KR20230153182A - Burner for mixed combustion of ammonia and coal, and a high-temperature low-oxygen gas supply system applied thereto - Google Patents

Burner for mixed combustion of ammonia and coal, and a high-temperature low-oxygen gas supply system applied thereto Download PDF

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KR20230153182A
KR20230153182A KR1020220053087A KR20220053087A KR20230153182A KR 20230153182 A KR20230153182 A KR 20230153182A KR 1020220053087 A KR1020220053087 A KR 1020220053087A KR 20220053087 A KR20220053087 A KR 20220053087A KR 20230153182 A KR20230153182 A KR 20230153182A
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백세현
이종민
김동규
김영주
박상빈
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한국전력공사
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Abstract

본 발명은 화력발전소의 보일러 내부에 암모니아와 고온 저산소 가스를 예혼합하여 버너의 연료 과농부위에 분사함과 동시에 석탄 및 1차공기와 암모니아 분사부위의 경계면에 고온 저산소의 바운더리 가스를 공급함으로써, 화염의 국부적인 피크온도를 낮춰 질소산화물의 발생을 줄이며 화염의 온도분포를 평준화시켜 안정된 화염을 유지할 수 있는 암모니아와 석탄의 혼합 연소를 위한 버너를 개시한다.
전술한 암모니아와 석탄의 혼합 연소를 위한 버너는 보일러의 화로내부를 향해 석탄과 1차공기를 공급하기 위해 설치되는 석탄 버너노즐; 상기 석탄 버너노즐을 관통하여 설치되고 상기 화로내부를 향해 암모니아 연료가스를 공급하는 암모니아 버너노즐; 상기 암모니아 버너노즐의 외부를 감싼 상태에서 상기 석탄 버너노즐을 관통하여 설치되고 상기 화로내부를 향해 고온 저산소의 바운더리 가스를 공급하는 바운더리 가스 공급배관; 상기 암모니아 버너노즐과 상기 바운더리 가스 공급배관 사이에서 형성되는 예혼합 챔버; 및 상기 바운더리 가스 공급배관의 내부에 설치되어 상기 예혼합 챔버로부터 상기 화로내부를 향한 바운더리 가스의 유입량을 조절하여 화염의 피크온도를 낮춰주는 바운더리 가스 유량 제어밸브를 포함한다.
The present invention premixes ammonia and high-temperature, low-oxygen gas inside the boiler of a thermal power plant and sprays them on the fuel-rich portion of the burner, while simultaneously supplying high-temperature, low-oxygen boundary gas to the interface between the coal, primary air, and ammonia injection portion, thereby reducing the flame. A burner for mixed combustion of ammonia and coal is disclosed that can reduce the generation of nitrogen oxides by lowering the local peak temperature and maintain a stable flame by equalizing the temperature distribution of the flame.
The burner for the above-mentioned mixed combustion of ammonia and coal includes a coal burner nozzle installed to supply coal and primary air toward the inside of the furnace of the boiler; an ammonia burner nozzle installed to penetrate the coal burner nozzle and supply ammonia fuel gas toward the inside of the furnace; a boundary gas supply pipe installed to penetrate the coal burner nozzle while surrounding the outside of the ammonia burner nozzle and supplying a high-temperature, low-oxygen boundary gas toward the inside of the furnace; a premixing chamber formed between the ammonia burner nozzle and the boundary gas supply pipe; and a boundary gas flow control valve installed inside the boundary gas supply pipe to lower the peak temperature of the flame by adjusting the amount of boundary gas flowing from the premix chamber toward the inside of the furnace.

Description

암모니아와 석탄의 혼합 연소를 위한 버너 및 이에 적용되는 고온 저산소 가스의 공급 시스템{Burner for mixed combustion of ammonia and coal, and a high-temperature low-oxygen gas supply system applied thereto}Burner for mixed combustion of ammonia and coal, and a high-temperature low-oxygen gas supply system applied thereto}

본 발명은 암모니아와 석탄의 혼합 연소를 위한 버너 및 이에 적용되는 고온 저산소 가스의 공급 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 화력발전소의 보일러 내부에 암모니아와 고온 저산소 가스를 예혼합하여 버너의 연료 과농부위에 분사함과 동시에 석탄 및 1차공기와 암모니아 분사부위의 경계면에 고온 저산소의 바운더리(Boundary) 가스를 공급함으로써, 화염의 국부적인 피크온도를 낮춰 질소산화물의 발생을 줄이며 화염의 온도분포를 평준화시켜 안정된 화염을 유지할 수 있는 암모니아와 석탄의 혼합 연소를 위한 버너 및 이에 적용되는 고온 저산소 가스의 공급 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a burner for mixed combustion of ammonia and coal and a supply system for high-temperature low-oxygen gas applied thereto. More specifically, the present invention relates to a burner for fuel over-enrichment of the burner by premixing ammonia and high-temperature low-oxygen gas inside the boiler of a thermal power plant. By spraying above and simultaneously supplying high-temperature, low-oxygen boundary gas to the interface between coal, primary air, and ammonia injection area, it lowers the local peak temperature of the flame, reduces the generation of nitrogen oxides, and equalizes the temperature distribution of the flame. It relates to a burner for mixed combustion of ammonia and coal that can maintain a stable flame and a high-temperature, low-oxygen gas supply system applied thereto.

화력발전소에서 배출되는 이산화탄소의 배출 저감을 위하여 중장기적인 에너지 전환이 요구되고 있다. 그 중에서 암모니아는 수소보다 이송 및 저장이 용이하고 경제성 측면에서도 경쟁력 있기 때문에 전력 생산을 위한 새로운 에너지원으로 부상하고 있는 실정이다.A mid- to long-term energy transition is required to reduce carbon dioxide emissions from thermal power plants. Among them, ammonia is emerging as a new energy source for power production because it is easier to transport and store than hydrogen and is competitive in terms of economic feasibility.

그러나 암모니아는 일반 연료보다 점화하기 어렵고 화염 전파속도 및 연소속도가 느린 특성이 있기 때문에 고도의 연소기술이 요구된다.However, ammonia is more difficult to ignite than ordinary fuel and has a slower flame propagation and combustion speed, so advanced combustion technology is required.

또한, 암모니아는 다량의 질소 원자를 포함하기 때문에 기존의 발전소 연료보다 증가된 질소가 비교적 낮은 온도에서 해리되어 산화제 라디칼 및 중간 생성물에 의해 쉽게 질소산화물(NOx)로 전환될 수 있다. 이와 같은 질소산화물(NOx)의 배출은 그 자체로서도 문제일 뿐만 아니라 미세먼지의 배출 증가에도 관련이 있기 때문에 환경적 폐해가 크다. In addition, because ammonia contains a large amount of nitrogen atoms, the increased nitrogen compared to existing power plant fuels can be dissociated at a relatively low temperature and easily converted into nitrogen oxides (NOx) by oxidizing radicals and intermediate products. Such emissions of nitrogen oxides (NOx) are not only a problem in themselves, but also cause significant environmental harm because they are related to the increase in fine dust emissions.

현재 기존 화력발전소에서는 보일러 연소과정에서 생성된 질소산화물(NOx)을 최종적으로는 SCR을 활용하는 후처리 방법으로 저감하여 환경 규제치를 준수하고 있다. Currently, existing thermal power plants comply with environmental regulations by ultimately reducing nitrogen oxides (NOx) generated during the boiler combustion process through post-treatment using SCR.

그러나 화력발전소의 보일러 화로에서 생성되는 질소산화물(NOx)이 설계수준 대비 크게 증가되는 경우에는 기존의 설비만으로 처리가 어려울 수 있다. 아울러 촉매생산 비용 및 투입 에너지, 폐 촉매 처리 및 SCR용 암모니아 비용이 소요되며 SCR 설비에서의 암모니아 슬립 누출 등 여러 문제점이 대두되고 있다.However, if nitrogen oxides (NOx) generated in the boiler furnace of a thermal power plant increases significantly compared to the design level, it may be difficult to treat it with existing facilities alone. In addition, catalyst production costs, input energy, waste catalyst treatment, and ammonia costs for SCR are required, and various problems such as ammonia slip leakage from SCR facilities are emerging.

이에 따라, 암모니아와 석탄을 혼합연소의 상용화를 위해서는 기본적으로 버너자체에서 발생되는 질소산화물(NOx)을 최소화 하면서 동시에 안정된 화염을 유지하는 기술이 필요하다.Accordingly, in order to commercialize mixed combustion of ammonia and coal, a technology is needed to minimize nitrogen oxides (NOx) generated from the burner itself and at the same time maintain a stable flame.

즉, 최근 들어 암모니아를 발전용 연료로 활용하고자하는 아이디어가 전 세계적으로 대두되었으나, 암모니아와 석탄을 혼합연소하기 위한 연소기술은 초기 단계이기 때문에 실제 적용하는 데 많은 어려움이 있는 데, 이는 암모니아가 일반 화석 연료보다 점화하기 어렵고 화염 속도가 매우 느린 편으로 연소 속도가 느리다는 특성 때문이다.In other words, the idea of using ammonia as a fuel for power generation has emerged around the world recently, but since the combustion technology for mixing ammonia and coal is in its early stages, there are many difficulties in practical application, which is because ammonia is a common fuel. This is because it is difficult to ignite and has a very slow flame speed compared to fossil fuels, resulting in a slow combustion speed.

또한, 암모니아는 다량의 질소 원자를 포함하기 때문에 높은 질소산화물(NOx)의 배출로 인해 환경오염의 문제를 유발하기 때문이다.In addition, because ammonia contains a large amount of nitrogen atoms, it causes environmental pollution problems due to high emissions of nitrogen oxides (NOx).

이 결과, 암모니아와 석탄을 혼합연소하기 위한 발전용 보일러에 대한 연소 기술과 질소산화물(NOx)의 저감 기술은 상용화되는 데 많은 어려움이 있는 실정이고, 이를 해소하기 위해서는 질소산화물(NOx)의 배출 증가분을 SCR을 활용하여 후처리 하는 방법에 의존해야 하므로 경제적인 부담을 비롯한 많은 현실적 문제가 있게 된다.As a result, there are many difficulties in commercializing combustion technology for power generation boilers for mixed combustion of ammonia and coal and nitrogen oxide (NOx) reduction technology, and to solve this problem, the increase in nitrogen oxide (NOx) emissions is required. Since it has to rely on post-processing methods using SCR, there are many practical problems, including economic burden.

