KR100236539B1 - 폐액 분무 소각 버너 - Google Patents

Abstract

미연 탄소에 의한 연료 분사 노즐, 폐액 분사 노즐, 공기 분사 노즐 그리고 버너 타일의 손상을 막아 주도록 자체 세정 기능을 갖도록 하는 폐액 분무 소각버너를 연료(17), 분무 공기(18), 폐액(19)을 공급하여 주는 통로부들이 형성된 버너건(20)과, 폐액 분사 노즐(23)보다 상류 측에 위치하도록 형성되는 가스 연료 분사구(24)와, 가스 연료 분사구(24)의 부위에 연소용 공기 공급관으로 통하여 공기를 공급하여 주는 역할을 하는 노즐 세척 공기 분사구(27)와, 버너 측에 연결 설치되어 내부로 재순환 유동장이 힝성되도록 함과 동시에 화염을 안정시켜 주는 버너타일(22)로서 구성한 것이다.

Description

폐액 분무 소각 버너

본 발명은 폐액을 분사 소각시키기 위한 폐액 분무 소각 버너에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 분무 폐액을 재순환 유동장을 형성하는 고온의 타일 내에서 유동 경로를 길게 하여 폐액과 미연분이 분사 노즐에 침적되지 않도록 자체 세정이 이루어지면서 폐액의 소각이 이루어지도록 한 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 폐액을 가스 연료를 보조 열원으로 사용하여 소각시키는 폐액 분무 소각 버너를, 연료(17), 분무 공기(18), 폐액(19)을 공급하여 주는 통로부들이 형성된 버너건(20)과, 폐액 분사 노즐(23)보다 상류 측에 의치하도록 형성되는 가스 연료 분사구(24)와, 가스 연료 분사구(24)의 부위에 연소용 공기 공급관으로 통하여 공기를 공급하여 주는 역할을 하는 노즐 세척 공기분사구(27)와, 버너 측에 연결 설치되어 내부로 재순환 유동장이 형성되도록 함과 동시에 화염을 안정시켜 주는 버너 타일(22)로서 구성한 것이다.

일반적으로 폐액 소각은 크게 분무 소각과 증발 소각 방식으로 나뉘어진다.

또한, 이와 같은 연소 방식은 처리 대상 폐기물의 조성, 발열량, 단위 시간 당 처리량에 의하여 선택적으로 사용되어 진다.

중, 대형 규모의 폐액 소각에는 주로 분무 소각 방식이 사용되고, 증발 소각은 소형 규모의 액상 폐기물 소각에 주로 많이 사용되고 있다.

특히, 증발 소각 방식은 의부의 조연 없이 폐액이 보유한 열량을 이용하여 연소 유지가 가능한 물질에 적응하고 있다.

상기의 소각 방식을 실현하기 위한 폐액 분무 소각 버너는 분무 방식, 분무압, 산화제의 혼합 방법 등에 따라 여러 가지의 타입을 가지고 있으며, 이와 같은 다양한 형태의 분무 방식은 각각 고유한 화염 현상과 연소 성능을 가지게 된다.

이때, 폐액 소각시에 생성되는 화염은 폐기물의 낮은 발열량과 조성의 변동때문에 안정된 특성을 갖기 어려우며, 연소 지연으로 인하여 화염대가 불안정하게 된다.

또한, 불안전 연소의 영향으로 생성된 미연탄소분이 소각로의 벽, 버너의 타일 그리고 분사 노즐 등에 붙어 각종 문제를 일으키거나 열손상을 일으키는 원인이 되기도 하였다.

따라서, 폐액 분무 소각 버너가 폐액의 질이나 양의 변화에도 안정된 화염을 형성하며, 고부하 연소에 의한 시스템의 콤팩트화를 기하고, 자체 세정 기능을 보유하는 기능이 요구되고 있는 실정이다.

일반적인 폐액 분무 소각 시스템과 함께 이와 같은 시스템에 사용되는 종래의 폐액 분무 소각 버너를 첨부 도1과 도2를 통하여 설명하면 다음가 같다.

도1은 폐액 분무 소각 시스템을 전체적인 플로우챠트로 도시한 것으로서, 시스템은 크게 소각로 본체(1), 공급 설비(2), 그리고 후처리 설비(3)로 나뉘어진다.

이와 같은 기본적인 시스템과 함께 소각로 본체(1)에서 발생하는 폐열을 이용하고자 하는 경우에는, 도면에 도시된 바와 같이 별도의 열회수설비(4)가 추가될 수 있다.

본 시스템을 구성 요소들과 함께 좀더 상세히 설명하면, 폐액을 저장하는 저장조(5)로부터 펌프(6)를 통하여 폐액을 소각로 본체(1)의 분무건(7)을 통하여 분사시키면서 버너의 열을 통하여 소각을 실시한다.

이때, 폐액이 자발연소가 가능한 정도의 발열량을 갖는 경우에는 별도의 보조 열원을 사용하지 않고 폐액을 분사, 소각시키는 것이 가능하다.

