KR20090025206A - 분쇄 고체 연료의 노즐 조립체 - Google Patents

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KR20090025206A
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케빈 에이. 그레코
필립프 에이치. 라파베
가렌 에이치. 리차드
쥬니어 올리버 브리그스
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알스톰 테크놀러지 리미티드
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Abstract

분쇄 고체 연료의 노즐 조립체(34)는 연료 공급관(38) 및 상기 연료 공급관(38)에 피봇식으로 고정된 노즐 팁(36)을 포함한다. 연료 공급관(38)은 둥근 출구 단부(102)와 둥근 출구 단부(102)의 주변부 주위에 배치된 구근형 돌출부(106)를 구비한 일반적인 원통형 쉘(99)을 포함한다. 노즐 팁(36)은 일반적인 원통형 쉘(99)의 둥근 출구 단부(102)와 동심 관계로 배열된 둥근 입구 단부(108)를 구비한 내부쉘(40)을 포함한다. 둥근 입구 단부(108)는 연료 공급관(38) 및 내부쉘(40) 사이에 밀봉부를 형성하기 위하여 구근형 돌출부(106) 주위에 배치된다. 노즐 팁(36)은 또한 내부쉘(40)에 대해서 동축방향 관계로 배열된 외부쉘(39)과, 내부쉘(40) 및 외부쉘(39) 사이에 배치된 환형 채널(42)도 포함한다. 노즐 팁(36)은 내부쉘(40)로부터 분쇄 고체 연료의 스트림을 지향시키기 위하여 적어도 하나의 축(52,250) 주위로 피봇될 수 있다.
Figure P1020087027390
분쇄 고체 연료, 노즐 조립체, 연료 공급관, 노즐 팁, 원통형 쉘

Description

분쇄 고체 연료의 노즐 조립체{Pulverized solid fuel nozzle assembly}
본 발명은 분쇄 고체 연료의 배급 시스템에 관한 것이고, 특히 분쇄 고체 연료의 배급 시스템에서 사용하기 위한 노즐 조립체에 관한 것이다.
분쇄 고체 연료(즉, 석탄)를 증기 발생기에 배급하기 위한 시스템은 통상적으로 분쇄 석탄을 증기 발생기의 연소실 내로 배급하는 복수의 노즐을 포함한다. 노즐 조립체들은 통상적으로 증기 발생기의 모서리 인근에 위치할 수 있는 윈드박스(windbox) 내에 배치된다. 각 노즐 조립체는 연소실 내로 돌출하는 노즐 팁을 포함한다. 통상적으로, 노즐 팁들은 연소실 내에서 화염의 위치를 조정하기 위하여 상하로 경사지도록 배열된다.
도 1은 윈드박스(202)의 연료 격실(208)에 배치된 통상적인 고체 연료의 노즐 조립체(200)의 부분 전개 사시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 고체 연료의 노즐 조립체(200)는 노즐 팁(204) 및 연료 공급관(도관;216)을 포함한다. 노즐 팁(204)은 외부쉘(210) 및 내부쉘(212)을 포함하는 이중쉘 구조를 가진다. 내부쉘(212)은 내부쉘(212) 및 외부쉘(210) 사이에 환형 공간(214)을 제공하기 위하여, 외부쉘(210) 내에 동축방향으로 배치된다. 내부쉘(212)은 공기에 동반된 분쇄 고체 연료의 증기를 내부쉘(212)을 통해서 증기 발생기의 연소실 내로 공급하기 위해 연료 공급관(216)에 연결된다. 환형 공간(214)은 상기 환형 공간(214)을 통해서 제 2 공기를 연소실 내로 공급하기 위해 제 2 공기 도관(218)에 연결된다. 제 2 공기는 연소에 사용되고 노즐 팁(204)을 냉각시키는 것을 보조한다.
