KR20030030497A

KR20030030497A - 코렉스 용융로용 더스트 연소버너

Info

Publication number: KR20030030497A
Application number: KR1020010062662A
Authority: KR
Inventors: 김창섭; 조성문; 김호섭
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2001-10-11
Filing date: 2001-10-11
Publication date: 2003-04-18

Abstract

본 발명은 선단에 내열/내마모성 재질을 구비하고, 버너 냉각용 냉각수는 외관의 일정부분에 통입하여 냉각시키도록 하며, 상온의 산소(O₂) 대류 냉각식을 사용하여 효과적으로 버너의 수명증가와 안정적인 조업을 이룰 수 있도록 개선된 코렉스 용융로용 더스트 연소버너에 관한 것이다.

본 발명은 코렉스 설비의 용융로및 환원로의 발생가스로 부터 포집된 더스트를 용융로에 재취입하여 연소시키는 버너에서, 내관과 외관의 선단에는 산소를 넓은 면적에 고르게 확산분사시키는 노즐부재를 갖추고, 상기 노즐부재는 더스트및 질소가스 분사공의 외측으로 각각 나팔관형의 산소화염을 형성하는 다수의 원형노즐들을 구비하여 더스트의 초기 연소가 용이하도록 하고, 상기 다수의 원형노즐들의 외측으로 직선형의 산소화염을 형성하는 고리형의 슬릿노즐들을 형성하여 상기 나팔관형 산소화염의 후류측에서 미연소된 더스트를 완전 연소시키도록 구성되는 코렉스 용융로용 더스트 연소버너를 제공한다.

Description

코렉스 용융로용 더스트 연소버너{DUST COMBUSTION BURNER FOR MELTING FURNACE OF COREX}

본 발명은 코렉스(COREX) 설비의 용융로및 환원로의 가스로 부터 포집된 더스트(DUST)를 용융로에 재취입하여 연소시키는 코렉스 용융로용 더스트 연소버너에 관한 것으로, 보다 상세히는 선단에 내열/내마모성 재질을 구비하고, 산소를 넓은 면적에 고르게 확산분사시키는 노즐부재를 갖추고, 상기 노즐부재는 더스트및 질소가스 분사공의 외측으로 각각 나팔관형의 산소화염을 형성하며, 그 외측으로 직선형의 산소화염을 형성하여 더스트를 완전연소시키고, 산소(O₂) 대류 냉각식을 사용하여 효과적으로 버너의 수명증가와 안정적인 조업을 이룰 수 있도록 개선된 코렉스 용융로용 더스트 연소버너에 관한 것이다.

일반적으로 코렉스 설비는 용융로및 환원로에서 다량의 가스를 발생하게 되며, 이러한 가스중에는 예비처리되지 않은 원료및 연료를 직접 사용하기 때문에 다량의 더스트(성분 : Coal 47%, Fe 35%, 기타 18%, 온도 800℃, 평균입도 110㎛, 밀도 620 Kg/m³)가 함유되어 있어 대기공해의 방지차원에서 이를 포집한 후, 도 1에 도시된 바와 같은 용융로(200)의 버너(210)에 취입하여 산소로 연소시키고, 이때 발생하는 열을 이용하여 더스트를 용융시켜 더스트의 재분화를 방지하도록 되어 있다.

이때, 사용되는 버너(210)를 더스트 버너라 하며, 이러한 더스트 버너(210)는 이와 같이 더스트를 용융로(200)의 내부에 취입하기 위하여 용융로(200)의 노벽(200a)의 주변에 다수개, 대략 4개가 배치되어 작동된다. 이와 같은 더스트 버너(210)는 대기공해 방지 목적이외에도 더스트 연소시 발생되는 연소열과 용융로 분위기 가스( 조성 : Co 62%, H₂22.65%, CH₄3.24%, CO₂5.83%, 기타 6.28% )의 연소열을 이용하여 용융로(200)의 노온(1050℃)을 일정하게 유지하기 위한 중요한 장치이다.

