KR20150027054A - Method for operating a multi-gas burner and a multi-gas burner - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제1 노즐, 제2 노즐, 제3 노즐을 가진 적도 하나의 버너 랜스와, 제1, 제2, 그리고 제3 공급 챔버를 구비한다. 본 발명에 따르면, 고 칼로리 작동을 위해서는 공기가 제1 노즐을 경유해서, O2 디플리티드 가스가 제2 노즐을 경유해서, 그리고 고 칼로리 연소 가스가 제3 노즐을 경유해서 연소실로 공급되어 연소된다. 나아가 본 발명은 저 칼로리 및 고 칼로리 연소 가스로 작동하기 위한 멀티-가스 버너에 관한 것이다. The present invention comprises an equatorial burner lance having a first nozzle, a second nozzle, a third nozzle, and first, second, and third feed chambers. According to the present invention, for high-calorie operation, air is supplied to the combustion chamber via the first nozzle, O 2 -deluted gas is passed through the second nozzle, and high-calorie combustion gas is passed through the third nozzle, do. The present invention further relates to a multi-gas burner for operating with low calorie and high calorie combustion gases.
Description
본 발명은 저칼로리와 고칼로리 연소가스로 작동되는 멀티-가스 버너 작동방법과 멀티-가스에 관련되어 있다.The present invention relates to a multi-gas burner operating method and multi-gas operated with low calorie and high calorie combustion gases.
일반적인 멀티-가스 버너는 대부분 연소실과 적어도 하나의 버너 랜스를 구비하고 있다. 상기 버너 랜스는 제1 노즐, 제2 노즐, 제3노즐을 구비하고 있다. 추가적으로, 제1 공급챔버, 제2 공급챔버, 제3 공급챔버는 연소실에 가스를 공급할 수 있도록 각각의 노즐에 연결되어있다. 상기 버너 랜스의 적어도 하나의 노즐의 일단이 연소실에서, 타단이 해당하는 공급 챔버에서 끝난다. 더욱이, 버너 머플(burner muffle)은 연소실 안의 상기 노즐의 말단부에 구비되어 있다. 다수의 버너 랜스를 가진 버너는 멀티 랜스 버너라고 불린다. Most conventional multi-gas burners have a combustion chamber and at least one burner lance. The burner lance includes a first nozzle, a second nozzle, and a third nozzle. In addition, the first supply chamber, the second supply chamber, and the third supply chamber are connected to respective nozzles so as to supply gas to the combustion chamber. One end of at least one nozzle of the burner lance terminates in the combustion chamber and the other end terminates in the corresponding supply chamber. Furthermore, a burner muffle is provided at the distal end of the nozzle in the combustion chamber. A burner with multiple burner lances is called a multi-lance burner.
일반적인 버너로 DE 196 27 203 C2와 DE 42 08 951 C2의 예가 널리 알려져 있다. Examples of typical burners DE 196 27 203 C2 and DE 42 08 951 C2 are well known.
이러한 가스 버너는 예를 들면 철광석을 녹이는 공정에서 처럼, 공정가스를 가열하기 위해 사용되는 고온 가스 발생기(핫 가스 제너레이터)에 사용된다. 핫 공정 가스는 석탄의 그라인딩(grinding)-건조 과정에 요구된다. 그라인딩되고 건조된 석탄은 이후에 철광석을 녹이는데 사용된다. 핫 가스 제너레이터에서 사용되는 일반적으로 저칼로리 가스는 가스-린(lean)가스 라고도 불리며, 연소를 위한 산소 캐리어(oxygen carrier), 특히 상기 노즐을 통해서 상기 연소실로 들어가는 공기와 함께 공급되며, 이후에 그들은 연소실에서 상기 산소 캐리어(oxygen carrier)와 혼합되어 점화되고 연소된다.Such gas burners are used in hot gas generators (hot gas generators) used to heat process gases, for example in the process of melting iron ore. Hot process gases are required for the grinding-drying process of coal. Grinded and dried coal is then used to dissolve iron ore. The low calorie gas, commonly used in hot gas generators, is also referred to as gas-lean gas and is supplied with an oxygen carrier for combustion, in particular with air entering the combustion chamber through the nozzle, Is mixed with the oxygen carrier to be ignited and burned.
핫 가스 제너레이터의 유연성과 가용성을 증가시키기 위해, 핫 가스 제너레이터의 버너(들)이 고칼로리 연소가스와 같은 다른 연소 가스와도 번갈아 작동 가능하게 하는 것이 바람직하다.In order to increase the flexibility and availability of the hot gas generator, it is desirable that the burner (s) of the hot gas generator be operable alternately with other combustion gases such as high calorie combustion gases.
고칼로리 연소 가스의 높은 칼로리 때문에 고칼로리 연소 가스들은 저칼로리 가스에 비해 더 높은 화염 온도로 연소한다. 약 1300℃ 이상의 온도로 연소하는 효과로 인해, 보통의 공기와 같은 연소를 위한 산소 캐리어(산소 프로바이더)의 N2의 열전환을 통해 NOx가 형성된다. 고칼로리의 연소 가스를 사용할 때, 연소 온도는 보통 이 임계(critical) 온도 범위보다 높다. 그러나, NOx의 형성은 환경 보호 법률에 따라 광범위하게 회피되어야 한다.Because of the high calorific value of high calorific combustion gases, high calorific combustion gases burn at a higher flame temperature than low calorific gases. Due to the effect of burning at temperatures above about 1300 ° C, NO x is formed through N 2 thermal conversion of the oxygen carrier (oxygen provider) for combustion, such as normal air. When using high calorific combustion gases, the combustion temperature is usually higher than the critical temperature range. However, the formation of NO x must be avoided extensively in accordance with environmental protection legislation.
본 발명의 목적은 특히 석탄 그라인딩 플랜트와 관련한 환경 보호 법률에 부응하면서 고 칼로리 연소 가스의 연소가 이루어지는 멀티-가스 버너의 작동 방법과 그러한 멀티-가스 버너를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a method for operating a multi-gas burner in which high-calorie combustion gas is combusted, in particular in response to environmental protection laws relating to a coal grinding plant, and to provide such a multi-gas burner.
이러한 목적은 청구항 1의 구성요소를 갖는 멀티-가스 버너 작동 방법과 청구항 10의 구성요소를 갖는 멀티-가스 버너를 통해서 본 발명에 따라 달성된다.This object is achieved according to the invention through a multi-gas burner operating method having the components of
추가적인 유리한 구체적인 수단은 종속항, 상세한 설명 및 도면에서 언급된다.Additional advantageous specific means are set forth in the dependent claims, the description and the drawings.
청구항 1에 따르면, 멀티-가스 버너는, 제1 노즐, 제2 노즐, 제3 노즐를 가진 적어도 하나의 버너 랜스를 구비하고, 각 노즐에 각각 연결된 제1 공급 챔버, 제2 공급 챔버, 제3 공급 챔버를 구비하고, 적어도 하나의 버너 랜스가 돌출하는 연소실을 구비하여, 멀티-가스 버너는, 고 칼로리 작동에서, 공기가 상기 제1 노즐을 경유하고 동시에 O2 디플리티드(O2-depleted) 가스가 상기 제2 노즐을 경유하고 고칼로리 연소 가스가 상기 제3 노즐를 경유하여 상기 연소실 공급되어, 그들이 상기 연소실에서 반응하고 특히 연소되고, 상기 공기와 상기 O2 디플리티드 가스가 상기 연소를 위해 산소 프로바이더(oxygen providers) 또는 산소 캐리어(oxygen carriers)로서 사용되는 것을 특징으로 한다.According to
본 발명은, NOX의 형성을 피하기 위해 최대 양의 NOX 가 생산될 수 있는 범위 아래로 화염 온도를 줄이는 것이 필요하다는 인식에 바탕을 두고 있다. 이 온도 범위는 대략 1300℃ 이하이다.The present invention is based on the recognition that it is required to reduce the flame temperature below the range in which the maximum amount of NO X can be produced in order to avoid the formation of NO X. This temperature range is approximately 1300 ° C or less.
본 발명에 따르면, 이것은 연소가 저 칼로리 작동 즉, 저 칼로리 연소가스의 연소와 비교하여 증가된 λ값으로 수행되어 실현될 수 있다. 이 λ값은 연소비 또는 공기비(air ratio)로서 설명될 수 있고, 연소를 위해서 공급된 산소 프로바이더 특히 공기와 연소가스의 연소를 위해 화학량적으로 요구된 최소 공기 양의 비를 정의한다.According to the invention, this can be realized by carrying out the combustion with a low-calorie operation, i.e. an increased? Value compared to the combustion of the low calorie combustion gas. This lambda value can be described as the annual consumption or air ratio and defines the ratio of the minimum amount of air stoichiometrically required for the combustion of the oxygen provider, especially the air and the combustion gas, supplied for combustion.
