KR20190025903A - 버너 - Google Patents

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KR20190025903A
KR20190025903A KR1020197000526A KR20197000526A KR20190025903A KR 20190025903 A KR20190025903 A KR 20190025903A KR 1020197000526 A KR1020197000526 A KR 1020197000526A KR 20197000526 A KR20197000526 A KR 20197000526A KR 20190025903 A KR20190025903 A KR 20190025903A
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burner
outlet
flow
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KR1020197000526A
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Inventor
김익수
Original Assignee
두산 밥콕 리미티드
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Abstract

연료의 공급 및 연소제 가스의 공급을 수용하기 위한 버너 유입구 및 사용 중에 연료의 연소가 부근에서 지원되는 버너 배출구를 갖는 버너가 설명된다. 버너는 연료 및 일차 가스의 혼합물을 이송하기 위한, 버너 축을 따라서 일차 도관 배출구까지 연장되는 일차 유동 채널을 형성하는 일차 도관; 이차 가스를 이송하기 위해서 버너 축에 평행하게 이차 도관 배출구까지 연장되는 일차 도관을 중심으로 배치된 이차 유동 채널을 형성하는 이차 도관; 슈라우드 중앙 배출구 및 슈라우드 중앙 배출구로부터 일차 도관 배출구 및 이차 도관 배출구 위에서 그리고 이들을 넘어서 외향 연장되는 판 포메이션을 가지는, 버너 축에 횡방향으로 버너 배출구에 위치된 슈라우드 배출구 판을 포함하는 버너 슈라우드; 슈라우드 중앙 배출구에 유체적으로 커플링되고 그 곳에서 일차 유동 채널 내의 유동을 슈라우드 중앙 배출구로의 제1 일차 하위 유동과 슈라우드 중앙 배출로부터 멀리 전환되는 제2의 일차 하위 유동 사이에서 분할하도록 구성된 일차 유동 분할기를 포함한다.

Description

버너
본 발명은 버너, 특히 탄소 연료(carbonaceous fuel)의 연소를 위한 버너에 관한 것이다. 예를 들어, 본 발명은 미분형 석탄 또는 바이오매스(biomass)와 같은 미립자 고체 탄소 연료, 연료 오일과 같은 액체 연료, 또는 기체 탄화수소와 같은 기체 연료의 연소를 위한 버너에 관한 것이다. 예를 들어, 본 발명은 파워 발생 장치에서 이용하기 위한 버너 및 하나 이상의 그러한 버너를 포함하는 파워 발생 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 그러한 버너를 위한 버너 배출구 슈라우드(shroud) 배열 및 이를 포함하는 버너에 관한 것이다. 가능한 경우에, 본 발명은 미분형 석탄 발화 버너와 같은 미분형 연료 버너에 관한 것이다.
일반적인 용어에서, 탄소 연료의 연소를 위한 버너는 이하를 포함하는 많은 수의 구성요소를 포함할 수 있다:
● 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; 고체 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.
버너 내의 불꽃 온도 및/또는 방출물을 감소시키는 것이 바람직한 경우에, 재순환되는 플루 가스의 이용하는 해결책이 알려져 있다. 플루 가스 재순환(flue gas recycle (FGR)) 원리는 통상적인 버너로부터 무불꽃 산화(flameless oxidation (FLOX)) 버너까지의 버너 설계의 범위에 걸쳐 적용될 수 있고, 불꽃 온도를 억제하는데 있어서 그리고 방출물 특히 NOx 형성을 감소시키는데 있어서 효과적일 수 있다.
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.
불꽃 온도 및/또는 버너로부터의 방출물을 줄이는데 있어서 효과적인 버너 설계의 대안적인 배열이 바람직하다.
