KR0149797B1 - 3-stage radiant tube gas burner - Google Patents
3-stage radiant tube gas burnerInfo
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- KR0149797B1 KR0149797B1 KR1019950017300A KR19950017300A KR0149797B1 KR 0149797 B1 KR0149797 B1 KR 0149797B1 KR 1019950017300 A KR1019950017300 A KR 1019950017300A KR 19950017300 A KR19950017300 A KR 19950017300A KR 0149797 B1 KR0149797 B1 KR 0149797B1
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
- F23D14/12—Radiant burners
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C9/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber
- F23C9/08—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber for reducing temperature in combustion chamber, e.g. for protecting walls of combustion chamber
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Abstract
본 발명은 열처리로와 건조로 및 연속소둔로등에 사용되는 라디안트튜브(Radiant Tube)용 가스버너를 3단 연소식 배기가스 자기재순환형으로 형성하여 라디안트튜브의 표면온도를 균일하게 분포시키므로서 질소산화물(NOX)의 생성량을 억제시키고 라디안트튜브의 수명연장과 환경오염을 방지하기에 적합하도록 한 3단 연소식 저공해 라디안트튜브용 가스버너에 관한 것이다.The present invention forms a gas burner for radiant tubes used in heat treatment furnaces, drying furnaces and continuous annealing furnaces in a three-stage combustion exhaust self-recirculation type to uniformly distribute the surface temperature of radiant tubes. The present invention relates to a gas burner for a three-stage combustion low pollution radiant tube that is suitable for suppressing the production of nitrogen oxides (NO X ) and for preventing the extension of the lifetime of the radiant tube and environmental pollution.
이를 위해 본 발명은 연소용 공기를 2단으로 나누어 공급하는 1,2차 공기노즐과, 연료를 3단으로 연소시키는 연소통 및 연소배기가스를 자기재순환시키는 2차연소통을 채택하므로서 연료를 3단으로 연소시키는 3단 연소방식과 연소배기가스의 자기재순환을 통하여 라디안트튜브의 획기적인 온도분포 균일화와 질소산화물의 생성량을 대폭 감소시킬 수 있도록 한 것이다.To this end, the present invention adopts a primary and secondary air nozzle for dividing combustion air into two stages, a combustion cylinder for burning fuel in three stages, and a secondary combustion cylinder for self-recirculating combustion exhaust gas. Through the three-stage combustion method and the magnetic recirculation of combustion exhaust gas, it is possible to drastically reduce the uniform temperature distribution of radiant tube and the generation of nitrogen oxide.
Description
제1도는 연료의 연소시 화염온도와 질소산화물의 생성량을 나타낸 그래프.1 is a graph showing the flame temperature and the amount of nitrogen oxide produced during combustion of a fuel.
제2도는 연료의 연소시 공기량과 질소산화물의 생성량을 나타낸 그래프.2 is a graph showing the amount of air and the amount of nitrogen oxides produced during combustion of fuels.
제3도는 본 발명의 일부절결 사시도.3 is a partially cutaway perspective view of the present invention.
제4도는 본 발명의 정단면도.4 is a front sectional view of the present invention.
제5도의 (a)(b)는 본 발명에 따른 연소통의 측면도와 일부절결 사시도.Figure 5 (a) (b) is a side view and partially cutaway perspective view of the combustion cylinder according to the present invention.
제6도는 본 발명의 동작상태를 나타낸 정단면도.6 is a front sectional view showing an operating state of the present invention.
제7도는 본 발명과 종래의 가스버너에서 연료부하율과 질소산화물의 생성량을 비교분석한 그래프.7 is a graph comparing the fuel load rate and the amount of nitrogen oxide produced in the present invention and the conventional gas burner.
제8도는 본 발명과 종래의 가스버너에서 라디안트튜브의 길이와 온도와의 관계를 비교분석한 그래프.8 is a graph comparing the relationship between the length of the radiant tube and the temperature of the present invention and a conventional gas burner.
제9도는 종래 가스버너의 일부절결 사시도.9 is a partially cutaway perspective view of a conventional gas burner.