외부쉘(210)의 횡단면 형상은 통상적으로 직사각형이고 주로 역시 직사각형 횡단면을 갖는 제 2 공기 도관(218)의 출구 단부(220)의 내부 횡단면에 대응한다. 유사하게, 내부쉘(212)의 횡단면 형상은 통상적으로 직사각형이고 주로 연료 공급관(216)의 출구 단부(222)의 외부 횡단면에 대응한다. 그러나, 연료 공급관(216)은 통상적으로 둥근 입구 단부(224)를 구비하고, 상기 입구 단부는 연료 공급관(216)의 입구 단부(224) 및 출구 단부(222) 사이에서, 둥근 형상에서 사각형으로 또는 둥근 형상에서 직사각형으로의 변이 섹션을 사용하는 것을 필요로 한다. 이러한 구성은 많은 적용분야에서 적합하지만, 분쇄 고체 연료가 상기 변이 섹션을 통과하여 유동할 때, 분쇄 고체 연료의 분배 작업은 균일하지도 않고 집중되지도 않는다. 이와 같이 균일하지 않은 고체 연료의 분배는 노즐(200)의 성능에 영향을 미치고 일부 적용분야에서는 단점일 수 있는 것으로 사료된다.
상술한 종래 기술의 결점 및 불합리성은 연료 공급관 및 상기 연료 공급관에 대해서 피봇식으로 고정된 노즐 팁을 포함하는 분쇄 고체 연료의 노즐 조립체에 의해서 제거되거나 또는 극복된다. 연료 공급관은 둥근 출구 단부 및 상기 둥근 출구 단부의 주변부 주위에 배치된 구근형 돌출부(bulbous protrusion)를 구비한 일반적인 원통형 쉘을 포함한다. 노즐 팁은 일반적인 원통형 쉘의 둥근 출구 단부에 대해서 동심 관계로 배열된 둥근 입구 단부를 구비한 내부쉘을 포함한다. 둥근 입구 단부는 연료 공급관 및 내부쉘 사이에 밀봉부를 형성하기 위해 구근형 돌출부 주위에 배치된다. 노즐 팁도 역시 내부쉘과 동축 관계로 배열된 외부쉘과, 내부쉘 및 외부쉘 사이에 배치된 환형 공기 채널을 포함한다. 노즐 팁은 내부쉘로부터 분쇄 고체 연료의 스트림을 지향시키기 위해 적어도 하나의 축에 대해서 피봇가능하다.
여러 실시예에서, 노즐 팁은 상기 노즐 팁의 경사 및 요잉 운동(yawing)을 허용하기 위하여 적어도 두개의 축 주위에서 피봇가능하고; 노즐 조립체는 연료 공급관 내에 배치된 화염 형태 조정 수단을 포함하고; 및 일반적인 원통형 쉘 및 내부쉘중 적어도 하나는 내연마성 금속 재료 및 세라믹 재료중 적어도 하나로 덮혀진다. 내부쉘 및 일반적인 원통형 쉘은 수렴형형 목부, 발산형형 목부 및 일정 직경의 목부중 임의의 것을 구비할 수 있다.
여러 도면에서 유사 항목들에 대해서는 유사 번호로 지정된 도면을 참조하시오.
도 1은 종래 기술의 분쇄 고체 연료의 노즐 조립체의 부분 전개 사시도.
도 2는 내부에 연료 격실을 구비한 복수의 윈드박스를 포함하는 고체 연료 발화 증기 발생기의 개략적인 도면.
도 3은 연료 격실 내에 배치된 분쇄 고체 연료의 노즐 조립체의 횡단 입면도.
도 4는 연료 격실 내에 배치된 분쇄 고체 연료의 노즐 조립체의 횡단면도.
도 5는 화염 형태를 조정하기 위한 다른 수단을 포함하는 분쇄 고체 연료의 노즐 조립체의 일부의 횡단 입면도.
도 6은 분쇄 고체 연료의 노즐 조립체의 부분 전개 사시도.
도 7은 분쇄 고체 연료의 노즐 조립체에 사용될 수 있는 발산형 목부를 구비한 연료 공급관의 일부의 횡단 입면도.
도 8은 분쇄 고체 연료의 노즐 조립체에 사용될 수 있는 노즐 팁의 후방 사시도.
도 9는 노즐 팁의 경사 및 요잉 운동을 허용하도록 구성된 연료 공급관의 부분 전개 사시도.
도 10은 노즐 팁의 경사 및 요잉 운동을 허용하도로 구성된 다른 연료 공급관의 부분 전개 사시도.
