KR20130121475A - 노통 연관식 목재 펠렛 보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 목재 펠렛을 연료로 사용하는 보일러에 관한 것으로, 연소실을 구성하는 노통의 외부에 연소가스를 배출하는 다수 개의 연관을 연결되게 배치하되 연소가스가 하향 및 상향으로 순환되어 배출되도록 하고, 연소실의 상부와 하부에 집진실을 형성시켜 연소가스의 배출과정에서 발생되는 연소재를 이용한 단열효과로 보일러의 효율을 증대시키고, 연소를 위한 공기를 주입하는 공기주입장치를 1차와 2차로 분리구성하여 교체가 용이하게 하는 등 보일러의 효율과 관리의 향상을 도모한 구조를 가진 노통 연관식 목재 펠렛 보일러에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 노통과 동체의 사이에 형성된 수실에 연소실과 연결되는 다수 개의 연관을 설치하되, 연소실의 상부에서 하부로 연소가스가 이동하는 1차연관과, 1차연관과 연결되어 하부에서 상부로 연소가스가 이동되는 2차연관으로 구성시켜, 노통의 외면 및 상기 연관들과의 열교환이 이루어지도록 하고, 연소실의 상부를 형성하는 연소실 관판을 경사지게 설치하고 이에 접속되는 연관의 상측 부분을 곡관으로 형성시킴으로써 관판과 연관의 접속부를 용접하기 위한 공간을 줄여 수실의 용적을 줄일 수 있게 되며, 공기 주입장치를 1차와 2차로 분리하여 상대적으로 큰 열을 받는 2차 공기주입장치를 별도로 구성하여, 교환을 용이하게 하고, 연료 투입구의 단부에 펠렛 분산키가 설치되어 펠렛이 화격자의 상면에 넓게 분산되어 고르게 흩어지게 하며, 1차와 2차 연관의 구조로 함으로써 화격자 하부와, 1차연관과 2차연관이 연결되는 부분의 하부와, 수실의 상부를 가로지르는 공간에 각각 집진실이 형성됨으로써, 연소가스가 배출되는 과정에서 발생되는 연소재가 포집되어 이것이 단열작용을 하도록 하여 외부로의 열손실을 방지하도록 하는 구조를 제공하게 된다.

Description

노통 연관식 목재 펠렛 보일러{Pellet Boiler}

본 발명은 목재 펠렛을 연료로 사용하는 보일러에 관한 것으로, 연소실을 구성하는 노통의 외부에 연소가스를 배출하는 다수 개의 연관을 연결되게 배치하되 연소가스가 하향 및 상향으로 순환되어 배출되도록 하고, 연소실의 상부와 하부에 집진실을 형성시켜 연소가스의 배출과정에서 발생되는 연소재를 이용한 단열효과로 보일러의 효율을 증대시키며, 연소를 위한 공기를 주입하는 공기주입장치를 1차와 2차로 분리구성하여 교체가 용이하게 하는 등 보일러의 효율과 관리의 향상을 도모한 구조를 가진 노통 연관식 목재 펠렛 보일러에 관한 것이다.

목재 펠렛은 산림에서 벌목된 목재나 재제소에서 발생되는 목재 부산물인 톱밥을 분쇄하여 높은 온도와 압력으로 압축하여 연소가 용이한 형태와 크기로 성형된 청정 목지계 바이오 연료이다. 이러한 목재 펠렛은 청정 에너지원으로 인식되어 주택, 공공건물, 산업시설, 열병합 발전소 등 다양한 분야와 용도로 사용되고 있다.

상기와 같은 목재 펠렛을 사용하는 보일러의 구조는, 연소실을 형성하는 노통과, 노통의 외측을 둘러싸고 그 사이에 수실을 형성시키는 동체, 연소실의 하부에 설치된 화격자, 노통과 동체를 관통하여 연료인 펠렛을 투입하는 투입관, 화격자의 하부로 공기를 주입하는 공기주입장치, 연소실의 상부에 설치되어 연소가스를 외부로 배출하는 배출관 등을 포함하여 구성된다.

상기와 같은 종래의 보일러 구조는 열효율이 낮고 내구수명이 짧다는 등의 여러 문제점을 가지고 있는데, 이는 열교환되는 구조와 단열의 미비로 열손실이 높다는 것에 원인을 찾을 수 있다.

즉, 노통과 동체 사이의 수실에 채워진 물은 노통의 외벽으로 연소가스의 열을 받아 가열되는 구조이고, 동체의 외부는 그대로 노출된 상태이다. 따라서 열교환 면적이 작아 효율이 낮고, 외부로의 열손실이 유발되었다. 따라서 보일러의 효율을 높이고자 수실의 용적을 크게 하고, 외부에 별도의 단열을 고려해야 하므로, 연료의 사용량이 증대되었다.

