KR20140087540A - 스래깅 방지수단이 구비된 연소실을 일체로 갖는 미분화한 석유코크스를 연소하는 보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 석유코크스 정제분말을 연소 연료로 사용하면서 연소실이 일체로 구비된 보일러가 일체로 구비되어진 미분화 연소 보일러의 연소실 구조개선에 관한 것으로, 연소실 내부에 튜브벽을 형성하여 연소가스의 온도를 직접적으로 조절을 통하여 고온의 연소가스 내부 에 기화된 회분의 량을 효과적으로 줄임으로써 증발관의 출구인 스크린 튜브에서 기화된 회분이 고착되는 현상을 대폭 줄이며, 또한 이로인한 막힘이 발생하더라도 스크린 튜브의 배열을 광폭으로 하고 출구를 크게 함으로써 막힘 현상에 대하여 효과적으로 개선할 수 있도록 하며, 이러한 수관형태의 연소실 내벽구조는 내화물 구조의 붕괴현상을 근본적으로 해결할 수 있고, 방출열의 흡수가 용이하여 외부로의 열손실을 최소화 할 수 있으며, 일정부분의 내부격벽에 의한 연소가스 흐름의 정체구간을 연소반응의 활성화 구간으로 설정하여 2차 외부공기를 주입하여 thermal NOx도 보다 효과적인 방법으로 제어할 수 있도록 개선되어, 미분화 연소 보일러에서 발생하는 여러 가지 문제를 개선할 수 있도록 한 것이다.

Description

스래깅 방지수단이 구비된 연소실을 일체로 갖는 미분화한 석유코크스를 연소하는 보일러{Pulverized combustion boiler for prevention slagging in Combustion chamber}

본 발명은 미분화한 석유코크스를 연소하는 보일러에 관한 것으로, 특히 미분화된 석유코크스(Petro Cokes)를 보일러의 연소연료로 사용할 경우에 발생되는 회분의 멜팅현상에 의한 보일러의 스팀을 발생하는 스팀챔버내의 스크린 튜브의 막힘(slagging)현상의 개선과, 회분의 멜팅현상에 의하여 연소실의 내벽을 형성하는 내화벽의 붕괴를 방지하여 미분화된 석유코크스를 연소연료로 사용할 경우에 발생되는 보일러의 유지보수 작업을 대폭 최소화할 수 있도록 한 것이다.

미분화된 석유코일반적으로 화력발전소, 열병합발전소 또는 산업현장 등에 사용되는 증기는 대부분 보일러를 이용하여 생산하게 되고, 이를 위하여 대부분 벙커-C유와 같은 중질유나 석탄 등을 사용하였으나, 벙커-C유는 석탄에 비해 열량이 높으나 가격이 비싸다는 단점이 있고, 석탄은 벙커-C유에 비해 가격은 싸지만 열량이 낮은 문제가 있었다.

따라서 이러한 장.단점들을 고려하여 석탄과 벙커-C유를 혼합 연소(혼소)하는 방식에 대한 연구가 개발되었으나, 이러한 것은 열량이 낮고 원하는 만큼의 비용절감의 효과가 떨어진다라는 것이다.

따라서 최근에는 고유황 저급연료인 석유코크스(Petro Cokes:원유정제의 최종 단계에서 버려지는 고형물의 탄소덩어리)를 벙커-C유와 혼합 공급하여 혼소토록 되는 시스템을 보일러 설비에 적용하는 것이 시도되고 있다.

그러나 고유황 저급연료인 석유코크스(Petro Coke)는 덩어리 상태로는 연소가 어려워 대부분 미분화한 정제분말을 보일러의 연료로 사용하고 있고 이러한 보일러는 통상 연소실과 보일러가 분리되어 있어 연소실과 보일러가 차지하는 면적이 넓어 부지를 많이 차지하게 되는 문제점이 있었다.

