KR200161561Y1 - 질소산화물 저감형 버너의 플로디바이더 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 고안이 속한 기술분야

본 고안은 질소산화물 저감형 버너의 플로디바이더에 관한 것이다.

2. 고안이 해결하려고 하는 기술적 과제

종래버너에서는 1차 연소용 공기의 선회 정도가 적기 때문에 분배현상이 뚜렷하게 이루어지지 않고 버너출구 근처에서 주 연소공기와 섞이게 되며 연소온도가 높아짐에 따라 질소산화물 생성을 야기시키는 문제점이 있음.

3. 고안의 해결방법의 요지

플로디바이더의 내주를 원통형으로 하고, 외주를 테이퍼형상으로 하여 끝단까지 확대되도록 한 본 고안에 의해 해결됨.

4. 고안의 중요한 용도

1차 연소용 공기의 선회를 크게 하고 2차 연소용 공기와의 분배현상이 뚜렷히 발생하도록 하며 플로디바이더를 통과시 운동량이 감소되는 것을 방지하여 화염의 연소온도를 낮추고 질소산화물 저감에 탁월한 효과가 있음.

Description

질소산화물 저감형 버너의 플로디바이더

본 고안은 질소산화물 저감형 버너의 플로디바이더에 관한 것이며, 특히 이단연소방식의 버너에 있어서의 플로디바이더의 형상을 변경함으로써 연소용 공기의 분배를 원활히 하고 연소지역을 분리하여 질소산화물을 주로하는 공해물질의 배출을 줄이도록 한 장치에 관한 것이다.

현재 화석연료를 사용하고 있는 산업용 보일러에 있어서 연소과정중에 형성되는 질소산화물은 광화학 스모그를 일으키는 주 원인으로 이의 배출량은 엄격히 규제되고 있는 실정이다.

따라서, 연소에 의한 화학에너지의 열에너지로의 변환에 있어서 완전연소는 버너의 기본적인 만족사항이고, 특별한 미연분의 증가없이 질소산화물의 감소 정도가 버너의 성능을 좌우하는 매우 중요한 항목으로 부각되고 있다.

종래에 사용되고 있는 산업용 버너의 질소산화물 감소기법에 관해 간단히 설명하면, 연소용 공기중에 함유된 질소가 고온의 연소분위기에서 과잉산소와 반응하면서 생성되는 '열적 질소산화물(Thermal NOx)'을 감소시키는 것이 중요한 과제로써, 상기 고온의 연소지역에서는 과잉산소가 부족하도록 연료과잉-공기부족 상태를 유지하면서 질소의 반응을 억제하고 공기부족에 의해 발생되는 불완전 연소물을, 노내 온도가 상대적으로 낮아지는 화로 후류측에서 충분한 연소용 공기를 주입하여 완전연소시키는 방법이 주로 사용되고 있다.

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

이러한 버너 앞에서의 연료과잉-공기부족 상태를 형성하기 위한 방법으로 현재 실용화되어 있는 기법에는 먼저, 연소된 배기가스의 일부를 연소용 공기와 혼합하여 다시 버너로 유입시켜 연소하는 배기가스 재순환법이 있고, 상기 버너 위에 별도로 구멍을 설치하여 연소공기의 일부분을 상기 구멍으로 직접 보내어 버너지역에서 불완전 연소된 연소가스를 완전연소시키도록 하는 화로내 이단연소기법이 있으며, 마지막으로, 버너에서 연소공기를 분할 공급하는 공기역학적인 방법을 사용하여 연소용 공기와 연료의 혼합 특성을 제어함으로써 질소산화물의 생성을 감소시키는 '저 질소산화물 버너' 방식이 있다.

제3도는 종래의 저 질소산화물 버너의 단면도를 나타낸 것이다.

종래의 상기 저 질소산화물 버너 방식은 질소산화물(NOx)의 발생량을 적게 하기 위해서 버너출구 근처에서 분사공급되는 공기의 분배를 다르게 함으로써 공기(산소+질소)가 많은 지역과 적은 지역으로 분리하고 버너로부터 연료를 연소용 공기가 적은 지역으로 분무하여 불완전연소를 일으키고 여기서 불완전 연소된 연료는, 플로디바이더(Flow Divider)를 통해 화염 후류로 보내지는 공기와 반응함으로써 완전연소를 이루게 하는 방식이다.

이와 같이 연소지역을 공기의 밀도가 높은 지역과 낮은 지역으로 분리함으로써 연소온도를 낮게 하여 고온에서 많이 발생하는 질소산화물의 배출을 억제토록 한다.

상기 플로디바이더는 연소용 공기를 외측 베인(Outer Vane)을 통해 선회가 걸린 1차 연소용 공기와 이중 일부 내측 베인(Inner Vane)을 통과하는 2차 연소용 공기로 분리하여 준다. 이렇게 분리된 2차, 1차 연소용 공기는 각각 주연소 반응영역과 후류연소 반응영역으로 보내진다.

상기 내측베인을 통과한 2차 연소용 공기는 상기 플로디바이더의 내측을 통해 선회되어 분사되는 반면, 상기 외측베인을 통과한 1차 연소용 공기는 상기 플로디바이더의 외주를 통해 선회되어 분사되게 된다.

이러한 선회가 걸린 1차 연소용 공기의 분배 현상은 질소산화물 발생 유무와 관련이 깊은데, 종래 버너의 1차 연소용 공기의 선회 정도가 적기 때문에 상기 분배현상이 뚜렷하게 이루어지지 않게 되고 버너출구 근처에서 주 연소공기와 섞이게 되며 따라서 연소온도가 높아짐에 따라 질소산화물 생성량의 저감효과를 감소되게 되는 문제점이 있다.

