KR101599231B1 - Internally induced flue gas recirculation system having high efficiency reaction performance by inversed injection of gas or air - Google Patents

Abstract

본 발명은 여러 가지 형태의 공업로(industrial furnace)에 적용되는 가스 재순환 시스템(Flue Gas Recirculation system ; 이하, 'FGR 시스템'이라고도 함)에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 연소공기와 동일 또는 유사한 위치에서 후단의 배가스를 순환하여 연소가스 유량을 증대시키는 것으로 연소실 온도를 낮추어 NOx 등의 공해물질을 저감하도록 구성되는 기존의 가스 재순환(FGR) 시스템들은 공해물질 저감에 한계가 있고, 설비설계 및 제작비용이 증가하며, 연소로 벽면 국부과열에 의한 클링커 생성, 보일러관 부식, 로벽 손상문제 등이 여전히 존재하는데 더하여, 배가스에 포함된 산성가스에 의해 FGR 노즐 배관에 부식이 발생하는 등의 여러 가지 문제점들을 해결하여, 배가스 출구에 가까운 연소실 상부에서 하부 방향으로 고속의 가스를 투입함으로써 연소실 내부에 강한 재순환영역을 유도하고, 그것에 의해, 연소실 내 완전 혼합영역을 형성하여 반응성을 극대화시키는 동시에, 균일한 온도분포 형성에 의해 열전달의 균일화 및 CO, NOx 등의 공해물질을 저감할 수 있도록 구성되는 내부유도 유동재순환에 의한 고효율 반응성능을 가지는 역방향 가스 재순환 시스템이 제공된다. The present invention relates to a flue gas recirculation system (hereinafter also referred to as "FGR system") applied to various types of industrial furnaces, and according to the present invention, Conventional gas recirculation (FGR) systems, which are configured to reduce pollutants such as NOx by reducing the temperature of the combustion chamber by increasing the flow rate of the combustion gas by circulating the exhaust gas at the downstream end, In addition, there are still problems such as clinker generation, boiler tube corrosion, and wall damage due to local overheating of the combustion furnace wall. In addition, there are many problems such as corrosion in the FGR nozzle piping due to the acid gas contained in the flue gas By injecting high-speed gas in the downward direction from the top of the combustion chamber close to the outlet of the exhaust gas, Thereby forming a completely mixed region in the combustion chamber to maximize the reactivity and uniformity of heat transfer and reduction of pollutants such as CO and NOx by forming a uniform temperature distribution There is provided a reverse gas recirculation system having high efficiency reaction performance by internal induction flow recirculation.

Description

내부유도 유동재순환에 의한 고효율 반응성능을 가지는 역방향 가스 재순환 시스템{Internally induced flue gas recirculation system having high efficiency reaction performance by inversed injection of gas or air} BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an inverse gas recirculation system having high efficiency reaction performance by internal induction flow recirculation,

본 발명은 공업로(industrial furnace)에 적용되는 가스 재순환 시스템(Flue Gas Recirculation system ; 이하, 'FGR 시스템'이라고도 함)에 관한 것으로, 더 상세하게는, 연소공기와 동일 또는 유사한 위치에서 후단의 배가스를 순환하여 연소가스 유량을 증대시키는 것으로 연소실 온도를 낮추어 NOx 등의 공해물질을 저감하도록 구성되는 기존의 가스 재순환(FGR) 시스템들은, 공해물질 저감에 한계가 있고, 설비설계 및 제작비용이 증가하며, 연소로 벽면 국부과열에 의한 클링커 생성, 보일러관 부식, 로벽 손상문제 등이 여전히 존재하는데 더하여, 배가스에 포함된 산성가스에 의해 FGR 노즐 배관에 부식이 발생하는 등의 여러 가지 문제점들을 해결하기 위한 가스 재순환 시스템에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a flue gas recirculation system (hereinafter also referred to as 'FGR system') applied to an industrial furnace, and more particularly to a flue gas recirculation system (FGR) systems configured to reduce pollutants such as NOx by lowering the combustion chamber temperature by increasing the flow rate of the combustion gas by circulating the exhaust gas, , Generation of clinker due to local overheating of the combustion furnace wall, corrosion of the boiler pipe, damage of the wall wall, and the like. In addition, corrosion of the FGR nozzle piping due to the acid gas contained in the flue gas is solved Gas recirculation system.

또한, 본 발명은, 배가스 출구에 가까운 연소실 상부에서 하부 방향으로 고속의 가스를 투입함으로써 연소실 내부에 강한 재순환영역을 유도하고, 그것에 의해, 연소실 내 완전 혼합영역을 형성하여 반응성을 극대화시키는 동시에, 균일한 온도분포 형성에 의해 열전달의 균일화 및 CO, NOx 등의 공해물질을 저감할 수 있도록 구성되는 내부유도 유동재순환에 의한 고효율 반응성능을 가지는 역방향 가스 재순환 시스템에 관한 것이다.
Further, according to the present invention, a high-speed gas is injected downward from the top of the combustion chamber near the outlet of the exhaust gas to induce a strong recirculation zone in the combustion chamber, thereby forming a completely mixed region in the combustion chamber to maximize reactivity, And more particularly, to a reverse gas recirculation system having high efficiency reaction performance by internal induction flow recirculation which is configured to uniformize heat transfer and reduce pollutants such as CO and NOx by forming a temperature distribution.

종래, 화력 발전소, 폐기물 처리 연소로, 가스화로, 가정용 보일러, 연료전지용 개질기 및 가열기 등 여러 분야에 걸쳐 공업로(industrial furnace)가 널리 사용되고 있으며, 이러한 공업로에 대한 대표적인 예로서는, 예를 들면, 화격자식 연소로, 유동층식 반응로 및 열분해 용융 가스화로 등이 있다.
[0002] Conventionally, industrial furnaces have been widely used in various fields such as thermal power plants, waste treatment combustion furnaces, gasification furnaces, domestic boilers, reformers for fuel cells, and heaters. As typical examples of such industrial furnaces, A submerged furnace, a fluidized-bed reactor, and a pyrolysis melter-gasifier.

여기서, 상기한 화격자식 연소로에 대한 종래기술의 예로서는, 예를 들면, 한국 등록특허공보 제10-1144236호에 제시된 바와 같은 "화격자식 소각장치"가 있다.
Here, as an example of the prior art for the grate child burner, there is a "grate child incinerator" as disclosed in Korean Patent Registration No. 10-1144236.

더 상세하게는, 상기한 등록특허공보 제10-1144236호에 제시된 화격자식 소각장치는, 발열량이 높은 가연성폐기물 고형연료(Refuse - Derived Fuel; RDF) 또는 폐플라스틱 고형연료(Refuse Plastic Fuel; RPF) 등의 폐기물을 소각할 시에 발생하는 고온의 열로부터 화격자를 보호하여 내구성을 향상시키고, 폐기물 연소 시에 발생하는 용융물 및 미연분이 화격자들의 틈새로 낙하하여 미연분이 발생하는 것을 방지할 수 있도록 하기 위해, 가동 화격자와 고정 화격자가 교번하여 계단형태로 배치되며 투입된 폐기물을 가동 화격자의 작동에 의해 배출구 쪽으로 이동시키면서 소각하는 화격자식 소각장치에 있어서, 고정 화격자의 내부에는 유로가 형성되어 냉각수가 유로를 따라 유동하며 고정 화격자를 냉각시키고, 가동 화격자의 내부로 유입된 공기는 가동 화격자를 냉각한 후 예열되어 가동 화격자에 형성된 배기공을 통해 소각장치 내부로 공급되는 것을 특징으로 하는 화격자식 소각장치에 관한 것이다.
More specifically, the grate incinerator disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 10-1144236 includes a refuse-derived fuel (RDF) or a refuse plastic fuel (RPF) having a high calorific value In order to improve the durability by protecting the grate from the high temperature heat generated when incinerating the waste of the waste incinerator and to prevent the inconveniences from occurring due to the melts and unburned components generated in the combustion of waste falling into the gaps of the grate, In a grate incinerator in which a movable grate and a fixed grate are alternately arranged in a stepped manner and the waste material is incinerated while being moved toward the discharge port by the operation of the movable grate, a flow path is formed in the fixed grate, The cooling grate is cooled, and the air introduced into the inside of the movable grate is cooled After the warm-up through the exhaust holes formed in the movable grate relates to a child hwagyeok incinerator, characterized in that to be supplied into the incinerator.

또한, 상기한 유동층식 반응로에 대한 종래기술의 예로서는, 예를 들면, 한국 등록특허공보 제10-2013-0077657호에 제시된 바와 같은 "순환유동층 연소장치 및 그 연소방법"이 있다.
As an example of the conventional technology for the fluidized bed reactor described above, there is a " circulating fluidized bed combustion apparatus and its combustion method "as disclosed in Korean Patent Registration No. 10-2013-0077657.