도 2에는, 분쇄 고체 연료의 발화 증기 발생기(10)가 분쇄 고체 연료(즉, 석탄) 및 공기의 연소가 개시되는 연소실(14)을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 분쇄 고체 연료 및 공기의 연소에서 발생되는 뜨거운 가스는 증기 발생기(10)에서 위로 상승하고 종래 방식으로 증기 발생기(10)의 벽들을 덮는 튜브들(도시생략)을 통 과하는 유체에 열을 제공한다. 뜨거운 가스는 증기 발생기(10)의 후방 가스 통로(pass;18)로 교대로 안내되는, 증기 발생기(10)의 수평 통로(16)를 통해서 증기 발생기(10)를 빠져나간다. 수평 통로(16) 및 후방 가스 통로(18)는 모두 당기술에 숙련된 기술자에게 널리 공지된 방식으로, 증기를 발생시켜서 과열시키기 위한 다른 열교환면(도시생략)을 수용할 수 있다. 증기 발생기(10)에서 발생된 증기는 다른 목적을 위해서 터빈/발생기 세트에 사용되는 터빈(도시생략)으로 흐를 수 있다.
증기 발생기(10)는 증기 발생기(10)의 모서리에 위치할 수 있는 하나 이상의 윈드박스(20)를 포함한다. 윈드박스(20)는 복수의 공기 격실(15)을 구비하고, 적당한 소스(즉, 팬)로부터 공급된 공기가 상기 공기 격실(15)을 통해서 증기 발생기(10)의 연소실(14) 내로 주입된다. 또한, 복수의 연료 격실(12)이 각 윈드박스(20)에 배치되고, 분쇄 고체 연료가 상기 연료 격실(12)을 통해서 증기 발생기(10)의 연소실(14) 내로 주입된다.
고체 연료는 복수의 분쇄 고체 연료 덕트(26)를 경유하여 연료 격실(12)과 교통하는 분쇄기(24)를 포함하는 분쇄 고체 연료의 공급 수단(22)에 의해서 연료 격실(12)로 공급된다. 분쇄기(24)는 공기 소스(즉, 팬)에 작동식으로 연결되고, 그에 의해서 공기 소스에 의해서 발생된 공기 스트림은 분쇄 고체 연료를 분쇄기(24)에서, 분쇄 고체 연료 덕트(26) 및 연료 격실(12)을 통해서 그리고 당기술에 숙련된 기술자에게 널리 공지된 방식으로 연소실(14) 안으로 운송한다.
증기 발생기(10)는 증기 발생기(10)의 노 출구 평면(28) 및 각 윈드박스(20)의 상부 사이에 위치하도록, 증기 발생기(10)의 각 모서리에 통합된 2단 연 소(Separated Overfire Air)의 둘 이상의 불연속 레벨을 구비함으로써, 2단 연소의 높은 레벨(32) 및 2단 연소의 낮은 레벨(30)을 제공한다.
도 3은 x-y 평면을 따라 절취한 연료 격실(12) 내에 배치된 분쇄 고체 연료의 노즐 조립체(34)의 횡단 입면도를 도시하고, 도 4는 x-y 평면에 수직하는 x-z 평면을 따라 절취한 연료 격실(12) 내에 배치된 분쇄 고체 연료의 노즐 조립체(34)의 횡단면도를 도시한다. 단지 하나의 연료 격실(12)만이 도시되었지만, 도 2의 각 연료 격실(12)은 노즐 조립체(34)를 포함할 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 도 3 및 도 4에서, 노즐 조립체(34)는 연소실(14) 안으로 돌출한 노즐 팁(36)과, 분쇄 고체 연료 덕트(26)와 결합되고 연료 격실(12)을 통해서 연장되는 연료 공급관(38)을 포함한다. 연료 공급관(38)은 연료 공급관(38)을 고체 연료 덕트(26)에 고정하기 위해 일단부에 배치된 플랜지(104)와 하기에 더욱 상세하게 기술되는 바와 같이, 연료 공급관(38) 및 노즐 팁(36) 사이에 밀봉부를 제공하기 위하여 타단부에 배치된 구근형 돌출부(106)를 구비한 일반적인 원통형 쉘(99)을 포함한다. "일반적인 원통형"은 쉘의 내면이 쉘의 실질적인 모든 길이에 걸쳐 원형 횡단면을 구비한 유동 경로를 제공하는 것을 의미한다.
