KR200248173Y1 - 질소산화물(NOx)저감형보일러 - Google Patents

Abstract

본 고안은 화로 전면부를 화로전면 평행부(5)와 화로전면 경사부(4)로 형성하고, 상기 화로전면 평행부(5)에는 일반형 버너(7)를 부착하고 화로전면 경사부(4)에는 질소산화물 저감형 버너(6)를 부착하여, 화염의 화로측면벽에의 충돌을 방지하면서 질소산화물과 분진의 발생을 감소시킨 질소산화물(NOx)저감형 버너이다.

Description

질소산화물(NOx) 저감형 보일러

제1도는 종래 보일러의 화로 단면도.

제2도는 본 고안에 따른 보일러의 화로 단면도.

제3도는 본 고안에 따른 질소산화물 저감형버너 및 연소영역 분포도.

제4도는 본 고안에 적용되는 일반형 버너의 단면도.

제5도는 본 고안에 따른 공기비 변화에 대한 질소산화물 및 분진배출특성도.

제6도는 본 고안에 따른 부하변화에 대한 질소산화물 및 분진배출 특성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 보일러 화실 2 : 화로 측면부

3 : 화로후부 4 : 화로전면 경사부

5 : 화로전면 평행부 6 : 질소산화물저감형 버너

7 : 일반형 버너

본 고안은 산업용 보일러에 관한 것이며, 특히 화로 전면부의 형상 설계를 변경하는 한편 일반형 버너와 질소산화물 저감형 버너를 같이 사용하면서 일반형 버너를 화로중앙에 배치하고 질소산화물 저감형 버너를 화로에 대하여 경사방향으로 화로 양쪽 끝단에 설치하는 구조를 취하여 화로내에서 과농연소와 일반연소를 교차시켜 질소산화물을 저감시키고 분진과 미연분 증가 및 화염의 화로벽 충돌을 동시에 방지토록한 질소산화물(NOx)저감형 보일러에 관한 것이다.

현재 산업용으로 사용되고 있는 화석연료용 보일러에 있어서 연소과정에서 형성되어 배출되는 질소산화물은 광화학 스모그를 일으키는 주 원인으로 이의 배출량이 날로 엄격히 규제되고 있다.

따라서 연소에 의한 화석에너지의 열에너지로의 에너지변환에 있어서 효율향상은 보일러의 기본적인 만족사항이며 특별한 분진의 증가없이 공해물질인 질소산화물의 감소정도가 보일러의 성능을 좌우하는 매우 중요한 항목으로 급격히 부각되고 있다.

종래에 사용되고 있는 산업용 보일러의 질소산화물 감소기법은 질소산화물저감형 버너와 이에 따른 분진증가를 방지하기 위한 화로내 이단연소 기법을 적용하고 있으며, 보다 더 질소산화물을 저감시키기 위하여 배기가스 재순환 방식도 채용하고 있다.

질소산화물 저감형 버너는 연소용 공기중에 함유된 질소가 고온의 연소분위기에서 과잉산소와 반응하면서 생성되는 '열적 질소산화물'을 감소시키기 위해 고온의 연소지역에서는 과잉산소가 부족하도록 연료과잉-공기부족 상태를 유지하면서 질소의 반응을 억제하는 것이며, 이에 따라 공기부족에 의해 발생되는 불완전 연소물을 노내온도가 상대적으로 낮아지는 화로 후류측에서 충분한 연소용 공기를 주입하여 완전 연소시키는 방법이 주로 사용되고 있다.

즉 버너 앞에서 연료과잉-공기부족 상태를 형성하기 위한 방법으로 현재 실용화되어 있는 기법은 배기가스 재순환법(연소된 배기가스의 일부를 연소용 공기와 혼합하여 버너로 유입시켜 연소하는 방법), 화로내 이단연소(연소공기의 일부분을 버너위에 설치된 구멍으로 직접 보내어 버너지역에서 불완전 연소된 연소가스를 완전 연소시키는 기법)등의 복합적인 방법으로 질소산화물을 감소시키고 있다.

