WO2018048139A2 - 저 질소산화물 연소기 - Google Patents

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WO2018048139A2
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air
fuel
combustion
nitrogen oxide
exhaust gas
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이창엽
유미연
소성현
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한국생산기술연구원
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    • F23J15/00—Arrangements of devices for treating smoke or fumes
    • F23J15/08—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of heaters

Definitions

  • the present invention relates to a low nitrogen oxide combustor and a heat medium boiler including the same. More specifically, a plurality of small fuel lean / fuel lean flames are formed by a plurality of completely separated fuel nozzles. / fuel rich flame) is formed throughout the end face of the combustor, and a low nitrogen oxide combustor including a combustor for the combustion of exhaust gases generated from the reburn and flame is recycled to minimize nitrogen oxides (NOx) and a heat medium boiler comprising the same will be.
  • NOx nitrogen oxides
  • the industrial heating medium boiler has a structure in which a special synthetic oil is circulated in a spiral shape inside the main body in a double spiral and a burner is installed at the center of one side of the main body. -The smoke emitted through the outside of the triple pipe and the discharged smoke is discharged through the communication.
  • the combustor for supplying energy to the heat medium boiler is a combustor for reducing nitrogen oxides.
  • the combustor for reducing nitrogen oxides is produced by various methods such as controlling fuel and air mixing characteristics or adjusting oxygen concentration and flame temperature in the combustion zone. It is a system to suppress the creation of.
  • the optimized combustor is able to respond to various regulations on air pollutants due to the current environmental problems, and is essential for almost all industries generating energy using the combustion system.
  • Combustion techniques currently applied to reduce nitrogen oxides, which are environmental pollutants, include fuel and air multistage technology, exhaust gas recirculation technology, combustion gas internal recirculation technology, recombustion, and OFA.
  • these combustion techniques additionally require separate external devices and complex peripheral structures. Therefore, research and development for integrating and optimizing various combustion techniques are widely undertaken at home and abroad to overcome the disadvantages of the above techniques.
  • the fuel nozzle is formed in the center and the heat medium boiler including a combustor formed in the entire cross-section of the end of the combustor a plurality of small fuel lean / fuel rich flame by a plurality of completely separated fuel nozzles disclosed There is no bar.
  • Korean Patent Publication No. 10-096857 has a fuel injection module having a primary fuel injector and at least two secondary fuel injectors disposed around the primary fuel injector; An air injection module supplying an oxidant to the fuel injection module; And a fuel supply module for supplying fuel to the fuel injection module, wherein the secondary fuel injector is disposed radially on a circumference with respect to the primary fuel injector, and from the primary fuel injector.
  • a fuel combustion apparatus is disclosed in which a primary space is formed, and a secondary space is formed from the secondary fuel injector spaced apart from the primary space to form a multi-stage flame.
  • fuel nozzles are formed in the center and a plurality of fuel lean / fuel rich flames cannot be confirmed.
  • At least one primary fuel injector for supplying main fuel into a combustion furnace, and disposed around the primary fuel injector, the tip of which is disposed inside the combustion furnace.
  • a secondary fuel injector arranged to enter, a recirculation induction unit for recirculating the combustion gas generated in the combustion furnace to the combustion furnace by a hydrodynamic force, and a fuel supply unit supplying fuel to the primary fuel injector and the secondary fuel injector
  • an oxidant supply unit for supplying an oxidant to a space between the primary fuel injector and the secondary fuel injector, and an air multistage sleeve disposed to surround the primary fuel injector for air multistage.
  • the ultra low nitrogen oxide combustion device characterized in that for supplying the oxidant supplied from the supply through the interior and exterior of the air casing sleeve in multiple stages It has set forth. However, fuel nozzles are formed in the center and a plurality of fuel lean / fuel rich flames cannot be confirmed.
  • a main fuel nozzle is formed at the center, and a plurality of small fuel lean / fuel rich flames formed by a plurality of completely separated fuel nozzles are formed on the entire end surface of the combustor, thereby reburning and Low nitrogen oxide combustors and heat medium boiler technology comprising them have not been proposed in which exhaust gases are recycled to minimize NOx.
  • Patent Document 0001 Korean Registered Patent Publication No. 10-096857
  • Patent Document 0002 Korean Registered Patent Publication No. 10-1512352
  • the present invention aims to solve the problems of the prior art as described above and the technical problems that have been requested from the past.
  • a plurality of small fuel lean / fuel rich flame (fuel) by a plurality of completely separated fuel nozzles (fuel) A lean / fuel rich flame is formed throughout the end face of the combustor, and the overall flame achieves an excess air ratio between 1.0 and 1.2, which is optimized for energy efficiency on average, so that combustion is performed at an optimized excess air ratio at a low flame temperature.
  • the present invention has been made to solve the conventional problems as described above, the configuration of the present invention for achieving the above object, the housing; A fuel supply unit installed inside the housing and having a plurality of fuel passages in which fuel nozzles are coupled to one end; An air injection unit including a plurality of air holes through which the fuel nozzle is introduced; A fuel controller for controlling fuel injected into the fuel passage; And an air control unit controlling air introduced into the housing.
  • the inner circumferential size of one of the air holes and the inner circumferential size of the other one of the air holes are different from each other.
  • the fuel nozzle may penetrate the air hole while being spaced apart from the inner circumference of the air hole by a predetermined distance so that an air flow path is formed.
  • two or more air holes having different sizes of inner circumferences may be alternately arranged.
  • the air holes may be arranged in an annular shape.
  • a gap between the inner surface of the housing and the outer portion of the air injection portion it may be further provided with a combustion air injection port in which combustion air is injected.
  • the laminar flow flow unit may be further provided at an end of the housing in the combustion air injection direction to provide a curved flow path to the combustion air.
  • the laminar flow portion is coupled to the discharge along the periphery of the end of the housing
  • It may include a curved member for guiding the air-combustion completion air discharged toward the center of the combustion chamber, and a ring-shaped member for providing vortex flow to the combustion air is coupled and discharged along the circumference of the air injection end.
  • the air hole may be provided with a swirler for the flame.
  • an exhaust gas hole or exhaust gas slit for recirculating the exhaust gas in the combustion chamber may be further provided.
  • a fuel supply unit installed inside the housing and having a plurality of fuel passages in which fuel nozzles are coupled to one end;
  • An air injection unit including a plurality of air holes formed by introducing the fuel nozzles;
  • a fuel controller for controlling fuel injected into the fuel passage;
  • a main control nozzle configured to control air introduced into the housing, the main fuel nozzle being coupled to the fuel passage and formed on a central axis of the end of the air injection unit formed in the housing. It is characterized by a nitrogen oxide combustor.
  • the ratio D OF / D IA which is the ratio of the outer diameter D OF of the fuel nozzle to the inner diameter D IA of the air hole may be 0.99 to 0.01.
  • the outer diameter D OF of the fuel nozzle may be the same.
  • the D OF / D OMF which is the ratio of the outer diameter D OF of the fuel nozzle to the outer diameter D OMF of the main fuel nozzle may be 1 to 0.01.
  • the tip L MF of the main fuel nozzle may be located at a length of 0.1 to 20 times the outer diameter D OMF of the main fuel nozzle with respect to the end of the air injection unit.
  • the tip L F of the fuel nozzle may be located at a length of 0.1 to 20 times the outer diameter D OF of the fuel nozzle with respect to the end of the air injection unit.
  • one or more fuel injection ports formed on the nozzle tip of the fuel nozzle may be formed.
  • the fuel injection port may be formed in any one form of coaxial direction, tangential direction, inclined direction, clockwise direction, counterclockwise direction.
  • an air hole in which a swing block is formed may be formed around the fuel nozzle and / or the main fuel nozzle.
  • the main fuel nozzle is formed at the center of the outer cylinder formed by the air hole, and the main fuel injection port formed at the rear end of the main fuel nozzle, and the predetermined portion of the main fuel injection port are formed with the throttle part.
  • the air injection unit has a perforated plate in which the air holes are formed in an annular shape in the direction of the combustion chamber.
  • the air insulator has a low inner diameter of one of the air holes and a different inner inside size of the other of the air holes. It is characterized by a nitrogen oxide combustor.
  • an exhaust gas recirculation unit for recycling the exhaust gas to the combustion chamber after combustion may be further formed.
  • the exhaust gas recirculation unit may inject a portion of the exhaust gas passing through the heat exchange unit after the combustion chamber into the combustion chamber.
  • the exhaust gas may be introduced through any one or two or more of the air injection unit, the fuel control unit, and the combustion chamber.
  • an exhaust gas port including the air hole introduced therein and introducing the exhaust gas into the combustion chamber may be further formed.
  • the exhaust gas port may protrude from the surface of the porous plate.
  • the recycled exhaust gas may be 80 to 250 °C.
  • an exhaust gas hole and / or an exhaust gas slit may be formed evenly spaced apart in the circumferential direction of the combustion chamber.
  • the flow rate ratio of the exhaust gas introduced into the air injection unit, the fuel control unit and the combustion chamber may be 1: 0.01 to 0.1: 0.1 to 0.5.
  • a heat medium boiler comprising a heat medium circulation line and a low nitrogen oxide combustor for heating a heat medium, comprising: a housing; A fuel supply unit installed inside the housing and having a plurality of fuel passages in which fuel nozzles are coupled to one end; An air injection unit including a plurality of air holes through which the fuel nozzle is introduced; A fuel controller for controlling fuel injected into the fuel passage; An air control unit controlling air introduced into the housing; A low nitrogen oxide combustor characterized in that the size of the inner circumference of one of the air holes is different from the size of the inner circumference of the other of the air holes; And a first temperature sensor for measuring the heat medium temperature of the boiler inlet; A second temperature sensor for measuring the heat medium temperature of the boiler outlet; And a combustion control unit for controlling the operation of the low nitrogen oxide combustor by comparing the temperature values of the first temperature sensor and the second temperature sensor.
  • the combustion control unit stops the operation of the low nitrogen oxide combustor when the heat medium temperature of the boiler outlet is higher than the high temperature reference point, and stops the operation of the low nitrogen oxide combustor when the heat medium temperature of the boiler inlet is higher than the high temperature reference point. It can be formed into a thermal medium boiler characterized in that only the air and / or exhaust gas is injected into the nitrogen oxide combustor.
  • the combustion control unit operates the low nitrogen oxide combustor below the excess air ratio 1.0 or less when the heat medium temperature of the boiler inlet portion is higher than the low temperature reference point, and the heat medium temperature of the boiler inlet portion.
  • the low temperature reference point may be a heat medium boiler characterized in that for operating the low nitrogen oxide burner in excess air ratio of more than 1.0.
  • the combustion control unit operates the low nitrogen oxide combustor at an excess air ratio of 1.0 or less when the heat medium temperature of the boiler inlet portion is higher than the high temperature reference point, and the heat medium temperature of the boiler inlet portion is below the high temperature reference point.
  • the low nitrogen oxide burner may be a heat medium boiler characterized in that for operating the excess air ratio of more than 1.0.
  • the fuel nozzle may be formed through the air hole while being spaced apart from the inner circumference of the air hole by a predetermined distance so that an air flow path is formed.
  • two or more air holes having different sizes of inner circumferences may be alternately arranged.
  • air holes having one or more of a plurality of circular, elliptical, and polygonal shapes having different inner circumferential diameters may be continuously disposed on one or more concentric circles along the circumference thereof.
  • a gap between the inner surface of the housing and the outer portion of the air injection portion it may be further provided with a combustion air injection port in which combustion air is injected.
  • the pressurized blower for supplying combustion air through the combustion air supply passage of the low nitrogen oxide combustor, the combustion air passage for introducing air into the pressurized blower at the air inlet and exhaust gas from the heat medium boiler
  • An exhaust gas circulation passage introduced into the combustion air passage, an exhaust gas circulation damper provided in the exhaust gas circulation passage, and a combustion air damper provided in the combustion air supply passage may be further included.
  • the exhaust gas circulation damper is closed during high load combustion of the low nitrogen oxide combustor, and the exhaust gas circulation damper is operated at a predetermined set opening degree during low load combustion of the low nitrogen oxide combustor, and operated during high combustion operation and low.
  • It can be a heat medium boiler characterized by maintaining a good combustion state in low combustion operation by reducing the variation in the blowing speed of the combustion air from the burner of the combustion apparatus in the combustion operation.
  • a heat medium boiler comprising a heat medium circulation line and a low nitrogen oxide combustor for heating a heat medium, comprising: a housing; A fuel supply unit installed inside the housing and having a plurality of fuel passages in which fuel nozzles are coupled to one end; An air injection unit including a plurality of air holes through which the fuel nozzle is introduced; A fuel controller for controlling fuel injected into the fuel passage; An air control unit controlling air introduced into the housing;
  • the air injection unit is a porous plate formed in the direction of the combustion chamber in the air hole annular form;
  • One of the fuel passages to which the fuel nozzles are coupled includes a main fuel nozzle formed at the center of the porous plate, and has a low difference in size between an inner circumference of one of the air holes and an inner circumference of the other of the air holes.
  • Nitrogen oxide combustor A fuel nozzle for recombustion formed on one side of the combustion chamber;
  • the rear end of the combustion chamber may be formed of a thermal medium boiler, characterized in that it comprises a complete combustion induction module for completely burning unburned powder and / or CO.
  • the main fuel nozzle L MF is placed at the end of the flame and the 5 to 20 wt% may be sprayed.
  • the main fuel nozzle (L MF ) formed with a throttling portion at the end of the flame Can be injected and injected 5 to 20 wt% of the total fuel.