노즐 팁(36)은 외부쉘(39) 및 내부쉘(40)을 포함하는 이중 쉘 구조를 가진다. 내부쉘(40)은 내부쉘(40) 및 외부쉘(39) 사이에 환형 공간(42)을 제공하기 위하여, 외부쉘(39) 내에 동축방향으로 배치된다. 내부쉘(40)은 공기에 동반된 분쇄 고체 연료의 스트림(44)을 연료 공급관(38) 및 내부쉘(40)을 통해서 연소실(14) 내로 공급하기 위하여 연료 공급관(38)에 연결된다. 환형 공간(42)은 제 2 공기의 스트림(48)을 제 2 공기 도관을 통해서 환형 공간(42) 및 연소실(14) 내로 공급하기 위해서 제 2 공기 도관(46)에 연결된다. 제 2 공기는 연소에서 사용되고 노즐 팁(36)을 냉각시키는 것을 보조한다.
노즐 조립체(34)는 연료 격실(12) 내에 적당하게 지지되고, 임의의 종래 설치 수단이 사용될 수 있다. 제 2 공기 도관(46)은 일반적인 원통형 쉘(99)의 종축(52)과 동축방향으로 정렬되므로, 연료 공급관(38)은 제 2 공기 도관(46) 내에 센터링된다.
노즐 조립체(34)는 노즐 조립체(34)가 기존의 종래 기술의 노즐 조립체의 위치에 사용될 수 있도록 크기설정될 수 있다는 것이 예상된다. 노즐 조립체(34)는 기존의 윈드박스 제어 또는 동작을 최소로 변형한 기존의 증기 발생기로 개장될 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 또한, 노즐 조립체(34)가 새로운 설비에서 사용될 수 있다는 것도 예상된다.
노즐 팁(36) 및 연료 공급관(38)은 종축(52)과 동축방향으로 정렬된다. 노즐 팁(36)은 노즐 팁(36)이 종축(52)에 대해서 수직으로 연장되는 축(54) 주위에 피봇될 수 있도록 연료 공급관(38)에 대해서 피봇식으로 고정된다. 도시된 보기에서, 노즐 팁(36)은 내부쉘(40)에서 축(54)을 따라 연료 공급관(38)으로 연장되는 핀(56)을 통해서 연료 공급관(38)에 대해서 피봇식으로 고정된다. 다른 방안으로, 노즐 팁(36)은 외부쉘(39)에서 축(54)을 따라 제 2 공기 도관(46)으로 연장되는 핀(도시생략)을 통해서 연료 공급관(38)에 대해서 피봇식으로 고정될 수 있다.
연료 공급관(38) 내에는, 노즐 조립체(34)와 연계된 화염 조정 수단이 배치 된다. 조정 수단(58)은 온 라인으로 화염 형태를 제어할 수 있고 NOx 및 CO와 같은 보일러 방출물에서 환원을 최대화하도록, 화염을 맞추는 장점을 제공한다. 조정 수단(58)은 축(52)을 따라 연장되는 로드(60) 및 노즐 팁(36) 내에 위치하고 로드(60)의 자유 단부에 배치된 블러프 몸체(62; 즉, 이동 유체에 잠길 때 저항성을 나타내는 형상을 갖는 몸체)를 포함한다. 로드(60)의 대향 단부는 고체 연료 덕트(26)를 통해서 배치된 그랜드 실(64;gland seal)을 통해서 연장된다. 그랜드 실(64)은 공기에 동반된 분쇄 고체 연료의 스트림(44)이 로드(60)를 따라 이탈하는 것을 방지하고, 동시에 로드(60)가 축(52)을 따라 이동하는 것을 허용한다. 로드(60)는 로드(60)에 고정되고 연료 공급관(38)의 내면에 안착되는 한쌍의 레그(61)에 의해서 연료 공급관(38) 내에 지지된다. 축(52)을 따르는 방향으로 블러프 몸체(62) 및 로드(60)가 이동하면, 화염의 형태가 조정될 수 있다.
도 3 및 도 4는 블러프 몸체(62)를 사용하는 것을 도시하지만, 조정 수단(58)에 의해서 다른 구조들도 사용될 수 있다는 것이 예상된다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 선회기(swirler;66)[주변부 주위에서 이격된 핀(70)을 구비한 몸체(68)]는 공기에 동반된 분쇄 고체 연료의 유동에서 회전력을 제공하는데 사용될 수 있다.
