KR101006424B1 - 중유용 버너의 연소촉진장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중유용 버너의 연소촉진장치에 관한 것으로, 중유용 버너의 중유화염노즐의 주위에 다수의 부화산소노즐과 천연가스노즐을 설치하고 부화산소노즐에 연결되는 산소부화공기 공급관로에 공기예열기를 설치하여, 공기예열기로 예열시킨 산소부화공기를 부화산소노즐을 통하여 공급함과 동시에 천연가스를 천연가스노즐을 통하여 공급하여 중유용 버너의 연소효율을 향상시키는데 그 특징이 있다.

산소부화공기, 공기예열기, 노즐부, 부화산소노즐, 중유노즐, 천연가스노즐

Description

중유용 버너의 연소촉진장치{Combustion Promoting Apparatus for Heavy Oil Burner}

본 발명은 중유용 버너의 연소촉진장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 중유용 버너의 중유화염노즐의 주위에 다수의 부화산소노즐과 천연가스노즐을 설치하고 부화산소노즐에 연결되는 산소부화공기 공급관로에 공기예열기를 설치하여, 공기예열기로 예열시킨 산소부화공기를 부화산소노즐을 통하여 공급함과 동시에 천연가스를 천연가스노즐을 통하여 공급하여 중유용 버너의 연소효율을 향상시키는 중유용 버너의 연소촉진장치에 관한 것이다.

중유는 타 석유화학 원료에 비하여 가격이 저렴하고 발열량이 높아 각종 산업용 보일러나 선박 등의 디젤기관의 연료로 많이 사용되고 있으나, 그 종류에 따라 발화점이 250 ~ 380도에 이르고 인화점이 60 ~ 150도의 범위로 타 석유화학연료에 비하여 인화점이 높아 연소시 미연소 상태의 분사체가 많게 되어 연소효율이 높지 못한 문제점이 있다.
한편, 국내는 물론 세계적으로 많은 나라에서 오랫동안 많은 연구 결과 산소부화공기(酸素富化空氣) 제조와 관련하여 많은 기술적 진보가 이루어졌으나 특수목적의 소형 산소발생장치에 치중되었을 뿐, 산소부화공기를 이용하는 연소촉진장치는 별로 개발되지 못하였다. 일본의 파나소닉(panasonic)사나 미국의 에어 프러덕트(air product)사에서 개발한 연소촉진장치가 있으나 장치가 복잡하고 대형이며 가격이 너무 고가인 까닭에 산업용으로 보급되지 못하고 특수용도로만 사용되고 있어 산소부화공기를 이용하면서도 간편하고 저렴한 연소촉진장치의 개발이 요청되고 있다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 간편하고 저렴하면서도 연소효율을 향상시킬 수 있는 중유용 버너의 연소촉진장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 위와 같은 과제를 해결하기 위하여 중유용 버너의 중유화염노즐의 주위에 다수의 부화산소노즐을 설치하고, 부화산소노즐의 외측 주위에 다수의 천연가스노즐을 설치하고, 부화산소노즐에 연결되는 산소부화공기 공급관로에 공기예열기를 설치하여, 공기예열기로 예열시킨 산소부화공기를 부화산소노즐을 통하여 공급함과 동시에 천연가스를 천연가스노즐을 통하여 공급하여 중유용 버너의 연소효율을 향상시킨다.

본 발명은 공기예열기로 예열시킨 산소부화공기와 연소반응이 중유보다 훨씬 뛰어난 천연가스연료를 화염분사체 내에 공급하여 화염온도를 높여 복사열을 현저히 증가시키고 연료의 연소점을 낮춰 연소속도를 높여서 미연소 잔유중유가스가 최소로 되도록 하여, 과잉공기의 비율을 줄이고 연소효율을 높여 연료소모량을 줄여서 에너지를 획기적으로 절감시킴과 동시에 연소 후 발생하는 배기가스와 분진 및 질소산화물(Nox)을 현저히 감소시키고 연소실의 오염을 근본적으로 방지하는 효과가 있다.

