연소버너 및 가압형 가스화 노

연소버너 및 가압형 가스화 노{COMBUSTION BURNER AND PRESSURIZED GASIFICATION FURNACE}

본 발명은 가압형 가스화 노 등의 화로에 이용되는 연소버너, 및 이 연소버너를 가지는 가압형 가스화 노에 관한 것이다.

예를 들면, 석탄가스화 노 등의 가스화 노에서, 기동용 버너는, 근방에 이 기동용 버너에 점화하기 위한 점화 토치가 마련되어 있다.

종래의 점화 토치로서는, 예를 들면, 하기 특허문헌 1에 기재된 것이 있다. 이 특허문헌 1의 점화 토치는, 가스화 노의 일단으로부터 연료와 연소용 공기가 보내져, 이 가스화 노의 타단으로 화염이 송출되도록, 가스화 노의 외측으로부터 내측에 걸쳐 뻗어 구성되고, 가스화 노 밖에 위치하는 일단측에 착화부를 마련한 것이다.

상기 서술한 종래의 점화 토치에 있어서는, 가스화 노 밖에 위치하는 기단부측에 착화부가 마련되어 있다. 이로 인하여, 점화 토치를 이용하여 기동용 버너에 점화할 때, 착화부에 의하여 형성된 화염은, 배관 내를 지나 선단부측에 전파되어, 기동용 버너의 선단부로부터 토출되는 연료가스에 대하여 점화한다. 이 때, 점화 토치의 배관은, 소정 길이를 가지는 점에서, 화염의 전파 시에 열신장이 발생한다. 그러면, 점화 토치의 선단부가 기동용 버너의 선단부보다 전방으로 돌출되어, 점화 시에 열부하를 받기 쉽다. 점화 토치는, 선단부에 보염부가 형성되어 있는 점에서, 점화 시의 열부하에 의하여 보염부가 소실되어 버릴 우려가 있다.

본 발명은 상기 서술한 과제를 해결하는 것이며, 점화 토치의 선단부에 있어서의 열부하를 경감함으로써 내구성을 향상 가능하게 하는 연소버너 및 가압형 가스화 노를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 연소버너는, 연료와 공기를 혼합한 연료가스를 취입 가능한 버너 본체와, 상기 버너 본체의 내측에 배치되어 기단부로부터 화염을 전파하여 선단부로부터 송출하는 점화 토치를 갖고, 상기 버너 본체의 선단부에 대하여 상기 점화 토치의 선단부가 기단부측에 배치되는 것을 특징으로 하는 것이다.

따라서, 버너 본체로부터 취입된 연료가스가 점화되어 화염을 형성하고 있을 때, 점화 토치의 선단부가 버너 본체의 선단부에 대하여 기단부측에 위치하고 있으므로, 버너 본체의 화염에 대하여 점화 토치의 선단부에 있어서의 열부하를 경감할 수 있어, 내구성을 향상시켜 수명을 연장시킬 수 있다.

본 발명의 연소버너에서는, 상기 점화 토치의 비작동 시에, 상기 점화 토치의 선단부가 상기 버너 본체의 선단부보다 기단부측에 배치되는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서, 점화 토치는, 비작동 시에 선단부가 후퇴 위치에 위치하는 점에서, 버너 본체의 화염에 대하여 점화 토치의 선단부에 있어서의 열부하를 경감할 수 있다.

본 발명의 연소버너에서는, 상기 점화 토치의 비작동 시란, 상기 점화 토치의 기단부로부터 선단부에 화염을 전파하기 전, 또는, 상기 버너 본체로부터의 연료가스에 점화한 후에 상기 점화 토치에 의한 화염의 전파를 정지한 후를 가지는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서, 점화 토치의 기단부로부터 선단부에 화염을 전파하기 전, 또는, 버너 본체로부터의 연료가스에 점화 후에 점화 토치에 의한 화염의 전파를 정지한 후에, 점화 토치의 선단부가 후퇴 위치에 위치하는 점에서, 버너 본체의 화염에 대하여 점화 토치의 선단부에 있어서의 열부하를 경감할 수 있다.

