KR20080020493A - 보일러 및 보일러의 연소 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 버너(5)와, 상기 버너(5)에 연료를 공급하는 연료 공급 수단(10)과, 상기 버너(5)에 공기를 공급하는 송풍 수단(20)과, 상기 버너(5)에 공급되는 연료의 연료량 및 상기 버너(5)에 공급되는 공기의 풍량을 조정하는 제어 수단(30)을 가지는 보일러(100)에 관한 것으로서, 상기 제어 수단(30)은, 요구 부하에 대하여 상기 버너(5)에 공급되는 기준 연료량 및 기준 풍량을 산출하는 기준량 계산부와, 상기 기준 풍량을 상기 버너(5)에 공급되는 공기의 공기 온도와 연료의 연료 온도에 따라 보정하고, 보정된 풍량을 공급 풍량으로서 산출하는 풍량 계산부와, 상기 기준 연료량과 상기 공급 풍량에 따라 상기 버너(5)의 연소를 제어하는 제어부를 가지는 보일러(100)이다.

보일러, 보일러의 연소 방법, 송풍 수단, 풍량 계산부, 기준량 계산부

Description

보일러 및 보일러의 연소 방법{BOILER, AND METHOD FOR BURNING IN BOILER}

본 발명은, 소정의 공기비(空氣比)로 연소를 행하는 동시에, 배기 가스 중의 NOx의 발생을 억제할 수 있는 보일러 및 보일러의 연소 방법에 관한 것이다.

보일러에 있어서, 높은 열효율로 안정된 연소를 행할 수 있다는 것은 중요한 요건이다. 그러므로, 연소를 소정 범위의 공기비로 행하도록 제어하는 공기비 제어의 보일러 또는 연소 장치가 제안되어 있다.

예를 들면, 특허 문헌 1(일본국 특개 2001-272030호 공보)에는, 보일러의 버너에 있어서의 공연비 제어(공기비 제어)의 감시 방법으로서, 제어반(制御盤)으로부터의 부하 지령에 대하여, 버너에 공급하는 연소용 공기의 공기압과 버너에 공급하는 연료 또는 버너로부터 돌아오는 연료의 연료압을 감시하여, 공기량과 연료량이 적정하게 제어되고 있는지를 판정하는 버너에 있어서의 공연비 제어의 감시 방법, 및 그와 같은 방법을 실시하는 공연비 제어 감시 장치가 제안되어 있다.

특허 문헌 2(일본국 특개평 10-47654호 공보)에는, 연소용 공기를 예열하여 공급하는 연소 장치에 있어서, 연소용 공기 공급로와 연료 공급로에 각각 압력계와 온도계를 구비하는 동시에, 상기 연료 공급로에 연료 공급압을 연소용 공기 공급압 과 동등하게 하는 균등 압력 밸브를 설치하고, 또한 상기 균등 압력 밸브의 임펄스 라인에 오리피스(orifice)와 블리드 밸브(bleed Valve)를 설치하고, 상기 각 온도계와 압력계에 의해 측정된 실제의 공기 온도와 공기 공급압 및 연료 온도로부터 소정의 공기비를 유지하는데 필요한 연료를 공급하기 위한 연료 공급압을 구하는 동시에, 이 구해진 연료 공급압과 실제로 계측된 연료 공급압을 비교하여 이들이 동등하게 되도록 상기 블리드 밸브를 조정하는 것을 특징으로 하는 연소 장치의 공기비 자동 보정 시스템이 제안되어 있다.

또, 환경위생 상으로부터 유해한 배기가스의 배출을 억제할 수 있는 보일러가 요구되고 있다. 이와 같은 요구에 따른 것으로서, 예를 들면, 특허 문헌 3(일본국 특개 2000-46302호 공보)에, 버너 앞면에 이격되어 병렬되는 수관벽(水管壁)의 사이에 수직수관을 빽빽하게 한 직사각형의 연소 공간을 설치하고, 버너로부터 수직수관의 사이를 통해 가스 출구에 이르는 비교적 긴 가스 통로를 설치함으로써, 화염 연소 온도를 1200℃~1300℃정도로 억제하여 NOx를 70ppm~80ppm으로 저감하는 동시에, C0를 50ppm 이하로 할 수 있는 보일러가 제안되어 있다.

