KR101017700B1

KR101017700B1 - 열효율이 향상된 연소장치

Info

Publication number: KR101017700B1
Application number: KR1020090025281A
Authority: KR
Inventors: 김상권
Original assignee: 김상권
Priority date: 2009-03-25
Filing date: 2009-03-25
Publication date: 2011-02-25
Also published as: KR20100107146A

Abstract

본 발명의 연소장치는 외부로부터 연소공기를 공급받아 연료공급부에 의해 공급된 연료를 연소시키는 연소통을 구비하는 연소장치에 있어서, 상기 연소통은, 상기 연소통 내에 상,하측 내벽으로 둘러싸여 연료를 연소시키는 연소실과, 상기 하측 내벽의 외측 둘레에 형성되어 상기 연소실 내부로 연소공기를 공급하는 선회류 공급실과, 상기 선회류 공급실의 외측 둘레에 형성되어 외부로부터 공급된 연소공기를 상기 선회류 공급실에 공급하기 위한 공냉실을 포함하여 연소실의 하부로 연소공기를 공급하는 하부연소공기공급부와, 상기 하부연소공기공급부의 상부에 설치되며, 상기 상측 내벽의 외측 둘레에 형성되어 상기 연소실 내부로 연소공기를 공급하는 선회류 공급실과, 상기 선회류 공급실의 외측 둘레에 형성되어 외부로부터 공급된 연소공기를 상기 선회류 공급실에 공급하기 위한 공냉실을 포함하여 연소실의 상부로 연소공기를 공급하는 상부연소공기공급부를 포함하여 이루어지고, 상기 상,하부연소공기공급부의 선회류 공급실과 상기 공냉실 사이에는 상단에 공기공급통로가 형성된 중벽이 각각 형성되어, 상기 공냉실로 유입된 연소공기가 공냉실 상부로 이동한 후 중벽 상단의 공기공급통로를 통해 상기 선회류 공급실의 상부에서 하부로 이동되어 상기 상,하측 내벽의 하단에 형성된 연소공기공급통로를 통해 연소실로 공급되는 것을 특징으로 한다.

열회수, 연소가스배출, 선회류, 연소장치

Description

열효율이 향상된 연소장치{COMBUSTION APPARATUS WITH IMPROVED HEAT EFFICIENCY}

본 발명은 열회수용 연소장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연소실 내에 고체연료 등을 연소시켜 발생하는 연소열을 회수하여 에너지로 사용하기 위한 열회수용 연소장치에 관한 것이다.

일반적으로 산업용 온수, 스팀 또는 고온의 가스를 필요로 하는 산업시설에서는 열에너지를 얻기 위해 연소통 내부에서 연료를 점화, 연소시켜 열에너지를 발생시키는 연소장치가 이용되고 있고, 또한 이러한 연소장치에 사용되는 연료로서 생활폐기물을 연료화한 RDF 또는 폐플라스틱을 연료화한 RPF 등의 고형연료가 경제성과 자원재활용 측면에서 많이 이용되고 있다.

그런데, 이러한 종래 연소장치는 연소통 하부에 고형연료 등을 다량 투입하고 연소하는 방식인데 연료가 미완전연소되어 재료의 낭비가 초래됨은 물론 열효율이 떨어지는 문제점이 있었고, 한 번에 많은 회분(재)이 발생하여 남는 회분처리의 자동화가 불가능하여 번거롭고, 또 1회 연소가 완료되면 다시 연료를 일정량 투입한 후 점화시켜야 하는 등 연속적인 연소가 어렵고 발열량이 균일하지 못한 문제점 이 있었다.

또한, 이러한 고형연료는 연소시 dust, 일산화탄소, 매연, 가스상 HCL, SOx, NOx, 다이옥신 등 환경을 오염시키는 가스 또는 입자가 다량 배출된다는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해소하기 위해 도1의 연소장치(1000)가 개발되어 있다. 종래기술에 따른 열회수용 연소장치(1000)는 연소통(100) 내에서 연료호퍼(310)로부터 공급받은 고체연료를 연소시켜 고온의 연소가스를 발생시키게 되는데, 연료의 연소에 필요한 공기는 외부로부터 공냉실(150), 중벽(140)의 통로(140a), 선회류공급실(130) 및 내벽(120)의 통로(120a)를 거쳐 연소실(110)에 공급되게 된다.

