KR102043000B1 - 연소장치 및 이를 포함하는 연소설비 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연소장치 및 이를 포함하는 연소설비를 제공한다.
본 발명에 따른 연소장치는 장치몸체;와, 상기 장치몸체에 연결되어 연소가스를 상기 장치몸체의 외부로 배출하는 배출유닛; 및 상기 배출유닛에 연결되는 사이클론유닛;을 포함하되, 상기 배출유닛은, 상기 장치몸체의 높이방향으로 연장된 제1 배출덕트; 및 상기 제1 배출덕트에 중력방향에 수직한 방향으로 연결되되, 상기 제1 배출덕트에 데드존(dead zone)을 형성하도록 상기 제1 배출덕트의 최상부로부터 일정거리 하부에 연결되는 제2 배출덕트;를 구비하고, 상기 제1 배출덕트의 직경은 상기 제1 배출덕트의 길이 방향으로 선형적으로 감소하게 구비되어 상기 데드존의 측면이 경사지게 제공되고, 상기 데드존은 상기 제2 배출덕트의 외주의 상부에 존재하여 상기 제1 배출덕트의 최상부에서 하강한 연소가스가 상기 제2 배출덕트로 유입되는 연소가스를 밀어 내릴 수 있다.

Description

연소장치 및 이를 포함하는 연소설비{COMBUSTION APPARATUS AND COMBUSTION FACILITIES HAVING THE SAME}

본 발명은 연소장치 및 이를 포함하는 연소설비에 관한 것이다.

일반적으로 열에너지는 연료를 점화, 연소시켜 얻을 수 있으며, 이러한 방법으로 열에너지를 얻기 위해 다양한 연소장치가 사용되고 있다. 연소장치의 연료로는 폐플라스틱 등 생활폐기물을 연료화한 고형연료가 사용될 수 있는데 이러한 고형연료는 경제성과 자원 재활용 측면에서 유리하게 작용할 수 있다.

도 1에는 통상의 고형연료의 연소장치(10)가 개략적으로 도시되어 있다. 연소장치(10)는 연료를 취급하는 연료호퍼(13)로부터 공급된 고형연료를 연소로몸체(11)의 연소실(12)에서 연소시키고, 이때 발생한 연소가스를 연소로몸체(11)에 연결된 배출관(14)을 통해 배출한다.

배출되는 연소가스는 매우 고온이므로 보일러 등으로 공급되어 열 회수과정을 거치게 된다. 그런데 이처럼 고온의 연소가스와 지속적이고 반복적으로 접촉하는 장치 특히, 배출관 등은 고온의 연소가스로 인해 시간이 지남에 따라 내벽에 균열이 생기거나 열 손상을 입기 때문에 주기적으로 교체해주어야 한다.

또한 연소가스에는 조립한 입자도 포함되어 있어 이러한 입자에 대한 대책도 필요한 실정이다.

KR 20-0445277 Y1 (2009.07.07)

본 발명은 연소가스의 유동을 개선하고, 장치와 설비의 효율, 성능 및 내구성을 향상시키는 것을 일 목적으로 한다.

본 발명은 연소장치 및 이를 포함하는 연소설비를 제공한다.

본 발명에 따른 연소장치는 장치몸체;와, 상기 장치몸체에 연결되어 연소가스를 상기 장치몸체의 외부로 배출하는 배출유닛; 및 상기 배출유닛에 연결되는 사이클론유닛;을 포함하되, 상기 배출유닛은, 상기 장치몸체의 높이방향으로 연장되되, 상기 장치몸체의 내부를 흐르는 연소가스의 유동방향과 동일한 방향으로 그 내부에서 연소가스가 흐르도록 상기 장치몸체에 연결된 제1 배출덕트; 및 상기 제1 배출덕트에 중력방향에 수직한 방향으로 연결되되, 상기 제1 배출덕트에 데드존(dead zone)을 형성하도록 상기 제1 배출덕트의 최상부로부터 일정거리 하부에 연결되어 그 내부에서의 연소가스의 유동방향이 상기 제1 배출덕트에서의 연소가스의 유동방향에 수직한 제2 배출덕트;를 구비하고, 상기 제1 배출덕트의 직경은 상기 제1 배출덕트의 길이 방향으로 선형적으로 감소하게 구비되어 상기 데드존의 측면이 경사지게 제공되되, 상기 데드존의 경사진 경사부는, 상기 제1 배출덕트의 중력방향에 수직한 방향으로의 단면적이 상기 데드존의 하부와 상기 제2 배출덕트의 외주 및 상기 제2 배출덕트의 외주에서부터 상기 제2 배출덕트의 외주의 상부 일정구간까지 일정할 수 있는 방향으로 형성되고, 상기 데드존은 상기 제2 배출덕트의 외주의 상부에 존재하여 상기 제1 배출덕트의 최상부에서 하강한 연소가스가 상기 제2 배출덕트로 유입되는 연소가스를 밀어 내릴 수 있다.

