KR20200041423A - 측면 연료 인젝터 모듈이 구비된 연소 특성 분석 장치 - Google Patents

측면 연료 인젝터 모듈이 구비된 연소 특성 분석 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 뷰어부가 구비되며, 연소대상물 주입구(111)가 형성된 연소로(110); 상기 연소로(110)와 연통되며, 연소 반응이 일어나도록 상기 연소로(110)로 열을 공급하는 메인히터(120); 상기 연소대상물 주입구(111)를 통해 상기 연소로(110) 내부로 연소대상물(P)을 공급하는 연료 인젝터 모듈(130); 및 상기 연소대상물(P)의 연소에 의한 배기가스가 배출되는 배출 배관(140); 을 포함하며, 상기 연료 인젝터 모듈(130)은, 상기 메인히터(120)의 열 공급 방향과 수직한 방향으로 연소대상물(P)을 투입하도록 형성된 연소 특성 분석 장치를 제공한다. .

Description

측면 연료 인젝터 모듈이 구비된 연소 특성 분석 장치{APPARATUS FOR ANALYZING COMBUSTION PROPERTIES HAVING SIDE FUEL INJECTOR MODULE}
본 발명은 연료 인젝터 모듈이 구비된 연소 특성 분석 장치로서, 보다 구체적으로는, 연료가 측면에서 투입되는 구조로 형성됨에 따라, 실제의 산업용 보일러에서 연소하는 그룹 파티클의 연소 과정을 직관적이면서 실제적으로 모사할 수 있는 연소 특성 분석 장치에 관한 것이다.
도 1에는 종래 기술에 따른 연소 특성 분석 장치가 개략적으로 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 연소 특성 분석 장치는 연소 배관(10) 및 전기 연소로(20)를 포함하며, 연소 배관(10)이 상하 방향으로 전기 연소로(20)를 관통하도록 배치된다.
이와 같은 종래의 연소 특성 분석 장치에 따르면 분석 대상 연료(예로써 미분탄)이 연소 배관(10)의 상방향에서 하방향으로 중력에 의해 낙하하면서 연소되므로 실제 화력 발전소의 연소와 비교하여 체류 시간이 지나치게 짧다는 문제점이 있었다.
화력 발전소의 실제 연소로(보일러) 구조가 도 2에 개략적으로 도시되어 있다. 도 2를 참조하여 화력 발전소의 실제 연소로 구조를 살펴보면, 화력 발전소의 연소로(1000)는 복수 개의 버너와 제1 토출구(1110)를 구비한 상승 챔버(1100)를 포함한다.
상승 챔버(1100)는 내부 공간이 수직 상하 방향으로 길게 마련되어 있고, 그 상단부는 대략 수평 방향으로 연장된 수평 챔버(1200)에 연결된다. 그리고 수평 챔버(1200)의 우측단은 대략 수직 방향으로 연장된 하강 챔버(1300)에 연결된다.
수평 챔버(1200)에는 제1 열교환부(1410)가 마련되어 있으며, 하강 챔버(1300)에는 제2 열교환부(1420)가 마련될 수 있다. 하강 챔버(1300)의 외측단에는 제2 토출구(1310)가 형성되어 있다.
앞서 설명한 도 1에 도시된 종래의 연소 특성 분석 장치는 도 2에 예시한 화력 발전소의 연소로(보일러) 구조에 매칭되는 구조가 아님을 알 수 있다. 즉, 도 1의 연소 특성 분석 장치는 도 2의 연소로 구조와 달리 연소로(20)의 상측에서 연료가 투입될 뿐만 아니라, 도 1의 연소 특성 분석 장치에 형성되는 연료의 이동 경로는 도 2의 연소로 내부에 형성되는 연료의 이송 구조와는 상당한 거리가 있다.
이와 같이, 도 1에 예시한 종래의 연소 특성 분석 장치는 연료의 체류 시간 내지 이송 유로 면에서 실제 화력 발전소와 큰 차이를 갖기 때문에, 연소 특성 분석의 신뢰도가 저하되는 문제점을 보인다.