제10도는 종래 가스버너의 동작상태를 나타낸 정단면도.10 is a front sectional view showing an operation state of a conventional gas burner.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
10 : 공기챔버 20 : 1차공기도입관10: air chamber 20: primary air intake
30 : 1차연소통 40 : 연소통주노즐30: primary combustion cylinder 40: combustion cylinder nozzle
50 : 화염분할용 다공노즐 60 : 2차연소통50: porous nozzle for flame division 60: secondary communication
70 : 1차공기노즐 80 : 2차공기노즐70: primary air nozzle 80: secondary air nozzle
140 : 연료공급파이프 150 : 라디안트튜브140: fuel supply pipe 150: radiant tube
본 발명은 열처리로와 건조로 및 연속소둔로등에 사용되는 라디안트튜브(Radiant Tube)용 가스버너에 관한 것으로 특히, 가스버너의 구조를 3단 연소식 배기가스 자기재순환형으로 형성하여 라디안트튜브의 표면온도를 균일하게 분포시키므로서 질소산화물(NOX)의 생성량을 억제시키고 라디안트튜브의 수명연장과 환경오염을 방지하기에 적합하도록 한 3단 연소식 저공해 라디안트튜브용 가스버너에 관한 것이다.The present invention relates to a gas burner for radiant tubes used in heat treatment furnaces, drying furnaces and continuous annealing furnaces. The present invention relates to a gas burner for a three-stage combustion low pollution radiant tube, which is suitable for suppressing the production of nitrogen oxides (NO X ) by uniformly distributing the surface temperature of and to prevent the extension of the lifetime of the radiant tube and environmental pollution. .
일반적으로, 대기오염의 중요한 변수로 꼽히는 질소산화물(NOX)은 연료의 연소과정중에 발생하며 크게 N2+O2=2NO 와 2NO+O2=2NO2의 2가지 화학식으로 대별된다.In general, nitrogen oxide (NO X ), which is an important variable of air pollution, occurs during the combustion process of fuel and is roughly classified into two chemical formulas, N 2 + O 2 = 2NO and 2NO + O 2 = 2NO 2 .
이러한, 질소산화물은 연료중에 포함된 질소의 화학적인 결합과 공기중에 포함된 질소의 부분적인 산화에 의해 주로 화염과 그 주위의 고온형성대에서 발생한다.These nitrogen oxides occur mainly in the flame and surrounding high temperature formation zone by the chemical bonding of nitrogen contained in fuel and the partial oxidation of nitrogen contained in air.
따라서, 제1도와 같이 질소산화물은 화염의 온도가 높을수록 생성량이 많아지고, 제2도와 같이 공기의 공급량이 적정치에 이르렀을때 최고치를 나타내다가 이보다 공기량이 적거나 많게 되면 오히려 감소하기 시작한다.Therefore, as shown in FIG. 1, the amount of nitrogen oxide produced increases as the temperature of the flame increases, and shows the highest value when the air supply reaches an appropriate value as shown in FIG. 2, but decreases when the amount of air becomes smaller or larger than this. .
주지된 바와 같이 열처리로와 건조로 및 연속소둔로등에서 라디안트튜브를 이용하여 가열하는 방식은 튜브내에서 연료를 연소시켜 이때 발생되는 열을 이용하여 튜브를 고온으로 가열시키고, 고온으로 가열된 튜브의 표면에서 발생하는 복사열을 통하여 피가열물을 가열하는 간접가열방식이다.As is well known, a method of heating using radiant tubes in a heat treatment furnace, a drying furnace, and a continuous annealing furnace burns fuel in a tube to heat the tube to a high temperature using heat generated at this time, and the tube heated to a high temperature. It is an indirect heating method that heats the object to be heated by radiant heat generated from the surface of the film.
이와 같이 라디안트튜브내에 버너를 설치하여 연료를 연소시킬 경우, 좁은 공간인 튜브내에서의 고부하연소가 필수적인 관계로 튜브의 일정지점에서는 화염온도의 최고점이 형성되어 튜브의 온도분포가 불균일하게 되므로서 튜브에 작용하는 열웅력이 고르게 분포되지 못하여 튜브의 변형이나 파공의 직접적인 원인이 된다.In the case of burning a fuel by installing a burner in the radiant tube as described above, since high load combustion is essential in a narrow space tube, the highest point of flame temperature is formed at a certain point of the tube, resulting in uneven tube temperature distribution. The thermal forces acting on the tube are not evenly distributed, which is a direct cause of the deformation or breakage of the tube.
또한, 고온의 연소배기가스가 고온으로 가열된 튜브내를 통과하기 때문에 고온지역에서의 체류시간이 길어지게 되어 질소산화물이 다량으로 생성된다.In addition, since the hot combustion exhaust gas passes through the tube heated to a high temperature, the residence time in the high temperature region becomes long, and a large amount of nitrogen oxides are generated.
