KR102004394B1

KR102004394B1 - 저압 연소가스 재순환(cgr) 노즐

Info

Publication number: KR102004394B1
Application number: KR1020190047438A
Authority: KR
Inventors: 남창호; 김대연
Original assignee: (주)지앤텍
Priority date: 2019-04-23
Filing date: 2019-04-23
Publication date: 2019-07-26

Abstract

본발명은 저압 연소가스 재순환(CGR) 노즐에 관한 것으로, 연소로 출구부로부터 배출되는 고온연소가스를 연소용 공기와 혼합 및 공급하여, NOx를 저감시키기 위하여 유인노즐을 사용하되, 상기 유인노즐은 케이스(100)와, 상기 케이스(100) 내부에 설치되는 노즐(200)로 구성되며, 상기 노즐(200)은 전방의 노즐몸체(210)와, 상기 노즐몸체(210) 후방에 결합되는 벤츄리관(220)으로 구성되며, 상기 노즐몸체(210)는 원통형의 몸체의 전방은 혼합가스토출구(211)가 형성되고 후방은 벤츄리관(220)의 전방부가 결합되며, 상기 벤츄리관(220)은 전방은 상기 노즐몸체(210)의 후방에 결합되며 후방부는 연소가스가 유입되는 연소가스유입구(221)가 형성되며, 상기 케이스(100)의 측면에는 공기가 케이스(100) 내부로 유입되는 공기유입구멍(110)이 형성되는 것으로,
본발명은 연소로 출구부 의 고온연소가스를 유인노즐을 사용하여 외부의 연소용 공기와 혼합 및 공급하여, 간단한 구조로 에너지 효율을 높이며 NOx를 저감시키는 현저한 효과가 있다.

Description

저압 연소가스 재순환(CGR) 노즐{low press Combustion Gas Recirculation nozzle}

본발명은 저압 연소가스 재순환(CGR) 노즐에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연소로 출구부 의 고온연소가스를 유인노즐을 사용하여 외부의 연소용 공기와 혼합 및 공급하여, 간단한 구조로 에너지 효율을 높이며 NOx를 저감시키는 저압 연소가스 재순환(CGR) 노즐에 관한 것이다.

일반적으로 소각로에는 연소로가 설치되고 상기 연소로에는 노즐이 설치되어 연소용 공기를 공급한다. 일례로서 등록특허공보 등록번호 10-0990748호에는 되어 상기 유해가스측으로 유해가스 중화용 액체와 공기를 혼합하여 분사하는 소각로용 노즐에 있어서, 상기 공급관(1)에 결합됨과 아울러 내부 중앙에는 상기 유해가스 중화용 액체가 통과하는 액체통로(111)가 형성되고, 상기 액체통로(111)의 둘레에는 상기 공기가 통과하는 공기통로(112)가 형성된 몸체(110)와, 상기 몸체(110)의 일측에 결합됨과 아울러 일측에는 상기 액체통로(111) 및 공기통로(112)를 통해 공급된 유해가스 중화용 액체와 공기가 혼합되도록 혼합공간부(121)가 형성되고, 타측에는 상기 혼합공간부(121)에서 혼합된 액체와 공기를 유해가스측으로 분사하도록 원주방향으로 복수개의 분사홀(126)이 형성된 헤드(120)와, 상기 혼합공간부(121)의 내벽면에 결합되되 상기 액체통로(111)와 동일선상에 설치되어 상기 액체통로(111)에서 배출되는 유해가스 중화용 액체를 비산시킴과 동시에 상기 액체에 의한 헤드(120)의 마모를 방지하는 마모방지부재(130)와, 상기 헤드(120)를 상기 몸체(110)에 탈착가능하게 결합시키는 너트부재(150)를 포함하여 이루어지되, 상기 마모방지부재(130)는, 상기 혼합공간부(121)의 내벽면에 형성되는 결합홈(122)에 강제 압입되어 결합됨과 아울러 상기 액체통로(111)에서 배출되는 유해가스 중화용 액체가 마모방지부재(130)의 끝단부에 먼저 부딪치면서 혼합공간부(121)내로 비산되어 공기와 혼합된 후 분사홀(126)를 통해 분사되도록, 상기 액체통로(111)의 직경 보다 큰 직경으로 형성되면서 상기 혼합공간부(121)의 내벽면으로부터 일정길이 돌출되되 상기 분사홀(126)보다 액체통로(111)측 방향으로 더 돌출되게 형성되고, 상기 혼합공간부(121)의 일측에는 상기 액체통로(111) 및 공기통로(112)를 통해 공급된 유해가스 중화용 액체와 공기가 상기 마모방지부재(130)의 끝단부측으로 모아지면서 부딪치도록 안내함과 동시에 상기 혼합공간부(121) 내의 액체가 상기 몸체(110)측으로 역류하는 것을 방지할 수 있도록, 중앙에 상기 마모방지부재(130)의 끝단부를 향해 안내홈(141)이 경사지게 형성된 역류방지블럭(140)이 결합되는 것을 특징으로 하는 소각로용 노즐이 공개되어 있다.

