KR101777320B1 - Ultra low NOx combustor using staged combustion - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연소기(combustor)에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 농후연소(Rich Burn)와 희박연소(Lean Burn)에 따른 연소방식을 필요에 따라 전환하거나 병행하여 구현할 수 없는 데 더하여, 배기가스재순환(Flue Gas Recirculation ; FGR)을 구현하기 위하여 추가적인 구성을 부가하여야 함으로 인해 전체적인 구성이 복잡해지고 비용이 증가하는 문제점이 있었던 종래기술의 연소기들의 문제점을 해결하기 위해, 다단 연소방식으로 구성되어 단일의 연소기에서 농후연소(rich burn)와 희박연소(lean burn)를 선택적으로 수행하는 것에 의해 혼합특성을 향상시켜 NOx를 포함하는 공해물질의 발생을 저감하고, 배기가스재순환(Flue Gas Recirculation ; FGR)을 위한 별도의 구성이 필요 없이 FGR과 같은 효과를 얻을 수 있도록 구성되어 기존의 연소방식에 비해 NOx와 같은 공해물질을 더욱 저감할 수 있는 동시에, 적어도 둘 이상의 연소실 중 하나의 연소실의 형상을 벤츄리 형태로 형성하고, 공기주입구에 선회를 주는 것에 의해 연소기 구조를 개선하여 혼합특성 및 적용의 용이성을 향상시킬 수 있도록 구성되는 다단연소를 이용한 초저 NOx 연소기가 제공된다. The present invention relates to a combustor. According to the present invention, it is not possible to implement a combustion mode according to a rich burn and a lean burn as necessary or in parallel, In order to solve the problems of the prior art combustors in which the overall structure is complicated and the cost is increased due to the addition of additional components to implement the flue gas recirculation (FGR), a multi- Rich combustion and lean burn are selectively performed to improve the mixing characteristics to reduce the generation of pollutants including NOx and to reduce the amount of pollutants contained in exhaust gas recirculation (FGR) It is possible to obtain the same effect as FGR without needing a separate constitution. Therefore, compared to the conventional combustion method, And the combustion chamber structure is improved by forming a combustion chamber of one of at least two combustion chambers in a venturi shape and pivoting the air injection port to improve mixing characteristics and ease of application, An ultra low NOx combustor using combustion is provided.
Description
본 발명은 연소기(combustor)에 관한 것으로, 더 상세하게는, 다단 연소방식으로 구성되어 단일의 연소기에서 농후연소(rich burn)와 희박연소(lean burn)를 선택적으로 수행하는 것에 의해 혼합특성을 향상시켜 NOx와 같은 공해물질의 발생을 저감하는 동시에, 배기가스재순환(Flue Gas Recirculation ; FGR)을 위한 별도의 구성이 필요 없이 FGR과 같은 효과를 얻을 수 있도록 구성되어 기존의 연소방식에 비해 NOx와 같은 공해물질을 더욱 저감할 수 있도록 구성되는 다단연소를 이용한 초저 NOx 연소기에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE
아울러, 본 발명은, 상기한 바와 같이 단일의 연소기에서 농후연소와 희박연소를 선택적으로 수행하는 것에 의해 NOx와 같은 공해물질을 더욱 저감할 수 있도록 구성되는 동시에, 적어도 둘 이상의 연소실 중 하나의 연소실의 형상을 벤츄리 형태로 형성하고, 공기주입구에 선회를 주는 것에 의해 연소기 구조를 개선하여 혼합특성 및 적용의 용이성을 향상시킬 수 있도록 구성되는 다단연소를 이용한 초저 NOx 연소기에 관한 것이다. Further, according to the present invention, the pollutant such as NOx can be further reduced by selectively performing the rich combustion and the lean burn in a single combustor as described above, and at the same time, Low NOx combustor using multi-stage combustion, which is configured to form a shape in the form of a venturi and to improve the mixing characteristics and ease of application by improving the structure of the combustor by pivoting the air inlet.
종래, 일반적으로, 화력 발전소, 폐기물 처리 연소로, 가스화로, 연료전지용 개질기와 가열기 및 가스터빈(Gas Turbine) 등과 같은 여러 분야에 걸쳐 연소기(Combustor)가 널리 사용되고 있다, Conventionally, combustors have been widely used in various fields such as thermal power plants, waste treatment furnaces, gasification furnaces, reformers for fuel cells, heaters and gas turbines,
또한, 이러한 연소기는, 연료를 연소시켜 동력을 얻는 구조적인 특징상 연비, 즉, 열효율과 같은 연소효율의 개선을 통하여 전체적인 성능을 향상시키는 것과 함께, 최근에는 환경문제가 사회적인 문제로 대두됨에 따라 질소산화물(NOx)과 같은 공해물질의 배출을 저감할 수 있는 기술에 대한 요구가 높아지고 있다. In addition, such a combustor improves the overall performance by improving combustion efficiency such as thermal efficiency due to a structural characteristic of obtaining power by burning fuel, and in recent years, as the environmental problem becomes a social problem, There is a growing demand for a technique capable of reducing the emission of pollutants such as oxides (NOx).
여기서, 상기한 바와 같은 연소기에 대한 종래기술의 예로는, 예를 들면, 한국 등록특허공보 제10-1450867호에 따르면, 연료 및 공기분사 개구로 유도되는 연료 및 공기통로를 포함하는 연료 공기 분사 메커니즘을 구비하며, 연료 및 공기분사 개구는 가스터빈 연소기의 종방향의 유동축에 대하여 편심 위치에 역류 방향으로 배치되어 있도록 구성됨으로써, 연소기 내에서 연료와 공기의 혼합을 용이하게 할 수 있도록 구성되는 역류 분사 메커니즘을 구비한 가스 터빈 연소기가 제시된 바 있다. Here, as an example of the prior art for the combustor as described above, for example, according to Korean Patent Registration No. 10-1450867, a fuel air injection mechanism including a fuel and an air passage leading to a fuel and an air injection opening Wherein the fuel and air injection openings are arranged in a countercurrent direction at an eccentric position with respect to the longitudinal axis of the gas turbine combustor so as to facilitate the mixing of fuel and air in the combustor A gas turbine combustor having a spray mechanism has been proposed.
또한, 상기한 바와 같은 연소기에 대한 종래기술의 다른 예로는, 예를 들면, 국제공개특허공보 WO 2011/05893110호에 따르면, 가스터빈 연소기 및 가스터빈에 있어서, 연소기 내통에 대하여, 연소용 고압공기를 공급하는 공기통로와, 연료를 공급하는 파일럿노즐, 메인연료노즐, 톱햇노즐(top-hat nozzle)과, 필름공기(냉각용 공기)를 공급하는 개구부를 마련하는 동시에, 연소기 내통에 있어서의 연소 가스의 유동방향의 하류부 내벽면에 둘레방향을 따라서 축소부재를 마련하고, 이 축소부재를 필름공기의 흐름을 혼란시키지 않는 관통부를 제외하는 둘레방향에 있어서 소정 영역에 마련함으로써, 일산화탄소 등의 발생을 억제 가능하게 하는 동시에 불안정 연소의 발생을 억제 가능하도록 구성되는 가스 터빈 연소기 및 가스 터빈이 제시된 바 있다. According to another example of the prior art for a combustor as described above, for example, according to International Patent Publication No. WO 2011/05893110, in a gas turbine combustor and a gas turbine, a high-pressure combustion air A main fuel nozzle, a top-hat nozzle, and an opening for supplying film air (cooling air) are provided in the combustion chamber, and an air passage for supplying fuel, It is preferable that a reducing member is provided along the circumferential direction on the inner wall surface of the downstream portion in the flow direction of the gas and this reducing member is provided in a predetermined region in the circumferential direction excluding the penetration portion which does not disturb the flow of the film air, A gas turbine combustor and a gas turbine configured to be able to suppress the occurrence of unstable combustion at the same time as suppressing combustion can be suppressed.
아울러, 상기한 바와 같은 연소기에 대한 종래기술의 또 다른 예로는, 예를 들면, 국제공개특허공보 WO 2009/084587호에 따르면, 연소화염을 생성하는 내측 예혼합기 생성부 및 외측 예혼합기 생성부와, 이들 예혼합기 생성부를 내부에 가지는 내통과, 내통과 터빈의 입구부를 접속하는 미통을 구비하고, 외측 예혼합기 생성부가 내측 예혼합기 생성부의 외주를 둘러싸고 배치되며, 내측 예혼합기 생성부와 외측 예혼합기 생성부는 원통 형상의 스월러 링을 사이에 두고 배치되고, 예혼합기 생성부의 예혼합기 생성부 출구의 내벽면 중 연소기의 직경방향 외측의 내벽면이 직경 방향 내측의 내벽면보다도 연소화염의 축 방향으로 연장되어 있도록 구성되어, 예혼합기 생성부의 연소화염이 연장된 직경 방향 외측의 내벽면을 따라 매끄럽게 신장되고 미통의 축 방향으로 분산되어 안정화됨으로써, 연소진동의 발생이 억제될 수 있도록 구성되는 가스터빈의 연소기가 제시된 바 있다. Further, according to another example of the prior art for the combustor as described above, for example, according to International Publication No. WO 2009/084587, there is provided an internal premixer generating unit and an external premixer generating unit for generating a combustion flame And an inner passage for connecting the inlet portion of the inner-pass turbine, an outer premixer generating portion surrounding the outer periphery of the inner premixer generating portion, and an inner premixer generating portion and an outer premixer generating portion, The inner wall surface on the radially outer side of the combustor in the inner wall surface of the outlet of the premixer generating portion of the premixer generating portion is disposed in the axial direction of the combustion flame So that the combustion flame of the premixer generating section is stretched smoothly along the extended radially outer inner wall surface, And the combustion is stabilized by being dispersed in the direction of the combustion of the gas turbine.
더욱이, 상기한 바와 같은 연소기에 대한 종래기술의 또 다른 예로는, 예를 들면, 한국 등록특허공보 제10-0810033호에 따르면, 연소기와, 연소기의 출구에 설치되어 연소기에서 배출되는 예혼합가스가 점화되어 화염이 형성되는 연소실 및 재순환 통로를 포함하고, 상기한 연소기는 하단부에 외부로부터 연료가 유입되는 연료유입구와 외부로부터 공기가 유입되는 공기유입구가 형성되며 상단부에 연료와 공기가 혼합된 예혼합가스가 배출되는 출구가 형성되는 연소기 본체, 연소기 본체 내부에 설치되며 연료유입구를 통해 유입되는 연료와 공기유입구를 통해 유입되는 공기가 혼합되어 예혼합가스가 형성되는 예혼합실 및 연소기 본체 내부에 설치되며 예혼합실에서 혼합된 예혼합가스를 출구로 분사시키는 헤드부를 포함하며, 상기한 재순환 통로는 연소실과 헤드부가 형성되는 연소기 본체를 연결하도록 설치되어 연소실에서 연소된 배기가스의 일부가 헤드부로 유입되도록 구성됨으로써, 연소실 내의 화염의 평균온도를 저하시키거나 산소 농도를 낮게 하여 NOx의 발생을 저감할 수 있도록 구성되는 배기 재순환 예혼합 연소장치가 제시된 바 있다. Further, according to Korean Patent Registration No. 10-0810033, for example, another example of the prior art for the above-described combustor is a combustor and a premixed gas which is installed at the outlet of the combustor and discharged from the combustor A combustion chamber in which a flame is formed and a recirculation passage, wherein the combustor has a fuel inlet at a lower end thereof with a fuel inlet from the outside thereof and an air inlet through which air is introduced from the outside, A premixing chamber in which the premixed gas is formed by mixing the fuel introduced through the fuel inlet and the air introduced through the air inlet, installed in the combustor main body and installed in the combustor main body And a head portion for injecting the mixed premixed gas in the premixing chamber to the outlet, wherein the recycling passage The combustion chamber is connected to the combustor main body in which the combustion chamber and the head are formed so that a part of the exhaust gas burned in the combustion chamber flows into the head portion. Thus, the average temperature of the flame in the combustion chamber is lowered or the oxygen concentration is decreased to reduce the generation of NOx An exhaust gas recirculation premix combustion device is provided.