도 2는 종래의 기술에 따른 더스트 버너(210)의 단면도로서, 상기 더스트 버너(210)는 가장 안쪽의 내관(212)으로는 더스트와 이를 운송하기 위한 N₂가스(이송가스)가 취입되고, 제 1중간관(214)과 제 2중간관(216)의 환상부로는 더스트및 용융로(200)의 가연성 가스 연소에 필요한 산소(O₂)가 공급된다. 그리고 버너(210)의 열손상방지 목적으로 상기 내관(212)과 제 1중간관(214)사이및 제 2중간관(216)과 외관(218)사이에는 냉각수가 통입되고 있으며, 그 유로는 제 3중간관(220)과 제 4중간관(222)에 의해서 분할되어 냉각수는 총 4 유로(pass)로 버너를 냉각시키게 된다.

이와 같은 종래의 더스트 버너(210)는 각각의 부위의 재질이 아래의 표 1에 기재되어 있으며, 사용되어지는 매체들은 표 2와 같다.

표1

구 분	외경(mm)	두께(mm)	내경(mm)	길이(mm)	재 질
구 분	외경(mm)	두께(mm)	내경(mm)	길이(mm)	끝단부	중간부	입구부
내관	(212)	101.6	16.0	69.6	2625	Cu 99.9%	SUS304	SUS304
	(220)	127.0	4.5	118.0	2625	STPG38	STPG38	STPG38
	(214)	159.0	6.3	146.4	2127	Cu 99.9%	SUS316	SUS316
외관	(216)	193.7	8.0	177.7	2127	Cu 99.9%	SUS316	SUS316
	(222)	219.1	5.0	209.1	1735	STPG38	STPG38	STPG38
	(218)	273.0	20.0	233.0	1735	Cu 99.9%	Cu 99.9%	STKM18C

표2

구 분	유 량	온 도	압 력
더 스 트	639 Kg/Hr	800℃	7.5 Kg/cm²
N2	241 Nm³/Hr	20℃	7.5 Kg/cm²
O2	3000Nm³/Hr	20℃	7.5 Kg/cm²
냉 각 수	30 Ton/Hr	35~45℃	6 Kg/cm²

그러나, 상기와 같은 종래의 더스트 버너(210)의 주요부인 노즐(230)은 열전도도가 일반강의 10배 수준인 99.9%의 순수 구리재질로서, 냉각수 통입시 고열 노출에 대한 내구성은 양호하지만 경도가 일반강의 25% 수준, 내열강의 20% 수준이다.

따라서, 도3에 도시된 바와 같이, 110m/s의 고속으로 분사되는 O₂의 운동량에 의해 내부에서는 마모성 입자를 가진 더스트가 노즐 선단부쪽으로 회오리되면서 내부 노즐(230)의 선단부를 마모시키고, 외부에서는 가연성 분위기 가스와 더불어부유되고 있는 노내 더스트들이 산소(O₂) 분사부쪽으로 역흡입되어 외부노즐(230)의 선단부에 마모부(232)를 형성시킨다.

이와 같이, 실제로 손상된 버너(210)의 노즐부(230)와 그 시험편을 현미경 조직시험해 보면, 그 손상된 마모부(232)가 냉각수 통입부와 동일한 조직을 보여 고열에 의한 조직 변형없이 마모에 의한 손상임을 알 수 있다. 또한, 상기와 같은 종래의 더스트 버너(210)는 노즐부(230)가 급격하게 손상됨에 따라서 냉각수관 사이의 냉각수가 용융로(200)의 내부로 누출(leak)될 우려가 있으며, 그 사용수명이 짧아 정비및 교체작업이 과다한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 그 목적은 더스트의 연소성능을 더욱 향상시키고, 노즐부의 손상을 방지함으로써 전체적인 수명의 증대를 이루고 안정적인 코렉스 조업을 이루어 그 생산성을 크게 향상시킬 수 있도록 개선된 코렉스 용융로용 더스트 연소버너를 제공함에 있는 것이다.