본 발명에 따라, 연료의 공급 및 연소제 가스의 공급을 수용하기 위한 버너 유입구 및 사용 중에 연료의 연소가 부근에서 지원되는 버너 배출구를 갖는 버너가 제공되고; 그러한 버너는:
연료 및 연소제 가스와 같은 일차 가스의 혼합물을 이송하기 위한, 버너 축을 따라서 일차 도관 배출구까지 연장되는 일차 유동 채널을 형성하는 일차 도관;
연소제 가스와 같은 이차 가스를 이송하기 위해서 버너 축에 평행하게 이차 도관 배출구까지 연장되는 일차 도관을 중심으로 배치된 이차 유동 채널을 형성하는 이차 도관;
슈라우드 중앙 배출구 및 슈라우드 중앙 배출구로부터 일차 도관 배출구 및 이차 도관 배출구 위에서 그리고 이들을 넘어서 외향 연장되는 판(plate) 포메이션을 가지는, 버너 축에 횡방향으로 버너 배출구에 위치된 슈라우드 배출구 판을 포함하는 버너 슈라우드;
슈라우드 중앙 배출구에 유체적으로 커플링되고 그 곳에서 일차 유동 채널 내의 유동을 슈라우드 중앙 배출구로의 제1 일차 하위 유동(subflow)과 슈라우드 중앙 배출로부터 멀리 전환되는 제2의 일차 하위 유동 사이에서(between) 분할하도록 구성된 일차 유동 분할기(divider)를 포함한다.
본 발명은 버너 축을 따라서 연장되는 일차 유동 채널을 형성하는 일차 도관 및 일차 도관을 중심으로 배치된 이차 유동 채널을 형성하는 적어도 하나의 이차 도관을 가지는 일반적인 유형의 버너 설계의 범위에 적용될 수 있고, 또한 선택적으로 이하에서 설명되는 바와 같이 익숙한 방식으로 삼차 또는 다른 더 높은 차수의 도관을 갖는 버너를 포함한다. 본 발명은 분명하게 버너 슈라우드의 제공, 연료를 포함하는 일차 스트림을 2개의 하위 스트림으로 분할하는 것, 그리고 그에 의해서 버너 배출구 하류의 2개의 반응 구역을 생성하는 것을 특징으로 한다. 적절히 구성될 때, 이러한 설계의 효과로서 버너의 전방부에서 플루 가스를 생성할 수 있고, 플루 가스 재순환과 동일한 효과를 생성할 수 있으며, 및/또는 FGR 재순환을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 버너에서, 버너는, 버너 축을 따라서 연장되는 일차 유동 채널, 및 일차 유동 채널 주위에 배치되고 그로부터 유체적으로 격리되며 일차 도관 주위에 배치된 하나 이상의 이차 도관에 의해서 형성되는 이차 유동 채널을 형성하는 일차 도관을 포함한다. 버너 배출구에 근접한 일차 도관의 하류 단부에서, 일차 유동 채널 내의 유동을 제1 및 제2 스트림 사이에서 분할하는 일차 유동 분할기가 제공된다. 제1 유동 스트림은 유밀(流蜜) 방식으로 슈라우드 중앙 배출구에 직접 커플링되고, 그에 따라 일차 유동의 제1 부분이 중앙 배출구를 직접적으로 통과한다. 슈라우드 중앙 배출구는 사용 시에 중앙 버너 배출구로서의 역할을 한다. 버너 중앙 배출구를 통한 유동은 버너를 넘어서 연소 구역에서 제1 반응 구역을 생성하는 경향이 있다.
제2 유동 스트림은, 슈라우드 중앙 배출구로부터 멀리 전환되고, 슈라우드 중앙 배출구로부터 외향으로 연장되는 판 포메이션의 후방 면에 충돌하도록 그리고 그러한 후방 면에 의해서 편향되도록 전환되는, 일차 유동의 부분을 포함한다. 판 포메이션은 배플 판(baffle plate)으로서 효과적으로 그 역할을 한다. 따라서, 일차 유동 분할기는 일차 유동 채널 내의 유동을 제1 일차 하위 유동 및 제2 일차 하위 유동 사이에서 분할하도록, 그리고 제1 일차 하위 유동을 슈라우드 중앙 배출구를 통해 지향시키도록(direct), 그리고 판 포메이션의 후방 면과 충돌시키고 그에 의해서 슈라우드 중앙 배출구로부터 멀리 외측으로 편향시키기 위해서 제2 일차 하위 유동을 슈라우드 중앙 배출구로부터 멀리 전환시키도록 구성된다.
