KR102632470B1 - 질소 산화물 저감형 버너 - Google Patents

질소 산화물 저감형 버너 Download PDF

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KR102632470B1
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Abstract

본 발명의 일 실시예는 제1공기 챔버; 상기 제1공기 챔버에 연통되는 상류단부와, 상기 상류단부의 반대측 하류단부 및 상기 상류단부와 상기 하류단부 사이의 벤추리부를 포함하는 버너 관; 상기 버너 관의 하류단부 측에서 화염을 제공하도록 구성된 버너 팁; 제2공기 챔버; 상기 버너 팁을 중심으로 가상의 원주 상에 제공되며, 상기 제2공기 챔버와 연통되는 복수의 공기구; 상기 제1공기 챔버에 연통되는 하류단부와, 연소 배기가스가 유입될 수 있도록 서로 인접한 2개의 상기 공기구 사이의 영역에 제공되는 상류단부를 포함하는 연소 배기가스 재순환 유로; 및 상기 공기구로부터 배출되는 공기가 상기 연소 배기가스 재순환 유로의 상류단부로 유입되는 것을 저감하기 위한 저감부를 포함하는, 질소 산화물 저감형 버너를 제공한다.

Description

질소 산화물 저감형 버너{BURNER FOR REDUCING NOx}
본 발명은 버너에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고온의 로(furnace) 하부에 배치되어 수소가 풍부한 연료 가스를 연소시키되 질소 산화물(NOx)을 저감시키기 위한 버너에 관한 것이다.
스팀 크래킹(Steam Cracking) 분해로는 에탄, 납사 등의 탄화수소를 고온에서 열분해시켜 석유화학의 기초 원료인 에틸렌, 프로필렌 등을 생산하는 설비이다.
도 1의 (a)는 통상적인 분해로의 일부 및 버너의 정면에서의 단면도이고, 도 1의 (b)는 도 1의 (a)에 도시된 버너를 확대 도시한 도면이다.
도 2는 통상적인 버너의 외관을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2에는 후술하는 흡입구(3a, 3b, 3c, 3d)의 구체적인 형태의 도시를 생략하고 흡입구(3a, 3b, 3c, 3d)가 위치하는 영역만을 도시하였다.
분해로의 복사부(1)에는 공급되는 탄화수소와 희석된 증기의 혼합물이 통과하는 복사 코일(radiant coil)이 설치되어 있는데, 이러한 복사 코일은 분해로의 하부에 배치되는 버너(2)에서 제공되는 연소 화염의 복사열을 받아 가열될 수 있다. 이렇게 가열된 복사 코일 내부에서 탄화수소의 열분해 반응이 이루어진다.
버너(2)는 일 측에 외부의 공기가 유입될 수 있는 흡입구(3a, 3b, 3c, 3d)를 구비하는 몸체(4)와, 외부로부터 공급되는 연료 및 몸체(4) 내부로 유입된 공기에 의해 발화되는 화염을 분해로의 복사부(1)에 제공하기 위해 몸체(4)의 상부에 구비되는 버너 팁(5)를 구비할 수 있다.
흡입구는 몸체(4)의 일 측면(4a)의 상부 중앙에 형성된 중앙 흡입구(3a, 3b)와, 중앙 흡입구(3a, 3b)를 중심으로 양측에 배치되는 한 쌍의 측방 흡입구(3c, 3d)로 구분될 수 있다.
몸체(4) 내부는 적어도 제1공기 챔버(7) 및 제2공기 챔버(8)로 구분될 수 있다.
몸체(4) 내부에는 연소 배기가스가 재순환될 수 있는 연소 배기가스 재순환 유로(10)가 제공되며, 연소 배기가스 재순환 유로(10)는 제1공기 챔버(7)와 연통되며, 중앙 흡입구(3a, 3b)는 연소 배기가스 재순환 유로(10)의 중단과 연통될 수 있다.
한 쌍의 측방 흡입구(3c, 3d)는 제2공기 챔버(8)와 연통될 수 있다.
