WO2017175918A1 - 초 저공해 연소기 - Google Patents

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WO2017175918A1
WO2017175918A1 PCT/KR2016/006918 KR2016006918W WO2017175918A1 WO 2017175918 A1 WO2017175918 A1 WO 2017175918A1 KR 2016006918 W KR2016006918 W KR 2016006918W WO 2017175918 A1 WO2017175918 A1 WO 2017175918A1
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WO
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flame
air supply
supply unit
ultra
air
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PCT/KR2016/006918
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French (fr)
Inventor
김세원
이창엽
권민준
Original Assignee
한국생산기술연구원
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Publication date
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    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/16—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration with devices inside the flame tube or the combustion chamber to influence the air or gas flow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23R3/346—Feeding into different combustion zones for staged combustion
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    • F23R3/42—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the arrangement or form of the flame tubes or combustion chambers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R2900/00—Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/03282—High speed injection of air and/or fuel inducing internal recirculation

Definitions

  • the present invention relates to an ultra low pollution combustor, and more particularly, a flame is optimized by optimizing the split flame technology, air multistage technology, fuel partial premixing technology, and fuel gas recirculation technology. It is about.
  • Existing low pollution combustion techniques include fuel multistage technology, air multistage technology, combustion gas recirculation technology, combustion gas in-member recycling technology, recombustion technology, and OFA technique.
  • this combustion technique has the disadvantage of requiring an additional external device or the configuration of a peripheral device of a complicated structure, and there is a limit for low pollution. Therefore, in order to overcome the above-mentioned drawbacks, a combustion technology for integrating and optimizing a number of low pollution combustion techniques has recently been researched and developed.
  • the prior art 1 has a first problem that a plurality of components are included in order to apply a combustion gas recirculation combustion technique, a fuel cascade technique, and an air cascade technique in combination. .
  • the prior art 1 has a second problem that the performance is guaranteed only in a specific combustion system because it is designed to be used in a water tube boiler.
  • the present invention devised to achieve the above technical problem, the flame generation unit for producing a first flame by the combustion of the mixed fuel and air; And a multi-stage air supply unit through which a portion of the flame generating unit is drawn in and supplying combustion gas or air to the region of the second flame in the combustion chamber, and is discharged through the coanda outlet provided in the multi-stage air supply unit.
  • the air forms a coanda flow path and is supplied to the region of the second flame to provide an ultra low pollution combustor.
  • the ultra low pollution combustor having such a configuration is excellent in efficiency for high efficiency low pollution combustion because the flame is constructed by optimizing the split flame technology, air multistage technology, fuel partial premixing technology and fuel gas recirculation technology.
  • the present invention has the first effect of excellent performance against high efficiency and low pollution combustion since the flame is constructed by optimizing the split flame technique, the air staging technique, the fuel partial premixing technique and the fuel gas recirculation technique.
  • the present invention since the present invention implements a simple structure for optimizing the split flame technology, air multistage technology, fuel partial premixing technology, and fuel gas recirculation technology, the present invention has a second effect that the manufacturing cost is reduced and the maintenance is easy.
  • the present invention is configured to be provided in various apparatuses, and has a third effect that it can be used not only in a specific combustion system but also in various combustion systems.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a side of a combustor according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is an enlarged view of the cross section of the side of the combustor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a cross-sectional view of the front of the combustor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the front of the combustor according to another embodiment of the present invention.
  • a flame generation unit for generating a first flame by the combustion of the mixed fuel and air; And a multi-stage air supply unit through which a portion of the flame generating unit is drawn in and supplying combustion gas or air to the region of the second flame in the combustion chamber, and is discharged through the coanda outlet provided in the multi-stage air supply unit.
  • the air forms a coanda flow path and is supplied to the region of the second flame to provide an ultra low pollution combustor.
  • the air of the coanda flow path, the supply to the first flame may be blocked.
  • the first flame and the second flame may be generated in a completely separated state inside one combustion chamber.
  • the combustion gas is introduced into the combustion gas inlet provided in the multi-stage air supply unit, the combustion gas is supplied back to the first flame or the second flame may be performed to recycle the combustion gas. have.
  • the multi-stage air supply unit the cross section of the front surface may be in the form of surrounding the flame generating portion.
  • the inner surface of the multi-stage air supply unit may be shaped such that air discharged through the coanda discharge port adheres to the inner surface of the multi-stage air supply unit and flows to form the coanda flow path. Can be.
  • the multi-stage air supply unit may be provided in plural and surround the flame generation unit in a plurality of layers at predetermined intervals.
  • the multi-stage air supply unit may be provided with a plurality of multi-stage air supply.
  • the inner surface of the multi-stage air supply, the air discharged through the coanda discharge port may be a shape that can flow to form the coanda flow path attached to the inner surface of the multi-stage air supply portion.
