KR20050061363A - 분쇄된 연료 연소용 라운드 버너 - Google Patents

분쇄된 연료 연소용 라운드 버너 Download PDF

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Abstract

분말 연료, 특히 분탄 연소용 라운드 버너는 단면(QSL)과 내경(dSL)을 가지며 라운드 버너마다 요구되는 제2 공기량(S)을 연소로(10)에 유입하는 중앙의 제2 공기 튜브(3), 및 상기 제2 공기 튜브(3)를 동심으로 둘러싸고, 단면이 환상이며, 제1공기나 제1 가스 및 분말 연료로 구성되는 제1 혼합물(15)을 상기 연소로(10)에 유입하는 제1 혼합물 튜브(3)를 포함하는 분말 연료 연소용 라운드 버너 및 상기 라운드 버너를 동작하는 방법(도 1)이 제공되며, 공기나 가스의 kg 당 분말 연료의 0.8 kg 내지 10 ㎏의 높은 분말 연료량을 나타내는 제1 혼합물(15)을 상기 연소로(10)에 유입하기 위해, 상기 제2 공기 튜브(3)에는 감소된 단면(QSLred)이 주어지며, 상기 감소된 단면(QSLred)을, 라운드 버너(1)마다 요구되는 상기 제2 공기량(S)의 총량이 기준 내경(dSLO)을 갖는 상기 제2 공기 튜브(3)의 기준 단면(QSLO)을 통해 기준 제2 공기 출구 속도(W0)로 상기 제2 공기 튜브(3)로부터 상기 연소로(10)로 통과되는 라운드 버너 설계와 비교하여 보아야만 하며, 상기 감소된 단면(QSLred)은, 라운드 버너(1)마다 요구되는 상기 제2 공기량(S)의 40% 내지 70% 만이 상기 제2 공기 튜브(3)를 통해 유입되는 일부의 제2 공기량(S1)에 기초한 상관관계 dSLred = 0.4 내지 0.8 x dSL0 에 따라 감소된 내경(dSLred)을 나타내고, 상기 제2 공기 튜브(3)로부터의 제2 공기 출구 속도는 기준 출구 속도(W0)의 20 내지 100%로 증가하며, 적어도 하나의 다른 제2 공기 튜브(12)가 상기 제1 혼합물 튜브(4)에 수직으로 배치되어 라운드 버너(1)마다 요구되는 제2 공기량(S)의 잔여 제2 공기 유동량 S2(14)을 상기 연소로(10)에 유입한다.

Description

분쇄된 연료 연소용 라운드 버너 {ROUND BURNER FOR BURNING PULVERIZED FUEL}
본 발명은 특히 분탄과 같은 분쇄 연료 연소용 라운드 버너 및 그 조작 방법에 관한 것이다.
DE OS 102 01 558에는 분쇄 연료 연소용 라운드 버너가 개시되어 있다. 이 공지된 버너에서는, 각각의 버너에 투입될 모든 제2 공기가 버너 내에 위치된 제2 공기 튜브를 통해 연소실에 공급되고, 제1 공기 또는 제1 가스 및 분쇄 연료로 이루어진 제1 혼합물이 제2 공기 튜브를 동심으로 둘러싸고 환형의 단면을 형성하는 제1 혼합물 튜브를 통해 연소실에 공급된다. 종래의 방식과는 달리, 이 새로운 개념은 제2 공기를 중심에 주입하고 제2 공기 유동을 제1 혼합물 유동으로 둘러싸는 것이고, 분쇄 연료가 연소 공정 중에 연소실에서 발생하는 고온의 연소 가스와 직접 접촉하여 신속하고 신뢰적인 연료 점화가 이루어지게 되는 장점을 갖는다.
상기 DE OS 102 01 558에 공지된 분쇄 연료 연소용 라운드 버너는 실질적으로 분쇄된 저급탄인, 예를 들어 갈탄 연소용으로 적용된다.
그러나, 이러한 분쇄된 갈탄 또는 일반적으로 사용되는 분쇄된 역청탄(bituminous coal)(평균 함량의 물, 휘발성물질, 회분을 포함)이 연소실 내에 투입되면, 제1 혼합물 튜브 내의 제1 혼합물은 1㎏의 제1 공기 또는 제1 가스(이송 가스) 당 대략 0.1㎏ 내지 0.6㎏의 연료 또는 분탄 함량을 가져서, 이송 가스 내의 석탄 함량을 낮아지게 한다. 바꾸어 말하면, 전술한 투입될 분쇄 연료는 라운드 버너의 제1 혼합물 튜브가 다량의 가스 체적을 가지도록 요구하며, 이에 따라 이송 단면이 커지게 된다.
흔히 사용되지 않는 연료, 예를 들어 저휘발성의 분쇄된 역청탄(예를 들어,포지탄(forge coal), 린탄(lean coal) 또는 무연탄(anthracite coal)) 또는 건조 갈탄(TBK)이 연소되는 공정에서는, 라운드 버너의 제1 혼합물 튜브에 보다 높은 석탄 함량이 사용될 필요가 있으며, 이 양은 1㎏의 제1 공기 또는 제1 가스(이송 가스) 당 대략 0.8㎏ 내지 10㎏의 분쇄된 연료 또는 석탄이 된다.
