KR101299887B1 - 재생식-버너 매체 베드 세척장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 노용 재생식 버너 장치 및 이러한 장치로부터 오염물질을 제거하는 방법에 관한 것이다. 상기 재생식 버너 장치는 연료 및 연소 가스가 공급될 때 점화 동안 노내로 열 및 폐가스를 주기적으로 도입하기 위한 버너, 내화성 입자를 포함하는 매체 베드, 및 상기 점화 동안 연소 가스를 상기 버너에 전달하고 상기 점화의 말단에서 상기 노로부터의 폐가스를 인출하고 연소 가스와 폐가스를 매체 베드를 통해 연속적으로 통과시키는 덕트를 포함한다. 또한, 상기 매체 베드안으로 오염제거 가스의 빠른 유동을 주기적으로 전달하기 위한 수단이 제공되며, 상기 빠른 유동은 상기 폐가스로부터 상기 매체 베드내에 수집된 오염물질을 제거하는데 충분한 힘이다.

Description

재생식-버너 매체 베드 세척장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CLEANING REGENERATIVE-BURNER MEDIA BED}
본 발명은 스크랩 알루미늄과 같은 금속, 유리 및 다른 재료를 용융시키기 위한 노(furnace)를 가열하기 위한 재생식 버너(regenerative-burner)에 관한 것이다. 특히, 상기 버너에 사용된 매체 베드 및 상기 매체 베드를 통과하는 기류를 최대로 유지하는 방법에 관한 것이다.
수년 동안, 노를 가열하기 위해 사용된 재생식 버너는 다른 상태로 소비되는 열을 재이용하기 때문에 연료효율을 개선시키도록 설계된다. 통상, 2개의 버너가 직렬로 사용되며, 2개의 재생식 매체 베드와 조합된다. 각 매체 베드는 가스와 베드의 상대 온도에 따라 베드를 통과하는 가스로부터 동시에 열을 흡수하거나 또는 가스에 열을 전달할 수 있는 내열 입자(heat-resistant particle)로 제조된다. 버너는 연소 가스(일반적으로 공기)내에서 연료를 태우는 것에 의해 열을 생산하며, 이에 의해 노내로 안내되는 뜨거운 가스를 생성하고 노로부터 뜨거운 폐가스로서 점차적으로 회수된다. 2개의 버너 중 제 1 버너가 작동될 때, 폐가스를 생성하여 폐가스가 노로부터 회수되며, 매체 베드 중의 하나를 통과하여 매체를 가열한다. 제 1 버너에 대한 연소 가스는 이전 버너 사이클로부터 이미 뜨거워진 매체에 의해 가열되는 제 1 매체 베드를 통해 인출된다. 최대 효율을 목적으로, 소정 시간(통상 30초 내지 3분) 후에, 제 1 버너를 끄고 제 2 버너를 점화시킨다. 제 2 버너에 대한 연소 가스는 제 2 매체 베드(제 1 버너로부터의 폐가스에 의해 미리 가열된 매체 베드)를 통해 인출되며, 제 2 버너로부터의 폐가스는 노로부터 회수되며 다시 가열되도록 제 1 매체 베드를 통과한다. 이 방식으로 버너를 순환시키는 것에 의해, 폐열이 큰 정도로 포획되며, 노가 개선된 효율로 작동되도록 노내로 재순환된다. 명확하게, 1그룹의 버너로부터의 폐가스가 제공된 노 당 2개 이상의 버너를 사용하는 것은 연관된 재생식 매체 베드들에 의해 다른 그룹으로부터의 연소 가스를 재가열하는 것이 가능하다.
이 방식에서 사용된 재생식 버너의 결점은 그들의 연관된 매체 베드들이 노로부터 취출되어 베드들을 통과한 폐가스의 성분에 의해 오염되기 시작한다는 것이다. 오염물질의 성질은 노내에서 가열되는 재료에 의존한다. 예를 들면, 노가 스크랩 알루미늄을 재용융하기 위해 사용되는 경우 오염물질은 염 플럭스(salt flux)일 수 있다. 고체, 때때로 액체 피착물(deposit) 형태의 오염물질은 베드내에 축적되며, 베드를 통한 가스의 유동을 점차적으로 감소시킨다. 이들 오염물질은 뜨거운 폐가스내에 통상적으로 가스상태 또는 액체형태이지만, 그들은 재생식 매체 베드내에서 가스가 냉각함에 따라 응축된다. 다른 경우에 있어서, 오염물질은 폐가스내에 존재하고 베드의 매체내에 포획되기 시작하는 먼지(dust) 또는 다른 고체 형태일 수 있다. 시간이 경과함에 따라, 오염물질은 제거하기 어려운 봉쇄물(blockage)을 형성한다. 이 문제는 본 발명이 속하는 기술분야에 잘 인식되어 있으며, 한가지 방식 또는 다른 방식으로 오염물질 피착을 제거하는 것에 의해 이 문제를 해결하기 위한 많은 시도가 있어 왔다.
