WO2020251133A1 - 재순환 영역이 구비된 연소방열판 - Google Patents

재순환 영역이 구비된 연소방열판 Download PDF

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WO2020251133A1
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combustion
housing
combustion heat
oxidizing agent
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PCT/KR2020/001779
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신동훈
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국민대학교산학협력단
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    • F27B2009/128—Cooling involving the circulation of cooling gases, e.g. air the gases being further utilised as oxidants in the burners
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    • F27B9/36—Arrangements of heating devices
    • F27B2009/3684—Combustion within a combustion chamber with outlets in the kiln chamber

Definitions

  • the present invention relates to a combustion heat sink, and more particularly, to a combustion heat sink provided with a recirculation area capable of efficiently discharging heat energy by forming a uniform temperature distribution in a combustion chamber.
  • combustion heat sinks are used to uniformly heat a material at a high temperature in various ovens such as a coke oven in the steel/material industry.
  • a radiant heat dissipation furnace called a radiant tube is used not only in industrial fields but also in commercial facilities for heating purposes.
  • the radiant tube was implemented similarly to the function of a plate-shaped combustion heat sink by twisting the shape of a circular tube in zigzag for safety.
  • the temperature is lowered in the downstream (exit) of the combustion gas. That is, in this shape, as the mixture of the fuel and the oxidizing agent (mainly air) is accelerated in order to stably burn the fuel, a high-temperature flame is generated, and after the flame, there is no heat generation, so that the temperature drops rapidly.
  • the oxidizing agent mainly air
  • Such a combustion heat sink is not efficient because a temperature difference occurs in an outer structure that emits heat due to a temperature difference in the combustion space, and thus uniform heat radiation is limited.
  • durability may be deteriorated as thermal stress is generated in a region where temperature deviation of the combustion heat sink occurs.
  • the present invention was conceived to solve the above-described problem, and by forming a gas recirculation region near the center of the combustion space in the housing and injecting fuel into the gas recirculation region, spatial combustion can be generated around the recirculation region. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a combustion heat sink having a recirculation area so as to form a uniform temperature distribution in the combustion chamber.
  • a combustion heat sink provided with a recirculation area according to the present invention for realizing the above object includes: a plate-shaped housing in which a combustion space is provided; An oxidizing agent injection unit provided on one side of the housing and configured to input and circulate an oxidizing agent in an inner and outer circumference of the combustion space through an oxidizer injection nozzle to form a first circulation region; A gas discharge unit provided on the other side of the housing and discharging a part of gas circulating in the combustion space; And a fuel supply unit installed so that the tip of the fuel injection nozzle is positioned in the second circulation area so that fuel can be injected into the second circulation area formed in the center of the combustion space by circulation of the oxidizing agent in the first circulation area. It may include.
  • the housing may be formed in any one of a circle, an oval, a square, and a polygon.
  • At least one pair of the fuel injection nozzles may be symmetrically installed on the upper and lower or left and right sides with respect to the center of the housing.
  • the oxidant injection unit and the gas discharge unit may be spaced apart from each other in parallel to the housing.
  • the oxidizing agent injection unit and the gas discharge unit may be installed to face each other in a line on both sides of the housing with the fuel supply unit therebetween.
  • combustion space may further include a guide member for guiding the oxidant introduced into the combustion space to circulate in one direction through the oxidant injection unit.
  • combustion heat sink may further include that the gas discharge unit is connected to an oxidizing agent injection unit of an adjacent combustion heat sink so that a plurality of heat sinks may be installed in series.
  • a heat exchanger for heating the oxidizing agent and fuel respectively input through the oxidizing agent injection unit and the fuel supply unit using heat of the gas discharged through the gas discharge unit may be further provided.
  • the combustion heat sink provided with the recirculation region according to the present invention having the above configuration generates a space combustion around the recirculation region by forming a gas recirculation region in the center of the combustion space and injecting fuel into the gas recirculation region. So that a uniform temperature distribution in the combustion chamber can be formed.
  • heat energy can be efficiently discharged through the combustion heat sink, and a problem in that durability of an external structure is deteriorated due to temperature unevenness of the existing combustion heat sink can be solved.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a combustion heat sink according to the present invention
  • Figure 2 is a front cross-sectional view showing the internal configuration of the combustion heat sink according to the present invention
  • FIG. 3 is a front cross-sectional view showing another embodiment of a combustion heat sink according to the present invention.
