. 예비 혼합 오리피스는 가스 오리피스로부터 튜브의 직경의 0.1배 내지 0.3배 거리에 배치된다.
구멍들은, 분사 오리피스들의 축에 대해 γ의 각도를 이루는 쉴드의 벽에 배치되는 것이 유리하다. 이는 가스 스트림에 의한 산화제의 흡인에 유리하다.
각도 γ는 실질적으로 90°와 동일한 것이 유리하다. 이는 낮은 산소, 온도 및 TEG 속도에도 국부적인 난류와 이에 따른 화염 안정성에 유리하다.
하나의 구체적인 특징에 따르면, 버너 모듈은 그 외부에 배치되는 배플들을 포함하며, 상기 배플들은 파이프로부터 가장 멀리 위치하는 편향 부재의 각도와 동일한 크기이고 반대 방향인 각도를 가지는 림을 구비한다. 배플들과 배플 단부들의 이러한 특별한 형상은 냉각 효과에 의해 CO의 생성을 제한하도록 가스 유동 평면에 대해 평행하거나 거의 평행한 모듈들 주위의 TEG 유동을 형성하는 것을 가능케 한다. 이러한 형상은 모듈들의 단부와 블록들의 단부 간의 대칭을 특징으로 한다.
버너 모듈은 TEG 유동에 대해 수직한 평면 상에 투영되는 0.1m2/MW 내지 0.3m2/MW의 영역을 가지는 것이 유리하다. 모듈의 크기는 TEG 유동에 대해 수직한 평면 상에 투영된 그 면적에 의해 규정되고, 이러한 크기는 9% 내지 14%의 상류(습한 연기) 산소 농도에 특히 유리하다.
하나 이상의 상술한 특징을 가지는 인-스트림 버너 모듈을 포함하는 본 발명에 따른 연소 방법은 산화제가 21% 미만의 산소 농도를 가지는 것을 특징으로 한다.
예비 혼합은 파이프와 쉴드 사이의 공간에서 수행되는 것이 유리하다.
본 발명은 또한 상술한 특징들을 가지는 모듈들을 포함하는 인-스트림 버너에 관한 것이다.
두 개의 인접한 모듈들은 교번하여 평면(P)의 각 측면에 상이한 크기의 부분들을 가지는 분사 오리피스들을 구비하는 것이 바람직하다. 평면(P)의 일측에서(예를 들면 하단에서) 증가된 가스 오리피스 부분들을 가지는 모듈들과, 평면(P)의 타측에서(예를 들면 상단에서) 증가된 가스 오리피스 부분들을 가지는 모듈들을 교차시킴으로써, 튜브의 축에 대해 평행하고 유동 평면(P)에 대해 수직한 평면에 상보적인 난류가 생성된다. 이러한 상보적인 난류는 TEG와 가스의 혼합을 가속하고 화염 길이를 감소시킨다. 따라서, 하단에서의 오리피스들과 상단에서의 오리피스들 사이의 부분들의 비율은 0.25 내지 4, 바람직하게는 0.5 내지 2의 범위에서 변할 수 있다.
두 개의 인접한 모듈들은 교번하여 평면(P)의 각각의 측면에 상이한 크기의 개구부들을 구비하는 것이 바람직하다. 평면(P)의 일측에서(예를 들면 하단에서) 증가된 가스 오리피스 부분들을 가지는 모듈들과, 평면(P)의 타측에서(예를 들면 상단에서) 증가된 가스 오리피스 부분들을 가지는 모듈들을 교차시킴으로써, 튜브의 축에 대해 평행하고 유동 평면(P)에 대해 수직한 평면에 상보적인 난류가 생성된다. 이러한 상보적인 난류는 TEG와 가스의 혼합을 가속하고 화염 길이를 감소시킨다. 따라서, 하단에서의 오리피스들과 상단에서의 오리피스들 사이의 부분들의 비율은 0.25 내지 4, 바람직하게는 0.5 내지 2의 범위에서 변할 수 있다.
