KR101411965B1 - 평탄화된 열교환기 튜브들을 구비한 복열장치 버너 - Google Patents

평탄화된 열교환기 튜브들을 구비한 복열장치 버너 Download PDF

Info

Publication number
KR101411965B1
KR101411965B1 KR1020097024082A KR20097024082A KR101411965B1 KR 101411965 B1 KR101411965 B1 KR 101411965B1 KR 1020097024082 A KR1020097024082 A KR 1020097024082A KR 20097024082 A KR20097024082 A KR 20097024082A KR 101411965 B1 KR101411965 B1 KR 101411965B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heat exchanger
section
gap
pipe
pipes
Prior art date
Application number
KR1020097024082A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20100018509A (ko
Inventor
요아힘 게. 부에닝
요아힘 아. 부에닝
Original Assignee
베에스-베르메프로체스테히닉 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 베에스-베르메프로체스테히닉 게엠베하 filed Critical 베에스-베르메프로체스테히닉 게엠베하
Publication of KR20100018509A publication Critical patent/KR20100018509A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101411965B1 publication Critical patent/KR101411965B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L15/00—Heating of air supplied for combustion
    • F23L15/04—Arrangements of recuperators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/66—Preheating the combustion air or gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F28D7/163—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation with conduit assemblies having a particular shape, e.g. square or annular; with assemblies of conduits having different geometrical features; with multiple groups of conduits connected in series or parallel and arranged inside common casing
    • F28D7/1669—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation with conduit assemblies having a particular shape, e.g. square or annular; with assemblies of conduits having different geometrical features; with multiple groups of conduits connected in series or parallel and arranged inside common casing the conduit assemblies having an annular shape; the conduits being assembled around a central distribution tube
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F28D7/1684—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation the conduits having a non-circular cross-section
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/02—Tubular elements of cross-section which is non-circular
    • F28F1/025—Tubular elements of cross-section which is non-circular with variable shape, e.g. with modified tube ends, with different geometrical features
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/99001—Cold flame combustion or flameless oxidation processes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D21/0001—Recuperative heat exchangers
    • F28D21/0003—Recuperative heat exchangers the heat being recuperated from exhaust gases
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Air Supply (AREA)
  • Combustion Of Fluid Fuel (AREA)
  • Gas Burners (AREA)
  • Pre-Mixing And Non-Premixing Gas Burner (AREA)

Abstract

본 발명은 견고한 고효율 복열장치 버너에 관한 것이다. 상기 버너는 가열 동작을 위한 연소실을 적어도 선택적으로 포함하고 다르게는 FLOX? 작동을 위하여 구성된다. 열교환기 튜브(16)는 역류에서 배기가스 열에 의해서 연소 공기를 예열하기 위한 복열장치(30)를 포함하고, 상기 열교환기 튜브는 열전달 세그먼트(31)에 있는 갭 단면(34)을 구비하고 용적부(2)에 대면하는 단부(33) 상의 갭 단면(34)의 것과 상이한 노즐 단면(35)을 포함한다.
복열장치 버너, 용적부, 복열장치, 열교환기 파이프, 갭 단면, 노즐 단면