더 상세하게는, 상기한 등록특허공보 제10-2013-0077657호에 제시된 순환유동층 연소장치 및 그 연소방법은, 대류회수부의 배기가스 일부를 다시 대류회수부(convection path)의 전단으로 순환시킴으로써 대류회수부의 온도를 적절하게 조정할 수 있는 순환유동층 연소장치 및 그 연소방법에 관한 것이다.
More specifically, the circulating fluidized bed combustion apparatus and its combustion method disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-2013-0077657 can circulate a part of the exhaust gas of the convection recovery unit back to the front end of the convection path, To a circulating fluidized bed combustion apparatus capable of appropriately adjusting the temperature of the recovery section and a combustion method thereof.

아울러, 상기한 열분해 용융 가스화로에 대한 종래기술의 예로는, 예를 들면, 한국 등록특허공보 제10-1323636호에 제시된 바와 같은 "가스화 용융로 및 이를 이용한 가연성 물질 처리 방법"이 있다.
Further, as an example of the prior art for the above-described pyrolysis melter-gasifier, there is a "gasification melting furnace and a method for treating a combustible material using the same " as disclosed in Korean Patent Publication No. 10-1323636.

더 상세하게는, 상기한 등록특허공보 제10-1323636호에 가스화 용융로 및 이를 이용한 가연성 물질 처리 방법은, 가연성 물질이 투입되는 가스화부, 가스화부의 하부로 연통되는 퇴적부 및 퇴적부의 측면으로 연통되며 가열수단을 구비한 용융부를 구비하며, 퇴적부에는 가연성 물질이 채워져 용융부에서 생성된 가스가 가연성 물질을 통과하여 가스화부로 투입됨으로써, 안정적이고 신속하게 가연성 물질을 처리하고, 가열수단의 에너지 소모를 적게 하며, 유해물질이 적은 합성가스를 제공할 수 있는 가스화 용융로 및 이를 이용한 가연성 물질 처리 방법에 관한 것이다.
More specifically, in the above-mentioned Gazette No. 10-1323636, a gasification melting furnace and a method of treating a combustible material using the same are provided with a gasification portion into which a combustible material is injected, a deposition portion communicating with a lower portion of the gasification portion, And a combustible material is filled in the depositing portion so that the gas generated in the molten portion passes through the combustible material and is injected into the gasification portion so that the combustible material is stably and quickly treated and the energy consumption of the heating means is reduced And a method for treating a combustible material using the gasification melting furnace.

상기한 바와 같이, 종래 여러 가지 형태의 공업로가 제시된 바 있으나, 이러한 종래의 공업로들은, 연소시 발생하는 배기가스 중에 여러 가지 유해가스가 배출되는 문제가 있으며, 더욱이, 최근에는 환경문제가 사회적인 문제로 대두됨에 따라 공해물질 배출을 저감할 수 있는 기술에 대한 요구가 높아지고 있다.
As described above, various industrial roads have been proposed in the related art. However, such conventional industrial roads have a problem that various noxious gases are exhausted from the exhaust gas generated at the time of combustion. Moreover, recently, As the problem arises, there is a growing demand for technologies that can reduce pollutant emissions.

이를 위해, 종래, 연소공기와 동일 또는 유사한 위치에서 후단의 배가스를 순환하여 연소가스 유량을 증대시키는 것으로 연소실 온도를 낮추어 NOx 등의 공해물질을 저감하도록 구성되는 가스 재순환(FGR) 시스템을 구비한 공업로가 제시된 바 있다.
In order to achieve this, conventionally, an engine having a gas recirculation (FGR) system configured to reduce pollutants such as NOx by lowering the combustion chamber temperature by circulating the exhaust gas at the downstream end in the same or similar position as the combustion air to increase the combustion gas flow rate As shown in Fig.

즉, 상기한 바와 같이 가스 재순환(FGR) 시스템을 구비하여 유해물질의 배출을 저감하기 위한 종래기술의 예로서, 예를 들면, 한국 등록특허공보 제10-0689788호에 제시된 바와 같은 "소각로 배기가스를 재순환하여 산소와 혼합 적용한 폐기물소각방법 및 그 장치"가 있다.
That is, as an example of the prior art for reducing the emission of harmful substances by providing the gas recirculation (FGR) system as described above, for example, a method of reducing the emission of harmful substances, such as that disclosed in Korean Patent Registration No. 10-0689788, Is recycled and mixed with oxygen, and an apparatus therefor ".

더 상세하게는, 상기한 등록특허공보 제10-0689788호에 제시된 소각로 배기가스를 재순환하여 산소와 혼합 적용한 폐기물소각방법 및 그 장치는, 폐기물 소각과정에서 발생하는 배기가스를 재순환하여 산소와 혼합하여 폐기물의 소각 연소공정에 재사용함으로써 배기가스의 배출을 대폭 저감할뿐만 아니라, 배기가스의 여열을 회수하여 발열량을 높임과 동시에 산소부화율을 증가시켜 저공기비 고온연소에 의한 연소온도 증가에 따른 에너지 전환효율을 향상시키는 소각방법 및 그 장치에 관한 것이다.
More specifically, the waste incineration method and apparatus for recycling the incinerator exhaust gas recited in the above-mentioned Japanese Patent Application No. 10-0689788, mixed with oxygen, recycle the exhaust gas generated in the waste incineration process and mix it with oxygen In addition to reducing waste gas emissions significantly by recycling waste incineration burning process, it also increases heat output by recovering exhaust heat of exhaust gas, and increases oxygen hatching rate. Low air ratio Energy conversion efficiency according to increase of combustion temperature by high temperature combustion And an apparatus therefor.

상기한 바와 같이, 종래, FGR 시스템을 통하여 배기가스를 재순환함으로써 유해가스의 배출을 저감하고 에너지 효율을 향상시키는 기술내용이 제시된 바 있으나, 기존의 FGR 시스템은, 기존 연소공기에 일부 배가스를 추가하는 정도의 수준으로는 공해물질 저감에 한계가 있으며, 굴뚝으로 나가는 배가스를 순환시킴에 의해 유량이 증가함으로써 설비 비용이 증가하게 되는데 더하여, 기존의 연소로에서 문제가 되는 연소로 벽면 국부과열에 의한 클링커 생성이나 보일러관 부식, 로벽 손상문제 등의 문제가 완전히 해결되지 못하고, 배가스에 포함된 산성가스에 의해 FGR 노즐 배관에 부식이 발생하는 등의 문제가 있다.
As described above, there has been proposed a technique for reducing the emission of harmful gas by recirculating the exhaust gas through the FGR system and improving the energy efficiency. However, the conventional FGR system has a problem in that a part of exhaust gas is added to the existing combustion air The amount of pollutants to be reduced is limited. By circulating the flue gas to the chimney, the flow rate is increased to increase the facility cost. In addition, the clinker due to local overheating Problems such as generation, boiler tube corrosion and rooftop damage are not completely solved, and corrosion of FGR nozzle piping is caused by acid gas contained in the flue gas.

또한, 상기한 바와 같은 기존의 FGR 기술은, 연소실 내에 공기투입과 유사한 방법으로 배기스를 투입함으로써 NOx 저감에 다소간의 효과가 있으나, 배가스량이 증가하여 연소실 내 가스 체류시간이 짧아지는 단점이 있고, 아울러, 저속 가스 투입의 한계로 난류에 의한 반응효율이 낮다는 문제도 있다.
Further, the conventional FGR technique as described above has a disadvantage in that the exhaust gas is injected into the combustion chamber in a manner similar to the air injection, but has a disadvantage in that the amount of exhaust gas increases and the gas residence time in the combustion chamber becomes short, In addition, there is also a problem that the reaction efficiency due to turbulence is low due to the limitation of low-speed gas input.

