KR20000070562A - 노에 연료를 넣는 방법과 버너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시멘트나 유사한 제품을 제조하는 회전노와 같은 노의 연소영역으로 고체나 액체 또는 기체연료를 넣도록 된 방법과 버너에 관한 것으로, 연료는 대체로 동심적인 덕트(1,6)를 통해 유도되고, 제 1공기는 연료덕트 주위에 배치된 2개의 유사한 동심적인 환형상의 덕트(8,9)를 통해 유도되는데, 이들 중 하나의 공기덕트(9)내의 공기는 축방향으로 흐르는 공기로 이루어지는 한편, 제 2공기덕트(8 )내의 공기는 버너의 중심축에 대해 회전하도록 된 공기로 이루어지며, 제 1공기의 일부는 독립적으로 제어되는 바, 상기 버너의 독특한 특징은 상기 제 1공기흐름이 환형상의 노즐(14)을 매개로 하여 노에 분사되기 전에 요구되는 비교적 높은 속도까지 계속 가속되는 제 1공기흐름으로 수집덕트(15)의 비교적 낮은 속도에서 혼합되고, 따라서 최소의 압력손실과 함께 작동상 신뢰할 수 있는 방식으로 연료와 공기의 효과적인 혼합을 성취하며, 화염형상이 최적의 요구에 적합하게 된다.

Description

노에 연료를 넣는 방법과 버너 {Method and Burner for Introducing Fuel to a Kiln}

상기한 용도의 버너들은 잘 공지되어 있는 바, 일반적으로 이들 버너는 미분탄 가루와 공기의 혼합물을 노의 연소영역으로 분사시키도록 된 단일한 파이프로만 이루어진다. 시간이 지나면서, 버너의 설계는 향상되었는데, 다른 유형의 액체 또는 기체 연료를 넣는 추가적인 덕트와 같은 병합된 형태로 되었으며, 더구나 가장 최신식의 버너는 공기를 분사하는 하나 또는 다수의 분리된 덕트를 구비하여 단지 작은 양의 제 1공기가 미분탄과 함께 분사되고, 분사된 공기의 일부분에 회전운동을 전달함으로써, 대부분은 노안에서의 화염형상을 제어할 수 있게 되어 있다.

전술된 종류의 버너의 한 예가 유럽 특허 EP-B-0421903호에 게재되어 있는 바, 이 공지된 버너는 연료를 넣는 하나 또는 다수의 덕트를 구비하는데, 이는 제 1공기를 분사하는 2개의 환형상의 덕트로 둘러싸여 있으며, 환형상의 노즐에서 이들 공기덕트의 최내각 개구부는 공기에 회전운동을 전달하는 비스듬한 블레이드를 구비하는 한편, 최외각 덕트에서 공기가 안내되어 대체로 축방향으로 분사된다. 양쪽 덕트의 노즐 영역의 조정은 서로에 대해 축방향으로 덕트를 조정함으로써 이루어지고, 두 덕트내의 제 1공기의 일부도 독립적으로 제어된다. 그러므로, 화염형상은 회전되는 제 1공기의 양 뿐만 아니라 제 1공기의 속도와 유동율을 조정할 수 있으면 이 버너에 의해 변화시킬 수 있게 된다. 하지만, 이 버너의 단점은 제 1공기가 분리된 2개의 환형상의 노즐을 통해 분사되어 연소영역에서 연료와 제 1공기의 덜 효과적인 혼합과 비교적 높은 압력손실을 일으킨다는 것이다.

