KR20080086492A

KR20080086492A - 미분탄 연소 보일러 및 미분탄 연소 방법

Info

Publication number: KR20080086492A
Application number: KR1020087016579A
Authority: KR
Inventors: 유끼 가미까와; 마사유끼 다니구찌; 히사유끼 오리따; 히로노부 고바야시; 아끼라 바바; 도시히꼬 미네; 신이찌로오 노무라; 노리유끼 오오야쯔; 사또시 다다꾸마; 히데히사 요시자꼬; 히로아끼 가네모또; 고오지 구라마시; 아끼히또 오리이; 신지 쯔다; 히로후미 오까자끼; 다까노리 야노; 가쯔미 시모히라
Original assignee: 바브콕-히다찌 가부시끼가이샤
Priority date: 2006-01-11
Filing date: 2007-01-10
Publication date: 2008-09-25
Also published as: KR101421744B1; ZA200806265B; AU2007205567B2; CN101371077B; PL1975509T3; JP5028278B2; EP1975509B1; AU2007205567C1; EP1975509A4; US8505472B2; JP2012122720A; WO2007080873A1; US20130255547A1; JPWO2007080873A1; AU2007205567A1; US20100224108A1; JP5374602B2; EP1975509A1; CA2636631C; CA2636631A1

Abstract

본 발명의 목적은, 화로 중앙부 및 화로벽 근방으로 효율적으로 공기를 공급함으로써 연소 가스와의 혼합을 촉진하여, NOx와 CO를 함께 저감할 수 있도록 한 미분탄 연소 보일러를 제공하는 것이다. 본 발명은, 상기 주 애프터 에어포트는 화로 중앙부에 도달 가능한 운동량이 큰 공기를 분출하도록 구성하고, 상기 부 애프터 에어포트는 화로 벽면 근방으로 운동량이 작은 공기를 분출하는 구성으로서, 상기 부 애프터 에어포트의 단면 중심이, 상기 주 애프터 에어포트의 단면 중심으로부터 주 애프터 에어포트 구경의 1배 이상 5배 이하의 범위에 있는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 화로 중앙부 및 화로벽 근방으로 효율적으로 공기를 공급함으로써 연소 가스와의 혼합을 촉진하여, NOx와 CO를 함께 저감할 수 있게 한 미분탄 연소 보일러를 제공할 수 있다.

연소 가스, 혼합, 화로벽, 화로 중앙부, 공기

Description

미분탄 연소 보일러 및 미분탄 연소 방법 {PULVERIZED COAL-FIRED BOILER AND PULVERIZED COAL COMBUSTION METHOD}

본 발명은 미분탄 연소 보일러 및 미분탄 연소 방법에 관한 것이다.

미분탄 연소 보일러에서는 질소 산화물(NOx) 농도 저감이 요구되고 있으며, 이 요구에 응하기 위하여 2단 연소법이 적용되고 있다. 이 방법은, 연료를 공기 부족의 상태로 연소시킨 후, 완전 연소용의 공기를 애프터 에어포트로부터 공급하는 방법이다.

애프터 에어포트에는 공기의 혼합과 연소 상태의 개선을 위해 몇개의 구조가 제안되고 있다. 그 하나로서 애프터 에어포트를 주 애프터 에어포트와 부 애프터 에어포트에 의해 구성하고, 주 애프터 에어포트 사이에 부 애프터 에어포트를 배치한 것이 알려져 있다(예를 들어, 특허 문헌1, 2 참조).

또한, 애프터 에어포트를 상류측과 하류측의 2단으로 배치하고, 공기 유량과 분류의 방향 등을 제어하도록 한 기술이 개시되어 있다(예를 들어, 특허 문헌3, 4 참조).

특허 문헌1 : 일본 특허 공개평5-18510호 공보(요약)

특허 문헌2 : 일본 특허 공개 제2002-243112호 공보(요약)

특허 문헌3 : 일본 특허 공개평1-150707호 공보

특허 문헌4 : 일본 특허 공개평9-126415호 공보

특허 문헌1 및 특허 문헌2에는 NOx 저감과 함께 미연소분을 저감할 수 있는 것이 기재되어 있다.

특히, 일본 특허 공개평9-126415호 공보에는 미분탄 연소 보일러로 애프터 에어 공기를 공급하는 주 애프터 에어포트와 부 애프터 에어포트의 배치를 연구하여, 부 애프터 에어포트를 주 애프터 에어포트의 상류측이면서 인접하는 주 애프터 에어포트의 정확히 중간이 되는 위치에 배치한 구조가 개시되어 있다.

상기 미분탄 연소 보일러의 애프터 에어포트의 배치 구조에서는, 부 애프터 에어포트로부터 공급하는 부 애프터 에어 공기에 의해 화로 내의 미연소 성분과 혼합시켜, 산화 영역에 의해 일산화탄소(CO)를 저감할 수 있다.

그렇지만 상기 구조의 미분탄 연소 보일러에서는 화로 내의 미연소 성분의 연소에 수반하여 연소 온도가 상승하므로, 발생하는 NOx의 농도가 급상승하여 버린다는 문제가 있다.

본 발명의 목적은, 화로 중앙부 및 화로벽 근방으로 효율적으로 공기를 공급함으로써 연소 가스와의 혼합을 촉진하여, NOx와 CO를 함께 저감할 수 있게 한 미분탄 연소 보일러를 제공하는 것이다.

본 발명은, 상기 주 애프터 에어포트는 화로 중앙부로 도달 가능한 운동량의 큰 공기를 분출하도록 구성하고, 상기 부 애프터 에어포트는 화로 벽면 근방에 운동량이 작은 공기를 분출하는 구성으로서, 상기 부 애프터 에어포트의 단면 중심이, 상기 주 애프터 에어포트의 단면 중심으로부터 주 애프터 에어포트 구경의 1배 이상 5배 이하의 범위에 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은, 상기 화로의 상류측의 대향하는 벽면에 공급 공기량이 많은 주 애프터 에어포트와 공급 공기량이 적은 부 애프터 에어포트를 각각 복수개 설치하고, 주 애프터 에어포트 구경의 1배 이상 5배 이하의 범위에 부 애프터 에어포트를 배치하고, 주 애프터 에어포트로부터 분출되는 공기의 운동량을 부 애프터 에어포트로부터 분출되는 공기의 운동량보다도 많게 한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 화로 중앙부 및 화로벽 근방으로 효율적으로 공기를 공급함으로써 연소 가스와의 혼합을 촉진하여, NOx와 CO를 모두 저감할 수 있게 한 미분탄 연소 보일러를 제공할 수 있다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 의한 미분탄 보일러의 개략 구성과, 공기 및 미분탄의 공급 계통을 도시한 도면.

도2는 도1의 A-A 단면도.

도3은 도2의 B-B 단면도.

도4는 주 애프터 에어포트의 일 실시예를 도시한 단면도.

도5는 애프터 에어포트의 다른 실시예를 도시한 것으로, 도1의 A-A 단면에 상당하는 도면.

도6은 도5의 C-C 단면도.

도7은 애프터 에어포트의 또한 다른 실시예를 도시하는 것이며, 도1의 A-A 단면에 상당하는 도면.

도8은 부 애프터 에어포트의 구조의 일례를 도시하는 단면도.

도9는 주 애프터 에어포트의 다른 실시예를 도시한 단면도.

도10은 다른 실시예에 의한 주 애프터 에어포트의 단면도.

도11은 주 애프터 에어포트의 또 다른 실시예를 도시하는 단면도.

도12는 제어기에 의해 행해지는 애프터 에어 유량의 제어예를 도시한 블록도.

도13은 실시예8에 있어서의 버너 및 애프터 에어포트의 배치를 도시한 도면.

도14는 애프터 에어의 전체 유량에 대한 주 애프터 에어포트의 유량 비율과 화로 출구의 CO 농도의 관계를 도시한 도면.

도15는 부 애프터 에어포트의 위치와 분출 방향을 도시한 도면.

도16은 주 애프터 에어포트의 에어포트 구조를 도시한 도면.

도17은 실시예9에 있어서의 버너 및 애프터 에어포트의 배치를 도시한 도면.

도18은 본 발명의 일 실시예에 의한 미분탄 보일러의 개략 구성과, 공기 및 미분탄의 공급 계통을 도시한 도면.

도19는 본 발명의 일 실시예에 의한 화로 앞벽측에서 본 보일러의 구성도.

도20은 본 발명의 일 실시예에 의한 화로 앞벽측에서 본 가스의 혼합 상태를 도시하는 도면.

도21은 본 발명의 일 실시예에 의한 미분탄 연소 보일러의 가스의 혼합 상태 를 도시한 도면.

도22는 도19의 A-A' 단면도.

도23은 도19의 B-B' 단면도.

도24는 부 애프터 에어포트의 다른 실시예를 도시한 단면도.

도25는 본 발명의 일 실시예에 의한 화로 앞벽측에서 본 보일러의 구성도.

도26은 본 발명의 일 실시예에 의한 화로 앞벽측에서 본 가스의 혼합 상태를 도시하는 도면.

도27은 본 발명의 일 실시예에 의한 화로 앞벽측에서 본 보일러의 구성도.

도28은 본 발명의 일 실시예에 의한 화로 앞벽측에서 본 가스의 혼합 상태를 도시하는 도면.

도29는 본 발명의 일 실시예에 의한 화로 앞벽측에서 본 보일러의 구성도.

도30은 본 발명의 일 실시예에 의한 미분탄 보일러의 개략 구성과, 공기 및 미분탄의 공급 계통을 도시한 도면.

도31은 제어 장치에서 행해지는 버너용 2차, 3차 공기 유량의 제어예를 도시한 블록도.

도32는 제어 장치에서 행해지는 애프터 에어 공기 유량의 제어예를 도시한 블록도.

도33은 제어 장치에서 행해지는 주 애프터 에어 공기 유량의 제어예를 도시한 블록도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 윈도우 박스 외통

2 : 축류 부재

3 : 축류부

4 : 분출구

5 : 윈도우 박스 개구부

7 : 축류부의 최소 유로 면적을 규정하는 부재

9 : 축류부의 최소 유로 면적을 규정하는 부재의 지지재

11 : 슬라이드 링

13 : 윈도우 박스 외벽

23 : 화로 내 연소 공간

24 : 댐퍼

26 : 1차 노즐

27 : 2차 노즐

28 : 3차 노즐

37 : 주 애프터 에어포트

38 : 부 애프터 에어포트

39 : 구획판

40 : 주 애프터 에어 유량 조정 기구

41 : 부 애프터 에어 유량 조정 기구

42, 43, 44 : 공기 유량 배분 조정 기구

45 : 화로 앞벽

46 : 화로 뒷벽

48 : 화로 측벽

49 : 화로 천장

50 : 노즈

51 : 연소 후의 기체

52 : 버너

53 : 공기 부족의 화염

54 : 버너용 윈도우 박스

55 : 애프터 에어 공기

57 : 연소용 공기

59 : 급탄량 검출기

60 : 유량 검출기

61 : 제어기

63 : 애프터 에어 공기 유량

100 : 화로

분출된 공기가 애프터 에어포트 중심축 방향을 향하여 흐르도록 한 축류형(縮流型) 구조의 주 애프터 에어포트는 NOx와 CO의 동시 저감에 매우 유효하다. 분출된 공기가 애프터 에어포트 중심축과 평행 방향으로 흐르도록 한 직진형 구조 의 부 애프터 에어포트는 주 애프터 에어포트에 의해 공기를 혼합할 수 없는 벽측 부분의 연소 가스에 공기를 혼합하여 C0를 저감하는데 효과가 있다. 직진형의 부 애프터 에어포트로부터 분출된 공기는, 화로의 벽으로부터 노 내 중심을 향하는 유속의 감쇠가 빠르기 때문에, 화로의 중심부까지 공기가 도달하기 어렵다. 따라서, 화로 중심의 고온 영역에서 서멀 NOx가 발생하는 일없이, 벽측의 가스의 혼합을 촉진하여 CO를 저감할 수 있다. 부 애프터 에어포트를 축류형 구조로 하면, 유속은 감쇠하기 어려워져 화로 중심부까지 공기가 도달하기 때문에 서멀 NOx가 발생하기 쉽다.

