KR20000038646A - 질소산화물 저감형 미분탄 버너 - Google Patents

Abstract

목적 : 미분탄이 함유된 1차공기가 미분탄 노즐 내부에서 유로 변경이 가능하도록 하여 다양한 부하 조건에서도 안정된 연소가 가능토록 하고, 연소공기의 과잉 상태를 유지하여 질소산화물의 생성을 억제하는 미분탄 버너를 제공하는 것이 목적이다.

구성 : 본 발명은 오일 버너 외통(48)과 미분탄 노즐(44)의 사이에 중간 분리통(50)을 배치하고, 이 중간 분리통(50)과 오일 버너 외통(48) 사이에서 핀(52)에 의해 회전 가능한 다수의 댐퍼(54)가 고정되며, 이 다수의 댐퍼(54)가 다수의 베벨기어(56)(60)(62)와 복수의 축(58)(64)에 의해 개폐되어져 미분탄 노즐(44)을 통과하는 미분탄의 유로가 변경되도록 하는 구조를 제안한다.

효과 : 댐퍼의 열린 각도에 따라 화로의 입구에서의 미분탄과 공급된 공기의 혼합 정도를 조절할 수 있게 되어 질소산화물의 발생을 줄일 수 있게 되며, 연소안전성을 획득하고, 공해물질의 배출을 감소시킬 수 있게 된다.

Description

질소산화물 저감형 미분탄 버너

본 발명의 미분탄 버너(pulverized coal burner)에 관한 것으로서, 더 상세하게는 미분탄이 함유된 1차공기가 미분탄 노즐의 내부에서 유로변경 가능하도록 하여 화로 내부로 분출되는 미분탄 농도를 집중 또는 분산시킴으로써 화석연료의 연소로 인한 공해물질을 연소과정에서 감소시킬 수 있는 미분탄 버너에 관한 것이다.

미분탄 버너는 화석연료의 일종인 석탄을 분쇄기 갈아 50㎛ 정도의 미분탄으로 미세화시킨 후 이것을 예열한 1차공기와 함께 배풍기(排風機)에 의해서 화로로 보낸 다음 2차공기와 함께 화로에서 뿜어 넣어서 부유(浮游)상태로 연소시키는 장치이다.

이러한 미분탄 버너의 부하 조절성(turn-down ratio)은 밀(mill)에 의해 분쇄되는 미분탄의 제조·운송 특성에 의해 결정되는 양으로 저부하시 미분탄 노즐의 관내 미분탄 축적을 방지하기 위하여 1차공기의 최소량을 확보하게 되는데, 이 때 미분탄량에 대한 1차공기량의 비율(Air/coal ratio)이 증가하여 화로 내의 화염 안정화에 심각한 문제를 야기하게 된다. 일반적으로 밀의 운전에 대한 최소부하는 밀의 운전 특성상 약 35~40% 정도로 유지하나 밀의 안정 운전 영역을 확장시키기 위해서 밀의 특성을 변경하는 방법이 있다. 그러나 이는 운전특성이 다른 별도의 밀을 설치해야 하는 어려움이 있다. 따라서, 최근들어 버너 제작사들은 버너 구조의 변경으로 1차공기에 대한 미분탄의 비율을 적절하게 조정하여 이러한 문제를 해결하고 있다.

또한, 미분탄 연소시 발생하는 질소산화물(No_x), 미연분(분진) 등의 공해물질 저감기법으로 주로 1차 연소 영역(버너의 초기 연소영역)에서 연료과잉-공기부족 상태, 즉 연료에 대한 공기비를 1.0 이하로 유지하여 질소의 반응을 억제하고 공기 부족에 의해 발생되는 불완전 연소물을 화로내 입구 온도에 비해 상대적으로 온도가 낮은 화로 후류 측으로 유도하고, 여기로 충분한 연소용 공기를 주입하여 완전연소시키는 방법이 주로 사용되고 있다.

