KR101895379B1 - 연소가스의 오염물질을 저감시키는 고압 증기 발생 장치 - Google Patents

연소가스의 오염물질을 저감시키는 고압 증기 발생 장치 Download PDF

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    • F23L2900/07009—Injection of steam into the combustion chamber

Abstract

본 발명은 연소가스의 오염물질을 저감시키는 고압 증기 발생 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 고압 증기 발생 장치는 보일러의 연소실 구조를 개선하여 화염의 완전 연소를 유도함으로써 연소 효율을 높이고, 연소가스에 포함되는 오염물질의 양을 줄일 수 있다.

Description

연소가스의 오염물질을 저감시키는 고압 증기 발생 장치{Apparatus for generating high-pressure steam}
본 발명은 연소가스의 오염물질을 저감시키는 고압 증기 발생 장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 보일러의 구조 개선을 통해 화염의 연소 효율을 높일 수 있도록 하는 기술에 대한 것이다.
화력발전은 연료에너지를 연소시켜 얻어낸 기계적 에너지로 터빈을 회전시킴으로써 전기 에너지를 얻어내는 발전 방식을 말한다. 화력발전의 기본적인 원리는 다음과 같다.
우선 연료를 보일러에 넣은 다음 적당량의 공기와 혼합하여 보일러 안에서 연소 시킨다. 보일러 안에서는 관을 통하여 들어온 물이 가열되면서 고압 증기로 변하여 터빈으로 보내어지고, 고압 증기에 의해 터빈이 회전함으로써 발전기가 구동되어 전기 에너지가 생성된다.
하지만 화력발전은 연료를 연소 시키면서 발생하는 배기가스로 인해 심각한 환경오염을 일으킨다는 문제점을 안고 있다. 즉 연료의 불완전 연소에 의해 오염 물질을 포함하는 배기가스가 배출되고, 더 나아가 연소 효율이 저하됨으로써 투입되는 연료 대비 열 효율도 떨어진다는 문제점도 있다.
따라서 보일러에서의 연소 방식을 개선함으로써 배기가스의 오염 물질을 줄이고, 열 효율을 향상시키고자 하는 노력이 지속되고 있다.
한편 화력발전에서 연소 방식을 개선시키고자 하는 종래기술로는 대한민국공개특허 제10-2014-0029437호(2014.03.10. '연소장치 및 연소방법과, 그 것을 이용한 발전장치 및 발전방법') 등이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 보일러의 연소실 구조를 개선하여 화염의 완전 연소를 유도함으로써 연소 효율을 높이고, 연소가스에 포함되는 오염물질의 양을 줄일 수 있도록 하는 기술을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고압 증기 발생 장치는, 고압의 연료를 공급하는 연료공급부와, 상기 연료공급부에서 공급되는 연료를 연소시켜 공급수를 가열함으로써 고압 증기를 발생시키는 보일러를 포함하는 고압 증기 발생 장치이며, 상기 보일러는, 상기 연료공급부에서 공급되는 연료가 연소되는 공간을 갖는 연소실; 상기 공급수가 통과하며, 상기 연소실 내에 설치되어 상기 연소실로부터 열을 공급 받는 가열관; 및 상기 연소실 내에 설치되어 분무공을 통해 상기 연소실의 내부 공간으로 분무증기를 공급하는 연소촉진제공급관;을 포함함으로써, 상기 연소실에서 연료가 연소되어 발생하는 화염에 의해 상기 연소촉진제공급관에서 분무되는 분무증기가 열분해되어 수소가스가 발생하게 되고, 상기 수소가스에 의해 상기 화염의 연소가 촉진될 수 있다.
