KR100231971B1 - 질소산화물 저감 및 에너지 절약형 버너팁 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연소장치에 사용되는 버너팁에 관한 것으로, 액체연료의 미립화를 촉진하고 공기/증기 등의 분무 매체의 혼합비율을 줄여 질소산화물의 생성을 억제시키기 위해 분무매체공급관과 액체연료공급관 및 연료혼합실을 형성하고 연료액적의 미립화를 촉진시키는 무화선회기를 설치하여, 질소산화물 저감율향상과 에너지절약효과를 실현한 질소산화물 저감 및 에너지 절약형 버너팁이다.

Description

질소산화물 저감 및 에너지 절약형 버너팁

제1도는 본 발명의 제1실시예에 따른 종단면도 및 횡단면도.

제2도는 본 발명의 제2실시예에 따른 종단면도 및 횡단면도.

제3도는 본 발명에 따른 공기비 변화에 대한 질소산화물 및 분진배출 특성도.

제4도는 본 발명에 따른 부하변화에 대한 질소산화물 및 분진배출 특성도.

제5도는 종래의 버너팁 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 액체연료 및 분무 매체 혼합실 2 : 분무 매체 공급관

3 : 액체 연료 공급관 4 : 분사 노즐

5 : 무화 분사기 6. 6′ : 팁헤드

본 발명은 보일러, 가열로, 용해로, 및 기타 연소장치에 사용하는 버너팁에 관한 것으로, 액체 연료의 미립화를 촉진함으로서 연료와 공기/증기등과 같은 분무매체와의 혼합을 증대시켜 완전연소를 기하여 에너지를 절약하고 공해 대책에 매우 유효하며, 또한 경제적으로 효과가 큰 에너지 절약형 저공해 버너팁에 관한 것이다.

오늘날의 에너지 사정에 따른 연료의 고가화, 중질화에 대한 에너지 절약 및 공해방지 대책을 위해서 O₂, 매연분지 및 NOx의 생성억제에 관해 관심이 높아지고 있다. 이러한 기능을 달성하기 위해서는 통상, 연료의 분무특성과 연소용공기와의 혼합특성에 의존되는 것이 알려져 있다.

종래의 연소장치에서는 연료의 사용뿐만 아니라 공기, 증기 등의 분무제가 사용되어, 분사구로부터 분사시 팽창에너지에 의해서 혼합 및 미립자화를 도모하고 있다.

그러나 액체 연료는 비압축성유체이고 액체연료 자체는 분산력이 없어서, 액체연료의 미립자화를 촉진시키기 위해서는 상기 분무 매체의 혼합량이 늘어 나기 때문에, 분무매체의 추가투입에 동력이 소요되어 에너지 절약에 역행하는 결과를 초래하였고, 분무입자의 불균일이 발생하는 현상이 많았기 때문에 연소용 공기와의 혼합율도 달라져 양호한 연소를 달성하기 곤란했으므로 버너주변의 윈드박스, 송풍기등의 개조에 많은 돈을 투자해왔다.

또한 저 질소산화물(NOx)화를 달성하기 위해서는 배기가스 재순환, 2단연소, 분할화염 연소 등의 완만연소 및 물주입, 및 질화방지 장치의 설치 등이 행해지고 있으나 이러한 일련의 장치는 모두 에너지 절약에는 상반되는 결점이 있었다.

본 발명의 버너팁은 위와 같은 종래의 버너가 갖고있는 문제를 해결하기 위해서 안출한 것으로서, 분사방법을 바꾸고 액체 연료와 공기, 증기 등의 분무매체와의 혼합 및 미립화를 촉진하여 에너지절약 및 공해 대책에 유효하며 경제적인 연소를 가능케 하는 버너팁을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명을 첨부도면을 참조로 하여 이하에 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명에 다른 환형의 버너팁을 종단면과 횡단면으로 도시한 것으로, 액체연료공급관(3)과 분무매체공급관(2)의 끝단부가 서로 만나며 원심방향에 대하여 30도 기울어지게 형성된 무화분사기(5)와, 상기 무화분사기가 통하는 연료혼합실(1), 및 상기 연료혼합실의 상부를 이루며 분사노즐(4)이 형성된 팁헤드부(6)로 구성되었다.

상기 무화 분사기는 제1도 내지 제2도에서와 같이 연료의 분사각도가 수평에 대해 15도, 중심 방향에 대해서는 30도를 이루도록 구성되었다.

