KR20200090512A - Pilot burner for large size burner - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 대형 버너용 파일럿 버너에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 대형 버너에서 발생될 수 있는 다양한 운전 조건에서 화염의 착화 및 화염의 유지를 안정적으로 구현하는 대형 버너용 파일럿 버너에 관한 것이다.The present invention relates to a pilot burner for a large burner, and more particularly, to a pilot burner for a large burner that stably implements ignition of flame and maintenance of flame under various operating conditions that may occur in a large burner.
알려진 바에 따르면, 석탄화력 보일러는 연료(석탄)를 공급하면서 덕트(duct) 버너에 의해 점화를 수행하며, 덕트 버너의 점화를 위해 기상 또는 액상의 연료를 사용하는 파일럿(pilot) 버너를 사용한다. 파일럿 버너는 공급되는 연료와 공기의 혼합가스를 점화시킨다. 점화 후, 공급되는 연료와 공기에 의하여 지속적인 연소가 진행된다.It is known that a coal-fired boiler performs ignition by a duct burner while supplying fuel (coal), and uses a pilot burner that uses gaseous or liquid fuel to ignite the duct burner. The pilot burner ignites a mixture of fuel and air supplied. After ignition, continuous combustion proceeds by the supplied fuel and air.
대형 버너 운전 시, 경우에 따라 연료의 공급량 또는 연료의 조성이 변동되거나, 상대적인 공기의 양이 변동될 수 있다. 이 경우, 대형 버너는 화염이 불안정하게 되어 실화의 위험을 가지고 있다.When operating a large burner, in some cases, a supply amount of fuel or a composition of fuel may be changed, or a relative amount of air may be changed. In this case, the large burner has a risk of fire due to unstable flame.
예를 들면, 종래의 파일럿 버너는 스파크와 같은 착화원에 연료와 공기(산소)를 공급하여 착화된다. 그리고 파일럿 버너의 착화는 공급 노즐을 통하여 공급되는 연료와 공기의 혼합가스를 착화시킨다.For example, a conventional pilot burner is ignited by supplying fuel and air (oxygen) to an ignition source such as a spark. And the ignition of the pilot burner ignites the mixed gas of fuel and air supplied through the supply nozzle.
파일럿 버너는 스파크 점화 방식을 적용하며, 스파크 점화 방식에 따라 수 Hz 범위의 불연속적인 스파크를 발생시킨다. 그리고 공급되는 연료와 공기의 혼합가스는 균일한 상태로 일정하게 공급되지 않을 수도 있다.The pilot burner applies a spark ignition method, and generates sparks in the range of several Hz depending on the spark ignition method. And the mixed gas of the supplied fuel and air may not be constantly supplied in a uniform state.
이러한 경우, 수 Hz 범위의 불연속적 스파크는 불균일하게 공급되는 연료 및 공기를 혼합한 혼합가스의 공급 조건에 따라 착화 불안정성을 야기한다. 또한, 스파크는 발생 길이가 수 mm 범위 이내이므로 혼합가스의 착화 확률을 낮게 하며, 시동에서 착화까지의 소요 시간을 길게 한다.In this case, the discontinuous spark in the range of several Hz causes ignition instability depending on the supply conditions of the mixed gas mixed with fuel and air supplied non-uniformly. In addition, since the spark length is within a range of several mm, the probability of ignition of the mixed gas is low, and the time required from ignition to ignition is lengthened.
예를 들면, 화력발전소의 파일럿 버너는 수초(예, 10초) 이내에 화염 기동이 형성되어 온도 상승을 발생시켜야 하는데, 이러한 기동 조건을 만족시키지 못하고 착화 실패를 유발할 수 있다.For example, a pilot burner of a thermal power plant must generate a flame maneuver within a few seconds (eg, 10 seconds) to generate a temperature rise, which may not satisfy these maneuvering conditions and cause ignition failure.
본 발명의 목적은 대형 버너에서 발생될 수 있는 다양한 운전 조건에서 혼합물(혼합가스)의 착화, 화염의 형성 및 유지를 안정적으로 구현하는 대형 버너용 파일럿 버너를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a pilot burner for a large burner that stably implements ignition of a mixture (mixed gas), formation and maintenance of a flame under various operating conditions that may occur in a large burner.
본 발명의 목적은 플라즈마 방전에 의한 아크 제트의 연속적인 토출로 연속적인 고온의 혼합물(혼합가스) 착화 조건을 길게(수 cm)에 형성하는 대형 버너용 파일럿 버너를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a pilot burner for a large burner which forms a continuous high temperature mixture (mixed gas) ignition condition in long (several cm) by continuous discharge of an arc jet by plasma discharge.
본 발명의 일 실시예에 따른 대형 버너용 파일럿 버너는, 덕트 버너의 일측에 설치되어 연료를 공급하는 공급 노즐, 및 상기 공급 노즐에 인접하여 상기 버너의 챔버에 설치되고 상기 공급 노즐의 전방으로 분사되는 연료와 공급되는 연소용 공기의 혼합물에 플라즈마 방전으로 형성되는 아크 제트를 연속적으로 공급하여 상기 혼합물을 점화하여 화염을 형성 및 유지시키는 플라즈마 점화장치를 포함한다.A pilot burner for a large burner according to an embodiment of the present invention is installed on one side of a duct burner to supply fuel and is installed in a chamber of the burner adjacent to the supply nozzle and injected in front of the supply nozzle And a plasma ignition device that continuously supplies an arc jet formed by plasma discharge to a mixture of fuel and supplied combustion air to ignite the mixture to form and maintain a flame.
