KR200374232Y1 - 전용스팀 분사구를 갖춘 질소산화물 저감형 제트 분무노즐 - Google Patents

Abstract

본 고안은 발전용 및 산업용 유류 보일러의 버너 몸체 끝부분에 결합되는 제트 분무노즐에 관한 것으로, 특히 제트 분무노즐 몸체의 중심축에 위치하는 스팀전용 분무용 포트가 있으면서 이 제트 분무노즐 몸체의 중심축과 혼합포트 중심축 사이의 각도가 이중이고 오일포트와 스팀포트 및 혼합포트의 직경이 각각 이중인 형태로 되어 있어 연소중 생성되는 질소산화물(NOx)의 발생을 감소시키도록 되어 있다.

Description

전용스팀 분사구를 갖춘 질소산화물 저감형 제트 분무노즐{Jet low NOx atomizer nozzle having steam spray hole}

본 고안은 발전용 및 산업용 유류 보일러의 버너 몸체 끝부분에 결합되는 제트 분무노즐에 관한 것으로, 특히 제트 분무노즐 몸체의 중심축에 위치하는 스팀전용 분무용 포트가 있으면서 이 제트 분무노즐 몸체의 중심축과 혼합포트 중심축 사이의 각도가 이중이고 오일포트와 스팀포트 및 혼합포트의 직경이 각각 이중인 형태로 되어 있어 연소중 생성되는 질소산화물(NOx)의 발생을 감소시키는 전용스팀 분사구를 갖춘 NOx 저감형 제트 분무노즐에 관한 것이다.

질소산화물(NOx)은 그 생성기구에 따라 연소 공기중의 질소분자가 고온상태에서 산화되어 발생하는 열적 질소산화물(Thermal NOx)과, 연료중에 포함된 질소성분이 연소될 때 산화되어 발생하는 연료적 질소산화물(Fuel Nox) 및 탄화수소계 연료에서 화염 면과 그 근방에서 급격한 연소로 생성되는 순간적 질소산화물(Prompt NOx)로 나뉘게 된다.

상기의 생성기구에 따라 발생된 질소산화물이 대기 중에 방출될 경우 스모그, 산성비, 수질오염, 독성 화합물 생성, 지구온난화, 안구질환, 호흡기 질환 등으로 인해 동식물은 물론 인체에 심각한 악영향을 끼치는 물질 또는 원인 물질로 작용하게 되므로 국내는 물론 전 세계적으로 질소산화물 배출량에 대한 각종 규제가 제정되어 엄격히 그 배출량을 제한하고 있다.

그러므로 질소산화물 배출량에 대한 규제치를 준수하기 위해서는 현재 운영되고 있는 보일러 설비들의 특성에 따라 경제성과 기술성을 고려한 적절한 질소산화물 저감 방안이 수립되어야 한다.

일반적인 발전용 및 산업용 유류 보일러의 버너 몸체 끝부분에 결합되는 Y형 제트 분무노즐은 버너의 몸체로부터 분무노즐의 오일포트로 오일이 공급됨과 동시에 분무노즐의 스팀포트로는 스팀이 공급되고, 분무노즐의 오일포트와 스팀포트로부터 공급된 각각의 오일과 스팀은 혼합포트에 혼합되어 미세한 입자로 분무되어연소실로 분사되도록 되어 있다.

즉 도 3과 도 4를 참조로 종래 제트 분무노즐은 몸체(101)의 중심축(C)을 기준으로 동일한 각도와 동일한 구경을 가진 오일포트(102)와 스팀포트(103)가 등각으로 다수 설치되어 있으며, 이 오일포트(102)와 스팀포트(103)를 통하여 공급되는 각각의 오일과 스팀이 혼합포트(104)에서 분무되어 연소실(도면에 미도시)로 분사되는 구조를 채택하고 있었다.