다른 이점들은 도해식으로 제공되고 첨부된 도면들에 의해 도시되는 이하의 예시들을 통해 당업자에게 더욱 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 버너 모듈을 도시하며, 연료 유동을 나타낸다.
도 2는 도 1의 버너 모듈을 도시하며, 산화제 유동을 나타낸다.
도 3은 버너 모듈의 파이프의 상세도이다.
도 4는 도 3의 파이프의 변형예를 도시한다.
도 5는 핀들의 측면도이다.
도 6은 버너 모듈들의 조립체를 포함하는 인-스트림 버너의 단면도이다.
도 7은 도 6의 배면도이다.
도 8은 복수의 모듈들을 포함하는 인-스트림 버너의 변형예의 전면도이다.
도 8a는 도 8의 A-A면에 따른 단면도이다.
도 8b는 도 8의 B-B면에 따른 단면도이다.
도 9a는 도 8의 버너의 변형예의 A-A면에 따른 단면도이다.
도 9b는 도 9a와 동일한 변형예의 B-B면에 따른 단면도이다.
도 7에 도시된 바와 같은 인-스트림 버너들의 조립체들은, 각각이 연료 공급(feed) 파이프를 구성하는 파이프(2)를 포함하며 나란히 배치되는 복수의 인-스트림 버너 모듈들(1)을 포함한다. 각각의 버너 모듈들(1)은 연료(4)가 β의 각도로 평면(P)에 대해 대칭적으로 흐르는 파이프(2)의 양측에 배치되는 핀들(fins)(3)을 포함한다. 연료는 평면(P)의 양측에 대칭적으로 배치되는 분사 오리피스들(2)을 통해 유동한다.
파이프(2)는 오리피스들(20)을 향하는 구멍들(50)이 형성된 쉴드(5)에 의해 덮인다.
일측의 핀들(3)은 파이프(2)로부터 더 멀거나 더 가깝게 배치된다. 핀(30)은 가장 가깝게 위치하고, 핀(31)은 중간에 위치하며, 핀(32)은 외측으로 가장 멀게, 즉, 파이프(2)로부터 가장 먼 위치에 배치된다. 핀들(30, 31, 32)은 개구부(33)에 의해 서로 분리된다. 물론, 세 개보다 더 많거나 더 적은 핀들을 가질 수도 있다.
버너 모듈의 작동에 대해 이하에서 설명하도록 한다.
연료(4)가 파이프(2)를 통해 도착하여, 오리피스들(20)을 통해 연소 챔버(6) 내로 분사된다. 이러한 오리피스들(20)은 연료 유동의 평면(P)에 대해 α의 각도로 지향된다. 이러한 각도는 산화제와 연료의 투입 없이 공간을 획정하여, 연소된 가스의 많은 부분을 중심을 향해 이동시키는 주요한 와류 또는 난류(40)를 생성함으로써, 도 1에 도시된 바와 같이 화염 내부에서 연소 가스(4)의 내부 재순환을 촉진하는 것을 가능케 한다. 핀들의 각도 β는 실질적으로 2α 내지 3α를 포함하는 범위를 가진다.
