KR20160129765A - 순산소 연소 버너 - Google Patents

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KR20160129765A
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Abstract

본 발명은 순산소 연소 버너에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다단 연소를 통해 연료의 분사 위치를 제어함으로써 충돌화염을 형성하여 화염길이의 조정을 용이하게 할 수 있도록 함과 동시에 배기가스의 내부 재순환을 형성하여 녹스(NOx)가스의 배출량을 감소시킬 수 있도록 하는 순산소 연소 버너에 관한 것이다.
본 발명은 순산소 연소 버너에 있어서, 연소에 사용될 연료를 공급하기 위한 연료공급부와, 연소에 사용될 순산소를 공급하기 위한 순산소공급부와, 상기 연료공급부의 전단에 연결 설치되는 연료분사노즐과, 상기 순산소공급부의 전단에 연결되어 연료분사노즐과 10 ~ 70°의 각도를 이루도록 설치되는 순산소분사노즐 및 상기 연료분사노즐과 순산소분사노즐의 전단부에 착탈 가능하도록 연결 설치되는 연소블록을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

순산소 연소 버너 {Oxy fuel burner}
본 발명은 순산소 연소 버너에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다단 연소를 통해 연료의 분사 위치를 제어함으로써 충돌화염을 형성하여 화염길이의 조정을 용이하게 할 수 있도록 함과 동시에 배기가스의 내부 재순환을 형성하여 녹스(NOx)가스의 배출량을 감소시킬 수 있도록 하는 순산소 연소 버너에 관한 것이다.
일반적으로 종래의 산업용 버너는 연료와 공기를 혼합하여 사용한 화염형성 방식을 사용한다.
보다 상세히 설명하면, 종래의 화염형성 방식은 도 1에 나타낸 바와 같이, 버너(1)의 중심에 연료를 분사하는 연료관(3)이 형성되고, 연료관(3)의 외측에는 공기를 분사하는 공기관(5)이 형성된다.
이와 같이 구성된 버너(1)의 선단부에 화염(7)이 점화되면, 연료가 공기 중에 포함된 산소와 반응하여 연소하면서 고열을 발생시킨다.
하지만, 이러한 확산화염 방식의 버너는 많은 양의 매연 및 녹스(NOx)가스(질소산화물)를 배출하여 대기를 오염시키는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 다량의 연료를 사용하게 되므로 경제성이 떨어지며, 고온과 높은 복사에너지를 방출하는데 한계가 있다는 단점이 있다.
이러한 문제점들을 해결하기 위하여 최근에는 산소를 이용한 버너가 사용되고 있는데, 산소를 이용한 버너는 전술한 공기를 산화제로 사용하는 공기연소방식에 비해 화염전파속도를 약 10배 가량 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
상기 산소를 이용한 버너는 버너 중심의 연료노즐을 통해 연료를 공급하고, 별도의 산화제노즐을 통해 산화제인 산소를 공급받아, 상기 연료노즐과 산화제노즐 사이에서 확산 화염을 형성하여 연소시키는 방식을 사용하는 것이 일반적인데, 산소를 산화제로 사용할 경우 연소가스의 부피를 줄이고, 녹스(NOx)가스의 방출을 낮출 수 있는 장점으로 인해 최근 들어 여러 산업분야에서 사용되고 있다.
하지만, 종래의 산소를 이용한 버너는 연료노즐과 산화제노즐이 단일 구조로 이루어져 화염길이의 조절이 불가능하고, 녹스가스의 배출 저감 효과가 떨어지게 되는 문제점이 있었다.
1. 대한민국 등록특허공보 제10-1067710호(2011. 09. 28. 공고) 2. 대한민국 등록특허공보 제10-0983390호(2010. 09. 20. 공고)
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 다단 연소를 통해 연료의 분사 위치를 제어함으로써 충돌화염을 형성하여 화염길이의 조정을 용이하게 할 수 있도록 하는 순산소 연소 버너를 제공함에 있다.