상기한 바와 같이, 종래, 연소기에 관련하여 여러 가지 기술내용들이 제시된 바 있으나, 상기한 바와 같은 종래기술의 연소기들은 다음과 같은 문제점이 있는 것이었다. As described above, various technical contents have been proposed in relation to a conventional combustor. However, the conventional combustors as described above have the following problems.
즉, 일반적으로, 종래의 연소기들은, NOx와 같은 공해물질의 저감을 위해 연소공기와 동일 또는 유사한 위치에서 후단의 배가스를 순환하여 공급함으로써 연소가스 유량을 증대시키는 것에 의해 화염의 온도를 낮추거나 산소 농도를 감소시켜 NOx 등의 공해물질을 저감하도록 구성되는 배기가스재순환(Flue Gas Recirculation ; FGR) 시스템을 구비하고 있으나, 이러한 배기가스재순환(FGR)을 구현하기 위해서는 기존의 연소기 구조에 추가적인 구성을 부가하여야 하며, 즉, 하류로 배출되는 고온의 배가스(Flue gas)를 상류의 연소기로 재순환시켜 공급하기 위해서는 배관 등으로 구성되는 유로가 필요하고, 경우에 따라서는 펌프, 블로어 등의 추가 동력이 요구되므로, 연소기 전체의 구성이 복잡해지고 그만큼 비용이 증가하며, 시스템 효율이 감소하는 문제점이 있다. That is, in general, conventional combustors reduce the temperature of the flame by increasing the flow rate of the combustion gas by circulatingly supplying the downstream exhaust gas at the same or similar position as the combustion air for the reduction of pollutants such as NOx, (FGR) system configured to reduce the concentration of pollutants such as NOx. However, in order to realize the exhaust gas recirculation (FGR) system, an additional structure is added to the existing combustor structure In order to supply a flue gas of a high temperature discharged downstream to the upstream combustor in order to supply the flue gas, an additional flow of a pump, a blower, or the like is required in some cases , The configuration of the entire combustor is complicated, the cost is increased, and the system efficiency is reduced All.
또한, 종래의 연소기들은, 기본적으로, 예를 들면, 농후연소(Rich Burn) 또는 희박연소(Lean Burn) 중 하나의 연소방식으로만 운전이 가능하고, 이러한 서로 다른 연소방식을 필요에 따라 전환하거나 병행하여 구현할 수 없는 경우가 대부분이었던 한계가 있는 것이었다. In addition, conventional combustors are basically capable of operating only in one combustion mode, for example, rich burn or lean burn, and can switch these different combustion modes as needed There is a limitation in that it can not be implemented in parallel.
즉, 단일의 연소기에서 농후연소와 희박연소를 병행하여 구현할 수 있다면, 이들 연소방식의 조합을 통하여 NOx와 같은 공해물질을 저감하거나, 별도의 추가적인 구성을 설치하지 않고도 배기가스재순환(FGR)과 같은 효과를 얻을 수 있도록 하는 것이 가능할 것으로 기대되나, 상기한 바와 같은 종래기술의 연소기들은 이와 같이 복합적인 연소방식을 구현할 수 있는 구성에 대하여는 제시된 바 없었다. That is, if it is possible to implement both rich combustion and lean combustion in a single combustor in parallel, it is possible to reduce pollutants such as NOx through a combination of these combustion systems, or to reduce the amount of exhaust gas recirculation However, the conventional combustors as described above have not been proposed to be capable of implementing such a complex combustion method.
아울러, 상기한 바와 같이 NOx와 같은 공해물질의 저감을 위하여는, 연소기 내부에서의 혼합특성 및 기존의 시스템에 적용을 용이하게 할 수 있도록 연소기 구조를 구성하는 것이 바람직하나, 종래기술의 연소기들은 이와 같이 혼합특성 및 적용의 용이성을 향상시킬 수 있도록 하기 위한 구성에 대하여도 제시된 바 없었다. As described above, in order to reduce pollutants such as NOx, it is preferable to configure the combustor structure so as to facilitate the mixing characteristic in the combustor and the application to the existing system. However, There has been no provision of a configuration for improving the mixing characteristics and ease of application.
따라서 상기한 바와 같이, 하나의 장치로 농후연소와 희박연소를 병행하는 것과 같은 복합적인 연소방식의 구현이 어렵고, 또한, NOx와 같은 공해물질의 저감을 위한 배기가스재순환(FGR)을 구현하기 위해서는 별도의 추가적인 구성이 필요한 단점이 있었던 종래기술의 연소기들의 문제점을 해결하기 위하여는, 단일의 연소기에서 농후연소와 희박연소를 선택적으로 수행할 수 있도록 구성되어 농후연소와 희박연소를 병행하는 것에 의해 NOx와 같은 공해물질을 저감하는 동시에, 별도의 추가적인 구성이 필요 없이 연소방식의 전환만으로 FGR과 같은 NOx 저감효과를 얻을 수 있도록 구성되는 것에 더하여, 연소기 구조의 개선을 통하여 혼합특성 및 적용의 용이성을 향상시킬 수 있도록 구성되는 새로운 구성의 연소기를 제시하는 것이 바람직하나, 아직까지 그러한 요구를 모두 만족시키는 장치나 방법은 제공되지 못하고 있는 실정이다. Therefore, as described above, it is difficult to realize a complex combustion system such as a combination of rich combustion and lean combustion with one apparatus, and in order to realize exhaust gas recirculation (FGR) for reducing pollutants such as NOx In order to solve the problems of the prior art combustors, which are disadvantageous in that a separate additional construction is required, it is necessary to selectively perform the rich combustion and the lean burn in a single combustor, And the NOx reduction effect such as FGR can be obtained only by switching the combustion mode without needing any additional configuration. Further, the improvement of the mixing characteristic and the ease of application can be improved by improving the structure of the combustor It is desirable to present a new configuration combustor that is configured to allow A situation which satisfies all of such requirements not the device or method is provided for.
[선행기술문헌] [Prior Art Literature]
1. 한국 등록특허공보 제10-1450867호 (2014.10.07.) 1. Korean Registered Patent No. 10-1450867 (Oct.
2. 국제공개특허공보 WO 2011/05893110호 (2011.05.19.) 2. International Patent Publication No. WO 2011/05893110 (May 19, 2011)
3. 국제공개특허공보 WO 2009/084587호 (2009.07.09.) 3. International Patent Publication No. WO 2009/084587 (2009.07.09.)
4. 한국 등록특허공보 제10-0810033호 (2008.02.27.) 4. Korean Patent Registration No. 10-0810033 (Feb. 27, 2008)
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 따라서 본 발명의 목적은, 농후연소(Rich Burn)와 희박연소(Lean Burn)에 따른 연소방식을 필요에 따라 전환하거나 병행하여 구현할 수 없는 데 더하여, 배기가스재순환(Flue Gas Recirculation ; FGR)을 구현하기 위하여 추가적인 구성을 부가하여야 함으로 인해 전체적인 구성이 복잡해지고 비용이 증가하는 문제점이 있었던 종래기술의 연소기들의 문제점을 해결하기 위해, 다단 연소방식으로 구성되어 단일의 연소기에서 농후연소(rich burn)와 희박연소(lean burn)를 선택적으로 수행하는 것에 의해 혼합특성을 향상시켜 NOx와 같은 공해물질의 발생을 저감하는 동시에, 배기가스재순환(Flue Gas Recirculation ; FGR)을 위한 별도의 구성이 필요 없이 FGR과 같은 효과를 얻을 수 있도록 구성되어 기존의 연소방식에 비해 NOx와 같은 공해물질을 더욱 저감할 수 있도록 구성되는 다단연소를 이용한 초저 NOx 연소기를 제공하고자 하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for switching a combustion mode according to a rich burn and a lean burn, In order to solve the problems of prior art combustors in which the overall structure is complicated and the cost is increased due to the addition of an additional structure in order to realize Flue Gas Recirculation (FGR) The combustion system is configured to selectively perform rich burn and lean burn in a single combustor to improve mixing characteristics to reduce the generation of pollutants such as NOx and to reduce exhaust gas recirculation Flue Gas Recirculation (FGR) without the need for a separate configuration is configured to achieve the same effect as FGR, Compared to the small system intended to provide an ultra low NOx burner using a multi-stage combustion is configured to be able to further reduce the pollutants, such as NOx.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 상기한 바와 같이 단일의 연소기에서 농후연소와 희박연소를 선택적으로 수행하는 것에 의해 NOx와 같은 공해물질을 더욱 저감할 수 있도록 구성되는 동시에, 적어도 둘 이상의 연소실 중 하나의 연소실의 형상을 벤츄리 형태로 형성하고, 공기주입구에 선회를 주는 것에 의해 연소기 구조를 개선하여 혼합특성 및 적용의 용이성을 향상시킬 수 있도록 구성되는 다단연소를 이용한 초저 NOx 연소기를 제공하고자 하는 것이다. It is another object of the present invention to provide a combustion device capable of further reducing a pollutant such as NOx by selectively performing rich combustion and lean combustion in a single combustor as described above and at least one of at least two combustion chambers The present invention is to provide an ultra low NOx combustor using multi-stage combustion, which is configured to form a combustion chamber of a combustion chamber in a venturi shape and improve the mixing characteristics and ease of application by improving the structure of the combustor by pivoting the air inlet.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 다단연소를 이용한 초저 NOx 연소기에 있어서, 연료를 공기와 혼합하여 연소시키는 제 1 연소실; 및 상기 제 1 연소실의 후단에 연결되어 상기 제 1 연소실에서 1차로 연소된 가스와 추가로 공급되는 공기 또는 추가로 공급되는 연료 또는 추가로 공급되는 공기와 연료가 2차로 연소되는 제 2 연소실을 포함하여 구성되고, 상기 제 1 연소실에 연료와 공기를 주입하여 1차로 연소시킨 후 생성된 1차 연소가스가 상기 제 2 연소실로 공급되고, 상기 제 2 연소실에 추가로 공기나 연료 또는 연료와 공기를 주입하여 2차 연소를 진행시키며, 각각의 연소단계에서 주입되는 연료와 공기의 양을 조절하는 것에 의해 상기 제 1 연소실과 상기 제 2 연소실에서 농후연소(rich burn)와 희박연소(lean burn)를 선택적으로 구현할 수 있도록 구성됨으로써, 단일의 연소기에서 연소방식의 조합을 통하여 혼합특성을 향상시켜 NOx를 포함하는 공해물질의 발생을 저감하는 동시에, 추가적인 구성이 필요 없이 배기가스재순환(Flue Gas Recirculation ; FGR)의 효과를 유도할 수 있도록 구성되어, 기존의 연소방식에 비해 NOx를 포함하는 공해물질을 더욱 저감할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 다단연소를 이용한 초저 NOx 연소기가 제공된다. In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided an ultra low NOx combustor using multi-stage combustion, comprising: a first combustion chamber for mixing fuel and combusting air; And a second combustion chamber connected to a downstream end of the first combustion chamber and including a first combustion gas and a second combustion air in which the fuel is additionally supplied, The first combustion chamber is supplied with fuel and air, and the generated primary combustion gas is supplied to the second combustion chamber. The second combustion chamber is further provided with air, fuel, or fuel and air Rich combustion and lean burn in the first combustion chamber and the second combustion chamber by controlling the amount of fuel and air injected in each combustion stage, The mixing characteristics can be improved through the combination of combustion methods in a single combustor to reduce the generation of pollutants including NOx, and at the same time, The exhaust gas recirculation (FGR) effect can be induced without the need for additional configuration, and the pollutant containing NOx can be further reduced as compared with the existing combustion system. An ultra low NOx combustor using combustion is provided.
