KR101609170B1 - 노통연관식 보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 노통연관식 보일러를 개시한다. 본 발명은 내부에 물이 채워지는 본체와, 이 본체내에 설치되면서 후단이 개구되는 노통과, 이 노통의 입구에 설치되어 그 후단쪽으로 불꽃화염을 발생시키는 저녹스 버너와, 노통의 외부 주위에 배열되어 연소가스가 통과하는 다수의 연관 및 노통의 후단에 노통과 연통하도록 설치되어 연소가스를 연관으로 유도하는 후연소챔버를 포함하는 노통연관식 보일러에 있어서, 노통의 후단 내주면 전체에 걸쳐서 지름방향을 따라 일정 높이로 설치되고, 노통에서 발생한 연소가스가 통과하도록 다수의 배기통로를 갖는 내화재질로 이루어진 환형의 불꽃차단벽을 구비한다. 배기통로는 불꽃차단벽에 방상으로 형성되는 배기구멍으로 이루어질 수도 있고, 불꽃차단벽의 내주에 방사상으로 형성되는 배기홈으로 이루어질 수도 있다. 불꽃차단벽은 예를 들어 내화벽돌을 적층하여 구성되며, 불꽃 주변부의 용이한 회절현상을 유도할 수 있도록 안쪽면이 곡면으로 구성될 수 있다.
본 발명은 저녹스 버너에 의해 노통내에서 길게 형성되는 불꽃이 불꽃차단벽에 의해 가로막혀 후연소챔버로 침범하는 현상이 확실하게 방지됨으로써 연관의 과열에 의한 부식파손이 최소화되고, 이에 따라 노통연관식 보일러의 유지보수비용 절감과 수명연장에 큰 효과를 발휘한다.

Description

노통연관식 보일러{Flue tube-smoke tube type boiler}

본 발명은 용량이 크고 열효율이 높아 주로 공장 등의 산업용이나 대형 빌딩 또는 아파트 단지 등의 중앙난방용 등으로 사용되는 노통연관 보일러에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 저녹스(Nox) 버너를 사용하는 노통연관식 보일러에서 노통내의 불꽃이 후연소챔버로 침범하는 것을 방지함으로써 후연소챔버에 고정된 연관이 과열에 의해 부식 파손되는 것을 효과적으로 방지할 수 있도록 된 노통연관식 보일러에 관한 것이다.

일반적으로 대형 빌딩이나 아파트 단지 등의 중앙난방시설이나 공장 등의 산업시설에서는 고온의 온수 또는 증기를 대량으로 공급하여야 하는 바, 대용량 고효율의 산업용 보일러가 요구된다.

이러한 산업용 보일러에는 수조를 형성하는 본체내에 노통(flue tube)만을 구비하는 노통 보일러와, 수조를 형성하는 본체내에 다수의 연관(smoke tube)만을 구비하는 연관 보일러 및 이들을 결합한 노통연관식 보일러 등이 있는데, 이 중 전열효율이 좋고 열효율이 대단히 우수한 노통연관식 보일러가 주로 사용되고 있다.

도 1에는 일반적인 노통연관식 보일러의 일례를 개략적으로 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 노통연관식 보일러는 물이 채워지는 원통형의 본체(1) 내에 연소실로 기능하는 노통(2)을 축방향으로 설치하고, 이 노통(2)의 외부 주위에 다수의 연관(3)들을 소정형태로 배치하여 버너(4)에 의해 연소실에서 연소된 연료의 연소가스가 다수의 연관(3)들을 거쳐 배기덕트(5)로 배출되도록 함으로써 고효율을 달성하고 있다.

이를 위해 노통(2)의 후단에는 노통(2)에서 발생된 연소가스를 주위의 연관(3)으로 유도하는 후연소챔버(6)가 설치되어 있고, 각 연관(3)들은 도 2에 도시한 바와 같이 후연소챔버(6)에 용접으로 접합되거나 또는 확관접합방식으로 고정되는 구조를 갖는 것이 일반적이다.

한편, 최근들어 지구온난화의 영향으로 온실가스 감축을 위한 다양한 대책들이 등장하면서 산업용 보일러에 있어서도 온실가스 감축의 일환으로 저(低)녹스(Nox) 버너의 사용이 적극 권장되고 있는 추세에 있다.

