KR100427206B1 - 저Nox버너및배기가스재순환제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 과제는 NOx 발생량이 낮고, 배기 가스 재순환 계통에서의 결로에 의한 녹의 발생이 없으며, 내구성이 우수한 저NOx 버너 및 부하가 변동하여도 연소 상태를 안정되게 유지할 수 있고, NOx 발생량을 낮게 억제할 수 있는 배기 가스 재순환 제어 방법을 개발하는 데에 있다. 이러한 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 배기 가스 재순환 방식의 저NOx 버너로써, 배기 가스 재순환 통로에 강제적으로 배기 가스를 재순환시키는 배기 가스 재순환 전용 팬을 설치하고, 상기 배기 가스 재순환 통로와 버너 본체의 연소용 공기 통로 사이에 바이패스 통로를 설치하고, 운전 개시시에는 상기 배기 가스 재순환 전용 팬을 정지시키고, 상기 연소용 공기 통로의 신선한 연소용 공기를 상기 바이패스 통로를 거쳐서 상기 배기 가스 재순환 통로에 소량 역류시킨다.

Description

저NOx 버너 및 배기 가스 재순환 제어 방법.{Low NOx Burner and Controlling Method of Exhaust Gas Recirculation}
본 발명은 저NOx 버너 및 배기 가스 재순환 제어 방법에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 흡수식 냉온수기용 연소 장치, 흡수식 냉동기, 증기 보일러, 온수 보일러, 가열 조리기, 난방기, 그 외 각종 장치에 적용할 수 있는 저NOx 버너 및 부하가 변동하여도 그에 연동하여 연소 상태를 안정되게 유지할 수 있고, NOx 발생량을 낮게 억제할 수 있는 배기 가스 재순환 제어 방법에 관한 것이다.
최근, 요구되는 NOx 배출 레벨 규제가 심해(예를 들면, (1) 한랭 지역 규제로서는 40 ppm(O2= 0%) 이하, (2) 13A 이외의 기체 연료에서는 60 ppm 이하, (3) 기름 연료에서는 60 ppm 이하)지고 있다.
종래, 저NOx화를 도모하기 위해, 도3에 도시한 바와 같이, 배기 가스 상자(8) 근방에 일단을 접속하고, 타단을 전동팬(F)의 공기 흡입로(9)에 접속한 배기 가스를 재순환시키는 배기 가스 재순환 덕트(7a)를 설치하여, 연소 가스 순환 공급에 의해 버너 본체(1c)의 화염 온도를 저하시켜서 NOx 발생을 억제하게 한 배기 가스 재순환 방식 저NOx 버너가 일반적으로 널리 사용되고 있다(일본 실용신안 공개 평 2-7414호 공보등). 2는 연료 공급로, 3은 노즐, 4는 연소용 공기 공급로, 5는 화염구, 6은 연소실, 10은 연도를 도시한다.
그러나, 이 종래 방식은, 전동팬(F)의 공기 흡입로(9)와 배기 가스 상자(8)를 배기 가스 재순환 덕트(7a)로 연결하여, 연소 가스 일부를 이 덕트를 통하여 공기 흡입로(9)로 유인하는 방식이기 때문에, 배기 가스 상자(8)나 연도(10)의 드래프트 압력 변화나 급배기 균형에 의해 배기 가스 재순환량이 크게 변화하기 쉽고, 소정량으로 제어할 수 없기 때문에 연소 상태가 불안정해지거나, 연소용 공기 온도 변화때문에 버너 본체(1c)의 화염 온도가 크게 변화하여, NOx 발생량이 불안정해지는 문제가 있었다. 또, 운전 개시시에는 재순환되는 연소 가스가 차가워져 있는 배기 가스 재순환 덕트(7a) 내로 들어가기 때문에 연소 가스가 배기 가스 재순환 덕트(7a) 계통의 내표면에 결로하여, 예를 들면 철로 형성되어 있는 배기 가스 재순환 덕트(7a) 계통에 녹이 발생하여 내구성이 저하하는 등의 문제가 있었다.
