KR20190109861A - 공기 공급 제어를 통한 저질소산화물 연소장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연소장치로서, 연소시 공급되는 공기의 흐름 및 공급을 제어하여 효과적으로 질소산화물 발생을 억제할 수 있는 연소장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 연소장치에 의하면, 서로 다른 공급 공기의 유동, 연료 및 공급되는 공기의 예혼합, 화염 부상 형성, 실시간으로 화염을 계측 및 제어를 통하여 연소장치의 안정적인 운전 및 질소산화물 생성을 억제함으로써 최적의 저공해 연소의 구현이 가능다는 장점을 갖는다.

Description

공기 공급 제어를 통한 저질소산화물 연소장치{Low NOx combustion device through air supply control}
본 발명은 연소장치로서, 연소시 공급되는 공기의 흐름 및 공급을 제어하여 효과적으로 질소산화물 발생을 억제할 수 있는 연소장치에 관한 것이다.
현재 사용되는 주된 에너지원은 탄화수소계열의 화석 연료이다. 그러나 이러한 화석연료의 연소 후 생성물에 의한 환경오염 문제가 심각하게 제기되고 있다.
상기한 연소 후 생성물에는 질소 산화물(질소산화물)，이산화탄소(C02) 외에 연료의 불완전 연소로 인해 생기는 일산화탄소(CO)와 매연(soot) 등이 있다.
기존의 화석 연료를 사용하는 연소기는 연소시의 화학적 반응에 의해 NO 및 N02의 화학식을 갖는 질소산화물(NOx)의 생성이 불가피하다.
이의 발생을 억제하기 위한 저질소산화물 연소기술은 연료와 공기의 혼합형태I 공연비 등 연소기의 구조 개선을 통해 이루어지도록 발전하고 있다. 연소과정에서 발생하는 질소 산화물은 대기 중의 다른 산소와 반응하여 스모그 및 대기의 오존 증가 등 환경문제를 발생시킨다.
특히 이러한 연소과정에서 발생하는 배출물(emission)의 경우 환경 및 인체의 건강에 해를 끼치므로 각국에서는 점점 더 엄격한 기준으로 규제를 강화하고 있다.
질소산화물의 종류에는 발생 원인에 따라 열적 질소산화물(Thermal NOx), 급속 질소산화물(Prompt NOx), 및 연료 질소산화물(Fuel NOx)로 분류될 수 있다. 열적 질소산화물은 공기 중의 질소가 산소와 16000℃ 이상의 고온에서 반응하여 생성되는 것이고，급속 질소산화물은 탄화수소계 연료의 연소시 연소 초기에 생성되는 것이며，연료 질소산화물은 연료 중에 함유된 질소 성분의 반응에 의해 생성된다.
이와 같은 질소 산화물의 대책에 있어서도 천연가스와 같은 기체연료에는 연료 중에 질소성분이 함유되어 있지 않기 때문에 열적 질소산화물 및 급속 질소산화물와 관련된 인자를 제어하는 것이 효과적일 수 있다.
질소산화물은 광화학 스모그 및 산성비의 원인이 되며 동식물에 심각한 영향을 미치는 것으로 알려져 있고, 오랫동안 많은 연구자들은 질소산화물를 감소시키는 다양한 방법을 연구되었다.
특히 질소산화물 발생을 억제하기 위한 방법으로 화염온도를 낮추어 열적 질소산화물의 생성을 억제한다.
관련 선행기술을 살펴본다. 특허문헌 1은 본 출원의 발명자들에 의해 안출된 것으로, 질소산화물 발생을 억제하기 위한 연소장치를 개시한다.
질소산화물 저감효과를 유도하기 위해 예혼합 연소기법을 일부 도입하였으며, 이러한 예혼합 연소기법은 가스와 연료의 혼합기를 버너로 공급하여 화염의 당량비를 균일하게 형성하기 위한 기법이다.
그러나, 예혼합 연소기법은 보일러 연소시스템에서 고효율을 위한 높은 당량비 조건에서의 운전이 어렵다.
