KR100405508B1 - 축열식버너를이용한저NOx형축열연소방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가열로 및 각종 연소로에 축열식 연소시스템을 적용시 다량으로 발생하는 NOX를 저감할 수 있도록한 축열식 버너를 이용한 저 NOX형 축열연소방법에 관한 것으로, 연료노즐 보호용 파이프 주위에 형성된 홀에 의해 일부 연소용공기와 연소용연료의 혼합이 이루어지고, 내측버너 타일과 연료노즐 보호용 파이프사이로 1차 연소용공기가 공급되어 내측버너 타일내에서 1차 연소가 이루어지며, 2차 연소용공기는 버너타일의 2차공기 분사구를 통하여 노내로 고속 분사시켜 노내에서 2차 연소가 이루어 지게 함으로서 NOX발생을 감소시킴을 특징으로 하는 방법과,
버너외피의 내측 중앙에는 상기 연료노즐로부터 공급되는 연소용 연료를 내측버너 타일내로 안내해줌과 아울러 연료노즐을 보호해주는 연료노즐 보호용 파이프를 설치하였고, 상기 연료노즐 보호용 파이프의 주위에는 홀을 형성시켜 연소용공기가 유입되어 연소용연료와 혼합되게 하였으며, 상기 버너외피의 선단부 즉 노와 연결설치되는 부위에는 버너타일을 설치하되, 이는 내측중앙에는 1차 연소부를 형성시켰으며, 원주면 내측에는 등간격으로 다수개의 2차공기 분사구를 형성시켰고, 상기 버너타일의 전방에는 2차연소부를 형성시켜서된 것이다.

Description

축열식 버너를 이용한 저 NOX형 축열연소방법
본 발명은 가열로 및 각종 연소로에 축열식 연소시스템을 적용시 다량으로 발생하는 NOX를 저감할 수 있도록한 축열식 버너를 이용한 저 NOX형 축열연소방법에 관한 것이다.
일반적인 축열식 연소시스템은 도 1에서 도시된 바와 같이 양측에 설치된 두 대의 축열기(11),(12) 및 버너(13),(14)로 이루어져 있고, 이는 일정주기(30초～90초)를 가지고 연소 및 배기모드의 전환으로 축열연소가 이루어 지도록 되어 있다.
이와 같은 축열연소방식은 좌우로 번갈아 가면서 연소가 이루어 지고 배기되는 고온의 연소가스가 축열기(11)(12)를 통과하면서 고온의 열을 방출하고, 최종배기시의 온도는 200℃내외가 된다.
따라서 축열연소방식은 피가열소재의 균일가열, 배열회수의 극대화, 에너지절감, 시스템의 컴팩트화 등 여러가지 장점이 있지만 고온으로 예열된 연소용 공기의 연소에 의한 연소온도의 상승으로 축열연소시 NOX가 다량으로 발생하는 문제를 지니고 있다.
이와 같은 NOX발생은 좌우양측에 설치된 버너(13),(14)에서의 연소방법에 의해 크게 좌우된다.
도 2는 축열식버너를 자체 개발하기 위한 benchmarking을 실시한 영국의 hot work사가 개발한 종래의 축열식버너의 단면도를 도시하였다. 이버너는 축열기가 버너에 내장된 내장형 축열식버너로 예열공기온도에 따른 NOX발생량을 도 3에 나타내었다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 감안하여 이를 해소하고자 고안한 것으로, 가열로 및 각종 연소로에 축열식 연소시스템을 적용시 다량으로 발생하는 NOX를 저감할 수 있도록한 축열식 버너를 제공함에 그목적이 있다.