제 1도는 일반적인 코렉스 용융로를 도시한 측면도;

제 2도는 종래의 기술에 따른 코렉스 용융로용 더스트 연소버너를 도시한 단면도;

제 3도는 종래의 기술에 따른 코렉스 용융로용 더스트 연소버너의 선단을 확대하여 도시한 단면도;

제 4도는 종래의 기술에 따른 코렉스 용융로용 더스트 연소버너의 연소형태를 도시한 측면도;

제 5도는 본 발명에 따른 코렉스 용융로용 더스트 연소버너를 도시한 측단면도;

제 6도는 본 발명에 따른 코렉스 용융로용 더스트 연소버너의 부품 상세도로서,

a)도는 버너의 선단 정면도, b)도는 노즐 팁 단면도,

c)도는 노즐 부재 단면도;

제 7도는 본 발명에 따른 코렉스 용융로용 더스트 연소버너의 연소형태를 도시한 측면도;

제 8도는 본 발명에 따른 코렉스 용융로용 더스트 연소버너의 선단을 확대하여 도시한 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10..... 내관 20..... 외관

30..... 냉각 자켓부 34..... 제 1관

36..... 제 2관 38..... 제 3관

40..... 노즐부재 42a.... 제 1부재

42b.... 제 2부재 45..... 더스트및 질소가스 분사공

60..... 지지대 200.... 용융로

200a... 노벽 210.... 더스트 버너

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

더스트와 질소가스가 흐르는 내관을 구비하고, 그 외측으로 산소가 공급되는 이중관 형상의 외관을 갖추며, 상기 외관의 외측으로 냉각수가 흐르는 밀폐형의 냉각수관이 갖춰져서 코렉스 설비의 용융로및 환원로의 발생가스로 부터 포집된 더스트를 용융로에 재취입하여 연소시키는 버너에 있어서,

상기 내관과 외관의 선단에는 산소를 넓은 면적에 고르게 확산분사시키는 노즐부재를 갖추고, 상기 노즐부재는 더스트및 질소가스 분사공의 외측으로 각각 나팔관형의 산소화염을 형성하는 다수의 원형노즐들을 구비하여 더스트의 초기 연소가 용이하도록 하고, 상기 다수의 원형노즐들의 외측으로 직선형의 산소화염을 형성하는 고리형의 슬릿노즐들을 형성하여 상기 나팔관형 산소화염의 후류측에서 미연소된 더스트를 완전연소시키도록 구성됨을 특징으로 하는 코렉스 용융로용 더스트 연소버너를 마련함에 의한다.

이하, 본 발명을 도면에 따라서 보다 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 코렉스 용융로용 더스트 연소버너(1)는 코렉스 설비의 용융로 환원가스로 부터 포집된 더스트를 용융로(200)에 재취입하여 연소시키기 위한 것이다.

본 발명의 더스트 버너(1)는 더스트와 질소(N₂) 가스가 통과하는 중앙의 내관(10)을 갖추고, 상기 내관(10)을 외부에서 감싸는 이중관의 형태로 배치되며, 그 내부로 산소가 공급되는 외관(20)을 갖추며, 상기 고열에 노출된 외관(20)을 보호하기 위해 2유로(pass) 구조로 하여 순수하게 외관(20)의 냉각용 형태로 배치시킨 냉각 자켓부(30)를 구비한다.

이러한 본 발명의 더스트 버너(1)는 더스트와 그 이송용 질소가스가 스테인레스(SUS310S) 재질의 내관(10)을 통해 용융로(200)내부로 이송되고, 상기 내관(10)은 향후 코렉스 생산량 증가에 따른 더스트 취입량과 그 이송 유속및 관내압손, 내구성, KS 공칭 규격을 고려하여 관의 크기를 결정하게 된다.

