KR20030080606A - 고온 수증기 분해 연소기를 이용하는 연료유의 연소장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 버너의 전방에 원추형 위벽을 설치하고, 나선형 수증기 발생관과 공기 공급관을 연통시켜 구성하여 연소시에 발생되는 유독한 질소 산화물의 양을 대폭적으로 감소시킬 수 있도록 한 고온 수증기를 이용하는 연료유의 연소장치에 관한 것이다.

일반적으로 연료유를 공기 중에서 연소시킬 경우에는 연소를 위한 충분한 공기가 공급되지 않기 때문에 연소 후에 유독한 질소 산화물이 대량으로 발생되었다.

따라서 본 발명은 동체의 연소실에는 나선형의 수증기 발생관을 내장하여 상단에는 외부의 송수관을 통하여 물을 공급받도록 하면서 하단에는 절곡부에 의해 버너의 연소방향으로 휘어지는 수증기 공급관을 일체로 형성하고,

상기 나선형 수증기 발생관의 턴 사이에는 지지봉을 설치하면서 수증기 발생관의 턴중 하나에서 분기하여 다른 턴에 연결되는 단락관을 설치하고,

상기의 연소실에는 송풍기에서 공기 공급관을 통한 공기가 공기통을 거쳐 공급되도록 하고,

상기의 버너는 끝단에 손잡이가 형성된 중공 지지블럭을 설치하면서 급유관을 연결하여 화염이 노즐 캡을 거쳐 연소실에 공급되도록 구성함을 특징으로 한다.

Description

고온 수증기를 이용하는 연료유의 연소장치{burner of fuel oil}

본 발명은 고온 수증기를 이용하여 중유와 같은 연료유를 완전히 연소시켜 질소의 발생을 현저히 줄이도록 한 고온 수증기를 이용하는 연료유의 연소장치에 관한 것이다.

일반적으로 연료유를 공기 중에서 연소시킬 경우에는 연소를 위한 충분한 공기가 공급되지 않기 때문에 연소 후에 유독한 질소 산화물이 대량으로 발생되는데, 공기 대신 고온 수증기를 연료유에 공급하게 되면 연소시에 발생되는 유독한 질소 산화물의 양을 대폭적으로 감소시킬 수 있다.

즉, 고온 수증기를 이용하여 연료유를 연소함에 있어서는, 전체 연료에 함유된 질소의 양이 일반적인 공기 연소시 공급되는 공기에 함유된 질소의 양보다 적기 때문에(전체 사용 연료유의 11% 이하이므로 단지 미소한 양의 질소 화합물이 발생된다.) 연료유를 경제적으로 이용해야 하며 그렇게 하기 위해서는 연료유를 완전 연소시켜 연료유의 낭비를 억제해야 함은 말할 나위도 없다.

이를 위해서는, 연료유 성분을 보다 효율적으로 고온으로 연소시켜야 하는데, 고온을 얻기 위해서는 연료유 이외에 보조 연료가 필요하게 되어 연료비가 증가된다.

또한 연료유의 공기 연소에 있어서는 필연적으로 유독한 질소 산화물이 대량으로 발생되지만, 공기 대신 고온 수증기를 이용하여 고온의 열을 발생시키면, 고온을 발생시키기 위한 보조연료는 필요 없게 된다.

버너로부터 분출되는 무화된 연료유를 고온 수증기로써 둘러싸는 상태로 연소시키면, 유독한 질소 산화물의 발생량이 대폭 감소되어 공기 오염의 위험성을 배제할 수 있다.

고온 수증기를 연료유의 연소에 이용할 때는 다음과 같은 조건을 충족시켜야 한다.

(1) 무화된 연료유는 고온 수증기로 둘러싸는 상태로 연소시킨다.

(2) 수증기는 예컨대 850℃ 이상의 고온으로 유지시키며, 이 고온 수증기는 무화된 연료유의 분사영역에 공급한다.

(3) 연료유에 대한 고온 수증기의 비율은 무화되기 전의 연료유 100%에 대해 90%의 물을 사용하는 정도로 한다.

즉, 수증기는 연료 내에서 대단히 높은 밀도를 갖는 것이 좋다.

본 발명은 종래의 장치에 의한 연료유의 공기 연소에서 필연적으로 발생했던 제반 결점을 제거할 수 있도록 하기 위한 것으로서, 버너의 전방에서 노즐에서 분출된 연료유 분출통로를 둘러싸는 원추형 위벽을 설치하고, 버너의 외부통과 내부 연료유 분출관 사이에는 환형 공간을 형성하여, 이 환형 공간에 고온 수증기 발생관과 공기 공급관을 연통시켜 구성함으로?? 연소시에 발생되는 유독한 질소 산화물의 양을 대폭적으로 감소시킬 수 있도록 한 고온 수증기를 이용하는 연료유의 연소장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에 따르면 상술한 모든 조건을 충족시킬 수 있다.