전술된 종류의 버너의 다른 예가 유럽 특허 EP-A-0650012호에 게재되어 있는 바, 이 공지된 버너도 연료를 넣는 하나 또는 다수의 덕트를 구비하는데, 이는 환형상의 노즐내로 방출시키는 단일한 제 1공기용 덕트로 둘러싸여 있으며, 노즐의 앞에서 바로 공기가 기구에 의해 옆쪽으로 구부려질 수 있는 다수의 유연성 있는 튜브를 통해 유도되고, 이에 의해 공기가 회전하게 된다. 따라서, 공기의 회전과 이로 인한 화염형상은 튜브의 구부러진 각도와 제 1공기의 양을 변경시킴으로써 변화될 수 있다. 단지 하나의 노즐을 통해 모든 제 1공기를 공급하는 장점은 압력의 손실을 감소시키고, 연료와 공기의 보다 효과적인 혼합으로 인하여 더욱 안정된 화염을 확보하게 된다는 것이다. 그러나, 이러한 유형의 버너의 단점은 유연성 있는 튜브를 갖춘 장치가 그 예정된 작동환경에서 취약하게 될 수도 있는 비교적 복잡한 조절기구를 필요로 한다는 것이다.

본 발명은 시멘트 클링커(clinker)나 유사한 제품을 생산하는 회전노와 같은 노(爐)의 연소영역으로 고체나 액체 또는 기체인 연료를 넣는 방법(설명되는 종류의 것을 참조로 하여)에 관한 것으로, 이는 연료가 덕트를 통해 전달되며, 제 1공기(primary air)가 연료덕트와 함께 그 주위로 대체로 동심적으로 배치된 적어도 2개의 환형상의 덕트를 통해 전달되되, 하나의 공기덕트에서 공기가 대체로 축방향으로 흘러가는 한편, 제 2공기덕트내의 공기가 버너의 중심축 주위로 회전하는 성분을 갖춘 공기로 이루어지고, 두 부분의 제 1공기의 양이 별도로 제어되도록 되어 있다. 또한, 본 발명은 본 발명에 따른 방법을 이행하는 버너에 관한 것이다.

도 1a는 본 발명의 제 1실시예에 따른 버너의 전면부를 도시한 단면도이고,

도 1b는 도 1a에 도시된 버너의 정면도,

도 2a와, 도 2b, 도 2c 및, 도 2d는 가변영역을 갖춘 제 1공기노즐의 각기 다른 실시예를 도시한 부분단면도,

도 3a는 본 발명의 제 2실시예에 따른 버너의 전면부를 도시한 단면도,

도 3b는 도 3a에 도시된 버너의 정면도이다.

본 발명의 목적은 연료와 공기의 효과적인 혼합이 최소한의 압력손실과 화염형상의 변화가능성으로 확실히 될 수 있는 한편, 동시에 회전의 연소영역에서 버너에 가해지는 고온과 기계적인 하중이 고려된 적당한 유효수명이 확보될 정도로 내구성을 갖는 구조의 버너 뿐만 아니라 그 방법을 제공하는 데에 있다.

이는 전술된 종류의 방법에 의해 성취되는 바, 제 1공기의 두 부분은 요구되는 보다 높은 방출속도에까지 계속적으로 가속되는 단일한 혼합된 제 1공기흐름으로 수집덕트내에서 낮은 속도로 혼합된다.

본 발명은 시멘트 클링커나 유사한 생성품을 생산하는 회전노와 같은 노의 연소영역으로 고체나 액체 또는 기체인 연료를 넣는 버너도 포함되는데, 이 버너는 연료를 유도하는 덕트와 제 1공기를 유도하면서 연료덕트 주위로 대체로 동심적으로 배치된 적어도 2개의 환형상인 덕트를 구비하되, 이들 공기덕트는 이들 공기덕트 중 하나에서 공기가 축방향으로 흘러가게 하며, 제 2공기 덕트내의 공기가 버너의 중심축에 대해 회전부재에 의해 흘러갈 수 있도록 설치되는 한편, 상기 부분들에서 제 1공기의 양을 독립적으로 제어하는 수단을 함께 구비하는데, 제 1공기덕트는 환형상의 노즐로 혼합된 제 1공기를 유도하는 공동의 환형상인 수집덕트로 방출하고, 이 수집덕트의 유동영역은 공기이동의 축방향으로 점차 감소하게 되는 것을 특징으로 한다.

