KR100761888B1 - 고온 용융로용 버너 - Google Patents

고온 용융로용 버너 Download PDF

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KR100761888B1
KR100761888B1 KR1020060070527A KR20060070527A KR100761888B1 KR 100761888 B1 KR100761888 B1 KR 100761888B1 KR 1020060070527 A KR1020060070527 A KR 1020060070527A KR 20060070527 A KR20060070527 A KR 20060070527A KR 100761888 B1 KR100761888 B1 KR 100761888B1
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구재회
김성현
윤용승
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고등기술연구원연구조합
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Abstract

본 발명은 고온 용융로용 버너(burner)에 관한 것이다.
본 발명은, 노의 벽체부를 관통하도록 설치되어 선단부는 상기 노의 내부에 노출되게 되고 후단부는 상기 노의 외부에 위치되게 되는 고온 용융로용 버너에 있어서, 가장 중앙에 형성되어 초기 점화를 위한 공기가 먼저 공급되고 이어서 후단측에서 형성된 화염을 전방측으로 이동시키기 위한 초기 연료가스가 추가 공급되며 전방측에 메인 화염이 형성된 이후에는 상기 초기 연료가스와 상기 공기의 공급이 중단되고 프라이머리 O2가 공급되게 되는 프라이머리 O2/초기 연료가스/공기 겸용 공급채널과, 상기 프라이머리 O2/초기 연료가스/공기 겸용 공급채널의 외측으로 형성되어 메인 화염의 형성을 위한 메인 연료가스가 공급되게 되는 메인 연료가스 공급채널과, 상기 메인 연료가스 공급채널의 외측으로 형성되어 메인 화염의 형성을 위한 세컨더리 O2가 공급되게 되는 세컨더리 O2 공급채널과, 상기 세컨더리 O2 공급채널의 외측에 형성되어 냉각효과 제공을 위한 냉각수가 흐르게 되는 냉각수 공급채널과, 상기 프라이머리 O2/초기 연료가스/공기 겸용 공급채널, 상기 메인 연료가스 공급채널, 상기 세컨더리 O2 공급채널, 상기 냉각수 공급채널에 각각 연통되도록 후단부측에 구비되어 해당하는 각 유체가 외부로부터 유입되게 되는 유입구들 및 상기 냉각수 공급채널로부터의 냉각수 유출을 위한 냉각수 유출구와, 상기 프라이 머리 O2/초기 LPG/공기 겸용 유입구와 연통되도록 상기 프라이머리 O2/초기 연료가스/공기 겸용 공급채널의 후단부측에 상대적으로 내경이 확대되도록 형성되게 되는 화염형성공간부와, 상기 화염형성공간부에 대해 착화를 실시하도록 후단부측에 구비되게 되는 점화장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 초기 점화를 위한 산화제로서 기존의 산소를 대체하여 공기를 이용하게 되므로, 폭발가능성이 낮아져 안전성이 향상되게 되며, 또한 점화장치가 노 외부에 위치되는 버너의 후단부측에 구비되어 그 손상이 방지되게 되므로, 점화장치의 수명 연장이 가능하여 고온 용융로의 안정적인 운전이 가능하도록 할 수 있는 효과가 있게 된다.
고온, 용융로, 가스화, 소각, 폐기물, 버너, 산소, 공기, 점화

Description

고온 용융로용 버너{BURNER FOR USE IN A HIGH-TEMPERATURE FUSION FURNACE}
도 1은 종래의 고온 용융로를 보여주는 단면도,
도 2는 종래의 고온 용융로용 버너의 외형을 보여주는 도면,
도 3은 종래의 고온 용융로용 버너의 후단부측을 보여주는 단면도,
도 4는 종래의 고온 용융로용 버너의 전단부측을 보여주는 단면도,
도 5는 종래의 고온 용융로용 버너에서 점화장치의 선단부가 노내에 노출되어 손상된 것을 보여주는 사진,
도 6은 본 발명에 따른 고온 용융로용 버너의 후단부측을 보여주는 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 고온 용융로 20 : 본체
30 : 상부용융로부 40 : 하부용융로부
50 : 균질화로 60 : 슬랙퀀쳐
100 : (종래) 버너 102 : 프라이머리 O2 공급채널
102a : 프라이머리 O2 유입구 104 : LPG 공급채널
104a : LPG 유입구 106 : 세컨더리 O2 공급채널
106a : 세컨더리 O2 유입구 108 : 냉각수 공급채널
108a : 냉각수 유입구 110 : 점화장치
112 : 애자부 114 : 전극관부
114a : 전극봉 200 : (본 발명) 버너
202 : 프라이머리 O2/초기 LPG/공기 겸용 공급채널
202a : 프라이머리 O2/초기 LPG/공기 겸용 유입구
204 : 메인 LPG 공급채널 204a : 메인 LPG 유입구
206 : 세컨더리 O2 공급채널 206a : 세컨더리 O2 유입구
208 : 냉각수 공급채널 208a : 냉각수 유입구
208b : 냉각수 유출구 210 : 화염형성공간부
220 : 점화장치
본 발명은 고온 용융로용 버너(burner)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 초기 점화시의 안전성이 향상되면서 그 점화장치의 손상이 방지되도록 할 수 있는 고온 용융로용 버너에 관한 것이다.
