KR20180062329A - Burner for high temperature pressurized environment - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연료 이동관이 ㄱ자형태로 구성되어 연료의 이동 중에 충돌에 의한 미립화가 진행됨으로써 연료의 미립화를 극대화 시키고, 연료를 미립화시키기 위한 미립화매체를 절약할 수 있는 고온 가압 환경용 버너에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 연료 및 미립화매체를 2단 분사하는 제1 버너부와, 상기 제1 버너부의 외주 측에 원주방향을 따라 배치되며, 산소를 2단 분사하는 제2 버너부와, 상기 제2 버너부의 외주 측에 원주방향을 따라 배치되며, 내부 공간에 냉각수가 이동하는 냉각부를 포함하고, 상기 제1 버너부는 상기 제1 버너부의 길이방향과 평행하게 형성되며, 상기 미립화매체가 이동하는 미립화매체 이동관과, 상기 미립화매체 이동관과 이격되어 배치되되, 일단이 상기 미립화매체 이동관과 연결되고, 상기 연료가 이동하는 연료 이동관과, 일단이 상기 미립화매체 이동관과 연결되어 상기 미립화매체 이동관으로부터 공급된 상기 연료 및 상기 미립화매체가 혼합 및 팽창되는 혼합팽창부와, 상기 혼합팽창부의 타단과 연결되어 상기 연료 및 상기 미립화매체를 분사하는 연료노즐부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 가압 환경용 버너를 제공한다.The present invention relates to a burner for a high-temperature pressurized environment in which a fuel moving tube is formed in a lattice shape, atomization by collision proceeds during a movement of fuel, thereby maximizing fuel atomization and saving an atomizing medium for atomizing fuel.
To this end, the present invention provides a burner comprising a first burner part for injecting fuel and an atomizing medium in two stages, a second burner part disposed on the outer circumferential side of the first burner part in the circumferential direction for injecting oxygen in two stages, And a cooling section that is disposed along the circumferential direction on the outer circumferential side of the burner section and in which cooling water moves in the inner space, wherein the first burner section is formed parallel to the longitudinal direction of the first burner section, A fuel cell system comprising: a moving pipe; a fuel moving pipe disposed at a distance from the fuel cell moving pipe, one end of which is connected to the fuel cell moving pipe, And a mixed expanding portion in which the atomizing medium is mixed and expanded, and a second expanding portion connected to the other end of the mixed expanding portion to mix the fuel and the atomizing medium It provides a high-temperature environment, the pressure burner, characterized in that including a fuel nozzle for use.
Description
본 발명은 고온 가압 환경용 버너에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료 이동관이 ㄱ자형태로 구성되어 연료의 이동 중에 충돌에 의한 미립화가 진행됨으로써 연료의 미립화를 극대화 시키고, 연료를 미립화시키기 위한 미립화매체를 절약할 수 있는 고온 가압 환경용 버너에 관한 것이다. The present invention relates to a high temperature pressurized environment burner, and more particularly, to a burner for a high temperature pressurized environment, wherein the fuel moving pipe is configured in a lattice shape to minimize atomization due to collision during movement of the fuel to maximize fuel atomization, The present invention relates to a burner for a high-temperature pressurized environment capable of saving heat.
일반적으로 버너는 가스 또는 오일을 공급받아 화염을 발생시키는 장치이다.Generally, a burner is a device that generates a flame by supplying gas or oil.
일 예로, 버너는 경유와 산소가 버너 내부에서 혼합 및 액적화가 동시에 진행되면서, 버너팁을 빠져나와 별도의 착화용 버너에 의해 착화되는 구조를 가진다.For example, the burner has a structure in which light oil and oxygen exit from the burner tip and are ignited by a separate ignition burner while mixing and dropletization proceed simultaneously in the burner.
이 과정에서 보다 안정정적인 화염을 형성하기 위하여 연료의 미립화를 진행하고, 연료가 분사되기 전에 연료를 미립화시키는 미립화매체와 혼합되어 팽창됨으로써 연료를 미립화시킨다.In this process, the fuel is atomized to form a more stable static flame and mixed with an atomizing medium that atomizes the fuel before the fuel is injected, thereby expanding the fuel to atomize the fuel.
그러나, 연료와 미립화매체 간에 반응이 제대로 이루어지지 않는 경우가 발생하게 되고, 이는 화염이 안정적으로 형성되지 못하게 되는 문제의 원인이 된다.However, there is a case where the reaction between the fuel and the atomizing medium is not properly performed, which causes a problem that the flame can not be stably formed.
또한, 버너에서 사용되는 산화제로 순산소를 사용하기 때문에 버너 팁 내부의 유로가 미세하게 조정되지 않으면 역화(Flash Back)가 발생할 수 있는 문제점이 있다.In addition, since pure oxygen is used as the oxidizing agent used in the burner, flashback may occur if the flow path inside the burner tip is not finely adjusted.
또한, 역화가 발생되는 경우 버너 팁 부분의 급격한 손상이 유발되어 추후 산소의 분사가 원활하게 이루어질 수 없는 문제점이 있다.In addition, when backfire occurs, the burner tip portion is abruptly damaged, and oxygen injection can not be smoothly performed later.
