KR100907269B1

KR100907269B1 - 원심 분리형 연속 연소장치 및 그 연소방법

Info

Publication number: KR100907269B1
Application number: KR1020080114604A
Authority: KR
Inventors: 김지원
Original assignee: 김지원
Priority date: 2008-11-18
Filing date: 2008-11-18
Publication date: 2009-07-14

Abstract

본 발명은 연소공기를 연소장치 내로 회전 하강하도록 공급함으로써 연속적으로 공급되는 가연성 물질을 고온에서 완전 연소시킬 수 있도록 해주는 원심 분리형 연속 연소장치 및 그 연소방법에 관한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 원심 분리형 연속 연소장치는, 연소실이 내통과 외통으로 구성되어 그 사이 공간에 예열실이 형성되고, 송풍팬(90)으로부터 공급되는 연소공기가 상기 예열실을 따라 회전 상승한 다음 원심력에 의해 상기 연소실 내통의 내벽을 타고 회전 하강하도록 구성된 고온 연소부(10); 상기 고온 연소부의 연소실 하부에 회전 가능하도록 설치되고, 연속적으로 공급되는 연료가 그 위에 적재되어 상기 회전 하강하는 연소공기와 만나 연소실 내부에서 연속 연소되도록 해주는 화격자(50); 및 상기 화격자의 하부에 상기 연소실을 밀폐하도록 재 배출통(61)이 설치되고, 상기 연소실과 화격자의 사이 공간으로 배출되는 불연성 연소재를 상기 재 배출통으로 모아서 외부로 자동 배출되도록 해주는 연소재 배출부(60);로 이루어진다.

원심 분리, 연소장치, 완전 연소, 연소실, 화격자, 재 배출통

Description

원심 분리형 연속 연소장치 및 그 연소방법{Continuous combustion apparatus with divided combustion space by the centrifugal force and the combustion method thereof}

본 발명은 원심 분리형 연속 연소장치 및 그 연소방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연소공기를 연소장치 내로 회전 하강하도록 공급함으로써 연속적으로 공급되는 모든 가연성 물질을 고온에서 완전 연소시킬 수 있도록 해주는 연속 연소장치 및 그 연소방법에 관한 것이다.

연소는 연료를 태우는 것으로, 기술적으로는 연료 중의 가연성분인 탄소와 수소가 공기 중의 산소와 결합하는 화학반응을 말하며 이 때 다량의 열에너지를 주위로 방출하게 된다.

이러한 연소 원리를 이용하여 연소실 내부에서 다양한 종류의 연료를 발화, 연소시켜 열에너지를 발생시키는 연소장치가 오늘날 다양한 산업 분야에서 사용되고 있다. 예를 들어, 산업용 온수, 스팀 또는 고온의 가스를 필요로 하는 산업시설에서 열에너지를 얻기 위해 연소장치가 설치되고, 화력 발전과 같은 발전 설비에서도 발전용 열에너지를 얻기 위해 대규모의 연소장치가 설치되고 있다. 또한, 단순 히 산업 폐기물을 소각 처리하던 시설에서도 소각시 발생하는 열에너지를 다른 산업시설에 공급하여 재활용할 수 있는 시스템을 새로이 구축하고 있다.

이와 같이 산업계 전반에서 연소장치에 대한 수요가 증가함에 따라 연소 효율이 높고 환경오염이 적은 고성능의 연소장치에 대한 요구가 높아지고 있는데, 종래에 가장 많이 보급되어 있는 스토카(stocker)식 연소장치로는 이러한 요구를 충족시키지 못하고 있는 실정이다.

스토카식 연소방식은 연소실 내로 공급된 연료의 하부에서 연소공기를 불어 넣어 고온 연소시키는 방식인데, 이 방식에 따르면 연료가 미연소된 상태에서 연소장치의 상부로 부상하여 빠져나가 버리기 때문에 연소 효율이 높지 못하다는 심각한 문제점이 있다. 이를 해결하기 위해서는 연소실의 높이를 크게 하여 연소 시간을 길게 만들어 주어야 하는데, 이는 설치비용 증가의 주요 원인이 되었다.

또한, 연료가 완전 연소되지 못하는 관계로 일산화탄소, 황화합물(SOx), 질소화합물(NOx), 다이옥신 등과 같은 환경오염 물질이 대량으로 발생하는데, 연소실 내부의 모든 공기 흐름이 하부에서 상부로 향하기 때문에 상기 환경오염 물질이 열원으로 사용되는 연소가스와 함께 연소장치의 상부로 빠져 나가게 되므로 이들을 회수하기 위한 대형의 집진설비를 연소장치 후단에 반드시 설치하여야 했다. 이 집진설비의 규모나 설치비용이 연소장치보다 오히려 더 커서 비경제적이었다.

또한, 연소실 내부 전체가 1000℃ 이상의 고온이 되므로 이를 견디기 위해서는 반드시 연소통의 내벽에 고가의 내화물을 부착하거나 워터 재킷과 같은 수냉 장치를 설치하여야 하는 문제점이 있었다.

본 발명자는 이러한 종래 스토카식 연소장치의 문제점을 해결하고자 많은 연구와 실험을 거듭한 끝에 원심력을 이용하여 연소 효율을 극대화할 수 있는 새로운 형태의 연소방법을 개발하고 이를 대한민국 등록특허 제330814호(모든 가연성 물질을 초 고온, 고속으로 연소시키는 연소방법)로 등록받은 바 있다. 도 1을 참조로 이 연소방법을 간단히 설명하면 다음과 같다.

이 연소방법은 먼저 하부 외통(103)의 하부에서 공급되는 연소공기가 연료통(105)과 하부 외통(103) 사이의 공간으로 흡입되어 1차 예열공기(g)로 되는 단계와, 상기 1차 예열공기(g)를 공급받아 송풍기(110)로 공급하여 1차 연소실(100)과 상부 외통(102) 사이의 공간에서 2차 예열공기(a)로 되는 단계와, 1차 연소실(100)로 주입되는 2차 예열공기(a)가 회전을 연속적으로 함으로써 발생되는 원심력에 의해 1차 연소실(100) 내벽면에 밀착되어 회전하면서 연료(116)가 저장되어 있는 연료통(105)내로 하강되어 1차 연소실(100) 내벽면의 연소열을 흡수하여 3차 예열공기(b)로 되는 단계로 이루어져 연소공기를 예열시킴과 동시에 연소통을 효과적으로 냉각시켜 줌으로써, 연료와의 발화를 용이하게 해줄 뿐만 아니라 내화물이나 워터재킷과 같은 별도의 냉각장치를 설치하지 않고도 연소통이 고온의 연소열을 견딜 수 있도록 해준다.

나아가, 상기 3차 예열공기(b)가 연료통(105)내의 연료(116)와 혼합되어 회전하며 연소시키는 혼합발화 연소영역(f)이 형성되는 단계와, 상기 혼합발화 연소영역(f)에서 불완전 연소된 고비중의 연소물이 1차 연소실(100)의 3차 예열공기(b) 내측으로 이동되어 연소거리와 연소시간을 길게 하며 연소시키는 고비중 연소영 역(c)이 형성되는 단계와, 상기 고비중 연소영역(c)에서 불완전 연소된 저비중의 연소물이 1차 연소실(100) 중심부로 이동 집결 상승되어 회전하면서 연소시키는 저비중 고온 연소영역(d)과 중심부에 고온 열핵(e)의 영역이 형성되는 단계로 이루어져 연소실의 내부 영역을 원심 분리시켜 연료가 완전 연소되도록 해 줌으로써, 연소 효율을 극대화시켜줄 뿐만 아니라 미연소에 따른 환경오염 물질의 배출도 거의 발생되지 않도록 해준다.

본 발명자는 이와 같이 연소공기의 원심력을 이용하여 연료를 완전 연소시킬 수 있는 획기적인 연소 원리를 개발하였으나, 이를 실제 연소장치에 적용하여 상용화하는데는 여러가지 실용화 기술이 더 필요하다는 것을 알게 되었다. 특히, 연소공기의 원심력을 유지하면서 연소실 내부까지 공급하는 기술, 연료를 연소장치 내로 연속적으로 정량 공급하는 기술, 완전 연소 후에도 잔존하는 불연성 연소재를 효과적으로 배출시켜주는 기술 등이 필요하다는 것을 알게 되었다.

