KR20230116845A - 버너용의 연소 공기를 공급하고 배기가스를 재순환시키기위한 장치 및 방법 - Google Patents

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요아힘 에이 뷔닝
요아힘 지 뷔닝
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베에스-베르메프로체스테히닉 게엠베하
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Abstract

본 발명은 연소 챔버 (10) 를 포함하는 버너 (1) 용의 연소 공기를 공급하고 배기가스를 재순환시키기 위한 장치 (2) 및 방법, 그리고 연소 공기를 공급하고 배기가스를 재순환시키기 위한 장치 (2) 를 포함하는 버너 (1) 에 관한 것이다. 중심축 (A) 주위에 분포된 다수의 구동 노즐들 (21) 이 연소 챔버 (10) 밖으로 배기가스들을 흡입함으로써 구동 노즐들 (21) 의 하류에 배열된 혼합 챔버 (22) 에 연소 공기를 공급하는 데 사용되고; 구동 노즐들 (21) 을 나온 연소 공기는 혼합 챔버 (22) 에서 배기가스들과 혼합되어, 연소 공기/배기가스 혼합물을 형성하고, 상기 배기가스들은 연소 챔버 (10) 밖으로 유동하고 구동 노즐들 (21) 에 의해 백플러싱하고; 연소 공기/배기가스 혼합물은 혼합 챔버 (22) 의 하류에서 반응 구역에 공급된다.

Description

버너용의 연소 공기를 공급하고 배기가스를 재순환시키기 위한 장치 및 방법
본 발명은 버너용의 연소 공기를 공급하고 배기가스를 재순환시키기 위한 장치 및 방법, 그리고 연소 공기를 공급하고 배기가스를 재순환시키기 위한 장치를 갖는 버너에 관한 것이다.
수소, 특히 풍력 에너지, 태양 에너지 또는 수력과 같은 재생가능 에너지 또는 바이오매스로부터 물 분리 (water splitting) 에 의해 얻어지는 그린 수소로 지칭되는 것은 에너지원으로서, 첫째로 천연 가스에 첨가되는 것으로서 그리고 나중에는 순수 가스로서 점점 더 중요해지고 있다. 수소가 사실상 어떠한 배출물 없이 연소하지만, 산소와 질소는 연소 공기의 구성 성분이며, 따라서 질소 산화물은 수소의 사용 동안에도 형성될 수 있다. 질소 산화물의 열적 형성 (thermal formation) 은 고온에서 시작되고, 그 후 온도에 따라 기하급수적으로 증가한다. 수소의 높은 반응 속도로 인해, 질소 산화물의 열적 형성은 순수 천연가스의 사용에 비해 수소의 사용을 통해 현저히 증가한다. 예를 들어, 특별한 조치 없이, 천연가스 (CH4) 를 사용하는 버너의 경우, 배기가스 중 약 약 50 ppm 의 질소산화물이 존재하고, 수소를 사용하는 버너의 경우, 배기가스 중 100 ppm 이상의 질소산화물이 존재한다.
배기가스의 재순환 또는 배기가스의 반송 (return) 은 연소 플랜트의 배기가스에서 질소 산화물의 열적 형성에 대한 효과적인 조치로 알려져 있으며, 배기가스의 반송은 산소 함량을 감소시켜 화염 온도를 낮춘다. 적용과 관련하여, 배기가스 반송비 (EGR) 는 재순환 또는 반송되는 배기가스와 공급된 연소 공기의 질량 흐름들의 비 (mE/mA) 로 정의된다. 배기가스는 연소 배기가스 또는 연소 가스로도 지칭된다.
종래, 배기가스의 외부 재순환과 내부 재순환이 구분된다. 배기가스의 외부 재순환의 경우, 배기가스는 연소 챔버 밖으로 안내되고, 배기가스 트랙에서의 배기가스 부분 흐름은 예를 들어 침니에서 제거되고, 연소 챔버 내로 유동하기 전에 또는 동안에 연소 공기 또는 연료에 첨가된다. EGR 은 적절한 제어기에 의해 원하는 비로 조정될 수 있다. 배기가스의 외부 재순환의 실질적인 단점은 배기가스량의 증가이며, 따라서 열을 추출하기 위한 영역의 크기가 상응하게 증가되어야 한다.