본 발명의 연소버너에서는, 상기 점화 토치의 작동 시에, 상기 점화 토치의 선단부가 상기 버너 본체의 선단부와 대략 동일 위치에 배치되는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서, 점화 토치는, 작동 시에 선단부가 버너 본체의 선단부와 대략 동일 위치에 위치하는 점에서, 이 때, 기단부로부터 전파되어 선단부로부터 송출된 화염에 의하여, 버너 본체로부터 취입된 연료가스에 대하여 적정하게 점화할 수 있다.

본 발명의 연소버너에서는, 상기 점화 토치의 작동 시란, 상기 점화 토치의 기단부로부터 선단부에 화염을 전파하는 때를 가지는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서, 점화 토치의 기단부로부터 선단부에 화염을 전파할 때, 점화 토치의 선단부가 버너 본체의 선단부와 대략 동일 위치에 위치하는 점에서, 점화 토치에 의하여 버너 본체로부터 취입된 연료가스에 대하여 적정하게 점화할 수 있다.

본 발명의 연소버너에서는, 상기 점화 토치의 비작동 시에 있어서의 선단부의 위치는, 화염이 전파되는 배관의 길이를 고려하여 설정되는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서, 점화 토치에 있어서의 작동 시의 위치와 비작동 시의 위치를 적정하게 설정할 수 있다.

본 발명의 연소버너에서는, 상기 점화 토치의 기단부에 착화부가 마련되고, 상기 착화부의 연료 흐름방향의 하류측에 개폐밸브가 마련되는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서, 점화 토치의 기단부에 착화부를 마련함으로써, 선단부측 상태에 의존하지 않고, 용이하게 착화부의 점검을 행할 수 있다. 또, 착화부의 연료 흐름방향의 하류측에 개폐밸브를 마련함으로써, 이 개폐밸브를 폐쇄하는 것에 의하여, 기단부측과 선단부측을 분리할 수 있어, 점검을 필요로 하는 경우이더라도, 개폐밸브를 폐쇄하는 것에 의하여 착화부측을 화염으로부터 분리할 수 있어, 용이하게 점검할 수 있다.

또, 본 발명의 가압형 가스화 노는, 화로벽에 고정되어 연료와 공기를 혼합한 연료가스를 화로 내에 취입 가능한 버너 본체와, 상기 버너 본체의 내측에 배치되도록 상기 화로벽에 고정되어 기단부로부터 화염을 전파하여 선단부로부터 송출하는 점화 토치를 가지고, 상기 버너 본체의 선단부에 대하여 상기 점화 토치의 선단부가 기단부측에 배치되는 것을 특징으로 하는 것이다.

따라서, 버너 본체로부터 취입된 연료가스가 점화되어 화염을 형성하고 있을 때, 점화 토치의 선단부가 버너 본체의 선단부에 대하여 기단부측에 위치하고 있으므로, 버너 본체의 화염에 대하여 점화 토치의 선단부에 있어서의 열부하를 경감할 수 있어, 내구성을 향상시켜 수명을 연장시킬 수 있다.

본 발명의 연소버너 및 가압형 가스화 노에 의하면, 버너 본체의 선단부에 대하여 점화 토치의 선단부를 기단부측에 배치하므로, 버너 본체의 화염에 대하여 점화 토치의 선단부에 있어서의 열부하를 경감할 수 있어, 내구성을 향상시켜 수명을 연장시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 대한 연소버너를 나타내는 개략도,
도 2는 본 실시예의 연소버너의 작용을 나타내는 개략도,
도 3은 본 실시예의 석탄가스화 노 용기의 종단면도,
도 4는 본 실시예의 석탄가스화 노 용기의 횡단면도를 나타내는 도 3의 AA 단면도.

이하에 첨부 도면을 참조하여, 본 발명에 관한 연소버너의 적합한 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 이 실시예에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니고, 또, 실시예가 복수 있는 경우에는, 각 실시예를 조합하여 구성하는 것도 포함하는 것이다.

실시예

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 연소버너를 나타내는 개략도, 도 2는 본 실시예의 연소버너의 작용을 나타내는 개략도, 도 3은 본 실시예의 석탄가스화 노 용기의 종단면도, 도 4는 본 실시예의 석탄가스화 노 용기의 횡단면도를 나타내는 도 3의 AA 단면도이다.

