KR20120036337A - 고체 연료 연소 버너 및 고체 연료 연소 보일러 - Google Patents

고체 연료 연소 버너 및 고체 연료 연소 보일러 Download PDF

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KR20120036337A
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Abstract

화염의 외주에 형성되는 고온 산소 잔존 영역을 억제하여, 최종적인 NOx 발생량의 저감을 가능하게 한 고체 연료 연소 버너를 제공한다. 버너부와 추가 공기 투입부로 나누어 저 NOx 연소를 실행하는 고체 연료 연소 보일러의 버너부에 이용되고, 분말체의 고체 연료 및 공기를 노내에 투입하는 고체 연료 연소 버너(20)는, 내부 보염을 갖는 연료 버너(21)와, 보염 하지 않는 2차 공기 투입 포트(30)를 구비하며, 연료 버너(21)의 공기비가 0.85 이상으로 설정되어 있다.

Description

고체 연료 연소 버너 및 고체 연료 연소 보일러{SOLID FUEL BURNER AND SOLID FUEL BOILER}
본 발명은, 예를 들어 미분탄 등의 고체 연료(분말체 연료)를 연소하는 고체 연료 연소 버너 및 고체 연료 연소 보일러에 관한 것이다.
종래, 고체 연료 연소 보일러에는, 예를 들면 고체 연료로서 미분탄(석탄)을 연소하는 미분탄 연소 보일러가 있다. 이와 같은 미분탄 연소 보일러에 있어서는, 선회 연소 보일러 및 대향 연소 보일러라고 하는 2종류의 연소 방식이 알려져 있다.
이 중, 미분탄 연소의 선회 연소 보일러에 있어서는, 연료의 미분탄과 함께 석탄 연소 버너(고체 연료 연소 버너)로부터 투입되는 1차 공기의 상하에 2차 공기 투입용의 2차 공기 투입 포트를 설치하고, 석탄 연소 버너 주위의 2차 공기에 대해 유량 조정을 실행하고 있다. (예를 들어, 특허 문헌 1 참조)
상술한 1차 공기는, 연료의 미분탄을 반송하기 위해서 필요한 공기량이기 때문에, 석탄을 분쇄하여 미분탄으로 하는 롤러 밀 장치에 대하여 공기량이 규정된다.
상술한 2차 공기는, 선회 연소 보일러내에 있어서 화염 전체를 형성하기 위해서 필요한 공기량을 불어넣는 것이다. 따라서, 선회 연소 보일러의 2차 공기량은, 대체로 미분탄의 연소에 필요한 전 공기량으로부터 1차 공기량을 차감한 것이 된다.
한편, 대향 연소 보일러의 버너에 있어서는, 1차 공기(미분탄 공급)의 외측에 2차 공기 및 3차 공기를 도입하여 공기 도입량의 미조정을 실행하는 것이 제안되어 있다.(예를 들어, 특허 문헌 2 참조)
일본 특허 제 3679998 호 공보 일본 특허 공개 제 2006－189188 호 공보
그런데, 상술한 종래의 선회 연소 보일러에 있어서는, 석탄 연소 버너의 상하에 마련되는 2차 공기 투입용의 2차 공기 투입 포트가 각각 1개가 되고, 2차 공기 투입 포트로부터 투입되는 2차 공기량의 미조정은 할 수 없는 구성으로 되어 있다. 이 때문에, 화염의 외주에는 고온 산소 잔존 영역이 형성되게 되고, 특히 2차 공기가 집중하는 영역에서는, 고온 산소 잔존 영역이 강해져 NOx 발생량을 증가시키는 요인이 되기 때문에 바람직하지 않다.
또한, 종래의 석탄 연소 버너는, 버너 외주에 보염 기구(선단 각도의 조정, 선회 등)를 설치하고, 또한, 바로 외주에 근접하여 2차 공기(혹은 3차 공기)의 투입 포트를 설치하는 것이 일반적이다. 이 때문에, 화염의 외주에서 점화가 일어나, 화염의 외주에서 대량의 공기가 혼합되게 된다. 이 결과, 화염 외주의 연소는, 화염 외주의 고온 산소 잔존 영역에 있어서 산소 농도가 높은 고온 상태로 진행하게 되고, 따라서, NOx는 화염 외주에서 발생하고 있었다.
이와 같이 하여, 화염 외주의 고온 산소 잔존 영역에서 발생한 NOx는, 화염의 외주를 통과하므로, 화염 내부와 비교하여 환원이 늦게 되어, 이것이 석탄 연소 보일러로부터 NOx를 발생시키는 요인이 되고 있었다.
한편, 대향 연소 보일러에 있어서도, 선회에 의해, 화염 외주에서 점화하기 때문에, 화염의 외주로에서 동일하게 NOx가 발생하는 요인이 되고 있었다.
이와 같은 배경으로부터, 상술한 종래의 석탄 연소 버너 및 석탄 연소 보일러와 같이, 분말체의 고체 연료를 연소하는 고체 연료 연소 버너 및 고체 연료 연소 보일러에 있어서는, 화염의 외주에 형성되는 고온 산소 잔존 영역을 억제하고, 추가 공기 투입부로부터 배출되는 최종적인 NOx 발생량을 저감하는 것이 바람직하다.
본 발명은, 상기 사정에 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적으로 하는 것은, 화염의 외주에 형성되는 고온 산소 잔존 영역을 억제(약하게)함으로써, 추가 공기 투입부로부터 배출되는 최종적인 NOx 발생량의 저감을 가능하게 한 고체 연료 연소 버너 및 고체 연료 연소 보일러를 제공하는 것이다.
본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해, 하기의 수단을 채용했다.
본 발명의 제 1 형태에 따른 고체 연료 연소 버너는, 버너부와 추가 공기 투입부로 나누어 저 NOx 연소를 실행하는 고체 연료 연소 보일러의 상기 버너부에 이용되고, 분말체의 고체 연료 및 공기를 노내에 투입하는 고체 연료 연소 버너에 있어서, 내부 보염을 갖는 연료 버너와 보염 하지 않는 2차 공기 투입 포트를 구비하고 상기 연료 버너의 공기비를 0.85 이상으로 설정한 것이다.
이와 같은 본 발명의 제 1 형태에 따른 고체 연료 연소 버너에 의하면, 내부 보염을 갖는 연료 버너와 보염 하지 않는 2차 공기 투입 포트를 구비하고, 연료 버너의 공기비가 0.85 이상으로 설정되어 있으므로, 추가 공기 투입부의 공기량(추가 공기 투입량)은, 예를 들어 공기비 0.8인 경우와 비교하여 저감 한다. 이 결과, 추가 공기 투입량이 감소한 추가 공기 투입부에서는, 최종적인 NOx 발생량이 감소한다.
상술한 추가 공기 투입량의 저감은, 내부 보염을 갖는 연료 버너 및 보염 하지 않는 2차 공기 투입 포트의 채용에 의해, 연료 버너의 점화가 내부 보염에 의해 강화되는 것과, 화염 내부에의 공기 확산이 양호하게 되어, 화염 외주에 형성되는 산소 잔존 영역이 억제되는 것에 의해서 가능해진다. 즉, 화염의 외주에 형성되는 고온 산소 잔존 영역이 억제되고, 게다가, 점화의 강화에 의해 화염내에서 NOx를 발생시켜 효과적인 NOx 환원을 하게 되므로, 추가 공기 투입부에 도달하는 NOx량은 감소한다. 또한, 추가 공기 투입부에서는, 추가 공기 투입량이 감소하고 있으므로, 추가 공기 투입부에서 발생하는 NOx량도 감소하여, 이 결과, 최종적으로 배출되는 NOx량을 저감 할 수 있다.
또한, 보염 하지 않는 2차 공기 투입 포트의 채용은, 화염 외주에서 발생하는 NOx량의 저감에도 유효하다.
상술한 고체 연료 연소 버너에 있어서, 상기 연료 버너의 것보다 매우 적합한 공기비는 0.9 이상이다.
본 발명의 제 1 형태에 따른 고체 연료 연소 버너에 있어서는, 상기 연료 버너는 상기 분말체 연료 및 공기를 노내에 투입하고, 상기 2차 공기 투입 포트는 상기 연료 버너의 상하 및/또는 좌우에 각각 배치되어 공기 유량 조정 수단을 갖고, 상기 연료 버너의 유로 전방부에(1) 또는 복수의 스플릿 부재를 배치하는 것이 바람직하다.
이와 같은 고체 연료 연소 버너에 의하면, 분말체 연료 및 공기를 노내에 투입하는 고체 연료 연소 버너가, 연료 버너의 유로 전방부에 배치된 하나 또는 복수의 스플릿 부재를 갖추고 있으므로, 스플릿 부재는 연료 버너의 출구 개구 중앙 부근에서 내부 보염 기구로서 기능한다. 이 스플릿 부재에 의해, 내부 보염이 가능해지기 때문에, 중앙부가 보다 공기 부족으로 되어 NOx 환원이 진행한다.
본 발명의 제 1 형태에 따른 고체 연료 연소 버너에 있어서는, 상기 연료 버너는 상기 분말체 연료 및 공기를 노내에 투입하고, 상기 2차 공기 투입 포트는 상기 연료 버너의 상하 및/또는 좌우에 각각 배치되어 공기 유량 조정 수단을 가지며, 상기 연료 버너의 유로 전방부에 복수방향의 스플릿 부재를 배치하는 것이 바람직하다.
이와 같은 고체 연료 연소 버너에 의하면, 분말체 연료 및 공기를 노내에 투입하는 고체 연료 연소 버너가, 연료 버너의 유로 전방부에 배치된 복수 방향의 스플릿 부재를 갖추고 있으므로, 연료 버너의 출구 개구 중앙 부근에 대하여, 내부 보염 기구로서 기능하는 스플릿 부재의 교차부를 용이하게 마련할 수 있다.
