KR100800542B1

KR100800542B1 - 다공형 노즐의 보안 버너

Info

Publication number: KR100800542B1
Application number: KR1020010051767A
Authority: KR
Inventors: 한건우; 조길원; 임덕희; 임재필
Original assignee: 주식회사 포스코; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2001-08-27
Filing date: 2001-08-27
Publication date: 2008-02-04
Also published as: KR20030018184A

Abstract

본 발명은 산업용 연소 분야 그 중에서도 특히 가스 연료를 사용하는 연소기기 중 발전소의 보일러에 적용되는 버너와 같은 대형 버너(연소용량 수백만kcal/hr 이상)의 보안 연료로 사용되는 가스 연료가 현재 사용되는 연료보다 저열량으로 바뀌거나 보안 버너의 연소 용량을 감소시킬 경우에 주 버너의 실화를 방지하고 화염 안정성과 연소 안전성을 확보할 수 있도록 한 다공형 노즐의 보안 버너에 관한 것이다.

특히, 산업용 대형 버너의 착화를 유도하고, 연소 공정 중 실화를 방지하며, 주 버너의 화염 및 연소의 안정성을 확보하기 위하여 COG(Coke Oven Gas) 또는 CFG(COREX Furnace Gas)를 보안 연료로 사용하는 보안 버너에 있어서,

전방 외주연에 수나사홈(12)이 형성되어 있는 원통형의 연료주입관(10)과;

선단과 이와 인접한 외주면에 각각 다수개의 연료 분출공(16)이 형성되어 있으며, 개구된 후방 내주연으로는 상기 연료주입관(10)의 수나사홈(12)과 체결되는 암나사홈(18)이 형성되어 있는 다공형 노즐(14)을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

보안 버너, 연료 주입관, 다공형 노즐

Description

다공형 노즐의 보안 버너{Stabilizer with multi-hole nozzle}

도 1은 본 발명에 따른 다공형 노즐의 보안 버너의 구성상태를 도시한 분해 사시도,

도 2는 종래의 보안 버너의 구성상태를 도시한 분해 사시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 :연료주입관 12 :숫나사홈

14 :다공형 노즐 16 :암나사홈

18 :연료분출공

본 발명은 다공형 노즐의 보안 버너에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 산업용 연소 분야 그 중에서도 특히 가스 연료를 사용하는 연소기기 중 발전소의 보일러에 적용되는 버너와 같은 대형 버너(연소용량 수백만kcal/hr 이상)의 보안 연료로 사용되는 가스 연료가 현재 사용되는 연료보다 저열량으로 바뀌거나 보안 버너의 연소 용량을 감소시킬 경우에 주 버너의 실화를 방지하고 화염 안정성과 연소 안전성을 확보할 수 있도록 한 다공형 노즐의 보안 버너에 관한 것이다.

일반적으로 종래의 보안 버너는 도 2에 도시된 바와 같이 전,후로 관통형성되어 있되, 전방에는 연료분출구(1)가 형성되어 있는 연료주입관(2)으로 이루어져 있다.

이는, 주 버너의 연료와 동일 수준 이상의 연소성을 지닌 연료를 주 연소용량의 10% 정도 보안 연료로 공급할 수 있도록 하는 것이나 실사용시 연료의 수급 상황이 나빠질 경우 고가의 상용 연료를 보안 연료로서 공급시켜야 하는 문제점이 있었고, 또한, 보안 연료가 상대적으로 과다하게 공급되어 불필요한 에너지 낭비를 유도하는 등의 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 안출한 것으로, 그 목적은 산업용 연소 분야 그 중에서도 특히 가스 연료를 사용하는 연소기기 중 발전소의 보일러에 적용되는 버너와 같은 대형 버너(연소용량 수백만kcal/hr 이상)의 보안 연료로 사용되는 가스 연료가 현재 사용되는 연료보다 저열량으로 바뀌거나 보안 버너의 연소 용량을 감소시킬 경우에 주 버너의 실화를 방지하고 화염 안정성과 연소 안전성을 확보할 수 있도록 한 다공형 노즐의 보안 버너를 제공하는데 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성시키기 위한 기술적 사상으로는,
산업용 대형 버너의 착화를 유도하고, 연소 공정 중 실화를 방지하며, 주 버너의 화염 및 연소의 안정성을 확보하기 위하여 COG(Coke Oven Gas) 또는 CFG(COREX Furnace Gas)를 보안 연료로 사용하는 보안 버너에 있어서,
전방 외주연에 수나사홈(12)이 형성되어 있는 원통형의 연료주입관(10)과;