상기 아크 제트의 온도는 400~1500℃ 범위로 유지될 수 있다.The temperature of the arc jet can be maintained in the range of 400 ~ 1500 ℃.
상기 아크 제트의 길이는 1~9cm 범위로 유지될 수 있다.The length of the arc jet may be maintained in the range of 1 to 9 cm.
상기 플라즈마 점화장치는, 방전기체를 공급하고 생성되는 고전압 방전을 공급되는 방전기체로 밀어서 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부, 및 상기 플라즈마 생성부에 연결되어 상기 플라즈마 생성부에서 밀려나는 상기 플라즈마를 분출시켜 상기 아크 제트를 형성하는 아크 제트 생성부를 포함할 수 있다.The plasma ignition device supplies a discharge gas and pushes the generated high voltage discharge to a supplied discharge gas to generate a plasma, and is connected to the plasma generation unit to eject the plasma pushed out of the plasma generation unit. It may include an arc jet generator forming an arc jet.
상기 공급 노즐은, 상기 챔버에 설치되어 연료를 공급하는 일유체 노즐, 및 브로어로 공급되는 연소 공기를 상기 일유체 노즐의 외주로 공급하는 연소 공기통로를 포함할 수 있다.The supply nozzle may include a one-fluid nozzle installed in the chamber to supply fuel, and a combustion air passage for supplying combustion air supplied to the blower to the outer periphery of the one-fluid nozzle.
상기 공급 노즐은, 상기 챔버에 설치되어 내부의 연료관으로 연료를 공급하고 상기 연료관의 외부에 구비되는 공기관으로 연료 분사용 공기를 공급하는 이유체 노즐, 및 브로어로 공급되는 연소 공기를 상기 이유체 노즐의 외주로 공급하는 연소 공기통로를 포함할 수 있다.The supply nozzle is installed in the chamber to supply fuel to an internal fuel pipe and to supply air for fuel injection to an air pipe provided outside of the fuel pipe, and a reason for supplying air for fuel injection, and combustion air supplied to a blower. It may include a combustion air passage to the outer periphery of the sieve nozzle.
상기 플라즈마 점화장치는 상기 공급 노즐의 전방에 상기 아크 제트를 분사하도록 상기 챔버에 설치될 수 있다.The plasma ignition device may be installed in the chamber to spray the arc jet in front of the supply nozzle.
상기 아크 제트의 분사 방향은 상기 혼합물의 분사 방향에 설정된 각도(θ)로 경사지게 교차할 수 있다.The injection direction of the arc jet may intersect at an angle θ set in the injection direction of the mixture.
상기 아크 제트는 상기 공급 노즐의 선단에서 설정된 거리(L)만큼 이격된 위치에 분사될 수 있다.The arc jet may be injected at a position spaced apart by a predetermined distance L from the tip of the supply nozzle.
상기 플라즈마 점화장치는, 전기적으로 접지되고 방전기체를 유입하며 상기 챔버에 설치되는 하우징, 및 상기 하우징의 내부에 설치되어 상기 하우징의 내주면과의 사이에 방전갭을 형성하고 구동전압이 인가되는 전극을 포함할 수 있다.The plasma ignition device is electrically grounded, and a discharge gas is introduced, a housing installed in the chamber, and an electrode installed inside the housing to form a discharge gap between the inner circumferential surface of the housing and an electrode to which a driving voltage is applied. It can contain.
상기 하우징은, 상기 전극과의 사이에서 방전기체를 공급하고 생성되는 고전압 방전을 공급되는 방전기체로 밀어서 플라즈마를 생성하며 상기 전극의 단부에 대응하는 위치에서부터 공급 방향으로 가면서 점진적으로 좁아지는 공간, 및 상기 공간에 연결되어 밀려지는 상기 플라즈마를 분출하여 상기 아크 제트를 형성하는 제트 형성통로를 포함할 수 있다.The housing supplies a discharge gas between the electrodes and pushes the generated high voltage discharge to the discharge gas to generate plasma, and gradually decreases in space from the position corresponding to the end of the electrode toward the supply direction, and the It may include a jet forming passage to form the arc jet by ejecting the plasma being pushed connected to the space.
상기 공간은 상기 방전기체로 밀어서 상기 플라즈마를 생성하는 제1거리(L1)로 형성되고, 상기 제트 형성통로는 상기 공간의 선단에서 상기 공간의 최소 직경을 가지고 제2거리(L2)로 형성되며, 상기 제2길이(L2)는 상기 제1길이(L1)의 0.5 ~ 10(L2=(0.5~10.0)*L1)으로 설정될 수 있다.The space is formed by a first distance (L1) for generating the plasma by pushing with the discharge gas, and the jet forming passage is formed at a second distance (L2) with a minimum diameter of the space at the tip of the space, and The second length L2 may be set to 0.5 to 10 (L2=(0.5 to 10.0)*L1) of the first length L1.
