KR20130011049A

KR20130011049A - 비산재 분리 및 2차 연소기능을 갖는 연속 연소장치

Info

Publication number: KR20130011049A
Application number: KR1020110071929A
Authority: KR
Inventors: 김지원
Original assignee: 김지원
Priority date: 2011-07-20
Filing date: 2011-07-20
Publication date: 2013-01-30

Abstract

비산재 분리 및 2차 연소기능을 갖는 연속 연소장치가 소개된다. 이 연속 연소장치는 유입된 연소공기가 원심력에 의해 내벽을 타고 회전 하강하도록 구성된 1차 연소부와, 연소공기와 연료가 만나 연소되도록 하는 화격자와, 제1 연소실에서 발생한 비산재와 함께 외부로 배출되도록 구성된 비산재분리부와, 1차 연소부에서 미연소된 연료를 2차 연소하는 2차 연소부를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따르면, 비산재 분리를 통해 청정 고온가스의 열원 사용이 가능하고, 설비를 콤팩트화하고 경비를 절감할 수 있다.

Description

비산재 분리 및 2차 연소기능을 갖는 연속 연소장치{CONTINUOUS COMBUSTION APPARATUS HAVING FUNCTION OF DIVISION ON FLY ASH AND SECOND COMBUSTION}

본 발명은 연속 연소장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연소시 발생되는 비산재를 효과적으로 분리하고 연료를 2차 연소하는 비산재 분리 및 2차 연소기능을 갖는 연속 연소장치에 관한 것이다.

산업계 전반에 연소장치에 대한 수요가 증가함에 따라 연소 효율이 높고 환경오염이 적은 고성능의 연소장치에 대한 요구가 높아지고 있다. 그러나 종래에 가장 많이 보급되어 있는 스토카(stocker)식 연소장치로는 이러한 요구를 충족시키지 못하고 있는 실정이다.

종래 스토카식 연소방식은 연소실 내로 공급된 연료의 하부에서 연소공기를 불어 넣어 고온 연소시키는 방식으로, 이 방식에 따르면 연료가 미연소된 상태에서 연소장치의 상부로 부상하여 빠져나가 버리기 때문에 연소 효율이 높지 못하다는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위해서는 연소실의 높이를 크게 하여 연소 시간을 길게 만들어 주어야 하는데, 이는 설치비용 증가의 주요 원인이 되었다.

또한, 연료가 완전 연소되지 못하는 관계로 일산화탄소, 황화합물(SOx), 질소화합물(NOx), 다이옥신 등과 같은 환경오염 물질이 대량으로 발생하는데, 연소실 내부의 모든 공기 흐름이 하부에서 상부로 향하기 때문에 환경오염 물질이 열원으로 사용되는 연소가스와 함께 연소장치의 상부로 빠져나가게 되므로 이들을 회수하기 위한 대형 집진설비를 연소장치 후단에 반드시 설치하여야 했다. 이 집진설비의 규모나 설치비용이 연소장치보다 오히려 더 커서 비경제적이었다.

본 발명자는 이러한 종래 스토카식 연소장치의 문제점을 해결하고자 많은 연구와 실험을 거듭한 끝에 원심력을 이용하여 연소 효율을 극대화할 수 있는 새로운 형태의 기술을 개발하고 이를 대한민국 등록특허 제907269호(원심 분리형 연속 연소장치 및 그 연소방법)로 등록받은 바 있다.

종래 원심 분리형 연속 연소장치는, 내부의 연소 영역이 원심 분리되면서 연료를 완전 연소시켜주는 고온 연소부와, 이 고온 연소부의 하부에 회전 가능하게 설치되고 그 위에 연료가 연속적으로 정량 공급되어 연소될 수 있도록 해주는 화격자(50)와, 완전연소된 후 남은 불연성 연소재를 연소실 외부로 원활하게 배출시켜주는 연소재 배출부(60)와, 연료를 연속적으로 정량 공급하는 연료정량공급부(80)를 포함하여 이루어진다.

그러나 이러한 종래 기술의 경우, 연소공기가 예열실(23,33)을 통과하는 과정에서 연소공기의 원심력이 저하되고 연소실 내에서 높은 온도로 인한 심한 와류현상이 발생되어 연소공기의 완전 연소가 이루어지지 못하였고, 특히, 연소공기가 예열실을 통과하여 연소실 내부로 들어가기 전, 연소공기의 접선방향 투입부 벽면과 원심운동이 끝나는 지점의 벽면 온도 사이에서는 온도편차로 인한 심한 와류현상이 발생되는데, 이로 인해 연소실 내로 투입된 연소공기는 공기와 완전한 혼합이 방해되어 원활한 연소가 이루어지지 못하는 문제가 있었다.

