KR102606661B1 - 유동층 보일러의 암모니아 연소 시스템 - Google Patents
유동층 보일러의 암모니아 연소 시스템 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102606661B1 KR102606661B1 KR1020220030868A KR20220030868A KR102606661B1 KR 102606661 B1 KR102606661 B1 KR 102606661B1 KR 1020220030868 A KR1020220030868 A KR 1020220030868A KR 20220030868 A KR20220030868 A KR 20220030868A KR 102606661 B1 KR102606661 B1 KR 102606661B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- ammonia
- combustion furnace
- injection pipe
- fluidized bed
- combustion
- Prior art date
Links
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 424
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 212
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 135
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 115
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 115
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 29
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 claims description 12
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims 1
- 230000032258 transport Effects 0.000 claims 1
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N Nitric oxide Chemical compound O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 33
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 8
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010344 co-firing Methods 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 4
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005243 fluidization Methods 0.000 description 2
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 2
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000019738 Limestone Nutrition 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 239000003034 coal gas Substances 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000006477 desulfuration reaction Methods 0.000 description 1
- 230000023556 desulfurization Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 1
- 239000006028 limestone Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001151 other effect Effects 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C10/00—Fluidised bed combustion apparatus
- F23C10/18—Details; Accessories
- F23C10/22—Fuel feeders specially adapted for fluidised bed combustion apparatus
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F22—STEAM GENERATION
- F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
- F22B31/00—Modifications of boiler construction, or of tube systems, dependent on installation of combustion apparatus; Arrangements of dispositions of combustion apparatus
- F22B31/0007—Modifications of boiler construction, or of tube systems, dependent on installation of combustion apparatus; Arrangements of dispositions of combustion apparatus with combustion in a fluidized bed
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C10/00—Fluidised bed combustion apparatus
- F23C10/18—Details; Accessories
- F23C10/20—Inlets for fluidisation air, e.g. grids; Bottoms
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C10/00—Fluidised bed combustion apparatus
- F23C10/18—Details; Accessories
- F23C10/28—Control devices specially adapted for fluidised bed, combustion apparatus
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C2206/00—Fluidised bed combustion
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)
Abstract
본 발명은 유동층 보일러의 암모니아 연소 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유동층 보일러의 연소로, 상기 연소로 전방 및 후방에 연결된 사이클론 분리기, 상기 연소로의 하부 측면에 연료를 주입하는 연료공급장치, 상기 연료공급장치의 상부에 위치하는 2차 공기 주입구, 상기 연료공급장치의 하부에 위치하는 기동용 버너, 상기 연소로 하단에 위치하는 1차 공기 공기상자, 및 상기 사이클론 분리기 하단에 위치하는 외부열교환기 유동화공기 공기상자 각각에 유동층에 암모니아를 주입하는 암모니아 주입장치가 연결되어 암모니아를 유동층 내부에 주입하고, 정밀 농도 계측기를 구성하여 각 위치별 암모니아 주입량을 조절하여 암모니아 slip 및 질소산화물(NOx) 발생량을 저감하도록 하는 효과가 있다.
Description
본 발명은 유동층 보일러의 암모니아 연소 시스템에 관한 것이다.
종래의 유동층 보일러에서 석탄 및 바이오매스 등 고체연료를 혼소하여 고온의 증기를 생산하였다. 이때 연료는 석탄과 같은 화석연료와 함께 혼합하여 주입하였다.
발전분야 이산화탄소 배출 저감의 중장기적 달성을 위한 기술적이고 경제적인 에너지 전환이 요구됨에 따라 수소 대비 이송 및 저장이 용이하고 경제적인 발전이 가능한 에너지원이 요구되었다.
연료별 수소 함유량을 비교하였을 때 액화 수소는 71 kgH2/m3이고, 압축 수소는 40 kgH2/m3인 것에 비해 암모니아(NH3)의 수소함유량은 120 kgH2/m3으로 수소 함유량이 높으며, 암모니아는 액화가 용이하여 수소 저장매체로서 안정적 수소 저장 및 수송 기술에 적용할 수 있다.
이에 암모니아가 에너지원으로 급부상하고 있으며, 미분탄화력(PC), 유동층(CFB) 가스터빈(GT) 등 발전분야에서 석탄 및 천연가스(LNG) 등과 같은 화석연료를 탄소중립(Carbon-free) 연료인 암모니아로의 전환을 통한 발전설비의 이용률 제고 및 친환경화가 요구되고 있다.