또한, 버너 팁 주위로 순환유동을 형성하여 고온의 연소가스가 새로운 착화된 화염을 안정화시키기 위한 버너 내부의 유로가 팁 부분에서 확장되는 설계는 버너 팁의 손상과 역화를 유발하는 문제점이 있다.In addition, the design of the circulation flow around the burner tip so that the high temperature combustion gas expands the flow path inside the burner to stabilize the newly ignited flame, causes damage and backburning of the burner tip.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 연료 이동관이 ㄱ자형태로 구성되어 연료의 이동 중에 충돌에 의한 미립화가 진행됨으로써 연료의 미립화를 극대화 시키고, 연료를 미립화시키기 위한 미립화매체를 절약할 수 있는 고온 가압 환경용 버너에 관한 것이다. A problem to be solved by the present invention is to provide a fuel cell system in which a fuel moving tube is formed in a lattice shape and atomization by collision is progressed during collision of fuel to maximize atomization of fuel and to save an atomizing medium for atomizing fuel, Burner < / RTI >
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 연료 및 미립화매체를 2단 분사하는 제1 버너부와, 상기 제1 버너부의 외주 측에 원주방향을 따라 배치되며, 산소를 2단 분사하는 제2 버너부와, 상기 제2 버너부의 외주 측에 원주방향을 따라 배치되며, 내부 공간에 냉각수가 이동하는 냉각부를 포함하고, 상기 제1 버너부는 상기 제1 버너부의 길이방향과 평행하게 형성되며, 상기 미립화매체가 이동하는 미립화매체 이동관과, 상기 미립화매체 이동관과 이격되어 배치되되, 일단이 상기 미립화매체 이동관과 연결되고, 상기 연료가 이동하는 연료 이동관과, 일단이 상기 미립화매체 이동관과 연결되어 상기 미립화매체 이동관으로부터 공급된 상기 연료 및 상기 미립화매체가 혼합 및 팽창되는 혼합팽창부와, 상기 혼합팽창부의 타단과 연결되어 상기 연료 및 상기 미립화매체를 분사하는 연료노즐부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 가압 환경용 버너를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a burner comprising: a first burner part for injecting fuel and an atomizing medium in two stages, a second burner for burning oxygen in two stages, disposed on the outer circumferential side of the first burner, And a cooling part which is disposed along the circumferential direction on the outer circumferential side of the second burner part and in which the cooling water moves in the inner space, the first burner part being formed parallel to the longitudinal direction of the first burner part, A fuel moving tube disposed at a distance from the atomizing medium moving tube, the one end of the fuel moving tube being connected to the atomizing medium moving tube, the fuel moving tube having one end connected to the atomizing medium moving tube, A mixed expansion portion in which the fuel supplied from the moving pipe and the atomizing medium are mixed and expanded, and a fuel supply portion connected to the other end of the mixed expansion portion, It provides a high-temperature environment, the pressure burner comprising a fuel nozzle portion for injecting a group atomization medium.
여기서, 상기 연료 이동관은 ㄱ자 형상으로 형성되며, 상기 연료 이동관의 일단은 상기 미립화매체 이동관과 연결되고, 상기 연료 이동관의 타단은 연료 이동관으로 연료를 공급하는 연료 공급부와 연결되며, 상기 연료는 상기 연료 이동관 중 경로가 변경되는 영역에서 1차 미립화가 진행되고, 상기 연료 이동관과 상기 미립화매체 이동관이 연결되는 영역에서 2차 미립화가 진행되며, 상기 1차 미립화 및 상기 2차 미립화를 통해 전체 연료의 50%가 미립화될 수 있다.Here, the fuel moving tube is formed in a lattice shape, one end of the fuel moving tube is connected to the atomizing medium moving tube, and the other end of the fuel moving tube is connected to a fuel supplying part for supplying fuel to the fuel moving tube, The primary atomization proceeds in the region where the path of the moving pipe is changed and the secondary atomization proceeds in the region where the fuel moving pipe and the atomizing medium moving pipe are connected and the primary atomization and the secondary atomization are performed, % Can be atomized.
여기서, 상기 연료와 상기 미립화매체는 상기 혼합팽창부 내부에서 팽창된 후 상기 연소노즐부에서 압축되어 분사될 수 있다.Here, the fuel and the atomizing medium may be compressed in the combustion nozzle unit after being expanded inside the mixed expansion unit.
여기서, 상기 연료노즐부는 상기 제1 버너부의 길이방향의 중심을 기준으로 제1 원주방향을 따라 배치되어 제2 연소를 수행하는 제1 연료노즐과, 상기 제1 연료노즐과 이격되어 배치되되 상기 제1 버너부의 길이방향의 중심을 기준으로 상기 제1 원주방향의 외측에 위치하는 제2 원주방향을 따라 배치되어 제1 연소를 수행하는 제2 연료노즐을 포함하고, 상기 제1 연료노즐은 제1 버너부의 길이방향의 중심으로부터 5° 초과 40° 미만의 분사각을 가지며, 상기 제2 연료노즐은 제1 버너부의 길이방향의 중심으로부터 45° 이상 80° 미만의 분사각을 가지고, 상기 제1 연료노즐과 상기 제2 연료노즐에서 분사되는 연료의 분사각은 5°이상의 차이를 가질 수 있다.Here, the fuel nozzle unit may include a first fuel nozzle disposed along the first circumferential direction with respect to a longitudinal center of the first burner unit and performing a second combustion, a second fuel nozzle disposed apart from the first fuel nozzle, And a second fuel nozzle disposed along a second circumferential direction positioned outside the first circumferential direction with respect to a longitudinal center of the burner section to perform a first combustion, Wherein the second fuel nozzle has an injection angle of not less than 45 degrees and less than 80 degrees from the center of the length of the first burner portion in the longitudinal direction, The injection angle of the fuel injected from the nozzle and the second fuel nozzle may have a difference of 5 degrees or more.
여기서, 상기 1차 연소에서는 전체 연료량 중 25% 내지 35%의 연료를 사용하여 연소를 수행하고, 상기 제2 연소에서는 전체 연료량 중 65% 내지 75%의 연료를 사용하여 연소를 수행할 수 있다.Here, in the primary combustion, the combustion is performed using 25% to 35% of the total fuel amount, and in the second combustion, the combustion can be performed using 65% to 75% of the total fuel amount.