도 6에는, 노즐 조립체(34)의 부분 전개 사시도가 도시된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 일반적인 원통형 쉘(99)은 둥근 입구 단부(100) 및 둥근 출구 단부(102)를 구비한다. 입구 단부(100)의 주변부 주위에는 플랜지(104)가 배치되고 출구 단부(102)의 주변부 주위에는 구근형 돌출부(106)가 배치된다. 도 3 내지 도 5에 가장 잘 도시된 바와 같이, 구근형 돌출부(106)는 축(52)이 연장되는 임의의 평면에서 보여지는 바와 같이, 반원형 횡단면 형상을 가진다. 구근형 돌출부(106)는 연료 공급관(38)에 부착된 링으로부터 형성되거나 또는 연료 공급관(38)이 주조 성형되거나 또는 다른 방안으로는 구근형 돌출부(106)를 포함하도록 형성된다.
도 3 내지 도 5에서, 연료 공급관(38)의 출구 단부(102)는 일정 직경의 목부를 형성한다. 즉, 연료 공급관(38)은 출구 단부(102) 부분을 통해서 실질적으로 일정하게 유지되는 내경을 가진다. 다른 방안으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 연료 공급관(38)은 발산형 목부를 가질 수 있다. 즉, 연료 공급관(38)은 출구 단부(102)를 향하여 증가하는 (θ> 0) 내경을 가진다. 또한, 연료 공급관(38)은 내경이 출구 단부(102)를 향하여 감소하는 (θ< 0) 수렴형 목부를 가질 수 있다는 것이 예상된다. 연료 공급관(38)의 형상은 노즐 조립체(34)의 적용에 따라서 선택될 수 있다. 예를 들어, 화염 조정 수단(58)이 사용되는 적용 분야에 대해서는 일정한 직경이 유리한 것으로 사료된다.
연료 공급관(38)은 예를 들어, 스틸, 철 또는 다른 재료와 같은 임의의 적당한 재료로 구성될 수 있다. 유리하게는, 연료 공급관(38)의 내면의 일반적인 원통형 디자인으로 인하여, 연료 공급관(38)의 마모 영역은 전체적으로 광범위한 내연마성 및/또는 내열성 금속 재료 또는 세라믹 재료로 제조되거나 또는 덮혀질 수 있다. 본원에서 사용되는 "내연마성 금속 재료"는 금속 재료의 브리넬 경도(Brinell Hardness)에 대한 표준 시험 방법, 즉, ASTM E 10에 대한 3000kg 부하로써 10mm 직경의 텅스텐-카바이드 볼 압입체(indenter)를 사용하여 얻어진 200 이상의 브리넬 경도를 갖는 임의의 금속 재료이다.
도 8은 노즐 팁(36)의 후면 사시도를 도시하고, 노즐 팁(36)의 전면 사시도는 도 6에 도시된다. 도 8에서, 외부쉘(39)의 일부는 외부쉘(39) 내에서 내부쉘(40)을 지지하기 위하여 내부쉘(40)에서 외부쉘(39)로 연장되는 복수의 지지 부재(109)를 들어내기 위하여 제거되었다. 도 6 및 도 8에 가장 잘 도시된 바와 같이, 내부쉘(40)은 둥근 입구 단부(108) 및 둥근 출구 단부(110)를 가진다.
도 3 내지 도 5에 가장 잘 도시된 바와 같이, 내부쉘(40)은 내부쉘(40)의 내경이 출구 단부(110)를 향하여 감소하는 수렴형 목부를 형성한다. 다른 방안으로, 내부쉘(40)은 내부쉘(40)이 그 길이에 걸쳐 실질적으로 일정하게 유지되는 내경을 갖는 일정한 직경의 목부 또는 내부쉘(40)의 내경이 출구 단부(110)를 향하여 증가하는 발산형 목부를 형성할 수 있다. 내부쉘의 형상은 노즐 조립체(34)의 적용에 따라서 선택될 수 있다.