그러므로, 조작상 적당한 방식으로 연료와 공기의 효과적인 혼합이 최소한의 압력손실과, 화염형상이 최적의 요구에 적합하게 됨으로써 확보될 수 있는 버너 뿐만 아니라 그 방법이 성취되는 바, 이는 노로 분사되기 전에 제 1공기의 두 하위흐름이 비교적 높은 속도에서 대체로 하나의 노즐을 매개로 분사되는 하나의 공기흐름에 비교적 낮은 속도로 혼합되고, 제 1공기의 회전정도가 서로 관계있는 2개의 제 1공기흐름의 양을 변경시킴으로써 변화될 수 있으며, 모든 필요한 제어수단이 노의 연소영역의 외부에 쉽게 접근가능한 방식으로 설치되는 것에 기인한다. 따라서, 열적인 부하를 받는 상기 버너의 이들 부분은 간단하고 견고한 구조로 제조된다. 제 1공기흐름이 혼합되는 위치에서부터 환형상인 노즐까지의 수집덕트의 유동영역은 5와 12 사이의 계수로 감소되어 혼합된 제 1공기흐름의 속도가 등가계수까지 가속되는 것이 바람직하다.

특히, 시멘트를 생산하는 회전노의 사용에 적당한 본 발명에 따른 버너의 바람직한 실시예에서, 제 1공기덕트와 제어수단이 설치되어 제 1공기덕트의 흐름의 축방향 속도가 20m/s와 25m/s 사이의 범위내에 있게 되고, 혼합된 제 1공기흐름이 160m/s와 200m/s 사이의 유동속도까지 가속되도록 수집덕트가 설치되는 것이 바람직하다.

상기 수집덕트는 전술한 바에 상응하게 가속되는 실제적인 임의의 방식으로 형성되나, 이 덕트는 2개의 동심의 환형상인 부재로 이루어지는 것이 바람직한 바, 최외각은 버너의 중심축에 대해 30°과 60°사이의 경사각(α)으로 흐름의 방향이 한데 모이는 원뿔대 형상으로 형성되는 한편, 최내각의 환형상인 부재는 버너의 중심축에 대체로 평행하게 되어 있다. 수집덕트의 다른 형상도 가능한 바, 상기 최내각의 환형상인 부재는 흐름의 방향이 한데 모이는 원뿔대 형상으로 형성될 수도 있으나, 이 경우에는 최외각의 환형상인 부재보다 현저하게 작은 경사각으로 형성되어야 한다.

제 2공기덕트내의 공기는, 특히 전술한 바와 같은 경사지게 비틀어진 튜브에 의해 다른 방식으로 버너의 중심축 주위로 회전될 수 있으나, 상기 공기가 덕트의 방출점의 바로 상류의 제 2공기덕트내에 삽입되는 다수의 비스듬한 블레이드에 의해 회전되는 것이 바람직하다.

상기 환형상의 노즐은 압력손실의 최소화를 확보하는 방식으로 형성되어야 하며, 이는 2개의 동심의 환형상인 부재를 추가로 구비할 수 있는데, 이들 중 적어도 하나는 원뿔대 형상으로 형성되어 노즐영역이 서로에 대해 두 부재가 축방향으로 위치됨으로써 변화될 수 있다.

이제, 본 발명은 개략적인 도면을 참조로 하여 보다 상세히 설명된다.

도 1a와 도 1b는 기름과 미분탄의 연소를 겸하도록 된 버너를 도시하는 바, 이는 연료기름을 유도하고 분무시키는 분리된 랜스(lance;1)가 삽입되어 있는 보호 파이프(2)를 구비하고 있다.