또한, 주 애프터 에어포트, 또는 주 애프터 에어포트와 부 애프터 에어포트의 양 쪽에 공기 유량을 제어하는 댐퍼가 설치되는 것이 바람직하다. 댐퍼를 설치하면, 공기 유량을 미세 조정하는 것이 가능하기 때문에 공기 공급의 변동이 적어 효율적으로 공기를 혼합할 수 있다.

또한, 윈도우 박스 내에 구획판을 설치하여, 주 애프터 에어포트의 공기 유로와 부 애프터 에어포트의 공기 유로를 분할하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 주 애프터 에어포트 및 부 애프터 에어포트마다 공기 유량을 조정할 수 있다.

본 발명에서는, 애프터 에어 유량을 제어하는 제어기를 설치하고, 화로 앞벽의 버너와 뒷벽의 버너로 공급하는 미분탄량을 판정하여 앞벽과 뒷벽의 급탄량비를 계산하고, 그것에 기초하여 앞벽과 뒷벽의 애프터 에어 유량을 계산하여, 주 애프터 에어포트와 부 애프터 에어포트로 공급되는 공기 유량의 배분을 결정하는 것이 바람직하다. 또한, 화로 앞벽 또는 뒷벽에 휴지(休止) 버너가 있을 경우에는 휴지 버너가 있는 쪽의 애프터 에어포트로 공급하는 공기 유량을, 다른 쪽의 애프터 에어포트로 공급하는 공기 유량보다도 낮게 설정하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 버너의 가동 조건에 따라 애프터 에어 유량을 제어함으로써 효과적으로 NOx와 CO를 저감할 수 있다.

본 발명에 있어서는, 주 애프터 에어포트는 화로 중앙부로 도달 가능한 운동량이 큰 공기를 분출하도록 구성하고, 상기 부 애프터 에어포트는 화로 벽면 근방에 운동량이 작은 공기를 분출하는 구성으로서, 부 애프터 에어포트의 단면 중심부터 주 애프터 에어포트의 단면 중심까지의 거리가 주 애프터 에어포트 구경의 1배 이상 5배 이하로 되도록 부 애프터 에어포트를 설치하는 것이 바람직하다.

부 애프터 에어포트를 주 애프터 에어포트의 상류측에 배치한 경우에는 부 애프터 에어포트로부터 부 애프터 에어 공기를 공급함으로써 화로 상류로부터의 연소 가스가 괴는, 즉 화로벽 근방의 연소 가스의 상승 유속이 약해진다. 이로 인해, 주 애프터 에어포트로부터 공급되는 주 애프터 에어 공기의 흐름이 화로벽 근방에서 연소 가스에 의해 흐트러지는 일없이, 화로 중앙에 공급할 수 있다.

또한, 부 애프터 에어포트를 주 애프터 에어포트의 하류측에 배치한 경우, 화로 상류로부터의 연소 가스는 주 애프터 에어포트의 분류(噴流)와 혼합되나, 일부는 주 애프터 에어포트의 사이로부터 빠져나간다. 빠져나간 미연소 가스는, 주 애프터 에어포트의 하류에서는 미연소 가스의 상승 유속이 약해져 괴어 있다. 그로 인해, 이 괸 영역에서 부 애프터 에어포트로부터 부 애프터 에어 공기를 공급하면, 화로벽 근방에서 연소 가스와 공기의 혼합을 촉진시킬 수 있다.

반대로 부 애프터 에어포트의 단면 중심 위치가, 주 애프터 에어포트의 구경의 5배 이상의 길이로 되도록 부 애프터 에어포트를 주 애프터 에어포트의 상류측에 설치하면, 부 애프터 에어 공기와 연소 가스에 의한 굄 효과를 충분히 얻을 수 없게 된다. 또한, 주 애프터 에어포트의 구경의 5배 이상의 길이로 되도록 부 애프터 에어포트를 주 애프터 에어포트의 하류측에 설치하면, 주 애프터 에어 공기와 연소 가스의 굄 영역에 부 애프터 에어 공기를 공급할 수 없게 되기 때문에 혼합은 촉진되지 않는다. 또한, 부 애프터 에어포트의 단면 중심 위치가, 주 애프터 에어포트의 구경의 1배 이하의 길이로 되도록 부 애프터 에어포트를 설치하면, 부 애프터 에어 공기가 주 애프터 에어 공기에 말려들기 때문에 상술한 효과는 얻을 수 없다.

본 발명에서는, 주 애프터 에어포트로부터 공급되는 주 애프터 에어 공기의 운동량은, 부 애프터 에어포트로부터 공급되는 부 애프터 에어 공기의 운동량에 대하여, 3 내지 20배의 범위로 되도록 하는 것이 바람직하다. 주 애프터 에어 공기의 운동량이 부 애프터 에어 공기의 운동량의 3배보다 작으면 부 애프터 에어 공기의 운동량이 커지기 때문에 화로벽 근방의 미연소 성분에 효율적으로 공기를 혼합할 수 없게 된다. 또한 주 애프터 에어 공기의 운동량이 작아지기 때문에 화로 중앙부까지 공기를 도달할 수 없게 된다. 한편 주 애프터 에어 공기의 운동량이 부 애프터 에어 공기의 운동량의 20배보다 커지면 부 애프터 에어 공기의 운동량, 특히 유량이 너무 작기 때문에 화로벽 근방의 미연소 성분의 연소에 필요한 공기를 공급할 수 없게 된다.

또한 본 발명에서는 주 애프터 에어포트는 출구의 공기 분출구를 향하여 유로 외경이 축소되는 축류부를 갖고, 분출되는 공기가 주 애프터 에어포트 중심축 방향을 향하여 흐르도록 하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 주 애프터 에어 공기의 운동량이 증가하여 화로 중심부까지 분류가 도달하여 혼합이 촉진되기 때문에 NOx와 CO의 동시 저감에 매우 유효하다.

또한 부 애프터 에어포트는 부 애프터 에어 공기를 화로 내부로 분출하는 공기 분출구를 향하여 확대되는 구조를 갖고, 동심축 상의 다중관 구조로 형성되고, 중앙에 있는 유로로부터 직진류를 분출하고, 그 외주로부터는 선회류를 공급하도록 하는 것이 바람직하다. 부 애프터 에어포트로부터 분출된 공기가 애프터 에어포트 중심축과 평행 방향으로 흐르거나, 또는 선회류가 발생하도록 하면, 주 애프터 에어포트에 의해 공기를 혼합할 수 없는 벽측 부분의 연소 가스에 공기를 혼합하여, CO을 저감하는데 효과가 있다. 직진형 또는 선회형의 부 애프터 에어포트로부터 분출된 공기는 화로의 벽으로부터 노 내 중심을 향하는 유속의 감쇠가 빠르기 때문에, 화로의 중심부까지 공기가 도달하기 어렵다. 따라서, 화로 중앙의 고온 영역에서 서멀 NOx가 발생하는 일없이, 벽측의 가스의 혼합을 촉진하여 CO를 저감할 수 있다.

또한 본 발명에서는, 주 애프터 에어포트는 분출되는 공기가 주 애프터 에어포트 중심축 방향을 향하여 흐르도록 구성하고, 부 애프터 에어포트는 부 애프터 에어포트 중심축과 평행 방향으로 직진류를 분출하고, 그 외주로부터 선회류를 분출하는 구성으로 하면 NOx, CO의 저감에 특히 효과적이다. 이렇게 하면, 화로 중 앙을 향하는 주 애프터 에어 공기의 운동량이 증가하여, 화로 중앙으로 공기를 효율적으로 공급할 수 있을 뿐만 아니라, 부 애프터 에어 공기는 선회에 의해 벽 근방의 미연소 성분과 효과적으로 혼합할 수 있다.

또한 본 발명에서는, 주 애프터 에어포트와 부 애프터 에어포트를 화로 벽면에 설치되어 외부로부터 애프터 에어 공기가 공급되는 공통의 윈도우 박스의 내부에 각각 배치하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 애프터 에어포트 공기의 유량을 저유량(저부하)부터 고유량(고부하)까지 1개의 밸브로 제어 가능하게 된다. 특히 주 애프터 에어포트는 축류부를 갖는 구조, 부 애프터 에어포트는 선회류를 공급할 수 있는 구조이며，아울러 압력 손실이 높기 때문에, 공기 유량의 제어가 용이해진다. 또한 윈도우 박스를 공통으로 하면, 구조가 간소화되어 제작이 용이해져, 새롭게 주 혹은 부 애프터 에어포트를 추가할 때에도 설치가 용이하다.

또한 주 애프터 에어포트의 1개와 부 애프터 에어포트의 1개를 1조로 하여, 적어도 1조를 동일한 윈도우 박스에 접속하고, 상기 윈도우 박스의 복수개를 화로 벽면에 일 방향으로 배열하여 설치해도 된다. 이렇게 하면, 주 애프터 에어 공기와 부 애프터 에어 공기의 운동량의 비율을 바꾸는 일없이, 화로의 중앙부와 화로 측벽부에서 분출하는 애프터 에어 공기의 유량을 조정할 수 있기 때문에, 연소 가스가 많은 부분에 효율적으로 공기를 혼합할 수 있게 된다.

또한 본 발명에서는, 최하류단 버너와 주 애프터 에어포트의 거리를 X, 주 애프터 에어포트와 화로 하류에 있는 열 교환기 저면까지의 거리를 Y로 하면, X/(X+Y)가 0.3 내지 0.6인 범위에 주 애프터 에어포트를 배치하는 것이 바람직하 다. 주 애프터 에어포트의 설치 위치가 X/(X+Y)<O.3가 되면 환원 영역이 감소하기 때문에 NOx 발생량이 증가한다. 또한 X/(X+Y)>0.6보다 커지면 주 및 부 애프터 에어 공기 투입 후의 체류 시간이 감소되어 혼합이 불충분하게 되기 때문에, 미연소 성분이 많아진다.

또한 본 발명에서는, 주 애프터 에어포트의 구경은 화로 중앙측에 비교하여 측벽측이 작아지도록 배치하는 것이 바람직하다. 화로 중앙부 근방에서는 화로 상류로부터 흘러오는 미연소 가스의 상승 속도가 특히 커진다. 따라서, 측벽측의 주 애프터 에어포트의 구경을 작게 하면, 화로 중앙부측으로 공급되는 공기의 운동량이 측벽측에 비교하여 커지기 때문에, 화로 중앙부측에 잔류하는 미연소 성분과의 혼합이 촉진된다.

또한 본 발명에서는, 주 애프터 에어포트와 부 애프터 에어포트를 화로 벽면에 설치되어 외부로부터 애프터 에어 공기가 공급되는 공통의 윈도우 박스의 내부에 각각 배치하고, 애프터 에어 공기를 공급하는 애프터 에어 공기 공급 덕트로 공기 유량 조정 기구를 구비한다. 그리고, 버너로 연소용의 2차, 3차 공기를 공급하는 2차, 3차 공기 공급 덕트에, 각 버너에 독립적으로 공기를 각각 공급할 수 있게 공기 유량 조정 기구를 배치하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 애프터 에어포트로 공급하는 공기와 버너로 공급하는 공기의 비율을 일정하게 한 상태로 버너의 2차, 3차 공기 유량을 미세 조정하는 것이 가능하게 되어, 버너의 연소 상태에 따라 효율적으로 공기를 공급할 수 있게 된다. 이 때문에 버너부에서 발생하는 NOx를 항상 최소로 유지하는 동시에, 주 애프터 에어의 공기 분출 조건을 NOx와 CO의 통 합 성능이 최적이 되도록 유지할 수 있다.