또한, 현재 사용되고 있는 연소장치는 낙하관 노(Drop Tube Furnace) 형태로 연소로 내부 유속이 거의 없는 상태에서 노 상단에서 고체 입자를 중력에 방향으로 낙하시키는 바, 탈 휘발 과정에서 고체 연료의 형상 및 물리 화학적 특징에 따라 기체상, 고체상 물질간의 물리적 상호 작용이 매우 불규칙하여 화염의 형상을 평가하기 어렵다는 문제점을 가진다. 이에 따라, 화염의 정량적 관찰이 어렵고 배기가스 저감 장치 등의 연소가스 후단 설비 없어 초기 연소 특성부터 배기가스 저감에 대한 전주기 평가를 수행하기에도 매우 제한적인 문제가 있다.
(특허문헌 1) JP3623898 B2
(특허문헌 2) JP3510511 B2
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 직접 관찰 방법을 통해 보다 미분 그룹 파티클의 연소를 정량적으로 관찰이 가능하며, 실제 산업용 보일러에서 연소하는 그룹 파티클의 점화 시간, 연소 화염 및 미연분(Unburned carbon) 과정을 직관적이면서 실제적으로 모사할 수 있는 연소 특성 분석 장치를 제안하고자 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 뷰어부가 구비되며, 연소대상물 주입구(111)가 형성된 연소로(110); 상기 연소로(110)와 연통되며, 연소 반응이 일어나도록 상기 연소로(110)로 열을 공급하는 메인히터(120); 상기 연소대상물 주입구(111)를 통해 상기 연소로(110) 내부로 연소대상물(P)을 공급하는 연료 인젝터 모듈(130); 및 상기 연소대상물(P)의 연소에 의한 배기가스가 배출되는 배출 배관(140); 을 포함하며, 상기 연료 인젝터 모듈(130)은, 상기 메인히터(120)의 열 공급 방향과 수직한 방향으로 연소대상물(P)을 투입하도록 형성된 연소 특성 분석 장치를 제공한다.
또한, 상기 메인히터(120) 및 상기 연소로(110)는 상하 방향으로 연장되며, 상기 연소대상물 주입구(114)는, 상기 연소로(110)의 연장 방향을 기준으로 상기 연소로(110)의 측면에 형성되고, 상기 연료 인젝터 모듈(130)은, 상기 연소대상물(P)을 수평 방향으로 공급하도록 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기 연료 인젝터 모듈(130)은, 상기 연소대상물 주입구(111)와 연통되며 수평 방향으로 연장된 몸체(131); 및 상기 몸체(131) 상에 결합되며, 상기 몸체(131) 내부로 연소대상물(P)이 투입되는 피더부(132); 를 포함하며, 상기 몸체(131)의 내측에는, 상기 피더부(132)를 통해 공급된 연소대상물(P)이 안착되는 안착부(133); 일측은 상기 안착부(133)와 결합되며, 타측은 탄성부재(134)와 결합되어 상기 탄성부재(134)가 압축 해제될 때, 상기 수평 방향 중 상기 연소대상물 주입구(114)를 향한 방향인 제 1 방향으로 이동하는 이송부(135); 및 상기 탄성부재(134)의 압축 상태 유지 또는 압축 상태 해제시키는 걸림부(136);를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 몸체(131)에는 캐리어 가스가 공급되는 가스 주입구(137)가 형성되며, 상기 가스 주입구(137)는 상기 연소대상물 주입구(111)와 대향하는 위치에 형성되어 상기 캐리어 가스를 상기 제 1 방향으로 공급하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 몸체(131) 중 상기 연소대상물 주입구(114) 측에는 냉각수가 순환하는 워터쿨링자켓(138)이 상기 몸체(131)의 외면을 둘러싸도록 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기 워터쿨링자켓(137)은, 상기 이송부(135)가 상기 제 1 방향으로 최대 이동한 위치일 때의, 상기 이송부(135)가 위치한 몸체(131)의 영역을 감싸도록 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기 안착부(133)는, 한 쌍의 리브를 구비하되, 상기 연소대상물 주입구(111)를 향한 방향이 개방되도록 형성되며, 상기 탄성부재(134)가 상기 제 1 방향의 반대 방향인 제 2 방향으로 최대 압축된 위치에서, 상기 피더부(132)를 통해 상기 연소대상물(P)을 공급받도록 형성된 것이 바람직하다.
