KR101173880B1 - 중소형 산업용 보일러의 석유코크스 연소장치 - Google Patents

중소형 산업용 보일러의 석유코크스 연소장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 중소형 산업용 보일러의 구조를 변경하지 않고 석유코크스 분말을 보조 열원으로 사용할 수 있도록 하기 위하여 함수율 3% 이내의 50매쉬 ～ 250매쉬의 석유코크스 분말을 연료통에 보관하고, 상기 연료통 하부의 정량공급기로 보일러의 연소실에 마련된 코크스노즐로 석유코크스 분말을 정량 투입하여 연소되도록 하되, 상기 연소실에서 코크스 분말의 초기 연소 및 이상연소시 발생되는 미연소재를 회수할 수 있는 미연소재회수통을 마련함으로써, 회수된 미연소재를 재연소시키면 대기오염이 방지되고 또한 상기 미연소재회수통의 열기로 상기 연료통을 예열하여 보관중인 석유코크스 분말의 수분증가를 막을 수 있는 중소형 산업용 보일러의 석유코크스 연소장치에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 석유 또는 벙커C-유를 연소시키는 버너의 노즐 상부에 석유코크스 분말을 연소실에 분사하는 코크스노즐을 마련하여 석유 또는 벙커C-유와 함께 혼합 연소되도록 한 중소형 산업용 보일러의 석유코크스 연소장치에 있어서, 상기 연소실의 배기가스 출구와 사이클론집진기 사이에 미연소재 회수통이 구비되어 상기 석유코크스 분말의 미연소재가 상기 미연소재 회수통에 낙하되도록 하고, 상기 미연소재 회수통의 내부에는 석유코크스 분말을 보관하는 연료통이 동심상으로 구비되어 배기가스의 열기로 상기 석유코크스 분말이 예열되도록 하며, 상기 연료통의 하부에는 상기 미연소재 회수통의 외부로 돌출되는 정량공급기가 구비되어 상기 코크스노즐과 공급라인으로 연결되며, 상기 공급라인에는 상기 정량공급기에서 배출되는 석유코크스 분말에 연소공기를 포함시켜 상기 코크스노즐로 이송하는 블로워가 구비된 특징이 있다.

Description

중소형 산업용 보일러의 석유코크스 연소장치{The Petroleum coke burning apparatus of boiler}
본 발명은 중소형 산업용 보일러의 석유코크스 연소장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 중소형 산업용 보일러의 구조를 변경하지 않고 석유코크스 분말을 보조 열원으로 사용할 수 있도록 하기 위하여 함수율 3% 이내의 50매쉬 ～ 250매쉬의 석유코크스 분말을 연료통에 보관하고, 상기 연료통 하부의 정량공급기에서 보일러의 연소실에 마련된 코크스노즐로 석유코크스 분말을 정량 투입하여 연소되도록 하되, 상기 연소실에서 코크스 분말의 초기 연소 및 이상연소시 발생되는 미연소재를 회수할 수 있는 미연소재 회수통을 마련함으로써, 미연소재의 재연소로 대기오염을 방지하고, 또한 상기 미연소재 회수통의 열기로 상기 연료통을 예열하여 보관중인 석유코크스 분말의 수분증가를 막을 수 있는 중소형 산업용 보일러의 석유코크스 연소장치에 관한 것이다.
일반적으로 석유코크스(petroleum coke)는 석유의 찌꺼기를 격렬하게 열분해시켜서 만든 다공질의 광택이 있는 코크스를 말한다. 비중 약 0.9 ～ 1.1로써, 실제로는 상압증류(常壓蒸溜)하고 난 찌꺼기를 원료로 사용하며, 이것을 480 ～ 520℃에서 공기를 차단하고 열분해하면 가스와 경질유를 발생시키는 동시에 중질유는 축합되므로 마지막에는 탄화하여 코크스가 된다. 황분이 적은 원료유를 선택하는데 따라 순도가 높은 공업용 탄소재료가 되고, 전극 및 금속탄화물의 원료가 되며 또한 야금용 및 연료용 등에 사용된다.