종래 이러한 Y형 제트 분무노즐은 분무노즐 몸체의 중심축을 기준으로 동일한 각도와 동일한 크기의 포트가 다수 형성되어 있다. 그러므로 분무 유체간의 중첩영역이 크고 일정한 크기의 화염을 형성하게 되므로 질소산화물 발생량을 줄이는데 한계가 있었다.

이에 본 고안은 상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 오일포트와 스팀포트 및 혼합포트의 직경과 구조를 개량시키어 연소중 생성되는 질소산화물(NOx)의 발생을 감소시키는 전용스팀 분사구를 갖춘 NOx 저감형 제트 분무노즐을 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 고안에서 분무노즐 몸체의 중심축에 위치하는 스팀전용 분무용 포트는 직경의 크기를 작게 할수록 일산화탄소와 분진의 발생량은 감소하는 대신에 질소산화물의 발생량이 증가하고, 반대로 직경의 크기를 크게 할수록 일산화탄소와 분진의 발생량이 증가할 우려가 있으므로 설비에 적용시 적정하게 선정되고 고려되어야 한다.

Y형 제트 분무노즐 몸체의 중심축과 혼합포트 중심축 사이에 교차되는 각도의 크기가 모두 동일하지 않고 교대로 큰 것과 작은 것을 교대로 배열하여 궁극적으로 이중각 구조로 되어져야 한다.

Y형 제트 분무노즐의 오일포트와 스팀포트 및 혼합포트의 직경은 각각 모두 동일하지 않고 대구경과 소구경이 교대로 배열되도록 하여야 하며, 대구경의 오일포트는 대구경의 스팀포트와 대구경의 혼합포트와 짝을 이루어야 하며, 소구경의 오일포트는 소구경의 스팀포트와 소구경의 혼합포트와 짝을 이루어야 한다.

Y형 제트 분무노즐 몸체의 중심축과 혼합포트 중심축 사이의 각도가 큰 경우에는 소구경으로 형성되어야 하고, 이 제트 분무노즐 몸체의 중심축과 혼합포트 중심축 사이의 각도가 작은 경우에는 대구경으로 형성되도록 하는 것이 바람직하다.

도 1은 본 고안에 따른 전용스팀 분사구를 갖춘 NOx 저감형 제트 분무노즐의 정면도,

도 2는 도 1의 절단면도,

도 3과 도 4는 종래 제트 분무노즐의 정면도와 절단면도로서, 도 1과 도 2에 대응되는 도면들이다.

-도면의 주요부분에 대한 부호의 설명-

1 : 몸체, 2a,2b : 오일포트,

3a,3b : 스팀포트 4a,4b :혼합포트,

5 : 스팀전용 분무용 포트.

이하, 본 고안을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안에 따른 전용스팀 분사구를 갖춘 NOx 저감형 제트 분무노즐의 정면도이고, 도 2는 이의 절단면도이다.

본 고안은 유류 보일러의 버너 끝부분에 결합되어 몸체의 오일포트와 스팀포트들을 통해 공급되는 오일과 스팀을 혼합포트에서 분무하는 Y형 제트 분무노즐에 있어서, 상기 몸체(1)의 중심축(C)에 스팀전용 분무용 포트(5)가 위치하고, 이 몸체(1)의 중심축(C)과 혼합포트(4a,4b) 각도가 이중이고 상기 오일포트(2a,2b)와 스팀포트(3a,3b) 및 혼합포트(4a,4b)의 직경이 각각 이중인 형태로 이루어져 있다.

즉 본 고안에 따른 Y형 제트 분무노즐은 몸체(1)의 중심축(C)과 동일하게 위치하는 스팀전용 분무용 포트(5)가 있으며, 이곳에서는 순수한 스팀만 분사하게 되므로 연소 초기의 화염 온도를 저하시킴과 함께 연소지연 효과를 유발하여 열 및 연료적 질소산화물 발생량을 감소시키게 된다.

