KR20050046606A - IMPROVED FUEL STAGING PROCESS FOR LOW NOx OPERATIONS - Google Patents

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Abstract

A method for diluting a fuel to reduce NOx uses a fuel dilution device, which includes: a first conduit having an inlet and an outlet, the first conduit adapted to transmit a stream of a fuel entering the inlet and exiting the outlet at a first thermodynamic state and a first fuel index; and a second conduit having an intake and an outtake, the second conduit adapted to transmit a stream of a fluid entering the intake and exiting the outtake at a second/different thermodynamic state and a second fuel index different from the first fuel index by at least about 0.1, whereby a potential for mixing exists between the two streams exiting the outlet and the outtake, and at least some of the fuel mixes with at least some of the fluid near the outlet and the outtake, thereby generating a diluted fuel stream having an intermediate fuel index. <IMAGE>

Description

저 NOx 작동을 위한 개선된 연료 스테이징 방법{IMPROVED FUEL STAGING PROCESS FOR LOW NOx OPERATIONS}IMPROVED FUEL STAGING PROCESS FOR LOW NOx OPERATIONS}

본 발명은 산화질소(NOx) 방출을 감소시키기 위한 연료 스테이징 방법 및 시스템에 관한 것이며, 상세하게는 저 NOx 버너에서 연료 희석 팁을 사용하는 이러한 방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to fuel staging methods and systems for reducing nitrogen oxide (NO x ) emissions, and more particularly to such methods and systems using fuel dilution tips in low NO x burners.

화학 공정 산업(CPI)이 직면한 도전들 중 한가지는 경제적 이유 및 동시에 저 NOx 및 CO 방출에 대한 요구로 인한 폐기물 연료의 연소이다. 폐기물 연료는 높은 C/H 비를 갖는 가스의 혼합물을 함유하며, 탄소 산화로 인해 매우 많은 빛을 내는 화염을 동반하며 연소되고, 또한 연소 공정에 따라 매연 입자 및 탄소를 생산한다. 전형적인 정유 연료 조성물은 다양한 양의 연료 및 불활성 가스들(예, C1, C2, C3, ... Cn, 올레핀, 수소, 질소, CO2, 수증기)을 포함한다. 탄소 또는 매연 입자가 연료 팁상에 형성되면, 매연 구조는 일반적으로 팁 출구 근처에 존재하는 바람직한 압력 및 온도 조건하에 성장한다. 이는 연료 분출 차단, 연료 분출 편향, 공정 튜브와 정유 벽과 같은 팁 및 노 부품의 과열, 및 버너와 노 작동의 잠재적 조업 정지를 초래한다. 노의 조업 정지는 하향 공정 중단으로 초래되는 부담을 비롯하여 중요한 재정적 패널티를 초래할 수 있다.One of the challenges facing the chemical process industry (CPI) is the combustion of waste fuels due to economic reasons and at the same time the need for low NO x and CO emissions. Waste fuels contain a mixture of gases with a high C / H ratio, are burned with a very luminous flame due to carbon oxidation, and also produce soot particles and carbon in accordance with the combustion process. Typical refinery fuel compositions include various amounts of fuel and inert gases (eg, C 1 , C 2 , C 3 ,... C n , olefins, hydrogen, nitrogen, CO 2 , water vapor). If carbon or soot particles are formed on the fuel tip, the soot structure generally grows under the desired pressure and temperature conditions present near the tip outlet. This results in fuel blow off, fuel blow deflection, overheating of tip and furnace parts such as process tubes and refinery walls, and potential shutdown of burner and furnace operation. Shutdowns of the furnace can lead to significant financial penalties, including the burden of downtime downtime.

연료 팁이 하기의 것들을 겪는다면, 고차 탄소로 구성되며 아세틸렌, 에탄, 프로판, 부탄 및 올레핀(예, 에틸렌 및 프로필렌)과 같은 가스를 함유하는 더러운 정유 연료는 일반적으로 매연 입자들을 생성한다:If a fuel tip suffers from the following, dirty refined fuels consisting of higher carbon and containing gases such as acetylene, ethane, propane, butane and olefins (eg ethylene and propylene) generally produce soot particles:

* 노 내에서 불충분한 혼합(최적이 아닌 분출물의 수, 분출 기하학, 주입 각도 및 주입 속도에 의존함) (버너 디자인 문제로 일반적으로 분류됨)Inadequate mixing in the furnace (depending on the number of ejections, ejection geometry, injection angle and injection speed) (generally classified as burner design issues)

* 연료 분출물의 근처에 이용 가능한 연소 공기 또는 산화제의 결여(버너 유동 구성 문제로 일반적으로 분류됨)* Lack of combustion air or oxidant near fuel jets (generally classified as burner flow composition problems)

* 연료 팁의 불충분한 냉각(정규적 기초로 노 방사에 노출됨) (연료 팁 구성 및 버너 디자인 문제로 일반적으로 분류됨)Inadequate cooling of fuel tips (exposure to furnace emissions on a regular basis) (generally classified as fuel tip configuration and burner design issues)

* 연료 유동의 방해(상향 연료 장비 신뢰도) (공정 문제로 일반적으로 분류됨)* Disturbance of fuel flow (upward fuel equipment reliability) (commonly classified as a process problem)

* 저 소성 작동(공정 하강으로 인한 낮은 연료 유속) (공정 문제로 일반적으로 분류됨)* Low firing operation (low fuel flow rate due to process down) (generally classified as a process problem)

* 정유 연료 조성물의 탄소 함유종의 변동(공정 요구 문제로 일반적으로 분류).* Variation of carbon-containing species in refinery fuel compositions (generally classified as process requirements).

버너 또는 팁 디자인은 팁 과열, 매연 생산, 팁 플러깅 및 버너 장비의 빈번한 정비에 영향을 준다. 이 문제점들은 연료 팁에 필요한 요구되는 냉각에 영향을 주는 공정 하강의 저말단 및/또는 연료 유동의 방해와 같은 공정 조건을 변화시킴으로써 타협된다. 공정 조건 및 연료 조성의 변화는 정유 공장 작동시 통상적이다.Burner or tip design affects tip overheating, soot production, tip plugging and frequent maintenance of burner equipment. These problems are compromised by changing process conditions such as low end of process down and / or disruption of fuel flow that affect the required cooling required for the fuel tip. Changes in process conditions and fuel composition are common in refinery operation.

CPI가 직면한 다른 도전은 방출 규제에 부합하는 저 NOx 방출의 요구이다. NOx 규제(1990년 깨끗한 공기 규칙(Clean Air Act)하)로 인해 공정 히터, 보일러, 가스 터빈 및 기타 설치 연소 장비로부터 10 ppm 이하의 NOx 방출을 요구하는 미국내 지역이 많이 존재한다. CPI에서 가장 일반적이거나 BACT(가장 이용가능한 조절 기술, Best Available Control Technology) 해결책은 큰 촉매 반응기로의 암모니아 주입을 사용하는, 배기 흐름내 함유된 NOx를 감소시키기는(NOx의 N2로의 전환에 의함) 배기 가스의 후 정화를 위한 SCR(선택적 촉매 반응기, Selective Catalytic Reactor)을 사용하는 것이다. 이 방법은 매우 자본 집중적이며, 상당한 양의 암모니아, 뜨거운 공기 및 ID 팬 작동을 위한 전력이 요구된다.Another challenge faced by the CPI is the need for low NO x emissions in compliance with emission regulations. Due to NO x regulations (under the Clean Air Act of 1990), there are many areas in the United States that require less than 10 ppm NO x emissions from process heaters, boilers, gas turbines, and other installed combustion equipment. The most common or BACT (Best Available Control Technology) solution at CPI is to reduce NO x contained in the exhaust stream ( by converting NO x to N2) using ammonia injection into the large catalytic reactor. By using SCR (Selective Catalytic Reactor) for the post-purification of the exhaust gas. This method is very capital intensive and requires a significant amount of power for ammonia, hot air and ID fan operation.

대부분의 정유 공장들은 SCR 설비를 피하는 경향이 있으며, 대신 저 NOx 버너를 사용하여 이들의 NOx 요구를 만족시키려고 한다. 그러나, 저 NOx 버너는 스팀 메탄 리포머(reformer)(SMR), 원히터(crude heater), 에틸렌 분해기(cracker) 또는 보일러와 같은 다양한 공정 가열 응용시 항상 10 ppm 이하의 NOx를 생성하지는 못한다. 이러한 이유 때문에, 저 NOx 버너의 사용은 BACT와 같은 규제청에 의해 인증되지 못하였다. 다시 말해서, SCR이 현재 바닥 수치의 오존 농도가 법률상 제한을 초과하는 오존 달성 지역에서 엄격한 NOx 수치에 부합시키는 유일한 상업적으로 실행 가능한 해결책이다.Most refineries tend to avoid SCR installations and instead use low NO x burners to meet their NO x requirements. However, low NO x burners do not always produce less than 10 ppm NO x in various process heating applications such as steam methane reformers (SMR), crude heaters, ethylene crackers or boilers. For this reason, the use of low NO x burners has not been certified by regulatory agencies such as BACT. In other words, SCR is currently the only commercially viable solution that meets stringent NO x levels in ozone attainment areas where ozone concentrations at ground levels exceed legal limits.

전형적으로, CPI에서 작동자들은 깨끗한 천연 가스 또는 천연 가스와 더러운 정유 연료의 최적 블렌드를 사용하여, 정비에 따른 패널티를 감소시킨다. 그러나, 천연 가스 부족 및 연료의 고비용으로 인해, 공정 산업에 있어 연소용으로 깨끗한 천연 가스를 사용하는 것이 항상 가능한 것은 아니다. 폐기물 연료를 연소할 수 있는 정유 공장은 폐기물 연료를 잠재적으로 사용할 수 있는 기타 정유 공장들에 비하여, 전형적으로 더 높은 생산성 및 상대적으로 바람직한 경쟁 상태를 가진다.Typically, operators at CPI use an optimal blend of clean natural gas or natural gas and dirty refinery fuel, reducing maintenance penalty. However, due to the lack of natural gas and the high cost of fuel, it is not always possible to use clean natural gas for combustion in the process industry. Refineries that can burn waste fuels typically have higher productivity and relatively desirable competition compared to other refineries that can potentially use waste fuels.