여기서, 상기 연소촉진제공급관은 상기 연소실 내에서 상하 방향으로 길이를 갖도록 설치되며, 둘레를 따라 복수의 분무공이 형성되어 있되, 상기 분무공은 상기 연소촉진제공급관의 평단면 상 중심과 어긋나는 사선 방향으로 형성됨으로써, 상기 사선 방향의 분무공을 통한 분무증기의 분출력에 의해 상기 연소실에서 연소되는 화염이 소용돌이치며 상승할 수 있다.
또한, 상기 보일러의 연소실은 상기 연료공급부와 연결되는 하부공간과, 상기 가열관이 설치되는 상부공간과, 상기 하부공간과 상부공간을 연결하는 이동공간으로 구분되되, 상기 이동공간은 상기 하부공간 및 상부공간보다 단면적이 좁게 형성됨으로써, 상기 이동공간의 좁은 공간에서 화염이 집중 연소될 수 있다.
또, 상기 보일러는, 하부에 상기 연료공급부가 연결되고 상부는 개방되어 있으며 상부로 갈수록 폭이 좁아지도록 형성됨으로써 내측으로 상기 연소실의 하부공간, 이동공간 및 상부공간을 형성시키며, 상부 일 지점에 배기통로가 형성된 단열벽재; 및 상기 단열벽재로 형성되는 연소실 바깥쪽에 설치되어 상기 배기통로를 통해 배출되는 연소가스를 정화시키는 정화물질;을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 연소가스의 오염물질을 저감시키는 고압 증기 발생 장치에 의하면, 보일러의 연소공간 내에 연소촉진제공급관을 설치하고 연소촉진제공급관의 분무공을 통해 공기와 물이 혼합된 분무증기를 공급함으로써, 분무증기가 연소실 내에서 연소되는 화염에 의해 열분해되면서 수소가스가 발생하게 되고, 수소가스가 화염의 연소를 촉진시킴으로써, 열 효율을 향상시키고 완전 연소를 통한 오염 물질 발생을 억제할 수 있다.
또한 연소실 중심에 단면적이 상대적으로 좁은 이동공간을 형성시킴으로써, 이동공간 내부에서 소용돌이 치며 고속으로 통과하는 화염에 의해 열이 집중 될 수 있고, 이에 따라 이동공간에서 분출되는 분무증기가 고온의 화염과 접촉하면서 대량의 수소가스가 생성 되며, 대량의 수소가스에 의해 화염의 연소가 더욱 촉진되어 완전 연소가 이루어진다. 즉 불완전 연소 물질이 완전 연소됨에 따라 유해물질 생성이 억제되고, 열 효율이 높아지는 것이다. 따라서 발생하는 열이 상부공간에 집중적으로 모여 가열관을 가열함으로써 고압 증기를 효과적으로 생성할 수가 있다.
또, 연소실 외부 영역 중 열이 집중되는 상부공간의 아래쪽으로 활성탄이 설치되는 정화공간을 둠으로써, 열에너지 발산을 마치고 온도가 하강하여 아래쪽으로 밀려나는 연소가스를 정화한 후 배출하도록 설계함으로써, 활성탄을 통과하는 연소가스의 온도가 낮아 오염 물질이 그대로 배출되는 현상을 막을 수 있다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 연소가스의 오염물질을 저감시키는 고압 증기 발생 장치를 설명하기 위한 개념도.
도2는 도1에 도시된 고압 증기 발생 장치를 이용하여 고압 증기를 발생시키는 과정을 설명하기 위한 도면.
도3은 도1에 도시된 고압 증기 발생 장치에서 연소실의 이동공간을 설명하기 위한 도면.
도4는 도1에 도시된 고압 증기 발생 장치에서 연소촉진제공급관에서 분무공이 사선으로 형성된 상태를 설명하기 위한 도면.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 다만 발명의 요지와 무관한 일부 구성은 생략 또는 압축할 것이나, 생략된 구성이라고 하여 반드시 본 발명에서 필요가 없는 구성은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 결합되어 사용될 수 있다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 고압 증기 발생 장치를 설명하기 위한 개념도이다. 도1에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 고압 증기 발생 장치는 연료공급부(10), 보일러(20), 제1물탱크(61), 송풍기(62) 및 제2물탱크(63)를 포함한다.
