KR20190025901A - 버너 - Google Patents

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KR20190025901A
KR20190025901A KR1020197000497A KR20197000497A KR20190025901A KR 20190025901 A KR20190025901 A KR 20190025901A KR 1020197000497 A KR1020197000497 A KR 1020197000497A KR 20197000497 A KR20197000497 A KR 20197000497A KR 20190025901 A KR20190025901 A KR 20190025901A
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conduit
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flow
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KR1020197000497A
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Inventor
김익수
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두산 밥콕 리미티드
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D1/00—Burners for combustion of pulverulent fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2201/00—Burners adapted for particulate solid or pulverulent fuels
    • F23D2201/20—Fuel flow guiding devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2900/00—Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/00003—Fuel or fuel-air mixtures flow distribution devices upstream of the outlet

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Abstract

일차 도관 배출구를 갖는 버너용 일차 도관이 설명되고; 그러한 일차 도관은 일차 도관 배출구까지 연장되는 일차 도관 유동 채널을 형성하며; 일차 도관은 제1 유입구 단부로부터 일차 도관 배출구에 상응하는 제2 배출구 단부까지 선형 유동 방향을 갖는 유동 채널을 형성하는 일차 도관 배출구에 근접한 일차 도관 단부 파이프, 및 일차 도관 단부 부분 상류에 있고 그와 유체 연통되며 제1 유입구 단부로부터 일차 도관 단부 부분의 유입구 단부에 상응하는 제2 배출구 단부까지 이탈 유동 방향을 갖는 유동 채널을 형성하는 일차 도관 엘보 파이프를 포함한다. 일차 도관은, 일차 도관의 내경보다 작은 외경을 갖고 일차 도관 단부 파이프에 대해서 축방향으로 그리고 일차 도관 엘보 파이프와 일차 도관 단부 파이프 사이의 접합부 부근에 배치되어 일차 도관 유동 채널을 동심적 외부 및 내부 유동 채널로 분할하는 세장형 환형 링 포메이션을 포함하는 입자 농축기를 일차 도관 유동 채널 내에 갖는다. 그러한 일차 도관을 포함하는 버너가 설명된다.

Description

버너
본 발명은 버너, 특히 미립자 탄소 연료의 연소를 위한 버너에 관한 것이다. 바람직한 경우에, 본 발명은 미분형 석탄 발화 버너와 같은 미분형 연료 버너에 관한 것이다. 예를 들어, 본 발명은 파워 발생 장치에서 이용하기 위한 버너 및 하나 이상의 그러한 버너를 포함하는 파워 발생 장치에 관한 것이다. 본 발명의 가장 일반적인 개념에서, 본 발명은 그러한 버너를 위한 일차 공기 도관 배열체(primary air conduit arrangement) 및 그러한 것을 포함하는 버너에 관한 것이다.
일반적인 용어에서, 미립자 탄소 연료(particulate carbonaceous fuel)의 연소를 위한 버너는 이하를 포함하는 많은 수의 구성요소를 포함할 수 있다:
● 미분형(pulverous) 연료 및 (종종 "일차(primary)" 공기로 알려진) 연소제 가스(comburant gas)일 수 있는 이송 가스를 버너 배출구에 공급하기 위한 일차 도관;
● 예를 들어 일차 도관 미분형 연료 공급부 주위에 동심적으로 배열된 많은 수의 채널로서, 버너 배출구에서 연소를 지원/제어/수정하기 위해서 그러한 채널을 통해서 연소제 가스 및 다른 가스가 공급될 수 있고; 미립자 탄소 연료의 연소를 위한 버너에서, 전형적으로 연소 공기 또는 다른 연소제 가스를 위한 둘 이상의 채널이 존재할 것이고, 연소 공기 또는 다른 연소제 가스는 종종 "이차(secondary)" 공기, "삼차(tretiary)" 공기 등으로 알려진, 많은 수의 채널;
● 버너 배출구에서 연소를 지원/제어/수정하기 위해서 예를 들어 추가적인 연소제 가스를 공급하기 위해서, 그리고/또는 점화기, 라이트-업 버너(light-up burner), 불꽃 모니터링 센서 등과 같은 보조 장비를 위치시키기 위해 환형(annular) 일차 도관 내에 축방향으로 중앙에 배치되는 코어 도관 또는 코어 관;
● 예를 들어 이차 및 삼차(등) 채널 내의 가스 유동 내로 소용돌이 운동(swirling motion)을 유도하기 위한 디바이스;
● 종종 연료 공급 파이프의 단부에 배치되고 종종 "불꽃-유지기"로 알려진, 불꽃 안정화를 위한 디바이스;
● 연료 공급 파이프의 배출구에서의 연료 분배를 제어하기 위한, 연료 공급 파이프 내측에 배치된 디바이스;
● "코어" 관으로서 알려진 연료 파이프 내에 중앙에 위치될 수 있는, 선택적으로 분리 관 내에 설치되는, 점화기, 라이트-업 버너, 불꽃 모니터링 센서 등과 같은 보조 장비로서; 코어 관은 그 자체의 공기 또는 다른 가스 공급부를 가질 수 있고; 대안적으로 버너 내의 다른 위치 내에 또는 그에 근접하여 설치될 수 있는, 보조 장비.
