KR102505403B1

KR102505403B1 - 보일러 시스템

Info

Publication number: KR102505403B1
Application number: KR1020220054662A
Authority: KR
Inventors: 신국호
Original assignee: 주식회사 대열보일러
Priority date: 2022-05-03
Filing date: 2022-05-03
Publication date: 2023-03-06

Abstract

보일러 시스템은, 배기가스 배출로를 갖는 연소실과, 상기 연소실과 인접하여 배치된 복수의 수관과, 상기 연소실에 설치되어 화염을 생성하며 상기 수관 내에 보유된 물을 가열하는 버너를 포함하는 보일러 본체와, 상기 물을 상기 수관 내로 공급하는 급수 펌프와, 상기 수관 내의 가열된 증기와 물을 분리하는 기수 분리기와, 상기 배기가스 배출로 상에 설치되며, 상기 배기가스와의 열교환을 통해 상기 수관 내로 공급되는 물을 예열하는 이코노마이저로 이루어진다.
특히, 상기 버너는 상기 보일러 본체의 일측에 설치된 연소통과 상기 연소통에 대해 고정 조립되는 가스 매니폴드를 포함하여 구성되고, 상기 연소통 및 상기 가스 매니폴드는 상기 복수의 수관이 배치된 방향과 나란한 횡방향을 따라 연장 형성되어, 상기 횡방향을 따라 길고 상기 횡방향에 수직인 두께 방향을 따라 좁은 형상의 제트 필름 화염이 상기 버너로부터 분사된다.

Description

보일러 시스템{Boiler system}

본 발명은 보일러 시스템에 관한 것으로, 연료 가스와 연소용 공기를 2차례 혼합시켜 필름형 화염을 고속 분사하는 보일러 시스템에 관한 것이다.

종래에 가스나 기름을 연료로 하는 보일러 등에 있어서는 대기오염 등의 문제에 의해 유해한 연소 폐기물로서 녹스(NOx), 일산화탄소(CO) 등의 배출 감소가 요구된다. 근래에는, 이산화탄소(CO2)의 온실효과가스에 의한 지구 온난화가 문제가 되어 있어 CO2의 배출 감소도 강하게 요구되고 있다.

따라서 CO2 전체 배출량의 상당 비율을 차지하는 소형 보일러 등의 소형 연소 기기에서도 CO2의 배출량을 절감함으로써 저 NOx화 및 저 CO화를 도모할 수 있도록 한 연소 기기가 요구되고 있다.

일반적으로 소형 보일러(예를 들면 소형 다관식 관류보일러) 등에 있어서는 연소실이 매우 콤팩트하고 상대적으로 고부하의 연소 조건이 요구되지만, 낮은 공기비의 연소에서는 CO의 발생을 억제하기 어렵다.

종래의 저 NOx화 기술로서는 분할 화염에 의한 확산 연소 방식이나 예혼합 연소 방식 등을 들 수 있다. 그런데 높은 공기비 영역에서는 예혼합 연소 방식은 확산 연소 방식보다 화염 냉각 효과가 우수하므로 NOx 발생을 억제할 수 있다. 그러나 낮은 공기비 영역에서는 예혼합 연소 방식은 확산 연소 방식보다 연소 속도가 증가해 화염 온도가 오르기 때문에 NOx 발생을 억제하기에는 한계가 있다.

따라서, 소형 보일러 등에 있어서는 상기한 바와 같이 고부하 연소 조건 하에서의 낮은 공기비 연소에서는 CO가 발생하므로 연료를 낮은 공기비로 연소시킬 수 없기 때문에 예혼합 연소 방식이 일반적으로 가장 우수한 저 NOx 연소 방식으로 알려져 있다.

소형 보일러 등에 있어서 낮은 공기비 연소를 적용하면, 배가스열 손실을 억제해 보일러를 고효율화하고 연료 소비량을 억제할 수 있기 때문에 그 만큼 CO2 배출량의 감소가 가능해진다. 그러나, 고부하 연소 조건 하에서도 CO 및 NOx 발생을 최소화하는 것은 상대적으로 어려운 문제이다.

