KR101130780B1 - 외기유입 방지기능을 가지는 연소로 - Google Patents

Abstract

장입물의 반입이나 반출을 위하여 문 구조물, 즉 장입문이나 반출문이 개방되더라도, 주위 외기의 유입을 감소 또는 최소화할 수 있는 연소로를 제공하려고 하는 것이다.

이를 위한, 본 발명의 외기(外氣)유입 방지기능을 가지는 연소로는, 적어도 로 내에 장입물을 반입, 반출할 때 개폐되는 문(門) 구조물을 구비한 연소로에 있어서, 상기 문 구조물 부근에 외기흡인용 후드를 설치한 것을 특징으로 한다.

외기유입, 연소로, 외기흡인, 후드

Description

외기유입 방지기능을 가지는 연소로{a conbustion furnace with shielding facility from air rush-in}

도 1은, 종래의 재생기(레큐퍼레이터; recuperator)식 버너 시스템이 장착된 연소로의 구성도,

도 2는, 본 발명에 의한 외기유입 방지기능을 가지는 연소로의 구성도,

도 3은, 본 발명에 의한 보조 후드의 일실시예를 나타낸 구성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 가열로 2 : 슬랩(slab)

3 : 스키드(skid) 4 : 연소 배가스

5 : 재생기(recuperator) 6 : 강제 팬(induced draft fan)

7 : 스택(stack) 8 : 버너

9 : 공기 10 : 예열된 공기

11: 장입문 12 : 반출문

13: 보조 후드(hood) 14: 댐퍼(damper)

본 발명은 장입물을 장입한 후 이를 가열하거나 소각, 연소시키는 연소로에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 장입물을 반입하거나 반출하기 위하여 문(門) 구조물을 가지는 경우에, 이 문 구조물의 개방시에 외기의 유입을 방지하는 기능을 가지는 연소로에 관한 것이다.

일반적으로, 장입물을 장입한 후에, 이를 그 내부에서 가열하거나 소각, 연소시키는 연소로는, 장입물의 반입과 반출을 위한 어떤 형태의 문 구조물을 가지고 있기 마련이다. 이하 제철분야의 연소로를 중심으로 예를 들어 설명하는데, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 내부의 열기가 외부의 공기에 의하여 외란이 발생하면 지장이 생기는 연소장치로서, 반응로, 가열로, 소각로, 연소로를 모두 포함하여 적용될 수 있음을 명기해 둔다.

종래의 재생기(recuperator)식 버너시스템이 장착된 통상의 연소로 중 가열로는, 일반적으로 도 1에 나타낸 바와 같은 구조를 가진다.

가열로(1) 내에는, 슬랩(slab; 2)이 스키드(skid; 3) 위에 놓이고, 다수의 버너(burner; 8)가 설치되어 있다. 상기 버너(8)에는 연료와 예열된 공기(10)가 공급되며, 로(1) 내 구조에 적절한 화염구조와 공해물질 배출 특성을 가지도록 분사 구조가 결정되어 있다. 이 가열로(1)에서 연소에 의하여 발생된 고온 연소 배가스(4)는, 강제 팬(fan; 6)을 통해 흡입 및 배출된다.

한편, 통상의 재생기식 버너시스템에 부착된 재생기(5)를 통해 연소 배가스(4)의 고온 현열이 공기(9)를 예열하도록 되어 있다. 재생기(5)의 제원과 사양에 따라 다소 차이가 있지만, 예열된 공기(10)는 약 250 ~ 600 ^oC로 예열되어 버너(8)를 통해 로(1) 내로 공급되고, 연소 배가스(4)는 상기 재생기(5)를 지나면 약 400 ^oC로 저온화되어, 강제 팬(6)에 의하여 스택(stack; 7)을 통해 배출된다.

그리고, 로(1) 내 장입물인 슬랩(2)은, 문 구조물(11, 12)이 개방되었을 때에 출입된다. 즉, 새로이 넣게 되는 슬랩(2)은, 장입문(11)이 개방되었을 때 공급되고, 로(1)의 가동에 의하여 완전히 가열된 슬랩(2)은, 반출문(12)이 개방되었을 때 꺼내어진다. 이 어느 경우이거나, 장입물의 이동이 완료되면, 문은 다시 폐쇄된다. 최근에는, 축열식 버너가 장착된 연소로도 점차 보급되고 있지만, 이 경우에도 기본적인 전체적 구성은 모두 도 1에 나타내는 바와 같다.