상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 유동층 보일러에서 암모니아를 연소 및 혼소할 수 있도록 구성된 유동층 보일러의 암모니아 연소 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 유동층 보일러의 암모니아 연소 시스템은 유동층 보일러에서 연소가 수행되는 연소로에는 암모니아를 주입하는 암모니아 주입장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 유동층 보일러의 암모니아 연소 시스템에서 상기 암모니아 주입장치는 암모니아 저장탱크로부터 암모니아를 이송하여 상기 연소로에 공급하는 암모니아 공급배관, 암모니아 및 공기를 상기 연소로에 형성된 주입구를 통해 주입하는 주입관, 상기 주입관 일측에 형성되어 암모니아 유량을 조절하는 정밀 암모니아 유량 조절계, 및 상기 연소로에 연결된 측 상기 주입관 끝단에 결합되어 상기 주입관을 통해 이송된 암모니아 및 공기가 균일하게 혼합되어 상기 연소로 내에 분사 공급하는 노즐로 이루어질 수 있다.
상기 암모니아 주입장치에서 상기 주입관은 상기 암모니아 공급배관과 연결되어 상기 연소로에 이송된 암모니아를 주입하는 암모니아 주입관, 및 상기 암모니아 주입관을 둘러싸며 상기 연소로에 연소용 공기를 주입하는 공기 주입관이 서로 분리된 이중관 형태이다. 여기서 상기 암모니아 주입관은 상기 연소로의 내측으로 상기 공기 주입관의 길이보다 소정의 길이만큼 더 길게 형성된다.
상기 유동층 보일러의 암모니아 연소 시스템에서 상기 연소로에 형성된 주입구에는 상기 연소로의 내벽에 형성된 내화재가 상기 연소로의 내부 쪽으로 일정 각도 경사지게 돌출된 암모니아 주입 보호용 내화재가 형성되며, 상기 암모니아 주입 보호용 내화재의 돌출높이 이상으로 상기 주입관이 상기 연소로의 내부에 돌출하지 않도록 위치하는 것이 바람직하다.
본 발명의 유동층 보일러의 암모니아 연소 시스템을 통해 기존의 석탄화력 발전소에서 암모니아를 혼소할 경우, 혼소량에 비례해 이산화탄소가 저감되는 효과를 확인하였으며, 석탄화력의 탈질설비(SCR)에서 이미 암모니아를 질소산화물(NOx)의 환원제로 사용하고 있어 실제 발전소에 적용시 기존 발전설비 인프라의 큰 변화 없이 운영 노하우를 활용할 수 있다.
그러므로 본 발명은 장시간의 기술 개발이 요구되는 CCS(Carbon Capture and Storage)와 수소 혼소 기술과 달리 온실가스 감소시킬 수 있는 경제적이고 효과적인 중단기적 대안으로 적용할 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유동층 보일러의 암모니아 연소 시스템을 적용한 유동층 보일러의 개략적인 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 유동층 보일러에서 암모니아의 주입 위치를 표시한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 암모니아 주입량 제어를 나타낸 모식도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 주입관의 모습 및 주입관이 설치된 유동층 보일러의 모습을 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 공기상자에 설치된 유동층 보일러의 암모니아 연소 시스템의 모습을 나타낸 단면도이다.
도 8은 암모니아 주입관에 형성된 노즐의 모양을 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 연료공급장치에 설치된 유동층 보일러의 암모니아 연소 시스템의 모습을 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 유동층 보일러에서 암모니아의 주입 위치를 표시한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 암모니아 주입량 제어를 나타낸 모식도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 주입관의 모습 및 주입관이 설치된 유동층 보일러의 모습을 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 공기상자에 설치된 유동층 보일러의 암모니아 연소 시스템의 모습을 나타낸 단면도이다.
도 8은 암모니아 주입관에 형성된 노즐의 모양을 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 연료공급장치에 설치된 유동층 보일러의 암모니아 연소 시스템의 모습을 나타낸 단면도이다.
