KR20020042450A - 저 함량 질소산화물의 예비혼합 버너 장치 및 방법 - Google Patents

저 함량 질소산화물의 예비혼합 버너 장치 및 방법 Download PDF

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로버트 엠. 캐롤
존 징크 컴파니 엘엘씨
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Abstract

연료 가스를 연소시키기 위한 저 함량 NOx축방향 예비혼합 버너 장치 및 방법이 본 발명에 의해 제공된다. 본 발명의 방법은 기본적으로 연료 가스의 첫번째 부분과 모든 공기가 혼합되어 희박한 1차 연료 가스-공기 혼합물을 형성하고, 희박한 1차 연료 가스-공기 혼합물이 노 공간으로 방출되어 혼합물이 그 안의 1차 연소 지역에서 연소되며, 연료 가스의 두번째 부분이 1차 연소 지역으로 방출되어 그 안에서 발생된 불꽃을 안정화시킨 다음 연료 가스의 나머지 부분이 노 공간의 2차 연소 지역으로 방출되는 단계로 이루어진다.

Description

저 함량 질소산화물의 예비혼합 버너 장치 및 방법{LOW NOx PREMIX BURNER APPARATUS AND METHODS}
1. 기술분야
본 발명은 저 함량 NOx생성 버너 장치 및 방법, 더 자세히 설명하면 저 함량 NOx축방향 예비혼합 버너 장치 및 방법에 관한 것이다.
2. 선행기술의 설명
정부당국 및 정부기관에 의해 채택된 엄중한 환경 배출물 기준 때문에, 지금까지 연료-공기 혼합물의 연소에 의해 생성되는 연도 가스내 질소산화물(NOx)의 형성을 억제하는 버너 장치 및 방법이 개발되어 왔다. 예를 들면, 액체 또는 가스 연료가 불꽃 온도를 강하시키기 위해 화학량론적 농도 이하로 연소되어 열적 NOx를 감소시키는 버너 장치 및 방법이 개발되었다. 즉, 연료가 제 1 연소 지역에서 공기가 부족한 상태에서 연소되어 NOx형성을 억제하는 환원 환경을 초래하고, 공기의 나머지 부분은 연소되지 않은 나머지 연료가 연소되는 제 2 지역에 제 1 지역으로부터 하류로 도입되는 단계식 공기 버너 장치 및 방법이 개발되었다.
모든 공기와 일부 연료가 제 1 지역에서 연소되고 나머지 연료가 제 2 하류 지역에서 연소되는 단계식 연료 버너 장치 또한 개발되었다. 이러한 단계식 연료 버너 장치 및 방법에서, 제 1 지역에서 과량의 공기는 연소되는 가스의 온도를 강하시키는 희석제로 작용하여 NOx의 형성을 감소시킨다.
저 수준의 NOx를 함유하는 연도 가스를 생성하는 단계식 연료 버너가 지금까지 이용되어 왔지만, 큰 연소 용량을 가지고 매우 낮은 NOx배출 수준을 가지는 연도 가스를 생성하는 개선된 축방향 예비혼합 버너 장치 및 이 장치의 사용방법에 대한 요구가 계속되고 있다.
발명의 요약
전술한 요구를 충족시키고 선행기술의 결점을 극복하는 저 함량 NOx축방향 예비혼합 버너 장치 및 방법이 본 발명에 의해 제공된다. 즉, 본 발명에 따라서, 노 공간과 연결되는 가스 연료를 연소시키기 위한 저 함량의 NOx형성 예비혼합 버너 장치가 제공된다. 버너 장치는 노 공간에 부착된 방출 단부 및 폐쇄된 반대편의 단부를 구비하는 하우징을 포함한다. 공기를 하우징에 도입하기 위한 수단이 여기에 부착되고 이를 통해서 개구부를 구비하고 이의 부품으로서 불꽃 안정화 블록을 임의로 포함하는 버너 타일이 버너 하우징에 인접한 노 공간에 배치된다. 적어도 하나의 1차 연료 가스와 공기의 세장형 벤튜리 혼합기가 하우징의 폐쇄된 단부에 인접하여 위치하는 개방 유입 단부 및 이의 타 단부에 부착된 1차 연료 가스-공기 혼합물 방출 노즐을 구비하고 있는 하우징에 배치된다. 방출 노즐은 그 안에서 개구부를 통해 버너 타일로 연장하고 1차 연료 가스-공기 혼합물의 연소에 의해 발생된 불꽃이 버너 하우징의 축 방향으로 투사되고 이용시, 불꽃 안정화 블록과 충돌하도록 위치한다. 가압 연료 가스의 공급원에 연결된 첫번째 1차 연료 가스 노즐은 1차 가스 연료 제트가 세장형 벤튜리 혼합기의 개방 유입 단부로 방출되도록 위치하여 하우징내로부터의 공기는 혼합기로 흡입되고, 공기가 그 안에서 1차 연료 가스와 혼합되며 생성된 1차 연료 가스-공기 혼합물은 방출 노즐에 의해 방출되어 버너 타일 및 노 공간에서 연소된다. 가압 연료 가스의 공급원에 연결된 두번째 1차 연료 가스 노즐은 그 안에서 추가의 1차 연료 가스를 불꽃으로 방출하도록 버너 타일내에 위치하여 불꽃은 더욱 안정화된다. 가압 연료의 공급원에 연결되고 노 공간 내의 2차 연료 가스를 방출하도록 위치하는 적어도 하나의 2차 연료 가스 노즐이 제공되어 2차 연료 가스는 노 공간에서 공기 및 연도 가스와 혼합되고 그 안에서 연소된다.
