KR20040043376A - 저열량 가스의 선회 연소장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연소장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 악취와 공해를 유발하는 저열량의 휘발성 유기 화합물 가스를 직접 연소하여 제거하거나 가연성 폐가스의 연소열을 회수하여 활용하기 위한 저열량 가스의 선회 연소장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 저열량 가스의 선회 연소장치는 외측 둘레로 저열량의 가스가 유입되는 가스 유입구(11)를 통해 유입된 가스가 예열되는 예열 공간부(12)와, 내부 공간에 구비되며 상기 예열 공간부(12)의 상부로 내부 공간의 내주연에 접선 방향으로 연통되는 다수 개의 공기 분사구(13)를 통해 유입되는 저열량 가스가 선회 유동하며 연소되는 연소실(14)과, 상기 연소실(14)의 하부로 연소실에서 연소된 고온 가스가 외부로 배출되는 가스 배출구(15)로 구성되는 본체(1)와, 상기 본체의 연소실(14) 상부에 형성된 버너 삽입구(16)에 관통되는 보조연료 노즐(31)을 통해 상기 연소실(14)을 가열하고, 상기 공기 분사구(13)들을 통해 연소실로 유입된 저열량 가스를 연소하는 보조 버너(3)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

저열량 가스의 선회 연소장치{Cyclonic combustor for low calorific gases}

본 발명은 연소장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 악취와 공해를 유발하는 저열량의 휘발성 유기 화합물 가스를 직접 연소하여 제거하거나 가연성 폐가스의 연소열을 회수하여 활용하기 위한 저열량 가스의 선회 연소장치에 관한 것이다.

휘발성 유기 화합물(Volatile Organic Compounds, 이하 "VOC"라 한다)이란대기 중에서 질소산화물과 공존하면 햇빛의 작용으로 광화학반응을 일으켜 오존 및 팬(PAN:퍼옥시아세틸 나이트레이트) 등 광화학 산화성 물질을 생성시켜 광화학스모그를 유발하는 물질을 통틀어 일컫는 말이다.

이러한 VOC 가스, 예를 들면 에틸렌, 메탄올, 포름알데히드, 트리메틸벤젠, 다이옥신 등은 각종 산업현장 및 목욕탕, 화력 발전소 등의 연소실이나 폐기물 또는 생활 쓰레기를 소각시키는 소각로 등에서 대량으로 발생되는 발암물질로 알려져 있으며, 발암성 이외에도 인체의 각 부분에 치명적인 손상을 초래함은 물론 기형아의 발생원인으로 대두되고 있다.

이에 따라 상기와 같은 VOC 가스를 완전 제거하기 위해 다양한 형태의 연소장치들이 사용되고 있다. 그러나 기존의 연소기 형태에서는 VOC 농도가 2000~3000ppm에 불과한 저열량 가스를 착화시키기 것은 어렵다. 따라서 저열량 가스의 완전 연소를 위해서 고온의 연소온도로 운전하거나 또는 체류시간을 과다하게 부과하는 방법들이 사용된다. 즉 잘 타지 않는 저열량 가스를 태우기 위하여 보조 연료 사용량을 늘리거나 연소기 설비를 대형화시켜야 하는 것이다.

그러나 고온의 연소 분위기 온도를 위해 보조 연료 사용량을 늘리더라도 연소실로 유입되는 저열량 가스의 혼합이 잘 되지 않으면 저열량 가스의 완전 연소가 어렵다는 문제점이 있다.

또한 연소실 체적을 넓혀 대형화하는 경우에는 시설 투자비의 증가뿐만 아니라 고온 유지에 그 만큼의 보조연료의 소모량이 증가하게 되는 문제점이 발생된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 도출된 것으로, 본 발명은 상대적으로 낮은 온도에서 직접연소 방식을 이용하여 저열량의 가스를 용이하게 착화시켜 완전 연소 처리하며 이에 따른 보조 연료의 소모량을 절감할 수 있는 저열량 가스의 선회 연소장치를 제공하는데 목적이 있다.

그리고 본 발명은 연소실 내에서의 저열량 가스의 혼합과 체류시간을 향상시켜 연소 효율을 극대화시키고 설비를 소형화할 수 있는 저열량 가스의 선회 연소장치를 제공하는데 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저열량 가스의 선회 연소장치의 단면을 도시한 도면.