또한 이와 같이 분리되어 있는 연소실의 내부가 내화벽돌로만 이루어져 방열되는 열로 인하여 열손실이 발생되어 증기생산을 위한 연료소비량이 많게 되므로 경제적인 운전이 되지 못하고, 연소실의 온도를 연료량으로만 조절하여야 하므로 연소실의 온도제어가 어려운 단점이 있고, 또한 연소시 내화벽돌로만 이루어진 연소실에 지속적으로 열이 흡수되어 내화벽돌이 열화되어 강도가 저하되면서 부서지게 되는 등의 손상을 가져오는 문제점이 있고, 또한 고유황 저급연료인 석유코크스(Petro Coke)의 미분화된 정제분말의 연소적 특성이 고온이 유지되어야 함으로 연소실의 온도가 저온으로 유지되지 못하고 항상 고온으로 유지되므로 NOx 배출량이 많게 되는 문제점이 있었다.

따라서 연소실과 보일러가 분리되어 있어 연소실과 보일러가 차지하는 면적이 넓어 부지를 많이 차지하게 되는 문제점과 열손실을 해소하기 위하여 최근에는 연소실과 보일러를 일체로 형성함으로서 미분화된 석유코크스를 연소연료로 사용할 경우에 발생되는 문제점을 해소토록 하였으나 이럴 경우에 또 다른 문제가 발생되었던 것이다.

즉 미분화된 석유코크스를 연소하는 보일러의 문제점은 가연분의 연소온도가 매우 높아(1200~1400℃) 비가연분 중에 포함된 회분(ash)을 녹일 수 있는 융점 이상의 고온으로 연소실의 온도가 상승하게 되어 이 회분(ash)의 멜팅(melting)현상으로 인한 보일러 스팀챔버 내의 수관이나 또는 연소실의 내벽을 형성하는 내화벽돌에 부착되어 설비의 심각한 문제점을 일으켜 이러한 문제점을 해소하기 위하여 수시로 보일러의 가동을 중지하며 주기적인 유지보수를 하여야 한다라는 것이다.

즉, 석유코크스의 비 가연분중에 함유된 회분(ash)의 성분은 주로 무기물이나 광물이 주를 이루는데, 연소실의 연소온도가 이들의 융점 이상에서 유지되는 경우 고체상으로 존재하던 회분(ash)이 용융되어 액체상으로 변화하고 기화되어 연소가스 내부에 기체화된 상태로 공존하게 되는데, 이 고온의 가스는 연소실과 보일러의 스팀챔버에서 열 교환을 통하여 급랭하는 과정을 거칠 경우에 기체상에서 고체상으로 되돌아 올 때 승화(기체->고체)반응이 아닌 본래 광물의 마그마 응고반응과 같은 액체로 변화한 뒤 빠르게 고체화되어 응고되기 때문에 이러한 액체가 고체화되면서 연소실을 형성하는 내화벽돌의 내벽이나, 보일러 스팀챔버의 수관의 바깥 표면에 접촉되어 단단한 돌덩이와 같이 굳어져 보일러의 스팀챔버를 형성하는 수관과 수관의 사이를 막아 연소가스의 흐름을 막게 되며 이에 따라 보일러의 가동을 정지시키게 되며, 또한 정지시 연소실의 내벽이 냉각될 때 응고된 광물질과 내화벽돌의 내화물의 열팽창계수가 상이하여 연소실의 내화벽돌이 이탈되는 현상이 발생되어 연소실의 훼손에 따른 심각한 문제가 생기게 되는 것이다.

이러한 원인은 대부분 회분(ash)의 용융(melting)온도는 그 회분을 이루고 있는 주 구성물질의 융점으로 규정되며, 이외의 미미한 성분들은 대부분 무시되는데 그 이유는 투입된 연료가 하나의 연소실에서 정해진 온도범위에서 일시에 연소반응이 일어나므로 성분에 따라 각각의 용융온도를 피하여 연소할 수 없기 때문이다.

