KR102478990B1 - 저녹스 버너가 구비된 보일러 - Google Patents

저녹스 버너가 구비된 보일러 Download PDF

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이병주
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Abstract

본 발명은 저녹스 버너가 구비된 보일러에 관한 것으로, 버너부재(130)에 공급되는 연료의 연소에 따라 열교환이 이루어지는 열교환기(111)와, 연료의 연소에 따라 발생되는 배기가스가 배출되게 설치되는 배기구(112)가 구비된 보일러본체(110); 공급되는 연료를 연소시켜 열을 발생시키는 버너본체(131)와, 상기 버너본체(131)에서 분출되는 화염의 길이를 조절할 수 있도록 상기 열교환기(111)에 설치되는 버너부재(130); 상기 버너부재(130)의 연소에 따른 공기를 공급하도록 설치되는 송풍기(150); 상기 버너부재(130)에 공급되는 공기를 최대 -20℃ 이하의 저온으로 공급하는 저온공기공급기(170);를 마련하여 송풍기에서 공급되는 외기와 저온공기공급기에서 저온의 공기를 혼합하여 공급함으로써, 연소에 따른 질소산화물을 줄일 수 있고, 저온공기공급기에서 공급되는 공기를 최대 ~20℃로 공급하여 버너부재의 화염 온도를 낮출 수 있으며, 이로 인해 질소산화물의 발생을 저감시킬 수 있고, 버너부재의 화염분사조절유닛의 제2 화염케이스를 이동시켜 화염의 변화로 인해 질소산화물의 발생을 줄일 수 있다는 효과가 얻어진다.

Description

저녹스 버너가 구비된 보일러{Boiler with low-nox burner}
본 발명은 저녹스 버너가 구비된 보일러에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료의 연소에 필요한 공기를 저온으로 공급하여 줌으로써, 연로의 연소에 따라 발생되는 질소산화물(Nox)의 발생을 저감시키는 저녹스 버너가 구비된 보일러에 관한 것이다.
일반적으로 질소산화물(NOx)은 연료에 존재하는 화학적으로 결합된 질소 성분이 연소과정에서 산화되어 생성되는 Fuel NOx와, 연소용 공기중의 질소가 고온에서 유리되어 연소용 공기중의 질소 분자를 산화시켜 생성하는 Thermal NOx와, 탄화수소계열의 화석 연료가 고농도 상태로 고온 영역에 노출되었을 때 급속히 생성되는 Prompt NOx 등으로 구분된다.
이러한 질소 산화물 중에서 특히, Fuel NOx는 연소기술에 의해 제어될 수 없고, 이에 따라 저녹스형 버너는 Thermal NOx와 Prompt NOx의 두 가지 질소산화물의 생성을 저감하는데 그 기술적 과제를 가지고 있다.
이러한 종래의 저녹스형 버너는 산소 포함비율도 매우 낮고, 화염온도보다 상대적으로 낮은 온도를 가져서 일종의 불활성 기체라 할 수 있는 배기가스를 연도와 연결한 공급관을 통하여 회수하여 화염에 혼입하는 장치가 고안된 배기가스 재순환방식(Flue Gas Recirculation)의 저녹스형 버너, 화염을 분할하여 화염 표면적을 극대화시켜 복사전열의 증대를 노린 분할화염버너, 화염 표면적을 증가시키기 위한 방법으로 화염을 막 형태로 만든 박막화염버너 등이 있으며, 이러한 종래의 저녹스형 버너는 화염 온도 저감에 의해 Thermal NOx의 생성을 감소시키는 기술을 도모하여 왔다.
하지만 상기의 연소가스 재순환방식의 저녹스 버너는 충분한 연소공간을 확보하기 위해서 외부에서 인입된 배기가스량 만큼 연소실의 부피를 늘려줘야 하므로 보일러 제조원가를 낮추거나 설치공간을 최소화하여 총비용을 줄이려는 보일러 콤팩트화 설계와 같은 최근의 설계 경향과 역행되는 결과를 초래하고 있다.
