KR20140026701A - 연료 예열 겸용 배가스 재순환 부분 예혼합형 축열식 순산소 연소 장치 및 그 연소장치를 이용한 연소방법 - Google Patents

연료 예열 겸용 배가스 재순환 부분 예혼합형 축열식 순산소 연소 장치 및 그 연소장치를 이용한 연소방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연료 예열 겸용 배가스 재순환 부분 예혼합형 축열식 순산소 연소 장치 및 그 연소장치를 이용한 연소방법에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 연소시스템에 있어서, 제1연소장치와 제2연소장치와 제1연소장치와 제2연소장치 사이에 구비되어 산소와 연료가 분사되어 연소가 발생되는 연소실을 포함하고, 제1연소장치와 제2연소장치 각각은, 축열체로 구성되어 축열모드시 배가스가 유입되어 가열되며 연소모드시 배가스혼합산소가 유입되어 배가스혼합산소가 예열되는 축열실; 및 연소실과 축열실 사이에 구비되고, 연소모드시 축열실에서 예열된 배가스혼합산소 일부가 유입되어 연소실로 분사되고, 축열모드시 연소실에서 발생된 배가스가 유입되는 산소노즐채널과 연소모드시 축열실에서 예열된 배가스혼합산소 나머지가 유입되고, 연료공급관을 통해 축열모드인 축열실과 열교환되어 예열된 배가스혼합연료가 유입되어 연소실로 분사되고, 축열모드시 연소실에서 발생된 배가스가 유입되는 연료노즐채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 예열 겸용 배가스 재순환 부분 예혼합형 축열식 순산소 연소시스템에 관한 것이다.

Description

연료 예열 겸용 배가스 재순환 부분 예혼합형 축열식 순산소 연소 장치 및 그 연소장치를 이용한 연소방법{Partially premixed fuel preheating regenerative oxyfuel combustion burner system with flue gas recirculation and combustion method}
본 발명은 연료 예열 겸용 배가스 재순환 부분 예혼합형 축열식 순산소 연소 장치 및 그 연소장치를 이용한 연소방법에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 기존의 공기식 축열연소방식에서 산화제로서 공기 대신 산소를 사용하고 산소를 고온 예열함으로써 공기연소 대비 화염온도를 높여 연료소비를 저감하며, 동시에 연소 배가스량을 줄여 축열장치의 크기를 감소시키며, 동시에 산소와 연료를 부분 예혼합하여 예혼합연소에 의한 연소성과 화염안정성을 향상시키고, 산소와 연료에 고온의 연소 습배가스를 각 각 재순환 혼입하여 예열효과를 갖게 하면서 연소 배가스 재순환 혼입량에 따라 화염온도를 제어할 수 있으며, 연료와 연소배가스 혼합기체는 별도 추가 예열하여 연소성을 형상시키는 동시에 산소와 연소배가스의 혼합기체는 축열실로 공급되어 축열/재생과정에서 발생하는 축열체의 열평형을 유지하는 효과를 갖기 위한 연료 예열 겸용 배가스 재순환 부분 예혼합형 축열식 산소연소 시스템에 관한 것이다.
통상의 연소시스템은 연료를 공급하기 위한 연료공급부와 산화제를 공급하기 위한 산화제공급부 그리고 산화제와 연료가 분사되는 연소노즐 등을 포함하고 있다. 이러한 연소시스템 중 연소시 발생되는 배가스의 열량을 저장하기 위한 축열실을 갖는 축열식 연소시스템이 존재한다.
종래 이러한 축열식 연소시스템의 경우 산화제로서 공기를 사용하였다. 그리고, 축열식 연소시스템에 구비되는 축열실에 저장되는 열원으로 공급되는 공기를 예열하는데 사용되었다.
또한, 연소효율을 높이고 무산화 분위기를 유지하기 위해, 산화제를 예열하고, 투입되는 연료의 일부를 연소실 투입 전에 미리 개질(부분 산화)하는 단계가 필요하다.
또한, 최근 산화제로서 공기가 아닌 순산소를 사용하는 연소시스템이 존재하는데, 산화제로서 순산소를 사용하게 되는 경우 연소효율을 증대시킬 수 있고, 배가스에 NOx 등의 유해물질을 저감시킬 수 있고, 물과 이산화탄소만을 배가스로 배출시키게 되므로 이산화탄소의 포집이 용이하다는 장점을 갖게 된다.
도 1은 종래 산소 연소장치(1)의 단면도를 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 통상의 산소 연소장치(1)는 연소가 발생되는 연소실(10)과 산소공급수단에 의해 연소실로 산소를 공급하기 위한 산소노즐채널(2)과 연료공급수단에 의해 연소실로 연료를 공급하기 위한 연료노즐채널(3)을 갖는 연소노즐(20)을 포함하고 있음을 알 수 있다.
그러나, 이러한 산화제를 순산소로 사용하게 되는 경우 기존의 축열식 연소시스템을 적용하기 힘든 문제가 존재하였다. 즉, 기존의 축열식 연소시스템을 산화제로 산소만을 이용하는 순산소 연소 시스템에 그대로 적용하게 되는 경우, 예열에 필요한 열량에 비해 연소시 발생되는 배가스가 갖고 있는 열량이 상대적으로 크기 때문에 결국 배가스의 열량을 제대로 활용할 수 없고, 전체 시스템의 밸런스를 맞출 수 없게 되는 문제가 존재하게 된다.
또한, 종래 공기를 산화제로 사용하는 축열식 연소장치의 경우 고온으로 예열된 공기를 사용함에도 연료의 완전연소를 위해서 일정량 이상의 과잉공기를 사용하게 되고, 따라서 공업가열로의 연소실은 산화분위기를 유지하게 되어 피열물의 표면산화에 의한 피열물 손실이 발생되게 되는 문제가 존재하였다. 또한, 대량의 연소용 공기의 사용으로 가열로의 압력은 운전조건 이상으로 높아져 연소배가스의 일부를 직접 배출하여 로압을 제어하는데 다른 잉여 열손실이 발생되게 되는 문제가 존재하였다.
또한, 종래 공기식 축열 연소시스템은 공기 사용에 따라 축열실이 커지고 고온으로 예열된 공기를 사용함에도 연료의 완전연소를 위해서는 일정량 이상의 과잉공기를 사용하게 되며, 열적 NOx 발생이 크다는 문제가 존재하였고, 또한, 대량의 연소용 공기 사용으로 대기압보다 약간 높은 압력을 유지해야 하는 가열로의 연소실 압력이 높아져 연소실 압력 유지를 위해서 연소배가스 일부를 직접 배출해야하며 그에 따른 배기 열손실이 발생하게 되는 문제가 존재하였다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 기존의 공기식 축열연소방식에서 산화제로서 공기 대신 산소를 사용하고 산소를 고온예열함으로써 공기 연소 대비 화염온도를 높여 연료소비를 저감하고, NOx 발생을 저감하며, 연소 배가스량을 줄여 축열장치의 크기와 연소실 압력 유지를 위한 연소배가스 직접 배출로 인한 열손실을 감소시키며, 산소와 연료를 부분 예혼합하여 예혼합 연소에 의한 연소성과 화염안정성을 향상시키고, 산소와 연료에 고온의 연소 습배가스를 각 각 재순환 혼합하여 예열효과를 갖게 하면서 연소 배가스 재순환 혼입량에 따라 화염온도를 제어할 수 있으며, 연료와 연소배가스 혼합기체는 별도 추가예열하여 연소성을 향상시키는 동시에 간소와 연소배가스의 혼합기체는 축열실로 공급되어 축열/재생 과정에서 발생하는 축열체의 열평형을 유지하는 연료예열 겸용 배가스 재순환 부분 예혼합형 축열식 산소연소시스템을 제공하게 된다.
