KR100607337B1

KR100607337B1 - 반응로의 화염 조절장치

Info

Publication number: KR100607337B1
Application number: KR1020050036662A
Authority: KR
Inventors: 미야지마 노부오; 이충희; 이현재; 김빈호; 최석경
Original assignee: 동양제철화학 주식회사
Priority date: 2005-05-02
Filing date: 2005-05-02
Publication date: 2006-08-01
Also published as: CN1858494A

Abstract

본 발명은 반응로의 화염 조절장치에 관한 것으로서, 반응로(10)의 인너부(102) 내부에 관통 형성되어 예열된 공기의 일부가 통과하는 바이패스부(130)와, 바이패스부(130)로 유입되는 공기량을 조절하여 연소부(200)의 내벽을 높은 온도로부터 보호하고 화염의 길이가 조절되는 개폐조절수단(140)을 포함한다. 따라서 연료에 따른 연소 효율을 높임은 물론, 연소부의 내벽 내화물을 화염으로부터 보호할 수 있는 효과가 있다.

Description

반응로의 화염 조절장치{FLAME CONTROL APPARATUS OF FURNACE}

도 1은 본 발명에 따른 반응로의 개략적인 구성도이고,

도 2는 본 발명에 따른 반응로의 화염 조절장치의 확대 단면도이고,

도 3은 본 발명에 따른 반응로의 화염 조절장치의 측면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 반응로 100 : 인너부(inner)

102 : 연료버너 104 : 공기도입관

110 : 내열금속판 120 : 인너쉘

130 : 바이패스부 140 : 개폐조절수단

142 : 너트하우징 144 : 스크류축

146 : 회전손잡이 148 : 개폐부재

150 : 화염유지부 152 : 버너오리피스

154 : 확장오리피스 160 : 플레이트

162 : 바이패스홀

본 발명은 반응로의 화염 조절장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반응로의 포집 설비를 증대시키지 않고도 동일 품질의 카본블랙을 증산시킬 수 있는 반응로의 화염 조절장치에 관한 것이다.

일반적으로 널리 사용되어지는 반응로에 의한 카본블랙 제조법을 개략적으로 설명하면, 가로로 설치되어 있는 반응로 내에 원료 탄화수소, 연료용 탄화수소 및 연료용의 공기를 도입하여 반응로 내에서 연료용 탄화수소를 연소시키고, 그때 발생하는 연소열로 하여 연소 가스 중의 원료 탄화수소를 열분해시켜서 카본블랙의 입자를 생성하며, 그 연소 및 분해 생성혼합물을 냉각수의 분무에 의해 급냉각시키고 분해 반응을 정지시켜 연소 분해 폐가스 중에 부유되어 있는 카본블랙을 기계적으로 포집하는 방법이 사용된다.

한편, 반응로의 크기를 증가시키지 않고 카본블랙의 증산을 위해서는 먼저, 원료용 탄화수소의 단위시간당 도입량을 증가시킬 필요가 있으며, 그때에 증산전과 동일한 품질의 제품을 얻기 위해서는 반응로의 카본블랙 생성 부분의 온도를 증산전의 온도와 동일하게 유지시켜야 한다.

그런데, 동일 온도에 필요한 부족분의 열량을 보충하기 위해서는 연료용 탄화수소 및 공기의 반응로로의 도입량을 증가시키지 않으면 안되며, 그렇게 하면 확실히 동일 품질의 카본블랙 단위시간당 생산량을 증가시킬 수 있지만 그것에 따라서 연소 폐가스의 양도 증가하여 생성된 카본블랙의 포집이 곤란하게 되고, 포집설비를 확대 또는 증설하지 않으면 안되어 이것이 카본블랙 증산에 큰 제약이 되었다.

이것에 대처하기 위해서는 연소용 공기 온도를 보다 더 고온으로 예열하던가 연소용 공기에 산소 가스를 첨가하는 것에 의해서 단위공기당 원료량의 투입량을 올릴 수 있다.

