KR100359186B1 - 질소산화물생성을감소시키는연소방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 낮은 농도의 가연물과 낮은 농도의 산소를 반응시킴으로써 수행되는, NO_x의 생성을 감소시키는 연소 방법에 관한 것이다. 상기 낮은 농도는 떨어져 있는 배출구를 통해 고속도의 연료 및 산화제 스트림을 주입시키므로써 수득된다.

Description

질소 산화물 생성을 감소시키는 연소 방법 {LOW NOx COMBUSTION PROCESS}

본 발명은 일반적으로 연소 방법, 특히 노에서 일어나는 후혼합 연소 방법에 관한 것이다.

연소 방법으로부터 발생되는 질소 산화물(NO_x)의 양을 감소시키기 위해 수많은 기술이 개발되어 왔다. 이들 기술은 (a) 선택적 비촉매적 환원(SNCR) 및 선택적 촉매적 환원(SCR)과 같은 후연소 정화 방법; (b) 작업 조건의 변형, 예를 들어 공기/연료 비의 조정; (c) 버너 내부의 변형으로서, 이러한 변형의 접근을 예시하는 공기 스테이징(staging) 및 연료 스테이징을 포함하는 변형 및 (d) 연소 시스템의 변형 방법, 특히 연도 가스 재순환 시스템의 사용을 통한 변형을 이용하는 기술을 포함한다.

이들 기술 중 다수의 기술은 공기계 연소 방법과 관련되어 개발되어 왔다. 산소 또는 산소 풍부 공기를 사용하는 연소 시스템이 수많은 산업에 채택됨에 따라, NO_x를 감소시키는 기술은 산소계 연소 방법에 특이적인 NO_x발생의 문제점을 처리해야 한다.

연소시 생성되는 질소 산화물(NO_x)의 양은 온도 및 산소와 질소 농도와 더불어 증가하는 것으로 공지되어 있다. 공기가 순수하거나 거의 순수한 공기, 또는 산소 풍부 공기로 대체되는 경우, 2가지 경쟁적 효과가 관찰된다. 하나는 NO_x를 형성하는데 이용될 수 있는 질소의 양은 감소하는 것이고, 다른 하나는 불꽃 온도가 증가하는 것이다. 그러나, 연소가 기술적으로 순수한 산소(99.5% 이상의 산소 농도)를 사용하여 수행되는 경우조차도, 노에서의 질소 수준은, 노에서 틈새를 통한 공기 침투, 또는 산소 점화 및 공기 점화 버너를 둘다 사용하므로써 상당할 수 있음을 주목해야 한다.

산소계 연소 공정 동안에 발생되는 NO_x수준을 낮추는, 일 진보된 방법은 연료 스트림과 접촉하기 전에 노에 존재하는 물질과 산화제 스트림을 혼합하는 것을 포함한다. 이 기술에 의해 얻어지는 NO_x감소는 탁월하기는 하나, 연방 정부의 규제는 NO_x배출에 대해 점점 더 엄격한 기준을 두고 있다. 따라서, NO_x수준을 더욱더 낮추고 유리 및 강 제조에서 사용될 수 있는 대규모 노를 효과적으로 가열시킬 수 있는 연소 방법이 계속해서 요구되고 있는 실정이다.

본 발명의 목적은 연소 시스템을 조작하여 NO_x의 생성을 감소시키는 방법을 제공하는 것이다.

본원 명세서를 숙지한 당업자에게 자명해질, 상기 및 다른 목적은 본 발명에 의해 달성된다.

도 1은 본 발명의 실시에 사용될 수 있는 노(furnace)의 개략도이다.

도 2는 본 발명의 여러 가지 시험의 결과를 나타내는 그래프이다.

도 3 내지 5는 본 발명의 다양한 시험 동안에 노에서의 다양한 물질에 대한 농도 측정을 도시하고 있다.