본 발명의 방법은 기본적으로 하기의 단계를 포함한다.
(a) 연료 가스의 첫번째 부분과 모든 공기가 혼합되어 희박한 1차 연료 가스-공기 혼합물을 형성하고; (b) 희박한 1차 연료 가스-공기 혼합물이 노 공간으로 방출되어 혼합물이 그 안의 1차 연소 지역에서 연소되고 이로부터 매우 저 함량의 NOx를 가지는 연도 가스가 형성되며; (c) 연료 가스의 두번째 부분이 1차 연소 지역으로 방출되어 연료 가스의 두번째 부분은 공기와 혼합되고 그 안에서 발생되는 불꽃을 더욱 안정화시키기 위해 연소된 다음; (d) 연료 가스의 나머지 부분이 노 공간에서 공기와 및 그 안에서 연도 가스와 혼합되어 연도 가스로 희석되는 제2 연료 가스-공기 혼합물이 형성되는 노 공간의 2차 연소 지역으로 연료 가스의 나머지 부분이 방출되어 혼합물이 2차 연소 지역에서 연소되고 이로부터 매우 저 함량의 NOx를 가지는 추가의 연도 가스가 형성된다. 단계 (a)에 따라 방출된 희박한 1차 연료 가스-공기 혼합물의 연소에 의해 1차 연소 지역에서 발생된 불꽃은 노 공간에서 불꽃 안정화 블록과 임의로 접촉할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일반적인 목적은 연료 가스와 공기의 적어도 실질적인 화학량론적 혼합물을 연소시켜 이로부터 매우 저 함량의 NOx를 가지는 연도 가스가 형성되는 개선된 저 함량 NOx축방향 예비혼합 버너 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 기타 목적, 특징 및 장점과 추가의 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 함께 하기 바람직한 양태의 설명을 정독하면 당업자에게 쉽게 명백해질 것이다.
도 1은 노 공간에 부착된 본 발명 버너 장치의 측면 정면도이다.
도 2는 도 1의 2-2 라인을 따라 취한 버너 장치의 단부도이다.
도 3은 도 1의 3-3 라인을 따라 취한 버너 장치의 반대쪽 단부도이다.
도 4는 도 3의 4-4 라인을 따라 취한 버너 장치의 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>
10 버너 장치 12 하우징
14 개방 방출 단부 16 폐쇄 단부
18, 30 개구부 20 노 벽
22 절연재 24 노 공간
26 공기 레지스터 28 버너 타일
29 핸들 32 방출 노즐
44 불꽃 안정화 블록 46 세장형 벤튜리 혼합기
58 도어 76 1차 연료 가스 노즐
바람직한 양태의 설명
본 발명은 매우 저 함량의 NOx형성을 유지하면서 많은 열 발생 및 높은 버너 효율을 제공하는 저 함량 NOx축방향 예비혼합 버너를 제공한다. 버너 장치는 목적하는 성능 규격을 충족시키는 매우 높은 연소 용량, 다양한 불꽃 모양, 우수한 안정성 및 매우 저 함량의 NOx방출을 달성할 수 있다. 버너 장치는 노의 바닥을 따라 수평으로, 노 벽을 따라 상향 수직으로 또는 노 벽에 대해 비스듬히 연소시키는데 이용될 수 있다. 본 발명의 버너 장치 및 방법의 기타 장점은 하기의 설명으로 당업자에게 명백해질 것이다.
