KR20140046185A - 고온 발열체를 이용한 버너 완전 연소장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고온 발열체를 이용한 버너 완전 연소장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 고온 발열체를 이용한 버너 완전 연소장치는, 공기를 공급하는 공기공급라인(10), 유화연료를 공급하는 연료공급라인(20), 연료분사노즐(31)을 구비하여 유입 공기와 유화연료를 혼합하여 연소시키는 연소용 버너(30)와, 연소실(41)를 갖춘 보일러(1)에 있어서, 상기 연료분사노즐(31)이 배치된 버너(30) 상에서 연료분사노즐(31)을 중심에 두고 보일러(1)의 연소실(41)로 유입 공기를 확산 공급하는 다수의 공기 확산부(52)를 갖춘 원판형의 디퓨져(51)가 지지대(53)에 의해 고정 배치되고, 상기 연료분사노즐(31)을 중심에 두고 디퓨져(51)에 관통되게 돌출 배치되어 보일러(1)의 연소실(41) 내에 수평하게 배치되는 전열을 이용하여 1800℃의 초고온을 발열하는 고온 발열체(50)가 구비되며, 유화연료를 점화시키기 위한 점화수단인 점화플러그가 제거된 상태에서 고온 발열체(50)가 점화수단으로 사용되는 것을 특징으로 한다.

Description

고온 발열체를 이용한 버너 완전 연소장치{Complete combustion apparatus of a burner using high-temperatureceramic heater}

본 발명은 고온 발열체를 이용한 버너 완전 연소장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유화연료를 사용하는 모든 버너설비의 불완전 연소로 인해 배출되는 유해가스의 저감과 연료에 포함된 수분을 열 분해 반응을 유도하여 연료 절감의 효과를 얻을 수 있는 고온 발열체를 이용한 버너 완전 연소장치에 관한 것이다.

일반적으로 화석연료를 태우는 연소실은 연료를 연소시키기 위해서 1차 공기, 2차 공기를 불어넣어 주게 되어 있고, 또 연소과정에서 발생되는 연소가스가 굴뚝으로 배출되는 구성으로 이루어져 있다.

그런데, 벙커-C유를 원료로 사용하는 경우 완전연소가 어렵기 때문에 불완전 연소 상태로 굴뚝으로 사라지고 있는 것이 사실이다.

이처럼, 산업 현장에서 많이 쓰이는 벙커-C유는 날로 심각해지는 환경공해로 인하여 그 사용을 규제하고 있으며, 기름보다는 공해가 적은 가스연료를 권유하고 있으나, 가스연료는 가격이 비싸기 때문에 사용을 꺼리고 있는 실정이다.

특히, 산업 현장에서 사용되는 보일러는 대용량이기 때문에 연료비용이 많이 발생할 수밖에 없고 이로 인한 원가상승으로 경쟁력이 떨어지고 있다.

예를 들어, 제지공장이나 화학공장에 설치된 20T/h, 50T/h급 중형보일러, 또는 발전소 등에 설치된 100T/h, 150T/h급 대형 보일러는 벙커-C유 등의 값싼 연료를 사용하고 있다.

이런 중대형 보일러의 버너건을 보면 대체로 버너건의 센터라인 상의 중심에 스팀공급관이 형성되고 스팀공급관의 외주연에 연료유공급관이 형성되며 버너건 선단에 아토마이져를 구성하여 스팀과 연료유가 혼합되도록 한 후 아토마이져 전면에 형성한 일정개수의 분사노즐에서 분사되도록 구성되어 있다.

그리고, 산업용 보일러의 경우 지금까지는 연소실에서 불완전 연소로 발생하는 공해물질을 잡기 위하여 연소실 후단에 집진설비 등 공해방지 수단을 강구해왔다. 그러나 환경규제가 강화되자 그렇게 후 처리하는 방식으로는 더 이상 해결이 되지 않아 기술적 한계에 다다르고 말았다.