여기서, 상기 제2 버너부는 상기 산소를 분사하는 산소노즐부를 포함하고, 상기 산소노즐부는 상기 제2 버너부의 길이방향의 중심을 기준으로 상기 제2 원주방향의 외측에 위치하는 제3 원주방향을 따라 배치되어 상기 제1 연소를 수행하는 제1 산소노즐과, 상기 제1 산소노즐과 이격되어 배치되되 상기 제2 버너부의 길이방향의 중심을 기준으로 제3 원주방향의 외측에 위치하는 제4 원주방향을 따라 배치되어 상기 제2 연소를 수행하는 제2 산소노즐을 포함하고, 상기 제1 산소노즐에서 분사되는 산소는 상기 제2 연료노즐에서 분사되는 연료와 45° 이상 80°미만의 충돌각도를 가지며, 상기 제2 산소노즐에서 분사되는 산소는 상기 제1 연료노즐에서 분사되는 연료와 10°이상의 충돌각도를 가질 수 있다.Here, the second burner portion includes an oxygen nozzle portion for spraying the oxygen, and the oxygen nozzle portion is disposed along the third circumferential direction located outside the second circumferential direction with respect to the longitudinal center of the second burner portion A first oxygen nozzle disposed in the second circumferential direction and configured to perform the first combustion; a second oxygen nozzle disposed in the fourth circumferential direction Wherein the oxygen injected from the first oxygen nozzle has a collision angle of not less than 45 DEG and less than 80 DEG with the fuel injected from the second fuel nozzle, and the second oxygen nozzle is disposed along the second fuel nozzle to perform the second combustion, , The oxygen injected from the second oxygen nozzle may have a collision angle of 10 ° or more with the fuel injected from the first fuel nozzle.
여기서, 상기 제1 산소노즐에서 분사되는 산소의 분사속도는 상기 제2 연료노즐에서 분사되는 연료의 분사속도보다 빠르며, 상기 제2 산소노즐에서 분사되는 산소의 분사속도는 상기 제1 연료노즐에서 분사되는 연료의 분사속도보다 빠를 수 있다.Here, the injection speed of oxygen injected from the first oxygen nozzle is faster than the injection speed of the fuel injected from the second fuel nozzle, and the injection speed of oxygen injected from the second oxygen nozzle is higher than the injection speed of the second fuel nozzle The injection speed of the fuel may be faster than the injection speed of the fuel.
여기서, 상기 제1 연소 및 상기 제2 연소가 진행되는 연소반응지역의 압력이 대기압 내지 2bar 이하인 경우 10,000V의 전압을 사용하여 스파크를 발생시킴으로써 화염형성을 위한 점화에 사용하며, 상기 연소반응지역 압력이 대기압 내지 2bar 내지 4.2bar 인 경우 40,000V의 전압을 사용하여 스파크를 발생시킴으로써 화염형성을 위한 점화에 사용하고, 상기 스파크 간극의 범위는 최소값 내지 3mm 이하일 수 있다.Here, when the pressure of the combustion reaction zone in which the first combustion and the second combustion are progressed is from atmospheric pressure to 2 bar or less, a spark is generated by using a voltage of 10,000 V to be used for ignition for forming a flame, Is used for ignition for flame formation by generating a spark by using a voltage of 40,000 V at an atmospheric pressure of 2 to 4.2 bar, and the range of the spark gap may be a minimum value to 3 mm or less.
또한, 상기 연소반응지역의 압력이 4.2bar 초과되는 경우 전기에너지를 열에너지로 바꾸는 열선을 600℃ 이상으로 가열하여 점화할 수 있다.Further, when the pressure in the combustion reaction zone exceeds 4.2 bar, the heating wire for converting electrical energy into thermal energy may be heated to 600 ° C or higher to ignite.
본 발명에 따른 고온 가압 환경용 버너는 다음과 같은 효과를 가진다.The burner for high-temperature pressurized environment according to the present invention has the following effects.
첫째, 연료 이동관이 ㄱ자형태로 구성됨으로써 연료의 이동 중에 충돌에 의한 미립화가 진행될 수 있게 되고, 이에 따라 연료의 미립화를 극대화 시키고, 연료를 미립화시키기 위한 미립화매체를 절약할 수 있게 되는 이점이 있다.First, since the fuel moving pipe is formed in a L-shaped form, atomization due to collision can proceed during the movement of the fuel, thereby maximizing the atomization of the fuel and saving the atomized medium for atomizing the fuel.
둘째, 연소의 과정을 단계적으로 진행함으로써 점화가 보다 안전하게 진행되고, 연소과정에서 발생하는 손상을 방지할 수 있는 이점이 있다.Secondly, by progressing the combustion process stepwise, the ignition proceeds more safely and there is an advantage that the damage occurring in the combustion process can be prevented.
도 1은 본 발명에 따른 고온 가압 환경용 버너의 연소 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 고온 가압 환경용 버너 중 제1 버너부와 제2 버너부의 선단부를 도시한 도면이다.
도 3은 도 3에서 A-A' 및 B-B'의 종단면도를 도시한 도면이다.
도 4는 도 1의 고온 가압 환경용 버너 중 제1 버너부의 단면을 도시한 도면이다.1 is a view for explaining a burning step of a burner for high-temperature pressurization environment according to the present invention.
Fig. 2 is a view showing the tip end portions of the first burner portion and the second burner portion of the burner for high-temperature pressurized environment of Fig. 1;
3 is a longitudinal sectional view of AA 'and B-B' in FIG.