그리고, 더스트및 용융로(200)내 가연성 분위기 가스의 연소에 필요한 산소는 스테인레스 재질의 외관(20)과 내관(10)사이의 환형공간을 통하여 공급되며, 설비의 최대 공급량과 이송속도, 관내 압손, 내구성, KS 공칭 규격들을 고려하여 관의 크기를 결정한다.

또한, 상기 내관(10)과 외관(20)의 선단부에 장착되어 산소의 2가지 다른 형상의 흐름을 하나의 노즐공에 의해서 분사형성시키는 노즐부재(40)를 갖는 바, 상기 노즐부재(40)는 내관(10)에 장착되는 고리형의 제 1부재(42a)와 외관(20)에 장착되는 고리형의 제 2부재(42b)로 이루어지며, 상기 제 1및 제 2부재(42a)(42b)의 환형 공간사이로 산소의 분사가 이루어진다. 상기 노즐부재(40) 선단의 더스트및 질소가스 분사공(45)의 외측으로 제 1부재(42a)상에 다수개의 다공 원형노즐(50)과 이에 인접하여 형성되는 고리형의 슬릿노즐(52)을 갖는다.

상기 노즐부재(40)는 고열및 마모성의 연소 유동환경에 노출되는 것이기 때문에, 표3에 도시된 바와 같은, 내열, 내마모성 재질인 모레2(MORE2)를 사용하고, 복합 분사구조의 노즐부재(40)에 의해서 산소가 더스트를 버너(1)의 축방향, 원주방향으로 나누어 넓은 면적에서 고르게 연소시킨 뒤, 완전하게 연소되지 않은 미연분을 후류측에서 다시 연소시킴으로써 더스트의 연소성능의 향상과, 연소시 발생되는 화염의 급격한 온도상승을 억제하여 균일한 화염온도 분포를 이룰 수 있다. 그리고, 더스트와 함께 분사되는 질소가스의 NOX 전환 가능성을 감소시켜 대기 공해를 방지하는 것이다.

표3

성분(WT.%)	최고사용온도	밀도	열전도도	상온 경도	인장 경도
Ni 49.67,Cr 31.2,Si 0.62W 17.9C 0.33Mn 0.28	1250℃	9130 Kg/m³	24.544Kcal/mHr℃	200 HB	274 Mpa(900℃)132 Mpa(1100℃)78 Mpa(1200℃)

또한, 본 발명에 사용된 더스트 버너의 노즐부재(40)의 재질은 표4와 같은 종래의 버너및 본 발명의 노즐부재(40)의 온도계산의 결과에 의해 선정될 수 있다. 더스트 버너(1)의 화염온도는 순산소 부하 연소이론에 의하면 2200~2800℃ 정도의 값이다.

표4

화 염 온 도Tf(℃)	노 즐 부 재 온 도 Tb(℃)
화 염 온 도Tf(℃)	종래(구리재질+산소및냉각수냉각)	본 발명(내열강재질 + 산소대류냉각)
2000	50.1	530.3
2250	53.8	609.8
2500	58.7	711.4
2750	65.2	835.1
3000	73.6	978.4
3250	84.0	1136.6

상기에서 알 수 있듯이 내열, 내마모성 재질인 모레2(MORE2)는 1250℃의 사용온도를 가지지만, 노즐부재(40)의 선단온도는 화염온도가 3250℃인 경우에, 1136.6℃이므로 충분한 강도를 유지하는 것이다. 따라서, 이러한 재료로서 노즐부재(40)를 구성하면 충분한 내열강도를 가질 수 있는 것이다.