아울러, 연료투입콘(87)을 통과한 연료가 화격자(50) 위에 바로 쌓이는 구조이기 때문에 화격자(50) 위에 많은 양의 연료가 적재되기 어렵고, 이로 인해 연소공기와의 접촉면적에도 제한이 발생되는 바, 이는 결국 화력 상승에 제한 요인으로 작용되었다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 연소시 발생되는 비산재를 효과적으로 분리하고 연료를 2차 연소하여 열효율을 향상시킬 수 있는 비산재 분리 및 2차 연소기능을 갖는 연속 연소장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 비산재 분리 및 2차 연소기능을 갖는 연속 연소장치는, 1차 연소부, 화격자, 비산재분리부 및 2차 연소부를 포함하고, 1차 연소부는 제1 내통과 제1 외통으로 구성되어 그 사이 공간으로 연소공기가 유입되는 제1 공기투입구가 형성되는 제1 연소실을 포함하고, 상기 유입된 연소공기는 원심력에 의해 상기 제1 내통의 내벽을 타고 회전 하강하도록 구성되고, 화격자는 상기 제1 연소실 하부에 회전 가능하도록 설치되고, 연속적으로 공급되는 연료가 그 위에 적재되어 상기 회전 하강하는 연소공기와 만나 상기 1차 연소부의 내부에서 연속적으로 연소되도록 하고, 비산재분리부는 제2 공기투입구 및 재배출구를 갖는 제2 연소실이 상기 제1 연소실의 상부에 연통되게 배치되어 상기 제2 공기투입구로 유입된 연소공기는 원심력에 의해 제2 연소실의 내벽을 따라 회전 상승되면서 상기 제1 연소실에서 발생한 비산재와 함께 상기 재배출구를 통해 외부로 배출되도록 구성되고, 2차 연소부는 연소공기가 유입되는 제3 공기투입구를 갖는 제3 연소실이 상기 제2 연소실의 상부에 연통되게 배치되어 상기 제3 공기투입구로 유입된 연소공기는 원심력에 의해 제3 연소실의 내벽을 타고 회전 하강하도록 구성된다.

바람직하게, 상기 제3 연소실의 상부에는 고온의 연소가스를 열원으로 사용하기 위하여 보일러 연결엘보우가 설치되고, 이 제3 연소실과 보일러 연결엘보우는 고온으로 인한 열팽창에 따라 신축 가능한 벨로우즈관으로 연결 설치된다.

바람직하게, 상기 제1, 제2 및 제3 공기투입구는 연소실 내 연소공기의 유입속도 증가를 통해 원심력이 극대화되도록 연소공기의 공급 단면적을 작게 구성한 오리피스(Orifice) 형태의 유입관으로 구성된다.

바람직하게, 상기 제2 연소실은 제2 내통과 제2 외통으로 구성되고, 상기 제2 내통과 제2 외통의 사이 공간에 연소공기가 유입되는 제2 공기투입구가 형성되고, 상기 제3 연소실은 제3 내통과 제3 외통으로 구성되고, 상기 제3 내통과 제3 외통의 사이 공간에 연소공기가 유입되는 제3 공기투입구가 형성된다.

바람직하게, 상기 화격자는 상기 제1 연소실의 저부 중앙에서 바깥쪽으로 하방 경사지게 설치되는 내부평판과, 상기 내부평판의 바깥측에서 회전 가능하게 설치되는 원형틀로 된 외부평판을 포함한다.

바람직하게, 상기 외부평판은 방사상으로 배치된 다수의 구동롤러에 의해 회전 지지되고, 상기 외부평판의 하부에는 상기 구동롤러에 의해 지지되는 원형의 구동레일이 장착된다.

바람직하게, 상기 내부평판과 외부평판은 고온으로 인한 열팽창을 고려하여 여유 간격을 두고 설치된다.

바람직하게, 상기 화격자에는 연료를 연속적으로 정량 공급하는 연료정량공급부가 연결 설치된다.

바람직하게, 상기 연료정량공급부는 상기 화격자의 중앙부에 수직하게 설치된 연료 투입콘과, 이 연료 투입콘의 하부에 설치되어 연료를 운반하는 이송스크류로 이루어진다.

바람직하게, 상기 화격자의 하부에 상기 제1 연소실을 밀폐하도록 재배출통과, 상기 재배출통의 바닥에 쌓인 불연성 연소재를 모아서 재배출구로 운반하는 재운반 스크래퍼와, 비산재분리부의 재배출구에 연통되게 연결되는 제1 재배출관과, 재배출통의 재배출구에 연통되게 연결되는 제2 재배출관(715)과, 상기 제1 및 제2 재배출관이 수렴되는 수집통(716)을 포함하는 연소재배출부를 더 포함한다.

바람직하게, 상기 재운반 스크래퍼는 수직플레이트를 매개로 상기 화격자의 하부에 설치된다.

바람직하게, 상기 재배출통의 측부에는 제1 연소실 내벽을 따라 하강 이동된 불연성 연소재가 자동 배출되도록 슬릿이 형성된 재배출판이 마련된다.

바람직하게, 상기 재배출통에는 큰 입자의 크랭카를 배출시키기 위한 크랭카배출도어가 마련된다.

본 발명에 의하면, 다음과 같은 현저한 효과가 구현될 수 있다.