그런데, 종래의 라디안트튜브용 가스버너는 제9도에서 보는 바와 같이 버너내부로 유입되는 공기의 흐름속도를 균일하게 유지하기 위한 공기챔버(210)와, 상기 공기챔버로 부터 버너내부로 공기를 강제분사시키는 공기노즐(220)과, 화염의 흔들림 및 꺼짐을 방지하기 위한 보염기(230)와, 연료를 분사시키는 연료노즐(240)과, 상기 연료노즐로 연료를 공급하는 연료공급파이프(250)와, 상기 연료노즐부위에 최초로 연소를 진행시키는 점화장치(260) 및 연소실역할을 하며 노내로의 피가열체에 복사열을 전달하는 라디안트튜브(270)로 구성되었던 것이다.However, the gas burner for the radiant tube according to the related art has an air chamber 210 for maintaining a uniform flow rate of air flowing into the burner as shown in FIG. 9, and air from the air chamber to the burner. Air nozzle 220 for forced injection, flame sprayer 230 for preventing the shaking and turning off of the flame, fuel nozzle 240 for injecting fuel, and fuel supply pipe 250 for supplying fuel to the fuel nozzle ), And an ignition device 260 for first burning the fuel nozzle part and a radiant tube 270 that serves as a combustion chamber and transmits radiant heat to a heated object into the furnace.
따라서, 이와 같은 종래의 라디안트튜브용 가스버너는 제5도와 같이 연료의 연소를 위한 연소용 공기가 1단으로 한꺼번에 연료노즐(240)부위로 공급되므로 연료노즐로 부터 일정거리에서 연료와 공기가 혼합되어 순간적으로 연소반응을 일으키게 되며, 이때 대부분의 연료가 이 지점에서 연소되기 때문에 연료의 연소열에 의하여 화염온도가 급격히 상승하는 단점이 있었던 것이다.Therefore, the conventional gas burner for radiant tubes has a fuel and air at a predetermined distance from the fuel nozzle since the combustion air for combustion of the fuel is supplied to the fuel nozzle 240 at once in one stage as shown in FIG. When the mixture is instantaneously causing a combustion reaction, since most of the fuel is burned at this point, the flame temperature is rapidly increased by the heat of combustion of the fuel.
즉, 라디안트튜브(27)내에서 상기와 같은 연소조건에 의하여 국부적인 화염온도의 상승으로 라디안트튜브가 가열될 때 길이방향의 온도편차를 보면 대부분의 연료가 한꺼번에 연소되는 연료노즐(240)로 부터 일정거리 지점(연료노즐로 부터 대략 550mm인 지점)의 튜브온도가 가장 높게 되어 이 지점에서의 열응력이 가장 크고, 이 지점을 기준으로 전후방향의 튜브온도는 상대적으로 훨씬 낮기 때문에 열응력이 작게 되어 온도편차에 의한 열응력분포의 차이로 튜브의 형상변형과 고온부의 열화에 의한 튜브의 부분적인 파공이 초래되어 조업장애와 라디안트튜브(270)의 수명을 단축시켰던 것이다.That is, when the radiant tube is heated in the radiant tube 27 due to the local flame temperature rise by the combustion conditions as described above, the fuel nozzle 240 in which most of the fuel is burned at the same time is observed. The thermal stress at this point is the highest because the tube temperature at a certain distance from the fuel nozzle (approximately 550 mm from the fuel nozzle) is the highest, and the thermal stress at the fore and aft direction is relatively much lower. This decreases the thermal stress distribution due to the temperature deviation, resulting in partial tube breakage due to the shape deformation of the tube and the deterioration of the hot portion, which shortens the operation disturbance and the life of the radiant tube 270.
또한, 제1도와 같이 화염온도의 상승은 연소용 공기중의 질소와 산소의 반응을 촉진시키므로 화염의 온도가 높을수록 질소산화물의 생성량이 많아지는 특성을 나타내는데, 상기한 바와 같은 종래의 라디안트튜브용 가스버너에서는 연소용 공기가 1단으로 공급되므로서 연료의 대부분이 일정지점에서 한꺼번에 연소되어 그 지점에서의 화염온도가 급격히 상승하므로 질소산화물의 생성량이 많아져 대기오염을 일으키고 주위에 있는 설비를 부식시키는 등의 문제점이 있었던 것이다.In addition, as shown in FIG. 1, the increase in the flame temperature promotes the reaction between nitrogen and oxygen in the combustion air, so that the higher the flame temperature, the more the amount of nitrogen oxides is produced. In the gas burner, since combustion air is supplied to the first stage, most of the fuel is combusted at a certain point at once, and the flame temperature at that point increases rapidly. There was a problem such as corrosion.
이와 같이 라디안트튜브용 가스버너에서 온도분포의 불균일화로 인한 질소산화물의 생성량을 줄이기 위한 방안으로 미국 특허 제4813867호가 제시된바 있다.Thus, US Patent No. 4813867 has been proposed as a way to reduce the production of nitrogen oxides due to the non-uniformity of the temperature distribution in the gas burner for radiant tubes.
