KR20240027111A

KR20240027111A - 수소-발화식 연소실 시스템, 방법 및 플랜트

Info

Publication number: KR20240027111A
Application number: KR1020247003540A
Authority: KR
Inventors: 마르크 테르틸트; 프리데리케 랑게; 마틴 슈타퍼; 마르쿠스 그베너; 크리스토프 코르치크; 노르베르트 쥐르켄; 레오나르트 무케
Original assignee: 지멘스 에너지 글로벌 게엠베하 운트 코. 카게
Priority date: 2021-07-01
Filing date: 2022-06-02
Publication date: 2024-02-29
Also published as: EP4334644A1; EP4113008A1; WO2023274661A1; CN117597548A

Abstract

본 발명은 수소(H2)와 산소(O2)가 물(H2O) 또는 수증기(H2O)의 존재 하에 연소되는 연소실 시스템(1)에 관한 것이다.

Description

수소-발화식 연소실 시스템, 방법 및 플랜트

본 발명은 증기 유동을 가열하거나 및/또는 수소의 증기 상태를 증가시킬 목적으로 수소를 연소시키기 위한 연소실 시스템("증기 부스터"), 방법 및 플랜트에 관한 것이다.

많은 경우에, 증기 회로는 내부에서 발화되지 않으며, 오히려 발전소의 보일러는 일반적으로 예를 들어 석탄, 핵 폐열에 의해 또는 가스나 오일로 발화되는 가스 터빈의 배기 가스에 의해 외부에서 발화된다.

이러한 증기 발전소가 EP 1 375 827 A1호에 기재되어 있다.

본 발명의 목적은 수소를 이용하는 것이다.

상기 목적은 제1항에 따른 연소실 시스템, 제21항에 따른 방법, 및 제32항에 따른 플랜트에 의해 달성된다.

추가 장점을 얻기 위해 필요에 따라 상호 조합될 수 있는 추가적인 유리한 수단이 종속항에 열거되어 있다.

이를 위해 수소 발화를 포함하는 연소실 시스템, 방법 및 플랜트를 제시하는 것이 제안되었다.

그 장점은 순수한 수소(H₂) 그리고 바람직하게 산소(O₂)를 수증기에 의해 연소 생성물로서 연소시키는 것이다.

목적은 터빈이 오염물질 없이 연소 생성물(CO₂-없음, NO_x-없음)로서의 물이나 수증기로 작동되거나 공정 증기를 생성하도록 작동되는 것이다.

연소실 시스템은 특히 기존의 증기 발전소 또는 증기 가스 터빈 발전소(GuD)에 통합될 수도 있다.

또한, 연소실 시스템은 특히 CO₂-없는 추가 발화가 요구되는 증기 회로 또는 증기 추출을 포함하는 산업 용도에 통합될 수 있다.

도 1은 연소실 시스템의 기본 원리의 개략 도시도이다.
도 2는 연소 실린더의 평면도이다.
도 3은 외부 압력 재킷이 없는 상태의 연소 실린더의 도시도이다.
도 4는 도 2의 단면도이다.
도 5 내지 도 7은 연소실의 베이스의 상세도이다.
도 8은 혼합 시스템의 도시도이다.
도 9, 도 14는 화염 튜브용 모듈의 도시도이다.
도 10, 도 15는 모듈의 적층 및 배치의 도시도이다.
도 11은 점화 장치의 도시도이다.
도 12는 플랜지의 평면도이다.
도 13은 연소실의 출구 영역의 도시도이다.
도 16, 도 17은 모듈의 평면도이다.

도 1은 본 발명에 따른 연소실 시스템(1)의 도시도이다.

연소실 시스템(1)은 연소실(30)을 구비한 연소 실린더(7)를 중심부로서 갖는다.

연소실(30)은 화염 튜브(22)에 의해 연소실(30)과 바로 인접하는 것이 바람직한 베이스플레이트(4) 및 연소실(30)의 단부에 있는 출구 개구(32)를 갖는다.

화염 튜브(22)는 세라믹, 특히 완전히 세라믹인 것이 바람직하다.

연소실(30) 또는 화염 튜브(22)의 길이는 연소실(30)의 수력 직경 길이의 적어도 3배, 특히 3배 내지 5배인 것이 바람직하다.

연소실 방향(31)으로 볼 때 연소실(30)의 단면은 원형 또는 타원형일 수 있다.