미분탄과 공기의 혼합물을 유도하고 분사하는 환형상의 덕트(6)가 그들 사이에 형성되는 2개의 파이프(3,4)가 보호 파이프(2) 주위에 동심적으로 배치된다. 기름버너(1)를 냉각시키고 먼지없이 유지하기 위해서, 제 1공기의 전체 중 소량은 내부 파이프(3)와 보호 파이프(2) 사이의 공간으로 유도되고 분사될 수 있으며, 보호 파이프(2)에 덧붙여, 선택적인 추가연료를 넣는 내부 파이프(3)에 하나 또는 다수의 파이프가 삽입될 수 있다.

미분탄용 파이프(4)와 함께, 회전공기로 표시된 제 1공기의 일부를 유도하는 환형상의 덕트(8)를 형성하는 공기용 파이프(5)는 파이프(2,3) 주위에 동심적으로 배치되는데, 다수의 비스듬한 블레이드(10)가 덕트(8)의 배출부 끝에 설치되어 회전공기에 회전운동을 전달하게 된다.

방사상의 공기용 파이프(5)와 함께, 축방향의 공기로 표시된 제 1공기의 잔여부를 유도하는 환형상의 덕트를 형성하는 버너 파이프(7)는 공기용 파이프(5) 주위에 동심적으로 설치되되, 연소영역의 온도가 아주 높게 되는 것을 가정하여 버너 파이프(7)의 외부에는 내화성의 세라믹 라이닝(lining;11)이 구비된다.

본 발명에 따르면, 제 1공기덕트들(8,9)은 공동의 환형상인 수집덕트(15)로 배출시키게 되는데, 도시된 실시예에서 수집덕트는 파이프(4)와 버너 파이프(7)에 연결된 원뿔형상인 환형상부재(7a)의 사이에 구비된다. 상기 수집덕트(15)에서, 제 1공기흐름은 수집덕트의 구조 때문에 환형상의 노즐개구부(14)를 통해 노의 연소영역으로 분사되기 전에 가속되는 하나의 공기흐름에 혼합된다.

상기 노즐개구부(14)는 환형상부재(7a)에 고정되는 최외각의 노즐링(12)과 미분탄용 파이프(4)에 고정된 최내각의 노즐링(13) 사이에 구비되는 바, 원뿔형상의 표면을 갖춘 하나 또는 2개의 노즐링(12,13)을 구비함으로써, 노즐(14)의 영역은 서로에 대한 두 노즐링의 축방향 위치를 통해 변경될 수 있다.

도 2a와, 도 2b, 도 2c 및, 도 2d는 상기 노즐(14)의 다른 형태를 도시하고 있는 바, 도 2a에서 노즐(14)의 외부(12)는 한데 모이는 가느다란 원뿔대로 형성되는 한편, 내부(12)는 원통형으로 형성되어서, 공기흐름의 방향은 버너의 중심선 쪽으로 다소 조정된다.

도 2b의 노즐(14)은 최내각의 노즐링(13)이 벌어지는 가느다란 원뿔대로 이루어진 매끄러운 원형 개구부로 형성되는데, 이는 흐름의 방향을 버너의 중심선으로부터 다소 멀리 떨어지게 조정한다.

도 2c와 도 2d는 흐름의 방향이 축방향으로 맞춰지도록 형성된 노즐(14)의 예를 도시하고 있다.

도 3a와 도 3b는 미분탄용 파이프(4)가 설치되지 않은 버너를 도시하는 바, 이 경우에 최외각의 노즐링(13)은 대신에 내부 파이프(3)에 고정된다.