배기가스의 내부 재순환의 경우, 연소 챔버 내에 존재하는 배기가스 또는 연소 가스가 연소 공기의 펄스와 함께 반응 구역 내로 재순환된다. 연소 챔버 내의 온도가 연료의 점화 온도 초과이면, 화염 안정성이 크게 문제되지 않으므로 배기가스 반송비는 원하는 만큼 증가될 수 있다.
예를 들어, EP 0 463 218 A1은 연소 챔버 내에서 연료를 연소시키는 방법 및 장치를 개시하고 있으며, 여기서 링 형태로 배열된 다수의 노즐들을 갖는 노즐 장치로부터 나오는 연소 공기는 다시 흡입된 (sucked-back) 배기가스와 혼합될 수 있으며, 이는 연소 챔버 내에서 부분적으로 냉각되고, 적어도 점화 온도를 갖는 연소 공기/배기가스 혼합물이 형성되며, 배기가스 반송비 EGR 은 2 이상이다.
반대로, 연소 챔버 내의 온도가 점화 온도 미만이면, 화염의 소화를 피하기 위해 배기가스 반송비가 제한되어야 한다.
본 발명의 목적은 정의된 배기가스 반송비를 갖는 버너용, 특히 저온 공정을 위한 버너용의 배기가스를 내부 재순환시키고 연소 공기를 공급하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
일 양태에 따르면, 연소 챔버를 갖는 버너용의 연소 공기를 공급하고 배기가스를 재순환시키기 위한 장치가 제공되며, 상기 장치는, 중심축 주위에 분포되고 연소 공기 공급부에 유체적으로 연결된 복수의 구동 노즐들, 및 구동 노즐들의 하류에 배치된 혼합 챔버를 포함하고, 구동 노즐들과 혼합 챔버는 제트 펌프를 형성하며, 혼합 챔버 내에서, 구동 노즐들로부터 나오는 연소 공기가, 연소 챔버 밖으로 유동하고 구동 노즐들에 의해 다시 흡입되는 배기가스들과 혼합 가능하여, 연소 공기/배기가스 혼합물을 형성하고, 연소 공기/배기가스 혼합물은 혼합 챔버의 하류에서 반응 구역에 공급될 수 있다.
주위로부터 한정되고 규정된 단면을 가지며 구동 노즐들과 연소 챔버의 반응 구역 사이에 제공되는 챔버가 혼합 챔버로 지칭된다. 혼합 챔버의 단면은 당업자에 의해 적용에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 유리한 실시형태들에서, 유동 방향의 단면은 일정하고, 일 실시형태에서, 개선된 유입 또는 유출을 위한 수렴 또는 발산 단면이 입구 영역 및/또는 출구 영역에 제공된다.
분포된 구동 노즐들과 혼합 챔버는 제트 펌프를 형성하며, 제트 펌프를 통해 전달된 연소 공기/배기가스 혼합물의 배기가스 반송비는 혼합 챔버와 구동 노즐들의 단면적 비에 그리고 재순환되는 배기가스의 온도와 같은 작동 파라미터들에 의존한다. 따라서, 혼합 챔버와 구동 노즐들의 적절한 구성에 의해, 배기가스 반송비는 특정 작동 파라미터에 대해, 예를 들어 화염 안정성 한계(flame stability limit)까지 당업자에 의해 미리 적절하게 정의될 수 있다. 즉, 혼합 챔버의 단면은 구동 노즐의 출구 단면 및 구동 노즐의 수로 조정된다.
일 실시형태에서, 구동 노즐들을 대면하는 혼합 챔버의 단부는, 구동 노즐들이 배열되는 벽으로부터 유동 방향으로 적어도 섹션들에서 이격되어, 제트 펌프의 흡입 개구로서 작용하는 둘러싸는 또는 중단된 갭이 제공되고, 이를 통해 배기가스가 다시 흡입되고 혼합 챔버 내로 전달될 수 있다. 다른 실시형태에서, 배기 가스를 흡입하기 위한 개구를 갖는 흡기 챔버가 혼합 챔버의 상류에 제공된다. 사용 중에, 연소 챔버를 대면하는 혼합 챔버의 단부는 연료 공급부의 출구 개구의 상류에 배열되며, 거리는 본 기술분야의 당업자에 의해 적용에 따라 적절하게 선택 가능하다.
