KR20050083859A - 동식물유 연소장치 - Google Patents

Abstract

버너 타일(3)내에 그 축선 방향에 대하여 직진하는 직진기류로서 1차공기를 도입하고, 버너 타일(3)의 측벽(21)의 내면(23)을 따라 진행하는 선회기류로서 2차공기를 도입하면, 선회기류에 의해 액적연료(D)에 원심력이 작용해서 단면방향으로 분산하므로, 완전연소되기 쉬워진다. 또, 미리 액적연료의 입도를 작게 조정한 뒤에 분출하므로, 액적연료(D)는 챠가 포함되어 있어도 내벽 등에는 부착할 것 같은 궤도는 취하지 않는다.

Description

동식물유 연소장치{ANIMAL AND VEGETABLE OIL COMBUSTOR}

본 발명은 기름 연소장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 동식물유나 폐동식물유(이하, 「동식물유」라고 기재)의 연소장치에 관한 것이다.

종래에는, 동식물유를 연소시킬 때에도, 중유·등유 등의 연소장치를 사용할 수밖에 없었다.

종래의 중유·등유 등의 연소장치는, 화염이 안정적이지 않고, 불연속 연소나 꺼짐을 일으키기 쉽다. 그 때문에, 저속 공기류영역이나 순환 공기류영역을, 연료가 분출되는 노즐 부근에 형성함으로써 화염의 생성 및 공기의 혼합을 행하여 착화염을 만들고, 그 착화염에 2차공기(확산연소공기)을 가함으로써 연소(산화)시키고 있다.

도 1은, 본 발명의 실시형태에 관한 동식물유 연소장치이다.

도 2는, 도 1의 동식물유 연소장치의 모식적인 단면도이다.

도 3은, 도 1의 동식물유 연소장치의 버너 타일내의 기류의 상태를 설명하는 도면이다.

도 4는, 도 1의 동식물유 연소장치의 버너 타일내의 연소 상태를 설명하는 도면이다.

동식물유는 글리세린과 지방산이 결합한 트리글리세리드를 주성분으로 한 복잡한 다중결합물로, 완전하게 정제 분리된 액상탄화수소를 주성분으로 한 광물유와는 화학적으로 전혀 다른 것인 동시에, 물리적으로도 가솔린이나 중유와 같이 인화점(-40℃에서 80℃)이 낮지 않고, 370℃로 고온에서 인화하기 때문에, 종래의 중유·등유 등의 연소장치를 사용해서, 무리하게 연소시키면, 열분해의 지연이 생겨서 완전연소가 곤란하게 된다. 불완전연소에서는, 매진·매연·일산화탄소·미연소 액적 등을 일으켜, 공해문제가 된다. 또, 열분해에 지연이 생기면 장염(長炎)이 되므로, 노체(爐體)가 긴 연소장치밖에 사용할 수 없다.

완전연소시키기 위해서 연소 공기를 노내에 다량으로 공급해서, 연소 분위기 전체를 난류 확산시키면, 연소속도가 늦게 리프트되기 쉬워지므로, 보염기를 설치해도, 화염이 매우 불안정한 것이 된다.

종래의 중유·등유 등의 연소장치의 분무 분산도에서는, 일부의 액적연료가 버너 타일의 내벽이나 버너 타일에 접속된 보일러 등의 내벽에도 충돌해 부착되어버린다. 부착된 액적 중 휘발분은 가연성 기체로서 증발하지만, 챠(char)는 산소와 확산 반응할 수 없고 퇴적해버린다. 챠의 퇴적이 진행하면, 점화불능·화염불안정성·매진발생·진동발생 등의 불량이 생기고, 연소장치 자체의 조업이 불가능하게 된다.

또, 저속 공기류영역이나 순환 공기류영역에 있는 보염기나 분무 연료 노즐 등에도 일부의 액적연료가 부착되어 버려, 동일한 불량이 생긴다.

최근에는, 이산화탄소의 삭감을 위해, 신 에너지로서 카본프리의 바이오매스의 이용이 요구되고 있지만, 동식물유를 연료로서 이용하기 위한 연소장치는 없는 것이 현재 상태이다.

따라서, 상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은, 동식물유의 연소에 적합한 신규한 구성의 연소장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

청구범위 제1항의 발명은, 버너 타일과, 상기 버너 타일 내에 동식물유를 연무 입자화한 무화 연료로서 공급하는 동식물유 공급수단과, 상기 버너 타일에 선회기류의 작용에 의해 원심력의 작용영역을 형성하는 원심력 작용영역 형성수단을 구비하고, 상기 버너 타일내에서 상기 동식물유를 원심력의 작용하에서 연소시키는 것을 특징으로 하는 동식물유 연소장치이다.

