KR100879169B1 - 원격의 스테이지형 로 버너 형태 및 방법 - Google Patents

원격의 스테이지형 로 버너 형태 및 방법 Download PDF

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챨스 이 2세 바우칼
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아이-핑 정
셀라무수 지. 첼라판
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존 징크 컴파니 엘엘씨
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Abstract

원격의 스테이지형 로 버너 형태는 버너로부터 이격된 제2연료 가스 노즐의 배치를 포함한다. 이러한 형태는 제2연료와 로 연도 가스의 혼합을 증가시킨다. 그 결과, 연료 가스의 연소온도가 낮아지고, NOx 형성이 감소된다.
노즐, 연도 가스, 에어, 질소산화물, 스테이징, 캐빈로, 연소온도, 내화타일

Description

원격의 스테이지형 로 버너 형태 및 방법{REMOTE STAGED FURNACE BURNER CONFIGURATIONS AND METHODS}
도1은 각각의 버너의 중심에 제2연료 가스를 갖는 종래 스테이징(staging)을 사용하여, 복사벽 버너에서의 가스 유동패턴을 도시한 도면.
도2는 연료 가스의 이격된 스테이징을 갖는 복사벽 버너에서 본 발명의 가스 유동패턴을 도시한 도면.
도3은 복사벽 로의 벽에서 양호한 원격 스테이징 버너의 형태를 도시한 도면.
도4A 내지 도4D는 복사벽 로의 벽에서 또 다른 양호한 원격 스테이징 버너의 형태를 도시한 도면.
도5A 내지 도5F는 바닥 버너가 구비되거나 또는 구비되지 않은 로 바닥에서 부가의 제2연료 가스 배출노즐을 포함하는 복사벽 로에서의 원격 스테이징 형태를 도시한 도면.
도6A 내지 도6C는 수직 원통형 로에서 양호한 원격 스테이징 형태를 도시한 도면.
도7A 내지 도7C는 캐빈로에서 양호한 원격 스테이징 형태를 도시한 도면.
도8은 본 발명에 따라 사용하기 위한 양호한 제2연료 가스 배출노즐의 측면 도.
도9는 도8의 제2연료 가스 배출노즐의 평면도.
도10은 본 발명의 원격 스테이징 기법에 따르거나 또는 이러한 기법에 따르지 않은 테스트 로에서의 NOx 방출을 비교한 그래프.
[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]
10: 버너 11: 컬럼
12: 버너 팁 16: 가스 팁
20: 장벽 22: 제2연료 가스
26: 노즐 31: 벽
본 발명은 원격의 스테이지형 로 버너 형태에 관한 것으로서, 특히 NOx의 생성이 적어지도록 버너로부터 분리이격된 제2연료 가스 노즐의 교체에 관한 것이다.
가스 버너 로는 널리 공지되어 있으며, 수년동안 제련 및 크래킹 작업에 사용되어 왔다. 복사벽 버너 로는 일반적으로 로 벽의 개구에 삽입되는 환형 내화타일로 둘러싸인 중앙 연료 가스-에어 혼합물 버너 튜브가 구비된 복사벽 버너를 포함한다. 버너 노즐은 내화타일의 내측면에 인접하여 이러한 내측면에 평행한 방향으로 연료 가스-에어 혼합물을 방출 및 연소시킨다. 연료 가스-에어 혼합물의 연소에 의해, 버너 타일의 표면은 처리튜브로 열을 복사하고, 이에 의해 상기 처리튜브상의 불필요한 화염 충돌을 피할 수 있다. 복사벽 버너는 전형적으로 로 벽을 따라 여러개의 열(row)로 설치된다. 이러한 형태는 통상적으로 복사벽 버너 매트릭스를 포함하는 벽 영역으로부터 처리튜브로 균일한 열 입력을 제공하기 위한 것이다.
수직의 원통형 로, 캐빈로(cabin furncace) 및 보일러 등과 같은 기타 이와 유사한 로는 널리 공지되어 있다. 상기 수직의 원통형 로는 일반적으로 연료 가스-에어 혼합물을 수직으로 방출 및 연소하는 로의 바닥에서 버너의 어레이를 포함한다. 처리튜브는 버너의 주위에서 로의 원통형 벽에 인접하여 수직으로 배치되며, 이에 따라 연소된 연료 가스-에어 혼합물로부터의 열이 상기 처리튜브를 복사(輻射)한다.
캐빈로 및 기타 이와 유사한 다른 로는 일반적으로 연료 가스-에어 혼합물을 수직으로 배출 및 연소하는 로의 사각형 바닥에서 2개 이상의 버너 어레이를 포함한다. 상기 버너 어레이에 평행한 로의 대향벽에는 수평의 처리튜브가 배치된다. 로의 상부에는 또 다른 처리튜브가 배치될 수도 있다. 연료 가스-에어 혼합물의 연소에 의한 열은 상기 처리튜브를 복사한다.