연료공급부(10)는 보일러(20)의 연소실(25,26,27)로 연료를 고압 분무하기 위해 마련된다. 연료공급부(10)에서 공급되는 연료는 연료공급구(11)를 통해 보일러(20)의 연소실(25,26,27) 하부로 공급된다.
보일러(20)는 연료공급부(10)에서 공급되는 연료를 연소시켜 열에너지를 생성하고, 이를 통해 제2물탱크(63)로부터 공급되는 공급수를 가열함으로써 고압 증기를 발생시키기 위해 마련된다. 이러한 보일러(20)는 커버(21), 외벽(22), 내벽(23), 단열벽재(24), 연소실(25,26,27), 연소촉진제공급관(51), 투입관(53), 가열관(42), 유입관(41), 배출관(43), 정화물질(33) 및 배기관(34)을 포함한다.
커버(21)는 보일러(20)의 외관을 형성하는 것으로 내구성 및 내열성을 갖는 금속 재질로 제작될 수 있다. 커버(21) 안쪽으로는 내화벽돌 등의 외벽(22)이 설치되고, 외벽(22) 안쪽으로는 단열 및 축열 성능을 갖는 내벽(23)이 설치된다.
단열벽재(24)는 높은 단열 성능을 갖는 재질로 제작되며, 특수한 형상을 지니고 내벽(23)의 안쪽 공간에 설치됨으로써, 보일러(20) 내부의 공간을 구획한다. 구체적으로 단열벽재(24)의 하부는 단면적이 넓은 내부 공간을 가지며, 상부로 갈수록 폭이 좁아지도록 형성되고 상부는 내벽(23) 방향으로 펼쳐져 있다. 따라서 단열벽재(24)의 상부는 내벽(23)의 상부를 향해 개방된 형태이다.
이러한 단열벽재(24)의 형태에 의해 보일러(20) 내부의 공간이 복수개로 구분된다. 이하에서는 단열벽재(24) 내부에서 하부의 넓은 공간을 하부공간(25)이라 부르도록 하고, 단열벽재(24)에서 폭이 좁은 부분의 내부 공간을 이동공간(26)이라 하며, 단열벽재(24) 상부가 내벽(23)의 측면으로 펼쳐진 부분으로부터 그 위쪽의 내벽(23) 상부로 둘러싸인 공간을 상부공간(27)이라 하고, 단열벽재(24) 상부가 내벽(23) 방향으로 펼쳐진 부분으로부터 그 아래쪽의 내벽(23)으로 둘러싸인 공간을 정화공간(32)이라 부르도록 한다.
이때 연료공급부(10)는 하부공간(25)에 연결되어 있으며, 하부공간(25)에서 점화플러그(미도시)의 작동으로 연료가 점화되어 화염이 발생하면, 화염이 하부공간(25), 이동공간(26) 및 상부공간(27)으로 이동하면서 연소된다. 따라서 하부공간(25), 이동공간(26) 및 상부공간(27)까지를 통칭하여 연소실(25,26,27)이라 부를 수 있다. 이에 따라 정화공간(32)은 단열벽재(24)의 바깥, 즉 연소실(25,26,27)의 바깥에 형성되는 공간임을 알 수 있다. 여기서 연소실(25,26,27)의 바깥이라 하더라도 정화공간(32)은 상부공간(27)의 아래쪽에 위치하고 있음을 주지해야 한다. 이에 대한 설명은 이후 다시 하도록 한다.
한편 단열벽재(24) 상부의 일 지점 이상에는 배기통로(31)가 형성되어 있다. 따라서 상부공간(27)과 정화공간(32)은 배기통로(31)를 통해 연결되어 있다.
