KR20140008407A - 연소 장치 - Google Patents

Abstract

연료와 그 반송 기체의 혼합물을 화로(18) 내에 분출시키는 통 형상의 연료 노즐(3)과 상기 노즐(3)의 외주에 설치된 연소용 공기를 화로 내에 분출시키는 통 형상의 1 이상의 공기 노즐(8, 11)과 상기 노즐(8, 11)에 공통하여 연소용 공기를 공급하는 윈드 박스(12)를 가지는 버너(19)를 복수개, 화로(18)의 노벽(10)에 나란하게 설치한 보일러로서, 윈드 박스(12)는 버너(19)의 축방향에 대해서 수직 방향을 향한 하나의 방향으로부터 연소용 공기가 유입하는 개구부(12a, 12b)를 가지며, 상기 개구부로부터 병진하여 유입하는 평행한 복수의 공기 유로를 형성하도록 칸막이 판(14)으로 구획하고, 복수의 유로 중 일부의 유로는 연소용 공기 노즐(8)의 위쪽, 나머지의 유로는 상기 노즐(8)의 아래쪽에 접속되며, 복수의 연소용 공기 유로에는, 각각 독립하게 공기의 운동량 편차용 댐퍼(15), 또한 공기 유량 조정용 댐퍼(17)을 마련하여, 버너(19)의 화염의 방향을 부하 등의 연소 조건에 따라 화로(18) 내의 상하 방향으로 변경 가능하게 한다.

Description

연소 장치{COMBUSTION DEVICE}

본 발명은 미분탄(微粉炭) 버너를 가지는 미분탄 버닝 보일러등의 연소 장치에 관한 것이다.

미분탄 버닝 보일러의 미분탄 버너를 이용하는 연소 방법에는, 연소 배기가스 중의 질소산화물(이하 NOx라고 적는다) 배출량을 저감하기 위해서, 연료를 공기 부족 상태로 연소시킨 후, 완전 연소용의 공기를 에프터 에어포트(after-air port)로부터 공급하는 2단 연소법이 적용되고 있다.

한층 더, 보일러 화로 출구의 배기가스 중의 NOx 농도를 저감 시키기 위해서는, 이하와 같은 수단을 이용할 수 있다.

(1) 애프터 에어포트의 화로 설치 위치를 높게 하여, 버너와 애프터 에어포트 사이의 NOx 환원영역에 이르는 동안의 연소 가스의 체류 시간을 증가시킨다.

(2) 공기 과잉율(투입공기량/이론공기량)을 가능한 한 저감하여 서멀(thermal) NOx를 종래보다 감소시킨다.

그러나, 상기 (1)의 기술은, 완전 연소영역이 화로의 하류영역(화로의 상방 부)으로 이행하기 때문에, 또, (2)에 대해서는, 이론 공기량에 근접할수록 연소 온도가 증가하기 때문에, 화로 출구의 배기가스 온도가 상승한다. 이 때문에, 보일러의 후부(後部) 열 전달면의 증기 온도 및 메탈 온도가 상승하여, 전열면 재료, 전열면 배치 등을 종래대로인 채로 한 설계에서는, 튜브 누설(tube leak)이 발생할 가능성이 높아진다. 따라서, 후부 열 전달면의 설계 온도를 종래보다 높게 하지 않으면 안되어, 강도 및 내열성의 관점으로부터 재료의 고품질화를 도모할 필요가 있다는 문제가 있다.

상술한 버너로부터 애프터 에어포트의 화로내의 NOx 환원영역에 이르는 동안의 연소 가스의 체류 시간을 증가시키거나, 공기 과잉율(투입공기량/이론공기량)을 종래보다 저감하는 NOx 저감책을 채택하면서, 후부 열 전달면의 설계 온도를 종래와 동등하게 하기 위해, 버너의 화염의 방향을 부하 등의 연소 조건에 따라서 화로 상하 방향으로 가변으로 하는 것을 생각할 수 있다. 즉, 버너 화염의 방향을 하향으로 하여, 버너와 애프터 에어포트 사이의 NOx 환원영역에 있어서의 연소 가스의 체류 시간을 증가시키도록 하면, 애프터 에어포트의 화로 설치 위치는 종래와 동등해도 되고, 버너 화염의 연소 온도가 고온이 되어도, 그 위치는 종래보다 화로내의 하방(상류)측이 되므로, 화로 출구의 배기가스 온도는 종래와 동등하게 할 수 있다.

일본 공개특허공보 2008－121924호 공보에는, 가동식의 노즐을 가지는 버너가 개시되어 있다. 이러한 화로에 직면한 복사열이 큰 부위에 있어서, 노즐을 가동식으로 했을 경우, 노 내에 부착된 클링커(clinkers)의 낙하에 의한 손상이나, 가동성의 확보에 대한 배려가 필요하다.

또, 일본 공개특허공보 2002－147713호 공보에는, 버너의 둘레방향에서 공기 유량에 편차를 부여함으로써, 화염의 방향(연소 영역)을 변화시키는 버너가 개시되어 있다.

여기서 나타나 있는 공기 유입방향이 적어도 2 방향 이상 있는 연소용 공기 노즐을 가지는 버너에서는, 화로 외벽에서 복수의 버너의 각각의 연소용 공기유로를 덕트로 접속하여, 공통의 윈드 박스(wind box)를 설치하기 위해서는, 상기 덕트의 처리가 복잡하게 된다.

: 일본 공개특허공보 2008－121924호 공보 : 일본 공개특허공보 2002－147713호 공보

상술한 바와 같이, 일본 공개특허공보 2008－121924호 공보 기재의 가동식의 노즐을 가지는 버너를 이용하는 경우는, 화로에 직면한 복사열이 큰 부위에 있어서, 노즐을 가동식으로 했을 경우에 노내에 부착한 클링커의 낙하에 의한 손상이나, 가동성의 확보에 대한 배려가 필요하다.

또한, 일본 공개특허공보 2002－147713호 공보 기재의 공기 유입방향이 적어도 2 방향 이상 있는 연소용 공기 노즐을 가지는 버너도, 상술한 바와 같이 화로 외벽에 있어서 복수의 버너의 각각의 연소용 공기 유로를 공통의 덕트로 접속하고 있기 위해서는, 상기 덕트의 처리가 복잡하게 된다.