대기중으로 배출되는 질소산화물(NOx) 등과 같은 가스 오염물의 양을 규제하는 강력한 환경 방출기준이 정부당국에 의해 부과되고 있다. 이러한 기준은 스테이지형 또는 제2연료 버너 장치 및 방법의 발전을 이끌었으며, 연료의 일부와 모든 에어는 제1영역에서 연소되고, 나머지 연료는 하방의 제2영역에서 연소된다. 이러한 스테이지형 연료 버너 장치 및 방법에 있어서, 제1영역에서의 과잉 에어는 가스 의 연소온도를 낮추어 NOx의 형성을 감소시키는 희석제로서 작용한다. 제2연료의 연소온도를 낮추어 NOx의 형성을 감소시키기 위하여, 로 연도 가스는 희석제로 작용한다.
마찬가지로, 버너가 연료 가스와 에어의 주 연료 희박혼합물(lean mixture)을 연소한 후, 스테이지형 연료 라이저(riser)가 제2연료를 방출하는 스테이지형 버너 디자인이 개발되었다. 제2연료 라이저의 위치는 버너의 형태와 제조자에 따라 변할 수 있지만, 일반적으로는 주 버너의 외주 주위에 인접하여 배치된다.
NOx의 레벨이 낮은 연소 가스가 생성되는 스테이지형 버너 및 로 디자인이 개선되었지만, 부가적으로 개선할 점이 있다. 따라서, NOx 레벨이 낮은 연도 가스가 생성될 수 있도록, 버너를 사용하여 연료 가스 및 에어를 연소하는 개선된 방법이 요망되고 있다.
희박한 주 연료 가스-에어 혼합물을 연소시키는 하나이상의 버너와, 상기 하나이상의 버너로부터 이격되어 배치된 제2연료가스를 연소하는 제2연료 가스 노즐의 하나이상의 어레이를 이용한 로 버너 형태가 제공된다. 제2연료 가스는 희박한 주 연료 가스-에어 혼합물 및 제2연료 가스에 의해 연소 영역에 제공되는 전체 연료의 실질적인 부분을 구성하는 양만큼 제2연료 가스 노즐에 유입된다. 상기 제2연료 가스 노즐은 로 벽이나 로 바닥에 배치되거나, 또는 로 벽 및 로 바닥 모두에 배치되어, 제2연료 가스를 버너로부터 연소 영역의 대향측상의 위치를 포함한 여러 위치로 지향시킨다. 그 결과, 로를 떠나는 연소 가스내의 NOx의 레벨이 실질적으 로 감소된다.
벽 버너 로의 양호한 실시예에서, 로 벽은 실질적으로 적어도 수직하며, 복사벽 버너는 열 및 컬럼을 이루면서 평행하고 균일하게 이격되어 있으며, 제2연료 가스 노즐은 단일 열로 배치되고, 각각의 노즐은 열의 위에서 복사벽 버너의 바로 하부에 배치된다. 또 다른 양호한 실시예에서, 복사벽 버너는 열 및 컬럼에서 거의 균일하게 이격된 버너와 평행하며, 제2연료 가스 노즐은 상부 열 및 하부 열에서 복사벽 버너의 하부에 배치되며, 상부 열의 각각의 노즐은 열의 상부에서 버너의 바로 하부에 배치되며, 하부 열의 각각의 노즐은 그 위의 노즐의 수평 위치 사이의 중간에 배치된다. 또 다른 양호한 실시예에서, 복사벽 버너는 엇갈린 위치에서 서로 절반씩 중첩되며, 제2연료 가스 노즐은 복사벽 버너의 바로 아래에서 단일 열로 또는 이중 열로 배치되며, 각각의 노즐은 엇갈린 위치에 연속하여 배치된다. 또 다른 실시예에서, 제1열의 제2연료 가스 노즐은 모든 복사벽 버너의 하부에 배치되며, 제2열의 연료 가스 노즐은 복사벽 버너열의 중간에 배치된다. 또 다른 양호한 실시예에서, 제2연료 가스 노즐은 로 바닥에도 배치되며, 상기 로는 바닥에 제2연료 가스 노즐이 구비되거나 또는 구비되지 않은 바닥 버너[하스 버너(hearth burner)로도 언급된다]를 포함할 수 있다. 제2연료 가스 노즐은 노즐의 길이방향 축선에 대해 일정한 각도로 연료 가스를 분사하도록 설계된 적어도 하나의 연료분배용 오리피스가 구비된 팁을 포함한다. 상기 제2연료 가스 노즐은 여러개의 연료분배용 오리피스를 포함하는 것이 바람직하다.
수직의 처리튜브가 구비된 수직의 원통형 로의 양호한 실시예에 있어서, 주 버너는 가스 희박 에어 혼합물을 연소시켜 수직으로 배출하는 로의 바닥에 배치된다. 하나의 제2연료 가스 노즐 또는 제2연료 가스 노즐의 어레이는 로의 바닥이나 로의 벽에 배치되거나, 또는 이들 모두에 배치될 수도 있으므로, 제2연료 가스 노즐은 주 버너와 분리이격된다. 제2연료는 로의 연도 가스와 혼합된 후 과잉 에어와 함께 연소되므로써, 연소된 연료 가스의 온도를 낮추고 NOx의 형성을 감소시키도록, 제2연료 가스 노즐에 의해 지향된다.