고 칼로리 가스를 연소시킬 때, 이 연소가, 더 많은 연소 공기, 따라서 연소를 위한 더 많은 양의 산소 프로바이더로 수행되면, λ값은 증가한다. 추가적으로 더 많은 연소공기를 도입함으로써, 생성된 가스는 연소가스가 완전 연소되는 경우 냉각된다. 이로써 전체 연소공정이 NOX 생성을 위한 임계 온도 범위 미만의 온도에서 발생하는 것이 가능해 진다.When burning a high calorie gas, the lambda value increases when this combustion is carried out with a larger amount of oxygen provider for more combustion air and thus combustion. By additionally introducing more combustion air, the resulting gas is cooled when the combustion gas is completely burned. This makes it possible for the entire combustion process to occur at temperatures below the critical temperature range for NO x production.
대략 21%의 산소 함량을 가진 보통의 주위 공기가 연소를 위한 산소 프로바디더로서 사용된다. 연소를 위한 더 많은 양의 산소 프로바이더 때문에, 핫 공정 가스에서 산소 함량이 증가한다. 이는 특히 가스버너가 탄소 그라인딩 플랜트의 공정 가스를 생성하기 위해 사용되는 핫 가스 제너레이터에서 사용될 때 문제가 된다. 그러한 탄소 그라인팅 플랜트는 예를 들어, 단단한 석탄과 같은 카본 캐리어의 처리를 위해서, 미분탄 주사(pulverised coal injection; PCI) 방법 또는 석탄 가스화 범위 내에서 사용하는 용광로 속으로 블로잉(blowing)하기 위해서 사용된다. 그러한 플랜트에서 상기 공정 가스는 폭발 방지를 위해서 10% 미만의 산소 함량을 가져야 한다. 그러므로 λ값을 증가시킴으로써 고 칼로리 연소가스의 사용을 가능하게 할 수는 없다. 동일한 문제가 폭발 위험이 있는 환경에서 사용되는 많은 공정 가스에게 존재한다. 따라서, 고 칼로리 연소 가스를 사용할 때, NOX 생성을 방지할 뿐만 아니라 생성된 핫 공정 가스가 그 공정에 종속하여 정해진 퍼센티지 함량 이하의 산소 함량을 가지는 것을 확실하게 하는 것을 의무화할 필요가 있다.Normal ambient air with an oxygen content of approximately 21% is used as the oxygen prodider for combustion. Oxygen content in the hot process gas increases because of the greater amount of oxygen provider for combustion. This is especially problematic when gas burners are used in hot gas generators used to produce process gases in carbon grinding plants. Such a carbon grating plant can be used, for example, for the treatment of carbon carriers such as hard coal, pulverized coal injection (PCI) processes, or for blowing into blast furnaces used within the coal gasification range do. In such a plant, the process gas must have an oxygen content of less than 10% to prevent explosion. Therefore, the use of high calorie combustion gases can not be made possible by increasing the value of [lambda]. The same problem exists in many process gases used in explosive atmospheres. Therefore, when using high calorie combustion gases it is necessary to make it mandatory not only to prevent NO x production, but also to ensure that the resulting hot process gas has an oxygen content below the specified percentage content depending on the process.
그러므로 본 발명의 추가적인 핵심 아이디어는 연소를 위한 산소 프로바이더로서 보통의 공기를 배타적으로 사용하는 것이 아니라 대신에 연소를 위해 보통의 공기와 O2 디플리티드 가스를 혼합하는 것에 있다. 이것은 결과적으로 연소용 산소 프로바이더가 전체적으로 보통의 공기보다 낮은 산소 함량을 갖게 한다. 이로써 버너는 전술한 화염온도의 필요한 저하를 가능하게 하기 위해 보다 높은 λ값으로 작동될 수 있다. 하지만 연소를 위해 더 낮은 산소 함량의 산소 프로바이더를 사용함으로써, 공정 가스가 석탄 그라인딩 플랜트에 사용될 수 있도록, 생성된 공정 가스가 감축된 산소 함량 특히 10% 미만의 산소 함량을 가지는 것을 확실하게 할 수 있다.Therefore, a further key idea of the present invention is not to exclusively use normal air as an oxygen provider for combustion, but instead to mix normal air with O 2 -diluted gas for combustion. This results in the combustion oxygen provider having a lower overall oxygen content than normal air. Whereby the burner can be operated at a higher lambda value to enable the required lowering of the flame temperature described above. However, by using an oxygen provider of lower oxygen content for combustion, it is possible to ensure that the process gas produced has a reduced oxygen content, in particular an oxygen content of less than 10%, so that the process gas can be used in a coal grinding plant have.
본 발명의 방법에 따르면, 저 칼로리 공정 동안에 공기가 제1 노즐을 경유하여서 연소용 산소 프로바이더로서 공급되고, 동시에 저 칼로리 연소 가스가 제2 노즐을 경유하여 연소실로 공급되고, 그들이 상기 연소실에서 반응하고 특히 연소된다. 이로써 저 칼로리 연소 가스와 고 칼로리 연소 가스가 함께 멀티-가스 버너를 작동시키는 것이 가능하고, 이들 작동 모드의 각각에 대해서 별도의 버너를 마련할 필요가 없다.According to the method of the present invention, air is supplied as a combustion oxygen provider via a first nozzle during a low-calorie process, and at the same time, low-calorie combustion gas is supplied to the combustion chamber via a second nozzle, And especially burned. Thereby, it is possible to operate the multi-gas burner together with the low-calorie combustion gas and the high-calorie combustion gas, and it is not necessary to provide a separate burner for each of these operation modes.
이러한 것은 저 칼로리 연소 가스를 위해 저 칼로리 작동에서 사용된 노즐이 고 칼로리 작동에서는 사용되지 못한다는 인식에 바탕을 두고 있다. 따라서 이 노즐은 연소를 위해 이용가능한 산소 프로바이더를 만들기 위해서, O2 디플리티드 가스를 제1 노즐로부터 나온 공기와 혼합하기 위해 사용될 수 있다. O2 디플리티드 가스를 위한 추가적인 노즐을 마련하는 것과 비교하여 이러한 솔루션의 이점은 예를 들어 사용된 버너 랜스가 4개의 노즐이 아닌 단지 3개의 노즐을 필요로 한다는 것이다. 이것은 특히 하나 이상의 그러한 버너 랜스로 구성되는 멀티-가스 버너의 구조적인 깊이와 크기를 감축시킨다.This is based on the recognition that the nozzles used in low calorie operation for low calorific combustion gases can not be used in high calorie operation. Thus, the nozzle can be used to mix the O 2 -diluted gas with air from the first nozzle to make an oxygen provider available for combustion. The advantage of this solution compared to providing additional nozzles for O 2 -deluted gas is that, for example, the used burner lance requires only three nozzles, not four nozzles. This in particular reduces the structural depth and size of multi-gas burners comprising one or more such burner lances.
외측 노즐이 제1 노즐로서 선택되고, 중앙 노즐이 제2 노즐로 선택되고, 내측 노즐이 제3 노즐로 선택되는 것이 바람직하다. 따라서 상기 외측 노즐을 통해서 공기가 저 칼로리 작동 또는 고 칼로리 작동에 상관없이 항상 연소실로 공급될 수 있다. 연소 가스는 노즐로부터 배출된 이후에 공급된 공기에 의해 둘러싸여 효과적으로 혼합되고 반응할 수 있도록, 연소 가스는 저 칼로리 작동 중에 상기 중앙 노즐을 통해서 공급된다. 비슷하게 고 칼로리 작동에서도 상기 내측 노즐이 사용되어 고 칼로리 연소 가스를 공급한다. 상기 O2 디플리티드 가스를 위해서 중앙 노즐을 사용함으로써 항상 내측 노즐을 통해서 공급된 고 칼로리 연소 가스가 공기와 O2 디플리티드 가스로 구성되는 연소용 산소 프로바이더와 효과적으로 혼합되는 것이 가능하다.It is preferable that the outer nozzle is selected as the first nozzle, the center nozzle is selected as the second nozzle, and the inner nozzle is selected as the third nozzle. Therefore, air can always be supplied to the combustion chamber through the outer nozzle irrespective of low-calorie operation or high-calorie operation. The combustion gas is supplied through the central nozzle during low-calorie operation so that the combustion gas is effectively mixed and reacted by the air supplied after being discharged from the nozzle. Similarly, in the high calorie operation, the inner nozzle is used to supply the high calorie combustion gas. The O 2 D, it is possible for the pleated gas by using a center nozzle always has a high-calorie combustion gas supplied through the inner nozzle to be mixed oxygen provider and effectively for burning consisting of air and O 2 di pleated gas.
