KR101105031B1

KR101105031B1 - Burner for burning dual fuel

Info

Publication number: KR101105031B1
Application number: KR1020090106499A
Authority: KR
Inventors: 조길원; 조한창; 홍정구; 이영운
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원; 주식회사 포스코
Priority date: 2009-11-05
Filing date: 2009-11-05
Publication date: 2012-01-16
Also published as: KR20110049479A

Abstract

본 발명은 두 가지 가스연료의 연소가 동시 또는 순차적으로 이루어질 수 있도록 하는 이종연료 연소용 버너에 관한 것이다. The present invention relates to a burner for heterogeneous fuel combustion that allows the combustion of two gaseous fuels simultaneously or sequentially.

본 발명의 일 실시예에 따른 이종연료 연소용 버너는 일 측으로 연소를 위한 공기의 공급이 가능하고, 다른 일 측으로 연소를 위해 공급된 공기의 배출이 가능하도록 구성되며, 내부에 분할벽이 구비되어 제1 공기유로와 제2 공기유로가 독립적으로 형성되는 버너 본체와; 상기 버너 본체의 어느 일 측으로 관통되어 제1 연료노즐이 공기가 배출되는 방향을 향해 제1 공기유로의 내부에 배치되도록 장착되는 제1 연료 공급관; 상기 제1 연료 공급관의 어느 일 측으로 관통되어 제2 연료노즐이 공기가 배출되는 방향을 향해 제1 연료 공급관의 내부에 배치되도록 장착되는 제2 연료 공급관;을 포함하여 구성될 수도 있다. Heterogeneous fuel combustion burner according to an embodiment of the present invention is capable of supplying air for combustion to one side, the discharge of the air supplied for combustion to the other side, the partition wall is provided therein A burner body in which the first air passage and the second air passage are independently formed; A first fuel supply pipe penetrating to any one side of the burner main body and mounted so as to be disposed inside the first air passage toward a direction in which air is discharged; And a second fuel supply pipe penetrating to any one side of the first fuel supply pipe and mounted so as to be disposed inside the first fuel supply pipe in a direction in which air is discharged.

상기와 같은 구성에 의해 본 발명은 이종연료의 연소가 독립적으로 또는 혼용 가능하도록 하여 연료수급의 자유도를 향상시킬 수 있고, 이종연료가 일정 비율로 동시 공급되어 연소가 이루어지거나 순차적으로 공급되어 연소가 이루어질 수 있으며, 기준연료의 부족분에 대한 대체연료의 사용이 가능하다. By the above configuration, the present invention can improve the degree of freedom of fuel supply by allowing the combustion of heterogeneous fuels to be independently or mixed, and the heterogeneous fuels are simultaneously supplied at a constant rate so that combustion is made or sequentially supplied so that combustion is achieved. It is possible to use alternative fuels for shortages of reference fuel.

이종연료, 연소, 버너, 날개, 연료노즐 Different Fuel, Combustion, Burner, Wings, Fuel Nozzle

Description

이종연료 연소용 버너{BURNER FOR BURNING DUAL FUEL}BURNER FOR BURNING DUAL FUEL}

일반적으로, 연소설비에는 특정연료가 선정되어 사용된다. 이 경우, 연료 수급조건상의 문제 내지는 기타 여건에 의하여 연료가 부족하거나 또는 연료가 부족하게 되는 경우 설비의 생산량 감소 내지는 가동정지가 유발되어 큰 손실요인으로 작용하게 된다. In general, specific fuels are selected and used in the combustion plant. In this case, if the fuel is insufficient or fuel shortage due to fuel supply conditions or other conditions, the production output of the equipment is reduced or the operation is stopped, which causes a large loss factor.

종래에는 이와 같은 연료의 수급문제를 대비하여 보조연료의 사용을 계획하는 경우가 많았다. 예를 들어 자체 공정의 부생가스를 연료로 사용하면서 타 연료로 연료수급을 조절하는 경우, 또는 제품의 품질조건을 맞추기 위하여 연료를 바꾸어 운전하는 경우 등이 알려져 있다. 이 경우, 동일 설비에 두 종류 이상의 연료가 교대로 절환되어 사용되는데, 사용하는 연료노즐이 다양한 연료에 부합되도록 하는 것이 중요하다. 따라서, 연료를 변경하거나 운전시 연료의 일부 부족이 발생하였을 때 보다 효과적으로 대처할 수 있는 기술의 개발이 요구되어 왔다. In the past, the use of auxiliary fuels was often planned in preparation for such supply and demand problems. For example, when the by-product gas of the in-house process is used as the fuel and the fuel supply and demand is adjusted with other fuels, or when the fuel is changed in order to meet the quality conditions of the product. In this case, two or more types of fuels are alternately used in the same facility, and it is important to make sure that the fuel nozzles used correspond to various fuels. Accordingly, there has been a demand for the development of a technology that can more effectively cope with the change of fuel or when some shortage of fuel occurs during operation.