그리고 화격자의 상부에서 펠렛이 연소되면서 고온이 발생되는데, 화격자 하부에 위치된 공기주입장치가 열화되어 내구수명이 짧았는데, 이를 수리하기 위해서는 공기주입장치 전체를 교체하는 등의 불편이 있었다.

또한 펠렛을 투입하는 경우 화격자 상에 넓게 뿌려지도록 투입되지 않아 초기 불완전 연소와 국소 부위만의 가열에 의해 노통이 열화되는 문제가 있었다.

따라서 본 발명은 수실의 용적을 작게 하고도 열효율을 높이고 연료의 사용을 줄일 수 있도록 하고, 외부에서 별도의 단열 없이도 열손실을 줄일 수 있으며, 연료를 화격자 위에 고르고 넓게 흩뿌려 공급할 수 있고, 공기주입의 효율을 높임과 동시에 공기주입장치의 교환과 수리를 용이하게 하는 구조를 제공함에 목적이 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 노통과 동체의 사이에 형성된 수실에 연소실과 연결되는 다수 개의 연관을 설치하되, 연소실의 상부에서 하부로 연소가스가 이동하는 1차연관과, 1차연관과 연결되어 하부에서 상부로 연소가스가 이동되는 2차연관으로 구성시켜, 노통의 외면 및 상기 연관들과의 열교환이 이루어지도록 한다. 그리고 연소실의 상부를 형성하는 연소실 관판을 경사지게 설치하고, 이에 접속되는 연관의 상측 부분을 곡관으로 형성시킴으로써 관판과 연관의 접속부를 용접하기 위한 공간을 줄여 수실의 용적을 줄일 수 있게 한다.

그리고 공기 주입장치를 1차와 2차로 분리하여 상대적으로 큰 열을 받는 2차 공기주입장치를 별도로 구성하여 교체를 용이하게 한다.

또한 연료 투입관의 단부에 펠렛분산키를 설치하여 펠렛이 화격자의 상면에 넓게 분산되어 고르게 흩어지게 한다.

뿐만 아니라 상기와 같이 1차와 2차연관의 구조로 함으로써 화격자 하부와, 1차연관과 2차연관이 연결되는 부분의 하부와, 수실의 상부를 가로지르는 공간에 각각 집진실이 형성됨으로써, 연소가스가 배출되는 과정에서 발생되는 연소재가 포집되어 이것이 단열작용을 하도록 하여 외부로의 열손실을 방지하도록 하는 구조를 제공하게 된다.

본 발명은 상기의 목적달성을 위한 수단에 의하여, 열교환 효율이 증대되고 열손실이 극소화되어 연료의 사용량을 줄일 수 있고, 연관의 곡관 부분이 경사지게 설치된 관판에 연결됨으로써 용접 연결에 의한 공간 손실이 적어 수실의 용적을 줄일 수 있으며, 펠렛분산키에 의해 연료를 화격자의 상부에 넓고 고르게 분산 투입할 수 있어 초기 완전연소를 돕고 고른 열발생에 의해 열효율의 증대와 국소 부위의 열손실이 없어 내구 수명이 증대되고, 2차 공기주입장치만을 별도로 분리 교체할 수 있어 보일러의 관리에 매우 편리한 효과가 있다.

도 1은 본 발명을 수직 단면으로 본 전체 구성도
도 2는 본 발명의 수평 단면도
도 3은 연소실 맨홀과 점화장치의 설치 상태도
도 4는 연소가스 및 물의 흐름도
도 5는 1차 및 2차 공기주입장치의 상태도
도 6은 2차 공기주입장치와 화격자의 실시예시도
도 7은 화격자의 설치도
도 8은 2차 공기주입장치의 설치 상태도
도 9는 1차 공기주입장치의 설치 상태도
도 10은 1차 및 2차 공기주입장치의 상세 구성도