저 칼로리 가스의 연소는 대략 1.05에서 1.2의 범위의 λ값으로 수행되는 것이 바람직하다. 2000 kJ/mN 3 와 400 kJ/mN 3사이의 낮은 칼로리 값 때문에, 연소 온도는 1300℃ 이하이다. 위와 같이 설치되기 때문에 고 칼로리 작동 중에 상기 멀티-가스 버너는 화염온도를 낮추기 위해서 보다 높은 λ값으로 작동되어야 한다. 사용된 고 칼로리 가스의 칼로리 값에 종속되어 이러한 λ값은 대략 1.5에서 2.0의 범에 있다. 예를 들어 코우크 가스를 연소할 때, 이러한 λ값은 1.6의 영역에 있고, 연소를 위한 산소 프로바이더(provider)의 15% 내지 30%가 O2 디플리티드 가스이다.The combustion of the low calorie gas is preferably carried out with a lambda value in the range of about 1.05 to 1.2. Because of the low calorific value between 2000 kJ / m N 3 and 400 kJ / m N 3 , the combustion temperature is below 1300 ° C. Because it is installed as above, during multi-calorie operation, the multi-gas burner must be operated at a higher lambda value to lower the flame temperature. Depending on the caloric value of the high calorie gas used, this lambda value is in the range of approximately 1.5 to 2.0. For example, when burning coke gas, this lambda value is in the region of 1.6, and 15% to 30% of the oxygen provider for combustion is an O 2 -deluted gas.
석탄 그라인딩 플랜드나 다른 폭발의 위험이 있는 공정들에서 생성된 공정 가스를 사용하기 위해서, 저 칼로리 작동시의 λ값과 고 칼로리 작동시에 O2 디플리티드 가스와 혼합된 λ값은 생성된 핫 공정 가스(핫 가스라고도 함)가 10% 미만의 산소 함량을 가지도록 설정된다. 폭발 방지 방침의 기준의 필요성에 있어서, 핫 공정 가스에서 보다 낮은 목표 값의 산소 함량은 O2 디플리티드 가스를 혼합하는 것에 의해서도 성취될 수 있다. In order to use the process gas produced in coal grinding plants or other explosion hazardous processes, the lambda value in low calorie operation and the lambda value mixed with the O 2 depleted gas in high calorie operation are used The process gas (also referred to as hot gas) is set to have an oxygen content of less than 10%. In view of the need for a standard of explosion protection policy, the oxygen content of the lower target value in the hot process gas can also be achieved by mixing the O 2 depleted gas.
저 칼로리 작동에서 이것은 저 칼로리 연소 가스의 비교적 낮은 연소 값을 통해 중요한 자원(resource) 없이도 성취될 수 있다. In low calorie operation this can be achieved without significant resources through the relatively low combustion value of the low calorific combustion gases.
고 칼로리 작동에서는 선택된 λ값에 따라서, 연소용 산소 프로바이더의 일부로서 O2 디플리티드 가스를 적절하게 혼합하는 것이 필요하다. 기본적으로, 연소용 산소 프로바이더에서 공기와 디플리티드 가스의 정확한 비율은 정확하게 사용된 고 칼로리 연소 가스와 이후에 사용된 λ값에 의존한다. 이 때문에 생성된 공정 가스의 산소 함량을 10% 미만으로 달성하는 것이 가능해진다. In the high calorie operation, it is necessary to properly mix the O 2 depleted gas as part of the combustion oxygen provider, depending on the selected lambda value. Basically, the exact ratio of air and depleted gas in a combustion oxygen provider depends on the correctly used high calorie combustion gas and the value of l used thereafter. This makes it possible to achieve an oxygen content of less than 10% of the produced process gas.
더욱이, 연소 가스의 양과 λ값, 연소용 산소 프로바이더인 공기와 O2 디플리티드 가스의 구성은 측정된 화염 온도가 약 1300℃를 초과하지 않게 하도록 설정될 수 있다. 이에 의해, λ값은 기본적으로 연소 가스의 양 즉, 시간당 체적 유량과 연소용 산소 프로바이더의 양에 의해 결정된다. 이는 연소 가스와 반응하지 않는 연소용 산소 프로바이더의 비율이 냉각과 화염 온도를 낮추는 데 기여하기 때문이다.Furthermore, the composition of the amount of combustion gas and the value of lambda, air and O 2 depleted gas, which is the oxygen provider for combustion, can be set such that the measured flame temperature does not exceed about 1300 ° C. Thus, the lambda value is basically determined by the amount of the combustion gas, that is, the volumetric flow rate per hour and the amount of the oxygen provider for combustion. This is because the ratio of the combustion oxygen provider that does not react with the combustion gas contributes to cooling and lowering the flame temperature.
본 발명의 방법의 실시예에 따르면, 재순환 공정 가스, 예를 들어,그라이딩-건조 공정 특히 석탄 그라인딩 플랜트에서 발생한 가스는 O2 디플리티드 가스로 사용된다. 탄소를 포함하는 공기 컨베이언스(air conveyance)를 가진 카본 함유 고체 연료의 그라인딩 작업의 경우, 예를 들어 공기 배출 수직 롤러 밀(air-swept vertical roller mills)의 경우와 같이, 가스는 산소 함량이 10% 미만인 공정 가스로 사용되어야 한다. 이로써 소위 그라인딩-건조 공정이 흔히 수행되는데, 이 공정에서 그라인딩되어야 할 석탄 또는 다른 시작 물질(starting substacne)이 건조되고 크기가 줄어든다. 이러한 이유로, 이미 설정했던 것과 같이 핫 공정 가스는 필수적이지만, 이러한 가스는 폭발 방지의 이유로 산소 함량이 10% 미만이어야 한다. 이러한 공정 가스들은 그라인딩 과정에서 멀티-가스 버너의 작동을 위한 O2 디플리티드 가스로 전환될 수 있다. 만약 멀티-가스 버너를 통해 생성된 핫 공정 가스가 그라인딩-건조 작업에 사용된다면, 어떠한 O2 디플리티드 공정 가스도 그라잉딩 공정에서 전체적으로 제거되지 않도록 그라인딩 공정에 계속해서 피드백된다. 물론 다른 자원으로부터 O2 디플리티드 가스를 사용하는 것 또한 가능하다. According to an embodiment of the method of the present invention, a recycle process gas, for example, a gas generated in a gridding-drying process, particularly a coal grinding plant, is used as an O 2 depleted gas. In the case of a grinding operation of a carbon-containing solid fuel with an air conveyance containing carbon, as in the case of air-swept vertical roller mills, for example, the gas has an oxygen content of 10 % Of the process gas. This is often done by a so-called grinding-drying process in which the coal or other starting material to be ground is dried and reduced in size. For this reason, hot process gases are essential as already set, but these gases must have an oxygen content of less than 10% for reasons of explosion protection. These process gases can be converted to O 2 depleted gas for operation of the multi-gas burner during the grinding process. If the hot process gas produced through the multi-gas burner is used for a grinding-drying operation, then no O 2 -deleted process gas is continuously fed back to the grinding process so that it is not totally removed in the grinding process. Of course, it is also possible to use O 2 -directed gas from other sources.
본 발명의 실시예에 따르면, 코우크 로 가스(coke furnace gas)는 고 칼로리 가스로 사용되고 용광로 가스는 저 칼로리 가스로 사용된다. 멀티-가스 버너로 구성된 핫 가스 제너레이터를 보유한 석탄 그라인딩 플랜드는 광석 준비와 용해 공정과 같은 처리 과정에 주로 사용된다. 용광로 가스는 용광로의 상단에서 생산되고 용광로 가스는 그라인딩-건조 과정과 버너의 작동을 위해 선호되는 연료로 사용가능하다. 합성 가스, 코우크 가스 또는 천연 가스와 같은 어떠한 연소 가스들도 고 칼로리 연소 가스로 사용될 수 있다. 저 칼로리 가스는 린 가스(lean gas), 고 칼로리 가스는 리치 가스(rich gas)라고 설명될 수 있다. 본 발명의 범위 내에서 공기를 기준으로 보면, 주변의 공기는 약 21%의 산소 함량을 가지고 있는 것으로 이해될 수 있다. 연소 과정의 범위에서 연소 가스에 혼합되는 가스는 본 발명의 범위 안에서 연소용 산소 프로바이더라고 설명된다. 혹은, 연소를 위한 산소 캐리어 또는 프로바이더가 연소 공기라고도 설명될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the coke furnace gas is used as a high calorie gas and the furnace gas is used as a low calorie gas. A coal grinding plant with a hot gas generator consisting of multi-gas burners is mainly used for processing such as ore preparation and melting processes. Furnace gas is produced at the top of the furnace and blast furnace gas can be used as preferred fuel for the grinding-drying process and burner operation. Any combustion gases such as syngas, coke gas or natural gas may be used as the high calorific combustion gas. Low calorie gas can be described as lean gas, and high calorie gas can be described as rich gas. Within the scope of the present invention, by reference to air, it can be understood that the surrounding air has an oxygen content of about 21%. The gas mixed into the combustion gas in the range of the combustion process is described as a combustion oxygen supplier within the scope of the present invention. Alternatively, an oxygen carrier or a provider for combustion may be described as combustion air.