내열 세라믹 재질로 제작되는 연소촉진제공급관(51)은 연소실(25,26,27) 내부에서 상부공간(27), 이동공간(26) 및 하부공간(25)에 다다르도록 상하로 길게 설치된다. 또한 상부공간(27)에 위치하는 연소촉진제공급관(51)의 상부에는 분무증기가 유입되는 투입관(53)이 연결되어 있으며, 연소촉진제공급관(51)의 중간 복수 지점 및 하부의 복수 지점에는 분무증기가 분출되는 분무공(52)(도3 참조)이 형성되어 있다.
투입관(53)의 일단은 연소촉진제공급관(51)의 상부와 연결되어 있고, 타단에는 제1물탱크(61) 및 송풍기(62)가 연결되어 있다. 따라서 송풍기(62)의 작동으로 투입관(53)에 외부 공기가 공급되면 제1물탱크(61)에서 공급되는 물이 외부 공기와 혼합되어 분무증기가 형성된다. 여기서 분무증기란 제1물탱크(61)에서 공급되는 물이 송풍기(62)를 통해 유입되는 외부 공기와 고르게 혼합됨으로써 생성되는 매우 작은 입자 형태의 물방울을 말한다.
이러한 분무증기는 투입관(53)을 따라 연소촉진제공급관(51)에 유입되는데, 연소촉진제공급관(51)은 연소실(25,26,27) 내에 위치하고 있어서, 연소촉진제공급관(51) 내부는 연소실(25,26,27)에서 발생하는 화염에 의해 높은 온도 분위기를 유지하고 있는 상태이다. 따라서 연소촉진제공급관(51)에 유입된 분무증기는 높은 온도로 가열되고, 가열된 분무증기가 분무공(52)을 통해 연소실(25,26,27) 내부 공간으로 분무된다.
가열관(42)은 연소실(25,26,27)의 내부 공간, 더욱 구체적으로는 상부공간(27) 내에서 위쪽에 설치되며, 제2물탱크(63)로부터 공급되는 공급수가 통과하는 경로를 마련해준다. 따라서 연소실(25,26,27)에서 발생하는 고온의 열기에 의해 가열관(42)의 공급수가 가열되어 고압 증기가 생성된다. 이러한 가열관(42)은 직경이 얇을수록, 그리고 연소실(25,26,27) 내에 설치되는 길이가 길수록 열 에너지를 효과적으로 전달받을 수 있다. 물론 가열관(42)은 관 형태가 아닌 물자켓 형태로 제작될 수도 있다.
유입관(41)은 제2물탱크(63)에서 공급되는 공급수를 가열관(42)에 공급하기 위한 것으로, 유입관(41)의 일단은 가열관(42)에 연결되고 타단은 제2물탱크(63)에 연결된다.
배출관(43)은 가열관(42)에서 공급수가 가열되고 고압 증기가 생성되면, 고압 증기를 터빈(미도시) 측으로 공급하기 위해 마련된다. 즉 가열관(42)의 시작지점은 유입관(41)과 연결되어 공급수를 공급받을 수 있고, 연소실(25,26,27) 내에 위치한 가열관(42)의 기다란 경로를 통과하는 공급수가 상부공간(27)으로부터 꾸준히 열을 공급받아 증발함으로써 고압 증기가 생성된 후, 가열관(42)의 끝지점과 연결된 배출관(43)을 통해 고압 증기가 배출될 수 있는 것이다.
정화공간(32)에는 활성탄 등의 정화물질(33)이 설치된다. 더욱 구체적으로 정화물질(33)은 정화공간(32)에서 상부에 설치되며, 이에 따라 연소실(25,26,27)의 상부공간(27)에서 열을 발산시키고 온도가 하강한 연소가스가 배기통로(31)를 통해 정화공간(32)으로 유입되면 정화물질(33)을 통과하면서 정화되고, 정화된 연소가스가 정화공간(32)의 아래쪽 공간을 경유하여 배기관(34)을 통해 보일러(20) 외부로 배출된다.
