KR100780700B1 - 고체 연료용 보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 갈탄이나 괴탄 및 코크스 등의 고체 연료를 사용하는 보일러에서 연료를 연소시키기 위한 공기를 폐열에 의해 예열하여 승온된 공기를 노통 내로 공급하되 연소중인 연료의 상, 하부에서 동시에 또는 하부에서만 선택적으로 분출되게 하여 연소효율을 극대화시킬 수 있고, 연소온도가 과도할 때 연소중인 고체연료에 발생되는 크린커(clinker) 현상을 방지할 수 있게 한 고체 연료용 보일러에 관한 것으로,

즉, 석탄계 고체연료를 사용하는 보일러 본체의 연소실 상부 일측으로 연소열이 유입되는 상부연실을 형성하되 그 상부연실에 대응하는 수실의 하부측에 하부연실이 형성되고, 상기 상, 하부연실의 사이에 연소열과 함께 배기가스가 경유되는 다수의 연관을 갖춘 제1패스로와 그 제1패스로를 경유한 배기가스를 보일러 본체의 외부측 연도로 유도하도록 다수의 연관을 갖춘 제2패스로가 구비되며, 상기 연소실에 투입된 고체연료를 연소 가능하게 지지하고 수실(11)에 담긴 물이 순환되는 수관로스톨이 설치되고, 상기 수관로스톨의 상부에 노(爐)내 연소온도가 과도할 때 연소중인 고체연료에 발생되는 크린커 현상을 방지하도록 수실(11)에 담긴 물이 순환되는 다수의 가열관이 설치되며, 상기 보일러 본체의 하단에 강제 송풍되는 공기를 수관로스톨의 하부로부터 연소부위에 공급하게 설치된 제1급기관과 이에 공기의 공급 여부를 인위적으로 제어하는 조절밸브를 매개로 연소실의 상부로부터 공기를 공급하는 제2급기관이 연결된 것이다.

갈탄, 고체연료, 보일러, 크린커, 수관로스톨

Description

고체 연료용 보일러{Boiler for solid fuel}

도 1은 본 발명의 실시예의 고체 연료용 보일러의 구성을 나타낸 측 단면도,

도 2는 상기 고체 연료용 보일러의 평 단면도,

도 3은 상기 고체 연료용 보일러의 정면을 나타낸 부분단면도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호설명>

10 : 본체 11 : 수실

12 : 노통 13 : 연소실

14 : 연료투입구 15 : 도어

20 : 상부연실 21 : 하부연실

22 : 분진소제구 30 : 제1패스로

30' : 제2패스로 31, 31' : 수관

32 : 연도 40 : 수관로스톨

41 : 가열관 50 : 공기통로

51 : 강압펌프 60 : 입수구

61 : 출수구

본 발명은 고체 연료용 보일러에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 갈탄, 괴탄 및 코크스 등의 고체 연료를 사용하는 보일러에서 연료를 연소시키기 위한 공기를 폐열에 의해 예열하여 승온된 공기를 노통내로 공급하되 연소중인 연료의 상, 하부에서 동시에 또는 하부에서만 선택적으로 분출되게 하여 연소효율을 극대화시킬 수 있고, 연소온도가 과도할 때 연소중인 고체연료에 발생되는 크린커(clinker) 현상을 방지할 수 있게 한 고체 연료용 보일러에 관한 것이다.

일반적으로, 가스나 기름 등의 액화석유가스 연료를 사용하는 보일러는 열효율이 높고 사용상의 안전성과 취급관리의 편리성으로 인하여 널리 사용되고 있으나 가격이 고가인 비경제적인 문제점과 함께 자원고갈에 직면하고 있다.

상기 비경제적인 요인으로 인해 장시간 동안 지속적인 난방이 필요한 하우스 농가나 축산농가 및 독립지대에 위치한 공장과 음식점 등에서는 상대적으로 저가에 구입할 수 있는 갈탄, 괴탄 또는 코크스 등의 석탄계 고체연료를 사용하는 보일러 장치를 사용하고 있다.

