KR100231667B1

KR100231667B1 - 연소버너 및 노내 연소방법

Info

Publication number: KR100231667B1
Application number: KR1019970004331A
Authority: KR
Inventors: 순이치 스기야마; 무네히로 이시오카
Original assignee: 야마오카 요지로; 닛폰 고칸 가부시키가이샤
Priority date: 1996-02-14
Filing date: 1997-02-13
Publication date: 1999-11-15
Also published as: DE69714882D1; CA2197148C; EP0790461A2; CN1113186C; EP0790461A3; CN1167229A; US5961312A; TW317600B; JP3557028B2; DE69714882T2; EP0790461B1; CA2197148A1; JPH09222223A

Abstract

본 발명은 가열로 내에 공기를 공급하기 위한 공기공급로와; 그 공기공급로 내에 1차연료를 공급하기 위한 1차연료노즐과; 그 공기 공급구의 주위에 배치된 2차연료를 공급하기 위한 2차연료노즐과; 그 공기 공급구의 외주에서 2차연료공급구의 외주까지의 거리(L)(mm)가 그 공기 공급구의 직경(Da)(mm)보다 크게 되도록 2차연료노즐에서 배치되도록 이루어진 연소버너에 관한 것으로, 상기 버너의 노 내 연소방법은 이하의 과정으로 이루어진다.

(a) 공기공급로, 1차연료노즐과, 2차연료노즐로 부터 되는 연소버너를 준비하는 공정;

(b) 가열로의 노 내온도가 연료착화온도 이하의 경우에는, 연료를 1차연료노즐에서 분사시켜 연소시키는 공정;

(c) 가열로의 노 내온도가 연료착화온도 이상의 경우에는, 연료를 2차연료노즐에서 분사시켜 연소시키는 공정.

Description

연소버너 및 그 노 내 연소방법

제1도는 본 발명에 관한 연소버너의 일실시형태를 나타낸 도면.

제2도는 본 발명에 관한 연소버너를 장착한 실시형태를 나타낸 도면.

제3도는 연소제어의 플로우챠트를 나타낸 도면.

제4도는 연소상태를 모식적으로 나타낸 도면.

제5도는 NO_X의 측정결과를 나타낸 도면.

제6도는 종래 연소버너의 일례를 나타낸 도면.

제7도는 종래 연소버너의 타 예를 나타낸 도면.

제8도는 종래 축열식 버너에 의한 연소장치를 나타낸 도면이다.

본 발명은, 공업용 연소로에 이용되는 연소버너 및 그 노 내 연소방법에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이, 배출가스중의 NO_X생성에 영향을 주는 주요한 요인은, 연소온도와 산소농도로서, 연소온도가 높을수록, 또 산소농도가 높을수록 배출가스중의 NO_X농도가 크게 되는 것이 알려져 있다. NO_X가스의 생성을 억제하는 방법이 오래 전부터 많이 제안되어 있고, 대별하면, 연소조건의 변경에 의한 방법과, 연소방법 자체의 변경에 의한 방법이 있다.

전자의 방법에는, ①저산소연소(저공기비 연소), ②연소실 열부하의 저감(저온연소), ③연소용공기의 온도(예열공기온도)의 저하 등에 의한 억제방법이 있다. 또한 후자의 방법으로서는, ④2단연소방법, ⑤상승화학양론 연소방법 ⑥배출가스 재순환 연소방법, ⑦증기취입 연소방법에 의한 억제방법이 있다. 이 방법 중에는 열효율을 저하시키는 것이 있고, 열효율의 관점에서 NO_X가스의 억제방법으로서 적용되지 않는 것이 있다.

실용화되어 있는 NO_X농도를 저하시키는 연소버너(이하, 저NO_X버너로 칭한 다.) 는, 기본적으로는 후자의 ④~⑦의 기능을 콤팩트하게 내장한 것이고, 저공기비 연소제어를 행하면서 종합적인 효과로서 저NO_X화를 실현하고 있다. 예를 들면, 특공소56-8921호 공보, 특공소56-8922호 공보에는, 이들의 기능을 구체화한 연소방법이 개시되어 있다 (제6도). 또한, 근년에는 특개평1-167591호 공보, 특개평1-300103호 공보 (제7도), 특개평7-4612호 공보, 및 특개평7-4613호 공보 (제8도) 등에, 가열로 내에 직접연료를 취입하는 방법에 의해서, 더욱더 배출가스중의 NO_X의 저농도화가 꾀해지는 연소방법이 개시되어 있다.