NOx 감소와 관련하여, 통상적인 NOx 조절 방법은 높은 수치의 연료 스테이징 및 공기/연료가 배기 가스 재순환(FGR)으로 희석되도록 장착된 저 NOx 버너의 사용을 포함한다. 비반응성 또는 불활성 화학종을 연료/산화제 혼합물에 주입함으로써, 평균 화염 온도는 감소하며, 이에 따라 NOx 방출은 감소한다. 그러나, 이 방법은 배기 가스의 전송과 연관되는 부가적 배관 및 에너지 비용을 요구한다. 덧붙여, 상온에서 공정 온도까지 가스의 가열이 요구되므로 에너지 패널티가 존재한다. 덧붙여, 문헌에 출판된 본 기술 분야 데이타는 이 방법으로 10 ppm 이하의 NOx 수행을 얻을 수 있다고 지적하지 않고 있다.With regard to NO x reduction, conventional NO x control methods include the use of low levels of fuel staging and low NO x burners equipped to dilute the air / fuel with exhaust gas recirculation (FGR). By injecting non-reactive or inert species into the fuel / oxidant mixture, the average flame temperature is reduced, thereby reducing NO x emissions. However, this method requires additional piping and energy costs associated with the transfer of exhaust gas. In addition, energy penalty exists because heating of the gas from room temperature to process temperature is required. In addition, the technical data published in the literature do not indicate that NO x performance below 10 ppm can be obtained with this method.

연료 스테이징을 사용한 다양한 장치 및 방법은 NOx 방출을 감소시키기 위해 개발되어져 왔다.Various apparatus and methods using fuel staging have been developed to reduce NO x emissions.

미국 특허 출원 제2003/0148236호(Joshi 등)는 스테이징 연료 노즐을 사용한 초저 NOx 버너를 공개한다. 이 버너는 주된 버너체 주위에 위치하는 8개의 연료 스테이징 랜스를 가진다. 이 버너의 중심은 100%의 연소 공기를 공급하는 데 사용되며, 매우 적은 양의 연료(~10%)가 전체 화염 안전성을 위해 주입된다. 연료의 나머지(~90%)는 다중 연료 스테이징 랜스를 사용하여 주입된다. 연료 스테이징 랜스는 2개의 원형 홀을 갖는 특별한 연료 노즐 팁을 가진다. 도 1A-1C에서 나타낸 바와 같이, 이들 랜스는 상대적으로 높은 분출 속도(소성률에 따라 500 내지 1000 피트/초 또는 5 내지 15 psig 연료 공급 압력)로 인한 지연된 연소 공기의 혼합 및 노 가스의 비말 동반에 대한 축 발산각 및 반경 발산각을 가진다.US patent application 2003/0148236 (Joshi et al.) Discloses an ultra low NO x burner using a staging fuel nozzle. This burner has eight fuel staging lances located around the main burner body. The center of the burner is used to supply 100% of the combustion air, with a very small amount of fuel (~ 10%) injected for total flame safety. The remainder of the fuel (~ 90%) is injected using multiple fuel staging lances. The fuel staging lance has a special fuel nozzle tip with two circular holes. As shown in Figures 1A-1C, these lances are accompanied by a slow mixing of combustion air and droplets of furnace gas due to relatively high blow rates (500 to 1000 feet / sec or 5 to 15 psig fuel supply pressure depending on firing rate). It has an axis divergence angle and a radius divergence angle for.

미국 특허 제6,383,462호(Lang)는 도 2에 나타낸 바와 같이 노 유래의 배기 가스를 연료 가스와 혼합하기 위한 "버너 및 노"의 외부에 혼합 챔버를 가지는 방법 및 기기를 공개한다. 수렴 발산 벤투리(venturi) 혼합기가 연료 가스를 추가적 유동 자극 가스와 추가 희석하는 데 사용된다. 그 후, 결과 혼합물(배기 가스와 희석된 연료)은 이 혼합물이 연소 공기와 혼합되어 노에서 타는 버너로 보내진다. 배기 가스 희석 수치에 따라, 26 ppm 내지 14 ppm의 NOx 방출 감소가 얻어질 수 있다. 이 기기 및 방법은 NOx 방출을 10 ppm 이하로 감소시키지 않으며, 이 결과는 SCR 기술로 전형적으로 얻어진 것들과 비교할 만하지 않다.US Pat. No. 6,383,462 (Lang) discloses a method and apparatus having a mixing chamber outside of a "burner and furnace" for mixing furnace-derived exhaust gas with fuel gas, as shown in FIG. Converging divergent venturi mixers are used to further dilute the fuel gas with additional flow stimulation gas. The resulting mixture (exhaust gas and diluted fuel) is then mixed with combustion air and sent to a burner burning in the furnace. Depending on the exhaust gas dilution value, NO x emission reductions of 26 ppm to 14 ppm can be obtained. This instrument and method does not reduce NO x emissions below 10 ppm, and the results are not comparable to those typically obtained with SCR technology.

미국 특허 제6,481,209호(Johnson 등)는 가스 터빈 엔진에 적합한 연료 스테이징 시스템을 공개한다. 공기와의 효율적인 연소는 이하 2 단계로 연료 주입을 분할함으로써 저 NOx 및 CO 방출이 얻어진다: 1) 스월 혼합기에 설치된 주입기 및 2) 연소기의 트랩된(trapped) 보르텍스 부위에 설치된 주입기. 그러나, 이 주입 설계는 트랩된 보르텍스 부위가 노 및 하적 기하학으로 인해 불가능한 큰 노에서는 적합하지 않다.U. S. Patent No. 6,481, 209 to Johnson et al. Discloses a fuel staging system suitable for gas turbine engines. Efficient combustion with air is achieved by dividing the fuel injection into two stages: low NO x and CO emissions are obtained: 1) an injector installed in the swirl mixer and 2) an injector installed in the trapped vortex site of the combustor. However, this injection design is not suitable for large furnaces where trapped vortex sites are impossible due to furnace and unloading geometry.

미국 특허 제6,558,154호(Eroglu 등)는 2개의 분리된 설비 연료 스테이징 노즐이 사용되는 에어로 엔진에 대한 조절 기초 연료 스테이징 전략을 공개한다. 방출 및 파동 센서의 조절은 각각의 스테이징 구역의 하향에 설치된다. 이들 센서는 각각의 스테이징 구역에서 유래한 연소 산물의 양을 측정하며, 조절 단위는 작동 및 환경 조건에 따라 각각의 구역에 주입된 연료의 상대적인 양을 다양하게 한다.US Pat. No. 6,558,154 (Eroglu et al.) Discloses a controlled base fuel staging strategy for aero engines in which two separate plant fuel staging nozzles are used. Adjustment of the emission and wave sensors is installed downstream of each staging zone. These sensors measure the amount of combustion products derived from each staging zone, and the control unit varies the relative amount of fuel injected into each zone according to operating and environmental conditions.

미국 특허 제5,601,424호(Bernstein 등)는 입상화(atomizing) 스팀 주입 조절을 사용하여 NOx를 감소시키는 방법을 공개한다. NOx 수치는 연료 오일 입상화에 사용 가능한 버너 화염 입상화 스팀을 첨가함으로써 낮아진다. 30%의 NOx 감소를 위해, 약 0.5 lb 스팀/lb 연료 유동이 요구된다. 많은 양의 스팀은 화염 온도를 감소시키고 요구되는 NOx 감소를 얻는데 요구된다. 덧붙여, 많은 양의 스팀이 화염 켄칭에 사용된다면, 화염 불안정성 및 스퍼터링(sputtering)의 가능성이 존재한다, 따라서, 화염 안정성에 기초하여 스팀 주입의 상향 제한이 존재한다.U. S. Patent No. 5,601, 424 to Bernstein et al. Discloses a method of reducing NO x using atomizing steam injection control. The NO x value is lowered by adding burner flame granulation steam which can be used for fuel oil granulation. For a 30% NO x reduction, about 0.5 lb steam / lb fuel flow is required. Large amounts of steam are required to reduce the flame temperature and achieve the required NO x reduction. In addition, if a large amount of steam is used for flame quenching, there is a possibility of flame instability and sputtering, therefore, there is an upward limitation of steam injection based on flame stability.

가스 터빈 산업은 또한 NOx 조절을 위해 유사한 스팀 주입 기술을 사용한다. 그러나, 불충분한 스팀 주입 방식으로 인해, 많은 경제적 패널티가 NOx 방출 감소를 위해 지불된다. 스팀 소비는 매우 크며, 기술은 NOx 조절에 상대적으로 불충분하며 비용 효율이 높지 않다.The gas turbine industry also uses similar steam injection techniques for NO x regulation. However, due to insufficient steam injection schemes, many economic penalties are paid for reducing NO x emissions. Steam consumption is very large, the technique is insufficient relative to the NO x control, and is not high cost efficiency.

NOx 방출 감소를 위한 비용 효율적이고 개장된 기기 및 방법을 가지는 것이 바람직하며, 이는 과도한 NOx 방출없이 정유 폐기물 가스를 연소시키는 능력을 제공한다.It would be desirable to have a cost effective and retrofitted apparatus and method for reducing NO x emissions, which provides the ability to burn refinery waste gas without excessive NO x emissions.

버너 팁의 플러깅 및 공정 튜브의 과열과 같은 문제점으로 인해, 장비 정비를 감소시키는 기기 및 방법을 가지는 것 또한 바람직한데, 이는 개선된 연료 효율 및 노 생산성의 부가적 이점을 제공할 것이다.Due to problems such as plugging of the burner tip and overheating of the process tube, it is also desirable to have an apparatus and method for reducing equipment maintenance, which will provide additional benefits of improved fuel efficiency and furnace productivity.

