KR101133434B1 - Low pollutant emission combustion using high-temperature fgr - Google Patents

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심성훈
정상현
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한국기계연구원
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Abstract

PURPOSE: A low-emission combustion apparatus using high-temperature FGR(Flue Gas Recirculation) is provided to minimize nitrogen oxide by uniformly dispersing temperature to an entire combustion chamber without a heat exchanger. CONSTITUTION: A low-emission combustion apparatus(100) using high-temperature FGR comprises a main combustion chamber(120), a main burner(121), a housing(130), and an air jacket layer(140). The main burner supplies energy to the main combustion chamber to burn materials in the main combustion chamber. Combustion gas burned in the main combustion chamber flows through the housing. The air jacket layer surrounds the housing. External air flows into the air jacket layer. The air flows from the air jacket layer to an air jetting nozzle of the housing. The air jetting nozzle supplies the air to an air inlet hole(123) of the main combustion chamber. Missed gas is produced by mixing the combustion gas flowing in the housing with the air and is supplied to the inside the main combustion chamber.

Description

고온 FGR을 이용한 저공해 연소장치{Low pollutant emission combustion using high-temperature FGR}Low pollutant emission combustion using high-temperature FGR
본 발명은 연소장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고온 FGR을 이용한 저공해 연소장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a combustion apparatus, and more particularly to a low pollution combustion apparatus using a high temperature FGR.
연소과정에서 발생하는 대표적인 대기오염물질은 일산화탄소(CO) 및 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx) 및 온실가스인 이산화탄소(CO2) 등을 들 수 있다. 이러한 공해물질 중 황산화물은 현재 기술적으로 후처리에 의존할 수 밖에 없지만 일산화탄소, 질소산화물 및 이산화탄소를 연소과정에서 그 생성량을 기술적으로 최소화할 수 있다. 이 중에서도 후처리에 가장 많은 비용이 지출되는 공해물질이 질소산화물이다. Representative air pollutants generated during the combustion process include carbon monoxide (CO) and nitrogen oxides (NOx), sulfur oxides (SOx) and carbon dioxide (CO 2 ), a greenhouse gas. Among these pollutants, sulfur oxides currently have to rely on technological after-treatment, but carbon monoxide, nitrogen oxides, and carbon dioxide can be technically minimized in the combustion process. Among them, nitrogen oxide is the most expensive pollutant for post-treatment.
질소산화물의 배출 저감 방안으로는 대부분 생성된 질소산화물을 다시 환원시키는 후처리에 의존하고 있어 후처리설비의 설치와 유지에 막대한 비용을 지출하고 있다.Most of the measures to reduce the emission of nitrogen oxides rely on post-treatment to reduce the produced nitrogen oxides, which is a huge cost to install and maintain the after-treatment facilities.
화력발전소의 경우를 예를 들면, 질소산화물의 후처리에 사용되는 SCR은 연간 촉매 교체비용을 40억원에 달하며 사용되는 암모니아의 양은 연간 20억원에 달한다. 이러한 실정에서 현재 가동되고 있는 52기의 발전소에서 연소과정에서 NOx의 발생농도를 50%만 줄일 수 있어도 연간 830억원의 NOx 후처리 비용을 줄일 수 있다. 이런 실정은 가연성폐기물이나 RDF, RPF의 소각에서도 마찬가지이다.In the case of thermal power plants, for example, the SCR used for the post-treatment of nitrogen oxides costs about 4 billion won per year for catalyst replacement and the amount of ammonia used reaches 2 billion won per year. In this situation, even if 52 concentrations of NOx are reduced by only 50% in the combustion process, the annual NOx aftertreatment cost of W83bn can be reduced. This situation also applies to incineration of flammable waste, RDF and RPF.
또한, 화석연료의 고갈에 따라 사용이 확대되고 있는 가연성폐기물, RDF, RPF, 바이오매스, 하폐수 슬러지, 저급 석탄류 등의 연소과정에서 배출되는 공해물질의 저감은 매우 중요한 이슈로 대두되고 있다.In addition, the reduction of pollutants emitted during the combustion process, such as flammable waste, RDF, RPF, biomass, sewage sludge, low-grade coal, etc., which is being expanded due to the depletion of fossil fuel, has emerged as an important issue.
이들 고체 연료는 대부분 고온에서 연소되며 또한, 원료 자체에 질소의 함량이 높은 관계로 가스연료에 비해 연소나 소각과정에서 생성되는 질소산화물의 농도가 상대적으로 매우 높으므로 후처리 비용 또한 크게 높아진다. 따라서 연소나 소각과정에서 질소산화물의 생성을 저감할 수 있는 기술이 주목을 받고 있다.Most of these solid fuels are burned at a high temperature, and since the concentration of nitrogen in the raw material itself is higher than that of gas fuel, the concentration of nitrogen oxides generated during combustion or incineration is relatively high, and thus the post-treatment cost is greatly increased. Therefore, the technology that can reduce the production of nitrogen oxides during the combustion or incineration process has attracted attention.
일반적인 연소과정에서 나타나는 화염은 화염대의 아주 좁은 영역에서 고온부가 나타나게 되고, 이 고온부에서 공기 중의 질소성분이 산소와 반응하여 질소산화물을 생성하게 된다.(도 1참고)In the general combustion process, the flame has a high temperature portion in a very narrow region of the flame zone, and the nitrogen component in the air reacts with oxygen to generate nitrogen oxide in the high temperature region (see FIG. 1).
따라서 이 고온부를 없애거나 줄여주게 되면 NOx의 생성이 저감되게 되는데, 이러한 연소기술 중의 하나가 MILD(Moderate and Intense Low-oxygen Dilution)연소기술이다.Therefore, if the high temperature part is removed or reduced, NOx generation is reduced. One of these combustion technologies is the MILD (Moderate and Intense Low-oxygen Dilution) combustion technology.
즉 우리가 일반적으로 흔히 볼 수 있는 [도 2의 첫 번째 그림]에서와 같은 연소화염과는 달리 MILD연소화염은 [도 2의 두 번째 그림]에서 보는 바와 같이 가시적인 화염대가 뚜렷이 나타나지 않고 화염이 연소실 전체에 아주 고르게 퍼지게 된다. 이런 이유로 고온의 화염대에서 생성되는 NOx의 생성을 극소화시킬 수 있는 것이다.In other words, unlike the combustion flames that we usually see in the first picture of FIG. 2, the MILD combustion flames do not show a visible flame zone as shown in the second picture of FIG. It spreads very evenly throughout the combustion chamber. For this reason, it is possible to minimize the generation of NOx generated in the hot flame zone.
그런데, 이렇게 가시화염대가 나타나지 않는 MILD연소를 구현하기 위해서는 우선 산화제인 공기의 분류에 고온의 연소가스를 재순환시켜 혼합함으로써 산소가 분류의 좁은 영역에 집중되지 않게 하는 동시에 공기와 연소가스의 혼합분류를 연료의 착화온도 이상으로 예열시켜서 연료에 공급하는 방법이 필요하다. However, in order to realize MILD combustion without visible flame zones, first, by recirculating and mixing hot combustion gas in the fraction of air, which is an oxidizing agent, oxygen is not concentrated in a narrow region of the fraction, and at the same time, a mixture of air and combustion gas is classified. There is a need for a method of preheating above the ignition temperature of the fuel and supplying it to the fuel.
연소가스와 공기 분류의 혼합은 연소가스를 재순환시켜 공기류에 혼합하면 해결된다. The mixing of combustion gas and air fractionation is solved by recycling the combustion gas and mixing it with the air stream.
그러나, 공기분류 혹은 혼합기의 분류를 연료의 착화온도 이상인 약 1000℃ 가까이 예열시키기 위해서는 일반적인 열교환기로는 어려우며 [도 3]에 나타난 바와 같이 복잡한 형태의 세라믹을 이용한 고온용의 축열식 열교환장치가 필요하게 된다.However, in order to preheat the air fractionation or the classification of the mixer to about 1000 ° C., which is more than the ignition temperature of the fuel, it is difficult to use a general heat exchanger, and as shown in FIG. 3, a heat storage heat exchanger for a high temperature using a complex ceramic is required. .
그러나, 이러한 열교환장치로 인해 장치 가격이 상승하고 동시에 장치가 복잡해지는 한계점이 있다.
However, these heat exchangers have the limitation that the price of the device increases and at the same time the device is complicated.
본 발명의 실시예들은, 고체연료를 연소시키기 위한 주연소실 내에 산화제인 공기 또는 연료물질을 공급함에 있어서 고온의 연소 연소가스를 연료물질 또는 공기의 분류에 유인시켜 연료물질 또는 공기류를 단시간 내에 소각 대상물의 착화온도 이상으로 가열하는 동시에 연소가스를 공기류에 재순환 혼합시켜 산소 농도를 분산/희석시킴으로써 MILD연소를 구현하여 NOx의 생성을 저감시키는 동시에 고온의 공기와 연료의 혼합에 의해 연소성을 향상시켜 일산화탄소를 저감하며, 연소가스의 배열을 고효율로 회수함으로써 열효율을 향상시켜 이산화탄소의 배출량도 줄일 수 있는 연소장치를 제공하고자 한다.
Embodiments of the present invention, in the supply of air or fuel material which is an oxidant in the main combustion chamber for burning solid fuel, induces a high temperature combustion combustion gas to the classification of fuel material or air to incinerate the fuel material or air stream in a short time. By heating above the ignition temperature of the object and recirculating and mixing the combustion gas with the air stream, the oxygen concentration is dispersed / diluted to realize MILD combustion, which reduces the generation of NOx and improves the combustibility by mixing hot air and fuel. The present invention aims to provide a combustion device that reduces carbon monoxide and improves thermal efficiency by recovering the arrangement of combustion gases with high efficiency.
본 발명의 일 측면은, 외부에서 내부로 관통하는 공기주입홀을 구비하고, 내부에서 물질이 연소되는 주연소실과, 상기 주연소실에 배치되어 상기 물질을 연소시키도록 에너지를 공급하는 주연소버너와, 상기 주연소실의 외부에 배치되어 상기 주연소실에서 연소된 고온의 연소가스가 유동하는 하우징과, 상기 하우징을 감싸도록 형성되는 외부공기가 유입되는 공기자켓층을 포함하고, 상기 하우징은, 상기 하우징의 외부로부터 내부로 관통하도록 상기 하우징에 설치되어 상기 공기자켓층의 외부공기가 유입되며, 상기 공기주입홀로 상기 외부공기를 공급하는 공기분사노즐을 구비하고, 상기 공기주입홀은 상기 공기분사노즐에서 공급되는 상기 외부공기에 의하여 내부로 유인된 상기 하우징을 유동하는 연소가스를 상기 외부공기와 혼합하여 혼합가스를 생성하고, 상기 혼합가스를 상기 주연소실 내부로 공급하는 연소장치를 제공할 수 있다.One aspect of the present invention includes a main combustion chamber having an air injection hole penetrating from the outside to the inside, a main combustion chamber in which a substance is combusted in the interior, and a main combustion burner disposed in the main combustion chamber to supply energy to combust the substance; And a housing disposed outside the main combustion chamber and in which the high temperature combustion gas combusted in the main combustion chamber flows, and an air jacket layer into which external air is formed to surround the housing, wherein the housing includes the housing. It is installed in the housing so as to penetrate from the outside of the inside to the outside air of the air jacket layer is provided, the air injection nozzle for supplying the external air to the air injection hole, the air injection hole in the air injection nozzle The combustion gas flowing through the housing drawn inside by the supplied external air is mixed with the external air. It is possible to provide a combustion device for generating a gas and supplying the mixed gas into the main combustion chamber.