그러나, 이와 같은 종래 기술에, 공기비와 배기 가스 중의 NOx의 발생의 양자를 함께 제어하는 동시에, 계절 변동 등의 외기 온도의 변화가 있어도 안정적으로 NOx의 발생을 억제할 수 있는 보일러 또는 보일러의 연소 방법이 제안된 것은 없다. 또, 공기비 제어의 보일러로서, 특허 문헌 1에 제안된 공연비 제어의 감시 방법 또는 공연비 제어 감시 장치는, 간단한 방법 또는 장치라는 이점은 있지만, 공기비가 소정 구간 범위로부터 벗어난 경우에 공기비를 제어하려는 것이며, 정확한 공기비의 제어를 행할 수 없는 문제가 있다. 특허 문헌 2에 제안된 연소 장치의 공기비 자동 보정 시스템은, 복잡한 구성·제어가 필요하다는 문제가 있다. 배기 가스 중의 NOx를 억제할 수 있는 보일러에 대하여는, 특허 문헌 3에 제안된 보일러는 NOx를 유효하게 저감시킬 수 있는 것이지만, 새로운 NOx의 발생을 억제할 수 있는 보일러가 요구되고 있다.

본 발명은, 이와 같은 요청 및 종래 기술의 문제점을 감안하여, 비교적 간단한 구성을 가지고, 소정의 공기비로 연소를 행하는 동시에, 배기 가스 중의 NOx의 발생을 안정적으로 억제할 수 있는 보일러 및 보일러의 연소 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 보일러는, 연소를 위해 사용되는 공기 및 연료의 온도 변화에 따라 연소를 위해 사용되는 공기의 풍량을 조정하는 제어 수단을 설치하고 있 다. 또, 본 발명에 관한 보일러는, 버너와, 상기 버너에 연료를 공급하는 연료 공급 수단과, 상기 버너에 공기를 공급하는 송풍 수단과, 상기 버너에 공급되는 연료의 연료량 및 상기 버너에 공급되는 공기의 풍량을 조정하는 상기 제어 수단을 가지는 보일러로서, 상기 제어 수단은, 요구 부하에 대하여 상기 버너에 공급되는 기준 연료량 및 기준 풍량을 산출하는 기준량 계산부와, 상기 기준 풍량을 상기 버너에 공급되는 공기의 공기 온도와 연료의 연료 온도에 따라 보정하고, 보정된 풍량을 공급 풍량으로서 산출하는 풍량 계산부와, 상기 기준 연료량과 상기 공급 풍량에 따라 상기 버너의 연소를 제어하는 제어부를 가진다.

상기 발명에 있어서, 상기 버너에 공급되는 공기의 공기 온도와 연료의 연료 온도를 측정하는 수단은, 서미스터(thermistor)인 것이 바람직하다. 그리고, 상기 풍량 계산부는, 공기 온도 측정 서미스터의 저항값을 R_TH1, 연료 온도 측정 서미스터의 저항값을 R_TH2, 고정 저항의 저항값을 R_s라고 할 때, 기준 풍량을 보정하는 보정량이 1/(1+R_TH1/R_s+R_TH1 /R_TH2)에 비례하도록 공급 풍량을 산출하도록 되어 있는 것으로 할 수 있다.

또, 상기 풍량 계산부는, 연료 온도 측정 수단에 의해 계측되는 연료의 온도 및 공기 온도 측정 수단에 의해 계측되는 공기의 온도를 각각 T_g, T_a라고 할 때, 기준 풍량을 보정하는 보정량이 T_a/T_g ^{1 /2}에 비례하도록 공급 풍량을 산출하도록 되어 있는 것으로 할 수 있다.