몸체(4) 내부에는 제1공기 챔버(7)와 연통되는 상류단부(9a), 상류단부(9a)의 반대측 하류단부(9b) 및 상류단부(9a)와 하류단부(9b) 사이의 벤추리부(9c)를 구비하는 버너 관(9)이 제공된다.
버너 팁(5)은 버너 관(9)의 하류단부(9b) 측에서 화염을 제공하도록 구성되며, 고리형 타일(14)에 의해 둘러 쌓일 수 있다.
버너 팁(5)의 주변에는 제2공기 챔버(8)와 연통되는 복수의 공기구(11a, 11b)가 제공될 수 있다.
이하에서는 통상적인 버너(2)의 작동 과정을 설명하기로 한다.
중앙 흡입구(3a, 3b)를 통해 외부로부터 유입된 공기(1st Air)는 제1공기 챔버(7)로 이동하여, 연료 노즐(12)을 통해 공급되는 연료와 함께 버너 관(9)을 따라 버너 팁(5) 측으로 이동한다. 버너 팁(5)에서는 점화에 의해 연료(Fuel) 및 공기(1st Air)가 1차 연소하여 제1차 화염이 제공된다.
한 쌍의 측방 흡입구(3c, 3d)를 통해 외부로부터 유입된 공기(2nd Air)는 제2공기 챔버(8)로 이동하여, 복수의 공기구(11a, 11b)를 통해 외부로 배출된다. 복수의 공기구(11a, 11b)를 통해 버너 팁(5) 주변에 공기(2nd Air)가 공급되면 2차 연소하여 제2차 화염이 제공된다.
한편, 분해로의 하부에 배치되는 버너에서는 복사 코일을 가열하기 위해 화석연료를 연소시키는데 연소 과정에서 질소 산화물 등의 환경 오염 물질이 배출될 수 있다. 전 세계적으로 점차 강화되는 환경 오염 물질 배출 규제를 만족시키기 위해 질소 산화물 저감형 버너의 설계가 요구되고 있다.
분해로에 이용되는 통상적인 버너는 내부적으로 연소 배기가스(Flue Gas)를 재순환시켜 화염 영역에 재공급함으로써, 화염 온도 및 산소 농도를 감소시켜 질소 산화물 생성을 저감하도록 설계된다.
구체적으로 통상적인 버너(2)의 경우 연소에 의해 배기되는 연소 배기가스는 서로 인접한 2개의 공기구(11a) 사이에 배치되는 연소 배기가스 재순환(FGR) 유로(10)의 입구(10a)을 통해 유입되어 버너 몸체(4) 내부에서 순환될 수 있다.
도 3는 통상적인 버너를 통해 연료 가스가 연소될 때 분해로 내부에서의 온도 분포를 시뮬레이션한 결과를 나타낸 도면이고, 도 4는 통상적인 버너를 통해 연료 가스가 연소될 때 연소 배기가스 재순환 유로의 입구(10a)와 인접한 공기구(11a)를 통해 배출되는 공기의 스트림 라인(stream line)을 시뮬레이션한 결과를 나타낸 도면이다. 도 5는 통상적인 버너의 상부에서의 연소 배기가스 재순환 유로의 입구 및 복수의 공기구의 배치를 도시한 평면도이다.
도 3 및 도 5를 참조하면, 버너 몸체(4)의 중앙부 상방에서의 온도는 1450 ℃ 이상의 고온인 반면, 연소 배기가스 재순환 유로의 입구(10a) 측에 인접한 영역에서의 온도는 약 550 ℃ 이하인 것으로 보아, 연소 배기가스 재순환 유로의 입구(10a)에는 연소 배기가스(Flue Gas) 외에 연소 배기가스 재순환 유로의 입구(10a)와 인접한 공기구(11a)를 통해 배출되는 공기(2nd Air)도 상당량 유입되는 것으로 추정되며, 이는 도 5에 도시된 바와 같이, 연소 배기가스 재순환 유로의 입구(10a)와 인접한 영역에서 산소 몰분율(Mole Fraction of O2)이 0.12 내지 0.18로 높게 나타나는 것으로도 확인될 수 있다.