상기 제트 형성통로는 상기 제2길이 범위 전체에서 동일한 직경의 원통으로 형성될 수 있다.The jet forming passage may be formed of a cylinder of the same diameter throughout the second length range.
상기 제트 형성통로는 상기 제2길이 범위 전체에서 가변 직경을 가지도록 상기 공간 측에서 최대 직경으로 형성되고 상기 방전기체가 밀리는 방향으로 가면서 점진적으로 좁아지는 직경으로 형성될 수 있다.The jet forming passage may be formed with a diameter that is formed to be the largest diameter on the space side to have a variable diameter throughout the second length range and gradually decreases as the discharge gas is moved in a pushing direction.
상기 공급 노즐 및 상기 플라즈마 점화장치는 석탄 화력 발전용 보일러 연소실 또는 가스터빈 발전용 보일러 연소실의 점화에 사용될 수 있다.The supply nozzle and the plasma ignition device may be used to ignite a boiler combustion chamber for coal-fired power generation or a boiler combustion chamber for gas turbine power generation.
상기 공간 및 상기 제트 형성통로는 내면에 나선형 그루브(groove)를 구비할 수 있다.The space and the jet forming passage may have a spiral groove on an inner surface.
본 발명의 일 실시예는 공급 노즐의 일측에 플라즈마 점화장치를 설치하여 플라즈마 방전으로 형성되는 아크 제트를 연속적으로 공급하므로 파일럿 버너에 신속히 안정적으로 화염을 형성하여 대형 버너의 연소실에서 발생될 수 있는 다양한 운전 조건(예, 연료/공기 혼합 조건 및 열량 공급 조건)에서 연료/공기 혼합물(혼합가스)의 착화, 화염의 형성 및 화염의 유지를 안정적으로 구현할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a plasma ignition device is installed on one side of a supply nozzle to continuously supply an arc jet formed by plasma discharge, so that a flame can be stably formed quickly and stably in a pilot burner, which can be generated in a combustion chamber of a large burner. It is possible to stably implement the ignition of the fuel/air mixture (mixed gas), the formation of a flame, and the maintenance of the flame under operating conditions (eg, fuel/air mixing conditions and heat supply conditions).
본 발명의 일 실시예는 플라즈마 점화장치로 플라즈마 방전에 의한 아크 제트를 연속적으로 토출하여 연속적인 고온(400~1500℃)의 착화 조건을 길게(1~9cm) 형성하므로 대형 버너에서 발생될 수 있는 다양한 운전 조건에서 안정적으로 파일럿 버너에 화염을 착화하여, 화염의 형성 및 화염의 유지를 안정적으로 구현할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a plasma ignition device continuously discharges an arc jet by plasma discharge to form a long (1 to 9 cm) ignition condition of a continuous high temperature (400 to 1500° C.), so that it may occur in a large burner. It is possible to stably implement flame formation and flame retention by igniting the flame on the pilot burner stably under various operating conditions.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 대형 버너용 파일럿 버너의 부분 단면도이다.
도 2는 도 1의 점화장치에 적용되는 플라즈마 점화장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 대형 버너용 파일럿 버너에 적용되는 플라즈마 점화장치의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 대형 버너용 파일럿 버너의 부분 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 대형 버너용 파일럿 버너에 적용되는 플라즈마 점화장치의 단면도이다.1 is a partial cross-sectional view of a pilot burner for a large burner according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the plasma ignition device applied to the ignition device of FIG. 1.
3 is a cross-sectional view of a plasma ignition device applied to a pilot burner for a large burner according to a second embodiment of the present invention.
4 is a partial cross-sectional view of a pilot burner for a large burner according to a third embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view of a plasma ignition device applied to a pilot burner for a large burner according to a fourth embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art to which the present invention pertains can easily practice. However, the present invention can be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In the drawings, parts not related to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and the same reference numerals are attached to the same or similar elements throughout the specification.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 대형 버너용 파일럿 버너의 부분 단면도이다. 도 1을 참조하면, 제1실시예의 대형 버너용 파일럿 버너(1)는 공급 노즐(10) 및 플라즈마 점화장치(20)를 포함한다. 예를 들면, 공급 노즐(10) 및 플라즈마 점화장치(20)는 석탄 화력 발전용 보일러의 연소실 또는 가스터빈 발전용 보일러의 연소실의 점화에 사용된다.1 is a partial cross-sectional view of a pilot burner for a large burner according to a first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the
공급 노즐(10)은 수십 MW급 이상의 대형 발전용 보일러 연소실에 연결된 점화용 덕트 버너의 일측 챔버(30)에 설치되어 연료와 공기의 혼합물(혼합가스 포함)를 공급하도록 구성된다.The
플라즈마 점화장치(20)는 공급 노즐(10)에 인접하여 버너의 챔버(30)에 설치되고, 공급 노즐(10)의 전방으로 분사되는 연료와 공기의 혼합물(혼합가스 포함)에 플라즈마 방전으로 형성되는 아크 제트를 연속적으로 길게 공급하도록 형성된다.The
석탄 화력 발전용 보일러의 연소실인 경우, 연료가 석탄이므로 혼합물은 석탄과 공기의 혼합으로 이루어지고, 가스터빈 발전용 보일러의 연소실인 경우, 연료가 액체 또는 가스이므로 혼합가스는 연료와 공기의 혼합으로 이루어진다. 혼합물과 혼합가스에 대하여 병렬로 기재한다.In the combustion chamber of a coal-fired boiler, the mixture is made of coal and air because the fuel is coal, and in the combustion chamber of a gas turbine-fired boiler, the mixed gas is a mixture of fuel and air because the fuel is liquid or gas. Is done. The mixture and the gas mixture are described in parallel.