본 발명에 의한 노통 연관식 목재 펠렛 보일러의 구성 및 작용을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시된 바와 같이, 수평 평판인 상부의 해드(1)와, 수직관형의 노통(2)과, 해드(1)와 노통(2)을 연결하는 관판(3)으로 형성된 연소실(50); 연소실(50)의 외부를 둘러싼 통형의 동체(55); 연소실(50)의 하부에 설치된 화격자(60); 화격자(60)의 하부에 설치되고, 1차공기분출노즐(4)이 설치되며, 송풍기(5)와 연결된 1차공기주입장치(65); 화격자(60)의 둘레에 설치되고, 2차공기분출노즐(6)이 설치되며, 송풍기(5)와 연결된 2차공기주입장치(70); 1차공기주입장치(65)의 하부 공간에 형성된 1차집진실(75); 노통(2)의 하부 외측과 동체(55)의 하부에 형성된 2차집진실(80); 동체(55)의 상부에 위치되고, 연소가스 출구(7)가 형성된 3차집진실(85); 관판(3)에 일단이 설치되어 연소실(50)과 통하고 타단이 2차집진실(80)과 연통되게 설치된 다수 개의 1차연관(90); 2차집진실(80)과 3차집진실(85)을 연결하는 다수 개의 2차연관(95); 동체(55)와 노통(2)을 관통하여 설치된 하나 이상의 연료투입관(100);을 포함하여 구성된다.

상기와 같이 연소실(50)은 해드(1)와 관판(3)과 노통(2)에 의해 상부가 닫힌 캡 형상의 통체로서, 노통(2)의 하단부는 보일러의 바닥에 닿는 구조이다. 그리고 연소실(50)의 외측에 동체(55)로 둘러싸여 형성된 수실(8) 및 증기실(9)은 보일러의 바닥에서 일정 높이 떨어진 곳에 하단부가 위치하고, 보일러의 하단부와 동체(55)의 하부 사이 공간에 2차집진실(80)이 형성된다. 여기서, 수실(8)과 증기실(9)은 물리적으로 구획된 구조가 아니고, 하나의 공간에 물과 증기가 층을 이루어 있기 때문에 나누어 구분한 것이다.

그리고 상기의 관판(3)은 연소실(50)의 내측을 향해 하향 경사지게 설치되고, 경사진 관판(3)에 접속되는 1차연관(90)의 상부는 경사진 관판(3)에 접속되게 곡관으로 형성된다. 즉, 1차연관(90)의 상부 곡관부 단부면은 경사진 관판(3)에 면접촉되는 형상이고, 곡관부의 하부는 수직관부로 되어 있다.

그리고 도 2에 도시된 바와 같이, 연료투입관(100)은 연료가 자연 낙하 되도록 경사지게 설치되고, 4개소에 설치함이 바람직하며, 연소실(50)측 단부에는 펠렛분산키(10)가 설치되어 있다.

그리고 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 2차공기주입장치(70)와 노통(2)과의 사이에는 일정 공간의 비상재 낙하통로(11)가 형성된다.

그리고 도 5 내지 도 7 및 도 10에 도시된 바와 같이, 화격자(60)는 다수개로 분할된 구조이고, 그 각각의 양단부가 2차공기주입장치(70)에 얹혀 설치된 구조이다. 이 경우의 2차공기주입장치(70)의 구조는 도 10에 도시된 바와 같이 송풍기(5)에 연결되는 송풍관(17)과, 송풍관(17)과 접속되고 화격자(60)의 단부가 얹히는 단턱이 형성된 2차공기주입본체(13)와, 2차공기주입본체(13)에 분출노즐연결관(12)으로 연결된 2차공기분출노즐(6)로 구성된다. 1차공기주입장치(65) 또한 송풍관(17)으로 송풍기(5)와 연결된다.

또한 상기 각각의 집진실에는 연소재를 제거하기 위하여 개폐되는 소재구(14)가 설치되고, 연소실(50)의 내부에는 점화장치(15)가 하나 이상 설치되며, 연소실(50)로의 접근이 가능한 맨홀(16)이 설치되어 있다.

상기와 같은 본 발명의 특유한 구조에 의하여 아래와 같은 작용 및 효과를 달성하게 된다.

본 발명의 특징적인 구조 중, 관판(3)이 경사지고, 이에 1차연관(90)의 곡관부가 용접 등으로 연결되므로, 통형의 보일러 동체(55)와 노통(2)의 간격을 좁게 할 수 있다. 즉, 1차연관(90)이 직관이고 관판(3)이 수평일 경우에 1차연관(90)의 단부를 관판(3)에 용접으로 접속시키기 위하여는 용접 비드가 자리할 공간이 필요하게 된다. 이러한 공간은 수실의 용적을 증대시키게 된다. 그러나 본 발명은 곡관부분과 경사진 관판(3)의 접속부에 용접 비드가 자리잡을 수 있으므로 1차연관(90) 밖으로 관판(3)이 튀어나올 필요가 없다. 따라서 수실(8)의 용적을 줄일 수 있어 보일러수 보유량을 줄여 보일러 열효율과 보일러 증기 발생 시간을 단축시킬 수 있게 된다.

