KR830000916B1 - 접선식 연소보일러용 버어너내의 공기흐름 제어장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

접선식 연소보일러용 버어너내의 공기흐름 제어장치

제 1 도는 접선식 연소로의 개락 평면도.

제 2 도는 본 발명에 따른 버어너의 사시도.

제 3 도는 제 2 도의 3-3선을 따라서 본 단면도.

본 발명은 가스 또는 오일연소장치, 특히 접선식 연소로에서 사용되는 중앙회전기(central swirler)를 가지는 연료 주입장치에 관한 것이다.

가스 또는 오일을 연료로서 사용하는 현대의 열 발생장치에서 연료 주입장치를 효율적으로 자동시키는 부하 작동범위는 대단히 넓다. 연소효율을 극대화하고 매연이 형성되는 것을 최소화하기 위해서 종래의 접선식 연로는 전부하시에는 10% 내지 20%의 과잉 공기를, 그리고 경부하시에는 전부하시에 사용되는 과잉 공기량보다 약 50%가 더 많은 과잉 공기를 사용하여 작동된다. 가스나 오일과 같은 그러한 높은 에너지를 가진 연료에 대하여 그 비용이 증대되고 또한 효율이 감소되기 때문에 유독한 배기 물질을 생성시키지 않고 보일러의 효율을 높여 주어야 할 필요가 있으며, 또한 부하가변장치(swing load units)와 같은 그러한 값비싼 연료를 사용하는 장치에서 부하 보일러의 효율을 높여 주어야 할 필요가 있는 것이다. 보일러의 효율을 높여 주기 위한 한가지 방법은 연료를 효율적으로 연소시켜 주기 위해 필요한 과도한 공기량을 감소시켜 주는 것이다. 연료 주입장치가 넓은 부하 범위를 통하여 얼마나 효율적으로 작동하느냐 하는 것은 어떤 부하 조건하에서도 연소 공기가 연료와 함께 얼마나 완전하게 혼합이 되느냐 하는데 의존하므로, 공기와 연료를 완전하게 혼합시켜 주기 위해서 연료 주입장치나 연소로 자체내의 공기에 회전장치가 제공된다. 연소로에 공급된 모든 연료를 완전히 연소시키는 데 필요한 과도한 공기량을 감소시키기 위해, 공기를 소용돌이 치게해 주므로서 일어나는 혼합은 과잉 공기내에서 적당한 비율로 증대되어야 한다. 그러므로, 전형적인 접선식 연소로에서 접선식 작동이 비교적 강한 고부하 조건에서는 연료와 공기의 혼합이 약간만 증가되는 것이 요구되는 반면, 접선식 작동이 거의 없는 저부하조건에서는 연료와 공기의 혼합이 크게 증가 되는 것이 요구된다.

최대의 흐름이 일어나는 고부하에서는 연소로 내에서 접선식 작동이 우세하여 연료와 공기를 가장 적절하게 혼합시키게끔 해주며, 따라서 연료 주입장치의 회전기를 통해 유도되는 공기의 비율은 최소까지 감소될 수 있다. 그러나, 저부하에서는 연소로내에서 공기의 흐름이 거의 없기 때문에 연소로 내에서의 부족한 공기를 보상해 주기 위해서 연료 주입장치의 회전기를 통해 적당한 량의 연소 공기를 유입시켜 주어야 한다

결론적으로 말하자면, 연료와 공기를 너무 급속히 혼합(소용돌이)시켜 주게 되면 그 결과 질소산화물이 현저하게 증가되는 결과를 초래할 수 있기 때문에 이러한 급속한 혼합은 피해야 한다는 점이 중요하다. 그러므로, 낮은 과잉공기에서 효율적으로 연소시켜주기 위해 조심스럽게 평형을 이루도록 충분히 혼합을 시켜야지 질소 산화물이 현저하게 증가할 정도로 격렬하게 혼합시켜서는 안된다.

본 발명에 따라서, 특수한 접선식 연소풍동 장치가전형적인 접선식 연소로에 복합되므로서 각각의 연료 주입장치에 공급되는 연료 공급 범위를 3 내지 1로 하고 약 5%정도의 과잉공기를 가지고 작동될 수 있는 연소 장치가 제공된다. 공기는 팬과 풍동입구(windbox inlet)사이에 설치된 도관에 의해 전형적인 방식으로 풍동장치로 공급된다.