이러한 석유코크스는 발열량이 높아 고체형태의 연료를 사용하는 보일러 또는 소각로 등에서 무연탄 또는 유연탄과 혼합 사용하거나 또는 분말화 하여 유류와 혼합연소시킨다.
국내 공개특허 제2009-0117554호는 석유코크스 정제분말 연소보일러 시스템이 개시된 바 있다. 이는 석유코크스 정제분말 및 벙커-C유가 혼합된 연료와 공기가 공급되어 버너에서 점화 연소되도록 한 것인데, 상기 버너에 사용되는 이류체노즐로 두개의 연료가 공급되어야 하므로 구조가 복잡하고 또한 산업용 대형설비에는 적합하나 모텔이나 사우나 같은 중소형 보일러에는 부적합한 단점이 있었다.
국내 특허 제908319호는 이류체노즐을 사용하지 않는 중소형 보일러에 관한 것인데, 이는 석유를 연소시키는 노즐과 코크스분말을 연소시키는 노즐이 별개로 구비된 것이다. 그러나 상기 석유코크스 분말에 고무, 폐합성수지 분말 같은 점화유지재를 혼합 연소시키기 때문에 구조가 복잡하고 또한 점화유지재와 석유코크스 분말의 혼합비를 정확하게 계량하지 못하면 미연소로 인한 공해물질의 배출이 심각해지므로 도심지에 적합하지 못한 등의 단점이 있었다.
본 발명은 종래의 문제점을 감안하여 개발한 것으로서, 본 발명의 목적은 중소형 산업용 보일러의 구조를 변경하지 않고 석유코크스 분말을 보조 열원으로 사용할 수 있도록 하기 위하여 함수율 3% 이내의 50매쉬 ～ 250매쉬의 석유코크스 분말을 연료통에 보관하고, 상기 연료통의 석유코크스 분말을 보일러의 연소실에 마련된 코크스노즐로 정량 공급하여 연소되도록 하되, 상기 연소실에서 코크스 분말의 초기 연소 및 이상연소시 발생되는 미연소재를 회수할 수 있는 미연소재 회수통을 마련함으로써, 회수된 미연소재를 재연소시키면 대기오염이 방지되고 또한 상기 미연소재 회수통의 열기로 상기 연료통을 예열하여 보관중인 석유코크스 분말의 수분증가를 막을 수 있는 중소형 산업용 보일러의 석유코크스 연소장치를 제공함에 있다.
이를 위하여 본 발명은 석유 또는 벙커C-유를 연소시키는 버너의 노즐 상부에 석유코크스 분말을 연소실에 분사하는 코크스노즐을 마련하여 석유 또는 벙커C-유와 함께 혼합 연소되도록 한 중소형 산업용 보일러의 석유코크스 연소장치에 있어서, 상기 연소실의 배기가스 출구와 사이클론집진기 사이에 미연소재 회수통이 구비되어 상기 석유코크스 분말의 미연소재가 상기 미연소재 회수통에 낙하되도록 하고, 상기 미연소재 회수통의 내부에는 석유코크스 분말을 보관하는 연료통이 동심상으로 구비되어 배기가스의 열기로 상기 석유코크스 분말이 예열되도록 하며, 상기 연료통의 하부에는 상기 미연소재 회수통의 외부로 돌출되는 정량공급기가 구비되어 상기 코크스노즐과 공급라인으로 연결되며, 상기 공급라인에는 상기 정량공급기에서 배출되는 석유코크스 분말에 연소공기를 포함시켜 상기 코크스노즐로 이송하는 블로워가 구비된 특징이 있다.
본 발명에 따르면 모텔이나 사우나 같은 중소형 보일러를 사용하는 업소는 대부분 도심지에 자리잡고 있는데, 고체연료인 석유코크스 분말을 연소시키다 보면 미연소재가 필연적으로 발생되어 대기를 오염시키는 문제가 있었다. 환경부 고시에 따르면 공해물질이 발생되는 석유코크스 연료의 경우 도심지에서 하루 사용량이 0.2ton으로 제한되는데, 모텔이나 사우나의 경우 일일 사용량이 0.2ton 이하이므로 석유코크스 분말을 연료로 활용할 수 있다.