그러나 이 경우 또한, 연소용 공기의 예열온도 상승에 대해서는 내열적으로 한도가 있다. 즉, 일반적으로 종래의 반응로의 버너부 및 연소부의 내열구조로 볼 때에 내화벽돌 등의 소재가 일정 온도 이상에서는 문제가 발생할 수 있어서 연소용 공기의 예열 온도를 높이는 데에도 한계가 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 결점을 해소시키기 위하여 안출된 것으로, 인너부의 내부에 연소 화염의 형상을 제어할 수 있는 바이패스부와 이 바이패스부를 통과하는 공기의 량을 조절할 수 있는 개폐조절수단이 설치됨으로써, 연소 화염 형상의 제어로 연료에 따른 연소 효율을 높임은 물론, 연소부의 내벽 내화물을 화염으로부터 보호할 수 있는 반응로의 화염 조절장치를 제공하고자 하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 반응로의 화염 조절장치에 있어서, 반응로의 인너부 내부에 관통 형성되어 예열된 공기의 일부가 통과하는 바이패스부와, 바이패스부로 유입되는 공기량을 조절하여 연소부의 내벽을 높은 온도로부터 보호하고 화염의 길이가 조절되는 개폐조절수단을 포함하는 반응로의 화염 조절장치를 제공한다.

본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 아래에 기술되는 발명의 바람직한 실시 예로부터 더 욱 명확하게 될 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 반응로의 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 반응로의 화염 조절장치의 확대 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 반응로의 화염 조절장치의 측면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 반응로(1)는, 연료버너(102)를 포함하는 인너부(100)와, 연료의 연소가 이루어지는 연소부(200), 그리고 원료버너(310)가 설치되는 스로트부(300)와, 카본블랙이 급랭 및 포집되는 반응부(400)로 크게 구성되며, 반응부(400) 이후의 연소용 공기와 연소 분해생성물과의 열교환기 등은 미도시 하였다.

여기서 가로 방향으로 이어지는 인너부(100)는 그 외벽이 보통 강철로 구축되고, 고온 공기와 접촉하는 내벽은 내열금속판(110)으로 덧붙인 단열 구조로 되어 있으며, 인너부(100)의 전면부 중심에는 내열금속 파이프 내에 상온 공기로 보호되어 내장된 중질 탄화수소유(15℃ 비중 0.98 이상) 분무노즐이 있는 연료버너(102)가 설치된다. 더욱이 연료버너(102)는 후술하는 화염유지부(150)에 대해서 대략 0∼200mm의 범위 내에서 반응로(1) 전면에서 전, 후진 이동이 가능하도록 설치되어 액체연료의 성상에 맞추어 제어 가능하도록 되어 있다.

그리고 인너부(100)의 내부와 연통되는 직교 방향으로 공기도입관(104)이 설 치되어, 고온 공기 예열기(미도시)에서 예열된 공기가 도입된다. 그 공기도입관(104)은 고온 공기가 흐르기 때문에 예컨데, SUS304 이상의 내열금속 재료가 사용되어 진다.

이와 같은 인너부(100)의 내부에는 본 발명의 특징에 따라서 도 2와 도 3에 도시된 것과 같이, 예열된 공기의 일부가 유입되어 연소부(200)의 내벽을 높은 온도로부터 보호하고, 화염의 길이가 조절되는 바이패스부(130)와, 바이패스부(130)의 입구를 개폐할 수 있는 개폐조절수단(140)이 설치된다.

바이패스부(130)는 인너부(100)의 내열금속판(110)과, 내열금속판(100)에 볼트와 너트로 연결되어 중앙에 관통하는 위치에 놓이는 인너쉘(120)의 원주 방향 사이에 형성된다.

그리고 개폐조절수단(140)은 바이패스부(130)의 개도를 조절하여 예열 전 공기량의 10∼50%를 유입시켜 연소부(200) 내벽에 따라 도입할 수 있게 한 것으로서, 인너부(100)의 전면측으로 돌출 설치되는 너트하우징(142)에 삽입되어 수평이동이 가능한 스크류축(144)이 복수개 설치되며, 각 스크류축(144)의 일단에는 바이패스부(130)의 원주 크기와 동일한 크기를 가지는 링 형상의 개폐부재(148)가 설치된다.