제1 혼합물 내의 높은 분말 함량은 이송 가스의 체적을 적게 하며, 라운드 버너의 제1 혼합물 튜브의 이송 단면을 작게 한다. 분말 함량이 높은 이송 가스의 체적은 분말 함량이 낮은 이송 가스의 체적에 비해 여러 배 작기 때문에, 제1 혼합물 튜브의 이송 단면은 여러 배 작아지게 된다. 이로 인해 제1 혼합물 튜브의 환형 단면이 매우 작아지게 되고, 이것은 여러 면에서 부정적인 영향을 주게 된다. 예를 들어, 제1 혼합물 튜브 내부의 압력 손실이 상당히 증대되고, 무엇보다도 연소 시스템의 효율을 저하시키게 된다. 또한, 분탄은 불균일하게 장입되어 불균일하고 비효율적인 연소를 야기한다.
US 2003/0157451 A1에는 질소산화물 함량이 낮은 미립자 연료 버너가 개시되어 있다. 전술한 DE OS 102 01 558에 따른 버너에서, 연소로는 중앙 튜브를 통해 제2 공기를 받아들이고, 상기 중앙 튜브를 동심으로 둘러싸는 제2 튜브를 통하거나 이 공지된 버너의 양 튜브 사이에 형성된 환형의 공간을 통해 제1 공기와 함께 분탄을 받아들인다. 이 버너의 제2 공기 노즐 설계에 의해 질소산화물 방출의 감소가 이루어지고, 연소로의 출구에서 중앙에 투입되는 공기의 전진 분사(전진 또는 회전 분사)를 발생시켜, 투입되는 미립자 연료와 공기를 강력하게 혼합시킨다. US 2003/0157451 A1은 저휘발성 역청탄 또는 건조 갈탄과 같은 분쇄된 연료를 연소로에 투입하는 것에 대하여 언급하지 않았고, 따라서 제1 공기 유동 또는 이송 공기 유동 내의 석탄 함량이 보다 높을 필요가 있으며, 이로 인해 고압 손실 또는 연소로 내의 연료의 분산 불량이 발생한다.
DE 898 225 C는 가스 및 분탄의 교대 또는 조합 연소용 버너를 개시한다. 이 버너는 제1 공기 또는 코어 공기를 투입하기 위한 중앙 튜브, 분탄을 투입하기 위해 상기 제1 공기 튜브를 동심으로 둘러싸는 다른 튜브, 및 다시 상기 분탄 튜브를 동심으로 둘러싸며 연소로 내부에 제2 공기를 이송하기 위한 제3 튜브로 이루어지는 전형적인 설계를 가진다. 전형적인 설계 외에, 이 버너의 분탄 튜브의 외측 재킷은 축 방향으로 조절 가능한 앵글 슬라이더(angle slider)를 수용하여, 공급된 공기량이 중앙 제1 또는 코어 튜브 및 외측 제2 공기 튜브에 독립적으로 할당될 수 있다. 중앙 튜브 내의 제1 또는 코어 공기량이 슬라이더 설정에 따라 증가되면, 외측 제2 공기 튜브를 통해 투입되는 제2 공기량은 따라서 감소하며, 그 반대가 된다. 연소로에 들어가는 분탄 유동이 외측 제2 공기 유동에 의해 둘러싸이고, 따라서 연소로 내에서 고온의 연소 가스와 직접 접촉하게 되는 것이 방해된다. 이것은 연소로 내부에 투입된 분탄 미립자의 신속한 가열 및 점화를 막거나 지연시킨다.
본 발명의 목적은 연소실 내부에 분쇄된 연료 함량이 높은 제1 혼합물을 투입하기에 적절한, 분쇄된 연료 연소용 라운드 버너 및 그 조작 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은 청구범위 제1항의 특징에 의해 라운드 버너가 달성되고 제14항의 특징에 의해 그 조작 방법이 달성된다.
본 발명의 바람직한 실시예는 종속청구항에서 찾아볼 수 있다.
본 발명에 따른 해결 방안은 다음과 같은 장점을 갖는 라운드 버너 및 그 조작 방법을 제공한다.
- 본 발명에 따른 라운드 버너는 분탄 연소 시스템에 흔히 사용되지 않는 연료인, 저휘발성 역청탄 및 건조 갈탄 또는 중량(heavy) 연료를 효율적으로 그리고 원활하게 연소시킬 수 있다.
- 분쇄된 연료의 함량이 높은 제1 혼합물 유동이, 압력 손실이 상당히 감소되고 분쇄된 연료 분산이 상당히 개선되어 연소로 내부에 투입될 수 있다.
이하에서 본 발명의 예시적인 실시예를 첨부도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
첨부도면은 본 발명에 따른 라운드 버너(1)의 여러 실시예를 위해 제공되는 것이며, 예를 들어 증기 발생기의 가열로(10) 또는 발전기(미도시)의 유틸리티 증기 발생기를 위해 개별적으로, 복합적으로, 또는 그룹으로 사용될 수 있다. 라운드 버너(1)는 가열로(10)를 경계짓는 증기 발생기(미도시)의 하나 이상의 가열로 벽에 위치되어, 제1 가스 또는 공기에 의해 이송되는 분쇄 연료(제1 혼합물 유동(15)) 및 제2 공기(13, 14)가 라운드 버너(1)에 의해 연소로 내부에 투입되고 연소될 수 있다. 이러한 공정 중에서 발생하는 연소 가스는 증기 발생기 가동 매체, 일반적으로 물 및/또는 증기를 가열하는데 사용된다.