본 실시예에 있어서, 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 가스화 노(가압형 가스화 노)(1)는, 아래에서부터 순서대로, 경연실(輕燃室)(3), 컴버스터부(5), 리덕터부(7)를 가지고 있다. 경연실(3)에는, 기동용 버너(연소버너)(12)가 마련되어 있다. 기동용 버너(12)는, 후술하지만, 버너 본체(41)의 내측에 점화 토치(42)가 배치되어 구성되어 있다.

컴버스터부(5)에는, 미분탄 버너(14) 및 차콜 버너(16)가 마련되어 있다. 리덕터부(7)에는, 가스화 버너(18)가 마련되어 있다. 경연실(3)은, 기동용 버너(12)에 의하여 투입 분무된 경유가 연소되어, 그 발생한 연소가스가, 상부의 컴버스터부(5)를 가열한다. 그리고, 석탄 착화온도 이상이 된 컴버스터부(5)는, 이 컴버스터부(5)에만 투입되는 가스화제가 되는 공기와 석탄이 연소되어 고온이 되고, 석탄 중의 재는 용해되어 흘러내리며, 컴버스터부(5)에서 연소되어 생성된 고온의 가스는 상승한다. 리덕터부(7)는, 컴버스터부(5)로부터 상승한 고온의 가스와 새로 투입된 석탄이 반응하여, 효율적으로 석탄을 가스로 전환할 수 있다.

본 실시예에서, 기동용 버너(12)는, 가스화 노(1) 내에 선회류를 형성할 수 있도록 복수 대향하여 배치되어 있다. 이 기동용 버너(12)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 버너 본체(41)와 점화 토치(42)로 구성되어 있다. 버너 본체(41)는, 연료와 공기를 혼합한 연료가스를 취입 가능하다. 점화 토치(42)는, 버너 본체(41)의 내측에 배치되어 기단부로부터 화염을 전파하고 선단부로부터 송출 가능하다. 그리고, 버너 본체(41)는, 점화 토치(42)의 화염에 의하여 점화되며, 기동용 버너(12)로서 화염을 형성할 수 있다.

버너 본체(41)는, 외통(51)과 내통(52)과의 사이에 형성된 연료가스 통로(53)가 마련되어 있고, 선단부에 연료가스를 가스화 노(1) 내에 취입 가능한 노즐(54)이 형성되어 있다. 이 외통(51) 및 내통(52)은, 원통 형상을 이루고, 화로벽(1a)에 고정되며, 기단부에 도시하지 않은 가스연료 공급부와 연소용 공기 공급부가 마련되어 있다.

점화 토치(42)는, 버너 본체(41)의 내측에 배치되어, 원통 형상을 이루고 화로벽(1a)에 고정되어 있다. 이 점화 토치(42)는, 가스화 노(1) 밖의 기단부로부터 순서대로, 연료와 연소용 공기가 혼합되는 혼합실(20)과, 착화부(22)와, 개폐밸브(24)와, 연소관(26)과, 보염부(28)가 주요부로서 마련되어 있다.

혼합실(20)은, 연료 공급구(30)와, 연소용 공기 공급구(31)가 마련되어 있다. 이로 인하여, 연료와 연소용 공기는, 이 혼합실(20) 내에서 충분히 혼합되어, 연료 흐름의 하류측에 마련된 착화부(22)에 의하여 착화된다. 착화부(22)로서는, 글로 플러그나 이그나이터 등에 의한 착화가 적합하게 이용된다.

혼합실(20)과 착화부(22)는, 가스화 노(1)의 밖에 배치되어 있다. 그리고, 혼합실(20)과 가스화 노(1) 내에 걸쳐 뻗어있는 연소관(26)과의 사이에는, 개폐밸브(24)가 마련되어 있다. 개폐밸브(24)는, 가스화 노(1)의 밖에 마련되어 있다. 이 개폐밸브(24)는, 통로를 개폐함으로써, 착화부(22)측과 가스화 노(1)측과의 사이의 유체를 유통 또는 차단할 수 있다. 연소관(26)에는, 선단부에 이 연소관(26)보다 내경이 큰 보염부(28)가 마련되고, 보염부(28)의 내부에 보염판(28a)이 고정되어 있다.