이러한 복합적인 질소산화물 저감방법은 질소산화물 감소효과는 높으나, 질소산화물 저감 연소기법의 채용으로 화로내에 형성되는 화염이 길어지면서 화실이 어두워지고 화염의 화실충돌로 화로벽의 전열효과 감소와 국부적인 미연가스의 화로내 체류로 보일러의 효율감소 및 비정상적인 연소로 인한 화실폭발 등의 안정성 저하를 초래하고 있다.

또한 기존설비에 이단연소용 공기분출구 및 배가스 재순환 팬과 공기덕트등의 필요로 질소산화물 감소용 추가설비를 설치하여야 하므로 경제적인 부담 및 설비보수, 유지에 지속적인 부담이 요구된다.

제1도는 종래의 보일러의 화로 단면도로서, 평단면에 나타난 바와 같이 화로 단면은 사각형을 이루고 있으며 버너가 설치되는 평활한 벽면(이하 '평행부'라함) 상에 버너가 나란히 일렬로 같은 전방을 향하도록 설치되어 있으며, 통상적으로 일반형 버너(6)나 질소산화물저감형 버너(6)의 둘 중에 한 종류만 선택되어 화로전면 평행부(5)에 일렬로 설치한 구조로 되어있다.

따라서 상술한 바와같이 화염이 길어지고 화실이 어두워지며, 화염의 화실충돌로 화로벽의 전열효과가 감소되며, 화염 중하단부에서 화염의 화로벽 충돌이 발생하게되는 등의 상술한 바와같은 여러가지 문제점을 갖고있는 실정이다.

본 고안은 상기와 같은 종래의 보일러가 갖고있는 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 일반형 버너와 질소산화물 저감형 버너를 같이 사용하면서 보일러 화로내에서 질소산화물 저감형 버너에 의한 과농연소로 질소산화물 저감형 버너의 초기 및 중간 화염대에서 질소산화물의 생성을 억제시키고, 이로 인하여 증가되는 미연분은 일반연소용 버너에서 깨끗하게 형성되는 화염대와 접촉하도록 하여 별도의 부대설비 없이 질소산화물을 저감시키면서 이에 따른 분진증가를 방지하고, 일반적인 질소산화물 저감에 따른 화염길이의 비대화로 인한 미연분 증가 및 화염의 화로벽 충돌을 동시에 방지할 수 있는 보일러의 제공을 그 목적으로 한다.

이와같은 목적은 일반형 버너와 질소산화물 저감형 버너를 병용하여, 화로벽 중앙부분에 일반형 버너를 배치하고 일반형 버너를 중심으로 양측에 질소산화물 저감형 버너를 설치하며, 일반형 버너가 설치되는 벽면은 맞은 편 벽면과 평행인 반면 질소산화물 저감형 버너가 설치되는 벽면은 중간을 향해 모이도록 일정각도로 경사지게 형성하여 화로의 평단면 형상이 6각형을 이루도록 화로의 구조를 변경한 본 고안에 의해 달성될 수 있는 바, 첨부도면을 참조로 이하에 상세히 기술되는 본 고안의 실시예를 통하여 명백히 이해할 수 있을 것이다.

제2도는 본 고안의 보일러 화로 단면도로서, 상기 도면에서 보듯이 본 고안의 보일러는 화로측면부(2) 및 화로후부(3)를 갖는 보일러 화실(1)에 있어서, 화실전면을 화로전면 경사부(4)와 화로전면 평행부(5)로 형성하고, 질소산화물저감형 버너(6)와 일반형 버너(7)를 함께 사용하는 구성을 취한다.