  • the multi-stage air supply may be arranged to surround the flame generating unit.
  • the multi-stage air supply unit may be arranged in a form of surrounding the flame generating unit in a plurality of layers.
  • the flame generating unit the fuel nozzle for supplying fuel, the combustion air inlet for supplying air, the flame nozzle is installed inside the fuel nozzle, performing the flame-retardant function, and the fuel and air is And a diffuser for injecting the mixed fuel mixed therein.
  • the flame generation unit may further include a premixed fuel nozzle for injecting fuel into the air flow by the combustion air inlet.
  • an embodiment of the present invention provides a combustion furnace, characterized in that the ultra-low pollution combustor of the present invention is applied.
  • an embodiment of the present invention provides a boiler, characterized in that the ultra-low pollution combustor of the present invention is applied.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the side of the combustor according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is an enlarged view of the cross section of the side of the combustor according to an embodiment of the present invention.
  • a arrow of FIG. 1 and FIG. 2 shows a coanda flow path
  • B arrow of FIG. 1 and FIG. 2 shows a fuel gas recirculation path.
  • the ultra low pollution combustor of the present invention the flame-generating unit 200, the mixed fuel and air is combusted to produce a first flame (10); And a multi-stage air supply unit 100 which receives a part of the flame generating unit 200 and supplies combustion gas or air to the region 21 of the second flame in the combustion chamber 30.
  • the air discharged through the coanda discharge port 101 provided in the multi-stage air supply unit 100 forms a coanda flow path, such as the arrow A of FIGS. 1 and 2, to form the second flame region 21. ) Can be supplied.
  • the Coanda flow path may be a flow path of air using the Coanda principle.
  • the Coanda principle may refer to a principle that the gas ejected by approaching a surface has a tendency to suck and adhere to the surface.
  • the air discharged through the coanda outlet 101 may be blocked from being supplied to the first flame 10.
  • the air of the coanda flow path affects the primary flame of the fuel surplus condition. It can be induced to be supplied as a secondary flame under fuel shortage conditions without giving an indication.
  • the first flame 10 and the second flame 20 may be generated in a completely separated state in one combustion chamber 30.
  • the first flame 10 and the second flame 20 are completely separated from each other to perform the functions of the first flame 10 and the second flame 20 as follows.
  • combustion can be carried out under excess fuel conditions.
  • high concentrations of carbon monoxide (CO) may be generated.
  • the combustion gas is introduced into the combustion gas inlet 102 provided in the multi-stage air supply unit 100, and the combustion gas is supplied back to the first flame 10 or the second flame 20 to perform combustion gas recycling.
  • the combustion gas generated from the region 11 of the first flame and the region 21 of the second flame is recycled to induce an effect of reducing the maximum temperature of the flame.
  • This effect serves to suppress the production of nitrogen oxides, which are harmful gases generated in flames.
  • Such fuel gas recirculation may be by application of a negative pressure for operating the injector.
  • combustion can be carried out in excess air conditions.
  • carbon monoxide (CO) and unfuel fuel generated in the first flame region 11 are induced to completely burn in the flame region.
  • formation of a thermal nitrogen oxide (Thermal NOx) can be suppressed by forming a flame at a relatively low temperature by the recycled combustion gas.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the front of the combustor according to an embodiment of the present invention. Specifically, it is a cross section perpendicular to the ground passing through the a-a 'dotted line in FIG.
  • the multi-stage air supply unit 100 may have an annular cross-section with respect to the front, and may surround the flame generating unit 200.
  • the multi-stage air supply unit 100 When the multi-stage air supply unit 100 is formed as a single device, it is possible to form an integrated coanda flow path. In this single stage air supply unit 100, air inflow control from an external air pump may be performed for the entire stage air supply unit 100.
  • the inner side surface of the multi-stage air supply unit 100 may mean an inner side facing the flame generation unit 200.
  • the multi-stage air supply unit 100 may be provided in plural and may surround the flame generating unit 200 in a plurality of layers at predetermined intervals.
  • the single stage air supply unit 100 is illustrated as one, but a plurality of stage air supply units 100 may be provided.
  • a third multistage air supply unit surrounding the second multistage air supply unit at a predetermined interval is illustrated as one, but a plurality of stage air supply units 100 may be provided.
  • a third multistage air supply unit surrounding the second multistage air supply unit at a predetermined interval is illustrated as one, but a plurality of stage air supply units 100 may be provided.
  • the first multi-stage air supply unit, the second multi-stage air supply unit and the third multi-stage air supply unit is the same configuration, only the size may be different.