특히, 산업체에서는 전술한 바와 같이 불완전 연소로 인하여 발생되는 매연이나 분진을 제거하기 위하여 집진기를 사용하여 이를 매연이나 분진을 포집하고 있는바, 이에 사용되는 집진기로서는 싸이크론, 멀티싸이크론, 백필터, 전기 집진기, 세정 집진기 등을 사용해야만 환경기준치에 겨우 도달되기 때문에 이를 설치 이용하고 있는 실정인 것이다.

그러나, 이와 같은 장치는 엄청난 규모의 시설을 해야 하고 또한 이에 따른 경제적 과부담이 수반된 관계로 여러 가지 문제점이 있었던 것이다.

또한, 벙커-C유는 환경문제를 고려하여 6대 도시에서는 사용하지 못하도록 강력하게 규제하고 있으며, 더욱이 원유정제 과정에서 벙커-C유와 같은 잔유 탄소 중유도 생성될 수밖에 없는 것이므로 이것을 아무런 대책 없이 버릴 수도 없다고 하는 문제점이 지적되고 있는 것이다.

특히, 벙커-C유 또는 등유와 같은 탄화수소계 화합물인 액체연료를 이용하는 산업용 보일러 등에서는 액체연료만을 버너 내부로 분사하거나, 액체연료를 기화시켜 버너 내부로 분사하거나, 기체연료만을 버너 내부로 분사하거나 또는 액체연료와 공기를 혼합시켜 버너 내부로 분사하여 연소가 이루어지도록 하였다.

이러한 종래 버너의 경우에 불완전 연소가 가장 큰 결함으로서 환경오염의 원인이 되는 것이다. 즉, 처음 연소를 시키는 경우에 불완전 연소에 의하여 그을음 등 다량의 오염물질이 대기로 방출이 되어 대기환경에 매우 큰 영향을 주게 되며, 온도를 높이거나 낮추는 경우에도 불완전 연소가 발생하게 되므로 이로 인한 배기가스는 환경을 심각하게 오염시키는 요인이 되었다.

또한, 액체연료와 공기를 혼합하여 버너 내부로 분사하는 경우에는 혼입되는 공기 중에 연소에 불필요한 질소, 아르곤, 이산화탄소 및 먼지 등이 섞여 들어가게 되므로 연소효율이 낮아짐과 더불어 불완전연소가 이루어지게 되어 대기오염을 배가시키는 원인이 되기도 하는 문제점이 있어왔다.

이러한 문제점들을 개선하기 위하여 보다 정제된 연료를 사용하도록 하거나, 연료를 공급할 때 압축상태나 액화공기와 같은 상태로 공급하거나, 혼입되는 공기를 정화하여 흡입되도록 하는 등 연소효율을 높이고 완전연소가 이루어지도록 하여 오염물질이 적게 배출되게 하거나, 배출되는 배기가스를 정화시키기 위한 많은 연구가 이루어져 왔으나, 그 효능이 크게 증대하지 않아 실효성이 없었다.

한편, 최근 석유 대체연료로써, 유화연료(Emulsified fuel oil)가 각광을 받고 있다.

상기 유화연료란 액체 연료 중에 연료와 섞이지 않는 물질을 미립자 상태로 균일하게 분산시킨 연료를 말하는데, 중유 등에 물과 유화제를 일정 비율로 혼합하여 제조된다.

이러한 유화연료는 연소시 분산 함유된 물의 순간적인 증발 및 팽창에 의해 중유 등의 연료가 미립화되어 완전 연소를 촉진하므로 분진, 일산화탄소 등의 발생이 줄고, 낮은 공기비 및 연소 가스 온도로 질소 산화물의 생성이 억제되는 것으로 알려져 있다.

이처럼, 유화연료는 연소효율을 높일 수 있어 에너지절감 면에서 효과적이고, 대기오염물질 발생을 억제할 수 있어 환경면에서 유용한 것으로 알려져 있다.