또한, 본 발명은 다단 연소를 통해 배기가스의 내부 재순환을 형성하여 녹스(NOx)가스의 배출량을 감소시킬 수 있도록 하는 순산소 연소 버너를 제공함에 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 연료와 순산소의 분사 각도 조정을 통해 화염이 형성되는 위치를 변경시킬 수 있도록 하는 순산소 연소버너를 제공함에 또 다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명은,
순산소 연소 버너에 있어서, 연소에 사용될 연료를 공급하기 위한 연료공급부와, 연소에 사용될 순산소를 공급하기 위한 순산소공급부와, 상기 연료공급부의 전단에 연결 설치되는 연료분사노즐과, 상기 순산소공급부의 전단에 연결되어 연료분사노즐과 10°~ 70°의 각도를 이루도록 설치되는 순산소분사노즐 및 상기 연료분사노즐과 순산소분사노즐의 전단부에 착탈 가능하도록 연결 설치되는 연소블록을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 연료공급부는 1차연료를 공급하기 위한 1차연료 공급관과, 2차연료를 공급하기 위한 2차연료 공급관으로 분리 구성되고, 상기 연료분사노즐은 1차연료 공급관에 연결 설치되는 제1분사노즐과, 2차연료 공급관에 연결 설치되는 제2분사노즐로 분리 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 1차연료 공급관은 2차연료 공급관의 중심부를 관통하도록 설치되고, 상기 제2분사노즐은 제1분사노즐의 상,하로 배치되는 한 쌍으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제2분사노즐은 제1분사노즐과 5 ~ 15°의 각도를 이루도록 설치된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1분사노즐과 제2분사노즐을 통해 분사되는 1차연료와 2차연료의 분사량을 제어하기 위한 제어부를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제어부는 1차연료의 분사량을 총 연료의 0 ~ 70%가 되도록 제어하고, 2차연료의 분사량을 총 연료의 30 ~ 100%가 되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 순산소공급부는 순산소를 공급하기 위한 순산소공급구와, 상기 순산소공급구에 연결 설치되는 순산소챔버 및 상기 순산소챔버와 순산소분사노즐의 사이에 연결 설치되는 순산소공급관을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 순산소공급관은 순산소챔버의 상부와 하부에 한 쌍으로 구비되고, 상기 순산소분사노즐은 연료분사노즐의 상,하부에 위치되도록 한 쌍으로 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 순산소공급관은 전단부로 갈수록 직경이 점점 작아지는 테이퍼 형상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 다단 연소를 통해 연료의 분사 위치를 제어함으로써 충돌화염을 형성하여 화염길이의 조정을 용이하게 할 수 있도록 함과 동시에 배기가스의 내부 재순환을 형성하여 녹스(NOx)가스의 배출량을 감소시킬 수 있도록 하는 뛰어난 효과를 갖는다.
또한, 본 발명에 따르면 연료와 순산소의 분사 각도 조정을 통해 화염이 형성되는 위치를 변경시킬 수 있도록 하는 효과를 추가로 갖는다.
도 1은 종래의 화염버너를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 순산소 연소 버너를 나타낸 측단면도.
도 3은 본 발명에 따른 순산소 연소 버너를 나타낸 정면도.
도 4는 본 발명에 따른 순산소 연소 버너에 의해 발생되는 화염의 일실시예를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 순산소 연소 버너에 의해 발생되는 화염의 다른 실시예를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명에 따른 순산소 연소 버너에 의해 발생되는 화염의 또 다른 실시예를 나타낸 도면.
도 7의 (a),(b)는 본 발명에 따른 순산소 연소 버너에 의해 발생되는 작용효과를 나타낸 도면.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 순산소 연소 버너의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 순산소 연소 버너를 나타낸 측단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 순산소 연소 버너를 나타낸 정면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 순산소 연소 버너에 의해 발생되는 화염의 일실시예를 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 순산소 연소 버너에 의해 발생되는 화염의 다른 실시예를 나타낸 도면이며, 도 6은 본 발명에 따른 순산소 연소 버너에 의해 발생되는 화염의 또 다른 실시예를 나타낸 도면이고, 도 7의 (a),(b)는 본 발명에 따른 순산소 연소 버너에 의해 발생되는 작용효과를 나타낸 도면이다.
본 발명은 다단 연소를 통해 연료의 분사 위치를 제어함으로써 충돌화염을 형성하여 화염길이의 조정을 용이하게 할 수 있도록 함과 동시에 배기가스의 내부 재순환을 형성하여 녹스(NOx)가스의 배출량을 감소시킬 수 있도록 하는 순산소 연소 버너(100)에 관한 것으로, 그 구성은 도 2에 나타낸 바와 같이, 크게 연료공급부(10), 순산소공급부(20), 연료분사노즐(30), 순산소분사노즐(40) 및 연소블록(50)을 포함하여 이루어진다.