SCR 수치 NOx 수행에 부합하는 현재 저 NOx 버너를 가능케 하고, 자본 집중적 SCR 기술을 사용하지 않고 제련기를 NOx 규제와 부합되도록 하는 기기 및 방법을 가지는 것 또한 바람직하다.It would also be desirable to have a device and method that enables current low NO x burners consistent with SCR numerical NO x performance and allows smelters to comply with NO x regulations without the use of capital intensive SCR technology.

팁 플러깅, 장비 과열, 공정 방해 등과 같은 정비 문제에 대해 패널티를 부과하지 않고 공정 산업이 더 싼 폐기물 연료를 소비하도록 하며, 동시에 10 ppm 이하로 NOx를 방출함으로써 NOx 규제에 부합하는 기기 및 방법을 가지는 것 또한 바람직하다.Devices and methods that comply with NO x regulations by allowing the process industry to consume cheaper waste fuels without simultaneously penalizing maintenance issues such as tip plugging, equipment overheating, process interruptions, etc. and simultaneously releasing NO x below 10 ppm It is also preferred to have.

선행 기술보다 더 나은 수행을 제공하며, 또한 더 뛰어나고 더 유리한 결과를 제공하기 위해 선행 기술의 여러 문제점과 단점들을 극복하는 연료 연소 기기 및 방법을 가지는 것 또한 바람직하다.It is also desirable to have a fuel combustion device and method that overcomes several problems and drawbacks of the prior art to provide better performance than the prior art and also to provide better and more advantageous results.

발명의 개요Summary of the Invention

본 발명은 연료 스테이징을 통해 산화질소 방출을 감소시키는 연료 희석 방법 및 시스템이다. 본 발명은 또한 상기 방법 또는 시스템에 사용될 수 있는 연료 희석 장치를 포함한다.The present invention is a fuel dilution method and system for reducing nitric oxide emissions through fuel staging. The present invention also includes a fuel dilution device that can be used in the method or system.

연료 스테이징을 통해 산화질소 방출을 감소시키는 연료 희석 방법의 제1 구체예에는 다중 단계들이 존재한다. 제1 단계는 제1 도관 및 제2 도관을 포함하는 연료 희석 장치를 제공하는 단계로서, 제1 도관은 유입부 및 유입부에서 멀리 떨어진 유출부를 가지고, 제1 열역학 상태 및 제1 연료 지수에서 유입부로 들어가서 유출부로 나오는 연료의 흐름을 전송하도록 개조되어 있으며, 제2 도관은 취입부 및 취입부에서 멀리 떨어진 배출부를 가지고, 제2 열역학 상태 및 제2 연료 지수에서 취입부로 들어가서 배출부로 나오는 유체의 흐름을 전송하도록 개조되어 있으며, 제2 연료 지수는 제1 연료 지수와 적어도 약 0.1 만큼 상이하고, 제2 열역학 상태는 제1 열역학 상태와 상이하며, 이에 의하여, 제1 도관의 유출부로 나온 연료 흐름과 제2 도관의 배출부로 나온 유체의 흐름간에 혼합 전위가 존재한다. 제2 단계는 연료의 흐름을 제1 도관의 유입부에 공급하는 단계로서, 상기 연료의 흐름은 제1 열역학 상태 및 제1 연료 지수에서 제1 도관의 유출부로 나온다. 제3 단계는 유체의 흐름을 제2 도관의 취입부에 공급하는 단계로서, 상기 유체의 흐름은 제2 열역학 상태 및 제2 연료 지수에서 제2 도관의 배출부로 나오며, 이에 의하여, 제1 도관의 유출부로 나온 적어도 일부의 연료의 흐름이 유출부와 배출부 양쪽에 근접한 위치에서 제2 도관의 배출부로 나온 적어도 일부의 유체의 흐름과 혼합되어, 제1 연료 지수와 제2 연료 지수 사이의 중간적 연료 지수를 갖는 적어도 하나의 희석된 연료 흐름을 발생시킨다. 제4 단계는 산화제원을 제공하는 단계이다. 제5 단계는 일부의 산화제를 연료의 흐름 또는 유체의 흐름 또는 희석된 연료 흐름 중 적어도 하나의 적어도 일부와 연소하여 감소된 양의 산화 질소를 함유하는 가스를 발생시키는 단계로서, 상기 감소된 양의 산화질소는 연료 희석 장치가 아닌 다른 수단을 사용하여 연료를 연소함으로써 발생되는 더 많은 양의 산화질소보다 적은 것이다.There are multiple steps in a first embodiment of the fuel dilution method that reduces nitrogen oxide emissions through fuel staging. The first step is to provide a fuel dilution device comprising a first conduit and a second conduit, the first conduit having an inlet and an outlet remote from the inlet, the inlet at the first thermodynamic state and the first fuel index. Adapted to transfer the flow of fuel into and out of the outlet, and the second conduit has a blow-in and a blow-out away from the blow-in, and a flow of fluid entering and exiting the blow-in at the second thermodynamic state and the second fuel index. And the second fuel index is at least about 0.1 different from the first fuel index, and the second thermodynamic state is different from the first thermodynamic state, whereby the fuel flow out of the outlet of the first conduit and There is a mixing potential between the flow of fluid exiting the outlet of the second conduit. The second step is to supply the flow of fuel to the inlet of the first conduit, the flow of fuel exiting the outlet of the first conduit at the first thermodynamic state and the first fuel index. The third step is to supply the flow of fluid to the intake of the second conduit, the flow of fluid coming out of the outlet of the second conduit at the second thermodynamic state and the second fuel index, whereby The flow of at least some of the fuel exiting the outlet is mixed with the flow of at least some of the fluid exiting the outlet of the second conduit at a location proximate to both the outlet and the outlet, thereby providing an intermediate between the first fuel index and the second fuel index. Generate at least one diluted fuel flow having a fuel index. The fourth step is to provide an oxidant source. The fifth step is to burn a portion of the oxidant with at least a portion of at least one of the flow of fuel or the flow of fluid or the diluted fuel flow to generate a gas containing a reduced amount of nitrogen oxides, the reduced amount of Nitric oxide is less than the larger amount of nitric oxide produced by burning fuel using means other than a fuel dilution device.

본 발명의 제1 구체예의 여러 변형이 존재한다. 한 변형에서, 유체는 연료이다. 다른 변형에서, 유체는 흐름, 배기 가스, 이산화탄소, 질소, 아르곤, 헬륨, 크세논, 크립톤, 기타 불활성 유체, 및 이들의 혼합물 또는 배합물로 구성된 군에서 선택된다.There are several variations of the first embodiment of the invention. In one variation, the fluid is a fuel. In another variation, the fluid is selected from the group consisting of flow, exhaust gas, carbon dioxide, nitrogen, argon, helium, xenon, krypton, other inert fluids, and mixtures or combinations thereof.

본 방법의 제1 구체예의 다른 변형에서, 제1 도관은 제2 도관에 인접한다. 또 다른 변형에서, 제2 도관의 적어도 실질적 부분이 제1 도관에 배치된다. 또 다른 변형에서, 제2 도관은 등가 직경(Dc)을 가지고 제2 도관의 배출부가 제1 도관의 유출부의 후방 약 (2Dc) 내지 약 (20Dc) 범위의 거리에 위치한다.In another variation of the first embodiment of the method, the first conduit is adjacent to the second conduit. In another variation, at least a substantial portion of the second conduit is disposed in the first conduit. In another variation, the second conduit has an equivalent diameter (D c ) and the outlet of the second conduit is located at a distance in the range of about 2D c to about 20D c behind the outlet of the first conduit.

연료 스테이징을 통해 산화질소 방출을 감소시키는 연료 희석 방법에 대한 제2 구체예는 제1 구체예와 유사하나, 2개의 부가적 단계들을 포함한다. 제1 부가적 단계는 제2 도관에 배치된 스월러를 제공하는 단계이다. 제2 부가적 단계는 적어도 일부의 유체의 흐름을 스월러를 통해 전송하여 적어도 일부의 유체가 스월링되어 제2 도관으로 나가는 단계이다.The second embodiment for a fuel dilution method of reducing nitric oxide emissions through fuel staging is similar to the first embodiment but includes two additional steps. The first additional step is to provide a swirler disposed in the second conduit. The second additional step is to transmit at least some of the flow of fluid through the swirler such that at least some of the fluid is swirled out of the second conduit.

본 방법의 제3 구체예는 제1 구체예와 유사하나, 2개의 부가적 단계들을 포함한다. 제1 부가적 단계는 제1 도관의 유출부와 유체 연통되는 지퍼 노즐을 제공하는 단계이다. 제2 부가적 단계는 지퍼 노즐을 통해 적어도 일부의 희석된 연료 흐름이 전송되는 단계이다.The third embodiment of the method is similar to the first embodiment but includes two additional steps. The first additional step is to provide a zipper nozzle in fluid communication with the outlet of the first conduit. The second additional step is to transmit at least some of the diluted fuel flow through the zipper nozzle.

본 방법의 제4 구체예는 제1 구체예와 유사하나, 다량의 노 가스를 함유하는 노와 유체 연통되는 연료 희석 장치를 위치시킴으로써, 적어도 일부의 다량의 노 가스가 적어도 일부의 희석된 연료 흐름과 혼합되는 단계를 추가적 단계로 포함한다.A fourth embodiment of the method is similar to the first embodiment, but by placing a fuel dilution device in fluid communication with the furnace containing a large amount of furnace gas, at least some of the large amount of furnace gas is combined with at least some of the diluted fuel flow. The mixing step is included as an additional step.