  • the third stage air supply unit may be larger than the second stage air supply unit, and the second stage air supply unit may be larger than the first stage air supply unit.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the front of the combustor according to another embodiment of the present invention. Specifically, it relates to a cross section perpendicular to the ground passing through the a-a 'dotted line in FIG. 1 and to a different embodiment than the case of FIG. (Materials for FIGS. 4A and 4B will be described at the bottom.)
  • the multi-stage air supply unit 100 may include a plurality of multi-stage air supplies 110.
  • the multi-stage air supply 110 may be arranged in a form surrounding the flame generating unit 200.
  • the multi-stage air supply 110 may have a rectangular cross section with respect to the front.
  • the multistage air supply 110 may have a partial cross-sectional shape with respect to a front surface thereof.
  • each multi-stage air supplier 110 may be connected to a separate external air pump, and the air supplied to each multi-stage air supplier 110 may be controlled separately. Accordingly, in the region 21 of the second flame, the speed and amount of air in the Coanda flow path air flowing into the weakened portion of the second flame 20 are partially increased, thereby stably forming the second flame 20. It can be done. Correspondingly, the velocity and air volume of the Coanda flow path air flowing into the excessively strong portion of the second flame 20 may be partially reduced.
  • the multi-stage air supplier 110 may be arranged in a form of enclosing a plurality of layers around the flame generator 200.
  • the plurality of multistage air supplies 110 may be arranged to surround the flame generating unit 200 to form a first multistage air supply unit.
  • the plurality of multistage air supplies 110 may be arranged to surround the first multistage air supply unit to form a second multistage air supply unit.
  • the inner surface of the multi-stage air supply 110 may mean a surface facing the flame generation unit 200.
  • a fuel nozzle 210 for supplying fuel, a combustion air inlet 220 for supplying air, and a flame nozzle 230 installed in the fuel nozzle 210 to perform an inflammation function And components such as a diffuser 240 injecting a mixed fuel mixed with fuel and air may be included in the flame generator 200.
  • the flame generation unit 200 may further include a premixed fuel nozzle 250 for injecting fuel into the air flow by the combustion air inlet 220.
  • an arrow displayed at the combustion air inlet 220 may mean a direction in which air is introduced from the outside.
  • an arrow displayed on the fuel nozzle 210 may mean a direction in which fuel is introduced from the outside, and in this case, the fuel may be a liquid fuel or a gas fuel.
  • an arrow marked on the flame nozzle 230 may be a direction in which fuel or compressed air flows.
  • a turning machine may be installed in the inflammation nozzle 230 as an inflammator for the inflammation function.
  • the swirler may be radial, axial or mixed.
  • Inflammatory plate may be installed on a portion of the flame nozzle 230.
  • the arrow shown in the premixed fuel nozzle 250 of FIG. 2 may be a discharge direction of the premixed fuel.
  • the premixed fuel nozzle 250 is connected to the fuel nozzle 210, receives fuel from the fuel nozzle 210, and discharges fuel in a direction corresponding to an air flow direction introduced by the combustion air inlet 220. can do. Accordingly, the mixed gas of premixed air and fuel may be supplied through the diffuser 240 to generate the primary flame.
  • the ultra low pollution combustor of the present invention may be applied to a combustion furnace that may have a combustor.
  • the ultra low pollution combustor of the present invention may be applied to a boiler that may have a combustor.
  • combustion chamber 100 multi-stage air supply

Abstract

본 발명의 일실시 예는 분할화염기술, 공기다단기술, 연료 부분예혼합기술 및 연료가스 재순환기술을 최적화하여 화염을 구성하므로, 고효율 저공해 연소에 대한 성능이 우수한 연소기를 제공한다. 본 발명의 실시 예에 따른 초 저공해 연소기는, 혼합된 연료 및 공기가 연소되어 제1화염을 생성하는 화염생성부; 및 화염생성부의 일부위가 인입되고, 연소실 내 제2화염의 영역으로 연소가스 또는 공기를 공급하는 다단공기공급부를 포함한다.

Description

초 저공해 연소기
본 발명은 초 저공해 연소기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 분할화염기술, 공기다단기술, 연료 부분예혼합기술 및 연료가스 재순환기술을 최적화하여 화염을 구성하므로, 고효율 저공해 연소에 대한 성능이 우수한 연소기에 관한 것이다.
에너지 고갈 문제와 환경문제로 인해 최근 연소시스템인 고효율, 저공해 연소가 필수적이며 이를 구현하기 위해 버너의 성능 향상 연구와 운전방식의 개선을 위한 연소제어 연구가 활발하게 이루어지고 있다.