일반적으로, 각종 폐기물의 저급 연료에 대한 가스화 용융 또는 소각 용융시스템은 대상 연료를 산화제와 함께 고온 용융로내에 공급하여 내부의 고온분위기하 에서 가스화 또는 소각하여 연료중의 가연성분은 유용한 합성가스로 전환되어 생산되도록 하고, 연료중의 불연성분은 용융된 상태의 슬랙(slag)으로 생성되어 배출되도록 하게 된다.
도 1은 종래의 고온 용융로를 보여주는 단면도이다.
고온 용융로(10)는, 폐기물 연료가 유입되게 되는 본체(20)와, 본체(20)의 상부와 하부측에 구비되는 상부용융로부(30)와 하부용융로부(40), 하부용융로부(40)의 하부측에 수평되게 구비되는 균질화로(50)와, 균질화로(50)의 하부측에 수직되게 구비되는 슬랙퀀쳐(quencher)(60) 등으로 구성되게 된다.
여기서, 하부용융로부(40)는 본체(20)의 하부측에 구비되어 연료와 산화제가 반응하여 가스화 반응 및 용융 반응이 진행되게 되는 곳이고, 상부용융로부(30)는 하부용융로부(40)에서 배출되는 합성가스와 공급된 연료의 열분해를 통해 생성되는 생성가스를 배출하게 된다.
그리고, 균질화로(50)는 하부용융로부(40)에서 생성된 용융 슬랙이 통과하면서 해당 용융 슬랙내의 미용융물이 완전하게 용융되어 균질화되도록 하게 되는 곳이고, 슬랙퀀쳐(60)는 균질화로(50)로부터 배출되는 슬랙을 내부의 냉각수에 의해 급냉 응고하여 고형화되도록 함으로써 이후 고체상태로 수거되도록 하게 된다.
나아가, 전술한 상부용융로부(30)와 하부용융로부(40) 및 균질화로(50)에는 내부에 고온분위기를 형성하기 위한 버너들(100)이 벽체부를 통해 관통하여 일부 내부로 삽입되도록 설치되게 된다.
도 2는 종래의 고온 용융로용 버너의 외형을 보여주는 도면이고, 도 3과 도 4는 각각 해당 버너의 후단부측과 전단부측을 보여주는 단면도이다.
버너(100)는, 노(30, 40, 50)의 벽체부를 관통하도록 설치되어, 그 전단부는 노(30, 40, 50)의 내부에 노출되게 되고, 그 후단부는 노(30, 40, 50)의 외부에 위치되게 된다.
해당 버너(100)는 동심원을 이루는 여러개의 관들의 결합으로 이루어져 있으며, 중앙에는 프라이머리(primary) O2 공급채널(channel)(102), 그 외측으로 연료가스인 LPG(또는, LNG) 공급채널(104), 또한 그 외측으로 세컨더리(secondary) O2 공급채널(106)이 각각 형성되어 있다.
그리고, 세컨더리 O2 공급채널(106)의 외측으로는 이중관 형태로 냉각수 공급채널(108)이 형성되어 있어 그 내부로 냉각수가 연속하여 흐르게 됨으로써, 열손상되는 것이 방지되도록 하게 된다.