본 발명의 과제는, 버너의 화염의 방향을 부하 등의 연소 조건에 따라 화로내의 상하 방향으로 가변함으로서 후부 열 전달면의 설계 온도를 종래와 동등하게 할 수 있는 연소 장치를 제공하는 것에 있다.

상기 과제는, 다음의 해결 수단으로 해결된다.

청구항 1 기재의 발명은, 연료와 그 반송 기체의 혼합물을 화로(18) 내에 분출시키는 통 형상의 연료 노즐(1)과 상기 연료 노즐(1)의 외주에 설치된 연소용 기체를 화로(18) 내로 분출시키는 통 형상의 1 이상의 연소용 기체 노즐(8, 11)과,상기 연소용 기체 노즐(8, 11)에 연소용 기체를 공급하는 윈드 박스(12)를 가는 버너(19)를 복수개, 화로(18)의 노벽(10)에 배열 설치한 연소 장치로서, 상기 윈드 박스(12)는 상기 버너(19)의 축방향에 대해서 수직 방향으로 향한 하나의 방향으로부터 연소용 기체가 유입하는 연소용 기체 유입용 개구부(12a, 12b)를 가지며, 상기 연소용 기체 유입용 개구부(12a, 12b)로부터 연소용 기체가 병진하여 유입하는 평행한 복수의 유로를 형성하도록 구획되어, 상기 복수의 유로 중 일부의 유로는 상기 연소용 기체 노즐(8, 11)의 위쪽, 나머지 유로는 연소용 기체 노즐(8, 11)의 아래쪽에 접속되며, 상기 복수의 유로에는, 각각 독립하게 연소용 기체의 유량을 조정하는 제1 유량 조정 수단(15)가 설치되는 것을 특징으로 하는 연소 장치이다.

청구항 2 기재의 발명은, 복수의 상기 윈드 박스(12)에 연소용 기체를 화로(18)의 외부로부터 공급하는 하나의 덕트(16)가, 상기 윈드 박스(12)가 설치되는 노벽(10)의 외측에 설치되는 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 연소 장치이다.

청구항 3 기재의 발명은, 상기 하나의 덕트(16)의 내부 또는 외부에 복수의 상기 윈드 박스(12)가 나열되어 설치되는 것을 특징으로 하는 청구항 1 또는 2에 기재된 연소 장치이다.

청구항 4 기재의 발명은, 상기 제1 유량 조정 수단(15)의 상류측에 개개의 버너(19)에 유입하는 상기 연소용 기체의 유량을 조절하는 제2 유량 조절 수단(17)이 각각의 윈드 박스(12) 내에 설치되는 것을 특징으로 하는 청구항 1 내지 3의 어느 하나에 기재된 연소 장치이다.

본 발명의 연소 장치에 있어서는, 복수의 연소용 기체 노즐(8, 11)에는 각각 연소용 기체 유량 조정용의 제1 유량 조절 수단(15)을 마련하고 있으므로, 제1 유량 조절 수단(15)의 개도를 조정하는 것으로, 버너(19)로부터 화로 내에 분출하는 연소용 기체의 운동량을 상하 독립적으로 조절할 수 있다. 예를 들면, 상기 제 1의 유량 조절 수단(15)을 조정해 연소용 기체 노즐(8 또는 11)로부터 화로(18) 내에 분출하는 공기 유량을 버너(19)의 위쪽에 비해 아래쪽으로부터의 운동량(공기 분출 유량)을 증가시킴으로써, 화염을 하향으로 편향(偏向)시킬 수 있다. 화염을 하향으로 편향시키는 것에 의하여, 화로(18) 내의 최대 열부하영역이 하방으로 이행하여, 화로(18)의 열흡수가 증가하고, 화로 출구 배기가스 온도를 저감할 수 있다. 또한, 버너(19)의 하방에 화염을 편향시킴으로써 버너(19)의 연소영역을 하방으로 이행시키는 것에 의하여, 버너(19)와 버너(19)의 하류측의 노벽(10)에 마련한 애프터 에어포트(24) 사이의 화로(18) 내에 있어서의 NOx 환원영역의 체류 시간이, 화염의 분출 방향을 수평으로 했을 경우보다 길어져, 배기가스 중의 NOx 농도가 종래 기술보다 저감한다.

또, 제1 유량 조절 수단(15)의 상류측에 제2 유량 조절 수단(17)을 마련함으로써, 개별의 버너(19)에 공급하는 공기량을 조정할 수 있다.

청구항 1 기재의 발명에 의하면, 버너(19)로부터 화로(18) 내로 분출하는 연소용 기체에 상하 방향으로 운동량의 편차를 주는 것으로 화염을 편향시켜, 화로의 열흡수를 제어할 수 있다. 이것에 의해, 화로(18)의 후부 열 전달면의 온도 제어 기기의 삭감이 가능하게 된다. 또 기존 설치한 연소 장치를 개조하는 경우에 후부 열 전달면의 증기 온도 및 메탈 온도를 종래로부터 변경함이 없이, 애프터 에어포트 설치 위치 및 공기 과잉율의 변경에 의한 NOx 저감 기술을 적용할 수 있다. 또한, 화로(18)내의 하방을 향하여 화염을 편향시킴으로써 버너(19)의 연소영역을 하방으로 이행시켜, 버너(19)와 애프터 에어포트(24) 사이의 NOx 환원영역의 체류 시간을, 화염의 분출 방향을 수평으로 했을 경우보다 길게 하여 배기가스 중의 NOx 농도를 종래보다 저감시킬 수 있다.

청구항 2 기재의 발명에 의하면, 청구항 1에 기재된 발명의 효과에 더하여, 하나의 화로 벽면(10)의 외측에 설치되는 윈드 박스(12)에 공급하는 연소용 기체를 정리하여 하나의 덕트(16)로부터 공급할 수 있어, 복수의 버너(19)로의 연소용 기체 공급 계통을 단순한 구조로 할 수 있다.