연료 스테이징을 통해 산화질소 방출을 감소시키는 연료 희석 방법의 다른 구체예는 다중 단계들을 포함한다. 제1 단계는 제1 도관 및 제2 도관을 포함하는 연료 희석 장치를 제공하는 단계로서, 제1 도관은 유입부 및 유입부에서 멀리 떨어진 유출부를 가지고, 제1 압력, 제1 속도 및 제1 연료 지수에서 유입부로 들어가서 유출부로 나오는 연료의 흐름을 전송하도록 개조되어 있으며, 제2 도관은 취입부 및 취입부에서 멀리 떨어진 배출부를 가지고, 제2 압력, 제2 속도 및 제2 연료 지수에서 취입부로 들어가서 배출부로 나오는 유체의 흐름을 전송하도록 개조되어 있으며, 제2 연료 지수는 제1 연료 지수와 적어도 약 0.1 만큼 상이하고, 제2 압력 및 제2 속도 중 적어도 하나는 제1 압력 및 제1 속도 중 적어도 하나와 상이하며, 이에 의하여, 제1 도관의 유출부로 나온 연료 흐름과 제2 도관의 배출부로 나온 유체의 흐름간에 혼합 전위가 존재하는 것인 단계이다. 제2 단계는 연료의 흐름을 제1 도관의 유입부에 공급하는 단계로서, 상기 연료의 흐름은 제1 압력, 제1 속도 및 제1 연료 지수에서 제1 도관의 유출부로 나오는 것인 단계이다. 제3 단계는 유체의 흐름을 제2 도관의 취입부에 공급하는 단계로서, 상기 유체의 흐름은 제2 압력, 제2 속도 및 제2 연료 지수에서 제2 도관의 배출부로 나오는 것인 단계로서, 이에 의하여, 제1 도관의 유출부로 나온 적어도 일부의 연료의 흐름이 유출부와 배출부 양쪽에 근접한 위치에서 제2 도관의 배출부로 나온 적어도 일부의 유체의 흐름과 혼합되어, 제1 연료 지수와 제2 연료 지수 사이의 중간적 연료 지수를 갖는 적어도 하나의 희석된 연료 흐름을 발생시키는 것인 단계이다. 제4 단계는 산화제원을 제공하는 단계이다. 제5 단계는 일부의 산화제를 연료의 흐름 또는 유체의 흐름 또는 희석된 연료 흐름 중 적어도 하나의 적어도 일부와 연소하여 감소된 양의 산화 질소를 함유하는 가스를 발생시키는 단계로서, 상기 감소된 양의 산화질소는 연료 희석 장치가 아닌 다른 수단을 사용하여 연료를 연소함으로써 발생되는 더 많은 양의 산화질소보다 적은 것인 단계이다. Another embodiment of a fuel dilution method of reducing nitric oxide emissions through fuel staging includes multiple steps. The first step is to provide a fuel dilution device comprising a first conduit and a second conduit, the first conduit having an inlet and an outlet remote from the inlet, the first pressure, the first speed and the first fuel Adapted to transmit the flow of fuel entering and exiting the inlet at the index, the second conduit has a blow-in and a discharge away from the blow-in, and enters the blow-in at the second pressure, the second speed and the second fuel index Adapted to transmit a flow of fluid exiting the outlet, the second fuel index being at least about 0.1 different from the first fuel index, at least one of the second pressure and the second speed being at least one of the first pressure and the first speed And one, whereby there is a mixing potential between the flow of fuel out of the outlet of the first conduit and the flow of fluid out of the outlet of the second conduit. The second step is to supply a flow of fuel to the inlet of the first conduit, wherein the flow of fuel exits the outlet of the first conduit at the first pressure, the first speed and the first fuel index. The third step is to supply the flow of fluid to the intake of the second conduit, wherein the flow of fluid exits the outlet of the second conduit at the second pressure, the second velocity and the second fuel index. Thereby, the flow of at least some of the fuel exiting the outlet of the first conduit is mixed with the flow of at least some of the fluid exiting the outlet of the second conduit at a location proximate both the outlet and the outlet, thereby providing a first fuel index and Generating at least one diluted fuel flow having an intermediate fuel index between the two fuel indexes. The fourth step is to provide an oxidant source. The fifth step is to burn a portion of the oxidant with at least a portion of at least one of the flow of fuel or the flow of fluid or the diluted fuel flow to generate a gas containing a reduced amount of nitrogen oxides, the reduced amount of Nitric oxide is a step that is less than the larger amount of nitric oxide produced by burning fuel using means other than a fuel dilution device.

연료 스테이징을 통해 산화질소 방출을 감소시키는 연료 희석을 위한 연료 희석 장치의 제1 구체예에는 다중 구성 요소들이 존재한다. 제1 구성 요소는 제1 도관으로서, 제1 도관은 유입부 및 유입부에서 멀리 떨어진 유출부를 가지고, 제1 열역학 상태 및 제1 연료 지수에서 유입부로 들어가서 유출부로 나오는 연료의 흐름을 전송하도록 개조되어 있다. 제2 구성 요소는 제2 도관으로서, 제2 도관은 취입부 및 취입부에서 멀리 떨어진 배출부를 가지고, 제2 열역학 상태 및 제2 연료 지수에서 취입부로 들어가서 배출부로 나오는 유체의 흐름을 전송하도록 개조되어 있으며, 제2 연료 지수는 제1 연료 지수와 적어도 약 0.1 만큼 상이하고, 제2 열역학 상태는 제1 열역학 상태와 상이하며, 이에 의하여, 제1 도관의 유출부로 나온 연료 흐름과 제2 도관의 배출부로 나온 유체의 흐름간에 혼합 전위가 존재하고, 이에 의하여, 제1 도관의 유출부로 나온 적어도 일부의 연료의 흐름이 유출부와 배출부 양쪽에 근접한 위치에서 제2 도관의 배출부로 나온 적어도 일부의 유체의 흐름과 혼합되어, 제1 연료 지수와 제2 연료 지수 사이의 중간적 연료 지수를 갖는 적어도 하나의 희석된 연료 흐름을 발생시킨다. 제3 구성 요소는 산화제원이다. 제4 구성 요소는 연소 수단으로서, 연소 수단은 일부의 산화제를 연료의 흐름 또는 유체의 흐름 또는 희석된 연료 흐름 중 적어도 하나의 적어도 일부와 연소하여 감소된 양의 산화 질소를 함유하는 가스를 발생시키고, 상기 감소된 양의 산화질소는 연료 희석 장치가 아닌 다른 수단을 사용하여 연료를 연소함으로써 발생되는 더 많은 양의 산화질소보다 적은 것이다.There are multiple components in a first embodiment of a fuel dilution device for fuel dilution that reduces nitrogen oxide emissions through fuel staging. The first component is a first conduit, the first conduit having an inlet and an outlet away from the inlet, adapted to transmit a flow of fuel entering and exiting the inlet at the first thermodynamic state and the first fuel index. have. The second component is a second conduit, the second conduit having an intake and an outlet away from the intake, adapted to transmit a flow of fluid entering and exiting the intake at the second thermodynamic state and the second fuel index. Wherein the second fuel index is at least about 0.1 different from the first fuel index, and the second thermodynamic state is different from the first thermodynamic state, whereby the fuel flow exiting the outlet of the first conduit and the discharge of the second conduit There is a mixing potential between the flows of negative fluid, whereby at least some of the fuel flow exiting the outlet of the first conduit is at least some fluid exiting the outlet of the second conduit at a location proximate both the outlet and the outlet. And at least one diluted fuel flow having an intermediate fuel index between the first fuel index and the second fuel index. The third component is an oxidant source. The fourth component is a combustion means, the combustion means combusting a portion of the oxidant with at least a portion of at least one of the flow of fuel or the flow of fluid or the diluted fuel flow to generate a gas containing a reduced amount of nitrogen oxides and The reduced amount of nitric oxide is less than the higher amount of nitric oxide produced by burning the fuel using means other than a fuel dilution device.

본 연료 희석 장치의 제1 구체예의 여러 변형이 존재한다. 한 변형에서, 유체는 연료이다. 다른 변형에서, 유체는 흐름, 배기 가스, 이산화탄소, 질소, 아르곤, 헬륨, 크세논, 크립톤, 기타 불활성 유체, 및 이들의 혼합물 또는 배합물로 구성된 군에서 선택된다.There are several variations of the first embodiment of the fuel dilution apparatus. In one variation, the fluid is a fuel. In another variation, the fluid is selected from the group consisting of flow, exhaust gas, carbon dioxide, nitrogen, argon, helium, xenon, krypton, other inert fluids, and mixtures or combinations thereof.

다른 변형에서, 제1 도관은 제2 도관에 인접한다. 또 다른 변형에서, 제2 도관의 적어도 실질적 부분이 제1 도관에 배치된다. 또 다른 변형에서, 제2 도관은 등가 직경(Dc)을 가지고 제2 도관의 배출부가 제1 도관의 유출부의 후방 약 (2 x Dc) 내지 약 (20 x Dc) 범위의 거리에 위치한다.In another variation, the first conduit is adjacent to the second conduit. In another variation, at least a substantial portion of the second conduit is disposed in the first conduit. In another variation, the second conduit has an equivalent diameter (D c ) and the outlet of the second conduit is located at a distance in the range of about (2 × D c ) to about (20 × D c ) behind the outlet of the first conduit do.

제1 구체예의 다른 변형에서, 연료 희석 장치는 다량의 노 가스를 함유하는 노와 유체 연통됨으로써, 적어도 일부의 다량의 노 가스가 적어도 일부의 희석된 연료 흐름과 혼합된다.In another variation of the first embodiment, the fuel dilution device is in fluid communication with a furnace containing a large amount of furnace gas such that at least some of the large amount of furnace gas is mixed with at least some of the diluted fuel stream.

본 연료 희석 장치의 제2 구체예는 제1 구체예와 유사하나, 제2 도관에 배치된 스월러를 포함한다. 본 연료 희석 장치의 제3 구체예는 제1 구체예와 유사하나, 제1 도관의 유출부와 유체 연통되는 지퍼 노즐을 포함한다.The second embodiment of the fuel dilution apparatus is similar to the first embodiment but includes a swirler disposed in the second conduit. A third embodiment of the fuel dilution device is similar to the first embodiment, but includes a zipper nozzle in fluid communication with the outlet of the first conduit.