또한, 상기 주연소실은 제 1 내화재층으로 형성되고, 상기 제1 내화재층의 외측에 배치되는 단열재층을 구비하고, 상기 공기분사노즐로부터 유입되는 외부공기와 상기 연소가스와 혼합된 혼합가스가 상기 제 1 내화재층과 상기 단열재층 사이로 공급될 수 있다.In addition, the main combustion chamber is formed of a first refractory material layer, having a heat insulating material layer disposed outside the first refractory material layer, the mixed air mixed with the outside air and the combustion gas introduced from the air spray nozzle is the It may be supplied between the first fireproof material layer and the heat insulating material layer.
또한, 상기 공기주입홀은 상기 주연소실의 내벽과 소정각도를 형성할 수 있다.In addition, the air injection hole may form a predetermined angle with the inner wall of the main combustion chamber.
또한, 상기 공기주입홀의 단면적은 상기 외부의 단면적이 상기 내부의 단면적보다 크게 형성될 수 있다.In addition, the cross-sectional area of the air injection hole may be formed larger than the cross-sectional area of the inner cross-sectional area.
또한, 상기 공기주입홀은 상기 주연소실의 내벽의 접선방향으로 형성될 수 있다.In addition, the air injection hole may be formed in the tangential direction of the inner wall of the main combustion chamber.
또한, 상기 하우징은, 상기 주연소실의 일부 또는 전체 외벽으로부터 소정간격 이격되어 상기 주연소실을 감싸도록 형성되고, 외부에서 내부로 관통하도록 상기 공기분사노즐이 구비하는 제 2 내화재층과, 상기 제 2 내화재층을 외면을 감싸도록 배치되는 상기 공기분사노즐로 외부공기를 공급하는 공기자켓층을 구비할 수 있다.The housing may include a second fireproof material layer formed to surround the main combustion chamber at a predetermined interval from a part or the entire outer wall of the main combustion chamber, and provided with the air spray nozzle so as to penetrate from the outside to the inside, and the second It may be provided with an air jacket layer for supplying external air to the air injection nozzle disposed to surround the outer surface of the fireproof material layer.
또한, 상기 공기분사노즐의 단면적은 상기 하우징의 외부측 단면적이 상기 하우징의 내부측 단면적보다 작게 형성될 수 있다.In addition, the cross-sectional area of the air injection nozzle may be formed smaller than the inner cross-sectional area of the housing.
또한, 상기 공기분사노즐은 상기 하우징의 내면과 소정각도를 형성할 수 있다.In addition, the air injection nozzle may form a predetermined angle with the inner surface of the housing.
또한, 상기 공기분사노즐의 일단은 상기 공기주입홀의 일단과 소정간격 이격되거나 상기 공기주입홀의 내부로 소정길이 삽입되도록 배치될 수 있다.In addition, one end of the air injection nozzle may be arranged to be spaced apart from one end of the air injection hole by a predetermined length or a predetermined length is inserted into the air injection hole.
또한, 상기 공기분사노즐은 상기 주연소실의 길이방향으로 복수개가 형성되고, 상기 복수개의 공기분사노즐의 내경은 상기 주연소실의 전면으로부터 후면으로 갈수록 순차적으로 커지도록 형성될 수 있다.In addition, a plurality of air injection nozzles may be formed in the longitudinal direction of the main combustion chamber, and the inner diameters of the plurality of air injection nozzles may be formed so as to increase sequentially from the front to the rear of the main combustion chamber.
또한, 상기 하우징에 설치되어 상기 공기분사노즐에서 공급되는 외부공기와 상기 연소가스가 혼합된 혼합가스를 상기 공기주입홀로 공급하는 이젝터를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include an ejector installed in the housing and supplying a mixed gas of the external air supplied from the air injection nozzle and the combustion gas to the air injection hole.
또한, 상기 공기자켓층은 복수개로 형성되고, 상기 복수개의 공기자켓층은 서로 분리되도록 형성될 수 있다.In addition, the plurality of air jacket layers may be formed, and the plurality of air jacket layers may be formed to be separated from each other.
또한, 상기 복수개의 공기자켓층에 공급되는 외부공기의 양은 각 공기자켓층이 서로 상이할 수 있다. In addition, the amount of external air supplied to the plurality of air jacket layers may be different from each other.
본 발명의 다른 측면은, 연소가 진행되는 주연소실과, 상기 주연소실과 사이에서 공간을 형성하고, 상기 공간으로 고온의 연소가스가 유동하도록 상기 주연소실을 감싸도록 배치되는 하우징과, 상기 하우징에 삽입되어 상기 공간으로 외부공기를 공급하는 공기분사노즐과, 상기 공기분사노즐을 통하여 공급되는 상기 외부공기와 상기 연소가스를 혼합하여 혼합가스를 생성하여 상기 주연소실로 상기 혼합가스를 유동시키도록 상기 주연소실과 상기 하우징 사이에 형성되는 벤튜리부를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, a main combustion chamber in which combustion proceeds, a housing disposed between the main combustion chamber and a housing arranged to surround the main combustion chamber so that a high temperature combustion gas flows into the space, An air injection nozzle inserted into and supplying external air to the space, and a mixture of the external air and the combustion gas supplied through the air injection nozzle to generate a mixed gas to flow the mixed gas into the main combustion chamber; It may include a venturi portion formed between the main combustion chamber and the housing.
또한, 상기 공기분사노즐의 일단은 절곡지게 형성되고, 상기 공기분사노즐의 절곡지게 형성되는 부분의 끝단은 상기 벤튜리부를 통과하는 상기 혼합가스의 공기흐름 방향과 평행하도록 형성될 수 있다.In addition, one end of the air injection nozzle is bent, the end of the bent portion of the air injection nozzle may be formed to be parallel to the air flow direction of the mixed gas passing through the venturi portion.
또한, 상기 벤튜리부는 상기 하우징으로부터 연장되어 상기 주연소실 측으로 돌출되어 형성되는 부분과 상기 주연소실 측으로부터 연장되어 상기 하우징 측으로 돌출되어 형성되는 부분으로 형성될 수 있다.In addition, the venturi portion may be formed of a portion extending from the housing and protruding toward the main combustion chamber and a portion extending from the main combustion chamber and protruding toward the housing.
또한, 상기 벤튜리부는, 상기 연소가스가 유입되는 유인부와, 상기 유인부로부터 연장되어 형성되고, 단면적이 작아지도록 형성되는 축관부와, 상기 축관부로부터 연장되어 형성되고, 상기 축관부의 일단의 면적과 동일하게 형성되어 상기 외부공기와 상기 연소가스가 혼합되는 교축부와, 상기 교축부로부터 연장되어 형성되고, 단면적이 커지도록 형성되는 환관부를 구비할 수 있다.The venturi part may include an attraction part through which the combustion gas is introduced, an extension tube formed from the attraction element, a shaft tube part formed to have a small cross-sectional area, and an extension portion formed from the shaft tube part. It may be provided with an throttling portion formed to have the same area and the outside air and the combustion gas is mixed, and extending through the throttling portion, and the annular tube portion formed to have a large cross-sectional area.
또한, 연료물질은 상기 공기분사노즐을 유동하여 상기 공기주입홀을 통하여 상기 주연소실로 공급될 수 있다.
In addition, fuel material may be supplied to the main combustion chamber through the air injection hole by flowing the air injection nozzle.
본 발명의 실시예들은, 연료의 착화온도 이상으로 예열된 주연소실 내에 연료와 공기를 공급하면서 연소시키되, 연소과정에서 생성된 고온의 연소가스의 일부를 다시 연료와 공기의 분류에 동시에 재순환 혼합하거나, 연료 또는 공기의 분류에 재순환 혼합하여 연소함으로써, 연료나 공기를 고온으로 예열하기 위한 별도의 열교환기 없이도 화염대에 집중되는 고온부가 발생하지 않으면서 전체 연소실에 걸쳐 고른 온도로 분산되게 하는 마일드(MILD) 연소를 달성함으로써, NOx와 CO의 생성을 극소화하는 동시에 CO2의 생성도 줄일 수 있는 효과를 가진다.
Embodiments of the present invention, while burning the fuel and air in the main combustion chamber preheated above the ignition temperature of the fuel, while recycling a portion of the hot combustion gas produced during the combustion process again to the classification of fuel and air at the same time By recirculating, mixing, and combusting fuel or air fractions, they are dispersed at even temperatures throughout the combustion chamber without the need for hot spots concentrated in the flame zone without the need for a separate heat exchanger to preheat the fuel or air to high temperatures. by achieving the MILD) combustion, at the same time to minimize the generation of NOx and CO has an effect which can reduce the generation of CO 2.
도 1은 일반적인 화염 내부의 온도 분포를 보여주는 개념도이다.
도 2는 일반 예혼합연소화염과 MILD연소화염을 보여주는 사시도이다.
도 3은 일반적인 고온예열용 열교환기를 보여주는 개념도이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 연소장치를 보여주는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 연소장치를 보여주는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 연소장치를 보여주는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 연소장치를 보여주는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 연소장치를 보여주는 단면도이다.
1 is a conceptual diagram showing a temperature distribution inside a general flame.
Figure 2 is a perspective view showing a common premixed flame and MILD combustion flame.
3 is a conceptual view showing a general high temperature preheating heat exchanger.
4 is a cross-sectional view showing a combustion apparatus according to the first embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view showing a combustion apparatus according to a second embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view showing a combustion apparatus according to a third embodiment of the present invention.
7 is a cross-sectional view showing a combustion apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
8 is a cross-sectional view showing a combustion apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예들에 따른 연소장치(100)는 다양한 장치를 포함할 수 있다. 예를 들면, 연소장치(100)는 폐기물을 소각시키는 소각장치를 포함할 수 있다. 또한, 연소장치(100)는 연료를 점화시켜 동력을 생성하는 내연기관을 포함할 수 있다. Combustion apparatus 100 according to embodiments of the present invention may include a variety of devices. For example, the combustion device 100 may include an incineration device to incinerate waste. In addition, the combustion device 100 may include an internal combustion engine that generates power by igniting fuel.
이하에서는 설명의 편의를 위하여 연소장치(100)가 소각장치를 포함하는 경우를 중심으로 설명하기로 한다. Hereinafter, for the convenience of description, the combustion apparatus 100 will be described based on a case in which the incineration apparatus is included.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 연소장치(100)를 보여주는 단면도이다.4 is a cross-sectional view showing a combustion device 100 according to a first embodiment of the present invention.
도 4를 참고하면, 연소장치(100)는 소각물질(S)이 투입되는 투입구(110)를 포함한다. 투입구(110)는 일단이 외부에 개방되어 소각물질(S)을 투입할 수 있도록 형성될 수 있다. Referring to FIG. 4, the combustion device 100 includes an inlet 110 through which an incineration material S is injected. Inlet 110 may be formed so that one end is open to the outside to inject the incineration material (S).