또한 주 애프터 에어포트의 1개와 부 애프터 에어포트의 1개를 1조로 하여, 적어도 1조를 동일한 윈도우 박스에 접속하고, 상기 윈도우 박스의 복수개를 화로 벽면에 일 방향으로 배열하여 설치하고, 애프터 에어 공기를 공급하는 애프터 에어 공기 공급 덕트에 공기 유량 조정 기구를 구비하고, 버너로 연소용의 2차, 3차 공기를 공급하는 2차, 3차 공기 공급 덕트에, 각 버너에 독립적으로 공기를 각각 공급할 수 있게 공기 유량 조정 기구를 배치할 수도 있다. 이렇게 하면 버너의 2차, 3차 공기 유량을 미조정할 수 있고, 또한 주 애프터 에어 공기와 부 애프터 에어 공기의 운동량의 비율을 바꾸는 일없이, 화로의 중앙부와 화로 측벽부에서 분출하는 애프터 에어 공기의 유량을 조정할 수 있기 때문에, 버너의 연소 상태에 따라 특히 효율적으로 공기를 공급할 수 있게 된다.

또한 본 발명에 있어서는, 복수의 버너로 반송되는 연료의 미분탄량을 계측하는 미분탄 유량계를, 버너로 미분탄을 반송하는 유로에 설치하고, 이 미분탄 유량계에 의해 계측한 미분탄량에 기초하여 버너로 공급하는 연소용의 2차, 3차 공기량을 조절하는 제어기가 구비되어 있는 것이 바람직하다. 미분탄 유량계를 설치하면, 미분탄 공급량의 편차에 따라 공기를 공급하는 것이 가능하게 된다. 또한 제어기를 설치하여 미분탄 공급량에 따라 버너 2차, 3차 공기 유량을 제어함으로써, 효과적으로 NOx와 CO를 저감할 수 있다.

또한, 복수의 버너로 반송되는 연료의 미분탄량을 계측하는 미분탄 유량계를, 상기 버너로 미분탄을 반송하는 유로에 설치하고, 이 미분탄 유량계에 의해 계 측한 미분탄량에 기초하여 주 및 부 애프터 에어포트로 공급하는 애프터 에어 공기량을 조절하는 제어기를 구비할 수도 있다. 미분탄 유량계를 설치하면, 미분탄 공급량의 편차에 따라 공기를 공급하는 것이 가능하게 된다. 또한 제어기를 설치하여 미분탄 공급량에 따라 애프터 에어 공기 유량을 제어함으로써, 효과적으로 NOx와 CO를 저감할 수 있다.

본 발명은, 화로의 연소 공간에서의 산소 농도를 검출하는 복수의 산소 농도 검출기와, 산소 농도 검출기로부터의 신호에 기초하여 복수의 주 애프터 에어포트와 부 애프터 에어포트의 공기 유량을 개별적으로 조정하는 제어 장치를 구비하고, 복수의 산소 농도 검출기로부터의 신호에 의해 주 애프터 에어포트의 공기 유량과, 부 애프터 에어포트의 공기 유량을 제어하는 것이 바람직하다. 화로 중앙부의 산소 농도가 낮을 때는 주 애프터 에어 공기를 증가시키기 위하여 부 애프터 에어 공기량을 감소시키고, 화로 측벽부의 산소 농도가 낮을 때는 부 애프터 에어 공기를 증가시키기 위하여 주 애프터 에어 공기량을 감소시킨다. 이렇게 하면, 버너의 연소 조건을 일정하게 한 상태로 공기 유량을 제어할 수 있기 때문에, 버너부에서 발생하는 NOx를 최소로 유지할 수 있다.

이하, 도면을 이용하여 설명하나, 본 발명은 이하의 구조에 한정되는 것은 아니다.

실시예1

도1은 본 발명에 관한 미분탄 연소 보일러의 개략 구성도이다. 화로(100)의 벽면은 상부의 화로 천장(49), 하부의 호퍼(47), 측방의 화로 앞벽(45), 화로 뒷 벽(46), 및 화로 측벽(48)(도2에 기재)으로 둘러싸여, 각각의 벽면에는 도시하지 않은 수관(水管)이 설치된다. 이 수관에 의해, 화로 내 연소 공간(23)에서 발생된 연소열의 일부가 흡수된다. 화로 내 연소 공간(23)에서 생성한 연소 기체는 하방으로부터 상방으로 흐르고, 연소 후의 기체(51)가 되어 배출된다. 연소 후의 기체(51)는 도시하지 않은 후방부 전열부를 지나, 여기에서 기체 중에 포함되는 열이 재차 회수된다.

화로의 하부에는 버너(52)가 설치되고, 여기서 공기 부족의 화염(53)이 형성된다. 버너는 통상 화로의 앞벽과 뒷벽에 대향하도록 각각 복수개 설치된다. 석탄은 도시하지 않은 분쇄기로, 약 150㎛ 이하로 분쇄한 후, 공기로 반송되어, 버너용 1차 공기와 미분탄(58)은 버너(52)로부터 화로 내로 분출된다. 버너용 2차, 3차 공기(56)도 동시에, 버너용 윈도우 박스(버너용 2차, 3차 공기 공급 덕트)(54)를 거쳐 버너로부터 분출된다.

버너의 상방에는 주 애프터 에어포트(37)가 설치된다. 주 애프터 에어포트와 동일한 높이에 부 애프터 에어포트(38)(도2에 기재)가 설치된다. 주 및 부 애프터 에어포트도 통상 화로의 앞벽과 뒷벽에 각각 복수개 설치된다. 주 애프터 에어포트(37)의 구조는 분출구 부근에서 공기의 흐름이 주 애프터 에어포트 중심축 방향을 향하도록 구성된 축류형의 구조이다. 구조의 상세한 것은 후술한다. 버너부에서 형성된 공기 부족의 화염(53)으로부터 발생한 CO 등의 미연소 성분의 대부분은, 주 애프터 에어의 공기와 혼합됨으로써 완전 연소(산화)된다. 단, 미연소 성분과 주 애프터 에어 공기의 혼합 시에 NOx(주로 서멀 NOx)도 발생한다. NOx의 발생량은 주 애프터 에어 공기의 유속(축류부의 최대 유속)과 관련이 있어, 주 애프터 에어 공기의 유속의 조정이 중요하다. 또한, 주 애프터 에어 공기의 분출 조건을 NOx가 낮아지도록 설정하면 산화가 불충분해져 CO가 발생하기 쉬워지는 경향이 있으므로, NOx와 CO의 성능 밸런스에 유의하며 주 애프터 에어 공기의 분출 조건을 설정할 필요가 있다.

연소용 공기(57)는 공기 유량 배분 조정 기구(42)에 의해, 버너용 2차, 3차 공기(56)와 애프터 에어 공기(55)로 배분된다. 애프터 에어 공기(55)는 공기 유량 배분 조정 기구(43)에 의해, 앞벽측의 애프터 에어포트로 흐르는 공기와 뒷벽측의 애프터 에어포트로 흐르는 공기로 배분된다. 앞벽측의 애프터 에어포트와 뒷벽측의 애프터 에어포트의 공기 유량은, 휴지 버너의 위치에 따라 제어기(61)에 의해 설정된 애프터 에어 공기 유량 설정값으로 제어된다. 제어기(61)에는 급탄량 검출기(59)에 의해 검출된 밀 급탄량(62)과, 애프터 에어 공기 유량 검출기(60)에 의해 검출된 애프터 에어 공기 유량(63)이 입력된다. 제어기(61)에서는 휴지 버너가 화로 앞벽측에 있을 경우에 밀 급탄량(62)에 기초하여 화로 앞벽에 있는 애프터 에어 공기 유량 설정값을 낮게 설정하여 애프터 에어 공기 유량(63)을 조정할 수 있다.

화로 뒷벽(46)의 상부에는 노즈(50)가 설치되는 경우가 많다. 이 노즈(50)의 영향에 의해 주 애프터 에어포트(37) 둘레의 연소 기체의 흐름은 비대칭이 된다. 앞벽측과 뒷벽측으로 흐르는 애프터 에어 공기의 배분을 조정함으로써 비대칭한 흐름장에서도 NOx와 CO를 저감할 수 있다.

애프터 에어 공기(55)는, 또한 주 애프터 에어 공기 유량 조정 기구(40)와 부 애프터 에어 공기 유량 조정 기구(41)에 의해 주 및 부 애프터 에어로부터 공급하는 공기량을 조정한다. 이에 의해, 주 애프터 에어 공기의 분출 유속(축류부의 최대 유속)과 부 애프터 에어 공기의 분출 유속을 조정할 수 있다. 주 애프터 에어 공기의 분출 유속이 너무 높을 때에는 부 애프터 에어 공기량을 늘리고, 분출 유속이 너무 낮을 때에는 반대로 한다. 부 애프터 에어 공기는 주 애프터 에어포트의 사이로부터 분출되기 때문에, 노 내에서 연료가 지나치게 존재하여 공기 부족이 되는 가스와, 공기의 혼합이 촉진되어, 효율적으로 CO를 저감할 수 있다. 한편, 부 애프터 에어 공기는 유량이 적으므로, NOx(서멀 NOx) 발생에 끼치는 영향은 작다. 또한, 부 애프터 에어를 이용하여 주 애프터 에어 공기량을 조정할 수 있으므로, 버너로 공급되는 2차, 3차 공기 유량은 항상 일정하게 할 수 있다. 이것은, 버너부에서 형성되는 공기 부족의 화염(53)의 연소 조건을, 여기에서의 NOx 발생량이 가장 적어지는 최적 조건으로 항상 운용할 수 있는 것을 의미한다.

이 결과, 버너부에서 발생하는 NOx를 항상 최소로 유지하는 동시에, 주 애프터 에어의 공기 분출 조건을 NOx와 CO의 통합 성능이 최적이 되도록 유지할 수 있다.

또한, 버너로 공급되는 2차, 3차 공기(56)도 애프터 에어 공기(55)와 마찬가지로, 공기 유량 배분 조정 기구(44)에 의해 앞벽측의 버너로 흐르는 공기와 뒷벽측의 버너로 흐르는 공기로 배분된다.

도2는 주/부 애프터 에어포트 배치의 일례로서, 도1의 A-A 단면도이다. 도3은 도2의 B-B 단면을 연소 공간측에서 본 도면이다. 주 애프터 에어포트(37)는 통 상 연소 기체의 흐름과 직각으로 복수 배치되고, 화로 앞벽(45)측과 화로 뒷벽(46)측에 동수 배치된다. 부 애프터 에어포트(38)는 주 애프터 에어포트(37)와 동일한 윈도우 박스에 배치된다. 부 애프터 에어포트(38)의 가장 단순한 배치 방법은 주 애프터 에어포트(37)의 사이에 교대로 배치하는 것이다. 주 애프터 에어 공기와 부 애프터 에어 공기의 유로는 구획판(39)에 의해 분할되어, 주 애프터 에어 공기 조정 기구(40)와 부 애프터 에어 공기 조정 기구(41)에 의해 각각의 유로로 흐르는 공기의 양이 조정된다.