선단과 이와 인접한 외주면에 각각 다수개의 연료 분출공(16)이 형성되어 있으며, 개구된 후방 내주연으로는 상기 연료주입관(10)의 수나사홈(12)과 체결되는 암나사홈(18)이 형성되어 있는 다공형 노즐(14)을 포함하여 구성된 것이 제시된다.

삭제

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명인 다공형 노즐의 보안 버너를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 다공형 노즐의 보안 버너의 구성상태를 도시한 분해 사시도이다.

참고로 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 고안의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단될 경우에는 그 상세한 설명을 생략하였다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운영자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다.

그러므로, 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도시된 바와 같이 본 발명은 크게 주 노즐이라 할 수 있는 연료주입관(10)과 화염을 안정적으로 유지시켜주는 다공형 노즐(14)로 분할 구성되어 있다.

여기서, 상기 연료주입관(10)은 전방 외주연에 수나사홈(12)이 일체로 형성되어 있고, 다공형 노즐(14)은 선단과 이와 인접한 외주면에 각각 다수개의 연료 분출공(16)이 형성되어 있으며, 다공형 노즐(14)은 개구된 후방 내주연으로는 연료주입관(10)의 전방 외주연에 위치한 수나사홈(12)과 체결을 취할 수 있는 암나사홈(18)이 일체로 구성되어 있다.

이와 같이 구성되어 있는 본 발명은 상기 연료주입관(10)에서 분출된 연료는 다공형 노즐(14) 부근에서 화염을 형성하고, 다공형 노즐(14)은 연료의 분사 속도를 낮추어 주며 안정적 화염을 형성하고 유지시키는 작용을 한다.

이를 이해를 돕기 위해 실시예를 통해 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

(실시예)

하기의 표 1은 제철소의 부생 가스 중 하나인 COG(Coke Oven Gas, 코크스로 가스)와 CFG(COREX Furnace Gas, 코렉스로 가스)의 기본 물성을 나타내는 표이다.

COG와 CFG의 물성 비교.

물성		COG	CFG
성분	H₂	56.4	19.2
	CO	8.4	43.28
	N₂	2.3	0.9
	CO₂	3.1	35.12
	CH₄	26.6	-
	C₂H₄	2.9	-
	O₂	0.3	-
	H₂O	-	1.5
공기에 대한 비중		0.36	0.95
발열량[k㎈/Nm³]		4,400	1,800
대기중 폭발범위[%]		5-28	13-69
인화점[℃]		600	630

여기서, COG는 여러 발전소 보일러의 주 연료로 사용되고 있으며, 또한 제철 부생 가스 중 가장 높은 열량을 지니고 있어 보안 연료로도 사용되고 있다.

하기의 표 2는 발전소의 보일러에 쓰이는 임의의 보안 버너(실제 연소 용량은 300만kcal/hr 이상)를 down-scaling하여 제작한 버너에서 1만kcal/hr의 연소 용량을 갖도록 연료를 공급하고 각각 종래형 노즐을 채용한 보안 버너에서 COG 및 CFG를 연소시킬 때의 착화성 및 연소성을 나타낸다.

그리고, 이 연소조건에서 COG 및 CFG의 유량은 각각 2.27Nm3/hr와 5.56Nm3/hr이고, 공기의 유량은 공히 180Nm3/hr 이다.