청구항 3 기재의 발명에 의하면, 청구항 1 또는 2에 기재된 발명의 효과에 더하여, 하나의 덕트(16)의 내부 또는 외부에 복수의 상기 윈드 박스(12)를 노벽(10)의 외측에 나열하여 설치한 것에 의해, 복수의 윈드 박스(12)와 덕트(16)의 건설이 간단하게 된다.

청구항 4에 기재된 발명에 의하면, 청구항 1 내지 3의 어느 하나에 기재의 발명의 효과에 더하여, 하나의 윈드 박스(12)에 설치되는 제1 유량 조절 수단(15)에 의해 버너(19) 상하의 연소용 기체의 운동량에 편차를 줄 수 있고, 제1 유량 조절 수단(15)의 상류측에 제2 유량 조절 수단(17)을 마련함으로써, 개별의 버너(19)에 공급하는 연소용 기체량을 조정하는 것을 용이하게 할 수 있게 된다.

도 1은, 본 발명에 따른 미분탄 보일러 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 관한 미분탄 버너 단면도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예의 윈드 박스의 사시도(도 3(a))와, 상기 윈드 박스에 관한 풍동(風洞) 시험 결과를 나타내는 도면(도 3(b))이다.
도 4는, 도 2의 A－A선 단면도(도 4(a))와 도 2의 B－B선 단면도(도 4(b))의 윈드 박스의 일례이다.
도 5는, 도 2의 A－A선 단면도(도 5(a))와 도 2의 B－B선 단면도(도 5(b))의 윈드 박스의 일례이다.
도 6는, 본 발명의 일 실시예에 관한 윈드 박스를 연소 기체 반송용 덕트와 접속하여, 연소용 공기의 공급 방법을 나타내는 도면이다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예와 관계되는 윈드 박스를 연소 기체 반송용 덕트 내에 설치하여, 연소용 공기의 공급 방법을 나타내는 도면이다.
도 8은, 도 2의 A－A선 단면도의 윈드 박스의 일례이다.
도 9는, 도 2의 A－A선 단면도의 윈드 박스의 일례이다.
도 10은, 본 발명의 일 실시예에 관한 윈드 박스를 연소 기체 반송용 덕트와 접속하여, 연소용 공기의 공급 방법을 나타내는 도면이다.
도 11은, 본 발명의 일 실시예에 관한 윈드 박스를 연소 기체 반송용 덕트 내에 설치하여, 연소용 공기의 공급 방법을 나타내는 도면이다.
도 12는, 도 2의 A－A선 단면도의 윈드 박스의 일례이다.
도 13은, 도 2의 A－A선 단면도의 윈드 박스의 일례이다.
도 14는, 본 발명의 일 실시예에 관한 윈드 박스를 연소 기체 반송용 덕트와 접속하여, 연소용 공기의 공급 방법을 나타내는 도면이다.
도 15는, 본 발명의 일 실시예에 관한 윈드 박스를 연소 기체 반송용 덕트 내에 설치하여, 연소용 공기의 공급 방법을 나타내는 도면이다.
도 16은, 도 2의 A－A선 단면도(도 16(a))와 도 2의 B－B선 단면도(도 16(b))의 윈드 박스의 일례이다.
도 17은, 도 2의 A－A선 단면도(도 17(a))와 도 2의 B－B선 단면도(도 17(b))의 윈드 박스의 일례이다.
도 18은, 본 발명의 일 실시예에 관한 윈드 박스를 연소 기체 반송용 덕트 내에 설치하여, 연소용 공기의 공급 방법을 나타내는 도면이다.
도 19는, 본 발명의 일 실시예에 관한 윈드 박스를 연소 기체 반송용 덕트와 접속하여, 연소용 공기의 공급 방법을 나타내는 도면이다.

도 1에는 본 발명에 관한 미분탄 보일러 시스템을 나타내며, 도 2에는 도 1의 미분탄 보일러 시스템에 관한 미분탄 버너(19)의 단면도이며, 도 3에는 미분탄 버너(19)의 윈드 박스(12)의 사시도(도 3(a))와, 상기 윈드 박스(12)에 관한 풍동 시험 결과를 나타내는 도면(도 3(b))이다.

한편, 본 발명의 연료로서는, 미분탄에 한정하지 않고, 기류 반송 가능한 정도로 미분화된 고체연료이면, 그 종류나 조성은 묻지 않는다. 또 연료 반송용 기체 및 연소용 기체로서, 주로 공기를 이용하는 경우에 관하여 기재하고 있지만, 반드시 공기에만 한정되는 것이 아니고, 연소 배기가스나 공기 또는 산소와 연소 배기가스와의 혼합기체 등 , 보일러 등의 연소 장치의 연료 반송용 기체 및 연소용 기체로서 이용되는 것이면, 그 종류나 조성을 묻지 않는다.

도 1에 도시된 미분탄 보일러 시스템은, 보일러 화로(18)의 노벽(10)에 복수단 설치된 버너(19)에 미분탄과 연소용 공기를 공급해 미분탄을 연소시켜 노벽(10)을 구성하는 도시하지 않은 수관(水管)벽 및 화로 내에 설치된 도시하지 않은 과열기 등의 열교환기를 가열하여 수증기를 발생시킨다.

버너(19)에 공급하는 미분탄은 벙커(20) 내의 석탄을 밀(21)로 분쇄하고 미분탄으로 하여, 블로어(23)로 미분탄을 기류 반송하여 버너(19)에 공급한다. 또 버너(19)와 애프터 에어포트(24)에 공급하는 연소용 공기는 블로어(25)에 의해 덕트(16)을 경유해 공급되며, 미분탄 버너(19)에는 보일러 노벽(10)의 외측에 배치된 윈드 박스(12)로부터 연소용 공기가 공급된다.

미분탄 버너(19)의 중심축애 기름 분무 노즐(7)과 그 외주에 미분탄과 반송용 공기의 고기(固氣) 2상류(1)가 흐르는 연료 노즐(3)을 배치, 상기 연료 노즐(3)의 외주에 연소용 공기(2)를 분출하는 2차 공기 노즐(8)과 3차 공기 노즐(11)이 설치된다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 3차 공기 노즐(11)의 외주 벽은 윈드 박스(12)로 구성되어 있다.　