따라서 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여는, 기존의 FGR 시스템과 같은 저속 노즐 배열이 아닌 고속 노즐을 적용하여, 배가스 출구 근처인 연소로 또는 보일러 천정에서 수직하향 고속 공기제트를 투입하여 상승하는 연소가스를 끌어들임으로써 하향 순환시키는 배가스 내부 재순환영역을 유도하는 것에 의해 전체 배가스 유량의 2~3배에 이르는 강한 재순환을 발생시키고, 고속의 공기제트 노즐에 의해 강한 난류 유동을 형성시켜 연소실 내부공간에 균일한 온도 및 반응장을 유도함으로써, NOx, CO의 배출량 동시 저감 효과 및 배가스 순환영역의 반응 안정화에 의한 운전성능 향상이 가능한 동시에, 국부과열 영역을 감소하여 내화재 및 보일러 수관의 손상을 감소하고, 시설의 내구성을 증대시킬 수 있도록 구성되는 새로운 가스 재순환 시스템을 제공하는 것이 바람직하나, 아직까지 그러한 요구를 모두 만족시키는 장치나 방법은 제공되지 못하고 있는 실정이다.
Therefore, in order to overcome the problems of the conventional art as described above, a high-speed nozzle, rather than a low-speed nozzle arrangement such as the conventional FGR system, is applied to inject a vertical downward high-speed air jet in a combustion furnace or a boiler ceiling near the outlet of the exhaust gas By introducing the rising combustion gas, it induces the internal recirculation region of the exhaust gas to be circulated downward to generate a strong recirculation, which is two to three times the total exhaust gas flow rate, and a strong turbulent flow is formed by the high- By inducing a uniform temperature and reaction field in the internal space, it is possible to simultaneously reduce NOx and CO emissions and to improve the operation performance by stabilizing the reaction of the exhaust gas circulation region. At the same time, the local overheating region is reduced, And a new gas material that is configured to increase the durability of the facility It is desirable to provide a circulation system, but a device or a method that satisfies all of those requirements has not yet been provided.

[선행기술문헌] [Prior Art Literature]

1. 한국 등록특허공보 제10-1144236호(2012.05.02.) 1. Korean Registered Patent No. 10-1144236 (Feb.

2. 한국 공개특허공보 제10-2013-0077657호(2013.07.09.) 2. Korean Unexamined Patent Publication No. 10-2013-0077657 (2013.07.09.)

3. 한국 등록특허공보 제10-1323636호(2013.10.24.)3. Korean Patent Registration No. 10-1323636 (Oct. 24, 2013)

4. 한국 등록특허공보 제10-0689788호(2007.02.26.)
4. Korean Patent Registration No. 10-0689788 (Feb. 26, 2007)

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 따라서 본 발명의 목적은, 기존의 FGR 시스템과 같은 다수의 저속 노즐배열이 아닌 소수의 고속 노즐을 적용하여, 배가스 출구 근처인 연소로 또는 보일러 천정에서 수직하향 고속 공기제트를 투입하여 상승하는 연소가스를 끌어들여 하향 순환시키는 배가스 내부 재순환영역을 유도하는 것에 의해 전체 배가스 유량의 2~3배에 이르는 강한 재순환을 발생시키고, 고속의 공기제트 노즐에 의해 강한 난류 유동을 형성시켜 연소실 내부공간에 균일한 온도 및 반응장을 유도함으로서, NOx, CO의 배출량 동시 저감 효과 및 배가스 순환영역의 반응 안정화에 의한 운전성능 향상이 가능하도록 구성되는 내부유도 유동재순환에 의한 고효율 반응성능을 가지는 역방향 가스 재순환 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the problems of the prior art as described above, and it is an object of the present invention to provide a high- High-speed air jet is injected into the furnace ceiling or a vertical high-speed air jet is induced in the boiler ceiling to induce a flue gas internal recirculation region that draws up the rising combustion gas and circulates downward, thereby generating strong recirculation of two to three times the entire flue gas flow rate, Air turbulent flow is formed by the air jet nozzle to induce a uniform temperature and reaction field in the combustion chamber interior space, thereby simultaneously reducing NOx and CO emissions and stabilizing the operation of the exhaust gas circulation region. Reverse gas recirculation system with high efficiency reaction by internal induction flow recirculation It intended to provide.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 상기한 바와 같이 기존의 FGR 시스템과 같은 다수의 저속 노즐배열 대신에 소수의 고속 노즐을 적용하여 공해물질 배출을 감소하는 것에 더하여, 연소실 공간 내의 온도분포를 균일하게 유도하여 연소실/보일러의 국부과열 영역을 획기적으로 줄임으로써, 내화재/보일러 수관의 손상을 감소하고, 그것에 의해, 전체 시설의 내구성을 증대시킬 수 있도록 구성되는 내부유도 유동재순환에 의한 고효율 반응성능을 가지는 역방향 가스 재순환 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
It is a further object of the present invention to provide a method of controlling the temperature distribution in the combustion chamber space by uniformly distributing the temperature distribution in the combustion chamber space in addition to reducing pollutant discharge by applying a small number of high- To thereby reduce the local overheating zone of the combustion chamber / boiler, thereby reducing the damage of the refractory / boiler water pipe, thereby increasing the durability of the entire facility. And to provide a reverse gas recirculation system.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 연소공기와 동일 또는 유사한 위치에서 후단의 배가스를 순환하도록 구성되는 기존의 가스 재순환(Flue Gas Recirculation ; FGR) 시스템은 공해물질 저감에 한계가 있고, 설비설계 및 제작비용이 증가하며, 국부과열에 의한 클링커 생성, 보일러관 부식, 로벽 손상 및 배가스에 포함된 산성가스에 의해 FGR 노즐 배관에 부식이 발생하는 문제점들을 해결하기 위한 역방향 가스 재순환(Internally Induced Flue Gas Recirculation ; IIFGR) 시스템에 있어서, 연소작업이 이루어지는 연소로; 상기 연소로의 일단부에 설치되는 버너; 상기 연소로 내에 연료를 공급하기 위해 상기 버너에 연결되는 연료주입구; 및 상기 연소로 상단 부분의 배가스 출구 근처에서 수직 하향으로 고속 공기제트를 투입하여 상승하는 연소가스를 끌어들이고 하향 순환시키는 배가스 내부 재순환영역을 생성하도록 구성되는 역방향 가스 재순환(IIFGR) 노즐을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 역방향 가스 재순환 시스템이 제공된다.
In order to achieve the above object, according to the present invention, a conventional flue gas recirculation (FGR) system configured to circulate the exhaust gas at the downstream end in the same or similar position to the combustion air has a limitation in pollutant reduction And the cost of facility design and production is increased. In order to solve the problems of generating clinker due to local overheating, corroded boiler pipe, damage to furnace wall, and corrosion of FGR nozzle piping due to acid gas contained in flue gas, reverse gas recirculation Internally Induced Flue Gas Recirculation (IIFGR) system comprising: a combustion furnace in which a combustion operation is performed; A burner installed at one end of the combustion furnace; A fuel injection port connected to the burner for supplying fuel into the combustion furnace; And an inverted gas recirculation (IIFGR) nozzle configured to inject a high velocity air jet vertically downward near the exit of the flue gas in the top portion of the furnace to create a flue gas internal recirculation zone that draws upward and circulates the rising flue gas Wherein the gas recirculation system comprises:

여기서, 상기 연소로는, 화격자식 연소로를 이용하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
Here, the combustion furnace is characterized by using a grate-type combustion furnace.

또는, 상기 연소로는, 유동층식 반응로를 이용하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
Alternatively, the combustion furnace is characterized by using a fluidized bed reactor.

또는, 상기 연소로는, 열분해 용융 가스화로를 이용하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
Alternatively, the combustion furnace is characterized by using a pyrolysis melter-gasifier.

또한, 상기 IIFGR 노즐은, 60 m/s 이상의 고속 노즐을 이용하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
The IIFGR nozzle is characterized by using a high-speed nozzle of 60 m / s or more.