4 is a view showing a cross section of a first burner portion of the burner for high-temperature pressurized environment of FIG.
이하, 상술한 해결하고자 하는 과제가 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시 예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며, 이에 따른 부가적인 설명은 하기에서 생략된다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention in which the above-mentioned problems to be solved can be specifically realized will be described with reference to the accompanying drawings. In describing the embodiments, the same names and the same symbols are used for the same configurations, and additional description thereof will be omitted in the following.
도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 고온 가압 환경용 버너를 설명하면 다음과 같다.1 to 4, a burner for a high-temperature pressurized environment according to the present invention will be described below.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고온 가압 환경용 버너는 제1 버너부(100), 제2 버너부(200) 및 냉각부(300)를 포함하며, 먼저 본 발명에 따른 고온 가압 환경용 버너의 연소과정을 설명하면 다음과 같다.1 to 4, the high temperature pressurized environment burner according to the present invention includes a
상기 제1 버너부(100)는 연료 공급부(500)에서 공급되는 연료(F)를 상기 제1 버너부(100)의 선단부에 위치하는 연료노즐부(110)를 통해 분사한다.The
구체적으로 상기 연료노즐부(110)는 제1 연료노즐(111)과 제2 연료노즐(112)을 포함한다.Specifically, the
상기 제1 연료노즐(111)은 상기 제1 버너부(100)의 길이방향의 중심을 기준으로 제1 원주방향을 따라 배치되며, 상기 제2 연료노즐(112)을 통해 분사된 연료(F)에 의한 제1 연소(R1) 이후에 진행되는 제2 연소(R2)에서 연료(F)를 분사하며, 상기 제1 연소(R1) 및 상기 제2 연소(R2)에 대한 자세한 설명은 후술하도록 한다.The
또한, 상기 제1 연료노즐(111)은 상기 제1 버너부(100)의 길이방향의 중심으로부터 5° 초과 40° 미만의 분사각을 가진다. 상기 제1 연료노즐(111)의 분사각이 작을수록 제2 연소(R2)에서 발생하는 화염의 길이가 길게 형성된다. 따라서, 상기 제1 연료노즐(111)의 분사각을 조절하여 제2 연소(R2)에서 발생하는 화염의 길이를 가변시킬 수 있도록 한다.The
또한, 상기 제1 연료노즐(111)에서 분사되는 연료(F)가 상기 산소노즐부(210)로부터 분사되는 산소(O)와 충돌 혼합됨으로써 최종적으로 연료(F)의 미립화를 극대화시킬 수 있게 되고, 이에 따라 안정적으로 연소를 수행함으로써 화염을 형성할 수 있도록 한다.The fuel F injected from the
상기 제2 연료노즐(112)은 상기 제1 연료노즐(111)과 이격되어 배치되며, 상기 제1 버너부(100)의 길이방향의 중심을 기준으로 제1 원주방향의 외측에 위치하는 제2 원주방향을 따라 배치되고, 상기 제1 연소(R1)에 사용되는 연료(F)를 분사한다.The
또한, 상기 제2 연료노즐(112)은 상기 제1 버너부(100)의 길이방향의 중심으로부터 45° 이상 80° 미만의 분사각을 가진다. 상기 제2 연료노즐(112)의 분사각이 작을수록 제1 연소(R1)에서 발생하는 화염의 길이가 길게 형성되며, 이에 따라 상기 제2 연료노즐(112)의 분사각을 조절함으로써 제1 연소에서 발생하는 화염의 길이를 가변시킬 수 있다.The
상기 제2 연료노즐(112)이 상기 제1 버너부(100)의 길이방향의 중심으로부터 45° 이상 80° 미만의 분사각을 가짐으로써 상기 제1 버너부(100) 및 사이 제2 버너부(200)의 전단면과 연료(F)간의 직접적인 접촉을 피함으로써, 버너의 손상을 방지하고, 이로 인하여 버너의 수명을 연장시킬 수 있다.The
또한, 상기 제2 연료노즐(112)에서 분사되는 연료(F)가 상기 산소노즐부(210)로부터 분사되는 산소(O)와 충돌 혼합됨으로써 최종적으로 연료(F)의 미립화를 극대화시킬 수 있게 되고, 이에 따라 안정적으로 화염을 형성할 수 있도록 한다.The fuel F injected from the
상기 제1 연료노즐(111)과 상기 제2 연료노즐(112)의 분사각도는 5°이상의 차이를 가지며, 이는 상기 제1 연료노즐(111)과 상기 제2 연료노즐(112)에서 분사되는 연료(F)에 의해 진행되는 제1 연소(R1) 및 제2 연소(R2)의 간섭을 최소화하기 위함이다.The injection angle of the