여기서, 상기 연소기는, 상기 제 1 연소실에 공기와 연료를 주입하여 1차 연소시, 연료의 이론당량비에 해당하는 공기량에 비해 공기를 적게 공급하여 연소시키는 농후연소를 통해 발생된 고온의 혼합기를 상기 제 2 연소실로 이동시키고, 상기 제 2 연소실에서 2차 연소시, 상기 제 2 연소실의 후류에서 추가로 공급된 공기가 상기 제 2 연소실의 내외벽 사이의 유로를 따라 상류로 이동하면서 벽면을 냉각시킨 후 상기 제 2 연소실에 공급되어 상기 제 1 연소실에서 농후연소된 상태로 이동되어온 혼합공기와 만나 희박연소가 발생됨으로써, 상기 제 1 연소실에서 농후연소 후 상기 제 2 연소실에서 희박연소를 병행하는 것에 의해 혼합특성을 향상시켜 NOx와 같은 공해물질의 발생을 저감할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다. Here, the combustor may further include a high-temperature mixer generated through the rich combustion in which air and fuel are injected into the first combustion chamber to supply less air than the air equivalent to the theoretical equivalent ratio of the fuel, The second combustion chamber moves to the second combustion chamber and the air further supplied at the downstream of the second combustion chamber moves upstream along the flow path between the inner and outer walls of the second combustion chamber during the secondary combustion in the second combustion chamber, The lean burn is performed in the second combustion chamber after the rich combustion in the first combustion chamber because the lean burn is generated by being mixed with the mixed air which is supplied to the second combustion chamber and moved to the rich combustion state in the first combustion chamber So that the mixing characteristics can be improved and the generation of pollutants such as NOx can be reduced.
또한, 상기 연소기는, 상기 제 1 연소실에 공기와 연료를 주입하여 1차 연소시, 연료의 이론당량비에 해당하는 공기량에 비해 공기를 많이 공급하여 희박연소 조건으로 연소를 행하여 1차로 희박연소된 고온의 배가스(Flue gas)를 상기 제 2 연소실로 이동시키고, 상기 제 2 연소실에서 2차 연소시, 상기 제 1 연소실에서 희박연소된 고온의 배기가스 형태로 상기 제 2 연소실에 공급되는 상기 배가스에 공기 또는 연료 또는 공기와 연료를 주입하여 희박연소를 행함으로써, 상기 제 1 연소실에서 희박연소 후 상기 제 2 연소실에서도 다시 희박연소를 행하는 것에 의해 상기 FGR을 위한 별도의 구성을 설치할 필요 없이 배기가스를 재순환하는 상기 FGR의 효과를 유도하여 NOx를 포함하는 공해물질을 저감할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다. In addition, the combustor is configured such that air and fuel are injected into the first combustion chamber to supply a large amount of air compared to the amount of air corresponding to the theoretical equivalent ratio of the fuel during the primary combustion, and the combustion is performed under lean burn conditions, The flue gas of the first combustion chamber is transferred to the second combustion chamber and the exhaust gas supplied to the second combustion chamber in the form of a high temperature exhaust gas lean burned in the first combustion chamber during the secondary combustion in the second combustion chamber Or lean burn is performed by injecting fuel or air and fuel so that lean burn is performed again in the second combustion chamber after the lean burn in the first combustion chamber to recirculate the exhaust gas without having to provide a separate structure for the FGR The NOx-containing pollutants can be reduced by inducing the effect of the FGR.
아울러, 상기 제 1 연소실은, 연소를 위한 공간을 형성하는 제 1 연소실 내벽; 상기 제 1 연소실 내벽의 외측에 형성되는 제 1 연소실 외벽; 상기 제 1 연소실 내부에 연료를 공급하기 위해 상기 제 1 연소실의 후류에 설치되는 제 1 연료주입구; 외부공기를 공급하기 위해 상기 제 1 연소실 외벽에 형성되는 제 1 공기주입구; 및 상기 제 1 연소실 내벽과 상기 제 1 연소실 외벽 사이의 공간에 형성되는 유로를 통해 상기 제 1 연소실에 공급되는 제 1 연소용 공기가 상기 제 1 연소실의 벽면을 냉각한 후 상기 제 1 연소실 내부로 주입되도록 상기 제 1 연소실 내벽의 상기 제 1 공기주입구의 타측에 형성되는 제 1 연소용 공기주입구를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. The first combustion chamber may include a first combustion chamber inner wall forming a space for combustion; A first combustion chamber outer wall formed on the outer side of the inner wall of the first combustion chamber; A first fuel injection port provided downstream of the first combustion chamber to supply fuel into the first combustion chamber; A first air inlet formed in the outer wall of the first combustion chamber to supply outside air; And a first combustion air supplied to the first combustion chamber through a flow path formed in a space between the inner wall of the first combustion chamber and the outer wall of the first combustion chamber cools the wall surface of the first combustion chamber and then flows into the first combustion chamber And a first combustion air inlet formed on the other side of the first air inlet of the inner wall of the first combustion chamber to be injected.
더욱이, 상기 제 2 연소실은, 연소를 위한 공간을 형성하는 제 2 연소실 내벽; 상기 제 2 연소실 내벽의 외측에 형성되는 제 2 연소실 외벽; 상기 제 1 연소실 내부에서 1차 연소가 완료된 연소가스가 상기 제 2 연소실로 유입될 수 있도록 하기 위해, 상기 제 2 연소실 내벽의 일단 측이 상기 제 1 연소실 내부로 돌출되어 상기 제 1 연소실의 후단과 연결되는 것에 의해 상기 제 1 연소실 후류에서 주입되는 연료와 공기가 곧바로 상기 제 2 연소실로 유입되지 않고 상기 제 1 연소실 상류를 거쳐서 유입되도록 하여 상기 제 1 연소실 내부에서 사이클론(Cyclone) 효과가 유도될 수 있도록 이루어지는 제 2 연소실 입구부; 상기 제 2 연소실 내부에 연료를 공급하기 위해 상기 제 2 연소실 후류에 설치되는 제 2 연료주입구; 외부공기를 공급하기 위해 상기 제 2 연료주입구 보다 후류에 형성되는 제 2 공기주입구; 상기 제 2 공기주입구를 통하여 주입된 공기가 상기 제 2 연소실 내벽과 상기 제 2 연소실 외벽 사이의 공간에 형성되는 유로를 통해 이동하여 상기 제 2 연소실 내부로 유입되도록 상기 제 2 연소실 내벽의 상기 제 2 연소실 입구부 측에 형성되는 제 2 연소용 공기주입구; 및 상기 제 2 연소실에서 2차로 연소된 2차 연소가스를 배출하기 위한 제 2 연소실 배기부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. Furthermore, the second combustion chamber may include: a second combustion chamber inner wall forming a space for combustion; A second combustion chamber outer wall formed outside the inner wall of the second combustion chamber; Wherein one end of the inner wall of the second combustion chamber is protruded into the first combustion chamber so that the combustion gas having completed the first combustion in the first combustion chamber can flow into the second combustion chamber, The fuel and air injected from the first combustion chamber downstream are directly introduced into the first combustion chamber through the upstream of the first combustion chamber without being introduced into the second combustion chamber so that a cyclone effect can be induced in the first combustion chamber A second combustion chamber inlet portion that is formed so that the second combustion chamber inlet portion is formed; A second fuel injection port provided downstream of the second combustion chamber to supply fuel into the second combustion chamber; A second air inlet formed downstream of the second fuel inlet for supplying outside air; And the second air inlet port of the second combustion chamber is connected to the second combustion chamber inner wall through the second air inlet port, A second combustion air inlet formed at the combustion chamber inlet side; And a second combustion chamber exhaust unit for exhausting the secondary combustion gas secondarily burnt in the second combustion chamber.
또한, 상기 제 2 연소기는, 연소를 위한 공간을 형성하는 제 2 연소실 내벽; 상기 제 2 연소실 내벽의 외측에 형성되는 제 2 연소실 외벽; 상기 제 1 연소실 내부에서 1차 연소가 완료된 연소가스가 상기 제 2 연소실로 유입될 수 있도록 하기 위해, 상기 제 2 연소실 내벽의 일단 측이 상기 제 1 연소실 내부로 돌출되어 상기 제 1 연소실의 후단과 연결되는 것에 의해 상기 제 1 연소실 후류에서 주입되는 연료와 공기가 곧바로 상기 제 2 연소실로 유입되지 않고 상기 제 1 연소실 상류를 거쳐서 유입되도록 하여 상기 제 1 연소실 내부에서 사이클론(Cyclone) 효과가 유도될 수 있도록 이루어지는 제 2 연소실 입구부; 상기 제 2 연소실 내부에 연료를 공급하기 위해 상기 제 2 연소실 후류에 설치되는 제 2 연료주입구; 상기 제 2 연소실에서 2차로 연소된 2차 연소가스를 배출하기 위한 제 2 연소실 배기부; 및 상기 제 1 공기주입구를 통하여 주입된 공기가 상기 제 2 연소실 내벽과 상기 제 2 연소실 외벽 사이의 공간에 형성되는 유로를 통해 상기 제 2 연소실 배기부가 형성된 부분까지 이동한 후 상기 제 2 연소실 내부로 유입되는 것에 의해 상기 제 1 공기주입구를 통하여 공급된 공기가 벽면을 냉각하면서 공급되도록 상기 제 2 연소실 내벽의 상기 제 2 연소실 입구부 측에 형성되는 제 2 연소용 공기주입구를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. The second combustor may include: a second combustion chamber inner wall defining a space for combustion; A second combustion chamber outer wall formed outside the inner wall of the second combustion chamber; Wherein one end of the inner wall of the second combustion chamber is protruded into the first combustion chamber so that the combustion gas having completed the first combustion in the first combustion chamber can flow into the second combustion chamber, The fuel and air injected from the first combustion chamber downstream are directly introduced into the first combustion chamber through the upstream of the first combustion chamber without being introduced into the second combustion chamber so that a cyclone effect can be induced in the first combustion chamber A second combustion chamber inlet portion that is formed so that the second combustion chamber inlet portion is formed; A second fuel injection port provided downstream of the second combustion chamber to supply fuel into the second combustion chamber; A second combustion chamber exhaust part for exhausting a secondary combustion gas secondarily combusted in the second combustion chamber; And the air injected through the first air inlet port is moved to a portion where the exhaust port of the second combustion chamber is formed through a flow path formed in a space between the inner wall of the second combustion chamber and the outer wall of the second combustion chamber, And a second combustion air inlet formed at the inlet of the second combustion chamber on the inner wall of the second combustion chamber so that the air supplied through the first air inlet may be supplied while cooling the wall surface .