그런데, 일반적인 노통연관식 보일러에 이와 같은 저녹스 버너(4)를 사용하게 되면서 후연소챔버(6)에 접합된 연관(3)의 후단이 지나치게 과열되는 현상이 발생되고, 이로 인해 연관(3)의 부식발생이 급격히 증가되면서 도 3에 도시한 바와 같이 연관(3) 후단부가 파손되어 누수가 빈발하는 문제가 대두되었다.

이는 일반적인 버너에 비해 저녹스 버너(4)는 화염 중의 녹스발생을 저감시키기 위해 버너(4)의 길이가 길어짐으로써 불꽃(F)의 길이도 길어져서 불꽃(F)이 노통(2)을 지나 후연소챔버(6)내로 침범함으로써 후연소챔버(6)에 접합된 연관(3)의 후단이 불꽃(F)에 직접 접하게 되면서 발생되고 있다.
더욱이, 연료는 공기중의 산소와 만나 연소되면서 이산화탄소와 물을 생성하게 되는데, 이 때 생성된 물은 고온의 화염과 노통내 온도에 의해 고온의 수증기 상태로 존재하면서 대부분 연소가스와 함께 외부로 배출되지만 일부는 후연소챔버(6)로 침범한 불꽃에 포함되어서 상대적으로 낮은 온도의 연관(3) 후단 접합부위에 부딪치면서 결로를 발생시킨다.
이처럼 불꽃의 끝에서 형성된 물은 연소가스 중에 포함된 NOx 성분 때문에 고온의 부식성 질산으로 작용하여 얇은 연관(3) 후단 접합부의 부식을 유발하여 결국 누수를 야기하는 원인이 되고 있다.

이와 같이 연관(3)의 파손으로 누수가 발생하게 되면, 보일러 안전에 위협을 받게 되므로 결국 연관(3)을 교체할 수밖에 없어 보일러의 유지보수비용이 과도하게 소요되는 것은 물론 보일러의 수명도 짧아지고 그 안정성 또한 담보할 수 없다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 저녹스 버너의 불꽃이 노통으로부터 후연소챔버내로 침범하는 것을 차단하여 불꽃이 후연소챔버에 접합된 연관의 후단에 직접 접촉하지 않도록 함으로써 과열과 결로에 의한 연관의 손상을 효과적으로 방지하고, 이에 따라 보일러의 유지보수비용은 줄이고 수명은 늘리면서 안정적인 운전을 가능케 할 수 있는 노통연관식 보일러를 제공함에 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 노통연관식 온수 보일러는, 내부에 물이 채워지는 본체와, 이 본체내에 설치되면서 후단이 개구되는 노통과, 이 노통의 입구에 설치되어 그 후단쪽으로 불꽃화염을 발생시키는 저녹스 버너와, 노통의 외부 주위에 배열되어 연소가스가 통과하는 다수의 연관 및 노통의 후단에 노통과 연통하도록 설치되어 연소가스를 상기 연관으로 유도하는 후연소챔버를 포함하는 노통연관식 보일러에 있어서,

노통의 개구된 후단 내주면 전체에 걸쳐서 지름방향을 따라 일정 높이로 설치되고, 노통에서 발생한 연소가스가 통과하도록 다수의 배기통로를 갖는 내화재질로 이루어진 환형의 불꽃차단벽을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명의 한 바람직한 특징에 의하면, 배기통로가 불꽃차단벽에 방사상으로 형성되는 다수의 배기구멍으로 이루어질 수 있다.

또, 배기통로는 불꽃차단벽의 내주에 일정 간격의 방사상으로 형성되는 다수의 배기홈으로 구성될 수도 있다.

본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 노통의 내측에 위치하는 불꽃차단벽의 안쪽면이 오목한 곡면으로 이루어져 불꽃 외곽부의 회절현상이 보다 용이하게 이루어질 수 있도록 함으로써 연소가스에 와류를 유도하여 불꽃이 후연소챔버로 침범하는 현상을 보다 확실하게 방지한다.

