KR20130070873A - 버너장치 및 연소방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화염을 발생토록 제공된 장치몸체와 NOx 발생을 저감토록 화염 주변으로 산소를 공급토록 상기 장치몸체에 구비된 산소공급수단 및 승온 필요시에 공기 또는 산소공급량을 제어토록 장치제어부를 포함하여 구성된 버너장치 및 연소방법에 관한 것으로, 본 발명에 의하면 공기 연소 중 승온이 필요함에 따라 산소부하 연소를 진행하는 경우에 산소를 화염의 주변으로 분사함으로써 연료와 산소의 빠른 혼합을 방지하여 급격한 NOx 발생을 저감시켜 궁극적으로 연소효율을 향상시키는 효과를 기대할 수 있다.

Description

버너장치 및 연소방법{Apparatus and method for burning material }

본 발명은 버너장치 및 연소방법에 관한 것으로서, 구체적으로 공기 연소와 산소부하 연소를 겸용하여 연료를 연소하는 과정에 있어서, 소재 승온 필요시에 산소의 공급방법을 적절히 조정하여 NOx 발생을 저감시키며 승온을 유도하는 버너장치 및 연소방법에 관한 것이다.

일반적으로 공기연소 및 산소부하연소를 겸용하는 버너장치는 산소부하율을 고정한 상태로 운용할 것인지, 아니면 산소부하율을 변경하면서 운용할 것인지 여부에 따라 그 설계의 형태가 결정되게 된다.

도1 은 기존의 공기연소 및 산소부하연소를 겸용하는 방법에 관해 나타낸 개념도이다.

통상적으로 공기 연소 중 연소로(1)의 고온형성 또는 고속승온이 필요한 경우에는 승온률을 향상시키기 위해서는 산소부하율을 조절할 수 있는 운용개념의 구조가 선택된다. 따라서 도1(a)와 같이 공기와 연료를 혼합하여 연소를 진행하는 과정에서 별도의 라인을 통해 산소를 추가적으로 공급함으로써 그 목적을 달성한다.

그리고 산소부하율을 고정한 상태로 운용할 경우에는 도1(b)와 같이 공기와 산소를 별도의 혼합기(2)를 통해 먼저 작업자가 원하는 일정비율에 맞추어 혼합한 후 연소로(1)에 연료와 함께 공급하여 연소과정을 진행한다. 이 경우 공기와 산소비율은 항상 일정하게 유지되기 때문에 산소부하율은 일정하게 유지된다.

그러나, 위 기존의 2가지 개념의 공기 연소 및 산소부하 연소의 버너장치 모두 산소를 버너장치의 중심부, 즉 연소가 일어나는 화염에 직접적으로 분사가 되어 연료와 산소의 빠른 혼합으로 인해 NOx가 급격히 발생한다는 문제가 있다.

도2 는 도1(a)에 관한 기존의 공기연소 및 산소부하연소 겸용 버너장치를 나타낸 개략도이다. 먼저 공기와 연료가 공급, 혼합되고 연소실(6)에서 화염이 발생하며 연소가 일어난다. 그 후 소재의 연소온도에 맞추어 고온을 형성할 필요가 있거나, 고속으로 승온이 필요한 경우에는 별도의 산소공급라인(3)을 통해 산소를 투입하여 고온 또는 승온을 유도하게 된다.

그런데 이때 버너장치의 중심부에 형성된 화염에 직접적으로 산소가 공급됨에 따라 연료와 산소의 빠른 혼합으로 인해 불완전 연소시 발생하는 질소산화물 NOx(A) 가 급격히 발생하게 된다. 이는 연소실(6)에서 상대적으로 높아진 산소농도로 인해 화염온도가 상승하면서 급격한 연소로 인해 NOx 발생이 2~4배 정도 증가하게 된 것이고 이는 궁극적으로 연소효율을 떨어뜨리는 문제점을 발생시킨다.

따라서, 당해 기술분야에서는 공기연소 중 고온을 형성시키거나 고속승온이 필요한 경우에 산소를 공급하는 과정에서 NOx 발생이 최소화될 수 있도록 구성함으로써, 궁극적으로 연소효율을 상승시킬 수 있는 공기연소 및 산소부하 연소를 겸용하는 버너장치 및 연소방법이 요구되고 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 실시태양은 다음과 같은 버너장치를 제공한다.