또한, 상기 제2 배출덕트는, 상기 제1 배출덕트와 상기 사이클론유닛 사이에 연결되며, 상기 사이클론유닛 방향으로 갈수록 내경이 감소하게 제공될 수 있다.

또한, 상기 제2 배출덕트는, 내경 및 외경이 선형적으로 감소하게 제공될 수 있다.

또한, 상기 제2 배출덕트는, 중력방향에 수직한 평면상에서 단면이 상기 제1 배출덕트와 상기 사이클론유닛을 연결하는 직선단면부; 및 상기 제1 배출덕트와 상기 사이클론유닛을 연결하되, 상기 직선단면부에 대하여 어긋나게 배치되는 비직선단면부;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1,2 배출덕트는, 중력방향에 수직한 평면상에서 중심이 동일선상에 존재하게 제공될 수 있다.

또한, 상기 제2 배출덕트는, 상기 사이클론유닛의 접선부에 연결될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 연소설비는 연소가스를 공급받게 제공되는 보일러장치; 및 상기 보일러장치에 연소가스를 공급하도록 상기 보일러장치에 연결되는 상기의 연소장치;를 포함하되, 상기 연소장치는, 한 개의 상기 사이클론유닛에 직접 연결되는 복수개의 상기 제2 배출덕트;를 구비할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 연소설비는 연소가스를 공급받게 제공되는 보일러장치; 및 상기 보일러장치에 연소가스를 공급하도록 상기 보일러장치에 연결되는 상기의 연소장치;를 포함하되, 상기 연소장치는, 복수개의 상기 사이클론유닛;을 구비하고, 상기 사이클론유닛과 동일한 개수가 구비되어 상기 사이클론유닛에 일대일 대응되게 연결되는 복수개의 상기 제2 배출덕트;를 구비할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 연소설비는 연소가스를 공급받게 제공되는 보일러장치; 및 상기 보일러장치에 연소가스를 공급하도록 상기 보일러장치에 연결되는 상기의 연소장치;를 포함하되, 상기 연소장치는, 복수개의 상기 제2 배출덕트; 및 상기 제2 배출덕트에 연결되어 상기 제2 배출덕트를 통합하고, 상기 사이클론유닛에 연결되는 메인덕트;를 구비할 수 있다.

삭제

본 발명에 따르면 장치와 설비의 효율, 성능 및 내구성을 향상시킬 수 있고, 사용 환경에 적합한 규모의 설비를 구축할 수 있다.

도 1은 통상의 고형연료의 연소장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 연소장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 연소장치의 연소가스의 유동장을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 연소장치의 연소가스의 속도장을 도시한 것이다.
도 5는 통상의 연소장치의 연소가스의 유동장을 도시한 것이다.
도 6은 통상의 연소장치의 연소가스의 속도장을 도시한 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 연소장치의 평면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 연소장치의 평면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 연소설비를 개략적으로 도시한 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 연소설비를 개략적으로 도시한 것이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 연소설비를 개략적으로 도시한 것이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 연소설비를 개략적으로 도시한 것이다.

본 발명의 실시 예에 관한 설명의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 동일한 부호로 기재된 요소는 동일한 요소이고, 각 실시예에서 동일한 작용을 하게 되는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.

또한, 본 발명의 요지를 명확히 하기 위하여 종래의 기술에 의해 익히 알려진 요소와 기술에 대한 설명은 생략하며, 이하에서는, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하도록 한다.

다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하고, 당업자에 의해 특정 구성요소가 추가, 변경, 삭제된 다른 형태로도 제안될 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명과 동일한 사상의 범위 내에 포함됨을 밝혀 둔다.

생활폐기물, 폐플라스틱과 같은 고형연료를 연소하는 연소장치와 연소설비에 선회식 연소기술을 적용할 수 있다. 선회식 연소기술은 선회식 연소로에서 고형연료를 연소시키고 얻어지는 고온의 연소가스를 선회식 연소로의 출구를 통해 배출하고, 이를 보일러로 공급하여 연소가스로부터 열을 회수하는 기술을 말한다.