바람직하게, 베이스플레이트(4)에는 연료, 수소 및 바람직하게 산소 그리고 또한 증기, 특히 수증기를 공급하는 복수의 라인(도 6 및 도 7도 참조)이 존재한다.

그러나, 바람직하게 산소(O₂) 대신에 공기가 사용될 수도 있다.

상기 라인은 특히 적어도

산소(O₂)용 제1 공급 라인(10),

수소(H₂)용 제2 공급 라인(13), 및

수증기(H₂O)용 제3 공급 라인(16)이다.

이들 공급 라인(10, 13, 16)만 존재하는 것이 바람직하다.

그러나, 그 밖의 더 적거나 더 많은 공급 라인도 가능하다.

수증기는 바람직하게 중앙 증기 라인(19)을 거쳐서 연소실 시스템(1)에 공급되고, 중앙 증기 라인은 특히 연소실(30)용 증기를 위한 제3 공급 라인(16)으로 분할되며 바람직하게 화염 튜브(22) 주위의 중간 공간(41)에서 유동하고 이후 화염 튜브(22)를 통한 증기 통로(50) 또는 증기 출구(150)(도 10 및 도 15)를 거쳐서 연소실(30) 내로 유동하는 증기를 위한 증기 라인(25)으로 분할된다.

중간 공간(41)은 바람직하게 화염 튜브(22)와 압력 재킷(40)에 의해 직접 경계지어진다.

증기 통로(50) 및/또는 증기 출구(150)는 바람직하게 화염 튜브(22)의 전체 길이에 걸쳐서 분포되고, 바람직하게 화염 튜브(22)의 원주 둘레에도 분포된다.

증기는 화염 튜브(22)의 주위에서 바람직하게는 그 전체 길이에 걸쳐서 유동한다.

증기 라인(25)은 특히 중간 공간(41)을 위한 두 개의 증기 라인(25', 25")으로 분할될 수 있다.

중간 공간(41)은 단부에서, 특히 출구 개구(32)의 영역에서 폐쇄된다. 특히, 중간 공간(41)은 밀폐된 공간, 즉, 증기를 위한 공급 라인과, 증기 통로(50) 및 증기 출구(150)를 제외한 공간이다. 따라서 모든 증기는 공급 라인으로부터 바람직하게는 중간 공간(41)에서 완전히 연소실(30) 내로 유동한다.

연소실 시스템(1)은 또한 배수 라인(33), 압력 제어 밸브 또는 그 과압 보호장치(36), 및 증기 바이패스(39)를 갖는 것이 바람직하다.

마찬가지로, 바람직하게 H₂O 스프레이(42)가 연소 실린더(7)의 단부에 존재할 수 있다.

또한, 공급 라인을 플러싱할 수 있는 플러싱 시스템(3)이 존재하는 것이 바람직하며; 특히 여기에서는 질소가 사용된다.

화염 튜브(22)가 그 주위를 흐르는 증기(28)에 의해 작동 중에 냉각될 수 있거나 및/또는 바람직하게는 대기 모드에서 수증기에 의해 예열될 수 있다는 것도 유리하다.

제안된 연소실 시스템(1)은 도 2에 도시되어 있듯이 연소실 축(31)을 갖는 것이 바람직하다. 이것은 바람직하게 화염 튜브(22) 및/또는 연소실(30)의 대칭축이기도 하다.

연소실(7)은 대응하는 지지체[경우에 따라서는 도 3의 판 스프링(60)]에 의해 수평으로 배치될 수도 있다.

연소실(30)은 길이에 걸쳐서, 바람직하게는 전체 길이에 걸쳐서 연소실 축(31)에 대해 횡방향으로 동일한 단면을 갖는 것이 바람직하다.

제안된 연소실 시스템(1)의 사용 및 변형 옵션은 보편적이다.

연소실 시스템(1)은 바람직하게 1 bar 내지 140 bar, 특히 1 bar 내지 80 bar의 증기 분위기에서 작동하는 것이 바람직하다. 연소실(30)은 바람직하게 적어도 2 bar, 특히 적어도 6 bar의 증기 분위기에서 작동된다.

100 mbar 내지 3000 mbar의 압력 손실이 바람직하게 설정된다.

도 2는 화염 튜브(22) 주위에 외부 압력 재킷(40)을 구비하고(따라서 화염 튜브는 보이지 않음) 그 결과 중간 공간(41)(도 4)이 형성되는 연소 실린더(7)를 도시하고 있다.