크레인 등의 미국공개특허출원 제2002-0072020호(2002년 6월13일에 공개)는 금속용융 노내에 사용된 전형적인 형태의 버너/매체 베드 조합을 개시한다. 이 특허출원은 수용하기 어려운 범위로 오염되기 시작할 때 전체 매체 베드를 교체하는 편리한 방식을 개시한다. 따라서, 제거된 매체 베드는 새롭거나, 수선 또는 다른방식으로 처리된 매체를 수납하는 여분의 매체 베드에 의해, 최소 지연으로, 교체된다.
왓슨의 미국특허 제4,944,670호(1990년 7월 31일 등록)는 알루미늄 용융시설에 사용될 수 있는 재생식 베드를 구비한 쌍-버너 노를 개시한다. 이 특허는 염 등으로 오염되기 시작하는 베드를 수집되고 폐기될 수 있는 흡수된 염을 용융시키기 위해 고온으로 주기적으로 가열하는 제어 시스템을 개시한다.
워드의 미국특허 제4,807,695호(1989년 2월 28일 등록)는 유리 또는 비철 금속을 용융시키기 위한 재생식 버너 시스템에 사용하기 위한 설계를 개시한다. 이 발명은 베드의 일단부에 클린 내화성 볼(clean refactory ball)(베드의 매체 입자)를 첨가하기 위한 흡입구 및 베드의 타단부에 오염된 볼을 제거하기 위한 수단을 제공한다. 이 방식에 있어서, 오염물질은 베드가 수선될 때 제거된다.
기트만의 미국특허 제4,923,391호(1990년 5월 8일 등록)는 오염물질이 부분적으로 특히 높을 경우 가열 사이클의 임의의 단계에서 재생식 베드를 우회(bypass)시키는 것에 의해 준비될 수 있는 알루미늄 용융을 위한 재생식 버너 제어 시스템을 개시한다. 따라서, 베드의 오염물질이 감소될 수 있다.
윌스 등의 영국특허출원 제GB 2 209 386 A호(1989년 5월 10일 공개)는 덕트부에 응축될 수 있는 오염물질을 쉽게 세척할 수 있도록 중간 냉각단계(2개의 재생식 베드 사이)를 사용하는 것에 의해 준비될 수 있는 유리 용융 재생식 버너 시스템을 개시한다.
굿펠로우의 영국특허출원 제GB 2 192 264 A호(1988년 1월 6일 공개)는 제 1 부분을 통해 하방향으로 가스를 통과시키고, 그 후 제 1 부분으로 통해 상방향으로 가스를 통과시키는 2개의 부분으로 배열된 재생식 베드의 재생식 버너 시스템을 개시한다. 온도 프로파일은 오염된 구역이 베드의 제 1 부분의 최하층에 가깝게 위치되도록 배열되며, 그 때문에 온도 프로파일에서의 비교적 작은 변화는 베드의 제 1 부분으로부터 용융 상태에서의 블록킹 재료의 이동이 얻어진다. 오염물질은 수집되고 폐기된다.
전술한 문제점에 대한 이들 해법은 어떤 방식에서는 효과적이지만, 장치의 변경 또는 매체의 빈번한 교체의 고비용을 요구하는 결함을 갖는다. 따라서, 재생식 베드를 통한 가스 유동을 감소시키는 오염물질을 처리하기 위한 다른 방식이 필요하다.
본 발명의 적어도 하나의 실시예는 다양한 형태, 특히 알루미늄 및 알루미늄 합금의 재용융을 위해 사용된 노에 대한 재생식 버너에 사용된 재생식 매체 베드로부터의 오염물질을 제거하기 위해 짧은 시간에 걸쳐 작동하는 빠른 가스 유동을 채용한다.
짧은 시간에 걸친 빠른 가스 유동은 가스 "펄스"로써 언급될 수 있으며, 베드로부터의 오염물질의 제거하기 위해 충분한 힘을 만들어내야 하며, 충분한 체적이 되어야 한다. 본 발명의 한가지 형태에 있어서, 펄스는 베드내의 입자의 상대 이동을 일으키며, 오염물질의 플러그(plug)가 파괴되거나 입자로부터 제거되고, 가스의 펄스 및, 또는 중력에 의해 이송되며, 후속 재생 사이클 동안 양호한 가스 유동을 위한 개선된 다공성을 베드에 남긴다. 오염물질은 매체를 통해 노로 되돌아가거나 또는 매체를 통해 장치의 수집부로 송풍되는 입자로 전환된다. 가장 바람직하게는, 가스의 펄스는 힘이 베드 전체 또는 베드의 미리 규정된 영역에 걸쳐 실질적으로 균일하게 분산되는 방식으로 전달되어, 오염물질의 제거가 베드의 작은 구역으로 제한되는 것보다는 폭넓게 이루어지는 것이다.
