KR100655046B1 - 선회공기 발생장치를 구비한 미분탄 버너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선회공기 발생장치로서, 통로벽을 형성하는 지지벽과 상기 베인 사이에 형성된 틈으로 유입되어 들어가는 공기가 베인을 거치지 않기 때문에, 공기 선회량이 감쇄되는 감쇄 요인을 제거하여 선회수를 증가시키며, 압력 손실을 최소화할 수 있도록 하기 위해서,

복수개의 공기 통로가 구비되는 하우징;

상기 하우징의 중앙축에 배치되는 미분탄 분사 노즐 ;

유입부를 통해 상기 복수개의 공기 통로로 공기를 강제 유입하도록 하는 공기 유입 수단 ;

상기 공기 유입 수단에 의해 하우징 내부로 유입된 공기가 상기 공기 통로내로 유입되면서 공기 선회를 일으켜서 배출부로 선회 공기를 분사하도록 각도 조절이 가능한 복수개의 회전식 베인 ;

상기 복수개의 베인 각도를 동시에 조절하는 부재를 갖추고 있으며, 상기 공기 통로의 입구상에 배치되는 베인 구동 링크와 지지부로 구성된 복수개의 베인 지지 부재 ; 로 이루어진 선회공기 발생장치를 구비한 버너로서,

상기 복수개의 통로는 지지벽, 격벽에 의해 형성되며,

상기 하우징에 구비된 상기 공기 통로의 지지벽 또는 전면벽에 소정의 각도를 이루어 장착된 고정식 베인을 포함하여, 상기 베인과 상기 공기 통로의 지지벽들 사이로 선회되지 않고 유입되는 유동 공기의 선회를 일으키는 선회공기 발생장 치를 제공하여,

화석연료를 연소시키는 버너에서 유입되는 연소공기를 선회시킬 때 선회 발생기 주위로 누설되는 공기를 재 선회시킬 수 있는 장치를 부착하여 서회 발생 효율을 극대화하고, 버너의 과도한 압력 손실을 최소화할 수 있다.

버너, 미분탄, 선회, 베인, 송풍, 화로

Description

선회공기 발생장치를 구비한 미분탄 버너{Pulverized Coal Burner Having Radial Vane Swirler}

도 1은 종래 기술의 가변형 선회공기 발생장치를 장착한 버너를 예시한 사시도이다.

도 2a는 종래의 선회공기 발생장치가 장착된 버너의 단면을 예시한 개략도이다.

도 2b는 종래의 선회공기 발생장치의 3차 공기 선회 통로에서 선회되는 베인 구조물을 예시한 도면이다.

도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 고정식 베인이 통로벽에 장착된 선회공기 발생장치의 부분 단면을 예시한 부분 단면도이다.

도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 통로벽에 장착되는 고정식 베인의 배치 형태를 예시한 부분 단면도이다.

도 4a는 베인 각도 변화에 대한 선회수를 예시한 그래프이다.

도 4b는 압력 강하량 변하에 대한 공기 선회수를 예시한 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 설명>

5 : 하우징 6 : 배출부

7 : 전면벽 8 : 후면벽

9 : 유니버설 조인트 10,20 : 베인

11,21 ; 베인 구동 링크 12,22 : 지지부

14, 24 : 베인 경사각 조절부 25 : 미분탄 분사 노즐

30,31 : 송풍부 41,51 : 지지벽

60 : 제 2 통로 61,71 : 격벽

70 : 제 3 통로

본 발명은 선회공기 발생장치를 구비한 공기 미세 분말 버너에 관한 것으로서, 선회공기 발생장치내에 선회되지 않은 공기를 재선회시킬 수 있는 부재를 장착하여, 버너의 선회 감쇄요인을 제거하여 선회수를 증가시키며, 압력손실을 최소화할 수 있는 선회공기 발생장치를 구비한 미분탄 버너에 관한 것이다.

석탄등과 같은 화석 연료는 버너에 의해 연소되며 벽면연소 방식의 버너는 선회공기 발생장치, 예를들어 에어레지스터 장치를 구비하고 있다. 상기 선회공기발생장치를 장착하는 이유는 연소용 공기에 선회 유동을 일으킴으로써, 화로내의 버너 출구 중심축 상에 고온의 연소가스 재선회 영역을 형성시켜 분사되는 연료에 점화 원을 효율적으로 공급하도록 하는 것이다. 실제로 화로로 분사되는 연소공기의 선회강도 크기에 따라 연료와의 혼합 및 반응성이 달라지기 때문에 버너 내부의 선회공기 발생장치는 버너의 전체성능을 좌우하는 중요한 요소이다.