또한, 이와 같이 연소실(110)에서 연료를 연소시켜 발생된 고온의 연소가스는 엘보우 형상의 연소가스배출관(400)을 통해 보일러 등의 열회수수단으로 공급되어 열을 회수하게 된다.

그런데, 이러한 종래의 연소장치에서는 연소실 내에 적재된 고형연료의 겉으로만 연소공기가 공급되어 고형연료의 겉부분은 잘 연소되나, 그 내부에 있는 고형연료는 연소공기와의 접촉이 어려워 불완전 연소되는 문제점이 있었다. 또한, 연소공기가 연소실에 공급될 경우 통로(140a)를 통해 선회류공급실(130)에 공급된 다음 바로 다시 내벽(120)의 통로(120a)를 통해 연소실(110)에 공급되어 선회류공급실에서의 공기 예열기능이 떨어지는 단점이 있었다.

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로 연소실 내에 적재된 고형연료의 완전연소를 도모하고 열손실을 줄여 열효율을 향상시킨 연소장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 연소장치는 외부로부터 연소공기를 공급받아 연료공급부에 의해 공급된 연료를 연소시키는 연소통을 구비하는 연소장치에 있어서, 상기 연소통은, 상기 연소통 내에 상,하측 내벽으로 둘러싸여 연료를 연소시키는 연소실과, 상기 하측 내벽의 외측 둘레에 형성되어 상기 연소실 내부로 연소공기를 공급하는 선회류 공급실과, 상기 선회류 공급실의 외측 둘레에 형성되어 외부로부터 공급된 연소공기를 상기 선회류 공급실에 공급하기 위한 공냉실을 포함하여 연소실의 하부로 연소공기를 공급하는 하부연소공기공급부와, 상기 하부연소공기공급부의 상부에 설치되며, 상기 상측 내벽의 외측 둘레에 형성되어 상기 연소실 내부로 연소공기를 공급하는 선회류 공급실과, 상기 선회류 공급실의 외측 둘레에 형성되어 외부로부터 공급된 연소공기를 상기 선회류 공급실에 공급하기 위한 공냉실을 포함하여 연소실의 상부로 연소공기를 공급하는 상부연소공기공급부를 포함하여 이루어지고, 상기 상,하부연소공기공급부의 선회류 공급실과 상기 공냉실 사이에는 상단에 공기공급통로가 형성된 중벽이 각각 형성되어, 상기 공냉실로 유입된 연소공기가 공냉실 상부로 이동한 후 중벽 상단의 공기공급통로를 통해 상기 선회류 공급실의 상부 에서 하부로 이동되어 상기 상,하측 내벽의 하단에 형성된 연소공기공급통로를 통해 연소실로 공급되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 연소장치는 연료공급부는 내부에 수직이송스크류를 구비하여 연료를 연소실로 공급하는 연료공급관의 외측에 연소실 하부에서 연소실 내로 연소공기를 공급하기 위한 연소공기공급관이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 연소장치는 연료공급관의 상단부는 상측으로 갈수록 내경이 점차 커지는 확경부와, 확경부의 단부에서 아래로 절곡되어 하향 경사지게 형성되는 경사안내부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 연소장치는 상기 경사안내부에 상기 연소공기공급관으로부터 공급된 연소공기가 유입되는 다수의 급기공이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 연소장치는 상기 연소실 내의 바닥에 상기 연료공급관을 통해 공급되는 연료가 상면에 공급되는 회전가능한 회전형 화격자가 구비되고, 상기 회전형 화격자의 양측 단면은 V자형으로 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면 연소실 내에 적재된 연료의 완전연소를 도모하고 외부로의 열손실을 줄여 열효율이 향상된 연소장치가 제공된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연소장치를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도2는 본 발명의 실시예에 따른 연소장치의 종단면도이고, 도3은 도2에서 연 료공급부의 종단면도이고, 도4는 도2에서 연료공급부의 횡단면을 보여주는 도면이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연소장치는 연소통(100)을 구비하여 내부에 연료를 연소시켜 고온의 연소가스를 발생시키고 이 고온의 연소가스를 보일러 등을 이용하여 열을 회수하기 위한 연소장치이다.

먼저 상기 연소통(100)은 원통형상으로 이루어져 내부에 고형연료를 수용하고 연소시키기 위한 것으로, 연소통(100) 내에 상, 하측 내벽(22, 12)으로 둘러싸여 연료를 연소시키는 연소실(11)과, 연소실에 외부로부터의 연소공기를 공급하기 위해 연소실(11)의 측면에 형성된 상, 하부연소공기공급부(20, 10)를 포함하여 이루어진다.