캐빈로와 수평 처리튜브가 구비된 기타 다른 로의 배열에 있어서, 주 버너는 가스 희박 에어 혼합물을 연소시켜 수직으로 배출하는 로의 바닥에 배치된다. 하나의 제2연료 가스 노즐 또는 제2연료 가스 노즐의 어레이는 로의 바닥이나 로의 벽에 배치되거나, 또는 이들 모두에 배치될 수도 있으므로, 제2연료 가스 노즐은 주 버너와 분리이격된다. 제2연료는 먼저 로의 연도 가스와 혼합된 후 과잉 에어와 함께 연소되므로써, 연소된 연료 가스의 온도를 낮추고 NOx의 형성을 감소시키도록, 제2연료 가스 노즐에 의해 지향된다.
본 발명의 기타 다른 목적과 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조한 하기의 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.
본 발명의 양호한 복사벽 로 버너의 형태는 복합의 복사벽 버너의 열과, 제2연료 가스 노즐의 어레이를 이용하며; 상기 복합 복사벽 버너의 열은 환형 내화타일을 포함하며, 규칙적인 간격으로 로의 벽에 연결된 연료 가스 희박에어 혼합물을 연소시키며; 상기 제2연료 가스 노즐의 어레이는 복사벽 버너로부터 분리이격되어 배치되며, 제2연료 가스를 제2연료 가스 노즐에 인입시키는 수단을 가지며; 상기 제2연료 가스는 연료 가스-에어 혼합물과 제2연료 가스에 의해 연소실에 공급된 전체 연료의 실질적인 부분을 구성한다. 상기 제2연료 가스 노즐은 복사벽 버너의 열에 인접한 로 벽이나 로 바닥에 배치되거나 또는 상기 로 벽 및 로 바닥 모두에 배치되어, 제2연료 가스를 복사벽 버너로부터 연소지역의 대향측 위치를 포함한 여러 위치로 지향시킨다. 그 결과, 로를 떠나는 연소 가스내의 NOx 레벨이 낮아진다.
도1은 스테이지형 연료 복사벽 버너(10)의 전통적인 버너 컬럼(11)을 도시하고 있다. 상기 스테이지형 연료 복사벽 버너(10)는 주 연료 가스 및 에어의 연료 가스 희박 혼합물을 갖는 복사벽 버너 팁(12)으로 구성되어 있다. 제2연료 가스 라이저(14)는 제2연료 가스 팁(16)에 연료 가스를 공급한다. 상기 제2연료 가스 팁(16)의 위치는 전형적으로 도1에 도시된 바와 같이 복사벽 버너 팁(12)의 중앙에 배치되거나, 복사벽 버너 팁(12)의 주위에 배치된다. 도1에 도시된 바와 같이, 버너 팁(12)으로부터 배출되는 연료 가스-에어 스트림은 장벽(18, 20)을 형성하며, 제2연료 가스(22)를 포위하거나 둘러싼다. 상기 제2연료 가스(22) 주위의 연료 가스-에어 장벽(18, 20)은 상당한 연도 가스(24)가 혼입되어 NOx 방출이 증가되는 것을 방지한다.
본 발명의 원격 스테이지형 연료 기법에서는 각각의 복사벽 버너(10)에 인접하거나 이러한 복사벽 버너로부터의 제2연료 가스가 제거된다. 그 대신, 원격의 위치에서 제2연료 가스가 로 내로 분사된다. 도2에 도시된 바와 같이, 제2연료 가 스를 예를 들어 버너 컬럼(11)의 하부에 배치된 원격의 제2연료 가스 노즐(26)로 이동시킴에 따라, 상기 제2연료 가스(22)는 연소 지역(28)에서 연료 가스-에어 혼합물(18)과 혼합되기 전에 로 연도가스(24)와 혼합될 수 있다. 원격의 위치에 배치된 하나이상의 원격 제2연료 가스 노즐(26)을 사용하여 제2연료 가스 패턴을 제공하므로써, NOx의 방출이 감소될 뿐만 아니라, 복사벽 버너 디자인에 비해 화염 품질도 개선된다
도3에는 본 발명의 개선된 복사벽 로 버너의 형태가 도면부호 30으로 도시되어 있다. 복합 복사벽 버너(10)의 열(32)은 로의 벽(31)에 삽입된다. 상기 복사벽 버너(10)는 로 벽(31)의 표면을 횡단하여 방사방향으로 연료 가스-에어 혼합물을 방출한다. 벽으로부터의 복사열은 고온 가스로부터의 열복사와 마찬가지로 처리튜브나 열전달에 필요한 기타 다른 설비로 전달될 수 있다.
각각의 복사벽 버너(10)에는 주 연료 가스 및 에어의 혼합물이 제공되며, 에어의 유동비는 주 가스에 비해 화학양론적으로 크다. 에어의 비율은 주 연료 가스 및 제2연료 가스를 완전히 연소하는데 필요한 화학양론적 유동비의 약 105% 내지 120%의 범위에 속한다. 제2연료 가스는 제2연료 가스 노즐(26)에 의해 로 내로 방출된다. 도3의 버너 형태는 열(32)로 배치된 제2연료 가스 노즐(26)을 도시하고 있으며, 각각의 제2연료 가스 노즐은 복사벽 버너의 컬럼(34)의 하부에 배치된다. 제2연료 가스 노즐은 하기에 상세히 서술되는 바와 같이 연료 가스를 복사벽 버너를 향한 방향으로 방출하도록 형성된다.