기존의 대표적인 저공해 연소기법은 연료다단기술, 공기다단기술, 연소가스 재순환 기술, 연소가스내부재순환기술, 재연소기법, OFA기법등이 있다. 그러나 이러한 연소기법은 추가 외부장치가 필요하거나 복잡한 구조의 주변장치의 구성이 필요하고, 저공해를 위한 한계가 존재한다는 단점이 있다. 따라서 최근 상기한 단점을 극복하기 위해 다수의 저공해 연소기법을 통합 최적화하는 연소기술이 연구/개발되고 있다.
대한민국 등록특허 제10-1512352호(발명의 명칭: 연소가스의 내부 재순환을 통한 초저질소산화물 연소장치 및 이의 운전방법, 이하 종래기술1이라 한다.)에서는, 연소로 내부로 주연료를 공급하는 1차연료 분사체; 상기 1차연료 분사체 주위로 적어도 하나 이상으로 배치되며, 그 선단이 상기 연소로의 내부에 진입하도록 배치되는 2차연료 분사체; 상기 연소로에서 발생한 연소가스를 유체역학적 힘에 의해 상기 연소로에 재순환시키는 재순환 유도부; 상기 1차연료 분사체와 2차연료 분사체로 연료를 공급하는 연료공급부; 상기 1차연료 분사체와 상기 2차연료 분사체 사이의 공간으로 산화제를 공급하는 산화제 공급부; 상기 산화제 공급부로부터 공급되는 산화제를 상기 1차 연료 분사체의 내부를 따라 상기 연소로 내로 이송하는 중심 산화제 분사부; 공기 다단을 위해 상기 1차연료 분사체를 둘러싸도록 배치되는 공기 다단 슬리브; 및 상기 공기 다단 슬리브의 외면에 부설되는 재순환 촉진 돌기부;를 포함하며, 상기 산화제 공급부로부터 공급되는 산화제는 상기 공기 다단 슬리브의 내외부를 통해 다단으로 공급되고, 상기 재순환 촉진 돌기부는 상기 재순환 유도부와 상기 공기 다단 슬리브 사이로 유동하는 상기 연소가스의 유속을 증가시키는 것을 특징으로 하는, 초저질소산화물 연소장치가 개시되어 있다.
상기 종래기술1은, 연소가스 재순환 연소기술, 연료다단기술 및 공기다단기술을 복합적으로 적용하기 위하여 다수의 구성요소를 포함되게 하므로, 복잡한 구조를 구비하게 되어 제조 비용이 상승한다는 제1문제점을 갖는다.
그리고, 상기 종래기술1은, 수관식 보일러에 사용되도록 설계되어 있으므로, 특정 연소시스템에서만 성능이 보장된다는 제2문제점을 갖는다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여 안출된 본 발명은, 혼합된 연료 및 공기가 연소되어 제1화염을 생성하는 화염생성부; 및 상기 화염생성부의 일부위가 인입되고, 연소실 내 제2화염의 영역으로 연소가스 또는 공기를 공급하는 다단공기공급부;를 포함하여 이루어지고, 상기 다단공기공급부에 구비된 코안다배출구를 통해 배출되는 공기는, 코안다유동경로를 형성하여, 상기 제2화염의 영역으로 공급되는 것을 특징으로 하는 초 저공해 연소기를 제공한다. 이와 같은 구성의 초 저공해 연소기는, 분할화염기술, 공기다단기술, 연료 부분예혼합기술 및 연료가스 재순환기술을 최적화하여 화염을 구성하므로, 고효율 저공해 연소에 대한 성능이 우수하다.
본 발명은, 분할화염기술, 공기다단기술, 연료 부분예혼합기술 및 연료가스 재순환기술을 최적화하여 화염을 구성하므로, 고효율 저공해 연소에 대한 성능이 우수하다는 제1효과를 갖는다.
또한, 본 발명은, 분할화염기술, 공기다단기술, 연료 부분예혼합기술 및 연료가스 재순환기술을 최적화하기 위한 단순한 구조를 구현하므로, 제조 비용이 저감되고 관리 유지가 용이하다는 제2효과를 갖는다.
그리고, 본 발명은, 다양한 장치에 구비될 수 있도록 구성되어, 특정 연소시스템에서만이 아닌 다양한 연소시스템에서 이용될 수 있다는 제3효과를 갖는다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도1은 본 발명의 실시 예에 따른 연소기의 측면에 대한 단면도이다.
도2는 본 발명의 실시 예에 따른 연소기의 측면에 대한 단면의 확대도이다.
도3은 본 발명의 일실시 예에 따른 연소기의 정면에 대한 단면도이다.