본 발명은 통상의 중유용 버너의 중유화염노즐의 주위에 다수의 부화산소노즐을 설치하고, 부화산소노즐의 외측 주위에 다수의 천연가스노즐을 설치하고, 부화산소노즐에 연결되는 산소부화공기 공급관로에 공기예열기를 설치하여, 공기예열기로 예열시킨 산소부화공기를 부화산소노즐을 통하여 공급함과 동시에 천연가스를 천연가스노즐을 통하여 공급하여 중유용 버너의 연소효율을 향상시킨다.
이하 본 발명을 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
도 1은 산소부화공기 제조장치와 연소장치와의 연결도이고, 도 2는 본 발명 연소촉진장치의 노즐부의 개략도이며, 도 3은 본 발명 연소촉진장치의 노즐부의 단면도다.
도 1에 도시된 바와 같이, 공기여과기(12)→송풍팬(13)→멤브레인 유닛(14)→진공펌프(15)→기수분리기(16)를 포함하는 산소부화공기 제조장치에서, 공기여과기(12)를 통하여 공기 중의 미세먼지 및 불순물들이 여과되어 송풍팬(13)에 의하여 저동력으로 멤브레인 유닛(14)에 질소 약 78%, 산소 약 21%, 기타 1%의 비율로 구성된 공기가 공급되면, 진공펌프(15)의 작동에 의하여 멤브레인 유닛(14) 내부의 다수의 멤브레인 필터의 진공펌프(15) 쪽 방향의 멤브레인 막과 멤브레인 필터의 외막 사이의 내부가 진공상태가 되어 산소가 질소보다 두세배 정도로 빠르게 멤브레인 막을 통과하여 멤브레인 유닛(14)의 토출관으로 토출된다.
이때의 공기의 구성비율은 질소 약 70%, 산소 약 29%, 기타 1%의 비율이 되어 공기가 멤브레인 유닛(14)을 통과하기 전보다 약 8%정도 산소가 부화(농도가 증가)되며, 기수분리기(16)로 공출되어 수분이 산소부화공기로부터 탈습되는 과정을 통하여 산소부화공기가 생산된다. 본 발명에서는 이렇게 제조된 산소부화공기를 공기예열기(17)를 통하여 예열시킨 후 천연가스와 함께 중유용 버너에 공급하여 중유와 함께 연소시킨다.
본 발명은 산업적으로 많이 사용하고 있는 각종 버너 중 중유를 연료로 하는 버너에 의한 연소시 산소의 부족으로 미연소, 즉 미산화되어 외부로 배출되는 미연소 중유분사체의 2차적인 연소를 통하여 버너의 연소효율을 최대로 올리기 위한 것으로, 도 2에 도시된 바와 같이 1차 연소에 의해 발생되는 화염분사체(31) 내에 2차적인 연소를 유도할 수 있는 산소부화공기를 공급한다.
중유는 타 석유화학 원료에 비하여 가격이 저렴하고 발열량이 높아 각종 산업용 보일러나 선박 등의 디젤기관 연료 등으로 많이 사용되고 있으나, 그 종류에 따라 발화점이 250 ~ 380 도에 이르고 인화점은 60 ~ 150 도의 범위를 가지므로 타 석유화학연료에 비하여 인화점이 높아서 연소시 미연소로 남는 중유분사체가 많게 된다.
이러한 중유의 연소효율을 향상시키기 위하여 본 발명에서는 두 가지의 개선방안을 제시한다. 그 중 하나는, 미연소 잔유중유가스를 재연소시키는 것으로 1차 연소시 화염분사체(31) 내의 잔유중유가스 또한 온도가 수백도에 이르므로 화염의 중심(32)에 직접 산소를 추가적으로 공급하여 2차 연소를 유도하는 것이다.
두번째 방안은 연소반응이 중유보다 훨씬 뛰어난 천연가스연료를 화염분사체(31) 내에서 같이 연소시킴으로서 연소반응온도를 높여 미연소 잔유중유가스를 최소로 하는 것이다.
특히 2차 연소를 위하여 추가적으로 공급하는 산소는 산소부화공기를 이용하고, 또 산소부화공기의 온도를 중유의 인화점과 발화점의 온도보다 높은 상태로 하여 저온의 산소부화공기 공급시 발생하는 화염분사체(31)의 온도저하와 이에 따른 연소효율저하를 방지하여 고효율의 연소를 유도한다.
산소부화공기를 예열하기 위하여 별도의 에너지원을 이용할 수도 있으나, 연돌(11a)을 통하여 배출되는 폐가스가 열교환장치를 거치도록 하여 폐가스의 폐열을산소부화공기의 예열을 위한 열원으로 사용하는 것이 바람직하며, 폐가스의 폐열을 이용하여 산소부화공기를 300 ~ 420 도 정도로 예열할 수 있다.
도 2는 이러한 기술적인 사상을 토대로 하여 일반 중유용 버너의 발열효율을 높이고 질소산화물(Nox)의 양을 줄이기 위하여 구현시킨 노즐부의 개략도이고, 도 3은 노즐의 단면도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 중유화염노즐(21)의 주위에 다수의 부화산소노즐(20)을 설치하고, 상기 부화산소노즐(20)의 외측 주위에 다수의 천연가스노즐(22)을 설치하고, 상기 부화산소노즐(20)에 연결되는 산소부화공기 공급관로에 공기예열기(17)를 설치하되, 상기 부화산소노즐(20)과 천연가스노즐(22)은 소정의 각도를 유지하여 각 노즐의 분사체가 중유화염노즐(21)의 화염분사체(31)의 화염의 중심(32)에 수렴하도록 설치한다.
상기 공기예열기(17)로 예열시킨 상기 산소부화공기를 상기 부화산소노즐(20)을 통하여 공급하여 연소반응을 향상시키고, 천연가스를 상기 천연가스노즐(22)을 통하여 공급하여 상기 화염분사체(31)의 온도를 상승시켜, 전체적으로 중유용 버너의 연소효율을 향상시킨다.
즉, 상기 중유화염노즐(21)을 통하여 중유를 공급함과 동시에 상기 부화산소노즐(20)을 통하여 공기예열기(17)로 예열시킨 산소부화공기를 공급하고 상기 천연가스노즐(22)을 통하여 천연가스가 공급하면, 화염분사체(31) 안에서 1차 및 2차 연소과정을 거치게 되어 발열효율이 극대화된다.
본 발명을 적용한 연소장치를 가동하면 화염의 온도가 2 ~ 3배 향상된다. 즉, 통상적인 중유용 버너의 불꽃인 화염분사체(31)에 의한 가열온도는 800 ~ 950 도이나, 본 발명에 의한 가열온도는 1600 ~ 1800 도에 이르므로 중유연료의 에너지효율을 크게 높일 수 있다.
위와 같이, 본 발명은 공기예열기로 예열시킨 산소부화공기와 연소반응이 중유보다 훨씬 뛰어난 천연가스연료를 화염분사체 내에 공급하여 화염온도를 높여 복사열을 현저히 증가시키고 연료의 연소점을 낮춰 연소속도를 높여서 미연소 잔유중유가스가 최소로 되도록 하여, 과잉공기의 비율을 줄이고 연소효율을 높여 연료소모량을 줄여서 에너지를 획기적으로 절감시킴과 동시에 연소 후 발생하는 배기가스와 분진 및 질소산화물(Nox)을 현저히 감소시키고 연소실의 오염을 근본적으로 방지한다.
본 발명의 구체적인 효과의 예로, 유리 용융로의 경우 전기소모량이 10 ~ 35% 절감되고 유리제품의 생산량이 7 ~ 15% 증가되며 제품의 품질을 높일 수 있다. 한편, 보일러 및 가열로의 경우에는 에너지를 8 ~ 20%까지 절감할 수 있고 보일러 성능을 안정시키고 환경오염을 줄이며 보일러의 사용기간이 연장된다.
본 발명은 위와 같은 좋은 효과에도 불구하고 그 구조가 간단하고 기존의 중유용 버너와 연소실과의 사이에 간단하게 추가 설치하여 사용할 수 있으며, 산소부화공기 발생장치는 시중의 제품을 사용할 수 있고 산소부화공기 예열장치는 시중의 열교환기를 이용하여 연돌의 폐열을 열원으로 하는 시스템으로 구성할 수 있으므로, 다양한 분야에서 사용되고 있는 산업용 보일러나 선박 및 디젤기관의 버너를 그대로 이용하면서 적은 비용으로 에너지 효율을 높이고 환경문제를 개선할 수 있어 산업적인 이용가치가 매우 크다.