이때, 선회식 연소로에 적용된 증발관 등의 덕트(duct)는 화염 또는 고온의 연소가스로부터 직접적인 영향을 받으므로 국부가열, 파공, 열 파손, 열 손상 등이 빈번하게 일어난다.

또한, 연소가스에 조립한 입자가 포함된 상태로 보일러로 공급되게 되면 보일러의 효율을 저하시키는 원인이 되므로 연소가스에서 조립한 입자 등을 걸러주는 과정도 필요하다.

이에, 본 발명은 아래와 같은 연소장치를 제공하며, 본 발명에 따른 연소장치(100)는 도 2에서 보이듯, 연소가 일어나는 장치몸체(110), 상기 장치몸체에 연결되어 발생한 연소가스를 상기 장치몸체(110)의 외부로 배출하는 배출유닛(120) 및 상기 배출유닛에 연결되어 연소가스에 포함된 입자 등을 집진하는 사이클론유닛(130)을 포함할 수 있다.

이때 상기 배출유닛(120)은 장치몸체(110)의 높이방향으로 연장된 제1 배출덕트(121) 및 상기 제1 배출덕트(121)에 수직한 방향 즉, 중력방향에 수직한 방향으로 연결되되, 상기 제1 배출덕트(121)의 상부에 데드존(dead zone, 123)을 형성하도록 상기 제1 배출덕트(121)의 최상부(121a)로부터 일정거리 하부에 연결되는 제2 배출덕트(122)를 구비할 수 있다.

제1 배출덕트(121)는 장치몸체(110)에서 화염이 유입되지 않을 정도의 높이를 가질 수 있다.

또한 상기 제2 배출덕트(122)는 사이클론유닛(130)에 연결되며, 이를 통해 공급된 연소가스는 사이클론유닛(130)의 접선부(131)에서 미세 입자 등이 걸러지게 된다.

도 2에서 수직한 방향으로 놓여있는 제1 배출덕트(121)의 최상부(121a)에서부터 하부로 일정 거리 내려오면 제2 배출덕트(122)의 외주(122a)가 존재하게 된다.

즉, 제1 배출덕트(121)의 최상부(121a)와 제2 배출덕트(122)의 외주(122a)의 높이 차이로 인해 제1 배출덕트(121)의 최상부(121a)로부터 하부로 일정거리만큼은 데드존(123)이 존재하게 된다.

데드존(123)은 제1 배출덕트(121)의 내부에 존재하며, 제1 배출덕트(121)의 최상부(121a)에서부터 제2 배출덕트(122)의 외주(122a) 직전까지의 구간에서 관내 유동이 발생할 수 있는 영역을 의미한다.

바람직하게 상기 데드존(123)의 길이는 상기 제1 배출덕트(121)의 직경의 30%이상 60%이하에 있을 수 있고, 이 범위에 있을 때 제2 배출덕트(122)의 중심부로 유동 및 유속을 가장 효과적으로 증가시킬 수 있다.

도 3에는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 해석 결과가 도시되어 있고, 이때, 데드존(123)의 길이는 제1 배출덕트(121)의 직경의 33%에 해당하는 수치이며, 이를 참조하면 데드존(123)에서 압력이 상승되고, 연소가스(G)의 유동 정체현상이 일어나 제2 배출덕트(122)로 넘어가는 연소가스(G)의 유동에 영향을 미치게 되는 것을 알 수 있다.

더하여, 도 4에 도시된 연소가스의 속도장을 보면 제1 배출덕트(121)와 제2 배출덕트(122)의 연결부에서부터 연소가스의 유속이 빨라지게 되고, 제2 배출덕트(122)의 중심쪽으로 붉은색 부분이 몰리게 됨으로부터 제2 배출덕트(122)의 유속이 증가하는 것을 알 수 있다.

이는 데드존(123)에서 발생한 압력 상승과 유동 정체 현상이 제1 배출덕트(121)의 최상부(121a)에서 연소가스(도 3의 G)의 하강이 발생하게 하므로, 제1 배출덕트(121)의 최상부(121a)에서 하강되는 연소가스가 제2 배출덕트(122)로 유입되는 연소가스를 밀어 내리는 역할을 하게 됨에 따른 것이다.

따라서 제2 배출덕트(122)에서의 유동 및 유속은 제2 배출덕트(122)의 중심에서 증가하게 된다.

