KR200145483Y1 - 3단 연소에 의한 공해물질 저감형 버너 - Google Patents

Abstract

본 고안은 저부하에서의 안정연소능력을 확보하면서 분진 및 질소산화물을 버너자체에서 동시에 감소시킬 수 있도록 고안한 것으로 일차베인(1), 이차베인(2), 보염공기 조절판(3), 버너외통(4), 확산형 이차 분리통(5), 확산형 일차 분리통(6), 축류형 보염기(7), 연료노즐(8), 버너 평행부(9), 일차베인 조절핸들(10), 이차베인 조절핸들(11), 보염공기 조절핸들(12), 공기상자(13), 연료관(14), 버너정면판(15)으로 구성되어 있으며 연료노즐(8) 선단에서의 재순환영역 강화로 화염의 보염능력을 향상시켜 저부하에서도 안정된 연소를 형성시킬 수 있으므로 부하변동이 큰 경우에도 본 고안의 버너를 장착할 수 있으므로 연소신뢰성 향상과 공해 물질 저감을 만족시킬 수 있다.

Description

3단연소에 의한 공해물질 저감형 버너

제1도는 본 고안의 단면도.

제2도는 본 고안에 따른 화염구조 및 화로온도 분포도.

제3도는 본 고안에 따른 공기비 변화에 대한 질소산화물 및 분진 배출 특성도.

제4도는 본 고안에 따른 부하변화에 대한 질소산화물 및 분지배출 특성도.

제5도는 종래버너의 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 일차 베인 2 : 이차 베인

3 : 보염공기 조절판 4 : 버너 외통

5 : 확산형 이차 분리통 6 : 확산형 일차 분리통

7 : 축류형 보염기 8 : 연료 노즐

9 : 버너 평행부 10 : 일차베인 조절핸들

11 : 이차 베인 조절핸들 12 : 보염공기 조절 핸들

13 : 공기상자 14 : 연료관

15 : 버너 정면판 16 : 확산형 보염기

본 고안은 화석연료 연소로 인하여 생성되는 공해물질인 질소산화물과 분진을 동시에 줄이면서 저부하에서의 안정연소능력을 강화시킨 산업용 버너에 관한 것이며, 좀더 상세하게는 보염공기로 형성되는 화염에서는 강성회에 의한 고온 연소촉진 및 희박공기상태로 질소산화물의 생성을 억제하면서 화염안정화 능력을 향상시키고 반경방향으로 설치된 일차베인 및 이차베인으로 선회된 각각의 연소공기는 화염의 중간지역 및 후류지역으로 보내어 생성된 질소산화물을 질소로 환원시키며 아울러 분진 생성도 억제시킬 수 있는 3단연소에 의한 공해물질 저감형 버너에 관한 것이다.

현재 산업용으로 사용되고 있는 화석연료용 버너에 있어서 연소과정에서 형성되어 배출되는 질소산화물은 광화학 스모그를 일으키는 주 원인이므로 배출량의 규제가 엄격해지고 있다. 따라서 완전연소는 버너의 기본적인 만족사항이며 질소산화물의 감소정도가 버너의 성능을 좌우하는 매우 중요한 항목으로 인식되고 있다.

종래에 사용되고 있는 산업용 버너의 질소산화물 감소기법은 연소용공기중에 함유된 질소가 고온의 연소분위기에서 과잉산소와 반응하면서 생성되는 '열적 질소산화물'을 감소시키기 위해 고온의 연소지역에서는 과잉산소가 부족하도록 연료과잉-공기부족 상태로 유지하면서 질소의 반응을 억제하고 공기부족에 의해 발생되는 불완전 연소물을 노내온도가 상대적으로 낮아지는 화로 뒤쪽에서 충분한 연소용 공기를 주입하여 완전연소시키는 방법이 주로 사용되고 있다. 즉 버너 앞에서 연료과잉-공기부족 상태를 형성하기 위한 방법으로 현재 실용화되어 있는 기법은 배기가스 재순환법(연소된 배기가스의 일부를 연소용 공기와 혼합하여 버너로 유입시켜 연소하는 방법), 화로내 이단연소(연소공기의 일부분을 버너위에 설치된 구명으로 직접보내어 버너지역에서 불완전 연소된 연소가스를 완전연소시키는 기법)등의 설비추가에 의한 질소산화물 감소기법과 버너에서 연소용공기와 연료의 혼합특성을 제어함으로써 질소산화물의 생성을 감소시키는 '저 질소산화물 버너'로 구분할 수 있다. 전자는 질소산화물 감소효과가 높으나 기존설비에 질소산화물 감소용 추가설비가 요구되므로 경제적인 부담이 크며 보수, 유지에 지속적인 노력이 요구된다. 후자는 버너 내부에서의 질소산화물 저감기법이 응용되므로 전자에 비해 추가설비가 필요없어서 선호도가 높아지는 추세이다.

