KR100920806B1 - 축열식 버너의 연료 냉각노즐 - Google Patents

Abstract

본 발명은 축열식 버너의 연료 냉각노즐에 관한 것으로; 연료분사구가 관통형성되는 연소모듈의 후단에 연결되는 연료노즐의 외부에 냉각공기가 이동하는 공간부가 형성되도록 감싸는 버너의 연료 냉각노즐에 있어서, 상기 냉각노즐의 공간부에는 연료노즐의 외부를 따라 냉각공기가 상기 연소모듈의 후단을 향해 이동하며 연료노즐을 냉각시키는 냉각공간과, 상기 냉각공간을 통과한 냉각공기를 회수하기 위한 회수공간으로 분할하는 안내부가 더 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 연료노즐을 냉각시키기 위한 냉각공기가 연소모듈의 연료분사구를 통해 직접 배출되지 않는 구조로 인해 연소반응시에 로(爐) 내부의 온도저하를 방지하여 에너지 효율이 증대되고, 질소산화물(NOx)의 발생량을 저감시켜 환경오염을 줄이는 장점이 있다.

축열, 버너, 연료, 냉각노즐

Description

축열식 버너의 연료 냉각노즐 { fuel cooling nozzle of burner}

도 1은 종래 일반적인 축열식 버너의 연소 상태를 설명하기 위해 도시한 원리도이고,

도 2는 종래 일반적인 축열식 버너의 배기가스 회수상태를 설명하기 위해 도시한 원리도이고,

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 축열식 버너의 측면을 도시한 도면이고,

도 4는 도 3에 따른 축열식 버너의 정면을 도시한 도면이고,

도 5은 도 4의 'A'-'A'선의 단면을 도시한 도면이고,

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 축열식 버너의 정면을 도시한 도면이고,

도 7은 도 6의 'B'-'B'선의 단면을 도시한 도면이고,

도 8은 도 6의 'C'-'C'선의 단면을 도시한 도면이다.

***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***

100: 버너 110: 하우징

120: 연소모듈 122: 연료분사구

124: 공기분사구 130: 연료노즐

140: 냉각노즐 141: 안내부

150: 공간부 152: 냉각공간

154: 회수공간 160: 연결부재

162: 냉각공기 투입부 164: 냉각공기 배출부

166: 연소공기 투입부 170: 연소공기노즐

본 발명은 축열식 버너의 연료 냉각노즐에 관한 것으로, 더 상세하게는 축열식 버너의 연료노즐을 냉각시켜주기 위한 냉각공기가 연소모듈의 연료분사구를 통해 연료와 함께 배출되지 않고 연료노즐을 냉각시킨 후 로(爐)의 외부로 배출시키는 축열식 버너의 연료 냉각노즐에 관한 것이다.

일반적으로, 철강 또는 비철강 산업 분야에 있어 단조나 압연 또는 열처리를 목적으로 소재(素材)를 가열하거나 용융하기 위해 액체 또는 기체 연료와 공기의 연소 반응 통하여 발생되는 열에너지를 이용하게 된다.

이와 같은 소재 가공을 위해 필요한 열에너지를 발생하기 위해 버너가 사용 되며, 특히 연소 효율을 향상시키기 위해 고온의 공기를 이용하는 축열식 버너를 사용하고 있는 실정이다.

이와 같은 축열식 버너는 연료와 공기를 동시에 연소모듈의 단부로 분사하여 연료를 공기 중에 포함된 산소와 함께 연소시키면서 고열(高熱)을 발생시키게 된다.

이때, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 상기 연소모듈(10)은 통상 연료분사구(12)의 둘레를 따라 공기분사구(14)가 형성되어 이루어지며, 그 연료분사구(12)의 후단에는 연료를 공급하기 위한 연료노즐(20)이 구비되고, 그 연료노즐(20)의 외부를 감싸면서 상기 연료노즐(20)을 냉각하기 위한 상온의 냉각공기가 공급되는 냉각노즐(30)이 구비된다.