"공기"가 종래 기술을 참조하여 그리고 본 발명을 참조하여 본원에서 사용될 때, 당업자는, 예를 들어, 순수 산소 및/또는 재순환된 플루(flue) 가스 및/또는 공기의 혼합물을 포함하는, 공기에 비해서 질소 함량이 감소된 연소제 가스를 포함하는 산소 연료(oxyfuel) 발화와 같은 익숙한 방식으로, 연소제 가스 및 혼합물을 포함하는 다른 산소가 대체될 수 있다는 것을 용이하게 이해할 것이다. 연소제 가스에 대한 언급은, 연소 및 다른 가스를 지원할 수 있는 가스를 포함하는 가스의 혼합물을 포함하는 것으로 이해될 것이다.
본 발명은, 미분형 연료 및 이송 가스를 버너 배출구에 상응하는 일차 도관 배출구에 공급하도록 구성된, 전술한 바와 같은 버너를 위한 일차 도관; 및 그러한 것을 포함하는 버너에 관한 것이고; 그러한 이송 가스는 사용 시에 전형적으로 (종종 "일차" 공기로 알려진) 연소제 가스이다.
본 발명은 연소 가능한 미분형 연료의 공급 및 연소제 가스의 공급을 수용하도록 배치된 일차 도관 유입구 및 사용 중에 연료의 연소가 부근에서 지원되는 일차 도관 배출구를 갖는 일차 도관에 관한 것이고; 일차 도관은, 사용 시에 연료 및 연소제 가스와 같은 가스의 혼합물을 이송하기 위해서, 일차 도관 유입구로부터 일차 도관 배출구까지 연장되는 유동 채널을 형성(또는 정의)한다. 일차 도관은 코어 도관 주위에 환형으로 배치되고, 전술한 바와 같은 이차 및 삼차 채널을 구비할 수 있다.
미립자 탄소 연료의 연소를 위해서 이용될 수 있는 많은 수의 변형 버너 설계가 있다는 것이 당업자에게 알려져 있다. 임의 버너의 설계에서, 임의의 산화제/연료 혼합물 내에서 충분한 산화제를 공급하기 위한 충분한 연소제 가스, 그리고 연료의 일정한 연소를 지원하기 위한 그리고 불꽃의 안정성을 유지하기 위한 산화제 내의 연료의 균일한 분배가 있는 것을 보장하기 위한 요건이 암시된다.
연료의 일정 연소를 지원하기 위한 그리고 불꽃의 안정성을 유지하기 위한 산화제 내의 연료의 균일한 분포를 생성하는데 효과적인 버너 설계의 대안적인 배열체가 바람직하다.
본 발명에 따라, 사용 중에 연료의 연소가 부근에서 지원되는 일차 도관 배출구를 갖는 버너를 위한 일차 도관이 제공되고; 일차 도관은 사용 시에 연료 및 연소제 가스와 같은 가스의 혼합물을 수용 및 이송하기 위해 일차 도관 배출구로 연장되는 일차 도관 유동 채널을 형성하며;
일차 도관은 제1 유입구 단부로부터 일차 도관 배출구에 상응하는 제2 배출구 단부까지 선형 유동 방향을 갖는 유동 채널을 형성하는 일차 도관 배출구에 근접한 일차 도관 단부 파이프, 및 일차 도관 단부 파이프 상류(upstream)에 있고 그와 유체 연통(fluid communication)되며 제1 유입구 단부로부터 일차 도관 단부 파이프의 유입구 단부에 상응하는 제2 배출구 단부까지 이탈(deviating) 유동 방향을 갖는 유동 채널을 형성하는 일차 도관 엘보 파이프를 포함하고;
일차 도관 유동 채널 내에:
일차 도관의 내경보다 작은 외경을 갖고 일차 도관 단부 파이프에 대해서 축방향으로 그리고 일차 도관 엘보 파이프와 일차 도관 단부 파이프 사이의 접합부 부근에 배치되어 일차 도관 유동 채널을 동심적 외부 및 내부 유동 채널로 분할하는 세장형 환형 링 포메이션(elongate annular ring formation)을 포함하는 입자 농축기가 있다.
연료 및 가스 혼합물이 엘보 부분을 통과할 때 방향의 변화는 바람직하지 못한 유동 농축 효과를 생성할 수 있다. 본 발명은, 연소 성능을 개선하는 미분형 연료 및 연소제 유동 분포 및 농도를 생성함으로써, 미분형 연료가 단부 파이프 내로 그리고 배출구로 유동될 때 이러한 것을 완화하고자 한다.