한편, 상기 산소가 분사되는 원형의 다공 원형노즐(50)과 원형의 슬릿노즐(52)의 복합구조는 하나의 노즐구멍을 통하여 2가지의 다른 형상의 흐름으로 분사되며, 버너 연소시 생성되는 용융로(200)내의 화염유동형상을 적절하게 유지시켜 주기 위해서 그 분사유속을 설정하게 되며, 그에 따라서 노즐(50)(52)의 단면적을 설정한다. 상기 다공 원형노즐(50)의 크기및 개수는 취입되는 더스트의 이론적인 완전연소에 필요한 산소량이 분사되도록 원주둘레에 대략 16개를 형성하게 된다.

그리고, 상기 슬릿노즐(52)은 다공 원형노즐(50)에 의해서 미연소된 산소와 더스트의 나머지량의 연소와 더불어서, 가연성 분위기 가스와 반응하여 로온유지에 필요한 산소량이 분사되도록 그 크기가 정해진다.

상기 원형의 다공 원형노즐(50)의 축방향 분사각도(θ1)는 도 6에 도시된 바와 같이, 종래의 더스트 버너에서의 더스트와 산소혼합거리및 분사유속을 고려하여, 그리고 산소가 더스트와 혼합이 잘되게 하기 위하여 산소를 확산 분사시켜 접촉면적을 증가시키도록 설계하며, 이는 표5에 도시된 바와 같이, 더스트 분사초기의 화염 안정성및 연소성면에서 양호한 범위가 적정하여 12.5°~ 13.5°로 설정한다.

표5

구 분	다공원형노즐(50)의 축방향분사각(θ1)	초기화염안정성	축방향산소 분포도	더스트연소성	종합 판정
비교재 1	11.5°	불량	전단부산소부족	불량	불량
비교재 2	12°	보통	전단부산소부족	불량	미흡
본발명 1	12.5°	양호	다소부족	우수	양호
본발명 2	13°	우수	적정	우수	우수
본발명 3	13.5°	양호	적정	양호	양호
비교재 3	14°	불량	중간부산소부족	불량	불량
비교재 4	14.5°	불량	중간부산소부족	불량	불량

상기에서 알수 있듯이, 비교재1와 비교재2는 다공 원형노즐(50)의 축방향 분사각도(θ1)이 11.5°와 12°의 것으로, 더스트와의 초기연소불량으로 더스트 연소량 감소로 더스트 회수량이 증가하였으며, 특히 11.5°의 비교재 1은 초기 연소불량이 특히 심해 바람직하지 않은 것이었다.

그리고, 비교재 3과 비교재 4는 더스트와의 접촉각도가 커지므로 인하여 접촉면적의 감소로 축방향의 연소가 이루어지지 못하고, 더스트가 원주방향으로 비산되어 바람직하지 않은 것이었다. 특히, 비교재 4와 같이 각도가 커질 수록 그 비산정도가 더욱 심해 바람직하지 않은 것이었다.

본 발명 1~3은 더스트와의 만나는 각도가 12.5~13.5°의 범위로서 더스트와의 초기 연소성능등 전반에 걸쳐서 양호한 것이었다.

한편, 산소분사용 슬릿노즐(52)의 각도(θ2)는 화염의 연속성을 유지하면서 미연소된 더스트의 완전연소를 위하고, 또한 실제 용융로(200)에서의 대향 버너와의 화염간섭 현상을 예방하기 위해 종래의 더스트 버너에서의 축방향 교차지점을 고려하여 설계한 결과, 표6에 도시한 실시예와 같이 화염길이가 적정하여 더스트의 완전연소가 가능하며, 노내온도관리 측면에서 가장 우수한 9~11°로 설정한다.

표6

	슬릿노즐(52)각	화염길이(노 중앙기준)	화염온도분포(최대-최소)	완전연소여부	판정
비교재 1	5°	장염	100~300℃	x	불량
비교재 2	7°	장염	100~300℃	x	불량
본발명 1	9°	적정	100℃ 이내	□	양호
본발명 2	11°	적정	100℃ 이내	□	우수
비교재 3	12°	다소 짧음	300℃ 이상	△	미흡
비교재 4	13°	짧음	400℃ 이상	x	불량

상기에서 알 수 있는 바와 같이, 비교재1와 비교재2는 산소분사용슬릿노즐(52)의 각도(θ2)가 5°와 7°의 것으로 화염길이가 실제 용융로(200) 중앙까지의 거리 6.3M를 초과하게 되어 실제 용융로(200)에 적용시 마주보는 버너와의 화염이 간섭되어 바람직하지 않은 것이었다.