특별한 단위설계에 의해서 본 발명을 변경시키지 않고도 공기 재가열기가 또한 도관속에 설치될 수있다 비록 풍동에 대한 공기 공급장치가 다르다고해도 이러한 개념은 평형 및 유도 통풍로(balanced and induced draft furnaces)도 동일하게 작용될 수 있다. 본 발명에 따라서 접선식 연소로에서 사용하기 위한 풍동 및 댐퍼장치가제에 제공된다. 상기 장치는 중앙 회전기를 통해 흐르는 연소공기의 분해, 환상의 회전하지 않는 공기, 및 광범 위한 부하조건에서 작동하는 보조공기 노즐등을 완전하게 제어해 준다. 이러한 제어는 4개의 공기 배출지점(회전기,환상부 및 2개의 보조공기노즐)을 통해 공기를 향하게 하는 풍동내의 댐퍼장치 및 분할판에 의해서 주어진다. 이러한 장치는 연소 공기의 공급에 대한 강제, 유도, 또는 평형 통풍 방법에 적당하다.

설계상의 최대 연료 주입량중에서

이하의 연료주입량을 사용하는 저보일러 부하에서의 표준 작동 순서는 중심 도관을 통하여 거의 모든 연소 공기를 제공하는대, 상기 중심도관은 연표와 공기의 흐름이 연속으로 속으로 유입되는 지점의 인접부위내에서 연료와 공기를 격렬하게 혼합시켜주는 공기 회전기의 역할을 한다. 상기 장치에서 요구되지는 않지만 소용돌이 납개의 곡선은 나선형으로서 방사 내향으로 회전기의 중심 쪽으로 증가시킬 수 있다. 이것은 연소로에서부터 연료분사 지점쪽으로 고온의 연소생성물을 재순환시켜준다. 연료 주입량이 증대되면 소용돌이 공기를 공급하는 중앙도관을 에워싸는 공기흐름 댐퍼는 소용돌이 공기를 환상의 회전되지 않는 공기로 공급하도록 점진적으로 개방된다. 이러한 환상부는 두개의 주요한 목적을 가진다. 첫번째 목적은 회전기에 의해 발생된 연료와 공기의 혼합물에 추가의 연소공기를 균일하게 제공하는 것이다. 상기 혼합물은 바로 혼합되는 것이 아니라 연소로의 공동내에서 약간 떨어진 곳에서 혼합되며, 이렇게 하므로서 초기 연료 분사지점 근방에서 고온의 연료 풍부 영역을 유발시키게 된다. 이렇게 이루어진 연소 상태는 비교적 낮은 수준의 질소 산화물을 포함한다는 장점이 있는 것으로 생각된다. 환상의 회전되지 않은 공기에 대한 두번째 목적은 풍동 장치에 의해 발생한 화염의 형상을 제어하는 것이다. 부하가 증대할 때 모든 연소 공기가 회전기를 통하여 유입된다면 화염은 튜울립의 형상이 되어서 연료와 공기의 분사지점 부근의 연소로의 벽에 심하게 충돌하게 될 것이다. 이렇게 되면 그 부근의 연소로의 벽에 대한 마모가 가속화 되는 현상이 일어나게 된다. 여기에 환상의 공기를 사용하게 되면 기다란 손가락 모양의 화염이 생겨나며, 연소로의 부하가 증가하면 이들 손가락 모양의 불꽃들이 서로 작용하여 환상의 공기를 공기/연료의 소용돌이 혼합물과 혼합시켜서 효율적으로 완전하게 연소시켜 주는 접선 방향의 소용돌이를 형성하게 된다. 연료의 흐름이 전부하 상태까지 증대되면, 환상의 도관의 상부 및 하부에 배치되며 각각의 댐퍼를 갖는 보조공기 노즐로 불리우는 두 개의 추가공기실이 공기를 연소로에 공급해 주게 된다. 이러한 공기는 고속으로 공급되며, 이 공기가 접선 방향의 소용돌이의 혼합이 제어되는 연소로의 중앙에 이를 때까지는 환상의 공기 또는 소용돌이 공기와 완전히 혼합되지 않는다.

연소로 내에서 최적의 연료/공기 혼합상태가 이루어지게 되는 시점에서, 연소로의 중심 수평면상에 놓인 작은 원의 접선을 따라 연소로의 각각의 모서리로부터 안쪽으로 연료와 공기의 흐름, 이 활발하게 사출된다. 격렬한 혼합은 공기의 흐름들이 서로 만나는 곳과 난류가 가장 큰 곳에서 일어난다. 큰 회오리 바람과 유사한 회전운동이 화염체(flame body)에 주어져서 연료와 공기가 균일하게 완전히 연소될 수 있을 정도로 충분히 이들을 혼합시켜 준다.

양호한 작동 과정으로, 서연료 주입량이 증대되면 회전기도관에 대한 댐퍼는 먼져, 예정된 정압차가 풍동 댐퍼의 바로 상류 지점각 연소로의 공동 사이에서 유지되는 점까지 개방된다. 더욱 개방된 회전기도관의 댐퍼가 상기 예정된 압력차를 더 이상 유지시키기 어려운 점까지 연료 주입량이 증대되면, 환상부의 댐퍼는 이러한 목적을 이루기 위해 개방되기 시작한다. 이와 유사한 형태로서 개방된 환상부의 댐퍼가 이와 같은 압력차를 더 이상 유지하지 못하게 되면 연료 주입량이 최대에 이를 때까지 보조 댐퍼는 이러한 목적을 이루기 위해 개방되기 시작한다. 연소로의 특별한 상태 또는 방출 제한 명령이 댐퍼의 양호한 작동에 의해 변하면, 이러한 장치는 상술한 바와 같은 과정을 거쳐서 필연적으로 작동되어야 한다는 것은 아니고, 전반적인 개방각정이 이탈되지 않는한 여기서 기술된 다양한 개념으로부터 이탈한 것이라고 간주해서는 안된다. 사실상, 질소 산화물의 생성율을 대단히 적은 수준으로 하지 않으면 안되는 상황에서 연소로의 접선식 작용이 지배적인 높은 연간 주입량에서 바람직한 것은 보다 많은 공기를 환상부 및 보조 공기 도관에 공급하기 위해 회전기로 가는공기의 흐름을 감소시켜주는 것이다.

따라서 본발명은 전부하상태에서 연소공기와 연료를 가장 양호하게 혼합시켜줄 목적으로 접선식 연소로와 관련하여 양호하게 사용될 수 있는 연료주입장치를 제공하는 것이다. 본 발명에 따른 장치에 의해서 고부하에서의 접선식 연소로에서 흔히 존재하는 화염의 안정도 및 효율적인 연소에 대한 보충으로서 저부하 상태에서도 화염의 최대안정도, 효율적인 연소, 및 유해한 산화질소 생성물의 감소등을 제공하는 연료주입장치가 제공된다.

본 발명에 따른 양호한 실시예는 첨부도면을 참조로 하여 아래에서 상세하게 설명될 것이다.

도면을 참조하면, 제 1 도에는 연소로실(14)의 중앙에서 수평면으로 놓인 작은원의 접선을 따라 연료및 공기의 혼합물을 배출시켜주는 버어니(16)와 상기 버어너(16)가 설치된 직 4각형의 연소로실(14)각 외부별(12)을 가지는 연소로가 도시되어 있다. 연소로의 각 모서리에는 하나 또는 그 이상의 버어너가 상하로 겹쳐서 설치되므로서 연소로실(14)내의 가스를 완전히 연소시켜줄 수 있는 예정된 열출력을 가지는 연소율을 제공해 준다.

연소용 공기는 연료를 완전연소시킬수 있을 정도로 충분한 산소를 연소로에 공급하기 위해 각각의 버어너(16)에 공급된다. 오일과 같은 그러한 연료는 공기공급도관(24)내에서 그 중심에 배치된 주입기(22)를 통해 연소로 속으로 공급되며, 상기 주입기(22)의 배출단은 연소로 속으로 돌출되고 그반대쪽단은 연료공급원에 연결된다.

오일주입기(62)를 동심원상으로 둘러싸고 있는 공기도관(24)에는 다수의 날개(28)가 형성되어 있다. 상기날개(28)는 선회 또는 소용돌이 형상으로 구분되어서 이곳을 통하여 공기가 유입되어 들어오며, 공기가 버어너로부터 배출되면 연료는 이 공기와 쉽게 혼합이 될 것이다. 공기공급도관(24)으로 들어온 공기는 도관(26)을 지나가는데, 상기도관(26)은 수동으로 제어되거나 또는 통상적인 버어너의 조작에 따라 생기는 다양한 조건들중의 하나에 응답하여 제어되는 축(32)을 중심으로 작동되는 댐퍼장치(30)에 의해서 조절된다.

공기공급도관(24)의 주위에는 도관(26) 주위에서 실제로 환상의 통로를 개방단을 가지는 1차 공급도관(34)이 설치되어 있다. 1차 공기도관(34)은 소용돌이 공기를 형성하는 공기 공급도관(24)을 감싸며 공기를 연소실(14)로 배출시키는 노줄로서의 역할을 하는 일련의 통로에 의해 연소공기원에 연결된다. 1차 공기도관(34)을 통해지나가는 공기의 흐름은 버어너의 상부 및 하부에서는 각각의 댐퍼(36A)에 의해서 그리고 그 양측면에서는 댐퍼(36B)에 의해서 제어된다. 상기 댐퍼(36A,36B)들은 수동으로 제어되거나 또는 보일러작동 과정에 따른 1차 공기내의 변화를 요하는 다양한 조건들중의 하나에 응답하여 제어된다.

각 버어너의 외주비에서 벽(42)은 보조공기를 적당한 공급원으로부터 연소로의 연소실(14)로 공급하기 위한 도관(44)에 연결된다. 공급도관(44)을 지나는 공기의 흐름은 댐퍼밸브(46)에 의해 조절된다. 상기 댐퍼밸브(46)는 주입기(22)로부터 공급된 연료를 완전 연소시켜주기 위해 연소실(14)로 들어가는 보조공기의 흐름을 제어하는 역할을 한다.

저부하시, 댐퍼밸브(46, 36A, 36B)들은 완전히 밀폐되고, 그결과 버어너의 공기공급도관(24)으로부터 연소실로 공급되는 모든 공기는 중앙의 댐퍼장치(30)에 의해 제어된다. 공기가 날개(28)를 통해흐르면 공기에 회전운동이 주어지므로 연료주입기(22)의 끝부분에서 공급된 연료와 철저하게 혼합이 되며, 따라서 보다 낮은 과잉공기에서도 더 큰 화염의 안정도를 얻을 수 있게 된다. 보다 큰 화염의 안정도에 의해서 연료는 보다 효율적으로 연소된다.

부하가 증대하면 댐퍼(36A, 36B, 46)들은 절진적으로 개방되어서, 버어너로부터 흘러나가는 공기와 1차 공기도관(34) 및 공급도관(44)을 통해 연소실(14)로 공급되는 공기의 총량이 증가한다. 상기도관(34, 44)들을 통해 연소실로 공급된 공기는 이 공기가 연소로의 공동속으로 먼저 배출되면 연료와 급속하게 혼합되지 않는다. 그러나, 버어너의 접선식 배치에 의해 일어나는 바와같이 연소로의 공동내에서 난류의 소용돌이가 일어나게 된 뒤에는 연료와 공기가 모두 완전하게 혼합되고 따라서 효율적인 연소가 이루어지게 된다.

그러므로 본 발명은 공지된 기술의 장치에서는 가능하지 않는 방식으로서 모든 부하 조건에서 최적의 연료/공기혼합을 제공하기 위해 접선식 연소로와 상호작동하는 버어너를 제공한다. 따라서 본 발명의 정신과 범주를 벗어나지 않고도 다양하게 변형시켜서 실시할 수 있는 것이 분명하다.

Claims (1)

1. 중앙의 연소실(14)을 감싸고 있는 외부벽(12), 연료 및 공기의 혼합물을 상기 연소실(14)속으로 접선 방향으로 공급하게끔 된 연소로에 설치된 다수의 버어너(16), 연료공급원으로부터 상기 연소실(14)로 연료를 직접 공급하는 상기 버어너(16)내에 설치된 주입기(22), 연소공기원을 포함하여 상기 버어너(16)와 결합되어 있는 풍동 및 상기 풍동을 상기 연소로에 연결하는 도관장치로 구성된 접선식 연소보일러에 1차공기, 2차공기, 및 소용돌이 공기를 연소실(14)로 각각 공급하기 위한 다수의 통로를 가지는 버어너에 있어서, 소용돌이 공기의 흐름 내의 날개(28)는 그곳을 통해지나가는 공기의 흐름에 회전운동을 제공하며 소용돌이 공기를 제공하기 위한 통로내에 설치된 댐퍼장치(30)는 그곳을 통해 지나가는 공기의 흐름을 조절하게끔 구성된 것을 특징으로 하는 접선식 연소 보일러용 버어너내의 공기흐름를 제어장치.

Images