Description

평탄화된 열교환기 튜브들을 구비한 복열장치 버너{Recuperator burner having flattened heat exchanger tubes}
본 발명은 예를 들어, 노 공간 또는 분사 파이프의 내부 공간과 같은 용적부를 가열하기 위한 복열장치 버너에 관한 것이다.
복열장치 버너들은 예를 들어, 산업용 노들의 직접 가열 또는 간접 가열을 위하여 사용된다. 직접 가열시에, 연료의 산화는 노 공간에서 발생한다. 예를 들어, 분사 파이프에 의한 간접 가열시에, 연소가 노 공간 안으로 연장되지만 상기 노 공간에 대해서 인접한 파이프(분사 파이프; jet pipe) 내에서 행해지므로, 상기 파이프가 가열되어서 서멀 복사열을 방출하게 한다.
분사 파이프를 갖는 또는 분사 파이프가 없는 복열장치 버너의 예는 문헌 EP 0685 683 B1호에 공개되어 있다. 복열장치는 노 벽에 위치하고 전형적으로 400mm의 길이를 가지며, 버너 출력에 따라서, 100 내지 300mm의 직경을 가진다. 이 복열장치는 고온 주물강 또는 세라믹의 리브형 세그먼트들로 구성된다. 질소 산화물의 발생을 감소시키기 위하여, 강한 배기가스 재순환이 가열된 용적부에서 발생하므로, 소위 "무화염 산화"가 유도된다. 이러한 작동은 또한 FLOX? 작동[FLOX는 WS-Warmetechnik Gmbh의 등록 상표이다]으로 기술된다. 이러한 설계의 버너들은 65 내지 75%의 효율을 나타낸다.
동일한 공보는 또한 재생 버너를 공개하고 있다. 이 재생 버너는 배기가스로 교대로 가열되거나 또는 서멀 에너지를 공급된 연소 공기에 방출하는 2개의 열 저장 재생기를 포함한다. 그러나 이러한 재생 버너들은 2개의 재생기들의 필요한 교대 동작으로 인하여 그리고 그에 따른 일정한 반전(reversal)으로 인하여, 90%까지의 효율을 달성하고, 상기 재생기들은 결과적으로 설치 및 제어를 위한 비용 및 노력이 증가한다.
이를 고려하여, 본 발명의 목적은 개선된 효율을 갖는 복열장치 버너를 제공하는 것이다.
이 목적은 청구항 1에 따른 복열장치 버너에 의해서 달성된다.
본 발명에 따른 복열장치 버너는 내열성 재료의 수개의 파이프들을 수용하는 복열장치를 포함하고, 상기 파이프들은 예를 들어 매립 가스(landfill gas)들과 같은 저에너지 가스들이 사용될 때, 연소 공기 및 잠재적으로 연료 가스 또는 그 일부를 예열하기 위하여 사용된다. 복열장치 버너의 열교환기 파이프들은 열교환을 위하여 배치된 섹션에서 평탄화된 갭 단면을 가진다. 층류가 갭에 존재할 때, 열 변이 계수(α)는 갭 폭(s)에 반비례로 증가하므로, 매우 높은 α값들이 작은 갭 폭들로써 달성된다. 양호하게, 열교환기 파이프들은 외측에서 배기 가스에 노출되고 내측에서 연소 공기에 의해서 채워진다. 가열될 용적부와 대면하는 단부에서, 파이프들은 갭 단면과 상이한 노즐 단면을 가진다. 노즐 단면은 예를 들어 원형 단면이다. 이 단면은 연소 공기 유동의 가속과 고속으로 가열될 용적부 안으로 들어가는 유출 분사물의 형성을 허용하고 배기 가스의 재순환을 유발한다. 양호하게, 노즐 단면은 예를 들어 100m/sec의 분사 속도들이 달성되는 방식으로 크기설정된다. 이 결과로, 배기가스 재순환 계수(factor)가 예를 들어, 4 또는 5에 도달하므로, 대체로 온도 피크의 전개를 방지하고 그에 따라 서멀 NOx 발생을 방지한다.
양호하게, 갭 단면은 노즐 단면보다 크다. 결과적으로, 낮은 유동 속도는 노즐보다 갭 영역에서 달성된다. 열교환기 파이프들은 양호하게 적어도 하나의 테이퍼형 단부를 구비하고, 상기 단부는 평탄화된 열교환기 섹션의 원주부보다 작은 원주부를 구비한다. 양호하게, 이러한 파이프는 큰 열교환기 섹션의 원주부에 대략 대응하는 원주부를 구비하는 파이프가 적어도 일단부에서 테이퍼지고, 양호하게는 양 단부에서 테이퍼지게 제조된다. 즉, 직경이 감소하므로, 예를 들어 형성 공정에 의해서 파이프 단면을 감소시킨다. 추후, 열교환기 섹션은 갭 형태를 생성하기 위하여 평탄하게 가압된다. 이러한 경우, 양호하게 갭 길이 s < 3mm이고 갭 폭 b >4s이 유지된다.
냉각측에서, 열교환기 파이프들의 단부들은 예를 들어 플랜지 플레이트의 구멍들에서 밀봉 방식으로 납땜(solder)함으로써 배치될 수 있다. 양호하게, 열교환기 파이프들은 단지 일측에만 부착된다. 고온측에서, 파이프들은 리본 또는 점용접과 같은 결합 수단에 의해서 서로 선택적으로 고정되거나 또는 자유 상태로 남아 있을 수 있다. 양자의 경우에 있어서, 파이프들은 자유롭게 뻗을 수 있다. 모든 파이프들은 동일 형상을 가질 수 있고 직렬로 제조될 수 있다.
열교환기 파이프들의 고온 단부들을 적절하게 굽힘으로써 원하는 분사 방향을 사전규정할 수 있다. 예를 들어, 원형으로 배열된 분사 파이프들은 그 축들이 원뿔의 인벨로프(envelope)에 위치한 노즐 단부들을 구비할 수 있다.
한편으로는, 상기 열교환기 파이프들은 배기가스로부터 연소 공기로 양호한 열 전달을 이루고, 다른 한편으로는, 최소의 압력 손실만을 일으킨다. 이는 특히 평탄화된 갭형 섹션의 단면이 노즐의 단면보다 클 때 달성된다. 이렇게 할 때, 갭 단면에서 유동 속도는 노즐보다 작게 된다.