따라서, 그을음과 분진, 일산화탄소, 불완전 연소된 탄화수소 및 질소산화물의 발생량을 크게 감소시킬 수 있다.

연료 공기연소에 의한 배출가스와 본 발명에 따라 연료유 100%에 대해 물 90%의 비율로서 연소했을 때의 배출가스의 측정결과에 의하면,

종래의 연소 공기연소에 비해서, 그을음과 분진의 발생을 1/7로, 일산화탄소의 발생을 1/10로, 탄화수소의 발생을 1/5로, 질소 산화물의 발생을 1/4로 감소시킬 수 있으며, 양쪽 연소장치에서의 온도와 기타 변수 등을 참작해 보면, 본 발명은 종래의 연소-공기연소에 대비해서 25% 이상의 연료 소비량을 감소시킬 수 있음을 알 수 있다.

종래의 연소-공기 연소에서의 온도와 본 발명에 의한 고온 수증기를 이용한 연료유 연소에서의 온도간의 차이는 접촉 반응 효과에 기인하는 것으로 추측되지만, 아직 그 이유를 뒷받침하는 이론은 완전히 알려지지 않고 있다.

연소 초기단계에 있어서는 고온 수증기의 공급이 곤란하므로 본 발명에 의하면, 연소 초기단계는 종래의 연소에서와 같이 공기를 공급하여 연료를 연소시키고, 연소에 의해 얻어진 열을 이용해서 물이 공급되는 수증기 발생관을 가열해서 그 수증기 발생관 내에서 발생된 수증기의 온도를 850℃ 이상으로 상승시킨다.

고온 수증기가 발생되면, 버너에의 공기 공급을 중단하고, 그 대신 버너에 고온 수증기를 공급한다.

그 후에는 수증기 발생관에서 공급되는 고온 수증기만을 이용하여 연료를 연소시킨다.

이러한 방법으로서는 연소 화염은 난연성 물질도 효과적으로 연소시킬 수 있다.

또, 그 물질이 연소시 유독성분을 방출하는 고분자 화합물일지라도 그 물질은 분해되어, 연료유가 분해되고 수소 화합물이 생성되며, 무취, 무연 상태로 연소시킬 수 있다.

본 발명에서는 등유, 경유 및 중유 등의 연료를 사용할 수 있으나, 이하의 실시예에서는 중유를 사용한 경우에 대해 설명한다.

본 발명의 상기한 목적 및 기타의 목적과 장점을 후술하는 것으로부터 명백해질 것이며, 도시한 실시예는 단지 하나의 예일 뿐이다.

도 1은 본 발명의 연소장치를 나타낸 사시도.

도 2는 버너와 수증기 발생관의 관계를 표시하는 요부 종단 측면도.

도 3은 도 2의 보일러의 종단 배면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 동체 2 : 연소실

3 : 수증기 발생관 3a : 지지봉

3b : 단락관 4 : 전면벽

5 : 급수관 6 : 송수관

7 : 절곡부 8 : 수증기 공급관

14 : 급유관 22 : 공기 공급관

31 : 지지블럭 33 : 노즐 캡

A : 보일러 B : 버너

C : 공기통

이하 본 발명의 일 실시예를 첨부도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

도면에 있어서 (A)는 중유 보일러이며, (B)는 보일러(A)의 버너이다.

보일러(A)는 일반적으로 그 앞부분에 연소실(2)이 설치되어 있는 동체(1)를 포함하여, 연소실(2)내에는 나선형 수증기 발생관(3)이 내장되어 있다.

상기 수증기 발생관(3)의 상단에는 급수관(5)이 연결되고, 급수관(5)은 연소실(2)의 전면벽(4)을 관통하여 외부로 연장되어 송수관(6)을 통해 물을 공급받도록 한다.

상기 수증기 발생관(3)의 하단은 버너(B)의 연소방향으로 휘어지게 형성한 절곡부(7)를 경유하여 수증기 공급관(8)으로 고온 수증기가 토출되도록 한다.

연소 초기단계에 있어서는 수증기 발생관(3)내에 발생된 수증기의 온도가 아직 높지 않으나, 시간이 경과함에 따라서 수증기의 온도는 점차 상승되어 결국 850℃ 이상에 달하게 된다.

상기의 송수관(6)에는 수동밸브와 자동전자밸브(미도시)를 가진 자동 제어장치를 설치하여 물이 수증기 발생관(3)으로 흐르는 양을 유동적으로 조절하면서 공급하도록 한다.

버너(B)는 연소실(2)의 전면벽(4)의 개구를 통해 연소실(2)내로 개구된 채로 장착부재(11)를 개재하여 연소실(2)의 전면벽(4)에 고정되는 수평 지지구(12)에 의해 설치된다.