이 때문에, 스플릿 부재가 교차하는 연료 버너의 출구 개구 중앙 부근에 있어서는, 분말체 연료 및 공기의 흐름이 유로를 분할하는 스플릿 부재의 존재에 의해 혼란된다. 이 결과, 공기의 혼합?확산이 화염의 내부까지 촉진되고, 더욱 착화면이 세분화되기 때문에, 점화 위치가 화염의 중앙에 가까워져, 연료의 미연분이 저감된다. 즉, 슬릿 부재에 따라서 화염의 중심부까지 산소가 인입되기 쉬워지므로, 화염 외주의 고온 산소 잔존 영역의 형성을 억제하여 내부 점화가 효과적에 실행되게 된다. 이렇게 하여 화염 내부의 점화가 촉진됨으로써, 화염 외주의 고온 산소 잔존 영역에서 점화하는 경우와 비교하면, 화염 내부에서 신속한 환원을 실행하게 되기 때문에, NOx의 발생량은 저감한다.
또한, 이와 같은 고체 연료 연소 버너에서는, 종래 버너 외주에 설치된 보염기를 없애는 편이 바람직하며, 이것에 의해, 화염 외주로의 NOx 발생을 보다 억제할 수 있다.
본 발명의 제 1 형태에 따른 고체 연료 연소 버너에 있어서는, 상기 스플릿 부재에 의해 형성되는 착화면 길이(Lf)를 상기 연료 버너의 출구 개구 둘레 길이(L) 보다 커지도록(Lf＞L) 설정하는 것이 바람직하다.
이와 같이 하여 스플릿 부재의 길이를 설정하면, 화염 외주에서 점화시키는 것보다도 착화면 길이(Lf)에 의해서 부여되는 착화면이 넓어지므로, 화염 외주 점화와 비교하여 내부 점화가 강화되어 화염 내부에서의 신속한 환원이 촉진된다.
또한, 스플릿 부재에 의해 화염이 내부에서 세분화되기 때문에, 화염 내부에서의 신속한 연소가 가능해진다.
상기의 고체 연료 연소 버너에 있어서는, 상기 스플릿 부재가 상기 연료 버너의 출구 개구 중앙을 조밀하게 하여 배치되어 있는 것이 바람직하다.
이와 같이 하여, 내부 보염 기구인 스플릿 부재의 배치가 출구 개구의 중앙에서 조밀해지면, 스플릿 부재는 연료 버너의 중앙부에 집중하여 배치되어 있으므로, 화염 중앙부의 점화가 보다 더욱 촉진되고, NOx는 화염 내부에서 발생하여 신속히 환원된다.
또한, 중앙에 배치하는 스플릿 부재를 조밀하게 하면, 연료 버너 중앙부의 자유 영역(free area)이 작아지므로, 스플릿 부재의 압력 손실은 상대적으로 커진다. 따라서, 연료 버너 내부를 흐르는 분말체 연료 및 공기의 유속이 저하하여, 신속한 점화를 일으키게 할 수 있다.
상기의 고체 연료 연소 버너에 있어서, 상기 2차 공기 투입 포트는, 각각에 공기 유량 조정 수단을 갖는 독립한 복수의 유로로 분할되어 있는 것이 바람직하다.
이와 같이 구성한 고체 연료 연소 버너는, 화염의 외주에 투입되는 2차 공기량에 대하여, 복수로 분할된 유로마다 공기 유량 조정 수단을 조작하여 소망의 값이 되도록 유량 배분을 실행하는 것이 가능해진다. 따라서, 화염 외주에 투입되는 2차 공기량의 적정화에 의해, 고온 산소 잔존 영역의 형성을 억제 또는 방지할 수 있다.
본 발명의 제 1 형태에 따른 고체 연료 연소 버너에 있어서는, 상기 연료 버너는 상기 분말체 연료 및 공기를 노내에 투입하고, 상기 2차 공기 투입 포트는 상기 연료 버너의 상하 및/또는 좌우에 각각 배치되어 있는 동시에 각각 공기 유량 조정 수단을 갖는 독립한 복수의 유로에 분할되며 또한, 상기 연료 버너의 유로 전방부에 스플릿 부재를 배치하는 것이 바람직하다.
이와 같은 고체 연료 연소 버너에 의하면, 분말체 연료 및 공기를 노내에 투입하는 연료 버너와 해당 연료 버너의 상하 및/또는 좌우에 각각 배치되어 공기 유량 조정 수단을 갖는 2차 공기 투입 포트를 구비하고, 2차 공기 투입 포트는, 각각 공기 유량 조정 수단을 갖는 독립한 복수의 유로로 분할되고, 또한, 연료 버너의 유로 전방부에 배치한 스플릿 부재를 구비하고 있으므로, 화염의 외주에 투입되는 2차 공기량에 대하여, 복수로 분할된 유로마다 공기 유량 조정 수단을 조작하여 소망의 값이 되도록 유량 배분을 실행할 수 있다. 따라서, 화염 외주에 투입되는 2차 공기량을 적정화함으로써, 고온 산소 잔존 영역의 형성을 억제 또는 방지할 수 있다.
또한, 연료 버너의 유로 전방부에 스플릿 부재를 마련한 것에 의해, 분말체 연료 및 공기의 흐름에 혼란을 일으켜 화염 내부에서 점화시키는 것이 가능해진다. 이 결과, NOx는 화염 내부에서 발생하고, 발생한 NOx는 환원 작용이 있는 탄화수소류를 많이 포함하며, 공기 부족한 화염내에서 신속히 환원된다.
즉, 스플릿 부재에 의해 내부 보염을 강화하여, 고온 산소 잔존 영역의 형성을 방지 또는 억제할 수 있다.
따라서, 이와 같은 고체 연료 연소 버너에서는, 종래 버너 외주에 설치하고 있던 보염기는 없는 편이 바람직하다.
상기의 고체 연료 연소 버너에 있어서는, 상기 분말체 연료 및 공기의 흐름에 압력 손실을 부여하는 정류 기구를 상기 스플릿 부재의 상류측에 마련해 두는 것이 바람직하다.
이와 같은 정류 기구는, 유로에 마련된 벤드(bend)를 통과함으로써 생긴 분말체 연료의 유량 편차를 해소하므로, 스플릿 부재에 의한 내부 보염 기구를 유효하게 활용할 수 있다.
상기의 고체 연료 연소 버너에 있어서, 상기 2차 공기 투입 포트는, 각도 조정 기구를 구비하고 있는 것이 바람직하다.
이와 같이, 2차 공기 투입 포트가 각도 조정 기구를 구비하고 있으면, 2차 공기 투입 포트로부터 화염의 더욱 외측을 향하여, 최적인 2차 공기의 공급이 가능해진다. 또한, 선회를 이용하지 않기 때문에, 화염의 과잉인 확장을 방지하면서, 고온 산소 잔존 영역의 형성을 방지 또는 억제할 수 있다.
상기의 고체 연료 연소 버너에 있어서는, 상기 2차 공기 투입 포트로부터 투입되는 공기량의 배분을, 미연분 및 질소산화물(NOx) 배출량에 근거하여 피드백 제어하는 것이 바람직하다.
이와 같은 피드백 제어를 실시함으로써, 2차 공기의 배분을 자동적으로 최적화할 수 있다. 이 제어에 있어서, 예를 들어 미연분이 많은 경우에는, 화염의 외주면에 가까운 내측에의 2차 공기 배분을 증가시켜, 질소산화물의 배출량이 많은 경우에는, 화염의 외주면에서 먼 외측에의 2차 공기 배분을 증가시킨다.
또한, 미연분의 계측에 대해서는, 예를 들어 채취한 재를 매번 분석해도 좋고, 혹은, 레이저광의 산란으로부터 탄소 농도를 측정하는 계기를 채용해도 좋다.
상기의 고체 연료 연소 버너에 있어서, 상기 2차 공기 투입 포트로부터 투입되는 공기량은, 상기 버너부로부터 추가 공기 투입부까지의 영역을 환원 분위기로 하는 공기의 다단 투입과의 사이에 분배되는 것이 바람직하다.
이와 같이 하여 공기량을 분배하면, 화염 외주에 형성되는 고온 산소 잔존 영역의 억제에 의한 질소산화물 저감과 환원 분위기로 하여 연소 배기 가스 중의 질소산화물을 저감하는 것의 상승 효과에 의해, 질소산화물의 발생량을 보다 더 저감 할 수 있다.
상기의 고체 연료 연소 버너에 있어서는, 상기 연료 버너의 콜 2차 포트에 공기를 공급하는 계통과, 상기 2차 공기 투입 포트에 공기를 공급하는 계통을 분리하는 것이 바람직하다.
이와 같은 공기 공급 계통으로 하면, 2차 공기 투입 포트가 복수로 분할한 다단이 되어도, 공기량의 조정을 확실히 실시할 수 있다.
상기의 고체 연료 연소 버너에 있어서, 상기 2차 공기 투입 포트의 상기 독립한 복수의 유로는, 상기 연료 버너를 원형으로서 외주 방향에 동심원형상의 다단으로 마련되어 있는 것이 바람직하다.
이와 같이 구성된 고체 연료 연소 버너는, 특히, 대향 연소 보일러용의 버너로서 적용 가능하다. 또한, 원주 둘레로부터 균일하게 공기가 도입되므로, 보다 정밀하게 고온 고산소 영역을 저감 할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 2 형태에 따른 고체 연료 연소 보일러는, 상기 노내의 코너부 혹은 벽면부에 배치된 상기의 고체 연료 연소 버너를 갖는 것이다.
본 발명의 제 2 형태에 따른 고체 연료 연소 보일러에 의하면, 분말체 연료 및 공기를 노내에 투입하는 상기의 고체 연료 연소 버너를 구비하고 있으므로, 연료 버너의 출구 개구 중앙 부근에 배치되어 내부 보염 기구로서 기능하는 스플릿 부재가 분말체 연료 및 공기의 유로를 분할하여 흐름을 어지럽힌다. 이 결과, 공기의 혼합 및 확산이 화염의 내부까지 촉진되고, 더욱 착화면이 세분화되는 것에 의해, 점화 위치가 화염의 중앙에 가까워져 연료의 미연분을 저감한다. 즉, 화염의 중심부까지 산소가 인입되기 쉬워지므로, 내부 점화가 효과적으로 실행되게 되고, 따라서, 화염 내부에서 신속한 환원을 하여 NOx의 발생량은 저감된다.