본 발명에 관한 보일러의 연소 방법은, 소정의 공기비로 연소를 행하는 동시에, 배기 가스 중의 NOx를 소정 범위로 억제하는 보일러의 연소 방법으로서, 보일러의 요구 부하에 대응하는 기준 연료량과 기준 풍량을 산출하고, 산출된 기준 풍량을 연소를 위해 사용되는 연료 및 공기의 온도에 따라 보정하고, 그 보정된 풍량과 상기 기준 연료량에 의해 연소를 행함으로써 실시된다.

본 발명에 관한 보일러는, 비교적 간단한 구성을 가지고, 소정의 공기비로 연소를 행하는 동시에, 배기 가스 중의 NOx의 발생을 안정적으로 억제할 수 있고, 고열 효율로 안정된 연소를 행할 수 있다. 또, 본 발명에 관한 보일러의 연소 방법에 의하면, 통상 연소에 있어서 NOx를 12ppm 이하로 억제할 수 있다.

이하, 본 발명에 관한 보일러의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명에 관한 보일러는, 공기 및 연료의 온도 변화에 따라 풍량을 조정하는 제어 수단을 설치하고 있다. 그 하나의 실시예를 도 1의 모식도에 나타낸다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 보일러(100)는, 버너(5)와, 버너(5)에 연료를 공급하는 연료 공급 수단(10)과, 버너(5)에 공기를 공급하는 송풍 수단(20)과, 버너(5)에 공급되는 연료의 연료량 및 버너(5)에 공급되는 공기의 풍량을 제어하는 제어 수단(30)을 가지고, 그리고, 버너(5)에 공급되는 연료의 온도를 측정하여 그 신호를 제어 수단(30)에 보내는 연료 온도 측정 수단(35)과, 버너(5)에 공급되는 공기의 온도를 측정하여 그 신호를 제어 수단(30)에 보내는 공기 온도 측정 수단(36)을 가 진다.

본 발명에 관한 보일러(100)의 동작은 다음과 같다. 즉, 연료 공급 수단(10)으로부터 연료(예를 들면, 천연가스)가 보내지고, 연료 공급 수단(10)의 선단측(도 1에 있어서의 연료 공급 수단(10)의 우측 단부 근방)에서, 연료가 분출되고, 이 연료는, 송풍 수단(20)으로부터 보내져 오는 연소용의 공기와 혼합되면서 버너(5)에 공급되고, 버너(5)에 의해 연소된다. 연소된 가스는, 복수개의 수관(수관군)(40) 각각의 간극을 통과하고, 복수개의 수관(40) 각각의 내부의 물과 열교환하면서 서서히 냉각된 후, 연기 통로(50)에 보내져, 대기중으로 배출된다.

버너(5)는, 공지의 버너를 사용할 수 있다. 또, 버너의 형식은 문제되지 않는다. 그리고, 도 1의 실시예의 경우에는, 평면형의 연소면을 가지는 완전 예(豫)혼합식 버너를 사용한 보일러의 경우를 나타낸다.

연료 공급 수단(10)은, 공지의 연료 공급 수단을 사용할 수 있다. 예를 들면, 펌프와, 제어 밸브와, 이들을 제어하는 제어 장치를 가지고, 부하에 대응하는 소정의 연료량을 공급할 수 있는 연료 공급 수단을 사용할 수 있다.

송풍 수단(20)은, 공지의 송풍 수단을 사용할 수 있다. 예를 들면, 송풍기와, 구동원과, 송풍기의 회전수를 제어하는 인버터를 가지고, 연료에 대응한 소정의 풍량을 공급할 수 있는 인버터식 송풍기를 사용할 수 있다. 또, 연료에 대응한 소정의 풍량을 공급할 수 있는 이른바 댐퍼식 송풍기를 사용할 수 있다.

제어 수단(30)은, 기준량 계산부와, 풍량 계산부와, 제어부를 가지고 있다. 기준량 계산부는, 열기관으로부터 보일러(100)에 요구되는 부하에 대응하는 기준 연료량 및 기준 풍량을 산출하는 기능을 가진다. 풍량 계산부는, 기준량 계산부에 의해 산출된 기준 풍량을 버너(5)에 공급되는 공기의 공기 온도 측정 수단(36)과 연료의 연료 온도 측정 수단(35)으로부터의 출력에 따라 보정하고, 보정된 풍량을 공급 풍량으로서 산출하는 기능을 가진다. 제어부는, 이미 산출된 기준 연료량에 대하여 풍량 계산부에 의해 구해진 공급 풍량을 버너(5)에 공급함으로써 필요한 연소를 행하게 하는 기능을 가진다.