따라서 플라즈마 점화장치(20)에서 공급되는 아크 제트(AJ)는 혼합물(혼합가스)를 점화하여, 덕트 버너의 챔버에서 화염(F)을 형성 및 유지시킨다. 예를 들면, 아크 제트(AJ)의 온도는 400~1500℃ 범위로 유지되며, 아크 제트(AJ)의 길이는 1~9cm 범위로 유지된다.Therefore, the arc jet AJ supplied from the
아크 제트(AJ)의 온도가 400℃ 미만인 경우, 챔버(30) 내의 운전 조건 및 혼합물(혼합가스)의 조건 등에 따라 혼합물(혼합가스)의 착화가 실패될 수 있고, 1500℃ 초과인 경우, 플라즈마 점화장치(20) 및 챔버(30)가 열손상될 수 있다.When the temperature of the arc jet AJ is less than 400° C., the ignition of the mixture (mixed gas) may fail depending on the operating conditions in the
아크 제트(AJ)의 길이가 1cm 미만인 경우, 아크 제트(AJ)가 혼합물(혼합가스)에 이르지 못하여 착화가 실패될 수 있고, 9cm 초과인 경우, 플라즈마 점화장치(20)에 대한 운전 비용의 증가와 과도한 출력에 따른 구조 손상이 발생될 수 있다.If the length of the arc jet (AJ) is less than 1 cm, the arc jet (AJ) may not reach the mixture (mixed gas) and ignition may fail. If it is more than 9 cm, the operating cost for the
아크 제트(AJ)의 온도가 400~1500℃이고, 아크 제트(AJ)의 길이가 1~9cm인 경우, 혼합물(혼합가스)의 착화가 안정적으로 이루어져, 챔버(31) 내에서 화염(F)의 형성 및 유지가 안정적으로 구현되며, 기계적인 손상이 방지되고, 경제성이 향상될 수 있다.When the temperature of the arc jet (AJ) is 400 to 1500°C, and the length of the arc jet (AJ) is 1 to 9 cm, ignition of the mixture (mixed gas) is stably performed, and the flame (F) in the
도 2는 도 1의 점화장치에 적용되는 플라즈마 점화장치의 단면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 플라즈마 점화장치(20)는 플라즈마 생성부(201) 및 아크 제트 생성부(202)를 포함한다.FIG. 2 is a cross-sectional view of the plasma ignition device applied to the ignition device of FIG. 1. 1 and 2, the
플라즈마 생성부(201)는 방전기체를 공급하여 고전압 방전을 생성하고, 공급되는 방전기체에 의하여 밀리면서 플라즈마(P)를 생성하며, 플라즈마(P)를 아크 제트 생성부(202)로 공급한다.The
아크 제트 생성부(202)는 플라즈마 생성부(201)에 연결되어 플라즈마 생성부(201)에서 앵커링(anchoring) 되는 아크점 및 이로 인하여 형성되는 고온 조건의 여기 상태 플라즈마(P)의 분출로 아크 제트(AJ)를 형성한다. The arc
분출되는 아크 제트(AJ)는 공급 노즐(10)에서 공급되는 연료/공기의 혼합물(혼합가스)에 공급되어, 혼합물(혼합가스)을 착화하여 화염(F)을 형성하고, 형성된 화염(F)을 챔버(30) 내에 유지시킨다. 즉 아크 제트(AJ)는 화염(F)을 형성하고, 형성된 화염(F)의 유지를 안정적으로 구현한다.The ejected arc jet AJ is supplied to the fuel/air mixture (mixed gas) supplied from the
구체적으로 보면, 대형 버너용 파일럿 버너(1)에서 공급 노즐(10)은 공기관(11), 연료관(12) 및 혼합관(13)을 포함한다. 공기관(11)은 챔버(30)에 설치되어 챔버(30)의 내부로 연료 분사를 위한 공기를 공급한다.Specifically, in the
경유와 같은 액체 연료일 경우, 연료관(12)은 공기관(11)의 내부에 설치된다. 공급 노즐(10)은 공기관(11)을 통한 연료 분사용 공기와 연료관(12)을 통한 연료를 함께 공급하는 이유체 노즐(air spray nozzle)로 형성되어 챔버(30)의 내부로 연료와 공기의 혼합물(혼합가스)을 공급한다. In the case of a liquid fuel such as light oil, the
대형 버너용 파일럿 버너(1)는 챔버(30)에 연소용 공기를 공급하는 연소 공기통로(31)를 구비한다. 따라서 연소를 위한 공기는 블로워(미도시)를 통하여 챔버(30) 내부의 혼합물(혼합가스)로 공급된다.The
혼합관(13)은 공기관(11)의 전방에 확장 형성되므로 분사용으로 공급되는 공기에 의하여 분사되는 공기와 연료를 공기관(11)보다 넓은 영역에서 혼합하며, 혼합물(혼합가스)을 챔버(30)의 내부로 공급한다.Since the mixing
