KR20160107072A - 보일러의 연소가스 가이드장치 - Google Patents

Abstract

보일러의 연소실에서 연소시 발생하는 연소가스의 스트림이 하부로부터 상부로 유동하는 과정에서 상부 모서리진 부분에서 충돌에 의해 와류 형태로 체류하지 않도록 상기 연소실의 모서리진 부분의 하부 측면으로부터 상면으로 타고 간섭됨 없이 배출구 측으로 유도시키는 가이드 부재;를 마련한다.
그에 따라 열 전달률을 향상시킴은 물론 질소화합물의 생성을 억제하여 보일러의 성능을 향상시키는 효과를 가진다.

Description

보일러의 연소가스 가이드장치{Combustion gas guide device of boiler}

본 발명은 보일러의 연소실에서 연소시 발생하는 연소가스의 스트림이 와류 형태로 지체되지 않도록 가이드 하는 가이드장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 연소실 내의 모서리진 부분에서 연소가스의 스트림(stream)이 와류형태로 체류하지 않고 원활하게 배출되도록 유도시키는 보일러의 연소가스 가이드장치에 관한 것이다.

일반적으로 화력 발전소, 소각로, 산업용 보일러와 같은 연소설비에서는 석탄, 중유, 천연가스 등과 같은 화석연료를 연소시켜서 에너지를 생성한다. 이러한 화석 연료의 연소 시에는 연소 후 발생되는 분말이나 고형물 형태의 재(ash)나 미연소된 상태의 연료 물질이나 타지 않는 불연물질이나 질소 결합물, 탄소 결합물 등 다량의 이물질이 포함된다. 이러한 이물질을 포함하는 가스가 대기 중으로 배출되는 경우에는 대기오염을 일으킬 수 있으며, 경우에 따라 연소설비와 연결되어 연소시 발생된 가스를 처리하는 설비에도 악영향을 줄 수 있다.

특히, 연소설비 중 보일러의 사각 형태로 형성된 연소실에서의 연소시에는 연소가스의 스트림이 연소실의 상단 모서리 측에서 와류형태로 지체되는 현상이 발생하여 보일러의 설계 치보다 열 전달률이 현저하게 떨어짐은 물론 연소가스가 고온에서 체류하는 하는 시간이 늘어나 질소화합물(Thermal NOx)의 생성물이 늘어나는 원인을 제공하였다.

그에 따라 연소실 내에서 연소가스의 스트림이 와류형태로 체류하지 않도록 해야하는 해결방안이 시급한 실정이다.

한편, 상기한 문제점을 해결하기 위한 종래의 선행기술에는 미국특허 US1544129호(이하 '특허문헌 1'이라 한다)에 개시된 바와 같이 연소로에 연소물을 공급하는 구조와 노의 형태에 관한 기술이 제안된바 있다.

또한, 미국특허 US4473059호(이하 '특허문헌 2'라 한다)에 개시된 바와 같이 원목 소각 스토브에 있어, 연소 영역 중 하부 챔버의 상단에 경사면을 배치하는 기술이 제안된바 있다.

또, 대한민국 등록특허 제10-1218403호(이하 '특허문헌 3'이라 한다)에 개시된 바와 같이 이물질을 포함하는 배출 가스를 이물질 수용부 방향으로 안내하여 이물질 분리 성능을 향상시키고, 급격한 기류의 방향 변화를 유도할 수 있는 제 1 배플 및 제 2 배플을 설치하여 배출 가스와 이물질의 분리를 촉진시키며, 기류 유도홈을 이용하여 기류의 배출 방향으로의 방향 변화를 가속시킬 수 있는 배출 가스정화 장치 및 이의 배플과 관련된 기술이 제안된바 있다.

미국특허 US1544129호 미국특허 US4473059호 대한민국 등록특허 제10-1218403호

그러나, 특허문헌 1은 연소실이 사각 형태가 아닌 노 및 연물 공급 구조가 축대칭형(원통형)의 형상을 가진 점과 발전 용도로 사용되지 않는 산업상 이용분야가 상이한 것이라 할 것이다.