도 2는 도 1에 도시된 A-A 방향의 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 본체

11 : 가스 유입구 12 : 예열 공간부 13 : 공기 분사구

14 : 연소실 15 : 가스 배출구 16 : 버너 삽입구

3 : 보조 버너

31 : 보조연료 노즐

상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 저열량 가스의 선회 연소장치는 외측 둘레로 저열량 가스가 유입되는 가스 유입구를 통해 유입된 가스가 예열되는 예열 공간부와, 내부 공간에 구비되며 상기 예열 공간부의 상부로 내부 공간의 내주연에 접선 방향으로 연통되는 다수 개의 공기 분사구를 통해 유입되는 저열량 가스가 선회유동하며 연소되는 연소실과, 상기 연소실의 하부로 연소실에서 연소된 고온 가스가 외부로 배출되는 가스 배출구로 구성되는 본체와; 상기 본체의 연소실 상부에 형성된 버너 삽입구에 관통되는 보조연료 노즐을 통해 상기 연소실을 가열하고, 상기 공기 분사구들을 통해 연소실로 유입된 저열량 가스를 연소하는 보조 버너로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 이와 같은 양상에 따라 본 발명에 따른 저열량 가스의 선회 연소장치는 연소실 내부의 가열에 따른 예열 공간부의 온도 상승에 따라 연소장치 내로 유입되는 저열량 가스는 예열 공간부에서 어느 정도 예열되며, 이렇게 예열된 저열량 가스는 공기 분사구를 통해 저공기비 환경, 즉 보조연료의 연소에 따라 연소실 내부의 산소량이 부족한 상태의 연소실로 유입되어 연소실에 접선방향으로 설치된 공기 분사구에서 저열량 가스가 용이하게 착화되어 완전 연소하게 된다.

또한 예열 공간부에서 연소실 내부로 유입되는 저열량 가스의 공기 분사구 방향을 연소실 내주연의 접선 방향으로 설정함으로써, 연소실 내부는 선회 유동의 공기 흐름을 형성하며 연소되기 때문에 종래의 연소장치에 비하여 연소실 내에서의 체류시간이 향상될 뿐만 아니라, 연소실 내부의 가스들이 용이하게 혼합되어 완전 연소하게 된다.

본 발명의 이와 같은, 또 보조적인 양상은 첨부된 도면을 참조하여 후술하는 바람직한 실시예를 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명을 이러한 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저열량 가스의 선회 연소장치의 단면을 개략적으로 도시한 것이고, 도 2는 도 1에 도시된 A-A 방향의 단면을 도시한 것이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 저열량 가스의 선회 연소장치는 크게 본체(1)와 보조 버너(3)로 구성되는 것으로, 악취나 공해를 유발하는 저열량 가스를 직접 연소시키며 공해 유발 가스의 자체 열량이 낮은 경우에는 보조 연료를 사용하여 연소실을 일정 온도 이상으로 예열시킨 후에 저열량 가스를 연소실로 공급하여 직접 연소시킴으로서 악취와 공해 물질의 배출을 최소화하는 연소장치이다.

즉 본 발명에 따른 저열량 가스의 선회 연소장치는 외측 둘레로 저열량 가스가 유입되는 가스 유입구(11)를 통해 유입된 가스가 예열되는 예열 공간부(12)와, 내부 공간에 구비되며 상기 예열 공간부(12)의 상부로 내부 공간의 내주연에 접선 방향으로 연통되는 다수 개의 공기 분사구(13)를 통해 유입되는 저열량 가스가 선회 유동하며 연소되는 연소실(14)과, 상기 연소실(14)의 하부로 연소실에서 연소된 고온 가스가 외부로 배출되는 가스 배출구(15)로 구성되는 본체(1)와, 상기 본체의 연소실(14) 상부에 형성된 버너 삽입구(16)에 관통되는 보조연료 노즐(31)을 통해 상기 연소실(14)을 가열하고, 상기 공기 분사구(13)들을 통해 연소실로 유입된 저열량 가스를 연소하는 보조 버너(3)로 이루어져 있다.