또한, 등록특허공보 등록번호 특0172936호에는 소각로(1)에 송풍기(2)와 압력조절밸브(3)가 설치된 것에 있어서, 소각로 내저면에 유입구(4)가 있고 내중앙은 넛트(5)가 용접된 본체(6)를 설치하고 위에는 스프링(7) 상.하측으로 고정볼트(8)(9)를 각각 용접하여 하측 고정볼트(9)는 넛트(5)와 상측 고정볼트(8)는 스텐레스볼(10)의 나사공(11)에 끼워 상면배출구(12)에 착탈되게 하여서 된 소각로의 연소노즐이 공개되어 있다.

그러나 상기 종래기술들은 연소로용 노즐의 구조가 복잡하거나 외부의 연소용 공기와 혼합 및 공급이 원활치 못하여 에너지 효율이 낮고 NOx를 저감효율이 낮은 단점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 연소로 출구부의 고온연소가스를 유인노즐을 사용하여 외부의 연소용 공기와 혼합 및 공급하여, 간단한 구조로 에너지 효율을 높이며 NOx를 저감시키는 저압 연소가스 재순환(CGR) 노즐을 제공하고자 하는 것이다.

본발명은 저압 연소가스 재순환(CGR) 노즐에 관한 것으로, 연소로 출구부로부터 배출되는 고온연소가스를 연소용 공기와 혼합 및 공급하여, NOx를 저감시키기 위하여 유인노즐을 사용하되, 상기 유인노즐은 케이스(100)와, 상기 케이스(100) 내부에 설치되는 노즐(200)로 구성되며, 상기 노즐(200)은 전방의 노즐몸체(210)와, 상기 노즐몸체(210) 후방에 결합되는 벤츄리관(220)으로 구성되며, 상기 노즐몸체(210)는 원통형의 몸체의 전방은 혼합가스토출구(211)가 형성되고 후방은 벤츄리관(220)의 전방부가 결합되며, 상기 벤츄리관(220)은 전방은 상기 노즐몸체(210)의 후방에 결합되며 후방부는 연소가스가 유입되는 연소가스유입구(221)가 형성되며, 상기 케이스(100)의 측면에는 공기가 케이스(100) 내부로 유입되는 공기유입구멍(110)이 형성되는 것을 특징으로 한다.

따라서 본발명은 연소로 출구부의 고온연소가스를 유인노즐을 사용하여 외부의 연소용 공기와 혼합 및 공급하여, 간단한 구조로 에너지 효율을 높이며 NOx를 저감시키는 현저한 효과가 있다.