연소장치(100)는 투입구(110)와 연결되도록 결합하는 주연소실(120)을 포함한다. 이때, 주연소실(120)은 내부에 배치되는 주연소버너(121)를 포함할 수 있다. 또한, 주연소실(120)은 외관을 형성하는 제 1 내화재층(122)을 포함할 수 있다. Combustion apparatus 100 includes a main combustion chamber 120 to be coupled to the inlet 110. At this time, the main combustion chamber 120 may include a main combustion burner 121 disposed therein. In addition, the main combustion chamber 120 may include a first fireproof material layer 122 forming an appearance.
주연소실(120)은 외부에서 내부로 관통하도록 형성되는 공기주입홀(123)을 구비할 수 있다. 또한, 주연소실(120)은 투입구(110)에서 유입되는 소각물질(S)이 유입되는 소각물질투입부(124)를 구비할 수 있다. The main combustion chamber 120 may include an air injection hole 123 formed to penetrate from the outside to the inside. In addition, the main combustion chamber 120 may include an incineration material input unit 124 into which the incineration material S introduced from the inlet 110 is introduced.
공기주입홀(123)은 주연소실(120)의 내벽과 소정각도를 형성할 수 있다. 이때, 공기주입홀(123)은 주연소실(120)의 내벽의 접선방향으로 형성될 수 있다. 따라서 공기주입홀(123)은 외부에서 유입되는 공기와 연소가스를 혼합하여 주연소실(120) 내부로 공급할 수 있다. The air injection hole 123 may form a predetermined angle with the inner wall of the main combustion chamber 120. At this time, the air injection hole 123 may be formed in the tangential direction of the inner wall of the main combustion chamber (120). Accordingly, the air injection hole 123 may mix the air and the combustion gas introduced from the outside to supply the inside of the main combustion chamber 120.
한편, 공기주입홀(123)은 단면적이 가변하도록 형성될 수 있다. 구체적으로 공기주입홀(123)의 단면적은 주연소실(120)의 외부와 주연소실(120)의 내부가 서로 상이하게 형성될 수 있다. 이때, 공기주입홀(123)의 단면적은 주연소실(120)의 외부로부터 주연소실(120)의 내부로 올수록 작아지도록 형성될 수 있다. On the other hand, the air injection hole 123 may be formed so that the cross-sectional area is variable. In detail, the cross-sectional area of the air injection hole 123 may be formed to be different from the outside of the main combustion chamber 120 and the inside of the main combustion chamber 120. In this case, the cross-sectional area of the air injection hole 123 may be formed to be smaller as coming from the outside of the main combustion chamber 120 into the inside of the main combustion chamber 120.
연소장치(100)는 주연소실(120)의 외부에 배치되어 연소가스가 유동하는 하우징(130)을 포함한다. 이때, 하우징(130)은 공기주입홀(123)로 외부공기를 공급하는 공기분사노즐(133)을 구비할 수 있다. 또한, 하우징(130)은 연소가스를 외부로 유출시키는 가스배출부(132)를 구비할 수 있다. The combustion device 100 includes a housing 130 disposed outside the main combustion chamber 120 through which combustion gas flows. In this case, the housing 130 may include an air injection nozzle 133 for supplying external air to the air injection hole 123. In addition, the housing 130 may be provided with a gas discharge unit 132 for outflowing the combustion gas to the outside.
공기분사노즐(133)은 단면적이 상이하게 형성될 수 있다. 구체적으로 공기분사노즐(133)의 단면적은 하우징(130)의 외부측이 하우징(130)의 내부측보다 작게 형성될 수 있다. The air spray nozzle 133 may have a different cross-sectional area. In detail, the cross-sectional area of the air injection nozzle 133 may be smaller than the inner side of the housing 130.
또한, 공기분사노즐(133)은 하우징(130)의 내면과 소정각도를 형성될 수 있다. 예를 들면, 공기분사노즐(133)은 하우징(130) 내면의 접선과 예각, 직각 또는 둔각을 형성할 수 있다. 이때, 공기분사노즐(133)의 일단은 공기주입홀(123)의 일단과 소정간격 이격되도록 배치되거나, 공기주입홀(123)의 내부로 소정길이만큼 들어가도록 배치될 수 있다. 따라서 공기분사노즐(133)은 제 1 내화재층(122)과 제 2 내화재층(131)을 유동하는 연소가스를 외부 공기와 혼합하여 공기주입홀(123)로 공급할 수 있다. In addition, the air injection nozzle 133 may have a predetermined angle with the inner surface of the housing 130. For example, the air spray nozzle 133 may form an acute angle, a right angle, or an obtuse angle with a tangent of the inner surface of the housing 130. In this case, one end of the air injection nozzle 133 may be disposed to be spaced apart from the one end of the air injection hole 123 by a predetermined length, or may be disposed to enter the inside of the air injection hole 123 by a predetermined length. Therefore, the air injection nozzle 133 may mix the combustion gas flowing through the first refractory layer 122 and the second refractory layer 131 with the outside air and supply it to the air injection hole 123.
공기분사노즐(133)은 복수개를 포함할 수 있다. 이때, 복수개의 공기분사노즐(133)은 주연소실(120)의 전면에 형성되는 제 1 공기분사노즐(133a)을 포함할 수 있다. 또한, 복수개의 공기분사노즐(133)은 주연소실(120)의 길이방향으로 제 1 공기분사노즐(133a)로부터 소정간격 이격되어 형성되는 제 2 공기분사노즐(133b)을 포함할 수 있다. 복수개의 공기분사노즐(133)은 제 2 공기분사노즐(133b)로부터 소정간격 이격되도록 주연소실(120)의 후면에 형성될 수 있다. The air spray nozzle 133 may include a plurality. In this case, the plurality of air spray nozzles 133 may include a first air spray nozzle 133a formed on the front surface of the main combustion chamber 120. In addition, the plurality of air spray nozzles 133 may include a second air spray nozzle 133b spaced apart from the first air spray nozzle 133a by a predetermined distance in the longitudinal direction of the main combustion chamber 120. The plurality of air spray nozzles 133 may be formed on the rear surface of the main combustion chamber 120 so as to be spaced apart from the second air spray nozzle 133b by a predetermined interval.
이때, 제 1 공기분사노즐(133a) 내지 제 3 공기분사노즐(133c)의 내경은 각각 상이하게 형성될 수 있다. 구체적으로 제 1 공기분사노즐(133a)의 내경은 제 2 공기분사노즐(133b)의 내경보다 작게 형성될 수 있다. 또한, 제 2 공기분사노즐(133b)의 내경은 제 3 공기분사노즐(133c)의 내경보다 작게 형성될 수 있다. 따라서 제 1 공기분사노즐(133a) 내지 제 3 공기분사노즐(133c)의 내경에 따라 주연소실(120)에서 생성되는 연소의 형태가 가변할 수 있다.In this case, the inner diameters of the first air spray nozzles 133a to the third air spray nozzles 133c may be different from each other. Specifically, the inner diameter of the first air spray nozzle 133a may be smaller than the inner diameter of the second air spray nozzle 133b. In addition, the inner diameter of the second air spray nozzle 133b may be smaller than the inner diameter of the third air spray nozzle 133c. Therefore, the type of combustion generated in the main combustion chamber 120 may vary according to the inner diameters of the first air spray nozzles 133a to the third air spray nozzles 133c.
한편, 하우징(130)은 주연소실(120)의 외벽으로부터 소정간격 이격되어 배치되는 제 2 내화재층(131)을 포함할 수 있다. 이때, 제 2 내화재층(131)에는 공기분사노즐(133)이 관통하도록 설치될 수 있다.The housing 130 may include a second fireproof material layer 131 spaced apart from the outer wall of the main combustion chamber 120 by a predetermined interval. In this case, the second fireproof material layer 131 may be installed to penetrate the air spray nozzle 133.
또한, 하우징(130)은 제 2 내화재층(131)을 감싸도록 형성되는 공기자켓층(140)을 포함할 수 있다. 이때, 공기자켓층(140)은 외부로부터 공기가 유입되어 공기분사노즐(133)로 공기를 공급할 수 있다. In addition, the housing 130 may include an air jacket layer 140 formed to surround the second fireproof material layer 131. In this case, the air jacket layer 140 may supply air to the air injection nozzle 133 by introducing air from the outside.
공기자켓층(140)은 제 1 공기분사노즐(133a) 내지 제 3 공기분사노즐(133c)의 위치에 따라 공기자켓부(140)를 각각 분리하여 (예를들면 제1공기자켓, 제2공기자켓, 제3공기자켓으로 칸을 나누어) 공기를 공급할 수 있다.The air jacket layer 140 separates the air jacket 140 according to the positions of the first air spray nozzles 133a to the third air spray nozzles 133c (eg, the first air jacket and the second air). Air can be supplied by dividing the compartment into a jacket and a third air jacket.
한편, 연소장치(100)은 투입구(110)에 결합하여 소각물질(S)을 주연소실(120) 내부로 공급하는 투입부(150)를 포함할 수 있다. 이때, 투입부(150)는 자동 또는 수동으로 작동할 수 있다. On the other hand, the combustion device 100 may be coupled to the inlet 110 may include an inlet 150 for supplying the incineration material (S) into the main combustion chamber (120). In this case, the input unit 150 may operate automatically or manually.
연소장치(100)는 주연소실(120)과 하우징(130)에 결합하는 부연소실(160)을 포함할 수 있다. 이때, 부연소실(160)은 주연소실(120)에서 발생한 연소가스를 연소시켜 완전연소가 되도록 보조할 수 있다. Combustion apparatus 100 may include a secondary combustion chamber 160 coupled to the main combustion chamber 120 and the housing 130. At this time, the sub-combustion chamber 160 may assist the combustion gas generated in the main combustion chamber 120 to be completely burned.
한편, 부연소실(160)은 연소가스를 연소시키도록 열을 공급하는 부연소버너(161)를 포함할 수 있다. 또한, 부연소실(160)의 상태를 확인하는 확인창(162)을 포함할 수 있다. On the other hand, the sub-combustion chamber 160 may include a sub-combustion burner 161 for supplying heat to combust the combustion gas. In addition, a confirmation window 162 for checking the state of the sub-combustion chamber 160 may be included.
연소장치(100)는 주연소실(120) 및 부연소실(160)에서 소각된 후 발생하는 연소잔재(Ash,C)을 배출시키는 배출부(170)를 포함할 수 있다. 이때, 배출부(170)은 주연소실(120) 및 부연소실(160)에서 발생하는 연소잔재(C)가 저장되었다가 외부로 인출하도록 형성될 수 있다. The combustion device 100 may include a discharge unit 170 for discharging the combustion residues Ash and C generated after incineration in the main combustion chamber 120 and the subcombustion chamber 160. At this time, the discharge unit 170 may be formed so that the combustion residue (C) generated in the main combustion chamber 120 and the sub-combustion chamber 160 is stored and withdrawn to the outside.
한편, 연소장치(100)의 작동을 살펴보면, 주연소실(120)에서 연소된 연소가스는 부연소실(160)을 거쳐 주연소실(120) 및 하우징(130) 사이에 형성된 가스유동통로(191)를 통해 가스배출부(132)로 배출될 수 있다. 이 연소가스는 공기자켓층(140)으로부터 공급된 공기가 공기분사노즐(133)을 통해 분사될 때 이 공기 분류에 의해 벤튜리형의 공기주입홀(123)로 유인(entrain)된다. On the other hand, referring to the operation of the combustion device 100, the combustion gas burned in the main combustion chamber 120 passes through the sub-combustion chamber 160, the gas flow passage 191 formed between the main combustion chamber 120 and the housing 130 Through the gas discharge unit 132 may be discharged. The combustion gas is entrained into the venturi-type air injection hole 123 by the air separation when the air supplied from the air jacket layer 140 is injected through the air injection nozzle 133.