한국특허공보 제1243698호 (2013.3.8 등록)

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 소형 보일러 등의 고부하 연소 조건 하에서 연료를 낮은 공기비로 연소시키더라도 NOx 및 CO 발생을 억제할 수 있는 저 NOx 보일러 시스템 및 이에 사용되는 버너를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 보일러 시스템은, 배기가스 배출로를 갖는 연소실; 상기 연소실과 인접하여 배치된 복수의 수관과, 상기 연소실에 설치되어 화염을 생성하며 상기 수관 내에 보유된 물을 가열하는 버너를 포함하는 보일러 본체; 상기 물을 상기 수관 내로 공급하는 급수 펌프; 상기 수관 내의 가열된 증기와 물을 분리하는 기수 분리기; 및 상기 배기가스 배출로 상에 설치되며, 상기 배기가스와의 열교환을 통해 상기 수관 내로 공급되는 물을 예열하는 이코노마이저(economizer)를 포함하되, 상기 버너는 상기 보일러 본체의 일측에 설치된 연소통과 상기 연소통에 대해 고정 조립되는 가스 매니폴드(gas manifold)를 포함하여 구성되고, 상기 연소통 및 상기 가스 매니폴드는 상기 복수의 수관이 배치된 방향과 나란한 횡방향을 따라 연장 형성되어, 상기 횡방향을 따라 길고 상기 횡방향에 수직인 두께 방향을 따라 좁은 형상의 제트 필름 화염이 상기 버너로부터 분사된다.

상기 연소통에 상기 가스 매니폴드가 장착될 때, 상기 연소통과 상기 가스 매니폴드 사이에 이격 공간이 형성된다.

상기 연소통은 외통 및 내통을 포함하고 상기 내통의 출구에 분사 노즐이 형성되며, 상기 가스 매니폴드는 상기 연료가스가 공급되는 공급 덕트와 상기 공급되는 연료가스를 상기 연소통의 내통의 경사면을 향해 외향 분사하는 헤드를 포함한다.

상기 외통에는 제1 기공이 형성되고, 상기 내통에는 제2 기공이 형성되며, 상기 헤드의 경사면에는 가스공이 형성되고, 상기 헤드의 경사면은 상기 내통의 경사면과 평행하게 이격된다.

상기 이격 공간을 통해 1차 공기가 유입되고, 상기 제1 기공 및 상기 제2 기공을 통과하여 2차 공기가 유입됨으로써, 상기 가스 매니폴드의 내측으로 유입된 연료가스가 상기 가스 매니폴드의 헤드 형성된 가스공을 통해 외측으로 분출될 때, 상기 1차 공기와 1차 혼합이 이루어지고, 상기 1차 혼합된 연료가스가 상기 내통에 의해 구획되는 유로를 따라 이동하면서, 상기 제2 기공을 통과한 상기 2차 공기와 2차 혼합이 이루어진다.

상기 제2 기공은 상기 제1 기공에 비해 종방향으로 상기 분사 노즐에 가깝게 위치하되, 상기 종방향은 상기 횡방향 및 상기 두께 방향과 모두 수직인 방향이다.

상기 제1 기공과 상기 가스공은 상기 종방향으로 동일한 위치에 배치된다.

상기 제1 기공 중에서, 상기 외통의 제1 측에 형성된 제1 기공의 개수는 상기 외통의 제2 측에 형성된 제1 기공의 개수에 비해 많고, 상기 제1 측에 형성된 제1 기공은 상기 제2 측에 형성된 제1 기공에 비해 상기 횡방향을 기준으로 가운데 쪽에 형성된다.

상기 가스공 중에서, 상기 헤드의 상기 제1 측에 형성된 가스공의 개수는 상기 헤드의 상기 제2 측에 형성된 가스공의 개수보다 많다.

상기 제트 필름 화염이 상기 버너의 노즐을 통해 분사될 때, 상기 제트 필름 화염은 상기 제1 측으로 편향된다.

상기 가스 매니폴드는 상기 횡방향으로 양측 단부 근처에서 상기 연소통과 브라켓에 의해 체결된다.

상기 가스 매니폴드는 상기 횡방향으로 이격되고 격벽에 의해 구획된 복수의 단위 섹션(unit section)으로 이루어진다.

상기 분사 노즐은 상기 가스 매니폴드의 단위 섹션당 2개의 노즐공을 갖는다.

본 발명에 따른 보일러 시스템에 의하면, 필름형 화염을 편향(deflection)시켜 연소실 내에서 순환하게 함으로써 수관으로의 열전도가 균일하게 이루어질 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 보일러 시스템에 의하면, 화염 온도의 상승이 억제되어 NOx 발생을 감소시킬 수 있다는 장점도 있다.