이제 도면에서, 본 발명의 저 함량 NOx예비혼합 축방향 버너 장치가 도해되고 일반적으로 부호(10)으로 표시된다. 버너(10)는 개방 방출 단부(14) 및 폐쇄된 반대편의 단부(16)를 구비하고 있는 하우징(12)을 포함한다. 도 1에 도해된 것처럼, 하우징(12)의 개방 단부(14)는 노 벽(20)의 개구부(18)에 연결된다. 당업자에 의해 이해될 것처럼, 노 벽(18)은 일반적으로 절연재(22)의 내층을 포함하고 벽(20)과 절연재(22)는 연료 및 공기가 연소되어 고온의 연도 가스가 형성되는 노 공간(24)을 규정한다.
도 2에 도시된 것처럼, 공기 레지스터(26)는 조절된 공기 양을 하우징(12)에 도입하기 위해 하우징(12) 측면의 개구부(비도시) 위에 봉합 연결된다. 공기 레지스터(26)는 이를 통해 하우징(12)으로 유동하는 공기의 양을 조절하기 위해 핸들(29)에 의해 조정될 수 있는 루우버(28) 등을 포함한다.
일반적으로 부호(28)로 표시되는 버너 타일은 도 1 및 4에 도시된 것처럼 하우징(12)의 개방 유입 단부(14)에 부착되어 노 공간(24)으로 연장한다. 대안의 배열에서, 버너 타일(28)은 노 공간(24) 벽(20)의 개구부(18) 위에 봉합 부착되어 노 공간(24)에 배치될 수 있다. 버너 타일(28)은 내열성 및 방염성 세라믹 물질로 형성되고 도 1 및 3에 도시된 것처럼 단일 부품으로 성형될 수 있거나 복수 개의 부품으로 형성될 수 있다. 버너 타일(28)은 하기에서 추가로 설명될 한 쌍의 연료 가스와 공기 벤튜리 혼합기에 연결된 방출 노즐(32) 수용을 위해 두 개구부(30, 도 3)를 포함한다. 개구부(30) 및 방출 노즐(32)은 버너 타일(28)의 측면 및 바닥의 벽(34, 36, 38 및 40)으로 둘러싸인다. 방출 노즐(32)을 둘러싸고 있는 버너 타일(28)의 중앙부는 그 안에 개구부(42)를 포함한다. 또한, 불꽃 안정화 블록(44)은 임의로 버너 타일(28)의 바닥 벽(38)에 부착되거나 그렇지 않으면 이에 인접하여 위치할 수 있다.
도 1, 3 및 4에 도시된 것처럼, 한 쌍의 연료 가스와 공기 벤튜리 혼합기(46)는 하우징(12) 내에 축 방향으로 배치된다. 세장형 벤튜리 혼합기(46)는 각각 이미 언급된 방출 노즐(32)에 연결된 타 단부와 함께 하우징(12)의 폐쇄 단부(16)에 인접하여 위치하는 개방 단부(48)를 포함한다. 방출 노즐(32)은 노즐(32)을 통해 방출된 연료 가스와 공기의 혼합물 및 이의 연소에 의해 발생된 불꽃이 이용시, 불꽃 안정화 블록(44)을 향하여 투사되도록 약간 비스듬히 위치한다. 각 벤튜리 혼합기(46)는 이의 개방 유입 단부에 일반적으로 부호(50, 도 1)로 표시되는 조정가능한 공기 도어 조립체를 포함한다. 조립체(50)의 부품인 조절 핸들(52)은 벤튜리 혼합기(46)에 진입하는 공기를 조절하고 균형잡는 데 이용된다.
도 1 및 4에 최상으로 도시된 것처럼, 일반적으로 부호(54)로 표시되는 폐쇄된 구획이 하우징(20) 내에 배치되고 노 공간(24)의 개구부(18) 위에 봉합 부착된다. 폐쇄된 구획(54)은 그 안에 개구부(56)를 포함하고(도 4) 도어(58)는 개구부(56) 위에서 구획(54)에 힌지된다(hinged). 도어(58)는 도어(58)를 열고 닫기 위해 하우징(12)의 폐쇄 단부의 외측에 고정된 조절 핸들에 차례로 연결되는 로드(60)에 연결된다. 도어(58)가 열리면, 하우징(12) 내로부터의 공기가 개구부(56)를 통해 폐쇄된 구획(54)으로 유동한 다음 버너 타일(28)의 개구부(42)에 의해 노 공간(24)으로 유동한다. 도어(58)는 2차 공기의 노 공간(24)으로의 조절된 속도를 허용하는 데 사용될 수 있지만, 벤튜리 혼합기(46)로부터 방출된 연료 가스-공기 혼합물이 하기에 설명될 것처럼 초기 점화될 때만 통상 사용된다.