유사하게, 이차 유동 도관은, 이차 유동 채널로부터의 유동이 판 포메이션의 후방 면에 충돌하도록 그리고 동일한 방식으로 판 포메이션의 후방 면에 의해서 편향되도록, 이차 유동 도관을 가로질러 연장되는 판 포메이션에 대해서 상대적으로 배치된다.
일차 유동 및 이차 유동의 제2 유동 스트림 모두가, 배플 판으로서 작용하는, 판 포메이션에 의해서 변환되고, 그리고 그 둘레부를 향해서 전달되는 경향을 갖는다.
판 포메이션은, 예를 들어, 그 둘레부에서 또는 둘레부를 향해서 적절한 배출구 수단을 제공하는 것에 의해서 적절하게 구성되어, 도 3에서 더 자세히 나타난 방식에 따라 일차 유동 및 이차 유동의 구획된 부분을 포함하는 이러한 편향된 유동으로 하여금 배플 판의 둘레부에서 또는 그러한 둘레부를 향해서 버너를 넘어 전달되도록 하며, 그에 의해서 제1 반응 구역과 구분되는 버너를 넘어서는 연소 구역 내의 제2 반응 구역을 생성하기 위한 경향을 갖는다.
2개의 반응 구역은 예를 들어 도 2에 도시된 그리고 이하에서 더 구체적으로 설명되는 방식으로 생성된다.
편리한 실시예에서, 일차 유동 분할기는, 일차 도관과 동축적으로 위치되나 그보다 작은 횡방향 범위의 세장형 환형 구조물을 포함하고, 그 둘 모두가 일차 도관보다 작은 직경의 원통형인 바람직한 경우에, 세장형 환형 구조물은 슈라우드 중앙 배출구와 유밀(fluid tight) 방식으로 커플링된 배출구 단부 및 일차 유동 채널과 유체 연통되는 유입구 단부를 갖는다. 그러한 배열은 일차 유동 채널을 2개의 스트림으로 효과적으로 분할하고, 2개의 스트림은, 환형 구조물에 의해서 형성된 중앙 채널을 통한 그리고 직접적으로 슈라우드 중앙 배출구로의 제1 일차 하위 유동, 및 중앙 환형부(annulus)의 외부 벽과 일차 도관의 내부 벽 사이를 통과하고 이어서 전술한 방식으로 판 포메이션의 후방 표면에 충돌하고 그에 의해서 전환되는 제2 일차 하위 유동을 포함한다.
따라서, 일차 유동은, 도 2에 도시된 바와 같이 중앙 버너 배출구로서 제1 반응 구역에 작용하는 슈라우드 중앙 배출구의 바깥으로 직접 전달되는 제1 스트림과, 이차 유동 채널로부터의 스트림과 혼합되고, 슈라우드 판에 의해서 편향되며, 그리고 도 2에 도시된 방식으로 제2 반응 구역을 형성하는 제2 스트림 사이에서 효과적으로 분할된다.
선택적으로, 버너는, 연소제 가스와 같은 삼차 가스를 이송하기 위한 삼차 유동 채널을 각각 형성하는 하나 이상의 삼차 도관을 포함한다. 예를 들어, 복수의 삼차 도관은 일차 및 이차 주위에 배치되어 제공된다. 그러한 실시예에서, 슈라우드 배출구 판은, 각각의 그러한 삼차 도관을 위해서, 삼차 가스를 삼차 도관으로부터 버너를 넘어선 연소 구역까지 지향시키기 위해서 삼차 도관과 유체 연통되는 슈라우드 삼차 개구(aperture)를 포함한다. 특히, 슈라우드 삼차 개구는, 앞서 규정된 바와 같이, 삼차 가스를 제1 반응 구역으로 지향시키도록 구성된다.
