KR200157849Y1 - 공기 2단 분사식 화염분활형 가스버너 - Google Patents

Abstract

본 고안은 공기 2단연소형 가스버너의 가장자리로 형성된 1차공기노즐내에 연료노즐을 배치하고, 2차공기는 버너의 중앙에서 분사되게 하여서 화염의 분활연소로 질소산화물(NOx)의 발생량을 최소화할 수 있는 공기 2단분사식 화염분활형 가스버너에 관한 것으로, 연소용 공기를 1차공기와 2차공기로 나누어 분활분사하는 공기 2단연소형 가스버너에 있어서, 버너의 중앙부에 2차공기노즐을 형성하고, 상기 2차공기노즐의 가장자리에 다수의 1차공기노즐이 형성되며, 상기 1차공기노즐내에 연료헤더에 연결된 다수의 연료노즐이 내설된 것을 특징으로 하는 공기 2단분사식 화염분활형 가스버너이다.

Description

공기 2단 분사식 화염분활형 가스버너

제1도는 종래 기술에 의한 공기 2단연소형 가스버너의 개략도.

제2도는 본 고안에 의한 공기 2단연소형 가스버너의 측단면도.

제3도는 제2도의 일측면도.

제4도는 본 고안에 의한 공기 2단연소형 가스버너의 화염형태를 나타낸 예시도.

제5도는 본 고안의 공기 2단연소형 가스버너의 연소속도 변화에 따른 질소산화물 생성경향을 나타낸 그래프.

제6(a)(b)(c)도는 본 고안에 의한 공기 2단연소형 가스버너의 실시예시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 공기공급구 11 : 1차공기통로

12 : 2차공기통로 15 : 접변

20 : 1차공기노즐 21 : 2차공기노즐

22 : 연료헤더 23 : 연료노즐

24 : 연료팁

본 고안은 공기 2단연소형 가스버너에 관한 것으로, 특히 공기 2단연소형 가스버너의 가장자리로 형성된 1차공기노즐내에 연료노즐을 배치하고, 2차공기는 버너의 중앙에서 분사되게 하여서 화염의 분활연소로 질소산화물(NOx)의 발생량을 최소화할 수 있는 공기 2단분사식 화염분활형 가스버너에 관한 것이다.

일반적으로 가열로나, 보일러와 같이 가스버너를 사용하는 설비에서는 열효율 못지않게 환경오염의 방지를 위하여 질소산화물의 발생량을 억제하는 것이 중요하다.

가스연료 사용시에는 공기중의 질소와 산소가 고온에서 반응하여 생성되는 소위 열적 '질소산화물(Thermal Nox)"이 대부분을 차지하며, 이 열적 질소산화물의 발생량은 연소조업 조건은 물론, 버너의 구조에 큰 영향을 받는다.

상기 질소산화물의 생성억제를 위하여 각종 저질소산화물 버너가 제안되어 사용되고 있는 바, 공기 2단연소형 버너가 주류를 이루고 있다.

상기 공기 2단연소형 가스버너는 연소에 필요한 공기를 버너 내부에서 2단으로 나누어 공급하는 것으로서, 접변의 위치에 따라 1,2차 공기의 분율이 변화된다. 대개 1단에는 필요공기량의 20∼70%를 공급하여 산소부족에 의한 질소산화물 생성억제와 연소온도 저하에 의한 질소산화물 생성억제의 효과를 도모하고, 나머지 연소용 공기를 2단에서 분사하여 미연분을 완전하게 연소시킬 수 있도록 되어 있다.

제1도는 종래 기술에 의한 공기 2단연소형 가스버너의 개략도이다.

제1도를 참조하면, 접변(15)에 의해 1차공기통로(11)와 2차공기통로(12)로 분활된 공기공급구(10)를 가지고, 상기 1차공기통로(11)로부터 공급되는 공기가 분사되는 중앙의 1차공기노즐(13)에 연료관(16)이 설치되며, 상기 1차공기노즐(13)의 주위로는 2차공기통로(12)로부터 분사된 공기가 통과되면서 불완전 연소된 연료를 2차로 연소시키는 2차공기노즐(14)로 구성된 것이다.

상기와 같이 구성된 공기 2단연소형 가스버너는 공기공급구(10)로 공급되는 연소용공기는 접변(15)에 의해 분활된 1,2차공기통로(11)(12)로 나뉘어 공급된다.

