연소공학 - 고체연료 연소장치

※ 고체연료의 대표적인 연소형태로는 표면연소와 분해연소가 있다

 

표면연소는 적열 코크스나 숯의 표면에 산소가 접촉하여 일어나는 연소로 흑연, 코크스, 목탄 등이 고온연소시 표면이 빨갛게 빛을 내면서 반응하는 연소이다. 표면연소는 화혐이 없는 연소형태를 띈다.

 

분해연소는 고체연료가 화염을 정상적으로 내면서 연소하는 것이다. 장작, 석탄 등이 열분해하여 발생한 증기와 함께 연소초기에 불꽃을 내면서 반응한다.

 

 

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※ 고체연료 연소장치

 

1. 미분탄연소장치

: 석탄을 0.1mm 정도 이하의 미분으로 분쇄한 것을 1차 공기중에 부유시켜 이를 버너로서 로내에 분출, 연소시키는 방법

 

- 연소에 필요한 시간은 입자지름의 제곱에 비례한다.

 

(1) 장점

- 연소의 조절이 쉽고 점화,소화시 손실이 적다.

 

- 연료의 표면적이 크고 공기와의 접촉이 좋기 때문에 과잉공기가 적어도 완전연소가 가능하다.

 

- 부하의 변동에 쉽게 적용할 수 있기에 대형과 대용량 설비에 적합하다.

 

- 사용연료의 범위가 넓고, 스토커 연소에 적합하지 않은 점결탄과 저발열량탄도 사용가능하다.

 

 

(2) 단점

- 비산먼지의 배출량이 많다.

 

- 재비산이 많고 집진장치가 필요하다.

 

- 설비비와 유지비가 비싸다.

 

- 분쇄기 및 배관중에 폭발의 유려와 수송관의 마모가 일어날 수 있다.

 

 

cf. 미분탄연소로 중 접선기울형 버너(Tangential tilting burner)

- 사각연소로인 경우 각 모퉁이에 3~5개의 버너의 높이가 다르게 설치되어 있음

 

- 1차 공기 및 석탄주입관의 끝은 10~30° 정도의 각도범위에서 조정 할 수 있도록 되어있음

 

- 화염을 상하로 이동시켜서 과열을 방지할 수 있도록 되어 있음

 

 

 

 

 

 

2. COM 연소장치(Coal Oil Mixture)

- 볼밀등을 사용하여 기름 중에서 석탄을 분쇄, 혼합하여 제조함

 

- 주로 석탄과 중유의 혼합연료

 

- 미분탄의 침강을 막기 위해 계면활성제를 사용함

 

- 화염길이는 미분탄 연소에 가깝지만 화염안정성은 중유연소에 가까움

 

 

 

 

3. 유동층 연소장치

(1) 장점

- NOx 생성억제가 잘되며, 화염층을 적게 할 수 있어 장치의 규모를 작게할 수 있다.

 

- 황의 연소에 따라 발생되는 SO2의 제거가 용이하다.

 

- 로의 구조가 단순하고 구동부가 없어 고장이 적다.

 

- 유동매체의 열용량이 커서 액상과 고형물질의 혼합연소가 가능하다.

 

- 로의 일시적 가동 중단시 로의 냉각을 최소화 할 수 있다.(유동화매체로 사용되는 모래 때문에)

 

(2) 단점

- 부하변동에 쉽게 반응할 수 없다.

 

- 재와 미연탄소의 방출이 많다.

 

- 유동매체의 손실로 인한 보충이 필요하다.

 

- 대형 고체 폐기물은 로내 투입전 파쇄 전처리가 필요하다. (입경 50mm 이하)

 

 

 

cf. 유동층 연소장치에서 유동매체(모래 등)의 조건

- 불활성일 것 (활성이 작을 것)

 

- 비중이 작을 것

 

- 높은 융점을 가질 것

 

- 입도분포가 균일 할 것

 

 

cf. 유동층 연소장치의 부하변동에 대한 적응성을 보완하는 방법

- 공기분산판을 분할하여 층을 부분적으로 유동시킨다.

 

- 층의 높이를 변화시킨다.

 

- 유동층을 몇 개의 셀로 분할하여 부하에 따라 작동시키는 수를 변화시킨다.

 

 

 

4. 체인스토커(Chain stoker)

- 연소과정 : 미착화탄 -> 산화층 -> 환원층 -> 회층

 

- 연료층을 항상 균일하게 제어할 수 있다.

 

- 쓰레기 소각로에 많이 이용되는 화격자 연소장치이다.

 

 

 

 

5. 화격자연소

(1) 특징

- 상부투입식은 투입되는 연료와 공기의 방향이 향류로 교차되는 형태

 

- 상부투입식의 고정층 : 상부에서부터 석탄층 -> 건조층 -> 건류층 -> 환원층 -> 산화층 -> 회층

 

- 상부투입식에서는 분상의 석탄은 그대로 사용하기 어렵다.(화격자 상에 고정층을 형성해야 하므로)

 

- 체류시간이 길고 교반력이 약해서 국부가열의 위험이 있다.

 

- 하향식 연소는 상향식에 비해 소각물의 양이 절반정도로 감소한다.

 

 

(2) 화격자 소각로

 : 도시폐기물을 소각하는 방식으로 많이 사용

① 장점

 - 연속적인 소각과 배출이 가능

 

 - 수분이 많은 쓰레기와 발열량이 낮은 쓰레기의 소각도 가능

 

② 단점

 - 체류시간이 길고 교반력이 약함

 

 - 국부가열이 발생할 수 있음

 

 - 열에 쉽게 용융되는 폐기물의 연소에는 부적합

 

 - 고온에서 기계적으로 구동하여 금속부에 마멸이 심할 수 있음

 

 

 

(3) 병렬요동식 화격자

 - 고정화격자와 가동화격자를 횡방향으로 나란히 배치한 후, 가동화격자를 전후로 왕복운동 시킴

 

 - 비교적 강한 교반력과 이송력

 

 - 화격자 눈의 매워짐이 별로 없어 낙진량이 많고 냉각작용이 부족함

 

 

(4) 역동식 화격자

 - 대형 소각로에 사용하는 가동화격자 중 화격자상에서 건조, 연소 및 후연소가 이루어짐

 

 - 쓰레기의 교반 및 연소조건이 양호함

 

 - 소각효율이 높음

 

 - 화격자의 마모가 많음