본 발명의 목적은, 상기 문제를 해결하고, NOx 발생량을 낮게 억제하여 안정되게 연소시킬 수 있고, 게다가, 배기 가스 재순환 계통의 결로에 의한 녹 발생이 없는 저NOx 버너를 제공하는 것, 및 배기 가스 재순환율이 일정해지도록 제어하여, 부하가 변동하여도 그에 연동하여 연소 상태를 안정되게 유지할 수 있고, NOx 발생량을 낮게 억제할 수 있는 배기 가스 재순환 제어 방법을 제공하는 것이다.
도1은 본 발명의 저NOx 버너 및 배기 가스 재순환 제어 방법의 예를 도시한 설명도.
도2는 본 발명의 저NOx 버너 및 배기 가스 재순환 제어 방법의 다른 예를 도시한 설명도.
도3은 종래의 배기 가스 재순환 방식 저NOx 버너를 도시한 설명도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1a, 1b, 1c : 버너 본체
2 : 연료 공급로
3 : 노즐
4 : 연소용 공기 공급로
5 : 화염구
6 : 연소실
7 : 배기 가스 재순환 통로
7a : 배기 가스 재순환 덕트
7b : 배기 가스 재순환 상자
7c : 배기 가스 취출구
8 : 배기 가스 상자
9 : 공기 흡입로
10 : 연도
11 : 배기 가스 재순환 전용 팬
12 : 바이패스 통로
13 : 제어 장치
14 : 연료 유량계
15 : NOx 센서
16 : 재순환 배기 가스용 유량계
본 발명자는 상기 과제에 비추어 예의 연구한 결과, 배기 가스 재순환 통로에 강제적으로 배기 가스를 재순환하기 위한 배기 가스 재순환 전용 팬을 설치하고, 또한, 상기 배기 가스 재순환 통로와 버너 본체의 연소용 공기 통로 사이에 바이패스 통로를 설치함으로써, NOx 발생량을 낮게 억제하여 안정되게 연소시킬 수 있고, 게다가, 운전 개시시에는 배기 가스 재순환 전용 팬을 정지시키고, 연소용 공기 통로의 신선한 연소용 공기를 상기 바이패스 통로를 지나서 배기 가스 재순환 통로로 소량 역류시키고, 배기 가스 온도가 상승하고 연도계에서의 결로가 없어진 후에 배기 가스 재순환 전용 팬을 운전함으로써, 배기 가스 재순환 계통의 결로를 방지하고, 녹 발생이 없는 내구성이 우수한 저NOx 버너를 제공할 수 있는 것, 및 부하 신호와 연동하여, 배기 가스 재순환 전용 팬을 인버터에 의해 회전수를 변경하고, 배기 가스 재순환율이 일정해지도록 제어하는 배기 가스 재순환 제어 방법에 의해 NOx 발생량을 낮게 억제하여 더욱 안정되게 연소시킬 수 있음을 알아내어 본 발명을 이루게 되었다.
본 발명의 청구항 1의 발명은 버너 본체에 연소용 공기 공급용의 전동팬을 접속하고, 상기 버너 본체에 의한 연소 가스를 연소용 공기에 공급하기 위한 배기 가스 재순환 통로를 설치한 저NOx 버너이며, 상기 배기 가스 재순환 통로로 강제적으로 배기 가스를 재순환하기 위한 배기 가스 재순환 전용 팬을 설치하는 동시에, 상기 배기 가스 재순환 통로와 버너 본체의 연소용 공기 통로 사이에 바이패스 통로를 설치한 것을 특징으로 하는 저NOx 버너이다.
본 발명의 청구항 2의 발명은, 청구항 1 기재의 저NOx 버너에 있어서, 운전 개시시에는 상기 배기 가스 재순환 전용 팬을 정지시켜 둠으로써, 상기 연소용 공기 통로의 신선한 연소용 공기를 상기 바이패스 통로를 지나서 상기 배기 가스 재순환 통로로 소량 역류시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 부하 신호(연소량 제어 신호)와 연동하여, 청구항 1 또는 청구항 2 기재의 저NOx 버너의 상기 배기 가스 재순환 전용 팬을 인버터에 의해 회전수를 변경하여, 배기 가스 재순환율이 일정해지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 재순환 제어 방법이다.