본 발명은 이와 같이 연소공기의 원심력을 이용하여 연료를 완전 연소시킬 수 있는 원리를 상용화하는데 필요한 기술을 개발함으로써 완전히 실현 가능한 연소장치를 제공하는데 그 주된 목적이 있다.

또한, 본 발명은 상기 연소 원리를 상용화하는데 필요한 연소 단계를 추가함으로써 완전히 실현 가능한 연소방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 원심 분리형 연속 연소장치는, 연소실이 내통과 외통으로 구성되어 그 사이 공간에 예열실이 형성되고, 송풍팬으로부터 공급되는 연소공기가 상기 예열실을 따라 회전 상승한 다음 원심력에 의해 상기 연소실 내통의 내벽을 타고 회전 하강하도록 구성된 고온 연소부; 상기 고온 연소부의 연소실 하부에 회전 가능하도록 설치되고, 연속적으로 공급되는 연료가 그 위에 적재되어 상기 회전 하강하는 연소공기와 만나 연소실 내부에서 연속 연소되도록 해주는 화격자; 및 상기 화격자의 하부에 상기 연소실을 밀폐하도록 재 배출통이 설치되고, 상기 연소실과 화격자의 사이 공간으로 배출되는 불연성 연소재를 상기 재 배출통으로 모아서 외부로 자동 배출시킬 수 있도록 해주는 연소재 배출부;로 이루어진다.

또한, 본 발명에 따른 원심 분리형 연속 연소방법은, 송풍팬으로부터 공급되는 연소공기가 연소실 내통과 외통의 사이 공간에 형성된 예열실을 따라 회전 상승하면서 1차 예열됨과 동시에 연소실 내통과 외통을 냉각시키는 단계; 상기 1차 예열된 연소공기가 원심력에 의해 연소실 내통의 내벽을 타고 회전 하강하면서 2차 예열됨과 동시에 연소실 내통을 냉각시키는 하강기류 영역을 형성하는 단계; 상기 2차 예열된 연소공기를 화격자 위로 연속 공급되는 연료와 접촉 발화시켜 완전 연소시키는 단계; 및 상기 연소 후 남은 불연성 연소재를 상기 연소실과 화격자의 사이 공간을 통해 상기 연소실과 밀폐 설치된 재 배출통으로 배출시키고 이를 외부로 자동 배출시키는 단계;로 이루어진다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 원심 분리형 연속 연소장치에 따르면, 연소공기의 원심력에 의해 연소 영역이 공간 분할되고, 각 영역별 작용에 의해 연료가 완전 연소되므로 우수한 연소 효율을 달성할 수 있다.

또한, 연료가 완전 연소되기 때문에 일산화탄소, 황화합물(SOx), 질소화합물(NOx), 다이옥신 등과 같은 환경오염 물질이 거의 발생되지 않는다. 따라서, 환경오염 물질을 회수하기 위한 집진설비를 최소화할 수 있다.

또한, 불연성 연소재 등을 연소통 외부로 효과적으로 배출시켜 주기 때문에 연소실 내벽에 크랭커 등이 눌러붙지 않아 이를 주기적으로 제거해야 할 필요가 없으므로 연속 연소가 가능해진다.

또한, 연소공기만으로 연소통을 효과적으로 냉각시키므로 별도의 내화물이나 워터 재킷과 같은 냉각장치가 필요하지 않아 강재로 된 연소통만으로 연소장치를 구성할 수 있다.

이하에서 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 연소장치의 기술구성을 보다 상세히 설명한다.

도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 원심 분리형 연속 연소장치의 대표적인 일 실시예를 나타낸 정면도 및 평면도이며, 도 4는 그 주요 구성을 나타낸 도면이다.

본 발명에 따른 원심 분리형 연속 연소장치는, 크게 베이스 프레임(1)의 수직 프레임(2) 상에 지지 설치되고 내부의 연소 영역이 원심 분리되면서 연료를 완전 연소시켜주는 고온 연소부(10), 이 고온 연소부(10)의 하부에 회전 가능하게 설치되고 그 위에 연료가 연속적으로 정량 공급되어 연소될 수 있도록 해주는 화격자(50), 완전 연소된 후 남은 불연성 연소재를 연소실 외부로 원활하게 배출시켜주는 연소재 배출부(60)로 이루어진다.

상기 고온 연소부(10)는 연소실이 내통과 외통으로 구성되어 그 사이 공간에 예열실이 형성되고, 송풍팬(90)으로부터 공급되는 연소공기가 상기 예열실을 따라 회전 상승한 다음 원심력에 의해 상기 연소실 내통의 내벽을 타고 회전 하강하도록 구성된다. 이 때, 회전 상승하는 연소공기의 흐름을 방해하지 않기 위해 연소장치의 일측에 설치된 연소실 개폐문(29)의 내부에도 예열실과 동일한 공간이 형성된다.

연소실은 기본적으로 1개의 연소실 내통과 외통으로 구성되어 그 사이 공간에 예열실이 형성되도록 설치될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이 2대의 송풍 팬(90)은 그 메인 공급관(91)이 연소실 외통에 상호 대각선으로 대향되게 연결 설치되어 연소공기가 예열실 내부로 회전 공급되도록 해준다.

이 때, 예열실의 폭이 너무 넓으면 회전 공급되는 연소공기의 속도가 저하되어 원심력이 작아지고, 예열실의 폭이 너무 좁으면 회전 공급되는 연소공기의 총량이 적어 연소 효율이 저하되므로 연소장치 규모에 맞게 적절하게 조절할 필요가 있다.

상기 예열실로 회전 공급된 연소공기는 예열실을 따라 회전 상승하면서 연소실 내통과 외통을 1차 냉각시킨 다음 연소실 내부공간으로 공급된다. 이 때, 회전 상승된 연소공기는 그 원심력에 의해 연소실 내통의 내벽을 타고 강한 하강기류를 생성한다. 이 강한 하강기류에 의한 에어 커튼 효과는 연소실 내부에서 발생되는 고온의 연소열이 연소실 내통으로 직접 전달되지 못하도록 해주므로 매우 효과적인 냉각 수단이 된다.

상기 연소실 내부에서 일어나는 강한 하강기류는 연소실 내부에 상승기류만이 존재하던 기존의 스토카 방식과 구별되는 기술구성으로서 상기한 냉각 작용뿐만 아니라 연료의 완전 연소, 불연성 연소재의 원활한 배출 작용이 일어날 수 있도록 해주는 것인 바, 이에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.

상기한 바와 같이, 연소실은 기본적으로 1개의 연소실 내통과 외통으로 구성될 수 있으나 2개의 독립된 연소실로 구성될 수도 있다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이 연소실이 제1 연소실(20)과 그 상부에 설치된 제2 연소실(30)로 구성되고, 제1 연소실(20)과 제2 연소실(30)은 각각 제1 연소실 내통(22)/제1 연소실 외통(21) 및 제2 연소실 내통(32)/제2 연소실 외통(31)이 제2 플랜지(28)를 통해 결합되어 독립된 제1 예열실(23)과 제2 예열실(33)을 가지도록 구성된다. 이 때, 상기 제1 예열실(23)은 상기 송풍팬(90)과 메인 공급관(91)을 통해 연결되고, 제2 예열실은 상기 메인 공급관(91)으로부터 연장 형성된 상부 공급관(92)을 통해 연결되어 연속공기가 별도로 공급되도록 구성된다.

만약, 같은 높이의 연소장치를 1개의 연소실만으로 구성하면 예열실 하부로 공급된 연소공기가 예열실을 따라 회전 상승되는 거리가 길어지기 때문에 예열실 상단에서의 회전속도가 떨어져 연소실 내부로 공급될 때 원심력이 저하된다. 이에 반해, 도 4에 도시된 바와 같이 연소장치를 상하 2개의 연소실(20,30)로 구성하고 각각의 예열실(23,33)에 연소공기를 개별적으로 공급하게 되면 회전 상승되는 거리가 짧아지므로 그 만큼 큰 원심력을 유지할 수 있다. 도 4에는 2개의 연소실로 구성된 일 실시예가 도시되어 있으나, 연소장치가 대형화됨에 따라 3개 이상의 연소실로도 구성될 수 있음은 물론이다.