이렇게 연소 배기가스 재순환 유로의 입구(10a)를 통해 연소 배기가스(Flue Gas) 외 공기(2nd Air)가 함께 유입되는 양이 많아진다면, 화염 온도 및 산소 농도의 감소 정도도 저감되어 질소 산화물 생성 억제 효과도 떨어질 수 밖에 없다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 실시예들의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 실시예들의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 공기구로부터 배출되는 공기가 연소 배기가스 재순환 유로 내부로 유입되는 것을 저감할 수 있는 버너를 제공하고자 한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 하기의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예는 제1공기 챔버; 상기 제1공기 챔버에 연통되는 상류단부와, 상기 상류단부의 반대측 하류단부 및 상기 상류단부와 상기 하류단부 사이의 벤추리부를 포함하는 버너 관; 상기 버너 관의 하류단부 측에서 화염을 제공하도록 구성된 버너 팁; 제2공기 챔버; 상기 버너 팁을 중심으로 가상의 원주 상에 제공되며, 상기 제2공기 챔버와 연통되는 복수의 공기구; 상기 제1공기 챔버에 연통되는 하류단부와, 연소 배기가스가 유입될 수 있도록 서로 인접한 2개의 상기 공기구 사이의 영역에 제공되는 상류단부를 포함하는 연소 배기가스 재순환 유로; 및 상기 공기구로부터 배출되는 공기가 상기 연소 배기가스 재순환 유로의 상류단부로 유입되는 것을 저감하기 위한 저감부를 포함하는, 질소 산화물 저감형 버너를 제공한다.
본 실시예에 있어서, 상기 저감부는, 상기 연소 배기가스 재순환 유로의 상류단부 및 상기 연소 배기가스 재순환 유로의 상류단부와 인접한 인접공기구 사이에 제공되는 차단벽을 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 저감부는, 상기 연소 배기가스 재순환 유로의 상류단부로부터 이격되어 상기 연소 배기가스 재순환 유로의 상류단부를 덮는 커버를 포함하며, 상기 커버는 상기 버너 팁 측의 반대 측이 개구되어 있는 것이 바람직하다.
본 실시예에 있어서, 상기 연소 배기가스 재순환 유로의 상류단부는 상기 가상의 원주의 접선 방향과 평행한 한 쌍의 제1변과 상기 한 쌍의 제1변의 단부를 서로 연결하는 한 쌍의 제2변을 구비하는 사각 형상이며, 상기 커버는 상기 한 쌍의 제2변과 평행하게 세워지는 한 쌍의 제1벽부와, 상기 한 쌍의 제1변 중 상기 버너 팁과 인접한 제1변과 상기 버너 팁 사이에 상기 제1변과 평행하게 세워지는 제2벽부를 포함할 수 있다.
본 실시예 있어서, 상기 저감부는, 상기 복수의 공기구 중 상기 연소 배기가스 재순환 유로의 상류단부와 인접한 인접공기구로부터 배출되는 공기를 상기 연소 배기가스 재순환 유로의 상류단부와 이격되는 방향으로 유도하는 가이드부를 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 가이드부는, 상기 인접공기구의 둘레의 적어도 일부의 상방에 상기 인접공기구의 둘레보다 상기 연소 배기가스 재순환 유로의 상류단부로부터 이격되어 있는 가이드벽을 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 가이드벽은, 하단부로부터 상단부로 갈수록 상기 연소 배기가스 재순환 유로의 상류단부로터 이격되도록 경사질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 공기구로부터 배출되는 공기가 연소 배기가스 재순환 유로 내부로 유입되는 것을 저감할 수 있어, 연소 과정 중 생성되는 질소 산화물의 발생양을 효과적으로 억제할 수 있다.
도 1의 (a)는 통상적인 분해로의 일부 및 버너의 정면에서의 단면도이고, 도 1의 (b)는 도 1의 (a)에 도시된 버너를 확대 도시한 도면이다.
도 2는 통상적인 버너의 외관을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3는 통상적인 버너를 통해 연료 가스가 연소될 때 분해로 내부에서의 온도 분포를 시뮬레이션한 결과를 나타낸 도면이다.