도4A 내지 도4D에는 양호한 패턴의 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 복사 벽 버너(10)의 열은 거의 평행하며, 버너(10)는 컬럼(34)에서 균일하게 이격되어 있으며, 제2연료 가스 노즐(26)은 단일 열(32)로 배치되며, 각각의 노즐은 도3에 도시된 바와 같이 열의 상부에서 복사벽 버너(10)의 하부에 배치되거나 도4A에 도시된 바와 같이 중첩되어 배치된다. 도4B에 도시된 바와 같이, 또 다른 양호한 형태에 따르면, 복사벽 버너(10)는 거의 평행한 컬럼에 위치되며, 상기 복사벽 버너(10)는 컬럼(34)에서 균일하게 이격되어 있으며, 복사벽 버너(10)의 하부에 배치된 제2연료 가스 노즐(26)은 2열 즉, 상부열(26) 및 하부열(38)로 형성되며, 상부열(36)의 각각의 제2연료 가스 노즐은 열의 상부에서 버너의 하부에 배치되고, 하부열(38)의 각각의 제2연료 가스 노즐은 열(36)에서 그 바로 위에 제2연료 가스 노즐의 수평 위치의 중간 사이에 배치된다. 도4C에 도시된 또 다른 양호한 형태에 있어서, 복사벽 버너(10)는 중간위치에서 서로 중첩되어, 제2연료 가스 노즐(26)이 복사벽 버너의 하부에 배치된 다이아몬드형 패턴을 형성하고 이러한 패턴을 지속하게 된다. 도4D에 도시된 또 다른 양호한 형태에 있어서, 복사벽 버너(10)의 대략 절반은 열 및 컬럼(40)에서 거의 균일하게 이격되어 있으며, 제2연료 가스 노즐(26)의 열(42)은 바로 하부에 배치된다. 나머지 복사벽 버너(10)는 제2연료 가스 노즐의 열(42)의 하부에 배치되며, 컬럼(44)에 정렬된다. 제2연료 가스 노즐(26)의 제2열(46)은 버너 컬럼(44)의 바로 하부에 배치된다.
복사벽 버너(10) 및 제2연료 가스 노즐(26)이 연결된 로 벽(31)은 벽이 수직일 경우 상술한 바와 같지만, 상기 벽은 수직선에 대해 각도를 이룰 수도 있으며, 또는 상기 벽은 수평으로 형성될 수도 있음을 인식해야 한다.
도5A 내지 도5F에는 바닥 버너(54)(본 발명에서는 하스 버너로도 언급된다)가 구비되거나 구비되지 않은, 본 발명에 따른 제2연료 가스 노즐(26)의 다른 배열이 도시되어 있다. 도5A 및 도5B에 있어서, 복합 복사벽 버너(10)의 열은 로의 벽(31)에 삽입된다. 상술한 바와 같이, 버너(10)는 로 벽(31)의 표면을 횡단하는 방향으로 연료 가스-에어 혼합물을 방출한다. 각각의 복사벽 버너에는 주 연료 가스 및 에어의 혼합물이 제공되며, 에어의 유동비는 주 연료 가스에 대한 화학양론비 보다 큰 즉, 화학양론적 유동비의 약 105% 내지 120%의 범위에 속한다.
제2연료 가스는 복사 가스 버너(10)의 컬럼의 하부에 배치된 제2연료 가스 노즐(26)에 의해 로내로 방출된다. 또한, 제2연료 가스 노즐(26)은 과잉의 에어와 로 연도 가스와 혼합되는 부가의 제2연료 가스를 제공하므로써 NOx 레벨을 낮추도록, 로의 바닥에 배치된다.
도5C 및 도5D에는 복사벽 버너(10) 및 제2연료 가스 노즐(26)의 유사한 배열이 도시되어 있다. 또한, 바닥 버너(54)는 연료 가스를 과잉의 에어와 혼합하는 벽에 인접하여 제공되며, 제2연료 가스 노즐(26)은 연료 가스를 복사벽 버너 및 바닥 버너를 향해 방출하므로써, 상기 제2연료 가스는 로 연도 가스 및 과잉의 에어와 용이하게 혼합되어, 낮은 레벨의 NOx가 생성된다.
도5E 및 도5F에 있어서, 연료 가스를 복사벽 버너 및 바닥 버너를 향해 방출하는 제2연료 가스 노즐(26)을 제공하는 대신에, 로의 바닥에 부가의 연료 가스 노즐이 제공되어, 바닥 버너에 의해 생성된 과잉의 에어 및 로 연도가스를 혼합하므로써, 낮은 레벨의 NOx가 생성된다 .
따라서, 본 기술분야의 숙련자라면 인식할 수 있는 바와 같이, 로 연도 가스에서 NOx 레벨을 감소시키기 위하여 본 발명에 따라 복사벽 가스 버너 로에는 복사벽 버너(10) 및 분리이격된 제2연료 가스 노즐의 다양한 조합이 사용될 수 있다.