특허문헌 2는 발전소 등에서 사용되는 대형 보일러가 아닌 스토브 용도로 사용되는 것으로 이 또한 산업상 이용분야가 상이하다 할 것이다.

특허문헌 3은 배출가스에 포함되는 이물을 정화하기 위한 정화장치에 관한 기술인 것임을 알 수 있습니다.

따라서, 특허문헌 1 내지 3은 보일러의 사각 형태의 연소실 내의 상부 모서리 부분에서 연소가스의 스트림이 와류형태로 지체됨으로 인해 보일러의 설계 치보다 열 전달률이 현저하게 떨어짐은 물론 연소가스가 고온에서 체류하는 하는 시간이 늘어나 질소화합물(Thermal NOx)의 생성물이 늘어나는 원인을 해결하지 못하는 단점을 가진다.

상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 주된 목적은 연소실 내의 모서리진 부분에서 연소가스의 스트림(stream)이 와류형태로 체류하지 않고 원활하게 배출되도록 유도시키는 보일러의 연소가스 가이드장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 기존 보일러의 연소실에도 적용이 용이하게 이루어질 수 있도록 하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 설치가 용이함은 물론 연속가스의 스트림이 더욱더 신속하고 용이하게 유도될 수 있도록 하는 데 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은 보일러의 연소실에서 연소시 발생하는 연소가스의 스트림이 하부로부터 상부로 유동하는 과정에서 상부 모서리진 부분에서 충돌에 의해 와류 형태로 체류하지 않도록 상기 연소실의 모서리진 부분의 하부 측면으로부터 상면으로 타고 간섭됨 없이 배출구 측으로 유도시키는 가이드 부재;를 마련한다.

상기 가이드 부재는 연소실의 상부 모서리진 부분에 그 연소실의 배출구 측을 향하도록 곡면 또는 경사면이 일체로 형성된다.

상기 가이드 부재는 연소실의 상부 모서리진 부분에 그 연소실의 배출구 측을 향하도록 곡면 또는 경사면이 탈착 가능하게 장착 형성된다.

상기 가이드 부재와 연소실이 접하는 면에는 보조 가이드 부재가 더 개재된다.

상기 가이드 부재의 곡면 또는 경사면은 적어도 하나 이상으로 마련된다.

상기 복수 개의 곡면 또는 경사면은 하단과 상단이 서로 겹쳐지게 마련된다.

상기 겹쳐지게 형성되는 복수의 곡면 또는 경사면은 하부 측에 위치하는 곡면 또는 경사면의 상단이 상부 측에 위치하는 곡면 또는 경사면의 하단 전면에 위치하도록 반복 형성된다.

상기 복수의 곡면은 동일한 곡률 반경을 가지며, 상기 복수의 경사면은 동일한 경사도로 장착된다.

상기 가이드 부재는 연소실의 배출구 측을 향하도록 원호(圓弧) 형태로 형성된다.

본 발명은 연소실 내의 모서리진 부분에서 연소가스의 스트림이 와류형태로 체류하지 않고 원활하게 배출되도록 유도시킴으로써, 열 전달률을 향상시킴은 물론 질소화합물의 생성을 억제하여 보일러의 성능을 향상시키는 효과를 가진다.

또한, 기존 보일러의 연소실에도 적용이 용이하게 이루어질 수 있도록 함으로써, 보일러 설계 치에 알맞은 효율성을 갖는다.