상기 제2 버너부(200)는 상기 제1 버너부(100) 외주측에 원주방향을 따라 배치되며, 상기 제2 버너부(200)의 선단부에 위치하는 산소노즐부(210)를 통해 산소(O)를 분사하고, 산소노즐부(210)에서 분사된 산소(O)는 상기 연료노즐부(110)에서 분사된 연료(F)와 반응하여 연소를 수행한다.The
상기 산소노즐부(210)는 제1 산소노즐(211)과 제2 산소노즐(212)을 포함한다.The
상기 제1 산소노즐(211)은 상기 제2 버너부(200)의 길이방향의 중심을 기준으로 제2 원주방향의 외측에 위치하는 제3 원주방향을 따라 배치되며, 상기 제1 연소(R1)에서 사용되는 산소(O)를 분사하고, 상기 제1 산소노즐(211)은 상기 제2 버너부(200)의 길이방향과 평행한 각도를 가진다.The
상기 제1 산소노즐(211)에서 분사되는 산소(O)의 분사속도는 상기 제1 연소(R1)를 위하여 제2 연료노즐(112)에서 분사되는 연료(F)의 분사속도보다 빠르며, 이는 상기 연료(F)가 상기 산소(O)와 연소 반응되는 지역 이외의 지역으로 벗어나 연소되는 것을 최소화하기 위함이다. The injection speed of the oxygen O injected from the
상기 제2 산소노즐(212)은 상기 제1 산소노즐(211)과 이격되어 배치되고, 상기 제2 버너부(200)의 길이방향의 중심을 기준으로 제3 원주방향의 외측에 위치하는 제4 원주방향을 따라 배치되며, 상기 제2 연소(R2)에서 사용되는 산소(O)를 분사한다.The
상기 제2 산소노즐(212)에서 분사되는 산소(O)의 분사속도는 상기 제2 연소(R2)를 위하여 제1 연료노즐(111)에서 분사되는 연료(F)의 분사속도보다 빠르며, 이는 상기 연료(F)가 상기 산소(O)와 연소 반응되는 지역 이외의 지역으로 벗어나 연소되는 것을 최소화하기 위함이다.The injection speed of the oxygen O injected from the
상기 제1 연소(R1)는 상기 제2 연료노즐(112)에서 분사되는 연료(F)와 상기 제1 산소노즐(211)에서 분사되는 산소(O)가 반응하여 제1 연소지역을 형성하면서 연소를 수행하는 것으로, 상기 제1 연소(R1)에서 사용되는 연료(F)량은 전체 연료(F)량의 25% 내지 35%를 사용하며, 산소(O)량은 전체 산소(O)량의 25% 내지 35%를 사용하여 연소를 수행한다.The
또한, 상기 제1 연소(R1)에 있어서, 상기 제2 연료노즐(112)에서 분사되는 연료(F)와 상기 제1 산소노즐(211)에서 분사되는 산소(O)의 충돌각도는 45° 이상 80° 미만를 가지며, 이는 상기 연료(F)의 미립화 및 상기 연료(F)와 상기 산소(O)가 혼합되는 것을 최대화시킴으로써 제1 연소(R1)를 통해 안정적인 화염 형성이 이루어질 수 있도록 한다.The collision angle between the fuel F injected from the
결과적으로, 상기 제1 연소(R1)를 수행함으로써 전체적인 연소에 있어서 화염 점화가 용이하게 이루어지고, 화염 점화가 안정적으로 유지될 수 있게 한다.As a result, by performing the first combustion (R1), flame ignition is easily performed in the whole combustion, and flame ignition can be stably maintained.
상기 제2 연소(R2)는 상기 제1 연료노즐(111)에서 분사되는 연료(F)와 상기 제2 산소노즐(212)에서 분사되는 산소(O)가 반응하여 제2 연소지역을 형성하면서 연소를 수행하는 것으로, 상기 제2 연소(R2)에서 사용되는 연소량은 전체 연료(F)량의 65% 내지 75%를 사용하며, 산소(O)량은 전체 산소(O)량의 65% 내지 75%를 사용하여 연소를 수행한다.The second combustion zone R2 is formed by the fuel F injected from the
또한, 상기 제2 연소(R2)에 있어서, 상기 제1 연료노즐(111)에서 분사되는 연료(F)와 상기 제2 산소노즐(212)에서 분사되는 산소(O)의 충돌각도는 10°이상을 가지며, 이는 상기 연료(F)의 미립화 및 상기 연료(F)와 상기 산소(O)가 혼합되는 것을 최대화시킴으로써 제2 연소(R2)를 통해 안정적인 화염 형성이 이루어질 수 있도록 한다.In the second combustion R2, the collision angle between the fuel F injected from the
결과적으로, 상기 제2 연소(R2)를 수행함으로써 전체적인 연소에 있어서 화염이 안정적으로 형성될 수 있도록 한다.As a result, by performing the second combustion (R2), the flame can be stably formed in the overall combustion.
이후, 상기 제1 연소(R1) 및 상기 제2 연소(R2) 과정 중 미연소된 부분이 완전 연소되도록 하는 제3 연소(R3)를 통해 확산화염방식으로 점화될 수 있도록 한다.Thereafter, the gas can be ignited in the diffusion flame manner through the third combustion (R3) for completely burning unburnt portions of the first combustion (R1) and the second combustion (R2).