본 발명의 형태 및 방법에는 여러가지 복사벽 버너가 사용될 수 있다. 복사벽 버너의 디자인과 작동은 본 기술분야의 숙련자에게 널리 공지되어 있다. 사용될 수 있는 복사벽 버너의 실시예는 1993년 1월 19일자로 슈바르츠에 허여된 미국특허 제5.180.302호 및 2001년 9월 7일자로 베니젤로스 등에 의해 출원된 발명의 명칭이 "고용량/저 NOx 복사벽 버너"인 미국 특허출원 제 09/949.007호에 개시되어 있으며, 이러한 두 특허명세서는 본 발명에 참조인용되었다.
도6A 내지 도6C에는 본 발명의 개선된 수직 원통형 로 버너 형태가 도시되어 있다. 도6A에 있어서, 수직의 원통형 로(56)는 로의 원통형 벽(60)의 주위에서 이에 인접하여 배치된 수직 처리튜브(58)를 갖는 것으로 도시되어 있다. 로의 바닥(64)에는 4개의 주 버너(62)가 배치되어 있지만, 본 기술분야의 숙련자라면 이러한 버너(62)의 갯수는 많거나 적을 수도 있음을 인식할 수 있을 것이다. 상기 버너(62)는 연료 가스 희박-에어 혼합물을 연소하여 수직으로 방출한다. 도6A에 도시된 바와 같이, 주 버너로부터 분리이격된 곳에 배치된 로 바닥에는 제2연료 가스 노즐(66)이 배치된다. 필요할 경우, 로 바닥(64)에는 부가의 제2연료 가스 노즐(66)이 제공될 수도 있다. 화살표(67)로 도시된 바와 같이, 제2연료 가스는 제2연료 가스 노즐(66)에 의해 수직으로 지향되므로, 로의 연도 가스와 혼합된 후 과잉의 에어와 함께 연소되고, 이에 의해 연료가스의 연소온도를 하강시키고 NOx의 형 성을 감소시킨다.
도6B에 도시된 또 다른 배열에 있어서, 2개의 제2연료 가스 노즐(68)은 버너(62) 위에서 로(56)의 원통형 벽(60)의 대향측에 부착된다. 필요할 경우, 벽(60)에는 오직 하나 또는 2개 이상의 제2연료 가스 노즐(68)에 제공될 수도 있다. 화살표(69)로 도시된 바와 같이, 제2연료 가스는 제2연료 가스 노즐(68)에 의해 버너(612) 위로 상향의 각도로 지향되므로써, 제2연료 가스는 로의 연도 가스와 혼합된 후 과잉의 에어와 함께 연소되고, 이에 따라 연료 가스의 연소온도를 하강시키고, NOx의 형성을 감소시킨다.
도6C에 도시된 바와 같이, 제2연료 가스 노즐(66, 68)은 NOx의 형성을 감소시킬 필요가 있을 때 사용될 수 있다.
도7A 내지 도7C에는 본 발명의 개선된 캐빈로 및 기타 유사한 로 버너가 도시되어 있다. 도7A에 있어서, 캐빈로(70)는 대향측(74)과 상부(76)에 배치된 수평 처리튜브(72)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 3개의 주 버너(78)는 로의 바닥(80)에 배치되어 있지만, 이 보다 많거나 적은 수의 버너가 사용될 수도 있다. 상기 버너(78)는 연료 가스 희박-에어 혼합물을 연소한 후 수직으로 방출한다. 도시된 바와 같이, 제2연료 가스를 화살표(83)로 도시된 곳으로 지향시키는 제2연료 가스 노즐(82)은 버너(78)의 대향측에서 로 바닥에 제공된다. 상기 제2연료 가스는 로의 연도 가스와 혼합된 후, 과잉의 에어와 함께 연소되므로써, 연료 가스의 연소온도를 하강시키고 NOx의 형성을 감소시킨다.
도7B에 도시된 다른 배열에 있어서, 제2연료 가스 노즐은 로(70)의 바닥(80) 에서는 생략되어 있다. 그 대신, 제2연료 가스 노즐(84)은 처리튜브(72) 사이에서 대향 벽(74)에 제공된다. 화살표(86)로 도시된 바와 같이, 제2연료 가스는 버너(78)의 위로 상향 각도로 지향되므로써, 제2연료 가스는 로의 연도 가스와 혼합된 후, 과잉의 에어와 함께 연소되므로써, 연료 가스의 연소온도를 하강시키고 NOx의 형성을 감소시킨다.
도7C에 도시된 바와 같이, 필요할 경우 NOx의 형성을 감소시키기 위하여 제2연료 가스 노즐(82, 84)이 사용될 수도 있다.
상이한 형태의 로에 대해 서술하였지만, 본 기술분야의 숙련자라면 본 발명의 로 버너의 형태는 NOx의 형성을 감소시키기 위한 그 어떤 연소로에도 사용될 수 있음을 인식할 수 있을 것이다.
로 버너를 흐르는 전체 연료 가스-에어 혼합물은 연소 지역(29)에 공급되는 전체 연료의 80% 이하를 포함한다.
제2연료 가스 노즐은 로 바닥이나, 또는 로 내부로 1인치 내지 12인치 연장되는 벽에 배치된다. 연료 가스는 약 20psig 내지 50psig의 압력으로 공급되는 것이 바람직하다.
