KR200172448Y1 - 질소산화물 저생성버너 - Google Patents

Abstract

본 고안은 2단연소방식 및 배기가스 재순환방식을 활용한 질소산화물 저생성버너에 관한 것으로써, 종래에는 2차공기의 선회운동량이 적기 때문에 연소영역을 공기가 많은 영역과 적은 영역으로 분리되는 분배현상이 뚜렷이 나타나지 않게되고 초기연소영역에서 2차공기와 3차공기가 만나게 되어 높은 연소온도를 형성하게 되므로 고온 질소산화물의 생성억제 효과가 뚜렷하지 못하고 후류연소영역으로 보내어 지는 1차공기의 양이 부족하여 미연소분의 재연소가 원활히 이루지지 않는 등의 많은 문제점이 있었으나, 본 고안은 연소영역내의 공기의 흐름과 연소분위기를 개선하기위해 유동분할통과 버너외통의 길이를 버너목까지 연장하고 말단에서의 반경을 확대하며 보염기와 분사노즐을 버너외통의 말단에 설치하는 구조로 개선하여 완전연소의 실현으로 분진의 발생이 억제되고 전체연소영역내에서 균일한 온도분포를 나타내어 고온 질소산화물의 생성이 억제되고 연료중에 포함된 질소성분이 질소산화물이 아닌 질소분자의 형태로 환원되어 질소산화물의 생성이 현저히 감소되므로, 질소산화물 환원촉매장치나 전기집진기와 같이 별도의 배기가스 재처리시설이 불필요하거나 그 용량을 줄일 수 있으므로 설치비 및 운전비가 절감되는 탁월한 효과가 있다.

Description

질소산화물 저생성버너

본 고안은 질소산화물 저생성버너에 관한 것으로써, 더 상세하게는 연소공기를 버너외통과 유동분할통으로 각각 1차공기, 2차공기, 3차공기로 나누어 1차공기와 2차공기를 각각의 베인에 의해 선회시켜 배출하여 연소시키는 2단연소방식 및 배기가스 재순환방식을 활용한 질소산화물 저생성버너에 관한 것이다.

화석연료의 연소에 의해 생성되는 각종의 환경오염물질에는 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx), 일산화탄소, 탄화수소, 미연소분 등이 있으며, 이러한 환경오염물질은 광화학 스모그나 산성비 등을 유발시키므로 배출허용기준이 점차 강화되고 있는 실정이다.

이러한 환경오염물질을 저감시키기 위한 방법으로는 크게, 연료자체의 처리에 의한 전처리방법과, 연소기술 자체의 개선에 의한 방법, 그리고 생성된 후에 배기가스의 재처리에 의한 후처리방법으로 구분할 수 있다.

예를 들어 황산화물의 경우에 연료에 포함되어 있는 유황성분에 의해 생성되므로 전처리방법으로 연료중의 유황성분을 제거하여 황산화물의 생성을 억제하고, 상기 전처리방법에서 탈황이 불가능하거나 잔류유황에 의한 황산화물은 배기가스 재처리방법에 의해 제거하고 있다.

그러나, 질소산화물의 경우에는 연료중에 포함되어 있는 질소성분에 의한 연료 질소산화물(Fuel NOx) 뿐만 아니라 공기 중의 질소분자가 1500도 이상의 고온영역에서 산소와 반응하여 생성되는 고온 질소산화물(Thermal NOx)의 생성량이 많으며 연소환경에 의해 그 생성량이 크게 달라지므로 연소환경을 개선하여 질소산화물의 생성을 억제하는 방법들이 많이 간구되어 왔다.

현재 사용되고 있는 연소환경 개선을 통한 질소산화물 저감기술에 관해 서술하면, 배기가스를 연소용 공기에 혼합하거나 또는 별도의 노즐을 통해 연소가스를 화염에 투입하여 고온 질소산화물의 생성을 억제하는 배기가스 재순환방식과, 주연소를 공기부족상태에서 행하고 연소영역 후단에서 미연분의 제거를 위한 재연소용 공기를 공급하는 이단연소방식이 있다.

상기 이단연소방식의 최적조건은 재연소용 공기의 주입위치에 영향을 받아서, 주입위치가 버너선단으로부터 멀어져 감에 따라 질소산화물의 생성이 감소된다.

