KR20140038267A - 연소진동 저감 연소기 - Google Patents

연소진동 저감 연소기 Download PDF

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Abstract

보일러의 연소실에서 발생하는 연소진동과 소음을 저감시킬 수 있는 연소진동 저감 연소기가 개시된다.
개시되는 연소진동 저감 연소기는 보일러의 연소실 측에 장착되며, 내부에 연료노즐을 구비하고, 보일러의 연소실에 대한 공기 공급경로를 제공하는 연소기 본체; 및 상기 연소기 본체의 둘레를 따라 복수개가 형성되며, 공기가 상기 연소기 본체의 내부로 유입로 유입되는 경로를 제공하는 개폐가능한 에어도어;를 포함한다.
이러한 연소진동 저감 연소기에 의하면, 보일러의 연소실에서 발생하는 연소진동 및 소음을 감소시키는 효과를 얻을 수 있다.

Description

연소진동 저감 연소기{COMBUSTOR CAPABLE OF REDUCING COMBUTION OSCILLATION}
본 발명은 연소진동 저감 연소기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 보일러의 연소실에서 발생하는 연소진동과 소음을 저감시킬 수 있는 연소진동 저감 연소기에 관한 것이다.
발전소에서 사용되는 대형 보일러는 사용 연료로 오일 또는 석탄을 사용하고 보일러의 특성상 사각형의 긴 구조의 형상 특성을 가지고 있다. 이로 인해, 보일러 자체 구조적 특성에 의해 보일러 내부 연소적 특성이나 큰 바람에 의한 특정 진동 주파수가 발생할 경우 과대한 진동이 발생하게 된다.
보일러에서 발생하는 진동은 크게 두 가지로 분류된다. 하나는 보일러 후단부에서 발생되는 와류에 의한 진동이고, 다른 하나는 보일러 연소실에서 발생되는 연소진동이다.
여기서, 보일러 후단에서 발생되는 와류 진동은 수치적 해석이 용이하고, 발생 및 해결에 대한 여러 사례가 있어 비교적 해결이 용이하다.
그러나, 연소실에서 발생하는 연소진동은 진동 발생 용인이 다양하고, 연소실 내부 구성 자체가 연성 구조물로 이루어져 있어 진동 발생 요인 규명 및 대책 수립이 어렵다. 여기서, 연소진동이란 가스 터빈의 연소기에서 연소 중에 발생하는 연소열의 파동 주기와 이때 발생하는 연소음향이 연소기 라이너에 의해 반향되어 돌아올 때의 음향주기가 결합될 때 발생하는 진동으로 알려져 있다.
이와 같이, 연소실에 발생하는 연소진동 주파수와 보일러 내부 음향 주파수의 근접 또는 일치에 의한 공진 발생시, 진동을 저감시키기 위해서는 연소진동 주파수를 변경하든지, 아니며 보일러의 크기를 변경해야 하는데, 이미 건설되어 운전중인 보일러의 크기를 변경하는 것은 불가능하기 때문에 진동문제 해결에 어려움이 있다.
이러한 이유로 인해, 건설되어 수년이 지난 발전소들이 아직 연소진동 문제를 가지고 운전되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 바탕으로 안출된 것으로, 보일러의 연소실에서 발생하는 연소진동 및 소음을 감소시킬 수 있는 연소진동 저감 연소기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적 중 적어도 일부를 달성하기 위한 일 측면으로서, 본 발명은 보일러의 연소실 측에 장착되며, 내부에 연료노즐을 구비하고, 보일러의 연소실에 대한 공기 공급경로를 제공하는 연소기 본체; 및 상기 연소기 본체의 둘레를 따라 복수개가 형성되며, 공기가 상기 연소기 본체의 내부로 유입로 유입되는 경로를 제공하는 개폐가능한 에어도어;를 포함하는 연소진동 저감 연소기를 제공한다.
바람직하게, 상기 에어도어는 상기 연소기 본체의 길이방향으로 중앙부분에 형성될 수 있다.
바람직하게, 상기 에어도어는 상기 연소기 본체가 사각형으로 절개되어 형성될 수 있다.
더욱 바람직하게, 복수의 상기 에어도어는 동일한 크기와, 상기 연소기 본체의 둘레를 따라 동일한 간격으로 형성될 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 연소진동 저감 연소기는 상기 에어도어를 폐쇄하는 폐쇄부재를 더 포함할 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 연소기는 상기 연소기 본체의 내측에서 상기 에어도어와 상기 연소기 본체의 전단 사이에 구비되어, 상기 에어도어로 유입된 공기가 통과하는 소음부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 소음부는 상기 연소기 본체의 길이방향을 따라 관로가 형성된 다수의 댐핑파이프로 구성될 수 있다.