또, 어시스트 연료가 유통하는 어시스트 연료관(32)은, 노 밖으로부터 노 안으로 삽입되어, 연소관(26)의 측방을 통과하여 보염부(28)로 뻗어 있다. 이 어시스트 연료관(32)에 의하여 어시스트 연료를 보염부(28)로 공급할 수 있다.

이상 설명한 본 실시예의 기동용 버너(12)는, 이하와 같이 작동한다.

점화 토치(42)는, 착화 전에, 먼저, 연소용 공기만을 연소용 공기 공급구(31)로부터 공급하여, 착화부(22)를 적열시킨다. 착화부(22)가 착화온도까지 온도 상승한 후, 연료 공급구(30)로부터 혼합실(20) 내로 연료가 공급되어, 연료와 연소용 공기가 혼합된다. 이 때의 공기비(실제의 투입 공기량/이론적으로 필요한 공기량)는, 0.4~0.7 정도이다.

혼합된 연료가스는, 착화부(22)에서 착화하여 화염을 형성한다. 화염은, 개방된 개폐밸브(24)를 통과하여, 연소관(26) 내를 전파한다. 그리고, 연소관(26)으로부터 보염부(28)에 도달한 화염은, 보염부(28) 내에서 주화염이 되어 연소된다. 이 때, 보염부(28)에 대하여 어시스트 연료관(32)으로부터 어시스트 연료가 공급된다. 이로써, 보염부(28)에서 성장한 주화염이 안정적으로 연소된다.

한편, 버너 본체(41)는, 공기와 연료가 혼합된 연료가스가 노즐(54)로부터 가스화 노(1) 내에 취입되고 있다. 점화 토치(42)는, 보염부(28)의 주화염이 안정되면, 이 보염부(28)로부터 외부로 유출하는 점에서, 버너 본체(41)로부터 가스화 노(1) 내에 취입된 연료가스는, 점화 토치(42)로부터의 화염에 의하여 점화되어, 기동용 버너(12)가 착화된다.

다음으로, 개폐밸브(24)의 사용방법에 대하여 설명한다.

가스화 노(1)는, 주로, 차콜의 연소가스화 반응을 촉진하기 때문에, 노 내는 고온 조건 이외에, 고압 상태로 하여, 항상 유지되고 있다. 따라서, 점화 토치(42)를 점검하는 경우, 가압운전 중의 가스화 노의 전체 설비를 상압까지 감압하는 시간을 필요로 하고, 점검 후의 재가압 시의 각종 동력의 가동에 코스트와 에너지를 대폭 부담하게 된다.

이와 같이 점화 토치(42)의 점검을 필요로 하는 경우, 가스화 노(1) 밖에 마련된 착화부(22)의 연료 흐름의 하류측에 마련된 개폐밸브(24)를 이용한다. 즉, 토치 점화 시나 기동 버너 운전 중에, 점화 토치(42)에 트러블이 발생하여 점검을 필요로 하는 경우에는, 그 상태로 개폐밸브(24)를 폐쇄한다. 이로써, 가스화 노(1) 내와 착화부(22)측이 차단되므로, 착화부(22)측을 대기에 해방하고, 점검 작업을 실시한다.

이와 같이 구성된 본 실시예의 기동용 버너(12)에서, 버너 본체(41)의 선단부(41a)에 대하여 점화 토치(42)의 선단부(42a)가 기단부측(노 외측)에 배치되어 있다.

구체적으로, 점화 토치(42)의 비작동 시에, 점화 토치(42)의 선단부(42a)가 버너 본체(41)의 선단부(41a)보다 기단부측에 배치되어 있다. 점화 토치(42)의 비작동 시란, 점화 토치(42)의 기단부로부터 선단부에 화염을 전파하기 전, 또는, 버너 본체(41)로부터의 연료가스에 점화 후에 점화 토치(42)에 의한 화염의 전파를 정지한 후이다.

