KR100321025B1 - 3단 연소식 대형 가스버너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연소용 공기를 3단계로 나누어 공급함으로써 다단 연소에 의한 화염의 국부고온역 생성을 방지하고, 연소영역을 확장하여 노내 소재의 균일가열을 이루며, 질소산화물(NOx)의 발생량을 저감할 수 있도록 개선된 3단 연소식 대형 가스버너에 관한 것이다.

본 발명은, 연소공기를 버너내부로 유입시키는 공기도입관을 갖추고, 상기 공기도입관에서 연소공기를 분할시키는 공기분할댐퍼를 갖추며, 연료가스를 타일내부의 연소영역까지 도입시키는 연료가스 도입관과 중앙가스 도입관을 갖추고, 점화구와 화염관찰창 등을 갖는 가스버너에 있어서, 상기 공기선회기의 전단에 장착되는 연소가스 타일은 중앙 챔버측에서 제공되는 공기를 화염대측으로 분출하도록 중앙에 원형구멍을 형성하여 1차 공기노즐을 중앙에 형성하고, 상기 원형구멍의 외측으로는 다수개의 원형단면의 구멍을 형성하여 상기 공기선회기의 외측에서 흐르는 공기를 2차로 분리하여 분출시키는 2차 공기노즐을 형성하며, 상기 다수개의 원형구멍 외측으로는 긴 호형의 단면을 이루는 구멍을 다수개 형성하여 상기 공기선회기의 외측에서 흐르는 공기를 3차로 분리하여 분출하는 3차 공기노즐을 형성하는 3단 연소식 대형 가스버너를 제공한다.

Description

3단 연소식 대형 가스버너

본 발명은 압연가열로에 사용되는 대형 가스버너에 관한 것으로, 보다 상세히는 연소용 공기를 3단계로 나누어 공급함으로써 다단 연소에 의한 화염의 국부고온역 생성을 방지하고, 연소영역을 확장하여 노내 소재의 균일가열을 이루며, 질소 산화물(NOx)의 발생량을 저감할 수 있도록 개선된 3단 연소식 대형 가스버너에 관한 것이다.

일반적으로 종래의 대형 가스버너(200)는 제4도와 제5도에 도시된 바와같이 연소용 공기를 2단계로 분리공급하여 연소하도록 구성되어 있다.

이러한 종래의 대형 가스버너(200)는 제6도에서 보는 바와같이 연료가스와 연소공기의 혼합 및 연소특성이 2단계에 걸쳐서 이루어지며, 먼저 연소공기가 중공형 몸체(210)의 공기도입관(250)으로 들어와서 댐퍼(260)에 의해서 1,2차 공기로 나누어지며, 1차 공기는 공기선회기(300)를 통하여 와류로 공급되고 1차노즐(240)에서 연료가스와 혼합되어 타일(220)내부로 부터 연소가 진행되며, 2차 공기는 2차 노즐(230)로 부터 노내로 직접 분사되어 1차 연소영역에서 연소되지 못한 미연가스와 혼합하여 연소가 완결된다.

상기와 같은 종래의 연료가스와 연소공기 혼합방식에 의해 연소가 진행될 경우, 연소영역이 좁아서 화염대 전반부의 화염온도가 높게 나타나고 후반부에서 온도가 급속히 낮아지는 온도분포를 나타내게 되며, 안정된 연소 범위가 좁고 연소공기의 2단계 분할에 따른 화염형상의 제어불량등의 문제점이 있었다. 그리고, 화염의 길이방향 온도편차는 노처리소재의 길이방향의 온도불균일을 초래하여 소재의품질을 저하시키고, 화염대에서 국부적인 고온영역의 존재는 질소산화물(Nox)의 발생을 증가시키게 된다. 또한 점화구(280)와, 화염관찰창(290) 및 중앙공기 도입관(미도시)등이 연료가스 공급관(270)과는 분리되어 있어 구조가 복잡하고, 특히 점화구(280)가 타일(220) 내부로 관통되기 때문에 타일(220)의 제작이 어렵고 구조적인 강도도 낮아진다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 다단 연소에 의한 화염의 국부 고온역 생성을 방지하고, 연소영역을 확장하여 노내 소재의 균일가열을 이루며, 질소산화물(NOx)의 발생량을 저감할 수 있도록 개선된 3단 연소식 대형 가스버너를 제공함을 그 목적으로 하는 것이다.