상기와 같이 분활 공급되는 공기중 1차공기통로(11)로 공급되는 공기는 1차공기노즐(13)를 거쳐 분사되는데, 이때 1차공기노즐(13)에 설치된 연료관(16)에서 분사된 연료와 혼합되어 1차연소가 일어난다.

상기와 같이 연료가 1차연소과정을 거치게 되고, 여기서 불완전 연소된 연료는 2차공기통로(12)로부터 2차공기노즐(14)로 분사되는 공기와 혼합되어 완전한 연소를 이루게 되는 것이다.

그러나 상기한 종래의 기술은 버너의 중앙부(1차공기노즐)에 연료관을 설치하여 연료를 분사하기 때문에 중앙부에 연료과농 영역이 형성되어 중심부근의 연료는 공기와의 혼합이 지연되어 긴 화염이 형성되며, 화염이 커다란 하나의 화염으로 형성됨으로써, 외부로의 방열속도가 느려서 1단연소형버너 대비 40% 내외의 질소산화물만이 감소되는 단점이 있다.

또한 저 공기비 연소시에는 화염이 불안정해지기 쉬운 단점이 있다.

본 고안은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 1차공기가 분사되는 공기노즐을 2단연소형 가스버너의 중심으로부터 바깥쪽에 형성하고, 그 내부에 연료노즐을 내설하여 화염 분활연소에 따른 질소산화물(NOx)의 발생량을 최소화할 수 있는 공기 2단분사식 화염분활형 가스버너를 제공하는 것에 그 목적을 둔다.

전술한 본 고안의 목적은, 연소용 공기를 1차공기와 2차공기로 나누어 분활 분사하는 공기 2단연소형 가스버너에 있어서, 버너의 중앙부에 2차공기노즐을 형성하고, 상기 2차공기노즐의 가장자리에 다수의 1차공기노즐이 형성되며, 상기 1차공기노즐내에 연료헤더에 연결된 다수의 연료노즐이 내설된 것을 특징으로 하는 공기 2단분사식 화염분활형 가스버너를 제공함으로써 달성된다.

상기 연료노즐은 소구경 연료노즐과 대구경 연료노즐중 어느 하나 또는 교대로 배치된 것을 특징으로 하는 공기 2단분사식 화염분활형 가스버너를 제공함으로써 달성된다.

상기 다수의 연료노즐의 노즐팁은 버너 축방향위치를 연료노즐별로 동일하게 혹은 다르게 배치되는 것을 특징으로 하는 공기 2단분사식 화염분활형 가스버너를 제공함으로써 달성된다.

이하 첨부도면에 의거, 본 고안의 바람직한 실시예를 설명한다.

제2도는 본 고안에 의한 공기 2단연소형 가스버너의 측단면도, 제3도는 제2도의 일측면도이고, 제4(a)(4b)도는 본 고안에 의한 공기 2단연소형 가스버너의 화염형태를 나타낸 예시도이며, 제5도는 본 고안의 공기 2단연소형 가스버너의 연소속도 변화에 따른 질소산화물 생성경향을 나타낸 그래프며, 제6(a)(b)(c)도는 본 고안에 의한 공기 2단연소형 가스버너의 실시예시도이다.

본 고안의 공기 2단연소형 가스버너는, 연소용 공기를 1차공기와 1차공기로 나누어 분활 분사하는 공기 2단연소형 가스버너에 있어서, 버너의 중앙부에 2차공기노즐(21)을 형성하고, 상기 2차공기노즐(21)의 가장자리에 다수의 1차공기노즐(22)이 형성되며, 상기 1차공기노즐(20)내에 연료헤더(22)에 연결된 다수의 연료노즐(23)이 내설된 것이다.

상기 연료노즐(23)은 소구경 연료노즐과 대구경 연료노즐중 어느 하나 또는 교대로 배치할 수도 있다.

상기 다수의 연료노즐(23)의 노즐팁(24)은 버너 축방향위치를 연료노즐(23)별로 동일하게 혹은 다르게 배치되는 것이다.

제2도와 제3도 및 제4도를 참조하면, 공기공급구(10)을 통하여 버너로 공급되는 공기는 접변(15)에 의해 1,2차공기통로(11)(12)에 의해 분활되어 1차공기노즐(20)과 2차공기노즐(21)을 통하여 분사되는 것이다.