* 도면의 주요 부분에 대한 설명

1(a): 노의 전(前)면 또는 벽1(d): 노의 후(後)면 또는 벽

1(b): 노의 상부도1(c): 노의 측면도

11: 배출구13: 측벽 배출구

1F-8F: 노의 전면상의 배출구의 위치

1R-7R: 노의 후면상의 배출구의 위치

NO_x의 생성을 감소시키는 연소 방법은 하기의 단계 (A) 내지 (F)를 포함한다:

(A) 1000℉를 초과하는 온도에서 비반응성 물질을 포함하는 노 가스를 함유하는 노를 제공하는 단계;

(B) 연료 주입 지점에서 가연물을 포함하고, (i) 소용돌이 운동, (ii) 100m/s 이상의 속도 중 하나 이상을 갖는 연료 스트림을 노에 제공하는 단계;

(C) 연료 주입 지점으로부터 떨어져 있는 산화제 주입 지점에서 산소의 농도가 21 부피%를 초과하고, (i) 소용돌이 운동, (ii) 75m/s 이상의 속도 중 하나 이상을 갖는 산화제 스트림을 노에 제공하는 단계;

(D) 노내에서 연료 스트림을 노 가스와 혼합하여 가연물의 농도가 10 부피% 이하인 연료 반응물을 생성시키는 단계;

(E) 노내에서 산화제 스트림을 노 가스와 혼합하여 산소의 농도가 10 부피% 이하인 산화제 반응물을 생성시키는 단계; 및

(F) 연료 반응물을 산화제 반응물과 반응시키는 단계.

본원에 사용된 용어 "질소 산화물" 또는 "NO_x"은 특히 산화질소(NO) 및 이산화질소(NO₂)의 배합 물질에 관한 것이다.

본원에 사용된 용어 "연소 생성물"은 주로 이산화탄소(CO₂) 및 물(H₂O)을 포함하지만 또한 질소(N₂), 일산화탄소(CO), 산소(O₂), 수소(H₂) 및 탄화수소, 예를 들어 알데히드를 포함할 수 있다.

본원에 사용된 용어 "가연물"은 노에 존재하는 조건하에서, 산소와 함께 연소 반응에 참여할 수 있는 물질에 관한 것이다. 연소 과정을 수행하기 위해 노에 주입되는 연료 물질, 예를 들어 메탄, 부탄, 프로판 등은 가연물의 주요 성분이고, 부가적으로, 산소와 함께 반응할 수 있는 다른 물질, 예를 들어 일산화탄소(CO) 및 수소(H₂)도 또한 노에 존재할 수 있다.

본원에 사용된 용어 "비반응성 물질"은 가연물과 산소간에 일어나는 연소 반응에 대해 비활성인, 노에 존재하는 화합물에 관한 것이다. 비반응성 물질의 예로는 예를 들어 H₂O, CO₂및 N₂를 포함한다.

본원에 사용된 용어 "노 가스"는 노에 존재하는 기체성 분위기에 관한 것이다.

본 발명은 연료 및 산화제가 연소실, 예를 들어 노에 개별적으로 주입되는 후혼합 연소 방법에 관한 것이다. 본 발명의 바람직한 구체예에 따르면, 연료 및 산화제는 통상적인 후혼합 버너를 통하는 것과는 다른 수단에 의해 제공된다.

본원에 설명된 연소 방법을 개시하기 위해서, 연소실 또는 노에 관련된 반응물의 자동 점화 온도보다 큰 온도를 제공하여야 한다. 일반적으로, 노 내부의 노 가스는 1000℉를 초과하는 온도이어야 한다. 예를 들어, 천연 가스 및 산소 배합물에 있어서, 연소 영역의 온도는 사실상 1400℉를 초과하여야 한다. 따라서, 본 발명은 유리 용융, 강 재가열 등과 같은 고온의 대규모 노에서 실시될 수 있다.

본 발명은 공기계 연소 시스템의 환경에서 유용할지라도, 공기의 경우보다 더 높은 산소 함량을 갖는 산화제를 사용하는 연소 방법에 특히 유용하다. 예를 들어, 본 발명은 극저온 또는 비극저온 공기 분리 공급원으로부터 수득되는 산소를 연소시킴으로써 실시될 수 있다. 또한 산소 함량이 21 부피%보다 큰 산소 풍부 공기를 연소시킴으로써 실시될 수 있다.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 바람직한 연료는 기체성, 예를 들어 천연 가스, 메탄, 프로판, 부탄, 코우크스 로 가스, 다른 탄화수소 가스, 이외에도 다른적합한 기체성 연료이다.