결과적으로, 상기 제1 연소(R1) 내지 상기 제3 연소(R3)에 의한 화염은 상기 제1 버너부(100) 및 상기 제2 버너부(200)와 직접적인 접촉이 이루어지지 않으며, 이에 따라 화염에 의한 상기 제1 버너부(100) 및 상기 제2 버너부(200)의 손상을 방지할 수 있게 된다.As a result, the flames of the first to third burners R1 to R3 are not in direct contact with the
도 4를 참조하여 연료(F)는 분사하는 상기 제1 버너부(100)에서 연료(F)와 미립화매체(A)의 미립화 과정을 설명하면 다음과 같다.Referring to FIG. 4, the atomization process of the fuel F and the atomizing medium A in the
도 4에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 고온 가압 환경용 버너의 제1 버너부(100)는 연료 이동관(230), 미립화매체 이동관(240) 및 혼합팽창부(220)가 형성되어 있다.4, the
상기 연료 이동관(230)은 상기 연료 공급부(500)로부터 공급되는 연료(F)가 이동한다.The
상기 미립화매체 이동관(240)은 상기 연료(F)를 미립화시키기 위한 미립화매체(A)가 미립화매체 공급부(400)로부터 공급되어 이동한다.The atomizing
먼저, 상기 연료 이동관(230)은 ㄱ자 형상으로 형성되며, 상기 연료 이동관(230)의 일단은 상기 미립화매체 이동관(240)과 연결되고, 상기 연료 이동관(230)의 타단은 상기 연료 공급부(500)와 연결된다.One end of the
상기 연료(F)는 상기 연료 이동관(230) 중 경로가 변경되는 영역에서 1차 미립화가 진행되고, 상기 연료 이동관(230)과 상기 미립화매체 이동관(240)이 연결되는 영역에서 2차 미립화가 진행된다.The fuel F is primarily atomized in a region where the path of the
즉, 상기 연료(F)가 상기 연료 이동관(230)이 ㄱ자 형상으로 형성됨에 따라 상기 연료 이동관(230)의 각도가 변화하는 영역(A1)에서 상기 연료 이동관(230)의 벽면과 충돌함으로써 충돌에 의한 1차 미립화가 진행되고, 이후 상기 연료(F)가 상기 연료 이동관(230)과 상기 미립화매체 이동관(240)이 만나는 영역(A2)에서 상기 미립화매체 이동관(240)의 벽면과 충돌함으로써 상기 연료(F)는 충돌에 의한 2차 미립화가 진행된다.That is, the fuel F collides with the wall surface of the
상기 1차 미립화 및 상기 2차 미립화 과정에서 상기 연료(F)는 미립화매체(A) 없이 미립화가 되며, 상기 1차 미립화 및 상기 2차 미립화를 통해 미립화되는 연료(F)량은 전체 연료(F)량의 약 50%이다.During the primary atomization and the secondary atomization, the fuel (F) is atomized without the atomization medium (A), and the amount of fuel (F) atomized through the primary atomization and the secondary atomization becomes the total fuel ) ≪ / RTI >
상술한 바와 같이, 상기 연료(F)의 자체미립화를 통하여 상기 연료(F)를 미립화시키기 위한 미립화매체(A)는 상기 연료(F)의 약 50%만 공급되어도 상기 연료(F)를 모두 미립화 시킬 수 있게 되며, 이에 따라 연료(F)를 미립화시키기 위한 미립화매체(A)를 절약할 수 있다.As described above, the atomizing medium A for atomizing the fuel F through self-atomization of the fuel F atomizes all of the fuel F even if only about 50% of the fuel F is supplied So that the atomizing medium A for atomizing the fuel F can be saved.
상기 혼합팽창부(220)는 상기 연료 이동관(230) 및 상기 미립화매체 이동관(240)을 이동한 상기 연료(F) 및 상기 미립화매체(A)가 혼합 및 팽창되며, 이후 상기 제1 연료노즐(111) 및 상기 제2 연료노즐(112)을 통해 다시 압축되어 분사됨으로써 최종적으로 상기 연료(F)의 미립화가 극대화되도록 한다.The mixed expanding
상기 냉각부(300)는 상기 제2 버너부(200)의 외주와 접촉되어 원주방향을 따라 배치되며, 상기 제1 연소(R1) 내지 상기 제3 연소(R3)에 의해 발생되는 열에 의하여 가열된 상기 제1 버너부(100) 및 상기 제2 버너부(200)를 냉각시키고, 본 발명에 따른 냉각부(300)는 냉각부(300) 내부에 형성된 유로를 따라 냉각수(W)가 이동하는 수냉방식으로 구성된다.The
물론, 상기 냉각부(300)는 본 발명에 따른 고온 가압 환경용 버너의 설치장소 또는 크기에 따라 자유롭게 변경 가능하며, 한 예로 냉매를 사용한 방식으로 구성될 수 있다.Of course, the
또한, 상기 제1 연소(R1) 및 상기 제2 연소(R2)가 진행되는 연소반응지역의 압력이 대기압 내지 2bar 이하인 경우 10,000V의 전압을 사용하여 스파크를 발생시킴으로써 화염형성을 위한 점화에 사용한다. 이때, 상기 스파크 간극의 범위는 최소값 내지 3mm 이하이다.In addition, when the pressure in the combustion reaction zone where the first combustion (R1) and the second combustion (R2) progress is from atmospheric pressure to 2 bar or less, a spark is generated using a voltage of 10,000 V, and is used for ignition for forming a flame . At this time, the range of the spark gap is the minimum value to 3 mm or less.
또는, 상기 제1 연소(R1) 및 상기 제2 연소(R2)가 진행되는 연소반응지역의 압력이 대기압 내지 2bar 내지 4.2bar 인 경우 40,000V의 전압을 사용하여 스파크를 발생시킴으로써 화염형성을 위한 점화에 사용한다. 이때, 상기 스파크 간극의 범위는 최소값 내지 3mm 이하이다.Alternatively, when the pressure of the combustion reaction zone in which the first combustion (R1) and the second combustion (R2) proceed is from atmospheric pressure to 2 bar to 4.2 bar, a spark is generated using a voltage of 40,000 V, . At this time, the range of the spark gap is the minimum value to 3 mm or less.
여기서, 상기 스파크 간극의 최소값은 버너의 제작을 통해 형성된 간극의 최소값을 의미한다.Here, the minimum value of the spark gap means the minimum value of the gap formed through the manufacture of the burner.
상기 스파크 간극이 3mm 이하인 경우, 연소반응지역의 압력이 높을수록 높은 전압을 공급하여 스파크를 발생시키도록 해야 하며, 이는 파셴의 법칙에 따른 것이며, 상기 압력에 따른 전압은 실험에 의한 것이다.When the spark gap is 3 mm or less, the higher the pressure in the combustion reaction zone, the higher the voltage should be supplied to generate the spark, which is in accordance with Paschen's law, and the voltage according to the pressure is experimentally determined.