이때, 상기 냉각노즐(30)은 연료노즐(20)을 감싸는 하우징(40)의 공간부(42)에서 연소모듈(10)의 공기분사구(14)로 입출되는 가열공기의 고열로부터 연료노즐(20)을 보호하기 위해 상온의 냉각공기가 통과하게 된다.

특히 기존의 거의 모든 축열식 버너들은 1000℃이상의 고온의 배기가스와 예열공기로부터 연료노즐(20)을 보호하기 위해 전체 사용 연소공기의 약 5%를 연료 노즐 냉각용으로 사용하며, 이와 같은 냉각용 공기가 냉각노즐(30)을 통해 연소모듈(10)의 전단으로 배출되어 로(爐)의 내부로 투입된다.

이에 의하면, 냉각노즐(30)을 통과한 냉각용 공기는 축열식 버너가 연소 모드, 축열 모드 및 버너가 정지한 경우 항상 연소모듈(10)의 연료분사구(12)를 통해 항상 로(爐)의 내로 유입되어 연소 반응에 참여함으로써 에너지 절감효과가 떨어지 게 되는 문제점을 가지게 된다.

한편, 축열식 버너가 축열모드인 경우 상온의 냉각공기가 로(爐)의 내부로 유입되어 1200℃정도의 로(爐)내부 온도 하락을 가져와, 에너지 소비를 늘리는 동시에 로내 공기 유입으로 질소산화물(NOx)의 발생량이 급격히 증가되는 결과를 가져온다.

따라서, 로의 내부 온도가 1200℃ 이하에서 버너가 정지 상태인 경우에도 상온의 냉각공기가 로의 내부로 유입되어 로의 내부 온도가 하락하게 되어, 에너지 소비를 늘리는 동시에 로의 내부 공기 유입으로 질소산화물(NOx)의 발생량이 급격히 증가되는 결과를 가져온다.

따라서, 본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 연료노즐을 냉각시키기 위한 냉각공기가 연소모듈의 연료분사구를 통해 연료와 함께 배출되지 않고 연료노즐을 냉각한 후 외부로 배출되도록 하는 축열식 버너의 연료 냉각노즐을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 연료의 연소효율을 증대시키기 위해 연소용 공기를 선택적으로 투입할 수 있는 축열식 버너의 연료 냉각노즐을 제공하는데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은; 연료분사구가 관통형성되는 연 소모듈의 후단에 연결되는 연료노즐의 외부에 냉각공기가 이동하는 공간부가 형성되도록 감싸는 버너의 연료 냉각노즐에 있어서, 상기 냉각노즐의 공간부에는 연료노즐의 외부를 따라 냉각공기가 상기 연소모듈의 후단을 향해 이동하며 연료노즐을 냉각시키는 냉각공간과, 상기 냉각공간을 통과한 냉각공기를 회수하기 위한 회수공간으로 분할하는 안내부가 더 형성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 안내부는 원통형상으로 이루어지며 그 단부는 상기 연소모듈과 일정 거리 이격되어 상기 냉각공간과 회수공간을 연통시키는 연통부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 냉각노즐의 후단에는 상기 냉각공간과 연통되는 냉각공기 투입부와, 상기 회수공간과 연통되는 냉각공기 배출부가 분할 형성되는 연결부재가 더 연결되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 연소모듈은 상기 연료분사구의 둘레에 연소용 공기를 분사하는 공기분사구가 더 형성되며, 상기 냉각노즐의 공간부에는 연소반응에 참가할 수 있는 연소용 공기를 상기 공기분사구로 공급하는 연소공기노즐이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 연소공기노즐은 상기 연소모듈의 공기분사구와 직결되되, 상기 공간부의 회수공간에 구비되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 축열식 버너의 연료 냉각노즐을 첨부한 도면을 참고로 하여 이하에 상세히 기술되는 실시예에 의하여 그 특징들을 이해할 수 있을 것이 다.

