KR20000049148A - 보일러 측벽 부식 방지 방법 - Google Patents

보일러 측벽 부식 방지 방법 Download PDF

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KR20000049148A
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유리치조셉에이.
로차트케이쓰에스.
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시너지 테크놀러지 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 석탄 보일러(10)의 측벽 부식 속도를 감소시키는 방법에 관한 것이다. 상기 보일러(10)의 측벽(14)내에 복수개의 측벽 슬롯(18)이 제공되어, 상기 슬롯(18)을 통해 보호 공기층(22)이 도입되어 버너(16)의 상승기류에 의해 상방으로 추진된다.

Description

보일러 측벽 부식 방지 방법{Corrosion Protection For Utility Boiler Side Walls}
석탄을 연료로 사용하는 대형 전력(electric utility) 발생 유닛은 일반적으로 증기를 이용하여 터빈을 회전시키고, 전기를 발생시킨다. 증기는 물이 유동되는 튜브를 함유하는 복수개의 벽을 가진 보일러에서 발생된다. 보일러 내부에서 석탄이 연소됨에 따라 열이 보일러 벽으로 전달되어 내부에 함유된 물을 가열하고 필요한 증기를 발생시킨다. 이런 석탄을 연료로 사용하는 발생 유닛에는 연소과정에서 발생되는 배출물, 특히, 질소 산화물(NOX)의 제어에 관한 문제점이 있다. 이점과 관련하여, 연소 과정을 "단계화(staging)"하여 연료가 농후한 상태에서 연소를 시작하고, 초기 연소의 말미에 화학량론적 공기량을 추가함으로서 완료되도록하는 방법이 일반적으로 사용되고 있다. 이런 연료 농후 상태의 연소는 연료 농후 영역에서 연료내에 포함된 질소나 대기중의 N2로부터의 NOx의 형성을 지연시키거나 거의 방지한다. 상기 기구는 거의 대부분의 노(furnace)나 보일러용 저 NOX연소 장치(low NOXcombustion device)에 사용될 정도로 효과적이다.
연소를 단계화하는 것은 연료를 단계화하거나 공기를 단계화하는 것에 의해 달성되며, 이 중 공기를 단계화하는 것이 보다 일반적인 방법이다. 공기 단계화의 방법에는 오버파이어 공기 포트(overfire air port)를 사용하는 방법과, 제어식 혼합 연소기(controlled mixing burner)를 사용하는 방법과, 연료없이 단지 공기만을 공급하는 몇 개의 버너를 구비한 유닛을 사용하는 방법들이 있다. 이런 모든 방법에서는 연료가 농후한 환경에서 연소의 일부가 진행되도록 한다.
단계화된 연소가 진행되는 연료 농후 환경은 보일러내에 환원성 분위기(reducing atmosphere)를 제공한다. 연소된 공기가 부가되기 이전에 환원성 분위기가 보일러 벽과 접촉하게 된다면 측벽 부식의 발생을 피할 수 없다. 부식의 속도는 환원 가스(reducing gas; 일산화탄소, 황화수소 등)의 농도와, 측벽 금속의 온도와, 작동 온도와 분위기 온도 사이의 순환(cycling)과, 튜브 벽의 또는 튜브벽 근방의 액상 애쉬(liquid ash)의 존재 여부와, 환원 및 산화 분위기(reducing and oxidizing atmosphere) 사이의 순환 등을 포함하는 인자의 변화에 의존한다.
이런 부식에 의해 손상된 보일러의 측벽을 보수 또는 교체하는 비용은 연간 수천만 달러가 소요된다. 따라서, 단계화된 연소에 의해 발생되는 부식을 감소시키려는 시도로서 다양한 방법이 사용되고 있다. 이들 방법 중 일부는 측벽의 저면에서 호프(hope)로 구멍을 통해 공기를 부가하고, 연소가 완료될 때까지, 화염과 혼합되는 공기와는 독립적으로 부가된 공기가 연료 농후 상태로부터 노 벽을 차폐하도록 하는 방법을 사용하고 있다.
다른 배경기술로서, 잉여 공기가 존재하기 때문에, 연소 생성물에 O2가 포함되어 있는 정상 연소 과정이 공지되어 있다. 산소는 튜브내의 철을 Fe2O3로 산화시키고, 상기 산화철은 튜브상에 밀집된 피막(tight scale)을 형성하고, 이 피막은 부가적인 산소 또는 기타 유해 가스 등이 튜브로 확산하는 것을 지연시킨다. 이 방식에 있어서, 상기 피막은 부가적인 부식을 방지 또는 현저히 지연시킨다. 노 튜브 금속(furnace tube metal)의 온도 등이 낮은 저압 보일러는 종종 10년 이상 가시적인 부식 없이 작동된다. 튜브 금속의 온도가 높은 고압 보일러 및 특히, 초임계 증기 발생기(supercritical steam generator)는 저 NOX조작이 수행되는 상태에서도 연간 5 내지 20 밀(mills)의 속도로 부식될 수 있다. 저 NOX연소 동안, 고압 보일러 및 초 임계 증기 발생기의 일부 영역에서의 부식으로 인한 금속 손실은 과다하다.
환원 상태가 발생하는 초임계 유닛의 영역에서는 종종 연간 60 내지 120 밀의 부식 속도가 발생된다. 이 부식 속도는 용납되지 않는 것이다. 석탄 또는 잔유(residual oil)를 연료로서 사용하는 유닛에 있어서, 연료내의 황은 SO2가스로 산화되거나, H2S 가스로 환원된다. SO2는 잉여 공기가 있을때 발생되며, 일반적으로 문제가 되지 않는다. 그러나, 이는 탄소와 함께, 두 번째 단계 과정에서 Fe2O3와 반응하여 FeS를 형성할 수 있다. 탄소는 공기가 불충분하거나 혼합이 잘되지 않았을때 발생된다. 상기 H2S는 SO2및 탄소와 연료로부터 환원 상태에 의해 형성되며, 철 산화물 또는 철과 반응하여 FeS를 형성한다. 상기 황화철(FeS)은 노 튜브를 보호하는 피막을 형성하지만 철 산화물 등을 보호할 수는 없다. 따라서, FeS가 보호성 피복을 형성할 때에는 부식이 가속된다. 가장 유해한 상태는 소정의 위치에서 산화 가스가 발생되고 그후 환원 가스가 발생되는 상태가 교대로 발생될 때이다. 먼저, 산화 가스가 보호성 피복을 형성하고, 그후, 환원 가스가 파괴한다. 보호성 피복의 재형성은 튜브의 철로부터 금속을 소모시킨다. 상기한 바와 같은 상태 변화에 의해 튜브 금속이 제거된다. 일반적인 상태인 밤낮이 변화되는 상태에서, 소정의 벽 영역을 환원 상태로 지속적으로 유지하는 것은 거의 불가능한 일이다. 부식은 매우 신속하게 지속되게 된다.
보일러 튜브의 염소(chlorine) 부식도 일반적인 것이며, 심각한 것이다. 예로서, 에리히 라슥(Erich Raask)은 그의 저서인 "석탄 연소장치 내의 미네랄 불순물(1985)"에서 노 벽의 염소 부식의 몇몇 특성에 대해 언급하고 있다. 환원 상태하에서, HCl은 보호성 산화물층 및 수소 또는 일산화탄소와 하기한 바와 같이 반응한다.
이들 반응은 보호성 산화물층을 파괴하고, 일단 보호층에 구멍이 생기면 HCl, O2, SO2, H2S 및 다른 반응성 가스들이 신속하게 튜브면으로 확산될 수 있고, 튜브 금속으로부터 FeS, FeO, FeCl2등을 형성하도록 반응한다.