도4는 주 애프터 에어포트의 상세 구조의 일례이다. 노즐의 기본 구조는, 분류 중심축(8)을 대칭축으로 한 원통형이다. 노즐은 윈도우 박스 외통(1)으로 둘러싸여 있고, 윈도우 박스 개구부(5)로부터 연소용의 공기가 유입된다. 공기는 화살표(6)를 따라 흘러 분출구(4)로부터 화로 내 연소 공간(23)으로 분출된다. 분출된 공기는 화로 내 연소 공간(23)에서 가연 가스와 혼합되어 가연 가스를 연소시킨다. 분출구(4)의 주위에는 수관(14)이 설치되어 있다. 애프터 에어포트의 분출구(4)측에는 축류 부재(2)를 설치한다. 축류 부재(2)는 분출구(4)측을 향하여 점차로 구경이 작아지는 구조이다. 이 축류 부재(2)에 의해, 공기의 흐름(6)에는 노즐 중심축을 향하는 속도 성분이 부여되어 축류부(3)가 형성된다. 축류부(3)의 입구 가까이에 축류부의 최소 유로 면적을 규정하는 부재(7)를 설치한다. 축류부에서의 공기의 유속은, 축류부에서 가장 개구 면적이 작아지는 부분의 면적으로 규정된다. 도4의 구성에서는, 축류부의 최소 유로 면적을 규정하는 부재(7)의 선단부에서 축류부의 유속이 최대가 된다. 도4의 축류부의 최소 유로 면적을 규정하는 부재(7)는 분출구(4)를 향하여 외경이 점차로 작아지는 구성으로 했다. 축류부(3) 내에서의 흐름의 흐트러짐을 적게 하기 위해서이다. 흐트러짐을 적게 함으로써 NOx의 급격한 증가를 억제할 수 있다. 단, 기타 구조에서도 본 발명의 목적을 달성하는 것이 가능하다. 축류부의 최소 유로 면적을 규정하는 부재(7)는 축류부의 최소 유로 면적을 규정하는 부재의 지지재(9)에 고정한다. 축류부의 최소 유로 면적을 규정하는 부재의 지지재(9)는 가이드(12)를 통하여 윈도우 박스 외통(1)에 고정한다.

축류부의 최소 유로 면적을 규정하는 부재(7)의 내측에는 과열 방지재를 설치했다. 화로 내 연소 공간(23)에 형성된 화염으로부터의 방사열로, 축류부의 최소 유로 면적을 규정하는 부재의 지지재(9)가 소손하는 것을 방지하기 위해서이다. 화로 내 연소 공간(23)에 형성된 화염 방사열이 약할 경우나, 다른 방법으로 지지재(9)를 냉각할 수 있는 경우에는 과열 방지재는 반드시 필요하지는 않다.

실시예2

본 실시예에서는, 애프터 에어포트의 배치를 바꾼 경우에 대하여 설명한다. 도5는 부 애프터 에어포트(38)의 배치의 변형예로서, 도1의 A-A 단면도에 상당한다. 도6은 도5의 C-C 단면을 연소 공간측에서 본 도면이다.

동렬의 애프터 에어포트에 접속하는 윈도우 박스를 2개로 분할하여, 동일한 윈도우 박스로부터 각각 주 애프터 에어포트(37)와 부 애프터 에어포트(38)로 공기를 공급하도록 했다. 이렇게 윈도우 박스를 분할하여 공기를 공급하면 주 및 부 애프터 에어의 공기 유량을 미세 조정하는 것이 가능하기 때문에 공급의 변동이 적 어 효율적으로 공기를 혼합할 수 있다.

실시예3

본 실시예에서는, 애프터 에어포트 공기 조정 기구의 변형예에 대하여 설명한다. 도7은 주 및 부 애프터 에어의 공기 조정 기구의 변형예로서, 도1의 A-A 단면도에 상당한다. 도8은 부 애프터 에어포트의 상세 구조의 일례이다.

주 애프터 에어 공기와 부 애프터 에어 공기의 유로는 동일하여, 주 애프터 에어포트(37)와 부 애프터 에어포트(38)로 공급하는 공기 유량은 댐퍼(24)를 개폐 함으로써 조정된다. 이렇게 댐퍼(24)를 설치하면, 공기 유량을 미세 조정하는 것이 가능하기 때문에, 공급의 변동이 적어 효율적으로 공기를 혼합할 수 있다. 댐퍼(24)는 주 애프터 에어포트(37)에만 설치해도 되나, 주 애프터 에어포트(37)와 부 애프터 에어포트(38)의 양 쪽에 설치하는 것이 바람직하다.

실시예4

본 실시예에서는, 주 애프터 에어포트 구조의 변형예를 도9를 이용하여 설명한다. 축류부의 최소 유로 면적을 규정하는 부재(7)를 이동시키기 위한 내 통(15)을 갖고, 윈도우 박스 개구부(5)로부터 유입되는 공기를 조정하는 슬라이드 링(11)을 갖는 것이 도4와 상이한 점이다.

축류부의 최소 유로 면적을 규정하는 부재(7)는 축류부의 최소 유로 면적을 규정하는 부재의 지지재(9)에 고정한다. 축류부의 최소 유로 면적을 규정하는 부재의 지지재(9)는 슬라이드 링(11)에 고정한다. 슬라이드 링(11)은 내통(15)에 설치한다. 단, 슬라이드 링(11)과 외통은 고정되어 있지 않아, 슬라이드 링(11)은 도1의 윈도우 박스 외벽(13) 방향, 또는 분출구 4방향으로 이동 가능하다. 슬라이드 링(11)을 이동함으로써 축류부의 최소 유로 면적을 규정하는 부재의 지지재(9)와 축류부의 최소 유로 면적을 규정하는 부재(7)도 동시에 이동한다. 축류부의 최소 유로 면적을 규정하는 부재(7)를 이동함으로써, 축류부의 최소 유로(22)의 면적이 변화된다. 이때, 축류부(3)의 형상은 외경은 일정한 상태에서 내경이 변화되어, 그 결과 축류부(3)의 유로 단면적(노즐 중심축에 수직한 단면)이 변화된다.

슬라이드 링(11) 또는 내통(15) 중 어느 한 쪽에 가이드 롤러(17)를 설치하면, 슬라이드 링(11)을 스무스하게 이동할 수 있다. 슬라이드 링(11)에 슬라이드 링 이동 막대 고정 기구(16), 슬라이드 링 이동 막대(18), 핸들(19)을 설치함으로써, 윈도우 박스 외벽(13)의 외측(도9에서 보면 좌측)으로부터 축류부의 최소 유로 면적을 규정하는 부재(7)를 이동시킬 수 있다. 슬라이드 링(11)을 윈도우 박스 외통(1)에 설치하고, 윈도우 박스 개구부(5)의 면적을 변화시키면, 주 애프터 에어포트로 유입되는 공기의 총량을 변화시킬 수 있다. 공기 총량의 변화가 불필요할 경우나 다른 방법으로 변화할 수 있는 경우에는 슬라이드 링(11)을 윈도우 박스 외통(1)에 설치하지 않아도 된다.

슬라이드 링(11)에 가이드(12)를 설치하면, 슬라이드 링(11)을 이동시켰을 때에 축류부의 최소 유로 면적을 규정하는 부재의 코어가 어긋나기 어렵다. 또한, 슬라이드 링(11)과 축류부의 최소 유로 면적을 규정하는 부재의 지지재(9)를 견고하게 고정할 수 있다. 또한, 공기의 흐름(6)을 정류하기 쉽다.

실시예5

본 실시예에서는, 주 애프터 에어포트의 다른 변형예에 대해서, 도10을 이용하여 설명한다. 도10은 축류부의 최소 유로 면적을 규정하는 부재의 지지재(9)와, 축류 부재(2)를 냉각하기 위한 냉각 공기용의 유로와, 윈도우 박스 개구부(5)로부터 유입되는 공기를 조정하는 댐퍼(24)를 갖는 것이 도4와 상이한 점이다.

축류부의 최소 유로 면적을 규정하는 부재의 지지재(9)에 냉각 공기 구멍(20)을 형성한다. 윈도우 박스 개구부(5)로부터 도입된 공기의 일부는 냉각 공기의 흐름(25)이 되어, 냉각 공기 구멍(20)으로부터 방출된다. 그 과정에서, 축류부의 최소 유로 면적을 규정하는 부재의 지지재(9)에 충돌하여, 이 부재를 냉각할 수 있다. 또한, 냉각 공기 구멍(20)으로부터 방출된 공기의 일부는 축류부의 최소 유로 면적을 규정하는 부재(7)에 충돌하여, 이 부재를 냉각할 수도 있다.

또한, 축류부(3)의 근방에 냉각 공기 안내판(21)을 설치했다. 냉각 공기 안내판(21)과 축류 부재(2)의 사이에는 냉각 공기가 흘러 축류 부재(2)를 냉각할 수 있다. 또한, 이 냉각 공기는 분출구(4)의 최외주측을 흐르기 때문에, 분출구(4)의 주위에 부착된 석탄재를 제거하기 위해서도 사용할 수 있다. 또한, 분출구(4)의 주위에 부착된 석탄재의 양이 많아졌을 때, 축류 부재(2)와 냉각 공기 안내판(21) 사이를 흐르는 공기량을 일시적으로 늘려 부착재를 제거하기 쉽게 하면 된다. 또한, 축류 부재(2)의 각도는 축류부의 도중에 변화되어도 된다.

댐퍼(24)를 윈도우 박스 외통(1)에 설치하고, 윈도우 박스 개구부(5)의 면적을 변화시키면, 주 애프터 에어포트로 유입되는 공기의 총량을 변화시킬 수 있다.

실시예6

본 실시예에서는, 주 애프터 에어포트 구조의 또 다른 변형예에 대해서, 도11을 이용하여 설명한다. 도11에서는 공기 포트의 중심으로 1차 노즐(26), 1차 노즐(26)의 외측에 2차 노즐(27), 2차 노즐(27)의 외측에 3차 노즐(28)이 설치되어 있다. 3차 노즐로부터 분출하는 3차 공기(35)는 2차 노즐(27)의 출구에서 2차 공기(34)와 합류하여 화로 내 연소 공간(23)으로 유입된다. 여기서, 2차 노즐(27)의 분출 방향은 공기 포트의 분류 중심축(8)에 평행하다. 또한, 2차 공기(34)에는 2차 공기 레지스터(32)에 의해 선회력을 부여받게 되어 있다. 3차 노즐은 축에 대하여 내향으로 설치되어 있어, 축류를 형성시키는데 적합한 구조이다. 2차 공기(34)와 3차 공기(35)의 유량을 변화시킴으로써, 2차 공기와 3차 공기의 합류 후의 방향을 조정할 수 있다. 예를 들어, 3차 공기(35)의 유량을 제로로 하면, 2차 공기와 3차 공기가 합류한 후의 내향의 각도는 제로가 된다. 또한, 2차 공기(34)의 유량을 제로로 하면, 3차 노즐의 방향으로 분출한다. 분출 방향의 조정에 의해 노 내에서 연료가 과잉으로 존재하여, 공기 부족으로 되어 있는 가스와 공기를 적합하게 혼합하여 미연산분을 저감시킬 수 있다. 또한, 2차 공기의 선회의 강도에 따라서도 혼합 상태를 조정하는 것이 가능하다. 유량의 조정을 위해, 1차 댐퍼(29), 2차 댐퍼(30), 3차 댐퍼(31)가 설치되어 있다.

미분탄은 연료 중에 재를 포함한다. 이 경우, 애프터 에어포트의 출구에서 축류를 형성하면, 고온의 연소 가스 중에서 용융한 재가 공기 포트 출구의 수관(14) 부근에 부착되는 경우가 있다. 재의 부착이 성장하여 클링커를 형성하면, 유동을 방해하거나, 낙하에 의한 수관의 손상을 발생시키거나 할 가능성이 있다. 이러한 경우에는, 클링커가 크기 전에 3차 공기의 유량을 저감시키고, 2차 공기의 유량을 증가시켜 클링커의 온도를 저하시킴으로써 열응력을 발생시켜 박리시키는 것이 좋다.