도4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 연소기의 정면에 대한 단면도이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시 예는, 혼합된 연료 및 공기가 연소되어 제1화염을 생성하는 화염생성부; 및 상기 화염생성부의 일부위가 인입되고, 연소실 내 제2화염의 영역으로 연소가스 또는 공기를 공급하는 다단공기공급부;를 포함하여 이루어지고, 상기 다단공기공급부에 구비된 코안다배출구를 통해 배출되는 공기는, 코안다유동경로를 형성하여, 상기 제2화염의 영역으로 공급되는 것을 특징으로 하는 초 저공해 연소기를 제공한다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 코안다유동경로의 공기는, 상기 제1화염으로의 공급이 차단될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 제1화염과 상기 제2화염은, 하나의 상기 연소실 내부에서 완전히 분리된 상태로 생성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 다단공기공급부에 구비된 연소가스유입구로 상기 연소가스가 유입되어, 상기 연소가스가 상기 제1화염 또는 상기 제2화염으로 다시 공급되어 연소가스 재순환이 수행될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 다단공기공급부는, 정면에 대한 단면이 환형으로써, 상기 화염생성부 주위를 둘러싸는 형태일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 다단공기공급부의 내측면은, 상기 코안다배출구를 통해 배출된 공기가 상기 다단공기공급부의 내측면에 부착하여 흘러 상기 코안다유동경로를 형성할 수 있는 형상일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 다단공기공급부는, 복수 개 구비되어, 소정의 간격을 두고 복수 겹으로 상기 화염생성부 주위를 둘러싸는 형태일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 다단공기공급부는, 다단공기공급기를 복수 개 구비할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 다단공기공급기의 내측면는, 상기 코안다배출구를 통해 배출된 공기가 상기 다단공기공급부의 내측면에 부착하여 흘러 상기 코안다유동경로를 형성할 수 있는 형상일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 다단공기공급기는, 상기 화염생성부 주위를 둘러싸는 형태로 배열될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 다단공기공급기는, 상기 화염생성부 주위를 복수 겹으로 둘러싸는 형태로 배열될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 화염생성부는, 연료를 공급하는 연료노즐, 공기를 공급하는 연소공기유입구, 상기 연료노즐의 내부에 설치되고, 보염 기능을 수행하는 보염노즐, 및 연료와 공기가 혼합된 혼합연료를 분사시키는 디퓨저,를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 화염생성부는, 상기 연소공기유입구에 의한 공기 유동에 연료를 분사하는 예혼합연료노즐을 더 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시 예는, 본 발명의 초 저공해 연소기가 적용되는 것을 특징으로 하는 연소로을 제공한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시 예는, 본 발명의 초 저공해 연소기가 적용되는 것을 특징으로 하는 보일러를 제공한다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
도1은 본 발명의 실시 예에 따른 연소기의 측면에 대한 단면도이고, 도2는 본 발명의 실시 예에 따른 연소기의 측면에 대한 단면의 확대도이다. (도1 및 도2의 A화살표는, 코안다유동경로를 나타낸 것이고, 도1 및 도2의 B화살표는, 연료가스 재순환 경로를 나타낸 것이다.)
도1 및 도2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 초 저공해 연소기는, 혼합된 연료 및 공기가 연소되어 제1화염(10)을 생성하는 화염생성부(200); 및 화염생성부(200)의 일부위가 인입되고, 연소실(30) 내 제2화염의 영역(21)으로 연소가스 또는 공기를 공급하는 다단공기공급부(100);를 포함하여 이루어질 수 있다.
이때, 다단공기공급부(100)에 구비된 코안다배출구(101)를 통해 배출되는 공기는, 도1 및 도2의 A화살표와 같은, 코안다유동경로를 형성하여, 제2화염의 영역(21)으로 공급될 수 있다.
코안다유동경로는, 코안다 원리를 이용한 공기의 유동 경로일 수 있다. 코안다 원리란, 면에 접근하여 분출된 기체가 그 면에 빨려서 부착하여 흐르는 경향을 갖는 원리를 의미할 수 있다.
코안다배출구(101)를 통해 배출되는 공기는, 제1화염(10)으로의 공급이 차단될 수 있다.
도1 및 도2의 A화살표와 같이, 상기에 언급한 코안다 원리를 이용하여 코안다유동경로를 형성하여 공기를 유동시키는 경우, 코안다유동경로의 공기는 연료 과잉 조건의 1차화염에 영향을 주지 않고 연료 부족 조건의 2차화염으로 공급되도록 유도될 수 있다.
이에 따라, 제1화염(10)과 제2화염(20)은, 하나의 연소실(30) 내부에서 완전히 분리된 상태로 생성될 수 있다.
제1화염(10)과 제2화염(20)이 완전히 분리되어, 하기와 같은 제1화염(10)과 제2화염(20) 각각의 기능을 수행할 수 있다.
제1화염의 영역(11)에서는, 연료 과잉 조건에서 연소가 수행될 수 있다. 그리고, 고농도의 일산화탄소(CO)가 발생할 수 있다.