도 1은 산소부화공기 제조장치와 연소장치와의 연결도이다.

도 2는 본 발명 연소촉진장치의 노즐부의 개략도이다.

도 3은 본 발명 연소촉진장치의 노즐부의 단면도다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(10)--노즐부 (11)--연소장치

(11a)--연돌 (12)--공기여과기

(13)--송풍기 (14)--멤브레인 유닛

(15)--진공펌프 (16)--기수분리기

(17)--공기예열기 (20)--부화산소노즐

(21)--중유화염노즐 (22)--천연가스노즐

(30)--부화산소분사체 (31)--화염분사체

(32)--화염의 중심 (33)--버너

Claims (3)

1. 통상의 중유화염노즐(21)의 주위에 다수의 부화산소노즐(20)을 설치하고,

   상기 부화산소노즐(20)의 외측 주위에 다수의 천연가스노즐(22)을 설치하고,

   상기 부화산소노즐(20)에 연결되는 산소부화공기 공급관로에 공기예열기(17)를 설치하되,

   상기 부화산소노즐(20)과 천연가스노즐(22)은 소정의 각도를 유지하여 각 노즐의 분사체가 상기 중유화염노즐(21)의 화염분사체(31)의 화염의 중심(32)에 수렴하도록 설치하며,

   상기 공기예열기(17)로 예열시킨 상기 산소부화공기를 상기 부화산소노즐(20)을 통하여 공급하여 연소반응을 향상시키고,

   천연가스를 상기 천연가스노즐(22)을 통하여 공급하여 상기 화염분사체(31)의 온도를 상승시켜서,

   전체적으로 중유용 버너의 연소효율을 향상시키는 것을 특징으로 하는 중유용 버너의 연소촉진장치
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