임의의 실시예에 있어서, 다른 배치가 가능하지만, 베드는 플레넘 위의 수평의 다공성 플레이트(즉, 펀칭된 플레이트 또는 팽창 금속 플레이트)상에 지지되며, 가스의 펄스는 플레넘으로부터 다공성 플레이트를 통해 베드내로 전달된다. 가장 바람직하게는, 가스는 플레넘내로 연장하며 지지체를 통해 베드에 면하는 하나 이상의 개구부를 튜브를 통해 적절한 공급원으로부터 전달된다. 튜브 및 개구부는 가스에 의해 전달된 힘을 약화시키지 않고 베드 또는 베드의 미리 규정된 영역을 가로질러 대칭적으로 및 상대적으로 균일하게 오염제거 가스를 전달하도록 설계된다.
재생식 베드의 하부와 같은 표면상에 충돌하는 가스 유동에 의해 생성된 힘은 가스의 질량유량과 속도에 의존한다. 요구된 방식으로 베드를 이동시키기에 충분한 힘을 전달하기 위하여 요구되는 가스 유동의 질량유량과 속도는 크며, 연장된 시간에 걸쳐 베드를 통해 이러한 가스 유동을 작용시키는 것은 버너 작동을 방해하게 된다. 그러나, 베드상의 소망 효과는 버너 작동을 방해하기에는 불충분한 짧은 시간에 걸쳐 베드로의 높은 속도의 가스 유동을 작용시키는 것에 의해 달성될 수 있는 것을 발견하였다. 필요한 힘을 생성하는 한가지 방식은 높은 속도와 질량유량을 갖는 공기의 짧고 거의 순간적인 펄스를 사용하는 것이다. 이 형태의 가스 유동은 다수 종류의 설비에 의해 생성될 수 있지만, 가스 캐논 또는 가스 블라스터가 바람직하다. 이 형태의 설비는 상당한 압력하에서 가스로 충전될 수 있는 비교적 큰 저장기를 채용한다. 소망하는 경우, 가스는 밸브의 빠른 개방에 의해 튜브내로 해제될 수 있으며, 얻어진 가스의 유동 또는 펄스가 튜브에 의해 매체 베드로 전달된다. 저장기가 배기되거나 또는 밸브가 빠르게 밀폐될 때 가스 유동은 0으로 빠르게 떨어진다. 본 발명에 적합한 전형적인 가스 캐논은 평방인치당 90 내지 95 파운드의 압력으로 1초 미만, 바람직하게는 0.1 초 미만에서 방출될 수 있는 가스(바람직하게는, 공기)로 충전된 20 내지 200 리터의 저장기를 갖는다. 가스는 전형적으로 2.5 내지 6 인치의 직경을 갖는 튜브를 통해 전달된다. 이러한 빠른 질량유량 및 속도에 의해 생성된 힘은 1 내지 6 kN(kiloNewton)이다.
전술한 형태의 가스 캐논에 대안적으로, 실린더를 통해 수직으로 즉시 피스톤을 구동하기 위한 모터를 포함하는 피스톤과 실린더 장치를 사용하는 것에 의해 펄스 형태로 실린더 외부로 공기를 구동하는 것도 가능하다.
가스 펄스를 매체 베드로 전달하기 위해 사용된 튜브와 개구부는 바람직하게는 펄스를 상당히 감쇠시키거나 또는 퍼뜨리고, 피크 질량유량 및 속도를 감소시키는 어떠한 압력차를 피할 뿐만 아니라 가스의 균일한 전달을 보장하는 설계를 갖는다. 바람직한 설계의 하나는 충돌하는 가스 펄스로의 균일한 단면적을 나타내는 "넓은 개구"의 튜브 배출구를 채용하는 것이다. 즉, 튜브에 단지 하나의 개구부가 설치되는 경우, 튜브는 개구부에 인도되는 튜브와 같은 크기의 단면적을 구비한 개부구를 갖는다. 튜브의 길이를 따라 2개 이상의 개부구가 설치되어 있다면, 배플은 각 배출구에 인접하여 튜브내에 설치되는 것이 바람직하다. 배플은 나머지 가스의 유속 및 나머지 배출구로의 전달의 감소 없이 연관된 배출구로 가스의 일부를 편향시키도록 설계된다. 이러한 배열은 "저압손실(low-pressure-loss)" 분배기로서 언급될 수 있다.
단일 베드에 대해 하나 이상의 배출구로 가스를 공급하기 위한 "저압손실" 분배기를 구비한 단일 가스 펄스 공급원을 사용하거나 또는 단일 베드에 대해 다중 가스 펄스 공급원 및 각 분배기가 동시에 또는 미리 규정된 시퀀스로 다른 베드부에 필스를 공급하는 분배기를 사용하는 것이 가능하다는 것을 인식해야 한다. 또한, 밸브가 저압손실 형태인 적절한 밸브를 사용하는 것에 의해 연달아 2개 이상의 분배기 시스템을 공급하기 위한 단일 가스 펄스 공급원을 사용하는 것도 가능하다.