이하 본 발명의 작용을 설명하면 다음가 같다.

상기의 무화분사기(5)는 원심방향에 대해 30도 기울어져 형성되며, 연료혼합실(1)은 분무매체(공기/증기)공급관(2)을 통해 고압으로 분사되는 분무매체에 의해 액체연료공급관(2)을 통해 공급된 액체연료가 무화되면서 연료혼합실(1)로 분출되면서 도면에서처럼 수평에 대해 15도, 중심방향에 대해 30도 기울여진 무화선회기(5)의 방향설정으로 인해 연료의 분출 방향이 오른쪽으로 편향되어 충돌하면서 다시 한번 방출직전의 분무 입자를 깨뜨린 후 선회를 일으키며 상부 분무노즐(4)을 통해 외부로 분사된다.

액체 연료의 공급은 연료공급관(3)을 통해 유입된 연료가 연료공급관(3) 상부의 6개로 나누어진 가지관들을 통해 공급되며 분무매체 공급관(2)을 통해 고압으로 공급되는 매체에 의해 무화가 이루어지면서 연료혼합실(1)로 분무가 된다.

이때 단순한 혼합실 중심 방향의 대향분무의 경우 중심 부분에서 상호간의 충돌에 의한 복잡한 유동의 혼란에 의해 오히려 미립화된 입자들이 다시 엉켜붙어 불규칙한 입경분포를 가질 위험이 있기 때문에, 분무되는 연료/매체 혼합기의 방향은 중심 방향이 아닌 분무 방향에 대한 우측 벽면을 향하게 하여 개별 분무가 각기 독립적으로 충돌하게 한 이 미립자들이 서로 엉겨붙는 것을 최소화하기 위해 선회를 주어, 안정화된 혼합실 내부 유동장을 형성하여 분무노즐(4)을 통해 분사되도록 한 것이다.

그리고, 본 발명의 제2실시예는 제2도에 도시한 바와 같이 팁헤드(6′)에 관한 것으로서, 상기의 제1실시예에서의 평편한 천정모양의 팁헤드(6)을 돔(Dome)형상으로 구성한 것으로서 선회류의 중앙부에 생긴 압박이 원활한유동을 저해하게 되는 요인을 제거하는 효과를 발휘하게 된다.

이 결과 혼합 및 액체연료의 미립화가 촉진되고 넓은 범위로 균일하게 확산된다. 따라서 분무 매체의 혼합량을 증대시키는 일 없이 완전연소에 가까운 양호한 연소가 된다.

즉 저분진화, 저 O₂화가 되고 저 O₂화에 의해 배기가스 열손실이 저감되어 열효율이 향상됨과 동시에 공기/증기등의 분무매체의 상대적인 투입량감소로 의해서 열적 질소산화물이 감소되어 전체적으로 저 질소산화물(NOx)화가 되고 또한 SO₂에서 SO₃에로의 변화율이 낮아서 저온 부식의 예방이 된다.

본 발명의 효과로는 제3도와 제4도에서와 같이, 기존의 경우에 비해 질소산화물(NOx) 저감율이 30%이상 되며 1.1%의 에너지절약 효과와 함께 기존버너의 분무매체압의 80%의 압력으로 충분히 양호한 운전상태를 유지할 수 있었다.

따라서 본 발명에 의한 버너팁은 보일러의 개조가 필요없이 설치비용이 적게 들며, 에너지절약 및 공해방지에 큰 효과를 갖게되는 것이다.

Claims (3)

1. 액체연료공급관(3)과 분무매체공급관(2)의 끝단부가 서로 만나며 원심방향에 대하여 30도 기울어지게 형성된 무화분사기(5)와, 상기 무화분사기가 통하는 연료혼합실(1), 및 상기 연료혼합실의 상부를 이루며 분사노즐(4)이 형성된 팁헤드부(6)로 구성된 것을 특징으로 하는 질소산화물(NOx) 저감 및 에너지 절약형 버너팁.
2. 제1항에 있어서, 상기 무화 분사기는 연료의 분사각도가 수평에 대해 15도, 중심 방향에 대해서는 30도를 이루도록 한 것을 특징으로 하는 질소산화물(NOx) 저감 및 에너지 절약형 버너팁.
3. 제1항에 있어서, 버너팁의 헤드부(6)의 단면 형상이 돔형인 것을 특징으로 하는 질소산화물(NOx) 저감 및 에너지 절약형 버너팁.