도8 및 도9에는 로의 벽에 배치되어 있고 도1 내지 도5에도 도시되어 있는 제2연료 가스 노즐이 도시되어 있다. 상기 노즐은 제2연료 가스의 흐름을 로의 내부로 방출하기 위해 단일의 연료 가스 분배 개구(48)를 포함할 수 있다. 상기 개구(48)는 길이방향으로 60°내지 120°범위의 각도(α)로 로의 벽을 향하여 또는 이로부터 제2연료 가스를 방출한다. 상기 제2연료 가스 노즐은 길이방향 축선을 통과하는 수직면의 양측으로부터 10°내지 180°범위, 양호하기로는 20°내지 150°범위의 각도(β)로 제2연료 가스를 여러 방향으로 방출하기 위해 부가의 측부 분배 개구(52)를 포함할 수도 있다.
제2연료 가스 노즐이 수직의 원통형 로, 캐빈로, 및 기타 다른 유사한 로의 바닥이나 벽에 배치될 때는 제2연료 가스를 여러 방향으로 방출하는 연료 가스 분배 개구를 포함할 수 있다.
벽과 바닥을 가지며 NOx를 적게 생성하는 로는 연소가능한 연료 가스 희박-에어 혼합물을 버너에 인접한 연소지역으로 인입시키기 위해, 로의 벽이나 바닥에 배치된 하나의 버너 또는 버너 어레이와; 제2연료 가스가 로내의 연도 가스와 혼합하여 과잉의 에어와 함께 연소되어 연료 가스의 연소온도를 하강시키고 NOx의 형성을 감소시키기 위하여, 제2연료 가스를 로의 내부로 인입시키며 상기 버너로부터 분리이격되어 배치된 하나이상의 제2연료 가스 노즐의 어레이를 포함한다.
NOx 함량이 감소된 연도 가스가 형성되도록 로에서 연료 가스 및 에어를 연소하는 방법은 로의 바닥이나 벽에 배치된 버너 또는 버너 어레이에 연료 가스 희박-에어 혼합물을 제공하는 단계와, 혼합물이 연소 지역에서 매우 낮은 온도로 연소되고 이에 의해 NOx 함량이 낮은 연도 가스가 생성되도록, 연료 가스 희박-에어 혼합물을 버너로부터 방출하는 단계와, 제2연료 가스가 제2연료 가스 노즐로부터 방출되어, 로의 연도 가스와 혼합되고, 로에서의 과잉 에어와 함께 연소되어, 연료 가스의 연소온도를 하강시키고 NOx의 형성을 감소시키도록, 분리이격된 제2연료 가스 노즐이나 제2연료 가스 노즐의 하나이상의 어레이에 제2연료 가스를 제공하는 단계를 포함한다.
본 발명의 로 버너 형태 및 방법을 보다 양호하게 이해하기 위하여, 하기의 실시예가 제공되었다.
실시예
원격 스테이징을 구비하거나 구비하지 않은 복사벽 버너를 사용하여 NOx 방출에 대한 비교가 실행되었다. 테스트 로는 버너가 4개인 3컬럼으로 배치된 12개의 복사벽 버너의 어레이를 사용하였다. 상기 버너는 각각의 컬럼에서 50인치 이격되었으며, 컬럼은 36.5인치 이격되었다. 제2가스를 복사벽 버너의 중심에 공급할 동안 로가 작동되며, 가스가 없는 로내의 NOx가 측정되었다. 그후, 상기 로는 버너 중심으로부터 제2가스를 제거하고, 복사벽 버너의 컬럼에 인접하여 배치된 원격 노즐에 제2가스를 실행한 후 작동되었다.
도10은 원격 스테이징 형태를 구비한 로와 구비하지 않은 로에서의 NOx 방출을 비교한 도면이다. 이에 따르면, NOx 방출은 원격 스테이징 형태를 사용하므로써 50% 감소되었음을 나타내고 있다.
본 발명은 양호한 실시예를 참조로 서술되었기에 이에 한정되지 않으며, 본 기술분야의 숙련자라면 첨부된 청구범위로부터의 일탈없이 본 발명에 다양한 변형과 수정이 가해질 수 있음을 인식해야 한다

Claims (38)

  1. 원통형 벽과 바닥을 가지며 NOx를 적게 생성하는 수직의 원통형 로에 있어서,
    연소가능한 희박한 연료 가스-에어 혼합물을 주 버너에 인접한 연소지역으로 수직으로 인입시키기 위해, 로의 바닥에 배치된 하나의 주 버너와,
    로의 연도 가스와 혼합되어 과잉의 에어와 함께 연소되며 연소되는 연료 가스의 온도를 하강시켜 NOx의 형성을 감소시키는 제2연료 가스를, 로에 인입하기 위한 제2연료 가스 노즐과,
    연소되는 연료 가스-에어 혼합물로부터의 열이 처리 튜브로 복사되도록, 로의 원통형 벽에 인접하여 상기 주 버너 주위에 수직으로 배치되는 다수의 처리 튜브를 포함하며,
    상기 제2연료 가스 노즐은 제2연료 가스가 주 버너로부터 연료 가스-에어 혼합물로 포위되거나 둘러싸이지 않아서 상기 제2연료 가스가 연료 가스-에어 혼합물과 혼합되기 전에 로의 연도 가스와 혼합될 수 있도록, 주 버너로부터 분리되어 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 수직의 원통형 로.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2연료 가스 노즐은 제2연료 가스를 주 버너로부터 연소 지역의 대향측상의 로 위치로 지향시키는 것을 특징으로 하는 수직의 원통형 로.