현재 실용화되어 있는 저공해 연소법은, 1차 연소된 연소가스의 일부를 연소용 공기와 혼합하여 버너로 유입시켜 연소시키는 연소가스 재순환법, 연소공기의 일부분을 버너 위에 설치된 구멍으로 직접 보내어 버너 지역에서 불완전 연소된 연소가스를 완전연소시키는 화로내 이단연소법 등의 설비 추가에 의한 공해물질 저감기법 및 버너에서 연소공기를 분할 공급하는 공기역학적인 방법에 의해서 연소용 공기와 연료의 혼합 특성을 제어함으로써 질소산화물 및 미연분의 생성을 감소시키는 저공해형 버너 등으로 구분할 수 있는데, 연소가스 재순환법과 공해물질 저감기법은 질소산화물 감소 효과는 높으나 기존 설비에 공해방지 후처리 설비를 추가해야 함으로 경제적인 부담 및 설비, 보수, 유지 등에 지속적인 부담이 요구된다. 따라서 최근에는 버너 내부의 공기역학적인 고려에 의한 구조변경만으로 부가적인 설비없이 공해물질을 저감시킬 수 있는 저공해형 버너가 선호되는 추세이다.

도 4 에서는 종래의 저공해형 버너를 나타내고 있다.

액체 연료를 화로의 내부로 공급하는 오일 버너 건(2)이 오일 버너 외통(4)에 포함된 채 버너 타일(6)의 일부에 형성된 관통구(8)를 통해 연통되어 설치되고, 오일 버너 건(2)의 외측에는 화석 연료의 일종인 미분탄과 1차공기를 혼합하여 공급할 수 있는 원통형의 미분탄 노즐(10)이 배치된다.

그리고 미분탄 노즐(10)의 외측에는 2차공기 선회기(12)와 3차공기 선회기(14)가 각각 장착된 2차공기 공급통(16)과 3차공기 공급통(18)을 설치한다. 이들 2차공기 공급통(16)과 3차공기 공급통(18)의 사이에는 플로우 디바이더(flow divider;20)가 설치됨으로써 선회기들(12)(14)에 의해 유입되는 외부공기를 2차공기와 3차공기로 분리시킨다.

이러한 구조로 된 미분탄 버너는 미분탄 노즐(10)을 통해 공급되는 미분탄과 1차공기가 오일 버너 건(2)의 선단부에 설치되는 버너 노즐에 의해 점화되어 화염대를 형성하는 데, 이 때 2차공기 공급통(16)과 3차 공기 공급통(18)에 장착된 2차공기 선회기(12)와 3차공기 선회기(142)로는 외부공기가 유입되어 화로 내부로 공급되며, 이 공기들은 미분탄의 휘발성분을 방출시키는 효과와 함께 미연소된 휘발성분과 연소되고 남은 촤(char)를 충분한 산소상태로 유지하여 완전연소를 도모하게 된다.

그러나, 화로의 내부로 미분탄이 제어되지 못한 상태로 유입됨으로써, 화로 입구측인 1차 연소 영역에서 연료과잉 공기부족 상태를 유지하지 못하고 공기과잉 연료부족 상태가 되기 때문에 질소산화물이 최초 설계때의 기대치에 비해 많이 생성되는 문제점이 있다.

본 발명은 이와같은 종래의 저 질소산화물 버너에서 좀더 향상된 완전연소를 추구하기 위해 개선된 구조를 갖춘 미분탄 버너를 제안하려 한다.

즉, 미분탄이 함유된 1차공기가 미분탄 노즐 내부에서 유로 변경이 가능하도록 하여 다양한 부하 조건에서도 안정된 연소가 가능토록 하고, 연소공기의 과잉 상태를 유지하여 질소산화물의 생성을 억제하는 미분탄 버너를 제공하는 것이 목적이다.

이러한 목적을 달성하기 위해서 본 발명은, 오일 버너 외통과 미분탄 노즐의 사이에 중간 분리통을 배치하고, 이 중간 분리통과 오일 버너 외통 사이에서 핀에 의해 회전 가능한 다수의 댐퍼가 고정되며, 이 다수의 댐퍼가 다수의 베벨기어와 복수의 축에 의해 개폐되어져 미분탄 노즐을 통과하는 미분탄의 유로가 변경되도록 하는 구조를 제안한다.