라운드 버너(1)는 종축(19)의 중심에 배치되는 중앙 제2 공기 튜브(3)를 갖고, 제2 공기 튜브의 출구(7)는 연소로(10)의 방향으로 향하며, 이를 통해 제2 공기(13)가 연소로(10) 내부에 투입된다. 제2 공기 튜브(3)는 제1 혼합물 튜브(4)에 의해 동심으로 둘러싸여, 제2 공기 튜브(3)와 제1 혼합물 튜브(4) 사이에 간극 또는 환형의 단면을 형성하고, 이를 통해 제1 공기 또는 제1 가스 및 분쇄된 연료로 이루어지는 제1 혼합물(15)이 연소로(10) 내부에 투입된다. 제1 혼합물 유동(15)은 공정 상의 이유로 인해 필수적인 분쇄 연료 및 제1 공기 외에, 연소 가스 및 수증기를 포함할 수 있다.
포지탄(forge coal), 린탄(lean coal) 또는 무연탄(anthracite coal), 또는 건조 갈탄과 같은 고칼로리 값을 갖는 다른 연료 등의 저휘발성 연료를 연소시키는 공정에서는, 분쇄된 연료용 이송 매체로서 작용하는 제1 공기 또는 가스 1㎏ 당 대략 0.8㎏ 내지 10㎏의 분쇄된 연료의, 분쇄 연료 함량이 높은 제1 혼합물이 연소로(10)에 공급될 필요가 있다. 그 이유는, 보통이거나 높은 휘발성, 또는 회분 함량이 높은 연료를 사용하지 않게 되면, 분쇄된 연료의 함량이 낮게 이송되는, 즉 가스 또는 공기 1㎏ 당 분쇄된 연료가 0.1㎏ 내지 0.6㎏ 범위의 양으로 이송되는 저휘발성 연료가 투입되는 연소로에서는 점화 안정성을 얻을 수 없기 때문이다. 저휘발성 연료와 비교하면, 분쇄된 연료의 함량이 높은 제1 공기 또는 가스 이송 매체로 인해, 이송 매체의 체적이 대응되게 감소하여(보다 적은 이송 매체가 보다 많은 분쇄 연료를 이송), 동일한 이송량에서 환형의 단면(9)이 줄어들게 된다.
그러나, 보통이거나 높은 휘발성의 역청탄, 또는 갈탄과 같은 회분 함량이 높은 석탄이 투입되는 라운드 버너에 비해 단면이 줄어드는 문제가 발생하고, 이로 인해 환형의 단면(9)을 통해 이송 매체 1㎏ 당 분쇄된 연료가 대략 0.1㎏ 내지 0.6㎏으로 낮게 함유되는 제1 혼합물이 연소로(10)에 투입되고, 이로 인해 연소로(10) 내의 제2 공기 출구의 속도(w)를 나타내는 환형 단면(9)의 간극 또는 원형 링의 치수(R)가 매우 작아져서 라운드 버너(1) 내의 제1 혼합물 튜브(4) 내부에 상당한 압력 손실이 일어나게 된다. 또한, 이렇게 좁아진 단면은 제1 혼합물 유동(15)의 이송에 문제를 일으킨다. 간극의 치수(R)는 원형 링(9)의 내경과 외경 사이의 반경 방향 거리와 관계된다.
공지된 라운드 버너에서 이송 매체 1㎏ 당 분쇄된 연료가 대략 0.1㎏ 내지 0.6㎏으로 낮게 함유되는 혼합물을 연소할 때, 라운드 버너마다 요구되는 제2 공기의 전체 양이 중앙 제2 공기 튜브(3)를 통해 연소로(10) 내부에 투입되고, 제2 공기 튜브의 내경(dSLO) 또는 제2 공기 튜브의 단면(QSLO) 및 제2 공기 튜브의 출구 속도(W0)(예를 들어 40㎧)는 참조 변수로서 사용된다. 전술한 문제점은 본 발명에 따른 라운드 버너(1)에서 해결되며, 라운드 버너(1)마다 요구되는 제2 공기의 전체 양(S)의 40% 내지 70%의 일부 제2 공기량(S1)만이 제2 공기 튜브(3)를 통해 연소로(10) 내부에 투입되고, 나머지 제2 공기량(S2)은 제1 혼합물 튜브(4)의 둘레에 배치되는 추가의 제2 공기 튜브(12)를 통과한다. 이러한 수치 및/또는 제2 공기 튜브(3)로부터의 제2 공기 출구 속도(W1)가 제2 공기 출구 속도 변수(W0)에 비해 20% 내지 100% 상승되면 제2 공기 튜브(3)의 단면(QSL))을 상당히 줄일 수 있다.