본 발명의 범위에서 저 칼로리 가스는 연소 값 또는 칼로리 값이 약 2,000에서 4,000kJ/mN 3 의 범위 안에 있는 가스이고 고 칼로리 가스는 연소 값 또는 칼로리 값이 약 10,000에서 40,000kJ/mN 3의 범위에 있는 가스이다. 이 때문에, 본 발명에서 저 칼로리 가스와 고 칼로리 가스가 정확하게 어떠한 연소 값을 가지는지는 중요하지 않고, 고 칼로리 가스가 저 칼로리 가스보다 더 높은 연소 값을 가진다는 것이 중요하다.Low calorie gas from the scope of the invention is the combustion value or calorific value is from about 2,000 high-calorie gas and the gas in the range of 4,000kJ / N m 3 is from about 10,000 40,000kJ the combustion value or calorific value / m 3 N It is a gas in range. Therefore, it is not important that the low calorie gas and the high calorie gas have exactly the combustion value in the present invention, and it is important that the high calorie gas has a higher combustion value than the low calorie gas.
본 발명은 추가적으로 저 칼로리와 고 칼로리 연소 가스로 작동하는 멀티-가스 버너와 관련되어 있다. 버너는 연소실을 구비하고 제1 노즐, 제2 노즐, 제3 노즐과 연소실에 가스를 공급하기 위해서 각각 연결된 제1 챔버, 제2 챔버, 제3 챔버를 구비한 적어도 하나의 버너 랜스를 구비하고 상기 노즐은 일단이 연소실에서, 타단이 각각의 공급 챔버에서 끝나고 상기 노즐의 말단에 버너 머플을 구비하고 있는데 이러한 버너는 제1 챔버가 연소용 산소 프로바이더를 제공한다는 점에서 추가적으로 개발되었다. 제2 공급 챔버는 저 칼로리 연소 가스와 O2 디플리티드 가스를 공급하기 위해 마련된다. 제3 공급 챔버는 고 칼로리 연소 가스를 공급하기 위해 마련된다. 추가적으로, 공급 유닛(feed unit)은 저 칼로리 연소 가스와 O2 디플리티드 가스를 제2 공급 챔버에 공급하기 위해 제공된다. 상기 공급 유닛은 멀티-가스 버너의 작동 방식에 따라서 저 칼로리 연소 가스 혹은 O2 디플리티드 가스가 제2 공급 챔버에 공급되는 방식으로 마련된다. The present invention further relates to multi-gas burners operating with low calorie and high calorie combustion gases. The burner includes at least one burner lance having a combustion chamber and having a first chamber, a second chamber, and a third chamber connected to the first nozzle, the second nozzle, the third nozzle and the combustion chamber to supply gas, The nozzles have been further developed in that one end is in the combustion chamber and the other end is in each supply chamber and has a burner muffle at the end of the nozzle, which burner is additionally provided in that the first chamber provides a combustion oxygen provider. The second feed chamber is provided for supplying the low calorie combustion gas and the O 2 depleted gas. The third supply chamber is provided for supplying the high calorie combustion gas. Additionally, a feed unit is provided for feeding the low calorie combustion gas and the O 2 depleted gas to the second feed chamber. The supply unit is provided in such a manner that low-calorie combustion gas or O 2 depleted gas is supplied to the second supply chamber in accordance with the manner of operation of the multi-gas burner.
적어도 3개의 노즐을 구비한 버너 랜스는 대부분의 경우, 제1 작동에서 연소용 산소 프로바이더를 위한 노즐과 제1 연소 가스를 위한 제2 노즐이 사용되고, 제2 작동에서 제3 노즐이 제2 연소 가스를 위해, 제1 노즐은 연소용 산소 프로바이더를 위해 사용된다. 본 발명에 따른 아이디어를 고려했을 때, 고 칼로리 가스의 연소에서 멀티-가스 버너가 저 칼로리 작동에 비해 증가된 λ값을 가지고 작동하는 것이 필수적이고 결과적으로 가열된 공정 가스의 산소 함량을 최대로 유지하기 위해서 공기에 O2 디플리티드 가스를 혼합하는 것이 필요하다. 이 때문에 버너 랜스의 제2 노즐은 저 칼로리 작동과 대비해서 고 칼로리 작동 중에는 사용되지 않는다고 인식되었고, 따라서 제2 노즐은 이중의 기능을 수행할 수 있다. 상기 이중 기능은 저 칼로리 작동에서 저 칼로리 연소 가스의 공급과 고 칼로리 작동에서 O2 디플리티드 가스의 공급에서 보여질 수 있다. A burner lance having at least three nozzles is used in most cases in which a nozzle for a combustion oxygen provider and a second nozzle for a first combustion gas are used in the first operation and a third nozzle is used for the second combustion For gas, a first nozzle is used for the oxygen provider for combustion. Considering the idea in accordance with the present invention, it is essential that the multi-gas burner in the combustion of the high calorie gas be operated with an increased lambda value as compared to the low calorie operation and consequently the oxygen content of the heated process gas is kept to a maximum It is necessary to mix O 2 depleted gas in the air. Because of this, it has been recognized that the second nozzle of the burner lance is not used during high calorie operation as opposed to low calorie operation, so that the second nozzle can perform dual functions. The dual function can be seen in the supply of low-calorie combustion gas in low-calorie operation and in the supply of O 2 -deluted gas in high-calorie operation.
각 노즐이 오로지 하나의 기능만을 수행하는 4개의 노즐을 사용하는 것과 비교하면, 본 발명에 따른 멀티-가스 버너는 더 작은 구조적인 크기를 가지며 공간과 투자 비용을 아낄 수 있고 따라서 더 융통성 있게 이용될 수 있다. 또한 4개의 노즐을 구비한 버너 랜스의 구조는 3개의 노즐을 구비한 버너 랜스의 사용보다 더 많은 자원(resources)을 요구하기 때문에 재료(material)와 지출 비용도 절약할 수 있다.Compared with the use of four nozzles each of which performs only one function, the multi-gas burner according to the present invention has a smaller structural size and can save space and investment costs and is thus more flexible . In addition, the structure of the burner lance with four nozzles also requires more resources than the use of a burner lance with three nozzles, thus saving material and expenditure costs.
3개의 노즐을 구비한 버너 랜스는 외측 파이프, 중앙 파이프 그리고 상기 외측 파이프와 상기 중앙 파이프 사이에 위치한 중간 파이프(intermediate pipe)를 구비할 수 있다. 파이프들은 서로에 대하여 각각 동축적으로 배열되고, 서로 이격 배열되어서 환형 갭(annuar gaps) 또는 유동 단면(flow cross-section)을 형성한다. 따라서 상기 버너 랜스는 서로의 내부로 동축적으로 삽입된 세 개의 파이프로 구성되어 있고, 이로써 생성된 각 유동 단면은 별도의 공급 챔버에 연결되어 있다. 상기 외부 파이프과 상기 중간 파이프 사이의 상기 환형 갭은 외측 노즐을 형성하고, 상기 중간 파이프와 상기 중앙 파이프 사이의 환형 갭은 중앙 노즐을 형성하고, 중앙 파이프는 내측 노즐을 형성한다.The burner lance with three nozzles may include an outer pipe, a central pipe, and an intermediate pipe positioned between the outer pipe and the central pipe. The pipes are arranged coaxially with respect to each other and are spaced apart from one another to form annular gaps or flow cross-sections. Therefore, the burner lances are formed of three pipes coaxially inserted into each other, and each flow cross section thus generated is connected to a separate supply chamber. The annular gap between the outer pipe and the intermediate pipe forms an outer nozzle, the annular gap between the middle pipe and the center pipe forms a central nozzle, and the central pipe forms an inner nozzle.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 노즐은 버너 랜스의 외측 노즐이고 제2 노즐은 중앙 노즐, 제3 노즐은 내측 노즐이다. 추가적으로, 제1 노즐은 제1 공급 챔버에 연결되어 있고, 제2 노즐은 제2 공급 챔버에, 제3 노즐은 제3 공급 챔버에 연결되어 있다. 이는 저 칼로리 작동과 고 칼로리 작동 모두에서 공기가 외측 노즐을 통해 공급되는 것을 확실하게 한다. 저 칼로리 연소 가스는 저 칼로리 작동에서 인접한 중앙 노즐에 의해 공급되고 연소 가스와 연소용 산소 프로바이더인 공기의 효율적인 혼합을 가능하게 한다. According to the embodiment of the present invention, the first nozzle is the outer nozzle of the burner lance, the second nozzle is the central nozzle, and the third nozzle is the inner nozzle. In addition, the first nozzle is connected to the first supply chamber, the second nozzle is connected to the second supply chamber, and the third nozzle is connected to the third supply chamber. This ensures that air is supplied through the outer nozzle both in low calorie operation and in high calorie operation. The low calorific combustion gases are supplied by the adjacent central nozzles in low-calorie operation and enable efficient mixing of the combustion gas and air, which is the oxygen provider for combustion.
유사하게, 고 칼로리 작동에서, 공기는 상기 외측 노즐을 통해 공급되고 상기 O2 디플리티드 가스는 상기 중앙 노즐을 통해 공급되며 이들은 미리 혼합될 수 있다. 상기 고 칼로리 연소 가스는 상기 내측 노즐을 통해 공급된다. 다시 한번, 연소 가스와 공기와 O2 디플리티드 가스로 구성된 연소용 산소 캐리어의 효율적인 혼합이 이로써 가능하다.Similarly, in a high calorie operation, air is supplied through the outer nozzle and the O 2 -deluted gas is supplied through the central nozzle and they can be premixed. The high calorie combustion gas is supplied through the inner nozzle. Once again, efficient mixing of combustion gases and combustion oxygen carriers composed of air and O 2 -diluted gas is thus possible.
