KR100234569B1 - 석탄가스 및 다른연료의 저공해 연소를 위한 버너장치 - Google Patents

석탄가스 및 다른연료의 저공해 연소를 위한 버너장치 Download PDF

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Abstract

연소장치는 대략 동심으로 배열된 여러 작동매체(B, C, E, F)를 공급하기 위한 링형 채널(2, 3, 9, 13), 및 대략 원추형으로 가늘어지는 외측의 공기공급링형 채널 시스템(4)을 포함하며, 다수의 배출노즐(11 ; 14)에 의해 기체 매체(B) 또는 액체매체(C)가 공기공급링형 채널시스템(4)에 흐르는 공기흐름(A)에 미세하게 분포되어 혼합될 수 있고, 배출노즐(11 ; 14) 상부에서 유입측으로 또다른 링형채널(16)이 공기공급링형 채널시스템(4)내로 뻗는다. 또 다른 링형 채널(16)은 낮은 고유연소가를 가진 연소가스, 예컨대 석탄가스를 공급하는데 사용되며 선행기술에 따른 연소장치는 예비 혼합버너로서 가스 및/또는 오일로 작동될 수 있다. 사용되는 모든 연료 및 연소방식에서 주위로 방출되는 NOx의 양이 최소화될 수 있다.

Description

석탄가스 및 다른 연료의 저 공해 연소를 위한 버너장치
본 발명은 특히 가스터빈에 사용될 수 있는, 유체 연료 특히 오일, 천연가스 및/또는 석탄가스용 버너에 관한 것이다.
최근에는 특히 가스터빈의 연소장치로 부터의 유해물질의 방출을 줄인다는 견지에서 특히 산화질소(NOx)를 적게 방출하는 연소장치가 개발되었다. 여기서는 상기 버너를 하나의 연료 뿐만 아니라 예컨대 오일, 천연가스 및/또는 석탄가스와 같은 여러 연료로 선별적으로 또는 조합해서 작동시킴으로써 작동시 공급안전성 및 유연성을 증가시키는데 치중한다. 이러한 버너는 예컨대 유럽특허 제 0 276 696호에 개시되어 있다.
가능한 모든 작동조건 및 연료에 대해 버너를 설계할때의 문제점은 작동시 필요한 각각의 연료의 체적이 완전히 다르기 때문에 모든 연료에 대해 동일한 공급시스템 및 동일한 노즐구멍을 사용하는데 어려움이 있다는 것이다. 따라서, 액체 연료 및 기체 연료에 대해 다른 공급시스템을 사용하는 것이 선행기술로 공지되어 있다. 또다른 문제점은 완전히 다른 고유 연소가를 가진 기체 연료 예컨대, 천연가스와 석탄가스가 선별적으로 사용되어야 할때 나타난다. 상기 두 연료의 사용시 완전히 다른 체적비 및 그것의 연소시 상이한 화학적 반응은 공지된 시스템의 수정 또는 확대를 필요로 한다.
Arnheim 에서 90. 4. 26. 강연한(텍스트는 배포되었음) John S. Joyce 의 간행물 "The Development of Integrated Coal-Gasification Combined-Cycle (ICG-GUD) Power Plants" 에는 선별적으로 낮은 연소가를 가진 가스 또는 천연가스의 연소에 적합한 버너가 제 4도에 기재되어 있다. 그러나, 상기 장치에서는 두 연료에 대해 하나의 확산 버너가 다루어지며, 이것은 천연가스로 작동시 예비혼합 버너에서 보다 높은 NOx 방출값을 야기시킨다.
본 발명의 목적은 확산 불꽃에서 낮은 연소가를 가진 연소가스의 연소에, 그리고 높은 연소가를 가진 연소가스의 연소 및/또는 예비혼합 작동에서 오일의 연소에 적합한 연소장치를 만드는 것이다. 또한, 공지된 장치의 작동 안정성이 유지되어야 하고 부가의 장치 비용이 적어야 한다. 또한, 시스템들은 서로 연소의 질에 나쁜 영향을 주어서는 안되며, 특히 실제 연소구역 앞의 시스템의 선회장소에서 원하지 않는 불꽃이 형성되지 않아야 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 대략 동심으로 배열된, 여러 작동매체를 공급하기 위한 링형 채널, 및 대략 원추형으로 가늘어지는 외측의 공기공급 링형 채널 시스템을 포함하며, 다수의 배출노즐에 의해 기체 매체 또는 액체 매체가 공기 공급 링형 채널 시스템에 흐르는 공기흐름에 미세하게 분포되어 혼합되고, 배출 노즐 상부에서 유입측으로 또다른 링형 채널이 공기공급링형 채널 시스템내로 뻗어있는, 연소장치가 제공된다.
