저칼로리가스의 연소방법 및 연소장치

본 발명은 연소장치에 관한 것으로, 특히, 발열량이 낮고 연소시키기 어려운 복수 종류의 부생성가스와, 그외 중유 등의 연료를 1대의 버너로 연소시키는 연소장치에 관한 것이다.

제철 등의 산업분야에서는, 고로의 운전시에 고로가스(BFG), 코크스로의 운전시에는 코크스로가스(COG), 또, 전로의 운전시에는 전로가스(LDG) 등의 부생성가스가 나오는데, 이들 부생성가스는 발열량이 낮기 때문에, 자연연소시키는 것은 곤란하다. 예를 들면, 고로가스는 그 발열량이 700kcal/Nm ³ 정도이기 때문에, 통상의 버너로 자연연소시키는 것은 어렵고, 또한, 그것이 용광로의 부생성가스의 일종이어서 그 조성이 항상 동일하지는 않고, 그 발열량이 변동하기 때문에, 이를 자연연소시키는 연구와 함께, 다른 연소하기 쉬운 연료에 의한 보조연소를 생각하는 연구가 필요했다. 마찬가지로, 전로가스의 발열량은, 통상 2100kcal/Nm ³ 정도인데, 이것도 변동이 심하다. 한편, 코크스로가스는 그 발열량이 평균 4500kca1/Nm ³ 정도로 매우 높기 때문에, 이 연소에는 일반적으로 설계된 버너를 쓸 수 있지만, 그래도 그 조성이나 발열량이, 시간적으로 대폭 변동한다는 점은 앞의 2개와 다르지 않다.

이러한 사정으로 인해, 종래 보일러 등에서 이러한 부수적인 종류의 부생성가스를 연료로 하여 그 연소열을 이용하는 경우에는, 각 연료를 각각 연소가능하게 하는 구성의 전용 버너를 적어도 연료의 종류에 대응하는 수량만큼 배치하여야 했다.

그러나 상기한 구성에 의하면, 연료마다 다른 구성의 버너를 사용하지 않으면 안되므로, 많은 종류의 부생성가스를 이용하는 경우에는 버너의 개수가 증가해서, 비용의 증가를 야기할 뿐만 아니라, 그들의 제어나 관리가 복잡하게 되어, 작동의 신뢰성을 유지하는 것이 용이하지 않았다.

그래서 본 발명은, 상기한 종래의 문제점을 해소하여, 이들 각종 저칼로리가스를 단일의 장치로 연소가능하게 하는 복수 종류의 저칼로리가스의 연소방법을 제공하는 것을 제1목적으로 한다.

다음에, 본 발명은 상기한 바와 같은 각종 저칼로리가스의 단일 장치에 의한 연소를 가능하게 하는 연소방법을 실시할 수 있는 연소장치를 제공하는 것을 제2목적으로 한다.

또, 본 발명은 연소에 사용되는 각종 저칼로리가스 중의 자연연소가 곤란한 저칼로리가스의 공기와의 혼합을 촉진시켜서, 그 점화의 용이성과 착화 후의 연소의 안정성을 향상시키는 것을 제3목적으로 한다.

또, 본 발명은 상기한 저칼로리가스와 공기와의 혼합을 보다 신속하게 하여, 점화의 용이성과 착화 후의 연소의 안정성을 더욱 향상시키는 것을 도모하는 것을 제4목적으로 한다.

또, 본 발명은 자연연소가 매우 곤란한 저칼로리가스에 자연연소가 비교적 곤란한 저칼로리가스를 혼합시키는 것에 의해, 자연연소가 매우 곤란한 저칼로리가스의 점화의 용이성과 착화 후의 연소의 안정성의 향상을 한층 더 도모하는 것을 제5목적으로 한다.

덧붙여서, 본 발명은 상기 자연연소가 더욱 곤란한 저칼로리가스를 공기와 혼합시키면서 선회시키므로써, 점화성과 안정성의 향상을 한층 더 도모하는 것을 제6목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 연소장치의 기본형태(참고예)의 버너 본체의 개략적인 구조를 도시하는 도면으로서, (a)는 축방향을 따르는 단면도, (b)는 (a)의 II선을 따른 단면도이다.

도 2는 본 발명의 연소장치의 제1실시예의 버너 본체의 개략적인 구조를 도시하는 도면으로서, (a)는 축방향을 따르는 단면도, (b)는 (a)의 Ⅱ-Ⅱ선을 따른 단면도이다.