즉, 공기 분류가 공기주입홀(123)의 벤튜리형 입구부에서 분사되고 동시에 유인된 고온의 연소가스와 직접 혼합됨으로써 순간적으로 고온으로 가열되는 동시에 연소가스의 희석효과로 인해 공기류의 산소가 분산되어 산소의 집중영역이 없어진다. That is, the air stream is injected from the venturi-type inlet of the air injection hole 123 and is directly mixed with the hot combustion gas attracted at the same time to be instantly heated to a high temperature and oxygen in the air stream is dispersed due to the dilution effect of the combustion gas. As a result, the concentration region of oxygen disappears.
공기와 연소가스의 혼합기체는 다시 주연소실(120)의 벽면에 형성된 공기주입홀(123)을 통해 주연소실(120)의 연료물질과 접촉하여 마일드연소가 이루어진다. 마일드연소는 기존의 연소방식에서 산소가 집중되어 연소되는 고온의 화염영역을 주연소실(120)의 전역에 걸쳐 분산시킴으로써 고온의 좁은 화염대에서 주로 생성되는 열적 NOx(theraml NOx)의 생성을 극소화하며 동시에 고온의 공기와 연료의 혼합에 의해 연소성을 향상시켜 일산화탄소를 저감시키고, 연소가스의 배열을 고효율로 회수함으로써 열효율을 향상시켜 이산화탄소의 배출도 저감한다. The mixed gas of the air and the combustion gas is in contact with the fuel material of the main combustion chamber 120 through the air injection hole 123 formed in the wall of the main combustion chamber 120 is made mild combustion. Mild combustion minimizes the generation of thermal NOx (mainly produced in the narrow flame zone of high temperature) by dispersing the hot flame zone where oxygen is concentrated and combusted in the main combustion chamber 120 in the conventional combustion method. At the same time, the mixture of hot air and fuel improves combustibility to reduce carbon monoxide and recovers the combustion gas array with high efficiency, thereby improving thermal efficiency and reducing carbon dioxide emissions.
또한, 이 공기주입홀(123)에서 분사되는 분류는 연소가스의 혼합에 의하여 연료물질의 착화온도 이상으로 예열되어 있으며 동시에 연소가스에 의하여 산소가 분산되어 있어 마일드 연소를 형성한다. 그러나 전체에 걸쳐 같은 양의 공기가 공급되면 연소가 주연소실(120)의 전면에서부터 일시에 일어날 수 있으므로 투입부(150)에 가까운 곳에서부터 주연소실(120)의 길이방향으로 영역을 나누어 공기분사노즐(133)의 크기를 순차적으로 크게 하거나, 공기자켓층(140)을 분리하여 공기공급량을 조절함으로써 주연소실(120)에서의 연소속도를 조절한다. In addition, the jet injected from the air injection hole 123 is preheated above the ignition temperature of the fuel material by mixing the combustion gas, and at the same time, oxygen is dispersed by the combustion gas, thereby forming mild combustion. However, when the same amount of air is supplied throughout, combustion may occur at a time from the front of the main combustion chamber 120, and thus, the air injection nozzle may be divided in the longitudinal direction of the main combustion chamber 120 from a position close to the input unit 150. By controlling the air supply amount by sequentially increasing the size of 133 or by separating the air jacket layer 140, the combustion speed in the main combustion chamber 120 is controlled.
예를 들면 주연소실(120)의 길이방향으로 3개의 영역으로 나눌 경우, 투입부(150)쪽에 가까운 쪽 (a)에는 연소가스유량에 비해 공기량을 적게 공급함으로써 고온의 연소가스와 혼합된 공기류가 고체상의 연료물질을 공기 부족상태의 화염으로 열분해하고 열분해과정에서 생성된 촤 (char)의 탄소분이 연소가스 중의 H2O 및 CO2와 반응하여 CO 및 H2와 소량의 탄화수소가스를 생성하는 가스화 반응을 일으키도록 한다. For example, when divided into three regions in the longitudinal direction of the main combustion chamber 120, the air flow mixed with the hot combustion gas by supplying a smaller amount of air than the combustion gas flow rate to the side (a) close to the input unit 150 side Pyrolysates the solid fuel material into flames of air shortage, and char of carbon produced during pyrolysis reacts with H 2 O and CO 2 in the combustion gas to produce CO and H 2 and a small amount of hydrocarbon gas. Allow gasification reaction.
다음의 중간부분 (b)에서는 보다 많은 공기를 공급하여 (a)부에서 가스화된 연료를 보다 빠르게 연소시킨다. 이 부분에서 대부분의 연료가 연소되며 잔류한 고체상의 연료와 미연가스는 (c)부에서 완전히 연소되도록 한다. In the next intermediate section (b), more air is supplied to burn the fuel gasified in section (a) more quickly. In this part, most of the fuel is burned and the remaining solid fuel and unburned gas are allowed to burn completely in part (c).
즉, 가스화부(도 4의 (a)부분)와 중간연소부(도 4의 (b)부분) 및 최종연소부(도 4의 (c)부분)로 구분하여 연소시킴으로써 고온의 연소영역이 한 부분에만 집중되는 것을 피하고 열을 분산시켜 CO 및 NOx의 생성을 방지한다. In other words, the gasification part (part (a) of FIG. 4) and the intermediate combustion part (part (b) of FIG. 4) and the final combustion part (part (c) of FIG. 4) are burned in one part so that a high temperature combustion region is formed. Avoid concentration only and dissipate heat to prevent the production of CO and NOx.
한편, RPF나 연소잔재(C) 등 고체연료물질의 연소는 연소속도가 가스상 연료에 비해 상대적으로 느리므로 주연소실(120)의 벽면에서 공기주입홀(123)에 의한 공기와 연소가스의 혼합기체를 강선회를 주어 분사함으로써 연료물질과 공기와의 혼합을 강선회류에 의해 고속으로 이루어지게 함으로써 연소를 고속으로 이루어지게 하는 동시에 연소과정에서 발생하는 미연분을 최소화할 수 있다. On the other hand, the combustion of solid fuel materials such as RPF and combustion residue (C) is a slower combustion rate than gaseous fuel, so the mixture gas of air and combustion gas by the air injection hole 123 on the wall of the main combustion chamber 120 By injecting a strong turning, the mixture of fuel material and air can be made at high speed by the steel turning flow, so that combustion can be made at a high speed while minimizing the fine dust generated during the combustion process.
즉 완전연소 효율을 높이는 동시에 고형분의 연소잔재(C)를 고온연소를 통해 연소잔재(C)의 용융온도 이상으로 가열하여 용융함으로써 슬랙형태로 배출할 수 있다. 주연소실(120)의 출구에는 중앙부에 가스상의 연소생성물이 배출되는 주연소실가스배출부(125)가 있으며 그 하부 경사로의 종단부에는 용융슬랙 또는 연소잔재(C)의 연소잔재배출부(126)가 있다. 이 구조에서는 연소잔재(C)가 주연소실(120)에서 형성되는 사이클론 연소의 강한 선회류에 의하여 고온으로 연소 용융되어 슬랙형태로 배출되도록 되어있는 구조이다. That is, while improving the complete combustion efficiency, the solid residue of combustion (C) can be discharged in the form of slack by heating and melting above the melting temperature of the combustion residue (C) through high temperature combustion. At the outlet of the main combustion chamber 120, there is a main combustion chamber gas discharge part 125 through which gaseous combustion products are discharged from the central part, and a combustion residue discharge part 126 of molten slag or combustion residue C at the end of the lower ramp. There is. In this structure, the combustion residue C is burned and melted at a high temperature by a strong swirling flow of cyclone combustion formed in the main combustion chamber 120 to be discharged in a slack form.
따라서 연소장치(100)는 연료의 착화온도 이상으로 예열된 주연소실(120) 내에 공기(산화제)를 분사시키면서 고온의 연소가스의 일부를 공기의 분류에 재순환 혼합하여 연소함으로써, 공기를 고온으로 예열하기 위한 별도의 열교환기 없이도 화염대에 집중되는 고온부가 발생하지 않으면서 주연소실(120) 전면에 걸쳐 고른 온도로 분산되게 하는 MILD연소를 달성함으로써, CO 및 NOx의 생성을 극소화하는 동시에 열효율을 높여 CO2의 배출도 저감할 수 있는 효과를 가진다. 이와는 반대로 연료의 분류에 고온의 연소가스를 재순환하여 상기 목적을 달성할 수도 있으며, 연료와 공기분류에 동시에 고온의 연소가스를 유입할 수도 있다.
Accordingly, the combustion apparatus 100 preheats the air to a high temperature by recirculating and mixing a part of the hot combustion gas into the classification of the air while injecting air (oxidant) into the main combustion chamber 120 preheated above the ignition temperature of the fuel. MILD combustion is achieved by dispersing evenly over the entire surface of the main combustion chamber 120 without generating a high temperature part concentrated in the flame zone without a separate heat exchanger. CO 2 emissions can also be reduced. On the contrary, the above object may be achieved by recirculating the hot combustion gas to classify the fuel, and hot combustion gas may be introduced simultaneously into the fuel and the air classification.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 연소장치(200)를 보여주는 단면도이다.5 is a cross-sectional view showing a combustion apparatus 200 according to a second embodiment of the present invention.
도 5를 참고하면, 연소장치(100)는 상기 도 4에서 설명한 바와 같이 투입구(210), 주연소실(220), 하우징(230), 공기자켓층(240), 부연소실(260), 투입부(250) 및 배출부(270)를 포함할 수 있다. 이때, 주연소실(220), 하우징(230), 공기자켓층(240), 투입부(250), 부연소실(260) 및 배출부(270)는 상기 도 4에서 설명한 바와 유사하게 형성되므로 이하에서는 상세한 설명은 생략하기로 한다. Referring to FIG. 5, the combustion device 100 includes the inlet 210, the main combustion chamber 220, the housing 230, the air jacket layer 240, the subcombustion chamber 260, and the inlet as described in FIG. 4. 250 and the discharge unit 270 may be included. At this time, since the main combustion chamber 220, the housing 230, the air jacket layer 240, the input unit 250, the sub-combustion chamber 260 and the discharge unit 270 is formed similar to that described in FIG. Detailed description will be omitted.
한편, 연소장치(200)는 투입구(210)에 결합하는 이송부(280)를 포함할 수 있다. 이때, 이송부(280)는 일부가 주연소실(220)의 내부에 배치될 수 있다. On the other hand, the combustion device 200 may include a transfer unit 280 coupled to the inlet 210. In this case, a part of the transfer unit 280 may be disposed in the main combustion chamber 220.
이송부(280)는 투입구(210)의 외측에 배치되는 구동부(281)를 포함할 수 있다. 또한, 이송부(280)는 구동부(281)에 결합하는 프레임(282)를 포함할 수 있다. 또한, 이송부(280)는 프레임(282)에 결합하는 교반부(283)를 포함할 수 있다. The transfer unit 280 may include a driving unit 281 disposed outside the inlet 210. In addition, the transfer unit 280 may include a frame 282 coupled to the driver 281. In addition, the transfer unit 280 may include an agitator 283 coupled to the frame 282.
