KR20010047553A - 미분탄 버너 - Google Patents

Abstract

목적: 미분탄의 착화 촉진과 화염 안정화 및 질소산화물의 저감을 도모하는 미분탄 버너를 제공한다.

구성: 미분탄이 연소용 공기와 함께 미분탄 노즐로 유입되어 부유 상태에서 연소용 공기와 함께 연소되는 미분탄 버너에 있어서, 상기 미분탄 노즐의 끝단에 분기부재를 다수 등분 배열한 구성으로 이루어진다.

효과: 미분탄 버너의 미분탄 노즐 끝단에 배치된 분기부재에 의해 미분탄 이송용 공기와 2차 연소용 공기의 난류가 생성되고, 이것에 의해 미분탄의 착화성이 향상됨과 동시에 초기 질소산화물의 발생량이 증가하게 되며 이를 화염초기에 분기 부재사이의 연료 과잉-공기 부족상태에서 발생한 질소산화물 저감 물질과 효과적으로 반응하게 하여 화로 출구에서의 질소산화물을 감소되게 하는 효과가 있다.

Description

미분탄 버너{Pulverized coal burner}

본 발명은 미분탄 버너에 관한 것으로, 보다 상세하게는 버너 노즐 끝단에서 연료와 공기의 혼합을 촉진시켜 버너 출구 초기에서 미분탄의 착화를 촉진하고 화염이 안정적으로 형성될 수 있도록 하며, 부가적으로 질소산화물의 발생을 억제할 수 있는 미분탄 버너에 관한 것이다.

미분탄 버너는 화석연료의 일종인 석탄을 분쇄기로 갈아 50메시(mesh) 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.

화석 연료, 특히 미분탄을 사용하는 버너인 경우 화염의 안정적인 형성은 버너의 기본 만족사항이며 최근의 연구결과 버너출구 초기에서 미분탄의 착화를 촉진할 경우 질소산화물의 저감에도 효과적인 것으로 알려지고 있다.

산업용 보일러를 설계시 연료의 착화성이나 열효율 등이 중요한 요소일 뿐만 아니라 현재는 연소과정중에 형성되는 질소 산화물이 광화학 스모그를 일으켜 환경 오염의 주 원인이 되므로 질소산화물의 저감 여부는 버너의 설계시 중요하게 작용한다.

종래의 산업용 버너에서의 질소산화물 감소방법으로는 연소용 공기중에 함유된 질소가 고온의 연소분위기에서 과잉 산소와 반응하면서 생성되는 ‘열적 질소산화물(Thermal NOx)’을 감소시키기 위해 고온의 연소지역에서는 산소가 부족하도록 연료과잉-공기부족 상태를 유지하면서 질소의 반응을 억제하고, 공기부족에 의해 발생되는 불완전 연소물은 화실 온도가 상대적으로 낮아지는 화로 후류측에서 충분한 연소용 공기를 주입하여 완전연소시키는 방법이 주로 사용되고 있다.

버너 앞부분에서 상대적으로 저온의 연소분위기를 형성하여 질소산화물의 생성을 억제하도록 1차 연소공기를 공급하여 연료과잉-공기부족 상태를 유지하고, 이때 생성된 불완전 연소물을 완전연소시키기 위해서 2차 연소공기를 공급한다.

현재 버너 앞에서 연료과잉-공기부족 상태를 형성하기 위해 사용되는 방법으로는 연소된 배기가스의 일부를 연소용 공기와 혼합하여 버너로 유입시켜 연소하는 배기가스 재순환법, 연소공기의 일부분을 버너위에 설치된 구멍으로 직접보내어 버너지역에서 불완전 연소된 연소가스를 완전연소시키는 화로내 이단연소 등의 설비 추가에 의한 질소산화물 감소방법이 있으나 이 방법은 질소산화물 감소효과는 높지만 기존 설비에 질소산화물 저감용 설비를 추가 설치해야하므로 경제적인 부담 및 설비, 보수, 유지에 지속적인 부담이 요구되는 문제점이 있다.

이에 따라 최근에는 부가적인 설비없이, 버너에서 연소공기를 분할 공급하는 공기역학적인 방법을 사용하여 연소용 공기와 연료의 혼합특성을 제어함으로써 질소산화물의 생성을 감소시키는 '저 질소산화물 버너'를 선호한다.

종래의 버너를 도 7에 도시한다.