도 5는 종래의 질소산화물 저생성버너의 단면도이다.

종래의 질소산화물 저생성버너는 질소산화물의 생성량을 줄이기 위해 연소영역을 공기가 많은 영역과 적은 영역으로 분리하고 연료의 분사를 연소용 공기가 희박한 영역에서 행하여 초기연소영역에서는 불완전연소를 행하고, 불완전연소분은 유동분할통(6')에 의해 분류되어 후류연소영역으로 보내지는 공기와 반응함으로써 완전연소를 이루게 되어 미연소분이 감소되고, 연소영역이 분리됨으로써 전체적인 연소영역의 온도가 낮게되므로 고온 질소산화물의 생성이 억제된다.

상기 유동분할통(6')은 연소용 공기를 1차베인(4')을 통해 선회된 1차공기(9')와, 2차베인(5')을 통과하는 2차공기(10')로 분리하여 준다.

상기 과정에 의해 분리된 1차공기(9')와 2차공기(10')는 각각 주연소 반응영역과 후류연소영역으로 보내어 진다.

그러나, 종래 버너는 1차공기(9')의 선회운동량이 적기 때문에 연소영역을 공기가 많은 영역과 적은 영역으로 분리되는 분배현상이 뚜렷이 나타나지 않게되고 초기연소영역에서 1차공기(9')와 주연소공기가 만나게 되어 높은 연소온도를 형성하게 되므로 고온 질소산화물의 생성억제 효과가 뚜렷하지 못하고 후류연소영역으로 보내어 지는 공기량이 부족하여 미연소분의 재연소가 완전히 이루지지 않는 등의 많은 문제점이 있었다.

본 고안은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 산업용 보일러에 있어서 연소과정중에 발생될 수 있는 질소산화물과 미연소분에 의한 분진의 생성을 저감시킬 수 있는 질소산화물 저생성 버너의 제공을 목적으로 한다.

상기의 목적은 연소영역내의 공기의 흐름과 연소분위기를 개선하기위해, 길이가 버너목까지 연장되고 말단의 반경이 확대되는 형상의 유동분할통과 버너외통, 상기 버너외통의 말단에 설치되는 보염기와 분사노즐로 이루어진 본 고안의 구성에 의해 달성될 수 있는바, 첨부한 도면을 참조로하여 이하에 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안에 따른 질소산화물 저생성 버너의 단면도이다.

도 2는 본 고안에 의해 버너에서의 연소공기의 유동을 나타낸 단면도이다.

도 3은 본 고안의 화로내의 온도분포를 나타낸 그래프이다.

도 4는 본 고안에 따른 버너에서 발생되는 질소산화물과 분진의 배출특성을 나타낸 그래프이다.

도 5는 종래의 질소산화물 저생성버너의 단면도이다.

* 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 분사노즐 2 : 보염기

3 : 버너외통 4,4' : 1차베인

5,5' : 2차베인 6,6' : 유동분할통

7 : 버너타일 8 : 버너목

9,9' : 1차공기 10.10' : 2차공기

11 : 3차공기 12 : 초기연소영역

13 : 중간연소영역 14 : 후류연소영역

도 1은 본 고안에 따른 질소산화물 저생성 버너의 단면도이다.

먼저 본 고안의 구성을 살펴보면, 본 고안은 연료가 분사되는 분사노즐(1)을 중심으로하여, 상기 분사노즐(1)과 결합된 보염기(2)와, 버너목(8)까지 길이가 연장되고 말단의 반경이 확대되는 버너외통(3)과, 유입공기를 선회시키는 1차베인(4)과, 상기 1차베인(4)에서 선회된 공기를 1차공기(9) 및 2차공기(10)로 나누어주고 길이가 버너목(8)까지 연장되며 상기 버너외통(3)과 평행한 유동분할통(6)과, 상기 2차공기(10)를 선회시키는 2차베인(5)과, 버너의 외곽을 감싸는 버너타일(7)로 구성되어 있다.

도 2는 본 고안에 의해 질소산화물 저생성 버너에서의 연소공기의 유동을 나타낸 것으로, 상기의 구성에 의한 본 고안의 작용은 이하에 설명한다.