한 쌍의 1차 연료 가스 노즐(64)은 하우징(12)의 폐쇄 단부(16)에 부착되고 벤튜리 혼합기(46)의 개방 단부(48)로 1차 연료 가스 제트가 방출되도록 위치한다(노즐(64) 중 하나와 벤튜리 혼합기(46) 하나만 도 1에 도시). 각 1차 연료 가스 노즐(64)은 도 1 및 2에 도시된 것처럼 도관(66)에 의해 연료 가스 헤더(68)에 연결된다. 당업자에 의해 이해될 것처럼, 벤튜리 혼합기(46)의 개방 단부(48)로 방출되는 1차 연료 가스 제트는 하우징(12)내로부터의 공기가 벤튜리 혼합기(46)로 흡입되게 하여 공기는 방출된 1차 연료 가스와 혼합되고 생성된 혼합물은 거기에 부착된 방출 노즐(32)에 의해 벤튜리 혼합기(46)에서 배출된다. 방출 노즐(32)은 벤튜리 혼합기로부터의 연료 가스-공기 혼합물이 방출 노즐을 통해 유동하도록 하기 위해 필요한 전체 배출구 영역을 제공하도록 설계된 복수 개의 개구부를 그 안에 포함한다. 또한, 당업자에 의해 잘 이해되는 것처럼, 방출 노즐(32)은 버너(10)가 역화 발생 없이 작동될 수 있음을 보장하도록 설계되었다.
한 쌍의 2차 연료 가스 노즐(단계식 연료 가스 노즐, 70)은 노 공간(24) 내의 버너 타일(28)의 단부에 위치한다. 2차 연료 가스 팁(70)은 두 연료 가스-공기 혼합물 방출 노즐(32)의 위와 반대 측면에 위치하고, 노즐(70)은 2차 연료 가스가노 공간(24) 내의 1차 연소 지역 하류의 2차 연소 지역으로 방출되도록 배향된다.
노즐(32)로부터 방출된 1차 연료 가스-공기 혼합물의 연소에 의해 발생된 불꽃은 블록이 가열되도록 하고, 불꽃을 안정화시키며 노 공간(24)의 1차 연소 지역내에 혼합 지역을 확립하기 위해, 이용시 불꽃 안정화 블록(44)에 충돌한다. 1차 연소 지역으로 방출된 1차 연료 가스-공기 혼합물이 과량의 공기를 함유하기 때문에, 1차 연소 지역에서 생성된 연도 가스는 매우 저 함량의 NOx를 가진다. 2차 연료 가스 노즐(70)에 의해 2차 연소 지역으로 방출된 2차 연료 가스는 노 공간에 잔류하는 공기 및 그 안에 함유되어 있는 연도 가스와 혼합되어 매우 저 함량의 NOx를 가지는 추가의 연도 가스를 형성하는, 2차 연소 지역에서 연소되는 연도 가스로 희석되는 제 2 연료 가스-공기 혼합물을 형성한다. 2차 연료 가스 노즐(70)은 하우징(12) 내의 도관(72) 및 하우징(12)의 폐쇄 단부(16) 외측의 도관(74)에 의해 연료 가스 유입 헤더(68)에 연결된다.
사용시, 안정화 블록(44)에 의해 일어나는 불꽃 안정화 외에, 1차 연소 지역에서 발생되는 불꽃을 더욱 안정화시키기 위해, 1차 연료 가스 노즐(76)은 1차 연료 가스-공기 방출 노즐(32)에 인접하여 위치한다. 즉, 1차 연료 가스 노즐(76)은 도 3에 최상으로 도시된 것처럼 방출 노즐(32) 아래 및 그 사이에 위치한다. 1차 연료 가스 노즐(76)은 하우징(12) 내의 도관(78) 및 하우징(12) 외측의 도관(80)에 의해 연료 가스 유입 헤더(68)에 연결된다. 연료 가스 노즐(76)에 의해 1차 연소 지역으로 방출된 1차 연료 가스는 1차 연소 지역에서 공기와 혼합되고 실질적으로화학량론적인 연료 가스-공기 혼합물을 그 안에서 형성한다. 1차 연소 지역에서 이 혼합물의 연소는 발생된 불꽃 전체를 안정화시키는 기능을 한다.
