열관리설비 연소 및 연소장치

(1) 연소

연소의 정의 : 연소란 가연성 물질이 공기 중의 산소와 반응하여 빛과 열을 발생하는 화학반응을 말한다.

a) 연소의 3요소 

가연성 물질, 산소 공급원, 점화원이라고 한다.

가연성물질: 산화(연소) 하기 쉬운 물질로서 일반적으로 연료로 사용하는 것이다.

산소 공급원 : 연소를 도와주거나 촉진시켜 주는 조연성 물질로 공기, 자기 연소성 물질, 산화제 등이 있다.

점화원 : 가연물에 활성화 에너지를 주는 것으로 점화원의 종류에는 전기불꽃(아크), 정전기, 단열압축, 마찰 및 충격불꽃 등이 있다.

b) 연소의 조건 

산화반응은 발열반응 이어야 한다.

연소열로 연소물과 연소 생성물의 온도가 상승해야 한다.

복사열의 파장이 가시범위에 도달하면 빛을 발생해야 한다.

c) 연소의 종료

표면연소 : 고체 가연물이 열분해나 증발을 하지 않고 표면에서 산소와 반응하여 연소하는 것으로 목탄(숯), 코크스 등의 연소가 이에 해당된다.

분해연소 : 충분한 착화에너지를 주어 가열분해에 의해 연소하며 휘발분이 있는 고체연료(종이, 석탄, 목재 등)또는 증발이 일어나기 어려운 액체연료(중유 등)가 이에 해당된다.

증발연소 : 가연성 액체의 표면에서 기화되는 가연성 증기가 착화되어 화염을 형성하고 이 화염의 온도에 의해 액체표면이 가열되어 액체의 기화를 촉진시켜 연소를 계속하는 것으로 가솔린, 등유, 경유, 알코올, 양초 등이 이에 해당된다.

확산연소 : 가연성 기체를 대기 중에 분출 확산시켜 연소하는 것으로 기체연료의 연소가 이에 해당된다.

자기 연소 : 가연성 고체가 자체 내에 산소를 함유하고 있어 공기 중의 산소를 필요로 하지 않고 그 자체의 산소로 연소하는 것으로 셀롤로이드류, 질산에스테르류 등이 해당된다.

d) 인화점 및 발화점

인화점(인화온도) : 가연성 물질이 공기 중에서 점화원에 의하여 연소할 수 있는 최저 온도이다.

발화점(발화온도) : 가연성 물질이 공기 중에서 온도를 상승시킬 때 점화원 없이 스스로 연소를 개시할 수 있는 최저 온도로 착화점, 착화온도라 한다.

(2) 고체 연료 연소장치

a) 화격자 연소장치

수분: 다수의 틈이 있는 화격자 위에 고체연료를 고르게 깔고 연소용 공기를 불어넣어 연소시키는 것으로 연료공급을 인력으로 하는 것이다.

기계분: 스토커(stoker) 연소장치라 하며 서간의 공급과 재처리를 기계적으로 한 형태로서 화격자 면적을 크게 할 수 있으므로 대용량 보일러에 적당하다.

b) 미분탄 연소장치

석탄을 200(mesh) 이하로 분쇄하여 연소 표면적을 넓혀 1차 공기와 함께 연소하는 방법이다.

미분탄 버너 종류 : 편평류버너, 선회류 버너가 있다.

특징

적은 공기비로 완전연소가 가능하다.

점화, 소화가 쉽고 부하변동에 대응하기 쉽다.

대용량에 적당하고, 사용연료 범위가 넓다.

설비비, 유지비가 많이 소요된다.

회, 분진 등이 많이 발생하여 집진장치가 필요하다.

연소실 면적이 크고, 폭발의 위험성이 있다.

연소방법

U자형연소, L자형 연소, 모서리 버너 연소, 특수 연소가 있다.

c) 유동층 연소

화격자연소, 미분탄 연소 두 연소방식의 중간 형태로 화격자 하부에서 강한 공기를 송풍기로 불어넣어 화격자 위의 탄층을 유동층에 가까운 상태로 형성하면서 700~900℃ 정도의 저온에서 연소시키는 방법이다.

(3) 액체 연료 연소장치

a) 무화연소

액체연료를 노즐에서 고속으로 분출시켜 작은 입자상으로 미립 화하여 표면적을 크게 하고, 공기와 혼합하기 쉽게 적당한 범위로 분산시켜 연소하는 방법이다.

목적

단위 중량당 표면적을 크게 한다.

주이 공기와 혼합을 양호하게 한다.

연소효율을 향상시킨다.

연소실을 고부하로 유지한다.

방법

유압 무화식, 이류체 무화식, 회전 이류체 무화식, 충돌 무화식, 진동 무화식, 정전기 무화식이 있다.

b) 오일 버너의 종류 및 특징

유압식 버너 : 연료유를 가압하여 노즐에서 고속 분사하여 무화시키는 방식이다.

저압 기류식 버너 : 저압의 공기를 이용하여 무화시키는 방식이다.

고압 기류식 버너 : 고압의 공기, 증기를 이용하여 무화시키는 방식이다.

회전 분무식(rotary type) 버너 : 분무컵을 고속으로 회전시켜 연료를 분출하고, 1차 공기를 이용하여 무화시키는 방식이다.

건타입 버너 : 유압식과 공기분무식을 혼합한 방식이다.

c) 보염장치

<보염장치의 설치 목적 >

화염의 형상 조절하기 위하여 설치한다.

안정된 착화를 도모한다.

전열효율을 촉진한다.

공기와 연료의 혼합 촉진한다.

<보염장치의 종류>

윈드박스(wind box) : 압입통풍방식에서 버너를 장치하는 벽면에 설치되어 연소용 공기를 공급하는 밀폐된 상자로서 풍도에서 공기를 흡입하여 동압의 대부분을 정압으로 노내에 유지시키는 역할을 하여 연료와 공기의 혼합을 촉진시키는 것으로 내부에 다수의 안내 날개가 설치되어 있다.

보염기(stabilizer): 버너팀 선단에 부착하여 착화를 원활하게 하고, 화염의 안정된 연소를 도모하는 장치이다.

버너타일(burner tile) : 연료와 공기를 노내에 분사하기 위하여 노벽에 설치한 목(burner throat)을 구성하는 내화재로 착화와 화염이 안정되도록 한다. 

(4) 기체연료 연소장치

a) 가스버너의 특징

연소성능이 좋고, 고부하 연소가 가능하다.

연소량 조절이 간단하고, 그 범위가 넓다.

정확한 온도제어가 가능하다.

버너 구조가 간단하며, 보수가 용이하다.

배기가스 중 유해물질이 적어 공해 대책에 유리하다.

b) 확산연소(diffusion combustion) 방식

공기(또는 산소)와 기체연료를 각각 연소실에 공급하고, 연료와 공기의 경계면에서 자연확산으로 연소할 수 있는 적당한 혼합기를 형성한 부분에서 연소가 일어나는 외부 혼합형이다.

<보일러용 연소장치의 종류>

건 타입 버너, 링 타입 버너, 스크롤형 버너, 다분기관형 버너가 있다.