한편, 구동부(281)는 전기에너지를 통하여 작동하는 모터(미도시)나 유압을 이용하는 유압실린더(미도시)를 포함할 수 있다. 또한, 프레임(282)은 다양하게 형성될 수 있다. 예를 들면, 프레임(282)은 길이가 가변하도록 형성될 수 있다. 또한, 프레임(282)은 구동부(281)에 결합하여 회전하도록 형성될 수 있다. On the other hand, the driving unit 281 may include a motor (not shown) to operate through electrical energy or a hydraulic cylinder (not shown) using the hydraulic pressure. In addition, the frame 282 may be formed in various ways. For example, the frame 282 may be formed to have a variable length. In addition, the frame 282 may be formed to rotate in combination with the driving unit 281.
교반부(283)는 다양하게 형성될 수 있다. 예를 들면, 프레임(282)이 길이가 가변하도록 형성되는 경우, 교반부(283)는 플레이트 형태로 형성될 수 있다. 또한, 교반부(283)는 원호형의 가동격자 형태로 형성될 수 있다. 이때, 상기 플레이트형이나 상기 원호형의 가동격자는 복수개가 형성될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 교반부(283)가 플레이트 형태로 형성되는 경우를 중심으로 설명하기로 한다. The stirring unit 283 may be formed in various ways. For example, when the frame 282 is formed to vary in length, the stirring unit 283 may be formed in a plate shape. In addition, the stirring unit 283 may be formed in the shape of an arc-shaped movable grid. In this case, a plurality of movable grids of the plate type or the arc shape may be formed. Hereinafter, for convenience of description, a case in which the stirring part 283 is formed in a plate shape will be described.
한편, 연소장치(200)의 작동을 살펴보면, 상기 도 4에서 설명한 바와 같이 연소가스와 공기 분류에 혼합되어 공기 분류의 온도를 상승시킬 수 있다. 이하에서는 연소장치(200)의 작동방법은 상기 도 4에서 설명한 바와 유사하므로 상세한 설명은 생략한다. On the other hand, referring to the operation of the combustion device 200, as described with reference to FIG. 4 may be mixed with the combustion gas and the air classification to increase the temperature of the air classification. Hereinafter, since the operation method of the combustion device 200 is similar to that described in FIG. 4, detailed description thereof will be omitted.
한편, 상기와 같은 작용이 발생되는 동안, 주연소실(220)에서는 연료물질의 연소잔재(C)가 발생하게 된다. 이때, 고체상의 연료물질에서 잔류하는 회분을 완전히 용융시킬 수 없는 연료물질의 경우에는 연소잔재(C)를 배출하기 위해서는 인위적으로 연소잔재(C)를 이동시켜야 한다. 동시에 연료물질을 교반하여 연소가 더욱 활성화되도록 하는 역할도 필요하다. On the other hand, while the above operation occurs, the combustion residue (C) of the fuel material is generated in the main combustion chamber 220. At this time, in the case of the fuel material that can not completely melt the ash remaining in the solid fuel material, the combustion residue (C) must be moved artificially to discharge the combustion residue (C). At the same time, it is also necessary to stir the fuel material so that combustion is further activated.
이때, 주연소실(220)에서 하부를 교반부(283)를 통하여 연료물질 및 연소잔재(C)를 이송하여 교반 및 배출이 원활하게 이루어지도록 한다. 이때, 교반부(283)가 원호형의 가동화격자인 경우에도 유사하게 연료물질 및 연소잔재(C)를 이송시킬 수 있다. At this time, the lower portion in the main combustion chamber 220 is transferred to the fuel material and the combustion residue (C) through the stirring unit 283 to facilitate the stirring and discharge. In this case, even when the stirring unit 283 is an arc-shaped movable grating, the fuel material and the combustion residue C may be similarly transferred.
따라서 연소장치(200)는 연료의 착화온도 이상으로 예열된 주연소실(220) 내에 연료와 공기(산화제)를 분사시키면서 고온의 연소가스의 일부를 연료와 공기의 분류에 재순환 혼합하여 연소함으로써, 공기를 고온으로 예열하기 위한 별도의 열교환기 없이도 화염대에 집중되는 고온부가 발생하지 않으면서 주연소실(220) 전면에 걸쳐 고른 온도로 분산되게 하는 MILD연소를 달성함으로써, CO 및 NOx의 생성을 극소화하는 동시에 열효율을 높여 CO2의 배출을 저감할 수 있는 효과를 가진다.
Therefore, the combustion device 200 recycles and burns a portion of the hot combustion gas by recirculating and mixing a portion of the hot combustion gas into the fuel and air classification while injecting the fuel and air (oxidant) into the main combustion chamber 220 preheated above the ignition temperature of the fuel. It is possible to minimize the production of CO and NOx by achieving MILD combustion, which allows the high temperature portion concentrated in the flame zone to be distributed evenly over the entire main combustion chamber 220 without the need for a separate heat exchanger for preheating it to a high temperature. At the same time, it has the effect of reducing the emission of CO 2 by increasing the thermal efficiency.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 연소장치(300)를 보여주는 단면도이다.6 is a cross-sectional view showing a combustion device 300 according to a third embodiment of the present invention.
도 6을 참고하면, 연소장치(300)는 투입구(310), 주연소실(320), 하우징(330), 투입부(350) 및 배출부(370)을 포함할 수 있다. 이때, 투입구(310), 투입부(350) 및 배출부(370)는 도 4 및 도 5에서 설명한 바와 유사하게 형성되므로 이하에서는 상세한 설명은 생략하기로 한다. Referring to FIG. 6, the combustion device 300 may include an inlet 310, a main combustion chamber 320, a housing 330, an inlet 350, and an outlet 370. In this case, since the inlet 310, the inlet 350 and the outlet 370 are formed similar to those described with reference to FIGS. 4 and 5, a detailed description thereof will be omitted.
한편, 주연소실(320)은 제 1 내화재층(322)의 외면에 소정간격 이격되어 배치되는 단열재층(327)을 포함할 수 있다. 이때, 단열재층(327)은 제 1 내화재층(322)을 감싸도록 배치될 수 있다. On the other hand, the main combustion chamber 320 may include a heat insulating material layer 327 disposed on the outer surface of the first fireproof material layer 322 spaced apart by a predetermined interval. In this case, the heat insulating material layer 327 may be disposed to surround the first fireproof material layer 322.
제 1 내화재층(322)과 단열재층(327) 사이에는 외부의 공기와 연소가스가 혼합된 혼합가스가 유동할 수 있다. 이때, 상기의 혼합가스는 제 1 내화재층(322)의 외벽을 관통하도록 형성되는 공기주입홀(323)로 공급될 수 있다. Between the first fireproof material layer 322 and the heat insulating material layer 327 may be a mixed gas mixed with the outside air and the combustion gas. In this case, the mixed gas may be supplied to the air injection hole 323 formed to pass through the outer wall of the first fireproof material layer 322.
한편, 하우징(330)은 주연소실(320)에 결합할 수 있다. 구체적으로 하우징(330)은 주연소실(320)에서 발생하는 고온의 연소가스가 유동할 수 있다. 이때, 하우징(330)은 상기에서 설명한 바와 같이 제 2 내화재층(331), 공기분사노즐(333), 가스배출부(332)를 포함할 수 있다. 또한, 하우징(330)은 배출부(370)과 결합하여 연소잔재(C)를 배출부(370)로 배출시킬 수 있다. Meanwhile, the housing 330 may be coupled to the main combustion chamber 320. In detail, the housing 330 may flow a high temperature combustion gas generated in the main combustion chamber 320. In this case, the housing 330 may include a second fireproof material layer 331, an air spray nozzle 333, and a gas discharge part 332 as described above. In addition, the housing 330 may be combined with the discharge part 370 to discharge the combustion residue C to the discharge part 370.
연소장치(300)는 하우징(330)에 설치되는 이젝터(395)를 포함할 수 있다. 이때, 이젝터(395)는 공기분사노즐(333)로부터 공급되는 공기가 유동할 수 있다. 또한, 이젝터(395)는 가스배출부(332) 부분에 설치되어, 공기와 연소가스가 혼합된 상기 혼합가스가 이젝터(395) 내부를 유동할 수 있다. Combustion apparatus 300 may include an ejector 395 installed in the housing 330. In this case, the ejector 395 may flow air supplied from the air injection nozzle 333. In addition, the ejector 395 may be installed at the gas discharge part 332 to allow the mixed gas in which air and combustion gas are mixed to flow inside the ejector 395.
한편, 이젝터(395)는 단열재층(327)과 연결될 수 있다. 이때, 상기 혼합가스는 단열재층(327)과 제 1 내화재층(322) 사이로 공급되어 공기주입홀(323)로 공급될 수 있다. Meanwhile, the ejector 395 may be connected to the insulation layer 327. In this case, the mixed gas may be supplied between the heat insulation material layer 327 and the first refractory material layer 322 to be supplied to the air injection hole 323.
연소장치(300)의 작동을 살펴보면, 상기 도 4 및 상기 도 5에서 설명한 바와 유사하게 작동할 수 있다. Looking at the operation of the combustion device 300, it may operate similar to that described in Figures 4 and 5 above.
구체적으로 주연소실(320)에서 소각된 후 발생하는 연소가스는 하우징(330) 내부로 이동할 수 있다. 연소가스는 가스배출부(332)를 통하여 외부로 배출될 수 있다. 이때, 공기분사노즐(333)에서 유입되는 공기는 베르누이 정리에 의하여 고온의 연소가스를 유인되어 혼합가스를 형성할 수 있다. Specifically, the combustion gas generated after incineration in the main combustion chamber 320 may move into the housing 330. The combustion gas may be discharged to the outside through the gas discharge unit 332. At this time, the air introduced from the air injection nozzle 333 may be attracted the hot combustion gas by Bernoulli theorem to form a mixed gas.
이때, 혼합가스는 이젝터를 통하여 제 1 내화재층(322)과 단열재층(327) 사이로 이동할 수 있다. 혼합가스는 제 1 내화재층(322)과 단열재층(327) 사이를 이동하다가 공기주입홀(323)로 유입되어 주연소실(320)로 공급될 수 있다. In this case, the mixed gas may move between the first fireproof material layer 322 and the heat insulating material layer 327 through the ejector. The mixed gas may move between the first fireproof material layer 322 and the heat insulating material layer 327 and flow into the air injection hole 323 to be supplied to the main combustion chamber 320.
따라서 연소장치(300)는 연료의 착화온도 이상으로 예열된 주연소실(320) 내에 연료를 공급하고 공기(산화제)의 분류에 고온의 연소가스를 재순환 혼합하여 연소함으로써, 공기를 고온으로 예열하기 위한 별도의 열교환기 없이도 화염대에 집중되는 고온부가 발생하지 않으면서 주연소실(320) 전면에 걸쳐 고른 온도로 분산되게 하는 MILD연소를 달성함으로써, CO 및 NOx의 생성을 극소화하며, 동시에 열효율을 높여 CO2의 배출량도 저감할 수 있는 효과를 가진다.
Therefore, the combustion device 300 supplies fuel in the main combustion chamber 320 preheated above the ignition temperature of the fuel, and recycles and burns the combustion gas of high temperature in the classification of air (oxidant), thereby preheating the air to a high temperature. MILD combustion is achieved by dispersing evenly over the entire surface of the main combustion chamber 320 without even a heat exchanger to produce a high temperature part that is concentrated in the flame zone, thereby minimizing the generation of CO and NOx and at the same time increasing the thermal efficiency. Emission of 2 also has the effect to be reduced.