도 3에 따르면, 개별의 또는 복수의 모듈(46', 46", ...)이 화염 튜브(22)를 형성한다.

모듈(46', 46", ...)은 또한 세라믹인 것이 바람직하다.

그러나, 세라믹이나 금속으로 제조된 모놀리식 화염 튜브(22)가 사용될 수도 있다.

특히 화알루미늄 산화물 또는 알루미늄 산화물/스피넬 기반의 산화물 세라믹을 사용하는 것이 바람직하다. CMC가 사용되지 않는 것이 바람직하다.

마찬가지로, SiC 또는 실리콘-기반 세라믹이 사용되지 않는 것이 바람직하다.

모듈(46', 46", ...)은 세라믹인 것이 바람직하지만, 가스 터빈의 가스 터빈 블레이드 또는 금속제 열차폐 요소의 코팅 시스템에서 알려져 있듯이 세라믹 코팅이 적용된, 예컨대 Ni-기반 합금, 예를 들어 인코넬의 금속 튜브로 형성될 수도 있다.

연소실 시스템(1)의 화염 튜브(22)를 형성하기 위해, 모듈(46', 46", ...)은 특히 상하로 배치되며, 특히 상호 동축적으로 상하로 배치된다.

화염 튜브(22) 또는 모듈(46', 46", ...)은 특히 환형이며, 바람직하게는 단면이 원형 또는 타원형이다.

개별 모듈(46', 46", ...)(도 3, 도 4, 도 5, 도 10 및 도 11) 또는 화염 튜브(22)를 안내하고 함께 유지하는 복수의 바람직하게는 로드(43), 특히 나사형 로드를 도 2 및 도 3에서 볼 수 있다.

마찬가지로, 기계적 조립이나 기계적 고정을 위한 다른 옵션도 생각해 볼 수 있다.

예를 들어, 여기에서는 다섯 개의 모듈(46', 46", ...)이 존재하며 이들 모듈은 로드(43)에 의해 그리고 상부 플레이트(44) 및 베이스플레이트(4)에 의해 함께 유지된다.

따라서 중간 공간(41)은 외부 압력 재킷(40)에 의해 화염 튜브(22) 주위에 형성될 수 있다.

특히, 모듈(46', 46", ...) 및 베이스플레이트(4)는 상부 플레이트(44)에 기대어지는 로드(43) 주위의, 특히 스프링 요소와 나사로 구성되는 체결 요소(47)에 의해 함께 유지된다. 다른 체결 방법 및 요소가 가능하다.

또한 도 3에는 외부 압력 재킷(40)(도시되지 않음)에 대해 모듈(46', 46", ...)을 지지하는 판 스프링 요소(60)가 바람직하게 사용되는 것으로 도시되어 있다.

도 3의 단면도가 도 4에 도시되어 있으며, 연소실(30) 및 증기 통로(50)를 구비하는 화염 튜브(22) 또는 모듈(46', 46", ...)을 도시한다.

증기 통로(50)는 모듈(46) 또는 화염 튜브(22)의 관통 구멍이다.

증기 통로(50)는 화염 튜브(22) 내에 또는 모듈(46', 46", ...) 내에 균일하게 분포되는 것이 바람직하며, 그렇지 않으면 특히 열부하에 따라 비대칭적으로 분포될 수도 있다.

화염 튜브(22)의 길이를 따라서, 모듈(46", 46", ...) 또는 모놀리식 화염 튜브(22)는 기술적 요건에 따라 상이하고 다양하게 구성될 수 있으며, 더 많거나 더 적은 증기 통로(50) 또는 증기 출구(150)를 가질 수 있다(도 9 및 도 10).

출구 개구(32)는 상부 플레이트(44) 위에서 실현되는 것이 바람직하며, 이는 먼저 모듈(46', 46", ...) 또는 화염 튜브(22)의 상호 중심맞춤을 보장하고, 특히 동시에 화염 튜브(22)의 복사열에 의한 후속 부품의 과열을 방지하기 위해 차폐를 포함한다.

도 13은 연소 실린더(7)의 단부의 수정예를 도시한다.

외부 압력 재킷(40)은 커버 플레이트(64)가 놓이는 플랜지(68')를 가지며, 커버 플레이트는 체결 요소(65), 특히 나사 및 너트에 의해 그 플랜지(68")가 외부 압력 재킷(40)의 플랜지(68')에 나사 체결된다.

