KR820002188B1 - 기복하는 연료류의 직접점화 방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

기복하는 연료류의 직접점화 방법

제1도는 본 발명에서 사용될 수 있는 아크점화식 미분탄버너의 횡단면도.

제2도는 제1도의 버너와 관련될 수 있는 미분탄공급장치의 횡단면도.

제3도는 제2도와 공급장치의 정면도.

본 발명은 미분탄 연소용 버너로서, 특히 발전설비에서 사용되는 증기 발생기의 석탄연소 보일러에서 사용되는 버너의 연소방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 석탄 연소로의 예열(warm-up)이나 저부하 작동을 위한 에너지를 공급하도록 미분탄을 점화하는 방법이 주안점을 두고 있다. 따라서, 본 발명의 일반적인 목적은 상기한 바와 같은 새롭고 진보된 방법을 마련하는데 있다.

천연가스 및 기름의 가격 상승과 그 이용도 감소로 인하여, 발전설비에서 석탄을 사용하는 것이 더욱 바람직해지고 있다. 그러나, 발전설비에서 사용되는 형의 통상적인 석탄 연소 증기 발생기 보일러들은 한결같이 예열이나 저부하작동을 위한 에너지를 공급하기 위해 다량의 천연가스나 기름을 필요로 한다. 이러한 고가의 보조연료 요구량은 막대하며, 예를들면 500매가와트급 발전설비를 가동시키기 위해서 70,000 갈론 전도의 기름을 사용하는 것은 드문일이 아니다.

따라서, 본 발명의 한 목적은 석탄 연소로의 예열이나 저부하 작동을 위한 에너지를 공급하기 위해 미분탄의 직접점화 방법을 제공한다.

본 발명은 미분탄과 공기로 된 연료류의 직접 점화를 제공한다. 본 발명에 따라서, 미분탄과 공기의 혼합물로 구성되는 연료류가 형성된다. 연료류는 산소대(對) 석탄비 및 속도를 갖는데, 연료류는 이러한 매개 변수들이 점화를 위한 최적조건을 포함하는 값의 범위에서 스위프(sweep) 되도록 기복(起伏)을 일으킨다. 기복된 또는 파상(波狀)으로 된 연료류는 석탄 점화를 위하여 에너지가 유체류에 전달되는 연소지역으로 들어간다.

본 발명의 양호한 실시예에 있어서 미분탄과 공기의 혼합물로 구성되는 연료류가 형성된다. 본 발명의 양호한 실시예에 있어서, 기복 질량 유동율(fluctuating mass flow rate)을 갖는 가스 공급원이 산소대(對) 석탄비 및 속도를 갖는 혼합물을 제공하도록 유체연료류내로 주입된다. 연료류는 예정된 주파수로 기복하려 매개변수들의 최적 점화치를 포함하는 매개변수값의 범위에서 연료류가 반복하여 스위프되도록 한다.

본 발명은 첨부 도면을 참조하므로서 명확히 이해될 수 있으며 그 여러가지목적 및 장점들이 이 분야에서 숙달된 사람들에게 분명히 이해될 수 있다.

제1도를 보면, 본 발명에 따른 버너가 도시되어 있다. 석탄 파이프(16)는 석탄을 버너내의 점화지역으로 압축공기에 의해 운반하는데 사용된다. 따라서, 제1도에 도시되어 있는 장치에 있어서 석탄파이프(16)의 좌단은 제2 및 3도의 석탄 공급장치와 연통되며, 석탄파이프(16)의 우단은 지지체(21)에 의하여 석탄 파이프(16)로부터 장치된 중공원뿔 확산기(22)에서 끝난다. 점화기(23)는 석탄파이프(16)의 배출단의 바로 하류에 위치한다. 점화기(23)는 버너의 측면을 통하여 들어가며 도시된 실시예에서는 기름 점화용으로 최근 사용되는 형과 유사한 고에너지 야크점화기로 구성된다. 점화원은 반응물이 점화되도록 가열하기에 충분한 에너지를 주는 것이면 어느것이나 사용될 수 있음은 물론이다.