이와 같이 유화연료가 에너지절감 및 환경적 측면에서 유익한 것으로 알려짐에 따라 환경부는 대기오염방지시설(연소보조장치 : 유화 등에 의한 방법으로 연료의 연소를 촉진 또는 보조하여 대기오염물질의 배출을 감소 또는 억제하는 장치)의 성능기준 및 검사법(환경부고시 제2001-35호)을 고시, 그 사용을 적극 권장하고 있다.

그런데, 유화연료를 제조하는 과정에서 가장 중요한 것은 중유 등과 같은 연료가 물과 유수분리되지 않도록 혼합시키는 것인데, 지금까지 제안되고 있는 대부분의 기술은 연료와 물을 함께 고속으로 회전시켜 혼합하면서 혼합의 균일도를 증진시키기 위하여 초음파 에너지를 부가적으로 이용하는 방식이 주를 이루고 있다.

이러한 기술 방식의 예로서 일본특개평 제1999-171914호, 미국등록특허 제6589301호, 대한민국 공개특허 제2009-0037698호, 대한민국 공개실용 제2008-0001143호 등이 있다.

이와 같이 제조된 유화연료를 연소시키는 종래의 유화연료 연소시스템에 대해 살펴보면 다음과 같다.

유화연료 연소시스템은 여러 타입이 있으나, 보통 액체연료탱크, 물탱크, 액체연료와 물을 각각 공급받아 유화연료를 제조하는 연소보조장치, 유화연료가 보관되는 저장탱크 및 유화연료를 공급받아 연소시키는 보일러로 구성되고, 연소보조장치는 유화 챔버가 형성된 케이싱 및 유화 챔버에서 액체연료와 물을 휘젓는 방식으로 혼합하여 유화시키는 임펠러로 구성된다.

그러므로, 임펠러를 작동시키고 액체연료탱크의 액체연료와 물탱크의 물을 케이싱으로 수송하면, 액체연료와 물은 유화 챔버를 통과하는 과정에서 임펠러의 작용으로 유화되어 유화연료가 되고, 이후 저장탱크에 보관되었다가 보일러로 공급되어 연소가 된다.

그러나, 설명한 바와 같은 종래 기술은 다음과 같은 문제점이 있었다.

유화연료는 제조 환경 등 제조할 당시의 조건에 따라 액체연료에 대한 물의 첨가비율 등 그 유화상태가 전부 다를 수밖에 없고, 따라서 보일러에서의 연소상태도 전부 다르게 나타날 수밖에 없다.

이때 연소상태가 최적화되도록 가장 보편적으로 취하는 조치로는 연소상태가 불량할 때 유화연료가 공기와 접촉할 수 있는 기회가 많아지도록 공기 공급량을 증대시키는 방법이 있다.

하지만 이러한 조치가 연소상태를 양호하게 하는 것에서는 어느 정도 효과를 거둘 수 있겠으나, 그 효과의 정도가 기대치를 충족할만한 수준이 아닌 데다 그 방법 자체도 근본적인 대책이 될 수는 없었다.

또한, 유화연료를 제조할 때 액체연료와 물을 단순히 임펠러에 의존, 휘저음으로써 혼합하는 방식에 의하여 유화시키기 때문에 유화연료가 제조되기까지 상당한 시간이 소요되었고, 이 때문에 유화연료 제조작업을 연속하여 진행할 수가 없었으며, 아울러 유화연료를 보일러로 즉각적으로 공급할 수가 없었다.

특히, 종래 제조된 유화연료의 유화상태가 매우 불안정하여 유화상태를 안정시키기 위한 유화제(계면활성제 따위)의 사용이 요구되었다.