그리고 연소실(50)의 상부 천장을 형성하는 해드(1)가 평면으로 되어 있으므로, 보일러의 전체 높이를 낮게 할 수 있고, 또한 보일러 수의 수위 높이를 균등하게 할 수 있어, 보일러 수실(8)의 표면을 안정시켜 보일러 증기실(9)의 건도(건 증기)를 높게 할 수 있다.

연소실(50)로의 연료인 펠렛을 투입하고자 할 때에는 다수 개 설치된 연료투입관(100)을 통해 이루어지고, 경사지게 설치되어 있으므로 자유낙하로 화격자(60)의 상부로 투여된다. 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명은 연료투입관(100)의 내측 단부에 펠렛분산키(10)가 설치되어 있으므로, 투입되어 단부로 토출되는 펠렛은 펠렛분산키(10)에 의해 양방향으로 분산되어 낙하된다. 연료투입관(100)이 여러 개 설치되어 있는 경우에는 펠렛이 아주 고르게 화격자(60)의 상부에 고르게 흩어져 공급된다. 물론 펠렛분산키(10)는 연료투입관(100)의 토출 단부에 설치될 수도 있고 토출 단부 근처의 노통(2) 부분에 설치될 수도 있는데, 역할은 투입되는 펠렛을 고르게 분산시키는 것이므로 그 목적만 달성될 수 있는 형상이나 설치 위치 및 구조이면 된다.

펠렛에 불을 붙이는 수단은 도 3에 도시된 바와 같이 다수 개의 점화장치(15)로 이루어진다. 점화를 용이하게 하고, 지속적인 화력 유지를 위하여 1차공기주입장치(65)와 2차공기주입장치(70)가 설치되어 있다.

도 1과 도 9에 도시되어 있는 바와 같이, 1차공기주입장치(65)는 화격자(60)의 하부에 설치되어 송풍기(5)로부터 공급되는 공기를 송풍관(17)과 1차공기분출노즐(4)을 통하여 펠렛으로 공급한다. 그리고 2차공기주입장치(70)는 1차공기주입장치(65)와는 별도로 구성되고, 별도의 독립된 송풍기(5)를 이용함이 바람직하다.

2차공기주입장치(70)는 노통(2)의 벽면 주변에 위치되어, 연소실(50)의 중심을 향해 2차공기분출노즐(6)이 향하고 있으므로 공기는 연소실의 중심으로 송기된다. 따라서 펠렛의 연소를 촉진시키고 지속적인 화력을 유지시킨다. 그리고 도 1에 도시된 바와 같이 2차공기분출노즐(6)의 방향에 의하여 화살표 방향으로 연소가스가 순환하게 되고, 노통(2)의 외측에 설치된 1차연관(90)으로 자연스럽게 배기되는 효과를 가진다.

특히 본 발명은 도 7과 도 10에 도시된 바와 같이, 2차공기주입장치(70)의 구성요소인 2차공기주입본체(13)가 화격자(60)의 단부가 설치될 수 있도록 단턱을 형성시킬 수도 있다. 그리고 도 8에 도시된 바와 같이 고열에 의한 열화가 높은 2차공기분출노즐(6)이 설치된 2차공기주입본체(13)만을 교체할 수 있는 구조로 되어 있어 관리상의 편리함이 있다.

펠렛의 연소에 의해 수실(8)의 물이 가열되어 과열 수증기가 발생된다. 본 발명은 과열수증기에 의한 손상이 없는데, 이는 연소실(50)의 관판(3)이 경사진 구조로 형성되고, 곡관인 1차연관(90)이 결합되어 있기 때문이다. 따라서 보일러 수실(8)의 과열된 포화수증기 기포가 경사진 관판(3)을 따라 상부로 이동되므로, 수평의 관판(3)일 경우 포화수증기 기포가 관판(3)에 붙어 정체되어 연소실(50) 벽면이 과열되는 문제점을 방지할 수 있고, 포화 수증기가 신속히 보일러 증기실(9)로 부상되게 하는 효과가 있다.

펠렛이 연소된 연소가스는 연소실(50)로의 공기 분출압력과 연소실(50) 중심과 외각 벽면 온도차이로 연소가스가 상하로 대류가 일어난다. 이 때 본 발명은 비상하는 연소재를 포집하는 구조로 되어 있는데, 노통(2)의 벽면을 따라 비상재가 낙하할 수 있도록 비상재 낙하통로(11)가 형성되어 있고, 이를 통해 하부로 배출된다.

