KR20010065375A - 산소희박 연소형 3단 연소식 버너 - Google Patents

산소희박 연소형 3단 연소식 버너 Download PDF

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Abstract

본 발명은 코크스 오븐 가스를 공급하는 코크스 오븐 가스 공급관과, 상기 코크스 오븐 가스 공급관 끝 부분의 분사노즐에 형성되는 노즐 홀과, 상기 코크스 오븐 가스 공급관에 체결되는 벤츄리관형 연소통과, 상기 벤츄리관형 연소통의 앞부분에 형성되어 1차 공기를 공급하는 1차 공기 공급 홀과, 상기 1차 공기 공급 홀 측면에 형성되는 보조 버너 조립구와, 1차 연소영역의 측면에 형성되며 1차 연소시 발생된 미연가스의 일부가 빠져나올 수 있도록 하는 홀과, 상기 벤츄리관형 연소통의 중앙부분에 형성되며 상기 1차 연소시 발생된 미연가스가 2, 3차 공기가 혼합되어 형성되는 산소가 희박한 공기를 공급하는 2차 공기 공급 홀과, 상기 벤츄리관형 연소통의 끝부분에 형성되어 3차 연소용 공기를 공급하는 선회기를 포함하여 구성된 산소희박 연소형 3단 연소식 버너를 제공한다.