  • the ratio L F / L B of the combustion chamber length L B to the formed flame length L F is 0.1 to 0.3 or less, 5 to 20 wt% of the total fuel may be injected into the first fuel nozzle for reburning. Can be.
  • combustion induction module may be a mesh structure.
  • the combustion induction module is formed in a form orthogonal to the exhaust gas passage direction of the combustion chamber, it may include a heating element and a heating means for heating the heating element to be flowable inside the mesh structure.
  • the heated object may have a shape of any one or more of spherical, polygonal, amorphous, and linear.
  • the heated object may be a thermally conductive material.
  • combustion induction module may be configured to cross a plurality of ropes coated with a ceramic or ceramic in a form orthogonal to the direction of passing the exhaust gas of the combustion chamber.
  • the rope may have a heat resistance of 1200 to 1600 ° C., specific gravity of 0.2 to 0.5, and a diameter of 6 to 20 mm.
  • the heating medium is a heating medium boiler, characterized in that the ferroelectric. Barium titanate.
  • the heating means may be a high frequency generator.
  • a spiral or uneven heat transfer body for heat transfer may be further formed.
  • the effect of the present invention according to the above configuration is a simple configuration that can implement a basic combustion system without the need for peripheral devices.
  • 1 is a graph showing the correlation between nitrogen oxides and excess air ratio.
  • FIG. 2 is a perspective view of a low nitrogen oxide combustor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a cross-sectional view of a low nitrogen oxide combustor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 4 is a cross-sectional view of the air injection unit and the fuel nozzle according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 5 is an exemplary embodiment of a low nitrogen oxide combustor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a low nitrogen oxide combustor according to an embodiment of the present invention and an enlarged view of a combustion air inlet.
  • FIG. 7 is a form of a boiler according to an embodiment of the present invention.
  • thermo conductivity (kcal / m hr) graph according to the temperature of the heat medium oil according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a conceptual diagram of flame formation in a combustion chamber according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a graph showing a correlation between nitrogen oxide and excess air ratio
  • FIG. 2 is a perspective view of a low nitrogen oxide combustor according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a low nitrogen oxide combustor according to an embodiment of the present invention. It is a cross section of.
  • the low nitrogen oxide combustor of the present invention the housing 300; A fuel supply unit 100 installed in the housing 300 and having a plurality of fuel passages 110 coupled to a fuel nozzle 120 at one end thereof; An air injection unit 200 having a plurality of air holes 210 through which the fuel nozzle 120 is introduced; A fuel controller 510 for controlling fuel introduced into each of the fuel passages 110; And an air control unit 520 for controlling the air introduced into the housing 300.
  • the central axis of the air injection unit 200 which is coupled to the fuel flow path 110, is formed in the housing 330. It may include a main fuel nozzle 130 formed in.
  • the size of the inner circumference of one of the air holes and the size of the inner circumference of the other of the air holes may be different from each other.
  • the one fuel nozzle 120 and the one air hole 210 may be formed in a pair.
  • the ratio of the fuel injected into the fuel nozzle and the air injected from the air hole may be an excess air ratio between 1.0 and 1.2.
  • the flame is formed by the pair of the fuel nozzle 120 and the air hole 210 is a small flame 400.
  • a main flame is formed by the main fuel nozzle to generate the heat required by the boiler.
  • the total flame by the main flame and the plurality of small flames has an excess air ratio of 1.0 to 1.2, which is optimized in energy efficiency on average, so that combustion can be performed at an optimized excess air ratio at a low flame temperature. Can be.
  • the main flame and the plurality of small flames 400 may perform combustion at an optimized air-fuel ratio even at a low temperature, thereby significantly reducing the nitrogen oxides generated during combustion.
  • the number of dispersion of the fuel is the same as the number of the main fuel nozzle 130 and the fuel nozzle 120, the number of the fuel nozzle 120 may vary depending on the application conditions, such as heat input, fuel type.
  • the main fuel nozzle is formed at the center of the outer cylinder formed by the air hole, the main fuel ejection opening 134 formed at the rear end of the main fuel nozzle, the predetermined portion of the main fuel ejection opening may be formed throttling portion 131. .
  • An internal main fuel nozzle 132 and an internal air nozzle 133 may be formed at an inlet side of the throttle part, and an air inlet 135 may be formed at a side of the main fuel outlet.
  • the housing 300 may perform the function of a windbox.
  • the air input by the air control unit 520 is performed on the side of the housing 300, but is not necessarily limited to this, the air input direction may vary.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the air injection unit 200 and the fuel nozzle 120 according to an embodiment of the present invention
  • Figure 5 is a state diagram for a low nitrogen oxide combustor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an exemplary embodiment of a cross section of the low nitrogen oxide combustor
  • FIG. 5 is an exemplary embodiment of the front of the low nitrogen oxide combustor.
  • the fuel nozzle 120 may penetrate the air hole 210 while being spaced apart from the inner circumference of the air hole 210 by a predetermined distance so that the air flow path 211 is formed.
  • the main fuel nozzle 130 can be formed in the center.
  • the air passage 211 may be the remaining space of the air hole 210 except the space occupied by the fuel nozzle 120. In the air hole 210, air passes through the air passage 211 and may be injected in the direction of the combustion chamber.
  • the size of each air flow path 211 may be different.
  • the diameters of the fuel flow passage 110 may be formed to be the same for the sizes of the air flow passages 211.
  • the small flame 400 formed by the fuel and the air injected from the pair of fuel nozzles 120 and the air holes 210 has a fuel rich flame 410 having a low air-fuel ratio and a low air-fuel ratio.
  • the air-fuel ratio may be classified into a fuel thinning flame 420.
  • the main flame formed by the fuel injected from the main fuel nozzle in the center and the air injected from the air hole arranged in an annular shape can be formed.
  • the small flame 400 is fuel rich due to the fuel rich fuel (fuel rich) due to the difference in the amount of air injection according to the size of the air flow path 211 compared to the fuel nozzle 120 injecting the same amount of fuel, respectively
  • Flame 410 and the fuel is lean (fuel lean) can be divided into a fuel lean flame 420 having a high air-fuel ratio.
  • the D OF / D IA which is a ratio of the outer diameter D OF of the fuel nozzle 120 to the inner diameter D IA of the air hole 210 may be 0.99 to 0.01.
  • the D OF / D IA which is a ratio of the outer diameter D OF of the fuel nozzle to the inner diameter D IA of the air hole may be 0.99 to 0.01.
  • the fuel nozzle is out of the ratio of the outer diameter D OF to the inner diameter D IA of the air hole, a smooth combustion condition may not be formed or a large amount of nitrogen oxide may be generated.
  • the outer diameter D OF of the fuel nozzle may be the same.
  • the combustion conditions may be controlled by adjusting an inner diameter of the air hole while maintaining a constant outer diameter of the plurality of fuel nozzles corresponding to the fuel supply unit including a plurality of fuel passages.
  • the linear velocity of the supplied air may be 10 to 50 m / sec. Preferably 30 to 40 m / sec.
  • smooth combustion conditions may not be formed, or nitrogen oxide suppression may not be achieved according to the load conditions.
  • the total flames form an excess air ratio of 1.0 to 1.2 in which energy efficiency is optimized on average.
  • the temperature of the entire flame is also lowered, thereby reducing the nitrogen oxides.
  • Two or more air holes 210 having different sizes of inner circumferences may be alternately arranged.
  • the fuel rich flame 410 and the fuel lean flame 420 may be alternately arranged.
  • the whole formed by the sum of the miniature flame 400 may not be uniform.
  • the combustion efficiency may be reduced, so that the fuel rich flame 410 and the fuel lean flame 420 are alternately arranged and installed to obtain a flame that is uniformly formed.
  • the air holes 210 may be arranged in an annular shape. Specifically, any of the plurality of air holes 210 may be arranged concentrically from the center of the air injection unit 200.
  • a plurality of air holes 210 having the same inner circumference diameter may be continuously disposed along one circumference on one concentric circle.
  • a plurality of air holes 210 having different inner circumferential diameters may be continuously disposed on one concentric circle along the circumference thereof.
  • the fuel rich flame 410 and the fuel lean flame 420 may be arranged in an annular shape.
  • Small flame 400 formed by the fuel nozzle 120 and the air hole 210 may be preferably arranged in an annular shape to form a uniform uniform overall flame.
  • the present invention is not necessarily limited thereto, and may be arranged in hexagons and polygons due to external factors such as the use of the combustor or the installation position.
  • the air injection unit 200 may be replaceable.
  • the air-fuel ratio of the fuel rich flame 410 or the fuel lean flame 420 may vary depending on the use of the combustor, the installation environment of the combustor, the installation form of the combustor, and the like.
  • the diameter of each air hole 210 is different from the air injection unit 200 before replacement It can be replaced with the air injection unit 200.
  • each air hole 210 is replaced with another air injector 200 having a different diameter, each air flow path 211 is different, and thus the amount of air supplied to each fuel nozzle 120 is changed.
  • the air-fuel ratio of the small flame 400 may vary.
  • the air hole 210 may be provided with a swirler for inflammation.
  • the swirler may be installed at a portion where air is introduced into the air hole 210.
  • the swirler may be formed on an inner surface of the air hole 210 forming the air flow path 211.
  • the air hole 210 is described as being circular, but is not necessarily limited thereto, and may be formed in an oval or polygonal shape.
  • the diameter of the pair of air holes 210 for the fuel nozzles 120 for injecting the same amount of fuel were different.
  • each fuel nozzle 120 may inject fuel by differentiating fuel concentrations.
  • the fuel control unit 510 may supply different amounts of fuel to each fuel passage 110 to form miniature flames 400 having different air-fuel ratios.
  • the small flame 400 is described as being divided into a fuel rich flame 410 and a fuel thinning flame 420, but the plurality of fuel rich flames 410 also have different air-fuel ratios.
  • the fuel thinning flames 420 may also have different air-fuel ratios.
  • the front end of the main fuel nozzle may be located at 0.1 to 20 times the length of the outer diameter (D OMF ) of the main fuel nozzle relative to the end of the air injection.
  • the front end (L F ) of the fuel nozzle may be located 0.1 to 20 times the length of the outer diameter (D OF ) of the fuel nozzle relative to the end of the air injection unit.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a low nitrogen oxide combustor and an enlarged view of a combustion complete air jet port 310 according to an embodiment of the present invention.
  • the low nitrogen oxide combustor of the present invention is a gap between the inner surface of the housing 300 and the outer portion of the air injection unit 200, and thus the combustion-complete air (overfire air) ( 311 may further include a combustion air injection port 310 is injected.
  • the air injection unit has a perforated plate in which the air holes are formed in an annular shape in the direction of the combustion chamber.
  • the air insulator has a low inner diameter of one of the air holes and a different inner inside size of the other of the air holes. It is characterized by a nitrogen oxide combustor.
  • an exhaust gas recirculation unit for recycling the exhaust gas to the combustion chamber after combustion may be further formed.
  • the exhaust gas recirculation unit may inject a portion of the exhaust gas passing through the heat exchange unit after the combustion chamber into the combustion chamber.
  • the exhaust gas may be introduced through any one or two or more of the air injection unit, the fuel control unit, and the combustion chamber.
  • an exhaust gas port 150 including the air hole introduced therein and introducing the exhaust gas into the combustion chamber may be further formed.
  • exhaust gas port 150 may be formed to protrude from the surface of the porous plate 140.
  • the exhaust gas port may be formed to protrude outside the center of the porous plate.
  • the width W FO of the outer portion of the exhaust gas port may be greater than the width W FI of the central portion.
  • the ratio W FI / W FO of the width W FO of the outer portion to the width W FI of the central portion may be 0.99 to 0.3. More preferably, it may be 0.8 to 0.5. Outside the above ratio, the circulation area by the exhaust gas may not be smoothly formed, and thus the inhibitory effect of the nitrogen oxide may be lowered.
  • the recycled exhaust gas may be 80 to 250 °C.
  • an exhaust gas hole and / or an exhaust gas slit may be formed evenly spaced apart in the circumferential direction of the combustion chamber.
  • the flow rate ratio of the exhaust gas introduced into the air injection unit, the fuel control unit and the combustion chamber may be 1: 0.01 to 0.1: 0.1 to 0.5.
  • the laminar flow flow part 320 may be further provided at the end of the housing 300 in the injection direction of the combustion air 311 and provide a curved flow path to the combustion air 311.
  • the laminar flow flow part 320, the curved member 321 for guiding the discharged completion air 311 is discharged coupled to the circumference of the housing 300 toward the combustion chamber center direction, and the air injection unit ( 200 may be provided with a ring-shaped member 322 to provide the vortex flow to the combustion-completed air 311 is coupled and discharged along the end circumference.
  • the combustion air 311 supplied from the combustion air injection port 310 acts as an oxidizing agent for the entire flame and proceeds in a path close to the outer part of the entire flame, that is, the inner surface of the combustion chamber, at the downstream portion of the entire flame. It flows in the form of enclosing the entire flame, and may perform a function of oxidizing unburned hydrocarbon or carbon monoxide that may occur after the entire flame.
  • the combustion-complete air injection port 310 is formed in a ring shape around the outer portion of the circular air injection unit 200. Can be.
  • the curved member 321 having a curved inner surface may be coupled to the end of the housing 300 in a ring shape, and a ring-shaped member 322 having a circular cross section may be installed.
  • the space between the outer surface of the ring-shaped member 322 and the inner surface of the curved member 321 may provide a curved flow path for the combustion air 311.