벤튜리 혼합기 방출 노즐(32)에 의해 방출된 1차 연료 가스-공기 혼합물의 점화를 촉진하기 위한 도관(82)이 하우징(12)의 폐쇄 단부(16)를 통해 및 폐쇄 구획(54)을 통해 이에 봉합 연결된다. 커버 도어가 도관(82)의 외측 단부 위에서 하우징(12)에 부착된다. 당업자에 의해 이해될 것처럼, 토치가 노즐(32)에서 배출되는 1차 연료 가스-공기 혼합물을 점화시키기 위해 폐쇄된 구획(54)으로의 도관(82) 및 개구부(42)를 통해 삽입된다. 토치를 삽입하기 전에, 폐쇄된 구획(54)에서 공기 도어(58)를 열어 연료 가스가 점화 전에는 폐쇄된 구획(54)에 진입하지 않음을 보장한다.
당업자에 의해 이해될 것처럼, 버너 장치(10)에 의해 충족되는 설계 조건에 따라, 버너 장치는 1 이상의 1차 연료 가스-공기 벤튜리 혼합기, 1차 연료 가스를 벤튜리 혼합기(들)에 주입하기 위한 1 이상의 첫번째 1차 연료 가스 노즐, 1차 연소지역에서 불꽃을 안정화시키기 위한 1 이상의 두번째 1차 연료 가스 노즐 및 연료 가스를 2차 연소 지역에 도입하기 위한 1 이상의 2차 연료 가스 노즐을 포함할 수 있다. 추가로, 공기가 벤튜리 혼합기로 흡입되도록 하기 위해 복수 개의 1차 연료 노즐을 그 안에 구비하고 있는 단독 1차 연료 가스-공기 벤튜리 혼합기가 사용될 수 있다.
본 발명의 버너 장치에 의해 수행되는 방법, 즉 연료 가스와 공기의 적어도실질적인 화학량론적 혼합물이 혼합물이 연소되고 매우 저 함량의 NOx를 가지는 연도 가스가 이로부터 형성되는 노 공간으로 방출되는 방법은 기본적으로 하기의 단계로 이루어진다:
(a) 연료 가스의 첫번째 부분(본원에서 1차 연료 가스라고 언급)과 모든 공기가 벤튜리 혼합기(46)에서 혼합되어 희박한 1차 연료 가스-공기 혼합물을 형성하고; (b) 희박한 1차 연료 가스-공기 혼합물이 노 공간(24)으로 방출되어 혼합물은 그 안의 1차 연소 지역에서 연소되고, 발생된 불꽃은 노 공간(24)에서 불꽃 안정화 블록(44)과 임의로 접촉하고 이에 의해 안정화되며 매우 저 함량의 NOx를 가지는 연도 가스가 이로부터 형성되며; (c) 연료 가스의 두번째 부분(또한 1차 연료 가스라고 언급)이 1차 연소 지역으로 방출되어 1차 연료 가스의 두번째 부분은 공기와 혼합되고 연소되어 1차 연소 지역에서 발생된 불꽃을 안정화시킨 다음; (d) 연료 가스의 나머지 부분(2차 연료 가스라고 언급)이 연료 가스의 나머지 부분이 노 공간(24)에 잔류하는 공기 및 그 안에 함유되어 있는 연도 가스와 혼합되어 연도 가스로 희석되는 제 2 연료 가스-공기 혼합물을 형성하는 노 공간(24)의 2차 연소 지역으로 방출되어 혼합물은 2차 연소 지역에서 연소되고 매우 저 함량의 NOx를 가지는 추가의 연도 가스가 이로부터 형성된다.
전술한 바와 같이, 관련있는 특정 적용에 따라, 전술한 방법은 1 이상의 1차 연료 가스-공기 벤튜리 혼합기, 1차 연료 가스를 벤튜리 혼합기(들)에 주입하기 위한 1 이상의 첫번째 1차 연료 가스 노즐, 1차 연소 지역에서 불꽃을 안정화시키기위한 1 이상의 두번째 1차 연료 가스 노즐 및 연료 가스를 2차 연소 지역에 도입하기 위한 1 이상의 2차 연료 가스 노즐을 구비하고 있는 본 발명의 버너 장치로 수행될 수 있다.
1차 연소 지역으로 방출되는 1차 연료 가스의 첫번째 부분과 공기의 희박한 혼합물은 일반적으로 약 1.5:4의 연료 가스 대 공기의 화학량론적 비를 가지는 혼합물이다. 희박한 1차 연료 가스-공기 혼합물내 1차 연료 가스의 첫번째 부분은 또한 일반적으로 노 공간으로 방출되는 전체 연료 가스의 약 30 용적% 내지 약 70 용적% 범위의 양이다. 불꽃을 안정화시키기 위해 1차 연소 지역으로 방출되는 1차 연료 가스의 두번째 부분은 일반적으로 노 공간으로 방출되는 전체 연료 가스의 약 2 용적% 내지 약 25 용적% 범위의 양이다. 연료 가스의 나머지 부분, 즉 2차 연료 가스는 일반적으로 노 공간으로 방출되는 전체 연료 가스의 약 25 용적% 내지 약 68 용적% 범위의 양으로 2차 연소 지역으로 방출된다.