추가적으로 컨트롤 유닛(control unit)은 저 칼로리 작동에서 제1 공급 챔버에 공기를 공급하고 저 칼로리 연소 가스를 제2 공급 챔버에 공급하는 동시에 제3 공급 챔버에는 공급되지 않도록 막기 위해 마련된다. 나아가 상기 컨트롤 유닛은, 고 칼로리 작동에서, 공기가 제1 공급 챔버에 공급되고, O2 디플리티드 가스가 제2 공급 챔버에 공급되고, 고 칼로리 연소 가스가 제3 공급 챔버에 공급되도록 하는 방식으로 마련된다. 이러한 컨트롤 유닛을 통해, 상기 저 칼로리 작동에서 상기 저 칼로리 연소가스는 물론이고 상기 O2 디플리티드 가스가 제2 공급 챔버로 잘못 공급되지 않는 것을 확실하게 한다. 이는 연소실에서 컨트롤 불가능한 연소 특성을 이끌 수 있다. In addition, the control unit is provided to prevent air from being supplied to the third supply chamber while supplying air to the first supply chamber in the low calorie operation and supplying the low calorie combustion gas to the second supply chamber. Furthermore, in the high calorie operation, the control unit is configured such that air is supplied to the first supply chamber, O 2 -deluted gas is supplied to the second supply chamber, and high calorie combustion gas is supplied to the third supply chamber Respectively. Through this control unit, it ensures that the low calorie combustion gas as well as the O 2 depleted gas in the low calorie operation are not mistakenly fed into the second feed chamber. This can lead to uncontrollable combustion characteristics in the combustion chamber.
상기 제1 노즐, 상기 제2 노즐, 상기 제3 노즐의 단면적의 비율은 바람직하기로는 4.4-5.0 : 5.9-6.3 : 1 의 범위이고 특히, 4.7 : 6.2 : 1이다. 이러한 단면적 비는 사용되는 가스에 따라서 그리고 필수적으로, 사용된 λ값, 저 칼로리 연소 가스와 고 칼로리 연소 가스, 가스들의 각각의 화학량적 공기 요구량 그리고/또는 작동 또는 블로우-인(blow-in) 압력에 의해 다양하게 고안될 수 있다. 해당하는 가스의 가능한 유량(through-flow)을 결정하는 이러한 단면적의 배열를 통해서, 이에 따라 형성된 멀티-가스 버너의 두 개의 작동 모드에서 충분한 핫 가스가 생성되는 것을 확실하게 할 수 있다. 이러한 목적으로, 제2 노즐은 두 가지 다른 가스인 저 칼로리 연소 가스와 O2 디플리티드 가스의 작동 상태를 위해 사용되기 때문에 제2 노즐의 디자인이 특히 중요할 수 있다. The ratio of the cross-sectional area of the first nozzle, the second nozzle, and the third nozzle is preferably in the range of 4.4-5.0: 5.9-6.3: 1, particularly 4.7: 6.2: 1. These cross sectional area ratios depend on the gas used and, indeed, the lambda value used, the low calorific and high calorific combustion gases, the respective stoichiometric air requirements of the gases and / or the operating or blow-in pressure As shown in FIG. Through this arrangement of cross-sectional areas which determine the possible through-flow of the corresponding gas, it is possible to ensure that sufficient hot gas is produced in the two operating modes of the multi-gas burner thus formed. For this purpose, the design of the second nozzle may be particularly important since the second nozzle is used for the operation of two different gases, low calorific combustion gas and O 2 depleted gas.
다수의 버너 랜스가 제공되어 각 버너 랜스의 제1 노즐이 제1 공급 챔버에 연결되고, 각각의 제2 노즐이 제2 공급 챔버에 연결되고, 각각의 제3 노즐이 제3 공급 챔버에 연결된다면 유리할 것이다. 하나의 버너 랜스는 최소의 경우 하나의 완성된 멀티-가스 버너를 구성한다. 바람직한 버너 아웃풋(output)은 버너 랜스의 개수의 선택으로부터 성취된다. 개별적인 버너 랜스는 특정 아웃풋으로 표준화되어 있기 때문에, 버너 확장의 경우 규모의 증대가 요구되지 않는다. 이러한 이유로, "넘버링-업(numbering-up)" 이 기준일 경우 기하학적인 구조와 관련된 개선 표준, 유동 특성 등은 각 버너의 형상에서 고려될 필요가 없다. 멀티-가스 버너에서 다수의 버너 랜스를 이용함으로써, 보다 높은 아웃풋의 멀티-가스 버너를 달성하는 것이 가능하다. 게다가 버너 랜스를 이용함에 의해서, 더 나은 조절 특성(regulation behaviour)의 성취가 가능할 수 있다. 이것의 본질적인 이유는 버너 랜스 번들의 "상호 지원(reciprocal support)"이다. 즉, 아웃풋이 하향 조정될 수 있고 다수의 버너 랜스가 반복적으로 "점화원"의 역할을 하게 되어 개별적인 화염이 사그라들지 않는다. 따라서 연소에 관여한 요소들의 이전 압력(pre-pressure)이 낮은 압력 범위에 속하더라도, 저 칼로리 가스를 사용하는 경우에도, 1:1.5의 조절 비율이 가능하다. A plurality of burner lances are provided such that the first nozzle of each burner lance is connected to the first supply chamber, each second nozzle is connected to the second supply chamber, and each third nozzle is connected to the third supply chamber It will be advantageous. One burner lance constitutes at least one completed multi-gas burner. A preferred burner output is achieved from a selection of the number of burner lances. Since individual burner lances are standardized with specific outputs, burner expansion does not require an increase in size. For this reason, if the "numbering-up" is the criterion, the improvement standard, flow characteristics, etc. associated with the geometrical structure need not be considered in the shape of each burner. By using multiple burner lances in a multi-gas burner, it is possible to achieve a multi-gas burner with a higher output. In addition, by using a burner lance, it is possible to achieve better regulation behavior. The essential reason for this is the "reciprocal support" of the Burner Lance bundle. That is, the output can be adjusted downward and multiple burner lances repeatedly serve as "ignition sources", so that individual flames do not fade. Thus, even if the pre-pressure of the elements involved in the combustion is within the low pressure range, a regulating ratio of 1: 1.5 is possible even with low calorie gas.
단지 세 개의 공급 챔버가 구비되어 있다는 사실 때문에, 전체적으로 멀티-가스 버너의 구조는 단순화된다.Due to the fact that only three feed chambers are provided, the overall structure of the multi-gas burner is simplified.
본 발명은 더 나아가서 본 발명에 따른 멀티-가스 버너를 구비한 공정 플랜트와 석탄 그라인딩 플랜트와 같은 고체 연료를 위한 그라인딩 플랜트와 관련되어 있다. 이는 특히, 석탄 그라인딩 플랜트가 O2 디플리티드 가스의 공급원으로써 사용되는 롤러 밀이 될 수 있다. O2 디플리티드 가스는 그라인딩 공정 특히, 그라인딩-건조 과정에서 재순환 공정 가스가 될 수 있다. 물론 이러한 배치는 어떠한 열 처리 공정, 즉 다수의 가스의 이용, 공정 가스의 낮은 산소 함량과 그것의 재순환 가스로의 이용, 높은 조절 비율 등을 위해서 사용될 수 있다. The invention further relates to a process plant with a multi-gas burner according to the invention and a grinding plant for a solid fuel such as a coal grinding plant. This may in particular be a roller mill in which the coal grinding plant is used as a source of O 2 depleted gas. The O 2 -deluted gas can be a recycling process gas in the grinding process, especially in the grinding-drying process. Of course, this arrangement can be used for any heat treatment process, i.e. the use of multiple gases, low oxygen content of the process gas and its use as recirculating gas, high regulatory ratios, and the like.
컨트롤과 조절(regulating) 유닛으로도 고안될 수 있는 컨트롤 유닛에 의해서, 고 칼로리 연소 가스, 저 칼로리 연소 가스, 공기 그리고 O2 디플리티드 가스와 같은 다른 가스들의 유입은 작동 모드에 따라 부합하게 설정될 수 있다. 이에 따라서, 컨트롤 또는 조절은 고 칼로리 작동에서는 필요한 칼로리 값이 1300℃ 아래의 화염 온도와 핫 공정 가스의 10% 이내에서 최대인 산소 함유량으로 인해 성취될 수 있다. 유사하게, 저 칼로리 작동에서, 상기 유입은 컨트롤과 조절 유닛에 의해서 화염 온도가 너무 높지 않아도 적당한 칼로리 값에 도달하는 방식으로 조정된다. 저 칼로리 가스를 이용할 때, 저 칼로리 값은 공정 가스에서 심각한 산소 문제가 발생하지 않도록 하기 위해서 낮은 연소 온도를 필요로 한다. 각각의 성질들(properties)은 사용된 가스들의 양과 서로에 대한 가스들의 비율을 조정함으로 인해서 고정될 수 있다.The introduction of other gases such as high calorific combustion gases, low calorific combustion gases, air and O 2 depleted gases by the control unit, which can also be designed as a control and regulating unit, . Accordingly, the control or regulation can be achieved by the required caloric value in high calorie operation due to the flame temperature below 1300 ° C and the oxygen content which is maximum within 10% of the hot process gas. Similarly, in low calorie operation, the inflow is adjusted by the control and conditioning unit in such a way that the calorie value is reached even if the flame temperature is not too high. When using low calorie gas, low calorie values require low combustion temperatures to avoid serious oxygen problems in the process gas. Each property can be fixed by adjusting the amount of gases used and the ratio of gases to each other.