이때, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 축열식 버너의 측면을 도시한 도면이고, 도 4는 도 3에 따른 축열식 버너의 정면을 도시한 도면이고, 도 5은 도 4의 'A'-'A'선의 단면을 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 축열식 버너의 정면을 도시한 도면이고, 도 7은 도 6의 'B'-'B'선의 단면을 도시한 도면이고, 도 8은 도 6의 'C'-'C'선의 단면을 도시한 도면이다.

먼저, 도 3 내지 도 5를 참고로 본 발명의 제1 실시 예에 따른 축열식 버너의 연료 냉각노즐에 대해 설명한다.

로(爐) 내부의 소재를 가열 또는 용융시키기 위한 버너(100)는 하우징(110)의 전단부에 연소모듈(120)이 구비되고, 하우징(110)의 내측 연소모듈(120)의 후단에는 연료노즐(130)과 냉각노즐(140)이 구비된다.

이때, 상기 연소모듈(120)은 그 중앙에 전후방향으로 연료분사구(122)가 관통형성된다.

이와 같은 연료분사구(122)의 후단에는 연료노즐(130)이 직결되며, 그 연료노즐(130)의 외부에는 일정거리 이격되게 상기 연료노즐(130)을 감싸며 공간부(150)를 형성하는 냉각노즐(140)이 구비된다.

따라서, 상기 냉각노즐(140)과 상기 연료노즐(130)로 인한 공간부(150)를 따라 연소모듈(120)의 후단을 향해 냉각공기가 전진 안내된다.

이때, 상기 냉각노즐(140)과 연료노즐(130)의 사이에는 냉각공기가 연료노 즐(130)의 외부를 따라 전진하여 다시 회수될 수 있도록 상기 공간부(150)를 분할하는 안내부(141)가 더 형성된다.

이와 같은 안내부(141)는 원통 형상으로 이루어지며 상기 연료노즐(130)과 일정 거리 이격되게 배치되어 상기 공간부(150)를 연료노즐(130)의 외부를 따라 연소모듈(120)을 향해 이동하며 연료노즐(130)을 냉각시키는 냉각공간(152)과, 상기 연료노즐(130)을 냉각시킨 냉각공기를 회수하기 위한 회수공간(154)으로 분할하게 된다.

이때, 상기 안내부(141)의 전단은 상기 연소모듈(120)과 직접 접촉되지 않고 일정 거리 이격되는 연통부(141a)가 형성됨으로 인해 상기 냉각공간(152)과 회수공간(154)은 연통부(141a)에 의해 연결된다.

한편, 냉각노즐(140)의 후단에는 상기 냉각공간(152)과 연통되는 냉각공기 투입부(162)와, 상기 회수공간(154)과 연통되는 냉각공기 배출부(164)가 분할 형성되는 연결부재(160)가 연결된다.

물론, 상기 연결부재(160)에는 연료노즐(130)의 후단부가 고정 설치됨은 당연하다.

이와 같은 구조에 의해 상기 연료노즐(130)을 통해 액체 또는 기체 연료가 연소모듈(120)의 연료분사구(122)를 통해 배출되는 경우, 그 연료노즐(120)이 가열되는 것을 방지하기 위해 연결부재(160)의 냉각공기 투입부(162)를 통해 상온(常溫)의 냉각공기를 투입하게 된다.

이와 같은 냉각공기는 냉각공기 투입부(162)와 연통되는 냉각공간(152)을 따 라 안내되어 전진하면서 그 내부에 구비되는 연료노즐(130)을 냉각시켜 주게 된다.

한편, 상기 냉각공간(152)을 따라 전방으로 이동한 냉각공기는 그 전단 연통부(141a)를 따라 이동하며 회수공간(154)을 통해 후방으로 안내되어, 회수공간(154)과 연통되는 냉각공기 배출부(164)를 통해 로(爐)의 외부로 배출된다.

