KR200213004Y1

KR200213004Y1 - Recuperator with fins for heat radiation enhancement

Info

Publication number: KR200213004Y1
Application number: KR2020000027004U
Authority: KR
Inventors: 김원배; 노동순; 양제복; 동상근
Original assignee: 한국에너지기술연구소
Priority date: 2000-09-26
Filing date: 2000-09-26
Publication date: 2001-02-15

Abstract

본 고안은 뜨거운 배가스가 배출되는 공업로의 배가스 배출관 내주면과 외주면에 다수열의 금속제 핀을 부착하여 상기 배가스 배관을 둘러싸는 버너 연소용 공기 배관 내로 공급되는 연소용 공기를 효율적으로 가열함으로써 배가스로부터의 폐열 회수 효율을 향상시킨 열복사 효과를 이용한 핀 부착 복사형 레큐퍼레이터에 관한 것이다.The present invention attaches a plurality of rows of metal fins to the inner and outer circumferential surfaces of the exhaust gas discharge pipe of an industrial furnace in which hot exhaust gas is discharged, thereby efficiently heating the combustion air supplied into the burner combustion air pipe surrounding the exhaust gas pipe, thereby reducing waste heat from the exhaust gas. The present invention relates to a finned radiation recuperator using a heat radiation effect with improved recovery efficiency.

본 고안의 핀 부착 복사형 레큐퍼레이터는 공업로의 버너 연소용 공기 배관이 버너의 배가스 배출관 외주면을 감싸는 구조인 복사형 레큐퍼레이터로서, 열복사의 효과를 증대하고자 고온의 배가스 배출관(21)의 내, 외주면에 다수 열의 핀(21A)(21B)이 배가스 흐름 방향으로 부착되나 압력 손실을 줄이고자 상기 배가스 배출관(21)의 내, 외주면에 부착된 다수 열 핀(21A)(21B)의 총단면적이 각각 배가스 배출관 및 연소용 공기 배관 단면적의 20% 이하로 설계하는 것이, 이 기술의 특징이다.The radiation type recuperator with fin of the present invention is a radiation type recuperator in which the burner combustion air pipe of the industrial furnace is wrapped around the outer circumferential surface of the exhaust gas discharge pipe of the burner, so as to increase the effect of thermal radiation, A plurality of rows of fins 21A, 21B are attached to the inner and outer circumferential surfaces in the exhaust gas flow direction, but the total cross-sectional area of the plurality of rows of fins 21A, 21B attached to the inner and outer circumferential surfaces of the exhaust gas discharge pipe 21 is reduced in order to reduce pressure loss. It is a feature of this technique to design each 20% or less of the cross-sectional area of the exhaust gas discharge pipe and the combustion air piping.

본 고안의 핀 부착 레큐퍼레이터는, 배가스 배출관 내주면에 부착된 핀에 의하여 증대된 전열 면적만큼 배가스의 열이 빠르고 손쉽게 연소용 공기 배관측으로 이동하게 되고, 전달된 열에 의하여 단시간에 뜨거워진 배가스 배출관 외주면의 핀에 의한 열복사에 의하여 연소용 공기의 예열 효율이 종래 레큐퍼레이터 보다 30% 이상 높아지는 효과가 있다.The finned recuperator of the present invention moves the exhaust gas heat to the combustion air pipe side quickly and easily by the heat transfer area increased by the fin attached to the inner circumferential surface of the exhaust gas discharge pipe, and the exhaust gas exhaust pipe outer peripheral surface heated in a short time by the transferred heat. By heat radiation by the fin, the preheating efficiency of the combustion air is increased by 30% or more than the conventional recuperator.