도 7은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 연소장치(400)를 보여주는 단면도이다.7 is a cross-sectional view showing a combustion device 400 according to a fourth embodiment of the present invention.
도 7을 참고하면, 연소장치(400)는 투입구(410), 주연소실(420), 하우징(430), 배출부(470) 및 이송부(480)를 포함할 수 있다. 이때, 주연소실(420), 하우징(430), 배출부(470) 및 이송부(480)는 상기 도 4 내지 도 5에서 설명한 바와 유사하게 형성되므로 이하에서는 상세한 설명은 생략하기로 한다. Referring to FIG. 7, the combustion device 400 may include an inlet 410, a main combustion chamber 420, a housing 430, a discharge part 470, and a transfer part 480. At this time, since the main combustion chamber 420, the housing 430, the discharge part 470 and the transfer part 480 is formed similar to that described in Figures 4 to 5 will be omitted in the following description.
한편, 주연소실(420)의 외부에는 하우징(430)이 배치될 수 있다. 이때, 하우징(430)은 주연소실(420)의 일부를 감싸도록 형성될 수 있다. On the other hand, the housing 430 may be disposed outside the main combustion chamber 420. In this case, the housing 430 may be formed to surround a part of the main combustion chamber 420.
또한, 하우징(430)의 외면에는 공기자켓층(440)이 형성될 수 있다. 이때, 공기자켓층(440)의 하우징(430)의 외면을 감싸도록 형성될 수 있으며, 외부로부터 송풍기(미도시)에 의하여 공급되는 외부공기가 일시적으로 저장될 수 있다. In addition, an air jacket layer 440 may be formed on an outer surface of the housing 430. In this case, the outer surface of the housing 430 of the air jacket layer 440 may be formed to surround the external air supplied by the blower (not shown) from the outside may be temporarily stored.
공기자켓층(440)은 서로 분리되어 복수개가 형성될 수 있다. 예를 들면, 공기자켓층(440)은 복수개로 형성되고, 복수개의 공기자켓층(440)은 제 1 공기자켓층(441)과, 제 1 공기자켓층(441)과 서로 분리되어 인접하는 제 2 공기자켓층(442)을 포함할 수 있다. 또한, 복수개의 공기자켓층(440)은 제 2 공기자켓층(442)과 서로 분리되어 인접하는 제 3 공기자켓층(443)을 포함할 수 있다. The air jacket layer 440 may be separated from each other to form a plurality. For example, a plurality of air jacket layers 440 may be formed, and the plurality of air jacket layers 440 may be separated from and adjacent to the first air jacket layer 441 and the first air jacket layer 441. It may include two air jacket layer (442). In addition, the plurality of air jacket layers 440 may include a third air jacket layer 443 adjacent to and separated from the second air jacket layer 442.
이때, 복수개의 공기자켓층(440)이 제 1 공기자켓층(441) 내지 제 3 공기자켓층(443)을 포함하는 것은 실시예에 불과하며 필요에 따라 개수는 선택이 가능할 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 복수개의 공기자켓층(440)이 제 1 공기자켓층(441) 내지 제 3 공기자켓층(443)을 포함하는 경우를 중심으로 설명하기로 한다. At this time, the plurality of air jacket layers 440 includes the first air jacket layer 441 to the third air jacket layer 443 is only an embodiment and the number can be selected as necessary. However, hereinafter, the air jacket layer 440 includes a first air jacket layer 441 to the third air jacket layer 443 will be described for the convenience of description.
한편, 제 1 공기자켓층(441) 내지 제 3 공기자켓층(443)으로 공급되는 외부공기의 양은 서로 상이할 수 있다. 예를 들면, 제 1 공기자켓층(441)로 공급되는 외부공기의 양은 제 2 공기자켓층(442)으로 공급되는 외부공기의 양보다 작을 수 있다. 또한, 제 2 공기자켓층(442)으로 공급되는 외부공기의 양은 제 3 공기자켓층(443)으로 공급되는 외부공기의 양보다 작을 수 있다. On the other hand, the amount of external air supplied to the first air jacket layer 441 to the third air jacket layer 443 may be different from each other. For example, the amount of external air supplied to the first air jacket layer 441 may be less than the amount of external air supplied to the second air jacket layer 442. In addition, the amount of external air supplied to the second air jacket layer 442 may be smaller than the amount of external air supplied to the third air jacket layer 443.
이때, 제 1 공기자켓층(441) 내지 제 3 공기자켓층(443)으로 공급되는 외부공기의 양은 순차적으로 커질 수 있다. At this time, the amount of external air supplied to the first air jacket layer 441 to the third air jacket layer 443 may be increased in sequence.
따라서 연소장치(400)는 연료의 착화온도 이상으로 예열된 주연소실(420) 내에 연료를 공급하고, 공기(산화제)의 분류에 고온의 연소가스의 일부를 재순환 혼합하여 연소함으로써, 공기를 고온으로 예열하기 위한 별도의 열교환기 없이도 화염대에 집중되는 고온부가 발생하지 않으면서 주연소실(320) 전면에 걸쳐 고른 온도로 분산되게 하는 MILD연소를 달성함으로써, CO 및 NOx의 생성을 극소화하는 동시에 열효율을 높여 CO2의 배출량을 저감할 수 있는 효과를 가진다.
Therefore, the combustion device 400 supplies fuel into the main combustion chamber 420 preheated above the ignition temperature of the fuel, and recirculates and combusts a part of the hot combustion gas to classify the air (oxidant) to burn the air at a high temperature. MILD combustion is achieved by dispersing evenly over the entire front of the main combustion chamber 320 without the need for a separate heat exchanger to preheat, thereby minimizing the generation of CO and NOx and at the same time thermal efficiency. This has the effect of reducing CO 2 emissions.
도 8은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 연소장치(500)를 보여주는 단면도이다.8 is a cross-sectional view showing a combustion apparatus 500 according to a fifth embodiment of the present invention.
도 8을 참고하면, 연소장치(500)는 연소가 진행되는 주연소실(520)을 포함한다. 주연소실(520)은 다양한 형태로 형성될 수 있다. 예를 들면, 주연소실(520)은 원통형으로 형성될 수 있고, 사각기둥 형태로 형성될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 주연소실(520)이 원통형으로 형성되는 경우를 중심으로 설명하기로 한다. Referring to FIG. 8, the combustion device 500 includes a main combustion chamber 520 in which combustion proceeds. The main combustion chamber 520 may be formed in various forms. For example, the main combustion chamber 520 may be formed in a cylindrical shape, it may be formed in a square pillar shape. Hereinafter, for convenience of description, the main combustion chamber 520 will be described based on a case where the cylinder is formed in a cylindrical shape.
연소장치(500)는 주연소실(520)로부터 소정간격 이격되어 공간을 형성하는 하우징(530)을 포함한다. 이때, 하우징(530)은 주연소실(520)을 감싸도록 배치될 수 있다. 따라서 하우징(530)과 주연소실(520) 사이의 공간으로 고온의 연소가스가 유동할 수 있다. The combustion device 500 includes a housing 530 that forms a space spaced apart from the main combustion chamber 520 by a predetermined interval. In this case, the housing 530 may be disposed to surround the main combustion chamber 520. Therefore, hot combustion gas may flow into the space between the housing 530 and the main combustion chamber 520.
한편, 연소장치(500)는 하우징(530)에 설치되는 공기분사노즐(531)을 포함한다. 공기분사노즐(531)은 하우징(530)에 삽입되도록 형성되어 주연소실(520)과 하우징(530) 사이의 공간으로 외부공기를 분사하여 고온의 연소가스를 유인하여 혼합할 수 있다. Meanwhile, the combustion device 500 includes an air spray nozzle 531 installed in the housing 530. The air injection nozzle 531 is formed to be inserted into the housing 530 to inject external air into the space between the main combustion chamber 520 and the housing 530 to attract and mix the hot combustion gas.
공기분사노즐(531)은 일단이 절곡지게 형성될 수 있다. 이때, 공기분사노즐(531)의 절곡되는 부분의 끝단은 주연소실(520)과 하우징(530) 사이의 공간을 유동하는 기체의 흐름방향과 평행하도록 형성될 수 있다. The air injection nozzle 531 may be formed to be bent at one end. At this time, the end of the bent portion of the air injection nozzle 531 may be formed to be parallel to the flow direction of the gas flowing through the space between the main combustion chamber 520 and the housing 530.
한편, 연소장치(500)는 하우징(530)과 주연소실(520) 사이에 형성되는 벤튜리부(570)를 포함한다. 이때, 벤튜리부(570)는 공기분사노즐(531)을 통하여 공급되는 외부공기와 연소가스를 혼합하여 혼합가스를 생성할 수 있다. Meanwhile, the combustion device 500 includes a venturi part 570 formed between the housing 530 and the main combustion chamber 520. At this time, the venturi unit 570 may generate a mixed gas by mixing the outside air and the combustion gas supplied through the air injection nozzle 531.
이때, 벤튜리부(570)는 하우징(530) 및 주연소실(520)과 일체로 형성될 수 있다. 구체적으로 벤튜리부(570)는 하우징(530)의 일부와 주연소실(520)의 일부는 각각 하우징(530)과 주연소실(520)이 형성하는 내부공간으로 돌출되도록 형성될 수 있다. 이때, 돌출되는 부분의 단면적은 서로 상이하게 형성될 수 있다. 이하에서는 벤튜리부(570)의 형상에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.In this case, the venturi part 570 may be integrally formed with the housing 530 and the main combustion chamber 520. In detail, the venturi part 570 may be formed to protrude into an inner space formed by the housing 530 and the main combustion chamber 520, respectively, part of the housing 530 and the main combustion chamber 520. In this case, the cross-sectional areas of the protruding portions may be formed differently from each other. Hereinafter, the shape of the venturi part 570 will be described in detail.
한편, 벤튜리부(570)는 연소가스가 유입되는 유인부(571)를 포함할 수 있다. 유인부(571)는 압력 차이에 의하여 연소가스를 유인부(571) 내부로 흡입할 수 있다. 벤튜리부(570)는 유인부(571)로부터 연장되어 형성되고, 단면적이 점점 작아지도록 형성되는 축관부(572)를 포함할 수 있다. 이때, 축관부(572)는 단면적이 작아지면서 연소가스의 속도를 높여주는 역할을 수행한다. 또한, 공기분사노즐(531)의 끝단부는 축관부(572)의 입구측에 배치되어 외부공기를 분사함으로써 음압을 형성하고 연소가스의 유동을 도와준다. 특히 축관부(572) 내부에서 외부공기와 연소가스가 혼합되어 혼합가스를 생성할 수 있다. On the other hand, the venturi portion 570 may include a attracting portion 571 through which the combustion gas flows. The attractant 571 may suck the combustion gas into the attractant 571 due to the pressure difference. The venturi part 570 may be formed to extend from the attracting part 571, and may include a shaft tube part 572 formed to have a smaller cross-sectional area. At this time, the shaft pipe portion 572 serves to increase the speed of the combustion gas while the cross-sectional area is small. In addition, the end portion of the air injection nozzle 531 is disposed at the inlet side of the shaft tube portion 572 to form a negative pressure by spraying external air to help the combustion gas flow. In particular, the outside air and the combustion gas may be mixed inside the shaft portion 572 to generate a mixed gas.