따라서, 연료노즐을 냉각시키는데만 사용되는 냉각공기가 로(爐)의 내부로 직접 투입되지 않게 되며, 그로 인해 냉각공기가 연료와 연소반응을 일으키지 않게 되어 에너지 효율 감소를 방지함은 물론, 로(爐) 내부에서 질소산화물(NOx)의 발생량을 줄일 수 있게 된다.

다음으로, 도 6 내지 도 8을 참고로 본 발명의 제2 실시 예에 따른 축열식 버너의 연료 냉각노즐에 대해 설명한다.

로(爐) 내부의 소재를 가열 또는 용융시키기 위한 버너(100)는 하우징(110)의 전단부에 연소모듈(120)이 구비되고, 하우징(110)의 내측 연소모듈(120)의 후단에는 연료노즐(130)과 냉각노즐(140)이 구비되며, 상기 연소모듈(120)은 그 중앙에 전후방향으로 연료분사구(122)가 관통형성된다.

이 경우 상기 연료분사구(122)의 후단에는 연료노즐(130)이 직결되며, 그 연료노즐(130)의 외부에는 일정거리 이격되게 상기 연료노즐(130)을 감싸 공간부(150)를 형성하도록 냉각노즐(140)이 구비되며, 상기 냉각노즐(140)과 연료노즐(130)의 사이에는 냉각공기가 연료노즐(130)의 외부를 따라 전진하여 다시 회수될 수 있도록 상기 공간부(150)를 분할하는 안내부(141)가 더 형성된다.

이와 같은 안내부(141)에 의해 상기 공간부(150)는 연료노즐(130)의 외부를 따라 연소모듈(120)을 향해 이동하며 연료노즐(130)을 냉각시키는 냉각공간(152)과, 상기 연료노즐(130)을 냉각시킨 냉각공기를 회수하기 위한 회수공간(154)으로 분할되며, 상기 안내부(141)의 전단은 상기 연소모듈(120)과 직접 접촉되지 않고 일정 거리 이격되어 연통부(141a)가 형성됨으로 인해 상기 냉각공간(152)과 회수공간(154)은 연통부(141a)에 의해 연결된다.

이때, 상기 로(爐) 내부의 소재를 가열 또는 용융시에 연소모듈(120)의 연소반응시에 로(爐)의 내부 온도가 낮아지면 화염의 안정화를 위해 전체 연소공기의 20~30%정도의 연소(燃燒)용 공기를 투입할 필요성이 있다.

이를 위해, 상기 연소모듈(120)은 연료분사구(122) 둘레를 따라 공기분사구(124)가 형성되는 것을 사용하게 된다.

한편, 상기 연료분사구(122)의 후단에는 연료를 공급하기 위한 연료노즐(130)이 구비되고, 그 연료노즐(130)의 외부를 감싸면서 상기 연료노즐(130)을 냉각하기 위한 상온의 냉각공기가 공급되는 냉각노즐(140)의 공간부(150) 내측에는 연소반응에 참가할 수 있는 연소용 공기가 투입되는 연소공기노즐(170)이 구비된다.

이와 같은 연소공기노즐(170)은 상기 연소모듈(120)의 공기분사구(124)와 직결되며 다수가 상기 공간부(150)의 내부에 설치된다.

물론, 상기 공간부(150)의 회수공간(154)에 설치함이 바람직하다.

한편, 냉각노즐(140)의 후단에는 상기 냉각공간(152)과 연통되는 냉각공기 투입부(162)와, 상기 회수공간(154)과 연통되는 냉각공기 배출부(164)와, 상기 연소공기노즐(170)과 연통되는 연소공기 투입부(166)가 분할 형성되는 연결부재(160)가 연결 설치된다.