또, 기름 분무 노즐(7)은 버너(19)의 기동시 또는 저부하 연소시에 조연(助燃)을 위해서 사용한다. 연료 노즐(3)의 노즐 내경을 좁히기 위한 벤츄리(venturi: 6)를 연료 노즐(3)의 내주 벽에 배치하고, 미분탄 농축기(5)를 연료 노즐(3)의 출구부 부근의 기름 분무 노즐(7)의 외주에 마련한다. 연료 노즐(3)과 2차 공기 노즐(8)을 구분하는 격벽의 선단(노즐(3, 8)의 출구부)에 보염기(4)를 설치하고, 또한 2차 공기 노즐(8)과 3차 공기 노즐(11)을 구분하는 격벽의 선단(노즐(8, 11)의 출구부)에 유체를 버너(19)의 중심축으로부터 확산하는 방향으로 향한 가이드 슬리브(13)를 설치한다.

이와 같이, 본 실시예에서는 각 버너(19)는, 기름 분무 노즐(7), 연료 노즐(3), 2차 공기 노즐(8), 3차 공기 노즐(11) 및 3차 공기 노즐(11)의 외주벽을 구성하는 윈드 박스(12)로 구성되며, 이 버너(19)가 화로(18)의 노벽(10)에 설치되어 있다.　

　이하, 도면을 이용하여 설명하지만, 본 발명은 그 도면의 구조로 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

본 실시예의 미분탄 버너(19)의 윈드 박스(12)의 사시도를 도 3(a)에 나타내며, 도 2의 A－A선 단면도(도 4(a))와 도 2의 B－B선 단면도(도 4(b))를 도 4에 나타낸다. 한편, 도 4 이하의 도면에 표시한 검은 색 화살표는 연소용 공기의 유입 방향을 나타낸다.

또, 도 4에는 중유 노즐(7), 미분탄 노즐(3)은 나타나 있지 않으며, 윈드 박스(12)의 원통 형상의 관통공 내에 중유 노즐(7)과 미분탄 노즐(3)이 설치된다. 상기 관통공의 노벽은 2차 공기용 노즐(8)의 외벽을 구성한다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 미분탄 버너(19)의 중심축방향에 대해서 수직 방향으로 연소용 공기의 입구(12a, 12b)를 형성한 윈드 박스(12)가 배치되며, 상기 윈드 박스(12)에 형성된 관통공에 마치 삽입된 것처럼 2차 공기용 노즐(8)이 배치되어 있다.

또한 윈드 박스(12)에는, 2개의 연소용 공기 입구(12a, 12b)가 형성되며, 2개의 연소용 공기 입구(연소용 기체 개구부)(12a, 12b)를 나누는 칸막이 판(14)이 설치되고, 상기 칸막이 판(14)은 윈드 박스(12)의 상기 관통공을 구성하는 2차 공기 노즐(8)의 외벽을 2분하는 개소의 외측에 접속하고 있다.

칸막이 판(14)으로 상하로 2분된 윈드 박스(12) 내부의 연소용 공기 입구(12a, 12b)의 근방에는 윈드 박스(12) 내에 도입되는 연소용 공기의 흐름을 횡단하는 방향으로 회전축을 가지고, 연소용 공기가 흐르는 면적을 변경하는 상하의 댐퍼(15a, 15b)를 각각 설치하고, 2개의 댐퍼(15a, 15b)의 회전 각도를 각각 따로따로 조정하는 것으로 미분탄 버너(19)로부터 분출하는 연소용 공기의 운동량에 윈드 박스(12) 내부의 상하로 편차를 줄 수 있다.

예를 들면, 상방의 댐퍼(15a)를 닫힘동작시키고, 하방의 댐퍼(15) b를 개방동작시킴으로써, 버너(19)의 하방의 연소용 공기의 분출량이 증가하고, 버너(19) 하방의 연소용 공기의 운동량이 증가함으로써 보일러 화로(18) 내에서의 화염을 하향으로 편향시킬 수 있다.

한편, 댐퍼(15a, 15b)의 평면을 연소용 공기의 흐름을 따른 방향으로 배치한 상태에서 윈드 박스(12)의 입구 개구부로부터 길이 L1 만큼 상기 박스(12)의 안쪽에 댐퍼(15a, 15b)를 배치하고 있다.

풍동 시험에 의해 3차 공기 노즐(11)로부터 화로 내로 분출하는 3차 공기의 버너(19)의 상하의 운동량에 편차를 주는 시험을 한 화염 하방 편향시의 3차 공기유로 출구 속도 분포의 결과를 도 3(b)에 나타낸다. 이 풍동 시험에 의해 상하 회동식 댐퍼(15a, 15b)의 회동 각도를 조정함으로써 버너(19) 하방의 연소용 공기의 운동량이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 버너(19) 위쪽의 화로(18) 내에 화염을 편향시키는 경우에는, 상방의 회동식 댐퍼(15a)를 개방동작시키고, 하방의 회동식 댐퍼(15b)를 닫힘동작시킨다.

미분탄 버너(19)에는 가이드 슬리브(13)를 선단에 가지는 2차 공기 노즐(8)을 마련하고 있으므로 연소용 공기를 단계적으로 분출할 수 있는 구조가 되고 있다. 상기 2차 공기 노즐(8)의 외주부에는 개구부(8a)를 상하로 2개 마련하고 있고, 도 2에 나타내는 바와 같이 상기 개구부(8a)로부터 2차 공기 노즐(8) 내에 공급되는 공기량을 조정하는 슬라이드식 댐퍼(9a, 9b) 등과 같은 공기량 조정 기구를 마련하는 것이 바람직하다.

예를 들면 위쪽의 회동식 댐퍼(15a)를 닫힘동작시키고, 아래쪽의 회동식 댐퍼(15b)를 개방동작시키는 것으로 버너(19)의 아래쪽으로부터의 연소용 공기의 분출량을 증가시킬 때에, 2차 공기 노즐(8)의 상부 개구부(8a)를 슬라이드식 댐퍼(9 a)로 완전히 닫음으로써, 위쪽의 2차 공기 노즐(8)와 3차 공기 노즐(11)로의 공기유입을 막아, 2차 공기 노즐(8)로부터 화로(18)내에 분출하는 공기의 운동량을 둘레방향으로 거의 균일하게 유지할 수 있어 보염성을 유지할 수 있다.

