KR20040064504A - 환형 순산소 버너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 환경오염 물질을 덜 배출시키고 효율적인 연소로 인한 연료 절감을 실현시킨 환형 순산소 버너를 제공하는 것으로, 이에 따른 환형 순산소 버너는 연료 유입구를 통해 연료가 공급되고, 우측단에 연료분사노즐이 설치되는 연료공급관; 이 연료공급관의 외측을 감싸도록 설치되고 산소 유입구가 형성된 산소공급관; 산소공급관의 외측을 감싸도록 설치되고 냉각수의 유입구와 유출구가 형성된 냉각관; 및 상기 연료공급관과 산소공급관의 사이에 설치되고, 상기 연료공급관의 우측 바깥쪽에 다수개의 베인이 설치되는 선회기를 포함한다.

Description

환형 순산소 버너{Oxygen fueled burner of annular type}

본 발명은 버너에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 전열면적을 증가시킨 환형 순산소 버너에 관한 것이다.

버너는 연소반응을 이용하여 불꽃을 발생시키키는 장치로서 산화제가 공급되는 조건에서 연료에 착화하여 화염을 발생시키는 장치이다.

이러한 버너를 이용한 유리용해는 유리의 제조를 위해서 원석을 용융할 수 있는 환경의 생성이 중요한 데 그 특성상 높은 로내 온도 분포를 형성하고 유지하여야 한다. 이런 고온의 조건을 생성하기 위해 대부분의 유리용해로는 연소반응에서 생성되는 큰 열량을 이용하여 로내 온도를 높이고 있다.

기존의 일반적인 경우 연소반응을 위한 산화제로써 공기를 사용한다. 그러나 공기를 사용하는 경우 초고온의 화염 형성에 제한이 있고 공기중의 질소가 연소반응을 거치면서 생성되는 질소산화물(NO_x)을 배출함으로써 환경문제의 유발을 가져온다.

점점 더 엄격한 배기중 유해물질의 배출 기준에 따라, 최근에 연소기 기술의 발전은 연소공기가 순산소 또는 산소 부화 공기에 의해 대체되는 산소에 기초한 연소 시스템의 채택으로 인해 증가하고 있다. 산소에 기초한 연소는 연도 가스 부피를 줄이고 질소 산화물 또는 NOx 의 방출을 낮춘 높은 화염 온도와 같은 유리 산업에 많은 잇점을 갖는다.

본 발명은 이와 같은 기술적 발전에 부응하여, 환경오염 물질을 덜 배출시키고 효율적인 연소로 인한 연료 절감을 실현시킨 환형 순산소 버너를 제공하는 데 있다.

한 가지 관점으로, 본 발명은 연료 유입구를 통해 연료가 공급되고, 우측단에 연료분사노즐이 설치되는 연료공급관; 상기 연료공급관의 외측을 감싸도록 설치되고 산소 유입구가 형성된 산소공급관; 및 상기 연료공급관과 산소공급관의 사이에 설치되고, 상기 연료공급관의 우측 바깥쪽에 다수개의 베인이 설치되는 선회기를 포함하는 환형 순산소 버너를 제공한다.

추가의 관점으로, 본 발명은 연료 유입구를 통해 연료가 공급되고, 우측단에 연료분사노즐이 설치되는 연료공급관; 상기 연료공급관의 외측을 감싸도록 설치되고 산소 유입구가 형성된 산소공급관; 상기 산소공급관의 외측을 감싸도록 설치되고 냉각수의 유입구와 유출구가 형성된 냉각관; 및 상기 연료공급관과 산소공급관의 사이에 설치되고, 상기 연료공급관의 우측 바깥쪽에 다수개의 베인이 설치되는 선회기를 포함하는 환형 순산소 버너를 제공한다.