모듈(46', ...) 또는 화염 튜브(22)는 커버 플레이트(64)와 상부 플레이트(44) 사이에 바람직하게 존재하는 텅 요소(67)에 의해 함께 유지되거나 함께 가압된다. 따라서 커버 플레이트(64)는 출구 개구(32)와 마주하여 놓이거나 출구 개구를 연장하는 출구 개구(69)를 갖는다.

베이스플레이트(4)(또는 화염 튜브 베이스)(도 5)는 버너와 점화 유닛(어느 것도 도시되지 않음)을 포함하며, 모듈(46', 46", ...) 또는 화염 튜브(22)를 중심맞춤하는 수단으로서 작용한다.

모듈식 설계의 경우에, 연소실(30)은 특히 모듈(46', 46", ...)을 적층함으로써 형성되며, 이들 모듈은 특히 텅 및 홈(tongue and groove) 기하구조에 의해 접촉면 상에 중심맞춤되어 밀봉과 지지를 제공한다.

체결 수단, 특히 텅(101) 및 홈(102) 구조, 특히 여기에서 예를 들어 반구형인 구조는 가열 및 냉각 중에 베이스플레이트(4)와 함께 개별적인, 특히 세라믹 모듈(46', 46", ...)의 열팽창을 방해하지 않는다. 이것은 열에 의해 유도되는 응력을 회피한다.

텅(101) 및 홈(102) 구조는 바람직하게 모듈(46', 46", ...) 사이에 및/또는 모듈(46')과 베이스플레이트(4) 사이에 및/또는 모듈(46)과 상부 플레이트(44) 사이에 형성될 수도 있다.

연소실(30)은 상이한 개수의 모듈(46', 46", ...)을 적층함으로써 원하는 대로 길이 변경될 수 있다.

특히, 길이가 다른 모듈(46', 46", ...)이 사용될 수 있다.

연소실(30)은 직경이 변화하는 모듈(46', 46", ...)에 의해 직경이 변경될 수도 있다. 모듈(46', 46")을 사용한 원추형도 가능하다.

개별 모듈(46', 46", ...)은 튜브 내에서 또는 레일에 의해/레일 상에서 안내되거나 로드(43)에 의해 사전 응력을 받는 것이 바람직하다.

사전 응력부여(prestressing)는 로드(43) 및 스프링 요소를 통해서 세라믹에 적합한 접촉 압력으로 수행된다. 세라믹은 압축 응력에만 노출된다.

각각의 모듈(46', 46", ...) 또는 화염 튜브(22)는, 수소(H₂) 및 바람직하게는 산소(O₂)의 최적 연소를 보장하고 필요하거나 요구되는 온도를 설정하기 위해 연소의 혼합 영역과 주변 증기가 서서히 혼합될 수 있게 하는 한정된 증기 통로(50)를 포함하는 것이 바람직하다.

증기 통로(50)는 원형 및/또는 타원형 및/또는 각진 형상이고, 또한 그 유동 방향으로 단면이 일정하거나 가변적이며, 고온 화염이 화염 튜브(22)의 벽에 가해지는 것을 방지하거나 및/또는 연소 매체에 난류를 도입하기 위해 유동 방향으로 특히 얕은 각도로, 특히 80°내지 < 90°로 배치된다.

필요하다면, 이들 증기 통로는 직접 화염 내로 개방되어 격렬한 혼합을 유도하도록 인도될 수도 있다.

원칙적으로, 증기 통로(50)는 모듈(46)의 길이에 걸쳐서 또는 화염 튜브(22)의 길이에 걸쳐서 다양한 크기로 분포될 수 있거나 모듈(46)의 단부면(133) 상의 증기 출구(150)로서 설계될 수 있다. 두 가지 원칙의 조합도 가능하다.

상기 배치는 다양한 산업 용도, 발전 용도, 또는 증기-전도식 연소 과정에서 수소(H₂) 및 바람직하게 산소(O₂)를 사용하는 용도에 맞게 특별히 선택될 수 있다.

증기 통로(50) 배치의 예는 도 3, 도 4 및 도 5에서 취합될 수 있다.

도 4는 또한 연소실(30)이 길이에 걸쳐서 바람직하게는 연소실 축(31)에 대해 횡방향으로 동일한 단면을 갖는 것을 개시하고 있다.