또한, 상기 연소반응지역의 압력이 4.2bar 초과되는 경우 전기에너지를 열에너지로 바꾸는 열선을 600℃ 이상으로 가열하여 점화하며, 이는 압력에 증가에 따라 높은 전압이 요구되는 환경에서 전기에너지가 아닌 열에너지를 사용함으로써 안정적인 점화가 이루어질 수 있도록 하기 위함이다.Further, when the pressure in the combustion reaction zone exceeds 4.2 bar, the heating wire for converting electrical energy into thermal energy is heated to 600 ° C or higher, which causes thermal energy, not electrical energy, So that stable ignition can be performed.
상술한 바와 같이 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면, 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Modify or modify the Software.
100: 제1 버너부
110: 연료노즐부
111: 제1 연료노즐
112: 제2 연료노즐
200: 제2 버너부
210: 산소노즐부
211: 제1 산소노즐
212: 제2 산소노즐
220: 혼합팽창부
230: 연료 이동관
240: 미립화매체 이동관
300: 냉각부
400: 미립화매체 공급부
500: 연료 공급부
W: 냉각수
H: 수소
F: 연료
A: 미립화매체100: first burner part
110: fuel nozzle portion
111: first fuel nozzle
112: Second fuel nozzle
200: second burner part
210: Oxygen nozzle part
211: first oxygen nozzle
212: second oxygen nozzle
220: Mixed expansion part
230: fuel flow pipe
240: atomizing medium moving tube
300: cooling section
400: atomization medium supply unit
500: fuel supply unit
W: Cooling water
H: hydrogen
F: Fuel
A: atomized medium
Claims (9)
상기 제1 버너부의 외주 측에 원주방향을 따라 배치되며, 산소를 2단 분사하는 제2 버너부; 및
상기 제2 버너부의 외주 측에 원주방향을 따라 배치되며, 내부 공간에 냉각수가 이동하는 냉각부;를 포함하고,
상기 제1 버너부는,
상기 제1 버너부의 길이방향과 평행하게 형성되며, 상기 미립화매체가 이동하는 미립화매체 이동관;
상기 미립화매체 이동관과 이격되어 배치되되, 일단이 상기 미립화매체 이동관과 연결되고, 상기 연료가 이동하는 연료 이동관;
일단이 상기 미립화매체 이동관과 연결되어 상기 미립화매체 이동관으로부터 공급된 상기 연료 및 상기 미립화매체가 혼합 및 팽창되는 혼합팽창부; 및
상기 혼합팽창부의 타단과 연결되어 상기 연료 및 상기 미립화매체를 분사하는 연료노즐부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 가압 환경용 버너.A first burner part for injecting fuel and atomizing medium in two stages;
A second burner disposed along the circumferential direction on the outer circumferential side of the first burner portion and injecting oxygen in two stages; And
And a cooling part disposed along the circumferential direction on the outer circumferential side of the second burner part and in which the cooling water moves in the inner space,
The first burner unit
An atomizing medium moving pipe formed parallel to the longitudinal direction of the first burner portion and on which the atomizing medium moves;
A fuel moving pipe disposed at a distance from the atomizing medium moving pipe, one end of which is connected to the atomizing medium moving pipe and in which the fuel moves;
A mixed expansion part having one end connected to the atomizing medium moving tube to mix and expand the fuel and the atomizing medium supplied from the atomizing medium moving tube; And
And a fuel nozzle part connected to the other end of the mixed expansion part to inject the fuel and the atomizing medium.
상기 연료 이동관은 ㄱ자 형상으로 형성되며,
상기 연료 이동관의 일단은 상기 미립화매체 이동관과 연결되고, 상기 연료 이동관의 타단은 연료 이동관으로 연료를 공급하는 연료 공급부와 연결되며,
상기 연료는 상기 연료 이동관 중 경로가 변경되는 영역에서 1차 미립화가 진행되고, 상기 연료 이동관과 상기 미립화매체 이동관이 연결되는 영역에서 2차 미립화가 진행되며,
상기 1차 미립화 및 상기 2차 미립화를 통해 전체 연료의 50%가 미립화되는 것을 특징으로 하는 고온 가압 환경용 버너.The method according to claim 1,
The fuel moving tube is formed in a L-
One end of the fuel moving tube is connected to the atomizing medium moving tube and the other end of the fuel moving tube is connected to a fuel supplying part for supplying fuel to the fuel moving tube,
The fuel is firstly atomized in a region where the path of the fuel moving tube is changed and the secondary atomization proceeds in a region where the fuel moving tube and the atomizing medium moving tube are connected,
Wherein 50% of the total fuel is atomized through the primary atomization and the secondary atomization.
상기 연료와 상기 미립화매체는 상기 혼합팽창부 내부에서 팽창된 후 상기 연소노즐부에서 압축되어 분사되는 것을 특징으로 하는 고온 가압 환경용 버너.3. The method of claim 2,
Wherein the fuel and the atomizing medium are compressed in the combustion nozzle unit after being expanded inside the mixed expansion unit.