본 발명은, 적어도 전술한 바와 같은 입자 농축기를 일차 도관 내에 제공함으로써, 이러한 것을 달성한다.
입자 농축기는 엘보에서 미분형 연료 유동 프로파일을 제어하도록 구성된다.
특히, 실시예에서, 입자 농축기는 중심을 향해서 농축된 유동을 생성하도록 구성된다. 유리하게 이러한 것을 실시하기 위해서, 입자 농축기는, 축방향 유동 채널 내로 반경방향으로 돌출되고 축방향 유동 채널 내에서 축방향으로부터 멀리 유동을 전환시키고 미분형 연료 유동을 중심을 향해서 압박하는 반경방향 돌출(projecting) 포메이션을 포함할 수 있다.
특히, 실시예에서, 입자 농축기는 회전 유동을 생성하도록 구성된다. 유리하게, 이러한 것을 실시하기 위해서, 입자 농축기는 부분적으로 폐쇄될 수 있고, 여기에서 동축적 외부 및 내부 유동 채널 중 하나, 다른 하나 또는 둘 모두가 환형 유동 채널의 궁형 부분에 대해서 막힌다. 예를 들어, 입자 농축기는 일 측면 상에서 폐쇄될 수 있다. 이는 원형 유동 운동을 미분형 연료 유동에 부여한다.
미분형 연료를 보다 균일하게 분배하기 위해 2개의 운동이 조합된다. 유동은 코어 공기 파이프를 향해서 농축되고, 농도는 하부 측에서 더 높다.
유리하게, 입자 농축기는 일반적으로 일차 도관 단부 파이프와 일차 도관 엘보 파이프 사이의 연통 지점에서 일차 유동 채널 내에 위치되고, 예를 들어, 일차 도관 단부 파이프의 유입구 영역으로부터 후방으로 일차 도관 엘보 파이프 내로 연장되어, 예를 들어 일차 도관 엘보 파이프 내의 유동 방향의 15도 내지 45도의 변화를 커버한다.
가능한 실시예에서, 일차 도관 단부 파이프는 코어 도관에 대하여 동축으로 배치되고, 코어 도관은 추가적인 연소제 가스 유동과 같은 추가적인 가스 유동을 코어 도관 배출구까지 이송하기 위한 코어 유동 채널을 형성하고, 그에 따라, 일차 도관 단부 파이프가 코어 도관을 중심으로 하는 환형 유동 채널을 형성하도록, 배치된다.
유동을 추가적으로 수정하도록 개조된(adapted) 다른 구조물이 일차 도관 내에, 특히 입자 농축기의 하류(downstream)에 제공될 수 있다.
선택적으로, 제1 입자 확산기가 제공될 수 있고, 제1 입자 확산기는 축방향으로 장착된 불릿 포메이션(bullet formation)을 포함하고, 불릿 포메이션은 하류 유동 방향으로 점진적으로, 일차 도관 유동 채널의 점진적으로 증가되는 막힘부를 제공하기 위해서 반경방향 외향 연장 방식으로 펼쳐지는 제1 벽 부분, 및 일차 도관 유동 채널의 점진적으로 감소되는 패색부를 제공하기 위해서 반경방향 내향 연장 방식으로 테이퍼링되는 제2 벽 부분을 포함한다.
이는, 보다 직접적인 중앙 유동 스트림의 접선방향 운동을 감소시키기 위해서 그리고 버너 출구에서의 분배를 안정화하기 위해서, 제1 입자 확산기 불릿 포메이션이 입자 농축기에 의해서 이루어지는 원형 유동 운동과 상호작용하는 막힘부를 제공한다는 장점을 제공한다.
선택적으로, 제1 입자 확산기는 제1 및 제2 벽 부분 사이의 중간에서 테이퍼링되지 않은 원통형 제3 벽 부분을 포함할 수 있다.
선택적으로, 제1 입자 확산기는 버너를 따라서 전후로 축방향으로 병진운동될 수 있도록 장착될 수 있다. 이는, 사용 시에 미분형 유동 내의 입자 분배의 제어를 가능하게 하는 장점을 제공한다.
코어 도관을 포함하는 실시예에서, 제1 입자 확산기는 예를 들어 코어 도관의 외부 표면 상에서 코어 도관을 중심으로 장착될 수 있다. 제1 입자 확산기는 코어 도관을 따라서 축방향으로 그에 따라 버너를 따라서 전후로 축방향으로 활주 가능하게(slideably) 장착될 수 있다.