도 6 및 도 8에 있어서, 외부쉘(39)은 입구 단부(112) 및 출구 단부(114)를 가진다. 외부쉘(39)은 노즐이 축(54)에 대해서 피봇될 때(도 4), 연료 격실(12) 및 외부쉘(39) 사이에 밀봉부를 유지하도록 작용하는, 입구 단부(112)의 적어도 두 측면 상에 배치된 구근형(아치형) 부분(116)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 입구 단부(112)는 다중 측면 횡단면 형상(즉, 사각형, 직사각형 등)을 가지며, 출구 단부(114)는 둥글다. 그러나, 외부쉘(39)은 노즐 조립체(34)의 적용에 따라서 임의의 종래 형상을 사용할 수 있다는 것도 예상할 수 있다. 예를 들어, 외부쉘(39)은 다중 측면(즉, 사각형, 직사각형 등) 입구 단부(112) 및/또는 출구 단부들(114) 또는 둥근 입구 단부(112) 및/또는 출구 단부들(114)을 구비할 수 있다는 것도 예상된다.
노즐 팁(36)은 예를 들어, 스틸, 철 또는 다른 재료들과 같은 임의의 적당한 재료로 구성될 수 있다. 유리하게는, 내부쉘(40)의 일반적인 원통형 디자인으로 인하여, 내부쉘(40)의 마모 영역이 광범위한 내연마성 금속 재료 또는 세라믹 재료로 제조되거나 또는 덮혀질 수 있다.
노즐 팁(36)이 연료 공급관(38)에 조립될 때, 내부쉘(40)의 내면은 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 연료 공급관(38)의 출구 단부의 구근형 돌출부(106) 주위에 배치된다. 내부쉘(40)의 내면 및 구근형 돌출부(106)의 외면은 공기에 동반된 분쇄 고체 연료의 스트림(44) 및 제 2 공기 스트림(48) 사이의 분리상태를 실질적으로 유지하기 위하여 밀봉부를 형성한다. 상기 밀봉부를 제공하기 위하여, 내부쉘(40)의 내면은 노즐 팁(36)이 연료 공급관(38)에 대해서 피봇될 수 있게 허용하기 위하여, 구근형 돌출부(106)의 외면 및 내부쉘(40)의 내면 사이에 충분한 공간을 확보한 상태에서, 구근형 돌출부(106)의 외면 인접 부근에 배치된다.
도시된 실시예에서, 핀(56; 도 4)은 노즐 팁(36)을 연료 공급관(38)에 피봇식으로 부착하기 위하여, 구근형 돌출부(106)에 배치된 구멍(122; 도 6)을 통해서 그리고 내부쉘(40)에 배치된 구멍(120; 도 8)을 통해서 연장된다. 본 실시예는 노즐 팁(36)이 단일 축(54) 주위에서 연료 공급관(38)에 대해서 피봇될 수 있게 허용하고, 그에 따라서 [축(54)이 수평으로 배열될 때] 노즐 팁(36)이 위아래로 경사지거나 또는 [축(54)이 수직으로 배열될 때] 측면에서 다른 측면으로 요잉 운동할 수 있게 한다. 다른 방안으로, 도 9 및 도 10은 연료 공급관(38)이 노즐 팁(36)의 경사운동 및 요잉 운동을 모두 허용하도록 구성되는 실시예를 도시한다.
도 9의 실시예에서, 구근형 돌출부(106)에 배치된 구멍들(122)중 하나는 세장형이므로, 노즐 팁(36; 도 6)이 대향 구멍(122)에 위치하고 구근형 돌출부(106)의 외면에 일반적으로 접선 방향으로 연장되는 축(250) 주위에 피봇될 수 있게 한다. 다른 방안으로, 도 10에 도시된 바와 같이, 양 구멍(122)은 세장형이므로, 노즐 팁(36; 도 6)이 일반적으로 종축(52)과 수직으로 연장되는 축(250) 주위로 피봇될 수 있게 허용한다.