따라서 본 발명은 화격자(60) 상부에서 발생되는 소각재와, 연소가스의 대류로 일어나는 비생재를 화격자(60) 하부에 위치된 1차집진실(75)에 포집하게 된다. 이에 포집된 재는 소재구(14)를 통해 제거할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 연소실(50) 내부에서 대류되는 연소가스는 자연스럽게 노통(2)측에 설치된 1차연관(90)을 통해 2차집진실(80)로 이동된다. 1차연관(90)을 통해 배출되는 동안 수실(8)의 물과 재차 열교환되어 열효율이 향상된다.

그리고 상부의 3차집진실(85)과 연결된 2차연관(95)을 통해 배출되는 동안에도 수실(8)의 물과 열교환된다.

상기에서 연소가스는 1차연관(90)과 2차연관(95)을 통해 2차집진실(80)로 이동하는 동안 연소재가 2차집진실(80)로 낙하하여 집진된다. 이에 포집된 연소재는 이에 설치된 소재구(14)를 통해 제거된다.

그리고 동체(55)의 상부에 형성된 3차집진실(85)을 통해 연소가스는 연소가스 출구(7)를 통해 배출된다. 3차집진실(85)이 동체(55)의 상부에 형성되어 있으므로 연소실(50) 및 수실(8)의 단열을 향상시켜 열손실을 줄이게 된다.

이와 같이 본 발명은 3개의 집진실이 보일러 상부와 하부에 설치되어 있고, 이에 연소재가 포집되므로, 포집된 연소재에 의하여 보일러의 방열 손실을 차단하게 되어 효율의 증대와 연료의 절감이 이루어진다.

1 : 해드 2 : 노통
3 : 관판 4 : 1차공기분출노즐
5 : 송풍기 6 : 2차공기분출노즐
7 : 연소가스 출구 8 : 수실
9 : 증기실 10 : 펠렛분산키
11 : 비상재 낙하통로 12 : 분출노즐연결관
13 : 2차공기주입본체 14 : 소재구
15 : 점화장치 16 : 맨홀
17 : 송풍관
50 : 연소실 55 : 동체
60 : 화격자 65 : 1차공기주입장치
70 : 2차공기주입장치 75 : 1차집진실
80 : 2차집진실 85 : 3차집진실
90 : 1차연관 95 : 2차연관
100 : 연료투입관

Claims (5)

1. 수평 평판인 상부의 해드(1)와, 수직관형의 노통(2)과, 해드(1)와 노통(2)을 연결하는 관판(3)으로 형성된 연소실(50); 연소실(50)의 외부를 둘러싼 통형의 동체(55); 연소실(50)의 하부에 설치된 화격자(60); 화격자(60)의 하부에 설치되고, 1차공기분출노즐(4)이 설치되며, 송풍기(5)와 연결된 1차공기주입장치(65); 화격자(60)의 둘레에 설치되고, 2차공기분출노즐(6)이 설치되며, 송풍기(5)와 연결된 2차공기주입장치(70); 1차공기주입장치(65)의 하부 공간에 형성된 1차집진실(75); 노통(2)의 하부 외측과 동체(55)의 하부에 형성된 2차집진실(80); 동체(55)의 상부에 위치되고, 연소가스 출구(7)가 형성된 3차집진실(85); 관판(3)에 일단이 설치되어 연소실(50)과 통하고 타단이 2차집진실(80)과 연통되게 설치된 다수 개의 1차연관(90); 2차집진실(80)과 3차집진실(85)을 연결하는 다수 개의 2차연관(95); 동체(55)와 노통(2)을 관통하여 설치된 하나 이상의 연료투입관(100);을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 노통 연관식 목재 펠렛 보일러.
   
2. 제 1항에 있어서, 관판(3)은 연소실(50)의 내측을 향해 하향 경사지게 설치되고, 경사진 관판(3)에 접속되는 1차연관(90)의 상부는 경사진 관판(3)에 접속되게 곡관으로 형성됨을 특징으로 하는 노통 연관식 목재 펠렛 보일러.
   
3. 제 1항에 있어서, 연료투입관(100)의 연소실(50)측 단부에는 펠렛분산키(10)가 설치됨을 특징으로 하는 노통 연관식 목재 펠렛 보일러.
   
4. 제 1항에 있어서, 2차공기주입장치(70)와 노통(2)과의 사이에는 일정 공간의 비상재 낙하통로(11)가 형성됨을 특징으로 하는 노통 연관식 목재 펠렛 보일러.
   
5. 제 1항에 있어서, 화격자(60)는 다수개로 분할된 구조이고, 그 각각의 양단부가 2차공기주입장치(70)에 얹혀 설치됨을 특징으로 하는 노통 연관식 목재 펠렛 보일러.
   

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