고체연료를 사용하는 보일러는 연소에 필요한 공기를 자연 통풍으로 공급하거나 강압송풍기에서 외부공기를 직접 연소실에 불어넣어 주는 연소방식이 주종을 이루고 있으므로, 이 경우 고체연료의 완전연소가 거의 불가능하게 되어 있으므로 미연소된 연료의 열손실이 발생되는 문제점과 연소열이 배출되는 과정에서 2차적인 전열효과를 거두기 위한 기술이 결여됨으로 인한 열 흡수율이 저하되는 문제점 및 배기가스의 온도상승과 미연소 가스 발생에 의한 분진이 배기가스에 포함되어 배출 됨으로 인하여 환경을 오염시키는 등의 여러 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래의 석탄을 사용한 보일러의 문제점을 근본적으로 해결 하기 위해 발명한 것으로, 그 목적은 보일러의 방열손실과 연료의 불완전 연소에 의한 손실 등을 최대한 줄이면서 연소가스의 열 흡수율을 최대한 높일 수 있는 고체 연료용 보일러를 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 다른 목적은 연소실 내의 고체연료 연소중의 노내 온도를 적정 온도로 유지시켜 연소실의 열 흡수율을 최대한 높이고 고체 연료 연소시 발생하는 크린커 현상을 방지하는 고체 연료용 보일러를 제공함에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 갈탄이나 괴탄 또는 코크스 등의 석탄계 고체연료를 사용하는 보일러 본체에 물이 담기는 수실과 연소가 이루어지는 연소실을 갖춘 노통이 형성된 것에 있어서, 상기 연소실의 상부 일측으로 연소열이 유입되는 상부연실을 형성하되 그 상부연실에 대응하는 수실의 하부측에 하부연실이 형성되고, 상기 상, 하부연실의 사이에 연소열과 함께 배기가스가 경유되는 다수의 연관을 갖춘 제1패스로와 그 제1패스로를 경유한 배기가스를 보일러 본체의 외부측 연도로 유도하도록 다수의 연관을 갖춘 제2패스로가 구비되며, 상기 연소실에 투입된 고체연료를 연소 가능하게 지지하고 수실(11)에 담긴 물이 순환되는 수관로스톨이 설치되고, 상기 수관로스톨의 상부에 노(爐)내 연소온도가 과도할 때 연소중인 고체연료에 발생되는 크린커 현상을 방지하도록 수실(11)에 담긴 물이 순환되는 다수의 가열관이 설치되며, 상기 보일러 본체의 하단에 강제 송풍되는 공기 를 수관로스톨의 하부로부터 연소부위에 공급하게 설치된 제1급기관과 이에 공기의 공급 여부를 인위적으로 제어하는 조절밸브를 매개로 연소실의 상부로부터 공기를 공급하는 제2급기관이 연결된 구성을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 고체 연료용 보일러를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예의 고체 연료용 보일러의 구성을 나타낸 측 단면도이고, 도 2는 상기 고체 연료용 보일러의 평 단면도이며, 도 3은 상기 고체 연료용 보일러의 정면을 나타낸 부분단면도로서, 본 발명은 갈탄이나 괴탄 또는 코크스 등의 석탄계 고체연료를 사용하여 연소시킬 때 발생되는 연소열과 수실에 담긴 물을 열교환 되게 하여 가열된 물로서 난방을 할 수 있는 보일러에 관한 것이다.

보일러 본체(10)는 물이 담기는 수실(11)이 외측으로 배치되고 그 수실(11)의 내부에는 연소가 이루어지는 연소실(13)을 갖춘 노통(12)이 형성된 구성으로 되며, 상기 연소실(13)의 상부에는 연소열이 유입되는 상부연실(20)을 형성하되 그 상부연실(20)에 대응하는 수실(11)의 하부측에 하부연실(21)이 형성되며, 상기 상, 하부연실(20)(21)의 사이에 연소시에 발생된 연소열과 함께 배기가스를 경유되게 하는 다수의 연관(31)을 갖춘 제1패스로(30)와 제1패스로를 경유한 배기가스를 보일러 본체(10)의 외부측 연도(32)로 유도하는 다수의 연관(31')을 갖춘 제2패스로(30')가 각각 형성되어 있다.

상기 노통(12)의 일측에는 연소실(13) 내에 고체연료를 투입할 수 있는 연료 투입구(14)가 형성되고, 상기 연료투입구(14)의 하부측에 연소 후 노통(12)의 바닥으로 수집되는 재를 배출시킬 수 있는 하나 이상의 도어(15)가 설치되어 있다.

상기 연소실(13) 내에는 바닥으로부터 공간을 유지하면서 투입된 고체연료가 지지되는 수관로스톨(40)이 수실(11)에 연결되게 형성되고, 상기 수관로스톨(40)의 상측에는 노(爐)내 연소온도가 과도할 때 연소중인 고체연료에 발생되는 크린커(clinker) 현상을 방지하기 위하여 수실(11)에 담긴 물이 유통되는 다수 개의 가열관(41)이 배관되어 있다.

고체연료가 연소되는 과정에 때 노(爐)내 온도가 과도하게 높을 때 생성되는 크린커 현상은 불완전 연소를 유발하면서 슬래그에 의한 노(爐) 벽의 침식을 가속화하는 문제점이 발생되었으므로, 상기 다수의 가열관(41)이 연소열을 흡수하여 과열을 방지하게 되며(1300℃이하 유지), 이때 상기 가열관(41)은 연소중인 고체연료에 묻히도록 하면서 물의 순환이 용이하도록 약간의 기울기를 유지되도록 설치하는 것이 바람직하다.