따라서, 종래 유화제가 일정 비율로 혼합되어 있는 유화연료를 사용하는 기존의 산업용 보일러의 경우, 열효율이 떨어질 뿐만 아니라 완전 연소가 이루어지지 않아 전술한 바와 같은 불완전 연소에 따른 환경 문제가 완전히 개선되지 못하고 있는 실정이었다.

이에 최근 이러한 유화연료의 불완전 연소를 해결하기 위한 방안 및 연소장치에서의 불완전 연소 문제를 해결하기 위한 다양한 방안이 연구되어 개시되고 있는 실정이다.

예를 들어, 종래의 불완전 연소 문제를 해결하기 위한 방안의 연소장치로서, 대한민국 등록특허 제095963호(1995.09.20. 공고)에는 "저질 폐유의 완전연소장치"가 개시되어 있고, 대한민국 등록특허 제0827018호(2008.05.02. 공고)에는 "증기를 이용한 연료연소장치"가 개시되어 있으며, 대한민국 등록특허 제0397585호(2003.09.13. 공고)에는 "연소촉진용 브라운가스 버너"가 개시되어 있고, 대한민국 등록특허 제0836835호(2008.06.12. 공고)에는 "유화연료 연소시스템"이 개시되어 있으며, 대한민국 등록특허 제1042799호(2011.06.20. 공고)에는 "브라운가스 슈팅 버너건을 이용한 연소촉진시스템"이 개시되어 있다.

이 중에서 등록특허 제095963호에서는 수증기를 발생시키는 증기발생관과 물을 저장하게 되는 물탱크 사이에 펌프가 구비되며, 이 펌프의 구동에 의해 물이 증기발생관으로 공급된다. 따라서, 장치를 운전하기 위해서는 펌프를 구동하기 위한 전기를 필요로 하며 관리 및 운전이 불편한 문제점이 있다.

또한, 증기발생관에서 발생된 증기는 모두 노즐에서 연료와 함께 분사되는 구조이며, 따라서 갑자기 증기발생관에서 과다한 증기가 발생된 경우에 이 증기가 모두 노즐로 유입되므로 노즐에 비정상적으로 높은 압력이 발생하여 안전상에 문제가될 수 있으며, 정상적인 운전이 이루어지지 못하는 문제점이 있었다.

또한, 등록특허 제0827018호에는 예열장치, 수증기를 발생시키는 증기발생관, 물탱크 연료탱크 등과 같은 각 구성들이 초기 시동 후에 안정적인 운전이 이루어지기까지 지속적으로 작업자의 관리 하에 운전이 이루어져야만 하므로, 운전 및 관리가 불편하고 정비성이 떨어지는 문제점이 있었다.

이처럼, 종래 유화연료의 불완전 연소를 해소하기 위한 개시된 기술들은 그 나름의 장점을 가지고 있으나, 기대만큼의 연료 절감 효과를 달성하는 데 미흡하다는 문제점이 노출되고 있고, 이외에도 종래에 연료의 미분화(未分化)와 활성화(活性化)를 통해 완전연소를 유도하고 화력을 보강하기 위한 다양한 연구들이 활발히 진행되고 있으나, 각 기술들을 구현하는 데 있어서 부가되는 문제점들이 노출되고 있었다.

1. 대한민국 등록특허 제095963호(1995.09.20. 공고, 명칭: 저질 폐유의 완전연소장치) 2. 대한민국 등록특허 제0827018호(2008.05.02. 공고, 명칭: 증기를 이용한 연료연소장치) 3. 대한민국 등록특허 제0397585호(2003.09.13. 공고, 명칭: 연소촉진용 브라운가스 버너) 4. 대한민국 등록특허 제0836835호(2008.06.12. 공고, 명칭: 유화연료 연소시스템) 5. 대한민국 등록특허 제1042799호(2011.06.20. 공고, 명칭: 브라운가스 슈팅 버너건을 이용한 연소촉진시스템)