한편, 2차 공기 노즐(8)의 상부 개구부(8a)를 슬라이드식 댐퍼(9a)로 완전히 닫아도, 닫지 않아도 2차 공기 노즐(8)에 어딘가로부터 연소용 공기가 유입하고만 있으면, 2차 공기 노즐(8)로부터 화로(18) 내로 분출하는 공기의 운동량을 2차 공기 노즐(8)의 둘레방향으로 거의 균일하게 유지할 수 있지만, 화로(18) 내에서의 화염의 아래쪽에의 편향을 약하게 하고 싶지 않다면, 2차 공기 노즐(8)의 상부 개구부(8a)를 슬라이드식 댐퍼(9a)로 완전히 닫는 것이 필요하다.

상기 연소용 공기의 유입량의 조절에 의해 보염성을 유지하면서, 버너(19)의 상반분과 하반분의 연소용 공기의 운동량에 편차를 주는 것만으로, 화로(18) 내의 화염의 방향을 편향시킬 수 있다. 도 5에 나타내는 윈드 박스(12) 내를 칸막이 판(14)로 2분한 연소용 공기 입구(12a, 12b)를, 다시 2분하고, 각 연소용 공기 입구(12a, 12b)에 각각 댐퍼(15aa, 15ab)와 댐퍼(15ba, 15bb)를 마련했을 경우도 똑같이 버너(19)의 상반분과 하반분의 연소용 공기의 운동량에 편차를 주어 화로(18)내의 화염의 방향을 편향시킬 수 있다.

본 실시예는 도 6에 나타낸 바와 같이 상기 윈드 박스(12)를 가지는 버너(19)를 보일러 화로(18)의 노벽(10)에 설치하고, 노벽(10)의 외측에 마련한 덕트(16)로부터 연소용 공기를 버너(19)에 공급한다. 다만, 덕트(16)의 배치는 보일러 구조 및 상기 버너(19)의 노벽(10)에의 설치 각도에 의존한다. 또, 도 7에 나타내는 바와 같이 상기 윈드 박스(12)를 가지는 버너(19)를 덕트(16)의 내부에 각각 배치하여도, 버너(19)의 상반분과 하반분의 연소용 공기의 운동량에 편차를 주어 화로(18) 내의 화염의 방향을 편향시킬 수 있다.

실시예 2

본 실시예에서는, 도 8과 도 9에 나타내는 바와 같이 버너(19)의 중심축방향에 대해서 수직 방향에 있는 상방으로부터만 연소용 공기가 유입하는 윈드 박스(12)를 설치하고, 상기 윈드 박스(12)내에 복수의 칸막이 판(14) 및 회동식 댐퍼(15)를 마련하고 있어, 댐퍼(15)를 조정하는 것으로 화로 내에 분출하는 연소용 공기의 운동량을 상하로 편차를 줄 수 있다.

도 8에 나타내는 바와 같이 본 실시예에서는, 상기 버너(19)의 중심축방향에 대해서 수직 방향에 있는 상방의 연소용 공기 입구(12a, 12b)의 1방향으로부터만 연소용 공기가 유입하는 윈드 박스(12)를 3분할하도록 칸막이 판(14)을 설치하고 있다. 또한 상기 윈드 박스(12)의 3 분할된 공기 유입로의 상류측에 공기량 조정기의 댐퍼(15a, 15b, 15b)를 각각 마련하고 있다. 그 때문에 버너(19)의 위쪽에는 윈드 박스(12)의 중앙부로부터 공기가 유입하고, 버너(19)의 아래쪽에는 윈드 박스(12)의 좌우로부터 공기가 유입한다.

도 9에 나타내는 실시예에서는, 상기 버너(19)의 중심축방향에 대해서 수직 방향에 있는 상방의 연소용 공기 입구(12a, 12b)의 1방향에서만 연소용 공기가 유입하는 윈드 박스(12)를 4 분할하도록 칸막이 판(14)을 2개 설치하고 있다. 또한, 상기 윈드 박스(12)의 중앙부의 연소용 공기 입구(12a)를 2 분할하고, 각각의 공기유입로의 상류측에 공기량 조정기의 댐퍼(15b, 15aa, 15ab, 15b)를 마련하고 있다.도 9에 나타내는 경우도 버너(19)의 위쪽에는 윈드 박스(12)의 위쪽 중앙부로부터 공기가 유입하고, 버너(19)의 아래쪽에는 윈드 박스(12)의 좌우로부터 공기가 유입한다.

도 8과 도 9에 나타내는 윈드 박스(12)에 있어서, 예를 들면 중앙부의 연소용 공기 입구(12a) 근처의 댐퍼(15a) 또는 댐퍼(15aa, 15ab)를 닫힘동작시키고, 좌우의 연소용 공기 입구(12b, 12b) 근처의 다른 2개의 댐퍼(15b, 15b)를 개방동작시키는 것으로 버너(19)의 하방의 연소용 공기의 분출량이 증가하고, 버너(19)의 아래쪽으로의 연소용 공기류의 운동량이 증가하여 화로(18) 내에서의 화염을 하향으로 변경할 수 있다. 풍동 시험에서 3차 공기의 버너(19)의 상하의 운동량에 편차를 주는 시험을 한 결과는 도 3에 나타낸 대로이다.

이와 같이 3개 또는 4개의 댐퍼(15)에 의한 윈드 박스(12) 내로의 연료용 공기의 유입량의 조정에 의해, 화로(18) 내의 버너(19) 아래쪽의 운동량을 증가시킬 수 있는 것을 확인할 수 있다. 화로 내의 버너(19)의 위쪽에 화염을 편향시키는 경우도 상기 운전의 반대의 동작을 행함으로써 대응할 수 있다.

