KR200218374Y1 - 직화식 소결점화로용 슬릿 버너 - Google Patents

Abstract

본 고안은 직화식 소결점화로(Sinter Ignition Furnace)에 사용되는 슬릿타입(Slittype)의 버너(Burner)에 관한 것이다.

본 고안은 소결층에 직접 화염을 접촉시켜 착화시키는 소결점화로에 사용되는 버너에 있어서, 1차연소용 공기의 흐름에 일정한 각도를 가지고 연료를 분사시키는 작은 분사구멍들을 좌우 대칭으로 가진 연료노즐을 하부측에 갖추고, 상기 연료노즐로 각각 연료가스를 공급하는 다수개의 연료배관을 갖는 연료분사부; 상기 다수개의 연료배관이 내부를 관통하는 사각 중공형의 1차연소공기배관을 갖추고, 상기 1차연소공기배관의 상부측에는 공기 유입구가 형성되며, 하부측에는 상기 연료노즐에 인접하여 커튼형상의 화염을 형성시키는 슬릿형상의 1차연소용 공기노즐이 형성되는 1차연소 공기공급부; 및, 상기 1차연소공기배관이 내후를 통과하는 중공형의 2차연소공기배관을 갖추고, 그 상부에는 2차공기 유입구가 형성되며, 하부측에는 연료를 완전연소시키는 슬릿형상의 2차연소공기용노즐을 갖는 2차연소 공기공급부; 를 포함하여 소결층의 상부에 커튼형상의 화염을 형성하는 직화식 소결점화로용 슬릿(Slit)버너를 제공한다.

Description

직화식 소결 점화로용 슬릿 버너

본 고안은 직화식 소결점화로(Sinter Ignition Furnace)에 사용되는 슬릿타입(Slit type)의 버너(Burner)에 관한 것이다.

일반적으로 소결점화로(1)는 제철공정에서 철광석과 코크스(Cokes) 및 석회석을 혼합한 뒤 착화(소결)시켜 기공률이 높은 소결광을 생산하는 설비로서, 소결층(4)의 표면을 폭방향으로 균일하게 착화시킴으로서 미소결이나 과소결을 발생시키지 않아야 하며, 또한 가능한 한 적은 연료를 사용함으로서 연료원단위를 감소시켜야만 하므로, 소결점화로(1)에 사용되는 버너(2) 역시 폭방향으로의 균일한 온도분포와 높은 착화능력을 가져야 한다.

종래의 소결점화로(1)는 제1도 및 제2도에 나타낸 바와같이 소결층표면(4)에 균일한 착화능력을 부여하기 위해서 대형 로체(약 5000L x 4100Wx 2000H)와 로벽부위에 설치되어 있는 4-6개의 대형 버너(2)를 이용하여 노내부 온도를 1100-1200℃ 정도로 가열 유지함으로서, 연소시 버너(2)화염으로 부터의 복사전열과 가열된 로벽(1a)이나 로천정(1b)부위로 부터의 복사전열 및 로내에 체류하는 고온연소가스로부터의 복사 대류전열 등에 의해 소결층표면(4)을 가열시켜 착화시키는 구조로 되어있다.

이러한 종래의 버너(2)는 중공형의 몸체(2a)가 공기챔버(2b)를 내부에 형성하고, 공기챔버(2b)의 일측으로는 공기 유입구(2c)가 형성되며, 소결점화로(1)의 내측으로 공기분사구(2d)가 형성된다.

그리고, 상기 공기챔버(2b)의 중앙으로 연료도관(2e)이 장착되며, 상기 연료도관(2e)의 연료노즐(2f)은 공기분사구(2d)의 중앙에 배치되는 것이다.

즉, 제3(a)도와 제3(b)도에서와 같이 종래 소결점화로용 버너(2)를 소결점화로(1)의 측면부에 설치하고 연료와 공기를 공급하여 연소시키게 되면 제1도 및 제2도에서와 같은 모양의 연소화염이 형성된다.