이하, 제6도 및 제8도를 참조하여 저NO_X연소에 관해서 설명한다.

우선, 제6도의 연소버너에 관해서 설명하면, 1차연료노즐(20)이 공기도입관 (22)에 설치되고, 예연소실(23)의 양측에 2차연료노즐(21)이 설치되어 있다. 공기선회날개(24)에 의해서 연소용 공기가 선회하여 1차연료노즐(20)에서 분출하는 연료와 혼합되어 예연소실(23)에서 예연소된다. 더욱, 2차연료노즐(21)에서 공급한 주연소실(25)에서 연소한다. 이와 같은 2단 연소방법에 의해서 2차연료노즐(21)에서 주연소실(25)에 공급되는 연료의 연소는 NO_X의 생성을 현저하게 줄일 수 있다.

제7도의 노 내(26)에 설치된 연소버너는, 연소공기 공급구(22)에 1차연료노즐 (20)이 설치되어, 저온연소시의 1차연료노즐(20)이 되고, 연소공기 공급구(22)의 주위에 2차연료노즐(21)이 설치되어 있다. 노 내 배출가스는 연소용 공기 및 연료에 섞여서, 재연소하여 저NO_X로 된다.

제8도의 교번연소버너(30)는, 한쌍의 축열식버너(27)에 각각 1차연료노즐 (28)이 설치되고, 1차연료노즐(32)이 저온연소를 행하면서 2차연료노즐(31)을 자기재순환에 의한 2차 연소를 행한다.

그러나, 제8도의 연소버너의 연소방법은, 가열로 내에 직접 연료를 취입하는 연소방법으로써, NO_X생성억제로서 유효하지만, 노의 입상(立上) 때문에, 연소버너의 공기 공급구내에 저온용의 1차연료노즐이 설치되어 있다. 그 때문에 연료공급계나 다른 배관계통이 복잡하게 되는 경향이 있고, 더 나아가서는, 고온로에서는 연료공급구를 냉각하기 위해 냉각용 공기의 배관이 필요로 된다. 그 결과, 냉각용 공기 등의 배관계통이 복잡하게 되어 초기설비비가 고가로 될 뿐만 아니라, 예를 들면, 가열로의 성능개선에는, 연료나 연소용 공기의 배관계통, 그 제어계통 및 가열로의 개선이 필요로 된다. 그러나, 배관계통 등이 복잡하기 때문에 현실적으로는 약간의 개선밖에 할 수 없다는 문제가 있고, 저NO_X화를 도모하기에는 연소버너 및 그 노 내 연소방법에 개선의 여지가 있다.

상기 저NO_X연소방법에서는, 제6도, 제7도의 저NO_X버너는 연소버너 자체의 구조가 비교적 단순하고, 연소버너를 교환하는 것만으로 가열로의 성능 개선도 용이한 이점이 있다. 그러나, 제8도에 나타낸 바와 같은 NO_X생성 억제효과는 노 내에 직접연료를 취입하는 연소방법보다 뒤떨어지며, 특히, 에너지절약의 목적에서 공기예열 온도를 높이면, 제6도, 제7도의 저온연소가 고온연소 상태로 되어 NO_X규제치를 초과하는 위험성이 있다. 더욱, 제7도의 연소버너에서는, 가열로의 폭이 저NO_X화에 중요한 인자로 되어 있고, 실시하는데 있어서는, 연소버너에 맞추어 가열로의 폭을 개량할 필요가 있는 결점이 있다.

본 발명은, 가열로의 성능개선이 용이하고, 동시에, 높은 공기예열 온도에 있어서의 연소이어도 NO_X가 억제되는 연소버너 및 그 노 내 연소방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 이하로부터 되는 연소버너를 제공한다. 가열로 내에 공기를 공급하기 위하여, 직경 Da(mm)의 공기 공급구를 가지는 공기공급로; 그 공기공급로 내에 1차연료를 공급하기 위하여, 1차연료 공급구를 가지는 1차연료노즐; 그 공기 공급구의 주위에 배치된 2차연료를 공급하기 위한 2차연료 공급구를 가지는 2차연료노즐; 그 공기 공급구의 외주(外周)로 부터 2차연료 공급구의 외주까지의 거리(L)(mm)가 그 공기 공급구의 직경 (Da)(mm)보다 크게 되도록 2차연료노즐이 설치되어 있다. 그 공기 공급구에서 분사되는 연소용 공기의 분출속도가 소정의 유속에 달한 때에, 노 내 배출가스가 권입되어 재연소된다. 공기 공급구에 2차연료노즐이 근접하면 노 내 배출가스의 권입량이 저감하여 재연소에 의한 NO_X량의 저감효과가 줄어드는 것에서, 그 공기 공급구의 외주에서 2차연료 공기 공급구의 외주까지의 거리(L)(mm)를 그 공기 공급구의 직경 (Da)(mm)보다 크게 되도록 2차연료노즐을 배치하므로서 NO_X량의 저감효과가 달성된다.

