KR200236499Y1 - 그룹선회와 확산형 원추통에 의한 공해물질 저감형 버너 - Google Patents

Abstract

본 고안은 종래의 산업용 버너에서 일차공기용 베인(2)을 일차공기용 베인(2')과 강선회용 이차공기 베인(3)및 약선회용 이차공기 베인(4)의 3개의 그룹으로 분할 형성하여 강선회 공기로는 짧은 화염을, 약선회 공기로는 구부러진 형상의 긴 화염을 교차적으로 형성시키며, 확산형 원추통(13)을 설치하여 로내의 균일한 온도영역 형성과 연소 저온부인 후류에까지 과잉공기를 효과적으로 공급하여 연료의 완전연소에 의한 분진 및 질소산화물의 획기적인 개선이 가능하도록 하였고, 일차공기 베인 구동축(8)과 강선회용 이차공기 베인 구동축(9)및 약선회용 이차공기 베인 구동축(10)을 공기상자(1)의 외측까지 연장 설치하여 다양한 화로형상에도 연소신뢰성을 보강할 수 있도록 한 그룹선회와 확산형 원추통에 의한 공해물질 저감형 버너이다.

Description

그룹선회와 확산형 원추통에 의한 공해물질 저감형 버너

제1도는 종래 버너의 단면 및 화염구조도.

제2도는 종래 버너의 선회발생기 구조도.

제3도는 본 고안의 단면 및 화염구조도.

제4도는 본 고안의 선회 발생기 구조도.

제5도는 본 고안에 따른 질소산화물 발생 분포도.

제6도는 본 고안에 따른 부하변화에 대한 공해물질 배출 특성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 공기상자 2 : 일차공기용 베인

3 : 강선회용 이차공기 베인 4 : 약선회용 이차공기 베인

5 : 안내 정류통 6 : 버너 목 구멍

7 : 삼차 공기관 8 : 일차공기용 베인 구동축

9 : 강선회용 이차공기 베인 구동축 10 : 약선회용 이차공기 베인 구동축

11 : 연료노즐 12 : 확장정류통

13 : 확산형 원추통 14 : 삼차공기 조절 댐퍼

15 : 확산형 보염기

본 고안은 산업용 버너에 관한 것이며, 좀더 상세하게는 서로 다른 선회도를 갖는 세 개의 그룹 선회발생기를 부착함으로써 초기화염 존재영역에서는 연소공기와 연료의 혼합을 촉진하여 화염안정을 이루며, 주 연소영역에서는 강선회와 약선회의 교차적인 연소용 공기의 혼합으로 과농연소로 화염온도의 고온화를 방지하여 질소산화물의 생성을 억제하고, 후류연소영역에서는 약선회공기에 의한 공기과잉 상태로 주 연소영역에서 생성된 질소산화물의 질소로의 환원반응 및 불완전 연소물질의 완전연소를 촉진토록 확산형 원추통을 추가하여 분진의 증가없이 공해물질인 질소산화물의 생성을 억제시킬 수 있는 그룹선회와 확산형 원추통에 의한 공해물질 저감형 버너에 관한 것이다.

현재 산업용으로 사용되고 있는 화석연료용 버너에 있어서 연소과정에서 형성되어 배출되는 질소산화물은 광화학 스모그를 일으키는 주 원인으로 이의 배출량은 날로 엄격히 규제되고 있다. 따라서 연소에 의한 화석에너지를 열에너지 화로의 에너지 변환에 있어서 완전연소는 버너의 기본적인 만족사항이며 특별한 분진의 증가없이 공해물질인 질소산화물의 감소정도가 버너의 성능을 좌우하는 매우 중요한 항목으로 인식되고 있다.

종래에 사용되고 있는 산업용 버너의 질소산화물 감소기법은 연소용공기중에 함유된 질소가 고온의 연소분위기에서 과잉산소와 반응하면서 생성되는 '열적 질소산화물'을 감소시키기 위해 고온의 연소지역에서는 과잉산소가 부족하도록 연료과잉-공기부족 상태를 유지하면서 질소의 반응을 억제하고 공기부족에 의해 발생되는 불완전 연소물을 노내온도가 상대적으로 낮아지는 화로 후류측에서 충분한 연소용 공기를 주입하여 완전연소시키는 방법이 주로 사용되고 있다.