본 발명의 제 3 형태에 따른 고체 연료 연소 버너의 운전 방법은, 버너부와 추가 공기 투입부로 나누어 저 NOx 연소를 실행하는 고체 연료 연소 보일러의 상기 버너부에 이용되고, 분말체의 고체 연료 및 공기를 노내에 투입하는 고체 연료 연소 버너의 운전 방법에 있어서, 내부 보염을 갖는 연료 버너와, 보염 하지 않는 2차 공기 투입 포트를 구비하고, 상기 연료 버너의 공기비를 0.85 이상으로 설정하여 운전하는 것이다.
이와 같은 고체 연료 연소 버너의 운전 방법에 의하면, 내부 보염을 갖는 연료 버너와 보염하지 않는 2차 공기 투입 포트를 구비하고, 연료 버너의 공기비가 0.85 이상으로 설정하여 운전되므로, 추가 공기 투입부의 공기량(추가 공기 투입량)은, 예를 들어 공기비 0.8의 경우와 비교하여 저감한다. 이 결과, 추가 공기 투입량이 감소한 추가 공기 투입부에서는, 최종적인 NOx 발생량이 감소한다.
상술한 본 발명의 고체 연료 연소 버너 및 고체 연료 연소 보일러에 의하면, 내부 보염을 갖는 연료 버너와, 보염 하지 않는 2차 공기 투입 포트를 구비하고, 연료 버너의 공기비가 0.85 이상, 매우 적합하게는 0.9 이상으로 설정되어 있으므로, 추가 공기 투입량의 저감에 의해 추가 공기 투입부의 NOx 발생량도 저감한다.
또한, 화염의 외주에 형성되는 고온 산소 잔존 영역이 억제되어, 예혼합 연소에 가까운 연소를 하는 화염 내부에서 발생한 NOx가 효과적으로 환원됨으로써, 추가 공기 투입부에 도달하는 NOx량의 감소 및 추가 공기 투입에 의해 발생하는 NOx량의 감소에 의해, 추가 공기 투입부로부터 최종적으로 배출되는 NOx량이 감소한다.
그리고, 연료 버너의 출구 개구에 내부 보염 기구로서 기능하는 복수 방향의 스플릿 부재를 마련했으므로, 스플릿 부재가 교차하는 연료 버너의 출구 개구 중앙 부근에서는, 분말체 연료 및 공기의 유로를 분할하여 흐름을 어지럽힌다. 이 결과, 공기의 혼합 및 확산이 화염의 내부까지 촉진되고, 또한, 스플릿 부재가 착화면을 세분화하므로, 점화 위치가 화염의 중앙에 가까워져, 연료의 미연분은 저감된다. 이것은, 화염의 중심부까지 산소가 인입되기 쉬워지기 때문이며, 이 산소에 의해서 내부 점화가 효과적으로 실행되게 되므로, 화염 내부에서 신속한 환원을 하게 되어, 고체 연료 연소 보일러로부터 최종적으로 배출되는 NOx의 발생량은 저감된다.
또한, 2차 공기의 투입을 조정함으로써, 화염 외주에 대한 2차 공기의 집중을 방지 또는 억제할 수 있게 되고, 이 결과, 화염의 외주에 형성되는 고온 산소 잔존 영역을 억제해 질소산화물(NOx)의 발생량을 저감 하는 것이 가능해진다.
　또, 연료 버너의 공기비를 0.85 이상으로 설정하여 운전하는 고체 연료 연소 버너의 운전 방법에 의해, 추가 공기 투입부의 공기량(추가 공기 투입량)을 저감 할 수 있으므로, 추가 공기 투입량이 감소한 추가 공기 투입부에서는, 최종적인 NOx 발생량이 감소한다.
도 1a는 본 발명에 따른 고체 연료 연소 버너(석탄 연소 버너)의 제 1 실시형태에 있어서, 고체 연료 연소 버너를 화로내에서 본 정면도,
도 1b는 도 1a에 도시하는 고체 연료 연소 버너의 A－A 단면도(고체 연료 연소 버너의 종단면도),
도 2는 도 1a, 도 1b의 고체 연료 연소 버너에 공기를 공급하고 있는 공기 공급 계통을 도시하는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 고체 연료 연소 보일러(석탄 연소 보일러)의 구성예를 도시하는 종단면도,
도 4는 도 3의 횡(수평)단면도,
도 5는 추가 공기 투입부를 구비하여 공기를 다단 투입하는 고체 연료 연소 보일러의 개요를 도시하는 설명도,
도 6a는 도 1a, 도 1b에 도시한 고체 연료 연소 버너의 스플릿 부재의 단면형상의 일례를 도시하는 도면,
도 6b는 도 6a에 도시하는 단면형상의 제 1 변형예를 도시하는 도면,
도 6c는 도 6a에 도시하는 단면형상의 제 2 변형예를 도시하는 도면,
도 6d는 도 6a에 도시하는 단면형상의 제 3 변형예를 도시하는 도면,
도 7a는 도 1a, 도 1b에 도시하는 고체 연료 연소 버너의 콜 1차 포트에 대하여, 스플릿 부재의 배치가 다른 제 1 변형예를 도시하는 정면도,
도 7b는 도 1a, 도 1b에 도시하는 고체 연료 연소 버너의 콜 1차 포트에 대하여, 착화면 길이(Lf)의 정의를 보충하는 설명도,
도 8은 도 1a, 도 1b에 도시하는 고체 연료 연소 버너의 콜 1차 포트에 대하여, 스플릿 부재의 배치가 다른 제 2 변형예를 도시하는 정면도,
도 9는 제 1 실시형태에 따른 고체 연료 연소 버너의 제 3 변형예로서 버너 근원에 정류 기구를 마련한 구성예를 도시하는 종단면도, 본 발명에 따른 고체 연료 연소 버너의 제 2 실시형태를 도시하는 종단면도,
도 10b는 도 10a에 도시하는 고체 연료 연소 버너를 화로내에서 본 정면도,
도 10c는 도 10a 및 도 10b의 고체 연료 연소 버너에 공기를 공급하고 있는 공기 공급 계통을 도시하는 도면,
도 11a 도 10a 내지 도 10c에 도시한 고체 연료 연소 버너의 제 1 변형예로서 스플릿 부재를 구비한 고체 연료 연소 버너의 구성예를 도시하는 종단면도,
도 11b는 도 10a에 도시하는 고체 연료 연소 버너를 화로내에서 본 정면도,
도 12는 도 10a 내지 도 10c에 도시한 고체 연료 연소 버너의 제 2 변형예로서 측부 2차 공기 포트를 구비한 고체 연료 연소 버너를 화로내에서 본 정면도,
도 13은 도 10a에 도시하는 고체 연료 연소 버너의 2차 공기 투입 포트가 각도 조정 기구를 구비하고 있는 구성예를 도시하는 종단면도,
도 14는 도 10c에 도시하는 공기 공급 계통의 변형예를 도시하는 도면,
도 15는 도 9에 도시한 제 1 실시형태의 제 3 변형예와 도 10a 내지 도 10c에 도시한 제 2 실시형태를 조합한 구성예를 도시하는 고체 연료 연소 버너의 종단면도,
도 16은 대향 연소 보일러에 매우 적합한 고체 연료 연소 버너를 화로내에서 본 정면도,
도 17은 내부 보염의 보염기 위치(보염기 위치/실질 미분탄 유폭)와 NOx 발생량(상대값)의 관계를 나타내는 실험 결과의 그래프,
도 18은 도 17에 도시한 그래프의 보염기 위치에 대하여, 연료 버너의 비교예를 도시하는 도면,
도 19는 스플릿 점유율과 NOx 발생량(상대값)의 관계를 나타내는 실험 결과의 그래프,
도 20은 동일방향 스플릿 및 크로스 스플릿에 대하여, 미연분 발생량의 상대값을 나타내는 실험 결과의 그래프,
도 21은 종래 및 본 발명에 대하여, 버너부, 버너부 내지 AA부 사이 및 AA부에서의 NOx 발생량의 상대값을 나타내는 실험 결과의 그래프,
도 22는 종래 및 본 발명에 대하여, 버너부 내지 AA부 사이의 공기비와 NOx 발생량(상대값)과의 관계를 나타내는 실험 결과의 그래프.
이하, 본 발명에 따른 고체 연료 연소 버너 및 고체 연료 연소 보일러의 일 실시형태를 도면에 근거하여 설명한다. 또한, 본 실시형태에서는, 고체 연료 연소 버너 및 고체 연료 연소 보일러의 일례로서 미분탄(분말체의 고체 연료인 석탄)을 연료로 하는 고체 연료 연소 버너를 구비한 선회 연소 보일러에 대해 설명하지만, 이것에 한정되는 일은 없다.
도 3 내지 도 5에 도시하는 선회 연소 보일러(10)는, 화로(11)내에 공기를 다단으로 투입함으로써, 버너부(12)로부터 추가 공기 투입부[이하, 「AA부」라고 부름](14)까지의 영역을 환원 분위기로 하여 연소 배기 가스의 저 NOx화를 도모하고 있다.
도면 중의 부호(20)는 미분탄(분말체의 고체 연료) 및 공기를 투입하는 고체 연료 연소 버너(15)는, 추가 공기를 투입하는 추가 공기 투입 노즐이다. 고체 연료 연소 버너(20)에는, 예를 들어 도 3에 도시하는 바와 같이, 미분탄을 1차 공기로 반송하는 미분탄 혼합기 수송관(16) 및 2차 공기를 공급하는 송기 덕트(17)가 접속되고 추가 공기 투입 노즐(15)에는, 2차 공기를 공급하는 송기 덕트(17)가 접속되어 있다.
이와 같이, 상술한 선회 연소 보일러(10)는, 분말체 연료의 미분탄(석탄) 및 공기를 화로(11)내에 투입하는 고체 연료 연소 버너(20)가 각 단의 각 코너부에 배치되는 선회 연소 방식의 버너부(12)가 되고, 각 단에 각각 하나 또는 복수의 선회 화염이 형성되는 선회 연소 방식을 채용하고 있다.
＜제 1 실시형태＞
도 1a, 도 1b에 도시하는 고체 연료 연소 버너(20)는, 미분탄 및 공기를 투입하는 미분탄 버너(연료 버너)(21)와 미분탄 버너(21)의 상하에 각각 배치된2차 공기 투입 포트(30)를 구비하고 있다.
2차 공기 투입 포트(30)는, 포트마다 공기 유량 조정을 가능하게 하기 위해, 예를 들어 도 2에 도시하는 바와 같이, 송기 덕트(17)로부터 분기한 2차 공기의 공급 라인마다, 공기 유량 조정 수단으로서 개도 조정 가능한 댐퍼(40)를 구비하고 있다.