도 4는 통상적인 버너를 통해 연료 가스가 연소될 때 연소 배기가스 재순환 유로의 입구와 인접한 공기구를 통해 배출되는 공기의 스트림 라인(stream line)을 시뮬레이션한 결과를 나타낸 도면이다.
도 5는 통상적인 버너의 상부에서의 연소 배기가스 재순환 유로의 입구 및 복수의 공기구의 배치를 도시한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 버너의 외관 일부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 버너를 통해 연료 가스가 연소될 때 연소 배기가스 재순환 유로의 입구와 인접한 인접공기구를 통해 배출되는 공기의 스트림 라인을 시뮬레이션한 결과이다.
도 8는 본 발명의 일 실시예에 따른 버너의 상부에서의 연소 배기가스 재순환 유로의 입구 및 복수의 공기구의 배치를 도시한 평면도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 버너의 외관 일부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 버너를 통해 연료 가스가 연소될 때 연소 배기가스 재순환 유로의 입구와 인접한 인접공기구를 통해 배출되는 공기의 스트림 라인을 시뮬레이션한 결과이다.
도 11는 본 발명의 제2 실시예에 따른 버너의 상부에서의 연소 배기가스 재순환 유로의 입구 및 복수의 공기구의 배치를 도시한 평면도이다.
본 발명은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 버너의 외관 일부를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 버너를 통해 연료 가스가 연소될 때 연소 배기가스 재순환 유로의 입구와 인접한 인접공기구를 통해 배출되는 공기의 스트림 라인을 시뮬레이션한 결과이다. 도 8는 본 발명의 일 실시예에 따른 버너의 상부에서의 연소 배기가스 재순환 유로의 입구 및 복수의 공기구의 배치를 도시한 평면도이다.
도 6 내지 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 버너(100)는 질소 산화물 저감형 버너에 관한 것으로서, 분해로의 하측에 구비되어 분해로의 복사부에 연소화염의 복사열을 제공할 수 있다. 이러한 버너(100)는 몸체(110), 버너 관(120), 버너 팁(130), 복수의 공기구(140a, 140b), 연소 배기가스 재순환 유로(150) 및 저감부(160)를 포함할 수 있다.
몸체(110)는 일 측에 외부의 공기가 유입될 수 있는 흡입구(111a, 111b)를 구비할 수 있다.
흡입구는 몸체(110)의 일 측면의 상부 중앙에 형성된 중앙 흡입구(111a)와, 중앙 흡입구(111a)를 중심으로 양측에 배치되는 한 쌍의 측방 흡입구(111b)로 구분될 수 있다.
몸체(110) 내부는 적어도 제1공기 챔버(112) 및 제2공기 챔버(113)으로 구분될 수 있다.
버너 관(120)은 적어도 일부가 몸체(110) 내부에 수용되며, 제1공기 챔버(112)에 연통되는 상류단부(120a)와, 상류단부(120a)의 반대측 하류단부(120b) 및 상류단부(120a)와 하류단부(120b) 사이의 벤추리부(120c)를 포함할 수 있다.
버너 팁(130)은 버너 관(120)의 하류단부(120b) 측에서 화염을 제공하도록 구성되며, 고리형 타일(170)에 의해 둘러 쌓일 수 있다.
복수의 공기구(140a, 140b)는 버너 팁(130)을 중심으로 가상의 원주 상에 제공되며, 제2공기 챔버(113)와 연통될 수 있다.
연소 배기가스 재순환 유로(150)는 적어도 일부가 몸체(110) 내부에 수용되며, 제1공기 챔버(112)에 연통되는 하류단부(150a)와, 연소 배기가스(FG)가 유입될 수 있도록 서로 인접한 2개의 공기구(140a) 사이의 영역에 제공되는 상류단부(150b)를 포함할 수 있다.
복수의 공기구(140a, 140b) 중 연소 배기가스 재순환 유로(150)의 상류단부(150b)와 인접한 공기구는 '인접공기구(140a)'로 정의하기로 한다.
저감부(160)는 공기구(140a, 140b)로부터 배출되는 공기가 연소 배기가스 재순환 유로(150)의 상류단부(150b)로 유입되는 것을 저감하기 위해 제공될 수 있다.