상기 미국 특허 제4813867호는 연소공기를 단계적으로 분사시켜 연료를 두차례로 나누어 단계적으로 연소시키므로서 연료의 급속한 연소를 방지하여 화염온도의 최고온도를 낮춰주므로 라디안트튜브의 온도분포를 균일하게 하고 질소산화물의 생성량을 줄이는 2단 연소방식의 라디안트튜브용 가스버너이다.The U.S. Patent No. 4813867 injects combustion air in stages to burn the fuel in two stages to prevent the rapid combustion of the fuel, thereby lowering the maximum temperature of the flame temperature, thus making the temperature distribution of the radiant tube uniform and nitrogen. It is a gas burner for radiant tubes with a two-stage combustion method that reduces the production of oxide.
그러나, 이러한 2단 연소방식의 라디안트튜브용 가스버너는 튜브의 온도분포 균일화와 질소산화물의 생성량을 줄이기 위하여 단지 연소용 공기를 2단으로 나누어 공급하는 방식만을 채택하므로서 종래의 버너인 1단 연소방식에 비해 튜브의 온도분포 균일화도 그다지 크지 않으며 질소산화물의 생성량 또한 30% 이상 감소시키기가 곤란하여 별다른 실효를 거두지 못하고 있는 실정이다.However, such a two-stage combustion radiant tube gas burner uses only a two-stage supply of combustion air in order to uniformize the temperature distribution of the tube and reduce the amount of nitrogen oxides produced. Compared to the method, the temperature distribution uniformity of the tube is not very large, and it is difficult to reduce nitrogen oxide production more than 30%.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 연료를 3단으로 연소시키는 3단 연소방식과, 연소배기가스의 자기재순환을 통하여 라디안트튜브의 획기적인 온도분포 균일화와 질소산화물의 생성량을 대폭 감소시킬 수 있는 구조로 된 연소통이 장착된 라디안트튜브용 가스버너를 제공함에 있다.In order to solve this problem, the present invention has a three-stage combustion method of burning fuel in three stages, and a structure capable of dramatically reducing the temperature distribution uniformity of the radiant tube and the generation of nitrogen oxides through magnetic recirculation of combustion exhaust gas. To provide a gas burner for radiant tubes equipped with a combustion tank.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 연소용 공기를 2단으로 나누어 공급하는 1,2차공기노즐과, 연료를 3단으로 연소시키는 연소통 및 연소배기 가스를 자기재순환시키는 2차연소통을 채택하여서 된 것이다.In order to achieve the above object, the present invention adopts the first and second air nozzles for dividing the combustion air into two stages, the secondary cylinder for self-recirculating the combustion cylinder and the combustion exhaust gas for burning the fuel in three stages. It was done.
이하 본 발명을 첨부된 도면에 의거 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제3도는 본 발명의 일부절결 사시도이고, 제4도는 본 발명의 정단면도를 나타낸 것이며, 제5도의 (a)(b)는 본 발명에 따른 연소통의 측면도와 일부절결 사시도를 나타낸 것이다.Figure 3 is a partially cutaway perspective view of the present invention, Figure 4 shows a front sectional view of the present invention, Figure 5 (a) (b) shows a side view and a partially cutaway perspective view of the combustion cylinder according to the present invention.