도 1에 도시된 것과 같이, 연료노즐을 이종의 연료에 적합하도록 하기 위한 종래의 구성이 알려져 있다. 이종연료의 연소를 위한 버너(1)의 구조를 개략적으로 살펴보면, 공기 2단연소식 버너의 구조로 버너타일이 구비된 버너본체(10)는 공기 유입구와 배출구가 분할벽(10a)에 의해 제1 및 제2 공기유로(11,12)가 형성된다. 그리고, 공기 유입구 측에는 내부 분할벽(10a)의 단부에는 분배기(10b)가 구비되어 제1 및 제2 공기유로(11,12)로 흐르는 공기 유량을 조절 가능하도록 구성된다. 그리고, 화염관찰관(30)과 연료공급관(20)이 버너본체(10)의 축심으로부터 동심원을 갖도록 배치되고, 연료공급관(20)의 단부에는 연료노즐(21)이 구비된다. As shown in Fig. 1, a conventional configuration for making a fuel nozzle suitable for different fuels is known. In the structure of the burner (1) for the combustion of heterogeneous fuel, the burner body 10 is provided with a burner tile in the structure of an air two-stage combustion burner, the air inlet and the outlet are first divided by the partition wall (10a) And second air passages 11 and 12 are formed. In addition, a distributor 10b is provided at an end of the internal dividing wall 10a on the air inlet side, and configured to adjust the air flow rates flowing through the first and second air passages 11 and 12. The flame observation pipe 30 and the fuel supply pipe 20 are arranged to have concentric circles from the shaft center of the burner body 10, and the fuel nozzle 21 is provided at the end of the fuel supply pipe 20.

이 경우, 연료노즐(21)은 도 2에 도시된 것과 같이, 화염관찰관(30)을 중심으로 방사상으로 배치되는 대소구경의 분사구(21a,21b)가 배치되는 구조로 이루어지거나, 또는 각 분사구(21a,21b)의 배출각이 다르게 형성되기도 한다. In this case, as illustrated in FIG. 2, the fuel nozzle 21 has a structure in which injection holes 21a and 21b of large and small diameters disposed radially around the flame observation pipe 30 are arranged, or each injection hole ( The discharge angles of 21a and 21b may be formed differently.

이와 같은 구조의 버너(1)는 절환된 다른 종류의 연료가 하나의 연료노즐(21)을 통해 분사되며, 발열량이 다른 연료의 연소를 위하여 분사속도를 변화시키거나 또는 이와 함께 공기의 공급량을 조절하여 발열량을 조절하도록 구성되고 있다. In the burner 1 having the above structure, different types of fuel are injected through one fuel nozzle 21, and the calorific value changes the injection speed for the combustion of other fuels, or adjusts the air supply amount. It is configured to adjust the calorific value.

종래의 경우, 두 종류의 연료를 교대로 전환하기 위해서는 해당 연소로의 전체 연료를 모두 교체하여야만 하였다. 예를 들어, 연료수급상 연소로 전체 연료소요량의 일부가 부족한 경우에도 안정된 조업을 위해서는 기준연료를 다른 대체연료로 전량 전환하여야만 한다. 즉, 종래의 버너는 이종의 연료를 연소 가능하도록 구성되기는 하지만, 연소노즐이 단일 구성으로 이루어지기 때문에 사용 도중 연료의 교체가 어려울 뿐만 아니라 다른 부족한 분량만큼만 대체연료로 전환하는 것에 어 려움이 있다. In the conventional case, in order to alternate between two types of fuels, all the fuels of the combustion furnace had to be replaced. For example, even in the case of fuel supply shortages, part of the total fuel demand is insufficient, and for the sake of stable operation, the entire fuel must be converted to another alternative fuel. That is, although the conventional burner is configured to burn different fuels, it is difficult not only to replace the fuel during use, but also to switch to the alternative fuel only by the insufficient amount because the combustion nozzle is composed of a single configuration.

연소 공학적으로 동일버너에서 여러 종류 연료를 교대 연소시키는 경우, 가장 큰 문제는 연료 전환시 호환성이 확보되어야 한다는 것이다. 즉, 연료의 조성에 따라 화염전파속도 등 특성이 다름으로 인해 통상 일반적인 버너에서는 연료전환의 자유도가 높지 않은 것이 현실이다. In combustion engineering, when alternating different fuels are burned in the same burner, the biggest problem is that compatibility must be ensured when switching fuels. That is, due to the different characteristics of the flame propagation speed depending on the composition of the fuel, it is a reality that the degree of freedom of fuel conversion is not high in a general burner.

특히, 연소특성이 아주 다른 2종 연료를 교대로 사용해야 하는 경우에는 연료전환시 호환성이 완전히 확보되지 않는 것이 일반적이기 때문에 별도의 화염안정화 기구가 필요하다. 화염의 안정화는 연료별 연소속도와 연관되는데, 특히, 연소속도의 차이가 큰 연료들을 동일버너에서 교대로 연소시키기 위해서는 다종연료용 연료노즐의 사용 내지는 버너의 교체 등이 요구된다. 따라서 연료의 부족이나 수급조건 변화 등에 보다 간편하게 대응할 수 있는 방법이 요구된다. In particular, when two types of fuels having very different combustion characteristics are to be used alternately, a separate flame stabilization mechanism is necessary because the compatibility is not completely secured during fuel conversion. Flame stabilization is related to the combustion speed for each fuel. In particular, in order to alternately burn fuels having a large difference in combustion speed in the same burner, it is necessary to use a fuel nozzle for multiple fuels or to replace a burner. Therefore, there is a need for a method that can more easily cope with a shortage of fuel or a change in supply and demand conditions.

이로 인해, 대체연료가 필요이상으로 사용되어야만 하고, 더욱이 대체연료가 고가의 연료인 경우 경제적인 면에서 큰 손해가 발생하게 되며, 대체연료가 수급상 어려움이 있는 연료인 경우, 수급 자체적인 면에 있어서도 어려움을 격을 수 밖에 없다. As a result, the alternative fuel must be used more than necessary, and if the alternative fuel is an expensive fuel, there is a great economic loss, and if the alternative fuel is a fuel that has difficulty in supply and demand, There is no choice but to suffer.

본 발명은 상기와 같은 종래의 버너에서 발생하는 요구 또는 문제들 중 적어도 어느 하나를 인식하여 이루어진 것이다. The present invention is made by recognizing at least one of the needs or problems occurring in the conventional burner as described above.