이를 도 5에 도시된 유동장과 도 6에 도시된 속도장과 대비하면 제1 배출덕트(121)에 데드존이 없어 하강되는 유동이 없는 경우에는 제2 배출덕트(122)의 벽면 쪽의 유동 및 유속이 증가하게 되는 것을 알 수 있다.

이처럼, 데드존이 없어 연소가스가 벽 쪽으로 몰리게 되면 많은 양의 연소가스가 배출덕트의 벽면에 지속적으로 접촉하기 때문에 배출덕트의 내벽 손상은 급속도로 빨라지게 된다.

이에 반해, 본 발명에 따른 배출유닛(120)에서는 연소가스의 유동이 제2 배출덕트(122)의 중심부로 집중되고, 제2 배출덕트(122)의 벽면에 미치는 영향이 최소화되므로 배출유닛(120)의 내구성이 향상되고, 수명이 연장되는 효과를 창출할 수 있다.

한편, 도 7에서 보이듯, 상기 제1,2 배출덕트(121,122)는 중력방향에 수직한 평면상에서 상기 제1 배출덕트(121)의 중심(C₁)과, 상기 제2 배출덕트(122)의 중심(C₂)이 동일 선상에 존재하게 놓일 수 있다.

이에 따르면 제2 배출덕트(122)의 중심부로 유동을 집중시켜 유동의 효율성을 향상시킬 수 있고, 유속이 저하되는 것을 방지하여 제1,2 배출덕트(121,122)의 내구성을 더욱 향상시킬 수 있다.

다른 한편으로는 도 8에서 보이듯, 제2 배출덕트(122)는 사이클론유닛(130) 방향으로 갈수록 내경이 감소하게 제공될 수 있다.

또한 바람직하게는 제2 배출덕트(122)의 내경은 선형적으로 감소하게 제공될 수 있다. 이에 따르면 사이클론유닛(130) 방향으로 갈수록 유속이 빨라져 제1,2 배출덕트(121,122)의 내구성이 향상되고 수명이 연장되는 효과가 있다.

또한 본 발명의 바람직한 일 실시 예에서 제2 배출덕트(122)는 중력방향에 수직한 평면상에서 단면이 상기 제1 배출덕트(121)와 상기 사이클론유닛(130)을 연결하는 직선단면부(124) 및 상기 제1 배출덕트(121)와 상기 사이클론유닛(130)을 연결하되, 상기 직선단면부(124)에 대하여 어긋나게 배치되는 비직선단면부(125)를 포함할 수 있다.

이에 따르면 사이클론유닛(130)으로 유입되는 연소가스의 유속을 더욱 빠르게 하여 연소장치의 효율을 향상시킬 수 있다.

한편 다른 측면으로서의 본 발명은 도 9에서 보이듯, 상기의 연소장치(100)를 포함하는 연소설비(200)를 제공하며, 본 발명에 따른 연소설비(200)는 상기의 연소장치(100) 및 상기 연소장치(100)의 사이클론유닛(130)에 연결관(211)에 의해 연결되어 연소가스를 공급받는 보일러장치(210)를 포함할 수 있다.

도 10에서 보이듯, 본 발명의 일 실시 예에 따른 연소설비(200)는 다수개의 제2 배출덕트(122)가 마련되어 하나의 사이클론유닛(130)에 연결될 수 있고, 사이클론유닛(130)은 연결관(211)에 의해 보일러장치(210)와 연결되어 연소가스를 공급할 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 실시 예에서 도 11에서 보이듯, 다수의 제2 배출덕트(122)와 다수의 사이클론유닛(130)이 일대일 대응되게 연결되고, 각각의 사이클론유닛(130)은 연결관(211)에 의해 보일러장치(210)에 연결될 수 있다.

또한, 또 다른 일 실시 예에서는 도 12에서 보이듯, 다수의 제2 배출덕트(122)가 하나의 메인덕트(212)로 통합되어 하나의 사이클론유닛(130)에 연결될 수 있고, 상기 사이클론유닛(130)은 연결관(211)에 의해 보일러장치(210)에 연결될 수 있다.

이처럼, 본 발명에 따른 연소설비는 사용 환경에 적합한 규모로 구축될 수 있을 뿐만 아니라, 설비의 대형화도 가능하므로 다양한 산업환경에 적용될 수 있다.