여기서, 다수의 베벨기어는 오일 버너 외통의 내부에 연속되어 설치될 수 있으며, 상기 핀 중의 어느 하나에 상기 축이 연결되어 다수의 댐퍼가 동시에 회전되도록 한다.

이에 따라, 미분탄 노즐을 통과하는 미분탄이 댐퍼에 의해 부하가 조정되어 화로측 입구에서의 연료과잉-공기부족 상태를 유지할 수 있게 되는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 미분탄 버너의 구성을 개략적으로 도시한 측단면도,

도 2는 본 발명에 따른 댐퍼의 연결구조를 도시한 정면도,

도 3은 종래의 미분탄 버너의 구성을 개략적으로 도시한 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

44 : 미분탄 노즐 46 : 오일 버너 건

48 : 오일 버너 외통 50 : 중간 분리통

52 : 핀 54 : 댐퍼

56, 60, 62 : 베벨기어 58, 64 : 축

이하 본 발명에 관련된 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하고자 한다.

도 1 에는 본 발명의 특징에 따른 미분탄 버너의 개략적인 측단면도이고, 도 2는 댐퍼의 연결구조를 도시한 정면도이다.

부분적으로 생략된 화로의 버너 타일(30)에는 관통구(32)가 형성되고, 이 관통구(32)에 접하여 버너 타일(30) 외측으로 3차공기 공급통(34)이 설치되며, 이 3차공기 공급통(34)의 내부에는 3차공기 선회기(36)가 장착되어 3차공기(외부공기)를 흡입·선회시키게 된다.

또, 3차공기 공급통(34)의 외측에 2차공기 공급통(38)이 설치되며, 이 2차공기 공급통(38)의 내부에도 2차공기(외부공기)를 흡입·선회시키는 2차공기 선회기(40)가 장착된다.

그리고, 3차공기 공급통(34)과 2차공기 공급통(38)의 사이에는 플로우 디바이더(42)가 설치됨으로써 3차공기와 2차공기를 분리하여 화로로 유입되도록 하는 유로를 형성하는 것이다.

한편, 관통구(32)의 중심부이자 2차공기 공급통(38)의 중심부에 배치되는 미분탄 노즐(44)로는 석탄을 분쇄하여 얻은 미분탄과 1차공기가 혼합 후 공급되어 화로의 내부로 분사되어진다.

이러한 미분탄 노즐(44)의 내부 중심부에는 오일 버너 건(46)을 내장한 오일 버너 외통(48)이 화로의 입구까지 배치되어진다.

그리고, 미분탄 노즐(44)을 통해 분사되어지는 미분탄과 1차공기에 대한 유로를 변경하기 위해 본 발명에서는 오일 버너 외통(48)과 미분탄 노즐(44)의 사이에 중간 분리통(50)을 설치하고, 중간 분리통(50)과 오일 버너 외통(48)의 사이에 핀(52)으로 고정되는 다수의 댐퍼(54)가 장착되어지되, 핀(52)은 댐퍼(54)의 중간부분을 통과하여 핀(52)에 대해 댐퍼(54)가 대칭이 되도록 한다.

상기 핀(52)의 선단은 오일 버너 외통(48)을 관통하여 돌출되어지고 끝단부에 베벨 기어(56)가 설치됨으로써 각 핀(52)의 끝단부에 설치된 베벨 기어(56)는 모두 맞물려 회전되어지는 것이다. 따라서, 1개의 핀(52)이 회전하면 다른 모든 핀(52)이 회전하게 되어 각각의 핀(52)에 고정된 댐퍼(54)를 동시에 동작시킬 수 있게 된다.

그리고, 1개의 핀(52)에 주축(58)의 일단을 고정시키고, 주축(58)의 끝단에 종동 베벨기어(60)를 연결시킨 후 종동 베벨기어(60)에 다시 구동 베벨기어(62)를 연결시키며 구동 베벨기어(62)에는 외부로 돌출된 구동축(64)을 연결시킴에 따라 외부에서 다수의 댐퍼(54)를 동시에 개폐시킬 수 있게 된다.