보다 상세히 설명하면, 상기 연료공급부(10)는 연소에 사용될 연료를 연료분사노즐(30)로 공급하는 역할을 하는 것으로, 다단 연소를 수행할 수 있도록 1차연료 공급관(12)과 2차연료 공급관(14)으로 분리 구성된다.
즉, 상기 1차연료 공급관(12)은 버너(100)의 중심부를 관통하도록 하여 일직선을 이루도록 형성되어 연료(이하, '1차연료'라 함)를 후술할 제1분사노즐(32)로 공급하는 역할을 하는 것이고, 상기 2차연료 공급관(14)은 1차연료 공급관(12)과 마찬가지로 버너(100)의 중심부를 관통하도록 형성되어 연료(이하, '2차연료'라 함)를 후술할 제2분사노즐(34)로 공급하는 역할을 하는 것이다.
이때, 상기 1차연료 공급관(12)과 2차연료 공급관(14)은 이중관 형상으로 이루어져, 1차연료 공급관(12)이 2차연료 공급관(14)의 내부를 관통하여 설치되도록 구성할 수 있는데, 이는 버너(100)의 내부에서 연료공급부(10)가 차지하는 공간을 최소화시킬 수 있도록 함과 동시에 1차연료와 2차연료를 버너(100)의 중심부를 향해 공급할 수 있도록 하기 위함이다.
즉, 후술하겠지만, 제1분사노즐(32)은 버너(100)의 전단부 중심에 설치되어 제1분사노즐(32)을 통해 분사되는 1차연료는 버너(100)의 중심축 방향으로 분사되고, 제2분사노즐(34)은 제1분사노즐(32)의 상,하부에 각각 설치되어 제2분사노즐(34)을 통해 분사되는 2차연료는 버너(100)의 중심축으로부터 상,하로 일정거리 이격된 지점으로부터 버너(100)의 중심축으로부터 멀어지는 방향으로 분사되므로, 1차연료 공급관(12)을 중심부에 설치하고, 상기 2차연료 공급관(14)은 1차연료 공급관(12)을 감싸도록 하여 외측에 이중관 형상으로 설치하게 되는 것이다.
이때, 상기 2차연료 공급관(14)의 단부에는 2차연료 주입구(14a)가 절곡 형성되어 1차연료 공급장치(미도시)와 2차연료 공급장치(미도시)가 서로 분리되어 설치될 수 있도록 구성할 수 있다.
다음, 상기 순산소공급부(20)는 연소에 사용되는 순산소를 순산소 분사노즐에 공급하는 역할을 하는 것으로, 도 2에 나타낸 바와 같이, 순산소공급구(22), 순산소챔버(24) 및 순산소공급관(26)을 포함하여 이루어진다.
보다 상세히 설명하면, 상기 순산소공급구(22)는 산소발생장치(미도시)에 연결 설치되어 연소시 산화제로 사용될 순산소를 버너(100)의 내측으로 공급할 수 있도록 하는 역할을 하는 것이고, 상기 순산소챔버(24)는 후술할 연소블록(50)의 후단부에 연결 설치되어 순산소공급구(22)를 통해 공급된 순산소의 일정량을 저장함으로써 연소시 순산소의 공급이 원활히 이루어질 수 있도록 하는 역할을 하는 것이다.
다음, 상기 순산소공급관(26)은 순산소챔버(24)와 후술할 순산소분사노즐(40)의 사이에 연결 설치되어 연소에 사용될 순산소를 순산소분사노즐(40)로 공급하는 역할을 하는 것으로, 순산소챔버(24)의 상부와 하부에 각각 연결 설치되는 한 쌍으로 구성되어, 마찬가지로 한 쌍으로 이루어지는 후술할 순산소분사노즐(40)에 각각 연결 설치된다.
이때, 상기 순산소공급관(26)은 후단부에서 전단부로 갈수록 직경이 점점 작아지는 테이퍼 형상을 이루도록 형성될 수 있는데, 이는 순산소가 순산소공급관(26)을 통해 공급되는 과정에서 발생되는 압력손실을 감소시킬 수 있도록 하기 위함이다.
