KR20000008416U - 저공해형 화로 - Google Patents

Abstract

본 고안은 저공해형 화로에 관한 것으로, 종래의 이단연소기법을 채용한 화로에 있어서의 공기분사구는 한정된 분사공기량을 일정방향으로만 분사하도록 되어 있어 주연소영역으로부터 상승하는 미연연소가스와 활발하게 혼합이 이루어지지 않아서 실질적인 질소산화물저감 효과가 둔감됨과 함께, 이로인해 생성되는 일산화탄소로 인해 미연분 완전연소영역에서 고온의 연소분위기가 형성되기 어려운 문제점이 있었으나, 본 고안에서는 상기 공기분사구의 배치를 화로의 측벽에 복수개로 설치하여 노내 가스유동흐름의 사방을 둘러싸면서 공기가 분사되는 형상을 이루도록하고 여기에 필요에 따라 공기분사구의 각도를 조절할 수 있도록하여 공기분사구로부터 연소공기가 다소 약하게 분사되더라도 활발하게 미연분가스와 혼합이 이루어질 수 있으며, 이로서 질소산화물 저감은 물론 발생되는 일산화탄소의 양을 최소하여 미연분 완전연소영역에서의 고온 연소분위기를 형성할 수 있으며, 이상적인 질소산화물 저감효과를 얻을 수 있는 화로에 관한 것이다.

Description

저공해형 화로

본 고안은 저공해형 화로에 관한 것으로, 질소산화물 저감을 위한 화로내 이단연소법으로 채용되는 공기분사구로부터 분사되는 공기로서, 주연소영역(a)에서 생성되어 출구로 유동하는 미연소분에 섞여있는 질소산화물을 환원시키고 완전연소를 꾀하기 위해 상기 공기와 미연소분을 골고루 섞이도록 공기분사구의 위치를 재배치한 화로에 관한 것이다.

질소산화물의 발생요인을 먼저 살펴보면, 주로 화석연료를 연소시켜 고온을 얻고자 할 때 통상적인 연소시보다 연소공기를 많이 그리고, 빠른 속도로 공급할 필요가 있는데, 이 때 과잉으로 공급된 산소가 역시 과잉으로 공급된 질소와 고온환경에서 결합함에 따라 발생하는 것이다.

이처럼 발생된 질소산화물은 공기중에 분포하면서 특히 생물체에 해를 끼치고 사람의 호흡기 질환이나 암을 유발하여 문제시되고 있는 물질이다.

현재 사용되는 보일러의 화로내 질소산화물 감소기법은 질소산화물 저감형버너의 사용과 화로내 이단연소기법 그리고 연소가스 재순환 방식 등이다.

상기 질소산화물 저감형버너는 공기역학적인 방법을 통해 저온의 연소분위기에서 열적질소산화물의 발생을 억제하는 수단이며, 상기 화로내 이단연소기법은, 도 3에 나타냈듯이, 연소공기를 화로내에 공급할 때 버너부와 공기분사구로 분할하여 공급함으로서, 화로의 버너부에서는 연료과잉과 공기부족상태를 유지하여 질소산화물생성을 억제하는 주연소영역을 형성하고, 이어서, 상기 주연소영역에서 생성된 질소산화물을, 화로의 버너부에서 공기분사구까지의 구간에서 형성되는 환원영역을 거치면서 질소생성물을 환원시키도록 하며, 그리고, 상기 환원된 질소생성물에 남아있는 미연분을, 공기분사구에서 화로출구까지의 구간에서 형성되는 미연분완전연소영역에서 충분히 연소시켜 최종적으로 출구를 통해 배출되도록 함으로서 질소산화물의 생성을 억제하는 방법이다.

마지막으로 상기 배기가스 재순환법은, 연소된 배기가스의 일부를 연소용 공기와 혼합하여 버너로 유입시켜 연소하는 방법이다.

일반적으로 엄격해지는 환경규제에 대응하기 위해서 위에서 언급한 질소산화물 저감을 위한 수단 및 방법을 서로 병용해서 적용실시되고 있다.

