KR100839458B1 - 중질유의 유화 및 중질유와 유화유의 연소장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 중질유의 유화 및 중질유와 유화유의 연소장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 중질유를 직접 연소하거나, 장치에서 직접 유화하여 유화된 유화유를 고온 고압의 수증기로 유화유 및 연료유를 미세한 입자로 분해시키며, 동시에 초미립화 되고, 연료유를 버너에 의해 연소하여 수성가스 반응과 미세폭발 반응으로 완전 연소를 촉진시켜 공해방지와 연료절약을 할 수 있는 것으로서, 연료유(1)는 저장탱크(2)에 저장된체 예열자켓(3)으로 감싸여져 있는 송유관을 통하여 연료 공급밸브(6)와 유화기(7)를 걸쳐 보일러(13)의 연소버너(8), 분사노즐(9)로 연결되어 있고, 전기히터(22)가 구비된 스팀 및 열수공급탱크(18)는 수위(23)가 유지되도록 원수가 공급되는 원수관(20)이 연결되어 있으며, 상기 스팀 및 열수공급탱크(18)는 상기 예열자켓(3), 열수공급밸브(5)를 통하여 유화기(7), 보일러(13)의 연소버너(8), 분사노즐(9)로 연결시키는 열수공급관(4)이 연결되어 있고, 또한 상기 스팀 및 열수공급탱크(18)는 열수공급관(16)과 스팀발생부(12) 및 스팀공급관(15)이 각각 연통되는 구조로 이루어져 있고, 상기 스팀발생부(12)에서 발생된 스팀은 상기 스팀공급관(15)을 통하여 스팀 및 열수공급탱크(18)와 스팀압력조절밸브(21)가 장치된 스팀관(14)을 통하여 상기 연소버너(8)로 연통되는 구조로 이루어져 있으며, 상기 스팀 및 열수공급탱크(18)로 연결된 원수관(20)에는 상기 예열자켓(3)과 열수순환밸브(11)가 장치된 열수순환관(4')과도 연통되는 구조로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.
중질유, 폐유, 유화유, 연소장치

Description

중질유의 유화 및 중질유와 유화유의 연소장치{The burning system of heavy oil and emulsion oil and emulsion of heavy oil}
도 1은 본 발명의 연소장치를 나타낸 공정 개략도이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명.
1 : 연료유 2 : 저장탱크
3 : 예열자켓 4 : 열수 공급관
4' : 열수 순환관 5 : 열수 공급밸브
6 : 연료유 공급밸브 7 : 유화기
8 : 연소버너 9 : 분사노즐
11 : 열수 순환밸브 12 : 스팀발생부
13 : 보일러 14 : 스팀관
15 : 스팀공급관 16 : 열수 공급관
18 : 스팀 및 열수 공급탱크 20 : 원수관
21 : 스팀압력 조절밸브 22 : 전기히터
본 발명은 중질유의 유화 및 중질유와 유화유의 연소장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 중질유, 폐유, 폐식용유(이하, 혼합 중질유로 표기한다)를 직접 연소하거나, 장치에서 직접 유화하여 유화된 유화유를 고온 고압의 수증기로 유화유 및 연료유를 미세한 입자로 분해시키며, 동시에 초미립화 되고, 연료유를 버너에 의해 연소하여 수성가스 반응과 미세폭발 반응으로 완전 연소를 촉진시켜 공해방지와 연료절약, 고효율의 열량 발생, 폐자원 재활용 등, 경제적 이익을 얻을 수 있는 중질유의 유화 및 중질유와 유화유의 연소장치에 관한 것이다.
통상적으로, 에너지 절약과 공해문제로 인한 연료정책의 일환으로 연료의 황함량을 줄여나가는 저황유의 보급과 고체연료로부터 액체 또는 기체 연료로의 전환에 많은 노력과 연구개발이 활발히 진행되고 있다.
특히, 석유연료로 인한 대기오염은 생태계에 대한 피해라는 기존의 관점에서 WTO체제 출범과 OECD 및 그린라운드(GR)라는 새로운 무역장벽으로 대체에너지 및 무공해 연료개발 연구에 힘쓰고 있으나 마땅한 대체 연료개발이 미흡한 실정이다.