또한, 상기 순산소공급관(26)은 버너(100)의 중심축을 향해 기울어진 형태로 형성될 수 있는데, 이는 후술할 순산소분사노즐(40)의 설치각도를 고려하여 순산소공급관(26)을 직선 형태로 구성하여 순산소의 공급이 원활히 이루어질 수 있도록 하기 위한 것으로, 보다 자세한 사항은 후술하기로 한다.
다음, 상기 연료분사노즐(30)은 연료공급부(10)의 전단부에 연결 설치되어 연료공급부(10)를 통해 공급되는 연료를 분사시키는 역할을 하는 것으로, 1차연료 공급관(12)에 연결 설치되는 제1분사노즐(32)과, 2차연료 공급관(14)에 연결 설치되는 제2분사노즐(34)로 분리 구성된다.
이때, 상기 제1분사노즐(32)은 도 4에 나타낸 바와 같이, 1차연료 공급관(12)으로부터 공급되는 1차연료를 버너(100)의 중심축 방향, 즉 정면으로 분사하게 되고, 상기 제2분사노즐(34)은 제1분사노즐(32)의 상,하로 일정거리 이격되도록 하여 한 쌍으로 설치되어 2차연료 공급관(14)으로부터 공급되는 2차연료를 도 5에 나타낸 바와 같이, 버너(100)의 중심축으로부터 멀어지는 방향으로 분사하게 되어 후술할 순산소분사노즐(40)로부터 분사되는 순산소와 만나 다단 연소를 구현할 수 있도록 구성되어 있다.
다음, 상기 순산소분사노즐(40)은 순산소공급부(20)의 순산소공급관(26) 전단에 연결 설치되어 순산소공급관(26)을 통해 공급되는 순산소를 전방으로 분사시키는 역할을 하는 것으로, 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 한 쌍으로 구성되어 제2분사노즐(34)의 상,하부로 일정거리 이격되도록 하여 설치된다.
이때, 상기 순산소분사노즐(40)은 버너(100)의 중심축 방향을 향해 순산소를 분사할 수 있도록 연료분사노즐(30)과 일정 각도를 이루도록 하여 설치되는데, 연료분사노즐(30)과 순산소분사노즐(40)의 설치각도 즉, 연료분사노즐(30) 중 제1분사노즐(32)의 연장선과, 순산소분사노즐(40)의 연장선이 서로 만나는 지점의 각도가 10° ~ 70°가 되도록 하는 것이 바람직하다.
즉, 상기 제1분사노즐(32)과 순산소분사노즐(40)의 설치각도는 1차연료와 순산소의 분사각도 차이를 뜻하게 되는데, 1차연료와 순산소의 분사각도 차이가 10° 미만인 경우에는, 제1분사노즐(32)로부터 분사되는 1차연료와 순산소분사노즐(40)로부터 분사되는 순산소가 만나는 지점, 즉 점화가 이루어지는 지점이 버너(100)의 중심축 전방으로 너무 멀리 형성되고, 1차연료와 순산소의 충돌 모멘텀(momentum)이 감소하게 되어 불충분한 혼합이 형성되므로 불완전 연소가 형성될 우려가 있고, 1차연료와 순산소의 분사각도 차이가 70°를 초과하는 경우에는 점화가 이루어지는 지점이 너무 가깝게 형성되어 화염이 연료분사노즐(30)과 순산소분사노즐(40) 및 후술할 연소블록(50)에 직접적인 영향을 주게 되고, 그에 따라 용손 등의 파손이 발생될 우려가 있게 되므로, 제1분사노즐(32)과 순산소분사노즐(40)이 이루는 각도는 10°~ 70°가 되도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 전술한 바와 같이, 다단 연소의 구현을 위해 상기 제2분사노즐(34) 또한 제1분사노즐(32)과 일정 각도를 이루도록 설치되는데, 제1분사노즐(32)과 제2분사노즐(34)이 이루는 각도는 5°~ 15°가 되도록 하는 것이 바람직하다.