따라서 본 발명의 방법과 본 발명의 멀티-가스 버너에 의하면, 핫 공정 가스의 생산을 위해 환경 및 안전 규정을 만족하면서 저 칼로리 가스와 고 칼로리 가스를 모두 사용하는 것이 가능하다.Therefore, with the method of the present invention and the multi-gas burner of the present invention, it is possible to use both low-calorie gas and high-calorie gas while satisfying environmental and safety regulations for the production of hot process gas.
각 노즐이 오로지 하나의 기능만을 수행하는 4개의 노즐을 사용하는 것과 비교하면, 본 발명에 따른 멀티-가스 버너는 더 작은 구조적인 크기를 가지며 공간과 투자 비용을 아낄 수 있고 따라서 더 융통성 있게 이용될 수 있다. 또한 4개의 노즐을 구비한 버너 랜스의 구조는 3개의 노즐을 구비한 버너 랜스의 사용보다 더 많은 자원(resources)을 요구하기 때문에 재료(material)와 지출 비용도 절약할 수 있다.Compared with the use of four nozzles each of which performs only one function, the multi-gas burner according to the present invention has a smaller structural size and can save space and investment costs and is thus more flexible . In addition, the structure of the burner lance with four nozzles also requires more resources than the use of a burner lance with three nozzles, thus saving material and expenditure costs.
본 발명의 추가적인 핵심 아이디어는 연소를 위한 산소 프로바이더로서 보통의 공기를 배타적으로 사용하는 것이 아니라 대신에 연소를 위해 보통의 공기와 O2 디플리티드 가스를 혼합하는 것에 있다. 이것은 결과적으로 연소용 산소 프로바이더가 전체적으로 보통의 공기보다 낮은 산소 함량을 갖게 한다. 이로써 버너는 전술한 화염온도의 필요한 저하를 가능하게 하기 위해 보다 높은 λ값으로 작동될 수 있다. 하지만 연소를 위해 더 낮은 산소 함량의 산소 프로바이더를 사용함으로써, 공정 가스가 석탄 그라인딩 플랜트에 사용될 수 있도록, 생성된 공정 가스가 감축된 산소 함량 특히 10% 미만의 산소 함량을 가지는 것을 확실하게 할 수 있다.A further key idea of the present invention is not to exclusively use normal air as an oxygen provider for combustion, but instead to mix normal air with O 2 depleted gas for combustion. This results in the combustion oxygen provider having a lower overall oxygen content than normal air. Whereby the burner can be operated at a higher lambda value to enable the required lowering of the flame temperature described above. However, by using an oxygen provider of lower oxygen content for combustion, it is possible to ensure that the process gas produced has a reduced oxygen content, in particular an oxygen content of less than 10%, so that the process gas can be used in a coal grinding plant have.
또한 본 발명의 방법에 따르면, 저 칼로리 공정 동안에 공기가 제1 노즐을 경유하여서 연소용 산소 프로바이더로서 공급되고, 동시에 저 칼로리 연소 가스가 제2 노즐을 경유하여 연소실로 공급되고, 그들이 상기 연소실에서 반응하고 특히 연소된다. 이로써 저 칼로리 연소 가스와 고 칼로리 연소 가스가 함께 멀티-가스 버너를 작동시키는 것이 가능하고, 이들 작동 모드의 각각에 대해서 별도의 버너를 마련할 필요가 없다.Further, according to the method of the present invention, during the low-calorie process, air is supplied as a combustion oxygen provider via the first nozzle, and at the same time, low-calorie combustion gas is supplied to the combustion chamber via the second nozzle, Reacts and especially burns. Thereby, it is possible to operate the multi-gas burner together with the low-calorie combustion gas and the high-calorie combustion gas, and it is not necessary to provide a separate burner for each of these operation modes.
도 1은 본 발명에 따른 멀티-가스 버너의 간략화한 구조를 보인 도면이다.
도 2는 본 발명에 따라 멀티-가스 버너를 가진 석탄 그라인딩 플랜트의 공정 다이어 그램이다.FIG. 1 is a view showing a simplified structure of a multi-gas burner according to the present invention.
2 is a process diagram of a coal grinding plant with a multi-gas burner in accordance with the present invention.
본 발명은 도면을 참조하여 아래에서 설명될 것이다. The present invention will be described below with reference to the drawings.
도 1은 본 발명에 따른 멀티-가스 버너(1)의 간략화한 구조를 보인 도면이다. 여기에 보인 멀티-가스 버너(1)는 각각 3-랜스 버너(3-lance burners) 또는 3-노즐 랜스 (3-nozzle lances)로 설계된 2개의 버너 랜스(two burner lances 10)와 제1 노즐(11), 제2 노즐(12) 그리고 제3 노즐(13)을 구비한다. 상기 버너 랜스(10)는 각각 연소실(3) 내에서 끝난다.1 is a view showing a simplified structure of a
본 발명에 따른 멀티-가스 버너(1)는 제1 공급 챔버(21)와 제2 공급 챔버(22) 그리고 제3 공급 챔버(23)를 추가로 구비한다. 버너 랜스(10)의 노즐들(11, 12, 13)은 서로에 대하여 축 방향으로 형성된 3개의 파이프에 의해 형성된다. 제1 노즐(11)은 제1 공급 챔버(21) 내에서 끝난다. 제2 노즐(12)은 제2 공급 챔버(22)에서 끝나고 제3 노즐(13)은 제3 공급 챔버(23)에서 끝난다. 노즐들(11, 12, 13) 또는 단부 파이프들은 각 공급 챔버(21, 22, 23)의 내부 벽에 플랜지 형 연결부로 각각 고정될 수 있다. 나아가 기동 버너(staring burner 17)는 멀티-가스 버너(1)의 중앙에 마련되고 멀티-가스 버너(1)를 기동시키기 위해 사용된다.The
나아가 공급 라인(31)이 제1 공급 챔버(21)를 위해 마련되고, 공급 라인(32)가 제2 공급 챔버(22)를 위해 마련되고, 공급 라인(33)이 제1 공급 챔버(23)를 위해 마련된다. 추가적인 제4의 공급 라인(34)가 제2 공급 챔버(22) 내에서 끝나도록 마련된다. 공급 라인(31, 32, 33, 34)은 컨트롤 유닛(36)을 통해 컨트롤되는 밸브들을 구비한다.A
공급 라인(31)은 공기 공급원에 연결된다. 이는 보통의 주위의 공기이다. 공급 라인(32)은 저 칼로리 연소 가스 공급원에 연결된다. 이는 예를 들어 용광로일 수 있다. 그러한 저 칼로리 연소 가스는 또한 린 가스(lean gas)라고도 불린다. 공급 라인(33)은 리치 가스(rich gas)라고도 불리는 고 칼로리 연소 가스 공급원에 연결된다. 공급 라인(34)는 O2 디플리티드 가스(O2 depleded gas) 공급원에 연결된다. 이는 특히 10% 미만의 O2 함량을 가진다.The
저 칼로리 작동을 위해 컨트롤 유닛(36)은 공급 라인(31, 32, 33 그리고 34)의 밸브를 제어하여 에어 플로우가 공급 라인(31)을 경유하여 제1 공급 챔버(21) 내로 유동하도록 그리고 저 칼로리 연소 가스가 공급 라인(32)을 경유하여 제2 공급 챔버(22) 내로 유동하도록 한다. 이에 의해 나머지 2개의 공급 라인(33 및 34)은 닫힌다. 노즐(11)을 통해서 연소실(3)로 흐르는 공기와 노즐(12)를 통해서 연소실(3)로 흐르는 저 칼로리 가스의 비율은 λ값이 1.1 범위에 있도록 조정된다.For low calorie operation, the
고 칼로리 작동을 위해 컨트롤 유닛(36)은 공급 라인(31, 33 그리고 34)의 밸브를 개방한다. 이로써 공기는 공급 챔버(21) 내로 유동하고, O2 디플리티드 가스(O2 depleded gas)는 공급 챔버(22) 내로 유동하고, 고 칼로리 가스는 공급챔버(23) 내로 유동한다. 노즐(11, 12, 13)에 의해 이들 가스는 연소실(3)으로 유동할 수 있고 거기서 상호 반응한다.For high calorie operation, the
이로써 컨트롤 유닛(36)은 O2 디플리티드 가스(O2 depleded gas)와 고 칼로리 연소가스를 제어하여 λ값이 1.6에서 셋팅도록 하고, 연소를 위한 산소 캐리어의 대략 30%가 O2 디플리티드 가스(O2 depleded gas)가 되도록 한다. 연소실 쪽의 버너 랜스(10)의 단부에서, 스월 수단(swirl means)이 유출 가스를 서로 효과적으로 혼합하도록 노즐의 각 단부 영역에 마련된다.This control unit 36 O 2 D pleated gas (O 2 depleded gas) and high-calorie approximately 30% of the oxygen carrier for, and burned so as to set in the flue gas by controlling the λ value 1.6 is O 2 depletion (O 2 depleded gas). At the ends of the burner lances 10 on the combustion chamber side, swirl means are provided in each end region of the nozzle to effectively mix the outflow gases with each other.