선택적으로, 입자 편항기가 입자 농축기의 하류와 제1 및/또는 추가적인 입자 확산기(존재하는 경우)의 상류에 제공될 수 있고, 그러한 입자 편항기는 일차 도관 단부 파이프의 내부 둘레부 주위에서 연장되도록 일차 도관 단부 파이프 내측에 장착된 외부 둘레부 및 일차 도관 유동 채널 내로 연장되고 그 채널을 부분적으로 막는 반경방향 벽 부분을 가지는 환형 판 포메이션을 포함한다. 이는, 편향기가 엘보 농축기로부터의 유동과 상호작용하여, 입자가 미분형 유동 내에서 분산되어 유지되게 돕는 장점을 제공한다.
선택적으로, 추가적인 입자 확산기가 불릿 포메이션의 효과를 보완하기위해 제공될 수 있고, 상기 추가적인 입자 확산기는 일차 도관 단부 파이프의 내부 둘레부 주위에서 연장되도록 일차 도관 단부 파이프 내측에 장착되는 외부 둘레부를 가지는 세장형 환형 링 포메이션을 포함하고, 점진적으로 하류 유동 방향으로, 일차 도관 유동 채널의 점진적으로 증가되는 막힘을 제공하기 위해서 반경방향 내향 연장 방식으로 테이퍼링되는 제1 벽 부분, 및 일차 도관 유동 채널의 점진적으로 감소되는 막힘을 제공하기 위해서 반경방향 외향 연장 방식으로 펼쳐지는 제2 벽 부분을 형성한다. 선택적으로, 추가적인 입자 확산기는 제1 및 제2 벽 부분 사이의 중간에서 테이퍼링되지 않은 원통형 제3 벽 부분을 포함할 수 있다. 이는, 제1 입자 확산기와 조합되고 버너 출구에서 미분형 유동 내의 입자의 분배를 안정화하는 제1 입자 확산기의 작용을 보완하는 장점을 제공한다.
본 발명은, 연소 성능을 개선하는 일차 도관 배출구에서의 미분형 연료 및 연소제 유동 분배 및 농도를 생성하고자 한다. 본 발명은, 바람직한 경우에 일차 도관 내에, 하류 유동 방향으로 연속적으로, 입자 농축기, 및 하나 이상의 입자 편항기, 제1 입자 확산기 및 추가적인 입자 확산기를 제공함으로써 이러한 것을 달성한다.
본 발명의 원리가 달리 적용되는 일차 도관은 전형적으로, 익숙한 방식으로, 연소제 가스와 같은 가스의 공급 및 연소 가능 미분형 연료의 공급을 수용하기 위한 그리고 이를 버너의 연소 장소로 이송하기 위한 연속 유동 채널을 포함하고, 일차 도관은 적어도 버너를 따라서 버너 배출구까지 연장되어 버너 축에 평행한 선형 유동 방향을 형성하는 적어도 일차 도관 단부 파이프, 및 엘보 부분 상류의 상류 유동 방향으로부터 엘보 부분 하류의 그리고 단부 파이프 내의 하류 유동 방향까지 방향을 변화시키는 일탈 유동 방향을 형성하기 위한 일차 도관 단부 파이프 바로 상류의 엘보 부분을 갖는다.
코어 도관은 선택적으로 버너 축 상의 단부 파이프와 동축으로 단부 파이프를 통해서 연장되며, 그에 따라 코어 도관의 외부 표면 및 단부 파이프의 내부 표면은 환형 일차 유동 채널을 형성하고, 코어 도관의 내부 표면은, 일반적으로 익숙한 방식으로, 유체적으로 격리된 코어 유동 채널을 형성한다.
일차 도관 단부 파이프는 바람직하게 그 횡방향 범위의 적어도 3배의 길이를 가지고, 전형적인 경우에, 일차 도관 단부 파이프는 그 직경의 적어도 3배의 원통체이다.
일차 도관은 보다 완전하게 연소 가능한 미분형 연료의 공급 및 연소제 가스와 같은 가스의 공급을 수용하도록 배치된 일차 도관 유입구 및 사용 중에 연료의 연소가 부근에서 지원되는 일차 도관 배출구를 포함하고; 일차 도관은, 사용 시에 연료 및 연소제 가스와 같은 가스의 혼합물을 이송하기 위해서, 일차 도관 유입구로부터 일차 도관 배출구까지 연장되는 일차 도관 유동 채널을 형성하고; 본 발명이 원칙적으로 관련되는 일차 도관 엘보 파이프 및 단부 파이프가 배출구를 향해서 연속적으로 인접하여 일차 도관의 하류 부분 내에 위치된다.
일차 도관은 바람직하게 일차 도관 유입구에서 연소 가능한 미분형 연료의 공급부 및 연소제 가스의 공급부와 유체 연통된다.
보다 완전한 양태에서, 전술한 바와 같은 일차 도관을 갖는 버너가 제공된다.