도 3은 본 발명의 연소장치의 제2실시예의 버너 본체의 개략적인 구조를 도시하는 도면으로서, (a)는 축방향을 따르는 단면도, (b)는 (a)의 Ⅲ-Ⅲ선을 따른 단면도이다.

도 4는 본 발명의 연소장치의 제2실시예의 변형예를 도시하는 도 3의 (b)에서의 Ⅳ-Ⅳ선을 따르는 단면도에 상당하는 부분을 표시하는 단면도이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

(A) ----------------------- 바람상자,

(A1,A2) ------------------- 연소용 공기통로,

(B) -------- 고로가스 스포크(환형상 스포크),

(C) ------------------- 코크스로가스 스포크,

(H) ---------------------------- 중유버너건,

(1) ---------------------------- 중유분출구,

(2) -------------------------------- 선회기,

(3a) ------------------ 코크스로가스 분출구,

(4) -------------------- 버너타일(점화수단),

(5)--------------------------------- 절결부,

(6) --------------------- 공기의 분할분출구,

(7) --------------------- 환형 공기분출구,

(8) ----------------- 고로가스의 분할분출구,

(9) -------------------------- 고로가스노즐,

(10) --------------------- 코크스로가스노즐,

(11) --------------------------------- 도관.

상기 제1목적을 달성하기 위한 본 발명의 복수 종류의 저칼로리가스의 연소방법은, 연소장치의 중심부에 중유를 분무하고 점화하여 그 연소화염을 선회시키고, 그 외부 주위에 연소가 비교적 곤란한 저칼로리가스를 환형으로 분출시켜서 상기 연소화염에 의해 착화연소시키고, 그 외주에 배치한 점화수단을 가열하고, 그 외주에 공기와 상기 저칼로리가스보다 연소가 더욱 곤란한 저칼로리가스를 원주방향으로 교대로 전체적으로 환형으로 분출시키고, 가열한 상기한 점화수단에 의해 착화연소시키고, 또한, 그 외측에 연소용 공기를 환형으로 분출시켜서 연소를 안정시키는 것을 특징으로 한다.

다음에, 상기 제2목적을 달성하기 위한 본 발명의 저칼로리가스의 연소장치는 연소장치의 중심부에 배치되며, 선단부에 분무기와 선회기를 배치한 중유버너건과, 그 중유버너건을 둘러싸고 환형으로 배치되며, 선단부에 분출구를 형성한 비교적 연소가 곤란한 저칼로리가스용 가스스포크와, 가스스포크의 분출구에 인접하여 외주에 배치된 버너타일과, 그 버너타일의 외주에 환형으로 배치되며, 원주방향을 따라 복수로 분할된 공기의 분할분출구와 상기한 저칼로리가스보다 연소가 더욱 곤란한 저칼로리가스용 분할분출구가 교대로 형성된 환형 스포크와, 상기 환형 스포크가 교대로 형성된 분할분출구의 외측에 개구하는 환형의 연소용 공기의 분출구가 형성된 외주통로를 구비하는 구성을 가진다.

또, 상기한 제3목적을 달성하기 위해서, 상기 연소장치는 상기 환형 스포크를 둘러싸는 바람상자를 구비하며, 상기 바람상자는, 중유버너건과 환형 스포크 사이의 환형부와 상기 외주통로에 연통하고, 상기 외주통로는, 환형 스포크의 절결부를 통하여 버너타일 외주의 공기의 분할분출구에 연통하는 구성이 채용된다.

또, 상기 제4목적을 달성하기 위해서, 상기 장치는 상기 공기의 분할분출구 중의 간격을 둔 적당한 분할분출구 중에, 상기 연소가 더욱 곤란한 저칼로리가스의 노즐을 배치하고, 그 노즐의 분출구를 상기 공기의 분할분출구의 선단부에 개구시킨 구성을 채용할 수 있다.

또, 상기 제5목적을 달성하기 위해서, 상기 장치는 상기 연소가 더욱 곤란한 저칼로리가스의 분할분출구 중에, 상기 비교적 연소가 곤란한 저칼로리가스의 노즐을 배치하고, 그 노즐의 분출구를 상기한 분할분출구의 선단부에 개구시킨 구성을 채용할 수 있다.