(공개특허) 제10-2022-0023374호(Public Patent) No. 10-2022-0023374

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 화력발전소의 보일러 내부에 암모니아와 고온 저산소 가스를 예혼합하여 버너의 연료 과농부위에 분사함과 동시에 석탄 및 1차공기와 암모니아 분사부위의 경계면에 고온 저산소의 바운더리(Boundary) 가스를 공급함으로써, 화염의 국부적인 피크온도를 낮춰 질소산화물의 발생을 줄이며 화염의 온도분포를 평준화시켜 안정된 화염을 유지할 수 있는 암모니아와 석탄의 혼합 연소를 위한 버너 및 이에 적용되는 고온 저산소 가스의 공급 시스템을 제공하는 것이다.The technical problem to be solved by the present invention is to premix ammonia and high-temperature low-oxygen gas inside the boiler of a thermal power plant and spray it on the fuel-rich part of the burner, and at the same time, create a high-temperature low-oxygen boundary at the interface between coal, primary air, and ammonia injection area. (Boundary) A burner for mixed combustion of ammonia and coal that can maintain a stable flame by lowering the local peak temperature of the flame, reducing the generation of nitrogen oxides and leveling the temperature distribution of the flame by supplying gas, and high-temperature low-oxygen oxygen applied thereto. To provide a gas supply system.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 암모니아와 석탄의 혼합 연소를 위한 버너는 보일러의 화로내부를 향해 석탄과 1차공기를 공급하기 위해 설치되는 석탄 버너노즐, 상기 석탄 버너노즐을 관통하여 설치되고 상기 화로내부를 향해 암모니아 연료가스를 공급하는 암모니아 버너노즐, 상기 암모니아 버너노즐의 외부를 감싼 상태에서 상기 석탄 버너노즐을 관통하여 설치되고 상기 화로내부를 향해 고온 저산소의 바운더리 가스를 공급하는 바운더리 가스 공급배관, 상기 암모니아 버너노즐과 상기 바운더리 가스 공급배관 사이에서 형성되는 예혼합 챔버, 및 상기 바운더리 가스 공급배관의 내부에 설치되어 상기 예혼합 챔버로부터 상기 화로내부를 향한 바운더리 가스의 유입량을 조절하여 화염의 피크온도를 낮춰주는 바운더리 가스 유량 제어밸브를 포함하고, 상기 암모니아 버너노즐에는 상기 예혼합 챔버와 교통 가능하게 형성되어 상기 바운더리 가스 공급배관을 통해 제공되는 바운더리 가스를 공급받고, 공급받은 바운더리 가스를 상기 암모니아 버너노즐을 통해 제공되는 암모니아 연료가스와 혼합하여 상기 화로내부에 공급하는 예혼합 포트가 구비되는 것이 바람직하다.A burner for mixed combustion of ammonia and coal according to an embodiment of the present invention to solve the above technical problem is a coal burner nozzle installed to supply coal and primary air toward the inside of the furnace of the boiler, and the coal burner An ammonia burner nozzle that is installed through the nozzle and supplies ammonia fuel gas toward the inside of the furnace. It is installed through the coal burner nozzle while covering the outside of the ammonia burner nozzle and supplies high-temperature, low-oxygen boundary gas toward the inside of the furnace. a boundary gas supply pipe that supplies a premixing chamber formed between the ammonia burner nozzle and the boundary gas supply pipe, and a boundary gas installed inside the boundary gas supply pipe and heading toward the inside of the furnace from the premixing chamber. It includes a boundary gas flow control valve that adjusts the inflow amount to lower the peak temperature of the flame, and the ammonia burner nozzle is formed to communicate with the premix chamber and receives boundary gas provided through the boundary gas supply pipe, It is preferable that a premixing port is provided to mix the supplied boundary gas with the ammonia fuel gas provided through the ammonia burner nozzle and supply it to the inside of the furnace.

본 발명의 실시예에 있어, 상기 바운더리 가스 유량 제어밸브는 상기 암모니아 버너노즐의 외주면과 상기 바운더리 가스 공급배관의 내주면 사이에 설치되어 상기 예혼합 챔버와 교통 가능하게 형성되는 것이 바람직하다.In an embodiment of the present invention, the boundary gas flow control valve is preferably installed between the outer peripheral surface of the ammonia burner nozzle and the inner peripheral surface of the boundary gas supply pipe to enable communication with the premixing chamber.

본 발명의 실시예에 있어, 상기 예혼합 챔버로 공급되는 고온 저산소의 바운더리 가스의 일부는 상기 예혼합 포트를 통해 상기 암모니아 버너노즐의 내부를 경유하여 암모니아 연료가스와 혼합된 상태에서 상기 화로내부의 중심부에 위치하는 환원영역으로 분사되고, 상기 예혼합 챔버로 공급되는 고온 저산소의 바운더리 가스의 나머지 일부는 상기 바운더리 가스 유량 제어밸브에 의해 유입량이 조절된 상태에서 상기 바운더리 가스 공급배관의 내주면과 상기 암모니아 버너노즐의 외주면 사이의 공간을 경유하여 상기 화로내부에서 암모니아 연료가스와 석탄 및 1차공기 사이의 경계면을 향해 분사되도록 구성되는 것이 바람직하다.In an embodiment of the present invention, a portion of the high-temperature, low-oxygen boundary gas supplied to the premixing chamber is mixed with ammonia fuel gas through the interior of the ammonia burner nozzle through the premixing port and enters the furnace. The remaining part of the high-temperature, low-oxygen boundary gas that is injected into the reduction zone located in the center and supplied to the premixing chamber is injected into the inner peripheral surface of the boundary gas supply pipe and the ammonia with the inflow amount controlled by the boundary gas flow control valve. It is preferably configured to be sprayed toward the interface between ammonia fuel gas, coal, and primary air inside the furnace via the space between the outer peripheral surfaces of the burner nozzles.

본 발명의 실시예는 상기 암모니아 버너노즐의 내부를 향해 암모니아 연료가스를 공급하기 위한 암모니아 공급배관을 더 포함하고, 상기 암모니아 버너노즐과 상기 암모니아 공급배관 사이에는 암모니아 연료가스의 공급량을 제어하기 위한 암모니아 유량 제어밸브가 설치되는 것이 바람직하다.An embodiment of the present invention further includes an ammonia supply pipe for supplying ammonia fuel gas toward the inside of the ammonia burner nozzle, and an ammonia supply pipe for controlling the supply amount of ammonia fuel gas between the ammonia burner nozzle and the ammonia supply pipe. It is desirable to install a flow control valve.

본 발명의 실시예는 상기 암모니아 버너노즐과 상기 암모니아 공급배관 사이를 연결하는 플렉시블 배관을 더 포함하고, 상기 암모니아 유량 제어밸브는 상기 암모니아 공급배관과 상기 플렉시블 배관 사이에 설치되는 것이 바람직하다.The embodiment of the present invention further includes a flexible pipe connecting the ammonia burner nozzle and the ammonia supply pipe, and the ammonia flow control valve is preferably installed between the ammonia supply pipe and the flexible pipe.

본 발명의 실시예는 상기 암모니아 버너노즐의 축방향 위치를 조절하기 위해 설치되는 암모니아 버너노즐 위치 조정장치를 더 포함하고, 상기 암모니아 버너노즐 위치 조정장치는 상기 암모니아 버너노즐의 자유단부에 위치하는 암모니아 버너노즐팁에 대한 축방향 위치를 상기 보일러의 화로내부에 대해 미세 튜닝하도록 구성되는 것이 바람직하다.An embodiment of the present invention further includes an ammonia burner nozzle position adjusting device installed to adjust the axial position of the ammonia burner nozzle, and the ammonia burner nozzle position adjusting device is located at the free end of the ammonia burner nozzle. It is preferable that the axial position of the burner nozzle tip be fine-tuned with respect to the inside of the furnace of the boiler.

본 발명의 실시예는 상기 바운더리 가스 공급배관의 내부를 향해 고온 저산소 가스를 공급하기 위한 고온 저산소 가스 공급배관을 더 포함하고, 상기 고온 저산소 가스 공급배관과 상기 바운더리 가스 공급배관 사이에는 고온 저산소 가스의 공급량을 제어하기 위한 고온 저산소 가스 제어밸브가 설치되는 것이 바람직하다.An embodiment of the present invention further includes a high-temperature low-oxygen gas supply pipe for supplying high-temperature low-oxygen gas toward the inside of the boundary gas supply pipe, and a high-temperature low-oxygen gas is supplied between the high-temperature low-oxygen gas supply pipe and the boundary gas supply pipe. It is desirable to install a high-temperature, low-oxygen gas control valve to control the supply amount.

본 발명의 실시예는 상기 바운더리 가스 공급배관의 내부에 퍼지가스를 공급하기 위한 퍼지가스 공급배관을 더 포함하고, 상기 퍼지가스 공급배관에는 퍼지가스의 공급량을 제어하기 위한 퍼지가스 밸브가 설치되는 것이 바람직하다.An embodiment of the present invention further includes a purge gas supply pipe for supplying a purge gas to the inside of the boundary gas supply pipe, and a purge gas valve for controlling the supply amount of the purge gas is installed in the purge gas supply pipe. desirable.

본 발명의 실시예는 상기 보일러의 배기계통에 대해 분지되게 설치되어 저온 저산소의 배기가스를 제공받는 가스분배기, 상기 가스분배기를 통해 제공되는 저온 저산소 가스를 상기 보일러의 고온 저산소 가스와 열교환하도록 설치되는 가스 열교환기, 및 상기 가스 열교환기를 거친 고온 저산소 가스를 상기 고온 저산소 가스 공급배관으로 제공하도록 설치되는 고온 저산소 가스배관을 더 포함하는 것이 바람직하다.An embodiment of the present invention is a gas distributor installed in a branched manner to the exhaust system of the boiler to receive low-temperature low-oxygen exhaust gas, and a gas distributor installed to heat exchange the low-temperature hypoxic gas provided through the gas distributor with the high-temperature hypoxic gas of the boiler. It is preferable to further include a gas heat exchanger, and a high-temperature, low-oxygen gas pipe installed to supply the high-temperature, low-oxygen gas that has passed through the gas heat exchanger to the high-temperature, low-oxygen gas supply pipe.

본 발명의 실시예는 상기 가스분배기와 상기 가스 열교환기 사이를 교통 가능하게 연결하는 저온 저산소 가스배관을 더 포함하고, 상기 저온 저산소 가스배관에는 저온 저산소 가스의 공급량을 제어하기 위한 가스분배 유량 제어밸브가 설치되는 것이 바람직하다.An embodiment of the present invention further includes a low-temperature hypoxic gas pipe connecting the gas distributor and the gas heat exchanger to enable communication, and the low-temperature hypoxic gas pipe includes a gas distribution flow control valve for controlling the supply amount of the low-temperature hypoxic gas. It is desirable to have it installed.

본 발명의 실시예는 상기 저온 저산소 가스배관으로부터 상기 가스 열교환기를 우회하는 바이패스 배관을 더 포함하고, 상기 바이패스 배관에는 상기 고온 저산소 가스배관을 통해 상기 고온 저산소 가스 공급배관으로 제공되는 고온 저산소 가스에 대한 온도를 조절하기 위한 바이패스 유량 제어밸브가 설치되는 것이 바람직하다.An embodiment of the present invention further includes a bypass pipe that bypasses the gas heat exchanger from the low-temperature low-oxygen gas pipe, wherein the high-temperature low-oxygen gas is supplied to the high-temperature low-oxygen gas supply pipe through the high-temperature low-oxygen gas pipe in the bypass pipe. It is desirable to install a bypass flow control valve to control the temperature.