이하 본 발명의 유동층 보일러의 암모니아 연소 시스템에 대한 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 명세서에서 기술되는 '유동층 보일러'라 함은 '순환유동층 보일러'를 의미한다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유동층 보일러의 암모니아 연소 시스템을 적용한 유동층 보일러의 개략적인 모식도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 유동층 보일러(100)는 연소가 수행되는 연소로(108), 상기 연소로(108)의 전방 및 후방에 연결된 사이클론 분리기(107), 상기 연소로(108)의 하부 측면에 연료를 주입하는 연료공급장치(101), 상기 연료공급장치(101)의 상부에 위치하는 2차 공기 주입구(SA prot)(106), 상기 연료공급장치(101)의 하부에 위치하는 기동용 버너(start-up burner)(105), 상기 연소로(108) 하단에 위치하는 1차 공기 공기상자(PA windbox)(102), 및 상기 사이클론 분리기 하단에 위치하는 외부열교환기 유동화공기 공기상자를 포함한다.
상기 외부열교환기 유동화공기 공기상자는 사이클론 분리기 하단에서 상기 1차공기 공기상자(102)에 인접하여 위치하는 외부열교환기 리프트 레그(lift leg) 공기상자(104) 및 상기 외부열교환기 리프트 레그 공기상자(104)와 상기 1차 공기 공기상자(102)와 접하는 측면에 반대하여 위치하는 외부열교환기 챔버 공기상자(103)로 구성된다.
상기 연소로(108)는 연료가 투입되어 연소될 경우 유동매체에 의해 입자의 유동, 혼합, 비산 및 연소가 발생한다. 여기서 유동매체는 연소로(108) 내에 주입된 연소용 공기에 의해 유동 및 혼합 되어 비산 및 순환하는 것으로, 층물질로 주입된 모래(Sand), 탈황을 위해 주입된 석회석, 연소후 발생하는 회(ash) 등의 고체 물질 입자로 이루어진다.
상기 1차 공기 공기상자(102), 상기 외부열교환기 리프트 레그 공기상자(104), 및 상기 외부열교환기 챔버 공기상자(103)와 같은 공기상자는 연소로(108) 내의 입자의 유동 및 순화를 위해 공기를 연소로(108)로 주입한다. 이때 연소용 공기는 연소로(10) 하부의 바닥면에는 별도의 분산판에 설치되어 있는 분산노즐 또는 분산 홀 등을 통해 연소로(108) 내부로 공기가 주입된다.
상기 유동층 보일러(100)에서, 연소 및 유동화용 공기를 주입하는 부분은 연료공급장치(101), 1차 공기 공기상자(102), 외부열교환기 챔버 공기상자(103), 외부열교환기 리프트 레그 공기상자(104), 기동용 버너(105), 2차 공기 주입구(106)가 있다.
유동층 보일러의 암모니아 연소 시스템은 상기 유동층 보일러에서 연소로(108), 사이클론 분리기(107), 연소 및 유동화용 공기를 주입하는 부분 각각의 주입구에 암모니아를 주입하는 암모니아 주입장치(200)가 연결되어 암모니아를 주입하도록 구성한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 유동층 보일러에서 암모니아의 주입 위치를 표시한 것으로, 유동층 보일러 내부로 상기 암모니아 및 공기가 주입되는 주입구로는 연료공급장치를 통해 암모니아를 주입하는 제1 암모니아 주입구(201), 1차공기 공기상자를 통해 암모니아를 주입하는 제2 암모니아 주입구(202), 외부열교환기 챔버 공기상자를 통해 암모니아를 주입하는 제3 암모니아 주입구(203), 외부열교환기 lift leg 공기상자를 통해 암모니아를 주입하는 제4 암모니아 주입구(204), 기동용 버너를 통해 암모니아를 주입하는 제5 암모니아 주입구(205), 2차 공기 주입구를 통해 암모니아를 주입하는 제6 암모니아 주입구(206), 사이클론 분리기 입구를 통해 암모니아를 주입하는 제7 암모니아 주입구(207), 및 연소로 상부에서 별도로 암모니아를 주입하는 제8 암모니아 주입구(208)를 포함하며, 상기 주입구들을 통해 암모니아를 혼합 또는 분리 주입할 수 있다.
상기 암모니아 주입장치(200)는 암모니아 저장탱크로부터 암모니아를 이송하여 상기 연소로에 공급하는 암모니아 공급배관(210), 암모니아 및 공기를 유동층 보일러의 연소로에 형성된 주입구를 통해 주입하는 주입관(221, 222, 223, 224) 및 상기 연소로에 연결된 측 상기 주입관 끝단에 결합되어 상기 주입관을 통해 이송된 암모니아 및 공기가 균일하게 혼합되어 상기 연소로 내에 분사 공급하는 노즐을 포함하며, 상기 주입관을 통해 연소로 내부로 주입되는 암모니아의 양을 조절하기 위한 별도의 제어장치로 상기 주입관 일측에 형성되어 암모니아 유량을 조절하는 정밀 암모니아 유량 조절계(304)가 설치된다.