따라서 하나의 연소실에서 석유코크스의 비 가연분의 회분이 용융없이 연소하는 방법은 회분의 주 구성물질의 융점을 기준으로 하여 연소실의 온도를 그 이하로 낮추어 연소해야 하는 것인데, 이러한 연소방법을 석유코크스(Petro Cokes) 연소에 적용함에 있어서의 문제점은 석유코크스(Petro Cokes)연료 내부에 포함된 다양한 다른 성분이 고온의 연소실에서 연소될 수밖에 없는 구조적 특징을 가지고 있으므로 연소반응에 있어서 회분의 용융현상은 피할 수 없으며, 또한 그 회분의 성분 중에는 대부분의 고체연료의 구성물질인 규소(SiO₂)뿐만 아니라 저온융점의 중금속류(바나듐) 등의 분포가 많고 그 함유량도 일정하지 않다는 것이다.

또한 이러한 미분화한 석유코크스(Petro Cokes)연료의 특성과 연소실의 온도조건이 현재의 미분화된 석유코크스(Petro Cokes)를 연소할 경우 회분의 용융(ash melting)으로 액상 및 기화된 상태로 저온의 수관 표면에 급격한 냉각으로 고착되어 보일러 스팀챔버 내에 형성되는 수관(tube)으로 이루어진 스크린 튜브사이의 공간이 막힘으로 인하여 연소가스의 흐름을 방해하여 이를 위한 지속적인 유지보수를 요구한다는 문제가 발생하는 것이다.

그리고 이러한 유지보수를 위하여 보일러와 일체로 형성된 연소실이 냉각될 때 연소실 내벽을 형성하는 내화벽돌의 표면에 액상으로 존재하던 용융된 회분이 급격하게 고체로 응고되면서 본래의 딱딱한 돌덩어리의 광물형태로 내화벽돌의 표면에서 굳어지게 되는데 이때 응고되어지는 광물과 내화벽돌의 열팽창 계수와 시간 및 온도에 따른 수축계수가 서로 상이하여 강도상 약한 내화벽돌의 표면이 그 변형을 흡수하기 위한 두께와 면적이 굳어지는 응고되어지는 광물과 함께 이탈되어 보수를 위한 연소실을 냉각할 때마다 연소실의 내벽을 형성하는 내화벽돌의 표면에 심각한 손상을 입히게 되는 것이다.

또한, 기존의 석유코크스(petro cokes)의 연소온도는 thermal NOx(연소용 공기중에 함유되어 있는 N₂가 고온에서 산화되어 발생되는 질소산화물)가 급격하게 증가하는 850~ 900℃ 이상의 고온에서 이루어지므로 thermal NOx의 발생량이 지나치게 많아지게 되는 문제가 있는 것이다.

따라서 본원출원인이 이러한 문제점의 해소를 위하여 선출원한 10-2008-43660호에서 연소실과 보일러가 일체로 형성토록 함은 물론 연소실의 내벽에 수관을 설치하여 폐열을 회수토록 함으로서 열손실을 최소로 하면서도 연소실의 온도를 낮추어 질소산화물의 발생을 줄 일 수 있도록 하였다.

그러나 상기의 석유코크스의 일반적인 연소적 특성이 연료자체가 표면에서 연소하는 특징이 있어 이러한 연소적 특성은 미분화한 석유코크스를 보일러의 연소실에서 완전 연소에 가깝도록 연소하기 위하여는 기존의 석탄의 입자보다 더 미분화하게 되고, 이와 같이 더욱더 크스의 크기는 연소실 안을 지나기 이전에 모두 연소될 수 있는 미세한 크기로 미분화하게 되는데, 이때의 연소실 내부를 약 1200℃~1400℃의 고온으로 유지하여야 하고 연소불꽃도 길게 이루어져야만 석유코크스의 표면연소의 반응이 활성화되는 것이어서 추가적인 미분화 가공에 다른 비용의 증가와 그럼에도 불구하고 고온에서 연소토록 됨으로 실질적인 효과를 얻지 못한다는 것이었다.