하부연소공기공급부(10)는 상부로 갈수록 내경이 좁아지는 원통의 하측 내벽(12)의 외측 둘레에 형성되어 연소실(11) 내부로 연소공기를 공급하는 선회류 공급실(13)과, 선회류 공급실(13)의 외측 둘레에 형성되어 외부로부터 공급된 연소공기를 상기 선회류 공급실(13)에 공급하기 위한 공냉실(15)을 포함하여 이루어진다.

상부연소공기공급부(20)는 플랜지(18)에 의해 하부연소공기공급부(10)의 상측에 결합되는 것으로, 내경이 일정한 원통의 상측 내벽(22) 외측 둘레에 형성되어 연소실(11) 내부로 연소공기를 공급하는 선회류 공급실(23)과, 선회류 공급실(23)의 외측 둘레에 형성되어 외부로부터 공급된 연소공기를 상기 선회류 공급실(23)에 공급하기 위한 공냉실(25)을 포함하여 이루어진다.

상기 상,하부연소공기공급부(20,10)의 선회류 공급실(23,13)과 상기 공냉 실(25,15) 사이에는 상단에 공기공급통로(24a, 14a)가 형성된 중벽(24,14)이 각각 형성되어, 상기 공냉실(25, 15)로 유입된 연소공기가 공냉실(25, 15) 상부로 이동한 후 중벽(24,14) 상단의 공기공급통로(24a, 14a)를 통해 상기 선회류 공급실(23,13)의 상부에서 하부로 이동되어 상기 상,하측 내벽(22,12)의 하단에 형성된 연소공기공급통로(22a, 12a)를 통해 연소실(11)의 상, 하부로 연소공기가 공급된다.

상,하부연소공기공급부(20,10)의 공냉실(25, 15)은 외측이 외벽(26, 16)으로 둘러싸여 형성된다.

연소통(10)의 상부 일측은 연소된 고온의 연소가스를 배출하기 위해 개방되어 있고, 하부 가장자리에는 연소된 고형연료의 재가 배출될 수 있도록 재배출구(19)가 형성된다.

또한, 연소실(11) 하부에는 회전가능하게 설치되는 회전형 화격자(17)가 구비된다. 회전형 화격자(17)는 원판형상으로 그 상면에 공급된 고형연료를 연소시키기 위한 것으로, 중앙으로부터 외측방향으로 하향 경사진 후 다시 상향 경사지게 형성되어 양쪽 단면이 V자형으로 형성된다. 회전형 화격자(17)의 중앙에는 고형연료를 공급하기 위한 연료공급부(40)가 형성된다. 연료공급부(40)는 하부 일측에 연료공급구(44)가 형성되며 내부에 수직이송스크류(42)에 의해 고형연료를 연소실(11) 내로 공급하는 연료공급관(41)이 구비되고, 연료공급관(41)의 외측에는 연료공급관(41)과 동심원 형상으로 형성되며 링블로워 등의 공기공급수단(45)에 의해 연소공기를 연소실(11) 하부에서 연소실(11) 내로 공급하기 위한 하부연소공기공급 관(43)이 형성된다.

또한, 도면에는 도시하지 않았으나, 연소실 내에서 연소되는 고형연료로부터 연료공급관(41) 내에 존재하는 고형연료로 역화되는 것을 방지하기 위해 연료공급관(41)을 통해 연소공기를 공급하도록 연료공급관(41)의 하부 타측에는 링블로워 등의 공기공급수단이 구비될 수 있다.

연료공급관(41)의 상단부의 외주연에는 상측으로 갈수록 내경이 점차 커지는 확경부(41a)와 확경부(41a)의 단부에서 아래로 절곡되어 하향 경사지게 형성되는 경사안내부(41b)가 형성된다. 그리고, 경사안내부(41b)에는 하부연소공기공급관(43)으로부터 공급된 연소공기가 유입되는 급기공(41c)이 둘레방향으로 다수 형성되어 있다.