또한, 본 발명에 따른 보일러 시스템에 의하면, 예혼합기의 고속 분사 흐름에 의해 난류도가 상승되고 연소 가스의 혼합이 촉진되어, CO에서 CO2로의 산화를 촉진할 수 있다는 장점도 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보일러 시스템을 도시한 정면도이다.
도 2a 내지 도 2c는 도 1의 보일러 시스템 중에서 수관, 연소실 및 버너만을 각각 다른 방향에서 바라본 도면들이다.
도 3a 내지 도 3d는 도 2a의 버너의 분해된 모습을 각각 다른 방향에서 바라본 도면들이다.
도 4a 및 도 4b는 조립된 상태의 버너를 각각 다른 방향에서 바라본 사시도이다.
도 5a 및 도 5b는 각각, 도 4b에서 버너를 A-A' 방향으로 절취하여 얻어진 사시도 및 단면도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보일러 시스템(300)을 도시한 정면도이다.

보일러 시스템(300)는 이코노마이저(10), 배기가스 배출로(20), 급수 펌프(30), 기수 분리기(40), 공기 송풍기(50), 공기 공급로(60) 및 보일러 본체(200)를 포함하여 구성될 수 있다.

급수 펌프(30)는 공급 소스(미도시 됨)로부터 제공되는 물을 보일러 본체(200) 하부의 워터 자켓(35)으로 펌핑하여 공급한다. 상기 워터 자켓(35)에는 상기 공급된 물이 저장되며 상기 저장된 물은 워터 자켓(35)과 연결되는 복수의 수관(70)에 제공된다.

보일러 본체(200)는 복수의 수관(70), 연소실(80) 및 버너(100)로 구성될 수 있다.

상기 연소실(80)은 가스가 연소되는 공간이며 상기 연소된 가스는 배기가스 배출로(20)로 배출된다. 상기 복수의 수관(70)은 전술한 바와 같이, 워터 자켓(35)과 연결되어 연소실(80) 내의 화염에 의해 가열된 물과 수증기를 수용할 수 있다. 따라서, 상기 연소실(80)과 수관(70)은 동일한 공간 내에 인접하여 배치된다.

버너(100)는 상기 연소실(80)에 인접 설치되어 화염을 생성하며 상기 화염을 통해 상기 수관(70) 내에 보유된 물 및/또는 수증기를 가열한다. 이러한 화염 생성을 위해 버너(100)는 공기와 연료 가스를 혼합하고 혼합된 가스를 연소시킨다. 상기 공기는 공기 송풍기(50)에 의해 강제되어 공기 공급로(60)를 통해 버너(100)로 공급될 수 있다.

기수 분리기(40)는 상기 복수의 수관(70)과 연결되며 상기 가열된 수증기와 물을 분리하는 역할을 한다. 기수 분리기(40)에서 분리된 수증기 및/또는 물은 각각 별도의 순환 경로를 통해 원격 위치에 공급될 수 있다. 또는, 보일러 시스템(300)이 수증기만을 이용하는 경우에는 상기 물은 기수 분리기(40)에서 분리되어 재순환될 수 있다.

이코노마이저(10)는 배기가스 배출로(20) 상에 설치되며, 상기 배기가스와의 열교환을 통해 상기 워터 자켓(35) 내로 공급되는 물을 예열한다. 구체적으로, 이코노마이저(10)는 급수되는 물을 상기 워터 자켓으로(35)으로 공급하는 튜브를 가지며 상기 고온의 배기가스의 현열 및 응축잠열을 회수하고 상기 튜브로 흐르는 물을 예열하는 역할을 한다.

도 2a 내지 도 2c는 도 1의 보일러 시스템(300) 중에서 수관(70), 연소실(80) 및 버너(100)만을 포함한 보일러 본체(200)를 각각 다른 방향에서 바라본 도면들이다. 설명의 편의를 위해, 본 발명에서의 3축 방향은 도 2a와 같이 정의된다. x축은 버너(100)의 분사 노즐이 향하는 방향, 내지 버너(100)의 종방향으로 정의될 수 있다. 또한, y축은 복수의 수관(70)이 배치된 방향, 내지 버너(100)가 동일한 단면 형상으로 연장되는 횡방향으로 정의될 수 있다. 그리고, z축은 상기 종방향 및 횡방향 모두에 대해 수직인 방향으로 분사 노즐의 두께 방향, 내지 화염의 두께 방향으로 정의될 수 있다.

