KR101132767B1

KR101132767B1 - 열회수용 연소장치

Info

Publication number: KR101132767B1
Application number: KR1020110064260A
Authority: KR
Inventors: 안상일
Original assignee: (주)상수플랜트
Priority date: 2011-06-30
Filing date: 2011-06-30
Publication date: 2012-04-06

Abstract

본 발명은 열회수용 연소장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 열회수용 연소장치는, 내부에 연소실(110)이 형성되며, 하부로부터 연료(10)를 공급받는 연소통(100);과, 상기 연소통(100)의 내부에 설치되되, 상기 연소실(110)의 외부를 감싸며, 내부에는 냉각수가 이동되는 수로(210)가 구비되는 냉각부(200);와, 상기 연소실(110)의 내부로 공기를 공급하며, 공기의 공급시 상기 냉각부(200)의 외측면과 상기 연소통(100)의 내벽사이의 공간을 따라 상승 및 하강되면서 상기 연소통(100)의 상부 및 하부의 내벽과 부딪혀 연소실(110) 내부로 선회되도록 상기 연소통(100)의 외주면에 관통형성되는 유입부(300);와, 하부는 상기 연소통(100)의 상부에 연결되며, 내부는 상기 연소실(110)과 연통되어 공기가 유동되는 연통실(410)이 구비되고, 상부는 배기구와 연결되는 포집관(400);과, 상기 포집관(400)의 내주면에 설치되되, 상기 연통실(410)의 중심을 향하여 공기를 분사하는 분사구(510)가 형성되어 상기 연소실(110)을 거쳐 포집관(400)으로 유입된 공기를 상기 연통실(410)의 중심으로 가압하는 스파이럴 분사관(500);이 포함되는 것을 특징으로 한다.
이상 상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 연료의 투입이 연속적으로 이루어지되, 상,하부에서 공급되는 연소공기의 충돌로 발생한 난류로 인하여 연소가 용이할 뿐만 아니라, 연소된 연소가스가 선회류에 의해 연소실 내부에서 발생되어 발열량이 균일한 장점이 있다.

Description

열회수용 연소장치{COMBUSTION APPARATUS FOR RECOVERING HEAT}

본 발명은 열회수용 연소장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 연료의 투입이 연속적으로 이루어지되, 상,하부에서 공급되는 연소공기의 충돌로 발생한 난류로 인하여 연소가 용이할 뿐만 아니라, 연소된 연소가스가 선회류에 의해 연소실 내부에서 발생되어 발열량이 균일한 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.

그러나, 상기와 같은 종래의 연소장치는 연소통 하부에 고형연료 등을 다량 투입하고 연소하는 방식인데 연료가 미완전 연소되어 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 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 연료의 투입이 연속적으로 이루어지되, 상,하부에서 공급되는 연소공기의 충돌로 발생한 난류로 인하여 연소가 용이할 뿐만 아니라, 연소된 연소가스가 선회류에 의해 연소실 내부에서 발생되어 발열량이 균일한 열회수용 연소장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명에 따른 열회수용 연소장치는, 내부에 연소실(110)이 형성되며, 하부로부터 연료(10)를 공급받는 연소통(100);과, 상기 연소통(100)의 내부에 설치되되, 상기 연소실(110)의 외부를 감싸며, 내부에는 냉각수가 이동되는 수로(210)가 구비되는 냉각부(200);와, 상기 연소실(110)의 내부로 공기를 공급하며, 공기의 공급시 상기 냉각부(200)의 외측면과 상기 연소통(100)의 내벽사이의 공간을 따라 상승 및 하강되면서 상기 연소통(100)의 상부 및 하부의 내벽과 부딪혀 연소실(110) 내부로 선회되도록 상기 연소통(100)의 외주면에 관통형성되는 유입부(300);와, 하부는 상기 연소통(100)의 상부에 연결되며, 내부는 상기 연소실(110)과 연통되어 공기가 유동되는 연통실(410)이 구비되고, 상부는 배기부(800)와 연결되는 포집관(400);과, 상기 포집관(400)의 내주면에 설치되되, 상기 연통실(410)의 중심을 향하여 공기를 분사하는 분사구(510)가 형성되어 상기 연소실(110)을 거쳐 포집관(400)으로 유입된 공기를 상기 연통실(410)의 중심으로 가압하는 스파이럴 분사관(500);이 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 연료(10)가 투입되는 연료투입부(600);와, 상기 연로투입부(600)로 투입되는 연료(10)를 상기 연소실(110)의 하부로 이동시키는 이송수단(610);과, 상기 이송수단(610)으로 이송된 연료(10)를 공급받으며, 분사통공(621)이 구비되는 연소판(620);과, 상기 연소판(620)에 이송된 연료(10)를 점화하는 점화수단;과, 상기 연소판(620)의 하부에 설치되며, 공기가 상기 분사통공(621)을 통해 상기 연소실의 내부로 유입되도록 하는 공기배출부(630);와, 상기 연소판(620)에 이송된 연료(10) 중 산화된 재가 외부로 배출되도록 상기 연소실(110)의 하부에 구비되는 재배출부(700);가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 분사구(510)는 스파이럴 분사관(500)의 내측에 다수개가 일정간격 이격형성되며, 어느 하나의 분사구(510)와 이 분사구(510)에 이웃하는 양측의 분사구 중 일측 분사구의 분사각은 증가되고 타측 분사구의 분사각은 감소되도록 형성되어 상기 분사구가 서로 마주보게 배치되되, 마주보는 분사구가 이루는 각도의 절대값은 각각 60을 넘지 않는 것을 특징으로 한다.