본 발명의 일 목적은 이종연료의 연소가 독립적으로 또는 혼용 가능하도록 하여 연료수급의 자유도를 향상시킬 수 있도록 하는 것이다. One object of the present invention is to enable the combustion of heterogeneous fuels to be independently or mixed to improve the degree of freedom of fuel supply.

본 발명의 다른 일 목적은 이종연료가 일정 비율로 동시 공급되어 연소가 이루어지거나 순차적으로 공급되어 연소가 이루어질 수 있도록 하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a heterogeneous fuel is simultaneously supplied in a certain ratio so that combustion is made or sequentially supplied so that combustion can be made.

본 발명의 또 다른 일 목적은 기준연료의 부족분에 해당하는 만큼만 대체연료의 사용이 가능하도록 하는 것이다. Another object of the present invention is to enable the use of alternative fuels as much as the shortage of the standard fuel.

본 발명의 또 다른 일 목적은 연료의 연소를 위한 두 개의 노즐의 구성하여 둘 이상의 연료에 적합한 연소가 가능토록 하여 경제성을 향상시키는 것이다. Yet another object of the present invention is to improve the economical efficiency by allowing two or more fuels to be combusted by configuring two nozzles for the combustion of fuels.

상기 과제들 중 적어도 하나의 과제를 실현하기 위한 일 실시 형태와 관련된 이종연료 연소용 버너는 다음과 같은 특징을 포함할 수 있다. Heterogeneous fuel combustion burner related to an embodiment for realizing at least one of the above problems may include the following features.

본 발명은 기본적으로 두 가지 종류의 연료가 동시 또는 순차적으로 연소될 수 있도록 구성되는 것을 기초로 한다. The present invention is basically based on being configured such that two kinds of fuel can be burned simultaneously or sequentially.

본 발명의 일 실시 형태에 따른 이종연료 연소용 버너는 일 측으로 연소를 위한 공기의 공급이 가능하고, 다른 일 측으로 연소를 위해 공급된 공기의 배출이 가능하도록 구성되며, 내부에 분할벽이 구비되어 제1 공기유로와 제2 공기유로가 독립적으로 형성되는 버너 본체와; 버너 본체의 어느 일 측으로 관통되어 제1 연료노즐이 공기가 배출되는 방향을 향해 제1 공기유로의 내부에 배치되도록 장착되는 제1 연료 공급관; 제1 연료 공급관의 어느 일 측으로 관통되어 제2 연료노즐이 공기가 배출되는 방향을 향해 제1 연료 공급관의 내부에 배치되도록 장착되는 제2 연료 공급관;을 포함하여 구성될 수도 있다. Heterogeneous fuel combustion burner according to an embodiment of the present invention is configured to enable the supply of air for combustion to one side, the discharge of the air supplied for combustion to the other side, the partition wall is provided therein A burner body in which the first air passage and the second air passage are independently formed; A first fuel supply pipe penetrating to any one side of the burner main body and mounted so that the first fuel nozzle is disposed inside the first air flow path in a direction in which air is discharged; And a second fuel supply pipe penetrating to any one side of the first fuel supply pipe and mounted to be disposed inside the first fuel supply pipe in a direction in which air is discharged.

이 경우, 제2 연료노즐은 관의 구조로 내부에 유로가 형성되는 노즐본체와; 노즐본체의 내벽에 장착되어 노즐본체의 중심축을 기준으로 방사상으로 배치되며, 제2 연료가 선회되면서 배출되도록 노즐본체의 중심축과 일정 각도를 갖도록 배치되는 복수의 날개;를 포함하여 구성될 수도 있다. In this case, the second fuel nozzle has a nozzle body in which a flow path is formed inside the pipe structure; It may be configured to include; a plurality of wings mounted on the inner wall of the nozzle body and disposed radially with respect to the central axis of the nozzle body, and arranged to have a predetermined angle with the central axis of the nozzle body so that the second fuel is discharged while turning. .

다른 한편, 제2 연료노즐은 관의 구조로 내부에 유로가 형성되는 노즐본체와; 노즐본체의 중앙부에 배치되는 날개 장착부와; 각 단부가 상기 날개 장착부와 노즐본체의 내벽에 장착되어 방사상으로 배치되며, 분사되는 제2 연료가 선회되면서 배출되도록 노즐본체의 중심축을 기준으로 일정 각도를 갖도록 배치되는 복수의 날개;를 포함하여 구성될 수도 있다. On the other hand, the second fuel nozzle has a nozzle body that has a flow path formed therein in the structure of the pipe; A wing mounting portion disposed at the center portion of the nozzle body; And a plurality of wings each end mounted on the inner wall of the blade mounting portion and the nozzle body and disposed radially, the blades having a predetermined angle with respect to the center axis of the nozzle body so that the injected second fuel is discharged while turning. May be

이 경우, 날개는 노즐본체의 중심축을 기준으로 10도 이상 90도 이하의 각도로 형성될 수도 있다. In this case, the blade may be formed at an angle of 10 degrees or more and 90 degrees or less with respect to the central axis of the nozzle body.

한편, 노즐본체의 일 단부에는 결합부가 구비되어 제2 연료 공급관에 탈부착 가능하도록 구성될 수도 있다. On the other hand, one end of the nozzle body is provided with a coupling portion may be configured to be detachable to the second fuel supply pipe.

다른 한편, 제1 연료는 코크스가스가 이용될 수도 있고, 제2 연료는 LNG 가스가 이용될 수도 있다. On the other hand, coke gas may be used for the first fuel, and LNG gas may be used for the second fuel.