상기 본체의 예열 공간부(12)는 상기 연소실의 고온 연소열을 이용해 연소시켜야 할 저열량 가스를 예열시키기 위한 것으로, 상기 연소실(14)의 외측 둘레에 형성되어 있다. 이에 따라 저열량 가스가 유입되는 가스 유입구(11)를 통해 유입되는 저열량 가스는 후술하게 될 보조 버너(3)의 연소열에 의해 상기 예열 공간부(12)에서 어느 정도 예열된다. 이 때 상기 가스 유입구(11)를 통해 유입되는 저열량 가스는 가스의 종류에 따라 일반적으로 15~20%의 산소를 포함하고 있다.

한편 상기 연소실(14)은 상기 본체의 내부 공간에 형성된 것으로, 연소실(14) 내부는 단열재로 충진한 단열층(17)을 구비하고 있으며, 보조 버너(3)의 가열에 의해 그 내부의 공기비가 1.0 이하인 저공기비 환경이 조성되어 있다. 그리고 상기 단열층(17)의 상부, 즉 보조 버너의 화염이 형성되는 연소실 상부에상기 예열 공간부(12)와 상기 연소실(14)을 연통하는 공기 분사구(13)들이 연소실(14)의 내벽에 대하여 접선 방향으로 다수 개 형성되어 있다.

이와 같이 연소실 단열층의 상부에 예열 공간부에서 연소실로 연통되는 다수의 공기 분사구를 연소실 내벽의 접선 방향으로 설치함으로써, 저공기비 환경의 연소실 내부로 분사되는 많은 양의 산소를 가지고 있는 저열량 가스는 일정한 방향으로 그 내부 공간에서 선회 유동하며 혼합될 뿐만 아니라 체류시간이 향상되어 완전 연소하게 된다. 따라서 종래와는 달리 별도의 설비를 사용하지 않더라도 연소장치의 설비를 소형화시키는 것이 가능하다.

본 발명의 실시예에 있어서 상기 공기 분사구(13)의 설치 개수와 분사구(13)의 입경의 크기는 저열량 가스의 처리 용량에 따라 가변적이다. 그리고 공기 분사구의 개수는 연소실 화염부, 즉 후술하게 될 보조 버너 보조연료 노즐의 내벽을 따라 접선 방향으로 설치하며, 상기 공기 분사구의 직경은 분사 속도가 20m/s 이상 되는 작은 입경으로 형성하는 것이 바람직하다.

상기 가스 배출구(15)는 상기 연소실(14) 하부에 구비되며, 상기 가스 배출구(15)를 통해 상기 연소실(14)에서 연소된 가스, 즉 악취나 공해 물질과 같은 유해한 물질들이 분해된 청정가스가 외부로 배출된다. 즉 상기 가스 배출구(15)를 통해 외부의 열교환기로 청정가스를 배출한다.

한편 상기 보조 버너(3)는 상기 본체의 연소실(14) 상부에 형성된 버너 삽입구(16)에 관통되는 보조연료 노즐(31)을 통해 상기 연소실(14)을 가열하고, 상기 공기 분사구(13)들을 통해 연소실(14)로 유입된 저열량 가스를 연소시킨다.

즉 상기 연소실(14) 내부에 위치한 상기 보조 버너의 보조연료 노즐(31)에서 발생하는 화염은 연소실의 내벽을 따라 선회 유동하면서 저열량 가스를 연소시킨다. 왜냐하면 연소실 내부가 상기 공기 분사구를 통해 분사되는 저열량 가스에 의해 선회 유동되므로 보조 연료의 화염 역시 연소실의 내부에서 선회하게 된다.

한편 본 발명의 실시예에 있어서 상기 보조연료 노즐(31)은 상기 공기 분사구(13)의 동일 선상의 연소실 상부 측벽에 설치하는 것이 바람직하다. 왜냐하면 상술한 바와 같이 공기 분사구의 위치에 보조연료 노즐을 통한 보조 연료의 화염부를 형성함으로써, 상기 공기 분사구를 통해 고속 분사되는 저열량 가스를 용이하게 착화시킬 수 있기 때문이다.

따라서 상기 보조 버너의 설치 위치, 즉 상기 버너 삽입구(16)는 상기 연소실에 대하여 접선 방향으로 관통되게 형성되는 것이 바람직하며, 연소장치의 상단부, 예를 들면 연소실 상단부 중앙에 축방향으로 설치하는 것도 가능하다.