이상 상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 연료의 투입이 연속적으로 이루어지되, 상,하부에서 공급되는 연소공기의 충돌로 발생한 난류로 인하여 연소가 용이할 뿐만 아니라, 연소된 연소가스가 선회류에 의해 연소실 내부에서 발생되어 발열량이 균일한 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열회수용 연소장치의 개략적인 단면도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열회수용 연소장치의 포집관의 단면도 및 분사구의 부분확대도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열회수용 연소장치의 스파이럴 분사관의 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 설명하기로 한다. 각 도면에 제시된 동일한 부호는 동일한 부재를 나타낸다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열회수용 연소장치는 연소통(100), 냉각부(200), 유입부(300), 포집관(400) 및 분사관(500)이 포함되며, 연소실(110), 수로(210), 연통실(410), 분사구(510), 연료투입부(600), 이송수단(610), 수평이송스크류(611), 수직이송스크류(612), 연소판(620), 분사통공(621), 점화수단, 공기배출부(630), 재배출부(700) 및 배기부(800)가 더 포함된다.

상기 연소통(100)은 내부에 연소실(110)이 형성되는 통형상의 부재로서, 이러한 연소실(110)은 도 1에 도시된 바와 같이, 연료(10)가 연소되는 공간으로서, 연료(10)는 연소실(110)의 하부로 공급되어 도시되지 않은 점화수단에 의해 점화되며, 상부로 갈수록 지름이 작아지는 형상을 가진다.

상기와 같이 연료(10)가 연소실(110)의 내부로 공급될 수 있도록 도 1에 도시된 바와 같이, 연료투입부(600), 이송수단(610), 연소판(620), 및 공기배출부(630)가 구비되는데, 상기 연료투입부(600)는 연료(10)가 공급되는 곳이며, 연소통(100)의 외부에 별도로 구비되는 것이 바람직하다. 여기서, 연료(10)는 고형연료나 액상연료가 바람직하지만 여기에 한정되지 아니하며, 본 발명에 사용되는 연료는 고형연료이라 가정하고 설명한다.

상기 이송수단(610)은 연료투입부(600)로 공급된 연료(10)를 이송시키는 역할의 부재로서, 이러한 이송수단(610)은 도 1에 도시된 바와 같이, 수평이송스크류(611)와 수직이송스크류(612)로 구성되는 것이 바람직한데, 상기 수평이송스크류(611)는 일측이 상기 연료투입부(600)와 연결되어 연료를 전달받아 타측으로 이송시키며, 타측은 수직이송스크류(612)와 연결되어 이송된 연료(10)를 연소실(110) 측으로 상승시키는 역할을 한다.

상기와 같이 수직이송스크류(612)에 의해 상승된 연료(10)는 연소실(110)의 내부에 구비된 연소판(620)으로 이동되며, 이렇게 연소판(620)으로 이동된 연료(10)는 점화수단에 의해 점화되어 연소된다.