또한, 파이프들 사이의 배기가스 채널들은 상기 배기가스 채널들에서도 압력 손실을 감소시키기 위하여, 약간 큰 갭 폭으로 구성될 수 있다. 이러한 결과로 잠재적으로 감소되는 열 변이는 주름형 시트 금속 인서트의 형태로 표면들을 보조 가열함으로써 보상될 수 있다. 이들은 열교환기 파이프들 사이의 스페이서들로서 동시에 작용할 수 있다. 주름형 시트 금속 인서트들 및/또는 열교환기 파이프들은 적어도 일부 부분들에서 배기가스 정화를 위하여 촉매 활성 재료로 코팅될 때 촉매로 작용할 수 있다.
평탄화된 파이프들은 양호하게 원 또는 링의 형태로 배열된다. 그 파이프들은 서로 동심인 수개의 링들로 배열될 수 있다. 균일한 평탄화된 파이프들이 사용되면, 개별 링들에서 갭들이 발생하고, 그에 의해서 상기 갭들은 스트립으로써 폐쇄될 수 있다.
복열장치 버너는 분사로 주입되는 예열 공기로 인하여, 공급된 연료가 고함량 불활성 가스를 갖는 가스 스트림에서 산화되도록, 복열장치 버너의 전방에서 배기가스 재순환이 일어난다는 점에서, 가열된 용적부에서 무화염 산화를 발생시키도록 적어도 셋업된다. 이러한 작동 모드는 800℃ 위로 예열된 노 표면에 대해서 적당할 수 있다.
선택적으로, 점화 온도(약 800℃) 밑의 온도에서 노 공간에서 복열장치 버너의 작동을 위하여 다른 작동 모드를 제공할 수 있다. 그렇게 하기 위하여, 복열장치 버너는 연소실을 포함하고, 이 경우 연소 공기 및 연료 가스의 적어도 일부가 상기 연소실에 도입되어서 거기서 점화될 수 있다. 연소실에서, 화염이 생성되고, 상기 화염의 고온 배기가스들이 선택적으로 화염과 조합하여 버너를 빠져나오고 그에 따라서 용적부를 가열한다.
선택적으로, 제 3 작동 모드가 제공될 수 있고, 이 작동 모드는 잠재적으로 부스터(boosted) 또는 보조(assisted) FLOX? 모드로 기술된다. 그러한 것은 가열된 용적부에서 주로 점화 온도 밑의 온도가 되는 동안, 복열장치 버너의 작동에 대해서 적당하다. 이 모드에서, 산화의 일부가 버너의 연소실에서 실행된다. 이러한 종류의 연소에서 고온 배기가스들은 연소 공기 및 연료의 일부와 함께 노 공간 안으로 분사되어 들어가서 노 공간 안으로 주입된 연료의 산화를 돕는다.
본 발명의 유리한 실시예들의 추가 상세구성은 도면, 상세한 설명 및 청구범위에서 얻어진 것이다. 이 설명은 본 발명의 본질적인 형태 및 방대한 상황에 국한된다. 도면들은 추가 상세구성을 공개하며 보완적인 것으로 기술된다.
도 1은 노 벽에 있는 본 발명에 따른 복열장치 버너의 종단면도.
도 2는 도 1에 따른 복열장치 버너의 복열장치의 횡단면도.
도 3은 도 2에 따른 복열장치의 열교환기 파이프의 측면도.
도 4는 도 3에 따른 열교환기 파이프의 라인 IV-IV에 따른 단면도.
도 5는 도 3에 따른 열교환기 파이프의 라인 V-V에 따른 단면도.
도 6은 열교환기 단면을 평탄하게 하기 전에 열교환기 파이프의 예비성형체의 측면도.
도 7은 도 6에 따른 예비성형체의 라인 VII-VII에 따른 단면도.
도 8은 열교환기 파이프의 변형된 실시예의 도 3의 IV-IV 교차라인에 따른 단면도.
도 1은 노 공간(2)을 가열하기 위하여 사용되고 그렇게 하기 위하여 노 벽(3)의 관통부에 배열되는 복열장치 버너(1)를 도시한다. 복열장치 버너는 연소 공기 및 연료를 공급하고 배기가스들을 제거하기 위한 버너 헤드(4)를 포함한다. 이를 달성하기 위하여, FLOX? 가스 연결부(5), 워밍업(warm-up) 가스 연결부(6), FLOX? 공기 연결부(7), 워밍업 공기 연결부(8) 및 배기가스 출구를 위한 배기가스 연결부(9)가 버너 헤드(4)에 제공된다. FLOX? 가스 연결부(5) 및 FLOX? 공기 연결부(7)는 노 공간(2) 내에서 무화염 산화로써 복열장치 버너(1)를 작동시키기 위한 액체 증기 또는 가스성 연료 및 공기의 공급을 위하여 사용된다. 워밍업 가스 연결부(6) 및 워밍업 공기 연결부(8)는 복열장치 버너(1)에서 연소실(10)을 발화시키는데 사용된다.
연소실(10)은 양호하게 노 측면을 향하여 테이퍼지는 파이프(11)에 의해서 둘러싸이고, 상기 파이프는 플랜지 플레이트(12)에서 일측이 고정된다. 선택적으로, 플랜지 플레이트(12)는 노 벽(3) 상의 파이프 소켓(14)을 통해서 지지될 수 있는 플랜지(13)와 버너 헤드(4) 사이에 개재된 적당한 시일과 함께 유지된다. 플랜지 플레이트(12)는 양호하게 파이프(11)와 상기 파이프의 중심축(15) 주위의 동심원에 위치하는 다수의 보어들을 구비한다. 예를 들어, 고온 스틸로 구성되는 열교환기 파이프들(16)이 보어들 내에 삽입되고, 상기 파이프들은 내부에 고정되고, 예를 들어 놋쇠 납땜 접합부들과 같은 적당한 접합 수단에 의해서 밀봉된다. 보어들은 공기 분배 채널(17)에 있는 버너 헤드(4)에서 만난다. 선택적으로, 수개의 보어들은 개별 연결부(19)와 교통하는 추가 분배 채널(18)에서 만날 수 있다. 양호하게, 연결부(19)는 FLOX? 공기 연결부(7)에서 동심이 되도록 제공된다. 이 방식에서, 그러한 것은 일반적으로 무화염 산화를 유지하도록 연결된 열교환기 파이프들(16)에 공급하기 위하여 공기를 받는다. 그러나, 그러한 것은 또한 예를 들어 연소가능한 가스와 같은 다른 유체를 상기 연결부(19)를 통해서 분배 채널(18)에 공급할 수 있으며, 상기 분배 채널은 상기 가스를 예열시키기 위하여 공기 분배 채널(17)로부터 분리된다.