이상에서와 같이 본 발명에 따르면, 이종연료의 연소가 독립적으로 또는 혼용 가능하도록 하여 연료수급의 자유도를 향상시킬 수 있다. As described above, according to the present invention, it is possible to improve the degree of freedom of fuel supply and supply by allowing the combustion of different fuels to be independent or mixed.

또한, 본 발명에 따르면, 이종연료가 일정 비율로 동시 공급되어 연소가 이루어지거나 순차적으로 공급되어 연소가 이루어질 수 있도록 하여 조업 능률을 최대한 향상시킬 수 있으며, 연료수급의 곤란성을 최소화 할 수 있다. In addition, according to the present invention, the heterogeneous fuel may be simultaneously supplied at a predetermined rate so that combustion may be performed or may be sequentially supplied to allow combustion to be performed to maximize operation efficiency and minimize the difficulty of supplying fuel.

그리고 또한, 본 발명에 따르면, 기준연료의 부족분에 해당하는 만큼만 대체연료의 사용이 가능하게 되며, 이로 인해 연료의 절감 또는 경제성을 향상시킬 수 있다. In addition, according to the present invention, it is possible to use the alternative fuel only as much as the shortage of the standard fuel, thereby improving fuel economy or economics.

그리고 또한, 본 발명에 따르면, 연료의 연소를 위한 두 개의 노즐의 구성하여 둘 이상의 연료에 적합한 연소가 가능하게 되므로, 경제성을 향상시킬 수 있다. In addition, according to the present invention, since two nozzles for the combustion of the fuel can be configured to enable combustion suitable for two or more fuels, economic efficiency can be improved.

상기와 같은 본 발명의 특징들에 대한 이해를 돕기 위하여, 이하 본 발명의 실시예와 관련된 이종연료 연소용 버너에 대하여 보다 상세하게 설명하도록 하겠다. In order to help the understanding of the features of the present invention as described above, it will be described in more detail with respect to the hetero-fuel burner associated with the embodiment of the present invention.

이하, 설명되는 실시예들은 본 발명의 기술적인 특징을 이해시키기에 가장 적합한 실시예들을 기초로 하여 설명될 것이며, 설명되는 실시예들에 의해 본 발명의 기술적인 특징이 제한되는 것이 아니라, 이하, 설명되는 실시예들과 같이 본 발명이 구현될 수 있다는 것을 예시하는 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments will be described based on embodiments best suited for understanding the technical characteristics of the present invention, and the technical features of the present invention are not limited by the illustrated embodiments, It is to be understood that the present invention may be implemented as illustrated embodiments.

따라서, 본 발명은 아래 설명된 실시예들을 통해 본 발명의 기술 범위 내에 서 다양한 변형 실시가 가능하며, 이러한 변형 실시예는 본 발명의 기술 범위 내에 속한다 할 것이다. 그리고, 이하, 설명되는 실시예의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 기재된 부호에 있어서, 각 실시예에서 동일한 작용을 하게 되는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다. Accordingly, the present invention may be modified in various ways within the technical scope of the present invention through the embodiments described below, and such modified embodiments fall within the technical scope of the present invention. In order to facilitate understanding of the embodiments to be described below, in the reference numerals shown in the accompanying drawings, among the constituent elements which perform the same function in each embodiment, the related constituent elements are indicated by the same or an extension line number.

본 발명과 관련된 실시예들은 기본적으로 두 가지 종류의 연료가 동시 또는 순차적으로 연소될 수 있도록 구성되는 것을 기초로 한다. 여기서, 상기 연료는 가스연료로 형성될 수 있다.Embodiments related to the present invention are basically based on being configured such that two types of fuel can be burned simultaneously or sequentially. Here, the fuel may be formed of a gas fuel.

도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이종연료 연소용 버너를 설명하면 다음과 같다. Referring to Figure 3 describes a burner for different fuel combustion according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 이종연료 연소용 버너(100)는 내부에 버너타일(110c)이 장착되는 버너 본체(110)가 구비된다. 상기 버너 본체(110)는 어느 일 측으로 연소를 위한 공기의 유입(공급)이 가능하고, 다른 일 측으로는 연소를 위해 공급된 공기가 연료가스와 혼합되어 배출 가능하도록 구성된다. The heterogeneous fuel combustion burner 100 according to the embodiment of the present invention includes a burner body 110 in which a burner tile 110c is mounted. The burner body 110 is configured to allow the inflow (supply) of air for combustion to one side and to allow the air supplied for combustion to be mixed with the fuel gas and discharged to one side.

상기 버너 본체(110)의 내부는 상기 공기가 유입되는 측으로부터 연료가스와 혼합된 공기가 배출되는 측으로 분할벽(110a)이 형성되어 내측으로 제1 공기유로(111)가 형성되고, 상기 제1 공기유로(111)의 외부 둘레를 따라 제2 공기유로(112)가 형성되도록 구성된다. 이 경우, 상기 제1 공기유로(111)와 제2 공기유로(112)는 독립적으로 형성되며, 상기 공기가 유입되는 측의 분할벽(110a) 단부에는 분배기(110b)가 구비되어 제1 및 제2 공기유로(111,112)로 유입되는 공기의 양을 조절 가능하도록 구성될 수 있다. Inside the burner body 110, a partition wall 110a is formed from a side into which air is introduced to discharge air mixed with fuel gas so that a first air passage 111 is formed inward, and the first air passage 111 is formed inward. The second air passage 112 is formed along the outer circumference of the air passage 111. In this case, the first air passage 111 and the second air passage 112 are formed independently, and the distributor 110b is provided at an end of the dividing wall 110a on the side into which the air is introduced, so that the first and the second air passages 111 and 1 are formed. 2 may be configured to adjust the amount of air flowing into the air flow path (111,112).