또, 설치가 용이함은 물론 연속가스의 스트림이 더욱더 신속하고 용이하게 유도될 수 있도록 함으로써, 보일러의 성능을 극대화할 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명이 보일러의 연소실에 적용된 개념도,
도 2는 도 1에 따른 본 발명을 설명하기 위한 일부 확대 사시도,
도 3은 본 발명의 사용 상태를 설명하기 위한 일부 확대 단면도,
도 4는 본 발명의 다른 실시 예를 설명하기 위한 일부 확대 단면도,
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예를 설명하기 위한 일부 확대 단면도,
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예를 설명하기 위한 일부 확대 사시도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참고하여 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같으며, 본 발명이 실시 예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명이 보일러의 연소실에 적용된 개념도이며, 도 2는 도 1에 따른 본 발명을 설명하기 위한 일부 확대 사시도이고, 도 3은 본 발명의 사용 상태를 설명하기 위한 일부 확대 단면도이다.

도시된 바와 같이 발전소 등지에서 사용되는 보일러(100)의 사각 형태의 연소실(102) 모서리진 부분에서 연소 시 발생하는 연소가스의 스트림이 와류 형태로 지체되지 않도록 가이드 하는 가이드장치(1)를 개시한다.

본 발명은 연소실 내의 모서리진 부분에서 연소가스의 스트림(stream)이 와류형태로 체류하지 않고 원활하게 배출되도록 유도시키도록 하는 데 있다.

본 발명에 따른 상기 가이드장치(1)는 보일러(100)의 연소실(102)에서 연소시 발생하는 연소가스의 스트림이 하부로부터 상부로 유동하는 과정에서 상부 모서리진 부분에서 충돌에 의해 와류 형태로 체류하지 않도록 상기 연소실(102)의 모서리진 부분의 하부 측면으로부터 상면으로 타고 간섭됨 없이 배출구(104) 측으로 유도시키는 가이드 부재(10);를 마련한다.

다시 말해서, 연소가스의 스트림이 모서리진 부분에서 충돌되어 와류형태로 체류하면서 열량의 일부를 소비하거나 또는 최적의 연소를 위한 연소조건(공연비, 지연시간)에 영향을 주는 변수나 외란으로 작용한다. 그로 인해 보일러의 설계 치보다 열 전달률이 현저하게 떨어짐은 물론 연소가스가 고온에서 체류하는 하는 시간이 늘어나 질소화합물(Thermal NOx)의 생성물이 늘어나는 원인을 가진다.

본 발명의 가이드장치(1)인 가이드 부재(10)는 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 연소실(102)의 상단 모서리진 부분의 측면 하부로부터 상면을 타고 간섭됨 없이 배출구(104) 측으로 즉시 배출하도록 유도한다.

그에 따라 열량 전달손실을 줄일 수 있음은 물론 연소가스가 고온에서 지체하는 시간이 길어질수록 늘어는 질소화합물(Thermal NOx)의 생성을 억제할 수 있는 것이다. 또한, 이는 제어 측면에서 보일러 내부의 시간지연과 공연비 등과 관련된 비선형성을 일부 낮추게 되어 보일러의 연소와 관련된 변수들의 제어하기 용이 해 짐으로써, 최적의 연소 제어가 이루어질 수 있는 조건도 가지게 된다.

또, 연소실 내에 질소화합물 생성에 따른 보일러를 일정기간 사용한 후 가동을 중지한 상태에서 연소실 내에 생성된 상기 질소화합물을 제거해야 하는 처리작업 또한 극소화할 수 있는 편리성도 제공한다. 그로 인해 보일러의 가동 효율성도 증대시키는 장점도 가진다.

가이드 부재(10)는 연소실(102)의 상부 모서리진 부분에 그 연소실(102)의 배출구(104) 측을 향하도록 곡면 또는 경사면이 일체로 형성된다. 이때, 상기 곡면 또는 경사면은 적어도 한번 이상의 곡면 또는 경사면으로 형성할 수 있다. 즉, 사각 형태의 연소실의 모서리진 부분을 후면과 상면은 물론 좌,우측의 측면과 상면 사이에 형성되는 각 모서리진 부분을 적어도 한번이나 한번 이상의 곡면 또는 경사면으로 형성하는 것이 바람직하다.

본원에서는 가이드 부재(10)를 경사면에 적용한 일 예로 설명한다.