그 외에도 종래의 저녹스형 버너는 화염온도를 저하시킬수록 Thermal NOx생성을 저감하기는 하지만, 연료 중의 탄소가 공기 중의 산소와 반응하여 일산화탄소를 일차적으로 생성한 후 다시 공기중의 산소와 반응하여 이산화탄소가 생성되는 연소과정의 특성상 1200
Figure 112022031164597-pat00001
이하의 낮은 화염온도 조건에서는 일산화탄소가 이산화탄소로 변환하는 비율이 급격히 떨어져서 일산화탄소 생성이 증가하게 된다.
이러한 일산화탄소는 가연성 기체로서 연도 및 연돌을 지나 대기 중으로 배출되는 과정에서 폭발이 발생할 수 있는 위험성을 내포하고 있는 단점이 있다.
이에 따라 종래의 저녹스형 버너는 적극적으로 Prompt NOx의 생성 저감 대책을 고려하지 않고 Thermal NOx 생성 저감 대책만 고려함에 따라 전체적인 질소산화물(NOx) 저감 효과가 낮은 단점이 있다.
예를 들어, 하기 특허문헌 1에는 '오토 저녹스 컨트롤 시스템이 구성된 보일러'가 개시되어 있다.
하기 특허문헌 1에 따른 오토 저녹스 컨트롤 시스템이 구성된 보일러는 연료를 공급하는 연료관과, 상기 연료관에 연결되어 전방으로 화염을 분사하는 버너와, 상기 버너에 공기를 공급하는 송풍기와, 상기 버너가 장착되어 열을 공급받는 열교환기와, 상기 열교환기에 연결되어 배기가스를 배출시키는 배기관과, 상기 배기관에 장착되어 배기가스에 포함된 산소량을 감지하는 산소센서와, 상기 산소센서에 연계되어 상기 송풍기를 컨트롤하는 제어부를 포함하는 보일러에 있어서, 상기 보일러에 녹스량을 감소시키도록 오토 저녹스 컨트롤 시스템이 구성되고, 상기 오토 저녹스 컨트롤 시스템은 상기 배기관에 장착되어 배기가스에 포함된 녹스(Nox: 질소산화물)량을 감지하여 데이터를 전송하는 녹스센서와, 상기 녹스센서에 연계되어 상기 버너의 화염각(a)을 컨트롤하도록 구성된 상기 제어부(107)를 포함한다.
상기 버너는 상기 연료관에 연결되어 연료를 안내하는 안내관과, 상기 안내관의 전방으로 씌워지는 캡과, 상기 캡의 외측면에서 내측방으로 연결되어 연료를 외부로 배출시키는 배출관과, 상기 캡에 연결되어 후방으로 연장되는 로드와, 상기 로드에 연결되고 상기 제어부에 의해서 컨트롤되는 리니어 액튜에이터와, 상기 캡과 로드를 수용하고 상기 열교환기에 고정되는 파이프(Air Pipe)를 포함한다.
상기 파이프의 후방부가 상기 송풍기와 연결되어 구성되고, 상기 캡의 외측면 둘레를 따라 형성되고 상기 배출관의 전방에 배치되는 판상의 커버와, 상기 커버를 관통하는 관통구를 포함하고, 상기 캡의 전방단부에 부착되는 판상의 전방커버와, 상기 전방커버를 관통하는 관통구를 포함한다.
하기 특허문헌 2에는 '질소산화물 저감형 친환경 저녹스 버너'가 개시되어 있다.
하기 특허문헌 2에 따른 질소산화물 저감형 친환경 저녹스 버너는 공기가 공급되어지는 튜브와 상기 튜브의 내측으로 위치하여 연료공급관이 설치되어져 있으며, 상기 연료공급관에 노즐부재가 설치되어 있는 것으로써, 연소시 화염온도 및 산소농도를 낮추고, 연소가스 체류시간 단축 등을 통하여 질소산화물(NOx) 등 오염물질 발생량을 저감하고 연료를 절감하는 저녹스버너(Low NOx Burner)에 있어서, 선단에 테이퍼져 협관이 형성되어 있는 공기조절관이 연장 형성되어 있는 튜브의 내측 중심에 연료가 공급되는 연료공급관이 설치된다.