FeCl2는 높은 기체압을 가지고, 그래서, 과열기 튜브 금속면에 축적되지 않는다. 그러나, FeCl2및 FeCl3는 수관면(water tube surface)에 축적될 수 있다. 이들은 용해성이 낮으며, 액상 애쉬(liquid ash)의 형성을 유발하는 저용해성 액체 형성을 돕는다. 일단 이들 물질이 형성되면, 이들은 용매로서 작용하여 애쉬 침전물내에 액상(liquid phase)의 형성을 촉진한다.
노 튜브용 금속을 선택적으로 선별하거나, 노 벽을 스프레이 코팅(spray coating)하거나, 설치전에 벽 영역을 크롬 도금하는 것들은 과다한 부식을 제어하는 방법이 될 수 있다. 그러나, 이들 기술은 매우 많은 비용이 소요되며, 상기 방법들의 효과도 완전한 것은 아니다.
부식 문제에도 불구하고, 연소시 공기의 단계화는 오일 및 석탄을 연료로 사용하는 노와 증기 발생기로부터 발생되는 NOX를 제어하는 주된 방법으로 사용되고 있다. 따라서, 보일러 및 증기 발생기 측벽 튜브의 부식을 제어하는 개선된 방법이 필요하다. 본 발명은 상기한 바와 같은 필요성에 기초한 것이다.
본 발명은 석탄 보일러(coal-fired utility boiler)의 측벽 부식 속도를 감소시키는 방법에 관한 것이다.
도 1은 측벽 공기가 버너로부터의 상승기류에 의해 상향으로 밀려지기에 효율적이지 못한 위치에서 도입되는 종래의 측벽 막 공기 구멍의 배치를 도시하는 도면.
도 2는 일 실시예에 따른 본 발명의 측벽 슬롯의 배치를 도시하는 발전(electric utility) 보일러의 사시도.
도 3은 일 실시예에 따른 본 발명의 측벽 슬롯의 배치를 도시하는 발전 보일러의 정면도.
도 4는 제 2 실시예에 따른 본 발명의 측벽 슬롯의 배치를 도시하는 발전 보일러의 사시도.
도 5는 제 2 실시예에 따른 본 발명의 측벽 슬롯의 배치를 도시하는 발전 보일러의 정면도.
도 6은 일 실시예에 따른 본 발명의 측벽 슬롯과 경계 공기 포트(boundary air ports)의 배치를 도시하는 발전 보일러의 사시도.
도 7은 제 1 예시의 상태하에서 작동될 때 보일러의 전방벽(북쪽벽), 후방벽(남쪽벽) 및 측벽(동쪽벽)에 접촉하는 대기의 연료 혼합도(fuel mixture fraction)의 윤곽(contours)을 도시하는 도면.
도 8은 버너 스트림(stream)이 어떻게 중앙에서 충돌해서 벽을 향해 유동하여 측벽상의 전개 효과(spreading effect)를 발생시키는지를 설명하는 상단 버너 및 상부로부터 측벽 및 코너내에 전개되는 유동장(flow field)을 도시하는 도면.
도 9는 제 2 예시의 상태하에서 작동될 때 보일러의 전방벽(북쪽벽), 후방벽(남쪽벽) 및 측벽(동쪽벽)에 접촉하는 대기의 연료 혼합도의 윤곽을 도시하는 도면.
도 10은 제 3 예시의 상태하에서 작동될 때 보일러의 전방벽(북쪽벽), 후방벽(남쪽벽) 및 측벽(동쪽벽)에 접촉하는 대기의 연료 혼합도의 윤곽을 도시하는 도면.
도 11은 제 4 예시의 상태하에서 작동될 때 보일러의 전방벽(북쪽벽), 후방벽(남쪽벽) 및 측벽(동쪽벽)에 접촉하는 대기의 연료 혼합도의 윤곽을 도시하는 도면.
도 12는 제 5 예시의 상태하에서 작동될 때 보일러의 전방벽(북쪽벽), 후방벽(남쪽벽) 및 측벽(동쪽벽)에 접촉하는 대기의 연료 혼합도의 윤곽을 도시하는 도면.
도 13은 측벽 공기가 버너로부터의 상승기류에 의해 상방으로 밀려지기에 효과적인 위치에 위치되어 있는 측벽 슬롯 및 경계 공기 포트를 구비한 보일러를 도시하는 도면.
도 14는 제 6 예시의 상태하에서 작동될 때 보일러의 전방벽(북쪽벽), 후방벽(남쪽벽) 및 측벽(동쪽벽)에 접촉하는 대기의 연료 혼합도의 윤곽을 도시하는 도면.
도 15는 측벽 공기가 버너로부터의 상승기류에 의해 상방으로 밀려지기에 효과적인 위치에 측벽 슬롯이 위치되어 있는 상태에서, 제 7 예시로 도시된 바와 같은 대형 경계 공기 포트 및 표준 경계 공기 포트를 구비한 보일러를 도시하는 도면.
도 16은 제 7 예시의 상태하에서 작동될 때 보일러의 전방벽(북쪽벽), 후방벽(남쪽벽) 및 측벽(동쪽벽)에 접촉하는 대기의 연료 혼합도의 윤곽을 도시하는 도면.
도 17은 제 8 예시의 상태하에서 작동될 때 보일러의 전방벽(북쪽벽), 후방벽(남쪽벽) 및 측벽(동쪽벽)에 접촉하는 대기의 연료 혼합도의 윤곽을 도시하는 도면.
도 18은 제 9 예시의 상태하에서 작동될 때 보일러의 전방벽(북쪽벽), 후방벽(남쪽벽) 및 측벽(동쪽벽)에 접촉하는 대기의 연료 혼합도의 윤곽을 도시하는 도면.
도 19는 제 10 예시의 상태하에서 작동될 때 보일러의 전방벽(북쪽벽), 후방벽(남쪽벽) 및 측벽(동쪽벽)에 접촉하는 대기의 연료 혼합도의 윤곽을 도시하는 도면.
도 20은 제 11 예시의 상태하에서 작동될 때 보일러의 전방벽(북쪽벽), 후방벽(남쪽벽) 및 측벽(동쪽벽)에 접촉하는 대기의 연료 혼합도의 윤곽을 도시하는 도면.
도 21은 제 12 예시의 상태하에서 작동될 때 보일러의 전방벽(북쪽벽), 후방벽(남쪽벽) 및 측벽(동쪽벽)에 접촉하는 대기의 연료 혼합도의 윤곽을 도시하는 도면.
도 22는 어떻게 버너 영역 아래에 측벽을 따른 상향 유동이 상대적으로 정체된 높이가 발생하는지와, 높이가 증가함에 따라서 버너 유동으로부터 운동량(momentum)이 얻어지면서 유동의 상향 속도가 증가하는지를 설명하는 제 12 예시에 따라 측벽 슬롯이 위치된 상태(즉, 연소면 사이의 중앙지점)로 유동장을 도시하는 도면.
도 23은 제 13 예시의 상태하에서 작동될 때 보일러의 전방벽(북쪽벽), 후방벽(남쪽벽) 및 측벽(동쪽벽)에 접촉하는 대기의 연료 혼합도의 윤곽을 도시하는 도면.
도 24은 제 14 예시의 상태하에서 작동될 때 보일러의 전방벽(북쪽벽), 후방벽(남쪽벽) 및 측벽(동쪽벽)에 접촉하는 대기의 연료 혼합도의 윤곽을 도시하는 도면.
도 25은 제 15 예시의 상태하에서 작동될 때 보일러의 전방벽(북쪽벽), 후방벽(남쪽벽) 및 측벽(동쪽벽)에 접촉하는 대기의 연료 혼합도의 윤곽을 도시하는 도면.