숫자로 나타내면, 본 발명에 따른 수치는 제2 공기 튜브(3)의 줄어든 단면(QSLred)이 제2 공기 튜브의 내경(dSLO)에 비해 40-80% 줄어든 직경(dSLred), 즉 참조 변수로서 주어진 제2 공기 튜브 내경(dSLO)의 0.4 내지 0.8배를 나타내도록 한다.
본 발명에서, 제1 혼합물 튜브(4)의 환형 단면(9)이 라운드 버너 축(19)에 근접하게 반경 방향으로 이동함으로써, 불변의 환형 단면(QPR)(즉, 불변의 제1 혼합물 산출량으로 간주)에 비해 상당히 커다란 환형의 간극(R)을 발생시켜서, 압력 손실을 비교적 상당히 작게 하고 연소로(10) 내부에 제1 혼합물을 원활하게 투입할 수 있도록 한다.
본 발명에 따른 라운드 버너(1)는 제2 공기에 의해 중앙으로 장입되어 분쇄된 연료의 연소율을 높이는 장점을 가지며, 이로 인해 분쇄된 연료와 고온의 연소 가스 사이에서 강력하고 직접적인 접촉이 일어나서 점화성이 향상된다. 이 때 분쇄된 연료의 함량이 높게 투입되는 제1 혼합물 유동(15)은 상당히 감소된 압력 손실 및 상당히 개선된 분쇄 연료의 분산과 함께 공급될 수 있다.
화학량론적(stoichiometric quantity) 공기량은 각각의 라운드 버너(1)에 필요한 제2 공기량(S)으로서 취해질 수 있고, 본 발명에 따른 라운드 버너(1)에서는 적어도 2개의 제2 공기 튜브(3, 12)를 통해 2개의 일부 제2 공기량 유동(S1, S2)으로 연소로(10) 내부에 투입된다. 그러나, 라운드 버너(1)를 경유하여 투입되는 필요한 제2 공기량(S), 또는 2개의 일부 제2 공기량 유동(S1, S2)의 합은 화학량론적 공기량의 0.3 내지 1.0 범위의 화학량론적 공기량일 수도 있다. 최종 분석에서, 라운드 버너(1) 당 투입되는 제2 공기량(S)의 선택되는 (화학량론적) 범위는 연소로(10)의 다른 영역에 투입되는 과연소(overfire)의 다른 양에 따르며, 각각의 작동에 따라 선택되어야 한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 라운드 버너(1)를 나타내며, 바람직한 실시예에서, 잔여 제2 공기량(S2)은 제1 혼합물 튜브(4)를 동심으로 둘러싸며 가상의 원(36) 상에 균일하게 분포되는 4개의 제2 공기 튜브(12a, 12b, 12c, 12d)를 통해 연소로(10) 내부에 투입된다. 이 경우, 각각의 제2 공기 튜브(12a, 12b, 12c, 12d)는 라운드 버너(1)의 종축(19)의 수직 투영면에 대하여 45°미만으로 경사진다. 이 실시예에서, 잔여 제2 공기 S2(14)는 제1 혼합물 유동(15) 또는 분쇄된 연료를 일일이 둘러싸도록 되며, 이 동안에 보다 고온의 연소 가스(37)가 형성되고 분쇄된 연료에 공급되어, 가열 속도 및 점화성을 한층 증가시킨다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 라운드 버너(1)의 다른 변형예를 나타내며, 잔여 제2 공기 S2(14)가 2개 이상의 제2 공기 튜브(12a, 12b)를 통해 연소로(10) 내부에 투입된다. 이 때, 2개 이상의 제2 공기 튜브(12a, 12b)는 제1 혼합물 튜브(4)의 상하에, 즉 라운드 버너(1)의 종축(19)의 수직 투영면에 각각 균등하게 이격되어 있다. 제2 공기 S2(14)는 중앙에 투입되는 제2 공기 S1(13) 및 제1 혼합물(15)에 상하 절반씩 첨가되어 이들과 혼합된다. 2개의 제2 공기 유동은 보다 고온의 연소 가스를 유도하여 분쇄된 연료에 투입함으로써 전술한 장점을 얻게 된다.
잔여 제2 공기 S2(14)를 첨가함으로써 라운드 버너(1) 당 필요한 전체 공기량(S)이 제공되고, 연료, 즉 저휘발성 연료는 바라는대로 연소될 수 있다. 추가의 제2 공기 튜브(12a, 12b, 12c, 12d)의 단면은 필요에 따라 원형 또는 각형으로 될 수 있으며, 다른 형태도 가능하다.
추가의 제2 공기 튜브(12)의 종축은 도 1 및 도 4에 나타낸 바와 같이 라운드 버너의 종축과 평행하며, 유동의 방향에서 볼 때 종축(19)과 경사진다(미도시).
이것은 연소로(10) 내에서 최적의 연소가 일어나도록 라운드 버너(1)의 점화 구역(29)에 잔여 제2 공기량 S2(14)을 투입할 수 있도록 한다.
제1 가스 혼합물(15) 및 일부 제2 공기 유동량 S1(13)은 상이한 방법으로 라운드 버너(1)에 투입될 수 있다. 도 1, 2, 4에서, 제1 혼합물 유동(15)은 제1 혼합물 튜브(4)에 대하여 동축으로 배치되는 공급라인(18)을 통해 공급되고, 입구(6)를 통해 제1 혼합물 튜브(4)에 도입되고, 출구(8)를 통해 연소로(10)에 투입되거나 분사된다. 혼합물 유동(15)은 제1 공기 튜브와 제2 공기 튜브(3) 사이의 환형 단면(9)을 통과한다.