  • FIG. 4 is a front view showing an embodiment in which the combustion heat sink of FIG. 3 is connected in series;
  • FIG. 5 is another embodiment showing a state in which a plurality of fuel injection nozzles are provided on the combustion heat sink of FIG. 2;
  • FIG. 6 is another embodiment showing a state in which a heat exchanger is provided in the combustion heat sink of FIG. 2,
  • combustion heat sink 100 housing
  • oxidizer injection part 111 oxidizer injection nozzle
  • FIG. 1 is a perspective view showing a combustion heat sink according to the present invention
  • Figure 2 is a front cross-sectional view showing the internal configuration of the combustion heat sink according to the present invention.
  • a combustion heat sink 1 may include a housing 100, an oxidizing agent injection unit 110, a gas discharge unit 120, and a fuel supply unit 130. have.
  • the housing 100 constitutes the main body of the combustion heat sink 1, and the housing 100 may be formed in a plate shape in which the combustion space 101 is provided.
  • the housing 100 may be formed in any one of a circle, an oval, a square, and a polygon.
  • the housing 100 is formed in a rectangular plate shape will be illustrated and described.
  • the present invention is not limited thereto, and any structure in which the oxidizing agent and fuel injected into the internal combustion space 101 of the housing 100 can be smoothly circulated may be changed in various ways.
  • the housing 100 is formed in a plate shape as described above, only two-dimensional flow is possible in the combustion space 101 inside the housing 100, and three-dimensional flow in the thickness direction of the housing 100 can be made impossible. have.
  • the plate-shaped combustion heat sink 1 has a relatively thin thickness over a large area, two-dimensional flow is possible, and accordingly, uniform thermal efficiency of the combustion heat sink 1 can be realized.
  • an oxidizing agent injection unit 110 is provided on one side of the housing 100 and forms a first circulation region A by circulating an oxidizing agent in the inner and outer circumferences of the combustion space 101.
  • the oxidizing agent injection unit 110 has an oxidizing agent injection nozzle of a predetermined length to smoothly inject the oxidizing agent supplied through the oxidizing agent supply unit (not shown) to a predetermined point of the combustion space 101 in the housing 100 ( 111) may be provided.
  • the oxidizing agent injection nozzle 111 has a side and a side of the housing 100 formed in a square shape so as to form a first circulation region A by introducing an oxidizing agent into the inner and outer circumference of the combustion space 101. It can be installed so as to be biased to the point, that is, the corner.
  • the oxidant injection nozzle 111 may be installed to be inclined at a predetermined angle in a tangential direction of a circle. Accordingly, the first circulation region A can be smoothly formed by introducing an oxidizing agent into the outer circumference of the circular combustion space 101.
  • the gas discharge unit 120 may be provided on the other side of the housing 100 and discharges a part of the gas circulating in the combustion space 101 to the outside.
  • the oxidant injection unit 110 and the gas discharge unit 120 may be disposed in a manner that is spaced apart from each other in parallel to one side of the housing 100.
  • the oxidant injection unit 110 and the gas discharge unit 120 face each side of the housing 100 in a line with a fuel supply unit 130 to be described later between them. Can be installed.
  • a plurality of combustion heat sinks 1 according to the present invention
  • the lateral heat sink system can be configured by installing them in series.
  • the gas discharge unit 120 provided on the other side of the first combustion heat sink 1 may be connected to the oxidant injection unit 110 provided on one side of the other neighboring combustion heat sink 1 ′.
  • the first gas discharge unit 120 of the combustion heat sink 1 becomes the oxidant injection unit 110 of the combustion heat sink 1 connected to each other.
  • the first gas discharged through the gas discharge unit 120 of the combustion heat sink 1 can be re-introduced through the oxidant injection unit 110 of the other adjacent combustion heat sink 1, and thus a long heat sink is It can be formed, and the efficiency of the combustion heat sink 1 can be improved by distributing fuel.
  • the oxidizing agent is supplied to the combustion space 101 inside the housing 100 constituting the combustion heat sink 1 so that the oxidizing agent injected through the oxidizing agent injection unit 110 can be circulated in one direction of the combustion space 101.
  • a guide member 103 (see FIG. 3) for guiding may be provided.
  • the flow direction of the oxidizing agent injected into the combustion space 101 through the oxidizing agent injection unit 110 is desired (for example, clockwise in FIG. 3). It needs to be changed to.