연료 온도 측정 수단(35) 및 공기 온도 측정 수단(36)은, 연료 및 공기의 온도를 측정할 수 있는 동시에, 그 온도에 따른 신호를 제어 수단(30)에 줄 수 있는 것이면 된다. 예를 들면, 연료 온도 측정 수단(35) 또는 공기 온도 측정 수단(36)에 서미스터를 사용할 수 있다. 이로써, 간단하며 컴팩트한 연료 온도 측정 수단(35) 또는 공기 온도 측정 수단(36)을 구성할 수 있다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 관한 보일러(100)는 다음과 같이 사용된다. 먼저, 열기관 등으로부터 보일러(100)에 필요한 부하의 요구가 있으면, 제어 수단(30)의 기준량 계산부에서, 그 요구 부하에 대하여 기준 연료량과 기준 풍량이 산출된다. 이 기준 연료량 및 기준 풍량은, 소정의 공기비를 기초로 이론적으로 계산되어 산출된다. 다음에, 풍량 계산부에서, 산출된 기준 풍량을 그 버너(5)에 공급되는 연료 및 공기의 온도에 따라 보정한다. 즉, 본 발명의 제어 수단(30)은, 열기관 등으로부터 시시각각으로 요구되는 부하에 대하여, 이론적인 기준 연료량과 실제로 공급되는 연료 및 공기의 온도에 근거한 이하에 설명하는 보정 풍량을 버너(5)에 공급하고, 필요한 연소를 행할 수 있는 기능을 가진다.

본 발명에 있어서는, 이 기준 풍량을 이하에 설명하는 원리에 따라 보정한다. 송풍 수단(20)으로서 인버터식 송풍기를 사용하는 경우에 대하여 설명한다. 버너(5)에 공급되는 공기의 공기 온도(급기 온도)를 T_a, 공기 밀도를

, 체적 유량을 Q_a, 송풍기의 회전수를 N이라고 하면, 체적 유량 Q_a는 회전수 N에 비례하고, 공기 밀도 Q_a는 급기 온도 T_a에 반비례하기 때문에, 하기의 수식 1이 성립한다.

한편, 버너(5)에 공급되는 연료는, 공급되는 연료량의 유속이 소정의 유속, 즉 가압원 측의 압력과 보일러(100) 측의 압력차가 일정하게 되도록 공급되므로, 그 압력차를 ΔP_g, 연료 온도를 T_g, 연료 밀도를

라고 하면, 하기의 관계식(수식 2)이 성립한다.

그런데, 연료 밀도

는, 연료 온도 T_g에 반비례하기 때문에, 상기 수식 2의 관계를 고려하면, 하기 수식 3이 성립한다.

공기비를 일정하게 유지하려면,

를 일정값으로 유지할 필요가 있다. 즉, 공기비를 일정하게 유지하려면, 수식 1, 수식 3으로부터,

를 일정값으로 유지할 필요가 있는 것을 알 수 있다. 그리고, 송풍기의 회전수 N을,하기 수식 4와 같이 조정하면 바람직한 것을 알 수 있다. 그리고, k는 상수이다.

상기 수식 4는, 송풍기의 회전수가 급기 온도 T_a에 비례하고, 연료 온도 T_g의 1/2승에 반비례하도록 조정되면, 공기비가 일정한 연소를 행할 수 있는 것을 나타내고 있다. 즉, 기준 풍량을 급기 온도와 연료 온도를 고려하여 보정한 풍량(공급 풍량)을 버너(5)에 공급함으로써, 보일러(100)를 소정의 공기비로 연소시킬 수 있다. 버너(5)에 공급되는 공기의 공기압은, 반드시 공기비가 일정한 연소를 행하게 하기 위한 필수 감시 요건은 아니기 때문이다. 그리고, 보일러 사용 중에는, 각종의 조건 변동이 있으므로, 소정의 공기비로부터 벗어나는 경우가 있다. 이와 같은 경우에 대하여, 공기의 공기압을 감시하는 것은 유효하다.