따라서 본 발명은 미분화한 석유코크스를 보일러의 연소연료로 사용하여 가동시키는 보일러의 연소실 내벽 또는 수관으로 이루어지는 스크린 튜브에 응고물질이 붙어 발생되는 문제점을 해소하면서도 미분화한 석유코크스를 더욱더 미분화 가공치 아니하면서도 완전연소가 가능토록 한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 연소실이나 스팀챔버의 내벽에 튜브형의 수관을 형성하여 순환토록 함으로서 방열효과를 발생시켜 미분화한 석유코크스의 연소시 발생되는 고온을 저온으로 떨어트려 질소산화물의 발생을 억제하면서도 폐열을 재활용토록 하고, 상기와 같이 저온으로 떨어져 연소실에서 미분화된 석유코크스가 완전연소가 일어나지 않게 되는 문제점을 연소실측에서는 하부에서 상측으로 스템챔버측에서는 상측에서 하층으로 일정부분으로만 내공간을 막아주도록 업 그레이드 월 튜브 패널을 각각 장착하여 연소실에서 발생되는 연소불꽃의 선단의 방향을 변화시켜 연소불꽃이 머물도록 하면서 그 부분에는 2차공기를 주입하여 완전연소를 유도하여 연소실의 온도하강에 따른 연소효율의 감소분을 보상하도록 하고, 이와 같이 완전연소에 의하여 발생되는 연소열과 연소가스가 스팀챔버로 이동할 경우에 이들의 흐름을 변화시켜 열교환토록 함으로서 고온의 연소가스에 함유되는 회분이 멜팅존을 벗어나도록 하여 스래깅을 방지하면서 미분화한 석유코크스를 더 미분화 가공치 아니하면서도 완전연소토록 하면서도 thermal NOx의 발생량을 줄일 수 있도록 한 것이다.

따라서 본 발명은 스팀챔버가 일체로 형성되는 연소실의 내부의 개선을 통하여 연소불꽃과 연소가스의 흐름을 변화시켜 낮추어진 연소실이 연소효율을 보상토록 하면서 회분의 용융 및 기화를 최소한 적게 하여 보일러 스팀챔버의 스크린 튜브에 고착되어 스크린 튜브 사이가 막히지 않도록 하여 보일러의 연속운전시간을 효과적으로 늘림으로써 유지보수 비용을 절감할 수 있고, 또한 보일러의 가동 정지 시에 내벽에 형성되는 수관에 의하여 연소실 내벽에 회분 용융부위에 대한 내화물 이탈현상을 최소화 할 수 있으며, 버너 전면의 내화벽의 수축팽창에 따른 붕괴의 위험이 없고, 이로 인한 외부로의 열 손실을 효과적으로 개선함으로써 구조적인 안정성도 동시에 개선할 수 있게 되는 것이다.

그리고 2차공기주입노즐과 보조노즐에 의하여 변화되는 연소불꽃의 연소를 촉진시켜 완전연소를 유도함으로서 연소실이나 스팀챔버의 내벽에 형성된 수관에 의하여 연소실의 온도상승을 막아줌으로서 thermal NOx의 발생을 줄임으로서 발생되는 연소효율의 보상이 가능하게 되는 것이다.

도 1은 본 발명의 연소실이 스팀챔버와 일체로 구비된 보일러의 내부구조도.
도 1a는 본 발명의 연소실의 구조개선에 따른 연소가스의 흐름 변화를 나타낸 개략도.
도 1b는 본 발명의 연소실에서의 연소가스의 흐름변화로 연소열의 흐름을 나타낸 사진.
도 2는 본 발명의 연소실이 형성된 보일러에 수관이 배치된 상태를 상부에서본 배치상태도.
도 3은 본 발명의 연소실과 스팀챔버의 내벽에 수관이 장착된 상태도.
도 4는 본 발명의 연소실의 1, 2차 공기주입노즐의 구조를 나타낸 개략도.
도 5는 본 발명의 연소실의 1차 공기주입라인을 도시한 연소실의 내부구조를 나타낸 내부도.
도 6a는 본 발명의 연소실의 업 그레이드 월 튜브 패널의 차단벽의 구조를 나타낸 단면도.
도6b는 본 발명의 연소실의 업 그레이드 월 튜브 패널의 차단벽의 구조를 나타낸 정면도.
도 7a는 본 발명의 업그레이드 월 튜브패널의 차단벽의 배관도.
도 7b는 본 발명의 업그레이드 월 튜브패널의 정면도.
도 8a는 본 발명의 버너 프론트 월 패널의 정면도.
도 8b는 본 발명의 버너 프론트 월 패널의 측면도.
도 8c는 본 발명의 버너 프론트 월 패널의 평면도.
도 9a는 본 발명의 스크린 튜브의 측면도.
도 9b는 본 발명의 스크린 튜브의 정면도.
도 10a는 본 발명의 스크린 튜브의 측면의 부분 확대도.
도 10b는 본 발명의 스크린 튜브의 정면의 부분 확대도.