열교환기 파이프들(16)은 그 단부가 플랜지 플레이트(12)에 고정된 파이프(21)에 의해서 외측에서 폐쇄된 환형 배기가스 채널(20) 내에 배열된다. 배기가스 채널은 버너 헤드(4)에서 배기가스 수집기(22)로 안내된다.
파이프(11)에는, FLOX? 작동을 위해 노 공간(2)에 연료를 공급하기 위하여, 중심축(15)과 동심이 되도록, 배열된 중심 가스 랜스(lance) 형태의 연료 파이프(23)가 있다. 연료 파이프(23)와 동심인, 예열 가스 연결부(6)와 교통하는 다른 파이프(24)가 있으며, 그에 의해서, 가스 출구 개방부(25)가 상기 파이프 단부에 제공된다. 상기 가스 출구 개방부는 중심축(15)에 대해서 경사지게 연료 분사물을 발생시킨다. 가스 출구 개방부(25)로부터 임의의 거리에서, 연소실(10) 안으로 도입되는 공기를 와류(vortexing)시키기 위한 스크린 플레이트(26)가 파이프(24)에 제공된다. 또한, 양호하게 점화 및 모니터 전극(27)은 연소실(10) 안으로 연장한다.
양호하게, 모든 열교환기 파이프들(16)은 본질적으로 동일 구성을 가진다. 파이프들 사이에는, 예를 들어 특히 도 2에 명확하게 도시된 주름형 시트 금속 요소들(28) 형태의 충전재 요소들이 제공된다. 상기 요소들의 주름들은 중심축(15)과 동심인 여러 원들에 배열된 열교환기 파이프들(16)과 접촉하고, 따라서 열교환기 파이프들(16)과 거리를 두고 유지한다. 또한, 그러한 것들은 배기가스 스트림으로부터 흡수된 서멀 에너지를 대류 방식으로, 즉 대부분의 서멀 방사에 의해 열교환기 파이프들(16)에 전달한다. 주름형 시트 금속 요소들(28)은 예를 들어, 고온 스틸로 구성된다. 그들의 주름들은 양호하게 중심축(15)에 평행하게 연장된다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 스트립들(29)은 열교환기 파이프들(16) 사이에 너무 큰 공간의 형성을 피하기 위하여 열교환기 파이프들(16) 사이에 제공될 수 있다. 열교환기 파이프들(16) 뿐 아니라 주름형 시트 금속 요소들(28)은 양호하게는 배기가스 처리를 위하여 완전히 또는 부분적으로 촉매 활성 재료(16a, 28a)로 코팅될 수 있다.
선택적으로 제공된 스트립들(29) 및 주름형 시트 금속 요소들(28)과, 최종적으로 또한 파이프들(11, 21)과 함께, 열교환기 파이프들(16)은 예를 들어, 130mm의 외경(D)(도 2), 400mm의 길이(L)(도 3)를 구비하고, 잠재적으로 72개의 파이프들로 구성되는 복열장치(30)를 형성한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 복열장치(30)의 열교환기 파이프들(16)은 다른 모든 열교환기 파이프들을 나타낸다. 상기 열교환기 파이프는 열교환을 위하여 배치된 평탄한 섹션(31), 단부 섹션들(32, 33), 및 선택적으로 개재된 변이 섹션들을 구비한다. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 섹션(31)은 섹션(33)(도 5) 또는 섹션(32)과 상이한 섹션을 가진다. 섹션(31)은 양호하게 갭 길이(s)보다 4배 큰 갭 폭(b)을 구비한 갭 단면(34)을 한정한다. 예를 들어, s = 1.5mm이고 b = 15mm인 예시적인 실시예에 있어서, 갭 단면(34)은 각각 내부 영역에서 내부까지이다. 이와 반대로, 섹션(33)은 예를 들어 직경 d = 2.5mm를 갖는 노즐 단면(35)을 한정한다. 결과적으로, 갭 단면(34)의 면적이 노즐 단면(35)의 면적보다 크다.
노즐 단면(35)은 열교환기 파이프들(16)의 통합 구성요소 또는 부착된 구성요소에 제공될 수 있다. 또한, 섹션(33)은 직선형이거나 또는 도시된 바와 같이 아치형 또는 s형 방식으로 또한 단순하게 굽혀질 수 있다. 이러한 것은 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 적당한 형성 공정에 의해 그 단부들(36, 37)에서 테이퍼질 수 있다. 최초 직경은 단부들(36, 37) 사이에 위치한 섹션(38)으로 유지된다. 그에 따라 제조된 열교환기 파이프들(16)의 예비형성체(39)는 초기에 도 7에 도시된 바와 같이, 원형 단면을 또한 가진다. 이 원형 단면은 그 후에 도 4에 도시된 바와 같이, 갭 단면(34)을 형성하기 위하여, 플라스틱 재성형 공정 동안 평탄화된다.
양호하게, 갭 단면(34)은 평탄한 벽들(40, 41)에 의해서 경계가 형성된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 벽(40) 및/또는 벽(41)은 갭 단면(34) 안으로 연장하여 양호하게 서로 접촉하는 동일 크기 또는 상이한 크기의 너브들(nubs)(42)을 구비할 수 있다. 너브들(42)은 갭 단면(34)이 접혀지는 것을 방지하기 위하여 벽들(40, 41)의 지지체를 형성한다. 너브들(42)은 또한 벽들(40, 41) 사이의 용접 접합부를 생성하는데 사용될 수 있다. 이는 특히 박벽형 열교환기 파이프들(16)의 구성을 허용한다.