또한, 화염의 보염을 위해 적용되는 기술로서 버너 선단에 보염판 또는 선회기를 적용한다. 그러나, 이러한 경우 설계에 의한 결과가 매우 극단적이다.
본 발명자들에 의해 안출된 특허문헌 2에는 일정 설계비를 통하여 버너를 설계하므로써 향상된 질소산화물 저감 효과를 얻는 연소장치가 개시된다.
이 경우, 현저한 질소산화물 저감 효과를 가지나 일정 설계비를 통하여 버너를 설계하여야 하므로, 다양한 크기의 보일러 등에 적용하는 데에는 다소 한계가 있고, 또한, 선회기를 버너 선단에 적용하며 화염의 폭이 넓어져 화염의 선회유동에 의한 재순환영역에서 연료/공기의 당량비가 변하여 고온영역이 형성되는 경우가 있고, 이 경우 질소산화물 저감효과가 일부 저하된다는 단점이 있다.
특허문헌 1: KR 1,203,189 B1 특허문헌 2: KR 1,512,352 B1
이에, 본 발명은 연료 및 공기의 예혼합, 부상화염 형성I, 실시간 화염계측 및 이의 제어를 통하여 보다 효과적으로 질소산화물 생성을 억제할 수 있는 연소장치를 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 연소로에 설치되는 버너를 구비하는 연소부, 상기 버너 내부의 상태를 계측하고 계측된 상기 버너 내부의 상태에 따라 상기 버너에 공급되는 공기를 제어하는 계측제어부를 포함하는 연소장치로서, 상기 버너는, 공급되는 공기를 상기 연소로 내부로 직진류인 1차 공기로 공급되도록 하는 직진류 공급관; 상기 직진류 공급관 주위에 위치하며, 연료가 상기 연소로 내부로 공급되도록 하는 연료 공급관; 상기 연료 공급관 주위에 위치하며, 공급되는 공기를 상기 연소로 내부로 선회류인 2차 공기로 공급되도록 하는 선회류 공급관; 및 상기 직진류 공급관 및 상기 선회류 공급관에 상기 공기를 공급하는 공기 공급부;를 포함하며, 상기 계측제어부는, 상기 연소로 내부의 상태를 계측하는 계측부; 및 상기 계측부에서 계측된 상기 연소로 내부의 상태에 따라 상기 직진류 공급관 및 상기 선회류 공급관으로 공급되는 상기 1차 공기 및 상기 2차 공기를 제어하는 제어부;를 포함하는 연소장치를 제공한다.
상기 직진류 공급관 및 상기 선회류 공급관을 통하여 공급되는 상기 1차 공기 및 2차 공기에 의해, 상기 연소로 내에서 형성되는 화염 하단과 상기 버너의 연소로 측 선단부 사이가 이격되는 부상영역이 형성될 수 있다.
상기 계측부는, 상기 연소로 내 화염의 자발광을 입사 받는 광섬유, 및 상기 광섬유로부터 입사된 상기 화염의 자발광을 영상정보로 처리하는 영상처리부를 포함하며, 상기 제어부는 상기 영상처리부에서 처리된 상기 영상정보에 따라 상기 직진류 공급관 및 상기 선회류 공급관으로 공급되는 상기 1차 공기 및 상기 2차 공기를 제어할 수 있다.
상기 광섬유는 상기 직진류 공급관 또는 상기 선회류 공급관 내에 설치될 수 있다.
상기 계측부는, 상기 연소로 화염의 영상정보를 취득하는 광학 카메라 또는 자외선 카메라를 포함하고, 상기 제어부는 취득된 상기 화염의 영상정보에 따라 상기 직진류 공급관 및 상기 선회류 공급관으로 공급되는 상기 1차 공기 및 상기 2차 공기를 제어할 수 있다.
상기 계측부는, 상기 연소로 화염의 영상정보 및 상기 부상영역의 영상정보를 각각 취득하는 복수의 광학카메라 또는 자외선 카메라를 포함하고, 상기 제어부는 취득된 상기 화염 및 상기 부상영역의 영상정보에 따라 상기 직진류 공급관 및 상기 선회류 공급관으로 공급되는 상기 1차 공기 및 상기 2차 공기를 제어할 수 있다.