  • the guide member 103 in the vicinity of the internal combustion space 101 of the housing 100 in which the oxidant injection part 110 is installed, it is introduced into the combustion space 101 through the oxidant injection nozzle 111
  • the flow direction of the oxidant to be used may be changed to a desired direction, and accordingly, the first circulation region A may be smoothly formed.
  • the fuel supply unit 130 injects fuel into the second circulation region B formed near the central portion of the combustion space 101 by the circulation of the oxidizing agent in the first circulation region A.
  • Such a fuel supply unit 130 may be installed such that the tip of the fuel injection nozzle 131 is located in the second circulation region B.
  • At least one fuel injection nozzle 131 of the fuel supply unit 130 may be positioned between the oxidant injection unit 110 and the gas discharge unit 120.
  • the fuel injection nozzle 131 has at least one pair on the upper and lower or left and right sides based on the center of the housing 100 so as to increase the fuel injection efficiency of the fuel supply unit 130. Can be installed symmetrically.
  • a heat exchanger 140 may be provided on one side of the housing 100.
  • the heat exchanger 140 can raise the temperature of the oxidizing agent and fuel respectively input through the oxidizing agent injection unit 110 and the fuel supply unit 130 by using heat of the gas discharged through the gas discharge unit 120.
  • the thermal efficiency of the combustion heat sink 1 can be improved.
  • a first circulation region A is provided by introducing and flowing an oxidizing agent into the outer circumference of the combustion space 101 through the oxidizing agent injection unit 110 provided at one side of the housing 100.
  • a predetermined second circulation area B may be provided in the vicinity of the center of the combustion space 101 by the first circulation area A.
  • a part of the gas circulating in the combustion space 101 may be discharged through the gas discharge unit 120 provided on the other side of the housing 100.
  • the fuel supply unit 130 injects fuel through the fuel injection nozzle 131 disposed so that the tip is positioned in the second circulation region B, and accordingly, the combustion space is centered on the second circulation region B. Space combustion is generated within 101.
  • the fuel injected into the second circulation region (B) is gradually mixed with the oxidizing agent in the first circulation region (A) and combustion is performed.
  • the uniform temperature distribution formed in the combustion space 101 can alleviate the problem of lowering the efficiency and the durability of the external structure due to the temperature non-uniformity of the existing combustion heat sink.
  • nitrogen oxides generated during combustion in a high temperature flame (NOx) can be reduced.
  • the housing 100 was formed in a size of 5m in width, 2.5m in length, and 1m in thickness so that the combustion heat sink 1 according to the present invention can be used for computational analysis.
  • the thickness of the metal plate constituting the housing 100 is 0.1 m, and the fuel injection nozzle 131 enters 0.7 m from the wall surface of the housing 100.
  • the residence time of the gas in the housing 100 was 2 seconds, and the equivalent ratio was 0.9, which was set as a condition in which 10% of excess air was added.
  • methane was used as the fuel supplied through the fuel supply unit 130.
  • the computational analysis code used was ANSYS-FLUENT 17.0, the standard k-e model for the turbulence model, the Discrete-Ordinate model for the radiation model, and the skeletal model of 46 steps for the chemical reaction.
  • the combustion heat sink 1 is a combustion space through the oxidant injection unit 110 installed in the housing 100, the gas discharge unit 120, and the fuel supply unit 130 It can be seen that the first circulation region A and the second circulation region B are formed in 101.
  • the fuel-rich region and the reaction activation region in the first circulation region A and the second circulation region B of the combustion space 101 can be confirmed from the distribution of CO and OH concentrations, respectively.
  • the combustion heat sink 1 can secure a uniform temperature distribution in the entire region except for air and fuel jets in the combustion space 101 as in the above computational analysis results.

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

본 발명은 하우징 내 연소공간의 중심부 부근에 가스 재순환 영역을 형성하고 상기 가스 재순환 영역에 연료를 주입해줌으로써, 상기 재순환 영역을 중심으로 공간연소를 발생시킬 수 있으며, 이에 따라 연소실 내 균일한 온도분포를 형성해줄 수 있도록 한 재순환 영역이 구비된 연소방열판에 관한 것이다.

Description

재순환 영역이 구비된 연소방열판
본 발명은 연소방열판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연소실 내 균일한 온도분포를 형성하여 효율적으로 열에너지를 방출해줄 수 있는 재순환 영역이 구비된 연소방열판에 관한 것이다.
일반적으로, 연소방열판은 제철/소재 산업에서 코크스 오븐 등의 각종 오븐에서 소재를 고온으로 균일 가열하기 위해 사용된다.