Description

Recuperator with fins for heat radiation enhancement

본 고안은 폐열회수에 사용되는 레큐퍼레이터(recuperator)에 관한 것으로, 더 자세하게는 뜨거운 배가스가 배출되는 배출관 내주면과 외주면에 금속제 핀(fin)을 부착하여 상기 배가스 배관을 둘러싸는 버너 연소용 공기 배관 내로 공급되는 연소용 공기를 효율적으로 가열함으로써 배가스로부터의 폐열 회수 효율을 향상시킨 열 복사 효과를 이용한 핀 부착 복사형 레큐퍼레이터에 관한 것이다.The present invention relates to a recuperator used for waste heat recovery, and more particularly, a burner combustion air pipe surrounding the exhaust gas pipe by attaching a metal fin to the inner and outer circumferential surfaces of a discharge pipe through which hot exhaust gas is discharged. The present invention relates to a finned radiation type recuperator using a heat radiation effect which improves the efficiency of waste heat recovery from exhaust gas by efficiently heating the combustion air supplied into the chamber.

산업 설비들에 있어서 에너지를 다량 소비하는 대표적인 설비로는 철강 및 비철금속 제조 관련 설비를 꼽을 수 있으며, 그 중에서도 가열로, 열처리로, 용해로 등 각종 공업로가 대표적인 에너지 다량 소비 설비이다.Representative equipment that consumes a large amount of energy in industrial facilities may be steel and nonferrous metal manufacturing equipment, and among them, various industrial furnaces such as heating furnaces, heat treatment furnaces, and melting furnaces are typical energy consumption facilities.

상기의 각종 금속 제조용 공업로 중에서 전기를 이용하는 로를 제외한 공업로는 대부분 석유 가스, 경유, 벙커 씨유 또는 정제된 폐유 등을 연소시켜 에너지를 얻는 방식을 채용하고 있으며, 상기 연료를 연소시키는 버너의 연소 효율을 높이기 위해서는 버너로 공급되는 연소용 공기를 예열해 줄 필요가 있다.Most industrial furnaces except for those using electricity among the various industrial furnaces for metal production employ a method of obtaining energy by burning petroleum gas, diesel oil, bunker seed oil or refined waste oil, and the combustion of a burner that burns the fuel. In order to increase efficiency, it is necessary to preheat the combustion air supplied to the burner.

따라서, 각종 공업로에는 버너로 공급되는 연소용 공기를 가열하기 위하여 뜨거운 상태로 배출되는 배가스의 폐열을 회수, 이용하는 레큐퍼레이터라고 하는 장치가 장착되며, 상기 레큐퍼레이터는 여러 가지 형태나 종류가 있으나 통상의 공업로에서 발생되는 고온의 배가스로부터 폐열회수를 위하여 사용되고 있는 복사형 레큐퍼레이터에 대하여 살펴보면 다음과 같다.Therefore, various industrial furnaces are equipped with a device called a recuperator which recovers and uses waste heat of exhaust gas discharged in a hot state in order to heat combustion air supplied to a burner. However, looking at the radiation type recuperator used for waste heat recovery from the high-temperature exhaust gas generated in a typical industrial furnace as follows.

도 1의 (가)와 (나)는, 배가스 배출관을 중심으로 하여 그 주위에 연소용 공기 배관이 대략 동심원 형태로 장착된 복사형 레큐퍼레이터의 개략적인 종단면도와 횡단면도이다.1 (a) and (b) are schematic longitudinal cross-sectional views and cross-sectional views of a radiation type recuperator in which a combustion air pipe is installed around the exhaust gas discharge pipe in a substantially concentric manner.

도시된 바와 같이, 종래 일반적인 복사형 레큐퍼레이터(1)는, 배가스 배출관(11)의 외주면으로부터 적정한 간격만큼 이격된 상태로 연소용 공기 배관(12)이 상기 배가스 배출관(12)을 감싸고 있는 이중 원통형 형태로서, 연소용 공기 공급구(12A)를 통하여 공급되는 가열되지 않은 공기가, 배가스 배출관(11)의 외주면과 접촉하면서 이동하는 동안 예열되어 연소용 공기 배출구(12B)를 통하여 버너로 공급된다.As shown in the drawing, the conventional general radiation type recuperator 1 has a double structure in which a combustion air pipe 12 surrounds the exhaust gas discharge pipe 12 in a state spaced apart from the outer circumferential surface of the exhaust gas discharge pipe 11 by an appropriate interval. In the cylindrical form, the unheated air supplied through the combustion air supply port 12A is preheated while being moved in contact with the outer circumferential surface of the exhaust gas discharge pipe 11 and supplied to the burner through the combustion air outlet 12B. .