한편, 제1 연료 공급관(120)은 상기 버너 본체(110)의 어느 일 측으로부터 관통되어 단부가 상기 제1 공기유로(111)의 내부에 배치되도록 장착될 수 있다. 그리고, 상기 제1 연료 공급관(120)의 내부에 제2 연료 공급관(130)이 배치되도록 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 제2 연료 공급관(130)은 상기 버너 본체(110)의 어느 일 측으로부터 관통되어 단부가 상기 제1 연료 공급관(120)의 내부에 배치되도록 장착될 수 있다. Meanwhile, the first fuel supply pipe 120 may be mounted to penetrate from one side of the burner body 110 so that an end portion thereof is disposed inside the first air passage 111. In addition, the second fuel supply pipe 130 may be disposed in the first fuel supply pipe 120. In this case, the second fuel supply pipe 130 may be mounted to penetrate from one side of the burner body 110 so that an end thereof is disposed inside the first fuel supply pipe 120.

상기 제1 연료 공급관(120)을 통해서는 기준연료(주된연료)가 공급되고, 제2 연료 공급관(13)을 통해서는 대체연료(보조연료)가 공급되도록 구성할 수 있다. The reference fuel (main fuel) is supplied through the first fuel supply pipe 120, and alternative fuel (auxiliary fuel) is supplied through the second fuel supply pipe 13.

상기 제1 연료 공급관(120)은 그 단부가 제1 공기유로(111)의 내측에 위치하도록 배치되어 기준연료(주된연료)가 공기와 원활한 혼합이 이루어지도록 구성할 수도 있다. 그리고, 상기 제2 연료 공급관(130)은 그 단부가 제1 연료 공급관(120)의 내측 또는 제1 연료 공급관(120)의 단부와 동일한 위치에 배치되어 대체연료(보조연료)가 공기와 원활한 혼합이 이루어지거나 기준연료(주된연료)와 혼합이 이루어지면서 공기와 원활한 혼합이 이루어지도록 구성할 수도 있다. The first fuel supply pipe 120 may be configured such that an end thereof is positioned inside the first air passage 111 so that the reference fuel (main fuel) is smoothly mixed with air. In addition, the second fuel supply pipe 130 has an end portion disposed at the same position as the inside of the first fuel supply pipe 120 or the end of the first fuel supply pipe 120 so that the alternative fuel (auxiliary fuel) is smoothly mixed with air. This may be made or mixed with the reference fuel (main fuel) may be configured to achieve a smooth mixing with the air.

한편, 상기 제1 연료 공급관(120)의 단부에는 제1 공기 유로의 공기와 혼합이 보다 원할하게 이루어질 수 있도록 제1 연료노즐(121)이 더 장착될 수도 있다. 이 경우, 상기 제1 연료노즐(121)은 종래의 알려진 연료노즐과 같이 제2 연료공급관(130)을 중심으로 하여 방사상으로 배치되는 대구경의 분사구와 소구경의 분사구가 혼합되어 배치되는 구조로 이루어질 수도 있고, 또는 배출각이 다르게 형성되는 분사구가 혼용되어 배치되도록 이루어질 수도 있다. Meanwhile, the first fuel nozzle 121 may be further mounted at an end portion of the first fuel supply pipe 120 so that mixing with the air of the first air flow path can be performed more smoothly. In this case, the first fuel nozzle 121 has a structure in which a large diameter injection hole and a small diameter injection hole are disposed in a radial manner with respect to the second fuel supply pipe 130 as in the conventional known fuel nozzle. Alternatively, or alternatively, the injection holes having different discharge angles may be arranged to be mixed.

다른 한편, 상기 제2 연료 공급관(130)의 단부에는 기준연료(주된연료)와 공 기와의 혼합이 원할하게 이루어질 수 있도록 제2 연료노즐(140)이 더 장착될 수도 있다. On the other hand, the second fuel nozzle 140 may be further mounted to the end of the second fuel supply pipe 130 so that mixing of the reference fuel (main fuel) and air can be made smoothly.

도 4에 도시된 것과 같이, 상기 제2 연료노즐(140)은 내부에 유로가 형성되는 관의 구조로 이루어지는 노즐본체(141)가 구비되고, 상기 노즐본체(141)의 내부에는 배출되는 연료가스가 회전될 수 있도록 복수의 날개(143)가 구비될 수 있다. 이 경우, 상기 제2 연료노즐(140)은 노즐본체(141)의 중앙부에 동심축을 이루는 날개 장착부(142)가 더 구비되고, 상기 날개 장착부(142)를 중심으로 하여 방사상으로 복수의 날개(143)가 배치되도록 구성될 수도 있다. As shown in FIG. 4, the second fuel nozzle 140 is provided with a nozzle body 141 having a structure of a pipe in which a flow path is formed, and the fuel gas discharged inside the nozzle body 141. A plurality of wings 143 may be provided to be rotated. In this case, the second fuel nozzle 140 is further provided with a wing mounting portion 142 concentric with the central portion of the nozzle body 141, a plurality of wings 143 radially around the wing mounting portion 142. ) May be configured to be disposed.

이 경우, 상기 날개(143)는 일 단부가 날개 장착부(142)에 결합되고, 다른 일 단부가 상기 노즐본체(141)의 내부면에 결합될 수 있다. 그리고, 각 날개(143)는 상기 날개 장착부(142)의 축을 기준으로 일정 각도(θ)를 갖도록 배치될 수 있다. In this case, one end of the wing 143 may be coupled to the wing mounting portion 142, and the other end may be coupled to an inner surface of the nozzle body 141. Each wing 143 may be disposed to have a predetermined angle θ based on the axis of the wing mount 142.

