KR960014714B1 - 다종연료 혼합연소시의 버너별 연소공기유량 조절방법 - Google Patents

Abstract

내용없음.

Description

다종연료 혼합연소시의 버너별 연소공기유량 조절방법

제1도는 일반적인 연소설비의 제어계통을 도시한 구성도.

제2도는 종래 기술에 따라 접변(Damper)을 이용한 공기유량 제어방식을 도시한 설명도.

제3도는 다종연료 혼합연소시의 버너별 공기공급계통을 도시한 구성도.

제4도는 본 발명에 따른 버너별 연소공기유량 조절방식을 도시한 구성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 주공기유량계 2 : 주공기유량 조절기

3 : 단별 공기유량계 4 : 단별 공기유량 조절기

5 : 버너 6 : 접변(Damper)

7 : 풍상 8 : 공기공급관

9 : 공기조절판 10 : 연료노즐

본 발명은 다수개의 버너가 설치된 연소로에서 여러가지 연료를 동시에 사용하는 경우의 버너별 연소용 공기유량 조절방법에 관한 것으로서, 보다 상세히는 버너별로 각기 다른 연료를 연소시키는 경우 버너별 공기공급관내에 공기조절판을 설치하고 공기조절판의 개폐정도를 조절하여 버너별로 적정량의 공기를 공급되도록 함으로서 저과잉공기비에서의 완전연소를 도모하기 위한 연소공기유량의 조절방법에 관한 것이다.

통상의 연소조업에서는 최소의 연료를 사용하여 최대의 열효율을 얻는데 목표를 두고 있다. 설비의 대폭적인 보완이나 변경없이 열효율을 향상시키는 가장 효과적인 방법은 저과잉공기비 연소방법이다. 동일한 연소부하에서 과잉공기비를 크게 하면 과잉공기에 의한 희석 내지는 연소가스량의 증가에 의해 열효율이 저하되며, 공기량이 부족한 경우에는 불완전연소에 의해 열효율의 저하와 공해의 문제가 발생하게 된다. 따라서 일산화탄소와 같은 미연분의 발생이 문제가 되지 않는 범위내에서 가능한 한 저과잉공기비에서 연소시키는 것이 요망된다. 이러한 관점에서 통상의 연소설비에서는 공기비를 1.05-1.2 부근에서 유지관리하고 있다.

대개의 연소설비에서는 단일연료를 사용하는 것이 보통이나, 연료수급상의 이유등으로 인해 동일 연소로의 여러가지 연료를 동시에 사용하는 설비들도 있다. 이와 같은 설비의 일례로서 제철소내에서 운전되는 발전보일러를 들 수 있다. 제철소에서 발전보일러는 제철소내 연료수급의 완충역할을 수행하기 때문에 가스연료공급의 과부족에 따라 중유를 보조연료로 사용하고 있다. 즉 제철소의 발전보일러에서는 제철부생가스인고로가스, 코크스로가스, 전로가스와 중유를 동시에 사용하는 경우가 흔히 발생한다.

그리고, 상기와 같이 많은 수의 버너를 사용하는 연소설비에서는 통상 몇개의 버너를 1개조로 하여 연소 제어를 하는 것이 일반적이다. 즉 연료유량이나 공기유량의 조절은 각자 버너별로 이루어지지 않고 각조별로 이루어지고 있다. 종래의 연소제어방법을 도면을 기초로 설명하면 다음과 같다.

제1도와 같이 버너가 상단, 중단, 하단의 3단으로 구분되어 연소제어가 이루어지는 연소설비를 예를 들어 종래의 연소공기량 조절방법을 설명하기로 한다. 연소로에 필요한 전체 연소용 공기는 사용되는 연료의 양과 조성으로부터 미리 계산되어 주공기유량계(1)에서 계량되고, 상기 주공기유량 조절기(2)에 의해 유량이 조절되어 각 단으로 공급된다. 또한 각 단의 단별 공기유량계(3)에서는 각단의 공기유량이 계량되어 단별 공기유량 조절기(4)에 의해 유량이 조절되어 단별의 각 버너에 공급되어지는 것이 통상적인 방법이다. 제1도에서 미설명부호 11는 연소로이며, A1, A2…C2, C3는 버너를 나타낸다. 이와 같은 종래의 방법에 의하면 연소로 전체의 공기량과 단별 공기량은 제어가 가능하지만 각각의 버너별 공기유량의 제어는 불가능한 것이었다.

이와 같은 구성에서 버너별 공기유량을 조절하는 방법의 하나로서 제2도에 나타낸 바와 같이 버너(5)의 공기공급관(8)내에 접변(Damper)(6)을 설치하여 상기 접변(6)을 개폐함에 의해 공기유량을 조절하는 방법을 들 수 있다. 그러나 접변(6)의 개도와 공기유량이 직선적으로 비례하지 않기 때문에 버너별로 별도의 공기유량계를 설치하지 않는 한 버너별 연소공기량의 조절에는 적용이 곤란한 단점이 있는 것이었다. 공지의 방법으로서 버너별로 공기유량의 제어를 하기 위한 또다른 방법은 버너별로 공기의 유로에 각각 유량 측정장치와 유량 조절장치를 설치하는 것이다. 그러나 이들의 설치에 많은 비용이 소요되고 부수적으로 별도의 제어기구가 필요하기 때문에 경제성과 조작성의 관점에서 많은 수의 버너를 사용하는 연소설비에의 적용은 불가능한 것으로 인식되고 있다.

통상의 연소설비에서 동일단의 버너들은 동일한 연소부하에서 운전된다. 동일한 연소설비에 한가지 연료만 사용되는 경우에는 버너별 연소부하가 동일하다면 버너별 필요공기량도 동일하기 때문에 제1도에 도시한 바와 같은 연소공기량 제어만으로도 문제가 없는 것이었다. 그러나 버너별로 각기 다른 종류의 연료가 연소되는 경우에는 버너별로 필요한 연소공기량이 다르기 때문에 앞에서 설명한 방법들로는 효율적인 연소를 달성하는 문제가 있는 것이었다. 즉, 제3도와 같이 3대의 버너에 각기 다른 연료가 사용되는 경우를 기준으로 좀더 자세히 살펴보면 다음과 같다. A1 버너에는 고로가스, A2 버너에는 코크스로가스, A3 버너에는 중유를 연소시키는 경우를 예로들어 설명하기로 한다. 연료종류별 저위발열량과 이론공기량은 아래의 표 1에 도시된 바와 같다.

이와 같이 버너별로는 다른 연료를 사용하는 경우에도 버너별 투입열량은 일정해야 한다. 따라서 A3 버너에 1Kg/초의 중유가 연소되는 경우(이때 연소용량은 10,000kcal/초)를 예로 들면 버너별 투입열량을 일치시키기 위해서는 A1 버너에는 13.3Nm³/초의 고로가스가, A2 버너에는 2.2Nm³/초의 코크스로가스가 공급되어져야 한다. 이때 표 1을 이용하여 계산하면 버너별 이론필요공기량(공기비 1.0에서 연소시킬 경우의 필요공기량)은 A1 버너가 8.00Nm³/초, A2 버너가 10.16Nm³/초, A3 버너는 10.78Nm³/초가 된다.

상기 버너의 특성상 A1, A2, A3 버너 모두 여러가지 연료를 사용가능하다고 하고 동일단의 버너는 동일 제원을 갖는다고 할때, 이론공기비에서 연소시키기 위하여 A단에서는 공급되는 공기량은 8.00+10.16+10.78=28.94Nm³/초가 된다. 이때 각 버너에는 공기유량의 조절기능이 없으므로 각각 28.94/3=9.65Nm³/초의 공기가 동일하게 공급되며, 따라서 A단 전체로 볼때는 이론공기량에 해당하는 공기가 공급되지만 버너별로는 공기비가 1.0으로 유지되지 않고 공기과잉(A1 버너)과 공기부족(A2, A3 버너)현상을 초래하게 되는 것이다(표 2참조).

주) 필요공기량 비율은 중유연소 버너(A3)를 100%로 하는 경우를 기준으로 계산

이러한 경우 연소가스중에는 A2 버너와 A3 버너의 공기부족 현상에 의한 불완전연소에 의해 미연분(예, 일산화탄소, 매연등)의 농도가 높을 것임을 쉽게 유추할 수 있다. 따라서 종래 단별 공기량 조절방법에서는 A2 버너와 A3 버너의 불완전연소를 방지하기 위하여 보다 과잉의 공기를 공급하여야 하고 이로 인해 연소 가스양의 증가등을 유발하므로 열효율이 떨어지게 되는 것이다. 즉 필요공기량이 가장 많은 A3 버너를 이론공기비에서 연소시키기 위해서는 10.78Nm³/초의 공기가 A3 버너에 공급되어야 하고, A1, A2, A3의 3대의 버너에는 동일한 양의 공기가 주입되므로 결국 A단 전체로는 32.34Nm³/초의 공기를 공급하여야 하는 것이다. 따라서 A단의 전체이론필요공기량(28.94Nm³/초)의 1.12배의 공기가 공급되어야 하는 것이다.

상기와 같이 종래의 방법은 각각의 버너별 연소공기량의 조절이 불가능하여 다종 연료를 혼합연소하는 경우에는 열효율이 크게 저하되는 문제점을 갖는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로 이론 공기비에 가장 근접한 최소한의 과잉공기로서 완전연소를 달성함으로서 열효율을 크게 개선한 다종연료 혼합연소시의 버너별 연소공기유량 조절방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 버너별로 각각 다른 종류의 연료가 공급되어 연소되는 연소설비의 연소공기유량 조절방법에 있어서, 상기 버너별 공기공급관의 내부에는 공기 유로면적을 조절하는 공기조절판을 갖추어 상기 공기유로면적을 버너별 이론필요공기량의 비율에 따라 비례적으로 조절함으로서 상기 버너별 공기공급량을 정량적으로 제어함을 특징으로 하는 다종연료 혼합연소시의 버너별 연소공기유량 조절방법을 마련함에 의한다.

또한, 본 발명은 상기 공기조절판이 버너별 공기공급관의 공기공급방향에 대하여 수직으로 이동되어 상기 공기유로면적을 조절함을 특징으로 하는 다종연료 혼합연소시의 버너별 연소공기유량 조절방법을 마련함에 의한다.

이하, 본 발명을 도면에 따라서 보다 상세히 설명한다.

제4도에는 본 발명에 다른 연소공기유량 조절방법이 도시되어 있다. 이는 공기공급관(8)의 내부에 공기 공급방향과 수직으로 공기조절판(9)을 설치하여 공기조절판(9)의 개폐정도를 조절함으로서 버너별 공기공급량의 조절이 가능하도록 한 것이다. 통상적으로 버너에 공급되는 공기유량(Q)은 공기공급관(8)의 면적(A)과 풍상(7)내의 압력(h), 그리고 공기의 밀도(m)에 관련된다. 즉 Q=A[2gh/m]^1/2이며, 여기서 g는 중력가속도이다. 동일단에서 풍상(7)내의 압력은 동일하다고 볼 수 있고 공기의 밀도도 동일하므로, 결과적으로 버너별 유량은 공기공급관(8)의 면적에 직접 비례하게 된다.

따라서, 버너별 공기유량의 제어는 버너별 공기공급관(8)의 공기유로면적을 조절함으로서 가능하게 된다.

본원 발명에 의해서 버너별 연소공기유량을 조절하는 경우, 상기 버너(A1,A2,A3)별로 동일한 열량이 공급된다고 하고, A1 버너에는 고로가스, A2 버너에는 코크스로가스, A3 버너에는 중유가 연소된다고 할때 연료별 필요공기량의 비유(표 2 참조)에 따라 공기조절판(9)의 개도를 조절하면 버너별 공기유량의 조절이 가능한 것이다. 즉 A1 버너의 공기조절판(9)의 개도는 74.2%로 하고, A2 버너는 94.2%, A3 버너는 100%의 개도로 하면 A단에 필요한 이론공기량만 공급되는 경우에도 버너별로 이론치에 해당하는 필요공기량의 공급이 가능한 것이다. 이때, 공기조절판(9)의 개폐는 일반적인 장치 또는 방법에 의해 자동 또는 수동으로 조절할 수 있는 것이고, 공기조절판(9)의 일측면에는 공기조절판(9)이 공기공급관(8)의 내부로 진입된 깊이 등을 육안으로 파악할 수 있는 스케일(Scale)등을 표시하여 공기 공급관(8)의 개폐정도를 쉽게 확인할 수 있다.

뿐만 아니라, 공기공급관(8)의 형상과 제원이 설정되면, 공기조절판(9)의 폐정도와 공기공급관(8)의 면적과의 관계는 간단하게 구해지므로 이를 도표화(table)하거나 그래프(Graph)로 표시하여 쉽게 공기공급관(8)의 공기유로면적을 버너별 이론 필요 공기량의 비율에 맞추어 조절할 수 있는 것이다.

상기와 같이 본 발명에 의하면, 버너별 공기공급관(8)내의 공기조절판(9)를 설치하며 공기조절판(9)의 개폐작용에 의해 공기공급관(8)의 공기유로의 면적을 조절가능케 함으로서 버너별로 다른 종류의 연료를 사용하는 경우에도 버너별로 필요한 양의 공기를 이론 공기량에 일치시켜 공급할 수 있게 된다. 따라서 종래의 문제점을 해소하여 버너별로 각각 다른 종류의 연료가 공급되어 연소되는 장치에서도 버너별 완전연소를 이룰 수 있으므로서 열효율이 크게 개선되는 효과가 얻어지는 것이다.

뿐만 아니라 본 발명은 상기에서 단지 설명하기 위하여 예로 든 연료(고로가스, 코크스로가스, 중유) 뿐만 아니라 다른 종류의 연료를 사용하는 경우에도 연료별 발열량과 이론 공기량의 자료만 주어지면 쉽게 적용이 가능한 것이다.

Claims (2)

1. 다수개의 버너별로 각각 다른 종류의 연료가 공급되어 연소되는 연소설비의 연소공기유량 조절방법에 있어서, 상기 버너별 공기공급관(8)의 내부에는 공기유로면적을 조절하는 공기조절판(9)을 갗추어 상기 공기유로면적을 각각의 버너별 이론필요공기량의 비율에 따라서 비례적으로 조절함으로서 상기 버너별 공기공급량을 정량적으로 제어함을 특징으로 하는 다종연료 혼합연료시의 버너별 연소공기유량 조절방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 공기조절판(9)은 버너별 공기공급관(8)의 공기공급방향에 대하여 수직으로 이동되어 상기 공기유로면적을 조절시킴을 특징으로 하는 다종연료 혼합연소시의 버너별 연소공기유량 조절방법.