도 1은 종래 기술의 가변형 선회공기 발생장치를 장착한 버너를 예시한 사시도이다. 도 1에는 하우징이 없는 상기 가변형 선회공기 발생장치의 내부를 도시한 것이다.

통상적으로 선회공기 발생장치는 라디얼 베인 선회기(radial vane swirler)와 축방향 베인 선회기(axial vane swirler)가 주로 사용되며, 선회 조정이 필요한 경우에는 주로 가변형 선회공기 발생장치를 장착하고 있다.

저 NOx 버너에서는 최적의 연소분위기를 형성시키기 위해서 연소공기를 버너 내부에서 2차 및 3차로 분할하여 분사하기 때문에 각 분할 공기 유동을 위한 별도의 선회공기 발생장치가 장착되어 진다. 이러한 버너에서의 베인 선회기는 상기 하우징내에 분할된 공기 통로에 배치되어 공기를 선회시키게 된다. 상기 공기 통로는 하우징내에서 분할판과 지지벽에 의해 형성된다.

도 2a는 종래의 선회공기 발생장치가 장착된 버너의 단면을 예시한 개략도이다. 도 2b는 종래의 선회공기 발생장치의 3차 공기 선회 통로에서 선회되는 베인 구조물을 예시한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같은 전면벽(7) 및 후면벽(8) 사이에 선회공기 발생장치의 주요 부분이 개재되어 있으며, 도 2a에 도시된 바와 같이, 선회공기 발생장치는 하우징(5)에 의해 둘러쌓여 있다. 버너 하우징(5) 내부로 유입되는 연소공기는 선회공기 발생장치의 2차 공기 선회 통로(60) 및 3차 공기 선회 통로(70)를 통과하면서 버너 중심부에 위치한 노즐(25)을 통해 분사되는 연료 공기와 혼합되어 배출부(6)을 통해 화로내로 혼합하여 불어넣는다.

도 2b에 도시된 바와 같이, 배출부(6)를 중심으로 일정 반경의 거리를 두고 베인 구동 링크(21)가 형성되어 있고, 상기 베인 구동 링크(21)에 베인(20)의 지지부(22)가 개재되어 베인을 회전될수 있도록 지지하게 된다. 베인 경사각 조절부(24)를 조절함에 의해 상기 베인(20)은 유니버설 조인트(9)를 거쳐서 복수개의 베인(20) 전체를 동일각도로 회전시키도록 한다.

상기 가변형 선회공기 발생장치는 상기 하우징(5)내의 공기 통로(60, 70)내에서 소정의 각도로 회전이 가능하도록 배치되게 되는데, 상기 도 2a에 도시된 바와 같이, 상기 통로를 형성하는 지지벽(41)과 베인(10,20) 사이에는 일정 간격의 이격 거리가 형성되어 있어서, 상기 공기 통로(60,70)에서 베인(10,20)의 회전이 가능하도록 되어 있다.

그러나, 유동 공기가 하우징(5)내로 유입되어 제 2 차 통로(60) 및 제 3 차 통로(70)로 유입되어 베인(10,20)을 거쳐서 선회될 때, 상기 베인(10,20)과 지지벽(41,51)들 사이에 형성된 틈으로 유입되는 공기 유동이 존재하게 된다. 이 유동 공기는 베인(10,20)을 거치지 않고 통과되기 때문에 선회가 발생되지 않는다. 이러한 선회되지 않고 유입되는 유동 공기는 베인(10,20)에 의해 선회된 공기 유동에도 영향을 미쳐서 공기의 선회수를 감소시키게 된다.

통로벽을 형성하는 지지벽(41,51)과 상기 베인(10,20) 사이에 형성된 틈의 크기가 커질수록 선회 공기 감쇄량이 증가함을 알 수 있다. 이에따라, 공기 선회량이 줄어들어서 버너의 성능이 저하되게 되는 문제를 유발하게 된다.

