KR100643630B1 - 연료 연소용 버너 및 연료의 연소 방법 - Google Patents

연료 연소용 버너 및 연료의 연소 방법 Download PDF

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Abstract

버너는 개별 연료 및 산화제 도관을 포함한다. 연료 도관은 주입 섹션, 전이 섹션 및 배출 섹션을 가지며, 산화제 도관은 주입 섹션 및 배출 섹션을 가진다. 연료 전이 섹션의 흐름 단면적은 연료 흡입구에서의 초기 흐름 단면적으로부터 연료 배출구에서의 상이한 흐름 단면적에 이르기까지 다양하며, 연료 배출 섹션의 흐름 단면적은 실질적으로 일정하다. 산화제 주입 섹션의 적어도 일부는 실질적으로 모든 연료 주입 섹션, 연료 전이 섹션 및 연료 배출 섹션 중 하나 이상의 적어도 일부 주위에 간격을 두고 위치한다. 산화제 배출 섹션의 흐름 단면적은 산화제 주입 섹션의 흐름 단면적보다 작거나 또는 동일하고, 실질적으로 일정하며, 이들 중 적어도 일부는 실질적으로 모든 연료 배출 섹션의 적어도 일부 주위에 간격을 두고 위치한다.

Description

연료 연소용 버너 및 연료의 연소 방법{BURNER AND METHOD FOR COMBUSTING FUELS}
도 1은 본 발명의 한 구체예의 측면도의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 한 구체예에 대한 버너 선단의 측면도의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 한 구체예에 대한 버너 선단의 정면도의 개략도이다.
도 4는 Y자형 산화제 주입구를 도시하는 본 발명의 한 구체예에 대한 버너의 단부도의 개략도이다.
도 5는 연료 노즐의 전이 섹션내 안내 날개의 사용을 도시하는 본 발명의 한 구체예에 대한 부분의 연료 노즐의 일부의 평면도의 개략도이다.
도 6은 산화제 플레넘(plenum)의 하나의 바람직한 형상을 도시하는 본 발명의 한 구체예에 대한 버너의 일부의 측면도의 개략도이다.
도 7은 산화제 플레넘의 대체 형상을 도시하는 본 발명의 다른 구체예의 측면도의 개략도이다.
도 8은 내화성 버너 블록과 결합하여 사용된 본 발명의 버너의 한 구체예의 단면도의 개략도이다.
도 9는 상이한 파장에서 종래 기술의 버너에 대한 본 발명의 버너의 상대 화염 복사휘도를 비교하는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 버너와 방법에 의해 유리로 내에서 생성된 화염으로부터의 복사 열 전달의 기전을 도시하는 개략도이다.
도 11은 본 발명의 버너와 방법에 의해 생성된 화염 상부 및 하부에서 측정된 바의 정상화 화염 복사휘도를 도시하는 그래프이다.
도 12는 사각 단부 버너 선단 설계를 도시하는 개략도이다.
도 13은 원형 단부 버너 선단 설계를 도시하는 개략도이다.
도 14는 단일 각, 분리된 흐름, 나이프 에지 버너 선단 설계를 도시하는 개략도이다.
도 15는 단일 각, 붙은 흐름, 나이프 에지 버너 선단 설계를 도시하는 개략도이다.
도 16은 본 발명의 노즐 선단의 한 구체예를 도시하는 개략도이다.
도 17은 본 발명의 노즐 선단의 한 구체예에 대한 반응물 흐름 패턴을 도시하는 개략도이다.
도 18은 종래 기술의 버너의 선단 상에서 발생하는 탄소 축적을 도시하는 사진이다.
도 19는 유리로의 개요를 도시하는 개략도이다.
본 발명은 산소 또는 산소 농후 공기와 같은 산화제를 이용하는 가스상 연료 연소용 연료 버너 및 가스상 연료의 연소 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유리, 세라믹 물질, 금속용 등의 산업적 용융로에서 고온을 발생시키기 위한 버너 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 유리 용융을 위한 연소용 옥시/가스 버너 및 연소 방법의 측면에서 설명하지만, 본 발명은 유리 용융로 또는 산업적 용융로에의 사용에 한정되는 것은 아니다. 당업자는 본 발명의 버너 및 방법이 다수의 기타 가열 공정의 가열 용도로 사용될 수 있음을 이해할 것이다.
미국 특허 제5,360,171호(얍)는 개별적이고 서로 떨어져서 위치하는 상부 및 하부 산화제 노즐 사이에 위치하는 연료 노즐을 갖는 산화제 내에서 연료를 연소하는 버너를 개시한다. 상기 버너는 바깥쪽으로 발산하는 팬형 배치의 연료 분사 및 산화제 분사를 생생시켜 광범위한 화염을 공급한다. 산화제가 연료로 흡인되도록 산화제 분사는 연료 분사보다 낮은 속도를 갖는다. 상부 및 하부의 제2 산화제 노즐은 스테이징 연소(staged combustion)에 제공될 수 있다.
미국 특허 제5,545,031호(조시 등)는 어미형(fishtail) 또는 팬형 화염을 형성하는 식으로 노즐로부터 연료 및 산화제를 배출하기 위한 방법 및 장치를 개시한다. 바람직한 구체예에서, 연료 매니폴드는 산화제 매니폴드 내에 위치한다. 연료 매니폴드와 산화제 매니폴드 모두는 출구면에서 사각형 단면을 갖는 것이 바람직하다. 한 바람직한 구체예에서, 상기 매니폴드 둘 다는 상류 구역에 일반적으로 사각형의 단면을 갖는데, 이 양쪽 매니폴드는 일반적으로 수직 방향으로 집중되고, 일반적으로 수평 방향으로 분기하여 일반적으로 출구면에서 직사각형의 단면을 형성 한다. 이 조합된 집중과 분기 효과는, 일반적으로 수직면으로부터 일반적으로 수평면으로 유체의 순운동량 전달을 발생시켜 어미형 또는 팬형 화염 배치를 비교적 광범위한 방식으로 연료 및 산화제가 노즐로부터 방출되도록 한다.
미국 특허 제5,611,682호(슬라베즈코브 등)는 고복사성 연료 희박 화염(fuel-lean flame) 위에 놓인 일반적으로 평평한 연료 풍부 화염을 생성시키기 위한 스테이징 옥시 연료 버너를 개시한다. 상기 버너는 노즐 내에서 종결되는 연료 통로, 하우징과 연료 통로 사이의 공간을 갖는 연료 통로를 둘러싸는 하우징, 산화제 통로를 형성하는 공간을 갖는다. 연료가 연료 통로로 도입되고, 산화제가 산화제 통로로 도입될 경우, 일반적으로 평평한 연료 풍부 화염이 연료 도관의 노즐 단부에서 생성된다. 스테이징 노즐이 또한 연료 풍부 화염의 아래 쪽에서 산화제의 일부를 도입하기 위해 제공되는데, 이는 연료 풍부 화염의 아래쪽으로 운반되어 고복사성 연료 희박 화염을 생성시킨다.
미국 특허 제5,575,637호(슬라베즈코프 등)는 버너가 스테이징 산화제를 위한 통로를 포함하지 않고, 스테이징을 활용하지 않는다는 것 이외에는, 미국 특허 제5,611,682호(슬라베즈코프 등)와 유사한 옥시 연료 버너를 개시한다.
미국 특허 제4,690,635호(코핀)는 노즐 본체에 배치된 가스 도관 삽입부를 갖는 산소 함유 노즐 본체를 갖는 고온 버너 어셈블리를 개시한다. 가스 도관 삽입부는 선단 면 상에 배치된 프루스토 원뿔형 융기를 갖는 실질적으로 평평한 외부 선단 면을 가지며, 선단 면으로부터 돌출된 가스 도관 삽입부 선단을 포함한다. 가스 도관 삽입부 선단은 프루스토 원뿔형 융기의 가장 가까운 단부에서 종결되어 나 이프 에지(knife edge)를 형성하는 집중 배치된 가스 채널을 포함한다. 산소 방출 오리피스는 산소를 유도하기 위한 프루스토 원뿔형 융기에 집중 배치되어 내화성 버너 블록 내에서 연소용 가스상 연료와 혼합시킨다.
종래 기술의 버너를 다양하게 설계함으로써 개선이 이루어졌지만, 하기를 포함하나, 이에 한정되지 않는 많은 문제점들이 여전히 존재한다:
· 반응물 흐름 불균일성이 화염 특성에 있어 불균일성을 초래함;
· 반응물 스트림 중 고수준의 난류로 인해 혼합 및 연소 속도가 요구되는 속도보다 더 빨라짐;
· 연료 노즐 선단 상의 고상 탄소의 축적 및 성장으로 인해 화염 변형이 발생됨
이들 성능 관련 문제점들은 종종 하기와 같은 버너 및 공정 관련 문제점들을 가져온다:
· 공정로(process furnace)에서 열 전달 및 온도의 좋지 않은 분배를 초래하는 더 뜨겁고 더 짧은 화염. 이러한 효과는 일반적으로 노의 내화 수명을 단축시키고, 생산 수율을 감소시킨다.
· 예비 연소/산화제 혼합물로부터 단계적으로 분기될(스테이징) 수 있는 산화제의 비율의 제한. 이 제한은 연료 및 산화제의 일부를, 공정로로부터 버너 어셈블리를 분리하는 내화성 버너 블록(종종 예비 연소기라고 지칭됨)으로 방출하는 버너에서 종종 생긴다. 이 제한의 주요한 결과는 복사하는 열 전달의 속도가 더 낮다 는 것, 연료 효율이 더 낮다는 것, 그리고 NOX 방출이 더 높다는 것이다.
· 버너 부품의 조기 고온 장애.