비교재 3과 비교재 4는 축방향 더스트 연소길이가 짧아 더스트 완전연소가 불가능하고, 국부 온도의 상승으로 실제 용융로(200)에 적용시 노내온도분포의 불균일이 초래되어 바람직하지 않은 것이었다.

본 발명 1과 본 발명 2는 슬릿노즐(52)의 각도(θ2)가 9~11°인 것으로, 실제 용융로(200)의 내부직경을 고려할 때, 가장 적정한 화염길이가 유지되므로 비교재 1~4에 비해 상당히 우수한 것이었다.

그리고, 산소 분사용 슬릿노즐(52)의 유로길이(L1)는 분사유속및 압력손실을 고려하여 52~57mm로 설정하고, 각을 이루는 부분 즉, 원형노즐(50)들이 설치된 부분(L2)은 나팔관형 구조로 인한 면적 증대로 토출유속이 전단부에 비해 떨어지므로 적정분사거리의 유도를 위해 길이를 18~20mm로 설정한다. 상기 슬릿노즐의 유로 길이(L1)이 설정길이 상한인 57mm 를 초과하면, 압손증가로 더스트의 연소에 필요한 산소량이 부족하게 되며, 반대로 설정길이가 하한인 52mm 미만으로 되면, 산소 토출유속이 감소되어 적정한 화염형상을 얻을 수 없어 불량하게 된다.

또한, 전체 노즐부중 각을 이루고 있고, 원형노즐(50)들이 설치된 부분(L2)이 설정길이 상한인 20mm를 초과하면, 전체 노즐부 유로길이(L1)가 설정길이를 초과할 때와 같은 이유로 인해 산소량이 부족할 뿐만 아니라, 축 중심에서 미처 확산되지 못해 더스트와의 접촉면적의 협소로 더스트 연소성이 불량하게 된다.

한편, 이와는 반대로 유로길이가 설정길이 하한인 18mm 미만이 되면, 전체 노즐부의 유로길이(L1)가 설정길이 미만일 때와 같이 산소 토출유속이 감소되며, 또한 축중심과의 거리가 멀어 축방향으로 분사되는 더스트와의 접촉시, 유속이 노즐의 토출시점보다 더욱 감소되어 더스트와의 혼합능력이 저하되어 적정량의 더스트를 연소시킬 수 없으며, 그에 따라서 연소성은 더욱 불량하게 된다.

그리고, 모레2 재질의 지지대(60)가 산소 노즐의 간격을 일정하게 유지하기 위하여 원주방향으로 4개 설치되며, 본 발명에 따른 더스트 버너(1)의 전체 길이및 그 장착 방식은 종래의 버너의 것과 대략적으로 동일하다.

한편, 상기 외관(20)의 외측에 위치된 냉각 자켓부(30)는 상기 고열에 노출된 외관(20)을 보호하기 위해 2유로(pass) 구조로 하여 순수하게 외관(20)의 냉각용 형태로 배치시킨 구조를 갖는다.

이를 위하여 상기 냉각 자켓부(30)는 산소와 더스트의 연소시 그 영향력이 선단에 미치지 않도록 상기 내관(10)과 외관(20)의 선단으로 부터 후방측으로 일정거리 떨어져서 선단 노즐(30a)이 형성되며, 상기 냉각 자켓부(30)는 외관을 감싸는 제 1관(34)과 상기 제 1관(34)을 감싸는 제 2관(36)을 구비하고, 그 중간에는 이들 내부공간을 2분할하여 2유로를 형성하는 제 3관(38)이 구비되어 있다.