첫째, 본 발명은 비산재분리부에서 연소시 발생되는 비산재를 효과적으로 분리하여 청정 고온가스의 열원 사용이 가능하고, 1차 연소에서 미연소된 연료를 2차 연소하여, 제2 연소부에서 보일러부와 보일러 연결엘보우의 연소 기능을 자체 해결하여 설비를 콤팩트화하고, 경비를 절감할 수 있다는 이점이 있다.

둘째, 본 발명은 연소실내 유입되는 연소공기의 공급 단면적을 작게하여 연소공기의 원심력을 극대화함으로써, 연소실 내 와류 발생을 방지하고 연소공기의 완전혼합에 따른 연소효율을 향상시킬 수 있다는 이점이 있다.

셋째, 본 발명은 내부평판보다 상대적으로 넓은 외부평판을 회전시켜, 외부평판에서 원료의 적재 및 교반이 이루어지도록 함으로써, 원료와 연소공기 간의 접촉면적(교반점)이 증대되고 완전연소를 촉진하며 열용량 및 열밀도 증가에 따른 화력을 증대시킬 수 있다는 이점이 있다.

넷째, 본 발명은 구동모터가 구비된 3개의 구동롤러를 외부평판의 방사상에 이격 배치함으로써, 외부평판을 안정적으로 회전시키고 힘의 균형을 유지할 수 있다는 이점이 있다.

다섯째, 본 발명은 슬릿이 형성되는 재배출판을 통해 불연성 연소재를 원활하게 배출하여, 연소효율을 향상시키고 불연성 연소재의 잔류로 인한 연소방해를 미연에 방지할 수 있다는 이점이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 원심 분리형 연속 연소장치를 도시한 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 비산재 분리 및 2차 연소기능을 갖는 연속 연소장치를 도시한 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 연소실의 정면을 도시한 구성도.
도 4a는 본 발명에 따른 화격자의 외부평판을 도시한 구성도.
도 4b는 본 발명에 따른 보일러 연결엘보우의 단면을 도시한 정면도.
도 4c는 본 발명에 따른 보일러 벨로우즈관을 도시한 정면도.
도 5는 본 발명에 따른 연소재의 흐름을 도시한 흐름도.
도 6은 본 발명에 따른 연소실의 연소 영역을 도시한 상태도.

우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 비산재 분리 및 2차 연소기능을 갖는 연속 연소장치를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 연소실의 정면을 나타낸 도면이다.

도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 비산재 분리 및 2차 연소기능을 갖는 연속 연소장치는, 크게 1차 연소부(100), 화격자(200), 비산재분리부(300), 2차 연소부(400), 연료정량공급부(600) 및 연소재배출부(700)를 포함하여 이루어진다.

1차 연소부(100)는 제1 내통(110a)과 제1 외통(110b)으로 이루어지는 제1 연소실(110)로 구성되고, 이들 제1 내통(110a)과 제1 외통(110b) 사이에는 외부에 설치된 송풍팬(미도시)으로부터 공급된 연소공기가 이동되는 공기유로가 형성된다. 이때, 공기유로의 단부에는 하방을 향해 절곡되는 제1 공기투입구(111)가 형성되는데, 제1 공기투입구(111)는 연소공기를 원심력에 의해 제1 내통(110a)의 내벽을 타고 회전 하강된다.

즉, 연소공기가 공기유로로 유입되는 경우, 연소공기의 유입방향은 내통과 외벽의 접선방향과 일치하므로, 연소공기는 공기유로 내부에서 원심력을 가지면서 회전 상승되어, 제1 연소실(110)의 제1 내통(110a)과 제1 외통(110b)을 냉각시킨 다음 제1 연소실(110)의 내부공간으로 공급될 수 있다. 이때, 회전 상승된 연소공기는 제1 연소실(110)의 하부에 있는 연료와 혼합되도록 원심력에 의해 제1 내통(110a)의 내벽을 타고 강한 하강기류를 생성하는데, 이 강한 하강기류에 의한 에어 커튼 효과는 제1 내통(110a) 내부에서 발생되는 고온의 연소열이 제1 내통(110a)으로 직접 전달되지 못하는 냉각 수단으로 작용될 수 있다.

여기서, 공기유로의 폭이 너무 넓으면 회전 공급되는 연소공기의 속도가 저하되어 원심력이 작아지고, 공기유로의 폭이 너무 좁으면 회전 공급되는 연소공기의 총량이 적어 연소 효율이 저하되므로 연소장치 규모에 맞게 적절하게 조절할 필요가 있다.

다만, 제1 공기투입구(111)와 후술하는 제2 및 제3 공기투입구(311),(411)는, 연소실 내 연소공기의 유입시 원심력이 극대화되도록 하기 위해, 오리피스(Orifice) 형태의 유입관으로 구성된다. 따라서, 공기투입구를 오리피스 형태의 유입관으로 구성하면, 연소실 내로 공급된 연소공기의 공급 단면적을 작게 하여 압력에너지가 속도에너지로 바뀌도록 함으로써, 연소공기의 유입속도를 증가시킬 수 있다.