이에 따라, 소결점화로(1) 내부의 온도가 상승하여 전체적으로 1100-1200℃정도의 고온을 유지되게 되고, 이렇게 되면 소결점화로(1) 내부의 분위기 온도에 의해 소결층표면(4)에 착화가 이루어지게 되고, 일단 소결층표면(4)에 착화되면 그 다음부터는 소결층(4) 하부 배기덕트(3)를 통해 주송풍기(Main Blower)에 의해 발생되는 통풍력에 의해 소결층 내부로 소결반응이 진행되게 된다.

그러나, 이러한 종래의 소결점화로(1)의 경우 점화로(1) 내부온도 전체를 소결층(4)의 착화가 가능한 고온으로 유지하는 데 많은 연료의 소모가 필요하며, 또한 점화로(1)의 크기가 크므로 로체 방산손실열 및 축열손실열이 커지게 되어 제8도에 나타낸 바와같이 점화로(1)에서의 연료사용량이 증가하게 되는 것이다.

또한, 종래의 버너(2)는 점화로(1)의 벽체(1a)에 설치되어 소결층(4)의 폭방향으로 연소된 화염이 형성되게 되는데, 이 경우 버너(2)의 연소특성상 화염온도가 소결층(4)의 폭방향으로 균일하지 않기 때문에 필연적으로 소결층(4)의 폭방향으로 온도편차가 크게 나타나게 되며, 이에따라 제2도에서와 같이 소결층표면(4)에 미소결부위(6) 및 과소결부위(7)가 발생됨으로서 소결광의 생산성 및 품질이 저하되는 문제점이 발생되었다.

한편, 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 다른 버너는 소결층(4)의 폭방향으로 커튼형상의 화염을 착화시키도록 한 것인데, 이는 도면에는 도시하지 않았지만 단순히 노즐구멍을 폭방향으로 설치하여 단순히 커튼형상의 화염을 발생토록 한 것이다.

그러나, 이와 같은 종래의 다른 버너에 있어서도, 버너 노즐구멍만을 하나의 플랜지 하측에 형성시킨 것에 불과하여 소결층(4)의 폭방향으로 완전하게 균일한 화염을 발생시키는 것이 불가능하고, 특히 여러개의 노즐구멍은 소결작업시 손쉽게 막히면서 오히려 불균일한 화염착화를 초래할 우려가 있는 것이다.

또한, 소결층의 높이가 변하여도 버너의 화염길이를 조정하는 것이 어려워 효율적인 소결로 작업이 어렵게 되는 등의 문제가 있었다.

본 고안은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서 그 목적은, 소결작업시 소결재가 튀어서 부분적으로 버너의 연료노즐이 막히어도 작동불량인 버너만을 보수 또는 교체할 수 있도록 한 직화식 소결점화로용 슬릿버너를 제공하는 데에 있다.

또한, 본 고안의 다른 목적은, 버너의 분할화염 형성에 따라 연소중의 최고화염온도를 저하시키어 소결층의 질소산화물(NOx) 생성을 최소로 감소시키는 소결점화로용 슬릿버너를 제공하는 데에 있다.

한편, 본 고안의 또 다른 목적은, 버너의 화염이 소결층의 폭방향으로 완전하게 균일한 상태로 착화되어 종래 단순한 커튼형상의 화염보다 소결층을 보다 완전하고 균일하게 소결작업을 수행토록 하는 동시에, 1,2차 연소용 공기의 양을 균일하게 조절하여 소결층 높이에 따른 화염의 길이를 용이하게 조절토록 한 소결점화로용 슬릿버너를 제공하는 데에 있다.

제1도는 종래의 일반적인 소결점화로의 평면도.

제2도는 종래의 소결점화로의 입면도.

제3도는 종래의 소결점화로용 버너의 구조도로서,

(a)도는 종단면도, (b)도는 정면도.

제4도는 본 고안에 따른 슬릿버너를 설치한 소결점화로의 평면도.

제5도는 본 고안에 따른 슬릿버너를 설치한 소결점화로의 입면도.

제6도는 본 고안에 따른 슬릿버너의 상세 구조도로서,

(a)도는 일부절개 측면도, (b)도는 측단면도.

제7도는 종래 버너와 본 고안의 슬릿버너 사용할 때 소결점화로에서의 폭방향온도분포를 도시한 그래프도.

제8도는 종래버너와 본 고안의 슬릿버너 사용할 때 소결점화로에서의 연료원 단위를 나타낸 그래프도.