본 발명은 배기 가스 재순환 제어 방법에 있어서, 배기 가스 중의 NOx 값을 검출하여 상기 배기 가스 재순환 전용 팬의 회전수를 보정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 배기 가스 재순환 제어 방법에 있어서, 배기 가스 재순환 유량을 검출하여 상기 배기 가스 재순환 전용 팬의 회전수를 보정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 배기 가스 재순환 제어 방법에 있어서, 상기 배기 가스 재순환 전용 팬을 소형화하기 위하여, 제어에 이용되는 주파수를 상용 주파수보다 높은 주파수로 하고, 상기 배기 가스 재순환 전용 팬의 회전수를 높은 값으로 설정하여 제어하는 것을 특징으로 한다.
도1은, 본 발명의 저NOx 버너 및 배기 가스 재순환 제어 방법의 예를 도시한 설명도이다. 도2는, 본 발명의 저NOx 버너 및 배기 가스 재순환 제어 방법의 다른 예를 도시한 설명도이다.
도1에 있어서, 연소용 공기 공급용 전동팬(F)을 접속한 버너 본체(1a) 내에, 유량 조절 밸브(V)가 부착된 연료 공급로(2)에 접속한 노즐(3)을 설치하는 동시에, 전동팬(F)으로부터 노즐(3)에 이르는 연소용 공기 공급로(4)를 형성하고, 화염구(5)로부터 공연 혼합기를 연소실(6) 내로 분출하도록 구성하고 있다.
버너 본체(1a)에 의한 연소 가스를 연소용 공기에 공급하기 위한 배기 가스 재순환 통로(7)의 일단은, 노즐(3) 선단 근방의 바깥 주위에 설치되어 있는 재순환된 배기 가스 취출구(7c)를 가지는 배기 가스 재순환 상자(7b)에 연결되어 있으며, 배기 가스 재순환 통로(7)의 타단은 버너 본체(1a)로부터의 배기 가스가 유입하는 배기 가스 상자(8)에 연결되어 있다. 그리고, 배기 가스 상자(8)측의 배기 가스 재순환 통로(7)에는 강제적으로 배기 가스를 재순환하기 위한 배기 가스 재순환 전용팬(11)이 설치되어 있으며, 또 배기 가스 재순환 상자(7b)측의 배기 가스 재순환 통로(7)에는 연소용 공기 통로(4)와 배기 가스 재순환 통로(7) 사이를 연결하는 바이패스 통로(12)가 설치되어 있다. 9는 전동팬(F)의 공기 흡입로, 10은 배기 가스상자(8)에 연통한 연도를 가리킨다.
상기 구성의 본 발명의 저NOx 버너(1a)는 배기 가스 재순환 전용 팬(11)의 회전수를 제어함으로써 강제적으로 순환되는 배기 가스의 배기 가스 재순환량을 소정량으로 제어하기 위해, 연소용 공기를 완전 연소에 충분한 질량 유량으로 안정되게 유지할 수 있고, 연소 상태가 안정되어 버너 본체(1a)의 화염 온도가 크게 변화하지 않으므로, 충분한 저NOx화를 도모할 수 있는 온도로 안정되게 유지할 수 있게 되고, NOx 발생량을 낮게 억제할 수 있다.
그리고, 운전 개시시에는 배기 가스 재순환 전용 팬(11)을 정지시키고, 연소용 공기 통로(4)의 신선한 연소용 공기를 도1에 파선으로 도시한 바와 같이, 상기 바이패스 통로(12)를 지나서 배기 가스 재순환 통로(7) 전체로 소량 역류시키고, 그리고 배기 가스 온도가 상승하고, 연도계의 결로가 없어진 후에, 배기 가스 재순환 전용 팬(11)을 운전하도록 함으로써, 배기 가스 재순환 통로(7) 계통의 내표면에 결로하는 일이 없게 되며, 녹이 발생하여 내구성이 저하하는 등의 문제를 해소할 수 있다.
13은 제어 장치이며, 제어 장치(13)는 연료 공급로(2)에 설치한 연료 유량계(14), 연도(10) 내의 연소 가스 중의 NOx를 검출하기 위한 NOx 센서(15), 배기 가스 재순환 통로(7) 내의 배기 가스 재순환량을 검출하는 유량계(16)와 각각 회로 a, b, c로 연락되어 있다.