외부 배기가스 재순환과 유사하게, 연소 공기 및 배기가스는, 외부 배기가스 재순환의 경우에서와 같이 이러한 목적을 위해 배기가스 관에서 배기가스의 양이 증가되어야 할 필요 없이, 작동 파라미터에 의존할 수도 있는 규정된 배기가스 반송비로, 연료와 혼합되기 전에, 서로 혼합된다.
배기가스 재순환은 화염 온도를 낮춘다. 대략 2000℃의 종래 연료의 화염 온도에서 질소 산화물의 형성 속도는 대략 104 ppm/s 이고 1500℃에서 대략 10 ppm/s 로 떨어진다. 따라서, 낮은 화염 온도 및 10분의 수 초의 체류 기간에서, 한 자릿수의 질소 산화물 값이 배기가스에서 획득될 수 있다.
본 출원과 함께, 중심축 주위에 분포된 구동 노즐들의 배열은 또한 링 형상 배열로 지칭된다. 일 실시형태에서, 구동 노즐들은 병렬로 배열된다. 다른 실시형태들에서, 구동 노즐들의 축들은 중심축에 대해 경사진다. 중심축 주위에 분포된 복수의 구동 노즐들 및 상기 구동 노즐들의 하류에 배열된 혼합 챔버를 갖는 제트 펌프의 구성은 종래의 치수를 갖는 기존의 버너에 통합될 수 있는 작은 제트 펌프를 초래한다. 따라서, 장치는 또한 기존의 플랜트들을 개장하기에 적합하다.
혼합 챔버 및 구동 노즐들에 의해 형성된 제트 펌프를 갖는 장치는 수 kW 의 전력 범위의 버너 및 MW 전력 범위의 버너 둘 모두에 적합하다.
일 실시형태에서, 혼합 챔버에 환형 단면이 제공된다. 여기서 혼합 챔버의 내경은 사용 동안 혼합 챔버가 중심축에 대해 동축으로 제공된 연료 랜스 주위에 배열될 수 있도록 선택된다.
구동 노즐의 수는 버너의 적용 및 크기에 따라 당업자에 의해 적절하게 결정될 수 있다. 일 실시형태에서, 중심축 주위에 균일하게 분포된 8개 이상의 구동 노즐이 제공된다. 이는 특히 환형 갭 형태의 공급 개구를 갖는 혼합 챔버에 대해 양호한 흡입 효과를 제공하였다.
제트 펌프의 혼합 챔버와 구동 노즐들의 단면적 비는 특정 배기가스 반송비 (EGR) 를 얻도록 구성되며, 모든 구동 노즐들의 결과적인 단면은 구동 노즐들의 단면으로 지칭된다. 일 실시형태에서, 혼합 챔버와 구동 노즐들의 단면적 비는 20 이하이다.
위에서 언급된 바와 같이, 오염물질을 피하기에 최적인 배기가스 반송비 (EGR) 가 또한 작동 파라미터에 의존한다. 예를 들어, 재순환되는 배기가스의 온도에 의존하여, 화염 온도를 1500℃로 낮추기 위해 대략 10% 와 대략 12% 사이의 연소 공기/배기가스 혼합물의 산소 함량을 갖는 1 내지 1.5 의 배기가스 반송비 EGR 이 요구된다.
따라서, 일 실시형태에서, 연소 공기가 구동 노즐들을 우회하여 반응 구역에 공급될 수 있게 하는 바이패스 덕트가 제공된다. 그 결과, 예를 들어 연소 공기의 일부가 바이패스 덕트를 통해 구동 노즐들을 지나 안내됨으로써 화염 안정성을 위한 EGR 을 감소시키는 것이 가능하다. 일 실시형태에서, 바이패스 덕트는, 사용 중에 연료 랜스 주위에 배열되고 혼합 챔버와 연료 랜스 사이에 섹션들로 연장되는 환형 갭 덕트로서 구성된다. 일 실시형태에서, 바이패스 덕트를 통해 공급되는 연소 공기를 제트 펌프의 연소 공기/배기 가스 혼합물과 신속하고 완전하게 혼합하기 위해 바이패스 덕트의 출구 단부에 노즐 개구들이 제공된다.