도 6에 따르면, 베이스플레이트(4)는 다음과 같은 복수의 기능을 수행한다:

ㆍ특히 텅 및 홈 원리에 의한 화염 튜브(22) 또는 모듈(46', 46", ...)의 기계적 클램핑,

ㆍ연소 매체의 공급 라인(10, 13) 및

ㆍ연소실(30) 내로의 수증기 공급 라인(16), 및

ㆍ특별한 변형예에서는 또한 버너(58)의 상류에서 수소(H₂), 바람직하게는 산소(O₂)와 주입된 물 또는 수증기의 혼합(도 7), 및

ㆍ주입된 물 또는 수증기를 증기 라인(25)에 의해 주위의 외부 압력 재킷(40)을 갖는 중간 공간(41)에 공급; 그 결과, 화염 튜브(22)가 냉각되고 바람직하게는 추가 냉각이 필요 없다.

바람직하게는 베이스플레이트(4)의 3D 제조에 의해, 특히 SLM에 의해, 이들 기능이 이상적으로 상호 조합될 수 있다.

여기에서 연료는 연소실(30)에서만 혼합되는 것이 바람직하다.

도 6은 또한 증기가 화염 튜브(22)와 외부 압력 재킷(40) 사이의 영역에 유입되는 것을 도시한다.

증기는 출구 개구(32)의 방향으로 유동하는 것이 바람직하다.

증기는 또한 버너(58)에 및/또는 버너(58) 주위에 공급된다.

도 7은 베이스플레이트(4)의 혼합기(55) 내에서 내부 사전-혼합이 이루어지는 베이스플레이트(4)의 변형예를 도시하며, 여기에서 증기 통로에서의 분사 평면의 배치는 개별적으로 구성될 수 있다. 상기 통로의 반복도 쉽게 허용될 수 있다.

도 7은 베이스플레이트(4)의 단면도에서, 연소실 시스템(1)의 베이스플레이트(4) 내에서 수소(H₂)와 산소(O₂) 그리고 경우에 따라 물 또는 수증기(H₂O)의 혼합(HHO)을 도시한다.

이 변형예에서, 수소(H₂)와 산소(O₂)는 혼합기(55)에서 혼합되고 이후 연소실(30)에만 공급된다.

도 8은 다양한 매체가 바람직하게는 베이스플레이트(4)와 같은 플레이트(110) 내에서 어떻게 상호 혼합될 수 있는지를 개략적인 형태로 도시한다.

이 경우에 수소(111), 산소(112) 및 증기(113)는 각각 측방향으로 채널(114)에 유입되며 따라서 그곳에서 혼합된다.

이후 혼합물은 채널(114)로부터 115 방향으로 빠져나가고 예를 들어 도 6 또는 도 7에 따라 연소실(30)에 진입한다.

도 9는 개별 모듈(46)을 도시한다.

모듈(46)의 상부 단부면(133)으로부터 시작하여 복수의 오목부(130)가 존재하는 것이 바람직하다.

오목부(130)의 형상은 다양할 수 있으며, 예를 들어 오목부(130)의 베이스 표면(134)의 평면에서 좁아지는 쐐기형 프로파일을 가질 수 있다.

오목부(130)의 베이스 표면(134)은 평탄한 것이 바람직하며, 즉 연소실 축(31)(또는 그것에 평행)이 베이스 표면(134)에 수직하거나(도 9 및 도 14) 또는,

베이스 표면(134)은 상승 또는 하강 프로파일을 가지며, 즉 모듈(46)의 단면도에서 복수의 증기 출구(150)에 대한 도 10 및 도 15에서 알 수 있듯이 연소실 축(31)(또는 그것에 평행)이 베이스 표면(134)에 수직하지 않다.

증기 출구(150)의 기하구조 및 배치는 각각의 개별 모듈(46)마다 다를 수 있거나 문제의 모듈(46', 46", ...)에 대해 동일할 수 있다.

증기 출구(150)의 기하구조 및 배치는 또한 특히 개별 모듈(46)마다 다를 수도 있다.

도 16은 도 9(또는 도 14)에 따른 모듈(46')의 평면도이다.

각각의 오목부(130', 130", 130"', ...)는 중심선(131', 131", 131")을 갖는다. 중심선(131', ...)은 베이스 표면(134)을 절반으로 나눈다.

오목부(130', 130", ...)의 중심선(131', 131", ...)은 모듈(46)의 중심에서, 즉 연소실 축(31)의 지점에서 만나는 것이 바람직하다.