이러한 보다 완전한 양태에서, 연소 가능한 미분형 연료의 공급 및 연소제 가스의 공급을 수용하기 위한 버너 유입구 및 사용 중에 연료의 연소가 부근에서 지원되는 버너 배출구를 갖는 버너가 제공되고; 상기 버너는:
전술한 제1 양태에 따라 연료 및 연소제 가스와 같은 가스의 혼합물을 이송하기 위한 일차 도관을 포함한다.
그에 따라, 버너는, 예를 들어 동축으로, 코어 도관을 중심으로 배치된, 연료 및 연소제 가스와 같은 가스의 혼합물을 이송하기 위한 유동 채널을 형성하는 일차 단부 파이프를 갖는 일차 도관을 포함한다.
본 발명은, 연소 성능을 개선하는 미분형 연료 유동 및 연소제 분배 및 농도를 생성하기 위해서, 전술한 바와 같이, 유동 방향으로 연속적으로, 입자 농축기, 선택적으로 입자 편항기, 제1 입자 확산기 및 선택적인 제2 입자 확산기를 일차 도관 내에 제공하는 것을 특징으로 한다.
이러한 기본 특징에 따라, 본 발명의 버너는 재료를 버너 배출구에 공급하기 위한 그리고/또는 버너 배출구에서의 연소 및 불꽃 안정성을 지원하기 위한 그리고/또는 하나 이상의 유동 스트림의 혼합을 돕기 위한 부가적인 요소를 허용한다.
특히 선택적으로, 버너는 적어도 하나의 추가적인 도관, 예를 들어, 추가적인 연소제 가스와 같은 추가적인 가스를 버너 배출구에서의 연소 장소로 공급하기 위한 추가적인 유동 채널을 포함하는, 하나 이상의 이차 도관 및 선택적으로 하나 이상의 삼차 또는 그 보다 높은 차수의 도관을 더 포함할 수 있다. 전형적으로, 그러한 추가적인 도관은 일차 도관을 중심으로, 예를 들어 그와 동축으로 배치된다. 선택적으로, 그러한 추가적인 도관은 내부의 가스 유동에 소용돌이를 부여하기 위한 소용돌이 발생 디바이스를 포함할 수 있다.
도관은 세장형 유동 채널을 형성하는 임의의 적합한 배열체를 포함할 수 있다. 코어, 일차 및 적용 가능한 경우 이차, 삼차 및 더 높은 차수의 도관의 각각이, 세장형 유동 채널을 형성하는 하나 이상의 세장형 구조물을 포함할 수 있다. 도관이 복수의 유동 채널을 포함하는 경우에, 그러한 도관은 예를 들어 일반적으로 평행하다. 익숙한 설계에서, 코어, 일차, 이차 및 삼차 또는 더 높은 차수의 도관이 예를 들어 축방향으로 서로를 중심으로 배치되어 버너 세장형 방향으로 축방향 유동을 형성할 수 있다. 예를 들어, 코어 도관이 버너 축을 따라 제공될 수 있고, 일차 도관이 그 주위에 배치될 수 있고, 이차 도관이 추가적으로 그 주위에 배치될 수 있고, 삼차 및 더 높은 차수의 도관이 추가적으로 그 주위에 배치될 수 있고, 그에 따라 버너 세장형 방향으로 평행한 축방향 유동 채널들을 형성할 수 있다. 그러한 배열체는 익숙할 것이다.
전형적으로, 동심적 및/또는 동축적 실린더들과 같은 예를 들어 동심적 및/또는 동축적 관들이 일차, 이차, 및 더 높은 차수의 도관을 위한 환형 유동 영역 또는 섹터를 형성할 수 있다. 예를 들어, 단일의 또는 복수의 환형 섹터를 포함하는 환형 유동 채널이 희망에 따라 일차 유동, 이차 유동 및 삼차 유동을 구성할 수 있다.
바람직하게, 본 발명의 버너는 미립자 탄소 연료의 연소를 위해서 구성되고, 바람직한 경우에, 미분형 연료 버너이다. 바람직하게, 버너는 연료를 버너 유입구에, 그리고 특히 적어도 일차 도관의 유입구에 공급하기 위한 미립자 탄소 연료의 공급원을 포함한다.
바람직하게, 미분형 연료 버너는 미분화된 석탄 버너, 예를 들어 미분화된 역청탄(bituminous coal) 또는 건조되고 미분화된 저등급 석탄을 위한 버너이다. 결과적으로, 바람직하게, 미분형 연료는 미분화된 석탄, 예를 들어 미분화된 역청탄 또는 건조되고 미분화된 저등급 석탄이다. 대안적으로, 본 발명의 버너는, 바이오매스(biomass), 미분형 탄소 폐기 재료 등과 같은 미분형 탄소 연료의 연소를 위해서 구성될 수 있다.