· 한정된 범위의 버너 발화 속도(연료 유속)
상기한 문제점들과 종래 기술의 연소용 버너 및 연소 방법과 관련된 다수의 기타 문제점들의 관점에서, 더 양호하고 더 유리한 결과를 제공하기 위해 난점, 문제점, 제한, 단점 및 결함을 극복하는 연료 연소용 버너 및 연료의 연소 방법이 요구된다.
산화제를 이용한 더욱 효율적인 연료 연소용 버너 및 연료의 연소 방법이 더 요망된다.
초기 혼합 시점에서 연료 및 산화제 스트림의 속도 불균일성을 감소시킬 것이 더 요망된다.
연료 노즐 상에서 탄소 축적을 최소화시킬 것이 더 요망된다.
속도 균일성의 수준이 높고 난류 수준이 낮은 유선형의 흐름을 달성할 것이 더 요망된다.
초기 혼합 시점에서 연료 스트림과 산화제 스트림 사이의 평균 속도 편차를 최소화할 것이 더 요망된다.
버너 노즐에서 반응물 흐름 분포의 불균일성을 감소시키면서, 버너 주입구 가스압과 난류를 또한 감소시킬 것이 더 요망된다.
더 높은 운동량과 더 많은 스테이징을 갖는 버너를 작동시킴으로써 노 성능 을 개선시켜서, 더 낮은 산화질소(NOX) 방출율을 갖는, 더 길고 더 안정한 연료 풍부 화염을 생성시킬 것이 더 요망된다.
노 내의 하중(load)으로 전반적으로 더 높은 속도로 열을 전달하는 더 길고 더 안정한 화염으로 성능을 개선시킬 것이 더 요망된다.
화염으로부터 유리로 더 높은 속도로 열을 전달함으로써 유리로 성능을 개선시켜서, 유리 바닥 온도를 증가시키고, 정제기로부터 탱크로의 유리의 재순환을 향상시키며, 유리 결함을 감소(수율을 증가)시킬 것이 더 요망된다.
버너 발화 속도의 범위를 넓힐 것이 더 요망된다.
발명의 간단한 개요
본 발명은 산화제를 이용하는 연료 연소용 버너 및 연료의 연소 방법에 관한 것이다. 버너 및 방법의 다수의 구체예 뿐 아니라, 이들 구체예의 다수의 변형예가 존재한다.
연료 연소용 버너의 제1 구체예에서 다수의 부재가 존재한다. 제1 부재는 다수의 연료 섹션을 갖는 연료 도관으로서, 각각의 연료 섹션은 각각의 다른 연료 섹션과 유체 연통 상태에 있고, 연료의 스트림을 전달한다. 제2 부재는 다수의 산화제 섹션을 갖는 제1 산화제 도관으로서, 각각의 산화제 섹션은 각각의 다른 산화제 섹션과 유체 연통 상태에 있고, 산화제의 스트림을 전달한다.
버너의 제1 구체예의 연료 도관은 연료 주입 섹션, 연료 전이 섹션 및 연료 배출 섹션을 포함한다. 연료 주입 섹션은 제1 연료 주입구와 제1 연료 주입구로부터 이격된 제1 연료 배출구를 갖는데, 상기 연료 주입 섹션은 제1 흐름 단면적을 가지며, 제1 연료 주입구로 들어가고 제1 연료 배출구로부터 나오는 연료의 스트림을 전달한다. 연료 전이 섹션은 연료 흡입구와 연료 흡입구로부터 이격된 연료 배출구를 갖는데, 상기 연료 전이 섹션은 연료 흡입구로 들어가고 연료 배출구로부터 나오는 연료의 스트림의 적어도 일부를 전달하고, 제2 흐름 단면적을 가지며, 상기 제2 흐름 단면적은 연료 흡입구에서의 초기 흐름 단면적으로부터 연료 배출구에서의 상이한 흐름 단면적에 이르기까지 다양하다. 연료 배출 섹션은 제2 연료 주입구와 제2 연료 주입구로부터 이격된 제2 연료 배출구를 갖는데, 상기 연료 배출 섹션은 제2 연료 주입구로 들어가고 제2 연료 배출구로부터 나오는 연료의 스트림의 적어도 일부를 전달하고, 제3 흐름 단면적을 가지며, 상기 제3 흐름 단면적은 연료 배출 섹션에 걸쳐 실질적으로 일정하다.
버너의 제1 구체예의 제1 산화제 도관은 산화제 주입 섹션 및 산화제 배출 섹션을 포함한다. 산화제 주입 섹션은 제1 산화제 주입구와 제1 산화제 주입구로부터 이격된 제1 산화제 배출구를 갖는데, 상기 산화제 주입 섹션은 제1 산화제 주입구로 들어가고 제1 산화제 배출구로부터 나오는 산화제의 스트림을 전달하고, 제4 흐름 단면적을 가지며, 산화제 주입 섹션의 적어도 일부는 실질적으로 모든 연료 주입 섹션, 연료 전이 섹션 및 연료 배출 섹션 중 하나 이상의 적어도 일부 주위에 간격을 두고 위치한다. 산화제 배출 섹션은 산화제 흡입구와 산화제 흡입구로부터 이격된 산화제 배출구를 갖는데, 상기 산화제 배출 섹션은 산화제 흡입구로 들어가 고 산화제 배출구로부터 나오는 산화제의 스트림의 적어도 일부를 전달하고, 상기 제5 흐름 단면적을 가지며, 상기 제5 흐름 단면적은 제4 흐름 단면적보다 작거나 또는 동일하며, 산화제 배출 섹션에 걸쳐 실질적으로 일정하고, 산화제 배출 섹션의 적어도 일부는 실질적으로 모든 연료 배출 섹션의 적어도 일부 주위에 간격을 두고 위치한다.
버너의 제1 구체예에는 다수의 변형예가 존재한다. 한 변형예에서, 연료 배출 섹션의 제3 흐름 단면적에 대한 산화제 배출 섹션의 제5 흐름 단면적의 비는 화학량론적 연소에 요구되는 연료에 대한 산화제의 몰비 미만이다.
버너의 제2 구체예는 제1 구체예와 유사하나, 산화제 주입 섹션과 유체 연통 상태에 있고, 산화제 주입 섹션의 제1 산화제 주입구로 산화제의 스트림을 공급하는 Y자형 산화제 주입구 도관을 포함한다는 점이 상이하다.
버너의 제3 구체예는 제1 구체예와 유사하나, 하나 이상의 안내 날개가 연료 전이 섹션 내에 배치되고, 여기서 연료 전이 섹션의 연료 흡입구에서의 초기 흐름 단면적이 연료 전이 섹션의 연료 배출구에서의 상이한 흐름 단면적보다 작다는 점이 상이하다.
버너의 제4 구체예는 제1 구체예와 유사하나, 제1 산화제 도관에 인접한 제2 산화제 도관을 포함하고, 상기 제2 산화제 도관은 제2 산화제 주입구와 제2 산화제 주입구로부터 이격된 제2 산화제 배출구를 가지며, 상기 제2 산화제 도관은 제2 산화제 주입구로 들어가고 제2 산화제 배출구로 나오는 산화제의 다른 스트림 또는 다른 산화제의 스트림을 전달한다는 점이 상이하다. 이 구체예의 변형예에서, 제2 산화제 도관의 제2 산화제 배출구로 나오는 산화제의 다른 스트림 또는 다른 산화제의 스트림은 연료 배출 섹션의 제2 연료 배출구로부터 나오는 연료의 스트림의 적어도 일부와 산화제 배출 섹션의 산화제 배출구로부터 나오는 산화제의 스트림의 적어도 일부를 연소시킴으로써 형성된 화염 아래 쪽에 위치한다.
연료 연소용 버너의 제5 구체예에서, 버너는 길이 방향의 축을 가지며, 연료의 흐름에 인접한 제1 연장 에지, 및 산화제의 흐름에 인접하고, 상기 길이 방향의 축에 대해 평행한 선으로부터 약 15° 미만의 제1 선단각(α)을 형성하며, 상기 길이 방향의 축에 대해 평행한 상류 표면과 교차하는 제2 연장 에지를 갖는 버너 선단을 포함한다. 이 구체예에서, 상기 제1 연장 에지 및 제2 연장 에지는 상기 제1 선단각(α)보다는 크고, 상기 제1 연장 에지에 접하며 상기 제1 연장 에지로부터 연료의 흐름 방향으로 연장되는 선으로부터 약 90° 미만의 각을 이루는 제2 선단각(β)을 형성한다. 이 구체예의 변형예에서, 제2 연장 에지는 제1 선단각(α)을 형성하는 초기 테이퍼진 섹션과 제1 연장 에지에서 종결되는 구부러진 섹션을 포함한다.
본 발명의 다른 구체예는 유리 용융용 노로서, 상기 노는 하나 이상의 상기 설명한 구체예 또는 변형예 중 하나에서와 같은 버너를 가진다.
산화제를 이용한 연료의 연소 방법의 제 1구체예에는 다수의 단계가 존재한다. 제1 단계는 연료 공급원을 제공하는 단계이다. 제2 단계는 하나 이상의 산화제 공급원을 제공하는 단계이다. 제3 단계는 상기 설명한 버너의 제1 구체예와 같은 버너를 제공하는 단계이다. 제4 단계는 제1 연료 주입구로 연료의 스트림을 전달하 여 연료의 스트림의 적어도 일부가 제1 연료 주입구로부터 제2 연료 배출구로 전달되도록 하는 단계다. 제5 단계는 제1 산화제 주입구로 산화제의 스트림을 전달하여 산화제의 스트림의 적어도 일부가 제1 산화제 주입구로부터 제2 산화제 배출구로 전달되도록 하는 단계이다. 제6 단계는 산화제 배출구로부터 나오는 산화제의 적어도 일부와 함께 제2 연료 배출구로부터 나오는 연료의 적어도 일부를 연소시키는 단계이다.