물론, 전술한 프라이머리 O2 공급채널(102), LPG 공급채널(104), 세컨더리 O2 공급채널(106), 냉각수공급채널(108)에 연통되도록 해당 버너(100)의 후단부측에는 개별적으로 유입구(102a, 104a, 106a, 108a)가 각기 형성되어 해당하는 각 유체가 외부로부터 유입되게 되며, 또한 냉각수공급채널(108)에 대해서는 냉각수의 유출을 위한 냉각수유출구(미도시)도 형성되게 된다.
또한, 전술한 냉각수공급채널(108) 외측의 특정위치에는 점화장치(ignitor)(110)가 구비되게 되며, 해당 점화장치(110)는, 버너(100)의 후단부측 에 구비되어 내부의 전극봉(114a)을 지지하면서 외부의 전원공급부(미도시)와 접속되게 되는 부분인 애자부(112)와, 내부에 전극봉(114a)이 위치되도록 애자부(112)로부터 버너(100)의 길이방향을 따라 버너(100)의 선단부까지 연장되도록 구비되게 되는 전극관부(124)로 이루어져 있다.
따라서, 그 작용을 설명하면, 먼저 외측의 세컨더리 O2 공급채널(106)을 통해 점화용 산화제인 세컨더리 O2가 공급되어 전방으로 분무되고 있는 상태에서 점화장치(110)의 전극봉(114a)의 선단부에서 스파크가 발생되어 분무되고 있는 세컨더리 O2를 이용한 착화가 일어나 초기 화염이 형성되게 되며, 이어서 LPG 공급채널(104)을 통해 연료가스인 LPG가 공급되어 전방으로 분무되게 됨에 따라 초기 화염의 크기가 보다 커져 메인 화염이 형성되게 되고, 이후 가장 내측의 프라이머리 O2 공급채널(102)을 통해 프라이머리 O2가 공급되어 전방으로 분무되게 됨에 따라 메인 화염이 보다 고온화되어 강한 복사열을 낼 수 있게 된다.
그러나, 이상과 같은 종래의 고온 용융로(10)용 버너(100)에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.
첫째, 초기 점화를 위한 산화제로서 산화능력이 매우 큰 산소를 이용하게 됨에 따라 점화시의 폭발가능성이 높음으로써, 안전상의 문제가 발생될 소지가 많다는 문제점이 있었다.
둘째, 점화장치(110)가 버너(100)의 선단부까지 연장되어 노(30, 40, 50) 내부에 대해 점화를 실시하도록 되어 있어, 그 선단부가 노(30, 40, 50) 내부의 고온 상태에 대해 직접적으로 항시 노출되게 됨으로써, 도 5의 사진을 통해 확인 가능한 바와 같이, 전극봉(114a)의 팁(tip)부를 포함하는 해당 선단부가 일부 녹아 손상되게 되고, 또한 해당 선단부에 노(30, 40, 50)내에서 반응에 따라 생성되는 챠르(char), 비산재와 같은 각종 이물질이 부착되게 됨으로써, 그 점화성능이 대폭 저하되게 되어, 고온 용융로(10)의 안정적인 공정 수행을 저해하게 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 초기 점화를 위한 산화제로서 산소 대신에 안전성면에서 우수한 공기를 이용하고, 점화장치를 노 외부에 위치하는 후단부측에 설치하여 해당 점화장치의 손상이 근본적으로 방지되도록 하게 되는 고온 용융로용 버너를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고온 용융로용 버너는, 노의 벽체부를 관통하도록 설치되어 선단부는 상기 노의 내부에 노출되게 되고 후단부는 상기 노의 외부에 위치되게 되는 고온 용융로용 버너에 있어서, 가장 중앙에 형성되어 초기 점화를 위한 공기가 먼저 공급되고 이어서 후단측에서 형성된 화염을 전방측으로 이동시키기 위한 초기 연료가스가 추가 공급되며 전방측에 메인 화염이 형성된 이후에는 상기 초기 연료가스와 상기 공기의 공급이 중단되고 프라이머리 O2가 공급되게 되는 프라이머리 O2/초기 연료가스/공기 겸용 공급채널과, 상기 프라이머리 O2/초기 연료가스/공기 겸용 공급채널의 외측으로 형성되어 메인 화염의 형성을 위한 메인 연료가스가 공급되게 되는 메인 연료가스 공급채널과, 상기 메인 연료가스 공급채널의 외측으로 형성되어 메인 화염의 형성을 위한 세컨더리 O2가 공급되게 되는 세컨더리 O2 공급채널과, 상기 세컨더리 O2 공급채널의 외측에 형성되어 냉각효과 제공을 위한 냉각수가 흐르게 되는 냉각수 공급채널과, 상기 프라이머리 O2/초기 연료가스/공기 겸용 공급채널, 상기 메인 연료가스 공급채널, 상기 세컨더리 O2 공급채널, 상기 냉각수 공급채널에 각각 연통되도록 후단부측에 구비되어 해당하는 각 유체가 외부로부터 유입되게 되는 유입구들 및 상기 냉각수 공급채널로부터의 냉각수 유출을 위한 냉각수 유출구와, 상기 프라이머리 O2/초기 LPG/공기 겸용 유입구와 연통되도록 상기 프라이머리 O2/초기 연료가스/공기 겸용 공급채널의 후단부측에 상대적으로 내경이 확대되도록 형성되게 되는 화염형성공간부와, 상기 화염형성공간부에 대해 착화를 실시하도록 후단부측에 구비되게 되는 점화장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 목적과 여러가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 아래에 기술되는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명에 따른 고온 용융로용 버너의 후단부측을 보여주는 단면도이다.