다른 추가의 관점으로, 본 발명은 연료 유입구를 통해 연료가 공급되고, 우측단에 연료분사노즐이 설치되는 연료공급관; 상기 연료공급관의 외측을 감싸도록 설치되고 산소 유입구가 형성된 산소공급관; 상기 산소공급관의 외측을 감싸도록 설치되고 냉각수의 유입구와 유출구가 형성된 냉각관; 및 상기 연료공급관과 산소공급관의 사이에 설치되고, 상기 연료공급관의 우측 바깥쪽에 설치되는 다수개의 베인과, 상기 다수개의 베인 우측단에 우측으로 갈수록 상기 연료분사노즐의 중심을 향해 경사지게 형성되는 수축관으로 구성되는 선회기를 포함하는 환형 순산소 버너를 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 환형 순산소 버너를 도시한 단면도이고,

도 2는 본 발명에 따른 환형 순산소 버너를 도시한 우측면도이고,

도 3은 본 발명에 따른 환형 순산소 버너에서 선회기를 도시한 부분 확대도이고,

도 4는 도 3의 선회기를 좌측에서 도시한 측면도이다.

본 발명의 환형 순산소 버너는 연료 유입구를 통해 연료가 공급되고, 우측단에 연료분사노즐이 설치되는 연료공급관; 상기 연료공급관의 외측을 감싸도록 설치되고 산소 유입구가 형성된 산소공급관; 상기 산소공급관의 외측을 감싸도록 설치되고 냉각수의 유입구와 유출구가 형성된 냉각관; 및 상기 연료공급관과 산소공급관의 사이에 설치되고, 상기 연료공급관의 우측 바깥쪽에 다수개의 베인이 설치되는 선회기를 포함한다.

여기서 선회기에는 다수개의 베인 우측단에 우측으로 갈수록 상기 연료분사노즐의 중심을 향해 경사지게 수축관이 형성되는 것이 바람직하다.

그리고 수축관의 내경과 연료공급관의 외주면 사이로 정의되는 산소분출구를 통해 분사되는 산소의 속도는 60 내지 80m/sec 정도인 것이 바람직하다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 환형 순산소 버너를 도시한 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 환형 순산소 버너를 도시한 우측면도이다.

환형 순산소 버너는 연료 유입구(1)를 통해 연료가 공급되는 연료공급관(2)과, 이 연료공급관(2)의 외측을 감싸도록 설치되고 산소 유입구(3)가 형성된 산소공급관(4)과, 이 산소공급관(4)의 외측을 감싸도록 설치되고 냉각수의 유입구(5a)와 유출구(5b)가 형성된 냉각관(6)과, 연료공급관(2)과 산소공급관(4)의 사이에 설치되는 선회기(7)를 포함한다.

여기서 연료공급관(2)의 우측단(도 1을 기준으로)에는 연료분사노즐(8)이 형성되어 연료공급관(2)으로 공급된 연료를 분사하게 된다.

그리고 연료분사노즐(8)은 형태에 따라 구분을 한다면 단공 고속 노즐, 다공 고속 노즐, 및 단공 저속 노즐을 구분할 수 있는 데, 다른 조건이 모두 동일하고 단지 형태에 따른 차이를 구분할 수 있다.

단공 고속 노즐과 다공 고속 노즐은 60 내지 80m/sec 속도용으로 사용되고, 구경은 1 내지 10mm 정도이다. 그리고 다공 고속 노즐은 구멍의 개수가 대략 6 내지 8개 정도인 것을 사용하게 된다.

그리고 선회기(7)는 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 연료공급관(2)의 우측 바깥쪽에 다수개의 베인(vane)(9)이 설치되고, 다수개의 베인 우측단에는 수축관(10)이 형성된다.

베인(9)은 설치각도가 대략 30 내지 60˚정도로 형성됨으로써 산소공급관(4)으로 유입된 산소를 선회시켜 연료공급관(2)을 통해 분사된 연료를 미립화시키게 된다.

선회기(7)는 도 1을 기준으로 우측에 수축관(10)이 설치되는 데, 이 수축관(10)은 선회기(7)를 통해 회전운동된 산소의 유속을 증가시키고 균일화시키기 위해서 우측으로 갈수록 상기한 연료분사노즐(8)의 중심을 향해 경사지게 형성된다.