본 고안은 상기와 같은 ' 저 질소산화물 버너 '의 필요성을 충족시키기 위하여 안출한 것으로서, 본 고안의 목적은 연료노즐부위에서는 고온, 희박공기연소영역을 형성시켜 질소산화물의 생성을 억제하고, 일차공기 및 이차공기의 분리로 후류연소영역 및 중간연소영역을 만들어 미연가스의 완전연소와 아울러 질소산화물의 질소로의 환원으로 질소산화물 및 분진을 동시에 감소시키며, 저부하에서의 연소능력을 강화시킬 수 있는 버너의 제공에 있다.

연소영역에서 화염안정화를 위하여 강선회로 초기연소를 촉진시키지만 희박공기만을 투입함으로써 질소산화물의 생성을 억제시키며 부가적으로 증가한 미연가스는 이차공기로 형성되는 중간연소영역에서 부분적으로 완전연소되며 아울러 질소산화물의 환원제인 탄화수소물 및 질소산화물의 중간생성물을 형성시키며, 아울러 미연가스 및 중간생성물은 일차공기로 인하여 형성되는 후류연소영역에서 풍부한 산소와 만나면서 미연가스는 완전연소되어 분진의 증가를 없애며, 탄화수소물과 중간생성물은 초기 및 중간연소 영역에서 생성된 일산화질소와 반응하여 질소로 환원되도록 질소산화물과 분진의 생성을 억제하고 아울러 저부하에서의 안정연소능력을 확보토록 한 본 고안에 의하여 달성될 수 있는 바 첨부도면을 참조로 이를 상세히 설명한다.

본 고안의 버너는 제5도에서와 같이 일차베인(1), 이차베인(20), 버너외통(4), 연소공기 분리통(18), 연료노즐(8), 버너 평행부(9), 공기상자(13), 및 확산형보염기(16)로 이루어진 종래버너에 있어서, 보염공기 조절판(3)을 버너외통(4)에 설치하고, 버너외통(4)의 끝부분을 확산형으로 형성한 확산형 이차분리통(5)으로 구성하고, 연소공기 분리통(18)을 확산형 일차분리통(6)으로 형성하며, 확산형 보염기(16)대신 축류형 보염기(7)를 설치하며,일차베인 조절핸들(10), 이차베인 조절핸들(11), 및 보염공기 조절핸들(12)을 설치한 구성으로 되어있다.

미설명 부호 14는 연료노즐이고, 15는 버너 정면판이다.

본 고안이 적용되는 버너는 제5도의 기존버너 구성품중 연소공기 분리통(18)을 없애고 확산형 일차분리통(6)을 설치하고 버너외통(4)끝단에 확산형 이차 분리통(5)을 설치하여 일차공기 및 이차공기를 확실하게 구분시켜 화염의 후류지역과 중간지역으로 보내어 질소산화물의 질소로 환원촉진과 분진생성의 억제를 강화토록 하였으며, 확산형 보염기(16)를 축류형 보염기(7)로 대체시켜 초기연소를 희박공기상태에서 촉진시켜 저부하에서의 안정연소능력을 확보토록 고안한 것이다.

이와같이 구성된 본 고안에 따른 버너가 질소산화물을 저감시키는 원리를 이하에 상세히 설명한다.

액체연료는 연료관(14)을 통하여 분무증기와 같이 유입되어 연료노즐(8)에서 미립화되면서 화로내로 분부된다. 연소용공기는 버너 정면판(15)으로 막혀진 공기상자(13)로 유입되어 30%정도는 버너 외통(4)에 설치된 보염공기 조절판(3)으로 들어가서 축류형 보염기(7)를 통과하면서 강하게 선회되어 연료노즐(8)에서 분무되는 연료와의 혼합을 촉진시켜 급격한 연소를 일으킨다. 급격한 연소로 인한 질소산화물의 증가는 필요한 총연소공기중의 30%의 정도만 투입함으로써 산소농도가 희박한 상태에서 연소되므로 연료와 공기중의 질소는 잉여산소부족으로 인하여 질소산화물로의 반응이 억제된다. 또한 축류형 보염기(7)에 의한 강선회로 연료노즐(8)주위에는 큰 연소가스의 재순환영역이 존재하면서 보염효과가 커져 저부하 상태에서도 안정된 연소를 시킬 수 있게되며, 고온의 재순환영역의 존재로 희박공기상태의 초기화염에서 연료중의 액체질소는 기체질소로 바뀌면서 '연료 질소산화물'의 생성을 억제시킨다.