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 통로벽을 형성하는 지지벽과 상기 베인 사이에 형성된 틈으로 유입되어 들어가는 공기가 베인을 거치지 않기 때문에, 공기 선회량이 감쇄되는 감쇄 요인을 제거하여선회수를 증가시키며, 압력 손실을 최소화할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 복수개의 공기 통로가 구비되는 하우징;

상기 하우징의 중앙축에 배치되는 미분탄 분사 노즐 ;

유입부를 통해 상기 복수개의 공기 통로로 공기를 강제 유입하도록 하는 공기 유입 수단 ;

상기 공기 유입 수단에 의해 하우징 내부로 유입된 공기가 상기 공기 통로내로 유입되면서 공기 선회를 일으켜서 배출부로 선회 공기를 분사하도록 각도 조절이 가능한 복수개의 회전식 베인 ;

상기 복수개의 베인 각도를 동시에 조절하는 부재를 갖추고 있으며, 상기 공기 통로의 입구상에 배치되는 베인 구동 링크와 지지부로 구성된 복수개의 베인 지지 부재 ; 로 이루어진 선회공기 발생장치를 구비한 버너로서,

상기 복수개의 통로는 지지벽, 격벽에 의해 형성되며,

상기 하우징에 구비된 상기 공기 통로의 지지벽 또는 전면벽에 소정의 각도를 이루어 장착된 고정식 베인을 포함하여, 상기 베인과 상기 공기 통로의 지지벽들 사이로 선회되지 않고 유입되는 유동 공기의 선회를 일으키는 선회공기 발생장치를 제공함에 의해 달성된다.

바람직하게는, 상기 공기 통로가 제 2 통로 및 상기 제 3 통로로 이루어지며, 상기 공기 통로 대응하여 복수개의 베인이 배치되어 있다.

또한 바람직하게는, 상기 제 2 통로 및 제 3 통로의 공기 유입부에 인접한 지지벽에 구비된 고정식 베인의 각도가 30 내지 45도이고, 상기 제 2 통로 및 제 3 통로의 공기 유입부에 인접한 지지벽에 구비된 고정식 베인의 각도가 45 내지 60도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 선회공기 발생장치를 구비한 공기 미세 분말 버너를 상세하게 설명하기로 한다.

도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 고정식 베인이 통로벽에 장착된 선회공기 발생장치의 부분 단면을 예시한 부분 단면도이다. 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 통로벽에 장착되는 고정식 베인의 배치 형태를 예시한 부분 단면도이다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 선회공기 발생장치는 배출부(6)를 중심으로 하우징(5)으로 차폐된다. 상기 배출부(6)의 중심에는 오일건(20)이 배치되어 있고 이것을 중심으로 외측에 미분탄 분사 노즐(25)이 배치된다. 상기 미분탄 분사 노즐(25) 외측과 상기 하우징(5) 사이에는 제 2 통로(60) 및 제 3 통로(70)가 구비되어 있다. 상기 제 2 통로(60)는 지지벽(41) 및 격벽(61,71)에 의해 나뉘어지며, 상기 제 3 통로(70)는 지지벽(51), 격벽(71) 및 전면벽(7)에 의해 나뉘어져서 하우징(5)내에 형성된다.

선회공기 발생장치의 상기 제 2 통로(60)의 길이 방향 폭 보다 작은 크기의 베인(10)이 상기 제 2 통로(60)의 공기 유입구 쪽에 배치되게 된다. 또한, 선회공 기 발생장치의 상기 제 3 통로(70)의 길이 방향 폭 보다 작은 크기의 베인(20)이 상기 제 3 통로(70)의 공기 유입구 쪽에 배치되게 된다.

상기 베인(10)은 각각 하우징(5)내의 제 2 통로(60)용 베인 구동 링크(11)의 지지부(12)에 의해 회전되도록 연결되어, 도 2a에 도시된 바와 같은 베인 경사각 조절 부재(14)에 의해 복수개의 베인(10) 전체가 경사를 이루어 상기 제 2 통로(60)의 유입부에 배치된다. 또한, 상기 베인(20)은 각각 하우징(5)내의 제 3 통로(70)용 베인 구동 링크(21)의 지지부(22)에 의해 회전되도록 연결되어, 도 2a에 도시된 바와 같은 베인 경사각 조절 부재(24)에 의해 복수개의 베인(20)이 동시에 목적한 경사각으로 경사를 이루어 상기 제 3 통로(70)의 유입부에 배치된다.

한편, 미분탄 분사 노즐(25)의 통로(36)로 미분탄을 이송하기 위한 송풍부(31)가 하우징(5)의 하측에 배치되며, 제 2 통로(60) 및 제 3 통로(70)로 공기 유입을 위해서, 송풍부(30)가 하우징(5)의 다른 하측에 배치되어 공기를 강제로 유입하게 된다.