본 발명인 버너장치는 화염을 발생토록 제공된 장치몸체 및 NOx 발생을 저감토록 적어도 화염 주변으로 산소를 공급토록 상기 장치몸체에 구비된 산소공급수단을 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 상기 산소공급수단은 산소투입구를 통해 유입되는 산소를 화염 주변에 공급토록 상기 장치몸체내의 화염형성부 외연에 원주방향으로 하나 이상 설치되는 산소공급관을 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 산소공급수단의 산소공급관은 화염길이를 확장시켜 연소효율을 증대토록 상기 장치몸체에서 돌출되어 제공되는 신장부를 더 포함하여 구성될 수 있다.

그리고, 상기 산소공급수단은 상기 산소공급관에 장착되고 산소분사 방향 또는 유속을 조절토록 구성된 캡을 더 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 상기 화염형성부는 중앙부에 형성된 연료노즐을 통해 분사되는 연료와 1차공기공급관을 통해 유입되는 1차 연소용 공기가 혼합, 연소되는 혼합챔버 및상기 혼합챔버의 외곽에 형성되어 연소효율을 증대토록 2차 연소용 공기를 공급하는 2차공기노즐를 포함하여 구성될 수 있다.

더하여, 승온시에 공기 또는 산소공급량을 제어토록 하는 장치제어부를 포함하되, 상기 장치몸체의 공기 또는 산소투입구에 장착되고 상기 장치제어부와 연계된 제어밸브를 더 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명인 연소방법은 연료와 공기를 매개로 버너에서 화염을 발생시키되, 승온시에는 현재 화염온도와 승온시의 도달 화염온도간의 차이를 판단하는 단계와 판단된 온도차에 따라 필요한 공기 또는 산소비율을 결정하는 단계 및 결정된 비율에 따라 공기 또는 산소량을 조절하는 단계를 포함하며 산소를 상기 화염의 외곽에 공급하여 NOx 발생을 저감토록 구성된 연소방법일 수 있다.

본 발명인 버너장치 및 연소방법의 일 실시태양은 위와 같은 구성을 통하여, 공기 연소 과정 중에 고온을 형성할 필요가 있거나 고속 승온이 필요한 경우에 화염의 주변으로 산소를 공급함으로써, 연료와 산소의 빠른 혼합으로 인한 승온으로 인해 발생하는 NOx를 저감시킬 수 있는 효과가 있다.

그리고, NOx 저감효과를 통해 궁극적으로 산소부하 연소시의 연소효율을 증대시키는 효과를 기대할 수 있다.

더하여, 산소노즐의 길이를 확대시킴으로써 화염길이를 증대시키며, 이에 따라 소재의 연소를 빠르게 진행시킬 수 있는 효과도 있다.

도1 은 종래 공기 및 산소부하 연소에 관한 개념도이다.
도2 는 종래 별도의 산소공급라인을 통해 산소를 공급하여 산소부하 연소를 하는 버너장치에 관한 개략도이다.
도3a 는 본 발명인 버너장치의 측단면도이다.
도3b 는 본 발명인 버너장치의 정면도이다.
도4 는 본 발명의 작동상태 및 산소부하 연소를 도시한 도면이다.
도5 는 연소로 장착시에 확장된 산소노즐을 통해 산소가 공급되어 화염길이가 증대된 모습을 나타낸 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 구체적인 실시태양에 대하여 설명하도록 한다.

도3a 는 본 발명인 버너장치(100)의 측단면도를 도시하고 있고, 도3b 는 본 발명인 버너장치(100)의 정면도를 도시하고 있다.

도3a 및 도3b 를 참고하면, 본 발명인 버너장치(100)는 화염을 발생토록 제공된 장치몸체(110) 및 NOx 발생을 저감토록 화염 주변으로 산소를 공급토록 상기 장치몸체(110)에 구비된 산소공급수단(200)를 포함하여 구성될 수 있다.

구체적으로 상기 장치몸체(110)의 중앙부에는 연료투입구(140)로부터 들어오는 연료가 분사되는 복수의 연료노즐(141)이 형성되어 있다. 상기 연료노즐(141)의 형상은 본 실시예에서는 원형으로 구성되어져 있으나, 사각형, 타원형, 슬롯형 등의 연료분사가 가능한 다른 형태로도 구현될 수 있다. 본 실시예에서는 상기 장치몸체(110)의 중앙부가 원형으로 형성되어 있어 도3b 에 도시된 바와 같이 상기 복수의 연료노즐(141)은 둥글게 배치되어 있다.