공급 라인(34)를 대체하여 다른 수단이 가능하고, 공급 챔버(22)에는 저 칼로리 연소 가스와 O2 디플리티드 가스 모두 공급될 수 있도록 할 수 있다. 예를 들어 저 칼로리 연소 가스와 O2 디플리티드 가스 둘 다 공급 라인(32)을 경유해서 도입되도록 할 수 있다. 이것은 상응 공급 라인 및 3방 밸브에 의해 가능해 질 수 있다, 이 경우 공급 라인(34)는 생략될 수 있다.Other means are possible in place of the
도 2는 본 발명에 따라 멀티-가스 버너(1)를 사용하는 핫 가스 제너레이터를 가진 석탄 그라인딩 플랜트의 공정 다이어 그램이다.2 is a process diagram of a coal grinding plant with a hot gas generator using a
이 공정 플랜트의 중앙 요소는, 예를 들어 한 쪽에 있는 재순환 공기 작동을 가진 수직 롤러 밀 특히 로쉐 롤러 밀(LOESCHE roller mill)인 밀 분류 컴비네이션(mill-classifier combination 52)이다. 다른 한 쪽에는 핫 가스 제너레이터(hot gas generator 51)가 본 발명에 따른 멀티-가스 버너(1)를 구비하여 마련된다. 핫 가스 제너레이터(51)는 핫 공정 가스들을 생산하거나 그들을 각각 가열하도록 기능하여, 이러한 공정 가스들이 그라인딩될 물질을 건조하도록 밀 분류 컴비네이션 내의 그라인딩 공정의 범위 내에서 사용되게 하고, 이 경우 원재료 석탄에는 그라인딩 공정이 부가된다. 이를 목적으로 핫 가스 공급라인(54)이 핫 가스 제너레이터(hot gas generator 51)와 밀 분류 컴비네이션(mill-classifier combination 52) 사이에 마련된다.The central element of this process plant is, for example, a mill-
석탄 그라인딩 플랜트는 여기서 단순히 핫 가스 제너레이터(51)가 사용되는 공정 플랜트의 일 예로써 간주될 수 있다. 밀 분류 컴비네이션(mill-classifier combination 52) 대신에 다른 플랜트 구성요소가 마련되어 발생된 핫 가스가 사용되게 할 수 있다.The coal grinding plant can be regarded here simply as an example of a process plant in which the
그라인딩될 원재료 석탄은 석탄 벙커(61)을 통해서 밀 분류 컴비네이션(mill-classifier combination 52)으로 공급된다. 밀 분류 컴비네이션(mill-classifier combination 52)에서 원재료 석탄은 미세 가루 상태로 그라인딩되고, 공급 라인(54)를 경유하여 밀 분류 컴비네이션(mill-classifier combination 52) 내부로 흐르는 핫 가스의 도움으로 건조되고 에어 플로우에 의해 필터(62) 방향으로 운송된다.The raw material coal to be ground is fed through a
필터(62)에서,생산된 카본 가루는 분리되어 더스트 벙커(63)로 공급된다. 그리고 나서 카본 가루는 더스트 벙커(63)에서 제거되고 그의 용도 예를 들어, PCI 공정을 위해 공급된다. 가루로부터 정화된 공정 가스는 또한 냉각되며, 일단 다시 공정 가스 재순환 수단(56)을 경유하여 핫 가스 제너레이터(51)로 공급된다. 이것은 여기서 연소 에너지에 의해 가열되고 핫 가스 공급 라인(54)를 경유하여 밀 분류 컴비네이션(52)로 피드백된다.In the
핫 가스 제너레이터(51)의 멀티-가스 버너(10)는 4개의 다른 공급 라인은 갖는다, 공급 라인(71)은 저 칼로리 연소가스 예를 들어, 용광로 가스를 공급하는 기능을 하고, 공급 라인(72)는 에어의 공급, 공급 라인(73)은 고 칼로리 연소가스 예를 들어, 코우크 가스(coke gas)의 공급, 공급 라인(74)는 기동버너에 가스를 공급하는 기능을 한다. 이 목적으로 예를 들어 천연 가스가 사용될 수 있다. The
또한 본 발명의 방법에 따르면, 멀티-가스 버너를 고 칼로리 가스로 점화할 때 O2 디플리티드 가스를 공기와 혼합시키기 위해, 추가적으로 공정가스 재순환 수단에 재순환 가스 브랜치 요소(a recirculated gas branch element 57)가 마련된다. 이 브랜치 요소(57)는 저 칼로리 연소 가스를 위해 공급 라인 안에서 끝나는 재순환 가스 공급 라인(76)에서 끝난다.In addition, according to the method of the present invention, in order to mix the O 2 depleted gas with air when the multi-gas burner is ignited with high calorie gas, a recirculated gas branch element 57 ). This
1: 멀티-가스 버너 3: 연소실 10: 버너 랜스
11: 제1 노즐 12: 제2 노즐 13: 제3 노즐
21: 제1 공급챔버 22: 제2 공급챔버 23: 제3 공급챔버
31, 32, 33, 34 : 공급라인1: multi-gas burner 3: combustion chamber 10: burner lance
11: first nozzle 12: second nozzle 13: third nozzle
21: first supply chamber 22: second supply chamber 23: third supply chamber
31, 32, 33, 34: supply line
Claims (15)
제1 노즐(11), 제2 노즐(12), 제3 노즐(10)를 가진 적어도 하나의 버너 랜스(10)와,
각 노즐(11, 12, 13)에 각각 연결된 제1 공급 챔버(21), 제2 공급 챔버(22), 제3 공급 챔버(23)와,
상기 적어도 하나의 버너 랜스(10)가 돌출하는 연소실(3)를 구비하고,
고 칼로리 작동에서, 공기가 상기 제1 노즐(11)을 경유하고 동시에 O2 디플리티드 가스가 상기 제2 노즐을 경유하고 고 칼로리 연소 가스가 상기 제3 노즐(13)를 경유하여 상기 연소실(3)로 공급되어, 그들이 상기 연소실에서 반응하고 특히 연소되고, 상기 공기와 상기 O2 디플리티드 가스가 상기 연소를 위해 산소 캐리어로서 사용되는 것을 특징으로 하는 멀티-가스 버너 작동 방법.A method of operating a multi-gas burner (1) with a low calorie combustion gas and a high calorie combustion gas, said multi-gas burner (1)
At least one burner lance (10) having a first nozzle (11), a second nozzle (12) and a third nozzle (10)
A first supply chamber 21, a second supply chamber 22, a third supply chamber 23 connected to the respective nozzles 11, 12 and 13,
And a combustion chamber (3) in which at least one burner lance (10) projects,
In the high-calorie operation, air is passed through the first nozzle 11, and at the same time, O 2 -deluted gas passes through the second nozzle and high-calorie combustion gas flows through the third nozzle 13 into the combustion chamber 3), wherein they react in the combustion chamber and are particularly burned, and the air and the O 2 -diluted gas are used as the oxygen carrier for the combustion.
저 칼로리 작동에서, 공기가 연소를 위해 산소 캐리어로서 제1 노즐(11)을 경유하고, 동시에 저 칼로리 연소 가스가 제2 노즐(12)을 경유하여 상기 연소실(3)로 공급되고, 그들이 상기 연소실에서 반응하고 특히 연소되는 것을 특징으로 하는 멀티-가스 버너 작동 방법. The method according to claim 1,
In the low-calorie operation, air is passed through the first nozzle 11 as an oxygen carrier for combustion, and at the same time, low-calorie combustion gas is supplied to the combustion chamber 3 via the second nozzle 12, Characterized in that it reacts and is particularly burned in the burner.
외측 노즐이 제1 노즐(11)로서 선택되고, 중앙 노즐이 제2 노즐(12)로 선택되고, 내측 노즐이 제3 노즐(13)로 선택되는 것을 특징으로 하는 멀티-가스 버너 작동 방법. 3. The method according to claim 1 or 2,
Characterized in that the outer nozzle is selected as the first nozzle (11), the central nozzle is selected as the second nozzle (12), and the inner nozzle is selected as the third nozzle (13).