본원에 기술된 여러 실시예에서, 노즐 조립체(34)는 노즐 팁(36)이 연료 공급관(38)에 대해서 피봇될 수 있게 허용하고, 그에 의해서 분쇄 고체 연료의 스트림(44)이 연소실(14) 안으로 들어갈 때 상기 스트림을 지향시킨다. 노즐 팁(36)의 상기 경사 운동 및 요잉 운동으로 인하여 화염을 성형 및 제어할 수 있고, 이것은 더욱 양호한 작동 및 방출 제어 동작을 위해 증기 발생기가 조절될 수 있게 한다. 유리하게는, 노즐 조립체(34)는 횡단면 형상이 원형인 분쇄 고체 연료에 대한 유동 경로를 제공하면서, 노즐 팁(36)의 상기 경사 운동 및 요잉 운동을 허용한다. 원형 횡단면의 유동 경로를 유지하면, 노 안으로 침투되는 둥근 분사물(round jet)을 유지할 수 있으므로, 균일한 반경방향의 연소를 제공할 수 있다. 상기 균일성은 더욱 양호한 방출물 제어 및 연소 효율을 제공하는 것으로 사료된다. 또한, 원형 횡단면의 유동 경로를 유지하면, 노즐 팁(36)을 통과하는 더욱 양호한 공기 흐름을 제공하고 차후에 노즐 팁(36)의 냉각작용을 더욱 양호하게 하고, 이것은 노즐 팁(36)의 수명 연장 및 내구성을 도모하는 것으로 사료된다.
노즐 조립체(34)는 온-라인 화염 형상 제어를 위해 블러프 몸체 또는 조정가능한 선회기를 추가할 수 있게 한다. 이러한 특징 형태는 NOx 및 CO와 같은 보일러 방출물에서 환원을 최대화하도록, 화염을 맞추는 장점을 제공한다. 본원에 기재된 실시예는 새롭게 설계된 보일러 및 윈드박스에서 사용될 수 있고, 윈드박스 제어 또는 동작을 최소로 변형한 상태에서 기존의 증기 발생기로 개장될 수 있다. 또한, 일반적인 원통형 디자인으로 인하여, 노즐팁 및/또는 연료 공급관의 마모 영역은 전체적으로 광범위한 내연마성 및/또는 내열성 금속 재료 또는 세라믹으로 제조되거나 또는 덮혀질 수 있다.
본원의 특수한 실시예에 대해서 기술된 임의의 형태, 특징, 다른 형태 및 수정 사항은 본원에서 다르게 기술하지 않는다면, 본원에 기술된 임의의 다른 실시예와 함께 사용되거나 또는 합체될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본원의 도면은 축척되게 도시되지 않았다.
본 발명은 여러 변형 및 다른 형태로 수정될 수 있기 때문에, 본 발명은 공개된 특수한 형태에 국한되는 것으로 의도되지 않는다. 더우기, 본 발명의 범주는 첨부된 청구범위에 규정된 발명의 정신 및 범주 내에 있는 동등물, 수정 및 변형 형태들도 포괄한다.

Claims (20)

  1. 둥근 출구 단부를 구비한 일반적인 원통형 쉘과, 상기 일반적인 원통형 쉘의 출구 단부의 주변부 주위에 배치된 구근형 돌출부를 포함하는 연료 공급관; 및
    상기 일반적인 원통형 쉘의 둥근 출구 단부와 동심 관계에 배열되고 상기 연료 공급관 및 내부쉘 사이에 밀봉부를 형성하기 위해 구근형 돌출부 주위에 배치되는 둥근 입구 단부를 구비한 내부쉘과, 상기 내부쉘에 대해서 동축방향 관계로 배열된 외부쉘과, 상기 내부쉘 및 상기 외부쉘 사이에 배치되는 환형 공기 채널을 포함하고, 상기 연료 공급관에 대해서 피봇식으로 고정되는 노즐 팁을 포함하는, 분쇄 고체 연료의 노즐 조립체로서,
    상기 노즐 팁은 상기 내부쉘로부터 분쇄 고체 연료의 스트림을 지향시키기 위하여 적어도 하나의 축에 대해서 피봇가능한, 분쇄 고체 연료의 노즐 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 노즐 팁은 상기 노즐 팁의 경사 및 요잉 운동을 허용하기 위하여 적어도 두개의 축에 대해서 피봇가능한, 분쇄 고체 연료의 노즐 조립체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료 공급관 내에 배치된 화염 형상 조정 수단을 추가로 포함하는, 분쇄 고체 연료의 노즐 조립체.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 화염 형상 조정 수단은 상기 일반적인 원통형 쉘 내에 배치되는 로드; 및
    상기 노즐 팁 인근의 지지 부재의 단부에 배치된 블러프 몸체(bluff body) 및 선회기(swirler)중 적어도 하나를 포함하는, 분쇄 고체 연료의 노즐 조립체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부쉘은 둥근 횡단면 형상을 갖는 출구 단부와 다중 측면 횡단면 형상을 갖는 입구 단부를 구비하는, 분쇄 고체 연료의 노즐 조립체.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 외부쉘의 입구 단부는 다중 측면 횡단면 형상의 적어도 두 측면에 배치된 구근형 부분을 포함하는, 분쇄 고체 연료의 노즐 조립체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부쉘은 수렴형 목부 또는 발산형 목부를 구비하는, 분쇄 고체 연료의 노즐 조립체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부쉘은 일정한 직경의 목부를 구비하는, 분쇄 고체 연료의 노즐 조립체.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 일반적인 원통형 쉘은 수렴형 목부 또는 발산형 목부를 구비하는, 분쇄 고체 연료의 노즐 조립체.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 일반적인 원통형 쉘은 일정한 직경의 목부를 구비하는, 분쇄 고체 연료의 노즐 조립체.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 일반적인 원통형 쉘 및 상기 내부쉘의 적어도 하나는 내연마성 금속 재료 및 세라믹 재료중 적어도 하나로 덮혀지는, 분쇄 고체 연료의 노즐 조립체.