또한, 상기 연소실의 상부, 예를 들어 제2 연소실(30)의 상부에는 고온의 연소가스를 열원으로 사용하기 위하여 보일러 연결 엘보우(41)가 설치되고, 이 연소실과 보일러 연결 엘보우의 사이에는 고온으로 인한 열팽창을 고려하여 신축 연결관(40)이 각각 제3 플랜지(34)와 제4 플랜지(44)를 통해 결합 설치된다. 상기 보일러 연결 엘보우(41)는 연소공기의 하강기류가 없기 때문에 고온의 연소열로부터 보호하기 위해 그 내벽에 내화물이 부착되는 것이 바람직한 바, 도 4에는 그 일 예로 캐스타블(42)과 세라크울(43)이 이중겹으로 부착된 형태가 도시되어 있다. 상기 신 축 연결관(40)은 스테인레스 스틸을 이용해 자바라 형태로 제작된 것으로서 연소실과 보일러 연결 엘보우 사이의 열팽창 및 수축을 보상해준다.

또한, 상기 예열실의 상부에는 연소공기의 회전 유로를 형성하는 다수개의 블레이드가 설치된다. 이 블레이드는 예열실을 따라 회전 상승하는 연소공기의 회전 유로를 계속 유지시켜줌으로써 예열실의 상단에서 연소공기의 회전속도가 감소되는 것을 방지해준다. 이 때, 상기 블레이드는 도 4에 도시된 바와 같이 제1 연소실 내통(22)과 제1 연소실 외통(21) 사이에 설치되는 상방 블레이드(24)와 상기 제1 연소실 내통(22)과 제1 연소실 내통(22)보다 더 안쪽에 마련된 내부 장착구(26)와의 사이에 설치된 하방 블레이드(25)로 구성될 수 있다.

도 5에는 제1 연소실(20)의 상부에 설치되는 블레이드(24,25)의 일 형태가 도시되어 있다. 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 상기 블레이드는 연소공기가 회전 상승하는 경로에 맞추어 완만한 곡선을 이루도록 형성되며, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 바깥쪽에 형성된 상방 블레이드(24)와 안쪽에 형성된 하방 블레이드(25)가 상호 지그재그로 설치되어 제1 예열실(23)을 따라 회전 상승된 연소공기가 그 회전 경로를 그대로 유지하면서 회전속도의 손실없이 연소실 내부로 공급될 수 있도록 해준다.

연소장치가 2개의 연소실로 구성된 경우에는 아래쪽에 위치한 제1 연소실(20)의 상부에 연소공기의 회전 유로를 형성하는 다수개의 블레이드가 설치되는 것이 바람직하다. 도시되어 있지는 않지만 연소장치의 하부를 구성하는 제1 예열실(23)에는 연소 제어를 위해 온도센서, 압력센서, 과적센서 등의 각종 센서, 초기 발화를 위한 점화버너와 경유 공급구, 투시경 등 연소공기의 회전을 방해하는 여러 가지 장치들이 복잡하게 관통 설치되어 있다. 따라서, 제1 연소실(20)의 상부에 블레이드를 설치하지 않을 경우 상기한 장치들로 인해 연소공기의 회전속도가 떨어져 충분한 원심력을 얻을 수 없게 될 수도 있으므로, 제1 연소실(20)의 상부에는 블레이드가 설치되는 것이 바람직하다.

이에 반해, 연소장치의 상부를 구성하는 제2 예열실(23)에는 연소공기의 흐름을 방해하는 장치들이 거의 없기 때문에 별도의 블레이드를 설치하지 않아도 무방하다.

상기 화격자(50)는 상기 고온 연소부(10)의 연소실 하부에 회전 가능하도록 설치되고, 연속적으로 공급되는 연료(F)가 그 위에 적재되어 회전 하강하는 연소공기와 만나 연소실 내부에서 연속 연소되도록 해준다. 또한, 화격자(50)는 외부로부터 연료를 연속적으로 공급받아 그 위에 적재하고 이를 회전 교반시킴으로써 연소공기와 균일하게 접촉되어 발화될 수 있도록 해준다.

본 발명의 연소장치에는 주로 생활폐기물을 연료화한 RDF(Refused Derived Fuel)나 폐플라스틱을 연료화한 RPF(Refused Derived Fuel)가 사용되나, 이 밖에도 석탄, 목재, 산업폐기물 등 연소 가능한 가연성 물질이면 무엇이든 사용될 수 있다. 또한, 주로 고체 형태의 가연성 물질이 사용되나 후술하는 화격자의 형태를 균등의 범위 내에서 변경함으로써 경유, 벙커C유 등 액체 형태의 가연성 물질도 사용될 수 있다.

도 6 및 도 7에는 화격자(50)의 구성이 도시되어 있다. 화격자(50)는 크게 원형틀로 된 메인 프레임(51)과, 이 메인 프레임(51)의 내외측에 방사상 형태로 설치되어 골격을 이루는 다수개의 내,외부 장착대(53,54)와, 이 내,외부 장착대(53,54) 상에 편평하게 장착되어 연료가 적재될 수 있도록 해주는 다수개의 내,외부 평판(55,56)으로 구성된다.

상기 메인 프레임(51)은 원형틀의 하부를 따라 원형의 랙기어(52)가 장착되고, 이 랙기어(52)는 구동 모터(58)와 연결 설치되어 메인 프레임(51)이 연소실 하부에서 회전할 수 있도록 구성된다. 또한, 메인 프레임(51)은 원형틀의 하부에 일정 간격으로 설치된 지지 롤러(57)에 의해 지지되어 원활하게 회전될 수 있도록 구성된다. 상기 구동 모터(58)와 지지 롤러(57)의 구성은 도 4 및 도 9에 상세히 도시되어 있다.

상기 내부 장착대(53)는 메인 프레임(51)의 내부에 후술할 연료 공급콘이 장착되는 공간을 남겨두고 방사상 형태를 이루면서 바깥쪽으로 하방 경사지게 설치되고, 그 상단에 내부 평판(55)과 끼움 결합되도록 장착돌기(53a)가 형성된다. 상기 외부 장착대(54)는 메인 프레임(51)의 외부에 내부 장착대(53)와 대응되도록 수평하게 설치되고, 그 상단에 외부 평판(56)과 끼움 결합되도록 장착돌기(54a)이 형성된다.

상기 다수개의 내부 평판(55)은 내부 장착대(53)의 장착돌기(53a)에 끼움 결합되어 바깥쪽으로 하방 경사지게 설치되므로 중앙으로 공급되는 연료가 바깥쪽으로 이동될 수 있도록 해준다. 상기 다수개의 외부 평판(56)은 외부 장착대(54)의 장착돌기(54a)에 끼움 결합되어 수평하게 설치되므로 중앙으로부터 이동해 온 연료를 받쳐줄 수 있도록 해준다. 내부 평판(55)과 외부 평판(56) 각각은 고온으로 인한 열팽창을 고려하여 여유 간격을 두고 설치되는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성된 화격자(50)에는 연료를 연속적으로 정량 공급하는 연료 정량 공급부(80)가 연결 설치된다.

이 연료 정량 공급부(80)는 도 4에 도시된 바와 같이 크게 화격자(50)의 중앙부에 수직하게 설치된 연료 투입콘(87)과, 이 연료 투입콘(87)의 하부에 설치되어 연료를 운반하는 이송 스크류(86)와, 이 이송 스크류(86)에 설치되어 연료를 정출 공급하는 정량 호퍼(81)로 구성된다.

상기 연료 투입콘(87)은 화격자(50)의 중앙에 고정 설치되어 이송 스크류(86)를 통해 운반되어 온 연료를 화격자(50) 위로 균일하게 공급해준다. 연료 투입콘(87)은 고정되고 화격자(50)는 이를 중심으로 회전되므로 연료 투입콘(87)과 화격자(50)가 만나는 부분에서 연료(F)의 교반이 일어나 연소공기와 균일하게 발화될 수 있도록 해준다.

연료를 상승시키기 위하여 연료 투입콘(87)의 내부에 스크류와 같은 별도의 이송장치를 설치하게 되면 스크류가 회전할 때 발생하는 빈 공간을 따라 연소실의 화염이 타고 내려와 연소실 외에서 발화가 일어날 수 있다. 이는 연소 효율을 저하시킬 뿐만 아니라 심한 경우 화재 등을 유발할 수도 있다. 따라서, 본 발명에서는 연소실의 화염이 연료 투입콘(87)을 타고 내려오지 않도록 하기 위하여 수직하게 설치된 연료 투입콘(87)의 내부에 별도의 스크류를 설치하지 않고 연료로만 충진되도록 구성된다.