이하에서는 상기와 같은 구성을 가지는 연소장치의 전반적인 동작을 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 저열량의 가스 연소장치는 수직형이거나 혹은 수평형의 연소 장치 형태에서도 적용 가능한 것으로, 운전 초기에 연소 장치의 측벽 또는 상단부 중앙에 설치된 보조 버너(3)를 이용하여 연소실(14) 내부를 약 800℃ 내외로 가열한다. 이러한 보조 버너의 가열에 따라 연소실 내부는 가열되며 그 내부에는 공기비 1.0 이하의 저공기비 환경이 형성된다.

이와 같이 보조 버너(3)를 이용하여 연소실(14) 내부를 가열하면 연소실 내부가 저공기비 환경이 됨과 동시에, 보조 버너 연료의 연소열에 의해 상기 가스 유입구(11)를 통해 유입된 저열량 가스가 예열 공간부(12)에서 예열되어 상기 공기 분사구(13)를 통해 연소실(14)로 분사된다.

이 때 상기 공기 분사구(13)를 통해 상기 연소실 내부로 분사되는 저열량 가스에는 상술한 바와 같이 연소실 내부에서 필요로 하는 많은 양의 산소가 포함되어 있어, 저공기비의 환경에서 운전하고 있는 보조 버너의 화염에 의해 연소실 내벽에 접선 방향으로 설치된 공기 분사구 각각에서 용이하게 착화가 이루어져 저열량 가스의 화염이 생성된다.

한편 상기 연소실(14) 내벽에 대하여 접선 방향으로 설치된 공기 분사구(13)를 통해 연소실 내부로 분사되는 저열량 가스가 일정한 방향성을 가지며 분사됨으로서, 연소실 내부의 공기는 선회 유동하게 되고, 이에 따라 연소실 내로 분사되는 저열량 가스의 혼합성과 연소실에서의 체류시간이 향상되어 완전 연소하게 된다. 이와 같이 완전 연소된 가스는 상기 연소실의 하부에 형성된 가스 배출구를 통해 외부로 배출된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 저열량 가스의 선회 연소장치는 보조 버너를 이용하여 연소실을 저공기비의 환경으로 조성하고 이 과정에서 발생하는 보조 연료의 연소열을 이용하여 연소실에서 필요로 하는 많은 양의 산소가 포함된 저열량의 가스를 예열하여 연소실 내부로 공급함으로써, 종래에 비하여 상대적으로 낮은 온도에서 연소실의 운전이 가능할 뿐만 아니라, 보조 버너의 화염부에형성된 분사구에서 저열량 가스의 착화 화염이 용이하게 생성되어 완전 연소 처리가 가능하다.

그리고 이와 같이 낮은 온도에서 연소 처리함으로써, 보조 연료의 소모량을 줄일 수 있어 비용을 절감시킬 수 있게 된다.

또한 공기 분사구를 통해 접선 방향으로 고속 분사되는 저열량 가스에 의해 연소실 내부에 선회유동장이 형성되어 연소실 내부의 혼합성과 체류 시간이 향상됨으로써, 설비의 규모를 소형화할 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양하고 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석되어져야 한다.

Claims (3)

1. 외측 둘레로 저열량 가스가 유입되는 가스 유입구(11)를 통해 유입된 가스가 예열되는 예열 공간부(12)와, 내부 공간에 구비되며 상기 예열 공간부(12)의 상부로 내부 공간의 내주연에 접선 방향으로 연통되는 다수 개의 공기 분사구(13)를 통해 유입되는 저열량 가스가 선회 유동하며 연소되는 연소실(14)과, 상기 연소실(14)의 하부로 연소실에서 연소된 고온 가스가 외부로 배출되는 가스 배출구(15)로 구성되는 본체(1)와;

   상기 본체의 연소실(14) 상부에 형성된 버너 삽입구(16)에 관통되는 보조연료 노즐(31)을 통해 상기 연소실(14)을 가열하고, 상기 공기 분사구(13)들을 통해 연소실로 유입된 저열량 가스를 연소하는 보조 버너(3)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 저열량 가스의 선회 연소장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 버너 삽입구(16)는 :

   상기 연소실(14)에 대하여 접선 방향으로 관통되게 형성된 것을 특징으로 하는 저열량 가스의 선회 연소장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 보조 버너의 보조연료 노즐(31)은 :

   상기 공기 분사구(13)의 동일 선상의 연소실 상부 측벽에 설치되는 것을 특징으로 하는 저열량 가스의 선회 연소장치.