도면에서 보면, 액체 연료를 화로의 내부로 공급하는 오일 건(2)의 끝단에 오일 노즐(4)이 구비되고 미분탄 버너 외통(6)에 포함된 채 버너 타일(8)의 일부에 형성된 관통구(10)를 통해 연통되어 설치되고, 오일 노즐(2)의 외측에는 화석 연료의 일종인 미분탄과 1차 연소용 공기를 혼합하여 공급할 수 있는 원통형의 미분탄 노즐(12)이 배치된다.

그리고 미분탄 노즐(12)의 외측에는 2차공기 선회기(20)와 3차공기 선회기(30)가 각각 장착된 2차공기 공급통(22)과 3차공기 공급통(32)을 설치한다. 이들 2차공기 공급통과 3차공기 공급통의 사이에는 플로우 디바이더(40)가 설치됨으로써 선회기들(20)(30)에 의해 유입되는 외부공기를 2차 연소용 공기와 3차 연소용 공기로 분리시킨다.

이러한 미분탄 버너는 미분탄 노즐(12)을 통해 공급되는 미분탄과 1차 연소용 공기가 오일 건(2)의 선단부에 설치되는 오일 노즐(4)에 의해 점화되어 화염대를 형성하게 되는 것으로서, 이 때 2차공기 공급통(22)과 3차 공기 공급통(32)에 장착된 2·3차공기 선회기(20)(30)는 외부공기를 유입하여 2·3차공기로 전환시킨다. 이 공기들은 미분탄의 휘발성분을 방출시키는 효과와 함께 미연소된 휘발성분과 연소되고 남은 챠르(char)를 충분한 산소상태로 유지하여 완전연소를 도모하게 된다.

그러나 상기와 같은 미분탄 버너의 미분탄 노즐로는 버너 앞부분에서 연소용 공기와 미분탄과의 혼합 조절이 불완전하여 완전한 미분탄의 착화나 화염의 안정적인 형성이 이루어지기 힘든 단점이 있다.

본 발명은 버너의 출구측에서 연료와 공기의 혼합이 촉진되게 함으로써 특별한 설비를 갖추지 않고도 미분탄의 착화가 촉진되고 화염이 안정화되며 아울러 질소산화물을 저감시킬수 있는 미분탄 버너를 제공함에 그 목적이 있다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 미분탄 노즐로부터 분사되는 미분탄 및 외부공기와 함께 화로 내에서 연소되게 한 질소산화물 저감형 미분탄 버너에 있어서, 미분탄 버너 노즐의 단부에 다수의 분기부재를 등분 배치한 구성으로 된다.

상기 분기부재는 미분탄 버너의 외측으로 연장되게 부착되는 외향부재와, 반대로 내측으로 향해 부착되는 내향부재로 이루어지고, 이들 외향부재와 내향부재는 번갈아 배열될 수 있다.

상기 분기부재는 내열성이 뛰어난 합금을 채용함이 바람직하고 또 분기부재의 장착은 용접 혹은 볼트, 너트를 이용하여 고정시킬 수 있다.

또한 상기 분기부재는 미분탄 노즐 외측의 플로우 디바이더나 미분탄 노즐 내측의 오일 버너 외통에 접촉되지 않게 설치되어야 한다.

상술한 구성을 포함하는 본 발명에 의해 미분탄 노즐내로 분출되는 미분탄과 상기 미분탄을 이송하는 1차 및 2차 연소용 공기는 미분탄 버너의 출구단 내주측에서 분기부재와 충돌이 발생함에 따라 난류가 생성되고, 이 난류에 의해 미분탄이 응집되거나 혼합이 진행되어 미분탄의 착화가 촉진되고 안정적으로 화염이 형성되며 블럭 사이에서 연료과잉-공기부족 상태로 착화시에도 질소산화물을 감소시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 미분탄 버너를 도시한 측단면도.

도 2는 도 1의 미분탄 노즐의 끝단을 확대하여 도시한 사시도.

도 3은 도 2의 A-A 선 단면도.

도 4는 도 2의 B-B 선 단면도.

도 5는 도 3에 도시한 단면에서의 공기와 미분탄 흐름 형태를 도시한 도면.

도 6은 도 3에 도시한 단면에서의 공기와 미분탄 흐름 형태를 도시한 도면.

도 7은 종래 미분탄 버너를 도시한 측단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

2: 오일 건 4: 오일 노즐

6: 오일 버너 외통 8: 버너 타일

12: 미분탄 노즐 16a: 외향부재

16b: 내향부재 20: 2차 공기 선회기

22: 2차 공기 공급통 30: 3차 공기 선회기

32: 3차 공기 공급통 40: 플로우 디바이더

본 발명의 구성에 대하여 첨부한 도면에 의거하여 보다 상세히 설명한다.