이에 본 발명은 유화연료를 사용하는 모든 버너설비의 불완전 연소로 인해 배출되는 유해가스의 저감을 해소하고자 연구 개발된 것으로써, 본 발명의 목적은 산업용 보일러의 버너 부위에 연소를 위한 점화플러그를 구비할 필요없이 고온 발열체의 예열로 점화온도가 상대적으로 높은 유화연료를 용이하게 점화시킴으로써, 고온 발열체로 인해 이미 고온으로 형성된 중심부로 화염을 통과시키게 하여 완전연소가 어려운 질소 산화물, 다이옥신과 같은 환경오염 물질을 완전 연소시킴에 따라 유화연료를 사용하는 모든 버너설비의 불완전 연소로 인해 배출되는 유해가스의 저감과 연료에 포함된 수분을 열 분해 반응을 유도하여 연료 절감의 효과를 얻을 수 있는 고온 발열체를 이용한 버너 완전 연소장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 공기를 공급하는 공기공급라인, 유화연료를 공급하는 연료공급라인, 연료분사노즐을 구비하여 유입 공기와 유화연료를 혼합하여 연소시키는 연소용 버너와, 연소실를 갖춘 보일러에 있어서, 상기 연료분사노즐이 배치된 버너 상에서 연료분사노즐을 중심에 두고 보일러의 연소실로 유입 공기를 확산 공급하는 다수의 공기 확산부를 갖춘 원판형의 디퓨져가 지지대에 의해 고정 배치되고, 상기 연료분사노즐을 중심에 두고 디퓨져에 관통되게 돌출 배치되어 보일러의 연소실 내에 수평하게 배치되는 전열에 의해 1800℃의 초고온을 발열하는 고온 발열체가 구비되며, 유화연료를 점화시키기 위한 점화수단인 점화플러그가 제거된 상태에서 고온 발열체가 점화수단으로 사용되는 것을 특징으로 하는 고온 발열체를 이용한 버너 완전 연소장치를 제공함에 있다.

여기서, 상기 고온 발열체는 규화 몰리브덴(MoSi₂) 소재로 이루어진 U자형 봉 형상을 갖는 전열 히터인 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 고온 발열체를 이용한 버너 완전 연소장치를 제공함으로써, 유화연료를 사용하는 모든 버너설비의 불완전 연소로 인해 배출되는 유해가스의 저감과 연료에 포함된 수분을 열 분해 반응을 유도하여 연료 절감의 효과를 얻을 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 고온 발열체를 이용한 버너의 경우에는 종래와 같은 점화플러그가 필요 없으며, 고온 발열체의 예열에 의해서 연소실로 분사되는 유화연료가 점화될 수 있고, 유화연료가 완전 연소가 일어나면서 유화연료에 포함된 다이옥신 등 환경오염 물질이 자연스럽게 연소됨에 따라 환경오염 물질이 배기가스로 배출되지 않게 되는 장점을 갖는다. 즉, 본 발명이 적용된 보일러를 사용할 경우에는 별도의 집진 장치를 갖추지 않아도 되기 때문에 집진설비 구축에 필요한 경제적인 부담을 크게 줄일 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 고온 발열체를 이용한 버너 완전 연소장치에 적용되는 공기 및 연료 공급 과정을 보여주는 개략적인 연소시스템을 보여주는 개념도.
도 2는 본 발명에 따른 고온 발열체를 이용한 버너 완전 연소장치가 적용되는 통상적인 산업용 보일러를 보여주는 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 고온 발열체를 이용한 버너 완전 연소장치가 보일러의 버너에 장착된 상태를 개략적으로 보여주는 예시도.
도 4는 본 발명에 따른 버너에 장착되는 고온 발열체의 구성을 보여주는 사시도.

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고온 발열체를 이용한 버너 완전 연소장치에 대해서 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

이때, 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명하기 위해 첨부된 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의성을 위해 과장되거나 생략될 수 있으며, 도면에 병기된 도면부호에 따라 부여되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다.