도 2에서처럼 점선 화살표는 주입관으로부터 유동층 보일러에 암모니아가 주입되는 흐름을 나타낸 것으로, 암모니아 주입장치(220)는 암모니아 공급배관(210)과 연결된 각각의 주입관(221, 222, 223, 224)은 상기 제1 암모니아 주입구(201), 상기 제2 암모니아 주입구(202), 상기 제3 암모니아 주입구(203), 상기 제4 암모니아 주입구(204), 상기 제5 암모니아 주입구(205), 상기 제6 암모니아 주입구(206), 상기 제7 암모니아 주입구(207), 및 상기 제8 암모니아 주입구(208)와 각각 연결되고, 이렇게 각각의 암모니아 주입구와 연결된 주입관을 통하여 암모니아가 유동층 보일러에 주입한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 암모니아 주입량 제어를 나타낸 모식도이다.
도 3에서와 같이 사이클론 상부에 위치한 개별배기유로가 합류되는 통합배기유로(301)에 각각의 연소 구역(Zone)별로 설치되어 있는 암모니아, 질소산화물(NOx) 등 배기가스 성상별 농도를 측정할 수 있는 정밀 농도 계측기(302)에서 측정한 값과 기 설정된 값을 비교하여 암모니아 공급배관(303)으로부터 나온 암모니아 주입 위치별 주입관의 일측에 설치된 정밀 암모니아 유량 조절계(304)에서 유량을 조절하여 연소로 내로 주입되는 암모니아의 양을 조절한다.
본 발명의 유동층 보일러의 암모니아 연소 시스템의 제어 방법은, 정밀 농도 계측기(302)로 배기가스 성상별 농도를 측정하는 단계와, 암모니아 배출량을 조절하는 기준 값으로 기 설정된 암모니아 및 질소산화물(NOx)의 기준 값과 상기 측정된 배가가스 성상별 농도 값을 비교하는 단계와, 상기 비교된 결과 값에 대응하여 정밀 암모니아 유량 조절계(302)에서 배출되는 암모니의 양을 조절하는 단계를 포함한다.
예를 들면 배기가스 내에 측정된 암모니아 및 질소산화물(NOx)이 기준 값을 초과하면, 정밀 암모니아 유량 조절계(302)에서 연소로 내로 주입되는 암모니아의 양을 줄여 질소산화물(NOx) 발생량을 저감하도록 한다.
이처럼 본 발명의 유동층 보일러의 암모니아 연소 시스템의 제어방법은 통합배기유로(301)에 설치된 정밀 농도 계측기(302)를 통해 연소 구역(Zone)별로 연소 특성을 파악하여 연소환경 최적화 운전을 할 수 있으므로, 유동층 보일러의 연소효율 향상 및 연소로 내 불균일 유동을 해소할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 사이클론 분리기 입구 및 연소로 상부 에 설치되어 암모니아를 공급하는 주입관의 형상을 나타낸 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이 주입관은, 상기 암모니아 공급배관과 연결되어 연소로에 이송된 암모니아를 주입하는 암모니아 주입관(401) 및 상기 암모니아 주입관(401)을 둘러싸며 연소로에 연소용 공기를 주입하는 공기 주입관(402)이 서로 분리된 이중관 형태로 구성한다.
도 4에 도시된 주입관은 연소용 공기와 암모니아를 분리하는 동시에 암모니아 주입관(401)은 전후로 움직일 수 있게 하여 암모니아와 연소용 공기의 접촉 시간 및 위치를 조절할 수 있게 구성한다.
예를 들어 상기 암모니아 주입관(401)은 연소로의 내측으로 상기 공기 주입관(402)의 길이보다 소정의 길이만큼 더 길게 형성하여 암모니아와 연소용 공기의 접촉을 최대한 늦게 하여 환원 분위기에서 암모니아 연소를 통해 질소산화물(NOx)의 발생을 줄이도록 구성할 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 주입관이 설치된 유동층 보일러의 모습을 나타낸 단면도를 나타낸 것이다.