도 1은 본발명의 저압 연소가스 재순환(CGR) 노즐 단면도
도 2는 본발명의 저압 연소가스 재순환(CGR) 노즐이 다수개가 노즐박스에 설치되는 구조 단면도

또한, 상기 노즐몸체(210)는 전방에서 후방으로 갈수록 원통형의 몸체의 지름이 줄어드는 축소부(212)와, 중간에 지름이 다시 커지게 형성되는 확장부(213)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 벤츄리관(220)은 전방부에서 후방으로 갈수록 지름이 커지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 벤츄리관은 내열특수강으로 제작되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 케이스(100)는 전방에 구멍(101)이 형성되어 상기 구멍(101)으로 노즐몸체(210)가 전방으로 돌출되며 상기 노즐몸체(210)의 후방에 결합되는 벤츄리관(220)의 후단은 지름이 커지면서 외주연이 케이스(100) 내벽에 결합되어 지지되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 노즐 몸체(210)의 확장부(213) 후방 내부에 벤츄리관(220)의 전방부가 결합되되, 상기 확장부(213) 내주연과 벤츄리관(220) 전방부 외주연에는 틈(2)이 형성되어 상기 틈(2)으로 공기가 유입되는 것을 특징으로 한다.

노즐박스(1000)를 제작해 유인노즐 여러 개를 묶어 설치공간을 최소화하는 것을 특징으로 한다.

상기 노즐박스(1000)는 내부에 다수개의 노즐을 함께 평행하게 설치하는 것을 특징으로 한다.

상기 노즐개수는 2개인 것을 특징으로 한다.

본발명을 첨부도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1은 본발명의 저압 연소가스 재순환(CGR) 노즐 단면도, 도 2는 본발명의 저압 연소가스 재순환(CGR) 노즐이 다수개가 노즐박스에 설치되는 구조 단면도이다.

본발명은 연소로의 고온 재순환 저 NOx연소기술로서, 연소로 출구부 의 고온연소가스를 유인노즐을 사용하여 연소용 공기와 혼합 및 공급하여, NOx를 저감시킨다.

곧 연소용 신선공기와 벤츄리관을 통해 유입된 연소로 내의 연소가스를 혼합하여 노즐의 외부로 토출되어 연소로에 공급된다.

본발명의 메카니즘은 폐기물소각로의 연소로 출구부로부터 배출되는 고온연소가스를 연소용 공기와 혼합 및 공급하여, NOx를 저감시키기 위하여 유인노즐을 사용하되, 상기 유인노즐은 케이스(100)와, 상기 케이스(100) 내부에 설치되는 노즐(200)로 구성되며, 상기 노즐(200)은 전방의 노즐몸체(210)와, 상기 노즐몸체(210) 후방에 결합되는 벤츄리관(220)으로 구성된다.

상기 노즐몸체(210)는 원통형의 몸체의 전방은 혼합가스토출구(211)가 형성되고 후방은 벤츄리관(220)의 전방부가 결합되며, 상기 벤츄리관(220)은 전방은 상기 노즐몸체(210)의 후방에 결합되며 후방부는 연소가스가 유입되는 연소가스유입구(221)가 형성된다. 그리고 상기 케이스(100)의 측면에는 공기가 케이스(100) 내부로 유입되는 공기유인구멍(110)이 형성되어 있다.

상기 노즐몸체(210)는 전방에서 후방으로 갈수록 원통형의 몸체의 지름이 줄어드는 축소부(212)와, 중간에 지름이 다시 커지게 형성되는 확장부(213)로 이루어진다.

상기 벤츄리관(220)은 전방부에서 후방으로 갈수록 지름이 커지며 벤츄리관은 내열특수강으로 제작된다.

상기 케이스(100)는 전방에 구멍(101)이 형성되어 상기 구멍(101)으로 노즐몸체(210)가 전방으로 돌출되며 상기 노즐몸체(210)의 후방에 결합되는 벤츄리관(220)의 후단은 지름이 커지면서 외주연이 케이스(100) 내벽에 볼트나 용접에 의해 결합되어 지지되는 것이다.