제9도는 종래버너와 본 고안의 슬릿버너를 사용할 때 질소산화물 배출특성을 비교도시한 그래프도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 소결점화로 2 : 버너

3 : 배기덕트(Duct) 4 : 소결층

30 : 슬릿버너 40 : 연료 분사구

41 : 연료노즐 42 : 연료배관

50 : 1차 연소용 공기공급부 53 : 1차연소용 공기노즐

70 : 2차 연소용 공기공급부 74 : 2차연소용 공기노즐

80 : 2차 연소공기배관

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안은, 소결층의 폭방향으로 커튼형상의 화염을 접촉시키도록 연료를 배출하는 연료노즐과 1,2차에 걸쳐 공기를 배출하는 1,2차 연소용 공기노즐을 갖춘 소결점화로에 사용되는 버너에 있어서, 상기 연료노즐은, 상기 1차 연소용 공기노즐에서 수직방향으로 분사되는 1차 연소용 공기와 배출 연료가 잘게 나뉘어져 일정각도로 만나도록 하여 완전한 연료와 공기 혼합으로 형성되는 분할화염에 의해 소결층의 질소산화물(NOx)의 생성을 감소토록 연료헤더에 좌우 대칭으로 2열로 일정각도로 잘게 나뉘어져 배치된 연료배출구멍을 갖추고, 상기 연료노즐에는 연료가스를 공급하는 다수개의 연료배관이 연결되는 연료분사부와, 상기 1차 연소용 공기노즐은 슬릿형상으로 형성되어 상기 다수개의 연료배관이 내부를 관통하고 상부측에 공기유입구가 형성되는 사각 중공형의 1차연소 공기배관을 갖추는 1차연소 공기공급부 및, 상기 2차 연소용 공기노즐은 슬릿형상으로 형성되어 상기 1차연소 공기배관이 내부를 통과하는 중공형의 2차연소공기배관을 갖추고, 그 상부에는 2차공기 유입구가 형성되는 2차연소 공기공급부를 포함하여, 상기 연소노즐과 1,2차 연소용 공기노즐로서 보다 균일한 커튼형상의 화염을 소결층에 접촉 착화시키는 한편, 소결층의 폭방향으로 다수개가 설치되어 버너의 보수 및 유지작업을 용이토록 하는 구성으로 된 직화식 소결점화로용 슬릿버너를 마련함에 의한다.

이하, 본 고안을 도면에 따라서 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 고안에 따른 슬릿버너(30)는 제6도에 나타난 바와같이, 연료가 공급되어 분사되는 연료노즐(Nozzle)(41) 및 연료배관(42)을 갖는 연료 분사부(40)와, 연소에 필요한 1차 연소용공기가 공급되어 분사되는 1차연소용 공기노즐(53) 및 1차연소용 공기배관(59)을 갖는 1차연소 공기공급부(50)및, 완전연소에 필요한 2차연소용 공기가 공급되어 분사되는 2차연소용 공기노즐(74) 및 2차연소용 공기배관(80)을 갖는 2차연소 공기공급부(70)로 구성된다.

그리고, 상기 각각의 연료 및 연소용공기 1,2차 노즐(41)(53)(74)은 점화로의 폭방향으로 완전하게 균일한 화염(100)을 형성시키기 위해서 폭이 좁고 긴 슬릿(Slit)형상을 가지는 특징이 있다.

또한, 상기 연료 분사부(40)는 연료노즐(41)로 각각 연료가스를 공급하는 다수개의 연료배관(42)을 갖는바, 상기 연료배관(42)은 각각 도관으로 이루어지고, 상단부에는 연료유입구(45)가 장착되며, 하단부에는 하나의 공통적인 연료헤더(47)를 형성하여 상기 연료헤더(47)의 양측으로 1차연소용 공기의 흐름에 일정한 각도를 가지고 연료를 분사시키는 작은 분사구멍(47a)들을 좌우 대칭으로 가진 연료노즐(41)을 형성하고 있다.