도 5에서처럼 암모니아 주입관(501)은 연소로(504)의 내측으로 상기 공기 주입관(502)의 길이보다 소정의 길이만큼 더 길게 형성하며, 상기 암모니아 주입관(501)의 내부에 나사산 모양의 돌기를 형성할 수 있으며, 이 나사산 모양의 돌기는 선회력을 가지고 있어 연소용 공기에 비해 더 연소로 안쪽으로 암모니아가 분사되도록 하여 주입구 부근에서 연소용 공기와 연소되지 않도록 구성할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이 연소로 하부에는 하향흐름을 가지는 유동매체(505)에 의해 암모니아 주입관(501)이 손상되지 않도록 연소로 내측 벽면에 형성된 내화재(503) 안쪽으로 암모니아 주입관(501)을 위치시킬 수 있다.
또한 도 6에 도시된 바와 같이 연소로(604) 하부에는 하향흐름을 가지는 유동매체(605)에 의해 암모니아 주입관(601)이 손상되지 않도록 주입관이 연결되는 주입구에는 상부 연소로의 내벽이 형성된 내화재(603)가 별도로 주입관의 상부 및 측면을 감싸면서 상기 연소로(604)의 내부쪽으로 일정 각도로 경사지게 돌출된 암모니아 주입 보호용 내화재(606)가 형성된다. 상기 암모니아 주입 보호용 내화재(606)의 돌출높이 이상으로 상기 암모니아 주입관(601)의 끝단이 상기 연소로(604)의 내부에 돌출하지 않도록 위치시킨다.
도 5 및 도 6에서처럼 주입관은 연소로 하부의 바닥면 기준으로 각도를 약 15도 내지 45도 정도로 경사를 주어 연소로 하부방향으로 암모니아가 주입되도록 하여 연소로 내부에 유동매체의 입자가 내부로 유입되지 않게 구성한다. 이때 경사 각도는 유동매체가 유입되지 않는 일정 각도로 형성하는 것이 바람직하다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 공기상자에 설치된 유동층 보일러의 암모니아 연소 시스템의 모습을 나타낸 단면도이다.
유동층 보일러에서 연소로 및 사이클론 분리기 하단에 위치하는 1차 공기 공기상자(102), 외부열교환기 챔버 공기상자(103), 외부열교환기 리프트 레그 공기상자(104)를 통해 암모니아를 주입할 경우 공기와 암모니아의 균일한 분포가 매우 중요하므로 도 7에 도시된 바와 같이 공기상자 당 다수의 주입관을 설치한다.
도 7과 같이 암모니아 배관(705)으로 부터 공기상자(703)에 암모니아를 고르게 주입하는 암모니아 주입관(706)가 복수개 구성되며, 공기상자에 주입되는 암모니아와 1차 공기 또는 유동화공기가 서로 혼합되어 연소로 하부의 바닥면에 형성된 분산판을 거쳐 균일하게 연소로 내로 주입된다. 이때, 공기상자로 역류하여 들어오는 유동매체의 영향을 받지 않게 공기상자 측면으로 공기상자 연결 공기주입 배관(702)을 구성한다.
주입관에 형성된 노즐은 도 8에 도시된 바와 같이 상기 연소로에 연결된 측 상기 암모니아 주입관 및 상기 공기 주입관 끝단에 결합되어 상기 암모니아 주입관 및 상기 공기 주입관을 따라 이송된 상기 암모니아와 공기가 균일하게 혼합되어 노즐을 통해서 연소로 내부에 분무형태로 분사되도록 구성한다.
도 8의 (8-1)에서 나타낸 바와 같이 노즐은 암모니아 주입관(801)을 지나 관의 중간을 막는 중간봉(802)과 노즐의 일단에 상기 노즐의 길이방향의 중심선을 기준으로 나팔 형상으로 상기 주입관에서부터 상기 연소로 내부로 암모니아가 배출되는 출구가 점차적으로 확관되는 확산형 원판(503)이 구성된 확산형 노즐의 형태로 주입된 암모니아가 공기와 잘 섞일 수 있도록 구성한다.
또한 도 8의 (8-2)에서 암모니아 주입관(801)의 일측 끝단에 일정거리 떨어져 배플(baffle)(804)이 형성된 형태의 노즐을 구성하여 공기상자로 유입되는 연소용 공기와 암모니아가 균일하게 혼합될 수 있도록 구성한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 연료공급장치에 설치된 유동층 보일러의 암모니아 연소 시스템의 모습을 나타낸 단면도이다.