즉, 버너(100)의 중심축 방향으로 설치되는 제1분사노즐(32)과, 제1분사노즐(32)의 상,하로 각각 일정 거리 이격되도록 설치되는 제2분사노즐(34) 사이의 각도가 5°미만인 경우에는 제1분사노즐(32)을 통해 분사된 1차연료가 순산소분사노즐(40)로부터 분사된 순산소와 만나 점화가 이루어지는 지점과 제2분사노즐(34)을 통해 분사된 2차연료가 순산소와 만나 점화가 이루어지는 지점이 너무 가깝게 되어 후술할 다단 연소에 의한 작용효과가 제대로 나타나지 않게 될 우려가 있을 뿐만 아니라, 2차연료와 순산소의 충돌 모멘텀이 감소하게 되어 불충분한 혼합이 형성되므로 불완전 연소가 형성될 우려가 있고, 제1분사노즐(32)과 제2분사노즐(34) 사이의 각도가 15°를 초과하는 경우에는 2차연료와 순산소가 만나 점화가 이루어지는 지점이 너무 가깝게 형성되어 화염이 연료분사노즐(30)과 순산소분사노즐(40) 및 후술할 연소블록(50)에 직접적인 영향을 주게 되고, 그에 따라 용손 등의 파손이 발생될 우려가 있기 때문이다.
따라서, 상기와 같이 연료분사노즐(30)을 5°~ 15°의 설치각도를 이루도록 설치되는 제1분사노즐(32)과 제2분사노즐(34)로 분리 구성함으로써 제2분사노즐(34)을 통해 분사되는 2차연료는 순산소분사노즐(40)을 통해 분사되는 순산소와 먼저 만나게 되어 농후한 연료 및 순산소량으로 인해 짧은 화염을 형성하게 되고, 제1분사노즐(32)을 통해 분사되는 1차연료는 보다 멀리 떨어진 지점에서 순산소분사노즐(40)을 통해 분사되고 2차연료와의 연소에 의해 일부가 소비된 순산소와 만나게 되므로 보다 희박한 연료 및 순산소량으로 인해 긴 화염을 형성하게 된다.
이와 같이, 본 발명에서는 연료와 순산소가 만나 연소가 이루어지는 지점을 다단으로 형성함으로써 충돌화염을 발생시킬 수 있게 되고, 그에 따라 화염 길이의 조절이 용이하게 이루어질 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 순산소 연소 버너(100)는 제어부(미도시)를 더 포함하여 구성될 수도 있는데, 상기 제어부는 제1분사노즐(32)과 제2분사노즐(34)을 통해 분사되는 1차연료와 2차연료의 분사량을 제어하는 역할을 하는 것이다.
보다 상세히 설명하면, 먼저 상기 제어부는 제1분사노즐(32)을 통해 분사되는 1차연료의 분사량을 연료공급부(10)를 통해 공급되는 총 연료의 0 ~ 70%의 범위 내에서 제어하고, 제2분사노즐(34)을 통해 분사되는 2차연료의 분사량을 총 연료의 30 ~ 100%가 되도록 제어하는데, 그 이유는 상기와 같은 분사량의 제어를 통해 다단 연소에 의해 이루어지는 배기가스의 내부 재순환을 형성시킴으로써 녹스(NOx)가스의 배출량을 감소시킬 수 있도록 하기 위함이다.
즉, 일반적으로 녹스가스는 화염의 온도가 낮을 수록 적게 발생되는데, 도 7의 (a)에 나타낸 바와 같이, 순산소분사노즐(40)을 통해 분사되는 순산소가 연료분사노즐(30)을 통해 분사되는 연료와 일정 각도를 이루도록 하여 분사되고, 순산소와 연료가 만나 연소가 이루어지는 지점이 다수 개로 분리되어 다단 연소가 이루어지는 경우 배기가스의 재순환이 형성되어 화염의 온도가 낮아지게 되므로 녹스가스의 배출량을 현저하게 감소시킬 수 있게 되는 것이다.
또한, 상기 제어부를 통한 1차연료와 2차연료의 분사량 제어를 통해 화염의 길이를 조절할 수 있게 되고, 제1분사노즐(32)을 통해 분사되는 1차연료의 분사량 보다 제2분사노즐(34)을 통해 분사되는 2차연료의 분사량을 많게 할 경우, 화염의 온도를 보다 낮출 수 있게 되므로 녹스가스의 배출량을 감소시킬 수 있게 된다.
다음, 상기 연소블록(50)은 순산소챔버(24)의 전단부에 착탈 가능하도록 결합되어 연료분사노즐(30) 및 순산소분사노즐(40)을 통해 분사되는 연료와 순산소의 분사 방향 및 화염의 형성방향을 안내함과 동시에 연료분사노즐(30) 및 순산소분사노즐(40)이 로(爐) 내부의 고온에 직접적으로 노출되지 않도록 하는 역할을 하는 것으로, 세라믹 등과 내화물로 이루어진다.