아울러, 연소가스의 스트림이 연소실(102)의 상부 모서리진 부분에서 와류형태로 체류하지 않고 배출구(104) 측으로 원활하게 유도하는 상기 가이드 부재(10)는 보일러(100)의 연소실(102) 제작시 미리 상기한 조건을 감안하여 일체로 제작하는 것이 바람직하다.

즉, 보일러(100)의 제작시 연소실(102) 내의 각 모서리진 부분을 처음부터 가이드 부재(10)인 곡면 또는 경사면으로 형성함으로써, 별도의 추가적인 작업이 요구되지 않고 전술한 연소실 내의 모서리진 부분에서 발생하는 연소가스의 스트림이 와류형태로 체류하지 않고 배출구 측으로 원활하게 배출되어 질 수 있는 것이다.

또한, 상기 가이드 부재(10)와 연소실(102)이 접하는 면에는 보조 가이드 부재(20)가 더 개재된다. 상기 보조 가이드 부재는 가이드 부재에 공지된 방식에 의해 가이드 부재에 장착되거나 또는 연소실 내의 내측면에 장착된다. 상기 보조 가이드 부재는 가이드 부재가 접하는 연소실의 내측면 사이에 혹여 약간의 경사진 각을 가짐에 따라 연소가스의 스트림이 혹여 그 경사진 각과 충돌이 발생할 수 있는 관계로, 이러한 충돌 자체를 미연에 방지하기 위함이다. 그에 따라 연소실 내의 연소가스의 스트림은 보조 가이드 부재를 거쳐 가이드 부재로, 다시 가이드 부재에서 보조 가이드 부재를 통하여 다시 연소실의 내측면을 통하여 간접이나 충돌없이 원활하게 흐를 수 있는 조건을 구비하게 된다.

따라서, 본 발명은 복잡하거나 번거로운 작업을 거치는 것이 아니라 보일러 연소실의 모서리진 부분에 연소가스의 스트림이 와류형태로 체류하지 않도록 간단한 구조를 갖는 가이드 부재인 곡면 또는 경사면에 의해 원활하게 배출되어 진다.

그로 인해 열 전달률이 높은 조건을 가짐은 물론 질소화합물의 생성을 최대한 억제하여 보일러 전체적인 효율성을 극대화할 수 있는 조건을 가진다.

도 4는 본 발명의 다른 실시 예를 설명하기 위한 일부 확대 단면도이다.

도시된 바와 같이 상기한 구성에서, 연소실 내의 모서리진 부분에 연소가스의 스트림이 와류형태로 체류하지 않도록 유도하는 가이드 부재를 보일러의 연소실 제작시 일체로 형성하는 것이 아니라 보일러 제작 후 또는 기존에 사용되는 보일러에도 적용이 용이하게 이루어질 수 있도록 한다.

가이드 부재(10)는 연소실(102)의 상부 모서리진 부분에 그 연소실(102)의 배출구 측을 향하도록 곡면 또는 경사면이 통상적인 방식에 의해 탈착 가능하게 장착 형성된다. 이때, 상기 가이드 부재(10)와 연소실(102)이 접하는 면에는 전술한 바와 같이 보조 가이드 부재(20)가 더 개재된다.

다시 말해서, 곡면 또는 경사면으로 형성되는 가이드 부재를 공지된 방식인 프레임나 브래킷 등을 사용하여 연소실의 모서리진 부분에서 탈착 가능하게 구비한다.

그에 따라 보일러의 사각형태로 제작되는 연소실이나 기존에 사용되는 보일러의 사각형태로 형성된 연소실의 모서리진 부분에 탈착 가능하게 구비되는 가이드 부재에 의하여 연소가스의 스트림이 와류형태로 체류하지 않고 배출구 측으로 원활하게 유도시켜 신속하게 배출이 이루어질 수 있는 조건을 가진다.