개구부로부터의 가스 유동은 튜브의 단부의 방위에 의해 인도된, 즉 즉 튜브의 단부에 설치된 개구부와 동일한 단면적으로 제한된 높은 방향성의 가스 스트림이 형성되는 것으로 생각된다. 이러한 가스 스트림이 베드의 하부 또는 측면상에 충돌할 때, 가스 스트림의 힘은 가스 스트림과 "인라인(in-line)"인 베드 재료(통상적으로, 구(sphere))의 최초의 층으로 전달된다. 그 후, 베드 재료는 최초의 층과 접촉하는 베드 재료에 이 힘을 전달하며, 이는 힘이 베드의 큰 영역을 균일하게 가로질러 빠르게 펼쳐지는 것을 의미한다. 이 힘이 충분하다면, 베드 매체가 베드 매체로부터 어떠한 오염물질을 격렬하게 흔들며 오염물질의 어떠한 덩어리 또는 응집체를 파괴시키는 효과를 갖는 "바운스(bounce)"(즉, 아주 빠른 상승 및 하강)하도록 될 수 있다. 따라서, 베드로 가스를 전달하는데 사용된 개구부는 이동되는 베드의 영역 아래에 대칭적으로 분배되는 것이 바람직할 수 있다. 튜브가 수직에서 각도를 갖는 경우에 있어서, 개부구에서 베드의 하부로의 간격은 이 분배를 잘 조정하는데 사용될 수 있다.
본 발명은 모든 종류의 재생식 베드 시스템 및 노에 사용될 수 있다. 재생식 베드는 예를 들면 4 내지 16 인치의 두께(더욱 바람직하게는 12 내지 14 인치의 두께)로 배열된 내화성 세라믹 구 또는 유사한 형상의 입자로 제조될 수 있다. 베드의 영역은 매우 클 수 있지만, 전형적인 베드는 대략 2,500 내지 2,700 평방인치를 가질 수 있다.
본 발명의 오염제거 펄스는 노 작동의 임의의 단계에서 공급될 수 있다. 예를 들면, 펄스는 냉각 연소 가스가 베드를 통과하는 동안 또는 선택적으로 뜨거운 폐가스가 베드를 통과하는 동안 작용될 수 있다. 베드는 예를 들면 연소 가스가 베드를 통해 상방향으로 및 폐가스가 반대로 하방향으로 통과하도록 배열될 수 있다. 본 발명의 한가지 형태에서의 오염제거 펄스는 제거된 오염물질이 베드를 통해 가열되는 충전 재료물내에 오염물질이 포획되는 노내로 휩쓸리도록 연소 가스가 베드를 통과할 때 공급된다.
바람직하게는, 오염제거 단계는 아주 빈번하게 실행된다. 예를 들면, 버너 사이클 당 1회 또는 2개의 버너 사이클 모두에 1회 작동될 수 있다. 이는 전형적인 설비에 있어서, 50 리터의 가스 펄스 또는 95 psi(원 압력)의 가스가 모두 3분동안 베드를 통과하는 것을 의미한다. 가스 펄스는 더욱 빈번하게(즉, 버너 사이클당 수회) 사용될 수 있지만, 이는 버너에 대해 연소 가스내로의 상당한 가스양을 도입하여 그의 성능에 영향을 끼칠 수 있다.
본 발명은 적어도 예시적인 형태에 있어서, 다른 방식 보다 긴 시간동안 재생식 매체 베드를 통해 연소 및, 또는 폐가스의 효과적인 유동을 유지하는 것이 가능하다. 재생식 매체 베드는 오염물질이 베드를 통한 가스 유동을 수용할 수 없는 레벨로 감소시키는 지점에 도달하거나 또는 가스가 채널링(channeling)(즉 베드의 상당한 부분을 우회)에 의해 베드를 통과할 때 통상적으로 교체된다. 본 발명을 사용하는 것에 의해, 베드 교체 사이의 시간은 상당히 증가되며, 때때로 14 내지 21배로 증가될 수 있다.
본 발명은 금속, 유리 등을 위한 용융 노에 사용하기 위한 재생식 버너 장치에 관해 기술되었지만, 매체 베드가 소정 시간에 걸쳐 오염물질로 부분적으로 또는 완전히 봉쇄되기 시작하는 다른 종류의 장치에 사용된 매체 베드를 오염제거시키기 위해 또한 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예예 따른 매체 베드 장치를 포함하는 재생식 버너 장치의 개략 수직단면도,
도 2는 본 발명의 다른 실시예의 가스 펄스 운송 튜브의 일단부를 도시하는 부분단면 사시도,
도 3a는 본 발명의 다른 실시예에 사용된 펄스 분배기의 평면도,
도 3b는 도 3a의 펄스 분배기의 측면도 및
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 사용된 가스 펄스 운송 튜브를 구비한 가스 블라스터의 사시도이다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 재생식 버너 장치(10)는 도 1에 도시되어 있다. 이 장치는 노(11)(일부만 도시됨)의 외벽에 부착되며, 노내로 안내된 연료 버너(12) 및 밀봉 하우징(15)내에 위치된 매체 베드(media bed)(16)를 수용하는 연관된 매체 베드 장치(14)를 갖는다. 매체 베드(16)는 고온에 견딜 수 있으며, 양호한 열용량 및 베드를 통과하는 가스와 화학적으로 반응하기 어려운 세라믹 볼(18)의 내화성 매체 입자(17)의 다수 층으로 제조된다. 베드는 세라믹 볼 사이에 존재하는 갭으로 인하여 다공성이며, 가스의 자유 유동을 허용하면서 가스와 세라믹 볼 표면 사이의 양호한 접촉을 보장한다.
