KR100599381B1 - 순산소/공기 연소 겸용버너 - Google Patents

순산소/공기 연소 겸용버너 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연소홀에서 연료분사노즐의 위치를 가변하여 산화제의 속도를 변화시킬 수 있게 함으로써 순산소 또는 공기를 이용한 연소가 모두 가능하도록 한 순산소/공기 연소 겸용버너에 관한 것으로, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 몸체를 이루는 케이싱; 상기 케이싱의 중심부에 형성되고, 단부에 연료분사노즐이 형성되며 전후로 이송가능한 연료공급관; 상기 케이싱 내부 상기 연료분사노즐의 단부 앞에 형성되는 연소홀; 상기 연료공급관의 외부로 외감되어 설치되는 1차 산화제공급관; 상기 1차 산화제공급관에 외감되어 설치되고 단부에 2차 산화제노즐이 형성된 2차산화제공급관; 및 상기 2차산화제공급관에 외감되어 설치되는 냉각수순환자켓을 포함하는 순산소/공기 연소 겸용버너이다.
버너, 연소, 순산소 연소, 가열로

Description

순산소/공기 연소 겸용버너 {Pure oxygen/Air combustion combined burner}
도 1은 본 발명의 일실시예인 버너를 버너타일에 장착한 모습의 정단면도
도 2는 본 발명의 일실시예인 버너의 확대도 1
도 3은 본 발명의 일실시예인 버너의 확대도 2
도 4는 본 발명의 일실시예인 버너의 확대도 3
도 5은 본 발명의 일실시예에 버너를 장착한 버너타일의 정단면도
도 6은 도 5의 버너타일의 좌측면도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 케이싱 20: 냉각수분리관
21: 냉각수 순환자켓 22: 포지셔너
30: 2차 산화제노즐 31: 2차 산화제공급관
40: 1차 산화제공급관 50: 연료공급관
51: 연소홀 60: 연료노즐
70: 스월러 80: 안내깃
100: 버너 101: 버너고정플랜지
102: 버너삽입케이싱 103: 버너삽입홀
104: 화염홀 110: 퍼지용 공기주입구
120: 냉각수입구 121: 냉각수출구
130: 2차산화제주입구 140: 1차산화제주입구
150: 연료주입구
본 발명은 순산소/공기 연소 겸용버너에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연소홀에서 연료분사노즐의 위치를 가변하여 순산소 또는 공기를 이용한 연소가 모두 가능하도록 한 순산소/공기 연소 겸용버너에 관한 것이다.
종래의 버너는 산화제로, 순산소만을 사용하거나 공기만을 사용하였다.
왜냐하면, 순산소는 공기보다 산화능력이 커서 버너의 화염이 상당히 고온까지 상승하므로, 순산소를 이용하는 버너는 연료분사노즐이 버너 단부에 가까운 위치에 놓여야 하고 산화제의 속도가 빨라야 버너가 화염에 의해 열변형되지 않고, 반대로 공기를 이용하는 버너는 상기 순산소에 비해 화염의 온도가 낮으며, 산화제의 양이 3배정도 많기 때문에 산화제의 속도가 너무 빨라서 연소화염이 심하게 날려서 화염이 꺼지는 현상이 일어나므로 연료분사노즐이 버너 단부에서 안쪽으로 들어온 위치에 두어 연소홀로 이어지는 산화제의 유로를 적당히 크게 해주어야 하기 때문이다.
따라서, 종래에는 용도에 따라 산화제를 순산소 또는 공기 중 어느 것으로 할 것인지를 정하고, 이에 맞게 설계된 버너를 버너타일에 장착하여야 하였고, 만일 공기를 바꿀 경우에는 다른 버너로 교체해야 하는 번거로움이 있었다.
상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 연소홀에서 연료분사노즐의 위치를 가변하여 유로단면적을 순산소 또는 공기의 연소에 각각 적합하도록 변화시켜서 모두 연소가 가능하도록 한 순산소/공기 연소 겸용버너를 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 몸체를 이루는 케이싱; 상기 케이싱의 중심부에 형성되고, 단부에 연료분사노즐이 형성되며 전후로 이송가능한 연료공급관; 상기 케이싱 내부 상기 연료분사노즐의 단부 앞에 형성되는 연소홀; 상기 연료공급관의 외부로 외감되어 설치되는 1차 산화제공급관; 상기 1차 산화제공급관에 외감되어 설치되고 단부에 2차 산화제노즐이 형성된 2차산화제공급관; 및 상기 2차산화제공급관에 외감되어 설치되는 냉각수순환자켓을 포함하는 순산소/공기 연소 겸용버너이다.
상기의 연소홀은 벤추리 노즐의 형상으로 공급노즐의 위치변화에 따라서 산 화제가 통과하는 유로가 가변되도록 하는 것을 특징한다.
또한, 연료공급관의 외측 단부에 연료관의 전진하여 연료분사노즐이 연소홀의 오리피스 단면적을 막는 순산소연소의 경우에 산화제의 선회를 방지하여 화염이 연소홀 안에서 형성되는 것을 막고 동시에 직진도가 유지되도록 안내깃이 더 설치되는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 실시예 및 도면을 통하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예인 순산소/공기 연소 겸용버너(100)를 버너타일에 장착한 모습의 정단면도이다.
버너(100)를 버너타일의 버너삽입케이싱(102) 및 버너삽입홀(103)에 삽입하고, 버너고정플랜지(101)와 버너(100)의 고정용 플랜지(112)를 체결한다.
상기 버너(100)은 다단 순산소연소 버너로써 순산소 화염의 고온특성에 따른 손상을 막기 위하여, 수냉방식을 채택하고 있으며, 상기 도면에서 도면부호 120과 121은 각각 냉각수입구와 냉각수출구이며, 도면부호 140과 130은 1차산화제주입구와 2차산화제주입구이다. 그리고, 도면부호 150은 가스 연료 주입구이다.
상기 버너(100)는 케이싱(10), 연료공급관(50), 연소홀(51), 1차 산화제공급관(40), 2차산화제공급관(31), 냉각수순환자켓(21)로 구성된다.
상기 케이싱(10)은 그 바로 안쪽에 냉각수순환자켓(21)이 형성된다.
상기 냉각수순환자켓(21)은 냉각수분리관(20)에 의해 유로가 형성되어 냉각수가 흐르게 된다.
상기 냉각수분리관(20)은 포지셔너(22)에 의해 정위치에 고정된다. 따라서, 열에 의해 냉각수분리관(20)이 변형되어 냉각수 유로가 변경되는 것을 방지한다.
