KR20060076969A

KR20060076969A - 축열식 버너의 연료 노즐 냉각장치

Info

Publication number: KR20060076969A
Application number: KR1020040115599A
Authority: KR
Inventors: 이재규; 이시용
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2004-12-29
Filing date: 2004-12-29
Publication date: 2006-07-05

Abstract

본 발명에 따른 축열식 버너의 연료 노즐 냉각장치는, 냉각수 공급부와 냉각수 배출부에 연결 설치되며, 연료 공급 노즐의 내부 중심 방향을 기준으로 하여 이 연료 공급 노즐의 외측에 길이 방향을 따라 방사상으로 밀접하게 배치되고 이의 양단을 교호적으로 연결하여 원통형 관다발 형태의 냉각수 유통로를 형성하고, 이 관다발 형태의 냉각수 유통로 외측에 단열재와 내화물을 설치하여 구성된다.

축열식버너, 연료공급노즐, 냉각장치, 냉각튜브, 냉각수유통로, 관다발, 유속, 유동단면적, 단열재, 내화물

Description

축열식 버너의 연료 노즐 냉각장치 {FUEL NOZZLE COOLING APPARATUS OF REGENERATIVE BURNER}

도 1은 종래에 따른 축열식 버너의 개념도이다.

도 2는 종래에 따른 축열식 버너의 조립 구성도이다.

도 3은 종래에 따른 축열식 버너의 연료 노즐 냉각장치를 도시한 단면 구성도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 축열식 버너의 연료 노즐 냉각장치 구조를 도시한 도면이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 축열식 버너의 연료 노즐 냉각장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명은 축열식 버너의 연료 노즐 냉각장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열연 공장의 가열로에서 고온으로 슬라브를 가열 할 때 배기 가스 현열에 의하여 연료 공급용 노즐이 열변형, 부식 및 파손되는 것을 방지하기 위한 축열식 버너의 연료 노즐 냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로 제철소의 열연공장에 설치되는 가열로에는 연소가스에 포함된 폐열을 회수하여 연소공기의 온도를 상승시키는 축열식 버너가 널리 사용되고 있다. 이러한 축열식 버너는 가열로에서 연소 배기 가스의 현열을 축열체에 축적하고 가열로 외부로 배출함과 동시에 상기의 축열체에 축적된 연소용 공기를 예열하여 버너에 공급하는 구조로 이루어진다.

도 1은 종래에 따른 축열식 버너의 개념도이고, 도 2는 종래에 따른 축열식 버너의 조립 구성도이며, 도 3은 종래에 따른 축열식 버너의 연료 노즐 냉각장치를 도시한 단면 구성도이다.

도면을 참고하면, 종래에 따른 축열식 버너(10)에는 연료 공급용 노즐(15)을 배기 가스의 열로부터 보호하는 연료 노즐 냉각장치(20)를 구비하는 바, 이 연료 노즐 냉각장치(20)는 가열로(1)에서 슬라브(2)를 고온으로 가열할 때 버너의 축열 및 가열의 교번적인 작동에 의하여 대략 1000℃ 이상의 배기 가스 현열이 발생하게 되므로 이 현열로 인해 연료 공급 노즐(15)이 열변형, 부식 및 파손되는 것을 방지하기 위한 것이다.

이러한 연료 노즐 냉각장치(20)는 간접 냉각수가 흐르는 3중관 튜브(21)를 구비하며, 이 3중관 튜브(21)의 내측에 연료 공급 노즐(15)이 조립 설치되고 상기 튜브(21)의 외부에 몰드형 내화물(22)을 시공하여 구성될 수 있다.

그런데, 종래에 의한 축열식 버너의 연료 노즐 냉각장치(20)는 냉각수가 흐르는 튜브(21)가 연료 공급 노즐(15)의 내부 중심 방향을 기준으로 이의 외측에 3중관 형태로 구성되는 바, 냉각수 공급 배관(26)을 통해 공급되는 냉각수의 유량이 3중관 튜브(21)의 내부를 통과할 때 유체의 연속 방정식에 의거한 통로의 단면적 차이로 인해 냉각수의 유속이 느려지게 된다. 이로 인해 냉각수에 용존 되어 있는 수처리 유기물과 슬러지 등이튜브 끝단의 용접부(16)에 부착되는 현상이 발생하게 된다. 따라서 튜브(21)를 통과하는 냉각수의 흐름이 상기한 유기물과 슬러지에 의하여 막히게 되고, 결과적으로는 이 부분에서 배기 가스의 현열에 의한 열변형이 발생하게 되어 상기 용접부(16)가 파손되게 되는 바, 이 파손 부위를 통해 냉각수가 누출되게 된다. 이러한 냉각수의 누출은 연료 공급 노즐(15)의 냉각 성능을 떨어뜨림은 물론 연료 공급 노즐(15)의 변형 및 파손으로 이어져 착화 지점인 연소실(11) 외에서 연료의 점화가 이루어지는 등 버너의 효율을 저하시키는 결과를 초래한다. 또한, 상기 누출된 냉각수가 축열체(13)에 떨어져 축열체 지지용 스크린(14)을 변형시킴으로써 축열체(13)가 예열 공기실(12)로 낙하하게 되어 결과적으로 버너의 예열 성능이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 그 목적은 냉각수의 공급 배관과 배출 배관 사이에서 냉각수가 정체되지 않도록 하여 버너의 효율 및 예열 성능을 더욱더 향상시킬 수 있는 구조의 축열식 버너의 연료 노즐 냉각장치를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 축열식 버너의 연료 노즐 냉각장치는, 냉각수 공급부와 냉각수 배출부에 연결 설치되며, 연료 공급 노즐의 내 부 중심 방향을 기준으로 하여 이 연료 공급 노즐의 외측에 길이 방향을 따라 방사상으로 밀접하게 배치되고 이의 양단을 교호적으로 연결하여 원통형 관다발 형태의 냉각수 유통로를 형성하고, 이 관다발 형태의 냉각수 유통로 외측에 단열재와 내화물을 설치하여 구성된다.