산화제를 이용한 연료의 연소 방법의 제 1구체예에는 다수의 변형예가 존재한다. 한 변형예에서, 연료 배출구 섹센의 제3 흐름 단면적에 대한 산화제 배출 섹션의 제5 흐름 단면적의 비는 화학량론적 연소에 요구되는 연료에 대한 산화제의 몰비 미만이다.
방법의 제2 구체예는 2개의 추가 단계를 포함한다는 점 이외에는, 방법의 제1 구체예와 유사하다. 제1 추가 단계는 산화제 주입 섹션과 유체 연통 상태에 있고, 산화제 주입 섹션의 제1 산화제 주입구로 산화제의 스트림을 공급하는 Y자형 산화제 주입구 도관을 제공하는 단계이다. 제2 추가 단계는 Y자형 산화제 주입구 도관에 산화제의 적어도 일부를 공급하는 단계이다.
방법의 제3 구체예는 연료 전이 섹션 내에 배치된 하나 이상의 안내 날개를 제공하는 추가의 단계를 포함하고, 여기서 연료 전이 섹션의 연료 흡입구의 초기 흐름 단면적이 연료 전이 섹션의 연료 배출구에서의 상이한 흐름 단면적보다 작다는 점 이외에는, 방법의 제1 구체예와 유사하다.
방법의 제4 구체예는 3개의 추가 단계를 포함하는 것 이외에는, 방법의 제1 구체예와 유사하다. 제1 추가 단계는 제1 산화제 도관에 인접한 제2 산화제 도관을 제공하는 단계로서, 상기 제2 산화제 도관은 제2 산화제 주입구와 제2 산화제 주입구로부터 이격된 제2 산화제 배출구를 가지며, 상기 제2 산화제 도관은 제2 산화제 주입구로 들어가고 제2 산화제 배출구로 나오는 산화제의 다른 스트림 또는 다른 산화제의 스트림을 전달한다. 제2 추가 단계는 제2 산화제 주입구로 들어가는 산화제의 다른 스트림 또는 다른 산화제의 스트림을 전달하여 산화제의 다른 스트림의 적어도 일부 또는 다른 산화제의 적어도 일부가 제2 산화제 주입구로부터 제2 산화제 배출구로 전달되는 단계이다. 제3 추가 단계는 제2 산화제 배출구로 나오는 산화제의 다른 스트림의 적어도 일부 또는 다른 산화제의 적어도 일부와 함께 제2 연료 배출구로부터 나오는 연료의 적어도 다른 일부를 연소시키는 단계이다. 이 구체예의 변형예에서, 제2 산화제 도관의 제2 산화제 배출구로 나오는 산화제의 다른 스트림 또는 다른 산화제의 스트림은 연료 배출 섹션의 제2 연료 배출구로부터 나오는 연료의 스트림의 적어도 일부와 산화제 배출 섹션의 배출구로부터 나오는 산화제의 스트림의 적어도 일부를 연소시킴으로써 형성된 화염 아래 쪽 위치에 존재한다.
산화제를 이용한 연료의 연소 방법의 다른 구체예는 다수의 단계를 포함한다. 제1 단계는 연료 공급원을 제공하는 단계이다. 제2 단계는 산화제 공급원을 제공하는 단계이다. 제3 단계는 상기 설명한 버너의 제5 구체예의 버너와 같이, 산화제를 이용하는 연료 연소용 버너를 제공하는 단계이다. 제4 단계는 버너 선단에 인접한 위치에서 산화제의 적어도 일부와 함께 연료의 적어도 일부를 연소시키는 단 계이다. 방법의 이 구체예의 변형예에서, 제2 연장 에지는 제1 선단각(α)을 형성하는 초기 테이퍼진 섹션 및 제1 연장 에지에서 종결되는 구부러진 섹션을 포함한다.
본 발명의 다른 구체예는 유리의 용융 방법으로서, 상기 방법은 상기 설명한 구체예 및 변형예 중 하나에서와 같은 산화제를 이용한 연료의 연소 방법을 포함한다.
발명의 상세한 설명
본 발명은 산화제를 이용하는 연료 연소용 버너 및 연료의 연소 방법에 관한 것이다. 본 발명은 본 명세서에서 유리 용융용 산소/가스(옥시/가스) 버너의 측면에서 설명하지만, 이러한 버너 및 용도로 한정되는 것은 아니다. 당업자는 본 발명의 버너 및 방법이 시멘트 가마, 철/비철 금속 용융로 및 증기 발생기를 포함하나 이에 한정되지 않는 다수의 기타 가열 공정 가열 용도로 사용될 수 있음을 이해할 것이다.
유리 용융 용도로 사용될 경우, 옥시/가스 버너는 종래 기술의 버너로 이전에 달성된 것보다 향상된 복사, 더 낮은 NOX 및 화염 길이와 운동량의 더 큰 제어를 위해, 증가된 부하 조정비 및 화염 아래 쪽의 고분율의 산소를 스테이징(즉, 지연 도입)하는 능력을 보유하는 고온의 광범위한 화염을 생성한다. 이러한 향상된 성능은 버너 부품의 새로운 설계 및 배치의 결과이다. 유리 용융 용도에서, 버너는 일반적으로 버너와 노 연소 공간 사이에 위치하는 내화성 버너 블록과 함께 사용된 다.
본 명세서에서 사용된 용어 "연료"는 연소 목적에 적합한 임의의 가스 연료를 지칭한다. 하나의 바람직한 연료는 천연 가스이지만, 상이한 연료 가스, 예컨대, 수소, 에탄, 프로판, 부탄, 아세틸렌 및 기타 가스 연료 및 이의 혼합물이 사용될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어 "산화제"는 산소, 산소 농후 공기, 또는 약 21 부피% 이상의 산소 농도를 갖는 임의의 기타 적절한 산화제를 지칭한다. 하나의 바람직한 산화제는 극저온 공기 분리 플랜트 또는 흡착 공정에 의해 생성된 상업적으로 순수한 산소이다. 이러한 산화제의 산소 농도는 통상적으로 90 부피% 이상이다. 상업적으로 순수한 산소 및 천연 가스의 혼합물은 종종 유리 용융로와 같은 고온 로에 사용된다.
이하, 본 발명을 첨부 도면을 참조로 하여 예시의 방법으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 버너(10)의 한 구체예의 측면도를 도시한다. 천연 가스와 같은 연료(12)가 연료 주입 섹션(16)의 연료 주입구(14)로 들어간다. 연료는 연료 주입 섹션, 연료 전이 섹션(18) 및 연료 배출 섹션(20)을 통해 흘러서 연료 배출구(22)로부터 나온다. 도 1에 도시된 구체예에서, 연료 주입 섹션은 원형 관이고, 연료 전이 섹션은 원형에서 평평해지는 형태(round-to-flat)의 전이 섹션이며, 연료 배출 섹션은 평평한 단면 피스이다. 바람직하게는, 3개의 섹션은 단일 피스로 된 3개의 섹션의 예비 용접된 연료 노즐 어셈블리이다.
도 1을 더 참조하면, 산소와 같은 산화제(24)가 산화제 주입구 매니폴드 (26), 예컨대 도 4에 도시된 유선형의 Y자형 산화제 주입구에 공급된다. 결국, 산화제는 산화제 플레넘(28)으로 흘러서, 산화제 배출 섹션(30)에 전달된다. 산화제 플레넘과 산화제 배출 섹션 사이의 판(32)은 도 2에 도시된 바와 같이 산소가 이를 통해 흐르는 개구부(34)를 갖는다. 도 6은 이 구체예를 추가로 도시한다. 당업자는 도 7에 도시된 대체 구체예와 같은 대체 구체예들이 가능함을 이해할 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 유선형 위치 고정 핀(36)은 연료 배출 섹션(20)과 산화제 배출 섹션(30) 사이에 지지체로서 작용한다. 산화제 플레넘(28)의 상류에 산화제 확산기(33)가 제공될 수 있다. 이 확산기의 목적은 산화제 플레넘에 들어가는 산화제 흐름의 분배를 돕는 것이다. 도 1을 더 참조하면, 산화제 플레넘(28)에 인접한 다른 산화제 도관(40)(스테이징 산화제 플레넘)은 스테이징 능력을 부여한다. 산화제 플레넘으로부터 스테이징 산화제 플레넘 또는 산화제 도관으로의 산화제의 흐름은 스테이징 밸브(42) 또는 다른 조절 수단에 의해 조절될 수 있다.
도 2는 연료 배출 섹션(20) 및 산화제 배출 섹션(30)에 의해 형성된 버너의 배출 섹션을 도시한다. 도 3은 버너의 한 구체예의 버너의 배출 섹션의 정면도를 도시한다. 그러나, 당업자는 버너의 배출 섹션이 도 3에 도시된 것 이외의 형상(들)을 가질 수 있음을 이해할 것이다.
도 8은 내화성 버너 블록(150)에 결합된 본 발명의 버너(10)의 개략 단면도를 도시한다. 고온의 화염(151)이 버너 블록의 상부 챔버(152) 내에서 형성된다. 버너의 산화제 배출 섹션(30)으로부터 나오는 산화제(153)가 화염을 둘러싸고, 동시에 화염에 산화제를 공급하고, 화염에 인접한 내화성 표면(154)을 대류 냉각시킨 다. 스테이징 산화제(155)는 버너 블록의 하부 챔버(156)를 통과한다.
종래 기술에 대한 본 발명의 개선된 결과는 버너(10)의 다양한 부품들의 독특한 배치 및 구조로 인한 것이다. 구조 및 배치의 더욱 중요한 일부 측면들을 하기에 설명한다.