이와같은 목적을 갖는 본 발명은 연료노즐 보호용 파이프 주위에 형성된 홀에 의해 일부 연소용공기와 연소용연료의 혼합이 이루어지고, 내측버너 타일과 연료노즐 보호용 파이프사이로 1차 연소용공기가 공급되어 내측버너 타일내에서 1차 연소가 이루어지며, 2차 연소용공기는 버너타일의 2차공기 분사구를 통하여 노내로 고속 분사시켜 노내에서 2차 연소가 이루어 지게 함으로서 NOX발생을 감소시킴을 특징으로 하는 방법과,
버너외피의 내측 중앙에는 상기 연료노즐로부터 공급되는 연소용 연료를 내측버너 타일내로 안내해줌과 아울러 연료노즐을 보호해주는 연료노즐 보호용 파이프를 설치하였고, 상기 연료노즐 보호용 파이프의 주위에는 홀을 형성시켜 연소용공기가 유입되어 연소용연료와 혼합되게 하였으며, 상기 버너외피의 선단부 즉 노와 연결설치되는 부위에는 버너타일을 설치하되, 이는 내측중앙에는 1차 연소부를 형성시켰으며, 원주면 내측에는 등간격으로 다수개의 2차공기 분사구를 형성시켰고, 상기 버너타일의 전방에는 2차연소부를 형성시켜서된 구성을 특징으로 한다.
도 1는 일반적인 축열식 연소 시스템의 구성도
도 2는 종래의 축열식 연소버너 단면 구성도
도 3는 종래의 축열식 연소버너에 의한 NOX발생량을 나타낸 그래프
도 4a 도 4b는 본 발명에 따른 축열식 버너의 단면 구성도 및 측면도
도 5는 본 발명에 따른 축열식 연소버너에 의한 NOX발생량을 나타낸 그래프
〈도면의 주요부분에 대한 부호설명〉
21 : 연소용공기 공급구 22 : 연료노즐
23 : 홀 24 : 버너외피
25 : 연료노즐 보호용 파이프 26 : 내측 버너타일
27 : 외측 버너타일 28 : 혼합가스 공급구
29 : 버너타일 30 : 2차공기 분사구
31 : 연료 공급구 32 : 1차 연소부
33 : 2차 연소부
본 발명의 NOX발생을 감소시키기 위한 방법의 구성은 다음과 같다.
버너외피(24)내에 설치된 연료노즐 보호용 파이프(25) 주위에 형성된 홀(23)을 통하여 일부 연소용공기 들어가 연소용연료와 혼합이 이루어지게 하고, 내측버너 타일(26)과 연료노즐 보호용 파이프(25)사이로 1차 연소용공기가 공급되어 내측버너 타일(26)내에서 1차 연소가 이루어지게 하며, 2차 연소용공기는 버너타일(29)의 2차공기 분사구(30)를 통하여 노(F)내로 고속 분사시켜 노(F)내에서 2차 연소가 이루어 지게 하였다.
또한 본 발명의 NOX발생을 감소시키기 위한 축열식 버너의 구성을 설명하면 다음과 같다.
도 4a 및 도 4b에서 도시된 바와 같이 상부에 고온으로 예열된 연소용 공기를 공급하는 연소용공기 공급구(21)를 설치하고, 후방에는 연소용 연료를 공급해주는 연료노즐(22)를 설치하여서된 통상의 버너외피(24)에 있어서, 상기 버너외피(24)의 내측 중앙에는 상기 연료노즐(22)로부터 공급되는 연소용 연료를 내측버너 타일(26)내로 안내해줌과 아울러 연료노즐(22)을 보호해주는 연료노즐 보호용 파이프(25)를 설치하였다.
그리고 상기 연료노즐 보호용 파이프(25)의 주위에는 홀(23)을 형성시켜 연소용공기가 유입되어 연소용연료와 혼합되게 하였다.
또한 상기 버너외피(24)의 선단부 즉 노(F)와 연결설치되는 부위에는 버너타일(29)을 설치하되, 이는 내측중앙에는 1차 연소부(32)를 형성시켰으며, 원주면 내측에는 등간격으로 다수개의 2차공기 분사구(30)를 형성시켰고, 상기 버너타일(29)의 전방에는 2차연소부(33)를 형성시켰다.