도시된 바와 같이, 버너(100)는 연소실(80) 입구에 인접하여 배치되고, 연소실(80) 내의 일부 공간은 복수의 수관(70)이 통과한다. 본 발명에서, 버너(100)에 포함된 연소통(110) 및 가스 매니폴드(120)는 모두 상기 횡방향(y축)을 따라 연장 형성되어, 상기 버너(100)는 상기 횡방향을 따라 길고 상기 횡방향에 수직인 두께 방향(z축)을 따라 좁은 형상의 제트 필름 화염을 분사할 수 있다.

도 2c를 참조하면, 연소실(80) 내의 공간 중에서 일부는 복수의 수관(70)이 통과하지만, 일부는 수관(70)이 없는 빈 공간으로 형성된다. 버너(100)에 의해 상기 빈 공간 내에 화염이 분사되면 복수의 수관(70) 내의 물 및/또는 수증기가 가열된다. 이 때, 상기 화염의 연소가 완전연소에 가까울수록 CO의 발생이 줄고, 상기 화염에 의한 수관(70)의 가열 효율을 높아질수록 동일한 출력 대비 NOx의 발생이 줄어들 것이다. 상기 복수의 수관(70)의 효율적인 가열을 위해, 본 발명에서 버너(100)에서 분사된 제트 필름 화염(90)은 종방향(x축)으로 나란하게 분사되는 것이 아니라 두께 방향(z축)의 일측으로 편향되어(기울어져) 분사된다. 이와 같이, 편향된 화염의 분사는 연소실(80) 내의 가스의 순환(대류)를 원활하게 하여 복수의 수관(70)의 균등한 가열에 기여할 수 있다.

도 3a 내지 도 3d는 도 2a의 버너(100)의 분해된 모습을 각각 다른 방향에서 바라본 도면들이다. 구체적으로, 도 3a 내지 도 3d는 순서대로 후방 사시도, 전방 사시도, 평면도 및 저면도를 각각 보여준다.

구체적으로, 버너(100)는 상기 보일러 본체(200)의 일측에 설치된 연소통(110)과 상기 연소통(110)에 대해 고정 조립되는 가스 매니폴드(120)를 포함하여 구성된다. 이 때, 상기 연소통(110) 및 상기 가스 매니폴드(120)는 상기 복수의 수관(70)이 배치된 방향과 나란한 횡방향(y축)을 따라 연장 형성되어, 상기 제트 필름 화염이 상기 버너(100)로부터 분사될 수 있다.

특히, 상기 연소통(110)에 상기 가스 매니폴드(120)가 장착될 때, 상기 연소통(110)과 상기 가스 매니폴드(120) 사이에 이격 공간(도 5b의 130 참조)이 형성된다. 따라서, 도 3a에 도시된 연소통(110)의 후방 공간(135)의 높이는 가스 매니폴드(120)의 기본 두께 보다 더 크다. 예를 들어, 상기 후방 공간(135)의 높이는 가스 매니폴드(120)에서 격벽(125)까지 포함한 높이에 상응한다. 공기 공급로(60)에서 공급된 공기는 상기 이격 공간(130)을 통해 1차로 공급될 수 있다.

상기 연소통(110)은 외통(111) 및 내통(116)의 2중 구조로 형성되어 있으며, 상기 내통(116)의 출구에 분사 노즐(113)이 형성된다. 이 때, 상기 외통(111)에는 제1 기공(112: 112a, 112b)이 형성되고, 상기 내통(116)에는 제2 기공(117: 117a, 117b)이 형성된다. 또한, 도 3c 및 도 3d에 도시된 바와 같이, 외통(111)의 제1 측에 형성된 제1 기공(112a)은 상기 제2 측에 형성된 제1 기공(112b)에 비해 상기 횡방향을 기준으로 가운데 쪽에 형성된다. 이와 같이 제1 측과 제2 측에서 제1 기공(112)을 횡방향을 기준으로 서로 다른 위치에 배치함으로써 제2차 공기 유입시 난류를 형성하여 가스 연료와의 혼합을 촉진하는 데에 기여한다.