따라서, 저항가열기(resistance heater)나 소형의 화석연료식 파일럿 토오치(fossil fueled pilot torch)가 고에너지 아크 점화기 대신에 사용될 수 있다. 그러나, 고 에너지 아크 점화기가 그 신뢰성과 조절능력으로 인하여 양호하다. 제1도데 도시되어 있는 바와 같이, 점화기(23)는 석탄이 점화된 후에 연소지역으로 부터 보호지역으로 이동될 수 있도록 통상 수축 가능하게 장치된다.

버너는 또한 석탄 파이프(16)와 동축으로 되어 있는 2차공기 공급도관(20)을 지닌다. 도관(20)은 그 상류단이 공기실(14)과 연통되는데, 이 공기실은 보통 도관(20)보다 약간 큰 직경의 원통형 방으로 되어 있다. 공기실(14)은 다수의 날개(12)들을 지니고 있다. 날개(12)들은 통기실(14)로부터 도관(20)으로 들어 가는 공기에 소용돌이를 일으키도륵 배치된다. 공기 인입덕트(10)는 도시되지 않은 압축공기 공급원으로 부터 공기실(14)로 연결된다. 공기공급도관(20)은 내화물질로 입혀진 원추체(24)로 된 발산노즐에서 끝난다.

본 발명의 한 실시예에서는 석탄파이프(16)가 1인치의 내경을 가졌으며, 도관(20)은 6인치의 내경을 가졌고 또 노즐(24)은 그 개구달(開口端)에서 13인치의 직경과 35°의 발산 각도를 가진다.

제2 및 3도는 석탄파이프(16)에 석탄 공기 혼합물을 공급하기 위한 미분탄 호퍼(hopper)(40)를 지닌다. 양호하게 호퍼(40)는 버너가 사용되는 노의 예열기간 동안 버너에 공급할 충분한 양의 미분탄을 저장할만한 크기이어야 한다.

호퍼(40)는 43으로 지시된 측량 측정 급송기와 연통된다. 이 급송기(43)는 변속급송장치(42), 콘레이어(44) 및 도시되지 않은 적당한 제어회로를 지닌다. 변속 급송장치(42)의 회전속도는 콘베이어(44)상에 떨어지는 석탄량을 조절하도록 변할수 있다. 콘베이어(44)는 중량 감지 급송장치일수 있으며 이 콘베이어(44)와 연동되는 부하전지(load cell)에 의하여 감지된 중량은 콘베이어의 이동 속도를 제어하는데 사용될 수 있다. 중량 측정 급송기(43)는 일정한 비율로 석탄을 회전 기갑실(氣閘室)(46)내로 전달한다.

회전 기갑실(46)은 이 방의 내벽과 밀접하게 접하는 날개(47)들을 가진 원통형 방으로 구성된다. 회전 기갑실의 하부에는 공기인입구(48)의 연료류 배출구(49)가 그 양편에 동축으로 배치되는데, 연료류 배출구(49)는 석탄파이프(16)의 연료입수단에 연결된다. 날개(47)들은(구멍 48 또는 49)들과 급송기(43) 사이에 공기가 거의 흐른지 않도록 회전 기갑실의 내벽과 접한다. 따라서, 공기인입구(48)로 들어가는 공기류가 중량측정 급송기(43)내로 쏠리는 일없이 배출구(49)를 통하여 계속 배출되는 것이 가능하다. 날개(47)들의 회전은 중량측정 급송기(43)에 의하여 이 날개(47)들 위에 떨어진 미분탄을 구멍(48 및 49)들 사이에 있는 공기 통로내로 운반해준다. 압축공기는 조절된 비율로 적당한 공급원(50)에 의하여 회전기갑실(46)에 공급되어 예정된 공기대(對) 석탄 무게비를 갖는 석탄 공기 혼합물이 파이프(16)를 통하여 버너에 공급되도록 한다. 공기대(對) 석탄 무게비는 조밀한 상태, 즉 1:1 또는 그 이하의 비율로 사용되어진다.