매체 베드(16)는 자유 공간 또는 플레넘(plenum)(20) 위의 일반적으로 수평의 다공성 플레이트(19)상에 지지된다. 플레넘은 동축 배열(23)로 결합된 가스 유입구(21)와 가스 배출구(22)를 갖는다. 다른 배열에 있어서, 개별 가스 유입구와 배출구가 사용될 수 있거나, 또는 플레넘 외부에서 가스를 유입하고 배출하기 위한 밸브를 구비한 단일 파이프가 설치될 수 있다.
도시된 바와 같은 버너 장치(10)(이하, 제 1 버너 장치로 언급됨)는 동일한 노(11)에 대해 설치된 동일 또는 다른 유사한 버너 장치(동일 또는 유사한 버너 장치를 특별히 도시하지 않고, 이하 제 2 버너 장치로 언급됨)와 직렬로 사용된다. 노의 작동 동안, 제 1 버너 장치(10)의 버너(12)가 점화되고 소정 시간 동안 발화된다. 버너에 의한 연료의 연소를 지원하는데 필요한 연소 가스(공기)는 가스 유입구(21)를 통해 플레넘에 도입되며, 매체 베드(16)를 통해 상방향으로 인출되며, 덕트(24)를 통해 버너(12)를 둘러싸는 하우징(25)으로 도입된다. 이어지는 사전 사이클(prior cycle)에 있어서, 베드(16)의 매체 입자가 뜨거워지고 연소 가스는 버너의 배출구(26)에서 연료와 혼합되기 전에 가열된다. 얻어진 화염은 노(11)에 대한 열을 생성하며, 뜨거운 폐 연소 가스가 노의 내부로 안내된다. 매체 베드에 의해 연소용 공기를 사전에 가열하기 때문에, 노내의 소망 가열효과를 달성하는데 적은 연료가 요구된다. 뜨거운 폐가스는 노로부터 이 시점에서는 점화되지 않는 제 2 버너 장치(도시되지 않음)를 통해 점차적으로 배출된다. 비교를 위해, 도시된 제 1 버너 장치(10)의 구조를 이용하여, 폐가스는 제 2 연소 장치의 버너의 배출구(26)를 통해 이동되며, 그 후 덕트(24)를 통해 하방향으로 및 매체 베드(16)를 통해 하방향으로 이동하여 베드의 매체 입자를 가열한다. 플레넘(20)내로 도입된 후, 폐가스(상당히 냉각된)는 가스 배출구(22)를 통해 장치 외부로 빠져나간다. 이 지점에서, 바람직하게는 폐가스는 보조 오염제어장치(도시되지 않음)로 이동되거나 또는 대기로 직접 방출된다.
전술한 바와 같이, 제 2 버너 장치(10)의 작동 동안, 노로부터의 소량의 오염물질이 폐가스내에 운반되며, 제 2 버너 장치의 매체 베드내에 농축되거나 피착된다. 오염물질의 본질은 노(11)내에서 가열되는 재료의 성질에 따르며, 폐가스의 스트림내에 포함되는 경우에는 가스, 고체 또는 액체상이며, 매체 베드(16)내에 피착되는 경우에는 고체 또는 액체이다.
소정 시간 후에, 제 1 버너는 꺼지며, 제 2 버너(도시되지 않음)가 점화된다. 이 경우, 노로부터의 연소 가스는 제 1 버너 장치(10)로 도입되고, 전술한 방식으로 장치의 매체 베드(16)를 가열한다. 다시, 오염물질의 피착(deposit)이 베드내에서 발생한다. 동시에, 제 2 버너 장치의 매체 베드가 접촉하고, 장치의 버너에 공급된 연소 가스를 예열시킨다. 노에 대해 요구된 가열 기간의 지속을 위해 이 작동 사이클(1개의 버너의 사용 후에 다른 버너의 연속 사용)이 반복되며, 따라서(각 버너 장치에 대해) 1회 연소 사이클 동안 일방향(바람직하게는 상방향)으로 하우징(15)과 매체 베드(16)를 통하여 유동하는 연소 가스를 냉각시키며, 그 후 뜨거운 폐가스는 도 1에 화살표 A로 나타낸 바와 같이 다음 연소 사이클에서 반대 방향으로 하우징을 통하여 유동한다.