이상 설명한 본 발명의 실시예에 따른 고압 증기 발생 장치는 도2 내지 도4를 통해 설명하게 되는 고압 증기 발생 과정에 대한 설명을 통해 더욱 구체화될 것이다.
도2는 도1에 도시된 고압 증기 발생 장치를 이용하여 고압 증기를 발생시키는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
먼저 연료공급부(10)는 유류 또는 가스 등의 연료를 연소실(25,26,27)의 하부공간(25)으로 고압 분무한다. 연료공급부(10)에서 공급되는 연료가 연료공급구(11)를 통해 하부공간(25)으로 유입되면 점화플러그(미도시)의 작동으로 점화하여 화염이 발생한다.
이때 연료가 원활하게 연소되기 위해서는 산소 공급이 필요한데, 연소를 위한 산소는 송풍기(62)를 통해 공급된다. 즉, 연소실(25,26,27) 내부에는 상하로 길게 연장되는 연소촉진제공급관(51)이 설치되어 있고, 연소촉진제공급관(51)은 투입관(53)과 연결되어 있다. 따라서 송풍기(62)가 작동하면서 투입관(53) 내에서 제1물탱크(61)에서 공급되는 물이 외부 공기와 혼합되어 분무증기가 생성되고, 이 분무증기가 연소촉진제공급관(51)을 거쳐 분무공(52)을 통해 연소실(25,26,27)로 공급되면, 연소에 필요한 산소 공급이 자연스럽게 이루어지게 된다.
한편 연소촉진제공급관(51)에 형성된 분무공(52)은 화염의 소용돌이(사이클론)를 일으킬 수 있도록 독특한 형태로 형성되어 있다. 도4는 연소촉진제공급관(51)에서 분무공(52)이 형성된 모습을 설명하기 위한 개략적인 평단면도이다. 도4에 도시된 바와 같이 분무공(52)은 연소촉진제공급관(51)의 평단면 상에서 중심과 어긋나는 사선 방향으로 형성되어 있다. 따라서 사선 방향의 분무공(52)을 통해 분무증기가 고압으로 분출되면, 분무증기의 분출력에 의해 연소실(25,26,27)에서 연소되는 화염이 소용돌이치며 상승하게 된다.
또한, 연소촉진제공급관(51)에서 분무되는 분무증기는 고온의 화염과 접촉함과 동시에 열분해되어 수소가스가 생성된다. 공기와 물이 혼합되어 투입관(53)을 통해 연소촉진제공급관(51) 상부로 공급되는 분무증기는 매우 작은 물방울 형태이다. 즉 분무증기에 포함된 물방울들의 표면적이 매우 넓고, 이러한 분무증기는 연소촉진제공급관(51) 상부의 넓은 공간을 거쳐 오면서 이미 충분히 가열된 상태이며, 고온 상태의 분무증기가 분무공(52)을 통해 분무되어 고온의 화염과 마주하면 순간적으로 열분해되어 수소가스가 생성되는 것이다.
물의 분해열은 대략 240kJ/mole인 매우 안정된 물질이다. 하지만 섭씨 2000도 이상의 고온-고압 화염이 연소실(25,26,27) 내에서 발생하고 있고, 이러한 연소실(25,26,27)에 연소촉진제공급관(51)을 거치면서 충분히 가열된 미세 물방울 형태의 분무증기가 분무되면, 분무증기의 대부분이 수소와 산소로 열분해되어 수소가스가 생성되고, 나머지 일부는 수증기로 증발해 버린다.
수소가스는 화염의 연소를 촉진시켜 완전 연소를 유도함으로써, 열 효율을 높이고 오염물질 발생을 줄이는 효과가 있다. 즉, 분무공(52)을 통해 분무증기가 분무되면서 열분해되어 수소가스가 생성되면, 수소가스가 화염과 반응하여 연소를 촉진시키게 된다.