도관은 세장형 유동 채널을 형성하는 임의의 적합한 배열을 포함할 수 있다. 일차 및 이차 그리고, 적용 가능한 경우에, 삼차 및 더 높은 차수 그리고 코어 도관의 각각이, 세장형 유동 채널을 형성하는 하나 이상의 세장형 구조물을 각각 포함할 수 있다. 도관이 복수의 유동 채널을 포함하는 경우에, 그러한 도관은 예를 들어 일반적으로 평행하다. 익숙한 설계에서, 일차, 이차 그리고 적용 가능한 경우에 삼차 또는 더 높은 차수의 도관이 예를 들어 축방향으로 서로를 중심으로 배치되어 버너 세장형 방향으로 축방향 유동을 형성할 수 있다. 예를 들어, 일차 도관이 버너 축을 따라 제공될 수 있고, 이차 도관이 그 주위에 배치될 수 있고, 삼차 또는 더 높은 차수의 도관(존재하는 경우)이 추가적으로 그 주위에 배치되어 버너 세장형 방향으로 평행 축방향 유동 채널들을 형성할 수 있다. 그러한 배열은 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.
일차, 이차 또는 더 높은 차수의 도관이 하나 이상의 소용돌이부(swirler) 디바이스를 포함하여, 사용 시에 도관 내의 가스 유동 내에서 소용돌이 운동을 유발할 수 있다.
특히 바람직한 경우에, 각각의 삼차 도관이 그 유동 채널 내에서 하나 이상의 소용돌이부 디바이스를 포함하여, 사용 시에 도관 내의 가스 유동 내로 소용돌이 운동을 도입할 수 있다.
이차 또는 더 높은 차수의 도관이, 버너 축방향으로부터 멀리 배출구를 넘어서 유동을 지향시키도록 배치된 배출구를 구비할 수 있고, 그에 따라 배출구를 넘어서 가스 유동 내로 소용돌이 운동을 도입할 수 있다.
특히 바람직한 경우에, 각각의 삼차 도관이, 버너 축방향으로부터 멀리 배출구를 넘어서 유동을 지향시키도록 배치된 배출구를 구비할 수 있고, 그에 따라 배출구를 넘어서 가스 유동 내로 소용돌이 운동을 도입할 수 있다.
유리하게, 다수의 삼차 도관이, 버너 축을 중심으로 배치되고 그리고 버너 축방향으로부터 멀리 배출구를 넘어서 유동을 지향시키도록 협력-동작 가능하게 배치된 배출구 개구를 구비하며, 그에 따라 배출구를 넘어서 삼차 가스 유동 내로 소용돌이 운동을 도입한다.
유리하게 각각의 그러한 도관은, 도관 내의 가스 유동 내로 소용돌이부 운동을 도입하기 위해서, 하나 이상의 소용돌이부 디바이스를 부가적으로 구비하고, 각각의 스트림 내의 이러한 개별적인 소용돌이 운동은 하류에서 유도되는 전체적인 소용돌이 운동을 보완한다.
유리하게, 본 발명에 따른 일차 도관은, 버너 세장형 방향으로 세장형이고 그에 의해서 버너 축을 형성하는, 실린더와 같은 일차 관을 포함하고, 그에 따라 일차 도관 관의 내부 표면은 일차 유동 채널을 형성한다. 이어서, 일차 도관 관의 하류 단부에는, 일차 도관 관과 동축적으로 위치되나 그보다 작은 횡방향 범위의 세장형 환형 구조물을 포함하는 일차 유동 분할기가 제공되고, 그 둘 모두가 일차 도관보다 작은 직경의 원통형인 바람직한 경우에, 세장형 환형 구조물은 슈라우드 중앙 배출구와 유밀 방식으로 커플링된 배출구 단부 및 일차 유동 채널과 유체 연통되는 유입구 단부를 갖는다.