지금까지 기술된 복열장치 버너(1)는 0.95m2의 전체 열전달면을 가진다. 상기 버너는 다음과 같이 작동한다:
노 공간(2)을 가열하기 위하여, 예를 들어 워밍업 가스 연결부(6)를 통해서 천연가스가 공급되고 워밍업 공기 연결부(8)를 통해서 공기가 공급된다. 화염은 연소실(10)에서 점화되고, 그에 의해서 상기 화염의 고온 배기가스들이 상기 공간을 가열하기 위하여 노 공간(2) 안으로 들어간다. 일단 이러한 것이 발생하면, 복열장치 버너(1)는 FLOX? 모드로 진행할 수 있다.
그렇게 하기 위하여, FLOX? 공기 연결부(7)로의 공기 공급과 FLOX? 가스 연결부(5)로의 가스 공급이 반전된다. 연소 공기는 지금 열교환기 파이프들(16)을 통해서 노 공간 안으로 유동하고 도 1에 도시된 바와 같이 분사물(43)을 형성한다. 연료는 화살표 44로 지시된 바와 같이, 연료 파이프(23)를 통해서 노 공간(2) 안으로 안내된다. 배기가스 재순환이 발생된다(화살표 45). 연소 가스의 일부만이 배기가스 채널(20)에 도달한다(화살표 46).
배기가스가 노 공간에서 복열장치(30) 안으로 1000℃로 유동할 때, 35kW 천연 가스의 연소를 위해 36m3/h의 공기 공급량이 20℃ 내지 880℃에서 예열된다. 배기 가스 연결부(9)에서의 배기가스 온도는 300℃이고, 배기가스 손실량은 14%이다. 중간 부하(17kW)에서, 공기 예열온도는 950℃로 증가하는 반면에, 배기가스 온도는 230℃로 감소하고, 배기가스 손실량은 10%로 하강한다.
열교환기 파이프들(16)의 대응 개방 단부들의 72개의 공기 분사물은 짧은 경로에서 다량의 노 가스를 흡입하므로, 반응 영역의 온도는 1500℃ 밑에서 유지되어, 서멀 NOx 형성을 억제한다.
종래 기술과의 비교:
예를 들어 EP 0 685 683 B1호에 공개된 리브형 복열장치 파이프들은 본 설명에 따라서 평탄한 파이프 복열장치와 비교된다:
리브형 파이프
 평탄형 파이프
외경
 130mm 130mm
유효 길이
 400mm 400mm
열전달 면적
 0.35m2 0.95m2
사용된 재료량
 15kg 7.5kg
배기가스 유입온도
 1000℃ 1000℃
순 서멀 출력
 30kW 30kW
효율
 72% 86%
공급된 에너지(천연가스)
 41.7kW 34.9kW
배기가스 손실량
 11.7kW 4.9kW
공기 예열
 540℃ 880℃
배기가스 온도
 600℃ 300℃
NOx(무화염 산화에 의한)
 <50 ppm <50 ppm
압력 손실
 <60 mbar <60 mbar
이에 기초하여, 동일 용적부에서, 에너지 소비율이 16.3%까지 낮추어지고, 또한 재료들의 사용이 50%까지 감소될 수 있다는 것이 명백하다. 전체적으로, 견고하고 높은 효율의 복열장치 버너가 제공된다. 이 버너는 선택적으로 워밍업 모드를 위해 적어도 하나의 연소실을 포함하고, 다르게는 FLOX? 모드를 위해 셋업된다. 연료의 일 부분, 예를 들어, 상기 연료의 10 내지 40%가 연소실(10)에 공급되는 한편, 연료의 다른 부분이 중심 연료 파이프(22)를 통해서 노 공간 안으로 안내된다는 점에서, 변이 작동이 가능하다. 따라서, 연소실(10)의 연소 공기의 일부분과 다른 부분이 복열장치(30)를 통해서 노 공간 안으로 안내된다. 이렇게 할 때, 아직 충분히 가열되지 않은 노 챔버에서 FLOX? 작동을 실행할 수 있다. 매우 긴 워밍업 단계 또는 의도적으로 유지된 낮은 노 공간 온도에 의한 적용의 경우에, 적어도 연료의 일 부분이 FLOX? 상태 하에서 산화되므로, NOx 방출량의 전체적인 감소를 달성한다.
견고하고, 고효율의 복열장치 버너가 제공된다. 이 버너는 워밍업 작동을 위해 적어도 하나의 연소실을 선택적으로 포함하고, 다르게는 FLOX? 작동을 위해 셋업된다. 역류 모드에서 서멀 배기가스 에너지에 의해 연소 공기를 예열하기 위한 복열장치(30)에 열교환기 파이프(16)가 제공되므로, 상기 열교환기 파이프들은 열교환을 위해 배치되고 평탄한 갭 단면(34)을 갖는 섹션(31)과, 용적부(2)에 대면하고 노즐 단면(35)과 상이한 갭 단면(34)을 갖는 단부 센션(33)을 구비한다.
도면 부호들
1. 복열장치 버너
2. 노 공간
3. 노 벽
4. 버너 헤드
5. FLOX? 가스 연결부
6. 예열 가스 연결부
7. FLOX? 공기 연결부
8. 예열 공기 연결부
9. 배기가스 연결부
10. 연소실
11. 파이프
12. 플랜지 플레이트
13. 플랜지
14. 파이프 소켓
15. 중심축
16. 열교환기 파이프
17. 공기 분배 채널
18. 분배 채널
19. 연결부
20. 배기가스 채널
21. 파이프
22. 배기가스 수집기
23. 연료 파이프
24. 파이프
25. 가스 출구 개방부
26, 스크린 플레이트
27. 점화 및 모니터 전극
28. 주름형 시트 금속 요소들
16a,28a. 촉매 활성 재료
29. 스트립들
30. 복열장치
31.32.33. 섹션
34. 갭 단면
35. 노즐 단면
36.37. 단부들
38. 섹션
39. 예비성형체
40.41. 벽들
42. 너브들
43. 분사물들
44.45.46. 화살표