한편, 소각중인 폐액에서 발생하는 악취와, 소각 과정에서 발생하는 공해 물질이 외부로 유출되는 것을 방지하기 위하여 시스템의 끝단 부위로 유인 송풍기(8)를 설치하고, 분체를 포함하는 소각 설비의 내부 전체를 부압으로 유지하는 한편 연소 가스 중의 염소나 황이 포함된 혼합물을 건,습식 세정기(9)에 의하여 제거하도록 한다.

이와 같은 시스템 중에서 소각 본체(1)에 사용되는 종래의 폐액 분무 소각버너는, 도2에 도시된 바와 같이, 폐액 공급부(10), 폐액의 무화를 위한 분무 유체 공급부(11), 보조 연료 공급부(12), 연소용 공기 공급부(13)로서 구성하여, 이를 소각로 본체의 소각로벽(14)에 부착하여 사용하였다.

따라서, 폐액 공급부(10)를 퉁하여 공급되는 폐액은 버너의 중심을 따라 이동되어, 분무 유체 유도관(15)을 통하여 무화가 이루어지면서 방출되어진다.

그리고, 이 분무 유체 유도관(15)의 끝단부에는 화염을 안정화시키고, 폐액이 고온의 화염에 잘 침투될 수 있도록 보염기(16)가 설치되어 있다.

이때, 보조 열원으로 사용하는 가스 연료는 폐액 분무 노즐의 주위를 따라서, 일정하게 배치된 또는 슬릿 형태의 노즐에서 분사되며 연소용 공기는 연료 분사 노즐의 주위에서 공급된다.

연료와 산화제에 의하여 만들어지는 화염은 고유의 연소 속도를 갖게 되고, 이 값은 물리적으로 안정화되어 있으며, 실제로 수십 cm/sec에서 수 m/sec 사이의 값을 갖게 된다.

이와 같은 종래의 폐액 소각 버너에서는 버너의 끝단부로 설치되는 보염기에 의하여 화염을 안정화시키도록 하였으나, 폐액 분무량의 증가시 화염이 불안정해지는 현상이 나타나고, 추가 열원의 공급으로 보조 연료를 증가시키게 되면, 화염의 뜨임 현상(blow off)과 같은 화염 불안정의 현상이 발생하였다.

또한, 연료와 폐액의 미연탄소 입자가 연료 및 폐액 분사 노즐, 보염기, 소각로 본체에 부착하여 성장함에 따라, 장시간의 운전 후에는 노즐이 막히거나 복사열에 의하여 열손상을 입게 되는 경우도 발생하였다.

따라서, 이와 같은 이유에 의하여 버너의 잦은 수리와 교환을 실시하여야 되었기 때문에, 경제적 손실과 함께 성능의 불안정을 가져오는 원인이 되었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 단점을 해소하기 위한 것으로서, 보염기를 사용하지 않고도 재순환 유동장을 이용하여 화염을 안정시키고, 연소용 공기의 일부를 이용하여 미연탄분이 버너의 노즐이나 버너 타일의 벽면에 부착되지 않도록 설계한 것이다.

도1은 일반적인 폐액 소각 시스템의 공정도.

도2는 종래 폐액 분무 소각 버너의 개략 단면도.

도3은 본 발명인 폐액 분무 소각 버너의 전체적이 개략 단면도.

도4는 도3의 A부분에 대한 정면도로서 노즐 세척 공기 분사구의 상태를 나타낸 설명도.

도5는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 노즐 세척 공기 분사구의 상태를 나타낸 설명도.

이하 본 발명을 일실시예로서 도시한 첨부 도면들과 함께 이를 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도3은 본 발명에 따른 자체 세정형 폐액 분무 소각 버너를 도시한 전체적인 개략 단면도이다.

본 발명의 버너는 연료(17), 분무 공기(18) 그리고 폐액(19)을 공급하여 주

또한, 연료와 폐액의 미연탄소 입자가 연료 및 폐액 분사 노즐, 보염기, 소각로 본체에 부착하여 성장함에 따라, 장시간의 운전 후에는 노즐이 막히거나 복사열에 의하여 열손상을 입게 되는 경우도 발생하였다.

보조 가스 연료 분사구(24)는 버너 타일 내에서 폐액의 분사 노즐(23) 보다 상방향측에 위치하며 원주 방향으로 균일 배열된 작은 구멍들로서 구성되어 있다.

또한, 주연소용 공기는 버너 타일(22) 벽면 부근 원주상에 위치하는 슬릿 형태의 주 연소 공기 분사 노즐(25)에서 축방향으로 균일하게 공급된다.

공기의 분사 속도는 80m/sec 이상이 되도록 하는데 이러한 고속의 공기 분사에 의하여 버너 타일(22) 내부에 외곽에서 중심으로 역회전하는 링형태의 강한 재순환 유동장이 형성되며, 이곳에 반응대가 항상 존재함으로써 착화원 역할을 하여 화염이 안정화되고, 타일 상류에서 분사된 폐액이 고온의 재순환 영역(26)에서 오랫동안 체류함에 따라 소각 효율이 높아지게 된다.

이와 같은 안정된 화염의 형성은 폐액의 질이나 양의 변동에 대해서도 소각에 효과적이며, 저발열량의 발생 가스를 보조 열원으로 사용하는 것이 가능하여 진다.