본 발명의 그 밖에 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 관련되어 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명확해질 것이다.
본 발명의 목적은 연소시스템에 있어서, 상기 제1연소장치와 상기 제2연소장치와 상기 제1연소장치와 제2연소장치 사이에 구비되어 산소와 연료가 분사되어 연소가 발생되는 연소실을 포함하고, 제1연소장치와 제2연소장치 각각은, 축열체로 구성되어 축열모드시 배가스가 유입되어 가열되며 연소모드시 배가스혼합산소가 유입되어 배가스혼합산소가 예열되는 축열실; 및 연소실과 축열실 사이에 구비되고, 연소모드시 축열실에서 예열된 배가스혼합산소 일부가 유입되어 연소실로 분사되고, 축열모드시 연소실에서 발생된 배가스가 유입되는 산소노즐채널과 연소모드시 축열실에서 예열된 배가스혼합산소 나머지가 유입되고, 연료공급관을 통해 축열모드인 축열실과 열교환되어 예열된 배가스혼합연료가 유입되어 연소실로 분사되고, 축열모드시 연소실에서 발생된 배가스가 유입되는 연료노즐채널을 갖는 연소노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 예열 겸용 배가스 재순환 부분 예혼합형 축열식 순산소 연소시스템으로서 달성될 수 있다.
제1연소장치의 축열실와 제2연소장치의 연료공급관 사이 및 제1연소장치의 연료공급관과 제2연소장치의 축열실 사이를 연결하는 연결관; 및 축열모드인 축열실에서 배출된 배가스 일부를 재순환시키기 위한 재순환유로;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
연료를 공급하는 연료공급수단; 재순환유로에 구비되어 연료공급수단에서 공급된 연료와 재순환유로에서 공급되는 배가스를 혼합하여 축열모드인 축열실로 배가스혼합연료를 유입시키기 위한 제1이젝터; 산소를 공급하는 산소공급수단; 및 재순환유로에 구비되어 산소공급수단에서 공급된 산소와 재순환유로에서 공급되는 배가스를 혼합하여 연소모드인 축열실로 배가스혼합산소를 유입시키기 위한 제2이젝터;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
축열실의 길이방향을 따라 외면과 특정간격 이격되어 구비되는 연료예열관을 더 포함하여, 제1이젝터에 의해 배가스혼합연료가 축열모드인 축열부에 구비된 연료예열관으로 공급되어 배가스혼합연료가 예열되는 것을 특징으로 할 수 있다.
산소노즐채널과 연료노즐채널은 슬릿형태인 것을 특징으로 할 수 있다.
연료노즐채널의 출력단과 산소노즐채널의 출력단의 사이간격은 산소노즐채널의 출력단 높이의 2배 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
연료노즐채널 내로 배가스혼합연료를 공급하는 연료공급관은 복수로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
연료노즐채널의 외면에는 연료노즐채널의 길이방향으로 내열성 금속판이 설치되거나, 연료노즐채널의 내부에는 내열성 다공체가 삽입설치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
산소노즐채널과 연결되고 내부에 점화봉이 설치되어 산소노즐채널로 공급되는 배가스혼합산소를 점화시키기 위한 점화관과 점화관으로 점화용 연료를 공급시키기 위한 점화용 연료공급관을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
연료노즐채널과 산소노즐채널의 단면 높이는 연소실측으로 갈수록 점진적으로 증가하는 것을 특징으로 할 수 있다.
축열체는 세라믹재질의 구형체, 하니컴 또는 다공체로 충진된 것을 특징으로 할 수 있다.
제1이젝터와 축열실 사이에 구비되어 제1이젝터에서 공급되는 배가스혼합연료가 축열모드인 축열실로 유입되도록 유도하는 제1스위치; 제2이젝터와 축열실 사이에 구비되어 제2이젝터에서 공급되는 배가스혼합산소가 연소모드인 축열실로 유입되도록 유도하는 제2스위치; 및 연결관 각각에 구비되어 축열모드인 축열실에 의해 예열된 배가스혼합연료를 연소모드인 연소노즐에 구비된 연료공급관으로 유입되도록 유도하는 제3스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
재순환유로에 구비되어 축열모드인 축열실에서 배출된 배가스 중 재순환유로로 유입되는 배가스 양을 조절하기 위한 유량조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
연소실 내부 온도를 측정하는 제1온도측정수단; 축열실의 온도를 측정하는 제2온도측정수단 및 제1온도측정수단과 제2온도측정수단에서 측정된 데이터를 기반으로 산소공급수단, 연료공급수단, 제1스위치, 제2스위치 및 제3스위치를 제어하여, 축열실과 연소노즐의 모드를 변경하고, 유량조절부를 제어하여 재순환유로로 유입되는 배가스 양을 조절하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 카테고리로서 본 발명의 목적은 제1이젝터에 의해 축열모드인 제2축열실로 배가스혼합연료가 공급되어 예열되는 단계; 제2이젝터에 의해 연소모드인 제1축열실로 배가스혼합산소가 공급되어 예열되는 단계; 연소모드인 제1연소노즐에 구비된 연료공급관을 통해 예열된 배가스혼합연료가 제1연소노즐의 연료노즐채널로 유입되고, 예열된 배가스혼합산소 일부가 산소노즐채널로 유입되고, 예열된 배가스혼합산소 나머지가 연료노즐채널로 유입되는 단계; 산소노즐채널에 의해 연소실로 배가스혼합산소가 분사되고, 연료노즐채널에 의해 연소실로 배가스 혼합연료가 분사되어 연소되는 단계; 및 연소실에서 발생된 배가스가 축열모드인 제2연소노즐을 통해 제2축열실로 유입되어 제2축열실을 가열하고 배출되어 일부가 재순환유로에 의해 제1이젝터 및 제2이젝터로 유입되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 예열 겸용 배가스 재순환 부분 예혼합형 축열식 순산소 연소방법으로서 달성될 수 있다.
제1축열실와 제2연소노즐의 연료공급관 사이 및 제1연소노즐의 연료공급관과 제2축열실 사이를 연결하는 연결관과 축열실의 길이방향을 따라 외면과 특정간격 이격되어 구비되는 연료예열관을 포함하여, 연료공급수단에 의해 연료가 제2축열실에 구비된 연료예열관으로 공급되고, 예열된 연료는 연결관을 통해 제1축열실의 연료공급관으로 유입되는 것을 특징으로 할 수 있다.