상술한 미분탄 버너(21)는, 1차 공기에 의해 반송된 미분탄을 투입하는 직사각형의 콜 1차 포트(22)와, 콜 1차 포트(22)의 주위를 둘러싸도록 마련되어 2차 공기의 일부를 투입하는 콜 2차 포트(23)를 구비하고 있다. 또한, 콜 2차 포트(23)에 대해서도, 도 2에 도시하는 바와 같이, 공기 유량 조정 수단으로서 개도 조정 가능한 댐퍼(40)를 구비하고 있다. 또한, 콜 1차 포트(22)는, 원형이나 타원이라도 좋다.
미분탄 버너(21)의 유로 전방부에는, 즉, 콜 1차 포트(22)의 유로 전방부에는, 복수방향의 스플릿 부재(24)가 배치되어 있다. 이 스플릿 부재(24)는, 예를 들어 도 1a에 도시하는 바와 같이, 콜 1차 포트(22)의 출구 개구부에 있어서 상하방향 및 좌우방향으로 각각 2개씩, 합계 4개가 소정의 간격을 갖는 격자형상으로 배치되어 있다.
즉, 4개의 스플릿 부재(24)는, 상하방향 및 좌우방향이 다른 2방향을 향하여 격자형상으로 배치됨으로써, 미분탄 버너(21)에서의 콜 1차 포트(22)의 출구 개구부를 세분화(9분할)하고 있다.
상술한 스플릿 부재(24)는, 예를 들어 도 6a 내지 도 6d에 도시하는 단면형상을 채용함으로써, 미분탄 및 공기의 흐름을 부드럽게 분리시켜 혼란시킬 수 있다.
도 6a에 도시하는 스플릿 부재(24)는, 삼각형의 단면형상을 갖고 있다. 도시의 삼각형은 정삼각형이나 이등변 삼각형이며, 화로(11)내를 향한 출구측의 한 변이 미분탄 및 공기의 흐름방향과 대략 직교하도록 배치되어 있다. 바꿔 말하면, 삼각형 단면을 형성하는 각 부의 하나를, 미분탄 및 공기의 흐름방향을 향한 배치가 채용되어 있다.
도 6b에 도시하는 스플릿 부재(24A)는, 대략 T자형상의 단면형상을 갖고, 화로(11)내를 향한 출구측으로 미분탄 및 공기의 흐름방향과 대략 직교하는 면이 배치되어 있다. 또한, 이와 같은 대략 T자형상 단면형상을 변형시킴으로써, 예를 들어 도 6c에 도시하는 바와 같이, 사다리꼴 형상의 단면형상을 갖는 스플릿 부재(24A')로 해도 좋다.
또한, 도 6d에 도시하는 스플릿 부재(24b)는, 대략 L자형상의 단면형상을 갖고 있다. 즉, 상술한 대략 T자형상의 일부를 잘라낸 것과 같은 단면형상이고, 특히, 좌우(수평)방향으로 배치하는 경우에 있어서는, 상방의 볼록부를 제거한 대략 L자형상으로 하면, 스플릿 부재(24b)에 미분탄이 퇴적하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상방의 볼록부를 제거한 만큼, 하부의 볼록부를 크게함으로써, 스플릿 부재(24b)에 필요한 분리 성능을 확보할 수 있다.
그렇지만, 상술한 스플릿 부재(24) 등의 단면형상에 대해서는, 예를 들어 대략 Y자형상 등과 같이, 도시의 예로 한정되는 일은 없다.
이와 같이 구성한 고체 연료 연소 버너(20)에 있어서, 미분탄 버너(21)의 출구 개구 중앙 부근에 설치한 스플릿 부재(24)는, 미분탄 및 공기의 유로를 분할하여 흐름을 내부에서 혼란시키는 동시에 스플릿 부재(24)의 전방으로 재순환로를 형성하기 위해, 내부 보염 기구로서 기능한다.
일반적으로, 종래의 고체 연료 연소 버너는, 화염 외주에서 복사(輻射)를 받아 연료의 미분탄에 점화한다. 화염 외주에서 미분탄에 점화하면, NOx는 고온의 산소가 잔존하는 화염 외주의 고온 산소 잔존 영역(H)(도 1b 참조)에서 발생하고, 충분히 환원되지 않은 채 잔존하여 NOx 배출량을 증가시키고 있다.
그렇지만, 내부 보염 기구로서 기능하는 스플릿 부재(24)가 마련된 것에 의해, 미분탄은 화염 내부에서 점화하게 된다. 이 때문에, NOx는 화염 내부에서 발생하고, 화염 내부에서 발생한 NOx는 환원 작용을 갖는 탄화수소류를 많이 포함하고 있으므로, 공기 부족 상태인 화염내에서 신속히 환원된다. 따라서, 화염 외주에 보염기를 설치하는 보염을 그만두고, 즉, 버너 외주에 보염 기구를 설치하지 않는 구조의 고체 연료 연소 버너(20)로 하여, 화염 외주로의 NOx 발생을 억제하는 것도 가능해진다.
특히, 복수방향의 스플릿 부재(24)를 배치함으로써, 미분탄 버너(21)의 출구 개구 중앙 부근에 대하여, 다른 방향의 스플릿 부재(24)를 교차시킨 교차부를 용이하게 마련할 수 있다. 이와 같은 교차부가 미분탄 버너(21)의 출구 개구 중앙 부근에 존재하고 있으면, 미분탄 버너(21)의 출구 개구에서는, 중앙 부근에서 미분탄 및 공기의 유로가 복수로 분할되므로, 복수로 분류할 때에 흐름이 혼란된다.
즉, 스플릿 부재(24)가 좌우 한 방향인 경우, 중앙부에서의 공기의 확산이나 점화가 늦어져 미연분 증가의 원인이 되지만, 스플릿 부재(24)를 복수방향으로 배치하여 교차부가 형성되면, 공기의 혼합이 촉진되는 동시에 착화면이 세분화되므로, 화염의 중심부까지 공기(산소)가 인입되기 쉬워져, 결과적으로 미연분의 저감이 가능해진다.
바꿔 말하면, 교차부를 형성하도록 스플릿 부재(24)를 배치하면, 공기의 혼합?화염의 내부까지 촉진되어, 더욱 착화면이 세분화됨으로써, 점화 위치가 화염의 중앙부(축 중심부)에 가까워져 미분탄의 미연분을 저감한다. 즉, 화염의 중심부까지 산소가 인입되기 쉬워지므로, 내부 점화가 효과적으로 실행되게 되고, 따라서, 화염 내부에서 신속한 환원을 하여 NOx의 발생량은 저감된다.
이 결과, 화염 외주에 설치한 보염기에 의한 보염을 그만두고 화염 외주에 보염기가 없는 고체 연료 연소 버너(20)를 이용하여 화염 외주로의 NOx 발생을 억제하는 것은, 보다 한층 용이하게 된다.
다음, 도 1a에 도시한 고체 연료 연소 버너(20)의 콜 1차 포트(22)에 대하여, 스플릿 부재(24)의 배치가 다른 제 1 변형예를 도 7a 및 도 7b에 근거하여 설명한다.
이 변형예에서는, 콜 1차 포트(22)의 유로 전방부에 출구 개구의 상하방향으로 배치한 2개의 스플릿 부재(24)와, 출구 개구의 좌우방향으로 배치한 1개의 스플릿 부재(24)를 구비하고 있다.
도시한 스플릿 부재(24)에 있어서는, 스플릿 부재(24)에 의해 형성되는 착화면 길이(Lf)가, 미분탄 버너(21)를 구성하는 콜 1차 포트(22)의 출구 개구 둘레 길이 보다 커지도록(Lf＞L) 설정되어 있다.
여기서, 콜 1차 포트(22)의 출구 둘레 길이(L)는, 직사각형을 구성하는 4변의 길이를 합계한 것이기 때문에, 종치수(H) 및 횡치수(W)에 의해, L=2 H＋2 W로 나타난다.
한편, 스플릿 부재(24)의 착화면 길이(Lf)는, 폭을 갖는 스플릿 부재(24)의 양측에 착화면이 형성됨으로써, 스플릿 부재(24)의 길이를 S라고 하면, 3개 인 스플릿 부재(24)의 양측의 합계 길이는, Lf=6 S로 나타난다. 이 경우의 길이(S)는, 상하방향으로 배치한 짧은 스플릿 부재(24)의 길이를 채용하고 있으므로, 교차부의 존재를 고려해도, 산출되는 착화면 길이(Lf)는 안전 사이드의 개산값이 된다.
또한, 착화면 길이(Lf)에 대해서는, 예를 들어 도 7b에 도시하는 바와 같이, 스플릿 제작의 방법 등에 의해 양단부에 가는 부분(24a)을 갖는 구조의 스플릿 부재(24')의 경우, 양단이 가는 부분(24a)도 착화면으로서 생각한다.
이와 같이 하여 스플릿 부재(24)의 길이를 설정하면, 화염 외주에서 점화 시키는 것보다도 착화면 길이(Lf)에 의해서 주어지는 착화면이 넓어진다. 따라서, 출구 개구 둘레 길이(L)에 의해 정해지는 화염 외주 점화와 비교하면, 착화면 길이(Lf)에 의해 정해지는 내부 점화가 강화되므로, 화염내에서 발생한 NOx의 신속한 환원이 가능해진다.
또한, 스플릿 부재(24)에 의해 화염이 내부에서 세분화되기 때문에, 화염의 중심부까지 공기(산소)가 인입되기 쉬워져, 화염 내부에서의 신속한 연소에 의해 미연분의 저감이 가능해진다.
다음, 도 1a에 도시한 고체 연료 연소 버너(20)의 콜 1차 포트(22)에 대하여, 스플릿 부재(24)의 배치가 다른 제 2 변형예를 도 8에 근거하여 설명한다.
이 변형예에서는, 5개의 스플릿 부재(24)가 연료 버너(21)의 콜 1차 포트(22)에 있어서, 출구 개구 중앙을 조밀하게 하고 격자형상으로 배치되어 있다. 즉, 상하방향으로 3개 및 좌우방향으로 2개를 배치한 스플릿 부재(24)는, 콜 1차 포트(22)의 중앙부에서 서로의 간격을 좁힌 상태로 배치되어 있다. 이 때문에, 스플릿 부재(24)에 의해 격자형상으로 세분화된 출구 개구 면적은, 콜 1차 포트(22)의 중앙부가 외주측 보다 작아지고 있다.