또는, 상기 제 2 연소기는, 연소를 위한 공간을 형성하는 제 2 연소실 내벽; 상기 제 2 연소실 내벽의 외측에 형성되는 제 2 연소실 외벽; 상기 제 1 연소실 내부에서 1차 연소가 완료된 연소가스가 상기 제 2 연소실로 유입될 수 있도록 하기 위해, 상기 제 2 연소실 내벽의 일단 측이 상기 제 1 연소실 내부로 돌출되어 상기 제 1 연소실의 후단과 연결되는 것에 의해 상기 제 1 연소실 후류에서 주입되는 연료와 공기가 곧바로 상기 제 2 연소실로 유입되지 않고 상기 제 1 연소실 상류를 거쳐서 유입되도록 하여 상기 제 1 연소실 내부에서 사이클론(Cyclone) 효과가 유도될 수 있도록 이루어지는 제 2 연소실 입구부; 상기 제 2 연소실 내부에 연료를 공급하기 위해 상기 제 2 연소실 후류에 설치되는 제 2 연료주입구; 상기 제 2 연소실에서 2차로 연소된 2차 연소가스를 배출하기 위한 제 2 연소실 배기부; 상기 제 1 공기주입구를 통하여 주입된 공기가 상기 제 2 연소실 내벽과 상기 제 2 연소실 외벽 사이의 공간에 형성되는 유로를 통해 상기 제 2 연소실 내부로 직접 유입되도록 상기 제 2 연소실 내벽의 상기 제 2 연소실 입구부 측에 상기 제 1 공기주입구와 연통되어 형성되는 제 2 연소용 공기주입구; 및 상기 제 1 공기주입구를 통하여 공급된 공기가 벽면을 냉각하면서 공급되도록 하기 위해, 상기 제 2 연소실 내벽과 상기 제 2 연소실 외벽 사이의 공간에 상기 제 2 연소실 배기부 부분까지 연장하여 형성되는 유로상에 형성되는 복수의 관통홀 또는 막냉각이나 충돌냉각을 포함하는 냉각수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. Alternatively, the second combustor may include: a second combustion chamber inner wall forming a space for combustion; A second combustion chamber outer wall formed outside the inner wall of the second combustion chamber; Wherein one end of the inner wall of the second combustion chamber is protruded into the first combustion chamber so that the combustion gas having completed the first combustion in the first combustion chamber can flow into the second combustion chamber, The fuel and air injected from the first combustion chamber downstream are directly introduced into the first combustion chamber through the upstream of the first combustion chamber without being introduced into the second combustion chamber so that a cyclone effect can be induced in the first combustion chamber A second combustion chamber inlet portion that is formed so that the second combustion chamber inlet portion is formed; A second fuel injection port provided downstream of the second combustion chamber to supply fuel into the second combustion chamber; A second combustion chamber exhaust part for exhausting a secondary combustion gas secondarily combusted in the second combustion chamber; Wherein the second combustion chamber has an inner wall and a second combustion chamber, and the air injected through the first air inlet is directly introduced into the second combustion chamber through a flow path formed in a space between the inner wall of the second combustion chamber and the outer wall of the second combustion chamber, A second combustion air inlet formed in the inlet portion side in communication with the first air inlet; And a flow path formed in the space between the inner wall of the second combustion chamber and the outer wall of the second combustion chamber so as to extend to the exhaust portion of the second combustion chamber so that the air supplied through the first air inlet may be supplied while cooling the wall surface. And cooling means including film cooling or impingement cooling.
아울러, 상기 제 2 연소용 공기주입구는, 주입구가 선회를 주어 혼합특성을 향상시킬 수 있는 구조로 형성되어 상기 제 1 연소실 측의 벽면에 인접하여 형성됨으로써, 상기 제 2 연소실 내부에 반경방향 선회류를 형성하도록 구성되거나, 또는, 주입구가 선회를 주어 혼합특성을 향상시킬 수 있는 구조로 형성되어 상기 제 1 연소실 측의 벽면과의 사이에 공간을 두고 형성됨으로써, 상기 제 2 연소실 내부에 축류형 선회류를 형성하도록 구성되는 것을 특징으로 한다. In addition, the second combustion air inlet may be formed to have a structure capable of improving the mixing characteristics by pivoting the injection port and being formed adjacent to the wall surface of the first combustion chamber side, so that the radial direction swirling flow Or the injection port is formed to have a structure capable of pivoting to improve the mixing characteristics and is formed with a space between the injection port and the wall surface of the first combustion chamber side, So as to form a flow.
더욱이, 상기 제 2 연소실 배기부는, 출구단 부분의 형태가 직선 형태나, 각진 형태, 또는, 곡선 형태로 구성되는 것을 특징으로 한다. Furthermore, the second combustion chamber exhaust portion is characterized in that the shape of the outlet end portion is a linear shape, an angular shape, or a curved shape.
또한, 상기 다단연소를 이용한 초저 NOx 연소기는, 각각의 상기 제 1 연소기 및 상기 제 2 연소기에 공급되는 연료공급 형태가 반경 방향 또는 축 방향으로 공급되거나, 또는, 상기 제 2 연소기에는 연료가 공급되지 않도록 구성되는 것을 특징으로 한다. The ultra low NOx combustor using the multi-stage combustion is characterized in that the fuel supply mode supplied to each of the first combustor and the second combustor is supplied in the radial direction or the axial direction, or the fuel is not supplied to the second combustor .
아울러, 본 발명에 따르면, NOx를 포함하는 공해물질의 발생을 저감하기 위한 연소기의 운전방법에 있어서, 상기에 기재된 다단연소를 이용한 초저 NOx 연소기를 이용하여 단일의 연소기에서 농후연소와 희박연소를 선택적으로 수행하도록 구성됨으로써, 각각의 연소실에서 수행되는 연소방식의 조합을 통하여 혼합특성을 향상시켜 NOx를 포함하는 공해물질의 발생을 저감하는 동시에, FGR을 위한 별도의 구성을 설치할 필요 없이 상기 FGR의 효과를 유도하여 NOx를 포함하는 공해물질의 발생을 저감할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연소기의 운전방법이 제공된다. According to the present invention, there is also provided a method of operating a combustor for reducing the generation of pollutants containing NOx, wherein the ultra low NOx combustor using the multi-stage combustion described above is used to selectively perform the rich combustion and the lean burn in a single combustor It is possible to reduce the generation of pollutants including NOx by improving the mixing characteristics through the combination of the combustion methods performed in the respective combustion chambers, Thereby reducing the generation of pollutants including NOx. The present invention also provides a method of operating a combustor.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 다단 연소방식으로 구성되어 단일의 연소기에서 농후연소와 희박연소를 선택적으로 수행하는 것에 의해 혼합특성을 향상시켜 NOx를 포함하는 공해물질의 발생을 저감하는 동시에, 배기가스재순환(FGR)을 위한 별도의 구성이 필요 없이 FGR과 같은 효과를 얻을 수 있도록 구성되어 기존의 연소방식에 비해 NOx와 같은 공해물질을 더욱 저감할 수 있도록 구성되는 다단연소를 이용한 초저 NOx 연소기가 제공됨으로써, 농후연소와 희박연소에 따른 연소방식을 필요에 따라 전환하거나 병행하여 구현할 수 없는 데 더하여, FGR을 구현하기 위하여 추가적인 구성을 부가하여야 함으로 인해 전체적인 구성이 복잡해지고 비용이 증가하는 문제점이 있었던 종래기술의 연소기들의 문제점을 해결할 수 있다. As described above, according to the present invention, the multi-stage combustion system is configured to selectively perform the rich combustion and the lean combustion in a single combustor to improve mixing characteristics to reduce the generation of pollutants including NOx, An ultra low NOx combustor using multi-stage combustion, which is configured to obtain the same effect as FGR without requiring a separate configuration for exhaust gas recirculation (FGR), and which is configured to further reduce pollutants such as NOx compared to existing combustion systems The combustion system according to the rich combustion and the lean combustion can not be implemented as required or switched in parallel, and in addition to the additional configuration for implementing the FGR, the overall structure becomes complicated and the cost increases. It is possible to solve the problems of the prior art combustors.
또한, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 단일의 연소기에서 농후연소와 희박연소를 선택적으로 수행하는 것에 의해 NOx와 같은 공해물질을 저감할 수 있도록 구성되는 동시에, 적어도 둘 이상의 연소실 중 하나의 연소실의 형상을 벤츄리 형태로 형성하고, 공기주입구에 선회를 주는 것에 의해 연소기 구조를 개선하여 혼합특성 및 적용의 용이성을 향상시킬 수 있도록 구성되는 다단연소를 이용한 초저 NOx 연소기가 제공됨으로써, FGR을 위한 별도의 구성이 필요 없이 간단한 구성만으로 종래에 비해 NOx와 같은 공해물질을 더욱 크게 저감할 수 있다. Further, according to the present invention, it is possible to reduce pollutants such as NOx by selectively performing the rich combustion and the lean burn in a single combustor as described above, and at the same time, The present invention provides a very low NOx combustor using multi-stage combustion, which is configured to form a shape in a venturi shape and to improve the mixing characteristics and easiness of application by improving the structure of the combustor by pivoting the air inlet, It is possible to further reduce pollutants such as NOx by a simple configuration without requiring a configuration.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다단연소를 이용한 초저 NOx 연소기의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 다단연소를 이용한 초저 NOx 연소기의 연소동작의 제 1 실시예로서 NOx와 같은 공해물질을 저감하는 연소방법을 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 다단연소를 이용한 초저 NOx 연소기의 연소동작의 제 2 실시예로서 FGR 효과를 구현하는 연소방법을 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 다단연소를 이용한 초저 NOx 연소기의 구체적인 구성 및 내부에서의 유동 흐름을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다단연소를 이용한 초저 NOx 연소기의 구체적인 구성 및 내부에서의 유동 흐름을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다단연소를 이용한 초저 NOx 연소기의 구체적인 구성 및 내부에서의 유동 흐름을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다단연소를 이용한 초저 NOx 연소기의 구체적인 구성 및 내부에서의 유동 흐름을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다단연소를 이용한 초저 NOx 연소기의 구체적인 구성 및 내부에서의 유동 흐름을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다단연소를 이용한 초저 NOx 연소기의 구체적인 구성 및 내부에서의 유동 흐름을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 다단연소를 이용한 초저 NOx 연소기의 제 2 연소실 배기부의 구체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 다단연소를 이용한 초저 NOx 연소기의 연료공급 형태를 개략적으로 나타내는 도면이다. 1 is a view schematically showing the overall configuration of an ultra low NOx combustor using multi-stage combustion according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a conceptual view of a combustion method for reducing pollutants such as NOx as a first embodiment of a combustion operation of an ultra low NOx combustor using multi-stage combustion according to an embodiment of the present invention shown in FIG.