아울러 라디언트 튜브(Radiant tube)라 불리는 복사 방열로는 산업분야뿐만 아니라 상업시설 등에서 난방 용도로 사용되고 있다.
구체적으로, 상기 라디언트 튜브는 안전을 위해 원형관의 형태를 지그재그로 꼬아서 판형 연소방열판의 기능과 유사하게 구현하기도 하였다.
그러나 종래의 연소방열판은 연소가스 하류(출구)에서는 온도가 낮아지게 된다. 즉 이러한 형상은 연료의 연소를 안정적으로 발생시키기 위하여 연료와 산화제(주로 공기)의 혼합을 빠르게 함에 따라 고온의 화염이 발생하게 되고, 화염 이후에는 열 발생이 없어 온도가 급격하게 떨어지게 된다.
이러한 연소방열판은 연소공간 내 온도 차이로 인해 열을 방출하는 외형구조물에서 온도 편차가 발생하게 되고, 이에 따라 균일한 열방사에 한계가 있어 효율적이지 못하다.
아울러 상기 연소방열판의 온도 편차가 발생되는 부위에 열응력이 발생하게 됨에 따라 내구성이 저하될 수 있다.
또한 상기 연소방열판의 고온 화염대에서 높은 농도의 질소산화물(NOx)이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 하우징 내 연소공간의 중심부 부근에 가스 재순환 영역을 형성하고 상기 가스 재순환 영역에 연료를 주입해줌으로써, 상기 재순환 영역을 중심으로 공간연소를 발생시킬 수 있으며, 이에 따라 연소실 내 균일한 온도분포를 형성해줄 수 있도록 한 재순환 영역이 구비된 연소방열판을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명에 따른 재순환 영역이 구비된 연소방열판은, 내부에 연소공간이 마련되는 판 형상의 하우징; 상기 하우징의 일측에 구비되며, 산화제투입노즐을 통해 상기 연소공간의 내측 외둘레에 산화제를 투입 순환시켜 제1순환영역을 형성해주는 산화제투입부; 상기 하우징의 타측에 구비되며, 상기 연소공간 내에서 순환되는 가스 일부를 배출시켜주는 가스배출부; 및 상기 제1순환영역에서 산화제의 순환에 의해 상기 연소공간의 중심부에 형성되는 제2순환영역에 연료를 분사시킬 수 있도록 상기 제2순환영역 내에 연료분사노즐의 선단이 위치하도록 설치되는 연료공급부;를 포함할 수 있다.
이 경우 상기 하우징은, 원형, 타원형, 사각형, 다각형 중 어느 하나의 형상으로 형성될 수 있다.
또한 상기 연료분사노즐은, 상기 하우징의 중심부를 기준으로 상하 또는 좌우 측에 적어도 한 쌍이 대칭으로 설치될 수 있다.
또한 상기 산화제투입부와 가스배출부는, 상기 하우징에 평행하게 이격 설치될 수 있다.
또한 상기 산화제투입부와 가스배출부는, 상기 연료공급부를 사이에 두고 상기 하우징의 양측에 일렬로 대향되게 설치될 수 있다.
또한 상기 연소공간 내에는, 상기 산화제투입부를 통해 상기 연소공간 내로 투입되는 산화제가 일방향으로 순환될 수 있도록 유도해주는 가이드부재;가 구비된 것을 더 포함할 수 있다.
또한 상기 연소방열판은, 복수 개가 직렬로 연이어 설치될 수 있도록 상기 가스배출부가 이웃하는 연소방열판의 산화제투입부와 연결되는 것을 더 포함할 수 있다.
또한 상기 하우징의 일측에는, 상기 가스배출부를 통해 배출되는 가스의 열을 이용하여 상기 산화제투입부와 연료공급부를 통해 제각기 투입되는 산화제와 연료를 승온시켜주는 열교환기;가 구비된 것을 더 포함할 수 있다.
이상과 같은 구성의 본 발명에 따른 재순환 영역이 구비된 연소방열판은, 연소공간의 중심부에 가스 재순환 영역을 형성하고 상기 가스 재순환 영역에 연료를 주입해줌으로써, 상기 재순환 영역을 중심으로 공간연소를 발생시켜 연소실 내 균일한 온도분포를 형성시킬 수 있다.
