KR200281040Y1 - 연소효율이향상된소둔로의점화장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 연료의 연소작용에 의해 발생되는 열이 방열관을 통해서 복사되어 철판을 간접가열시키는 소둔로에서 파일로트 버너와 메인버너를 구비하고, 예열공기 파이프를 통해서 유입되는 예열공기와 메인버너를 통해서 유입되는 연료가 혼합되면서 상기 연료의 연소작용이 이루어지는 점화장치에 관한 것으로서, 상기 방열관의 일측에 제공된 파일로트 버너와 메인버너를 감싸는 구조로 이루어지고 상기 예열공기가 소통할 수 있는 유입통로가 형성되어 있는 연소통과; 상기 연소통의 내주면에 접하도록 제공되고 상기 파일로트 버너와 메인버너가 각각 관통할 수 있는 관통구멍과 상기 연소통의 유입통로를 통해서 유입되는 예열공기가 소통할 수 있는 소통구멍이 형성되어 있는 원판형상의 제1공기 정류판과; 상기 연소통의 외주면과 상기 방열관의 사이에 제공되고, 상기 연소통이 관통할 수 있는 관통구와 상기 예열공기 파이프를 통해서 유입되는 예열공기가 소통할 수 있는 개구가 형성되어 있는 원판형상의 제2공기 정류판을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

연소효율이 향상된 소둔로의 점화장치

본 고안은 소둔로의 점화장치에 관한 것이고, 더 상세하게는 연소공기와 연료의 혼합효율을 향상시켜 연소효율을 향상시킴으로써 질소 산화물(NOx)을 생성량을 감소시키고 또한 연료의 분사노즐에서의 급격한 연소를 방지하여 방열관의 수명을 연장시킬 수 있는 소둔로의 점화장치에 관한 것이다.

소둔로는 파일로트 버너(pilot burner)가 점화완료되고 상기 파일로트 버너의 불꽃에 의하여 메인버너(main burner)가 점화된 후에 방열관에서 복사되는 복사열에 의해서 철판을 간접가열한다. 즉, 도 1을 참조하면, 파일로트 버너(1)의 점화에 의하여 메인버너(2)가 점화된다. 이때, 메인버너(2)의 화염이 방열관(3) 내부로 확산되어 방열관(3) 내부에서 연료가 연소되면서 발생하는 열이 방열관(3)의 튜브(tube)를 통하여 복사됨으로써 소둔로 내의 철판을 가열하여 소둔을 행한다.

한편, 파일로트 버너(1)의 연소용 공기 및 연료는 방열관 외부에서 공급되고 메인버너(2)에 공급되는 공기는 방열관(3)에서의 연소시 발생되는 배가스를 방출하는 배가스팬(6)의 흡입 압력에 의하여 대기중 공기가 열교환기(4)를 경유하여 유입됨으로써 공급된다. 메인버너(2)에 공급되는 공기는 열교환기(4)에서 배가스의 폐열과 열교환되어 약 400℃ 정도로 예열된다. 그리고, 예열공기 파이프(7)를 통해서 방열관(3) 내부로 진입되는 예열공기는 메인버너(2)의 연료 분사노즐을 통해서 분사되는 연료를 연소시킨다.

방열관(3) 내에서 연료의 연소는 대체적으로 메인버너(2)의 선단, 즉 분사노즐의 선단에서 집중적으로 이루어진다. 또한, 예열공기 파이프(7)를 통하여 유입되는 공기는 메인버너의 하부에서 메인버너(2)의 선단측으로 진행하므로 연료와 공기의 균일한 혼합이 이루어지지 않는다.

메인버너(2)의 선단측에서 집중적으로 이루어지는 연료의 연소에 의해서 온도가 급격히 상승하며 이는 질소 산화물(NOx)의 생성량을 증가시키는 요인으로 작용한다. 이러한 국부적인 집중 연소로 인하여 방열관(3)의 디플랙션(deflection)이 발생하며 이는 방열관의 수명을 감축시키는 요인으로 작용한다. 나아가서, 공기와 연료의 혼합이 충분히 이루어지지 않아 방열관 내에서 완전연소가 이루어지지 못하고 배가스 덕트(5)에서 연료의 2차연소가 이루어지는 경우에 방열관에서의 연소 효율이 저하될 뿐만 아니라 배가스 덕트(5)가 2차연소의 연소열에 의하여 처지거나 파공된다.