이러한 가운데 우리나라에서는 2007년부터 정부에서 농가에 면세유 공급을 중단하기로 함에 따라 농가의 에너지 보급 문제가 심각하게 대두되고 있으며, 또한 각종 산업 현장 및 가정에서 발생하는 폐유 및 폐식용유 등의 폐액을 환경오염을 유발하지 않고 처리하고 대체에너지의 원료로써 제조가 가능하여 환경오염 방지 및 경제적인 효과를 얻을 수 있는 기술의 개발이 시급한 상황에 놓여 있으나 기존의 중질유 연소장치는 그 효율이 떨어지고, 불완전 연소로 인한 대기오염 문제와 중질유의 동점도가 낮아 항상 굳어있는 상태에서 가열하여 녹여서 사용하는 등 여러 문제점을 가지고 있었다.
본 발명은 이러한 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하기 위하여, 중질유의 유화 및 중질유와 유화유를 연소하기 위한 연소장치로서 자체의 연소열을 이용하여 고압의 수증기를 발생시켜 연료유의 예열을 돕고, 연소기의 노즐 분사압력용 가스로 사용함으로서 연료유를 수성가스 화하여 연소효율을 높이고, 완전연소를 통하여 공해 배기가스 물질의 배출을 환경기준 이하로 낮출 수 있는 연소장치를 제공함에 있다.
특히, 공해방지에 있어서는 매연, 분진, 일산화탄소, 탄화수소 등의 발생을 방지하고 고온 고압의 수증기로 인해 과잉공기비 감소로 SO2 의 SO3 에의 전환율을 저하시키고, 연소화염이 백열화되고, 복사열이 증가하여 공해 방지 및 연료절약에 기여할 수 있고, 폐자원을 재활용 할 수 있는 중질유의 유화 및 중질유와 유화유 의 연소장치를 제공하기 위한 것이다.
이하, 첨부된 도면에 의하여 설명하면, 도 1은 본 발명의 연소장치를 나타낸 공정 개략도이다
도시된 바와 같이, 연료유(1)(예, 중질유, 폐유, 폐식용유 등)는 저장탱크(2)에 저장된 채 예열자켓(3)으로 감싸여져 있는 송유관을 통하여 연료 공급밸브(6)와 유화기(7)를 거쳐 보일러(13)의 연소버너(8), 분사노즐(9)로 연결되어 있고, 전기히터(22)가 구비된 스팀 및 열수공급탱크(18)는 수위(23)가 유지되도록 원수가 공급되는 원수관(20)이 연결되어 있으며, 상기 스팀 및 열수공급탱크(18)는 상기 예열자켓(3), 열수공급밸브(5)를 통하여 유화기(7), 보일러(13)의 연소버너(8), 분사노즐(9)로 연결시키는 열수공급관(4)이 연결되어 있고, 또한 상기 스팀 및 열수공급탱크(18)는 열수공급관(16)과 스팀발생부(12) 및 스팀공급관(15)이 각각 연통되는 구조로 이루어져 있고, 상기 스팀발생부(12)에서 발생된 스팀은 상기 스팀공급관(15)을 통하여 스팀 및 열수공급탱크(18)와 스팀압력조절밸브(21)가 장치된 스팀관(14)을 통하여 상기 연소버너(8)로 연통되는 구조로 이루어져 있으며, 상기 스팀 및 열수공급탱크(18)로 연결된 원수관(20)에는 상기 예열자켓(3)과 열수순환밸브(11)가 장치된 열수순환관(4')과도 연통되는 구조로 이루어져 있다.
미 설명부호 19는 스팀압력계이다.
상기 본 발명을 통한 혼합 중질유는 고온 고압의 수증기로 인해서, 유화유는 이미 함유된 물에 의해서 기름 중에 10 미크론 이하의 미세한 수적(물방울)으로 변 하여 유중수적(油中水滴) 또는 수중유적(水中油滴)의 상태로 되어 있고, 연소로 내의 분사된 유적 중에 함유된 수적이 고열의 수증기에 의해 가열되어 팽창하면서 폭발적으로 기화되어 유화유를 사방으로 비산시키고, 더욱 미세하게 분산시켜 완전 연소를 촉진시키게 된다.
일반적으로 물을 분사하여 사용하는 방법과 전혀 다른 현상의 초미립화된 유화유는 공기와 접촉면적을 증대하여 고온 고압의 수증기로 인해 과잉 공기 비를 감소시켜 급속한 완전연소를 이루게 한다.
