KR0136387B1 - 연료의 본체내 체류시간을 연장시킨 퍼너스장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연소효율이 높은 퍼너스장치를 제공하기 위해, 천정벽과 이 천정벽으로부터 수직하방으로 연장하는 수직벽을 가진 퍼너스 본체와 상기 천정벽에 설치되며 일차 공기와 이 일차 공기에 의하여 운송되는 미분탄을 상기 퍼너스 본체내에 수직으로 공급하여 양자를 연소시키는 수직버너와 미분탄을 연소시키기 위한 2차공기를 퍼너스 본체내에 공급하며 상기 수직버너에 인접하여 상기 천정벽에 설치된 2차 공기 공급수단, 석탄화염을 퍼너스 본체의 상부분으로 향하게 하기 위해 가스를 이 석탄연소 화염을 향하여 분출시키는 가스분출 수단을 구비한다.

Description

연료의 본체내 체류시간을 연장시킨 퍼너스장치

제 1도는 본 발명의 한 실시예를 나타낸 단면도

제 2도는 제 1도의 II-II선에서 본 확대 파단 저면도

제 3도는 다른 실시예를 나타낸 단면도

제 4도는 제 3도의 부호 IV로 표시한 부분의 확대파단 단면도

제 5도는 종래의 퍼너스(furnace)내의 석탄연소화염의 동태를 나타낸 플로우패턴도

제 6도는 종래의 퍼너스를 나타낸 단면도

제 7도는 제 6도의 부호 VII로 표시한 부분의 확대 파단 단면도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 퍼너스본체11 : 천정벽

12 : 수직벽13 : 상부분(床部分)

2 : 수직버너21 : 팀

4 : 주유버너8 : 석탄화염

51 : 개구61 : 공급개구부

7 : 윈드박스71 : 간막이판

72,73,74 : 통로부분75 : 공기공급관

76 : 댐퍼

본 발명은 퍼너스(furnace)장치에 관한 것이며, 특히 난연성 석탄(fire retardant coal) 예를들어 저칼로리 역청탄, 반무연탄, 또는 무연탄의 미분탄을 연료로 하는 퍼너스장치에 관한 것이다.

상기 종류의 연료들은 고정탄소의 비율이 높으며 휘발분의 비율이 낮기 때문에 종래의 퍼너스에서는 착화성과 보염성( 保炎性)을 높여서 채어 연소(char burning)를 완수시키기 위하여 여러 가지 수단, 예를들어 미분탄의 퍼너스내 체류시간을 연장시키는 등의 수단이 제안되어 있다(일본국 실개소61-13520호 공보.) 일예로서 수직연소방식을 채용한 것이 알려져 있다. 이 경우는 충분한 미분탄의 퍼너스내 체류시간을 얻기 위하여 퍼너스 본체는 술병형상을 하고 있으며 퍼너스 본체의 어깨부(천정벽부분)에는 복수의 수직버너가 설치된다. 연료인 미분탄은 이들 수직버너르 통과하여 퍼너스 본체내에 수직으로 또는 거의 수직으로 하향으로 공급되어 연소된다. 이와 같은 수직 연소 방식의 퍼너스에 대하여 이하 제 6도를 참조하여 설명한다. 퍼너스장치의 퍼너스 본체(1)는 천정벽(11)과 수직벽(12)과 상부분(13)을 가지며, 술병모야을 띠운다. 천정벽(11)에는 수직버너(2)가 퍼너스 본체의 양측에 복수 배설된다. 일치공기(Ap)에 의하여 반송되는 미분탄연료(F)는 수직버너(2)를 통과하여 퍼너스 본체내에 공급된다. 퍼너스 본체내에 공급된 미분탄은 수직버너(2)에 가까이 배설된 중유버너(4)의 복사열 및 퍼너스 내의 분위기의 열에 의하여 가열되어 착화되고, 수직버너(2)의 가까이에서 공급되는 2차공기(As)와 더불어 연소하여 석탄화염(8)이 형성된다. 그리고, 3차공기(At)를 공급하기 위한 공급개구부(61)가 수직벽(12)에 복수 형성된다. 공급개구부(61)는 제 7도에 상세하게 표시도니 바와 같이 수직벽(12)에 대하여 분사각 θ (0°≤θ≤ 30°)로 경사지게 형성된다.