도 1a와 도 1b에 도시된 버너의 작동원리는 연료유가 넣어지면서 버너의 랜스(1)에 의해 분무되고, 이 버너의 랜스를 냉각시키고 청결하게 유지하기 위해서 소량의 제 1공기가 내부 파이프(3)와 보호 파이프(2) 사이의 공간으로 분사되면서, 미분탄과 이송용 공기의 혼합물은 환형상의 덕트(6)를 통해 분사된다. 상기 제 1공기가 넣어지면서, 예컨대 여기에 참조로 병합된 프랑스 특허출원 FR-A-2348438호에 설명된 바와 같은 공지된 방법으로 2개의 공기덕트(8,9)로 분배되고, 2개의 덕트(8 ,9)로 공급된 공기의 양은 서로에 대해 독립적으로 제어될 수 있다. 수집덕트(15)에서, 2개의 공기흐름은 하나의 공기흐름으로 혼합되고, 혼합된 공기흐름의 흐름특성은 2개의 혼합된 공기흐름의 특성들의 합성이면서, 회전흐름성분은 물론 축방향흐름성분을 갖고 있는데, 상호관계는 2개의 제 1공기흐름을 제어함으로써 변화시킬 수 있어서 최적의 화염이 성취된다. 전술한 바와 같이, 수집덕트(15)내의 혼합된 제 1공기흐름은 환형상의 노즐(14)을 통해 노내로 분사되기 전에 필요한 속도까지 가속된다.

미분탄과 이송용 공기는 석탄분자를 떠돌게 하기에는 충분히 높되, 파이프가 견디기 어려울 정도로 되지 않는 높지 않은 속도로 노내에 분사되어야만 하는데, 통상 그 속도는 25 ~ 40m/s 사이의 범위내에 있게 된다.

예컨대, 시멘트 클링커를 생산하는 종래의 회전노에 사용되는 버너의 경우에, 전형적으로 이 버너를 통해 분사되는 제 1공기의 양은 이론적으로 필요한 연소용 공기의 5%와 15% 사이로 이루어진다. 전형적으로 제 2공기라 불리우는 남아있는 연소용 공기는 버너가 이 공정에서는 필요없는 노내에 넣어진다. 아주 종종, 다음의 재료 냉각기로부터의 가열된 냉각용 공기가 제 2공기로 이용되는데, 이 냉각용 공기는 전형적으로 약 1000℃의 수준까지 가열된다. 상기 버너가 이렇게 사용될 때, 제 1공기의 분사속도는 연료의 분사속도보다 훨씬 높아야 하고, 통상 160과 200m/s의 범위내에 있어야 한다. 제 1공기는 노즐(14)을 떠날 때 주위의 뜨거운 제 2공기를 따라 이동되어 연료와 혼합되고, 약 1000℃의 제 2공기의 높은 온도 때문에 연료는 점화된다.

시멘트 클링커의 안정된 생산을 확보하기 위해 가장 중요한 화염의 형상은 제 1공기흐름율과 분사속도를 변화시키고, 공기가 회전되는 정도를 변화시킴으로써 변경될 수 있다. 통상, 알맞은 공기흐름의 회전정도가 요구되므로, 덕트(8)를 통해 유도될 때 회전되는 제 1공기의 양은 전형적으로 전체 제 1공기흐름의 0과 35% 사이를 나타내고 있다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 연료와 공기의 효과적인 혼합이 최소한의 압력손실과 화염형상의 변화가능성으로 확실히 될 수 있는 한편, 동시에 회전의 연소영역에서 버너에 가해지는 고온과 기계적인 하중이 고려된 적당한 유효수명이 확보될 정도로 내구성을 갖는 버너를 제공하게 된다.