다른 한편, 상기 제2 연료노즐(140)은 내부에 날개 장착부(142)가 구비되지 않고, 상기 날개(143)는 양 단부가 노즐본체(141)의 맞은편 내부면에 결합되어, 각 날개(143)가 서로 교차되는 방식으로 배치될 수도 있다. 이 경우에도 상기 날개(143)는 노즐본체(141)의 중심축을 기준으로 일정 각도(θ)를 갖도록 배치될 수 있다. On the other hand, the second fuel nozzle 140 is not provided with a wing mounting portion 142 therein, the wings 143, both ends are coupled to the inner surface opposite the nozzle body 141, each wing ( 143 may be arranged in a way that intersects each other. Even in this case, the blade 143 may be disposed to have a predetermined angle θ based on the central axis of the nozzle body 141.

이와 같은 구성에 의해 상기 제2 연료 공급관(130)을 통해 상기 제2 연료노즐(140)로 배출되는 연료가스는 노즐본체(141)의 내부에 구비되는 날개(143)에 의해 노즐본체(141)의 중심축을 기준으로 선회되어 회오리와 같은 형태로 회전이 이 루어지면서 배출될 수 있다. In this configuration, the fuel gas discharged to the second fuel nozzle 140 through the second fuel supply pipe 130 is formed by the blade body 141 provided in the nozzle body 141 by the nozzle body 141. It can be displaced around the central axis of and rotated in the form of a whirlwind.

즉, 상기 제2 연료 공급관(130)을 통해 공급되는 연료가스는 상기 제2 연료노즐(140)을 통과하면서 선회되고, 선회되면서 배출되는 제2 연료는 공기 또는 제1 연료와 혼합이 촉진될 수 있게 되므로, 보다 안정적인 연소가 가능하게 된다. 제1 연료와 제2 연료를 동시에 공급하여 연소시킬 때에는 제1 연료와 제2 연료의 혼합이 촉진된 상태에서 연소가 이루어지기 때문에 연소성이 보다 증진될 수 있기 때문에 기준연료(주된연료)의 부족분에 대한 보충효과를 대체연료(보조연료)를 통해 충분히 이룰 수 있다. That is, the fuel gas supplied through the second fuel supply pipe 130 is pivoted while passing through the second fuel nozzle 140, and the second fuel discharged while being swirled may be promoted to mix with air or the first fuel. As a result, more stable combustion is possible. When the first fuel and the second fuel are supplied and combusted at the same time, since the combustion is performed in a state where the mixing of the first fuel and the second fuel is accelerated, the combustibility can be further improved. The supplementary effect can be achieved through alternative fuels.

상기 실시예를 통해 알 수 있는 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 버너(100)의 구조에 따르면, 기준연료(주된연료)의 일부 부족을 보충하는 경우 또는 기준연료(주된연료)를 전량 전환하는 경우에도 연소 호환성의 문제를 최대한 극복할 수 있게 된다. As can be seen through the above embodiment, according to the structure of the burner 100 according to an embodiment of the present invention, when the partial deficiency of the reference fuel (main fuel) is supplemented or the total amount of the reference fuel (main fuel) Even when switching, the problem of combustion compatibility can be overcome as much as possible.

한편, 상기 날개(143)는 노즐본체(141)의 중심축 또는 날개 장착부(142)의 중심축을 기준으로 약 10도 이상 90도 이하의 각도로 형성될 수 있다. 이 경우, 연료가스의 선회를 위한 날개(143)의 각도는 연료가스의 공급량(속도) 또는 연료가스의 연소 특성 등에 의해 결정될 수 있다. On the other hand, the blade 143 may be formed at an angle of about 10 degrees or more and 90 degrees or less based on the central axis of the nozzle body 141 or the central axis of the blade mounting portion 142. In this case, the angle of the blade 143 for turning the fuel gas may be determined by the supply amount (speed) of the fuel gas or the combustion characteristics of the fuel gas.

다른 한편, 상기 노즐본체(141)는 그 일 단부에 결합부(141a)가 더 구비될 수도 있다. 이 경우, 상기 결합부(141a)는 나사결합이 가능한 구조 또는 플러그 등과 같은 구조로 이루어져 상기 제2 연료 공급관(130)의 단부에 탈부착 가능하게 결합될 수도 있다. On the other hand, the nozzle body 141 may be further provided with a coupling portion (141a) at one end thereof. In this case, the coupling part 141a may be configured to be screw-connected or a plug-like structure to be detachably coupled to an end of the second fuel supply pipe 130.

(실시예) (Example)

본 발명의 일 실시예에 따른 이종연료 연소용 버너를 이용하여 대체연료의 공급량을 변화시키면서 연소실험을 수행하였다. Combustion experiments were carried out while varying the supply amount of alternative fuel using a heterogeneous fuel combustion burner according to an embodiment of the present invention.