본 발명에 따른 고온 발열체(50)를 이용한 버너 완전 연소장치는 유화연료를 사용하는 산업용 보일러에 적용 가능한 기술로써, 기존의 산업용 보일러에서는 유화연료 연소에 필요한 착화를 위해서 버너(30) 내부에 별도의 점화플러그를 갖추고 있는 데 비해서, 본 발명의 고온 발열체(50)를 이용한 버너(30)의 경우에는 점화플러그가 필요 없으며, 고온 발열체(50)의 예열에 의해서 연소실(41)로 분사되는 유화연료가 점화될 수 있도록 하는 데 그 특징이 있다.

즉, 본 발명에 따른 고온 발열체(50)가 점화플러그의 기능을 수행함과 동시에 유화연료를 완전 연소시키는 데 필요한 고온 열을 제공하는 데 그 특징을 두고 있다.

여기서, 본 발명에 따른 고온 발열체를 이용한 버너 완전 연소장치를 설명함에 앞서서 본 발명의 고온 발열체(50)가 적용되는 통상적인 연소시스템에 개략적으로 살펴보면 다음과 같다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명은 통상적인 유화연료를 연소할 수 있는 연소시스템에 적용되는 것으로써, 공기압축기로부터 압축공기를 공급하는 공기공급라인(10)과, 유화연료를 공급하는 연료공급라인(20)과, 유입 공기와 유화연료를 혼합하여 연소시키는 연소용 버너(30)를 갖추고 있다.

이때, 공기공급라인(10)에는 통상적으로 압축공기를 공급하기 위한 이젝터(11)와, 압축공기의 공급을 제어하는 솔레노이드밸브(12) 및 압력스위치(13)를 갖추고 있다.

이와 같은 공기공급라인(10)과 연료공급라인(20)으로 구성된 연소시스템을 갖추고 유화연료를 사용하는 통상적인 보일러의 일 실시예가 도 2에 도시되어 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 통상의 보일러(1)는 본체(40) 내부 하측에 버너(30)를 구비하는 연소실(41)을 형성하고, 상기 버너(30)의 화염(A)에 의해 연소실(41)을 가열하고, 상기 가열된 배기가스가 난방수 및 온수 저장공간인 열교환기(42)를 통과하면서 난방수를 데운 다음, 본체(40)의 일측에 형성된 배기구(43)로 빠져나가는 구조를 갖는다.

이와 같은 일반적인 구조는 산업용 보일러에도 적용되며, 산업용 보일러의 경우 그 크기가 가정용에 비해 상당히 크며, 보일러에 사용되는 버너 또한 대형 버너를 사용한다.

여기서, 일반적으로 산업용 대형 버너는 가스나 공기를 폐(廢)가스의 열로 예열하는 경우가 많다. 이때 중유, 등유 등을 연소시키는 것을 오일버너라고 하며, 압축공기나 고압 수증기 등으로 기름을 안개처럼 내뿜는 일종의 분무기와 같은 역할을 한다.

이와 같이 통상적인 산업용 대형 버너 등에서는 버너를 통해 뿜어져 나오는 연료는 점화플러그(도시안됨)에 의해 착화되어 높은 온도의 화염을 생성하게 되며, 이와 같은 높은 온도의 화염은 보일러의 연소실(41)을 가열하게 된다.

그러나, 본 발명은 전술한 바와 같이 고온 발열체(50)를 점화수단으로 이용하면서 고온 발열체(50)의 예열에 의한 버너(30)에서 분사되는 유화연료가 완전 연소되도록 하는 데 그 특징을 두고 있는 것이다.

이를 위해 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명은 유화연료를 분사하는 연료분사노즐(31)을 중심으로 고온 발열체(50)가 장착되는 구조를 갖는다.