그리고, 상기 1차연소 공기공급부(50)는 다수개의 연료배판(42)이 내부를 관통하는 사각 중공형의 1차연소공기배관(59)을 갖추고, 상기 1차연소공기배관(59)의 상부측에는 1차공기 유입구(55)가 형성되며, 하부측에는 상기 연료노즐(41)에 인접하여 커튼형상의 화염을 형성시키는 슬릿(Slit)형상의 1차연소용 공기노즐(53)이 형성되는 구조를 갖춘다.

한편, 상기 1차 연소용 공기노즐(53)은 연료노즐(41)에서 분사되는 연료가스를 혼합하면서 직진류로 흐름으로서, 상기 1차 연소용 공기노즐(53)을 통과한 연료가스와 1차 연소공기는 완전하게 소결층(4)의 폭방향으로 연속한 화염을 형성하는 것이다.

또한, 상기 2차연소 공기공급부(70)는 상기 1차연소공기배관(59)이 내부를 통과하는 중공형의 2차연소공기배관(80)을 갖추고, 그 상부에는 복수개의 2차공기 유입구(82)가 형성되며, 하부측에는 연료를 완전연소시키는 슬릿형상의 2차연소공기용노즐(74)을 갖는 바, 이는 상기 2차 연소용 공기배관(80)이 사각중공형의 구조를 갖출수 있는 것이고, 하단부의 2차 연소용공기노즐(74)은 상기 연료노즐(41)과 1차연소용공기노즐(53)에 인접됨으로서 화염을 커튼식으로 더욱 안정시키게 되는 것이다.

그리고, 소결점화로에 본 고안의 슬릿버너(30)를 설치할 경우에는 제4도 및 제5도에 나타낸 바와같이 점화로(1)의 상부에 슬릿버너(30)를 폭방향으로 연이어 다수개 즉, 대략 9개정도를 연결배치함으로서, 점화로(1)의 전체로 보면 폭방향으로 끊어진 부분이 없이 연결된 커튼형상의 화염을 만들어 온도분포를 균일화시키게 된다.

이와같이 구성된 본 고안의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 제6도에서 연료가스는 연료분사부(40)의 연료 유입구(45)에 연결된 주연료배관(미도시)으로부터 들어와 4개로 나뉘어진 연료배관(42)을 통해 연료헤더(47)로 들어가고, 연료헤더(47)에서 서로 혼합된 다음 연료노즐(41)에 뚫린 구멍(47a)들을 통해 분사되는데, 이때 중요한 것은 상기 노즐구멍(47a)들이 헤드의 폭방향으로 여러개가 잘게 나뉘어져 형성됨으로써, 하나의 헤더(47)에 연결된 4개의 연료배관(42)을 통하여 공급된 연료가 연료노즐(41)의 구멍들을 통하여 소결층(4)의 폭방향으로 균일하게 분사되고, 그 열도 그열로로 형성되어 있어 분사연료가 보다 안정적으로 퍼지면서 배출되는 것이다.

한편, 상기 연료헤더(47)는 적당한 크기의 내부공간을 가지고 있어 연료배관(42)을 통해 들어오는 연료의 동압(動壓)을 정압(定壓)으로 변환시킴으로서 연료노즐(41)을 통해 분사되는 연료가스의 양이 균등해지도록 하는 역할을 하여 보다 균일한 연료분사를 가능하게 한다.

그리고, 버너 화염발생에 필요한 1차 연소용 공기는 1차연소용 공기 유입관(55)에 연결된 주공기배관(미도시)으로부터 들어와 1차 공기배관(59)을 통해 슬릿형상의 1차연소용 공기노즐(53)을 통해 분사되어 연료노즐(41)로 부터 분사되는 연료가스와 혼합된다.

이때, 상기 1차 연소용 공기배관(59)은 상기 연료배관(42)을 감싸는 사각중공형상으로 형성되어 있어, 1차 연소용 공기노즐(53)을 통하여 공기가 커튼형상으로 소결층(4)의 폭방향에 걸쳐서 매우 균일하게 배출 연소되는 것이다.