실시예
본 발명의 버너 장치 및 방법을 추가로 설명하기 위해, 하기의 실시예가 주어졌다.
SCF당 1160 BTU의 칼로리 값을 가지는 연료 가스를 연소시킴으로써 시간당 4.8 BTU의 열 발생을 위해 설계된 버너 장치(10)가 노 공간(24)으로 연소된다. 가압 연료 가스는 약 45 psig의 압력에서 시간당 4100 SCF의 속도로 버너(10)에 공급된다. 일부 연료 가스는 연료 가스가 공기와 혼합되는 1차 연료 가스 및 공기 벤튜리 혼합기(46)로 이를 통해 유동한다. 벤튜리 혼합기(46)에서 형성된 희박한 1차연료 가스-공기 혼합물은 이들이 연소되고 발생된 불꽃이 불꽃 안정화 블록(44)과 접촉하여 안정화되는 노 공간의 1차 연소 지역으로 방출된다. 연료 가스의 두번째 부분은 공기와 혼합되고 연소되어 1차 연소 지역에서 발생된 불꽃을 더욱 안정화시키는 1차 연료 가스 노즐(76)에 의해 노 공간(24)으로 방출된다. 연료 가스의 나머지 부분은 2차 연료 가스 노즐(70)에 의해 노 공간으로 방출된다. 이 실시예에서, 하우징(12)에 도입되는 공기의 속도는 노 공간(24)에 도입되는 공기의 전체 속도가 그 안에서 공기가 15%를 초과함을 초래하는 양이도록 댐퍼(28)에 의해 조절된다. 모든 공기는 벤튜리 혼합기(46)에 의해 노 공간(24)에 도입된다.
2차 연료 노즐(70)로부터 방출된 2차 연료 가스는 노 공간(24)에 잔류하는 공기 및 그 안의 비교적 저온의 연도 가스와 혼합되어 노 공간(24)에서 1차 연소 지역에 인접한 2차 연소 지역에서 연소되는 연도 가스 희석된 연료-공기 혼합물을 형성한다.
1차 연소 지역에서의 희박한 1차 연료 가스-공기 혼합물의 연소 및 2차 연소 지역에서의 연도 가스 희석된 2차 연료 가스-공기 혼합물의 연소 결과, 노 공간(24)에서 배출되는 연도 가스는 매우 저 함량의 NOx를 가진다. 즉, 노 공간(24)으로부터 취출되는 연도 가스는 약 12 ppm 이하의 NOx함량을 가진다.
따라서, 본 발명은 언급된 목적, 목표 및 장점과 본래의 목적, 목표 및 장점을 수행하기에 적당하다. 본 발명의 현재 바람직한 양태가 이 특허기술을 위해 설명되었지만, 부품과 단계의 구성 및 배열에 있어서 첨부된 청구범위에 의해 한정되는 본 발명의 취지에 포함되는 각종 변화가 당업자들에게 설명될 것이다.
본 발명에 따라서, 연료 가스의 연소에 의해 매우 저 함량의 NOx를 가지는 연도 가스가 생성될 수 있다.