그 공기 공급구의 외주로 부터 2차연료 공급구의 외주까지의 거리(L)는, 가열로 내의 온도가 연료착화 온도 이상의 고온에 도달한 때의 그 공기 공급구로 부터 그 가열로 내에 분출되는 공기 유속에 따라서, 그 공기 공급구의 직경(Da)에 대응하여 설정되는 것이 바람직하다. 가열로 내의 온도가 연료의 착화온도 이상으로 되면, 연소용 공기가 거의 노 내 온도까지 예열되므로 연소용 공기가 연료의 착화온도 이상으로 된다. 공기 공급구에서의 공기유속과, 직경(Da) 및 거리(L)의 인자에 의해서, 배출가스중의 NO_X량의 저감효과가 달성된다.

또한, 그 공기 공급구의 외주에서 2차연료 공급구의 외주까지의 거리(L)와 그 공기 공급구의 직경(Da)이 그 공기 공급구에서 가열로 내에 분출되는 공기의 실유속 (Va)에 대하여, 이하의 식을 만족하는 것이 더욱 바람직하다.

L(Va/Vo)^1/2/Da ＞ 10

여기에서,

L : 공기 공급구의 외주에서 2차연료 공급구의 외주까지의 거리(mm),

Va : 분출되는 공기의 실유속(m/sec),

Da : 공기 공급구의 직경(mm),

Vo : 단위 분출공기의 실유속(1m/sec).

상기의 식에 기초하여, 공기 공급구에서 분출되는 공기의 실유속(Va), 공기 공급구의 직경(Da) 및 거리(L)을 설정하는 것에 의해, 배출가스중의 NO_X량의 저감효과가 달성된다.

더욱, 본 발명은 이하의 공정으로 부터 되는 버너의 노 내 연소방법을 제공한다.

(a)가열로 내에 공기를 공급하기 위한 공기 공급구를 가지는 공기공급로, 그 공기공급로 내에 1차연료를 공급하기 위한 1차연료 공급구를 가지는 1차연료노즐과, 그 공기 공급구의 주의에 배치된 2차연료를 공급하기 위한 2차연료 공급구를 가지는 2차연료노즐로 부터 되는 연소버너를 준비하는 공정, 그 공기 공급구의 외주에서 2차연료 공급구의 외주까지의 거리(L)와 그 공기 공급구의 직경(Da)은 그 공기 공급구에서 가열로 내에 분사되는 공기의 실유속에 대하여 설정되어 있다;

(b)가열로의 노 내온도가 연료착화온도 이하의 경우에는, 연료를 실질적으로 1차연료노즐에서 분사시켜 연소시키는 공정;

(c)가열로의 노 내온도가 연료착화온도 이상의 경우에는, 연료를 실질적으로, 2차연료노즐에서 분사시켜 연소시키는 공정;

상기의 연소버너의 노 내 연소방법에 있어서는, 그 공기 공급구의 외주에서 2차연료 공급구의 외주까지의 거리(L)와 그 공기 공급구의 직경(Da)이 그 공기 공급구에서 가열로에 분사되는 공기의 실유속에 대하여 설정되어 있고, 동시에 1차연료노즐과 2차연료노즐의 연소상태를 제어하는 것에 의해서, 배출가스중의 NO량의 저감이 달성된다.

상기 연소버너의 노 내 연소방법에 있어서, 그 공기 공급구의 외주에서 2차연료 공급구의 외주까지의 거리(L)와 그 공기 공급구의 직경(Da)이, 그 공기 공급구에서 가열로 내에 분출되는 공기의 실유속(Va)에 대하여, 이하의 식을 만족하는 것이 바람직하다.

L(Va/Vo)^1/2/Da ＞ 10

여기에서,

Va : 분출되는 공기의 실유속(m/sec),

Da : 공기 공급구의 직경(mm),

Vo : 단위 분출공기의 실유속(1m/sec).