이와 같은 퍼너스장치에서는 제 5도의 표시와 같은 모형실험에 의한 화염의 프로우팬턴도에서 명백한 바와 같이 3차공기(At)는 수직버너(2)로부터의 미분탄연료의 흐름(S)에 대하여 교차각 r(45°≤ r ≤ 75°)을 가지고 교차한다. 3차공기(At)에 의하여, 미분탄 연료의 흐름(S)은 퍼너스본체 내에 충분히 체류하지 못하고 곧바로 퍼너스본체 외부로 배출된다. 그 결과 퍼너스 본체의 전용적의 65%∼70%정도의 부분만이 미분탄연료가 흐르게 된다. 즉 유효이용율이 65%∼70%로 되며, 따라서 연소효율이 악화한다는 문제가 있었다.

따라서 본 발명은 상기 문제점을 해소한 퍼너스장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 즉 미분탄연료의 퍼너스본체 내의 체류시간이 연장되고 보다 높은 유효이용율이 얻어지는 퍼너스장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 퍼너스장치는 석탄연소화염을 퍼너스 본체의 상부분으로 향하게 하기 위한 가스를 석탄연소화염을 향하여 분사시키는 가스분출수단을 설치한다.

이하에 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.

제 1도에 나타낸 보일러에 적용된 본 발명의 일실시예에 관한 퍼너스장치는 퍼너스본체(1)를 가진다. 퍼너스본체(1)는 직방체형상을 하고 있는 수직벽(12)과 이 수직벽의 한 쪽의 개구단부에 설치된 천정벽(11)과, 수직벽(12)의 다른쪽 개구단부에 설치된 머리잘린 4각주 형상의 상부분(13)을 가진다. 천정벽(11)의 중앙부분에는 배기용의 수냉벽으로된 후부 퍼너스(14)가 접속된다.

그리고 천정벽(11)에는 후부 퍼너스(14)를 사이로 하여 양측으로 일열의 수직 버너(2)가 배열된다.

제 2도에 상세하게 표시된 것과 같이 수직버너(2)는 천정벽(11)에 형성된 개구내로 연장된다. 이로써, 수직버너의 팁(tip)(21)을 둘러싸고 2차 공기공급수단으로서의 2차 공기 도입포트(31)가 형성된다. 2개의 인접하는 수직버너(2)에 대하여 각각 1개씩의 중유버너(4)가 수직버너(2)에 인접하여 설치된다.

부호 21은 중유버너(4)의 목부분이다. 수직버너(2)보다 내측의 천정벽(11)의 부분에는 가스분출수단으로서의 개구(51)의 열이 형성되어 있다.(제2도). 그리고 수직벽(12)의 전벽부분 및 후벽부분에는 각각 3차 공기 공급용의 공급개구부(61)가 형성되어 있다. 공급 개구부(61)는 높이 방향으로 떨어져 2열로 형성된다. 그리고 공급개구부(61)는 각각 수직벽(12)에 대하여 분사각(θ)을 가지고 경사지게 형성된다. 이 실시예에서는 수직벽(12)의 양 측벽부분에는 공급벽(11) 개구부가 형성되어 있지 않다. 퍼너스본체(1)의 외측에는 퍼너스본체의 천정벽(11) 및 수직벽(12)의 공급 개구부(61)를 둘러싸는 윈드 박수(風箱)(7)가 설치된다. 윈드박스(7)는 퍼너스본체(1)와의 사이에 공기가 흐르는 공기통로를 확정하게 된다. 공기통로는 간막이판(71)에 의하여 상측통로부분(72)과 하측통로부분(73)으로 분할된다. 그리고 상측통로부분(72)은 다시 부간믹이판(74)에 의하여 2개의 부통로부분으로 분할 된다. 한쪽의 부통로부분(721)은 개구(51)로 연통되고, 다른 쪽의 부통로부분(722)은 도입포트(31)로 연통된다. 각 통로부분(72,73)에는 공기 공급관(75)을 통해서 외부로부터 공기가 공급되도록 되어 있고, 각각 2차공기, 3차공기로 되어 퍼너스본체(1) 내로 공급된다.

다음에 이 퍼너스장치의 작동에 대하여 설명한다.