일 바람직한 구체예에서, 연료 및 산화제는 주위 온도에 가깝거나 주위 온도로 존재한다. 그러나, 본 발명은 또한 고온이거나 상당히 고온인 연료 및/또는 산화제 스트림을 사용하여 실시될 수 있다. 이것은 통상적인 버너를 통해 사전 가열된 산화제 및/또는 사전 가열된 연료를 사용하는 산소계 연소를 수행하면 불꽃 온도가 증가되어서 NO_x배출이 증가하는 것으로 예상되기 때문에 특히 유용하다. 일반적으로, 설비의 제한 요건내에서, 연료 및 산소는 주위 온도를 초과하는 온도까지 사전 가열될 수 있다. 따라서, 본 발명은 연료 및/또는 산화제 스트림이 노 내부로 주입되어 연소되기 전에 사전 가열되는 열 회수 또는 열 통합 구성의 환경에서 NO_x의 생성을 최소화시키는데 사용될 수 있고, 예컨대 상기 사전 가열은 뜨거운 연료 기체와의 열 교환에 의해 수행될 수 있다. 이 경우에서, 연료 및 산화제의 사전 가열은 적당한 온도, 예를 들어 연료에 대해서는 약 400℉, 산화제에 대해서는 약 200℉에서 수행될 수 있거나, 고온에서, 예를 들어 연료에 대해서는 약 1000℉, 산화제에 대해서는 약 1500℉에서 수행될 수 있다. 필요한 경우, 더욱 고온의 산화제 및 연료 온도, 예컨대 약 2000℉의 온도가 본원에 설명된 연소에 의해 이용될 수 있다.

본 발명은 NO_x형성을 감소시키는 목적의 연소 방법을 기재하고 있다. 본 발명에 따르면, 산화제 및 연료는 모두 산소의 농도 및 가연물의 농도가 감소될 때까지 어떠한 연소 반응이라도 최소화시키도록 고안된 방식으로 노에 주입된다. 본발명의 실시에서, 연소 반응은 산소 농도가 10 부피% 미만인 산화제 반응물 및 가연물의 농도가 10 부피% 미만인 연료 반응물을 사용하여 수행된다. 바람직하게는 산소 농도가 5% 미만인 산화제 반응물 및 가연물의 농도가 5% 미만인 연료 반응물이 사용된다. 더욱 바람직하게는 산소 농도가 2% 미만인 산화제 반응물 및 가연물의 농도가 2% 미만인 연료 반응물이 사용된다. 나머지 물질은 주로 비반응성 물질로 이루어지며, 산소 점화 연소 방법의 경우에는 주로 CO₂및 H₂O가 나머지 물질이다.

본원에서 요구되는 낮은 농도를 얻는데 기여하는 인자 중 하나는 연료 및 산화제 주입 지점의 위치와 관련되는 것으로 밝혀졌다. 산화제 스트림은 연료 스트림의 주입 지점으로부터 떨어져 있는 지점에서 주입된다. 일반적으로, 이 거리는 통상적인 후혼합 버너를 사용하여 이용될 수 있는 거리보다 길다. 수많은 배열이 고려될 수 있으며, 2가지 주입 지점 모두 서로 인접하여 있거나 반대편에 있는 벽과 같이, 같은 노벽상에, 또는 다른 노벽상에 있을 수 있다. 같은 노면 또는 노벽상에 있는 경우, 주입 지점은 어떠한 방향으로, 예를 들어 수직으로, 수평으로 또는 대각선으로 서로 떨어져 있을 수 있다. 여러 가지 상기 배열이 노에서 사용될 수 있다. 부가적으로, 원하는 농도가 얻어질 수 있는 한, 2개 이상의 산화제 주입 지점이 하나의 연료 주입 지점을 위해 제공될 수 있으며, 다르게는, 2개 이상의 연료 주입 지점이 하나의 산화제 주입 지점을 위해 제공될 수 있다.

산화제 및 연료 모두가 같은 벽으로부터 주입되는 배열에 있어서, 주입 지점들의 중심으로부터 측정하여, 주입 지점들을 6 인치(152mm) 이상 떨어져 있도록 하는 것이 본 발명의 바람직한 구체예이다. 낮은 NO_x배출은 주입 지점간의 거리의 증가에 의해 수행될 수 있는 것으로 밝혀졌으며, 예를 들어 24 인치의 이격이 NO_x형성을 감소시키는데에 있어서 매우 널리 시험되는 것으로 밝혀졌다.