이때, 버너 연소용 공기는 배가스 배출관(12)의 외주면을 통하여 배가스의 폐열을 흡수하게 되는 바, 상기 배가스 배출관(12) 외주면의 면적 즉, 전열 면적이 적어 폐열 회수의 효율성이 떨어지는 문제가 있다.At this time, the burner combustion air absorbs the waste heat of the exhaust gas through the outer circumferential surface of the exhaust gas discharge pipe 12, and thus, the area of the outer circumferential surface of the exhaust gas discharge pipe 12, that is, the heat transfer area is small, thus reducing the efficiency of waste heat recovery.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 고안은 종래 레큐퍼레이터의 낮은 폐열 회수 효율을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 레큐퍼레이터 내부 배가스 배출관의 내,외주면에 열 복사를 위한 핀을 부착하여 배가스의 열 전달 면적과 버너 연소용 공기와의 접촉 면적을 가능한 한 증대시키되, 배가스와 연소용 공기의 흐름에 대한 핀에 의한 저항을 최소화 할 수 있는 레큐퍼레이터를 제공함에 본 고안의 목적이 있다.As described above, the present invention was devised to solve the low waste heat recovery efficiency of the conventional recuperator. The heat transfer area of the exhaust gas is attached to the inner and outer circumferential surfaces of the exhaust gas discharge pipe inside the recuperator by attaching fins for heat radiation. It is an object of the present invention to provide a recuperator capable of increasing the contact area with the burner combustion air as much as possible, while minimizing the resistance by the fin to the flow of the exhaust gas and the combustion air.

도 1은 종래 레큐퍼레이터의 개략적인 단면 구조를 보인 것으로,Figure 1 shows a schematic cross-sectional structure of a conventional recuperator,

(가)는 종단면 구조도이고,(A) is a longitudinal cross-sectional structure diagram,

(나)는 횡단면 구조도이다.(B) is a cross sectional structural diagram.

도 2는 본 고안 레큐퍼레이터의 부분 개략 사시도.2 is a partial schematic perspective view of the present invention recuperator.

도 1은 본 고안 레큐퍼레이터의 개략적인 단면 구조를 보인 것으로,Figure 1 shows a schematic cross-sectional structure of the present invention recuperator,

(나)는 횡단면 구조도이다.(B) is a cross sectional structural diagram.

(( 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ))((Description of the reference sign for the main part of the drawing))

11,21. 배가스 배출관 12,22.연소용 공기 배관11,21. Exhaust gas exhaust pipe 12,22.Combustion air piping

12A,22A. 연소용 공기 공급구 12B,22B. 연소용 공기 배출구12A, 22A. Combustion air supply 12B, 22B. Combustion air outlet

21A. 배가스 배출관 내주면 핀 21B. 배가스 배출관 외주면 핀21A. Pin 21B on the inner circumference of the exhaust pipe. Exhaust gas exhaust pipe outer circumference pin

본 고안의 상기 목적은 배가스 배출관 내,외주면에 배가스 진행 방향 즉, 길이 방향으로 부착된 금속제 핀에 의하여 달성된다.The object of the present invention is achieved by a metal pin attached to the exhaust gas traveling direction, that is, the longitudinal direction in the exhaust gas discharge pipe, the outer peripheral surface.