본 발명의 보다 완전한 양태에서, 연소 장치가 제공되고, 그러한 연소 장치는:
연소 챔버; 및
연소 챔버 내에서 연소 장소를 형성하도록 위치된 전술한 바와 같은 적어도 하나의 그리고 바람직하게 복수의 버너를 포함한다.
바람직하게, 연소 장치는 증기 발생을 위한 보일러를 포함한다.
바람직하게, 사용되는 연료는 미립자 탄소 연료이고, 바람직한 경우에, 미분형 연료, 가장 바람직하게 미분화된 석탄이다.
이제, 단지 예로서 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이다.
도 1은 본 발명의 가능한 실시예의 예를 도시한다.
도 2은 도 1의 엘보 배열체의 추가적인 상세 부분을 도시한다.
도 3은 도 1의 실시예 내의 유동 패턴을 도시한다.
도 4는 도 1의 실시예에 대한 설계/치수 고려사항을 도시한다.
도 5은 본 발명의 가능한 보다 단순한 실시예의 예를 도시한다.
도 6는 도 5의 실시예에 대한 설계/치수 고려사항을 도시한다.
도 1은, 일차 공기 엘보 파이프(1)가 일차 공기 단부 파이프(3)를 통해서 버너 배출구(7)로 유도되는, 본 발명의 가능한 실시예의 예를 도시한다. 엘보 파이프는 유동 방향의 90도 변화를 형성하고, 단부 파이프는, 직경의 적어도 3배인 길이를 가지는 버너 배출구에 선형 축방향 유동 방향을 제공한다. 이들은 함께, 연소 가능한 미분형 연료의 공급 및 연소제 가스의 공급을 사용 중에 연료의 연소가 부근에서 지원되는 일차 도관 배출구로 이송하도록 배치된 일차 도관의 하류 부분을 형성한다. 일차 도관은 코어 공기를 버너 배출구에 공급하기 위해서 코어 도관(5) 주위에 환형으로 배치된다. 다른 도관(미도시)이 완전한 버너 설계에서 익숙한 방식으로 포함될 수 있다.
일차 도관에 의해서 형성된 일차 유동 채널은, 점진적으로 하류를 따라, 엘보 파이프의 하류 부분 내로 연장되는 절반 개방 농축기(11), 환형 편향부(13), 및 쌍을 이룬 확산기(15)를 포함하고, 각각의 확산기는 일차 공기 단부 파이프의 내측 표면으로부터 내향 돌출되는 환형 구조물 및 코어 도관의 외측 표면으로부터 외향 돌출되는 불릿 구조물의 형태이다. 그 각각이 축방향으로 장착된다. 편향기 및 확산기가 그러한 축을 중심으로 회전 대칭적이다. 농축기(11)는, 소정 정도의 비대칭적인 유동을 생성하기 위해서 하나의 측면이 폐쇄된다는 의미에서, 비대칭적이다. 불릿 구조물이 코어 도관 주위에 장착되어 버너를 따라 축방향으로 병진운동될 수 있다.
도 2는 농축기(11)가 위치되는 엘보 영역의 3개의 상이한 부분 절개도를 도시하고, 그러한 3개의 도면은 함께, 소정 정도의 원형 유동 운동을 농축기 하류에서 만드는(또는 이루어지는(effected)) 농축기에 의해서 형성된 부분적으로 폐쇄된 내부 및 외부 유동 채널을 도시하기 위한 것이다.
유동 패턴이 도 3에 도시되어 있다.
유동 구역(A) 내에서, 엘보 입자 농축기는 엘보 파이프 굽힘 유동을 PA 단부 파이프 내의 직선형 유동으로 변경한다. 유동은 코어 공기 파이프의 표면에 집중된다. 하부 측에서 더 큰 유동이 존재한다. 엘보 석탄 농축기의 일 측면의 폐쇄는, 도 5에 더 도시된 회전 유동을 생성한다. 구역(B)에서, 편향기는 입자의 분산을 유지하기 위해 유동/입자를 편향시키고, 농축기로부터의 유동과 상호작용한다. 구역(C)은, 작은 입자 유동의 균형을 개선하기 위해, D에서 확산기 배열체에 의해서 생성된 부분적 막힘에 의해서 폐쇄된 재순환 구역을 포함한다. 구역(D)에서, 확산기 배열체는 유동 및 입자 분배를 더 변경한다.
도 4는 적절한 설계 매개변수를 고려한다. 예는 다음과 같다.
- 0.5 ≤ (A+B)/F ≤ 0.8, 권장 0.7 ~ 0.75
- 0.2 ≤ A/(A+B) ≤ 0.6, 권장 0.4 ~ 0.5
- 0.4 ≤ B/(A+B) ≤ 0.8, 권장 0.5 ~ 0.6
- 0.5 ≤ C/F ≤ 0.8, 권장 0.6 ~ 0.7
- 0.5 ≤ D/F ≤ 0.8, 권장 0.6 ~ 0.7
- 0.5 ≤ E/F ≤ 0.8, 권장 0.6 ~ 0.7
- 면적 "G" ≥ 면적 "B"
편향부와 엘보 농축기 사이의 "G"의 통과 면적은 "B"보다 커야 한다.