여기서, 상기 다수의 댐핑파이프는 파이프 각각의 후단의 길이가 불규칙적으로 구성될 수도 있다.
또한 바람직하게, 상기 연소기 본체의 내측에서 상기 에어도어의 후단에 장착되는 칸막이형태의 불통기성 흡음부재를 더 포함할 수 있다.
더욱 바람직하게, 상기 흡음부재는 중앙부가 원추형상으로 상기 연소기 본체의 전단방향을 향해 융기된 형상으로 구성될 수 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 의하면, 보일러의 연소실에서 발생하는 연소진동 및 소음을 감소시키는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 종래에 사용되던 연소기의 본체에 에어도어를 형성하고 소음부와 흡음부재를 추가로 설치하는 간단한 구성을 통해, 종래에 사용되던 연소기를 교체할 필요없이 종래의 연소기에 본 발명을 적용할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 의한 연소기를 개략적으로 나타내는 측단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 연소기를 개략적으로 나타내는 측단면도이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 또한, 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.
도 2을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 연소기에 대해서 살펴본다. 여기서, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 연소기를 개략적으로 나타내는 측단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 연소기(100)는 연소기 본체(110) 및 에어도어(120)를 포함하고, 상기 연소기 본체(110)의 내측에 설치되는 소음부(130)와 흡음부재(140)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 연소기 본체(110)는 보일러의 연소실 측에 장착되어, 보일러의 연소실에 대한 공기 공급경로를 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 연소기 본체(110)는 전체적으로 원통형태로 구성될 수 있으며, 내부 공간을 통해 공기가 이동하여 연소실로 공급될 수 있다.
연소기 본체(110)의 중심에는 연소에 사용되는 연료가 공급되는 연료노즐(112)이 구비된다.
이러한 구성에서, 보일러의 연소실에서 연소되는 연료는 연료노즐(112)을 통해 공급되고, 연소에 필요한 공기는 연소기 본체(110)를 통해 연소실로 공급될 수 있다. 이때, 연소기 본체(110)의 전단(도 1 및 도 2의 좌측)에는 연료에 점화시킬 수 있는 점화플러그(미도시)가 구비된다.
그리고, 상기 에어도어(120)는 연소기 본체(110)에 형성되어 외부 공기가 연소기 본체(110)의 내부로 유입되는 경로를 제공하는 공기유입구로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 에어도어(120)는 도 2에 도시된 바와 같이 연소기 본체(110)의 둘레를 따라 복수개가 형성될 수 있다.
여기서, 복수의 에어도어(120)는 동일한 크기로 형성될 수 있으며, 각각의 에어도어(120)는 연소기 본체(110)의 둘레를 따라 동일한 간격을 가지고 형성될 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 에어도어(120)는 연소기 본체(110)의 동일면적에 대해 최대 크기로 공기유입구를 형성하기 위해 연소기 본체(110)가 사각형으로 절개되어 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 의한 연소기(100)를 종래의 기술에 의한 연소기(10)와 공기유입 위치 측면에서 비교해보면, 먼저, 도 1에 도시된 종래의 기술에 의한 연소기(10)는 중심에 연료노즐(30)을 구비한 본체(20) 후방부에 본체(20)의 둘레 전체가 삭제된 개방부(25)를 구비한다. 이러한 개방부(25)를 통해 외부 공기가 본체 내부로 유입된다.
이를 통해, 종래의 기술에 의한 연소기(10)에서는 공기가 유입되는 위치가 보일러와 결합되는 본체(20)의 전단으로부터 1600mm 정도의 거리에 형성된다.
이에 비해, 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 의한 연소기(100)는 공기가 유입되는 위치가 연소기 본체(110)의 길이방향으로 중앙부에 형성될 수 있다. 예를 들어, 에어도어(120)는 보일러와 결합되는 연소기 본체(110)의 전단으로부터 600mm 내지 800mm의 위치에 형성될 수 있다.