플라즈마 점화장치(20)는 내부에서 생성되어 분출되는 아크 제트(AJ)를 혼합관(13)의 전방으로 분사하도록 챔버(30)에 설치된다. 아크 제트(AJ)의 분사 방향은 혼합가스의 분사 방향에 설정된 각도(θ)로 교차하도록 경사지게 형성된다. 따라서 분사되는 아크 제트(AJ)는 분사되는 연료와 공기의 혼합물(혼합가스)과 접하면서 효과적으로 착화될 수 있다.The
그리고 아크 제트(AJ)는 혼합관(13)의 선단에서 설정된 거리(L)만큼 이격된 위치에 분사된다. 아크 제트(AJ)는 혼합관(13)의 전방에서 연료와 공기가 충분히 혼합된 상태의 혼합물(혼합가스)에 분사되어, 혼합물(혼합가스)의 착화를 구현한다.And the arc jet AJ is injected at a position spaced apart by a set distance L from the tip of the mixing
플라즈마 점화장치(20)는 전기적으로 접지되고 방전기체를 유입하는 하우징(21), 및 하우징(21)의 내주면과의 사이에 방전갭(G)을 형성하고 구동전압(HV)이 인가되는 전극(22)을 포함한다.The
하우징(21)은 전극(22)의 단부에 대응하는 위치에서부터 점진적으로 좁아지는 공간(211), 및 제트 형성통로(212)를 포함한다. 또한, 하우징(21)은 공간(211)에 연결되는 통로(213)를 형성하도록 길게 형성되어 챔버(30)에 설치되며, 통로(213)는 방전갭(G) 및 공간(211)에 방전기체를 안정적으로 공급할 수 있게 한다.The
전극(22)은 절연부재(23)를 개재하여 하우징(21) 내부의 통로(213)에 설치되며, 절연부재(23)는 공급되는 공기의 유통을 위한 공급 통로(231)를 구비하며, 고온 환경에 견디는 내화재로 형성될 수 있게 한다.The
하우징(21)의 공간(211)은 전극(22)과의 사이, 즉 방전갭(G)에 방전기체를 공급하고, 방전갭(G)에서 생성되는 고전압 방전을 공급되는 방전기체로 밀어서 플라즈마(P)를 생성할 수 있게 한다. 제트 형성통로(212)는 공간(211)에 연결되어 밀려지는 플라즈마(P)의 분출로 인하여 아크 제트(AJ)를 형성할 수 있게 한다.The
공간(211)은 점진적으로 좁아지면서 방전기체로 밀어서 플라즈마(P)를 생성하도록 제1거리(L1)로 형성된다. 즉 방전갭(G)에서 방전기체가 고전압에 의하여 방전되고, 공급되는 방전기체에 의하여 플라즈마(P)를 형성하여 제1거리(L1)만큼 밀리면서 플라즈마(P)가 제트 형성통로(212)로 공급된다.The
제트 형성통로(212)는 공간(211)의 선단에서 공간(211)의 최소 직경을 가지고 제2거리(L2)로 형성된다. 제2길이(L2)는 제1길이(L1)의 0.5 ~ 10(L2=(0.5~10.0)*L1)으로 설정될 수 있다.The
이때, 제2거리(L2)가 짧아서 설정된 길이 미만 값을 가질 경우, 아크점이 제2거리(L2) 공간 이후로 밀려나오면서 아크점이 플라즈마 점화장치(20)의 외부로 발생하여 안정적인 아크 제트(AJ)가 형성될 수 없는 조건이 된다.At this time, if the second distance (L2) is short and has a value less than the set length, the arc point is pushed out after the second distance (L2) space, and the arc point is generated outside the plasma ignition device (20) to stabilize the arc jet (AJ) Becomes a condition that cannot be formed.
또한, 제2거리(L2)가 길어서 상기 설정된 길이 초과 값을 가질 경우, 생성되는 아크 제트(AJ)가 토출되지 않거나, 착화가 어려운 1cm 이하의 길이로 토출된다.In addition, when the second distance L2 is long and has a value exceeding the set length, the generated arc jet AJ is not discharged or is discharged to a length of 1 cm or less, which is difficult to ignite.
제트 형성통로(212)는 제2길이(L2) 범위 전체에서 동일한 직경의 원통으로 형성된다. 적어도 제2길이(L2)는 제트 형성통로(212)의 직경(φ)보다 크다. 따라서 제트 형성통로(212)를 통하여 플라즈마(P)가 토출되면서 아크 제트(AJ)를 형성한다. 즉 아크 제트(AJ)가 토출된다.The
방전기체가 공급될 때, 공간(211)이 수축되는 구조를 이루므로 생성된 플라즈마(P)가 제트 형성통로(212)의 입구 내지 공간(211) 내에서 변동 없이 지속적으로(steady) 형성될 수 있다.When the discharge gas is supplied, since the
플라즈마(P)가 지속적으로 형성되므로 급속한 열전달에 의하여 공급되는 구동전압(HV)의 조건에 따라 400~1500℃의 온도를 가지는 아크 제트(AJ)가 연속적으로 토출될 수 있다.Since the plasma P is continuously formed, the arc jet AJ having a temperature of 400 to 1500°C can be continuously discharged according to the conditions of the driving voltage HV supplied by rapid heat transfer.