도 26은 제 16 예시의 상태하에서 작동될 때 보일러의 전방벽(북쪽벽), 후방벽(남쪽벽) 및 측벽(동쪽벽)에 접촉하는 대기의 연료 혼합도의 윤곽을 도시하는 도면.
본 발명을 개략적으로 설명하자면, 본 발명은 석탄 보일러 내의 측벽 부식 속도를 감소시키는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 보일러 측벽 중 하나 이상에 복수개의 측벽 슬롯을 제공하는 것을 포함하고, 상기 측벽 슬롯은 실질적으로 보일러 플로어(floor)의 위에 위치된다. 그후, 상기 측벽 슬롯을 통해 보일러내로 "막 공기(curtain air)"의 유동이 도입되게 되며, 상기 막 공기는 버너로부터의 상승기류(updraft)에 의해 효과적으로 상방으로 추진될 수 있는 위치에서 보일러 내로 도입되어서 측벽을 부식으로부터 보호하는 공기막을 제공한다. 버너로부터의 상승기류의 유용함을 이용함으로써, NOX발생을 감소시키도록 측벽 공기가 1차 연소 공기(primary combusition air)와 혼합되지 않는 것을 보증하기에 충분한 저속으로 측벽 막 공기가 도입될 수 있다.
본 발명의 목적은 보일러 측벽의 부식을 방지하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명을 통해 명백히 알수 있을 것이다.
본 발명의 원리에 대한 이해를 돕기 위해, 선택된 실시예를 참조로하여 설명하며, 동일한 부분에 대해서는 동일한 용어를 사용하도록 한다. 물론, 이는 이해를 돕기 위한 것이고, 본 발명의 범위를 한정하기 위한 것은 아니며, 본 기술 분야의 숙련자들은 본 명세서에 예시된 장치의 다른 선택적인 사항 및 추가적인 변용과, 본 명세서에 예시된 바와 같은 본 발명의 원리의 추가적인 응용을 용이하게 수행할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 석탄 보일러내의 측벽 부식 속도를 감소시키는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 공기가 버너로부터의 상승기류에 의해 상향으로 추진될 수 있는 위치에서 보호 공기막이 도입되도록 측벽 공기 슬롯을 제공하는 것을 포함한다. 이는 보일러의 플로어 근방에 위치된 측벽 슬롯을 통해 보일러내로 막 공기가 도입되는 종래의 기술과는 상이한 것이다. 종래 기술의 방법에 있어서는 측벽 슬롯을 통해 도입된 공기는 버너에 의해 제공되는 상승 기류에 의해 상방으로 추진되지 않으며, 따라서, 부식으로부터 측벽을 효과적으로 보호하지 못한다.
선택된 실시예를 보다 명확하게 설명하면, 현대적인 증기 발생기 벽은 일반적으로 튜브 사이가 금속으로 웨빙(webbing)되어 있는 상태로 튜브 직경의 두배만큼씩 사이(중심과 중심사이)가 이격되어 있는 튜브로 형성되는 것이 일반적이다. 상기 조립체는 하나의 연속편(continuous piece)을 형성하기 위해 서로 용접되어 성형된다. 물은 튜브를 통해 유동하고 가열되어 증기가 된다. 상기 웨빙은 노벽의 일부와 일체로 형성되어 있다.
본 발명의 방법에 따라서, 공기는 튜브/웨빙 장벽의 외측으로 도관을 통해 소통되고, 웨빙 중 일부는 절단되어 있으며, 공기는 튜브 사이의 슬롯(포트나 구멍으로 지칭되기도한다)을 통해 노 내로 유동한다. 상기 웨빙을 절단하여 형성된 슬롯은 폭이 대략 1인치 미만인 것이 바람직하다. 이들 슬롯을 통해 유동하는 공기는 운동량이 작고, 따라서, 연소 생성물의 유동에 의해 상방으로 방향전환되어 벽 근방에 머물게 된다. 따라서, 소량의 공기로 넓은 노 벽 영역을 연료가 희박한 상태로 유지할 수 있다. 이 공기는 오버파이어(overfire) 공기로부터 취해질 수 있으며, 이 방향전환은 단지 극소량의 NOX배출 증가만을 유발한다.
본 발명의 방법에 의해 도입된 측벽 공기가 실질적으로 보일러 플로어 위의 위치에서 도입되기 때문에, 측벽 공기는 주 화염내로 신속하게 혼합되지 않고, NOX의 증가를 유발하지 않는다. 사실, 측벽 공기는 오버파이어 공기와 매우 유사하게 작용하며, 2차 공기를 대체하기 때문에 NOX를 감소시킨다. 측벽 공기는 운동량이 작은 상태로 도입되기 때문에, 상기 벽 근방에서 머물게되며 벽을 보다 잘 보호하게 된다.
일 실시예에서, 측벽 슬롯은 가장 낮은 보일러 버너의 높이와 대략 동일한 높이에 수평열(horizontal low)로 제공된다. 다른 실시예에서, 상기 측벽 슬롯은 상향 원호 형태로 제공되고, 가장 낮은 버너의 높이에 또는 그 근방에 상기 원호의 최하부가 위치되게 된다. 모든 실시예에서, 상기 슬롯은 환원 상태 영역 및 환원 상태의 강도를 감소시키도록 위치된다. 따라서, 상기 슬롯은 측벽 공기가 벽에 대해 후방 및 상방으로 밀려지도록 설계되어 위치된다. 지나가버리는 공기는 상기 벽을 보호할 수 없고, 버너 아래에서 혼합된다면, 저 NOX단계화를 저해한다. 따라서, 본 발명의 측벽 슬롯은 공기가 버너아래에서 혼합되는 것을 방지하도록 크기 및 위치설정 되어야 한다.
또한, 본 발명은 오버파이어 공기 포트가 장비된 보일러에 적용될 수 있다. 이 경우에 있어서, 2차 공기의 일부를 오버파이어 공기 포트로부터 슬롯 공기 슬롯들로 방향전환하는 전용 배관이 제공된다. 본 실시예에 있어서는 오버파이어 공기의 대략 1/2에 달하는 공기가 측벽 슬롯으로 방향전환된다. 따라서, 종래의 오버파이어 공기 기술이 오버파이어 공기 포트를 통해 전체 공기의 20%정도를 안내하는 것에 반해, 본 발명의 실시예에서는 전체 공기의 대략 5% 내지 15%를 오버파이어 공기 포트를 통해 제공하고, 전체 공기의 대략 5% 내지 15%를 측벽 공기 슬롯을 통해 제공한다.
또한, 오버파이어 공기 포트와 측벽 슬롯을 통한 공기의 유동은 부식의 속도를 최소화하는 동시에 NOX의 배출을 최소화하도록 조절된다. 만약, 오버파이어 공기 포트를 통해 너무 많은 공기가 도입된다면, 부식 속도는 너무 커지게 된다. 만약, 측벽 슬롯을 통해 너무 많은 공기가 도입된다면, NOX배출량이 너무 커지게 된다.
선택된 일 실시예에서 보일러는 버너와 측벽 사이의 전방 및/또는 후방벽상에 위치된 경계 공기 포트를 부가적으로 구비한다. 이 경계 공기 포트는 버너 근방에 존재하는 환원성 분위기로부터 측벽을 차폐하도록 보호 공기층을 제공하는 측벽 슬롯과 유사하다.