이는 연소실 내 온도편차로 인한 와류현상에 의해 연소공기의 혼합이 방해되는 경우, 연소실 내 연소공기의 유입속도를 증가시킴으로써, 연소실 내 와류 발생을 방지하고 연소공기의 완전혼합에 따른 연소효율을 향상시킬 수 있기 때문이다.

이러한 1차 연소부(100)의 공기유로에는 연소공기의 회전을 촉진하기 위한 다수개의 블레이드(미도시)가 설치될 수 있다. 이 블레이드는 공기유로를 따라 회전하는 연소공기의 회전력을 계속 유지시켜, 제1 공기투입구(111)에 도달되는 연소공기의 회전속도 감소를 방지한다.

도 4a도 본 발명에 따른 화격자의 외부평판을 나타낸 도면이다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 화격자(200)는 1차 연소부(100)의 내부에서 연속적인 연소가 발생되도록 연료를 공급받아 연료를 적재하고 이를 교반하는 구성으로, 제1 연소실(110)의 저부 중앙에 설치되는 내부평판(210)과, 내부평판(210)의 바깥측에서 회전 가능하게 설치되는 외부평판(220)으로 이루어진다. 이들 내부평판(210)과 외부평판(220)은 고온으로 인한 열팽창을 고려하여 여유 간격을 두고 설치된다.

여기서, 내부평판(210)은 후술하는 연료정량공급부(600)의 연료투입콘(610)을 중심으로 하여, 연료투입콘(610)의 바깥쪽으로 하방 경사지게 설치되는 원형틀로 구성된다. 따라서, 내부평판(210)에는 연료투입콘(610)으로부터 공급되는 연료가 적재되며, 적재된 연료는 외부평판(220)으로 이동되어 교반이 이루어질 수 있다.

그리고 외부평판(220)은 내부평판(210)의 바깥측에 회전되도록 다수의 구동롤러(231)에 의해 지지되는 구조로, 외부평판(220)의 하부에는 구동롤러(231)에 의해 지지되는 원형의 구동레일(233)이 장착된다. 본 실시예에서는, 구동모터(232)가 각각 구비된 3개의 구동롤러(231)에 의해, 외부평판(220)에 안정적인 힘의 균형이 유지됨으로써, 이들 구동롤러(231)의 작동시 외부평판(220)은 내부평판(210)을 중심으로 하여 안정적으로 회전될 수 있다.

아울러, 외부평판(220)에는 수평플레이트(221)와 수평플레이트(221)에 수직되게 연결되는 수직플레이트(222)를 포함하는데, 이 수직플레이트(222)에는 재운반 스크래퍼(712)가 연결된다. 재운반 스크래퍼(712)는 수직플레이트(222)의 하부에 설치되어 외부평판(220)과 함께 회전되면서 후술하는 재배출통(710)의 바닥에 쌓인 불연성 연소재를 긁어 모아, 재배출통(710)의 재배출구(711)로 운반하는 역할을 한다.

이때, 재배출통(710)에는 크랭카배출도어(713)이 마련될 수 있다. 크랭카배출도어(713)는 후술하는 재배출판(720)의 슬릿을 통과하지 못하는 큰 입자의 크랭카를 배출시키기 위해 사용된다.

비산재분리부(300)는 제1 연소실(110)의 상부에 제2 플랜지(802)를 통해 연통되게 연결되어 제1 연소실(110)에서 발생된 비산재를 고온의 연소가스로부터 분리하여 정화된 연소가스만 보일러 연결엘보우(500)를 통해 배출되도록 한다.

이를 위해, 비산재분리부(300)는 제2 내통(310a)과 제2 외통(310b)으로 이루어진 제2 연소실(310)을 구성하며, 제2 내통(310a)과 제2 외통(310b)의 사이 공간에는 연소실내 연소공기의 유입이 이루어지는 제2 공기투입구(311)와, 비산재의 배출이 이루어지는 재배출구(312)가 형성된다. 이에 따라, 제2 공기투입구(311)로 유입된 연소공기는 원심력에 의해 제2 내통(310a)의 내벽을 따라 회전 상승되며, 이때, 제1 연소실(110)에서 발생한 비산재는 회전 상승하는 연소공기와 함께 재배출구(312)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 이 재배출구(312)을 통해 배출된 비산재는 후술하는 제1 재배출관(714)을 통해 수집통(716)으로 수집된다.

이 비산재분리부(300)의 상부에는 고온의 연소가스를 열원으로 사용하기 2차 연소부(400)가 마련된다.

2차 연소부(400)는 제2 연소실(310)의 상부에 제3 플랜지(803)를 통해 연통되게 배치되어, 고온의 연소가스를 열원으로 사용하여 2차 연소가 이루어지는 구성으로, 제3 내통(410a)과 제3 외통(410b)으로 이루어진 제3 연소실(410)로 이루어지며, 제3 내통(410a)과 제3 외통(410b)의 사이 공간에는 연소공기가 유입되는 제3 공기투입구(411)가 형성된다.