윈드 박스(12) 내에는 가이드 슬리브(13)를 선단에 가지는 2차 공기 노즐(8)을 설치하고 있어, 연소용 공기를 단계적으로 분출할 수 있는 구조가 되고 있다. 상기 2차 공기 노즐(8)의 외벽에는 개구부(8a)를 형성하고 있고, 2차 공기 노즐(8)로 공기량을 조정할 수 있는 도 2에 나타내는 슬라이드식 댐퍼(9a, 9b)와 같은 공기량 조정 기구를 이용해 상기 개구부(8a)의 개구도를 조정하는 것이 바람직하다. 예를 들면 도 8에 나타내는 중앙부의 연소용 공기 입구(12a) 근처의 댐퍼(15a)를 닫힘동작시키고, 좌우의 연소용 공기 입구(12b, 12b) 근처의 2개의 댐퍼(15b, 15b)를 개방동작시키는 것으로 화로(18) 내의 하방의 연소용 공기의 분출량이 증가할 때에, 윈드 박스(12)의 위쪽에 있는 2차 공기 노즐(8)의 개구부(8a)를 슬라이드식 댐퍼(9a, 9b)에 의해 전부 닫음으로써, 버너(19) 상방의 3차 공기 노즐(11)로의 유입을 막아, 2차 공기 노즐(8)로부터의 화로(18) 내로 분출하는 공기의 운동량은 둘레방향으로 거의 균일하게 유지할 수 있어 보염성을 유지할 수 있다.

상기 운전에 의해 보염성을 유지하면서, 3차 공기의 버너(19) 상하의 운동량에 편차를 주는 것만으로, 화염을 편향하는 것을 가능하게 한다. 이들 구조 및 운전 방법은 도 9에 나타내는 바와 같이 윈드 박스(12)의 중앙부의 연소용 공기 입구(12a)를 2 분할하고, 그 근처에 댐퍼(15aa, 15ab)를 설치한 경우도 댐퍼 조정 방법에 의해 같은 효과를 얻을 수 있다.

본 실시예는, 도 10에 나타내는 바와 같이 상기 윈드 박스(12)를 가지는 버너(19)를 보일러 화로(18)의 노벽(10)의 외측에 설치하고, 윈드 박스(12)에 접속하는 덕트(16)에 도시한 유입 방향으로부터 연소용 공기를 넣는 구조이다. 다만, 덕트(16)의 배치는 보일러 구조 및 상기 버너(19)의 노벽(10)으로의 설치 각도에 의존한다. 또, 도 11에 나타내는 바와 같이 상기 윈드 박스(12)를 가지는 버너(19)를 덕트(16)의 내부에 각각 배치해도 동일한 운용 방법을 실행할 수 있다.

실시예 3

도 12 및 도 13에 나타내는 본 실시예는, 상기 버너(19)의 중심축에 대해 수직 방향의 하방의 연소용 공기 입구(12a, 12b)로부터만 마셔 연소용 공기가 유입하는 윈드 박스(12)를 설치하고, 상기 윈드 박스(12) 내를 복수의 칸막이 판(14)으로 나누어, 칸막이 판(14)으로 구분된 윈드 박스(12)의 각 연소용 공기 노즐내에 댐퍼(15b, 15a, 15b；15b, 15aa, 15ab, 15b)를 각각 설치하고, 상기 댐퍼(15b, 15a, 15b；15b, 15aa, 15ab, 15b의 개폐도를 조정함으로써, 버너(19)로부터 화로(18)을 향해서 분출하는 연소용 공기의 운동량을 버너(19)의 상하로 편차를 주는 구조를 가진다.

도 12에 나타내는 본 실시예는 버너(19)의 중심축방향에 대해서 수직 방향의 아래쪽의 1방향으로부터만 연소용 공기가 유입하는 윈드 박스(12)를 3분할하도록 칸막이 판(14, 14)를 마련한 구조가 되어 있다. 또한 상기 윈드 박스(12)의 3 분할된 공기 유입로(12b, 12a, 12b)의 상류부에 공기량 조정기의 댐퍼(15b, 15a, 15b)를 각각 마련하고 있다. 그 때문에 버너(19)의 아래쪽에는 윈드 박스(12)의 중앙부의 연소용 공기 입구(12a)로부터의 공기가 유입하고, 버너(19)의 위쪽에는 윈드 박스(12)의 좌우의 연소용 공기 입구(12b, 12b)로부터 공기가 유입한다.

이렇게 하여, 예를 들면 윈드 박스(12)의 중앙부의 연소용 공기 입구(12a)근처의 댐퍼(15a)를 개방동작시키고, 좌우의 연소용 공기 입구(12b, 12b) 근처의 댐퍼(15b, 15b)를 닫힘동작시키는 것으로 버너(19)의 아래쪽의 연소용 공기의 분출량이 증가하고, 버너(19)의 아래쪽으로의 연소용 공기의 운동량이 증가하는 것으로 화로(18) 내의 화염을 하향으로 변경할 수 있다. 풍동 시험에서 3차 공기의 상하의 운동량에 편차를 주어 시험한 결과는 도 3에 나타내는 대로이다.

3개의 댐퍼(15b, 15a, 15b)의 개폐도를 조정하는 것으로 버너(19)의 아래쪽의 운동량을 증가할 수 있는 것을 확인할 수 있고, 화로(18) 내에서 버너(19)의 위쪽에 화염을 편향하는 경우도 상기 운전의 반대의 동작을 행함으로써 대응할 수 있다.

