KR200267512Y1 - 연소 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 연소공기를 다단으로 공급하여 질소산화물을 저감시킬 수 있는 연소 장치에 관한 것으로, 본 고안의 연소 장치는 연소실, 노즐, 연소용 공기 공급 수단을 구비한다. 노즐은 상기 연소실에 설치된다. 연소용 공기 공급 수단은 연소실내에 분무된 연료에 연소용 공기를 다단으로 공급하여 확실한 착화와 화염의 안정을 도모하기 위해 공기 흐름을 적절히 조정할 수 있다. 이 연소용 공기 공급 수단은 압입 통풍기, 윈드 박스, 공기 유입관들 및 댐퍼들을 갖는다. 윈드 박스는 다수의 분할 공간들을 갖는다. 이 분할 공간에는 댐퍼가 설치되어 분할 공간으로 유입되는 연소용 공기량을 조절한다.

Description

연소 장치{COMBUSTION APPARATUS}

본 고안은 연소 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 연소공기를 다단으로 공급하여 질소산화물을 저감시킬 수 있는 연소 장치에 관한 것이다.

산업기술의 급속한 발달과 더불어 유해성 각종 물질의 다량 배출로 인한 지구의 환경오염 문제는 점차 심각해지고 있고 이러한 공해물질 제거에 관한 연구의 중요성이 그 어느 때보다도 절실히 요구되고 있다.

특히, 화석연료를 사용하고 있는 산업용 보일러는 화로로부터 다량의 질소산화물이 발생하는데 이러한 연소 과정중에 형성되는 질소산화물은 광학적 스모그를 일으키는 주원인으로 밝혀짐에 따라 현재는 이의 배출량이 엄격히 규제되고 있다.

따라서, 연소에 의해 화학에너지를 열에너지로 변환하는 과정에 있어서 완전연소는 상기 산업용 보일러의 기본적인 요건으로 되었다. 이에 덧붙여 배기 가스속의 미연분의 종래 최대함유량의 기준에서 벗어나지 않으면서 어느 정도 질소산화물을 줄일 수 있는지가 산업용 보일러의 성능을 좌우하는 매우 중요한 항목으로 부각되고 있다.

일반적으로 통용되고 있는 산업용 보일러 화로내에서 버너의 연소에 의해서 생성되는 질소산화물을 감소시키는데 필요한 기술로서는, 배기가스를 연소용 공기에 혼합하여 화염부의 온도를 저하시켜 그에 따른 질소산화물을 저감시키는 배가스 재순환 방식과, 주연소 영역에서 발생된 질소산화물을 재연소 영역에 공급된 연료와 공기를 이용하여 N2화하는 재연소 방식 그리고 화로내 다단연소 방식 등이 있다.

이에 따른 상기 첫 번째 방식은, 배기 덕트로 배기되는 배기가스의 일부를 팬에 의해 뽑아내 순환 덕트를 통하여 연소용 공기에 혼입하는 것으로, 불활성 가스가 증가하는 것에 의해 연소가스의 열용량이 증가해 화염온도를 저하시키는 단점을 갖고 있다. 두 번 째 방식은 연소실의 거대화 및 부수 설치에 따른 복잡함뿐만 아니라, 설비투자비용이 많은 단점이 있다. 따라서, 최근에는 버너 내부의 공기 역학적인 고려에 의한 구조변경만으로 부가적이 구조 없이 질소산화물을 저감할 수 있는 공기 역학적 방법이 선호되고 있다.

본 고안은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 연소실로 공급되는 연소용 공기량을 조절하여 연소시 질소와 산소의 결합에 의해 생성되는 유해가스의 생성을 절감시켜주기 위한 새로운 형태의 연소장치를 제공하는데 있다.

도 1은 본 고안에 따른 연소 장치의 개략적인 구성도;

도 2는 본 고안에 따른 연소 장치에서의 연소용 공기의 흐름을 보여주는 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

110 : 연소실

120 : 노즐

122a : 제 1 공급라인

122b : 제 2 공급라인

132 : 압입 송풍기

134 : 윈드 박스

136a,136b : 파티션 플레이트

138a : 제 1 분할 공간

138b : 제 2 분할 공간

138c : 제 3 분할 공간

139 : 덕트

140 : 제 1 공기 유입관

142 : 제 2 공기 유입관

144 : 제 3 공기 유입관

150 : 댐퍼

160 : 에어 베인

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안의 특징에 의하면, 연소 장치는 연소실과; 상기 연소실내에 연료를 분사시키는 노즐과; 상기 연소실내에 분무된 연료에 연소용 공기를 다단으로 공급하여 확실한 착화와 화염의 안정을 도모하기 위해 공기 흐름을 적절히 조정하기 위한 연소용 공기 공급 수단을 갖는다.