본 고안의 열복사 효과를 이용한 핀 부착 복사형 레큐퍼레이터는, 배가스 배출관의 내,외주면에 다수의 핀을 부착하여 전열 면적을 증가시킴으로써 배가스에 의하여 가열된 핀에 의한 고체 열복사를 일으켜 페열 회수 효율을 높이게 된다.Finned radiation type recuperator using the heat radiation effect of the present invention increases the heat transfer area by attaching a plurality of fins to the inner and outer circumferential surfaces of the exhaust gas discharge pipe, thereby causing solid heat radiation by the fins heated by the exhaust gas, thereby improving waste heat recovery efficiency. Raised.

그러나, 핀이 부착된 본 고안 레큐퍼레이터의 경우, 배가스 배출관 내, 외주면에 부착된 핀에 의하여 배가스와 버너 연소용 공기의 흐름에 압력 손실이 보다 크게 발생하게 되어 배가스의 배출 및 연소용 공기의 공급이 필연적으로 방해받게 되는데, 특히, 배가스 배출관의 단면적에 비하여 매우 작은 단면적을 갖는 연소용 공기 배관의 경우에는 핀의 단면적에 의한 영향에 더욱 민감하게 된다.However, in the case of the present invention accumulator with a fin, a pressure loss occurs in the flow of the exhaust gas and the burner combustion air due to the pins attached to the outer circumferential surface of the exhaust gas discharge pipe, so that the exhaust gas discharge and combustion air The supply is inevitably disturbed, especially in the case of combustion air piping having a very small cross-sectional area compared to the cross-sectional area of the flue-gas discharge pipe.

따라서, 상기 배가스 배출관 내, 외주면에 부착된 핀의 단면적은 각각 배가스 배출관 및 연소용 공기 배관 단면적의 20% 이하로 하는 것이 바람직하다.Therefore, the cross-sectional area of the fins attached to the outer circumferential surface of the exhaust gas discharge pipe is preferably 20% or less of the cross-sectional area of the exhaust gas discharge pipe and the combustion air pipe, respectively.

이때, 상기 핀의 단면적이 각 배관 단면적의 20%를 초과하게 되면 전열면적 증가에 의한 예열 효율의 향상보다 배가스 및 연소용 공기의 압력 손실 증가로 인한 배가스 배출 및 연소용 공기의 공급 효율 저하 효과가 더욱 커지게 되어 바람직하지 않게 된다.At this time, if the cross-sectional area of the fin exceeds 20% of each pipe cross-sectional area, the effect of lowering the exhaust gas discharge and combustion air supply efficiency due to the increase in pressure loss of the exhaust gas and combustion air is higher than the improvement of preheating efficiency due to the increase in heat transfer area. It becomes larger and becomes undesirable.

상기 본 고안의 목적과 기술적 구성을 비롯한 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 고안의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 아래의 설명에 의해 명확하게 이해될 것이다.The details of the purpose and technical constitution according to the present invention, including the effect thereof, will be clearly understood by the following description with reference to the drawings showing preferred embodiments of the present invention.

도 2에 본 고안 열복사 효과를 이용한 핀 부착 복사형 레큐퍼레이터의 개략적인 종단면도와 횡단면도를 도시하였다.Figure 2 is a schematic longitudinal cross-sectional view and a cross-sectional view of the radiation type recuperator with a pin using the heat radiation effect of the present invention.

도시된 바와 같이 본 고안의 레큐퍼레이터(2)는, 고온의 배가스 배출관(21)의 내, 외주면에 다수 열의 핀(21A)(21B)이 배가스 흐름 방향으로 부착된다. 이때, 각 핀의 단면적을, 배가스 배출관(21)의 내, 외주면에 부착되는 핀의 총 단면적이 각각 배가스 배출관 및 연소용 가스 배관 단면적의 20% 이하 범위 내에서, 가능한 한 작게 하는 동시에 그 수를 많도록 하는 것이 전열 면적 증대를 위하여 바람직하다.As illustrated, in the recuperator 2 of the present invention, a plurality of rows of fins 21A and 21B are attached to the inner and outer peripheral surfaces of the high temperature exhaust gas discharge pipe 21 in the exhaust gas flow direction. At this time, the cross-sectional area of each fin is made as small as possible while the total cross-sectional area of the fins attached to the inner and outer circumferential surfaces of the exhaust gas discharge pipe 21 is within 20% or less of the cross-sectional area of the exhaust gas discharge pipe and the combustion gas pipe, respectively. It is desirable to increase the number to increase the heat transfer area.