  • the radius of curvature of the inner surface of the curved member 321 may be different from the radius of curvature of the cross section of the ring member 322.
  • the laminar flow part 320 may be formed by the curved member 321, the ring member 322, and the curved flow path as described above.
  • the combustion air 311 that has passed through the laminar flow part 320 has increased fluidity in a straight direction due to the laminar flow, thereby efficiently performing the oxidant function as described above.
  • the flow rate or flow rate of the combustion air 311 can be adjusted.
  • the ring-shaped member 322 is of course replaceable.
  • the low nitrogen oxide combustor of the present invention may further include an exhaust gas hole or an exhaust gas slit for exhaust gas recirculation in the combustion chamber.
  • the exhaust gas hole or exhaust gas slit may be installed at the side of the housing 300.
  • the exhaust gas in the closed combustion chamber may be recycled by being injected into the housing 300 having a relatively low pressure from the combustion chamber having a high pressure through an exhaust gas hole or an exhaust gas slit, and mixed with air to be injected.
  • the exhaust gas hole or the exhaust gas slit is described as being installed at the side of the housing 300.
  • the exhaust gas hole or the exhaust gas slit is not necessarily limited thereto. It may be supplied mixed with the air introduced.
  • FIG. 7 shows a boiler according to an embodiment of the present invention.
  • the exhaust gas which has undergone heat exchange in the heat exchange part 13 consisting of the heat medium tube 11 is branched at the rear end of the heat exchange part to adjust the supply flow rate by the exhaust gas damper 10 to supply the air supply path 4. It may be mixed with the air introduced through.
  • the mixed combustion air is supplied to the combustor through the first pressurized blower 3 and the flow rate may be controlled by the combustion first air damper 6.
  • the mixed combustion air may be partially branched and supplied into the combustion chamber through the second air damper 7 for combustion.
  • an exhaust gas hole and / or an exhaust gas slit may be formed in the combustion chamber.
  • a heat medium boiler comprising a heat medium circulation line and a low nitrogen oxide combustor for heating a heat medium, comprising: a housing; A fuel supply unit installed inside the housing and having a plurality of fuel passages in which fuel nozzles are coupled to one end; An air injection unit including a plurality of air holes through which the fuel nozzle is introduced; A fuel controller for controlling fuel injected into the fuel passage; An air control unit controlling air introduced into the housing; A low nitrogen oxide combustor characterized in that the size of the inner circumference of one of the air holes is different from the size of the inner circumference of the other of the air holes; And a first temperature sensor for measuring the heat medium temperature of the boiler inlet; A second temperature sensor for measuring the heat medium temperature of the boiler outlet; And a combustion control unit for controlling the operation of the low nitrogen oxide combustor by comparing the temperature values of the first temperature sensor and the second temperature sensor.
  • the combustion control unit stops the operation of the low nitrogen oxide combustor when the heat medium temperature of the boiler outlet is higher than the high temperature reference point, and stops the operation of the low nitrogen oxide combustor when the heat medium temperature of the boiler inlet is higher than the high temperature reference point. It can be formed into a thermal medium boiler characterized in that only the air and / or exhaust gas is injected into the nitrogen oxide combustor.
  • the high temperature reference point may be at least 200 °C to 700 °C. Preferably 250 ° C to 500 ° C. More preferably, it may be 300 °C.
  • the combustion control unit operates the low nitrogen oxide combustor below the excess air ratio 1.0 or less when the heat medium temperature of the boiler inlet portion is higher than the low temperature reference point, and the heat medium temperature of the boiler inlet portion.
  • the low temperature reference point may be a heat medium boiler characterized in that for operating the low nitrogen oxide burner in excess air ratio of more than 1.0.
  • the low temperature reference point may be 100 ° C to 300 ° C. Preferably it may be 150 °C to 280 °C. More preferably 230 ° C.
  • the combustion control unit operates the low nitrogen oxide combustor at an excess air ratio of 1.0 or less when the heat medium temperature of the boiler inlet portion is higher than the high temperature reference point, and the heat medium temperature of the boiler inlet portion is below the high temperature reference point.
  • the low nitrogen oxide burner may be a heat medium boiler characterized in that for operating the excess air ratio of more than 1.0.
  • the fuel nozzle may be formed through the air hole while being spaced apart from the inner circumference of the air hole by a predetermined distance so that an air flow path is formed.
  • two or more air holes having different sizes of inner circumferences may be alternately arranged.
  • air holes having one or more of a plurality of circular, elliptical, and polygonal shapes having different inner circumferential diameters may be continuously disposed on one or more concentric circles along the circumference thereof.
  • a gap between the inner surface of the housing and the outer portion of the air injection portion it may be further provided with a combustion air injection port in which combustion air is injected.
  • the pressurized blower for supplying combustion air through the combustion air supply passage of the low nitrogen oxide combustor, the combustion air passage for introducing air into the pressurized blower at the air inlet and exhaust gas from the heat medium boiler
  • An exhaust gas circulation passage introduced into the combustion air passage, an exhaust gas circulation damper provided in the exhaust gas circulation passage, and a combustion air damper provided in the combustion air supply passage may be further included.
  • the exhaust gas circulation damper is closed during high load combustion of the low nitrogen oxide combustor, and the exhaust gas circulation damper is operated at a predetermined set opening degree during low load combustion of the low nitrogen oxide combustor, and operated during high combustion operation and low.
  • It can be a heat medium boiler characterized by maintaining a good combustion state in low combustion operation by reducing the variation in the blowing speed of the combustion air from the burner of the combustion apparatus in the combustion operation.
  • a heat medium boiler comprising a heat medium circulation line and a low nitrogen oxide combustor for heating a heat medium, comprising: a housing; A fuel supply unit installed inside the housing and having a plurality of fuel passages in which fuel nozzles are coupled to one end; An air injection unit including a plurality of air holes through which the fuel nozzle is introduced; A fuel controller for controlling fuel injected into the fuel passage; An air control unit controlling air introduced into the housing;
  • the air injection unit is a porous plate formed in the direction of the combustion chamber in the air hole annular form;
  • One of the fuel passages to which the fuel nozzles are coupled includes a main fuel nozzle formed at the center of the porous plate, and has a low difference in size between an inner circumference of one of the air holes and an inner circumference of the other of the air holes.
  • Nitrogen oxide combustor Reburn fuel nozzles (20, 21) formed on one side of the combustion chamber;
  • the rear end of the combustion chamber may be formed of a thermal medium boiler, characterized in that it comprises a complete combustion induction module 22 for completely burning unburned powder and / or CO.
  • the main fuel nozzle 130, the first fuel damper 18 for reburning, the second fuel damper 19 for reburning, the first fuel nozzle 20 for reburning, and the second fuel for reburning Any one or more of the nozzles 21 may be formed.
  • the first fuel nozzle for reburning may be formed in plural.
  • the second fuel nozzle for reburn may be formed in plurality.
  • the main fuel nozzle L MF is placed at the end of the flame and the 5 to 20 wt% may be sprayed.
  • the flame length can be predicted through a sensor.
  • the sensor may be a temperature sensor.
  • hydrocarbons e.g. LNG
  • a nitrogen oxide reduction effect in the combustion chamber that reduces NO in exhaust gas to N 2 is not obtained.
  • the main fuel nozzle (L MF ) formed with a throttling portion at the end of the flame Can be injected and injected 5 to 20 wt% of the total fuel.
  • the ratio L F / L B of the combustion chamber length L B to the formed flame length L F is 0.1 to 0.3 or less, 5 to 20 wt% of the total fuel may be injected into the first fuel nozzle for reburning. Can be.
  • combustion induction module may be a mesh structure.
  • the combustion induction module is formed in a form orthogonal to the exhaust gas passage direction of the combustion chamber, it may include a heating element and a heating means for heating the heating element to be flowable inside the mesh structure.
  • the heated object may have a shape of any one or more of spherical, polygonal, amorphous, and linear.
  • the heated object may be a thermally conductive material.
  • the thermally conductive material may be a ceramic material.
  • it may be any one of alumina, silica, silicon nitride, zirconia, titanium dioxide, yttria or a mixture of two or more thereof.
  • the material may be coated with a ceramic coating made of a solvent, nano graphite, colloidal silica, colloidal alumina, polyester silicone composite resin, alumina, zirconia, titanium dioxide and yttria, and a silicone oil polymer. have.
  • combustion induction module may be configured to cross a plurality of ropes coated with a ceramic or ceramic in a form orthogonal to the direction of passing the exhaust gas of the combustion chamber.
  • the rope may have a heat resistance of 1200 to 1600 ° C., specific gravity of 0.2 to 0.5, and a diameter of 6 to 20 mm.
  • the heating medium is a heating medium boiler, characterized in that the ferroelectric. Barium titanate.
  • the ferroelectric may be a material having polarization by itself without an external electric field.
  • it may be aluminum oxide, titanium oxide, ceramic, barium titanate (BaTiO 3).
  • the heating means may be a high frequency generator.
  • a spiral or uneven heat transfer body for heat transfer may be further formed.
  • the simple configuration allows the basic combustion system to be implemented without the need for peripheral devices.
  • the small split flames allow for heat dissipation and flame temperature reduction, optimized air-fuel ratio flame formation for each of the small flames, exhaust gas recirculation and rapid combustion reaction induction. It is possible to significantly reduce the NOx (NOx) through high industrial availability.

Abstract

본 발명은 중심에 연료노즐이 형성되며, 완전히 분리된 복수 개의 연료노즐에 의한 복수 개의 소형 연료희박/연료농후 화염(fuel lean/fuel rich flame)을 연소기 끝단 단면 전체에 형성하여, 재연소 및 화염에서 생성되는 배기가스가 재순환되는 질소산화물(NOx)을 최소화하는 연소기를 포함하는 열매체 보일러에 관한 것으로 단순한 구성으로써 주변 장치를 필요로 하지 않으면서 기본적인 연소시스템을 구현할 수 있 효과 및 소형의 분할 화염을 통한 열 분산과 화염온도 저하, 각 소형화염들의 최적화된 공연비 화염 형성 및 빠른 연소반응 유도를 통해 질소산화물(NOx)을 현저히 저감시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

저 질소산화물 연소기
발명은 저 질소산화물 연소기 및 이를 포함하는 열매체 보일러에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 중심에 연료노즐이 형성되며, 완전히 분리된 복수 개의 연료노즐에 의한 복수 개의 소형 연료희박/연료농후 화염(fuel lean/fuel rich flame)을 연소기 끝단 단면 전체에 형성하여, 재연소 및 화염에서 생성되는 배기가스가 재순환되어 질소산화물(NOx)을 최소화하는 연소기를 포함하는 저 질소산화물 연소기 및 이를 포함하는 열매체 보일러에 관한 것이다.
산업용 열매체 보일러는 본체의 내부에 특수 합성유가 순환되는 관을 2중으로 나선형으로 설치하고 본체의 일측 중앙부에 버너를 설치된 구조로서, 버너를 점화시키면 외부의 공기가 유입되면서 점화하게 되고 점화된 열기는 2-3중의 관 외부를 통하여 배출되고 배출된 연기는 연통을 통하여 배출되는 형태를 갖는다.
이러한 열매체 보일러에 에너지를 공급하는 연소기로 질소산화물 저감을 위한 연소기는 연료 및 공기의 혼합 특성을 조절하거나 연소 영역의 산소농도와 화염 온도를 조절하는 등의 여러 가지 방법으로 연소과정에서 발생하는 질소산화물의 생성을 억제하는 시스템이다.
이러한 과정을 통해 최적화 된 연소기는 현재 환경문제에 의한 대기오염물질에 대한 각종 규제에 대한 대응이 가능하며, 연소시스템을 이용하여 에너지를 발생시키는 거의 모든 산업에 필수적으로 적용된다.
현재, 국내외 적으로 질소산화물은 배출농도 규제, 총량 규제, 미세먼지로의 변환 등과 관련하여 저NOx 연소기가 아닌 경우, 시장진입에 제한을 받고 있다. 더불어, 더욱 낮은 NOx 규제가 예고되어 있어, 저NOx 성능이 시장점유에 가장 큰 영향을 미치고 있는 실정이다.
환경오염 물질인 질소산화물의 저감을 위해 현재 일반적으로 적용되고 있는 연소기법들은 대표적으로 연료 및 공기 다단기술, 배기가스 재순환 기술, 연소가스 내부 재순환 기술, 재연소, OFA 등의 기술들이 있다. 그러나 이러한 연소기법들은 추가적으로 별도의 외부 장치들을 필요로 하며 복잡한 구조의 주변장치 구성을 요한다. 따라서 상기한 기술기법들의 단점을 극복하기 위해 다양한 연소기법을 통합 최적화하는 연구, 개발들이 국내외적으로 폭넓게 진행되고 있다.
한편, 중심부에 연료노즐이 형성되며 완전히 분리된 복수 개의 연료노즐에 의한 복수 개의 소형 연료희박/연료농후 화염(fuel lean/fuel rich flame)을 연소기 끝단 단면 전체에 형성된 연소기를 포함하는 열매체 보일러는 개시된 바 없다.
한편, 한국 등록특허공보 제10-096857호에서는 1차연료 분사체 및 상기 1차연료 분사체 주위에 배치되는 둘 이상의 2차연료 분사체를 구비하는 연료분사모듈; 상기 연료분사모듈로 산화제를 공급하는 공기주입모듈; 및 상기 연료분사모듈로 연료를 공급하는 연료공급모듈;을 포함하되, 상기 2차연료 분사체는 상기 1차연료 분사체를 중심으로 하여 원주 상에 방사상으로 배치되고, 상기 1차연료 분사체로부터 1차공간이 형성되고, 상기 1차공간과 이격되어 상기 2차연료 분사체로부터 2차공간이 형성되어져, 다단 화염이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 연소장치가 개시되어 있다. 그러나, 중심부에 연료노즐이 형성되며 복수의 연료희박/연료농후 화염이 형성되는 것은 확인할 수 없다.