상기의 연소방법에 있어서, 연료를 1차연료노즐에서 분사시켜 연소시키는 공정은, 연료전체를 1차연료노즐에서 분사시켜 연소시켜도 좋고, 연료를 주로 1차연료노즐에서 분사시켜 연소시켜도 좋다.

이하, 본 발명에 관계하는 실시형태에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다.

제1도는, 연소버너의 일실시형태인 축열식버너로써, 제1a도는 연소버너의 단면도이고, 제1b도는 그의 정면도이다. 제1도에 있어서, 축열식버너(1)는, 내열성의 축열체 수용용기(2)에 축열체(8)가 수납되고, 그 상방에 상부공간(2a)이 설치되며, 하방에 윈드박스(5)가 장착되어 하부공간(2b)에 형성되어 있다. 축열체 수용용기 (2)의 상부공간(2a)에 연통하는 공기공급로(3)가 버너타일(4)에 연설되어, 하부공간(2b)에는 유출입구(9)가 설치되어 있다. 버너타일(4)은 가열로(11)의 측벽에 장착된다. 공기공급로(3)에는, 1차연료노즐(6)과 파이롯트버너(10)가 설치되고, 버너타일(4)에는 복수의 2차연료노즐(7)이 설치되어 있다. 공기공급로(3)의 공기 공급구(3A) 및 연료공급구(7A)가 가열로 내측에 개구해 있고, 공기 공급구(3A)의 외주에서 2차연료노즐(7)의 연료공급구(7A)의 외주까지의 거리(L)는, 대체로 공기 공급구(3A) 직경(Da)의 1.0배 이상으로 설정된다.

제2도는, 상기 연소버너를 가열로에 장착하여 그 배관계 및 제어계의 일실시형태를 나타낸 개략도이다. 제2도에 있어서, 가열로(11)의 노벽에 교번연소를 행하는 축열식버너(1a, 1b)가 장착되어 있다. 가열로(11)내에는 강재 등의 피가공물(H)이 투입되고, F는 화염을 나타내고 있다. 축열식버너(1a, 1b)에는 축열체(8a, 8b)가 각각 수납되어 있다. 공기공급로(3a, 3b)에 1차연료노즐(6a, 6b)의 연료공급구가 각각 개구되고, 2차연료노즐(7a, 7b)의 연료공급구가 노 내측에 개구해 있다. 1차연료를 공기 공급구(3a, 3b)내에 공급하는 1차연료노즐(6a, 6b)에는 연료차단 밸브(13a, 13b)가 각각 설치되고, 2차연료를 노 내에 공급하는 2차연료노즐(7a, 7b)에는 연료차단 밸브(14a, 14b)가 각각 설치되어 있다. 또, 배출가스 및 연소용 공기는 배관을 통해 절환밸브(16)를 개재하여 송풍블로(17, 18)에 의해서 배출가스는 노 밖으로 배출되고, 연소용공기는 노 내에 공급되어 있다. 배관에는 유속계(12a, 12b) 및 NO_X가스센서(20a, 20b)가 설치되고, 가열로(11) 내에는 온도센서(19)가 설치되어 있다. 유속계(12a, 12b), 온도센서(19) 및 NO_X가스센서(20a, 20b)의 출력은 제어장치(15)에 입력되어 있다. 또, 제어장치(15)는, 연료차단밸브(13a, 13b, 14a, 14b)가 교번연소에 따라서 제어됨과 동시에, 절환밸브(16)의 절환제어, 및 송풍블로(17, 18)의 구동 및 회전수 제어가 이루어지고 있다. 또, 유속계(12a, 12b), NO_X가스센서(20a, 20b)는 공기공급로(3a, 3b)나 배출가스의 배출측에 설치되어도 좋다.

다음에, 연소버너를 장착한 가열로의 노 내 연소방법에 대해서, 제1도 및 제2도를 참조하여, 제3도의 연소제어 플로우챠트에 기초하여 설명한다.