Claims (10)

1. 연료가 덕트(1,6)를 통해 유도되고, 제 1공기는 연료덕트 주위에 함께 대체로 동심적으로 배열된 적어도 2개의 환형상의 덕트(8,9)를 통해 유도되며, 이들 중 하나의 공기덕트(9)내의 공기는 대체로 축방향으로 흐르는 한편, 제 2공기덕트(8)내의 공기는 버너의 중심축에 대해 회전성분을 갖는 공기를 포함하고, 두 부분의 제 1공기의 양이 독립적으로 제어되는 방법에 의해 시멘트나 유사한 제품을 제조하는 회전노와 같은 노의 연소영역으로 고체나 액체 또는 기체연료를 넣는 방법에 있어서,

   상기 두 부분의 제 1공기가 수집덕트(15)의 낮은 속도에서, 요구되는 높은 방출속도까지 계속적으로 가속되는 혼합된 단일한 제 1공기흐름내로 혼합되는 것을 특징으로 하는 노에 연료를 넣는 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 혼합된 제 1공기흐름은 5와 12 사이의 계수로 가속되는 것을 특징으로 하는 노에 연료를 넣는 방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 2개의 공기덕트내의 제 1공기의 축방향 흐름속도는 20과 25m/s 사이의 범위내에 있고, 상기 혼합된 제 1공기흐름은 160과 200m/s 사이의 흐름속도까지 가속되는 것을 특징으로 하는 노에 연료를 넣는 방법.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2공기덕트(8)내의 공기는 덕트의 방출끝 상류의 다수의 비스듬한 블레이드(10)를 지나 바로 유도됨으로써 버너의 중심축에 대해 회전하게 되는 것을 특징으로 하는 노에 연료를 넣는 방법.
5. 연료를 유도하는 덕트(1,6)와, 제 1공기를 유도하기 위해 연료덕트 주위에 함께 대체로 동심적으로 외부에 배열된 적어도 2개의 환형상의 덕트(8,9)를 구비하되, 상기 공기덕트는 이들 중 하나의 공기덕트(9)내의 공기가 축방향으로 흐르고, 제 2공기덕트(8)내의 공기는 버너의 중심축에 대한 회전성분과 함께 흐르는 한편, 두 부분의 제 1공기의 양을 독립적으로 제어하는 수단을 구비하는, 시멘트나 유사한 제품을 제조하는 회전노와 같은 노의 연소영역으로 고체나 액체 또는 기체연료를 넣는 버너에 있어서,

   상기 공기덕트(8,9)는 환형상의 노즐(14)로 혼합된 제 1공기를 유도하기 위해 연결된 환형상의 수집덕트(15)로 방출하고, 상기 수집덕트(15)의 흐름영역은 공기이동의 축방향으로 점차 감소되는 것을 특징으로 하는 노에 연료를 넣는 버너.
6. 제 5항에 있어서, 상기 수집덕트(15)의 흐름영역은 5와 12 사이의 계수로 감소되는 것을 특징으로 하는 노에 연료를 넣는 버너.
7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서, 상기 공기덕트(8,9)와 제어수단은 제 1공기덕트의 축방향 흐름속도가 20과 25m/s 사이의 범위내에 있도록 배치되고, 상기 수집덕트(15)는 혼합된 제 1공기흐름이 160과 200m/s 사이의 흐름속도까지 가속되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 노에 연료를 넣는 버너.
8. 제 7항에 있어서, 상기 수집덕트(15)는 2개의 동심적인 환형상 부재(4,7a;3, 7a)로 이루어지되, 최외각 부재(7a)는 버너의 중심축에 대해 30°와 60°사이의 경사각을 갖는 흐름방향으로 한데 모이는 원뿔대로 형성되는 것을 특징으로 하는 노에 연료를 넣는 버너.
9. 제 5항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2공기덕트(8)는 덕트의 방출끝 상류에 제 2공기덕트의 일부 공기에 회전성분을 부여하는 다수의 비스듬한 블레이드(10)를 구비하는 것을 특징으로 하는 노에 연료를 넣는 버너.
10. 제 5항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 노즐(14)은 2개의 동심적인 환형상 부재(12,13)로 이루어지되, 적어도 하나는 원뿔대로 형성되어 노즐영역이 서로에 대한 두 부재들의 축방향 위치를 통해 변화될 수 있는 것을 특징으로 하는 노에 연료를 넣는 버너.