상기 노즐 몸체(210)의 확장부(213) 후방 내부에 벤츄리관(220)의 전방부가 결합되되, 상기 확장부(213) 내주연과 벤츄리관(220) 전방부 외주연에는 틈(2)이 형성되어 상기 틈(2)으로 공기가 유입된다.

한편, 본발명은 다른 실시례로서 노즐박스(1000)를 제작해 유인노즐 여러 개를 평행하게 묶어 설치공간을 최소화한다. 노즐박스의 일측면에는 혼합가스를 연소로에 공급하는 배출구멍이 형성되고, 후방에는 노즐의 후방이 연결결합되어 배기가스가 노즐을 통해 유입된다.

상기 노즐박스(1000)에 설치되는 적정한 노즐개수는 2개~ 4개이다.

곧, 1) 본발명 핵심 요소기술 주요내용 및 특징에 대해 설명하면,

첫째, 저압 연소가스재순환(CGR, Combustion Gas Recirculation) 노즐 특허에 관한 것으로, 저압의 공기를 곡면에 접선방향으로 기체 흐름이 밀착되어 흐르게 하여 고속의 제트 유동이 형성되어 주위의 가스를 유입하는 저압노즐에 관한 발명이다.

저압공기를 주입하면서도 유입가스량이 고압공기를 주입하는 것 보다도 우수한 노즐형상에 대한 발명이다.

둘째, 노즐별 가스유입비 조절 가능한 것으로, 중앙부의 코어에 의한 기체 유동이 줄어드는 현상을 방지하기 위하여 노즐간극 조절이 가능한 형태의 저압노즐 발명이다.

저압CGR노즐을 노즐의 간극을 조절 가능하도록 고안하여 노즐별로 원하는 유량의 설정이 가능하여 조절 가능한 CGR시스템의 합리적인 설계가 가능하다.

셋째, 대형설비용 CGR노즐 개발에 관한 것으로, 대형 고형연료보일러 설비에 적용이 가능한 대형 CGR노즐발명이며, 대형노즐 개발 및 노즐을 BUNDLE 형태로 고안하여 대형설비에 적용 가능하도록 개발한 것이다.

넷째, CGR노즐 특수내열강 재질 적용 개발한 것으로, 내구성확보를 위해 고온부 특수내열강 재질을 적용하여 내구성 확보한 것이다.

2) 기존 기술과의 차별성에 대해 설명하면,

첫째, 저압공기 주입으로도 우수한 유입비를 확보하는 것으로, 기존에는 고압공기주입에도 유입비(유입가스량/공기량)이 1.0~2.0 정도이나 저압공기주입에도 3.0이상으로 유입비가 가능한 저압노즐 형상 발명이다.

둘째, 저압CGR노즐 적용으로 운전동력비 절감하는 것으로, 저압의 공기를 주입하여 CGR설비의 운전이 가능하게 되어 송풍기의 운전동력비 절감한다.

또한, 기존 고압의 공기를 주입하는 방식은 동력비가 저압노즐에 비해 2~3배 이상 높아 대형설비에 적용하에는 불합리하였으나, 저압노즐 개발로 대형 고형연료보일러설비의 적용이 가능하다.

셋째, 대형 고형연료보일러설비 적용 가능한 것으로, 대형노즐 개발 및 노즐을 BUNDLE 형태로 고안으로 대형 고형연료보일러설비에 적용 가능하다.

넷째, 노즐별 유입비 조절이 가능한 것으로, CGR노즐별로 유입비를 조정 가능하여 합리적인 CGR설비 시스템 구성 가능하다.

다섯째, 노즐 내구성 확보가 가능하여, CGR노즐의 고온부를 특수내열강 재질을 적용하여 기존 노즐의 내구성 문제를 해결한 것이다.

여섯째, 유지관리성 증가가 가능한 것으로, CGR노즐 BUNDLE을 탈착구조 개발하여 노즐교체가 용이하여 유지관리 개선된다.