저감부(160)는 연소 배기가스 재순환 유로(150)의 상류단부(150b) 및 연소 배기가스 재순환 유로(150)의 상류단부(150b)와 인접한 양측의 인접공기구(140a) 사이에 제공되는 한 쌍의 차단벽(161a)을 포함할 수 있다.
저감부(160)는 연소 배기가스 재순환 유로(150)의 상류단부(150b)로부터 이격되어 연소 배기가스 재순환 유로(150)의 상류단부(150b)를 덮는 커버(161) 형태로 제공될 수 있다.
커버(161)는 한 쌍의 차단벽(161a) 및 차단벽(161a)의 상단부를 연결하는 상부벽(161d)을 구비할 수 있다.
커버(161)는 버너 팁 측(161b)의 반대 측(161c)이 개구되어 있으며, 연소 배기가스(FG)가 커버(161)의 상부벽(161d)의 상방을 경유하여 커버(161)의 반대 측(161c)에 개구되어 있는 부분으로 유입될 수 있도록 할 수 있다.
한편, 연소 배기가스 재순환 유로(150)의 상류단부(150b)는 가상의 원주의 접선 방향과 평행한 한 쌍의 제1변(151)과 한 쌍의 제1변(151)의 단부를 서로 연결하는 한 쌍의 제2변(152)을 구비하는 사각 형상일 수 있다.
커버(161)는 한 쌍의 제1벽부(161a)와 제2벽부(161b)를 포함할 수 있다.
한 쌍의 제1벽부(161a)는 전술한 한 쌍의 차단벽(161a)과 동일한 구성일 수 있으며, 한 쌍의 제2변(152)과 평행하게 세워질 수 있다.
제2벽부(161b)는 한 쌍의 제1변(151) 중 버너 팁(130)과 인접한 제1변과, 버너 팁(130) 사이에 제1변(151)과 평행하게 세워질 수 있다. 제2벽부(161b) 측을 통해 공기구(140a, 140b)으로부터의 공기가 유입되는 것을 방지하기 위함이다.
도 7에서의 연소 배기가스 재순환 유로의 입구, 즉, 상류단부(150b)와 인접한 인접공기구(140a)를 통해 배출되는 공기의 스트림 라인(stream line)을 시뮬레이션한 결과를 참조하면, 연소 배기가스 재순환 유로(150)의 상류단부(150b)와 인접한 영역에서 산소 몰분율(Mole Fraction of O2)이 0.08 이하로 낮게 나타나 인접공기구(140a)를 통해 배출되는 공기가 곧바로 연소 배기가스 재순환 유로(150)의 상류단부(150b)를 통해 유입되는 현상이 저감될 수 있음을 확인하였다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 버너의 외관 일부를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 버너를 통해 연료 가스가 연소될 때 연소 배기가스 재순환 유로의 입구와 인접한 인접공기구를 통해 배출되는 공기의 스트림 라인을 시뮬레이션한 결과이다. 도 11는 본 발명의 제2 실시예에 따른 버너의 상부에서의 연소 배기가스 재순환 유로의 입구 및 복수의 공기구의 배치를 도시한 평면도이다.
제2 실시예에 따른 버너(200)는 대부분의 구성 및 효과가 일 실시예에 따른 버너(100)과 동일하므로, 그에 대한 설명은 생략하고 양자 간의 차이점에 대해서만 설명하기로 한다.
제2 실시예에 따른 버너(200)의 저감부(160)는 복수의 공기구(140a, 140b) 중 연소 배기가스 재순환 유로(150)의 상류단부(150b)와 인접한 인접공기구(140a)로부터 배출되는 공기를 연소 배기가스 재순환 유로(150)의 상류단부(150b)와 이격되는 방향으로 유도하는 가이드부(162)를 포함할 수 있다.
이러한 가이드부(162)는 일 실시예에 따른 버너(100)의 커버(161)와 함께 구비될 수 있으며, 커버(161)와 일체로 구성될 수도 있다. 도 9 내지 11에서는 저감부(160)가 커버(161) 및 가이드부(162)를 모두 포함하는 형태로 도시되어 있다.