이때 수축관의 내경과 연료공급관(2)의 외주면 사이를 산소분출구라 정의할 때, 산소분출구의 간격(t)은 분사되는 산소의 속도에 맞게 그 간격이 정해지게 되며, 산소분사속도는 산소공급유량(㎥/sec)을 산소분출구 면적(㎡)으로 나눈 값으로 정의 됨에 따라, 산소분출구 면적은 산소공급유량의 산소 분사속도로 나눈 값이다. 따라서 산소 분사속도에 따라 산소분출구의 면적, 즉 간격(t)을 이용한 면적을 결정하게 된다.

이렇게 결정된 산소의 속도는 60 내지 80m/sec로 정의하며, 이 속도 범위에 맞게 산소분출구의 간격(t)을 결정한다.

이상과 같이 구성되는 본 발명에 따른 환형 순산소 버너는 다음과 같은 작용을 나타낸다.

가스연료가 연료유입구(1)를 통해 연료공급관(2)으로 공급되고, 다시 연료공급관(2)에서 연료분사노즐(8)을 통해 연소실 내부로 분출된다.

산소는 산소유입구(3)를 통과하여 산소공급관(4)을 통해 연료공급관(2)의 주위에 동심원 형태로 공급되며, 선회기(7)를 통과하여 회전운동을 가진 상태로 산소분출구를 통해 분사된다. 이때 선회기(7)와 수축관(10)을 의해 산소는 유속이 증가되고 균일화하여 공급된다.

이러한 산소와 가스연료는 혼합되어 착화되면 화염을 형성한다.

그리고 냉각수는 냉각수 유입구(5a)를 통해 공급되어 산소공급관(4)의 외측을 동심원 형태로 접촉하여 산소공급관(4)을 냉각시킨 후, 유출구(5b)를 통해 빠져 나가고, 다시 재순환하게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의하면, 선회기와 수축관을 이용하여 분출되는 산소의 유속을 매우 높게 하여 연료와 산소의 혼합 특성을 향상시키고 용해로 내부와 화염 주위의 강한 재순환 영역의 형성을 통해 대류 열전달을 촉시키게 된다.

Claims (4)

1. 연료 유입구를 통해 연료가 공급되고, 우측단에 연료분사노즐이 설치되는 연료공급관;

   상기 연료공급관의 외측을 감싸도록 설치되고 산소 유입구가 형성된 산소공급관; 및

   상기 연료공급관과 산소공급관의 사이에 설치되고, 상기 연료공급관의 우측 바깥쪽에 다수개의 베인이 설치되는 선회기

   를 포함하는 환형 순산소 버너.
2. 연료 유입구를 통해 연료가 공급되고, 우측단에 연료분사노즐이 설치되는 연료공급관;

   상기 연료공급관의 외측을 감싸도록 설치되고 산소 유입구가 형성된 산소공급관;

   상기 산소공급관의 외측을 감싸도록 설치되고 냉각수의 유입구와 유출구가 형성된 냉각관; 및

   상기 연료공급관과 산소공급관의 사이에 설치되고, 상기 연료공급관의 우측 바깥쪽에 다수개의 베인이 설치되는 선회기

   를 포함하는 환형 순산소 버너.
3. 연료 유입구를 통해 연료가 공급되고, 우측단에 연료분사노즐이 설치되는 연료공급관;

   상기 연료공급관의 외측을 감싸도록 설치되고 산소 유입구가 형성된 산소공급관;

   상기 산소공급관의 외측을 감싸도록 설치되고 냉각수의 유입구와 유출구가 형성된 냉각관; 및

   상기 연료공급관과 산소공급관의 사이에 설치되고, 상기 연료공급관의 우측 바깥쪽에 설치되는 다수개의 베인과, 상기 다수개의 베인 우측단에 우측으로 갈수록 상기 연료분사노즐의 중심을 향해 경사지게 형성되는 수축관으로 구성되는 선회기

   를 포함하는 환형 순산소 버너.
4. 제 3항에 있어서, 상기 수축관의 내경과 연료공급관의 외주면 사이로 정의되는 산소분출구를 통해 분사되는 산소의 속도는 60 내지 80m/sec인 환형 순산소 버너.