Claims (20)

  1. 노 공간의 개구부에 부착된 방출 단부 및 폐쇄된 반대편의 단부를 구비하고 있는 하우징;
    공기를 이에 부착된 하우징에 도입하기 위한 수단;
    하우징의 방출 단부에 부착되거나 그렇지 않으면 그 안의 개구부에 인접한 노 공간 내에 배치된, 이를 통해 개구부를 구비하고 있는 버너 타일;
    하우징의 폐쇄 단부에 인접하여 위치하는 개방 유입 단부 및 이의 타 단부에 부착된 1차 연료 가스-공기 혼합물 방출 노즐을 구비하고 있는, 하우징에 배치된 적어도 하나의 세장형 1차 연료 가스 및 공기 벤튜리 혼합기;
    1차 연료 가스 제트가 세장형 벤튜리 혼합기의 개방 유입 단부로 방출되도록 위치하는 가압 연료 가스의 공급원에 연결된 첫번째 1차 연료 가스 노즐(이에 의해 하우징내로부터의 공기가 혼합기로 흡입되고, 1차 연료 가스와 그 안에서 혼합되며 생성된 1차 연료 가스-공기 혼합물은 방출 노즐에 의해 방출되고 버너 타일 및 노 공간에서 연소된다);
    추가의 1차 연료 가스를 그 안의 불꽃으로 방출하여 불꽃을 안정화시키기 위해 가압 연료 가스의 공급원에 연결되고 버너 타일에 위치하는 두번째 1차 연료 가스 노즐; 및
    가압 연료 가스의 공급원에 연결되고 노 공간 내의 2차 연료 가스가 방출되도록 위치하는 적어도 하나의 2차 연료 가스 노즐(이에 의해 2차 연료 가스는 노공간에서 공기 및 연도 가스와 혼합되고 그 안에서 연소된다)을 포함하는 노 공간의 개구부에 부착된 연료 가스를 연소시키기 위한 저 함량 NOx축방향 예비혼합 버너 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 버너 타일에 부착되거나 그렇지 않으면 노 공간에 위치하는 불꽃 안정화 블록을 추가로 포함하여 방출 노즐에 의해 방출되는 1차 연료 가스-공기 혼합물의 연소에 의해 발생된 불꽃이 불꽃 안정화 블록에 충돌하여 이에 의해 안정화되는 버너 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 버너 타일에 공기 통로 및 하우징에 배치되고 노 공간의 개구부에 봉합 부착된 폐쇄 구획을 추가로 포함하고, 구획은 선택적으로 열릴 수 있는 공기 도어를 구비하여 공기가 구획 및 버너 타일의 공기 통로를 통해 노 공간으로 유동하도록 하는 버너 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 부착된 방출 노즐을 구비하고 그 안의 개구부를 통해 버너 타일로 연장하며 이의 개방 유입 단부로 1차 연료 가스 제트를 방출하도록 위치하는 첫번째 1차 연료 가스 노즐을 구비하는 1 이상의 추가의 세장형 1차 연료 가스 및 공기 벤튜리 혼합기를 추가로 포함하는 버너 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 불꽃을 더욱 안정화시키기 위해 버너 타일에 위치하는 1 이상의 추가의 두번째 1차 연료 가스 노즐을 추가로 포함하는 버너 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 1 이상의 추가의 2차 연료 가스 노즐을 추가로 포함하는 버너 장치.
  7. 제 3 항에 있어서, 일 단부에서 하우징의 폐쇄 단부를 통해 봉합 연결되고 타 단부에서 하우징 내에 배치된 폐쇄 구획을 통해 봉합 연결된 벤튜리 혼합기 방출 노즐에 의해 방출되는 1차 연료 가스-공기 혼합물의 점화를 촉진하기 위한 도관을 추가로 포함하는 버너 장치.
  8. 노 공간의 개구부에 부착된 방출 단부 및 폐쇄된 반대편의 단부를 구비하고 있는 하우징;
    공기를 이에 부착된 하우징에 도입하기 위한 수단;
    하우징의 방출 단부에 부착되거나 그렇지 않으면 그 안의 개구부에 인접한 노 공간 내에 배치된, 이를 통해 한 쌍의 개구부를 구비하고 있는 버너 타일(이의 부품으로 불꽃 안정화 블록 포함);
    각각 하우징의 폐쇄 단부에 인접하여 위치하는 개방 유입 단부 및 이의 타 단부에 부착된 1차 연료 가스-공기 혼합물 방출 노즐을 구비하고 있는, 하우징에배치된 한 쌍의 세장형 1차 연료 가스 및 공기 벤튜리 혼합기(방출 노즐은 그 안의 개구부를 통해 버너 타일로 연장하고 그 안에 배치되어 방출 노즐에 의해 방출되는 1차 연료 가스-공기 혼합물의 연소에 의해 발생되는 불꽃이 불꽃 안정화 블록에 충돌하여 안정화되도록 한다);
    각각 1차 연료 가스 제트가 세장형 벤튜리 혼합기 중 하나의 개방 유입 단부로 방출되도록 위치하는, 가압 연료 가스의 공급원에 연결된 한 쌍의 첫번째 1차 연료 가스 노즐(이에 의해 하우징내로부터의 공기가 혼합기로 흡입되고, 1차 연료 가스와 그 안에서 혼합되며 생성된 1차 연료 가스-공기 혼합물은 방출 노즐에 의해 방출되어 버너 타일 및 노 공간에서 연소된다);
    가압 연료 가스의 공급원에 연결되고 추가의 1차 연료 가스를 그 안의 불꽃으로 방출하여 불꽃을 더욱 안정화시키도록 버너 타일에 위치하는 두번째 1차 연료 가스 노즐; 및
    가압 연료의 공급원에 연결되고 노 공간 내의 2차 연료 가스를 방출하도록 위치하는 한 쌍의 2차 연료 가스 노즐(이에 의해 2차 연료 가스는 노 공간에서 공기 및 연도 가스와 혼합되고 그 안에서 연소된다)을 포함하는 노 공간의 개구부에 부착된 연료 가스를 연소시키기 위한 저 함량 NOx예비혼합 축방향 버너 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 버너 타일에 공기 통로와 하우징 내에 배치되고 노 공간의 개구부 위에 봉합 부착된 폐쇄 구획을 추가로 포함하고, 구획이 선택적으로 열릴 수 있는 공기 도어를 구비하여 공기가 구획 및 버너 타일의 공기 통로를 통해 노 공간으로 유동하도록 하는 버너 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 일 단부에서 하우징의 폐쇄 단부를 통해 봉합 연결되고 타 단부에서 하우징 내에 배치된 폐쇄 구획을 통해 봉합 연결된 벤튜리 혼합기 방출 노즐에 의해 방출된 1차 연료 가스-공기 혼합물의 점화를 촉진하기 위한 도관을 추가로 포함하는 버너 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 버너 타일의 공기 통로가 버너 타일에서 벤튜리 혼합기 방출 노즐 개구부 사이에 위치하는 버너 장치.