한국 등록특허공보 제10-1512352호에서는, 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, 및 공기 다단을 위해 상기 1차연료 분사체를 둘러싸도록 배치되는 공기 다단 슬리브를 포함하고, 상기 산화제 공급부로부터 공급되는 산화제는 상기 공기 다단 슬리브의 내외부를 통해 다단으로 공급하는 것을 특징으로 하는 초 저질소산화물 연소장치가 개시되어 있다. 그러나, 중심부에 연료노즐이 형성되며 복수의 연료희박/연료농후 화염이 형성되는 것은 확인할 수 없다.
이와 같이, 중심에 메인연료노즐이 형성되며, 완전히 분리된 복수 개의 연료노즐에 의한 복수 개의 소형 연료희박/연료농후 화염(fuel lean/fuel rich flame)을 연소기 끝단 단면 전체에 형성하여, 재연소 및 배기가스가 재순환되어 질소산화물(NOx)을 최소화하는 저 질소산화물 연소기 및 이를 포함하는 열매체 보일러 기술은 제시된 바가 없다.
(특허문헌 0001) 한국 등록특허공보 제10-096857호
(특허문헌 0002) 한국 등록특허공보 제10-1512352호
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 완전히 분리된 복수개의 연료노즐에 의한 복수 개의 소형 연료희박/연료농후 화염(fuel lean/fuel rich flame)을 연소기 끝단 단면 전체에 형성하고, 전체화염은 평균적으로 에너지 효율이 최적화되는 1.0 내지 1.2 사이의 과잉공기비를 이루게 되어, 낮은 화염온도에서 최적화된 과잉공기비로 연소가 수행되는 것이다.
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.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 하우징; 상기 하우징 내부에 설치되며, 일측 끝단에 연료노즐이 결합된 연료유로를 복수 개 구비하는 연료공급부; 상기 연료노즐이 인입되어 통과하는 공기홀을 복수 개 구비하는 공기분사부; 상기 연료유로에 투입되는 연료를 제어하는 연료제어부; 및 상기 하우징 내부에 투입되는 공기를 제어하는 공기제어부; 를 포함하고,
상기 공기홀 중 하나의 내측둘레 크기와 상기 공기홀 중 다른 하나의 내측둘레 크기가 서로 상이한 것을 특징으로 하는 저 질소산화물 연소기를 특징으로 한다.
또한, 상기 연료노즐은, 공기유로가 형성되도록 상기 공기홀의 내측둘레와 일정 거리만큼 이격된 채로 상기 공기홀을 관통할 수 있다.
또한, 내측둘레의 크기가 서로 상이한 두 개 이상의 상기 공기홀은, 교번적으로 배열될 수 있다.
또한, 상기 공기홀은, 환형으로 배열될 수 있다.
또한, 상기 하우징의 내부면과 상기 공기분사부의 외곽부위 사이의 틈으로써, 연소완료공기가 분사되는 연소완료공기분사구를 더 구비할 수 있다.
또한, 상기 연소완료공기 분사 방향으로 상기 하우징의 끝단에 설치되고, 상기 연소완료공기에 곡선유로를 제공하는 층류유동부를 더 구비할 수 있다.
또한, 상기 층류유동부는, 상기 하우징의 끝단 둘레를 따라 결합되어 배출되는 상
기 연소완료공기가 연소실 중심 방향으로 배출되도록 가이드하는 곡선형부재, 및 상기 공기분사부 끝단 둘레를 따라 결합되어 배출되는 상기 연소완료공기에 와류유동을 제공하는 링형부재를 구비할 수 있다.
또한, 상기 공기홀은, 보염을 위한 선회기를 구비할 수 있다.
또한, 연소실 내 배기가스 재순환을 위한 배기가스홀(hole) 또는 배기가스슬릿(slit)을 더 구비할 수 있다.
하우징; 상기 하우징 내부에 설치되며, 일측 끝단에 연료노즐이 결합된 연료유로를 복수 개 구비하는 연료공급부; 상기 연료노즐이 인입되어 형성된 공기홀을 복수 개 구비하는 공기분사부; 상기 연료유로에 투입되는 연료를 제어하는 연료제어부; 및 상기 하우징 내부에 투입되는 공기를 제어하는 공기제어부;를 포함하고, 상기 연료유로와 결합되어 상기 하우징에 형성된 상기 공기분사부 끝단의 중심축에 형성되는 메인연료노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 저 질소산화물 연소기를 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 연료노즐의 외경(DOF)대 상기 공기홀의 내경(DIA)비인 DOF/DIA는 0.99 내지 0.01일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 연료노즐의 외경(DOF)은 동일할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 연료노즐의 외경(DOF) 대 상기 메인연료노즐의 외경(DOMF)비인 DOF/DOMF는 1 내지 0.01일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 메인연료노즐의 선단(LMF)은 상기 공기분사부 끝단을 기준으로 상기 메인연료노즐의 외경(DOMF)의 0.1 내지 20배 길이에 위치할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 연료노즐의 선단(LF)은 상기 공기분사부 끝단을 기준으로 상기 연료노즐의 외경(DOF)의 0.1 내지 20배 길이에 위치할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 연료노즐의 노즐팁에 형성된 연료분사구는 하나 또는 2 이상이 형성할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 연료분사구는 동축방향, 접선방향, 경사방향, 시계방향, 반시계방향 중 어느 하나의 형태로 형성할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 연료노즐 및/또는 상기 메인연료노즐 주위에는 선회블록이 형성된 공기홀이 형성할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 공기홀이 형성하는 외통 중심부에 상기 메인연료노즐이 형성되고, 상기 메인연료노즐 후단에 형성되는 메인연료분출구, 상기 메인연료분출구의 소정부는 교축부가 형성할 수 있다.
하우징; 상기 하우징 내부에 설치되며, 일측 끝단에 연료노즐이 결합된 연료유로를 복수 개 구비하는 연료공급부; 상기 연료노즐이 인입되어 통과하는 공기홀을 복수 개 구비하는 공기분사부; 상기 연료유로에 투입되는 연료를 제어하는 연료제어부; 상기 하우징 내부에 투입되는 공기를 제어하는 공기제어부; 및 상기 공기분사부는 상기 공기홀이 환형 형태로 연소실 방향으로 형성된 다공판;을 포함하고 상기 공기홀 중 하나의 내측둘레 크기와 상기 공기홀 중 다른 하나의 내측둘레 크기가 서로 상이한 것을 특징으로 하는 저 질소산화물 연소기를 특징으로 한다.
또한, 연소 후 배기가스를 상기 연소실로 재순환하기 위한 배기가스재순환부가 추가로 형성될 수 있다.
또한, 상기 배기가스재순환부는 상기 연소실 후단의 열교환부를 통과한 상기 배기가스 중 일부를 연소실로 주입할 수 있다.
또한, 상기 배기가스는 상기 공기분사부, 상기 연료제어부 및 연소실 중 어느 하나 또는 2 이상을 통해 투입될 수 있다.
또한, 내부에 인입된 상기 공기홀을 포함하며 연소실로 상기 배기가스를 투입하는 배기가스포트가 추가로 형성될 수 있다.
또한, 상기 배기가스포트는 상기 다공판면보다 돌출되어 형성될 수 있다.
또한, 재순환되는 배기가스는 80 내지 250℃일 수 있다.
또한, 상기 연소실 내면 둘레방향으로 균등하게 이격되어 배기가스홀 및/또는 배기가스슬릿이 형성될 수 있다.
또한, 상기 공기분사부, 상기 연료제어부 및 연소실로 투입되는 상기 배기가스의 유량비는 1: 0.01 내지 0.1:0.1 내지 0.5일 수 있다.
열매체 순환라인과 열매체를 가열하는 저 질소산화물 연소기를 포함한 열매체 보일러에 있어서, 하우징; 상기 하우징 내부에 설치되며, 일측 끝단에 연료노즐이 결합된 연료유로를 복수 개 구비하는 연료공급부; 상기 연료노즐이 인입되어 통과하는 공기홀을 복수 개 구비하는 공기분사부; 상기 연료유로에 투입되는 연료를 제어하는 연료제어부; 상기 하우징 내부에 투입되는 공기를 제어하는 공기제어부; 상기 공기홀 중 하나의 내측둘레 크기와 상기 공기홀 중 다른 하나의 내측둘레 크기가 서로 상이한 것을 특징으로 하는 저 질소산화물 연소기; 및 보일러 입구부의 열매체 온도를 측정하는 제1온도센서; 보일러 출구부의 열매체 온도를 측정하는 제2온도센서; 상기 제1온도센서 및 제2온도센서의 온도값을 비교하여 저 질소산화물 연소기의 운전을 제어하는 연소제어부;를 포함한 것을 특징으로 하는 열매체 보일러를 특징으로 한다.
또한, 상기 연소제어부는 보일러 출구부의 열매체 온도가 고온기준점이상일 때, 보일러 입구부의 열매체 온도가 고온기준점 이상이면 상기 저 질소산화물 연소기의 운전을 정지하고, 보일러 입구부의 열매체 온도가 고온기준점 미만이면 상기 저 질소산화물 연소기에 공기 및/또는 배기가스만을 주입하는 것을 특징으로 하는 열매체 보일러로 형성될 수 있다.
또한, 상기 연소제어부는 보일러 출구부의 열매체 온도가 고온기준점과 저온기준점 사이일 때, 보일러 입구부의 열매체 온도가 저온기준점 이상이면 상기 저 질소산화물 연소기를 과잉공기비 1.0이하로 운전하고, 보일러 입구부의 열매체 온도가 저온기준점 미만이면 상기 저 질소산화물연소기를 과잉공기비 1.0초과로 운전하는 것을 특징으로 하는 열매체 보일러일 수 있다.
또한, 상기 연소제어부는 보일러 출구부의 열매체 온도가 저온기준점 이하일 때, 보일러 입구부의 열매체 온도가 고온기준점 이상이면 상기 저 질소산화물 연소기를 과잉공기비 1.0이하로 운전하고, 보일러 입구부의 열매체 온도가 고온기준점 미만이면 상기 저 질소산화물연소기를 과잉공기비 1.0초과로 운전하는 것을 특징으로 하는 열매체 보일러 일 수 있다.
또한, 상기 연료노즐은 공기유로가 형성되도록 상기 공기홀의 내측둘레와 일정 거리만큼 이격된 채로 상기 공기홀을 관통하여 형성될 수 있다.
또한, 내측둘레의 크기가 서로 상이한 두 개 이상의 상기 공기홀은, 교번적으로 배열되어 형성될 수 있다.
또한, 서로 상이한 내측둘레 직경을 갖는 복수 개의 원형, 타원형, 다각형 중 어느하나 이상의 형태를 갖는 공기홀이 하나 이상의 동심원 상에 그 둘레를 따라 연속적으로 배치될 수 있다.
또한, 상기 하우징의 내부면과 상기 공기분사부의 외곽부위 사이의 틈으로써, 연소완료공기가 분사되는 연소완료공기분사구를 더 구비될 수 있다.
또한, 상기 저 질소산화물 연소기의 연소용 공기 공급로를 통해 연소용 공기를 공급하는 압입송풍기와 공기 취입구에서 공기를 상기 압입 송풍기로 도입하는 연소용 공기 통로와 상기 열매체 보일러로부터의 배기가스를 상기 연소용 공기 통로로 도입하는 배가스 순환 통로와 상기 배기가스 순환 통로에 개설한 배가스 순환 댐퍼와 상기 연소용 공기 공급로에 개설한 연소용 공기 댐퍼를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 상기 저 질소산화물 연소기의 고부하 연소 시에는 상기 배기가스 순환 댐퍼를 폐쇄하고 상기 저 질소산화물 연소기의 저부하 연소 시에는 상기 배가스 순환 댐퍼를 소정의 설정 개도에 유지해 작동시키고 고연소 운전 시와 저연소 운전 시에 있어서의 상기 연소장치의 버너로부터의 연소용 공기의 분출 속도의 변동차를 감소시킴으로써, 저연소 운전 시에 양호한 연소 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 열매체 보일러일 수 있다.
열매체 순환라인과 열매체를 가열하는 저 질소산화물 연소기를 포함한 열매체 보일러에 있어서, 하우징; 상기 하우징 내부에 설치되며, 일측 끝단에 연료노즐이 결합된 연료유로를 복수 개 구비하는 연료공급부; 상기 연료노즐이 인입되어 통과하는 공기홀을 복수 개 구비하는 공기분사부; 상기 연료유로에 투입되는 연료를 제어하는 연료제어부; 상기 하우징 내부에 투입되는 공기를 제어하는 공기제어부; 상기 공기분사부는 상기 공기홀이 환형 형태로 연소실 방향으로 형성된 다공판; 상기 연료노즐이 결합된 연료유로 중 1개는 상기 다공판의 중심부에 형성된 메인연료노즐을 포함하며, 상기 공기홀 중 하나의 내측둘레 크기와 상기 공기홀 중 다른 하나의 내측둘레 크기가 서로 상이한 저 질소산화물 연소기; 상기 연소실의 일측에 형성된 재연소용 연료 노즐; 상기 연소실의 후단에는 미연소분 및/또는 CO를 완전연소하기 위한 완전 연소 유도 모듈을 포함함 것을 특징으로 하는 열매체 보일러로 형성될 수 있다.