상기 공기 공급부와 상기 직진류 공급관, 및 상기 공기 공급부와 상기 선회류 공급관 사이에 각각 위치하는 복수의 공기조절수단을 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 영상정보에 따라 상기 각 공기조절수단 또는 상기 공기공급부의 동작을 조절함으로써, 상기 직진류 공급관 및 상기 선회류 공급관으로 공급되는 상기 1차 공기 및 상기 2차 공기를 제어할 수 있다.
상기 공기 공급부는, 상기 직진류 공급관에 공기를 공급하는 제1공급부 및 상기 선회류 공급관에 공기를 공급하는 제2공급부, 및 상기 제1공급부와 상기 직진류 공급관, 및 상기 제2공급부와 상기 선회류 공급관 사이에 각각 위치하는 복수의 공기조절수단을 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 영상정보에 따라 상기 각 공기조절수단 또는 상기 공기공급부의 동작을 조절함으로써, 상기 직진류 공급관 및 상기 선회류 공급관으로 공급되는 상기 1차 공기 및 상기 2차 공기를 제어할 수 있다.
상기 선회류 공급관은, 그 선단부가 상기 연소로 내부로 소정간격 삽입되어 위치함으로써 공급되는 상기 연료, 상기 1차 공기 및 상기 2차 공기가 상기 소정간격 내에서 예혼합되어 상기 연소로 내부로 공급될 수 있다.
본 발명에 따른 연소장치에 의하면, 서로 다른 공급 공기의 유동, 연료 및 공급되는 공기의 예혼합, 화염 부상 형성, 실시간으로 화염을 계측 및 제어를 통하여 연소장치의 안정적인 운전 및 질소산화물 생성을 억제함으로써 최적의 저공해 연소의 구현이 가능다는 장점을 갖는다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 연소장치를 개략적으로 나타낸다.
도 2는, 연소장치의 연료 및 각 공기 공급관 부분을 위에서 바라본 도면이다.
도 3은, 공기 공급부의 다른 실시예를 포함하는 연소장치를 개략적으로 나타낸다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 연소장치의 연소과정을 개략적으로 나타낸다.
도 5는, 본 발명에 있어서, 계측제어부의 구체적인 일 실시예에 따른 연소장치의 연소과정을 개략적으로 나타낸다.
도 6은, 본 발명에 있어서, 계측제어부의 구체적인 다른 실시예에 따른 연소장치의 연소과정을 개략적으로 나타낸다.
도 7은, 본 발명에 있어서, 계측제어부의 구체적인 또 다른 실시예에 따른 연소장치의 연소과정을 개략적으로 나타낸다.
본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 기술되어야 할 것이다.
또한, 기술되는 실시예는 발명의 설명을 위해 예시적으로 제공되는 것이며, 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면 및 바람직한 실시예를 들어 본 발명에 따른 연소장치를 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연소장치는, 연소부(100) 및 계측제어부(220)를 포함한다.
연소부(100)는 연소로(10), 버너(20) 및 공기 공급부(60)를 포함한다.
연소로(10)는 그 내부에 연소를 위한 공간이 마련되며, 연소로(10) 내부로 공급되는 연료와 공기(산화제)의 연소가 이루어진다.
버너(20)는 연소로(10) 일측에 위치하여 공기 및 연료가 공급되도록 하며, 공급되는 공기 및 연료로 화염을 형성하여 연소로(10) 내부에서 연소가 이루어지도록 한다.
버너(20)는 직진류 공급관(30), 연료 공급관(40), 선회류 공급관(50) 및 공기 공급부(60)를 포함한다.
직진류 공급관(30)은 버너(20)의 대략 중앙부에 위치하며, 직진류 공급관(30)과 연결된 공기 공급부(60)로부터 공급되는 공기가 직진류 공급관(30)을 통하여 직진류를 이루며 1차 공기로서 연소로(10) 내부로 공급되도록 한다.
연료 공급관(40)은 직진류 공기 공급관 주위에 위치하며, 연료 공급관(40)에 연결된 연료 공급부로부터 공급되는 연료가 연소로(10) 내부로 공급되도록 한다.