  4. 제1항에 있어서, 상기 로는 연료 가스-에어 혼합물을 주 버너에 인접한 연소 지역에 수직으로 인입시키기 위해 로의 바닥에 다수의 주 버너와, 상기 로의 바닥이나 원통형 벽에 또는 로의 바닥 및 원통형 벽에 하나이상의 제2연료 가스 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직의 원통형 로.
  5. 제4항에 있어서, 상기 로는 연료 가스-에어 혼합물을 주 버너에 인접한 연소 지역에 수직으로 인입시키기 위해 로의 바닥에서 어레이로 배치되는 다수의 주 버너와, 로에서 연료 가스를 수직으로 방출하기 위해 로의 바닥에 하나의 제2연료 가스 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직의 원통형 로.
  6. 제4항에 있어서, 상기 로는 연료 가스-에어 혼합물을 주 버너에 인접한 연소 지역에 수직으로 인입시키기 위해 로의 바닥에서 어레이로 배치되는 다수의 주 버너와, 제2연료 가스를 주 버너 위의 상향 각도로 방출하기 위해 주 버너 위에서 로의 원통형 벽의 대향측에 제2연료 가스 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직의 원통형 로.
  7. 제4항에 있어서, 상기 로는 연료 가스-에어 혼합물을 주 버너에 인접한 연소 지역에 수직으로 인입시키기 위해 로의 바닥에서 어레이로 배치되는 다수의 주 버너와, 로에서 연료 가스를 수직으로 방출하기 위해 로의 바닥에 하나의 제2연료 가스 노즐과, 제2연료 가스를 주 버너 위의 상향 각도로 방출하기 위해 주 버너 위에서 로의 원통형 벽의 대향측에 제2연료 가스 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직의 원통형 로.
  8. 삭제
  9. 제4항에 있어서, 각각의 제2연료 가스 노즐은 제2연료 가스를 여러 방향으로 방출하는 연료분배용 개구를 포함하는 것을 특징으로 하는 로.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. NOx 함량이 감소된 연도 가스가 형성되도록 원통형 벽과, 바닥과, 상기 바닥에 배치된 주 버너와, 상기 원통형 벽에 인접하여 주 버너 주위에 수직으로 배치된 다수의 처리 튜브를 포함하는 수직의 원통형 로에서 연료 가스 및 에어를 연소하는 방법에 있어서,
    상기 주 버너에 희박한 연료 가스-에어 혼합물을 제공하는 단계와,
    혼합물이 연소 지역에서 매우 낮은 온도로 연소되고 이에 의해 NOx 함량이 낮은 연도 가스가 생성되며 연소되는 연료 가스-에어 혼합물로부터의 열이 처리 튜브에 복사되도록, 연료 가스-에어 혼합물을 주 버너로부터 수직으로 방출하는 단계와,
    제2연료 가스가 제2연료 가스 노즐로부터 방출되어, 로의 연도 가스와 혼합되고, 주 버너로부터의 과잉 에어와 함께 연소되어, 연소되는 연료 가스의 연소온도를 하강시켜 NOx의 형성을 감소시키도록, 제2연료 가스를 제2연료 가스 노즐에 제공하는 단계를 포함하며,
    상기 제2연료 가스 노즐은 제2연료 가스가 주 버너로부터의 에어와 연료 가스의 혼합물로 포위되거나 둘러싸이지 않아서 상기 제2연료 가스가 주 버너로부터의 에어와 연료 가스의 혼합물과 혼합되기 전에 로의 연도 가스와 혼합될 수 있도록, 주 버너로부터 분리되어 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 가스 및 에어 연소방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제2연료 가스 노즐은 제2연료 가스를 주 버너로부터 연소 지역의 대향측상의 로 위치로 방출하는 것을 특징으로 하는 연료 가스 및 에어 연소방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 로는 연료 가스-에어 혼합물을 주 버너에 인접한 연소 지역에 수직으로 인입시키기 위해 로의 바닥에 배치된 다수의 주 버너와, 상기 로의 바닥이나 원통형 벽에 또는 로의 바닥 및 원통형 벽에 하나이상의 제2연료 가스 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 가스 및 에어 연소방법.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 벽과 바닥 및 상부를 가지며 NOx를 적게 생성하는 로에 있어서,
    연소가능한 희박한 연료 가스-에어 혼합물을 주 버너에 인접한 연소지역으로 수직으로 인입시키기 위해, 로의 바닥에 배치된 주 버너의 어레이와,
    로의 연도 가스와 혼합되어 과잉의 에어와 함께 연소되며 연소되는 연료 가스의 온도를 하강시켜 NOx의 형성을 감소시키는 제2연료 가스를, 로에 인입하기 위한 제2연료 가스 노즐과,
    연소되는 연료 가스-에어 혼합물로부터의 열이 처리 튜브로 복사되도록, 로의 벽에 배치되고 버너 어레이에 평행하게 연장되는 다수의 수평 처리 튜브를 포함하며,
    상기 제2연료 가스 노즐은 제2연료 가스가 주 버너로부터 연료 가스-에어 혼합물로 포위되거나 둘러싸이지 않아서 상기 제2연료 가스가 연료 가스-에어 혼합물과 혼합되기 전에 로의 연도 가스와 혼합될 수 있도록, 주 버너로부터 분리되어 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 로.