가이드부(162)는 인접공기구(140a)의 둘레의 적어도 일부의 상방에 인접공기구(140a)의 둘레보다 연소 배기가스 재순환 유로(150)의 상류단부(150b)로부터 이격되어 있는 가이드벽(162c)을 포함할 수 있다.
한편, 인접공기구(140a)는 버너 팁(130)을 중심으로 하는 가상의 원주의 접선 방향과 평행한 한 쌍의 제1변(141)과 한 쌍의 제1변(141)의 단부를 서로 연결하는 한 쌍의 제2변(142)을 구비하는 사각 형상일 수 있다.
가이드부(162)는 인접공기구(140a)의 주변에 플레이트 형태로 제공될 수 있으며, 플레이트 상의 인접공기구(140a)에 대응되는 위치에 가이드공(1622)이 형성될 수 있다.
가이드공(1622)의 내벽은 인접공기구(140a)의 한 쌍의 제1변(141)과 인접한 한 쌍의 제1벽(1622a)과, 한 쌍의 제2변(142)와 인접한 한 쌍의 제2벽(1622b)으로 구분될 수 있다.
한 쌍의 제2벽(1622b)는 전술한 가이드벽(162c)와 동일한 구성일 수 있다. 즉, 한 쌍의 제2벽(1622b)는 인접공기구(140b)의 제2변(142)보다 연소 배기가스 재순환 유로의 상류단부(150b)로부터 더 이격되어 있도록 구성될 수 있다.
도 11의 (b)는 도 11의 (a)에서 A-A'를 절취한 단면을 나타낸 도면으로서, 인접공기구(140a)로부터 배출되는 공기는 가이드벽(162c)에 의해 연소 배기가스 재순환 유로의 상류단부(150b)로부터 이격되는 방향으로 유도될 수 있다.
이러한 가이드벽(162c)은 도 11에 도시된 바와 같이, 수직하게 구성될 수도 있지만, 하단부로부터 상단부로 갈수록 연소 배기가스 재순환 유로의 상류단부(150b)로부터 이격되도록 경사지게 구성될 수도 있다.
도 10에서의 연소 배기가스 재순환 유로의 입구, 즉, 상류단부(150b)와 인접한 인접공기구(140a)를 통해 배출되는 공기의 스트림 라인(stream line)을 시뮬레이션한 결과를 참조하면, 연소 배기가스 재순환 유로(150)의 상류단부(150b)와 인접한 영역에서 산소 몰분율(Mole Fraction of O2)이 0.02 이하로 낮게 나타나 인접공기구(140a)를 통해 배출되는 공기가 곧바로 연소 배기가스 재순환 유로(150)의 상류단부(150b)를 통해 유입되는 현상이 저감될 수 있음을 확인하였다.
다음의 표에는 통상적인 버너(2)와 본 발명의 일 실시예에 따른 버너(100), 제2 실시예에 따른 버너(200)를 이용하여 특정 조건에서의 CFD 해석을 통해 연소 배기가스 재순환 유로의 입구로 유입된 기체에서의 산소 농도와, 연소 배기가스 재순환 유로를 통해 유입되는 기체 및 중앙 흡입구를 통해 유입되는 기체가 혼합되어 있는 제1공기 챔버 내부에서의 산소 농도 및 질소 산화물 농도를 나타내었다.
통상적인 버너 일 실시예에 따른 버너 제2 실시예에 따른 버너
연소 배기가스 재순환 유로의 입구로 유입된 기체에서의 산소 농도 [mol%] 12.89 4.23 2.71
제1공기 챔버 내부에서의 산소 농도 [mol%] 17.56 13.32 12.13
질소 산화물(NOx) 농도 [ppm] 70.5 40.2 26.4
표 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 버너(100) 및 제2실시예에 따른 버너(200)를 이용한 경우 모두 통상적인 버너(2)를 이용한 경우보다 연소 배기가스 재순환 유로의 입구로 유입된 기체에서의 산소 농도 및 제1공기 챔버 내부에서의 산소 농도가 낮아진 것으로 보아 연소 배기가스 재순환 유로의 입구로 유입되는 산소의 유입율이 확연히 저감할 수 있음을 확인할 수 있다. 아울러, 실시예들에 따른 버너의 경우에는 통상적인 버너의 경우보다 배출되는 질소 산화물 농도가 저감되는 것을 확인할 수 있다.