그런데, 도 1에 나타낸 바와 같은 연소로(1)에 있어서, 슬랩(2) 또는 장입물을 반입, 반출하기 위해서는, 장입문(11)이나 반출문(12)을 위로 들어올리는 등 하여 개방해야 하기 때문에, 이때 이들 열린 문을 통하여 로(1) 내로 문 주위의 차가운 외기가 유입될 우려가 있다. 이러한 우려는 장입문(11)이든 반출문(12)이든 마찬가지이지만, 특히 장입문(11)의 경우에는, 대개 그 부근에 연소 배가스(4)를 흡입하는 강제 팬(6)이 연결된 덕트가 설치되어 있어서, 상당한 음압이 형성되어 있기 때문에, 장입문(11)이 개방되면, 많은 양의 저온 공기가 유입된다. 실제 예를 들면, 이러한 장입문(11)은, 한 번에 대략 1분 정도 열려 있게 되는 것이다.

어느 경우이든 간에, 연소로(1)의 문 구조물을 통하여 유입된 저온 공기는, 로(1) 내 온도 저하, 산소농도 증가에 따른 연소조건 왜곡, 로(1) 상하부의 온도 불균일성 증대 등을 유발함으로써, 문제점을 발생시키게 된다. 따라서, 하나의 방편으로서, 저하된 온도만큼을 보상하기 위하여 더욱 고온으로 연소로 전체를 가동하는 경우가 있는데, 이때는 로(1) 온도 승온 및 유지를 위한 추가연료 사용량이 막대하게 증가된다는 문제점이 있었다.

또한, 이렇게 장입문(11)이나 반출문(12)의 개방시 유입되는 차가운 주위 공기에 의한 로(1) 내 열손실을 감소시키기 위하여, 종래에는 문 구조물을 개방해 놓고, 그 개방된 면을 덮는 방향으로 공기를 빠른 속도로 분사시켜서 공기 차단막(에어 커튼)을 형성시키는 방법을 사용하기도 하였으나, 이 경우에는 오히려 이 공기 차단막의 빠른 유속에 의하여 연소로 내부의 열기가 와류되면서 흡인되어, 열기가 외부로 유촐되는 현상에 대해서 개선도가 뚜렷하지 못하였고, 구성상으로도 컴프레셔 등 공기 분사를 위한 복잡한 설비를 추가로 구비해야 한다는 문제점이 있었다.

한편, 문 구조물 개방시의 로(1) 내의 열손실 감소 및 보상을 위하여, 이들 문 구조물에 작은 보조 버너를 부착시켜 연소시키는 방법을 사용하기도 하였으나, 이 경우에는 연료비의 증가와 더불어, 보조 버너가 장입물의 출입에 방해가 되는 일이 많고, 구성상으로도 이 보조 버너에 대한 연료 및 공기의 공급배관 등의 추가 설비가 발생한다는 문제점이 있었다.

본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 열손실을 감소시킬 수 있는 연소로를 제공하려고 하는 것이다.

또한, 장입물의 반입이나 반출을 위하여 문 구조물, 즉 장입문이나 반출문이 개방되더라도, 주위 외기의 유입을 감소 또는 최소화할 수 있는 연소로를 제공하려고 하는 것이다.

또한, 연소로에 유입되는 외기를 감소시켜서, 연료비의 감소는 물론, 장입물 상하부의 온도편차를 감소시킬 수 있는 연소로를 제공하려는 것이다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 외기(外氣)유입 방지기능을 가지는 연소로는,

적어도 로 내에 장입물을 반입, 반출할 때 개폐되는 문(門) 구조물을 구비한 연소로에 있어서, 상기 문 구조물 부근에 외기흡인용 후드를 설치한 것을 특징으로 한다.

또한, 여기서, 바람직하게는, 상기 연소로는, 연소 배가스를 외부로 배출시키는 강제 팬(fan)을 구비하고, 상기 외기흡인용 후드는, 상기 연소로와 상기 강제 팬 사이의 배관에서 분기된 분기배관에 연결되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 여기서, 바람직하게는, 상기 연소로와 상기 강제 팬 사이의 배관에는, 연소 배가스의 열을 전달받는 재생기(recuperator)가 설치되며, 상기 외기흡인용 후드는, 상기 재생기와 강제 팬 사이의 배관에서 분기된 분기배관에 연결되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 여기서, 바람직하게는, 상기 외기흡인용 후드의 유로에는 후드 하부의 압력 조절을 위한 댐퍼를 구비하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

< 실시예 >

이하, 상기 구성을 가지는 본 발명을, 첨부된 도면을 따라서 보다 상세히 설명한다.

본 발명은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 연소로 중에서도, 적어도 로(1) 내에 장입물, 즉 예컨대 슬랩(2)을 반입, 반출할 때 개폐되는 문(門) 구조물(11, 12)을 구비한 연소로에 적용되는 것이다. 여기서 상기 개폐되는 형태로서는, 예컨대 문 구조물(11, 12)이 상하로 이동되는 것을 들 수 있으며, 특히 개방시에는 상승되고, 폐쇄시에는 하강되는 구조로 되는 등의 경우를 들 수 있다.