일 실시형태에서, 바이패스 덕트에 조정 가능한 바이패스 밸브가 제공된다. 일 실시형태에서, 바이패스 밸브는 단지 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 조정 가능하다. 다른 실시형태들에서, 연속적으로 또는 무한히 가변적으로 조절 가능한 바이패스 밸브가 제공된다. 실시형태들에서, 바이패스 밸브는 제어가능한 또는 조정가능한 액추에이팅 수단에 의해 조정되고, 바이패스 밸브는 개방 또는 폐쇄되거나 통로가 실시형태예에 따라 조정 또는 제어 개입에 의해 변경된다. 화염 안정성을 위해, 연소를 위한 연소 공기/배기가스 혼합물의 산소 함량은 바이패스 밸브에 의한 추가적인 연소 공기의 가변 공급에 의해 변경될 수 있고, 특히 규정된 범위 내에 유지될 수 있다.
바이패스 덕트에 대안적으로 또는 추가적으로, 일 실시형태에서, 다시 흡입된 배기가스를 위한 흡입 개구에 조절 가능한 밸브가 제공되고, 밸브는 바람직하게는 연속적으로 또는 무한히 가변적으로 조절 가능하다. 화염 안정성을 위해, 연소를 위한 연소 공기/배기가스 혼합물의 산소 함량은 다시 흡입된 배기가스를 위한 흡입 개구 내의 밸브에 의한 배기가스의 가변 공급에 의해 변경될 수 있고, 특히 규정된 범위 내에 유지될 수 있다.
일 실시형태에서, 산소를 측정하기 위한 프로브가 제공된다. 프로브는 바람직하게는 연료 공급부의 출구 개구의 상류에 그리고 따라서 화염의 상류에 제공된다. 제트 펌프에 의해 공급된 연소 공기/배기가스 혼합물과 선택적으로 바이패스 덕트를 통해 공급된 연소 공기의 혼합물의, 프로브에 의해 결정된 산소 함량은, 다시 흡입된 배기가스를 위한 흡입 개구 내의 밸브 및/또는 바이패스 밸브에서의 조정 또는 제어 개입에 의해 결정되고 변화될 수 있다.
대안적으로 또는 부가적으로, 일 실시형태에서, 재순환 배기가스의 온도를 측정하기 위한 측정 센서가 제공된다. 배기가스의 온도에 대해 최적화된 배기가스 반송비는 바이패스 밸브 및/또는 흡입 개구 내의 밸브에서의 조절 또는 제어 개입에 의해 결정되고 조절될 수 있으며, 바람직하게는 산소 함량이 측정된다.
제 2 양태에 따르면, 제트 펌프 (제트 펌프는 바람직하게는 환형-갭-형상의 혼합 챔버 및 중심축 주위에 링으로 배열된 복수의 구동 노즐들을 구비함) 로 배기가스를 재순환시키고 연소 공기를 공급하기 위한 장치 및 중심축에 대해 동축으로 배열되고 출구 개구들을 갖는 연료 랜스를 포함하는 버너가 제공된다. 출구 개구들은 혼합 챔버의 출구 개구의 하류에 배열되며, 거리는 당업자에 의해 적절하게 선택가능하다. 일 실시형태에서, 화염 안정성을 향상시키기 위해 연료 랜스의 출구 개구의 상류에 배플이 제공된다. 이와 같이 제공된 버너는 종래의 챔버에 설치될 수 있다.
일 개선예에서, 유동 방향에 대해 횡방향으로 반응 구역을 한정하는 화염 튜브가 제공된다. 배기가스는 챔버의 벽과 화염 튜브 사이의 환형 갭 내에서 제트 펌프 및/또는 배기 가스 출구로 유동할 수 있다. 일 실시형태에서, 화염 튜브는 혼합 챔버에 바로 인접하게 배열된다. 화염 튜브의 길이는 연료에 따라 당업자에 의해 적절하게 선택될 수 있다. 일 실시형태에서, 낮은 반응 속도를 갖는 연료, 예를 들어 천연 가스를 이용한 작동의 경우, 번아웃 (burnout) 를 보장하기 위해 연장된 체류 기간 동안 연장된 화염 튜브가 선택된다. 그러나, 체류 기간이 또한 질소 산화물의 형성에 영향을 미치기 때문에, 다른 실시형태들에서 짧은 화염 튜브가 제공된다.
일 실시형태에서, 연료 랜스는 점화 장치 또는 파일럿 버너를 포함한다. 점화 장치 또는 파일럿 버너의 출구 개구는 바람직하게는 정상 작동을 위해 연료 랜스의 출구 개구에 대해 오프셋된다.