본 발명의 실시예에 따른 고온 저산소 가스의 공급 시스템은 암모니아와 석탄의 혼합 연소를 위한 버너, 상기 암모니아 공급배관으로 제공되는 암모니아의 유량정보를 검출하여 전송하는 암모니아 유량전송기, 상기 석탄 버너노즐로 제공되는 석탄의 공급량과 성상정보를 검출하여 전송하는 석탄 유량 및 성상정보전송기, 상기 보일러의 배기계통에 설치되어 배기가스의 온도와 유량 및 화학종정보를 검출하여 전송하는 배기가스 분석정보전송기, 상기 가스분배 유량 제어밸브에 대한 동작 제어를 기반으로 상기 저온 저산소 가스배관으로 제공되는 저온 저산소 가스의 공급량을 조절하는 가스유량 제어기, 상기 바이패스 유량 제어밸브에 대한 동작 제어를 기반으로 상기 고온 저산소 가스배관을 통해 상기 고온 저산소 가스 공급배관으로 제공되는 고온 저산소 가스에 대한 온도를 조절하는 바이패스 유량 제어기, 상기 바운더리 가스 유량 제어밸브에 대한 동작 제어를 기반으로 상기 바운더리 가스 공급배관을 통해 상기 화로내부로 제공되는 바운더리 가스의 공급량을 조절하는 바운더리 가스유량 제어기, 상기 암모니아 버너노즐 위치 조정장치에 대한 동작 제어를 기반으로 상기 암모니아 버너노즐팁에 대한 축방향 위치를 조절하는 노즐팁 위치 제어기, 및 상기 암모니아 유량전송기로부터 전송되는 암모니아의 유량정보, 상기 석탄 유량 및 성상정보전송기로부터 전송되는 석탄의 공급량과 성상정보, 및 상기 배기가스 분석정보전송기로부터 전송되는 배기가스의 온도와 유량 및 화학종정보를 기반으로 상기 가스유량 제어기와 상기 바이패스 유량 제어기 상비 바운더리 가스유량 제어기, 및 상기 노즐팁 위치 제어기에 대해 동작 제어를 위한 제어신호를 출력하는 운전 제어장치를 포함하는 것이 바람직하다.The high-temperature low-oxygen gas supply system according to an embodiment of the present invention includes a burner for mixed combustion of ammonia and coal, an ammonia flow transmitter for detecting and transmitting the flow rate information of ammonia provided through the ammonia supply pipe, and the coal burner nozzle. A coal flow rate and property information transmitter that detects and transmits the supply amount and property information of the coal, an exhaust gas analysis information transmitter installed in the exhaust system of the boiler that detects and transmits the temperature, flow rate, and chemical species information of the exhaust gas, and the gas A gas flow controller that regulates the supply amount of low-temperature hypoxic gas provided to the low-temperature hypoxic gas pipe based on operation control of the distribution flow control valve, and the high-temperature hypoxic gas pipe based on operation control of the bypass flow control valve. A bypass flow controller that regulates the temperature of the high-temperature low-oxygen gas provided through the high-temperature low-oxygen gas supply pipe through the boundary gas flow control valve, which is provided into the furnace through the boundary gas supply pipe based on the operation control of the boundary gas flow control valve. From a boundary gas flow controller that controls the supply amount of boundary gas, a nozzle tip position controller that adjusts the axial position of the ammonia burner nozzle tip based on operation control of the ammonia burner nozzle position adjusting device, and the ammonia flow transmitter. The gas flow rate based on the ammonia flow rate information transmitted, the supply amount and property information of coal transmitted from the coal flow rate and property information transmitter, and the temperature, flow rate, and chemical species information of the exhaust gas transmitted from the exhaust gas analysis information transmitter. It is preferable to include a controller, an operation control device that outputs a control signal for operation control to the bypass flow controller, a permanent boundary gas flow controller, and the nozzle tip position controller.

본 발명의 실시예에 따른 암모니아와 석탄의 혼합 연소를 위한 버너 및 이에 적용되는 고온 저산소 가스의 공급 시스템은 화력발전소의 보일러 내부에 암모니아와 고온 저산소 가스를 예혼합하여 버너의 연료 과농부위에 분사함과 동시에 석탄 및 1차공기와 암모니아 분사부위의 경계면에 고온 저산소의 바운더리(Boundary) 가스를 공급할 수 있으므로, 화염의 국부적인 피크온도를 낮춰 질소산화물의 발생을 줄이며 화염의 온도분포를 평준화시켜 안정된 화염을 유지할 수 있게 된다.The burner for mixed combustion of ammonia and coal according to an embodiment of the present invention and the high-temperature low-oxygen gas supply system applied thereto premix ammonia and high-temperature low-oxygen gas inside the boiler of a thermal power plant and spray the fuel-rich portion of the burner. At the same time, high-temperature, low-oxygen boundary gas can be supplied to the interface between coal, primary air, and ammonia injection area, thereby lowering the local peak temperature of the flame, reducing the generation of nitrogen oxides, and leveling the temperature distribution of the flame, creating a stable flame. can be maintained.

즉, 본 발명의 실시예는 암모니아의 구성성분에 대한 당량비에 따른 질소산화물의 발생 특성을 적극 활용하여 고온 저산소 가스와 암모니아를 예혼합 후 버너의 연료 과농 부위에 분사하고, 동시에 석탄-1차공기와 암모니아 분사부위의 경계면에 바운더리(Boundary) 가스를 공급하는 구성을 제공함으로써, 이를 통해 화염의 국부적인 피크온도를 낮춰 열적 질소산화물의 발생량을 줄이고 온도분포를 평준화시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.That is, the embodiment of the present invention actively utilizes the characteristics of nitrogen oxides generated according to the equivalence ratio of the components of ammonia to premix high-temperature low-oxygen gas and ammonia and then inject them into the fuel-rich portion of the burner, and at the same time, coal-primary air By providing a configuration that supplies boundary gas to the interface between the ammonia injection site and the ammonia injection site, it is possible to achieve the effect of lowering the local peak temperature of the flame, reducing the amount of thermal nitrogen oxides generated, and leveling the temperature distribution.

또한, 본 발명의 실시예는 연소부위에 대해 환원성 영역으로 만들어 줄 수 있어 질소산화물의 발생을 저감함과 동시에 질소산화물 환원을 증대시켜서 궁극적으로 총 질소산화물의 발생량을 저감할 수 있는 효과를 제공한다.In addition, the embodiment of the present invention can create a reducing area for the combustion area, thereby reducing the generation of nitrogen oxides and increasing nitrogen oxide reduction, ultimately providing the effect of reducing the total amount of nitrogen oxides generated. .

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 암모니아와 석탄의 혼합 연소를 위한 버너의 설비구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 암모니아와 석탄의 혼합 연소를 위한 버너에 대해 고온 저산소 가스를 공급하는 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 암모니아와 석탄의 혼합 연소를 위한 버너에 대한 운전제어를 위한 계통도를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 암모니아와 석탄의 혼합 연소를 위한 버너에 적용되는 고온 저산소 가스의 공급 시스템을 적용한 발전 시스템에 대한 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 암모니아와 석탄의 혼합 연소를 위한 버너와 암모니아와 석탄의 혼합 연소를 적용하지 않은 종래 기술에 있어, 연소후 배출되는 질소산화물(NOx)에 대한 농도를 비교한 결과를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 암모니아와 석탄의 혼합 연소를 위한 버너와 암모니아와 석탄의 혼합 연소를 적용하지 않은 종래 기술에 있어, 연소후 배출되는 연소가스 중 포함되는 암모니아의 농도와 석탄입자 궤적 및 촤 전환, 연료가스의 온도, 속도 벡터(Velocity Vector), 및 연소가스의 스트림라인을 각각 비교한 결과를 도시한 것이다.
Figure 1 is a diagram schematically showing the equipment configuration of a burner for mixed combustion of ammonia and coal according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a diagram schematically showing a system for supplying high-temperature, low-oxygen gas to a burner for mixed combustion of ammonia and coal according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a schematic diagram illustrating the operation control of a burner for mixed combustion of ammonia and coal according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a diagram showing simulation results for a power generation system applying a high-temperature, low-oxygen gas supply system applied to a burner for mixed combustion of ammonia and coal according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 compares the concentration of nitrogen oxides (NOx) emitted after combustion in a burner for mixed combustion of ammonia and coal according to an embodiment of the present invention and a conventional technology that does not apply mixed combustion of ammonia and coal. The results are shown.
Figure 6 shows the concentration of ammonia and coal particles contained in the combustion gas discharged after combustion in a burner for mixed combustion of ammonia and coal according to an embodiment of the present invention and in the prior art without applying mixed combustion of ammonia and coal. The results of comparing the trajectory and char conversion, fuel gas temperature, velocity vector, and combustion gas streamline are shown.

이하, 본 발명에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다. 또한, 아래의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예는 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached illustration drawings. In this process, the thickness of lines or sizes of components shown in the drawing may be exaggerated for clarity and convenience of explanation. In addition, the terms described below are terms defined in consideration of functions in the present invention, and may vary depending on the intention or custom of the user or operator. Therefore, definitions of these terms should be made based on the content throughout this specification. In addition, the examples below do not limit the scope of the present invention, but are merely illustrative of the elements presented in the claims of the present invention, and are included in the technical idea throughout the specification of the present invention and constitute the scope of the claims. Embodiments that include elements that can be replaced as equivalents may be included in the scope of the present invention.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 암모니아와 석탄의 혼합 연소를 위한 버너의 설비구성을 개략적으로 도시한 도면이다.Figure 1 is a diagram schematically showing the equipment configuration of a burner for mixed combustion of ammonia and coal according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조로 하면, 본 발명의 실시예에 따른 암모니아와 석탄의 혼합 연소를 위한 버너의 설비구성은 크게 암모니아 혼합연소 계통(100)과 고온 저산소 가스 계통(200), 바운더리(Boundary) 가스 유량 제어밸브(300), 및 퍼지가스 계통(400)으로 구분될 수 있다.Referring to FIG. 1, the equipment configuration of a burner for mixed combustion of ammonia and coal according to an embodiment of the present invention is largely comprised of an ammonia mixed combustion system 100, a high-temperature low-oxygen gas system 200, and boundary gas flow rate. It can be divided into a control valve 300 and a purge gas system 400.