한편, 전술한 연소 특성 분석 장치의 연료 인젝터 모듈(130)을 이용하여 연소대상물(P)을 공급하는 방법으로서, (a) 상기 피더부(132)의 입구에 연소대상물(P)을 투입하는 단계; (b) 상기 탄성부재(134)를 상기 제 1 방향과 반대 방향인 제 2 방향으로 최대 압축시켜, 상기 피더부(132)의 출구를 상기 안착부(133)의 상측에 위치시키는 단계; (c) 상기 피더부(132)의 출구를 개방시켜 상기 연소대상물(P)을 상기 안착부(133) 상에 위치시키는 단계; (d) 가스 주입구(137)를 통해 캐리어 가스를 상기 제 1 방향으로 주입시키는 단계; 및 (e) 상기 탄성부재(134)의 압축 상태를 해제시키는 단계; 를 포함하는 연소대상물(P) 공급 방법을 제공한다.
또한, 일측에는 미리 결정된 가스를 공급받는 공급배관(150)과 연결되고, 상기 메인히터(120) 전단에 구비되어 상기 가스를 예열시키는 프리히터(122); 및 상기 메인히터(120) 및 상기 프리히터(122) 사이에 구비되며, 상기 메인히터(120)에 미리 결정된 양의 스팀을 공급하는 스팀공급기(160); 를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 연소로(110)는, 상기 연소대상물(P)의 연소에 의한 화염 온도를 측정하는 제 1 파이로미터(112); 연소시 상기 연소대상물(P) 입자의 온도를 측정하는 제 2 파이로미터(114); 및 상기 연소로(110) 내부를 관찰하는 고속 카메라(116); 를 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 배기가스의 배출 방향을 기준으로 상기 배출배관(140)의 하단부 측에는 분석모듈(170)이 구비되며, 상기 분석모듈(170)은, 상기 배기가스의 성분을 분석하는 배기가스 분석부(172); 및 상기 배기가스 내의 미세먼지를 측정하는 미세먼지 측정부(174); 를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 연소로(110) 및 분석모듈(170) 사이에는 열교환기(180)가 구비되며, 상기 배출배관(140)은 상기 열교환기(180)를 통과하면서 상호 열교환하도록 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기 연소로(110)는 상기 메인히터(120) 상부에 결합되며, 상기 연소로(110)의 하단에는 고온 연소로 내 층류 유동을 위한 세라믹 허니콤브(Ceramic honeycomb)(118)가 구비된 것이 바람직하다.
상기한 바와 같은 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에 따른 연소 특성 분석 장치는 연료 인젝터 모듈을 특정한 구조로 형성하고 연소로의 측면에 배치함에 따라 연소로 내에서의 직교 흐름을 구현할 수 있는 바, 실제 산업용 보일러에서의 연소와 매우 유사하게 모사할 수 있는 효과를 발휘한다.
또한, 본 발명에 따른 연료 인젝터 모듈은 탄성력을 이용하여 연소대상물을 연소로 내부로 투입하는 구조인 바, 연소로의 벽면에 접촉한 상태로 투입하는 문제가 발생되지 않으므로, 연소대상물의 공급을 안정적으로 할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 연소 특성 분석 장치를 개략적으로 도시하는 모식도이다.
도 2는 화력 발전소에 사용되는 실제 연소로(보일러)를 개략적으로 도시하는 모식도이다.
도 3은 본 발명에 따른 연소 특성 분석 장치의 모식도이다.
도 4의 a는 본 발명에 따른 연료 인젝터 모듈의 탄성부재가 압축된 상태에서 연소대상물이 피더부로 공급되는 과정을 개략적으로 도시하는 모식도이다.
도 4의 b는 도 4의 a의 상태에서 피더부의 출구가 개방되어 연소대상물이 안착부에 안착되는 과정을 개략적으로 도시하는 모식도이다.
도 5의 a는 본 발명에 따른 연료 인젝터 모듈의 안착부에 연소대상물이 안착된 상태의 개략적인 단면도이다.
도 5의 b는 본 발명에 따른 연료 인젝터 모듈의 안착부에 연소대상물이 안착된 상태의 개략적인 평면도이다.