그러나 상기 미연소재를 회수하는 다단계 필터 방식의 집진설비를 갖출 경우 중소형 보일러에서 시설비 및 유지비가 증가되어 상기 석유코크스 분말을 연료로 사용할 수 없었다. 본 발명은 이러한 점을 개선하고자 미연소재를 회수할 수 있는 간단한 구성의 미연소재 회수통을 연소실의 배기가스 출구에 마련한 것이다.
따라서 석유코크스 분말의 초기 연소 또는 불완전 연소시 발생되는 미연소재가 상기 미연소재 회수통을 거쳐 배출되는 과정에서 자중에 의해 낙하되어 아래쪽에 회수되므로 대기오염을 방지할 수 있다. 또한 상기 석유코크스 분말을 저장하는 연료통을 상기 미연소재 회수통의 내부에 중공상으로 배치하여 배기가스의 열기로 상기 연료통이 예열되도록 하였으므로 보관중인 석유코크스 분말이 외기온도차로 인하여 수분이 증가되지 않으므로 코크스노즐의 막힘이 방지된다.
또한 회수된 미연소재는 일정량 수거되면 상기 석유코크스 분말과 함께 연소실에서 재연소시키므로 자원의 낭비를 줄이고 또한 미연소재의 발생량을 획기적으로 줄일 수 있는 등의 이점이 있다.
도 1은 본 발명 한 실시예의 석유코크스 연소장치의 개념도
도 2는 본 발명 한 실시예의 석유코크스 연소장치의 블록도
도 3은 본 발명 다른 실시예의 석유코크스 연소장치의 개념도
도 1 내지 도 2에서 본 발명 한 실시예의 석유코크스 연소장치는 석유 또는 벙커C-유를 연소공기와 혼합하는 버너(11) 및 이를 연소실(10)에 분사하여 연소시키는 노즐(12)이 구비되고, 상기 노즐(12)의 상부에는 상기 연소실(10)로 통하는 코크스노즐(40)이 구비된다.
상기 연소실(10)의 배기가스 출구에는 사이클론집진기(50)와의 사이에 미연소재 회수통(20)이 구비되는데, 상기 미연소재 회수통(20)은 원통 형상으로써, 하부에는 개폐밸브(21)가 마련된다. 그리고 상기 미연소재 회수통(20)의 내부에는 동심상으로 연료통(30)이 구비되어 내부에 석유코스 분말이 충진된다. 상기 연료통(30)의 상부에는 석유코크스 분말을 투입하기 위한 투입구(33)가 마련되고, 상기 연료통(30)과 상기 미연소재 투입기(21)의 사이 공간으로 상기 연소실(10)의 배기가스가 배출된 뒤 상기 사이클론집진기(50)를 거쳐 굴둑(51)으로 배기된다.
상기 연료통(30)의 하부에는 상기 미연소재 회수통(20)의 밖으로 돌출되는 스크류 방식의 이송기(31)가 구비되고, 상기 이송기(31)의 하부에는 정량공급기(32)가 마련되어 공급라인(41)을 타고 상기 코크스노즐(40)과 연결되며, 상기 개폐밸브(21) 역시 상기 공급라인(41)과 연결된다. 그리고 상기 공급라인(41)에는 연소에 필요한 공기를 송풍하여 석유코크스 분말 및 미연소재를 상기 코크스노즐(40) 쪽으로 이송하는 블로워(42)가 연결된다.
또한 상기 미연소재 회수통(20)의 하부에는 미연소재의 적재량을 무게로 감지하는 미연소재 감지부(22)가 구비되고, 상기 미연소재 감지부(22)의 감지신호에 따라 상기 개폐밸브(21)를 작동시켜 상기 정량공급기(32)의 석유코크스 분말과 미연소재가 혼합되어 상기 코크스노즐(40)에서 연소되도록 하는 제어부(60)가 구비된다.
이처럼 구성된 본 발명 한 실시예는 초기 운전시 상기 버너(11)의 작동으로 석유 또는 벙커C-유가 노즐(12)에서 점화되어 연소되는데, 석유코크스 분말의 최적 연소조건인 약 1100℃ ～ 1500℃로 연소실(10)의 온도 분위기를 조성한다. 석유코크스 분말이 1500℃ 이상 연소될 경우 유해물질인 질소산화물(NOx) 및 황산화물(SOx)이 다량으로 발생되므로 상기 온도 조건으로 연소실(10)을 유지시키고 상기 석유코크스 분말의 연소온도를 제어할 필요가 있다.