다음, 2차연소용 공기는 2차연소용 공기유입관(82)에 연결된 주공기배관(미도시)으로부터 들어와 2차공기배관(80)을 통해 2차연소용 공기노즐(74)를 통해 커튼형으로 분사되는데, 상기 2차 공기배관(80)도 상기 1차 공기배관(59)을 감싸는 사각중공형상으로 형성되어 있어, 1차 연소용 공기노즐(53)을 통하여 커튼형상으로 분사되는 공기에 더하여, 2차 연소용 공기도 커튼형상으로 소결층(4)의 폭방향에 걸쳐서 매우 균일하게 배출 연소되는 것이다.

즉, 상기의 연료노즐(41)과 1차연소용 공기노즐(53)을 통해 분사된 연료와 1차연소용 공기가 먼저 혼합되고 착화되어 1차연소를 하게되고, 그 다음 1차연소후 발생된 미연소가스는 2차연소용 공기노즐(74)을 통해 유입되는 2차연소용 공기와 혼합되어 완전하게 2차 연소함으로서 완전연소를 하게된다.

따라서, 종래 단순한 여러개의 노즐구멍을 소결층(4)의 폭방향으로 설치하여 화염을 단순한 커튼형상으로 형성시키는 것에 비하여, 본 고안에서는 연료노즐(41)의 구멍(47a)을 통한 안정적이고 넓게 퍼지는 연료와 슬릿형상의 1,2차 연소용 공기노즐(53)(74)을 통하여 분사되는 공기가 만나서 발생되는 화염은 소결층(4)의 폭방향으로 완전하게 균일한 온도분포를 제공하도록 형성되어 소결층(4)의 소결이 완전하게 균일하게 이루어 질 수 있다.

결국, 본 고안의 슬릿버너(30)는 제6도와 같이 전체 노즐형상을 슬릿타입으로 설계하였기 때문에 제7도에서 볼 수 있는 바와 같이 폭방향으로 온도분포가 완전하게 균일한 커튼(Curtain) 형상의 화염을 얻을 수 있고, 결국 소결점화로에 적용시 폭방향으로 보다 균일한 착화성능을 나타내므로서 미소결 및 과소결을 확실하게 방지시키어 소결광의 품질 및 생산량을 증대시킬 수 있는 것이다.

또한, 본 고안의 슬릿버너(30)는 종래의 버너(2)를 사용하여 고온의 로내분위기 온도를 유지함으로서 소결광을 착화시키는 방법을 사용하는 종래의 소결점화로(1)에 비해 적은 크기의 소결점화로에서 슬릿버너(30)의 화염을 직접소결층표면(4)에 접촉시켜 소결광을 착화시키는 방법을 채택하고 있어 제8도에서와 같이 종래의 소결점화로(1)에서 통상적으로 나타내는 연료원단위인 12000-13000kcal/1-sinter를 7000kcal/1-sinter 이하로 감소시킴으로서 획기적인 연료사용량 절감이 가능하다.

그리고, 본 고안의 슬릿버너(30)는 상기에서와 같이 2차에 걸친 다단연소를 시킬 뿐만이 아니라, 슬릿버너(30)의 연료노즐(41)은 제6(b)도에 나타낸 바와같이 일정한 각도를 가진 작은 연료배출구멍(47a)이 2열로 대칭적으로 좌우에 배치되어 있는 구조로 되어 있어, 이렇게 각도를 가지고 분사된 연료가 슬릿형상의 1차연소용 공기노즐(53)에서 수직방향으로 분사되는 1차연소용 공기와 일정한 각도로 만나게 되어 완전연소에 필요한 연료와 공기의 혼합을 촉진되는 역할을 하게되며, 또한 연료가 작은 구멍(47a)을 통해 잘게 나뉘어져 분사됨으로서 분할화염(Divided Flame)의 형성에 따른 공기와의 혼합촉진을 이루고, 연소중 최고화염온도가 저하되는 효과를 거두게 되어 제9도에서와 같이 공해물질인 질소산화물(NOx)의 생성량을 최소로 감소시킬 수 있는데, 이는 통상적인 2단 공기공급 구조의 버너에 비하여 극히 많은 질소산화물을 감소시킬수 있는 것이다.

더하여, 슬릿형상의 연료노즐(41)과 1,2차 공기노즐(53)(49)을 통하여 연료가 다단으로 공기와 혼합 연소됨으로서, 상기 1,2차 연소용 공기노즐(53)(74)을 통하는 공기양을 조절하면 소결층(4)의 높이가 변하게 되어도 화염의 길이를 용이하게 조절하면서 소결작업을 수행할 수 있는 것이다.