그리고 개폐부재(148)가 설치되는 스크류축(144)의 타단에 용이한 회전을 위한 회전손잡이(146)가 설치된다.

한편, 인너부(100)의 출구측에는 연료버너(102)로부터 분사되는 액체연료를 연소부(200)에서 완전 연소가 이루어지도록 돕고 화염의 실화를 방지하는 화염유지 부(150)가 더 포함된다

내화 타일(tile)의 재질로 이루어진 화염유지부(150)는, 바이패스부(130)와 연통되는 바이패스홀(162)이 원주 방향을 따라 등간격으로 형성된 플레이트(160)를 매개로 하여 설치된다.

그리고 화염유지부(150)에는 그 내부 중앙에 연료버너(102)의 화염이 분출되는 버너오리피스(152)와, 버너오리피스(152)로부터 단차지면서 출구측이 확장되어 화염의 실화(失火)를 방지하는 확장오리피스(154)가 형성되어 진다.

버너오리피스(152)의 구경은 반응로(1)에 투입된 공기량의 70%을 기준으로 화염유지부(150) 전후의 차압이 대략 100∼200mm H2O 바람직하게는 150mm H2O가 되게끔 구경이 설계되어 있으며, 확장오리피스(154)의 내경은 버너오리피스(152) 구경의 크기에 대해서 약 20mm 정도 크게 설계되어 있다.

한편, 연소부(200)는 그 입구가 연료버너(102)의 최대 분무 지름보다 약간 크게 설계되어 있으며, 최초 원통형상에서 입구로부터 5∼10°의 경사져서 스로트부(300)로 이어진다. 스로트부(300)는 적어도 100mm 이상의 평행부를 남기고 반응부(400)에 연결된다. 그리고 스로트부(300)에는 원료버너(310)가 설치되어 제조하는 카본블랙에 따라 원료의 선택이 가능하도록 되어 있다.

반응부(400)는 스로트부(300)로 하여 출구측이 좁아지며, 반응부(400)에서는 제조하는 카본블랙의 품질에 따라 원료유의 분무 위치를 선택하여 원주 방향으로 복수 장소로부터 원료유를 분무하여 고온 연소가스에 의해 열분해 된다.

이하, 이와 같이 구성된 반응로의 화염 조절장치의 일예의 작용을 설명하면 다음과 같다.

본 반응로에 있어서 연료용 탄화수소로는, 각종 증류 분해 또는 개질유 및 그 잔유 크레오소트유, 타르 분해유 가운데에서도 특히, 중질 탄화수소유(15℃ 비중 0.98 이상)를 사용하는 것에 특징이 있다.

따라서 반응로(1)내에 원료용 탄화수소와 연료용 탄화수소 및 연소용 공기를 도입하여 연료용 탄화수소의 연소에 의해서 발생하는 연소열로 원료용 탄화수소를 열분해시켜 카본블랙을 생성, 급냉, 포집하게 된다.

본 발명에 따라 좀 더 상세히 설명하면, 열분해 직후의 생성혼합물의 온도를 직접 냉각수의 분무에 의해서 900℃까지 급냉하여 그 급냉물과의 열교환에 의해서 반응로(1)내에 도입되는 연소용 공기의 온도를 750℃까지 예열하고, 그 예열된 공기량의 약 10% 이상이 유량 제어하는 바이패스부(130)를 통해 유입되며, 유입된 공기는 연소부(200)의 내벽을 따라서 층류하는 것에 의해서 연소부(200) 내벽의 높은 온도에 의한 손상을 방지하는 보호층을 형성시키면서 또한, 연소 불꽃의 형상을 제어하게 된다. 여기서 연소 불꽃의 형상제어는 작업자의 회전손잡이(146) 회동으로 너트하우징(142)을 따라 수평 이동되는 스크류축(144)과 스크류축(144)의 일단에 설치된 개폐부재(148)가 바이패스부(130)의 입구를 개도함으로써 이루어지며, 바이패스부(130)의 유입 공기량을 증가시켜서 공기 과잉율을 낮추면 화염의 길이는 길게 되어 연소부 출구에서 연소가 완결된다. 이와 반대로 바이패스부(130)의 유입 공기량을 줄여서 공기 과잉율을 올리면 화염은 짧게 되어 버너오리피스(152)에 접근하여 연소가 완결된다. 이때, 연료로 사용되는 액체연료는 가스연료와 달리 기름 의 분무후의 유적 상태에 따라서 연소 속도에 상당히 차이가 있다. 특히 중질유에 대해서는 분무 유적이 크게 되는 것도 있어서 연소 속도가 늦다. 중질유를 연료로 사용하는 경우에는 연소시에 발생하는 복사열을 유효하게 원료유의 열분해에 기여하게 하기 위하여 바이패스되는 공기량을 가감하여 연료유 연소의 공기 과잉율을 가감하여 화염의 형상을 원료유의 분무 위치 근처에서 연소가 완결하여 복사열이 열분해에 유효하게 기여하는 상태로 하는 것이 바람직하다.