이상에서 설명한 사항은 본 발명의 일 실시예에 관하여 설명한 것이며, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

10 : 고형연료의 연소장치 11 : 연소로몸체
12 : 연소실 13 : 연료호퍼
14 : 배출관 100 : 연소장치
110 : 장치몸체 120 : 배출유닛
121 : 제1 배출덕트 122 : 제2 배출덕트
123 : 데드존 130 : 사이클론유닛
131 : 접선부 200 : 연소설비
211 : 연결관 212 : 메인덕트

Claims (10)

1. 장치몸체;
   상기 장치몸체에 연결되어 연소가스를 상기 장치몸체의 외부로 배출하는 배출유닛; 및
   상기 배출유닛에 연결되는 사이클론유닛;을 포함하되,
   상기 배출유닛은,
   상기 장치몸체의 높이방향으로 연장되되, 상기 장치몸체의 내부를 흐르는 연소가스의 유동방향과 동일한 방향으로 그 내부에서 연소가스가 흐르도록 상기 장치몸체에 연결된 제1 배출덕트; 및
   상기 제1 배출덕트에 중력방향에 수직한 방향으로 연결되되, 상기 제1 배출덕트에 데드존(dead zone)을 형성하도록 상기 제1 배출덕트의 최상부로부터 일정거리 하부에 연결되어 그 내부에서의 연소가스의 유동방향이 상기 제1 배출덕트에서의 연소가스의 유동방향에 수직한 제2 배출덕트;를 구비하고,
   상기 제1 배출덕트의 직경은 상기 제1 배출덕트의 길이 방향으로 선형적으로 감소하게 구비되어 상기 데드존의 측면이 경사지게 제공되되,
   상기 데드존의 경사진 경사부는, 상기 제1 배출덕트의 중력방향에 수직한 방향으로의 단면적이 상기 데드존의 하부와 상기 제2 배출덕트의 외주 및 상기 제2 배출덕트의 외주에서부터 상기 제2 배출덕트의 외주의 상부 일정구간까지 일정할 수 있는 방향으로 형성되고,
   상기 데드존은 상기 제2 배출덕트의 외주의 상부에 존재하여 상기 제1 배출덕트의 최상부에서 하강한 연소가스가 상기 제2 배출덕트로 유입되는 연소가스를 밀어 내리는 연소장치.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 제2 배출덕트는,
   상기 제1 배출덕트와 상기 사이클론유닛 사이에 연결되며, 상기 사이클론유닛 방향으로 갈수록 내경이 감소하게 제공되는 것을 특징으로 하는 연소장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 제2 배출덕트는,
   내경 및 외경이 선형적으로 감소하게 제공되는 것을 특징으로 하는 연소장치.
   
5. 제3항에 있어서,
   상기 제2 배출덕트는,
   중력방향에 수직한 평면상에서 단면이 상기 제1 배출덕트와 상기 사이클론유닛을 연결하는 직선단면부; 및
   상기 제1 배출덕트와 상기 사이클론유닛을 연결하되, 상기 직선단면부에 대하여 어긋나게 배치되는 비직선단면부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 연소장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1,2 배출덕트는,
   중력방향에 수직한 평면상에서 중심이 동일선상에 존재하게 제공되는 것을 특징으로 하는 연소장치.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 제2 배출덕트는,
   상기 사이클론유닛의 접선부에 연결되는 것을 특징으로 하는 연소장치.
   
8. 연소가스를 공급받게 제공되는 보일러장치; 및
   상기 보일러장치에 연소가스를 공급하도록 상기 보일러장치에 연결되는 제1항, 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항의 연소장치;를 포함하되,
   상기 연소장치는,
   한 개의 상기 사이클론유닛에 직접 연결되는 복수개의 상기 제2 배출덕트;를 구비하는 연소설비.
   
9. 연소가스를 공급받게 제공되는 보일러장치; 및
   상기 보일러장치에 연소가스를 공급하도록 상기 보일러장치에 연결되는 제1항, 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항의 연소장치;를 포함하되,
   상기 연소장치는,
   복수개의 상기 사이클론유닛;을 구비하고,
   상기 사이클론유닛과 동일한 개수가 구비되어 상기 사이클론유닛에 일대일 대응되게 연결되는 복수개의 상기 제2 배출덕트;를 구비하는 연소설비.
   
10. 연소가스를 공급받게 제공되는 보일러장치; 및
    상기 보일러장치에 연소가스를 공급하도록 상기 보일러장치에 연결되는 제1항, 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항의 연소장치;를 포함하되,
    상기 연소장치는,
    복수개의 상기 제2 배출덕트; 및
    상기 제2 배출덕트에 연결되어 상기 제2 배출덕트를 통합하고, 상기 사이클론유닛에 연결되는 메인덕트;를 구비하는 연소설비.
    
    

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