이러한 냉각 자켓부(30)는 내부에서 흐르는 냉각수가 상기 외관(20)을 고열로 부터 보호하게 되며, 노즐부재(40)부분은 냉각수에 의해서 보호되지 못하고, 상온의 연소용 가스로서 공급되는 산소의 대류냉각 효과에 의해서 적정한 온도로 유지되는 것이다.

이하, 본 발명의 작용효과에 대하여 설명하기로 한다.

도 8은 본 발명에 따른 버너(1)의 연소화염형태를 도시한 도면으로서, 여기서 산소 원형노즐(50)에 의한 확산화염 모양과, 슬릿노즐(52)에 의한 연소화염을 관찰할 수 있다. 도 8에 도시된 본 발명에 따른 더스트 버너(1)의 기본적인 연소방식에서, 더스트와 그 이송가스인 질소가스는 스테인레스(SUS310S) 재질의 내관(10)을 통해 용융로(200)내로 이송되고, 분사공(45)을 빠져 나가면서 다수의 원형노즐(50)을 통하여 나팔관 형상으로 확산분사하는 산소와 1차적으로 혼합되어 더스트와 산소가 연소된다. 그리고, 이러한 더스트와 산소의 외주측에는 슬릿노즐(52)부로 부터 분사된 직선형 산소와 가연성 분위기 가스가 배치되고, 상기 직선형 산소에 의해서 1차 미연소분의 더스트가 2차적으로 혼합 연소된다.

상기와 같이 연소되어지는 본 발명의 효과를 보다 구체적으로 파악하기 위하여 본 발명의 더스트 버너(1)와 동일한 노즐부재(40)를 사용한 유사형상의 더스트 버너를 실험용으로 제작하고, 실험로를 사용하여 실제 코렉스 용융로(200)와 유사한 연소조건에서의 50회 연소가열/급속냉각 시험(실제 용융로 운전 100시간/1회 X 50회 = 5000시간에 해당됨)을 거친 다음, 노즐부재(40)의 손상여부를 관찰하였으나, 손상부분이 관찰되지 않아 충분한 내구성이 있음이 입증된 바 있다.

이는 종래와 같이 노즐부재(40)에 냉각수를 공급하지 않아도 된다는 것을 나타내며, 연소용 가스로서 공급되는 산소의 대류냉각 효과만에 의해서도 노즐부재(40)가 충분히 적정한 온도로 유지될 수 있는 것이다.

그러나, 내부공간의 차이로 유속이 느려 대류냉각효과가 저하되고,용융로(200)내의 고온분위기에 지속적으로 노출되는 외관(20)은 노즐부재(40)의 전단부만을 제외하고는 안전을 고려하여 순수 냉각 자켓부(30)를 설치하고 고열로 부터 보호하는 것이다.

그리고, 더스트의 연소성능은 실험실적인 규모에서는 800℃ 정도의 고온 더스트 상태를 유지하고, 균일한 입도및 시험시간에 따른 일정한 더스트량의 취입여부, 순산소 부하 초고온 연소에 따른 화염온도측정 불가등의 문제로 정량화하기는 어려우나, 앞서서 설명한 이론적인 설계근거로 보아 종래의 버너에 비해 매우 향상된 효과를 얻는 것이다.

상기와 같이 본 발명에 의하면,냉각수 공급계통을 단순화 시키고, 노즐부재(40)의 마모현상을 최소화함으로써 용융로(200)내의 냉각수 유출을 근본적으로 해결할 수 있다. 그에 따라서 정비비용을 크게 절감할 수 있고, 코렉스 설비의 설비 위험요소를 해소하며, 내마모/내열재질을 사용함에 따라서 버너의 수명을 종래에 비하여 대략 2.5배 이상으로 증대시킨다.

그리고, 버너제작비용을 절감시킴으로서 정비비 지출을 절감하고 냉각수에 의한 사용비용도 크게 절감할 수 있다.