여기에서 베이스 표면(134)은 쐐기형(절두구형)인 것이 바람직한데, 그 이유는 베이스 표면(134)의 가장자리가 방사형이기 때문이다.

마찬가지로, 중심선(131)을 갖는 오목부(130)는, 오목부(130)에 대해 도 17에 예시되어 있듯이, 베이스 표면(134)의 중심선(131)이 연소실 축(31)을 통과하지 않도록 구성될 수 있다. 이것은 유체, 여기에서는 증기가 증기 출구를 통해서 유동할 때 접선방향 난류를 허용한다.

따라서 베이스 표면(134)은 여기에서 쐐기형이 아닌 것이 바람직하다.

베이스 표면(134)은 바람직하게 정사각형 또는 직사각형일 수도 있다.

모듈(46)은 복수의 요소(48', 48", ...)로 구성될 수도 있다.

모듈(46)의 이러한 요소(48', 48", ...)는 도 14에서 파선 분리선(49', ...)으로 도시되어 있다.

도 9, 도 14, 도 16, 도 17에 따른 각각의 모듈(46)(도 9) 또는 모듈(46)에 대한 요소(48', ...)(도 14)는 그 자체로 이미 관통 구멍인 증기 통로(50)를 가질 수 있다.

증기 통로(50)와 동일한 목적을 갖는 증기 출구(150)는 개별 모듈(46', ...)의 적층에 의해서만 제조된다.

화염 튜브(22)용 관통 구멍, 즉 증기 출구(150)가 복수의 모듈(46' 내지 46"")의 적층에 의해 오목부(130)로부터 생성되기 때문에 오목부(130)의 의미는 도 10에서 명확해진다.

이들 증기 출구(150)는 또한 바람직하게 그 기하구조가 자유롭게 선택되고 구성될 수 있다.

이러한 증기 출구(150)는 또한, 특히 단부면(133)이 각각 반원형 오목부를 갖고 상하로 함께 적층될 때 원형 단면을 생성하는 경우에 서로 바로 상하로 놓이는 두 개의 모듈(46', 46", ...)의 적층에 의해서만 완전히 생성될 수 있다.

오목부(130)로 인한 증기 출구(150)와 증기 통로(50)가 동시에 존재할 수도 있다(도 15).

버너(58)는 연소실(30) 내의 베이스 상에 배치된다(도 11).

이 버너(58)는 다공성 버너인 것이 바람직하다.

점화기(405)에 대해서는, 점화기(405)가 연소실(30) 내에 측방향으로 도입되는 설계가 가능하다(도 11).

도 11은 점화기(405)와 버너(58)의 배치가 어떻게 구성되는지를 개략적으로 도시한다.

증기 통로(50) 또는 다른 피드스루에 의해, 점화기(405)는 버너(58) 위에 종방향에 대해 횡방향으로 공급되거나 그곳에 존재한다.

작동 중에 최초의 일회 점화 후에 점화기(405)가 고부식성 영역으로부터 제거될 수 있도록 점화기(405)는 바람직하게 연소실에 공급될 수 있다.

점화기(405)는 연소실(30)의 종방향으로 볼 때 버너로부터 대응하는 거리(400)에 있다. 점화는 버너(58)와 점화 장치(405) 사이에서 발생한다.

점화 이후, 즉 부스터 모드에서, 점화기(405)는 연소실(30)로부터 제거될 수 있다.

도 12는 증기 입구 개구를 갖는 베이스플레이트(4), 부스터로부터 응축물을 제거하기 위한 배수 라인(33)용 배수 개구, 및 버너(58)용 개구를 구비한 플랜지(700)의 평면도이다.

증기는 기존 플랜트의 증기로부터 개구(703', 703")를 통해서 연소실 시스템(1)에 공급된다. 이들 개구는 특히 원주 둘레에 균일하게 분포되는 복수의 개구인 것이 바람직하다.

역시 원주 둘레에 균일하게 분포되는 것이 바람직한 로드(43)는 개구(703', ...) 사이에 개략적으로 배치된다.

따라서 증기는 여기에서 외부 압력 재킷(40)과 화염 튜브(22) 사이의 중간 공간(41)에 유입된다.

배수 라인(33)용 배수 개구도 볼 수 있다.

그 주위에 증기 라인(25', 25", ...)이 배치되는 버너(58)가 중앙에 배치된다.

모듈(46)의 프로파일도 도시되어 있다.

증기 라인을 분사하기 위한 밸브도 제공되는 것이 바람직하다.