참고로 설명의 중복을 피하기 위하여 종래 도면과 일치하는 부분에 대해서는 종래 도면 부호를 그대로 인용하기로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 미분탄 버너를 도시한 측단면도이다.

도면에서 보는 바와 같이, 미분탄 버너는 미분탄과 1차 공기가 유입되는 미분탄 노즐과(12), 상기 미분탄 노즐의 내측에 장착된 오일 버너 외통(16)과, 상기 오일 버너 외통(6)의 내측에 구비된 오일 버너 건(2) 및 오일 버너 노즐(4)이 있고, 상기 미분탄 버너 노즐(12)의 외측으로 플로우 디바이더(40)를 사이에 두고 2차 공기 선회기(20)와 3차 공기 선회기(30)가 구성되며, 상기 선회기(20)(30)들은 각각 2차 공기 공급통(22)과 3차 공기 공급통(32)에 장착되어 있고, 상기 플로우 디바이더(40)의 외측으로 버너 타일(8)이 구성되어 있다.

본 발명에 있어서, 분기부재(16)는 미분탄 노즐(12)의 출구단에 다수가 등분 배치되는 것으로, 이것은 미분탄 노즐(12)의 외측으로 연장되도록 부착 배열되는 외향부재(16a)와, 반대로 내측을 향하도록 부착 배열되는 내향부재(16b)로 이루어져서 상호 번갈아 배열된 형태로 되어 있다.

이와 같은 구성에 따라 도 2의 도시와 같이 원통형의 미분탄 노즐(12)에서 연결부재(18)에 의해 부착 고정되어 외측으로 연장된 외향부재(16a)는 플로우 디바이더(40)의 내측에 존재하면서 그 통로를 통해 공급되는 공기를 분할하여 주는 역활을 한다.

마찬가지로 연결부재(18)에 의해 미분탄 노즐(12)의 내측으로 연장된 내향부재(16b)도 그 통로를 분기하여 주게 된다.

상기의 분기부재(16)에 의해 미분탄과 연소용 공기가 혼합되는 과정이 도 5와 도 6에 도시되어 있다.

먼저 도 5는 외향부재(16a)의 주변에 있어서 미분탄과 공기의 혼합형태를 도시한 것으로, 미분탄 노즐(12)의 외측으로 유입되는 2차 연소용 공기는 진행 중 외향부재(16a)에 의해 장애를 받으면서 분기되었다가 합쳐지는 과정에서 상기 외향부재(16a)의 후측에는 난류가 발생된다. 이 때 1차 연소용 공기와 미분탄은 미분탄 노즐(12)을 타고 진행해 오다가 외향부재(16a)에 의해 형성된 난류의 영향으로 혼합이 촉진되므로 착화가 잘 되는 상태로 된다.

또한, 도 6은 내향부재(16b) 주변에 있어서 미분탄과 공기의 혼합형태를 나타내고 있으며, 미분탄 노즐(12)의 내측에서 진행하던 미분탄이 내향부재(16b)에 충돌하고, 이로 인하여 미분탄이 각 내향부재(16b) 사이에서 응집되는 작용을 낳게 된다. 이와 동시에 미분탄을 이송하면서 진행하던 1차 공기도 내향부재(16b)에 충돌되면서 난류를 일으키게 된다.

한편, 2차 연소용 공기는 일반적으로 미분탄 이송용 1차 공기보다 온도가 높게 된다. 이에 따라 2차 연소용 공기는 외향부재(16a)에 의해 난류를 형성하게 될 때에 더욱 강력한 난류를 일으키게 되고, 이렇게 발생되는 난류에 의해 응집 및 혼합의 작용이 더욱 증강된다.

상술한 구성을 통하여 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

미분탄 버너의 미분탄 노즐 끝단에 다수의 분기부재를 등분 배치하여 미분탄 이송용 공기와 2차 연소용 공기가 자연적으로 난류를 일으키게 한 것이므로 미분탄과 공기의 혼합이 잘 되고 또 미분탄의 응집이 촉진되어서 착화성을 증가시킬 수 있는 효과와 함께 연료 과잉-공기부족 상태에서의 연소를 가능케 하여 질소산화물의 감소를 도모할 수 있다.

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 미분탄 버너에 있어서,

   상기 미분탄 노즐의 끝단에 다수의 분기부재를 등분 배열하여 된 구성을 포함하는 미분탄 버너.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 분기부재는 미분탄 노즐의 외측으로 연장되는 외향부재와, 내측으로 연장되는 내향부재로 이루어진 것을 특징으로 하는 미분탄 버너.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 외향부재와 내향부재는 번갈아 배열된 구성으로 된 것을 특징으로 하는 미분탄 버너.