연료에 따른 연소장치와 연소 방법

 

연소에 따른 장치와 연소 방법에 대해 살펴보고자 한다.

 

고체 연료의 연소

고체 연료는 4가지 형태의 연소형태가 있다. 휘발분이 거의 함유되어 있지 않은 숯이나 코크스 등의 고체표면이나 내부로 산소가 확산되면서 연소하는 표면 연소가 있다. 증발온도보다 열분해온도가 낮은 목재나 연탄, 종이 등이 가열에 의해 분해된 휘발분이 연소하는 분해연소가 있다. 양초나 파라핀계의 고체연료가 연소하기 전에 용융되어 가열 기화된 증기가 연소하는 증발연소가 있다. 열분해에 의해 발생된 휘발분이 점화되지 않고 다량의 발열을 수반하는 열분해 발열반응을 발연연소라고 한다. 연료 투입 방법에 따라 분류가 가능하다. 상부에 연료를 투입하는 방식은 투입되는 연료와 공기의 방향이 서로 반대로 흐른다. 최상층부터 연료층, 건류층, 환원층, 산화층, 회층, 화격자로 구분된다. 공기는 고온을 통과하므로 고온가스를 형성하고 착화속도를 빠르게 한다. 탄소의 일산화탄소의 변화량과 속도가 빠른 것이 특징이다. 착화기능이 우수하기 때문에 착화성이 나쁜 무연탄이나 수분 함량이 높은 저품질 연료에 적합하다. 비교적 발열량이 낮은 생활폐기물의 소각에 유리하다. 하부 투입방식은 연료와 공기의 방향이 같은 방향으로 투입된다. 환원층, 산화층, 건류층, 연료층, 화격자의 순서로 배치된다. 연료층이 연소가스에 직접 닿지 않고 산화층에서 나오는 복사열에 의해서만 가열이 된다. 공기량을 과다하게 공급할 경우에는 연소상태가 불안정해진다. 착화성이 나쁜 연료에는 부적합한 방식이다. 휘발분이 많고 열분해 속도가 빠른 폐타이어나 발열량이 높은 폐기물의 소각에 유리하다. 십자 투입방식은 연료와 공기의 방향이 일정한 각도를 유지하고 있으며 공기가 연료 쪽에서 연소층으로 움직인다. 연료층, 건류층, 산화층, 환원층으로 구성되어 있다. 고체 연료는 화격자 연소 방식을 사용한다. 도시 폐기물은 대부분 화격장 연소 방식을 사용하고 있다. 전처리 시설이 필요하지 않고 비산 분진량이 적다. 노내 제어가 유동층에 비해 용이하며 내구성이 좋다는 장점이 있다. 반면 폐기물 소각 시간이 길고 슬러지나 미세연료 처리에는 부적합하다. 과잉공기비가 높은 편이며 배기가스의 배출량이 과다하다. 액체상이나 고체상, 슬러지 상태의 폐기물에는 회전로를 가장 많이 사용한다. 구조에 따라 내열식, 외열식, 용융식으로 구분되며 슬러지 소각에는 내열식이 사용된다. 건조효과가 좋고 착화, 연소가 쉽다. 전처리과정을 거치지 않고도 큰 폐기물의 처리가 가능하다. 내화재 손실이 크며 비산이 많이 배출될 가능성이 있다.

 

액체 연료의 연소

액체연료는 분무화연소방식, 기화연소방식, 증발식 등을 통해 연소한다. 분무화 연소방식은 분무용 버너를 사용하여 액체연료를 미립화시켜 분사한다. 표면직이 증가된 연료에 공기를 접촉해 연소시키는 방법이다. 기화연소방식은 연료를 고온으로 물체에 접촉시켜 발생되는 가연성 증기를 연소시키는 방법이다. 증발식은 연소실의 방사열을 이용하여 연료를 증발시킨 후 연소 공기를 주입하여 연소한다. 가정용에 적합하다. 분무연소장치는 유압버너, 회전식 버너, 이류체 분무연소, 건타입 버너, 충돌분무식 버너로 분류가 가능하다.

 

기체 연료의 연소

기체 연료는 확산 연소, 예혼합연소, 부분 예혼합연소로 분류가 가능하다. 확산연소는 버너노즐에서 연료가스를 분사하고 연료와 공기를 일정한 속도로 혼합하면서 연소시킨다. 공기량을 마음대로 조절할 수 있으므로 부하에 따른 조작 범위가 넓다. 화염 방사율이 크고 균일 가열에 접합하다. 연료의 분출속도가 클 경우에는 그을음이 발생하기가 쉽다. 포트형과 버너형으로 구분이 가능하다. 예혼합연소는 공기를 미리 연료와 혼합한 다음에 버너로 연소시키는 방법이다. 높은 연소부하가 가능하여 고온 가열에 적합하다. 혼합기 분출 속도가 느리면 역화 현상이 발생할 수 있다. 완전연소가 용이하고 그을음의 발생이 적다. 부분 예혼합연소는 공기의 일부는 미리 연료와 혼합하고 나머지는 연소실 내에서 혼합하여 연소하는 방식이다. 중형이나 소형 버너에 사용된다. 연료가스나 공기의 분출속도에 의해 생기는 흡인력으로 공기나 연료를 흡인하는 방법을 이용한다.