여기서, 상기 연료노즐(141)의 중심에는 관측창(150)이 구비되어 있는데, 이는 연소과정에서 연소실에서 연소가 제대로 되고 있는지를 관측하기 위해 별도로 설치된다. 또는 가스연료 대신 중유를 분사하는 중유건일 수 있다. 다만, 관측창(150)이나 중유건은 버너장치에 따라서는 배치되지 않을 수도 있다.

그리고, 상기 연료노즐(141)의 외경부 둘레를 따라 1차 연료용 공기가 공급되는 원의 형상을 가진 1차공기공급관(122)이 형성되어 있다. 상기 장치몸체(110)에 형성된 공기투입구(120)를 통해 들어오는 공기는 1차 공기공급관(122)을 따라 이동하다가 연료노즐(141)의 끝단에서 연료와 혼합되게 된다.

이는 연료를 착화하기 전에 미리 연소용 공기와 혼합시킴으로써, 연료와 공기를 균일하게 섞어 연료가 대부분 연소될 수 있도록 하고, 연소 전범위에 걸쳐 일정한 연소온도를 유지하기 위함이다.

또한, 1차 연소용 공기가 흐르는 상기 1차공기공급관(122)의 유로상에는 선회기(124)가 존재할 수 있다. 이는 상기 1차공기공급관(122)이 상기 연료노즐(141)의 외경부를 감싸고 있기 때문에 상기 연료노즐(141)이 중심을 관통하도록 중앙부에 홈이 있고, 상기 원형의 1차공기공급관(122)의 둘레를 따라 설치된다.

상기 선회기(124)는 공기투입구(120)로부터 들어오는 공기가 연료와 빠르게 혼합될 수 있도록 공기를 소용돌이와 같이 회전시키는 역할을 수행한다. 일반적으로 가스형 연료와 공기는 성질상의 차이로 인해 혼합되는 과정에서 시간이 소요되지만 선회기(124)를 이용하여 공기를 회전운동을 시키게 되면, 연료와의 혼합이 그만큼 수월해지게 된다.

다만, 본 발명의 실시예에서는 선회기(124)를 장착하였지만, 본 발명의 취지가 적용되는 버너장치(100)에 있어서, 반드시 선회기(100)가 요구되는 것은 아니다.

상기 연료노즐(141)과 1차공기공급관(122)의 전단에는 연료와 1차 연소용 공기가 혼합되는 혼합챔버(130)가 구성되어 있으며, 이곳에서 혼합된 연료와 공기는 점화되어 직접 또는 연소로 등의 장착되어 소재를 연소시키게 된다.

다음으로, 공기가 들어오는 공기투입구(120)에는 댐퍼(121)가 존재한다. 상기 댐퍼(121)는 공기투입구(120)로부터 들어오는 공기를 1차 연소용 공기와 2차 연소용 공기로 분리하는 역할을 수행한다.

작업자는 댐퍼(121)의 각도를 조절함으로써, 1차 연소용 공기와 2차 연소용 공기의 양을 조절할 수 있다. 이는 연소효율을 증가시키기 위해 연료와 혼합되는 1차 연소용 공기의 비율을 감소시킴으로써, 연료과잉상태를 조성하여 당량비를 높인 후 1차 연소용 공기와 혼합된 연료는 완전연소시킨다. 그 다음 댐퍼(121)에 의해 투입량이 조절된 2차 연소용 공기를 추가공급함으로써, 잔류연료와 반응하게 하여 완전연소시킴으로써, 연소효율을 향상시키게 되는 것이다.

본 발명의 실시예는 상기와 같이 다단연소 기법이 적용되는 버너장치(100)에 대해 적용되고 있다. 다만, 다단연소 기법이 적용되는 버너장치(100)가 아니라도 공기 연소 과정 중에 산소부하 연소가 겸용하여 적용되는 다른 버너장치에도 적용될 수 있으므로, 반드시 이에 한정될 것은 아니다.