- 편향기 "C"와 확산기 "D" 및 "E" 사이의 거리/위치는 버너 적용예에 따라 달라지나, 0.5 × PA 이상의 직경일 수 있다.
- 확산기 "D" 및 "E"의 배열이 변화될 수 있다.
- 엘보 농축기 길이 "L", L ~ 엘보 굽힘 R × (15°~ 45°) 커버리지(coverage), 권장 25°~ 30°커버리지.
· 즉 L ~ 엘보 굽힘 반경 × sin(25°또는 30°)
- α 및 θ의 각도가 0°~ 90°, 권장 45°~ 60°.
- D 및 E의 확산기 기울기는 다양한 각도 및 형상을 가질 수 있다.
- PA 파이프 직경 ≥ 3 × PA 직경.
도 5는 본 발명의 가능한 보다 단순한 실시예의 예를 도시하고, 도 6은 도 5의 실시예에 대한 설계/치수 고려사항을 도시한다.
단순화된 모델에서, 유동은 엘보 농축기(21) 및 불릿 확산기(23)에 의해서만 변경된다. 엘보 석탄 농축기는 중심 유동 프로파일로 농축된 "유동 2"를 생성한다. 엘보 석탄 농축기의 일 측면이 막혀, 회전 운동 "유동 1"을 생성한다. 유동 2는 유동 1과 만나기 위해서 불릿(23)에 의해서 외향 전환된다. 유동 1은 석탄을 보다 더 균일하게 분배한다. 유동 1 및 2의 차단(interception)은 유동 2의 접선방향 운동을 감소시킬 것이고 출구에서 안정시킬 것이다. 불릿은 석탄 분배를 제어하기 위해서 상하로 이동될 수 있다.
도 6은 적절한 설계 매개변수를 고려한다. 예는 다음과 같다.
· 엘보 농축기의 내부 및 외부 면적비 = 40%/60%
· 불릿 막힘 = 농축기가 없는 엘보 출구의 20%
· 엘보 출구로부터의 불릿 위치 = 1 × φPA
· 엘보 굽힘 반경은 PA 직경과 동일하도록 고정되고, RElbow = φPA
· PA 길이 = 4 × φPA
· 엘보 농축기 단차부, E = RElbow/2 × Sin(25°)
본 발명의 원리에 관한 이러한 그리고 다른 조합 및 변경은, 엘보 파이프를 통해서 단부 파이프 내로 연료 및 가스 혼합물이 전달될 때 방향 변화로 인한 바람직하지 못한 유동 농도 영향을 완화시켜 연소 성능을 개선하는 단부 파이프 배출구에서의 미분형 연료 및 연소제 유동 분배 및 농축을 생성하도록 최적화될 수 있다.

Claims (17)

  1. 일차 도관 배출구를 갖는 버너용 일차 도관으로서; 상기 일차 도관은 일차 도관 배출구로 연장되는 일차 도관 유동 채널을 형성하며;
    상기 일차 도관은 제1 유입구 단부로부터 상기 일차 도관 배출구에 상응하는 제2 배출구 단부까지 선형 유동 방향을 갖는 유동 채널을 형성하는 일차 도관 배출구에 근접한 일차 도관 단부 파이프, 및 일차 도관 단부 파이프 상류에 있고 그와 유체 연통되며 제1 유입구 단부로부터 일차 도관 단부 파이프의 유입구 단부에 상응하는 제2 배출구 단부까지 이탈 유동 방향을 갖는 유동 채널을 형성하는 일차 도관 엘보 파이프를 포함하고;
    상기 일차 도관의 내경보다 작은 외경을 갖고 일차 도관 단부 파이프에 대해서 축방향으로 그리고 일차 도관 엘보 파이프와 일차 도관 단부 파이프 사이의 접합부 부근에 배치되어 일차 도관 유동 채널을 동심적(concentric) 외부 및 내부 유동 채널로 분할하는 세장형 환형 링 포메이션을 포함하는 입자 농축기가 상기 일차 도관 유동 채널 내에 제공되는, 일차 도관.