뿐만 아니라, 저중량에 따른 정비성의 향상을 이룰 수 있고, 확산연소방식의 채용에 따른 더스트 연소성능의 향상및 Nox 의 발생량 저감으로 환경공해 방지를 한층 더 강화할 수 있는 것이다.

Claims

더스트와 질소가스가 흐르는 내관(10)을 구비하고, 그 외측으로 산소가 공급되는 이중관 형상의 외관(20)을 갖추며, 상기 외관(20)의 외측으로 냉각수가 흐르는 밀폐형의 냉각 자켓부(30)가 갖춰져서 코렉스 설비의 용융로(200)및 환원로의 발생가스로 부터 포집된 더스트를 용융로(200)에 재취입하여 연소시키는 버너에 있어서,

상기 내관(10)과 외관(20)의 선단에는 산소를 넓은 면적에 고르게 확산분사시키는 노즐부재(40)를 갖추고, 상기 노즐부재(40)는 더스트및 질소가스 분사공(45)의 외측으로 각각 나팔관형의 산소화염을 형성하는 다수의 원형노즐(50)들을 구비하여 더스트의 초기 연소가 용이하도록 하고, 상기 다수의 원형노즐(50)들의 외측으로 직선형의 산소화염을 형성하는 고리형의 슬릿노즐(52)들을 형성하여 상기 나팔관형 산소화염의 후류측에서 미연소된 더스트를 완전연소시키도록 구성됨을 특징으로 하는 코렉스 용융로용 더스트 연소버너.
제 1항에 있어서, 상기 냉각 자켓부(30)는 산소와 더스트의 연소시 그 영향력이 선단에 미치지 않도록 상기 내관(10)과 외관(20)의 선단으로 부터 후방측으로 일정거리 떨어져서 선단 노즐(30a)이 형성되며, 상기 냉각 자켓부(30)는 외관을 감싸는 제 1관(34)과 상기 제 1관(34)을 감싸는 제 2관(36)을 구비하고, 그 중간에는 이들 내부공간을 2분할하여 2유로를 형성하는 제 3관(38)이 구비됨으로써 내부에서 흐르는 냉각수가 상기 외관(20)을 고열로 부터 보호하게 되며, 노즐부재(40)부분은 상온의 연소용 가스로서 공급되는 산소의 대류냉각 효과에 의해서 적정한 온도로 유지되어짐을 특징으로 하는 코렉스 용융로용 더스트 연소버너.
제 1항에 있어서, 상기 원형의 다공 원형노즐(50)의 축방향 분사각도(θ1)는 12.5°~ 13.5°로 설정되며, 산소가 더스트와 혼합이 잘되게 하기 위하여 산소를 확산 분사시켜 접촉면적을 증가시키도록 나팔관형으로 형성되어짐을 특징으로 하는 코렉스 용융로용 더스트 연소버너.
제 1항에 있어서, 상기 슬릿노즐(52)의 각도(θ2)는 9~11°으로 설정되며, 미연소된 더스트의 완전연소를 위해 화염의 연속성을 유지하여 직선형으로 형성되어짐을 특징으로 하는 코렉스 용융로용 더스트 연소버너.
제 1항에 있어서, 상기 슬릿노즐(52)의 유로길이(L1)는 분사유속및 압력손실을 고려하여 52~57mm로 설정되고, 상기 원형노즐(50)들이 설치된 부분(L2)은 나팔관형 구조로 인한 면적 증대로 토출유속이 전단부에 비해 떨어지므로 적정분사거리의 유도를 위해 길이를 18~20mm로 설정되어짐을 특징으로 하는 코렉스 용융로용 더스트 연소버너.
제 1항에 있어서, 상기 노즐부재(40)는 내열, 내마모성 재질인 모레2(MORE2)로 이루어짐을 특징으로 하는 코렉스 용융로용 더스트 연소버너.