연속적으로 토출되는 아크 제트(AJ)는 혼합관(13)의 전방에 공급되는 연료와 공기의 혼합물(혼합가스)에 분사되어, 혼합물(혼합가스)의 착화를 안정적으로 발생시킨다. 혼합물(혼합가스)은 화염(F)을 형성하여 유지한다.The arc jet AJ continuously discharged is injected into a mixture of fuel and air (mixed gas) supplied to the front of the mixing
플라즈마 점화장치(20)는 플라즈마 방전으로 형성되는 아크 제트(AJ)를 연속적으로 공급하므로 챔버(30) 내의 다양한 운전 조건에서 혼합물(혼합가스)의 착화로 화염의 형성 및 화염의 유지를 안정적으로 구현할 수 있다.Since the
예를 들면, 운전 조건은 파일럿 버너의 운전을 위한 공기와 연료의 혼합비 및 대형 버너에서 공급할 열량 공급 조건 등을 포함할 수 있다.For example, the operating conditions may include a mixture ratio of air and fuel for the operation of the pilot burner, and heat supply conditions to be supplied by a large burner.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 대형 버너용 파일럿 버너에 적용되는 플라즈마 점화장치의 단면도이다. 도 3을 참조하면, 제2실시예의 대형 버너용 파일럿 버너에서, 플라즈마 점화장치(220)의 제트 형성통로(312)는 방전기체가 밀리는 방향으로 가면서 점진적으로 좁아지는 직경으로 형성된다.3 is a cross-sectional view of a plasma ignition device applied to a pilot burner for a large burner according to a second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, in the pilot burner for a large-sized burner in the second embodiment, the
즉 제트 형성통로(312)는 제2길이(L22) 범위 전체에서 가변 직경을 가지며, 공간(211) 측에서 제1직경(φ1)으로 형성되고 끝에서 제2직경(φ2)으로 형성된다. 즉 제트 형성통로(312)의 제1직경(φ1)보다 보다 제2직경(φ2)이 작다. 따라서 제트 형성통로(312)를 통하여 플라즈마(P)가 토출되면서 아크 제트(AJ)를 형성한다.That is, the
아크 제트(AJ)는 제트 형성통로(312)의 단부에서 최소 직경을 형성하여 토출되면서, 제1직경(φ1)과 직경(φ)이 동일할 때, 제1실시예의 제트 형성통로(212)에 비하여, 혼합관(13)의 전방에 공급되는 혼합물(혼합가스)에 더 깊이 분사되어, 혼합물(혼합가스)을 더 효과적으로 착화시킬 수 있다. The arc jet AJ forms a minimum diameter at the end of the
플라즈마 점화장치(220)는 혼합물(혼합가스)의 표면 및 깊은 부분에서도 착화시키므로 화염(F)의 형성 및 화염의 유지를 더욱 안정적으로 구현할 수 있다.Since the
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 대형 버너용 파일럿 버너의 부분 단면도이다. 도 4를 참조하면, 제3실시예의 대형 버너용 파일럿 버너(4)에서 공급 노즐(410)은 연료만 분사 공급하는 일유체 노즐(airless spray nozzle)로 형성되어 챔버(30)의 내부로 연료를 공급한다.4 is a partial cross-sectional view of a pilot burner for a large burner according to a third embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, in the
즉 공급 노즐(410)은 연료관(412) 및 확장관(413)을 포함한다. 경유와 같은 액체 연료일 경우, 공급 노즐(410)은 연료관(412)을 통하여 연료를 공급하고, 확장관(413)을 통하여 분사되는 연료를 연료관(412)보다 넓은 영역에서 확산하여 챔버(30) 내부로 공급한다.That is, the supply nozzle 410 includes a
대형 버너용 파일럿 버너(4)는 챔버(30)에 연소용 공기를 공급하는 연소 공기통로(31)를 구비한다. 따라서 연소를 위한 공기는 블로워(미도시)를 통하여 챔버(30)의 내부의 혼합물(혼합가스)로 공급된다.The
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 대형 버너용 파일럿 버너에 적용되는 플라즈마 점화장치의 단면도이다. 도 5를 참조하면, 제4실시예의 대형 버너용 파일럿 버너에서, 플라즈마 점화장치(520)의 공간(511) 및 제트 형성통로(512)는 내면에 나선형 그루브(groove)를 구비한다.5 is a cross-sectional view of a plasma ignition device applied to a pilot burner for a large burner according to a fourth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, in the pilot burner for the large-scale burner of the fourth embodiment, the
제트 형성통로(512)의 그루브는 토출되는 아크 제트(AJ)의 유동을 회전시키며, 이를 통해서 아크점을 이동시킬 수 있다. 즉 아크 제트 생성부(502)와 플라즈마 생성부(501)에 연결 형성되는 제트 형성통로(512)의 그루브는 플라즈마 생성부(501)에서 앵커링(anchoring) 되는 아크점을 아크 제트 생성부(502)로 이동시키고, 이로 인하여, 형성되는 고온 조건의 여기 상태 플라즈마(P)의 분출로 회전하는 아크 제트(AJ)를 형성한다.The groove of the
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 청구범위와 발명의 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although preferred embodiments of the present invention have been described through the above, the present invention is not limited thereto, and it is possible to carry out various modifications within the scope of the claims and the description of the invention and the accompanying drawings. It is natural to fall within the scope.