상기 연료공급관의 선단에는 연료점화에 사용되어지는 파일럿버너가 설치됨과 더불어 연결관에 버너의 후측으로 핸들이 노출되도록 설치되어진 노즐부재조절레버의 연결봉이 일측면으로 연결되어 있고, 타측면에는 연료공급관에 형성된 안내핀에 안내되어지는 슬롯홀이 형성되어 있어 상기 노즐부재조절레버의 회전운동에 의해 상기 노즐부재가 전후진 되어져 상기 노즐부재의 보염판이 공기공급관의 협관에 대하여 간격 조절되어져 화염의 외염을 자유롭게 조절 가능하도록 형성된다.
상기 노즐부재는 연결관과 관통하는 원반형태의 노즐헤드를 구비하며, 상기 노즐헤드의 외주면에는 다수의 화염분사노즐이 등간격을 이루며 방사상으로 형성되어 있고, 상기 화염분사노즐로부터 토출된 화염을 분할염이 되게 하는 분할염생성용에어홀과 중심염 발생을 억제하는 중심염방지용 에어홀을 포함하는 보염판이 상기 노즐헤드의 후측에 형성된다.
대한민국 특허 등록번호 제10-1460775호 대한민국 특허 공개번호 제10-2013-0106778호 대한민국 특허 등록번호 제10-2243080호
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 연료의 연소가 이루어지도록 공급되는 공기의 온도를 저온으로 공급하여 줌으로써 연료가 연소되면서 발생되는 질소산화물을 저감시킬 수 있도록 하는 저녹스 버너가 구비된 보일러를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 연료의 연소가 이루어지도록 공급되는 공기의 온도를 상온보다 낮은 온도로 조절하여 공급되게 하는 저녹스 버너가 구비된 보일러를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 보일러에 설치된 버너에서 분출되는 화염의 길이, 화염폭, 화염각도를 조절하여 줌으로써 질소산화물의 발생을 저감시킬 수 있도록 하는 저녹스 버너가 구비된 보일러를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 저녹스 버너가 구비된 보일러는 버너부재(130)에 공급되는 연료의 연소에 따라 열교환이 이루어지는 열교환기(111)와, 연료의 연소에 따라 발생되는 배기가스가 배출되게 설치되는 배기구(112)가 구비된 보일러본체(110); 공급되는 연료를 연소시켜 열을 발생시키는 버너본체(131)와, 상기 버너본체(131)에서 분출되는 화염의 길이를 조절할 수 있도록 상기 열교환기(111)에 설치되는 버너부재(130); 상기 버너부재(130)의 연소에 따른 공기를 공급하도록 설치되는 송풍기(150); 상기 버너부재(130)에 공급되는 공기를 -20℃ 이하의 저온으로 공급하는 저온공기공급기(170);를 포함하며,
상기 버너부재(130)는 상기 열교환기(111)에 수평방향으로 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 버너부재(130)는 상기 송풍기(150)에서 공급되는 공기와, 상기 저온공기공급기(170)에서 공급되는 저온의 공기와, 연료공급관(132)에서 공급되는 연료를 혼합시켜 연소시키는 버너본체(131); 상기 연료의 연소에 의해 발생되는 화염의 분사 길이를 조절할 수 있도록 상기 버너본체(131)의 일측에 설치되는 화염분사조절유닛(135);을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 버너본체(131)는 연소가 이루어지도록 연료가 공급되는 연료공급관(132); 상기 버너본체(131)가 상기 열교환기(111)에 설치될 수 있게 상기 버너본체(131)의 일측에 형성되는 제1 플랜지(133); 상기 송풍기(150)와 상기 저온공기공급기(170)로부터 공기와 저온의 냉기가 혼합 유입될 수 있도록 상기 버너본체(131)의 타측에 형성되는 제2 플랜지(134);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 화염분사조절유닛(135)은 상기 제1 플랜지(133)에 고정되는 제1 화염케이스(136); 상기 제1 화염케이스(136)에 형성되는 슬라이딩구멍(137); 상기 제1 화염케이스(136)의 외면에 슬라이딩 가능하게 결합되는 제2 화염케이스(138); 상기 제1 화염케이스(136)의 일측에 설치되는 화염분사구(139); 상기 제2 화염케이스(138)를 이동시키도록 상기 제1 화염케이스(136)의 내측에 설치되는 이동로드유닛(141);을 포함하며,