도 8, 도 8a 및 도 8b에 도시된 실시예에서, 동일한 모듈(1)의 분사 오리피스들(20)은 상이한 크기의 부분들을 가져 평면(P)의 각 측면, 즉 평면(P)이 수평할 경우 상단과 하단 사이에서의 상이한 연료(4) 유속을 가진다. 따라서, 평면(P) 아래 증가된 오리피스들(20)의 부분 크기를 가지는 모듈들(1)과 평면(P) 위에 증가된 오리피스들(20)의 부분 크기를 가지는 모듈들(1)을 교체함으로써 주 난류(40)의 방사상 성분(41)이 생성된다. 이러한 방사상 성분(41)은 화염 길이를 감소시킨다. 상단과 하단에서의 오리피스들(20) 사이 부분들의 크기의 비율은 0.25 내지 4, 바람직하게는 0.5 내지 2 사이에서 변화할 수 있다.
도 9a 및 도 9b에 도시된 실시예에서, 동일한 모듈(1)의 TEG 개구부들(33)은 평면(P)의 상단 및 하단측 사이에 상이한 크기의 부분들을 가진다. 따라서, 하단의 증가된 크기의 개구부들(33)을 가지는 모듈들(1)과 상단의 증가된 크기의 개구부들(33)을 가지는 모듈들을 교체함으로써 난류(40)에 방사상으로 상보적인 성분(41)이 생성되거나 증가되어, 화염 길이를 감소시킨다.
도 2는 편향 부재(deflection elements)(34)로 인해 θ의 각도로 개구부들(33)을 통해 진입하는 터빈 가스들 또는 TEG(7)의 순환을 도시한다. 이는 안정화 구역(70)을 생성하는 것을 가능케 한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 배플들(8)은 평면(P)과 평행하거나 거의 평행한 버너 모듈들(1) 주위의 TEG(7) 유동을 가능케 하도록 핀(32)의 편향 부재(34)와 협조하는 림(rim)(80)을 가지는 단부를 구비한다. 림(80)과 핀(32)의 굴절 부재(34) 사이 공간은 개구부들(33)보다 더 크다. 림(80)은 θ의 각도를 이룬다.
파이프(2)와 쉴드(5) 사이에서 순환하는 TEG(도 3 참조)는, 그 직경이 바람직하게는 구멍들(50)의 직경보다 더 큰, 오리피스(20)를 통해 흡인되고 연소 챔버(6)를 향하여 연료(4)의 예비혼합(premixing)을 가능케 한다. 쉴드(5)는 와류 생성에 더욱 유리한 평면 벽들(52)을 구비한다. 구멍들(50)은 쉴드(5)의 벽(52)에 대해 γ의 각도를 가지는 가스 분사를 가능케 한다.
도 4에 도시된 변형예에 따르면, 파이프(2)는 각도 α보다 더 큰 ξ의 각도를 가지는 연료(4) 분사를 가능케 하는 보조 분사 개구부들(21)을 구비한다. 각각의 보조 개구부(21)는 쉴드(5)의 보조 구멍(51)을 향하여 배치된다. 분사된 연료(4)의 양은 구멍들(50)과 오리피스(20)를 통한 80% 내지 95%와 보조 오리피스들(21) 및 보조 구멍들(51)을 통한 5% 내지 20%이다.