이와 같이, 본 발명에 따르면 연료 투입콘(87)의 내부에 별도의 스크류를 설치하지 않기 때문에 연료를 상승시킬 수 있는 별도의 기술구성이 필요하다. 이를 위해 이송 스크류(86)의 회전날개는 도 4의 "A" 부분에서 보듯이 연료 투입콘(87)을 중심으로 양쪽이 서로 반대 방향, 보다 정확하게는 연료 투입콘(87)의 하부 양쪽에서 연료 투입콘(87) 쪽으로 연료를 밀어 올리는 방향으로 이송력이 작용할 수 있도록 구성된다.

상기 이송 스크류(86)는 정량 호퍼(81)와 연료 투입콘(87)을 직접 연결하도록 설치될 수 있고, 도 4에 도시된 바와 같이 정량 호퍼(81)와 연료 투입콘의 높이를 고려하여 정출 스크류(85)를 매개로 간접 연결하도록 설치될 수도 있다. 이 때, 정출 스크류(85)와 이송 스크류(86)의 연결 부분에는 상기 "A"부분과 마찬가지로 정출 스크류(85)의 회전날개를 서로 반대 방향이 되도록 구성되어 연료의 하방 이동이 원활히 이루어지도록 해준다.

이송 스크류(86)에는 연소실 내부의 압력이 상기 정량 호퍼(81) 쪽으로 빠져나가는 것을 방지하기 위하여 상기 송풍팬(90)과의 사이에 압력 보상용 배관(94)이 연결 설치된다. 고온 고압인 연소실은 그 내부 압력이 대기압인 정량 호퍼(81)의 압력보다 매우 높기 때문에 이러한 압력의 차이로 인하여 연소실 내부의 압력이 이송 스크류(86)를 통해 정량 호퍼(81) 쪽으로 빠져나가려는 방향으로 작용하게 된다. 그 결과 이송 스크류(86)에 의해 연료가 이송되는 방향과 반대로 힘이 작용하 게 되어 연료의 원활한 이송을 방해하게 된다. 본 발명은 상기 압력 보상용 배관(94)을 통해 송풍팬(90)으로부터 높은 압력의 연소공기를 공급하여 연소실과 정량 호퍼(81)와의 압력 차이를 보상함으로써 연료가 원활하게 이송될 수 있도록 해준다.

상기 정량 호퍼(81)는 도 8에 도시된 바와 같이 벨트 컨베이어(미도시) 등에 의해 운반되어 온 연료가 개방된 상부를 통해 투입되도록 마련된 몸체와, 이 몸체의 내부에 회전 가능하게 설치되어 연료를 균일하게 교반시켜 하부로 정출하는 다수개의 회전 원판(83)으로 구성된다.

회전 원판(83)은 정량 호퍼(81)의 몸체 내부에 설치된 회전축(82)에 일정 간격을 두고 설치되고, 회전 원판(83)의 둘레에는 날개 홀(84a)이 형성된 교반 날개(84)가 설치되어 연료를 균일하게 교반시키고 연료의 브릿지 현상(연료 간의 엉김 현상)을 방지해준다. 또한, 회전 원판(83)의 표면에는 다수개의 후방 배출홀(83a)이 형성되어 회전 원판(83)이 회전되는 동안 앞쪽으로 몰리는 연료를 후방으로 이동시켜 줌으로써 회전 원판(83)에 의한 연료의 교반 작용이 원활하게 이루어지도록 해준다.

이와 같이, 정량 호퍼(81)는 교반 날개(84)와 후방 배출홀(83a)이 형성된 회전 원판(83)에 의해 연료가 서로 엉김이 없이 하방에 설치된 정출 스크류(85)로 원활하게 공급될 수 있도록 구성된다.

상기 연소재 배출부(60)는 완전 연소 후 남은 불연성 연소재를 연소실 외부 로 원활하게 배출시킬 수 있도록 구성된다. 본 발명의 연소장치에 따르면, 연료가 거의 완전 연소되기 때문에 연소재나 환경오염 물질이 거의 발생되지 않는다. 그러나, 연료 중에는 고온에서도 연소되지 않는 불연성 성분이 포함될 수 있으며, 이는 연료가 완전 연소된 후에도 연소재로 남게 된다. 연소장치를 연속적으로 가동하기 위해서는 이러한 불연성 연소재를 연소실 외부로 자동으로 배출해주어야 한다.

연소실 배출부(60)는 본 발명에 따른 연소장치의 특징적 기술구성인 연소실 내벽을 타고 흐르는 하강기류를 이용하여 불연성 연소재가 연소실 외부로 자동 배출될 수 있도록 구성된다. 즉, 화격자(50)의 하부에 연소실을 밀폐하도록 재 배출통(61)이 제1 플랜지(27)를 통해 연소실 내/외통과 결합 설치되고, 연소실 내통과 화격자(50) 사이에 공간을 형성하여 불연성 연소재가 연소실 내벽을 타고 흐르는 하강기류를 따라 상기 재 배출통(61)으로 자동 배출되도록 구성된 것이다. 불연성 연소재의 흐름에 대한 상세한 내용은 도 15를 참조로 후술하기로 한다.

이와 같이, 재 배출통(61)이 연소실 내/외통과 직접 결합 설치되므로 연소실 내부의 연소열은 재 배출통(61)까지 전달되는 반면 연소실 내부의 하강기류는 재 배출통(61)까지 전달되지 아니하므로 별도의 냉각 수단이 필요하다. 이를 위해 송풍팬(90)으로부터 냉각용 연소공기를 공급하는 하부 공급관(93)이 상기 재 배출통(61)에 연결 설치된다. 이 하부 공급관(93)을 통해 공급되는 연소공기는 화격자(50)와 재 배출통(61)을 냉각시킨 다음 화격자(50)와 연료 투입콘(87) 사이 공간을 통해 연소실 내부로 공급되어 연소에 사용된다. 상기 하부 공급관(93)을 통해 공급되는 것을 포함해 송풍팬(90)으로부터 공급되는 연소공기의 전체 흐름에 대한 상세한 내용은 도 13을 참조로 후술하기로 한다.

또한, 연소재 배출부(60)는 불연성 연소재가 연소실로부터 원활하게 배출되도록 하기 위하여 부압 형성용 배관(71)이 재 배출통(61)으로부터 송풍팬(90)의 흡기구 쪽으로 연결 설치된다. 상기 부압 형성용 배관(71)은 도 9에 도시된 바와 같이 재 배출통(61)의 3군데에서부터 연결 배관(72)으로 연결되고, 송풍팬(90)의 흡기구 쪽으로 연결된 연결 배관(72)에는 부압의 크기를 제어하는 압력 조절밸브(73)가 설치된다. 상기 송풍팬(90)의 흡기구는 공기를 빨아들이는 부분이므로 재 배출통(61)을 이와 연통시키면 내부에 부압이 발생된다. 이 부압은 연소실 내통과 화격자(50) 사이 공간을 통해 공기를 흡입하여 불연성 연소재가 재 배출통(61)으로 원활히 배출되도록 해준다.

재 배출통(61)으로 배출된 불연성 연소재를 연소장치 외부로 완전히 배출하기 위하여 재 배출통(61)의 바닥에 재 토출구(63)가 형성된다. 재 배출통(61)의 내부에는 재 운반용 플레이트(62)가 상기 화격자(50)의 하부에 설치되어 화격자(50)와 함께 회전되면서 재 배출통(61)의 바닥에 쌓인 불연성 연소재를 긁어 모아 재 토출구(63)로 운반한다.

상기 재 토출구(63)에는 불연성 연소재를 연소장치 외부로 자동 배출시키기 위하여 이송 스크류(67)가 설치된다. 이 이송 스크류(67)는 재 토출구(63)에 직접 연결될 수 있으나, 도 9에 도시된 바와 같이 토출 스크류(65)를 매개로 간접 연결될 수도 있다. 토출 스크류(65)에는 토출 모터(64)가 설치되어 불연성 연소재에 대한 토출력 발생시키고, 토출 스크류(65)와 이송 스크류(67)의 연결 부분에는 로터 리 밸브(66)가 설치되어 토출 스크류(65) 내의 높은 압력을 감압시켜준다.