그리고 나머지 주류 예열공기는 연소부(200)의 축 방향 중심부에 흘려보내는 것에 의해서 화염유지부(150)의 버너오리피스(152)와 확장오리피스(154)를 통해 연료버너(102)로부터 분사되는 중질 액체연료를 연소부(200)에서 연소시켜 이론 평균 화염온도 1,900℃ 이하의 연소 가스를 생성하고 연소부(200)에 연결된 반응부(400)에 축 방향에 직각으로 분무되는 원료 탄화수소를 반응부(400)의 중심대에서 열분해시켜 카본블랙이 생성되고 이하는 통상적인 방법에 의해서 생성된 카본블랙을 냉각, 포집하는 것이다.

따라서 본 발명은, 화염의 조절로 하여 연료 및 공기량을 증가시키지 않고도 종래와 동일 품질의 카본블랙 증산을 가능하게 할 수 있다.

이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일실시 예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 반응로의 화염 조절장치는, 인 너부의 내부에 연소 화염의 형상을 제어할 수 있는 바이패스부와 이 바이패스부를 통과하는 공기의 량을 조절할 수 있는 개폐조절수단이 설치됨으로써, 연소 화염의 형상의 제어로 연료에 따른 연소 효율을 높임은 물론, 연소부의 내벽 내화물을 화염으로부터 보호할 수 있는 효과가 있다.

Claims

반응로의 화염 조절장치에 있어서,

상기 반응로의 인너부 내부에 관통 형성되어 예열된 공기의 일부가 통과하는 바이패스부와,

상기 바이패스부로 유입되는 공기량을 조절하여 연소부의 내벽을 높은 온도로부터 보호하고 화염의 길이가 조절되는 개폐조절수단을,

포함하는 반응로의 화염 조절장치.
제 1 항에 있어서,

상기 개폐조절수단은,

상기 인너부의 전면측으로 돌출 설치되는 너트하우징과

상기 너트하우징에 삽입되어 수평 이동되는 스크류축과,

상기 스크류축의 일단에 고정 설치되는 링 형상의 개폐부재로,

구성되는 반응로의 화염 조절장치.
제 2 항에 있어서,

상기 개폐부재가 설치되는 상기 스크류축의 타단에는 회전손잡이가 더 설치되는 반응로의 화염 조절장치.
제 1 항에 있어서,

상기 바이패스부의 출구측에는, 연료버너로부터 분사되는 액체연료를 상기 연소부에서 완전 연소가 이루어지도록 돕고 화염의 실화를 방지하는 화염유지부가 더 포함되는 반응로의 화염 조절장치.
제 4 항에 있어서,

상기 화염유지부는,

상기 바이패스부와 연통되는 바이패스홀이 형성된 플레이트를 매개로 설치되며, 내부 중앙에 상기 연료버너의 화염이 분출되는 버너오리피스와,

상기 버너오리피스로부터 단차지면서 출구측이 확장되는 확장오리피스로,

구성되는 반응로의 화염 조절장치.
제 4 항에 있어서,

상기 화염유지부는, 내화 타일(tile)의 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반응로의 화염 조절장치.