KR20070028506A

KR20070028506A - 오버에어포트, 애프터에어포트, 보일러, 보일러설비,보일러설비의 운전방법 및 보일러설비의 개수방법

Info

Publication number: KR20070028506A
Application number: KR1020070017006A
Authority: KR
Inventors: 겐지 야마모토; 히로후미 오카자키; 마사유키 다니구치; 가즈미 야스다; 겐지 기야마; 다카노리 야노; 아키라 바바; 겐이치 오치; 히사유키 오리타; 아키히토 오리이; 유키 가미카와; 고지 구라마시
Original assignee: 바브콕-히다찌 가부시끼가이샤
Priority date: 2004-11-04
Filing date: 2007-02-20
Publication date: 2007-03-12
Also published as: KR20060066625A; AU2005229668A1; EP1845308A2; KR100755879B1; EP1845308A3; EP1655539A1; EP1655539B1; US20060115779A1; AU2005229668B2; KR100826263B1; US7878130B2; PL1655539T3

Abstract

본 발명은, 특히 화로의 노벽에 연료를 연소하는 버너를 구비하고, 상기 노벽의 상기 버너보다도 상부에, 출구에 확대부를 가지는 오버 에어 포트를 구비하고, 상기 오버 에어 포트로부터 오버 에어를 공급함으로써 2단 연소가 행하여지게 한 보일러에 관한 것이다. 본 발명에 의한 보일러는, 상기 오버 에어포트의 출구 근방을 가스 또는 액체로 시일하는 시일매체 공급기구를 설치하도록 구성된다.

보일러, 2단 연소, 오버 에어포트, 설비, 개수

Description

오버에어포트, 애프터에어포트, 보일러, 보일러설비, 보일러설비의 운전방법 및 보일러설비의 개수방법{OVERFIRING AIR PORT, OVER AIR PORT, AFTER AIR PORT METHOD FOR MANUFACTURING AIR PORT, BOILER, BOILER FACILITY, METHOD FOR OPERATING BOILER FACILITY AND METHOD FOR IMPROVING BOILER FACILITY}

도 1은 본 발명의 적용대상이 되는 2단 연소방식의 보일러의 전체구조를 나타내는 도,

도 2는 본 발명에 의한 공기포트의 실시예 1-1를 나타낸 단면도(도 4의 A-A 단면도),

도 3은 상기 공기포트의 일부 생략 사시도,

도 4는 노내로부터 공기포트를 본 도,

도 5는 상기 공기포트의 출구의 유속분포를 나타내는 도,

도 6은 노내의 공기의 유동상태와 불완전 연소영역과의 관계를 나타내는 모식도,

도 7은 노내의 공기의 유동상태와 불완전 연소영역과의 관계를 나타내는 모식도,

도 8은 노내의 공기의 유동상태와 불완전 연소영역과의 관계를 나타내는 모식도,

도 9는 본 발명의 실시예 1-2를 나타내는 단면도,

도 10은 도 9의 X 방향으로부터 2차 노즐의 뒷벽과 맹판을 본 도,

도 11은 상기 맹판의 다른 형태를 나타내는 도,

도 12는 본 발명에 의한 공기포트의 실시예 1-3을 나타낸 단면도,

도 13은 본 발명에 의한 공기포트의 실시예 1-4를 나타낸 단면도,

도 14는 실시예 1-4에 있어서의 공기포트로부터의 공기분출과 노내의 불완전 연소영역과의 관계를 나타내는 도,

도 15는 본 발명에 의한 공기포트의 실시예 1-5를 나타낸 단면도,

도 16은 본 발명에 의한 공기포트의 실시예 1-6을 나타낸 단면도,

도 17은 도 16의 A-A'단면도,

도 18은 본 발명에 의한 공기포트의 실시예 1-7을 나타낸 단면도,

도 19는 도 18의 공기포트를 노내방향에서 본 도,

도 20은 본 발명에 의한 공기포트의 실시예 1-8을 나타낸 단면도,

도 21은 본 발명에 의한 공기포트의 실시예 1-9를 나타낸 단면도,

도 22는 본 발명에 의한 공기포트의 실시예 1-10을 나타낸 단면도,

*도 23은 본 발명에 의한 공기포트의 실시예 1-11를 나타낸 단면도,

도 24는 본 발명의 일 실시예에 의한 오버 에어포트의 단면도,

도 25는 본 발명의 일 실시예에 의한 오버 에어포트의 정면도,

도 26은 본 발명의 다른 실시예에 의한 오버 에어포트의 단면도,

도 27은 본 발명의 다른 실시예에 의한 오버 에어포트의 단면도,

도 28은 본 발명의 다른 실시예에 의한 오버 에어포트의 정면도,

도 29는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 오버 에어포트의 단면도,

도 30은 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 오버 에어포트의 단면도,

도 31은 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 오버 에어포트의 단면도,

도 32는 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는 오버 에어포트의 단면도,

도 33은 본 발명에 의한 보일러설비의 일 실시형태인 미분탄 연소 보일러설비에 있어서의 애프터 에어 노즐을 나타내는 종단측면도,

도 34는 본 발명에 의한 보일러설비의 일 실시형태인 미분탄 연소 보일러설비를 나타내는 블럭도,

도 35는 본 발명에 의한 보일러설비의 일 실시형태인 미분탄 연소 보일러설비에 있어서의 연소로를 나타내는 종단정면도.

도 36은 도 2의 A-A 선을 따르는 횡단면도,

도 37은 도 4에 있어서의 공기의 분출상태의 다른 예를 나타내는 횡단면도,

도 38은 기존의 보일러설비를 개조하여 본 발명에 의한 보일러설비로 한 애프터 에어노즐의 횡단면도,

도 39는 미분탄의 종류(연료비)에 따라 변화되는 NOx 농도와 CO 농도와의 관계를 나타내는 선도,

도 40은 본 발명에 의한 미분탄 연소 보일러설비에 있어서의 NOx 농도와 CO 농도와의 측정과 저감책의 순서를 나타내는 플로우차트도,

도 41은 도 40에 나타내는 플로우에 의한 CO 농도의 저감순서를 나타내는 설명도,

도 42는 도 40에 나타내는 플로우에 의한 NOx 농도의 저감순서를 나타내는 설명도,

*도 43은 본 발명에 의한 보일러설비의 일 실시형태를 나타내는 미분탄 연소 보일러설비의 연소로의 개략 측면도,

도 44는 도 43의 연소버너와 애프터 에어 노즐의 배치를 나타내는 확대정면도,

도 45는 도 43의 A-A 선을 따르는 확대 횡단 평면도,

도 46은 연소로내의 산소농도의 분포도,

도 47은 도 43의 제 1 변형예를 나타내는 도 44 상당도,

도 48은 연소로내의 연소가스온도의 분포도,

도 49는 도 43의 제 2 변형예를 나타내는 도 44 상당도,

도 50은 도 43의 제 3 변형예를 나타내는 도 49 상당도,

도 51은 도 43의 제 4 변형예를 나타내는 도 49 상당도,

도 52는 연소로 높이와 연소가스온도의 분포도,

도 53은 도 43의 제 5 변형예를 나타내는 도 51 상당도,

도 54는 실시예 5-1에 있어서의 애프터 에어포트의 구조 단면도,

도 55는 실시예 5-2에 있어서의 애프터 에어포트의 구조 단면도,

도 56은 루버를 설치하지 않은 애프터 에어포트에 있어서의 재의 부착 상황도,

도 57은 루버를 설치한 애프터 에어포트(실시예 5-1)에 있어서의 재의 부착 상황도,

도 58은 직류형 노즐과 축류형 노즐의 혼합효과 비교도,

도 59는 노즐 출구부에 있어서의 유속분포도이다.

본 발명은 연료연소용 공기포트, 그 제조방법, 보일러 및 보일러설비 및 보일러설비의 운전방법과 그 개수방법에 관한 것이다.

보일러 등의 연소로에서는 질소산화물(NOx)의 농도저감, 미연분의 저감 등이 요구되고 있고, 이와 같은 요구에 따르기 위하여 2단 연소법이 적용되고 있다.

2단 연소법은 연소로내에 버너에 의하여 이론공기비(이론연료 공기량) 이하의 불완전 연소영역(가연가스가 많은 영역)을 형성하여 버너의 하류측에 설치한 공기포트(애프터 에어 포트)에 의하여 상기 불완전 연소영역의 가연가스에 연소부족분의 공기를 공급하는 연소방식이다. 이 연소방식은 산소과다에 의한 고온 연소영역을 억제하여 저 NOx화를 도모할 수 있다. 이론공기비란, 버너 공기량과 완전연소에 필요한 이론연소 공기량과의 비가 1 대 1인 것을 의미한다.

2단 연소에 있어서는, 미연분의 저감을 도모하기 위하여 버너에 의하여 형성 하는 불완전 연소영역의 가연가스와 공기포트로부터 공급되는 공기와의 혼합촉진을 도모하는 것이 요망되고 있다.

이 개선책으로서 특허문헌 1에 있어서는 공기포트에 배플부착 가이드 슬리브를 설치하여 공기의 분출방향으로서 공기포트의 중심으로 평행한 흐름(1차 공기)과, 그 주위에 점차로 끝으로 갈 수록 넓어지는 흐름(2차 공기)을 형성한다. 이 방식은 분류 전체를 넓힘으로써 연소로내의 연소가스와 공기의 혼합촉진을 도모한다.

특허문헌 2에서는 공기포트로부터 분출되는 공기흐름을 축류로 함으로써 연소장치의 내부까지 분류를 관통시키는 방법이 제안되어 있다. 동시에 이 방법에서는 클링커를 일으키지 않는 구조로 되어 있다.

이들 예에서는 공기포트로부터 분출되는 공기흐름의 방향성은 고정되어 있다.

[특허문헌 1]

일본국 특개2001-355832호 공보(특허청구의 범위, 도 2)

[특허문헌 2]

일본국 특개평10-122546호 공보(특허청구의 범위, 도 1)

2단 연소법에 있어서의 연소로내에 형성되는 불완전 연소영역과, 애프터 에어포트로서 사용되는 공기포트와의 위치관계는 연소로의 형태에 따라 여러가지이다. 따라서 불완전 연소영역의 위치에 대응하여 공기포트의 공기분출방향을 임의로 조정할 수 있는 것이 요망된다.

상기 특허문헌 1에 기재된 보일러설비에 의하면, 연료 NOx 및 열 NOx의 농도를 저감시킬 수는 있다. 그러나 연료의 종류에 따라서는 연소가스중의 일산화탄소(이하, CO라 부른다)의 농도가 증가하는 일이 있어, 상기 특허문헌 1은 이 CO 농도의 저감은 물론, NOx 농도와 CO 농도를 균형좋게 저감시키는 것에 대한 배려가 이루어 져 있지 않았다.

본 발명은 상기 요구에 따라 본 발명은 제 1 목적으로서 2단 연소법의 불완전 연소영역의 위치에 따라 애프터 에어포트로부터 분출되는 공기의 방향성이나 형태를 바꿈으로써 불완전 연소영역과 공기와의 혼합효율을 높이는 장치를 제공한다.

또 공기포트의 클링커(재)부착의 저감, 공기포트의 온도상승을 저감할 수 있는 장치도 제안한다.

본 발명의 제 2 목적은, NOx 농도와 CO 농도를 균형좋게 저감시킬 수 있는 보일러설비를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 제 1 목적을 달성하는 기본구성은, 노내에 버너에 의하여 형성되는 이론공기비 이하의 불완전 연소영역에, 연소부족분의 공기를 공급하는 공기포트에 있어서, 공기흐름의 축방향의 속도성분과 중심을 향하는 속도성분을 포함하는 연소용 공기를 분출하는 노즐기구와, 상기 속도성분의 비를 바꾸는 기구를 구비한 것을 특징으로 한다.

예를 들면 공기 노즐기구는 공기포트의 축방향으로 직진하는 1차 공기를 분 출하는 1차 노즐과, 공기포트의 축방향으로 선회류를 따라 진행하는 2차 공기를 분출하는 2차 노즐과, 상기 1차 노즐의 바깥쪽으로부터 중심을 향한 공기를 3차 공기로서 분출하는 3차 노즐을 가진다. 또 상기 속도성분의 비를 바꾸는 기구는, 상기 1차 공기, 2차 공기, 3차 공기의 유량비를 바꾸는 기구에 의하여 구성된다.

본 발명에 있어서의 공기포트는, 공기뿐만이 아니라, 배기가스나 물을 혼합한 공기를 공급하는 공기포트도 적용대상이 된다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 열교환수단을 구비한 연소로내에 연료와 공기를 공급하여 연소시키는 연료버너와, 이 연료버너의 하류측에 설치되어 직진하는 공기를 상기 연소로내에 공급하는 직진공기 노즐과 선회류로서 공기를 상기 연소로내에 공급하는 선회류 공기노즐과 축류로서 공기를 상기 연소로내에 공급하는 축류 공기노즐을 가지는 애프터 에어 노즐을 구비한 보일러설비에 있어서, 상기 연소로내의 NOx 농도 및 CO 농도를 측정하는 농도측정수단과, 이 농도측정수단의 측정결과에 의거하여 상기 선회류 공기노즐과 상기 축류 공기노즐로부터의 공기공급량을 조정하는 유량 조정수단을 설치한 것이다.

본 발명에 의한 보일러는, 화로의 노벽에 연료를 연소하는 버너를 구비하고, 상기 노벽의 상기 버너보다도 상부에, 출구에 확대부를 가지는 오버 에어 포트를 구비하고, 상기 오버 에어 포트로부터 오버 에어를 공급함으로써 2단 연소가 행하여지게 한 보일러에 있어서, 상기 오버 에어포트의 출구 근방을 가스 또는 액체로 시일하는 시일매체 공급기구를 설치하도록 구성된다.

본 발명에 의한 에어 포트는, 연료를 연소함과 동시에 2단 연소법을 채용하 고 있는 보일러의 2단 연소용 오버 에어를 공급하는 오버 에어 포트로서, 출구에 확대부를 가지는 것에 있어서, 상기 확대부를 가스 또는 액체로 시일하는 시일매체 공급기구를 구비하도록 구성된다.

본 발명에 의한 보일러 설비는, 연소로내에 연료와 공기를 공급하여 연소시키는 연료버너와, 상기 연료버너의 하류측에 설치되어 직진하는 공기를 상기 연소로내에 공급하는 직진 공기노즐과 선회류로서 공기를 상기 연소로내에 공급하는 선회류 공기노즐과 축류로서 공기를 상기 연소로내에 공급하는 축류 공기노즐을 가지는 애프터 에어 노즐을 구비한 보일러설비에 있어서, 상기 연소로내의 질소산화물 농도 및 일산화탄소 농도를 측정하는 농도 측정수단과, 상기 농도 측정수단의 측정결과에 의거하여 상기 선회류 공기노즐과 상기 축류 공기노즐로부터의 공기공급량을 조정하는 유량 조정수단을 설치하도록 구성된다.

본 발명에 의한 또 다른 형태의 보일러설비는, 연소로내에 연료와 공기를 공급하여 연소시키는 연료버너와, 상기 연료버너의 하류측에 설치되어 직진하는 공기를 상기 연소로내에 공급하는 직진 공기노즐과 선회류로서 공기를 상기 연소로내에 공급하는 선회류 공기노즐과 축류로서 공기를 상기 연소로내에 공급하는 축류 공기노즐을 가지는 애프터 에어 노즐을 구비한 보일러설비에 있어서, 상기 연소로내의 질소산화물 농도 및 일산화탄소 농도를 측정하는 제 1 농도측정수단을 상기 연소로의 출구 근방에 설치함과 동시에, 상기 제 1 농도 측정수단의 상류측으로부터 상기 애프터 에어 노즐의 하류측에 일산화탄소 농도를 측정하는 제 2농도 측정수단을 설치하고, 이들 제 1 및 제 2 농도 측정수단의 측정결과에 의거하여 상기 선회류 공 기노즐과 상기 축류 공기노즐의 유량을 조정하는 유량 조정수단을 설치하도록 구성된다.

본 발명에 의한 보일러설비의 운전방법은, 연소로내에 연료버너로부터 연료와 공기를 공급하여 연소시킴과 동시에, 상기 연료버너에 의한 연소가스에, 선회류에 의한 공기와 축류에 의한 공기를 공급하여 연소시키도록 한 보일러설비의 운전방법에 있어서, 상기 연소로의 질소산화물 농도 및 일산화탄소 농도에 의하여 상기 선회류에 의한 공기와 축류에 의한 공기와의 공기 공급량을 조정하도록 구성된다.

본 발명의 또 다른 형태의 보일러설비의 운전방법은, 연소로내에 연료버너로부터 연료와 공기를 공급하여 연소시킴과 동시에, 상기 연료버너에 의한 불완전 연소가스에, 애프터 에어 노즐로부터의 선회류에 의한 공기와 축류에 의한 공기를 공급하여 연소시키도록 한 보일러설비의 운전방법에 있어서, 상기 연소로의 출구의 질소산화물 농도와 일산화탄소 농도 및 상기 연소로의 출구보다도 상류측에서 상기 애프터 에어 노즐의 하류측의 일산화탄소 농도에 의하여 상기 선회류에 의한 공기와 축류에 의한 공기의 공기공급량을 조정하도록 구성된다.

본 발명에 의한 또 다른 형태의 보일러설비의 운전방법은, 연소로내에 연료버너로부터 연료와 공기를 공급하여 연소시키고, 또한 상기 연료버너에 의한 불완전 연소가스의 유출방향에 대하여 직교하는 방향으로 복수로 병설되어 상기 불완전 연소가스에 선회류의 공기와 축류의 공기를 공급하여 연소시키도록한 애프터 에어 노즐을 구비한 보일러설비의 운전방법에 있어서, 상기 연소로의 질소산화물 농도가 높을 때는, 상기 애프터 에어 노즐의 병설방향 중심부로부터 끝부를 향하여 순서대 로 선회류의 공기공급량을 증가시킴과 동시에 축류의 공기공급량을 감소시키고, 상기 연소로의 일산화탄소 농도가 높을 때는 상기 애프터 에어 노즐의 병설방향 끝부로부터 중심부를 향하여 순서대로 축류의 공기공급량을 증가시킴과 동시에 선회류의 공기공급량을 감소시키도록 조정하도록 구성된다.