우선, 스텝S1에 있어서, 파이롯트 버너(10)가 점화되고, 1차연료노즐(6a, 6b)에서 공기공급로(3)에 1차연료가 공급되며, 축열식버너(1a, 1b)는 교번연소를 개시하여, 연소와 배출가스의 배출을 번갈아 행한다. 계속해서, 스텝S2에 있어서, 온도센서(19)에서의 출력에 기초하여 가열로(11)내의 온도를 계측하고, 스텝S3으로 전진한다. 스텝S3에서는, (노 내온도＜연료착화온도)의 조건(1)에 의해서, 노 내온도가 연료착화온도 이하(저온)인가 아닌가가 판단된다. 조건(1)을 만족하는 경우에는, 스텝S4로 전진하여, 1차연료노즐(6)에 의해서 공기공급로(3)내에 1차연료를 공급해 연소를 계속하고, 스텝S2로 되돌린다. 스텝S3에 있어서, 조건(1)을 만족하지 않은 경우는, 스텝S5로 전진하여, (노 내온도≥연료착화온도)의 조건(2)에 의해, 노 내온도가 연료착화온도이상 (고온)에 도달해 있는가 아닌가가 판단된다. 조건(2)을 만족하지 않는 경우는, 스텝S4로 되돌리고, 1차연료노즐(6)에 의해 연료를 계속한다. 조건(2)을 만족한 경우는, 스텝S6으로 전진하여, 2차연료노즐(7)에 의해 연소를 개시한다.

계속해서, 스텝S7로 전진하여, NO_X가스센서(20a, 20b)에 의해 배출가스중의 NO_X농도를 계측하고, 스텝S8로 전진한다. 스텝S8에 있어서, NO_X농도가 기준치 이하인가 아닌가가 판단된다. NO_X농도가 기준치 이내이면, 스텝S5로 되돌린다. NO_X농도가 기준치를 초과하는 경우에는, 스텝S9로 전진하여, 공기 공급구(3A)에서 노 내에 분출되는 연소용 공기의 분출유속이 조정된다. 계속해서, 스텝S10으로 전진하여, 가열로의 운전을 계속하는가 아닌가가 판단되고, 계속하는 경우는 스텝S5로 되돌려, 동일한 조작을 되풀이하고, NO_X농도가 기준치 내이도록 연소용 공기의 분출유속을 조절하여 연소제어가 이루어진다. 가열로의 운전을 종료하는 경우는, 연소제어를 종료한다. 물론, 2차연료노즐(7)이 연소하고 있는 상태에서, 1차연료노즐(6)에서 공기공급로(3)에 연료를 공급하여 연소를 계속시켜도 좋은 것은 분명하다.

다음에, 제4도를 참조하여, 이 실시형태에 있어서의 연소버너에 의한 노 내연소에 대해서 설명한다.

제4도는, 버너타일(4) 노에서 내측에 개구한 공기공급로(3)와 2차연료노즐 (7)을 나타내고, 연소용공기(A)와 2차연료(F)의 분출방향을 모식적으로 나타낸 도면이다. 공기공급로(3A)의 직경을 Da로 하고, 공기공급로(3)와 2차연료노즐(7)의 외주간의 거리를 L로 한다. 공기 공급구(3A)에서 X거리로 연소용공기(A)와 연료(F)가 접하여 노 내 배출가스를 권입하고, 재연소를 행하는 것에 의해, NO_X의 저감을 도모하도록 되어져 있다. 따라서, 공기공급로(3)와 2차연료노즐(7)의 외주간의 거리(L)가 근접해 있으면, 노 내 배출가스의 권입이 불충분하게 되기 때문에, 거리(L)는 직경(Da)의 1.0배 이상으로 설정하는 것이 바람직하고, 물론, 공기공급로(3)와 2차연료노즐(7)의 외주간의 거리가 이상(異常)하게 떨어져 있으면, 노 내 배출가스의 권입이 불충분하게 되어, NO_X저감효과가 감쇠한다.

더욱, 설명을 덧붙이면, NO_X농도의 지배적 인자는 화염온도이다. 화염온도는 연료가 연소개시점까지의 거리(X)에 있어서의 노 내 배출가스의 권입량(Q)과 노 내 배출가스 온도(T)에 의해서 지배된다. 따라서, NO_X농도는 노 내 배출가스의 권입량 (Q)과 노 내 배출가스 온도(T)에 의존하는 것으로 된다.