그리고, 소결기 상부에 여러개 즉, 대략 9개의 버너(30)를 소결층(4)의 폭방향으로 설치함으로써, 소결작업시 연료노즐(41)의 구멍(47a)이 소결재가 튀면서 막히게 되어도 해당 버너(30)만을 신속하게 보수 또는 교체할 수 있어 종래의 일체형 플랜지 하부에 단순히 다수의 노즐구멍을 형성시킨 것에 비하여, 개별적인 버너의 보수 및 유지작업이 용이한 것이다.

이와 같이 본 고안인 직화식 소결점화로용 슬릿버너에 의하면, 연소시 발생되는 질소산화물(NOx)을 종래의 버너가 나타내는 120-185ppm 보다 훨씬 작은 50-90ppm 이하로 저감시킬 수가 있는 한편, 1차공기 및 2차공기의 양을 변화시킴으로서 화염의 길이를 조업조건에 맞춰 자유자재로 조절할 수 있어 조업시 소결층(4)의 높이변동에 유연하게 대응할 수 있는 것은 물론, 특히 소결층의 폭방향으로 완전하게 균일한 화염을 제공하여 균일한 온도분포를 갖는 한편, 노즐이 막히는 등의 작동불량시 버너만을 보수 및 교체할 수 있어 버너의 보수 및 유지비용이 절감되는 우수한 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

1. 소결층(4)의 폭방향으로 커튼형상의 화염(100)을 접촉시키도록 연료를 배출하는 연료노즐(42)과 1,2차에 걸쳐 공기를 배출하는 1,2차 연소용 공기노즐(53)(74)을 갖춘 소결점화로에 사용되는 버너에 있어서, 상기 연료노즐(41)은, 상기 1차 연소용 공기노즐(53)에서 수직방향으로 분사되는 1차 연소용 공기와 배출 연료가 잘게 나뉘어져 일정각도로 만나도록 하여 완전한 연료와 공기혼합으로 형성되는 분할화염(Divided Flame)에 의해 소결층(4)의 질소산화물(NOx)의 생성을 감소토록 연료헤더(47)에 좌우 대칭으로 2열로 일정각도로 나뉘어져 배치된 연료배출구멍(47a)을 갖추고, 상기 연료노즐(41)에는 연료가스를 공급하는 다수개의 연료배관(42)이 연결되는 연료분사부(40); 와, 상기 1차 연소용 공기노즐(53)은 슬릿형상으로 형성되어 상기 다수개의 연료배관(42)이 내부를 관통하고 상부측에 공기유입구(55)가 형성되는 사각 중공형상의 1차연소 공기배관(59)을 갖추는 1차연소 공기공급부(50); 및, 상기 2차 연소용 공기노즐(74)은 슬릿형상으로 형성되어 상기 1차연소 공기배관(59)이 내부를 통과하는 사각중공형상의 2차연소공기배관(80)을 갖추고, 그 상부에는 2차공기 유입구(82)가 형성되는 2차연소 공기공급부(50)를 포함하여, 상기 연소노즐(41)의 연료배출구멍(47a)과 1,2차 연소용 공기노즐(53)(74)로서 소결층의 폭방향으로 완전하게 균일한 화염을 착화시키는 한편, 소결층의 폭방향으로 다수개가 설치되어 버너의 보수 및 유지작업을 용이토록 하는 구성으로 된 것을 특징으로 하는 직화식 소결점화로용 슬릿버너.
2. 제1항에 있어서, 상기 연료유입구(45)에는 상기 연료헤더(47)에 연결되는 4개의 연료배관(42)이 장착되어 연료가스가 연료헤더(47)로 들어가고, 상기 연료헤더(47)는 적당한 크기의 내부공간이 형성되어 각각의 연료배관(42)을 통해 들어오는 연료를 동압(動壓)에서 정압(定壓)으로 변환시키어 연료노즐(41)을 통해 균등한 연료가스를 분사토록 구성되는 것을 특징으로 하는 직화식 소결점화로용 슬릿버너.