선회류 공급관(50)은 연료 공급관(40) 주위에 위치하며, 선회류 공급관(50)에 연결된 공기 공급부(60)로부터 공급되는 공기가 선회류 공급관(50)을 통하여 선회류를 이루며 2차 공기로서 연소로(10) 내부로 공급된다.
즉, 상기 직진류 공급관(30), 연료 공급관(40) 및 선회류 공급관(50)은 버너(20) 중심으로부터 순차로 동심을 이루며 배치된다. 달리 말하면, 직경이 가장 큰 선회류 공급관(50) 내부에 연료 공급관(40)이 위치하고, 연료 공급관(40) 내부에 직진류 공급관(30)이 위치한다(도 2 참조).
선회류 공급관(50)은 공기 공급부(60)로부터 공급되는 공기에 선회류를 발생시키기 위하여, 그 내부에 위치하는 선회기를 구비하거나, 도 2에 나타낸 바와 같이, 선회류 공급관(50)의 측면에 편심된 위치에 공기 공급관(51)이 설치되어, 선회류 공급관(50)으로 공급되는 공기가 선회류를 이루도록 할 수 있다.
또한, 도 1에 나타낸 바와 같이 선회류 공급관(50)은 그 선단부(연소로(10) 측 단부)가 상기 직진류 공급관(30) 및 연료 공급관(40)보다 연소로(10) 내부로 소정간격 더 삽입되어 위치할 수 있고, 이로 인해, 선회류 공급관(50) 선단부의 내부에는 상기한 소정간격만큼의 예혼합영역이 형성 될수 있다.
따라서, 공급되는 상기 1차 공기, 상기 연료 및 상기 2차 공기가 상기 소정간격 내에서 예혼합되어 연소로(10) 내부로 공급될 수 있다. 이로써, 연소시 발생할 수 있는 역화 현상을 방지할 수 있다.
공기 공급부(60)는 상기와 같이 직진류 공급관(30) 및 선회류 공급관(50)에 연결되어, 직진류 공급관(30) 및 선회류 공급관(50)에 공기를 공급하며 공급되는 공기는, 상기한 바와 같이 직진류 공급관(30) 및 선회류 공급관(50)을 통하여 각각 직진류를 이루는 1차 공기 및 선회류를 이루는 2차 공기로 연소로(10) 내로 공급된다.
공기 공급부(60)와 직진류 공급관(30) 및 선회류 공급관(50)을 연결하는 각 라인에는 공급되는 공기를 조절하기 위한 밸브 또는 댐퍼 등으로 구성된 제1공기조절수단(71) 및 제2공기조절수단(72)이 각각 구비된다.
이로써, 연소로(10)로 공급되는 직진류 및 선회류를 이루는 공기를 조절하여 안정적인 연소가 이루어지도록 한다.
한편, 공기 공급부(60)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 직진류 공급관(30)에 연결된 제1공급부(61) 및 선회류 공급관(50)에 연결되는 제2공급부(62)로 복수로 구성되어, 제1공급부(61)에서 직진류 공급관(30)으로 1차 공기가, 제2공급부(62)에서 선회류 공급관(50)으로 2차 공기가 각각 별개로 공급되도록 할 수 있다.
제1공급부(61)와 직진류 공급관(30)을 연결하는 라인 및 제2공급부(62)와 선회류 공급관(50)를 연결하는 각 라인에는 각 공급부로부터 공급되는 공기를 조절하기 위한 밸브 또는 댐퍼 등으로 구성된 제1공기조절수단(71) 및 제2공기조절수단(72)이 각각 구비된다.
이로써, 연소로(10)로 공급되는 직진류 및 선회류를 이루는 공기의 보다 정밀한 조절이 가능하여 안정적인 연소가 이루어지도록 한다.
도 4를 참조하면, 연료 공급부로부터 연소로(10) 내부로 공급되는 연료와 상기 공기 공급부(60)로부터 공급되는 1차 공기(31) 및 2차 공기(32)가 선회류 공급관(50) 선단부에 위치한 예혼합영역(12)에서 예혼합되어 연소로(10) 내부로 공급되고 공급된 공기와 연료에 의해 연소가 이루어진다.