또한, 연소 배기가스 재순환 유로의 입구로 유입되는 산소의 유입율 및 질소 산화물 농도 저감 차원에서의 효과적 측면은 가이드부(162)를 더 구비하는 제2 실시예에 따른 버너(200)가 커버(161)만 포함하는 일 실시예에 따른 버너(100)보다 더 우수한 것을 확인할 수 있다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
100, 200 : 버너
110 : 몸체
111a, 111b : 흡입구
112 : 제1공기 챔버
113 : 제2공기 챔버
120 : 버너 관
130 : 버너 팁
140a, 140b : 공기구
150 : 연소 배기가스 재순환 유로
160 : 저감부
161 : 커버
162 : 가이드부
162c : 가이드벽
170 : 고리형 타일

Claims (7)

  1. 제1공기 챔버;
    상기 제1공기 챔버에 연통되는 상류단부와, 상기 상류단부의 반대측 하류단부 및 상기 상류단부와 상기 하류단부 사이의 벤추리부를 포함하는 버너 관;
    상기 버너 관의 하류단부 측에서 화염을 제공하도록 구성된 버너 팁;
    제2공기 챔버;
    상기 버너 팁을 중심으로 가상의 원주 상에 제공되며, 상기 제2공기 챔버와 연통되는 복수의 공기구;
    상기 제1공기 챔버에 연통되는 하류단부와, 연소 배기가스가 유입될 수 있도록 서로 인접한 2개의 상기 공기구 사이의 영역에 제공되는 상류단부를 포함하는 연소 배기가스 재순환 유로; 및
    상기 공기구로부터 배출되는 공기가 상기 연소 배기가스 재순환 유로의 상류단부로 유입되는 것을 저감하기 위한 저감부;를 포함하되,
    상기 저감부는,
    상기 연소 배기가스 재순환 유로의 상류단부와 인접한 양측의 인접공기구 사이에 제공되는 한 쌍의 차단벽과, 상기 연소 배기가스 재순환 유로의 상류단부로부터 이격되게 상기 한 쌍의 차단벽 상단부를 연결하는 상부벽으로 이루어지며, 상기 버너 팁 측의 반대 측이 개구되는 커버;를 포함하는, 질소 산화물 저감형 버너.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연소 배기가스 재순환 유로의 상류단부는 상기 가상의 원주의 접선 방향과 평행한 한 쌍의 제1변과 상기 한 쌍의 제1변의 단부를 서로 연결하는 한 쌍의 제2변을 구비하는 사각 형상이며,
    상기 커버는,
    상기 한 쌍의 제2변과 평행하게 세워지는 한 쌍의 제1벽부와, 상기 한 쌍의 제1변 중 상기 버너 팁과 인접한 제1변과 상기 버너 팁 사이에 상기 제1변과 평행하게 세워지는 제2벽부를 포함하는, 질소 산화물 저감형 버너.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 저감부는,
    상기 복수의 공기구 중 상기 연소 배기가스 재순환 유로의 상류단부와 인접한 인접공기구로부터 배출되는 공기를 상기 연소 배기가스 재순환 유로의 상류단부와 이격되는 방향으로 유도하는 가이드부를 포함하는, 질소 산화물 저감형 버너.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 가이드부는,
    상기 인접공기구의 둘레의 적어도 일부의 상방에 상기 인접공기구의 둘레보다 상기 연소 배기가스 재순환 유로의 상류단부로부터 이격되어 있는 가이드벽을 포함하는, 질소 산화물 저감형 버너.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 가이드벽은,
    하단부로부터 상단부로 갈수록 상기 연소 배기가스 재순환 유로의 상류단부로터 이격되도록 경사진, 질소 산화물 저감형 버너.
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