FIG. 3 is a conceptual view illustrating a combustion method for implementing the FGR effect as a second embodiment of the combustion operation of the ultra low NOx combustor using multi-stage combustion according to the embodiment of the present invention shown in FIG.
FIG. 4 is a view schematically showing a specific structure of a ultra-low NOx combustor using multi-stage combustion according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1 and a flow flow in the interior thereof.
FIG. 5 is a view schematically showing a specific configuration of a ultra-low NOx combustor using multi-stage combustion according to another embodiment of the present invention and a flow of the internal combustion.
FIG. 6 is a view schematically showing a specific configuration of a ultra-low NOx combustor using multi-stage combustion according to another embodiment of the present invention and a flow flow in the interior thereof.
FIG. 7 is a view schematically showing a specific configuration of a ultra-low NOx combustor using multi-stage combustion according to another embodiment of the present invention and a flow flow in the interior thereof.
FIG. 8 is a view schematically showing a specific configuration of a ultra-low NOx combustor using multi-stage combustion according to another embodiment of the present invention, and a flow flow in the inside thereof.
FIG. 9 is a view schematically showing a specific structure of a ultra low NOx combustor using multi-stage combustion according to another embodiment of the present invention and a flow flow inside the multi-stage NOx combustor.
10 is a view schematically showing a specific configuration of the exhaust port of the second combustion chamber of the ultra low NOx combustor using multi-stage combustion according to the embodiment of the present invention.
11 is a view schematically showing a fuel supply mode of an ultra low NOx combustor using multi-stage combustion according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 다단연소를 이용한 초저 NOx 연소기의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, referring to the accompanying drawings, a description will be given of a specific embodiment of an ultra low NOx combustor using multi-stage combustion 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.
계속해서, 도면을 참조하여, 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 다단연소를 이용한 초저 NOx 연소기의 구체적인 내용에 대하여 설명한다. Next, with reference to the drawings, the detailed contents of the ultra low NOx combustor using the multi-stage combustion according to the embodiment of the present invention constructed as described above will be described.
먼저, 도 1을 참조하면, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다단연소를 이용한 초저 NOx 연소기의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. Referring first to FIG. 1, FIG. 1 is a view schematically showing the overall configuration of an ultra low NOx combustor using multi-stage combustion according to an embodiment of the present invention.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 다단연소를 이용한 초저 NOx 연소기(10)는, 크게 나누어, 연료를 공기와 혼합하여 연소시키는 제 1 연소실(11)과, 제 1 연소실(11)의 후단에 연결되어 제 1 연소실(11)에서 1차로 연소된 혼합가스를 2차로 재연소시키는 제 2 연소실(12) 및 제 2 연소실(12)의 후단에 연결되어 2차 연소 후의 연소가스를 배출하기 위한 배기부(13)를 포함하여 구성될 수 있다. 1, an ultra
또한, 상기한 제 1 연소실(11)에는, 연료를 공급하기 위한 제 1 연료주입구(14)와 공기를 공급하기 위한 제 1 공기주입구(15)가 설치되고, 제 2 연소실(12)에는, 연료를 공급하기 위한 제 2 연료주입구(16)와 공기를 주입하기 위한 제 2 공기주입구(17)가 설치되며, 이때, 제 2 연료주입구(16)는 필요에 따라 설치되지 않을 수도 있다. The
따라서 상기한 바와 같은 구성으로부터, 제 1 연소실(11)에 연료와 공기를 주입하여 1차로 연소시키고, 제 2 연소실(12)에서 다시 공기 또는 연료 또는 공기와 연료를 추가로 주입하여 2차 연소시키며, 이때, 각각의 연소단계에서 주입되는 연료와 공기의 양을 적절히 조절함으로써, 농후연소(Rich Burn)와 희박연소(Lean Burn)를 선택적으로 구현하고, 그것에 의해, 연소방식의 조합만으로 NOx와 같은 공해물질을 저감할 수 있을 뿐만 아니라, 추가적인 구성이 없이도 배기가스재순환(FGR)의 효과를 유도하여 NOx와 같은 공해물질의 발생을 효과적으로 저감할 수 있다. Therefore, the fuel and air are firstly injected into the
더 상세하게는, 도 2를 참조하면, 도 2는 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 다단연소를 이용한 초저 NOx 연소기의 연소동작의 제 1 실시예로서 NOx와 같은 공해물질을 저감하는 연소방법을 개념적으로 나타내는 도면이다. More specifically, referring to FIG. 2, FIG. 2 is a first embodiment of a combustion operation of an ultra low NOx combustor using multi-stage combustion according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1, Fig.
즉, 도 2에 나타낸 바와 같이, NOx를 저감하는 연소방법은, 먼저, 제 1 연소실(11)에 공기와 연료를 주입하여 1차 연소시, 이론당량비의 공기량보다 공기량을 적게 공급되도록 하여 농후연소 조건으로 연소를 행하고, 이와 같이 농후연소된 고온의 혼합기를 제 2 연소실(12)로 이동시킨 후, 제 2 연소실(12)에 공기를 주입하여 전체 이론당량비의 공기량보다 공기량이 많이 공급되도록 하여 희박연소를 유도한다. That is, as shown in Fig. 2, in the combustion method for reducing NOx, air and fuel are first injected into the
따라서 상기한 바와 같이 제 1 연소실(11)에서 농후연소 후 제 2 연소실(12)에서 희박연소를 행함으로써(Rich Burn - Lean Burn), 제 2 연소실(12)에 공급되는 혼합공기는 1차 농후연소에 의해 연료가 남아있는 상태로 공급되므로, 제 2 연소실(12) 내에서 공기 또는 공기와 연료를 주입하여 희박연소시 배기부(13)로 배출되는 배기가스 내에 포함되는 NOx와 같은 공해물질을 저감할 수 있다. Therefore, by performing the lean burn in the
또한, 도 3을 참조하면, 도 3은 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 다단연소를 이용한 초저 NOx 연소기의 연소동작의 제 2 실시예로서 FGR 효과를 구현하는 연소방법을 개념적으로 나타내는 도면이다. 3 is a conceptual view of a combustion method implementing the FGR effect as a second embodiment of the combustion operation of the ultra low NOx combustor using multi-stage combustion according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1 to be.
즉, 도 3에 나타낸 바와 같이, FGR 효과를 구현하는 연소방법은, 먼저, 제 1 연소실(11)에 공기와 연료를 주입하여 1차 연소시, 도 2에 나타낸 제 1 실시예와 달리, 이론당량비의 공기량보다 공기량이 많이 공급되도록 하여 희박연소 조건으로 연소를 행하고, 이와 같이 희박연소된 고온의 혼합기를 제 2 연소실(12)로 이동시킨 후, 제 2 연소실 내(12)에도 공기 또는 연료 또는 공기와 연료를 주입하여 마찬가지로 희박연소를 유도한다. That is, as shown in FIG. 3, the combustion method for implementing the FGR effect is different from the first embodiment shown in FIG. 2 in the first combustion by injecting air and fuel into the
따라서 상기한 바와 같이 제 1 연소실(11)에서 희박연소 후 제 2 연소실(12)에서도 다시 희박연소를 행함으로써(Lean Burn - Lean Burn), 제 2 연소실(12)에 공급되는 혼합공기는 1차로 희박연소된 배기가스 형태로 공급되므로, 제 2 연소실(12) 내에서 공기 또는 연료 또는 공기와 연료를 주입하여 희박연소시 기존의 배기가스를 재순환하는 FGR과 같은 효과가 유도될 수 있으며, 그것에 의해, FGR을 위한 별도의 구성을 설치하지 않고도 FGR과 동일 내지 유사하게 배기부(13)로 배출되는 배기가스 내에 포함되는 NOx를 저감할 수 있다. Therefore, as described above, the lean burn in the
여기서, 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 다단연소를 이용한 초저 NOx 연소기(10)는, 각각의 연소실(11, 12)에 공기를 주입시, 사이클론(Cyclone) 효과 및 선회에 의한 혼합특성 향상에 의해 각 연소실(11, 12) 내부 전체에서 고르게 연소가 일어나도록 구성될 수 있다. Here, the
즉, 도 4 내지 도 9를 참조하면, 도 4 내지 도 9는 각각 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 다단연소를 이용한 초저 NOx 연소기(10)의 구체적인 구성 및 내부에서의 유동 흐름을 개략적으로 나타내는 도면이다. 4 to 9, a specific configuration of the
더 상세하게는, 본 발명의 실시예에 따른 다단연소를 이용한 초저 NOx 연소기(10)의 제 1 연소실(11)의 구체적인 구성은, 도 4 내지 도 9에 나타낸 바와 같이, 연소를 위한 공간을 형성하는 제 1 연소실 내벽(41), 제 1 연소실 내벽(41)의 외측에 형성되는 제 1 연소실 외벽(42), 제 1 연소실(11) 내부에 연료를 공급하기 위한 제 1 연료주입구(14), 외부공기를 공급하기 위해 제 1 연소실 외벽(42)에 형성되는 제 1 공기주입구(15) 및 제 1 공기주입구(15)를 통하여 주입된 공기가 제 1 연소실 내벽(41)과 제 1 연소실 외벽(42) 사이의 공간을 따라 이동하여 제 1 연소실(11) 내부로 유입되도록 제 1 연소실 내벽(41)의 제 1 공기주입구(15)의 타측에 형성되는 제 1 연소용 공기주입구(43)를 포함하여 구성될 수 있다. More specifically, the specific configuration of the