상기 연소블록(50)은 플랜지 접합 구조 등을 통해 연료분사노즐(30) 및 순산소분사노즐(40)을 감싸도록 하여 순산소챔버(24)의 전단부에 착탈 가능하게 결합되는 것으로, 종래부터 순산소 연소 버너(100)에 일반적으로 사용되는 구성이므로 이에 대한 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 순산소 연소 버너(100)의 사용 실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 도 4는 1차연료를 단독으로 사용한 경우의 연소를 나타낸 것으로, 1차연료 공급관(12)을 통해 제1분사노즐(32)로 배출된 1차연료와 순산소공급부(20)를 통해 순산소분사노즐(40)로 배출된 순산소가 만나 연소가 이루어지는 지점이 연소장의 후단에 형성된다.
즉, 1차연료를 단독으로 사용한 연소는 연소블록(50)으로부터 멀리 떨어진 지점에서의 화염이 필요한 경우 사용되는 것으로, 후술할 2차연료를 단독으로 사용한 연소의 경우보다는 길이가 긴 화염이 형성된다.
이때, 상기 순산소분사노즐(40)은 전술한 범위 즉, 제1분사노즐(32)을 기준으로 하여 10°~ 70°의 범위 내에서 각도 조절이 가능하도록 설치될 수 있는데, 순산소분사노즐(40)의 각도가 증가할수록 화염이 연소블록(50)으로부터 가까운 위치에서 형성되고, 순산소분사노즐(40)의 각도가 감소할수록 화염이 먼 위치에서 형성된다.
다음, 도 5는 2차연료를 단독으로 사용한 경우의 연소를 나타낸 것으로, 2차연료 공급관(14)을 통해 제2분사노즐(34)로 배출된 2차연료와 순산소공급부(20)를 통해 순산소분사노즐(40)로 배출된 순산소가 만나 연소가 이루어지는 지점이 연소장의 후단에 형성된다.
즉, 2차연료를 단독으로 사용한 연소는 연소블록(50)으로부터 가까운 지점에서의 화염이 필요한 경우 사용되는 것으로, 농후한 연료 및 순산소량으로 인해 1차연료를 단독으로 사용한 연소의 경우보다는 길이가 짧은 화염이 형성된다.
이 경우에도, 순산소분사노즐(40)의 각도를 조절하여 화염이 형성되는 위치를 조절할 수 있고, 필요에 따라서는 제2분사노즐(34)의 각도 또한 전술한 5°~ 15°범위 내에서 조절이 가능하도록 구성할 수도 있음은 물론이다.
다음, 도 6은 1차연료와 2차연료를 동시에 사용한 경우의 연소를 나타낸 것으로, 제2분사노즐(34)을 통해 배출된 2차연료가 순산소분사노즐(40)을 통해 배출된 순산소와 먼저 만나게 되어 연소장 전단부에서 1차연소가 이루어지고, 1차연소에 사용되고 남은 순산소가 제1분사노즐(32)을 통해 배출된 1차연료와 연소장 후단부에서 만나게 되어 2차연소가 이루어진다.
따라서, 전체적으로 넓은 범위에 걸쳐 가열이 이루어지게 되어 국부적인 가열, 즉 고온으로 가열되는 영역이 감소되고, 그에 따라 전술한 바와 같이 녹스의 발생량을 줄일 수 있게 된다.
또한, 도 6에서 확인할 수 있는 바와 같이, 1차연료와 순산소가 충돌하는 경우 분사속도에 의한 모멘텀에 의해 불완전 연소가스(P.O.C)의 내부재순환(E.G.R; Exhaust Gas Recirculation)이 형성되고, 2차연료와 순산소가 충돌하는 경우 충돌각도에 의한 모멘텀에 의해 불완전 연소가스의 내부재순환(E.G.R)이 형성되는데, 이러한 내부재순환은 녹스 가스의 배출량을 감소시키는 역할을 하게 된다.
보다 상세히 설명하면, 일반적으로 녹스 가스는 1400℃ 이상에서 기하급수적으로 증가하게 되는데, 1차 및 2차연료에 의한 다단 연소에 의해 발생되는 강한 내부재순환에 의해 불완전 연소가스의 재순환이 증가하게 되고, 그에 따라 마일드 연소(mild combustion)가 형성되어 국부적 가열이 감소하고 넓은 영역에 걸쳐 1400℃ 이하의 균일한 온도분포를 형성하게 됨으로써 녹스 가스의 생성을 감소시킬 수 있게 되는 것이다.