연료와 산화제의 주입 지점 사이에 필요한 공간을 제공하는 것은 연소 반응이 노 가스와 연료 스트림, 및 개별적으로, 산화제의 혼합이 산소와 가연물의 농도를 원하는 수준으로 낮출 수 있을 때까지 확실하게 지연되도록 돕는다.

본 발명을 수행하는데 유용한 감소된 농도를 달성하는데 있어 중요한 것으로 밝혀진 또 다른 인자는 연료 및 산화제 스트림 또는 제트(jet) 모두의 비말동반 특징과 관련된다. 2개의 분리된 제트로의 노 가스의 비말동반을 개선시키는 방식으로 연료 및 산화제를 주입함으로써, 산소의 농도 뿐만 아니라 가연물의 농도는 연소 반응을 수행하기 전에 낮아질 수 있다. 노 가스는 연소 생성물(주로 CO₂및 H₂O), 가연물, 질소 분자(N₂), 산소(O₂) 등을 함유한다. 고속으로 연료 및 산화제 모두를 주입함으로써, 2개의 스트림 또는 제트의 교류 및 노 가스의 비말동반이 개선된다. 낮은 NO_X배출은 0.25 내지 1.0의 연료 및 산화제 맥수(Mach number)에 대해 얻어질 수 있는 것으로 예상된다. 예를 들어, 연료 스트림은 100 m/s를 초과하는 속도로 주입될 수 있고 산화제 스트림은 75m/s를 초과하는 속도로 주입될 수 있다. 본 발명을 수행하는데 특히 유용한 것으로 밝혀진 속도의 범위는 연료 제트에대해서는 약 133 m/s 내지 약 290 m/s이고 산화제 제트에 대해서는 약 200 m/s 내지 약 250 m/s이다.

산화제, 연료 또는 이들 둘 모두로의 노 가스의 양호한 비말동반은 또한 제트 흐름에 각도를 이루거나 접하는 성분을 부여함으로써, 예컨대 소용돌이를 사용함으로써 얻어질 수 있다. 소용돌이치는 유체 흐름을 발생시키는 기술은 당해 분야에 공지되어 있다. 예를 들어, 소용돌이 운동은 연료, 산화제, 또는 이들 둘 모두의 주입 지점의 부근에서 다수의 날개를 놓음으로써 부여될 수 있고, 이러한 배열에 있어서, 소용돌이의 정도는 날개의 각도를 조정함으로써 변화될 수 있다.

본 발명의 구체예에 따르면, 연료 및 산화제 모두는 소용돌이 운동을 가질 수 있다. 또 다른 구체예에 따르면, 상기 제트 중 단지 하나만이 소용돌이 운동을 가질 수 있는 반면, 본질적으로 상기에 설명된 바와 같이, 다른 것은 고속으로 주입될 수 있다.

본원에 설명된 바와 같이 연료 및 산화제를 주입함으로써, 재순환 패턴은 노내에서 설정되고 다량의 비반응성 물질, 예컨대 CO₂, H₂O 및 N₂는 연료 스트림내로 및 산화제 스트림내로 혼합되는 것으로 여겨진다. 연료 및 산소의 자동 점화를 위해 열을 제공하는데 있어서 상기 비반응성 물질의 역할 이외에도, 비반응성 물질은 NO_X형성의 메카니즘에 영향을 미치는 것으로 여겨진다. 예를 들어, 비반응성 물질은 흡열부를 제공함으로써, 불꽃 온도를 하강시켜서 열 메카니즘(젤도비치 메카니즘)으로 공지된 것을 통해 NO_X생성을 감소시키는 것으로 여겨진다. 부가적으로,산화제와 노 가스를 혼합함으로써 산소 농도를 낮추는 것은 또한 상기 메카니즘을 통해 NO_X생성을 감소시키는데 유리한 것으로 여겨진다.

그러나, NO_X형성은 2개 이상의 다른 경로를 통해 일어날 수 있다. 신속한메카니즘(페니모어 메카니즘)은 비교적 다량의 CH 함유 물질을 갖는 연료 풍부 조건하에서 고려되어야 하고, 반면에 저온 및 연료 부족 조건에서는 N₂O 중간물질 메카니즘의 중요성도 또한 인식되고 있다.