그러한 배열은 하류 단부에서 일차 유동 채널을 2개의 스트림으로 분할하고, 2개의 스트림은, 환형 구조물에 의해서 형성된 중앙 채널을 통한 그리고 직접적으로 슈라우드 중앙 배출구로의 제1 일차 하위 유동, 및 중앙 환형부의 외부 벽과 일차 도관 관의 내부 벽 사이를 통과하고 이어서 전술한 방식으로 판 포메이션의 후방 표면에 충돌하고 그에 의해서 전환되는 제2 일차 하위 유동을 포함한다.
유리하게, 유동 분할기의 외측으로 펼쳐진 단부 부분이 제공되어, 제2 일차 하위 유동이 판 포메이션의 후방 표면에 충돌할 때, 제2 일차 하위 유동을 외측으로 안내할 수 있다.
유리하게, 본 발명에 따른 이차 도관은, 일차 도관 관의 외부 표면 및 이차 도관 관의 내부 표면이 일차 유동 채널을 중심으로 환형으로 이차 유동 채널을 형성하도록, 버너 세장형 방향으로 세장형이고 일차 도관 관과 동축적으로 위치되고 그로부터 유체적으로 격리되는, 실린더와 같은 이차 관을 포함한다.
유리하게, 일차의 외측으로 펼쳐진 단부 부분이 제공되어, 이차 유동이 판 포메이션의 후방 표면에 충돌할 때, 이차 유동을 외측으로 안내할 수 있다.
삼차 도관 관과 같은 삼차 도관이 제공될 수 있다. 전형적으로, 복수의 삼차 도관이, 이차 도관을 넘어서 그리고 그로부터 유체적으로 격리되어, 버너 주위에 배치되어 제공될 수 있다.
본 발명의 원리가 적용되는 일차 도관은, 전형적으로, 익숙한 방식으로, 연소제 가스와 같은 가스의 공급 및 연소 가능 연료의 공급을 수용하고 이들을 버너 배출구에 위치되는 버너의 연소 장소까지 이송하기 위한 연속적인 유동 채널을 포함한다.
일차 도관은 보다 완전하게, 연소 가능한 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 형성한다.
일차 도관은 바람직하게 일차 도관 유입구에서 연소 가능 연료의 공급부 및 연소제 가스의 공급부와 유체 연통된다.
유리하게, 본 발명의 버너는 탄소 연료, 예를 들어 미분형 석탄 또는 바이오매스와 같은 미립자 고체 탄소 연료, 연료 오일과 같은 액체 연료, 또는 기체 탄화수소와 같은 기체 연료의 연소를 위해서 구성된다. 유리하게, 버너는 연료를 버너 유입구에, 그리고 특히 적어도 일차 도관의 유입구에 공급하기 위한 탄소 연료의 공급원을 포함한다.
가능한 경우에, 본 발명의 버너는 미립자 탄소 연료의 연소를 위해서 구성되고, 바람직한 경우에, 미분형 연료 버너이다. 바람직하게 그러한 경우에, 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, 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 고체 연료, 가장 바람직하게 미분화된 석탄이다.
이제, 단지 예로서 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이다.
도 1은 본 발명의 가능한 실시예의 예의 버너 슈라우드의 정면도를 도시한다.
도 2는 도 1의 실시예의 버너 배출구 및 버너 슈라우드에 근접한 횡단면도를 도시한다.
도 3은 도 1 및 도 2의 실시예의 버너 하류의 2개의 반응 구역의 생성을 도시한다.
도면들은 버너의 버너 배출구 단부에서 본 발명의 원리를 구현한 버너 슈라우드를 도시하고, 도 1은 슈라우드 판의 전방 입면도를 도시하며, 도 2는, 각각 좌측으로부터 우측으로 횡단면으로 첫 번째로 버너의 전체 판 및 하류 단부를 그리고 이어서 보다 구체적으로 그리고 단순화된 분해도로 버너 배출구 단부를 도시한다. 도 2의 구성요소, 그리고 특히 유동 분할기(11) 그리고 그와 연관된 특징이 예시를 위해서 절취되어 도시되었을 수 있다는 것이 강조되어야 한다.