도 2는 종래 화로에서의 공기분사구 배치를 설명하는 개략 측단면 및 평면도이며, 도 3은 화로내 이단연소기법과 공기분사구의 관련을 설명하는 개략 측단면도이다.

상기 화로내 이단연소기법은 연소공기를 화로내의 버너부(3')와 공기분사구(2')로 분할하여 공급하여, 화로(1')의 버너부(3')에서는 연료과잉과 공기부족상태를 유지하여 질소산화물 생성을 억제하는 주연소영역(a)을 형성하고, 화로(1')의 버너부(3')에서 공기분사구(2')까지는 생성된 질소생성물을 환원시키는 환원영역이 형성된다. 그리고 공기분사구(2')에서 화로(1')출구까지는 충분한 공기를 분사하여 미연분을 완전연소를 시키는 미연분완전연소영역(c)을 형성하도록 한 것이다.

그리고, 상기 배기가스 재순환법은 연소된 배기가스의 일부를 연소용 공기와 혼합하여 버너로 유입시켜 연소하는 방법으로 일산화탄소도 아울러 줄일 수 있는 방법이다.

도 2에 나타낸 기존 화로는, 이단연소기법에 따른 것으로, 3대의 공기분사구를 화로전벽에 설치한 것이 많이 사용되고 있는데, 상기 공기분사구(2')로부터는 화로내 주연소영역(a)에서 발생한 미연가스를 완전연소시키는데 충분한 공기가 분사된다.

그러나, 상기 공기분사구(2')로부터 분사되는 연소공기는 그 관통력 다른 말로는, 유속이 미약하여, 화로(1')출구부로 나가는 미연연소가스와 충분한 혼합이 이루어지지 않는데, 이것은 상기 미연연소가스가 난류 등의 복잡한 형상으로 상승하는데 반해 상기 공기분사구(2')로부터 연소공기는 적은 유속으로 일정방향으로만 분사되기 때문이며, 연소공기와 미연연소가스와의 결합이 제대로 이루어지지 않으면 일산화탄소가 많이 발생하여 질소산화물의 환원을 방해하고 완전연소를 막게 된다. 그래서, 이러한 연소공기의 관통력, 즉 분사되는 연소공기의 유속을 증가하기 위해서 공기분사용 송풍기를 설치하기도 하지만 이 또한 설비추가에 따른 비용상승의 문제점이 있으며, 그다지 양호한 혼합작용도 기대할 수 없었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 고안은, 연소공기와 미연연소가스와의 균일한 혼합을 위한 장치의 추가나 화로 개조의 필요가 없으며, 공기분사구의 설치위치를 바꾸는 것만으로 그것을 통해 분사되는 연소공기와 미연연소가스의 균일한 혼합을 가능케하여 질소산화물의 생성을 저감하고 아울러 일산화탄소의 생성을 억제하여 화로 내에서의 미연분의 완전연소를 실현하도록 하는 저공해형 화로의 제공을 그 목적으로 한다.

이와 같은 목적은, 화로내의 버너상부에 위치하는 공기분사구를 화로의 양측벽으로 복수개가 대향하여 설치하고, 그 분사각을 다양하게 한 것으로 구성된 본 고안에 의해 달성될 수 있는 바, 이하 첨부된 도면을 참고로 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안이 적용된 보일러 화로에서의 공기분사구위치와 분사방향

그리고 노내 가스유동형상을 설명한 개략 측단면도 및 평면도.

도 2는 종래 보일러 화로에서의 공기분사구위치와 분사방향 그리고 노내가스 유동형상을 설명한 개략 측단면도 및 평면도.

도 3은 통상적인 보일러 화로에 적용되는 이단연소기법

도 4는 본 고안의 질소산화물 및 분진배출비율을 종래구성과 비교한 그래프.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1. 화로 2. 공기분사구

3. 질소산화물저감형 버너

a. 주연소영역 b. 질소산화물환원영역

c. 미연분완전연소영역

도 1은 본 고안이 적용된 보일러 화로에서의 공기분사구(2)위치와 분사방향 그리고 노내 가스유동형상을 설명한 개략 측단면도 및 평면도를 나타낸 것이다.