이하 첨부도면에 의거 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 구성은 미분화한 석유코크스와 벙커C유를 보일러의 연소 연료로 사용하여 연소용 공기와 같이 분사하여 버너(20)에 의하여 연소불꽃을 형성하면서 연소토록 하는 연소실(30)과 상기 연소실(30)에서 연소불꽃에 의하여 연소된 연소열과 연소가스에 의하여 스팀을 발생시키는 증기드럼(40)이 구비되는 스팀챔버(30a)를 갖는 혼소 보일러에 있어서, 상기 혼소 보일러의 연소실(30)의 내벽에도 수관을 형성하여 연소시 상기 수관에 의하여 열 교환되면서 연소실의 온도를 낮춰 질소산화물의 발생을 억제토록 하고, 이와 같이 연소 온도가 낮아짐으로서 고온에서 연소되는 특성을 갖는 미분화한 석유코크스의 완전연소가 이루어지지 않는 문제점을 해소하기 위하여 상기 버너(20)에 의하여 연소되는 미분화한 석유코크스의 연소불꽃의 선단부위에 도5에 도시된 바와 같이 연소실(30)의 내벽을 따라 2차공기주입부(60)에 의하여 공기가 주입되어 사방으로 공기가 토출되는 2차공기주입노즐(61)을 형성하고, 상기 2차공기주입노즐(61)의 전방에는 2차 공기주입노즐(61)에서 토출되는 공기와 접촉하여 연소효율을 향상토록 연소불꽃의 선단의 방향을 변화(직진하는 연소불꽃의 선단이 상승하도록 차단)시켜 연소실(30)에서 잠시 머물게 하도록 튜브형의 수관으로 이루어지는 격벽의 형태로 연소실(30)의 바닥면의 하부에서 상부로 일정간격으로만 직립되어 연소실(30)에서 스팀챔버(30a)로 통하는 내공간을 일정부분 막아주게 되는 업 그레이드 월 튜브패널(31)을 형성하는 것이다.

따라서 상기와 같이 2차공기주입노즐(61)에서 토출되는 공기와 접촉하면서 또 연소불꽃의 선단이 잠시 머물도록 유도하는 업 그레이드 월 튜브패널(31)에 의하여 연소불꽃의 선단이 공기와의 접촉시간을 증가시켜 연소불꽃의 표면활성화로 완전연소가 이루어지게 되는 것이다.

그후 이러한 완전연소에 의한 연소열과 연소가스는 스탬챔버(30a)로 이동할 경우에 다시 일정온도를 낮춰주고 또한 업 그레이드 월 튜브패널(31)을 통과하는 여분의 연소불꽃을 차단하면서 또 한번의 완전연소를 유도하기 위하여 2차공기주입노즐(61)의 후방에 튜브형의 수관으로 이루어지는 격벽의 형태로 또 다른 업 그레이드 월 튜브패널(31a)이 형성되는 것이다.

이때 2차 공기주입노즐(61)의 전방에 위치된 업 그레이드 월 튜브패널(31)은 연소실의 내공간을 하부에서 상부로 막아줘 상단을 오픈토록 하고, 2차 공기주입노즐(61)의 후방에 위치되는 또 다른 업 그레이드 월 튜브패널(31a)는 연소실(30)의 내공간을 상부에서 하부로 막아줘 하단을 오픈토록 하는 것이다.

따라서 2차 공기주입노즐(61)을 중심으로 전방과 후방에 각각 반대되는 위치에 장착된 업 그레이드 월 튜브패널(31,31a)에 의하여 연소실(30)의 내벽에 형성된 수관에 의하여 낮아진 연소온도로 인하여 질소산화물의 발생을 억제하게 되면서 동시에 연소불꽃에 2차 공기주입노즐(61)에 의한 지속적인 추가 공기의 투입과 연소불꽃의 변화(상부로 상승하면서 순환되도록 하는 것)에 의한 완전연소를 유도토록 하면서 이러한 연소에 의한 연소열과 연소가스가 스팀챔버(30a)로 진입될 경우에 다시 열교환에 의하여 회분에 대한 멜팅존을 벗어난 연소가스가 보일러의 증기드럼(40)을 형성하게 되는 수관과 접촉하면서 스팀을 발생하게 되면서도 보일러의 스래깅현상을 방지하게 되는 것이다.

또한 미분화한 석유코크스의 연소적 특징이 연소불꽃이 길게 이루어져야만 석유코크스의 표면연소의 반응이 활성화되는 것이기 때문에 이러한 표면연소 반응의 활성화를 촉진시키기 위하여 상기 2차공기주입노즐(61)에서 연소실(30)의 내부로 연장되어 돌출되는 보조노즐(62)을 형성하여 연소불꽃의 표면연소를 위한 활성화를 촉진시켜 완전연소가 가능토록 하는 것이다.

즉 보조노즐(62)이 직립되어지는 업 그레이드 월 튜브패널(31)의 하부로 연장되어 업 그레이드 월 튜브패널(31)이 위치된 전방으로 더 돌출되어 있어 업 그레이드 월 튜브패널(31)의 전방에서도 공기를 토출하게 됨으로 연소불꽃의 선단이 업 그레이드 월 튜브패널(31)에 차단되기 이전부터 연소가 촉진되고, 동시에 차단되어 상승되면서 순환되는 연소불꽃과 다시 접촉하여 연소효율을 향상토록 하면서 연소를 유도하게 되는 것이다.

따라서 연소불꽃의 선단이 하부에서 상부로 직립되어지는 업 그레이드 월 튜브패널(31)의 격벽과 접촉되면서 방향이 변화되어 임시 머물게 되면서 2차공기주입노즐(61)에서 토출되는 공기와 접촉하면서 연소효율을 향상토록 한 후 연소되어 가열된 연소열과 연소가스 또는 하부에서 상부로 직립되어지는 업 그레이드 월 튜브패널(31)의 격벽을 벗어나는 연소불꽃을 완전연소를 유도하도록 수관으로 이루어지는 또 다른 업 그레이드 월 튜브패널(31a)이 형성되어 회분이 용융되지 않토록 상기 또 다른 업 그레이드 월 튜브패널(31a)과 접촉하면서 열교환되어 회분에 대한 멜팅존을 벗어난 연소가스가 보일러의 수관과 접촉하면서 스팀을 발생토록 함으로서 증기드럼(40)에 스래깅현상을 발생시키지 않으면서 증기생산이 가능하게 되는 것이다.

이때 상기 업 그레이드 월 튜브패널(31)은 연소불꽃의 선단이 부딪힐 경우에 상승되면서 회전을 유도하도록 스탬챔버(30a) 방향으로 경사지게 형성됨으로서 연소불꽃의 선단이 정확하게 상승하면서 이동하게 됨으로 연소불꽃의 선단에 와류가 생기지 않게 되는 것이다.

또한 이때 상부에서 하부로 직립되게 형성되는 또 다른 업 그레이드 월 튜브패널(31a)은 그 하향되게 직립되는 길이가 하부에서 상부로 직립되어지는 업 그레이드 월 튜브패널(31)의 직립된 길이의 상단을 가려지지 않토록 됨으로서 연소불꽃에 의한 완전연소시 발생되는 연소열이 통과하게 되면서도 상승하는 연소가스는 열교환과 하향되어지면서 스팀챔버로 진입되어지게 되는 것이다.

또한 상기 일정한 멱적으로 이루어진 격벽(32)의 형태를 갖는 업 그레이드 월 튜브패널(31,31a)은 격벽(32)은 수관(32a)과 차단벽(32b)이 일정간격으로 연속으로 형성되어 차단을 긴밀하게 하면서 수관(32a)에 의한 열교환이 가능토록 수관에 물이 순환을 위하여 하부순환관(34)과 상부순환관(33)이 형성되는 것이다.