또한 종래의 플로디바이더의 형상변경을 통한 개선안에서는 상기 1차 그리고 2차 연소용 공기의 분배현상이 뚜렷히 형성되도록 유도하는 구조를 가진 것도 있으나 어느 것도 구조 중의 일부에 급격한 변경을 가함으로써 유동중의 상기 연소용 공기의 운동량을 유지시킬 수 없으므로 결과적으로 분사후에 다시 섞이게 되는 경우가 많이 발생하였다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 고안은, 상기 1차 연소용 공기의 선회정도를 크게 하고 2차 연소용 공기와의 분배현상이 뚜렷히 발생하도록 하며 상기 1차 및 2차 연소용 공기 공히 플로디바이더를 통과하는 과정에서 운동량이 감소되는 것을 방지함으로써 화염의 연소온도를 낮추고 질소산화물 저감에 탁월한 효과를 유도하는 플로디바이더의 제공을 목적으로 한다.

이와 같은 목적은, 질소산화물 저감형 버너에 있어서 플로디바이더의 내주를 원통형으로 하고, 외주를 테이퍼형상으로 하여 끝단까지 확대되도록 구성된 본 고안에 의해 달성될 수 있는바, 이하 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

제1도는 본 고안의 플로디바이더를 장착한 질소산화물 저감형 버너의 단면도.

제2도는 본 고안의 플로디바이더를 통해 형성되는 연소용 공기의 유동을 나타낸 형상도.

제3도는 종래의 저 질소산화물 버너의 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 외측베인 2 : 내측베인

3 : 플로디바이더 4 : 버너외통

5 : 보염기 6 : 노즐

10 : 질소산화물 저감형 버너 가 : 초기연소영역

나 : 중간연소영역 다 : 후류연소영역

제1도는 본 고안의 플로디바이더를 장착한 질소산화물 저감형 버너의 단면도를 나타낸 것이다.

본 고안은 외측베인(1), 내측베인(2), 플로디바이더, 버너외통(4), 보염기(Diffuser)(5) 그리고, 노즐(6)로 이루어진 질소산화물 저감형 버너에 있어서, 상기 플로디바이더(3)의 내주는 원통형으로 하고, 외주는 테이퍼형상으로 하여 끝단까지 확대되도록 구성한다.

이하, 본 고안의 작용에 관해 상세히 설명한다.

제2도는 본 고안의 플로디바이더를 통해 형성되는 연소용 공기의 유동을 나타낸 형상도이다.

상기 질소산화물 저감형 버너(10)는 질소산화물(NOx)의 발생량을 적게 하기 위해서 버너출구 근처에서 분사공급되는 공기의 분배를 다르게 함으로써 연소용 공기가 밀집된 지역과 엷은 지역으로 분리되게 된다.

따라서, 연료를 연소용 공기가 적은 지역으로 분무되면 여기서는 화염의 온도자체가 낮고 연료의 불완전연소가 일어나며 불완전연소된 연료는, 플로디바이더(3)를 통해 화염 후류로 보내지는 1차 연소용 공기와 반응함으로써 완전연소가 일어나게 된다.

그리고, 전체화염 연소시의 온도가 낮아지므로 질소산화물의 발생도 억제되게 된다.

상기 플로디바이더(3)는 연소용 공기를 외측 베인(1)을 통해 선회가 걸린 1차 연소용 공기와 이중 일부 내측 베인(2)을 통과하는 2차 연소용 공기로 분리시키는 역할을 하는 것으로, 이렇게 분리된 2차, 1차 연소용 공기는 각각 주연소 반응영역과 후류연소 반응영역으로 보내지게 된다.

상기 버너외통(4) 속의 보염기(5)와 노즐(6)에서 연료가 연소될 때는 2차 연소용 공기에 의해 초기연소영역(가)이 형성되고 상기 중간연소영역(나)에서는 연료의 불완전 연소물이 형성되며 이러한 불완전 연소물은 최종적으로 후류연소영역(다)에서 상기 1차 연소용 공기와 결합하여 완전연소가 이루어지게 된다.

상기 내측베인(2)을 통과한 2차 연소용 공기의 양은 1차 연소용 공기의 양에 비해 상대적으로 적지만 상기 플로디바이더(3) 내측을 통해 선회분사되어 버너부분에서 연료와의 혼합을 통해 연소를 일으킨다.

상기 외측베인(1)을 통과한 1차 연소용 공기는 상기 테이퍼형상의 플로디바이더의 외주를 통해 크게 선회되어 분사되며, 상기 테이퍼 형상을 따라 유동하는 1차 연소용 공기는 운동량이 손실되지 않고 화염의 후방의 후류연소영역(다)에까지 유동이 가능하게 된다.

본 고안은 1차 연소용 공기의 선회정도를 크게 하고 2차 연소용 공기와의 분배현상이 뚜렷히 발생하도록 하며 상기 1차 및 2차 연소용 공기 공히 플로디바이더를 통과하는 과정에서 운동량이 감소되는 것을 방지함으로써 화염의 연소온도를 낮추고 질소산화물 저감에 탁월한 효과가 있다.

Claims (1)

1. 외측베인(1), 내측베인(2), 플로디바이더, 버너외통(4), 보염기(5) 그리고, 노즐(6)로 이루어진 질소산화물 저감형 버너에 있어서, 상기 플로디바이더(3)의 내주는 원통형으로 하고, 외주는 테이퍼형상으로 하여 끝단까지 확대되도록 구성된 것을 특징으로 하는 질소저감형 버너의 플로디바이더.