즉, 노 내 연소가스의 권입량(Q)은, 연소용공기의 분출유속(Va), 분출구경 (Da), 공기 공급구(3A)에서 연소개시점(P)까지의 거리(X)의 함수인 것이 알려져 있다. 제4도에서는, 공기분류와 연료분류의 확산과 혼합위치(연소개시점)(P)를 모식적으로 나타낸 것이다. 연소용공기 및 2차연료의 분류(噴流)의 확산각도는, 분류상태와 관계없이 일정하므로, 공기 공급구로 부터 혼합위치점(P)까지의 거리(X)는 공기 공급구외주와 연료공급구외주의 거리(L)에 약비례한다. 제4도에 나타내는 것 같이 축대칭 분류에서는 분류토출구(噴流吐出口)로 부터 거리(X)까지의 권입가스를 포함한 전분류통과량(全噴流通過量)(Qa)은 거리(X)에 비례한다. 따라서, 전분류통과량(Qa)은 거리(L)에 비례하게 된다.

그러므로, NO_X농도는, 노 내 온도를 일정하게 하면 분출속도, 연료용공기의 분출구경(噴出口經) 및 공기 공급구외주로 부터 연료공급구외주까지의 거리(L)에 따라 변화하게 된다.

그래서 본 발명자들은 노 내 온도가 일정하게 되도록 수냉관에 탈열량(奪熱量)을 조절하고, 분출공기유속(Va)을 10~150m/s, 공기 공급구경(Da)을 30~160mm, 공기공급외주와 연료공급구외주와 연료공급구외주의 거리(L)를 10~800mm으로 변화시켜 실험을 실시하였다. 또한, 배출가스 중의 NO_X농도에서의 산소(O₂)농도를 11%로 환산하여 측정하였다.

이 측정 데이터로 부터 각 인자의 영향을 조사한 결과가 제5도에 표시되어 있다. 제5도의 횡축은 L(Va/Vo)^1/2/Da를 파라미터로 하는 값이고, 종축이 NO_X농도 (ppm)이다. 제5도에 의하면, NO_X농도의 분포곡선(G)에서 명백해짐과 같이, L(Va/Vo)^1/2/Da를 파라미터로 하면 NO_X농도분포가 특정의 통일된 분포곡선상에 분포하는 것이 확실하게 되었다. 제5도에서 명백한 것 같이 L(Va/Vo)^1/2/Da의 값이 10이하에서는 NO_X농도가 급격히 증가하는데 비하여 10이상에서는 거의 변하지 않고 포화상태로 된다는 것을 알았다. 따라서, L(Va/Vo)^1/2/Da ＞ 10을 충족하도록 각 파라미터를 설정하므로서 저NO_X버너가 형성가능한 것을 의미하고 있다.

더구나, L(Va/Vo)^1/2/Da에 있어서의 각 파라미터를 디멘죤은, 이하에 표시한 그대로이다. 공기 공급구외주에서 연료공급구외주까지의 거리(L)는 (mm), 분출공기실유속(Va)은 (m/s), 공기 공급구의 직경(Da)은 (mm)이다. 단위분출 공기실유속(Vo)는 (1m/s)이고, 분출공기 실유속치에서 단위를 소거하기 위한 것이다. 또, 제5도는 노 내온도가 1350℃의 경우의 데이타만을 나타내고 있지만, 노 내온도가 900℃ 이상에서는, 노 내온도가 높게 되는 만큼 NO_X농도가 높게 되는 경향이 있는 것이, 상기 파라미터가 10이상의 값에서는 거의 일정하게 되는 것이 확실하다.

이것에 의해, 하기의 관계식(1),

L(Va/Vo)^1/2/Da ＞ 10..... (1)

을 만족하도록 연소시키는 것에 의해, 대폭적인 NO_X농도의 저감이 달성되는 것이 분명하게 되었다.

따라서 제1도에 표시한 연소버너에 대해서, 공기 공급구(3A)에서 분출하는 분출공기의 유속(Va) 및 공기 공급구(3A)의 직경(Da)이 정해져 있으면, 상기의 관계식에 기초하여, 거리(L)를 설정하는 것에 의해 저NO_X버너가 용이하게 구성될 수 있다. 또, 공기 공급구(3A)의 직경(Da) 및 거리(L)가 일정하면, 상기의 관계식(1)에 기초하여, 분출공기유속(Va)을 조정하여, 저NO_X버너를 구성하는 것이 가능하다.

또, 상기와 같은 연소방법은, NO_X농도의 저감에 극히 유효하다는 것이 분명하게 되었지만, 공기 공급구와 연료공급구와의 거리(L)를 벌릴 필요가 있기 때문에, 노 내온도가 연료의 자기착화 온도 이상의 경우에는 문제가 안되지만, 자기착화 온도 이하의 경우에는 연소가 일어나지 않는 것이 된다. 따라서, 노 내온도가 연료의 자기착화 온도 이하의 저온시에도 안정되게 연소시키는 방법으로서, 공기 공급구 내에도 파이롯트버너와 함께, 1차연료노즐의 연료공급구를 개구할 필요가 있으므로, 제1도에 나타낸 실시형태의 연료버너가 형성된다.