윈드 박스(12) 내에는 가이드 슬리브 (13)를 가지는 2차 공기 노즐(8)을 마련하고 있어 연소용 공기를 버너(19) 출구로부터 확대할 방향으로 분출하는 구조가 되고 있다. 또 상기 2차 공기 노즐(8)에는 개구부(8a)(도 2)를 형성하고 있어 도 2에 나타내는 슬라이드식 댐퍼(9)를 마련해 개구부(8a)로부터의 공기 유입량을 조정하는 것이 바람직하다. 예를 들면 윈드 박스(12)의 중앙부의 연소용 공기 입구(12a) 근처의 댐퍼(15a)를 닫힘동작시키고, 좌우의 연소용 공기 입구(12b, 12b) 근처의 댐퍼(15b, 15b)를 개방동작시키는 것으로 버너(19)의 상방의 연소용 공기의 분출량이 증가할 때에, 윈드 박스(12)의 아래쪽에 있는 2차 공기 노즐(8)의 개구부(8a)를 슬라이드식 댐퍼(9)에 의해 전부 닫힘으로 함으로써, 버너(19)의 아래쪽의 3차 공기 노즐(11)로의 공기 유입을 막아, 2차 공기 노즐(8)로부터 화로(18)내로 향해서 분출하는 공기의 운동량을 둘레방향으로 거의 균일하게 유지할 수 있어 보염성을 유지할 수 있다. 상기 운전에 의해 보염성을 유지하면서, 3차 공기 분출량을 조정해 버너(19)의 상하로 공기의 운동량에 편차를 주는 것만으로, 화염을 편향하는 것을 가능하게 한다. 이들 구조 및 운전 방법은 도 13과 같이 윈드 박스(12)의 아래쪽 양측으로 연소용 공기 입구(12b, 12b)를 마련하여 중앙부의 연소용 공기 입구(12a)를 2 분할하고, 각각의 공기 유입로의 상류측에 댐퍼(15b, 15aa, 15ab, 15b)를 마련했을 경우에도 적용할 수 있어 상기 댐퍼(15b, 15aa, 15ab, 15b)의 조정 방법에 의해 같은 효과를 얻을 수 있다.

본 실시예는, 도 14에 나타내는 바와 같이 상기 윈드 박스(12)를 가지는 버너(19)를 보일러 노벽(10)에 설치하고, 노벽(10)의 외측에 마련한 덕트(16)로부터 연소용 공기를 버너(19)에 공급하는 것을 특징으로 한다. 다만, 덕트(16)의 배치는 보일러 구조 및 상기 버너(19)의 설치 각도에 의존한다. 또, 도 15에 나타내는 바와 같이 상기 윈드 박스(12)를 가지는 버너(19)를 덕트(16)의 내부에 각각 배치해도 같은 운용 방법을 실시할 수 있다.

상기 본 실시예 3에 의하면, 화로(18) 내의 화염을 하향으로 편향하는 것으로 화로(18)의 최대 열부하영역이 하방으로 이행하므로 화로의 열흡수가 증가하여, 화로(18)의 출구 배기가스 온도를 저감 할 수 있어, 다시 버너(19)의 연소영역을 하방으로 이행시켜, 버너(19)와 애프터 에어포트(24) 사이의 화로(18) 내에서의 NOx 환원영역의 체류 시간을, 연소영역을 버너(19)의 상하 방향으로 균등하게 형성시키는 경우보다 연장하여 NOx 농도를 저감할 수 있는 미분탄 버너(19)를 제공할 수 있다.

실시예 4

본 실시예는 상기 실시예 1로부터 3의 구성에 더하여, 댐퍼(15)의 상류측에 각각의 버너(19)에 유입하는 연소용 공기의 유량을 조절하기 위한 개별의 버너(19)의 공급 공기량 조정기인 제2 댐퍼(17)를 마련한 구성이다.

보일러 노벽(10)에 복수 배치되어 있는 버너(19)에 공급되는 연료에는 분포가 생길 수 있으므로, 연료 공급량에 알맞은 연소용 공기 유량이 되도록 1개 1개의 버너(19)마다 연소용 공기 유량을 조절할 수 있는 것이 바람직한다.

여기서, 제1 댐퍼(15)만이라도, 그 개방도를 1개 1개의 버너(19)마다 조절하면, 연소용 공기 유량을 조절할 수 있지만, 본래, 버너(19)의 상하의 연소용 공기의 운동량에 편차를 줄 목적으로 설치된 제1 댐퍼(15)에 상기 연료 공급량에 알맞은 연소용 공기 유량을 조절하는 기능을 중복하여 갖게 하면, 그 제어가 어려워진다.　

따라서, 본 실시예에 있어서는, 상기 각각 다른 2개의 기능을 분담하는 제1 댐퍼(15)와 제2 댐퍼(17)을 독립하여 마련하고 있다.

도 16과 도 17은, 실시예 1(도 4, 5)에서 설명한 버너(19)의 상하의 공기 운동량에 편차를 주는 제1 댐퍼(15a, 15b)에 더하여, 제1 댐퍼(15a, 15b)의 상류측에 각 버너(19)에 유입하는 연소용 공기 유량을 조절하기 위한 제 2 댐퍼(17a, 17b)를 설치한 구성을 나타낸다.

상술한 바와 같이, 예를 들면 버너(19)의 상하의 연소용 공기 운동량에 편차를 주는 제1 댐퍼(15a, 15b) 중의 위쪽의 제1 댐퍼(15a)를 닫힘동작시키고, 아래쪽의 제1 댐퍼(15b)를 개방동작시킴으로써 버너(19)의 아래쪽의 연소용 공기의 분출량이 증가하고, 버너(19)의 하방에의 연소용 공기의 운동량이 증가하면, 화로(18) 내에서의 화염이 하향으로 편향 하는(도 3(b) 참조).

제1 댐퍼(15a, 15b)의 상류에 제2 댐퍼(17a, 17b)를 마련하는 것으로, 버너(19)의 상하의 연소용 공기의 운동량의 편차를 억제하는 일 없이, 각각의 버너(19)에 유입하는 연소용 공기 유량을 개별적으로 조정할 수 있다.

개별의 윈드 박스(12) 내에서 각각의 버너(19)의 상하의 연소용 공기 운동량에 편차를 주는 조절기로서의 제1 댐퍼(15a, 15b)가 제2 댐퍼(17a, 17b)의 하류측에 설치되어 있으면 좋고, 제2 댐퍼(17a, 17b)가 배치되는 장소를 묻지 않는다.

또한, 제1 댐퍼(15a, 15b) 및 제2 댐퍼(17a, 17b) 모두 도시한 버터플라이형의 댐퍼 대신에 적층한 복수의 다공판을 슬라이드시켜 개공(開孔) 면적을 조절하도록 한 것을 이용해도 좋고, 기체 유량의 조절 기능을 가지는 것이면, 그 구조는 묻지 않는다.