예컨대, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 산화제 배출 섹션(30)의 흐름 단면적은 산화제 플레넘(28)의 흐름 단면적보다 작거나 또는 동일해야 하고, 산화제 배출 섹션에 걸쳐 실질적으로 일정하다. (유선형 위치 고정 핀(36)은 산화제 배출 섹션의 흐름 단면적을 약 3%만큼 국부적으로 감소시키지만, 난류 와류도 생성시키지 않고, 배출 섹션의 배출구에서 산화제 속도 분포도 실질적으로 변경시키지도 않도록 설계된다.) 흐름 단면적을 감소시키는 목적은 흐름 방향으로 산화제 흐름의 정압을 감소시키는 것인데, 이는 이러한 "바람직한" 압력 구배가 속도 불균일성의 제거를 돕기 때문이다.
연료 전이 섹션(18)의 흐름 단면적은 연료 전이 섹션의 연료 흡입구에서의 초기 흐름 단면적으로부터 연료 전이 섹션의 연료 배출구에서의 상이한 흐름 단면적에 이르기까지 다양하다. 연료 배출 섹션(20)의 흐름 단면적은 실질적으로 전체가 일정하다. 한 구체예에서, 연료 전이 섹션의 흡입구에서의 흐름 단면적은 연료 전이 섹션의 배출구에서의 흐름 단면적보다 크거나 또는 동일한데, 이는 이것이 상기 설명한 바와 같은 이점을 갖는 바람직한 압력 구배를 생성시키기 때문이다. (주입구 면적과 배출구 면적이 동일한 경우는 흐름 속도 분포에 역효과를 미치지 않는 중압 구배를 생성시킨다.)
다른 구체예에서, 연료 전이 섹션(18)의 흡입구에서의 흐름 단면적은 연료 전이 섹션의 배출구에서의 흐름 단면적보다 작다. 이러한 구체예는 간섭 없이 속도 불균일성을 증가시키고, 역류 영역과 고수준의 난류의 잠재적 형성을 일으키는 "역" 압력 구배(흐름 방향으로의 압력 증가)의 생성을 초래한다. 이러한 해로운 결과를 방지하지 위해, 이 구체예는 도 5에 도시된 바와 같은 하나 이상의 안내 날개의 삽입을 필요로 한다.
한 구체예에서, 연료 전이 섹션(18)의 연료 배출구에서의 흐름 단면적은 실질적으로 비원형이고, 연료 배출 섹션(20)의 흐름 단면적은 실질적으로 비원형이다. 다른 구체예에서, 연료 배출 섹션은 연료 배출구(22)에서 약 2:1 이상의 종횡비(폭:높이)를 가지며, 연료 전이 섹션은 연료 배출구에서 약 2:1 이상의 종횡비를 가진다. 또 다른 구체예에서, 연료 배출 섹션(20)의 연료 배출구에서의 흐름 단면적에 대한 산화제 배출 섹션(30)의 배출구에서의 흐름 단면적의 비는 화학량론적 연소에 요구되는 연료에 대한 산화제의 몰비 미만이다. (화학량론적 연소는 잉여 산화제를 갖지 않는 연료의 이론적 완전 연소이다. 따라서, 산소를 이용한 메탄의 연소의 경우, 상기한 면적비가 이 구체예에서 2:1 미만이어야 한다.)
본 발명의 이러한 구체예는 산화제 배출 섹션에 걸쳐 흐르는 산화제의 화학량론적 양보다 적을 경우에만 1.0에 상응하는 연료 배출 섹션(20) 및 산화제 배출 섹션(30)에서의 평균 유속의 비를 확립한다. 따라서, 달성되는 효과는 연료와 산화제 스트림 사이의 평균 유속의 차이를 최소화하는 것이므로, 화학량론적 산화제보다 적은 양이 산화제 배출 섹션을 통해 흐르는 경우, 반응물 스트림 사이의 전단 응력 및 혼합 속도가 최소화된다. 결과적인 이점은 버너(10) 또는 내화성 버너 블록(150)을 고온 손상 시킬 위험성 없이 고분율의 산화제 스테이징이 가능하다는 것이다. 스테이징 수준이 높을수록 더 큰 에너지 효율과 감소된 NOX 방출을 생성시키는 더 길고 더 밝은 화염이 얻어진다.
따라서, 상기 설명한 본 발명의 구체예에 의해 달성된 개선된 결과는 미국 특허 제5,611,682호(슬라베즈코프 등)에 개시된 종래 기술의 버너에 대해 본 발명의 버너의 성능을 비교하는 연구실 및 현장 시험을 통해 검증되었다. 이들 시험 및 비교의 일부 결과를 하기에 설명한다.
상기 두 버너의 연료 및 산화제 배출구에서의 속도 분포를 측정하였다. 특정 흐름 단면에서 평균 속도로부터 국부 속도의 표준 편차를 대표하는 단일 매개변수를 이용하여 속도 불균일성을 정량하였다. 측정 및 후속의 계산의 결과로부터 본 발명의 버너의 속도 불균일성이 평균적으로 종래 기술의 버너의 1/3 크기임을 확인하였다. 본 발명의 버너를 이용하여 달성된 노즐 흐름 분포는 산소와 천연 가스 사이에서 혼합 공정의 더 양호한 제어로 변형된다. 특히, 더 양호한 균일성은 전단 속도가 더 낮고 산소의 국부 소모의 기회가 더 적음을 의미한다. 결과적으로, 예비 연소기 또는 버너 블록 내에서 더 높은 스테이징 능력과 더 적은 과열 위험이 존재한다. 또한, 반응물 흐름의 더 양호한 균일성은 화염 특성의 더 양호한 균일성, 및 특히 노 내화재의 과열 및 더 높은 NOX 방출을 초래하는 정점 화염 온도의 감소를 가져온다.
상기 두 버너의 연료 주입구 정압 요건의 비교는 종래 기술의 버너에 비해 연료 주입구 압력 요건의 실질적 감소를 보여주었다. 특히, 측정 결과는 본 발명의 버너에 있어 연료 주입구 압력이 80% 이상 감소됨을 보여주었다. 압력 감소는 주로 연소 배출 섹션(20)의 흐름 단면적이 실질적으로 전체가 일정하다는 요건으로 인한 것이다. 따라서, 배출 섹션에는 정적 혼합 장치(예, 방해판)가 존재하지 않는다. 이들 정적 혼합 장치는 통상적으로 (난류 와류 형태로 에너지를 방출하는) 큰 압력 강하를 생성시켜 난류 혼합을 촉진함으로써 속도 균일성을 개선시키기 위해 사용된다. 본 발명의 버너는 정적 혼합 장치를 필요로 하지 않으므로, 최소 압력 손실 및 무시할 수 있는 난류 생성을 갖는 연료 전이 섹션(18) 내에서 속도 프로파일 "완화(smoothing)"를 달성한다.
측정 결과는 본 발명의 버너(10)의 연료 주입구 압력이 연료 전이 섹션(18) 내에서 안내 날개(50)을 이용하는 구체예에서 가장 낮음을 보여주는데, 이는 안내 날개가 필요한 속도 완화를 달성하면서, 전이 섹션의 흡입구에서 운동 에너지의 일부를 전이 섹션의 배출구에서 압력 에너지로 효과적으로 전환시키기 때문이다.
본 발명의 버너(10)는 또한 2개의 작동 모드, 즉 1) 스테이징 밸브(42) 폐쇄 모드 및 2) 스테이징 밸브 넓게 개방 모드에서 종래 기술의 버너보다 실질적으로 더 낮은 산소 주입구 압력을 필요로 한다. 연료 주입구 압력과 유사하게, 이렇게 되는 1차 원인은 산화제 배출 섹션(30)의 흐름 단면적이 산화제 배출 섹션에 걸쳐 실질적으로 일정하므로, 정적 혼합 장치의 흐름 방해, 난류 생성 효과가 존재하지 않기 때문이다. 산소 속도 분포의 완화는 이들 2개의 섹션 사이에서 발생하는 흐름 단면적의 감소를 통해 산소 플레넘(28)과 산소 배출 섹션(30)의 흡입구 사이에서 발생한다.
대부분의 버너 설비는 한정된 산소 및/또는 연료 공급 압력을 가지기 때문에, 본 발명으로 달성되는 연료 및 산소 압력 요건에 있어서 실질적인 감소의 주요 이점은 더 높은 처리량으로 버너를 발화시킬 수 있는 능력에 있다. 몇몇 경우에서, 더 낮은 압력은 또한 산화제로서 산소를 공급하는 공기 분리 플랜트의 전력 소모를 더 감소시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 버너에서 생성된 더 낮은 난류 수준은 짧고 과잉의 난류 화염의 생성에 의해 야기된 버너 과열 또는 노 온도 부적정 배치의 위험성이 더 낮고, 증가된 처리량으로 버너를 작동할 수 있는 능력을 생성시킨다.
야외 발화 동안 상기 두 버너의 화염의 스펙트럼 복사 측정도 수행하였다. 각각의 최대 설계 수준에서 설정된 산화제 스테이징 수준으로 15 MMBtu/시간의 발화 속도에서 화염 스펙트럼 방출을 비교한 결과가 도 9에 도시되어 있다. 버너 발화 속도의 전체 범위에 걸쳐 예비 연소기의 적절한 냉각을 제공하는 산화제 배출 섹션(30)을 통해 나오는 산화제의 능력으로 이들 버너에 대한 최대 설계 스테이징 수준을 측정하였다. 종래 기술의 버너의 최대 스테이징 수준은 일반적으로 발화 속도에 따라 다르지만 40% 범위인데 반해, 본 발명의 버너의 경우 달성 가능한 최대 산소 스테이징 수준은 총 연소 산소의 70% 이상이었다.