이를 통해, 본 발명의 일 실시예에 의한 연소기(100)는 유입되는 공기의 이동거리가 종래의 기술에 의한 연소기(10)의 경우보다 짧게 구성됨으로써, 연소진동이 저감될 수 있다.
이러한 진동 저감 원리에 대해서 구체적으로 살펴보면, 보일러의 연소실 측의 뜨거운 공기와 외부의 찬공기가 만나면 뜨거운 공기에서 찬공기로 기체분자가 이동하게 되고, 이로 인해, 뜨거운 공기의 압력이 낮아지면 다시 찬공기 측에서 뜨거운 공기로 기체분자가 이동하게 된다.
이러한 공기의 반복 이동을 초단위로 보면 주파수가 되는데, 본 발명의 일 실시예에 의한 연소기(100)는 종래의 기술에 의한 연소기(10)보다 공기의 왕복이동거리가 짧으므로, 주파수가 상승하게 된다.
결과적으로, 연소기(100)에서 반향되는 음향의 주파수가 상승하는 것이 되어, 연소열의 파동 주기와의 결합에 의해 발생하는 연소진동이 감소하는 효과를 얻을 수 있다.
그리고, 일 실시예에서, 에어도어(120)는 에어도어(120)에 대응하는 형상의 폐쇄부재(125)를 통해 개폐가능하도록 구성될 수 있다. 이를 통해, 복수의 에어도어(120) 중 일부를 폐쇄함으로써 연소실로 유입되는 공기의 양을 조절할 수도 있다.
한편, 상기 소음부(130)는 연소기 본체(110)의 내측에서 에어도어(120)와 연소기 본체(110)의 전단 사이에 구비되어, 에어도어(120)로 유입된 공기가 통과하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 소음부(130)는 연소기 본체(110)의 길이방향으로 관로가 형성되도록 수평으로 설치되는 다수의 댐핑파이프(135)로 구성될 수 있다.
다수의 댐핑파이프(135)는 도 2에 도시된 바와 같이 연료노즐(112)을 감싸도록 구성되어, 이동하는 공기가 댐핑파이프(135)의 내부를 통과하도록 구성될 수 있다.
이러한 댐핑파이프(135)는 공기가 이동하는 통로를 좁게 만듦으로써, 베르누이 법칙(Bernoulli's theorem)에 의해 공기의 이동속도를 증가시킬 수 있다. 이를 통해 연소기 본체(110)의 내부를 흐르는 연소용 공기의 흐름 주파수를 일 예로서, 200Hz 이상으로 증가시켜 소음 크기를 흡수할 수 있다.
또한, 다수의 댐핑파이프(135)는 파이프 각각의 후단의 길이가 불규칙적으로 구성될 수 있다. 이를 통해, 보일러의 연소실 측에서 연소기 본체(110)의 후방으로 이동하는 공기에 의한 소음을 저감시킬 수 있다.
즉, 다수의 댐핑파이프(135)의 후단의 위치가 모두 동일한 경우에는 댐핑파이프(135)의 후단에서 유출되는 공기에 와류가 생성되어 공기마찰에 의한 소음이 발생할 수 있는데, 파이프 각각의 후단의 길이를 불규칙적으로 구성함으로써, 이러한 소음을 저감시킬 수 있다.
한편, 상기 흡음부재(140)는 연소기 본체(110)의 내측에서 에어도어(120)의 후단에 장착되는 칸막이형태로 구성될 수 있다. 이러한 흡음부재(140)는 공기가 통하기 않는 불통기성이므로, 에어도어(120)의 후방으로의 공기 이동을 차단할 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 흡음부재(140)는 중앙부가 원추형상으로 연소기 본체(110)의 전단방향을 향해 융기된 형상으로 구성될 수 있다. 이를 통해, 보일러의 연소실에서 발생되어 연소기 본체(110)의 내부에서 진동을 가지는 음향 크기를 흡수할 수 있다.
이와 같은, 본 발명의 일 실시예에 의한 연소기(100)의 실증 실험예를 설명한다.
발전용량 660MW인 유류전소 보일러에, 종래의 기술에 의한 연소기(10)를 설치한 경우와 본 발명의 일 실시예에 의한 연소기(100)를 설치한 경우의 진동 발생 주파수와 진동 크기를 측정하여 아래 표 1과 같은 데이터를 얻었다.
구분 종래 기술(도 1) 설치시 본 발명(도 2) 설치시
진동 발생 주파수 30Hz 200Hz
진동 크기 60mm/s 2mm/s
표 1을 보면, 도 1에 도시된 종래의 기술에 의한 연소기(10)를 설치한 경우보다 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 의한 연소기(100)를 설치한 경우가, 진동 발생 주파수가 170Hz 상승하였고, 진동의 크기가 58mm/s 감소한 것을 알 수 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 밝혀두고자 한다.
100 : 연소기 110 : 연소기 본체
112 : 연료노즐 120 : 에어도어
125 : 폐쇄부재 130 : 소음부
135 : 댐핑파이프 140 : 흡음부재