본 발명에 의한 또 다른 형태의 보일러설비는, 연소로내에 연료와 공기를 공급하여 연소시키는 연료버너와, 상기 연료버너의 하류측에 설치되어 선회류로서 공기를 공급하는 선회류 공기노즐과 축류로서 공기를 공급하는 축류 공기노즐을 가지는 애프터 에어 노즐을 구비하고, 상기 선회류 공기노즐과 축류 공기노즐로부터의 공기공급량을 조정하는 보일러설비에 있어서, 상기 연소로내의 질소산화물 농도 및 일산화탄소 농도를 측정하는 농도 측정수단과, 상기 선회류 공기노즐과 상기 축류 공기노즐에 설치되어 각각의 공기공급량을 조정하는 공기유량 조정기구와, 이들 공기 조정기구를 구동하는 조정기구 구동수단과, 상기 농도 측정수단의 측정결과에 의거하여 상기 조정기구 구동수단에 구동지령을 부여하는 제어수단을 설치하도록 구성된다.

본 발명에 의한 또 다른 형태의 보일러설비는, 연소로내에 연료와 공기를 공급하여 연소시키는 연료버너와, 상기 연료버너의 하류측에 상기 연료버너에 의한 불완전 연소가스를 연소시키는 애프터 에어 노즐을 구비한 보일러설비에 있어서, 상기 애프터 에어 노즐에 축방향으로 직진하는 공기를 분사하는 제 1 공기노즐과, 상기 제 1 공기노즐로부터 분사된 공기와 상기 불완전 연소가스를 완만하게 혼합시키는 제 1 수단과, 상기 제 1 공기노즐로부터 분사된 공기와 상기 불완전 연소가스 와의 혼합을 촉진시키는 제 2 수단을 설치하고, 상기 연소로내의 질소산화물 농도 및 일산화탄소 농도를 측정하는 농도 측정수단을 설치하고, 상기 농도 측정수단의 측정결과에 의거하여 상기 제 1 수단과 제 2 수단에 의한 공기공급량을 조정하는 수단을 설치하도록 구성된다.

본 발명에 의한 보일러설비의 개수방법은, 연소로내에 연료와 공기를 공급하여 연소시키는 연료버너와, 상기 연료버너에의한 불완전 연소가스의 유출방향에 대하여 직교하는 방향으로 복수로 병설되어 상기 불완전 연소가스에 선회류의 공기를 공급하여 연소시키도록 한 선회류 공기노즐을 가지는 애프터 에어 노즐을 구비한 보일러설비의 개수방법에 있어서, 상기 병설된 복수의 애프터 에어 노즐 중 끝부에 위치하는 애프터 에어 노즐에 상기 선회류 공기노즐과 동심으로 축류에 의한 공기를 공급하는 축류 공기노즐을 추가하고, 또한 선회류 공기노즐보다도 축류 공기노즐로부터의 공기공급량을 많아지게 설정하도록 구성된다.

본 발명에 의한 또 다른 형태의 보일러설비는, 연소로내에 공기부족의 상태에서 연료를 공급하여 연소시키는 연료버너와, 상기 연료버너에 의한 연소가스의 유출방향에 대하여 직교하는 방향으로 복수로 병설되어 상기 연소가스에 선회류의 공기를 공급하는 선회류 공기노즐을 가지는 애프터 에어 노즐을 구비한 보일러설비에 있어서, 상기 병설된 복수의 애프터 에어 노즐 중 끝부에 위치하는 애프터 에어 노즐에, 축류에 의한 공기를 공급하는 축류 공기노즐을 설치하도록 구성된다.

본 발명에 의한 또 다른 형태의 보일러설비는, 연소로내에 공기부족의 상태에서 연료를 공급하여 연소시키는 연료버너와, 상기 연료버너에 의한 연소가스의 유출방향에 대하여 직교하는 방향으로 복수로 병설되어 상기 연소가스에 선회류의 공기를 공급하는 선회류 공기노즐을 가지는 제 1 애프터 에어 노즐을 구비한 보일러설비에 있어서, 상기 제 1 애프터 에어 노즐의 병설방향 끝부에 인접하여, 선회류의 공기를 공급하는 선회류 공기노즐과 축류의 공기를 공급하는 축류 공기노즐을 가지는 제 2 애프터 에어 노즐을 병설하도록 구성된다.

본 발명에 의한 또 다른 형태의 보일러설비는, 직사각형 단면에 형성된 연소로내에 공기부족의 상태에서 연료를 공급하여 연소시키는 연료버너를, 상기 직사각형 단면의 대향하는 벽면에 연소가스 유출방향과 직교하는 방향으로 복수로 병설하여, 선회류의 공기를 상기 연소로내에 공급하는 선회류공기노즐을 가지는 제 1 애프터 에어 노즐을 상기 연료버너의 연소가스 하류측에서 연소가스의 유출방향에 대하여 직교하는 방향으로 상기 직사각형 단면의 대향하는 벽면에 복수로 병설한 보일러설비에 있어서, 상기 제 1 애프터 에어 노즐의 병설방향 끝부에 인접하여 선회류의 공기를 공급하는 선회류 공기노즐과 축류의 공기를 공급하는 축류 공기노즐을 가지는 제 2 애프터 에어 노즐을 병설함과 동시에, 병설된 끝부에 위치하는 상기 연료버너와 상기 연소버너의 병설방향 연장끝에 위치하는 연소로의 벽면과의 간격보다도, 상기 제 2 애프터 에어 노즐과 상기 제 1 애프터 에어 노즐의 병설방향 연장끝에 위치하는 연소로의 벽면과의 간격을 작게 하도록 구성된다.

본 발명에 의한 공기포트는, 노내에 버너에 의해 형성되는 이론공기비 이하의 불완전 연소영역에, 연소부족분의 공기를 공급하는 공기포트에 있어서, 공기흐름의 축방향의 속도성분과 중심을 향하는 속도성분을 포함하는 연소용공기를 분출 하는 노즐기구와, 상기 속도성분의 비를 바꾸는 기구를 구비하고, 상기 노즐기구는, 공기포트의 축방향으로 직진하는 1차 공기를 분출하는 1차 노즐과, 공기포트의 축방향으로 선회류를 따라 진행하는 2차 공기를 분출하는 2차 노즐과, 상기 1차 노즐의 바깥쪽으로부터 중심을 향한 공기를 3차 공기로서 상기 2차 노즐의 출구부에 분출되는 3차 노즐과, 상기 공기포트의 중심방향과 평행하고, 2차 공기와 3차 공기의 혼합공기를 노내에 분출하는 스로트를 가지고, 상기 속도성분의 비를 바꾸는 기구는, 상기 1차 공기, 2차 공기, 3차 공기의 유량비를 바꾸는 기구에 의하여 구성되고, 상기 공기포트의 출구부로서 상기 스로트의 내벽면을 따라 3차 공기의 흐름을 흘리기 위한 수단을 설치하도록 구성된다.

본 발명에 의한 애프터 에어포트는, 화석연료나 DME(디메틸에테르), 메탄올, 에탄올, 바이오매스 등의 신종 연료를 전소 또는 혼소하는 사업용 또는 산업용 보일러 또는 연소로로서, 2단 연소를 포함하는 다단 연소시스템 중 연소용 부족공기를 투입하는 애프터 에어포트에 있어서, 애프터 에어포트 출구부분에 있어서, 중심부분에 선회기능을 가지지 않은 1차 공기와, 그 바깥 둘레에 선회기능을 가지는 2차 공기와, 또한 그 주위에 선회기능을 가지지 않고 상기 애프터 에어포트의 중심을 향하여 각도를 가지게 하여 분출하는 3차 공기의 공기유로를 가지고, 상기 3차 공기의 공기유로보다 후류측에 상기 애프터 에어포트가 분출하는 공기를 노내에 흘리는 스로트를 가지고, 노의 내벽과 상기 스로트를 원추형의 모따기에 의한 경사부로 구성하고, 3차 공기유로로부터 상기 스로트에 걸쳐 3차 공기분류의 일부를 상기 스로트의 내표면을 따라 흘리기 위한 루버를 설치하도록 구성된다.

이하, 도면을 사용하여 본 발명의 공기포트 및 그 사용방법에 대하여 설명한다.

먼저, 본 발명의 공기포트를 사용하는 2단 연소방식의 보일러에 대하여 도 1을 사용하여 설명한다.

도 1은 보일러의 전체구조를 나타낸다.

보일러의 화로(113)에는 노벽의 하부에 복수의 버너(101)가 대향 배치되고, 버너설치부분의 윗쪽에 복수의 공기포트(100)가 대향 배치된다. 버너(101)는 이론공기비 이하(예를 들면 0.8)의 혼합기를 노내의 화염영역에 분사하여 노내에 불완전 연소영역을 형성한다. 공기포트(100)는 불완전 연소영역의 가연가스에 연소부족분의 공기를 공급하여 연소촉진을 도모한다.

버너(101)에 공급되는 연료는, 석탄, 기름, 가스 등이다. 연소용의 전공기량은 공기공급계에 의하여 관리되고, 그 공기량은 버너(101)와 공기포트(100)로 분배된다. 구체적으로는 블로워(114)로부터 공급된 공기는, 공기공급라인(108)을 경유하여 공기포트측의 공기공급라인(112)과 버너측의 공기공급라인(111)으로 분기되어 공기포트(100)의 윈드박스(103) 및 버너(101)의 윈드박스(104)로 유도된다. 유량 배분은 공기포트측의 댐퍼(110) 및 버너측의 댐퍼(109)에 의하여 조정된다. 블로워(114)의 출력은 전공기유량이 배기가스의 산소농도를 지정한 값이 되도록 제어된다.

버너(101)에는 공기공급라인(111)으로부터 이론공기비 이하의 공기가 공급되고, 또한 연료공급라인(107)으로부터 연료가 공급된다. 연료로서 석탄을 공급하는 경우에는 석탄을 기류반송하면 좋다. 버너(101)로부터 노내(연소공간)(23)로 분출하는 혼합기는 완전연소에 필요한 공기량보다도 적기 때문에 불완전 연소하고, 이때에 NOx를 환원할 수 있다. 불완전 연소하기 때문에 버너의 하류에 가연가스의 흐름(200)이 형성된다.

공기공급라인(112)을 거쳐 공기포트(100)측의 윈드박스(103)로 들어 간 공기는 뒤에서 설명하는 공기포트(100)의 1차 노즐, 2차 노즐, 3차 노즐로 분배되어 노내(23)의 가연가스의 흐름(불완전 연소영역)(200)에 공급된다. 이 공기는 가연가스의 흐름(200)과 혼합하여 완전연소하고, 연소가스(106)가 되어 출구로 흐른다.

105는 보일러의 벽면에 배치되는 보일러 수관이다.

다음에 상기 보일러에 적용되는 본 발명의 공기포트의 형태를 이하의 실시예에 의하여 설명한다.

(실시예 1-1)

도 2는 본 발명에 의한 공기포트의 실시예 1을 나타낸 단면도(도 4의 A-A'단면도), 도 3은 그 일부 생략 사시도, 도 4는 노내에서 공기포트를 본 도면을 나타낸다. 도 5는 공기포트 출구의 유속을 나타내는 도면이다. 도 6, 도 7, 도 8은 노내(23)의 공기의 유동상태와 불완전 연소영역(즉 가연가스가 많은 장소)과의 관계를 나타내는 모식도이다.

공기포트(100)는, 윈드박스(103)내에 배치된다. 공기포트의 공기 노즐기구는 1차 노즐(1)과, 1차 노즐의 바깥 둘레를 따른 선회류의 공기를 2차 공기로서 분출하는 2차 노즐(2)과, 1차 노즐(1)의 바깥쪽으로부터 공기포트의 중심선을 향한 흐름의 공기를 3차 공기로서 분출하는 3차 노즐(3)을 가진다.

1차 노즐(1), 2차 노즐(2), 3차 노즐(3)은 동축의 노즐구조이고, 중심부에 1차 노즐, 그 바깥쪽에 2차 노즐, 더욱 바깥쪽에 3차 노즐이 위치한다.

1차 노즐(1)은 수직한 관형상을 하고, 전단에 공기분출구(1A)를 가지고, 후단에 공기도입구(1B)를 가진다. 1차 댐퍼(5)는 공기도입구(1B)의 개구면적을 조정함으로써 1차 공기유량을 조정한다. 1차 노즐(1)은 공기포트의 중심선에 평행한 직진류의 공기를 1차 공기로서 분출한다. 공기도입구(1B)의 개구면적은 1차 댐퍼(5)를 1차 노즐(1)의 바깥 둘레상에서 슬라이드시킴으로써 바뀌어진다.

2차 노즐(2)은 그 후단 끝측에 고리형상의 공기도입구(2B)를 가지고, 2차 노즐 안 둘레와 1차 노즐 바깥 둘레와의 사이에 단면이 고리형상인 2차 공기통로(2')가 형성된다. 공기도입구(2B)로부터 유입되는 2차 공기(10)는 2차 공기 레지스터(편향판)(7)에 의하여 선회력이 주어지고, 1차 노즐(1)의 바깥 둘레를 따른 선회류를 따라 2차 노즐 출구(전단)(2A)로부터 분출된다. 2차 노즐(2)의 공기도입구(2B)의 개구면적은 고리형상의 2차 댐퍼(6)를 축방향으로 슬라이드시킴으로써 바꿀 수 있고, 그것에 의하여 2차 공기유량이 조정된다. 2차 공기 레지스터(7)는 지지축(7A)을 거쳐 그 편향각을 바꿀 수 있도록 2차 공기도입구(2B)에 설치되고, 2차 공기도입구(2B)의 원주방향으로 복수로 배치된다. 2차 공기 레지스터(7)의 편향각을 바꿈으로써 2차 공기에 부여되는 선회력을 바꿀 수 있다.

3차 노즐(3)은 원추형의 앞벽(301)과 이 앞벽에 대향 배치되는 원추형의 뒷벽(302)을 가지고, 이 앞벽과 뒷벽과의 사이에 3차 노즐의 원추형의 공기유로(3') 가 형성된다. 3차 노즐(3)의 공기도입구(3B)는 고리형상을 하고, 그 개구면적은 고리형상의 3차 댐퍼(8)를 공기포트의 축방향으로 슬라이드시킴으로써 바꿀 수 있고, 그것에 의하여 3차 공기유량이 조정된다. 앞벽(301)과 뒷벽(302)은 공기도입구(3B)에 배치한 복수의 연결판(4)을 거쳐 접합된다. 3차 노즐(3)의 출구(3A)는 2차 노즐(2)의 앞쪽 끝에 접속되고, 3차 공기(11)와 2차 공기(10)는 화살표 12로 나타내는 바와 같이 합류하여 노내로 유입하도록(분출한다) 하고 있다.

여기서 2차 공기(10)는 공기포트의 중심선에 평행한 방향으로 분출하고, 또한 2차 공기 레지스터(7)에 의하여 선회력이 주어진다. 한편, 3차 노즐(3)은 공기포트의 중심방향으로 경사를 가지고 향하고 있기(내향) 때문에, 3차 공기(11)가 공기포트의 중심선방향으로 집중하는 축류를 형성하는 데 적합한 구조이다. 2차 공기(10)와 3차 공기(11)의 유량을 변화시킴으로써 2차 공기와 3차 공기의 합류후의 방향을 조정할 수 있다.

예를 들면 3차 공기(11)의 유량을 0이라 하면, 2차 공기(10)와 3차 공기(11)의 합류후의 공기(12)의 내향의 속도성분(공기흐름의 중심을 향하는 속도성분)은 0 이 된다. 또 2차 공기(10)의 유량을 0이라 하면, 공기(12)는 3차 공기가 차지함으로써 내향의 속도성분이 증가하여 3차 노즐의 방향(비스듬하게 내향)으로 분출된다. 공기(12)의 분출방향의 조정에 의하여 노내에 편재하는 공기부족의 미연 가스영역과 공기가 적합하게 혼합하여 미연분을 저감할 수 있다. 또한 2차 공기의 선회의 세기에 의해서도 혼합상태를 조정 가능하다.

공기포트의 1차, 2차, 3차 공기유량비를 조정하기 위하여 1차 댐퍼(5), 2차 댐퍼(6), 3차 댐퍼(8)가 사용된다.

도 5에 본 실시예의 공기포트의 출구에 있어서의 공기의 유속분포를 나타낸다.

도 5(1)은 공기포트로부터 분사하는 공기흐름(12)의 축방향의 유속(속도성분)이다. 상기 도 5(2)는 마찬가지로 공기흐름(12)의 중심을 향하는 유속(속도성분)이며, 여기서는 중심방향 유속이라 부르고 있다. 상기 도 5(3)은 마찬가지로 공기흐름(12)의 선회방향의 유속(속도성분)이고, 선회유속이라 부르고 있다. 도 5(1)∼도 5(3)의 세로축에 각각의 유속을 나타내고, 가로축에 공기포트중심으로부터 외경을 향하는 거리를 나타내고 있다. 가로축에는 1차 노즐지름과 2차 노즐지름의 위치를 나타내고 있다.

도 5(1)∼도 5(3)에 있어서, 실선 A는 1차 공기와 2차 공기를 사용하고, 3차 공기를 사용하지 않는 경우이다. 또 2차 공기 레지스터의 선회도 약하게 설정하고 있다. 이 경우에는 공기흐름(12)은 전체로서 직진성분(축방향 유속)이 강하고, 또한 직진성분의 공기흐름은 공기포트(12)의 중심으로부터 그 외경방향으로 대략 균일하게 분포하고 있다.