연료 스테이징을 통해 산화질소 방출을 감소시키는 연료 희석을 위한 연료 희석 장치의 다른 구체예는 다중 구성 요소를 포함한다. 제1 구성 요소는 제1 도관으로서, 제1 도관은 유입부 및 유입부에서 멀리 떨어진 유출부를 가지고, 제1 압력, 제1 속도 및 제1 연료 지수에서 유입부로 들어가서 유출부로 나오는 연료의 흐름을 전송하도록 개조되어 있다. 제2 구성 요소는 제2 도관으로서, 제2 도관은 취입부 및 취입부에서 멀리 떨어진 배출부를 가지고, 제2 압력, 제2 속도 및 제2 연료 지수에서 취입부로 들어가서 배출부로 나오는 유체의 흐름을 전송하도록 개조되어 있으며, 제2 연료 지수는 제1 연료 지수와 적어도 약 0.1 만큼 상이하고, 제2 압력 및 제2 속도 중 적어도 하나는 제1 압력 및 제1 속도 중 적어도 하나와 상이하며, 이에 의하여, 제1 도관의 유출부로 나온 연료 흐름과 제2 도관의 배출부로 나온 유체의 흐름간에 혼합 전위가 존재하고, 이에 의하여, 제1 도관의 유출부로 나온 적어도 일부의 연료의 흐름이 유출부와 배출부 양쪽에 근접한 위치에서 제2 도관의 배출부로 나온 적어도 일부의 유체의 흐름과 혼합되어, 제1 연료 지수와 제2 연료 지수 사이의 중간적 연료 지수를 갖는 적어도 하나의 희석된 연료 흐름을 발생시킨다. 제3 구성 요소는 산화제원이다. 제4 구성 요소는 연소 수단으로서, 연소 수단은 일부의 산화제를 연료의 흐름 또는 유체의 흐름 또는 희석된 연료 흐름 중 적어도 하나의 적어도 일부와 연소하여 감소된 양의 산화 질소를 함유하는 가스를 발생시키고, 상기 감소된 양의 산화질소는 연료 희석 장치가 아닌 다른 수단을 사용하여 연료를 연소함으로써 발생되는 더 많은 양의 산화질소보다 적은 것이다.Another embodiment of a fuel dilution device for fuel dilution that reduces nitric oxide emissions through fuel staging includes multiple components. The first component is a first conduit, the first conduit having an inlet and an outlet remote from the inlet, and transmitting a flow of fuel entering and exiting the inlet at the first pressure, the first speed and the first fuel index. Has been modified to The second component is a second conduit, the second conduit having an intake and an outlet away from the intake, which transmits a flow of fluid entering and exiting the intake at the second pressure, the second speed and the second fuel index. Wherein the second fuel index is at least about 0.1 different from the first fuel index, and at least one of the second pressure and the second speed is different from at least one of the first pressure and the first speed, whereby There is a mixing potential between the flow of fuel exiting the outlet of the first conduit and the flow of fluid exiting the outlet of the second conduit, whereby at least some of the flow of fuel exiting the outlet of the first conduit is directed to both the outlet and the outlet. At least one fluid having an intermediate fuel index between the first fuel index and the second fuel index, mixed with the flow of at least some fluid exiting the outlet of the second conduit at a location proximate to Generate a fuel stream. The third component is an oxidant source. The fourth component is a combustion means, the combustion means combusting a portion of the oxidant with at least a portion of at least one of the flow of fuel or the flow of fluid or the diluted fuel flow to generate a gas containing a reduced amount of nitrogen oxides and The reduced amount of nitric oxide is less than the higher amount of nitric oxide produced by burning the fuel using means other than a fuel dilution device.

본 발명의 다른 양태는 연료 스테이징을 통해 산화질소 방출을 감소시키는 연료 희석을 위한 시스템이다 이 시스템은 다중 구성 요소들을 포함한다. 제1 구성 요소는 제1 도관 및 제2 도관을 포함하는 연료 희석 장치로서, 제1 도관은 유입부 및 유입부에서 멀리 떨어진 유출부를 가지고, 제1 열역학 상태 및 제1 연료 지수에서 유입부로 들어가서 유출부로 나오는 연료의 흐름을 전송하도록 개조되어 있으며, 제2 도관은 취입부 및 취입부에서 멀리 떨어진 배출부를 가지고, 제2 열역학 상태 및 제2 연료 지수에서 취입부로 들어가서 배출부로 나오는 유체의 흐름을 전송하도록 개조되어 있으며, 제2 연료 지수는 제1 연료 지수와 적어도 약 0.1 만큼 상이하고, 제2 열역학 상태는 제1 열역학 상태와 상이하며, 이에 의하여, 제1 도관의 유출부로 나온 연료 흐름과 제2 도관의 배출부로 나온 유체의 흐름간에 혼합 전위가 존재한다. 제2 구성 요소는 연료의 흐름의 공급 수단으로서, 연료의 흐름의 공급 수단은 연료의 흐름을 제1 도관의 유입부로 공급하며, 상기 연료의 흐름은 제1 열역학 상태 및 제1 연료 지수에서 제1 도관의 유출부로 나온다. 제3 구성 요소는 유체의 흐름의 공급 수단으로서, 유체의 흐름의 공급 수단은 유체의 흐름을 제2 도관의 배출부로 공급하며, 상기 유체의 흐름은 제2 열역학 상태 및 제2 연료 지수에서 제2 도관의 배출부로 나오고, 이에 의하여, 제1 도관의 유출부로 나온 적어도 일부의 연료의 흐름이 유출부와 배출부 양쪽에 근접한 위치에서 제2 도관의 배출부로 나온 적어도 일부의 유체의 흐름과 혼합되어, 제1 연료 지수와 제2 연료 지수 사이의 중간적 연료 지수를 갖는 적어도 하나의 희석된 연료 흐름을 발생시킨다. 제4 구성 요소는 산화제원이다. 제5 구성 요소는 연소 수단으로서, 연소 수단은 일부의 산화제를 연료의 흐름 또는 유체의 흐름 또는 희석된 연료 흐름 중 적어도 하나의 적어도 일부와 연소하여 감소된 양의 산화 질소를 함유하는 가스를 발생시키고, 상기 감소된 양의 산화질소는 연료 희석 장치가 아닌 다른 수단을 사용하여 연료를 연소함으로써 발생되는 더 많은 양의 산화질소보다 적은 것이다.Another aspect of the invention is a system for fuel dilution that reduces nitric oxide emissions through fuel staging. The system includes multiple components. The first component is a fuel dilution device comprising a first conduit and a second conduit, the first conduit having an inlet and an outlet remote from the inlet, and entering and exiting the inlet at the first thermodynamic state and the first fuel index. Adapted to transmit the flow of fuel to the outlet, and the second conduit has a blow-in and a drain away from the blow-in, and for transferring the flow of fluid entering and entering the blow-out at the second thermodynamic state and the second fuel index. And wherein the second fuel index is at least about 0.1 different from the first fuel index and the second thermodynamic state is different from the first thermodynamic state, whereby the fuel flow and the second conduit exiting the outlet of the first conduit There is a mixing potential between the streams of fluid coming out of the outlet. The second component is a means for supplying the flow of fuel, the means for supplying the flow of fuel supplying the flow of fuel to the inlet of the first conduit, the flow of fuel being the first in the first thermodynamic state and the first fuel index. Exit the conduit outlet. The third component is a means for supplying the flow of fluid, the means for supplying the flow of fluid supplying the flow of fluid to the outlet of the second conduit, the flow of fluid being second in the second thermodynamic state and the second fuel index. Coming into the outlet of the conduit, whereby at least a portion of the fuel flow out of the outlet of the first conduit is mixed with the flow of at least some of the fluid exiting the outlet of the second conduit at a location proximate both the outlet and the outlet, Generate at least one diluted fuel flow having an intermediate fuel index between the first fuel index and the second fuel index. The fourth component is an oxidant source. The fifth component is a combustion means, the combustion means combusting a portion of the oxidant with at least a portion of at least one of the flow of fuel or the flow of fluid or the diluted fuel flow to generate a gas containing a reduced amount of nitrogen oxides and The reduced amount of nitric oxide is less than the higher amount of nitric oxide produced by burning the fuel using means other than a fuel dilution device.