Claims (10)

  1. 용적부(2)를 가열하기 위한 복열장치 버너(1)로서,
    역류 모드에서 배기가스 열에 의해서 연소 공기를 예열하기 위한 복열장치(30), 및
    연료를 상기 용적부(2) 안으로 분사하기 위한 연료 공급장치(23)를 포함하고,
    상기 복열장치(30)는 열교환기 파이프(16)를 포함하며,
    상기 열교환기 파이프(16)는
    - 열교환을 위해 배치된 섹션(31)에 있는 평탄화된 갭 단면(34) 및
    - 상기 용적부(2)에 대면하는 단부(33) 상의 상기 갭 단면(34)과는 상이한 노즐 단면(35)를 구비하고,
    상기 열교환기 파이프들(16) 각각은 적어도 하나의 테이퍼형 단부(33)를 구비하고, 상기 테이퍼형 단부(33)는 열교환을 위해 배치된 상기 섹션(31)의 원주부보다 작은 원주부를 가지며, 상기 열교환기 파이프(16)는 용접 시임을 갖지 않는 단일 부재로 제조되며,
    상기 열교환기 파이프는 두 개의 테이퍼형 단부들을 갖는, 복열장치 버너.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 갭 단면(34)의 면적은 상기 노즐 단면(35)의 면적보다 큰 것을 특징으로 하는 복열장치 버너.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 갭 단면(34)은 갭 길이(s)와 갭 폭(b)을 구비하고, 상기 갭 폭은 상기 갭 길이(s)의 적어도 4배의 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 복열장치 버너.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 열교환기 파이프(16)는 공기 유입측에 있는 일단부의 원형 단면을 구비하는 것을 특징으로 하는 복열장치 버너.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 열교환기 파이프(16)는 공기 유입측에 있는 일 단부(32) 상의 플랜지 플레이트(12)에 고정되는 것을 특징으로 하는 복열장치 버너.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 열교환기 파이프들(16) 중 적어도 하나는 연결부(19)에 연결되고, 연료는 상기 연결부를 통해서 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 복열장치 버너.
  7. 제 1 항에 있어서,
    적어도 하나의 주름형 시트 금속 요소(28)가 상기 열교환기 파이프(16)의 인근에 배열되는 것을 특징으로 하는 복열장치 버너.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 주름형 시트 금속 요소(28)는 적어도 하나의 지점에서 촉매 활성 재료(28a)를 구비하는 것을 특징으로 하는 복열장치 버너.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 열교환기 파이프(16) 중 적어도 하나는 적어도 하나의 지점에서 촉매 활성 재료(16a)를 구비하는 것을 특징으로 하는 복열장치 버너.
  10. 삭제
KR1020097024082A 2007-05-23 2008-05-06 평탄화된 열교환기 튜브들을 구비한 복열장치 버너 KR101411965B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP07010224.9 2007-05-23
EP07010224A EP1995516B1 (de) 2007-05-23 2007-05-23 Rekuperatorbrenner mit abgeflachten Wärmetauscherrohren
PCT/EP2008/003603 WO2008141723A1 (de) 2007-05-23 2008-05-06 Rekuperatorbrenner mit abgeflachten wärmetauscherrohren