이때, 도면에 도시된 바와 같이, 상기 고온 발열체(50)는 "U" 자형 형상구조를 가지고, 버너(30)의 연료분사노즐(31)의 전방에 수평하게 배치되는바, 상기 버너(30)의 전면에 압축공기의 고른 확산을 위해 마련되는 디퓨져(51) 상에 관통 배치되는 구조를 갖는다.

상기 디퓨져(51)는 중심 부위에 연료분사노즐(31)이 배치될 수 있는 빈 공간이 마련된 원판형 구조를 가지고 있고, 이 원판형 디퓨져(51) 상에는 연소실(41)로 유입 공기를 확산시킬 수 있도록 원판면을 따라 다수의 절개 절곡된 슬릿 날개 형태의 다수의 공기 확산부(52)가 구비되어 있다.

즉, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명은 버너(30)의 연료분사노즐(31)이 배치된 몸체(32) 상에 120°간격으로 배치된 지지대(53)를 통해서 원형 구조의 디퓨져(51)가 장착 구비되고, 이 디퓨져(51)의 중심 부위에 연료분사노즐(31)이 보일러의 연소실(41) 내로 유화연료를 분사할 수 있도록 배치되며, 상기 연료분사노즐(31)을 중심으로 그 외측 방향에 연소실(41) 중심부위에 수평하게 놓이는 U자형 고온 발열체(50)가 장착되는 구조를 가지고 있다.

여기서, 본 발명에 따른 고온 발열체(50)가 버너(30)의 전면에 배치되는 디퓨져(51)의 중심부위에 수평하게 관통 배치되는 구조를 제외한 나머지 버너(30)에서 유화연료를 분사 공급하여 연소시키기 위한 연료분사노즐(31) 및 압축공기를 분사하는 방식과 같은 통상의 구성은 일반적인 보일러에서 흔히 찾아 볼 수 있는 구성과 동일하므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

다만, 본 발명에 따른 고온 발열체(50)는 규화 몰리브덴(MoSi₂) 소재로 이루어진 봉 형상의 발열체로 전열 히터의 일종이며, 표면온도가 1800℃ 수준에 이르는 초고온 발열체이다.

즉, 상기 규화 몰리브덴(MoSi₂)은 몰리브덴(Mo)과 규소(Si)의 몰비(mol ratio)가 1:2로 이루어진 화합물로, 높은 열전도도, 낮은 열팽창계수, 높은 융점(2,030℃) 및 내산화성이 우수하여 전기를 열원으로 하는 각종 전기로의 발열체의 재료로서 광범위하게 사용되고 있다.

특히, 규화 몰리브덴 히터는 적은 전력으로 발열효과를 극대화시킬 수 있는 고효율의 히터임으로, 본 발명에 따라 버너(30)의 전면에 배치되어 고온 발열체(50)에 전원이 공급되면, 적은 전력 사용을 통해서 고온 발열체(50)의 표면 온도가 1800℃ 수준으로 도달하게 되고, 이렇게 고온 발열체(50)의 초고온을 통해 연소실(41)이 예열되면서 여기에 점화온도가 상대적으로 높은 유화연료를 연료분사노즐(31)을 통해 분사하게 되면, 고온 발열체(50)의 초고온으로 인해 점화가 일어나 유화연료의 연소가 이루어지게 되는 것이다.

이때, 고온 발열체(50)로 인해 이미 고온으로 형성된 연소실(41) 중심부로 화염(A)을 통과시키게 되면, 연소실(41)로 분사되는 유화연료가 완전 연소가 일어나면서 유화연료에 포함된 다이옥신 등 환경오염 물질이 자연스럽게 연소됨에 따라 환경오염 물질이 배기가스로 배출되지 않게 된다.

즉, 본 발명이 적용된 보일러(1)를 사용할 경우에는 별도의 집진 장치를 갖추지 않아도 되기 때문에 집진설비 구축에 필요한 경제적인 부담을 크게 줄일 수 있는 장점이 있다.