제 3 양태에 따르면, 연소 챔버를 갖는 버너용의 연소 공기를 공급하고 배기가스 재순환시키기 위한 방법이 제공되며, 연소 챔버로부터 배기가스들이 흡입되면서, 중심축 주위에 분포되는 복수의 구동 노즐들에 의해 구동 노즐들의 하류에 배열된 혼합 챔버에 연소 공기가 공급되고, 혼합 챔버 내에서, 구동 노즐들로부터 나오는 연소 공기가, 연소 챔버 밖으로 유동하고 구동 노즐들에 의해 다시 흡입되는 배기가스들과 혼합되어, 연소 공기/배기가스 혼합물을 형성하고, 연소 공기/배기가스 혼합물은 혼합 챔버의 하류에서 반응 구역에 공급된다.
구동 노즐들과 혼합 챔버는 제트 펌프를 형성하고, 제트 펌프에 의해 규정된 EGR 로 연소 공기/배기가스 혼합물이 특정 작동 파라미터들에 따라 반응 구역에 공급될 수 있다.
일 실시형태에서, 연소 공기가 구동 노즐들을 우회하여 바이패스 덕트를 통해 반응 구역에 선택적으로 공급된다. 바이패스 덕트를 통해 공급되는 연소 공기의 함량은 바람직하게는 특정 작동 파라미터에 따라 조절하기 위해 가변적이다.
이러한 목적을 위해, 일 실시형태에서, 연소 공기/배기가스 혼합물과 바이패스 덕트를 통해 공급되는 연소 공기의 혼합물의 산소 함량이 모니터링되고, 바이패스 덕트를 통해 공급되는 연소 공기의 양이 조절되어, 규정된 산소 함량을 유지한다.
대안적으로 또는 추가적으로, 다른 실시형태에서, 재순환된 배기가스의 온도가 검출되고, 검출된 온도에 따라 바이패스 덕트를 통해 공급되는 연소 공기의 양이 조절된다.
본 발명의 추가의 이점 및 양태는 도면을 참조하여 아래에 설명되는 본 발명의 예시적인 실시형태들의 설명 및 청구항들로부터 드러난다.
도 1 은 연소 공기를 공급하고 배기가스를 재순환시키기 위한 장치를 갖는 버너의 측단면도를 도시한다.
도 2 는 도 1 의 마킹 II-II 에 따른 절개 상면도로 도 1 에 따른 버너를 도시한다.
도 3 은 연소 공기를 공급하고 배기가스를 재순환시키기 위한 장치를 갖는 도 1 과 유사한 버너의 측단면도를 도시한다.
도 4 는 도 3 의 마킹 IV-IV 에 따른 절개 상면도로 도 3 에 따른 버너를 도시한다.
도 5 는 챔버를 갖는 측단면도로 도 1 과 유사한 버너를 도시한다.
도 1 및 도 2 는 도 1 의 마킹 II-II 에 따른 단면도로 또는 측단면도로, 연소 챔버 (10) 을 갖고 연소 공기를 공급하고 배기가스를 재순환시키기 위한 장치 (2) 를 갖는 버너 (1) 를 도시한다.
도시된 버너 (1) 는 공급 노즐 (30), 중심축 (A) 에 대해 동축으로 연장되는 연료 랜스 (31), 및 출구 노즐 (32) 을 갖는 연료 공급부 (3) 를 구비한다. 도시된 예시적인 실시형태에서, 출구 노즐들 (31) 의 상류에는 화염 전면을 안정화시키기 위한 화염 홀더 (4) 가 제공된다. 도시된 연료 공급부 (3) 는 내부 파일럿 버너 또는 점화 장치 (34) 를 더 포함한다. 점화 장치 (34) 는 연료 공급부의 연료 랜스 (31) 내에 연료를 공급하기 위한 덕트를 한정하는 튜브 (35) 내에 배열된다. 연소 챔버 (10) 는 화염 튜브 (12) 에 의해 유동 방향에 대해 횡방향으로 한정된다.
