KR102425381B1 - 내구성이 향상된 화염안정화 장치 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 석탄화력발전소 등에서 사용되고 있는 미분탄 버너의 노즐부재에 화염의 역류를 방지하기 위하여 설치된 화염안정화 장치에 관한 것으로 특히, 미분탄의 충돌이 집중되는 차단판의 후면부에 보강재를 접합하여 파손을 방지함으로써 내구성을 향상시킨 화염안정화 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 화염안정화 장치는 화염의 역류를 방지하기 위한 차단판이 내주면에 설치되어 있는 미분탄 버너 노즐부재의 화염안정화 장치에 있어서,
상기 차단판은 그 후면부에 복합세라믹 내화물로 된 보강재가 접합되어 있는 것으로서 상기 차단판의 보강재는, 차단판 후면 외측면에 접합되는 스텐레스 재질의 테두리와, 차단판 후면 중앙부에 접합되는 앙카와, 상기 앙카의 상면 및 상기 테두리의 내면에 접합되는 메쉬와, 상기 메쉬와 상기 테두리 안에 충진 양생되어 있는 복합세라믹 내화물로 구성되는 것을 특징으로 하며,
본 발명에 따르면, 화염안정화 장치의 미분탄과 직접 충돌하는 차단판의 후면에내마모, 고온부식 및 내열에 탁월한 복합세라믹내화물을 충진 양생시킴으로써 화염안정화 장치의 수명을 대폭 향상시키는 것이 가능하고, 저렴한 가격과 간단한 공정으로 인하여 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

내구성이 향상된 화염안정화 장치 및 그 제조방법 {Flame stabilizing apparatus having a improved durability and method for making the same}

본 발명은 석탄화력발전소 등에서 사용되고 있는 미분탄 버너의 노즐부재에 화염의 역류를 방지하기 위하여 설치된 화염안정화 장치에 관한 것으로 특히, 미분탄의 충돌이 집중되는 차단판의 후면부에 보강재를 접합하여 파손을 방지함으로써 내구성을 향상시킨 화염안정화 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.

석탄화력발전소에서는 열효율을 증가시키기 위하여 대형 보일러가 사용되고 있다. 대형 보일러에 사용되는 버너는 노즐부재의 끝부분에 화염안정화 장치가 부착되어 있는데, 이 화염안정화 장치가 도1, 도2에 도시되어 있다.

도1에 따르면, 버너는 미분탄을 이송하는 분탄관(10)과, 분탄관 내부 중앙에 설치되어 농축된 미분탄을 이송하는 탄환모양의 분탄농축관(20)과, 분탄관(10)의 외경부에 형성되어 공기를 공급하기 위한 공기통로(2,3)와, 상기 분탄관(10)의 선단 내경부에 설치되는 슬리브 링(40) 및 화염안정화 장치(30)로 되어 있다.

상기 안정화 장치(30)는 전체적으로 원주형 형태를 이루는 것으로서 차단판(31)이 원주 내면의 분탄 통로를 향하여 수직으로 돌출되어 있고, 차단벽(32)이 보일러 화실쪽을 향하여 벌어진 형태로 형성되어 분탄과 불꽃이 외곽으로 확산되는 것을 방지하도록 되어 있다.

이와 같이 구성된 버너의 작동은 1차공기와 함께 이송되는 미분탄이 분탄관{10}을 통하여 로내의 화실측으로 이동하며, 이때 미분탄이 화염안정화 장치{30}에 설치된 차단판{31}과 충돌하면서 비산하고, 비산된 미분탄은 와류를 형성하면서 슬리브 링{40}의 내벽과 화실쪽 방향의 차단벽{32}면을 때리면서 노 내의 화실에서 점화된다.