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100018509A KR20100018509A (ko) 2010-02-17
KR101411965B1 true KR101411965B1 (ko) 2014-07-03

Family

ID=38562924

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020097024082A KR101411965B1 (ko) 2007-05-23 2008-05-06 평탄화된 열교환기 튜브들을 구비한 복열장치 버너

Country Status (9)

Country Link
US (1) US8622736B2 (ko)
EP (1) EP1995516B1 (ko)
JP (1) JP5229512B2 (ko)
KR (1) KR101411965B1 (ko)
CN (1) CN101707938B (ko)
AT (1) ATE470109T1 (ko)
DE (1) DE502007004013D1 (ko)
ES (1) ES2346699T3 (ko)
WO (1) WO2008141723A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170022613A (ko) 2015-08-21 2017-03-02 만 석 김 링 볼트에 의한 분전반의 행거장치

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ATE470109T1 (de) 2007-05-23 2010-06-15 Ws Waermeprozesstechnik Gmbh Rekuperatorbrenner mit abgeflachten wärmetauscherrohren
RU2494309C2 (ru) * 2008-09-10 2013-09-27 Фив Стэн Рекуператор для радиационной трубчатой горелки
DE102010051347A1 (de) 2010-11-13 2012-05-16 Messer Austria Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Oxidieren von Brennstoffen
EP2584301B1 (de) 2011-10-19 2014-08-13 WS-Wärmeprozesstechnik GmbH Hochtemperatur-Wärmeübertrager
USD767107S1 (en) * 2013-03-15 2016-09-20 Htp, Inc. Heat exchanger
CN105378381B (zh) * 2013-04-19 2017-08-08 德国莱歇公司 用于多燃料多喷枪燃烧器系统的中央燃烧器
ITMI20131931A1 (it) * 2013-11-20 2015-05-21 Tenova Spa Bruciatore industriale autorigenerativo e forno industriale per la conduzione di processi di combustione autorigenerativa
EP2910855B1 (de) 2014-02-21 2020-04-29 WS-Wärmeprozesstechnik GmbH Rekuperatorbrenner mit Zusatzwärmetauscher
DE102014116126A1 (de) 2014-11-05 2016-05-12 Noxmat Gmbh Rekuperatorbrenner
US10989407B1 (en) * 2016-05-06 2021-04-27 David Bacon Flare gas assembly
JP6895342B2 (ja) * 2016-08-19 2021-06-30 株式会社荏原製作所 排ガス処理装置用のバーナヘッドおよびその製造方法、ならびに、排ガス処理装置用の燃焼室、その製造方法およびメンテナンス方法
IT201600111870A1 (it) 2016-11-07 2018-05-07 Esa S P A Bruciatore autorecuperativo
KR20190006245A (ko) 2017-07-10 2019-01-18 김형수 나선형 복열기를 구비한 버너
WO2019022603A1 (en) 2017-07-26 2019-01-31 Wte-Tech B.V. PROCESS FOR TREATING A SOFT COMPOUND COMPRISING A GAS CHARGE
IT201800002472A1 (it) 2018-02-07 2019-08-07 Tenova Spa Bruciatore industriale recuperativo per forni industriali.
JP7146193B2 (ja) * 2019-03-27 2022-10-04 東京瓦斯株式会社 排熱回収型バーナ
US20210131662A1 (en) * 2019-10-30 2021-05-06 Honeywell International Inc. Recuperative gas burner for industrial applications and method of operating the same
US11578924B2 (en) * 2020-07-16 2023-02-14 Mahle International Gmbh Heat exchanger
EP4198393B1 (de) 2021-12-20 2024-04-10 WS-Wärmeprozesstechnik GmbH Rekuperatorbrenner

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4877396A (en) * 1988-01-15 1989-10-31 Ws Warmeprozesstechnik Gmbh Industrial burner with cylindrical ceramic recuperative air preheater
KR20040012757A (ko) * 2001-04-19 2004-02-11 베에스 레포머 게엠베하 컴팩트형 증기 개질기