또한, 이송 스크류(67)에는 비산먼지를 회수하여 상기 재 배출통(61)으로 순환시켜주는 비산먼지 회수관(68)이 설치된다. 이송 스크류(67)의 내부에는 불연성 연소재뿐만 아니라 미세한 비산먼지가 포함되어 있는 바, 본 발명에서는 이 비산먼지를 비산먼지 회수관(68)을 통해 흡입하여 재 배출통(61)으로 송풍시킴으로써 비산먼지를 순환시켜 연소통 외부로 배출되지 않도록 해준다. 이를 위해 비산먼지 회수관(68)에는 송풍 모터(70)와, 이 송풍 모터(70)의 송풍 압력을 조절하는 압력 조절밸브(69)가 각각 설치된다. 이 때, 비산먼지 회수관(68)의 송풍 압력은 하부 공급관(93)을 통해 재 배출통(61)으로 연소공기를 공급하는 송풍팬(90)의 송풍 압력과 동일하거나 더 크게 유지하여 연소공기가 비산먼지 회수관(68)을 통해 역류되는 것을 방지하도록 해준다.

본 발명에 따르면 화격자(50) 위로 연속 공급되는 연료를 골고루 교반시켜 연소실 내에서 균일하게 발화가 일어나도록 해주고, 미연소 연료가 연소실 외부로 배출되는 것을 방지하여 연소 효율을 향상시킬 수 있도록 해주는 몇 가지 구성요소가 설치되는 바, 이하에서 도 10 내지 도 12를 참조로 상세히 설명한다.

먼저, 화격자(50)의 중앙에 설치된 연료 투입콘(87)의 상단에는 연료 교반용 바(88)가 설치된다. 이 연료 교반용 바(88)는 화격자(50) 위에서 회전되는 연료와 부딪히면서 이를 분쇄하고 교반시켜준다. 또한 연료를 화격자(50)의 바깥쪽으로 밀어 내어 중앙 부위에 연료가 계속 적재될 수 있는 공간을 마련해 주고 연소공기와 만나는 면적을 증가시켜 충분한 발화가 일어나도록 해준다.

또한, 상기 연소실 하부, 보다 정확하게는 제1 연소실 내통(22)의 하단에는 미연소 연료 교반용 바(79)가 설치된다. 이 미연소 연료 교반용 바(79)는 화격자(50)로부터 밀려 내려오는 미연소 연료를 분쇄하고 이를 다시 연소실 내부로 밀어 올려 연소가 이루어지도록 해준다.

또한, 상기 연소실 하부, 보다 정확하게는 제1 연소실 내통(22)의 하단 둘레를 따라 재 배출판(74)이 연속적으로 설치된다. 이 재 배출판(74)은 상기 연소실과 화격자(50)의 사이 공간에 설치되어 일정 크기 이하의 불연성 연소재만이 배출되도록 해준다. 도 11에 도시된 바와 같이 재 배출판(74)은 일정한 길이로 된 수평 평판(75)과 이 수평 평판(75)의 중앙 하부에 설치된 수직 평판(77)으로 구성되어 전체적으로 "┳"자형 단면을 가지며, 상기 수평 평판(75)의 제1 연소실 내통(22)과 접촉되는 후방에는 배출 슬릿(76)이 형성된다.

따라서, 상기 배출 슬릿(76)의 폭(w)이나 수직 평판(77)과 화격자(50) 사이의 높이(h)보다도 작은 크기의 불연성 연소재만이 재 배출통(61)으로 배출된다. 이 때, 배출 슬릿(76)의 폭(w)이나 수직 평판(77)과 화격자(50) 사이의 높이(h)는 불연성 연소재의 평균 크기에 따라 결정된다. 대부분의 연료가 거의 완전 연소되기 때문에 연소 후에도 남아 있는 불연성 연소재는 그 크기가 매우 작아서, 상기 배출 슬릿(76)의 폭(w)이나 수직 평판(77)과 화격자(50) 사이의 높이(h) 보다 더 큰 것은 미연소 연료일 경우가 많다. 그러므로 재 배출판(74)은 큰 미연소 연료를 연소실 내부로 밀어 넣어 재연소되도록 해주는 한편 작은 불연성 연소재만을 선택적으 로 재 배출통(61)으로 배출시켜준다.

다만, 불연성 연소재 중에는 배출 슬릿(76)의 폭(w)이나 수직 평판(77)과 화격자(50) 사이의 높이(h) 보다도 더 큰 것이 존재할 수 있는데, 이를 효과적으로 배출시키지 못하면 연소실 하부에 크랭커로 눌러붙게 되므로 연속 연소를 할 수 없게 된다. 이러한 대형 불연성 연소재를 배출하기 위하여 몇몇 재 배출판(74)에는 수직 평판(77)의 일부를 절단하고 이를 바깥쪽으로 절곡 개방시켜 만든 대형 배출구(78)가 형성된다. 미연소 연료가 이 대형 배출구(78)를 통해 배출되는 것을 방지하기 위해 대형 배출구(78)의 갯수를 제한하는 것이 바람직하다.

이상에서 설명한 연소장치에 의해 구현되는 본 발명에 따른 원심 분리형 연속 연소방법에 대해 도 13 내지 도 16을 참조로 상세히 설명한다. 도 13은 연소공기의 전체 흐름을 나타내고, 도 14는 원심 분리된 연소 영역을 나타내며, 도 15는 연소재의 흐름을 나타내고, 도 16은 재 배출판의 작용을 나타낸다.

본 발명에 따른 원심 분리형 연속 연소방법은 크게 (1) 1차 예열 단계, (2) 2차 예열 및 하강기류 형성 단계, (3) 발화 및 완전 연소 단계, (4) 재 배출 단계로 이루어진다.

상기 1차 예열 단계는 송풍팬으로부터 공급되는 연소공기가 연소실 내통과 외통의 사이 공간에 형성된 예열실을 따라 회전 상승하면서 1차 예열됨과 동시에 연소실 내통과 외통을 냉각시키는 단계이다.

보다 상세하게 설명하면, 도 13에 도시된 바와 같이 송풍팬으로부터 메인 공급관(91)을 통해 공급되는 연소공기는 제1 예열실(23)을 통해 회전 상승하면서 1차 예열됨과 동시에 제1 연소실 내통(22)과 외통(21)을 냉각시켜준다. 그리고, 송풍팬으로부터 공급되는 연소공기의 일부는 상부 공급관(92)을 통해 제2 예열실(33)로 공급되어 회전 상승하면서 1차 예열됨과 동시에 제2 연소실 내통(32)과 외통(31)을 냉각시켜준다.

또한, 1차 예열 단계는 송풍팬으로부터 공급되는 연소공기의 일부를 하부 공급관(93)을 통해 재 배출통(61) 내로 공급하여 재 배출통(61) 및 화격자(50)를 냉각시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 중에서 화격자(50) 쪽으로 이동된 연소공기는 화격자(50)를 냉각시켜 연료가 화격자(50) 위에 융착되는 것을 방지해주고, 화격자(50)와 연료 투입콘(87) 사이를 통해 연소실 내로 이동되어 연료를 발화시켜준다.

또한, 1차 예열 단계는 송풍팬으로부터 공급되는 연소공기의 일부를 화격자(50)로 연료를 운반하는 이송 스크류(86) 내로 공급하여 연소실 내부의 압력이 이송 스크류(86)를 통해 외부로 빠져나가는 것을 방지하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 단계는 이송 스크류(86)에 의해 연결된 정량 호퍼(81)와 연소실 내부의 압력 차이를 보상하여 이송 스크류(86)를 통해 연료가 원활하게 연소실 내부로 공급될 수 있도록 해준다.

상기 2차 예열 및 하강기류 형성 단계는 1차 예열된 연소공기가 원심력에 의해 연소실 내통의 내벽을 타고 회전 하강하면서 2차 예열됨과 동시에 연소실 내통을 냉각시키는 하강기류 영역(a)을 형성하는 단계이다.

보다 상세히 설명하면, 도 13에 도시된 바와 같이 제1 예열실(23)을 따라 회전 상승한 연소공기는 원심력에 의해 제1 연소실 내통(22)의 내벽을 타고 회전 하강하면서 제1 하강기류를 형성한다. 그리고, 상부 공급관(92)을 통해 제2 예열실(33)로 공급된 연소공기는 원심력에 의해 제2 연소실 내통(31)의 내벽을 타고 회전 하강하면서 제2 하강기류를 형성하며, 이 제2 하강기류는 상기 제1 하강기류와 더해져서 강력한 회전 하강기류를 형성한다. 이 회전 하강기류는 연소공기를 2차 예열시킴과 동시에 강력한 에어 커튼 효과를 나타내어 연소실 내통과 외통을 고온의 연소열로부터 보호해준다.