상기 암모니아 혼합연소 계통(100)과 상기 고온 저산소 가스 계통(200)은 화력발전소의 보일러(10)의 화로내부(12)를 향해 석탄과 1차공기를 함께 공급하기 위해 설치되는 석탄 버너노즐(20), 상기 석탄 버너노즐(20)을 관통한 상태에서 상기 화로내부(12)를 향해 암모니아 연료가스를 공급하기 위해 설치되는 암모니아 버너노즐(150), 상기 암모니아 버너노즐(150)의 외부를 감싼 형태이고 상기 석탄 버너노즐(20)을 관통한 상태에서 상기 화로내부(12)를 향해 고온 저산소의 바운더리 가스를 공급하기 위해 설치되는 바운더리 가스 공급배관(240), 상기 암모니아 버너노즐(150)의 외주면과 상기 바운더리 가스 공급배관(240)의 내주면 사이에서 공간의 형태로서 형성되는 예혼합 챔버(230), 및 상기 바운더리 가스 공급배관(240)의 내부에 설치되어 상기 예혼합 챔버(230)로부터 상기 화로내부(12)를 향한 바운더리 가스의 유입량을 조절하여 화염의 피크온도를 낮춰주는 바운더리 가스 유량 제어밸브(300)를 포함하여 구성된다.The ammonia mixed combustion system 100 and the high-temperature low-oxygen gas system 200 are a coal burner nozzle (20) installed to supply coal and primary air together toward the furnace interior (12) of the boiler (10) of a thermal power plant. ), an ammonia burner nozzle 150 installed to supply ammonia fuel gas toward the inside of the furnace 12 while penetrating the coal burner nozzle 20, and a form surrounding the outside of the ammonia burner nozzle 150. and a boundary gas supply pipe 240 installed to supply high-temperature, low-oxygen boundary gas toward the inside of the furnace 12 while penetrating the coal burner nozzle 20, the outer peripheral surface of the ammonia burner nozzle 150, and A premixing chamber 230 formed in the form of a space between the inner peripheral surfaces of the boundary gas supply pipe 240, and installed inside the boundary gas supply pipe 240 to flow from the premixing chamber 230 to the inside of the furnace. It is configured to include a boundary gas flow control valve 300 that lowers the peak temperature of the flame by controlling the inflow of the boundary gas toward (12).

또한, 상기 암모니아 버너노즐(150)에는 상기 예혼합 챔버(230)와 교통 가능하게 형성되어 상기 바운더리 가스 공급배관(240)을 통해 제공되는 바운더리 가스를 공급받고, 공급받은 바운더리 가스를 상기 암모니아 버너노즐(150)을 통해 제공되는 암모니아 연료가스와 혼합하여 상기 화로내부(12)에 공급하는 예혼합 포트(160)가 구비된다. In addition, the ammonia burner nozzle 150 is formed to be able to communicate with the premix chamber 230, receives boundary gas provided through the boundary gas supply pipe 240, and supplies the supplied boundary gas to the ammonia burner nozzle. A pre-mixing port 160 is provided to mix the ammonia fuel gas provided through 150 and supply it to the inside of the furnace 12.

상기 바운더리 가스 유량 제어밸브(300)는 상기 암모니아 버너노즐(150)의 외주면과 상기 바운더리 가스 공급배관(240)의 내주면 사이에 설치되어 상기 예혼합 챔버(230)와 교통 가능하게 형성되는 구조로 설치된다.The boundary gas flow control valve 300 is installed between the outer peripheral surface of the ammonia burner nozzle 150 and the inner peripheral surface of the boundary gas supply pipe 240 and is installed in a structure that allows communication with the premix chamber 230. do.

즉, 상기 암모니아 버너노즐(150)의 외주면과 상기 바운더리 가스 공급배관(240)의 내주면 사이에서 상기 예혼합 포트(160)와 교통 가능한 예혼합 챔버(230)가 구비되고, 상기 바운더리 가스 공급배관(240)에는 상기 예혼합 챔버(230)로부터 상기 화로내부(12)를 향한 바운더리 가스의 유입량을 조절하기 위한 바운더리 가스 유량 제어밸브(300)가 구비된다.That is, a premix chamber 230 capable of communicating with the premix port 160 is provided between the outer peripheral surface of the ammonia burner nozzle 150 and the inner peripheral surface of the boundary gas supply pipe 240, and the boundary gas supply pipe ( 240) is provided with a boundary gas flow control valve 300 for controlling the inflow amount of boundary gas from the premixing chamber 230 toward the inside of the furnace 12.

이에 따라, 상기 예혼합 챔버(230)로 공급되는 고온 저산소의 바운더리 가스의 일부는 상기 예혼합 포트(160)를 통해 상기 암모니아 버너노즐(150)의 내부를 경유하여 암모니아 연료가스와 혼합된 상태에서 상기 화로내부(12)의 중심부에 위치하는 환원영역으로 분사되고, 상기 예혼합 챔버(230)로 공급되는 고온 저산소의 바운더리 가스의 나머지 일부는 상기 바운더리 가스 유량 제어밸브(300)에 의해 유입량이 조절된 상태에서 상기 바운더리 가스 공급배관(240)의 내주면과 상기 암모니아 버너노즐(150)의 외주면 사이의 공간을 경유하여 상기 화로내부(12)에서 암모니아 연료가스와 석탄 및 1차공기 사이의 경계면을 향해 분사된다. Accordingly, a portion of the high-temperature, low-oxygen boundary gas supplied to the premix chamber 230 is mixed with ammonia fuel gas through the interior of the ammonia burner nozzle 150 through the premix port 160. The remaining part of the high-temperature, low-oxygen boundary gas that is injected into the reduction area located in the center of the furnace 12 and supplied to the premix chamber 230 is controlled by the boundary gas flow control valve 300 in the amount of inflow. In this state, it passes through the space between the inner circumferential surface of the boundary gas supply pipe 240 and the outer circumferential surface of the ammonia burner nozzle 150 toward the interface between the ammonia fuel gas, coal, and primary air in the furnace interior 12. It is sprayed.

이와 같이 암모니아를 고온 저산소 가스와 예혼합하여 기존 버너 중심부 환원영역에 분사하고 바운더리 가스와 함께 연소함으로써 화염의 국부적인 피크온도를 낮추어 열적 질소산화물(Thermal NOx)의 발생을 줄이는 효과를 얻을 수 있으며, 환원성 영역에서의 연료 질소산화물(Fuel NOx)의 저감과 질소산화물(NOx)의 환원 효과를 증대시켜서 궁극적으로 전체 질소산화물(NOx)에 대한 저감 효과를 기대할 수 있을 뿐만 아니라, 화염안정성 유지도 가능한 구조를 제공할 수 있게 된다.In this way, ammonia is premixed with high-temperature low-oxygen gas, sprayed into the reduction area at the center of the existing burner, and burned together with the boundary gas, thereby lowering the local peak temperature of the flame and reducing the generation of thermal NOx. By reducing fuel NOx in the reducing area and increasing the reduction effect of NOx, it is possible to ultimately expect a reduction in total NOx, as well as maintaining flame stability. can be provided.

부연하자면, 상기 암모니아 혼합연소 계통(100)의 부속장치들이 기존의 석탄 버너의 중심부위를 관통하여 설치되는 구조이고, 구체적으로는 석탄과 1차공기가 공급되는 석탄 버너노즐(20)의 중앙부위에 파이프 형태의 구조로 이루어진 암모니아 버너노즐(150)과 바운더리 가스 공급배관(240)이 관통하는 형태로 설치된다.To elaborate, the auxiliary devices of the ammonia mixed combustion system 100 are installed through the central portion of the existing coal burner, and specifically, the central portion of the coal burner nozzle 20 where coal and primary air are supplied. The ammonia burner nozzle 150, which has a pipe-shaped structure, and the boundary gas supply pipe 240 are installed in a penetrating manner.

이 경우, 상기 암모니아 버너노즐(150)의 자유단부에 위치하는 후술되는 암모니아 버너노즐팁(170)은 상기 화로내부(12)를 향해 배치되는 구조로 설치된다.In this case, the ammonia burner nozzle tip 170, which will be described later and is located at the free end of the ammonia burner nozzle 150, is installed in a structure disposed toward the inside of the furnace 12.

상기 암모니아 혼합연소 계통(100)은 상기 암모니아 버너노즐(150)의 내부를 향해 암모니아 연료가스를 공급하기 위한 암모니아 공급배관(110)을 더 포함하여 구성된다. 이때, 상기 암모니아 버너노즐(150)과 상기 암모니아 공급배관(110) 사이에는 암모니아 연료가스의 공급량을 제어하기 위한 암모니아 유량 제어밸브(120)가 설치되도록 구성된다.The ammonia mixed combustion system 100 further includes an ammonia supply pipe 110 for supplying ammonia fuel gas toward the inside of the ammonia burner nozzle 150. At this time, an ammonia flow control valve 120 is installed between the ammonia burner nozzle 150 and the ammonia supply pipe 110 to control the supply amount of ammonia fuel gas.

상기 암모니아 혼합연소 계통(100)은 상기 암모니아 버너노즐(150)과 상기 암모니아 공급배관(110) 사이를 연결하는 플렉시블 배관(130)을 더 포함하여 구성된다. 이때, 상기 암모니아 유량 제어밸브(120)는 상기 암모니아 공급배관(110)과 상기 플렉시블 배관(130) 사이에 설치되도록 구성된다. The ammonia mixed combustion system 100 further includes a flexible pipe 130 connecting the ammonia burner nozzle 150 and the ammonia supply pipe 110. At this time, the ammonia flow control valve 120 is configured to be installed between the ammonia supply pipe 110 and the flexible pipe 130.

부연하자면, 암모니아 연료가스는 상기 암모니아 공급배관(110)을 통해 상기 화로내부(12)로 공급될 수 있는 데, 이때 암모니아 유량 제어밸브(120)를 통해 유량이 조절되거나 또는 공급이 차단될 수 있다. 또한, 상기 암모니아 공급배관(110)은 플렉시블 배관(130)을 활용하여 암모니아 버너노즐(150)과 연결되는 구조를 형성하게 된다.To elaborate, ammonia fuel gas can be supplied to the furnace interior 12 through the ammonia supply pipe 110, and at this time, the flow rate can be adjusted or the supply can be blocked through the ammonia flow control valve 120. . In addition, the ammonia supply pipe 110 uses a flexible pipe 130 to form a structure connected to the ammonia burner nozzle 150.

상기 암모니아 혼합연소 계통(100)은 상기 암모니아 버너노즐(150)의 축방향 위치를 조절하기 위해 설치되는 암모니아 버너노즐 위치 조정장치(140)를 더 포함하여 구성된다. 이때, 상기 암모니아 버너노즐 위치 조정장치(140)는 상기 암모니아 버너노즐(150)의 자유단부에 위치하는 암모니아 버너노즐팁(170)에 대한 축방향 위치를 상기 보일러(10)의 화로내부(12)에 대해 미세 튜닝하도록 구성된다. The ammonia mixed combustion system 100 further includes an ammonia burner nozzle position adjusting device 140 installed to adjust the axial position of the ammonia burner nozzle 150. At this time, the ammonia burner nozzle position adjusting device 140 adjusts the axial position of the ammonia burner nozzle tip 170 located at the free end of the ammonia burner nozzle 150 to the inside of the furnace 12 of the boiler 10. It is configured to fine tune.