그리고 이와 같은 본 발명의 불꽃차단벽은 내화성을 갖는 여러 가지 재질로 구성될 수 있는데, 예를 들어 내화벽돌로 구성되는 것이 바람직하다.

이와 같은 본 발명에 의한 노통연관식 보일러에 의하면, 저녹스 버너에 의해 노통내에서 길게 형성된 불꽃이 노통의 후단 내주면에 구비된 환형의 불꽃차단벽에 의해서 적절히 차단됨으로써 후연소챔버로 침범하지 못하게 된다. 특히 불꽃의 주변부위가 불꽃차단벽에 가로막혀 중심부로 회절되면서 연소가스의 흐름에 와류를 유도함으로써 중앙부위 불꽃의 침범까지도 적절히 저지하게 되어 종래와 같이 불꽃이 후연소챔버로 침범하는 현상이 효과적으로 방지되게 된다.

그러면서도 노통에서 발생된 연소가스는 불꽃차단벽의 중앙 개구부와 그 주변에 형성된 다수의 배기통로들을 통해서 원활하게 배출되므로 불꽃차단벽의 설치에 따른 배기불량은 발생되지 않는다.

이에 따라 후연소챔버에 접합된 연관의 후단이 저녹스 버너에 의해 형성된 고온의 불꽃과 직접 접촉하는 현상이 거의 발생되지 않는 바, 과열 및 불꽃에 포함된 수분의 결로에 의한 연관의 부식 파손이 최소화되어 연관의 손상에 기인한 누수 현상을 현저히 줄일 수 있게 된다.

그러므로 본 발명은, 저녹스 버너를 사용하는 노통연관식 보일러의 유지보수비용 절감과 수명연장, 운전의 안정성 향상 및 안전성 향상 등에 크게 기여하는 매우 우수한 효과가 있다.

도 1은 일반적인 노통연관식 보일러의 일례를 개략적으로 도시한 단면도,
도 2는 노통연관식 보일러의 연관 접합구조를 발췌하여 도시한 단면도,
도 3은 종래 노통연관식 보일러의 문제점을 보이는 단면도,
도 4는 본 발명에 의한 노통연관식 보일러를 도시한 단면도,
도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ선을 따라 취한 단면도,
도 6은 본 발명 노통연관식 보일러 불꽃차단벽의 다른 실시예를 도시한 발췌 단면도,
도 7은 본 발명 노통연관식 보일러 불꽃차단벽의 또 다른 실시예를 도시한 발췌 측면도이다.

이와 같은 본 발명 노통연관식 보일러의 구체적 특징과 다른 이점들은 첨부된 도면을 참조한 이하의 바람직한 실시예에서 더욱 명확해질 것이다.

도 4 및 도 5에서, 본 발명에 의한 노통연관식 보일러는, 내부에 물이 채워지는 원통형의 본체(10)와, 이 본체(10) 내에 축방향으로 설치되는 노통(20)과, 이 노통(20)의 외부 주위에 소정형태로 배열되는 다수의 연관(30)과, 노통(20)에서 발생된 연소가스를 다수의 연관(30)으로 유도하는 후연소챔버(40)와, 저녹스 버너(50) 및 배기덕트(60)와, 노통(20)에서 형성된 저녹스 버너(50)의 불꽃(F)이 후연소챔버(40)로 침범하지 못하도록 차단하는 불꽃차단벽(70)을 포함하여 구성된다.

본체(10)는 원통형으로 구성되어 새들(13)에 의해 수평으로 지지되고, 상부 전후에 가열된 고온의 증기 또는 물이 외부로 토출되는 배출구(11)와, 토출된 증기나 물이 소정경로를 순환한 후 본체(10) 내로 되돌아오는 환수구(12)를 갖는다.

노통(20)은 전후단이 개구된 상태로 본체(10)의 내부에서 한쪽으로 치우쳐 편심되게 설치된다. 이러한 노통(20)은 저녹스 버너(50)에 의한 불꽃가열이 이루어지는 연소실로 기능하는 바, 바람직하기로 열전도효율을 위한 전열면적 증대와 구조적 강도향상을 위해 도시된 바와 같이 파형단면을 갖는다.