연소실 시스템(1)은 기존 플랜트의 증기 튜브와 직렬로 연결되는 것이 바람직하며, 플랜지에 의해 그곳에 직렬로 연결된다.

세라믹 세그먼트의 제조를 위해, 세라믹 덩어리가 원주에 삽입되는 3부 몰드 개념이 제공된다. 여기에서의 목적은 두 개의 지지면을 최종 윤곽에 가깝게 제작하고 마감 작업을 가능한 한 완전히 회피하는 것이다.

Claims

연소실 시스템(1)이며,
수소(H₂) 그리고 바람직하게 산소(O₂)가 물(H₂O) 및/또는 수증기(28, H₂O)의 존재 하에 연소실(30) 내에서 연소될 수 있으며,
증기(28)는 중간 공간(41)에서 연소실(30) 주위를 외측에서 유동할 수 있고,
특히 연소실(30)의 전체 길이에 걸쳐 화염 튜브(22)의 중간 공간(41)에서 유동할 수 있는, 연소실 시스템(1).
제1항에 있어서, 중간 공간(41)은 연소실(30)의 단부에서, 특히 화염 튜브(22)의 출구 개구(32) 영역에서 폐쇄되며,
더 특히 중간 공간(41)은 밀폐된 공간인, 연소실 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 연소실(30) 또는 화염 튜브(22)의 길이는 연소실(30) 또는 화염 튜브(22)의 수력 직경 길이의 적어도 3배, 특히 3배 내지 5배인, 연소실 시스템.
제1항, 제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 연소실(30)은 그 길이에 걸쳐서, 특히 전체 길이에 걸쳐서, 연소실 축(31)에 대해 횡방향으로 동일한 단면을 갖는, 연소실 시스템.
제1항, 제2항, 제3항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 그 연소실(30)은 화염 튜브(22)에 의해 형성되며, 화염 튜브(22)는 단면이 환형 또는 관형이고, 특히 단면이 원형 또는 타원형인, 연소실 시스템.
제1항, 제2항, 제3항, 제4항 또는 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 그 연소실(30)은 화염 튜브(22)에 의해 형성되며,
화염 튜브(22)는 모듈식으로 구성되고,
특히 복수의 모듈(46', 46", ...)을 가지며,
모듈은 특히 환형 또는 관형이고,
특히 단면이 원형 또는 타원형인, 연소실 시스템.
제6항에 있어서, 모듈(46', 46", ...)은 특히 동축적으로 서로 상하로 배치되는, 연소실 시스템.
제1항, 제2항, 제3항, 제4항, 제5항, 제6항 또는 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 모듈(46', 46", ...) 또는 화염 튜브(22)는 특히 산화물 세라믹에 기초한, 가장 특히 알루미늄 산화물 또는 알루미늄 산화물/스피넬에 기초한 세라믹인, 연소실 시스템.
제6항, 제7항 또는 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 개별 모듈(46', 46", ...)은 이들을 특히 홈(102) 및 텅(101)에 의해 상호 체결하는 수단(101, 102)을 갖는, 연소실 시스템.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 수소(H₂) 그리고 바람직하게 산소(O₂) 및/또는 수증기는 베이스플레이트(4)를 거쳐서 특히 하나의 평면에서 연소실(30)에 유입될 수 있는, 연소실 시스템.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 수소(H₂) 그리고 바람직하게 산소(O₂) 및/또는 수증기는 베이스플레이트(4) 내에서 혼합될 수 있고, 특히 혼합기(55) 내에서 혼합될 수 있으며, 베이스플레이트(4)를 거쳐서 특히 하나의 평면에서 연소실(30)에 유입될 수 있는, 연소실 시스템.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 화염 튜브(22) 또는 모듈(46', 46", ...)은 증기 통로(50)를 갖고 및/또는
모듈(46', 46", ...)은 증기 출구(150)를 가지며,
이를 통해서 증기가 연소실(30)로 유입될 수 있는, 연소실 시스템.
제12항에 있어서, 증기 통로(50)는 고온 화염이 화염 튜브(22)의 벽에 가해지는 것을 방지하도록 설계되는, 연소실 시스템.
제12항 또는 제13항에 있어서, 증기 통로(50) 및/또는 증기 출구(150)는 화염 튜브(22) 또는 그 모듈(46', 46", ...)의 전체 길이 및/또는 원주에 걸쳐서 연장되는, 연소실 시스템.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 연소실(30)을 둘러싸서 중간 공간(41)을 형성하는 외부 압력 재킷(40)을 가지며,
특히 중간 공간(41)은 압력 재킷(40)과 화염 튜브(22)에 의해 직접 경계지어지는, 연소실 시스템.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 연소실(30)의 타 단부에는 중간 공간(41)을 형성하도록 압력 재킷(40)에 기대어지는 상부 플레이트(44)가 구비되는, 연소실 시스템.