상기 멀티-가스 버너(1)는 대략 1.05에서 1.2의 범위의 λ값으로 저 칼로리 작동으로 작동되는 것을 특징으로 하는 멀티-가스 버너 작동 방법.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Characterized in that the multi-gas burner (1) is operated in low-calorie operation with a lambda value in the range of approximately 1.05 to 1.2.
상기 멀티-가스 버너(1)는 대략 1.4에서 2.0의 범위의 λ값으로 고 칼로리 작동에서 작동되고, 대략 15% 내지 30%의 산소 프로바이더(provider)는 상기 O2 디플리티드 가스로부터 나오는 것을 특징으로 하는 멀티-가스 버너 작동 방법.5. The method according to any one of claims 1 to 4,
The multi-gas burner 1 is operated in high calorie operation with a lambda value in the range of approximately 1.4 to 2.0, and approximately 15% to 30% of the oxygen provider is evolved from the O 2 -diluted gas Characterized in that the gas burner is a multi-gas burner.
저 칼로리 작동에서의 λ값과 고 칼로리 작동에서의 λ값 및 O2 디플리티드 가스의 혼합은 상기 핫 가스가 10% 미만의 O2 함량을 갖는 방식으로 세팅되는 것을 특징으로 하는 멀티-가스 버너 작동 방법.6. The method according to any one of claims 1 to 5,
Mixing of the λ value and the O 2 di pleated gas in the λ value in the low calorie operation and high-calorie operating a multi characterized in that the setting in such a manner having a O 2 content of the hot gas is less than 10% to the gas burner How it works.
상기 연소 가스의 양, 상기 λ값 및 공기와 O2 디플리티드 가스로부터 연소를 위한 산소 캐리어의 혼합은, 화염 온도가 1300℃를 초과하지 않도록 세팅되는 것을 특징으로 하는 멀티-가스 버너 작동 방법.7. The method according to any one of claims 1 to 6,
Wherein the mixing of the amount of combustion gas, the lambda value and the oxygen carrier for combustion from air and O 2 ditrypted gas is set so that the flame temperature does not exceed 1300 ° C.
그라인딩 작동, 특히 고체 연료의 그라인딩 플랜트로부터 나온 재순환 공정 가스가 O2 디플리티드 가스로서 사용되는 것을 특징으로 하는 멀티-가스 버너 작동 방법.8. The method according to any one of claims 1 to 7,
Characterized in that a grinding operation, in particular a recirculating process gas from the grinding plant of the solid fuel, is used as the O 2 -diluted gas.
코우크 로 가스(coke furnace gas)가 고 칼로리 가스로서 사용되고, 용광로 가스는 저 칼로리 가스로서 사용되는 것을 특징으로 하는 멀티-가스 버너 작동 방법.9. The method according to any one of claims 1 to 8,
Characterized in that a coke furnace gas is used as the high calorie gas and a furnace gas is used as the low calorie gas.
연소실(3)과,
제1 노즐(11), 제2 노즐(12), 제3 노즐(10)를 가진 적어도 하나의 버너 랜스(10)와,
상기 연소실(3)에 가스를 공급하기 위해 각 노즐(11, 12, 13)에 각각 연결된 제1 공급 챔버(21), 제2 공급 챔버(22), 제3 공급 챔버(23)를 구비하고,
상기 노즐들(11, 12, 13)은 일단이 상기 연소실(3)에서 타단이 각 공급 챔버(21, 22, 23)에서 끝나고,
상기 연소실(3)은 상기 노즐들(11,12,13)의 단부 영역에서 버너 머플(burner muffle)을 구비하고,
상기 제1 공급 챔버(21)는 연소를 위한 산소 캐리어의 공급을 위해 마련되고,
상기 제2 공급 챔버(22)는 저 칼로리 연소 가스와 O2 디플리티드 가스의 공급을 위해 마련되고,
상기 제3 공급 챔버(23)는 고 칼로리 연소 가스의 공급을 위해 마련되고,
상기 저 칼로리 연소 가스와 상기 O2 디플리티드 가스를 상기 제2 공급 챔버(22) 내부로 공급하기 위한 공급 유닛이, 상기 멀티-가스 버너(1)의 작동 모드에 종속되어 상기 저 칼로리 연소 가스 또는 상기 O2 디플리티드 가스를 상기 제2 공급 챔버(22) 내부로 공급하기 위해 마련되는 것을 특징으로 하는 멀티-가스 버너(1).A multi-gas burner (1) operated with low-calorie combustion gas and high-calorie combustion gas, said multi-gas burner (1)
A combustion chamber 3,
At least one burner lance (10) having a first nozzle (11), a second nozzle (12) and a third nozzle (10)
A first supply chamber 21, a second supply chamber 22 and a third supply chamber 23 connected to the respective nozzles 11, 12 and 13 for supplying gas to the combustion chamber 3,
The other ends of the nozzles 11, 12 and 13 end in the combustion chamber 3 and end in the supply chambers 21, 22 and 23,
The combustion chamber 3 has a burner muffle at the end regions of the nozzles 11, 12, 13,
The first supply chamber 21 is provided for supplying an oxygen carrier for combustion,
The second supply chamber 22 is provided for the supply of the low calorie combustion gas and the O 2 depleted gas,
The third supply chamber 23 is provided for supplying the high calorie combustion gas,
A supply unit for supplying the low calorie combustion gas and the O 2 depleted gas into the second supply chamber 22 is connected to the low calorie combustion gas depending on the operating mode of the multi- Or to supply the O 2 depleted gas into the second supply chamber (22).
상기 제1 노즐(11)은 상기 버너 랜스(10)의 외측 노즐, 상기 제2 노즐(12)은 상기 버너 랜스(10)의 중앙 노즐, 상기 제3 노즐(13)은 상기 버너 랜스(10)의 내측 노즐이고,
상기 제1 노즐(11)은 상기 제1 공급 챔버(21)에 연결되고,
상기 제2 노즐(12)은 상기 제2 공급 챔버(22)에 연결되고
상기 제3 노즐(13)은 상기 제3 공급 챔버(23)에 연결되는 것을 특징으로 하는 멀티-가스 버너(1). 11. The method of claim 10,
The first nozzle 11 is an outer nozzle of the burner lance 10 and the second nozzle 12 is a central nozzle of the burner lance 10 and the third nozzle 13 is a burner lance 10, Of the inner nozzle,
The first nozzle 11 is connected to the first supply chamber 21,
The second nozzle 12 is connected to the second supply chamber 22
And the third nozzle (13) is connected to the third supply chamber (23).
컨트롤 유닛은, 저 칼로리 작동 중에, 공기를 상기 제1 공급 챔버(21)로 도입하고, 상기 저 칼로리 연소 가스를 상기 제2 공급 챔버(22)로 도입하고 상기 제3 챔버(23)로의 공급은 차단하도록 마련되고,
그리고 상기 컨트롤 유닛은, 고 칼로리 작동 중에, 공기를 상기 제1 공급 챔버(21)로 도입하고, O2 디플리티드 가스를 상기 제2 공급 챔버(22)로 도입하고 상기 고 칼로리 연소 가스를 상기 제3 챔버(23)로 도입하도록 마련되는 것을 특징으로 하는 멀티-가스 버너(1). The method according to claim 10 or 11,
The control unit is configured to introduce air into the first feed chamber (21) during low calorie operation, introduce the low calorie burn gas into the second feed chamber (22) and feed the third chamber And,
And wherein the control unit is configured to introduce air into the first feed chamber (21) during high calorie operation, to introduce O 2 depleted gas into the second feed chamber (22) Is introduced to the third chamber (23).
상기 제1 노즐(11), 상기 제2 노즐(12), 상기 제3 노즐(13)의 단면적의 비율은 사용된 λ값, 상기 저 칼로리 연소 가스와 고 칼로리 연소 가스 및/또는 각각의 화학량 공기 요건(respective stoichiometric air requirement)에 종속되고, 특히 대략 4.5-4.9 : 6.0-6.4 : 1의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 멀티-가스 버너(1).13. The method according to any one of claims 10 to 12,
The ratio of the cross-sectional area of the first nozzle 11, the second nozzle 12 and the third nozzle 13 depends on the lambda value used, the low-calorie combustion gas and the high calorie combustion gas and / Gas burner according to claim 1, characterized in that it is dependent on the respective stoichiometric air requirement and in particular in the range of approximately 4.5-4.9: 6.0-6.4: 1.
복수의 버너 랜스(10)가 마련되고 각각의 제1 노즐(11)은 상기 제1 공급 챔버(21)에 연결되고, 각각의 제2 노즐(12)은 상기 제2 공급 챔버(22)에 연결되고, 각각의 제3 노즐(13)은 상기 제3 공급 챔버(23)에 연결되는 것을 특징으로 하는 멀티-가스 버너(1).14. The method according to any one of claims 1 to 13,
A plurality of burner lances 10 are provided and each first nozzle 11 is connected to the first supply chamber 21 and each second nozzle 12 is connected to the second supply chamber 22 , And each third nozzle (13) is connected to said third supply chamber (23).
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