Claims (10)

  1. 보일러의 연소실 측에 장착되며, 내부에 연료노즐을 구비하고, 보일러의 연소실에 대한 공기 공급경로를 제공하는 연소기 본체; 및
    상기 연소기 본체의 둘레를 따라 복수개가 형성되며, 공기가 상기 연소기 본체의 내부로 유입로 유입되는 경로를 제공하는 개폐가능한 에어도어;
    를 포함하는 연소진동 저감 연소기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 에어도어는 상기 연소기 본체의 길이방향으로 중앙부분에 형성되는 것을 특징으로 하는 연소진동 저감 연소기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 에어도어는 상기 연소기 본체가 사각형으로 절개되어 형성된 것을 특징으로 하는 연소진동 저감 연소기.
  4. 제1항에 있어서,
    복수의 상기 에어도어는 동일한 크기와, 상기 연소기 본체의 둘레를 따라 동일한 간격으로 형성된 것을 특징으로 하는 연소진동 저감 연소기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 에어도어를 폐쇄하는 폐쇄부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연소진동 저감 연소기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 연소기 본체의 내측에서 상기 에어도어와 상기 연소기 본체의 전단 사이에 구비되어, 상기 에어도어로 유입된 공기가 통과하는 소음부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연소진동 저감 연소기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 소음부는 상기 연소기 본체의 길이방향을 따라 관로가 형성된 다수의 댐핑파이프로 구성된 것을 특징으로 하는 연소진동 저감 연소기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 다수의 댐핑파이프는 파이프 각각의 후단의 길이가 불규칙적으로 구성된 것을 특징으로 하는 연소진동 저감 연소기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 연소기 본체의 내측에서 상기 에어도어의 후단에 장착되는 칸막이형태의 불통기성 흡음부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연소진동 저감 연소기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 흡음부재는 중앙부가 원추형상으로 상기 연소기 본체의 전단방향을 향해 융기된 형상으로 구성된 것을 특징으로 하는 연소진동 저감 연소기.
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