이와 같은 공기는 도 6에 나타내는 바와 같이 공기포트로부터 직진하여 노내(연소공간)(23)의 중앙에 도달한다. 따라서 도 6에 나타내는 바와 같이 노내(23)의 중심에서 대향하는 공기포트의 사이에 가연가스의 흐름(불완전 연소영역)(34)이 많이존재하는 경우에, 그 영역에 공기포트(12)로부터의 공기를 효율좋게 공급할 수 있다.

도 5(1)∼도 5(3)에 있어서 파선 B는 3차 공기를 사용하지 않고, 1차 공기유량을 낮게 하고 2차 공기유량을 증가한 경우이다. 또 2차 공기 레지스터(7)에의한 공기 선회력을 강하게 설정하고 있기 때문에, 공기흐름(12)의 직진성분이 약하고 선회력(선회유속)이 강하다. 선회유속은 도 5(3)에 나타내는 바와 같이 2차 노즐 출구 지름 부근에 집중한다. 또 이 경우에는 도 5(1)에 나타내는 바와 같이 축방향 유속 중 흐름이 빠른 영역이 1차 노즐 출구와 2차 노즐 출구 사이에 집중한다. 이와 같은 경우는 도 7에 나타내는 바와 같이 분류의 확산이 큰 흐름을 형성한다. 이 경우, 도 7에 나타내는 바와 같이 노내(23)의 중앙부근에서, 또한 대향하는 공기포트(100)를 연결하는 중심으로부터 좌우로 벗어난 위치에 가연가스가 많은 장소(불완전 연소영역)(34)에 공기를 효율좋게 공급할 수 있다.

도 5(1)∼도 5(3)에 있어서, 굵은 선(C)은 1차, 2차 공기유량을 저하시키고, 3차 공기유량을 증가시킨 경우이다. 선회속도가 없는 대신에 중심방향 유속(내향 속도성분)이 높아지고 있다. 이 때문에 공기포트(100)의 하류에 그 주변으로부터 가스를 끌어들일 수 있다. 이와 같은 경우는 도 8에 나타내는 바와 같이 인접하는 공기포트(100)의 사이에서 벽에 가까운 장소에 불완전 연소영역(34)이 있을 때에 그 영역(34)의 가연가스를 공기포트로부터의 공기흐름으로 끌어들일 수 있다. 그것에 의하여 가연가스와 공기의 혼합을 촉진시킨다. 3차 공기(11)는 가연가스를 끌어들이는 데 적합한 내향 각도로 분출할 필요가 있다. 그와 같은 내향의 각도는, 대략 20°내지 45°의 범위로 설정하면 좋다. 각도가 너무 작으면 가스의 끌어들임이 작아져 효과가 없다. 각도가 너무 크면 흩어짐이 커져 합류후의 2차 공 기와 3차 공기의 흐름(12)을 안정적으로 형성할 수 없다.

가연가스가 많은 장소는, 석탄의 연료비, 입자지름, 버너의 공기비, 버너의 형식, 화로형상에 따라 다르다. 또 화로내에서도 중심, 바깥쪽에서 다르다. 도 5(1)∼도 5(3)의 A, B, C와 같이 공기의 흐름방향(속도성분)의 비를 변화할 수 있으면 가연가스가 많은 장소가 변화되어도 항상 미연분이 낮은 상태로 유지할 수 있다.

1차, 2차, 3차 공기의 유량비를 변화시키면, 공기포트내에 국소적으로 공기가 흐르지 않는 장소가 형성되는 경우가 있다. 이와 같은 장소는 연소공간으로부터의 복사전열에 의하여 온도가 상승하는 것을 생각할 수 있다. 이 때문에 이와 같은 장소의 공기포트의 부재를 고온에 견딜 수 있는 것으로 하면 좋다. 예를 들면 1차, 2차 공기가 적은 경우에는, 1차 노즐(1)의 앞쪽 끝의 온도가 높아진다. 따라서 여기에 고온에 견디는 재료를 사용한다. 또 1차 노즐(1)이 연소공간(23)에 가까우면 화염을 보는 시야각이 넓어져 복사강도가 강해지기 때문에, 1차 노즐의 앞쪽 끝의 길이를 다른 노즐보다도 짧게 하면 좋다.

석탄, 중유 등과 같이 연료중에 재를 함유하는 것이 있다. 이 경우, 3차 공기유량을 증가하여 공기흐름(12)을 중심방향으로 집중하는 이른바 축류로 하면 고온의 연소가스중에서 용융한 재가 공기포트 출구의 수관(14) 부근에 부착하는 일이 있다. 재의 부착이 성장하여 클링커를 형성하면 공기유동을 방해하거나, 클링커 낙하에 의한 수관의 손상을 일으키거나 할 가능성이 있다. 이와 같은 경우는 클링커가 작은 동안에 3차 공기의 유량을 저감하고, 2차 공기의 유량을 증가하여 클링 커의 온도를 저하시킴으로써 열응력을 발생시켜 박리하는 것이 좋다. 클링커가 성장하고 있는지를 센서로 조사하여 성장하고 있으면 자동적으로 2차 공기의 유량을 증가하도록 하면 운용하기 쉽다. 이와 같은 센서로서는 클링커의 성장에 따라 시야가 한정되는 것을 검지하는 광센서를 사용하는 것을 생각할 수 있다.

또한 종래의 공기포트는, 1차 노즐(1), 2차 노즐(2)만으로 구성되어 있는 것이 많고, 또 1차 노즐(1), 2차 노즐(2)의 유량비가 고정되어 있다.

이와 같은 기존의 공기포트제품을, 본 발명의 공기포트로 개조하는 방법은 간단하다. 그와 같은 개조를 따른 공기포트의 제조방법의 예를 3가지 열거한다.

(1) 2차 노즐(2)의 앞쪽 끝부분을 잘라낸다. 다음에 미리 작성하여 둔 3차 노즐(3)의 출구측을 2차 노즐에 용접한다.

(2) 기존제품의 2차 노즐을 제거한다. 본 발명에 사용하는 2차 노즐과 3차 노즐이 일체가 된 부품을, 상기 2차 노즐을 제거한 기존의 1차 노즐에 용접한다.

(3) 기존제품의 공기포트의 노즐을 모두 제거하고, 새로운 1, 2, 3차 노즐을 용접하여 윈드박스의 벽면에 용접한다.

(실시예 1-2)

도 9는 본 발명에 의한 공기포트(100)의 실시예 1-2를 나타낸 단면도이다.

실시예 1-1과 다른 점은, 1차 노즐(1)의 바깥 둘레와 2차 노즐(2)의 안 둘레의 사이에 외부로부터의 핸들(21)조작에 의하여 축방향으로 이동 가능한 가동 슬리브(15)를 설치한 것이다. 또 가동 슬리브(15)와 일체로 이동 가능하게 되도록 가동 슬리브(16)를 설치한다. 즉, 가동 슬리브는 2중 구조로 되어 있다.

가동 슬리브(15, 16)는, 연결부재(18)를 거쳐 서로 연결되고, 가이드롤러(17)를 거쳐 축방향으로 이동 가능하다. 가동 슬리브(15)는, 2차 노즐(2)의 안 둘레로 안내되어 축방향으로 이동 가능하고, 한편 가동 슬리브(16)는 1차 노즐(1)의 바깥 둘레로 안내되어 이동 가능하다.

가동 슬리브(15)는 2차 노즐(2)의 벽면의 일부가 되고, 가동 슬리브(16)는 1차 노즐(1)의 벽면의 일부가 되기 때문에, 노즐의 길이를 조정하는 기능을 가지고, 노즐 조정부재라 부르는 것도 있다. 가이드 롤러(17)는 가동 슬리브(가동 노즐)(15, 16) 또는 1차 노즐(1), 2차 노즐(2) 중 어느 하나에 설치되어 가동 슬리브의 이동을 원활하게 한다.

예를 들면 3차 댐퍼(8)에 의하여 3차 공기(11)의 유량을 많게 하는 경우에는 가동 노즐(15)을 도 9에 나타내는 위치[3차 노즐(3)의 출구면적을 증대하는 위치]로 이동시킨다.

3차 댐퍼(8)를 조절하여 3차 공기(11)의 유량을 작게 하고, 한편 2차 댐퍼(6)에 의하여 2차 공기도입구(2B)를 크게 하여 2차 공기(10)를 증가하고, 2차 레지스터(7)의 선회강도를 강하게 하면 3차 노즐(3)의 덕트로 공기가 들어갈 가능성이 있다. 또 선회류를 안정적으로 유지할 수 없을 가능성이 있다. 그와 같은 단점을 없애기 위하여 본 실시예에서는 가동 노즐(15)을 노 안쪽으로 이동시킴으로써 3차 노즐 출구(3A)를 가동 노즐(15)로 폐쇄하도록 하였다. 즉, 3차 노즐의 유로 단면적이 작아진다. 여기서 3차 공기유량이 제로인 경우에는, 3차 노즐 출구(3A)를 완전히 폐쇄하고, 3차 공기유량이 소량인 경우에는, 3차 노즐 출구(3A)의 대부분을 폐쇄하여 출구(3A)가 약간 개구하는 상태를 유지한다.

또 도 9에 나타내는 상태, 즉 3차 공기량이 많고, 1, 2차 공기의 유량이 적은 경우에는 1차 노즐(1)의 앞쪽 끝의 온도가 높아질 가능성이 있다. 그 때문에 실시예 1과 비교하여 1차 노즐이 짧아지고 있다. 그런데 3차 공기(11)를 흘리지 않는 경우에 1차 노즐(1)이 짧으면, 아무런 배려가 없으면, 공기포트내에서 1차, 2차 공기가 혼합할 가능성이 있다. 그러나 본 실시예에서는 이와 같은 경우에 가동 슬리브(노즐조정부재)(16)가 공기포트의 출구부 가까이까지 이동하기 때문에, 이것이 1차 노즐의 연장 벽면으로서 기능하여 공기포트내에서의 1차, 2차 공기의 혼합을 방지할 수 있다.

노즐 조정부재(15, 16)를 윈드박스 외벽(13)의 바깥쪽으로부터 이동 조작하기위하여 조작핸들(21)은 로드(20)를 거쳐 노즐 조정부재의 한쪽과 연결되어 있다. 노즐 조정부재(15, 16)는 필요에 따라 어느 하나만을 채용하여도 좋다.

가동 슬리브(가동 노즐)는 연소공간의 가까이까지 이동하기 때문에 온도가 높아지기 쉽다. 이 때문에 가동변형이나 소손(燒損)의 가능성이 있다. 이와 같은 경우에 간단하게 가동 슬리브(15, 16)를 교환할 수 있도록 인출구(27)를 설치하여 두고 가동 노즐을 빼내도록 하여 두면 좋다. 인출구(27)는 2차 노즐(2)의 뒷벽(202)에 설치되고, 가동 노즐의 교환을 제외하고 맹판(27A)에 의하여 폐쇄되어 있다. 교환의 경우에는 1차 댐퍼(5)가 방해되는 경우에는 댐퍼(5)를 떼어 낼 수 있게 하여 두면 좋다.

도 10은 도 9의 X 방향에서 2차 노즐(2)의 뒷벽(202)과 맹판(27)을 본 도면 이다. 상기 도면에 나타내는 바와 같이, 맹판(27A)은 고리형상의 것을 둘레방향으로 복수(예를 들면 4분할)로 분할하여 이루어진다. 본 예에서는 맹판(27A)의 각 분할요소의 둘레방향 양쪽 끝(203)을 판면으로부터 수직으로 일으켜 이 끝부(203)를 인접하는 분할요소의 끝부(203)와 맞추어 나사(204)를 조임으로써 각 분할요소를 결합하고 있다.

도 11은 맹판(27A)의 다른 형태를 나타내는 것이다. 본 예도 맹판(27)을 복수로 분할하고 있다. 이들 분할요소는 204를 거쳐 직접, 2차 노즐(2)의 뒷벽(202)에 설치되어 있다.

(실시예 1-3)

도 12는 본 발명에 의한 공기포트의 실시예 1-3을 나타낸 단면도이다.

본 예도 가동 슬리브(가동 노즐 : 노즐 조정부재)(15, 16)를 설치하고 있으나, 실시예 1-2와는 다음의 점에서 다르다. 본 예에서는 3차 노즐(3)를 구성하는 원추형의 앞벽(301), 뒷벽(302) 중, 뒷벽(302)이 축방향으로 슬라이드 가능하다. 이 뒷벽(302)의 슬라이드에 의하여 3차 노즐의 출구(3A)의 개구면적이 바뀌도록 하였다. 본 예에서는 뒷벽(302)은 2차 노즐(2)의 가동 슬리브(15)와 일체로 결합되어, 가동 슬리브(15)의 이동조작에 의해 뒷벽(302)도 동시에 이동하도록 되어 있다. 앞벽(301)은 윈드박스(13)내에 고정 지지되어 있다.

본 실시예에 있어서도 3차 공기(11)의 유량을 적고(유량 제로를 포함한다), 2차 공기유량을 증대시키는 경우에는 가동 슬리브(15)를 노내(23) 근처로 이동시킨다. 이 슬리브 이동에 의하여 뒷벽(302)이 3차 노즐의 출구(3A)를 좁히도록 이동 한다. 그 때문에 2차 공기(선회공기)가 3차 노즐(3)측으로 흘러 들어 오는 것을 방지할 수 있다. 이와 같이 하면 3차 노즐의 덕트(3')의 흩어짐을 일으키지 않기 때문에 압력손실을 저감할 수 있다. 또 3차 공기(11)가 항상 벽면을 따라 흐르기 때문에 전체적으로 열전달을 촉진할 수 있다.

가동 슬리브(15)와 3차 노즐의 뒷벽(302)은, 방사상으로 배치한 전열판(26)을 거쳐 접속된다. 2차 또는 3차 공기의 어느 쪽인지가 흐르고 있으면, 가동 슬리브(15)와 3차 노즐의 뒷벽(302)은 냉각된다. 또 가동 슬리브(2차 노즐요소)(15)와 가동 슬리브(1차 노즐요소)(16) 끼리를 연결하는 부재(18)를 다수 사용함으로써 가동 슬리브 끼리의 전열을 향상시켜 가동 슬리브(16)의 온도도 저감할 수 있다.

(실시예 1-4)

도 13은 본 발명에 의한 공기포트의 실시예 1-4를 나타낸 단면도이다.

본 실시예에서는 실시예 1-1에 더하여 3차 노즐의 공기도입구(3B)에 3차 공기에 선회력을 주기 위한 공기 레지스터(22)를 설치하고 있다. 공기 레지스터(22)의 구조는 상기한 2차 공기 레지스터(7)와 동일하고, 그 편향각을 바꿀 수 있도록 지지축(22B)을 거쳐 지지되고, 공기도입구(3B)의 원주방향으로 복수로 설치되어 있다.

3차 공기(11)를 선회력을 따르는 축류로 함으로써 공기포트 부근의 가연성의 가스(34)를 끌어들임과 동시에, 선회력으로 분류를 확대하여 노내(23)의 중앙 부근에서 공기포트의 사이에 있는 가연성 가스(34)에 공기포트로부터 분출되는 공기(12)를 공급 가능하다. 이 상태를 도 14에 나타낸다.

공기포트(100)의 출구부에는 공기포트의 축선과 평행한 직관부(110)를 형성하고 있다. 이 직관부(110)는 공기포트 출구의 수관(14) 접속부 부근의 공기의 흐름을 정류하는 기능을 가진다. 3차 노즐 외벽(301)과 수관(14)의 접속부가 급한 각도가 되면, 접속부에서 응력이 커지는 경우나, 흐름이 급격하게 박리하여 흩어짐을 발생시키는 경우가 있다. 이와 같은 경우에 본 형상으로 함으로써 상기 문제를 회피할 수있다.

또, 본 실시예에서는 3차 노즐의 앞벽(301)과 뒷벽(302)의 경사각(테이퍼각)의 각도를 바꾸어 3차 공기도입구(3B)에 가까운 장소의 단면적을 크게 하고 있다. 이와 같이 함으로써 3차 공기도입구(3B)의 압력손실을 저감할 수 있고, 축류효과를 향상할 수 있다.

(실시예 1-5)

도 15는 본 발명에 의한 공기포트의 실시예 1-5를 나타낸 단면도이다.

이 실시예에서는 상기한 실시예와 마찬가지로 1차 공기, 2차 공기, 3차 공기의 유량비를 바꾸는 기구에 더하여 1차 노즐(1)을 냉각하기 위한 구조를 추가하고 있다.

1차 노즐(1차 덕트)(1)의 출구측에 가까운 바깥 둘레와 2차 노즐(2차 덕트) (2)의 출구측에 가까운 안 둘레가 복수의 방사상 배치의 전열판(32)으로 연결되고, 이 전열판(32)을 거쳐 1차 노즐의 열을 2차 노즐에 전달한다. 또 전열판(26)으로 2차 노즐(2)의 열을 3차 노즐 내벽(3)의 내벽(301)에 전달한다.

이와 같은 구성에 의하면, 1차, 2차, 3차 공기의 어느 하나가 흐르고 있으면 모든 노즐을 냉각할 수 있다.

또한 본 실시예에서는 1차 공기의 유량이 적더라도 1차 노즐(1)을 냉각 가능하게 하기 위하여 1차 노즐의 덕트의 일부에, 1차 냉각 노즐(36)을 설치하고 있다. 예를 들면 1차 냉각 노즐(36)은 그 냉각용 공기의 도입구(36A)가 1차 공기도입구(1B)에 인접하여 설치되고, 1차 노즐(1)의 덕트 내벽을 따라 냉각공기가 흐르는 덕트를 가진다. 1차 댐퍼(24)를 조절함으로써 1차 공기유량을 저하시키면 1차 냉각 노즐로 밖에 공기가 흐르지 않게 된다. 1차 노즐(1)의 근방에 소량의 공기를 고속으로 분출함으로써 1차 노즐의 냉각효과를 향상시키고 있다.

(실시예 1-6)

도 16, 도 17은 본 발명에 의한 공기포트의 실시예 1-6을 나타낸 단면도이다.