본 발명은 낮은 연소가를 가진 연소가스의 연소시에는 매우 높은 불꽃 온도가 발생하지 않으므로 NOx 의 형성이 실제로 미미하기 때문에 유해물질의 방출을 줄이기 위한 특별한 조치가 필요 없다는 사실을 기초로 한다. 따라서, 공급시스템이 더욱 간단해질 수 있으나, 상기 시스템이 다른 시스템에 불리한 영향을 주어서는 안되며 다른 시스템의 작동시 작동안전성을 감소시켜서는 안된다는 사실에 유의해야 한다. 따라서, 또다른 링형 채널이 다른 연료용 배출노즐의 상부에서 유입측으로 뻗는다는 것이 중요하다. 이렇게 함으로써, 배출노즐에 의해 버너에 다른 류의 연료가 공급될때 점화성 혼합물이 상기 또 다른 링형 채널에 도달하지 않을 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예는 특허청구의 범위 종속항에 제시되어 있다.
바람직하게는 또다른 링형 채널이 작동매체를 공급하기 위한 다른 링형 채널들에 밀착되므로써, 내부에서 공기 공급 링형 채널 시스템내로 뻗는다. 또한, 부가의, 또다른 연료용 공급 시스템이 유출측에 회전 날개부를 가진 공기 공급 링형 채널 시스템과 조합될 수 있으며, 이때 상기 회전날개부 하부 또는 내부에는 액체 매체용 배출노즐이 배치된다. 대체안으로 또는 부가로 다수의 기체 매체용 배출노즐과의 조합이 가능하다. 이 경우 기체 매체용 배출노즐이 회전날개부내에 제공되는 것이 특히 바람직하다. 이것을 위해 회전 날개부가 빈 날개로 형성되며 기체 매체용 공급 시스템에 접속된다. 바람직하게는 국부적으로 우세한 흐름방향에 대해 대략 수직으로 놓인 회전날개에서의 다수의 배출노즐은 기체매체가 공기흐름에 균일하게 혼합되게 한다. 이 경우, 상이한 직경을 가진, 따라서 배출되는 분사선의 도달거리가 상이한 노즐이 부가로 사용될 수 있다.
또다른 링형 채널을 사용하는 주목적은 낮은 연소가를 가진 연소가스(Low Btu gas), 특히 석탄가스를 공급하는 것이다.
공기공급 링형 채널 시스템 및 또다른 링형 채널은 낮은 연소가를 가진 연소가스와 공기를 연소시키기 위한 확산 버너를 형성한다. 실제 연소구역까지 비교적 긴 경로에서 확실한 예비혼합이 이루어지기는 하지만, 예비혼합 버너에서 공지된 정도로 이루어지지는 않는다. 특히, 또다른 링형 채널의 취입구 바로 뒤에서 회전날개부의 영역까지 공기-연소가스 혼합물의 원하지 않는 점화가 일어나지 않는다. 본 발명에 따른 버너의 주 작동방식은 제 2도의 표에 나타나 있으며, 거기에 도시된 주 작동방식의 조합이 가능하다. 본 발명에 따른 버너장치에서 연소불꽃의 안정화를 위해, 여러 변형예가 선행기술로 공지되어 있는 바와같이, 중앙의 안정한 불꽃을 유지시키는 파일럿 버너시스템이 필요하다. 이것에는 공지된 파일럿 버너 시스템이 적합하며, 특히 파일럿 버너가 주 버너와 동일한 연료로 작동될 수 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참고로 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
제1도는 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 대략 회전 대칭인 장치의 종단면도이고,
제2도는 본 발명에 따른 연소장치의 주요 작동가능성을 나타낸 표이다.
제 1도는 본 발명에 따른 연소장치의 종단면도를 개략적으로 나타낸다. 여기에서 중요하지 않은 장치의 세부사항은 유럽특허 제 0 276 696 B1 호 및 제 0 193 838 B1 호를 참고할 수 있다. 본 발명의 장치는 유럽특허 제 0 276 696 B1 호에 따른 선행기술에 비해 링형 채널(16)의 바람직한 수정 및 보충에 의해 그리고 천연가스용 배출 노즐을 회전 날개부로의 이전에 의해 변경된다.