상기 발화 및 완전 연소 단계는 연소실 내벽을 타고 회전 하강한 연소공기가 화격자 위로 연속 공급되는 연료와 만나 이를 발화시키고, 발화된 연료는 연소실 중앙부로 회전 상승하면서 완전 연소되는 단계이다. 본 발명에서 완전 연소가 일어나는 원리는 연소공기의 원심력에 의해 연소실 내부가 몇 개의 연소 영역으로 분리되고, 미연소 연료가 완전 연소될 때까지 이 연소 영역을 순환하면서 연소되기 때문이다.

본 발명에 따른 완전 연소의 원리를 도 14를 참조로 상세히 설명하면, 상기 발화 및 완전 연소 단계는, 상기 2차 예열된 연소공기가 상기 연소실 내통의 내벽 을 타고 회전 하강한 후 화격자 위로 연속 공급되는 연료(F)를 만나 이를 발화시키는 혼합발화 연소영역(b)을 형성하는 단계; 상기 혼합발화 연소영역(b)에서 발화된 연료 중에서 고비중의 미연소 연료를 원심력에 의해 상기 하강기류 영역(a) 쪽으로 이동시켜 연소거리와 연소시간을 길게 하여 연소시키는 고비중 연소영역(c)을 형성하는 단계; 상기 고비중 연소영역(c) 내에서 미연소된 연료를 원심력에 의해 상기 하강기류 영역(a)으로 이동시켜 상기 혼합발화 연소영역(b)으로 재순환시키는 단계; 및 상기 혼합발화 연소영역(b)에서 발화된 연료 중에서 저비중의 미연소 연료를 연소실의 중심부로 이동시켜 회전 상승하면서 연소시키는 저비중 연소영역(d)과, 완전 연소에 의해 만들어진 고온의 연소가스에 의해 연소실의 중심부에 고온 열핵(f)을 형성하는 단계로 구성된다.

1차 및 2차 예열 단계를 통해 예열된 고온의 연소공기는 상기 혼합발화 연소영역(b)에서 화격자(50) 위에 적재된 연료와 고속 회전하며 혼합되고 연소실의 중앙부로 이동하면서 발화 연소되기 시작한다.

고비중의 연료는 고속 회전하며 상승하는 과정에서 그 원심력에 의해 연소통의 바깥쪽에 형성된 상기 고비중 연소영역(c)으로 이동하면서 그 연소거리와 연소시간을 최대로 하며 충분히 연소된다. 이 과정에서 완전히 연소되지 못한 미연소 연료는 하강기류 영역(a)으로 이동하여 재순환되면서 완전 연소된다.

저비중의 연료는 상대적으로 원심력의 영향을 적게 받기 때문에 고속 회전하며 상승하는 과정에서 연소실의 가운데에 형성된 상기 저비중 연소영역(d)과 최고 온도의 고온 열핵(f)으로 이동 집결하여 고온 상승하면서 완전 연소된다. 이 때, 열분해되지 못한 일부 미연소된 연료는 그 무게에 의해 원심 분리되어 고비중 연소영역(c), 하강기류 영역(a)으로 차례로 이동하여 재순환되면서 완전 연소된다.

이와 같이 완전 연소된 고온의 연소가스는 보일러 연결 엘보우(41)을 통해 이송되어 스팀 등을 생산하는 열원으로 사용된다. 이 고온의 연소가스는 저비중 연소영역(d)과 고온 열핵(f)에서 완전 열분해된 것이므로 인체에 유해한 일산화탄소, 황화합물(SOx), 질소화합물(NOx), 다이옥신 등과 같은 환경오염 물질이 거의 포함되지 않는다. 따라서, 본 발명에 따르면 연소장치의 후단에 종래와 같은 대형의 집진장치를 설치할 필요가 없다.

원심 분리된 연소영역 별 온도 분포를 보면, 가동 시간이나 연료의 종류에 따라 약간의 편차는 있으나 통상적으로 하강기류 영역(a)에서는 100 ~ 500℃, 혼합발화 및 연소영역(b)에서는 600 ~ 1,000℃, 고비중 연소영역(c)에서는 800 ~ 1,300℃, 저비중 연소영역(d)에서는 1,200 ~ 1,500℃, 고온 열핵(f)에서는 1,400 ~ 1,900℃가 된다. 그리고, 상기 하강기류 영역(a) 및 예열실(23,33)에 의해 이중으로 냉각되는 연소실 외통(22,32)은 연소장치의 가동 중에 사람이 직접 손을 대어도 무방할 수 될 정도로 냉각된다.

이와 같이, 본 발명에 따르면 고속 회전하면서 하강하는 연소공기에 의해 연소실 내부가 완전히 원심 분리됨으로써, 연소실의 외부는 별도의 냉각장치가 필요없을 정도로 충분히 냉각되는 한편 연소실의 중앙은 1,200℃ 이상의 고온으로 상승하여 연료를 완전 연소시킬 수 있도록 해주는 것이다.

상기 재 배출 단계는 완전 연소 후 남은 불연성 연소재를 상기 연소실과 화격자의 사이 공간을 통해 상기 연소실과 밀폐 설치된 재 배출통으로 배출시키고 이를 외부로 자동 배출시키는 단계이다.

본 발명자는 원심 분리를 이용한 완전 연소의 원리를 개발하여 대한민국 등록특허 제330814호로 등록받은 바 있으나, 이를 상용화하기 위해서는 완전 연소 후에 잔존하는 불연성 연소재를 효과적으로 배출시켜주는 기술이 반드시 필요하였다는 사실을 이미 상술한 바 있다. 본 발명자는 이를 해결하기 위해 연구를 거듭한 결과, 연소실 내벽을 타고 고속 회전하는 하강기류를 이용하여 불연성 연소재를 효과적으로 배출할 수 있도록 해주는 기술을 개발하게 된 것이다.

즉, 도 15에 도시된 바와 같이 화격자(50)의 하부에 연소실과 밀폐되도록 재 배출통(61)을 설치하고, 하강기류를 타고 내려온 불연성 연소재를 연소실과 화격자(50)의 사이 공간을 통해 재 배출통(61)으로 원활하게 배출하도록 구성한 것이다. 불연성 연소재는 연소 과정 중 화격자(50) 위에서 바로 생성되어 바깥쪽으로 이동될 수도 있으나, 대부분은 고속 회전하면서 상승하는 연소공기에 따라 비산된 후 고비중 연소영역(c), 저비중 연소영역(d)에서 완전 연소된 결과로 생성된다. 이와 같이 생성된 비산 불연성 연소재는 그 비중에 따라 원심 분리되어 하강기류 영역(a)으로 이동된 후 연소실 하부로 하강하게 되므로, 하강기류가 만나는 연소실과 화격자(50) 사이에 공간을 형성하여 불연성 연소재를 재 배출통(61)으로 배출시킨다.

이 때, 재 배출 단계는 불연성 연소재를 연소실로부터 원활하게 배출시키기 위하여 상기 재 배출통(61)과 송풍팬(90)의 흡기구를 연결시켜 부압을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 재 배출통(61)에 부압을 형성하면 상기 연소실과 화격자(50)가 만나는 공간 내에 약간의 흡입력이 발생하기 때문에 불연성 연소재를 더욱 원활하게 배출시킬 수 있다.

또한, 재 배출 단계는 상기 재 배출통(61)으로 배출된 불연성 연소재를 토출시켜 외부로 운반하는 이송 스크류(67)로부터 비산먼지를 회수하여 상기 재 배출통(61)으로 순환시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 불연성 연소재는 이송 스크류(67)에 의해 압송되고 비산먼지만을 선택적으로 회수하여 재 배출통(61)으로 순환시킴으로써 별도의 집진장치 없이도 무공해한 불연성 연소재만이 연소장치 외부로 최종 배출될 수 있도록 해준다.

마지막으로, 도 16을 참조로 불연성 연소재만을 선택적으로 배출시키는 재 배출판(74)의 작용을 간단히 설명한다. 연소실의 내벽을 타고 고속 회전하면서 내려오는 연소공기에는 완전 연소된 작은 크기의 불연성 연소재, 큰 크기의 미연소 연료가 함께 포함되어 있다. 이 중에서 작은 크기의 불연성 연소재는 "A" 경로를 따라 배출 슬릿(76)을 통해 배출된다. 반면, 큰 크기의 미연소 연료는 재 배출판(74)에 걸려서 "B" 경로를 따라 연소실 안쪽으로 밀려 들어간 후 빗금친 부분에 머무르게 되고, "C" 경로를 따라 상승하는 연소공기를 따라 연소실 내부로 재순환되면서 완전 연소된다. 한편, 상대적으로 큰 크기를 가진 불연성 연소재는 재 배출판(74)의 하부에 형성된 대형 배출구(78)를 통해 배출된다.

