KR100478085B1 - 산소부화 가스버너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수직 상향으로 설치하여, 용강 탈가스 설비의 베셀 내부를 예열시키며, 노즐의 막힘 및 버너 내부연소에 의한 버너하부 용손 및 화재발생을 방지하고, 연소시 순산소에 비하여 상대적으로 낮은 산소농도를 형성하여 화염온도를 낮게 형성시킴으로써 버너 선단부의 용손을 방지하도록 개선된 산소부화 가스버너에 관한 것이다.

본 발명은, 연료공급배관의 외측으로 산소공급배관이 위치되고, 상기 산소공급배관의 외측으로 공기공급배관이 장착되어 연소공기와 더블어 산소를 공급하여 연료를 연소시키는 산소부화 가스버너에 있어서, 연료공급배관의 선단에 장착된 보염기의 외경이 산소노즐의 직경보다 커서 이물질의 낙하에 의한 산소노즐의 폐색이 방지되도록 구성됨을 특징으로 하는 산소부화 가스버너를 제공한다.

본 발명에 의하면 노즐 용손 및 막힘 방지로 노즐교체 주기가 연장되어 노즐교체 및 정비비 절감효과가 있고, 경사노즐에 의해 연료가 반경방향으로 넓게 공급되므로 화염의 크기가 커져 화염 방열면적이 넓어지며, 이에 따른 복사전열효과의 상승으로 피가열물 승온속도가 빨라져 연료비 절감 효과가 있다.

Description

산소부화 가스버너{GAS BURNER WITH OXYGEN SUPPLY}

본 발명은 연소공기와 더블어 산소를 공급하여 연료를 연소시키는 산소부화 가스버너에 관한 것으로, 특히 수직 상향으로 설치하여, 용강 탈가스 설비의 베셀 내부를 예열시키며, 노즐의 막힘 및 버너 내부연소에 의한 버너하부 용손 및 화재발생을 방지하고, 연소시 순산소에 비하여 상대적으로 낮은 산소농도를 형성하여 화염온도를 낮게 형성시킴으로써 버너 선단부의 용손을 방지하도록 개선된 산소부화 가스버너에 관한 것이다.

일반적으로, 용강 탈가스설비(100)는 도1에 도시된 바와 같이, 두개의 침적관(112)을 가지는 원통형 베셀(111)과 두개의 수직상향 버너(113)로 이루어지는 예열장치와, 예열작업시 발생하는 고온의 연소가스를 배출하는 배출통로(114)를 갖는다.

상기 베셀(111)의 내부는 내화 연와(115)로 축조되어 있고, 일정 온도이상으로 예열을 시킨 후, 탈가스 작업을 실시한다.

종래의 산소부화 가스버너(113)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 연소할 때 연료노즐(141), 공기노즐(142) 및 산소노즐(143)이 차례로 중첩되너 형성되고, 공기노즐(142) 내측으로 연료노즐(141)과 산소노즐(143)이 배치됨으로서 상부에서 떨어지는 불순물에 의해 노즐(141)(143)이 막히거나 버너(113)내부로 유입되어 유로가 차단된다.

상기 용강 탈가스설비(100)의 베셀(111)을 예열하는 경우, 용융된 지금이 산소노즐(143)로 유입되면 버너(113) 내부에서 연소되어 배관이 용손되고, 연료누출에 의한 화재발생의 위험이 있다. 또한, 종래의 산소부하 가스버너(113)는 도 7에 도시된 바와 같이 산소노즐(143)이 연소공기와 별도로 구성되어 있어서 산소공급시, 연료노즐(141)과 공기노즐(142) 주위에서는 순 산소에 의한 연소가 진행되어 고온의 화염이 형성되며, 노즐이 용손되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 불순물 및 용해된 지금이 산소노즐을 통하여 버너내부로 유입되지 않으며, 연료노즐로 유입되는 불순물의 양을 최소화하고, 노즐의 막힘 및 버너 내부연소에 의한 버너하부 용손 및 화재발생을 방지하고, 산소는 연소공기와 미리 혼합되어 공급되는 구조로 구성하여 연소시 순산소에 비하여 상대적으로 낮은 산소농도를 형성하고, 화염온도를 낮게 형성시킴으로써 버너 선단부의 용손을 방지하는 산소부화 가스버너를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 연료공급배관의 외측으로 산소공급배관이 위치되고, 상기 산소공급배관의 외측으로 공기공급배관이 장착되어 연소공기와 더블어 산소를 공급하여 연료를 연소시키는 분사시키는 산소부화 가스버너에 있어서, 상기 연료공급배관의 선단에 장착된 보염기의 외경이 산소노즐의 직경보다 커서 수직 상향으로 배치된 산소노즐이 이물질의 낙하에 의한 폐색이 방지되고; 그리고, 상기 산소노즐의 선단위치가 보염기의 후방측에 위치되고, 공기공급유로내에 위치되어 산소와 공기의 혼합후 연소가 이루어지도록 구성됨을 특징으로 하는 산소부화 가스버너를 마련함에 의한다.