상기 제3도의 연소제어 플로우챠트에 기초하여 설명했지만, 이와 같은, 구조에서는 노 내온도가 연료의 자기착화 온도 이하일 때에는, 연료는「주로」공기 공급구 내의 1차연료노즐의 연료공급구에서 분사되어서 연소시키고, 노 내온도가 연료의 자기착화 온도 이상의 고온에 도달한 때는, 연료를「주로」공기 공급구 외측의 2차연료노즐의 연료공급구에서 공급하여 연소시키도록 한다. 이「주로」로 표기한 것은, NO_X농도ㆍ조업시의 연소제어 등에 의해서, 전체 연료공급구에서 연료를 공급하는 것이 가능하기 때문이고, 1차와 2차연료노즐에 의한, 즉「100%」의 연소상태의 경우도 포함되는 것을 의미하는 것이다.

물론, 노 내온도가 연료의 자기착화 온도 이하의 저온시에서는, 어떠한, 연소법에 있어서도 NO_X농도는 적어서 문제가 안되지만, 고온연소시에 있어서도, L(Va/Vo)^1/2/Da ＞ 10을 만족하도록 연소제어하는 것에 의해서 저NO_X연소로 하는 것이 가능하다. 이 파라미터의 값「10」은, 연료의 발열량에 의해서 다소 변화 하지만, 대략「10」의 값에서 급격하게 NO_X농도가 상승하는 분포곡선으로 되는 특성을 가진다. 그러나, 그 연료의 발열량에 따라서 이 파라미터의 값은 다소 변동하기 때문에 반드시,「10」의 값으로 한정하는 것은 아니다.

또, 상기 실시형태에서는, 축열체를 구비한 연소버너로서 설명했으나, 축열체를 구비하지 않는 연소버너에 있어서도, 상기에서 설명한 바와 같은 1차와 2차연료노즐을 구비한 연소버너이면, L(Va/Vo)^1/2/Da의 파라미터에 기초한 개념에 의해서 각 파라미터를 설정한 연소버너로 하는 것에 의해, 배출가스중의 NO_X량을 저농도로 하는 것이 가능한 것은 분명하다.

또, 공기 공급구(3A)의 직경(Da) 및 공기 공급구(3A)에서 연료공급구(7A)까지의 거리(L)가 고정된 연소버너에 있어서도, 상술한 바와 같은 노 내연소 방법에 의해서 공기 공급구(3A)에서 분출되는 공기의 분출공기유속(Va)를 조정하는 것에 의해, 가열로를 개선하는 것 없이, 노 내 배출가스중의 NO_X농도를 저농도로 하는 것이 가능하다. 또, 연료공급구(7A)의 위치를 조정하는 만큼 저NO_X버너로 하는 것이 가능하다.

이상, 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 가열로 자체의 개조, 그 제어계 및 배관계통을 제조를 하는 것 없이, 저NO_X연소가 달성될 수 있는 잇점이 있다.

또, 본 발명에 의하면, 공기공급유속(Va)이 일정하면, L(Va/Vo)^1/2/Da의 값이, 예를 들면「10」, 또는 그 이상의 값으로 되는 것과 같이, 연소버너를 구성하는 것에 의해서, 저NO_X연소를 달성하여 얻는 연소버너를 제공하는 것이 가능한 잇점이 있다. 또 역으로, 분출공기 공급구의 직경(Da) 및 분출공기 공급구의 외주에서 2차연료노즐의 연료공급구 외주까지의 거리(L)가 설정되어 있는 경우는, 공기 공급구에서 분출하는 공기의 공기공급유속(Va)을 조정하도록 노 내연소 제어하는 것에 의해, NO_X농도를 기준치 이하로 할 수 있는 연소버너가 제공될 수 있는 잇점이 있다.

또, 본 발명에 의하면, L(Va/Vo)^1/2/Da ＞ 10의 조건을 만족하면, 일정의 NO_X저감효과가 얻어지는 연소버너가 제공될 수 있는 잇점이 있고, 소정의 노 내온도 분포를 설계할 때에, 종래와 같이 노 내에 직접연료를 취입하여 노 내에서 저NO_X를 달성하는 연소방법과 비교하여, 연소버너를 자유로 배치하여 얻는 설계의 자유도가 증가하는 잇점이 있다.