이때 미분탄을 차단하는 차단판{31}과 차단판에 인접한 분탄관{10} 내벽의 슬리브링{40}은 고온인 상태에서 비산되는 분탄입자들의 충돌로 인하여 마모가 격심하게 일어나 조기에 교체하여야 하고,

또한 와류형태로 흘러나와 비산되는 분탄 입자들과 고열{1100∼℃}인 화염에 직접 접하는 화염안정화 장치{30}의 화실측 면은 고온 마모와 고온부식으로 인하여 빠르게 열화되어 조기에 교체하여야 한다

이를 해결하기 위하여 종래에는 상기 마모가 격심하게 일어나는 부위 즉 차단판{31}에 인접한 분탄관{10} 내벽에 설치되는 슬리브 링{40}을 분탄관{10}과 동일한 재질{SUS309}로 제조하여 덧붙였으나, 마모가 심하여 교체빈도가 너무 잦은 문제가 있고,

화염안정화 장치{30}도 등록특허 10-1803278호에 나타난 바와 같이 소재를 내열강으로 하고 차단판{31} 앞면에 세라믹타일로 구성된 보호부재를 부착하거나, 미국특허 2005/0028526 A1에 나타난 바와 같이 분탄과 화염에 직접 노출되는 화염안정화 장치{30}의 화실측 면{fillet area}을 세라믹 코팅하여 수명을 연장하는 방안이 제시되고 있다. 그러나 화염안정화 장치{30} 화실측면을 세라믹 재료로 코팅하는 것은 모재인 금속 재료와 코팅층인 세라믹 재료의 열팽창 계수의 차이로 인하여 고온{1100∼℃}에서 세라믹 코팅층이 이탈하는 문제점이 발생하여 효과적인 방법이 되지 못하고 있다.

또한 등록특허 10-2259947호에 나타난 바와 같이 차단벽(32) 및 차단판(31)의 표면에 Ni-Wc계 자용성 합금을 피복 융착하여 수명을 연장하는 방안이 제시되었으나, 고가인 재료의 사용과 공정의 복잡성으로 사용에 한계가 있는 문제가 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 버너 노즐부재의 수명을 효과적으로 연장가능하도록 한 화염안정화 장치 및 그 제조방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 화염안정화 장치는

화염의 역류를 방지하기 위한 차단판이 내주면에 설치되어 있는 미분탄 버너 노즐부재의 화염안정화 장치에 있어서,

상기 차단판은 그 후면부에 복합세라믹 내화물로 된 보강재가 접합되어 있는 것으로서 상기 차단판의 보강재는,

차단판 후면 외측면에 접합되는 스텐레스 재질의 테두리와,

차단판 후면 중앙부에 접합되는 앙카와,

상기 앙카의 상면 및 상기 테두리의 내면에 접합되는 메쉬와,

상기 메쉬와 상기 테두리 안에 충진 양생되어 있는 복합세라믹 내화물로 구성되는 것을 특징으로 하며,

상기 복합세라믹 내화물은 중량%로 SiC: 5~70%, SiO2: 5~20%, CaO: 3~15%, Fe2O3: 2%이하, 잔부: Al2O3의 성분조성으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 화염안정화 장치의 제조방법은

보강재가 접합된 차단판이 설치되어 있는 미분탄 버너노즐부재의 화염안정화 장치를 제조하는 방법에 있어서,

상기 차단판 후면부의 외측면을 따라 스텐레스 판재를 용접하여 테두리를 형성하는 단계와, 상기 차단판의 후면 중앙부에 앙카를 용접하는 단계와, 상기 앙카의 상면 및 상기 테두리의 내면에 메쉬를 용접하는 단계와, 상기 테두리의 안쪽에 메쉬를 통하여 복합세라믹을 물과 혼합한 반죽상태로 충진한 후 양생하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 화염안정화 장치의 미분탄과 직접 충돌하는 차단판의 후면에내마모, 고온부식 및 내열에 탁월한 복합세라믹내화물을 충진 양생시킴으로써 화염안정화 장치의 수명을 대폭 향상시키는 것이 가능하고, 저렴한 가격과 간단한 공정으로 인하여 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도1은 종래 화염안정화 장치가 부착된 버너의 개념도
도2는 종래 화염안정화 장치의 개념도
도3은 본 발명 화염안정화 장치의 개략도
도4는 본 발명 화염안정화 장치에 설치된 차단판의 개략도
도5는 본 발명 화염안정화 장치에 설치된 테두리부의 개략도
도6은 본 발명 화염안정화 장치에 설치된 앙카의 개략도
도7은 본 발명 화염안정화 장치에 설치된 메쉬의 개략도
도8은 본 발명 화염안정화 장치에 복합세라믹 내화물이 충진되어 양생된 상태를 나타내는 개략도이다