종래 버너를 이용한 연소 특성.

노즐기호	COG		CFG
노즐기호	연료유속[m/s]	착화성	연료유속[m/s]	착화성
K01	29.5	O	72.1	착화불능
K02	5.0	O(부상)	12.3	O
K03	13.4	O	32.8	착화불능
K04	12.1	O	29.5	O
K05	63.7	O	155.7	착화불능
K09	8.0	불안정	19.7	O
K14	16.1	O	39.3	착화불능

하기의 표 3은 본 발명에서 개발한 다공형 노즐을 채용하고 COG 및 CFG를 연소할 때 착화유지성을 나타낸다.

다공형 버너를 이용한 연소특성

노즐 기호	노즐의 사양 (정면/측면 면적비) (연료분출공 직경) (정면/측면분출공수)	COG			CFG
		연료유속 [m/s]	연소용량 [k㎈/hr]		연료유속 [m/s]	연소용량 [k㎈/hr]
		연료유속 [m/s]	3,000	10,000	연료유속 [m/s]	3,000	10,000
M01	7/3 - 2.0mm - 37/16	4.0	O	O	10.0	O	O
M02	3/7 - 2.0mm - 16/37	4.0	O	O	10.0	O	O
M10	7/3 - 3.0mm - 16/7	4.0	O	O	10.0	O	O
M11	3/7 - 3.0mm - 7/16	4.0	O	O	10.0	O	O
M19	7/3 - 1.0mm - 148/63	4.0	O	O	10.0	O	O
M20	3/7 - 1.0mm - 63/148	4.0	O	O	10.0	O	O

여기서, 다공형 노즐은 10,000kcal/hr 연소시 CFG 유속 10m/s를 기준으로 정면 및 측면 분출 면적의 비, 연료 분출공(hole)의 크기의 변화에 따라 제작하였다.

참고로 본 발명은 앞에서 설명한 내용만으로 한정되지 아니하며 본 발명의 청구범위와 명세서 및 도면에 나타나는 기술적사상의 범위내에서 변형실시 가능함을 밝혀둔다.

이와 같이 본 발명의 다공형 노즐을 채택한 보안 버너 연소의 경우, 상대적으로 고열량인 COG의 경우 연료 유속이 약 10m/s 미만인 경우 발생하던 종래형 노즐의 착화/연소의 불안정성(부상, 착화불능) 문제를 해결하였다.

또한, CFG 연소의 경우 종래의 노즐 사용시에는 연료의 유속이 상대적으로 높아 보안 연소 용량이 변화할 경우 발생하던 착화 불가능의 문제를 연료의 유속을 매우 낮추고(10m/s) 다공형 노즐을 채용함으로써 노즐의 후단에 다수 개의 와류를 형성하여 화염을 안정되게 유지하여 문제의 해결이 가능하였다.

따라서, 본 발명의 다공형 보안 연료 노즐을 설치하면 적절한 유속 범위에서 현재 사용중인 보안 연료보다 약 30% 정도 수준의 저열량을 지니는 가스로 대체하여도 착화 및 연소의 안정성을 달성할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Claims

산업용 대형 버너의 착화를 유도하고, 연소 공정 중 실화를 방지하며, 주 버너의 화염 및 연소의 안정성을 확보하기 위하여 COG(Coke Oven Gas) 또는 CFG(COREX Furnace Gas)를 보안 연료로 사용하는 보안 버너에 있어서,

전방 외주연에 수나사홈(12)이 형성되어 있는 원통형의 연료주입관(10)과;

선단과 이와 인접한 외주면에 각각 다수개의 연료 분출공(16)이 형성되어 있으며, 개구된 후방 내주연으로는 상기 연료주입관(10)의 수나사홈(12)과 체결되는 암나사홈(18)이 형성되어 있는 다공형 노즐(14)을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 다공형 노즐의 보안 버너.