아울러, 상기 가이드 부재를 탈착 가능하게 구비함으로써, 연소실 내의 고온으로 인해 혹여 가이드 부재에 변형이 발생하였을 경우에도 간편하게 유지보수할 수 있음은 물론 교체 또한 간단하게 이루어질 수 있는 편리성도 제공한다.

이로써, 보일러의 연소실 모서리진 부분에 구비되는 가이드장치인 가이드 부재를 고정식이 아닌 탈착 가능하게 구비함으로써, 제작되는 보일러의 연소실은 물론 기존에 사용되는 보일러 연소실의 모서리진 부분 어디에도 적용이 용이하게 이루어질 수 있는 조건을 가진다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예를 설명하기 위한 일부 확대 단면도이다.

도시된 바와 같이 상기한 구성에서, 보일러의 연소실 모서리진 부분에 구비되는 곡면 또는 경사면으로 형성되는 가이드 부재를 하나로 일체로 형성하는 것이 아니라 설치상의 편의성을 제공함과 아울러 유지보수 또한 용이하게 이루어질 수 있도록 한다.

즉, 발전소에 사용되는 보일러의 경우 그 크기게 상당히 큰 규모로 형성됨으로써, 곡면 또는 경사면으로 형성되는 가이드 부재를 하나로 제작하여 설치시에는 설치가 상당히 까다롭고 불편한 점을 고려하여 설치가 용이하게 이루어짐은 물론 유지보수 또한 원활하게 이루어질 수 있도록 한다.

가이드 부재(10)의 상기 곡면 또는 경사면은 적어도 하나 이상으로 마련된다. 이때, 복수 개의 곡면 또는 경사면은 전술한 일체형이 아닌 프레임이나 브래킷 등에 의해 탈착 가능하게 장착되는 구조를 가진다.

아울러, 상기 복수 개의 곡면 또는 경사면은 하단과 상단이 서로 겹쳐지게 마련되되, 상기 겹쳐지게 형성되는 복수의 곡면 또는 경사면은 하부 측에 위치하는 곡면 또는 경사면의 상단이 상부 측에 위치하는 곡면 또는 경사면의 하단 전면에 위치하도록 반복 형성된다.

즉, 복수 개의 곡면 또는 경사면은 하부 측의 상단이 상부 측의 하단 전면으로 위치함에 따라 연소가스의 스트림이 간섭됨 없이 원활하게 그 곡면이나 경사면을 타고 흐를 수 있는 조건을 가진다. 그로 인해 복수의 곡면 또는 경사면을 타고 흐르는 연소가스의 스트림은 자연스럽게 배출구 측으로 유도되어 신속하게 배출되어 질 수 있는 것이다.

그리고, 상기 가이드 부재를 복수 개로 분할 형성함으로써, 비교적 부피가 큰 연소실의 모서리진 부분에 설치시에도 취급이 편리함은 물론 설치작업 또한 원활하게 이루어질 수 있는 조건을 가진다.

또한, 상기 가이드 부재(10)인 복수의 곡면은 동일한 곡률 반경을 가지며, 상기 가이드 부재(10)인 복수의 경사면은 동일한 경사도로 장착된다.

즉, 상기 가이드 부재(10)가 곡면일 경우에는 동일한 곡률 반경을 갖도록 하고, 경사면일 경우에는 동일한 경사도를 갖도록 함으로써, 그 가이드 부재를 타고 흐르는 연소가스의 스트림이 어느 일 부분에서 간섭이나 충돌됨 없이 그 표면으로 타고 자연스럽고 원활하게 흐를 수 있는 조건을 가지게 된다. 그로 인해 연소가스의 스트림은 배출구 측으로 더욱더 신속하게 유도될 수 있는 것이다.

한편, 상기 가이드 부재를 복수의 곡면 또는 경사면으로 형성함으로써, 보일러 연소실의 크기에 따라, 즉 보일러의 용량에 따라 연소실의 크기 또한 서로 다른 부피를 가지게 되는 데, 이때 가이드 부재를 복수의 곡면 또는 경사면으로 형성함에 따라 적정 갯 수로 설치할 수 있는 편리성도 제공한다.