실시예7

본 실시예에서는 애프터 에어포트의 공기 유량 제어 방법에 대해서, 도1과 도12를 이용하여 설명한다. 밀로부터 공급된 밀 급탄량(62)은 급탄량 검출기(59)에 의해 계량되어, 신호가 제어기(61)에 입력된다. 또한 애프터 에어 공기 유량(63)은 애프터 에어 공기 유량 검지기(60)에 의해 계량되어, 신호가 제어기(61)에 입력된다. 제어기(61)에서는 앞벽과 뒷벽의 급탄량(62)을 항상 판정하여, 앞벽과 뒷벽의 급탄량비를 계산하여, 앞벽과 뒷벽의 애프터 에어 공기 유량이 계산된다. 제어기(61)로부터의 신호에 의해, 애프터 에어 공기 유량 조정 기구 개방도 지령(64)이 주 애프터 에어 유량 조정 기구(40)와, 부 애프터 에어 유량 조정 기구(41)로 보내져, 화로 내 연소 공간(23)으로 분출하는 애프터 에어 공기 유량이 제어된다. 휴지 버너가 화로 앞벽측에 있는 경우에는 밀 급탄량(62)에 기초하여 화로 앞벽에 있는 애프터 에어 공기 유량 설정값을 낮게 설정하여, 애프터 에어 공기 유량(63)을 조정할 수 있다. 반대로 휴지 버너가 화로 뒷벽측에 있는 경우에는, 밀 급탄량(62)에 기초하여 화로 뒷벽에 있는 애프터 에어 공기 유량 설정값을 낮게 설정하여, 애프터 에어 공기 유량(63)을 조정할 수 있다. 본 제어 방법을 이용하면, 버너의 가동 조건에 따라 애프터 에어 공기 유량을 제어할 수 있기 때문에, 효과적으로 NOx, CO를 저감할 수 있다.

실시예8

본 발명의 실시예를, 도13을 이용하여 설명한다. 도13은 보일러의 화로 앞벽(45)의 포트 배치를 도시한 것이다. 보일러 하부에, 복수열·복수단의 버너(52)가 배치되어 있고, 그 하류에 애프터 에어포트(37, 38)가 배치되어 있다. 버너(52)와 동렬 상에는 주 애프터 에어포트(37)가 있고, 그 양옆에 부 애프터 에어포트(38)가 설치되어 있다. 즉, 인접하는 2개의 주 애프터 에어포트(37) 사이에 2개의 부 애프터 에어포트(38)를 배치한다. 주 애프터 에어포트(37)와 부 애프터 에어포트(38)의 간격은 주 애프터 에어포트 사이(즉, 버너간)의 거리의 1/4 내지 1/3로 되어 있다. 또한, 도13에서는 주 애프터 에어포트 사이(즉, 버너간)의 거리의 1/3이다.

그리고, 버너(52)와 동렬로 배치한 주 애프터 에어포트(37)로부터는 고속이면서 다량의 공기를 분출함으로써, 화로 중앙에서의 미연소 가스가 빠져나가는 것을 방지하고, 주 애프터 에어포트(37)의 양옆에 배치한 부 애프터 에어포트(38)로부터는 주 애프터 에어포트(37)보다도 적은 양의 공기를 흘림으로써, 화로 앞벽(45) 및 화로 뒷벽(46)(도1를 참조) 근방에서의 미연소 가스가 빠져나가는 것을 방지한다. 이와 같이, 애프터 에어포트를 주·부의 2종류로 하여 주 애프터 에어포트의 공급 공기량보다도 적은 공기를 공급하는 복수의 부 애프터 에어포트를 주 애프터 에어포트 사이에 설치함으로써, 화로 중앙부에서의 빠져나가기를 방지하면서, 화로 앞벽 및 뒷벽에서의 빠져나가기도 억제 가능하게 된다. 따라서, 노 내의 혼합을 촉진하면서 급속한 혼합을 억제할 수 있기 때문에, 화로 출구에서의 CO 농 도, NOx 농도를 저감하는 것이 가능하다.

또한, 주 애프터 에어포트(37)로부터 분출되는 공기 유량은, 애프터 에어포트로부터의 전체 공기량(즉, 주 애프터 에어포트 및 부 애프터 에어포트로부터 분출하는 공기량의 합계)의 70 내지 90％로 하는 것이 바람직하다. 주 애프터 에어포트(37)의 공기 유량이 60％ 이하로 되면, 고속으로 분출되어도 관통력을 유지할 수 없게 되어, 화로 중앙부에서 미연소 가스가 빠져나가는 것이 발생되어 버리기 때문이다.

또한, 주 애프터 에어포트(37) 사이에 복수의 부 애프터 에어포트(38)를 배치할 경우, 부 애프터 에어포트(38)로부터의 분류 방향은 부 애프터 에어포트(38)에 인접하는 주 애프터 에어포트(37)의 분류와 교차하지 않는 방향으로 부 애프터 에어포트(38)의 분출 구멍을 배치하고, 상기한 주 애프터 에어포트(37)의 분출 방향에 대하여 0 내지 15°로 기울어지는 것이 바람직하다. 부 애프터 에어포트(38)로부터의 분류는 주 애프터 에어포트(37)로부터의 분류에 비하여 유량이 적기 때문에 주 애프터 에어포트(37)로부터의 분류보다도 관통력이 작아, 화로(100)의 벽면을 따라 흐르기 쉽다. 그로 인해, 부 애프터 에어포트(38) 사이의 빠져나가기가 발생하기 쉬우므로, 인접하는 주 애프터 에어포트(37)로부터의 분류와 교차하지 않도록 배치함으로써(즉, 인접하는 부 애프터 에어포트(38) 사이에서는 양자의 분류가 교차하도록 배치한다), 부 애프터 에어포트(38) 사이의 빠져나가기가 방지된다.

그리고, 주 애프터 에어포트(37)는 동심축 상의 다중관 구조인 것이 바람직하다. 중앙부의 원관으로부터는 직진류를 분출하고, 외주로부터는 선회류를 분출 한다. 직진류와 선회류의 유량 비율을 변화시킴으로써, 애프터 에어포트로부터의 주류 관통력을 조정하는 것이 가능하게 된다.

여기서, 본 실시예에 있어서의 작용·효과를 설명한다. 석탄 등의 화석 고체 연료를 연소하는 보일러 중 보일러 화로 앞벽과 화로 뒷벽에 연소 장치(버너)를 설치하여 화로의 중앙에서 화염을 충돌시켜 연소시키는 방식으로는, NOx의 저감은 연소 장치(버너)의 성능에 의한 부분이 많다. 즉, 연소 장치(버너)의 연료 반송류와 연소용 공기류를 분리함으로써, 버너 화염 내에서 연소 영역 사이에 환원 영역을 형성한 고온 환원염을 형성하여, 버너부에서의 NOx 생성량을 억제한다. 단, 연소 장치(버너)의 연료 반송류와 연소용 공기류를 분리하면 버너부에서 고온 환원염이 형성되기 때문에, 화로 내에서 불균일한 가스 흐름이 발생하거나, 화로 단면 방향에서 미연소 연료분(미연소 가스)의 분포가 발생하여, CO가 발생하기 쉬워진다. 그로 인해, 그러한 불균일한 미연소 가스의 단면 분포에 따른 애프터 에어포트로부터의 2단 연소용 공기 투입 방법이 중요하게 된다.

또한, 화로 중앙에서 화염을 충돌시키기 위해 화로 중앙 부분에는 연소 가스가 발생하고, 화로 앞벽 및 뒷벽 근방에는 미연소 가스라고 하는 분포가 발생한다. 그로 인해, 버너간 및 화로 앞벽과 뒷벽 근방에는 고CO 농도, 고NOx 농도가 발생하기 쉬워진다.

이상으로부터, 애프터 에어포트로부터의 분류와 화로 내 연소 가스의 혼합 촉진이 필요하다. 단, 애프터 에어포트 분류의 분출 속도를 단순히 증가시켜 급속하게 혼합시키면 애프터 에어포트의 후류(하류측)에 있어서 미연소 가스가 급속 연 소되어 국소 고온부가 형성되기 때문에, 서멀 NOx가 생성되는 문제가 발생한다. 반대로 애프터 에어포트의 분출 속도를 단순히 느리게 하면, 분류가 화로 중앙부에 도달하지 않고 미연소 가스가 빠져나가 버린다는 문제가 발생한다. 따라서, 아무리 서멀 NOx를 발생시키지 않고 화로 중앙부의 빠져나가기를 방지하면서 혼합 촉진시킬지가 과제이다.

여기서, 도14에 애프터 에어포트에 사용하는 전체 공기량에 대한 주 애프터 에어포트(37)의 유량 비율을 바꾸었을 때의 화로 출구의 CO 농도 변화를 나타낸다. 주 애프터 에어포트(37)의 유량 비율을 60％로 하면 화로 출구의 CO 농도는 급증한다. 이것은, 주 애프터 에어포트(37)로부터의 공기 분류에 관통력이 없어져, 화로 중앙부에서의 빠져 나가기가 발생하기 때문이다. 따라서, 주 애프터 에어포트(37)의 유량 비율은 70％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 애프터 에어포트에 사용하는 전체 공기량에 대한 부 애프터 에어포트(38)로부터의 유량 비율이 많으면, 화로 앞벽(45) 및 화로 뒷벽(46)의 근방에서에어포트 분류의 비율은 많아진다. 한편, 부 애프터 에어포트(38)로부터의 분류 비율이 적으면, 부 애프터 에어포트(38) 사이의 화로 벽면 근방에서 미연소 가스의 빠져나가기가 발생한다. 그로 인해, 부 애프터 에어포트(38)로부터의 유량 비율이 적을 때에는 부 애프터 에어포트(38)로부터의 분류 방향은, 부 애프터 에어포트(38)에 인접하는 주 애프터 에어포트(37)의 분류와 교차하지 않는 방향으로 부 애프터 에어포트(38)의 분출 구멍을 배치하고, 상기한 주 애프터 에어포트(37)의 분출 방향에 대하여 0 내지 15° 기울임으로써, 부 애프터 에어포트 사이의 빠져 나가기를 방지할 수 있다.

도16에 부 애프터 에어포트(38)로부터의 공기 분출 방향의 일례를 도시한다. 주 애프터 에어포트(37) 사이에 배치된 부 애프터 에어포트(38)가 하나인 경우(도16의 (1)에 상당)에는 주 애프터 에어포트(37) 사이의 중앙에 부 애프터 에어포트(38)를 배치하고, 부 애프터 에어포트(38)로부터의 공기 분출 방향은 주 애프터 에어포트(37)의 분류와 동일한 방향으로 분출한다. 주 애프터 에어포트(37) 사이에 부 애프터 에어포트(38)가 복수개 있는 경우(도16의 (2)에 상당)에는 부 애프터 에어포트(38)는 주 애프터 에어포트(37) 사이에서 등간격으로 배치하여, 화로 중앙부에서의 주 애프터 에어포트(37) 사이의 중앙 위치를 향하여 공기를 분출시킨다.

도17에 주 애프터 에어포트(37)의 에어포트 구조의 일례를 도시한다. 주 애프터 에어포트(37)는 동심축 상의 다중 원관 구조로 되어 있다. 중심부의 원관으로부터는 직진류를 분출하고, 외주로부터는 선회류를 분출한다. 주 애프터 에어포트(37)를 다중관으로 하여, 직진류와 선회류의 복합 포트로 함으로써, 관통력의 조정(화로 중앙에서의 미연소 가스 빠져나가기 방지) 및 주 애프터 에어포트(37)와 부 애프터 에어포트(38) 사이의 미연소 가스 혼합 촉진(선회류의 효과)을 기대할 수 있다.

이와 같이 본 실시예에서는 주 애프터 에어포트(37)와 부 애프터 에어포트(38)는 양자의 간격을 주 애프터 에어포트 사이(즉 버너 사이)의 거리의 1/4 내지 1/3로, 등간격으로 배치하였다. 단, 화로 앞벽(45) 및 화로 뒷벽(46) 근방에서의 미연소 가스의 빠져나가기 방지가 가능하면, 상기 수치에 한하지 않고, 또한 등 간격으로 설치하지 않아도 된다.

실시예9

본 발명의 실시예를 도18을 이용하여 설명한다. 도18은 부 애프터 에어포트(38)의 배치를 주애프터 에어포트(37)보다도 상류측에 설치한 경우의 보일러의 화로 앞벽(45)의 포트 배치를 도시한다.