즉, 제3 공기투입구(411)를 통해 연소공기가 제3 연소실(410) 내로 유입되면, 유입된 연소공기는 원심력에 의해 제3 연소실(410)의 내벽을 타고 회전 하강되며, 이때, 비산재분리부(300)에서 비산재가 제거된 연소가스는 제3 공기투입구(411)를 통해 유입되는 연소공기를 만나 2차 연소하게 되는 것이다.

도 4b는 본 발명에 따른 보일러 연결엘보우의 단면을 도시한 도면이고, 도 4c는 본 발명에 따른 보일러 벨로우즈관을 나타낸 도면이다.

도 4b 내지 도 4c에 도시된 바와 같이, 2차 연소부(400)의 상부에는 스팀보일러와 연결하기 위해 제6 플랜지(806)를 통해 보일러 연결엘보우(500)가 마련되고, 2차 연소부(400)와 보일러 연결엘보우(500) 사이에는 열팽창을 고려하여 벨로우즈관(510)이 제4 플랜지(804) 및 제5 플랜지(805)를 매개로 연결된다. 이 벨로우즈관(510)은 스테인레스 스틸을 자바라 형태로 구성한 것으로, 2차 연소부(400)와 보일러 연결엘보우(500) 사이의 열팽창 및 수축을 보상해준다.

그리고 보일러 연결엘보우(500)의 내벽에는 연소공기의 하강기류가 없기 때문에 고온의 연소열로부터 보호하기 위해 캐스터블(501)과 같은 내화물이 부착되고, 이 캐스터블(501)의 외벽에는 엘로우 외판(502)이 부착된다.

한편, 화격자(200)의 하부에는 연료를 연속적으로 정량 공급하기 위한 연료정량공급부(600)가 마련된다.

이 연료정량공급부(600)는 화격자(200)의 중앙부에 수직하게 설치된 연료투입콘(610)과, 이 연료투입콘(610)의 하부에 설치되어 연료를 운반하는 이송스크류(620)로 구성된다. 이때, 연료투입콘(610)은 화격자(200)의 중앙에 설치되어 이송스크류(620)를 통해 운반되어 온 연료를 화격자(200) 위로 균일하게 공급해준다.

화격자(200)의 하부에는 제1 연소실(110)과 화격자(200)의 사이 공간으로 배출되는 불연성 연소재를 외부로 배출하기 위한 연소재배출부(700)가 마련된다.

연소재배출부(700)는 완전 연소 후 남은 불연성 연소재를 외부로 원활하게 배출시키기 위한 것으로, 제1 연소실(110)의 하부에 배치되어 연소재의 배출이 이루어지는 재배출구(711)가 형성되는 재배출통(710)과, 재배출통(710)의 바닥에 쌓인 불연성 연소재를 모아서 재배출구(711)로 운반하는 재운반 스크래퍼(712)와, 비산재분리부(300)의 재배출구(312)에 연통되게 연결되는 제1 재배출관(714)과, 재배출통(710)의 재배출구(711)에 연통되게 연결되는 제2 재배출관(715)과, 이들 제1 및 제2 재배출관(714),(715)이 수렴되는 수집통(716)을 포함한다.

즉, 재운반 스크래퍼(712)는 화격자(200)의 외부평판(220) 하부에 설치되므로, 외부평판(220)의 회전시, 재운반 스크래퍼(712)는 재배출통(710)의 바닥에 쌓인 불연성 연소재를 긁어 모아 재배출구(711)로 운반하여 외부로 배출할 수 있다.

아울러, 연소재배출부(700)는 제1 연소실(110) 내벽을 타고 흐르는 하강기류를 이용하여 불연성 연소재가 연소실 외부로 자동 배출될 수 있도록 구성되는데, 이를 구현하기 위해 재배출통(710)의 측부에는 제1 연소실(110) 내벽을 따라 하강 이동된 불연성 연소재가 자동 배출되도록 하는 재배출판(720)이 마련된다.

재배출판(720)은 복수의 배출편(미도시)이 서로 결합되는 구조로, 이 배출편에는 일정 크기 이하의 불연성 연소재만이 배출되도록 하는 슬릿(미도시)이 형성된다. 따라서, 제1 연소실(110) 내벽을 따라 이동된 불연성 연소재는 슬릿을 통해 외부로 배출될 수 있다. 여기서, 대부분의 연료가 거의 완전 연소되기 때문에 연소 후에도 남아 있는 불연성 연소재는 그 크기가 매우 작아서, 슬릿의 폭이나 높이 보다 더 큰 것은 미연소 연료일 경우가 많은 바, 재배출판(720)은 큰 미연소 연료를 연소실 내부로 밀어 넣어 재연소되도록 해주고, 작은 불연성 연소재만을 선택적으로 배출되도록 하는 것이다.