제1도의 버너를 작동시키기 위하여, 점화기(23)가 점화위치로 이동되어 에너지를 공급받는다. 아크 점화기를 사용하는 한 실시예에서, 약 10마이크로초를 지속하는동안 대략 30주율의 에너지 접촉을 가지며, 10Hz의 반복비율을 갖는 전기 스파아크가 효과적으로 사용되었다. 고에너지 아크의 경우에 있어서, 점화 에너지용량, 스파이크 지속기간 및 반복비율은 연료 발화성의 함수 바꾸어 말하면, 점화지역에서의 석탄 입자크기, 연료류속도 및 산소/연료비의 함수로서 변한다. 연료발화성은 또한 약간의 범위이기는 하지만, 수분, 휘발성 및 회분함량과 석탄의 응집도의 한수가 된다.

제1도의 버너는 유틸리티 보일러(utility boiler)용 예열버너로서 사용될 수 있다. 유틸리티 보일러 작동에서는, 보일러가 그것에 사용되는 통상적인 석탄 버너의 적절한 작동을 위하여 높은 온도까지 가열되는 것이 필수적이다.

본 발명의 버너는 통상적인 버너에서의 안정된 연소를 위하여 충분히 높은 온도까지 노를 가열시키는데 사용될 수 있다. 본 발명은 또한 점화와 저부하 안정화 모두를 위하여 사용될 수 있다.

파이프(16)로부터 배출된 석탄 공기 혼합물을 점화하기 위한 상기 버너의 능력이 다수의 매개변수들에 의존하는 것은 물론이다. 이러한 매개변수들은, 상기한 바와 같이 파이프(16)를 통하여 제공된 연료류의 발화성에 다가, 혼합물의 온도와 혼합물내의 석탄 입자크기 분포를 포함한다. 이러한 매개변수들은 점화가 가장 잘 일어날 수 있는 특정한 값이 있다. 어떤 주어진 점화순서사 진행되는 동안 석탄 공급원이 일치하지 않는 에너지 용량 및 일치하지 않는 입자크기 분포를 가질수 있기 때문에 점화를 위한 최적의 매개변수값을 얻는 것이 어려운 것은 물론이다. 더우기, 점화효과를 일으킬 수 있는 매개변수들중의 몇몇은 버너조작자가 조절할 수 없는 것이다. 이러한 조절 불가능한 매개변수들은 상대습도 및 순환공기의 온도와 이용할 수 있는 석탄의 종류를 포함한다.

그러므르, 어떤 주어진 점화과정동안 확실한 점화를 위하여 최적의 달성 가능한 점화 매개변수들이 주기적으로 제공된다면 바람직하다. 순간적이라 할지라도 점화를 위한 최적조건이 일단 이루어지면, 비록 연료혼합물이 점화를 위한 외적조건을 이루지 못한다 할지라도 점화된 석탄은 그것에 가까이 접해 있는 연료 혼합물을 점화한다.

본 발명에 따라서, 점화지역으로 전해진 연료혼합물의 산소대(對) 석탄 무게비는 다른 변수들이 조절되지는 않지만 그런대로 허용될 수 있는 한도내에 있다고 가정한 최적인 점화값을 포함하는 값의 범위에서 스위프된다. 이것을 위하여, 번호(201)로 지시된 기복 가스 공급원이 점화지역의 상류에 제공된다. 공급원(201)은 변화하는 질량 유동율로 가스를 공급하도록 구성된다. 양호하게, 질량 유동율에서의 기복은 예정된 주파수를 가져야 한다. 공급원(901)에 의하여 제공된 가스는 보통은 공기이나 산소 또는 질소와 같은 불활성 가스일수도 있다.