한편, 벤튜리부(570)는 축관부(572)로부터 연장되어 형성되는 교축부(573)를 포함할 수 있다. 교축부(573)는 축관부(572)의 일단의 면적과 동일하도록 형성되어 혼합가스의 유속을 유지시킬 수 있다. On the other hand, the venturi portion 570 may include an throttle portion 573 formed to extend from the shaft tube portion 572. The throttle portion 573 may be formed to have the same area as one end of the axial tube portion 572 to maintain the flow velocity of the mixed gas.
벤튜리부(570)는 교축부(573)로부터 연장되어 형성되는 확관부(574)를 포함할 수 있다. 이때, 확관부(574)는 단면적이 점차적으로 커지도록 형성되어 혼합가스의 유속을 줄여주고 압력을 높여주어 교축부(573)를 통과하는 혼합가스를 확산시키는 역할을 수행한다. The venturi part 570 may include an expansion part 574 extending from the throttle part 573. At this time, the expansion portion 574 is formed to gradually increase the cross-sectional area serves to reduce the flow rate of the mixed gas and to increase the pressure to diffuse the mixed gas passing through the throttle 557.
또한, 확관부(574)는 주연소실(520)과 연결되어 혼합가스를 주연소실(520)로 분사하는 역할을 수행한다. 특히 확관부(574)에서 주연소실(520)로 분사되는 부분은 주연소실(520)의 벽면과 소정각도를 형성하여 주연소실(520)로 유입되는 혼합가스를 통하여 주연소실(520)에 선회류를 형성시킬 수 있다. In addition, the expansion unit 574 is connected to the main combustion chamber 520 serves to inject the mixed gas into the main combustion chamber 520. In particular, the part injected into the main combustion chamber 520 from the expansion pipe 574 forms a predetermined angle with the wall surface of the main combustion chamber 520 and turns to the main combustion chamber 520 through the mixed gas flowing into the main combustion chamber 520. Can be formed.
특히 공기분사노즐(531)에서 분사하는 정압(+압)의 공기분류로 인해 벤튜리부(570)의 교축부(573)에서 유속이 빨라지면 음압(-압)이 형성되므로 고온의 연소가스를 유인(entrain)할 수 있게 된다. 즉, 이 원리를 이용하게 되면 유인하고자 하는 연소가스의 온도가 일반적인 소각로 출구온도인 850℃ 이상이 되어도 공기류와 직접 혼합시키면서 재순환이 가능한 것이다. In particular, when the flow velocity increases in the throttle portion 573 of the venturi portion 570 due to the positive pressure (+ pressure) air jetting from the air injection nozzle 531, a negative pressure (− pressure) is formed, thus attracting a high temperature combustion gas. it can be entrained. In other words, using this principle, even if the temperature of the combustion gas to be attracted is higher than 850 ° C., which is the exit temperature of a general incinerator, recirculation is possible while directly mixing with the air stream.
이렇게 850℃ 이상의 고온의 연소가스를 재순환시킬 수 있는 방법은 본 발명에서 제시된 방법이 가장 간단하고 경제적인 방법인 것이다. In this way, the method of recycling high-temperature combustion gas above 850 ° C is the simplest and most economical method.
한편, 연소장치(500)는 하우징(530)에 설치되는 예열버너(580)를 포함할 수 있다. 이때, 예열버너(580)는 주연소실(520)을 예열하여 착화온도 이상으로 가열하여 주연소실(520)의 연소를 수행시킬 수 있다.. Meanwhile, the combustion device 500 may include a preheat burner 580 installed in the housing 530. In this case, the preheat burner 580 may preheat the main combustion chamber 520 to be heated above the ignition temperature to perform combustion of the main combustion chamber 520.
또한, 연소장치(500)는 주연소실(520)로 연료물질을 공급하는 연료공급부(590)를 포함할 수 있다. 연료공급부(590)는 연료물질을 주연소실(520)에 적합하도록 공급하여 주연소실(520)의 연소를 생성시킬 수 있다. In addition, the combustion device 500 may include a fuel supply unit 590 for supplying fuel material to the main combustion chamber 520. The fuel supply unit 590 may supply fuel material to the main combustion chamber 520 to generate combustion of the main combustion chamber 520.
따라서 연소장치(500)는 연료의 착화온도 이상으로 예열된 주연소실(520) 내에 연료와 외부공기(산화제)를 분사시키면서 고온의 연소가스의 일부를 연료와 공기의 분류에 재순환 혼합하여 연소함으로써, 공기를 고온으로 예열하기 위한 별도의 열교환기 없이도 화염대에 집중되는 고온부가 발생하지 않으면서 주연소실(520) 전면에 걸쳐 고른 온도로 분산되게 하는 MILD연소를 달성함으로써, CO 및 NOx의 생성을 극소화하는 동시에 열효율을 높여 CO2의 배출량을 저감할 수 있는 효과를 가진다.Therefore, the combustion device 500 recycles and combusts a part of the hot combustion gas to the classification of fuel and air while injecting fuel and external air (oxidant) into the main combustion chamber 520 preheated above the ignition temperature of the fuel. Minimizes the production of CO and NOx by achieving MILD combustion that distributes evenly over the entire front of the main combustion chamber 520 without the need for a separate heat exchanger to preheat the air to a high temperature without generating hot parts concentrated in the flame zone. At the same time, it has the effect of reducing CO 2 emissions by increasing thermal efficiency.
한편, 상기와 같은 실시예를 통하여 실험을 수행하여 보면, 저온의 재순환가스의 공해저감효과는 매우 미미하며 연소상태의 불안정을 야기하는 문제가 있는 것으로 알려져 있다. 이에 대한 해결방안이 연료물질의 착화온도 이상으로 고온의 연소가스를 재순환시키는 방법인 것이다.On the other hand, when the experiment is performed through the above embodiment, it is known that the pollution reduction effect of the low temperature recycle gas is very insignificant and causes the instability of the combustion state. The solution to this is to recycle the hot combustion gas above the ignition temperature of the fuel material.
그림에서 가로축의 연소가스 재순환율 K는 다음과 같이 정의된다.In the figure, the combustion gas recirculation rate K on the horizontal axis is defined as
K = (재순환 연소가스의 질량유량) / (연료의 질량유량+공기의 질량유량)K = (mass flow rate of recycled combustion gas) / (mass flow rate of fuel + mass flow rate of air)
Figure 112011066705437-pat00001
Figure 112011066705437-pat00001
참고문헌 : Wuning J., Flameless Oxidation von Brennstoff mit hochvorgewarmter Luft, Chemical Ingenieur Tech. 1991, 63(12), 1243-1245.References: Wuning J., Flameless Oxidation von Brennstoff mit hochvorgewarmter Luft, Chemical Ingenieur Tech. 1991, 63 (12), 1243-1245.
즉 연료와 공기의 질량유량이 일정하다고 할 때 재순환 연소가스의 질량유량이 증가할수록 K가 커지는 것이다. 그런데 위의 그림에서 보는 바와 같이 온도가 낮고 재순환율이 작은 경우(즉, 자발착화온도 이하의 영역에서 노란색 부분을 제외한 영역)에서는 화염이 버너에 부착하여 안정된 연소가 이루어지나 재순환율이 조금만 높아지면, 일례로 그림에서 500℃의 재순환가스 온도에서 재순환율이 0.5만 되어도 화염이 유지되지 않으며, 불씨나 점화원에 의하여 폭발하거나 하는 위험영역으로 들어가게 된다. In other words, when the mass flow rate of fuel and air is constant, K increases as the mass flow rate of recycled combustion gas increases. However, as shown in the above figure, when the temperature is low and the recirculation rate is small (that is, the area except the yellow part in the region below the spontaneous ignition temperature), the flame adheres to the burner to achieve stable combustion, but the recirculation rate is only slightly increased. For example, the flame is not maintained even if the recycle rate is 0.5 at the recycle gas temperature of 500 ° C in the figure, and it enters the danger zone where it explodes by the ember or the ignition source.
자발착화온도 이상의 영역에서 A영역은 다소 재순환율이 높아지지만 안정된 화염이 형성되나 1000℃의 온도에서도 재순환율은 0.8이하로 연소가스의 재순환율은 극히 제한되게 된다. In the area above the spontaneous ignition temperature, the area A has a slightly higher recycle rate, but a stable flame is formed, but even at a temperature of 1000 ° C., the recycle rate of the combustion gas is extremely limited.
즉, 자발착화온도이상에서는 재순환율을 최소 2.5 이상으로 높여야 비로소 매우 안정된 화염영역으로 들어가서 공해저감효과가 나타나게 되는데 연소가스를 별도의 장치를 통하여 재순환율을 높이게 되면 별도의 열공급을 통하여 연소가스를 자발착화온도 이상으로 가열하여야 하므로 가열하여야 할 재순환 연소가스의 양도 증가하게 되고 온도를 높이기 위해서 필요한 별도의 열공급이 크게 증가하여야 한다. In other words, when the spontaneous ignition temperature is increased, the recycle rate must be increased to at least 2.5 to enter a very stable flame zone, thereby reducing the pollution. When the recycled gas is increased through a separate device, the combustion gas is spontaneously supplied through a separate heat supply. Since it must be heated above the ignition temperature, the amount of recycled flue gas to be heated also increases, and the extra heat supply required to raise the temperature must be greatly increased.
본 발명에서 추구하고자 하는 연소영역은 그림 5의 C영역으로 재순환율 2.5 이상의 영역에서 재순환 연소가스의 온도를 자발착화온도 이상으로 유지되는 영역으로 이 영역에서는 질소산화물과 같은 대표적인 공해물질이 크게 감소하게 되는 영역인 것이다.The combustion zone to be pursued in the present invention is a zone in which the temperature of the recycled combustion gas is maintained above the self-ignition temperature in the region of C of FIG. 5 or higher, so that representative pollutants such as nitrogen oxides are greatly reduced. It is an area that becomes.
즉, 상기 그럼의 C영역이 안정된 연소를 구현하기 위해서는 송풍기 등의 재순환 장치를 이용하여 수행하는 재순환방식은 온도의 측면에서 도저히 도달할 수 가 없는 영역인 것으로 본 발명에서의 재순환방식만이 저공해 연소의 목적을 달성할 수가 있는 것이다.In other words, in order to achieve stable combustion in the above-mentioned C region, the recirculation method performed by using a recirculation device such as a blower is a region that cannot be reached in terms of temperature. Will be able to achieve the purpose.
다음 그림은 본 발명의 연소방식과 기존의 연소방식을 비교한 화염을 동일한 노출로 촬영한 것이다.The following picture is taken with the same exposure of the flame comparing the combustion method of the present invention and the conventional combustion method.
Figure 112011066705437-pat00002
Figure 112011066705437-pat00003
Figure 112011066705437-pat00002
Figure 112011066705437-pat00003
기존 공기만을 분사하여 고체연료를 연소시킬 경우의 화염에서는 그림의 좌측 사진에서 보는 바와 같이 화염대의 고온부가 밝게 나타나고 있다. 이 고온부는 공기가 집중적으로 연료와 혼합되어 연소하는 화염대로써 불규칙적으로 나타난다. 사진에서 보는 바와 같이 흰색의 고온부와 노란색의 저온부가 뚜렷이 구별되고 있다. 열적으로 생성되는 질소산화물은 이와 같이 고온의 화염대에서 집중적으로 발생하는 것이다.In the case of burning solid fuel by injecting only conventional air, the hot part of the flame zone is bright as shown in the left picture of the figure. This hot zone appears irregularly as a flame zone where air is concentrated and combusted with the fuel. As you can see in the picture, the white hot spots and the yellow cold spots are clearly distinguished. Thermally generated nitrogen oxides are concentrated in the high temperature flame zone.