다수의 연관(30)들은 본체(10)의 내부에서 노통(20)의 반대쪽으로 치우쳐서 복수열의 행렬상으로 배열된다. 이러한 연관(30)들은 양쪽 끝단이 본체(10)의 전면과 후연소챔버(40)에 각각 관통하여 용접 등으로 접합됨으로써 노통(20)과 배기덕트(60)에 연통하도록 고정된다.

후연소챔버(40)는 노통(20)의 후단에 설치되어 노통(20)의 후단을 차폐시킴과 동시에 노통(20)에서 발생된 연소가스가 다수의 연관(30)들을 지날 수 있도록 안내한다. 이를 위해 후연소챔버(40)는 노통(20)보다 큰 지름으로 구성되어 본체(10)내에 동심으로 고정됨으로써 노통(20)과 연관(30)들의 후단을 동시에 지지한다. 이 후연소챔버(40)에는 본체(10)를 관통하여 외부로 노출됨으로써 외부에서 연소상태를 확인할 수 있는 점검창(41)이 구비된다.

저녹스 버너(50)는 노통(20)의 전단에 설치되어 노통(20) 내에서 연료를 연소시키는데, 이 저녹스 버너(50)는 일반 버너에 비해 화염 중의 녹스를 저감시키기 위해 버너의 길이가 길어 불꽃(F)의 길이도 길게 형성되는 특징이 있다.

배기덕트(60)는 본체(10)의 전단쪽에 설치되어서 다수의 연관(30)들을 지나온 연소가스를 외부로 배기시킨다.

한편, 불꽃차단벽(70)은 본 발명의 특징에 따라 노통(20)의 후단 내주면 전체에 걸쳐서 지름방향을 따라 적정 높이로 설치되는 환형으로 구성된다. 이에 따라 노통(20)의 후단 개구가 좁아지게 되는데, 이는 노통(20)에서 발생된 연소가스의 배기에 다소 불리하게 작용할 수 있다. 따라서 본 발명의 불꽃차단벽(70)에는 도 5에 잘 도시된 바와 같이 연소가스의 배기통로로 기능하는 다수의 배기구멍(71)들이 방사상으로 함께 구비되어 후연소챔버(40)로의 불꽃(F)의 침범은 차단하면서 연소가스의 원활한 배기는 보장하게 된다.

이러한 불꽃차단벽(70)은 다양한 형태로 구성될 수 있는데, 바람직하기로는 일반적인 노통(20)의 후단 내주에 내화성이 우수한 내화벽돌을 소정형태로 적층함으로써 구성될 수 있다. 이는 노통(20)을 신규로 제작하지 않고서도 기존의 노통에 용이하게 구성할 수 있게 할 뿐만 아니라, 장기간 가동에 따른 유지보수 측면에서도 보다 유리할 수 있다.

이와 같은 구조적 특징을 가지는 본 발명에 의한 노통연관식 보일러는, 저녹스 버너(50)에 의해 노통(20) 내에서 길게 형성되는 불꽃(F)이 노통(20)의 후단 내주면에 일정높이로 설치된 환형의 불꽃차단벽(70)에 의해 가로막혀 종래와 같이 후연소챔버(40)내로 침범하지 못하게 된다.

이는 노통(20)내에 형성된 불꽃(F)의 주변부가 노통(20)의 후단 내주에 구비된 본 발명의 환형 불꽃차단벽(70)에 막혀 후연소챔버(40)로 진행하지 못하게 될 뿐 아니라, 불꽃차단벽(70)에 가로막힌 불꽃(F)의 주변부가 중앙부 쪽으로 회절되면서 불꽃(F)의 중앙부가 후연소챔버(40)로 진행하는 것도 적절히 저지해주게 됨으로써 전체적으로 불꽃(F)이 후연소챔버(40)로 침범하는 것을 확실하게 차단하게 되는 것이다.

또한, 불꽃(F)의 일부가 불꽃차단벽(70)에 의해 축소된 노통(20)의 후단 개구를 통해 후연소챔버(70)내로 침입한다 하더라도 본 발명의 불꽃차단벽(70)에 의해서 연관(30)과의 거리가 멀기 때문에 종래와 같이 침입한 불꽃(F)이 연관(30)의 후단 쪽으로 확산되어 그 접합부에 직접 접촉하는 현상은 거의 발생되지 않는다.