제2 공기 S1(13)는 공급라인(16)을 경유하여 입구(5)를 통해 제2 공기 튜브(3) 내에 투입되며, 공급라인(16)은 제2 공기 튜브(3)와 직각으로 배치되고 제1 혼합물 튜브(4)를, 예를 들어 간격을 두고 둘러싸며, 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 예를 들어 제1 혼합물(15)을 반경 방향, 접선 방향 또는 그 사이에 놓이는 다른 방향, 즉 제2 공기 S1(13)가 출구(7)를 통해 축 방향으로 연소로(10) 내부에 투입되는 방향으로 운송하는 환형 단면(9)을 가로지르는 3개의 통로(24)를 경유한다. 제2 공기 튜브(3)는 전방 벽(28)에 의해 출구(7)로부터 밀봉되어 이격된다.
도 6은 제1 혼합물 유동(15) 및 일부 제2 공기 유동량 S1(13)을 공급하는 다른 방법을 나타낸다. 이 경우, 일부 제2 공기 유동량 S1(13)은 동축 방향으로 제2 공기 튜브(3)에 공급되며, 공급라인(16)은 제2 공기 튜브(3) 내에서 직각 또는 방사상으로 제2 공기 S1(13)를 제1 혼합물 공급라인(18)으로부터 유동 매체 측 상류로 운송한다. 제1 혼합물 유동(15)은 공급라인(18)을 경유하여 직각 또는 방사상으로 제1 혼합물 튜브(4)에 공급된다. 이러한 구성의 바람직한 실시예에서, 환형의 단면(9)은 도 1 내지 도 4에서와 같이 관통 채널(24)에 의해 관통될 필요가 없다.
제2 공기 튜브(12a, 12b, 12c, 12d)를 통해 연소로(10) 내부에 투입되는 잔여 제2 공기량 S2(14)은 별도의 공급라인(17)(도 6) 또는 공급라인(16)에 의해 모든 변형예에서 분기될 수 있다.
각각의 공급라인에는 대응되는 플랩(미도시)이 제공되어 일부 제2 공기량(S1 13 및 S2 14)을 조절한다.
버너 목부(throat)(2)에 있는 점화 구역의 위치를 변경 또는 최적화할 수 있도록 하기 위해, 바람직한 일 실시예에서는, 제2 공기 튜브(3) 또는 제2 공기 튜브(3)의 출구 측 부분(30)이 제1 혼합물 튜브(4) 내에서 축 방향으로 변화될 수 있다.
그 결과, 제2 공기 튜브(3)의 출력 측 단부(7) 또는 출구 측 부분(30)의 출구 투영면이 상기 제1 혼합 튜브(4)의 출구 측 단부(8)의 출구 투영면과 관련해서 서로 다른 위치로 이동될 수 있다. 도 1, 도 4 및 도 7에서, 상기 제2 공기 튜브(3)의 출구 측 단부(7) 또는 상기 출구 측 부분(30)의 출구 투영면은 유동 매체 상에서 보았을 때 제1 혼합물 튜브(4)의 출구 측 단부(8)의 출구 투영면으로부터 계수치 k만큼 상류에 위치한다. 연료 및 버너 크기에 따라, 상기 계측치 k 는 제2 공기 튜브(3)의 직경( dSL)에 0.5배까지 될 수 있는 바, 즉 2개의 출구 측 단부(7, 8)는 도 6에 따라 동일 평면상에 있을 수 있다. 상기 제2 공기 튜브(3)의 돌출 단부(projecting end) 역시 가능한데, 즉 상기 제2 공기 튜브(3)의 출구 측 단부(7)의 출구 투영면은 유동 매체 상에서 볼 때 상기 제1 혼합물 튜브(4)의 출구 측 단부(8)의 출구 투영면으로부터 계측치 k만큼 하류에 위치한다.
현재의 축 방향으로 이동 가능한 출구 측 부분(30)에서, 제2 공기 튜브(3)는 2개의 부분, 즉 고정 부분과 축 방향으로 이동 가능한 부분(30)으로 구성되며, 상기 두 부분은 겹쳐져 있다(도 7).
도 4에서와 같이 상기 제2 공기 튜브(3)의 단부에 원뿔형 확장부(20)를 설치하거나, 도 7에서와 같이 상기 제2 공기 튜브(3)의 외측 주변에 유지 링(21)을 제공하여, 상기 제2 공기 튜브(3)의 출구(7)의 설계를 구조적으로 변형함으로써 점화 안정성에도 영향을 줄 수 있는 바, 이는 상기 제1 혼합물 튜브 출구(8)의 환형 단면(9)을 감소시킨다.
상기 제2 공기 튜브(3)의 원뿔형 확장부(20)가 주어지면 상기 제1 혼합물 유동(15)의 흐름 속도를 단면(9) 내에서 일정하게 유지하기 위해, 상기 제1 혼합물 튜브(5)의 출구 역시 원뿔형 확장부(21)를 구비할 수 있다(도 4).