본 발명의 선택된 일 실시예에서, 수치 유동 역학(CFD; computational fluid dynamics) 모델이 노내의 환원 영역을 결정하기 위해 사용된다. 그후, 상기 CFD 모델은 교차하는 위치에서의 슬롯 공기의 변화량에 부가적으로 사용되어 새로운 공기 유동이 연료 농후 상태를 조절하는지를 감시한다. 이 방법을 통해서 슬롯의 적절한 수와 위치가 검증되고, 적절한 공기 압력이 결정된다.
상기 CFD 해석의 수행에서, 환원성 분위기가 가장 강한 곳, 특히, 연료 혼합비가 화학량론적 혼합의 115% 보다 큰 곳(즉, 전체 대기에 대한 연료의 비율이 화학 양론적 비율의 115% 보다 큰 곳)에서 가장 심한 부식 문제가 발생된다는 것이 판정되었다. 따라서, 일 실시예에서는 측벽 슬롯이 화학량론적 비율의 115% 보다 튼 연료 혼합비를 가진 대기와 접촉하는 측벽 영역을 최소화하도록 크기 및 위치설정 되어 있다.
도면을 참조하면, 보일러(10)는 전방벽(11)과, 후방벽(12)과, 제 1 측벽(13) 및 제 2 측벽(14)을 포함한다. 또한, 상기 보일러는 플로어(15)를 포함하고, 상기 플로어는 슬래그를 수집하는 호퍼를 제공하도록 하향경사가 형성될 수 있다,.
전방벽(11) 및/또는 후방벽(12)에는 복수개의 버너(16)가 포함된다. 상기 버너는 보일러 내부를 가열하는 적절한 화염을 제공하도록 행과 열의 배열로 위치된다. 또한, 특히, 저 NOX버너가 설치되지 않았을때, 오버파이어 공기 포트(17)가 포함될 수 있다.
측벽 슬롯(18)은 하나 이상의 측벽(13, 14)내에 위치된다. 상기 측벽 슬롯은 그를 통해 도입된 측벽 공기가 버너로부터의 상승기류를 타고, 상기 측벽에 대하여 상기 측벽 공기가 상향으로 밀어 올려지도록 위치설정된다. 선택된 일 실시예에서, 측벽 슬롯(18)은 최하부 버너의 높이에서 또는 그 근방에서 하나 이상의 수평 열로 배열된다. 선택된 다른 실시예에서, 상기 측벽 슬롯(19)은 최하부 측벽 슬롯(원호의 단부 근방)이 최하부 버너의 높이에 또는 그 근방에 배열된 상태로 하나 이상의 원호 형태로 배열된다.
도 3 및 도 5에 있어서, 상기 버너로부터의 공기 유동은 화살표(20)로 도시되어 있고, 오버파이어 공기의 유동은 화살표(21)로 도시되어 있다. 상기 측벽 슬롯으로부터의 공기 유동은 화살표(22)로 도시되어 있다. 따라서, 측벽 슬롯을 통해 유동하는 공기가 버너로부터의 상승기류를 타고 상기 측벽에 대하여 유지되어 측벽을 보호하는 것을 알 수 있다. 상기 측벽 슬롯이 상기 플로어위에 양호하게 위치되어 있기 때문에, 상기 측벽 공기는 1차 공기와 혼합되지 않으며, 공기 단계화를 감소시키지 않는다.
참조로, 상술한 공정을 사용하는 특정 예시를 설명한다. 본 예시들은 선택된 실시예를 보다 완전히 설명하기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위를 제한하려는 것은 아님을 알아야 한다.
제 1 예시
제 1 예시는 보일러에 측벽 슬롯이 제공되어 있지 않은 종래 기술의 실시예를 도시한다. 입력 조건은 하기의 표에 주어져 있고, 높은 부식이 발생하는 경우를 예시한다. 본 예시에서 모델화된 유닛은 측벽으로 공기를 도입하기 위해 현행의 경계 공기 포트 세트를 구비하고 있다. 각 버너 높이(저 NOX개선 이전의 원래의 설계로부터)에 대응하여 하나의 포트가 제공되어 있다.
본 경우에 있어서는 현행의 경계 공기 포트는 완전히 막혀있고, 상기 측벽으로 어떠한 공기도 공급되지 않는 것으로 가정한다. 따라서, 이 경우는 현 작업에서 최악의 경우의 시나리오를 나타내고 있다.
제 1 예시
부하(load) 640MW
O2배출 3.0
경계 공기 없음
OFA 22%
연료 농후 영역 10,430ft2
NOX배출 314ppm
NOX배출 0.436 lb/106Btu
제 2 예시
제 2 예시는 오버파이어 공기가 영으로 설정된 것을 제외하고는 제 1 예시와 동일한 조건이다. 오버파이어 공기를 영으로 설정하는 것은 노내의 단계화를 제거한다. 이는 측벽의 매우 작은 영역만이 환원 대기에 노출되도록 한다. 하기의 표에 도시된 바와 같이, 오버파이어 공기의 제거는 NOX수준을 현행의 허용 한계보다 높아지도록 한다.
제 2 예시
부하 640MW
O2배출 3.0
경계 공기 없음
OFA 없음
연료 농후 영역 45ft2
NOX배출 416ppm
NOX배출 0.578 lb/106Btu
제 3 예시
제 3 예시는 현행의 경계 공기 포트가 작용하는 것으로 가정되는 것을 제외하면 제 2 예시와 동일하다. 이 경우의 상태는 하기의 표에 요약되어 있다.
제 3 예시
부하 640MW
O2배출 3.0
경계 공기 현행-2%
OFA 없음
연료 농후 영역 45ft2
NOX배출 417ppm
NOX배출 0.579 lb/106Btu
본 예시에서, 현행의 경계 포트는 6인치 직경 파이프를 통한 윈드박스(windbox)로부터 공급된다. 윈드박스의 개방 영역을 계산하고 도입되는 공기의 양을 결정하도록 이 6인치 직경이 사용되었다. 이 계산은 경계 포트를 통해 도입된 노 공기의 2%에 기인한다.
상기 경계 포트가 원래의 버너 위치와 동일한 높이에 위치되기 때문에, 이들 원래의 목적은 버너 화염으로부터 측벽을 보호하는 것이라고 생각할 수 있다. 오버파이어 공기가 작용하지 않고, 경계 포트가 배치되어 있는 상황에서, 상기 측벽은 거의 완전히 산화된다.
제 4 예시
제 4 예시는 현행의 경계 공기 포트가 작용하는 것을 제외하면 제 1 예시와 동일하다. 본 경우의 조건은 하기의 표에 요약되어 있다.
제 4 예시
부하 640MW
O2배출 3.0
경계 공기 현행-2%
OFA 25%
연료 농후 영역 7,050ft2
NOX배출 319ppm
NOX배출 0.443 lb/106Btu
제 4 예시는 본 발명의 측벽 공기 예시들과의 비교의 기준으로서 사용되며, 따라서, 확인 대조에 사용된다. 관찰 결과, 튜브 부식율이 높은 측벽의 영역은 0.084 이상의 혼합비를 갖도록 예정된 영역이다. 본 예시에 있어서, 화학량론적 혼합비는 대략, 0.073의 연료 혼합비이다.
상기 0.084 이상의 영역은 가장 검게 음영처리된 상태로 상기 벽 구역내에 도시되어 있다. 관찰 데이터에 대한 확인에 기초하여, 성공적인 설계의 기준은 0.084 이상의 혼합비 영역을 없애는 것이다(구역내에 검게 음영처리되어 도시되어 있다).
제 5 예시
제 5 예시는 현행의 경계 공기의 증가를 예시한다. 이 경우에 있어서, 경계 공기 유동은 2차 공기의 10%로 증가되거나, 전체 공기의 8.5%로 증가된다. 부가적인 공기는 버너가 아닌 오버파이어 공기로부터 방향전환되는 것으로 모델화되어 있다. 본 경우에 대한 조건은 하기의 표에 요약되어 있다.