제1도는 본 발명에 따른 대형 가스버너의 일부 절결 사시도;

제2도는 본 발명에 따른 대형 가스버너의 정단면도;

제3도는 본 발명에 따른 대형 가스버너의 동작상태를 나타낸 정단면도;

제4도는 종래기술에 따른 가스버너의 일부절결 사시도;

제5도는 종래기술에 따른 가스버너의 정단면도;

제6도는 종래기술에 따른 가스버너의 동작상태를 나타낸 정단면도;

제7도는 본 발명과 종래 가스버너의 질소산화물 생성량을 비교한 그래프;

제8도는 본 발명과 종래 가스버너의 화염온도분포를 비교한 그래프.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10a ..... 공기챔버 20 ..... 버너타일

30 ..... 1차 공기노즐 40 ..... 2차 공기노즐

50 ..... 3차 공기노즐 70 ..... 공기도입관

80 ..... 공기분할댐퍼 90 ..... 연료가스 도입관

100 ..... 중앙공기 도입관 120 ..... 공기선회기

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 연소공기를 버너내부로 유입시키는 공기도입관을 갖추고, 상기 공기도입관에서 연소공기를 분할시키는 공기분할댐퍼를 갖추며, 연료가스를 타일내부의 연소영역까지 도입시키는 연료가스 도입관과 중앙가스 도입관을 갖추고, 점화구와 화염관찰창 등을 갖는 가스버너에 있어서,

상기 공기선회기의 전단에 장착되는 연소가스 타일은 중앙 챔버측에서 제공되는 공기를 화염대측으로 분출하도록 중앙에 원형구멍을 형성하여 1차 공기노즐을 중앙에 형성하고, 상기 원형구멍의 외측으로는 다수개의 원형단면의 구멍을 형성하여 상기 공기선회기의 외측에서 흐르는 공기를 2차로 분리하여 분출시키는 2차 공기노즐을 형성하며, 상기 다수개의 원형구멍 외측으로는 긴 호형의 단면을 이루는 구멍을 다수개 형성하여 상기 공기선회기의 외측에서 흐르는 공기를 3차로 분리하여 분출하는 3차 공기노즐을 형성함을 특징으로 하는 3단 연소식 대형 가스버너를 마련함에 의한다.

이하, 본 발명을 도면에 따라서 보다 상세히 설명한다.

제 1도는 본 발명의 일부 절결사시도이고, 제2도는 본 발명의 정단면도이며, 제3도는 본 발명의 동작상태를 나타낸 단면도이다. 도시한 바와같이 본 발명의 3단 연소식 대형 가스버너(1)는 연소공기를 버너내부로 유입시키는 중공형의 공기도입관(70)을 갖추고, 상기 중공형의 공기도입관(70)에는 연소공기를 1차 및 2,3차 공기로 분할시키는 공기분할댐퍼(80)가 장착된다. 그리고, 중공형 몸체(10)의 내부에는 유입된 공기의 흐름속도를 균일하게 유지하기 위한 공기챔버(10a)가 형성되며, 상기 공기 챔버(10a)의 중앙에는 연료가스를 연료가스 타일 내부의 연소영역까지 도입시키는 연료가스 도입관(90)이 형성되고, 상기 연료가스 도입관(90)의 중앙에는 점화구와 화염관찰창(110)의 역할을 동시에 수행하는 중앙공기 도입관(100)이 삽입되어 연료가스 도입관(90)과 동축으로 연장하고 있다. 그리고, 상기 연료가스 도입관(90)의 외측으로는 챔버(10a)에서 화염대측으로 공급되는 1차공기를 선회시키기 위한 공기선회기(120)가 장착되어 있다. 상기에서 중앙공기 도입관(100)의 외측 선단에는 제 2도에 도시된 바와 같이, 숫나사부(100a)가 형성되고 상기 숫나사부(100a)에는 화염관찰창(110)이 나사결합하여 착탈식으로 장착되며, 상기 화염관찰창(110)의 일측에는 상기 숫나사부(100a)에 결합가능한 암나사부(110a)와 글라스창(110b)이 형성된 것이다.

그리고, 상기 공기선회기(120)의 전단에 장착되는 연소가스 타일(20)은 중앙챔버(10a)측에서 제공되는 공기를 화염대측으로 분출하도록 중앙에 원형구멍(22)을 형성하여 1차 공기노즐(30)을 중앙에 형성하고, 상기 원형구멍(22)의 외측으로는 제 1도에서 절개된 상태로 도시된 바와 같이 직경이 확대된 단턱(60)을 형성하며, 상기 단턱(60)부분을 길이방향으로 내부에서 연장하도록 다수개의 원형단면의 소구경의 구멍(24)을 형성하여 상기 공기선회기(120)의 외측에서 흐르는 공기를 2차로 분리하여 분출시키는 2차 공기노즐(40)을 형성한다. 그리고, 상기 다수개의 원형구멍(24) 외측으로는 긴 호형의 단면을 이루는 슬릿형 구멍(26)을 다수개 형성하여 상기 공기선회기(120)의 외측에서 흐르는 공기를 3차로 분리하여 분출하는 3차 공기노즐(50)을 형성하는 것이다. 따라서, 상기 타일(20)에 형성된 1차 공기노즐(30)에서는 공기챔버(10a)를 통하여 제공된 1차공기흐름이 공기 선회기(120)를 통하여 선회류로 제공되고, 상기 중앙공기도입관(100)에서 제공된 공기흐름과, 연료가스 도입된(90)에서 제공되는 연료가스에 혼합되어 선회류로서 분출되는 것이다. 그리고, 상기 2차 및 3차노즐(40)(50)에서는 직선형의 공기가 배출되도록 구성되는 것이다.