또한, 상기 연소실 길이(LB) 대 형성된 화염길이(LF)의 비(LF / LB)가 0.1 내지 0.3 이하인 경우, 상기 화염의 단부에 메인연료노즐(LMF)을 위치하고 전체 연료의 5 내지 20 wt%를 분사할 수 있다.
또한, 상기 연소실 길이(LB) 대 형성된 화염길이(LF)의 비(LF / LB)가 0.1 내지 0.3 초과인 경우, 상기 화염의 단부에 교축부가 형성된 메인연료노즐(LMF)을 위치하고 전체 연료의 5 내지 20 wt%를 분사할 수 있다.
또한, 상기 연소실 길이(LB) 대 형성된 화염길이(LF)의 비(LF / LB)가 0.1 내지 0.3 이하인 경우, 재연소용 제1연료 노즐로 전체 연료의 5 내지 20wt%를 분사할 수 있다.
또한, 상기 연소실 길이(LB) 대 형성된 화염길이(LF)의 비(LF / LB)가 0.1 내지 0.3 초과인 경우, 재연소용 제2연료 노즐로 전체 연료의 5 내지 20wt%를 분사할 수 있다.
또한, 상기 연소실의 길이(LB) 대 형성된 화염길이(LF)의 비(LF / LB)가 0.1 내지 0.3 초과인 경우, 상기 재연소용 제2연료 노즐 중 일부에 공기를 분사할 수 있다.
또한, 상기 연소 유도 모듈은 메쉬구조일 수 있다.
또한, 상기 연소 유도 모듈은 연소실의 배기가스 통과방향과 직교하는 형태로 형성되며, 상기 메쉬구조 내부에 유동가능한 형상의 피가열체 및 상기 피가열체를 가열하기 위한 가열수단이 포함할 수 있다.
또한, 상기 피가열체는 구형, 다각형, 무정형, 선형 중 어느 하나 이상의 형상일 수 있다.
또한, 상기 피가열체는 열전도성 물질일 수 있다.
또한, 상기 연소 유도 모듈은 연소실의 배가가스 통과방향과 직교하는 형태로 세라믹 또는 세라믹으로 코팅된 복수의 로프가 교차하는 형태로 구성될 수 있다.
또한, 상기 로프는 내열도가 1200 내지 1600℃, 비중이 0.2 내지 0.5, 직경은 6 내지 20mm일 수 있다.
또한, 상기 피가열체는 강유전체인 것을 특징으로 하는 열매체 보일러. 바륨티타네이트일 수 있다.
또한, 상기 가열수단은 고주파 발생기일 수 있다.
또한, 상기 배기가스 및/또는 열매체 통로 내에는 전열을 위한 나선형 또는 요철형의 전열체를 추가로 형성될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 상기와 같은 구성에 따른 본 발명의 효과는 단순한 구성으로써 주변 장치를 필요로 하지 않으면서 기본적인 연소시스템을 구현할 수 있다는 것이다.
또한, 소형의 분할 화염을 통한 열 분산과 화염온도 저하, 각 소형화염들의 최적화된 공연비 화염 형성, 배기가스 재순환 및 빠른 연소반응 유도를 통해 질소산화물(NOx)을 현저히 저감시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 메인연료노즐을 통한 부하량에 따른 연소조건 제어가 용이해지는 효과가 있다.
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 질소산화물과 과잉공기비의 상관관계에 대한 그래프이다.
도2는 본 발명의 일실시 예에 따른 저 질소산화물 연소기의 사시도이다.
도3은 본 발명의 일실시 예에 따른 저 질소산화물 연소기의 단면도이다.
도4는 본 발명의 일실시 예에 따른 공기분사부 및 연료노즐의 단면도이다.
도5는 본 발명의 일실시 예에 따른 저 질소산화물 연소기에 대한 실시상태도이다.
도6은 본 발명의 일실시 예에 따른 저 질소산화물 연소기의 단면도 및 연소 완료공기분사구에 대한 확대도이다.
도7은 본 발명의 일실시 예에 따른 보일러의 형태이다.
도8은 본 발명의 일실시 예에 따른 열매체유의 열특성 데이터이다.
도9는 본 발명의 일실시 예에 따른 열매체유의 온도에 따른 열전도도(kcal/m hr) 그래프이다.
도10은 본 발명의 일실시 예에 따른 열매체유의 온도에 따른 비열(kcal/kg ℃) 그래프 이다.
도11은 본 발명의 일실시 예에 따른 연소실내 화염 형성 개념도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명을 도면에 따라 상세한 실시예와 같이 설명한다.
도1은 질소산화물과 과잉공기비의 상관관계에 대한 그래프이고, 도2는 본 발명의 일실시 예에 따른 저 질소산화물 연소기의 사시도이고, 도3은 본 발명의 일실시 예에 따른 저 질소산화물 연소기의 단면도이다.
도2와 도3에서 보는 바와 같이, 본 발명의 저 질소산화물 연소기는, 하우징(300); 하우징(300) 내부에 설치되며, 일측 끝단에 연료노즐(120)이 결합된 연료유로(110)를 복수 개 구비하는 연료공급부(100); 연료노즐(120)이 인입되어 통과하는 공기홀(210)을 복수 개 구비하는 공기분사부(200); 연료유로(110) 각각에 투입되는 연료를 제어하는 연료제어부(510); 및 하우징(300) 내부에 투입되는 공기를 제어하는 공기제어부(520);를 포함하고, 상기 연료유로(110)와 결합되어 상기 하우징(330)에 형성된 상기 공기분사부(200) 끝단의 중심축에 형성되는 메인연료노즐(130)을 포함할 수 있다.
즉, 상기 공기홀 중 하나의 내측둘레 크기와 상기 공기홀 중 다른 하나의 내측둘레 크기가 서로 상이할 수 있다.
상기 하나의 연료노즐(120)과 상기 하나의 공기홀(210)은 한 쌍을 이루어 형성될 수 있다. 상기 연료노즐로 분사되는 연료와 상기 공기홀에서 분사되는 공기의 비율은 1.0 내지 1.2 사이의 과잉공기비일 수 있다.
상기 연료노즐(120)과 공기홀(210)의 한 쌍에 의해 화염이 형성되는 것이 소형화염(400)이다. 또한, 상기 메인연료노즐에 의해 보일러에서 요구하는 열량을 생성하기 위한 메인화염이 형성된다.
메인화염 및 복수 개의 소형화염에 의한 전체화염은, 도1에서 보는 바와 같이 평균적으로 에너지 효율이 최적화되는 1.0 내지 1.2 사이의 과잉공기비를 이루게 되어, 낮은 화염온도에서 최적화된 과잉공기비로 연소가 수행될 수 있다.
즉, 본 발명의 저 질소산화물 연소기에서는, 메인화염과 복수 개의 소형화염(400)이 낮은 온도에서도 최적화된 공연비로 연소를 수행하여, 연소 중 생성되는 질소산화물을 현저히 저감시킬 수 있다.
연료의 분산 개수는 메인연료노즐(130) 및 연료노즐(120)의 수와 같으며, 연료노즐(120)의 수는 입열량, 연료 종류 등의 적용조건에 따라 다를 수 있다.
상기 공기홀이 형성하는 외통 중심부에 상기 메인연료노즐이 형성되고, 상기 메인연료노즐 후단에 형성되는 메인연료분출구(134), 상기 메인연료분출구의 소정부는 교축부(131)가 형성될 수 있다.
상기 교축부의 입구측에 내부메인연료노즐(132) 및 내부공기노즐(133)이 형성될 수 있으며, 상기 메인연료분출구의 측면에는 공기유입구(135)가 형성될 수 있다.
하우징(300)은 윈드박스의 기능을 수행할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서는, 공기제어부(520)에 의한 공기 투입이 하우징(300)의 측면에 대해 수행되는 것으로 설명하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 공기 투입 방향은 달라질 수 있다.
도4는 본 발명의 일실시 예에 따른 공기분사부(200) 및 연료노즐(120)의 단면도이고, 도5는 본 발명의 일실시 예에 따른 저 질소산화물 연소기에 대한 실시상태도이다. 도5의 좌측 도면은 저 질소산화물 연소기의 단면에 대한 실시상태도이고, 도5의 우측 도면은 저 질소산화물 연소기의 정면에 대한 실시상태도이다.
도3과 도4에서 보는 바와 같이, 연료노즐(120)은, 공기유로(211)가 형성되도록 공기홀(210)의 내측둘레와 일정 거리만큼 이격된 채로 공기홀(210)을 관통할 수 있다. 또한, 중심부에 메인연료노즐(130)을 형성할 수 있다.
여기서, 공기유로(211)는 연료노즐(120)이 차지하는 공간을 제외한 공기홀(210)의 나머지 공간일 수 있다. 그리고, 공기홀(210)에서는, 공기유로(211)를 통해 공기가 통과하여 연소실의 방향으로 분사될 수 있다.
상기와 같이, 공기홀(210) 간 내측둘레의 크기가 상이한 경우, 각각의 공기유로(211)의 크기가 상이하게 될 수 있다.
그리고, 공기유로(211)의 크기가 상이한 것에 대해 연료유로(110)의 직경은 동일하게 형성될 수 있다.
이에 따라, 도4에서 보는 바와 같이, 한 쌍의 연료노즐(120)과 공기홀(210)에서 분사되는 연료와 공기에 의해 형성되는 소형화염(400)은 공연비가 낮은 연료 농후화염(410)과 공연비가 높은 연료희박화염(420)으로 구분될 수 있다. 또한, 중심부에 메인연료노즐에서 분사되는 연료와 환형형태로 배치된 공기홀에서 분사된 공기에 의해 형성되는 메인화염을 형성할 수 있다.
즉, 소형화염(400)은 각각 동일한 양의 연료를 분사하는 연료노즐(120) 대비 공기유로(211)의 크기에 따른 공기 분사량 차이로 인해, 연료가 농후(fuel rich)하여 공연비가 낮은 연료농후화염(410)과 연료가 희박(fuel lean)하여 공연비가 높은 연료희박화염(420)으로 구분될 수 있다.
상기 연료노즐(120)의 외경(DOF)대 상기 공기홀(210)의 내경(DIA)비인 DOF/DIA는 0.99 내지 0.01일 수 있다.
상기 연료노즐의 외경(DOF)대 상기 공기홀의 내경(DIA)비인 DOF/DIA는 0.99 내지 0.01일 수 있다.
상기 연료노즐의 외경(DOF)대 상기 공기홀의 내경(DIA)비를 벗어나면 원활한 연소조건이 형성되지 않거나, 다량의 질소산화물이 발생할 수 있다.
상기 연료노즐의 외경(DOF)은 동일할 수 있다. 상기 연료유로를 복수 개 구비하는 연료공급부에 대응하여 복수 개 형성된 상기 연료노즐의 외경을 일정하게 유지하면서, 상기 공기홀의 내경을 조정하여 연소조건을 제어할 수 있다.
또한, 열부하 400,000 kcal/hr 기준으로 80% 열부하 조건에서 공급되는 연료를 LNG로 한정한 경우, 공급되는 공기의 선속도는 10 내지 50m/sec일 수 있다. 바람직하게는 30 내지 40m/sec일 수 있다.
상기 조건을 벗어나면 원활한 연소조건이 형성되지 않거나, 부하조건에 맞는 질소산화물 억제를 이룰 수 없다.
연료농후화염(410)과 연료희박화염(420)을 각각 복수 개 형성하여 전체화염을 이루는 경우, 도1에서 보는 바와 같이, 전체화염은 평균적으로 에너지효율이 최적화되는 1.0 내지 1.2의 과잉공기비를 형성하게 되고, 전체화염의 온도도 낮아지게 되어, 질소산화물을 저감시킬 수 있다.
내측둘레의 크기가 서로 상이한 두 개 이상의 공기홀(210)은, 교번적으로 배열될 수 있다.
이에 따라, 연료농후화염(410)과 연료희박화염(420)이 교번적으로 배열될 수 있다.
소형화염(400)의 배열에 있어서, 연료농후화염(410)이 하나의 방향으로 집중되고, 연료희박화염(420)이 다른 방향으로 집중되는 경우, 소형화염(400)의 합에 의해 형성되는 전체 화염은 균일하지 않을 수 있다.
또한, 메인연료노즐로부터 분산되는 연료로부터 형성된 메인화염을 통하여 전체 화염을 균일하게 하거나 보일러 요구 발열량을 제어할 수 있다.
전체 화염이 균일하지 않은 경우, 연소 효율이 저하될 수 있으므로, 연료농후화염(410)과 연료희박화염(420)을 교번적으로 배열 및 설치하여, 균일하게 형성되는 화염을 획득할 수 있다.
공기홀(210)은 환형으로 배열될 수 있다. 구체적으로, 임의의 복수 개 공기홀(210)이 공기분사부(200)의 중심으로부터 동심원 형상으로 배치될 수 있다.
여기서, 동일한 내측둘레 직경을 갖는 복수 개의 공기홀(210)이 하나의 동심원 상에 그 둘레를 따라 연속적으로 배치될 수 있다. 또는 서로 상이한 내측둘레 직경을 갖는 복수 개의 공기홀(210)이 하나의 동심원 상에 그 둘레를 따라 연속적으로 배치될 수 있다.
연료농후화염(410) 및 연료희박화염(420)은 환형으로 배열될 수 있다.