또, 점화 토치(42)의 작동 시에, 점화 토치(42)의 선단부(42a)가 버너 본체(41)의 선단부(41a)와 대략 동일 위치에 배치되어 있다. 점화 토치(42)의 작동 시란, 점화 토치(42)의 기단부로부터 선단부에 화염을 전파하는 때이다.

이 경우, 점화 토치(42)의 비작동 시에 있어서의 선단부(42a)의 위치는, 화염이 전파되는 배관(연소관(26) 등)의 길이를 고려하여 설정된다. 즉, 점화 토치(42)는, 소정의 길이를 가지는 점에서, 기단부로부터 선단부를 향하여 화염이 전파될 때, 화로벽(1a)의 기점으로서 기단부를 열신장함과 함께, 선단부로 열신장된다. 이로 인하여, 점화 토치(42)는, 화염이 전파되는 작동 시에, 점화 토치(42)의 선단부(42a)가 버너 본체(41)의 선단부(41a)와 대략 동일 위치에 위치하도록, 점화 토치(42)의 비작동 시에 있어서의 후퇴 거리(L)가 설정된다.

이하, 본 실시예의 기동용 버너(12)의 작용 및 효과에 대하여 설명한다.

기동용 버너(12)는, 기동하기 전, 점화 토치(42)의 선단부(42a)가 버너 본체(41)의 선단부(41a)에 대하여 후퇴 거리(L)만큼 기단부측에 위치하고 있다. 여기에서, 점화 토치(42)를 작동하면, 화염이 기단부측으로부터 선단부측을 향하여 전파되는 점에서, 연소관(26)이 가열되어 고온이 되고, 길이 방향으로 선단부측을 향하여 열신장이 발생한다. 그러면, 점화 토치(42)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 선단부(42a)가 버너 본체(41)의 선단부(41a)와 대략 동일 위치에 위치한다. 이로 인하여, 버너 본체(41)는, 점화 토치(42)로부터의 화염을 받아 가스화 노(1) 내에 취입된 연료가스가 점화되어, 기동용 버너(12)로서 화염을 형성할 수 있다.

그 후, 기동용 버너(12)(버너 본체(41))의 화염이 안정되면, 점화 토치(42)에 의한 화염의 전파를 정지하여 연소용 공기만을 공급한다. 이로 인하여, 점화 토치(42)는, 연소관(26)이 냉각되어 온도가 저하한다. 그러면, 점화 토치(42)는, 길이 방향으로 기단부측을 향하여 수축하고, 도 1에 나타내는 바와 같이, 선단부(42a)가 버너 본체(41)의 선단부(41a)로부터 후퇴한 위치에 위치한다. 이로 인하여, 점화 토치(42)는, 선단부(42a)가 버너 본체(41)의 선단부(41a)로부터 내부로 후퇴한 위치에 유지되는 점에서, 버너 본체(41)의 화염에 의한 열부하가 경감되게 되어, 소손이 방지된다.

이와 같이 본 실시예의 연소버너에 있어서는, 연료와 공기를 혼합한 연료가스를 취입 가능한 버너 본체(41)와, 버너 본체(41)의 내측에 배치되어 기단부로부터 화염을 전파하여 선단부로부터 송출하는 점화 토치(42)를 마련하고, 버너 본체(41)의 선단부(41a)에 대하여 점화 토치(42)의 선단부(42a)를 기단부측에 배치하고 있다.

따라서, 버너 본체(41)로부터 취입된 연료가스가 점화되어 화염을 형성하고 있을 때, 점화 토치(42)의 선단부(42a)가 버너 본체(41)의 선단부(41a)에 대하여 기단부측에 위치하고 있으므로, 버너 본체(41)의 화염에 대하여 점화 토치(42)의 선단부(42a)에 있어서의 열부하를 경감할 수 있어, 내구성을 향상시켜 수명을 연장시킬 수 있다.

본 실시예의 연소버너에서는, 점화 토치(42)의 비작동 시에, 점화 토치(42)의 선단부(42a)를 버너 본체(41)의 선단부(41a)보다 기단부측에 배치하고 있다. 따라서, 점화 토치(42)는, 비작동 시에 선단부가 후퇴 위치에 위치하는 점에서, 버너 본체(41)의 화염에 대하여 점화 토치(42)의 선단부(42a)에 있어서의 열부하를 경감할 수 있다.