아울러, 상기 역방향 가스 재순환 시스템은, 다수의 저속 노즐을 이용하여 배가스의 재순환이 이루어지도록 구성되는 기존의 가스 재순환(FGR) 시스템 대신에, 배가스 출구 근처에서 수직 하향으로 고속 공기제트를 투입하여 상승하는 연소가스를 끌어들이고 하향 순환시키는 배가스 내부 재순환영역을 생성하도록 상기 고속 노즐로 이루어지는 상기 역방향 가스 재순환(IIFGR) 노즐을 상기 연소로의 상단부에 설치하도록 구성됨으로써, 상기 배가스 내부 재순환영역에 의해 전체 배가스 유량의 2~3배에 이르는 강한 재순환이 이루어지고, 상기 고속 공기제트에 의해 강한 난류 유동이 형성되어 상기 연소로 내부공간에 균일한 온도 및 반응장이 유도되어 NOx 및 CO의 배출량이 감소되고 운전성능이 향상되며, 국부과열 영역이 감소되어 내화재나 배관의 손상이 감소되고, 시설 전체의 내구성을 증대시킬 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
In addition, the reverse gas recirculation system can also be used in place of a conventional gas recirculation (FGR) system configured to recycle exhaust gas using a plurality of low speed nozzles, in which a high velocity air jet is injected vertically downward near the exhaust gas outlet (IIFGR) nozzle made of the high-speed nozzle is installed at the upper end of the furnace so as to create an exhaust gas internal recirculation zone for drawing the combustion gas and circulating downwardly, whereby the exhaust gas recirculation region And a strong turbulent flow is formed by the high-speed air jet to induce a uniform temperature and a reaction field in the internal space of the combustion furnace to reduce NOx and CO emissions, , And the local overheating zone is reduced to cause damage to the refractory or piping Reduced and further characterized in that configured to be able to increase the durability of the entire facility.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 기존의 FGR 시스템과 같은 다수의 저속 노즐배열이 아닌 소수의 고속 노즐을 적용하여, 배가스 출구 근처인 연소로 또는 보일러 천정에서 수직하향 고속 공기제트를 투입하여 상승하는 연소가스를 끌어들여 하향 순환시키는 배가스 내부 재순환영역을 유도하는 것에 의해 전체 배가스 유량의 2~3배에 이르는 강한 재순환을 발생시키고, 고속의 공기제트 노즐에 의해 강한 난류 유동을 형성시켜 연소실 내부공간에 균일한 온도 및 반응장을 유도함으로서, NOx, CO의 배출량 동시 저감 효과 및 배가스 순환영역의 반응 안정화에 의한 운전성능 향상이 가능하도록 구성되는 내부유도 유동재순환에 의한 고효율 반응성능을 가지는 역방향 가스 재순환 시스템을 제공할 수 있다.
As described above, according to the present invention, by applying a small number of high-speed nozzles instead of a plurality of low-speed nozzle arrangements such as the conventional FGR system, a vertical downward high-speed air jet is introduced in a combustion furnace or a boiler ceiling near the exhaust gas outlet A high-speed air jet nozzle is used to generate a strong turbulent flow to generate a strong recirculation up to two to three times the total flue gas flow rate by inducing an internal recirculation region of the flue gas that draws the combustion gas downward, Which is capable of simultaneously reducing the emission amount of NOx and CO and improving the operating performance by stabilizing the reaction of the exhaust gas circulation region by inducing uniform temperature and reaction field in the reverse gas recirculation System can be provided.

또한, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 기존의 FGR 시스템과 같은 다수의 저속 노즐배열 대신에 소수의 고속 노즐을 적용하여 구성되는 내부유도 유동재순환에 의한 고효율 반응성능을 가지는 역방향 가스 재순환 시스템이 제공됨으로써, NOx 및 CO의 배출량을 동시에 저감하여 공해물질의 배출이 감소할 뿐만 아니라, 연소실 공간 내의 온도분포를 균일하게 유도하여 연소실/보일러의 국부과열 영역이 획기적으로 감소됨으로써, 내화재/보일러 수관의 손상을 감소할 수 있고, 나아가 시설 전체의 내구성을 증대시킬 수 있다.
In addition, according to the present invention, as described above, there is provided an inverse gas recirculation system having a high-efficiency reaction performance by internal induction flow recirculation constructed by applying a small number of high-speed nozzles instead of a plurality of low- The NOx and CO emissions are reduced at the same time, so that the emission of pollutants is reduced, the temperature distribution in the combustion chamber space is uniformly induced, and the local superheating range of the combustion chamber / boiler is drastically reduced, It is possible to increase the durability of the entire facility.

도 1은 종래의 FGR 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 내부유도 유동재순환에 의한 고효율 반응성능을 가지는 역방향 가스 재순환 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 내부유도 유동재순환에 의한 고효율 반응성능을 가지는 역방향 가스 재순환(IIFGR) 시스템에 설치되는 IIFGR 노즐의 구체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 종래의 화격자식 연소로에 본 발명의 실시예에 따른 내부유도 유동재순환에 의한 고효율 반응성능을 가지는 역방향 가스 재순환(IIFGR) 시스템을 적용한 경우의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 종래의 유동층식 반응로에 본 발명의 실시예에 따른 내부유도 유동재순환에 의한 고효율 반응성능을 가지는 역방향 가스 재순환(IIFGR) 시스템을 적용한 경우의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 내부유도 유동재순환에 의한 고효율 반응성능을 가지는 역방향 가스 재순환(IIFGR) 시스템의 성능을 검증하기 위한 시뮬레이션을 결과를 나타내는 도면이다. BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view showing the overall configuration of a conventional FGR system.
FIG. 2 is a diagram schematically showing the overall configuration of an inverse gas recirculation system having high-efficiency reaction performance by internal induction flow recirculation according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a view schematically showing a specific configuration of an IIFGR nozzle installed in an inverse gas recirculation (IIFGR) system having high-efficiency reaction performance by internal induction flow recirculation according to an embodiment of the present invention shown in FIG.
4 is a view schematically showing a configuration in which a reverse gas recirculation (IIFGR) system having high efficiency reaction performance by internal induction flow recirculation according to an embodiment of the present invention is applied to a conventional grate child burner.
FIG. 5 is a view schematically showing the construction of a conventional fluidized bed reactor in which an inverse gas recirculation (IIFGR) system having high-efficiency reaction performance by internal induction flow recirculation according to an embodiment of the present invention is applied.
FIG. 6 is a graph showing the results of a simulation for verifying the performance of a reverse gas recirculation (IIFGR) system having high efficiency reaction performance by internal induction flow recirculation according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 내부유도 유동재순환에 의한 고효율 반응성능을 가지는 역방향 가스 재순환 시스템의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, referring to the accompanying drawings, a description will be given of a specific embodiment of an inverse gas recirculation system having a high-efficiency reaction performance by internal induction flow recirculation according to the present invention.

여기서, 이하에 설명하는 내용은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예일 뿐이며, 본 발명은 이하에 설명하는 실시예의 내용으로만 한정되는 것은 아니라는 사실에 유념해야 한다.
Hereinafter, it is to be noted that the following description is only an embodiment for carrying out the present invention, and the present invention is not limited to the contents of the embodiments described below.

또한, 이하의 본 발명의 실시예에 대한 설명에 있어서, 종래기술의 내용과 동일 또는 유사하거나 당업자의 수준에서 용이하게 이해하고 실시할 수 있다고 판단되는 부분에 대하여는, 설명을 간략히 하기 위해 그 상세한 설명을 생략하였음에 유념해야 한다.
In the following description of the embodiments of the present invention, parts that are the same as or similar to those of the prior art, or which can be easily understood and practiced by a person skilled in the art, It is important to bear in mind that we omit.

즉, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 기존의 FGR 시스템과 같은 다수의 저속 노즐배열이 아닌 소수의 고속 노즐을 적용하여, 배가스 출구 근처인 연소로 또는 보일러 천정에서 수직하향 고속 공기제트를 투입하여 상승하는 연소가스를 끌어들여 하향 순환시키는 배가스 내부 재순환영역을 유도하는 것에 의해 전체 배가스 유량의 2~3배에 이르는 강한 재순환을 발생시키고, 고속의 공기제트 노즐에 의해 강한 난류 유동을 형성시켜 연소실 내부공간에 균일한 온도 및 반응장을 유도함으로서, NOx, CO의 배출량 동시 저감 효과 및 배가스 순환영역의 반응 안정화에 의한 운전성능 향상이 가능하도록 구성되는 내부유도 유동재순환에 의한 고효율 반응성능을 가지는 역방향 가스 재순환 시스템에 관한 것이다.
That is, the present invention applies a small number of high-speed nozzles, rather than a plurality of low-speed nozzle arrangements such as the existing FGR system, as described later, and injects a vertical downward high-speed air jet in the combustion furnace or the boiler ceiling near the outlet of the exhaust gas A strong recirculation up to two to three times the total flue gas flow rate is induced by inducing the internal recirculation region of the flue gas which draws up the rising combustion gas and circulates downwardly and a strong turbulent flow is formed by the high- Which has a high efficiency reaction performance by internal induction flow recirculation which is capable of simultaneously reducing the emission amount of NOx and CO by inducing a uniform temperature and reaction field in the space and improving the operation performance by stabilizing the reaction of the exhaust gas circulation region, To a recirculation system.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 상기한 바와 같이 기존의 FGR 시스템과 같은 다수의 저속 노즐배열 대신에 소수의 고속 노즐을 적용하여 공해물질 배출을 감소하는 것에 더하여, 연소실 공간 내의 온도분포를 균일하게 유도하여 연소실/보일러의 국부과열 영역을 획기적으로 줄임으로써, 내화재/보일러 수관의 손상을 감소하고, 그것에 의해, 전체 시설의 내구성을 증대시킬 수 있도록 구성되는 내부유도 유동재순환에 의한 고효율 반응성능을 가지는 역방향 가스 재순환 시스템에 관한 것이다.
It is a further object of the present invention to provide a method of controlling the temperature distribution in the combustion chamber space by uniformly distributing the temperature distribution in the combustion chamber space in addition to reducing pollutant discharge by applying a small number of high- To thereby reduce the local overheating zone of the combustion chamber / boiler, thereby reducing the damage of the refractory / boiler water pipe, thereby increasing the durability of the entire facility. To a reverse gas recirculation system.