NO.NO. 유량(Nm3/h)Flow rate (Nm3 / h) 화염형상
(안정성)Flame shape
(stability) 배가스 농도
(%,ppm)Exhaust gas concentration
(%, ppm) COGCOG LNGLNG 공기(m=1)Air (m = 1) 1One 482482 -- 23202320 화염길이 : 4.7m
화염폭 : 1.4mFlame Length: 4.7m
Flame Width: 1.4m O₂ = 1.87 ~ 2.03%
CO = 6 ~ 7ppm
NOx = 95ppm
NOx(11%O2) = 50ppmO ₂ = 1.87 to 2.03%
CO = 6 to 7 ppm
NOx = 95 ppm
NOx (11% O2) = 50 ppm 22 104104 6060 11401140 화염길이 : 4.2m
화염폭 : 1.2mFlame Length: 4.2m
Flame Width: 1.2m O₂ = 1.55 ~ 1.83%
CO = 0 ~ 1ppm
NOx = 60ppm
NOx(11%O2) = 31ppmO ₂ = 1.55 to 1.83%
CO = 0 to 1 ppm
NOx = 60 ppm
NOx (11% O2) = 31 ppm 33 104104 9090 15401540 화염길이 : 4.4m
화염폭 : 1.3mFlame Length: 4.4m
Flame Width: 1.3m O₂ = 1.53 ~ 1.69%
CO = 2 ~ 3ppm
NOx = 62ppm
NOx(11%O2) = 32ppmO ₂ = 1.53 to 1.69%
CO = 2-3 ppm
NOx = 62 ppm
NOx (11% O2) = 32 ppm 44 104104 120120 18701870 화염길이 : 4.3m
화염폭 : 1.3mFlame Length: 4.3m
Flame Width: 1.3m O₂ = 1.07 ~ 1.39%
CO = 1 ~ 2ppm
NOx = 67ppm
NOx(11%O2) = 31ppmO ₂ = 1.07 to 1.39%
CO = 1-2 ppm
NOx = 67 ppm
NOx (11% O2) = 31 ppm 55 104104 150150 22802280 화염길이 : 4.1m
화염폭 : 1.3mFlame Length: 4.1m
Flame Width: 1.3m O₂ = 1.99 ~ 2.1%
CO = 1 ~ 2ppm
NOx = 67ppm
NOx(11%O2) = 35ppmO ₂ = 1.99 to 2.1%
CO = 1-2 ppm
NOx = 67 ppm
NOx (11% O2) = 35 ppm 66 104104 195195 28402840 화염길이 : 4.2m
화염폭 : 1.3mFlame Length: 4.2m
Flame Width: 1.3m O₂ = 1.83 ~ 2.06%
CO = 2 ~ 3ppm
NOx = 72ppm
NOx(11%O2) = 38ppmO ₂ = 1.83 to 2.06%
CO = 2-3 ppm
NOx = 72 ppm
NOx (11% O2) = 38 ppm

상기 실시예는 제1 연료인 기준연료로 코크스로가스(COG)를 이용하였고, 제2 연료인 대체연료로 천연가스(LNG)를 이용하였으며, 제1 연료로만 100% 연소되는 경우와 제1 연료와 제2 연료가 동시에 공급되는 경우를 대상으로 하였다. 그리고, 버너(100)의 기준용량은 235만kcal/h, 제2 연료노즐(140)의 직경은 40mm, 날개(143)의 각도(θ)는 60도이며, 코크스로가스와 천연가스의 저위 발열량은 각각 4,411과 8,515 kcal/Nm3으로 하였다. In the above embodiment, coke furnace gas (COG) is used as a reference fuel, which is a first fuel, and natural gas (LNG) is used as an alternative fuel, which is a second fuel. And a case where the fuel and the second fuel are supplied at the same time. The reference capacity of the burner 100 is 2.35 million kcal / h, the diameter of the second fuel nozzle 140 is 40 mm, the angle θ of the wing 143 is 60 degrees, and the lower level of coke oven gas and natural gas. The calorific value was 4,411 and 8,515 kcal / Nm3, respectively.

이 경우, 제1 연료의 부족분에 대한 보충이 제2 연료에 의해 충분히 이루어지는 것을 알 수 있다. 연료가 전환될 때, 큰 문제점의 하나로서 화염길이의 신장을 들 수 있는데, 화염이 지나치게 커지면 연소로 내 구조물의 소손 등의 문제를 야기할 수 있다. 그러나, 본 발명과 같이 제2 연료노즐에 의해 배출되는 연료가스가 선회되도록 하는 경우, 천연가스 공급에 따라 화염길이가 충분히 감소하게 되어 화염길이 조절이 가능하고, 일산화탄소 등의 감소를 통해 완전연소가 가능함을 알 수 있었다. In this case, it can be seen that the replenishment of the shortage of the first fuel is sufficiently made by the second fuel. When the fuel is switched, one of the major problems is the expansion of the flame length, but if the flame is too large, it may cause problems such as burnout of the structure in the combustion furnace. However, in the case where the fuel gas discharged by the second fuel nozzle is turned as in the present invention, the flame length is sufficiently reduced according to the supply of natural gas, and thus the flame length can be adjusted, and complete combustion can be achieved through reduction of carbon monoxide. It was possible to find out.

1번 조건과 같이 코크스로가스(COG)를 전소시키는 경우에 비하여 코크스로가스를 소량 연소시키면서 천연가스(LNG) 주입량을 변화시켜 연소시키는 경우에도 화염길가 신장되지 않으면서 완전연소가 가능함을 알 수 있었다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 화염길이의 신장이 발생되지 않음으로 가열로의 내벽이나 스키드 파이프 등과 같은 구조물 또는 피가열물(소재)에 화염이 직접 노출되어 발생하는 손상이 유발되지 않음을 알 수 있다. Compared to the case of burning COG as in condition 1, it can be seen that even if the combustion is carried out by changing the amount of natural gas (LNG) while burning a small amount of coke, it is possible to burn completely without extending the flame path. there was. That is, according to an embodiment of the present invention, since the elongation of the flame length does not occur, the damage caused by the direct exposure of the flame to a structure or a heated object (material), such as an inner wall of the furnace or a skid pipe, is not caused. It can be seen.

상기와 같이 설명된 이종연료 연소용 버너는 상기 설명된 실시예의 구성이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다. The burner for hetero-fuel combustion described above is not limited to the configuration of the above-described embodiment, but the embodiments may be configured by selectively combining all or some of the embodiments so that various modifications may be made. It may be.