연료 스테이징을 통해 산화질소 방출을 감소시키는 연료 희석을 위한 시스템의 다른 구체예는 다중 구성 요소들을 포함한다. 제1 구성 요소는 제1 도관 및 제2 도관을 포함하는 연료 희석 장치로서, 제1 도관은 유입부 및 유입부에서 멀리 떨어진 유출부를 가지고, 제1 압력, 제1 속도 및 제1 연료 지수에서 유입부로 들어가서 유출부로 나오는 연료의 흐름을 전송하도록 개조되어 있으며, 제2 도관은 취입부 및 취입부에서 멀리 떨어진 배출부를 가지고, 제2 압력, 제2 속도 및 제2 연료 지수에서 취입부로 들어가서 배출부로 나오는 유체의 흐름을 전송하도록 개조되어 있으며, 제2 연료 지수는 제1 연료 지수와 적어도 약 0.1 만큼 상이하고, 제2 압력 및 제2 속도 중 적어도 하나는 제1 압력 및 제1 속도 중 적어도 하나와 상이하며, 이에 의하여, 제1 도관의 유출부로 나온 연료 흐름과 제2 도관의 배출부로 나온 유체의 흐름간에 혼합 전위가 존재한다. 제2 구성 요소는 연료의 흐름의 공급 수단으로서, 연료의 흐름의 공급 수단은 연료의 흐름을 제1 도관의 유입부로 공급하며, 상기 연료의 흐름은 제1 압력, 제1 속도 및 제1 연료 지수에서 제1 도관의 유출부로 나온다. 제3 구성 요소는 유체의 흐름의 공급 수단으로서, 유체의 흐름의 공급 수단은 유체의 흐름을 제2 도관의 배출부로 공급하며, 상기 유체의 흐름은 제2 압력, 제2 속도 및 제2 연료 지수에서 제2 도관의 배출부로 나오고, 이에 의하여, 제1 도관의 유출부로 나온 적어도 일부의 연료의 흐름이 유출부와 배출부 양쪽에 근접한 위치에서 제2 도관의 배출부로 나온 적어도 일부의 유체의 흐름과 혼합되어, 제1 연료 지수와 제2 연료 지수 사이의 중간적 연료 지수를 갖는 적어도 하나의 희석된 연료 흐름을 발생시킨다. 제4 구성 요소는 산화제원이다. 제5 구성 요소는 연소 수단으로서, 연소 수단은 일부의 산화제를 연료의 흐름 또는 유체의 흐름 또는 희석된 연료 흐름 중 적어도 하나의 적어도 일부와 연소하여 감소된 양의 산화 질소를 함유하는 가스를 발생시키고, 상기 감소된 양의 산화질소는 연료 희석 장치가 아닌 다른 수단을 사용하여 연료를 연소함으로써 발생되는 더 많은 양의 산화질소보다 적은 것이다.Another embodiment of a system for fuel dilution that reduces nitric oxide emissions through fuel staging includes multiple components. The first component is a fuel dilution device comprising a first conduit and a second conduit, the first conduit having an inlet and an outlet remote from the inlet, the inlet at the first pressure, the first speed and the first fuel index. Adapted to transfer the flow of fuel into and out of the outlet, the second conduit has an inlet and an outlet away from the inlet, and enters into the outlet at the second pressure, the second speed and the second fuel index Adapted to transmit a flow of fluid, the second fuel index being at least about 0.1 different from the first fuel index, and at least one of the second pressure and the second speed is different from at least one of the first pressure and the first speed Thereby, there is a mixing potential between the flow of fuel exiting the outlet of the first conduit and the flow of fluid exiting the outlet of the second conduit. The second component is a means of supplying the flow of fuel, the means of supplying the flow of fuel supplying the flow of fuel to the inlet of the first conduit, the flow of fuel being the first pressure, the first speed and the first fuel index. Exits the outlet of the first conduit. The third component is a supply means of the flow of fluid, the supply means of the flow of fluid supplying the flow of fluid to the outlet of the second conduit, the flow of fluid being the second pressure, the second velocity and the second fuel index. At the outlet of the second conduit, whereby the flow of at least some of the fuel exiting the outlet of the first conduit is at least a portion of the flow of fluid from the outlet of the second conduit at a location proximate to both the outlet and the outlet. The mixture produces at least one diluted fuel flow having an intermediate fuel index between the first fuel index and the second fuel index. The fourth component is an oxidant source. The fifth component is a combustion means, the combustion means combusting a portion of the oxidant with at least a portion of at least one of the flow of fuel or the flow of fluid or the diluted fuel flow to generate a gas containing a reduced amount of nitrogen oxides and The reduced amount of nitric oxide is less than the higher amount of nitric oxide produced by burning the fuel using means other than a fuel dilution device.

발명의 상세한 설명Detailed description of the invention

본 발명은 가열 리포머, 공정 히터, 보일러, 에틸렌 분해기 또는 기타 고온 노에 사용되는 버너와 같은 연소 장비 디자인시 접하게 되는 여러 문제점에 관한 것이다. 본 발명은 개선된 연료 스테이징 방법에 관한 것이다. 특히, 빠른 희석과 혼합을 제공하는 2가지의 일반적 접근법은 요구되는 공정 대상에 따라 이하와 같다: The present invention relates to various problems encountered in the design of combustion equipment such as burners used in heating reformers, process heaters, boilers, ethylene crackers or other high temperature furnaces. The present invention relates to an improved fuel staging method. In particular, two general approaches to providing rapid dilution and mixing are as follows depending on the process target required:

I. 다른 연료로 연료 스테이징(F-F): 고압 정유 폐기물 연료, 입상화 액체 연료 등이 깨끗하며 정비에서 자유로운 저 NOx 작동을 위해 상대적으로 깨끗한 저압 가스 연료의 근처에 주입된다.I. Fuel staging with other fuels (FF): High pressure refinery waste fuels, granulated liquid fuels, etc., are injected in the vicinity of relatively clean low pressure gaseous fuels for clean and maintenance free NO x operation.

II. 불활성 가스로 연료 스테이징(F-I): 스팀, 질소, CO2와 같은 고압 불활성 유체가 NOx 감소를 위해 저압 가스 연료의 근처에 주입된다.II. Fuel staging with inert gas (FI): High pressure inert fluids such as steam, nitrogen, CO 2 are injected in the vicinity of the low pressure gas fuel to reduce NO x .

본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "연료 지수(FI)"는 분자 H2가 탄소 수 1.3으로 할당되는 연료 탄소 원자 수의 중량 합계로 정의되며, 중량은 성분 몰분율이다: FI = ∑Cixi/∑xi(여기서, Ci 및 xi는 각각 탄소 원자의 수 및 성분 i의 몰분율임). 연료 및 불활성체의 연료 지수들을 표 1에 나열하였다. 일반적으로, 높은 연료 지수를 갖는 연료는 즉석 NOx 메카니즘을 통해 더 쉽게 분해되어 더 많은 NOx를 생성한다. H2는 이 정의에서 특별한 경우이다. H2는 어떠한 탄소 원자를 가지지 않음에도, 천연 가스에 H2의 첨가가 NOx 방출을 증가시킨다는 것은 잘 알려져 있다. 문헌들은 메탄 화염에 비교하여 약 30% 높은 NOx 방출이 순수한 H2 화염의 경우 일어남을 제안한다. H2 화염으로 증가된 NOx 방출은 열 NOx 메카니즘을 통한 더 높은 화염 온도 덕분이다. 연료 지수는 본 명세서에서 NOx 방출에 대한 지시자로 사용되므로, 1.3의 수치는 H2의 NOx 방출 잠재성과 일관되도록 할당된다.As used herein, the term "fuel index (FI)" is defined as the sum of the weights of the number of fuel carbon atoms in which the molecule H 2 is assigned a carbon number of 1.3, where the weight is the mole fraction of the component: FI = ∑C i x i / ∑x i , where C i and x i are the number of carbon atoms and the mole fraction of component i, respectively. The fuel indices of fuels and inerts are listed in Table 1. In general, fuels with a high fuel index are more easily broken down through the instant NO x mechanism to produce more NO x . H 2 is a special case in this definition. Although H 2 does not have any carbon atoms, it is well known that the addition of H 2 to natural gas increases NO x emissions. The literature suggests that about 30% higher NO x emissions occur for pure H 2 flames compared to methane flames. The increased NO x emissions into the H 2 flame are due to the higher flame temperatures through the thermal NO x mechanism. Since the fuel index is used herein as an indicator for NO x emissions, a value of 1.3 is assigned to be consistent with the NO x emission potential of H 2 .

선택된 연료 및 불활성체의 연료 지수들Fuel Indexes of Selected Fuels and Inerts 연료 또는 불활성체Fuel or inert 연료 지수Fuel index H2 H 2 1.31.3 H2OH 2 O 00 CO2 CO 2 00 COCO 1One N2 N 2 00 CH4 CH 4 1One C3H8 C 3 H 8 33 ROG(1)ROG (1) 1.4341.434 PSA 오프가스(2)PSA Offgas (2) 0.570.57 천연 가스(3)Natural Gas (3) 1.081.08 천연 가스(4)Natural Gas (4) 1.141.14

(1) ROG: H2 18%, CH4 44%, C2H2 38%(1) ROG: H 2 18%, CH 4 44%, C 2 H 2 38%

(2) PSA 오프가스: H2 30%, CH4 18%, CO2 52%(2) PSA offgas: H 2 30%, CH 4 18%, CO 2 52%

(3) 천연 가스: CH4 91%, C2H6 4%, C3H8 3%, N2 1%, CO2 1%(3) natural gas: CH 4 91%, C 2 H 6 4%, C 3 H 8 3%, N 2 1%, CO 2 1%

(4) 천연 가스: CH4 84%, C2H6 12%, C3H8 2%, N 2 2%(4) natural gas: CH 4 84%, C 2 H 6 12%, C 3 H 8 2%, N 2 2%

본 명세서에 서술된 바와 같이, 용어 "열역학 상태"는 물질에 대한 존재 상태로 정의된다. 이 정의는 열역학의 일반적으로 알려진 개념에 기초한 것이나, 통상의 온도 및 압력은 물론, 흐름을 완전히 특징화하기 위해 속도, 농도, 조성, 부피 분획, 유속, 전기 전위 등을 포함하도록 확장된다. 이 정의는 2개의 흐름간에 열역학 상태의 차이로 정확히 혼합되는 것을 정의하는 데 사용된다.As described herein, the term "thermodynamic state" is defined as the state of existence for a substance. This definition is based on the generally known concept of thermodynamics, but extends to include speed, concentration, composition, volume fraction, flow rate, electrical potential, etc. to fully characterize flow as well as normal temperature and pressure. This definition is used to define the exact mixing of the difference of thermodynamic states between two flows.

2가지의 접근법을 이하 상세히 서술한다.Two approaches are described in detail below.

I. 다른 연료로 연료 스테이징(F-F): I. Fuel staging with other fuels (F-F):

이 접근법은 수소 및 고 C/H 연료들(에탄, 프로판, 부탄, 올레핀 등)과 제2의 상대적으로 깨끗한 저압 연료 가스와의 블렌드를 함유하는 정유 폐기물 연료를 높은 제공 압력에서 연소하는 데 사용될 수 있다. 정비 문제는 고 C/H 연료의 열 분해 및 이후의 버너 연료 팁에서의 매연 강화로 인해, 정유 폐기물 연료에서 발생된다. 덧붙여, 이러한 연료의 연소는 정상적인 NOx 방출보다 더 높은 방출을 초래한다.This approach can be used to burn refined waste fuels containing a blend of hydrogen and high C / H fuels (ethane, propane, butane, olefins, etc.) with a second, relatively clean low pressure fuel gas at high feed pressures. have. Maintenance issues arise from refinery waste fuels due to pyrolysis of high C / H fuel and subsequent soot build-up at the burner fuel tip. In addition, the combustion of these fuels results in higher emissions than normal NO x emissions.