Claims (20)

  1. 공기 스트림 내 버너 모듈(1)로서,
    축을 가지며 원형의 단면을 가지는 공급 파이프(2);
    상기 파이프에 배치되며 화염을 생성하는 연료 분사 오리피스들(20); 및
    상기 버너 모듈의 상류에서 연료의 유동 평면(P)에 대해 대칭적으로 배치되고, 상기 연료 분사 오리피스들(20)의 각각의 측면에서 상기 파이프(2) 상의 측방향으로 배치되는 핀들(3)을 포함하며,
    상기 파이프(2)의 부분에 둘 이상의 연료 분사 오리피스들(20)이 위치하고,
    상기 연료 분사 오리피스들(20)은 연료의 유동 평면(P)과 α의 각도를 이루는 축을 가지며, 상기 각도 α는 10° 내지 30°이고,
    연료 유동 평면(P)과 β의 각도를 이루는 핀들(3)을 포함하며 상기 각도 β는 2α 내지 3α이고,
    상기 핀들(3)은 산화제 분사 개구부들(33)을 포함하는 부분을 가지며, 연료 유동 평면(P)과 θ의 각도를 이루는 편향 부재들(34)을 포함하고,
    상기 각도 θ는 상기 각도 α와 동일한 것을 특징으로 하는 인-스트림 버너 모듈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 연료 분사 오리피스들(20)은 상기 평면(P)의 각각의 측면에 상이한 크기의 부분을 가지는 것을 특징으로 하는 인-스트림 버너 모듈.
  3. 제1 항에 있어서,
    둘 이상의 보조 연료 분사 오리피스들(21)이 연료 유동 평면(P)과 ξ의 각도를 이루며,
    상기 각도 ξ는 상기 각도 α보다 더 큰 것을 특징으로 하는 인-스트림 버너 모듈.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 각도 ξ의 상기 보조 연료 분사 오리피스들(21)은 상기 연료 분사 오리피스들(20) 및 상기 보조 연료 분사 오리피스들(21)의 전체 단면적의 5% 내지 20%를 차지하는 단면적을 갖는 것을 특징으로 하는 인-스트림 버너 모듈.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 개구부들(33)은 상기 핀들(3)의 단면적의 3% 내지 15%을 차지하는 단면적을 가지는 것을 특징으로 하는 인-스트림 버너 모듈.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 개구부들(33)은 상기 평면(P)의 각각의 측면에 상이한 크기의 부분을 가지는 것을 특징으로 하는 인-스트림 버너 모듈.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 개구부들(33)의 크기는 상기 연료 분사 오리피스들(20)로부터의 거리가 증가함에 따라 증가하는 것을 특징으로 하는 인-스트림 버너 모듈.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 파이프(2)와 화염 사이에 위치하는 쉴드(5)를 포함하며,
    상기 쉴드(5)는 상기 연료 분사 오리피스들(20)과 나란히 배치되는 구멍들(50)을 구비하는 것을 특징으로 하는 인-스트림 버너 모듈.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 구멍들(50)은, 상기 연료 분사 오리피스들(20)의 축에 대해 γ의 각도를 이루는 상기 쉴드의 벽(52)에 배치되는 것을 특징으로 하는 인-스트림 버너 모듈.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 각도 γ는 90°와 동일한 것을 특징으로 하는 인-스트림 버너 모듈.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 버너 모듈(1)의 외부에 배치되는 배플들(8)을 포함하며,
    상기 배플들(8)은, 상기 파이프로부터 가장 멀리 위치하는 편향 부재(34)의 각도와 동일한 크기이고 반대 방향인 각도를 가지는 림(80)을 구비하는 것을 특징으로 하는 인-스트림 버너 모듈.
  12. 제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 따른 인-스트림 버너 모듈을 포함하는 연소 방법으로서,
    산화제는 21% 미만의 산소 농도를 가지는 것을 특징으로 하는 연소 방법.
  13. 제8 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 따른 인-스트림 버너 모듈을 포함하는 연소 방법으로서,
    예비 혼합은 상기 파이프(2)와 상기 쉴드(5) 사이의 공간에서 수행되는 것을 특징으로 하는 연소 방법.
  14. 제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 따른 인-스트림 버너 모듈을 복수 개 포함하는 버너.
  15. 제2 항에 따른 인-스트림 버너모듈을 두 개 포함하는 버너로서,
    상기 두 개의 버너모듈들은 서로 인접하게 배치되고, 교번하여 평면(P)의 각각의 측면에 상이한 크기의 부분들을 가지는 연료 분사 오리피스들(20)을 구비하는 것을 특징으로 하는 버너.
  16. 제6 항에 따른 인-스트림 버너모듈을 두 개 포함하는 버너로서, 상기 두 개의 버너모듈들은 서로 인접하게 배치되고, 교번하여 평면(P)의 각각의 측면에 상이한 크기의 개구부들(33)을 구비하는 것을 특징으로 하는 버너.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
KR1020167025067A 2014-02-12 2015-01-26 인-스트림 버너 모듈 KR102330238B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1451064 2014-02-12
FR1451064A FR3017445B1 (fr) 2014-02-12 2014-02-12 Module de bruleur en veine
PCT/FR2015/050176 WO2015121559A1 (fr) 2014-02-12 2015-01-26 Module de brûleur en veine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160122210A KR20160122210A (ko) 2016-10-21
KR102330238B1 true KR102330238B1 (ko) 2021-11-24