이와 같이, 연소재배출부(700)는 재운반 스크래퍼(712)를 통해 재배출통(710)의 바닥에 쌓인 불연성 연소재를 모아서 재배출구(711)로 배출시킬 수 있다. 아울러, 연소재배출부(700)는 재배출판(720)의 슬릿을 통해 이동된 불연성 연소재와, 제1 연소실(110)과 화격자(200)의 사이 공간으로 배출되는 불연성 연소재를 재배출통(710)으로 모아 재배출구(711)을 통해 외부로 자동 배출시킬 수 있다. 재배출구(711)를 통해 배출된 불연성 연소재는 제2 재배출관(715)을 통해 수집통(716)으로 수집된다.

이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 작동 과정을 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명에 따른 연소재의 흐름을 나타낸 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 송풍팬으로부터 공급되는 연소공기가 제1 연소실(110)의 제1 내통(110a)과 제1 외통(110b)의 사이 공간에 형성된 공기유로를 따라 회전 상승하면서 1차 예열됨과 동시에 연소실 내통과 외통을 냉각시킨다.

예컨대, 송풍팬으로부터 공급되는 연소공기는 공기유로를 통해 회전 상승하면서 1차 예열됨과 동시에 제1 연소실(110)의 제1 내통(110a)과 제1 외통(110b)을 냉각시켜주는데, 이때, 송풍팬으로부터 공급되는 연소공기의 일부는 제2 내통(310a)과 제2 외통(310b) 사이의 공기유로로 공급되거나, 제3 내통(410a)과 제3 외통(410b) 사이의 공기유로로 공급될 수 있다. 이때, 송풍팬으로부터 공급되는 연소공기의 일부를 화격자(200)로 연료를 운반하는 이송스크류(620) 내로 공급함으로써, 연소실 내부의 압력이 이송스크류(620)를 통해 외부로 빠져나가는 것을 방지할 수 있다.

계속하여, 1차 예열된 연소공기가 원심력에 의해 연소실 내통의 내벽을 타고 회전 하강하면서 2차 예열됨과 동시에 연소실 내통을 냉각시키는 하강기류 영역(a)을 형성한다.

즉, 제1 내통(110a)과 제1 외통(110b) 상의 공기유로에서 배출된 연소공기는 원심력에 의해 제1 내통(110a)의 내벽을 타고 회전 하강하면서 제1 하강기류를 형성하고, 제3 내통(410a)과 제3 외통(410b) 상의 공기유로에서 배출된 연소공기는 제3 내통(410a)의 내벽을 타고 회전 하강하면서 제2 하강기류를 형성하며, 이 제2 하강기류는 상기 제1 하강기류와 더해져서 강력한 회전 하강기류를 형성한다. 이 회전 하강기류는 연소공기를 2차 예열시킴과 동시에 강력한 에어 커튼 효과를 나타내어 연소실 내통과 외통을 고온의 연소열로부터 보호해준다.

연소실 내벽을 타고 회전 하강한 연소공기는 화격자(200) 위로 연속 공급되는 연료와 만나 발화되고, 이 발화된 연료는 연소실 중앙부로 회전 상승하면서 완전 연소된다. 이는 연소공기의 원심력에 의해 연소실 내부가 몇 개의 연소 영역으로 분리되고, 미연소 연료가 완전 연소될 때까지 이 연소 영역을 순환하면서 연소가 이루어지기 때문이다.

그리고 비산재분리부(300)의 제2 공기투입구(311)를 통해 유입된 연소공기는 원심력에 의해 제2 내통(310a)의 내벽을 따라 회전 상승되는데, 이때, 제1 연소실(110)에서 발생한 비산재는 회전 상승하는 연소공기와 함께 재배출구(312)를 통해 외부로 배출된다.

아울러, 2차 연소부(400)의 제3 공기투입구(411)를 통해 유입된 연소공기는 원심력에 의해 제3 연소실(410)의 내벽을 타고 회전 하강되어, 비산재분리부(300)에서 비산재가 제거된 연소가스와 만나 2차 연소하게 된다.

이하, 본 발명에 따른 완전 연소의 원리를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 6은 본 발명에 따른 연소실의 연소 영역을 나타낸 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 먼저, 연소공기가 제1 내통(110a)의 내벽을 타고 회전 하강한 후 화격자(200) 위로 연속 공급되는 연료(F)를 만나 이를 발화시키는 혼합발화 연소영역(b)을 형성하고, 혼합발화 연소영역(b)에서 발화된 연료 중에서 고비중의 미연소 연료를 원심력에 의해 상기 하강기류 영역(a) 쪽으로 이동시켜 연소거리와 연소시간을 길게 하여 연소시키는 고비중 연소영역(c)을 형성하고, 고비중 연소영역(c) 내에서 미연소된 연료를 원심력에 의해 하강기류 영역(a)으로 이동시켜 혼합발화 연소영역(b)으로 재순환시키고, 혼합발화 연소영역(b)에서 발화된 연료 중에서 저비중의 미연소 연료를 연소실의 중심부로 이동시켜 회전 상승하면서 연소시키는 저비중 연소영역(d)과, 완전 연소에 의해 만들어진 고온의 연소가스에 의해 제1 연소실(110)의 중심부에 고온 열핵(f)을 형성한다.