직진류 및 선회류로 각각 공급되는 1차 공기(31) 및 2차 공기(32)로 인하여, 연소시 형성되는 화염이 버너(20)로부터 이격되어 부상 형성된다. 즉, 연소로(10) 내에서 형성되는 화염영역(11) 하단과 상기 버너(20)의 연소로(10) 측 선단부 사이가 이격되는 부상영역(13)이 형성된다.
또한, 기존의 연소가스를 버너(20) 내부로 유도하여 재연소하는 것과는 달리, 선회류의 선회 유동에 의해 연소로(10) 내부에서 재순환 되는 연소가스의 유동을 조절하여 균일한 화염의 형성이 가능하다.
결과적으로, 화염의 당량비를 균일하게 함과 동시에 화염온도를 억제하여 열적 질소산화물의 생성을 효과적으로 저감할 수 있다.
다만, 상기와 같은 연소부(100)에서의 연소는 직진류와 선회류의 유동을 통한 연소기법을 사용하는데, 이러한 연소기법은 상기한 효과를 모두 얻을 수 있는 안정적인 연소가 이루어지도록 제어하는 것이 다소 어렵다.
따라서, 본 발명에서는 상기한 직진류와 선회류를 제어하기 위한 계측제어부(220)를 구비한다.
이하, 도 5 내지 도 7을 더 참조하여, 계측제어부(220)의 구성 및 제어동작을 상세히 설명한다.
계측제어부(220)는, 연소로(10) 내부의 상태를 계측하는 계측부(210), 및 계측부(210)에서 계측된 연소로(10) 내부의 상태에 따라 직진류 공급관(30) 및 선회류 공급관(50)으로 공급되는 상기 1차 공기(31) 및 2차 공기(32)를 제어하는 제어부(220)를 구비한다.
도 5을 참조하여 계측제어부(220)의 일 실시예를 설명한다.
일 실시예에 따른 계측부(210)는 광섬유(211) 및 영상처리부(212)를 구비한다.
광섬유(211)는 연소로(10) 일측에 설치되며, 연소시 연소로(10) 내에 형성되는 화염의 자발광이 광섬유(211)를 통하여 입사된다.
화염자발광에는 OH라디칼, CH라디칼 또는 CO2라디칼이 포함된다. 이러한 라디칼은 연소반응의 주요한 화학종으로서 각 라디칼 파장대의 피크를 각 화학종 라디칼의 농도로 나타낼 수 있고, 라디칼의 농도는 화염당량비의 변화에 따라 변화한다.
영상처리부(212)는 광섬유(211)로부터 입사된 화염의 자발광을 영상정보로 처리한다.
상기한 화염자발광에 포함된 라디칼은 연소반응의 주요한 화학종으로서 각 라디칼 파장대를 각 화학종 라디칼의 농도로 나타낼 수 있고, 라디칼의 농도는 화염당량비의 변화에 따라 변화한다.
따라서, 영상처리부(212)의 영상정보처리는 광섬유(211)로부터 입사된 화염의 자발광을 필터링 처리 등에 의해 화학종의 파장대에 따라 처리한 데이터를 생성하고, 생성한 데이터로부터 라디칼 농도 분포 형태로 출력함으로써 이루어질 수 있다.
제어부(220)는 상기 영상처리부(212)에서 처리된 상기 영상정보에 따라 직진류 공급관(30) 및 상기 선회류 공급관(50)으로 공급되는 상기 1차 공기(31) 및 상기 2차 공기(32)를 제어한다.
구체적으로, 제어부(220)는 처리된 영상정보에 따라, 공기 공급부(60)와 직진류 공급관(30) 및 선회류 공급관(50)을 연결하는 각 라인에 구비된 제1공기조절수단(71)과 제2공기조절수단(72)의 동작을 제어하거나, 공기 공급부(60)의 동작을 직접 조절함으로써, 직진류 공급관(30) 및 상기 선회류 공급관(50)으로 공급되는 상기 1차 공기(31) 및 상기 2차 공기(32)의 유량 및 유속을 제어한다.