예컨대, 상기 암모니아 버너노즐 위치 조정장치(140)는 상기 화로내부(12)를 향한 상기 암모니아 버너노즐(150)에 대한 축방향 위치를 적정의 범위 내에서 조절 가능하게 하는 것으로, 상기 암모니아 버너노즐(150)의 외주면에 설치되는 랙기어와, 상기 랙기어와 치합되고 외부로부터 제공되는 회전력에 의해 회전하는 피니언기어로 구성될 수 있을 것이다.For example, the ammonia burner nozzle position adjusting device 140 allows the axial position of the ammonia burner nozzle 150 toward the furnace interior 12 to be adjusted within an appropriate range, and the ammonia burner nozzle ( 150), and may be composed of a rack gear installed on the outer peripheral surface of the rack gear and a pinion gear that meshes with the rack gear and rotates by rotational force provided from the outside.

이에 따라, 본 발명은 상기 암모니아 버너노즐(150)에 설치되는 피니언기어와 랙기어 등을 이용한 상기 암모니아 버너노즐 위치 조정장치(140)를 활용하여 상기 암모니아 버너노즐팁(170)에 대한 위치를 미세 튜닝할 수 있고, 이를 통해 연료 조건 및 운전부하에 따라서 최적의 착화 및 화염 안정성을 확보할 수 있게 된다.Accordingly, the present invention utilizes the ammonia burner nozzle position adjusting device 140 using a pinion gear and rack gear installed on the ammonia burner nozzle 150 to finely adjust the position of the ammonia burner nozzle tip 170. It can be tuned, and through this, optimal ignition and flame stability can be secured depending on fuel conditions and operating load.

상기 고온 저산소 가스 계통(200)은 상기 바운더리 가스 공급배관(240)의 내부를 향해 고온 저산소 가스를 공급하기 위한 고온 저산소 가스 공급배관(210)을 더 포함하여 구성된다. 이때, 상기 고온 저산소 가스 공급배관(210)과 상기 바운더리 가스 공급배관(240) 사이에는 고온 저산소 가스의 공급량을 제어하기 위한 고온 저산소 가스 제어밸브(220)가 설치되도록 구성된다.The high-temperature low-oxygen gas system 200 further includes a high-temperature low-oxygen gas supply pipe 210 for supplying high-temperature low-oxygen gas toward the inside of the boundary gas supply pipe 240. At this time, a high-temperature low-oxygen gas control valve 220 is installed between the high-temperature low-oxygen gas supply pipe 210 and the boundary gas supply pipe 240 to control the supply amount of the high-temperature low-oxygen gas.

상기 퍼지가스 계통(400)은 상기 바운더리 가스 공급배관(240)의 내부에 위치한 예혼합 챔버(230)에 퍼지가스를 공급하기 위해 설치되는 퍼지가스 공급배관(420), 및 상기 퍼지가스 공급배관(420)을 통해 제공되는 퍼지가스의 공급량을 제어하기 위해 설치되는 퍼지가스 밸브(410)를 포함하여 구성된다.The purge gas system 400 includes a purge gas supply pipe 420 installed to supply purge gas to the premix chamber 230 located inside the boundary gas supply pipe 240, and the purge gas supply pipe ( It is configured to include a purge gas valve 410 installed to control the supply amount of purge gas provided through 420).

즉, 상기 퍼지가스 공급배관(420)이 상기 바운더리 가스 공급배관(240)과 교통 가능하게 설치되고, 상기 퍼지가스 공급배관(420)에는 퍼지가스의 공급량을 제어하기 위한 퍼지가스 밸브(410)가 설치되는 구조로 구성된다.That is, the purge gas supply pipe 420 is installed to communicate with the boundary gas supply pipe 240, and the purge gas supply pipe 420 has a purge gas valve 410 for controlling the supply amount of the purge gas. It consists of an installed structure.

이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 암모니아와 석탄의 혼합 연소를 위한 버너는 정상 운전중에 상기 퍼지가스 밸브(410)를 잠근 상태로 운용하게 된다. 이에 반해, 버너의 사용 정지 후에는 안전을 위하여 버너의 내부에 잔류된 암모니아를 제거하고, 고온 저산소 가스의 공급 계통에 대한 분진 및 유황분 등의 잔류물에 대한 제거가 필요할 경우에는 상기 암모니아 유량 제어밸브(120)와 상기 고온 저산소 가스 제어밸브(220)를 완전히 닫은 상태에서 상기 퍼지가스 밸브(410)를 개방시켜 압축공기 또는 질소를 상기 퍼지가스 공급배관(420)의 내부로 공급함으로써 잔류된 암모니아를 제거할 수 있게 된다.Accordingly, the burner for mixed combustion of ammonia and coal according to an embodiment of the present invention is operated with the purge gas valve 410 closed during normal operation. On the other hand, after stopping use of the burner, the ammonia remaining inside the burner is removed for safety, and if it is necessary to remove residues such as dust and sulfur in the high-temperature, low-oxygen gas supply system, the ammonia flow control valve is used. With (120) and the high-temperature low-oxygen gas control valve 220 completely closed, the purge gas valve 410 is opened to supply compressed air or nitrogen into the purge gas supply pipe 420 to remove remaining ammonia. It can be removed.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 암모니아와 석탄의 혼합 연소를 위한 버너에 대해 고온 저산소 가스를 공급하는 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다. Figure 2 is a diagram schematically showing a system for supplying high-temperature, low-oxygen gas to a burner for mixed combustion of ammonia and coal according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조로 하면, 본 발명의 실시예에 따른 암모니아와 석탄의 혼합 연소를 위한 버너에 대해 고온 저산소 가스를 공급하기 위한 시스템은 고온 저산소 가스 공급계통(500)으로 구성된다.Referring to FIG. 2, a system for supplying high-temperature, low-oxygen gas to a burner for mixed combustion of ammonia and coal according to an embodiment of the present invention consists of a high-temperature, low-oxygen gas supply system 500.

상기 고온 저산소 가스 공급계통(500)은 상기 보일러(10)의 배기계통에 대해 분지되게 설치되어 저온 저산소의 배기가스를 제공받는 가스분배기(510), 상기 가스분배기(510)를 통해 제공되는 저온 저산소 가스를 상기 보일러(10)의 고온 저산소 가스와 열교환하기 위해 상기 보일러(10)의 배기계통에 대해 인접한 위치로 설치되는 가스 열교환기(540), 및 상기 가스 열교환기(540)를 거쳐 열교환이 이루어진 고온 저산소 가스를 상기 고온 저산소 가스 공급배관(210)으로 다시 제공하기 위해 설치되는 고온 저산소 가스배관(550)을 포함하여 구성된다.The high-temperature hypoxic gas supply system 500 is installed in a branched manner with respect to the exhaust system of the boiler 10, and includes a gas distributor 510 that receives low-temperature hypoxic exhaust gas, and low-temperature hypoxic gas supplied through the gas distributor 510. A gas heat exchanger 540 installed adjacent to the exhaust system of the boiler 10 in order to heat exchange gas with the high-temperature low-oxygen gas of the boiler 10, and heat exchange is performed through the gas heat exchanger 540. It is configured to include a high-temperature low-oxygen gas pipe 550 installed to provide high-temperature low-oxygen gas back to the high-temperature low-oxygen gas supply pipe 210.

상기 고온 저산소 가스 공급계통(500)은 상기 가스분배기(510)와 상기 가스 열교환기(540) 사이를 교통 가능하게 연결하는 저온 저산소 가스배관(530)을 더 포함하여 구성된다. 이 경우, 상기 저온 저산소 가스배관(530)에는 상기 가스 열교환기(540)로 제공되는 저온 저산소 가스의 공급량을 제어하기 위한 가스분배 유량 제어밸브(520)가 설치되도록 구성된다.The high-temperature hypoxic gas supply system 500 further includes a low-temperature hypoxic gas pipe 530 that connects the gas distributor 510 and the gas heat exchanger 540 to enable communication. In this case, a gas distribution flow control valve 520 is installed in the low-temperature hypoxic gas pipe 530 to control the supply amount of the low-temperature hypoxic gas provided to the gas heat exchanger 540.

상기 고온 저산소 가스 공급계통(500)은 상기 저온 저산소 가스배관(530)으로부터 상기 가스 열교환기(540)를 우회하는 바이패스 배관(570)을 더 포함하여 구성된다. 이 경우, 상기 바이패스 배관(570)에는 상기 고온 저산소 가스배관(550)을 통해 상기 고온 저산소 가스 공급배관(210)으로 제공되는 고온 저산소 가스에 대한 온도를 조절하기 위한 바이패스 유량 제어밸브(560)가 설치되도록 구성된다.The high-temperature hypoxic gas supply system 500 further includes a bypass pipe 570 that bypasses the gas heat exchanger 540 from the low-temperature hypoxic gas pipe 530. In this case, the bypass pipe 570 has a bypass flow control valve 560 for controlling the temperature of the high-temperature low-oxygen gas provided to the high-temperature low-oxygen gas supply pipe 210 through the high-temperature low-oxygen gas pipe 550. ) is configured to be installed.

즉, 상기 고온 저산소 가스 공급계통(500)은 발전시스템 배기가스 계통에 설치된 전기집진기(580)와 유인송풍기(590)의 하류에 위치하는 상기 가스분배기(510)를 통해 탈황기(592)를 향해 배출되는 저온 저산소 가스 중 일부를 취출하게 된다. That is, the high-temperature low-oxygen gas supply system 500 is directed toward the desulfurizer 592 through the gas distributor 510 located downstream of the electrostatic precipitator 580 and the manned blower 590 installed in the power generation system exhaust gas system. Some of the low-temperature, low-oxygen gas discharged is taken out.

이어, 상기 가스분배기(510)를 통해 취출된 저온 저산소 가스는 상기 가스분배 유량 제어밸브(520)에 의해 유량이 제어된 상태에서 상기 저온 저산소 가스배관(530)을 경유하여 상기 가스 열교환기(540)로 공급된다.Subsequently, the low-temperature hypoxic gas taken out through the gas distributor 510 passes through the low-temperature hypoxic gas pipe 530 with the flow rate controlled by the gas distribution flow control valve 520 and the gas heat exchanger 540. ) is supplied.

이어, 상기 가스 열교환기(540)로 제공된 저온 저산소 가스는 고온 저산소 가스와의 열교환을 통해 고온 상태의 저산소 가스로 변환된 다음, 상기 고온 저산소 가스배관(550)을 통해 상기 고온 저산소 가스 공급배관(210)으로 공급된다.Next, the low-temperature hypoxic gas provided to the gas heat exchanger 540 is converted into high-temperature hypoxic gas through heat exchange with the high-temperature hypoxic gas, and then through the high-temperature hypoxic gas pipe 550 through the high-temperature hypoxic gas supply pipe ( 210).