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 증기(28)를 특히 베이스플레이트(4)와 동일한 높이에서 연소실(30) 내로 및 중간 공간(41)으로 인도하여 증기가 베이스플레이트로부터 출구 개구(32)의 방향으로 유동할 수 있게 하는 증기 공급 라인(9)을 갖는, 연소실 시스템.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 특히 연소실(30)의 내외로 안내될 수 있는 점화기(405)를 갖는, 연소실 시스템.
제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도:
배수 라인(33) 및/또는
압력 제어 밸브 또는 과압 보호장치(36) 및/또는
증기 바이패스(39) 및/또는
바람직하게 연소 실린더(7)의 단부에 제공되는 H₂O 스프레이(42), 및/또는
특히 질소를 사용하여 공급 라인을 플러싱할 수 있는 플러싱 시스템(3)을 갖는, 연소실 시스템.
제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 특히 증기 입구 개구(703, ...)를 갖는 베이스플레이트(4),
응축물을 제거하기 위한 배수 라인(33)용 배수 개구,
특히 버너(58)용 개구를 구비하는
플랜지(700)를 갖는, 연소실 시스템.
증기, 특히 공정 증기를 생성하기 위한 방법이며,
연소실(30)을 갖는 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 따른 연소실 시스템(1)이 사용되는, 방법.
제21항에 있어서, 수소(H₂) 그리고 바람직하게 산소(O₂)가 물(H₂O) 또는 수증기(28, H₂O)의 존재 하에 연소실(30) 내에서 연소되며,
특히 오직 수소(H₂) 그리고 바람직하게 산소(O₂)가 연소되거나, 및/또는
오직 수소(H₂) 그리고 바람직하게 산소(O₂) 그리고 또한 수증기가 연소실(30)에 도입되는, 방법.
제21항 또는 제22항에 있어서, 증기(28)는 중간 공간(41)에서, 특히 연소실(30) 주위의 밀폐된 중간 공간(41)에서 연소실(30) 주위를 외측에서 유동하며,
특히 증기는 출구 개구(32)의 방향으로 유동하고,
그 결과 화염 튜브(22)가 냉각되며, 특히 추가 냉각 없이 냉각되는, 방법.
제21항, 제22항 또는 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 증기,
특히 증기 전체가 중간 공간(41)으로부터 연소실(30)에 유입되는, 방법.
제21항, 제22항, 제23항 또는 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 수소(H₂) 그리고 바람직하게 산소(O₂) 그리고 또한 수증기가 베이스플레이트(4)를 거쳐서 특히 하나의 평면에서 연소실(30)에 유입되는, 방법.
제21항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 수소(H₂) 그리고 바람직하게 산소(O₂) 및/또는 수증기가 베이스플레이트(4)에서 혼합되고, 특히 혼합기(55)에서 혼합되며, 베이스플레이트(4)를 거쳐서 특히 하나의 평면에서 연소실(30)에 유입되는, 방법.
제21항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 화염 튜브(22)를 따뜻하게 유지하거나 이것이 작동하고 있지 않을 때 가열하기 위해 증기가 중간 공간(41)에 유입되는, 방법.
제21항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 연소실(30)은 1 bar 내지 140 bar, 특히 1 bar 내지 80 bar의 증기 분위기에서 작동되는, 방법.
제21항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 연소실(30)은 적어도 2 bar, 특히 적어도 6 bar의 증기 분위기에서 작동되는, 방법.
제21항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 연소실(30)은 100 mbar 내지 3000 mbar의 압력 손실로 작동되는, 방법.
제21항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 증기는 연소 중에 버너(58) 주위를 유동하는, 방법.
제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 따른 연소실 시스템(1)을 갖는, 플랜트.
제32항에 있어서, 증기 터빈 플랜트인, 플랜트.
제32항에 있어서, 가스 및 증기 터빈 플랜트인, 플랜트.
제32항, 제33항 또는 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 공정 증기용 증기를 생성하기 위한 플랜트인, 플랜트.