또한, 상기 연소판(620)에는 다수의 분사통공(621)이 상하방향으로 관통형성되는데, 상기 연소판(620)의 하부에는 연소판(620)에 이송된 연료(10)의 연소가 용이하도록 분사통공(621)으로 공기를 제공하는 공기배출부(630)가 연결되는데, 분사통공(621)으로 제공되는 공기는 연소실(110)의 내부로 유입되어 후술할 유입부(300)로 유입되는 공기와 서로 부딪히면서 연소실 내부에서 선회된다.

상기 냉각부(200)는 연소실(110)의 내부에 설치되는 부재로서, 이러한 냉각부(200)는 연소실(110)의 외부를 감싸며, 내부에는 냉각수가 이동되는 수로(210)가 구비되어 있는데, 이러한 수로(210)의 내부로 이동되는 냉각수는 하부에서 공급되어 상부로 이동되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 냉각부(200)는 도 1에 도시된 바와 같이, 연소통(100)의 측부, 상부 및 하부의 내벽과 공간이 형성되도록 설치되는데, 이러한 공간은 후수할 유입부(300)로 유입되는 공기가 연소실(110)의 내부로 직접 유입되지 아니하고 선회되어 유입되도록 하는 역할을 한다.

또한, 상기 냉각부(200)는 연소실(110)의 내부에서 비스듬하게 배치되는 것이 바람직한데, 도 1에 도시된 바와 같이, 연소실(110)은 상부의 지름이 하부의 지름보다 작게 제작되어 상승하는 연소된 공기, 즉, 연소가스의 유속이 증가될 수 있을 것이다.

상기 유입부(300)는 연소실(110)의 내부로 공기가 공급되도록 하는 역할을 하는 부재로서, 이러한 유입부(300)는 연소통(100)의 외주면에 마련되되, 연소실(110)과 연통되는 관이라 할 수 있다.

상기와 같이 유입부(300)를 통해 연소실(110)의 내부로 유입되는 공기는 도 1에 도시된 바와 같이, 상술한 냉각부(200)의 외측면과 연소통(100)의 내벽 사이에 형성된 공간을 따라 상승 및 하강되는데, 이렇게 이동되는 공기는 연소통(100)의 상부 및 하부의 내벽과 부딪혀 연소실(110)의 내부로 선회되면서 진입된다.

상,하부에서 연소실(110) 내부로 진입된 연소공기는 상하기류 충돌로 난류를 형성 하게된다. 이때, 상부에서 진입된 공기는 연소실(110)의 중심을 향하여 선회 하게되고, 하부에서 진입된 공기는 연소실(110) 외측면(내벽)으로 부딪치며 선회 한다.

상기와 같이 공기가 냉각부(200)의 외측면과 내부중심부를 따라 충돌 및 선회하여 난류상태로 이동되면, 유입부(300)를 통해 진입되는 공기가 연소실(110)의 중심부에서 가열되면서 연소되지 아니한 채로 부유되는 연료(10)가 연소되게 하기 위함이다.

또한, 냉각부(200)의 외측면을 따라 공기가 이동되면, 연소실(110)의 내부로 진입됨과 동시에 가열되는 것이 방지되므로 고온가스 상태에서 발생되는 질소산화물(Nox)의 생성을 억제하는 효과가 있다.

상기 포집관(400)은 연소통(100)의 상부에 연결되는 부재로서, 이러한 포집관(400)의 내주면에는 도 2에 도시된 바와 같이, 스파이럴 분사관(500)이 설치되는데, 상기 스파이럴 분사관(500)은 도 3에 도시된 바와 같이 용수철과 흡사한 형상으로 제작된다.

상기 연소통(100)의 내부에는 연소실(110)에서 연소된 연소가스가 유입되어 배기부(800)로 전달되도록 연통실(410)이 구비된다.

상기 스파이럴 분사관(500)은 도 2에 도시된 바와 같이, 포집관(400)의 내주면에 설치되는 부재로서, 이러한 스파이럴 분사관(500)에는 분사구(510)가 다수개 일정간격 이격형성되는데, 이러한 분사구(510)는 스파이럴 분사관의 절곡부를 일자관으로 곧게 폈을 경우 분사구 중 어느 하나의 분사구를 기준으로 하여 일측 또는 타측의 이웃한 분사구와 분사각(θ)이 다르게 연속적으로 배치되는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 분사각(θ)은 도 2에 도시한 것과 같이, 상기 연통실(410)의 중심축(a)에 수직인 평면(b)에 대하여 상기 분사구(510)가 가지는 기울기를 말한다. 한편, 표현의 명확성을 위하여 연통실(410)의 중심축(a)에 수직인 평면(b)에 대하여 상측 방향으로의 분사각(θ)은 "+"의 값을, 하측 방향으로의 분사각(θ)은 "-"의 값을 가지는 것으로 표현하며, 상측 방향으로의 상기 분사각의 변화는 "증가", 하측 방향으로의 상기 분사각의 변화는 "감소"로 표현한다.