그리고, 다단공기공급부(100)에 구비된 연소가스유입구(102)로 연소가스가 유입되어, 연소가스가 제1화염(10) 또는 제2화염(20)으로 다시 공급되어 연소가스 재순환이 수행될 수 있다.
구체적으로, 제 1 화염의 영역(11) 및 제 2 화염의 영역(21)으로부터 발생하는 연소가스를 재순환하여 화염의 최고온도를 저감시키는 효과를 유도한다. 이러한 효과는 화염에서 발생하는 유해가스인 질소산화물의 생성을 억제하는 역할을 한다.
이와 같은 연료가스 재순환은, 인젝터(injector)를 작동시키는 부압의 적용에 의할 수 있다. 먼저, 코안다배출구(101)에서 코안다 원리에 의해 공기가 배출되면, 코안다배출구(101)에서 배출된 공기의 유동에 의해 화염생성부(200)와 다단공기공급부(100) 사이 공간의 공기도 유동하고, 화염생성부(200)와 다단공기공급부(100) 사이 공간은 압력이 낮아질 수 있다. 그 후, 도1 및 도2의 B화살표와 같이, 연소가스유입구(102)를 통해 화염생성부(200)와 다단공기공급부(100) 사이 공간으로 연소가스가 흡입되어 연소가스 재순환 경로가 형성될 수 있다. 연소가스 재순환 경로에 의한 재연소에 의해, 질소산화물 생성억제 및 연소기 효율증대의 효과를 기대할 수 있다.
그리고, 상기와 같이 화염생성부(200)와 다단공기공급부(100) 사이 공간의 압력이 낮아지는 경우, 유속과 압력은 반비례한다는 베르누이의 원리에 의해, 연소가스유입구(102)로 흡입된 연소가스는 유속이 증가한 상태로 코안다유동경로의 공기와 접촉하게 되고, 상호작용에 의해 코안다유동경로 공기의 유동과 연소가스의 유동이 강화될 수 있다.
제2화염의 영역(21)에서는, 공기 과잉 조건에서 연소가 수행될 수 있다. 그리고, 제1화염의 영역(11)에서 발생한 일산화탄소(CO)와 미연연료가 화염영역 내에서 완전연소 하도록 유도한다. 또한 재순환 되는 연소가스에 의해 상대적으로 낮은 온도의 화염을 형성함으로써 열적질소산화물(Thermal NOx)의 생성이 억제될 수 있다.
도3은 본 발명의 일실시 예에 따른 연소기의 정면에 대한 단면도이다. 구체적으로, 도1의 a-a' 점선을 지나며 지면에 대해 수직한 단면에 대한 것이다.
도3에서 보는 바와 같이, 다단공기공급부(100)는, 정면에 대한 단면이 환형으로써, 화염생성부(200) 주위를 둘러싸는 형태일 수 있다.
다단공기공급부(100)가 단일의 장치로 형성되는 경우, 일체화된 코안다유동경로를 형성할 수 있다. 이러한 단일의 다단공기공급부(100)는, 외부의 공기 펌프로부터의 공기 유입 제어가 다단공기공급부(100) 전체에 대해 수행될 수 있다.
도2에서 보는 바와 같이, 다단공기공급부(100)의 내측면은, 코안다배출구(101)를 통해 배출된 공기가 다단공기공급부(100)의 내측면에 부착하여 흘러 코안다유동경로를 형성할 수 있는 형상일 수 있다.
다단공기공급부(100)의 내측면은, 화염생성부(200)를 향하는 안쪽의 면을 의미할 수 있다.
코안다유동경로에 대한 사항은, 상기에 기재된 관련 내용과 동일하다.
다단공기공급부(100)는, 복수 개 구비되어, 소정의 간격을 두고 복수 겹으로 화염생성부(200) 주위를 둘러싸는 형태일 수 있다.
도3에서는 다단공기공급부(100)가 하나인 것을 도시하고 있으나, 다단공기공급부(100)는 복수 개가 구비될 수 있다. 구체적인 일실시예로써, 화염생성부(200) 주위를 둘러싼 제1 다단공기공급부, 제1 다단공기공급부와 소정의 간격을 두고 제1다단공기공급부를 둘러싼 제2다단공기공급부 및 제2다단공기공급부와 소정의 간격을 두고 제2다단공기공급부를 둘러싼 제3다단공기공급부로 구성될 수 있다.
여기서, 제1다단공기공급부, 제2다단공기공급부 및 제3다단공기공급부는 동일한 형성이며, 크기만 다를 수 있다. 크기에 있어서, 제3다단공기공급부는 제2다단공기공급부보다 크고, 제2다단공기공급부는 제1다단공기공급부보다 클 수 있다.