본 발명은, 상기 문 구조물(11, 12) 부근에 외기흡인용 후드(13)를 설치한 것을 특징으로 한다. 도 2에는 장입문(11)에만 외기흡인용 후드(13)를 설치한 경우를 도시하고 있지만, 반출문(12) 쪽에도 동일한 외기흡인용 후드(13)를 설치할 수 있고, 양쪽 모두에 설치하여도 좋다.

상기 외기흡인용 후드(13)의 설치위치는, 문 구조물(11, 12)의 가까운 위치, 즉 연소로(1)에 유입되려는 외기를 흡인할 수 있는 위치이면 어디든지 가능하며, 예컨대, 도 2에 나타낸 바와 같이, 문 구조물(11, 12)의 상부에 설치하여도 좋다.

상기 문 구조물(11, 12)이 개방되었을 경우에는, 상기 외기흡인용 후드(13)의 하부에는, 강제 팬에 의해 부압(-압력, 즉 음압)이 유지되도록 해야 한다. 이 부압에 의하여 외기가 흡인되기 때문에, 연소로(1)의 문 구조물이 개방되었음에도 불구하고, 외기가 연소로(1)에 들어가지 않게 된다. 또한, 장입물의 출입에도 전혀 지장을 주는 일이 생기지 않는다.

상기 연소로(1)는, 연소 배가스(4)를 외부로 배출시키는 강제 팬(fan; 6)을 구비하고 있고, 상기 외기흡인용 후드(13)는, 상기 연소로(1)와 상기 강제 팬(6) 사이의 배관에서 분기된 분기배관에 연결되도록 구성함이 바람직하다. 왜냐하면, 상기 강제 팬을 별도로 구비할 수도 있지만, 이보다는, 이미 연소로(1)에 설치되어 있는 기존의 강제 팬(6)의 흡인력을 상기 외기흡인용 후드(13)의 흡인력으로 활용함으로써, 설비의 중복을 피할 수 있기 때문이다.

또한, 여기서, 바람직하게는, 상기 연소로(1)와 상기 강제 팬(6) 사이의 배관에는, 연소 배가스(4)의 열을 전달받는 재생기(recuperator; 5)가 설치되어 있는 것이 바람직하다. 왜냐하면 이에 의하여 연소로(1)의 온도 효율이 상승되기 때문이다. 그리고 이 경우에는, 상기 외기흡인용 후드(13)는, 상기 재생기(5)와 강제 팬(6) 사이의 배관에서 분기된 분기배관에 연결되도록 구성되어 있는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 연소로(1)로부터의 뜨거운 연소 배가스(4)가 재생기(5)를 거친 후에 이 분리배관에 도달하기 때문에, 외기흡인용 후드(13)를 통해 흡입된 분리배관의 차가운 외기가 재생기(5)의 열전달에 영향을 주지 않아서, 재생기(5)의 온도가 저하되지 않기 때문이다.

또한, 여기서, 바람직하게는, 상기 외기흡인용 후드(13)의 유로에는 후드(13) 하부의 압력 조절을 위한 댐퍼(14)를 구비하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.

상기 외기흡인용 후드(13)는 외기가 연소로(1)에 유입되는 것을 방지하면서, 동시에 열기가 연소로(1)에서 유출되는 것도 방지하기 위한 것이다. 즉 차가운 외 기(外氣)와 뜨거운 내기(內氣)를 서로 별개의 루트로 만들어서, 혼합되지 않도록 하기 위한 것이다. 외기는 외기흡인용 후드(13)를 통하여 흐르고, 내기는 강제 팬(6)이 설치되어 있는 원래의 배관을 통하여 흐르게 된다.

따라서, 외기흡인용 후드(13)가 설치되어 있는 유로, 즉 분기배관에는 댐퍼(14)를 설치하여 두면, 흡인력의 조절이 가능해진다. 특히 강제 팬(6)을 연소 배가스(4)의 흡인과 외기의 흡인에 공용으로 사용하도록 구성된 분기배관 형태의 경우에는, 분기배관에 설치된 댐퍼(14)를 조절하면 연소 배가스(4)의 흡인이 상대적으로 조절되어서, 그 조절의 효과가 2배가 되는 이점이 있다.