보일러 본체(10)의 하단에는 연소에 필요한 공기를 강압송풍기(51)로 강제 송풍할 때 수실(11)로부터 전도된 열에 의해 공기를 예열하는 공기통로(50)가 형성되고, 공기통로(50)의 다수 곳에는 강제 송풍되는 공기를 수관로스톨(40)의 하부로부터 그 상부를 향해 공급하는 제1급기관(52)이 노통(12)의 외부를 경유하여 연결되고, 제1급기관(52)에는 공기의 공급 여부를 인위적으로 제어하는 조절밸브(54)를 매개로 연소실(13)의 상부에서 공기를 공급하는 제2급기관(53)이 연결되어 있다.

상기 상부연실(20)과 하부연실(21)은 연소실(13)로부터 편심된 위치에 형성 되어 제1패스로(30)에 구비된 연관(31) 군과 제2패스로(30')에 구비된 연관(31') 군을 통해 연도(32)로 연소열을 포함한 배기가스를 배출하는 과정에 충분한 전열 면적을 확보한 상태에서 배기가스의 열량을 최대한 흡수시키게 되었으므로, 열효율을 극대화하게 된다.

하부연실(21)의 후방에는 고체연료가 연소될 때 발생되는 분진이 중력의 작용에 의하여 하부연실 바닥에 낙하되어 쌓인 것을 제거할 수 있도록 분진소제구(22)가 설치되고, 보일러 본체(10)의 상부에 수실(11)에 물을 공급하는 입수구(60)를 형성하되 본체(10)의 하부에 보일러 내에서 가열되어 온도가 높아진 물이 배출되는 출수구(61)가 형성되며, 이때 가열된 물이 출수구(61)로부터 난방배관을 경유하여 입수구(60)로 유입될 때 물의 순환을 원활하도록 온수 순환펌프(도시하지 않음)를 설치하여 빠른 속도로 보일러의 물을 순환 가열할 수 있도록 한다.

따라서, 상기와 같은 본 발명의 고체 연료용 보일러는, 본체(10)내의 수실(11)에 물을 채운 상태에서 연료투입구(14)를 통해 노통(12) 내의 연소실(13)에 갈탄이나 괴탄 또는 코크스등의 고체연료를 투입 공급하게 되는데, 이때 상기 연소실(13)에 투입되는 고체연료는 수관로스톨(40)의 상부에 약 200mm 두께로 채운 상태에서 불꽃이 점화된 착화탄을 올려놓고 그 위를 다시 고체연료로 덮어주어 노통(13)내에 연료를 가득 채워지도록 한다.

이러한 상태에서 강압송풍기(22)를 구동시켜 공기통로(50)에 강제로 공기를 송풍함에 따라 수실(11)의 외벽로부터 전도된 열에 의해 공기를 예열하고 예열된 공기는 공기통로(50)의 다수 곳에 연결되어 있는 제1급기관(52)과 제2급기관(53)을 통해 연소실(13) 내의 상, 하부에서 연소중인 고체연료를 향해 지속적으로 공급되므로 원활한 연소가 이루어진다.

즉, 공기통로(50)로 유입된 공기는 수실(11)과의 열교환에 의해 승온된 상태에서 연소됨으로써 연소효율을 향상시키게 되고, 제2급기관(53)을 통해 연소중인 고체연료의 상부에서 분출되는 공기는 미연소가스를 완전 연소시키는 작용을 하여 분진발생을 최소화하는 동시에 연소효율을 극대화하는 것이다.

상기 제2급기관(53)은 제1급기관(52)에 연결된 관로상에 설치된 조절밸브(54)의 개폐조작에 의해 공기공급이 제어되고, 강압송풍기(51)의 동작과 온수의 가열온도 및 연소실(13)의 온도 등은 콘트롤러(도시되지 않음)에 의해 자동으로 제어된다.

그러므로 연소실(13)에서 고체연료가 연소되면서 고온의 열에 의해 수실(11)에 담긴 물이 가열되며, 이때 연소실(13)의 내부에서 완전연소된 고온 가스는 노통(12)의 상부에서 편중되도록 형성된 상부연실(20)을 경유하여 제1패스로(30)에 구비된 다수의 연관(31)을 거친 후 수실(11)의 하부측에 형성된 하부연실(21)에 유입되었다가 제2패스로(30')에 구비된 다수의 연관(31')을 통과하여 연도(32)로 빠져나가게 됨으로써, 대기중으로 방출되는 배기가스가 연관(31)(31') 군을 통과할 때 수실(11) 내의 물과 열교환 하여 보일러의 열효율을 더욱 높이게 되는 것이다.

