KR0153549B1 - 공해물질 저감형 유류버너노즐 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 공해물질 저감형 유류버너노즐(A)은 주화염용 연료측구멍(1), 보조화염용 연료측 구멍(2), 주화염용 증기측 구멍(3), 1차 보조화염용증기측구멍(4), 주화염용 연료분출구멍(5), 보조화염용 연료분출구멍(6)이 형성되고 상기 주화염용 연료분출구멍(5)과 보조화염용 연료분출구멍(6)사이에 차단용 증기구멍(7)으로 형성되어 있으며 차단용 증기에 의하여 보조화염과 주화염용연료가 충분히 분리되어 다단연소가 버너단독으로 실현되고 이 증기에 의하여 보조화염 가장자리의 화염온도가 기존 버너보다 낮고, 화염의 최고온도가 화로후류에서 형성됨으로 인하여 고온 연소가스의 체류시간 단축에 의하여 저 질소 산화물 생성 연소를 구현하였다.

Description

공해물질 저감형 유류버너노즐

제1도는 본 발명의 연료 삼단연소노즐로서,

(a)는 정면도,

(b)는 개략단면도,

(c)는 배면도이다.

제2도는 (a)는 본 발명이 적용된 유류 버너의 연소에 따른 화염형상이며,

(b)는 화실내 온도분포를 나타낸 그래프이고,

제3도는 질소산화물 배출특성을 나타낸 그래프이고,

제4도는 종래의 질소산화물 감소용 분할 노즐로서,

(a)는 반단면도이고,

(b)는 정면도이며,

제5도는 분진 배출특성을 나타낸 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 주 화염용 연료측 구멍 2 : 보조화염용 연료측 구멍

3 : 주화염용 증기축 구멍 4 : 보조화염용 증기축 구멍

5 : 주화염용 연료분출 구멍 6 : 보조화염용 연료분출 구멍

7 : 차단용 증기측 구멍 A : 유류버너 노즐

가 : 1차 연소지역 나 : 2차 연소지역

다 : 완전 연소지역

본 발명은 액체연료 분무연소에 의하여 생성되는 공해물질인 질소산화물(NO_x) 및 분진을 현격히 감소시키기 위한 유류버너노즐에 관한 것으로, 특히, 주화염용 연료분출구멍과 보조화염용 연료분출구멍사이에 차단용 증기구멍을 형성하여 주화염과 보조화염을 화로상류에서 충분히 차단시켜 질소산화물의 생성이 급격히 감소되는 공해물질저감형 유류버너노즐에 관한 것이다.

산업이 고도화됨에 따라 다양한 형태의 에너지원이 요구되고 이와함께 환경규제가 날로 심화되고 있는 실정이므로 현재 산업용으로 사용되는 유류버너는 연소후 생성물에 대한 환경규제치 만족이 절실히 요구되고 있다. 따라서 본 발명은 유류용 버너노즐에 의해 보조화염, 증기층 및 주화염으로 이루어지는 삼단연소를 실현하고 주연소를 화로 후류에서 이루어 지도록 하므로써 질소산화물 및 분진의 저감을 실현하였다.