한편, 상기 가스 매니폴드(120)는 상기 연료가스가 공급되는 공급 덕트(126)와 상기 공급되는 연료가스를 상기 연소통(110)의 내통(116)의 경사면(도 6b의 116-1 참조)을 향해 외향 분사하는 헤드(121)를 포함한다. 이 때, 상기 헤드(121)의 경사면(121-1)에는 가스공(122: 122a, 122b)이 형성되고, 상기 헤드(121)의 경사면(121-1)은 상기 내통(116)의 경사면(116-1)과 평행하게 이격된다.

도 2c에서 전술한 바와 같이, 본 발명에서 버너(100)에서 분사되는 제트 필름 화염은 두께 방향으로 편향될 필요가 있다. 이를 구현하기 위해, 연소통(110)에 형성된 상기 제1 기공(112) 중에서, 상기 외통(111)의 제1 측에 형성된 제1 기공(112a)의 개수는 상기 외통(111)의 제2 측에 형성된 제1 기공(112b)의 개수에 비해 많다. 또한, 가스 매니폴드(120)에 형성된 상기 가스공(122) 중에서, 상기 헤드(121)의 상기 제1 측에 형성된 가스공(122a)의 개수는 상기 헤드(121)의 상기 제2 측에 형성된 가스공(122b)의 개수보다 많다. 이러한 구성으로 인해, 분사 노즐(113)을 통해 분사되는 제트 필름 화염은 많은 수의 기공 및 가스공이 형성된 상기 제1 측으로 편향될 수 있는 것이다.

도 4a 및 도 4b는 조립된 상태의 버너(100)를 각각 다른 방향에서 바라본 사시도이다.

도시된 바와 같이, 상기 가스 매니폴드(120)는 상기 횡방향으로 양측 단부 근처에서 상기 연소통(110)과 브라켓(115) 및 체결구에 의해 조립된다. 이와 같이 체결된 연소통(110)과 브라켓(115)은 다시 연소통(110)에서 확장된 브라켓(114) 및 체결구를 의해 보일러 본체(200)의 일측에 조립될 수 있다. 이와 같이, 브라켓(115)을 횡방향 단부 근처에 형성하는 것은, 연소통(110)과 가스 매니폴드(120) 사이의 이격 공간(130) 내로 공기가 유입되어야 하므로 이러한 공기 유입에 대한 방해를 최소화하기 위함이다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가스 매니폴드(120)는 상기 횡방향으로 이격되고 격벽(125)에 의해 구획된 복수의 단위 섹션으로 이루어질 수 있다. 상기 격벽(125)의 높이 및 형상은 상기 가스 매니폴드(120)가 상기 연소통(110)에 장착될 때 상기 연소통(110)의 후방 공간(135)에서 연소통(110)과 맞닿을 수 있도록 형성된다. 따라서, 상기 격벽(125)은 상기 단위 섹션을 구분하는 역할과 더불어, 상기 이격 공간(130)을 각각의 단위 섹션 별로 분리하여 공기가 공급될 수 있게 해 준다.

본 발명의 실시예들에서는 상기 단위 섹션의 수가 5개이고, 분사 노즐(131)에 포함된 노즐공(131-1)의 수는 10개이다. 따라서, 단위 섹션 당 노즐공(131-1)은 2개씩 배치된다. 다만, 이러한 개수는 실시예에 불과하고 보일러 시스템(100)의 설계 용량에 따라 가변될 수 있다.

예를 들어, 이러한 단위 섹션이 담당하는 단위 용량이 Co이고, 보일러 시스템(100)의 설계 용량이 Ct라고 하면, 상기 단위 섹션의 수는 "Ct/Co"의 정수 단위 올림 연산으로 계산될 수 있을 것이다.

도 5a 및 도 5b는 각각, 도 4b에서 버너(100)를 A-A' 방향으로 절취하여 얻어진 사시도 및 단면도이다.

전술한 바와 같이, 상기 연소통(110)에 상기 가스 매니폴드(120)가 장착될 때, 상기 연소통(110)과 상기 가스 매니폴드(120) 사이에 이격 공간(130)이 형성된다.

도 5b를 참조하면, 상기 이격 공간(130)을 통해 1차로 공기가 유입되고(A1), 상기 제1 기공(112: 112a, 112b) 및 상기 제2 기공(117: 117a, 117b)을 통과하여 2차로 공기가 유입된다(A2).