이하에 본발명을 도면에 의거 상세히 설명한다.

도3은 화염안정화장치(30)의 후면을 나타낸 개략도로서 차단판(31)의 형상이 도시되어 있고, 도4에는 화염안정화 장치에 설치된 차단판(31)의 후면을 확대한 사시도가 도시되어 있다.

종래의 차단판은 화실측의 화염과 대향하는 전면부와 송급되는 미분탄과 직접 충돌하는 후면부로 구성되고, 차단판의 전면부와 후면부는 Ni-WC계 자용성합금을 융착하거나 내열강을 용사하여 된 것이 사용되고 있는데,

본 발명의 차단판은 후면부에 복합세라믹 내화물이 양생된 보강재가 접합된 것을 특징으로 하고 있고, 상기 보강재는 테두리, 앙카, 메쉬 및 여기에 충진 양생된 복합세라믹 내화물로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다

도5에 차단판(31)의 후면 외곽부를 따라 용접설치된 테두리(41)의 형상이 나타나 있다. 상기 테두리(41)는 스텐레스 평철을 용접하여서 된 것으로서 복합세라믹 내화물을 충진 양생하기 위한 공간을 확보하기 위한 것이다.

도6에 테두리(41)가 설치된 차단판(31)의 후면 중앙부에 설치된 앙카(42)의 형상이 나타나 있다. 상기 앙카(42)는 스텐레스 바가 차단판(31) 후면 중앙부에 2 내지 3개 용접되어 형성되는 것으로 메쉬(43)를 지지하기 위한 것이고, 그 개수는 용도와 크기에 따라 조정이 가능하다.

도7에 차단판의 앙카(42)와 테두리(41) 내면에 설치된 메쉬(43)의 형상이 나타나 있다. 상기 메쉬(43)는 앙카(42) 상면 및 테두리(41)의 내면에 용접 결합되어 있는 그물망 형태의 것으로서 내부에 충진 양생되는 복합세라믹을 견고하게 고정하는 역할을 하기 위한 것이다.

도8에 메쉬(43)를 통하여 충진된 복합세라믹 분말이 양생되어 접착된 복합세라믹내화물(44)의 형상이 나타나 있다. 상기 복합세라믹 내화물(44)은 이와 같이 구성된 차단판의 메쉬(43)를 통하여 복합세라믹 분말을 물과 혼합한 상태의 반죽상태로 하여 테두리(41) 내로 충진하고 20~30시간 동안 양생하여서 된 것으로, 충격에 강하여 내구성이 우수한 성질을 가지고 있다.

상기 복합세라믹 분말은 중량%로 SiC: 5~70%, SiO2: 5~20%, CaO: 3~15%, Fe2O3: 2%이하, 잔부: Al2O3의 성분조성으로 이루어진 것이 사용되는 것이 바람직하며, 여기에서 사용되는 복합세라믹 분말은 시중에서 판매되는 것이 사용될 수 있다.

이와 같은 구성으로 된 차단판이 설치된 화염안정화 장치는 내구성이 우수하여 수명을 대폭 연장하는 것이 가능하다.

이하에 본 발명의 내구성이 향상된 화염안정화 장치의 제조방법에 대하여 설명한다.

먼저 도3 및 도4에 나타난 차단판(31)의 후면 외곽부에 테두리(41)를 설치하는데, 테두리(41) 설치는 도5에 나타난 바와 같은 형상의 스텐레스 평철을 용접하여 형성한다.