이와 같이 하여, 내부 보염 기구인 스플릿 부재(24)의 배치가 콜 1차 포트(22)의 중앙에서 조밀해지면, 스플릿 부재(24)는 미분탄 버너(21)의 중앙부에 집중해서 배치되어 있으므로, 화염 중앙부의 점화가 보다 더 촉진되고, NOx는 화염 내부에서 신속히 발생하여 환원된다.
또한, 중앙에 배치하는 스플릿 부재(24)를 조밀하게 하면, 미분탄 버너(21)의 중앙부에서는 자유 영역이 작아진다. 즉, 미분탄 버너(21)의 콜 1차 포트(22)를 흐르는 미분탄 및 공기는, 장해가 없는 대략 곧은 유로 단면적을 통과하는 비율이 작아지므로, 스플릿 부재(24)의 압력 손실은 상대적으로 커진다. 따라서, 연료 버너(21)에서는, 콜 1차 포트(22)의 내부를 흐르는 미분탄 및 공기의 유속이 압력 손실 증가의 영향을 받아서 저하하므로, 보다 신속한 점화를 일으키게 할 수 있다.
다음, 도 1a에 도시한 고체 연료 연소 버너(20)의 콜 1차 포트(22)에 대하여, 버너 근원에 정류 기구를 마련한 제 3 변형예의 구성예를 도 9에 근거하여 설명한다. 또한, 도시의 구성예에서는 대략 T자형상의 단면형상을 갖는 스플릿 부재(24A)를 채용하고 있지만, 이것으로 한정되는 일은 없다.
이 구성예에서는, 미분탄 및 공기의 흐름에 압력 손실을 부여하기 때문에, 스플릿 부재(24A)의 상류측에 정류 기구(25)가 마련되어 있다. 이 정류 기구(25)는, 포트 단면방향에서의 유량 편차를 방지하는 것으로서, 예를 들어 유로 단면적을 2/3 정도까지, 바람직하게는 1/2 정도까지 짤 수 있는 오리피스(orifice)이나 벤투리(venturi)의 설치가 유효하다.
이와 같은 정류 기구(25)는, 연료의 미분탄을 1차 공기에 의해 반송하는 분말체 수송의 흐름에 대하여, 일정한 압력 손실을 부여할 수 있으면 어떠한 구성이라도 좋으며, 따라서, 오리피스로 한정되는 일은 없다.
또한, 상술한 정류 기구(25)는, 고체 연료 연소 버너(20)와 일체일 필요는 없으며, 스플릿 부재(24A)의 상류측에서, 미분탄 및 1차 공기가 흐르는 유로의 최종적인 직관체부(벤트나 댐퍼 등이 없는 스트레이트 한 유로 부분)에 설치되어 있으면 좋다.
그런데, 정류 기구(25)가 오리피스인 경우에는, 오리피스에 의한 영향이 남지 않도록 하기 위해, 구멍의 출구 선단으로부터 콜 1차 포트(22)의 출구까지, 구체적으로는, 스플릿 부재(24A)의 입구측 단부까지 연장되는 직관부(Lo)를 마련하는 것이 바람직하다. 이 직관부(Lo)로서는, 콜 1차 포트(22)의 높이를 h라고 하면, 적어도 2h 이상의 길이를 확보할 필요가 있으며, 보다 바람직한 직관부(Lo)는, 10h 이상의 길이를 확보한 것이다.
이와 같은 정류 기구(25)를 마련하면, 콜 1차 포트(22)에 미분탄 및 1차 공기를 공급하는 유로에 마련되어 있는 벤드를 통과함으로써, 분말체 연료의 미분탄이 원심력의 영향을 받아 유로 단면상의 분포에 편향을 발생하는 유량 편차를 해소할 수 있다.
즉, 1차 공기로 반송되는 미분탄은, 벤트 통과에 의해 외측(벤트 대경측)에 편향한 분포가 되지만, 정류 기구(25)를 통과함으로써, 유로 단면상의 분포가 해소되어 대략 균일한 상태로 스플릿 부재(24A)에 유입한다. 그 결과, 정류 기구(25)를 구비한 미분탄 버너(21)는, 스플릿 부재(24A)에 의한 내부 보염 기구를 유효하게 활용할 수 있다.
또한, 상술한 실시형태 및 그 변형예에서는, 콜 1차 포트(22)의 유로 전방부에, 복수방향(종 및 횡)의 스플릿 부재(24)가 배치되어 있지만, 예를 들어 횡방향 또는 종방향으로 하나 또는 복수의 스플릿 부재(24)를 마련해도 좋다. 이와 같은 스플릿 부재(24)를 마련하면, 미분탄 버너(21)의 출구 개구 중앙 부근에서 내부 보염 기구로서 기능하므로, 스플릿 부재(24)에 의한 내부 보염이 가능해져, 중앙부가 보다 공기 부족이 되고, NOx 환원이 진행한다.
＜제 2 실시형태＞
다음, 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 고체 연료 연소 버너를 도 10a 내지 도 10c에 근거하여 설명한다. 또한, 상술한 실시형태와 동일한 부분에는 동일한 부호를 부여하고, 그 상세한 설명은 생략한다.
도시한 고체 연료 연소 버너(20A)에 있어서, 미분탄 버너(21)는, 1차 공기에 의해 반송된 미분탄을 투입하는 직사각형의 콜 1차 포트(22)와, 콜 1차 포트(22)의 주위를 둘러싸도록 마련되고 2차 공기의 일부를 투입하는 콜 2차 포트(23)를 구비하고 있다.
고체 연료 연소 버너(21)의 상하에는, 2차 공기 투입용으로서 2차 공기 투입 포트(30A)가 마련되어 있다. 이 2차 공기 투입 포트(30A)는, 각각이 독립한 복수의 유로 및 포트로 분할되어 있고, 각 유로에는, 2차 공기의 유량 조정 수단으로서 개도 조정 가능한 댐퍼(40)가 마련되어 있다.
도시한 구성예에서는, 미분탄 버너(21)의 상하에 배치된 2차 공기 투입 포트(30A)가 모두 상하방향으로 3분할되어 있고, 미분탄 버너(21)에 가까운 내측으로부터 외측을 향하여, 내부 2차 공기 포트(31a, 31b), 중간 2차 공기 포트(32a, 32b) 및 외부 2차 공기 포트(33a, 33b)의 순서로 배치되어 있다. 또한, 이와 같은 2차 공기 투입 포트(30)의 분할 수는 3분할로 한정되는 일은 없고, 모든 조건에 따라 적절히 변경 가능하다.
상술한 콜 2차 포트(23), 내부 2차 공기 포트(31a, 31b), 중간 2차 공기 포트(32a, 32b) 및 외부 2차 공기 포트(33a, 33b)의 각 포트는, 예를 들어 도 10c에 도시하는 바와 같이, 각 포트가 도시하지 않는 공기 공급원을 갖는 공기 공급 라인(50)에 접속되어 있다. 공기 공급 라인(50)으로부터 분기하여 각 포트에 연통하는 유로에는, 유로마다 댐퍼(40)가 마련되어 있다. 따라서, 각 댐퍼(40)의 개도를 조정함으로써, 포트마다 독립한 2차 공기 공급량의 조정이 가능해지고 있다.
이와 같은 고체 연료 연소 버너(20A) 및 이것을 구비한 선회 연소 보일러(10)에 의하면, 각 고체 연료 연소 버너(20A)가 미분탄 및 공기를 투입하는 미분탄 버너(21) 및 미분탄 버너(21)의 상하에 배치된 3분할의 2차 공기 투입 포트(30A)를 구비하고 있으므로, 3분할한 2차 공기 투입 포트(30A)의 포트마다 댐퍼(40)의 개도를 조정함으로써, 화염(F)의 외주에 투입되는 2차 공기량을 소망의 값으로 유량 배분할 수 있다.
따라서, 예를 들어 화염(F)의 외주에 가장 가까운 내부 2차 공기 포트(31a, 31b)의 2차 공기 투입량에 대하여 배분 비율을 작게 하고, 그만큼 중간 2차 공기 포트(32a, 32b) 및 외부 2차 공기 포트(33a, 33b)에 투입하는 2차 공기량의 투입 비율을 순차적으로 크게 하면, 화염(F)의 외주에 형성되어 있던 국소적인 고온 산소 잔존 영역(도면중의 해칭부)(H)을 억제할 수 있다.
즉, 화염(F)으로부터 이간한 외측에 대한 2차 공기량의 투입 비율을 증가시키는 동시에, 화염(F)의 외주 근방에 투입되는 2차 공기량의 투입 비율을 작게 설정하면, 2차 공기의 확산을 늦어지게 할 수 있다. 이 결과, 화염(F)의 주변에 2차 공기가 집중하는 것을 방지 또는 억제할 수 있게 되고, 따라서, 국소적인 고온 산소 잔존 영역(H)은 약하고 작은 것이 되기 때문에, 선회 연소 보일러(10)의 NOx 발생량을 저감 할 수 있다. 바꿔 말하면, 화염(F)의 외주에 투입되는 2차 공기량의 적정화에 의해, 고온 산소 잔존 영역(H)의 형성을 억제 또는 방지하여, 선회 연소 보일러(10)의 저 NOx화를 달성할 수 있다.
한편, 미분탄의 성질 등에 의해 2차 공기의 확산이 필요한 경우에는, 2차 공기 투입 포트(30A)의 유량 배분에 대해서, 내외를 역전시켜 내부 2차 공기 포트(31a, 31b)의 배분 비율을 크게 하면 좋다.
즉, 예를 들어 휘발분이 많은 등 연료비가 다른 석탄을 분쇄한 미분탄을 사용하는 경우에서도, 복수로 분할된 2차 공기 투입 포트(30A)의 각 포트로부터 투입하는 2차 공기의 유량 배분을 적절히 조정함으로써, NOx 또는 미연분을 저감한 적정한 연소를 선택할 수 있다. 이와 같은 2차 공기 투입 포트(30A)의 다단화는, 상술한 제 1 실시형태에서 설명한 고체 연료 연소 버너(20)에도 적용할 수 있다.