상기 가스 매니폴드(120)의 공급 덕트(126)를 통해 내측으로 유입된 연료가스(F1)는 상기 가스 매니폴드(120)의 헤드(121) 형성된 가스공(122: 122a, 122b)을 통해 외측으로 분출된다(F2).

상기 외측으로 분출된 연료가스(F2)는 상기 1차로 유입된 공기(A1)와 1차 혼합이 이루어진다. 이후, 또한, 상기 1차 혼합된 연료가스는 상기 내통(116)에 의해 구획되는 유로를 따라 이동한다. 상기 구획되는 유로는 내통(116)의 경사면(116-1)과 내통의 수평면(116)을 따라 이루어진다. 즉, 경사면(116-1)을 따라 응축된 연료가스는 수평면(116)을 따라 가속/이동된다.

상기 이동된 연료가스는 상기 제2 기공(117)을 통과한 상기 2차 공기(A2)와 2차 혼합이 이루어진다. 상기 2차 혼합이 이루어진 연료가스(F3)는 최종적으로 분사 노즐(113)을 통해 분사된다. 이러한 연료가스와 공기와의 2차례의 혼합과 응축 과정을 거친 연료가스는 제트 필름 형태의 화염으로 변환되어 연소실(80) 내에 제공된다.

여기서, 상기 제2 기공(117)은 상기 제1 기공(112)에 비해 종방향으로 상기 분사 노즐(113)에 가깝게 위치한다. 따라서, 제1 기공(112)을 통해 외통(111) 내로 유입된 공기는 내통(116)의 경사면(116-1)을 따라 전방으로 편향되어 제2 기공(117)을 통해 원활하게 유출될 수 있다.

또한, 상기 제1 기공(112)과 상기 가스공(122)은 상기 종방향으로 동일한 위치에 배치된다. 따라서, 상기 제1 기공(112)으로 유입되는 공기와 상기 가스공(122)을 통해 분출되는 연료가스가, 동일한 내통(116)의 경사면(116-1)의 내면 및 외면을 따라 전방으로 용이하게 안내될 수 있다.

이상의 실시예들에 따른 보일러 시스템(300)은 연료가스와 공기와의 2차 혼합 기술과 제트 필름 화염을 제공하는 버너 구조를 사용함으로써, 저 배출(low emission) 연소를 통해 환경부하를 경감할 수 있다. 종래 기술과 비교할 때, 연소용 공기를 감소시킨 상태, 즉 낮은 공기비에서 CO와 NOx의 배출을 낮추는 것이 가능하다.

	NOx 배출량 (O2=0% 환산치)
연소 공기비	종래기술	본 발명	배출량 수준
1.35 (O2=5.5%)	20ppm	10ppm	약 1/2
1.25 (O2=4.2%)	45ppm	15ppm	약 1/3
1.17 (O2=3.0%)	100ppm	25ppm	약 1/4

위의 표를 참조하면, 본 발명에 따른 보일러 시스템(100)은 보일러의 일반적인 연소 공기비(약 1.35)에서, NOx 배출량이 종래기술 대비 1/2로 감소될 뿐만 아니라, 연소용 공기를 줄여 낮은 공기비로 갈수록 NOx 배출량이 더더욱 감소됨을 알 수 있다.이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.

10: 이코노마이저
20: 배출통로
30: 급수 펌프
40: 기수 분리기
50: 공기 송풍기
60: 공기 공급로
70: 수관
80: 연소실
100: 버너
111: 외통
112, 112a, 112b: 제1 기공
113: 분사 노즐
113-1: 노즐공
114, 115: 브라켓
116: 내통
116-2: 수평면
116-1: 경사면
117, 117a, 117b: 제2 기공
120: 가스 매니폴드
121: 헤드
122, 122a, 122b: 가스공
125: 격벽
126: 공급 덕트
130: 이격 공간
200: 보일러 본체
300: 보일러 시스템