상기 케이싱(10)의 중심부에는 연료공급관(50)이 형성된다. 상기 연료공급관(50)에는 기화된 액체연료 또는 가스연료가 공급된다.
상기 연료공급관(50)의 단부에는 연료분사노즐(60)이 형성되어 상기 연료를 연료홀(51)의 연소영역으로 분무의 형태로 분사한다.
또한, 본 발명의 가장 중요한 특징으로, 연료공급관(50)은 전후로 이송이 가능하다.
연료공급관(50)의 외측 단부에 연료관의 전진하여 연료분사노즐(60)이 연소홀의 오리피스 단면적을 막는 순산소연소의 경우에 산화제의 선회를 방지하여 화염이 연소홀 (51) 안에서 형성되는 것을 막고 동시에 직진도가 유지되도록 안내깃(80)이 설치된다.
상기 연료분사노즐(60)의 앞에는 연소홀(51)이 형성된다.
상기 연소홀(51)은 벤추리노즐의 형태로써, 연료분사노즐(60)의 위치에 따라 연료 및 산화제가 진행되는 압력 및 속도를 변화시킬 수 있게 된다.
다음으로, 상기 연료공급관(50)의 외부에 1차 산화제공급관(40)이 설치된다.
그리고, 상기 1차 산화제공급관(40)의 단부 앞에는 스월러(70)가 설치되어 1차산화제공급관(40)에서 나오는 산화제를 선회시키는 역할을 한다.
상기 1차산화제공급관(40)의 외부에 2차 산화제공급관(31)이 설치된다. 상기 2차 산화제공급관(31)의 단부에는 2차산화제노즐(30)이 형성된다.
따라서, 연소는 상기 1차 산화제공급관(40)에서 나온 1차 산화제가 스월러(70)에 의해 선회되면서 연료분사노즐(60)에서 분사된 연료와 혼합하여 1차 연소가 이루어지고, 1차 연소시의 화염이 연소홀(51)의 외부로 배출되면서 2차 산화제노즐(30)에서 배출된 2차 산화제가 1차 연소시 연소되지 못한 미연가스와 혼합하여 연소가 완결된다.
상기 1차 산화제와 2차 산화제는 상술한 바와 같이 1차산화제 주입구(140)와 2차산화제주입구(130)를 통해 공급된다.
도 2 내지 도 4는 연료공급관(50)의 다양한 위치를 표현한 도면이다.
도 2는 공기를 산화제로 사용하는 경우로서 동일한 연료에 대해서 산화제인 공기의 부피가 순산소에 비해서 3배 이상 많기 때문에 화염이 공기속도가 빠른 것에 의해서 불안정해지고 꺼지는 것을 막기 위하여 적정한 산화제 유속을 유지해 주어야 한다.
또한, 화염안정을 위하여 스월러(70)을 이용하여 공기를 선회시킴으로써 안정적인 연소가 이루어지게 한다.
따라서, 이 때는 공기가 통과하는 유로를 확보하기 위하여 연료분사노즐(60)이 연소홀(51)의 오리피스 단면을 막지 않도록 버너 안쪽으로 당겨 넣는다.
반면 도 3과 4는 산화제로 순산소를 사용하는 경우로써, 연소반응속도가 매우 빠르고 화염온도가 2000℃ 이상으로 매우 높기 때문에 연소홀(51) 내에서 연소되는 양이 많으면 연료분사노즐(60)과 연소홀(51)이 연소열에 의해서 녹아내리게 된다.
따라서, 순산소연소의 경우에는 화염이 연소홀(51) 안에 머물지 않도록 산화제가 선회가 되지 않도록 하여야 하며, 산화제의 공기를 상대적으로 매우 빠르게 해야 한다.
따라서, 본 발명에서는 산화제의 선회를 억제하기위하여 연료공급관(50)에는 안내깃(80)을 산화제 흐름에 병행하게 설치하여 산화제의 선회를 막아주는 기능을 하게 한다.
이렇게 함으로써 산화제 및 연료가 연소가 이루어지기 전에 버너 밖으로 밀려나오게 되어서 버너 내부의 용손을 방지할 수 있게 한다.
상기에서 버너타일은 버너삽입케이싱(102)과, 타일고정플랜지(200) 및 내화재료(210)로 충진된 몸체로 구성된다.
상기에서 몸체의 좌측단부에 형성된 타일고정플랜지(200)는 보일러 등에 장착하기 위하여 설치되는 것으로, 몸체의 직경보다 다소 직경이 크고, 고정을 위한 볼트구멍(201)이 형성되어 있다.
몸체의 내부는 내화재료(210)으로 충진되어 있어서, 내부에 장착되는 버너(100)의 화염이나 가열로 내부에서 전달되는 복사열에 버너 몸체가 견딜 수 있도록 한다.
내화재료는 부정형 캐스터블이나 세라믹 파이버 등 열에 잘 견디는 세라믹 재료를 이용하며, 가열로 내부의 온도 운전 특성에 따라서 최고 사용온도를 결정하여 적합한 내화재료를 선정하여 사용한다.
상기 버너타일의 몸체에는 버너(100)의 장착이 용이하도록 버너삽입케이싱 (102)을 포함한다.
상기 버너삽입케이싱(102)은 상기 타일고정플랜지(200)에 비하여 좌측으로 더 돌출되게 형성된다.
상기 버너삽입케이싱(102)의 좌단부에는 버너와 결합을 위한 버너고정플랜지(101)가 형성된다.
그리고, 버너삽입케이싱(102)의 우측단부에는 버너삽입홀(103)이 형성된다.
이는 버너(100)의 화염에 금속재질인 버너삽입케이싱(102)이 견딜 수 없으므로, 내화재료(210)를 사용하여 연소화염으로부터 전달되는 열을 견딜 수 있도록 하기 위함이다.
또한, 상기 버너삽입홀(103)의 우측으로 화염홀(104)이 형성된다.
상기 화염홀(104)은 디퓨저와 같이 단면적이 점차 증가하여 버너(100)의 화염의 갑작스런 확산에 따른 불꺼짐을 방지하여 화염이 안정적으로 유지되도록 한다.
상기 버너삽입케이싱은 도 1, 도 5 및 도 6에서와 같이 버터타일의 중심에 대하여 소정의 거리만큼 편심되어 설치된다.
상기에서 편심된 거리는 타일고정플랜지 지름의 0.1~0.5배인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 버너삽입케이싱(102)이 타일버너 몸체 외부로 돌출된 부분의 일측면에는 퍼지용 공기주입구(110)이 형성된다.
상기 퍼지용 공기주입구는(110)는 버너(100)의 점화 전 또는 후에 연소실내 에 잔존할 수 있는 가연성 혼합기가 점화되어 폭발을 일으키는 것을 방지하기 위하여 연소실 내부에 일정량의 공기를 불어넣어서 미리 점화동작에 들어가기 전에 연소실 외부로 가연성 혼합가스를 연소실 외부로 날려버리기 위해 설치된다.
따라서, 상기 퍼지용 공기주입구(110)는 도시하지 않은 블로우어와 연결되어, 짧은 시간에 대량의 공기를 공급받는다.
본 발명을 통하여, 하나의 버너로 2 이상 종류의 산화제를 사용할 수 있으므로, 버너구입에 들어가는 비용절감 및 버너교체작업시간의 절감의 효과를 얻을 수 있다.