좀 더 상세하게 설명하면, 기준으로 지정된 분사구(510)가 예컨대, 상측에서 볼 때 0도의 각도 위치(시계 방향으로 볼 때 12시의 위치)에 있는 경우, 일 측 분사구의 분사각은 상측으로 일정한 각도 간격으로 순차적으로 증가되다 다시 순차적으로 감소하고, 타 측 분사구의 분사각은 하측으로 일정한 각도 간격으로 순차적으로 감소되다 다시 순차적으로 증가하도록 형성되게 된다. 따라서, 기준으로 지정된 분사구(510)의 마주보는 위치 즉, 상측에서 볼 때 180도의 각도 위치(시계 방향으로 볼 때 6시의 위치)에 있는 분사구는 상기한 기준으로 지정된 분사구(510)와 같은 크기의 분사각(θ)을 가지게 되며, 도 2에 도시한 것과 같이 상측에서 볼 때 270도의 각도 위치(시계 방향으로 볼 때 9시의 위치)인 좌측의 분사구는 상측으로 최대값의 분사각을, 상측에서 볼 때 90도의 각도 위치(시계 방향으로 볼 때 3시의 위치)인 우측의 분사구는 하측으로 최소값의 분사각을 가지게 된다.

여기서, 상기 분사구(510)의 분사각(θ) 즉, 기울기는 기준으로 지정된 분사구 대비 -60도~+60도 사이의 각을 이루는 것이 바람직하지만 절대값이 60을 넘지 않는 각도면 무방하다 할 것이다.

또한, 상기 분사구(510)의 분사각의 최대값을 갖는 분사구(도 2에 도시된 것과 같이 상측에서 볼 때 270도의 각도 위치(시계 방향으로 볼 때 9시의 위치)인 좌측의 분사구)와 최소값을 갖는 분사구(도 2에 도시된 것과 같이 상측에서 볼 때 90도의 각도 위치(시계 방향으로 볼 때 3시의 위치)인 우측의 분사구)는 서로 마주보게 배치되는 것이 바람직한데, 그 이유는 스파이럴 분사관(500)은 마치 스프링과 같이 절곡형성되기 때문이다.

상기와 같은 분사구(510)는 연통실(410)로 유입되는 연소가스를 연통실(410)의 중심으로 가압하여 더욱 빠른 유속을 가질 수 있게 하는데, 상술한 바와 같이 분사구(510)가 기울어져 형성되는 것이 연소가스의 진행방향에 방해가 되지 않는다.

예컨대, 분사구(510)에서 배출되는 방향이 수평방향, 즉, 연소가스 진행방향의 수직한 방향으로 배출된다면 연통실(410)을 통과하는 연소가스의 중심부까지 연소에 필요한 충분한 산소를 공급하므로 일산화탄소(Co2) 의 발생을 줄여 완전연소를 유도하는 효과를 얻게 된다. 이는 일반적 소각로에 비하여 연소실 체적을 현저히 줄일수 있으며 같은 연소효율을 유지하고, 설비투자금액의 감소에 따른 경제적 이익 창출도 기대할 수 있다.

이하, 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열회수용 연소장치의 작동방법을 설명한다.

먼저, 연료투입부(600)에 공급된 연료(10)를 연소실(110)의 내부로 이송시키면서 본 발명이 기동되는데, 상기 연료투입부(600)에 공급된 연료(10)는 이송수단(610)에 의해 이동되기 시작한다.

상기와 같이 이송수단(610)에 의해 연료(10)는 연소판(620)으로 이동되며, 이렇게 이동된 연료(10)는 점화수단에 의해 점화되어 연소되기 시작한다.

이와 동시에 공기배출부(630)에서는 공기가 분사통공(621)을 통해 공기를 분사하여 연소에 필요한 산소를 제공하는데, 이러한 공기는 유입부(300)에서도 진입되어 도 1에 도시된 바와 같이, 냉각부(200)의 외측면을 따라 연소실(110)의 상부와 하부로 선회되어 진입된다.