계속해서, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 내부유도 유동재순환에 의한 고효율 반응성능을 가지는 역방향 가스 재순환 시스템의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.
Next, with reference to the accompanying drawings, a specific embodiment of an inverse gas recirculation system having a high-efficiency reaction performance by internal induction flow recirculation according to the present invention will be described.

먼저, 도 1을 참조하면, 도 1은 종래의 FGR 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
First, referring to FIG. 1, FIG. 1 is a view schematically showing the overall configuration of a conventional FGR system.

여기서, 도 1에 나타낸 구성은, 종래의 FGR 시스템에 대한 일례로서, FGR 시스템이 화격자식 연소로에 적용된 경우를 나타내고 있다.
Here, the configuration shown in Fig. 1 shows a case where the FGR system is applied to the grate child burner as an example of a conventional FGR system.

더 상세하게는, 도 1에 나타낸 기존의 FGR 시스템을 구비한 화격자식 연소로(10)는, 크게 나누어, 1차 연소실(11) 및 2차 연소실(12)을 구비하는 연소로(13)와, 연소로(13) 하부에 배치되는 화격자(14)와, 상기한 2차 연소실(12) 및 화격자(14)에 각각 재순환된 배가스를 공급하기 위한 복수의 공기주입 노즐을 포함하여 이루어지는 FGR부(15)와, 연소로에 연료를 공급하기 위한 연료주입부(16) 및 배기가스를 배출하기 위한 배기가스 배출부(17)를 포함하여 구성되어 있다.
More specifically, the grate child burner 10 having the conventional FGR system shown in Fig. 1 is roughly divided into a combustion furnace 13 having a primary combustion chamber 11 and a secondary combustion chamber 12, A grate 14 disposed below the combustion furnace 13 and a plurality of air injection nozzles for supplying exhaust gas respectively recirculated to the secondary combustion chamber 12 and the grate 14, 15, a fuel injecting portion 16 for supplying fuel to the combustion furnace, and an exhaust gas discharging portion 17 for exhausting the exhaust gas.

즉, 종래의 FGR 시스템을 구비하는 연소로(10)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 연소공기와 동일 또는 유사한 위치에서 후단의 배가스를 순환하여 연소가스 유량을 증대시킴으로써 연소실 온도를 낮추어 NOx 등의 공해물질을 저감하도록 구성되며, 일반적으로, 배가스를 1차 공기 또는 2차 공기 근방에서 투입하는데, 고온의 연소영역에 굴뚝 또는 IDF(Induced Draft Fan) 출구로부터의 저온 배가스를 투입하여 국부 과열온도를 낮추고 NOx를 저감하도록 구성된다.
That is, as shown in Fig. 1, the combustion furnace 10 equipped with the conventional FGR system circulates the exhaust gas at the rear end in the same or similar position as the combustion air to increase the flow rate of the combustion gas, thereby lowering the combustion chamber temperature, In general, the flue gas is introduced in the vicinity of the primary air or the secondary air, and the flue gas from the chimney or the IDF (Induced Draft Fan) is injected into the high-temperature combustion region, And to reduce NOx.

그러나 상기한 바와 같은 종래의 FGR 시스템은, 기존 연소공기에 일부 배가스를 추가하는 정도의 수준으로는 CO 등의 공해물질 저감에 한계가 있으며, 또한, 굴뚝으로 나가는 배가스를 순환시킴에 의해 유량이 증가함으로써 설계 기준용량이 증가하여 설비설계 및 제작비용에 부담이 증가하게 된다.
However, the conventional FGR system as described above has a limitation in reducing the amount of pollutants such as CO at the level of adding a part of flue gas to existing combustion air, and further, the flue gas flowing out to the flue gas is circulated, Thereby increasing the design basis capacity and increasing the burden on the equipment design and production cost.

아울러, 도 1에 나타낸 바와 같은 종래의 FGR 시스템은, 결과적으로 연소 기작이 기존의 연소로와 동일하므로, 기존의 연소로에서 문제가 되는 연소로 벽면 국부과열에 의한 클링커 생성이나 보일러관 부식, 로벽 손상문제 등의 문제가 다소 완화될 수는 있으나 완전히 해결되지 못하여 동일한 문제점이 여전히 존재한다.
In addition, since the conventional FGR system as shown in FIG. 1 is the same as the existing combustion furnace as a result, the conventional FGR system has problems such as generation of clinker due to local superheating of the wall due to combustion in the existing combustion furnace, The problem of damage can be mitigated somewhat, but the same problem still exists because it can not be completely solved.

더욱이, 종래의 FGR 시스템은, 산성가스 제거시설의 용량이 부족한 경우에는 배가스에 포함된 산성가스에 의해 FGR 노즐 배관에 부식이 발생하여 사용이 어려운 문제도 있다.
Further, in the conventional FGR system, when the capacity of the acidic gas removal facility is insufficient, the FGR nozzle pipe is corroded by the acid gas contained in the flue gas, which is difficult to use.

상기한 바와 같이, 기존의 FGR 기술은 연소실 내에 공기투입과 유사한 방법으로 배기스를 투입함으로써 NOx 저감에 다소간의 효과가 있으나, 배가스량이 증가하여 연소실 내 가스 체류시간이 짧아지는 단점이 있고, 또한, 저속 가스 투입의 한계로 난류에 의한 반응효율이 낮다는 문제도 있다.
As described above, the conventional FGR technique has a slight effect on NOx reduction by injecting exhaust gas in a manner similar to the air injection into the combustion chamber, but the exhaust gas amount increases and the gas residence time in the combustion chamber is shortened. There is also a problem that the reaction efficiency due to turbulence is low due to the limit of low gas input.

따라서 본 발명자들은, 이러한 종래기술의 FGR 시스템의 문제점을 해결하기 위해, 후술하는 바와 같이, 기존의 FGR 시스템과 같은 저속 노즐 배열이 아닌 고속 노즐을 적용하여, 배가스 출구 근처인 연소로 또는 보일러 천정에서 수직하향 고속 공기제트를 투입하여 상승하는 연소가스를 끌어들임으로써 하향 순환시키는 배가스 내부 재순환영역을 유도하는 것에 의해 전체 배가스 유량의 2~3배에 이르는 강한 재순환을 발생시키고, 고속의 공기제트 노즐에 의해 강한 난류 유동을 형성시켜 연소실 내부공간에 균일한 온도 및 반응장을 유도함으로써, NOx, CO의 배출량 동시 저감 효과 및 배가스 순환영역의 반응 안정화에 의한 운전성능 향상이 가능한 동시에, 국부과열 영역을 감소하여 내화재 및 보일러 수관의 손상을 감소하고, 시설의 내구성을 증대시킬 수 있도록 구성되는 새로운 구성의 역방향 가스 재순환 시스템(Internally Induced Flue Gas Recirculation system ; 이하, 'IIFGR 시스템'이라고도 함)을 제시하였다.
Therefore, in order to solve the problems of the conventional FGR system, the inventors of the present invention have found that, as will be described later, by applying a high-speed nozzle instead of a low-speed nozzle arrangement such as a conventional FGR system, By introducing vertically downward high-speed air jets to draw up the rising combustion gas, inducing the internal recirculation region of the exhaust gas to be circulated downward generates a strong recirculation up to two to three times the total flue gas flow rate, It is possible to improve the operating performance by simultaneous reduction of NOx and CO emissions and stabilization of the reaction of the exhaust gas circulation region and to reduce the local superheating region To reduce damage to refractory and boiler water pipes and to increase the durability of the facility. The new configuration of the reverse gas recirculation system is configured to; proposed a (Internally Induced Flue Gas Recirculation system hereinafter referred to as "IIFGR system").

계속해서, 도 2를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 내부유도 유동재순환에 의한 고효율 반응성능을 가지는 역방향 가스 재순환 시스템의 구체적인 구성에 대하여 설명한다.
Next, with reference to FIG. 2, a specific configuration of an inverse gas recirculation system having a high-efficiency reaction performance by internal induction flow recirculation according to an embodiment of the present invention will be described.

즉, 도 2를 참조하면, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 내부유도 유동재순환에 의한 고효율 반응성능을 가지는 역방향 가스 재순환 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
That is, referring to FIG. 2, FIG. 2 is a view schematically showing the overall configuration of an inverse gas recirculation system having high-efficiency reaction performance by internal induction flow recirculation according to an embodiment of the present invention.