오염물질의 피착은 매체 베드(16)의 다공성을 점차적으로 감소시키며, 따라서 베드를 통한 소망 가스 유동을 감소시킨다. 이는 장치의 효율을 감소시키며, 극단적인 경우 완전 봉쇄가 발생할 수 있다. 통상적으로, 하우징(15)에는 매체 베드(16)의 주기적인 유지 및 세척을 허용하기 위해 하나 이상의 액세스 도어(access door)가 설치되어 있다. 이러한 도어는 본 발명의 버너 장치에 설치되는 것이 바람직하지만, 도 1에는 도시되어 있지 않으며, 이는 매체 베드를 세척 또는 교체시에 필요하다. 그러나, 본 발명의 버너 장치에는 또한 베드내에 수집된 오염물질을 제거하기 위한 충분한 힘으로 매체 베드내로 오염제거 가스의 빠른 유동(펄스)을 전달하는 것에 의한 매체 베드의 주기적인 오염제거 수단이 설치되어 있다.
도 1의 실시예에 있어서, 오염제거 가스의 빠른 유동을 전달하기 위한 수단은 플레넘(20)내로 연장하며, 매체 베드(16)의 다공성 지지 플레이트(19)의 하측에 면하는 단일 배출구(32)를 갖는 운송 튜브(delivery tubing)(31)에 연결된 가스 캐논(cannon)(30)(가스 블라스터로 언급되기도 함)을 포함한다. 가스 캐논은 솔레노이드/작동 온/오프 밸브(34)의 개방으로 운송 튜브(31)내로 수직으로 순간적으로 해제되는 고압 공기(또는 다른 가스)가 충전된 저장기(33)를 갖는다. 밸브(34)의 개방은 펄스(pulse) 형태, 즉 0에서 높은 레벨로 상승하고 그 후 짧은 시간 후에 빠르게 0으로 떨어지는 압력에서의 가스의 빠른 파동 형태의 가스 유동을 제공한다. 이러한 경우에 있어서, 펄스는 일반적으로 정사각형 프로파일(압력 대 시간 플롯의 관점에서)을 갖는다. 가스 캐논(30)은 밸브(34)가 다시 폐쇄된 후에 요구된 압력으로 저장기를 가스로 재충전하는 연관된 에어 펌프(35)(전기 또는 다른 수단에 의해 구동됨)를 갖는다. 적절한 가스 캐논은 예를 들면 Global Manufacturing, Inc. of Little Rock, Arkansas (e.g. Model 6400-40-50 operated at 90 psi, or Model 6400-40-150 operated at 60 to 90 psi)로부터 얻을 수 있다.
운송 튜브(31)의 배출구(32)는 바람직하게는 운송 튜브의 축에 대해 직각으로 배향(도시된 바와 같이)되어 있으며, 이에 의해 임의의 간격으로 지지 플레이트의 하측을 직접 면하게 된다. 이 간격은 바람직하게는 5인치 이상이다. 최대 간격은 전형적으로 플레넘의 크기 및 전체 버너-노 구성에 의해 제어된다. 이는 전형적으로 15인치 미만이다. 가스 유동이 방향성일 때, 이 범위내의 간격은 공기의 펄스를 실질적으로 힘을 감소시키지 않고 매체 베드내로 전달할 것이다. 지지 플레이트(19)는 그 자체가 완전히 개방된 설계를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 즉, 작은 구멍으로 천공된 고체 플레이트 보다 팽창 금속 플레이트(횡으로 밀접하게 이격되며, 확대된 구멍으로 신장된 연장된 절개부가 설치된 플레이트)를 사용하는 것이 통상적으로 더 좋다. 물론, 플레이트내의 구멍은 매체 입자의 손실을 방지하기에 충분하도록 작아야 하지만, 매체 베드로 도입되기 전에 가스 펄스가 실질적으로 감쇠되는 것을 방지하도록 충분히 커야 한다.
매체 베드의 큰 영역으로 펄스를 전달하고, 베드의 다른 부분은 다른 시간에서 처리되도록 하기 위해 하나 보다 많은 배출구(32) 및/또는 하나 보다 많은 운송 튜브(31)를 설치하는 것이 바람직할 수 있다.
도 2는 운송 튜브(31)의 일단부, 즉 가스 펄스를 매체 베드로 전달하는 단부를 도시한다. 튜브에는 2개의 배출구, 즉 1개의 단부 배출구(end outlet)(32)와 중간 배출구(32')가 설치되어 있으며, 각각은 튜브의 길이방향 축에 대해 90도로 배향되어 있다. 중간 배출구(32')는 튜브(31)의 내부로 연장하는 부분(36)을 갖는다는 것을 알 수 있을 것이다. 이 부분은 튜브 내부의 단면적의 대략 50%을 차단하며, 중간 배출구(32')내로 가스 펄스의 대략 동일한 퍼센트를 전환시키는 배플(37)을 형성한다. 배플 아래의 튜브의 단면적의 나머지는 가스 펄스의 나머지를 단부 배출구(32)를 통해 전달하기 위한 통로를 위해 열려있다. 유사하게, 튜브의 길이를 따라 더 많은 배출구가 설치될 수 있으며, 각각은 대략 동일한 힘과 체적의 가스 펄스가 각 배출구로부터 전달되도록 그의 조합된 배출구내로 가스 펄스의 적절한 퍼센트를 전환시키는 배플(37)과 유사한 배플을 갖는다.