본 고안은, 화로내 이단연소기법을 이용한 화로에 있어서, 상기 화로내의 버너상부에 위치하는 공기분사구(2)를 화로의 양측벽으로 복수개가 대향하여 설치하되, 분사각을 0-90도로 한 것으로 구성된다.

이하, 본 고안의 작용에 관해 설명한다.

본 고안이 적용되는 이단연소기법의 화로(1)에는 질소산화물저감형 버너(3)도 채용하는 것이 바람직하다.

도 3은 종래의 화로(1)나 본 고안의 화로(1)에 적용되는 이단연소기법을 설명하고 있으며, 주연소영역(a)과 질소산화물환원영역(b) 그리고, 미연분완전연소영역(c)을 표시하고 있다.

상기 질소산화물저감형 버너(3)를 중심으로 한 주연소영역(a)에서는 연소공기가 이분되어 공급되는데 따른 저온 연소가 이루어지며 과잉산소로 인한 질소산화물의 생성은 많이 줄어들지만 적은 양이나마 결합되어 생성되며, 공기중에 4/5를 차지하는 질소는 연료내의 탄소와 결합하여 미연분으로되어 상기 질소산화물환원영역(b)으로 상승이동하게 된다.

이어서, 본 고안의 공기분사구(2)는 도 1에 나타난 바와 같이 화로(1)내의 일측벽에 복수개 설치되며, 화살표로 표시한 노내 가스유동흐름이 상승하면서 두 개의 공기분사구(2) 사이를 통과하는 형상으로 되며, 연소공기가 가스유동흐름의 사방으로 그리고 가까이에서 분사되어 남김없이 골고루 혼합될 수 있음을 알 수 있다.

이렇게 연소공기가 노내 가스유동흐름과 골고루 혼합되면 상기 미연분완전연소영역(c)에서 재차연소가 이루어지고 이 때에는 고온의 연소분위기를 형성하게 되고 일산화탄소의 생성이 극력 억제되고 동시에 질소산화물의 환원도 활발히 이루어져 질소는 따로 분리되어 배출되게 된다.

정리하면, 본 고안은 다수의 질소산화물저감형 버너(3)와 화로(1)내 이단연소기법을 채택한 기존 보일러에 비해서 도 1과 같이 공기분사구(2)의 배치를 변경하여 2차 연소공기와 연소가스의 최적혼합이 가능하도록 한 것으로, 공기분사구(2)의 배치를 화로(1)의 양측벽에 복수대씩 배치하여 미연 연소가스와 2차 연소공기와의 혼합을 증진시키고, 또한 공기분사구(2)에 0-90도의 경사를 주어서 배치하여 화로(1)측벽부에서 많이 발생되는 일산화탄소를 저감할 수 있다.

따라서 기존 보일러에 비교해서 충분한 2차 연소공기를 분사해도 화로(1)출구부에서 급격한 일산화탄소의 증가를 방지할 수 있고, 이단연소법의 철저한 구현이 가능하여 질소산화물 저감작용이 이루어진다.

도 4는 본 고안의 질소산화물 및 분진배출비율을 종래구성과 비교한 그래프이다.

도 4에 나타난 바와 같이 본 고안의 공기분사구 배치를 사용할 경우, 질소산화물과 일산화탄소의 발생을 분진의 특별한 증가없이 20%이상 감소시킬 수 있는 탁월한 효과가 있다.

본 고안은, 화석연료 연소로 인하여 생성된 공해물질인 질소산화물을 연소과정에서 줄일 수 있도록 다수의 질소산화물저감형 버너와 공기분사구가 배치된 기존 보일러의 화로 형상의 변경없이 공기분사구를 최적으로 재배치하여, 분사공기와 연소공기의 혼합을 증대하고, 아울러 본 고안의 화로에 설치된 질소산화물저감형 버너와 화로내 이단연소기법의 성능을 더욱 향상시켜 화로내에서 질소산화물의 저감에 탁월한 효과를 갖는다.

Claims (1)

1. 화로내 이단연소기법을 이용한 화로에 있어서, 상기 화로(1)내의 버너상부에 위치하는 공기분사구(2)를 화로(1)의 양측벽으로 복수개가 대향하여 설치하되, 분사각을 0-45도로 한 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 저공해형 화로.