장치 (2) 는 공급 노즐 (20), 연소 공기 공급부에 유체적으로 (fluidically) 연결되고 중심축 (A) 주위에 그리고 연료 랜스 (31) 주위에 분포되는 복수 (도시된 예시적인 실시형태에서는 16개) 의 구동 노즐들 (21), 및 구동 노즐들 (21) 의 하류에 배열된 혼합 챔버 (22) 를 갖는 연소 공기 공급부를 포함한다. 구동 노즐들 (21) 과 혼합 챔버 (22) 는 제트 펌프를 형성한다. 여기서 구동 노즐들 (21) 에 의해 공급된 연소 공기는 펌핑 작용을 발생시키는 구동 매체로 사용되어, 연소 챔버 (10) 밖으로 유동하는 배기가스가 구동 노즐들 (21) 과 혼합 챔버 (22) 사이에 제공된 흡입 개구 (25) 를 통해 흡입된다. 혼합 챔버 (22) 내에서, 구동 노즐들 (21) 에서 나온 연소 공기는, 연소 챔버 (10) 밖으로 유동하고 구동 노즐들 (21) 에 의해 다시 흡입되는 배기 가스와 혼합되어, 연소 공기/배기가스 혼합물을 형성하고, 연소 공기/배기가스 혼합물은 혼합 챔버 (22) 의 하류에 있는 연소 챔버 (10) 의 반응 구역에 공급된다.
도시된 장치 (2) 의 혼합 챔버 (22) 는 환형 단면을 갖고, 연료 랜스 (31) 를 둘러싼다. 화염 튜브 (12) 는 혼합 챔버 (22) 에 인접한다. 도시된 예시적인 실시형태에서, 화염 튜브 (12) 및 혼합 챔버 (22) 는 공통 컴포넌트에 의해 실현된다. 다른 실시형태들에서, 별개의 컴포넌트들이 제공된다.
도 1 및 도 2 에 도시된 장치 (2) 는 또한 구동 노즐들 (21) 을 우회하여 연소 공기가 반응 구역에 공급될 수 있게 하는 바이패스 덕트 (23) 를 갖는다. 도시된 예시적인 실시형태에서, 바이패스 덕트 (23) 는 연료 랜스 (31) 와 혼합 챔버 (22) 사이에 중심축 (A) 에 대해 동축으로 연장되는 환형 덕트로서 구성된다. 바이패스 덕트 (23) 는 혼합 챔버 (22) 의 하류에서 그리고 화염 홀더 (4) 의 상류에서 종료된다. 바이패스 덕트 (23) 를 통해 공급된 연소 공기와 혼합 챔버 (22) 로부터 온 연소 공기/배기가스 혼합물의 신속하고 완전한 혼합을 위해, 도시된 예시적인 실시형태에서 바이패스 덕트 (23) 의 출구 단부에 노즐 개구들 (230) 이 제공된다. 도시된 예시적인 실시형태에서, 바이패스 덕트 (23) 에는 연속적으로 또는 무한히 가변적으로 조절 가능한 바이패스 밸브 (232) 가 제공된다.
혼합 챔버 (22) 의 하류에, 그리고 도시된 예시적인 실시형태에서, 바이패스 덕트 (23) 의 출구 단부의 하류에 그리고 화염 홀더 (4) 및 연료 공급부 (3) 의 출구 노즐들 (32) 의 상류에 산소 측정을 위한 프로브 (5) 가 제공된다.
또한, 재순환 배기가스의 온도를 측정하는 측정 센서 (6) 가 제공된다. 도시된 실시형태에서, 측정 센서 (6) 는 혼합 챔버 (22) 와 구동 노즐들 (21) 에 의해 형성되는 제트 펌프의 흡입 개구 (25) 의 영역에 배열된다.
제트 펌프에 의해 전달되는 연소 공기/배기가스 혼합물의 배기가스 반송비 (return ratio) 는 혼합 챔버 (22) 및 구동 노즐들 (21) 의 단면적 비 및 재순환 배기가스의 온도와 같은 작동 파라미터에 의존한다.
화염 온도를 1500℃로 낮추기 위해, 반송되는 배기가스의 온도에 따라 1 내지 1.5 의 배기가스 반송비가 요구된다. 혼합 챔버 (22) 와 구동 노즐들 (21) 의 단면적 비는 반송되는 배기가스의 온도 범위에 대해 당업자에 의해 상응하게 적절히 설정된다. 도시된 예시적인 실시형태에서, 단면적 비는 20보다 작도록 선택된다. 도시된 혼합 챔버 (22) 는 깔때기 형상의 유입 및 유출 영역들을 갖는다. 혼합 챔버 (22) 의 단면은 여기서 일정한 단면을 갖는 사이에 위치된 섹션에서 결정된다.