본 발명에 있어서는, 상기와 같이, 기준 풍량을 급기 온도와 연료 온도에 따라 보정하고, 보정된 풍량(공급 풍량)과 이미 산출된 기준 연료량을, 제어 수단(30)의 제어부가 버너(5)에 공급하여 연소가 행해진다. 그 기준 풍량을 보정하는 보정량은, T_a/T_g ^{1 /2}에 비례하는 양이다.

이와 같이, 기준 풍량을 급기 온도와 연료 온도에 따라 보정하는 것은, 풍량 계산부에, 연료 온도 측정 수단(35)과 공기 온도 측정 수단(36)으로부터의 신호에 따라 소정의 보정량을 산출할 수 있는 프로그램 및 그 프로그램을 실시하는 컴퓨터를 설치함으로써 실시할 수 있다. 그러나, 이하에 설명하는 바와 같이, 서미스터 로 이루어지는 연료 온도 측정 수단(35)과 공기 온도 측정 수단(36)과, 이들 서미스터로부터의 신호에 의해 송풍기를 직접적으로 제어할 수 있는 송풍기 제어부를 가지는 제어 수단에 의해, 간단한 구조의 제어 수단(30)을 구성할 수 있다.

그와 같은 제어 수단(30)의 송풍기 제어부의 예를 도 2에 나타낸다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 제어 수단(30)의 송풍기 제어부는, 고정 저항 R_s와, 이에 병렬 결합된 연료 온도 측정 서미스터 R_TH2와, 이들에 직렬 결합된 공기 온도 측정 서미스터 R_TH1를 가진다. R과 그 아래 붙여진 첨자로 나타낸 부호는 각각의 저항값(Ω)을 나타낸다. 인버터 주파수 f는, 인가되는 최소 전압시의 주파수(기준 주파수)를 f_o, 최대 전압 시의 주파수(최대 주파수)를 f_m이라고 하면, 인버터로의 입력 전압 V에 대하여, 인버터 주파수는,

라는 출력을 행하는 경우에 있어서, 인버터에 인가되는 최대 전압을 V_o라고 하면, 인버터에 입력되는 전압 V는,

로 되므로,

로 나타낼 수가 있다.

도 2에 나타낸 송풍기 제어부를 가지는 제어 수단(30)에 의해 보일러(100)를 제어했을 때의 배기 가스 중의 0₂량을 도 3에 나타낸다. 도 3에 있어서, 가로축은 급기 온도, 세로축은 배기 가스 중의 O₂량을 나타낸다. 곡선 A₁, A₂는, 상기에 설명한 바와 같이, 공급 풍량과 기준 연료량으로 보일러(10O)의 연소를 행하는 발명 의 예의 경우를 나타낸다. 곡선 A₁이 연료 온도와 급기 온도는 같은 것으로 하여 공급 풍량을 구한 경우이며, 곡선 A₂가 연료 온도는 급기 온도의 변화량에 대하여 그 1/2의 비율로 변화하는 것으로 하여 공급 풍량을 구한 경우이다. 곡선 B는, 급기 온도와 연료 온도를 같은 것으로 하고, 급기 온도만을 고려하여 기준 풍량을 보정한 풍량과 기준 연료량으로 보일러(100)의 연소를 행하는 경우(종래예)를 나타낸다.

그리고, 도 3의 각 곡선은, 하기의 조건에 있어서 이론 연소를 시켰을 때의 배기 가스 중의 O₂량(%)을 계산에 의해 구한 것이다. 즉, 연료 온도 측정 서미스터 및 공기 온도 측정 서미스터의 저항값은, 연료 또는 급기 온도를 T(°k)라고 할 때,

로 하였다. 고정 저항의 저항값 R_s는, 4500Ω로 하였다. 기준 주파수 f_o는 50Hz, 최대 주파수 f_m는 73Hz으로 하였다.