상기 연소실(10)이 석유코크스 분말의 착화 분위기에 도달되면 상기 정량공급기(32)를 작동시켜 석유코크스 분말을 공급라인(41)으로 배출하고, 이때 블로워(42)를 작동시키면 연소에 필요한 공기가 혼합되어 코크스노즐(40)로 공급되고 연소실(10)에서 분사되어 연소중인 석유 또는 벙커C-유와 함께 혼합연소된다. 석유 또는 벙커C-유와 석유코크스 분말은 약 3 : 7의 비율로 연소시키는 것이 바람직 한데, 석유코크스 분말의 비율이 상기 조건을 초과하면 연소실(10) 내부 온도가 급격하게 상승되어 공해물질이 다량 발생되는 단점이 있다. 또한 상기 코크스노즐(40)은 내부에 수냉관이 코일 형태로 감겨 있으므로 석유코크스 분말을 연소시키지 않을 때 코크스노즐(40)의 과열이 방지된다.
상기 연소실(10)에서 연소되는 석유코크스 분말은 초기 연소 및 불완전 연소되는 과정에서 미연소재가 필연적으로 발생되는데, 이러한 미연소재는 상기 미연소재 회수통(20)을 지나면서 자중에 의해 아래로 낙하되어 쌓인다. 미연소재가 충분히 모이면 상기 미연소재 감지부(22)가 이를 감지하게 되는데, 상기 미연소재 감지부(22)는 리미트스위치 방식으로 구성되어 레버가 상기 미연소재 회수통(20)으로 들어가 있으며, 상기 레버가 미연소재에 눌리면 상기 리미트스위치가 작동되는 원리이다. 상기 미연소재 감지부(22)는 기계식 리미트스위치에 국한되지 않고 전자식 적외선 센서나 근접센서 방식으로 구현할 수 도 있다.
상기 미연소재 감지부(22)가 미연소재를 감지하면 제어부(60)는 상기 개폐밸브(21)를 작동시켜 미연소재가 공급라인(41)을 타고 코크스노즐(40)로 향하도록 해준다. 이때 상기 이송기(31) 및 정량공급기(32)의 작동으로 석유코크스 분말이 공급라인(41)으로 정량 공급중에 있으므로, 상기 미연소재와 석유코크스 분말이 자연스럽게 섞여 연소실(10)에서 연소되므로 미연소재가 완전연소되어 연료를 절감할 수 있으며, 또한 미연소재를 처리할 수 있으므로 미연소재의 폐기량을 줄일 수 있다.
또한 상기 연료통(30)은 상기 미연소재 회수통(20)의 내부에 마련되어 배기가스에 의해 항상 예열되기 때문에 겨울철 외기에 노출되지 않으므로 연료통(30) 표면에 결로가 발생되지 않아 석유코크스 분말의 뭉침 현상이 방지되는 이점이 있다.
도 3은 본 발명 다른 실시예로써, 본 발명 한 실시예와 동일 구성을 갖는다. 단지 상기 미연소재 회수통(20)과 연료통(30)의 하단이 동심상으로 개방되어 있으며, 이들 개방된 하단에 이송기(31)가 구비되어 개방된 하단이 이송기(31)의 스크류에 의해 밀폐된다. 그리고 상기 이송기(31)의 하부에는 정량공급기(32)가 구비된다.
이처럼 구성된 본 발명 다른 실시예는 미연소재 회수통(20)의 하단과 연료통(30)의 하단이 하나의 이송기(31)로 연결되는데, 상기 이송기(31)가 작동되지 않을 경우 이들 미연소재 회수통(20) 및 연료통(30)의 개방된 하단이 이송기(31) 내부의 스크류에 의해 밀폐 상태로 유지된다. 따라서 미연소재 및 미연소가스가 상기 연료통(30) 내부로 역류되거나 반대로 석유코크스 분말이 미연소재 회수통(20)으로 유출될 우려가 없다.