연료노즐(120) 및 공기홀(210)에 의해 형성되는 소형화염(400)은 일정하게 균일한 전체 화염을 형성하기 위해 환형으로 배열되는 것이 바람직할 수 있다.
다만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 연소기의 용도나 설치 위치 등의 외부 요인에 의해 육각형과 다각형으로 배열되는 것도 가능할 수 있다.
공기분사부(200)는 교체 가능할 수 있다.
연료농후화염(410) 또는 연료희박화염(420)의 공연비는 연소기의 용도, 연소기의 설치 환경, 연소기의 설치 형태 등에 의해 달라질 수 있다.
따라서, 상기와 같은 상황에 따라, 연료농후화염(410) 또는 연료희박화염(420)의 공연비를 달리하기 위해, 교체 이전의 공기분사부(200) 대비 각각의 공기홀(210) 직경이 상이한 다른 공기분사부(200)로 교체할 수 있다.
각각의 공기홀(210) 직경이 상이한 다른 공기분사부(200)로 교체하면, 각각의 공기유로(211)가 상이하여, 각각의 연료노즐(120)에 대한 공기공급량이 달라지고, 이에 따라 각각 소형화염(400)의 공연비가 달라질 수 있다.
공기홀(210)은, 보염을 위한 선회기를 구비할 수 있다.
선회기는 공기홀(210)로 공기가 유입되는 부위에 설치될 수 있다. 또는, 선회기는 공기유로(211)를 형성하는 공기홀(210)의 내부면에 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에서는, 공기홀(210이 원형인 것으로 설명하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 타원형 또는 다각형의 형상으로 형성될 수도 있다.
본 발명의 실시 예에서는, 단순한 구성으로 소형화염(400)의 공연비를 차별화하기 위해, 각각 동일한 양의 연료를 분사하는 연료노즐(120)에 대해 한 쌍을 이루는 공기홀(210)의 직경을 상이하게 하여 공연비가 상이하도록 하였다.
그러나, 이에 한정되지 않고, 각각의 연료노즐(120)은 각각 연료 농도를 차별화하여 연료를 분사할 수 있다.
이를 위해서, 연료제어부(510)는, 각각의 연료유로(110)에 대해 각각 다른 양의 연료를 공급하여 각각 다른 공연비의 소형화염(400)을 형성할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서는, 소형화염(400)을 연료농후화염(410)와 연료희박화염(420)으로 구분하여 설명하고 있으나, 복수 개의 연료농후화염(410)도 각각 다른 공연비를 갖고, 복수 개의 연료희박화염(420)도 각각 다른 공연비를 가질 수 있다.
도5에서 확인할 수 있는 바와 같이, 상기 메인연료노즐의 선단(LMF)은 상기 공기분사부 끝단을 기준으로 상기 메인연료노즐의 외경(DOMF)의 0.1 내지 20배 길이에 위치할 수 있다.
또한, 상기 연료노즐의 선단(LF)은 상기 공기분사부 끝단을 기준으로 상기 연료노즐의 외경(DOF)의 0.1 내지 20배 길이에 위치할 수 있다.
도6은 본 발명의 일실시 예에 따른 저 질소산화물 연소기의 단면도 및 연소 완료공기분사구(310)에 대한 확대도이다.
도5에서 보는 바와 같이, 본 발명의 저 질소산화물 연소기는, 하우징(300)의 내부면과 공기분사부(200)의 외곽부위 사이의 틈으로써, 연소완료공기(상급연소공기, overfire air)(311)가 분사되는 연소완료공기분사구(310)를 더 구비할 수 있다.
하우징; 상기 하우징 내부에 설치되며, 일측 끝단에 연료노즐이 결합된 연료유로를 복수 개 구비하는 연료공급부; 상기 연료노즐이 인입되어 통과하는 공기홀을 복수 개 구비하는 공기분사부; 상기 연료유로에 투입되는 연료를 제어하는 연료제어부; 상기 하우징 내부에 투입되는 공기를 제어하는 공기제어부; 및 상기 공기분사부는 상기 공기홀이 환형 형태로 연소실 방향으로 형성된 다공판;을 포함하고 상기 공기홀 중 하나의 내측둘레 크기와 상기 공기홀 중 다른 하나의 내측둘레 크기가 서로 상이한 것을 특징으로 하는 저 질소산화물 연소기를 특징으로 한다.
또한, 연소 후 배기가스를 상기 연소실로 재순환하기 위한 배기가스재순환부가 추가로 형성될 수 있다.
또한, 상기 배기가스재순환부는 상기 연소실 후단의 열교환부를 통과한 상기 배기가스 중 일부를 연소실로 주입할 수 있다.
또한, 상기 배기가스는 상기 공기분사부, 상기 연료제어부 및 연소실 중 어느 하나 또는 2 이상을 통해 투입될 수 있다.
또한, 내부에 인입된 상기 공기홀을 포함하며 연소실로 상기 배기가스를 투입하는 배기가스포트(150)가 추가로 형성될 수 있다.
또한, 상기 배기가스포트(150)는 상기 다공판(140)면보다 돌출되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 배기가스포트는 다공판 외각방향이 중심부에 비하여 돌출되어 형성될 수 있다. 상기 배기가스포트의 외각부의 폭(WFO)이 중심부의 폭(WFI)보다 클 수 있다. 바람직하게는 외각부의 폭(WFO) 대 중심부의 폭(WFI)의 비(WFI /WFO)은 0.99 내지 0.3 일 수 있다. 더욱 바람직하게는 0.8 내지 0.5일 수 있다. 상기 비를 벗어나면 내부에서 배기가스에 의한 순환 영역이 원활이 형성되지 않아 질소산화물의 억제 효과가 저하 될 수 있다.
또한, 재순환되는 배기가스는 80 내지 250℃일 수 있다.
또한, 상기 연소실 내면 둘레방향으로 균등하게 이격되어 배기가스홀 및/또는 배기가스슬릿이 형성될 수 있다.
또한, 상기 공기분사부, 상기 연료제어부 및 연소실로 투입되는 상기 배기가스의 유량비는 1: 0.01 내지 0.1:0.1 내지 0.5일 수 있다.
그리고, 연소완료공기(311) 분사 방향으로 하우징(300)의 끝단에 설치되고, 연소완료공기(311)에 곡선유로를 제공하는 층류유동부(320)를 더 구비할 수 있다.
또한, 층류유동부(320)는, 하우징(300)의 끝단 둘레를 따라 결합되어 배출되는 연소완료공기(311)가 연소실 중심 방향으로 배출되도록 가이드하는 곡선형부재(321), 및 공기분사부(200) 끝단 둘레를 따라 결합되어 배출되는 연소완료공기(311)에 와류유동을 제공하는 링형부재(322)를 구비할 수 있다.
연소완료공기분사구(310)에서 공급된 연소완료공기(311)는, 전체화염에 대해 산화제로 작용하며, 전체화염의 외곽부분 즉, 연소실의 내부면에 근접한 경로로 진행하여 전체화염의 후류 부위에서 전체화염을 감싸는 형태로 유동하며, 전체화염 후단에 발생할 수 있는 미연탄화수소 또는 일산화탄소를 산화시키는 기능을 수행할 수 있다.
도2 및 도5에서 보는 바와 같이, 하우징(300)이 원통형으로 형성되는 경우, 원형인 공기분사부(200)의 외곽 부위 주위에 링(ring) 형상으로 연소완료공기분사구(310)가 형성될 수 있다.
그리고, 관(tube)의 일부를 잘라내서 형성되듯이 내부면이 곡면인 곡선형부재(321)를 하우징(300)의 끝단에 링 형태로 결합하고, 단면이 원형인 링형부재(322)를 설치할 수 있다.
여기서, 링형부재(322)의 외곽면과 곡선형부재(321)의 내부면 사이의 공간이 연소완료공기(311)에게 곡선유로를 제공할 수 있다.
곡선형부재(321) 내부면의 곡률 반경과 링형부재(322) 단면의 곡률 반경은 상이할 수 있다.
상기와 같은 곡선형부재(321), 링형부재(322) 및 곡선유로에 의해 층류유동부(320)가 형성될 수 있다.
층류유동부(320)를 통과한 연소완료공기(311)는, 층류유동에 의해 직진 방향으로의 유동성이 증대되어, 상기와 같은 산화제 기능을 효율적으로 수행할 수 있다.
곡선형부재(321) 내부면의 곡률 반경 또는 링형부재(322) 단면의 곡률 반경을 조절하여, 곡선유로의 크기를 변경하는 경우, 연소완료공기(311)의 유량 또는 유속을 조절할 수 있다.
연소완료공기(311)의 유량 또는 유속의 조절을 위해, 링형부재(322)가 교체가능한 것은 물론이다.
본 발명의 저 질소산화물 연소기는, 연소실 내 배기가스 재순환을 위한 배기가스홀(hole) 또는 배기가스슬릿(slit)을 더 구비할 수 있다. 배기가스홀 또는 배기가스슬릿은, 하우징(300)의 측면에 설치될 수 있다.
밀폐된 연소실에서의 배기가스는, 배기가스홀 또는 배기가스슬릿을 통해 압력이 높은 연소실로부터 상대적으로 압력이 낮은 하우징(300) 내부로 유입되고, 공기와 혼합되어 분사됨으로써 재순환될 수 있다.
본 발명의 실시 예에서는 배기가스홀 또는 배기가스슬릿이 하우징(300)의 측면에 설치된다고 설명하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 배기가스홀 또는 배기가스슬릿이 공기제어부(520)에 설치되어 투입되는 공기와 혼합되어 공급될 수도 있다.
도7은 본 발명의 일실시 예에 따른 보일러를 나타낸 것이다. 상기 보일러에서 연소 후 열매체 튜브(11)로 이루어진 열교환부(13)에 열교환을 진행한 배기가스는 열교환부 후단에서 분기되어 배기가스 댐퍼(10)에 의해 공급 유량을 조절되어 공기공급로(4)를 통해 유입되는 공기와 혼합될 수 있다.
연소조건에 따라 연소기로 공급되는 배기가스는 투입조건을 다양하게 변경될 수 있음은 자명하다.
혼합된 연소용 공기는 제1압입 송풍기(3)를 통하여 연소기로 공급되며 연소용 제1공기 댐퍼(6)에 의하여 유량이 조절될 수 있다. 상기 혼합된 연소용 공기는 일부가 분기되어 연소용 제2공기 댐퍼(7)를 통하여 연소실 내부로 공급될 수 있다. 이때 연소실에는 배기가스홀 및/또는 배기가스슬릿이 형성될 수 있다.
열매체 순환라인과 열매체를 가열하는 저 질소산화물 연소기를 포함한 열매체 보일러에 있어서, 하우징; 상기 하우징 내부에 설치되며, 일측 끝단에 연료노즐이 결합된 연료유로를 복수 개 구비하는 연료공급부; 상기 연료노즐이 인입되어 통과하는 공기홀을 복수 개 구비하는 공기분사부; 상기 연료유로에 투입되는 연료를 제어하는 연료제어부; 상기 하우징 내부에 투입되는 공기를 제어하는 공기제어부; 상기 공기홀 중 하나의 내측둘레 크기와 상기 공기홀 중 다른 하나의 내측둘레 크기가 서로 상이한 것을 특징으로 하는 저 질소산화물 연소기; 및 보일러 입구부의 열매체 온도를 측정하는 제1온도센서; 보일러 출구부의 열매체 온도를 측정하는 제2온도센서; 상기 제1온도센서 및 제2온도센서의 온도값을 비교하여 저 질소산화물 연소기의 운전을 제어하는 연소제어부;를 포함한 것을 특징으로 하는 열매체 보일러를 특징으로 한다.
또한, 상기 연소제어부는 보일러 출구부의 열매체 온도가 고온기준점 이상일 때, 보일러 입구부의 열매체 온도가 고온기준점 이상이면 상기 저 질소산화물 연소기의 운전을 정지하고, 보일러 입구부의 열매체 온도가 고온기준점 미만이면 상기 저 질소산화물 연소기에 공기 및/또는 배기가스만을 주입하는 것을 특징으로 하는 열매체 보일러로 형성될 수 있다.
상기 고온기준점은 200℃ 이상 내지 700℃일 수 있다. 바람직하게는 250℃ 내지 500℃일 수 있다. 더욱 바람직하게는 300℃일 수 있다.
상기 온도조건을 벗어나면 원활한 열전달이 일어나지 않는다.
또한, 상기 연소제어부는 보일러 출구부의 열매체 온도가 고온기준점과 저온기준점 사이일 때, 보일러 입구부의 열매체 온도가 저온기준점 이상이면 상기 저 질소산화물 연소기를 과잉공기비 1.0이하로 운전하고, 보일러 입구부의 열매체 온도가 저온기준점 미만이면 상기 저 질소산화물연소기를 과잉공기비 1.0초과로 운전하는 것을 특징으로 하는 열매체 보일러일 수 있다.
상기 저온기준점은 100℃ 내지 300℃일 수 있다. 바람직하게는 150℃ 내지 280℃일 수 있다. 더욱 바람직하게는 230℃일 수 있다.
상기 온도조건을 벗어나면 원활한 열전달이 일어나지 않는다.
또한, 상기 연소제어부는 보일러 출구부의 열매체 온도가 저온기준점 이하일 때, 보일러 입구부의 열매체 온도가 고온기준점 이상이면 상기 저 질소산화물 연소기를 과잉공기비 1.0이하로 운전하고, 보일러 입구부의 열매체 온도가 고온기준점 미만이면 상기 저 질소산화물연소기를 과잉공기비 1.0초과로 운전하는 것을 특징으로 하는 열매체 보일러 일 수 있다.