이에 따라 상기 연소방열판을 통해 열에너지를 효율적으로 방출시킬 수 있으며, 기존의 연소방열판이 가지고 있는 온도불균일에 의한 외형구조물의 내구성이 저하되는 문제점을 해소할 수 있다.
또한 고온 연소에 따른 질소산화물(NOx)의 발생을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 연소방열판을 보여주는 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 연소방열판의 내부 구성을 보여주는 정단면도,
도 3은 본 발명에 따른 연소방열판의 다른 실시예를 보여주는 정단면도,
도 4는 도 3의 연소방열판을 직렬로 연결한 실시예를 보여주는 정면도,
도 5는 도 2의 연소방열판에 연료분사노즐이 복수 개 구비된 상태를 보여주는 다른 실시예,
도 6은 도 2의 연소방열판에 열교환기가 구비된 상태를 보여주는 또 다른 실시예,
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 연소방열판의 전산해석 결과를 보여주는 자료이다.
※ 부호의 설명 ※
1 : 연소방열판 100 : 하우징
101 : 연소공간 103 : 가이드부재
110 : 산화제투입부 111 : 산화제투입노즐
120 : 가스배출부 130 : 연료공급부
131 : 연료분사노즐 140 : 열교환기
A : 제1순환영역 B : 제2순환영역
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
여기서, 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 연소방열판을 보여주는 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 연소방열판의 내부구성을 보여주는 정단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 연소방열판(1)은, 하우징(100), 산화제투입부(110), 가스배출부(120), 연료공급부(130)를 포함할 수 있다.
이러한 본 발명의 구성에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 하우징(100)은 연소방열판(1)의 주된 몸체를 구성하는 것으로, 이러한 하우징(100)은 내부에 연소공간(101)이 마련되는 판 형상으로 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 하우징(100)은 원형, 타원형, 사각형, 다각형 중 어느 하나의 형상으로 형성될 수 있다. 본 발명에서는 상기 하우징(100)이 사각의 판 형상으로 형성된 경우의 일례를 들어 도시하고 설명하기로 한다. 물론 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 하우징(100)의 내부 연소공간(101)에 투입된 산화제와 연료가 원활하게 순환될 수 있는 구조라면 다양하게 변경 적용될 수 있다.
이와 같이 상기 하우징(100)이 판 형상으로 형성됨에 따라 하우징(100) 내부의 연소공간(101)에서 2차원 유동만이 가능하고, 하우징(100) 두께방향으로의 3차원 유동은 불가능하도록 할 수 있다.
즉 판 형상의 연소방열판(1)은 넓은 면적에 두께가 비교적 얇게 형성됨에 따라 2차원 유동이 가능하고, 이에 따라 연소방열판(1)의 균일한 열효율을 구현할 수 있다.
도 2를 참조하면, 산화제투입부(110)는 하우징(100)의 일측에 구비되어, 상기 연소공간(101)의 내측 외둘레에 산화제를 투입 순환시켜 제1순환영역(A)을 형성해준다.
구체적으로, 상기 산화제투입부(110)는 산화제공급부(미도시)를 통해 공급되는 산화제를 하우징(100) 내 연소공간(101)의 소정지점에 원활하게 투입해줄 수 있도록 소정 길이의 산화제투입노즐(111)이 구비될 수 있다.
이 경우 상기 산화제투입노즐(111)은 상기 연소공간(101)의 내측 외둘레에 산화제를 투입하여 제1순환영역(A)을 형성해줄 수 있도록 사각 형상으로 형성된 하우징(100)의 변과 변이 만나는 지점, 즉 모서리부위에 치우치도록 설치될 수 있다.
다른 실시예로, 상기 하우징(100)이 원형으로 형성된 경우(미도시)에는 상기 산화제투입노즐(111)은 원의 접선 방향으로 소정각도 기울어지게 설치될 수 있다. 이에 따라 원형의 연소공간(101) 내측 외둘레에 산화제를 투입하여 제1순환영역(A)을 원활하게 형성해줄 수 있다.
가스배출부(120)는 하우징(100)의 타측에 구비될 수 있으며, 상기 연소공간(101) 내에서 순환되는 가스 일부를 외부로 배출시켜준다.
구체적으로, 상기 산화제투입부(110)와 가스배출부(120)는 하우징(100)의 일변에 평행하게 이격 설치되는 방식으로 배치될 수 있다.