Description

산소희박 연소형 3단 연소식 버너{Three step combustion type burner of an oxide rare combustion type}
본 발명은 라디안트 튜브버너로 철판을 간접 가열하는 연소장치로서, 특히 라디안트 튜브버너에서 연소시 발생하는 질소산화물(NOX) 발생을 억제할 수 있도록 한 산소 희박 연소형 3단 연소식 버너에 관한 것이다.
일반적으로 자동차, 가전제품 등에 사용되는 철판을 생산하는 연속소둔설비는 용도에 따라 원하는 강도와 결정조직을 얻기 위하여 일정 온도로 소둔로에서 가열한다.
도 1은 라디안트 튜브가 설치된 연소장치의 구성도로서, 소둔로에서 공급되어지는 열원은 코크스 오븐 가스(이하, COG 이라 함)로 라디안트 튜브(108)에서 공기와 혼합되어 점화가 이루어짐으로 열원을 공급하게 된다. 먼저, 점화된 보조 버너(101)의 화염에 의하여 주 버너(103)가 점화되어 연소되어지면 라디안트 튜브(108)가 가열되어 튜브의 복사열에 의해 철판이 가열된다.
이때, 공기 흡입 팬(105)에 의해 공급되는 연소용 공기(AIR)는 공기량 조절밸브(106)를 통해 열교환기(107)로 공급된다. 연소된 배기 가스는 연소된 배기가스를 이동시키는 덕트(109)를 통하여 이동되며, 배기 가스 팬(110)에 의하여 흡입되어져 연들(112)을 통해 옥외로 배출된다.
도 2는 종래의 라디안트 튜브 버너의 구성도로서, 연소방법은 3단 연소식으로 공기를 3단으로 나누어 넣어주는 형식이다.
먼저 보조 버너(101)가 점화되어지면 주 버너(103)를 점화하게 되는데, COG 공급관(201)을 통해 공급된 COG는 분사 노즐(202)과 1차 공기 공급 홀(203)을 통해 공급된 공기가 1차 연소영역(A)에서 혼합되면서 1차 연소가 이루어진다. 이때, 미연소된 가스는 2차 공기 공급 홀(204)을 통하여 공급된 2차 공기와 혼합되면서 2차 연소영역(B)에서 2차 연소가 이루어지고, 연소통 끝부분을 통과하는 3차 연소영역(C)에서 3차 공기와 다시 혼합되어 완전연소를 이루게 된다.
이때, 공급되어지는 공기는 열교환기(107)에서 약 400도로 간접 가열되어 공급되어지며, 연소는 1차에서 25%가 이루어지고, 2차에서 30%가 이루어지며, 3차에서 45%가 이루어진다.
이때, 연소시 발생되는 질소산화물(NOX)은 대기 환경에 큰 오염원일뿐더러 인체에도 악영향을 끼치는 유해성 가스로서, 질소산화물은 연소시 산소와 질소가 반응하는 것으로, 특히 연소온도가 높은 고온부에서 반응속도는 점점 빨라져서 질소산화물의 양은 그만큼 증가하게 된다.
그러나, 종래의 라디안트 튜브 버너에서는 3단 연소 버너이나, 연소시 1차 공기 공급 홀(203)을 통하여 공급되어지는 공기량이 25%가 공급되어져 연소됨으로서, 연소통 부분의 온도는 낮으나 불완전연소(공기비가 0.6이하에서는 미연분이 다량 발생됨)로 인해 발생된 미연분이 연소통 내부에 다량 집척되었으며, 이때 쌓이는 미연물은 점차 증가하여 1차 연소시 연소를 방해하게 되며 연소통의 파공현상을초래하는 단점이 있다.
또한, 3차 연소시에는 집중 연소로 인해 라디안트 튜브의 평균온도보다 약 120도 정도가 높아 질소산화물(NOX)의 양은 2차 연소시보다 점점 증가하게 되며, 이때 발생된 질소산화물은 분해되지 않고 그대로 대기로 배출됨으로써 대기환경, 인체에 큰 영향을 끼치고 있으며, 3차 연소시 집중연소로 인해 연소통(200)의 끝부분의 부식현상으로 수명이 짧아졌고, 특히 라디안트 튜브의 제 1직관부분의 2/3 지점에서 국부 가열이 되어 라디안트 튜브의 크랙, 파공의 원인이 되었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 라디안트 튜브버너 연소시 확산연소를 방지하고 연소시 연소통의 온도를 낮추며 라디안트 튜브의 전체 온도를 균일하게 하고 연소시 발생되는 질소산화물(NOx)을 억제할 수 있는 산소 희박 연소형 3단 연소식 버너를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 산소 희박 연소형 3단 연소식 버너는 연료를 공급하는 가스공급관과 연소용 공기를 3단으로 공급할 수 있도록 만들어진 밴츄리형 연소통으로 되어있으며, 1차 공기를 공급하여 연소하는 1차 연소영역과 1차 연소시 발생한 미연가스와 2, 3차 공기가 혼합하여 2차로 연소되는 2차 연소영역과, 마지막으로 3차 공기를 선회기를 통하여 공급하여 연소시키는 3차 연소영역으로 이루어져, 연소시 발생되는 질소산화물(NOx)의 발생을 억제할 수 있도록하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 라디안트 튜브가 설치된 연소장치의 구성도.
도 2는 종래의 라디안트 튜브 버너의 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 산소희박 연소형 3단 연소식 버너의 구성도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
101. 보조 버너 103. 주 버너
105. 공기 흡입팬 106. 공기량 조절밸브
108. 라디안트 튜브 109. 배기가스 덕트
110. 배기가스 배출 팬 112. 연돌
300. 벤츄리관형 연소통 301. 코크스 오븐 가스 공급관
302. 분사 노즐 303. 1차 공기 공급 홀
304. 1차 연소 가스 분출 홀 305. 2차 공기 공급 홀
306. 3차 공기 공급용 선회기
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 산소희박 연소형 3단 연소식 버너의 구성도 이다.
본 발명의 산소희박 연소형 3단 연소식 버너는 COG를 공급하는 COG 공급관(301)이 있고, COG 공급관(301) 끝부분의 분사노즐에는 노즐 홀(302)이 30°각도로 7개가 설치되어 있으며, 노즐 홀(302)의 가장자리에는 직선방향으로 1개의 홀이 뚫려있다.
벤츄리관형 연소통(300)에는 1차 공기를 공급하는 1차 공기 공급 홀(303)이 12개가 뚫려 있고, 1차 공기 공급 홀(303) 옆에는 보조 버너의 조립구(310)가 있으며, 벤츄리관형 연소통(300)의 1차 연소영역(D) 부분의 측면에는 1차 연소시 발생된 미연가스의 일부가 빠져나올 수 있도록 24개의 홀(304)로 이루어져 있다.
또한 벤츄리관형 연소통(300)에는 2차 공기를 공급하는 2차 공기 공급 홀(305)이 24개소가 있으며, 벤츄리관형 연소통(300)의 끝부분에는 3차 연소 공기를 공급하는 부분에 선회기(306)가 설치되어 있다. 또한, COG(가스) 공급관(301)과 벤츄리관형 연소통(300)이 분리가 가능하도록 연결 부분에는 보울트(307)로 조일 수 있도록 되어 있으며 보울트 조립이 가능토록 조립부분에 홀(308)이 설치되어 있다. 또한, 분해조립이 용이하도록 가이드(309)를 설치하였다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1에 도시한 바와 같이, 먼저 공기 흡입 팬(105)이 가동되어 공기가 공급되어지는데 공급되는 공기량은 조절밸브(106)에서 설정한 양만큼 공급할 수 있게 된다. 공급된 공기는 열교환기(107)를 통과하여 라디안트 튜브버너에 공급되어진다.
먼저, 공기가 공급되어지면 COG 공급관(301)을 통해 COG가 공급되어지는데, COG는 COG 공급관(301)의 끝부분에 있는 분사노즐(302)을 통하여 분사가 이루어진다.
가스 분사노즐(302)은 45°각도로 이루어져 공기와의 혼합이 원활하도록 하였으며, 이때 공기는 벤츄리관형 연소통(300)의 앞부분에 있는 1차 공기 공급 홀(303)을 통하여 40%가 공급된다. 이때, 공급된 공기는 분사노즐(302)을 통해 분사되는 COG와 혼합되어 1차 연소영역에서 연소가 이루어진다.
이때 연료의 분출은 45°의 각도로 이루어진 8개의 홀(302)을 통하여 분출이 되는데, 이때의 연소는 연료과잉으로 연소되어 불완전 연소를 일으키고, 한 부분에서의 확산 연소를 방지하게 되며, 1차 연소영역의 고온부 형성을 억제하여 고온부에서 발생되는 산소와 질소의 반응을 억제하게 된다.(1차 연소시 공기를 30% 미만으로 연소시킬 경우는 미연분의 발생에 의한 연소통 부식 및 연소통 내 미연분 적치현상이 있음)
이때, 불완전 연소된 미연가스는 2차 연소영역으로 흘러가게 되는 데 이때 벤츄리 형식에 의해 1차 공기영역에는 정압이 형성되어 미연가스의 일부가 1차 연소영역의 측면에 있는 홀(304)을 통하여 밖으로 분출되게 된다.
이때 측면 홀(304)을 통하여 분출된 미연가스는 2,3차 공기와 혼합되어지는데 이때 미연가스와 혼합된 2,3차 공기의 산소농도는 기존 20.9%에서 약 18~19% 이하로 형성되어져 산소가 희박한 공기가 만들어진다.
산소희박형으로 만들어진 연소용 공기는 다시 벤츄리관형 연소통(300)의 2차 공기 공급 홀(305)을 통하여 30%가 흡입되어져, 2차 연소영역(E)에서 1차 연소시 불완전 연소된 미연가스와 혼합되어 다시 연소가 이루어지는데, 이때에도 연료과잉 연소가 이루어지며, 특히 산소농도가 희박한 공기로 인해 산소희박 연소가 이루어지면서 점화불꽃이 길게 형성되어져 2차 연소영역(E)부근의 고온부 형성을 억제함으로 산소와 질소의 반응을 억제하게 된다.
다시 2차 연소영역(E)에서 연료과잉으로 연소가 이루어진 미연가스는 벤츄리관형 연소통(300)의 끝부분을 빠져나가면서 선회기(306)를 통과하는 남은 30%의 공기와 3차 연소영역(F)에서 혼합되어져 마지막 3차 연소가 이루어져 완전연소를 이루게 된다. 특히, 3차 연소시에는 벤츄리관형 연소통(300)의 끝부분에 설치된 선회기(306)를 통과한 공기가 선회함으로 완전연소를 유도하여 불완전 연소를 방지하게 된다.
이때에도 2차 연소와 동일한 산소희박 연소로 인해 확산 연소를 방지하고, 고온부의 형성을 억제하여 여기에서도 산소와 질소의 반응을 최소화하여 연소시 고온부에서 발생되는 질소산화물(NOx)의 생성을 억제하게 된다. 이로 인해 연소불꽃 길이가 길어짐에 따라 라디안트 튜브(108)의 온도도 부분별로 균일하게 되어져 수명을 연장할 수 있게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 다단 연소(3단 연소) 및 산소희박 연소를 일으킴으로써 확산 연소를 방지하고 국부가열을 방지하며, 고온부 형성을 억제시킴으로서 연소시 고온부에서 생성되는 산소와 질소의 반응을 억제시켜 질소산화물 발생을 최소화하고, 다단 연소에 의해 라디안트 튜브의 온도를 균일화 시켜 수명을 연장시킬 수 있는 탁월한 효과가 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함으로 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니다.