  12. (a) 연료 가스의 첫번째 부분이 모든 공기와 혼합되어 희박한 1차 연료 가스-공기 혼합물을 형성하고;
    (b) 희박한 1차 연료 가스-공기 혼합물이 노 공간으로 방출되어 혼합물이 1차 연소 지역에서 연소되고 저 함량의 NOx를 가지는 연도 가스가 이로부터 형성되며;
    (c) 연료 가스의 두번째 부분이 1차 연소 지역으로 방출되어 연료 가스의 두번째 부분이 공기와 혼합되고 연소되어 그 안에서 발생된 불꽃을 안정화시킨 다음;
    (d) 연료 가스의 나머지 부분이 노 공간에 잔류하는 공기 및 그 안에 함유되어 있는 연도 가스와 혼합되어 연도 가스로 희석되는 제 2 연료 가스-공기 혼합물을 형성하는 노 공간의 2차 연소 지역으로 연료 가스의 나머지 부분을 방출하여 혼합물이 2차 연소 지역에서 연소되고 저 함량의 NOx를 가지는 추가의 연도 가스가 이로부터 형성되는 단계를 포함하는, 혼합물이 연소되고 저 함량의 NOx를 가지는 연도 가스가 이로부터 형성되는 노 공간으로의 연료 가스와 공기의 적어도 실질적인 화학량론적 혼합물 방출방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 희박한 1차 연료 가스-공기 혼합물의 연소에 의해 발생된 불꽃이 불꽃 안정화 블록에 충돌하여 이에 의해 안정화되도록 위치하는 노 공간의 불꽃 안정화 블록을 제공하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  14. 제 12 항에 있어서, 희박한 1차 연료 가스-공기 혼합물이 1차 연료 가스 및 공기 벤튜리 혼합기에서 형성되어 이에 부착된 방출 노즐을 통해 1차 연소 지역으로 방출되는 방법.
  15. 제 12 항에 있어서, 희박한 1차 연료 가스-공기 혼합물이 2 이상의 1차 연료 가스 및 공기 벤튜리 혼합기에서 형성되어 이에 부착된 방출 노즐을 통해 1차 연소 지역으로 방출되는 방법.
  16. 제 12 항에 있어서, 연료 가스의 나머지 부분이 적어도 하나의 2차 연료 가스 노즐에 의해 2차 연소 지역으로 방출되는 방법.
  17. 제 12 항에 있어서, 노 공간으로 방출된 희박한 1차 연료 가스-공기 혼합물이 약 1.5:4의 연료 가스 대 공기의 화학량론적 비를 가지는 방법.
  18. 제 12 항에 있어서, 노 공간으로 방출된 희박한 1차 연료 가스-공기 혼합물내 연료 가스의 첫번째 부분이 노 공간으로 방출되는 전체 연료 가스의 약 30 용적% 내지 약 70 용적% 범위의 양인 방법.
  19. 제 12 항에 있어서, 노 공간으로 방출되는 연료 가스의 두번째 부분이 노 공간으로 방출되는 전체 연료 가스의 약 2 용적% 내지 약 25 용적% 범위의 양인 방법.
  20. 제 12 항에 있어서, 노 공간으로 방출되는 연료 가스의 나머지 부분이 노 공간으로 방출되는 전체 연료 가스의 약 25 용적% 내지 약 68 용적% 범위의 양인 방법.
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