상기 이동로드유닛(141)은 소정의 길이로 형성되는 한 쌍의 제1 고정로드(142); 상기 한 쌍의 제1 고정로드(142)의 양측에 각각 고정되며, 상기 제2 화염케이스(138)의 내면에 고정되고, 상기 슬라이딩구멍(137)을 따라 이동 가능하게 설치되는 케이스고정로드(143); 상기 한 쌍의 제1 고정로드(142) 사이에 고정되는 제2 고정로드(144); 상기 제2 고정로드(144)에 고정되는 제3 고정로드(145);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 보일러본체(110)에는 상기 열교환기(111)에서 분출된 연료가스가 상기 버너부재(130)로 유입될 수 있게 연료가스순환라인(113)이 설치되고, 상기 배기구(112)를 통해 배출되는 배기가스가 상기 버너부재(130)로 재유입될 수 있게 상기 배기구(112)와 상기 저온공기공급기(150) 사이에 바이패스라인(114)이 설치되며, 상기 연료가스순환라인(113)의 연료가스와 상기 바이패스라인(114)의 배기가스의 온도를 냉각시키는 냉각기(171)가 설치되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 저녹스 버너가 구비된 보일러에 의하면, 송풍기에서 공급되는 외기와 저온공기공급기에서 저온의 공기를 혼합하여 공급함으로써, 연소에 따른 질소산화물을 줄일 수 있고, 저온공기공급기에서 공급되는 공기를 최대 ~20℃로 공급하여 버너부재의 화염 온도를 낮출 수 있으며, 이로 인해 질소산화물의 발생을 저감시킬 수 있고, 버너부재의 화염분사조절유닛의 제2 화염케이스를 이동시켜 화염의 변화로 인해 질소산화물의 발생을 줄일 수 있다는 효과가 얻어진다.
본 발명에 따른 저녹스 버너가 구비된 보일러에 의하면, 저온공기공급기에서 저온의 공기 공급에 의해 화염온도를 낮춤으로써 질소산화물을 대략 4~6ppm 낮출 수 있고, 버너부재의 화염케이스를 슬라이딩 이동시켜 줌으로써 질소산화물을 대략 3~4ppm 낮출 수 있으며, 연료가스순환라인에 의해 질소산화물을 대략 2~3ppm 낮출 수 있다는 효과가 얻어진다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 저녹스 버너가 구비된 보일러를 도시한 구성도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 저녹스 연소버너를 도시한 입체도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 저녹스 연소버너를 도시한 구성도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 저녹스 연소버너를 도시한 분해 입체도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 저녹스 연소버너를 도시한 입체도,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 저녹스 연소버너에서 분출되는 화염각을 도시한 단면도.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
예컨대, 실시 예들은 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있기 때문에 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
또한 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니기 때문에 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 명세서에서, 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
따라서 몇몇 실시 예에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.
한편, 본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 사전적 의미에 제한되지 않으며, 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 저녹스 버너가 구비된 보일러를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 저녹스 버너가 구비된 보일러는 버너부재(130)에 공급되는 연료의 연소에 따라 열교환이 이루어지는 열교환기(111)와, 연료의 연소에 따라 발생되는 배기가스가 배출되게 설치되는 배기구(112)가 구비된 보일러본체(110)와, 공급되는 연료를 연소시켜 열을 발생시키는 버너본체(131)와, 상기 버너본체(131)에서 분출되는 화염의 길이를 조절할 수 있도록 상기 열교환기(111)에 설치되는 버너부재(130)와, 상기 버너부재(130)의 연소에 따른 공기를 공급하도록 설치되는 송풍기(150)와, 상기 버너부재(130)에 공급되는 공기를 최대 -20℃ 이하의 저온으로 공급하는 저온공기공급기(170)를 포함한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 저녹스 버너가 구비된 보일러를 도시한 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 저녹스 버너가 구비된 보일러는 열교환기(111)와 배기구(112)가 구비된 보일러본체(110)와, 연소가 이루어지도록 상기 보일러본체(110)에 설치되는 버너부재(130)와, 연소가 이루어지도록 공기를 공급하는 송풍기(150)와, 상기 송풍기(150)에서 공급되는 공기와 함께 혼합되어 저온의 공기가 공급되게 설치되는 저온공기공급기(170)로 이루어진다.
상기 보일러본체(110)에는 연료의 연소가 이루어지는 버너부재(130)의 열원으로부터 열교환이 이루어지도록 열교환기(111)가 구비되고, 상기 보일러본체(110)에는 연료의 연소에 의해 발생되는 배기가스가 배출되는 배기구(112)가 설치된다.