배가스 덕트의 파공부위를 통해서 대기중의 공기가 유입되면 열교환기(4)를 경유하여 방열관(3)으로 유입되는 예열공기의 유입량이 감소하여 메인버너(2)에서의 불완전 연소를 조장하게된다. 이때, 이를 해소하기 위하여 배가스팬(6)의 흡입압력을 증가시키는 경우에는 방열관(3) 내에서 화염길이가 더욱 증가하고 그 결과 방열관(3)이 좌굴되는 현상을 야기시킨다.

본 고안은 상기된 바와 같은 종래의 문제점를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 공기와 연료의 혼합이 충분히 이루어지도록 하고 또한 연료연소가 단계적으로 이루어지도록 하여 국부적인 집중연소를 방지함으로써 연료연소에 의한 온도 분포를 균일하게 형성하고 질소 산화물의 생성량을 감소시키고 방열관의 수명을 연장시킬 수 있는 소둔로의 점화장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 소둔로의 가열장치를 도시한 도면;

도 2는 본 고안에 따른 소둔로의 점화장치의 단면도;

도 3a는 본 고안에 따른 소둔로의 점화장치를 구성하는 제2공기 정류판의 정면도, 도 3b는 도 3a의 선 A-A를 취한 단면도;

도 4a는 본 고안에 따른 소둔로의 점화장치를 구성하는 제1공기 정류판의 정면도, 도 4b는 도 4a의 선 B-B를 취한 단면도;

도 5는 본 고안에 따른 메인버너의 단면도;

도 6은 본 고안에 따른 연소통의 도면.

〈 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 〉

9 : 제1공기 정류판

10 : 제2공기 정류판

11 : 개구

12, 13 : 소통구멍

16 : 연소통

18 : 분사노즐

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 고안에 따르면, 연료의 연소작용에 의해 발생되는 열이 방열관을 통해서 복사되어 철판을 간접가열시키는 소둔로에서 파일로트 버너와 메인버너를 구비하고, 예열공기 파이프를 통해서 유입되는 예열공기와 메인버너를 통해서 유입되는 연료가 혼합되면서 상기 연료의 연소작용이 이루어지는 점화장치는 상기 방열관의 일측에 제공된 파일로트 버너와 메인버너를 감싸는 구조로 이루어지고 상기 예열공기가 소통할 수 있는 유입통로가 형성되어 있는 연소통과; 상기 연소통의 내주면에 접하도록 제공되고 상기 파일로트 버너와 메인버너가 각각 관통할 수 있는 관통구멍과 상기 연소통의 유입통로를 통해서 유입되는 예열공기가 소통할 수 있는 소통구멍이 형성되어 있는 원판형상의 제1공기 정류판과; 상기 연소통의 외주면과 상기 방열관의 사이에 제공되고, 상기 연소통이 관통할 수 있는 관통구와 상기 예열공기 파이프를 통해서 유입되는 예열공기가 소통할 수 있는 개구가 형성되어 있는 원판형상의 제2공기 정류판을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 설명하고, 동일 구성은 동일 도면번호를 부여한다.

도 3은 본 고안에 따른 소둔로의 점화장치를 도시한다. 도시된 바와 같이, 소둔로의 점화장치에는 종래의 파일로트 버너(1) 및 메인버너(2)에 대하여 이들을감싸는 연소통(16)이 제공된다. 연소통(16)에는 예열공기 파이프(7)를 통하여 유입되는 예열공기를 연소통(16)의 내부로 유도하는 제1공기 유입통로(15)가 형성된다. 제1공기 유입통로(15)는 연소통(16)의 후방부위에 형성된 제1유입통로(15-1)와 연소통(16)의 상부 및 하부에 각각 형성된 제2유입통로(15-2)와 구성된다. 따라서, 연소통(16)에는 총 4개의 유입통로를 갖는 제1공기 유입통로(15)가 형성된다.