연료공급장치에 설치되는 암모니아 주입관의 경우에는 도 9에 도시된 바와 같이 스크류피더(screw feeder)(903)의 중간 축(904)에 암모니아 주입관(905)을 삽입하여 연소로 내로 연료와 암모니아가 함께 주입하게 구성한다.
앞서 살펴본 실시예는 본 발명의 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하는 바람직한 실시예일 뿐 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니므로 이로 인해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 따라서 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 당업자에게 있어 명백할 것이며, 당업자에 의해 용이하게 변경 가능한 부분도 본 발명의 권리범위에 포함됨은 자명하다.
100 : 유동층 보일러
101 : 연료공급장치
102 : 1차 공기 공기상자
103 : 외부열교환기 챔버 공기상자
104 : 외부열교환기 lift leg 공기상자
105 : 기동용 버너
106 : 2차 공기 주입구
107 : 사이클론 분리기
108 : 연소로
200 : 암모니아 주입장치
201 : 제1 암모니아 주입구
202 : 제2 암모니아 주입구
203 : 제3 암모니아 주입구
204 : 제4 암모니아 주입구
205 : 제5 암모니아 주입구
206 : 제6 암모니아 주입구
207 : 제7 암모니아 주입구
208 : 제8 암모니아 주입구
210 : 암모니아 공급배관
220 : 암모니아 주임관
301 : 통합배기유로
302 : 정밀 농도 계측기
303 : 암모니아 공급배관
304 : 정밀 암모니아 유량 조절계
401 : 암모니아 주입관
402 : 공기 주입관
501 : 암모니아 주입관
502 : 공기 주입관
503 : 기존 연소로 하부 내화재
504 : 연소로 내부
505 : 고체입자 하향 흐름
601 : 암모니아 주입관
602 : 공기 주입관
603 : 기존 연소로 내화재
604 : 연소로 내부
605 : 고체입자 하향 흐름
606 : 암모니아 주입 보호용 내화재
701 : 분산판 노즐
702 : 공기상자 연결 공기주입 배관
703 : 공기상자
704 : 연소로 내부
705 : 암모니아 배관
706 : 암모니아 주입관
801 : 암모니아 주입관
802 : 막힌 중간관
803 : 확산형 노즐
804 : 배플(baffle)
901 : 연소로 내부
902 : 내화재
903 : 연료공급 스크류피더
904 : 연료공급 스크류피더 중심축
905 : 암모니아 주입관
101 : 연료공급장치
102 : 1차 공기 공기상자
103 : 외부열교환기 챔버 공기상자
104 : 외부열교환기 lift leg 공기상자
105 : 기동용 버너
106 : 2차 공기 주입구
107 : 사이클론 분리기
108 : 연소로
200 : 암모니아 주입장치
201 : 제1 암모니아 주입구
202 : 제2 암모니아 주입구
203 : 제3 암모니아 주입구
204 : 제4 암모니아 주입구
205 : 제5 암모니아 주입구
206 : 제6 암모니아 주입구
207 : 제7 암모니아 주입구
208 : 제8 암모니아 주입구
210 : 암모니아 공급배관
220 : 암모니아 주임관
301 : 통합배기유로
302 : 정밀 농도 계측기
303 : 암모니아 공급배관
304 : 정밀 암모니아 유량 조절계
401 : 암모니아 주입관
402 : 공기 주입관
501 : 암모니아 주입관
502 : 공기 주입관
503 : 기존 연소로 하부 내화재
504 : 연소로 내부
505 : 고체입자 하향 흐름
601 : 암모니아 주입관
602 : 공기 주입관
603 : 기존 연소로 내화재
604 : 연소로 내부
605 : 고체입자 하향 흐름
606 : 암모니아 주입 보호용 내화재
701 : 분산판 노즐
702 : 공기상자 연결 공기주입 배관
703 : 공기상자
704 : 연소로 내부
705 : 암모니아 배관
706 : 암모니아 주입관
801 : 암모니아 주입관
802 : 막힌 중간관
803 : 확산형 노즐
804 : 배플(baffle)
901 : 연소로 내부
902 : 내화재
903 : 연료공급 스크류피더
904 : 연료공급 스크류피더 중심축
905 : 암모니아 주입관
Claims (9)
- 유동층 보일러에서 연소가 수행되는 연소로에는 암모니아를 주입하는 암모니아 주입장치를 포함하며,
상기 암모니아 주입장치는,
암모니아 저장탱크로부터 암모니아를 이송하여 상기 연소로에 공급하는 암모니아 공급배관;
암모니아 및 공기를 상기 연소로에 형성된 주입구를 통해 주입하는 주입관;
상기 주입관 일측에 형성되어 암모니아 유량을 조절하는 정밀 암모니아 유량 조절계; 및
상기 주입관을 통해 이송된 암모니아 및 공기가 상기 연소로에 분사 공급하는 노즐;로 이루어지며,
상기 주입관은 상기 암모니아 공급배관과 연결되어 상기 연소로에 이송된 암모니아를 주입하는 암모니아 주입관; 및
상기 암모니아 주입관을 둘러싸며 상기 연소로에 연소용 공기를 주입하는 공기 주입관;이 서로 분리된 이중관 형태이고,