도 2에 도시된 버너(1)의 동작에 관한 하나의 바람직한 모드에서, 중앙의 일부 제2 공기 유동량 S1(13)은 나선형 공급라인(16), 상기 제2 공기 튜브(3)에 본래 벗어나 정렬되어 있는 관통 채널(24), 및 각운동량 제어기 또는 플랩(25)에 의해 상기 제2 공기 튜브(3)에 접하여 유입되며, 이에 의해 상기 유동량(13)에 회전 운동량이 부여되어, 제2 공기 튜브(3)에 어떤 다른 개별의 장치 없이도 출구에서부터 연소로(10)까지 그대로 보존 유지될 수 있다. 상기 제2 공기 유동량(13)이 상기 제2 공기 튜브(3)로 방사상으로 유입되는 동안 회전 없이 공급될 때까지, 상기 각운동량 제어기(25)를 사용하여 상기 제2 공기 유동(13)의 각운동량에 영향을 주거나 약하게 할 수 있다. 모든 관통 채널(24)용 각운동량 제어기를 중앙 스핀들 조정기(미도시)을 사용하여 제어함으로써, 예를 들어 동일한 제어를 설정하여 관통 채널(24)마다 동일한 제2 공기량을 설정할 수 있다.
상기 관통 채널(24)은 각각 환형 단면(9) 내에서 일정한 간격을 두고 위치하여, 제1 혼합 유동(15)용 통로(26)는 상기 관통 채널(24)의 동일한 가로 치수로 동일한 단면을 보이며, 상기 제1 혼합물 유동(15)이 일정하게 분배된다.
상기 관통 채널(24)의 영역에서 통로(26)의 단면을 불필요하게 감소시키지 않으면서 극히 높은 제1 혼합물 속도를 발생시키기 위해, 상기 관통 채널(24)의 선택 폭 b를 가능한 좁게 하며, 이를 위해 상기 관통 채널(24)의 단면 요건에 대해 길이를 조정한다.
제1 혼합물 튜브(4)의 외측에 방사상으로 놓이면서 관통 채널(24)의 영역 내에 위치하는 입구 케이싱(32)은 모든 현재의 관통 채널(24)에 제2 공기가 채워지도록 튜브(4)의 주변의 적어도 일부를 넘어 연장한다. 입구 케이싱(32)은 사각형 케이싱으로 될 수 있으며, 이는 상기 입구 케이싱(32)의 외측 벽과 상기 튜브(4) 사이에 채널(33)을 형성한다. 상기 입구 케이싱(32)에 의해 상기 튜브(4)의 외측 주변에 형성된 도관(33)은 본 명세서에서는 본래 축소된 깊이를 양호하게 가지고 있어 그에 따라 변 각도가 크게 증가하여, 상기 일부 제2 공기 유동량 S1(13)의 속도를 매우 일정하게 하고 개별의 관통 채널(24)마다 할당하며, 또한 상기 주변 넘어로 관찰할 때는 제2 공기 튜브(3)에 할당한다. 다른 방법 중에서, 이러한 요건은 도 2에 따른 입구 케이싱(32)을 위한 양호한 나선형 설계를 이용하여 달성될 수 있다.
제2 공기 튜브(3)로의 접하는 유입에 의해 발생되는 각운동량은 튜브(3)의 길이에 따라 감소할 수 있으므로, 제2 공기의 접하는 유입이 버너 목부(2)로부터 너무 멀리 떨어져서 일어나지 않는다는 것을 이해할 수 있다. 버너 목부(2)쪽으로 대향하는 (또는 상기 버너 목부(2)쪽으로 놓여 있는 입구 홀(5)의 경계에 대응하는) 입구 케이싱(32)의 전면 벽과 상기 버너 목부(2) 사이의 거리 L은 상기 제2 공기 튜브(3)의 직경(dSL)의 0.5 내지 10배의 치수로 양호하게 되어 있다.
상기 일부 제2 공기 유동량 S1(13)이 상기 제2 공기 튜브(3)에 접하여 이송되지 않고 동축으로 이송되면, 상기 일부 제2 공기 유입량(13)이 상기 제2 공기 튜브 내측에 설치되어 있는 와류 장치(22)에 의해 각운동량이 부여될 수 있다.
발화 조건이 긴급히 필요한 경우, 제1 혼합물 유동(15) 역시 상기 제1 혼합물 튜브(4)나 그 환형 단면(9) 내측에 와류 장치(23, 34)를 구비할 수 있다. 와류 장치는 도 8에 도시된 바와 같이 종래의 위치(23) 내에 위치할 수 있다. 그렇지만, 후술하는 유지 세그먼트(34)도 또한 제1 혼합물 유동(15)용 각운동량을 생성하는 방식으로 설계될 수 있다. 이것은 상기 유지 세그먼트(34)가 상기 제1 혼합물 튜브(4)의 특정한 축 길이를 초과하여 연장하고 설계 시에 장착됨으로써 달성될 수 있다(도 9 및 도 10 참조). 상기 제1 혼합물 유동(15)을 와류시킬 때 상기 제2 공기 유동(13)을 와류시킴에 따라 점화 안정성이 향상된다.