도시한 바와 같이 본 발명은 버너내부로 유입되는 공기의 흐름속도를 균일하게 유지하기 위한 공기챔버(10)와; 공기를 1차 및 2차로 분리하여 도입하는 1차공기도입관(20)과; 연료를 1차 연소시키는 1차연소통(30)과; 1차 연소배기가스의 흐름속도를 증대시켜 토출하는 연소통주노즐(40)과; 1차 연소폐가스의 일부와 미연소 연료의 토출로 2차연소를 다수의 구멍을 통하여 진행하므로서 화염의 분할과 1차연소통(30)내의 압력을 감소시키는 화염분할용 다공노즐(50)과; 1차 연소배기가스의 자기재순환을 형성시키며 연소통주노즐(40)로 부터 나오는 미연소 연료의 연소를 진행시키는 2차연소통(60)과; 상기 공기챔버로 부터 1차공기를 1차공기도입관(20) 내부로 분사시키는 1차공기노즐(70)과; 상기 공기챔버로 부터 2차공기를 1차공기도입관(20)의 외부와 라디안트튜브 사이로 분사시키는 2차공기노즐(80)과; 1차공기가 갖고 있는 유속의 영향으로 연료노즐부위에서 화염의 흔들림과 꺼짐을 방지하는 보염기(90)와; 연료와 공기의 혼합을 촉진시키기 위하여 1차공기를 선회시키는 공기선회기(100)와; 연료를 연소통내부로 분사시켜 연소반응을 행하게 하는 연료노즐(110)과; 상기 연료노즐부위에 최초 연소를 진행시키기 위하여 설치되는 점화장치(120)와; 화염의 상태를 관찰할 수 있는 화염감시창(130)과; 상기 연료노즐로 연료를 공급하는 연료공급파이프(140)와; 연소실역할을 하며 노내로의 피가열체에 복사열을 전달해 주는 라디안트튜브(150)로 구성된다.As shown, the present invention includes an air chamber 10 for maintaining a uniform flow rate of air flowing into the burner; Primary air inlet pipe 20 for introducing air separated into primary and secondary; A primary combustion cylinder 30 for primary combustion of fuel; A combustion barrel nozzle 40 for increasing and discharging the flow rate of the primary combustion exhaust gas; A flame splitting porous nozzle 50 for reducing the pressure in the flame splitting and the primary combustion passage 30 by performing the secondary combustion through a plurality of holes by discharging part of the primary combustion waste gas and unburned fuel; A secondary combustion cylinder 60 which forms a magnetic recirculation of the primary combustion exhaust gas and advances combustion of unburned fuel from the combustion barrel nozzle 40; A primary air nozzle (70) for injecting primary air from the air chamber into the primary air inlet pipe (20); A secondary air nozzle 80 for injecting secondary air from the air chamber between the outside of the primary air inlet pipe 20 and the radiant tube; An inflammator 90 which prevents the shaking and turning off of the flame at the fuel nozzle part due to the flow velocity of the primary air; An air swirler (100) for turning primary air to promote mixing of fuel and air; A fuel nozzle 110 for injecting fuel into the combustion cylinder to perform a combustion reaction; An ignition device (120) installed at the fuel nozzle portion to perform initial combustion; Flame watch window 130, which can observe the state of the flame; A fuel supply pipe 140 for supplying fuel to the fuel nozzle; The radiant tube 150 serves as a combustion chamber and transmits radiant heat to the heating target object in the furnace.
상기와 같이 구성된 본 발명의 동작과 작용효과를 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation and effect of the present invention configured as described above are as follows.
먼저, 본 발명의 라디안트튜브용 가스버너가 연소를 시작하기 위해서는 제6도와 같이 점화장치(120)를 통하여 불꽃이 연료노즐(110)부위에 형성되어 진다.First, in order to start combustion of the radiant tube gas burner of the present invention, a flame is formed at the fuel nozzle 110 through the ignition device 120 as shown in FIG.
이때 필요한 연소용 공기는 공기주입구(160)를 통하여 일정한 유량과 유속을 갖고 공기챔버(10)로 유입되고, 공기챔버내에서 흐름의 속도가 균일하게 분포된후 1차공기노즐(70)과 2차공기노즐(80)을 통하여 버너내부로 분사되며 이때 1차공기는 1차공기도입관(20)의 내부를 따라 1차연소통(30)으로 공급되는데, 이 과정에서 보염기(90)바깥쪽의 원주에 축방향으로 일정한 비틀림각을 갖고 설치된 공기선회기(100)를 통과하게 된다.At this time, the required combustion air is introduced into the air chamber 10 through the air inlet 160 with a constant flow rate and flow rate, and the velocity of the flow is uniformly distributed in the air chamber. The primary air is injected into the burner through the primary air nozzle (80), and the primary air is supplied to the primary combustion communication (30) along the inside of the primary air inlet pipe (20). The circumference of the circumferentially pass through the air swirler 100 is installed with a constant twist angle.
상기 공기선회기(100)를 통과하는 1차공기는 일정한 유속을 갖고 있기 때문에 공기선회기를 통과하기 전에는 직진류이나 통과후에는 선회류로 바뀌어 1차연소통(30)으로 공급된다.Since the primary air passing through the air swirler 100 has a constant flow rate, it passes through the air swirler and is converted into a swirl flow after passing through the air swirler.
한편, 연료는 연료주입구(170)로 유입된 후 연료공급파이프(140)를 통하여 연료노즐(110)에서 1차연소통(30)내로 분사된다.On the other hand, the fuel is injected into the fuel inlet 170 and then injected into the primary combustion cylinder 30 from the fuel nozzle 110 through the fuel supply pipe 140.
이와 동시 점화장치(120)에서 발생된 불꽃이 분사되는 연료와 1차공기가 충만한 1차연소통(30)내에 점화되어 연소가 시작된다.Simultaneously with this, the spark generated from the ignition device 120 is ignited in the primary combustion cylinder 30 filled with fuel and primary air, and combustion starts.