다른 실시예로, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 산화제투입부(110)와 가스배출부(120)는 후술할 연료공급부(130)를 사이에 두고 하우징(100)의 양측변에 일렬로 대향되게 설치될 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기와 같이 산화제투입부(110)와 가스배출부(120)가 하우징(100)의 양측변에 일렬로 대향되게 설치된 경우에는, 본 발명에 따른 연소방열판(1) 복수 개를 직렬로 연이어 설치하여 횡 방열판 시스템을 구성할 수 있다.
즉 맨 처음 배치된 연소방열판(1)의 타측변에 구비된 가스배출부(120)를 이웃하는 다른 연소방열판(1')의 일측변에 구비된 산화제투입부(110)와 연결해줄 수 있다.
다시 말해, 맨 처음 연소방열판(1)의 가스배출부(120)는 이웃하도록 연이어진 연소방열판(1)의 산화제투입부(110)가 되는 방식이다.
이에 따라 맨 처음 연소방열판(1)의 가스배출부(120)를 통해 배출되는 가스를 이웃하는 다른 연소방열판(1)의 산화제투입부(110)를 통해 다시 투입해줄 수 있고, 이에 따라 긴 방열판을 형성할 수 있으며, 연료의 분산투입으로 연소방열판(1)의 효율을 향상시킬 수 있다.
이 경우 상기 연소방열판(1)를 구성하는 하우징(100) 내부의 연소공간(101)에는 산화제투입부(110)를 통해 투입되는 산화제가 연소공간(101)의 일방향으로 순환될 수 있도록 상기 산화제를 유도해주는 가이드부재(103)(도 3 참조)가 구비될 수 있다.
즉 상기 연소방열판(1) 복수 개를 직렬로 연이어 설치하는 경우 상기 산화제투입부(110)를 통해 연소공간(101) 내부로 투입되는 산화제의 유동방향을 원하는 방향(일례로 도 3에서 시계방향)으로 바꿔줄 필요가 있다.
따라서, 상기 산화제투입부(110)가 설치된 하우징(100)의 내부 연소공간(101) 부근에 상기 가이드부재(103)를 설치해줌으로써, 산화제투입노즐(111)을 통해 연소공간(101) 내부로 투입되는 산화제의 유동 방향을 원하는 방향으로 바꿔줄 수 있으며, 이에 따라 제1순환영역(A)을 원활하게 형성해줄 수 있다.
연료공급부(130)는 상기 제1순환영역(A)에서 산화제의 순환에 의해 상기 연소공간(101)의 중심부 부근에 형성되는 제2순환영역(B)에 연료를 분사시켜주는 것으로, 이러한 연료공급부(130)는 제2순환영역(B) 내에 연료분사노즐(131)의 선단이 위치하도록 설치될 수 있다.
구체적으로, 상기 연료공급부(130)의 연료분사노즐(131)은 산화제투입부(110)와 가스배출부(120) 사이에 적어도 하나가 위치될 수 있다.
도 5를 참조하면, 다른 실시예로, 상기 연료분사노즐(131)은 연료공급부(130)의 연료분사효율을 높일 수 있도록 상기 하우징(100)의 중심부를 기준으로 상하 또는 좌우 측변에 적어도 한 쌍이 대칭으로 설치될 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 하우징(100)의 일측에는 열교환기(140)가 구비될 수 있다. 열교환기(140)는 가스배출부(120)를 통해 배출되는 가스의 열을 이용하여 산화제투입부(110)와 연료공급부(130)를 통해 제각기 투입되는 산화제와 연료를 승온시켜줄 수 있으며, 이에 따라 연소방열판(1)의 열효율을 향상시킬 수 있다.
그러면, 이상과 같은 구성의 본 발명에 따른 재순환 영역이 구비된 연소방열판(1)의 작용에 대하여 설명해보기로 한다.
먼저, 하우징(100)의 일측에 구비된 산화제투입부(110)를 통해 연소공간(101) 내측 외둘레에 산화제를 투입 유동시켜 제1순환영역(A)을 마련해준다. 이와 동시에 상기 연소공간(101)의 중심부 부근에는 상기 제1순환영역(A)에 의해 소정의 제2순환영역(B)을 마련해줄 수 있다.
이 경우 상기 하우징(100)의 타측에 구비된 가스배출부(120)를 통해서는 연소공간(101) 내에서 순환되는 가스 일부를 배출시켜줄 수 있다.
아울러 연료공급부(130)에서는 제2순환영역(B) 내에 선단이 위치하도록 배치된 연료분사노즐(131)을 통해 연료를 분사해주고, 이에 따라 상기 제2순환영역(B)을 중심으로 상기 연소공간(101) 내에서 공간연소를 발생시켜주게 된다.