슈라우드(1)는, 사용 시에 배출구 하류의 연소 구역에 공급하기 위한 버너 중앙 배출구로서의 역할을 하는, 버너 축 상의 중앙 배출구(5)로부터 외측으로 연장되는 슈라우드 판(3)을 포함하는 정면도에 도시되어 있다. 삼차 공기(TA)를 연소 구역에 공급하기 위해서 삼차 공기 관(17)과 연통되는 4개의 삼차 배출구(7)가 중앙 배출구(5) 주위에서 균일하게 이격된다. 일차 공기 관(13)을 포함하는 일차 도관은, 연료 및 일차 공기(PA)의 혼합물을 이송하기 위해서 버너 축을 따라 연장되는 일차 유동 채널을 형성한다. 일차 관 주위에 환형으로 그리고 그와 동축적으로 배치된 이차 관(15)을 포함하는 이차 도관이 이차 공기(SA)의 공급을 위한 이차 유동 채널을 형성한다.
환형 유동 분할기(11)는 하류 단부에서 일차 관 내에 배치된다. 유동 분할기(11)의 주 구조물은, 일차 관 내에 동축적으로 위치되고 배출구(5)에 유밀 방식으로 커플링된 세장형의 환형 실린더이다. 유동 분할기(11)는 예시를 위해서 절취되어 도시되었고, 실제로 비교적 더 세장형일 수 있다. 그러나, 이는, 일차 공기를 2개의 스트림들 사이에서 구획하는 작용을 하는 분할기의 기능을 예시하고, 2개의 스트림은 분할기(5)를 통해서 직접 유동되는 제1 스트림 및 분할기(5)의 외부 벽과 일차 관의 내부 벽 사이에서 유동되는 제2 스트림이다. 일차 유동을 2개의 하위-스트림(PA1 및 PA2)으로 이렇게 구획하는 것은 본 발명의 핵심이다.
분할기(5)를 통해서 직접적으로 유동되는 제1 유동 스트림은 중앙 배출구의 외측으로 전달되어, 연료/일차 공기 혼합물(PA1)을 버너 하류의 연소 구역 내의 제1 반응 구역에 제공한다.
판 포메이션(3)의 후방 면은, 일차 관의 배출구 및 이차 관의 배출구에 걸쳐서 달리 연장되고 이들을 막는다(occlude). 따라서, 판 포메이션은, 일차 관의 배출구 및 이차 관의 배출구를 각각 빠져 나가는 이차 공기(SA) 및 연료/일차 공기(PA2)의 제2 스트림을 막고 편향시킨다. 편향은 일차 관(13) 및 분할기(5)의 각각의 펼쳐진 단부 부분에 의해서 더 안내된다. 일차 유동 및 이차 유동의 제2 유동 스트림 모두가, 배플 판으로서 작용하는, 판 포메이션에 의해서 변환되고, 그리고 그 둘레부를 향해서 전달되는 경향을 갖는다.
판 포메이션은, 예를 들어, 그 둘레부에서 또는 둘레부를 향해서 적절한 배출구 수단을 제공하는 것에 의해서 적절하게 구성되어, 일차 유동 및 이차 유동의 구획된 부분을 포함하는 이러한 전환된 유동으로 하여금 배플 판의 둘레부에서 또는 그러한 둘레부를 향해서 버너를 넘어서 전달되게 하며, 그에 의해서 도 3에서 더 구체적으로 도시된 방식으로 제2 반응 구역을 버너 하류의 연소 구역 내에 생성하는 경향을 갖는다.
일차 공기/연료의 중앙의 구획된 스트림(PA1)은 중앙 개구를 통해서 반응 구역 1까지 전달된다. 삼차 공기 공급(TA)은 익숙한 방식으로 부가적인 지원 산화제를 이러한 구역에 제공하도록 일반적으로 지향된다. 일차 공기/연료의 외부 구획된 스트림(PA2) 및 이차 공기(SA)는 판에 의해서 편향되어 판의 주변 방향으로 버너를 떠나고 그에 의해서 반응 구역 2를 형성한다. 적절히 구성될 때, 이러한 설계의 효과로서 버너의 전방부에서 플루 가스를 효과적으로 생성할 수 있고, 플루 가스 재순환과 동일한 효과를 생성할 수 있으며 그리고/또는 FGR 재순환을 향상시킬 수 있다.