도 1 내지 도 4에 도시된 라운드 버너 구성에 있어서, 상기 제1 혼합물 튜브(4)를 통과하면서 상기 환형이 단면(9)에 대해 상기 제2 공기 튜브(3) 근처에 분배되는 상기 제1 혼합물 유동이 상기 제2 튜브의 전면 벽(28)에 충격을 가하지 않도록 하고, 이에 의해 한편으로는 강한 동요가 일어나지 않으면서 상기 전면 벽에 다른 강한 부식이 발생하지 않도록 하기 위해, 상기 전면 벽(28)에는 내마모성 또는 유동-회피(stream-deflecting) 수단(35)이 상류에 설치된다.
이 수단(35)은 공지의 마모 보호 물질(wear protection materials)로 구성되고, 편평하거나 반구형이거나 유선형의 삼각형인, 중실 또는 중공 부재일 수 있다(도 1 및 도 4 참조).
도 9에 따르면, 4개의 유지 세그먼트(34)가 버너 목부(2)에 배치될 수 있으며, 예를 들어 각각의 유지 세그먼트(34)는 제2 공기 튜브(3)와 제1 혼합물 튜브(4) 사이에 방사상으로 그리고 상기 양 튜브(3, 4) 사이의 환형 출구의 일부 영역을 지나 각을 이루면서 연장하며, 일정한 간격을 두고 설치된다. 이에 의해 또한 상기 연장하는 제1 혼합물 유동(15)과 상기 뽑아낸 고온의 연소 가스(37) 사이의 접촉 표면이 증가되고, 상기 제1 혼합물(15), 제2 공기(13, 14), 및 연소 가스(37)가 보다 확실하게 혼합되게 한다. 이에 의해 점화 안정성이 향상된다. 상기 유지 세그먼트는 이에 대응해서 시트 세그먼트로 제조될 수 있다. 그렇지만, 전술한 바와 같이, 축 방향으로 관통하여 길이방향을 따라 연장될 수 있으며 본 명세서에서는 와류 부재로서 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 라운드 버너는 분탄 연소 시스템에 흔히 사용되지 않는 연료인, 저휘발성 역청탄 및 건조 갈탄 또는 중량(heavy) 연료를 효율적으로 그리고 원활하게 연소시킬 수 있고, 분쇄된 연료의 함량이 높은 제1 혼합물 유동이, 압력 손실이 상당히 감소되고 분쇄된 연료 분산이 상당히 개선되어 연소로 내부에 투입될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 라운드 버너의 종단면도이다.
도 2는 도 1의 A-A부에 따른 라운드 버너의 단면도이다.
도 3은 도 1의 B-B부에 따른 라운드 버너의 단면도이다.
도 4는 도 1과 동일하지만, 대안의 구성의 라운드 버너의 종단면도이다.
도 5는 도 1의 C-C부에 따른 버너의 단면도이다.
도 6은 도 1과 동일하지만, 대안의 라운드 버너의 제2 공기 공급 및 제1 혼합물을 나타내는도면이다.
도 7은 대안의 구성에서, 노스트릴(nostril)의 영역 내의 라운드 버너를 통한 부분 종단면도이다.
도 8은 대안의 구성에서, 노스트릴의 영역 내의 라운드 버너를 통한 부분 종단면도이다.
도 9는 대안의 구성에서, 본 발명에 따른 라운드 버너의 개략 정면도이다.
도 10은 도 9의 C-C 부분에 따른 방사상의 단면도이다.
* 도면의 주요 부호에 대한 설명
1 라운드 버너
2 버너 목부 또는 출구
3 제2 공기 튜브(중앙)
4 제1 혼합물 튜브
5 제2 공기 튜브 입구
6 제1 공기 튜브 입구
7 제2 공기 튜브 출구
8 제1 혼합물 튜브 출구
9 제2 공기 튜브와 제1 공기 혼합물 튜브간의 환형 단면
10 연소로
11 연소로 벽
12 제2 공기 튜브(다른 것)
13 일부 제2 공기량 흐름 S1(중심)
14 일부 제2 공기량 흐름 S2(주변)
15 제1 혼합물 또는 분말 흐름
16 제2 공기 S1용 공급라인
17 제2 공기 S2용 공급라인
18 제1 공기 또는 가스 및 연료(제1 혼합물)용 공급라인
19 라운드 버너의 종축
20 중앙의 제2 공기 튜브의 원뿔형 확장부
21 제1 혼합물 튜브의 원뿔형 확장부
22 와류 장치
23 와류 장치
24 관통 도관
25 각운동량 조정 플랩
26 제1 혼합물 통로
27 추가의 제2 공기 튜브의 종축
28 전면 벽
29 점화 구역
30 중앙 제2 공기 튜브의 출구 측 부분
31 유지 링
32 입구 케이싱
33 도관
34 유지 세그먼트
35 유동-회피 수단 또는 안내 장치
36 둘러싸는 원
37 연소 가스

Claims (14)

  1. 단면(QSL)과 내경(dSL)을 가지며 라운드 버너마다 요구되는 제2 공기량(S)을 연소로(10)에 투입하는 중앙의 제2 공기 튜브(3), 및 상기 제2 공기 튜브(3)를 동심으로 둘러싸고, 단면이 환형이며, 제1 공기나 가스 및 분쇄된 연료로 구성되는 제1 혼합물(15)을 상기 연소로(10)에 유입하는 제1 혼합물 튜브(3)를 포함하는, 분쇄된 연료, 특히 분탄 연소용 라운드 버너에 있어서,
    공기나 가스 1㎏ 당 분쇄된 연료의 0.8㎏ 내지 10㎏의 높은 분쇄 연료 함량을 나타내는 제1 혼합물(15)을 상기 연소로(10)에 투입하기 위해, 상기 제2 공기 튜브(3)에는 감소된 단면(QSLred)이 주어지며,
    상기 감소된 단면(QSLred)은, 라운드 버너(1)마다 요구되는 상기 제2 공기량(S)의 총량이 기준 내경(dSLO)을 갖는 상기 제2 공기 튜브(3)의 기준 단면(QSLO)을 통해 기준 제2 공기 출구 속도(W0)로 상기 제2 공기 튜브(3)로부터 상기 연소로(10)로 내부에 투입되도록 되어 있고,