또한, 미분탄 버너의 작동조건이나 공급되는 탄종의 종류에 따라 최적의 연소가 될 수 있도록 댐퍼(54)의 열려진 각도를 적절하게 조절한다.

일례로, 댐퍼(54)가 폐쇄되어 있을 때는 중간 분리통(50)과 미분탄 노즐(44) 사이로 미분탄과 1차공기가 통과하게 되어 빠른 유속을 보이며 화로의 내부로 분출하게 되어 화로의 중심부분에서 화염이 최상을 이루게 되며, 화로 입구 측에서는 공기가 부족하게 되어 질소산화물의 발생이 감소될 수 있다.

만약, 중간 분리통(50)과 미분탄 노즐(44)의 사이로 공급된 미분탄과 1차공기의 유속을 줄이면서 화로 입구측에서 난류가 형성되도록 하기 위해서, 댐퍼(54)를 개방하여 미분탄과 1차공기의 일부가 댐퍼(54)에 의해 부하를 받아 유로가 변경되고 스크루 형태로 소용돌이치면서 화로로 유입되도록 하며, 나머지 미분탄과 1차공기는 중간 분리통(50)과 미분탄 노즐(44) 사이를 통과하도록 함에 따라 전술한 소용돌이와 충돌하면서 난류를 형성하게 되어 공기가 충분히 필요한 탄종이 유입되었을 때 유익한 기류가 형성되도록 하는 것이다.

여기서, 댐퍼(54)의 열린 각도는 화로로 유입되는 미분탄과 1차공기의 흐름 경로나 형태 또는 2차공기 및 3차공기의 공급 정도에 따라 적절하게 유지할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 미분탄 버너는 종래의 제품보다 개선된 완전연소를 얻을 수 있다.

즉, 오일 버너 외통과 미분탄 노즐의 사이에 중간 분리통을 설치하고, 중간 분리통과 오일 버너 외통의 사이에 회전 가능하며 개폐 정도를 조절할 수 있는 댐퍼가 설치되어 화로의 내부로 공급되는 미분탄의 유로를 변경하게 된다.

따라서, 댐퍼의 열린 각도에 따라 화로의 입구에서의 미분탄과 공급된 공기의 혼합 정도를 조절할 수 있게 되어 질소산화물의 발생을 줄일 수 있게 되며, 연소안전성을 획득하고, 공해물질의 배출을 감소시킬 수 있게 된다.

Claims (3)

1. 냉각공기를 공급하는 오일 버너 외통의 중심부에 버너 건이 배치되고, 이의 끝단부에 장착된 노즐을 통해 분사되는 액체 연료로 오일 버너 외통을 감싸는 미분탄 노즐을 통해 공급되는 미분탄과 외부공기를 화로 내에서 연소시킬 때 발생되는 열에너지를 이용하는 질소산화물 저감형 미분탄 버너에 있어서,

   상기 오일 버너 외통(48)과 미분탄 노즐(44)의 사이에 배치되는 중간 분리통(50)과, 이 중간 분리통(50)과 오일 버너 외통(48) 사이에서 핀(52)에 의해 고정되어 회전 가능한 다수의 댐퍼(54)와, 이 다수의 댐퍼(54)가 다수의 베벨기어(56)(60)(62)와 복수의 축(58)(64)에 의해 개폐되어져 미분탄 노즐(44)을 통과하는 미분탄의 유로가 변경되도록 하는 것을 특징으로 하는 질소산화물 저감형 미분탄 버너.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 다수의 베벨기어(52) 일부는 오일 버너 외통(48)의 내부에 연속되어 설치되는 것을 특징으로 하는 질소산화물 저감형 미분탄 버너.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 핀(52) 중의 어느 하나에 상기 다수의 축중에서 주축(58)이 연결되어 다수의 댐퍼(54)가 동시에 회전되는 것을 특징으로 하는 질소산화물 저감형 미분탄 버너,