즉 제2순환영역(B)에 분사된 연료는 제1순환영역(A)의 산화제와 점차 혼합되면서 연소가 이루어지게 된다.
이에 따라 공간연소의 특징인 균등한 반응과 열방출에 의해 연소방열판(1)의 연소공간(101) 내 균일한 온도분포를 형성해줄 수 있다.
이처럼 상기 연소공간(101)에 형성된 균일한 온도분포는 기존의 연소방열판이 가지고 있는 온도 불균일에 의한 효율저하와 외형구조물의 내구성 저하 문제를 완화시킬 수 있으며, 특히 고온 화염에서 연소시 발생하는 질소산화물(NOx)을 감소시킬 수 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 연소방열판(1)의 전산해석 결과이다.
먼저, 본 발명에 따른 연소방열판(1)을 전산해석에 사용할 수 있도록 하우징(100)을 가로 5m, 세로 2.5m, 두께 1m의 크기로 형성하였다. 이 경우 하우징(100)을 구성하는 금속 플레이트의 두께는 0.1m이고, 연료분사노즐(131)은 하우징(100)의 벽면에서 0.7m 내부로 들어와 있다.
그리고 하우징(100) 내 가스 체류 시간은 2초이고, 당량비는 0.9로써 과잉공기가 10% 더 들어가는 조건으로 설정하였다. 아울러 연료공급부(130)를 통해 공급되는 연료는 메탄을 사용하였다.
사용한 전산해석 코드는 ANSYS-FLUENT 17.0이며 난류모델은 standard k-e model, 복사모델은 Discrete-Ordinate model, 화학반응은 46steps의 skeletal model을 이용하였다.
그 결과 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 연소방열판(1)은 하우징(100)에 설치된 산화제투입부(110)와, 가스배출부(120) 및 연료공급부(130)를 통해 연소공간(101) 내에 제1순환영역(A)과 제2순환영역(B)이 형성되는 것을 확인할 수 있다.
특히, 도 8에서와 같이, 연소공간(101)의 제1순환영역(A)과 제2순환영역(B) 내 연료 농후 영역과 반응활성화 영역을 각각 CO와 OH 농도분포로부터 확인할 수 있다.
즉 본 발명에 따른 연소방열판(1)은 상기와 같은 전산해석 결과에서와 같이 연소공간(101) 내 공기와 연료 제트를 제외한 전체 영역에서 균일한 온도분포를 확보할 수 있음을 알 수 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 구체적인 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않으며 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경과 수정이 가능함은 물론이다.

Claims (8)

  1. 내부에 연소공간이 마련되는 판 형상의 하우징;
    상기 하우징의 일측에 구비되며, 산화제투입노즐을 통해 상기 연소공간의 내측 외둘레에 산화제를 투입 순환시켜 제1순환영역을 형성해주는 산화제투입부;
    상기 하우징의 타측에 구비되며, 상기 연소공간 내에서 순환되는 가스 일부를 배출시켜주는 가스배출부; 및
    상기 제1순환영역에서 산화제의 순환에 의해 상기 연소공간의 중심부에 형성되는 제2순환영역에 연료를 분사시킬 수 있도록 상기 제2순환영역 내에 연료분사노즐의 선단이 위치하도록 설치되는 연료공급부;를 포함하는 연소방열판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은,
    원형, 타원형, 사각형, 다각형 중 어느 하나의 형상으로 형성되는 것인 연소방열판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연료분사노즐은,
    상기 하우징의 중심부를 기준으로 상하 또는 좌우 측에 적어도 한 쌍이 대칭으로 설치되는 것인 연소방열판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 산화제투입부와 가스배출부는,
    상기 하우징에 평행하게 이격 설치되는 것인 연소방열판.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 산화제투입부와 가스배출부는,
    상기 연료공급부를 사이에 두고 상기 하우징의 양측에 일렬로 대향되게 설치되는 것인 연소방열판.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 연소공간 내에는,
    상기 산화제투입부를 통해 상기 연소공간 내로 투입되는 산화제가 일방향으로 순환될 수 있도록 유도해주는 가이드부재;가 구비된 것을 더 포함하는 연소방열판.