연료관에 의해 복수로 구성된 연료공급관으로 배가스혼합연료를 공급하는 것을 특징으로 할 수 있다.
연료노즐 채널 외면에 연료노즐채널의 길이방향으로 내열성 금속판이 설치되거나, 연료노즐 채널 내부에 내열성 다공체가 삽입 설치되어 연료노즐채널로 유입된 배가스혼합연료가 예열되고, 부분산화되는 것을 특징으로 할 수 있다.
점화용 연료공급관에 의해 내부에 점화봉이 설치되어 산소노즐채널로 공급되는 배가스혼합산소를 점화시키기 위한 점화관으로 점화용 연료를 공급시키기 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하할 수 있다.
연료공급수단이 제1이젝터로 연료를 공급하는 단계와 산소공급수단이 제2이젝터로 산소를 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 할 수 있다.
제어부가 제1온도측정수단에 의해 측정된 연소실 내부 온도값와 제2온도측정수단에 의해 측정된 축열실 온도값을 기반으로 산소공급수단과 연료공급수단을 제어하고, 제1축열실을 축열모드로 변환시키고 제2축열실을 연소모드로 변환시키는 단계를 더 포함하는 특징으로 할 수 있다.
제1이젝터와 축열실 사이에 구비되어 제1이젝터에서 공급되는 배가스혼합연료가 축열모드인 축열실로 유입되도록 유도하는 제1스위치, 제2이젝터와 축열실 사이에 구비되어 제2이젝터에서 공급되는 배가스혼합산소가 연소모드인 축열실로 유입되도록 유도하는 제2스위치와 연결관 각각에 구비되어 축열모드인 축열실에 의해 예열된 배가스혼합연료를 연소모드인 연소노즐에 구비된 연료공급관으로 유입되도록 유도하는 제3스위치를 포함하여, 제어부가 제1온도측정수단에 의해 측정된 연소실 내부 온도값와 제2온도측정수단에 의해 측정된 축열실 온도값을 기반으로 제1스위치, 제2스위치 및 제3스위치를 제어하여 제1축열실을 축열모드로 변환시키고 제2축열실을 연소모드로 변환시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
제어부가 제1온도측정수단에 의해 측정된 연소실 내부 온도값와 제2온도측정수단에 의해 측정된 축열실 온도값을 기반으로 재순환유로에 구비된 유량조절부를 제어하여 재순화유로로 유입되는 배가스의 양을 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 산화제로서 공기 대신 산소를 사용함으로써 연료소비 절감과 연소안정성이 향상되고, 연소배가스 현열 회수율이 향상되며, 연료와 연소배가스의 혼합기체는 축열실을 통해 1차 예열되고, 슬릿형 연소노즐채널 내로 별도로 공급되어 이전의 축열과정에서 고온으로 가열된 슬릿형 연료노즐 채널 내에 설치된 내열성 금속판(또는 내열성 다공체)와 열교환을 통해 더욱 예열되는 동시에, 축열실로부터 유입된 일정량의 고온의 산소와 연소배가스의 혼합기체와 슬릿형 연료노즐채널 내에서 부분 예혼합되어 열적부분산화(예혼합 연소)에 의한 연소성이 향상되고, 열적부분산화된 연료와 연소배가스의 혼합기체와 고온 산소와 연소배가스의 혼합기체는 각 각 슬릿형 노즐을 통해 상대적으로 넓은 표면적으로 분사 혼합되어 상대적으로 평탄한 화염을 형성하게 되며, 아울러 재생과정에서 연소배가스와 각각 혼합된 산소와 연료는 축열실을 통과하면서 축열과정 중에 축열체에 축열된 잉여열을 축가로 회수하는 효과를 가지게 되므로 축열.재생 열교환량을 동일하게 유지하여 장시간 운전시 축열체의 축열량의 포화를 방지하여 정상운전이 가능한 효과를 갖게 된다.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어 졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허 청구 범위에 속함은 자명하다.
도 1은 종래 산소 연소장치의 단면도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 연료 예열 겸용 배가스 재순환 부분 예혼합형 축열식 순산소 연소시스템의 구성도,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 연료 예열 겸용 배가스 재순환 부분 예혼합형 축열식 순산소 연소시스템의 일구성인 제1연소장치, 연소실 및 제2연소장치의 부분단면도,
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 연료 예열 겸용 배가스 재순환 부분 예혼합형 축열식 순산소 연소시스템의 일구성인 제1연소장치, 연소실 및 제2연소장치의 부분단면도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 연료 예열 겸용 배가스 재순환 부분 예혼합형 축열식 순산소 연소방법의 흐름도,
도 6은 본 발명의 일실시예에에 따른 제1연소장치가 연소모드로 제2연소장치가 축열모드로 작동하는 연료 예열 겸용 배가스 재순환 부분 예혼합형 축열식 순산소 연소시스템의 구성도,
도 7은 본 발명의 일실시예에에 따른 제2연소장치가 연소모드로 제1연소장치가 축열모드로 작동하는 연료 예열 겸용 배가스 재순환 부분 예혼합형 축열식 순산소 연소시스템의 구성도,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 제어부의 신호흐름을 나타낸 블록도를 도시한 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 연료 예열 겸용 배가스 재순환 부분 예혼합형 축열식 순산소 연소시스템(100)의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 연료 예열 겸용 배가스 재순환 부분 예혼합형 축열식 순산소 연소시스템(100)의 구성도를 도시한 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1연소장치, 제2연소장치 및 제1연소장치와 제2연소장치 사이에 구비되어 산소와 연료가 분사되어 연소가 발생되는 연소실(10)을 포함하고 있음을 알 수 있다. 그리고, 제1연소장치와 제2연소장치 각각은 축열체로 구성되어 축열모드시 배가스가 유입되어 가열되며 연소모드시 배가스혼합산소가 유입되어 배가스혼합산소가 예열되는 축열실(40-1, 40-2) 및 연소실(10)과 축열실 사이에 구비되고, 연소모드시 축열실에서 예열된 배가스혼합산소 일부가 유입되어 연소실로 분사되고, 축열모드시 연소실에서 발생된 배가스가 유입되는 산소노즐채널(2)과 연소모드시 축열실에서 예열된 배가스혼합산소 나머지가 유입되고, 연료공급관을 통해 축열모드인 축열실과 열교환되어 예열된 배가스혼합연료가 유입되어 연소실로 분사되고, 축열모드시 연소실에서 발생된 배가스가 유입되는 연료노즐채널(3)을 갖는 연소노즐을 포함하고 있음을 알 수 있다.
즉, 제1연소장치는 제1축열실(40-1)과 제1연소노즐(20-1)을 구비하고 있고, 제2연소장치는 제2축열실(40-2)과 제2연소노즐(20-2)을 구비하고 있다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1축열실(40-1)과 제2연소노즐(20-2) 사이 그리고, 제2축열실(40-2)과 제1연소노즐(20-1) 사이를 연결하는 연결관(33)을 포함하고 있음을 알 수 있다. 그리고, 제1이젝터(61)로 연료를 공급하기 위한 연료공급수단(60)과 제2이젝터(71)로 산소를 공급하기 위한 산소공급수단(70)을 포함하고 있다.