본 발명에 따르면, 초기 점화를 위한 산화제로서 기존의 산소를 대체하여 다소 산화능력이 낮은 공기를 이용하게 됨으로써 점화시의 안전성이 확보되도록 하게 되며, 또한 점화장치를 노(30, 40, 50) 외부에 위치하게 되는 후단부측에만 설치하고 부가적으로 해당 점화장치에서 형성되는 화염이 버너(200) 내부를 통해 노(30, 40, 50)내의 전방측까지 이동되도록 함으로써 기존에 점화장치(110)의 선단부가 노(30, 40, 50)내에 직접 노출되어 손상되던 것이 방지되도록 하게 된다.
이를 위한 본 발명의 버너(200)는, 가장 중앙에 프라이머리 O2/초기 LPG(또는, LNG)/공기 겸용 공급채널(202), 그 외측으로 연료가스인 메인 LPG(또는, LNG) 공급채널(204), 또한 그 외측으로 세컨더리 O2 공급채널(206), 나아가 그 외측으로 냉각수 공급채널(208)이 형성되게 된다.
물론, 전술한 각 공급채널들(202, 204, 206, 208)에 공급될 해당하는 유체가 외부로부터 유입되게 되는 유입구들(202a, 204a, 206a, 208a) 및 냉각수유출구(208b)는 해당 버너(200)의 후단부측에 각기 구비되게 된다.
그리고, 가장 중앙에 형성되는 프라이머리 O2/초기 LPG/공기 겸용 공급채널(202)의 후단부측에는 상대적으로 내경이 확대되는 화염형성공간부(210)가 형성되게 되며, 해당 화염형성공간부(210)에 대해 점화장치(220)가 구비되게 되고, 이로써 점화장치(220)가 화염형성공간부(210)내에 착화를 실시하여 초기 화염이 형성 되도록 하게 되며, 이 화염형성공간부(210)에 대해 전술한 프라이머리 O2/초기 LPG/공기 겸용 유입구(202a)가 연통되게 된다.
이로써, 그 작용을 설명하면, 먼저 가장 내측의 프라이머리 O2/초기 LPG/공기 겸용 유입구(202a)를 통해 점화용 산화제인 공기가 화염형성공간부(210)내로 공급되고 있는 상태에서 해당 화염형성공간부(210)에 대해 구비되어 있는 점화장치(220)가 착화를 실시하여 공급되고 있는 공기의 연소를 통해 초기 화염이 형성되도록 하게 되며, 이어서 프라이머리 O2/초기 LPG/공기 겸용 유입구(202a)를 통해 초기 LPG가 화염형성공간부(210)내로 공급되되 화염전파속도보다 빠른 유속으로 공급되어 화염형성공간부(210)내에 형성되어 있던 초기 화염이 프라이머리 O2/초기 LPG/공기 겸용 공급채널(202) 내부를 통해 전방측으로 이동되도록 하게 된다.
이에 따라, 초기 화염은 버너(200)의 전단부측에서 발사되게 되고, 이어서 외측의 메인 LPG 공급채널(204)을 통해 메인 LPG가 공급되어 전방으로 분무되게 됨에 따라 화염의 크기가 보다 커져 메인 화염이 형성되게 되며, 이후 가장 외측의 세컨더리 O2 공급채널(206)을 통해 세컨더리 O2가 공급되어 전방으로 분무되게 됨에 따라 형성된 메인 화염이 보다 고온화되어 강한 복사열을 낼 수 있게 된다.