이상에서 살펴 본 바와 같은 본 발명의 고체 연료용 보일러는, 고체연료의 연소에 필요한 공기를 예열하여 열손실이 방지된 승온상태에서 노통에 구비된 연소 실에 1차로 공급함과 아울러 고체연료가 연소되는 상부에서 2차로 공급 하므로서 연료의 미연소 가스를 완전 연소시켜 연소 효율을 극대화하고, 연소가스로 인한 분진을 제거하여 환경오염을 방지하는 효과가 있다.

또한 고체연료가 연소되는 중간 부분을 수실에 연결된 가열관을 통과되게 함으로써 고체연료의 연소열을 흡수하여 과열로 인한 크린커 현상과 불완전 연소를 방지하는 장점이 있다.

또한 연소열을 포함한 배기가스는 수실에 연결된 제1, 제2패스로의 수관군을 경유하여 보일러 본체의 외부로 배출되는 과정에 열 흡수를 최대한 촉진시켜 보일러의 고 효율화를 달성시키는 효과가 있는 것이다.

Claims (4)

1. 갈탄이나 괴탄 또는 코크스 등의 석탄계 고체연료를 사용하는 보일러 본체(10)에 물이 담기는 수실(11)이 외측으로 배치되고 그 수실(11)의 내부에는 연소가 이루어지는 연소실(13)을 갖춘 노통(12)이 형성된 것에 있어서,

   상기 연소실(13)의 상부 일측으로 연소열이 유입되는 상부연실(20)을 형성하되 그 상부연실(20)에 대응하는 수실(11)의 하부측에 형성된 하부연실(21)과, 상기 상, 하부연실(20)(21)의 사이에 구비되어 연소시에 발생된 연소열과 함께 배기가스를 경유되게 하는 다수의 연관(31)을 갖춘 제1패스로(30)와, 상기 제1패스로를 경유한 배기가스를 보일러 본체(10)의 외부측 연도(32)로 유도하도록 설치된 다수의 연관(31')을 갖춘 제2패스로(30')와, 상기 연소실(13)의 바닥으로부터 격리되게 설치되어 투입된 고체연료를 연소 가능하게 지지하고 수실(11)에 담긴 물이 순환되는 수관로스톨(40)과, 상기 수관로스톨(40)의 상부에 설치되고 노(爐)내 연소온도가 과도할 때 연소중인 고체연료에 발생되는 크린커(clinker) 현상을 방지하도록 수실(11)에 담긴 물이 순환되는 다수의 가열관(41)과, 상기 보일러 본체(10)의 하단에 구비되어 강제 송풍되는 공기를 예열하는 공기통로(50)와, 상기 공기통로(50)를 통해 강제 송풍되는 공기를 수관로스톨(40)의 하부로부터 연소부위에 공급하게 설치된 제1급기관(52)과, 상기 제1급기관(52)에 공기의 공급 여부를 인위적으로 제어하는 조절밸브(54)를 매개로 연결되어 연소실(13)의 상부로부터 공기를 공급하는 제2급기관(53)을 포함한 구성을 특징으로 하는 고체 연료용 보일러.
2. 제 1항에 있어서, 상기 노통(12)의 일측에 연소실(13) 내에 고체연료를 투입할 수 있는 연료 투입구(14)가 형성되고, 상기 연료투입구(14)의 하부측에 연소 후 노통(12)의 바닥으로 수집되는 재를 배출시킬 수 있는 하나 이상의 도어(15)가 설치되며, 하부연실(21)의 후방에는 고체연료가 연소될 때 발생되는 분진이 중력의 작용에 의하여 하부연실 바닥에 낙하되어 쌓인 것을 제거할 수 있도록 분진소제구(22)가 설치된 구성을 특징으로 하는 고체 연료용 보일러.
3. 제 1항에 있어서, 상기 연소실(13)에 설치된 가열관(41)이 연소중인 고체 연료에 묻히도록 하면서 수실(11)로부터 물의 순환이 용이하도록 약간의 기울기를 유지되도록 설치된 것을 특징으로 하는 고체 연료용 보일러.
4. 제 1항에 있어서, 상기 보일러 본체(10)의 상부에 수실(11)에 물을 공급하는 입수구(60)를 형성하되 본체(10)의 하부에 보일러 내에서 가열되어 온도가 높아진 물이 배출되는 출수구(61)가 형성되며, 가열된 물이 출수구(61)로부터 난방배관을 경유하여 입수구(60)로 유입될 때 물의 순환을 원활하도록 온수 순환펌프가 설치된 구성을 특징으로 하는 고체 연료용 보일러.

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