도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 내부유도 유동재순환에 의한 고효율 반응성능을 가지는 역방향 가스 재순환(IIFGR) 시스템(20)은, 연소작업이 이루어지는 연소로(21)와, 연소로(21)의 일단부에 설치되는 버너(22)와, 연소로(21) 내에 연료를 공급하기 위해 버너(22)에 연결되는 연료주입구(23)와, 연소로(21) 내에 공기를 공급하기 위해 연료주입구(23)의 반대측에 형성되는 역방향 가스 재순환(IIFGR) 노즐(24)을 포함하여 구성되어, 연료의 주입방향과 반대 방향으로 공기가 공급되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
2, the reverse gas recirculation (IIFGR) system 20 having high-efficiency reaction performance by internal induction flow recirculation according to the embodiment of the present invention includes a combustion furnace 21 in which a combustion operation is performed, A fuel injecting port 23 connected to the burner 22 for supplying fuel into the combustion furnace 21 and a burner 22 provided at one end of the burning furnace 21 for supplying air into the combustion furnace 21, And an inverse gas recirculation (IIFGR) nozzle (24) formed on the opposite side of the fuel injection port (23), so that air is supplied in a direction opposite to the fuel injection direction.

여기서, 상기한 연소로(21)는, 예를 들면, 화격자식 연소로, 유동층식 반응로, 열분해 용융 가스화로 등과 같은 각종 공업로를 이용하여 구성될 수 있으므로, 설명을 간략히 하기 위해 그러한 공업로들의 구체적인 구성이나 동작에 대한 설명은 생략하나, 본 발명의 실시예에 따른 IIFGR 시스템(20)은 종래의 여러 가지 연소로 및 반응로 등에 폭넓게 적용 가능한 장점을 가지는 것임에 유념해야 한다.
Here, the combustion furnace 21 described above can be constructed using various industrial furnaces, such as a grate burner, a fluidized bed reactor, a pyrolysis melter-gasifier, etc. Therefore, It is to be noted that the IIFGR system 20 according to the embodiment of the present invention has advantages that can be widely applied to various conventional combustion furnaces and reactors.

또한, 상기한 IIFGR 노즐(24)은, 예를 들면, 60 m/s 이상 수준의 고속 노즐을 이용하여 구성될 수 있다.
Further, the IIFGR nozzle 24 may be constructed using a high-speed nozzle having a level of, for example, 60 m / s or more.

더 상세하게는, 도 3을 참조하면, 도 3은 도 2에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 내부유도 유동재순환에 의한 고효율 반응성능을 가지는 역방향 가스 재순환(IIFGR) 시스템(20)에 설치되는 IIFGR 노즐(24)의 구체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
More specifically, referring to FIG. 3, FIG. 3 illustrates an IIFGR system 20 installed in an inverse gas recirculation (IIFGR) system 20 having high efficiency reaction performance by internal induction flow recirculation according to an embodiment of the present invention shown in FIG. Fig. 5 is a schematic view showing a specific configuration of the nozzle 24. Fig.

즉, 기존의 FGR 시스템에서는 다수의 저속 노즐을 이용하여 배가스의 재순환이 이루어지도록 구성되나, 본 발명의 실시예에 따른 IIFGR 시스템(20)은, 도 3에 나타낸 바와 같이, 소수의 고속 노즐을 적용하여 배가스 출구 근처인 연소로 또는 보일러 천정에서 수직 하향 고속 공기제트를 투입하는 것에 의해 상승하는 연소가스를 끌어들이고 하향 순환시키는 배가스 내부 재순환영역(31)을 생성하도록 구성된다.
That is, in the conventional FGR system, the exhaust gas is recirculated by using a plurality of low-speed nozzles. However, as shown in FIG. 3, the IIFGR system 20 according to the embodiment of the present invention is configured to apply a small number of high- To create a flue gas internal recirculation zone (31) that draws and lowers the flue gas rising by injecting a vertical downward high velocity air jet in the combustion furnace or near the exit of the flue gas or in the boiler ceiling.

따라서 상기한 바와 같은 배가스 내부 재순환영역(31)에 의해 전체 배가스 유량의 2~3배에 이르는 강한 재순환이 이루어지고, 또한, 60m/s 이상 수준의 고속 공기제트 노즐에 의해 강한 난류 유동이 형성됨으로써, 연소실 내부공간에 균일한 온도 및 반응장이 유도되게 된다.
Therefore, strong recirculation up to two to three times the total flue gas flow rate is achieved by the flue gas internal recirculation zone 31 as described above, and a strong turbulent flow is formed by the high-speed air jet nozzle at a level of 60 m / s or higher , Uniform temperature and reaction field are induced in the inner space of the combustion chamber.

또한, 상기한 바와 같이 전체 배가스 유량의 2~3배에 이르는 강한 재순환과 함께 연소실 내부공간에 균일한 온도 및 반응장이 유도됨으로써, NOx, CO의 배출량이 동시에 감소되는 동시에, 배가스 순환영역의 반응 안정화에 의해 운전성능이 향상될 수 있다.
In addition, as described above, a uniform temperature and reaction field are induced in the inner space of the combustion chamber together with strong recirculation, which is two to three times the flow rate of the entire exhaust gas, thereby simultaneously reducing NOx and CO emissions, The operation performance can be improved.

아울러, 상기한 바와 같은 공해물질의 저감 효과에 더하여, 연소실 공간 내의 온도분포를 균일하게 유지함으로써 연소실이나 보일러의 국부과열 영역을 획기적으로 감소하여 내화재나 보일러 수관의 손상을 감소할 수 있고, 그것에 의해, 시설 전체의 내구성을 증대시킬 수 있다.
In addition to the effect of reducing pollutants as described above, the temperature distribution in the combustion chamber space can be uniformly maintained to drastically reduce the local overheating range of the combustion chamber or the boiler, thereby reducing the damage to the refractory or the boiler water pipe, , The durability of the entire facility can be increased.

계속해서, 도 4를 참조하면, 도 4는 종래의 화격자식 연소로에 본 발명의 실시예에 따른 내부유도 유동재순환에 의한 고효율 반응성능을 가지는 역방향 가스 재순환(IIFGR) 시스템(20)을 적용한 경우의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
4, when a reverse gas recirculation (IIFGR) system 20 having a high efficiency reaction performance by internal induction flow recirculation according to an embodiment of the present invention is applied to a conventional grate child burner Fig.

더 상세하게는, 종래의 화격자식 연소로의 경우, 일반적으로, 화격자 연소가 발생하는 1차 연소로는 화격자 위치별로 다른 화학종 분포로 인하여 불균일한 가스흐름이 발생하며, 따라서 이러한 불균일성을 2차 연소실의 2차 공기가 최대한 균일화시켜 주어야 하나, 종래에는 이러한 2차 공기에 의한 균일화에 한계가 있었다.
More specifically, in the case of the conventional grate burner, in general, the primary combustion furnace where the grate combustion occurs generates a non-uniform gas flow due to different chemical species distribution depending on the position of the grate, The secondary air of the combustion chamber has to be made as uniform as possible, but there has been a limit in the conventional uniformization by the secondary air.

그러나 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 내부유도 유동재순환에 의한 고효율 반응성능을 가지는 역방향 가스 재순환(IIFGR) 시스템(20)을 기존의 화격자식 연소로에 적용하면, 2차 연소실의 상부에 상기한 바와 같은 배가스 재순환 영역을 형성하여 혼합효과를 극대화시킴으로써 미연 연료의 연소뿐만 아니라, 균일한 온도분포를 유도하여 국부과열 영역을 감소하여 시설의 내구성을 향상시킬 수 있다.
However, as shown in FIG. 4, the reverse gas recirculation (IIFGR) system 20 having high-efficiency reaction performance by the internal induction flow recirculation according to the embodiment of the present invention configured as described above is installed in a conventional grate- By applying the above-mentioned exhaust gas recirculation region on the upper part of the secondary combustion chamber to maximize the mixing effect, not only the combustion of the unburned fuel but also the uniform temperature distribution can be induced to improve the durability of the facility by reducing the local superheating region .

또한, 도 5를 참조하면, 도 5는 종래의 유동층식 반응로에 본 발명의 실시예에 따른 내부유도 유동재순환에 의한 고효율 반응성능을 가지는 역방향 가스 재순환(IIFGR) 시스템(20)을 적용한 경우의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
5, FIG. 5 is a graph showing the results of the case of applying a reverse gas recirculation (IIFGR) system 20 having a high-efficiency reaction performance by internal induction flow recirculation according to an embodiment of the present invention to a conventional fluidized bed reactor Fig.