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이하, 본 발명을 도면에 따라서 보다 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 산소부화 가스버너(1)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 연료공급배관(10)의 외측으로 산소공급배관(20)이 위치되고, 상기 산소공급배관(20)의 외측으로 공기공급배관(30)이 장착되어 연소공기와 더블어 산소를 공급하여 연료를 연소시키게 된다.

그리고, 연료공급배관(10)의 선단에 장착된 보염기(40)의 외경(D1)이 산소노즐(22)의 직경(D2)보다 크게 형성되며, 원뿔모양의 연료노즐부(12)의 후면에 위치하는 원통형 보염기(40)와 보염기(40) 후면에 위치하는 산소노즐(22)을 갖는다.

상기 원뿔모양을 이루는 연료노즐부(12)는 버너축(h)과 평행한 1개의 직진노즐(14)과 경사면의 원주방향으로 다수의 경사노즐(16)이 형성되어지며, 그 선단의 직진노즐(14) 면적이 전체 연료 노즐(14)(16) 면적의 25% 내지 40%이고, 상기 경사노즐(16)의 면적은 연료노즐(14)(16) 전체면적의 60 내지 75%를 차지한다.

그리고, 상기 연료노즐부(12)는 보염기(40)의 전방으로 원뿔형상을 이루고 돌출 형성된다.

상기 경사노즐(16)은 버너축(h)에 대하여 40°내지 50°기울어져 구성된다. 상기 연료노즐부(12)의 후방에서 화염의 보염을 위한 보염기(40)는 원기둥부(42)와 그 후면으로부터 공급되는 산소가 원활히 공급되도록 유도하는 경사면(45)을 갖추고, 산소노즐(22)은 보염기(40) 경사면(45)의 하단부보다 후면에 위치한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용 및 효과에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도6에 도시된 바와 같이, 연료는 연료공급배관(10)을 통하여 공급되어 직진노즐(14) 및 경사노즐(16)을 통하여 분출된다. 연소공기는 도 6에 도시된 바와 같이, 공기공급배관(30)을 통하여 공급되어 연소공기노즐(32)에서 분출되며 보염기(40)에서 급격한 유로변화에 의해 형성되는 와류에 의해 연료 및 공기의 혼합이 진행되며 유속이 빨라져도 보염기(40) 수평면에 화염이 존재하여 안정된 연소를 한다.

경사노즐(16)은 버너축(h)방향에 대하여 40°내지 50°기울어져 있으며, 40°이하일 경우 연료공급이 직진노즐(14)과 유사한 유로를 형성하여 화염의 형상이 좁고 길게되어 피가열물인 원통형 침적관(112) 가열이 불량하게 된다.

반면에, 50°이상인 경우, 화염형상이 반사형으로 지나치게 넓게 형성되어 침적관(112)을 국부적으로 가열하게 되고, 보염기(40) 윗면에 지금이 쌓일 경우, 연료공급이 방해되어 화염형상이 불균일해진다.

직진노즐(14)의 면적비는 전체 연료노즐(14)(16)의 25 내지 40%로서, 40%이상인 경우에는 연료와 공기의 혼합영역이 하류로 이동되며, 연소영역이 베셀(111) 상부에 형성되어 베셀(111)하부의 가열이 불량해진다. 반면에, 직진노즐(14)의 면적비가 작을 경우에는 반경방향으로 토출되는 유량이 증가하여 연료와 공기가 급속하게 연소하며, 이때 화염온도상승에 따른 질소산화물 생성량이 증가하고 침적관(112) 국부과열이 발생한다.

산소는 보염기(40)의 후방에 위치한 산소노즐(22)을 통하여 공급되며, 연소공기와 혼합하여 공급된다. 동일한 유량의 연료 및 산소를 공급할 경우, 종래의 산소부화 가스버너(113)는 노즐면에서 순산소와 연료가 연소하며, 이때 고온의 화염이 형성되어 노즐 용손이 쉽다.