제 5 예시
부하 640MW
O2배출 3.0
경계 공기 현행-8.5%
OFA 18%
연료 농후 영역 5,166ft2
NOX배출 303ppm
NOX배출 0.421 lb/106Btu
이 부가적인 공기는 환원 상태에 노출된 전체 영역의 면적을 성공적으로 감소시킨다. 그러나, 아직도 측벽 중앙의 영역은 강한 환원 상태에 노출되어 있다. 현행의 위치로부터의 증가된 공기 유동은 농후 연료를 상기 측벽의 중앙을 향해 압박한다.
제 6 예시
제 6 예시는 새로운 위치를 통해 측벽 슬롯 공기가 도입되는 것을 도시한다. 이 위치는 도 13에 도시되어 있고, 노 호퍼 위로 대략 32피트 지점이다(높이 450'). 이 제안된 "막 공기"는 수벽(waterwall) 웨빙내의 슬롯을 통해 도입된다. 이는 노 폭에 걸쳐 균일하게 공기가 도입되도록 모델내에서 실현되어 있다.
이 경우에 있어서, 막 공기 유동은 2차 공기의 10% 또는 전체 공기의 8.6%로 설정되어 있다. 현행의 경계 공기는 전체 공기의 1.3%로 남아 있다. 막 공기는 버너가 아닌 오버파이어 공기로부터 방향전환되는 것으로 모델화되어 있다. 본 경우에 대한 조건은 하기의 표에 요약되어 있다.
제 6 예시
부하 640MW
O2배출 3.0
경계 공기 1.3%
막 공기 전체의 8.6%
OFA 17%
연료 농후 영역 7,061ft2
NOX배출 322ppm
NOX배출 0.447 lb/106Btu
제 7 예시
제 7 예시는 새로운 대형 경계 공기 포트를 통해 공기가 도입되는 것을 도시하고 있다. 대형 경계 공기 포트의 위치는 도 15에 도시되어 있다.
본 예시에 있어서, 대형 경계 공기 포트 유동은 2차 공기의 10% 또는 전체 공기의 8.5%로 설정된다. 이전의 경우에 있어서와 같이 현행의 경계 공기는 1.3%로 남아 있다. 본 경우의 조건은 하기의 표에 요약되어 있다.
제 7 예시
부하 640MW
O2배출 3.0
경계 공기 1.3%
막 공기 없음
대형 경계 포트 8.5%
OFA 18%
연료 농후 영역 6,931ft2
NOX배출 317ppm
NOX배출 0.440 lb/106Btu
대형 경계 포트를 통한 공기의 도입은 환원 상태에 노출되는 영역을 다소 감소시킨다.
제 8 예시
제 8 예시는 제 6 및 제 7 예시의 방법을 조합한 것이다. 본 예시에 있어서, 대형 공기 포트와 측벽 슬롯 양자 모두가 사용되다. 전용되는 공기는 2차 공기의 15% 또는 전체 공기 유동의 12.8%를 나타낸다. 본 경우의 조건을 하기의 표에 나타낸다.
제 8 예시
부하 640MW
O2배출 3.0
경계 공기 1.3%
막 공기 6.3%
대형 경계 포트 6.3%
OFA 12.6%
연료 농후 영역 5,608ft2
NOX배출 386ppm
NOX배출 0.540 lb/106Btu
전용된 공기는 측벽 공기 슬롯과 대형 경계 공기 포트 양자 사이에 균일하게 분산된다. 현행의 경계 공기 포트는 변화되지 않았다. 상기 표는 이런 대량의 공기 전용이 NOX배출량에 실질적으로 영향을 미쳤음을 보여주고 있다.
예상대로, 도입된 대량의 공기는 환원 상태에 노출되는 영역을 감소시킨다. 또한, 제 6 및 제 7 예시와 비교할때, 제 8 예시에서는 환원 상태의 크기가 감소되었음을 나타낸다.
제 9 예시
제 9 예시는 측벽 공기 슬롯을 통해 도입된 공기량의 증가를 예시한다. 본 예시에 있어서, 막 공기 유동(측벽 공기 슬롯을 통해 제공된)은 2차 공기의 20% 또는 전체 공기의 17%로 증가된다. 본 경우의 조건은 하기의 표에 요약되어 있다.
제 9 예시
부하 640MW
O2배출 3.0
경계 공기 1.3%
막 공기 17%
대형 경계 포트 없음
OFA 8.2%
연료 농후 영역 5,155ft2
NOX배출 347ppm
NOX배출 0.482 lb/106Btu
증가된 공기 유동은 버너 영역내의 환원 상태에 노출되는 영역을 철저히 제한하나, 상부 노내에서의 제한된 부가 효과(additional effect)를 갖는다.
제 10 예시
제 10 예시는 대형 경계 포트 공기의 증가를 도시한다. 본 예시에 있어서, 상기 대형 경계 포트 공기 유동은 2차 공기의 20% 또는 전체 공기의 17%로 증가된다. 본 예시의 조건은 하기의 표에 요약되어 있다.
제 10 예시
부하 640MW
O2배출 3.0
경계 공기 1.3%
막 공기 없음
대형 경계 포트 17%
OFA 8.2%
연료 농후 영역 5,737ft2
NOX배출 347ppm
NOX배출 0.482 lb/106Btu
대형 경계 포트 공기의 증가는 측벽을 따른 환원 상태를 제한한다. 제 3 예시에서 존재하던 강한 환원 상태(0.084 이상의 혼합비)의 궤적은 남아 있지 않다. 제곱 피트 단위로 표시된 환원 영역은 제 10 예시의 표에 도시된 바와 같이 감소되었다.
그러나, 상기 공기의 이렇게 많은 부분을 전용하는 것은 NOX배출을 증가시키는 영향을 미친다. 이는 주 버너 영역내로 재혼합된 경계 공기의 일부가 단계화된 연소를 현저히 감소시키기 때문이다.
제 11 예시
제 11 예시는 제 8 예시의 반복이며, 단지 측벽 슬롯과 대형 경계 공기 포트를 통해 도입된 공기량이 증가되는 것만 다르다. 본 예시에 있어서, 공기 유동은 2차 공기의 20% 또는 전체 공기의 17%로 증가된다. 공기 유동은 측벽 공기 슬롯과 대형 경계 포트 사이에서 균일하게 분할된다. 본 경우의 조건은 하기의 표에 요약되어 있다.
제 11 예시
부하 640MW
O2배출 3.0
경계 공기 1.3%
막 공기 8.5%
대형 경계 포트 8.5%
OFA 8.2%
연료 농후 영역 3,433ft2
NOX배출 450ppm
NOX배출 0.625 lb/106Btu
제 10 예시와 동일하게, 제 11 예시도 NOX배출이 상승된다. 그러나, 이 구성은 환원 상태에 노출되는 영역을 현저히 제한한다. 증가된 막 공기와 대형 경계 포트 공기의 조합은 버너 영역 높이에서 환원 상태를 전체적으로 제거한다. 노의 상부 영역내의 벽을 따라서는 환원 상태가 아직 남아 있는 상태이다.
제 12 예시
제 12 예시는 측벽 슬롯이 더 높은 높이로 상승된 것을 제외하면 제 6 예시의 조건과 동일하다. 본 경우에 있어서, 막 공기 유동은 2차 공기의 10% 또는 전체 공기의 8.5% 에서 유지된다(제 4 예시에 대하여). 측벽 슬롯의 위치는 475 피트 높이로 상승되었다. 이전의 예시에 있어서, 측벽 슬롯은 458 내지 460 피트 높이에 제공되어 있다. 최하부 버너는 470 피트 높이에 위치되어 있고, 보일러 플로어는 426 피트에 위치되어 있다. 호퍼의 상단부는 452 피트에 있다.