본 발명의 버너에 대한 스테이징 한계는 종래 기술에 비해 넓어지는데, 이는 개선된 노즐 흐름 분포와 더 낮은 난류 수준이 예비 연소기 내에서 연료와 산소 스트림 사이의 혼합 속도를 감소시키고, 또한 산소 흐름의 국부 결핍의 발생을 최소 화하기 때문이다. 이러한 향상된 흐름 특성은 심지어 극히 높은 스테이징 수준과 높은 발화 속도로 작동 중에도, 본 발명의 버너에 대한 적당한 예비 연소기 냉각을 보장한다.
설명한 바와 같이, 본 발명의 버너로부터 방출된 실질적으로 더 높은 복사가 존재한다(25% 이상의 총 증가량). 주된 복사 증가는 1800 nm 이하의 파장대에서 발생하는데, 이는 흑체 방출의 증가를 암시하며, 이는 (더 높은 산소 스테이징 수준으로 인한) 버너를 위한 더 많은 연료 풍부 1차 화염, 및 결과적으로 더 풍부한 그을음 입자의 형성 및 성장에 기인한 것이다. 전자기 스펙트럼의 이러한 범위에 걸친 복사 열 전달은 유리 용융 탱크에서 이상적인데, 그 이유는 스펙트럼 범위가 용융 유리의 최대 광학 투과율 영역 내에 존재하기 때문이다. 따라서, 가열이 좀 더 일정하게 이루어지고, 연료 중 이용 가능한 에너지를 효율적으로 이용한다면, 화염으로부터 전달된 에너지는 유리 용융물로 깊숙히 침투할 수 있다.
도 10은 통상적인 유리로(80) 내에서 본 발명의 버너의 작동을 나타낸 측면도를 도시한다. 연료(82) 및 산소(84)가 버너 내에서 연소되어 그 아래 쪽에서 스테이징 산화제(88)가 전달되는 연료 풍부 제1 화염(86)을 생성시킨다. 연료 풍부 제1 화염은 그으름 농도가 높다. 상향 복사(90)가 노 관(furnace crown)(92)을 향해 전달된다. 스테이징 산화제의 반응은 하향 복사(96)가 원료(98) 또는 하중(load)으로 전달되는 제1 화염의 하면 상에 비교적 고온의 화학량론적 화염(94)을 생성시킨다. 하부 화염 스테이징의 주된 효과는 이것이 바람직하게는 원료(98) 또는 하중을 향해 아래쪽으로 향하는 흑체 복사를 생성시킨다는 것이다. 이 효과를 유도하는 주 메카니즘은 스테이징 산화제(88)와 제1 화염 사이의 반응에 의해 생성된 고온, 고명도의 화염(94)의 하측에 결합된 연료 풍부 제1 화염(86)의 향상된 그을음 형성이다. 화염의 하측에서 발산되는 복사(96)가 원료(예, 유리 용융물)를 향해 아래쪽으로 거의 방해하지 않는 통로를 가지며, 불투명한 "광학적으로 짙은" 제1 화염은 부분적으로 상향 복사의 전달을 방해한다. 따라서, 이것이 노 관(92)의 직접 복사 가열을 최소화하면서, 화염에 의한 유리 표면의 가열을 최대화하기 때문에, 생성된 편향 효과가 유리 용융 공정에 유리함은 분명하다.
도 11을 참조하면, 600∼1800 nm의 대역폭에 걸쳐 본 발명의 버너로부터 하향 및 상향으로 발산되는 열 복사에 대한 실험 측정이 이루어졌다. 그 결과를 제1 화염 당량비에 대한 정규 화염 복사휘도로 나타냈다. 정규 화염 복사휘도는 (스테이징이 없는 화학량론적 연소에 상응하여) 1.0의 제1 화염 당량비에서 적분된 화염 복사휘도로 나누었을 때, 정해진 대역폭에 걸쳐 적분된 화염 복사휘도이다. 제1 화염 당량비는 화학량론적 연소를 위한 산화제에 대한 연료의 비로 나눈 (제1) 산화제에 대한 연료의 실제비이다. 따라서, 당량비가 더 높다는 것은 연료 풍부 제1 화염이 더 많음을 의미한다. 이 결과는 당량비가 증가하면서 방향 복사에서 차이(편향)가 점진적으로 증가함을 분명하게 암시한다. 연료 풍부 제1 화염이 더 많을수록, 아래쪽으로 향하는 총 흑체 복사의 비율이 더 높아진다. 따라서, 본 발명의 버너에 의해 공급된 더 높은 수준의 산화제 스테이징을 이용한 작동 능력은 더 많은 복사 화염을 생성시킬 뿐 아니라, 과잉의 복사로부터 관(92)을 차폐하면서, 원료(98)를 향한 복사의 비율을 더 높이는 데에 직접 관계한다.
도 12∼17 및 하기 설명은 향상된 버너 내구성 및 감소된 버너 정비를 제공하는 본 발명의 버너의 개선된 노즐 선단에 관한 것이다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 선단 설계는 반응물이 버너 노즐로부터 방출되는 지점의 바로 상류에서 산화제와 연료 스트림을 분리하는 표면의 윤곽을 지칭한다. 종래 기술의 선단 설계의 4개의 일반적인 변형예를 도 12∼15에 도시한다.
* 도 12 - 사각 에지
* 도 13- 둥근 에지
* 도 14 - 단일 각, 분리된 흐름, 나이프 에지
* 도 15 - 단일 각, 붙은 흐름, 나이프 에지
이들 종래의 기술의 각각의 설계는 하기에 설명하는 바와 같이 하나 이상의 본질적인 결함을 갖는다.
도 12에 도시된 사각 단부 버너 선단(100)은 선단에서 산화제(102)와 연료(104)의 분리된 흐름을 발생시킨다. 산화제 및 연료의 속도비에 따라 달라지지만, 이는 연료가 풍부할 수 있는 부분인 비교적 큰 규모의 대칭 재순환 와류(106)를 생성시킬 수 있는데, 이는 선단 상에서 고상 탄소의 성장을 촉진시킨다.
도 13에 도시된 둥근 단부 버너 선단(110)도 선단에서 산화제(112)와 연료(114)의 분리된 흐름을 발생시킨다. 산화제 및 연료의 속도비에 따라 달라지지만, 이 또한 (사각 단부에 비해) 더 작지만, 연료가 풍부할 수 있는 부분인 훨씬 실질적이고 대칭인 재순환 와류(116)를 생성시킬 수 있는데, 이는 선단 상에서 고상 탄소의 성장을 촉진시킨다.
도 14에 도시된 단일 각, 분리된 흐름, 나이프 에지 버너 선단(120)도 또한 선단에서 산화제(122)와 연료(124)의 분리된 흐름을 발생시킨다. 산화제 및 연료의 속도비에 따라 달라지지만, 이 또한 연료가 풍부할 수 있는 부분인 2개의 비교적 큰 규모의 비대칭 재순환 와류(126)를 생성시킬 수 있는데, 이는 선단 상에서 고상 탄소의 성장을 촉진시킨다. 노즐 선단의 바닥 우측의 날카로운 에지는 또한 선단의 열 유도 변형을 초래하면서 선단으로부터의 열 전달을 제한할 수 있다. 흐름 분리를 위한 임계각(α임계)은 명목상 15° 미만이다.
도 15에 도시된 단일 각, 붙은 흐름, 나이프 에지 버너 선단(130)은 도 12∼14의 설계에 대한 개선을 나타낸다. 산화제 표면의 수령각은 흐름 분리를 위한 임계각(α임계)보다 작고, 산화제(132) 및 연료(134) 흐름은 노즐 선단에 부착된 상태로 남아 있어, 선단 상의 탄소 축적이 방지된다. 그러나, 얇고 날카로운 에지(138)는 단일 각, 분리 흐름, 나이프 에지 설계보다 기계적으로 불안정하고, 열 유도 선단 변형이 더 심한 경향이 있다. 일단 변형이 발생하면, 버너 성능이 불리하게 영향을 받는다.
도시된 바와 같이, 도 12∼15의 각각의 선단 설계는 하나 이상의 반응물의 분리된 흐름 또는 부적절한 기계적 견고성 중 하나 이상의 본질적인 결함을 갖는다. 이들 결함은 탄소 축적 및 선단 변형, 화염 변형에 대한 전조 및 버너 성능 불량 및/또는 조기 장애라는 작동 및 유지상의 문제점을 초래하는 것으로 알려져 있다.
본 발명의 개선된 노즐 선단(140)은 도 16에 도시된 3개의 설계 매개변수를 포함한다. 제1 선단각(α)은 흐름 분리를 유도하지 않고 산화제 유선의 초기 굽힘이 발생하는 것을 보장할 정도로 충분히 작다. 반경(R)은 직선형 테이퍼진 섹션(147) 및 돌출부(nose)(148) 사이에서 산화제 스트림의 원활한 전이를 촉진한다. 날카로운 지점에 비해 이 반경은 실질적으로 이 전이 영역 내에서 흐름의 분리를 지연시킨다. 최종적으로, 제2 예각(β)은 연료 가스가 노즐의 산화제 측면을 향하여 뒤쪽으로 이동하는 것으로 실질적으로 제한하는 노즐의 종결부를 제공한다.
도 17은 본 발명의 개선된 노즐 선단(140)의 작동 이점을 도시한다. 넓은 돌출부(148)는 선단으로부터 전달을 통해 이루어지는 방열을 위한 충분히 넓은 경로를 제공함으로써 열 변형을 방지하고, 선단 예각(β)이 연료 가스 재순환을 제한하여, 산화제 및 연료의 속도비에 따라 다르지만, 선단에서 산화제 또는 연료 흐름 분리가 최소한으로 존재하거나 존재하지 않는다. 따라서, 선단에서의 탄소 축적이 방지된다.
