KR100213684B1 - 저공해형 화로 - Google Patents

Abstract

[청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야]

본 발명은 저공해형 화로에 관한 것으로, 다수의 질소산화물 저감형 버너와 공기분사구가 배치된 기존의 보일러의 측벽에 공기분사구를 추가로 배치하여 질소산화물을 연소과정에서 줄일 수 있는 화로에 관한 것이다.

[발명이 해결하려고 하는 기술적 과제]

화로 내부에서 대부분의 연소가스가 곧바로 출구로 향하는 유동형태를 띠게 되므로 이러한 연소가스의 화로내부에서의 체류시간이 짧아져서 화로로부터 일산화탄소나 질소산화물이 충분히 제거되지 못하는 문제점이 있음.

[발명의 해결방법의 요지]

질소산화물 저감형 버너와 화로내 이단연소기법을 사용하는 산업용 보일러의 화로 측벽에 추가의 공기분사구를 기존의 공기분사구로부터 분사된 공기와 엇갈리게 만나도록 추가로 설치하여 구성한 본 발명에 의해 해결됨.

[발명의 중요한 용도]

본 발명의 공기분사구 배치를 사용할 경우, 질소산화물 및 일산화탄소의 발생을 분진의 특별한 증가가 없는 가운데서도 20%이상 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

저공해형 화로

본 발명은 저공해형 화로에 관한 것이며, 구체적으로 다수의 질소산화물 저감형 버너와 공기분사구가 배치된 기존의 보일러의 측벽에 공기분사구를 추가로 배치하여 화석연료 연소로 인해 생성된 공해물질인 질소산화물을 연소과정에서 줄일 수 있도록 한 저공해형 화로에 관한 것이다.

화석연료를 사용하고 있는 산업용 보일러는 화로로부터 다량의 질소산화물이 발생하는데 이러한 연소과정에 형성되는 질소산화물은 광화학 스모그를 일으키는 주 원인으로 밝혀짐에 따라 현재는 이의 배출량이 엄격히 규제되고 있다.

따라서, 연소에 의해 화학에너지를 열에너지로 변환하는 과정에 있어서 완전연소는 상기 산업용 보일러의 기본적인 요건으로 되었고 이에 덧붙여 배기가스 속의 미연분의 종래 최대함유량의 기준에서 벗어나지 않으면서 어느정도 질소산화물을 줄일 수 있는지가 산업용 보일러의 성능을 좌우하는 매우 중요한 항목으로 부각되고 있다.

상기 보일러의 화로로부터 질소산화물을 감소시키는 데에 있어서 그러한 기술로서는, 질소산화물 저감형 버너와 화로내 이단연소 기법 그리고 연소가스 재순환방식 등이 있다.

상기 질소산화물 저감형 버너는, 화로내 연소 분위기가 고온인 경우 과잉산소와 반응하여 생성되는 열적질소산화물의 발생을 억제하기 위해서 연소공기의 공급을 버너내부에서 분할조절하여 연소 분위기를 저온화하도록 하는 일종의 공기역학적인 방법을 응용한 장치이다.

상기 질소산화물 저감형 버너의 앞부분에는 상대적으로 저온의 연소분위기가 형성되도록하여 질소산화물의 생성을 억제하고, 1차 연소공기를 공급하여 연료과잉과 공기부족 상태를 유지하며, 이때 생성된 불완전 연소물을 2차 연소공기로써 완전연소시키게 된다.

상기 화로내 이단연소기법은, 연소공기의 공급을 버너부와 공기분사구의 2부분으로 분할하여 공급함으로써, 상기 화로의 버너부에서는 연료과잉과 공기부족 상태를 유지하여 질소산화물 생성을 억제하는 주 연소영역과, 상기 화로의 버너부에서 공기분사구까지는 상기 주 연소영역에서 생성된 질소산화물을 환원시키는 환원영역과, 상기 공기분사구에서 화로출구까지는 충분히 공기를 분사하여 미연분을 완전연소를 시키는 미연분 완전연소영역을 형성하도록 한 질소산화물 저감기법이다.

그리고 상기 배기가스 재순환법은 연소된 배기가스의 일부를 연소용 공기와 혼합하여 버너로 다시 유입시켜 연소하는 방법이다.

일반적으로, 엄격해지는 환경규제에 대응하기 위해서 보일러 화로내에 위의 방법들을 복합해서 사용하여 질소산화물을 저감시키고 있으며, 현재 산업용 보일러의 화로에서는 상기 질소산화물 저감형 버너와 화로내 이단연소기법을 병용하도록 채택되고 있다.

제2도는 상기 질소산화물 저감형 버너와 화로내 이단연소기법을 병용하고 있는 종래 화로를 간략하게 도시한 것인데, 다수의 버너와 공기분사구가 화로 전벽에 집중적으로 설치되어 있고 맞은 편의 화로 후벽에는 노즈부가 돌출형성되어 있으며, 여기에서 연소가스는 화로 뒷벽을 따라서 곧바로 출구로 나가는 유동형태를 갖게 되고, 상기 화로 전벽의 상부에서는 연소가스의 유동의 정체되는 영역이 발생한다.