그러나 본 발명에서는 산소와 연소공기가 혼합되어 공급되기 때문에, 연료노즐(14)(16) 및 산소노즐(22) 주위의 연소영역에서의 산소농도는 상대적으로 낮아서 화염의 온도를 낮출 수 있다. 따라서, 보염기(40) 및 연료노즐부(12) 주위의 급격한 온도상승을 방지할 수 있다.

보염기(40)의 직경(D1)은 산소노즐(22)의 직경(D2)보다 크게 구성되어 상부로부터 떨어지는 불순물 및 용융지금이 산소노즐(22)에 영향을 미치지 않기 때문에 용융지금등이 버너 내부로 유입되어 연소가 진행되는 것을 방해하지 않도록 하는 것이다.

상기에서와 같이 본 발명에 의하면, 도 8에서와 같이 탈가스 설비(100)의 원통형 베셀(111)의 상하에 걸쳐서 종래에 비하여 균일한 가열을 이룰 수 있고, 도 9에 도시된 바와 같이, 보다 고온으로 베셀(111)의 내부를 가열할 수 있는 효과를 갖는다.

따라서, 본 발명에 의하면 노즐(14)(16)(22)(32) 용손 및 막힘 방지로 노즐교체 주기가 연장되어 노즐교체 및 정비비 절감효과가 있고, 경사노즐(16)에 의해 연료가 반경방향으로 넓게 공급되므로 화염의 크기가 커져 화염 방열면적이 넓어지며, 이에 따른 복사전열효과의 상승으로 피가열물 승온속도가 빨라져 연료비 절감 효과가 있다.

도1은 일반적인 탈가스 설비의 베셀 및 승온장치를 개략적으로 도시한 구성도;

도2는 본 발명에 따른 산소부화 가스버너의 일부 절개 사시도;

도3은 본발명에 따른 산소부화 가스버너의 정단면도;

도4는 종래의 기술에 따른 산소부화 가스버너의 일부 절개 사시도;

도5는 종래의 기술에 따른 산소부화 가스버너의 정단면도;

도6는 본 발명에 따른 산소부화 가스버너의 동작상태를 나타낸 정단면도;

도7은 종래의 기술에 따른 버너의 동작상태를 나타낸 정단면도;

도8은 본 발명과 종래의 기술에 따른 탈가스 설비의 베셀 내화물 표면온도 분포를 도시한 비교 그래프도;

도9는 본 발명과 종래의 기술에 따른 탈가스 설비의 베셀 내화물 승온속도를 도시한 비교 그래프도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10..... 공기공급 배관 12..... 연료노즐부

14..... 직진 노즐 16..... 경사노즐

20..... 산소공급배관 22..... 산소노즐

30..... 공기공급배관 32..... 공기노즐

40..... 보염기 42..... 원기둥부

45..... 경사면 100... 탈가스 설비

111... 베셀 112... 침적관

Claims (6)

1. 연료공급배관(10)의 외측으로 산소공급배관(20)이 위치되고, 상기 산소공급배관(20)의 외측으로 공기공급배관(30)이 장착되어 연소공기와 더블어 산소를 공급하여 연료를 연소시키는 분사시키는 산소부화 가스버너에 있어서,

   상기 연료공급배관(10)의 선단에 장착된 보염기(40)의 외경(D1)이 산소노즐(22)의 직경(D2)보다 커서 수직 상향으로 배치된 산소노즐(22)이 이물질의 낙하에 의한 폐색이 방지되고; 그리고,

   상기 산소노즐(22)의 선단위치가 보염기(40)의 후방측에 위치되고, 공기공급유로내에 위치되어 산소와 공기의 혼합후 연소가 이루어지도록 구성됨을 특징으로 하는 산소부화 가스버너.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 연료공급배관(10)은 그 선단에 1개의 직진노즐(14)과 다수의 경사노즐(16)을 갖는 원뿔형 연료노즐부(12)를 갖는 것을 특징으로 하는 산소부화 가스버너.
4. 제3항에 있어서, 상기 직진노즐(14)의 면적이 전체 연료 노즐(14)(16) 면적의 25% 내지 40%임을 특징으로 하는 산소부화 가스버너.
5. 제3항에 있어서, 다수의 경사노즐(16)의 분출각이 버너축(H)에 대하여 40 내지 50°인 것을 특징으로 하는 산소부화 가스버너.
6. 제1항에 있어서, 상기 보염기(40)는 선단이 원기둥부(42)이고, 후방은 경사면(45)인 것을 특징으로 하는 산소부화 가스버너.