또한, 본 발명의 폐액 분무 소각 버너에서는 연소용 공기 중의 일부를 재순환 영역 내부의 상류 경계에 연료 노즐 부근의 노즐 세척 공기 분사구(27)에서 공급되도록 하였다.

이러한 구조는 재순환 영역 내부가 산와제의 부족으로 인하여 미연탄소분의 농도가 높으며, 이것들이 연료 및 폐액 분사 노즐에 부착되어 분사 구멍을 막기도하고, 버너 내열 재료의 열손상을 일으키는 원인이 되기 때문이다.

보조 연료의 분사를 폐액의 분사와 연소용 공기 공급보다 상류에서 하는 것은 빠른 속도로 유입되는 주연소용 공기에 의하여 형성되는 재순환 영역을 고온화시켜 화염 안정화를 이루기 위한 것이다.

이 영역의 경계부에서 많이 발생하는 미연탄소의 가스 연료 및 폐액 노즐 부위의 부착을 연소용 공기의 일부를 이용한 부분 연소 방법으로 막을 수가 있게 된다.

또한, 연소 공기의 분할 공급은 재순환 영역 내부로의 산소 유입을 증가시켜 재순환 화염대의 온도를 증가시켜, 착화 및 화염 안정화에 효과를 주게 된다.

이와 같이 노즐 부위에 자체 세정 기능을 보유하도록 함에 따라, 세정이나 열손상에 기인되는 잦은 보수를 하지 않아도 버너의 수명 연장을 기대 할 수 있게 된다.

버너 타일(22)의 내면은 가속 노즐(28) 형태로 되어 있어, 타일 출구를 빠져나오는 화염의 속도가 매우 빠르게 된다.

버너 타일 내부의 재순환 화염에서 대부분의 폐액이 소각되며, 일부 미연분은 버너 타일을 나와 소각이 원료되는데 버너 타일의 출구 속도를 빠르게 함에 따라, 연소 속도를 증가시키고, 화염의 길이를 축소시켜 소각에 필요한 공간을 최소화시켜 준다.

버너 타일의 벽면 부근에서 축방향으로 분사되는 공기의 일부는 타일의 외벽을 따라 흐르며, 내부의 화염에 의한 버너 타일의 과열을 막아 주는 효과를 발생시켜 준다.

도5는 본 발명의 다른 일실시예를 나타낸 것으로서, 도3에서 참조번호 27로 표시되는 노즐세척 분사구의 형태를 도시한 것이다.

본 발명에서 도4로 도시한 바와 같이, 노즐 세척 공기 분사구(27)를 비선회 식으로 구성하여 공기 주입이 이루어지도록 하는 것도 가능하나, 제5도에 도시된 바와 같이 노즐 세척 공기 분사구(27a)의 주입구의 형태를 선화식으로 형성하여 공기 분사구를 통하여 주입되는 공기의 와류 현상이 더욱 활발하게 이루어지도록 함에 따라, 버너 소각 성능을 더욱 향상시켜 주도록 하는 것도 가능하다.

이와 같이 구성된 본 발명의 자체 세정형 폐액 분무 소각 버너는 미연탄소에 의한 연료 분사 노즐, 폐액 분사 노즐, 공기 분사 노즐 그리고 버너 타일의·손상을 막는 자체 세정 기능을 보유하도록 함에 따라, 버너의 보수 주기를 감축 시켜줌과 동시에, 수명 연장을 이루어 주는 효과를 주고, 고부하 연소에 의한 소각로의 연소실의 크기를 축소 시켜 주는 것이 가능하다.

또한, 폐액 처리량의 큰 변동 조건에서도 안정적으로 사용하는 것이 가능하다.

폐액의 발열량이 비교적 높은 경우에는 외부의 조연 없이 폐액만으로 소각이 이루어지며, 조연제로 사용되는 가스 연료는 저발열의 부생 가스의 활용이 가능해지는 효과를 준다.

Claims (2)

1. 폐액을 가스 연료를 보조 열원으로 사용하여 소각시키는 폐액 분무 소각 버너에 있어서, 연료(17), 분무 공기(18), 폐액(19)을 공급하여 주는 통로부들이 형성된 버너건(20)과, 폐액 분사 노즐(23)보나 상류측에 위치하도록 형성되는 가스 연료 분사구(24)와, 상기 가스 연료 분사구(24)의 부위에 연소용 공기 공급관으로 통하여 공기를 공급하여 주는 역할을 하는 노즐 세척 공기 분사구(27)와, 버너 측에 연결 설치되어 내부로 재순환 유동장이 형성되도록 함과 동시에 화염을 안정시켜 주는 버너 타일(22), 로 구성함을 특징으로 하는 자체 세정형 폐액 분무 소각 버너.
2. 제1항에 있어서, 상기 노즐 세척 공기 분사구가 미연탄소분의 공기와의 혼합 및 산화 촉진을 위하여 주연소 공기로부더 분할하여 선회 유입될 수 있도록 선회식으로 형성함을 특징으로 하는 자체 세정형 폐액 분무 소각 버너.

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