  12. 둥근 출구 단부를 구비한 일반적인 원통형 쉘과, 상기 일반적인 원통형 쉘의 출구 단부의 주변부 주위에 배치된 구근형 돌출부를 포함하는 연료 공급관;
    상기 일반적인 원통형 쉘의 둥근 출구 단부와 동심 관계에 배열되고 상기 연료 공급관 및 내부쉘 사이에 밀봉부를 형성하기 위해 구근형 돌출부 주위에 배치되는 둥근 입구 단부를 구비한 내부쉘과, 상기 내부쉘에 대해서 동축방향 관계로 배 열된 외부쉘과, 상기 내부쉘 및 상기 외부쉘 사이에 배치되는 환형 공기 채널을 포함하고, 상기 연료 공급관에 대해서 피봇식으로 고정되는 노즐 팁; 및
    상기 일반적인 원통형 쉘 내에 배치되는 로드와, 상기 노즐 팁 인근에 위치하고 지지 부재의 단부에 배치된 블러프 몸체(bluff body) 및 선회기(swirler)중 적어도 하나를 포함하는 상기 연료 공급관 내에 배치된 화염 형상 조정 장치를 포함하는, 분쇄 고체 연료의 노즐 조립체로서,
    상기 노즐 팁은 상기 내부쉘로부터 분쇄 고체 연료의 스트림을 지향시키기 위하여 적어도 하나의 축에 대해서 피봇가능한, 분쇄 고체 연료의 노즐 조립체.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 노즐 팁은 상기 노즐 팁의 경사 및 요잉 운동을 허용하기 위하여 적어도 두개의 축에 대해서 피봇가능한, 분쇄 고체 연료의 노즐 조립체.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 외부쉘은 둥근 횡단면 형상을 갖는 출구 단부와 다중 측면 횡단면 형상을 갖는 입구 단부를 구비하는, 분쇄 고체 연료의 노즐 조립체.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 내부쉘은 수렴형 목부 또는 발산형 목부를 구비하는, 분쇄 고체 연료의 노즐 조립체.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 내부쉘은 일정한 직경의 목부를 구비하는, 분쇄 고체 연료의 노즐 조립체.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 일반적인 원통형 쉘은 수렴형 목부 또는 발산형 목부를 구비하는, 분쇄 고체 연료의 노즐 조립체.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 일반적인 원통형 쉘은 일정한 직경의 목부를 구비하는, 분쇄 고체 연료의 노즐 조립체.
  19. 제 12 항에 있어서,
    상기 연료 공급관에서 팁 섹션의 내부쉘로 연장되는 적어도 하나의 핀을 추가로 포함하고,
    상기 적어도 하나의 핀은 노즐 팁이 그 주위로 피봇되는 축과 축방향으로 정렬되는, 분쇄 고체 연료의 노즐 조립체.
  20. 제 12 항에 있어서,
    상기 일반적인 원통형 쉘 및 상기 내부쉘의 적어도 하나는 내연마성 금속 재료 및 세라믹 재료중 적어도 하나로 덮혀지는, 분쇄 고체 연료의 노즐 조립체.
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