이 실시예에서는 2차 노즐(2)의 덕트를 3차 노즐(3)을 가지는 쪽의 덕트(230)와 공기도입구(2B)를 가지는 쪽의 덕트(231)로 분할하고, 그 중에 전자의 덕트(230)를 후자의 덕트(231)에 둘레방향으로 회전 가능하게 끼워 맞추고 있다.

덕트(230)의 바깥 둘레에는 2차 노즐 회전기구의 요소가 되는 기어(28)가 설치되고, 이 기어(28)가 동력전달 기어(29)와 맞물려 있다. 윈드박스 외벽(13)에 설치한 회전 핸들(31)을 조작하면 동력전달 요소인 유니버설조인트(30) 및 동력전달 기어(29), 기어(28)를 거쳐 덕트(230)가 축 주위로 회전한다. 덕트(230)는 그 앞쪽 끝 일부(230')에 좌우 대칭의 노치(230A, 230B)가 설치되고(도 17 참조), 이 노치 이외의 벽면에 의하여 3차 노즐(3)의 출구(3A)를 부분적으로 폐쇄하는 구조로 되어 있다. 3차 공기(11)는 이 노치(230A, 230B)를 거쳐 분출한다. 따라서 2차 노즐의 덕트(230)를 회전함으로써 3차 노즐(3)의 3차 공기 분출위치를 바꿀 수 있다. 본 실시예에서는 덕트(230)와 3차 노즐의 뒷벽(302)이 용접 등으로 일체로 결합되어 뒷벽(302)이 덕트(230)와 함께 회전하도록 하고 있다.

본 실시예에 의하면 3차 노즐의 덕트(320)를 도 17의 위치에 세트함으로써 3차 노즐(3)의 좌우만 축류로 하는 것이 가능하게 되고, 좌우의 가연가스만을 끌어들이도록 할 수 있다. 이 경우, 3차 노즐의 상하로부터 가연가스를 흡입하지 않기 때문에 흡입의 에너지를 절약할 수 있다. 또 상하로부터만 흡입하고 싶은 경우는 덕트(320)를 도 17의 위치로부터 90도 회전하면 좋다.

(실시예 1-7)

도 18은 본 발명에 의한 공기포트의 실시예 1-7을 나타낸 단면도, 도 19는 그것을 노 안쪽방향에서 본 도면이다.

이 실시예에서는 3차 노즐(3)의 설치위치를 완전히 2차 노즐(2)의 바깥쪽으로 한 점이 다른 실시예와 다르다. 3차 노즐 출구(3A)와 2차 노즐 출구(2A)는 모두 노내(23)에 면하고 있다. 즉, 지금까지 설명한 실시예에서는 3차 노즐 출구(3A)로부터 분출하는 3차 공기(11)는 2차 노즐 출구(2A)로부터 분출하는 공기(10)와 공기포트(100)내에서 합류하고 있었으나, 본 실시예에서는 3차 공기(11)와 2차 공기(10)는 노내(12)에서 합류하는 구조로 되어 있다.

이와 같은 구조에서도 지금까지의 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또이 방법이면 2차 공기의 선회를 강하게 하여도 3차 노즐로 들어갈 가능성이 작 다.

그러나, 3차 노즐 내벽이 연소공간에서 보이게 되고, 여기의 온도가 복사열에의하여 상승하는 것을 생각할 수 있다. 이 때문에 3차 공기의 유량을 항상 3차 노즐의 온도상승 억제에 필요한 만큼 확보하여 흘릴 필요가 있다. 또는 2차 노즐과 3차 노즐 사이에 전열판(26)을 설치하여 2차 공기를 흘리게 하면, 3차 노즐 내벽의 온도를 내리는 것이 가능하다.

(실시예 1-8)

도 20은 본 발명에 의한 공기포트의 실시예 1-8을 나타내는 도면으로, 공기포트 출구측에서 본 정면도이다. 단면도는 도 18과 동일하다. 실시예 1-6과 다른 점은 3차 노즐(3)을 원추형상으로 하지 않고, 2차 노즐(2)의 상하에 배치한 점이다. 즉, 3차 노즐(3)은 세퍼레이터타입의 2개 노즐로 이루어진다. 이 실시예에서는 3차 공기를 2차 공기의 상하 2부분으로부터 분출하여, 노내에서 2차 공기와 3차 공기가 합류한다. 이와 같은 구조에서도 직진류와 축류를 조정 가능하다.

(실시예 1-9)

도 21은 본 발명에 의한 공기포트의 실시예 2-9를 나타내는 단면도이다. 이 실시예에서는 실시예 1의 구조에 더하여 1차 노즐(1)내에 1차 공기 차단판(37)을 설치하고 있다. 또 이것은 핸들(21)에 의하여 로드(210)를 거쳐 1차 노즐내를 축방향으로 이동 가능하게 되어 있다.

1차 공기 차폐판(37)을 윈드박스 외벽(13)에 접할 때까지 후퇴시키면 공기포트(100)는 실시예 1과 대략 동일한 구조가 된다.

1차 공기 차폐판(37)을 1차 노즐(1)의 출구(1A)까지 이동시키면 소량의 1차 공기를 1차 공기 차폐판(37)과 1차 공기 노즐 내벽과의 사이에서 분출할 수 있고, 1차 노즐을 냉각할 수 있다. 1차 공기 차폐판(37)의 온도는 복사에 의하여 높아질 가능성이 있다. 따라서 내화벽돌이나 세라믹스 등의 고온에 견딜 수 있는 재료를 사용하면 좋다. 또 도 21에도 나타내는 바와 같이 차폐판(37)에 1차 공기가 흐르는 구멍(37A)을 설치하면 차폐판(37)을 냉각할 수 있다. 또한 이 판(37)은 2, 3차 공기나 노내(23)로부터의 연소가스가 1차 공기내로 들어가지 않는 역할도 할 수 있다.

(실시예 1-10)

도 22는 본 발명에 의한 공기포트의 실시예 1-10을 나타내는 단면도이다.

지금까지 설명하여 온 실시예와의 상위점은, 이 실시예에서는 1차 노즐이 없다. 2차 노즐(2)이 실시예 1의 1차 노즐과 2차 노즐을 합친 노즐로서 기능한다. 레지스터(7)는 필수적이지 않으나, 선회에 의하여 연소공간의 유동상태를 적합하게 하기 위하여 사용할 수 있다. 이 예에서는 도 2의 1차 노즐이 없는 경우를 나타내었으나, 도 13의 공기포트에 있어서 1차 노즐을 생략한 경우에도 동일한 구조로 할 수 있다.

(실시예 1-11)

도 23은 본 발명에 의한 공기포트의 실시예 1-11을 나타낸 단면도이다.

이 실시예에서는 지금까지 설명하여 온 실시예의 것과 같은 1차 노즐이 없고, 2차 노즐(2)과 3차 노즐(3)로 이루어진다. 엄밀하게 말하면 제 1 노즐(2), 제 2 노즐(3)로 이루어지고, 제 1 노즐(2)의 공기가 선회류가 되어 노즐 축방향으로 분출되고, 제 2 노즐(3)의 공기가 축류가 되어 제 1 노즐(2)의 선회류와 합류한다. 여기서는 다른 실시예와 마찬가지로 노즐(2)에 대해서는 2차 노즐이라 부르고, 노즐(3)에 대해서는 3차 노즐이라 부른다. 2차 노즐(2) 중에 방추형의 물체(38)가 들어가 있어 노즐(2)의 축방향(전후)으로 이동할 수 있게 되어 있다. 2차 노즐(2)은 통로 단면적이 출구(2A)를 향함에 따라 서서히 좁아지는 끝이 가는 형상으로 되어 있다. 따라서 방추형의 물체(38)를 노내(연소공간)(23)쪽으로 이동(전진)하면, 유로면적이 좁아져 2차 공기가 흐르지 않게 된다. 방추형의 물체(방추체)(38)를 반대방향으로 이동(후퇴)하면 유로면적이 넓어져 2차 공기가 흐르기 쉬워진다. 이와 같이 방추형의 물체(38)는 유량을 조정하는 기능이 있기 때문에, 2차 댐퍼(6)는 없더라도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또 방추형의 물체는 온도가 상승할 가능성이 있기 때문에, 고온에 견디는 재료로 하는 것이 바람직하다.

(실시예2-1)

2단 연소법에서는 오버 에어포트로부터 오버 에어를 공급하였을 때에 노내의 가스를 끌어들여 동반가스의 흐름을 형성한다. 오버 에어포트 부근의 연소공간의 가스는 1500℃ 정도이기 때문에, 연료중에 함유되어 있던 재는 용융되어 있다. 이 용융재를 함유하는 동반가스가 오버 에어포트의 출구 또는 그 근방의 벽면에 충돌하여 동반가스에 함유되어 있는 용융재가 벽면에서 고화하여 부착되어 클링커를 형성한다. 오버 에어포트의 출구에 재가 부착되면 오버 에어의 흐름이 바뀌어 2단 연소에 영향이 생긴다. 또 클링커의 낙하에 의한 수관의 손상, 클링커 호퍼의 막힘 이 일어난다.

본 발명에서는 오버 에어포트의 출구 근방에 동반가스가 충돌하지 않도록 시일매체 공급기구를 설치하여 시일매체를 공급하고, 오버 에어포트의 출구 근방을 시일매체로 시일한다. 이때 시일매체의 온도가 낮고, 재의 용융온도 이하이면 동반가스 중의 용융재를 고화하여 벽면에 부착되는 양을 저감할 수 있다. 오버 에어포트의 출구의 유로 확대부는, 가장 고온의 가스가 충돌하기 쉬운 장소이기 때문에, 여기에 시일매체를 공급하는 것이 바람직하다. 시일매체에는 공기, 배기가스, 물, 증기, 또는 이것들의 혼합물이 적합하다.

이하, 도면을 사용하여 본 발명의 오버 에어포트에 대하여 설명하나, 이하의 실시예에 한정되는 것이 아니다.

도 24는 본 발명에 의한 오버 에어포트(22)의 일 실시예를 나타낸 단면도이고, 도 25의 A-A 단면도이다. 도 25는 연소공간(15)측에서 오버 에어포트(22)를 본 도면이다. 도 24에 나타내는 오버 에어포트에서는 공기는 1차 노즐(1)과 직진 2차 노즐(2)로 나누어 공급되고 있다. 1차 노즐로부터 공급되는 1차 공기(9)는 직진류이다. 직진 2차 노즐(2)로부터 공급되는 직진 2차 공기(10)는 직진 2차 공기 레지스터(7)로 선회의 세기를 조정 가능하다. 1차 공기와 2차 공기의 유량은, 연소공간(15)의 연소상태에 맞추어 조정된다. 1차 공기와 2차 공기의 유량 배분은, 1차 공기 댐퍼(5)와 직진 2차 공기 댐퍼(6)를 조정함으로써 제어된다. 오버 에어포트(22)의 출구에는 유로 확대부(32)가 설치되어 있다. 이것은 오버 에어포트(22)와 수관(14)의 접속을 원활하게 함으로써 제조를 용이하게 함과 동시에 응력의 발생을 억제하기 위함이다.

직진 2차 공기가 연소공간(15)으로 들어 갈 때, 노내의 가스를 끌어들여 동반가스(17)의 흐름을 형성한다. 이 동반가스(17)는 유로 확대부(32)에 충돌하도록 흐른다. 동반가스(17)에는 용융재가 함유되어 있기 때문에, 용융재가 유로 확대부에 부착되어 고화할 가능성이 있다. 본 실시예에서는 시일매체 공급기구를 설치하여 이 유로 확대부로부터 시일매체(16)를 공급하도록 하였다. 도 24에서는 시일매체 공급기구로서 시일포트(20)가 나타나 있다. 또 도 24에서는 시일포트(20)를 유로 확대부(32)의 대략 중앙에 설치하고 있으나, 반드시 중앙이 아니어도 좋다. 시일포트(20)를 중앙에 설치한 경우에는 재가 부착되어 큰 클링커가 되는 일이 적다.

오버 에어포트(22)의 공기를 분기하여 시일매체(16)로 하면 오버 에어포트의 구조를 간단하게 할 수 있다. 시일매체로서 배기가스, 물 또는 증기를 사용하면 직진 2차 공기(10)의 바깥쪽의 산소농도를 저하시켜 가스의 비열을 증가시킬 수 있다. 산소농도가 낮고 비열이 높은 경우에는, 연소온도가 저하하여 서멀 NOx의 발생을 저감할 수 있다. 도 25에 나타내는 바와 같이 시일포트(20)는 복수개 구비되어 있고, 각 시일포트로부터 시일매체(16가) 분출한다. 포트와 포트의 사이에는 수관의 용접부(21)가 설치되어 있어 수관의 변형을 방지한다. 도 25에서는 시일포트(20)는 동일한 열의 수관 사이로부터 시일매체가 분사되도록 설치되어 있으나, 다른 열이어도 좋다. 용접부(21)는 냉각되기 어렵기 때문에 열전도율이 높은 금속을 사용하여 온도를 저하시키면 좋다. 또 용접부(21)의 연소공간과 반대측의 면에 핀을 설치하여 냉각의 면적을 늘리면 좋다.

(실시예 2-2)

도 26은 오버 에어포트의 다른 실시예를 나타낸다. 도 24에 나타낸 오버 에어포트는 직진류와 선회류의 조정이 가능하였다. 도 26에 나타내는 예에서는 축류 3차 노즐 내벽(3)과 축류 3차 노즐 외벽(4)이 노즐의 안쪽을 향하고 있기 때문에, 오버 에어포트(22)의 출구에서는 축류가 되어 분출한다. 축류의 경우는, 동반가스(17, 18, 19)의 양이 증가하여 벽에 부착되는 용융재의 양이 증가한다. 이 경우에도 본 발명의 시일포트(20)를 설치하여 시일매체(16)를 분출함으로써 재의 부착을 저감할 수 있다.

또한 재의 부착상황에 따라 오버 에어포트의 운용을 변화시킬 수 있다. 예를 들면 센서(31)로 재의 부착량을 측정한다. 이 경우, 복사의 강도를 측정하는 센서를 사용할 수 있다. 재의 부착량이 증가한 경우는, 축류 3차 공기(11)의 유량을 저감하 도록 축류 3차 공기 댐퍼(8)를 폐쇄로 한다. 합류후의 2차 공기의 흐름(12)이 외향이 되기 때문에, 동반가스량이 줄어 재의 부착을 저감할 수 있다. 또한 직진 2차 공기 레지스터(7)를 폐쇄함으로써 선회가 강해지고, 동반가스량을 저감할 수 있다. 또 1차 공기댐퍼(5), 직진 2차 공기댐퍼(6), 축류 2차 공기 댐퍼(8)를 폐쇄로 하면 윈드박스(13)내의 압력이 높아지고, 시일매체(16)의 양을 증가할 수 있다. 재의 부착량이 증가한 경우에 이와 같은 조작을 하면 좋다.

(실시예 2-3)

도 27은 오버 에어포트의 또 다른 실시예를 나타낸다. 기본적인 구조는 실시예 2-2와 동일하나, 오버 에어포트의 출구부에 내화재(23)가 설치되어 있다. 내 화재(23)가 있으면 공기를 확대부까지 공급할 수 없기 때문에, 시일포트(20)를 내화재의 앞까지 연장하고 있다.

이 구조로 함으로써 재의 부착만이 아니라, 내화재의 냉각도 가능하게 된다.

(실시예 2-4)

도 27은 본 발명에 의한 오버 에어포트의 다른 예로서, 도 28의 A-A 단면도를 나타낸다. 도 28은 연소공간(15)에서 본 오버 에어포트를 나타낸다. 이 실시예는 공기 이외의 매체로 재의 부착을 방지할 때에 유효하다. 공기 이외의 매체를 공급하기 위하여 시일매체 공급관(26)으로부터 헤더(24)에 시일매체(25)가 공급되고, 시일포트(20)로부터 시일매체(16)가 되어 공급된다. 헤더(24)를 사용함으로써 시일포트(20)로부터 공급되는 시일매체(16)를 균등하게 할 수 있다. 시일매체로서 물이나 증기를 사용하는 경우에는 시일포트(20)의 앞쪽 끝부분에 인젝터를 설치하면 좋다. 인젝터를 변경함으로써 분사의 방향, 유량 등을 변경 가능하다. 또한 인젝터마다 사양을 바꿈으로써 재의 부착이 많은 장소의 유량을 증가하는 것도 가능하다. 또 시일매체의 공급압력을 높게 함으로써 고유속으로 시일매체를 공급할 수 있고, 재의 부착을 방지할 수 있다.

(실시예 5)

도 29는 본 발명의 다른 실시예에 의한 오버 에어포트의 단면도를 나타낸다. 이 실시예에서는 시일매체 공급기구의 구성요소로서 다시 시일매체용 윈드박스(27)와 시일매체용 댐퍼(28)를 구비하고 있다. 시일매체의 최적의 유량은 석탄종, 부하 등의 운용상태에 의하여 변화된다. 이 경우, 시일매체용 댐퍼(28)를 조정함으 로써 최적의 유량으로 변경할 수 있다. 예를 들면 재의 융점이 낮은 석탄을 사용한 경우에는 재의 부착이 증가하기 때문에, 시일매체량을 증가한다.

(실시예 2-6)

도 30은 본 발명의 다른 실시예에 의한 오버 에어포트의 단면도를 나타낸다. 본 실시예에서는 오버 에어포트의 유로 확대부(32)가 모두 내화재(23)로 형성되어 있다. 이와 같은 구조의 경우, 유로 확대부의 표면온도가 높아져 재가 부착되기 쉽다. 이 부분으로부터 시일매체를 공급하도록 하면 시일매체에 의하여 재의 부착을 저감 가능하다. 또한 본 실시예에서는 시일포트(20)의 출구위치를 연소공간에 가까운 위치로 하였다. 실시예 2-1 내지 2-5에서는 동반가스가 많은 경우에 유로 확대부의 시일포트보다도 연소공간측에 재가 부착될 가능성이 있으나, 이 실시예에서는 재의 부착의 가능성을 저감할 수 있다.