추가적으로 상기 열매체유의 보일러 입출구 압력조건을 압력센서를 이용하여 측정하고 소정의 고압조건 및 저압조건을 설정하여 동일한 운전제어가 가능함은 자명하다.
또한, 상기 연료노즐은 공기유로가 형성되도록 상기 공기홀의 내측둘레와 일정 거리만큼 이격된 채로 상기 공기홀을 관통하여 형성될 수 있다.
또한, 내측둘레의 크기가 서로 상이한 두 개 이상의 상기 공기홀은, 교번적으로 배열되어 형성될 수 있다.
또한, 서로 상이한 내측둘레 직경을 갖는 복수 개의 원형, 타원형, 다각형 중 어느하나 이상의 형태를 갖는 공기홀이 하나 이상의 동심원 상에 그 둘레를 따라 연속적으로 배치될 수 있다.
또한, 상기 하우징의 내부면과 상기 공기분사부의 외곽부위 사이의 틈으로써, 연소완료공기가 분사되는 연소완료공기분사구를 더 구비될 수 있다.
또한, 상기 저 질소산화물 연소기의 연소용 공기 공급로를 통해 연소용 공기를 공급하는 압입송풍기와 공기 취입구에서 공기를 상기 압입 송풍기로 도입하는 연소용 공기 통로와 상기 열매체 보일러로부터의 배기가스를 상기 연소용 공기 통로로 도입하는 배가스 순환 통로와 상기 배기가스 순환 통로에 개설한 배가스 순환 댐퍼와 상기 연소용 공기 공급로에 개설한 연소용 공기 댐퍼를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 상기 저 질소산화물 연소기의 고부하 연소 시에는 상기 배기가스 순환 댐퍼를 폐쇄하고 상기 저 질소산화물 연소기의 저부하 연소 시에는 상기 배가스 순환 댐퍼를 소정의 설정 개도에 유지해 작동시키고 고연소 운전 시와 저연소 운전 시에 있어서의 상기 연소장치의 버너로부터의 연소용 공기의 분출 속도의 변동차를 감소시킴으로써, 저연소 운전 시에 양호한 연소 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 열매체 보일러일 수 있다.
열매체 순환라인과 열매체를 가열하는 저 질소산화물 연소기를 포함한 열매체 보일러에 있어서, 하우징; 상기 하우징 내부에 설치되며, 일측 끝단에 연료노즐이 결합된 연료유로를 복수 개 구비하는 연료공급부; 상기 연료노즐이 인입되어 통과하는 공기홀을 복수 개 구비하는 공기분사부; 상기 연료유로에 투입되는 연료를 제어하는 연료제어부; 상기 하우징 내부에 투입되는 공기를 제어하는 공기제어부; 상기 공기분사부는 상기 공기홀이 환형 형태로 연소실 방향으로 형성된 다공판; 상기 연료노즐이 결합된 연료유로 중 1개는 상기 다공판의 중심부에 형성된 메인연료노즐을 포함하며, 상기 공기홀 중 하나의 내측둘레 크기와 상기 공기홀 중 다른 하나의 내측둘레 크기가 서로 상이한 저 질소산화물 연소기; 상기 연소실의 일측에 형성된 재연소용 연료 노즐(20, 21); 상기 연소실의 후단에는 미연소분 및/또는 CO를 완전연소하기 위한 완전 연소 유도 모듈(22)을 포함함 것을 특징으로 하는 열매체 보일러로 형성될 수 있다.
상기 재연소용 연료를 투입하기 위하여 메인연료노즐(130), 재연소용 제1연료 댐퍼(18), 재연소용 제2연료 댐퍼(19), 재연소용 제1연료 노즐(20), 재연소용 제2연료 노즐(21) 중 어느 하나 이상이 형성될 수 있다.
상기 재연소용 제1연료 노즐은 복수개로 형성될 수 있다. 복수개로 형성된 상기 제1연료 노즐들 간의 폭(LRF)는 등간격(LRF1=LRF2)이거나, 차이가 있을 수 있다.
상기 재연소용 제2연료 노즐은 복수개로 형성될 수 있다. 복수개로 형성된 상기 제2연료 노즐들 간의 폭(LG)는 등간격(LG1=LG2)이거나, 차이가 있을 수 있다.
또한, 상기 연소실 길이(LB) 대 형성된 화염길이(LF)의 비(LF / LB)가 0.1 내지 0.3 이하인 경우, 상기 화염의 단부에 메인연료노즐(LMF)을 위치하고 전체 연료의 5 내지 20 wt%를 분사할 수 있다.
상기 화염길이는 센서를 통하여 예측할 수 있음은 자명하다. 상기 센서는 온도센서일 수 있다.
상기 조건을 벗어나면, 화염의 후류부분에 탄화수소물(예: LNG)를 분사하여 연료 농후 영역을 형성하고, 이를 통하여 배기가스내의 NO를 N2로 환원하는 연소실내 질소산화물 저감효과를 얻을 수 없다.
또한, 상기 연소실 길이(LB) 대 형성된 화염길이(LF)의 비(LF / LB)가 0.1 내지 0.3 초과인 경우, 상기 화염의 단부에 교축부가 형성된 메인연료노즐(LMF)을 위치하고 전체 연료의 5 내지 20 wt%를 분사할 수 있다.
또한, 상기 연소실 길이(LB) 대 형성된 화염길이(LF)의 비(LF / LB)가 0.1 내지 0.3 이하인 경우, 재연소용 제1연료 노즐로 전체 연료의 5 내지 20wt%를 분사할 수 있다.
또한, 상기 연소실 길이(LB) 대 형성된 화염길이(LF)의 비(LF / LB)가 0.1 내지 0.3 초과인 경우, 재연소용 제2연료 노즐로 전체 연료의 5 내지 20wt%를 분사할 수 있다.
또한, 상기 연소실의 길이(LB) 대 형성된 화염길이(LF)의 비(LF / LB)가 0.1 내지 0.3 초과인 경우, 상기 재연소용 제2연료 노즐 중 일부에 공기를 분사할 수 있다.
또한, 상기 연소 유도 모듈은 메쉬구조일 수 있다.
또한, 상기 연소 유도 모듈은 연소실의 배기가스 통과방향과 직교하는 형태로 형성되며, 상기 메쉬구조 내부에 유동가능한 형상의 피가열체 및 상기 피가열체를 가열하기 위한 가열수단이 포함할 수 있다.
또한, 상기 피가열체는 구형, 다각형, 무정형, 선형 중 어느 하나 이상의 형상일 수 있다.
또한, 상기 피가열체는 열전도성 물질일 수 있다.
상기 열전도성 소재는 세라믹소재 일 수 있다. 바람직하게는 알루미나, 실리카, 질화규소, 지르코니아, 이산화티탄, 이트리아 중 어느 하나 또는 2이상의 혼합물일 수 있다.
또한 용매와, 나노흑연과, 콜로이드실리카와, 콜로이드알루미나와, 폴리에스터실리콘복합수지와, 알루미나와, 지르코니아, 이산화티타늄 및 이트리아의 혼합물과, 실리콘 오일 중합체로 이루어진 세라믹 코팅제로 코팅된 소재 일 수 있다.
또한, 상기 연소 유도 모듈은 연소실의 배가가스 통과방향과 직교하는 형태로 세라믹 또는 세라믹으로 코팅된 복수의 로프가 교차하는 형태로 구성될 수 있다.
또한, 상기 로프는 내열도가 1200 내지 1600℃, 비중이 0.2 내지 0.5, 직경은 6 내지 20mm일 수 있다.
상기 조건에 벗어나면 CO등의 완전 연소를 이룰 수 없다.
또한, 상기 피가열체는 강유전체인 것을 특징으로 하는 열매체 보일러. 바륨티타네이트일 수 있다.
상기 강유전체는 외부의 전기장 없이 스스로 분극을 가지는 재료일 수 있다. 바람직하게는 산화알루미늄, 산화티탄, 세라믹, 바륨티타네이트(BaTiO3)일 수 있다.
또한, 상기 가열수단은 고주파 발생기일 수 있다.
또한, 상기 배기가스 및/또는 열매체 통로 내에는 전열을 위한 나선형 또는 요철형의 전열체를 추가로 형성될 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.
1: 보일러
2: 이코노마이저
3: 제1 압입 송풍기
4: 공기 공급로
5: 배기가스 순환 통로
6: 연소용 제1공기 댐퍼
7: 연소용 제2공기 댐퍼
8: 연소용 제3공기 댐퍼
9: 제2 압입 송풍기
10: 배기가스 댐퍼
11: 열매체 튜브
12: 배가스 재순환부
13: 열교환부
14: 제1온도센서
15: 제2온도센서
16: 제1압력센서
17: 제2압력센서
18: 재연소용 제1연료 댐퍼
19: 재연소용 제2연료 댐퍼
20: 재연소용 제1연료 노즐
21: 재연소용 제2연료 노즐
22: 완전연소 유도모듈
100 : 연료공급부
110 : 연료유로
120 : 연료노즐
130: 메인연료노즐
140: 다공판
150: 배기가스포트
200 : 공기분사부
210 : 공기홀
211 : 공기유로
300 : 하우징
310 : 연소완료공기분사구
311 : 연소완료공기
320 : 층류유동부
321 : 곡선형부재
322 : 링형부재
400 : 소형화염
410 : 연료농후화염
420 : 연료희박화염
510 : 연료제어부
520: 공기제어부
600: 연소제어부
700: 열매체 저장조
단순한 구성으로써 주변 장치를 필요로 하지 않으면서 기본적인 연소시스템을 구현할 수 있고 소형의 분할 화염을 통한 열 분산과 화염온도 저하, 각 소형화염들의 최적화된 공연비 화염 형성, 배기가스 재순환 및 빠른 연소반응 유도를 통해 질소산화물(NOx)을 현저히 저감시킬 수 있어 산업상 이용성이 높다.

Claims (54)

  1. 하우징;
    상기 하우징 내부에 설치되며, 일측 끝단에 연료노즐이 결합된 연료유로를
    복수 개 구비하는 연료공급부;
    상기 연료노즐이 인입되어 통과하는 공기홀을 복수 개 구비하는 공기분사부;
    상기 연료유로에 투입되는 연료를 제어하는 연료제어부; 및
    상기 하우징 내부에 투입되는 공기를 제어하는 공기제어부;
    를 포함하고,
    상기 공기홀 중 하나의 내측둘레 크기와 상기 공기홀 중 다른 하나의 내측둘레 크기가 서로 상이한 것을 특징으로 하는 저 질소산화물 연소기.
  2. 청구항1에 있어서,
    상기 연료노즐은, 공기유로가 형성되도록 상기 공기홀의 내측둘레와 일정 거리만큼 이격된 채로 상기 공기홀을 관통하는 것을 특징으로 하는 저 질소산화물 연소기.
  3. 청구항1에 있어서,
    내측둘레의 크기가 서로 상이한 두 개 이상의 상기 공기홀은, 교번적으로 배열되는 것을 특징으로 하는 저 질소산화물 연소기.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 공기홀은, 환형으로 배열되는 것을 특징으로 하는 저 질소산화물 연소기.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 하우징의 내부면과 상기 공기분사부의 외곽부위 사이의 틈으로써, 연소완료공기가 분사되는 연소완료공기분사구를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 저 질소산화물 연소기.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 연소완료공기 분사 방향으로 상기 하우징의 끝단에 설치되고, 상기 연소완료공기에 곡선유로를 제공하는 층류유동부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 저 질소산화물 연소기.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 층류유동부는, 상기 하우징의 끝단 둘레를 따라 결합되어 배출되는 상
    기 연소완료공기가 연소실 중심 방향으로 배출되도록 가이드하는 곡선형부재, 및 상기 공기분사부 끝단 둘레를 따라 결합되어 배출되는 상기 연소완료공기에 와류유동을 제공하는 링형부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 저 질소산화물 연소기.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 공기홀은, 보염을 위한 선회기를 구비하는 것을 특징으로 하는 저 질소산화물 연소기.
  9. 청구항 1에 있어서,
    연소실 내 배기가스 재순환을 위한 배기가스홀(hole) 또는 배기가스슬릿(slit)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 저 질소산화물 연소기.
  10. 하우징;
    상기 하우징 내부에 설치되며, 일측 끝단에 연료노즐이 결합된 연료유로를 복수 개 구비하는 연료공급부;
    상기 연료노즐이 인입되어 형성된 공기홀을 복수 개 구비하는 공기분사부;
    상기 연료유로에 투입되는 연료를 제어하는 연료제어부; 및
    상기 하우징 내부에 투입되는 공기를 제어하는 공기제어부;
    를 포함하고,
    상기 연료유로와 결합되어 상기 하우징에 형성된 상기 공기분사부 끝단의 중심축에 형성되는 메인연료노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 저 질소산화물 연소기.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 연료노즐의 외경(DOF)대 상기 공기홀의 내경(DIA)비인 DOF/DIA는 0.99 내지 0.01인 것을 특징으로 하는 저 질소산화물 연소기.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 연료노즐의 외경(DOF)은 동일한 것을 특징으로 하는 저 질소산화물 연소기.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 연료노즐의 외경(DOF) 대 상기 메인연료노즐의 외경(DOMF)비인 DOF/DOMF는 1 내지 0.01인 것을 특징으로 하는 저 질소산화물 연소기.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 메인연료노즐의 선단(LMF)은 상기 공기분사부 끝단을 기준으로 상기 메인연료노즐의 외경(DOMF)의 0.1 내지 20배 길이에 위치하는 것을 특징으로 하는 저 질소산화물 연소기.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 연료노즐의 선단(LF)은 상기 공기분사부 끝단을 기준으로 상기 연료노즐의 외경(DOF)의 0.1 내지 20배 길이에 위치하는 것을 특징으로 하는 저 질소산화물 연소기.