또, 상기 제6목적을 달성하기 위해서, 상기 장치는 상기 공기의 분할분출구와 연소가 더욱 곤란한 저칼로리가스용 분할분출구의 축선은, 중유버너건의 축선에 대하여 소정의 각도로 경사져 있는 구성으로 할 수 있다.

이하, 본 발명의 복수 종류의 저칼로리가스의 연소장치의 실시의 형태를 도면을 기초로 하여 설명한다.

도 1은, 제1실시예의 버너를 도시하는 것으로, 버너 본체의 중심부에는, 선단부에 중유 분무기를 설치한 중유버너건(H)이 배치되어 있다. 이 버너에서는, 중유와 그 분무용 공기는 상기 버너건(H)의 도면상 좌단으로부터 공급되고, 선단의 도시하지 않은 분무기로 분무되어 미세한 기름방울 군으로 되어 선단부의 분출구(1)로부터 분출되며, 이것이 그 선단 부근에 설치된 파일럿버너(도시하지 않음)에 의해 점화되어 착화하여 연소하며, 그리고, 선단부의 앞에 배치된 선회기(화염안정용 선회기)(2)의 작용으로, 그 앞에서 화염이 유지되어 화염이 형성되고, 그상태로 유지된다.

또, 여기서 설명하는 사용연료는, 중유와, 비교적 연소가 곤란한 저칼로리가스의 1가지인 코크스로가스와, 상기 저칼로리가스보다 연소가 더욱 곤란한 고로가스이다. 따라서, 연료의 공급계는, 버너 중앙부에 배치된 중유와 공기의 도입부를 구성하는 중유버너건(H)와, 그 주위에 코크스로가스를 도입하는 코크스로가스 스포크(C)와, 그 외주부에 고로가스를 도입하는 고로가스 스포크(B)로 구성되어 있다.

한편, 이들의 연소를 위한 연소용 공기의 공급계는, 고로가스 스포크(B)를 둘러싸는 바람상자(A)로 구성되며, 바람상자(A)는, 한편으로 고로가스의 환형 스포크(B)를 횡단하는 도관(11)을 개재하여 중심부의 환형부(A1)에 연통되고, 다른쪽은 외주통로(A2)부분에 연통되어 있어, 연소용 공기는 바람상자(A)로부터 양쪽 부분으로 분리되어 흐르며, 각각에 버너 선단으로부터 분출되어 연소에 기여하는 것으로 된다.

이러한 구성으로 이루어지는 장치에 있어서, 코크스로가스는, 버너의 코크스로가스 스포크(C)에, 도면상의 좌측 밑으로부터 공급되며, 여기에 연통하여 선회기(2)의 주변에 그것을 감싸는 상태로 일정 간격으로 원주 상에 배치된 복수의 가스공급용 스포크(3)를 통하여 스포크(3)의 선단부(도면에서의 오른쪽 선단)의 분출구(3a)로부터 분출하며, 분출한 코크스로가스는 그 안쪽에 형성되어 있는 중유화염으로부터 점화되어 착화하고, 그 후 연소를 계속하게 된다. 분출구(3a)의 주변에는 내화재로 이루어지는 점화수단으로서의 버너타일(4)이 배치되어 있고, 버너타일(4)은 연소개시 당초에는, 중앙부에 형성된 중유 화염에 의해 고온으로 가열되어 점화벽의 작용을 하는 것에 의해, 코크스로가스의 착화 및 연소를 보조하며, 그 후에는 코크스로가스의 연소화염에도 열을 받아 복사열로 코크스로가스의 연소를 보조하고, 그 연소를 보다 안정시켜 그 연소를 지속시키게 된다.

이 장치에서는, 코크스로가스보다 발열량이 낮고, 또한 연소시키기 어려운 고로가스를 연소시키기 위해서, 또한 그 주위에 전체적으로 환형의 분출구를 버너타일(4)의 외주에 인접하여 설치하며, 환형부를 원주방향으로 분할하여 방사상으로 하며, 각 분할부를 연소용 공기의 분할분출구(6)와 고로가스의 분할분출구(8)를 교대로 배치한다. 그리고, 공기의 공급은, 바람상자(A)로부터 버너에 들어간 공기가, 버너 주위의 외주통로(A2)에서 분리되어 버너 선단에 도달하는 사이에, 도 1의 버너 선단 하부의 절결부(5)를 통하여 분할분출구(6)로부터 분출하도록 한다. 연소용 공기는, 또한 그 외부의 환형 분출구(7)로부터도 분출하여, 그 내부의 전체 연소화염을 감싸는 형으로 그 연소를 지속하도록 하고 있다.