미설명 부호 (105)는 버너를 점화시키기 위한 점화봉이다.

이와같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명의 3단 연소식 대형 가스버너(1)가 연소를 시작하기 위해서는 중앙공기 도입관(100)의 선단에 나사식으로 장착되어 있는 화염관찰창(110)을 회전시켜서 분리하고, 개방된 중앙공기 도입관(100)의 선단을 점화구로서 사용한다. 따라서 작업자는 점화봉(105)을 상기 점화구의 내부로 삽입하고, 중앙공기 도입관(100)의 내부로 진행시켜서 점화봉(105)의 불꽃을 연료가스 도입관(90)의 선단에 위치시키면 불꽃이 연료가스 도입관(90)의 선단부 중심에 형성되어진다. 이때 필요한 연소용 공기는 공기도입구(70)와 연소공기 분할 댐퍼(80)에 의해 나누어진 1차 및 2,3차 연소공기노즐(30)(40)(50)로 부터 분리 공급되며, 1차 연소공기는 연료가스 도입관(90)의 선단주위로 부터 공급되고, 2,3차 공기는 각각 타일(20)에 형성되어 있는 원형과 슬릿형 구멍(24)(26)으로 부터 공급된다.

그리고, 상기 1차 연소공기는 축방향과 일정한 각도로 비틀려 있는 판형 선회기(120)에 의해서 와류의 형상으로 선회공급되며, 타일(20)의 중앙구멍(22)내에 형성되는 1차 연소영역에서 내부 재순환류를 형성하여 화염의 보염역할을 하고, 배가스 재순환에 의해 연소영역의 상대적인 산소농도를 저하시켜 화염온도를 낮추게 된다. 그리고, 타일(20) 중심의 선단부로 부터 30mm 깊이에 단턱(60)이 형성되기 때문에, 이 단턱(60)의 단면에 위치한 12개의 원형구멍(24)으로 이루어진 2차 공기 노즐(40)로 부터 2차 연소공기가 공급되어 2차 연소영역을 형성시킨다. 따라서, 상기 단턱(60)에 의해 단면에 와류가 형성되고, 각각의 원형구멍(24)과 원형구멍(24)사이의 공간에서는 공기의 토출속도에 의하여 부압이 형성됨으로서 유체역학적인 와류가 형성되어 화염의 보염역할을 하게 된다.

또한, 3차 연소공기는 타일(20) 선단부에 위치한 4개의 슬릿형 구멍(26)으로부터 공급되어 화염형상을 유지시키며 연소영역을 하류로 확장시켜 화염의 온도분포를 균일하게 한다. 그리고, 일반적인 종래의 대형 가스버너에 비해 배기가스의 토출속도를 빠르게 하여 노내 연소가스 유입(entrainment) 효과를 극대화시키며 이러한 배기가스의 유입은 국부고온역을 줄임으로써 화염온도의 균일한 분포와 질소 산화물 저감에 효과적인 것이다.

그리고, 본 발명에 의한 1차, 2차, 3차의 연소공기비는 전체공기에 대해 1차:2차:3차 = 0-20% : 15-40% : 20-60% 로서 종래 버너의 연소공기비 1차:2차 = 0-50% : 50-100% 에 비하여 넓은 화염가변 영역을 갖는다.

제7도는 연소부하율에 따라 종래의 버너와 본 발명에 의한 버너와의 질소산화물의 생성량을 비교 실험하고 그 결과를 나타낸 그래프로서, 본 발명의 버너가 종래의 버너에 비하여 질소산화물의 생성량이 약 1/2 로 감소되었음을 알수 있다. 따라서, 본 발명의 버너는 종래에 비하여 질소산화물( Nox )의 발생량이 형저히 적은 것이다.

그리고, 제8도는 종래의 버너와 본 발명에 의한 버너와의 화염길이별 온도분포를 나타낸 그래프로서, 본 발명의 버너가 종래의 버너에 비하여 화염온도 편차가 30℃ 정도 감소되었음을 알수 있는 것이다. 따라서, 본 발명에 의하면 다단 연소에 의한 화염의 국부고온역 생성을 방지하고, 연소영역을 확장하여 노내 소재의 균일한 가열을 이루는 것이다.