또한, 상기와 같이 공기 공급부(60)가 복수로 구성되는 경우, 제1공급부(61)와 제2공급부(62)의 동작을 각각 제어하거나, 제1공급부(61)와 직진류 공급관(30)을 연결하는 라인에 구비된 제1공기조절수단(71) 및 제2공급부(62)와 선회류 공급관(50)을 연결하는 라인에 구비된 제2공기조절수단(72)의 동작을 각각 제어함으로써, 직진류 공급관(30) 및 상기 선회류 공급관(50)으로 공급되는 상기 1차 공기(31) 및 상기 2차 공기(32)의 유량 및 유속을 제어한다.
일례로, 제어부(220)는 영상정보를 통하여 화염에 당량비의 불균일지점이 감지되면 공급 공기의 직진류의 유량비율을 높이도록 공기 공급부(60) 또는 각 공기조절수단을 제어한다.
한편, 상기 광섬유(211)는 버너(20)의 직진류 공급관(30) 또는 선회류 공급관(50)의 내부에 설치될 수 있다, 이로써, 광섬유(211)를 냉각하기 위한 별도의 냉각부를 구비하지 않고, 직진류 공급관(30) 또는 선회류 공급관(50)으로 공급되는 공기에 의해 광섬유(211)를 냉각할 수 있다.
다음, 도 6을 참조하여 계측제어부(220)의 다른 실시예를 설명한다.
본 실시예에서 계측부(210)는, 연소로(10) 일측에 구비되어 연소로(10) 내 화염 영역(11)에 형성되는 화염의 영상정보를 취득하는 광학 카메라 또는 자외선 카메라로 구성될 수 있다.
상기한 화염자발광에 포함된 각 라디칼 파장대에서의 피크는 자외선영역과 가시광영역에서 강도가 크다. 따라서, 보다 정확한 당량비 변화를 포함하는 정보의 취득이 가능하다.
또한, 계측부(210)를 광학 카메라나 자외선 카메라로 구성하는 경우, 상기와 같은 화염자발광의 입사뿐 아니라, 화염의 길이 및 너비를 계측하여 직접 영상정보로 취득할 수 있다. 화염의 길이나 너비 또한 연소 상태를 잘 나타내므로, 이를 영상정보로 취득하여 1차 공기(31) 및 2차 제어에 사용할 수 있다.
제어부(220)는 상기 영상처리부(212)에서 처리된 상기 영상정보에 따라 상기 직진류 공급관(30) 및 상기 선회류 공급관(50)으로 공급되는 상기 1차 공기(31) 및 상기 2차 공기(32)를 제어한다.
구체적인 제어는 상기 일 실시예에서의 공기 공급부(60) 및 공기조절수단(71, 72)의 제어와 같이, 제어부(220)는 처리된 영상정보에 따라, 공기 공급부(60)와 직진류 공급관(30) 및 선회류 공급관(50)을 연결하는 각 라인에 구비된 제1공기조절수단(71)과 제2공기조절수단(72)의 동작을 제어하거나, 공기 공급부(60)의 동작을 직접 조절함으로써, 직진류 공급관(30) 및 상기 선회류 공급관(50)으로 공급되는 상기 1차 공기(31) 및 상기 2차 공기(32)의 유량 및 유속을 제어한다.
또한, 상기와 같이 공기 공급부가 복수로 구성되는 경우, 제1공급부(61)와 제2공급부(62)의 동작을 각각 제어하거나, 제1공급부(61)와 직진류 공급관(30)을 연결하는 라인에 구비된 제1공기조절수단(71) 및 제2공급부(62)와 선회류 공급관(50)을 연결하는 라인에 구비된 제2공기조절수단(72)의 동작을 각각 제어함으로써, 직진류 공급관(30) 및 상기 선회류 공급관(50)으로 공급되는 상기 1차 공기(31) 및 상기 2차 공기(32)의 유량 및 유속을 제어한다.
다음, 도 7을 참조하여 계측제어부(220)의 또 다른 실시예를 설명한다.
본 실시예에서 계측부(210)는, 복수의 광학 카메라또는 자외선 카메라를 포함한다.