연소실(2)과 버너(B) 사이에는 원추형 위벽(13)이 형성되어 있다.

나선형 수증기 발생관(3)의 인접하는 턴 사이에는 수증기 발생관(3)이 열을 받아서 변형되는 것을 방지하기 위해서 지지봉(3a)이 설치되어 있으며, 수증기 발생관(3)의 턴중 하나에서 분기하여, 다른 턴에 연결되는 단락관(3b)을 설치하여, 수증기 발생관(3)에 발생된 수증기의 일부를 바이패스시켜 수증기 발생관(3)으로 재 순환시켜서 수증기 발생관(3)내의 증기압이 균일하게 되도록 한다.

급유관(14)에는 일반적인 중유 예열기, 펌프, 유압계 및 자동밸브를 구비한 자동 조절장치에 의하여 원활하고 안전한 연료의 공급이 가능하도록 한다.

고온 수증기의 공급 개시전이나 연소 초기단계에는 종래와 같이 공기를 이용하여 연료를 연소하게 되는데 이때에는 송풍기(21)에서 공기 공급관(22)을 통해 버너(B)에 공기를 공급하며 연료공기 연소에 의해 생긴 화염이 연소실(2)내에 있는 나선형 수증기 발생관(3)에 접촉하게 된다.

이로써, 수증기 발생관(3)을 통과하는 수증기는 버너(B)의 화염에 의해서 더욱 고온으로 가열되며, 수증기의 온도가 상승하여 850℃ 이상의 고온에 달하게 되면, 송풍기(21)의 가동을 중단하여 공기의 공급을 중단한 상태에서 절곡부(7)를 경유하여 수증기 공급관(8)을 통해 버너(B)에 고온의 수증기가 공급되도록 함으로써 연소실(2)내의 연소를 유지시킨다.

연소실(2)의 전방에는 공기통(C)이 배치되어 상기의 송풍기(21)로부터 보내진 공기가 공기통(C)을 거쳐 연소실(2)에 공급되도록 한다.

상기의 버너(B)는 끝단에 손잡이(32)가 형성된 중공 지지블럭(31)을 설치하여 이에 급유관(14)을 통한 중유가 공급되도록 함으로써 내부의 노즐에서 발생되는 화염이 노즐 캡(33)을 거쳐 연소실(2)에 이르러 연소와 함께 수증기 발생관(3)에서 고온의 수증기가 발생될 수 있도록 한다.

본 발명은 이상과 같은 실시예로서만 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변형이 가능한 것이다.

동체의 연소실에는 나선형의 수증기 발생관을 내장하여 상단에는 외부의 송수관을 통하여 물을 공급받도록 하면서 하단에는 절곡부에 의해 버너의 연소방향으로 휘어지는 수증기 공급관을 일체로 형성하고,

상기 나선형 수증기 발생관의 턴 사이에는 지지봉을 설치하면서 수증기 발생관의 턴중 하나에서 분기하여 다른 턴에 연결되는 단락관을 설치하고,

상기의 연소실에는 송풍기에서 공기 공급관을 통한 공기가 공기통을 거쳐 공급되도록 하고,

상기의 버너는 끝단에 손잡이가 형성된 중공 지지블럭을 설치하면서 급유관을 연결하여 화염이 노즐 캡을 거쳐 연소실에 공급되도록 구성함으로써 연료유를 완전히 연소시켜 질소의 발생을 현저히 줄이도록 한 것이다.

Claims (1)

1. 동체(1)의 연소실(2)에는 나선형의 수증기 발생관(3)을 내장하고,

   상기 수증기 발생관(3)의 상단에는 외부의 송수관(6)을 통하여 물을 공급받는 급수관(5)이 연소실(2)의 전면벽(4)을 관통하여 외부로 연장되도록 하고,

   상기 수증기 발생관(3)의 하단은 절곡부(7)에 의해 버너(B)의 연소방향으로 휘어지는 수증기 공급관(8)을 일체로 형성하고,

   상기 나선형 수증기 발생관(3)의 턴 사이에는 지지봉(3a)을 설치하면서 수증기 발생관(3)의 턴중 하나에서 분기하여 다른 턴에 연결되는 단락관(3b)을 설치하여 수증기의 일부를 바이패스시키도록 하고,

   상기의 연소실(2)에는 송풍기(21)에서 공기 공급관(22)을 통한 공기가 공기통(C)을 거쳐 공급되도록 하고,

   상기의 버너(B)는 끝단에 손잡이(32)가 형성된 중공 지지블럭(31)을 설치하면서 급유관(14)을 연결하여 화염이 노즐 캡(33)을 거쳐 연소실(2)에 공급되도록 구성하여서 됨을 특징으로 하는 고온 수증기를 이용하는 연료유의 연소장치.