(실시예 2-7)

도 31은 본 발명의 다른 실시예에 의한 오버 에어포트의 단면도를 나타낸다. 본 실시예에서는 연소공간(15)을 향한 시일포트(30)로부터도 시일매체(29)가 공급된다. 시일매체(29)가 동반되어 오버 에어포트의 확대부에 도달하기 때문에, 확대부에의 재의 부착을 방지하는 효과가 높아진다.

(실시예 2-8)

도 32에 본 발명의 다른 실시예에 의한 오버 에어포트의 단면도를 나타낸다. 본 실시예에서는 시일포트(20)의 앞쪽 끝에 2개소의 분사구멍이 설치되어 있고, 시일매체(16)가 오버 에어포트의 유로 확대부의 벽면을 따라 흐르게 되어 있다. 이 와 같이 하나의 포트에 복수의 방향으로 분사하는 구멍을 설치함으로써 재가 부착되는 장소를 적게 할 수 있다.

(실시예 3-1)

일반적으로 연료버너를 공기부족상태에서 운용하면 연소가스중의 NOx의 생성을 억제할 수 있으나, 반대로 CO가 생성된다. 애프터 에어 노즐은 연료의 불완전 연소가스와, 생성된 가연성 가스인 C0가스에 대하여, 공기를 효율좋게 혼합시켜 연소시킴 으로써 CO의 생성을 억제하고 있다. 그러나 불완전 연소가스에 대하여 애프터 에어 노즐로부터의 공기를 급속하게 혼합하면 불완전 연소가스는 급격하게 연소하여 연소가스온도를 상승시켜 열 NOx를 생성시키게 된다. 이 열 NOx의 생성을 억제하기 위해서는 불완전 연소가스에 대하여 애프터 에어 노즐로부터의 공기를 완만하게 혼합시킬 필요가 있다.

따라서 NOx와 CO의 생성을 균형좋게 억제하여 NOx와 CO의 농도의 증가를 저감시키기 위해서는, 불완전 연소가스에 대하여 애프터 에어 노즐로부터의 공기를 완만하게 혼합하면서 완전히 혼합할 필요가 있고, 그 때문에 완만한 혼합은 선회류로 공기를 공급하고, 완전한 혼합은 축류로 공기를 공급하도록 하였다.

또한, NOx와 CO의 생성은, 연료의 종류에 따라 다르다. 예를 들면 갈탄이나 아역청탄에 의한 미분탄에 있어서는, 휘발성분이 많기 때문에 CO를 생성하기 쉬우나, 발열량이 작기 때문에 연소가스 온도가 낮아 NOx가 생성되기 어렵고, 한편, 역청탄이나 무연탄에 의한 미분탄에 있어서는 휘발성분이 적어 CO가 생성되기 어려우나, 발열량이 높기 때문에 연소가스 온도가 높아 NOx가 생성되기 쉽다.

따라서, 애프터 에어 노즐로부터 선회류와 축류에 의한 공기의 공급량을 조정하여 균형좋게 공급함으로써 많은 종류의 연료에 대하여 NOx와 CO의 생성을 균형좋게 억제하도록 하였다.

그런데 상기 애프터 에어 노즐은, NOx 농도가 높은 경우에는 선회류에 의한 공기의 공급량을 많게 하고, CO농도가 높은 경우에는 축류에 의한 공기의 공급량을 많게 하는 운용이 되나, 이들 공기의 공급량을 연소로의 출구에 있어서의 NOx 농도와 CO 농도, 또한 연소로의 출구보다도 상류측에서 애프터 에어 노즐의 하류측에 있어서의 CO 농도를 측정함으로써 자동적으로 조정하도록 하였다.

또, 상기 애프터 에어 노즐이 연소가스 유출방향에 대하여 직교하도록 연소로의 대향하는 벽면에 복수로 배열한 경우, 동일 벽면에 배열한 인접하는 애프터 에어 노즐 사이 및 배열한 애프터 에어 노즐의 끝부에 인접하는 공간부에는 불완전 연소가스와 애프터 에어 노즐로부터의 공기가 충분히 혼합되지 않는 영역이 생긴다. 그곳에서 연소로 출구에 있어서의 CO 농도를 측정하여 CO 농도가 높은 경우에는, 배열한 애프터 에어 노즐의 끝부로부터 중앙부를 향하여 순서대로 축류에 의한 공기의 공급량을 많게 하여 감으로써 CO 농도를 억제하고, NOx 농도가 높은 경우에는 배열한 애프터 에어 노즐의 중앙부로부터 끝부를 향하여 순서대로 선회류에 의한 공기의 공급량을 많게 하여 감으로써 NOx 농도를 억제하도록 하였다. 마찬가지로 연소로 출구보다도 상류측에서 배열한 애프터 에어 노즐의 끝부 근방의 CO 농도를 측정함으로써 축류에 의한 공기공급량을 조정하여 CO 농도를 효과적으로 억제하도록 하였다.

이 밖에 기존의 보일러설비에는 선회류로 공기를 공급하는 선회류 공기노즐을 구비한 애프터 에어 노즐이 연소로 벽면에 복수로 배열되어 있다. 이와 같은 보일러설비에 있어서는 배열된 복수의 애프터 에어 노즐의 적어도 끝부에 위치하는 애프터 에어 노즐에, 선회류 공기노즐과 동심으로 축류에 의한 공기를 공급할 수 있는 축류 공기노즐을 추가 장착하여 선회류 공기노즐보다도 축류 공기노즐로부터의 공기공급량을 많게 설정함으로써 최소한의 개조비용으로 CO 농도를 저감할 수 있다.

또한 최근 보일러설비의 해석에 의하여 선회류나 축류의 공기공급량을 고정밀도로 정할 수 있기 때문에, 보일러설비의 운용계획시, 즉 연료의 교체나 열부하 변화계획에 따라 결정된 시점에서의 해석에 의한 공기공급량을 실용 운전시의 기준조건으로 하고, 그 후는 실용 운전시에 발생하는 NOx 농도와 CO 농도의 실측값에 의거하여 각 공기공급량을 미세 조정함으로써 NOx 농도와 CO 농도의 변화에 신속하게 대응시킬 수 있다.

이하 본 발명에 의한 보일러설비의 일 실시형태를 도 33 내지 도 35에 나타내는 미분탄 연소 보일러설비에 의거하여 설명한다.

미분탄 연소 보일러설비(1)는, 세로방향으로 설치되어 직사각형 단면을 가지는 연소로(1002)와, 이 연소로(1002)의 직사각형 단면의 대향하는 벽면(1002A, 1002B)의 각각에 상하방향으로 복수단에서 상하방향과 직교하는 가로방향으로 병설 배열한 복수의 연소버너(1003)와, 이들 연소버너(1003)의 하류측에 있어서의 상기 대향하는 벽면(1002A, 1002B)의 상하방향(연소가스 유출방향)으로 직교하는 가로방 향으로 병설 배열한 복수의 애프터 에어 노즐(1004)과, 연소로 출구(1002C) 근방에 설치한 농도 측정수단인 제 1 농도 측정수단(1005)과, 연소로 출구(1002C)보다 상류측에서 애프터 에어 노즐(1004)보다도 하류측에 설치한 제 2 농도 측정수단(1006)과, 이들 제 1 및 제 2 농도 측정수단(1005, 1006)으로부터의 측정값을 연산하여 지령을 발하는 제어수단(1007)과, 상기 애프터 에어 노즐(1004)로부터의 선회류와 축류에 의한 공기의 공급량을 조정하는 공기유량 조정기구(1008)와, 이 공기유량 조정기구(1008)를 상기 제어수단(1007)으로부터의 지령에 의하여 구동하는 조정기구 구동수단(1009)을 구비하고 있다. 그리고 이들 제어수단(1007)과 공기유량 조정기구(1008)와 조정기구 구동수단(1009)이 본 발명에 의한 농도 측정수단의 측정결과에 의거하여 애프터 에어 노즐(1004)로부터의 선회류와 축류에 의한 공기공급량을 조정하는 유량 조정수단을 구성한다.

상기 연소로(1002)에는 연소가스와 열교환하는 열교환수단(도시 생략)으로서 증기 발생장치(도시 생략)가 설치되어 있고, 이 증기 발생장치에서 얻어진 증기를 도시생략한 예를 들면 증기터빈에 공급하여 회전 구동시키고 있다.

상기 연료버너(1003)는 미분탄과 공기를 분출하여 연소시키는 것으로, 상기 애프터 에어 노즐(1004)과 함께 도 33에 나타내는 바와 같은 공통의 통풍박스(1010)로 둘러 싸여 연소로(1002)의 외벽측에 위치하고 있다.

상기 애프터 에어 노즐(1004)은 상세를 도 33에 나타내는 바와 같이 중심부에 상기 연소로(1002)의 대향하는 벽면(1002A, 1002B)에 직교하여 개구하여 직진하는 공기(a)를 분출시키는 제 1 공기노즐인 직진 공기노즐(1011)을 설치하고 있고, 이 직진공기노즐(1011)의 바깥 둘레에 동심형상으로 배치되어 선회류의 공기(b)를 분출시키는 제 2 공기 노즐인 선회류 공기 노즐(1012)과, 이 선회류 공기 노즐(1012)의 개구부 근방의 바깥 둘레에 동심형상으로 배치되어 축류의 공기(c)를 분출하는 제 3 노즐인 축류 공기노즐(1013)과, 이 축류 공기노즐(1013)의 개구와 벽면(1002A, 1002B) 사이에 설치된 수관(1014)을 구비하고 있다. 또한 제 2 공기 노즐은 본 발명에 의한 공기를 선회류로서 공급하는 제 1 수단이고, 제 3 공기 노즐은 본 발명에 의한 공기를 축류로서 공급하는 제 2 수단이 된다.

상기 직진 공기노즐(1011), 선회류 공기노즐(1012), 축류 공기노즐(1013)의 각각은 노즐 앞쪽 끝과는 반대측에 공기량 조정기구인 개폐 밸브(1015, 1017, 1019)로 공기유량을 조절하는 공기도입구(1016, 1018, 1020)가 설치되어 있다. 그리고 개폐밸브(1017, 1019)는 조정기구 구동수단인 예를 들면 전자 구동기구(1021, 1022)에 의하여 개폐 구동된다. 또 상기 선회류 공기노즐(1012)의 공기도입구(1016)의 근방에는 공기 레지스터(1023)가 축(1024)을 거쳐 지지되어 있고, 공기 레지스터(1023)를 공기 도입방향에 대하여 각도를 가지게 함으로써 도입된 공기에 선회력이 부여되는 것이다.

그런데, 통풍박스(1010)내에 공급되는 공기는, 연소버너(1003)에서 소비되는 공기량과 애프터 에어 노즐(1004)에서 소비되는 공기량으로 분배되고, 또한 애프터 에어 노즐(1004)의 도입되는 공기는, 개폐밸브(1015, 1017, 1019)에 의하여 직진 공기노즐(1011), 선회류 공기노즐(1012), 축류 공기노즐(1013)에서 소비되는 공기량으로 분배된다.

상기 연소로 출구(1002C) 근방에 설치한 제 1 농도 측정수단(1005)은, NOx 농도를 측정하는 NOx 농도 측정기(1025)와 CO 농도를 측정하는 CO 농도 측정기(1026)로 이루어지고, 측정된 각 농도는 제어수단(1007)에 출력된다. 또 상기 연소로 출구(1002C)보다 상류측에서 애프터 에어 노즐(1004)보다도 하류측에 설치한 제 2 농도 측정수단(1006)은, CO 농도 측정기이고, 마찬가지로 측정된 CO 농도는 제어수단(1007)에 출력된다.

상기 구성의 미분탄 연소 보일러설비(1001)를 운전하는 경우, 연소버너(1003)로부터 미분탄과 그것을 연소시키기 위하여 필요한 공기를 혼합한 연료를 분출시켜 연소한다. 공기의 혼합량은 미분탄을 불완전 연소시켜 연소온도를 낮게 하여 NOx의 생성을 억제하기 위하여, 미분탄을 완전 연소시키는 데 필요한 공기량(이론공기량)에 대하여 적게 하고, 공기비(공급하는 공기량/이론공기량) 0.7∼0.9로 운용한다. 연소버너(1003)로부터 분출하여 연소한 불완전 연소가스(G1)는, NOx가 생성되어도 NH3나 CN 등의 환원가스에 의하여 N2로 환원되기 때문에, NOx 농도가 억제된다. 한편, 연소버너(1003)로부터의 불완전 연소가스(G1)에 의하여 CO가 생성되기 쉬워진다.

따라서 애프터 에어 노즐(1004)로부터, 불완전 연소가스(G1)(미연소분과 연소분) 중의 CO 등의 가연성분을 연소시켜 CO의 생성을 억제하기 위하여 연소공기(d)를 공급한다. 이때 연소로(1002) 전체의 공기비는 예를 들면 1.1∼1.2로 운용한다. 여기서 공기비가 1을 넘는 공기 과잉상태에서 연소로내 온도가 약 1500℃를 넘는 경우에는 열 NOx가 생성되기 쉬워진다. 특히 연소공기(d)와 불완전 연소가스 (G1)를 급격하게 혼합하여 연소시키면, 열 NOx가 생성되기 때문에 그 경우에는 직진 공기노즐(1011)로부터 직진하는 공기(a)와 선회류 공기노즐(1012)로부터 선회류의 공기(b)를 공급하고, 애프터 에어 노즐(1004)로부터는 선회류로 한 연소공기(d)를 공급하여 이 선회류에 의한 연소공기(d)와 불완전 연소가스(G1)와의 혼합을 완만하게 하여 완전연소시켜 연소가스(G2)내의 열 NOx의 생성을 억제하는 것이다.

물론, 그때 선회류 공기 노즐(1012)은 개폐밸브(1017)를 개방하여 공기도입구(1018)로부터의 공기도입량을 많게 하고, 축류 공기노즐(1013)은 개폐밸브(1019)를 폐쇄하여 공기도입구(1020)로부터의 공기도입량을 제한한다. 이들은 연소로(2)내의 CO 농도를 CO 농도 측정기(1006, 1026)로 측정하고, 그것을 제어수단(1007)에 출력하여 제어수단(1007)으로부터의 지령에 의하여 측정된 CO 농도에 따라 개폐밸브(1017, 1019)의 개방도를 조정한다. 개폐밸브(1017, 1019)의 개방도 조정에 의하여 선회류의 공기공급량을 조정하여 선회류에 의한 연소공기(d)와 불완전 연소가스(G1)와의 완만한 혼합의 정도를 최적의 것으로 하고 있다.

그런데 상기한 바와 같이 연소버너(1003)와 애프터 에어 노즐(1004)은 직사각형 단면의 대향하는 벽면(1002A, 1002B)에 가로방향으로 복수로 병설 배열되어 있다. 이와 같은 배열에 있어서, 특히 연소버너(1003)로부터의 불완전 연소가스(G1)는 도 35에 나타내는 바와 같이 인접하는 애프터 에어 노즐(1004)의 사이나 끝부에 배치된 애프터 에어 노즐(1004)의 끝을 빠져 나가 상승하는 흐름이 존재하고, 이것이 애프터 에어 노즐(1004)로부터의 선회류에 의한 연소공기(d)와 충분히 혼합하지 않고, 연소로 출구(1002C)에 이른다. 이와 같은 경우에는 연소로 출구 (1002C)에 있어서 연소가스(G2) 중의 CO 농도를 CO 농도 측정기(1026)로 검출하여 CO 농도가 높은 경우에는 제어수단(1007)에 의하여 선회류 공기노즐(1012)로부터의 공기공급량을 개폐밸브(1017)로 조절하여 축류 공기노즐(1013)의 공기공급량을 개폐밸브(1019)를 개방하여 많게 함으로써 애프터 에어 노즐(1004)로부터의 연소공기(d)를 축류로 하여 불완전 연소가스(G1)와의 혼합을 촉진시켜 완전연소에 근접하여 CO 농도를 저감하는 것이다.

구체적으로 도 36을 사용하여 설명한다. 도 36은 도 34의 A-A 선을 따르는 애프터 에어 노즐(1004)의 배치를 나타내는 것으로, 연소버너로부터의 불완전 연소가스는 2점 쇄선으로 나타내는 바와 같이 배열된 애프터 에어 노즐(1004)의 인접 사이의 영역(S1)이나 애프터 에어 노즐(1004)의 끝부의 영역(S2)을 통과하는 것이 있다. 그리고 애프터 에어 노즐(1004)의 인접 사이의 영역(S1)보다도 애프터 에어 노즐(1004)의 끝부의 영역(S2)이 넓다.

따라서 애프터 에어 노즐(1004)의 바로 하류측에서 연소로(1002)의 4 모서리의 상기 영역(S2)에 CO 농도 측정기(1006)를 설치하여 이 CO 농도 측정기(1006)에 의하여 고농도의 CO가 검출된 경우, 축류 공기노즐(1013)로부터 축류의 공기(c)를 공급하여 애프터 에어 노즐(1004)로부터의 연소공기(d)를 축류로 한다. 축류의 연소공기 (d)를 분출시킴으로써 애프터 에어 노즐(1004)의 앞쪽 끝 근방에 축류를 따르는 부류 (e)가 발생하고, 이것이 상기 영역(S1, S2)을 통과하는 불완전 연소가스(G1)를 끌어들여 교반 혼합하기 때문에, 통과하는 불완전 연소가스(G1)의 영역을 S3, S4와 같이 축소할 수 있다. 그 결과, 불완전 연소가스(G1)를 효과적으로 연소 시켜 CO의 생성을 억제할 수 있다. 또 도 34에 있어서 연소로 출구(2C)에 설치한 CO 농도 측정기(1026)와 NOx 농도 측정기(1025)도, CO 농도 측정기(1006)에 대향하는 연소로 출구(1002C)의 4 모서리에 설치하는 것이 바람직하다.