막 공기의 위치 변화가 측벽을 따라 환원 상태에 강하게 영향을 미치고 있는 것을 알 수 있다. 거의 전체 벽이 제 6 예시 보다 낮아진 환원 상태의 크기를 갖는다(혼합비는 0.079 미만으로 감소된다). 본 경우의 조건이 하기의 표에 요약되어 있다.
제 12 예시
부하 640MW
O2배출 3.0
경계 공기 1.3%
막 공기 8.5%
대형 공기 포트 없음
OFA 17%
연료 농후 영역 5,091ft2
NOX배출 314ppm
NOX배출 0.436 lb/106Btu
버너 영역 아래에서, 측벽 상방으로의 유동이 상대적으로 정체되어 있는 높이가 발견되었다. 높이가 증가함에 따라서, 유동의 상향 속도가 증가하기 때문에 더 빠른 유동 영역에서 제 12 예시에서의 버너 유동의 상향 운동량은 제 6 예시에서 보다 더 높다.
제 13 예시
제 13 예시는 현행의 경계 공기 포트를 통해 도입되는 공기의 분배를 변화시킨것을 도시하고 있다. 제 5 예시에서와 유사하게 현행의 경계 공기 유동은 2차 공기의 10% 또는 전체 공기의 8.5%로 증가되지만, 본 제 13 비교예에서는 단지 저면의 두개의 경계 포트 만이 사용된다. 본 경우의 조건은 하기의 표에 요약되어 있다.
제 13 예시
부하 640MW
O2배출 3.0
경계 공기 8.5%
막 공기 없음
대형 경계 포트 없음
OFA 18%
연료 농후 영역 3,778ft2
NOX배출 306ppm
NOX배출 0.425 lb/106Btu
공기 위치의 변화는 환원 상태에 노출되는 영역을 감소시키지만(표에 도시되어 있는 바와 같이), 제 5 예시에서 관찰된 하부 노내의 강한 환원조건을 제거할 수는 없다.
제 14 예시
제 14 예시는 제 6 및 제 12 예시의 높이 사이의 중앙에 위치된 측벽 슬롯을 도시하고 있다. 본 경우에 있어서, 막 공기 유동은 2차 공기의 10% 또는 전체 공기의 8.5%로 유지된다. 본 예시의 조건은 하기의 표에 요약되어 있다.
제 14 예시
부하 640MW
O2배출 3.0
경계 공기 1.3%
막 공기 8.5%
대형 경계 포트 없음
OFA 17%
연료 농후 영역 6,017ft2
NOX배출 325ppm
NOX배출 0.451 lb/106Btu
460' 높이의 막 공기는 제 6 및 제 12 예시 사이의 절충안을 제공한다. 본 제 14 예시는 제 12 예시에서의 버너 영역의 높이에서의 프로파일과 동일한 프로파일을 갖고 있지만, 버너 아래의 제 12 예시에서 발견되던 강한 환원 영역은 제한하고 있다. 제 14 예시는 제 12 예시보다 상부 노내에는 더 큰 환원 상태의 크기를 갖고 있지만 제 6 비교예보다는 개선되어 있다.
제 15 예시
제 15 예시는 제 14 예시를 반복하고 있는 것이지만, 측벽 공기 슬롯을 통해 도입되는 공기의 양이 감소되어 있다. 본 경우에 있어서, 막 공기 유동은 2차 공기의 5% 또는 전체 공기의 4.1%로 감소된다. 본 경우의 조건은 하기의 표에 요약되어 있다.
제 15 예시
부하 640MW
O2배출 3.0
경계 공기 1.3%
막 공기 4.1%
대형 경계 포트 없음
OFA 21%
연료 농후 영역 6,469ft2
NOX배출 311ppm
NOX배출 0.432 lb/106Btu
제 15 예시는 460' 높이에서 더 작은양의 공기가 도입되는 경우에도 450'높이에서 더 많은 양의 공기가 도입되는 것과 동일한 효과를 발생시킨다는 것을 판정하기 위해 수행된 것이다.
제 16 예시
제 16 예시는 두개의 높이의 측벽 공기 슬롯을 도시하고 있다. 본 경우에 있어서, 막 공기 유동은 15%로 증가된다. 2차 공기의 10% 또는 전체 공기의 8.5%가 450' 높이에서 측벽 공기 슬롯을 통해 도입되고, 2차 공기의 5% 또는 전체 공기의 4.3%가 475' 높이에서 슬롯을 통해 도입된다. 본 경우의 조건은 하기의 표에 요약되어 있다.
제 16 예시
부하 640MW
O2배출 3.0
경계 공기 1.3%
450'에서의 막 공기 8.5%
475'에서의 막 공기 4.3%
OFA 12.5%
연료 농후 영역 4,424ft2
NOX배출 326ppm
NOX배출 0.453 lb/106Btu
제 16 예시는 제 12 예시와의 비교를 위해 수행되었다. 두 개의 높이에서의 15%의 막 공기는 막공기 슬롯과 대형 경계 포트 양자를 통해 15%의 공기가 도입되는 것에 비견되는 프로파일을 발생시킨다.
상술한 바를 통해, 두개의 설계 기준이 성립된다.
1) 0.084 혼합비 초과의 영역을 제거할 것(즉, 화학량론적 비의 115% 이상의 연료 혼합비를 가진 영역을 제거할 것).
2) 환원 상태에 노출되는 영역을 제한할 것.
이들 표준에 기초하여 상기한 바와 같은 일련의 경우를 통해 하기와 같은 결론을 얻을 수 있다.
1. 제 5 예시와 제 14 예시는 현행의 포트들을 통한 질량 유동량을 증가시키는 것은 강한 환원 상태를 제거하는데 성공적이지 못하다는 것을 보여준다. 그러나, 제 14 예시는 환원 상태에 노출되는 영역의 크기를 매우 양호하게 감소시킨다.
2. 제 6 및 제 7 예시는 두개의 상이한 방법을 통해 동일한 공기량이 도입되는 것을 나타낸다. 양자 모두 강한 환원 상태에 노출되는 영역을 완전히 제거하였다. 어느쪽도 환원 상태에 노출되는 전체 영역이나 NOX배출량에 강한 영향을 미치지 않는다.
3. 제 5, 6 및 7 예시를 제 9 및 제 10 예시와 비교하는 것은 공기 유동이 증가할때 막 공기 포트 설계는 대형 경계 공기 포트보다 양호하다는 것을 나타낸다. 제 9 예시(막 공기 슬롯)는 연료 농후 면적을 7,050ft2으로부터 5,155ft2으로 감소시켰고, 제 10 예시(대형 경계 포트)에서는 동일한 양의 공기로서 단지 5,737ft2으로만 감소되었다.
4. 제 8 예시와 제 6 내지 제 10 예시의 비교는 경계 공기 포트와 막 공기 슬롯의 조합은 포트나 슬롯이 단독으로 사용되는 것 보다 NOX배출량에 현저하게 큰 영향을 미친다는 것을 보여준다. 제 8 예시는 포트를 통해 12.8%의 공기를 전용하여 NOX를 386ppm으로 상승시켰지만, 제 9 및 제 10 예시에서는 17%의 공기를 전용하여 단지 347ppm의 NOX만을 배출시켰다.
5.제 11 예시는 공기의 17%의 대량의 경계 공기와 막 공기의 조합은 실질적으로 오버파이어 공기가 없이 얻어지는 수준보다도 NOX를 증가시킨다. 이는 17%의 공기가 주 버너 영역으로 재혼합된다는 것을 나타낸다.