테두리(41)가 설치되면 도6에 나타난 바와 같은 형상의 앙카(42)를 테두리(41)가 형성된 차단판의 후면 중앙부에 용접하여 설치한다. 이때 앙카(42)는 필요에 따라 2~3개 설치할 수 있다.

앙카(42)가 설치되면 도7에 나타난 바와 같은 메쉬(43)를 앙카(42)의 상면 및 테두리(41)의 내면에 용접하여 고정한다. 이때 메쉬(43)는 통상 사용되는 철제 그물망이 사용될 수 있다.

메쉬(43)가 설치되면 복합세라믹 분말을 물과 혼합하여 반죽상태로 하여 메쉬(43)를 통하여 테두리(41) 내부로 충진한 다음, 20~30시간 양생하여 도8과 같은 복합세라믹 내화물(44)로 형성한다.

이때 사용되는 복합세라믹 분말은 중량%로 SiC: 5~70%, SiO2: 5~20%, CaO: 3~15%, Fe2O3: 2%이하, 잔부: Al2O3의 성분조성으로 이루어진 것이 사용하는 것이 바람직하다.

복합세라믹 분말을 물과 혼합하여 반죽상태로 하는 것은 충진한 상태 그대로 흘러내리지 않은 정도로 조절하는 것이 유리하고, 양생하는 시간을 20~30시간으로 한정하는 것은 이 시간을 벗어나면 양생이 제대로 되지 않아 원하는 성질을 얻을 수 없다.

이와 같은 공정에 따라 차단판의 후면에 복합세라믹 내화물을 접합하는 것이 가능하여 내구성이 대폭 향상된 화염안정화 장치를 제공하는 것이 가능하다.

31: 차단판
32: 차단벽
41: 테두리부
42: 앙카
43: 메쉬
44: 복합세라믹 내화물

Claims (5)

1. 삭제
2. 화염의 역류를 방지하기 위한 차단판이 내부면에 설치되어 있는 미분탄 버너 노즐부재의 화염안정화 장치에 있어서,
   상기 차단판은 그 후면부에 복합세라믹 내화물로 된 보강재가 접합되어 있되,
   상기 차단판의 보강재는,
   차단판 후면 외측면에 접합되는 스텐레스 재질의 테두리부와,
   차단판 후면 중앙부에 접합되는 앙카와,
   상기 앙카의 상면 및 상기 테두리의 내면에 접합되는 메쉬와,
   상기 메쉬 및 상기 테두리부 안에 충진 양생되어 있는 복합세라믹 내화물로 구성되는 것을 특징으로 하는 내구성이 향상된 화염안정화 장치
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 복합세라믹 내화물은 중량%로 SiC: 5~70%, SiO2: 5~20%, CaO: 3~15%, Fe2O3: 2%이하, 잔부: Al2O3의 성분조성으로 이루어진 것을 특징으로 하는 내구성이 향상된 화염안정화 장치
   
4. 보강재가 접합된 차단판이 설치되어 있는 미분탄 버너노즐부재의 화염안정화 장치를 제조하는 방법에 있어서,
   상기 차단판 후면부의 외측면을 따라 스텐레스 판재를 용접하여 테두리를 형성하는 단계와,
   상기 테두리가 형성된 차단판의 중앙부에 앙카를 용접하는 단계와,
   상기 앙카의 상면 및 상기 테두리의 내면에 메쉬를 용접하는 단계와,
   상기 메쉬를 통하여 상기 테두리의 안쪽에 복합세라믹 분말을 물과 혼합하여 충진한 후 양생하여 복합세라믹 내화물을 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내구성이 향상된 화염안정화 장치의 제조방법
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 복합세라믹 분말은 중량%로 SiC: 5~70%, SiO2: 5~20%, CaO: 3~15%, Fe2O3: 2%이하, 잔부: Al2O3의 성분조성으로 이루어진 것을 특징으로 하는 내구성이 향상된 화염안정화 장치의 제조방법
   
   

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