도 6은 도 4의 b 상태에서 탄성부재의 압축이 해제되어 연소대상물이 연소로 내부로 투입되는 과정을 개략적으로 도시하는 모식도이다.
도 7은 본 발명에 따른 연료 인젝터 모듈을 이용하여 연소대상물을 공급하는 방법의 순서도이다.
도 8은 본 발명에 따른 연소 특성 분석 장치의 후단에 열교환기 및 분석모듈과 결합된 상태를 개략적으로 도시하는 모식도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 연소 특성 분석 장치를 설명하며, 본 발명에 따른 연소 특성 분석 장치에 사용되는 연소 대상물은 단일 파티클(single particle), 그룹 파티클(group particle) 및 고체 펠렛(pellet) 형태가 모두 적용될 수 있으며, 바이오매스를 포함하는 고체 형태의 연료는 모두 적용될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 연소 특성 분석 장치의 모식도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 연소 특성 분석 장치는 연소로(110), 메인히터(120), 프리히터(122), 연료 인젝터 모듈(130), 배출배관(140), 공급배관(150), 스팀공급기(160), 분석모듈(172, 174) 및 데이터베이스부(190)를 포함한다.
연소로(110)에는 화염의 특성을 직접 관찰할 수 있도록 가시창 역할을 하는 뷰어부(미도시)가 구비되며, 연소로의 전면(前面)는 쿼츠(Quartz)로 형성될 수 있다. 또한, 연소로(110)의 측면에는 연소로(110) 내로 연소대상물(P)을 투입하기 위해 연소대상물 주입구(111)가 형성된다.
연소로(110)의 하부에는 메인히터(120)가 위치하며, 메인히터(120)는 연소로(110)와 연통되어 연소로(110) 내부로 연소 반응에 필요한 열을 공급하도록 형성된다. 메인히터(120) 내부에는 고온의 환경을 조성하기 위해 발열 코일이 구비될 수 있다. 이 때, 연소로(110)의 하부에는 세라믹 허니콤브(Ceramic honeycomb)(118)가 구비됨으로써, 메인히터(120)에서 연소로(110) 방향으로 유입되는 열의 형태를 균일하게 형성할 수 있다.
메인히터(120)의 하부에는 프리히터(pre-heater)(122)가 더 구비될 수 있고, 프리히터(122)를 이용하여 공급된 가스의 온도를 1차적으로 상승시킨 상태에서 메인히터(120)로 공급함으로써, 연소 효율을 증대시킬 수 있다. 구체적으로, 프리히터(122)에서는 공급된 가스를 400도로 상승시킨 후, 메인히터(120)에서는 1400도로 상승시킬 수 있다. 이러한 온도는 사용자에 의해 조절될 수 있음은 물론이다.
연료 인젝터 모듈(130)은 연소로(110)의 측면에 형성된 연소대상물 주입구(111와 연통된다. 연료 인젝터 모듈(130)은 연소로(110)와 수직 방향으로 결합되어 메인히터(120)에서 열이 공급되는 방향과 수직한 방향으로 연소대상물(P)을 투입하도록 형성된다.
이와 같이, 연소대상물(P)은 직교 흐름(Cross flow) 형태를 갖는 바, 이는 실제 노(furnace)에서의 연료 주입 구조와 유사하다. 또한, 연소대상물(P)은 소정의 시간 간격으로 자동 투입되도록 형성될 수 있다.
연료 인젝터 모듈(130)을 보다 구체적으로 설명하기 위해, 도 4의 a 및 b를 참조한다.
연료 인젝터 모듈(130)은 몸체(131) 및 몸체(131) 상에 결합된 피더부(132)를 포함한다. 몸체(131)는 외부와는 차단된 관형이되, 피더부(132)로부터 연소대상물(P)을 공급받고, 가스 주입구(137)로부터 캐리어 가스를 공급받을 수 있도록 형성된다.
피더부(132)의 입구는 연소대상물(P) 투입이 용이하도록 상부로 갈수록 직경이 커지는 형태이며, 피더부(132)의 출구는 개폐가능하도록 형성된다. 개폐 방식은 공지된 방식이 다양하게 적용될 수 있고, 연소대상물(P)은 중력 방향으로 투입되는 것이 바람직하다.