이와 같은 본 고안에서 상기 연소용 공기 공급 수단은 압입 통풍기와; 상기 노즐이 설치된 연소실 벽면에 설치되는 그리고 상기 압입 통풍기에서 공급되는 연소용 공기를 다수의 분할 공간들을 통해 받아들이기 위한 상자형의 윈드 박스와; 상기 노즐과 동축으로 설치되는 그리고 상기 윈드 박스의 분할된 공간들로 유입된 각각의 연소용 공기를 상기 연소실의 연소영역으로 제공하기 위한 다수의 공기 유입관들 및; 각각의 상기 분할 공간에 설치되는 그리고 상기 분할 공간으로 유입되는 연소용 공기량을 조절하기 위한 댐퍼들을 구비할 수 있다.

이와 같은 본 고안에서 상기 압입 통풍기와 상기 윈드 박스는 메인 덕트에 의해 연결될 수 있다.

이와 같은 본 고안에서 에어 조절 베인은 상기 윈드 박스로 공급되어 지는 연소용 공기량을 조절하기 위하여 상기 메인 덕트에 설치될 수 있다.

이와 같은 본 고안에서 상기 분할 공간들은 2개의 파티션 플레이트에 의해 1차 공간, 2차 공간, 3차 공간으로 이루어지며, 상기 공기 유입관들은 상기 1차 공간과 연통하는 유입구를 갖는 1차 공기 유입관과; 상기 2차 공간과 연통하는 유입구를 갖는 2차 공기 유입관 및; 상기 3차 공간과 연통하는 유입구를 갖는 3차 공기 유입관을 갖는다.

이와 같은 본 고안에서 상기 1차 공간, 2차 공간 그리고 3차 공간으로 공급되어지는 연소용 공기의 배분은 20:40:40일 수 있다.

상술한 연소 장치에 의하면, 연소용 공기는 각각의 분할 공간에 설치된 에어 댐퍼에 의해 그 공급량이 조절된 뒤 각각의 공기 유입관들을 통해 연소실로 고르게 공급된다.

예컨대, 본 고안의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 고안의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 고안을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.

이하, 본 고안의 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 2를 참조하면서 보다 상세히 설명한다. 상기 도면들에 있어서 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호가 병기되어 있다.

도 1은 본 고안에 따른 연소 장치의 개략적인 구성도이다. 도 2는 본 고안에 따른 버너 장치에 의한 연소용 공기의 흐름을 보여주는 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 고안에 따른 버너 장치(100)는 개별(싱글) 버너 구조에 주로 적용되는 장치로 연소실(110)과 노즐(120) 그리고 질소산화물 저감을 위한 3단 공기 공급수단을 구비한다.

상기 노즐(120)은 상기 연소실(110)의 일측에 설치되며, 상기 노즐(120)에는 제 1 및 제 2 공급라인들(122a,122b)이 연결된다. 상기 제 1 공급 라인(122a)을 통해서는 연료(오일)가, 제 2 공급 라인(122b)을 통해서는 스팀이 공급된다.

상기 3단 공기 공급수단은 상기 연소실(110)내에 상기 노즐(120)을 통해 분무된 연료(오일+스팀)에 연소용 공기를 3단으로 공급하여 확실한 착화와 화염의 안전을 도모하기 위해 공기 흐름을 적절히 조정할 수 있다. 이 3단 공기 공급수단은 압입 통풍기(132), 윈드 박스(wind box;134), 제 1 내지 제 3 공기 유입관(140,142,144) 및 댐퍼(damper;150)들을 구비한다.

상기 윈드 박스(134)는 상기 노즐(120)이 설치된 연소실 벽면에 설치된다. 이 윈드 박스(134)는 2개의 파티션 플레이트(partition plate;136a,136b)에 의해 제 1 내지 제 3 분할 공간(138a,138b,138c)으로 구획된다.

상기 제 1 내지 제 3 분할 공간들(138a,138b,138c)의 선단에는 각각의 분할 공간들(138a,138b,138c)로 공급되어지는 연소용 공기량을 조절하기 위한 댐퍼(150;damper)가 설치된다. 이 댐퍼(150)는 수동 또는 자동 조작이 가능하다. 한편, 상기 압입 통풍기(132)와 상기 윈드 박스(134)를 연결하는 공기 공급 통로인 덕트(139)에는 상기 윈드 박스(134)로 제공되어지는 연소용 공기를 조절하는 에어 베인(160;air vane)이 설치된다.

상기 압입 통풍기(132)에서 공급되는 연소용 공기는 덕트(139)를 통해 상기 윈드 박스(134)로 제공되고, 윈드 박스(134)로 제공되는 연소용 공기는 상기 윈드 박스(134)의 제 1 내지 제 3 분할 공간들(138a,138b,138c)을 통해 각각 분배되어진다. 분할 공간들로 제공된 연소용 공기는 각각의 분할 공간들(138a,138b,138c)과 연통되어 있는 제 1 내지 제 3 공기 유입관들(140,142,144)을 통해 상기 연소실(110)의 연소공간으로 공급된다.