Claims

배기가스 배출로를 갖는 연소실;
상기 연소실과 인접하여 배치된 복수의 수관과, 상기 연소실에 설치되어 화염을 생성하며 상기 수관 내에 보유된 물을 가열하는 버너를 포함하는 보일러 본체;
상기 물을 상기 수관 내로 공급하는 급수 펌프;
상기 수관 내의 가열된 증기와 물을 분리하는 기수 분리기; 및
상기 배기가스 배출로 상에 설치되며, 상기 배기가스와의 열교환을 통해 상기 수관 내로 공급되는 물을 예열하는 이코노마이저를 포함하는 보일러 시스템으로서,
상기 버너는 상기 보일러 본체의 일측에 설치된 연소통과 상기 연소통에 대해 고정 조립되는 가스 매니폴드를 포함하여 구성되고,
상기 연소통 및 상기 가스 매니폴드는 상기 복수의 수관이 배치된 방향과 나란한 횡방향을 따라 연장 형성되어, 상기 횡방향을 따라 길고 상기 횡방향에 수직인 두께 방향을 따라 좁은 형상의 제트 필름 화염이 상기 버너로부터 분사되는데,
상기 연소통에 상기 가스 매니폴드가 장착될 때, 상기 연소통과 상기 가스 매니폴드 사이에 이격 공간이 형성되고,
상기 연소통은 외통 및 내통을 포함하고 상기 내통의 출구에 분사 노즐이 형성되며,
상기 가스 매니폴드는 연료가스가 공급되는 공급 덕트와 상기 공급되는 연료가스를 상기 연소통의 내통의 경사면을 향해 외향 분사하는 헤드를 포함하며,
상기 외통에는 제1 기공이 형성되고, 상기 내통에는 제2 기공이 형성되며,
상기 헤드의 경사면에는 가스공이 형성되고,
상기 헤드의 경사면은 상기 내통의 경사면과 평행하게 이격되며,
상기 제1 기공 중에서,
상기 외통의 제1 측에 형성된 제1 기공의 개수는 상기 외통의 제2 측에 형성된 제1 기공의 개수에 비해 많고,
상기 외통의 제1 측에 형성된 제1 기공은 상기 외통의 제2 측에 형성된 제1 기공에 비해 상기 횡방향을 기준으로 가운데 쪽에 형성되며,
상기 외통의 제1 측과 상기 외통의 제2 측은 상기 외통의 두께 방향을 기준으로 구분되는 일측과 타측을 의미하는, 보일러 시스템.
삭제
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 이격 공간을 통해 1차 공기가 유입되고, 상기 제1 기공 및 상기 제2 기공을 통과하여 2차 공기가 유입됨으로써,
상기 가스 매니폴드의 내측으로 유입된 연료가스가 상기 가스 매니폴드의 헤드 형성된 가스공을 통해 외측으로 분출될 때, 상기 1차 공기와 1차 혼합이 이루어지고,
상기 1차 혼합된 연료가스가 상기 내통에 의해 구획되는 유로를 따라 이동하면서, 상기 제2 기공을 통과한 상기 2차 공기와 2차 혼합이 이루어지는, 보일러 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제2 기공은 상기 제1 기공에 비해 종방향으로 상기 분사 노즐에 가깝게 위치하되, 상기 종방향은 상기 횡방향 및 상기 두께 방향과 모두 수직인 방향인, 보일러 시스템.
제6항에 있어서,
상기 제1 기공과 상기 가스공은 상기 종방향으로 동일한 위치에 배치되는, 보일러 시스템.
삭제
제1항에 있어서, 상기 가스공 중에서,
상기 헤드의 제1 측에 형성된 가스공의 개수는 상기 헤드의 제2 측에 형성된 가스공의 개수보다 많으며,
상기 헤드의 제1 측과 상기 헤드의 제2 측은 상기 헤드의 두께 방향을 기준으로 구분되는 일측과 타측을 의미하는, 보일러 시스템.
제9항에 있어서,
상기 제트 필름 화염이 상기 버너의 노즐을 통해 분사될 때, 상기 제트 필름 화염은 상기 노즐의 제1 측으로 편향되며,
상기 노즐의 제1 측은 상기 노즐의 두께 방향을 기준으로 구분되는 일측을 의미하는, 보일러 시스템.
제1항에 있어서,
상기 가스 매니폴드는 상기 횡방향으로 양측 단부 근처에서 상기 연소통과 브라켓에 의해 체결되는, 보일러 시스템.
제11항에 있어서,
상기 가스 매니폴드는 상기 횡방향으로 이격되고 격벽에 의해 구획된 복수의 단위 섹션으로 이루어지는, 보일러 시스템.
제12항에 있어서,
상기 분사 노즐은 상기 가스 매니폴드의 단위 섹션당 2개의 노즐공을 갖는, 보일러 시스템.