아울러 상기 보일러본체(110)에는 연료가스 중 미연소가 이루어진 연료가스를 상기 버너부재(130)로 순환 공급하는 연료가스순환라인(113)이 설치된다.
또 상기 배기구(112)에는 배기가스 중 일부가 저온공기공급기(170)로 공급될 수 있게 바이패스라인(114)이 설치된다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 저녹스 연소버너를 도시한 입체도이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 저녹스 연소버너를 도시한 구성도이며, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 저녹스 연소버너를 도시한 분해 입체도이고, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 저녹스 연소버너를 도시한 입체도이다.
도 3은 버너부재(130)를 도시한 것으로, 도 3(a)는 제1 화염케이스(136)와 제2 화염케이스(138)가 동일한 위치에 위치된 상태를 도시한 것이고, 도 3(b)는 제2 화염케이스(138)가 제1 화염케이스(136)의 외측으로 슬라이딩된 상태를 도시한 것이다.
상기 버너부재(130)는 상기 송풍기(150)에서 공급되는 공기와, 상기 저온공기공급기(170)에서 공급되는 저온의 공기와, 연료공급관(132)에서 공급되는 연료를 혼합시켜 연소시키는 버너본체(131)와, 상기 연료의 연소에 의해 발생되는 화염의 분사 길이를 조절할 수 있도록 상기 버너본체(131)의 일측에 설치되는 화염분사조절유닛(135)를 포함한다.
상기 버너본체(131)는 연소가 이루어지도록 연료가 공급되는 연료공급관(132)과, 상기 버너본체(131)가 상기 열교환기(111)에 설치될 수 있게 상기 버너본체(131)의 일측에 형성되는 제1 플랜지(133)와, 상기 송풍기(150)와 상기 저온공기공급기(170)로부터 공기와 저온의 냉기가 혼합 유입될 수 있도록 상기 버너본체(131)의 타측에 형성되는 제2 플랜지(134)를 구비한다.
도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 버너부재(130)는 연료가 연소되는 것으로, 상기 버너본체(131)에는 가스 연료 등을 공급하는 연료공급관(132)이 구비된다.
아울러 상기 버너본체(131)의 일측에는 보일러본체(110)에 설치될 수 있게 제1 플랜지(133)가 설치되고, 상기 버너본체(131)의 타측에는 송풍기(150)와 저온공기공급기(170) 등이 설치될 수 있게 제2 플랜지(134)가 설치된다.
상기 화염분사조절유닛(135)은 화염분사구(139)를 통해 분출되는 화염 길이, 화염폭, 화염각도를 조절하는 것으로, 상기 화염분사조절유닛(135)은 원통형으로 형성된 제1 화염케이스(136)와, 제2 화염케이스(138) 및 이동로드유닛(141)으로 이루어진다.
상기 제1 화염케이스(136)는 일정 길이를 갖는 중공의 원통체로 형성되고, 상기 제1 화염케이스(136)에는 이동로드유닛(141)이 슬라이딩 될 수 있게 일정 길이를 갖는 슬라이딩구멍(137)이 형성된다.
아울러 상기 제2 화염케이스(138)는 제1 화염케이스(136)의 외면에 이동 가능하게 설치되며, 상기 제2 화염케이스(138)는 화염의 길이, 화염폭, 화염각을 조절할 수 있도록 제1 화염케이스(136)의 길이 방향으로 이동 가능하게 설치된다.
또한 상기 제1 화염케이스(136)의 선단에는 화염이 고르게 분출될 수 있게 화염분사구(139)가 설치되며, 상기 화염분사구(139)에는 방사상으로 다수의 노치(139a)와 화염분출구멍(139b)이 형성된다.
상기 화염분사조절유닛(135)은 상기 제1 플랜지(133)에 고정되는 제1 화염케이스(136)와, 상기 제1 화염케이스(136)에 형성되는 슬라이딩구멍(137)과, 상기 제1 화염케이스(136)의 외면에 슬라이딩 가능하게 결합되는 제2 화염케이스(138)와, 상기 제1 화염케이스(136)의 일측에 설치되는 화염분사구(139)와, 상기 제2 화염케이스(138)를 이동시키도록 상기 제1 화염케이스(136)의 내측에 설치되는 이동로드유닛(141)을 포함한다.