구체적으로, 점화 토치(42)의 기단부로부터 선단부에 화염을 전파하기 전, 또는, 버너 본체(41)로부터의 연료가스에 점화 후에 점화 토치(42)에 의한 화염의 전파를 정지한 후에, 점화 토치(42)의 선단부(42a)가 후퇴 위치에 위치하는 점에서, 버너 본체(41)의 화염에 대하여 점화 토치(42)의 선단부(42a)에 있어서의 열부하를 경감할 수 있다.

본 실시예의 연소버너에서는, 점화 토치(42)의 작동 시에, 점화 토치(42)의 선단부(42a)를 버너 본체(41)의 선단부(41a)와 대략 동일 위치에 배치하고 있다. 따라서, 점화 토치(42)는, 작동 시에 선단부(42a)가 버너 본체(41)의 선단부(41a)와 대략 동일 위치에 위치하는 점에서, 이 때, 기단부로부터 전파되어 선단부로부터 송출된 화염에 의하여, 버너 본체(41)로부터 취입된 연료가스에 대하여 적정하게 점화할 수 있다.

구체적으로, 점화 토치(42)의 기단부로부터 선단부에 화염을 전파할 때, 점화 토치(42)의 선단부(42a)가 버너 본체(41)의 선단부(41a)와 대략 동일 위치에 위치하는 점에서, 점화 토치(42)에 의하여 버너 본체(41)로부터 취입된 연료가스에 대하여 적정하게 점화할 수 있다.

본 실시예의 연소버너에서는, 점화 토치(42)의 비작동 시에 있어서의 위치를, 화염이 전파되는 연소관(26)의 길이를 고려하여 설정하고 있다. 따라서, 점화 토치(42)에 있어서의 작동 시의 위치와 비작동 시의 위치를 적정하게 설정할 수 있다.

또, 본 실시예의 연소버너에 있어서는, 점화 토치(42)의 기단부에 착화부(22)를 마련하고, 이 착화부(22)의 연료 흐름방향의 하류측에 개폐밸브(24)를 마련하고 있다. 따라서, 가스화 노(1) 내의 상태에 의존하지 않고, 용이하게 착화부(22)의 점검을 행할 수 있다. 또, 개폐밸브(24)를 폐쇄함으로써, 가스화 노(1) 내와 착화부(22)측을 분리할 수 있으며, 그 결과, 다양한 문제에 의하여 점검을 필요로 하는 경우이더라도, 개폐밸브(24)를 폐쇄함으로써 착화부(22)측을 가스화 노(1)로부터 분리할 수 있어, 가스화 노(1) 내의 상태에 의존하지 않고, 용이하게 점검할 수 있다.

또, 본 실시예의 가스화 노(1)에 있어서는, 화로벽(1a)에 고정되어 연료와 공기를 혼합한 연료가스를 화로 내에 취입 가능한 버너 본체(41)와, 버너 본체(41)의 내측에 배치되도록 화로벽(1a)에 고정되어 기단부로부터 화염을 전파하여 선단부로부터 송출하는 점화 토치(42)를 마련하고, 버너 본체(41)의 선단부(41a)에 대하여 점화 토치(42)의 선단부(42a)를 기단부측에 배치하고 있다.

따라서, 버너 본체(41)의 화염에 대하여 점화 토치(42)의 선단부(42a)에 있어서의 열부하를 경감할 수 있어, 내구성을 향상시켜 수명을 연장시킬 수 있다.

다만, 상기 서술한 실시예에서는, 본 발명의 연소버너를 가스화 노(1)에 적용했지만, 가스화 노(1)에 한정되는 것은 아니다. 또, 점화 토치(42)를 착화부(22)와 개폐밸브(24)와 연소관(26)과 보염부(28)로 구성했지만, 이 구성 및 배치에 한정되는 것은 아니다.

1 : 가스화 노 1a : 화로벽
12 : 기동용 버너(연소버너) 20 : 혼합실
22 : 착화부 24 : 개폐밸브
26 : 연소관 28 : 보염부
41 : 버너 본체 41a : 선단부
42 : 점화 토치 42a : 선단부