예컨대 반송되는 배기가스의 온도 편차 때문에, 화염 안정성을 획득하기 위해 작동 중에 배기가스 반송비가 감소되어야 한다면, 도시된 예시적인 실시형태에서 바이패스 덕트 (23) 를 통해 연소 공기의 일부가 공급될 수 있다. 프로브 (5) 는, 산소 함량을 검출하고 바이패스 밸브 (232) 를 사용하여 이를 특정 값으로 조정하는 데 사용될 수 있다.
도 3 및 도 4 는 도 1 의 마킹 II-II 에 따른 절개 상면도 또는 측단면도로, 연소 공기를 공급하고 배기가스를 재순환시키기 위한 장치 (2) 를 갖고 연소 챔버 (10) 을 갖는 버너 (1) 를 도시한다. 도 3 및 도 4 에 따른 버너 (1) 는 도 1 및 도 2 에 따른 버너 (1) 와 유사하고, 동일한 컴포넌트들에 동일한 참조 부호들이 사용된다. 이미 설명한 컴포넌트들에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1 및 도 2 에 따른 예시적인 실시형태와 대조적으로, 도 3 및 도 4 에 따른 장치 (2) 는 바이패스 덕트 (23) 를 갖지 않는다. 대신에, 연속적으로 또는 무한히 가변적으로 조절 가능한 밸브 (27) 가 다시 흡입된 배기가스를 위한 흡입 개구 (25) 에 제공된다. 만약 화염 안정성을 획득하기 위해 작동 중에 배기가스 반송비가 감소되어야 한다면, 도 3 및 도 4 에 따른 예시적인 실시형태에서 밸브 (27) 에 의해 배기가스의 반송이 감소될 수 있다. 이 경우, 도 1 및 도 2 에 따른 예시적인 실시형태와 유사하게, 프로브 (5) 는 연료 공급부의 출구 노즐 (32) 의 상류에서 연소 공기/배기가스 혼합물의 산소 함량을 검출하는 데 사용될 수 있고, 도 1 및 도 2 에 따른 예시적인 실시형태와 대조적으로 - 밸브 (27) 의 도움으로 이를 특정 값으로 조정하는 데 사용될 수 있다. 도시된 예시적인 실시형태에서, 예를 들어 프로브 (5) 의 배선을 위해 사용될 수 있는 환형 캐비티가 연료 공급부 (3) 의 연료 랜스 (31) 와 혼합 챔버 (22) 사이에 남아 있다. 다른 실시형태들에서, 환형 혼합 챔버 (22) 의 내경은 덕트 (31) 의 외경과 동일하므로, 캐비티를 남기지 않는다.
도 5 는 도 1 에 따른 버너 (1) 및 하우징 (70) 에 의해 한정되는 가열 챔버 (7) 를 도시한다. 도시된 예시적인 실시형태에서 이중 벽 하우징 (70) 이 제공된다. 이중 벽 하우징 (70) 내에 튜브 코일 (71) 이 배열되고, 튜브 코일을 통해 가열될 매체가 안내된다. 배기가스 또는 연소 가스는 이중 벽 하우징 (70) 을 통해 출구 (72) 로 안내되고, 이 과정에서 튜브 코일 내에서 안내되는 매체를 가열한다. 또한, 질소산화물의 열적 형성을 피하기 위해, 구동 노즐들 (21) 과 혼합 챔버 (22) 에 의해 형성되는 제트 펌프에 의해 배기가스의 일부가 흡입되고, 연소 공기와 혼합된다.
도 1 및 도 2 에 따른 실시형태와 대조적으로, 도 5 에 따른 실시형태예에서, 낮은 반응 속도를 갖는 연료, 예를 들어 천연 가스를 사용한 작동의 경우, 번아웃을 보장하기 위해 연장된 체류 기간 동안 연장된 화염 튜브 (112) 가 제공된다.