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB925730A (en) * 1961-10-14 1963-05-08 Coventry Motor Fittings Compan Improvements in heat exchangers or radiators
DE2102744A1 (en) * 1971-01-21 1972-08-03 Fritz Voltz Sohn Heat exchanger - with flattened oval heat transfer tubes
US4574710A (en) * 1984-11-26 1986-03-11 Pickard John D Turbo burner coal powered turbine energy system
DE8903155U1 (ko) 1989-03-14 1990-11-29 Pc Patentconsult Ag, Zug, Ch
JP2744815B2 (ja) * 1989-09-06 1998-04-28 サンデン株式会社 熱交換器用チューブの製造方法
ES2064538T3 (es) * 1990-06-29 1995-02-01 Wuenning Joachim Procedimiento y dispositivo para la combustion de combustible en un recinto de combustion.
US5881681A (en) * 1997-01-23 1999-03-16 Aerco International, Inc. Water heating system
DE4132236C1 (ko) * 1991-09-27 1992-10-15 Ws Waermeprozesstechnik Gmbh, 7253 Renningen, De
DE4419332A1 (de) 1994-06-02 1995-12-14 Wuenning Joachim Industriebrenner mit geringer NO¶x¶-Emission
AU4611696A (en) * 1995-01-05 1996-07-24 Rick L. Coleman Tube and shell heat exchanger and method
US6033208A (en) * 1998-09-11 2000-03-07 Wunning; Joachim Regenerator burner
US6973965B2 (en) * 2002-12-11 2005-12-13 Modine Manufacturing Company Heat-exchanger assembly with wedge-shaped tubes with balanced coolant flow
DE102004010910B4 (de) * 2004-03-06 2006-10-26 Ws Reformer Gmbh Kompaktdampfreformer
US7228711B2 (en) * 2004-11-12 2007-06-12 Carrier Corporation Tubes with elongated cross-section for flooded evaporators and condensers
JP4418358B2 (ja) * 2004-12-14 2010-02-17 本田技研工業株式会社 熱交換器
ATE470109T1 (de) 2007-05-23 2010-06-15 Ws Waermeprozesstechnik Gmbh Rekuperatorbrenner mit abgeflachten wärmetauscherrohren
US7762807B2 (en) * 2008-04-24 2010-07-27 Gas Technology Institute Gas-fired radiant tube with internal recuperator

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4877396A (en) * 1988-01-15 1989-10-31 Ws Warmeprozesstechnik Gmbh Industrial burner with cylindrical ceramic recuperative air preheater
KR20040012757A (ko) * 2001-04-19 2004-02-11 베에스 레포머 게엠베하 컴팩트형 증기 개질기

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170022613A (ko) 2015-08-21 2017-03-02 만 석 김 링 볼트에 의한 분전반의 행거장치

Also Published As

Publication number Publication date
WO2008141723A1 (de) 2008-11-27
ES2346699T3 (es) 2010-10-19
CN101707938B (zh) 2012-01-04
CN101707938A (zh) 2010-05-12
EP1995516B1 (de) 2010-06-02
US20100112502A1 (en) 2010-05-06
US8622736B2 (en) 2014-01-07
EP1995516A1 (de) 2008-11-26
DE502007004013D1 (de) 2010-07-15
JP5229512B2 (ja) 2013-07-03
JP2010528248A (ja) 2010-08-19
ATE470109T1 (de) 2010-06-15
KR20100018509A (ko) 2010-02-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101411965B1 (ko) 평탄화된 열교환기 튜브들을 구비한 복열장치 버너
KR101581172B1 (ko) 축열로 버너
US4664618A (en) Recuperative furnace wall
CN102149971A (zh) 用于辐射管式燃烧器的热量回收器
CN104121581A (zh) 一种高效低NOx管式加热炉低浓度富氧燃烧系统及燃烧器
CN102418936A (zh) 空气喷射卷吸回流烟气的辐射管燃烧装置用换热器
JP5965170B2 (ja) ラジアントチューブ式加熱装置
CN105757689B (zh) 一种自预热焚烧炉
CN210833103U (zh) 一种废气气余热循环利用式回转窑
CN205579594U (zh) 一种自预热焚烧炉
CN214747313U (zh) 一种高效保温岩棉生产用固化炉的尾气节能利用系统
CN1173145C (zh) 高效蓄热式工业炉
CN203534218U (zh) 对正火处理中排放烟气热量的回收利用系统
CN104501185A (zh) 一种热回收式焚烧炉
CN220689348U (zh) 一种油田加热炉
CN214223790U (zh) 一种天然气窑炉
CN202853100U (zh) 轻型快速加热锅炉
CN211487139U (zh) 一种烟气脱硫脱硝后再加热循环装置
CN211853999U (zh) 一种分布式表面燃烧的加热管装置
CN211854976U (zh) 一种可调加热位置的燃气加热管装置
JP2011241989A (ja) ラジアントチューブバーナ用熱交換器
RU2004131828A (ru) Способ управления сгоранием в реакторе и реактор
CN207094642U (zh) 一种废气焚烧炉
CN117663740A (zh) 飞灰热处理装置
CN2404015Y (zh) 高效蓄热式工业炉

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant