KR20150118328A - 생물질 반기화 자동제어 연소장치 - Google Patents

생물질 반기화 자동제어 연소장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 일종의 연소장치에 관한 것으로서, 본체, 본체 내부에 설치되는 반기화 연소실, 본체에 설치되어 상기 반기화 연소실과 연통되는 화염구 및 상기 화염구와 연통되는 연관으로 구성되는 생물질 반기화 자동제어 연소장치에 있어서, 상기 본체 외부에 반기화 연소실과 연결되는 원료공급수단; 및 본체 내부로 송풍을 공급하는 송풍공급수단; 다수의 통공이 배열되는 판의 형태로 이루어져 상기 반기화 연소실에 설치되어 반기화 연소실을 연소 캐비티와 회분제거 캐비티로 구분하는 로스톨; 상기 연소 캐비티 내부에 생물질 연료의 연소를 도모하는 점화장치; 상기 본체 외부에 위치되어 상기 점화장치, 원료공급수단, 송풍공급수단를 각각 제어하는 자동제어 시스템;이 포함되어 이루어짐을 특징으로 하는 생물질 반기화 자동제어 연소장치를 제공한다.
따라서 민간용 보일러, 공업용 보일러, 소형 발전소 보일러, 도자기가마, 열풍로, 직접 연소 방식의 중앙공조 등 기타 열이용 설비에 응용될 수 있으며, 석유 및 가스를 사용하는 열이용 장치를 개조할 경우 원가가 저렴하고 시간이 단축되며, 대부분 직접 교체 설치가 가능하고, 열이용 설비의 내부 구조를 변경할 필요가 없어 사회적으로 다량의 자원을 절약하고 환경오염을 대폭 감소시킬 수 있는 효과를 발휘한다.

Description

생물질 반기화 자동제어 연소장치{Burner for biomass}
본 발명은 일종의 연소장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 일종의 생물질 반기화 자동제어 연소장치에 관한 것이다.
생물질은 지구상에 가장 광범위하게 존재하는 물질로서, 모든 동식물과 미생물, 및 이러한 생명이 있는 물질로부터 파생, 배설 및 대사되는 수많은 유기질을 포함한다. 이러한 생물질은 모두 일정한 에너지를 갖고 있고, 또한 이러한 에너지를 일반적인 에너지와 비교했을 때, 휘발성분이 높고, 에너지 밀도가 작으며, 연소 시 슬래그가 응결되기 쉬운 등의 특징이 있기 때문에, 생물질의 이용은 갈수록 중시되고 있다.
현재, 생물질을 이용한 통상적인 에너지 이용 장치는 주로 두 종류가 있다. 하나는 생물질 완전기화 연소장치이고, 하나는 즉 비등 연소 방식을 이용한다. 그 중 생물질 완전기화 연소장치는 생물질 연료를 연소실에 투입하고, 빈산소 연소시켜 가연성 가스를 생산한다. 그러나 이러한 설비는 안정성을 제어하기가 어려울 뿐만 아니라, 설비의 제작 원가가 너무 높고, 조작이 어려우며, 안전사고가 발생하기 쉽기 때문에, 기본적으로 공업화에 응용되기에 부적합하다. 그리고 비등 연소 방식을 이용할 경우, 연소 화염에 5% 이상의 회분이 더 들어있어 적용성이 매우 나쁘다.
결론적으로, 현재 생물질은 종래의 통상적인 에너지 이용설비로 직접 연소할 경우, 연소 효율이 높지 않고, 연소가 불안정, 불충분하며, 심지어 유해 성분이 석출되어 2차 오염을 초래하고, 자동화 수준이 높지 않다는 등의 폐단이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2013-0118019호 (2013. 10. 29)
본 발명의 목적은 현재 이러한 생물질을 통상적인 에너지 이용설비에서 연소시킬 때 연소 효율이 높지 않고, 연소가 불안정, 불충분하며, 심지어 유해 성분이 석출되어 2차 오염을 초래하고, 자동화 수준이 높지 않다는 등의 폐단을 극복하기 위해, 구조가 간단하면서, 연소효율과 안전성능을 효과적으로 높일 수 있으며, 유해성분의 석출을 감소시키고 자동화 수준이 높은 생물질 반기화 자동제어 연소장치를 제공하고자 하는데 있다.
상기와 같은 목적을 실현하기 위하여 본 발명은, 본체, 본체 내부에 설치되는 반기화 연소실, 본체에 설치되어 상기 반기화 연소실과 연통되는 화염구 및 상기 화염구와 연통되는 연관으로 구성되는 생물질 반기화 자동제어 연소장치에 있어서, 상기 본체 외부에 반기화 연소실과 연결되는 원료공급수단; 및 본체 내부로 송풍을 공급하는 송풍공급수단; 다수의 통공이 배열되는 판의 형태로 이루어져 상기 반기화 연소실에 설치되어 반기화 연소실을 연소 캐비티와 회분제거 캐비티로 구분하는 로스톨; 상기 연소 캐비티 내부에 생물질 연료의 연소를 도모하는 점화장치; 상기 본체 외부에 위치되어 상기 점화장치, 원료공급수단, 송풍공급수단를 각각 제어하는 자동제어 시스템;이 포함되어 이루어짐을 특징으로 하는 생물질 반기화 자동제어 연소장치를 제공한다.
전술한 바와 같이 본 발명은 민간용 보일러, 공업용 보일러, 소형 발전소 보일러, 도자기가마, 열풍로, 직접 연소 방식의 중앙공조 등 기타 열이용 설비에 응용될 수 있으며, 석유 및 가스를 사용하는 열이용 장치를 개조할 경우 원가가 저렴하고 시간이 단축되며, 대부분 직접 교체 설치가 가능하고, 열이용 설비의 내부 구조를 변경할 필요가 없어 사회적으로 다량의 자원을 절약하고 환경오염을 대폭 감소시킬 수 있다.
또한 환경오염을 대폭 감소시킬 수 있어, 석탄과 비교하여 99%의 탄소배출 및 100%의 황 배출을 저감시킬 수 있으며; 석유 사용원가에 비해 비용이 40-60% 낮은 동시에, 60%의 탄소배출 및 99%의 황 배출을 감소시켰다.
또한 워터재킷을 이용하여 보호되며, 그 사용수명은 5년 이상 연장되고, 효율은 5% 향상되어, 산업사슬의 환경오염을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 형태를 나타내는 예시도,
도 2는 본 발명의 역화방지수단의 바람직한 형태를 나타내는 예시도,
도 3은 본 발명의 수거수단의 바람직한 형태를 나타내는 예시도.
이하 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 단 본 발명의 실시방식은 이에 국한되는 것은 아니다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 본체 내부에 하나의 반기화 연소실(33)이 형성되고, 다수의 통공이 배열되는 판의 형태로 이루어져 상기 반기화 연소실(33) 내부에 수평으로 고정되는 로스톨(10)이 반기화 연소실(33) 전체를 상하 두 개의 캐비티 부분으로 분할하여, 로스톨(10) 상부에 위치하는 캐비티는 연소 캐비티이고, 로스톨(10) 하부에 위치하는 캐비티는 회분제거 캐비티이다.
앞서 언급한 바와 같이 로스톨(10)에는 통공이 형성되어 있기 때문에, 상기 연소 캐비티와 회분제거 캐비티 사이는 상기 통공을 통해 서로 연통된다.
본체에 형성된 화염구(35)는 상기 연소 캐비티와 연통되는 동시에, 연관(fire tube)(3)이 나선 결합 방식으로 화염구(35)와 서로 연통된다.
상기 연관(3)을 간편하게 탈거 및 교체할 수 있고, 사용효과를 보장하기 위하여, 연관(3)의 말미부 혼합부위(2)에 난류판(1)이 용접된다.
반기화 연소실(33)에 생물질을 공급하기 위한 원료공급수단은 호퍼(28), 모터(23)에 의해 구동되는 스크류콘베어(26)로 구성된다. 그 중, 호퍼(28)의 내부에 생물질 연료를 교반하고, 호퍼(28)의 출구가 막히는 것을 방지하는 원료 교반봉(27)이 더 설치된다.
스크류콘베어(26)의 출구단은 본체의 벽을 관통하여 연소 캐비티의 내부에 위치하고, 그 입구단은 본체 외측에 위치하여 호퍼(28)의 출구와 연결된다.
모터(23)는 스크류콘베어(26)의 회전축과 연결되어, 상기 모터(23)의 회전을 통해 동력 에너지를 공급한다. 자동화 제어를 실현하기 위하여, 본체 외부에 자동제어 시스템(22)이 더 설치되며, 상기 스크류콘베어(26), 모터(23)가 모두 상기 자동제어시스템(22)과 연결되어, 상기 자동제어 시스템(22)을 통해 스크류콘베어(26) 및 모터(23)의 운전을 자동으로 제어한다.
스크류콘베어(26)가 정상적으로 운전될 수 있도록 하기 위하여, 모터(23)와 스크류콘베어(26) 사이에 상호 연결되는 감속기(24) 및 연축기(25)가 더 설치된다. 또한 상기 연축기(25)는 스크류콘베어(26)와 연결되고, 감속기(24)는 즉 모터(23)와 연결된다. 장착 시, 모터(23), 감속기(24) 및 연축기(25)는 동일 직선상에 장착되거나, 또는 서로 일정한 협각을 갖도록 장착된다.
생물질 연료의 편의 및 호퍼(28)의 밀봉을 위해, 호퍼(28)의 상측 단부에 이동식 밀봉문(30)이 더 설치된다.
점화를 위한 점화장치(14)는 전기 점화봉을 사용하는 것이 바람직하며, 그 일단은 본체의 벽을 관통하여 연소 캐비티 내부에 위치함과 아울러 로스톨(10)에 근접하며, 타단은 본체 외부에 위치함과 아울러, 제어를 받을 수 있게 도선을 통해 자동제어시스템(22)과 연결된다.
같은 원리로, 상기 점화장치(14)는 기타 유사하거나 또는 동일한 기능을 가진 소자, 예를 들어 가스 점화봉 또는 오일 점화봉을 사용할 수도 있다.
송풍을 위한 송풍공급수단은 팬(18), 상기 팬(18)과 연결되는 1차 송풍관(17), 2차 송풍관(16), 3차 송풍관(19), 4차 송풍관(20) 및 5차 송풍관(21)으로 구성되며, 상기 팬(18)은 또한 자동제어 시스템(22)과도 연결되어 자동제어시스템에 의해
더욱 상세히 설면하면, 상기 1차 송풍관(17)은 회분제거 캐비티와 연통되고, 2차 송풍관(16)은 연관(3)과 연통되며, 3차 송풍관(19)은 연소 캐비티와 연통되고, 4차 송풍관(20)은 연소 캐비티와 연결되는 스크류콘베어(26)와 연통되며, 5차 송풍관(21)은 호퍼(28)의 내부와 배기관(29)과 연통된다.
검수 및 생물질 연료가 연소된 후 잔류되는 회분 제거의 편의를 위하여, 연소장치에 위치한 본체에 반기화 연소실 밀봉문(34)이 설치되고, 회분제거 캐비티 부위의 본체에 회분제거 밀봉문(9)이 설치된다. 동시에, 회분제거 캐비티의 내부에 바람 차단판(12) 및 바람 분배함(13)이 더 설치되며, 1차 송풍관(17)으로부터 유입되는 바람을 고르게 분배하도록 바람 막이판(12)과 회분제거 캐비티의 캐비티벽 사이는 일정한 각도가 구비된다.
본체에 연소 캐비티 내부의 연소 상황을 관찰하기 위한 화염 관찰창(6), 및 자동제어 시스템(22)과 정합되는 광검출센서(5)가 설치된다. 단열성능과 열효율을 보장하기 위하여, 본체의 내벽에 한 층의 내화 콘크리트 라이닝(15)이 피복되며, 또한 본체의 외측에 워터재킷(4)이 더 설치된다. 상기 워터재킷(4)과 본체 외측의 벽 사이에 일정한 간격이 마련되는 동시에, 워터재킷(4)에 상기 간격과 연통되는 출수구(32) 및 워터재킷 입수구(7)가 더 설치된다. 사용 시, 상기 워터재킷 입수구(7)를 통해 상기 간격에 수원을 채울 수 있는 동시에, 워터재킷(4)에 입수 제어 스위치(8) 및 수위 센서(31)가 더 설치된다. 전체 시트의 높이를 조절하기 편리하도록, 본체의 저부에 3개 이상의 받침다리(11)가 더 설치된다.
본 발명을 사용 시, 생물질 연료(36)는 스크류콘베어(26)에 의해 연소 캐비티로 이송되며, 낙하하는 과정에서 4차 송풍관(20)이 유입시킨 바람에 의해 흩어진 후 로스톨(10)에 균일하게 포설된다. 상기 생물질 연료(36)가 일정 높이까지 포설되면, 스크류콘베어(26)가 생물질 연료 주입을 중지하고, 점화장치(14)가 온도를 높여 생물질 연료를 점화시킨다. 일정 온도에 이르면, 점화장치(14)가 가열을 중지하고, 송풍기(18)가 바람을 공급하기 시작하며, 1차 송풍관(17)이 바람 차단판(12)과 바람 분배함(13)을 통해 위를 향해 발생시킨 기류가 로스톨(10)의 통공을 통해 연소 캐비티로 바람을 균일하게 공급하며, 스크류콘베어(26)가 생물질 연료를 공급하기 시작한다.
1차 송풍관(17)을 조절하여 생물질 연료(36)로 하여금 연소 캐비티에서 산소부채(oxygen debt) 반기화 연소에 진입하도록 함으로써, 가시화염과 가연성 가스를 발생시킨다. 가시화염과 가연성 가스는 3차 송풍관(19)이 발생한 회전풍의 작용 하에 화염구(35)로부터 연관(3)으로 진입되고, 아울러 연관(3) 말미부 혼합부위에서 2차 송풍관(16)과 다시 혼합하여 산소를 공급하며, 가연성 가스는 가시화염에 의해 연관(3) 출구에서 연소가 유도되어 완전 연소된다.
여기서 도 2에 도시된 바와 같이 상기 연소캐비티와 연결되는 스크류콘베어(26)의 단부에는 펠렛의 연소에 인해 발생되는 불길을 차단하는 역화방지수단(40)이 구성된다.
상기 역화방지수단(40)은 스크류콘베어(26)의 단부를 밀폐 또는 개방하는 차단판(41)과, 상기 차단판(41)과 일체형으로 이루어져 스크류콘베어의 외측으로 연장되는 회전축(43)과, 상기 회전축을 회전시키는 회전수단으로 이루어진다.
즉, 회전수단의 회전에 따라 차단판(41)이 회동하여 스크류콘베어(26)의 단부를 밀폐 또는 개방함으로서 스크류콘베어(26)를 통해 연소캐비티로 생물질 연료가 이송될 때에는 차단판(41)으로 하여금 스크류콘베어(26)의 단부를 개방하고, 펠렛이 연소될 때에는 차단판(41)으로 하여금 스크류콘베어(26)의 단부를 차단하여 연소캐비티에서 생물질 연료가 연소됨으로 발생되는 연소되는 불길이나 열기가 스크류콘베어(26)로 역화되는 것을 방지하여 호퍼(28)에 저장된 생물질 연료가 발화되는 현상을 방지하면서 호퍼(28)로 생물질 연료의 공급은 계속적으로 이루어지게 되는 것이다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 본체의 하부에는 회분제거 캐비티와 연통되어 생물질 연료가 연소된 회분이 배출되는 배출공(h)이 형성됨과 동시에 배출공(h)에 의해 배출된 회분을 수거하는 수거수단이 구성된다.
상기 수거수단(50)은, 배출공에 의해 하강되는 회분을 일괄적으로 통과시키는 콘 형태의 수거판(51)과, 상기 수거판(51)을 통과하는 회분을 일괄적으로 이동시키는 이송기(53)와, 상기 이송기(53)에서 이동된 회분을 포집하는 포집통(55)으로 이루어져 연소된 물질 연료의 회분을 일괄적으로 처리할 수 있도록 한다.
그리고 수거판(51)의 상측으로 표면에 메쉬가 형성되어 있는 메쉬망(49)이 설치되어 메쉬에 의해 크기가 작은 회분이 수거판(51)을 통과하여 이송기(53)와 포집통(55)을 통해 포집되게 하고 크기가 큰 회분은 별로로 수거할 수 있도록 한다.