즉 버너 앞에서 연료과잉-공기부족 상태를 형성하기 위한 방법으로 현재 실용화되어 있는 기법은 배기가스 재순환법(연소된 배기가스의 일부를 연소용 공기와 혼합하여 버너로 유입시켜 연소하는 방법), 화로내 이단연소(연소공기의 일부분을 먼위에 설치된 구멍으로 직접보내어 버너지역에서 불완전 연소된 연소가스를 완전연소시키는 기법)등의 설비추가에 의한질소산화물 감소기법과, 버너에서 연소용 공기와 연료의 혼합특성을 제어함으로써 질소산화물의 생성을 감소시키는 '저 질소산화물 버너' 로 구분할 수 있다.

전자는 질소산화물 감소효과는 높으나 기존설비에 질소산화물 감소용 추가설비를 설치하여야 하므로 경제적인 부담 및 설비보수, 유지에 지속적인 부담이 요구된다. 후자는 버너 내부를 질소저감형으로의 구조변경으로 부가적인 설비없이 질소산화물을 저감할 수 있으므로 선호도가 높아지는 추세이다.

본 고안은 상기와 같은 질소저감형 버너의 필요성을 충족시키기 위해 안출된 것으로서, 본 고안의 목적은 서로 다른 선회도를 이용하여 강선회 및 약선회된 공기를 교차적으로 공급하여 강선회용 연소공기로는 강선회에 의한 화염 안정화와 연료과잉의 짧은 화염을 형성시켜 화염의 최고온도영역을 완화시킴으로써 질소산화물의 생성을 억제하고 약선회용 공기는 불완전 연소로 인한 분진의 과대증가를 방지하고, 확산형 원추통에 의한 후류연소영역으로의 집중 공급으로 주 연소영역에서 생성된 미연가스의 완전연소로 분진의 증가를 방지하여, 질소산화물을 질소로 환원시켜 분진의 특별한 증가없이 질소산화물을 감소시킬 수 있는 버너를 제공하는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 고안은 한개의 선회기에서 서로 다른 선회도를 갖도록 세 개의 그룹으로 분리하여 제어하고, 정류통 끝단에 확산형 원추통을 부착하여 강선회에 의한 초기화염의 안정화와 약선회 및 강선회공기의 교차적인 공급으로 주 연소영역에서의 연료파잉(과잉공기비<1)상태를 만들어 연료과잉과 고온화염면의 냉각에 의한 고온영역 감소로 질소산화물의 생성을 억제하였으며, 약선회 공기에 의한 축방향 속도성분을 강화하여 연료의 후류이동을 촉진하여 저온의 화염대에 위치토록 함으로써 연료중의 질소성분 가스화를 촉진시켜 부분적인 ' 연료질소산화물(FUEL NOx) ' 생성을 억제토록 하였다.

또한 연소공기의 강선회로 화염길이는 짧고 지름은 크게 하여 질소산화물 저감형 버너의 가장 큰 단점인 화염길이의 증가현상을 방지하였다.

연료과잉으로 인하여 생성된 불완전 연소물질은 확산형 원추통에 의하여 화염대 외부로 집중된 강선회 공기 및 약선회 공기와 후류연소영역에서 집중적으로 만나면서 완전연소가 되도록 하였으며, 이 후류연소영역을 과잉공기 상태로 만듬으로써 질소산화물의 질소로의 환원반응을 촉진하여 질소산화물 저감에 따른 화염길이의 과대한 증가없이 분진도 일반버너와 동일하게 배출하면서 질소산화물을 저감시키도록 한 것이다.

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

제1도 및 제2도는 종래 버너의 단면도 및 선회발생기 구조도로서, 종래 버너는 공기상자(1)와, 상기 공기상자(1)내의 동일 반경 원주에 걸쳐 서로 연결되는 일차공기용 베인(2)과, 상기 일차공기용 베인(2)을 구동시키는 일차공기용 베인 구동축(8)과, 상기 공기상자(1)와 접하여 연결되는 버너 목 구멍(6)과, 상기 공기상자(1)의 내측 원주벽 내에 위치되는 연료노즐(11)과, 상기 연료노즐(11)의 일단부에 구비되는 확산형 보염기(15)로 구성되어 있다.