    상기 감소된 단면(QSLred)은, 라운드 버너(1)마다 요구되는 상기 제2 공기량(S)의 40% 내지 70% 만이 상기 제2 공기 튜브(3)를 통해 유입되는 일부의 제2 공기량(S1)에 따른 상관관계 dSLred = 0.4 ∼ 0.8 × dSL0 에 따라 감소된 내경(d SLred)을 나타내고, 상기 제2 공기 튜브(3)로부터의 제2 공기 출구 속도는 기준 출구 속도(W0)의 20 내지 100%로 증가하며,
    하나 이상의 추가적인 제2 공기 튜브(12)가 상기 제1 혼합물 튜브(4)의 둘레에 배치되어 라운드 버너(1)마다 요구되는 제2 공기량(S)의 잔여 제2 공기 유동량 S2(14)을 상기 연소로(10)에 투입하는
    것을 특징으로 하는 분쇄된 연료 연소용 라운드 버너.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 공기 튜브의 출구(7)의 투영면은 상기 종축에 대하여 유동 매체 상의 상류 또는 하류에 또는 제1 혼합물 튜브의 출구(8)와 동일한 투영면에 위치되는 것을 특징으로 하는 분쇄된 연료 연소용 라운드 버너.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 공기 튜브의 출구(7)는 원뿔형 확장부(20)를 구비하는 것을 특징으로 하는 분쇄된 연료 연소용 라운드 버너.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 혼합물 튜브의 출구(8)는 원뿔형 확장부(21)를 구비하는 것을 특징으로 하는 분쇄된 연료 연소용 라운드 버너.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 공기 튜브(3)는 와류 장치(swirling device)(22)를 구비하는 것을 특징으로 하는 분쇄된 연료 연소용 버너.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 혼합물 튜브(4)는 와류 장치(22)를 구비하는 것을 특징으로 하는 분쇄된 연료 연소용 버너.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    2개의 추가적인 제2 공기 튜브(12a, 12b)을 구비하며, 상기 2개의 추가적인 제2 공기 튜브는 상기 라운드 버너(1)의 상기 종축(19)의 수직 투영면에서 상기 제1 혼합물 튜브(4)의 상부와 하부에 배치되는 것을 특징으로 하는 분쇄된 연료 연소용 버너.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    4개의 추가적인 제2 공기 튜브(12a, 12b, 12c, 12d)를 구비하며, 상기 4개의 제2 공기 튜브는 상기 제1 혼합물 튜브(4)와 동심으로 외측에 위치하는 수직의 원형 주변부상에 일정하게 분포하며 상기 라운드 버너(1)의 상기 종축(19)의 수직 투영면에 대해 45°의 각도로 배치되는 것을 특징으로 하는 분쇄된 연료 연소용 버너.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 혼합물 튜브(4)에 동축으로 또는 수직으로 배치된 공급라인(18)을 통해, 상기 제1 혼합물 튜브(4)로 제1 혼합물(15)이 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 분쇄된 연료 연소용 버너.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 공기 튜브(3)로 유입된 제2 공기(13)는 상기 제2 공기 튜브(3)에 동축으로 또는 수직으로 배치된 공급라인(16)을 통해 상기 제2 공기 튜브(3)에 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 분쇄된 연료 연소용 버너.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 공기(13)가 상기 제2 공기 튜브(3)에 수직으로 공급되는 경우, 상기 제2 공기(13)는 상기 제1 혼합물 튜브(4)를 관통하는 2개 이상의 관통 도관(24)에 의해 상기 제2 공기 튜브(3)에 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 분쇄된 연료 연소용 버너.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 추가적인 제2 공기 튜브(12a, 12b, 12c, 12d)의 종축(27)은 상기 라운드 버너의 종축(19)에 평행한 것을 특징으로 하는 분쇄된 연료 연소용 버너.
  13. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 추가적인 제2 공기 튜브(12a, 12b, 12c, 12d)의 종축(27)은 유동 방향에서 보았을 때 상기 라운드 버너의 종축(19)에 경사지는 것을 특징으로 하는 분쇄된 연료 연소용 버너.
  14. 제1항의 특징에 따라 라운드 버너를 조작하는 방법.
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