또한, 제 2 연소실(12)은, 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 연소를 위한 공간을 형성하는 제 2 연소실 내벽(44), 제 2 연소실 내벽(44)의 외측에 형성되는 제 2 연소실 외벽(45), 제 2 연소실(12) 내부에 연료를 공급하기 위한 제 2 연료주입구(16), 외부공기를 공급하기 위해 제 2 연소실 외벽(45)에 형성되는 제 2 공기주입구(17), 제 2 공기주입구(17)를 통하여 주입된 공기가 제 2 연소실 내벽(44)과 제 2 연소실 외벽(45) 사이의 공간을 따라 이동하여 제 2 연소실(12) 내부로 유입되도록 제 2 연소실 내벽(44)의 제 2 공기주입구(17)의 타측에 형성되는 제 2 연소용 공기주입구(46), 제 2 연소실 내벽(44)의 일단 측이 제 1 연소실(11)의 후단과 연결되어 제 1 연소실(11)에서 1차로 연소된 1차 연소가스가 제 2 연소실(12) 내부로 유입되도록 형성되는 제 2 연소실 입구부(47) 및 제 2 연소실(12)에서 2차로 연소된 2차 연소가스를 배출하기 위한 배기구(48)를 포함하여 구성될 수 있다. 4 and 5, the
여기서, 상기한 제 1 연료주입구(14)는 제 1 연소실(11)의 후류에 설치되고, 제 1 연소용 공기주입구(43)는 제 1 연료주입구(14)보다도 후류에 설치되어, 제 1 연소실(11) 내부로 돌출되어 있는 제 2 연소실 입구부(47)의 과열을 방지할 수 있도록 구성될 수 있으며, 제 2 연료주입구(16)는 제 2 연소실(12) 후류에 설치되고, 제 2 연소용 공기주입구(46)는, 도시되지는 않았으나, 주입구가 선회를 주어 혼합특성을 향상시킬 수 있는 구조로 형성되며, 제 2 연료주입구(16)보다도 후류에 설치되어 제 2 연소실(12) 내부로 돌출되어 있는 배기구(48)의 과열을 방지할 수 있도록 구성될 수 있다. The first
아울러, 제 1 연소용 공기주입구(43)는, 제 1 연소실 내벽(41)과 제 1 연소실 외벽(42) 사이의 공간에 형성되는 유로를 통해 연소기의 최상류에 위치한 제 1 공기주입구(15)와 연결되도록 구성됨으로써, 제 1 연소실(11)에 공급되는 제 1 연소용 공기가 제 1 연소실(11)의 벽면을 냉각한 후 제 1 연소실(11) 내부로 주입되도록 구성될 수 있으며, 주입구가 선회를 주어 혼합특성을 향상시킬 수 있는 구조로 형성되는 제 2 연소용 공기주입구(46)는, 제 2 연소실 내벽(44)과 제 2 연소실 외벽(45) 사이의 공간에 형성되는 유로를 통해 제 2 연소실(12) 상류부에 위치한 제 2 공기주입구(17)와 연결되도록 구성됨으로써, 제 2 연소실(12)에 공급되는 제 2 연소용 공기가 제 2 연소실(12) 벽면을 냉각한 후 제 2 연소실(12) 내부로 주입될 수 있도록 구성될 수 있다. The first
더욱이, 상기한 제 2 연소실 입구부(47)는, 제 1 연소실(11) 내부로 돌출되어 형성됨으로써 제 1 연소실(11) 후류에서 주입되는 연료와 공기가 곧바로 제 2 연소실(12)로 유출되지 않고 제 1 연소실(11) 상류를 거쳐서 나오도록 하여 제 1 연소실(11) 내부에서 1차 연소가 완료된 연소가스가 제 2 연소실(12)로 유입되도록 하는 것에 의해 제 1 연소실 내부에서 사이클론(Cyclone) 효과가 유도될 수 있도록 구성될 수 있다. The second combustion
더 상세하게는, 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 다단연소를 이용한 초저 NOx 연소기(10)는, 각각의 연소실(11, 12)이 내벽과 외벽을 가지는 이중관 형태로 형성됨으로써, 제 1 공기주입구(15)에 공기를 주입하면 제 1 연소실 내벽(41)과 제 1 연소실 외벽(42) 사이의 공간을 따라 반대측의 제 1 연소용 공기주입구(43)까지 이동하여 제 1 연소실(12) 내부로 진입하면서 제 1 연소실(11) 내부에서 사이클론(Cyclone) 효과에 의해 연소실 전체에 걸쳐 유동이 고르게 분포하게 되고, 그것에 의해, 안정적인 연소를 유도할 수 있다. 4 and 5, the
마찬가지로, 제 2 연소실(12)에 있어서도, 제 2 공기주입구(17)에 공기를 주입하면 제 2 연소실 내벽(44)과 제 2 연소실 외벽(45) 사이의 공간을 따라 반대측의 제 2 연소용 공기주입구(46)까지 이동하여 제 2 연소실(12) 내부로 진입하며, 이때, 제 2 연소용 공기주입구(46)의 주입구가 선회를 주어 혼합특성을 향상시킬 수 있는 구조로 형성되는 것에 의해 제 2 연소실(12) 내부에서도 연소실 전체에 걸쳐 유동이 고르게 발생하게 되고, 또한, 제 1 연소실(11)에서 1차 연소된 연소 배가스가 제 2 연소실 입구부(47)를 통하여 제 2 연소실 내부로 진입하여 2차 연소가 이루어진 후 제 2 연소실 배기부(48)를 통해 배기부(13)로 배출됨으로써, 연소실 전체에 걸쳐 안정적인 연소를 유도할 수 있다. Similarly, in the
이때, 제 2 연소실(12)에 있어서, 도 4에 나타낸 바와 같이, 제 2 연소용 공기주입구(46)를 제 1 연소실(11)의 벽면에 인접하여 형성함으로써 연소실 내부에 반경방향 선회류를 형성하도록 구성되거나, 또는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 제 1 연소실(11)의 벽면과의 사이에 공간을 두고 제 2 연소용 공기주입구(46)를 형성함으로써 연소실 내부에 축류형 선회류를 형성하도록 구성될 수 있다. 4, the second
즉, 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같은 구성으로부터, 본 발명의 실시예에 따른 다단연소를 이용한 초저 NOx 연소기(10)를 이용하면, 연소용 공기와 연료가 각 연소실(11, 12)의 내부 벽면을 따라 하류에서 상류로 이동하는 것에 의해, 각각의 연소실(11, 12) 중심부를 따라 상류에서 하류로 이동하는 연소 배가스와 열 및 물질 전달이 활발해지게 되어 NOx와 같은 공해물질의 저감을 원활하게 하고, 배가스재순환(FGR) 연소가 안정적으로 이루어지도록 구성됨으로써, 높은 연소 효율을 달성하고 NOx를 포함하는 공해물질의 발생을 더욱 저감할 수 있도록 구성될 수 있다. 4 and 5, when the
더 상세하게는, 본 발명의 실시예에 따른 다단연소를 이용한 초저 NOx 연소기(10)는, 제 1 연소실(11)에 공기와 연료를 주입하여 1차 연소시, 이론당량비에 해당하는 공기량보다 공기량을 적게 공급하여 연소시키는 농후연소를 통해 발생된 고온의 혼합기를 제 2 연소실(12)로 이동시키고, 제 2 연소실(12)에서 2차 연소시, 제 2 연소용 공기주입구(46)를 통하여 추가로 공급된 공기가 농후연소된 상태로 제 1 연소실(11)에서 이동되어온 혼합공기와 만나 2차 희박연소가 발생됨으로써, 제 1 연소실(11)에서 농후연소 후 제 2 연소실(12)에서 희박연소를 병행하는 것에 의해 NOx와 같은 공해물질의 발생이 저감될 수 있다. More specifically, in the
또한, 본 발명의 실시예에 따른 다단연소를 이용한 초저 NOx 연소기(10)는, 제 1 연소실(11)에 공기와 연료를 주입하여 1차 연소시, 연료의 이론당량비에 해당하는 공기량에 비해 많은 공기량을 공급하여 연소시키는 희박연소를 통해 발생된 고온의 배가스(Flue gas)를 제 2 연소실(12)로 이동시키고, 제 2 연소실(12)에서 2차 연소시, 제 1 연소실(11)에서 희박연소된 고온의 배기가스 형태로 제 2 연소실(12)에 공급되는 배가스에 공기 또는 연료 또는 공기와 연료를 주입하여 희박연소를 행함으로써, 제 1 연소실(11)에서 희박연소 후 제 2 연소실(12)에서도 다시 희박연소를 행하는 것에 의해 FGR을 위한 별도의 구성을 설치할 필요 없이 배기가스를 재순환하는 FGR의 효과를 유도하여 NOx를 포함하는 공해물질을 더욱 저감할 수 있다. In addition, the
즉, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 다단연소를 이용한 초저 NOx 연소기(10)의 구성에 따르면, 각각의 제 1 연소실(11) 및 제 2 연소실(12)에 공기 및 연료를 주입시, 사이클론(Cyclone) 효과 및 선회효과에 의해 각각의 제 1 연소실(11) 및 제 2 연소실(12) 내부의 벽면을 따라 하류에서 상류로 이동하는 제 1 연소용 공기와 연료 및 제 2 연소용 공기와 연료가 각각의 연소실의 중심부를 따라 상류에서 하류로 이동하는 연소 배가스와 열 및 물질의 전달을 촉진하며, 제 2 연소실(12)에 공기 및 연료를 주입시 선회효과에 의해 제 2 연소실 중심부를 따라 상류에서 하류로 이동하는 연소 배가스와 열 및 물질의 전달을 촉진하는 것에 의해 NOx를 포함하는 공해물질의 발생을 저감하는 동시에, 배가스재순환(FGR) 연소가 안정적으로 이루어지도록 구성됨으로써, 연소효율 개선 및 NOx를 포함하는 공해물질 발생을 더욱 저감할 수 있다. That is, according to the structure of the
여기서, 도 4 및 도 5에 나타낸 실시예에서는, 각각의 연소실(11, 12)에 공기주입구(15, 17) 및 연료주입구(14, 16)가 각각 형성되어 있는 경우를 예로 하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 경우로만 한정되는 것은 아니다. 4 and 5 illustrate the present invention by taking as an example the case where
즉, 도 6 내지 도 9를 참조하면, 도 6 내지 도 9는 본 발명에 따른 다단연소를 이용한 초저 NOx 연소기(10)의 다른 실시예의 구성을 각각 개략적으로 나타내는 도면이다. Referring to FIGS. 6 to 9, FIGS. 6 to 9 are views schematically showing structures of another embodiment of the ultra
더 상세하게는, 도 6 내지 도 9에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 다단연소를 이용한 초저 NOx 연소기(10)는, 제 2 연소실(12)에 제 2 공기주입구(17)가 형성되지 않고, 제 1 연소실 내벽(41)과 제 1 연소실 외벽(42) 사이의 공간을 통해 형성되는 유로가 제 2 연소실 내벽(44)과 제 2 연소실 외벽(45) 사이의 공간을 통하여 형성되는 유로와 연통되어, 제 1 공기주입구(15)를 통하여 공급된 공기가 제 2 연소실 내벽(44)과 제 2 연소실 외벽(45) 사이의 공간을 따라 이동하여 제 2 연소실(12) 내부로 공급되도록 구성될 수도 있다. 6 to 9, in the ultra
이때, 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 제 1 공기주입구(15)를 통하여 공급되는 공기가 제 2 연소실 배기부(48)까지 이동한 다음 제 2 연소용 공기주입구(46)로 돌아오도록 유로를 형성함으로써, 제 1 공기주입구(15)를 통하여 공급된 공기가 벽면을 냉각하면서 공급되도록 구성될 수 있다. 6 and 7, the air supplied through the
또한, 이와 같이 제 2 연소실(12)에 제 2 공기주입구(17)가 형성되지 않는 경우에도, 도 6에 나타낸 바와 같이, 제 2 연소용 공기주입구(46)를 제 1 연소실(11)의 벽면에 인접하여 형성함으로써 연소실 내부에 반경방향 선회류를 형성하도록 구성되거나, 또는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 제 1 연소실(11)의 벽면과의 사이에 공간을 두고 제 2 연소용 공기주입구(46)를 형성함으로써 연소실 내부에 축류형 선회류를 형성하도록 구성될 수 있다. 6, even if the
아울러, 본 발명에 따른 다단연소를 이용한 초저 NOx 연소기(10)는, 도 8 및 도 9에 나타낸 바와 같이, 제 1 공기주입구(15)를 통하여 공급되는 공기가 제 2 연소실 배기부(48)까지 이동하지 않고 제 2 연소용 공기주입구(46)로 직접 공급되도록 구성될 수도 있으며, 이러한 경우는, 제 2 연소실 배기부(48)까지 유로를 연장하여 형성하고 벽면에 복수의 관통홀을 형성하거나, 또는, 막냉각이나 충돌냉각을 포함하는 냉각수단을 구비하여, 제 1 공기주입구(15)를 통하여 공급된 공기가 벽면 및 라이너를 냉각하면서 공급되도록 구성될 수 있다. In addition, as shown in FIGS. 8 and 9, the ultra
계속해서, 도 10을 참조하면, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 다단연소를 이용한 초저 NOx 연소기(10)의 제 2 연소실 배기부(48)의 구체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 10, there is shown a schematic configuration of a second combustion
즉, 도 10a 내지 도 10c에 나타낸 바와 같이, 제 2 연소실 배기부(48)는, 도 10a에 나타낸 바와 같은 직선 형태나, 도 10b에 나타낸 바와 같은 각진 형태, 또는, 도 10c에 나타낸 바와 같은 곡선 형태로 형성될 수도 있는 등, 출구 화염의 형상을 제어하기 위하여 필요에 따라 다양한 형태로 구성될 수 있는 것임에 유념해야 한다. That is, as shown in Figs. 10A to 10C, the second combustion
또한, 도 11을 참조하면, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 다단연소를 이용한 초저 NOx 연소기(10)의 연료공급 형태를 개략적으로 나타내는 도면이다. 11, a fuel supply mode of the ultra
도 11a 내지 도 11d에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 다단연소를 이용한 초저 NOx 연소기(10)는, 각각의 연소기(11, 12)에 공급되는 연료가 반경 방향이나 축 방향으로 공급되거나, 또는, 제 2 연소기(12)에는 연료가 공급되지 않을 수도 있는 등, 필요에 따라 다양한 형태로 구성될 수 있는 것임에 유념해야 한다. As shown in FIGS. 11A to 11D, the ultra
따라서 상기한 바와 같이 하여 본 발명에 따른 다단연소를 이용한 초저 NOx 연소기를 구현할 수 있다. Therefore, the ultra low NOx combustor using multi-stage combustion according to the present invention can be implemented as described above.