따라서 이러한 수관(32a)에 의하여 열교환되면서 회분의 멜팅을 방지하게 됨으로서 증기드럼에 스래깅이 방지되는 것이다.

또한 본 발명에서의 상기 연소실(30)의 내벽에 형성되는 수관의 형태는 버너(20)측으로 부터 연소실측으로 순차적으로 버너 프론트 월 튜브 패널(51)과 스토브 측면 월 튜브패널(50)과 스팀챔버(30a)측으로는 챔버 프론트 웰튜브패널(52)과 챔버 사이드 월 튜브패널(55)로 구성하여 연소실의 내부온도를 낮춤으로서 질소산화물의 발생을 억제토록 하는 것이고 동시에 이러한 튜브 패널(51,50,52,55)에 의하여 폐열로 열교환된 상태에서 보일러를 가동토록 함으로서 보일러의 효율이 향상되는 것이다.

또한 상기 하부에서 상수로 직립되는 업 그레이드 월 튜브패널(31)을 형성하는 격벽이 스팀챔버방향으로 경사지게 형성될 경우에 하단은 수직면(a)을 형성하다가 연장되는 부위를 경사면(b)으로 형성하여 연소불꽃의 선단이 자연스럽게 상승하도록 하는 것이다.

또한 2차공기 주입부(60)의 2차 공기주입노즐(61)과는 별개로 추가로 보조노즐(62)을 격벽(32)의 형태로 구현된 업그레이드 월 튜브 패널(31)의 전방으로 더욱 돌출되게 설치하여 연소실(30) 내부 즉 버너(20)가 위치되어지는 연소실(30)의 깊숙한 중심부까지 2차 공기를 투입함으로써 고온에 의하여 연소시 발생되는 thermal NOx의 발생을 감소토록 한 것이다.

또한 도9a,b 도10a,b에 도시된 바와 같이 스크린튜브(56)의 전방으로 스크린 밴딩튜브(56a)가 반복 형성되도록 함으로써 스크린튜브(56)의 튜브 간격을 넓히고, 인입구의 크기를 아래쪽으로 보다 확장함으로써 스크린 튜브(56)에서의 막힘현상(slagging)을 더욱 방지되도록 한 것이다.

또한 연소실(30)의 버너 내벽을 상기와 같이 버너 프론트 월 튜브 패널(burner front wall tube panel)(51)은 물론 스토브 측면 월 튜브패널(50)과 챔버 프론트 웰튜브패널(52)과 챔버 사이드 월 튜브패널(55)로 변경함으로써 종래 연소실(30)을 형성하는 내화물이 고온의 수축팽창에 따른 붕괴위험으로부터 구조적 안정성을 확보하였을 뿐만 아니라, 연소실(30) 내부의 방열을 흡수하면서 외부로의 열손실을 최소화 할 수 있는 구조로 변경하여 내화물 붕괴에 따른 문제를 해결함과 동시에 연소실(30)의 온도까지 일 부 낮출 수 있는 매우 효과적인 방법으로 개선토록 한 것이다.

10: 보일러 20: 버너
30: 연소실 30a: 스팀챔버
31: 업그레이드 월 튜브 32: 격벽
32a: 수관 32b: 차단벽
33: 하부순환관 34: 상부순환관
40: 증기드럼
50: 스토브 측면 월 튜브페널 51: 버너 프론트 월 튜브페널
52: 챔버 프론트 월 튜브페널 55: 챔버 사이드 월 튜브페널
56: 스크린 튜브 56a: 스크린 밴딩튜브
60: 2차 공기 주입부 61: 2차공기주입노즐
62: 보조노즐 100: 연료공급부
200: 공기공급부

Claims (4)