도 3a 및 도 3b는 각각에 단일 또는 다중 배출구(도시되지 않음)가 설치된 다수(이 경우에 5개)의 운송 튜브내로 단일 가스 펄스를 공급하는데 사용될 수 있는 펄스 분배기(40)를 도시한다. 펄스 분배기(40)는 전술한 형태의 가스 캐논(도시되지 않음)으로부터의 가스 펄스를 수용하기 위한 주 튜브(31'), 상기 주 튜브(31')와 정렬된 중앙 분기부(41) 및 주 튜브의 길이방향 축에 대해 대략 135도로 주 튜브로부터 연장하는 4개의 분기 튜브(42, 43, 44, 45)를 갖는다. 분기 튜브는 주 튜브의 원주에 동일한 간격, 즉 서로 90도 간격으로 배열되어 있다. 분기 튜브의 작경은 동일하며, 각각은 분기지점에서의 가스 유동의 대략 1/4로 인해 작은 가스 체적이 각 분기 튜브를 통하여 이송되기 때문에 주 튜브의 직경보다 작다. 각 튜브의 단부에서의 개구부는 개구부에서의 임의의 압력 강하를 피하도록 개구부에 인도되는 튜브와 실질적으로 동일하다.
도 4는 장치(가스 캐논(30), 튜브 및 플레넘(20))의 다른 형태를 도시하며, 다른 길이의 2개의 운송 튜브(31', 31'')로 튜브를 분기시키기 위해 펄스 분배기(40')가 사용된다. 짧은 튜브(31')의 단부(39)는 긴 튜브(31'')의 단부(39')(4인치) 보다 소직경(3인치)으로, 양쪽 튜브를 통한 가스 유동의 균형 및 평형을 이룬다. 2개의 튜브의 단부 개구부(32'', 32''')는 배출구의 임의의 추가적인 압력 강하 스트림을 피하도록 각각의 배출구에 인도되는 튜브와 동일한 직경이다.
실시예
본 발명에 따른 시스템은 3/4인치 알루미나 구(alumina sphere)로 구성되는 베드를 갖는 재생식 버너 시스템에서 시험되었다. 베드 깊이는 12 내지 13인치이었으며, 면적은 2,520 평방인치였다. 50리터의 체적을 갖는 저장기(33)로부터 3분 마다 가스의 펄스를 전달하고 95 psi의 압력으로 방출시키는데 도 4에 도시된 바와 같은 2개의 배출구를 구비한 단일 운송 튜브가 사용되었다. 이러한 시스템을 이용하여, 베드 교체 사이의 시간은 22배로 증가되었다.

Claims (20)

  1. 노용 재생식 버너 장치에 있어서,
    연료 및 연소 가스가 공급될 때의 점화 동안 노내로 열 및 폐가스를 주기적으로 도입하기 위한 버너,
    내화성 입자를 포함하는 매체 베드,
    상기 점화 동안 연소 가스를 상기 버너에 전달하고, 상기 점화의 말단에서 상기 노로부터의 폐가스를 인출하고, 상기 연소 가스와 상기 폐가스를 상기 매체 베드를 통해 연속적으로 통과시키기 위한 덕트 및
    상기 연소 가스 또는 상기 폐가스가 상기 매체 베드를 통과하는 동안의 1초 미만의 시간내에 상기 매체 베드내로 오염제거 가스의 펄스를 주기적으로 방출하기 위한 수단을 포함하며,
    상기 펄스는 상기 내화성 입자를 바운스시키고 그에 의해 상기 폐가스로부터 상기 매체 베드내에 수집된 오염물질을 제거하는데 충분한 힘인 것을 특징으로 하는 재생식 버너 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 펄스 방출 수단은 상기 오염제거 가스 공급원, 상기 공급원으로부터 상기 매체 베드로 상기 오염제거 가스를 이송하기 위한 튜브 및 상기 공급원으로부터 상기 튜브를 통한 상기 오염제거 가스의 빠른 유동을 해제하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 재생식 버너 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 튜브는 상기 매체 베드에 인접하여 위치된 하나 이상의 배출구를 갖는 것을 특징으로 하는 재생식 버너 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 매체 베드는 플레넘 상부의 다공성 지지체에 의해 지지되며,
    상기 하나 이상의 배출구는 상기 플레넘내에서 상기 다공성 지지체에 면하며 위치되는 것을 특징으로 하는 재생식 버너 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 오염제거 가스의 상기 공급원은 압력하에서 상기 오염제거 가스를 유지하는 저장기이며,
    상기 오염제거 가스의 펄스를 해제하기 위한 수단은 순간적으로 상기 저장기를 배기시킬 수 있는 온/오프 밸브인 것을 특징으로 하는 재생식 버너 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 배출구는 상기 배출구로 인도되는 튜브의 단면적과 동일한 단면적을 갖는 것을 특징으로 하는 재생식 버너 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 튜브는 상기 공급원으로부터 떨어진 단부에 단부 배출구를 가지며, 상기 단부 배출구와 상기 공급원 사이에 하나 이상의 중간 배출구를 갖는 것을 특징으로 하는 재생식 버너 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 중간 배출구는 상기 튜브내의 상기 오염제거 가스의 유동의 일부를 상기 하나 이상의 중간 배출구로 편향시키고, 상기 오염제거 가스의 다른 일부를 상기 튜브를 통해 상기 단부 배출구로 유동시키기 위해 상기 튜브내에 연관 배플을 구비하며,
    상기 배플과 상기 배출구의 단면적은 상기 모든 배출구로부터 동등한 체적의 상기 가스 유동을 전달하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 재생식 버너 장치.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 튜브는 상기 공급원에 인접한 주 부분 및 상기 주 부분으로부터 분기되는 2개 이상의 분기부를 구비하며,
    각각의 분기부는 상기 매체 베드에 인접한 하나 이상의 배출구를 갖는 것을 특징으로 하는 재생식 버너 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 분기부와 배출구는 상기 오염제거 가스의 펄스를 상기 매체 베드의 다른 부분으로 동시에 전달하도록 위치된 것을 특징으로 하는 재생식 버너 장치.