상기 노즐은 상기 연소로에 연결된 측 상기 암모니아 주입관 및 상기 공기 주입관 끝단에 결합되어 상기 암모니아 주입관 및 상기 공기 주입관을 따라 이동된 상기 암모니아와 공기가 균일하게 혼합되어 상기 연소로 내에 주입하도록 하며,
상기 주입구에는 상기 연소로의 내벽에 형성된 내화재가 상기 연소로의 내부쪽으로 일정 각도로 경사지게 돌출된 암모니아 주입 보호용 내화재가 형성되며,
상기 암모니아 주입 보호용 내화재의 돌출높이 이상으로 상기 주입관이 상기 연소로의 내부에 돌출하지 않도록 위치시키는 것을 특징으로 하는 유동층 보일러의 암모니아 연소 시스템. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 암모니아 주입관은 상기 연소로의 내측으로 상기 공기 주입관의 길이보다 소정의 길이만큼 더 길게 형성된 것을 특징으로 하는 것을 유동층 보일러의 암모니아 연소 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 암모니아 주입관은 내측 면에 나사산 모양의 돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 유동층 보일러의 암모니아 연소 시스템. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 노즐은 일단에 상기 노즐의 길이방향의 중심선을 기준으로 나팔 형상으로 상기 주입관에서부터 상기 연소로 내부로 암모니아가 배출되는 출구가 점차적으로 확관되는 형태의 노즐이거나, 상기 주입관에서부터 상기 연소로 내부로 암모니아가 배출되는 노즐의 출구 측 끝단에 일정거리 떨어져 배플이 형성된 노즐인 것을 특징으로 하는 유동층 보일러의 암모니아 연소 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 암모니아 주입장치는,
유동층 보일러의 연소로; 상기 연소로 전방 및 후방에 연결된 사이클론 분리기; 상기 연소로의 하부 측면에 연료를 주입하는 연료공급장치; 상기 연료공급장치의 상부에 위치하는 2차 공기 주입구; 상기 연료공급장치의 하부에 위치하는 기동용 버너; 상기 연소로 하단에 위치하는 1차 공기 공기상자; 및 상기 사이클론 분리기 하단에 위치하는 외부열교환기 유동화공기 공기상자;에 각각 연결되어 암모니아를 유동층 내부에 주입하는 것을 특징으로 하는 유동층 보일러의 암모니아 연소 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 주입구는,
연소가 수행되는 연소로의 하부 측면에 연료를 공급하는 연료공급장치를 통해 암모니아를 주입하는 제1 암모니아 주입구;
상기 연소로 하단에 위치하는 1차공기 공기상자를 통해 암모니아를 주입하는 제2 암모니아 주입구;
상기 1차공기 공기상자와 접하는 측면에 반대하여 위치하는 외부열교환기 챔버 공기상자를 통해 암모니아를 주입하는 제3 암모니아 주입구;
상기 1차공기 공기상자와 인접하여 위치하는 외부열교환기 리프트 레그 공기상자를 통해 암모니아를 주입하는 제4 암모니아 주입구;
상기 연료공급장치의 하부에 위치하는 기동용 버너를 통해 암모니아를 주입하는 제5 암모니아 주입구;
상기 연료공급장치의 상부에 위치하는 2차 공기 주입구를 통해 암모니아를 주입하는 제6 암모니아 주입구;
상기 연소로의 전방 및 후방에 연결된 사이클론 분리기 입구를 통해 암모니아를 주입하는 제7 암모니아 주입구; 및
연소로 상부 별도로 암모니아를 주입하는 제8 암모니아 주입구;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 보일러의 암모니아 연소 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 정밀 암모니아 유량 조절계는 상기 유동층 보일러의 통합배기유로에 설치된 정밀 농도 계측기에서 측정된 값을 통해 암모니아 주입량을 조절하는 것을 특징으로 하는 유동층 보일러의 암모니아 연소 시스템.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220030868A KR102606661B1 (ko) | 2022-03-11 | 2022-03-11 | 유동층 보일러의 암모니아 연소 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220030868A KR102606661B1 (ko) | 2022-03-11 | 2022-03-11 | 유동층 보일러의 암모니아 연소 시스템 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230133640A KR20230133640A (ko) | 2023-09-19 |
| KR102606661B1 true KR102606661B1 (ko) | 2023-11-29 |
Family
ID=88196839
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220030868A KR102606661B1 (ko) | 2022-03-11 | 2022-03-11 | 유동층 보일러의 암모니아 연소 시스템 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102606661B1 (ko) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100501420B1 (ko) * | 2002-10-31 | 2005-07-18 | 한국전력공사 | 질소산화물저감용 환원제주입기의 자동 승강 장치 |