Claims (3)

  1. 몸체를 이루는 케이싱;
    상기 케이싱의 중심부에 형성되고, 단부에 연료분사노즐이 형성되며 전후로 이송가능한 연료공급관;
    상기 케이싱 내부 상기 연료분사노즐의 단부 앞에 형성되는 연소홀;
    상기 연료공급관의 외부로 외감되어 설치되는 1차 산화제공급관;
    상기 1차산화제공급관의 단부 앞에 형성된 스월러;
    상기 1차 산화제공급관에 외감되어 설치되고 단부에 2차 산화제노즐이 형성된 2차산화제공급관; 및
    상기 2차산화제공급관에 외감되어 설치되는 냉각수순환자켓을 포함하는 순산소/공기 연소 겸용버너.
  2. 제1항에 있어서, 연소홀은 벤추리 노즐의 형상인 것을 특징으로 하는 순산소/공기 연소 겸용버너.
  3. 제1항에 있어서, 연료공급관의 외측 단부에 연료관의 전진하여 연료분사노즐이 연소홀의 오리피스 단면적을 막는 순산소연소의 경우에 산화제의 선회를 방지하 여 화염이 연소홀 안에서 형성되는 것을 막고 동시에 직진도가 유지되도록 안내깃이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 순산소/공기 연소 겸용버너.
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