이와 같은 구조에 의해 상기 연료노즐(130)을 통해 액체 또는 기체 연료가 연소모듈(120)의 연료분사구(122)를 통해 배출되는 경우, 그 연료노즐(130)이 가열되는 것을 방지하기 위해 연결부재(160)의 냉각공기 투입부(162)를 통해 상온(常溫)의 냉각공기를 투입하게 되며, 별도의 연소용 공기를 연소반응에 참여시키기 위해서는 상기 연소공기 투입부(166)를 통해 선택적으로 연소용 공기를 공급하게 된다.

따라서, 연료노즐(130)을 냉각시키기 위한 냉각공기는 냉각공기 투입부(162)와 연통되는 냉각공간(152)을 따라 안내되어 전진하면서 그 내부에 구비되는 연료노즐(130)을 냉각시킨 후 회수공간(154)을 통해 후방으로 안내되어, 회수공간(154)과 연통되는 냉각공기 배출부(164)를 통해 로(爐)의 외부로 배출되며, 연소용 공기는 별도로 연소공기 투입부(166)를 통해 투입되어 연소공기노즐(170)을 거쳐 연소모듈(120)의 공기분사구(124)를 통해 배출된다.

이때, 축열모드로 버너(100)가 작동되는 경우에는 연소공기 투입부(166)를 통한 연소용 공기의 투입을 차단하고, 단지 냉각공기만이 공급되어 연료노즐(130)을 냉각한 후 외부로 유출되게 한다.

이와 같은 구조에 의해 연료노즐(130)의 냉각을 위해 사용되는 냉각공기가 직접 연소반응에 참여하는 것을 방지하고, 필요에 따라 연소모듈(120)의 연소반응 시에 로(爐)의 내부 온도가 낮아지는 경우에는 연소용 공기를 함께 투입할 수 있어 효율적인 운영이 가능하다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것이다.

이상의 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따르면 연료노즐을 냉각시키기 위한 냉각공기가 연소모듈의 연료분사구를 통해 직접 배출되지 않는 구조로 인해 연소반응시에 로(爐) 내부의 온도저하를 방지하여 에너지 효율이 증대되고, 질소산화물(NOx)의 발생량을 저감시켜 환경오염을 줄이는 장점이 있다.

아울러, 연료의 연소효율을 증대시키기 위해 연소노즐을 통해 연소용 공기를 선택적으로 투입할 수 있어 로내의 온도저하시에 신속하게 연소용 공기를 투입하여 효율을 증대할 수 있는 장점도 있다.

Claims (5)

1. 연료분사구가 관통형성되는 연소모듈의 후단에 연결되는 연료노즐의 외부에 냉각공기가 이동하는 공간부가 형성되도록 감싸는 버너의 연료 냉각노즐에 있어서,

   상기 연소모듈에는 상기 연소분사구의 둘레에 연소용 공기를 분사하는 공기분사구가 형성되고,

   상기 냉각노즐의 공간부에는 연료노즐의 외부를 따라 냉각공기가 상기 연소모듈의 후단을 향해 이동하며 연료노즐을 냉각시키는 냉각공간과 상기 냉각공간을 통과한 냉각공기를 회수하기 위한 회수공간으로 분할하는 안내부와, 연소반응에 참가할 수 있는 연소용 공기를 상기 공기분사구로 공급하는 연소공기노즐이 구비되며,

   상기 냉각노즐의 후단에는 상기 냉각공간과 연통되는 냉각공기 투입부와, 상기 회수공간과 연통되는 냉각공기 배출부 및 상기 연소공기노즐과 연통되는 연소공기 투입부가 분할 형성되는 연결부재가 연결 설치되되,

   상기 안내부는 원통형상으로 이루어지며 그 단부는 상기 연소모듈과 일정 거리 이격되어 상기 냉각공간과 회수공간을 연통시키는 연통부가 형성된 것을 특징으로 하는 축열식 버너의 연료 냉각노즐.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,

   상기 연소공기노즐은 상기 연소모듈의 공기분사구와 직결되되, 상기 공간부의 회수공간에 구비되는 것을 특징으로 하는 축열식 버너의 연료 냉각노즐.

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