이상, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명에 따른 다단연소를 이용한 초저 NOx 연소기의 상세한 내용에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 기재된 내용으로만 한정되는 것은 아니며, 따라서 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. Although the present invention has been described in detail with respect to the embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, 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 invention as defined by the appended claims.
10. 연소기 11. 제 1 연소실
12. 제 2 연소실 13. 배출부
14. 제 1 연료주입구 15. 제 1 공기주입구
16. 제 2 연료주입구 17. 제 2 공기주입구
41. 제 1 연소실 내벽 42. 제 1 연소실 외벽
43. 제 1 연소용 공기주입구 44. 제 2 연소실 내벽
45. 제 2 연소실 외벽 46. 제 2 연소용 공기주입구
47. 제 2 연소실 입구부 48. 제 2 연소실 배기부 10.
12.
14.
16.
41. Inner wall of the
43. First
45. Second combustion chamber
47. Second combustion
Claims (11)
연료를 공기와 혼합하여 연소시키는 제 1 연소실; 및
상기 제 1 연소실의 후단에 연결되어 상기 제 1 연소실에서 1차로 연소된 가스와 추가로 공급되는 공기 또는 추가로 공급되는 연료 또는 추가로 공급되는 공기와 연료가 2차로 연소되는 제 2 연소실을 포함하여 구성되고,
상기 제 2 연소실은,
연소를 위한 공간을 형성하는 제 2 연소실 내벽;
상기 제 2 연소실 내벽의 외측에 형성되는 제 2 연소실 외벽;
상기 제 1 연소실 내부에서 1차 연소가 완료된 연소가스가 상기 제 2 연소실로 유입될 수 있도록 하기 위해, 상기 제 2 연소실 내벽의 일단 측이 상기 제 1 연소실 내부로 돌출되어 상기 제 1 연소실의 후단과 연결되는 것에 의해 상기 제 1 연소실 후류에서 주입되는 연료와 공기가 곧바로 상기 제 2 연소실로 유입되지 않고 상기 제 1 연소실 상류를 거쳐서 유입되도록 하여 상기 제 1 연소실 내부에서 사이클론(Cyclone) 효과가 유도될 수 있도록 이루어지는 제 2 연소실 입구부;
상기 제 2 연소실 내부에 연료를 공급하기 위해 상기 제 2 연소실 후류에 설치되는 제 2 연료주입구;
상기 제 2 연소실에서 2차로 연소된 2차 연소가스를 배출하기 위한 제 2 연소실 배기부;
상기 제 1 공기주입구를 통하여 주입된 공기가 상기 제 2 연소실 내벽과 상기 제 2 연소실 외벽 사이의 공간에 형성되는 유로를 통해 상기 제 2 연소실 내부로 직접 유입되도록 상기 제 2 연소실 내벽의 상기 제 2 연소실 입구부 측에 상기 제 1 공기주입구와 연통되어 형성되는 제 2 연소용 공기주입구; 및
상기 제 1 공기주입구를 통하여 공급된 공기가 벽면을 냉각하면서 공급되도록 하기 위해, 상기 제 2 연소실 내벽과 상기 제 2 연소실 외벽 사이의 공간에 상기 제 2 연소실 배기부 부분까지 연장하여 형성되는 유로상에 형성되는 복수의 관통홀 또는 막냉각이나 충돌냉각을 포함하는 냉각수단을 포함하여 구성되며,
상기 제 2 연소용 공기주입구는,
주입구가 선회를 주어 혼합특성을 향상시킬 수 있는 구조로 형성되어 상기 제 1 연소실 측의 벽면에 인접하여 형성됨으로써, 상기 제 2 연소실 내부에 반경방향 선회류를 형성하도록 구성되거나,
또는, 주입구가 선회를 주어 혼합특성을 향상시킬 수 있는 구조로 형성되어 상기 제 1 연소실 측의 벽면과의 사이에 공간을 두고 형성됨으로써, 상기 제 2 연소실 내부에 축류형 선회류를 형성하도록 구성되고,
상기 연소기는,
각각의 상기 제 1 연소실 및 상기 제 2 연소실에 공급되는 연료공급 형태가 반경 방향 또는 축 방향으로 공급되거나, 또는, 상기 제 2 연소실에는 연료가 공급되지 않도록 구성되며,
상기 제 1 연소실에 연료와 공기를 주입하여 1차로 연소시킨 후 생성된 1차 연소가스가 상기 제 2 연소실로 공급되고, 상기 제 2 연소실에 추가로 공기나 연료 또는 연료와 공기를 주입하여 2차 연소를 진행시키며, 각각의 연소단계에서 주입되는 연료와 공기의 양을 조절하는 것에 의해 상기 제 1 연소실과 상기 제 2 연소실에서 농후연소(rich burn)와 희박연소(lean burn)를 선택적으로 구현할 수 있도록 구성되는 동시에,
상기 제 1 연소실에 공기와 연료를 주입하여 1차 연소시 연료의 이론당량비에 해당하는 공기량에 비해 공기를 적게 공급하여 연소시키는 농후연소를 통해 발생된 고온의 혼합기를 상기 제 2 연소실로 이동시키고, 상기 제 2 연소실에서 2차 연소시 상기 제 2 연소실의 후류에서 추가로 공급된 공기가 상기 제 2 연소실의 내외벽 사이의 유로를 따라 상류로 이동하면서 벽면을 냉각시킨 후 상기 제 2 연소실에 공급되어 상기 제 1 연소실에서 농후연소된 상태로 이동되어온 혼합공기와 만나 희박연소가 발생되도록 구성됨으로써, 상기 제 1 연소실에서 농후연소 후 상기 제 2 연소실에서 희박연소를 병행하는 것에 의해 혼합특성을 향상시켜 NOx를 포함하는 공해물질의 발생을 저감할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 다단연소를 이용한 초저 NOx 연소기.
In an ultra-low NOx combustor using multi-stage combustion,
A first combustion chamber for mixing the fuel with air and burning the fuel; And
And a second combustion chamber connected to a rear end of the first combustion chamber and being primarily burned in the first combustion chamber and a second combustion chamber in which fuel is additionally supplied or further supplied fuel or further supplied air and fuel is secondarily burned Respectively,
The second combustion chamber includes:
A second combustion chamber inner wall forming a space for combustion;
A second combustion chamber outer wall formed outside the inner wall of the second combustion chamber;
Wherein one end of the inner wall of the second combustion chamber is protruded into the first combustion chamber so that the combustion gas having completed the first combustion in the first combustion chamber can flow into the second combustion chamber, The fuel and air injected from the first combustion chamber downstream are directly introduced into the first combustion chamber through the upstream of the first combustion chamber without being introduced into the second combustion chamber so that a cyclone effect can be induced in the first combustion chamber A second combustion chamber inlet portion that is formed so that the second combustion chamber inlet portion is formed;
A second fuel injection port provided downstream of the second combustion chamber to supply fuel into the second combustion chamber;
A second combustion chamber exhaust part for exhausting a secondary combustion gas secondarily combusted in the second combustion chamber;
Wherein the second combustion chamber has an inner wall and a second combustion chamber, and the air injected through the first air inlet is directly introduced into the second combustion chamber through a flow path formed in a space between the inner wall of the second combustion chamber and the outer wall of the second combustion chamber, A second combustion air inlet formed in the inlet portion side in communication with the first air inlet; And
And the second combustion chamber is formed in a space between the inner wall of the second combustion chamber and the outer wall of the second combustion chamber to extend to the exhaust portion of the second combustion chamber so that the air supplied through the first air inlet may be supplied while cooling the wall surface. A plurality of through holes or cooling means including film cooling or impingement cooling,
And the second combustion air inlet port
The injection port is formed to have a structure capable of swirling to improve mixing characteristics and is formed adjacent to a wall surface of the first combustion chamber side to form a radial swirling flow inside the second combustion chamber,
Alternatively, the injection port may be formed to have a structure capable of pivoting to improve mixing characteristics, and is formed to have a space between itself and the wall surface of the first combustion chamber, thereby forming an axial flow swirl flow inside the second combustion chamber ,
The combustor
Wherein a fuel supply mode supplied to each of the first combustion chamber and the second combustion chamber is supplied in a radial direction or an axial direction or the fuel is not supplied to the second combustion chamber,
Fuel and air are firstly injected into the first combustion chamber and then generated primary combustion gas is supplied to the second combustion chamber and air or fuel or fuel and air are further injected into the second combustion chamber, Rich combustion and lean burn can be selectively implemented in the first combustion chamber and the second combustion chamber by controlling the amount of fuel and air injected in each combustion stage And at the same time,
The high-temperature mixer, which is generated through the rich combustion in which the air and the fuel are injected into the first combustion chamber to supply less air and burn the air compared to the air equivalent to the theoretical equivalent ratio of the fuel during the first combustion, is transferred to the second combustion chamber, The air supplied further from the downstream side of the second combustion chamber during the secondary combustion in the second combustion chamber moves upstream along the flow path between the inner and outer walls of the second combustion chamber and is supplied to the second combustion chamber after cooling the wall surface The lean burn is performed in the second combustion chamber after the rich combustion in the first combustion chamber to improve the mixing characteristics and the NOx Wherein the low-NOx combustor is configured to reduce the generation of pollutants including the low-NOx combustion.