또, 상기 가이드 부재를 복수 개로 형성함에 따라 연소실의 모서리진 부분으로 배출구 측을 향하도록 설치시에도 가장 이상적인 각도로 설치할 수 있는 조건도 제공한다. 그로 인해 연소가스의 스트림이 간섭이나 충돌없이 더욱더 원활하게 배출이 이루어질 수 있도록 할 수 있는 부수적인 조건도 가진다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예를 설명하기 위한 일부 확대 사시도이다.

도시된 바와 같이 상기한 구성에서, 연소가스의 스트림이 배출구 측으로 원활하게 유도하는 가이드 부재를 일체형의 가이드 부재 또는 탈착 방식 및 복수의 개로 구비하는 것이 비하여 가장 이상적으로 연소가스의 스트림을 유도할 수 있도록 한다.

가이드 부재(10)는 연소실의 배출구 측을 향하도록 원호(圓弧) 형태로 형성된다.

다시 말해서, 가이드 부재(10)를 원호, 즉 반구 형태로 형성할 경우, 연소가스의 스트림이 간섭이나 충돌없이 자연스럽게 타고 흐를 수 있는 최상의 조건을 가질 수 있도록 한다.

그로 인해 연소실 내에서 발생한 연소가스의 스트림은 가이드 부재의 진입에서부터 배출되는 시점까지 아무런 장애를 받지 않고 자연스럽고 원활하게 흐르게 됨으로써, 어느 일 부분에서 지체나 체류하지 않고 더욱더 신속하게 배출이 이루어질 수 있는 조건을 가진다.

1 : 가이드 장치
10 : 가이드 부재
100 : 보일러 102 : 연소실
104 : 배출구

Claims (9)

1. 보일러의 연소실에서 연소시 발생하는 연소가스의 스트림이 하부로부터 상부로 유동하는 과정에서 상부 모서리진 부분에서 충돌에 의해 와류 형태로 체류하지 않도록 상기 연소실의 모서리진 부분의 하부 측면으로부터 상면으로 타고 간섭됨 없이 배출구 측으로 유도시키는 가이드 부재;를 마련하는 것을 특징으로 하는 보일러의 연소가스 가이드장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 가이드 부재는 연소실의 상부 모서리진 부분에 그 연소실의 배출구 측을 향하도록 곡면 또는 경사면이 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 보일러의 연소가스 가이드장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 가이드 부재는 연소실의 상부 모서리진 부분에 그 연소실의 배출구 측을 향하도록 곡면 또는 경사면이 탈착 가능하게 장착 형성되는 것을 특징으로 하는 보일러의 연소가스 가이드장치.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 가이드 부재와 연소실이 접하는 면에는 보조 가이드 부재가 더 개재되는 것을 특징으로 하는 보일러의 연소가스 가이드장치.
5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 가이드 부재의 곡면 또는 경사면은 적어도 하나 이상으로 마련되는 것을 특징으로 하는 보일러의 연소가스 가이드장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 복수 개의 곡면 또는 경사면은 하단과 상단이 서로 겹쳐지게 마련되는 것을 특징으로 하는 보일러의 연소가스 가이드장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 겹쳐지게 형성되는 복수의 곡면 또는 경사면은 하부 측에 위치하는 곡면 또는 경사면의 상단이 상부 측에 위치하는 곡면 또는 경사면의 하단 전면에 위치하도록 반복 형성되는 것을 특징으로 하는 보일러의 연소가스 가이드장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 복수의 곡면은 동일한 곡률 반경을 가지며, 상기 복수의 경사면은 동일한 경사도로 장착되는 것을 특징으로 하는 보일러의 연소가스 가이드장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 가이드 부재는 연소실의 배출구 측을 향하도록 원호 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 보일러의 연소가스 가이드장치.
   

Images