상기한 바와 같이 1차공기는 선회하여 공급되기 때문에 연료와 혼합이 잘 되어 연소를 촉진시킴과 동시 화염을 선회시키므로 연료와 공기의 혼합불량에 의하여 발생하는 미연소물질의 발생을 억제하고, 라디안트튜브(150)의 원주방향을 가열하는 온도분포를 균일하게 한다.As described above, since the primary air is supplied by turning, it is well mixed with fuel to promote combustion and simultaneously rotates flames, thereby suppressing the generation of unburned substances caused by the poor mixing of fuel and air, and radiant. The temperature distribution for heating the circumferential direction of the tube 150 is made uniform.
또한, 보염기(90)는 1차 공기의 공급방향 배면에서 연료노즐(110) 주위로 공급되는 1차공기의 유속을 떨어뜨리고 연료노즐과 보염기 사이에서 와류를 형성시키므로 공기의 유속변화에 의한 화염의 흔들림이나 꺼짐을 방지한다.In addition, the flame gun 90 reduces the flow rate of the primary air supplied around the fuel nozzle 110 at the rear of the primary air supply direction, and forms a vortex between the fuel nozzle and the flame gun, and thus, Prevents flame from shaking or turning off.
그리고, 2차공기는 2차공기노즐(80)을 통하여 1차공기도입관(20)과 1차연소통(30) 및 2차연소통(60)의 외부와 이를 둘러싸고 있는 라디안트튜브(150) 사이를 통과하게 된다.And, the secondary air is between the primary air inlet 20 and the outside of the primary communication 30 and the secondary communication 60 and the radiant tube 150 surrounding the secondary air nozzle 80 through the secondary air nozzle (80) Will pass through.
상기 1차공기와 2차공기는 연료의 다단연소를 위하여 서로 분할공급되며 1차공기는 연료의 연소에 필요한 양의 약 30% 정도를 공급하고, 2차공기는 나머지 미연소된 연료의 연소를 위하여 약 70% 정도를 공급한다.The primary air and the secondary air are dividedly supplied to each other for multi-stage combustion of the fuel, the primary air supplies about 30% of the amount necessary for the combustion of the fuel, and the secondary air supplies combustion of the remaining unburned fuel. In order to supply about 70%.
이러한 공기량의 분할은 1차공기노즐(70)과 2차공기노즐(80)의 각각의 총면적에 의하여 결정된다.This division of air amount is determined by the total area of each of the primary air nozzle 70 and the secondary air nozzle 80.
1차연소통(30)과 화염분할용 다공노즐(50) 및 연소통주노즐(40), 2차연소통(60)의 작용은 다음과 같다.The operation of the primary combustion cylinder 30, the porous nozzle 50 for splitting the flame, the combustion cylinder nozzle 40, and the secondary combustion cylinder 60 are as follows.
즉, 1차연소통(30)은 연료노즐(110)로 부터 분사된 연료가스가 충만하게 되고 이 연료가스를 일부(총연료량의 약30% 정도)연소시키기 위하여 1차공기량이 총 연료연소에 요구되는 필요량의 30%정도가 공급되어 1단계연소가 이루어진다.That is, the primary combustion communication 30 is filled with the fuel gas injected from the fuel nozzle 110, and the primary air amount is required for the total fuel combustion in order to burn some of the fuel gas (about 30% of the total fuel amount). About 30% of the required amount is supplied, resulting in one-stage combustion.
이때의 연소상태는 연료에 비해 연소공기량이 부족하기 때문에 연료가 전부 연소할때 보다 연소온도가 낮게 되어 제1도와 같이 질소산화물의 생성특성에 따라 질소산화물의 생성량이 적게 되며, 또한 제2도와 같이 연료의 연소시 공기비가 낮으면 연소용 공기중의 산소농도의 저하에 의하여 연소용 공기중의 질소와 반응할 수 있는 잉여산소의 부족으로 질소산화물의 생성량이 줄어들게 된다.At this time, the combustion state is lower than that of the fuel, so the combustion temperature is lower than when the fuel is all burned, and thus the amount of nitrogen oxides produced is reduced according to the characteristics of nitrogen oxides as shown in FIG. If the air ratio is low during combustion of the fuel, the amount of nitrogen oxides is reduced due to the lack of surplus oxygen that can react with nitrogen in the combustion air due to a decrease in the oxygen concentration in the combustion air.