이를 좀더 상세히 설명하면, 화로 전면의 중앙부는 평행한 화로전면 평행부(5)로 형성시키고, 화로 전면의 화로 측면과 만나는 양쪽면을 30°이하로 경사지게 형성시킨 화로전면 경사부(4)로 구성하며, 화로전면 평행부(5)에는 일반형 버너(7)를 설치하고 화로전면 경사부(4)에는 질소산화물저감형 버너(6)를 설치하여 질소산화물저감형 버너의 취약점인 화염의 증가에 따른 화염의 화실과의 충돌가능성 및 미연분 증가등의 단점을 보완하도록 한 구조이다.

제3도는 본 고안에서 적용한 질소산화물 버너의 단면도로서, 일차공기와 이차공기의 선회도를 달리하고 연료노즐을 버너 중심선에서 경사지게 설치한 구조를 취하여 화염대를 화염안정화 영역과 주 연소영역 및 후류 연소영역으로 분리하여 주 연소영역에서의 연료 과농연소로 화염온도를 저감시키면서 질소산화물 생성을 억제시키고, 후류 연소영역에 집중되어진 과잉공기로 발생된 질소산화물을 질소로 환원시켜 질소산화물 배출량을 감소시키고 미연분의 완전연소를 유도한 버너이다.

제4도는 본 고안에서 적용한 일반형 버너의 단면도로서, 같은 선회도를 갖는 일차 및 이차베인을 갖춘 통상적인 산업용 버너이다.

이와같이 본 고안은 화로전면 중앙의 화로전면 평행부(5)에는 일반형 버너(7)를 부착하고 이를 중심으로 한 양측에는 질소산화물저감형 버너(6)가 화로중앙을 향하도록 경사지게 설치하여, 종래 기술에서 문제가 되었던 화로 중앙부에서의 화염확산에 따른 미연분의 과대증가를 방지토록 하고, 질소산화물저감형 버너(6)를 통해 발생된 화염의 후류연소 영역에 고온의 연소가스를 집중시킴으로서 질소산화물저감형 버너의 본연의 역할인 환원반응과 완전연소를 촉진토록 함으로써, 다단버너 사용을 통해 최적화된 질소산화물 저감과 여기에 부가해서 분진의 과대증가 억제가 가능하도록 구성되어 있다.

즉, 화로중앙부를 향해 경사져서 설치된 질소산화물 버너에 의한 화염은 제2도에서 보는 것과 같이 화염이 중앙의 일반형 버너(7)의 화염쪽으로 향하게 되어 화로 측면벽으로의 충돌이 또한 방지되게 된다.

이와같은 본 고안의 효과는 제5도 및 제6도에 종래 고안과 비교하여 나타낸 결과와 같이 기존보일러에서 생성되는 질소산화물을 분진의 특별한 증가없이 30%이상 감소시킬 수 있으며 기존 보일러 화로전면부 형상을 양측에 화로전면 경사부로 변경하고, 질소산화물 저감형 버너를 이 경사면에 수직하게 설치함으로써 질소산화물 저감에 따른 화염길이의 증가로 인한 화로벽과의 화염충돌을 방지할 수 있어 화로벽의 오염에 따른 열효율 감소를 방지할 수 있는 등, 기존의 질소산화물 저감에 따른 화실의 연소장애 현상을 동시에 해결할 수 있게된다.

Claims (1)

1. 화로의 벽면에 버너들이 평행하게 배치되는 통상의 산업용 보일러에 있어서, 화로의 하나의 벽면을 3등분하여 그 중앙부는 맞은 편 벽면에 대해 평행한 화로전면 평행부(5)를 형성하고 상기 화로전면 평행부(5)를 중심으로 한 양측 평면은 상기 화로전면 평행부(5)에 대해 20 내지 30°경사져서 화실 중앙을 향하도록 화로전면 경사부(4)를 형성하며, 상기 화로전면 평행부(5)에는 일반형 버너(7)를 설치하고, 화로전면 경사부(4)에는 질소산화물저감형 버너(6)를 설치하는 것을 특징으로 하는 질소산화물(NOx) 저감형 보일러.