상기 제 1 내지 제 3 공기 유입관들(140,142,144)은 상기 노즐(120)과 동축으로 설치되며, 상기 연소실의 주연소 영역(A), 재연소 영역(B) 그리고 후연소 영역(C)을 통한 다단 연소가 이루어지도록 연소용 공기를 다단으로 제공(분사)한다. 이와 같이 본 고안의 연소 장치는 주연소 영역(A)에서 발생하는 질소 산화물을 재연소 영역(B)에서 재연소시켜 질소 중간생성물로 전환시킨 후, 후연소 영역(C)에서 제 3 공기 유입관(144)을 통해 추가로 공급되는 공기로 완전 연소시켜 질소 산화물을 저감시킬 수 있는 것이다.

여기서, 연소용 공기는 1차적으로 덕트(139)에 설치된 에어 베인(160)에 의해 공기량이 조절되고, 2차적으로 상기 윈드 박스(134)의 각 분할 공간들(138a,138b,138c)의 선단에 설치된 댐퍼(150)들에 의해 각각 조절된 후, 상기 제 1 내지 제 3 유입관들 각각을 통해 연소실로 제공된다.

따라서, 본 고안의 연소장치(100)는 연소실(110)에 공급되는 연소용 공기량을 조절함으로써, 연소시 질소와 산소의 결합에 의해 생성되는 유해가스인 질소 산화물의 생성을 감소시킬 수 있는 것이다.

예컨대, 상기 1차 분할 공간, 2차 분할 간 그리고 3차 분할 공간으로 공급되어지는 연소용 공기의 배분은 20:40:40 의 공급 비율을 가지는 것이 바람직하다. 한편, 상기 조건은 공정에 따라 10% 유량 변화가 발생될 수 있음은 물론이다.

본 고안에서 가장 구조적인 특징은 윈드 박스가 3개의 분할 공간으로 구획되고, 이 각각의 분할 공간 선단에 공기량 조절을 위한 댐퍼가 설치된다는데 있다.

이상에서, 본 고안에 따른 연소 장치의 구성 및 작용을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만 이는 일 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 고안의 기술적사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.

상술한 구성 및 기능을 갖는 본 고안은 압입 송풍기로부터 유입된 연소용 공기가 각각의 분할 공간에 설치된 에어 댐퍼에 의해 그 공급량이 조절된 뒤 각각의 공기 유입관들을 통해 주연소 영역, 재연소 영역 그리고 후연소 영역으로 고르게 공급되므로, 화염 온도 분포를 균일하게 형성시켜, 질소산화물을 저감시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 연소 장치에 있어서:

   연소실과;

   상기 연소실내에 연료를 분사시키는 노즐과;

   상기 연소실내에 분무된 연료에 연소용 공기를 다단으로 공급하여 확실한 착화와 화염의 안정을 도모하기 위해 공기 흐름을 적절히 조정하기 위한 연소용 공기 공급 수단을 포함하되;

   상기 연소용 공기 공급 수단은

   압입 통풍기와;

   상기 노즐이 설치된 연소실 벽면에 설치되는 그리고 상기 압입 통풍기에서 공급되는 연소용 공기를 다수의 분할 공간들을 통해 받아들이기 위한 상자형의 윈드 박스와;

   상기 노즐과 동축으로 설치되는 그리고 상기 윈드 박스의 분할된 공간들로 유입된 각각의 연소용 공기를 상기 연소실의 연소영역으로 제공하기 위한 다수의 공기 유입관들 및;

   각각의 상기 분할 공간에 설치되는 그리고 상기 분할 공간으로 유입되는 연소용 공기량을 조절하기 위한 댐퍼들을 포함하는 것을 특징으로 하는 연소장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 압입 통풍기와 상기 윈드 박스를 연결하는 메인 덕트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연소장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 메인 덕트에는 상기 윈드 박스로 공급되어지는 연소용 공기량을 조절하기 위한 에어 조절 베인이 설치되는 것을 특징으로 하는 연소장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 댐퍼는 상기 분할 공간의 선단에 설치되는 것을 특징으로 하는 연소장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 분할 공간들은 2개의 파티션 플레이트에 의해 1차 공간, 2차 공간, 3차 공간으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연소장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 분할 공간들은

   2개의 파티션 플레이트에 의해 1차 공간, 2차 공간, 3차 공간으로 이루어지며,

   상기 공기 유입관들은

   상기 1차 공간과 연통하는 유입구를 갖는 1차 공기 유입관과;

   상기 2차 공간과 연통하는 유입구를 갖는 2차 공기 유입관 및;

   상기 3차 공간과 연통하는 유입구를 갖는 3차 공기 유입관을 포함하는 것을 특징으로 하는 연소장치.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 1차 공간, 2차 공간 그리고 3차 공간으로 공급되어지는 연소용 공기의 배분은 20:40:40인 것을 특징으로 하는 연소장치.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 노즐에는 오일 및 스팀 파이프가 연결되는 것을 특징으로 하는 연소장치.