우선 연료비(고정탄소/휘발분)가 4∼14의 역청탄, 반무연탄 및 무연탄에 의해 구성되는 미분탄연료(F)가 1차공기(Ap)에 의하여 반송되어 수직버너(2)로 부터 퍼너스본채(1) 내로 분출된다. 분출된 미분탄연료(F)는 중유버너(4)의 중유화염(42)의 복사열과 퍼너스 내의 분위기 열에 의하여 점화되고, 2차공기(As)와 더불어 연소하여 석탄화염(8)을 형성한다. 2차공기(As)의 유량은 부통로부분에 설치된 댐퍼(32)를 조작하므로서 조정된다. 중유버너(4)의 능력은 퍼너스장치의 총입열량(roral heat input)의 10%∼30%를 담당할 정도의 것이다.

그리고, 중유버너(4)의 능력은 에어 레지스터(43)를 에어 레지스터 구동장치(44)에 의하여 조작하는 것과 연료의 압력을 변화시켜서 조작할 수도 있다.

미분탄연료의 연소상태에 다라 수직벽(12)에 형성된 공급 개구부(61)로부터 3차공기(At)가 공급된다. 3차공기(At)의 유량의 조절은 공기공급관(75)에 설치된 댐퍼(76)를 조작하여 행하여진다. 석탄화염(8)은 이 3차공기(At)와 더불어 퍼너스본체의 중앙부의 후부퍼너스(14)를 통과하여 상승하고 후부퍼너스(14)의 중간부에 설치된 과열기(SH)로 향하게 된다. 그러나, 상승하고저 하는 석탄화염(8)과 미분탄연료(F)는 개구(51)로부터 분출하는 공기에 의하여 일단 퍼너스 본체의 상부분(13)으로 향하도록한 후에 상승한다. 즉 미분탄연료(F) 및 석탄화염(8)의 퍼너스 본체 내에서의 체류시간이 더육 연장되는 것으로 된다. 따라서, 미분탄연료의 충분한 연소를 얻게되고, 퍼너스의 연소효율이 상승한다.

개구(51)로부터 분출하는 공기의 유량은 부통로부분(721)에 설치된 댐퍼(77)를 조작하므로서 조정된다. 이 조정은 보일러의 부하가 감소함에 따라 연료량 및 퍼너스 내의 가스의 상승유속과 더불어 저하하기 때문에 자연히 체류시간도 증가하므로 특별한 프로그램 제어가 필요없다. 그러나 필요에 따라서 1차공기에 대한 비율(개구(51)로부터의 분출공기유량/1차공기 유량)이 증가하도록 행하여짐이 좋다. 석탄화염의 상스에 수반하여 과열기(SH)에서는 보일러의 작동매체와 석탄화염과의 사이에 열교환이 행하여진다. 미분탄연소에 의하여 생성된 재는 퍼너스본체(1)의 상부분(13)의 하방에 배치된 앳슈호퍼(15)에 회수되어 처리된다. 그리고, 이 실시예에서는 개구(51)에서 분출하는 가스는 모두 2차공기와 같은 공기이다. 그러나, 이 가스는 석탄화염을 퍼너스본체의 상부분으로 향하게 하는 작용을 하게 된다. 따라서 공기만이 아니고 2차공기에 고온의 배기가스 등을 혼입시켜도 좋다.

다음에 제 3도 및 제 4동를 참조하여 다른 실시예에 대하여 설명한다.

이 실시예에서는 가스분출수단을 퍼너스본체의 천정벽에 설치하는 대신에 수직벽에 설치하였다. 그리고, 상술한 실시예에 사용되었던 부재와 같은 것은 같은 작용을 하는 것에 대하여 동일부호를 부치고 그 작용설명을 생략하였다.