청구범위 제2항의 발명은, 청구범위 제1항에 기재한 동식물유 연소장치에 있어서, 동식물유 공급수단은, 선회기류의 축방향 중심을 향해 연무 입자화한 무화 연료를 분출하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 동식물유 연소장치이다.

청구범위 제3항의 발명은, 청구범위 제1항 또는 제2항에 기재한 동식물유 연소장치에 있어서, 또한, 공급되어 원심력의 작용에 의해 분리된 무화 연료가 상기 버너 타일의 내면에 접촉하지 않도록, 분출되는 무화 연료의 액적의 질량을 조정하는 질량 조정수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 동식물유 연소장치이다.

청구범위 제4항의 발명은, 청구범위 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재한 동식물유 연소장치에 있어서, 버너 타일의 형상을 원통으로 한 것을 특징으로 하는 동식물유 연소장치이다.

청구범위 제5항의 발명은, 청구범위 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재한 동식물유 연소장치에 있어서, 또한, 연소 화염의 위치를 버너 타일의 중심부에 형성하는 화염위치 조정수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 동식물유 연소장치이다.

청구범위 제6항의 발명은, 청구범위 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재한 동식물유 연소장치에 있어서, 또한, 버너 노즐의 주위로부터 개구방향을 향해서 직진하는 기류를 버너 타일내에 도입하는 직진기류 도입수단을 설치하는 것을 특징으로 하는 동식물유 연소장치이다.

청구범위 제7항의 발명은, 청구범위 제6항에 기재한 동식물유 연소장치에 있어서, 또한, 선회기류에 대한 직진기류의 상대적인 풍량 및 풍압을 조정하는 기류 조정수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 동식물유 연소장치이다.

청구범위 제8항의 발명은, 청구범위 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재한 동식물유 연소장치에 있어서, 또한, 동식물유의 연속된 연소전파를 가능하게 하는 열에너지를 제공할 수 있는 점화 버너를 구비하는 것을 특징으로 하는 동식물유 연소장치이다.

본 발명의 실시형태를, 도 1 내지 도 4에 따라 설명한다.

이하에, 실시형태에 관한 동식물유용 연소장치의 구성을 설명한다.

1은 동식물유 연소장치를 나타내고, 이 동식물유 연소장치(1)는 원통 형상의 버너 타일(3)을 구비한다.

버너 타일(3)의 선단개구부는 보일러(4)에 접속되고, 후단부에는 바람상자(5)가 부착되어 있다.

7은 1차공기공급로를 나타내고, 이 1차공기공급로(7)는 버너 타일(3)의 후벽(9)을 관통해서 형성되어 있다. 1차공기공급로(7)는 버너 타일(3)의 축선방향 중심부에 위치하고 있다. 1차공기공급로(7)는 바람상자(5)와 접속되어 있다.

11은 1차공기공급관을 나타내고, 이 1차공기공급관(11)의 선단은 바람상자(5)와 접속되고, 후단은 블로어(13)와 접속되어 있다.

1차공기공급로(7)와, 바람상자(5)와, 1차공기공급관(11)과, 블로어(13)에 의하여 직진기류 도입수단이 구성되어 있다.

또한, 「1차공기」란 착화용 공기를 의미한다.

15는 연료배관을 나타내고, 이 연료배관(15)의 선단에는 무화 연료 노즐(17)이 설치되어 있다. 연료배관(15)은, 연료(F), 즉 폐동식물유의 공급원 및 가압 공기(A)의 공급원과 각각 접속되어 있다. 연료는, 가압 공기의 고속기류에 의해 전단된 뒤에 무화 연료 노즐(17)로부터 연무 입자화한 무화 연료(S)로서 분출된다.

연료배관(15)의 일부 및 무화 연료 노즐(17)은 1차공기공급로(7)의 축선상에 설치되어 있다. 따라서, 무화 연료(S)는 1차공기 중에 취입된 상태에서 버너 타일(3)내로 분출된다.

이 실시형태에서는, 연료배관(15)과 무화 연료 노즐(17)에 의해, 동식물유 공급수단이 구성되어 있다.

19는 2차공기공급로를 나타내고, 이 2차공기공급로(9)는 버너 타일(3)의 측벽(21)을 관통해서 형성되어 있다. 2차공기공급로(19)는 버너 타일(3)의 축선방향에 대하여 수직으로 뻗고, 2차공기공급로(19)의 선단에 위치하는 개구단(26)은 버너 타일(3)의 측벽(21)의 내면(23)에 대하여 거의 접선방향으로 접속되어 있다. 2차공기공급로(19)의 후단은 2차공기공급관(25)을 통해 블로어(27)에 접속되어 있다.

2차공기공급로(19)를 통해 선회기류가 버너 타일(3)내에 도입된다.

또한, 「2차공기」란 확산연소공기를 의미한다.