이때, 상기 저온 저산소 가스배관(530)에서 상기 가스 열교환기(540)로 제공되는 저온 저산소 가스 중 일부는 바이패스 배관(570)을 통해 상기 고온 저산소 가스배관(550)으로 직접 공급될 수 있는 데, 이는 상기 고온 저산소 가스배관(550)으로 제공되는 고온 저산소 가스에 대한 온도를 상기 바이패스 유량 제어밸브(560)에 대한 동작 제어를 매개로 적절한 상태로 제어하기 위함인 것이다.At this time, some of the low-temperature low-oxygen gas provided from the low-temperature low-oxygen gas pipe 530 to the gas heat exchanger 540 may be directly supplied to the high-temperature low-oxygen gas pipe 550 through the bypass pipe 570. , This is to control the temperature of the high-temperature low-oxygen gas provided through the high-temperature low-oxygen gas pipe 550 to an appropriate state through operation control of the bypass flow control valve 560.

부연하자면, 상기 보일러(10)의 배기계통에서 분진 처리된 저온 저산소 가스 중 일부를 상기 가스 열교환기(540)와 상기 바이패스 유량 제어밸브(560)를 매개로 필요한 온도의 고온 저산소 가스로 변환하여 상기 고온 저산소 가스 공급배관(210)을 거쳐 상기 화로내부(12)로 공급할 수 있으므로, 본 발명의 실시예에 따른 암모니아와 석탄의 혼합 연소를 위한 버너는 안정된 화염을 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 암모니아를 연료로 활용하는 버너의 운용에 있어 발생할 수 있는 각종 장애에 대한 예방 측면에서 유리한 장점이 있게 된다.To elaborate, some of the low-temperature low-oxygen gas treated as dust in the exhaust system of the boiler 10 is converted into high-temperature low-oxygen gas of the required temperature through the gas heat exchanger 540 and the bypass flow control valve 560. Since the high-temperature low-oxygen gas can be supplied to the inside of the furnace 12 through the supply pipe 210, the burner for mixed combustion of ammonia and coal according to an embodiment of the present invention can not only maintain a stable flame, but also produce ammonia. There is an advantage in terms of preventing various problems that may occur during the operation of the burner used as fuel.

한편, 도 2에서 미설명 부호 180은 암모니아 공급탱크(180)로서, 도 1에 도시된 암모니아 공급배관(110)으로 제공되는 암모니아를 저장하는 압력용기에 해당한다. Meanwhile, in FIG. 2, an unexplained reference numeral 180 denotes an ammonia supply tank 180, which corresponds to a pressure vessel that stores ammonia provided through the ammonia supply pipe 110 shown in FIG. 1.

또한, 미설명 부호 190은 미분기(190)로서, 도 1에 도시된 석탄 버너노즐(20)으로 석탄가스를 공급하는 장비에 해당하고, 미설명 부호 192는 도 1에서 도시된 석탄 버너노즐(20)을 향해 1차공기를 공급하는 1차공기 송풍기(192)에 해당하며, 미설명 부호 194는 도 1에서 도시된 석탄 버너노즐(20)을 향해 2차공기를 공급하는 2차공기 송풍기(194)에 해당한다. In addition, the unexplained code 190 corresponds to a differentiator 190, which corresponds to equipment for supplying coal gas to the coal burner nozzle 20 shown in FIG. 1, and the unexplained code 192 corresponds to the coal burner nozzle 20 shown in FIG. ) corresponds to the primary air blower 192 that supplies primary air toward, and the unexplained symbol 194 refers to the secondary air blower 194 that supplies secondary air toward the coal burner nozzle 20 shown in FIG. ) corresponds to

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 암모니아와 석탄의 혼합 연소를 위한 버너에 대한 운전제어를 위한 계통도를 도시한 도면이다.Figure 3 is a schematic diagram illustrating the operation control of a burner for mixed combustion of ammonia and coal according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조로 하면, 본 발명의 실시예에 따른 암모니아와 석탄의 혼합 연소를 위한 버너에 대한 운전 제어를 위한 운전 제어장치(600)는 상기 암모니아 공급배관(110)으로 제공되는 암모니아의 유량정보를 검출하여 전송하는 암모니아 유량전송기(610), 상기 석탄 버너노즐(20)로 제공되는 석탄의 공급량과 성상정보를 검출하여 전송하는 석탄 유량 및 성상정보전송기(620), 상기 보일러(10)의 배기계통에 설치되어 배기가스의 온도와 유량 및 화학종정보를 검출하여 전송하는 배기가스 분석정보전송기(630), 상기 가스분배 유량 제어밸브(520)에 대한 동작 제어를 기반으로 상기 저온 저산소 가스배관(530)으로 제공되는 저온 저산소 가스의 공급량을 조절하는 가스유량 제어기(640), 상기 바이패스 유량 제어밸브(560)에 대한 동작 제어를 기반으로 상기 고온 저산소 가스배관(550)을 통해 상기 고온 저산소 가스 공급배관(210)으로 제공되는 고온 저산소 가스에 대한 온도를 조절하는 바이패스 유량 제어기(650), 상기 바운더리 가스 유량 제어밸브(300)에 대한 동작 제어를 기반으로 상기 바운더리 가스 공급배관(240)을 통해 상기 화로내부(12)로 제공되는 바운더리 가스의 공급량을 조절하는 바운더리 가스유량 제어기(660), 및 상기 암모니아 버너노즐 위치 조정장치(140)에 대한 동작 제어를 기반으로 상기 암모니아 버너노즐팁(170)에 대한 축방향 위치를 조절하는 노즐팁 위치 제어기(670)를 포함하여 구성된다. Referring to FIG. 3, the operation control device 600 for controlling the operation of a burner for mixed combustion of ammonia and coal according to an embodiment of the present invention includes flow rate information of ammonia provided to the ammonia supply pipe 110. An ammonia flow rate transmitter 610 that detects and transmits, a coal flow rate and property information transmitter 620 that detects and transmits the supply amount and property information of the coal provided to the coal burner nozzle 20, and the exhaust of the boiler 10 An exhaust gas analysis information transmitter 630 installed in the system to detect and transmit the temperature, flow rate, and chemical species information of the exhaust gas, and the low-temperature hypoxic gas pipe ( The high-temperature hypoxic gas is supplied through the high-temperature hypoxic gas pipe 550 based on the operation control of the gas flow controller 640, which controls the supply amount of the low-temperature hypoxic gas provided by 530, and the bypass flow control valve 560. A bypass flow controller 650 that controls the temperature of the high-temperature low-oxygen gas provided through the supply pipe 210, and the boundary gas supply pipe 240 based on the operation control of the boundary gas flow control valve 300. The ammonia burner nozzle tip 170 based on the operation control of the boundary gas flow controller 660, which controls the supply amount of the boundary gas provided to the inside of the furnace 12, and the ammonia burner nozzle position adjusting device 140. ) and a nozzle tip position controller 670 that controls the axial position.

이 경우, 상기 운전 제어장치(600)는 상기 암모니아 유량전송기(610)로부터 전송되는 암모니아의 유량정보, 상기 석탄 유량 및 성상정보전송기(620)로부터 전송되는 석탄의 공급량과 성상정보, 및 상기 배기가스 분석정보전송기(630)로부터 전송되는 배기가스의 온도와 유량 및 화학종정보를 기반으로 상기 가스유량 제어기(640)와 상기 바이패스 유량 제어기(650), 상비 바운더리 가스유량 제어기(660), 및 상기 노즐팁 위치 제어기(670)에 대해 동작 제어를 위한 제어신호를 출력하도록 구성된다.In this case, the operation control device 600 includes ammonia flow rate information transmitted from the ammonia flow rate transmitter 610, coal supply amount and property information transmitted from the coal flow rate and property information transmitter 620, and the exhaust gas. Based on the temperature, flow rate, and chemical species information of the exhaust gas transmitted from the analysis information transmitter 630, the gas flow controller 640, the bypass flow controller 650, the standby boundary gas flow controller 660, and the It is configured to output a control signal for operation control to the nozzle tip position controller 670.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 암모니아와 석탄의 혼합 연소를 위한 버너 시스템의 운전 제어장치(600)는 상기 암모니아 유량전송기(610)로부터 검출되는 암모니아의 유량정보, 상기 석탄 유량 및 성상정보전송기(620)로부터 검출되는 석탄의 공급유량과 성상정보, 및 상기 배기가스 분석정보전송기(630)로부터 검출되는 배기가스에 대한 온도와 유량 및 화학종 정보를 각각 내장된 데이터 베이스의 저장 정보와 비교 및 연산 처리한 다음, 상기 가스유량 제어기(640)에 대한 동작 제어를 통해 상기 가스분배 유량 제어밸브(520)에 의한 가스의 유량을 제어하고, 상기 바이패스 유량 제어기(650)에 대한 동작 제어를 통해 상기 바이패스 유량 제어밸브(560)의 개도를 조절하여 바이패스되는 가스의 유량을 제어함으로써 상기 고온 저산소 가스 공급배관(210)으로 공급되는 고온 저산소 가스에 대한 최종 온도를 적절한 상태로 조절하게 된다.That is, the operation control device 600 of the burner system for mixed combustion of ammonia and coal according to an embodiment of the present invention includes the flow rate information of ammonia detected from the ammonia flow rate transmitter 610, the coal flow rate and property information transmitter ( Compare and calculate the supply flow rate and property information of coal detected from 620) and the temperature, flow rate, and chemical species information for exhaust gas detected from the exhaust gas analysis information transmitter 630 with the stored information in the built-in database, respectively. After processing, the flow rate of the gas by the gas distribution flow control valve 520 is controlled through operation control of the gas flow rate controller 640, and the gas flow rate by the gas distribution flow control valve 520 is controlled through operation control of the bypass flow rate controller 650. By controlling the flow rate of the bypassed gas by adjusting the opening degree of the bypass flow control valve 560, the final temperature of the high-temperature low-oxygen gas supplied to the high-temperature low-oxygen gas supply pipe 210 is adjusted to an appropriate state.

또한, 상기 운전 제어장치(600)는 상기 바운더리 가스유량 제어기(660)에 대한 동작 제어를 통해 상기 바운더리 가스 유량 제어밸브(300)의 개도를 조절하여 예혼합용 가스와 바운더리 가스에 대한 유량 배분을 제어하게 된다.In addition, the operation control device 600 adjusts the opening degree of the boundary gas flow control valve 300 through operation control of the boundary gas flow controller 660 to distribute the flow rate for the premixing gas and the boundary gas. takes control.

또한, 상기 운전 제어장치(600)는 내장된 데이터 베이스의 저장 정보를 활용하여 현재 조건에 적합한 암모니아 버너노즐(150)에 대한 위치를 도출하고, 운전원의 최종 판단에 따라 필요한 경우 상기 노즐팁 위치 제어기(670)에 대한 동작 제어를 통해 상기 암모니아 버너노즐팁(170)에 대한 위치를 조정하게 된다.In addition, the operation control device 600 uses the stored information of the built-in database to derive the position of the ammonia burner nozzle 150 suitable for the current conditions, and if necessary according to the operator's final judgment, the nozzle tip position controller The position of the ammonia burner nozzle tip 170 is adjusted through operation control of 670.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 암모니아와 석탄의 혼합 연소를 위한 버너에 적용되는 고온 저산소 가스의 공급 시스템을 적용한 발전 시스템에 대한 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다.Figure 4 is a diagram showing simulation results for a power generation system applying a high-temperature, low-oxygen gas supply system applied to a burner for mixed combustion of ammonia and coal according to an embodiment of the present invention.