계측부(210)는 연소로(10) 화염의 영상정보를 취득하는 제1카메라(213) 및 부상영역의 영상정보를 각각 취득하는 제2카메라(214)로 구성된다.
제1카메라(213) 및 제2카메라(214)는 상기 다른 실시예에서와 같이 광학 카메라 또는 자외선 카메라로 구성된다.
제1카메라는(213) 연소로 (10) 내부에서 형성되는 화염영역(11)의 화염자발광의 입사 및 화염의 길이 및 너비를 계측하여 직접 영상정보로 취득할 수 있다.
제2카메라(214)는 부상영역의 높이 즉, 화염 하단과 버너(20) 선단부의 이격거리를 계측하여 영상정보로 취득한다.
제어부(220)는 취득된 상기 화염영역(11) 및 상기 부상영역의 영상정보에 따라 상기 직진류 공급관(30) 및 상기 선회류 공급관(50)으로 공급되는 상기 1차 공기(31) 및 상기 2차 공기(32)를 제어한다.
구체적인 제어는 상기 일 실시예에서의 공기 공급부(60) 및 공기조절수단의 제어와 같이, 제어부(220)는 처리된 영상정보에 따라, 공기 공급부(60)와 직진류 공급관(30) 및 선회류 공급관(50)을 연결하는 각 라인에 구비된 제1공기조절수단(71)과 제2공기조절수단(72)의 동작을 제어하거나, 공기 공급부(60)의 동작을 직접 조절함으로써, 직진류 공급관(30) 및 상기 선회류 공급관(50)으로 공급되는 상기 1차 공기(31) 및 상기 2차 공기(32)의 유량 및 유속을 제어한다.
또한, 상기와 같이 공기 공급부(60)가 복수로 구성되는 경우, 제1공급부(61)와 제2공급부(62)의 동작을 각각 제어하거나, 제1공급부(61)와 직진류 공급관(30)을 연결하는 라인에 구비된 제1공기조절수단(71) 및 제2공급부(62)와 선회류 공급관(50)을 연결하는 라인에 구비된 제2공기조절수단(72)의 동작을 각각 제어함으로써, 직진류 공급관(30) 및 상기 선회류 공급관(50)으로 공급되는 상기 1차 공기(31) 및 상기 2차 공기(32)의 유량 및 유속을 제어한다.
다만, 본 실시예에서 추가된 부상영역의 제어의 일례를 들면, 화염의 부상정도가 높으면，즉, 부상영역의 높이가 높다면, 선회류의 유량비율을 높이도록 공기 공급부 또는 각 공기조절수단(71, 72)을 제어한다.
본 발명에 따른 연소장치에 의하면, 서로 다른 공급 공기의 유동, 연료 및 공급되는 공기의 예혼합, 화염 부상 형성, 실시간으로 화염을 계측 및 제어를 통하여 연소장치의 안정적인 운전 및 질소산화물 생성을 억제함으로써 최적의 저공해 연소의 구현이 가능다는 장점을 갖는다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
100: 연소부
10: 연소로
20: 버너
30: 직진류 공급관
40: 연료 공급관
50: 선회류 공급관
60: 공기 공급부
200: 계측제어부
210: 계측부
220: 제어부

Claims (9)

  1. 연소로(10)에 설치되는 버너(20)를 구비하는 연소부(100), 상기 연소로(10) 내부의 상태를 계측하고 계측된 상기 연소로(10) 내부의 상태에 따라 상기 버너(10)에 공급되는 공기를 제어하는 계측제어부(220)를 포함하는 연소장치로서,
    상기 버너(20)는,
    공급되는 공기를 상기 연소로(10) 내부로 직진류인 1차 공기로 공급되도록 하는 직진류 공급관(30);
    상기 직진류 공급관(30) 주위에 위치하며, 연료가 상기 연소로(10) 내부로 공급되도록 하는 연료 공급관(40);
    상기 연료 공급관(40) 주위에 위치하며, 공급되는 공기를 상기 연소로(10) 내부로 선회류인 2차 공기로 공급되도록 하는 선회류 공급관(50); 및
    상기 직진류 공급관(30) 및 상기 선회류 공급관(50)에 상기 공기를 공급하는 공기 공급부(60);를 포함하며,
    상기 계측제어부(220)는,
    상기 연소로(10) 내부의 상태를 계측하는 계측부(210); 및
    상기 계측부(210)에서 계측된 상기 연소로(10) 내부의 상태에 따라 상기 직진류 공급관(30) 및 상기 선회류 공급관(50)으로 공급되는 상기 1차 공기 및 상기 2차 공기를 제어하는 제어부(220);를 포함하는,