하부공간(25)에서 소용돌이치며 상승한 화염은 연소실(25,26,27)의 중간 지점인 이동공간(26)으로 진입하게 된다. 도3에 도시된 바와 같이 이동공간(26)은 하부공간(25) 및 상부공간(27)에 비하여 단면적이 좁은 구간이다. 따라서 하부공간(25)의 넓은 영역에서 연소가 이루어지던 화염이 이동공간(26)의 좁은 통로로 진입하면서 밀집하게 된다. 즉, 화염이 이동공간(26)의 좁은 영역에서 집중 연소하면서 열이 모이게 된다.
또한 이동공간(26) 내에 위치한 연소촉진제공급관(51)의 분무공(52)에서도 분무증기가 분출되면서 고온의 화염에 의해 열분해되어 수소가스가 생성된다. 따라서, 이동공간(26)에서 화염이 집중됨과 동시에, 여기에서 생성되는 수소가스와 화염이 반응하면서 완전 연소가 이루어진다. 즉 이동공간(26)에서는 화염이 밀집된 상태로 집중 연소되기 때문에, 이동공간(26)에 위치한 분무공에서 분출되는 분무증기는 가장 고온 상태의 화염에 노출되는 것이고, 이에 따라 분무증기의 열분해도 가장 활발하게 발생하게 되며, 이에 따라 생성되는 수소가스의 양도 많다. 따라서 이동공간(26)에서는 밀집된 고온의 화염과 대량의 수소가스가 가장 활발하게 반응하면서 완전 연소가 이루어지게 된다. 즉 이동공간(26)에서의 완전 연소에 따라 불완전 연소시 발생하는 오염 물질 발생 가능성이 줄어들고, 높은 열에너지가 생성될 수 있다.
한편, 연소실(25,26,27)의 형상을 이루고 있는 단열벽재(24)에 의해 하부공간(25) 및 이동공간(26)에서 발생하는 열이 정화공간(32)으로 전달되는 것은 최대한 차단된다. 따라서 이동공간(26)에서 집중 연소되어 발생한 열은 상부공간(27)으로 모이게 된다. 따라서 보일러(20) 내의 전체 공간 상에서 열이 집중적으로 모이는 곳은 상부공간(27)의 상층부이다.
이때 상부공간(27)의 상층부에는 가열관(42)이 설치되어 있다. 따라서 연소실(25,26,27)에서 화염이 완전 연소되어 생성된 열에너지가 상부공간(27)의 상층부에 설치된 가열관(42)에 집중 공급됨으로써, 공급수가 급속 가열되어 고압 증기가 생성되고, 배출관(43)을 통해 고압증기가 터빈으로 공급됨으로써 발전이 이루어질 수 있다.
상부공간(27)에서 가열관(42)에 열을 전달하고 다소 식은 연소가스는 상부공간(27)의 하층부로 하강하게 된다. 상부공간(27)의 하층부로 하강한 연소가스는 단열벽재(24)에 형성된 배기통로(31)를 통해 상부공간(27) 아래쪽의 정화공간(32)으로 빠져나가게 된다.
앞서 설명한 바 있지만, 연소실(25,26,27)의 바깥에 위치하는 정화공간(32)이 상부공간(27)의 아래쪽에 위치하고, 이러한 상부공간(27)과 정화공간(32)이 배기통로(31)로 연결된 이유는, 열 배출을 마치고 온도가 떨어진 연소가스만 배출되도록 하기 위함이다.
즉, 온도가 높은 연소가스는 상승하려는 성질을 가지고 있고, 상대적으로 온도가 낮은 연소가스는 하강하려는 성질을 가지고 있다. 따라서 상부공간(27)의 아래쪽에 배기통로(31)가 형성되어 있고, 그 아래에 정화공간(32)이 위치하고 있으면, 상부공간(27) 상층부에서 열 배출을 마치고 식은 연소가스만 배기통로(31)를 통해 정화공간(32)으로 유입될 수 있다.