다음에, 고로가스를 더욱 안정된 상태로 연소시키고자 하는 경우의 제2실시예를 도 2를 참조하여 설명한다. 이 실시예에서는, 연소가 더욱 어려운 고로가스를, 버너 선단부에서 분출시키는 것에 있어서, 분출된 즉시 공기와 더 신속하게 혼합하여 연소하기 쉽게 하기 위해서, 도면에 도시하는 바와 같이, 그 분출을 위한 환형 스포크(B) 내부로 통하는 미세한 고로가스노즐(9)을 공기의 분할분출구(6)의 중에 배치하고, 그 선단부의 분출구(9a)를 공기의 분할분출구(6)의 선단에서 약간 인입하여 개구시켜서 고로가스를 공기중에 분출시키도록 한다. 이 고로가스노즐(9)의 배치에 관하여는, 환형 스포크(B) 선단부의 임의의 공기 분할분출구(6) 중에 적당히 분산시켜서 배치하는 것이 좋다.

또, 고로가스를 보다 안정적으로 연소시키기 위해서는, 다른 연료에 의한 보조연소를 생각하는 것이 바람직하며, 그 때문에 보조연소용 연료로서 코크스로가스를 사용하는 것이 생각된다. 그러한 목적을 고려하여 고안된 것이 도 3에 도시되어 있는 제3실시예이며, 도면에 도시하는 고로가스의 분할분출구(8) 중에 코크스로가스 스포크(C)에 통하는 공급노즐(10)을 설치하고, 그 선단부의 코크스로가스 분출구(10a)를 고로가스의 분할분출구(8)의 선단보다 약간 돌출시킨 것이다. 이에 의해서 고로가스는 코크스로가스의 연소화염 속으로 분출되게 되어, 연소가 더욱 안정되며 신뢰성이 증가하게 된다.

또한, 전체적으로, 그 점화, 착화, 연소의 지속을 보다 안정되게 하기 위해서, 그 외의 여러가지의 변형이 가능하다. 그와 같은 변형을 실시한 변형예를, 도 4를 참조하면서 설명한다. 즉, 도 4는 제3실시예를 도시한 도 3 (b)에서의 IV-IV선을 따르는 단면에 상당하는 부분을 도시하는 것으로, 환형 스포크(B)의 선단부에 있어서, 연소가 어려운 고로가스의 분할분출구(8) 및 노즐(9)과 그것을 둘러싸는 공기의 분할분출구(6)는, 예를 들면 각도(α)만큼 경사지도록 설치하는 것이 좋다. 또한 형태의 경우의 코크스로가스노즐(10)에 관하여는, 도 4와 같이 경사지지 않도록 하여도 좋고, 코크스로가스의 연소성이 그다지 나쁘지 않은 경우에는, 그 설치각도를 동일하게 하여도 좋다.

본 발명의 청구항 1 및 2에 기재된 저칼로리가스의 연소방법 및 장치에 의하면, 1대의 버너로, 연소하기 어려운 저칼로리가스는 분출됨과 동시에 공기와 혼합하여, 중앙의 중유의 화염이나 그 외주의 예열된 버너타일로부터의 예열에 의해 그 점화 및 연소가 보조되며, 또, 그 외주에 있어서, 연소하기가 더욱 어려운 저칼로리가스가 환형의 공기에 의해 둘러싸인 상태로 분출하여 신속히 혼합되어 점화 및 연소됨으로써, 그 연소를 안정된 상태로 지속시킬 수 있게 된다.

그리고, 특히 청구항 3에 기재된 구성에 의하면, 연소장치의 연소부로의 연소용 공기 공급을 위한 구성을 간소화할 수 있다. 또, 청구항 4에 기재된 구성에 의하면, 연소하기가 더욱 어려운 저칼로리가스의 공기와의 혼합을 신속하게 함으로써 연소를 용이하게 할 수 있다. 또, 청구항 5에 기재된 구성에 의하면, 연소하기가 극히 어려운 저칼로리가스의 연소를 보조연소에 의해 용이하게 할 수 있다. 또, 청구항 6에 기재된 구성에 의하면, 연소하기가 더욱 어려운 저칼로리가스의 공기와의 혼합이 더 한층 촉진된다.