본 발명에 따른 축열식 버너의 연료 노즐 냉각장치는, 상기 냉각수 유통로의 양단에 연결 설치되는 "U"자형 캡을 구비한다.

그리고 본 발명에 따른 축열식 버너의 연료 노즐 냉각장치는, 상기 냉각수의 흐름을 감지하는 유량 감지부를 포함하며; 상기 유량 감지부는: 상기 냉각수 공급부에 연결 설치되는 스트레인너; 상기 냉각수 배출부에 연결 설치되는 유량계; 및 상기 유량계와 전기적으로 연결 설치되는 유량 발신기로 구성된다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 축열식 버너의 연료 노즐 냉각장치 구조를 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 축열식 버너의 연료 노즐 냉각장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도면을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 축열식 버너의 연료 노즐 냉각장치(20)는 가열로(1)에서 슬라브(2)를 고온으로 가열할 때, 배기 가스의 현열이 직접적으로 작용하는 연료 공급 노즐(15)을 냉각시키기 위한 것으로서, 상기 연료 공 급 노즐(15)의 외측에 설치된다.

여기서 상기 연료 공급 노즐(15)은 소정 길이를 갖는 관로 형태로 이루어지며, 일측 단부에 제1 고정플랜지(25)를 설치하고 있다. 이 제1 고정플랜지(25)는 연료 공급 노즐(15)을 축열식 버너(10)에 고정시키기는 기능을 하게 된다.

이러한 연료 공급 노즐(15)에 설치되고 있는 상기 연료 노즐 냉각장치(20)는 기본적으로, 연료 공급 노즐(15)의 외측에 배치되는 냉각수 유통로(31)와, 이 냉각수 유통로(31)를 감싸는 단열재(32)와, 상기 단열재(32)를 감싸고 있는 내화물(22)을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 냉각수 유통로(31)는 냉각수 공급부(26)와 냉각수 배출부(27)를 가지면서 냉각수 공급부(26)와 냉각수 배출부(27) 사이에서의 냉각수 흐름이 가능하도록 연료 공급 노즐(15)의 외측에 설치된다. 구체적으로, 상기 냉각수 유통로(31)는 소정 직경을 갖는 직선 형태의 튜브가 연료 공급 노즐(15)의 내부 중심 방향을 기준으로 하여 연료 공급 노즐(15)의 길이 방향을 따라 방사상으로 밀접하게 배치되고, 각 튜브의 양단에 "U"자 형태의 캡(33)을 연결 설치하여 형성되고 있다. 이 때 상기 캡(33)은 냉각수 유통로(31)의 튜브 직경과 동일한 직경을 가지면서 튜브 양단부에 교번적으로 연결 설치된다.

이와 같이 구성되는 본 실시예에 의한 냉각수 유통로(31)는 연료 공급 노즐(15)의 외측에 대해 원통 관다발 형태로 이루어진다. 따라서 상기 냉각수 유통로(31)의 유동 단면적은 항상 일정하고, 이에 따라 상기 냉각수는 유체의 연속방정식에 의거하여 일정한 유속으로 냉각수 유통로(31)를 통과하게 된다.

그리고 상기 단열재(32)는 섬유 형태로 형성되어 냉각수 유통로(31)를 단열하기 위한 것으로서, 상기 관다발 형태의 냉각수 유통로(31)를 덮도록 구비된다. 이에 더하여 상기 내화물(22)은 단열재(32)의 외주면 전체를 감싸도록 설치되고 있다. 이러한 단열재(32) 및 내화물(22)은 연료 공급 노즐(15)에 가해지는 외부의 충격을 완화시키며, 배기 가스의 현열로부터 연료 공급 노즐(15)을 단열시키는 기능을 하게 된다.