만일, 외기흡인용 후드(13) 쪽의 흡인력(음압)이 너무 약해서, 흡입되는 외기의 양이 너무 적은 경우에는, 흡인되지 못한 외기가 연소로(1)로 들어가게 되므로, 이를 방지하기 위하여 댐퍼(14)의 개도를 높여야 하고, 반대로, 외기흡인용 후드(13) 쪽의 흡인력(음압)이 너무 강해서, 과도한 양의 외기가 흡인되거나 또는 연소로(1) 내의 연소 배가스(4)마저도 외기흡인용 후드(13)로 흡입되는 경우에는, 연소로(1)의 열에너지가 누출되므로, 이를 방지하기 위하여 댐퍼(14)의 개도를 낮추어야 한다. 물론 문 구조물의 개방시에만 댐퍼(14)의 개도를 높이는 방식을 채택할 수도 있다.

상기 압력의 검출 및 평가, 제어는, 통상의 수단에 의하여 다양하게 구현될 수 있기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.

기타, 주배관에 비해 작은 직경을 가지는 분기배관에 연결되는 외기흡인용 후드(13)는, 연소로(1)에 있는 문 구조물(11, 12)이 완전히 개방된 상태를 가정했 을 때도 장입물의 입출에 문제가 없도록 설치해야 한다. 그 크기는, 흡입 압력과 관계를 고려하여 결정되는 것이지만, 최소한 주위 공기가 연소로(1)에 유입되지 않을 정도로는 제작되어야 한다. 또한, 그 형상은, 기본적으로 도 2에 나타낸 바와 같은 형상을 취할 수 있으며, 더 나아가서, 도 3에 나타낸 바와 같이, 연소로(1) 문 구조물(11, 12)의 반대쪽 스커트(skirt)를 수직으로 형성하여, 외기흡인용 후드(13)의 하부 면적을 줄임으로써, 흡입 압력을 높여서, 공기의 흡입률을 향상시킬 수도 있다.

물론, 본 발명의 연소로(1) 시스템에 있어서는, 연소 배가스(4)가 재생기(5)를 통과한 후에 강제 팬(6)으로 배출될 때, 그 배출 온도가, 외기흡인용 후드(13)를 통한 차가운 공기와의 혼합에 의해서 다소 낮아질 수 있다. 또한 구동방식에 따라서는, 이러한 저온화를 방지할 수도 있지만, 역시 연소 배가스(4)의 양도 다소 증가할 수도 있고, 추가적인 팬 구동용 전력이 소요될 수 있다.

그러나, 본 발명에 있어서, 외기흡인용 후드(13)용의 강제 팬을 별도로 마련하지 않는 경우에는, 유형적 설비로서 필수적으로 필요한 것은, 외기의 가이드를 위한 배관과 후드 뿐이다. 즉, 연소 배가스(4)를 배출시키기 위하여 기존에 설치되어 있는 배관에서 분기하여 후드를 설치하고, 강제 팬(6)까지 공용시켜 활용한다면, 새로이 필요한 물리적 구성은 분기배관과 후드만 있으면 되며, 선택적으로 댐퍼를 마련하면 된다. 이들은 저렴하고, 동작부분이 없어서 내구성이 우수한 고정식 기계기구류에 불과하므로, 추가적인 비용의 발생은 거의 생기지 않는다.

상기와 같은 본 발명에 의하면, 연소로(1)에서 장입물(2)의 입출시에, 개방되는 문 구조물을 통하여 유입되는 차가운 주위 공기를, 연소로(1)보다 낮은 압력(즉, 높은 음압)을 가지는 외기흡인용 후드(13)로 유입시켜서, 로(1)에 들어가는 차가운 외기의 양을 감소시킬 수가 있다. 이렇게 로(1) 내에 유입되는 차가운 공기의 양을 감소시키는 것에 의하여, 연소로(1)의 열효율이 크게 향상될 뿐 아니라, 로(1) 온도 유지에 추가적으로 투입되던 연료량, 연료비의 감소는 물론, 장입물(2) 상하부의 온도편차를 감소시킬 수도 있다.

Claims (4)

1. 적어도 로 내에 장입물을 반입, 반출할 때 개폐되는 문(門) 구조물을 구비한 연소로에 있어서,

   상기 문 구조물 부근에 외기흡인용 후드를 설치하고,

   상기 연소로는, 연소 배가스를 외부로 배출시키는 강제 팬(fan)을 구비하고,

   상기 연소로와 상기 강제 팬 사이의 배관에는, 연소 배가스의 열을 전달받는 재생기(recuperator)가 설치되며,

   상기 외기흡인용 후드는, 상기 재생기와 강제 팬 사이의 배관에서 분기된 분기배관에 연결되도록 구성되며,

   상기 분기배관은, 상기 재생기와 강제 팬 사이의 배관 보다 작은 직경으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 외기(外氣)유입 방지기능을 가지는 연소로.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   상기 외기흡인용 후드의 유로에는 후드 하부의 압력 조절을 위한 댐퍼를 구비하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 외기유입 방지기능을 가지는 연소로.

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