연소통(16)의 내부에는 그 내면에 접하는 원판형상의 제1공기 정류판(9)이 설치되고 연소통(16)의 외부에는 방열관(3)의 내면에 접하는 원판형상의 제2공기 정류판(10)이 설치된다. 또한, 메인버너(2)의 연료 분사노즐(8)은 연료를 다수 방향으로 분사할 수 있도로 분기노즐(18-1)을 갖는다. 도면번호 14는 파일로트 버너(1)를 메인버너(2) 상에 지지하는 지지대를 나타낸다.

연소통(16)의 직경은 그 선단측으로 갈수록 축소되는 것이 바람직하다. 즉, 연소통(16)의 선단측에서의 직경은 그 본체에서의 직경에 비하여 상대적으로 작게 유지된다.

도 3a 및 도 3b는 제2공기 정류판(10)의 구조를 도시한다. 즉, 제2공기 정류판(10)의 중앙에는 연소통(16)이 삽입되어 관통하는 관통구(10-1)가 형성되고, 그 몸체에는 공기가 소통될 수 있는 복수개의 개구(11)가 관통하여 형성된다. 관통구(10-1)에 연소통(16)이 삽입 관통하는 상태에서 예열공기 파이프(7)를 통해서 유입되는 예열공기의 일부는 개구(11)를 통하여 방열관(3)으로 진행한다.

도 4a 및 도 4b는 제1공기 정류판(9)의 구조를 나타낸다. 즉, 제1공기 정류판(9)의 중앙에는 메인버너(2)가 삽입되어 관통하는 제1관통구멍(9-1)이 형성되고, 제1관통구멍(9-1)의 상부에는 파일로트 버너(1)가 관통하는 제2관통구멍(9-2)이 형성되며, 그 몸체에는 공기가 소통할 수 있는 복수개의 소통구멍(12, 13)가 형성된다. 제1공기 정류판(9)의 상부반쪽에 형성된 복수개의 제1소통구멍(12)은 상대적으로 큰 직경을 갖는 반면 제1공기 정류판(9)의 하부반쪽에 형성된 복수개의 제2소통구멍(13)은 상대적으로 작은 직경을 갖는다.

이하, 본 고안에 따른 소둔로의 점화장치의 작동에 대하여 설명한다.

먼저, 배가스팬(6)의 부압으로 유입되는 공기는 열교환기(4)에서 열교환되어 예열된다. 그리고, 예열공기는 예열공기 파이프(7)를 통하여 방열관(3)으로 유입된다. 이때, 예열공기 파이프(7)를 통하여 방열관(3)으로 유입되는 예열공기는 분사노즐(8) 측으로 바로 확산(도 1 참조)되는 대신에 그의 일부가 먼저 연소통(16)의 제1공기 유입통로(15)를 통하여 연소통(16)의 내부로 유입된다. 그리고, 연소통 (16)의 내부에 설치된 제1공기 정류판(9)을 통하여 연소통(16)의 선단측으로 확산된다.

전술한 바와 같이, 예열공기 파이프(7)를 기준으로 연소통(16)의 후방에 형성된 제1유입통로(15-1)와 연소통(16)의 전방에 형성된 제2유입통로(15-2)로 구성된 제1공기 유입통로(15)를 통해서 연소통(16)의 내부로 유입되는 예열공기의 유입량은 예열공기 파이프(7)를 통하여 유입되는 전체 예열공기의 약 57% 정도이다.

이와 같이 연소통(16)의 내부로 유입된 예열공기의 일부는 메인버너(2)의 분사노즐(18)에서 분사되는 연료와 혼합하면서 연료의 1차연소를 형성한다. 이와 같은 연료의 1차연소가 이루어지는 동안, 상대적으로 큰 직경으로 형성된 제1소통구멍(12)을 통과하는 예열공기의 통과량은 상대적으로 작은 직경으로 형성된 제2소통구멍(13)을 통과하는 예열공기의 통과량보다 상대적으로 많게 된다. 따라서 연소통 (16) 내부에서 상부측의 공기는 농하고 하부측의 공기는 담한 상태를 야기시켜 연료의 1차연소에 있어서 하부쪽의 화염이 길게 형성된다.