그런데, 배열된 인접 애프터 에어 노즐(1004) 사이는 원래부터 좁고, 영역(S1)도 좁기 때문에, 영역(S2)만의 CO의 생성을 억제하고 싶은 경우가 있다. 그와 같은 경우에는 도 37에 나타내는 바와 같이 배열된 끝부의 애프터 에어 노즐(1004)에서만 축류에 의한 연소공기(d)를 분출하고, 그것 이외의 애프터 에어 노즐(1004)로부터는 선회류에 의한 연소공기(d)를 분출시킴으로써 연소로(1002)의 4 모서리에 있어서의 영역(S4)을 축소할 수 있다.

도 39는 미분탄의 종류에 따라 변화되는 NOx 농도와 CO 농도와의 관계를 나타내는 것이다. 휘발분이 많은 석탄, 예를 들면 연료비(고정 탄소/휘발분) 1.1 이하의 갈탄이나 아역청탄에서는 CO 농도는 높으나 NOx 농도는 낮다. 이것은 석탄연소의 초기시에 가스 중에 방출되는 휘발분이 많아 연소버너(1003)에서의 연소시에 CO가 생성되기 쉽기 때문이다. 한편, 고정 탄소가 많은 석탄, 예를 들면 연료비 2 이상의 일부의 역청탄이나 무연탄에서는, CO 농도는 낮으나 NOx 농도는 높다. 이것은 고체탄소가 많아 발열량이 높기 때문에 애프터 에어 노즐(1004)로부터의 연소공기(d)와의 혼합으로 연소온도가 상승함으로써 열 NOx가 생성되기 때문이다.

따라서 CO 농도가 높은 석탄을 연료로 하는 경우에는 애프터 에어 노즐(1004)로부터 축류에 의한 연소공기(d)를 공급하여 열 NOx 농도가 높아지는 석탄을 연료로 하는 경우에는 선회류에 의한 연소공기(d)를 공급함으로써 각 농도를 저감 시킬 필요가 있다. 도 39로부터 분명한 바와 같이 석탄의 연료비 1.6을 기준으로 하여 NOx 농도와 CO 농도가 모두 낮아지기 때문에, 미분탄 연소 보일러설비(1001)에 있어서는 애프터 에어 노즐(1004)로부터 분출되는 연소공기(d)를 선회류와 축류로 변환하는 지령을 석탄의 연료비 1.6을 규준으로 하여 판단하도록 상기 제어수단(1007)에 기억시켜 두는 것이 바람직하다.

이와 같이 CO 농도와 NOx 농도는, 상반되는 사상으로, CO 농도를 억제하여도 NOx 농도가 증가하는 경향이 있다. 따라서 CO 농도가 높은 경우에는, 먼저 연소로(1002)가 배열한 끝부에 위치하는 애프터 에어 노즐(1004)로부터 중간부를 향하여 순서대로 선회류에 의한 연소공기(d)를 축류로 변환하여 가고, CO 농도와 NOx 농도가 (모두 낮아진 곳에서 연소공기(d)의 선회류와 축류의 비율을 고정하는 것이 바람직하다. 반대로 NOx 농도가 높은 경우에는 그 반대의 조작을 행하여 배열의 중간부로부터 끝부를 향하여 순서대로 축류로부터 선회류에 변환함으로써 CO 농도와 NOx 농도를 균형좋게 저감할 수 있다.

또한, 도 36 및 도 37에 있어서 배열한 끝부에 위치하는 애프터 에어 노즐(1004) 근방, 바꿔 말하면 연소로(1002)의 4 모서리에 가스흐름이 빠져 나가는 넓은 영역(S2)이 존재하기 때문에, 그 4 모서리의 CO 농도를 저감시키는 것이 중요하게 되고, 그것들의 영역(S2)에 우선적으로 축류에 의한 연소공기(d)를 공급하는 것이 중요하다.

따라서 직진 공기 노즐(1011)과 선회류 공기 노즐(1012)을 구비한 기존의 보일러설비에 있어서는, 도 38에 나타내는 바와 같이 연소로(1002)의 4 모서리에 가 까운 애프터 에어 노즐(1004)에만 축류 공기노즐(1013)를 추가시킴으로써 최소한의 개조작업과 개조비용으로 CO 농도를 저감시킬 수 있다.

도 39는 미분탄의 종류에 따라 변화되는 NOx 농도와 CO 농도와의 관계를 나타내는 것이다. 휘발분이 많은 석탄, 예를 들면 연료비(고정 탄소/휘발분) 1.1 이하의 갈탄이나 아역청탄에서는 CO 농도는 높으나 NOx 농도는 낮다. 이것은 석탄연소의 초기시에 가스 중에 방출되는 휘발분이 많고, 연소버너(1003)에서의 연소시에 CO가 생성되기 쉽기 때문이다. 한편 고정 탄소가 많은 석탄, 예를 들면 연료비 2 이상의 일부 역청탄이나 무연탄에서는 CO 농도는 낮으나 NOx 농도는 높다. 이것은 고정 탄소가 많고 발열량이 높기 때문에 애프터 에어 노즐(1004)로부터의 연소공기(d)와의 혼합으로 연소온도가 상승함으로써 열 NOx가 생성되기 때문이다.

따라서, CO 농도가 높은 석탄을 연료로 하는 경우에는, 애프터 에어 노즐(1004)로부터 축류에 의한 연소공기(d)를 공급하고, 열 NOx 농도가 높아지는 석탄을 연료로 하는 경우에는 선회류에 의한 연소공기(d)를 공급함으로써 각 농도를 저감시킬 필요가 있다. 도 39에서 분명한 바와 같이 석탄의 연료비 1.6을 기준으로 하여 NOx 농도와 CO 농도는 모두 낮아지기 때문에, 미분탄 연소 보일러설비(1001)에 있어서는 애프터 에어 노즐(1004)로부터 분출되는 연소공기(d)를 선회류와 축류로 변환하는 지령을 석탄의 연료비 1.6을 기준으로 하여 판단하도록 상기 제어수단(1007)에 기억시켜 두는 것이 바람직하다.

또, 도 39에 나타내는 바와 같이, NOx 농도와 CO 농도는, 상반되는 사상으로서, CO 농도를 억제하여도 NOx 농도가 증가하는 경향에 있다. 따라서 CO 농도가 높은 경우에는 먼저 연소로(1002)의 벽면(1002A, 1002B)에 가로방향으로 배열한 복수의 애프터 에어 노즐(1004)의 끝부로부터 중간부를 향하여 순서대로 선회류에 의한 연소공기(d)를 축류에 의한 연소공기(d)로 변환하여 가서 CO 농도와 NOx 농도가 모두 낮아진 곳에서 연소공기(d)의 선회류와 축류의 비율을 고정하는 것이 바람직하다. 반대로 NOx 농도가 높은 경우에는 그 반대의 조작을 행하여 배열의 중간부로부터 끝부를 향하여 순서대로 축류로부터 선회류로 변환함으로써 NOx 농도와 CO 농도를 균형좋게 저감할 수 있다.

도 40은 본 발명의 실시형태에 의한 CO 농도와 NOx 농도의 저감공정을 나타낸다. 여기서 CO 농도와 NOx 농도의 측정은 연소로 출구(1002C)에 설치한 CO 농도 측정기(1026)와 NOx 농도 측정기(1025)에 의거하여, 또한 일례로서 CO 농도의 상한값을 200 ppm, NOx 농도의 상한값을 150 ppm으로 하고 있다.

미분탄 연소 보일러설비(1001)의 운전개시와 함께 감시를 개시시켜 연소로 출구(1002C)의 CO 농도와 NOx 농도를 측정한다. 측정의 결과, 통상은 있을 수 없으나, CO 농도와 NOx 농도가 모두 상한값을 넘어 있는 경우에는, 애프터 에어 노즐(1004)의 조정만으로는 양 농도의 저감은 곤란하기 때문에 운전을 중지하고, 미분탄 연소 보일러설비(1001)의 사양 전체 등의 재검토를 행할 필요가 있다. 다음에 CO 농도가 상한값을 넘고, NOx 농도가 상한값 이하인 경우에는 CO 농도 저감책으로 진행하고, CO 농도가 상한값 이하이고, NOx 농도가 상한값을 넘은 경우에는 NOx 농도 저감책으로 진행한다. 그리고 CO 농도와 NOx 농도가 모두 상한값 이하인 경우에는 감시개시로 되돌아가 CO 농도와 NOx 농도의 측정을 계속한다.

상기 CO 농도 저감책은, 도 41에 나타내는 바와 같이 선회류 공기노즐(1012)의 개폐밸브(1017)를 전자구동기구(1021)에 의하여 조절하여 축류 공기노즐(1013)의 개폐밸브(1019)를 전자 구동기구(1022)로 개방하여 간다. 선회류 공기 노즐(1012)로부터의 공기공급량의 감소분이 축류 공기노즐(1013)로부터의 공기공급량의 증가분이 되어 애프터 에어 노즐(1004)로부터의 총공기 공급량은 일정하게 유지된다.

공정(1)은 배열한 복수의 애프터 에어 노즐(1004)의 끝부에 위치하는 애프터 에어 노즐(1004)을 대상으로 축류에 의한 공기공급량을 증가시키고, 그 상태에서 도 40의 감시개시로 되돌아가, CO 농도와 NOx 농도의 측정을 행한다. 그래도 또한 CO 농도가 상한값을 넘고, NOx 농도가 상한값 이하의 경우에는 공정(2)로 진행하여 끝으로부터 2번째의 애프터 에어 노즐(1004)로부터의 축류에 의한 공기공급량을 증가시킨다. 이와 같이 끝으로부터 중간부를 향하여 애프터 에어 노즐(4)로부터의 축류에 의한 공기공급량을 증가시켜 가서 CO 농도와 NOx 농도가 상한값 이하가 된 곳에서 선회류와 축류에 의한 공기공급량을 고정한다.

또 상기 NOx 농도 저감책은 도 42에 나타내는 바와 같이 선회류 공기노즐(1012)의 개폐밸브(1017)를 전자구동기구(1021)에 의하여 개방하고, 축류 공기노즐(1013)의 개폐밸브(1019)를 전자구동기구(1022)로 조절하여 간다. 선회류 공기노즐(1012)로부터의 공기공급량의 증가분이 축류 공기노즐(1013)로부터의 공기공급량의 감소분이 되어, 애프터 에어 노즐(1004)로부터의 총공기 공급량은 일정하게 유지된다.

공정 (1)은 배열한 복수의 애프터 에어 노즐(1004)의 중간부에 위치하는 애프터 에어 노즐(1004)을 대상으로 선회류에 의한 공기공급량을 증가시켜 그 상태에서 도 40의 감시개시로 되돌아가, CO 농도와 NOx 농도의 측정을 행한다. 그래도 또한 NOx 농도가 상한값을 넘고, CO 농도가 상한값 이하의 경우에는 공정 (2)로 진행하여 중간부로부터 바깥쪽으로 2번째의 애프터 에어 노즐(1004)로부터의 선회류에 의한 공기공급량을 증가시킨다. 이와 같이 중간부로부터 끝부를 향하여 애프터 에어 노즐(1004)로부터의 선회류에 의한 공기공급량을 증가시켜 가서 CO 농도와 NOx 농도가 상한값 이하가 된 곳에서 선회류와 축류에 의한 공기공급량을 고정한다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 실시형태에 의하면 CO 농도와 NOx 농도를 측정하여 그것에 의거하여 선회류와 축류에 의한 공기공급량을 조정함으로써 NOx 농도와 CO 농도를 균형좋게 저감시킬 수 있는 미분탄 연소 보일러설비를 얻을 수 있다.

그런데 본 발명에 의한 보일러설비는 미분탄 연소 보일러설비에 특정되는 것이 아니라, CO와 NOx가 생성되는 연료를 사용한 보일러설비에도 적용할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

또한 상기 실시형태에 의하면, 연소로(1002)의 단면은 직사각형 단면이고, 그 대향하는 벽면(1002A, 1002B)에 각각 연소버너(1003)와 애프터 에어 노즐(1004)를 설치하였으나, 단면이 원형 또는 타원, 그 위에 직사각형 단면의 모서리부를 곡면으로 한 연소로에도 적용할 수 있다. 또 연소로(1002)는 세로방향으로 설치한 것이나, 가로방향으로 설치한 것에 대해서도 적용할 수 있다.

(실시예 4-1)

이하 본 발명에 의한 보일러설비의 일 실시형태를 도 43 내지 도 45 및 도 33에 나타내는 미분탄 연소 보일러설비에 의거하여 설명한다.

도 43에 나타내는 미분탄 연소 보일러설비(1001)는 세로방향으로 설치되어 직사각형 단면을 가지는 연소로(1002)와, 이 연소로(1002)의 직사각형 단면의 대향하는 벽면(1002A, 1002B)의 각각에 상하방향으로 복수단에서 상하방향과 직교하는 가로방향으로 병설 배열한 복수의 연소버너(1003)와, 이들 연소버너(1003)로부터의 연소가스의 하류측에 있어서의 상기 대향하는 벽면(1002A, 1002B)의 상하방향(연소가스 유출방향)과 직교하는 가로방향으로 병설 배열한 복수의 애프터 에어 노즐(1004, 1005)을 구비하고 있다.

상기 연소로(1002)에는 연소가스와 열교환하는 열교환수단(도시 생략)으로서 증기발생장치(도시 생략)가 설치되어 있고, 이 증기발생장치에서 얻어진 증기를 도시생략한 예를 들면 증기터빈에 공급하여 회전 구동시키고 있다.

상기 연료버너(1003)는 미분탄과 공기를 분출하여 연소시키는 것으로, 상기 애프터 에어 노즐(1004, 1005)과 함께 도 33에 나타내는 바와 같은 공통의 통풍박스(1010)로 둘러 싸여 연소로(1002)의 외벽측에 위치하고 있다.

상기 애프터 에어 노즐(1004)은 도시는 생략하나, 뒤에서 설명하는 애프터 에어 노즐(1005)에 있어서 축류 공기노즐을 생략한 구조와 동일하고, 중심부에 설치되어 상기 연소로(1002)내로 직진하는 공기를 분출시키는 직진 공기노즐과, 이 직진 공기노즐의 바깥 둘레에 동심형상으로 배치되어 선회류의 공기를 상기 연소로(1002)내로 분출시키는 선회류 공기노즐을 구비하고 있다.

한편, 상기 애프터 에어 노즐(1005)은 병설 배열한 복수의 애프터 에어 노즐(1004)의 끝부에 인접하여 설치되고, 상세한 것은 상기한 도 33과 동일하다.

그리고 통풍박스(1010)내에 공급되는 공기는, 연소버너(1003)에서 소비되는 공기량과 애프터 에어 노즐(1004, 1005)에서 소비되는 공기량으로 분배되고, 또한 애프터 에어 노즐(1004, 1005)로 도입되는 공기는, 개폐밸브(1015, 1017, 1019)에 의하여 직진 공기노즐(1011), 선회류 공기노즐(1012), 축류 공기노즐(1013)에서 소비되는 공기량으로 분배된다. 즉, 개폐밸브(1015, 1017)를 개방하고, 개폐밸브(1019)를 폐쇄하면 직진 공기노즐(1011), 선회류 공기노즐(1012)에만 공기를 공급할 수 있고, 애프터 에어 노즐로부터 분출되는 연소공기는 선회류가 된다. 또 개폐밸브(1015, 1017)를 폐쇄하고, 개폐밸브(1019)를 개방하면 축류 공기노즐(1013)에만 공기가 공급되기 때문에 연소공기는 축류가 된다. 축류 공기노즐(1013)은 직진 공기노즐(1011)의 공기분출방향에 대하여 중심측을 향하여 분출되도록 경사져 있고, 공기는 출구에서 조절되어 축류 분류가 된다. 이 축류 분류는 선회류나 직진류와 달리 분출구 근방에서 주변의 연소가스를 끌어들이는 부류(d)가 발생하기 때문에 연소가스에 대한 연소공기의 혼합을 촉진할 수 있다.

그런데 상기한 바와 같이 연소버너(1003)와 애프터 에어 노즐(1004)은, 직사각형 단면의 대향하는 벽면(2A, 2B)에 가로방향으로 복수로 병설 배열하고 있다. 이와 같은 배열에 있어서, 특히 연소버너(1003)로부터의 불완전 연소가스(G1)는 도 45에 나타내는 바와 같이 병설된 애프터 에어 노즐(1004)의 끝부와 측벽(1002C) 사이의 비교적 큰 공간을 빠져 나가 상승한다. 그 때문에 연소온도가 낮은 불완전 연소가스(G1)의 흐름의 영역(S1)이 2점 쇄선으로 나타내는 바와 같이 존재하고, 이것이 애프터 에어 노즐(1004)로부터의 선회류에 의한 연소공기와 충분히 혼합하지 않아 생성된 CO의 농도를 유지한 채로 연소로 출구(1002D)에 이르게 된다.

이와 같은 빠져 나가는 불완전 연소가스(G1)의 흐름의 영역(S1)을 적게 하여 불완전 연소가스(G1)를 가능한 한 완전연소시켜 CO의 생성을 억제하기 위하여 축류 공기노즐(1013)을 구비한 애프터 에어 노즐(1005)를, 애프터 에어 노즐(1004)의 배열의 끝부에 설치하고, 다시 도 44에 나타내는 바와 같이 애프터 에어 노즐(1005)의 중심으로부터 대향하는 벽면(1002A, 1002B)에 인접하는 측벽(1002C)까지의 치수(거리) (X2)를, 측벽(1002C)의 가장 근접하고 있는 연소버너(1003)의 중심으로부터 측벽(1002C)까지의 치수(거리)(X1)보다 작게(짧게) 한 것이다.