본 고안은 이와 같은 종래 버너의 구조에 있어서, 제3도 내지 제4도에 도시된 바와 같이, 상기 일차공기용 베인(2)이 동일 반경의 원주에 걸쳐 서로 연결되어 분할 형성되는 일차공기용 베인(2'), 강선회용 이차공기 베인(3) 및 약선회용 이차공기 베인(4)과, 상기 연료노즐(11)로부터 이격되어 하부 일부분에 설치되는 삼차 공기관(7)과, 상기 삼차 공기관(7)을 통해 유입되는 삼차공기를 조절하는 삼차공기 조절댐퍼(14)와, 상기 일차공기용 베인(2') 중 1개의 일차공기용 베인(2')에 연결되는 일차공기용 베인 구동축(8')과, 상기 강선회용 이차공기 베인(3) 중 1개의 강선회용 이차공기 베인(3)에 연결되는 강선회용 이차공기 베인 구동축(9)과, 상기 약선회용 이차공기 베인(4) 중 1개의 약선회용 이차공기 베인(4)에 연결되는 약선회용 이차공기 베인 구동축(10)과, 상기 안내 정류통(5)이 상기 버너 목 구멍(6)까지 연장되어 설치되는 확장 정류통(12)과, 상기 확장 정류통(12)의 단부에 설치되는 확산형 원추통(13)으로 구성된다.

본 고안은 연소용 공기를 일차공기용 베인(2'), 강선회용 이차공기 베인(3), 및 약선회용 이차베인(4)을 통해 분할시켜서 화로로 유입시키며, 일차공기용 베인 구동축(8'), 강선회용 이차공기 베인 구동축(9) 및 약선회용 이차공기 베인 구동축(10)을 각각 공기상자(1) 외측까지 연장되게 설치하여 최적의 연소조건을 항상 선정할 수 있도록 하며, 확장 정류통(12)을 연장하여 그 끝단에 확산형 원추통(13)을 설치하였다.

이와 같은 본 고안의 구조를 통해 질소산화물을 저감시키는 원리를 이하에 설명한다.

버너 중심에 설치된 연료노즐(11)을 통하여 연료를 화로 중심에서 분무시킨다. 연소공기는 공기상자(1)에서 균일하게 분포되어 일차공기용 베인(2'), 강선회용 이차공기 베인(3), 약선회용 이차공기 베인(4)을 통과하면서 각각 강선회, 약선회, 및 중간선회상태로 분리되어 확장 정류통(12)과 확산형 원추통(13)을 지나고 버너 목 구멍(6)을 지나 화로로 유입된다.

이렇게 유입되어 온 연소공기는 확산형 원추형(13)에 의해 노즐처럼 압축되어 길게 분사되므로 화로중심보다 화로외측으로 집중되면서 내부순환류의 강화로 초기 연소영역에서의 하염안정화를 이루고, 화염 형상을 버너측으로 끌어당겨 화염길이를 줄이고 화염의 냉각을 촉진하여 고온의 연소영역을 감소시켜 질소산화물의 생성을 억제하며, 이 과정에서 고온 화염영역은 강선회와 약선회에 의한 공기량 차이에 의해 강선회용 이차공기 베인(3)으로 유입된 쪽에는 연소용 공기가 부족한 연료과잉 상태가 되어 이차저인 질소산화물의 생성을 억제하며, 약선회용 이차공기 베인(4)을 통과하면서 축류 직진 성분이 강화된 공기가 증발하고 있는 연료 액적을 후류로 밀어내면서 저온의 화염영역에 연료 액적을 이동시킴으로써 미연소 상태로 존재하고 있는 연료중의 질소성분이 가스화되고 이로 인하여 연료 질소산화물을 억제할 수 있어 질소성분이 많이 함유된 연료의 연소에 특히 효과적이다.

아울러 주 연소영역을 짧은 화염화시킴으로써 연소가스의 화로내 체류시간이 상대적으로 길어져 후류에서의 완전연소를 달성할 수 있는 충분한 시간을 만들어주며 연료과잉에 의하여 생성된 중간생성물과 발생된 질소산화물과의 질소로의 환원반응 영역도 길어져 질소산화물 저감효과를 극대화할 수 있다.