또한, 연소통 선단측의 직경이 감소되어 있으므로 연소통(16) 선단측에서 압력의 증가가 있으며, 이는 상술된 연료의 1차연소에 따른 화염의 길이를 더욱 길게 증가시킨다. 결과적으로, 이것은 연료의 연소구간길이가 증가하였음을 의미하고 또한 분사노즐 측에서의 집중적인 국부연소가 해소되었음을 의미한다.

한편, 예열공기 파이프(7)를 통하여 유입된 후 연소통(16)으로 유입되지 못하는 예열공기의 나머지는 연소통(16)의 외부에 제공된 제2공기 정류판(10)을 통하여 연소통(16)의 선단부로 진행하고 그 결과 상기 1차연소시 완전히 연소되지 못한 나머지 연료의 2차연소가 진행된다. 이때, 예열공기 파이프(7)를 통해서 유입되는 예열공기는 제2공기 정류판(10)에 의해서 연소통(16)의 외주연을 따라 균일하게 분포되고 또한 제2공기 정류판(10)에 동일 직경으로 형성된 개구(11)를 통해서 연소통(16)의 전방으로 진행하므로 예열공기의 균일한 흐름을 형성하게 된다.

본 고안에 따르면, 소둔로의 점화장치 내에서 연료연소는 연소통(16) 내부에서의 1차연소와 연소통(16) 외부에서의 2차연소로 구분되어 다단연소를 형성한다. 그리고, 분사노즐 선단에서의 집중적인 국부연소를 방지하면서 연소구간길이를 증가시키므로 질소 산화물(NOx)의 생성량을 줄일 수 있고 또한 방열관(3)의 디플랙션을 방지할 수 있게 된다. 한편, 연료의 2차연소에 있어서, 제2공기 정류판(10)에 의해서 균일한 예열공기의 흐름을 형성하므로 공기와 연료의 혼합효율을 향상시켜 연료의 연소효율을 증가시킨다.

이와 같이 본 고안에 의하여, 질소 산화물의 생성을 억제하고 또한 방열관의 수명을 연장하며 연소효율을 증가시킬 수 있다.

Claims (4)

1. 연료의 연소작용에 의해 발생되는 열이 방열관을 통해서 복사되어 철판을 간접가열시키는 소둔로에서 파일로트 버너와 메인버너를 구비하고, 예열공기 파이프를 통해서 유입되는 예열공기와 메인버너를 통해서 유입되는 연료가 혼합되면서 상기 연료의 연소작용이 이루어지는 점화장치에 있어서,

   상기 방열관의 일측에 제공된 파일로트 버너와 메인버너를 감싸는 구조로 이루어지고 상기 예열공기가 소통할 수 있는 유입통로가 형성되어 있는 연소통과;

   상기 연소통의 내주면에 접하도록 제공되고 상기 파일로트 버너와 메인버너가 각각 관통할 수 있는 관통구멍과 상기 연소통의 유입통로를 통해서 유입되는 예열공기가 소통할 수 있는 소통구멍이 형성되어 있는 원판형상의 제1공기 정류판과;

   상기 연소통의 외주면과 상기 방열관의 사이에 제공되고, 상기 연소통이 관통할 수 있는 관통구와 상기 예열공기 파이프를 통해서 유입되는 예열공기가 소통할 수 있는 개구가 형성되어 있는 원판형상의 제2공기 정류판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소둔로의 점화장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1공기 정류판의 하부반쪽에 형성된 소통구멍의 직경은 상부반쪽에 형성된 소통구멍의 직경보다 상대적으로 작은 것을 특징으로 하는 소둔로의 점화장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 메인버너에는 연료를 분사하기 위한 연료 분사노즐이 제공되고, 상기 연료 분사노즐에는 상하로 분기되어 있는 분사노즐이 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 소둔로의 점화장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 연소통의 선단측의 직경은 상기 연소통의 본체의 직경보다 상대적으로 작은 것을 특징으로 하는 소둔로의 점화장치.