기존에 사용되고 있는 유류 버너의 연소생성물 저감기법은 연소용 공기중에 함유된 질소가 고온의 연소분위기에서 과잉산소와 반응하면서 생성되는 열적 질소산화물을 감소시키기 위해 고온의 연소지역에서는 과잉산소가 부족하도록 연료과잉-공기부족 상태로 유지하면서 질소의 반응을 억제하고 공기부족에 의해 발생되는 불완전 연소물을 노내온도가 상대적으로 낮아지는 화로 뒤쪽에서 충분한 연소용 공기를 주입하여 완전연소시키는 방법이 주로 사용되고 있다. 즉 버너 앞에서 연료과잉 공기부족 상태를 형성하기 위한 방법으로 현재 실용화되어 있는 기법은 배기가스 재순환법(연소된 배기가스의 일부를 연소용 공기와 혼합하여 버너로 유입시켜 연소하는 방법), 화로내 이단연소(연소공기의 일부분을 버너위에 설치된 구멍으로 직접보내어 버너지역에 불완전 연소된 연소가스를 완전연소시키는 기법)등의 설비추가에 의한 질소산화물 감소기법과 버너에서 연소용 공기와 연료의 혼합특성을 제어함으로써 질소산화물의 생성을 감소시키는 저 질소산화물 버너로 구분할 수 있다. 전자는 질소산화물의 감소효과가 높으나 기존설비에 질소산화물감소용 추가설비가 요구되므로 경제적인 부담이 크며 보수·유지에 지속적인 노력이 요구된다. 후자는 버너 내부에서의 질소산화물 기법이 응용되므로 전자에 비해 추가설비가 필요없어 선호도가 높아지는 추세이다. 또한 기존 버너의 저질소산화기법은 연료분무 노즐을 분할화염이 형성되면서 보조적인 연료과잉 분위기를 형성할 수 있도록 되어있다. 그러나 이 방법은 화염검출기의 화염센서가 화염이 없는 부위를 감지할 경우 오동작을 유발하는 단점이 있어 버너 자동운전시 항상 문제점이 내재되어 있다.

본 발명은 제4도에 도시한 종래의 질소산화물 감소용 분할노즐의 문제점인 화염검출기의 오동작을 방지하면서, 주화염과 보조화염을 증기에 의해 분리되도록 하여 고온연소가스의 체류시간을 종래버너보다 현격히 감소시켜 질소산화물 및 분진의 생성이 최소화될 수 있는 공해물질 저감형 유류 버너노즐을 제공하였다.

본 발명에 따른 공해물질저감형 유류 버너노즐을 첨부된 도면을 참고로 하여 이하에 기술되는 실시에에 의하여 명확하게 이해할 수 있을 것이다.

제1도에 도시한 바와같이, 본 발명은 저질소 산화연소를 실현할 수 있도록 보조화염용 연료분출구멍(6)에서 나온 1차 연소용 연료를 환상형(ANNULAR TYPE)으로 분출시키고, 주화염용 연료분출 구멍(5)에서 분출된 연료는 후류에서 연소될 수 있도록 고안되어 있다. 또한 제2도에서 도시한 바와같이, 화로 상류(UPSTREAM)에서 연소되는 보조화염(a)에 의해 주 연소용 연료가 화로 상류에서 연소되지 않도록 차단용 증기구멍(7)에서 분출되는 증기에 의해 보조화염과 주화염용 연료를 화로 상류에서 충분히 차단시켜 화로 후류(DOWNSTREAM)에서 주연소가 구현되도록 하였다.

본 발명은 이와같이 화로상류에서 보조화염과 주화염용 연료를 차단용증기에 의해 분리시킴으로써 주 연소영역과 보조 연소영역이 명확히 분리되며, 보조연소(1차 연소)에서는 상대적으로 적은양의 연료가 연소되고 주연소(2차연소) 영역인 화로 후류에서 상대적으로 많은 양의 연료가 연소됨으로 인하여 고온 연소가스의 체류시간을 단축시켜 열적 질소산화물(THERMAL NO_x)의 생성이 급격히 감소하게 된다.

본 발명은 질소산화물 생성이 최소화 될 수 있도록 삼단연소를 버너자체로 구현하고, 고온연소 가스의 체류시간을 기존버너보다 현격히 감소시키며, 주화염과 보조화염을 증기에 의해 분리시키기위한 것으로 본 발명에 따른 공해물질 저감형 유류 버너노즐(A)은 주화염용 연료측 구멍(1), 보조화염용 연료측 구멍(2), 주화염용 증기측 구멍(3), 1차보조화염용 증기측구멍(4), 주화염용 연료분출구멍(5), 보조화염용 연료분출구멍(6)이 형성되고 상기 주화염용 연료분출구멍(5)과 보조화염용 연료분출구멍(6)사이에 차단용 증기구멍(7)으로 형성되어 있으며 그 특징은 제1도 및 제2도 의해 설명하면 다음과 같다.