정화공간(32)에는 활성탄 등의 정화물질(33)이 설치되어 있는데, 배기통로(31)를 통해 정화공간(32)으로 유입된 연소가스는 정화물질(33)을 통과하면서 정화된 후, 정화물질(33) 아래쪽의 공간에 모였다가 배기관(34)을 통해 보일러(20) 외부로 배출된다.
이때 활성탄은 연소가스에 포함된 오염 물질을 흡착하여 정화하는데, 섭씨 300도 이상의 고온의 연소가스가 활성탄을 통과하는 경우에는 정화 효과가 떨어질 수 있다. 하지만 본 발명에서는 정화물질(33)이 설치되는 정화공간(32)이 단열벽재(24)의 바깥쪽에 위치하면서, 동시에 상부공간(27)의 아래쪽에 위치하고 있다. 따라서 연소실(25,26,27) 내에서 발생하는 열기는 단열벽재(24)에 의해 정화공간(32)으로 전달되는 것이 최대한 차단되고, 상부공간(27)에서 열기가 집중된 후 공급수에 열을 빼앗겨 하강한 연소가스만 배기통로(31)를 통해 정화공간(32)으로 유입될 수 있어서, 정화물질(33)에 투입되는 연소가스는 온도가 떨어진 상태이기 때문에 정화물질(33)에서의 여과 효과가 높을 수 있는 것이다.
물론 활성탄이 설치된 정화시설을 보일러(20) 외부에 설치하고, 상부공간(27)의 아래쪽에 연결관을 연결하여 연소가스를 보일러(20) 외부의 정화시설에 보내어 여과가 이루어지도록 할 수도 있다. 하지만 이 경우에는 보일러(20) 외에 별도의 공간에 정화시설을 설치해야 하기 때문에 공간 활용도가 떨어진다.
반면 본원발명에서는 연소실(25,26,27)의 중간 부분에 상대적으로 폭이 좁은 이동공간(26)을 형성시켰기 때문에, 이동공간(26)이 형성된 부분의 단열벽재(24)의 바깥 부분에 정화공간(32)을 형성시킬 수가 있는 것이어서, 공간 활용도가 높다.
한편, 배기관(34)을 통과한 연소가스는 별도의 사이클론 집진장치(미도시)를 거치면서 잔류 오염 물질이 한번 더 걸러진 후 대기로 배출될 수도 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 고압 증기 발생 장치에 의하면, 보일러(20)의 연소공간 내에 연소촉진제공급관(51)을 설치하고 연소촉진제공급관(51)의 분무공(52)을 통해 공기와 물이 혼합된 분무증기를 공급함으로써, 분무증기가 연소실(25,26,27) 내에서 연소되는 화염에 의해 열분해되면서 수소가스가 발생하게 되고, 수소가스가 화염의 연소를 촉진시킴으로써, 열 효율을 향상시키고 완전 연소를 통한 오염 물질 발생을 억제할 수 있다.
또한 연소실(25,26,27) 중심에 단면적이 상대적으로 좁은 이동공간(26)을 형성시킴으로써, 이동공간(26) 내부에서 소용돌이 치며 고속으로 통과하는 화염에 의해 열이 집중 될 수 있고, 이에 따라 이동공간(26)에서 분출되는 분무증기가 고온의 화염과 접촉하면서 대량의 수소가스가 생성 되며, 대량의 수소가스에 의해 화염의 연소가 더욱 촉진되어 완전 연소가 이루어진다. 즉 불완전 연소 물질이 완전 연소됨에 따라 유해물질 생성이 억제되고, 열 효율이 높아지는 것이다. 따라서 발생하는 열이 상부공간(27)에 집중적으로 모여 가열관(42)을 가열함으로써 고압 증기를 효과적으로 생성할 수가 있다.