따라서 종래와 같이 불꽃과의 직접 접촉으로 연관(30)이 지나치게 과열되거나 연료의 연소시에 생성된 물의 일부가 불꽃에 포함되어 연관(30)의 접합부위에 결로가 발생됨으로써 야기되는 연관(30)의 부식 파손이 효과적으로 방지되어 연관(30)의 파손에 기인한 누수가 최대한 억제된다. 이는 결국 연관(30)의 교체주기를 크게 연장시키게 됨으로써 보일러의 유지보수비용 절감과 수명연장의 효과를 가져오게 된다.

한편, 도 6에는 본 발명에 따른 노통연관식 보일러 불꽃차단벽(70)의 다른 실시예가 개략적으로 도시되어 있다. 이것은 전술한 실시예의 구성에서, 노통(20)의 내측에 위치하여 불꽃의 주변부가 부딪치는 불꽃차단벽(70)의 안쪽면이 오목한 곡면(72)으로 형성된 구성이다.

이러한 구성의 실시예는, 저녹스 버너(50)에 의해 노통(20)의 내부에 발생된 불꽃(F)의 주변부가 불꽃차단벽(70)의 안쪽 곡면(72)에 의해 보다 용이하게 회절되면서 연소가스의 흐름에 노통(20)의 중앙부를 향하는 와류를 유도하게 됨으로써 불꽃(F) 중앙부가 불꽃차단벽(7)의 개구를 통해 후연소챔버(40)로 침입하는 것을 더욱 확실하게 저지할 수 있게 된다.

또한, 도 7에는 본 발명에 따른 노통연관식 보일러 불꽃차단벽(70)의 또 다른 실시예가 개략적으로 도시되어 있는데, 이것은 전술한 실시예들의 구성에서 연소가스의 배기통로인 배기구멍 대신 불꽃차단벽(70)의 내주에 다수의 배기홈(73)을 방사상으로 형성한 구성이다.

이와 같은 구성의 실시예 역시 전술한 실시예들과 동일한 작용효과를 가지는 바, 설명의 편의상 중복설명은 생략하기로 한다.

10 : 본체 20 : 노통
30 : 연관 40 ; 후연소챔버
50 : 저녹스 버너 60 : 배기덕트
70 : 불꽃차단벽 71 : 배기구멍
72 : 곡면 73 : 배기홈
F : 불꽃

Claims (6)

1. 내부에 물이 채워지는 본체와, 상기 본체내에 설치되면서 후단이 개구되는 노통과, 상기 노통의 입구에 설치되어 그 후단쪽으로 불꽃화염을 발생시키는 저녹스 버너와, 상기 노통의 외부 주위에 배열되어 연소가스가 통과하는 다수의 연관 및 상기 노통의 후단에 노통과 연통하도록 설치되어 연소가스를 상기 연관으로 유도하는 후연소챔버를 포함하는 노통연관식 보일러에 있어서,
   상기 노통의 개구된 후단 내주면 전체에 걸쳐서 지름방향을 따라 일정 높이로 설치되고, 상기 노통에서 발생한 연소가스가 통과하도록 다수의 배기통로를 갖는 내화재질로 이루어진 환형의 불꽃차단벽을 구비하는 것을 특징으로 하는 노통연관식 보일러.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 불꽃차단벽의 배기통로가 불꽃차단벽에 방사상으로 형성된 다수의 배기구멍으로 이루어진 것을 특징으로 하는 노통연관식 보일러.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 불꽃차단벽의 배기통로가 불꽃차단벽의 내주면에 방사상으로 형성된 다수의 배기홈으로 이루어진 것을 특징으로 하는 노통연관식 보일러.
   
5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 노통의 내측에 위치하는 상기 불꽃차단벽의 안쪽면이 오목한 곡면으로 이루어진 것을 특징으로 하는 노통연관식 보일러.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 불꽃차단벽이 상기 노통의 후단 내주면에 내화벽돌을 소정형태로 적층하여서 이루어진 것을 특징으로 하는 노통연관식 보일러.
   

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