  16. 청구항 10에 있어서,
    상기 연료노즐의 노즐팁에 형성된 연료분사구는 하나 또는 2 이상이 형성되는 것을 특징으로 하는 저 질소산화물 연소기.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 연료분사구는 동축방향, 접선방향, 경사방향, 시계방향, 반시계방향 중 어느 하나의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 저 질소산화물 연소기.
  18. 청구항 10에 있어서,
    상기 연료노즐 및/또는 상기 메인연료노즐 주위에는 선회블록이 형성된 공기홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 저 질소산화물 연소기.
  19. 청구항 10에 있어서,
    상기 공기홀이 형성하는 외통 중심부에 상기 메인연료노즐이 형성되고, 상기 메인연료노즐 후단에 형성되는 메인연료분출구, 상기 메인연료분출구의 소정부는 교축부가 형성되는 것을 특징으로 하는 저 질소산화물 연소기.
  20. 하우징;
    상기 하우징 내부에 설치되며, 일측 끝단에 연료노즐이 결합된 연료유로를 복수 개 구비하는 연료공급부;
    상기 연료노즐이 인입되어 통과하는 공기홀을 복수 개 구비하는 공기분사부;
    상기 연료유로에 투입되는 연료를 제어하는 연료제어부;
    상기 하우징 내부에 투입되는 공기를 제어하는 공기제어부; 및
    상기 공기분사부는 상기 공기홀이 환형 형태로 연소실 방향으로 형성된 다공판;을 포함하고
    상기 공기홀 중 하나의 내측둘레 크기와 상기 공기홀 중 다른 하나의 내측둘레 크기가 서로 상이한 것을 특징으로 하는 저 질소산화물 연소기.
  21. 청구항 20에 있어서,
    연소 후 배기가스를 상기 연소실로 재순환하기 위한 배기가스재순환부가 추가로 형성된 것을 특징으로 하는 저 질소산화물 연소기.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 배기가스재순환부는 상기 연소실 후단의 열교환부를 통과한 상기 배기가스 중 일부를 연소실로 주입하는 것을 특징으로 하는 저 질소산화물 연소기.
  23. 청구항 21에 있어서,
    상기 배기가스는 상기 공기분사부, 상기 연료제어부 및 연소실 중 어느 하나 또는 2 이상을 통해 투입되는 것을 특징으로 하는 저 질소산화물 연소기.
  24. 청구항 23에 있어서,
    내부에 인입된 상기 공기홀을 포함하며 연소실로 상기 배기가스를 투입하는 배기가스포트가 추가로 형성된 것을 특징으로 하는 저 질소산화물 연소기.
  25. 청구항 24에 있어서,
    상기 배기가스포트는 상기 다공판면보다 돌출되어 형성된 것을 특징으로 하는 저 질소산화물 연소기.
  26. 청구항 25에 있어서,
    상기 배기가스포트는 다공판 외각방향이 중심부에 비하여 돌출된 것을 특징으로 하는 저 질소산화물 연소
  27. 청구항 21에 있어서,
    재순환되는 배기가스는 80 내지 250℃인 것을 특징으로 하는 저 질소산화물 연소기.
  28. 청구항 23에 있어서,
    상기 연소실 내면 둘레방향으로 균등하게 이격되어 배기가스홀 및/또는 배기가스슬릿이 형성되는 것을 특징으로 하는 저 질소산화물 연소기.
  29. 청구항 28에 있어서,
    상기 공기분사부, 상기 연료제어부 및 연소실로 투입되는 상기 배기가스의 유량비는 1: 0.01 내지 0.1:0.1 내지 0.5 인 것을 특징으로 하는 저 질소산화물 연소기.
  30. 열매체 순환라인과 열매체를 가열하는 저 질소산화물 연소기를 포함한 열매체 보일러에 있어서,
    하우징;
    상기 하우징 내부에 설치되며, 일측 끝단에 연료노즐이 결합된 연료유로를 복수 개 구비하는 연료공급부;
    상기 연료노즐이 인입되어 통과하는 공기홀을 복수 개 구비하는 공기분사부;
    상기 연료유로에 투입되는 연료를 제어하는 연료제어부;
    상기 하우징 내부에 투입되는 공기를 제어하는 공기제어부;
    상기 공기홀 중 하나의 내측둘레 크기와 상기 공기홀 중 다른 하나의 내측둘레 크기가 서로 상이한 것을 특징으로 하는 저 질소산화물 연소기; 및
    보일러 입구부의 열매체 온도를 측정하는 제1온도센서;
    보일러 출구부의 열매체 온도를 측정하는 제2온도센서;
    상기 제1온도센서 및 제2온도센서의 온도값을 비교하여 저 질소산화물 연소기의 운전을 제어하는 연소제어부;를 포함한 것을 특징으로 하는 열매체 보일러.
  31. 청구항 30에 있어서,
    상기 연소제어부는 보일러 출구부의 열매체 온도가 고온기준점이상일 때,
    보일러 입구부의 열매체 온도가 고온기준점 이상이면 상기 저 질소산화물 연소기의 운전을 정지하고,
    보일러 입구부의 열매체 온도가 고온기준점 미만이면 상기 저 질소산화물 연소기에 공기 및/또는 배기가스만을 주입하는 것을 특징으로 하는 열매체 보일러.
  32. 청구항 30에 있어서,
    상기 연소제어부는 보일러 출구부의 열매체 온도가 고온기준점과 저온 기준점사이일 때,
    보일러 입구부의 열매체 온도가 저온기준점 이상이면 상기 저 질소산화물 연소기를 과잉공기비 1.0이하로 운전하고,
    보일러 입구부의 열매체 온도가 저온기준점 미만이면 상기 저 질소산화물연소기를 과잉공기비 1.0초과로 운전하는 것을 특징으로 하는 열매체 보일러.
  33. 청구항 30에 있어서,
    상기 연소제어부는 보일러 출구부의 열매체 온도가 저온 기준점이하일 때,
    보일러 입구부의 열매체 온도가 고온기준점 이상이면 상기 저 질소산화물 연소기를 과잉공기비 1.0이하로 운전하고,
    보일러 입구부의 열매체 온도가 고온기준점 미만이면 상기 저 질소산화물연소기를 과잉공기비 1.0초과로 운전하는 것을 특징으로 하는 열매체 보일러.
  34. 청구항 30에 있어서,
    상기 연료노즐은, 공기유로가 형성되도록 상기 공기홀의 내측둘레와 일정 거리만큼 이격된 채로 상기 공기홀을 관통하는 것을 특징으로 하는 열매체 보일러.
  35. 청구항 30에 있어서,
    내측둘레의 크기가 서로 상이한 두 개 이상의 상기 공기홀은, 교번적으로 배열되는 것을 특징으로 하는 열매체 보일러.
  36. 청구항 30에 있어서,
    서로 상이한 내측둘레 직경을 갖는 복수 개의 원형, 타원형, 다각형 중 어느하나 이상의 형태를 갖는 공기홀이 하나 이상의 동심원 상에 그 둘레를 따라 연속적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 열매체 보일러.
  37. 청구항 30에 있어서,
    상기 하우징의 내부면과 상기 공기분사부의 외곽부위 사이의 틈으로써, 연소완료공기가 분사되는 연소완료공기분사구를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 열매체 보일러.
  38. 청구항 31에 있어서,
    상기 저 질소산화물 연소기의 연소용 공기 공급로를 통해 연소용 공기를 공급하는 압입송풍기와 공기 취입구에서 공기를 상기 압입 송풍기로 도입하는 연소용 공기 통로와 상기 열매체 보일러로부터의 배기가스를 상기 연소용 공기 통로로 도입하는 배가스 순환 통로와 상기 배기가스 순환 통로에 개설한 배가스 순환 댐퍼와 상기 연소용 공기 공급로에 개설한 연소용 공기 댐퍼를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 열매체 보일러.
  39. 청구항 38에 있어서,
    상기 저 질소산화물 연소기의 고부하 연소 시에는 상기 배기가스 순환 댐퍼를 폐쇄하고 상기 저 질소산화물 연소기의 저부하 연소 시에는 상기 배가스 순환 댐퍼를 소정의 설정 개도에 유지해 작동시키고 고연소 운전 시와 저연소 운전 시에 있어서의 상기 연소장치의 버너로부터의 연소용 공기의 분출 속도의 변동차를 감소시킴으로써, 저연소 운전 시에 양호한 연소 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 열매체 보일러.
  40. 열매체 순환라인과 열매체를 가열하는 저 질소산화물 연소기를 포함한 열매체 보일러에 있어서,
    하우징;
    상기 하우징 내부에 설치되며, 일측 끝단에 연료노즐이 결합된 연료유로를 복수 개 구비하는 연료공급부;
    상기 연료노즐이 인입되어 통과하는 공기홀을 복수 개 구비하는 공기분사부;
    상기 연료유로에 투입되는 연료를 제어하는 연료제어부;
    상기 하우징 내부에 투입되는 공기를 제어하는 공기제어부;
    상기 공기분사부는 상기 공기홀이 환형 형태로 연소실 방향으로 형성된 다공판;
    상기 연료노즐이 결합된 연료유로 중 1개는 상기 다공판의 중심부에 형성된 메인연료노즐을 포함하며,
    상기 공기홀 중 하나의 내측둘레 크기와 상기 공기홀 중 다른 하나의 내측둘레 크기가 서로 상이한 저 질소산화물 연소기;
    상기 연소실의 일측에 형성된 재연소용 연료 노즐;
    상기 연소실의 후단에는 미연소분 및/또는 CO를 완전연소하기 위한 완전 연소 유도 모듈을 포함함 것을 특징으로 하는 열매체 보일러.
  41. 청구항 40에 있어서,
    상기 연소실 길이(LB) 대 형성된 화염길이(LF)의 비(LF / LB)가 0.1 내지 0.3 이하인 경우, 상기 화염의 단부에 메인연료노즐(LMF)을 위치하고 전체 연료의 5 내지 20 wt%를 분사하는 것을 특징으로 하는 열매체 보일러.
  42. 청구항 40에 있어서,
    상기 연소실 길이(LB) 대 형성된 화염길이(LF)의 비(LF / LB)가 0.1 내지 0.3 초과인 경우, 상기 화염의 단부에 교축부가 형성된 메인연료노즐(LMF)을 위치하고 전체 연료의 5 내지 20 wt%를 분사하는 것을 특징으로 하는 열매체 보일러.
  43. 청구항 41에 있어서,
    상기 연소실 길이(LB) 대 형성된 화염길이(LF)의 비(LF / LB)가 0.1 내지 0.3 이하인 경우, 재연소용 제1연료 노즐로 전체 연료의 5 내지 20wt%를 분사하는 것을 특징으로 하는 열매체 보일러.
  44. 청구항 42에 있어서,
    상기 연소실 길이(LB) 대 형성된 화염길이(LF)의 비(LF / LB)가 0.1 내지 0.3 초과인 경우, 재연소용 제2연료 노즐로 전체 연료의 5 내지 20wt%를 분사하는 것을 특징으로 하는 열매체 보일러.
  45. 청구항 44에 있어서,
    상기 연소실의 길이(LB) 대 형성된 화염길이(LF)의 비(LF / LB)가 0.1 내지 0.3 초과인 경우, 상기 재연소용 제2연료 노즐 중 일부에 공기를 분사하는 것을 특징으로 하는 열매체 보일러.
  46. 청구항 40에 있어서,
    상기 연소 유도 모듈은 메쉬구조인 것을 특징으로 하는 열매체 보일러.
  47. 청구항 46에 있어서,
    상기 연소 유도 모듈은 연소실의 배기가스 통과방향과 직교하는 형태로 형성되며, 상기 메쉬구조 내부에 유동가능한 형상의 피가열체 및 상기 피가열체를 가열하기 위한 가열수단이 포함된 것을 특징으로 하는 열매체 보일러.
  48. 청구항 47에 있어서,
    상기 피가열체는 구형, 다각형, 무정형, 선형 중 어느 하나 이상의 형상인 것을 특징으로 하는 열매체 보일러.
  49. 청구항 48에 있어서,
    상기 피가열체는 열전도성 물질인 것을 특징으로 하는 열매체 보일러.
  50. 청구항 46에 있어서,
    상기 연소 유도 모듈은 연소실의 배가가스 통과방향과 직교하는 형태로 세라믹 또는 세라믹으로 코팅된 복수의 로프가 교차하는 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 열매체 보일러.
  51. 청구항 50에 있어서,
    상기 로프는 내열도가 1200 내지 1600℃, 비중이 0.2 내지 0.5, 직경은 6 내지 20mm 인 것을 특징으로 하는 열매체 보일러.
  52. 청구항 46에 있어서,
    상기 피가열체는 강유전체인 것을 특징으로 하는 열매체 보일러. 바륨티타네이트인 것을 특징으로 하는 열매체 보일러.
  53. 청구항 47에 있어서,
    상기 가열수단은 고주파 발생기인 것을 특징으로 하는 열매체 보일러.
  54. 청구항 40에 있어서,
    상기 배기가스 및/또는 열매체 통로 내에는 전열을 위한 나선형 또는 요철형의 전열체를 추가로 형성한 것을 특징으로 하는 열매체 보일러.
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