본 발명의 한 구체예에서, 선단의 설계 매개변수의 범위는
- 제1 선단각, α:0〈α〈15°
- 회전 반경, R: 절대적으로 필수적이지는 않지만, R〉1/64 인치 추천
- 제2 예각. β: β〈90°
개선된 버너 선단 설계에 의해 제공된 개선의 예로서, 도 18은 산업 유리로에서 약 2 주간의 작동 기간에 걸쳐서 도 13에 도시된 것과 설계에 있어 유사한 선단 상에서 발생하는 탄소 축적(160)의 양을 도시한다. 본 발명의 개선된 버너 선단 설계는 실질적으로 2 주를 초과하는 기간 동안 동일한 버너 작동 매개변수를 이용하는 동일한 버너 위치에서 탄소 축적이 검출되지 않았음을 보여주었다.
도 19는 촤측면(62) 및 우측면(64)을 갖는 통상적인 유리로(60)의 설계를 도시한다. 본 발명의 버너와 같은 버너들을 양측면에 배치하고, 노 내에서 고온 화염 (66)을 생성시킨다. 연료 및 산화제의 노 내의 연소에 유래한 연료 가스가 노의 좌측면 및 우측면 상에 도시된 연기 구멍(68)을 통해 나온다. 배치 충전물(70)이 노로 들어가서, 고온 화염에 의해 생성된 열에 의해 용융된다. 용융된 생성물(72)이 노로부터 제거되고, 운반 수단(미도시)에 의해 정제기(미도시)로 운반된다.
본 발명의 버너 및 방법의 개선된 성능의 결과로서 노 성능이 여러 측면에서 개선되었다. (종래 기술의 버너에 비해) 더 높은 운동량과 더 많은 스테이징으로 버너를 작동시키는 능력은 NOX 방출이 더 낮으면서, 더 길고 더 안정한 연료 풍부 화염을 발생시킨다. 더 길고 더 안정한 화염은 전체적으로 더 높은 속도로 열을 하중에 전달한다. 또한, 화염 특성의 더 양호한 균일성 및 더 스테이징 작동의 조합은 최고 화염 온도/복사를 최소화시키므로, 발포의 감소를 돕는다. 화염으로부터 유리로의 더 높은 속도의 열 전달은 정제기로부터 탱크로의 재순환을 강화시키면서 유리 바닥 온도를 증가시키므로, 유리 결함을 감소시킨다(수율의 증가). 최종적으로, 버너 선단 상의 탄소 축적의 제거는 화염 변형을 방지하고, 버너 내구성을 개선시키며, 버너 유지 요건을 낮춘다.
본 발명의 버너의 사용으로부터 유도되는 노 성능에 대한 이점의 확인은 본 발명의 버너로 미국 특허 제5,611,682호(슬라베즈코브 등)에 개시된 바와 같은 종래 기술의 버너를 대체한 전체 노 시험을 수행함으로써 달성되었다. 이 시험에 사용된 산업로는 4개의 발화 위치(버너의 좌측 및 우측 쌍) 및 4개의 연기 구멍을 갖는 도 8에 도시된 것과 유사하다. 원료 조성, 노 추출 속도(pull rate)(노로부터의 생성물 제거 속도) 및 버너 천연 가스와 산소 흐름은 본 발명의 버너를 설치하기 전후에 모두 거의 변화가 없었다. 전체 노 시험으로부터의 주요한 작동 매개변수 및 결과를 표 1에 나타낸다.
매개변수 본 발명의 버너의 전체 노 시험 동안의 매개변수의 변화
평균(계산된) 화염 운동량 100% 증가
평균 산소 스테이징 레벨 (전체 산소 흐름의 %) 5%∼70% 증가
평균 노 바닥 온도 16℉ 증가
생성물 수율 5% 증가(절대치)
NOX 방출 14% 감소
특정 구체예를 참고로 하여 본 명세서에서 예시하고 설명하였지만, 본 발명이 상기 설명한 상세한 설명에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 다양한 변형예가 특허청구범위에 상당하는 기술 사상 및 범위 내에서, 그리고 본 발명의 기술 사상에서 벗어나지 않는 한 상세한 설명에 이루어질 수 있다.
본 발명에 의하면, 산소 또는 산소 농후 공기와 같은 산화제를 이용하는 가스상 연료 연소용 연료 버너 및 가스상 연료의 연소 방법이 제공된다.

Claims (20)

  1. · 다수의 연료 섹션을 갖는 연료 도관으로서, 각각의 연료 섹션은 각각의 다른 연료 섹션과 유체 연통 상태에 있고, 연료의 스트림을 전달하며,
    - 제1 연료 주입구와 제1 연료 주입구로부터 이격된 제1 연료 배출구를 갖는 연료 주입 섹션으로서, 상기 연료 주입 섹션은 제1 흐름 단면적을 가지며, 제1 연료 주입구로 들어가고 제1 연료 배출구로부터 나오는 연료의 스트림을 전달하는 것인 연료 주입 섹션,
    - 연료 흡입구와 연료 흡입구로부터 이격된 연료 배출구를 갖는 연료 전이 섹션으로서, 상기 연료 전이 섹션은 연료 흡입구로 들어가고 연료 배출구로부터 나오는 연료의 스트림의 적어도 일부를 전달하고, 제2 흐름 단면적을 가지며, 상기 제2 흐름 단면적은 연료 흡입구에서의 초기 흐름 단면적으로부터 연료 배출구에서의 상이한 흐름 단면적에 이르기까지 다양한 것인 연료 전이 섹션, 및
    - 제2 연료 주입구와 제2 연료 주입구로부터 이격된 제2 연료 배출구를 갖는 연료 배출 섹션으로서, 상기 연료 배출 섹션은 제2 연료 주입구로 들어가고 제2 연료 배출구로부터 나오는 연료의 스트림의 적어도 일부를 전달하고, 제3 흐름 단면적을 가지며, 상기 제3 흐름 단면적은 연료 배출 섹션에 걸쳐 실질적으로 일정한 것인 연료 배출 섹션
    을 포함하는 연료 도관; 및
    · 다수의 산화제 섹션을 갖는 제1 산화제 도관으로서, 각각의 산화제 섹션 은 각각의 다른 산화제 섹션과 유체 연통 상태에 있고, 산화제의 스트림을 전달하며,
    - 제1 산화제 주입구와 제1 산화제 주입구로부터 이격된 제1 산화제 배출구를 갖는 산화제 주입 섹션으로서, 상기 산화제 주입 섹션은 제1 산화제 주입구로 들어가고 제1 산화제 배출구로부터 나오는 산화제의 스트림을 전달하고, 제4 흐름 단면적을 가지며, 산화제 주입 섹션의 적어도 일부는 실질적으로 모든 연료 주입 섹션, 연료 전이 섹션 및 연료 배출 섹션 중 하나 이상의 적어도 일부 주위에 간격을 두고 위치하는 것인 산화제 주입 섹션, 및
    - 산화제 흡입구와 산화제 흡입구로부터 이격된 산화제 배출구를 갖는 산화제 배출 섹션으로서, 상기 산화제 배출 섹션은 산화제 흡입구로 들어가고 산화제 배출구로부터 나오는 산화제의 스트림의 적어도 일부를 전달하고, 제5 흐름 단면적을 가지며, 상기 제5 흐름 단면적은 제4 흐름 단면적보다 작거나 또는 동일하며, 산화제 배출 섹션에 걸쳐 실질적으로 일정하고, 산화제 배출 섹션의 적어도 일부는 실질적으로 모든 연료 배출 섹션의 적어도 일부 주위에 간격을 두고 위치하는 것인 산화제 배출 섹션
    을 포함하는 제1 산화제 도관
    을 포함하는 연료 연소용 버너.
  2. 제1항에 있어서, 제1 산화제 도관에 인접한 제2 산화제 도관으로서, 제2 산화제 주입구와 제2 산화제 주입구로부터 이격된 제2 산화제 배출구를 가지며, 상기 제2 산화제 도관은 제2 산화제 주입구로 들어가고 제2 산화제 배출구로 나오는 산화제의 다른 스트림 또는 다른 산화제의 스트림을 전달하는 제2 산화제 도관을 추가로 포함하는 것인 버너.
  3. 제1항에 있어서, 산화제 주입 섹션과 유체 연통 상태에 있고, 산화제 주입 섹션의 제1 산화제 주입구로 산화제의 스트림을 공급하는 Y자형 산화제 주입구 도관을 추가로 포함하는 것인 버너.
  4. 제1항에 있어서, 연료 전이 섹션 내에 배치된 하나 이상의 안내 날개를 추가로 포함하고, 여기서 연료 전이 섹션의 연료 흡입구에서의 초기 흐름 단면적이 연료 전이 섹션의 연료 배출구에서의 상이한 흐름 단면적보다 작은 것인 버너.
  5. 제1항에 있어서, 연료 배출 섹션의 제3 흐름 단면적에 대한 산화제 배출 섹션의 제5 흐름 단면적의 비는 화학량론적 연소에 요구되는 연료에 대한 산화제의 몰비 미만인 것인 버너.
  6. 제2항에 있어서, 제2 산화제 도관의 제2 산화제 배출구로 나오는 산화제의 다른 스트림 또는 다른 산화제의 스트림은 연료 배출 섹션의 제2 연료 배출구로부터 나오는 연료의 스트림의 적어도 일부와 산화제 배출 섹션의 산화제 배출구로부터 나오는 산화제의 스트림의 적어도 일부를 연소시킴으로써 형성된 화염 아래 쪽 에 위치하는 것인 버너.