약선회용 이차공기 베인(4)을 통과하면서 약선회된 공기는 연료와의 혼합도가 상대적으로 떨어지면서 제3도와 같이 후류측 화염을 안정화시켜 화염길이를 길게 하면서 화로 전체적인 온도분포를 균등하게 만든다. 또한, 화염후류측에 연소공기 집중으로 불완전 연소가스의 완전연소를 촉진시켜 분진의 증가를 방지한다. 이와 같이 강.중.약선회를 교차적으로 발생시켜 질소산화물을 저감시키는 본 고안을 다양한 화로형상에 적용시키기 위해서 일차공기용 베인 구동축(8'), 강전회용 이차공기 베인 구동축(9), 약선회용 이차공기 베인 구동축(10)을 공기상자(1)의 외측까지 연장하여 그 끝단에 선회조절용 핸들(도시되지 않음)을 설치, 각각의 적합한 선회도의 강약 조절을 할 수 있게 하여 신뢰성을 향상 시켰다. 일차적인 화염안전화를 위해 확산 보염기(15)를 설치하였고, 이것을 통과하는 삼차공기 조절은 삼차공기 조절댐퍼(14)로써 적절히 조절하여 버너화염을 안정시킬 수 있다.

제5도 내지 제6도에 도시된 바와 같이, 고안의 효과는 질소산화물을 분진의 특별한 증가없이 30%이상 감소시킬 수 있으며, 일차공기용 베인(2'), 강선회용 이차공기 베인(3), 약선회용 이차공기 베인(4)에 의한 연소공기의 선회도를 삼단으로 하고 확산형 원추통(13)으로 화염의 길이와 연소상태를 조절하므로 전체적인 화로내 온도분포를 균일하게 유지할 수 있어 화로 수관의 국부적인 과열을 방지한다. 또한, 화로형상에 따른 적절한 선회도를 일차공기용 베인 구동축(8'), 강선회용 이차공기 베인 구동축(9)과 약선회용 이차공기 베인 구동축(10)으로 조절할 수 있으므로 다양한 화로형상에 연소신뢰성을 향상시켜 적용할 수 있다. 그룹 삼단선회에 의한 화염내에서의 연료중에 포함된 질소를 가스화시킴으로써 그리고 확산형 원추통에 의한 화로내의 균일한 온도분포를 유지시킴으로써 연료중 질소함유량이 많이 포함된 경우의 질소산화물 저감에 매우 효과적이다.

Claims (2)

1. 공기상자(1)와, 상기 공기상자(1)내의 동일 반경 원주에 걸쳐 서로 연결되는 일차공기용 베인(2)과, 상기 일차공기용 베인(2)을 구동시키는 일차공기용 베인 구동축(8)과, 상기 일차공기용 베인(2)과 버너 중심을 기준으로 장착되는 안내 정류통(5)과, 상기 공기상자(1)와 접하여 연결되는 버너 목 구멍(6)과, 상기 공기상자(1)의 내측 원주벽 내에 위치되는 연료노즐(11)과, 상기 연료노즐(11)의 일단부에 구비되는 확산형 보염기(15)로 구성되는 버너에 있어서, 상기 일차공기용 베인(2)이 동일 반경의 원주에 걸쳐 서로 연결되어 분할 형성되는 일차공기용 베인(2'), 강선회용 이차공기 베인(3) 및 약선회용 이차공기 베인(4)과, 상기 연료노즐(11)로부터 이격되어 하부 일부분에 설치되는 삼차 공기관(7)과, 상기 삼차 공기관(7)을 통해 유입되는 삼차공기를 조절하는 삼차공기 조절댐퍼(14)와, 상기 일차공기용 베인(2') 중 1개의 일차공기용 베인(2')에 연결되는 일차공기용 베인 구동축(8')과, 상기 강선회용 이차공기 베인(3)중 1개의 강선회용 이차공기 베인(3)에 연결되는 강선회용 이차공기 베인 구동축(9)과, 상기 약선회용 이차공기 베인(4) 중 1개의 약선회용 이차공기 베인(4)에 연결되는 약선회용 이차공기 베인 구동축(10)과, 상기 안내 정류통(5)이 상기 버너 목 구멍(6)까지 연장되어 설치되는 확장 정류통(12)과, 상기 확장 정류통(12)의 단부에 설치되는 확산형 원추통(13)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 그룹선회와 확산형 원추통에 의한 공해물질 저감형 버너.
2. 제1항에 있어서, 일차공기용 베인 구동축(8'), 강선회용 이차공기 베인 구동축(9) 및 약선회용 이차공기 베인 구동축(10)이 공기상자(1)의 외측까지 연장 설치되는 것을 특징으로 하는 그룹선회와 확산형 원추통에 의한 공해물질 저감형 버너.