상기 이동로드유닛(141)은 소정의 길이로 형성되는 한 쌍의 제1 고정로드(142)와, 상기 한 쌍의 제1 고정로드(142)의 양측에 각각 고정되며, 상기 제2 화염케이스(138)의 내면에 고정되고, 상기 슬라이딩구멍(137)을 따라 이동 가능하게 설치되는 케이스고정로드(143)와, 상기 한 쌍의 제1 고정로드(142) 사이에 고정되는 제2 고정로드(144)와, 상기 제2 고정로드(144)에 고정되는 제3 고정로드(145)를 구비한다.
상기 이동로드유닛(141)은 제2 화염케이스(138)를 이동시키는 것으로, 상기 이동로드유닛(141)의 제1 고정로드(141)는 한 쌍으로 이루어지며, 소정의 길이로 형성된다.
상기 제1 고정로드(141)의 일면에는 제2 화염케이스(138)의 내면에 고정되는 케이스고정로드(143)가 고정된다. 상기 케이스고정로드(143)의 일단은 제1 고정로드(142)에 고정되고, 상기 케이스고정로드(143)의 타단은 제2 화염케이스(138)에 고정된다.
상기 한 쌍의 제1 고정로드(142) 사이에는 제2 고정로드(144)가 고정되고, 상기 제2 고정로드(144)에는 소정의 길이를 갖는 제3 고정로드(145)가 고정된다.
상기 제3 고정로드(145)는 이동로드유닛(141)을 이동시킬 수 있게 구동수단(미도시)과 연결 설치된다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 저녹스 연소버너에서 분출되는 화염각을 도시한 단면도이다.
도 6은 버너부재(130)에서 분출되는 화염각(a1, b1)을 도시한 것으로, 도 6(a)는 제1 화염케이스(136)와 제2 화염케이스(138)가 동일한 위치에 있는 상태를 도시한 것이고, 도 6(b)는 제2 화염케이스(138)가 제1 화염케이스(136)의 외측으로 돌출된 상태를 도시한 것이다.
즉, 도 6(a)는 제1 화염케이스(136)와 제2 화염케이스(138)가 동일한 위치에 설치된 상태에서 분출되는 화염각(a1)을 도시한 것이고, 도 6(b)는 제2 화염케이스(138)가 제1 화염케이스(136)로부터 이동되어 돌출된 상태에서 분출되는 화염각(b1)을 도시한 것이다.
도 6(a)의 상기 화염각(a1)은 제1 화염케이스(136)와 제2 화염케이스(138)의 끝단이 동일한 위치이므로, 도 6(b)의 화염각(b1) 보다 넓게 분출된다.
도 6(b)의 상기 화염각(b1)은 제2 화염케이스(138)가 제1 화염케이스(136)의 외측으로 이동되어 돌출된 상태이므로, 도 6(b)의 화염각(b1)은 화염각(a1)이 좁게 분출될 뿐만 아니라 버너부재(130)로부터 길게 분출된다.
한편 상기 버너부재(130)에는 연료공급관(132)을 통해 공급된 연료와 연소 시 필요한 공기를 공급되게 송풍기(150)가 구비되고, 상기 송풍기(150)에 공급되는 공기의 온도를 저하시키도록 저온공기공급기(170)가 구비된다.
상기 저온공기공급기(170)는 송풍기(150)에서 공급되는 공기의 온도보다 낮은 온도의 공기를 공급한다.
상기 저온공기공급기(170)는 최대 -20℃ 이하의 저온 공기를 공급함은 물론 연료가스순환라인(113)과 바이패스라인(114)을 통해 이동되는 연료가스와 배기가스의 온도를 저온으로 저하시킨다.
또한 상기 저온공기공급기(170)에는 연료가스순환라인(113)과 바이패스라인(114)을 통해 이동되는 연료가스와 배기가스의 온도를 저하시키는 냉각기(171)가 구비될 수 있다.
다음 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 저녹스 버너가 구비된 보일러의 작동방법을 설명한다.
도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 저녹스 버너가 구비된 보일러는 연료공급관(132)을 통해 연료가 버너부재(130)로 공급되고, 이와 함께 송풍기(150)에서 상온의 공기가 공급됨과 함께 저온공기공급기(170)에서 저온의 공기가 유입된다.