상기 댐퍼(121)에 의해 투입량이 조절된 2차 연소용 공기는 상기 혼합챔버(130)의 외경부를 따라 구성된 2차공기노즐(123)를 통해 연소부에 분사된다. 이에 따라 1차 연소용 공기와 연료의 혼합, 연소 후 생성된 일산화탄소, 이산화탄소, 수분 등의 연소가스와 잔류연료가 다시 2차 연소용 공기와 혼합되고 착화됨으로써, 완전연소에 가까워지며 연소효율을 향상시키게 된다. 상기 혼합챔버(130)에서 연료와 1차 연소용 공기의 혼합 및 2차공기노즐에서 2차 연소용 공기의 분사로 인해 화염이 발생하는 화염형성부(A)를 구성한다.

다음으로 상기 장치몸체(110)에는 공기 연소와 함께 고온 형성 또는 고속 승온이 요구되는 때에 작동되는 산소공급수단(200)이 설치된다. 기존에도 공기 연소와 함께 산소부하 연소를 수행하는 버너장치가 다수 존재하지만, 주로 연료와 공기가 혼합되어 화염이 일어나는 연소의 중앙부에 분사되어 승온을 유도하였다. 이러한 방식은 연료와 산소의 빠른 혼합으로 인한 급격한 연소로 NOx 발생율이 높아지며 승온은 되었으나, 결과적으로 연소효율은 떨어지는 문제가 있다.

본 발명의 실시예에서는 기존의 문제점을 해결하기 위해 화염의 주변부에 산소를 분사함으로써, 산소와 연료가 보다 천천히 혼합, 착화되도록 하여 NOx 발생을 저감토록 구성된다.

구체적으로 상기 장치몸체(110)내에서 2차공기노즐(123))의 외경부를 따라 산소투입구(210)를 통해 유입되는 산소를 분사하는 산소공급관(220)이 배치된다. 여기서 상기 산소투입구(210)에 산소를 공급하는 것은 도시되지 않았으나, 별도의 산소탱크와 팬, 블러워 등이 연계되어 구현될 수 있다. 도3b 에는 상,하부에 두 개의 산소공급관(220)이 구비되어 있는 것을 볼 수 있다. 이는 화염의 위, 아래에서 균일하게 산소를 분사하고 연료와 혼합되어 연소되도록 하기 위함이다. 다만, 상기 산소공급관(220)의 개수는 이에 한정되지 않으며, 일정한 간격으로 배치되는 복수 개로 구성될 수 있다. 또한 상기 산소공급관(220)은 원형, 슬롯형, 사각형 등의 다각형으로 구성될 수 있다.

여기서, 상기 산소공급관(220)의 전단에는 캡(230)이 부착되어 있다. 이는 산소를 연소부에 분사할 때 분사방향을 조절하기 위해 다양한 경사각을 가진 캡(230)이 선택될 수 있다. 도3a 의 확대된 도면을 참고하면, 본 발명의 실시예에서는 상기 산소투입구(210)를 통해 유입되는 산소가 상기 캡(230)의 상부에 형성된 경사면을 따라 화염의 주변방향으로 분사되도록 가공되어져 있다.

상기 다양한 경사각이 형성된 캡(230)을 교체함에 따라, 산소와 연료가 혼합되는 속도를 조절할 수 있다. 즉 경사면이 완만하다면 산소는 화염의 주변에 평행하게 분사될 것이므로 그만큼 혼합되는 속도는 감소될 것이며, 상기 캡(230)의 상부에 형성된 경사면이 급격하다면 그만큼 화염방향을 향하게 되므로 연료와의 혼합이 보다 더 빠르게 될 수 있도록 조절할 수 있을 것이다.

다음으로, 상기 공기투입구(120)와 산소투입구(210)에는 유량을 조절할 수 있는 밸브 등의 공급량조절기(310,320)가 형성되어 있다. 이는 공기연소 중 산소부하 연소가 필요한 경우에 현재온도와 승온시 도달온도의 온도차에 따라 필요한 공기 또는 산소비율을 결정하고, 그 결정에 의해 공기 또는 산소량을 조절하기 위해 구성되었다.

여기서, 본 발명인 버너장치(100)를 제어하기 위해 장치제어부(300)가 추가적으로 존재할 수 있으며, 상기 장치제어부에는 공급량조절부가 있어 상기 제어밸브(310,320)를 제어할 수 있다.