도 3에 의하면, 곡선 A₁, A₂는 O₂량이 6%의 위치에서 일정한 직선형을 하고 있고, 본 발명의 예의 경우에는, 급기 온도가 10℃~50℃의 범위에서 공기비가 일정한 연소가 행해지는 것을 알 수 있다. 이에 대하여, 곡선 B는, 급기 온도가 10℃~50℃의 범위에서 O₂량이 5.7% ~ 6.7%로 변화하는 우측으로 상승하는 직선형을 하고 있으므로, 종래예의 경우에는, 10℃~50℃의 범위에서 공기비가 일정한 연소가 행해지지 않는 것을 알 수 있다.

그리고, 도 3에 있어서, 곡선 A₁은 연료 온도를 급기 온도와 동일하게 하고, A₂는 연료 온도의 변화의 비율이 급기 온도의 변화의 비율의 1/2인 것으로 가정하여 공급 풍량을 구한 경우의 그래프이지만, 실제로는 하기에 설명하는 바와 같이, 곡선 A₁와 A₂로 둘러싸이는 범위의 값으로 O₂량을 제어할 수 있을 것으로 생각된다.

도 4는, 지표면 상에 노출된 전체 길이가 50m정도의 배관에 최대 유속 500Nm³ 정도의 연료(천연가스 또는 LPG)를 흐르게 한 경우의, 배관의 주위 온도와 보일러(10O) 입구의 연료 온도의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 4에 있어서 가로축은 주위 온도, 세로축은 연료 온도를 나타낸다. 도 4에 의하면, 연료 온도는, 주위 온도와 높은 상관관계를 가지고, 연료 온도를 T_g, 주위 온도를 T_a라고 하면,

로 표현되는 것을 알 수 있다. 즉, 연료 온도는 주위 온도의 변화량에 대하여 그 3/4의 비율로 변화되어 있는 것을 알 수 있다. 또, 지표면 상에 노출된 길이 10m정도의 가스 배관을 가지는 보일러(10O)에 있어서, LPG 연료를 사용한 고연(高燃) 연소시에 있어서의 보일러(100)입구의 연료 온도의 변동폭은, 주위 온도의 변동폭의 1/2정도라는 데이터도 있다. 이와 같은 데이터나 가스 배관이 지중에 매설되어 있는 경우도 있는 것을 고려하면, 일반적으로, 보일러(100)입구의 연료 온도의 변동폭은, 주위 온도의 변동폭의 1/2정도 이하인 것으로 생각된다. 또, 급기 온도는 주위 온도에 대략 동등한 것으로 고려된다. 즉, 본 발명에 있어서는, 도 3에 나타낸 곡선 A₁와 A₂로 둘러싸이는 범위 내에서 O₂량을 제어할 수 있는 것으로 생각된다.

이와 같이, 본 발명에 관한 보일러(100)는 소정의 공기비로 연소를 행할 수 있다. 또, 본 발명에 관한 보일러(10O)는 이하에 설명하는 바와 같이, NOx의 발생량이 적은 연소를 시킬 수 있다. 도 5는, 급기 온도와 NOx의 발생량의 관계를 구한 그래프이다. 도 5에 있어서, 가로축은 급기 온도, 세로축은 NOx량(ppm)을 나타낸다. 도 5에 나타낸 각 그래프는, 도 3에 나타낸 곡선 A₁, A₂, B의 0₂량을, 도 6에 나타낸 NOx량-O₂량에 관한 특성 곡선을 기초로 각각 NOx량으로 변환하여 구한 것이다. 그리고, 도 6은, 성능이 증발량 3130kg/h의 예(豫)혼합 기체를 사용한 표면 연소 버너식의 보일러(100)의 연소 시험에 의해 구해진 그래프이다. 또, 도 5에 나타낸 곡선 A₁, A₂, B의 기호 A₁, A₂, B는, 도 3과 마찬가지로, A₁, A₂가 본 발명의 예의 경우이며, B가 종래예를 나타낸다. A₁은 연료 온도가 급기 온도와 같은 것으로 가정하고, A₂는 연료 온도의 변화의 비율이 급기 온도의 변화의 비율의 1/2인 것으로 가정하여 공급 풍량을 구한 경우를 나타낸다. 이하에 있어서 마찬가지이다.