또, 연소실(25,26,27) 외부 영역 중 열이 집중되는 상부공간(27)의 아래쪽으로 활성탄이 설치되는 정화공간(32)을 둠으로써, 열에너지 발산을 마치고 온도가 하강하여 아래쪽으로 밀려나는 연소가스를 정화한 후 배출하도록 설계함으로써, 활성탄을 통과하는 연소가스의 온도가 낮아 오염 물질이 그대로 배출되는 현상을 막을 수 있다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면, 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 본 발명의 특허청구 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
10 : 연료공급부
11 : 연료공급구
20 : 보일러
21 : 커버
22 : 외벽
23 : 내벽
24 : 단열벽재
25, 26, 27 : 연소실
25 : 하부공간
26 : 이동공간
27 : 상부공간
31 : 배기통로
32 : 정화공간
33 : 정화물질
34 : 배기관
41 : 유입관
42 : 가열관
43 : 배출관
51 : 연소촉진제공급관
52 : 분무공
53 : 투입관
61 : 제1물탱크
62 : 송풍기
63 : 제2물탱크

Claims (4)

  1. 고압의 연료를 공급하는 연료공급부와, 상기 연료공급부에서 공급되는 연료를 연소시켜 공급수를 가열함으로써 고압 증기를 발생시키는 보일러를 포함하는 고압 증기 발생 장치이며,
    상기 보일러는,
    상기 연료공급부에서 공급되는 연료가 연소되는 공간을 갖는 연소실;
    상기 공급수가 통과하며, 상기 연소실 내에 설치되어 상기 연소실로부터 열을 공급 받는 가열관; 및
    상기 연소실 내에 설치되어 분무공을 통해 상기 연소실의 내부 공간으로 분무증기를 공급하는 연소촉진제공급관을 포함하고,
    상기 연소실에서 연료가 연소되어 발생하는 화염에 의해 상기 연소촉진제공급관에서 분무되는 분무증기가 열분해되어 수소가스가 발생하게 되고, 상기 수소가스에 의해 상기 화염의 연소가 촉진되는 것이며,
    상기 보일러의 연소실은 상기 연료공급부와 연결되는 하부공간과, 상기 가열관이 설치되는 상부공간과, 상기 하부공간과 상부공간을 연결하는 이동공간으로 구분되되, 상기 이동공간은 상기 하부공간 및 상부공간보다 단면적이 좁게 형성됨으로써, 상기 이동공간의 좁은 공간에서 화염이 집중 연소될 수 있는 것을 특징으로 하는 고압 증기 발생 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연소촉진제공급관은 상기 연소실 내에서 상하 방향으로 길이를 갖도록 설치되며, 둘레를 따라 복수의 분무공이 형성되어 있되, 상기 분무공은 상기 연소촉진제공급관의 평단면 상 중심과 어긋나는 사선 방향으로 형성됨으로써, 상기 사선 방향의 분무공을 통한 분무증기의 분출력에 의해 상기 연소실에서 연소되는 화염이 소용돌이치며 상승하게 되는 것을 특징으로 하는 고압 증기 발생 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보일러는,
    하부에 상기 연료공급부가 연결되고 상부는 개방되어 있으며 상부로 갈수록 폭이 좁아지도록 형성됨으로써 내측으로 상기 연소실의 하부공간, 이동공간 및 상부공간을 형성시키며, 상부 일 지점에 배기통로가 형성된 단열벽재; 및
    상기 단열벽재로 형성되는 연소실 바깥쪽에 설치되어 상기 배기통로를 통해 배출되는 연소가스를 정화시키는 정화물질;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 증기 발생 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0619455A2 (en) * 1993-03-03 1994-10-12 Ebara Corporation Pressurized internal circulating fluidized-bed boiler
JP4053873B2 (ja) * 2002-12-13 2008-02-27 大阪瓦斯株式会社 熱分解ガス燃焼器
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