이러한 구성에 따라, 미분탄과 공기는 송풍부(31)에 의해 미분탄 분사 노즐(25)의 통로(36)내로 강제로 유동되어 유입되어 배출부(6)으로 배출되어 나간다. 또한 공기가 송풍부(30)에 의해 하우징내의 제 2 통로(60) 및 제 3 통로(70)의 유입부에 배치된 베인(10,20)을 거쳐서 강제로 유입되면서, 공기가 제 2 통로(60) 및 제 3 통로(70)에서 선회되어 배출부(6)에서 상기 통로(36)에서 배출되어 나온 미분탄 및 공기 분사류와 혼합되어 나간다.

본 발명의 일 실시예에 따라, 제 2 통로에서의 베인(10)과 인접한 부분의 양 측 지지벽(41)에 고정식 베인(100, 110)이 배치된다. 고정식 베인(100)은 노즐(5)에 인접해서 지지벽(41)상에 경사를 이루어 배치되고, 다른 고정식 베인(110)은 전면벽(7)은 제 3 통로(70)에 인접해 있는 지지벽(41)상에 경사를 이루어 배치된다. 상기 고정식 베인(100,110)은 베인(10)이 회전될 때, 서로 부딪히지 않도록 도 3a에 도시된 바와 같이 이격되는 것이 바람직하며, 특히, 최소의 거리로 이격되는 것이 바람직하다.

이러한 구조에 따라, 일부 유동 공기는 공기 유입 수단인, 송풍부(30)에 의해 상기 제 2 통로(60)의 유입부에 배치된 베인(10)을 거쳐서 제 2 통로(60) 내부로 유입되며, 상기 베인(10)과 지지벽(41)사이의 틈으로 빠져나오면서 베인(10)을 거치지 않은 다른 일부의 유동 공기는 상기 고정식 베인(100,110)을 거치면서 강제 선회되어 제 2 통로(60)로 강제 유입되어 베인(10)을 통과하여 선회되는 공기와 혼합되게 된다.

이에 대응하여, 제 3 통로의 베인(20)과 인접한 부분의 지지벽(51)상에는 고정식 베인(101)이 경사를 이루어 배치되고, 전면벽(7)에는 다른 고정식 베인(111)이 경사를 이루어 배치된다. 제 3 통로내의 고정식 베인(101,111)도 베인(20)과 서로 부딪히지 않도록 하는 거리, 바람직하게는, 최소의 거리로 이격되어 배치되어야 한다.

이러한 구조에 따라, 공기 송풍부(30)에 의해 상기 제 3 통로(70)의 유입부에 배치된 베인(20)을 거쳐서 제 3 통로(70)로 강제 유입되며, 상기 베인(20)과 지지벽(51)과 전면벽(7)사이의 틈으로 빠져나오면서 베인(20)을 거치지 않은 다른 일 부의 유동 공기는 상기 고정식 베인(101,111)을 거치면서 강제 선회되어 제 3 통로(70)로 유입되어 베인(20)을 통과하여 선회되는 공기와 혼합되게 된다. 최종적으로, 미분탄 분사 노즐(25)에서 빠져나가는 미세 연료 분말 혼합공기와 제 2 통로(60)와 제 3 통로(70)에서 나가는 선회공기가 혼합되어 배출부(6)에서 빠져나간다.

이때, 상기 제 2 통로(60) 및 제 3 통로(70)에서의 베인(10,20)의 각도는 다르게 설정하는것이 바람직한데, 상기 제 2 통로(60) 및 제 3 통로(70)의 노즐(25)측에 인접한 측의 고정식 베인(100,101)은 30 내지 45도로 배치하고, 상기 제 2 통로 및 제 3 통로의 노즐측에서 떨어져 있는 측의 고정식 베인(110,111)은 45 내지 60도로 배치하는 것이 바람직하다.

도 4a는 베인 각도 변화에 대한 선회수를 예시한 그래프이다. 도 4b는 압력 강하량 변하에 대한 공기 선회수를 예시한 그래프이다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고정식 베인(100,101,110,111)이 설치된 경우에는 점선으로 표시된 바와 같이, 베인 각도의 증가에 따라 선회수가 증가함을 알 수 있다. 그러나, 고정식 베인이 설치되지 않아서, 공기가 베인을 거치지 않고 누설되는 경우에는 베인 각도에 따라 선회수는 비례하여 증가하다가, 임계각을 넘어가면 선회수는 갑자기 떨어지게 됨을 알 수 있다.