또한, 제1이젝터(61)와 제2이젝터(71)는 재순환유로(34)가 연결되어 제1이젝터(61)와 제2이젝터(71)에 배가스가 유입되어 연료와 배가스가 혼합되게 된다. 따라서 제1이젝터(61)는 축열모드인 제1축열실(40-1) 또는 제2축열실(40-1)로 배가스혼합연료를 유입시키게 되고, 제2이젝터(72)는 연소모드인 제2축열실(40-2) 또는 제1축열실(40-1)로 배가스혼합산소를 공급하게 된다.
이하에서는 본 발명의 제1실시예에 따른 연료 예열 겸용 배가스재순환 부분 예혼합형 축열식 순산소 연소시스템(100)의 일구성인 제1연소장치, 연소실(10) 및 제2연소장치에 대해 보다 상세하게 설명하도록 한다. 먼저, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 연료 예열 겸용 부분 예혼합형 축열식 순산소 연소시스템(100)의 일구성인 제1연소장치, 연소실(10) 및 제2연소장치의 부분단면도를 도시한 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 연소실(10)의 일측과 타측 각각에 제1연소노즐(20-1)과 제2연소노즐(20-2)이 연결되어 있음을 알 수 있다. 이러한 제1연소노즐(20-1)과 제2연소노즐(20-2) 각각에는 산소노즐채널(2)과 연료노즐채널(3)이 구비된다. 그리고, 제1연소노즐(20-1)과 제1축열실(40-1)이 연결되어 있고, 제2연소노즐(20-2)에는 제2축열실(40-2)이 연결되어 지게 된다. 이러한 축열실은 내부가 축열체로 충진되어 있고, 축열체는 통상의 축열기능을 하는 세라믹 체질의 구형체, 하니컴 또는 다공체로 구성될 수 있다.
후에 설명되는 바와 같이, 제1축열실(40-1)과 제1연소노즐(20-1)이 연소모드인 경우, 산소공급수단(70)에 의해 배가스혼합산소가 제1축열실(40-1)로 유입되어 예열되게 되고, 예열된 배가스혼합산소 일부는 제1연소노즐(20-1)의 산소노즐채널(2)로 유입되게 된다. 그리고, 예열된 배가스혼합산소 나머지는 제1연소노즐(20-1)의 연료노즐채널(3)로 유입되게 된다.
또한, 연료노즐채널(3)의 출력단과 산소노즐채널(2)의 출력단 사이의 거리는 산소노즐채널(2)의 출력단의 높이의 2배 이상이 됨이 바람직하다. 그리고, 연료노즐채널(3)의 일측에는 연료공급수단(60)에 의해 연료가 공급되는 연료공급관(30)이 구비되어 있다. 따라서 연료노즐채널(3)에서는 연료공급관(30)에 의해 배가스혼합연료가 유입되고, 예열된 배가스혼합산소가 유입되게 된다.
또한, 연소노즐은 연료노즐채널(3)과 산소노즐채널(2)이 형성되어 있고, 도 3에 도시된 바와 같이, 슬릿형으로 구성된다. 따라서 연소실(10)에서 평탄한 화염을 발생시킬 수 있게 된다. 그리고, 후에 설명되는 바와 같이, 축열실로 유입되어 예열된 배가스혼합산소 일부는 산소노즐채널(2)로 유입되게 되고, 나머지 예열된 배가스혼합산소는 연료노즐채널(3)로 유입되게 된다. 산소노즐채널(2)과 연료노즐채널(3)로 유입되는 예열된 배가스혼합산소의 비는 입력단의 산소노즐채널(2)의 단면적과 연료노즐채널(3)의 단면적의 비에 따라 결정되게 된다.
그리고, 제2축열실(40-2)의 열에 의해 예열된 배가스혼합연료가 연료공급관(30)을 통해 연료노즐채널(3)로 유입되게 된다. 즉, 제2축열실(40-2)과 제1축열실(40-1) 각각의 외면과 특정간격 이격되어 구비된 연료예열관(32)을 구성하여, 축열모드인 축열실에 구비된 연료예열관(32)으로 제1이젝터(61)에 의해 배가스혼합연료가 유입되게 된다. 따라서 축열모드인 제2축열실(40-2)에 구비된 연료예열관(32)으로 유입된 배가스혼합연료는 제2축열실(40-2)로부터 열을 공급받아 예열되고, 연결관(33)을 통해 예열된 배가스혼합연료가 제1연소노즐(20-1)의 연료공급관(30)을 통해 연료노즐채널(3)로 공급되게 된다.
예열된 배가스혼합연료와 예열된 배가스혼합산소가 연료노즐채널(3)로 유입되고, 연료노즐채널(3) 내부에 구비된 내열성 다공체 또는 연료노즐채널(3) 외면에 설치된 내열성금속판(31)으로부터 열원을 공급받아 또 다시 예열되고, 예열된 배가스혼합산소와 예열된 배가스혼합연료가 예혼합되면서 부분산화가 일어나게 된다.
예열되고 부분산화된 배가스혼합연료가 연료노즐채널(3)에 의해 연소실(10)로 분사되고, 산소노즐채널(2)에 의해 배가스혼합산소가 연소실(10)로 분사되면서 연소실(10) 내에서 연소가 발생되게 된다. 그리고, 도 3에 도시된 바와 같이, 연소에 의해 발생된 배가스는 제2연소노즐(20-2)의 산소노즐채널(2)과 연료노즐채널(3)을 통과하여 제2축열실(40-2)로 유입되게 된다. 배가스가 제2연소노즐(20-2)의 연료노즐채널(3)을 통과하면서, 연료노즐채널(3)에 구비된 내열성 금속판(31) 또는 내열성 다공체를 가열하게 된다.
또한, 산소노즐채널(2)의 일측에는 점화관(50)이 더 구비될 수 있다. 이러한 점화관(50) 내부에는 점화봉(51)이 설치되며, 점화관(50) 일측으로 점화용 연료공급관(52)이 구비되어 점화관(50) 내부로 점화용 연료가 공급되도록 구성될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제2실시예에 따른 연료 예열 겸용 배가스재순환 부분 예혼합형 축열식 순산소 연소시스템(100)의 일구성인 제1연소장치, 연소실(10) 및 제2연소장치에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 연료 예열 겸용 부분 예혼합형 축열식 순산소 연소시스템(100)의 일구성인 제1연소장치, 연소실(10) 및 제2연소장치의 부분단면도를 도시한 것이다.