상기와 같이 연소용공기가 분사되어짐으로서, 버너에서는 연료가 다수의연료노즐(23)을 통하여 분사되고 2차공기가 버너의 중앙에서 분사됨으로 제4도에 도시된 바와 같이 화염이 여러개로 분활되어 형성되는 것이다.

상기와 같이 화염이 여러개의 독립된 작은 화염으로 분활되면 동일 연소부하에서 화염의 표면적이 증가되므로 화염에서의 방열성이 증가되어 화염온도를 저하시켜 질소산화물의 추가적인 저감이 가능한 것이다.

또한 화염층의 두께가 얇으므로 고온역에서의 체류시간이 감소되어 질소산화물 생성억제를 가져오게 된다.(즉 화염에서의 방열속도 증대가 가능함)

제5도는 논 고안의 공기 2단연소형 가스버너의 연소속도 변화에 따른 질소산화물 생성경향을 나타낸 것으로써, 제철소에서 사용되는 발열량 2,800Kcal/Nm³인 COG와 BFG의 혼합가스를 상온의 공기로서 공기비 1.0으로 연소시키는 경우에 관한 것으로 초기 화염온도가 1,500℃에 관한 것이다.

상기의 경우 초기 화염온도를 Tmax라 할때 화염의 온도는 시간의 경과에 따라 방열이 진행되어 일정시간 경과후의 화염온도(T)는 T-(Tmax)exp{-(DR)t}로 표시된다.

여기서 DR은 방열계수이며, t는 시간을 나타낸다. 방열계수(DR)가 클수록 화염에서의 방열속도가 큼을 의미한다.

상기한 바와 같이 질소산화물의 발생량은 방열속도 증가에 따라 급격히 감소되는 것이다.

즉 버너의 구조변경에 의해 화염에서의 방열속도를 크게하면 질소산화물 발생량이 급격히 감소됨을 알 수 있다.

제6(a)(b)(c)도는 본 고안에 의한 공기 2단연소형 가스버너의 실시예시도이다.

제6도에서와 같이 연료노즐(23)과, 1차공기노즐(20)의 구경을 서로 다르게 배치할 수도 있으며, 일부 1차공기노즐(20)내에는 연료노즐(23)을 설치하지 않을 수도 있는 것이다. 상기와 같이 실시예로서 부위별로 연료의 농도를 진하게 또는 흐리게 조절할 수 있어 농담연소의 효과에 의해 추가적인 질소산화물의 생성억제가 가능하게 된다.

또한 연료노즐(23)의 연료팁(24)을 버너 축방향 위치를 연료노즐(23)별로 다르게 설치하여 연료 다단분사의 효과에 의해 질소산화물의 저감을 가져올 수 있다.

이상 설명된 바와 같이, 본 고안의 공기 2단분사식 화염분활형 가스버너는, 다수의 연료노즐을 버너의 가장자리로 형성된 1차공기노즐에 내설하고, 2차공기는 버너 중앙에서 분사되게 하여 화염 분활연소에 따른 질소산화물(NOx)의 발생량을 최소화할 수 있는 효과를 나타낸다.

Claims (3)

1. 연소용 공기를 1차공기와 2차공기로 나누어 분활 분사하는 공기 2단연소형 가스버너에 있어서, 버너의 중앙부에 2차공기노즐(21)을 형성하고, 상기 2차공기노즐(21)의 가장자리에 다수의 1차공기노즐(20)이 형성되며, 상기 1차공기노즐(20)내에 연료헤더(22)에 연결된 다수의 연료노즐(23)이 내설된 것을 특징으로 하는 공기 2단분사식 화염분활형 가스버너.
2. 제1항에 있어서, 상기 연료노즐(23)은 소구경 연료노즐과 대구경 연료노즐중 어느하나 또는 교대로 배치된 것을 특징으로 하는 공기 2단분사식 화염분활형 가스버너.
3. 제1항에 있어서, 상기 다수의 연료노즐(23)의 노즐팁(24)은 버너 축방향위치를 연료노즐별로 동일하게 혹은 다르게 배치되는 것을 특징으로 하는 공기 2단분사식 화염분활형 가스버너.