본 실시예에서는, 윈드 박스(12) 내에는 도 2에 나타낸 것과 같은 가이드 슬리브(13)를 가지는 2차 공기 노즐(8)을 설치하고 있어, 연소용 공기를 버너(19)의 출구로부터 화로(18) 내를 향해서 확대되면서 분출하는 구조가 되고 있다. 2차 공기 노즐(8)은 개구부(8a)를 형성하고 있어, 2차 공기 노즐(8)로의 공기량을 조정할 수 있는 슬라이드식 댐퍼(9)를 설치하는 것이 바람직하다.

예를 들면, 도 16에 나타내는 윈드 박스(12) 내의 상방의 제1 댐퍼(15a)를 닫힘동작시키고, 하방의 제1 댐퍼(15b)를 개방동작시키는 것으로 버너(19)의 하방의 연소용 공기의 분출량이 증가할 때에, 윈드 박스(12) 내의 상방에 있는 2차 공기 노즐(8)의 개구부(8a)를 슬라이드식 댐퍼(9a)에 의해 전부 닫음으로써, 윈드 박스(12) 내의 상방의 3차 공기 노즐(11)로의 연소용 공기의 유입을 막아, 2차 공기 노즐(8)로부터의 화로(18)내로 분출하는 연소용 공기의 운동량은 버너(19)의 둘레방향으로 거의 균일하게 유지할 수 있어 보염성을 유지할 수 있다.

상기 제 1 댐퍼(15a, 15b)와 슬라이드식 댐퍼(9a)의 조작에 의해, 버너(19)에서의 보염성을 유지하면서, 버너(19)의 상하의 3차 공기의 운동량에 편차를 주는 것만으로, 화로(18) 내의 화염을 편향시킬 수 있다.

이들의 구조 및 운전 방법은 도 17에 나타내는 바와 같이 윈드 박스(12) 내의 연소용 공기 입구(12a, 12b)를 각각 2 분할하고, 각 연소용 공기 입구(12a, 12b)에 제1 댐퍼(15aa, 15ab；15ba, 15bb)와 제2 댐퍼(17aa, 17ab；17ba, 17bb)를 마련하는 댐퍼 조정 방법에 의해, 버너(19)의 상하의 연소용 공기의 운동량의 편차를 억제하는 일 없이, 각각의 버너(19)에 유입하는 연소용 공기 유량을 개별적으로 조정할 수 있다.

본 실시예에서도 도 18에 나타내는 바와 같이 윈드 박스(12)를 가지는 버너(19)를 덕트(16)의 내부에 각각 배치한다. 화로벽(10)의 수평 방향으로 복수개, 열을 지어 배치한 버너(19)의 개별 공기량을 도 16 및 도 17의 제2 댐퍼(17)(17a, 17b 및 17aa, 17ab；17ba, 17bb)을 윈드 박스(12)내에 마련하는 것으로 조정할 수 있다.　

또, 도 19에 나타내는 바와 같이 도 16 및 도 17에 나타내는 상기 윈드 박스(12)를 가지는 버너(19)를 보일러의 노벽(10)의 외측에 설치하고, 화로(18)의 외부로부터의 연소용 공기를 덕트(16)를 경유해 각각의 윈드 박스(12)를 가지는 버너(19)에 공급하는 구성으로 해도 좋다.

[산업상 이용 가능성]

본 발명은 화염 편향과 열흡수 제어 기능, 개별 버너(19)의 연소용 기체 유량 조절 기능을 부가하는 것으로, 한층 더 산업상의 이용 가능성이 높아진다.

1　고기(固氣) 이상류　　　2　연소용 공기
3　연료 노즐　　　　　　 4　보염기
5　미분탄 농축기　　　　　6　벤츄리
7　중유 노즐　　　　　　 8　2차 공기 노즐
9　슬라이드식 댐퍼　　　 10　보일러 노벽
11　3차 공기 노즐　　　 12　윈드 박스
13　가이드 슬리브　　　 14　칸막이 판
15(15a, 15aa, 15ab, 15b, 15ba, 15bb) 댐퍼( 제1 유량 조정 수단)
16　덕트　　　　　　　
17(17a, 17aa, 17ab, 17b, 17ba, 17bb) 댐퍼( 제2 유량 조정 수단)
18　보일러 화로　　　　 　19　버너
20　벙커(bunker)　　　　　21　밀(mill)
23　블로어　　　　　　　 24　애프터 에어포트
25　블로어

Claims (4)

1. 연료와 그 반송 기체의 혼합물을 화로내에 분출시키는 통 형상의 연료 노즐과 상기 연료 노즐의 외주에 설치된 연소용 기체를 화로 내에 분출시키는 통 형상의 1 이상의 연소용 기체 노즐과 상기 연소용 기체 노즐에 연소용 기체를 공급하는 윈드 박스를 가지는 버너를 복수개, 화로의 노벽에 배열하여 설치한 연소 장치로서,
   상기 윈드 박스는 상기 버너의 축방향에 대해서 수직 방향으로 향한 하나의 방향으로부터 연소용 기체가 유입하는 연소용 기체 유입용 개구부를 가지고, 상기 연소용 기체 유입용 개구부로부터 연소용 기체가 병진하여 유입하는 평행한 복수의 유로를 형성하도록 구획되어, 상기 복수의 유로 중 일부의 유로는 상기 연소용 기체 노즐의 위쪽, 나머지 유로는 연소용 기체 노즐의 아래쪽에 접속되며, 상기 복수의 유로에는, 각각 독립하게 연소용 기체의 유량을 조정하는 제1 유량 조정 수단이 설치되는 것을 특징으로 하는 연소 장치.
2. 제1항에 있어서, 복수의 상기 윈드 박스에 연소용 기체를 화로의 외부로부터 공급하는 하나의 덕트는, 상기 윈드 박스가 설치되는 노벽의 외측에 설치되는 것을 특징으로 하는 연소 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 하나의 덕트의 내부 또는 외부에 복수의 상기 윈드 박스가 배열되어 설치되는 것을 특징으로 하는 연소 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 유량 조정 수단의 상류측에 개개의 버너에 유입하는 상기 연소용 기체의 유량을 조절하는 제2 유량 조절 수단이 각각의 윈드 박스내에 설치되는 것을 특징으로 하는 연소 장치.

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