즉, 도 4를 참조로 하면, 본 발명의 실시예에 따른 암모니아와 석탄의 혼합 연소를 위한 버너에 적용되는 고온 저산소 가스의 공급 시스템에 대해 Combustion 및 Heat & mass balance 분석결과, 공학적으로 실현 가능한 타당한 구성임을 확인할 수 있다.That is, referring to FIG. 4, as a result of Combustion and Heat & mass balance analysis for the high-temperature low-oxygen gas supply system applied to the burner for mixed combustion of ammonia and coal according to the embodiment of the present invention, it is found that it is engineeringly feasible and reasonable. You can confirm that it is configured.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 암모니아와 석탄의 혼합 연소를 위한 버너와 암모니아와 석탄의 혼합 연소를 적용하지 않은 종래 기술에 있어, 연소후 배출되는 질소산화물(NOx)에 대한 농도를 비교한 결과를 도시한 것이다.Figure 5 compares the concentration of nitrogen oxides (NOx) emitted after combustion in a burner for mixed combustion of ammonia and coal according to an embodiment of the present invention and a conventional technology that does not apply mixed combustion of ammonia and coal. The results are shown.

즉, 도 5를 참조로 하면, 본 발명의 실시예에 따른 암모니아와 석탄의 혼합 연소를 위한 버너와 암모니아와 석탄의 혼합 연소를 적용하지 않은 종래 기술에 있어, 연소후 배출되는 질소산화물(NOx)에 대한 농도를 비교해 보면, 암모니아와 석탄을 혼합 연소한 본 발명의 실시예에 대한 적용 결과가 암모니아와 석탄을 혼합 연소를 적용하지 않은 경우에 비해 상대적으로 질소산화물(NOx)의 농도가 낮게 검출되는 양호한 효과를 확인할 수 있다.That is, referring to FIG. 5, in the burner for mixed combustion of ammonia and coal according to an embodiment of the present invention and the prior art that does not apply mixed combustion of ammonia and coal, nitrogen oxides (NOx) emitted after combustion Comparing the concentrations, the result of application to the embodiment of the present invention in which ammonia and coal were mixed combustion was found to have a relatively low concentration of nitrogen oxides (NOx) compared to the case where mixed combustion of ammonia and coal was not applied. Good effects can be confirmed.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 암모니아와 석탄의 혼합 연소를 위한 버너와 암모니아와 석탄의 혼합 연소를 적용하지 않은 종래 기술에 있어, 연소후 배출되는 연소가스 중 포함되는 암모니아의 농도와 석탄입자 궤적 및 촤 전환, 연료가스의 온도, 속도 벡터(Velocity Vector), 및 연소가스의 스트림라인을 각각 비교한 결과를 도시한 것이다.Figure 6 shows the concentration of ammonia and coal particles contained in the combustion gas discharged after combustion in a burner for mixed combustion of ammonia and coal according to an embodiment of the present invention and in the prior art without applying mixed combustion of ammonia and coal. The results of comparing the trajectory and char conversion, fuel gas temperature, velocity vector, and combustion gas streamline are shown.

즉, 도 6을 참조로 하면, 본 발명의 실시예를 적용한 암모니아와 석탄의 혼합 연소를 위한 버너는 고온 저산소 가스와 예혼합된 암모니아가 버너 중앙부위의 환원성 분위기에서 연소되고 있으며, 이에 따라 석탄의 연소 및 버너 주변의 가스온도 분포에서도 양호한 영향을 미치고 있음을 알 수 있다. 또한, 본 발명을 적용한 본 발명의 실시예를 적용한 암모니아와 석탄의 혼합 연소를 위한 버너는 연소후 배출되는 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx)이 저감될 수 있고, 안정된 연소상태를 기대할 수 있음을 확인 가능하다.That is, referring to FIG. 6, in the burner for mixed combustion of ammonia and coal to which an embodiment of the present invention is applied, ammonia premixed with high-temperature low-oxygen gas is burned in a reducing atmosphere at the center of the burner, and accordingly, the coal It can be seen that it has a good effect on combustion and gas temperature distribution around the burner. In addition, a burner for mixed combustion of ammonia and coal using an embodiment of the present invention can reduce nitrogen oxides (NOx) contained in the exhaust gas discharged after combustion, and a stable combustion state can be expected. can be checked.

10-보일러 12-화로내부
20-석탄 버너노즐
100-암모니아 혼합연소 계통
110-암모니아 공급배관 120-암모니아 유량 제어밸브
130-플렉시블 배관 140-암모니아 버너노즐 위치 조정장치
150-암모니아 버너노즐 160-예혼합 포트
170-암모니아 버너노즐팁 180-암모니아 공급탱크
190-미분기 192-1차공기 송풍기
194-2차공기 송풍기
200-고온 저산소 가스 계통
210-고온 저산소 가스 공급배관 220-고온 저산소 가스 제어밸브
230-예혼합 챔버 240-바운더리 가스 공급배관
300-바운더리 가스 유량 제어밸브
400-퍼지가스 계통
410-퍼지가스 밸브 420-퍼지가스 공급배관
500-고온 저산소 가스 공급계통
510-가스분배기 520-가스분배 유량 제어밸브
530-저온 저산소 가스배관 540-가스 열교환기
550-고온 저산소 가스배관 560-바이패스 유량 제어밸브
570-바이패스 배관 580-전기집진기
590-유인송풍기
600-운전 제어장치
610-암모니아 유량전송기 620-석탄 유량 및 성상정보전송기
630-배기가스 분석정보전송기 640-가스유량 제어기
650-바이패스 유량 제어기 660-바운더리 가스유량 제어기
670-노즐팁 위치 제어기
10-Boiler 12-Inside the furnace
20-Coal burner nozzle
100-Ammonia mixed combustion system
110-Ammonia supply piping 120-Ammonia flow control valve
130-Flexible piping 140-Ammonia burner nozzle position adjustment device
150-Ammonia burner nozzle 160-Premix port
170-Ammonia burner nozzle tip 180-Ammonia supply tank
190-differentiator 192-primary air blower
194-Secondary air blower
200 - High-temperature hypoxic gas system
210-High-temperature low-oxygen gas supply piping 220-High-temperature low-oxygen gas control valve
230-Premixing chamber 240-Boundary gas supply piping
300-Boundary gas flow control valve
400-Purge gas system
410-Purge gas valve 420-Purge gas supply piping
500-High-temperature low-oxygen gas supply system
510-Gas distributor 520-Gas distribution flow control valve
530-Low temperature low oxygen gas piping 540-Gas heat exchanger
550-High temperature low oxygen gas piping 560-Bypass flow control valve
570-Bypass piping 580-Electrostatic precipitator
590-Manned blower
600-Operation control device
610-Ammonia flow transmitter 620-Coal flow and property information transmitter
630-Exhaust gas analysis information transmitter 640-Gas flow controller
650-Bypass flow controller 660-Boundary gas flow controller
670-Nozzle tip position controller

Claims (12)