이런 상태에서 상기 이송기(31)가 작동되면 회전되는 스크류에 의해 미연소재와 석유코크스 분말이 항상 혼합된 상태로 정량공급기(32)에 투입된다. 따라서 미연소재 회수통(20)에 미연소재가 누적될 시간 없이 실시간으로 처리되어 정량공급기(32)로 보내지므로 미연소재를 보다 적극적으로 재연소시킬 수 있는 이점이 있다. 또한 본 발명 한 실시예처럼 별도의 개폐밸브가 필요치 않으므로 구성이 좀더 간단해 지는 이점이 있다.
10 : 연소실 11 : 버너
12 : 노즐 20 : 미연소재 회수통
21 : 개폐밸브 22 : 미연소재 감지부
30 : 연료통 31 : 이송기
32 : 정량공급기 33 : 투입구
40 : 코크스노즐 41 : 공급라인
42 : 블로워 50 : 사이클론집진기
60 : 제어부

Claims (4)

  1. 석유 또는 벙커C-유를 연소시키는 버너의 노즐 상부에 석유코크스 분말을 연소실에 분사하는 코크스노즐을 마련하여 석유 또는 벙커C-유와 함께 혼합 연소되도록 한 중소형 산업용 보일러의 석유코크스 연소장치에 있어서,
    상기 연소실의 배기가스 출구에 미연소재 회수통이 구비되어 상기 석유코크스 분말의 미연소재가 상기 미연소재 회수통에 낙하되도록 하고,
    상기 미연소재 회수통의 내부에는 석유코크스 분말을 보관하는 연료통이 동심상으로 구비되어 배기가스의 열기로 상기 석유코크스 분말이 예열되도록 하며,
    상기 연료통의 하부에는 상기 미연소재 회수통의 외부로 돌출되는 정량공급기가 구비되어 상기 코크스노즐과 공급라인으로 연결되며,
    상기 공급라인에는 상기 정량공급기에서 배출되는 석유코크스 분말에 연소공기를 포함시켜 상기 코크스노즐로 이송하는 블로워가 구비됨을 특징으로 하는 중소형 산업용 보일러의 석유코크스 연소장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 미연소재 회수통의 하부에는 개폐밸브가 구비되고,
    상기 개폐밸브는 상기 공급라인을 통하여 상기 코크스노즐과 연결되어, 상기 정량공급기의 석유코크스 분말과 미연소재가 함께 코크스노즐에서 분사되어 미연소재가 완전연소되도록 한 것을 특징으로 하는 중소형 산업용 보일러의 석유코크스 연소장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 미연소재 회수통의 하부에는 미연소재의 적재량을 감지하는 미연소재 감지부가 구비되고,
    상기 미연소재 감지부의 감지신호에 따라 상기 개폐밸브를 작동시키는 제어부가 구비됨을 특징으로 하는 중소형 산업용 보일러의 석유코크스 연소장치.
  4. 석유 또는 벙커C-유를 연소시키는 버너의 노즐 상부에 석유코크스 분말을 연소실에 분사하는 코크스노즐을 마련하여 석유 또는 벙커C-유와 함께 혼합 연소되도록 한 중소형 산업용 보일러의 석유코크스 연소장치에 있어서,
    상기 연소실의 배기가스 출구에 미연소재 회수통이 구비되어 상기 석유코크스 분말의 미연소재가 상기 미연소재 회수통에 낙하되도록 하고,
    상기 미연소재 회수통의 내부에는 석유코크스 분말을 보관하는 연료통이 동심상으로 구비되어 배기가스의 열기로 상기 석유코크스 분말이 예열되도록 하며,
    상기 미연소재 회수통과 상기 연료통의 하부는 동심상으로 개방되어 하나의 정량공급기와 연결되고,
    상기 정량공급기는 상기 코크스노즐과 공급라인으로 연결되는데, 상기 공급라인에는 상기 정량공급기에서 배출되는 석유코크스 분말 및 미연소재에 연소공기를 포함시켜 상기 코크스노즐로 이송하는 블로워가 구비됨을 특징으로 하는 중소형 산업용 보일러의 석유코크스 연소장치.
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