그런데, 상술한 고체 연료 연소 버너(20A)는, 예를 들어 도 11a 및 도 11b에 도시하는 본 실시형태의 제 1 변형예와 같이, 미분탄 버너(21)의 노즐 선단부에 개구 면적을 상하로 분할하도록 설치한 스플릿 부재(24)를 구비한 것이 바람직하다.
도시한 스플릿 부재(24)는 삼각형 단면을 가지고 있고, 노즐 내부를 흐르는 미분탄 및 1차 공기를 상하방향으로 분리하여 확산시키는 배치로 함으로써, 보염이 강화되는 동시에, 고온 산소 잔존 영역(H)의 형성을 억제 또는 방지할 수 있다.
즉, 스플릿 부재(24)를 통과함으로써, 미분탄 농도의 높은 흐름이 스플릿 부재(24)의 외주로 형성되어, 보염의 강화에 유효가 된다. 또한, 스플릿 부재(24)를 통과한 미분탄 농도의 높은 흐름은, 도면 중에 파선 화살표(fa)로 나타내는 바와 같이, 스플릿 부재(24)의 하류측에 형성되는 부압 영역에 흘러든다. 이 결과, 이 공기의 흐름에 의해 화염(F)도 부압 영역으로 인입되므로, 보염이 한층 더욱 강화되는 결과, 연소가 촉진되어 산소를 빨리 소비할 수 있다.
또한, 스플릿 부재(24)에 대해서는 1개로 한정되는 일은 없고, 예를 들어 동방향의 복수개나, 제 1 실시형태에서 설명한 바와 같이 다른 방향의 복수개 로 형성되어도 좋고, 또한, 스플릿 부재(24)의 단면형상에 대해서도, 적절히 형상을 고안하여도 좋다.
또한, 상술한 고체 연료 연소 버너(20A)는, 예를 들어 도 12에 도시하는 본 실시형태의 제 2 변형예와 같이, 미분탄 버너(21)의 좌우에 하나 또는 복수의 측부 2차 공기 포트(34L, 34R)를 구비하고 있는 것이 바람직하다. 도시한 구성예에서는, 미분탄 버너(21)의 좌우에 대하여, 각각이 댐퍼(도시하지 않음)를 갖춘 하나의 측부 2차 공기 포트(34L, 34R)를 마련하고 있지만, 복수로 분할하여 각각의 유량 제어를 실시할 수 있도록 해도 좋다.
이와 같은 구성으로 하면, 2차 공기를 화염(F)의 좌우에도 분배 가능해지므로, 2차 공기가 화염(F)의 상하로 과잉이 되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 화염(F)의 외주에 투입되는 2차 공기량에 대하여, 상하 및 좌우의 분배를 적절히 조정할 수 있으므로, 보다 정밀한 유량 배분이 가능해진다.
이와 같은 측부 2차 공기 포트(34L, 34R)는, 상술한 제 1 실시형태에 있어서도 적용 가능하다.
또한, 상술한 선회 연소 보일러(10)에 있어서, 2차 공기 투입 포트(30A)는, 예를 들어 도 13에 도시하는 바와 같이, 화로(11)내를 향한 2차 공기의 투입 방향을 상하로 변화시키는 각도 조정 기구를 구비하고 있는 것이 바람직하다. 이 각도 조정 기구는, 수평을 기준으로 한 2차 공기 투입 포트(30A)의 틸트 각도를 상하로 변화시키는 것으로서, 2차 공기의 확산을 촉진하여 고온 산소 잔존 영역(H)의 형성을 방지 또는 억제할 수 있다. 또한, 이 경우에 매우 적합한 틸트 각도(θ)는 ±30도 정도가 되어, 보다 바람직한 틸트 각도(θ)는 ±15도가 된다.
이와 같은 각도 조정 기구를 구비하는 것에 의해, 2차 공기 투입 포트(30A)로부터 화로(11)내의 화염(F)을 향하여 투입되는 2차 공기의 각도 조정이 가능하게 되므로, 화로(11)내에서의 공기 확산을 보다 정밀하게 컨트롤 할 수 있다. 특히, 미분탄 연료의 탄종이 극단적으로 바뀌었을 경우 등, 2차 공기의 투입 각도를 적절하게 변화시키면, 저 NOx화의 효과를 보다 한층 향상시킬 수 있다.
이와 같은 각도 조정 기구는, 상술한 제 1 실시형태에 있어서도 적용 가능하다.
또한, 상술한 선회 연소 보일러(10)에 있어서, 2차 공기 투입 포트(30A)로부터 투입되는 공기량의 배분은, 미연분 및 NOx 배출량에 근거하여 댐퍼(40)의 개도를 피드백 제어하여 조정되는 것이 바람직하다.
즉, 선회 연소 보일러(10)에서 미연분이 많은 경우에는, 화염(F)의 외주면에 가까운 내부 2차 공기 포트(31a, 31b)에의 2차 공기 배분을 증가시키고, NOx 배출량이 많은 경우에는, 화염(F)의 외주면에서 먼 외부 2차 공기 포트(33a, 33b)에의 2차 공기 배분을 증가시킨다.
이 경우, 미연분의 계측에 대해서는, 예를 들어 레이저광의 산란으로부터 탄소 농도를 측정하는 계기를 채용하고, NOx 배출량에 대해서는, 공지의 측정 기기를 채용하면 좋다.
이와 같은 피드백 제어를 실시함으로써, 2차 공기의 배분을 연소 상황에 따라 자동적으로 최적화할 수 있는 선회 연소 보일러(10)가 된다.
또한, 상술한 선회 연소 보일러(10)에서, 2차 공기 투입 포트(30A)로부터 투입되는 2차 공기량은, 버너부(12)로부터 AA부(14)까지의 영역을 환원 분위기로 하는 공기의 다단 투입과의 사이에 분배되는 것이 바람직하다.
즉, 복수로 분할된 2차 공기 투입 포트(30A)로부터 투입하는 2차 공기량에 대해서는, AA부(14)로부터 공기를 다단 투입하는 2단 연소와의 병용에 의해, 2차 공기 투입 포트(30A)로부터 투입되는 2차 공기량을 저감 할 수 있다. 따라서, 화염(F)의 외주에 형성되는 고온 산소 잔존 영역(H)의 억제에 의한 저 NOx화와, 환원 분위기로 하여 연소 배기 가스의 저 NOx화를 도모하는 것의 상승 효과에 의해, NOx의 발생량을 보다 한층 저감 할 수 있다.
이와 같이, 상술한 본 발명의 선회 연소 보일러(10)에 의하면, 복수로 분할한 2차 공기 투입 포트(30A)로부터 투입하는 2차 공기량을 포트마다 조정함으로써, 화염(F)의 외주에 대한 2차 공기의 집중을 방지 또는 억제할 수 있게 되고, 이 결과, 화염(F)의 외주에 형성되는 고온 산소 잔존 영역(H)을 억제하여 NOx의 발생량을 저감 할 수 있다.
또한, 상술한 실시형태에서는, 버너부(12)로부터 AA부(14)까지의 영역을 환원 분위기로 하는 공기의 다단 투입의 선회 연소 보일러(10)로서 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 일은 없다.
또한, 상술한 고체 연료 연소 버너(20A)는, 예를 들어 도 14에 도시하는 바와 같이, 미분탄 버너(21)의 콜 2차 포트(23)에 공기를 공급하는 계통과, 2차 공기 투입 포트(30A)에 공기를 공급하는 계통을 분리하는 것이 바람직하다. 도시한 구성예에서는, 공기 공급 라인(50)이 콜 2차 포트 공급 라인(51) 및 2차 공기 투입 포트 공급 라인(52)으로 분기되고, 각각의 공급 라인(51, 52)에 댐퍼(41)를 구비하고 있다.
이와 같은 공기 공급 계통을 채용함으로써, 콜 2차 포트 공급 라인(51) 및 2차 공기 투입 포트 공급 라인(52)마다 댐퍼(41)의 개도 조정을 실행하고 공기량의 분배를 실행하며, 또한 각 댐퍼(40)의 개도 조정에 의해서 포트마다의 공기량을 조정하는 것이 가능해진다. 그 결과, 2차 공기 투입 포트(30A)가 복수로 분할된 다단이 되어도, 각 포트의 공기량을 확실히 조정할 수 있다.
상술한 제 1 실시형태 및 제 2 실시형태는, 각각 단독으로 적용할 뿐만 아니라, 둘을 조합한 구성으로 해도 좋다.
도 15에 도시하는 고체 연료 연소 버너(20B)는, 도 9에 도시한 미분탄 버너(21)의 상하로 배치된 2차 공기 투입 포트(30A)가 모두 상하방향으로 3분할되어 있다. 즉, 도시의 고체 연료 연소 버너(20B)는, 스플릿 부재(24) 및 정류 기구(25)에 의해 달성되는 내부 보염과 다단 2차 공기 투입 포트(30A)를 조합한 구성예이다.
이와 같이 구성된 고체 연료 연소 버너(20B)는, 내부 보염에 의한 NOx 저감에 부가하여, 2차 공기의 확산 속도를 조정하여 화염내의 공기 확산을 적정화할 수 있으므로, 휘발분이나 차-의 연소에 필요한 공기량을 적정한 타이밍에 공급할 수 있다. 즉, 내부 보염 및 2차 공기의 확산 속도 조정을 실시함으로써, 양자의 상승 효과에 의해서 더욱 저 NOx화가 가능해진다.
또한, 스플릿 부재(24)의 단면형상이나 배치, 정류 기구(25)의 유무, 2차 공기 투입 포트(30A)의 분할 수나 측부 2차 공기 포트(34L, 34R)의 유무 등에 대해서는, 도시의 구성으로 한정되는 일 없이, 적절히 선택하여 조합한 구성이 가능하다.
또한, 2차 공기 투입 포트(30A)를 다단으로 한 실시형태 및 변형예에 있어서는, 2차 공기 투입 포트(30A)의 일부를 오일 포트로서 사용하는 것도 가능하다.