본 발명의 제2실시예에 따른 부분 예혼합형 축열식 산소 연소장치(100)는 기본적으로 본 발명의 제1실시예와 동일한 기능을 수행하게 된다. 다만, 제1실시예에서와 달리, 도 4에 도시된 바와 같이, 복수의 연료공급관(30)을 구비하고 있고, 산소노즐채널(2)의 단면높이가 입력단 측에서 점진적으로 감소되는 형상을 갖고 있으며, 연료노즐채널(3)의 경우, 입력단과 연료공급관(30) 사이에 위치한 연료노즐채널(3)은 연소실(10) 측으로 갈수록 점진적으로 단면높이가 감소되고, 연료공급관(30)이 연결된 부분에서 출력단까지는 단면높이가 점진적으로 증가되는 형상으로 구비됨을 알 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제2이젝터(71)에 의해 연소모드인 제1축열실(40-1) 또는 제2축열실(40-2)로 배가스혼합산소가 공급되고 축열실을 통과하면서 배가스혼합산소가 예열되게 된다. 그리고, 예열된 배가스혼합산소 일부는 연소노즐(20)의 산소노즐채널(2)로 유입되게 되고, 예열된 나머지 배가스혼합산소는 연소노즐(20)의 연료노즐채널(3)로 유입되며 동시에 제1이젝터(61)에 의해 배가스혼합연료가 축열모드인 제2축열실(40-2) 또는 제1축열실(40-1)에 구비된 연료예열관(32)을 통과하면서 예열되어 연결관(33)을 통해 복수의 연료공급관(30)에 유입되어 연료노즐채널(3)로 공급되게 된다. 그리고, 연료노즐채널(3) 내에서 배가스혼합연료와 예열된 배가스혼합산소가 예혼합되면서 연료가 예열 및 부분산화되게 된다.
그리고 산소노즐채널(2)에 의해 예열된 배가스혼합산소가 연소실(10) 내로 분사되게 되고, 연료노즐채널(3)에 의해 예혼합 및 부분산화된 배가스혼합연료가 연소실(10)로 분사되어 연소되게 된다. 연소된 배가스는 축열모드인 연소노즐을 통과하여 축열모드인 축열실을 가열하고 배출되게 된다.
이러한 과정은 모드가 변경될 때까지 계속되게 된다. 또한, 본 발명은 연소실(10)의 내부 온도를 실시간으로 측정하는 제1온도측정수단(81)과 축열실(40)의 내부온도를 실시간으로 측정하는 제2온도측정수단(82)을 포함할 수 있고, 제어부(110)는 제1온도측정수단(81)과 제2온도측정수단(82)에서 측정된 데이터를 기초로 모드를 변경할지를 판단하게 된다.
이하에서는 앞서 설명한 본 발명의 제1실시예 및 제2실시예에 따른 연료 예열 겸용 배가스 재순환 부분 예혼합형 축열식 순산소 연소시스템(100)의 작동방법 측 연소방법에 대해 보다 상세하게 설명하도록 한다. 먼저, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 연료 예열 겸용 배가스재순환 부분 예혼합형 축열식 순산소 연소방법의 흐름도를 도시한 것이다. 그리고, 도 6은 본 발명의 일실시예에에 따른 제1축열실(40-1) 및 제1연소노즐(20-1)이 연소모드로 제2연소노즐(20-2) 및 제2축열실(40-2)이 축열모드로 작동하는 연료 예열 겸용 배가스재순환 부분 예혼합형 축열식 순산소 연소시스템(100)의 구성도를 도시한 것이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 제2축열실(40-2) 및 제2연소노즐(20-2)이 연소모드로 제1축열실(40-1) 및 제1연소노즐(20-1)이 축열모드로 작동하는 연료 예열 겸용 배가스재순환 부분 예혼합형 축열식 순산소 연소시스템(100)의 구성도를 도시한 것이다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제1축열실(40-1)과 제1연소노즐(20-1)이 연소모드로 작동하고, 제2축열실(40-2)과 제2연소노즐(20-2)이 축열모드로 작동하게 되는 경우, 제1이젝터(61)에 의해 축열모드인 제2축열실(40-2)에 구비된 연료예열관(32)으로 배가스혼합연료가 공급되게 된다(S1). 이때, 제1이젝터(61)와 제1축열실(40-1) 사이 및 제1이젝터(61)와 제2축열실(40-2) 사이에 설치된 제1스위치(91)에 의해 배가스혼합연료가 축열모드인 제2축열실(40-2)로 유입되도록 유도한다. 즉, 도 6에 도시된 것을 기준으로 좌측에 위치한 제1스위치(91)는 닫히고, 우측에 위치한 제1스위치(91)를 개방하게 됨으로써 배가스혼합연료가 축열모드인 제2축열실(40-2)로 유입되게 된다. 연료예열관(32)으로 유입된 배가스혼합연료는 제2축열실(40-2)의 열을 공급받아 예열되게 된다.
또한, 제2이젝터(71)에 의해 연소모드인 제1축열실(40-1)로 배가스혼합산소가 유입되어 베가스혼합산소가 예열되게 된다(S2). 이때, 제2이젝터(71)와 제1축열실(40-1) 사이 및 제2이젝터(71)와 제2축열실(40-2) 사이 각각에 설치된 제3스위치(93)에 의해 배가스혼합산소가 연소모드인 제1축열실(40-1)로 유입되도록 유도하게 된다. 즉, 도 6에 도시된 것을 기준으로 좌측에 위치한 제3스위치(93)가 개방되고, 우측에 위치한 제3스위치(93)가 개방되게 되면서 배가스혼합산소가 제1축열실(40-1)로 유입되게 된다. 그리고, 예열된 배가스혼합산소 일부는 제1연소노즐(20-1)의 산소노즐채널(2)로 유입되고(S3), 예열된 배가스혼합산소 나머지는 제1연소노즐(20-1)의 연료노즐 채널로 유입되게 된다(S4).
또한, 연료예열관(32)에서 제2축열실(40-2)의 열을 공급받아 예열된 배가스혼합연료는 제2축열실(40-2)에 구비된 연료예열관(32)과 제1연소노즐(20-1)에 구비된 연료공급관(30)을 연결하는 연결관(33)에 의해 제1연소노즐(20-1)의 연료공급관(30)으로 유입되어 예열된 배가스혼합연료가 연료노즐채널(3)로 공급되게 된다(S5). 이때, 제2축열실(40-2)과 제1연소노즐(20-1)에 구비된 연료공급관(30)을 연결하는 연결관(33)에 구비된 제2스위치(92)는 개방되게 되며, 제1축열실(40-1)과 제2연소노즐(20-2)에 구비된 연료공급관(30)을 연결하는 연결관(33)에 구비된 제2스위치(92)는 닫히게 된다.
따라서 제1연소노즐(20-1)의 연료노즐채널(3)에서는 예열된 배가스혼합산소와 예열된 배가스혼합연료가 예혼합되고, 앞서 설명한 바와 같이, 연료노즐채널(3)에 구비된 내열성 금속판(31) 또는 내열성 다공체에 의해 가열되면서 연료가 부분산화되게 된다.
그리고, 연소실(10) 내로 연료노즐채널(3)에 의해 예열 및 부분산화된 배가스혼합연료가 분사되고, 산소노즐채널(2)에 의해 예열된 배가스혼합산소가 분사되어 연소에 의해 화염이 발생되게 된다(S6).