상기 송풍기(150)에서는 상온의 공기를 공급하게 되고, 상기 저온공기공급기(170)에서는 최대 -20℃의 저온의 공기를 공급하게 된다.
이에 상기 송풍기(150)에서 공급된 공기와 저온공기공급기(170)에서 공급된 공기는 서로 혼합된 상태로 버너부재(130)로 공급된다.
이는 저온의 공기를 버너부재(130)에 공급하여 줌으로써, 연소에 따라 발생되는 질소산화물(Nox)을 감소시키게 된다.
즉, 상기 버너부재(130)에 공급되는 공기의 온도를 저하시킴으로써, 질소산화물의 발생을 감소시키게 된다.
이와 같이 버너부재(130)에 공급되는 공기의 온도에 따른 화염온도와 질소산화물(Nox)의 생성량은 다음의 식에 의해 산정될 수 있다.
<수식 1>
Figure 112022031164597-pat00002
위의 수식에 따른 질소산화물 생성량은 온도의 지수(Exponential) 증가 관계를 파악할 수 있는 것으로, 보일러본체(110)에 설치된 버너부재(130)에서 외기 온도가 50℃ 증가하게 되면 보일러본체(110)의 내의 화염온도 또한 약 50℃ 정도 증가하게 된다.
예를 들어 버너부재(130)에 공급되는 외기 온도가 40℃일 때 화염온도가 1,600℃이면, 버너부재(130)로 공급되는 외기 온도가 20℃가 되면 화염온도는 약 1,580℃ 정도 될 수 있다.
상기 보일러본체(110)에서 외기온도가 40℃(T1)일 때 배기가스 중 질소산화물(NOx1)가 40ppm이 발생되는 것으로 측정되었다고 할 때 외기온도가 5℃(T2)로 35℃ 정도 낮아지게 되면, 발생되는 질소산화물(Nox)를 수식 1에 예측하게 되면 다음과 같다.
이들 온도를 수식 1에 대입하여 보면, NOx2 = NOx1 * exp(8.28*10-3)(T2-T1) = 40 * exp(8.28*10-3)(40-5) = 29.9 이다.
즉, 상기 버너부재(130)에 공급되는 외기 온도를 5℃로 낮추어 공급하게 되면, 보일러본체(110)에서 발생되는 질소산화물은 29.9ppm이 발생하게 된다.
이를 각 온도에 대응시켜 살펴보면 다음의 [표 1]과 같다.
외기 온도 예측된 NOx 비고
5℃ 29.9 수식 1로 산출된 NOx
10℃ 31.2 수식 1로 산출된 NOx
15℃ 32.5 수식 1로 산출된 NOx
20℃ 33.9 수식 1로 산출된 NOx
25℃ 35.3 수식 1로 산출된 NOx
30℃ 36.8 수식 1로 산출된 NOx
35℃ 38.4 수식 1로 산출된 NOx
40℃ 40.0 측정된 NOx
이와 같이 상기 버너부재(130)에 공급되는 급기온도를 낮추게 되면, 연료의 연소에 의해 발생되는 질소산화물을 대폭 줄일 수 있게 된다.
즉, 상기 저온공기공급기(170)에서 최대 -20℃의 저온 공기가 공급되고, 송풍기(150)에서 상온의 공기가 혼합되어 버너부재(130)에 공급된다.
이와 같이 상기 저온공기공급기(170)에서 저온의 공기 공급에 의해 연소에 따른 질소산화물은 대략 4~6ppm을 낮출 수 있게 되고, 화염분사조절유닛(135)의 제2 화염케이스(138)를 제1 화염케이스(136)의 외측으로 이동시켜 화염의 길이를 증가시킴에 따라 질소산화물을 대략 3~4ppm 낮출 수 있게 된다.
또한 상기 연료가스순환라인(113)에 의해 연료가스를 재순환시킴에 따라 질소산화물을 대략 2~3ppm 정도 낮출 수 있게 된다.