이와 같이 구성되는 연료 노즐 냉각장치(200)는 제2 고정플랜지(24)에 의하여 축열식 버너(10)에 고정 설치되는 바, 이 제2 고정플랜지(24)는 통상적인 체결수단 예컨대, 와이 스터드(23)에 의하여 축열식 버너(10)에 연결 설치될 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 의한 연료 노즐 냉각장치(20)는 냉각수 유통로(31)로 공급되는 냉각수의 유량을 감지하기 위한 유량 감지부(50)를 설치하고 있는 바, 이 유량 감지부(50)는 냉각수 공급부(26)에 연결 설치되는 스트레인너(51)와, 냉각수 배출부(27)에 연결 설치되는 사이트 그라스 유량계(52)와, 이 유량계(52)와 전기적으로 연결 설치되는 유량 발신기(53)를 포함하여 구성된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 축열식 버너의 연료 노즐 냉각장치(20)의 작용을 설명하면, 스트레인너(51)를 통하여 냉각수 공급부(26)로 공급되는 냉각수는 냉각수 유통로(31)를 통과하면서 냉각수 배출부(27)를 통해 배출되는 바, 언급한 바와 같이 냉각수 유통로(31)의 유동 단면적이 실질적으로 일정하기 때문에 유체역학의 연속방정식에 의하여 상기 냉각수는 유속의 변화가 거의 없이 일정한 유속으로 냉각수 유통로(31)를 통과하게 된다.

한편, 유량 감지부(50)의 유량계(52)는 냉각수 공급부(26)를 통해 냉각수 유통로(31)로 공급되는 냉각수의 유량을 측정하게 된다. 이 때 냉각수 유통로(31)를 통과하는 냉각수의 유량이 기설정된 범위를 벗어나는 경우, 유량 발신기(53)는 경보음을 발신하게 된다. 그러면 사용자 또는 별도의 컨트롤유닛이 이를 인지하고, 냉각수의 유량을 조절하여 기설정된 유량의 냉각수를 냉각수 공급부(26)로 공급할 수 있게 된다.

그리고 냉각수 유통로(31)의 외측에는 섬유성 단열재(32)와 몰드형 내화물(22)이 설치되어 있기 때문에, 상기 단열재(32)와 내화물(22)은 연료 공급 노즐(15)에 가해지는 외부의 충격을 완화시키고, 연료 공급 노즐(15)에 전달되는 배기 가스의 열을 차단시킨다.

따라서 본 발명의 실시예에 의하면, 냉각수의 유동 단면적이 일정한 냉각수 유통로(31)를 구비함에 따라, 상기 냉각수는 유체의 연속방정식에 의하여 일정한 유속으로 냉각수 유통로(31)를 통과하게 된다.

이로써 본 실시예에 의한 연료 노즐 냉각장치(20)는 종래와 같은 냉각수의 정체 현상을 방지할 수 있게 되는 바, 냉각수에 용존되어 있는 수처리 유기물이나 슬러지 등이 냉각수 유통로(31)의 말단에 부착되지 않게 된다. 이에 냉각수 유통로(31)는 가열로(1)에서 슬라브(2)를 가열할 때 발생하는 배기 가스의 현열에 의해 열변형을 일으키지 않게 된다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 연료 공급 노즐을 냉각시키는 냉각수 유통로의 구조를 개선함에 따라, 가열로에서 슬라브를 가열할 때 발생하는 배기 가스의 현열에 의해 냉각수 유통로가 열 변형되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 냉각수 유통로를 통과하는 냉각수의 통수 불량과 누출을 막아 연료 공급 노즐의 냉각 효율을 향상시킴은 물론, 연료 공급 노즐의 변형 및 파손 등을 방지하여 결과적으로 축열식 버너의 발화 성능 및 예열 성능 등을 향상시킬 수 있다.

또한, 냉각수의 유량을 감지하는 유량 감지부를 구비함에 따라, 냉각수 유통로의 막힘이나 누수로 인하여 냉각수의 유량 변동이 발생하는 경우, 유량 감지부의 유량 발신기를 통해 경보음을 발신하도록 하여 버너의 고장 등에 신속 대응할 수 있다.

Claims

냉각수 공급부와 냉각수 배출부에 연결 설치되며, 연료 공급 노즐의 내부 중심 방향을 기준으로 하여 이 연료 공급 노즐의 외측에 길이 방향을 따라 방사상으로 밀접하게 배치되고 이의 양단을 교호적으로 연결하여 원통형 관다발 형태의 냉각수 유통로를 형성하고, 이 관다발 형태의 냉각수 유통로 외측에 단열재와 내화물을 설치하여 구성되는 축열식 버너의 연료 노즐 냉각장치.
제 1 항에 있어서,

상기 냉각수 유통로의 양단에 연결 설치되는 "U"자형 캡을 구비하는 축열식 버너의 연료 노즐 냉각장치.
제 1 항에 있어서,

상기 냉각수의 흐름을 감지하는 유량 감지부를 포함하며;

상기 유량 감지부는: 상기 냉각수 공급부에 연결 설치되는 스트레인너; 상기 냉각수 배출부에 연결 설치되는 유량계; 및 상기 유량계와 전기적으로 연결 설치되는 유량 발신기로 구성되는 축열식 버너의 연료 노즐 냉각장치.