따라서, 본 고안 레큐퍼레이터의 경우 핀의 단면적 즉, 핀의 단면 폭과 길이를 조절하여 배가스 배출관(21)의 내, 외주면에 부착되는 핀의 수를 동수로 할 수도 있으나, 통상의 경우 배가스 배출관 내주면에 부착된 핀(21A)의 수가 외주면에 부착된 핀(21B)의 수보다 많게 된다.Therefore, in the present invention recuperator, the number of fins attached to the inner and outer circumferential surfaces of the exhaust gas discharge pipe 21 may be the same by adjusting the cross-sectional area of the fin, that is, the cross-sectional width and length of the fin. The number of pins 21A attached to the inner circumferential surface is larger than the number of pins 21B attached to the outer circumferential surface.

상기와 같이 배가스 배출관 내, 외주면에 부착되는 핀의 수는, 배가스 배출관 및 연소용 공기 배관의 단면적의 20% 이하가 되도록 핀의 단면적을 결정한 후, 배가스와 연소용 공기의 흐름에 방해되는 핀에 의한 압력 손실과 전열 효과를 감안하여 결정되어야 한다.As described above, the number of fins attached to the outer circumferential surface of the exhaust gas discharge pipe is determined to be 20% or less of the cross-sectional area of the exhaust gas discharge pipe and the combustion air pipe, and then the pins are obstructed by the flow of the exhaust gas and the combustion air. It should be determined in consideration of the pressure loss and the heat transfer effect.

이상에서 살펴본 바와 같이, 핀이 부착된 본 고안 레큐퍼레이터는, 배가스 배출관 내주면에 부착된 핀에 의하여 증대된 전열 면적만큼 배가스의 열이 빠르고 손쉽게 연소용 공기 배관측으로 이동하게 되고, 전달된 열에 의하여 단시간에 뜨거워진 배가스 배출관 외주면의 핀에 의한 열복사에 의하여 연소용 공기의 예열 효율이 종래 레큐퍼레이터 보다 30% 이상 높아지는 효과가 있다.As described above, invented recuperator having a fin, the heat of the exhaust gas is quickly and easily moved to the combustion air pipe side by the heat transfer area increased by the fin attached to the inner circumferential surface of the exhaust gas discharge pipe, The heat radiation by the fins on the outer circumferential surface of the exhaust gas discharge pipe heated in a short time has an effect of increasing the preheating efficiency of the combustion air by 30% or more than that of the conventional recuperator.

따라서, 버너용 공기의 충분한 예열을 통하여 버너의 열효율이 향상되고, 이는 에너지의 절감과 원가 절감에도 상당한 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다.Therefore, the thermal efficiency of the burner is improved through sufficient preheating of the air for the burner, which is expected to contribute significantly to energy saving and cost reduction.

Claims

Burner combustion air piping of an industrial furnace is a radiation type recuperator which surrounds the outer circumferential surface of the exhaust gas discharge pipe of the burner, and a plurality of rows of fins 21A, 21B are arranged in the exhaust gas flow direction on the inner and outer circumferential surfaces of the high temperature exhaust gas discharge pipe 21. Finned radiation type recuperator using a heat radiation effect, characterized in that attached to.

The heat radiation of claim 1, wherein the total cross-sectional area of the plurality of heat fins 21A, 21B attached to the inner and outer circumferential surfaces of the exhaust gas discharge pipe 21 is 20% or less of the cross-sectional area of the exhaust gas discharge pipe and the combustion air pipe, respectively. Finned radiator with pin effect.