즉, 연소실 내부로 회전 하강된 연소공기는, 혼합발화 연소영역(b)에서 화격자(200) 위에 적재된 연료와 고속 회전하며 혼합되고 연소실의 중앙부로 이동하면서 발화 연소되기 시작한다.

이때, 고비중의 연료는 고속 회전하며 상승하는 과정에서 그 원심력에 의해 연소실의 바깥쪽에 형성된 고비중 연소영역(c)으로 이동하면서 그 연소거리와 연소시간을 최대로 하며 충분히 연소된다. 이 과정에서 완전히 연소되지 못한 미연소 연료는 하강기류 영역(a)으로 이동하여 재순환되면서 완전 연소된다.

그리고 저비중의 연료는 상대적으로 원심력의 영향을 적게 받기 때문에 고속 회전하며 상승하는 과정에서 연소실의 가운데에 형성된 상기 저비중 연소영역(d)과 최고 온도의 고온 열핵(f)으로 이동 집결하여 고온 상승하면서 완전 연소된다. 이때, 열분해되지 못한 일부 미연소된 연료는 그 무게에 의해 원심 분리되어 고비중 연소영역(c), 하강기류 영역(a)으로 차례로 이동하여 재순환되면서 완전 연소된다.

완전 연소된 고온의 연소가스는 보일러 연결엘보우(500)를 통해 이송되어 스팀 등을 생산하는 열원으로 사용된다. 고온의 연소가스에는 앞에서 설명한 바와 같이 연소시 발생한 비산재가 일부 포함되어 있기는 하지만, 본 발명에 따른 비산재분리부(300)에 의해 비산재가 분리되므로 깨끗하게 정화된 열원만 보일러 연결엘보우(500)로 보내진다.

이 고온의 연소가스는 저비중 연소영역(d)과 고온 열핵(f)에서 완전 열분해된 것이므로 인체에 유해한 일산화탄소, 황화합물(SOx), 질소화합물(NOx), 다이옥신 등과 같은 환경오염 물질이 거의 포함되지 않는다. 따라서, 본 발명에 따르면 연소장치의 후단에 종래와 같은 대형의 집진장치를 설치할 필요가 없다.

이와 같이, 본 발명에 따르면 고속 회전하면서 하강하는 연소공기에 의해 연소실 내부가 완전히 원심 분리됨으로써, 연소실의 외부는 별도의 냉각장치가 필요없을 정도로 충분히 냉각되는 한편 연소실의 중앙은 고온으로 상승하여 연료를 완전 연소시킬 수 있도록 해주는 것이다.

상기에서 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

100 :1차 연소부 110 :제1 연소실
110a :제1 내통 110b :제1 외통
111 :제1 공기투입구 200 :화격자
210 :내부평판 220 :외부평판
221 :수평플레이트 222 :수직플레이트
231 :구동롤러 232 :구동모터
233 :구동레일 300 :비산재분리부
310 :제2 연소실 310a :제2 내통
310b :제2 외통 311 :제2 공기투입구
312 :재배출구 400 :2차 연소부
410 :제3 연소실 410a :제3 내통
410b :제3 외통 411 :제3 공기투입구
500 :보일러 연결엘보우 510 :벨로우즈관
501 :캐스타블 502 :엘보우 외판
600 :연료정량공급부 610 :연료 투입콘
620 :이송스크류 700 :연료재배출부
710 :재배출통 711 :재배출구
712 :재운반 스크래퍼 713 :배출도어
714 :제1 재배출관 715 :제2 재배출관
716 :수집통 720 :재배출판
801 :제1 플랜지 802 :제2 플랜지
803 :제3 플랜지 804 :제4 플랜지
805 :제5 플랜지 806 :제6 플랜지