신속한 메카니즘은 NO_X물질의 형성 또는 분해를 초래할 수 있다. 화학적 루트가 좌우하는 메카니즘 결정은 상기 메카니즘의 복잡성에 의해 어렵게 된다. 본 발명의 어떠한 기계적 해석을 고수하지 않으면서도, 본원에 설명된 연소 조건이 또한 연료 풍부 환경을 형성하고 NO_X의 최종 분해를 유리하게 하는 것으로 여겨진다.

따라서, 저농도의 산소 및 가연물을 사용하고, 연료 풍부 연소 영역을 설정하는 것과 관련된 연소 반응을 수행하는 것은 NO_X생성의 감소를 유리하게 하는 것으로 여겨진다.

본 발명을 실시함으로써, 연소는 후혼합 버너의 표면 또는 그 근처의 강한 불꽃에서 집중되지 않지만 타오르지 않으면서 노내에서 비교적 큰 부피에 대해 일어나고, 이것은 노 전체에 걸쳐 열의 매우 균일한 분포에 기여한다.

이전에는 낮은 산소 농도를 갖는 산화제를 사용하여 연료 스트림을 연소시키는 것에 노력이 집중된 반면에, 본원에 기재된 본 발명은 연료 물질의 농도 및, 결과적으로 낮은 농도의 산소와 반응할 수 있는 가연물의 농도도 또한 감소되는 연소 방법과 관련된다. 부가적으로, 연료 풍부 반응 영역을 설정하는 것은 NO_X형성의 감소를 유리하게 한다. 비반응성 물질을 함유하는 노 가스의 산화제 및 연료 스트림 모두로의 비말동반을 개선시키는 것 외에도 2가지 스트림을 서로 떨어져 있는 지점에서 개별적으로 주입하는 것은 연소 반응을 수행하는데 요구되는 조건을 얻는데 기여한다.

하기의 실시예는 예시 목적으로 기재한 것이며 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

내경이 36 인치이고 내부 길이가 126 인치인 원통 모양의 주조 내화 라인 노에서 시험을 수행하였다. 노는 도 1에서 크기는 도시하지 않으면서 개략적으로 도시되어 있다: 1(a) 및 1(d)는 각각 노의 전후 면 또는 벽을 나타내는 반면, 1(b) 및 1(c)는 각각 노의 상부도 및 측면도를 나타낸다. 노의 전면 및 후면에는 배출구(11)가 구비되어 있다. 배출구(11)의 위치는 노의 전면상에 배출구에서는 1F에서 8F로서 제시되어 있고 노의 후면상의 배출구에서는 1R에서 7R로서 제시되어 있다. 노의 측벽(도 1(C))에는 추가 측벽 배출구(13)가 있다.

배출구(11)에 위치한 수냉각 랜스(lance)는 연료 또는 산화제를 주입하는데 사용되었다. 보편적인 랜스 오리피스 직경은 0.150 인치 내지 0.700 인치이고 각각의 랜스는 연료 또는 산화제(함께는 아님)를 제공하는데 사용되었다. 연료 및 산화제가 같은쪽 노 벽 또는 면(동시 점화) 또는 반대쪽 노 벽 또는 면(반대 점화)으로부터 노에 도입되는 주입 배열에 대한 시험을 수행하였다.

상기 시험에 대한 조건은 노벽 온도가 약 1370K(2007℉)에서 일정하게 유지되며, 연도관에서 측정되는 산소 농도는 보편적으로 2 내지 3 부피%(습윤)이고 점화 속도는 185 kW(~0.6 MMBtu/h)인 것이다.

사용된 산화제가 순수한 산소인 경우, 질소는 하나 이상의 배출구(13)를 통해, 산소 풍부 공기를 사용하는 연소 시스템 또는 통상적인 노에서 공기 침투를 모의 실험하는데 제공될 수 있다. 질소 농도의 범위는 0 내지 77% 이기 때문에, 산화제 질량 흐름은 연도관에서의 산소 농도가 2 내지 3 부피%(습윤)로 유지되는 것을 보장하도록 조절하였다. 산소 질량 흐름에서의 변형은 산소의 흐름 속도의 변화에 의해 수반되고, 노에서의 질소 함량의 범위가 0 내지 77%이기 때문에, 산소 흐름 속도에서의 보편적인 변화는 약 15% 미만으로 유지되었다.