그리고, 연소에 의해 발생된 배가스는 축열모드인 제2연소노즐(20-2)의 산소노즐채널(2)과 연료노즐채널(3)을 통해 축열모드인 제2축열실(40-2)로 유입되게 된다(S7). 이때, 배가스가 연료노즐채널(3)을 통과하면서 연료노즐채널(3)에 구비된 내열성 금속판(31) 또는 내열성 다공체를 가열하게 된다. 그리고, 배가스가 제2축열실(40-2)을 통과하면서 제2축열실(40-2)을 가열하고 배출되게 된다(S8). 이때, 제2축열실(40-2)의 배출단에 구비된 제4스위치(94)는 개방되며, 제1축열실(40-1)의 배출단에 구비된 제4스위치(94)는 닫히게 된다.
그리고, 제2축열실(40-2)에서 배출된 배가스 일부는 재순환유로(34)에 의해 제1이젝터(61)와 제2이젝터(71)로 유입되게 된다(S9). 이때, 재순환유로(34) 일측에 구비된 유량조절부(83)에 의해 재순환유로(34)로 유입되는 배가스의 양을 조절할 수 있다.
이러한 과정은 모드가 전환되기 전까지 지속적으로 계속된다. 그리고, 제어부(110)가 제1스위치(91), 제2스위치(92), 제3스위치(93) 및 제4스위치(94)를 전환시키도록 하고 산소공급수단(70)과 연료공급수단(60), 제1이젝터(61) 및 제2이젝터(71)을 제어하여 모드를 변경할 수 있다.
그리고, 본 발명의 일실시예에 따른 연료예열 겸용 배가스 재순환 부분 예혼합 연소실(10)의 온도를 실시간으로 측정하는 제1온도측정수단(81)과 축열실의 온도를 실시간으로 측정하는 제2온도측정수단(82)을 포함할 수 있다. 따라서 제어부(110)는 이러한 측정데이터를 기반으로 모드를 변경할지를 판단하게 된다(S10).
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 제어부(110)의 신호흐름을 나타낸 블록도를 도시한 것이다. 도 8에 도시된 바와 같이 제어부(110)는 제1온도측정수단(81)과 제2온도측정수단(82)으로부터 데이터를 전송받게 되고, 측정데이터를 기반으로 산소공급수단(70)과 연료공급수단(60)을 제어하여 공급되는 산소와 연료양을 조절할 수 있다. 또한, 이러한 측정데이터를 기반으로 제1스위치(91), 제2스위치(92), 제3스위치(93) 및 제4스위치(94)를 제어하여 모드를 변경할 수 있다. 그리고, 제어부(110)는 측정데이터를 기반으로 유량조절부(83)을 제어하여 재순환유로(34)에 의해 재순환되는 배가스의 양을 조절할 수 있다.
구체적으로 모드를 변경하게 되는 경우, 도 7을 기준으로 우측에 위치한 제1스위치(91)를 닫고, 좌측에 위치한 제2스위치(92)를 개방하게 되고, 우측에 위치한 제2스위치(92)를 닫고, 좌측에 위치한 제2스위치(92)를 개방하게 된다. 또한, 도 7을 기준으로 좌측에 위치한 제3스위치(93)를 닫고 우측에 위치한 제3스위치(93)를 개방하게 되며, 좌측에 위치한 제4스위치(94)를 열고, 우측에 위치한 제4스위치(94)를 닫게 된다.
제어부(110)에 의해 스위치를 제어하여 제1축열실(40-1)과 제1연소노즐(20-1)을 축열모드로 변경하고, 제2축열실(40-2)과 제2연소노즐(20-2)을 연소모드로 전환하게 되면, 제1이젝터(61)에 의해 축열모드인 제1축열실(40-1)에 구비된 연료예열관(32)으로 연료가 공급되게 된다(S11). 이때, 제1이젝터(61)와 제1축열실(40-1) 사이 및 제1이젝터(61)와 제2축열실(40-2) 사이에 설치된 제1스위치(91)에 의해 배가스혼합연료가 축열모드인 제1축열실(40-1)로 유입되도록 유도한다. 즉, 도 7에 도시된 것을 기준으로 우측에 위치한 제1스위치(91)는 닫히고, 좌측에 위치한 제1스위치(91)를 개방하게 됨으로써 배가스혼합연료가 축열모드인 제1축열실(40-1)로 유입되게 된다. 연료예열관(32)으로 유입된 배가스혼합연료는 제1축열실(40-1)의 열을 공급받아 예열되게 된다.
또한, 제2이젝터(71)에 의해 연소모드인 제2축열실(40-2)로 배가스혼합산소가 유입되어 배가스혼합산소가 예열되게 된다(S12). 이때, 제2이젝터(71)와 제2축열실(40-2) 사이 및 제2이젝터(71)와 제1축열실(40-1) 사이 각각에 설치된 제3스위치(93)에 의해 배가스혼합산소가 연소모드인 제2축열실(40-2)로 유입되도록 유도하게 된다. 즉, 도 7에 도시된 것을 기준으로 우측에 위치한 제3스위치(93)가 개방되고, 좌측에 위치한 제3스위치(93)가 개방되게 되면서 배가스혼합산소가 제2축열실(40-2)로 유입되게 된다. 그리고, 예열된 배가스혼합산소 일부는 제2연소노즐(20-2)의 산소노즐채널(2)로 유입되고(S13), 예열된 배가스혼합산소 나머지는 제2연소노즐(20-2)의 연료노즐채널(3)로 유입되게 된다(S14).
또한, 연료예열관(32)에서 제1축열실(40-1)의 열을 공급받아 예열된 배가스혼합연료는 제1축열실(40-1)에 구비된 연료예열관(32)과 제2연소노즐(20-2)에 구비된 연료공급관(30)을 연결하는 연결관(33)에 의해 제2연소노즐(20-2)의 연료공급관(30)으로 유입되어 예열된 배가스혼합연료가 연료노즐채널(3)로 공급되게 된다(S15). 이때, 제1축열실(40-1)과 제2연소노즐(20-2)에 구비된 연료공급관(30)을 연결하는 연결관(33)에 구비된 제2스위치(92)는 개방되게 되며, 제2축열실(40-2)과 제1연소노즐(20-1)에 구비된 연료공급관(30)을 연결하는 연결관(33)에 구비된 제2스위치(92)는 닫히게 된다.
따라서 제2연소노즐(20-2)의 연료노즐채널(3)에서는 예열된 배가스혼합산소와 예열된 배가스혼합연료가 예혼합되고, 앞서 설명한 바와 같이, 연료노즐채널(3)에 구비된 내열성 금속판(31) 또는 내열성 다공체에 의해 가열되면서 연료가 부분산화되게 된다.
그리고, 연소실(10) 내로 연료노즐채널(3)에 의해 예열 및 부분산화된 배가스혼합연료가 분사되고, 산소노즐채널(2)에 의해 예열된 배가스혼합산소가 분사되어 연소에 의해 화염이 발생되게 된다(S16).