본 발명에 의한 1차연소통(30)내에서의 공기비는 0.3정도로서 질소산화물의 발생이 극히 적은 저공기비 영역에 포함된다.The air ratio in the primary combustion cylinder 30 according to the present invention is about 0.3 and is included in the low air ratio region where generation of nitrogen oxide is extremely low.
1차연소통에서 연소되지 못한 연료가스의 일부는 1차연소통내부의 압력에 의하여 연소통의 반경방향으로 형성된 다수의 화염분할용 다공노즐(50)과 축방향으로 형성된 연소통주노즐(40)을 통하여 배출된다.Part of the fuel gas that is not combusted in the primary combustion cylinder is passed through the plurality of flame splitting porous nozzles 50 formed in the radial direction of the combustion cylinder by the pressure inside the primary combustion cylinder and the combustion cylinder nozzle 40 formed in the axial direction. Discharged.
또한, 화염분할용 다공노즐(50)을 통하여 나오는 미연소 연료가스는 2차공기노즐(80)을 통하여 공급되는 2차공기와 혼합되면서 라디안트튜브(150)와 1차연소통(30)사이에서 2단계 연소를 시작한다.In addition, the unburned fuel gas coming out through the flame split porous nozzle 50 is mixed between the radiant tube 150 and the primary combustion communication 30 while being mixed with secondary air supplied through the secondary air nozzle 80. Start two stage combustion.
이때의 연소상태는 2차공기량이 총 연료가스에 필요한 연소공기량의 약 70% 정도가 공급되므로 연소공기량이 미연소된 연료가스가 필요로 하는 연소 공기량 보다 훨씬 많기 때문에 연소시 발생하는 연료연소열을 현열로서 뺏아가게 되어 연소온도가 낮게 되므로 제1도와 같이 질소산화물의 생성특성에 의하여 질소산화물의 생성량이 적게 된다.At this time, since the secondary air is supplied about 70% of the amount of combustion air required for the total fuel gas, the combustion air amount is much higher than the amount of combustion air required by the unburned fuel gas. As a result, the combustion temperature is lowered, so that the amount of nitrogen oxides is reduced due to the characteristics of nitrogen oxides as shown in FIG.
그리고, 다공노즐을 통하여 미연소된 연료가스가 화염과 함께 분출되기 때문에 화염의 표면적이 증가하여 화염방열성을 증대시키므로서 화염온도를 낮추게 되어 질소산화물의 생성량이 적게 된다.In addition, since the unburned fuel gas is ejected together with the flame through the porous nozzle, the surface area of the flame is increased to increase flame heat dissipation, thereby lowering the flame temperature, thereby reducing the amount of nitrogen oxides produced.
미연소 연료가스의 일부는 화염분할용 다공노즐(50)로 빠져나가 2차공기와 혼합하여 연소되고, 이때의 잉여공기와 연소배기가스는 2차연소통(60)의 외부를 통하여 3단계 연소영역인 2차연소통의 후단부로 유입되며, 일부는 연소통주노즐(40)을 통하여 2차연소통(60)으로 유입되는데 이때 축소관인 연소통주노즐에서 미연소가스와 연소배기가스의 유출속도가 증대하고 연소통주노즐의 통과가 끝나는 지점에서 2차연소통(60)으로 급격히 확대되기 때문에 제6도와 같이 2차연소통내의 유체중심에서는 전방향으로 흐름속도가 빠르며, 유체중심으로 부터 반경방향으로 일정지점에서는 연소배기가스가 역류가 형성된다.Part of the unburned fuel gas exits to the flame splitting porous nozzle 50 and is mixed with secondary air and combusted. At this time, the excess air and combustion exhaust are three-stage combustion zones through the outside of the secondary combustion cylinder 60. It flows into the rear end of the secondary combustion cylinder, and some flows into the secondary combustion cylinder (60) through the combustion barrel nozzle (40). At the end of the passage, the flow rate rapidly expands to the secondary combustion cylinder 60. Thus, as shown in FIG. 6, the flow velocity is high in the forward direction at the fluid center in the secondary combustion cylinder, and the combustion exhaust gas flows backward at a certain point in the radial direction from the fluid center. Is formed.
이것이 전술한 배기가스의 자기재순환이며, 이것에 기인하여 질소산화물의 생성량감소와 라디안트튜브(150)의 온도분포 균일화에 기여한다.This is the above-mentioned self-recirculation of the exhaust gas, which contributes to the reduction of nitrogen oxide production and the uniform temperature distribution of the radiant tube 150.