본 발명이 적용되는 노즐은 이유체식(二流體式) 중간혼합형으로 주화염용 구멍(1,3,5)에 보조화염용 구멍(2,4,6)을 추가한 것으로 보조화염용 연료구멍(2)을 주화염용 연료구멍(1)과 같은 반경상에 이웃하도록 배치하고 보조화염용 증기구멍(4), 주화염용증기구멍(3)과 동심원상에 배치함으로써 보조화염의 연료와 증기가 노즐 중간에서 혼합될 수 있도록 고려하였으며 보조화염용 분출구멍(6)은 주화염용 분출구멍(5)보다 분사각이 크게하여 주 화염보다 화실 앞쪽에 보조화염이 형성되도록 하고 또한 차단용 증기구멍(7)으로 증기를 분사하여 보조화염과 주화염용 연료를 분리시키고, 연료와 산화제(공기 즉 산소)가 가장 활발하게 혼합이 이루어져 연소온도가 높은 화염 바깥쪽, 즉 화염단면에서 화염온도가 가장 높은 화염의 가장자리 지역에 증기를 분사시킴으로서 최고 연소온도를 저하시켜 질소산화물생성을 억제하도록 하고 있다.

제2도에 본 발명에 따른 노즐에 의해 형성되는 연소지역을 표시하였으며 연소지역(가)은 보조화염이 형성되는 지역이고 연소지역(나)는 은 보조화염보다 화실 후류 쪽에서 형성되는 주화염지역으로 연료과잉으로 불완전 연소된 연소가스는 주화염과 보조화염이 만나면서 시작되는 연소지역(다)에서 완전연소가 이루어진다. 차단용 증기구멍(7)에 의해 증기가 분사된 증기층지역(라)에의해 연소지역(가)(나)가 완전하게 분리된다. 즉 화실내 온도분포와 비교해 보면 연소용 공기의 선회에 의해 보조화염에 유입되는 연소용 공기를 보조화염과 증기층에 의해 차단되는 상태로 주화염을 형성시킴으로써 기존버너보다 화로후류에서 최고온도가 유지되어 고온연소가스의 체류시간 단축효과에 의한 저 질소산화물 효과를 볼수 있다.

본 발명의 효과로는 제3도에 제4도의 종래 질소산화물 감소용 버너와 동일 버너에 본 고안의 노즐을 사용한 결과를 나타냈다. 이 결과에서 보듯이 종래 버너에서 생성되는 질소산화물을 약 30% 더 감소시킬 수 있다.

이는 전술한 바와같이 주화염 연료 차단용 증기에 의하여 보조화염과 주화염연료가 충분히 분리되어 다단 연소가 버너단독으로 실현되고 이 증기에 의하여 보조화염 가장자리의 화염온도가 기존 버너보다 낮고, 화염의 최고온도가 화로후류에서 형성됨으로 인하여 고온 연소가스의 체류시간 단축에 의하여 저 질소산화물 생성 연소를 구현하였다.

또한 화로 상류에서 생성된 분진은 화로후류의 고온영역에서 산화 즉 분진의 연소에 의하여 화로출구에서의 총 분진량은 제5도에서 보는 바와 같이 30%정도 감소되었다.

이와같이 본 발명을 유류 버너에 사용하게 되면 연료중에 함유된 질소량이 0.5%(Wt base)이상의 고 질소 연료의 연소에 질소산화물 감소목적의 추가설비 부담없이 공해배출 허용기준을 만족시킬 수 있다.

또한 대도심에 먼저 강화되는 배출 허용기준이 국제적으로도 강화될 것으로 예상되므로 기존 설비의 개,보수가 필요하며 이런 경우 본 발명의 노즐만 변경하여도 질소산화물 배출 허용기준을 만족시킬 수 있으므로 설치·유지가 무척 간편하고 추가설비의 부담이 없는 매우 경제적인 효과가 있다.

Claims (1)

1. 주화염용구멍(1,3,5)과 보조화염용구멍(2,4,6)이 형성된 유류 버너노즐(A)에 있어서, 노즐 반경방향으로 상기 주화염용 구멍(1,3,5)과 보조화염용 구멍(2,4,6)사이에 차단용 증기구멍(7)이 형성된 것을 특징으로 하는 공해물질 저감형 보조화염노즐.