그리고 연소부의 일측면에는 온도측정센서(330)가 존재하여 연소부의 현재온도를 측정한다. 장치제어부(300)에는 상기 온도측정센서(330)에서 측정한 연소부의 현재온도와 승온시 도달온도를 차이를 판단하는 온도차판단부를 구비하고 있다. 상기 온도차판단부에서 분석한 온도차를 기준으로 상기 장치제어부(300)에서는 필요한 공기 또는 산소비율을 결정하고 상기 제어밸브(310,320)를 제어하게 된다.

본 발명의 실시예의 구성은 위와 같으며, 이하에서는 위와 같은 구성을 가진 본 발명의 실시예의 작동상태 및 본 발명을 이용한 연소방법을 설명한다.

도4 는 본 발명의 작동상태 및 산소부하 연소를 도시한 도면이다.

도4 를 참고하면, 우선 상기 연료투입구(140)를 통해 연료가 공급되고, 공급된 연료는 상기 장치몸체(110)의 중앙부에 형성된 연료노즐(141)을 통해 분사된다. 그리고 상기 장치몸체(110)의 상부에 형성된 공기투입구(120)를 통해 유입된 공기가 상기 댐퍼(121)에 의해 1차 연소용 공기와 2차 연소용 공기로 분리되며, 이 중 1차 연소용 공기가 1차공기공급관(122)을 따라 상기 연료노즐(141)의 전단부와 만나게 되고, 연료와 1차 연소용 공기는 혼합되게 된다.

이 때 상기 1차공기공급관(122)의 유로상에는 선회기(124)가 설치되어 있어, 상기 선회기(124)를 통과하는 1차 연소용 공기는 회전력을 부여받게 되어 연료와의 혼합이 보다 더 수월하게 진행된다.

여기서, 1차 연소용 공기는 상기 공기투입구(120)에 위치하는 댐퍼(121)에 의해 공급량이 조절되는데, 본 발명의 실시예가 적용되는 다단연소에서는 연료의 완전연소에 대한 이론공기량 대비 공연비를 낮추어 연료과잉상태에서 연소가 진행될 수 있도록 댐퍼(121)를 조절하게 된다.

이제 착화를 하고 혼합챔버(130)의 선단에서 연소를 시작하면, 연료과잉상태에서 진행됨에 따라 일산화탄소, 이산화탄소, 수분 등으로 구성된 연소가스와 잔류연료가 발생되게 된다.

이 때 상기 댐퍼(121)에 의해 분리된 2차 연소용 공기가 상기 혼합챔버(130)의 외곽부를 따라 형성된 2차공기노즐(123)을 통해 분사됨으로써, 상기 연소가스 및 잔류연료와 혼합되어 연소가 진행되고 완전연소에 가까운 결과를 발생시켜 연소효율을 향상시키게 된다.

공기 연소를 진행하는 과정 중에 연소시키는 소재의 성질에 따라 연소부의 고온 형성 또는 고속 승온이 필요한 경우가 발생하는데, 이 때 산소를 공급하여 승온을 유도하게 된다.

이 경우 먼저 상기 장치몸체(110)와 연계되어 있는 장치제어부(300)에서 연소실의 현재온도와 승온시 도달온도의 차이를 판단하게 된다. 구체적으로 상기 혼합챔버(130)의 선단의 연소부에서 일정한 간격을 두고 배치되어 있는 온도측정센서(330)에서 연소부의 현재온도를 측정하고 이를 상기 장치제어부(300)에 송출한다. 여기서 온도측정센서(330)는 고온에서도 견딜 수 있는 재질로 구성될 것이며, 주로 고로나 연소로에 쓰이는 열전도를 이용하는 온도측정 프로브 등이 사용될 수 있다.

상기 장치제어부(300)의 온도차판단부는 상기 온도측정센서(330)에서 송출한 연소로의 현재온도와 승온시 도달온도의 차이를 판단하고, 그에 따른 값을 상기 장치제어부(300)의 공급량조절부로 송출한다.

상기 공급량조절부는 상기 온도차판단부로부터 받은 온도차값을 통해 온도차에 따라 승온되는 만큼 필요한 공기 또는 산소공급비율을 결정하게 된다. 여기서, 공기 또는 산소공급비율은 온도차에 따라 작업자에 의해 기 입력되어 있는 값이 사용될 수 있다.

그리고, 산소부하 연소시 총산소량 대비 공기량은 20~70%, 산소량은 80~30%사이에서 결정될 수 있다.