보일러의 화로내부를 향해 석탄과 1차공기를 공급하기 위해 설치되는 석탄 버너노즐;
상기 석탄 버너노즐을 관통하여 설치되고 상기 화로내부를 향해 암모니아 연료가스를 공급하는 암모니아 버너노즐;
상기 암모니아 버너노즐의 외부를 감싼 상태에서 상기 석탄 버너노즐을 관통하여 설치되고 상기 화로내부를 향해 고온 저산소의 바운더리 가스를 공급하는 바운더리 가스 공급배관;
상기 암모니아 버너노즐과 상기 바운더리 가스 공급배관 사이에서 형성되는 예혼합 챔버; 및
상기 바운더리 가스 공급배관의 내부에 설치되어 상기 예혼합 챔버로부터 상기 화로내부를 향한 바운더리 가스의 유입량을 조절하여 화염의 피크온도를 낮춰주는 바운더리 가스 유량 제어밸브를 포함하고,
상기 암모니아 버너노즐에는 상기 예혼합 챔버와 교통 가능하게 형성되어 상기 바운더리 가스 공급배관을 통해 제공되는 바운더리 가스를 공급받고, 공급받은 바운더리 가스를 상기 암모니아 버너노즐을 통해 제공되는 암모니아 연료가스와 혼합하여 상기 화로내부에 공급하는 예혼합 포트가 구비되는 암모니아와 석탄의 혼합 연소를 위한 버너.
A coal burner nozzle installed to supply coal and primary air toward the inside of the boiler's furnace;
an ammonia burner nozzle installed to penetrate the coal burner nozzle and supply ammonia fuel gas toward the inside of the furnace;
a boundary gas supply pipe installed to penetrate the coal burner nozzle while surrounding the outside of the ammonia burner nozzle and supplying a high-temperature, low-oxygen boundary gas toward the inside of the furnace;
a premixing chamber formed between the ammonia burner nozzle and the boundary gas supply pipe; and
It includes a boundary gas flow control valve installed inside the boundary gas supply pipe to lower the peak temperature of the flame by controlling the amount of boundary gas flowing from the premix chamber toward the inside of the furnace,
The ammonia burner nozzle is formed to be able to communicate with the premixing chamber, receives boundary gas provided through the boundary gas supply pipe, and mixes the supplied boundary gas with ammonia fuel gas provided through the ammonia burner nozzle. A burner for mixed combustion of ammonia and coal equipped with a premixing port supplied inside the furnace.
청구항 1에 있어서,
상기 바운더리 가스 유량 제어밸브는 상기 암모니아 버너노즐의 외주면과 상기 바운더리 가스 공급배관의 내주면 사이에 설치되어 상기 예혼합 챔버와 교통 가능하게 형성되는 것을 특징으로 하는 암모니아와 석탄의 혼합 연소를 위한 버너.
In claim 1,
The boundary gas flow control valve is installed between the outer peripheral surface of the ammonia burner nozzle and the inner peripheral surface of the boundary gas supply pipe and is formed to communicate with the premix chamber. Burner for mixed combustion of ammonia and coal.
청구항 2에 있어서,
상기 예혼합 챔버로 공급되는 고온 저산소의 바운더리 가스의 일부는 상기 예혼합 포트를 통해 상기 암모니아 버너노즐의 내부를 경유하여 암모니아 연료가스와 혼합된 상태에서 상기 화로내부의 중심부에 위치하는 환원영역으로 분사되고,
상기 예혼합 챔버로 공급되는 고온 저산소의 바운더리 가스의 나머지 일부는 상기 바운더리 가스 유량 제어밸브에 의해 유입량이 조절된 상태에서 상기 바운더리 가스 공급배관의 내주면과 상기 암모니아 버너노즐의 외주면 사이의 공간을 경유하여 상기 화로내부에서 암모니아 연료가스와 석탄 및 1차공기 사이의 경계면을 향해 분사되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 암모니아와 석탄의 혼합 연소를 위한 버너.
In claim 2,
A portion of the high-temperature, low-oxygen boundary gas supplied to the pre-mix chamber is mixed with ammonia fuel gas through the inside of the ammonia burner nozzle through the pre-mix port and is injected into the reduction area located at the center of the furnace. become,
The remaining part of the high-temperature, low-oxygen boundary gas supplied to the premixing chamber passes through the space between the inner peripheral surface of the boundary gas supply pipe and the outer peripheral surface of the ammonia burner nozzle with the inflow amount controlled by the boundary gas flow control valve. A burner for mixed combustion of ammonia and coal, characterized in that it is configured to be sprayed toward the interface between ammonia fuel gas, coal, and primary air inside the furnace.
청구항 2에 있어서,
상기 암모니아 버너노즐의 내부를 향해 암모니아 연료가스를 공급하기 위한 암모니아 공급배관을 더 포함하고, 상기 암모니아 버너노즐과 상기 암모니아 공급배관 사이에는 암모니아 연료가스의 공급량을 제어하기 위한 암모니아 유량 제어밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 암모니아와 석탄의 혼합 연소를 위한 버너.
In claim 2,
It further includes an ammonia supply pipe for supplying ammonia fuel gas toward the inside of the ammonia burner nozzle, and an ammonia flow control valve is installed between the ammonia burner nozzle and the ammonia supply pipe to control the supply amount of ammonia fuel gas. A burner for mixed combustion of ammonia and coal, characterized in that.
청구항 4에 있어서,
상기 암모니아 버너노즐과 상기 암모니아 공급배관 사이를 연결하는 플렉시블 배관을 더 포함하고, 상기 암모니아 유량 제어밸브는 상기 암모니아 공급배관과 상기 플렉시블 배관 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 암모니아와 석탄의 혼합 연소를 위한 버너.
In claim 4,
It further includes a flexible pipe connecting the ammonia burner nozzle and the ammonia supply pipe, and the ammonia flow control valve is installed between the ammonia supply pipe and the flexible pipe for mixed combustion of ammonia and coal. burner.
청구항 4에 있어서,
상기 암모니아 버너노즐의 축방향 위치를 조절하기 위해 설치되는 암모니아 버너노즐 위치 조정장치를 더 포함하고, 상기 암모니아 버너노즐 위치 조정장치는 상기 암모니아 버너노즐의 자유단부에 위치하는 암모니아 버너노즐팁에 대한 축방향 위치를 상기 보일러의 화로내부에 대해 미세 튜닝하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 암모니아와 석탄의 혼합 연소를 위한 버너.
In claim 4,
It further includes an ammonia burner nozzle position adjusting device installed to adjust the axial position of the ammonia burner nozzle, and the ammonia burner nozzle position adjusting device is configured to adjust the axial position of the ammonia burner nozzle. A burner for mixed combustion of ammonia and coal, characterized in that it is configured to fine-tune the direction position with respect to the interior of the furnace of the boiler.
청구항 6에 있어서,
상기 바운더리 가스 공급배관의 내부를 향해 고온 저산소 가스를 공급하기 위한 고온 저산소 가스 공급배관을 더 포함하고, 상기 고온 저산소 가스 공급배관과 상기 바운더리 가스 공급배관 사이에는 고온 저산소 가스의 공급량을 제어하기 위한 고온 저산소 가스 제어밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 암모니아와 석탄의 혼합 연소를 위한 버너.
In claim 6,
It further includes a high-temperature low-oxygen gas supply pipe for supplying high-temperature low-oxygen gas toward the inside of the boundary gas supply pipe, and a high-temperature low-oxygen gas supply pipe for controlling the supply amount of the high-temperature low-oxygen gas between the high-temperature low-oxygen gas supply pipe and the boundary gas supply pipe. A burner for mixed combustion of ammonia and coal, characterized in that a low-oxygen gas control valve is installed.
청구항 1에 있어서,
상기 바운더리 가스 공급배관의 내부에 퍼지가스를 공급하기 위한 퍼지가스 공급배관을 더 포함하고, 상기 퍼지가스 공급배관에는 퍼지가스의 공급량을 제어하기 위한 퍼지가스 밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 암모니아와 석탄의 혼합 연소를 위한 버너.
In claim 1,
Ammonia and coal, further comprising a purge gas supply pipe for supplying a purge gas to the inside of the boundary gas supply pipe, and a purge gas valve for controlling the supply amount of the purge gas is installed in the purge gas supply pipe. Burner for mixed combustion.
청구항 7에 있어서,
상기 보일러의 배기계통에 대해 분지되게 설치되어 저온 저산소의 배기가스를 제공받는 가스분배기;
상기 가스분배기를 통해 제공되는 저온 저산소 가스를 상기 보일러의 고온 저산소 가스와 열교환하도록 설치되는 가스 열교환기; 및
상기 가스 열교환기를 거친 고온 저산소 가스를 상기 고온 저산소 가스 공급배관으로 제공하도록 설치되는 고온 저산소 가스배관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 암모니아와 석탄의 혼합 연소를 위한 버너.
In claim 7,
A gas distributor installed in a branched manner to the exhaust system of the boiler to receive low-temperature, low-oxygen exhaust gas;
a gas heat exchanger installed to heat exchange the low-temperature hypoxic gas provided through the gas distributor with the high-temperature hypoxic gas of the boiler; and
A burner for mixed combustion of ammonia and coal, further comprising a high-temperature, low-oxygen gas pipe installed to supply the high-temperature, low-oxygen gas that has passed through the gas heat exchanger to the high-temperature, low-oxygen gas supply pipe.
청구항 9에 있어서,
상기 가스분배기와 상기 가스 열교환기 사이를 교통 가능하게 연결하는 저온 저산소 가스배관을 더 포함하고, 상기 저온 저산소 가스배관에는 저온 저산소 가스의 공급량을 제어하기 위한 가스분배 유량 제어밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 암모니아와 석탄의 혼합 연소를 위한 버너.
In claim 9,
It further includes a low-temperature hypoxic gas pipe connecting the gas distributor and the gas heat exchanger to enable communication, and a gas distribution flow control valve for controlling the supply amount of the low-temperature hypoxic gas is installed in the low-temperature hypoxic gas pipe. A burner for mixed combustion of ammonia and coal.
청구항 10에 있어서,
상기 저온 저산소 가스배관으로부터 상기 가스 열교환기를 우회하는 바이패스 배관을 더 포함하고, 상기 바이패스 배관에는 상기 고온 저산소 가스배관을 통해 상기 고온 저산소 가스 공급배관으로 제공되는 고온 저산소 가스에 대한 온도를 조절하기 위한 바이패스 유량 제어밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 암모니아와 석탄의 혼합 연소를 위한 버너.
In claim 10,
It further includes a bypass pipe that bypasses the gas heat exchanger from the low-temperature low-oxygen gas pipe, and the bypass pipe is configured to control the temperature of the high-temperature low-oxygen gas provided to the high-temperature low-oxygen gas supply pipe through the high-temperature low-oxygen gas pipe. A burner for mixed combustion of ammonia and coal, characterized in that a bypass flow control valve is installed for the combustion.
청구항 11에 기재된 암모니아와 석탄의 혼합 연소를 위한 버너;
상기 암모니아 공급배관으로 제공되는 암모니아의 유량정보를 검출하여 전송하는 암모니아 유량전송기;
상기 석탄 버너노즐로 제공되는 석탄의 공급량과 성상정보를 검출하여 전송하는 석탄 유량 및 성상정보전송기;
상기 보일러의 배기계통에 설치되어 배기가스의 온도와 유량 및 화학종정보를 검출하여 전송하는 배기가스 분석정보전송기;
상기 가스분배 유량 제어밸브에 대한 동작 제어를 기반으로 상기 저온 저산소 가스배관으로 제공되는 저온 저산소 가스의 공급량을 조절하는 가스유량 제어기;
상기 바이패스 유량 제어밸브에 대한 동작 제어를 기반으로 상기 고온 저산소 가스배관을 통해 상기 고온 저산소 가스 공급배관으로 제공되는 고온 저산소 가스에 대한 온도를 조절하는 바이패스 유량 제어기;
상기 바운더리 가스 유량 제어밸브에 대한 동작 제어를 기반으로 상기 바운더리 가스 공급배관을 통해 상기 화로내부로 제공되는 바운더리 가스의 공급량을 조절하는 바운더리 가스유량 제어기;
상기 암모니아 버너노즐 위치 조정장치에 대한 동작 제어를 기반으로 상기 암모니아 버너노즐팁에 대한 축방향 위치를 조절하는 노즐팁 위치 제어기; 및
상기 암모니아 유량전송기로부터 전송되는 암모니아의 유량정보, 상기 석탄 유량 및 성상정보전송기로부터 전송되는 석탄의 공급량과 성상정보, 및 상기 배기가스 분석정보전송기로부터 전송되는 배기가스의 온도와 유량 및 화학종정보를 기반으로 상기 가스유량 제어기와 상기 바이패스 유량 제어기 상비 바운더리 가스유량 제어기, 및 상기 노즐팁 위치 제어기에 대해 동작 제어를 위한 제어신호를 출력하는 운전 제어장치를 더 포함하는 암모니아와 석탄의 혼합 연소를 위한 버너에 적용되는 고온 저산소 가스의 공급 시스템.
A burner for mixed combustion of ammonia and coal according to claim 11;
An ammonia flow transmitter that detects and transmits ammonia flow rate information provided through the ammonia supply pipe;
A coal flow rate and property information transmitter that detects and transmits the supply amount and property information of coal provided to the coal burner nozzle;
An exhaust gas analysis information transmitter installed in the exhaust system of the boiler to detect and transmit the temperature, flow rate, and chemical species information of the exhaust gas;
a gas flow rate controller that adjusts the supply amount of low-temperature hypoxic gas provided to the low-temperature hypoxic gas pipe based on operation control of the gas distribution flow control valve;
a bypass flow controller that adjusts the temperature of the high-temperature low-oxygen gas provided to the high-temperature low-oxygen gas supply pipe through the high-temperature low-oxygen gas pipe based on operation control of the bypass flow control valve;
a boundary gas flow controller that adjusts the supply amount of boundary gas provided into the furnace through the boundary gas supply pipe based on operation control of the boundary gas flow control valve;
a nozzle tip position controller that adjusts the axial position of the ammonia burner nozzle tip based on operation control of the ammonia burner nozzle position adjusting device; and
Ammonia flow rate information transmitted from the ammonia flow rate transmitter, coal supply and property information transmitted from the coal flow rate and property information transmitter, and exhaust gas temperature, flow rate, and chemical species information transmitted from the exhaust gas analysis information transmitter. Based on the gas flow rate controller, the bypass flow controller, the permanent boundary gas flow controller, and the nozzle tip position controller, it further includes an operation control device that outputs a control signal for operation control for the mixed combustion of ammonia and coal. A supply system for high-temperature, low-oxygen gas applied to the burner.
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