  7. · 다수의 연료 섹션을 갖는 연료 도관으로서, 각각의 연료 섹션은 각각의 다른 연료 섹션과 유체 연통 상태에 있고, 연료의 스트림을 전달하며,
    - 제1 연료 주입구와 제1 연료 주입구로부터 이격된 제1 연료 배출구를 갖는 연료 주입 섹션으로서, 상기 연료 주입 섹션은 제1 흐름 단면적을 가지며, 제1 연료 주입구로 들어가고 제1 연료 배출구로부터 나오는 연료의 스트림을 전달하는 것인 연료 주입 섹션,
    - 연료 흡입구와 연료 흡입구로부터 이격된 연료 배출구를 갖는 연료 전이 섹션으로서, 상기 연료 전이 섹션은 연료 흡입구로 들어가고 연료 배출구로부터 나오는 연료의 스트림의 적어도 일부를 전달하고, 제2 흐름 단면적을 가지며, 상기 제2 흐름 단면적은 연료 흡입구에서의 초기 흐름 단면적으로부터 연료 배출구에서의 상이한 흐름 단면적에 이르기까지 다양한 것인 연료 전이 섹션, 및
    - 제2 연료 주입구와 제2 연료 주입구로부터 이격된 제2 연료 배출구를 갖는 연료 배출 섹션으로서, 상기 연료 배출 섹션은 제2 연료 주입구로 들어가고 제2 연료 배출구로부터 나오는 연료의 스트림의 적어도 일부를 전달하고, 제3 흐름 단면적을 가지며, 상기 제3 흐름 단면적은 연료 배출 섹션에 걸쳐 실질적으로 일정한 것인 연료 배출 섹션
    을 포함하는 연료 도관;
    · 다수의 산화제 섹션을 갖는 제1 산화제 도관으로서, 각각의 산화제 섹션 은 각각의 다른 산화제 섹션과 유체 연통 상태에 있고, 산화제의 스트림을 전달하며,
    - 제1 산화제 주입구와 제1 산화제 주입구로부터 이격된 제1 산화제 배출구를 갖는 산화제 주입 섹션으로서, 상기 산화제 주입 섹션은 제1 산화제 주입구로 들어가고 제1 산화제 배출구로부터 나오는 산화제의 스트림을 전달하고, 제4 흐름 단면적을 가지며, 산화제 주입 섹션의 적어도 일부는 실질적으로 모든 연료 주입 섹션, 연료 전이 섹션 및 연료 배출 섹션 중 하나 이상의 적어도 일부 주위에 간격을 두고 위치하는 것인 산화제 주입 섹션, 및
    - 산화제 주입구와 산화제 흡입구로부터 이격된 산화제 배출구를 갖는 산화제 배출 섹션으로서, 상기 산화제 배출 섹션은 산화제 흡입구로 들어가고 산화제 배출구로부터 나오는 산화제의 스트림의 적어도 일부를 전달하고, 제5 흐름 단면적을 가지며, 상기 제5 흐름 단면적은 제4 흐름 단면적보다 작거나 또는 동일하며, 산화제 배출 섹션에 걸쳐 실질적으로 일정하고, 산화제 배출 섹션의 적어도 일부는 실질적으로 모든 연료 배출 섹션의 적어도 일부 주위에 간격을 두고 위치하는 것인 산화제 배출 섹션
    을 포함하는 제1 산화제 도관; 및
    · 제1 산화제 도관에 인접한 제2 산화제 도관으로서, 제2 산화제 주입구와 제2 산화제 주입구로부터 이격된 제2 산화제 배출구를 가지며, 상기 제2 산화제 도관은 제2 산화제 주입구로 들어가고 제2 산화제 배출구로 나오는 산화제의 다른 스트림 또는 다른 산화제의 스트림을 전달하며,
    여기서, 제2 산화제 도관의 제2 산화제 배출구로 나오는 산화제의 다른 스트림 또는 다른 산화제의 스트림은 연료 배출 섹션의 제2 연료 배출구로부터 나오는 연료의 스트림의 적어도 일부와 산화제 배출 섹션의 산화제 배출구로부터 나오는 산화제의 스트림의 적어도 일부를 연소시킴으로써 형성된 화염 아래 쪽에 위치하는 것인 제2 산화제 도관
    을 포함하는 연료 연소용 버너.
  8. 연료 연소용 버너로서, 상기 버너는 길이 방향의 축을 가지며,
    연료의 흐름에 인접한 제1 연장 에지, 및
    산화제의 흐름에 인접하고, 상기 길이 방향의 축에 대해 평행한 선으로부터 약 15° 미만의 제1 선단각(α)을 형성하며, 상기 길이 방향의 축에 대해 평행한 상류 표면과 교차하는 제2 연장 에지를 가지며,
    상기 제1 연장 에지 및 제2 연장 에지는 상기 제1 선단각(α)보다는 크고, 상기 제1 연장 에지에 접하며 상기 제1 연장 에지로부터 연료의 흐름 방향으로 연장되는 선으로부터 약 90° 미만의 각을 이루는 제2 선단각(β)을 형성하는 버너 선단을 포함하는 버너.
  9. 제8항에 있어서, 제2 연장 에지는 제1 선단각(α)을 형성하는 초기 테이퍼진 섹션과 제1 연장 에지에서 종결되는 구부러진 섹션을 포함하는 것인 버너.
  10. 유리 용융용 노로서, 하나 이상의 제1항에 기재된 버너를 갖는 노.
  11. 산화제를 이용한 연료의 연소 방법으로서,
    · 연료 공급원을 제공하는 단계;
    · 하나 이상의 산화제 공급원을 제공하는 단계;
    · 다수의 연료 섹션을 갖는 연료 도관으로서, 각각의 연료 섹션은 각각의 다른 연료 섹션과 유체 연통 상태에 있고, 연료의 스트림을 전달하며,
    - 제1 연료 주입구와 제1 연료 주입구로부터 이격된 제1 연료 배출구를 갖는 연료 주입 섹션으로서, 상기 연료 주입 섹션은 제1 흐름 단면적을 가지며, 제1 연료 주입구로 들어가고 제1 연료 배출구로부터 나오는 연료의 스트림을 전달하는 것인 연료 주입 섹션,
    - 연료 흡입구와 연료 흡입구로부터 이격된 연료 배출구를 갖는 연료 전이 섹션으로서, 상기 연료 전이 섹션은 연료 흡입구로 들어가고 연료 배출구로부터 나오는 연료의 스트림의 적어도 일부를 전달하고, 제2 흐름 단면적을 가지며, 상기 제2 흐름 단면적은 연료 흡입구에서의 초기 흐름 단면적으로부터 연료 배출구에서의 상이한 흐름 단면적에 이르기까지 다양한 것인 연료 전이 섹션, 및
    - 제2 연료 주입구와 제2 연료 주입구로부터 이격된 제2 연료 배출구를 갖는 연료 배출 섹션으로서, 상기 연료 배출 섹션은 제2 연료 주입구로 들어가고 제2 연료 배출구로부터 나오는 연료의 스트림의 적어도 일부를 전달하고, 제3 흐름 단면적을 가지며, 상기 제3 흐름 단면적은 연료 배출 섹션에 걸쳐 실질적으로 일정한 것인 연료 배출 섹션
    을 포함하는 연료 도관; 및
    · 다수의 산화제 섹션을 갖는 제1 산화제 도관으로서, 각각의 산화제 섹션은 각각의 다른 산화제 섹션과 유체 연통 상태에 있고, 산화제의 스트림을 전달하며,
    - 제1 산화제 주입구와 제1 산화제 주입구로부터 이격된 제1 산화제 배출구를 갖는 산화제 주입 섹션으로서, 상기 산화제 주입 섹션은 제1 산화제 주입구로 들어가고 제1 산화제 배출구로부터 나오는 산화제의 스트림을 전달하고, 제4 흐름 단면적을 가지며, 산화제 주입 섹션의 적어도 일부는 실질적으로 모든 연료 주입 섹션, 연료 전이 섹션 및 연료 배출 섹션 중 하나 이상의 적어도 일부 주위에 간격을 두고 위치하는 것인 산화제 주입 섹션, 및
    - 산화제 흡입구와 산화제 흡입구로부터 이격된 산화제 배출구를 갖는 산화제 배출 섹션으로서, 상기 산화제 배출 섹션은 산화제 흡입구로 들어가고 산화제 배출구로부터 나오는 산화제의 스트림의 적어도 일부를 전달하고, 제5 흐름 단면적을 가지며, 상기 제5 흐름 단면적은 제4 흐름 단면적보다 작거나 또는 동일하며, 산화제 배출 섹션에 걸쳐 실질적으로 일정하고, 산화제 배출 섹션의 적어도 일부는 실질적으로 모든 연료 배출 섹션의 적어도 일부 주위에 간격을 두고 위치하는 것인 산화제 배출 섹션
    을 포함하는 제1 산화제 도관
    을 포함하는 버너를 제공하는 단계;
    · 제1 연료 주입구로 연료의 스트림을 전달하여 연료의 스트림의 적어도 일부가 제1 연료 주입구로부터 제2 연료 배출구로 전달되도록 하는 단계;
    · 제1 산화제 주입구로 산화제의 스트림을 전달하여 산화제의 스트림의 적어도 일부가 제1 산화제 주입구로부터 제2 산화제 배출구로 전달되도록 하는 단계; 및
    · 산화제 배출구로부터 나오는 산화제의 적어도 일부와 함께 제2 연료 배출구로부터 나오는 연료의 적어도 일부를 연소시키는 단계
    를 포함하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    · 제1 산화제 도관에 인접한 제2 산화제 도관을 제공하는 단계로서, 상기 제2 산화제 도관은 제2 산화제 주입구와 제2 산화제 주입구로부터 이격된 제2 산화제 배출구를 가지며, 상기 제2 산화제 도관은 제2 산화제 주입구로 들어가고 제2 산화제 배출구로 나오는 산화제의 다른 스트림 또는 다른 산화제의 스트림을 전달하는 단계;
    · 제2 산화제 주입구로 들어가는 산화제의 다른 스트림 또는 다른 산화제의 스트림을 전달하여 산화제의 다른 스트림의 적어도 일부 또는 다른 산화제의 적어도 일부가 제2 산화제 주입구로부터 제2 산화제 배출구로 전달되도록 하는 단계; 및
    · 제2 산화제 배출구로 나오는 산화제의 다른 스트림의 적어도 일부 또는 다른 산화제의 적어도 일부와 함께 제2 연료 배출구로부터 나오는 연료의 적어도 다른 일부를 연소시키는 단계
    를 추가로 포함하는 것인 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    · 산화제 주입 섹션과 유체 연통 상태에 있고, 산화제 주입 섹션의 제1 산화제 주입구로 산화제의 스트림을 공급하는 Y자형 산화제 주입구 도관을 제공하는 단계; 및
    · 산화제의 적어도 일부를 Y자형 산화제 주입구 도관에 공급하는 단계
    를 추가로 포함하는 것인 방법.