그리고, 연소에 의해 발생된 배가스는 축열모드인 제1연소노즐(20-1)의 산소노즐채널(2)과 연료노즐채널(3)을 통해 축열모드인 제1축열실(40-1)로 유입되게 된다(S17). 이때, 배가스가 연료노즐채널(3)을 통과하면서 연료노즐채널(3)에 구비된 내열성 금속판(31) 또는 내열성 다공체를 가열하게 된다. 그리고, 배가스가 제1축열실(40-1)을 통과하면서 제1축열실(40-1)을 가열하고 배출되게 된다(S18). 이때, 제1축열실(40-1)의 배출단에 구비된 제4스위치(94)는 개방되며, 제2축열실(40-2)의 배출단에 구비된 제4스위치(94)는 닫히게 된다.
그리고, 제1축열실(40-1)에서 배출된 배가스 일부는 재순환유로(34)를 통해 재순환되어 제1이젝터(61)와 제2이젝터(71)로 유입되게 된다(S19). 앞서 언급한 바와같이, 제어부는 제1온도측정수단(81)과 제2온도측정수단(82)에서 측정된 연소실(10)과 축열실 온도를 기반으로 유량조절부(83)를 제어하여 재순환유로(34)로 유입되는 배가스의 양을 조절하게 된다. 이러한 과정은 모드가 전환되기 전까지 지속적으로 계속된다.
1:종래 연소장치
2:산소노즐채널
3:연료노즐채널
10:연소실
20-1:제1연소노즐
20-2:제2연소노즐
30:연료공급관
31:내열성 금속판
32:연료예열관
33:연결관
34:재순환유로
40-1:제1축열실
40-2:제2축열실
50:점화관
51:점화봉
52:점화용 연료 공급관
60:연료공급수단
61:제1이젝터
70:산소공급수단
71:제2이젝터
81:제1온도측정수단
82:제2온도측정수단
83:유량조절부
91:제1스위치
92:제2스위치
93:제3스위치
94:제4스위치
100:부분 예혼합형 축열식 순산소 연소 장치
110:제어부

Claims (23)

  1. 연소시스템에 있어서,
    제1연소장치와 제2연소장치와 상기 제1연소장치와 상기 제2연소장치 사이에 구비되어 산소와 연료가 분사되어 연소가 발생되는 연소실을 포함하고,
    상기 제1연소장치와 상기 제2연소장치 각각은,
    축열체로 구성되어 축열모드시 배가스가 유입되어 가열되며 연소모드시 배가스혼합산소가 유입되어 배가스혼합산소가 예열되는 축열실; 및
    상기 연소실과 상기 축열실 사이에 구비되고, 연소모드시 축열실에서 예열된 배가스혼합산소 일부가 유입되어 연소실로 분사되고, 축열모드시 연소실에서 발생된 배가스가 유입되는 산소노즐채널과 연소모드시 축열실에서 예열된 배가스혼합산소 나머지가 유입되고, 연료공급관을 통해 축열모드인 축열실과 열교환되어 예열된 배가스혼합연료가 유입되어 연소실로 분사되고, 축열모드시 연소실에서 발생된 배가스가 유입되는 연료노즐채널을 갖는 연소노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 예열 겸용 배가스 재순환 부분 예혼합형 축열식 순산소 연소시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1연소장치의 축열실와 상기 제2연소장치의 연료공급관 사이 및 제1연소장치의 연료공급관과 상기 제2연소장치의 축열실 사이를 연결하는 연결관; 및
    축열모드인 축열실에서 배출된 배가스 일부를 재순환시키기 위한 재순환유로;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 예열 겸용 배가스 재순환 부분 예혼합형 축열식 순산소 연소시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    연료를 공급하는 연료공급수단;
    상기 재순환유로에 구비되어 상기 연료공급수단에서 공급된 연료와 재순환유로에서 공급되는 배가스를 혼합하여 축열모드인 축열실로 배가스혼합연료를 유입시키기 위한 제1이젝터;
    산소를 공급하는 산소공급수단; 및
    상기 재순환유로에 구비되어 상기 산소공급수단에서 공급된 산소와 재순환유로에서 공급되는 배가스를 혼합하여 연소모드인 축열실로 배가스혼합산소를 유입시키기 위한 제2이젝터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 예열 겸용 배가스 재순환 부분 예혼합형 축열식 순산소 연소시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 축열실의 길이방향을 따라 외면과 특정간격 이격되어 구비되는 연료예열관을 더 포함하여,
    상기 제1이젝터에 의해 배가스혼합연료가 축열모드인 축열부에 구비된 연료예열관으로 공급되어 상기 배가스혼합연료가 예열되는 것을 특징으로 하는 연료 예열 겸용 배가스 재순환 부분 예혼합형 축열식 순산소 연소시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 산소노즐채널과 상기 연료노즐채널은 슬릿형태인 것을 특징으로 하는 연료 예열 겸용 배가스 재순환 부분 예혼합형 축열식 순산소 연소시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 연료노즐채널의 출력단과 상기 산소노즐채널의 출력단의 사이간격은 상기 산소노즐채널의 출력단 높이의 2배 이상인 것을 특징으로 하는 연료 예열 겸용 배가스 재순환 부분 예혼합형 축열식 순산소 연소시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 연료노즐채널 내로 배가스혼합연료를 공급하는 연료공급관은 복수로 구성되는 것을 특징으로 하는 연료 예열 겸용 배가스 재순환 부분 예혼합형 축열식 순산소 연소시스템.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 연료노즐채널의 외면에는 상기 연료노즐채널의 길이방향으로 내열성 금속판이 설치되거나, 상기 연료노즐채널의 내부에는 내열성 다공체가 삽입설치되는 것을 특징으로 하는 연료 예열 겸용 배가스 재순환 부분 예혼합형 축열식 순산소 연소시스템.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 산소노즐채널과 연결되고 내부에 점화봉이 설치되어 상기 산소노즐채널로 공급되는 배가스혼합산소를 점화시키기 위한 점화관과 상기 점화관으로 점화용 연료를 공급시키기 위한 점화용 연료공급관을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 예열 겸용 배가스 재순환 부분 예혼합형 축열식 순산소 연소시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 연료노즐채널과 상기 산소노즐채널의 단면 높이는 연소실측으로 갈수록 점진적으로 증가하는 것을 특징으로 하는 연료 예열 겸용 배가스 재순환 부분 예혼합형 축열식 순산소 연소시스템.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 축열체는 세라믹재질의 구형체, 하니컴 또는 다공체로 충진된 것을 특징으로 하는 연료 예열 겸용 배가스 재순환 부분 예혼합형 축열식 순산소 연소시스템.