고 C/H 정유 폐기물 연료의 연소를 개선하기 위해, 더러운 연료는 상대적으로 깨끗한 (2차) 연료 흐름(예, 수소, 합성 가스, 천연 가스 또는 저 BTU 연료 블렌드)으로 희석된다. 도 3에서 나타낸 한 구체예에서, 고압 정유 연료 가스(고 C/H 비 연료 가스 함유)는 중심 랜스 32를 통해 주입되며, 상대적으로 깨끗한 저압 연료 가스, 예컨대, 천연 가스, 합성 가스, 공정 가스, PSA 오프가스(PSA 흡착 베드에서 산물 수소를 제거한 후 재순환된 연료 가스) 등이 중심 랜스 32와 외부 랜스 34 사이의 환상 부위 33을 통해 주입된다. 도 3에서 나타낸 바와 같이, 중심 랜스의 출구 36은 외부 랜스의 출구 38로부터 바람직한 거리에 위치하고 있다. 이 거리는 중심 랜스의 등가 직경(Dc)의 2 내지 20배인 것이 바람직하다. 고압 정유 연료 가스와 클리너 저압 연료 가스간의 연료 분할에 따라, 이 거리는 약 1/16" 내지 1"인 것이 바람직하다.To improve the combustion of high C / H refinery waste fuels, dirty fuels are diluted with a relatively clean (secondary) fuel stream (eg hydrogen, syngas, natural gas or low BTU fuel blends). In one embodiment shown in FIG. 3, the high pressure refinery fuel gas (containing a high C / H non-fuel gas) is injected through a central lance 32 and is a relatively clean low pressure fuel gas such as natural gas, syngas, process gas, PSA offgas (fuel gas recycled after removing product hydrogen from the PSA adsorption bed) and the like are injected through annular portion 33 between central lance 32 and external lance 34. As shown in FIG. 3, exit 36 of the central lance is located at a preferred distance from exit 38 of the outer lance. This distance is preferably 2 to 20 times the equivalent diameter D c of the central lance. Depending on the fuel split between the high pressure refinery fuel gas and the cleaner low pressure fuel gas, this distance is preferably about 1/16 "to 1".

본 기술 분야의 당업자라면 도 3-7 및 9의 "고압"에 대한 언급이 "고속" 또는 "고압 또는 고속"을 언급할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 유사하게, 이들 도면에서의 "저압"이라는 언급은 "저속" 또는 "저압 또는 저속"을 언급할 수 있다. Those skilled in the art will understand that reference to "high pressure" in Figures 3-7 and 9 may refer to "high speed" or "high pressure or high speed." Similarly, reference to "low pressure" in these figures may refer to "low speed" or "low pressure or low speed".

도 3에 나타난 장치는 거친(turbulent) 분출물 상호작용으로 인해 더러운 고압 정유 연료 가스가 깨끗한 저압 연료 가스와 혼합되도록 한다. 중심 랜스 32를 통한 고압 정유 연료 가스의 속도는 약 900 내지 1400 피트/초인 것이 바람직하다(바람직하게 음파 또는 초크(choked) 속도). 중심 랜스 32와 외부 랜스 34 사이의 환형 부위 33을 통한 저압 연료 가스의 속도는 저압 가스의 이용 가능한 공급 압력에 따라 약 100 내지 900 피트/초인 것이 바람직하다. 중심 랜스의 출구 36으로 나오는 고속 가스 흐름은 외부 랜스의 출구 38에 접근하는 저속 가스 흐름에 비말 동반하여, 흐름이 오르피스(들) 40을 통해 나가기 전에 "제1 단계" 혼합을 제공한다. 외부 랜스 오리피스 기하학, 각도 등은 노 대기내 최적의 "제2 단계" 혼합을 위해 디자인된다. 매우 많은 양의 노 가스 42는 제2 단계 희석을 위해 비말 동반되어, 피크 화염 온도의 강하 및 이후의 NOx 방출의 감소를 초래한다.The apparatus shown in FIG. 3 allows dirty high pressure refinery fuel gas to mix with clean low pressure fuel gas due to turbulent jet interactions. The speed of the high pressure refinery fuel gas through the central lance 32 is preferably about 900 to 1400 feet / second (preferably sonic or choked speed). The speed of the low pressure fuel gas through the annular portion 33 between the center lance 32 and the outer lance 34 is preferably about 100 to 900 feet / second depending on the available supply pressure of the low pressure gas. The high velocity gas flow to exit 36 of the central lance splashes with the slow gas flow approaching exit 38 of the outer lance to provide a "first stage" mixing before the flow exits through the orifice (s) 40. External lance orifice geometries, angles, etc. are designed for optimal "second stage" mixing in the furnace atmosphere. Very large amounts of furnace gas 42 are entrained in droplets for the second stage dilution, resulting in a drop in peak flame temperature and subsequent reduction of NO x emissions.

도 4는 액체 연료(F-F) 스테이징에 요구되는 장치를 나타낸다. 이 구체에에서, 고압 (및 고 C/H 비) 액체 연료(예, 연료 오일, 디젤, 벙커 C, 폐기물 액체 연료 등)는 추가 희석을 위해 노 대기로 주입되기 이전에 저압 연료 가스를 사용하여 희석된다. 예컨대, 헤비(heavy) 연료 오일은 스팀과 같은 입상화 유체로 입상화되며, 노 내부로의 매연 없는 (깨끗한) 연소를 위해 저압 연료 가스로 희석된다. 이 구체예는 또한 낮은 피크 화염 온도로 인해 NOx 방출이 감소된다.4 shows the apparatus required for staging liquid fuel (FF). In this embodiment, high pressure (and high C / H ratio) liquid fuels (e.g., fuel oil, diesel, bunker C, waste liquid fuel, etc.) use low pressure fuel gas prior to being injected into the furnace atmosphere for further dilution. Diluted. For example, heavy fuel oil is granulated with a granulating fluid, such as steam, and diluted with low pressure fuel gas for smoke-free (clean) combustion into the furnace. This embodiment also reduces NO x emissions due to the low peak flame temperature.

도 4에서, X는 중심 랜스 32의 출구로부터 외부 랜스 34의 출구의 후방면까지의 거리이다. Dc는 중심 랜스의 유동 면적-등가 직경으로, 즉, 중심 랜스의 출구의 전체 유동 면적은 직경 Dc의 원주와 동일하다. De는 외부 랜스의 유동 면적-등가 직경으로, 즉, 이 랜스의 출구의 전체 유동 면적은 직경 De의 원주와 동일하다.In FIG. 4, X is the distance from the exit of the center lance 32 to the rear face of the exit of the outer lance 34. D c is the flow area-equivalent diameter of the central lance, ie the total flow area of the outlet of the central lance is equal to the circumference of the diameter D c . D e is the flow area-equivalent diameter of the outer lance, ie the total flow area of the outlet of this lance is equal to the circumference of the diameter D e .

(F-F) 스테이징의 2개의 다른 구체예를 도 5A 및 5B에 나타낸다. 도 5A에서, 강한 분출물-약한 분출물 상호작용이 고압 정유 연료 가스와 저압 연료 가스간에 일어난다. 고압 정유 연료 가스는 고속에서(약 900 내지 1400 피트/초), 바람직한 방향으로 고압 랜스 52로 주입되며, 저압 연료 가스는 저압 랜스 54로 주입되어 고압 정유 연료 가스에 의해 비말 동반된다.Two other embodiments of (F-F) staging are shown in Figures 5A and 5B. In FIG. 5A, a strong jet-wet jet interaction occurs between the high pressure refinery fuel gas and the low pressure fuel gas. The high pressure refinery fuel gas is injected into the high pressure lance 52 at a high speed (about 900 to 1400 feet / second), in the preferred direction, and the low pressure fuel gas is injected into the low pressure lance 54 and entrained by the high pressure refinery fuel gas.

도 5B에서, 고압 정유 연료 가스는 연료 스월러 56을 사용하여 중심 랜스 32에서 스월되며, 저압 연료 가스는 고속 스월의 붕괴 부위(중심 부위)에서 비말 동반된다. 이는 이들이 외부 랜스 34로 나가 노 가스 42와의 부가적 희석이 일어나는 노로 들어가기 이전에, 고압 정유 연료 가스 및 저압 연료 가스의 훌륭한 혼합을 가능케 한다(데이타는 나타내지 않음). 이 접근법은 짧은 화염 프로파일 또는 더 작은 연소 공간이 요구되는 응용 분야에 유리하다.In FIG. 5B, the high pressure refinery fuel gas is swirled at the center lance 32 using the fuel swirler 56, and the low pressure fuel gas is splashed at the collapse site (center area) of the high speed swirl. This allows for a good mixing of high pressure refinery fuel gas and low pressure fuel gas (data not shown) before they exit the outer lance 34 and into the furnace where additional dilution with the furnace gas 42 takes place. This approach is advantageous for applications requiring short flame profiles or smaller combustion spaces.

(F-F) 스테이징에 대한 응용은 고압 연료 가스가 일반적으로 트림(trim) 연료로 분류되는 천연 가스 또는 정유 오프가스의 일반적 공급원인 스팀 메탄 리포머제(SMR)에서 발견된다. 도 6에 대해, 고압 연료 가스는 중심 랜스 32로 주입된다. 중심 랜스 32와 외부 랜스 34 사이의 환형 부위 33으로 주입된 저압 연료 가스는 일반적으로 약 0.64의 연료 지수를 갖는 CO2(~45%), 수소(~30%), 메탄(~15%) 및 CO(~10%)를 함유하는 PSA(압력 스윙 흡착) 오프가스 또는 PSA 유래 깨끗한 벤트(bent) 흐름이다. PSA 오프가스는 수소 산물이 분리된 이후 흡착 베드 외부로 투과된다. 고압 트림 연료는 수소 분리를 위해 PSA를 가지는 전형적인 리포머에 대해 전체 에너지의 10% 내지 30% 사이에 기여한다.Applications for (FF) staging are found in steam methane reformer (SMR), which is a common source of natural gas or refinery offgases where high pressure fuel gases are generally classified as trim fuels. 6, the high pressure fuel gas is injected into the center lance 32. The low pressure fuel gas injected into the annular portion 33 between the central lance 32 and the outer lance 34 is typically CO 2 (-45%), hydrogen (-30%), methane (-15%) and a fuel index of about 0.64. PSA (Pressure Swing Adsorption) offgas containing CO (-10%) or clean vent flow from PSA. PSA offgas is permeated outside the adsorptive bed after the hydrogen product has been separated. High pressure trim fuels contribute between 10% and 30% of the total energy for typical reformers with PSA for hydrogen separation.