즉, 선회 연소 보일러(10)와 같은 고체 연료 연소 보일러에 있어서는, 보일러 운전의 시작 시에 가스 또는 오일을 연료로 하는 운용이 필요하며, 따라서, 화로(11)내에 오일을 투입하는 오일 버너가 필요하다. 그래서, 오일 버너가 필요한 시작 시에, 다단으로 한 2차 공기 투입 포트(30A) 중, 예를 들어 외부 2차 공기 포트(33a, 33b)를 일시적으로 오일 포트로서 사용하면, 고체 연료 연소 버너의 포트수를 저감하여 보일러 높이를 억제할 수 있다.
다음, 대향 연소 보일러에 매우 적합한 고체 연료 연소 버너에 대하여, 도 16을 참조하여 설명한다.
도시한 고체 연료 연소 버너(20C)에는, 원형 단면으로 한 콜 1차 포트(22A)의 외주에, 복수의 동심원의 포트를 포함한 2차 공기 투입 포트(30B)가 마련되어 있다. 도시한 2차 공기 투입 포트(30B)는, 내부 2차 공기 투입 포트(31) 및 외부 2차 공기 투입 포트(33)의 2단으로 구성되지만, 이것에 한정되는 일은 없다.
또한, 콜 1차 포트(22A)의 출구 중심부에는, 다른 2방향(종 및 횡)의 스플릿 부재(24)가 격자형상으로 합계 4개 배치되어 있다. 또한, 이 경우의 스플릿 부재(24)에 대해서는, 제 1 실시형태에서 설명한 수, 배치 및 단면형상 등을 적용 가능하다.
이와 같이 구성된 고체 연료 연소 버너(20C)는, 2차 공기를 서서히 공급하기 때문에 극단적인 환원 분위기는 되지 않고, 일반적으로 단염에 환원 분위기가 강하여, 발생한 황화 수소에 의한 황화 부식 등도 경감할 수 있다.
이와 같이, 상술한 실시형태 및 변형예의 고체 연료 연소 버너는, 미분탄 버너의 출구 개구에 내부 보염 기구로서 기능하는 복수방향의 스플릿 부재를 마련함으로써, 스플릿 부재가 교차하는 연료 버너의 출구 개구 중앙 부근에서, 분말체 연료 및 공기의 유로를 분할하고 흐름을 혼란시키고 있다. 이 혼란에 의해, 공기의 혼합 및 확산은 화염의 내부까지 촉진되고, 또한 스플릿 부재가 착화면을 세분화함으로써, 화염의 중심부까지 산소가 인입되기 쉬워지므로, 점화 위치가 화염의 중앙에 가까워져 연료의 미연분은 저감하게 된다. 즉, 화염 중심부의 산소에 의해서 내부 점화가 효과적으로 실행되기 때문에, 화염 내부에서 신속한 환원을 하게 되고, 그 결과, 고체 연료 연소 버너를 구비한 고체 연료 연소 보일러로부터 최종적으로 배출되는 NOx의 발생량은 저감된다.
또한, 2차 공기 투입 포트를 다단으로 해2차 공기의 투입을 조정하면, 화염 외주에 대한2차 공기의 집중을 방지 또는 억제할 수 있게 되므로, 화염의 외주에 형성되는 고온 산소 잔존 영역을 억제하여 질소산화물(NOx)의 발생량을 저감 할 수 있다.
또한, 본 발명의 고체 연료 연소 버너 및 이것을 구비한 고체 연료 연소 보일러는, 화염의 내부에서 강력하게 점화하는 동시에 버너부의 공기비를 증가할 수 있으므로, 보일러 전체의 과잉 공기율을 1.0 내지 1.1 정도까지 저감할 수 있으며, 따라서, 보일러 효율을 향상시키는 효과도 있다. 또한, 종래의 고체 연료 연소 버너 및 고체 연료 연소 보일러는, 통상 1.15 정도의 과잉 공기율로 운용되고 있으므로, 대략 0.05 내지 0.15 정도의 공기비 저감이 가능해진다.
도 17 내지 도 22는, 본 발명의 작용 효과를 나타내는 실험 결과의 그래프이다.
도 17은, 내부 보염의 보염기 위치와 NOx 발생량(상대값)과의 관계를 나타내는 실험 결과의 그래프이다. 이 경우의 보염기 위치는, 도 18에 도시하는 비교예에 있어서, 보염기로서 기능하는 스플릿 부재(24A)의 폭(높이)을 보염기 위치(a)로 하고, 실제로 미분탄이 흐르는 유로폭을 실질 미분탄 유폭(b)으로서 산출되는 「a/b」를 횡축으로 하고, 종축에 NOx 발생량의 상대값을 나타낸 그래프이다. 또한, 도 18에서는, 도 6b에 도시하는 스플릿 부재(24A)를 채용하고 있지만, 이것에 한정되는 일은 없다.
이 실험에서는, 1차 공기 및 미분탄의 유속, 2차 공기의 유속 및 1차 공기/2차 공기의 공기 배분을 동일로 하여, 도 18에 도시하는 비교예 1(a/b=0.77) 및 비교예 2(a/b=0.4)에서 발생한 NOx량을 측정했다.
여기서, 비교예 1의 콜 1차 포트(22)는, 유로 내부에 장애물이 되는 역코어(26)가 설치되어 있고 따라서, 미분탄은 역코어(26)의 내벽폭과 대략 일치하는 폭(b)으로 그대로 유출하게 된다. 한편, 비교예(2)의 콜 1차 포트(22)는, 장애물이 없는 유로 내벽을 따라서 대략 그대로인 폭(b)으로 유출한다. 이 때문에, 보염기 위치(a)가 동일하며, 또한, 동일한 내경의 콜 1차 포트(22)에서도, 장애물의 유무에 의해 분모의 실질 미분탄 유폭(b)에 차이가 생겨, 이 결과적으로 NOx 발생량도 다르다.
바꿔 말하면, 도 17에 도시하는 실험 결과는, 스플릿 부재의 폭(a)이 실질 미분탄 유폭(b)에 차지하는 비율(a/b)에 대해서, 대체로 75% 이하가 되도록 설정하면, NOx 발생량이 저감하는 것을 나타내고 있다.
즉, 이 실험 결과에 의하면, 스플릿 부재의 폭(a)이 실질 미분탄 유폭(b)에 차지하는 비율(a/b)을 0.77에서 0.4까지 작게 함으로써, 발생하는 NOx량의 상대값이 0.75까지 저하하고, 약 25%의 감소하고 있는 것을 안다. 바꿔 말하면, 내부 보염 기구로서 기능하는 스플릿 부재는, 스플릿 부재의 폭(a)을 최적화함으로써, 고체 연료 연소 버너 및 고체 연료 연소 보일러의 NOx 저감에 유효한 것을 안다.
이 때, 정류 기구(25)를 마련하지 않고 편류가 생겼을 경우에는, 미분탄의 흐름에 대해서 스플릿 부재가 외측의 위치가 될 가능성도 있어, 이 결과적으로 NOx가 증가하기 때문에, 정류 기구는 중요하다.
다음의 도 19는, 스플릿 점유율과 NOx 발생량(상대값)의 관계를 나타내는 실험 결과의 그래프이다. 즉, 상술한 스플릿 부재의 폭(a)이, 콜 1차 포트(22)의 높이(폭)에 차지하는 비율에 따라서, NOx 발생량이 어떻게 변화하는지를 나타내는 실험 그래프이다.
이 실험 결과에 의하면, 스플릿 점유율이 커지는 만큼 NOx 발생량은 감소하고 있으며, 따라서, 스플릿 부재의 설치는 NOx 저감에 유효하다는 것을 안다.
한편, 상술한 도 17의 실험 결과에 의하면, 스플릿 부재의 폭(a)이 실질 미분탄 유폭(b)에 차지하는 비율(a/b)을 작게 하면 발생하는 NOx량의 상대값도 저하되고 있으므로, NOx 발생량의 저감에는, 적절한 폭(a)을 갖는 스플릿 부재의 설치가 필요하다. 즉, 내부 보염에서는, 적절한 스플릿폭(a)을 갖는 스플릿 부재를 설치하고 점화를 강화하며, 이것에 의해 NOx를 보다 조기 방출하고 환원하는 것이 NOx 발생량의 저감에 중요하다.
도 20은, 미연분의 발생량에 대해서, 스플릿 부재를 동일방향으로 배치한 동일방향 스플릿과 스플릿 부재를 복수방향으로 배치한 크로스 스플릿를 비교한 것이다. 이 실험에서는, 도 17의 실험과 마찬가지로 모든 조건을 동일하게 하여, 동일방향 스플릿 및 크로스 스플릿에 대하여 미연분 발생량을 비교하고 있다.
이 실험 결과에 의하면, 동일 방향 스플릿에서 발생한 미연분량을 기준으로 하며, 크로스 스플릿에서 발생한 미연분량의 상대값은 0.75이고, 약 25% 감소하고 있는 것을 안다. 즉, 스플릿 부재를 복수방향으로 배치하는 크로스 스플릿은, 고체 연료 연소 버너 및 고체 연료 연소 보일러의 미연분 저감에 유효하다는 것을 안다.
도 20의 실험 결과에 의해, 스플릿 부재를 다른 방향으로 배치함으로써, 화염 내부의 점화가 보다 강화되는 동시에, 화염 내부에의 공기 확산이 양호해지기 때문에, 미연분이 감소하고 있는 것이라고 생각할 수 있다.
한편, 동일 방향 스플릿의 경우에 미연분이 많아지는 것은, 외측의 화염에 공기가 공급되고, 내부에 형성되는 화염에의 공기 확산이 늦기 때문이라고 생각할 수 있다.
도 21에 도시하는 실험 결과는, 종래형의 고체 연료 연소 버너 및 본 발명에 의한 고체 연료 연소 버너에 있어서, 버너부, 버너부 내지 AA부, AA부에 대하여, 각각의 영역에 있어서의 NOx 발생량을 비교한 것이며, 종래의 AA부에 있어서의 NOx 발생량을 기준치의 1로 한 상대값이 나타나 있다. 또한, 이 실험 결과는, 예를 들어 도 1a에 도시하는 복수방향의 스플릿 부재를 채용하고 있다.