1, 4: 파일럿 버너
10, 410: 공급 노즐
11: 공기관
12, 412: 연료관
13: 혼합관
20, 220, 520: 플라즈마 점화장치
21: 하우징
22: 전극
30: 챔버
31: 연소 공기통로
201, 501: 플라즈마 생성부
202, 502: 아크 제트 생성부
211, 511: 공간
212, 312: 제트 형성통로
213: 통로
413: 확장관
512: 제트 형성통로
AJ: 아크 제트
F: 화염
G: 방전갭
HV: 구동전압
L: 거리
L1: 제1거리
L2, L22: 제2거리
P: 플라즈마
θ: 각도
φ: 직경
φ1, φ2: 제1, 제2직경1, 4:
11:
13: mixing
21: housing 22: electrode
30: chamber 31: combustion air passage
201, 501:
211, 511:
213: passage 413: expansion tube
512: jet formation passage AJ: arc jet
F: Flame G: Discharge gap
HV: Driving voltage L: Distance
L1: First distance L2, L22: Second distance
P: Plasma θ: Angle
φ: diameter φ1, φ2: first, second diameter
Claims (16)
상기 공급 노즐에 인접하여 상기 버너의 챔버에 설치되고 상기 공급 노즐의 전방으로 분사되는 연료와 공급되는 연소용 공기의 혼합물에 플라즈마 방전으로 형성되는 아크 제트를 연속적으로 공급하여 상기 혼합물을 점화하여 화염을 형성 및 유지시키는 플라즈마 점화장치
를 포함하는 대형 버너용 파일럿 버너.A supply nozzle installed on one side of the duct burner to supply fuel; And
It is installed in the chamber of the burner adjacent to the supply nozzle and continuously supplies an arc jet formed by plasma discharge to a mixture of fuel injected in front of the supply nozzle and supplied combustion air to ignite the flame by igniting the mixture. Plasma ignition device to form and maintain
Pilot burner for a large burner comprising a.
상기 아크 제트의 온도는
400~1500℃ 범위로 유지되는 대형 버너용 파일럿 버너.According to claim 1,
The temperature of the arc jet
Pilot burner for large burners maintained in the range of 400~1500℃.
상기 아크 제트의 길이는
1~9cm 범위로 유지되는 대형 버너용 파일럿 버너.According to claim 1,
The length of the arc jet is
Pilot burner for large burners maintained in the range of 1 to 9 cm.
상기 플라즈마 점화장치는
방전기체를 공급하고 생성되는 고전압 방전을 공급되는 방전기체로 밀어서 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부, 및
상기 플라즈마 생성부에 연결되어 상기 플라즈마 생성부에서 밀려나는 상기 플라즈마를 분출시켜 상기 아크 제트를 형성하는 아크 제트 생성부
를 포함하는 대형 버너용 파일럿 버너.According to claim 1,
The plasma ignition device
A plasma generating unit that supplies a discharge gas and pushes the generated high voltage discharge to the supplied discharge gas to generate plasma; and
An arc jet generator connected to the plasma generator and ejecting the plasma pushed out of the plasma generator to form the arc jet
Pilot burner for a large burner comprising a.
상기 공급 노즐은
상기 챔버에 설치되어 연료를 공급하는 일유체 노즐, 및
브로어로 공급되는 연소 공기를 상기 일유체 노즐의 외주로 공급하는 연소 공기통로
를 포함하는 대형 버너용 파일럿 버너.According to claim 1,
The supply nozzle
One fluid nozzle installed in the chamber to supply fuel, and
Combustion air passage for supplying the combustion air supplied to the blower to the outer periphery of the one-fluid nozzle
Pilot burner for a large burner comprising a.
상기 공급 노즐은
상기 챔버에 설치되어 내부의 연료관으로 연료를 공급하고 상기 연료관의 외부에 구비되는 공기관으로 연료 분사용 공기를 공급하는 이유체 노즐, 및
브로어로 공급되는 연소 공기를 상기 이유체 노즐의 외주로 공급하는 연소 공기통로
를 포함하는 대형 버너용 파일럿 버너.According to claim 1,
The supply nozzle
A reasoner nozzle installed in the chamber to supply fuel to an internal fuel pipe and to supply air for fuel injection to an air pipe provided outside the fuel pipe, and
Combustion air passage for supplying the combustion air supplied to the blower to the outer periphery of the dwarf body nozzle
Pilot burner for a large burner comprising a.