한편, 상기 중앙공기공급관(100)은 버너(1)의 중심부에 설치되어 연료가스 공급관(90)의 선단부에서 토출되고, 연료 및 연소공기공급압력보다 훨씬 높은 압력으로 직진류로 공급되며, 이는 저부하 연소시 화염의 운동량 저하에 의한 화염의부상을 방지하기 위함이며, 상기 중앙공기의 공급량은 최대연소 부하시 연료가스 연소에 필요한 총공기량의 2퍼센트 정도로써 연소특성에 미치는 영향은 미미하다.

또한, 중앙공기 도입관(100)의 후단에는 화염관찰창(110)을 나사식으로 부착하여 운전시 연소상태를 점검할 수 있게 하였으며 공기점화시 점화봉(105)을 삽입할 수 있는 것이다. 이와같이 본 발명은 중앙공기 도입관(100)과 점화구 및 화염관찰창(110)이 하나의 구조물로 구성되기 때문에 점화구 및 화염관찰창(110)이 각각 타일을 관통하는 구조로 이루어진 종래의 버너타일에 비하여 타일의 결합구조가 간단하고, 견고하며, 제작이 용이한 것이다.

상기에서와 같이 본 발명은, 연소공기를 3단계로 나누어 공급한다. 먼저 1차 연소공기는 버너중심부의 연료가스 도입관(90) 주위로 부터 선회공급되고, 2차 연소공기는 타일(20)의 확대 단턱(60)의 다수개의 원형구멍(40)으로 부터 공급되며, 3차 연소공기는 타일선단부의 단턱(60) 원주방향으로 형성된 4개의 슬릿형 긴 구멍(50)으로 부터 공급되어 연료가스와 연소공기의 혼합영역이 세부분으로 형성되어 단계적 연소에 따라 국부고온 연소영역을 제거할 수 있어 화염길이 방향 온도분포가 균일하며 질소산화물 발생이 저감된다. 또한, 연소공기의 단계적 공급으로 인한 연료와 공기의 혼합효과 증대로 저공기비 연소가 가능하게 되어 이산화탄소등의 공해배출물의 발생율을 저감할 수 있다.

상기에서 설명한 바와같이 본 발명은, 가열로용 대형가스버너에서 연료의 3단연소 및 배기가스 재순환과 저공기비 연소에 의하여 화염의 국부적인 고온 방지를 이루기 때문에 화염온도분포를 균일하게 형성시키고, 공해배출물인 질소산화물( Nox )과 이산화탄소 생성량을 저감하여 소재의 균일가열로 인한 제품 품질향상과 환경오염 방지에 기여할 수 있는 것이다.

Claims (4)

1. 연소공기를 내부로 유입시키는 공기도입된(70)을 갖추고, 상기 공기도입관(70)에서 연소공기를 분할시키는 공기분할댐퍼(80)를 갖추며, 연료가스를 타일(20)내부의 연소영역까지 도입시키는 연료가스 도입관(90)와 중앙공기 도입관(100) 및 공기선회기(120)를 갖추고, 점화구와 화염관찰창(110) 등을 갖는 가스버너에 있어서,

   상기 공기선회기(120)의 전단에 장착되는 연소가스 타일(20)은 중앙 챔버(10a)측에서 제공되는 공기를 화염대측으로 분출하도록 중앙에 원형구멍(22)을 형성하여 1차 공기노즐(30)을 중앙에 형성하고, 상기 원형구멍(22)의 외측으로는 다수개의 원형 단면의 구멍(24)을 형성하여 상기 공기선회기(120)의 외측에서 흐르는 공기를 2차로 분리하여 분출시키는 2차 공기노즐(40)을 형성하며, 상기 다수개의 원형구멍(24) 외측으로는 긴 호형의 단면을 이루는 구멍(26)을 다수개 형성하여 상기 공기 선회기(120)의 외측에서 흐르는 공기를 3차로 분리하여 분출하는 3차 공기노즐(60)을 형성함을 특징으로 하는 3단 연소식 대형 가스버너.
2. 제 1항에 있어서, 상기 중앙공기 도입관(100)의 외측 선단에는 숫나사부(100a)가 형성되고, 상기 숫나사부(100a)에는 나사결합가능한 암나사부(110a)와 글라스창(110b)이 갖춰진 화염관찰창(110)이 형성됨을 특징으로 하는 3단 연소식 대형 가스버너.
3. 제 1항에 있어서, 상기 2차 공기노즐(40)은 다수개의 원형 구멍(24)이 상기 중앙구멍(22)의 외측에서 직경이 확대된 단턱(60)부분을 길이방향으로 내부에서 연장하도록 형성됨을 특징으로 하는 3단 연소식 대형 가스버너.
4. 재 2항에 있어서, 상기 중앙공기 도입관(100)은 화염관찰창(110)이 개방된 상태에서 점화봉(105)이 삽입되는 점화구를 형성함을 특징으로 하는 3단 연소식 대형 가스버너.

Images