몸체(131)의 내측에는 안착부(133), 탄성부재(134), 이송부(135) 및 걸림부(136)가 위치한다. 안착부(133)에는 피더부(132)를 통해 공급된 연소대상물(P)이 안착된다. 도 5의 a 및 b를 더 참조하면, 안착부(133)는 한 쌍의 리브가 소정의 간격을 두고 평행하게 위치한 구조이며, 연소대상물 주입구(111)를 향한 방향이 개방되도록 리브가 위치된다.
이송부(135)는 안착부(133)에 위치한 연소대상물(P)을 연소로(110) 내부로 이동시키는 수단으로써, 연소대상물 주입구(111) 측에 안착부(133)가 구비되며, 안착부(133)와 대향하는 방향에 탄성부재(134)가 구비된다. 탄성부재(134)의 압축 상태를 유지시키거나, 상기 압축 상태를 해제하기 위해 걸림부(136)가 구비되어 있으며, 걸림부(136)는 사용자가 조작할 수 있도록 형성된다.
몸체(131)에는 저온의 캐리어 가스가 공급되는 가스 주입구(137)가 형성되며, 가스 주입구(137)는 연소대상물 주입구(111)와 대향하는 위치에 형성된다. 캐리어 가스는 예로, 질소 가스일 수 있으며, 미량의 캐리어 가스가 연소 대상물 주입구(111)를 향해 공급됨에 따라, 연소로(110)에서 연료 인젝터 모듈(130) 방향으로 고온의 가스가 유입되는 현상을 방지할 수 있다. 이는 연소로(110)에서 고온의 가스가 유입되는 경우, 연소대상물(P)이 건조되거나, 휘발되는 문제를 방지하기 위함이다.
도 4의 a 및 b를 참조하여 연소대상물(P)이 연소로(110) 내로 공급되는 과정을 설명한다. 도 4의 a는 연소대상물(P)이 피더부(132)로 공급된 상태를 도시하고 있으며, 피더부(132)의 출구가 폐쇄된 상태이다. 도 4의 b는 피더부(132)의 출구가 개방되어 연소대상물이 안착부(133) 상에 위치된 상태이다.
탄성부재(134)를 압축한 상태에서 걸림부(136)로 이송부(135)를 고정하며, 안착부(133)를 피더부(132)의 출구에 대응되는 위치로 이동시킨다. 이 때, 탄성부재(134)의 압축 강도는 사용자에 의해 조절 가능한 바, 이에 대응되도록 피더부(132)의 위치 역시 수평 방향으로 조절 가능할 수 있다.
몸체(131)의 일부는 연소로(110) 내부로 삽입될 수 있으며, 삽입되는 부위 측의 외주면에는 워터쿨링자켓(138a, 138b, 138c)이 구비될 수 있다. 워터쿨링자켓은 냉각수 입구(138a)로 냉각수가 유입되며, 몸체(131)의 외주면을 유동하고, 냉각수 출구(138c)로 냉각수가 배출될 수 있다. 이와 같이, 몸체(131)의 외주면에는 워터쿨링자켓(138a, 138b, 138c)을 구비함에 따라, 연소로(110) 내부의 열에너지가 연료 인젝터 모듈(130)의 몸체(131) 내부로 전달되는 것을 방지할 수 있다.
연소대상물(P)이 연소로(110) 내부로 투입되는 과정을 설명하면, 이송부(135)는 연소대상물 주입구(111)를 향한 방향인 제 1 방향으로 이동함으로써, 연소대상물(P)이 연소로(110) 내부로 투입될 수 있다. 이 때, 제 1 방향은 수평 방향을 의미한다. 탄성부재(134)는 이송부(135)가 제 1 방향의 반대 방향인 제 2 방향으로 이동될 때, 압축된다.
이송부(135)가 탄성부재(134)의 탄성력에 의해 이동할 때, 이송부(135)에 결합된 안착부(133) 및 안착부(133)에 위치된 연소대상물(P) 역시 함께 이동하게 되며, 이송부(135)가 제 1 방향을 기준으로 최대 위치에서 순간 정지할 때, 관성에 의해 연소대상물(P)은 연소로(110) 내부로 투입되게 된다.