또한, 물의 기화 잠열에 의한 화염의 냉각작용과 탄소에 대한 물의 작용으로 연소 카본의 감소효과를 가져오며, 화학적, 물리적 작용으로 매연과 NOx 및 탄화수소의 함량을 감소시킬 수 있다.
유화유의 수적은 10미크론 정도로 수분함량은 10∼30%를 함유하고 있으며, 유적 중에 수 미크론의 수적이 다수 함유되어 있다. 즉, 수분 20%의 유화유는 유적 1개의 직경이 50미크론이라면 직경 3미크론의 수적은 900여 개가 함유된다.
그리고, 유화가 안된 일반 혼합 중질유도 고온 고압의 수증기로 인해 위와 비슷한 과정을 거쳐 반응이 진행된다.
L.P.G 가스의 경우 연소가스 중 수분함량은 19-20%로서 유화유와 비슷한 수분함량을 갖고 있어서, 물을 첨가한 유화유의 연소와 고온 고압의 수증기로 인한 혼합 중질유도 일반 연료유보다 연소효율이 매우 높다.
물의 반응은 "C＋H2O→CO＋H2 →CO2 ＋H2O" 으로 이것이 수성가스의 반응이다.
고온에서 물분자와 고온의 연료유 중의 탄소가 물과 반응하여 CO와 H원자를 형성하게 된다. 그러므로 탄소를 감소시키며 연소 효율을 증대시킬 수 있다.
보일러의 연소시 발생하는 질소산화물은 대부분 NO와 NO2 이며 양자를 합하여 NOx 라 한다. 고온 고압의 수증기로 인한 혼합 중질유와 유화유도 연료 중에 함유된 수분이 균일하게 미립화되어 화염전체에 국소 고온역의 생성을 억제하고, 체적비로 20-30%의 수분이 증발 잠열에 의해 연소온도를 저하시킨다. 물 입자는 탄소 입자와 수성가스 반응으로 흡열작용과 국소고온 방지 작용을 함으로써 NOx 의 생성을 억제한다. 이러한 NOx 의 생성연소 감소방식으로 공해를 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 연소장치는 보일러 및 공업용로로 사용될 때 40∼75%의 NOx 생성을 감소시킬 수 있다. 또한, 미립화된 유적의 광대해진 표면적에 의하여 공기 접촉이 용이하게 되므로 적은 공기비라도 연소가 가능하고, 따라서 50% 이상의 매연을 감소 시킬 수 있다. 일반적으로 물 50% 첨가하면 매진농도는 1/2 정도로 감소한다. 본 발명의 연소장치는 이와같은 원리로 매연발생이 현저히 감소하므로 전열면의 오염이 감소되고, 고온 고압의 수증기로 인해 과잉 공기비를 내림으로써 약 30%의 연료를 절감시킬 수 있다.
본 발명의 연소장치에 의한 가스연소의 화염은 투명한 불휘염(Non-luminous Flame)으로 연소되며, 일반 연소장치나 중질유의 화염은 황색으로 빛나는 불투명한 불휘염으로 부유탄소 입자가 존재하는 화염이지만 본 발명의 연소장치에 의한 화염은 가스와 같은 휘염으로 가스연소와 같은 화염으로 연소된다.
혼합 중질유는 고온 고압의 수증기로 인해서, 유화유는 이미 함유된 물에 의 해서, 버너에서 분무가 원활하게 이루어지며, 물과 함께 초미립화된 유적은 연소화염이 단염화되어 연소속도가 빨라지고, 물의 입자가 고열에 의해 연쇄적으로 폭발 되면서 연료가 더욱 미립화 되어 재분산 되므로 완전 미세화 된 가스(GAS)연소와 같은 연소화염을 형성하여 완전연소에 이르게 한다.
이상과 같은 본 발명의 연소장치를 도면에 의거하여 자세히 설명하면, 중질유를 본 장치에서 직접 유화하여 연료로 사용하는 경우에 가동 초기의 열수는 스팀 및 열수공급 탱크(18)의 보조 전기히터(22)를 통하여 가열된 후, 열수 공급관(4)으로 보내어지게 되고, 연료유 저장탱크(2)에 저장되어 있는 연료유(1)는 상기 전기히터(22)에 가열된 열수가 예열자켓(3)을 통과하며, 열교환에 의해 저점도로 용해되어 연료유공급밸브(6)에 의해, 상기 열수공급밸브(5)와 함께 혼합비(예를 들면, 열수 30%와 연료유 70%)를 맞추어 조절되어 유화기(7)로 공급되어 진다.