    연소장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 직진류 공급관(30) 및 상기 선회류 공급관(50)을 통하여 공급되는 상기 1차 공기 및 2차 공기에 의해, 상기 연소로(10) 내에서 형성되는 화염 하단과 상기 버너(20)의 연소로(10) 측 선단부 사이가 이격되는 부상영역이 형성되는,
    연소장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 계측부(210)는, 상기 연소로(10) 내 화염의 자발광을 입사 받는 광섬유(211), 및 상기 광섬유(211)로부터 입사된 상기 화염의 자발광을 영상정보로 처리하는 영상처리부(212)를 포함하며,
    상기 제어부(220)는 상기 영상처리부(212)에서 처리된 상기 영상정보에 따라 상기 직진류 공급관(30) 및 상기 선회류 공급관(50)으로 공급되는 상기 1차 공기 및 상기 2차 공기를 제어하는,
    연소장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 광섬유(211)는 상기 직진류 공급관(30) 또는 상기 선회류 공급관(50) 내에 설치되는,
    연소장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 계측부(210)는, 상기 연소로(10) 화염의 영상정보를 취득하는 광학 카메라 또는 자외선 카메라를 포함하고,
    상기 제어부(220)는 취득된 상기 화염의 영상정보에 따라 상기 직진류 공급관(30) 및 상기 선회류 공급관(50)으로 공급되는 상기 1차 공기 및 상기 2차 공기를 제어하는,
    연소장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 계측부(210)는, 상기 연소로(10) 화염의 영상정보 및 상기 부상영역의 영상정보를 각각 취득하는 복수의 광학 카메라 또는 자외선 카메라를 포함하고,
    상기 제어부(220)는 취득된 상기 화염 및 상기 부상영역의 영상정보에 따라 상기 직진류 공급관(30) 및 상기 선회류 공급관(50)으로 공급되는 상기 1차 공기 및 상기 2차 공기를 제어하는,
    연소장치.
  7. 제 3 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공기 공급부(60)와 상기 직진류 공급관(30), 및 상기 공기 공급부(60)와 상기 선회류 공급관(50) 사이에 각각 위치하는 복수의 공기조절수단을 더 포함하며,
    상기 제어부(220)는 상기 영상정보에 따라 상기 각 공기조절수단 또는 상기 공기공급부의 동작을 조절함으로써, 상기 직진류 공급관(30) 및 상기 선회류 공급관(50)으로 공급되는 상기 1차 공기 및 상기 2차 공기를 제어하는,
    연소장치.
  8. 제 3 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공기 공급부(60)는, 상기 직진류 공급관(30)에 공기를 공급하는 제1공급부(61) 및 상기 선회류 공급관(50)에 공기를 공급하는 제2공급부(62), 및
    상기 제1공급부(61)와 상기 직진류 공급관(30), 및 상기 제2공급부(62)와 상기 선회류 공급관(50) 사이에 각각 위치하는 복수의 공기조절수단을 더 포함하며,
    상기 제어부(220)는 상기 영상정보에 따라 상기 각 공기조절수단 또는 상기 공기공급부의 동작을 조절함으로써, 상기 직진류 공급관(30) 및 상기 선회류 공급관(50)으로 공급되는 상기 1차 공기 및 상기 2차 공기를 제어하는,
    연소장치.
  9. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선회류 공급관(50)은, 그 선단부가 상기 연소로(10) 내부로 소정간격 삽입되어 위치함으로써,
    공급되는 상기 연료, 상기 1차 공기, 및 상기 2차 공기가 상기 소정간격 내에서 예혼합되어 상기 연소로(10) 내부로 공급되는,
    연소장치.
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