상기 연료노즐부는,
상기 제1 버너부의 길이방향의 중심을 기준으로 제1 원주방향을 따라 배치되어 제2 연소를 수행하는 제1 연료노즐; 및
상기 제1 연료노즐과 이격되어 배치되되 상기 제1 버너부의 길이방향의 중심을 기준으로 상기 제1 원주방향의 외측에 위치하는 제2 원주방향을 따라 배치되어 제1 연소를 수행하는 제2 연료노즐;을 포함하고,
상기 제1 연료노즐은 제1 버너부의 길이방향의 중심으로부터 5° 초과 40° 미만의 분사각을 가지며,
상기 제2 연료노즐은 제1 버너부의 길이방향의 중심으로부터 45° 이상 80° 미만의 분사각을 가지고,
상기 제1 연료노즐과 상기 제2 연료노즐에서 분사되는 연료의 분사각은 5°이상의 차이를 가지는 것을 특징으로 하는 고온 가압 환경용 버너.The method of claim 3,
Wherein the fuel nozzle unit comprises:
A first fuel nozzle arranged along a first circumferential direction with respect to a longitudinal center of the first burner portion to perform a second combustion; And
A second fuel nozzle arranged to be spaced apart from the first fuel nozzle and disposed along a second circumferential direction located outside the first circumferential direction with respect to the longitudinal center of the first burner section to perform a first combustion, ≪ / RTI >
Wherein the first fuel nozzle has an injection angle of more than 5 DEG and less than 40 DEG from the longitudinal center of the first burner portion,
Wherein the second fuel nozzle has an injection angle of 45 DEG or more and less than 80 DEG from a longitudinal center of the first burner portion,
Wherein a spray angle of the fuel injected from the first fuel nozzle and the second fuel nozzle has a difference of 5 degrees or more.
상기 1차 연소에서는 전체 연료량 중 25% 내지 35%의 연료를 사용하여 연소를 수행하고,
상기 제2 연소에서는 전체 연료량 중 65% 내지 75%의 연료를 사용하여 연소를 수행하는 것을 특징으로 하는 고온 가압 환경용 버너.5. The method of claim 4,
In the primary combustion, combustion is performed using 25 to 35% of the total fuel amount,
And in the second combustion, combustion is performed using fuel of 65% to 75% of the total fuel amount.
상기 제2 버너부는 상기 산소를 분사하는 산소노즐부를 포함하고,
상기 산소노즐부는,
상기 제2 버너부의 길이방향의 중심을 기준으로 상기 제2 원주방향의 외측에 위치하는 제3 원주방향을 따라 배치되어 상기 제1 연소를 수행하는 제1 산소노즐; 및
상기 제1 산소노즐과 이격되어 배치되되 상기 제2 버너부의 길이방향의 중심을 기준으로 제3 원주방향의 외측에 위치하는 제4 원주방향을 따라 배치되어 상기 제2 연소를 수행하는 제2 산소노즐;을 포함하고,
상기 제1 산소노즐에서 분사되는 산소는 상기 제2 연료노즐에서 분사되는 연료와 45° 이상 80°미만의 충돌각도를 가지며,
상기 제2 산소노즐에서 분사되는 산소는 상기 제1 연료노즐에서 분사되는 연료와 10°이상의 충돌각도를 가지는 것을 특징으로 하는 고온 가압 환경용 버너.The method according to claim 1 or 4,
The second burner part includes an oxygen nozzle part for injecting the oxygen,
The oxygen nozzle unit
A first oxygen nozzle arranged along a third circumferential direction located outside the second circumferential direction with respect to a longitudinal center of the second burner part to perform the first combustion; And
A second oxygen nozzle arranged to be spaced apart from the first oxygen nozzle and disposed along a fourth circumferential direction located outside the third circumferential direction with respect to a longitudinal center of the second burner portion, ≪ / RTI >
Wherein the oxygen injected from the first oxygen nozzle has a collision angle of not less than 45 DEG and less than 80 DEG with the fuel injected from the second fuel nozzle,
Wherein the oxygen injected from the second oxygen nozzle has a collision angle of 10 degrees or more with the fuel injected from the first fuel nozzle.
상기 제1 산소노즐에서 분사되는 산소의 분사속도는 상기 제2 연료노즐에서 분사되는 연료의 분사속도보다 빠르며,
상기 제2 산소노즐에서 분사되는 산소의 분사속도는 상기 제1 연료노즐에서 분사되는 연료의 분사속도보다 빠른 것을 특징으로 하는 고온 가압 환경용 버너.The method according to claim 6,
The injection speed of oxygen injected from the first oxygen nozzle is faster than the injection speed of the fuel injected from the second fuel nozzle,
Wherein the injection speed of oxygen injected from the second oxygen nozzle is higher than the injection speed of fuel injected from the first fuel nozzle.
상기 제1 연소 및 상기 제2 연소가 진행되는 연소반응지역의 압력이 대기압 내지 2bar 이하인 경우 10,000V의 전압을 사용하여 스파크를 발생시킴으로써 화염형성을 위한 점화에 사용하며,
상기 연소반응지역 압력이 대기압 내지 2bar 내지 4.2bar 인 경우 40,000V의 전압을 사용하여 스파크를 발생시킴으로써 화염형성을 위한 점화에 사용하고,
상기 스파크 간극의 범위는 최소값 내지 3mm 이하인 것을 특징으로 하는 고온 가압 환경용 버너.5. The method of claim 4,
And a spark is generated by using a voltage of 10,000V when the pressure of the combustion reaction zone where the first combustion and the second combustion progresses is from atmospheric pressure to 2 bar or less,
And a spark is generated by using a voltage of 40,000 V when the combustion reaction zone pressure is from atmospheric pressure to 2 bar to 4.2 bar to be used for ignition for flame formation,
Wherein the spark gap ranges from a minimum value to 3 mm or less.
상기 연소반응지역의 압력이 4.2bar 초과되는 경우 전기에너지를 열에너지로 바꾸는 열선을 600℃ 이상으로 가열하여 점화하는 것을 특징으로 하는 고온 가압 환경용 버너.
9. The method of claim 8,
Wherein when the pressure in the combustion reaction zone exceeds 4.2 bar, the heating wire for heating the electric energy to heat energy is heated to 600 DEG C or more and ignited.
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Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20180515 Patent event code: PE09021S01D |
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