| JP2016191507A (ja) * | 2015-03-31 | 2016-11-10 | 株式会社Ihi | 燃焼装置、ガスタービン及び発電装置 |
| JP2020112280A (ja) * | 2019-01-08 | 2020-07-27 | 一般財団法人電力中央研究所 | アンモニアを混焼できるボイラ装置及び火力発電設備 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5886031B2 (ja) * | 2011-12-26 | 2016-03-16 | 川崎重工業株式会社 | バイオマス燃料燃焼方法 |
-
2022
- 2022-03-11 KR KR1020220030868A patent/KR102606661B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100501420B1 (ko) * | 2002-10-31 | 2005-07-18 | 한국전력공사 | 질소산화물저감용 환원제주입기의 자동 승강 장치 |
| JP2016191507A (ja) * | 2015-03-31 | 2016-11-10 | 株式会社Ihi | 燃焼装置、ガスタービン及び発電装置 |
| JP2020112280A (ja) * | 2019-01-08 | 2020-07-27 | 一般財団法人電力中央研究所 | アンモニアを混焼できるボイラ装置及び火力発電設備 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20230133640A (ko) | 2023-09-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2733109C (en) | Combustion system with precombustor for recycled flue gas | |
| US9752773B2 (en) | Apparatus and method of controlling the thermal performance of an oxygen-fired boiler | |
| KR101768717B1 (ko) | 산소 점화 순환유동층의 주 산화제 공급 시스템 | |
| JPH05507140A (ja) | 集合同心式ぐう角燃焼システム | |
| US7775791B2 (en) | Method and apparatus for staged combustion of air and fuel | |
| US10018353B2 (en) | Sealpot and method for controlling a solids flow rate therethrough | |
| US20120129111A1 (en) | Premix for non-gaseous fuel delivery | |
| CA2827331A1 (en) | Low nox combustion process and burner therefor | |
| CN101142447B (zh) | 燃烧方法和系统 | |
| JP2014001908A (ja) | 固体燃料バーナ及び固体燃料バーナを備えた酸素燃焼装置 | |
| CA2959134C (en) | Low nox turbine exhaust fuel burner assembly | |
| KR102606661B1 (ko) | 유동층 보일러의 암모니아 연소 시스템 | |
| US5890442A (en) | Gas stabilized reburning for NOx control | |
| US10443841B2 (en) | Methods and devices for even distribution of solid fuel materials | |
| TW201632787A (zh) | 用於減少氮氧化物排放之設備，燃燒裝置及方法 | |
| CN105276605A (zh) | 燃煤锅炉及燃煤锅炉的燃烧方法 | |
| WO2018142772A1 (ja) | 燃焼バーナ及びこれを備えたボイラ | |
| TWI857695B (zh) | 用於氫增強之粉煤點燃之焚燒器、含有其之鍋爐及在一燃燒裝置之一燃燒室中生成一火焰之方法 | |
| Gong et al. | Combustion and NOx emissions in deep-air-staging combustion of char in a circulating fluidized bed | |
| KR20230151387A (ko) | 암모니아 혼소가 가능한 순환 유동층 보일러 | |
| TW202403234A (zh) | 用於氫增強之粉煤點燃之焚燒器、系統及方法 | |
| Whelan et al. | Low NO x turbine exhaust fuel burner assembly | |
| Holmes et al. | Gas stabilized reburning for NO x control |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right |