Claims

제1 내통(110a)과 제1 외통(110b)으로 구성되어 그 사이 공간으로 연소공기가 유입되는 제1 공기투입구(111)가 형성되는 제1 연소실(110)을 포함하고, 상기 유입된 연소공기는 원심력에 의해 상기 제1 내통(110a)의 내벽을 타고 회전 하강하도록 구성된 1차 연소부(100);
상기 제1 연소실(110) 하부에 회전 가능하도록 설치되고, 연속적으로 공급되는 연료가 그 위에 적재되어 상기 회전 하강하는 연소공기와 만나 상기 1차 연소부(100)의 내부에서 연속적으로 연소되도록 하는 화격자(200);
제2 공기투입구(311) 및 재배출구(312)를 갖는 제2 연소실(310)이 상기 제1 연소실(110)의 상부에 연통되게 배치되어 상기 제2 공기투입구(311)로 유입된 연소공기는 원심력에 의해 제2 연소실(310)의 내벽을 따라 회전 상승되면서 상기 제1 연소실(110)에서 발생한 비산재와 함께 상기 재배출구(312)를 통해 외부로 배출되도록 구성된 비산재분리부(300); 및
연소공기가 유입되는 제3 공기투입구(411)를 갖는 제3 연소실(410)이 상기 제2 연소실(310)의 상부에 연통되게 배치되어 상기 제3 공기투입구(411)로 유입된 연소공기는 원심력에 의해 제3 연소실(410)의 내벽을 타고 회전 하강하도록 구성된 2차 연소부(400)를 포함하는 것을 특징으로 하는 비산재 분리 및 2차 연소기능을 갖는 연속 연소장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제3 연소실(410)의 상부에는 고온의 연소가스를 열원으로 사용하기 위하여 보일러 연결엘보우(500)가 설치되고, 이 제3 연소실(410)과 보일러 연결엘보우(500)는 고온으로 인한 열팽창에 따라 신축 가능한 벨로우즈관(510)으로 연결 설치된 것을 특징으로 하는 비산재 분리 및 2차 연소기능을 갖는 연속 연소장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1, 제2 및 제3 공기투입구(111),(311),(411)는 연소실 내 연소공기의 유입속도 증가를 통해 원심력이 극대화되도록 연소공기의 공급 단면적을 작게 구성한 오리피스(Orifice) 형태의 유입관으로 구성되는 것을 특징으로 하는 비산재 분리 및 2차 연소기능을 갖는 연속 연소장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 연소실(310)은 제2 내통(310a)과 제2 외통(310b)으로 구성되고, 상기 제2 내통(310a)과 제2 외통(310b)의 사이 공간에 연소공기가 유입되는 제2 공기투입구(311)가 형성되고, 상기 제3 연소실(410)은 제3 내통(410a)과 제3 외통(410b)으로 구성되고, 상기 제3 내통(410a)과 제3 외통(410b)의 사이 공간에 연소공기가 유입되는 제3 공기투입구(411)가 형성되는 것을 특징으로 하는 비산재 분리 및 2차 연소기능을 갖는 연속 연소장치.
청구항 1에 있어서,
상기 화격자(200)는 상기 제1 연소실(110)의 저부 중앙에서 바깥쪽으로 하방 경사지게 설치되는 내부평판(210)과, 상기 내부평판(210)의 바깥측에서 회전 가능하게 설치되는 원형틀로 된 외부평판(220)을 포함하는 것을 특징으로 하는 비산재 분리 및 2차 연소기능을 갖는 연속 연소장치.
청구항 5에 있어서,
상기 외부평판(220)은 방사상으로 배치된 다수의 구동롤러(231)에 의해 회전 지지되고, 상기 외부평판(220)의 하부에는 상기 구동롤러(231)에 의해 지지되는 원형의 구동레일(233)이 장착된 것을 특징으로 하는 비산재 분리 및 2차 연소기능을 갖는 연속 연소장치.
청구항 5 있어서,
상기 내부평판(210)과 외부평판(220)은 고온으로 인한 열팽창을 고려하여 여유 간격을 두고 설치된 것을 특징으로 하는 비산재 분리 및 2차 연소기능을 갖는 연속 연소장치.
청구항 1에 있어서,
상기 화격자(200)에는 연료를 연속적으로 정량 공급하는 연료정량공급부(600)가 연결 설치된 것을 특징으로 하는 비산재 분리 및 2차 연소기능을 갖는 연속 연소장치.
청구항 8에 있어서,
상기 연료정량공급부(600)는 상기 화격자(200)의 중앙부에 수직하게 설치된 연료투입콘(610)과, 이 연료투입콘(610)의 하부에 설치되어 연료를 운반하는 이송스크류(620)로 이루어진 것을 특징으로 하는 비산재 분리 및 2차 연소기능을 갖는 연속 연소장치.
청구항 1에 있어서,
상기 화격자(200)의 하부에 상기 제1 연소실(110)을 밀폐하도록 재배출통(710)과, 상기 재배출통(710)의 바닥에 쌓인 불연성 연소재를 모아서 재배출구(711)로 운반하는 재운반 스크래퍼(712)와, 비산재분리부(300)의 재배출구(312)에 연통되게 연결되는 제1 재배출관(714)과, 재배출통(710)의 재배출구(711)에 연통되게 연결되는 제2 재배출관(715)과, 상기 제1 및 제2 재배출관(714),(715)이 수렴되는 수집통(716)을 포함하는 연소재배출부(700)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원심 분리형 연속 연소장치.
청구항 10에 있어서,
상기 재운반 스크래퍼(712)가 수직플레이트(222)를 매개로 상기 화격자(200)의 하부에 설치된 것을 특징으로 하는 비산재 분리 및 2차 연소기능을 갖는 연속 연소장치.
청구항 10에 있어서,
상기 재배출통(710)의 측부에는 제1 연소실(110) 내벽을 따라 하강 이동된 불연성 연소재가 자동 배출되도록 슬릿이 형성된 재배출판(720)이 마련되는 것을 특징으로 하는 비산재 분리 및 2차 연소기능을 갖는 연속 연소장치.
청구항 10에 있어서,
상기 재배출통(710)에는 큰 입자의 크랭카를 배출시키기 위한 크랭카배출도어(713)가 마련되는 것을 특징으로 하는 비산재 분리 및 2차 연소기능을 갖는 연속 연소장치.