2차공기공급로(19)와, 블로어(27)에 의해 선회기류 도입수단이 구성되어 있다. 2차공기, 즉 선회기류의 도입에 의해, 버너 타일(3)내가 중심축으로부터 측벽(21)을 향하는 원심력의 작용영역이 된다.

1차공기 도입수단과 2차공기 도입수단 중 어느 하나 또는 양방을 조정함으로써 선회기류에 대한 직진기류의 상대적인 풍량 및 풍압을 조정한다. 예를 들면, 블로어(13)와 블로어(27) 중 어느 하나 또는 양방의 작동 조건이나, 1차공기공급로(7)에 대한 2차공기공급로(19)의 단면적을 조정한다.

29는 점화 버너를 나타내고, 이 점화 버너(29)에는 도시하지 않은 연료가스 공급원과 공기공급원이 각각 접속되어 있다. 점화 버너(29)는, 폐동식물유의 연속된 연소전파를 가능하게 할 정도의 열에너지를 제공할 수 있는 것이다.

31은 초음파 발진기를 나타내고, 연료(F)는 이 초음파 발진기(31)에 의해 가해지는 초음파 진동에 의해 클러스터 미세화가 행하여진 뒤에 공급된다. 폐동식물유는 통상, 물을 포함하고 있으므로, 폐동식물유를 사용했을 경우에는 에멀션화도 동시에 행하여진다.

초음파 발진기(31)는, 본 출원인의 일본국 특개2002-195536호 공보에 나타낸 것이다. 이 초음파 발진기(31)에 의해 클러스터 미세화(및 경우에 따라 에멀션화)가 행하여진 연료(F)가 무화 연료 노즐(17)로부터 분출되므로, 분출 후의 개개의 액적 연료(D)의 질량(즉, 입도)은 초음파처리를 하지 않는 것과 비교해서 현격하게 작아져 있다.

초음파 발진기(31)와 무화 연료 노즐(17)에 의해 질량 조정수단이 구성되어 있다.

이하에, 본 발명의 원리를 설명한다.

도 3은 버너 타일(3)내의 기류의 상태를 도시한다.

2차공기공급로(19)로부터 도입된 선회기류와, 1차공기공급로(7)로부터 도입된 직진기류가 존재하고 있다.

도 4는, 선회기류 중에서의 개개의 분무된 무화 연료(S)의 상태를 도시한다.

연무 입자화한 무화 연료(S)는, 무화 연료 노즐(17)의 배치 위치와 선회기류의 형성 위치의 관계로, 선회기류의 축방향 중심을 향해서 분출되게 된다.

또, 무화 연료 노즐(17)과 점화 버너(29)의 선단의 노즐의 배치 위치의 관계로 연소 화염(K)은 버너 타일(3)의 중심부에 형성된다.

무화 연료 노즐(17)로부터 분출된 액적연료(D)는 질량을 가지므로, 원심력의 작용에 의해, 선회기류 중에 각각의 질량에 따른 궤도로 분리된다. 질량이 무거운 것은 외측으로 가벼운 것은 내측의 선회 궤도를 취한다. 버너 타일(3)의 측벽(21)에 수직인 단면으로부터 보면, 버너 타일(3)내에, 액적연료(D)가 분산되어 있다. 따라서, 개개의 액적연료(D)가 공기와 접촉해서, 연소되기 쉬워진다.

질량이 무거운 것은 버너 타일(3)의 측벽(21)의 내면(23)측에 가장 가까운, 즉 가장 바깥의 궤도를 취하지만, 초음파 발진기(31)의 초음파처리에 의해, 분출되는 액적연료(D)의 질량(입도)이 조정되어 있으므로, 질량의 무거운 챠분도 내면(23)에 접촉하지 않는다.

액적연료(D)가 공기에 의해 완전연소(산화)되면, 원심력을 받지 않는 연소가스로 변해, 중앙부로 모이고, 계속해서 1차공기공급로(7)로부터 도입된 직진기류에 의해, 보일러(4)의 방향을 향해서 분출된다.

액적연료(D)는 질량이 없어지고 가스화될 때까지 선회기류 중에서 체류를 계속하므로, 챠분이 많아 열분해가 지연되어도, 반드시 완전연소한다. 또, 선회기류 중에서 체류를 계속하기 때문에, 장염으로는 안되므로, 노가 짧은 보일러 등에도 이용할 수 있다.

동식물유 연소장치(1)의 동작 중에 보이는 연소 화염(K)은, 그 주위를 에워싸는 선회기류의 보염작용에 의해, 버너 타일(3)의 내면(23)에 접촉하지 않고, 부유 상태로 안정되게 존속하게 된다.

다음에, 동식물유 연소장치(1)의 사용 방법을 설명한다.

우선, 버너 타일(3)내에 1차공기와 2차공기를 도입해서 직진기류와 선회기류를 형성한다. 그리고, 점화 버너(29)를 작동해서 착화염을 형성한다.