  12. 제 3항에 있어서,
    상기 제1이젝터와 상기 축열실 사이에 구비되어 상기 제1이젝터에서 공급되는 배가스혼합연료가 축열모드인 축열실로 유입되도록 유도하는 제1스위치;
    상기 제2이젝터와 상기 축열실 사이에 구비되어 상기 제2이젝터에서 공급되는 배가스혼합산소가 연소모드인 축열실로 유입되도록 유도하는 제2스위치; 및
    상기 연결관 각각에 구비되어 축열모드인 축열실에 의해 예열된 배가스혼합연료를 연소모드인 연소노즐에 구비된 연료공급관으로 유입되도록 유도하는 제3스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 예열 겸용 부분 예혼합형 축열식 순산소 연소시스템.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 재순환유로에 구비되어 축열모드인 축열실에서 배출된 배가스 중 상기 재순환유로로 유입되는 배가스 양을 조절하기 위한 유량조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
  14. 제 13항에 있어서,
    연소실 내부 온도를 측정하는 제1온도측정수단;
    상기 축열실의 온도를 측정하는 제2온도측정수단 및
    상기 제1온도측정수단과 상기 제2온도측정수단에서 측정된 데이터를 기반으로 상기 산소공급수단, 상기 연료공급수단, 제1스위치, 제2스위치 및 제3스위치를 제어하여, 축열실과 연소노즐의 모드를 변경하고, 상기 유량조절부를 제어하여 상기 재순환유로로 유입되는 배가스 양을 조절하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 예열 겸용 부분 예혼합형 축열식 순산소 연소시스템.
  15. 제1이젝터에 의해 축열모드인 제2축열실로 배가스혼합연료가 공급되어 예열되는 단계;
    제2이젝터에 의해 연소모드인 제1축열실로 배가스혼합산소가 공급되어 예열되는 단계;
    연소모드인 제1연소노즐에 구비된 연료공급관을 통해 예열된 상기 배가스혼합연료가 제1연소노즐의 연료노즐채널로 유입되고, 예열된 배가스혼합산소 일부가 산소노즐채널로 유입되고, 예열된 배가스혼합산소 나머지가 연료노즐채널로 유입되는 단계;
    상기 산소노즐채널에 의해 연소실로 배가스혼합산소가 분사되고, 상기 연료노즐채널에 의해 연소실로 상기 배가스 혼합연료가 분사되어 연소되는 단계; 및
    연소실에서 발생된 배가스가 축열모드인 제2연소노즐을 통해 제2축열실로 유입되어 상기 제2축열실을 가열하고 배출되어 일부가 재순환유로에 의해 상기 제1이젝터 및 상기 제2이젝터로 유입되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 예열 겸용 배가스 재순환 부분 예혼합형 축열식 순산소 연소방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 제1축열실와 상기 제2연소노즐의 연료공급관 사이 및 제1연소노즐의 연료공급관과 상기 제2축열실 사이를 연결하는 연결관과 상기 축열실의 길이방향을 따라 외면과 특정간격 이격되어 구비되는 연료예열관을 포함하여,
    상기 연료공급수단에 의해 연료가 상기 제2축열실에 구비된 연료예열관으로 공급되고, 예열된 연료는 연결관을 통해 상기 제1축열실의 연료공급관으로 유입되는 것을 특징으로 하는 연료 예열 겸용 부분 예혼합형 축열식 순산소 연소방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    연료관에 의해 복수로 구성된 상기 연료공급관으로 배가스혼합연료를 공급하는 것을 특징으로 하는 연료 예열 겸용 배가스 재순환 부분 예혼합형 축열식 순산소 연소방법.
  18. 제 15항에 있어서,
    상기 연료노즐 채널 외면에 상기 연료노즐채널의 길이방향으로 내열성 금속판이 설치되거나, 상기 연료노즐 채널 내부에 내열성 다공체가 삽입 설치되어 상기 연료노즐채널로 유입된 배가스혼합연료가 예열되고, 부분산화되는 것을 특징으로 하는 연료 예열 겸용 배가스 재순환 부분 예혼합형 축열식 순산소 연소방법.
  19. 제 15항에 있어서,
    점화용 연료공급관에 의해 내부에 점화봉이 설치되어 상기 산소노즐채널로 공급되는 배가스혼합산소를 점화시키기 위한 점화관으로 점화용 연료를 공급시키기 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 예열 겸용 배가스 재순환 부분 예혼합형 축열식 순산소 연소방법.
  20. 제 15항에 있어서,
    연료공급수단이 제1이젝터로 연료를 공급하는 단계와 산소공급수단이 제2이젝터로 산소를 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
  21. 제 20항에 있어서,
    제어부가 제1온도측정수단에 의해 측정된 연소실 내부 온도값와 제2온도측정수단에 의해 측정된 축열실 온도값을 기반으로 상기 산소공급수단과 상기 연료공급수단을 제어하고, 상기 제1축열실을 축열모드로 변환시키고 상기 제2축열실을 연소모드로 변환시키는 단계를 더 포함하는 연료 예열 겸용 배가스 재순환 부분 예혼합형 축열식 순산소 연소방법.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기 제1이젝터와 상기 축열실 사이에 구비되어 상기 제1이젝터에서 공급되는 배가스혼합연료가 축열모드인 축열실로 유입되도록 유도하는 제1스위치, 상기 제2이젝터와 상기 축열실 사이에 구비되어 상기 제2이젝터에서 공급되는 배가스혼합산소가 연소모드인 축열실로 유입되도록 유도하는 제2스위치와 상기 연결관 각각에 구비되어 축열모드인 축열실에 의해 예열된 배가스혼합연료를 연소모드인 연소노즐에 구비된 연료공급관으로 유입되도록 유도하는 제3스위치를 포함하여,
    제어부가 제1온도측정수단에 의해 측정된 연소실 내부 온도값와 제2온도측정수단에 의해 측정된 축열실 온도값을 기반으로 상기 제1스위치, 상기 제2스위치 및 상기 제3스위치를 제어하여 상기 제1축열실을 축열모드로 변환시키고 상기 제2축열실을 연소모드로 변환시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 예열 겸용 배가스 재순환 부분 예혼합형 축열식 순산소 연소방법.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 제어부가 제1온도측정수단에 의해 측정된 연소실 내부 온도값와 제2온도측정수단에 의해 측정된 축열실 온도값을 기반으로 재순환유로에 구비된 유량조절부를 제어하여 재순화유로로 유입되는 배가스의 양을 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 예열 겸용 배가스 재순환 부분 예혼합형 축열식 순산소 연소방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001065822A (ja) 1999-08-31 2001-03-16 Chugai Ro Co Ltd 燃料ガスの予熱機構を有する蓄熱式バーナ装置
KR20030018188A (ko) * 2001-08-27 2003-03-06 주식회사 포스코 이중 연료노즐을 구비한 저질소산화물 축열식 복사관 버너
KR100590829B1 (ko) 2004-12-23 2006-06-19 재단법인 포항산업과학연구원 축열식 버너 시스템
KR101269145B1 (ko) * 2007-12-17 2013-05-29 주식회사 케너텍 2단으로 연료 및 공기를 분사하는 축열식 버너

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113979615A (zh) * 2021-09-08 2022-01-28 山东郓城正华玻璃科技有限公司 一种玻璃窑炉燃烧控制系统及方法
CN113979615B (zh) * 2021-09-08 2024-02-09 山东郓城正华玻璃科技有限公司 一种玻璃窑炉燃烧控制系统及方法

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