3)적용제품에 대한 성능 및 기능 향상 내용에 대해 설명하면,

저압의 공기를 기체 흐름이 밀착되게 흐르게 곡면설계로 유입가스의 유량비 확보하며,

단위노즐의 용량을 최대화하고 단위노즐을 BUNDLE로 구성하여 대형화노즐 개발하며,

노즐 토출부의 노즐간격을 조정 가능한 형태로 개발하여 노즐별로 유량조절이 가능하며,

노즐의 고온부는 특수내열강를 적용하여 내구성 향상되며, BUNDLE은 탈부착이 가능한 형태로 개발하는 것이다.

4) 관련산업 파급효과에 대해서는,

CGR시스템 설비 적용시 저압노즐을 적용가능하므로 동력비 절감되며,

CGR시스템 설비의 대형설비 적용 가능하며,

대형 고형연료보일러에서 약품사용 없이 Thermal NOx를 대폭적으로 낮출 수 있으며,

미세먼지의 원인물질인 질소산화물 (NOx)을 크게 낮출 수 있으며,

2차 미세먼지 배출시설인 화력발전소, 제철소 가열로, 공업로, 소각로 등 산업 전반의 시설에 적용 가능하며,

국내에서 SRF 연소에 대한 수요가 꾸준히 증가하면서 신규 건설이나 증설이 매우 활발하게 진행되고 이에 따라 미세먼지의 전구물질인 질소산화물 (NOx)의 저감, 연소기술의 보급이 가능하며,

대기오염물질 배출허용기준이 지속적으로 강화되는 추세로 국내·외 대용량의 열을 이용한 시설에 설치하여 질소산화물 (NOx), 일산화탄소(CO) 배출농도를 크게 감소 시킬 수 있으며,

본 발명은 질소산화물 (NOx), 일산화탄소(CO)의 저감과 열효율을 동시에 상승시킬 수 있는 기술로 기체, 액체, 고체연료를 사용하는 시설 전체에 적용 가능한 기술이다.

100 : 케이스 101 : 구멍
110 : 공기유입구멍
200 : 노즐
210 : 노즐몸체 211 : 혼합가스토출구
212 : 축소부 213 : 확장부
220 : 벤츄리관
221 : 연소가스유입구
1000 : 노즐박스
2 : 틈

Claims

연소로 출구부로부터 배출되는 고온연소가스를 연소용 공기와 혼합 및 공급하여, NOx를 저감시키기 위하여 유인노즐을 사용하되, 상기 유인노즐은 케이스(100)와, 상기 케이스(100) 내부에 설치되는 노즐(200)로 구성되며, 상기 노즐(200)은 전방의 노즐몸체(210)와, 상기 노즐몸체(210) 후방에 결합되는 벤츄리관(220)으로 구성되며,
상기 노즐몸체(210)는 원통형의 몸체의 전방은 혼합가스토출구(211)가 형성되고 후방은 벤츄리관(220)의 전방부가 결합되며, 상기 벤츄리관(220)은 전방은 상기 노즐몸체(210)의 후방에 결합되며 후방부는 연소가스가 유입되는 연소가스유입구(221)가 형성되며, 상기 케이스(100)의 측면에는 공기가 케이스(100) 내부로 유입되는 공기유입구멍(110)이 형성되는 것을 특징으로 하는 저압 연소가스 재순환(CGR) 노즐
제1항에 있어서,
상기 노즐몸체(210)는 전방에서 후방으로 갈수록 원통형의 몸체의 지름이 줄어드는 축소부(212)와, 중간에 지름이 다시 커지게 형성되는 확장부(213)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 저압 연소가스 재순환(CGR) 노즐
제2항에 있어서,
상기 벤츄리관(220)은 전방부에서 후방으로 갈수록 지름이 커지는 것을 특징으로 하는 저압 연소가스 재순환(CGR) 노즐