10 : 로스톨 14 : 점화장치
22 : 자동제어 시스템 33 : 반기화 연소실
35 : 화염구 40 : 역화방지수단
50 : 수거수단

Claims (10)

  1. 본체, 본체 내부에 설치되는 반기화 연소실(33), 본체에 설치되어 상기 반기화 연소실과 연통되는 화염구(35) 및 상기 화염구(35)와 연통되는 연관(fire tube)(3)으로 구성되는 생물질 반기화 자동제어 연소장치에 있어서,
    상기 본체 외부에 반기화 연소실(33)과 연결되는 원료공급수단; 및 본체 내부로 송풍을 공급하는 송풍공급수단;
    다수의 통공이 배열되는 판의 형태로 이루어져 상기 반기화 연소실(33)에 설치되어 반기화 연소실(33)을 연소 캐비티와 회분제거 캐비티로 구분하는 로스톨(10);
    상기 연소 캐비티 내부에 생물질 연료의 연소를 도모하는 점화장치(14);
    상기 본체 외부에 위치되어 상기 점화장치(14), 원료공급수단, 송풍공급수단를 각각 제어하는 자동제어 시스템(22);
    포함되어 이루어짐을 특징으로 하는 생물질 반기화 자동제어 연소장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 원료공급수단은 본체 외측에 위치되어 생물질 연료를 공급하는 호퍼(28)와, 상기 호퍼(28) 하부에 연결되어 호퍼(28)로부터 공급되는 생물질 연료를 연소캐비티로 공급하며 모터(23)에 의해 구동되는 스크류콘베어(26)로 이루어지며,
    상기 호퍼(28)의 내부에는 생물질 연료를 교반하는 원료 교반봉(27)이 더 설치됨을 특징으로 하는 생물질 반기화 자동제어 연소장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 송풍공급수단는 팬(18), 상기 팬(18)과 각각 연결되는 1차 송풍관(17), 2차 송풍관(16), 3차 송풍관(19), 4차 송풍관(20), 5차 송풍관(21)으로 구성되며,
    상기 1차 송풍관(17)은 회분제거 캐비티와 연통되고, 2차 송풍관(16)은 연관(3)과 연통되며, 3차 송풍관(19)은 연소 캐비티와 연통되고, 4차 송풍관(20)은 연소 캐비티와 연결되는 스크류콘베어와 연통되며, 5차 송풍관(21)은 호퍼(28)의 내부와 연통되는 것을 특징으로 하는 생물질 반기화 자동제어 연소장치.
  4. 제 1~3항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 점화장치(14)는 전기 점화봉, 가스 점화봉, 오일 점화봉 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 생물질 반기화 자동제어 연소장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 호퍼(28)의 단부 입구에 상기 호퍼(28)를 밀봉하기 위한 이동식 밀봉문(30)이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 생물질 반기화 자동제어 연소장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 본체의 내벽에 일층의 내화성 콘크리트 라이닝(15)이 피복되고, 본체의 외벽에 본체 외벽과의 사이에 간격이 마련되는 워터재킷(4)이 설치되며, 또한 상기 워터재킷(4)에 상기 간격과 연통되는 출수구(32) 및 워터재킷 입수구(7)가 더 설치됨과 동시에 워터재킷(4)에 입수제어스위치(8) 및 수위센서(13)가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 생물질 반기화 자동제어 연소장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 본체에 연소 캐비티에 위치하는 반기화 연소실 밀봉문(34)과 회분제거 캐비티에 위치하는 회분제거 밀봉문(9)이 설치되고, 동시에 회분제거 캐비티 내부에 바람 차단판(12) 및 바람 분배함(13)이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 생물질 반기화 자동제어 연소장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 본체에 화염 관찰창, 및 자동제어 시스템과 정합되는 광검출 센서가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 생물질 반기화 자동제어 연소장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 연소캐비티와 연결되는 스크류콘베어(26)의 단부에는 펠렛의 연소에 인해 발생되는 불길을 차단하는 역화방지수단(40)이 구성되고,
    상기 역화방지수단(40)은 스크류콘베어(26)의 단부를 밀폐 또는 개방하는 차단판(41)과, 상기 차단판(41)과 일체형으로 이루어져 스크류콘베어의 외측으로 연장되는 회전축(43)과, 상기 회전축을 회전시키는 회전수단으로 이루어짐을 특징으로 하는 생물질 반기화 자동제어 연소장치.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 본체의 하부에는 회분제거 캐비티와 연통되어 생물질 연료가 연소된 회분이 배출되는 배출공(h)이 형성됨과 동시에 배출공(h)에 의해 배출된 회분을 수거하는 수거수단(50)이 구성되고,
    상기 수거수단(50)은, 배출공에 의해 하강되는 회분을 일괄적으로 통과시키는 콘 형태의 수거판(51)과, 상기 수거판(51)을 통과하는 회분을 일괄적으로 이동시키는 이송기(53)와, 상기 이송기(53)에서 이동된 회분을 포집하는 포집통(55)으로 이루어짐을 특징으로 하는 생물질 반기화 자동제어 연소장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107504508A (zh) * 2017-08-16 2017-12-22 广西节得乐生物质能源科技有限公司 一种自动除渣的生物质颗粒燃烧池
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