다음으로, 무화 연료 노즐(17)로부터 조정된 액적연료(D)를 분출하면, 상기의 원리에 의해, 안정된 연소가 진행된다.

이상, 본 발명의 실시형태에 관하여 설명하였지만, 본 발명의 구체적인 구성이 이 실시형태로 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 요지로부터 벗어나지 않는 범위에서의 설계변경 등이 있어도 본 발명에 포함된다.

예를 들면, 본 발명의 동식물유 연소장치는, 동식물유와 광물유의 혼합물·중질유·폐유·미분탄·COM·CWM 등의 연소에도 이용할 수 있는 것은 말할 것도 없다.

또, 액적연료의 가장 바깥 궤도를 버너 타일(3)의 내면(23)에 접촉하지 않도록 조정하기 위해서, 무화 연료 노즐(17)로부터 분출시킬 때에, 가압 공기로 액적연료(D)를 미세하게 전단함으로써 액적연료(D)의 입도를 미세하게 하거나, 연료를 가열해서 분무 액적의 입도를 작게 하거나, 버너 타일(3)의 지름이나 길이를 연소량에 대응해서 조정해도 좋다.

본 발명의 실시형태에 관한 동식물유 연소장치(1)를 이용하여, 테스트1의 조건으로 24시간의 연속 운전을 하였다. 바카라크 스모크 테스터(호다카 가부시키가이샤제)를 이용하여, 연도의 스모크 농도를 1회/시간 마다 검사한 바, 항상 결과가, 스모크 농도 1(우수하다. 매연이 거의 발생하지 않는다)을 나타내는 동시에, 안정된 연소를 계속하였다. 또, 24시간 경과 후에 버너 타일(3)내를 관찰한 바, 챠의 퇴적도 없었다.

(테스트 1)

① 사용 폐식용유 성분

폐식물유(채종유) 약 75%

수분 약 15%

1㎜이상의 크기의 잡거물(동물유지·음식물찌꺼기·탄화물 등) 약 10%

② 사용 폐식용유 온도를 40℃∼50℃

③ 초음파와 기계교반을 이용해서 클러스터 미세화 및 에멀션화

④

	정 압	풍 량
직진공기류	1 kPa	5 ㎡/min
선회공기류	7 kPa	9 ㎡/min
보일러(4) 내	7~9 kPa	10~12 ㎡/min

⑤ 버너 타일(3) 지름 280㎜ 길이 350㎜

⑥ 점화 버너(29) 부탄가스 100,000 킬로칼로리

본 발명의 동식물유 연소장치는, 이하의 효과가 있다.

(1) 완전연소된다.

(2) 장염을 만들지 않는다.

(3) 연소 화염을 안정시킨다.

(4) 챠를 버너 타일 등의 내벽이나 버너 타일내에 설치된 분무 연료 노즐 등에 퇴적시키지 않는다.

따라서, 본 발명의 동식물유 연소장치는, 동식물유(그 폐유를 포함한다)를 연료로서 활용할 수 있다.

Claims (8)

1. 버너 타일과, 상기 버너 타일 내에 동식물유를 연무 입자화한 무화 연료로서 공급하는 동식물유 공급수단과, 상기 버너 타일에 선회기류의 작용에 의해 원심력의 작용영역을 형성하는 원심력 작용영역 형성수단을 구비하고, 상기 버너 타일내에서 상기 동식물유를 원심력의 작용하에서 연소시키는 것을 특징으로 하는 동식물유 연소장치.
2. 제 1 항에 있어서, 동식물유 공급수단은, 선회기류의 축방향 중심을 향해서 연무 입자화한 무화 연료를 분출하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 동식물유 연소장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 또한, 공급되어 원심력의 작용에 의해 분리된 무화 연료가 상기 버너 타일의 내면에 접촉하지 않도록, 분출되는 무화 연료의 액적의 질량을 조정하는 질량 조정수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 동식물유 연소장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 버너 타일의 형상을 원통으로 한 것을 특징으로 하는 동식물유 연소장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 또한, 연소 화염의 위치를 버너 타일의 중심부에 형성하는 화염위치 조정수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 동식물유 연소장치.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 또한, 버너 노즐의 주위로부터 개구방향을 향해서 직진하는 기류를 버너 타일내에 도입하는 직진기류 도입수단을 설치하는 것을 특징으로 하는 동식물유 연소장치.
7. 제 6 항에 있어서, 또한, 선회기류에 대한 직진기류의 상대적인 풍량 및 풍압을 조정하는 기류 조정수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 동식물유 연소장치.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 또한, 동식물유의 연속된 연소전파를 가능하게 하는 열에너지를 제공할 수 있는 점화 버너를 구비하는 것을 특징으로 하는 동식물유 연소장치.