그러나, 화로내부는 대부분의 연소가스가 곧바로 출구로 향하는 유동형태를 띠게 되므로 이러한 연소가스의 화로내부에서의 짧은 체류시간은 화로로부터 과다한 일산화탄소나 질소산화물의 방출을 의미하는 것으로 연소가스의 유동형태가 문제점인 것으로 밝혀졌다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은, 상기 미연분 완전연소영역에서 연소가스의 체류시간을 늘려 일산화탄소의 저감이 가능토록하고, 상기 질소산화물 환원영역에서는 연소가스의 혼합 및 체류시간이 증가되도록하여 질소산화물의 환원증대를 실현하여 화로에 설치된 질소산화물 저감형 버너와 화로내 이단연소기법의 성능을 향상시키는 저공해형 화로를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이와 같은 목적은, 질소산화물 저감형 버너와 화로내 이단연소기법을 사용하는 산업용 보일러의 화로에 있어서, 화로 측벽에 추가의 공기분사구를 기존의 공기분사구로부터 분사된 공기와 엇갈리게 만나도록 추가로 설치하여 구성한 본 발명에 의해 달성될 수 있는 바, 이하 첨부한 도면을 참고로 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명의 화로에서의 배치와 작용을 나타낸 단면개략도.

제2도는 종래의 화로에서의 배치와 작용을 나타낸 단면개략도.

제3도는 본 발명에 적용되는 이단연소기법을 나타낸 단면개략도.

제4도는 본 발명에서의 질소산화물 및 일산화탄소분진배출 특성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 화로 2 : 질소산화물 저감형 버너

3, 3' : 공기분사구

제1도는 본 발명의 화로에서의 배치와 작용을 설명한 단면개략도를 나타낸 것이다.

본 발명은, 다수의 질소산화물 저감형 버너부가 하방에 배치되고 화로내 이단연소기법에 의해 상기 질소산화물 저감형 버너부의 상부에 공기분사구가 설치된 산업용 보일러의 화로에 있어서, 상기 화로(1) 측벽 즉, 화로전벽(4) 및 화로후벽(5)의 직교면에 해당하는 양 측벽(6),(7)에 각각 공기분사구(3)를, 상기 화로전벽(4)의 공기분사구(3')로부터 분사되는 공기와 엇갈리게 만나도록 추가로 설치한 것으로 구성된다.

이하, 본 발명의 작용에 대하여 구체적으로 설명한다.

제3도는 본 발명에 적용되는 이단연소기법을 설명한 화로의 단면개략도를 나타낸 것이다.

상기 화로내 이단연소기법은, 연소공기의 공급을 질소산화물 저감형 버너(2)들과 공기분사구(3')의 2부분으로 분할하여 공급하는 것으로, 이를 통해 상기 화로(1)의 질소산화물 저감형 버너(2) 앞에는, 연료과잉과 공기부족 상태를 유지하여 질소산화물 생성을 억제하는 주 연소영역(a)가 형성되며, 상기 질소산화물 저감형 버너(2)에서 공기분사구까지는 상기 주 연소영역(a)에서 생성된 질소산화물을 환원시키는 질소산화물 환원영역(b)과, 상기 공기분사구(3')에서 화로(1)출구까지는 공기분사구(3')로부터 공기가 분사되어 미연분을 완전연소시키는 미연분 완전연소영역을 형성하게 된다.

본 발명에서 추가로 설치하는 상기 공기분사구(3)는 상기 질소산화물 환원영역(b)에서 상기 미연분 완전연소영역(c)으로 이어지는 중간지점에 설치된다.

따라서, 다수의 질소산화물 저감형 버너(2)와 공기분사구(3')가 상기 화로전벽(4)에 설치되기 때문에, 연소가스가 화로후벽(5)을 따라서 곧바로 출구로 나가는 유동형태가 형성되고 화로전벽(4)의 상부에서 유동 정체영역이 발생되던 종래 화로와는 달리, 본 발명에서는 화로측벽(6),(7)에 공기분사구(3)를 추가로 설치함으로써 화로후벽(5)으로 편심되던 배기가스의 유동형태가 상당부분 화로의 중심부로 이동하게 되어 상기 유동 정체영역이 줄어들고, 이어서 연소가스의 체류시간이 증대되게 된다.

그리고, 본 발명의 저공해형 화로는 제3도에서 나타난 바와 같이, 미연분 완전연소영역(c)에서 추가의 공기분사 및 체류시간의 증가로 인해 현저한 일산화탄소(CO)의 저감이 가능해지고, 상기 질소산화물 환원영역(b)에서는 연소가스의 혼합 및 체류시간의 증가로 인해 질소산화물의 환원이 증대되게 된다.

본 발명의 저공해형 화로는 화로내의 측벽에 공기분사구(3)를 추가로 설치하여 화로뒷벽으로 편심된 배기가스의 유동형태가 상당부분 중심부로 이동하게 되어 유동의 정체영역을 줄이고, 연소가스의 체류시간 증대를 야기시켜, 미연분 완전연소영역에서 현저한 일산화탄소의 저감이 가능하고, 질소산화물 환원영역에서는 연소가스의 혼합 및 체류시간의 증가로 인한 질소산화물의 환원증대로해서 질소산화물의 저감효과가 탁월하다.

또한, 제4도는 본 발명에서의 질소산화물 및 일산화탄소분진배출 특성도에서는 본 발명의 질소산화물 및 분진의 배출특성을 기존 보일러 화로와 비교하여 나타냈는데, 본 결과에 나타난 바와 같이 본 발명의 공기분사구 배치를 사용할 경우, 질소산화물 및 일산화탄소의 발생을 분진의 특별한 증가가 없는 가운데서도 20%이상 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 다수의 질소산화물 저감형 버너부가 하방에 배치되고 화로내 이단연소기법에 의해 상기 질소산화물 저감형 버너부의 상부에 공기분사구가 설치된 산업용 보일러의 화로에 있어서, 상기 화로(1) 측벽 즉, 화로전벽(4) 및 화로후벽(5)의 직교면에 해당하는 양 측벽(6),(7)에 각각 공기분사구(3)를, 상기 화로전벽(4)의 공기분사구(3')로부터 분사되는 공기와 엇갈리게 만나도록 추가로 설치한 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 저공해형 화로.

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