애프터 에어포트로부터의 공기 분류의 주위는 미연소 가스와의 혼합에 의해 고온 영역을 형성한다. 따라서, 단일 애프터 에어포트 분류로 국소 고온 영역을 생성하는 것보다도 분류를 분할하여 완만 연소로 시킴으로써 분류 주위의 국소 고온 영역을 적게 할 수 있어, 서멀 NOx의 억제에 효과가 있다. 본 실시예에서는 부 애프터 에어포트(38)를 주 애프터 에어포트(37)보다도 상류측에 배치함으로써 주 애프터 에어포트(37)로부터의 분류와 미연소 가스의 급속 혼합을 억제하여 완만 연소시킴으로써 한층 더한 서멀 NOx 억제의 효과가 있다. 도18에서는 부 애프터 에어포트(38)는 주 애프터 에어포트(37) 사이의 거리의 1/3만큼 상류측에 위치하는 예를 도시했으나, 수치는 상기한 것에 한정되지 않는다.

또한, 부 애프터 에어포트(38)를 주 애프터 에어포트(37)보다 하류측에 배치한 경우에는 부 애프터 에어포트(38)는 화로 앞벽(45) 및 화로 뒷벽(46) 근방의 미연소 가스의 빠져나가기를 억제하는 역할을 다하여 CO를 억제하는 것이 가능하다.

실시예10

도19는 본 발명에 따른 미분탄 보일러의 개략 구성도이다. 화로의 벽면은 상부의 화로 천장(49), 하부의 호퍼(47), 측방의 화로 앞벽(45), 화로 뒷벽(46), 노즈(50), 및 화로 측벽(48)(도20에 기재)으로 둘러싸여, 각각의 벽면에는 도시하지 않은 수관이 설치된다. 이 수관에 의해 화로 내 연소 공간(23)에서 발생한 연소열의 일부가 흡수된다. 연소열은 화로 하류에 배치된 열 교환기(94)에 의해 주로 회수된다. 열 교환기(94)는 화로 천장(49)에 의해 고정되어 화로의 상류측으로 열 신장하는 구조로 되어 있다. 화로 내 연소 공간(23)에서 생성한 연소 기체는 하방으로부터 상방으로 흘러 배출된다. 연소 후의 기체는, 도시하지 않은 후방부 전열부를 통하여, 여기에서 기체 중에 포함되는 열이 재차 회수된다. 버너의 하류에는 주 애프터 에어포트(37)가 설치된다. 주 애프터 에어포트는 통상 화로의 앞벽과 뒷벽에 각각 복수개 설치된다. 주 애프터 에어포트(37)의 구조는 분출구 부근에서 공기의 흐름이 주 애프터 에어포트 중심축 방향을 향하도록 구성된 축류형의 구조이다. 구조의 상세한 것은 후술한다. 버너부에서 형성된 공기 부족의 화염으로부터 발생한 CO 등의 미연소 성분의 대부분은 주 애프터 에어의 공기와 혼합됨으로써 완전 연소(산화)된다. 단, 미연소 성분과 주 애프터 에어 공기의 혼합 시에, NOx(주로 서멀 NOx)도 발생한다. NOx의 발생량은 주 애프터 에어 공기의 운동량(축류부의 최대 유속)과 관련이 있어, 주 애프터 에어 공기의 운동량의 조정이 중요하다. 또한, 주 애프터 에어 공기의 분출 조건을 NOx가 낮아지도록 설정하면, 산화가 불충분해져 CO가 발생하기 쉬워지는 경향이 있어 NOx와 CO의 성능 밸런스에 유의하여, 주 애프터 에어 공기의 분출 조건을 설정할 필요가 있다.

주 애프터 에어포트(37)의 하류에는 부 애프터 에어포트(38)가 설치된다. 부 애프터 에어포트(38)도 통상 화로의 앞벽과 뒷벽에 각각 복수개 설치된다. 부 애프터 에어포트(38)의 구조는 선회류를 공급할 수 있는 구조이다. 구조의 상세한 것은 후술한다. 공기 부족의 화염으로부터 발생한 CO 등의 미연소 성분의 대부분은 주 애프터 에어의 공기와 혼합됨으로써 완전 연소되나, 일부는 주 애프터 에어포트(37)의 사이로부터 빠져나간다. NOx을 발생하는 일없이 미연소 성분에 효과적으로 가스를 혼합하기 위해서는 부 애프터 에어 공기의 운동량 조정이 중요하다.

부 애프터 에어포트(38)의 설치 위치는 부 애프터 에어포트(38)의 단면 중심 위치와 주 애프터 에어포트(37)의 단면 중심 위치의 거리가 주 애프터 에어포트(37)의 구경의 1배로부터 5배로 되도록 배치하는 것이 바람직하다. 부 애프터 에어포트(38)의 단면 중심 위치가 주 애프터 에어포트(37)에 있어서의 구경의 5배 이상의 길이보다 하류측에 위치하면, 주 애프터 에어포트(37)의 근방에서 괴어 있는 미연소 성분(70)으로 부 애프터 에어 공기(71)를 공급할 수 없게 되기 때문에, 화로벽 근방의 CO 농도가 증가한다. 반대로, 부 애프터 에어포트(38)의 단면 중심 위치가 주 애프터 에어포트(37)에 있어서의 구경의 5배 이상의 길이보다 상류측에 위치하면, 주 애프터 에어포트(37)로부터 공급되는 주 애프터 에어 공기(72)의 흐름이 노벽 근방에서 미연소 가스에 의해 흐트러지기 때문에, 화로 중앙에 공기를 공급할 수 없게 된다. 또한, 가스 온도가 높은 조건에서 부 애프터 에어 공기(71)가 분출되기 때문에 NOx 농도가 증가한다. 또한, 부 애프터 에어포트(38)는 주 애프터 에어포트(37)의 구경의 1배 이상 떨어진 곳에 설치하지 않으면, 부 애프터 에어가 주 애프터 에어포트로부터의 분류에 말려들기 때문에 부 애프터 에어포트의 효과가 얻어지지 않게 된다.

연소용 공기는, 공기 유량 배분 조정 기구(42)에 의해 버너용 2차, 3차 공기(56)와 애프터 에어 공기(55)로 배분된다. 버너로 공급되는 2차, 3차 공기(56)는 공기 유량 배분 조정 기구(44)에 의해 앞벽측의 버너로 흐르는 공기와 뒷벽측의 버너로 흐르는 공기로 배분된다. 앞벽측의 버너와 뒷벽측의 버너로 흐르는 버너용 2차, 3차 공기(56)는 미분탄 유량계(73)로 계측된 미분탄 유량(74)에 따라 제어기(61)에 의해 설정된 버너용 2차, 3차 공기 유량 설정값으로 제어된다. 제어기(61)에는 미분탄 유량계(73)로 측정된 미분탄 유량(74)과 버너용 2차, 3차 공기 유량 검출기(75)에 의해 검출된 버너용 2차, 3차 공기 유량(76)이 입력된다(도20). 제어기(61)에서는 1개의 밀로부터 공급되는 미분탄량에 편차가 있을 경우에, 미분탄 유량(74)에 기초하여 미분탄이 많이 공급되어 있는 버너(52)의 버너용 2차, 3차 공기 유량(76)을 많게 하고, 또한 미분탄이 적게 공급되어 있는 버너(52)의 버너용 2차, 3차 공기 유량(76)을 적게 하여, 개개의 버너의 공기 유량을 독립적으로 조정할 수 있다.

애프터 에어 공기(55)는 애프터 에어 공기 유량 조정 기구(77)에 의해 앞벽측의 애프터 에어포트로 흐르는 공기와 뒷벽측의 애프터 에어포트로 흐르는 공기로 배분된다. 앞벽측의 애프터 에어포트와 뒷벽측의 애프터 에어포트의 공기는 또한 주 애프터 에어 유량 조정 기구와 부 애프터 에어 유량 조정 기구에 의해, 주 및 부 애프터 에어포트로 흐르는 공기로 배분된다. 이에 의해, 주 애프터 에어 공기의 운동량과 부 애프터 에어 공기의 운동량을 조정할 수 있다. 공기 유량 조정 기구의 상세한 것은 후술한다. 주 애프터 에어 공기의 운동량이 지나치게 클 때에는 부 애프터 에어 공기량을 늘리고, 운동량이 지나치게 작을 때에는 반대로 한다. 부 애프터 에어 공기는 주 애프터 에어포트(37)의 하류에서 분출하여, 주 애프터 에어포트(37)의 사이로부터 빠져나간 미연소 성분으로 공기를 공급하기 때문에 효율적으로 CO를 저감시킬 수 있다. 한편, 부 애프터 에어 공기는 운동량이 적어, 분출된 공기는 하류측의 저온부에서 미연소 성분과 혼합되기 때문에, NOx(서멀 NOx) 발생에 끼치는 영향은 작다. 또한, 부 애프터 에어를 이용하여 주 애프터 에어 공기량을 조정할 수 있으므로, 버너(52)로 공급되는 2차, 3차 공기 유량(76)은 항상 일정하게 할 수 있다. 이것은, 버너부에서 형성되는 공기 부족의 화염의 연소 조건을 여기에서의 NOx 발생량이 가장 적어지는 최적 조건으로 항상 운용할 수 있는 것을 의미한다. 이 결과, 버너부에서 발생하는 NOx를 항상 최소로 유지하는 동시에, 주 애프터 에어의 공기 분출 조건을 NOx와 CO의 통합 성능이 최적이 되도록 유지할 수 있다.

도20은 화로 앞벽측에서 본 보일러의 구성도이다. 주 애프터 에어포트(37)와 부 애프터 에어포트(38)는 동일한 윈도우 박스(1)에 배치된다. 윈도우 박스(1)를 공통으로 하면, 윈도우 박스(1)에 공급되는 공기는 1개의 밸브로 조정할 수 있기 때문에 제어가 용이해진다. 부 애프터 에어포트(38)의 배치 방법의 하나는 주 애프터 에어포트(37)의 하류측에 배치하는 것이다. 버너(52)는 버너용 2차, 3차 공기 공급 덕트(54)가 독립적으로 접속되어, 개별적으로 공기 유량을 제어할 수 있다. 버너용 2차, 3차 공기 공급 덕트(54)의 유로에는 버너용 2차, 3차 공기 유량 조정 기구(78)가 설치되어, 버너(52)로 흐르는 공기의 양이 조정된다. 또한 미분 탄을 반송하는 유로에는 미분탄 유량계(73)가 설치되고, 미분탄 유량계(73)에 의해 계측된 미분탄 유량(74)에 따라 제어기(61)에 의해 설정된 버너용 2차, 3차 공기 유량 설정값으로 제어된다.

부 애프터 에어포트의 배치가 공기와 미연소 성분의 혼합에 미치는 효과에 대해, 도21, 도22를 이용하여 설명한다. 도21은 화로 앞벽측에서 본 보일러의 앞벽 근방의 가스 혼합 상태를, 도22는 본 발명에 의한 미분탄 연소 보일러의 가스의 혼합 상태를 도시하는 도면이다. 버너(52)에서 발생한 미연소 성분은 하류의 주 애프터 에어포트(37)로부터 공급되는 공기와 혼합되어 산화되나, 일부의 미연소 성분(70)은 주 애프터 에어포트(37)의 사이로부터 빠져나간다(도21). 부 애프터 에어포트(38)를 주 애프터 에어포트(37)에 있어서의 구경의 1 내지 5배의 범위로 설치함으로써, 부 애프터 에어포트(38)로부터 공급한 공기는 주 애프터 에어포트(37) 사이로부터 빠져나간 미연소 성분(70)이 괴어 있는 화로벽 근방에 공기를 공급할 수 있다. 또한, 부 애프터 에어 공기(71)는 운동량이 작기 때문에, 미연소 성분(70)과 곧바로 혼합되지는 않고 화로 하류의 저온 영역(79)에서 혼합된다(도21). 이에 의해 서멀 NOx의 발생과 CO의 발생을 동시에 억제할 수 있다.