여기서 산소량의 비율은 화염온도 상승을 통한 열전달 향상 효과를 기대할 수 있는 비율로서, 만약 순산소비율이 30% 이하인 경우에는 화염온도 상승량이 적어 열전달 향상 폭이 작아지게 됨으로서, 원하는 도달온도까지 화염온도를 상승시키지 못할 수 있다.

그리고 순산소비율이 80% 이상인 경우 최초 연료와 혼합되는 공기의 비율이 상대적으로 적어지게 되므로 화염에 힘이 없게 되어 흔들리고, 화염이 쉽게 부상되면서 열전달에 부정적인 영향을 유발하게 된다. 즉 화염안정성을 해칠 수준이 되지 않는 범위내에서 순산소비율은 결정되어야 한다.

공기의 비율은 상기 검토한 바와 같이 20% 이상은 유지되어야 화염안정성을 유지할 수 있다. 그리고 공기의 비율이 70% 이하를 유지하는 것은 산소를 분사하여 승온효과를 유지할 수 있는 최소 산소비율 30%에 대응하는 값이다.

상기 공급량조절부는 상기 비율에 따라 소재를 연소시키는데 필요한 도달온도에 따라 공기 또는 산소비율을 결정하고,그에 따라 상기 제어밸브(310,330)를 제어하여 공기와 산소공급량을 조절하게 된다.

도4 를 참고하면, 상기 장치제어부(300)의 공급량조절부에서 공기 및 산소공급량을 결정하게 되면, 상기 제어밸브(310,320)를 제어하여 투입되는 공기 또는 산소량을 조절하게 된다.

여기서, 승온시에는 공기의 비율이 감소되게 되고 산소의 비율이 증가하게 된다. 만약 공기공급량을 유지한 채 산소공급량을 증가시키게 되면 과잉공기로 인해 오히려 연소효율이 저하될 수 있으며, 공기 중의 포함된 질소와 추가적으로 공급된 산소로 인해 NOx 가 발생되어 오히려 NOx 저감의 역효과가 발생될 수 있다. 따라서 산소공급량을 증가시키는 경우에는 공기공급량을 감소시키는 것이 바람직하다.

다만, 본 발명의 취지상 위와 같은 공기와 산소비율을 조절하는 제어단계를 거치지만, 공기공급량이 고정된 채 산소공급량을 늘리는 버너장치에도 적용될 수 있음은 물론이다.

다시 도4 를 참고하면, 상기 장치제어부(300)에 의해 현재온도에서 도달온도까지 변화하는데 필요한 공기와 산소비율이 결정되고 조절되어 상기 산소공급관(220)을 통해 산소가 공급되는 모습을 볼 수 있다.

산소는 상기 산소공급관(220)의 전단에 장착된 상기 캡(230)에 형성된 상부 경사면을 따라 화염의 주변부로 분사된다. 여기서 작업자는 다양한 각도의 경사면이 형성된 캡(230)을 사용하여 분사각도를 조절할 수 있다.

산소의 분사에 따라 처음 공기연소시의 화염(F1)이 산소부하 연소시의 화염(F2)까지 확대된 모습을 볼 수 있다. 화염의 크기 증대가 반드시 화염온도의 상승을 의미하는 것은 아니지만, 개념상으로 화염의 크기 증대를 통해 화염온도가 상승하였음을 표시하였다.

여기서, 산소는 화염의 주변부로 분사됨으로써, 연료와 천천히 혼합됨으로써, 급격히 혼합됨에 따라 발생할 수 있는 NOx 발생을 저감시키는 효과가 발생되게 된다.

상기와 같은 본 발명의 버너장치(100)는 산소랜싱장치 등으로 단독으로 운용될 수 있으며, 도5 에 도시된 바와 같이 연소로 등에 장착되어 운용될 수 있다.

도5 는 연소로 장착시에 확장된 산소공급관(220)을 통해 산소가 공급되어 화염길이가 증대된 모습을 나타낸 도면이다.

도5 를 참고하면, 본 발명의 버너장치(100)가 연소로의 측면에 장착되어 운용되고 있다. 다만 실시예에 따라서는 연소로의 상,하부 등 다른 부분에 장착되어 운용될 수도 있다.