여기서, 상기 공기배출부(630)에서 분사되는 공기는 상방향으로 분사되므로 점화 후 이동되는 공기를 더욱 가속되도록 한다.

상기와 같이 연소실(110)에서 상승하는 연소가스는 포집관(400)으로 유입되는데, 이렇게 포집관(400)으로 유입되는 연소가스는 스파이럴 분사관(500)에 구비된 분사구(510)에서 배출되는 공기에 의해 연통실(410)의 중심부로 가압되면서 더욱 가속되고, 가속된 연소가스는 배기부(800)를 통해 배출된다.

한편, 상기와 같이 연소실(110)에서 연소된 연료는 산화되어 재의 상태가 변화되는데, 이러한 재는 연소실(110)의 하부에 구비되는 재배출부(700)로 유입되어 별도로 보관된 후 폐기되는 것이 바람직한데, 이에 따라, 연소실(110)의 하면에는 재유입통공(710)이 형성되는 것이 좋을 것이다.

도면과 명세서에서 최적의 실시예들이 개시되었다. 여기서, 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면, 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

10-연료
100-연소통 110-연소실
200-냉각부 210-수로
300-유입부
400-포집관 410-연통실
500-분사관 510-분사구
600-연료투입부 610-이송수단
611-수평이송스크류 612-수직이송스크류
620-연소판 621-분사통공
630-공기배출부
700-재배출부
800-배기부

Claims

내부에 연소실(110)이 형성되며, 하부로부터 연료(10)를 공급받는 연소통(100);과
상기 연소통(100)의 내부에 설치되되, 상기 연소실(110)의 외부를 감싸며, 내부에는 냉각수가 이동되는 수로(210)가 구비되는 냉각부(200);와
상기 연소실(110)의 내부로 공기를 공급하며, 공기의 공급시 상기 냉각부(200)의 외측면과 상기 연소통(100)의 내벽사이의 공간을 따라 상승 및 하강되면서 상기 연소통(100)의 상부 및 하부의 내벽과 부딪혀 연소실(110) 내부로 선회되도록 상기 연소통(100)의 외주면에 관통형성되는 유입부(300);와
하부는 상기 연소통(100)의 상부에 연결되며, 내부는 상기 연소실(110)과 연통되어 공기가 유동되는 연통실(410)이 구비되고, 상부는 배기부(800)와 연결되는 포집관(400);과
상기 포집관(400)의 내주면에 설치되되, 상기 연통실(410)의 중심을 향하여 공기를 분사하는 분사구(510)가 형성되어 상기 연소실(110)을 거쳐 포집관(400)으로 유입된 공기를 상기 연통실(410)의 중심으로 가압하는 스파이럴 분사관(500);이 포함되는 것을 특징으로 하되,
상기 분사구(510)는 상기 스파이럴 분사관(500)의 내측에 다수 개가 일정간격 이격 형성되며, 상기 연통실(410)의 중심축(a)에 수직인 평면(b)에 대하여 상측 또는 하측으로 소정의 분사각(θ)을 가지되, 어느 하나의 상기 분사구(510)와 이 분사구(510)에 이웃하는 양측의 분사구 중 일 측 분사구의 분사각은 상측으로 일정한 각도 간격으로 순차적으로 증가되다 다시 순차적으로 감소하고, 타 측 분사구의 분사각은 하측으로 일정한 각도 간격으로 순차적으로 감소되다 다시 순차적으로 증가하도록 형성되되, 상기 분사각(θ)의 절대값은 각각 60°를 넘지 않는 것을 특징으로 하는 열회수용 연소장치.
청구항 1에 있어서,
연료(10)가 투입되는 연료투입부(600);와
상기 연로투입부(600)로 투입되는 연료(10)를 상기 연소실(110)의 하부로 이동시키는 이송수단(610);과
상기 이송수단(610)으로 이송된 연료(10)를 공급받으며, 분사통공(621)이 구비되는 연소판(620);과
상기 연소판(620)에 이송된 연료(10)를 점화하는 점화수단;과
상기 연소판(620)의 하부에 설치되며, 공기가 상기 분사통공(621)을 통해 상기 연소실의 내부로 유입되도록 하는 공기배출부(630);와
상기 연소판(620)에 이송된 연료(10) 중 산화된 재가 외부로 배출되도록 상기 연소실(110)의 하부에 구비되는 재배출부(700);가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 열회수용 연소장치.
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