도 1은 종래의 이종연료를 연소시키기 위한 버너의 내부구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 1 is a cross-sectional view schematically showing the internal structure of a burner for burning conventional heterogeneous fuel.

도 2는 도 1에 도시된 연료노즐의 구조를 나타내는 측면도이다. FIG. 2 is a side view illustrating a structure of the fuel nozzle illustrated in FIG. 1.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종연료 연소용 버너의 내부구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다. Figure 3 is a cross-sectional view schematically showing the internal structure of the burner for different fuel combustion according to an embodiment of the present invention.

도 4는 도 3에 도시된 제2 연료노즐의 구조를 나타내는 측면도와 정단면도이다. 4 is a side view and a front sectional view showing a structure of the second fuel nozzle shown in FIG. 3.

도 5는 도 4에 도시된 제2 연료노즐이 제2 연료 공급관에 장착된 상태에서 제2 연료가 배출되는 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다. FIG. 5 is a view schematically illustrating a state in which the second fuel is discharged while the second fuel nozzle illustrated in FIG. 4 is mounted on the second fuel supply pipe.

*도면의 주요 부분에 대한 설명** Description of the main parts of the drawings *

100 ... 이종연료 연소용 버너 110 ... 버너 본체100 ... Different fuel burners 110 ... Burner bodies

110a ... 분할벽 110b ... 분배기110a ... Partition Wall 110b ... Splitter

110c ... 버너타일 111 ... 제1 공기유로110c ... burner tile 111 ... first air flow path

112 ... 제2 공기유로 120 ... 제1 연료 공급관112 ... second air flow path 120 ... first fuel supply pipe

121 ... 제1 연료노즐 130 ... 제2 연료 공급관121 ... first fuel nozzle 130 ... second fuel supply pipe

140 ... 제2 연료 노즐 141 ... 노즐본체140 ... Second fuel nozzle 141 ... Nozzle body

141a ... 결합부 142 ... 날개 장착부141a ... couplings 142 ... wing mounting

143 ... 날개143 ... wings

Claims

일 측으로 연소를 위한 공기의 공급이 가능하고, 다른 일 측으로 연소를 위해 공급된 공기의 배출이 가능하도록 구성되며, 내부에 분할벽이 구비되어 제1 공기유로와 제2 공기유로가 독립적으로 형성되는 버너 본체와; It is possible to supply air for combustion to one side, and to discharge the air supplied for combustion to the other side, the partition wall is provided inside the first air passage and the second air passage is formed independently A burner body;

상기 버너 본체의 어느 일 측으로 관통되어 제1 연료노즐이 공기가 배출되는 방향을 향해 제1 공기유로의 내부에 배치되도록 장착되어 제1가스연료를 공급하는 제1 연료 공급관;A first fuel supply pipe penetrating to any one side of the burner main body so as to be disposed inside the first air passage in a direction in which air is discharged and supplying a first gas fuel;

상기 제1 연료 공급관의 어느 일 측으로 관통되어 제2 연료노즐이 공기가 배출되는 방향을 향해 제1 연료 공급관의 내부에 배치되도록 장착되어 제2가스연료를 공급하는 제2 연료 공급관;을 포함하여 구성되되,A second fuel supply pipe penetrating to any one side of the first fuel supply pipe so as to be disposed inside the first fuel supply pipe in a direction in which air is discharged to supply a second gas fuel; But

상기 제2 연료노즐은 관의 구조로 내부에 유로가 형성되는 노즐본체와, 상기 노즐본체의 내벽에 장착되어 노즐본체의 중심축을 기준으로 방사상으로 배치되며, 제2 연료가 선회되면서 배출되도록 노즐본체의 중심축과 10도 이상 90도 이하의 각도를 갖도록 배치되는 복수의 날개를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 이종연료 연소용 버너. The second fuel nozzle has a nozzle structure in which a flow path is formed in a pipe structure, and is mounted on an inner wall of the nozzle body and disposed radially with respect to the central axis of the nozzle body, and discharges the nozzle while the second fuel is rotated. Heterogeneous fuel combustion burner, characterized in that it comprises a plurality of wings arranged to have an angle of 10 degrees or more and 90 degrees or less.

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상기 제2 연료노즐은 관의 구조로 내부에 유로가 형성되는 노즐본체와, 상기 노즐본체의 중앙부에 배치되는 날개 장착부와, 각 단부가 상기 날개 장착부와 노즐본체의 내벽에 장착되어 방사상으로 배치되며, 분사되는 제2 연료가 선회되면서 배출되도록 노즐본체의 중심축을 기준으로 10도 이상 90도 이하의 각도를 갖도록 배치되는 복수의 날개를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 이종연료 연소용 버너. The second fuel nozzle has a pipe structure, a nozzle body having a flow path formed therein, a wing mounting portion disposed at the center of the nozzle body, and each end is radially disposed by being mounted on the inner wall of the wing mounting portion and the nozzle body. And a plurality of wings arranged to have an angle of 10 degrees or more and 90 degrees or less with respect to the central axis of the nozzle body so that the second fuel to be injected is rotated and discharged.

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제 1 항 또는 제3항에 있어서, 상기 노즐본체의 일 단부에는 결합부가 구비되어 상기 제2 연료 공급관에 탈부착 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 이종연료 연소용 버너. The burner for hetero fuel combustion according to claim 1 or 3, wherein a coupling part is provided at one end of the nozzle body to be detachably attached to the second fuel supply pipe.

제 1 항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1가스연료는 코크스가스이고, 상기 제2가스연료는 LNG 가스인 것을 특징으로 하는 이종연료 연소용 버너. The burner according to claim 1 or 3, wherein the first gas fuel is coke gas and the second gas fuel is LNG gas.