상기 유화기(7)에서는 열수와 연료유가 강제로 혼합되어 유화유가 되며, 유화된 유화유는 연소버너(8)에서 분사노즐(9)을 통해 분사, 연소 된다. 이 연소되는 화염은 스팀발생부(12)를 순간적으로 급가열하여 스팀를 발생하게 하고 이와 같이 발생된 스팀은 스팀공급관(15)를 통하여 스팀 및 열수공급 탱크(18)와 스팀압력 조절밸브(25)를 통하며 약 3~10㎏/㎠의 압력으로 스팀관(14)를 통과, 연소버너(8)로 공급되어 고온고압의 스팀이 연료유를 분사노즐(9)을 통하여 고압 분출되게 한다.
이때, 상기 스팀의 압력이 3㎏/㎠일 때 스팀의 온도는 약 130℃이고, 5㎏/㎠일 때 스팀의 온도는 약 150℃이며, 10㎏/㎠일 때 스팀의 온도는 약 180℃이다. 스팀의 온도가 180℃이상이면 더 효과적이겠으나, 우선 압력이 너무 높아 위험하고, 압력유지가 어려워지게 된다.
한편, 스팀 및 열수공급 탱크(18)에는 가열된 스팀공급관(15)과 열수공급관(16) 사이에 있는 수위(23)는 원수관(20)를 통하여 일정한 높이로 조절 유지된다.
또한, 중질유를 유화과정 없이 연료유로 사용하거나, 이미 제조된 유화유를 본 장치에서 직접 연료유로 사용하는 경우에는 열수 공급밸브(5)를 차단하고, 열수 순환밸브(11)를 열어 열수 순환관(4')으로 열수를 순환 시키며, 유화기(7)를 작동하지 않고 유화유를 통과시켜도 상관없으나, 유화기(7)를 작동하면 더 우수한 유화 효과를 기대할 수 있다. 나머지 공정과 동작은 전술한 바와 같이 중질유를 본 장치에서 직접 유화하여 연료로 사용하는 경우와 같다.
이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명은 중질유의 유화 및 중질유와 유화유를 연소하기 위한 신개념 연소장치로서 보일러 가동 시에 자체의 연소열을 간접적으로 이용하여 고압의 수증기를 발생시켜 연료유의 예열을 돕고, 연소기의 노즐 분사압력용 가스로 사용함으로서 연료유를 수성가스 화하여 연소효율을 높일 수 있는 효과가 있고, 완전연소를 통하여 공해 배기가스 물질의 배출을 환경기준 이하로 낮출 수 있는 효과가 있다

Claims (2)

  1. 연소장치에 있어서, 연료유(1)는 저장탱크(2)에 저장된체 예열자켓(3)으로 감싸여져 있는 송유관을 통하여 연료 공급밸브(6)와 유화기(7)를 걸쳐 보일러(13)의 연소버너(8), 분사노즐(9)로 연결되어 있고, 전기히터(22)가 구비된 스팀 및 열수공급탱크(18)는 수위(23)가 유지되도록 원수가 공급되는 원수관(20)이 연결되어 있으며, 상기 스팀 및 열수공급탱크(18)는 상기 예열자켓(3), 열수공급밸브(5)를 통하여 유화기(7), 보일러(13)의 연소버너(8), 분사노즐(9)로 연결시키는 열수공급관(4)이 연결되어 있고, 또한 상기 스팀 및 열수공급탱크(18)는 열수공급관(16)과 스팀발생부(12) 및 스팀공급관(15)이 각각 연통되는 구조로 이루어져 있고, 상기 스팀발생부(12)에서 발생된 스팀은 상기 스팀공급관(15)을 통하여 스팀 및 열수공급탱크(18)와 스팀압력조절밸브(21)가 장치된 스팀관(14)을 통하여 상기 연소버너(8)로 연통되는 구조로 이루어져 있으며, 상기 스팀 및 열수공급탱크(18)로 연결된 원수관(20)에는 상기 예열자켓(3)과 열수순환밸브(11)가 장치된 열수순환관(4')과도 연통되는 구조로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 중질유의 유화 및 중질유와 유화유의 연소장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스팀압력조절밸브(21)는 스팀 압력이 약 3~10㎏/㎠의 압력으로 유지되는 것을 특징으로 하는 중질유의 유화 및 중질유와 유화유의 연소장치.
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