기복하는 공기나 기타가스의 덩어리(mass)가 파이프(16)를 통하여 흐르는 석탄 및 공기 혼합물내로 주입되면, 파이프(16)내의 혼합물의 속도 또한 기복하는것이 당연하다. 운반 가스대(對) 석탄 무게비, 가장 중요한 그것의 산소함량 및 연료혼합물의 속도등의 이와 같은 기복은 점화 지역에서의 연로류의 신소대(對) 석탄 무게비와 속도가 최적의 점화값을 포함하는 값의 범위에서 스위프 되도록 한다.

제1도에 도시되어 있는 바와 같이, 공급원(201)은 도시되지 않은 압축공급원으로 부터 솔레노이드 작동식 밸브(202)를 통하여 파이프(200)로 가스를 공급한다. 파이프(200)의 하류단은 연료파이프(16) 주위에 뻗어있는 다기관(manifold(多岐管)) 또는 충만실(Plenum chamber)(206)에서 끝난다.

다기관(206)에서 석탄 파이프(16)는 이 파이프의 중심을 관통하는 가스 분사를 제공하도록 형상을 갖고 크기가 정해져 있으며 일정 간격으로 설치된 다수의 구멍들을 갖추고 있다. 파이프(16)에 있는 구멍들의 설계는 방사 방향으로의 연료류 밀도의 변화를 피하려는 의도를 감안하여 행해진다. 즉, 필요한 밀도 변화는 번호(204)로 지시한 바와 같이 연료 파이프를 가로질러 균일하며 일정한 간격이 있는것이 양호하다. 따라서, 작동시에는 밸브(202)로부터 파이프(200)에 전해진 가스의 맥동(pulse)들이 점화지여 상류의 파이프(16)내로 주입된다. 신호발생기(203)는 예정된 주파수에서 가스의 파동을 제공기 위해, 예정된 주파수에서 개방 및 폐쇄되는 밸브(202)의 솔레노이드에 신호를 주도록 변화하는 주파수를 제공한다.

가스 파동의 주입으로부터 발생되는 연료류 밀도의 변화는 상기에서 언급된 바와 같이 번호(204)로 지시되어 있다. 파이프(200)내의 가스가 석탄 파이프(16)내의 조밀한 상태의 연료 혼합물과 혼합되면, 기복하는 석탄대(對) 산소비를 갖는 흐름이 제공된다.

본 발명은 또한 최적 점화 가능성의 조건과 특히 점화지역에서 사용할 수 있는 산소가 연료-공기 혼합물을 통하여 불꽃의 전파를 최적화시키는테 필요한 조건과는 다르다는 사실을 고려하고 있다. 최적 점화를 위한 공기는 불꽃 전파를 위한 것보다 더 작은 양이 필요하며 공기 대(對) 석탄 무게비를 스위프하는 것은 두 조건의 최적화를 접근시키므로서 가능하게 된다.

또한 본 발명에 따르면, 아크 점화기가 사용될때 스파아크 주파수는 점화에너지가 연료류 밀도의 변화주기에 동일한 지점에서 항상 공급되지는 않도록 밸브(202)의 작동 주파수와는 다르게, 양호하게는 그것 보다 크게 된다.

Claims (1)

1. 연소지역에서 미분탄의 연소를 지속하며 점화를 일으키는 방법에 있어서, 미분탄과 공기의 혼합물로 이루어진 연료류를 형성하고, 석탄 종류 및 공기순환조건에 따른 불꽃 전파와 점화를 위한 최적조건의 범위에서 상기 혼합물을 기복시키는 방법에 의해 공기대 석탄 중량비를 변화시키고, 그 연후에 연소지역내로 연료류를 주입시켜, 석탄 점화를 위하여 상기 연료류에 에너지를 주는 것을 특징으로하는 기복하는 연료류의 직접 점화 방법.

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