1. 미분화한 석유코크스와 벙커C유를 보일러의 연소연료로 사용하여 연소용공기로 분사하여 버너에 의하여 연소토록 하는 연소실과 연소실에서 연소된 연소열과 연소가스에 의하여 스팀을 발생시키는 스팀챔버를 갖는 혼소 보일러의 연소실의 내벽에 수관이 형성되어 연소온도를 낮춰 질소산화물의 발생을 억제토록 하는 보일러에 있어서,
   상기 버너에 의하여 연소되는 미분화한 석유코크스의 연소불꽃의 선단부위에 연소실의 내벽을 따라 2차공기주입부에 의하여 공기가 연소실의 내공간으로 주입되어 사방으로 공기가 토출되는 2차공기주입노즐과;
   상기 2차공기주입노즐의 전방에 위치되고, 2차 공기주입노즐에서 토출되는 공기와 접촉하여 연소효율을 향상토록 연소불꽃의 선단의 방향을 변화시켜 잠시 머물게 하도록 튜브형의 수관으로 이루어지는 격벽의 형태로 연소실의 바닥면의 하부에서 상부로 일정간격으로만 직립되어 연소실의 내공간의 하부를 일정부분 막아주게 되는 업 그레이드 월 튜브패널(31)과
   2차공기주입노즐의 후방에 위치되고, 연소불꽃의 선단이 2차 공기주입노즐에서 토출되는 공기와 접촉하면서 잠시 머물게 되면서 완전 연소토록 된 고온의 연소열과 연소가스를 임시 머물게 하면서 넘어온 연소불꽃을 막아주면서 열교환하여 온도를 떨어트리게 되면서 연소가스의 방향을 변화토록 하는 튜브형의 수관으로 이루어지면서 격벽의 형태로 상부에서 하부로 일정간격으로만 직립되어 연소실의 상부를 막아줘 연소가스의 방향을 하향되게 변화토록 하는 또 다른 업 그레이드 월 튜브패널(31a)과
   상기 2차공기주입노즐에서 연장되어 직립되어지는 업 그레이드 월 튜브패널(31)의 하부로 연장되어 업 그레이드 월 튜브패널(31)의 전방으로 돌출되어 공기를 토출하여 업 그레이드 월 튜브패널(31)에 차단되어 순환되는 연소불꽃과 접촉하여 연소를 유도하는 보조노즐(60)로 이루어져 연소불꽃의 선단이 하부에서 상부로 직립되어지는 업 그레이드 월 튜브패널(31)의 격벽과 접촉되면서 방향이 변화되어 임시 머물 경우에 2차공기주입노즐에서 토출되는 공기와 접촉하면서 연소효율을 향상토록 한 후 연소되어 가열된 연소가스는 회분이 용융되지 않토록 또다른 업 그레이드 월 튜브패널(31a)과 접촉하면서 열교환되어 회분에 대한 멜팅존을 벗어난 연소가스가 보일러의 수관과 접촉하면서 스팀을 발생토록 함을 특징으로 하는 스래깅 방지수단이 구비된 연소실을 일체로 갖는 미분화한 석유코크스를 연소하는 보일러
   
2. 제1항에 있어서, 상기 업 그레이드 월 튜브패널(31)은 연소불꽃의 선단이 부딪힐 경우에 상승되면서 회전을 유도토록 스탬챔버 방향으로 경사지게 형성됨을 특징으로 하는 스래깅 방지수단이 구비된 연소실을 일체로 갖는 미분화한 석유코크스를 연소하는 보일러
   
3. 제1항에 있어서, 상기 상부에서 하부로 직립되게 형성되는 또 다른 업 그레이드 월 튜브패널(31a)은 그 직립되는 길이가 하부에서 상부로 직립되어지는 업 그레이드 월 튜브패널(31)의 직립된 길이에 가려지지 않토록 됨을 특징으로 하는 스래깅 방지수단이 구비된 연소실을 일체로 갖는 미분화한 석유코크스를 연소하는 보일러
   
4. 제1항 내지 제3항의 어느 하나의 항에 있어서, 상기 업 그레이드 월 튜브패널(31,31a)은 수관과 차단벽이 일정간격으로 연속으로 형성되어 차단을 긴밀하게 하면서 열교환이 가능토록 됨을 특징으로 하는 스래깅 방지수단이 구비된 연소실을 일체로 갖는 미분화한 석유코크스를 연소하는 보일러.

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