도 4b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고정식 베인이 설치된 경우에는 압력강하량이 증가할 때에는 고정식 베인이 설치되지 않은 경우에 비해서 발생 선회수가 월등히 증가하게 됨을 알 수 있다. 즉 동일한 선회수를 얻기 위해서는 고정식 베인이 설치되지 않은 경우가 압력 강하가 커져서 동력이 보다 더 소모된다는 것을 알 수 있다.

이와같이, 본 발명의 고정식 베인이 장착된 선회공기 발생장치를 제공함에 의해, 베인을 거치지 않고 복수개의 통로로 유입되어 공기가 선회되지 않음으로써, 베인을 거쳐서 선회된 유동 공기의 선회수를 감소시켰던 부분을 완전히 해소하여, 베인을 거치지 않고서 통로로 유입된 유동 공기가 고정식 베인을 거쳐서 통로내로 선회되어 유입됨으로써, 선회수를 증가시키게 된다.

이상과 같이, 화석연료를 연소시키는 버너에서 유입되는 연소공기를 선회시킬 때 선회 발생기 주위로 누설되는 공기를 재 선회시킬 수 있는 장치를 부착하여 선회 발생 효율을 극대화하고, 버너의 과도한 압력 손실을 최소화할 수 있다. 그리고, 공기 선회 장치의 선회 발생 범위가 확장되어 저급 연료 연소, 비정상 운전 조건등에 대한 버너의 대응성 강화 및 화염 조정 영역의 확대 효과를 가져올 수 있다. 또한 종래의 공기 선회 장치에 요구되었던 것에 비해서 압력 강하량이 작아져서 연소공기를 공급하는 송풍계통의 부하를 줄일 수 있는 장점을 가진다.

또한, 과도한 장치 교체 비용없이 종래의 가변형 공기 선회 장치를 개선시킬 수 있는 효과가 크며, 화염 안정성 확대를 위해서 고선회 발생이 필요한 경우에도 적용이 용이하다.

본 발명은 편의상 첨부된 예시도면에 의거 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 이에 국한되지 않고 본 발명의 기술적 사상의 범주내에서 여러가지 변형 및 수정이 가능함은 자명한 사실이다.

Claims (3)

1. 복수개의 공기 통로가 구비되는 하우징(5) ;

   상기 하우징(5)의 중앙축에 배치되는 미분탄 분사 노즐(25) ;

   유입부를 통해 상기 복수개의 공기 통로로 공기를 강제 유입하도록 하는 공기 유입 수단(30,31) ;

   상기 공기 유입 수단(30,31)에 의해 하우징(5) 내부로 유입된 공기가 상기 공기 통로내로 유입되면서 공기 선회를 일으켜서 배출부(6)로 선회 공기를 분사하도록 각도 조절이 가능한 복수개의 회전식 베인(10,20) ;

   상기 복수개의 베인(10,20) 각도를 동시에 조절하는 부재(14,24)를 갖추고 있으며, 상기 공기 통로의 입구상에 배치되는 베인 구동 링크(11,21)와 지지부(12,22)로 구성된 복수개의 베인 지지 부재 ; 로 이루어진 선회공기 발생장치를 구비한 버너로서,

   상기 복수개의 통로는 지지벽(41,51), 격벽(61,71)에 의해 형성되며,

   상기 하우징(5)에 구비된 상기 공기 통로의 지지벽(41,51) 또는 전면벽(7)에 소정의 각도를 이루어 장착된 고정식 베인(100,101,110,111)을 포함하여, 상기 베인(10,20)과 상기 공기 통로의 지지벽(41,51)들 사이로 선회되지 않고 유입되는 유동 공기의 선회를 일으키는 것을 특징으로 하는 선회공기 발생장치를 구비한 미분탄 버너.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 공기 통로가 제 2 통로(60) 및 상기 제 3 통로(70)로 이루어지며, 상기 공기 통로(60,70)에 대응하여 복수개의 베인(10,20)이 배치되는 것을 특징으로 하는 고정식 베인을 구비한 미분탄 버너.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 제 2 통로(60) 및 제 3 통로(70)의 공기 유입부에 인접한 지지벽(41,51)에 구비된 고정식 베인(100,101)의 각도가 30 내지 45도이고, 상기 제 2 통로(60) 및 제 3 통로(70)의 공기 유입부에 인접한 지지벽(41,51)에 구비된 고정식 베인(110,111)의 각도가 45 내지 60도인 것을 특징으로 하는 고정식 베인을 구비한 미분탄 버너.

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