  24. 제23항에 있어서, 상기 로는 연소되는 연료 가스-에어 혼합물로부터의 열리 처리 튜브에 복사되도록, 로의 대향 벽에 배치되어 버너 어레이에 평행하게 연장되는 다수의 수평 처리 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 로.
  25. 제24항에 있어서, 상기 로는 연소되는 연료 가스-에어 혼합물로부터의 열리 처리 튜브에 복사되도록, 로의 상부에 인접하여 배치되는 부가의 처리 튜브를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 로.
  26. 제23항에 있어서, 상기 로는 캐빈로인 것을 특징으로 하는 로.
  27. 제23항에 있어서, 연료 가스 노즐은 제2연료 가스를 주 버노로부터 연소 지역의 대향측상의 로 위치로 지향시키는 것을 특징으로 하는 로.
  28. 제24항에 있어서, 상기 로는 로의 바닥이나 벽에 또는 로의 바닥 및 벽에 하나이상의 제2연료 가스 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 로.
  29. 제28항에 있어서, 상기 로는 연료 가스를 로에서 수직으로 방출하기 위해 로의 바닥에 다수의 제2연료 가스 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 로.
  30. 제28항에 있어서, 상기 로는 제2연료 가스를 주 버너 위의 상향 각도로 방출하기 위해 처리 튜브 사이에서 또한 주 버너 위에서 로의 벽의 대향측에 다수의 제2연료 가스 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 로.
  31. 제28항에 있어서, 상기 로는 로에서 연료 가스를 수직으로 방출하기 위해 로의 바닥에 다수의 제2연료 가스 노즐과, 제2연료 가스를 주 버너 위의 상향 각도로 방출하기 위해 처리 튜브 사이에서 또한 주 버너 위에서 로의 벽의 대향측에 다수의 제2연료 가스 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 로.
  32. 제24항에 있어서, 각각의 제2연료 가스 노즐은 제2연료 가스를 여러 방향으로 방출하는 연료분배용 개구를 포함하는 것을 특징으로 하는 로.
  33. NOx 함량이 감소된 연도 가스가 형성되도록 벽과, 바닥과, 상부와, 상기 바닥에 배치된 주 버너의 어레이와, 로의 벽에 배치되어 주 버너 어레이로부터 평행하게 연장되는 다수의 수평 처리 튜브를 포함하는 로에서 연료 가스 및 에어를 연소하는 방법에 있어서,
    상기 주 버너에 희박한 연료 가스-에어 혼합물을 제공하는 단계와,
    혼합물이 연소 지역에서 매우 낮은 온도로 연소되고 이에 의해 NOx 함량이 낮은 연도 가스가 생성되며 연소되는 연료 가스-에어 혼합물로부터의 열이 처리 튜브에 복사되도록, 연료 가스-에어 혼합물을 주 버너로부터 수직으로 방출하는 단계와,
    제2연료 가스가 제2연료 가스 노즐로부터 방출되어, 로의 연도 가스와 혼합되고, 주 버너로부터의 과잉 에어와 함께 연소되어, 연소되는 연료 가스의 연소온도를 하강시켜 NOx의 형성을 감소시키도록, 제2연료 가스를 제2연료 가스 노즐에 제공하는 단계를 포함하며,
    상기 제2연료 가스 노즐은 제2연료 가스가 주 버너로부터의 에어와 연료 가스의 혼합물로 포위되거나 둘러싸이지 않아서 상기 제2연료 가스가 주 버너로부터의 에어와 연료 가스의 혼합물과 혼합되기 전에 로의 연도 가스와 혼합될 수 있도록, 주 버너로부터 분리되어 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 가스 및 에어 연소방법.
  34. 제33항에 있어서, 연소되는 연료 가스-에어 혼합물로부터의 열이 처리 튜브로 복사되도록, 상기 로는 로의 대향벽에 배치되고 주 버너 어레이에 평행하게 연장되는 다수의 수평 처리 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 가스 및 에어 연소방법.
  35. 제34항에 있어서, 상기 로는 연소되는 연료 가스-에어 혼합물로부터의 열리 처리 튜브에 복사되도록, 로의 상부에 인접하여 배치되는 부가의 처리 튜브를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 가스 및 에어 연소방법.
  36. 제35항에 있어서, 상기 로는 캐빈로인 것을 특징으로 하는 연료 가스 및 에어 연소방법.
  37. 제33항에 있어서, 제2연료 가스 노즐은 제2연료 가스를 주 버너로부터 연소 지역의 대향측상의로 위치로 방출하는 것을 특징으로 하는 연료 가스 및 에어 연소방법.
  38. 제33항에 있어서, 상기 로는 로의 바닥이나 원통형 벽에 또는 로의 바닥 및 원통형 벽에 하나이상의 제2연료 가스 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 가스 및 에어 연소방법.
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