먼저 이 실시예에서는 상술의 실시예와 같은 퍼너스 본체(1)에 수직버너(2) 및 중유버너(4)가 설치된다. 그러나, 윈드박스(7)에는 간막이판은 설치하지 않고 2차공기와 3차공기는 같은 것을 사용한다. 도입포트(31)로부터 공급되는 2차 공기의 유량은 댐커(32)의 조작에 의하여 조정된다. 가스분출수단으로서는 3차공기 공급을 위한 공급개구부(61)에 설치한 편향관(62,63)이 사용된다. 제 4도에 상세하게 표시된 바와 같이 편향관(62,63)은 수평면에 대하여 부착각 θ₀를 경사하여 부착된다. 이 부착각 θ₀는 퍼너스본체(1)의 상부분(13)의 호퍼각a(50°≤a ≤ 55°)에 가까운 45도로 되어 있다. 편향관(62,63)이 각각 호퍼각 a에 근사시켜서 경사지게 부착되기 때문에 수직버너(2)로부터의 미분탄연료(F)의 흐름과 석탄화염(8)의 흐름은 편향관(62,63)으로부터의 3차공기에 의하여 퍼너스본체(1)의 상부분(13)으로 향해지게 한다. 이로써 상기 실시예와 같이 미분탄연료(F)와 석탄화염(8)의 퍼너스본체 내에서의 체류시간이 연장되는 것으로 되며, 미분탄연료의 충분한 연소가 얻어진다. 즉, 이 실시예에서는 가스분출수단에서 분출하는 가스는 3차공기이다. 그리고, 이 실시예에서는 보다 높은 연소효율을 얻기 위하여 편향관(62,63) 내에 안내베인(64)이 설치된다.

이 안내베인(64)을 조작하므로서 3차공기의 분출각을 θ₁(θ₀+ △β) 및 θ₂(θ₀+ △γ) 로 각각 미세조정할 수가 있다. 그리고, 전벽부분 및/또는 후벽부분의 길이방향 중앙부로 향할 수가 있도록 안내베인(64)을 설치하므로서 석탄화염을 3차공기를 가지고 싸게하여 하방으로 향하게 할 수 있다. 그리고, 또 다른 제3의 실시예로서 천정벽에 설치한 개구(51)와 편향관(62,63)의 양쪽을 가진 것이 있다. 이 제3실시예는 보다 정밀하게, 그리고 보다 강력하게 화염의 플로우 패턴을 조정할 수가 있다.

Claims (9)

1. 석탄화염이 중앙부를 상숭하는 퍼너스장치에 있어서, 천정벽과, 이 천정벽으로부터 수직하방으로 연장하는 수직벽을 가진 퍼너스본체; 상기 천정벽에 설치된 수직버너로서, 일차공기와 이 일차공기에 의하여 운송되는 미분탄을 상기 퍼너스본체내에 수직으로 공급하여 양자를 연소시키는 수직버너; 미분탄을 연소시키기 위한 2차공기를 퍼너스본체내에 공급하는 2차 공기 공급수단으로서, 상기 수직버너에 인접하여 상기 천정벽에 설치한 2차공기 공급수단; 및 석탄화염을 퍼너스본체의 상부분으로 향하게 하기 위하여 가스를 이 석탄연소화염을 향하여 분출시키는 가스분출수단을 가진 것이 특징인 퍼너스장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 가스가 2차공기의 일부를 포함하는 것이 특징인 퍼너스장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 가스분출수단이 상기 수직버너 보다도 내측의 천정벽의 부분에 설치되는 것이 특징인 퍼너스장치.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 가스분출수단이 수직벽에 부착되는 것이 특징인 퍼너스장치.
5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 제 1의 가스분출수단이 상기 수직버너 보다도 내측의 천정벽의 부분에 설치되고, 또한 제 2의 가스분출수단이 상기 수직벽에 설치되는 것을 특징으로 하는 퍼너스장치.
6. 제 3항에 있어서, 상기 가스분출수단이 분출하는 가스유량을 조정하는 유량조절장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 퍼너스장치.
7. 제 4항에 있어서, 상기 가스분출장치가 상기 수직벽에 복수개 형성된 개구의 각각에 연통되어 설치된 복수의 관을 가지며, 이 관의 각각의 부착각도가 퍼너스 본체의 상부분의 호퍼각과 근사되어 있음을 특징으로 하는 퍼너스장치.
8. 제 5항에 있어서, 상기 제 2가스분출수단이 상기 수직벽에 복수개 형성된 개구의 각각에 연통되어 설치된 복수의 관을 가지며, 이 관의 각각의 부착각도가 퍼너스본체의 상부분의 호퍼각과 근사되어 있음을 특징으로 하는 퍼너스장치.
9. 제 7항 또는 제 8항에 있어서, 상기 관이 분출되는 가스의 방향을 미조정하는 안내베인을 내부에 가지는 것을 특징으로 하는 퍼너스장치.

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