즉, 도 7의 (b)는 내부재순환의 증가에 의한 녹스 가스의 감소효과를 나타낸 것으로, 다단 연소에 의해 내부재순환(E.G.R) 효과가 증가할수록 녹스(NOx)가스의 발생이 감소되는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 전술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 다단 연소를 통해 연료의 분사 위치를 제어함으로써 충돌화염을 형성하여 화염길이의 조정을 용이하게 할 수 있도록 함과 동시에 배기가스의 내부 재순환을 형성하여 녹스(NOx)가스의 배출량을 감소시킬 수 있고, 연료와 순산소의 분사 각도 조정을 통해 화염이 형성되는 위치를 변경시킬 수 있도록 하는 등의 다양한 장점을 갖는 것이다.
전술한 실시예들은 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.
본 발명은 순산소 연소 버너에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다단 연소를 통해 연료의 분사 위치를 제어함으로써 충돌화염을 형성하여 화염길이의 조정을 용이하게 할 수 있도록 함과 동시에 배기가스의 내부 재순환을 형성하여 녹스(NOx)가스의 배출량을 감소시킬 수 있도록 하는 순산소 연소 버너에 관한 것이다.
10 : 연료공급부 12 : 1차연료 공급관
14 : 2차연료 공급관 14a : 2차연료 주입구
20 : 순산소공급부 22 : 순산소공급구
24 : 순산소챔버 26 : 순산소공급관
30 : 연료분사노즐 32 : 제1분사노즐
34 : 제2분사노즐 40 : 순산소분사노즐
50 : 연소블록 100 : (연소) 버너

Claims (9)

  1. 순산소 연소 버너에 있어서,
    연소에 사용될 연료를 공급하기 위한 연료공급부와,
    연소에 사용될 순산소를 공급하기 위한 순산소공급부와,
    상기 연료공급부의 전단에 연결 설치되는 연료분사노즐과,
    상기 순산소공급부의 전단에 연결되어 연료분사노즐과 10°~ 70°의 각도를 이루도록 설치되는 순산소분사노즐 및
    상기 연료분사노즐과 순산소분사노즐의 전단부에 착탈 가능하도록 연결 설치되는 연소블록을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 순산소 연소 버너.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 연료공급부는 1차연료를 공급하기 위한 1차연료 공급관과, 2차연료를 공급하기 위한 2차연료 공급관으로 분리 구성되고,
    상기 연료분사노즐은 1차연료 공급관에 연결 설치되는 제1분사노즐과, 2차연료 공급관에 연결 설치되는 제2분사노즐로 분리 구성된 것을 특징으로 하는 순산소 연소 버너.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 1차연료 공급관은 2차연료 공급관의 중심부를 관통하도록 설치되고, 상기 제2분사노즐은 제1분사노즐의 상,하로 배치되는 한 쌍으로 이루어진 것을 특징으로 하는 순산소 연소 버너.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제2분사노즐은 제1분사노즐과 5 ~ 15°의 각도를 이루도록 설치된 것을 특징으로 하는 순산소 연소 버너.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 제1분사노즐과 제2분사노즐을 통해 분사되는 1차연료와 2차연료의 분사량을 제어하기 위한 제어부를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 순산소 연소 버너.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제어부는 1차연료의 분사량을 총 연료의 0 ~ 70%가 되도록 제어하고, 2차연료의 분사량을 총 연료의 30 ~ 100%가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 순산소 연소 버너.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 순산소공급부는 순산소를 공급하기 위한 순산소공급구와, 상기 순산소공급구에 연결 설치되는 순산소챔버 및 상기 순산소챔버와 순산소분사노즐의 사이에 연결 설치되는 순산소공급관을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 순산소 연소 버너.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 순산소공급관은 순산소챔버의 상부와 하부에 한 쌍으로 구비되고, 상기 순산소분사노즐은 연료분사노즐의 상,하부에 위치되도록 한 쌍으로 구비되는 것을 특징으로 하는 순산소 연소 버너.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 순산소공급관은 전단부로 갈수록 직경이 점점 작아지는 테이퍼 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 순산소 연소 버너.
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