도4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 연소기의 정면에 대한 단면도이다. 구체적으로, 도1의 a-a' 점선을 지나며 지면에 대해 수직한 단면에 대한 것이며, 도3의 경우와 다른 실시예에 관한 것이다. (도4의 (a)와 도4의 (b)에 대한 사항은, 하단에 기재하도록 한다.)
다단공기공급부(100)는, 다단공기공급기(110)를 복수 개 구비할 수 있다.
그리고, 다단공기공급기(110)는, 화염생성부(200) 주위를 둘러싸는 형태로 배열될 수 있다.
도4의 (a)에서 보는 바와 같이, 다단공기공급기(110)는, 정면에 대한 단면이 사각형의 형상일 수 있다.
또는, 도4의 (b)에서 보는 바와 같이, 다단공기공급기(110)는, 정면에 대한 단면이 원형의 일부 형상일 수 있다.
다단공기공급부(100)가 복수 개의 다단공기공급기(110)로 구성되는 경우, 다각화된 코안다유동경로를 형성할 수 있다. 각각의 다단공기공급기(110)는 각각 별도의 외부 공기 펌프와 연결될 수 있고, 각각의 다단공기공급기(110)에 공급되는 공기는 별도로 제어될 수 있다. 이에 따라, 제2화염의 영역(21)에서, 제2화염(20)이 약해진 부위에 유입되는 코안다유동경로 공기의 속도 및 공기량을 부분적으로 증가시켜, 제2화염(20)이 안정적으로 형성되게 할 수 있다. 이와 대응되게, 제2화염(20)이 과도하게 강해진 부위에 유입되는 코안다유동경로 공기의 속도 및 공기량을 부분적으로 감소시킬 수도 있다.
다단공기공급기(110)는, 화염생성부(200) 주위를 복수 겹으로 둘러싸는 형태로 배열될 수 있다.
도4의 (a)에서 보는 바와 같이, 복수 개의 다단공기공급기(110)가 화염생성부(200) 주위를 둘러싸는 형태로 배열되어 제1다단공기공급부를 형성할 수 있다. 그리고, 복수 개의 다단공기공급기(110)가 제1다단공기공급부 주위를 둘러싸는 형태로 배열되어 제2다단공기공급부를 형성할 수 있다. 다양하게 배열된 다단공기공급기(110)에 의해, 코안다유동경로의 공기에 대한 제어를 복합적으로 수행할 수 있다.
도2에서 보는 바와 같이, 다단공기공급기(110)의 내측면은, 코안다배출구(101)를 통해 배출된 공기가 다단공기공급부(100)의 내측면에 부착하여 흘러 코안다유동경로를 형성할 수 있는 형상일 수 있다.
이때, 다단공기공급기(110)의 내측면은, 화염생성부(200)를 향하는 면을 의미할 수 있다.
코안다유동경로에 대한 사항은, 상기에 기재된 관련 내용과 동일하다.
도2에서 보는 바와 같이, 연료를 공급하는 연료노즐(210), 공기를 공급하는 연소공기유입구(220), 연료노즐(210)의 내부에 설치되고, 보염 기능을 수행하는 보염노즐(230), 및 연료와 공기가 혼합된 혼합연료를 분사시키는 디퓨저(240)와 같은 구성요소들이 화염생성부(200)에 포함될 수 있다.
그리고, 화염생성부(200)는, 연소공기유입구(220)에 의한 공기 유동에 연료를 분사하는 예혼합연료노즐(250)을 더 포함할 수 있다.
도2에서, 연소공기유입구(220)에 표시된 화살표는, 외부로부터 공기가 유입되는 방향을 의미할 수 있다. 그리고, 연료노즐(210)에 표시된 화살표는, 외부로부터 연료가 유입되는 방향을 의미할 수 있고, 이때, 연료는 액체연료 또는 기체연료일 수 있다.
도2에서, 보염노즐(230)에 표시된 화살표는, 연료 또는 압축공기가 유입되는 방향일 수 있다. 그리고, 보염 기능을 위해 보염기로써 선회기가 보염노즐(230)에 설치될 수 있다. 이러한 경우, 선회기는 반경류식, 축류식 또는 혼류식일 수 있다. 보염노즐(230)의 일부위에 보염판이 설치될 수도 있다.
도2의 예혼합연료노즐(250)에 표시된 화살표는, 예혼합연료의 배출 방향일 수 있다. 예혼합연료노즐(250)은, 연료노즐(210)과 연결되어, 연료노즐(210)로부터 연료를 공급받고, 연소공기유입구(220)에 의해 유입되는 공기 유동 방향과 대응되는 방향으로 연료를 배출할 수 있다. 이에 따라, 예혼합된 공기와 연료의 혼합가스는, 1차화염의 생성을 위해 디퓨저(240)를 통과하여 공급될 수 있다.