본 발명의 실시예에 따른 고온연소가스 재순환을 이용한 연소화염은 상기 그림의 우측 사진에서 보는 바와 같이 화염대가 뚜렷이 구별되지 않으며 전체적으로 고른 화염밝기를 나타내고 있다. 이것이 고온 재순환의 효과로 전체 화염의 온도가 균일하여 특별히 화염대에서 관찰되는 고온부가 나타나지 않는다.Combustion flame using high temperature combustion gas recirculation according to an embodiment of the present invention, as shown in the picture on the right of the figure is not clearly distinguished and shows a uniform flame brightness as a whole. This is the effect of high temperature recirculation, so that the temperature of the entire flame is uniform so that no hot spots are observed especially in the flame zone.
이 두 화염에서의 질소산화물의 생성농도를 연소실 출구에서 측정한 결과가 다음 그림에 게재되어 있다. The results of the measurement of nitrogen oxide production concentrations at these two flames at the exit of the combustion chamber are shown in the following figure.
Figure 112011066705437-pat00004
Figure 112011066705437-pat00004
이 그림에서 보는 바와 같이 기존의 공기연소에서보다 고온 재순환(FGR)을 적용하였을 때가 무려 60% 이상의 NOx생성 저감효과를 나타내었다. 일반적으로 기체연료에서는 이러한 고온 재순환의 NOx저감효과가 잘 알려져 있으나 이와 같이 고체연료를 사용한 경우에 나타나는 NOx저감 효과는 세계적으로도 알려져 있지 않으며 그 성능 측면에서 볼 때 세계에서 가장 앞선 기술 수준으로 볼 수 있다.As shown in this figure, the application of high temperature recirculation (FGR) showed more than 60% of NOx generation reduction effect than conventional air combustion. In general, the NOx reduction effect of the high temperature recycle is well known in gas fuel, but the NOx reduction effect when using the solid fuel is not known in the world and it is the world's most advanced technology level in terms of its performance. have.
또한, 통상의 연소에서는 NOx의 생성농도가 낮아지면 CO의 생성이 증가하나 본 발명의 연소에서는 NOx와 CO가 동시에 저감되며, 고온 연소가스의 재순환에 따른 열효율의 향상으로 CO2의 배출량도 저감된다. Also, in the normal combustion in the increase in the less it is produced a concentration of NOx when the generation of CO single this invention the combustion and reducing the NOx and CO at the same time, to improve the thermal efficiency of the recirculation of the hot combustion gas is also reduced emissions of CO 2 .
특히 석유자원의 고갈에 따라 하수 슬러지, 유기성 폐기물과 같은 폐기물 연료 및 석탄 등의 고체연료의 사용이 급증하고 있는 실정이다. 현재 소각로나 발전소에서 생성되는 질소산화물(NOx)의 배출은 저감하기 위한 후처리설비인 SCR의 설치비용과 운영비용은 막대하다.In particular, due to the depletion of petroleum resources, the use of waste fuels such as sewage sludge and organic wastes and solid fuels such as coal is rapidly increasing. Currently, the installation and operation costs of SCR, a post-treatment facility to reduce NOx emissions from incinerators or power plants, are enormous.
화력발전소를 예로 들면 SCR 1기에 소요되는 촉매비용만 36억원이며, 1년에 12억원이 촉매 개체에 소요되며, 환원제인 암모니아 비용만도 20억원을 상회한다. For example, a coal-fired power plant costs only W3.6bn for catalysts, W1.2bn per year for catalysts, and ammonia, a reducing agent, exceeds W2bn.
국내 가동 중인 화력발전소는 52기에서 NOx 발생을 50%만 저감할 수 있어도 한해 832억원을 화력발전소에서만 절감할 수 있다. Thermal power plants operating in Korea can save W83.2bn only from thermal power plants, even if they can reduce NOx emissions by 50% in 52 units.
더욱 운영 개소가 많은 소각로에 본 기술이 적용되면 그 경제적 효과는 막대하다. 특히, 본 기술의 실시예들은 세계적으로 선례가 없으므로 기술 선점 및 수출증대의 측면에서 매우 중요하다. If the technology is applied to incinerators with more operational points, the economic effect is enormous. In particular, since the embodiments of the present technology have no precedent in the world, it is very important in terms of technology preoccupation and export increase.
이상, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, the person of ordinary skill in the art should add, change, delete, add, etc. the component within the range which does not deviate from the idea of this invention described in the claim. The present invention may be modified and changed in various ways, which will also be included within the scope of the present invention.
100,200,300,400,500 : 연소장치
110,210,310,410 : 투입구
120,220,320,420,520 : 주연소실
130,230,330,430,530 : 하우징
140,240,340,440,540 : 공기자켓층
150,250,350,450 : 투입부
170,270,370,470 : 배출부
100,200,300,400,500: Combustion device
110,210,310,410: Slot
120,220,320,420,520: main combustion chamber
130,230,330,430,530: Housing
140,240,340,440,540: Air jacket layer
150,250,350,450: Input section
170,270,370,470: discharge part

Claims (18)

  1. 외부에서 내부로 관통하는 공기주입홀을 구비하고, 내부에서 물질이 연소되는 주연소실과,
    상기 주연소실에 배치되어 상기 물질을 연소시키도록 에너지를 공급하는 주연소버너와,
    상기 주연소실의 외부에 배치되어 상기 주연소실에서 연소된 고온의 연소가스가 유동하는 하우징과,
    상기 하우징을 감싸도록 형성되는 외부공기가 유입되는 공기자켓층을 포함하고,
    상기 하우징은, 상기 하우징의 외부로부터 내부로 관통하도록 상기 하우징에 설치되어 상기 공기자켓층의 외부공기가 유입되며, 상기 공기주입홀로 상기 외부공기를 공급하는 공기분사노즐을 구비하고,
    상기 공기주입홀은 상기 공기분사노즐에서 공급되는 상기 외부공기에 의하여 내부로 유인된 상기 하우징을 유동하는 연소가스를 상기 외부공기와 혼합하여 혼합가스를 생성하고, 상기 혼합가스를 상기 주연소실 내부로 공급하는 연소장치.
    A main combustion chamber having an air injection hole penetrating from the outside to the inside, and burning the material therein;
    A main combustion burner disposed in the main combustion chamber and supplying energy to burn the material;
    A housing disposed outside the main combustion chamber to flow a high temperature combustion gas combusted in the main combustion chamber;
    An air jacket layer through which external air is formed to surround the housing;
    The housing is provided in the housing so as to penetrate from the outside of the housing to the inside of the air jacket layer is provided with an air injection nozzle for supplying the outside air to the air injection hole,
    The air injection hole generates a mixed gas by mixing the combustion gas flowing through the housing drawn by the external air supplied from the air injection nozzle with the external air, and mixing the mixed gas into the main combustion chamber. Combustion device to supply.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 주연소실은 제 1 내화재층으로 형성되고, 상기 제1 내화재층의 외측에 배치되는 단열재층을 구비하고,
    상기 공기분사노즐로부터 유입되는 외부공기와 상기 연소가스와 혼합된 혼합가스가 상기 제 1 내화재층과 상기 단열재층 사이로 공급되는 연소장치.
    The method according to claim 1,
    The main combustion chamber is formed of a first fireproof material layer, and provided with a heat insulating material layer disposed outside the first fireproof material layer,
    And a mixed gas mixed with external air and the combustion gas introduced from the air injection nozzle is supplied between the first fireproof material layer and the heat insulating material layer.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 공기주입홀은 상기 주연소실의 내벽과 소정각도를 형성하는 연소장치.
    The method according to claim 1,
    And the air injection hole forms a predetermined angle with an inner wall of the main combustion chamber.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 공기주입홀의 단면적은 상기 외부의 단면적이 상기 내부의 단면적보다 크게 형성되는 연소장치.
    The method according to claim 1,
    And a cross-sectional area of the air injection hole is greater than that of the inner cross-sectional area.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 공기주입홀은 상기 주연소실의 내벽의 접선방향으로 형성되는 연소장치.
    The method according to claim 1,
    The air injection hole is a combustion device formed in the tangential direction of the inner wall of the main combustion chamber.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 하우징은,
    상기 주연소실의 일부 또는 전체 외벽으로부터 소정간격 이격되어 상기 주연소실을 감싸도록 형성되고, 외부에서 내부로 관통하도록 상기 공기분사노즐이 구비하는 제 2 내화재층과,
    상기 제 2 내화재층을 외면을 감싸도록 배치되는 상기 공기분사노즐로 외부공기를 공급하는 공기자켓층을 구비하는 연소장치.
    The method according to claim 1,
    The housing,
    A second fireproof material layer formed to surround the main combustion chamber at a predetermined interval from a part or the entire outer wall of the main combustion chamber, and provided by the air spray nozzle to penetrate from the outside to the inside;
    And an air jacket layer for supplying external air to the air spray nozzles arranged to surround the outer surface of the second fireproof material layer.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 공기분사노즐의 단면적은 상기 하우징의 외부측 단면적이 상기 하우징의 내부측 단면적보다 작게 형성되는 연소장치.
    The method according to claim 1,
    And a cross-sectional area of the air injection nozzle is smaller than an inner cross-sectional area of the housing.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 공기분사노즐은 상기 하우징의 내면과 소정각도를 형성하는 연소장치.
    The method according to claim 1,
    The air injection nozzle is a combustion device forming a predetermined angle with the inner surface of the housing.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 공기분사노즐의 일단은 상기 공기주입홀의 일단과 소정간격 이격되거나 상기 공기주입홀의 내부로 소정길이 삽입되도록 배치되는 연소장치.
    The method according to claim 1,
    One end of the air injection nozzle is disposed so that a predetermined distance is spaced apart from one end of the air injection hole or a predetermined length is inserted into the air injection hole.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 공기분사노즐은 상기 주연소실의 길이방향으로 복수개가 형성되고,
    상기 복수개의 공기분사노즐의 내경은 상기 주연소실의 전면으로부터 후면으로 갈수록 순차적으로 커지도록 형성되는 연소장치.
    The method according to claim 1,
    The air injection nozzle is formed in plurality in the longitudinal direction of the main combustion chamber,
    The inner diameter of the plurality of air injection nozzles are formed so as to increase in order from the front to the rear of the main combustion chamber sequentially.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 하우징에 설치되어 상기 공기분사노즐에서 공급되는 외부공기와 상기 연소가스가 혼합된 혼합가스를 상기 공기주입홀로 공급하는 이젝터를 더 포함하는 연소장치.
    The method according to claim 1,
    And an ejector installed in the housing and configured to supply a mixed gas in which external air supplied from the air injection nozzle and the combustion gas are mixed to the air injection hole.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 공기자켓층은 복수개로 형성되고,
    상기 복수개의 공기자켓층은 서로 분리되도록 형성되는 연소장치.
    The method according to claim 1,
    The air jacket layer is formed in plurality,
    The plurality of air jacket layer is formed so as to be separated from each other.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 복수개의 공기자켓층에 공급되는 외부공기의 양은 각 공기자켓층이 서로 상이한 연소장치.
    The method of claim 12,
    Combustion apparatus of the air jacket layer is different from each other the amount of external air supplied to the plurality of air jacket layer.
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