상기와 같은 구성에 의해 연료공급관(41)에 의해 고형연료가 회전형 화격자(17)의 상면 중앙으로 공급되고, 경사안내부(41b)의 급기공(41c)과 경사안내부(41b)와 화격자(17) 사이의 공간을 통해 고형연료의 저면으로 직접 연소공기가 공급되게 된다. 고형연료는 연소됨과 동시에 외측 가장자리로 이동하게 되고 이동하면서 연소되어 생성되는 재는 회전형 화격자(17)가 구동모터(31)의 회전력이 웜기어(32)에 의해 전달되어 회전하면서 연소실(11) 하부 가장자리에 형성된 재배출구(19)를 통해 외부로 배출되게 된다. 또한, 종래에는 모터의 회전력을 체인으로 회전형 화격자(17)에 전달하는 방식이었는데, 이 경우에는 고장이 잦고 체인의 마모로 인해 내구성이 떨어지는 단점이 있었다. 본원발명에서는 구동모터(31)의 회전력을 웜기어(32)에 의해 바로 화격자(17)로 전달함으로써 이러한 문제점을 해결하 여 내구성을 향상시켰다.

이하에서는 상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 연소장치의 작동방법을 설명한다.

먼저, 연료호퍼(미도시)로부터 고형연료가 연료공급관(41)을 통해 연소실(11) 내부로 일정하게 공급되고 연소실(11) 내부로 공급된 고형연료는 예열버너 및 점화버너(미도시)에 의해 예열 및 점화되어 연소되게 된다. 그리고, 회전형 화격자(17)의 상측으로 공급된 고형연료는 연소되면서 연료의 계속적 공급으로 인해 시간이 지남에 따라 회전형 화격자(17)의 가장자리로 이동하게 되는데, 고형연료가 연소되면서 일부 액상으로 변한 연료는 화격자의 단면인 V자형의 골부분에 머무르면서 연소되게 된다. 이에 의해 종래에는 도1에 도시된 바와 같이 화격자의 단면이 한쪽으로 경사지게 형성되어 있어 연소과정에서 생성되는 액상의 연료가 한쪽으로 흘러 내려버리는 문제점이 있었는데, 본원발명에서는 이러한 문제점을 해결할 수 있게 되었다. 회전형 화격자(17)의 가장자리에서는 연료가 연소되어 재(ash)로 변하게 된다.

그리고, 고형연료가 연소되어 생성되는 재는 회전형 화격자(17)가 회전하면서 재배출구(19)를 통해 배출된다.

한편, 고형연료가 연소되는 데 필요한 연소공기는 외부로부터 상,하부연소공기공급부(20,10)의 원형 외벽(26, 16)에 접선방향으로 형성된 연소공기공급관(26a, 16a)을 통해 공냉실(25, 15)로 공급되고 공냉실(25, 15)에 공급된 연소공기는 공냉실(25, 15)의 상부로 이동하여 중벽(24, 14)의 연소공기공급통로(24a,14a)를 통해 다시 선회류 공급실(23, 13)로 공급된다. 선회류 공급실(23, 13)로 공급된 연소공기는 상부에서 하부로 이동한 다음 내벽(22, 12)에 형성된 연소공기공급통로(22a, 12a)를 통해 연소실(11) 내부로 회전하면서 공급되게 된다. 따라서, 단순히 연소공기가 연료에 직선방향으로 공급될 때에 비해 회전하면서 공급됨으로써 연소실(11)이 작더라도 대부분의 연료에 연소공기가 직접 접촉하게 되어 제조원가는 낮추면서 열효율을 향상시키게 된다. 또한, 외부공기가 공냉실(25, 15)의 상부로 이동한 후 다시 선회류 공급실(23, 13)의 하부로 이동하면서 이동거리가 길어져 선회류 공급실(23, 13)에서 보다 확실한 예열효과를 볼 수 있음과 동시에 공냉실(25, 15)이 선회류 공급실(13)로부터 외부로의 열차단기능을 보다 확실하게 수행할 수 있게 된다.

또한, 하부연소공기공급부(10)에 의해 공급되는 연소공기는 화격자(17)에 적재된 고형연료를 직접 연소시키고, 상부연소공기공급부(20)에 의해 공급되는 연소공기는 완전 연소되지 못하고 상승하는 불완전연소물을 연소시키는 역할을 수행하여 연료의 완전연소를 도모하게 된다.

그리고, 연료공급관(41)의 외측에 형성된 하부연소공기공급관(43)에 의해 공급되는 연소공기가 경사안내부(41b)와 화격자(17) 사이의 공간 및 급기공(41b)을 통해 공급되어 연소실(11) 내에 적재된 고형연료의 하부로도 연소공기가 공급됨으로써 적재된 고형연료의 외부 뿐만 아니라 하부 및 내부에 존재하는 고형연료 또한 원활하게 연소되는 장점이 있다.