많은 동시-점화 및 많은 반대-점화 배열을 시험하였다. 2가지 보편적인 경우는 질소 농도의 함수로서 NO_X동력 배출 지수를 도시한 그래프인 도 2에 예시되어 있다. 동력 배출 지수는 오염물질, 방출되는 NO_X의 질량 대 공급된 연료 에너지량의 비로서 정의된다. 사각형 표시(□)는 연료(이 경우에는 천연 가스)가 배출구 6F를 통해 주입되고 산화제(이 경우에는 기술적으로 순수한 산소)가 배출구 1F를 통해 주입되는 동시-점화 배열(F6F-O1F로 표지됨)을 사용하여 얻어진 결과를 나타낸다. 원형 표시(○)는 연료(천연 가스)가 배출구 8F를 통해 주입되고 산화제(기술적으로 순수한 산소)가 배출구 3R을 통해 주입되는 반대-점화 배열(F8F-O3R로 표지됨)을 사용하여 얻어진 결과를 나타낸다.

도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 노내의 질소에 대한 NO_X배출의 관계는 약 55%의 질소 농도까지 선형이다. 동시 점화 배열 및 55% 미만의 질소 농도에 있어서, NO_X배출량은 0.005g/MJ(약 10ppm 공기 당량 @ 3% O₂건조)보다 적다. 반대- 점화 배열 및 55% 미만의 질소 농도에 있어서, NO_X배출량은 더 많지만 0.012g/MJ(약 24ppm 공기 당량 @ 3% O₂건조) 미만이다.

일반적으로, 관찰된 CO 배출량은 동시-점화 및 반대-점화 배열 모두에 있어서 35ppm 미만이었다.

본 발명의 실시에 의해 수행되는 연소 방법을 추가로 평가하기 위해, 시험을 수행하여 산소, 메탄 및 일산화탄소의 존재 및 노내 분포를 측정하였다.

이러한 시험에 있어서, 구비되어 있는 측면의 배출구(13)은 여러 가지 프로브, 샘플링 또는 진단용 기기의 삽입을 허용하는 노 내부에 접근하여 있다. 노에 공급되는 질소는 전혀 없고 온도는 약 2000℉(1366K)에서 유지되며, 연도관 산소 농도는 2 내지 3 부피%(습윤)로 유지되었다.

가스 샘플을 수냉각 스테인레스 강 프로브 및 진공 펌프계 샘플링 시스템을 통해 노 연도관으로부터 추출하였다. 물을 제거한 후, 샘플을 CO₂, CO, NO 및 O₂에 대해 분석하였다. NO₂의 분자량은 모든 적당한 배출 지수의 계산에 사용하였다. 샘플중의 물 함량은 수소 원자가로부터 계산하였다.

가스 샘플을 또한 노 내부로부터 추출하였다. 수냉각, 직각 프로브를 연료 또는 산화제 제트 경계내의 영역으로부터 가스 샘플을 추출하는데 사용하고, 수냉각, 직선형 샘플링 프로브를 노 내부의 다른 위치로부터 가스 샘플을 추출하는데 사용하였다.

도 2에 나타난 바와 같이, 반대-점화와 비교하여 동시-점화에 의해 본원에 설명된 노에서 생성되는 NO_X수준이 더 낮다. 노내의 물질을 모니터링하면 2가지 배열은 또한 노 전체에 걸쳐서 상이한 O₂, CO 및 CH₄분포 패턴을 형성하는 것이 나타난다.

반대 점화 배열의 경우에, 대부분의 노 부피 전체에 걸쳐 산소 풍부 환경인, 프로브를 설치한 노내에, F6F-O1R(각각 배출구 6F 및 1R에서 대각선으로 반대 방향에 위치한 랜스를 통해 주입되는 연료 및 산화제)을 시험하였다. 여러개의 노 영역에서, 사실상 O₂농도는 연도관(2.15 부피%, 습윤)에서 측정된 농도보다 더 높았다. 연료 제트의 부근에서의 O₂농도는 약 5% 였다.

CO 및 CH₄물질은 연료 주입 지점에 함유되는 노 평면에서만 검출되는 이 물질들의 측정가능한 수준을 갖는 노 대부분에 부재하였다.