  7. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    상기 연소방열판은,
    복수 개가 직렬로 연이어 설치될 수 있도록 상기 가스배출부가 이웃하는 연소방열판의 산화제투입부와 연결되는 것을 더 포함하는 연소방열판.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 하우징의 일측에는,
    상기 가스배출부를 통해 배출되는 가스의 열을 이용하여 상기 산화제투입부와 연료공급부를 통해 제각기 투입되는 산화제와 연료를 승온시켜주는 열교환기;가 구비된 것을 더 포함하는 연소방열판.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR940007372U (ko) * 1992-09-09 1994-04-12 진양기계산업 주식회사 종이컵 제조장치에 있어서, 컵배출 및 불량컵 회수장치
JPH07218142A (ja) * 1994-01-28 1995-08-18 Nkk Corp 放射加熱装置およびその燃焼方法
JPH10141611A (ja) * 1996-11-08 1998-05-29 Nkk Corp 蓄熱式ラジアントボックス燃焼バーナ
JP2005188858A (ja) * 2003-12-26 2005-07-14 Jfe Steel Kk 管状火炎バーナの燃焼制御方法
KR20100061449A (ko) * 2007-07-20 2010-06-07 셀 인터나쵸나아레 레사아치 마아츠샤피 비이부이 무화염 연소 히터

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3810732A (en) * 1971-07-01 1974-05-14 Siemens Ag Method and apparatus for flameless combustion of gaseous or vaporous fuel-air mixtures
KR940007372Y1 (ko) * 1991-10-01 1994-10-19 포항종합제철 주식회사 저 NOx 라디안트 튜브 버너(Radiant Tube Burner)
GB2316161A (en) * 1996-08-05 1998-02-18 Boc Group Plc Oxygen-fuel swirl burner
US6029910A (en) * 1998-02-05 2000-02-29 American Air Liquide, Inc. Low firing rate oxy-fuel burner
FR2800450B1 (fr) * 1999-10-28 2002-01-04 Stein Heurtey Dispositif de chauffage indirect au combustible fossile, de produits au defile, notamment de bandes
JP2002022119A (ja) * 2000-07-04 2002-01-23 Nkk Corp 放射加熱装置
KR100460195B1 (ko) * 2003-04-22 2004-12-18 (주)파이어버드 대기오염물질 저감용 버너시스템
FR2889579B1 (fr) * 2005-08-03 2007-09-14 Air Liquide Procede de calcination d'un materiau a faible emission de nox
US7802452B2 (en) * 2005-12-21 2010-09-28 Johns Manville Processes for making inorganic fibers
KR100790850B1 (ko) * 2006-05-26 2008-01-02 삼성에스디아이 주식회사 이동가능한 버너를 구비한 연료개질기와 그 구동방법 및연료전지 시스템
JP4892107B1 (ja) * 2011-03-23 2012-03-07 新日鉄エンジニアリング株式会社 炉頂燃焼式熱風炉
CN102278758B (zh) * 2011-06-17 2013-01-02 中冶京诚工程技术有限公司 一种辐射管加热装置
FR2977004A1 (fr) * 2011-06-27 2012-12-28 Cmi Thermline Services Dispositif et procede de gestion d'imbrules pour bruleurs regeneratifs, bruleur comportant un tel dispositif
CN202470062U (zh) * 2012-03-05 2012-10-03 罗江平 生物质燃气底进式燃烧机
JP5584260B2 (ja) * 2012-08-08 2014-09-03 日野自動車株式会社 排気浄化装置用バーナー
TWI602985B (zh) * 2012-11-02 2017-10-21 艾克頌美孚上游研究公司 用於在化學計量廢氣再循環氣渦輪系統中之擴散燃燒的系統及方法
GB2525942A (en) * 2014-05-07 2015-11-11 Linde Ag Hot spot burner and reversing lance for end port regenerative furnace

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR940007372U (ko) * 1992-09-09 1994-04-12 진양기계산업 주식회사 종이컵 제조장치에 있어서, 컵배출 및 불량컵 회수장치
JPH07218142A (ja) * 1994-01-28 1995-08-18 Nkk Corp 放射加熱装置およびその燃焼方法
JPH10141611A (ja) * 1996-11-08 1998-05-29 Nkk Corp 蓄熱式ラジアントボックス燃焼バーナ
JP2005188858A (ja) * 2003-12-26 2005-07-14 Jfe Steel Kk 管状火炎バーナの燃焼制御方法
KR20100061449A (ko) * 2007-07-20 2010-06-07 셀 인터나쵸나아레 레사아치 마아츠샤피 비이부이 무화염 연소 히터

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3985339A4 *

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