또, 본 발명에 의하면, 기존의 연소버너를 저NO_X버너로 교환하기만 하면 가열로의 성능개선이 가능한 잇점이 있다.

Claims

연소버너에서, 가열로 내에 공기를 공급하기 위한, 직경(Da)(mm)의 공기 공급구를 가지는 공기공급로와; 상기 공기공급로 내에 1차연료를 공급하기 위한, 1차연료 공급구를 가지는 1차연료노즐과; 상기 공기 공급구의 주위에 배치된 2차연료를 공급하기 위한 2차연료 공급구를 가지는 2차연료노즐과; 상기 공기 공급구의 외주에서 2차연료 공급구의 외주까지의 거리(L)(mm)가 그 공기 공급구의 직경 (Da)(mm) 보다 크게 되도록 2차연료노즐이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 연소버너.
제1항에 있어서, 상기 공기 공급구의 외주에서 2차연료 공급구의 외주까지의 거리(L)는, 가열로 내의 온도가 연료착화온도 이상의 고온에 도달한 때의 상기 공기 공급구에서 상기 가열로 내에 분출되는 공기유속에 따라서, 상기 공기 공급구의 직경(Da)에 대응하여 설정되는 것을 특징으로 하는 연소버너.
제2항에 있어서, 상기 공기 공급구의 외주에서 2차연료 공급구의 외주까지의 거리(L)와 상기 공기 공급구의 직경(Da)은, 상기 공기 공급구에서 가열로 내에 분출되는 공기의 실유속(Va)에 따라서, 이하의 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 연소버너.

기 공기 공급구의 직경(Da)은, 상기 공기 공급구에서 가열로 내에 분출되는 공기의 실유속(Va)에 따라서, 이하의 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 연소버너.

L(Va/Vo)^1/2/Da ＞ 10

여기서, L : 공기 공급구의 외주에서 2차연료 공급구의 외주까지의 거리(mm), Va : 분출되는 공기의 실유속(m/sec), Da : 공기 공급구의 직경(mm), Vo : 단위 분출공기의 실유속(1m/sec).
버너의 연소방법에서 하기의 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 버너의 연소방법.

(a) 가열로 내에 공기를 공급하기 위한 공기 공급구를 가지는 공기공급로, 그 공기공급로 내에 1차연료를 공급하기 위한 1차연료 공급구를 가지는 1차연료노즐과, 그 공기 공급구의 주위에 배치된 2차연료를 공급하기 위한 2차연료 공급구를 가지는 2차연료노즐로 부터 되는 연소버너를 준비하는 공정, 그 공기 공급구의 외주에서 2차연료 공급구의 외주까지의 거리(L)와 그 공기 공급구의 직경(Da)은 그 공기 공급구에서 가열로 내에 분사되는 공기의 실유속에 대하여 설정되어 있다; (b) 가열로의 노 내온도가 연료착화온도 이하의 경우에는, 연료를 실질적으로 1차연료노즐에서 분사시켜 연소시키는 공정; (c) 가열로의 노 내온도가 연료착화온도 이상의 경우에는, 연료를 실질적으로 2차연료노즐에서 분사시켜 연소시키는 공정.
제4항에 있어서, 상기 공기 공급구의 외주에서 2차연료 공급구의 외주까지의 거리(L)와 상기 공기 공급구의 직경(Da)이, 그 공기 공급구에서 가열로 내에 분출되는 공기의 실유속(Va)에 대하여, 이하의 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 버너의 연소방법.

L(Va/Vo)^1/2/Da ＞ 10

여기서, L : 공기 공급구의 외주에서 2차연료 공급구의 외주까지의 거리(mm), Va : 분출되는 공기의 실유속(m/sec), Da : 공기 공급구의 직경(mm), Vo : 단위 분출공기의 실유속(1m/sec).
제4항에 있어서, 연료를 1차연료노즐에서 분사시켜 연소시키는 공정은, 연료 전체를 1차연료노즐에서 분사시켜 연소시키는 것으로 되는 것을 특징으로 하는 버너의 연소방법.
제4항에 있어서, 연료를 1차연료노즐에서 분사시켜 연소시키는 공정은, 연료를 주로 1차연료노즐에서 분사시켜 연소시키는 것으로 되는 것을 특징으로 하는 버너의 연소방법.