KR200238040Y1 - 1차연소통이 장착된 공기 2단연소형 가스버너 - Google Patents

Abstract

본 고안은 1차 공기와 연료가 분출되는 드로트관에 내열성 1차연소통을 연설함으로써, 1차연소역을 확장하여 1차연소역내의 연소가스 체재시간을 연장하여 질소산화물의 발생량을 극저감할 수 있도록 한 1차연소통이 장착된 2단연소형 가스버너에 관한 것으로, 연소용 공기를 1차공기와 2차공기로 나누어 분할분사하는 공기 2단연소형 가스버너에 있어서, 버너 중앙의 연료공급관 외주부에 설치되는 드로트관의 단부에 혹은 연료공급관 외주부에 1,2차 공기 격벽과 연결하여 1차연소통을 장착함으로써 1차연소역 및 2차연소역을 갖도록 하여서 된 것이다.

Description

1차연소통이 장착된 공기 2단연소형 가스버너

본 고안은 1차연소통이 장착된 공기 2단연소형 가스버너에 관한 것으로, 특히 1차 공기와 연료가 분출되는 드로트관에 내열성 1차연소통을 연결 설치함으로써 1차연소역을 확장하여 1차연소역내의 연소가스 체재시간을 연장하여 질소산화물의 발생량을 극저감할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 가열로나 보일러 등의 직접 가열시 연소설비에서는 연소시 질소 산화물 발생량의 저감을 위하여 저질소산화물 버너가 폭넓게 사용되고 있으며, 공기 2단연소형 버너가 주류를 이루고 있다.

공기 2단연소형 버너는 연소에 필요한 공기를 버너 내부에서 2단으로 나누어 공급하는 것으로써 접변의 위치 조절에 의해 1, 2차 공기의 비율을 조절한다.

따라서 1단에는 필요한 공기량의 20 내지 70%를 공급하여 산소 부족에 의한 질소 산화물 생성억제와 연소온도 저하에 의한 질소산화물 생성억제의 두 가지 효과를 도모하고, 나머지 공기를 2단에서 분사하여 미연분을 완전히 연소시키는 방법이다.

예로서, 대한민국 실용신안등록 제66685호에는 2단연소형 가스버너의 특성과 일반적인 종래의 공기 2단연소형 가스버너의 구조 및 특성이 자세히 수록되어 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 공기 2단연소형 가스버너의 단면 구성도이다.

상기 도 1을 참조하면 버너 본체(30)에 형성된 접변(15)에 의해 1차 공기통로(11)와 2차 공기통로(12)로 분할되는 공기공급구(10)를 가지고, 상기 1차 공기통로(11)로 부터 공급되는 공기가 분사되는 버너의 중앙에 연료공급관(16)이 설치된다.

1차공기는 연료공급관(16)과 드로트관(18) 사이의 환상공간으로 분사된다. 2차공기통로(12)로 유입된 공기는 2차공기노즐(14)을 통하여 분사되는 구조이다. 1차공기와 연료는 드로트(13)내에서 혼합되어 1차연소가 일어나고 공기부족에 의해 불완전 연소된 연료는 2차공기노즐(14)에서 분사되는 2차 공기에 의해 완전한 연소를 이루게 되는 것이다.

질소산화물 생성량의 예측을 위하여 질소산화물의 생성속도식을 이용하여 수행한 이론적인 컴퓨터 시뮬레이션의 결과에 의하면 공기 2단연소형 버너의 연소시에는 1차연소역에서의 체재시간 변화에 따라 최종적인 질소산화물의 배출량이 변화되는 것으로 나타난 바 있으며, 1차연소역에서의 체재시간을 길게 유지하는 것이 질소산화물 발생저감에 효과적인 것으로 판명된 바 있다.

이는 1차연소역에서의 체재시간이 길수록 2차공기와 연소반응이 지연되어 완만한 연소가 진행되기 때문인 것으로 판단된다. 따라서 1차연소역의 확대가 질소산화물 저감에 유용할 것이라는 것을 알 수 있다.

그러나 종래의 공기 2단연소형 버너의 경우는 도 2에 연료와 공기 혼합상황을 도시한 바와 같이, 버너의 구조가 결정되면 1차연소역(21)과 2차연소역(22)이 버너의 구조에 따라 미리 결정되므로 1차연소역(21)의 크기(혹은 1차연소시간)를 확장할 수 없는 단점을 가지고 있으며, 따라서 도 1과 같은 종래의 공기 2단분사형 버너는 1단연소형 버너 대비 40% 이상의 질소산화물 저감하기에는 곤란한 문제를 가지고 있다.

본 고안은 상기와 같은 제반 문제점을 감안하여 이를 해소하고자 발명한 것으로, 2차연소역에 비하여 1차연소역의 크기를 확장시키도록 드로트관에 연결된 1차연소통이 버너 본체의 선단보다 길게 장착된 공기 2단연소형 가스버너를 제공함에 그 목적이 있는 것이다.

도 1은 종래의 공기 2단연소형 가스버너 단면 구성도,

도 2는 종래의 공기 2단연소형 버너의 공기/연료의 혼합 상황을 나타낸 상태도,

도 3은 본 고안에 의한 공기 2단연소형 가스버너 단면도,

도 4는 본 고안의 공기 2단연소형 버너의 공기/연료의 혼합상황을 나타낸 상태도,

도 5는 본 고안의 공기 2단연소형 가스버너의 1차연소통 길이 변화에 따른 질소산화물 생성경향을 나타낸 그래프.