도 3 내지 5는 연료 및 산화제가 각각 배출구 6F 및 1F를 통해 주입되는 동시-점화 배열 F6F-O1F에서 얻어진 결과를 제시하고 있다. 연소 관련 물질의 존재는 노를 수평으로 가로지르는 상부, 중간부 및 하부 평면을 따라 등고선을 통해 예시된다. 각각의 노 평면에 있어서, 측정된 농도는 흑색원과 그 다음에 기록한 측정값으로 표시한다. 도 3 내지 5는 또한 연료 및 산소 주입 지점의 배치 이외에도 연도관의 위치를 도시하고 있다.

도 3은 산소가 노 대부분에 부재하고, 산소의 측정가능한 수준은 상부 평면에 집중되어, 연도관 산소의 농도는 2.82 부피%(습윤)인 것을 도시하고 있다.

도 4는 노 대부분에서, 특히 상부 및 중간부 노 평면에서 CO의 존재를 도시한 것이다.

측정가능한 메탄 수준이 또한 도 5에 도시된 바와 같이 노 대부분에 나타났다.

이들 실험은 NO_X에서의 증가된 감소가 연소 반응을 수행하기 전, 산화제 스트림 및 연료 스트림으로의 노 가스의 혼합이 최대화됨으로써, 각각 산화제 반응물 및 연료 반응물중의 산소 및 가연물의 농도가 감소하는 경우에 얻어질 수 있음을 시사한다.

추가로, 노 부피내의 CH 물질을 함유하는 연료 풍부 지대를 형성하는 것은 NO_X형성의 감소에 기여할 수 있는 것으로 여겨진다.

본 발명이 일부 구체예를 참고로 하여 상세하게 설명될 지라도, 청구범위의 사상 및 범위내의 다른 구체예가 있는 것이 당업자들에게 인지될 것이다.

본 발명에 따라, 연소 과정에서 NO_X생성을 감소시킬 수 있다.

Claims (10)

1. (A) 1000℉를 초과하는 온도에서 비반응성 물질을 포함하는 노 가스를 함유하는 노를 제공하는 단계;

   (B) 연료 주입 지점에서 가연물을 포함하고, (i) 소용돌이 운동, (ii) 100m/s 이상의 속도 중 하나 이상을 갖는 연료 스트림을 노에 제공하는 단계;

   (C) 연료 주입 지점으로부터 떨어져 있는 산화제 주입 지점에서 산소의 농도가 21 부피%를 초과하고, (i) 소용돌이 운동, (ii) 75m/s 이상의 속도 중 하나 이상을 갖는 산화제 스트림을 노에 제공하는 단계;

   (D) 노내에서 연료 스트림을 노 가스와 혼합하여 가연물의 농도가 10 부피% 이하인 연료 반응물을 생성시키는 단계;

   (E) 노내에서 산화제 스트림을 노 가스와 혼합하여 산소의 농도가 10 부피% 이하인 산화제 반응물을 생성시키는 단계; 및

   (F) 연료 반응물을 산화제 반응물과 반응시키는 단계를 포함하는, NO_x의 생성을 감소시키는 연소 방법.
2. 제 1항에 있어서, 산화제 주입 지점이 연료 주입 지점과 같은 노 벽에 위치하는 방법.
3. 제 2항에 있어서, 산화제 주입 지점이 연료 주입 지점과 6 인치 이상 떨어져 있는 방법.
4. 제 1항에 있어서, 산화제 주입 지점과 연료 주입 지점이 다른 노 벽에 위치하는 방법.
5. 제 1항에 있어서, 다수의 연료 스트림이 노에 주입되는 방법.
6. 제 1항에 있어서, 다수의 산화제 스트림이 노에 주입되는 방법.
7. 제 1항에 있어서, 노에 제공되는 연료 스트림이 주위 온도보다 높은 온도로 사전 가열되는 방법.
8. 제 1항에 있어서, 노에 제공되는 산화제 스트림이 주위 온도보다 높은 온도로 사전 가열되는 방법.
9. 제 1항에 있어서, 연료 스트림과 산화제 스트림 모두가 소용돌이 운동을 나타내는 방법.
10. 제 1항에 있어서, 연료 스트림과 산화제 스트림 중 하나만 소용돌이 운동을 나타내는 방법.