이 때, 워터쿨링자켓(137)은 이송부(135)가 제 1 방향으로 최대 이동한 위치일 때의, 이송부(135)가 위치한 몸체(131)의 영역을 감싸도록 형성됨으로써, 연소로(110) 내부의 고온에 의해 안착부(133) 및 이송부(135)가 열변형되는 것을 방지할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 연료 인젝터 모듈을 이용하여 연소대상물을 공급하는 방법의 순서도이다. 도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 방법은, 피더부(132)의 입구에 연소대상물(P)을 투입하는 단계(S100), 탄성부재(134)를 상기 제 1 방향과 반대 방향인 제 2 방향으로 최대 압축시켜, 상기 피더부(132)의 출구를 상기 안착부(133)의 상측에 위치시키는 단계(S110), 상기 피더부(132)의 출구를 개방시켜 상기 연소대상물(P)을 상기 안착부(133) 상에 위치시키는 단계(S120), 가스 주입구(137)를 통해 캐리어 가스를 상기 제 1 방향으로 주입시키는 단계(S130); 및 상기 탄성부재(134)의 압축 상태를 해제시키는 단계(S140)를 포함한다.
단계(S100)에서는 연소대상물(P)을 중력 방향으로 투입시키며, 단계(S120)에서도 연소대상물(P)은 자중에 의해 안착부(133) 상에 위치된다. 단계(S130)에서는 미량의 캐리어 가스가 공급되며(예로, 0.5lpm 이하), 캐리어 가스는 연소대상물(P)에 영향을 주지 않는다. 단계(S140)에서는 걸림부(136)를 이용하여 탄성부재(134)의 압축 상태를 해제하며, 탄성부재(134)의 탄성력에 의해 이송부(135)가 제 1 방향으로 이동하게 된다.
이와 같이, 단계(S140)에서 탄성부재(134)의 압축 상태가 해제되어 이송부(135)가 제 1 방향으로 이동함에 따라, 연소대상물(P)은 모멘텀을 갖게 되며, 연소대상물(P)이 투입될 때, 연소대상물(P)이 연소로(110)의 대향하는 벽면과 충돌하지 않을 정도의 탄성력을 제공하는 것이 바람직하다.
연소로(110)에 구비된 뷰어부를 통해 연소대상물의 점화 시간, 연소 화염 및 미연분(Unburned carbon) 과정을 직관적으로 관찰할 수 있으며, 혼소 또는 다중 연료의 연소시 화염의 길이 및 화학발광(chemiluminescence) 등을 관찰할 수 있다.
프리히터(122)의 하부에는 미리 결정된 가스를 공급받는 공급배관(150)이 구비되며, 공급배관(150)을 통해 CO2, N2 및 O2와 같이 연소에 필요한 가스를 공급할 수 있다. 이 때, 공급배관(150)에서 공급되는 상기 가스들은 MFC 장치에 의해 공급량이 조절될 수 있다.
또한, 메인히터(120) 및 프리히터(122) 사이에는 스팀공급기(160)가 구비될 수 있으며, 스팀공급기(160)는 HPLC 펌프를 통해 스팀을 공급하도록 형성될 수 있다.
연소로(110) 내부의 온도는 900 내지 1300도로 형성될 수 있고, 유동 비율(Flow rate)은 15 내지 50lpm으로 형성될 수 있으며, 수증기(Evaporated H2O)는 0.5 내지 3cc/min으로 공급될 수 있고, O2의 비율은 10 내지 40 퍼센트로 조절될 수 있다. 가령, O2의 비율이 증가하면 연소 시간 및 화염의 크기는 작아질 수 있다.
또한, 연소로(110)에는 연소대상물(P)의 연소에 의한 화염 온도를 측정하는 제 1 파이로미터(112) 및 연소시 연소대상물(P) 입자의 온도를 측정하는 제 2 파이로미터(114) 및 연소로(110) 내부를 관찰하는 고속 카메라(116)를 구비할 수 있다.
제 1 파이로미터(112)는 파장의 범위는 0.6 내지 0.9 um이며, 온도 측정의 범위는 750 내지 2500도이고, 제 2 파이로미터(114)는 파장은 3.6 um이며, 온도 측정의 범위는 75 내지 1200도로 형성될 수 있다.
고속 카메라(116)는 도면 9와 같은 순차적인 연소 과정(Sequential combustion Process)을 관찰함으로써, 도면 10에서 보이는 바와 같은 연소대상물(P)의 연소 시간 및 버닝 거동(burning Behaviours) 분석을 가능하게 한다.
한편, 배출배관(140)에는 분석모듈(170)이 구비되며, 분석모듈(170)은 배기가스의 성분을 분석하는 배기가스 분석부(172) 및 배기가스 내의 미세먼지를 측정하는 미세먼지 측정부(174)를 포함한다. 배기가스 분석부(172) 및 미세먼지 측정부(174)에 의해 배기가스의 조성 및 미세먼지의 양을 정량적으로 분석할 수 있다.
이 때, 제 1 및 제 2 파이로미터(112, 114), 고속 카메라(116), 배기가스 분석부(172) 및 미세먼지 측정부(174)에 의해 측정된 정보들은 데이터베이스부(190)에 자동으로 전송될 수 있으며, 데이터베이스부(190)에 저장된 정보는 사용자가 열람할 수 있도록 형성된다.
도 8은 본 발명에 따른 연소 특성 분석 장치의 후단에 열교환기 및 분석모듈과 결합된 상태를 개략적으로 도시하는 모식도이다.
도 8을 참조하면, 배출배관(140)은 열교환기(180)를 통과하면서 상호 열교환하도록 구성되며, 열교환 효율을 증대시키기 위해, 배출배관(140)의 일부는 절곡됨으로써, 열교환 면적을 증대시킬 수 있다.
또한, 배출배관(140)의 후단 측에는 압축기(192) 및 MFC(194)가 구비될 수 있으며, 이를 통해 가압을 수행함으로써, 용해도가 높은 이산화질소 전환을 극대화하고 습식장치를 통해 황산화물 및 질소산화물을 저감시킬 수 있다. 이는 배기가스 저감분석부(176)에 의해 수행될 수 있다.
이상, 본 명세서에는 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 도면에 도시한 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 본 발명의 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
100: 연소 특성 분석 장치
110: 연소로
111: 연소대상물 주입구
120: 메인히터
122: 프리히터
130: 연료 인젝터 모듈
131: 몸체
132: 피더부
133: 안착부
134: 탄성부재
135: 이송부
136: 걸림부
137: 가스 주입구
138: 워터쿨링자켓
140: 배출배관
150: 공급배관
160: 스팀공급기
170: 분석모듈
172: 배기가스 분석부
174: 미세먼지 측정부
180: 열교환기
190: 데이터베이스부

Claims (13)

  1. 뷰어부가 구비되며, 연소대상물 주입구(111)가 형성된 연소로(110);
    상기 연소로(110)와 연통되며, 연소 반응이 일어나도록 상기 연소로(110)로 열을 공급하는 메인히터(120);
    상기 연소대상물 주입구(111)를 통해 상기 연소로(110) 내부로 연소대상물(P)을 공급하는 연료 인젝터 모듈(130); 및
    상기 연소대상물(P)의 연소에 의한 배기가스가 배출되는 배출 배관(140); 을 포함하며,
    상기 연료 인젝터 모듈(130)은,
    상기 메인히터(120)의 열 공급 방향과 수직한 방향으로 연소대상물(P)을 투입하도록 형성된,
    연소 특성 분석 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 메인히터(120) 및 상기 연소로(110)는 상하 방향으로 연장되며,
    상기 연소대상물 주입구(114)는, 상기 연소로(110)의 연장 방향을 기준으로 상기 연소로(110)의 측면에 형성되고,
    상기 연료 인젝터 모듈(130)은, 상기 연소대상물(P)을 수평 방향으로 공급하도록 형성된,
    연소 특성 분석 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 연료 인젝터 모듈(130)은,
    상기 연소대상물 주입구(111)와 연통되며 수평 방향으로 연장된 몸체(131); 및
    상기 몸체(131) 상에 결합되며, 상기 몸체(131) 내부로 연소대상물(P)이 투입되는 피더부(132); 를 포함하며,
    상기 몸체(131)의 내측에는,
    상기 피더부(132)를 통해 공급된 연소대상물(P)이 안착되는 안착부(133);
    일측은 상기 안착부(133)와 결합되며, 타측은 탄성부재(134)와 결합되어 상기 탄성부재(134)가 압축 해제될 때, 상기 수평 방향 중 상기 연소대상물 주입구(114)를 향한 방향인 제 1 방향으로 이동하는 이송부(135); 및
    상기 탄성부재(134)의 압축 상태 유지 또는 압축 상태 해제시키는 걸림부(136);를 포함하는,
    연소 특성 분석 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 몸체(131)에는 캐리어 가스가 공급되는 가스 주입구(137)가 형성되며, 상기 가스 주입구(137)는 상기 연소대상물 주입구(111)와 대향하는 위치에 형성되어 상기 캐리어 가스를 상기 제 1 방향으로 공급하는,
    연소 특성 분석 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 몸체(131) 중 상기 연소대상물 주입구(114) 측에는
    냉각수가 순환하는 워터쿨링자켓(138)이 상기 몸체(131)의 외면을 둘러싸도록 형성된,
    연소 특성 분석 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 워터쿨링자켓(137)은,
    상기 이송부(135)가 상기 제 1 방향으로 최대 이동한 위치일 때의, 상기 이송부(135)가 위치한 몸체(131)의 영역을 감싸도록 형성된,
    연소 특성 분석 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 안착부(133)는,
    한 쌍의 리브를 구비하되, 상기 연소대상물 주입구(111)를 향한 방향이 개방되도록 형성되며,
    상기 탄성부재(134)가 상기 제 1 방향의 반대 방향인 제 2 방향으로 최대 압축된 위치에서, 상기 피더부(132)를 통해 상기 연소대상물(P)을 공급받도록 형성된,
    연소 특성 분석 장치.
  8. 제 3 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 연소 특성 분석 장치의 연료 인젝터 모듈(130)을 이용하여 연소대상물(P)을 공급하는 방법으로서,
    (a) 상기 피더부(132)의 입구에 연소대상물(P)을 투입하는 단계;
    (b) 상기 탄성부재(134)를 상기 제 1 방향과 반대 방향인 제 2 방향으로 최대 압축시켜, 상기 피더부(132)의 출구를 상기 안착부(133)의 상측에 위치시키는 단계;
    (c) 상기 피더부(132)의 출구를 개방시켜 상기 연소대상물(P)을 상기 안착부(133) 상에 위치시키는 단계;
    (d) 가스 주입구(137)를 통해 캐리어 가스를 상기 제 1 방향으로 주입시키는 단계; 및
    (e) 상기 탄성부재(134)의 압축 상태를 해제시키는 단계; 를 포함하는,
    연소대상물(P) 공급 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    일측에는 미리 결정된 가스를 공급받는 공급배관(150)과 연결되고, 상기 메인히터(120) 전단에 구비되어 상기 가스를 예열시키는 프리히터(122); 및
    상기 메인히터(120) 및 상기 프리히터(122) 사이에 구비되며, 상기 메인히터(120)에 미리 결정된 양의 스팀을 공급하는 스팀공급기(160); 를 포함하는,
    연소 특성 분석 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 연소로(110)는,
    상기 연소대상물(P)의 연소에 의한 화염 온도를 측정하는 제 1 파이로미터(112);
    연소시 상기 연소대상물(P) 입자의 온도를 측정하는 제 2 파이로미터(114); 및
    상기 연소로(110) 내부를 관찰하는 고속 카메라(116); 를 구비하는,
    연소 특성 분석 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 배기가스의 배출 방향을 기준으로 상기 배출배관(140)의 하단부 측에는 분석모듈(170)이 구비되며,
    상기 분석모듈(170)은,
    상기 배기가스의 성분을 분석하는 배기가스 분석부(172); 및
    상기 배기가스 내의 미세먼지를 측정하는 미세먼지 측정부(174); 를 포함하는,
    연소 특성 분석 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 연소로(110) 및 분석모듈(170) 사이에는 열교환기(180)가 구비되며,
    상기 배출배관(140)은 상기 열교환기(180)를 통과하면서 상호 열교환하도록 형성된,
    연소 특성 분석 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 연소로(110)는 상기 메인히터(120) 상부에 결합되며, 상기 연소로(110)의 하단에는 세라믹 허니콤브(Ceramic honeycomb)(118)가 구비된,
    연소 특성 분석 장치.
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