본 발명의 저NOx 버너(1a)는, 제어 밸브(V) 혹은 연료 유량계(14) 등으로부터의 부하 신호(연소량 제어 신호)가 제어 장치(13)에 회로(a)로부터 보내지면, 그에 연동하여 제어 장치(13)로부터, 신호가 회로(d)를 거쳐서 배기 가스 재순환 전용 팬(11)으로 보내지고, 배기 가스 재순환 전용 팬(11)을 인버터에 의해 회전수를 변경하고, 배기 가스 재순환율이 일정해지도록 제어하게 되어 있다. 이와 같은 배기 가스 재순환 제어 방법에 의해, 부하가 변동하여도 그에 연동하여 연소 상태를 안정되게 유지할 수 있게 되고, NOx 발생량을 낮게 억제할 수 있다.
배기 가스 중의 NOx 값을 NOx 센서(15)로 검출하여 그 신호를 회로(b)를 지나서 제어 장치로 보내고, 배기 가스 재순환 전용 팬(11)의 회전수를 보정함으로써 연소 상태를 안정되게 유지할 수 있는 데다가, NOx 발생량을 보다 확실히 안정되고 낮게 억제할 수 있다.
배기 가스 재순환 통로(7) 내의 배기 가스 재순환량을 검출하는 유량계(16)에 의해 배기 가스 재순환 유량을 검출하여 그 신호를 회로(c)를 거쳐서 제어 장치(13)로 보내고, 배기 가스 재순환 전용 팬(11)의 회전수를 보정함으로써, 연소 상태를 보다 안정되게 유지할 수 있는 데다가, NOx 발생량을 보다 안정되고 낮게 억제할 수 있다.
본 발명에 있어서, 제어에 이용되는 주파수는 상용 주파수보다 높은 주파수이며, 그리고 배기 가스 재순환 전용 팬(11)의 회전수를 높은 값으로 설정하여 제어함으로써, 배기 가스 재순환 전용 팬(11)을 소형화할 수 있다. 상기 주파수의 구체적인 예로서는, 예를 들면 최대 90 Hz, 바람직하게는 최대 80 Hz이다. 90 Hz를 넘으면 배기 가스 재순환 전용 팬(11)의 균형이 나빠지며, 강도나 소음의 문제가 생긴다.
도2에 있어서, 도1과 동일한 숫자나 기호는 동일 요소를 나타낸다. 연소용 공기 공급용 전동팬(F)을 접속한 버너 본체(1b)는 버너 본체(1b)에 의한 연소 가스를 연소용 공기에 공급하기 위한 배기 가스 재순환 통로(7)의 일단은 버너 본체(1b)에 접속시킨 전동팬(F)의 공기 흡입로(9)에 연결되어 있으며, 배기 가스 재순환 통로(7) 타단은 배기 가스 상자(8)에 연결되어 있다. 그리고 배기 가스 상자(8)측의 배기 가스 재순환 통로(7)에는 강제적으로 배기 가스를 재순환하기 위한 배기 가스 재순환 전용 팬(11)이 설치되어 있다. 그리고 배기 가스 상자(8)와 배기 가스 재순환 전용 팬(11)을 잇는 배기 가스 재순환 통로(7)에 일단이 연결되고, 타단이 버너 본체(1b)의 연소용 공기 통로(4)에 연결된 바이패스 통로(12)가 설치되어 있다.
상기 구성의 본 발명의 저NOx 버너(1b)는 상기 저NOx 버너(1a)의 경우와 마찬가지로, 배기 가스 재순환 전용 팬(11)의 회전수를 제어함으로써, 강제적으로 순환되는 배기 가스의 배기 가스 재순환량을 소정량으로 제어할 수 있기 때문에, 연소용 공기를 완전 연소에 충분한 질량 유량으로 안정되게 유지할 수 있고, 연소 상태가 안정되어, 버너 본체(1b)의 화염 온도가 크게 변화하지 않으므로, 충분한 저NOx화를 도모할 수 있는 온도로 안정되게 유지할 수 있게 되며, NOx 발생량을 낮게 억제할 수 있다.
그리고, 운전 개시시에는, 배기 가스 재순환 전용 팬(11)을 정지시키고, 연소용 공기 통로(4)의 신선한 연소용 공기를 도2에 파선으로 도시한 바와 같이 상기 바이패스 통로(12)를 거쳐서 배기 가스 재순환 통로(7) 전체로 소량 역류시키고,그리고 배기 가스 온도가 상승하고, 연도계의 결로가 없어진 후에 배기 가스 재순환 전용 팬(11)을 운전하도록 함으로써, 배기 가스 재순환 통로(7) 계통의 내표면에 결로하는 일이 없어지며, 녹이 발생하여 내구성이 저하하는 등의 문제를 해소할 수 있다.