이와 같이 본 발명에 따라 유화연료를 사용하는 보일러(1)에서 버너(30)의 전면에 디퓨져(51)와 고온 발열체(50)를 장착한 상태에서 유화연료 사용에 따른 연료 절감율을 살펴본 결과가 아래 표 1에 나타나 있다.

항 목	단위	종래 (벙커-C유)	본 발명(유화연료:벙커-C유+물30%)	절감율 비교
난방능력	㎉/H	250,000	250,000
연료소모량	ℓ/H	25	21 (30×0.7)	-16.56%
전력소모량	(KW/H)/￦	(4)/240	(8)/480	200%
운전비용 합계	원	25,240	21,480	-14.89%
운전비용 근거		연료:1000원/ℓ 전력: 60원/KW

표 1은 종래 벙커-C유를 사용하는 보일러에 대비하여 본 발명에 따라 유화연료를 사용하면서 고온 발열체를 적용했을 때의 연료 절감율 및 운전비용 절감율을 살펴본 실험 결과이다.

즉, 본 발명에 따른 고온 발열체(50)를 보일러(1)에 적용했을 때, 고온 발열체(50)를 작동시키기 위한 전력 사용량이 부분적으로 증대되지만, 전력 사용량에 비해서 연료소모량이 상대적으로 16.56% 정도 더 절감됨으로써, 경제적인 측면에서 운전비용 절감율이 대략 14.89% 더 절감되고 있음을 확인할 수 있었다.

특히, 본 발명에 따르면, 전술한 바와 같이 1800℃ 수준의 초고온을 갖는 고온 발열체(50)가 구비됨에 따라 버너(30)에 별도의 점화플러그와 같은 점화수단을 갖추지 않더라도 고온 발열체(50)에 의해 연소실(41)에 분사되는 유화연료를 착화시켜 연소시킬 수 있어 점화플러그에 의한 점화에 필요한 각종 제어 및 장비를 제거할 수 있어 버너(30)의 구조를 간소화할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

이상에서 살펴 본 바와 같이 본 발명에 따른 고온 발열체를 이용한 버너 완전 연소장치에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

1 : 보일러 10 : 공기공급라인
11 : 이젝터 12 : 솔레노이드밸브
13 : 압력스위치 20 : 연료공급라인
30 : 버너 31 : 연료분사노즐
32 : 몸체 40 : 본체
41 : 연소실 42 : 열교환기
43 : 배기구 50 : 고온 발열체
51 : 디퓨져 52 : 공기 확산부
53 : 지지대 A : 화염

Claims (2)

1. 공기를 공급하는 공기공급라인(10), 유화연료를 공급하는 연료공급라인(20), 연료분사노즐(31)을 구비하여 유입 공기와 유화연료를 혼합하여 연소시키는 연소용 버너(30)와, 연소실(41)를 갖춘 보일러(1)에 있어서,
   상기 연료분사노즐(31)이 배치된 버너(30) 상에서 연료분사노즐(31)을 중심에 두고 보일러(1)의 연소실(41)로 유입 공기를 확산 공급하는 다수의 공기 확산부(52)를 갖춘 원판형의 디퓨져(51)가 지지대(53)에 의해 고정 배치되고, 상기 연료분사노즐(31)을 중심에 두고 디퓨져(51)에 관통되게 돌출 배치되어 보일러(1)의 연소실(41) 내에 수평하게 배치되는 전열에 의해 1800℃의 초고온을 발열하는 고온 발열체(50)가 구비되며, 유화연료를 점화시키기 위한 점화수단인 점화플러그가 제거된 상태에서 고온 발열체(50)가 점화수단으로 사용되는 것을 특징으로 하는 고온 발열체를 이용한 버너 완전 연소장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 고온 발열체(50)는 규화 몰리브덴(MoSi₂) 소재로 이루어진 U자형 봉 형상을 갖는 전열 히터인 것을 특징으로 하는 고온 발열체를 이용한 버너 완전 연소장치.
   

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