Family

ID=50513298

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020167025067A KR102330238B1 (ko) 2014-02-12 2015-01-26 인-스트림 버너 모듈

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10378441B2 (ko)
EP (1) EP3105506B1 (ko)
KR (1) KR102330238B1 (ko)
CN (1) CN105992913B (ko)
FR (1) FR3017445B1 (ko)
WO (1) WO2015121559A1 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9879862B2 (en) 2013-03-08 2018-01-30 Rolls-Royce North American Technologies, Inc. Gas turbine engine afterburner
BE1024480B1 (nl) * 2016-08-08 2018-03-09 Agrofrost, Naamloze Vennootschap Gasbrander voor sterke luchtstroom
CN107166386B (zh) * 2017-05-09 2019-05-14 华中科技大学 一种防回火的预混燃烧渐扩燃烧器

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3732059A (en) * 1971-05-28 1973-05-08 Zink Co John Burner for gaseous fuels in reduced oxygen and/or significant velocity atmosphere
US3830620A (en) * 1972-02-22 1974-08-20 Gen Electric Gas burner for heat-recovery steam generator
US4237858A (en) * 1978-01-16 1980-12-09 John Zink Company Thin and flat flame burner
JPS6089610A (ja) 1983-10-21 1985-05-20 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ガス焚きダクトバ−ナ装置
JPS6089611A (ja) * 1983-10-24 1985-05-20 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ガス焚きダクトバ−ナ装置
FR2588920B1 (fr) 1985-10-23 1987-12-04 Snecma Turboreacteur a postcombustion a injecteurs de postcombustion radiaux individuels
FR2622277B1 (fr) * 1987-10-23 1990-02-23 Mecanique Gle Foyers Turbine S Bruleur a gaz pour le chauffage d'un courant d'air ou autre gaz comburant
FR2770284B1 (fr) * 1997-10-23 1999-11-19 Snecma Accroche-flamme carbure et a refroidissement optimise
US6301875B1 (en) * 2000-05-31 2001-10-16 Coen Company, Inc. Turbine exhaust gas duct heater
WO2002027238A1 (en) * 2000-09-28 2002-04-04 Maxon Corporation Air-heating gas burner
US6929470B1 (en) * 2002-10-30 2005-08-16 Coen Company, Inc. Low NOx duct burner
US20110219776A1 (en) * 2010-03-15 2011-09-15 General Electric Company Aerodynamic flame stabilizer
EP2442026B1 (de) 2010-10-15 2016-01-27 Elster GmbH Hochtemperaturbrenner für Brennerbetriebsverfahren mit zwei Betriebszuständen
US20120297784A1 (en) * 2011-05-24 2012-11-29 General Electric Company System and method for flow control in gas turbine engine
US9310072B2 (en) * 2012-07-06 2016-04-12 Hamilton Sundstrand Corporation Non-symmetric arrangement of fuel nozzles in a combustor

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
미국 특허공보 US(1973.05.08.) 1부.*

Also Published As

Publication number Publication date
CN105992913A (zh) 2016-10-05
FR3017445B1 (fr) 2019-05-24
KR20160122210A (ko) 2016-10-21
US10378441B2 (en) 2019-08-13
EP3105506A1 (fr) 2016-12-21
FR3017445A1 (fr) 2015-08-14
EP3105506B1 (fr) 2021-07-07
CN105992913B (zh) 2018-12-18
WO2015121559A1 (fr) 2015-08-20
US20160356217A1 (en) 2016-12-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6752620B2 (en) Large scale vortex devices for improved burner operation
EP2995857B1 (en) Combustion burner
US10443852B2 (en) Lobe lance for a gas turbine combustor
US4160640A (en) Method of fuel burning in combustion chambers and annular combustion chamber for carrying same into effect
US7647898B2 (en) Boiler and low-NOx combustion method
KR101627523B1 (ko) 희석 가스 혼합기를 갖는 연속 연소
PL196858B1 (pl) Sposób spalania węgla w skoncentrowanych strumieniach z redukcją NOx
EP2993404B1 (en) Dilution gas or air mixer for a combustor of a gas turbine
CN1118857A (zh) 预混燃烧器
CN110486722B (zh) 一种低氧低NOx的底部气体燃烧器
EP2420731B1 (en) Reheat burner
KR102330238B1 (ko) 인-스트림 버너 모듈
JP2016017740A (ja) ミキサを備えた2段燃焼器配列
WO2010081612A1 (en) Burner of a gas turbine for a reactive fuel air mixture
KR200448947Y1 (ko) 저녹스형 버너
KR102096434B1 (ko) 연소기
CN105247285A (zh) 用于低氮氧化物预混气体燃烧器的燃烧的方法
CN105889980A (zh) 用于衬套中的空气进入以减少需水量来控制NOx的新型方法
KR20120082649A (ko) 저녹스형 오일 버너
JP5241906B2 (ja) バーナ及びバーナの運転方法
JP5501198B2 (ja) 低NOx・低煤塵燃焼方法およびボイラ燃焼室
CZ304562B6 (cs) Nízkoemisní spalovací komora, zejména malých turbínových motorů
FI125911B (en) Gas burner with low nitrogen oxide emissions and fuel gas combustion process
EP3714208A1 (en) Radiant wall burner
US20090029302A1 (en) System of close coupled rapid mix burner cells

Legal Events

Date Code Title Description
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant