KR970009485B1

KR970009485B1 - 저 엔오엑스 가스버너

Info

Publication number: KR970009485B1
Application number: KR1019920003935A
Authority: KR
Inventors: 노리카즈 구보다; 키미타케 미네다
Original assignee: 이우에 사또시; 산요덴끼 가부시끼가이샤; 니단다 히로마쓰; 호다까 긴소구 고오교 가부시끼가이샤
Priority date: 1991-03-11
Filing date: 1992-03-11
Publication date: 1997-06-13
Also published as: JPH04283308A; KR920018401A; US5494437A; JP2678529B2

Abstract

내용없음.

Description

저 NOx 가스버너

제1도는 본 발명의 가스버너의 단면도.

제2도는 본 발명의 가스버너를 화살표방향 X로부터 본 측면도.

제3도는 연소량과 배기가스중의 NOx 농도의 관계를 나타내는 관계도.

제4도는 1차 공기량의 전체공기량에 대한 비율과 배기가스중의 NOx 농도의 관계를 나타내는 관계도.

제5도는 가스분출구멍과 연소용 2차 공기통로와의 위치관계와 배기가스중의 NOx 농도의 관계를 나타내는 관계도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

C : 연료가스농도가 높은 혼합가스 D : 연료가스농도가 낮은 혼합가스

1 : 가스버너 2 : 연소용공기

3 : 연료가스 4 : 가스노즐

5 : 버너코운(burner cone) 6 : 불꽃보호판 A

7 : 불꽃보호판 B 8 : 연료가스 분출구멍

9 : 1차공기통로 10 : 2차 공기통로

11 : 화염 12 : 배기가스 재순환

13 : 파일럿버너(pilot burner) 14 : 냉각용 작은구멍

15 : 송풍기

본 발명은 흡수식 냉온수기, 흡수식 냉동기, 증기보일러, 온수보일러 등에 있어서 사용되는 질소산화물(이하, NOx로 약기한다)의 생성이 줄어든 저 NOx 가스버너에 관한 것이다.

종래로부터 공장이나 사무실등에서 배출되는 배기가스중의 NOx 등에 의해 대기오염이 점점 증가하는 경향에 있어 그 대책이 강력히 요망되고 있다.

연료의 연소에 따라 생성되는 NOx는, 연소용 공기중에 포함되어 있는 질소와 산소가 고온상태에서 반응하여 생기는 서멀 NOx라고 하는 것과 연료중에 포함되는 각종 질소산화물이 연소에 즈음하여 산화되어서 NOx로 되는 퓨얼(fuel) NOx라고 하는 것이 있으나, 기체연료를 사용하는 경우의 대부분은 연소온도가 높게된 것에 의해 발생하는 서멀 NOx로서, 산소농도가 높은때, 연소온도가 높은때, 또 고온에서의 배기가스의 체류시간이 긴때에 많이 발생된다.

따라서, 서멀 NOx를 줄이기 위해서는 산소농도를 낮추고, 연소온도를 낮추며, 연소완결시간을 짧게하여 고온에서의 배기가스의 체류시간을 짧게 하는 것이 필요하게 된다.

그래서, 종래 이들 사고방식에 따라서 운전조건의 변경에 의한 것, 저과잉 공기연소, 연소실 열발생율의 줄임, 연소용 공기의 예열온도의 내림, 버너의 구조를 고려하여 NOx를 줄이는 저 NOx 버너 등의 연소기술에 의한 NOx의 억제대책이 여러 가지고 행해지고 있다.

그러나, 저 NOx 버너를 사용하지 않는 경우는 배기가스중의 NOx치(O₂=0% 환산)는 100ppm 정도까지 밖에 낮출 수 없으므로 아직은 만족스럽지 못한 수준이다.

여기서, 저 NOx 버너에 의한 대책은 비교적 간단한 개량으로 이미 설치한 장치에 적용할 수 있는 가능성이 있고, 억제효과도 크므로 효과적인 저 NOx 버너의 개발이 요구되고 있다.

그러나, 종래의 저 NOx 버너는 NOx의 감소가 어느정도 가능하게 되지만, 연소온도가 저하하는 것에 의하여 연소속도가 느리게 되고, 불꽃보호성능이 저하하여 진동연소가 발생하거나, 연소온도가 저하하는 것에 의해 불완전 연소가 일어나서 일산화탄소, 그을음등이 발생하는 결점이 있었다.

종래의 저 NOx 가스버너의 예로서 일본국 실개평 2-140122호 공보에 개시된 버너가 있으나, 이 경우은 연료분출구와 공기구와의 위상이 서로 노즐의 둘레방향에서 감싸는 상태로 마주 대하여 위치하고 있으므로 연료가스압이 저압인 경우(예를 들면, 이와 같이 100mm H₂O), 공기와 연료가스와의 혼합이 알맞게 되고, 연소온도가 높게 되어 NOx 농도가 높게 되는 결점이 있었다.

또, 상기한 공보에 기재되어 있는 각종 데이터에 나타나 있는 배기가스중의 NOx치는 약 40~50ppm로 있어 더욱 줄이는 일이 요망되고 있다.

종래의 저 NOx 버너는 다음과 같은 결점이 있다.

(1) 연소온도가 저하하는 것에 의해 연소속도가 느리고, 불꽃보호성능이 저하하여 진동연소가 발생한다.

(2) 연소온도가 저하하는 것에 의해 불완전연소가 일어나서 일산화탄소, 그을음등이 발생한다.

(3) 연료가스압이 저압인 경우(예를들면, 100mmH₂O), 공기와 연료가스와의 혼합이 알맞게 되고, 연소온도가 높게 되어서 NOx 농도가 높게 된다.

(4) 배기가스중의 NOx치는 약 40~50ppm이며, 아직은 높은 수준이다.

본 발명은 상기한 점에 감안하여 부단한 연구, 노력의 결과 연소온도를 저하시켜 NOx의 생성을 줄이기 위한 수단으로서,

(1) 농담(濃淡 : 진함과 묽음) 연소를 행한다.

(2) 분할화염방식을 취한다.

(3) 배기가스 자체 재순환방식을 행한다.

그리고 불꽃보호성능을 향상시켜서 연소의 안정성을 촉진시키기 위하여,

(1) 배기가스 자체 재순화방식을 행한다. 그리고

(2) 연료가스와 공기의 혼합촉진을 꾀할 수 있는 구성을 가지는 저 NOx 버너에 의하여 연소온도가 저하해도 연소속도가 느리게 되어 불꽃보호성능이 저하해서 진동연소가 발생하는 일이 없고, 또 연소온도가 저하하여 불완전연소에 의한 일산화탄소나 그을음 등의 발생이 없으며, 또한 연료가스압이 저압인 경우에도 NOx 농도가 높게되지 않고, 배기가스중의 NOx치를 약 30~40ppm의 낮은 수준으로 억제할 수 있는 것을 찾아내어 본 발명을 달성하기에 이르렀다.

상기한 농담연소라는 것은 연소온도는 공기비가 0.9~1.1의 연소시에 가장 높게 되므로, 연소온도를 저하 시키기 위해 연료가스 농도가 높은 영역(예를들면, 공기비 0.4~0.6)과 연료가스농도가 낮은영역(예를들면, 공기비 1.6~1.8)로 구분하여 연소시키는 방식이다.

상기한 분할연소방식은 화염을 분할하여 연소시키는 것으로, 분할하는 것에 의해 화염에서의 열방산이 증가하여 화염온도를 저하시킬 수가 있다.

배기가스가 자체 재순환하는 것에 의해 연소온도가 저하함과 동시에 연소가스(배기가스)가 보유하는 열이 순환하므로 화염보호성능이 향상하여 진동연소가 발생하기 어렵게 되는 효과가 있다.

또, 연료가스와 공기의 혼합촉진을 꾀하는 것에 의해서도 불꽃보호성능이 향상하여 진동연소가 발생하기 어렵게 되는 효과가 있다.

본 발명의 청구항 1의 발명은 선단에 불꽃 보호판 B(7)을 설치하되 선단에 여러개의 가수분출구멍(8)을 노즐의 둘레방향에 설치한 가스노즐(4), 및 둘레가장자리에 분할하여 설치한 여러개의 연소용 2차공기통로(10)을 가지되 가스노즐의 바깥둘레와의 사이에 연소용 1차 공기통로(9)가 되도록한 불꽃 보호판 A(6)을 설치한 버너코운(5)로 이루어진 가스버너(1)에 있어서, 불꽃보호판 A(6)과 불꽃보호판 B(7)을 근접하여 설치하되 그 가스분출구멍(8)이 그 사이에 위치하도록 배치하고, 가스노즐의 바깥둘레를 따라 흐르는 1차공기가 불꽃보호판 A(6)과 가스노즐의 바깥둘레와의 사이를 통하여 가스분출구멍(8)에서 분출한 연료가스(3)을 동반하도록 연소용 1차 공기통로(9)를 설치하고, 1차공기와 연료가스(3)으로 이루어진 혼합가스가 불꽃보호판 B(7)에 의해서 둘레방향으로 진로를 바꿔서 불꽃보호판 A(6)과 불꽃 보호판 B(7)의 사이를 흘러서 그 혼합가스의 일부가 연소용 2차공기통로(10)에서 유출하는 2차공기와 혼합하는 것을 특징으로 하는 저 NOx 가스버너이다.

본 발명의 청구항 2의 발명은, 1차공기통로(9)와 2차공기통로(10)의 총단면적에 대한 1차 공기통로(9)의 단면적의 비율이 10~60%인 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재한 저 NOx 가스버너이다.

바람직한 비율은 25~60%이다.

이 비율이 10% 보다 낮으면 1차공기의 양이 적어져서 연소속도가 저하하여 안정적인 연소를 할 수 없게 된다.

또, 이 비율이 60% 보다 높으면 1차 공기량이 많아져 농담연소가 불가능하게 되고, 분할화염이나 배기가스 자체 재순환도 불완전하게 되어 저 NOx화가 달성될 수 없게 된다.

본 발명의 청구항 3의 발명은 가스분출구멍(8)가 연소용 2차 공기통로(10)의 위치가 가스노즐의 둘레방향에 있어서 일치하지 않는 것을 특징으로 하는 청구항 1 또는 청구항 2 기재의 저 NOx 가스버너이다.

가스분출구멍(8)과 연소용 2차공기통로(10)의 위치가 가스노즐의 둘레방향에 있어서 일치하지 않다고 하는 의미는 예를들면 연료가스노즐(4) 및 연료가스분출구멍(8)이 원형인 경우에, 연료가스노즐(4)를 연료가스 분출구멍(8)을 포함한 면에서 잘라냈을때의 연료가스노즐(4)의 중심에서 연료가스분출구멍(8)에 대하여 2개의 접선을 그은 경우, 이 2개의 접선으로 둘러싸인 안쪽의 영역에는 연소용 2차 공기통로(10)이 없다라고 하는 것이다.

본 발명에 있어서는 가스분출구멍(8)과 연소용 2차 공기통로(10)의 위치가 가스노즐의 둘레방향에 있어서 일치하고 있어도 좋지만, 연소조건 등에 의해서는 일치하고 있지 않는 편이 저 NOx화가 달성가능하게 되므로 보다 바람직하다.

본 발명의 청구항 4의 발명은 불꽃보호판 A(6)에 연소용공기(2)의 일부를 통하게 하는 냉각용 작은구멍(14)를 설치한 것을 특징으로 하는 청구항 1 기재의 저 NOx 가스버너이다.

불꽃보호판 A(6)의 과열을 방지할 수 있으므로 연소온도의 저하효율과 더불어 불꽃보호판 A(6)의 내구성향상을 꾀할 수 있다.

냉각용 작은구멍(14)의 형상, 칫수, 개수, 배치하는 방법등은 특별히 한정되는 것은 아니고 가스노즐, 연소조건 등에 맞춰서 적절하게 결정하는 것이 바람직하다.

[실시예]

이하, 본 발명의 저 NOx 버너의 실시예를 도면 제1도 및 제2도에 의해서 상세히 설명하는 바, 본 발명의 주요 요지를 벗어나지 않는 한 실시예를 한정하는 것은 아니다.

제1도는 본 발명의 저 NOx 버너의 단면을 나타내는 것이며, 제2도는 본 발명의 저 NOx 버너를 화살표 방향 X로부터 본 측면도이다.

연료용가스(3)을 송풍기(15)에서의 연소용공기(2)와 혼합하여 연소시키는 가스버너(1)은 불꽃보호판 B(7)을 선단에 설치하되 여러개의 가수분출구멍(8)을 노즐의 둘레방향에 설치한 가스노즐(4), 분할된 2차공기통로(10)을 둘레 가장자리에 가지되, 가스노즐(4)의 바깥둘레와의 사이에 연소용 1차 공기통로(9)가 되도록한 불꽃보호판 A(6)를 불꽃보호판(B)와 근접하도록 설치한 버너코운(5), 파일럿버너(13)으로 구성되어 있다.

불꽃보호판 A(6)에는 냉각용 작은구멍(14)가 설치되어 있다.

본 발명의 저 NOx 버너를 사용하여 연료가스(3)의 연소를 다음과 같이 안정되게 행할 수 있다.

(1) 1차 공기통로(9)를 1차 공기가 연료가스(3)을 동반하여 농도가 높은 혼합가스 C를 만든다.

(2) 2차 공기는 불꽃보호판 A(6)의 둘레가장자리의 2차 공기통로(10)에서 분출하고 혼합가스 C가 확산한 일부를 동반하여 농도가 낮은 혼합가스 D를 만든다.

(3) 농도가 높은 혼합가스 C와 농도가 낮은 혼합가스 D와의 농담(濃淡) 연소를 행한다.

(4) 2차 공기통로(10)은 분할되어 있으므로 농도가 높은 혼합가스 C가 연소하는 것에 의해 이루어지는 화염(11)은 분할화염으로 된다.

제1도의 저 NOx 버너(1)의 경우는 가스분출구멍(8)로서 지름 6mm의 구멍이 6개 및 가스분출구멍(8)과 연소용 2차공기통로(10)의 위치가 가스노즐 둘레방향에 있어서 일치하고 있지 않은 2차 공기통로(10)을 6개 설치했으므로서 화염(11)은 제2도에 나타내는 바와 같이 6개로 분할된다.

(5) 불꽃보호판 A(6)과 불꽃보호판 B(7)을 근접하여 설치하는 것에 의하여 불꽃입구 내에서의 배기가스 자체 재순환(12)영역이 넓게 형성된다.

(6) 또, 1차 공기량을 전 공기량의 10% 이상, 바람직하게는 30% 이상으로 하는 것에 의해 불꽃보호판 B(7)의 뒤 흐름부에 형성되는 배기가스 자체 재순환(12) 영역에서의 재순환이 촉진된다.

(7) 혼합가스 C를 불꽃보호판 A(6)의 근방에 분출시키는 것에 의해 불꽃보호판 A(6)에서의 불꽃보호성능이 향상된다.

제1도에 나타낸 저 Nox 버너(1)을 이용하여 실제적으로 연료가스(3)의 연소테스트를 하였다(연료가스유량 30m³/hr·가스압 100mmH₂O).

연소량을 버너의 정격치의 25~100%까지 변화시킨때의 배기가스중의 NOx 농도의 실제측정치를 제3도에 나타내었다.

NOx 농도는 O₂=0% 환산치로 30~35ppm으로 우수한 값이 얻어졌다.

1차공기량의 전공기량에 대한 비율은 30~70%까지 변화시킨때의 배기가스중의 NOx 농도의 실제 측정치를 제4도에 나타내었다.

NOx 농도는 O₂=0% 환산치로 35~40ppm으로 우수한 값이 얻어졌다.

가스분출구멍(8)의 설정위치를 가스노즐(4)의 둘레방향으로 변경하고, 가스 분출구멍(8)과 연소용 2차공기통로(10)의 위치가 가스노즐 둘레방향에 있어서 일치시킨 경우(A형)과 일치시키지 않은 경우(B형)의 NOx 실제측정치를 제5도에 나타냈다.

A형의 경우는 NOx치는 50ppm(O₂=0% 환산치)이었으나, B형의 경우는 NOx치는 35ppm으로 우수한 값이 얻어졌다.

이와 같이 본 발명의 저 NOx 가스 버너를 사용하는 것에 의해 다음과 같은 효과가 얻어진다.

(1) 농담연소와 분할연소방식이 균형있게 효과적으로 기능하고, 안정한 연소를 할 수 있다.

(2) 큰 배기가스 자체 재순환영역이 형성되기 때문에 Nox 줄임 효과가 크고, 또한 안정된 연소를 할 수 있다.

(3) 진동연소도 없고, 또한 불완전 연소에 의한 길산화탄소 등의 발생도 없어, 안정된 연소를 할수 있고, 배기가스중의 NOx 농도는 O₂0%=0% 환산치로 30~25 NOx로 종래의 저 NOx 버너값(40~50ppm)에 비하여 약 30% 감소시킬 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명은 NOx의 생성을 저 NOx 가스버너를 제공하는 것이며, 농담연소방식, 분할연소방식 및 배기가스 자체 재순환방식을 행하되 연소가스와 공기의 혼합촉진이 도모되는 구성을 가지는 저 NOx 버너이므로 연소온도가 저하해도 연소속도가 느리게 되어 불꽃보호성능이 저하해서 진동연소가 발생하는 일이 없고, 또 연소온도가 저하해서 불완전연소에 의한 일산화탄소나 그을음 등의 발생이 없고, 또한 연료가스압이 저압인 경우에도 NOx 농도가 높게 되지 않고, 배기가스중의 NOx치를 약 30~40ppm의 낮은 수준까지 억제할 수 있다.

이상 상술한 바와 같이 본 발명의 가스버너는 흡수식 냉온수기, 흡수식냉동기, 증기보일러, 온수보일러 등에 있어서 적합하게 사용된다.

Claims

선단에 불꽃보호판 B(7)을 설치하되 선단에 여러개의 가스분출구멍(8)을 노즐의 둘레방향에 설치한 가스노즐(4), 및 둘레가장자리에 분할하여 설치한 여러개의 연소용 2차 공기통로(10)을 가지되 가스노즐의 바깥둘레와의 사이에 연소용 1차 공기통로(9)가 되도록한 불꽃보호판 A(6)을 설치한 버너코운(5)로 이루어진 가스버너(1)에 있어서, 불꽃보호판 A(6)과 불꽃보호판 B(7)을 근접하여 설치하되 그 가스분출구멍(8)이 그 사이에 위치하도록 배치하고, 가스노즐의 바깥둘레를 따라 흐르는 1차 공기가 불꽃보호판 A(6)과 가스노즐의 바깥둘레와의 사이를 통하여 가스분출구멍(8)에서 분출한 연료가스(3)을 동반하도록 연소용 1차공기통로(9)를 설치하고, 1차공기와 연료가스(3)으로 이루어진 혼합가스가 불꽃보호판 B(7)에 의해서 둘레방향으로 진로를 바꿔서 불꽃보호판 A(6)과 불꽃 보호판 B(7)의 사이를 흘러서 그 혼합가스의 일부가 연소용 2차 공기통로(10)에서 유출하는 2차 공기와 혼합하는 것을 특징으로 하는 저 NOx 가스버너.
제1항에 있어서, 1차 공기통로(9)와 2차 공기통로(10)의 총단면적에 대한 1차 공기통로(9)의 단면적의 비율이 10~60%인 것을 특징으로 하는 저 NOx 가스버너.
제1항 또는 제2항에 있어서, 가스분출구멍(8)과 연소용 2차 공기통로(10)의 위치가 가스노즐의 둘레방향에 있어서 일치하지 않는 것을 특징으로 하는 저 NOx 가스버너.
제1항에 있어서, 불꽃보호판 A(6)에 연소용공기(2)의 일부를 통하게 하는 냉각용 작은구멍(14)를 설치한 것을 특징으로 하는 저 NOx 가스버너.