그리고, 프라이머리 O2/초기 LPG/공기 겸용 공급채널(202)을 통해 계속적으로 공급되고 있던 초기 LPG와 공기의 공급이 중단되게 된 다음, 해당 프라이머리 O2/초기 LPG/공기 겸용 공급채널(202)을 통해 프라이머리 O2가 공급되게 됨으로써 메인 화염이 더욱 강력해질 수 있게 된다.
즉, 초기에는 안전성 면에서 우수한 공기를 이용하여 점화하고, 점화된 상태의 초기 화염을 전방측으로 이동시키는데에는 초기 LPG를 이용하며, 다음으로 메인 LPG와 세컨더리 O2 및 프라이머리 O2를 공급하여 연료가스와 산소를 이용하여 강력한 화염이 형성되도록 하게 된다.
이상과 같은 본 발명에 의하면, 초기 점화를 위한 산화제로서 산소를 대체하여 공기를 이용하게 되므로, 안전성면에서 우수할 수 있게 된다.
그리고, 노(30, 40, 50) 외부에 위치하는 버너(200)의 후단측에서 점화한 후 화염을 전방측으로 이동시키게 되므로, 노(30, 40, 50) 외부에 위치하게 되는 점화장치(220)가 근본적으로 보호되어 그 손상이 방지될 수 있게 되므로, 점화장치(220)의 수명 연장이 가능하여, 안정적인 고온 용융로(10)의 운전이 가능하도록 하게 된다.
이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정과 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.
본 발명에 따르면, 초기 점화를 위한 산화제로서 기존의 산소를 대체하여 공기를 이용하게 되므로, 폭발가능성이 낮아져 안전성이 향상되게 되며, 또한 점화장치가 노 외부에 위치되는 버너의 후단부측에 구비되어 그 손상이 방지되게 되므로, 점화장치의 수명 연장이 가능하여 고온 용융로의 안정적인 운전이 가능하도록 할 수 있는 효과가 달성될 수 있다.

Claims (1)

  1. 노의 벽체부를 관통하도록 설치되어 선단부는 상기 노의 내부에 노출되게 되고 후단부는 상기 노의 외부에 위치되게 되는 고온 용융로용 버너에 있어서,
    가장 중앙에 형성되어 초기 점화를 위한 공기가 먼저 공급되고 이어서 후단측에서 형성된 화염을 전방측으로 이동시키기 위한 초기 연료가스가 추가 공급되며 전방측에 메인 화염이 형성된 이후에는 상기 초기 연료가스와 상기 공기의 공급이 중단되고 프라이머리 O2가 공급되게 되는 프라이머리 O2/초기 연료가스/공기 겸용 공급채널과,
    상기 프라이머리 O2/초기 연료가스/공기 겸용 공급채널의 외측으로 형성되어 메인 화염의 형성을 위한 메인 연료가스가 공급되게 되는 메인 연료가스 공급채널과,
    상기 메인 연료가스 공급채널의 외측으로 형성되어 메인 화염의 형성을 위한 세컨더리 O2가 공급되게 되는 세컨더리 O2 공급채널과,
    상기 세컨더리 O2 공급채널의 외측에 형성되어 냉각효과 제공을 위한 냉각수가 흐르게 되는 냉각수 공급채널과,
    상기 프라이머리 O2/초기 연료가스/공기 겸용 공급채널, 상기 메인 연료가스 공급채널, 상기 세컨더리 O2 공급채널, 상기 냉각수 공급채널에 각각 연통되도록 후 단부측에 구비되어 해당하는 각 유체가 외부로부터 유입되게 되는 유입구들 및 상기 냉각수 공급채널로부터의 냉각수 유출을 위한 냉각수 유출구와,
    상기 프라이머리 O2/초기 LPG/공기 겸용 유입구와 연통되도록 상기 프라이머리 O2/초기 연료가스/공기 겸용 공급채널의 후단부측에 상대적으로 내경이 확대되도록 형성되게 되는 화염형성공간부와,
    상기 화염형성공간부에 대해 착화를 실시하도록 후단부측에 구비되게 되는 점화장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 용융로용 버너.
KR1020060070527A 2006-07-27 2006-07-27 고온 용융로용 버너 KR100761888B1 (ko)

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