Claims (15)

  1. 버너 챔버 (10) 를 갖는 버너 (1) 용의 연소 공기를 공급하고 배기가스를 재순환시키기 위한 장치로서,
    상기 장치 (2) 는, 중심축 (A) 주위에 분포되고 연소 공기 공급부에 유체적으로 연결된 복수의 구동 노즐들 (21) 을 포함하며,
    상기 구동 노즐들 (21) 의 하류에 배치된 혼합 챔버 (22) 가 제공되고,
    상기 구동 노즐들 (21) 과 상기 혼합 챔버 (22) 는 제트 펌프를 형성하며,
    상기 혼합 챔버 (22) 내에서, 상기 구동 노즐들 (21) 로부터 나오는 연소 공기가, 상기 연소 챔버 (10) 밖으로 유동하고 상기 구동 노즐들 (21) 에 의해 다시 흡입되는 배기가스들과 혼합 가능하여, 연소 공기/배기가스 혼합물을 형성하고,
    상기 연소 공기/배기가스 혼합물은 상기 혼합 챔버 (22) 의 하류에서 반응 구역에 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 혼합 챔버 (22) 는 환형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 중심축 (A) 주위에 균일하게 분포되는 8개 이상의 구동 노즐들 (21) 이 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 혼합 챔버 (22) 와 상기 구동 노즐들 (21) 의 단면적 비가 20 이하인 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동 노즐들 (21) 을 우회하여 상기 반응 구역에 연소 공기가 공급될 수 있게 하는 바이패스 덕트 (23) 가 제공되고, 바람직하게는 노즐 개구들 (230) 이 상기 바이패스 덕트 (23) 의 출구 단부에 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 바이패스 덕트 (23) 에 조절 가능한 바이패스 밸브 (231) 가 제공되고, 상기 바이패스 밸브 (231) 는 바람직하게는 연속적으로 또는 무한히 가변적으로 조절 가능한 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    다시 흡입된 (sucked-back) 배기가스를 위한 흡입 개구 (25) 에 조절 가능한 밸브 (27) 가 제공되고, 상기 밸브 (27) 는 바람직하게는 연속적으로 또는 무한히 가변적으로 조절 가능한 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    산소를 측정하기 위한 프로브 (5) 가 바람직하게는 연료 공급부 (3) 의 출구 개구들의 상류에 제공되고/되거나 재순환된 배기가스의 온도를 측정하기 위한 측정 센서 (6) 가 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 장치 및
    중심축 (A) 에 대해 동축으로 배열되고 출구 개구들 (32) 을 갖는 연료 랜스 (31)
    를 포함하는 버너.
  10. 제 9 항에 있어서,
    유동 방향에 대해 횡방향으로 연소 챔버 (10) 를 한정하는 화염 튜브 (12, 112) 가 제공되는 것을 특징으로 하는 버너.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    연료 공급부 (3) 가 점화 장치 (34) 또는 파일럿 버너를 포함하는 것을 특징으로 하는 버너.
  12. 연소 챔버 (10) 를 갖는 버너 (1) 용의 연소 공기를 공급하고 배기가스 재순환시키기 위한 방법으로서,
    상기 연소 챔버 (10) 로부터 배기가스들이 흡입되면서, 중심축 (A) 주위에 분포되는 복수의 구동 노즐들 (21) 에 의해 상기 구동 노즐들 (21) 의 하류에 배열된 혼합 챔버 (22) 에 연소 공기가 공급되고,
    상기 혼합 챔버 (22) 내에서, 상기 구동 노즐들 (21) 로부터 나오는 연소 공기가, 상기 연소 챔버 (10) 밖으로 유동하고 상기 구동 노즐들 (21) 에 의해 다시 흡입되는 배기가스들과 혼합되어, 연소 공기/배기가스 혼합물을 형성하고,
    상기 연소 공기/배기가스 혼합물은 상기 혼합 챔버 (22) 의 하류에서 반응 구역에 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 구동 노즐들 (21) 을 우회하여 상기 반응 구역에 바이패스 덕트 (23) 를 통해 연소 공기가 선택적으로 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 연소 공기/배기가스 혼합물과 상기 바이패스 덕트 (23) 를 통해 선택적으로 공급되는 연소 공기의 혼합물의 산소 함량이 모니터링되고, 상기 바이패스 덕트 (23) 를 통해 공급되는 연소 공기의 양이 조절되어, 규정된 산소 함량을 유지하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    재순환된 배기가스의 온도가 검출되고, 검출된 온도에 따라 상기 바이패스 덕트 (23) 를 통해 공급되는 연소 공기의 양이 조절되는 것을 특징으로 하는 방법.
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