한편, 연소실(11)에서 고형연료를 연소하여 발생하는 고온의 연소가스는 연 소실(11)의 개방된 상부를 통해 보일러(미도시)로 유입되게 되고 보일러(미도시)로 공급된 고온의 연소가스는 열교환에 의해 산업용 온수 또는 스팀을 발생시키는 데 사용된다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예로서 연소장치는 고형연료를 사용하는 예를 참조로 하여 설명하였으나, 본 발명의 연소장치는 고형연료에 한정되지 아니하며, 가스연료, 액체연료에 응용가능함은 당연한 것이며 당해 기술분야의 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능함을 용이하게 이해할 수 있을 것이다.

도1은 종래기술에 따른 연소장치를 도시한 도면,

도2는 본 발명의 실시예에 따른 연소장치를 도시한 도면,

도3은 도2에서 연료공급부의 종단면을 도시한 도면,

도4는 도2에서 연료공급부의 횡단면을 보여주는 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 연소통 10 : 하부연소공기공급부

11 : 연소실 12 : 내벽

13 : 선회류공급실 14 : 중벽

15 : 공냉실 16 : 외벽

17 : 회전형 화격자 20 : 상부연소공기공급부

40 : 연료공급부

Claims

외부로부터 연소공기를 공급받아 연료공급부에 의해 공급된 연료를 연소시키는 연소통을 구비하는 연소장치에 있어서,

상기 연소통은,

상기 연소통 내에 상,하측 내벽으로 둘러싸여 연료를 연소시키는 원통형상의 연소실과,

상기 하측 내벽의 외측 둘레에 형성되어 상기 연소실 내부로 연소공기를 공급하는 선회류 공급실과, 상기 선회류 공급실의 외측 둘레에 형성되어 외부로부터 공급된 연소공기를 상기 선회류 공급실에 공급하기 위한 공냉실을 포함하여 연소실의 하부로 연소공기를 공급하는 하부연소공기공급부와,

상기 하부연소공기공급부의 상부에 설치되며, 상기 상측 내벽의 외측 둘레에 형성되어 상기 연소실 내부로 연소공기를 공급하는 선회류 공급실과, 상기 선회류 공급실의 외측 둘레에 형성되어 외부로부터 공급된 연소공기를 상기 선회류 공급실에 공급하기 위한 공냉실을 포함하여 연소실의 상부로 연소공기를 공급하는 상부연소공기공급부를 포함하여 이루어지고,

상기 상,하부연소공기공급부의 선회류 공급실과 상기 공냉실 사이에는 상단에 공기공급통로가 형성된 중벽이 각각 형성되어, 상기 공냉실로 유입된 연소공기가 공냉실 상부로 이동한 후 중벽 상단의 공기공급통로를 통해 상기 선회류 공급실의 상부에서 하부로 이동되어 상기 상,하측 내벽의 하단에 형성된 연소공기공급통 로를 통해 연소실로 공급되는 것을 특징으로 하는 열효율이 향상된 연소장치.
제1항에 있어서,

상기 연소통의 하부에 설치되는 상기 연료공급부는 내부에 수직이송스크류를 구비하여 연료를 연소실로 공급하는 연료공급관의 외측에 공기공급수단을 통해 연소실 하부에서 연소실 내로 연소공기를 공급하기 위한 하부연소공기공급관을 포함하여 이루어지는 열효율이 향상된 연소장치.
제2항에 있어서,

상기 연료공급관의 상단부는 상측으로 갈수록 내경이 점차 커지는 확경부와, 확경부의 단부에서 아래로 절곡되어 하향 경사지게 형성되는 경사안내부를 포함하여 이루어지는 열효율이 향상된 연소장치.
제3항에 있어서,

상기 경사안내부에는 상기 하부연소공기공급관으로부터 공급된 연소공기가 유입되는 다수의 급기공이 형성되는 열효율이 향상된 연소장치.
제4항에 있어서,

상기 연소실 내의 바닥에는 상기 연료공급관을 통해 공급되는 연료가 상면에 공급되는 회전가능한 회전형 화격자가 구비되고, 상기 회전형 화격자의 양측 단면 은 V자형으로 형성되는 열효율이 향상된 연소장치.
제5항에 있어서, 상기 연소장치는,

상기 회전형 화격자를 회전시키기 위해 구동모터와, 상기 구동모터의 회전력을 상기 회전형 화격자에 전달하는 웜기어를 더 포함하여 이루어지는 열효율이 향상된 연소장치.