버너 기술 및 개념: 배출가스 충족

2022년 9월 1일 | 조나단 스토거(Jonathan Stoeger)

과감한 지속 가능성 목표를 달성하기 위해 NOx 배출을 크게 줄이는 데 도움이 되는 새로운 버너 기술 및 제어 구성이 개발되고 있습니다.

업계를 선도하는 많은 기업은 기후 변화, 파리 협약, 다양한 국가, 주 및 지역 규정과 같은 요인에 따른 배출 감소 및 에너지 효율성에 대한 대담한 지속 가능성 목표를 설정했습니다.

미국에서는 캘리포니아주가 항상 배출 감소에 앞장서 왔습니다. 이는 질소산화물(NOx)에 대해 30ppm의 배출 표준을 의무화한 최초의 주였으며, 이후 NOx는 15ppm, NOx는 9ppm으로 감소했습니다. 현재 캘리포니아의 일부 카운티에서는 대형 산업용 수관(IWT) 보일러에 대해 2ppm NOx 요구 사항을 시행하고 있습니다. 다른 주에서는 30ppm 또는 그보다 더 낮은 NOx 배출 요구 사항을 따르게 됩니다.

보일러 업계에서는 NOx와 CO 배출을 모두 줄이는 첨단 기술과 솔루션을 계속해서 도입하고 있습니다(그림 1). 오늘날에는 응용 분야, 연료 및 연소 크기에 따라 기존 연료와 재생 연료에 사용할 수 있는 다양한 연소 기술과 연소 스타일이 있습니다. 고급 제어 시스템과 결합된 이러한 최신 제품은 높은 턴다운, 일관된 연료 대 공기 비율 및 연소 반복성을 보장합니다.

그림 1. 더 낮은 NOx 및 CO 배출 요구 사항이 다가오고 있으며 이러한 목표를 달성하는 데 도움이 되는 버너 기술이 발전하고 있습니다.

턴다운은 이해하는 것이 중요한 개념입니다. 보일러 시스템과 관련하여 이는 시스템의 화재 발생률이 높은 설정과 화재 발생률이 낮은 설정을 식별하는 비율입니다. 예를 들어, 10:1 턴다운의 1억 Btu/h 버너는 1억 Btu/h의 높은 화재에 도달하고 1천만 Btu/h의 낮은 화재에 도달합니다. 보일러 시스템의 높은 턴다운의 주요 이점은 순환 감소로, 이는 보일러의 에너지 소비와 열 스트레스를 줄여줍니다.

사이클링을 줄이면 연료가 덜 필요하고 대기로 배출되는 배출 가스도 줄어듭니다. 턴다운은 버너 설계에 따라 크게 달라집니다. 많은 고회전 버너 시스템에는 고급 제어 시스템이 필요합니다. 일반적으로 여기에는 평행 위치 지정 또는 완전 계량 시스템이 포함됩니다.

버너 기술로 가장 많이 감소되는 NOx 유형은 열성 NOx입니다. 이는 화염의 온도를 낮추거나 즉각적인 NOx를 제거함으로써 달성할 수 있으며, 그 중 일부는 버너의 연료-공기 혼합물을 최적화하여 줄일 수 있습니다. 오늘날 구현할 수 있는 다양한 유형의 버너 기술과 연소 시스템이 있으며, 각각은 NOx를 줄이고 효율성을 높이는 고유한 특성을 가지고 있습니다. 이러한 방법에는 다음이 포함됩니다.

연료 다단화는 주 연료의 일부를 분사하여 점화 전에 용광로의 연소 가스와 혼합합니다(그림 2). 따라서 주로 N2와 H2O와 같은 가스로 연료를 희석합니다. 이러한 방식으로 연료를 준비하면 주 화염이 점화되고, 부피가 늘어나서 용광로의 복사열 전달량이 감소합니다. 이러한 복사열 전달은 화염을 식히는 데 도움이 됩니다. 이 두 가지 효과의 연소는 화염 온도를 감소시켜 NOx 형성을 낮춥니다.

그림 2. 배가스 유도제를 사용한 연료 준비에는 점화 전에 주 연료의 일부를 용광로에 주입하는 작업이 포함됩니다. 이는 연료를 가스로 희석하여 화염 온도를 효과적으로 낮추고 NOx 생성을 억제하는 역할을 합니다.

공정 뒤에는 연소 헤드 외부(또는 헤드의 천공 부분)에 있는 일부 가스 인젝터에는 단계적 인젝터라고 불리는 단일 대형 그릴이 있습니다. 이 인젝터는 연료 제트를 주 화염 연소 외부로 유도합니다.

더 큰 주입 오리피스는 퍼니스 자체로 더 멀리 이동하는 더 큰 제트를 생성합니다. 주 화염에 점화하기 전에 더 천천히 혼합하면 복사열 전달을 증가시키는 데 도움이 되는 더 큰 화염 봉투가 생성됩니다. 보일러에서 용광로 및 화염 자체로 더 많은 열이 전달되면 더 많은 열이 발생하고 NOx 배출이 증가합니다.