연소공기는 각각 1차공기(9), 2차공기(10) 및 3차공기(11)로 나누어 유입되는데, 1차공기(9)는 1차베인(4)에서 선회되고 길이가 연장된 유동분할통(6)을 따라 선회운동량이 유지되면서 배출되어 화염의 후류부까지 충분히 도달되므로 내부 재순환 유동장에서의 미연소분과 결합하여 완전연소를 이루고, 2차공기(10)는 2차베인(5)에 의해 선회되어 길이가 연장된 버너외통(3)과 유동분할통(6)사이의 통로를 따라 선회운동량이 유지되면서 배출되어 1차공기(9)의 선회강도를 유지시켜주고 상기 강선회된 1차공기(9)와 함께 초기연소영역(12)에서 내부재순환영역 유동장을 형성한다.

3차공기(11)는 주연소공기로서 버너외통(3)의 내측으로 유입되어 연소영역내에서 연료의 안정적인 연소를 위한 보염효과를 나타낸다.

본 고안에 의한 질소산화물 저생성 버너에서의 연료분사는 버너외통(3)의 말단에 위치한 분사노즐(1)을 통해 2차공기(10)에 의해 형성되는 내부재순환영역에서 이루어지므로 버너전단의 초기연소영역(12)에서 공기는 부족하고 연료는 포화된 상태가 되어 중간연소영역(13)내의 내부재순환 유동장에서 연료중에 포함된 질소성분이 질소산화물이 아닌 질소분자의 형태로 환원된다.

도 3은 본 고안의 화로내의 온도분포를 나타낸 그래프이다.

본 고안에서의 버너외통(3)과 유동분할통(6)은 말단의 반경이 확대되는 형태로 이루어져 있으므로 전체적으로 화로내의 연소영역이 확대되고, 버너전단의 초기연소영역(12)에서는 공기는 부족하고 연료는 포화된 상태가 되어 주연소영역의 온도상승이 억제되므로 도 3에서와 같이 전체연소영역내에서 고른 온도분포를 가지게 되어 고온의 연소분위기에서 발생되는 고온 질소산화물(Thermal NOx)의 생성이 억제된다.

도 4는 본 고안에 따른 버너에서 발생되는 질소산화물과 분진의 배출특성을 나타낸 그래프이다.

도시한 바와같이 본 고안에 의한 버너에서 발생되는 질소산화물의 양이 종래에 비해 현저히 감소되고 또한 완전연소의 실현을 통해 미연소분으로 인한 분진의 양도 감소되는 것을 알 수 있다.

본 고안의 효과로는 상기한 바와 같이 버너외통과 유동분할통의 길이를 연장하여, 1차공기의 선회운동량 손실이 감소되고 2차공기도 선회운동량을 유지하며 배출되므로 내부재순환 유동장의 형성을 활발하게하여 공기 희박상태의 내부 재순환유동장에서 연료의 연소반응을 지연시켜 질소산화물의 생성을 억제하고 초기연소영역에 형성되는 화염이 안정화되고, 또한 2차공기에 의한 1차공기의 선회강도 유지효과가 탁월하므로 선회된 1차공기가 화염후류부까지 충분히 공급되어 완전연소의 실현으로 분진의 발생이 억제된다.

그리고 버너외통과 유동분할통의 말단을 버너목 형태로 확대하여 연소영역이 확대되고, 또한 연료분사가 내부재순환 영역에서 이루어지므로 전체연소영역내에서 균일한 온도분포를 나타내어 고온 질소산화물의 생성이 억제되고 연료중에 포함된 질소성분이 질소산화물이 아닌 질소분자의 형태로 환원되어 질소산화물의 생성이 현저히 감소된다.

따라서 본 고안에 의한 질소산화물 저생성버너는 질소산화물 환원촉매장치나 전기집진기와 같이 별도의 배기가스 재처리시설이 불필요하거나 그 용량을 줄일 수 있으므로 설치비 및 운전비가 절감되는 탁월한 효과가 있다.

Claims (1)

1. 2단연소방식 및 배기가스 재순환방식을 활용한 질소산화물 저생성버너에 있어서, 버너목(8)까지 길이가 연장되고 말단에서 반경이 확대되는 형상의 버너외통(3) 및 유동분할통(6)과, 상기 버너외통(3)의 끝부분에 설치되는 보염기(2)와 분사노즐(1)로 구성되는 것을 특징으로 하는 질소산화물 저생성버너.