삼차 배출구(7)는 지향적이고, 버너 축방향 주위의 전반적인 소용돌이 운동을 버너 배출구 하류의 삼차 유동에 부여하도록, 협력적인 방식으로 배출구 유동을 버너 축방향으로부터 멀리 지향시키도록 배치된다.
유리하게 각각의 삼차 도관은, 도관 내의 개별적인 가스 유동 내로 소용돌이부 운동을 도입하기 위해서, 하나 이상의 소용돌이부 디바이스(미도시)를 부가적으로 구비하고, 각각의 스트림 내의 이러한 개별적인 소용돌이 운동은 배출구의 축을 벗어난 지향성에 의해서 하류에서 유도되는 전반적인 소용돌이 운동을 보완한다.
이러한 효과를 제어하기 위한 설계 고려사항 및 선택적인 특징이 이하를 포함할 것이다.
▷ PA 스트림이 연료를 포함하고, 반응 구역 1 및 2에 대한 2개의 스트림(PA1 및 PA2)으로 분할한다.
- PA 는 소용돌이 유동을 생성하기 위한 소용돌이부(들)를 가질 수 있다.
- PA2의 내측은 연료 농도를 제어하기 위한 연료 농축부를 가질 수 있다.
- PA2는 반응 구역 2를 안정화시키기 위해서 블러브(bluff) 본체(들)를 가질 수 있다.
▷ SA 산화제 스트림은 PA를 따라서 주입될 것이나, 부분적인 PA 연료(PA1)와 반응시키기 위해서, 반응 구역 1로 방향이 변화될 것이다.
- SA는 소용돌이 유동을 생성하기 위한 소용돌이부를 가질 수 있다.
- PA2에 부착된 SA 파이프는 반응 구역 2를 안정화시키기 위해서 불꽃 유지기를 가질 수 있다.
▷ TA 산화제 스트림이 연료 스트림(PA2)과 직접 상호작용하여 반응 구역 2를 형성할 것이다.
- TA는 소용돌이 유동을 생성하기 위해서 기울여질(tilted) 수 있다.
- TA는 PA2를 직접적 또는 간접적으로 방해하기 위해서 틸팅될 수 있다.
- TA의 수 ≥ 2
▷ 반응 구역 1에 의해서 생성된 플루 가스는 그 플루 가스를 반응 구역 2에 제공할 것이다.
▷ 버너 슈라우드는 반응 구역 1 포메이션을 안내할 것이다.

Claims (12)

  1. 버너에 있어서:
    연료 및 일차 가스의 혼합물을 이송하기 위한, 버너 축을 따라서 일차 도관 배출구까지 연장되는 일차 유동 채널을 형성하는 일차 도관;
    이차 가스를 이송하기 위해서 버너 축에 평행하게 이차 도관 배출구까지 연장되는 상기 일차 도관을 중심으로 배치된 이차 유동 채널을 형성하는 이차 도관;
    슈라우드 중앙 배출구 및 상기 슈라우드 중앙 배출구로부터 상기 일차 도관 배출구 및 상기 이차 도관 배출구 위에서 그리고 이들을 넘어서 외향 연장되는 판 포메이션을 가지는, 상기 버너 축에 횡방향으로 버너 배출구에 위치된 슈라우드 배출구 판을 포함하는 버너 슈라우드;
    상기 슈라우드 중앙 배출구에 유체적으로 커플링되고 그 곳에서 상기 일차 유동 채널 내의 유동을 상기 슈라우드 중앙 배출구로의 제1 일차 하위 유동과 상기 슈라우드 중앙 배출로부터 멀리 전환되는 제2의 일차 하위 유동 사이에서 분할하도록 구성된 일차 유동 분할기를 포함하는, 버너.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 일차 유동 분할기는 상기 일차 유동 채널 내의 유동을 제1 일차 하위 유동 및 제2 일차 하위 유동 사이에서 분할하도록, 그리고 상기 제1 일차 하위 유동을 상기 슈라우드 중앙 배출구를 통해 지향시키도록, 그리고 상기 판 포메이션의 후방 면과 충돌시키고 그에 의해서 상기 슈라우드 중앙 배출구로부터 멀리 외측으로 편향시키기 위해서 상기 제2 일차 하위 유동을 상기 슈라우드 중앙 배출구로부터 멀리 전환시키도록 구성되는, 버너.