보염공기 조절판(3)으로 유입되지 않은 약 70%의 나머지 연소공기는 반경방향으로 설치된 일차베인(1)을 통과하면서 선회되며 이중의 약 60%정도는 확산형 일차 분리통(6)을 지나 버너 평행부(9)에서 형성되는 환상형 유료를 통과하면서 선회력에 의하여 화염의 후류지역으로 이송된다. 일차베인(1)에서 선회되어 확산형 일차 분리통(6)을 지나 화로내로 유입되지 아니한 나머지 연소공기는 이차베인(2)에서 재선회되어 버너외통(4)끝단에 설치된 확산형 이차 분리통(5)에 의하여 연료노즐(8)로 직접 유입되지 않고 확산형 일차 분리통(6)과의 사이에서 형성되는 유로를 지나 화염 중간단계로 투입된다. 이와 같은 경로로 유입된 일차공기와 이차공기는 보염공기에 의하여 형성된 초기연소영역에서 발생한 미연가스와 반응하게 된다. 우선적으로 이차베인(2)을 지나면서 형성된 이차공기 초기연소영역에서 형성된 미연가스를 이론공기량의 상태에서 연소시켜 열적질소산화물의 생성을 억제시키며 아울러 탄화수소물 및 질소산화물의 중간 생성물을 형성시킨다.

이와 같이 중간 연소영역에서 형성된 연료의 중간생성물들은 일차베인(1)으로 형성된 일차공기와 후류연소영역에서 만나면서 풍부한 산소농도로 일하여 완전연소된다. 이과정에서 초기 연소영역과 중간생성영역에서 발생한 질소산화물은 중간생성물의 완전연소의 과정에서 질소로의 환원반응을 일으키면서 질소산화물이 줄어들게 된다. 즉, 후류연소영역에서는 이전연소영역에서 형성된 질소산화물을 질소로 환원시키면서 미연가스의 완전연소로 분진발생량도 함께 억제시키는 연소 반응이 일어난다. 이와같은 3단계연소과정으로 질소산화물 및 분진을 억제할 수 있는 것은 연소공기를 일차공기, 이차공기 및 보염공기로 분리시키면서 선회도를 개별적으로 선정할 수 있는 구조로 만듬으로써 가능한 것이며 아울러 보염공기의 선회력증가로 저부하에서의 화염안정화 능력 향상이 가능하여 안정연소능력이 증대되었다. 이러한 각 공기별 선회력 및 통과량 조절은 일차베인(1), 이차베인(2) 및 보염공기 조절판(3)의 축선상에 연결된 연결봉을 버너 정면판(15)까지 연장시켜 일차베인 조절핸들(10),이차베인 조절핸들(11), 보염공기 조절핸들(12)을 부착, 조정함으로써 최적의 상태로 조절되도록 하였다.

본 고안의 효과로는 제3도 및 제4도에 나타냈으며 제5도의 종래버너와 동일조건에서의 본 고안과의 질소산화물 및 분진배출특성을 비교하였다. 제3도, 제4도에 나타난 바와 같이 기존버너에서 생성되는 질소산화물을 분진의 특별한 증가없이 30%이상 감소시킬 수 있다. 또한 연료노즐(8) 선단에서의 재순환영역 강화로 화염의 보염능력을 향상시켜 저부하에서도 안정된 연소를 형성시킬 수 있으므로 부하변동이 큰 경우에도 본 고안의 버너를 장작할 수 있으므로 연소신뢰성 향상과 공해물질저감을 만족시킬 수 있다.

Claims (1)

1. 일차베인(1), 이차베인(2), 버너외통(4), 연소공기 분리통(18), 연료노즐(8), 버너평행부(9), 공기상자(13), 및 확산형 보염기(16)로 이루어진 종래 버너에 있어서, 버너외통(4)에 보염공기 조절판(3)을 설치하고, 일차공기와 이차공기를 확실하게 분리시키도록 버너외통(4) 끝단에 확산형 이차분리통(5)을 설치하고 연소공기분리통(18) 대신 확산형 일차분리통(6)을 설치하며, 초기연소의 희박공기상태를 촉진시키도록 확산형 보염기(16)대신 축류형 보염기(7)를 설치하며, 일차베인 조절핸들(10), 이차베인 조절핸들(11), 및 보염공기 조절핸들(12)을 설치한 것을 특징으로 하는 3단연소에 의한 공해물질 저감형 버너.