이와 같이 애프터 에어 노즐(1005)을 배치함으로써 축류 공기노즐(1013)로부터 축류의 공기(c)를 분출시킴으로써 축류에 따르는 부류(d)를 생기게 하고, 이 부류 (d)에 의하여 상기 영역(S1)을 통과하는 불완전 연소가스(G1)를 끌어들여 교반 혼합하여 연소를 촉진시키기 때문에, 통과하는 불완전 연소가스(G1)의 영역을 S2와 같이 축소할 수 있는 것이다. 그 결과, 불완전 연소가스(G1)를 효과적으로 연소시켜 CO의 생성, 나아가서는 미연소분을 줄일 수 있는 것이다.

도 46은 축류 공기노즐(1013)에서만 연소공기를 공급한 경우와, 직진 공기노즐(1011) 및 선회류 공기노즐(1012)로부터 연소공기를 공급한 경우의 연소가스 중 의 산소(O2)의 농도분포를 나타낸다. 산소농도가 파선으로 나타내는 바와 같이 평탄하면 연소로내로 투입한 연소공기가 균일하게 분포되어 있음으로써 불완전 연소가스와의 혼합이 충분히 행하여져 완전연소하여 CO나 미연소분을 줄일 수 있는 것을 의미하고 있다. 도면에 있어서 파선(M)이 축류에 의한 연소공기이고, 실선(N)이 선회류를 주로 한 연소공기에서의 산소분포를 나타내고 있고, 도면에서 분명한 바와 같이 축류 에 의한 연소공기는 선회류를 주로 한 연소공기보다도 불완전 연소가스와의 혼합이 충분히 행하여져, 단시간으로 연소로내의 불완전 연소가스를 균일하게 연소시키는 것을 알 수 있다.

(실시예 4-2)

도 47은 실시예 4-1의 제 1 변형예인 실시예 4-2이고, 애프터 에어 노즐(1004, 1005)을 2단으로 배치한 것이다.

이와 같은 2단 배치로 함으로써 상기 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있음과 동시에, 애프터 에어 노즐(1004, 1005)의 1개당의 공기공급량이 적어지기 때문에, 더욱 완만하게 연소공기를 공급할 수 있어, 열 NOx의 생성을 더욱 적게 할 수 있는 효과가 있다. 또한 애프터 에어 노즐(1004, 1005)은 3단 이상으로 배열하여도 좋다.

그런데 축류에 의한 연소공기의 공급은, 불완전 연소가스(G1)와의 혼합을 촉진하는 것이다. 그러나 연소공기와의 혼합이 촉진되어 연소온도가 상승하면 열 NOx의 증가가 염려된다.

도 48은 연소로내의 연소가스의 온도분포를 나타내는 것으로, 연소로의 벽면 이나 측벽(1002C)에는 수관이 배치되어 있고 연소가스의 열을 빼앗고 있기 때문에, 중앙부에 비하여 측벽(1002C)부는 저온으로 되어 있다. 그리고 측벽(1002C)부에 접근하는 연소가스 온도가 낮은 영역에서는 도 47에 나타내는 바와 같이 끝부에 배열한 애프터 에어 노즐(1005)의 축류에 의하여 온도가 낮은 연소가스와의 급속한 혼합을 행할 수 있기 때문에, CO의 억제와 함께 열 NOx의 발생도 억제할 수 있다. 반대로 연소가스 온도가 높은 연소로 중앙부에 있어서는 축류보다도 혼합이 완만한 선회류에 의한 연소공기로 연소가스와의 완만한 혼합을 행함으로써 열 NOx의 생성을 억제할 수있다.

또한 본 실시형태에 있어서는, 선회류 공기노즐을 가지는 애프터 에어 노즐(1004)를 구비한 기존 설치의 보일러설비에 대해서는, 측벽(1002C)에 근접하는 끝부의 애프터 에어 노즐(1004)만 신설의 애프터 에어 노즐(1005)로 교환하거나, 기존 설치의 애프터 에어 노즐(1004)에 축류 공기노즐(1013)를 신설함으로써 간단하게 필요로 하는 미분탄 연소 보일러설비(1001)를 얻을 수 있다.

(실시예 4-3)

도 49는 실시예 4-1의 제 2 변형예인 실시예 4-3이고, 축류 공기노즐을 구비한 애프터 에어 노즐(1005)을, 다른 선회류 공기노즐을 구비한 애프터 에어 노즐(1004)의 상류측에서 연소버너(1003)보다도 하류측에 배치한 것이다.

이와 같은 배치로 함으로써 선회류 공기노즐을 구비한 애프터 에어 노즐(1004)로부터의 연소공기보다도 먼저 연소버너(1003)로부터의 불완전 연소가스(G1)와 급속한 혼합을 행하게 하고, 그후 애프터 에어 노즐(1004)로부터의 연소공기와 완만한 혼합을 행하게 하게 하기 때문에, NOx 농도의 저감은 물론, CO 농도나 미연소분을 줄일 수 있다. 또 상류측에서 축류 공기노즐을 구비한 애프터 에어 노즐(1005)로부터 축류에 의한 연소공기의 공급이 행하여짐으로써 연소로(1002)의 측벽(1002C)부를 통과하는 불완전 연소가스(G1)를, 파선 화살표로 나타내는 바와 같이 중앙측으로 유도할 수 있기 때문에, 연소가스 온도의 균일화를 행할 수 있는 이점이 있다.

(실시예 4-4)

도 50은 애프터 에어 노즐(1004, 1005)을 2단으로 배열로 한 제 3 변형예인 실시예 4-4를 나타내는 것으로, 기본적으로는 도 49에 나타내는 실시예 4-3과 동일하다. 그리고 2단 배열로 함으로써 실시예 4-2와 동일하게 애프터 에어 노즐(1004, 1005)의 1개당의 공기공급량이 적어지기 때문에, 더욱 완만하게 연소공기를 공급할 수 있고, 열 NOx의 생성을 더욱 적게 할 수 있는 효과가 있다.

도 51은 실시예 4-1의 제 4 변형예인 실시예 4-5이고, 축류 공기노즐을 구비한 애프터 에어 노즐(1005)을, 다른 선회류 공기노즐을 구비한 애프터 에어 노즐(1004)의 하류측에 배치한 것이다.

이와 같이 구성함으로써 연소가스 온도가 더욱 낮아진 하류측의 측벽(1002C) 근방의 영역에서 축류에 의한 연소공기를 공급할 수 있기 때문에, 열 NOx의 생성을 더욱 억제할 수 있다.

도 52에 실제 기기에 있어서의 미분탄 연소 보일러설비의 연소로의 높이와 연소가스 온도의 평균 온도분포의 측정결과를 나타낸다. 1600℃ 이상에 있는 연소 가스 온도는, 30 m 높이에 있는 애프터 에어 노즐로부터의 저온(약 150℃)의 연소공기의 공급에 의하여 저하하고, 연소공기의 혼합후는 하류로 감에 따라 바꿔 말하면 연소로(1002)의 높이위치가 높아짐에 따라 측벽(1002C)에 배치된 수관에 의하여 제열되기 때문에, 연소온도는 서서히 저하하여 간다. 그런데 열 NOx는 연소온도가 1500℃ 이상에서 생성되기 때문에, 열 NOx의 생성을 억제하기 위해서는 1500℃ 이하에서 연소시키면 좋다. 그러나 1500℃ 미만의 연소온도가 되는 연소로의 높이는, 40 m 이상이나 되어 비현실적이고, 어느 정도 낮은 연소온도(ΔT)가 되는 연소로의 높이, 예를 들면 30 m의 높이에서 연소공기를 공급하여 열 NOx의 발생을 억제할 필요가 있다. 열 NOx에 유의한 온도차로서 나타내는 바와 같이 현상의 애프터 에어 노즐에서의 연소온도로부터 30℃ 낮은 연소온도를 상정하여 계산하면, 축류 공기노즐을 구비한 애프터 에어 노즐(5)을 변위시키는 변위거리(Z)는, 애프터 에어 노즐(1004)로부터 하류측으로 약 3 m가 되었다. 이 계산은 도 51의 배치에 있어서, 애프터 에어 노즐(1004)의 구경(D)이 1 m의 조건으로, 상기 변위거리(Z)는 구경(D)의 3배에 상당한다. 따라서 상기 조건에서는 애프터 에어 노즐(1005)을 애프터 에어 노즐(1004)의 설치위치로부터 하류측으로 애프터 에어 노즐(1004)의 구경(D)의 3배 이상 떨어진 위치에 설치하면 좋다.

(실시예 4-6)

도 53은 제 5 변형예인 실시예 4-6이고, 도 51에 나타내는 애프터 에어 노즐(1004, 1005)의 배열을 2단으로 구성한 것이다.

상기 구성으로 함으로써 도 51에 나타내는 실시예 4-5와 동일하게 연소가스 온도가 낮아진 하류측의 측벽(2C) 근방의 영역에서 축류에 의한 연소공기를 공급할 수 있기 때문에, 열 NOx의 생성을 더욱 억제할 수 있음과 동시에, 도 47에 나타내는 실시예 4-2와 동일하게 애프터 에어 노즐(1004, 1005)의 1개당의 공기공급량이 적어지기 때문에, 더욱 완만하게 연소공기를 공급할 수 있어 열 NOx의 생성을 더욱 적게 할수 있는 효과가 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 실시형태에 의하면, 고농도의 CO 영역에 연소로내의 산소농도를 급속하게 균일화할 수 있는 축류에 의한 연소공기를 공급함으로써 CO의 생성이나 미연소분의 저감을 효율 좋게 행할 수 있고, 또한 연소온도가 낮은 영역에서의 불완전 연소가스와 축류에 의한 연소공기의 급속 혼합은, 동시에 열 NOx의 생성도 억제할 수 있기 때문에, CO 농도와 NOx 농도를 균형좋게 억제할 수 있는 미분탄 연소 보일러설비를 얻을 수 있다.

그런데 본 발명은 연료로서 석탄(미분탄)을 사용한 미분탄 연소 보일러설비를 일례로 설명하였으나, 다른 연료, 예를 들면 석유를 연소시키는 보일러설비에도 적용할 수 있는 것은 물론이다.

(실시예 5-1)

도 54는 애프터 에어포트의 중심선을 포함하는 단면에서 본 단면도이다.

본 실시예에 있어서의 애프터 에어포트(도 54)는, 실시예 2-2에 나타내는 도 26의 구조와 대략 동일하다. 그 때문에 동일한 부분의 설명은 생략한다.

도 54에 있어서, 3차 노즐은 원추형의 앞벽(2021) 및 뒷벽(2020)에 의하여 구성되어 있고, 3차 노즐로부터 분출된 3차 공기(2015)는 2차 공기(2003)가 화로에 분출하는 출구부 부근에서 합류한다. 또 화로의 내부에 면한 벽면인 내벽(2023)과 스로트(2022)는 원추형상으로 모따기된 경사부(2011)에 의하여 접속되어 있다. 그리고 3차 노즐의 앞벽(2021)과 스로트(2022)도 접속되어 있다. 또 화로 벽은 화로(2001)의 내부에 면한 벽면인 내벽(2023)과 외벽(2024)에 의하여 구성되어 있다. 따라서 화로(2001)에 분출하는 2차 공기(2003)의 출구부 부근에서 3차 공기(2015)와 합류한 공기는 스로트(2022)를 지나 분출된다. 본 실시예에서는 이와 같은 애프터 에어포트에 있어서, 3차 노즐의 앞벽(2021)의 출구부(하류측)로부터 스로트(2022)를 따라 루버(2010)를 설치한 것을 특징으로 한다. 즉, 3차 노즐로부터 분출되는 3차 공기(2015)의 일부가, 3차 노즐의 출구부로서 그 앞벽(2021)의 벽면을 따라 흐르고, 그후 스로트(2022)의 내벽면을 따라 흐른다. 이 구조에 의하여 3차 공기(2015)의 일부가 스로트(2022)의 벽 표면을 시일하는 효과를 얻을 수 있어 축류가 동반하는 연소재의 부착을 최소로 할 수 있다.

여기서 애프터 에어포트의 노즐구조와 화로 내부의 연소공기와의 혼합모양에 대하여 설명한다. 본 실시예의 애프터 에어포트의 특징은, 애프터 에어포트 근방, 즉 보일러 수벽 근방의 미연소 가스를 효과적으로 혼합하는 것에 있다. 애프터 에어포트의 유속을 증가시켜 화로 내부의 가스를 동반함으로써 혼합할 수 있으나, 유속증가에 의하여 NOx가 증대하여 유속을 증가시키기 위한 동력을 증대시키지 않으면 안된다. 따라서 저유속으로 혼합효과를 얻을 필요가 생긴다.

도 58에 노즐 구조별로 화로내의 연소가스와의 혼합효과를 비교하여 나타낸다. 도 58은 축류형 노즐과 직관형 노즐과의 비교예이다. 축류형에서는 출구부분 의 유속분포가 평탄하여 충분히 난류가 발달되어 있지 않은 것을 알 수 있다. 한편, 직관형에서는 관이 길기 때문에 그 벽의 영향으로 유속분포는 정규분포가 된다. 주위의 연소가스의 동반 끌어들임에서는 평탄한 유속분포를 가지는 축류형 노즐이 우수하다. 본 실시예에서는 이 특성을 애프터 에어포트구조에 반영하여 1차 공기의 흐름에 대하여 출구부분의 유로 단면적을 급속하게 조임으로써 평탄한 유속분포를 얻는 구조로 하였다. 단, 축류구조는 분류 주위의 흩어짐이 크기 때문에, 주위의 연소가스를 동반하기 쉽고, 연소가스 중에 함유되는 재도 동반한다. 그 때문에 애프터 에어포트 출구부분에 있어서의 재의 부착을 억제하지 않으면 안된다.

다음에 도 54와 같이 1차 노즐, 2차 노즐, 3차 노즐을 구비한 애프터 에어포트에 있어서, 그 출구부분의 유속분포(실계측 데이터)를 나타낸 도면이 도 59이다. 도 59에 있어서 유속의 절대값이 커질 수록 검정색에 가까워지고, 유속의 절대값이 작을 수록 흰색이 된다. 사용한 모델은 실제 기기 크기(1000 MW 보일러에 적용하는 크기의 애프터 에어포트)이며, 공기유량도 실제 기기 상당으로 시험을 실시하였다. 단, 공기온도는 상온이기 때문에 유속의 절대값은 낮아져 있다. 시험조건은 3차 공기의 축류 유량은 일정하고, 2차 공기의 선회 공기량과 1차 공기량을 바꾸어 흐름계측을 실시하였다. 도면에 있어서 ①은 선회가 없는 1차 공기가 흐르고 있고, 애프터 에어 포트 중심부분에 역류영역이 적은 것을 알 수 있다. 도면에 있어서 ②는 1차 공기가 없고, 2차 공기의 선회가 약한 경우이다. 도면에 있어서 ③은 마찬가지로 1차 공기는 없고 2차 공기의 선회가 강한 경우이다.

어느 쪽의 경우도, 모두 분류의 확산에 차이가 적고, 애프터 에어 포트 중앙 부분의 유속분포에 차가 보인다. 높은 유속 분류의 확산에 착안하여 보면 스로트의 벽면을 따르고 있지 않고, 어느 쪽의 분류도 축류의 영향이 보인다. 즉, 분류는 스로트의 벽면으로부터 박리되어 있기 때문에, 미소한 영역에 역류가 발생하고, 이 흐름에 동반되는 재의 입자가 벽에 부착 성장하는 포텐셜을 가지고 있다.

도 56은 3차 공기 흐름이 스로트(2022)로부터 박리되어 축류화된 상황을 나타내고 있다. 이 때문에 재(2017)가 스로트(2022)의 벽면 및 경사부(2011)에 걸쳐 부착된다. 재(2017)가 스로트(2022)의 벽면 및 경사부(2011)에 걸쳐 부착되면 보일러정지시에 애프터 에어 포트 내부로 박리 탈락하여 성능에 영향을 주기 때문에, 제거할 필요가 생긴다. 따라서 본 실시예에서는 도 54에 나타내는 바와 같이 3차 노즐의 앞벽(2021)의 출구부(하류측)로부터 스로트(2022)를 따라 루버(2010)를 설치함으로써 축류가 동반하는 연소재의 부착을 최소로 할 수 있다. 또한 본 실시예를 적용한 경우에 재가 부착되는 상황을 도 57에 나타낸다. 재(2017)는 경사부(2011)에 재가 부착된 상황을 나타내고 있다. 경사부(2011)의 재의 부착이면 애프터 에어 포트의 성능에 영향을 미치지 않고, 또 보일러성능에 대한 영향은 작다. 또 실시예 2-2 등에 기재한 시일포트(20)를 병설하면, 상기 경사부(2011)에 있어서의 재 부착도 억제할 수 있다.

(실시예 5-2)

도 55는 애프터 에어 포트의 중심선을 포함하는 단면에서 본 단면도이다.

본 실시예에 있어서의 애프터 에어포트(도 55)는, 실시예 5-1에 나타내는 도 54의 구조와 대략 동일하다. 그 때문에 동일한 부분의 설명은 생략한다.

본 실시예에서는 도 54에 비하여 스로트(2022)와 화로(2001)의 내부에 면한 내벽(2023)과의 모따기를 얕게 하고 있다. 즉, 도 54에 비하여 스로트(2022)의 길이를 길게 취하고, 경사부(2012)의 거리를 짧게 한다. 또한 애프터 에어 포트의 중심에 대한 경사부(2012)의 기울기는, 도 54의 경사부(2011)와 대략 동일하다. 그 때문에 노(2001)의 내벽(2023)과 경사부(2012)와의 접속위치(Y)는 도 54와 비교하여 애프터 에어 포트의 중심측에 위치하게 된다.