상기 연소기는,
상기 제 1 연소실에 공기와 연료를 주입하여 1차 연소시, 연료의 이론당량비에 해당하는 공기량에 비해 공기를 많이 공급하여 희박연소 조건으로 연소를 행하여 1차로 희박연소된 고온의 배가스(Flue gas)를 상기 제 2 연소실로 이동시키고,
상기 제 2 연소실에서 2차 연소시, 상기 제 1 연소실에서 희박연소된 고온의 배기가스 형태로 상기 제 2 연소실에 공급되는 상기 배가스에 공기 또는 연료 또는 공기와 연료를 주입하여 희박연소를 행함으로써,
상기 제 1 연소실에서 희박연소 후 상기 제 2 연소실에서도 다시 희박연소를 행하는 것에 의해 FGR을 위한 별도의 구성을 설치할 필요 없이 배기가스를 재순환하는 FGR의 효과를 유도하여 NOx를 포함하는 공해물질을 저감할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 다단연소를 이용한 초저 NOx 연소기.
The method according to claim 1,
The combustor
The air and fuel are injected into the first combustion chamber to supply a larger amount of air than the amount of air corresponding to the theoretical equivalent ratio of the fuel during the first combustion, and the combustion is performed under the lean-burn condition to generate a flue gas of high- To the second combustion chamber,
Wherein when the second combustion is performed in the second combustion chamber, lean burn is performed by injecting air, fuel, or air and fuel into the exhaust gas supplied to the second combustion chamber in the form of lean burned high temperature exhaust gas in the first combustion chamber,
The lean burn in the first combustion chamber and the lean burn in the second combustion chamber are performed again to induce the effect of FGR to recirculate the exhaust gas without the need for a separate structure for FGR to reduce pollutants containing NOx Wherein the low NOx combustor is configured to be capable of operating at a low temperature.
상기 제 1 연소실은,
연소를 위한 공간을 형성하는 제 1 연소실 내벽;
상기 제 1 연소실 내벽의 외측에 형성되는 제 1 연소실 외벽;
상기 제 1 연소실 내부에 연료를 공급하기 위해 상기 제 1 연소실의 후류에 설치되는 제 1 연료주입구;
외부공기를 공급하기 위해 상기 제 1 연소실 외벽에 형성되는 제 1 공기주입구; 및
상기 제 1 연소실 내벽과 상기 제 1 연소실 외벽 사이의 공간에 형성되는 유로를 통해 상기 제 1 연소실에 공급되는 제 1 연소용 공기가 상기 제 1 연소실의 벽면을 냉각한 후 상기 제 1 연소실 내부로 주입되도록 상기 제 1 연소실 내벽의 상기 제 1 공기주입구의 타측에 형성되는 제 1 연소용 공기주입구를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다단연소를 이용한 초저 NOx 연소기.
The method of claim 3,
Wherein the first combustion chamber comprises:
A first combustion chamber inner wall forming a space for combustion;
A first combustion chamber outer wall formed on the outer side of the inner wall of the first combustion chamber;
A first fuel injection port provided downstream of the first combustion chamber to supply fuel into the first combustion chamber;
A first air inlet formed in the outer wall of the first combustion chamber to supply outside air; And
Wherein the first combustion air supplied to the first combustion chamber through a flow path formed in a space between the inner wall of the first combustion chamber and the outer wall of the first combustion chamber cools the wall surface of the first combustion chamber and is injected into the first combustion chamber And a first combustion air inlet formed on the other side of the first air inlet of the inner wall of the first combustion chamber.
상기 제 2 연소실은,
연소를 위한 공간을 형성하는 제 2 연소실 내벽;
상기 제 2 연소실 내벽의 외측에 형성되는 제 2 연소실 외벽;
상기 제 1 연소실 내부에서 1차 연소가 완료된 연소가스가 상기 제 2 연소실로 유입될 수 있도록 하기 위해, 상기 제 2 연소실 내벽의 일단 측이 상기 제 1 연소실 내부로 돌출되어 상기 제 1 연소실의 후단과 연결되는 것에 의해 상기 제 1 연소실 후류에서 주입되는 연료와 공기가 곧바로 상기 제 2 연소실로 유입되지 않고 상기 제 1 연소실 상류를 거쳐서 유입되도록 하여 상기 제 1 연소실 내부에서 사이클론(Cyclone) 효과가 유도될 수 있도록 이루어지는 제 2 연소실 입구부;
상기 제 2 연소실 내부에 연료를 공급하기 위해 상기 제 2 연소실 후류에 설치되는 제 2 연료주입구;
외부공기를 공급하기 위해 상기 제 2 연료주입구 보다 후류에 형성되는 제 2 공기주입구;
상기 제 2 공기주입구를 통하여 주입된 공기가 상기 제 2 연소실 내벽과 상기 제 2 연소실 외벽 사이의 공간에 형성되는 유로를 통해 이동하여 상기 제 2 연소실 내부로 유입되도록 상기 제 2 연소실 내벽의 상기 제 2 연소실 입구부 측에 형성되는 제 2 연소용 공기주입구; 및
상기 제 2 연소실에서 2차로 연소된 2차 연소가스를 배출하기 위한 제 2 연소실 배기부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다단연소를 이용한 초저 NOx 연소기.
5. The method of claim 4,
The second combustion chamber includes:
A second combustion chamber inner wall forming a space for combustion;
A second combustion chamber outer wall formed outside the inner wall of the second combustion chamber;
Wherein one end of the inner wall of the second combustion chamber is protruded into the first combustion chamber so that the combustion gas having completed the first combustion in the first combustion chamber can flow into the second combustion chamber, The fuel and air injected from the first combustion chamber downstream are directly introduced into the first combustion chamber through the upstream of the first combustion chamber without being introduced into the second combustion chamber so that a cyclone effect can be induced in the first combustion chamber A second combustion chamber inlet portion that is formed so that the second combustion chamber inlet portion is formed;
A second fuel injection port provided downstream of the second combustion chamber to supply fuel into the second combustion chamber;
A second air inlet formed downstream of the second fuel inlet for supplying outside air;
And the second air inlet port of the second combustion chamber is connected to the second combustion chamber inner wall through the second air inlet port, A second combustion air inlet formed at the combustion chamber inlet side; And
And a second combustion chamber exhaust unit for exhausting a secondary combustion gas secondarily burnt in the second combustion chamber.
상기 제 2 연소실은,
연소를 위한 공간을 형성하는 제 2 연소실 내벽;
상기 제 2 연소실 내벽의 외측에 형성되는 제 2 연소실 외벽;
상기 제 1 연소실 내부에서 1차 연소가 완료된 연소가스가 상기 제 2 연소실로 유입될 수 있도록 하기 위해, 상기 제 2 연소실 내벽의 일단 측이 상기 제 1 연소실 내부로 돌출되어 상기 제 1 연소실의 후단과 연결되는 것에 의해 상기 제 1 연소실 후류에서 주입되는 연료와 공기가 곧바로 상기 제 2 연소실로 유입되지 않고 상기 제 1 연소실 상류를 거쳐서 유입되도록 하여 상기 제 1 연소실 내부에서 사이클론(Cyclone) 효과가 유도될 수 있도록 이루어지는 제 2 연소실 입구부;
상기 제 2 연소실 내부에 연료를 공급하기 위해 상기 제 2 연소실 후류에 설치되는 제 2 연료주입구;
상기 제 2 연소실에서 2차로 연소된 2차 연소가스를 배출하기 위한 제 2 연소실 배기부; 및
상기 제 1 공기주입구를 통하여 주입된 공기가 상기 제 2 연소실 내벽과 상기 제 2 연소실 외벽 사이의 공간에 형성되는 유로를 통해 상기 제 2 연소실 배기부가 형성된 부분까지 이동한 후 상기 제 2 연소실 내부로 유입되는 것에 의해 상기 제 1 공기주입구를 통하여 공급된 공기가 벽면을 냉각하면서 공급되도록 상기 제 2 연소실 내벽의 상기 제 2 연소실 입구부 측에 형성되는 제 2 연소용 공기주입구를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다단연소를 이용한 초저 NOx 연소기.
6. The method of claim 5,
The second combustion chamber includes:
A second combustion chamber inner wall forming a space for combustion;
A second combustion chamber outer wall formed outside the inner wall of the second combustion chamber;
Wherein one end of the inner wall of the second combustion chamber is protruded into the first combustion chamber so that the combustion gas having completed the first combustion in the first combustion chamber can flow into the second combustion chamber, The fuel and air injected from the first combustion chamber downstream are directly introduced into the first combustion chamber through the upstream of the first combustion chamber without being introduced into the second combustion chamber so that a cyclone effect can be induced in the first combustion chamber A second combustion chamber inlet portion that is formed so that the second combustion chamber inlet portion is formed;
A second fuel injection port provided downstream of the second combustion chamber to supply fuel into the second combustion chamber;
A second combustion chamber exhaust part for exhausting a secondary combustion gas secondarily combusted in the second combustion chamber; And
The air injected through the first air inlet port moves through a flow path formed in a space between the inner wall of the second combustion chamber and the outer wall of the second combustion chamber to a portion where the exhaust port of the second combustion chamber is formed, And a second combustion air inlet formed on the inner wall of the second combustion chamber at the inlet of the second combustion chamber so that the air supplied through the first air inlet is supplied while cooling the wall surface. Ultra low NOx combustor using multi - stage combustion.
상기 제 2 연소실 배기부는,
출구단 부분의 형태가 직선 형태나, 각진 형태, 또는, 곡선 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 다단연소를 이용한 초저 NOx 연소기.
The method according to claim 6,
Wherein the second combustion chamber exhaust part includes:
Wherein the outlet end portion has a straight shape, an angled shape, or a curved shape.
청구항 1항, 청구항 3항 내지 청구항 6항 및 청구항 9항 중 어느 한 항에 기재된 다단연소를 이용한 초저 NOx 연소기를 이용하여 단일의 연소기에서 농후연소와 희박연소를 선택적으로 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연소기의 운전방법.
A method of operating a combustor for reducing the generation of pollutants including NOx,
Characterized in that it is configured to selectively perform the rich combustion and the lean burn in a single combustor by using the ultra low NOx combustor using the multi-stage combustion according to any one of claims 1, 3, A method of operating a combustor.
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| PX0701 | Decision of registration after re-examination |
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