이와같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다
좌우양측에 설치된 축열기(11)(12)로부터 고온(600℃이상)으로 예열된 연소용공기가 연소용공기 공급구(21)를 통하여 들어오고, 이중 일부는 홀(23)을 통하여 연료노즐(22)로 부터 공급되는 연소용연료와 혼합하여 연료노즐 보호용 파이프(25)를 따라 공급된다.
그리고 나머지 연소용 공기는 버너타일(29)로 공급되어 1,2차 연소용공기로 구분된다. 즉, 상기 1차연소용 공기는 혼합가스 공급구(28)로, 그리고 2차 연소용 공기는 2차 공기분사구(30)을 통하여 노(F)내로 직접 분사된다.
상기한 과정중에서 연소과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.
연료와 일부 연소용공기를 화염이 형성하기전에 미리 혼합시킴으로서 연소절환시 화염착화의 불안정을 없애 연소성을 향상시킬 수 있다.
그리고 공기이단 연소방식의 개념을 채택하여 연소용 공기를 1,2차로 구분함으로서 1차 연소 영역에서는 공기부족으로 연소용 공기의 온도가 저하되어 NOX발생량이 감소되고, 2차연소는 2차연소용 공기를 노(F)내로 직접 고속분사하여 노(F)내에서 발생되도록 하였다.
이와 같이 2차 연소용 공기를 노내(F)로 직접 고속분사 시킴으로서 노(F)내의 연소가스가 2차 연소영역으로 혼입(entrainment)되어 O2농도가 희석 저하되어NOX를 대폭적으로 저하시킨다.
(실시예)
도 5와 하기 표 1은 본 발명에 의한 실시예로서 연소용량이 12만 5천 Kcal/hr, 절환주기가 180초인 경우의 연소용 공기 예열온도에 따른 NOX발생량을 나타낸 것이다.
이 실험에서 사용된 외장형 축열기내 축열재양은 축열기당 30Kg이고, 축열재 타입은 22mm의 직경인 알루미나 볼을 사용하였다. 실험로는 1.5m×1.5m×1.5m의 정육면체형 로이며 연소용 공기의 분사속도에 따라 NOX발생량을 측정하였다.
연료의 분사속도는 10.05m/s로 고정시키고 공기의 분사속도를 상온기준으로 8.08m/s(28.6m/s at 예열공기온도 800℃), 12.9m/s(45.8m/s at 예열공기온도 800℃), 15.5m/s(55.0m/s at 예열공기온도 800℃)로 증대시켜 실험을 실시한 결과 연소용공기의 분사속도가 증가할수록 노(F)내가스의 혼입량이 증대되어 산소농도의 감소로 NOX발생량이 크게 감소함을 알 수 있다.
표 1
이상과 같은 본 발명은 축열연소시스템에 있어서, 공기이단연소, 고속분사 개념을 도입한 축열식 버너연소방식을 통하여 NOX발생량이 기본에 비해 대폭적으로 저감시킬 수 있었으며, 연료를 공기와 일부 혼합시킴으로서 800℃ 이하의 노온에서 점화시 발생되는 착화의 불안정을 해소할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 연료노즐 보호용 파이프(25) 주위에 형성된 홀(23)에 의해 일부 연소용공기와 연소용연료의 혼합이 이루어지고, 내측버너 타일(26)과 연료노즐 보호용 파이프(25)사이로 1차 연소용공기가 공급되어 내측버너 타일(26)내에서 1차 연소가 이루어지는 버너의 연소방법에 있어서,
    상기 버너는 축열식 버너이며, 2차 연소용공기는 버너타일(29)의 2차공기 분사구(30)를 통하여 노(F)내로 고속 분사시켜 노(F)내에서 2차 연소가 이루어 지게 함으로서 NOX발생을 감소시킴을 특징으로 하는 축열식 버너를 이용한 저 NOX형 축열연소방법.
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