더 상세하게는, 종래의 유동층식 반응로는, 유동층의 특성상 유동층(1차 연소실)에서 균일한 혼합과 반응이 유도되지만, 공기 투입량이 충분하지 않아 낮은 산소농도로 운전될 때 불완전 연소물질이 발생할 수 있으며, 연료 투입위치에 따라서 완전한 혼합이 발생하지 못하는 경우가 발생하는 문제가 있으며, 이러한 경우, 상기한 화격자식 연소로와 마찬가지로, 프리보드(2차 연소실)에서의 2차 공기만으로는 한계가 있다.
More specifically, the conventional fluidized-bed reactor is characterized in that the fluidized bed (primary combustion chamber) is uniformly mixed and reacted in the fluidized bed, but the amount of air introduced is insufficient to cause incomplete combustion materials And there is a problem that complete mixing may not occur depending on the fuel injection position. In this case, as in the case of the grate child burner, there is a limit to the secondary air in the freeboard (secondary combustion chamber) .

그러나, 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 내부유도 유동재순환에 의한 고효율 반응성능을 가지는 역방향 가스 재순환(IIFGR) 시스템(20)을 기존의 유동층식 반응로에 적용하면, 이러한 문제를 용이하게 해결할 수 있다.
However, applying the reverse gas recirculation (IIFGR) system 20 having high-efficiency reaction performance by the internal induction flow recirculation according to the embodiment of the present invention to the existing fluidized bed reactor, It can be easily solved.

아울러, 종래의 열분해 용융가스화로는, 일반적으로, 고온의 용융로를 형성함으로 인해 화격자나 유동층 등의 연소시설을 이용할 수 없으며, 반응로 내 가스의 불균일성이 크다는 문제가 있으나, 이러한 경우에도, 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 내부유도 유동재순환에 의한 고효율 반응성능을 가지는 역방향 가스 재순환(IIFGR) 시스템(20)을 적용하여, 별도의 기계적 장비가 없어도 불균일성을 크게 줄일 수 있다.
In addition, in the conventional pyrolysis melter-gasifier, a combustion chamber such as a grate or a fluidized bed can not be used due to the formation of a high-temperature melting furnace, and there is a problem that the non-uniformity of the gas in the reactor is large. The inverse gas recirculation (IIFGR) system 20 having the high efficiency reaction performance by the internal induction flow recirculation according to the embodiment of the present invention constructed as described above can be applied to greatly reduce the nonuniformity without the need for additional mechanical equipment.

더욱이, 종래의 열분해 용융가스화로는, 고온의 용융로의 특성상 자칫 국부 과열로 내화재의 손상이 쉽게 발생할 수 있으나, 본 발명의 실시예에 따른 내부유도 유동재순환에 의한 고효율 반응성능을 가지는 역방향 가스 재순환(IIFGR) 시스템(20)을 적용하면 이러한 문제도 용이하게 해결할 수 있다.
Further, in the conventional pyrolysis-melter-gasifier, due to the characteristic of the high-temperature melting furnace, the refractory material may easily be damaged due to local overheating. However, in the case of the reverse gas recirculation IIFGR) system 20 can be applied to solve this problem easily.

계속해서, 도 6을 참조하여, 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 내부유도 유동재순환에 의한 고효율 반응성능을 가지는 역방향 가스 재순환(IIFGR) 시스템(20)의 성능을 시뮬레이션을 통하여 검증한 실험결과에 대하여 설명한다.
Next, referring to FIG. 6, the performance of the reverse gas recirculation (IIFGR) system 20 having the high-efficiency reaction performance by the internal induction flow recirculation according to the embodiment of the present invention configured as described above is verified through simulation An experimental result will be described.

즉, 도 6을 참조하면, 도 6은 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 내부유도 유동재순환에 의한 고효율 반응성능을 가지는 역방향 가스 재순환(IIFGR) 시스템(20)의 성능을 검증하기 위한 시뮬레이션을 결과를 나타내는 도면이다.
That is, referring to FIG. 6, FIG. 6 illustrates the performance of the reverse gas recirculation (IIFGR) system 20 having the high efficiency reaction performance by the internal induction flow recirculation according to the embodiment of the present invention constructed as described above And FIG.

여기서, 도 6에 나타낸 실험결과는, 200톤/일의 도시폐기물 소각처리량을 가지는 전주 화격자식 도시폐기물 소각로에 본 발명의 실시예에 따른 역방향 가스 재순환(IIFGR) 시스템(20)을 적용한 경우와 적용하지 않은 경우의 CO 분포를 각각 비교하여 나타내고 있다.
Here, the experimental results shown in FIG. 6 show that the case where the reverse gas recirculation (IIFGR) system 20 according to the embodiment of the present invention is applied to the incineration furnace with the incineration processing amount of municipal waste of 200 tons / And the CO distributions when they are not used are shown for comparison.

더 상세하게는, 시뮬레이션 결과, 도 6a에 나타낸 바와 같이, IIFGR 미적용시 CO는 305ppm, NO는 234ppm으로 각각 나타났으나, IIFGR 적용시는, 도 6b에 나타낸 바와 같이, CO가 4.3ppm, NO가 222ppm으로 확인되었으며, 이러한 결과로부터, 본 발명에 따라 IIFGR을 적용하면 NOx는 소량 감소하나 CO는 1/100 수준의 급격한 저감이 가능함을 알 수 있고, 즉, 이는 불완전 연소물질의 완전 연소를 가능하게 한다는 것을 나타낸다.
More specifically, as a result of the simulation, as shown in FIG. 6A, when the IIFGR was not used, CO and NH 3 were 305 ppm and 234 ppm, respectively. However, when IIFGR was applied, CO was 4.3 ppm and NO It can be seen from these results that applying IIFGR according to the present invention reduces NOx to a small amount, but CO can be abruptly reduced to the level of 1/100, that is, it enables complete combustion of incomplete combustion material Lt; / RTI >

또한, 본 발명자들은, 상기한 시뮬레이션 결과에 더하여, 논산 하수 슬러지 유동층 소각로에 대하여도 성능실험 진행하였다.
Further, in addition to the above-described simulation results, the present inventors conducted a performance test on a Nonsan sewage sludge fluidized bed incinerator.

더 상세하게는, 실험조건은, 먼저, 유동층 사양은 높이 70cm, 내경 1m 이고, 프리보드 사양은 높이 2m, 내경 1.2m 이며, 연소가스 산소농도는 6% 이고, CO 농도는 5000ppm 이며, 총 공기 투입량은 1500 Nm/hr 이고, IIFGR 투입량은 총 공기량의 10%로 하여 하수슬러지 + 석탄의 유동층 소각로에서의 연소실험을 진행하였다.
More specifically, the experimental conditions are as follows: First, the fluidized bed specification is 70 cm in height and 1 m in inside diameter, the free board specification is 2 m in height and 1.2 m in inside diameter, the combustion gas oxygen concentration is 6%, the CO concentration is 5000 ppm, Combustion experiments were carried out in a fluidized bed incinerator of sewage sludge + coal with an input of 1500 Nm / hr and an IIFGR input of 10% of the total air.

실험결과, 유동층 온도 600℃, 프리보드 온도 400℃에서는 IIFGR 노즐 효과가 없었으나, 유동층 온도 800℃, 프리보드 온도 650℃에서는 IIFGR 미적용시 CO 5000ppm, 적용시 1800ppm으로 나타나 CO가 1/3로 감소되는 것을 확인하였다.
The experimental results show that the IIFGR nozzle effect was not observed at the fluidized bed temperature of 600 ° C and the freeboard temperature of 400 ° C. However, when the fluidized bed temperature was 800 ° C and the freeboard temperature was 650 ° C, CO was 5000 ppm when the IIFGR was not used, .

따라서 상기한 바와 같은 결과로부터, 본 발명에 따른 IIFGR의 적용은 고온에서 더욱 큰 효과가 있으며, 즉, 일반적으로 운영되는 소각로의 온도가 800℃ 정도임을 감안하면, 본 발명에 따른 IIFGR의 적용에 의해 더욱 높은 CO 저감효과를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.
Therefore, from the above results, the application of the IIFGR according to the present invention has a greater effect at high temperature, that is, considering that the temperature of the generally operated incinerator is about 800 ° C., the application of the IIFGR according to the present invention It is expected that a further CO reduction effect can be obtained.

따라서 상기한 바와 같이 하여, 본 발명에 따른 내부유도 유동재순환에 의한 고효율 반응성능을 가지는 역방향 가스 재순환 시스템을 구현할 수 있다.
Accordingly, the reverse gas recirculation system having the high efficiency reaction performance by the internal induction flow recirculation according to the present invention can be realized as described above.