상기 분무노즐 몸체(1)의 중심축(C)과 소구경 혼합포트 중심축(A) 사이의 각도(α)와 분무노즐 몸체(1)의 중심축(C)과 대구경 혼합포트 중심축(A') 사이의 각도(α')는 동일하지 않고 버너의 조건에 따라 3°~10° 범위에서 분무노즐 몸체(1)의 중심축(C)과 소구경 혼합포트 중심축(A) 사이의 각도(α)가 분무노즐 몸체(1)의 중심축(C)과 대구경 혼합포트 중심축(A') 사이의 각도(α')보다 크게 되어야 한다.

분무노즐의 소구경 오일포트(2a)와 대구경 오일포트(2b)의 관계에서 분무노즐의 소구경 오일포트(2a)는 분무노즐의 대구경 오일포트(2b) 보다 단면적의 비로 5%~30% 범위에서 작게 되어야 하며, 각각의 구경에서 오일포트/스팀포트의 비는 0.8~1.4 범위가 바람직하고, 대구경 포트는 소구경 포트보다 오일포트/스팀포트의 비가 동일하거나 크게 하는 것이 바람직하다.

이러한 경우 소구경 포트의 화염은 상대적으로 길이가 짧고 엷게 형성되고, 대구경 포트의 화염은 그 반대가 되어 전체적으로 고온 영역이 감소하게 됨으로 질소산화물 발생량을 저감시킬 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 고안에 따른 전용 스팀 분사구를 겸비한 질소산화물 저감형 제트 분무노즐에 의하면, 연료적 질소산화물과 열적 질소산화물을 동시에 저감시킬 수 있으므로 질소산화물에 의한 각종 악영향을 방지할 수 있으며,환경 규제치 준수를 위해서 별도의 저 질소산화물 연소설비나 배연탈질설비 설치비를 투자하지 않아도 되므로 막대한 경제적 이익을 실현할 수 있다.

Claims (3)

1. 유류 보일러의 버너 끝부분에 결합되어 몸체의 오일포트와 스팀포트들을 통해 공급되는 오일과 스팀을 혼합포트에서 분무하는 Y형 제트 분무노즐에 있어서,

   상기 몸체(1)의 중심축(C)에 스팀전용 분무용 포트(5)가 위치하고, 이 몸체(1)의 중심축(C)과 혼합포트(4a,4b) 각도가 이중이고 상기 오일포트(2a,2b)와 스팀포트(3a,3b) 및 혼합포트(4a,4b)의 직경이 각각 이중인 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 전용스팀 분사구를 갖춘 NOx 저감형 제트 분무노즐.
2. 제 1항에 있어서, 상기 분무노즐 몸체(1)의 중심축(C)과 소구경 혼합포트 중심축(A) 사이의 각도(α)와 분무노즐 몸체(1)의 중심축(C)과 대구경 혼합포트 중심축(A') 사이의 각도(α')는 동일하지 않고 버너의 조건에 따라 3°~10° 범위에서 분무노즐 몸체(1)의 중심축(C)과 소구경 혼합포트 중심축(A) 사이의 각도(α)가 분무노즐 몸체(1)의 중심축(C)과 대구경 혼합포트 중심축(A') 사이의 각도(α')보다 크게 설정된 것을 특징으로 하는 전용스팀 분사구를 갖춘 NOx 저감형 제트 분무노즐.
3. 제 1항에 있어서, 상기 분무노즐의 소구경 오일포트(2a)와 대구경 오일포트(2b)의 관계에서 분무노즐의 소구경 오일포트(2a)는 분무노즐의 대구경 오일포트(2b) 보다 단면적의 비로 5%~30% 범위에서 작게 되어야 하며, 각각의 구경에서 오일포트/스팀포트의 비는 0.8~1.4 범위가 바람직하고, 대구경 포트는 소구경 포트보다 오일포트/스팀포트의 비가 동일하거나 크게 설정되는 것을 특징으로 하는 전용스팀 분사구를 갖춘 NOx 저감형 제트 분무노즐.