  2. 제1항에 있어서,
    입자 농축기가 사용 시 엘보에서 미분형 연료 유동 프로파일을 제어하도록 구성되는, 일차 도관.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 입자 농축기가, 축방향 유동 채널 내로 반경방향으로 돌출되고 축방향 유동 채널 내에서 축방향으로부터 멀리 중심을 향해서 유동을 전환하는 반경방향 돌출 포메이션을 포함하는, 일차 도관.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입자 농축기가 회전 유동을 생성하도록 구성되는, 일차 도관.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 입자 농축기의 동심적 외부 및 내부 유동 채널이 상기 환형 유동 채널의 궁형(arcuate) 부분에 대해서 막히는(occluded), 일차 도관.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 일차 도관 단부 파이프는 코어 도관을 중심으로 동축으로 배치되고, 상기 코어 도관은 추가적인 연소제 가스 유동과 같은 추가적인 가스 유동을 코어 도관 배출구까지 이송하기 위한 코어 유동 채널을 형성하고, 그에 따라, 일차 도관 단부 파이프가 코어 도관을 중심으로 하는 환형 유동 채널을 형성하도록, 배치되는, 일차 도관.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 입자 확산기를 더 포함하고, 상기 제1 입자 확산기는 축방향으로 장착된 불릿 포메이션을 포함하고, 상기 불릿 포메이션은, 하류 유동 방향으로 점진적으로, 일차 도관 유동 채널의 점진적으로 증가하는 막힘을 제공하기 위해서 반경방향 외향 연장 방식으로 펼쳐지는 제1 벽 부분, 및 일차 도관 유동 채널의 점진적으로 감소되는 막힘을 제공하기 위해서 반경방향 내향 연장 방식으로 테이퍼링되는 제2 벽 부분, 그리고 제1 및 제2 벽 부분들 사이 중간의 테이퍼링되지 않은 원통형의 제3 벽 부분을 포함하는, 일차 도관.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 입자 확산기는 제1 및 제2 벽 부분 사이의 중간에서 테이퍼링되지 않은 원통형 제3 벽 부분을 포함하는, 일차 도관.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 제1 입자 확산기는 버너를 따라서 축방향으로 병진운동될 수 있도록 장착되는, 일차 도관.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입자 농축기의 하류와 상기 입자 확산기의 상류에서 입자 편항기를 더 포함하고, 상기 입자 편항기는, 일차 도관 단부 파이프의 내부 둘레부 주위에서 연장되도록 일차 도관 단부 파이프 내측에 장착된 외부 둘레부 및 일차 도관 유동 채널 내로 연장되고 그 채널을 부분적으로 막는 반경방향 벽 부분을 가지는 환형 판 포메이션을 포함하는, 일차 도관.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    추가적인 입자 확산기를 더 포함하고, 상기 추가적인 입자 확산기는 일차 도관 단부 파이프의 내부 둘레부 주위에서 연장되도록 일차 도관 단부 파이프 내측에 장착되는 외부 둘레부를 가지는 세장형 환형 링 포메이션을 포함하고, 점진적으로 하류 유동 방향으로, 일차 도관 유동 채널의 점진적으로 증가되는 막힘을 제공하기 위해서 반경방향 내향 연장 방식으로 테이퍼링되는 제1 벽 부분, 및 일차 도관 유동 채널의 점진적으로 감소되는 막힘을 제공하기 위해서 반경방향 외향 연장 방식으로 펼쳐지는 제2 벽 부분을 형성하는, 일차 도관.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 일차 도관 단부 파이프가 그 횡방향 범위의 적어도 3배의 길이를 가지는, 일차 도관.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    연소 가능한 미분형 연료의 공급 및 연소제 가스와 같은 가스의 공급을 수용하도록 배치된 일차 도관 유입구를 더 포함하고; 상기 일차 도관은, 연료 및 가스의 혼합물을 배출구로 이송하기 위해서, 일차 도관 유입구로부터 일차 도관 배출구까지 연장되는 일차 도관 유동 채널을 형성하고; 일차 도관 엘보 파이프 및 단부 파이프가 배출구를 향해서 연속적으로 인접하여 일차 도관의 하류 부분 내에 위치되는, 일차 도관.
  14. 제13항에 있어서,
    일차 도관 유입구에서 연소 가능한 미분형 연료의 공급부 및 연소제 가스의 공급부와 유체 연통되는, 일차 도관.
  15. 연소 가능한 미분형 연료의 공급 및 연소제 가스의 공급을 수용하기 위한 버너 유입구 및 사용 중에 연료의 연소가 근방에서 지원되는 버너 배출구를 갖는 버너로서; 상기 버너가 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 일차 도관을 포함하는, 버너.
  16. 제15항에 있어서,
    적어도 하나의 추가적인 도관, 예를 들어, 추가적인 연소제 가스와 같은 추가적인 가스를 버너 배출구에서의 연소 장소로 공급하기 위한 추가적인 유동 채널을 포함하는, 하나 이상의 이차 도관 및 선택적으로 하나 이상의 삼차 또는 그 보다 높은 차수의 도관을 더 포함하는, 버너.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서,
    미분화된 석탄과 같은 미립자 탄소 연료의 연소를 위해서 구성된, 버너.
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