도 1은 원심 분리형 완전 연소의 원리를 나타내는 도면.

도 2는 본 발명에 따른 원심 분리형 연속 연소장치의 정면도.

도 3은 본 발명에 따른 원심 분리형 연속 연소장치의 평면도.

도 4는 본 발명에 따른 원심 분리형 연속 연소장치의 주요 구성을 나타낸 도면.

도 5는 본 발명에 따른 블레이드 장착 상태를 나타낸 도면.

도 6은 본 발명에 따른 화격자의 장착대 구성을 나타낸 도면.

도 7은 본 발명에 따른 화격자의 평판 구성을 나타낸 도면.

도 8은 본 발명에 따른 연료 정량 공급부의 주요 구성을 나타낸 도면.

도 9는 본 발명에 따른 연소재 배출부의 주요 구성을 나타낸 도면.

도 10은 본 발명에 따른 연료 교반 및 연소재 토출을 위한 구성을 나타낸 도면.

도 11은 재 배출판의 구성을 나타낸 도면.

도 12는 재 배출판의 하부 배출구의 구성을 나타낸 도면.

도 13은 본 발명에 따른 연소공기의 흐름을 나타낸 도면.

도 14는 본 발명에 따라 원심 분리된 연소 영역을 나타낸 도면.

도 15는 본 발명에 따른 연소재의 흐름을 나타낸 도면.

도 16은 본 발명에 따른 재 배출판의 작용을 나타낸 도면.

※ 발명의 주요 부분에 대한 부호의 설명※

1: 베이스 프레임 2: 수직 프레임

10: 고온 연소부 20: 제1 연소실

21: 제1 연소실 외통 22: 제1 연소실 내통

23: 제1 예열실 24: 상방 블레이드

25: 하방 블레이드 26: 내부 장착구

27: 제1 플랜지 28: 제2 플랜지

29: 개폐문 30: 제2 연소실

31: 제2 연소실 외통 32: 제2 연소실 내통

33: 제2 예열실 34: 제3 플랜지

40: 신축 연결관 41: 보일러 연결 엘보우

42: 캐스타블(castable) 43: 세라크울(cerakwool)

44: 제4 플랜지 50: 화격자

51: 메인 프레임 52: 원형 랙기어

53: 내부 장착대 53a: 장착돌기

54: 외부 장착대 54a: 장착돌기

55: 내부 평판 56: 외부 평판

57: 지지 롤러 58: 구동 모터

60: 연소재 배출부 61: 재 배출통

62: 재 운반용 플레이트 63: 재 토출구

64: 토출 모터 65: 토출 스크류

66: 로터리 밸브 67: 이송 스크류

68: 비산먼지 회수관 69: 압력 조절밸브

70: 고압 송풍팬 71: 부압 형성용 배관

72: 연결 배관 73: 압력 조절밸브

74: 재 배출판 75: 수평 평판

76: 배출 슬릿 77: 수직 평판

78: 대형 배출구 79: 미연소 연료 교반용 바

80: 연료 정량 공급부 81: 정량 호퍼

82: 회전축 83: 회전 원판

83a: 후방 배출홀 84: 교반 날개

84a: 날개 홀 85: 정출 스크류

86: 이송 스크류 87: 연료 공급콘

88: 연료 교반용 바 90: 연소공기 송풍팬

91: 메인 공급관 92: 상부 공급관

93: 하부 공급관 94: 압력 보상용 배관

Claims

연소실이 내통과 외통으로 구성되어 그 사이 공간에 예열실이 형성되고, 송풍팬(90)으로부터 공급되는 연소공기가 상기 예열실을 따라 회전 상승한 다음 원심력에 의해 상기 연소실 내통의 내벽을 타고 회전 하강하도록 구성된 고온 연소부(10);

상기 고온 연소부의 연소실 하부에 회전 가능하도록 설치되고, 연속적으로 공급되는 연료가 그 위에 적재되어 상기 회전 하강하는 연소공기와 만나 연소실 내부에서 연속 연소되도록 해주는 화격자(50);

상기 화격자의 하부에 상기 연소실을 밀폐하도록 재 배출통(61)이 설치되고, 상기 연소실과 화격자의 사이 공간으로 배출되는 불연성 연소재를 상기 재 배출통으로 모아서 외부로 자동 배출되도록 해주는 연소재 배출부(60); 및

상기 화격자의 중앙부에 수직하게 설치된 연료 투입콘(87)과, 이 연료 투입콘(87)의 하부에 설치되어 연료를 운반하는 이송 스크류(86)와, 이 이송 스크류(86)에 설치되어 연료를 정출 공급하는 정량 호퍼(81)로 구성되어 상기 화격자에 연료를 연속적으로 정량 공급해주는 연료 정량 공급부(80);로 이루어진 것을 특징으로 하는 원심 분리형 연소장치.
청구항 1에 있어서,

상기 연소실의 상부에는 고온의 연소가스를 열원으로 사용하기 위하여 보일러 연결 엘보우(41)가 설치되고, 이 연소실과 보일러 연결 엘보우는 고온으로 인한 열팽창을 고려하여 신축 연결관(40)으로 연결 설치된 것을 특징으로 하는 원심 분리형 연속 연소장치.
청구항 1에 있어서,

상기 예열실의 상부에는 연소공기의 회전 유로를 형성하는 다수개의 블레이드가 설치된 것을 특징으로 하는 원심 분리형 연속 연소장치.
청구항 1에 있어서,

상기 연소실은 제1 연소실(20)과 그 상부에 설치된 제2 연소실(30)로 구성되고, 상기 제1 연소실(20)과 제2 연소실(30)은 각각의 연소실 내통(22,32)과 외통(21,31)으로 이루어져 독립된 제1 예열실(23)과 제2 예열실(33)을 가지도록 구성된 것을 특징으로 하는 원심 분리형 연속 연소장치.
청구항 4에 있어서,

상기 제1 예열실(23)은 상기 송풍팬(90)과 메인 공급관(91)을 통해 연결되고, 상기 제2 예열실은 상기 메인 공급관(91)으로부터 연장 형성된 상부 공급관(92)을 통해 연결된 것을 특징으로 하는 원심 분리형 연속 연소장치.
청구항 4에 있어서,

상기 제1 연소실(20)의 상부에는 연소공기의 회전 유로를 형성하는 다수개의 블레이드가 설치되고, 이 블레이드는 상기 제1 연소실 내통(22)과 제1 연소실 외통(21) 사이에 설치되는 상방 블레이드(24)와 상기 제1 연소실 내통(22)과 제1 연 소실 내통(22)보다 더 안쪽에 마련된 내부 장착구(26)와의 사이에 설치된 하방 블레이드(25)로 이루어진 것을 특징으로 하는 원심 분리형 연속 연소장치.
청구항 1에 있어서,

상기 화격자(50)는 원형틀로 된 메인 프레임(51)이 회전 가능하게 설치되고, 이 메인 프레임(51)의 내부에는 중앙으로 공급되는 연료가 바깥쪽으로 이동할 수 있도록 다수개의 내부 평판(55)이 바깥쪽으로 하방 경사지게 설치되며, 상기 메인 프레임(51)의 외부에는 이동해 온 연료를 받쳐줄 수 있도록 다수개의 외부 평판(56)이 수평하게 설치된 것을 특징으로 하는 원심 분리형 연속 연소장치.
청구항 7에 있어서,

상기 메인 프레임(51)은 다수개의 지지 롤러(57)에 의해 회전 지지되고, 상기 메인 프레임(51)의 하부에는 구동 모터(58)와 연결 설치된 원형의 랙기어(52)가 장착된 것을 을 특징으로 하는 원심 분리형 연속 연소장치.
청구항 7에 있어서,