경우에 따라 다수의 동일형태의 장치와 함께, 예컨대 가스터빈 장치의 연소 챔버 내에 사용될 수 있는 연소장치는 내부부분, 즉 파일럿 버너 시스템, 및 그것에 동심으로 놓인 외부부분, 즉 주 버너 시스템으로 이루어진다. 두 시스템은 임의로 조합된 기체연료 및/또는 액체연료로 작동시키는데 적합하다. 파이럿 버너 시스템은 중앙의 오일 공급부(1)(매체 G) 및 이것의 둘레에 동심으로 배치된 내부 가스 공급 채널(2)(매체 F)로 이루어진다. 상기 가스공급채널(2)은 재차 동심으로 배치된 내부 공기 공급 채널(3)(매체 E)에 의해 둘러싸여진다. 상기 채널내에 또는 상기 채널에 적합한 점화 시스템이 배치될 수 있다. 상기 점화 시스템에 대해 많은 실시예가 공지되어 있으나 여기서는 그것에 대한 설명을 생략한다. 중앙의 오일 공급부(1)는 그 단부에 오일노즐(5)을 가지며, 내부 공기공급채널(3)은 그 단부에 회전 날개부(6)를 가진다. 파일럿 버너 시스템(1), (2), (3), (5), (6)은 공지된 방식으로 작동될 수 있다.
주 버너시스템은 파일럿 버너 시스템에 대해 동심으로 배치되고 상기 파일럿 버너시스템 상에 경사지게 놓인 외측의 공기 공급 링형 채널 시스템(4)으로 이루어진다. 상기 공기공급 링형 채널시스템(4)에는 회전 날개부(7)가 설치된다. 회전 날개부(7)는 공기공급 링형 채널시스템(4)(매체 A)의 흐름단면에 배출노즐(11)을 가진 빈 날개로 이루어진다. 상기 공기공급 링형 채널시스템(4)은 공급관(8) 및 링형 채널(9)로부터 매체(B)용 개구(10)를 통해 공기를 공급받는다. 부가로, 버너는 매체(C)용 공급관(12)을 기며, 상기 공급관(12)은 링형 채널(13)로 뻗는다. 상기 링형 채널(13)은 회전 날개부(7)의 영역에 또는 그 하부에 매체(C)용 배출노즐(14)을 가진다. 또한, 매체(C)의 분사선(15)이 도시되어 있다. 본 발명에 따라 버너는 부가로 또다른 석탄가스 공급채널(16)(매체 D용)을 가진다. 상기 석탄가스 공급 채널은 배출노즐(11)을 가진 회전 날개부(7) 상부에 밀착하여 외측의 공기공급 링형 채널 시스템(4)내로 보다, 상세하게는 그것의 내부면에 뻗어있으므로, 상기 공기공급 링형 채널 시스템(4)과 함께 확산버너를 형성한다. 여기서는, 매체(B), 예컨대 천연가스로 작동시 작동 안전성에 영향을 끼칠 수 있는 모서리에서 또는 석탄가스 공급채널(16)내로 상기 매체의 재순환이 불가능하다는 것이 중요하다. 석탄 가스공급채널(16)이 그 취입부 하부의 흐름을 방해하지 않으면 매체(B) 및 (C)의 양호한 연소특성이 변함없이 유지된다. 석탄가스 공급채널(16)이 매체(B)용 배출노즐(11) 또는 매체(C)용 배출노즐(14) 하부로 뻗으려면, 상기 장소에서 횡단면이 확대되고 가장자리 흐름이 방해받게 될것이다. 그러나, 이것들은 둘다 바람직하지 않다. 석탄가스 공급채널(16) 및 회전 날개부(16)로서 빈 날개를 본 발명에 따라 배열하려면, 선행기술에 따른 연소장치의 구조를 약간 수정해야 하므로 약간의 비용이 든다.
제 2도의 표는 매체의 선택 및 그에따른 버너장치의 여러작동에 대한 가능성을 나타낸다. 버너장치가 유해물질 방출에 유리한 특성을 가지려면, 낮은 연소가를 가진 천연가스, 석탄가스 또는 다른 가스 및 오일로 작동될 수 있다. 한 작동방식에서 유해물질의 방출을 더욱 줄이려면, 상기 작동방식에서 연료공급에 필요하지 않은 시스템을 통해 경우에 따라 불활성 물질, 특히 물 또는 증기가 경우에 따라 필요한 첨가물질과 함께 공급될 수 있다. 각각의 공급 시스템을 원하는 매체로 전환하는 것은 선행기술에 속하는 간단한 다중통로 아마추어에 의해 이루어질 수 있다. 모든 연료에 대해 가장 환경이 보호되는 연소가 이루어지면서도 장치비용이 적다. 특히, 모든 작동방식에서 NOx 의 방출이 최소화된다.