본 발명의 초 저공해 연소기는 연소기를 구비할 수 있는 연소로에 적용될 수 있다.
본 발명의 초 저공해 연소기는 연소기를 구비할 수 있는 보일러에 적용될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
[부호의 설명]
10 : 제1화염 11 : 제1화염의 영역
20 : 제2화염 21 : 제2화염의 영역
30 : 연소실 100 : 다단공기공급부
101 : 코안다배출구 102 : 연소가스유입구
110 : 다단공기공급기 200 : 화염생성부
210 : 연료노즐 220 : 연소공기유입구
230 : 보염노즐 240 : 디퓨저
250 : 예혼합연료노즐

Claims (15)

  1. 초 저공해 연소기에 있어서,
    혼합된 연료 및 공기가 연소되어 제1화염을 생성하는 화염생성부; 및
    상기 화염생성부의 일부위가 인입되고, 연소실 내 제2화염의 영역으로 연소가스 또는 공기를 공급하는 다단공기공급부;
    를 포함하여 이루어지고,
    상기 다단공기공급부에 구비된 코안다배출구를 통해 배출되는 공기는, 코안다유동경로를 형성하여, 상기 제2화염의 영역으로 공급되는 것을 특징으로 하는 초 저공해 연소기.
  2. 청구항1에 있어서,
    상기 코안다유동경로의 공기는, 상기 제1화염으로의 공급이 차단되는 것을 특징으로 하는 초 저공해 연소기.
  3. 청구항1에 있어서,
    상기 제1화염과 상기 제2화염은, 하나의 상기 연소실 내부에서 완전히 분리된 상태로 생성되는 것을 특징으로 하는 초 저공해 연소기.
  4. 청구항1에 있어서,
    상기 다단공기공급부에 구비된 연소가스유입구로 상기 연소가스가 유입되어, 상기 연소가스가 상기 제1화염 또는 상기 제2화염으로 다시 공급되어 연소가스 재순환이 수행되는 것을 특징으로 하는 초 저공해 연소기.
  5. 청구항1에 있어서,
    상기 다단공기공급부는, 정면에 대한 단면이 환형으로써, 상기 화염생성부 주위를 둘러싸는 형태인 것을 특징으로 하는 초 저공해 연소기.
  6. 청구항5에 있어서,
    상기 다단공기공급부의 내측면은, 상기 코안다배출구를 통해 배출된 공기가 상기 다단공기공급부의 내측면에 부착하여 흘러 상기 코안다유동경로를 형성할 수 있는 형상인 것을 특징으로 하는 초 저공해 연소기.
  7. 청구항5에 있어서,
    상기 다단공기공급부는, 복수 개 구비되어, 소정의 간격을 두고 복수 겹으로 상기 화염생성부 주위를 둘러싸는 형태인 것을 특징으로 하는 초 저공해 연소기.
  8. 청구항1에 있어서,
    상기 다단공기공급부는, 다단공기공급기를 복수 개 구비하는 것을 특징으로 하는 초 저공해 연소기.
  9. 청구항8에 있어서,
    상기 다단공기공급기의 내측면는, 상기 코안다배출구를 통해 배출된 공기가 상기 다단공기공급부의 내측면에 부착하여 흘러 상기 코안다유동경로를 형성할 수 있는 형상인 것을 특징으로 하는 초 저공해 연소기.
  10. 청구항8에 있어서,
    상기 다단공기공급기는, 상기 화염생성부 주위를 둘러싸는 형태로 배열되는 것을 특징으로 하는 초 저공해 연소기.
  11. 청구항9에 있어서,
    상기 다단공기공급기는, 상기 화염생성부 주위를 복수 겹으로 둘러싸는 형태로 배열되는 것을 특징으로 하는 초 저공해 연소기.
  12. 청구항1에 있어서,
    상기 화염생성부는,
    연료를 공급하는 연료노즐,
    공기를 공급하는 연소공기유입구,
    상기 연료노즐의 내부에 설치되고, 보염 기능을 수행하는 보염노즐, 및
    연료와 공기가 혼합된 혼합연료를 분사시키는 디퓨저,
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 초 저공해 연소기.
  13. 청구항12에 있어서,
    상기 화염생성부는, 상기 연소공기유입구에 의한 공기 유동에 연료를 분사하는 예혼합연료노즐을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초 저공해 연소기.
  14. 연소기를 구비하는 연소로에 있어서,
    청구항1 내지 청구항12 중 어느 한 항에 의한 저공해 연소기가 적용되는 것을 특징으로 하는 연소로.
  15. 연소기를 구비하는 보일러에 있어서,
    청구항1 내지 청구항12 중 어느 한 항에 의한 저공해 연소기가 적용되는 것을 특징으로 하는 보일러.
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