상기 메인 프레임(51)의 내부에는 연료 공급콘(87)을 중심으로 방사상 형태를 이루면서 바깥쪽으로 하방 경사지게 설치된 내부 장착대(53) 위에 상기 내부 평판(55)이 장착되고, 상기 메인 프레임(51)의 외부에는 상기 내부 장착대(53)와 대응되도록 수평하게 설치된 외부 장착대(54) 위에 상기 외부 평판(56)이 장착된 것 을 특징으로 하는 원심 분리형 연속 연소장치.
청구항 7에 있어서,

상기 내부 평판(55)과 외부 평판(56) 각각은 고온으로 인한 열팽창을 고려하여 여유 간격을 두고 설치된 것을 특징으로 하는 원심 분리형 연속 연소장치.
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청구항 1에 있어서,

상기 연료 투입콘(87)의 내부는 상기 연소실의 화염이 연료 투입콘(87)을 타고 내려오지 않도록 하기 위하여 별도의 스크류를 설치하지 않고 연료로만 충진되도록 구성된 것을 특징으로 하는 원심 분리형 연속 연소장치.
청구항 13에 있어서,

상기 이송 스크류(86)의 회전날개는 상기 연료 투입콘(87)으로 연료를 밀어 올릴 수 있도록 연료 투입콘(87)을 중심으로 양쪽이 서로 반대 방향으로 구성된 것을 특징으로 하는 원심 분리형 연속 연소장치.
청구항 1에 있어서,

상기 연료 투입콘(87)의 상단에는 상기 화격자(50) 위로 공급되는 연료를 분쇄하고 교반시켜 주는 연료 교반용 바(88)가 설치된 것을 특징으로 하는 원심 분리형 연속 연소장치.
청구항 1에 있어서,

상기 이송 스크류(86)에는 연소실 내부의 압력이 상기 정량 호퍼(81) 쪽으로 빠져나가는 것을 방지하기 위하여 상기 송풍팬(90)과의 사이에 압력 보상용 배관(94)이 연결 설치된 것을 특징으로 하는 원심 분리형 연속 연소장치.
청구항 1에 있어서,

상기 정량 호퍼(81)의 내부에는 그 둘레에 교반 날개(84)가 형성된 다수개의 회전 원판(83)이 설치되고, 이 회전 원판(83)에는 정량 호퍼(81)의 앞쪽으로 몰리는 연료를 후방으로 원활하게 배출시켜주는 다수개의 후방 배출홀(83a)이 형성된 것을 특징으로 하는 원심 분리형 연속 연소장치.
청구항 1에 있어서,

상기 연소재 배출부(60)는 상기 송풍팬(90)으로부터 냉각용 연소공기를 공급하는 하부 공급관(93)이 상기 재 배출통(61)에 연결 설치된 것을 특징으로 하는 원심 분리형 연속 연소장치.
청구항 1에 있어서,

상기 연소재 배출부(60)는 상기 불연성 연소재가 상기 연소실로부터 원활하게 배출되도록 하기 위하여 부압 형성용 배관(71)이 상기 재 배출통(61)으로부터 송풍팬(90)의 흡기구 쪽으로 연결 설치된 것을 특징으로 하는 원심 분리형 연속 연소장치.
청구항 1에 있어서,

상기 연소재 배출부(60)는 상기 재 배출통(61)의 바닥에 쌓인 불연성 연소재를 모아서 재 토출구(63)로 운반하는 재 운반용 플레이트(62)가 상기 화격자(50)의 하부에 설치된 것을 특징으로 하는 원심 분리형 연속 연소장치.
청구항 1에 있어서,

상기 연소재 배출부(60)는 상기 불연성 연소재를 외부로 배출시키기 위한 이 송 스크류(67)가 상기 재 배출통(61)의 바닥에 연결 설치되고, 상기 이송 스크류(67)에는 비산먼지를 회수하여 상기 재 배출통(61)으로 순환시켜주는 비산먼지 회수관(68)이 설치된 것을 특징으로 하는 원심 분리형 연속 연소장치.
청구항 1에 있어서,

상기 연소재 배출부(60)는 상기 화격자(50)로부터 밀려 내려오는 미연소 연료를 분쇄하고 상기 연소실 내부로 이동시켜주는 미연소 연료 교반용 바(79)가 상기 연소실 내통의 하단에 설치된 것을 특징으로 하는 원심 분리형 연속 연소장치.
청구항 1에 있어서,

상기 연소재 배출부(60)는 상기 연소실과 화격자의 사이 공간으로 일정 크기 이하의 불연성 연소재만이 배출되도록 해주는 재 배출판(74)이 상기 연소실 내통의 둘레를 따라 연속적으로 설치된 것을 특징으로 하는 원심 분리형 연속 연소장치.
청구항 23에 있어서,

상기 재 배출판(74)은 상기 연소실 내통에 접촉되는 부분에 배출 슬릿(76)이 형성된 수평 평판(75)과, 이 수평 평판(75)의 하부에 설치되어 일정 크기 이상의 미연소 연료가 배출되는 것을 차단해주는 수직 평판(77)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 원심 분리형 연속 연소장치.
청구항 24에 있어서,

상기 재 배출판(74)의 수직 평판(77)에는 그 일부를 절곡 개방하여 일정 크기 이상의 불연성 연소재를 배출할 수 있는 대형 배출구(78)가 형성된 것을 특징으로 하는 원심 분리형 연속 연소장치.
송풍팬으로부터 공급되는 연소공기가 연소실 내통과 외통의 사이 공간에 형성된 예열실을 따라 회전 상승하면서 1차 예열됨과 동시에 연소실 내통과 외통을 냉각시키는 단계; 상기 1차 예열된 연소공기가 원심력에 의해 연소실 내통의 내벽을 타고 회전 하강하면서 2차 예열됨과 동시에 연소실 내통을 냉각시키는 하강기류 영역(a)을 형성하는 단계; 상기 2차 예열된 연소공기를 화격자 위로 연속 공급되는 연료와 접촉 발화시켜 완전 연소시키는 단계; 및 상기 연소 후 남은 불연성 연소재를 상기 연소실과 화격자의 사이 공간을 통해 상기 연소실과 밀폐 설치된 재 배출통으로 배출시키고 이를 외부로 자동 배출시키는 단계;로 이루어지고,

상기 1차 예열 단계는, 상기 송풍팬으로부터 공급되는 연소공기의 일부를 상기 재 배출통 내로 공급하여 상기 재 배출통 및 화격자를 냉각시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원심 분리형 연속 연소방법.
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청구항 26에 있어서,

상기 1차 예열 단계는, 상기 송풍팬으로부터 공급되는 연소공기의 일부를 상기 화격자로 연료를 운반하는 이송 스크류 내로 공급하여 연소실 내부의 압력이 이송 스크류를 통해 외부로 빠져나가는 것을 방지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원심 분리형 연속 연소방법.
청구항 26에 있어서,

상기 완전 연소 단계는, 상기 2차 예열된 연소공기가 상기 연소실 내통의 내벽을 타고 회전 하강한 후 화격자 위로 연속 공급되는 연료를 만나 이를 발화시키는 혼합발화 연소영역(b)을 형성하는 단계;

상기 혼합발화 연소영역(b)에서 발화된 연료 중에서 고비중의 미연소 연료를 원심력에 의해 상기 하강기류 영역(a) 쪽으로 이동시켜 연소거리와 연소시간을 길게 하여 연소시키는 고비중 연소영역(c)을 형성하는 단계;

상기 고비중 연소영역(c) 내에서 미연소된 연료를 원심력에 의해 상기 하강기류 영역(a)으로 이동시켜 상기 혼합발화 연소영역(b)으로 재순환시키는 단계; 및

상기 혼합발화 연소영역(b)에서 발화된 연료 중에서 저비중의 미연소 연료를 연소실의 중심부로 이동시켜 회전 상승하면서 연소시키는 저비중 연소영역(d)과, 완전 연소에 의해 만들어진 고온의 연소가스에 의해 연소실의 중심부에 고온 열핵(f)을 형성하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 원심 분리형 연속 연소방법.
청구항 26에 있어서,

상기 연소재 배출 단계는, 상기 불연성 연소재를 연소실로부터 원활하게 배출시키기 위하여 상기 재 배출통과 송풍팬의 흡기구를 연결시켜 부압을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원심 분리형 연속 연소방법.
청구항 26에 있어서,

상기 연소재 배출 단계는, 상기 재 배출통으로 배출된 불연성 연소재를 토출시켜 외부로 운반하는 이송 스크류(67)로부터 비산먼지를 회수하여 상기 재 배출통으로 순환시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원심 분리형 연속 연소방법.