이와 같이 실시예 5-1에 나타내는 루버(2010)를 구비한 애프터 에어포트에 있어서, 스로트(2022)와 경사부(2012)와의 접속위치(X)를 화로(2001)의 내부에 면한 벽면의 외벽(2024)보다도 화로(2001)의 안쪽에 설치함으로써, 경사부(2012)에 부착되는 재의 양을 조정할 수 있다. 따라서 스로트(2022)와 경사부(2012)와의 접속위치(X)를 화로(2001)의 안쪽으로 하고, 경사부(2012)와 화로(2001)의 내벽(2023)과의 접속위치 (Y)를 애프터 에어 포트의 중심측이 위치시킴으로써 경사부(2012)의 길이가 짧아지기 때문에, 경사부(2012)에 부착되는 재의 양을 저감시킬 수 있다.

본 발명의 제 1 목적을 달성하는 공기포트는, 2단 연소방식의 애프터 에어포트에 적합하고, 미연분을 저감하는 데 우수하다. 특히 노내의 불완전 연소영역(가연가스가 많이 모여 있는 장소)에 위치에 따른 공기흐름을 따르는 연소촉진용 공기를 애프터 에어포트로부터 분출함으로써 연소공간의 상태에 의하지 않고 미연분의 저감을 효율좋게 도모할 수 있다. 또 본 발명의 제 2 목적을 달성하는 보일러설비 에 의하면 NOx 농도와 CO 농도를 균형좋게 저감시킬 수 있는 보일러설비를 얻을 수 있다.

Claims

화로의 노벽에 연료를 연소하는 버너를 구비하고, 상기 노벽의 상기 버너보다도 상부에, 출구에 확대부를 가지는 오버 에어 포트를 구비하고, 상기 오버 에어 포트로부터 오버 에어를 공급함으로써 2단 연소가 행하여지게 한 보일러에 있어서,

상기 오버 에어포트의 출구 근방을 가스 또는 액체로 시일하는 시일매체 공급기구를 설치한 것을 특징으로 하는 보일러.
제 1항에 있어서,

상기 시일매체 공급기구에 시일포트가 구비되고, 상기 시일포트가 상기 오버 에어 포트의 출구의 확대부로부터 시일매체가 공급되도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 보일러.
제 2항에 있어서,

상기 시일포트에 상기 오버 에어포트의 출구 확대부의 벽면을 따라 시일매체가 공급되도록 시일매체 분사구멍이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 보일러.
제 1항에 있어서,

상기 오버 에어 포트가 오버 에어를 축류로서 공급하는 것을 특징으로 하는 보일러.
제 1항에 있어서,

상기 시일매체 공급기구가, 오버 에어의 일부를 분기하여 시일매체로서 분출하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 보일러.
제 1항에 있어서,

상기 시일매체 공급기구가, 보일러 배기가스, 공기, 물 또는 고압증기의 적어도 1종을 시일매체로서 분출하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 보일러.
제 2항에 있어서,

상기 시일포트가 상기 확대부의 주위에 복수개 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 보일러.
제 1항에 있어서,

상기 오버 에어 포트의 출구의 확대부가 복수개의 수관으로 형성되어 있고, 상기 수관과 수관의 사이로부터 시일매체가 분출되도록 상기 시일매체 공급기구가 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 보일러.
제 1항에 있어서,

상기 시일매체 공급기구에 시일매체의 유량을 조절하기 위한 유량 조절장치 가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 보일러.
연료를 연소함과 동시에 2단 연소법을 채용하고 있는 보일러의 2단 연소용 오버 에어를 공급하는 오버 에어 포트로서, 출구에 확대부를 가지는 것에 있어서,

상기 확대부를 가스 또는 액체로 시일하는 시일매체 공급기구를 구비한 것을 특징으로 하는 오버 에어 포트.
제 10항에 있어서,

상기 시일매체 공급기구에 시일포트가 구비되고, 상기 시일포트가 상기 확대부로부터 시일매체가 공급되도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 오버 에어 포트.
제 11항에 있어서,

상기 시일매체가 상기 확대부를 따라 흐르도록 상기 시일 포트에 시일매체 분사구멍이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 오버 에어 포트.
제 12항에 있어서,

상기 확대부가 복수개의 수관으로 형성되어 있고, 상기 수관과 수관의 사이로부터 시일매체가 분출되도록 상기 시일매체 공급기구가 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 오버 에어 포트.
제 10항에 있어서,

상기 오버 에어가 축류로 공급되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 오버 에어 포트.
제 10항에 있어서,

상기 시일매체로서 오버 에어의 일부가 분기되어 공급되는 것을 특징으로 하는 오버 에어포트.
제 10항에 있어서,

상기 시일매체로서 보일러의 배기가스, 공기, 물 또는 고압증기의 적어도 1종이 공급되는 것을 특징으로 하는 오버 에어 포트.
제 10항에 있어서,

상기 시일매체 공급기구에 시일매체의 유량을 조절하기 위한 유량 조절장치가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 오버 에어 포트.
연소로내에 연료와 공기를 공급하여 연소시키는 연료버너와, 상기 연료버너의 하류측에 설치되어 직진하는 공기를 상기 연소로내에 공급하는 직진 공기노즐과 선회류로서 공기를 상기 연소로내에 공급하는 선회류 공기노즐과 축류로서 공기를 상기 연소로내에 공급하는 축류 공기노즐을 가지는 애프터 에어 노즐을 구비한 보일러설비에 있어서,

상기 연소로내의 질소산화물 농도 및 일산화탄소 농도를 측정하는 농도 측정수단과, 상기 농도 측정수단의 측정결과에 의거하여 상기 선회류 공기노즐과 상기 축류 공기노즐로부터의 공기공급량을 조정하는 유량 조정수단을 설치한 것을 특징으로 하는 보일러설비.
제 18항에 있어서,

상기 농도 측정수단은, 상기 연소로의 출구 근방에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 보일러설비.
연소로내에 연료와 공기를 공급하여 연소시키는 연료버너와, 상기 연료버너의 하류측에 설치되어 직진하는 공기를 상기 연소로내에 공급하는 직진 공기노즐과 선회류로서 공기를 상기 연소로내에 공급하는 선회류 공기노즐과 축류로서 공기를 상기 연소로내에 공급하는 축류 공기노즐을 가지는 애프터 에어 노즐을 구비한 보일러설비에 있어서,

상기 연소로내의 질소산화물 농도 및 일산화탄소 농도를 측정하는 제 1 농도측정수단을 상기 연소로의 출구 근방에 설치함과 동시에, 상기 제 1 농도 측정수단의 상류측으로부터 상기 애프터 에어 노즐의 하류측에 일산화탄소 농도를 측정하는 제 2농도 측정수단을 설치하고, 이들 제 1 및 제 2 농도 측정수단의 측정결과에 의 거하여 상기 선회류 공기노즐과 상기 축류 공기노즐의 유량을 조정하는 유량 조정수단을 설치한 것을 특징으로 하는 보일러설비.
연소로내에 연료버너로부터 연료와 공기를 공급하여 연소시킴과 동시에, 상기 연료버너에 의한 연소가스에, 선회류에 의한 공기와 축류에 의한 공기를 공급하여 연소시키도록 한 보일러설비의 운전방법에 있어서,

상기 연소로의 질소산화물 농도 및 일산화탄소 농도에 의하여 상기 선회류에 의한 공기와 축류에 의한 공기와의 공기 공급량을 조정하도록 한 것을 특징으로 하는 보일러설비의 운전방법.
제 21항에 있어서,

상기 연소로의 질소산화물 농도가 높은 경우, 상기 선회류에 의한 공기의 공기 공급량을 많게 하도록 한 것을 특징으로 하는 보일러설비의 운전방법.
제 21항에 있어서,

상기 연소로의 일산화탄소 농도가 높은 경우, 상기 축류에 의한 공기의 공기공급량을 많게 하도록 한 것을 특징으로 하는 보일러설비의 운전방법.
연소로내에 연료버너로부터 연료와 공기를 공급하여 연소시킴과 동시에, 상기 연료버너에 의한 불완전 연소가스에, 애프터 에어 노즐로부터의 선회류에 의한 공기와 축류에 의한 공기를 공급하여 연소시키도록 한 보일러설비의 운전방법에 있어서,

상기 연소로의 출구의 질소산화물 농도와 일산화탄소 농도 및 상기 연소로의 출구보다도 상류측에서 상기 애프터 에어 노즐의 하류측의 일산화탄소 농도에 의하여 상기 선회류에 의한 공기와 축류에 의한 공기의 공기공급량을 조정하도록 한 것을 특징으로 하는 보일러설비의 운전방법.
연소로내에 연료버너로부터 연료와 공기를 공급하여 연소시키고, 또한 상기 연료버너에 의한 불완전 연소가스의 유출방향에 대하여 직교하는 방향으로 복수로 병설되어 상기 불완전 연소가스에 선회류의 공기와 축류의 공기를 공급하여 연소시키도록한 애프터 에어 노즐을 구비한 보일러설비의 운전방법에 있어서,

상기 연소로의 질소산화물 농도가 높을 때는, 상기 애프터 에어 노즐의 병설방향 중심부로부터 끝부를 향하여 순서대로 선회류의 공기공급량을 증가시킴과 동시에 축류의 공기공급량을 감소시키고, 상기 연소로의 일산화탄소 농도가 높을 때는 상기 애프터 에어 노즐의 병설방향 끝부로부터 중심부를 향하여 순서대로 축류의 공기공급량을 증가시킴과 동시에 선회류의 공기공급량을 감소시키도록 조정하게 한 것을 특징으로 하는 보일러설비의 운전방법.
연소로내에 연료와 공기를 공급하여 연소시키는 연료버너와, 상기 연료버너의 하류측에 설치되어 선회류로서 공기를 공급하는 선회류 공기노즐과 축류로서 공 기를 공급하는 축류 공기노즐을 가지는 애프터 에어 노즐을 구비하고, 상기 선회류 공기노즐과 축류 공기노즐로부터의 공기공급량을 조정하는 보일러설비에 있어서,

상기 연소로내의 질소산화물 농도 및 일산화탄소 농도를 측정하는 농도 측정수단과, 상기 선회류 공기노즐과 상기 축류 공기노즐에 설치되어 각각의 공기공급량을 조정하는 공기유량 조정기구와, 이들 공기 조정기구를 구동하는 조정기구 구동수단과, 상기 농도 측정수단의 측정결과에 의거하여 상기 조정기구 구동수단에 구동지령을 부여하는 제어수단을 설치한 것을 특징으로 하는 보일러설비.
연소로내에 연료와 공기를 공급하여 연소시키는 연료버너와, 상기 연료버너의 하류측에 상기 연료버너에 의한 불완전 연소가스를 연소시키는 애프터 에어 노즐을 구비한 보일러설비에 있어서,

상기 애프터 에어 노즐에 축방향으로 직진하는 공기를 분사하는 제 1 공기노즐과, 상기 제 1 공기노즐로부터 분사된 공기와 상기 불완전 연소가스를 완만하게 혼합시키는 제 1 수단과, 상기 제 1 공기노즐로부터 분사된 공기와 상기 불완전 연소가스와의 혼합을 촉진시키는 제 2 수단을 설치하고, 상기 연소로내의 질소산화물 농도 및 일산화탄소 농도를 측정하는 농도 측정수단을 설치하고, 상기 농도 측정수단의 측정결과에 의거하여 상기 제 1 수단과 제 2 수단에 의한 공기공급량을 조정하는 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 보일러설비.
제 27항에 있어서,

상기 제 1 수단은, 선회류로서 공기를 공급하는 제 2 공기노즐이고, 상기 제 2 수단은, 축류로서 공기를 공급하는 제 3 공기노즐인 것을 특징으로 하는 보일러설비.
연소로내에 연료와 공기를 공급하여 연소시키는 연료버너와, 상기 연료버너에의한 불완전 연소가스의 유출방향에 대하여 직교하는 방향으로 복수로 병설되어 상기 불완전 연소가스에 선회류의 공기를 공급하여 연소시키도록 한 선회류 공기노즐을 가지는 애프터 에어 노즐을 구비한 보일러설비의 개수방법에 있어서,

상기 병설된 복수의 애프터 에어 노즐 중 끝부에 위치하는 애프터 에어 노즐에 상기 선회류 공기노즐과 동심으로 축류에 의한 공기를 공급하는 축류 공기노즐을 추가하고, 또한 선회류 공기노즐보다도 축류 공기노즐로부터의 공기공급량을 많아지게 설정한 것을 특징으로 하는 보일러설비의 개수방법.
연소로내에 공기부족의 상태에서 연료를 공급하여 연소시키는 연료버너와, 상기 연료버너에 의한 연소가스의 유출방향에 대하여 직교하는 방향으로 복수로 병설되어 상기 연소가스에 선회류의 공기를 공급하는 선회류 공기노즐을 가지는 애프터 에어 노즐을 구비한 보일러설비에 있어서,

상기 병설된 복수의 애프터 에어 노즐 중 끝부에 위치하는 애프터 에어 노즐에, 축류에 의한 공기를 공급하는 축류 공기노즐을 설치한 것을 특징으로 하는 보일러설비.
연소로내에 공기부족의 상태에서 연료를 공급하여 연소시키는 연료버너와, 상기 연료버너에 의한 연소가스의 유출방향에 대하여 직교하는 방향으로 복수로 병설되어 상기 연소가스에 선회류의 공기를 공급하는 선회류 공기노즐을 가지는 제 1 애프터 에어 노즐을 구비한 보일러설비에 있어서,

상기 제 1 애프터 에어 노즐의 병설방향 끝부에 인접하여, 선회류의 공기를 공급하는 선회류 공기노즐과 축류의 공기를 공급하는 축류 공기노즐을 가지는 제 2 애프터 에어 노즐을 병설한 것을 특징으로 하는 보일러설비.
직사각형 단면에 형성된 연소로내에 공기부족의 상태에서 연료를 공급하여 연소시키는 연료버너를, 상기 직사각형 단면의 대향하는 벽면에 연소가스 유출방향과 직교하는 방향으로 복수로 병설하여, 선회류의 공기를 상기 연소로내에 공급하는 선회류공기노즐을 가지는 제 1 애프터 에어 노즐을 상기 연료버너의 연소가스 하류측에서 연소가스의 유출방향에 대하여 직교하는 방향으로 상기 직사각형 단면의 대향하는 벽면에 복수로 병설한 보일러설비에 있어서,

상기 제 1 애프터 에어 노즐의 병설방향 끝부에 인접하여 선회류의 공기를 공급하는 선회류 공기노즐과 축류의 공기를 공급하는 축류 공기노즐을 가지는 제 2 애프터 에어 노즐을 병설함과 동시에, 병설된 끝부에 위치하는 상기 연료버너와 상기 연소버너의 병설방향 연장끝에 위치하는 연소로의 벽면과의 간격보다도, 상기 제 2 애프터 에어 노즐과 상기 제 1 애프터 에어 노즐의 병설방향 연장끝에 위치하 는 연소로의 벽면과의 간격을 작게 한 것을 특징으로 하는 보일러설비.
제 30항 내지 제 32항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 축류 공기노즐을 가지는 애프터 에어 노즐은, 다른 애프터 에어 노즐보다도 불완전 연소가스의 유출방향의 상류측에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 보일러설비.
제 30항 또는 제 31항에 있어서,

상기 축류 공기노즐을 가지는 애프터 에어 노즐은, 다른 애프터 에어 노즐보다도 불완전 연소가스의 유출방향의 하류측에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 보일러설비.
제 34항에 있어서,

상기 하류측에 위치하는 애프터 에어 노즐과 다른 애프터 에어 노즐과의 변위치수는, 다른 애프터 에어 노즐의 분출구경의 3배 이상인 것을 특징으로 하는 보일러설비.
노내에 버너에 의해 형성되는 이론공기비 이하의 불완전 연소영역에, 연소부족분의 공기를 공급하는 공기포트에 있어서,

공기흐름의 축방향의 속도성분과 중심을 향하는 속도성분을 포함하는 연소용 공기를 분출하는 노즐기구와, 상기 속도성분의 비를 바꾸는 기구를 구비하고,

상기 노즐기구는, 공기포트의 축방향으로 직진하는 1차 공기를 분출하는 1차 노즐과, 공기포트의 축방향으로 선회류를 따라 진행하는 2차 공기를 분출하는 2차 노즐과, 상기 1차 노즐의 바깥쪽으로부터 중심을 향한 공기를 3차 공기로서 상기 2차 노즐의 출구부에 분출되는 3차 노즐과, 상기 공기포트의 중심방향과 평행하고, 2차 공기와 3차 공기의 혼합공기를 노내에 분출하는 스로트를 가지고,

상기 속도성분의 비를 바꾸는 기구는, 상기 1차 공기, 2차 공기, 3차 공기의 유량비를 바꾸는 기구에 의하여 구성되고,

상기 공기포트의 출구부로서 상기 스로트의 내벽면을 따라 3차 공기의 흐름을 흘리기 위한 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 공기포트.
화석연료나 DME(디메틸에테르), 메탄올, 에탄올, 바이오매스 등의 신종 연료를 전소 또는 혼소하는 사업용 또는 산업용 보일러 또는 연소로로서, 2단 연소를 포함하는 다단 연소시스템 중 연소용 부족공기를 투입하는 애프터 에어포트에 있어서,

애프터 에어포트 출구부분에 있어서, 중심부분에 선회기능을 가지지 않은 1차 공기와, 그 바깥 둘레에 선회기능을 가지는 2차 공기와, 또한 그 주위에 선회기능을 가지지 않고 상기 애프터 에어포트의 중심을 향하여 각도를 가지게 하여 분출하는 3차 공기의 공기유로를 가지고, 상기 3차 공기의 공기유로보다 후류측에 상기 애프터 에어포트가 분출하는 공기를 노내에 흘리는 스로트를 가지고, 노의 내벽과 상기 스로트를 원추형의 모따기에 의한 경사부로 구성하고,

3차 공기유로로부터 상기 스로트에 걸쳐 3차 공기분류의 일부를 상기 스로트의 내표면을 따라 흘리기 위한 루버를 설치한 것을 특징으로 하는 애프터 에어포트.
제 37항에 있어서,

상기 스로트와 경사부와의 접속위치를 노의 외벽면보다 안쪽으로 한 것을 특징으로 하는 애프터 에어포트.