로 장착시에는 연소로와 연계되어 상기 장치제어부(300)가 운용될 수 있다. 즉 연소로의 일측에 온도측정 프로브 등의 온도측정센서(330)를 장착하여 연소로의 현재온도를 측정하여 승온시 필요한 온도와의 차이를 판단하게 될 것이다.

이 때 상기 산소공급관(220)은 로벽체에서 돌출되어 제공될 수 있다. 물론 도3 에 도시된 확대도와 같이 상기 캡(230)을 그대로 사용할 수도 있다.

여기서, 로장착시 혹은 별도로 운용되는 경우에 상기 산소공급관(220)의 길이를 확대하게 되면 화염길이를 증대시킬 수 있어 소재의 연소를 보다 강화할 수 있다.

도5 에 도시된 바와 같이, 처음 공기연소시 Fa 였던 화염이 확대된 산소공급관(220)에 분사되는 산소로 인해 Fb 의 화염으로 변화하여 화염길이가 확대된 모습을 볼 수 있으며 화염길이가 확대되는 모습은 화살표로 표시하였다.

상기 산소공급관(220)의 길이는 연소로내의 소재, 기타 물체 등과의 접촉으로 인한 손상 등을 고려할 때, 30cm 이내의 길이로 선택될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 버너장치(100)는 위와 같은 구성을 통해 산소부하 연소시 산소와 연료의 빠른 혼합으로 인해 급격히 NOx가 발생하는 것을 억제할 수 있어 궁극적으로 연소효율을 향상시키는 효과를 기대할 수 있다.

이상의 사항은 버너장치 및 연소방법에 관한 특정한 실시예를 나타낸 것에 불과하다.

따라서 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양한 형태로 치환, 변형될 수 있음을 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 파악할 수 있다는 점을 밝혀 두고자 한다.

110...장치몸체 111...플랜지
120...공기투입구 121...댐퍼
130...혼합챔버 140...연료투입구
200...산소공급수단 210...산소투입구
220...산소공급관 230...캡
300...장치제어부 310,320...제어밸브
330...온도측정센서 400...연소로

Claims (7)

1. 화염(F)을 발생토록 제공된 장치몸체(110); 및
   상기 장치몸체(110)에 설치되고, 승온시 화염 주변으로 산소를 공급하여 화염과 산소의 급격한 혼합을 방지함으로써 NOx 발생을 저감토록 하는 산소공급수단(200);이 제공되되,
   상기 산소공급수단(200)은 적어도 산소투입구(210)를 통해 유입되는 산소를 화염 주변에 공급토록 상기 장치몸체(110)내의 화염형성부(A) 외연에 원주방향으로 하나 이상 설치되는 산소공급관(220)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 버너장치
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 산소공급수단(200)의 산소공급관(220)은 화염길이를 확장시켜 연소효율을 증대토록 상기 장치몸체(110)에서 돌출되어 제공되는 신장부(240)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 버너장치
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 산소공급수단(200)은 상기 산소공급관(220)에 장착되고 산소분사 방향 또는 유속을 조절토록 구성된 캡(230)을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 버너장치
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 화염형성부(A)는,
   중앙부에 형성된 연료노즐(141)을 통해 분사되는 연료와 1차공기공급관(122)을 통해 유입되는 1차 연소용 공기가 혼합, 연소되는 혼합챔버(130); 및
   상기 혼합챔버(130)의 외곽에 형성되어 연소효율을 증대토록 2차 연소용 공기를 공급하는 2차공기노즐(123);
   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 버너장치
   
5. 제1항에 있어서,
   승온시에 공기 또는 산소공급량을 제어토록 하는 장치제어부(300)를 포함하되, 상기 장치몸체(110)의 공기 또는 산소투입구(120,210)에 장착되고 상기 장치제어부(300)와 연계된 제어밸브(310,320)를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 버너장치
   
6. 연료와 공기를 매개로 버너에서 화염을 발생시키되,
   승온시에는 산소를 상기 화염의 외곽에 공급하여 NOx 발생을 저감토록 구성된 연소방법
   
7. 제6항에 있어서,
   승온시에는 현재 화염온도와 승온시의 도달 화염온도간의 차이를 판단하는 단계;
   판단된 온도차에 따라 필요한 공기 또는 산소비율을 결정하는 단계; 및
   결정된 비율에 따라 공기 또는 산소량을 조절하는 단계;
   를 더 포함하여 구성된 연소방법

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