또한, 상기한 바와 같이 하여 본 발명에 따른 내부유도 유동재순환에 의한 고효율 반응성능을 가지는 역방향 가스 재순환 시스템을 구현함으로써, 본 발명에 따르면, 기존의 FGR 시스템과 같은 다수의 저속 노즐배열이 아닌 소수의 고속 노즐을 적용하여, 배가스 출구 근처인 연소로 또는 보일러 천정에서 수직하향 고속 공기제트를 투입하여 상승하는 연소가스를 끌어들여 하향 순환시키는 배가스 내부 재순환영역을 유도하는 것에 의해 전체 배가스 유량의 2~3배에 이르는 강한 재순환을 발생시키고, 고속의 공기제트 노즐에 의해 강한 난류 유동을 형성시켜 연소실 내부공간에 균일한 온도 및 반응장을 유도함으로서, NOx, CO의 배출량 동시 저감 효과 및 배가스 순환영역의 반응 안정화에 의한 운전성능 향상이 가능하도록 구성되는 내부유도 유동재순환에 의한 고효율 반응성능을 가지는 역방향 가스 재순환 시스템을 제공할 수 있다.
Also, by implementing the reverse gas recirculation system having the high efficiency reaction performance by the internal induction flow recirculation according to the present invention as described above, according to the present invention, it is possible to reduce the number of low- By applying a high-speed nozzle, a vertical low-speed high-speed air jet is injected from the combustion furnace near the exhaust gas outlet or from the boiler ceiling to induce the internal combustion gas recirculation region where the rising combustion gas is drawn downward, And a strong turbulent flow is formed by a high-speed air jet nozzle to induce a uniform temperature and a reaction field in the inner space of the combustion chamber. Therefore, the simultaneous reduction effect of NOx and CO emissions and the reaction of the exhaust gas circulation region An internal induction flow recirculation configured to enable the operation performance improvement by stabilization It can be provided by a reverse gas recirculation system having a high-efficiency reaction performance.

아울러, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 기존의 FGR 시스템과 같은 다수의 저속 노즐배열 대신에 소수의 고속 노즐을 적용하여 구성되는 내부유도 유동재순환에 의한 고효율 반응성능을 가지는 역방향 가스 재순환 시스템이 제공됨으로써, NOx 및 CO의 배출량을 동시에 저감하여 공해물질의 배출이 감소할 뿐만 아니라, 연소실 공간 내의 온도분포를 균일하게 유도하여 연소실/보일러의 국부과열 영역이 획기적으로 감소됨으로써, 내화재/보일러 수관의 손상을 감소할 수 있고, 나아가 시설 전체의 내구성을 증대시킬 수 있다.
In addition, according to the present invention, as described above, there is provided an inverse gas recirculation system having a high-efficiency reaction performance by internal induction flow recirculation constructed by applying a small number of high-speed nozzles instead of a plurality of low- The NOx and CO emissions are reduced at the same time, so that the emission of pollutants is reduced, the temperature distribution in the combustion chamber space is uniformly induced, and the local superheating range of the combustion chamber / boiler is drastically reduced, It is possible to increase the durability of the entire facility.

이상, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명에 따른 내부유도 유동재순환에 의한 고효율 반응성능을 가지는 역방향 가스 재순환 시스템의 상세한 내용에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 기재된 내용으로만 한정되는 것은 아니며, 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 설계상의 필요 및 기타 다양한 요인에 따라 여러 가지 수정, 변경, 결합 및 대체 등이 가능한 것임은 당연한 일이라 하겠다.
As described above, the reverse gas recirculation system having the high efficiency reaction performance by the internal induction flow recirculation according to the present invention has been described with reference to the embodiments of the present invention. However, the present invention is not limited to the above- It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the following claims. I will work.

10. 화격자식 연소로 11. 1차 연소실
12. 2차 연소실 13. 연소로
14. 화격자 15. FGR부
16. 연료주입부 17. 배기가스 배출부
20. 역방향 가스 재순환(IIFGR) 시스템 21. 연소로
22. 버너 23. 연료주입구
24. 역방향 가스 재순환(IIFGR) 노즐 31. 배가스 내부 재순환영역 10. Hatchway combustion furnace 11. Primary combustion chamber
12. Secondary combustion chamber 13. Combustion furnace
14. Grate 15. FGR Department
16. Fuel injector 17. Exhaust gas outlet
20. Reverse gas recirculation (IIFGR) system 21. Combustion furnace
22. Burner 23. Fuel Inlet
24. Reverse gas recirculation (IIFGR) nozzle 31. Flue-gas internal recirculation zone

Claims (6)

연소공기와 역방향 가스 재순환(Internally Induced Flue Gas Recirculation; IIFGR) 시스템에 있어서,
연소작업이 이루어지는 연소로;
상기 연소로의 일단부에 설치되는 버너;
상기 연소로 내에 연료를 공급하기 위해 상기 버너에 연결되는 연료주입구; 및
상기 연소로 상단 부분의 배가스 출구 근처에서 수직 하향으로 고속 공기제트를 투입하여 상승하는 연소가스를 끌어들이고 하향 순환시키는 배가스 내부 재순환영역을 생성하도록 구성되는 역방향 가스 재순환(IIFGR) 노즐;을 포함하여 구성되고,
상기 역방향 가스 재순환 노즐은,
60 m/s 이상의 고속 노즐을 이용하여 구성되고 상기 연료주입구의 반대측에 형성되어 공기를 연료의 주입방향과 반대 방향으로 공급하며,
상기 역방향 가스 재순환 시스템은,
배가스 출구 근처에서 수직 하향으로 고속 공기제트를 투입하여 상승하는 연소가스를 끌어들이고 하향 순환시키는 배가스 내부 재순환영역을 생성하도록 상기 고속 노즐로 이루어지는 상기 역방향 가스 재순환(IIFGR) 노즐을 상기 연소로의 상단부에 설치하도록 구성됨으로써,
상기 배가스 내부 재순환영역에 의해 연소로 내 완전 혼합영역을 형성하여 전체 배가스 유량의 2~3배에 이르는 강한 재순환이 이루어지고,
상기 고속 공기제트에 의해 강한 난류 유동이 형성되어 상기 연소로 내부공간에 균일한 온도 및 반응장이 유도되어 NOx 및 CO의 배출량이 감소되고 운전성능이 향상되며,
국부과열 영역이 감소되어 내화재나 배관의 손상이 감소되고, 시설 전체의 내구성을 증대시킬 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 역방향 가스 재순환 시스템.
In a combustion air and an internally Induced Flue Gas Recirculation (IIFGR) system,
A combustion furnace in which a combustion operation is performed;
A burner installed at one end of the combustion furnace;
A fuel injection port connected to the burner for supplying fuel into the combustion furnace; And
And a reverse gas recirculation (IIFGR) nozzle configured to inject a high velocity air jet vertically downward near the exit of the flue gas at the top of the combustion furnace to create an exhaust gas recirculation zone that draws up and circulates the rising combustion gas downwards And,
The reverse gas recirculation nozzle comprises:
A high speed nozzle of 60 m / s or higher, and is formed on the opposite side of the fuel injection port to supply air in a direction opposite to the fuel injection direction,
The reverse gas recirculation system comprises:
(IIFGR) nozzle made of the high-speed nozzle is disposed at the upper end of the furnace so as to generate a flue gas internal recirculation region for introducing the upwardly-directed combustion gas to the downstream of the flue gas, By being configured to install,
A complete mixing region in the combustion furnace is formed by the inner gas recirculation region of the exhaust gas, thereby achieving a strong recirculation up to two to three times the entire exhaust gas flow rate,
A strong turbulent flow is formed by the high-speed air jet to induce a uniform temperature and reaction field in the internal space of the combustion furnace, thereby reducing NOx and CO emissions, improving operation performance,
Wherein the local overheating zone is reduced to reduce damage to the refractory material and piping and to increase the durability of the entire facility.
제 1항에 있어서,
상기 연소로는, 화격자식 연소로를 이용하여 구성되는 것을 특징으로 하는 역방향 가스 재순환 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the combustion furnace is constructed using a grate-type combustion furnace.
제 1항에 있어서,
상기 연소로는, 유동층식 반응로를 이용하여 구성되는 것을 특징으로 하는 역방향 가스 재순환 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the combustion furnace is constituted by using a fluidized bed reactor.
제 1항에 있어서,
상기 연소로는, 열분해 용융 가스화로를 이용하여 구성되는 것을 특징으로 하는 역방향 가스 재순환 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the combustion furnace is constructed by using a pyrolysis melter-gasifier.
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