주 애프터 에어 공기(72)의 운동량은 부 애프터 에어 공기(71)의 운동량의 3 내지 20배로 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 주 애프터 에어 공기(72)와 부 애프터 에어(71)의 유량 비율을 3:1, 주 애프터 에어 공기(72)의 분출 유속을 30m/s, 부 애프터 에어(71)의 분출 유속을 15m/s로 하면 운동량 비율은 10배가 된다. 이렇게 하면, 주 애프터 에어 공기(72)는 화로 중앙부에 효율적으로 공급되어, 미연 소 성분(70)과 급속하게 혼합되기 때문에, 효율적으로 CO를 저감시킬 수 있다. 또한 부 애프터 에어 공기(71)는 화로벽 근방에 효율적으로 공급되어, 화로 하류의 저온 영역(79)에서 미연소 성분(70)과 부 애프터 에어 공기(71)가 완만하게 혼합되기 때문에, 서멀 NOx의 발생을 억제시킬 수 있다.

도23은 주 애프터 에어포트의 구성, 및 주 애프터 에어포트로부터 분출되는 가스의 혼합 상태를 도시하고 있으며, 도19의 A-A' 단면도이다. 주 애프터 에어포트(37)는 통상 연소 기체의 흐름과 직각으로 복수 배치되고, 화로 앞벽(45)측과 화로 뒷벽(46)측에 동수 배치된다. 도시되어 있지는 않으나, 하류에는 부 애프터 에어포트(38)가 주 애프터 에어포트(37)와 동일한 윈도우 박스(1)에 배치되어 있다. 주 애프터 에어포트(37)로 공급되는 공기는 애프터 에어 공기 유량 조절 기구(77)에 의해 공기의 양이 조정되고, 또한 주 애프터 에어 공기 유량 조정 기구(40)에 의해 각각의 유로로 흐르는 공기의 양이 조정된다.

주 애프터 에어포트(37)의 구경은, 화로 중앙측에 비교하여 측벽측이 작아지도록 배치된다. 측벽측의 주 애프터 에어 공기(72)의 구경을 작게 하여 운동량을 증가시키면 화로 중앙부까지 분류를 도달할 수 있기 때문에, 화로 중앙부 근방을 빠져나가는 미연소 성분(70)에 효율적으로 공기를 공급할 수 있다.

도24는 부 애프터 에어포트의 구성 및 부 애프터 에어포트로부터 분출되는 가스의 혼합 상태를 도시하고 있으며, 도19의 B-B' 단면도이다. 부 애프터 에어포트(38)는 통상 연소 기체의 흐름과 직각으로 복수 배치되고, 화로 앞벽(45)측과 화로 뒷벽(46)측에 동수 배치된다. 도시되어 있지는 않으나, 상류에는 주 애프터 에 어포트(37)가 부 애프터 에어포트(38)와 동일한 윈도우 박스(1)에 배치되어 있다. 부 애프터 에어포트(38)로 공급되는 공기는 애프터 에어 공기 유량 조절 기구(77)에 의해 공기의 양이 조정되고, 또한 부 애프터 에어 공기 유량 조정 기구(41)에 의해 각각의 유로로 흐르는 공기의 양이 조정된다. 부 애프터 에어 공기(71)는 운동량을 작게 하여 주 애프터 에어포트(37)의 사이로부터 빠져나간 미연소 성분(70)으로 공기를 공급한다. 이렇게 하면, 부 애프터 에어 공기(71)는 가스 온도가 높은 영역에서 미연소 성분(70)과 혼합되지 않고, 온도의 낮은 하류 영역에서 혼합된다.

도25에 부 애프터 에어포트의 에어포트 구조의 일례를 도시한다. 부 애프터 에어포트(38)는 동심축 상의 다중 원관 구조로 되어 있다. 중심부의 원관(85)으로부터는 직진류를 분출하고, 외주부(86)로부터는 레지스터(87)에 의해 선회류를 분출하는 구조로 되어 있다. 부 애프터 에어 공기(71)의 유량은 부 애프터 에어 공기 유량 조정 기구(41)에 의해 조정할 수 있다. 부 애프터 에어포트(38)를 다중관으로 하고, 직진류와 선회류의 복합 포트로 함으로써, 관통력의 조정(화로 중앙에서의 미연소 가스 빠져나가기 방지) 및 주 애프터 에어포트(37) 사이의 미연소 가스 혼합 촉진(선회류의 효과)을 기대할 수 있다.

실시예11

본 실시예에서는, 부 애프터 에어포트의 배치를 바꾼 경우에 대하여 도26, 도27을 이용하여 설명한다. 도26은 부 애프터 에어포트(38)의 배치의 변형예로서, 화로 앞벽측에서 본 보일러의 구성도이다. 도27은 화로 앞벽측에서 본 보일러의 구성도이며, 앞벽 근방의 가스의 혼합 상태를 도시하는 도면이다. 주 애프터 에어포트(37)와 부 애프터 에어포트(38)는 동일한 윈도우 박스(1)에 배치된다. 부 애프터 에어포트(38)는, 주 애프터 에어포트(37)의 상류측에 배치된다. 이렇게 부 애프터 에어포트(38)를 배치하면, 부 애프터 에어포트(38)로부터 공급된 부 애프터 에어 공기(71)에 의해, 화로 상류로부터의 연소 가스 흐름에 굄이 발생한다. 이로 인해, 주 애프터 에어포트(37)로부터 공급되는 주 애프터 에어 공기(72)의 흐름이 화로벽 근방에서 연소 가스에 의해 흐트러지는 일없이 화로 중앙에 공급할 수 있다. 한편 부 애프터 에어 공기(71)는 운동량이 작아, 화로벽 근방에 발생한 연소 가스의 굄 영역으로 공기를 공급할 수 있기 때문에 미연소 성분(70)과의 혼합이 촉진된다. 이에 의해 주 애프터 에어포트(37)의 사이에 잔류하는 미연소 성분(70)과 효율적으로 혼합된다.

실시예12

본 실시예에서는 부 애프터 에어포트의 배치를 바꾼 경우에 대하여 도28, 도29를 이용하여 설명한다. 도28은 부 애프터 에어포트(38)의 배치의 변형예로서, 화로 앞벽측에서 본 보일러의 구성도이다. 도29는 화로 앞벽측에서 본 보일러의 구성도로서, 앞벽 근방의 가스의 혼합 상태를 도시하는 도면이다. 주 애프터 에어포트(37)와 부 애프터 에어포트(38)는 동일한 윈도우 박스(1)에 배치된다. 부 애프터 에어포트(38)는 주 애프터 에어포트(37)의 사이에 교대로 배치된다. 이렇게 부 애프터 에어포트(38)를 배치하면, 부 애프터 에어 공기(71)는 주 애프터 에어포트(37)의 사이로부터 분출되기 때문에, 주 애프터 에어포트(37) 사이로부터 빠져나 가는 미연소 성분(70)에 직접 공기를 혼합할 수 있기 때문에, 효율적으로 CO를 저감시킬 수 있다. 여기서 부 애프터 에어 공기(71)의 운동량을 크게 하면, 미연소 성분(70)과 급속하게 혼합되어 온도가 상승하기 때문에, 서멀 NOx가 발생한다. 이 때문에 부 애프터 에어 공기(71)는 운동량에 특히 유의하며 분출할 필요가 있다. 부 애프터 에어 공기(71)의 운동량을 작게 함으로써, 주 애프터 에어포트(37) 사이에 부 애프터 에어포트(38)를 배치한 경우에도 서멀 NOx의 발생을 억제하면서 주 애프터 에어포트(37)의 사이에 잔류하는 미연소 성분(70)과 효율적으로 혼합된다.

실시예13

본 실시예에서는, 애프터 에어포트의 공기 유량 제어 방법을 바꾼 구성에 대해서, 도30을 이용하여 설명한다. 도30은 윈도우 박스(1)의 배치의 변형예로서, 화로 앞벽측에서 본 보일러의 구성도이다. 적어도 1조의 주 애프터 에어포트(37)와 부 애프터 에어포트(38)가 동일한 윈도우 박스(1)에 배치된다. 이렇게 하면, 주 애프터 에어 공기(72)와 부 애프터 에어 공기(71)의 운동량의 비율을 바꾸는 일없이, 화로의 중앙부와 화로 측벽부에서 분출하는 애프터 에어 공기의 유량을 조정할 수 있다. 부 애프터 에어포트(38)의 배치 방법의 하나는 주 애프터 에어포트(37)의 하류측에 배치하는 것이다. 윈도우 박스(1)는 애프터 에어 공기 공급 덕트가 접속되어, 개별적으로 공기 유량을 제어할 수 있다. 애프터 에어 공기 공급 덕트의 유로에는 애프터 에어 공기 유량 조정 기구(77)가 설치되어, 주 애프터 에어포트(37) 및 부 애프터 에어포트(38)로 흐르는 공기의 양이 조정된다. 버너(52)는 버너용 2차, 3차 공기 공급 덕트(54)가 독립적으로 접속되어, 개별적으로 공기 유량을 제어할 수 있다. 버너용 2차, 3차 공기 공급 덕트(54)의 유로에는 버너용 2차, 3차 공기 유량 조정 기구(78)가 설치되어, 버너(52)로 흐르는 공기의 양이 조정된다. 또한 미분탄을 반송하는 유로에는 미분탄 유량계(73)가 설치되고, 미분탄 유량계(73)에 의해 계측된 미분탄 유량(74)에 따라 제어기(61)에 의해 설정된 애프터 에어 공기 유량 설정값으로 제어된다.

실시예14

본 실시예에서는, 애프터 에어포트의 공기 유량 제어 방법에 대하여 설명한다.

도20과 도32를 이용하여 설명한다. 밀로부터 공급된 미분탄 유량(74)은 미분탄 유량계(73)에 의해 계량되어, 신호가 제어기(61)에 입력된다. 또한 버너용 2차, 3차 공기 유량(76)은 버너용 2차, 3차 공기 유량 검지기(75)에 의해 계량되어, 신호가 제어기(61)에 입력된다. 제어기(61)에서는 버너로 공급되는 미분탄 유량(74)을 항상 판정하여, 버너용 2차, 3차 공기 유량(76)이 계산된다. 제어기(61)로부터의 신호에 의해, 버너용 2차, 3차 공기 유량 조정 기구 개방도 지령(80)이 버너용 2차, 3차 공기 유량 조정 기구(78)로 보내져, 화로 내 연소 공간(23)으로 분출하는 버너용 2차, 3차 공기 유량(76)이 제어된다. 미분탄 공급량이 많은 개소가 화로 앞벽측에 있는 경우에는 화로 앞벽의 버너용 2차, 3차 공기 유량(76)을 많게 하고, 뒷벽측의 버너용 2차, 3차 공기 유량(76)을 적게 할 수 있다. 또한 미분탄 공급량이 많은 개소가 화로 측벽부에 있는 경우에는 화로 측벽부의 버너용 2차, 3차 공기 유량(76)을 많게 하고, 화로 중앙부의 버너용 2차, 3차 공기 유량(76)을 적게 할 수 있다. 본 제어 방법을 이용하면, 버너 1대당 공급되는 미분탄 유량에 따라 버너용 2차, 3차 공기 유량(76)을 제어하여, 화로 상류에서 발생하는 미연소 성분(70)으로 공기를 공급할 수 있기 때문에, 효과적으로 CO를 저감할 수 있다.