실제 연소실험을 통하여 2차연소통(60)내의 압력을 측정한 결과 유체의 중심부에서는 정압이 플러스(+)상태이고, 유체중심으로 부터 반경방향의 일정지점에서는 원주방향으로 마이너스(-)압력상태가 됨을 확인하였다.As a result of measuring the pressure in the secondary combustion cylinder 60 through the actual combustion test, the positive pressure is positive in the center of the fluid, and the negative pressure in the circumferential direction is maintained at a certain point in the radial direction from the fluid center. It was confirmed.
이것은 2차연소통(60)내의 유체중심으로 부터 반경방향으로 일정지점에서 연소배기가스의 일부가 연소통주노즐(40)로 역류하여 재순환됨을 입증하는 것이다.This demonstrates that a portion of the combustion exhaust gas flows back to the combustion barrel nozzle 40 at some point in the radial direction from the fluid center in the secondary combustion cylinder 60.
여기서, 질소산화물의 감소원리를 설명하면, 일단 연소된 배기가스는 방열에 의하여 현열을 빼앗기게 되므로 온도가 연소중인 화염의 온도보다 낮게 된다.Here, the reduction principle of the nitrogen oxides, once the exhaust gas once burned is deprived of sensible heat by heat radiation, the temperature is lower than the temperature of the flame during combustion.
따라서, 이 연소배기가스가 재순환하여 연소중인 화염과 섞이게 되므로 결국 화염온도를 낮추어 질소산화물의 생성을 억제하게 된다.Therefore, the combustion exhaust gas is recycled and mixed with the combustion flame, thereby lowering the flame temperature to suppress the production of nitrogen oxides.
또한, 연소배기가스가 순환하여 연소영역에 다시 유입되므로 상대적으로 연소영역에서의 산소농도가 줄어들어 질소산화물의 생성이 억제된다.In addition, since the combustion exhaust gas circulates and flows back into the combustion zone, the oxygen concentration in the combustion zone is relatively reduced, so that the production of nitrogen oxides is suppressed.
3단계 연소는 2차연소통(60)의 직후단에서 부터 라디안트튜브(150)의 내부를 따라 전방향으로 진행되는데 이때는 2차연소통의 내부로 부터 나오는 미연소 연료가스가 혼합하여 연소된다.The third stage combustion proceeds in all directions along the inside of the radiant tube 150 from immediately after the second combustion cylinder 60. In this case, unburned fuel gas from the inside of the secondary combustion cylinder is mixed and combusted.
제7도는 라디안트튜브(150)내에서의 연소부하율에 따라 종래의 버너와 본 발명에 의한 버너와의 질소산화물의 생성량을 비교실험하여 나타낸 그래프로서, 질소산화물의 생성량이 종래의 버너에 비해 본 발명의 버너에서는 약 1/3 정도로 감소되었다.7 is a graph showing a comparative experiment of the amount of nitrogen oxide produced by the conventional burner and the burner according to the present invention according to the combustion load rate in the radiant tube 150. In the burner of the invention it was reduced by about one third.
제8도는 연소부하율 70% 시에 라디안트튜브의 표면온도분포를 튜브길이방향으로 실험한 결과를 나타낸 그래프로서, 종래에는 버너의 연료노즐로 부터 일정지점(약 550mm 정도)에서 다른부위에 비해 훨씬 높게 나타나고 있으나 본 발명에서는 온도분포가 아주 균일하게 나타났다.FIG. 8 is a graph showing the results of experiments on the surface temperature distribution of radiant tubes in the tube length direction at 70% of the combustion load rate. Although high, the temperature distribution is very uniform in the present invention.
상기 비교 실험에 사용한 연료는 제철부생가스인 코크스로 가스로서 발열량이 4400Kcal/Nm3이며, 이론 연소공기량은 코크스 가스 1Nm3당 약 4.48Nm3이다.Fuel used for the comparative experiment is the amount of heat generated 4400Kcal / Nm 3 gas as a by-product gas to the steel of the coke, the theoretical combustion air amount is a coke oven gas 1Nm 3 approximately 4.48Nm 3 per.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 라디안트튜브용 가스버너에서 연료의 3단 연소 및 배기가스 자기재순환에 의하여 화염의 국부적인 고온방지와 산소농도의 저하로 질소산화물의 생성량감소 및 라디안트튜브의 표면온도를 균일하게 분포시키므로서 환경오염방지와 라디안트튜브의 수명연장에 기여할 수 있는 효과가 있는 것이다.As described above, the present invention is to reduce the production of nitrogen oxides and the surface of the radiant tube by preventing the local high temperature of the flame and lowering the oxygen concentration by the three-stage combustion of the fuel in the radiant tube gas burner and the exhaust gas self-recirculation. By uniformly distributing the temperature, it is possible to contribute to preventing pollution and extending the life of radiant tube.
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