본 발명의 저NOx 버너(1b)의 배기 가스 재순환 제어 방법은 상기 저NOx 버너(1a)의 배기 가스 재순환 제어 방법과 동일하며, 상기 저NOx 버너(1a)의 경우와 마찬가지로 연소 상태를 안정되게 유지하고, NOx 발생량을 낮게 억제할 수 있다.
본 발명의 저NOx 버너 본체(1a, 1b)의 구조는 각종 변경이 가능하며, 또, 가스 버너 및 오일 버너 어느 것이나 좋고, 연료나 연소 형식에 맞추어서 적당한 공연 혼합 구조를 선정할 수 있다.
전동팬(F)을 버너 본체(1a, 1b)에 대하여 별도로 두어 가까운 곳에 배치하고, 외부 배관으로 접속해도 좋다.
본 발명 저NOx 버너의 가열 대상은 불문이며, 예를 들면 흡수식 냉온수기용 연소 장치, 흡수식 냉동기, 증기 보일러, 온수 보일러, 가열 조리기, 난방기, 그 외 각종 장치에 적용할 수 있다.
본 발명 저NOx 버너는, 연도 드래프트 압력 등의 영향을 받는 일이 없고, 배기 가스 재순환량을 일정하게 제어할 수 있으므로, NOx 값이 상승하는 일이 없으며, NOx 발생량을 낮게 억제하여 안정되게 연소시킬 수 있다. 운전 개시시에는 바이패스 통로로 신선한 공기(연소용 공기)를 역류시키고, 배기 가스 온도가 상승하여, 연도계의 결로가 없어진 후에, 배기 가스 재순환 전용 팬을 운전함으로써, 배기 가스 재순환 계통의 결로를 방지할 수 있고, 내구성이 증가한다. 본 발명의 저NOx 버너는 구조가 간단하며, 경비면에서도 우수하고, 고성능이며 경제적인 저NOx 버너이다.
부하 신호와 연동하여, 배기 가스 재순환 전용 팬을 인버터에 의해 회전수를 변경하여, 배기 가스 재순환율이 일정해지도록 제어하는 본 발명의 배기 가스 재순환 제어 방법에 의해 부하가 변동하여도 그에 연동하여 연소 상태를 안정되게 유지할 수 있게 되며, NOx 발생량을 낮게 억제할 수 있다.
배기 가스 중의 NOx 값을 검출하는 NOx 센서, 배기 가스 재순환 통로 내의 배기 가스 재순환량을 검출하는 유량계를 설치하여 그 신호를 제어 장치로 보내고, 배기 가스 재순환 전용 팬의 회전수를 보정함으로써, 연소 상태를 보다 안정되게 유지할 수 있는 데다가, NOx 발생량을 보다 안정되고 낮게 억제할 수 있다.
제어에 이용되는 주파수를 최대 90 Hz로 하고, 배기 가스 재순환 전용 팬의 회전수를 높은 수치로 설정하여 제어함으로써, 배기 가스 재순환 전용 팬을 소형화할 수 있다.

Claims (2)

  1. 버너 본체에 연소용 공기 공급용 전동팬을 접속하고, 상기 버너 본체에 의한 연소 가스를 연소용 공기에 공급하기 위한 배기 가스 재순환 통로를 설치한 저NOx 버너이며, 상기 배기 가스 재순환 통로에 강제적으로 배기 가스를 재순환하기 위한 배기 가스 재순환 전용 팬을 설치하는 동시에, 상기 배기 가스 재순환 통로와 버너 본체의 연소용 공기 통로 사이에 바이패스 통로를 설치한 것을 특징으로 하는 저NOx 버너.
  2. 제1항에 있어서, 운전 개시시에는, 상기 배기 가스 재순환 전용 팬을 정지시켜 둠으로써, 상기 연소용 공기 통로의 신선한 연소용 공기를 상기 바이패스 통로를 지나서 상기 배기 가스 재순환 통로로 소량 역류시키는 것을 특징으로 하는 저NOx 버너.
KR1019970002855A 1996-01-31 1997-01-30 저Nox버너및배기가스재순환제어방법 KR100427206B1 (ko)

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