다음에, 도30과 도33을 이용하여 설명한다. 밀로부터 공급된 미분탄 유량(74)은 미분탄 유량계(73)에 의해 계량되어, 신호가 제어기(61)에 입력된다. 또한 애프터 에어 공기 유량(63)은 애프터 에어 공기 유량 검지기(60)에 의해 계량되어, 신호가 제어기(61)에 입력된다. 제어기(61)에서는 버너로 공급되는 미분탄 유량(74)을 항상 판정하여, 애프터 에어 공기 유량(63)이 계산된다. 제어기(61)로부터의 신호에 의해, 애프터 에어 공기 유량 조정 기구 개방도 지령(64)이 애프터 에어 공기 유량 조정 기구(77)로 보내져, 화로 내 연소 공간(23)으로 분출하는 애프터 에어 공기 유량(63)이 제어된다. 미분탄 공급량이 많은 개소가 화로 앞벽측에 있는 경우에는 화로 앞벽의 애프터 에어 공기 유량(63)을 많게 하고, 뒷벽측의 애프터 에어 공기 유량(63)을 적게 할 수 있다. 또한 미분탄 공급량이 많은 개소가 화로 측벽부에 있는 경우에는 화로 측벽부의 애프터 에어 공기 유량(63)을 많게 하고, 화로 중앙부의 애프터 에어 공기 유량(63)을 적게 할 수 있다. 본 제어 방법을 이용하면, 버너 1대당 공급되는 미분탄 유량에 따라 애프터 에어 공기 유량(63)을 제어하여, 버너부에서 NOx 발생량이 최소가 되는 연소 조건으로 유지한 채 화로 상류에서 발생하는 미연소 성분(70)으로 공기를 공급할 수 있기 때문에 효과적으로 NOx, CO를 저감시킬 수 있다.

또한, 도31과 도34를 이용하여 설명한다. 연소 가스의 산소 농도 측정 값(81)은 후방부 전열부의 하류에 설치되어 있는 산소 농도 검지기(82)에 의해 계량되어, 신호가 제어 장치(61)에 입력된다. 또한 주 애프터 에어 공기 유량(89)은 주 애프터 에어 공기 유량 검지기(90)에 의해 계량되어, 신호가 제어 장치(61)에 입력된다. 제어 장치(61)에서는 산소 농도가 낮은 개소의 상류에 설치되어 있는 애프터 에어포트의 공기량을 항상 판정하여, 주 애프터 에어포트(37)와 부 애프터 에어포트(38)의 공기량을 계산하여, 주 애프터 에어 공기 유량(89)이 결정된다. 제어 장치(61)로부터의 신호에 의해, 주 애프터 에어 공기 유량 조정 기구 개방도 지령(91)이 주 애프터 에어 공기 유량 조정 기구(40)로 보내져, 화로 내 연소 공간(23)으로 분출하는 공기 유량이 제어된다. 산소 농도가 낮은 개소가 화로 중앙에 있는 경우에는 주 애프터 에어포트(37)의 공기 유량을 많게 하여, 부 애프터 에어 공기 유량을 조정할 수 있다. 반대로 산소 농도가 낮은 개소가 화로벽 근방에 있는 경우에는 주 애프터 에어포트(37)의 공기 유량을 적게 하여, 부 애프터 에어 공기 유량을 조정할 수 있다. 본 제어 방법을 이용하면, 출구의 산소 농도에 따라 주 애프터 에어 공기 유량, 부 애프터 에어 공기 유량을 제어하여, 미연소 가스로 효율적으로 공기를 공급할 수 있기 때문에 효과적으로 NOx, CO를 저감시킬 수 있다.

Claims

미분탄 연소 보일러를 구성하는 화로를 구비하고，이 화로를 형성하는 화로 벽면의 상류측에 연료의 미분탄과 공기를 화로 내로 공급하여 연소시키는 복수의 버너를 배치하고, 버너의 설치 위치보다도 상부가 되는 화로 벽면의 하류측으로 애프터 에어 공기를 공급하는 복수의 애프터 에어포트를 배치하고, 이 애프터 에어포트에는 공급 공기량이 많은 주 애프터 에어포트와 공급 공기량이 적은 부 애프터 에어포트를 각각 구비한 미분탄 연소 보일러에 있어서, 상기 주 애프터 에어포트는 화로 중앙부에 도달 가능한 운동량이 큰 공기를 분출하도록 구성하고, 상기 부 애프터 에어포트는 화로 벽면 근방에 운동량이 작은 공기를 분출하는 구성이며, 상기 부 애프터 에어포트의 단면 중심이, 상기 주 애프터 에어포트의 단면 중심으로부터 주 애프터 에어포트 구경의 1배 이상 5배 이하의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 미분탄 연소 보일러.
제1항에 있어서, 부 애프터 에어포트는 주 애프터 에어포트의 하류측이 되는 화로 벽면이며, 주 애프터 에어포트의 바로 위가 되는 화로 벽면의 위치에 배치시킨 것을 특징으로 하는 미분탄 연소 보일러.
제1항에 있어서, 부 애프터 에어포트는 주 애프터 에어포트의 상류측이 되는 화로 벽면이며, 주 애프터 에어포트의 바로 아래가 되는 화로 벽면의 위치에 배치 시킨 것을 특징으로 하는 미분탄 연소 보일러.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 주 애프터 에어포트로부터 공급되는 주 애프터 에어 공기의 운동량은, 부 애프터 에어포트로부터 공급되는 부 애프터 에어 공기의 운동량에 대하여, 3 내지 20배의 범위로 되도록 한 것을 특징으로 하는 미분탄 연소 보일러.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 주 애프터 에어포트는 주 애프터 에어 공기를 화로 내부로 분출하는 공기 분출구를 향하여 유로 외경이 축소되는 축류부를 갖고, 분출되는 공기가 주 애프터 에어포트 중심축 방향을 향하여 흐르도록 구성한 것을 특징으로 하는 미분탄 연소 보일러.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 부 애프터 에어포트는 부 애프터 에어 공기를 화로 내부로 분출하는 공기 분출구를 향하여 확대되는 구조를 갖고, 동심축 상의 다중관 구조로 형성되어, 중앙에 있는 유로로부터 직진류를 분출하고, 그 외주로부터는 선회류를 공급하도록 구성한 것을 특징으로 하는 미분탄 연소 보일러.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 주 애프터 에어포트는 분출되는 공기가 주 애프터 에어포트 중심축 방향을 향하여 흐르도록 구성하고, 부 애프터 에어포트는 부 애프터 에어포트 중심축과 평행 방향으로 직진류를 분출하고, 그 외주로부터 선회류를 분출하는 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 미분탄 연소 보일러.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 주 애프터 에어포트와 부 애프터 에어포트의 양 쪽에 공기 유량을 제어하는 기구가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 미분탄 연소 보일러.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주 애프터 에어포트와 상기 부 애프터 에어포트를, 화로 벽면에 설치되어 외부로부터 애프터 에어 공기가 공급되는 공통의 윈도우 박스의 내부에 각각 배치한 것을 특징으로 하는 미분탄 연소 보일러.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주 애프터 에어포트의 1개와 상기 부 애프터 에어포트의 1개를 1조로 하여, 적어도 1조를 동일한 윈도우 박스에 접속하고, 상기 윈도우 박스의 복수개를 화로 벽면에 일 방향으로 배열하여 설치한 것을 특징으로 하는 미분탄 연소 보일러.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 최하류단의 버너와 주 애프터 에어포트의 거리를 X, 주 애프터 에어포트와 주 애프터 에어포트의 하류에서 화로의 내부에 배치된 열교환기의 저면까지의 거리를 Y로 하면, X/(X+Y)가 0.5 내지 0.8의 범위로 되도록 주 애프터 에어포트의 위치를 화로 벽면에 배치한 것을 특징으로 하는 미분탄 연소 보일러.
제1항에 있어서, 상기 주 애프터 에어포트의 구경은, 화로 중앙측에 비교하여 측벽측이 작아지도록 배치한 것을 특징으로 하는 미분탄 연소 보일러.
제1항에 있어서, 상기 주 애프터 에어포트와 상기 부 애프터 에어포트를, 화로 벽면에 설치되어 외부로부터 애프터 에어 공기가 공급되는 공통의 윈도우 박스의 내부에 각각 배치하고, 애프터 에어 공기를 공급하는 애프터 에어 공기 공급 덕트에 공기 유량 조정 기구를 구비하고, 버너로 연소용의 2차, 3차 공기를 공급하는 2차, 3차 공기 공급 덕트에, 각 버너로 독립적으로 공기를 각각 공급할 수 있게 공기 유량 조정 기구가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 미분탄 연소 보일러.
제1항에 있어서, 상기 주 애프터 에어포트의 1개와 상기 부 애프터 에어포트의 1개를 1조로 하여, 적어도 1조를 동일한 윈도우 박스에 접속하고, 상기 윈도우 박스의 복수개를 화로 벽면에 일 방향으로 배열하여 설치하고, 애프터 에어 공기를 공급하는 애프터 에어 공기 공급 덕트에 공기 유량 조정 기구를 구비하고, 버너로 연소용의 2차, 3차 공기를 공급하는 2차, 3차 공기 공급 덕트에, 각 버너로 독립적으로 공기를 각각 공급할 수 있게 공기 유량 조정 기구가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 미분탄 연소 보일러.
제14항 또는 제15항에 있어서, 복수의 버너로 반송되는 연료의 미분탄량을 계측하는 미분탄 유량계를, 상기 버너로 미분탄을 반송하는 유로에 설치하고, 이 미분탄 유량계로 계측한 미분탄량에 기초하여 버너로 공급하는 연소용의 2차, 3차 공기량을 조절하는 제어기가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 미분탄 연소 보일러.
제14항 또는 제15항에 있어서, 복수의 버너로 반송되는 연료의 미분탄량을 계측하는 미분탄 유량계를, 상기 버너로 미분탄을 반송하는 유로에 설치하고, 이 미분탄 유량계로 계측한 미분탄량에 기초하여 주 및 부 애프터 에어포트로 공급하는 애프터 에어 공기량을 조절하는 제어기가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 미분탄 연소 보일러.
제1항에 있어서, 상기 화로의 연소 공간에서의 산소 농도를 검출하는 복수의 산소 농도 검출기와, 상기 산소 농도 검출기로부터의 신호에 기초하여 복수의 상기 주 애프터 에어포트와 부 애프터 에어포트의 공기 유량을 개별적으로 조정하는 제어 장치를 구비하고, 복수의 상기 산소 농도 검출기로부터의 신호에 의해 화로 중앙부의 산소 농도가 낮다고 특정되면 부 애프터 에어포트의 공기량을 감소시키도록 하고, 화로벽 근방의 산소 농도가 낮다고 특정되면 부 애프터 에어 공기의 공기량을 증가시키도록 한 것을 특징으로 하는 미분탄 연소 보일러.
화로 내의 상류측에서 미분탄과 공기를 공기 부족 상태로 연소시켜, 생성되는 연소 가스에 대하여 화로 내의 하류측에서 공기를 공급하여 완전 연소시키도록 한 미분탄 연소 방법에 있어서, 상기 화로의 상류측의 대향하는 벽면에 공급 공기량이 많은 주 애프터 에어포트와 공급 공기량이 적은 부 애프터 에어포트를 각각 복수개 설치하고, 주 애프터 에어포트 구경의 1배 이상 5배 이하의 범위에 부 애프터 에어포트를 배치하고, 주 애프터 에어포트로부터 분출되는 공기의 운동량을 부 애프터 에어포트로부터 분출되는 공기의 운동량보다도 많게 한 것을 특징으로 하는 미분탄 연소 방법.
제18항에 있어서, 상기 주 애프터 에어포트는 주 애프터 에어포트 중심축 방향을 향하여 공기가 흐르도록 주 애프터 에어 공기를 분출하고, 상기 부 애프터 에어포트는 부 애프터 에어포트 중심축과 평행 방향으로 흐르는 직진류와, 그 외주에 선회류가 흐르도록 부 애프터 에어 공기를 분출하는 것을 특징으로 하는 미분탄 연소 방법.
제18항 또는 제19항에 있어서, 상기 주 애프터 에어포트 또는 상기 부 애프터 에어포트로부터 분출하는 공기량을 간헐적으로 증가시켜, 상기 애프터 에어포트의 주위의 부착재를 제거하는 것을 특징으로 하는 미분탄 연소 방법.