이와 같이 상기 버너부재(130)에 공급되는 공기의 온도를 낮추게 됨에 따라 질소산화물(NOx)의 발생을 대략 10~15ppm 정도 낮출 수 있게 된다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
110: 보일러본체 111: 열교환기
112: 배기구 113: 연료가스순환라인
114: 바이패스라인
130: 버너부재 131: 버너본체
132: 연료공급관 133: 제1 플랜지
134: 제2 플랜지 135: 화염분사조절유닛
136: 제1 화염케이스 137: 슬라이딩구멍
138: 제2 화염케이스 139: 화염분사구
141: 이동로드유닛 142: 제1 고정로드
143: 케이스고정로드 144: 제2 고정로드
145: 제3 고정로드
150: 송풍기
170: 저온공기공급기 171: 냉각기

Claims (5)

  1. 버너부재(130)에 공급되는 연료의 연소에 따라 열교환이 이루어지는 열교환기(111)와, 연료의 연소에 따라 발생되는 배기가스가 배출되게 설치되는 배기구(112)가 구비된 보일러본체(110); 공급되는 연료를 연소시켜 열을 발생시키는 버너본체(131)와, 상기 버너본체(131)에서 분출되는 화염의 길이를 조절할 수 있도록 상기 열교환기(111)에 설치되는 버너부재(130); 상기 버너부재(130)의 연소에 따른 공기를 공급하도록 설치되는 송풍기(150); 및 상기 버너부재(130)에 공급되는 공기를 최대 -20℃ 이하의 저온으로 공급하는 저온공기공급기(170)를 포함하되,
    상기 버너부재(130)는 상기 송풍기(150)에서 공급되는 공기와, 상기 저온공기공급기(170)에서 공급되는 저온의 공기와, 연료공급관(132)에서 공급되는 연료를 혼합시켜 연소시키는 버너본체(131); 및 상기 연료의 연소에 의해 발생되는 화염의 분사 길이, 화염폭, 화염각도를 조절할 수 있도록 상기 버너본체(131)의 일측에 설치되는 화염분사조절유닛(135)을 포함하고,
    상기 버너본체(131)는 연소가 이루어지도록 연료가 공급되는 연료공급관(132); 상기 버너본체(131)가 상기 열교환기(111)에 설치될 수 있게 상기 버너본체(131)의 일측에 형성되는 제1 플랜지(133); 및 상기 송풍기(150)와 상기 저온공기공급기(170)로부터 공기와 저온의 냉기가 혼합 유입될 수 있도록 상기 버너본체(131)의 타측에 형성되는 제2 플랜지(134)를 포함하며,
    상기 화염분사조절유닛(135)은 상기 제1 플랜지(133)에 고정되는 제1 화염케이스(136); 상기 제1 화염케이스(136)에 형성되는 슬라이딩구멍(137); 상기 제1 화염케이스(136)의 외면에 슬라이딩 가능하게 결합되는 제2 화염케이스(138); 상기 제1 화염케이스(136)의 일측에 설치되는 화염분사구(139); 및 상기 제2 화염케이스(138)를 이동시키도록 상기 제1 화염케이스(136)의 내측에 설치되는 이동로드유닛(141)을 포함하되,
    상기 이동로드유닛(141)은 소정의 길이로 형성되는 한 쌍의 제1 고정로드(142); 상기 한 쌍의 제1 고정로드(142)의 양측에 각각 고정되며, 상기 제2 화염케이스(138)의 내면에 고정되고, 상기 슬라이딩구멍(137)을 따라 이동 가능하게 설치되는 케이스고정로드(143); 상기 한 쌍의 제1 고정로드(142) 사이에 고정되는 제2 고정로드(144); 및 상기 제2 고정로드(144)에 고정되는 제3 고정로드(145)를 포함하는 것을 특징으로 하는 저녹스 버너가 구비된 보일러.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 보일러본체(110)에는 상기 열교환기(111)에서 분출된 연료가스가 상기 버너부재(130)로 유입될 수 있게 연료가스순환라인(113)이 설치되고,
    상기 배기구(112)를 통해 배출되는 배기가스가 상기 버너부재(130)로 재유입될 수 있게 상기 배기구(112)와 상기 저온공기공급기(150) 사이에 바이패스라인(114)이 설치되며,
    상기 연료가스순환라인(113)의 연료가스와 상기 바이패스라인(114)의 배기가스의 온도를 냉각시키는 냉각기(171)가 설치되는 것을 특징으로 하는 저녹스 버너가 구비된 보일러.
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