6. 제 12 예시를 제 7 예시와 비교하는 것은 막 공기가 도입되는 높이를 증가시키는 것은 낮은 높이에서 유동을 증가시키는 것과 동일한 효과를 발생시키며, 더 낮은 NOX배출량을 발생시킨다는 것을 보여준다. 더욱이, 도 18 및 도 21을 비교하는 것은 양자가 대략 동일한 환원 상태 면적을 가지고 있으나, 제 12 비교예가 환원 상태의 전체 크기가 더 작다는 것을 보여 준다.
7. 제 6, 제 12, 제 14 예시는 막 공기 슬롯의 높이에 대한 환원 상태에 노출되는 영역의 관계가 거의 선형적임을 보여주고 있다.
8. 제 15 및 제 16 예시는 막 공기 슬롯 설계를 사용할 때 동일한 환원 상태의 면적에 대하여 높이가 높으면 더 작은 공기가 필요하다는 것을 보여준다.
따라서, 본 발명에 있어서, 측벽 공기 슬롯은 가능한 버너 영역의 높이에 인접하게 배치된다. 이 배치에 있어서, 보호 공기막은 상기 버너로부터의 상승기류에 의해 상향 추진되기에 효과적인 위치에서 보일러 내로 도입되고, 그에 의해 부식으로부터 측벽을 보호하는 공기 막을 제공한다.
본 발명이 상술한 설명에서 세부적으로 예시 및 설명되었지만, 상기한 바들은 예시적인 것이며 본 발명의 특성을 제한하는 것은 아니고, 선택된 실시예에서 예시 및 설명된 것들과, 본 발명의 범위 내에서 수행될 수 있는 모든 변화와 변용들이 보호되어야만 한다.

Claims (10)

  1. 하나 이상이 보일러내로 공기와 분쇄된 석탄의 가연성 혼합물을 도입시키는 복수개의 버너를 포함하고 있는 한쌍의 버너벽과, 한쌍의 측벽 및 플로어를 포함하는 석탄 보일러의 측벽 부식 속도를 감소시키는 방법에 있어서,
    상기 측벽 중 하나 이상에 실질적으로 상기 보일러 플로어 위에 위치되는 복수개의 측벽 슬롯을 제공하는 단계와,
    상기 측벽 슬롯을 통해 보일러내로 측벽 공기의 유동을 도입하는 단계를 포함하고,
    상기 측벽 공기는 상기 버너로부터의 상승기류에 의해 상향 추진되기에 효과적인 위치에서 보일러내로 도입되며, 이에 의해서 부식으로부터 측벽을 보호하는 공기막을 제공하는 석탄 보일러의 측벽 부식 속도 감소 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 측벽 슬롯은 상기 최하부 보일러 버너의 높이와 실질적으로 동일한 높이에서 실질적으로 수평인 제 1 열로 위치되는 석탄 보일러의 측벽 부식 속도 감소 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 최하부 보일러 버너의 높이 위의 높이에 위치하는 실질적으로 수평인 상기 측벽 슬롯의 제 2 열을 부가적으로 설치하여 이용하는 석탄 보일러의 측벽 부식 속도 감소 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 측벽 슬롯은 실질적으로 상기 최하부 보일러 버너의 높이와 동일하거나 상기 최하부 보일러 버너 위의 높이에 최하부 슬롯이 위치되는 상태로 상향으로 볼록한 원호형상으로 위치되는 석탄 보일러의 측벽 부식 속도 감소 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 최하부 보일러 버너의 높이 아래의 높이에 측벽 슬롯을 부가적으로 설치하여 이용하는 석탄 보일러의 측벽 부식 속도 감소 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 경계 공기를 보일러내로 도입하기 위해 하나 이상의 경계 공기 포트를 부가적으로 설치하여 이용하는 석탄 보일러의 측벽 부식 속도 감소 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 오버파이어 공기를 보일러내로 도입하기 위해 하나 이상의 오버파이어 공기 포트를 부가적으로 설치하여 이용하는 석탄 보일러의 측벽 부식 속도 감소 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 오버파이어 공기 포트는 대략 20%에 달하는 2차 공기를 보일러 내로 도입하는 석탄 보일러의 측벽 부식 속도 감소 방법.
  9. 하나 이상이 분쇄된 석탄과 1차 공기의 혼합물을 보일러내로 도입하는 복수개의 버너를 포함하고 있으면서 내부 공간을 형성하도록 상호 연결되어 있는 복수개의 벽을 포함하고, 오버파이어 공기를 보일러내로 도입하는 하나 이상의 오버파이어 공기 포트를 부가적으로 포함하고 있는 석탄 보일러에서 감소된 NOX배출량을 유지하면서 상기 석탄 보일러의 측벽 부식 속도를 감소시키기 위한 방법에 있어서,
    상기 측벽 중 하나 이상에 복수개의 막 공기 포트를 제공하는 단계와,
    분쇄된 석탄과 화학량론적 양 이하의 1차 공기의 스트림을 상기 버너를 통해 상기 보일러내로 분사하는 단계와,
    상기 분쇄된 석탄과 1차 공기의 스트림을 보일러내에서 연소시키는 단계와,
    상기 오버파이어 공기 포트를 통해 보일러에 공급된 전체 공기의 대략 5%와 대략 20% 사이의 오버파이어 공기를 보일러내로 도입하는 단계와,
    상기 막 공기 포트를 통해 보일러에 공급된 전체 공기의 대략 5%와 대략 20% 사이의 막 공기를 보일러내로 도입하는 단계와,
    상기 오버파이어 공기 포트와 상기 막 공기 포트를 통한 공기 유동을 밸런싱하여 오버파이어 공기에 대한 막 공기의 비율이 연소의 단계화를 유지하면서 대략 0.50 lbs.per106Btu 보다 작은 NOX배출량 수준을 보증하기에 충분히 작으면서, 연료 혼합비를 상기 벽에 인접한 대기내의 화학량론적 비율의 대략 115% 보다 작게 유지하기에 충분히 크게 되도록 하는 단계를 포함하는 석탄 보일러의 측벽 부식 속도 감소 방법.
  10. 하나 이상이 분쇄된 석탄과 공기의 가연성 혼합물을 보일러내로 도입하기 위한 복수개의 버너를 포함하는 한쌍의 버너벽과, 한쌍의 측벽 및 플로어를 포함하는 석탄 보일러의 측벽 부식 속도를 감소시키는 방법에 있어서,
    실질적으로 상기 보일러 플로어의 위이면서 최하부 버너의 대략 10 내지 12 피트 아래의 높이에서 하나 이상의 상기 측벽상에 복수개의 측벽 슬롯을 제공하는 단계와,
    상기 측벽 슬롯을 통해 측벽 공기의 유동을 보일러내로 도입하는 단계를 포함하고,
    상기 측벽 공기는 상기 버너로부터의 상승 기류에 의해 상향으로 추진되어 부식으로부터 상기 측벽을 보호하는 공기막을 제공하기에 효과적인 위치에서 보일러내로 도입되는 석탄 보일러의 측벽 부식 속도 감소 방법.