* 도면의 주요부분에 사용된 부호의 설명 *

10 : 공기 공급구 11 : 1차 공기통로

12 : 2차 공기통로 13 : 드로트

14 : 2차 공기 노즐 16 : 연료공급관

18 :드로트관 19 : 1, 2차 공기 격벽

20 : 1차연소통 21 : 1차연소역

22 : 2차연소역 30 : 버너 본체

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안은 버너 본체(30)의 내부에 설치된 공기공급구(10)가 1차 공기통로(11)와 2차 공기통로(12)가 1, 2차 공기 격벽(19)에 의하여 분할되고, 버너 본체(30)의 중앙에 연료공급관(16)에 설치된 공기 2단연소형 가스버너에 있어서, 상기 연료공급관(16)의 외주부에는 드로트관(18)이 1, 2차공기 격벽(19)에 연결되어 설치되고, 상기 드로트관(18)의 단부에는 버너 본체(30)의 선단 보다 길게 연결된 1차연소통(20)이 설치됨을 특징으로 한다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 고안에 대하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 고안에 의한 공기 2단연소형 버너의 단면도이고, 도 4는 본 고안 버너의 공기/연료 혼합상황을 나타낸 상태도이며, 도 5는 본 고안버너의 1차연소통 길이변화에 따른 질소산화물 생성경향을 나타내는 그래프이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 고안인 공기 2단연소형 가스버너의 실시예에 의하면 도 1에 도시된 종래의 버너를 구성하는 드로트관(18)에 연하여 내열성 1차 연소통(20)이 장착된다.

또한 상기 1차연소통(20)은 드로트관(18)을 설치하는 대신에 1, 2차 공기 격벽(19)에 직접 연결하는 것도 가능하다.

본 고안을 구성하는 1차연소통(20)은 여러 가지 설치방법과 형태를 가질 수 있으며, 도 3은 1차연소통(20)은 단지 예로 들기 위한 기본형태를 나타낸 것이므로, 본 고안은 다른 형태의 1차연소통 및 설치방법을 근본적으로 포함한다.

상기 1차연소통(20)의 형태는 축소관, 확대관, 수평관 등이 사용될 수 있으며, 일부 미연연료의 조기 연소를 위한 다공관 등을 포함한다.

한편, 상기 1차연소통(20)의 재질은 내열성이 확보되는 내열강, 내열섬유소결체, 실리카나 알루미나 등의 세라믹 등 제한이 없으며, 버너가 사용되는 연소로의 온도조건에 따라 적절한 재질을 사용하면 된다.

이하에서는 상기와 같이 구성된 본 고안의 작용에 대하여 도면 및 그래프를 참조하여 상세히 설명한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 버너 본체(30)의 선단 보다 긴 독립된 1차연소통(20)을 장착하면 버너 토출구에서의 2차공기와 미연연료와의 직접접촉을 차단함에 의해 2차연소 속도의 지연이 가능하므로 종래 버너대비 1차 연소시간이 연장되어 질소 산화물의 발생저감이 가능한 것이다.

즉, 2차연소역(22)에 비하여 1차연소역(21)이 확장됨으로써 질소 산화물의 발생이 극저감되는 것이다.

도 5는 본 고안의 공기 2단연소형 버너의 1차연소통(20) 길이 변화에 따른 질소 산화물의 생성경향을 나타낸 것으로써, 제철소에서 발생되는 발열량 4,400Kcal/Nm³인 코크스로 가스를 이용하여 연소용량 20만 Kcal/hr의 버너에 대하여 실험한 결과이며, 이때 실험노의 노온은 1,200℃로 유지하였다.

상기와 같은 조건에서 본 고안에 따라 0.3m 또는 0.4m 길이의 1차연소통(20)을 설치한 버너는, 1차연소통의 길이가 0으로 표시된 1차연소통이 없는 종래의 공기 2단연소형 버너에 비하여 질소산화물의 저감이 가능함을 알 수 있으며, 0.4m 길이의 1차연소통(20)을 설치한 본 고안에 따른 버너는 종래의 버너와 대비하여 약 20% 정도나 추가적인 질소산화물의 저감이 가능함을 알 수 있다.

따라서 1차연소통(20)의 설치에 의하여 질소산화물의 저감이 가능함을 알 수 있고, 1차연소통(20)의 길이가 길어질수록 질소산화물 저감율이 증대됨을 알 수 있다.

이와 같은 질소산화물 저감현상은 앞에서 이론적으로 설명한 질소산화물 생성과 1차연소역 체재시간과의 관계를 검증해주는 결과라 할 수 있다.

이상과 같은 본 고안의 가스버너는 독립된 1차연소통을 버너 본체의 선단 보다 길도록 드로트관 단부에 설치하여 2차연소역에 비하여 1차연소역을 확장함으로써 공기 2단연소형 가스버너의 질소 산화물 발생량을 극소화 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 버너 본체(30)의 내부에 설치된 공기공급구(10)가 1차 공기통로(11)와 2차 공기통로(12)가 1, 2차 공기 격벽(19)에 의하여 분할되고, 버너 본체(30)의 중앙에 연료공급관(16)이 설치된 공기 2단연소형 가스버너에 있어서, 상기 연료공급관(16)의 외주부에는 드로트관(18)이 1, 2차 공기 격벽(19)에 연결되어 설치되고, 상기 드로트관(18)의 단부에는 버너 본체(30)의 선단 보다 길게 연결된 1차연소통(20)이 설치됨을 특징으로 하는 1차연소통이 장착된 공기 2단 연소형 가스버너.