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 이차 유동 도관은, 상기 이차 유동 채널로부터의 유동이 상기 판 포메이션의 후방 면에 충돌하도록 그리고 상기 판 포메이션의 후방 면에 의해서 상기 슈라우드 중앙 배출구로부터 멀리 외측으로 편향되도록, 상기 이차 유동 도관을 가로질러 연장되는 판 포메이션에 대해서 상대적으로 배치되는, 버너.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    이러한 편향된 유동으로 하여금 상기 판 포메이션의 둘레부에서 또는 그러한 둘레부를 향해서 상기 버너를 넘어서 전달되도록 하도록, 상기 판 포메이션이 구성되는, 버너.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 일차 유동 분할기는, 상기 일차 도관과 동축적으로 위치되나 그보다 작은 횡방향 범위의 세장형 환형 구조물을 포함하고, 상기 세장형 환형 구조물은 상기 슈라우드 중앙 배출구와 유밀 방식으로 커플링된 배출구 단부 및 상기 일차 유동 채널과 유체 연통되는 유입구 단부를 갖는, 버너.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    삼차 가스를 이송하기 위한 삼차 유동 채널을 각각 형성하는 하나 이상의 삼차 도관을 더 포함하는, 버너.
  7. 제6항에 있어서,
    각각의 삼차 도관이 하나 이상의 소용돌이부 디바이스를 포함하는, 버너.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 슈라우드 배출구 판은, 각각의 그러한 삼차 도관을 위해서, 삼차 가스를 상기 삼차 도관으로부터 상기 버너를 넘어서 연소 구역까지 지향시키기 위해서 상기 삼차 도관과 유체 연통되는 슈라우드 삼차 개구를 포함하는, 버너.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 삼차 개구는, 상기 배출구를 넘어서 삼차 가스 유동 내로 소용돌이 운동을 도입하기 위해서, 버너 축방향으로부터 멀리 상기 배출구를 넘어서 유동을 지향시키도록 배치되는, 버너.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 일차 도관은, 버너 세장형 방향으로 세장형이고 그에 의해서 버너 축을 형성하는 일차 관을 포함하고, 그에 따라 상기 일차 도관 관의 내부 표면은 일차 유동 채널을 형성하고, 상기 일차 도관 관의 하류 단부는 일차 유동 분할기를 구비하고, 상기 일차 유동 분할기는, 상기 일차 도관과 동축적으로 위치되나 그보다 작은 횡방향 범위의 세장형 환형 구조물을 포함하고, 상기 세장형 환형 구조물은 상기 슈라우드 중앙 배출구와 유밀 방식으로 커플링된 배출구 단부 및 상기 일차 유동 채널과 유체 연통되는 유입구 단부를 갖는, 버너.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 이차 도관은, 상기 일차 도관 관의 외부 표면 및 이차 도관 관의 내부 표면이 상기 일차 유동 채널을 중심으로 환형으로 이차 유동 채널을 형성하도록, 버너 세장형 방향으로 세장형이고 상기 일차 도관 관과 동축적으로 위치되고 그로부터 유체적으로 격리되는, 이차 관을 포함하는, 버너.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    미립자 탄소 연료의 연소를 위해서 구성되고, 연료를 적어도 상기 일차 도관의 유입구에 공급하기 위한 미립자 탄소 연료의 공급원을 포함하는, 버너.
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