도 5에 의하면, 본 발명의 예의 경우에는, 급기 온도가 10℃~50℃ 사이에서, NOx량이 10.6ppm ~ 11.2ppm이며, NOx량이 12ppm 이하로 억제되어 있는 것을 알 수 있다.

도 7은, 도 2 또는 도 3에 나타낸 그래프를 구한 조건과 동일한 조건의 경우의 인버터식 송풍기의 제어 주파수와 급기 온도의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 7에 있어서, 가로축은 급기 온도, 세로축은 송풍기의 주파수를 나타낸다. 도 7에 의하면, 곡선 A₁, A₂, B는 모두 대략 직선형을 하고 있으므로, 곡선 A₁의 구배가 가장 작고, 곡선 B의 구배가 가장 크다. 이 도 7의 결과와 도 3의 결과에 의하면, 종래예의 경우에는 급기 온도의 상승에 대해 과잉의 공기를 버너(5)에 공급하고 있는 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 있어서는, 공기비가 일정하고, 또한 저NOx로 보일러(10O)의 연소를 행할 수 있을 뿐만 아니라, 경제적인 보일러(100)의 운전을 행할 수 있는 것을 알 수 있다.

이상, 본 발명에 대하여 설명하였다. 전술한 바와 같이, 본 발명에 있어서는 서미스터를 사용한 제어 수단에 의해, 간단하며 컴팩트한 제어 수단(30)을 구성할 수 있다. 그리고, 그와 같은 제어 수단(30)을 가지는 보일러(100)는, 급기 온도가 10℃~50℃의 범위에서, 공기비가 일정하고, 또한 저NOx로 보일러(100)의 연소를 행할 수 있다. 보일러(100)가 실내에 설치되어 있는 경우, 그 실내의 온도는, 일반적으로 외기 온도보다 높고, 상한이 50℃정도이므로, 통상 보일러(100)의 특성은 급기 온도가 10℃~50℃의 범위인 것으로 생각하면 된다. 그러나, 급기 온도가 상기 범위를 벗어나는 경우도 있다. 이와 같은 경우에는, 그 사용 조건에 맞춘 특성의 고정 저항 및 서미스터를 선택함으로써 대응할 수 있다.

도 8 및 도 9는 급기 기온이 20℃ 또는 40℃로 일정하게 한 경우에, 고정 저항 R_s, 인버터의 기준 주파수 f_o, 최대 주파수 f_m가 배기 가스 중의 O₂량에 주는 효과를 조사한 결과이다. 도 8 및 도 9에 있어서, 가로축은 연료 온도, 세로축은 배 기 가스 중의 0₂량(%)을 나타내고, 도면 중의 20℃ 또는 40℃는, 각각의 경우의 급기 온도를 나타낸다. 도 8의 경우의 고정 저항 R_s, 기준 주파수 f_o, 최대 주파수 f_m는 도 3의 경우와 마찬가지이다. 이에 대하여, 도 9의 경우에는, 고정 저항 R_s를 3000Ω, 기준 주파수 f_o를 51Hz, 최대 주파수 f_m를 74Hz으로 한 경우이다. 그리고, 도 8 및 도 9에 있어서, 곡선 B는 종래예의 경우를 병기한 것이다.

도 8과 도 9를 비교하면, 도 8의 경우에는 배기 가스 중의 0₂량이 일정하게 제어되고 있는 것을 알 수 있고, 도 9의 경우에는 그다지 제어의 효과를 볼 수 없는 것을 알 수 있다. 즉, 보일러(10O)의 사용 조건에 따라, 고정 저항 R_s, 서미스터의 저항 R_TH1, R_TH2, 또는 인버터의 기준 주파수 f_o, 최대 주파수 f_m을 선택할 필요가 있는 것을 알 수 있다.