  14. 제11항에 있어서, 연료 전이 섹션 내에 배치된 하나 이상의 안내 날개를 제공하는 단계를 추가로 포함하고, 여기서 연료 전이 섹션의 연료 흡입구에서의 초기 흐름 단면적이 연료 전이 섹션의 연료 배출구에서의 상이한 흐름 단면적보다 작은 것인 방법.
  15. 제11항에 있어서, 연료 배출 섹션의 제3 흐름 단면적에 대한 산화제 배출 섹션의 제5 흐름 단면적의 비는 화학량론적 연소에 요구되는 연료에 대한 산화제의 몰비 미만인 것인 방법.
  16. 제12항에 있어서, 제2 산화제 도관의 제2 산화제 배출구로 나오는 산화제의 다른 스트림 또는 다른 산화제의 스트림은 연료 배출 섹션의 제2 연료 배출구로부터 나오는 연료의 스트림의 적어도 일부와 산화제 배출 섹션의 산화제 배출구로부터 나오는 산화제의 스트림의 적어도 일부를 연소시킴으로써 형성된 화염 아래 쪽에 위치하는 것인 방법.
  17. 산화제를 이용한 연료의 연소 방법으로서,
    · 연료 공급원을 제공하는 단계;
    · 하나 이상의 산화제 공급원을 제공하는 단계;
    · 다수의 연료 섹션을 갖는 연료 도관으로서, 각각의 연료 섹션은 각각의 다른 연료 섹션과 유체 연통 상태에 있고, 연료의 스트림을 전달하며,
    - 제1 연료 주입구와 제1 연료 주입구로부터 이격된 제1 연료 배출구를 갖는 연료 주입 섹션으로서, 상기 연료 주입 섹션은 제1 흐름 단면적을 가지며, 제1 연료 주입구로 들어가고 제1 연료 배출구로부터 나오는 연료의 스트림을 전달하는 것인 연료 주입 섹션,
    - 연료 흡입구와 연료 흡입구로부터 이격된 연료 배출구를 갖는 연료 전이 섹션으로서, 상기 연료 전이 섹션은 연료 흡입구로 들어가고 연료 배출구로부터 나오는 연료의 스트림의 적어도 일부를 전달하고, 제2 흐름 단면적을 가지며, 상기 제2 흐름 단면적은 연료 흡입구에서의 초기 흐름 단면적으로부터 연료 배출구에서의 상이한 흐름 단면적에 이르기까지 다양한 것인 연료 전이 섹션, 및
    - 제2 연료 주입구와 제2 연료 주입구로부터 이격된 제2 연료 배출구를 갖는 연료 배출 섹션으로서, 상기 연료 배출 섹션은 제2 연료 주입구로 들어가고 제2 연료 배출구로부터 나오는 연료의 스트림의 적어도 일부를 전달하고, 제3 흐름 단면적을 가지며, 상기 제3 흐름 단면적은 연료 배출 섹션에 걸쳐 실질적으로 일정한 것인 연료 배출 섹션
    을 포함하는 연료 도관; 및
    · 다수의 산화제 섹션을 갖는 제1 산화제 도관으로서, 각각의 산화제 섹션은 각각의 다른 산화제 섹션과 유체 연통 상태에 있고, 산화제의 스트림을 전달하며,
    - 제1 산화제 주입구와 제1 산화제 주입구로부터 이격된 제1 산화제 배출구를 갖는 산화제 주입 섹션으로서, 상기 산화제 주입 섹션은 제1 산화제 주입구로 들어가고 제1 산화제 배출구로부터 나오는 산화제의 스트림을 전달하고, 제4 흐름 단면적을 가지며, 산화제 주입 섹션의 적어도 일부는 실질적으로 모든 연료 주입 섹션, 연료 전이 섹션 및 연료 배출 섹션 중 하나 이상의 적어도 일부 주위에 간격을 두고 위치하는 것인 산화제 주입 섹션, 및
    - 산화제 흡입구와 산화제 흡입구로부터 이격된 산화제 배출구를 갖는 산화제 배출 섹션으로서, 상기 산화제 배출 섹션은 산화제 흡입구로 들어가고 산화제 배출구로부터 나오는 산화제의 스트림의 적어도 일부를 전달하고, 제5 흐름 단면적을 가지며, 상기 제5 흐름 단면적은 제4 흐름 단면적보다 작거나 또는 동일하며, 산화제 배출 섹션에 걸쳐 실질적으로 일정하고, 산화제 배출 섹션의 적어도 일부는 실질적으로 모든 연료 배출 섹션의 적어도 일부 주위에 간격을 두고 위치하는 것인 산화제 배출 섹션
    을 포함하는 제1 산화제 도관
    을 포함하는 버너를 제공하는 단계;
    · 제1 연료 주입구로 연료의 스트림을 전달하여 연료의 스트림의 적어도 일부가 제1 연료 주입구로부터 제2 연료 배출구로 전달되도록 하는 단계;
    · 제1 산화제 주입구로 산화제의 스트림을 전달하여 산화제의 스트림의 적어도 일부가 제1 산화제 주입구로부터 산화제 출구로 전달되도록 하는 단계;
    · 산화제 배출구로부터 나오는 산화제의 적어도 일부와 함께 제2 연료 배출구로부터 나오는 연료의 적어도 일부를 연소시키는 단계;
    · 제1 산화제 도관에 인접한 제2 산화제 도관을 제공하는 단계로서, 상기 제2 산화제 도관은 제2 산화제 주입구와 제2 산화제 주입구로부터 이격된 제2 산화제 배출구를 가지며, 상기 제2 산화제 도관은 제2 산화제 주입구로 들어가고 제2 산화제 배출구로 나오는 산화제의 다른 스트림 또는 다른 산화제의 스트림을 전달하는 단계;
    · 제2 산화제 주입구로 들어가는 산화제의 다른 스트림 또는 다른 산화제의 스트림을 전달하여 산화제의 다른 스트림의 적어도 일부 또는 다른 산화제의 적어도 일부가 제2 산화제 주입구로부터 제2 산화제 배출구로 전달되도록 하는 단계;
    · 제2 산화제 배출구로 나오는 산화제의 다른 스트림의 적어도 일부 또는 다른 산화제의 적어도 일부와 함께 제2 연료 배출구로부터 나오는 연료의 적어도 다른 일부를 연소시키는 단계로서,
    여기서 제2 산화제 도관의 제2 산화제 배출구로 나오는 산화제의 다른 스트림 또는 다른 산화제의 스트림은 연료 배출 섹션의 제2 연료 배출구로부터 나오는 연료의 스트림의 적어도 일부와 산화제 배출 섹션의 산화제 배출구로부터 나오는 산화제의 스트림의 적어도 일부를 연소시킴으로써 형성된 화염 아래 쪽에 위치하는 것인 단계
    를 포함하는 방법.
  18. 산화제를 이용한 연료의 연소 방법으로서,
    · 연료 공급원을 제공하는 단계;
    · 산화제 공급원을 제공하는 단계;
    · 산화제를 이용하는 연료 연소용 버너를 제공하는 단계로서, 상기 버너는 길이 방향의 축을 가지며,
    연료의 흐름에 인접한 제1 연장 에지, 및
    산화제의 흐름에 인접하고, 길이 방향의 축에 대해 평행한 선으로부터 약 15° 미만의 제1 선단각을 형성하며, 상기 길이 방향의 축에 대해 평행한 상류 표면과 교차하는 제2 연장 에지를 가지며,
    상기 제1 연장 에지 및 제2 연장 에지는 상기 제1 선단각(α)보다는 크고, 상기 제1 연장 에지에 접하며 상기 제1 연장 에지로부터 연료의 흐름 방향으로 연장되는 선으로부터 약 90° 미만의 각을 이루는 제2 선단각(β)을 형성하는 버너 선단을 포함하는 단계; 및
    · 버너 선단에 인접한 위치에서 산화제의 적어도 일부와 함께 연료의 적어도 일부를 연소시키는 단계
    를 포함하는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 제2 연장 에지는 제1 선단각(α)을 형성하는 초기 테이퍼진 섹션과 제1 연장 에지에서 종결되는 구부러진 섹션을 포함하는 것인 방법.
  20. 유리의 용융 방법으로서, 제11항에 기재된 산화제를 이용한 연료의 연소 방법을 포함하는 방법.
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