Claims (3)

  1. 코크스 오븐 가스를 공급하는 코크스 오븐 가스 공급관과,
    상기 코크스 오븐 가스 공급관 끝부분의 분사노즐에 형성되는 노즐 홀과,
    상기 코크스 오븐 가스 공급관에 체결되는 벤츄리관형 연소통과,
    상기 벤츄리관형 연소통의 앞부분에 형성되어 1차 공기를 공급하는 1차 공기 공급 홀과,
    상기 1차 공기 공급 홀 측면에 형성되는 보조 버너 조립구와,
    1차 연소영역의 측면에 형성되며 1차 연소시 발생된 미연가스의 일부가 빠져나올 수 있도록 하는 홀과,
    상기 벤츄리관형 연소통의 중앙부분에 형성되며 상기 1차 연소시 발생된 미연가스가 2, 3차 공기가 혼합되어 형성되는 산소가 희박한 공기를 공급하는 2차 공기 공급 홀과,
    상기 벤츄리관형 연소통의 끝부분에 형성되어 3차 연소용 공기를 공급하는 선회기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 산소희박 연소형 3단 연소식 버너.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 노즐 홀은 30°각도로 형성되며, 노즐 홀의 가장자리에는 직선방향으로 1개의 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 산소희박 연소형 3단 연소식 버너.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 벤츄리형 연소통은 상기 코크스 오븐 가스 공급관과 분리가 가능하도록 하기 위해 연결 부분에는 보울트로 조일 수 있도록 되어 있으며, 보울트 조립이 가능하도록 조립 부분에 홀이 형성되고, 분해조립이 용이하도록 가이드를 설치하여 구성한 것을 특징으로 하는 산소희박 연소형 3단 연소식 버너.
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