또한, 이 실험 결과는 동일 미연분의 비교이며, 버너부 내지 AA부 사이의 공기비(전체 공기 투입량을 기준으로 하여, 전체 공기 투입량으로부터 추가 공기 투입량을 뺀 공기 투입량의 비율을 나타내는 비)는, 종래에서 0.8로 하고, 본 발명에서 0.9로 했다. 여기서의 전체 공기 투입량은, 과잉 공기율을 고려하여 정하는 실제의 공기 투입량이다. 또한, 추가 공기 투입율을 30%로 하고, 과잉 공기율을 1.15로 설정하면, 버너부 내지 AA부간의 공기비는, 대략 0.8이 된다. [버너부 내지 AA부 사이의 공기비=1.15×(1－0.3)≒0.8]
이 실험 결과에 의하면, AA부에서 발생하는 최종적인 NOx 발생량은, 종래비로 40%감소인 0.6까지 저감했다. 이것은, 본 발명은 복수방향의 스플릿 부재를 배치한 내부 보염형으로 하고, 또한, 스플릿 부재에 의해 점화가 강화되는 것에 의해, 화염내에서 NOx를 발생시켜, 효과적으로 NOx 환원을 실시하고 있기 때문이라고 생각할 수 있다.
또한, 본 발명의 경우, 화염내의 혼합이 양호하기 때문에, 연소가 예혼합 연소에 가까워져, 보다 균일하게 연소되기 때문에, 공기비가 0.9에서도 충분히 환원력을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
즉, 종래는 화염 외주에 고온 고산소 영역이 생기기 때문에, 충분한 NOx 환원을 실행하기 위해서는 30% 정도의 추가 공기 투입(AA)이 필요하기 때문에, 버너부 내지 AA부간의 공기비는 0.8 정도까지 내릴 필요가 있었다. 이 때문에, AA부에서는, 과잉 공기율을 고려한 전체 공기 투입량의 30%정도의 공기가 투입되기 때문에, NOx는 AA부에서도 발생하고 있었다.
그렇지만, 본 발명의 경우, 버너부 내지 AA부간은, 0.9 정도의 공기비에서도 연소 가능하기 때문에, 추가 공기 투입량은, 과잉 공기율을 고려한 전체 공기 투입량의 0 내지 20% 정도까지 저감 할 수 있게 되고, 따라서, AA부에서의 NOx 발생량도 억제할 수 있으므로, 최종적으로는 40%정도의 NOx 발생량 저감이 가능해지고 있다.
도 22는, 횡축을 「버너부 내지 AA부간의 공기비」로 하고, 종축에 「NOx 발생량의 상대값」을 나타낸 것이다. 이 실험 결과에 의하면, 본 발명의 경우, 버너 부근의 공기비가 0.9로 최적값을 취하고, 약 40%의 NOx 저감이 확인되었다. 따라서, 「과잉 공기율을 고려한 전체 공기 투입량」과「전체 공기 투입량으로부터 추가 공기 투입량을 뺀 공기 투입량」이라는 비인 「버너부 내지 AA부 사이의 공기비」는, 도 22보다, 약 30%의 NOx를 저감 할 수 있는 0.85 이상으로 설정하는 것이 바람직하고, 보다 적합하게는 최적값의 0.9 이상으로 설정하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실험 결과에서, 0.8 부근의 공기비로 NOx 발생량이 1이상으로 증가하고 있는 것은, 추가 공기 투입에 의한 NOx 발생을 때문이다.
또한, 공기비의 상한은 연료비에 따라 다르며, 연료비가 1.5 이상의 경우는 0.95가 되고, 연료비가 1.5 미만인 경우는 1.0이 된다. 이 경우의 연료비는, 연료 중의 고정 탄소와 휘발분과의 비율(고정 탄소/휘발분)이다.
이와 같이, 상술한 본 실시형태에 의하면, 내부 보염을 갖는 미분탄 버너(21)과 보염하지 않는 2차 공기 투입 포트(30)를 구비하고, 미분탄 버너(21)의 공기비가 0.85 이상, 적합하게는 0.9 이상으로 설정되어 있으므로, AA부(14)에서의 추가 공기 투입량이 저감 된 것에 의해, AA부(14)의 NOx 발생량도 저감 한다. 또한, 화염의 외주에 형성되는 고온 산소 잔존 영역(H)이 억제되고, 예혼합 연소에 가까운 연소의 화염 내부에서 발생한 NOx가 효과적으로 환원되므로, AA부(14)에 도달하는 NOx량의 감소와 AA부(14)로 추가 공기의 투입에 의해 발생하는 NOx량의 감소에 의해, AA부(14)로부터 최종적으로 배출되는 NOx량은 감소한다.
그 결과, AA부(14)로부터 배출되는 최종적인 NOx 발생량을 저감한 고체 연료 연소 버너(20) 및 선회 연소 보일러(10)가 된다.
또한, 미분탄 버너(21)의 공기비를 0.85 이상으로 설정하여 운전하는 고체 연료 연소 버너의 운전 방법에 의해, AA부(14)의 공기량(추가 공기 투입량)은, 예를 들어 공기비 0.8의 경우와 비교하여 저감하므로, 추가 공기 투입량이 감소한 AA부(14)에서는, 최종적인 NOx 발생량이 감소한다.
또한, 본 발명은 상술한 실시형태에 한정되는 일은 없고, 예를 들어 분말체의 고체 연료가 미분탄으로 한정되지 않는 등, 그 요지를 일탈하지 않는 범위내에서 적절히 변경할 수 있다.
10 : 선회 연소 보일러 11 : 화로
12 : 버너부 14 : 추가 공기 투입부(AA부)
20, 20A-20C : 고체 연료 연소 버너 21 : 미분탄 버너(연료 버너)
22 : 콜 1차 포트 23 : 콜 2차 포트
24, 24A, 24B : 스플릿 부재 25 : 정류 기구
30, 30A : 2차 공기 투입 포트 31, 31a, 31b : 내부 2차 공기 포트
32a, 32b : 중간 2차 공기 포트 33, 33a, 33b : 외부 2차 공기 포트
34L, 34R : 측부 2차 공기 포트 40, 41 : 댐퍼
F : 화염 H : 고온 산소 잔존 영역

Claims (16)

  1. 버너부와 추가 공기 투입부로 나누어 저 NOx 연소를 실행하는 고체 연료 연소 보일러의 상기 버너부에 이용되고, 분말체의 고체 연료 및 공기를 노내에 투입하는 고체 연료 연소 버너에 있어서,
    내부 보염(保炎)을 갖는 연료 버너와, 보염 하지 않는 2차 공기 투입 포트를 구비하고, 상기 연료 버너의 공기비를 0.85 이상으로 설정한
    고체 연료 연소 버너.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료 버너의 공기비가 0.9 이상으로 설정되어 있는
    고체 연료 연소 버너.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 연료 버너는 상기 분말체 연료 및 공기를 노내에 투입하고, 상기 2차 공기 투입 포트는 상기 연료 버너의 상하 및/또는 좌우에 각각 배치되고 공기 유량 조정 수단을 갖고, 상기 연료 버너의 유로 전방부에 하나 또는 복수의 스플릿 부재를 배치한
    고체 연료 연소 버너.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 연료 버너는 상기 분말체 연료 및 공기를 노내에 투입하고, 상기 2차 공기 투입 포트는 상기 연료 버너의 상하 및/또는 좌우에 각각 배치되고 공기 유량 조정 수단을 갖고, 상기 연료 버너의 유로 전방부에 복수 방향의 스플릿 부재를 배치한
    고체 연료 연소 버너.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 스플릿 부재에 의해 형성되는 착화면 길이(Lf)가 상기 연료 버너의 출구 개구 둘레 길이(L)보다 커지도록(Lf＞L) 설정되어 있는
    고체 연료 연소 버너.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 스플릿 부재는 상기 연료 버너의 출구 개구 중앙이 조밀하게 되도록 배치되어 있는
    고체 연료 연소 버너.
  7. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 2차 공기 투입 포트는, 각각이 공기 유량 조정 수단을 갖는 독립한 복수의 유로로 분할되어 있는
    고체 연료 연소 버너.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 연료 버너는 상기 분말체 연료 및 공기를 노내에 투입하고, 상기 2차 공기 투입 포트는 상기 연료 버너의 상하 및/또는 좌우에 각각 배치되어 있는 동시에 각각 공기 유량 조정 수단을 갖는 독립한 복수의 유로로 분할되고, 또한 상기 연료 버너의 유로 전방부에 스플릿 부재를 배치한
    고체 연료 연소 버너.
  9. 제 4 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분말체 연료 및 공기의 흐름에 압력 손실을 부여하는 정류 기구를 상기 스플릿 부재의 상류측에 마련한
    고체 연료 연소 버너.
  10. 제 4 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 2차 공기 투입 포트가 각도 조정 기구를 구비하고 있는
    고체 연료 연소 버너.
  11. 제 4 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 2차 공기 투입 포트로부터 투입되는 공기량의 배분이 미연분 및 질소산화물(NOx) 배출량에 근거하여 피드백 제어되는
    고체 연료 연소 버너.
  12. 제 4 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 2차 공기 투입 포트로부터 투입되는 공기량이, 상기 버너부로부터 추가 공기 투입부까지의 영역을 환원 분위기로 하는 공기의 다단 투입과의 사이에서 분배되는
    고체 연료 연소 버너.
  13. 제 4 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연료 버너의 콜 2차 포트에 공기를 공급하는 계통과, 상기 2차 공기 투입 포트에 공기를 공급하는 계통이 분리되어 있는
    고체 연료 연소 버너.
  14. 제 7 항에 있어서,
    상기 2차 공기 투입 포트의 상기 독립한 복수의 유로는, 상기 연료 버너를 원형으로하여 외주방향으로 동심원형상의 다단으로 마련되어 있는
    고체 연료 연소 버너.
  15. 상기 노내의 코너부 혹은 벽면부에 배치된 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 기재된 고체 연료 연소 버너를 갖는
    고체 연료 연소 보일러.
  16. 버너부와 추가 공기 투입부로 나누어 저 NOx 연소를 실행하는 고체 연료 연소 보일러의 상기 버너부에 이용되고, 분말체의 고체 연료 및 공기를 노내에 투입하는 고체 연료 연소 버너의 운전 방법에 있어서, 내부 보염을 갖는 연료 버너와, 보염하지 않는 2차 공기 투입 포트를 구비하고, 상기 연료 버너의 공기비를 0.85 이상으로 설정하여 운전하는
    고체 연료 연소 버너의 운전 방법.
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