  11. 노의 재생식 버너용 매체 베드 장치에 있어서,
    내화성 입자를 포함하는 매체 베드,
    상기 베드를 통해 버너로 및 노로부터 연속적으로 폐가스 및 연소 가스를 통과시키기 위한 덕트 및
    상기 연소 가스 또는 상기 폐가스가 상기 매체 베드를 통과하는 동안의 1초 미만의 시간내에 상기 매체 베드내로 오염제거 가스의 펄스를 방출하기 위한 수단을 포함하며,
    상기 펄스는 상기 내화성 입자를 바운스시키고 그에 의해 상기 폐가스로부터 상기 매체 베드내에 수집된 오염물질을 제거하는데 충분한 힘인 것을 특징으로 하는 매체 베드 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 입자는 가스-투과성 지지체상에 지지되며,
    상기 수단은 상기 지지체를 통해 상기 가스의 펄스를 전달하도록 위치된 것을 특징으로 하는 매체 베드 장치.
  13. 삭제
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 수단은 압력하의 가스 공급원 및 압력하에서 상기 가스를 상기 공급원으로부터 상기 베드에 인접한 위치로 전달하기 운송 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 매체 베드 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 운송 튜브는 상기 베드에 인접하여 위치된 단일 배출구를 갖는 것을 특징으로 하는 매체 베드 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 단일 배출구는 상기 배출구로 인도되는 튜브의 단면적과 동일한 단면적을 갖는 것을 특징으로 하는 매체 베드 장치.
  17. 노용 재생식 버너의 내화성 입자를 포함하는 매체 베드의 오염제거방법에 있어서,
    상기 재생식 버너로 공급된 연소 가스 또는 상기 노로부터 제거된 폐가스가 상기 매체 베드를 통하여 통과하는 동안, 상기 매체 베드내로 가스의 펄스를 주기적으로 방출하는 단계를 포함하며,
    상기 펄스는 1초 미만의 시간내에 방출되며, 상기 내화성 입자를 바운스시키고 그에 의해 상기 폐가스로부터 상기 매체 베드내에 수집된 오염물질을 제거하는데 충분한 힘인 것을 특징으로 하는 매체 배드의 오염제거방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 매체 베드내로 방출되는 가스의 펄스는 1 내지 6 kN의 힘을 전달하는 것을 특징으로 하는 매체 베드의 오염제거방법.
  19. 노용 재생식 버너의 매체 베드용 오염제거 장치에 있어서,
    상기 매체 베드는 내화성 입자를 포함하며,
    상기 오염제거 장치는, 1초 미만의 시간내에 가스의 펄스를 방출하기 위한 수단 및
    상기 가스의 펄스를 튜브내의 하나 이상의 배출구로 수용 및 이송하기 위한 튜브를 포함하며,
    상기 하나 이상의 배출구는, 상기 가스의 펄스가 상기 수단으로부터 상기 적어도 하나의 배출구를 통하여 전달될 때, 압력차가 발생되는 것을 회피하기 위하여 상기 가스의 펄스에 대하여 균일한 단면적을 나타내며,
    상기 가스의 펄스를 방출하기 위한 수단은, 상기 버너로 공급된 연소 가스 또는 상기 노로부터 제거된 폐가스가 상기 매체 베드를 통과하는 동안 상기 내화성 입자를 바운스시켜 그에 의해 상기 재생식 버너의 작동의 결과로서 상기 매체 베드내에 수집된 오염물질을 제거하는데 충분한 힘의 펄스를 방출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 매체 배드용 오염제거 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 가스의 펄스를 생성시키기 위한 수단은 가스 캐논인 것을 특징으로 하는 매체 베드용 오염제거 장치.
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