상기 플라즈마 점화장치는
상기 공급 노즐의 전방에 상기 아크 제트를 분사하도록 상기 챔버에 설치되는 대형 버너용 파일럿 버너.The method of claim 5 or 6,
The plasma ignition device
A pilot burner for a large burner installed in the chamber to spray the arc jet in front of the supply nozzle.
상기 아크 제트의 분사 방향은
상기 혼합물의 분사 방향에 설정된 각도(θ)로 경사지게 교차하는 대형 버너용 파일럿 버너.The method of claim 7,
The injection direction of the arc jet
Pilot burner for a large burner that crosses obliquely at an angle (θ) set in the injection direction of the mixture.
상기 아크 제트는
상기 공급 노즐의 선단에서 설정된 거리(L)만큼 이격된 위치에 분사되는 대형 버너용 파일럿 버너.The method of claim 7,
The arc jet
Pilot burner for a large burner that is injected at a position spaced apart by a distance (L) set at the tip of the supply nozzle.
상기 플라즈마 점화장치는
전기적으로 접지되고 방전기체를 유입하며 상기 챔버에 설치되는 하우징, 및
상기 하우징의 내부에 설치되어 상기 하우징의 내주면과의 사이에 방전갭을 형성하고 구동전압이 인가되는 전극
을 포함하는 대형 버너용 파일럿 버너.The method of claim 5 or 6,
The plasma ignition device
A housing which is electrically grounded, which discharges gas and is installed in the chamber, and
An electrode installed inside the housing to form a discharge gap between the inner circumferential surface of the housing and to which a driving voltage is applied
Pilot burner for a large burner comprising a.
상기 하우징은
상기 전극과의 사이에서 방전기체를 공급하고 생성되는 고전압 방전을 공급되는 방전기체로 밀어서 플라즈마를 생성하며 상기 전극의 단부에 대응하는 위치에서부터 공급 방향으로 가면서 점진적으로 좁아지는 공간, 및
상기 공간에 연결되어 밀려지는 상기 플라즈마를 분출하여 상기 아크 제트를 형성하는 제트 형성통로
를 포함하는 대형 버너용 파일럿 버너.The method of claim 10,
The housing
A space that is gradually narrowed while supplying a discharge gas between the electrodes and pushing the generated high-voltage discharge to a discharge gas to be supplied to generate plasma and going from the position corresponding to the end of the electrode toward the supply direction, and
A jet forming passage connecting the space and ejecting the pushed plasma to form the arc jet
Pilot burner for a large burner comprising a.
상기 공간은
상기 방전기체로 밀어서 상기 플라즈마를 생성하는 제1거리(L1)로 형성되고,
상기 제트 형성통로는
상기 공간의 선단에서 상기 공간의 최소 직경을 가지고 제2거리(L2)로 형성되며,
상기 제2길이(L2)는
상기 제1길이(L1)의 0.5 ~ 10(L2=(0.5~10.0)*L1)으로 설정되는 대형 버너용 파일럿 버너.The method of claim 11,
The space
It is formed by a first distance (L1) for generating the plasma by pushing to the discharge gas,
The jet forming passage
It is formed at the tip of the space at a second distance (L2) with the minimum diameter of the space,
The second length (L2) is
A pilot burner for a large burner set to 0.5 to 10 (L2=(0.5 to 10.0)*L1) of the first length L1.
상기 제트 형성통로는
상기 제2길이 범위 전체에서 동일한 직경의 원통으로 형성되는 대형 버너용 파일럿 버너.The method of claim 12,
The jet forming passage
A pilot burner for a large burner formed of a cylinder of the same diameter throughout the second length range.
상기 제트 형성통로는
상기 제2길이 범위 전체에서 가변 직경을 가지도록 상기 공간 측에서 최대 직경으로 형성되고 상기 방전기체가 밀리는 방향으로 가면서 점진적으로 좁아지는 직경으로 형성되는 대형 버너용 파일럿 버너.The method of claim 12,
The jet forming passage
A pilot burner for a large burner that is formed to have a maximum diameter at the space side and has a diameter that gradually decreases as the discharge gas is pushed in a direction to have a variable diameter throughout the second length range.
상기 공급 노즐 및 상기 플라즈마 점화장치는
석탄 화력 발전용 보일러 연소실 또는 가스터빈 발전용 보일러 연소실의 점화에 사용되는
대형 버너용 파일럿 버너.According to claim 1,
The supply nozzle and the plasma ignition device
Used for ignition of boiler combustion chamber for coal-fired power generation or boiler combustion chamber for gas turbine power generation
Pilot burner for large burners.
상기 공간 및 상기 제트 형성통로는
내면에 나선형 그루브(groove)를 구비하는 대형 버너용 파일럿 버너.The method of claim 11,
The space and the jet forming passage
Pilot burner for large burners with a spiral groove on the inner surface.
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KR102594235B1 (en) * | 2022-10-25 | 2023-10-25 | 김유선 | Gas torch with ignition device |
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KR20010058147A (en) * | 1999-12-24 | 2001-07-05 | 이구택 | Air supply method of oxygen enriched combustion |
KR20140115830A (en) * | 2013-03-22 | 2014-10-01 | 한국기계연구원 | Plasma burner |
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-
2019
- 2019-01-21 KR KR1020190007623A patent/KR102220991B1/en active IP Right Grant
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