Claims (13)

  1. 대략 동심으로 배열된, 여러 작동매체(B,C,E,F)의 공급을 위한 링형 채널(2, 3, 9, 13) 및 대략 원추형으로 가늘어지는 외측 공기공급 링형 채널 시스템(4)을 포함하며, 다수의 배출노즐(11 ; 14)에 의해 기체 매체(B) 또는 액체매체(C)가 공급 공급 링형 채널 시스템(4)에 흐르는 공기흐름(A)에 미세하게 분포되어 혼합되는 연소 장치에 있어서, 배출노즐(11 ; 14) 상부에서 유입측으로 또 다른 링형채널(16)이 공기공급 링형 채널시스템(4)내로 뻗는 것을 특징으로 하는 석탄가스 및 다른 연료의 저공해 연소를 위한 버너장치.
  2. 제1항에 있어서, 또다른 링형 채널(16)이 내부에서 공기공급 링형 채널 시스템(4)내로 뻗는 것을 특징으로 하는 석탄가스 및 다른 연료의 저공해 연소를 위한 버너장치.
  3. 제1항에 있어서, 공기공급 링형 채널시스템(4)은 하류측에 회전날개부(7)를 가지며, 그 영역에 또는 그 하류에 액체매체(C)용 배출노즐(14)이 배치되는 것을 특징으로 하는 석탄가스 및 다른 연료의 저공해 연소를 위한 버너장치.
  4. 제1항에 있어서, 공기공급 채널(4)은 하류측에 회전날개부(7)를 가지며, 상기 회전 날개부(7)는 빈날개로 이루어지고 기체매체(B)를 공기흐름에 혼합하기 위한 다수의 배출노즐(11)을 가지는 것을 특징으로 하는 석탄가스 및 다른 연료의 저공해 연소를 위한 버너장치.
  5. 제1항에 있어서, 또 다른 링형 채널(16)이 낮은 고유 연소가를 가진 연소가스(D)(Low Btu gas), 특히 석탄가스의 공급을 위해 설계되는 것을 특징으로 하는 석탄가스 및 다른 연료의 저공해 연소를 위한 버너장치.
  6. 제1항에 있어서, 공기공급 링형 채널 시스템(4) 및 또다른 링형채널(16)이 낮은 고유 연소가를 가진 연소가스를 연소시키기 위한 확산버너를 형성하는 것을 특징으로 하는 석탄가스 및 다른 연료의 저공해 연소를 위한 버너장치.
  7. 제1항에 있어서, 기체 매체(B)가 천연가스인 것을 특징으로 하는 석탄가스 및 다른 연료의 저공해 연소를 위한 버너장치.
  8. 제1항에 있어서, 기체 매체(B)가 수증기인 것을 특징으로 하는 석탄가스 및 다른 연료의 저공해 연소를 위한 버너장치.
  9. 제1항에 있어서, 액체 매체(C)가 오일인 것을 특징으로 하는 석탄가스 및 다른 연료의 저공해 연소를 위한 버너장치.
  10. 제1항에 있어서, 액체 매체(C)가 물인 것을 특징으로 하는 석탄가스 및 다른 연료의 저공해 연소를 위한 버너장치.
  11. 제1항에 있어서, 배출노즐(11 ; 14) 및 또다른 링형 채널(16)은 기체매체(B) 및/또는 액체매체(C)가 또다른 링형 채널(16) 내지 재순환될 수 없도록 배치되는 것을 특징으로 하는 석탄가스 및 다른 연료의 저공해 연소를 위한 버너장치.
  12. 제3항 또는 4항에 있어서, 또다른 링형채널(16)이 회전날개부(7) 바로 위에 뻗어있어서 회전 날개부 영역에서 점화가 일어날 수 없는 것을 특징으로 하는 석탄가스 및 다른 연료의 저공해 연소를 위한 버너장치.
  13. 제1항에 있어서, 대략 동심으로 배열된, 공기(E), 기체연료(F) 및/또는 액체 연료(G)의 공급을 위한 내부채널(1,2,3)이 전체 연소 장치의 불꽃을 안정화시키는 파일럿 불꽃을 발생시키는데 사용되는 것을 특징으로 하는 석탄가스 및 다른 연료의 저공해 연소를 위한 버너장치.
KR1019930703230A 1991-04-25 1992-04-13 석탄가스 및 다른연료의 저공해 연소를 위한 버너장치 KR100234569B1 (ko)

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