도 1은 본 발명에 관한 보일러의 구성을 나타낸 모식도이다.

도 2는 도 1의 보일러의 제어 수단의 송풍기 제어부의 구성예를 나타낸 회로도이다.

도 3은 도 2의 송풍기 제어부를 가지는 제어 수단에 의한 배기 가스 중의 0₂량의 제어예를 나타낸 그래프이다.

도 4는 주위 온도와 연료 온도의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 5는 도 2의 송풍기 제어부를 가지는 제어 수단에 의한 배기 가스 중의 NOx량의 제어예를 나타낸 그래프이다.

도 6은 배기 가스 중의 NOx량-O₂량의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 7은 도 2의 송풍기 제어부를 가지는 제어 수단에 의한 경우의 송풍기 주파수와 급기 온도의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 8은 도 2의 송풍기 제어부를 가지는 제어 수단을 사용하고, 급기 온도가 20℃ 또는 4O℃로 일정하게 한 경우의 배기 가스 중의 O₂량과 연료 온도의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 9는 도 8의 경우에 대하여, 고정 저항 R_s, 기준 주파수 f_o, 최대 주파수 f_m를 변화시킨 경우의, 배기 가스 중의 O₂량과 연료 온도의 관계를 나타낸 그래프이다.

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]

(5) 버너 (10) 연료 공급 수단 (20) 송풍 수단

(30) 제어 수단 (35) 연료 온도 측정 수단

(36) 공기 온도 측정 수단 (100) 보일러

Claims (6)

1. 연소를 위해 사용되는 공기 및 연료의 온도 변화에 따라 연소를 위해 사용되는 공기의 풍량을 조정하는 제어 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 보일러.
2. 제1항에 있어서,

   버너와, 상기 버너에 연료를 공급하는 연료 공급 수단과, 상기 버너에 공기를 공급하는 송풍 수단과, 상기 버너에 공급되는 연료의 연료량 및 상기 버너에 공급되는 공기의 풍량을 조정하는 상기 제어 수단을 가지는 보일러로서,

   상기 제어 수단은, 요구 부하에 대하여 상기 버너에 공급되는 기준 연료량 및 기준 풍량을 산출하는 기준량 계산부와, 상기 기준 풍량을 상기 버너에 공급되는 공기의 공기 온도와 연료의 연료 온도에 따라 보정하고, 보정된 풍량을 공급 풍량으로서 산출하는 풍량 계산부와, 상기 기준 연료량과 상기 공급 풍량에 따라 상기 버너의 연소를 제어하는 제어부를 가지는 것을 특징으로 하는 보일러.
3. 제2항에 있어서,

   상기 버너에 공급되는 공기의 공기 온도와 연료의 연료 온도를 측정하는 수단은, 서미스터(thermistor)인 것을 특징으로 하는 보일러.
4. 제3항에 있어서,

   상기 풍량 계산부는, 공기 온도 측정 서미스터의 저항값을 R_TH1, 연료 온도 측정 서미스터의 저항값을 R_TH2, 고정 저항의 저항값을 R_s라고 할 때, 상기 기준 풍량을 보정하는 보정량이

   

   에 비례하도록 공급 풍량을 산출하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 보일러.
5. 제2항에 있어서,

   상기 풍량 계산부는, 연료 온도 측정 수단에 의해 계측되는 연료의 온도 및 공기 온도 측정 수단에 의해 계측되는 공기의 온도를 각각 T_g, T_a라고 할 때, 상기 기준 풍량을 보정하는 보정량이

   

   에 비례하도록 공급 풍량을 산출하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 보일러.
6. 소정의 공기비로 연소를 행하는 동시에, 배기 가스 중의 NOx를 소정 범위로 억제하는 보일러의 연소 방법으로서,

   보일러의 요구 부하에 대응하는 기준 연료량과 기준 풍량을 산출하고, 산출된 기준 풍량을 연소를 위해 사용되는 연료 및 공기의 온도에 따라 보정하고, 그 보정된 풍량과 상기 기준 연료량에 의해 연소를 행하는 보일러의 연소 방법.

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