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Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6164221A (en) * 1998-06-18 2000-12-26 Electric Power Research Institute, Inc. Method for reducing unburned carbon in low NOx boilers
US6085673A (en) * 1998-06-18 2000-07-11 Electric Power Research Institute, Inc. Method for reducing waterwall corrosion in low NOx boilers
JP2000065305A (ja) * 1998-08-20 2000-03-03 Hitachi Ltd 貫流型ボイラ
US6237513B1 (en) * 1998-12-21 2001-05-29 ABB ALSTROM POWER Inc. Fuel and air compartment arrangement NOx tangential firing system
US6302039B1 (en) * 1999-08-25 2001-10-16 Boiler Island Air Systems Inc. Method and apparatus for further improving fluid flow and gas mixing in boilers
US6318277B1 (en) * 1999-09-13 2001-11-20 The Babcock & Wilcox Company Method for reducing NOx emissions with minimal increases in unburned carbon and waterwall corrosion
US6279495B1 (en) * 1999-10-22 2001-08-28 Pulp And Paper Research Institute Of Canada Method and apparatus for optimizing the combustion air system in a recovery boiler
WO2001060509A1 (en) * 2000-02-18 2001-08-23 Niro A/S A method and apparatus for processing a pulverulent or particulate material
US6478948B2 (en) * 2001-02-26 2002-11-12 Esa Corrosion Solutions, Ltd. Method of monitoring and controlling corrosion of furnace boiler tubes
US7624707B2 (en) * 2004-01-29 2009-12-01 Babcock & Wilcox Power Generation Group, Inc. Re-oriented over fire air ports for reduction of NOx production from pulverized coal-fired burners
DE102004022514A1 (de) * 2004-05-05 2005-12-01 Babcock-Hitachi Europe Gmbh Dampferzeuger und Verfahren zum Betreiben eines Dampferzeugers
FR2880410B1 (fr) * 2005-01-03 2007-03-16 Air Liquide Procede de combustion etagee produisant des flammes asymetriques
US20080149010A1 (en) * 2006-12-22 2008-06-26 Covanta Energy Corporation Tertiary air addition to solid waste-fired furnaces for nox control
US7823544B2 (en) * 2008-01-04 2010-11-02 Ecr International, Inc. Steam boiler
CN101280919B (zh) * 2008-05-07 2011-05-11 东方锅炉（集团）股份有限公司 前后墙对冲燃烧锅炉炉膛及在侧墙上设置空气喷嘴的方法
EP2180252B1 (en) * 2008-10-24 2016-03-23 L'Air Liquide Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Method for injecting ballast into an oxycombustion boiler
FI20105444A (fi) * 2010-04-23 2011-10-24 Metso Power Oy Polttokattila ja tulistin sekä menetelmä
CN101988695B (zh) * 2010-11-08 2012-04-11 王志凯 含腐蚀性物质可燃气体燃烧锅炉
US8329125B2 (en) 2011-04-27 2012-12-11 Primex Process Specialists, Inc. Flue gas recirculation system
CN102563624B (zh) * 2012-02-29 2014-03-12 东方电气集团东方锅炉股份有限公司 切圆锅炉燃烧装置及超低氮燃烧方法
CN102980176B (zh) * 2012-11-29 2015-07-01 华南理工大学 一种用于防止垃圾焚烧锅炉水冷壁高温腐蚀的贴壁风装置
CN103256610A (zh) * 2013-04-28 2013-08-21 哈尔滨工业大学 一种具有防止冷灰斗和渣井腐蚀功能的w型火焰锅炉
CN105258111B (zh) * 2015-10-22 2017-07-25 太原理工大学 多孔壁风耦合空气分级的煤粉燃烧炉
CN105605560B (zh) * 2015-12-23 2019-02-05 杭州燃油锅炉有限公司 微排放煤粉燃烧系统
CN106678783B (zh) * 2017-02-24 2018-10-19 国电科学技术研究院 一种防止水冷壁高温腐蚀的燃烧优化系统及调整方法
CN110319435B (zh) * 2019-07-01 2021-12-31 华能沁北发电有限责任公司 一种墙式燃烧锅炉混煤掺烧优化方法
CN111156501B (zh) * 2020-01-02 2023-05-30 袁东辉 中心筒、形成中心筒的方法、分离器、循环流化床锅炉
CN113685840A (zh) * 2021-09-29 2021-11-23 西安热工研究院有限公司 一种电站锅炉水冷壁充氮保养系统及方法
CN113983489B (zh) * 2021-10-09 2024-01-19 苏州西热节能环保技术有限公司 一种用于对冲燃烧锅炉主动防腐的二次风配风方法

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1729024A (en) * 1929-09-24 Method of burning pulverized fuel
US1739594A (en) * 1924-02-13 1929-12-17 Combustion Eng Corp Furnace protection
US1795951A (en) * 1925-07-30 1931-03-10 Int Comb Eng Corp Apparatus for burning pulverized coal
US2573910A (en) * 1945-08-21 1951-11-06 Comb Eng Superheater Inc Method for burning pulverized coal
US3877440A (en) * 1974-01-18 1975-04-15 Foster Wheeler Corp Curtain air system for vapor generators
US4021186A (en) * 1974-06-19 1977-05-03 Exxon Research And Engineering Company Method and apparatus for reducing NOx from furnaces
SU606035A1 (ru) * 1976-04-21 1978-05-05 Предприятие П/Я А-3513 Топка
JPS5949404A (ja) * 1982-09-13 1984-03-22 Babcock Hitachi Kk 低窒素酸化物燃焼装置
US4596198A (en) * 1983-05-18 1986-06-24 Air Products And Chemicals, Inc. Slag reduction in coal-fired furnaces using oxygen enrichment
DE3403981A1 (de) * 1984-02-04 1985-08-14 Deutsche Babcock Werke AG, 4200 Oberhausen Verfahren und vorrichtung zum betreiben einer feuerung unter verminderter bildung von stickoxiden
CA1308964C (en) * 1988-04-15 1992-10-20 Brian Robin Blackwell Method and apparatus for improving fluid flow and gas mixing in boilers
FI87246C (fi) * 1989-04-10 1992-12-10 Ahlstroem Oy Foerfarande och anordning foer inmatning av foerbraenningsluft i en eldstad
JP2540636B2 (ja) * 1989-11-20 1996-10-09 三菱重工業株式会社 ボイラ
US4969408A (en) * 1989-11-22 1990-11-13 Westinghouse Electric Corp. System for optimizing total air flow in coal-fired boilers
US5199357A (en) * 1991-03-25 1993-04-06 Foster Wheeler Energy Corporation Furnace firing apparatus and method for burning low volatile fuel
US5205226A (en) * 1992-03-13 1993-04-27 The Babcock & Wilcox Company Low NOx burner system
US5343820A (en) * 1992-07-02 1994-09-06 Combustion Engineering, Inc. Advanced overfire air system for NOx control
US5329866A (en) * 1993-09-03 1994-07-19 The Babcock & Wilcox Company Combined low NOx burner and NOx port
TW256873B (ko) * 1993-12-29 1995-09-11 Combustion Eng
US5417564A (en) * 1994-01-27 1995-05-23 Riley Stoker Corporation Method and apparatus for altering the firing pattern of an existing furnace
US5441000A (en) * 1994-04-28 1995-08-15 Vatsky; Joel Secondary air distribution system for a furnace
US5529000A (en) * 1994-08-08 1996-06-25 Combustion Components Associates, Inc. Pulverized coal and air flow spreader
FI96436C (fi) * 1994-08-10 1996-06-25 Ahlstroem Oy Menetelmä ja laite jätelipeän käsittelemiseksi
US5505146A (en) * 1995-05-02 1996-04-09 The Babcock & Wilcox Company Burner pattern to minimize sidewall corrosion potential

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Publication number Publication date
EP0938636A4 (en) 2000-05-10
US5809913A (en) 1998-09-22
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EP0938636A1 (en) 1999-09-01
CN1131955C (zh) 2003-12-24
AU4755297A (en) 1998-05-11
PL332693A1 (en) 1999-09-27

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