[2. 연소공학] 02 연소장치의 종류와 특징

 

01 고체연료의 연소장치

1. 화격자 연소장치

화격자 위에 여러 층의 석탄입자의 고정층을 만드러 그 속으로 공기를 공급하면서 연소시키는 방법

 

① 상부주입식 화격자(산포식 스토커, 계단식 스토커)

석탄층 → 건류층 → 환원층 → 산화층 → 회(재)층 → 화격자의 순서를 가짐(위→아래)

② 하부주입식 화격자(하급식 스토커, 체인 스토커)

화격자 → 석탄층 → 건류층 → 산화층 → 환원층의 순서(아래→위)

CO 발생량이 많은 단점을 가짐

③ 가동(이동식) 화격자

 

2. 유동층 연소장치

정의 : 세로형의 원통 용기의 바닥 부분에 다공의 공기 분산판을 설치하고 노 내부에는 모래 등의 내열성 분립체(유동사)를 충전하여 이것을 유동매체로 하여 분산판 밑 쪽에서 넣어주는 열풍으로 유동하게 함. 이 유동층 내에 소각 물질을 공급하여 700-1000℃로 건조, 분쇄, 소각하는 소각로

	특징
장점	○ 연소온도가 낮아 NOx생성 억제가 잘 됨 ○ 화염층을 작게 해 장치의 규모를 작게 할 수있음 ○ 유동매체의 열용량이 커서 액상, 기상, 및 고형 폐기물의 전소 및 혼합연소가 가능 ○ 폐유, 폐윤활유 등의 소각에 탁월 ○ 별도의 탈황설비가 불필요(로 내에서 산성가스의 제거가 가능) ○ 미분탄 장치가 불필요 ○ 공기소비량이 적어 배출가스량도 적은편 ○ 연소효율이 높아 미연분의 생성량이 적어 회분매립으로 인한 2차 공해가 감소됨
단점	○ 재나 미연탄소의 방출이 많음 ○ 부하변동에 따른 적응이 어려움 ○  유동매체의 손실로 인한 보충이 필요 ○ 대형의 고형폐기물은 로 내로 투입 전 파쇄(전처리) 해야함

 

3. 미분탄 연소장치

정의 : 석탄을 200mesh(약 127㎛ 이하)로 분쇄하여 1차 공기와 함께 연소실 내의 버너로 불어 넣어 연소하는 방식

	특징
장점	○ 부하변동에 쉽게 적응해 대용량 연소시설에 적합 ○ 스토커연소에 비해 표면적이 커 공기와의 접촉 및 열전달이 높아져 작은 공기비로 완전연소 가능 ○ 비교적 저질탄도 유효하게 사용 가능 ○ 점결탄, 저발열량탄 등과 같은 연료도 사용할 수 있음 ○ 연소제어가 용이하고 점화 및 소화시 열손실이 적음
단점	○ 설비비와 유지비가 많이 듬 ○ 재비산이 맣아 집진장치가 필요함 ○ 분쇄기 및 배관 중에 폭발의 우려 및 수송관의 마모가 일어날 수 있음

 

02 액체연료의 연소방식

연료의 종류에 따라 경질유(휘발유, 등유, 경유 등)와 중질유(중유, 타르)가 있고 연소방식도 기화방식과 분무방식이 있음

 

1. 기화연소방식( Vaporization combustion)

정의		연료를 고온의 물체에 접촉 또는 충돌시켜 액체를 가연성 증기로 변환시킨 후 연소시키는 방식
종류	심지식 연소	○ 주로 등유 연소장치에서 심지의 모세관 현상에 의해 증발시킴 ○ 점화 및 소화시 공기와 혼합이 나빠 그을음 및 악취발생
	포트(Pot) 식	○ 기름을 접시모양의 용기에 넣어 점화하면 연소열로 인해 액면이 가열되어 발생되는 증기가 외부에서 공급되는 공기와 혼합연소하는 방식 ○ 휘발성이 좋은 경질유의 연소에 효과적
	증발식 연소	○ 등유, 경유, 디젤유 등과 같은 경질유 연소에 적합한 방식

 

2. 분무화 연소방식 (Atomization combustion)

연료를 분무화 시키는 이유 : 연료의 단위중량당 표면적을 크게 해 연소용 공기와 혼ㅂㅎ을 촉진시켜 연소효율을 증가하기 위해서

종류	정의	특징
유압 분무식 버너	연료에 5-20kg/㎠정도의 압력을 가해 특수 설계되 노즐을 통해 오일이 접시모양으로 퍼지면서 오일의 표면장력과 공기마찰이 생겨 연료가 미세입자화되어 연소되는 방식	○ 유량조절 범위가 좁아 부하변동이 적은 대용량 버너제작에 이용 ○ 40-90˚의 넓은 각도의 화염
회전식 버너 (Rotary burner)	유압식 버너에 비해 연료유의 분무화 입경이 비교적 큼	○ 유량조절 범위 1: 5 ○ 중 소형보일러로 사용 ○ 40-90˚의 넓은 각도의 화염
고압 공기(기류)식 버너	2-10kg/㎠ 의 고압공기를 사용해 연료류를 무화시키는 방식	○ 유량조절범위가 커서 부하변동에 적응이 용이 ○ 유량조절범위 : 1:10 (외부 : 3-500L/hr, 내부 : 10-1200L/hr) ○ 제강용 평로 등 대형가열로에 사용 ○ 20-30˚의 가장 좁은 각도의 긴 화염
저압 공기(기류)식 버너	0.05-0.2kg/㎠ 의 저압공기를 사용해 분무화	○ 유량조절 범위는 회적식(로터리)버너와 같이 비교적 넓은편이나 무화상태는 좋지 않음(1:5) ○ 소형가열로에 이용 ○ 30-60˚의  좁은 각도의 짧은 화염
건타입 (Gun type)버너	6-8kg/㎠ 의 고압으로 미세한 노즐에서 분사해 공기에 충돌시켜 새인 미세한 입자로 연소	○ 소형가열로에 이용 ○ 유압식과 고압공기식 버너의 방식을 겸용한 소형 전자동 연소방식 ○ 연소효율이 좋음
증기분무식 버너	공기 분무식 버너에 공기대신 증기를 사용	○ 설비가 비교적 복잡한 편

※ 유류 연소버너의 조건

① 넓은 부하범위에 걸쳐 기름의 미립화가 가능할 것

② 점도가 높은 기르모 적은 동력비로 미립화가 가능할 것

③ 소음발생이 적을 것

④ 미립화 특성이 양호할 것(연료의 점도, 분무유량 등)

 

03 기체연료의 연소방식

종류	특징
확산연소 (Diffusion combustion)	○ 기체연료와 연소용 공기를 버너 내에서 혼합시키지 않고 따로 분출하고 연료와 공기를 로 내에서 혼합하여 연소시키는 방식 ○ 화염이 길고 그을음이 발생하기 쉬운 반면, 역화의 위험이 없고 가스와 공기를 예열할 수 있음
예혼합연소	○ 화염온도가 매우 높아 연소부하가 큰 경우에 사용이 가능하고 화염길이가 짧음 ○ 연소 조절이 쉽고 그을음 생성은 없지만 역화의 위험이 있음 ○ 고압버너, 저압버너, 송풍버너 등
부분 예혼합연소	○ 연소용 공기의 일부를 미리 연료와 혼합하고 나머지는 연소실 내에서 혼합하여 확산 연소시키는 방식 ○ 소형 또는 중형 버너로 사용