이 스테이징 응용의 제2의 장점은 특히 저 말단에서 PSA 압력 사이클의 범위를 감소시킴으로써 PSA 회수를 개선시키는 것이다. 도 7에 대해, 이는 저압 부위를 외부 랜스 34로 생성시킴으로써 성취된다. 도 7에 나타낸 고속 중심 분출물 72는 낮은 이동 저압 연료 가스가 더 빠른 이동 중심 분출물에 의해 비말 동반되는 분출체 주위에 저압 부위를 생성한다. 활성 비말 동반 과정으로 인해, 저압 연료 가스에 대한 공급 압력은 동일한 연료 유속보다 감소된다. A second advantage of this staging application is to improve PSA recovery, particularly by reducing the range of PSA pressure cycles at the low end. For FIG. 7 this is accomplished by creating a low pressure site with an external lance 34. The high velocity center jet 72 shown in FIG. 7 creates a low pressure site around the jet body in which the low moving low pressure fuel gas is splashed by a faster moving center jet. Due to the active droplet entrainment process, the supply pressure for the low pressure fuel gas is lower than the same fuel flow rate.

한 실험실 소성 실험에서, 저압 PSA 오프가스의 공급 압력은 2 psig에서 1.6 psig로 감소한다(20% 감소). 이는 25 psig에서 고압 연료 가스를 주입함으로써 성취된다(1300 피트/초 속도). 고압 연료 가스와 저압 연료 가스간의 연소 에너지 분할은 각각 30:70 이였다.In one laboratory firing experiment, the feed pressure of low pressure PSA offgas decreased from 2 psig to 1.6 psig (20% decrease). This is accomplished by injecting high pressure fuel gas at 25 psig (1300 feet / second speed). The combustion energy split between the high pressure fuel gas and the low pressure fuel gas was 30:70, respectively.

(F-F) 스테이징 과정의 세부적인 추가 정량화를 위해, 실험실 시험 결과는 저 NOx 버너의 사용을 고려하였다. 이 버너는 18" 직경의 원주 주위에 분포된 10개의 연료 랜스들을 가진다. 10개의 연료 랜스들 중, 2개의 랜스는 (F-F) 유형 스테이징 구성을 위해 보류된다. 이 랜스는 수동 혼합을 개선하기 위해, 특별한 연료 팁 및 다중 발산 슬롯(지퍼 팁 74)을 가진다. 지퍼 팁 74를 사용한 (F-F) 연료 스테이징 구성의 도식도를 도 7에 나타낸다. 버너는 8 MM Btu/시의 소성률로 644℉ 예비 가열 공기를 사용하여 수행되며, 이는 2가지 유형의 연료를 사용하도록 디자인된다. 2가지 연료의 상세한 내용을 이하 나타낸다:For further quantification of the (FF) staging process, laboratory test results considered the use of low NO x burners. This burner has 10 fuel lances distributed around an 18 "diameter circumference. Of the 10 fuel lances, two lances are reserved for the (FF) type staging configuration. This lance is intended to improve manual mixing. And a special fuel tip and multiple diverging slots (zipper tip 74) A schematic of a (FF) fuel staging configuration using a zipper tip 74 is shown in Figure 7. The burner was spared at 644 ° F. at a firing rate of 8 MM Btu / hr. It is carried out using heated air, which is designed to use two types of fuels The details of the two fuels are shown below:

* 고압 정유 연료 가스: H2(18%), 천연 가스(44%) 및 에틸렌(38%). 이 연료는 1.43의 연료 지수를 가지며, 전체 에너지 공급의 30%를 차지한다.High pressure refinery fuel gases: H 2 (18%), natural gas (44%) and ethylene (38%). This fuel has a fuel index of 1.43 and accounts for 30% of the total energy supply.

* 저압 연료 가스: CO2(52%), 천연 가스(18%) 및 H2(30%). 이는 0.57의 연료 지수를 가지며, 전체 에너지 공급의 약 70%를 차지한다.Low pressure fuel gases: CO 2 (52%), natural gas (18%) and H 2 (30%). It has a fuel index of 0.57 and accounts for about 70% of the total energy supply.

도 7에 나타낸 장치에 대해, 고압 연료 가스는 3/8" 직경 x 0.035" 벽 두께를 갖는 표준 튜빙(3/4" sch 40의 파이프로 제조된 외부 랜스 34에 집중적으로 위치함)으로 제조된 중심 랜스 32에 주입된다. 지퍼 팁 74는 파이프의 말단에 부착된다. 지퍼 팁은 도 8A-8D에서 나타낸 바와 같이, 0.51" 등가 직경의 크키이며, 4개의 수직 슬롯 및 1개의 수평 슬롯을 가진다. 수직 슬롯의 발산각(α1 및 α2)은 이하와 같은 축 지퍼 노즐 팁 기하학에 대해 각각 18°및 6°이다: 1) 인접한 주요 형태간 교차면에서의 일련의 수직 구조; 2) 유동으로 유도된 하향 불안정성; 및 3) 제1 유체(연료)와 제2 유체(노 가스)간의 높은 수치의 분자 (작은-스케일) 혼합. 상기 혼합은 또한 가장 짧은 축 거리에서 성취된다. 도 7의 랜스-인-랜스 구성으로 수행되는 저 NOx 버너 실험실 실험(지퍼 팁 포함)은 7°의 발산각 β를 갖는 빠른 축 혼합, 높은 노 가스 비말 동반을 나타낸다.For the apparatus shown in FIG. 7, the high pressure fuel gas was made from standard tubing having a 3/8 "diameter x 0.035" wall thickness (located centrally in an external lance 34 made of a 3/4 "sch 40 pipe). It is injected into the center lance 32. The zipper tip 74 is attached to the end of the pipe. The zipper tip is 0.51 "equivalent diameter, as shown in Figures 8A-8D, with four vertical slots and one horizontal slot. The divergence angles α1 and α2 of the vertical slots are 18 ° and 6 °, respectively, for the axial zipper nozzle tip geometry as follows: 1) a series of vertical structures at the intersection between adjacent major shapes; 2) downward instability induced by flow; And 3) high levels of molecular (small-scale) mixing between the first fluid (fuel) and the second fluid (no gas). The mixing is also achieved at the shortest axial distance. Low NO x burner laboratory experiments (including zipper tip) performed with the lance-in-lance configuration of FIG. 7 show rapid axial mixing, high furnace gas droplet entrainment with a divergence angle β of 7 °.

도 7의 장치에 따른 전체 유체 공정은 2 psig 이하의 연료 압력에서 하적으로의 더욱 일정한 열 전달 및 초저(< 15 ppmv) NOx 및 CO 방출을 초래한다. 또한, 랜스-인-랜스 공정없이, 고압 및 고 C/H 비 연료의 연소가 가시적인 매연 풍부 화염을 생산시킨다는 것을 주의한다. 또한, NOx 방출은 25 내지 30 ppm 만큼 높다. 이 실험은 F-F 스테이징 공정이 NOx 방출을 극적으로 낮춤을 보여준다. F-I 스테이징 공정은 불활성체로 방출을 더욱 감소시킨다.The overall fluid process according to the apparatus of FIG. 7 results in more consistent heat transfer and ultralow (<15 ppmv) NO x and CO emissions down to the fuel pressure of 2 psig or less. It is also noted that, without the lance-in-lance process, combustion of high pressure and high C / H specific fuels produces a visible soot rich flame. In addition, NO x emissions are as high as 25 to 30 ppm. This experiment shows that the FF staging process dramatically lowers NO x emissions. The FI staging process further reduces emissions to inerts.

개선된 혼합에 대한 가시적인 증거는 랜스-인-랜스(F-F) 연료 스테이징 구성이 50% 정도의 높은 부탄(C4H10)으로 구성된 정유 연료에 대해 사용되는 실험실 노내에서 관찰된다. 개별적인 화염은 노 가스와 더욱 빨리 혼합됨이 관찰되며, 광범위하고 화염없는 연소를 초래한다. 다른 한편으로는, 원통형 노즐 랜스를 갖는 단순 랜스가 더 가시적이고(푸르스름하고) 상대적으로 더 오랜 화염을 생성하며(이는 적은 노 가스 희석 및 혼합을 나타냄), 동시에 주어진 연료 공급 압력에서 상대적으로 더 높은 NOx 및 CO 방출 수치를 생성한다.Visible evidence for improved mixing is observed in laboratory furnaces where lance-in-lance (FF) fuel staging configurations are used for refined fuels composed of butane (C 4 H 10 ) as high as 50%. Individual flames are observed to mix more rapidly with furnace gases, resulting in extensive and flameless combustion. On the other hand, simple lances with cylindrical nozzle lances are more visible (bluish) and produce relatively longer flames (which represent less furnace gas dilution and mixing) while at the same time relatively higher at a given fuel supply pressure Generates NO x and CO emission levels.

표 2는 제안된 랜스-인-랜스 구성에 대한 바람직한 소성 범위, 디멘젼, 디멘젼없는(dimensionless) 비 및 주입각을 제공해 준다. 단순 원형 튜빙이 고압 정유 연료를 위해 사용되는 반면, 지퍼 팁이 저압 PSA 오프가스 연료를 위해 사용된다. 버너 수행의 신뢰도가 스팀 수행시 스팀 메탄 리포머에 직접 영향을 주기 때문에, 이들 랜스는 저 NOx 버너의 결정적인 구성 성분이다.Table 2 provides the preferred firing range, dimensions, dimensionless ratios and implant angles for the proposed lance-in-lance configurations. Simple round tubing is used for high pressure refinery fuel, while a zipper tip is used for low pressure PSA offgas fuel. Since the reliability of burner performance directly affects the steam methane reformer when steaming, these lances are the critical components of low NO x burners.

렌스-인-랜스 연료 스테이징 팁에 대한 디멘젼 변수들Dimensional Variables for Lance-in-Lance Fuel Staging Tips 저압 지퍼 팁Low pressure zipper tips 고압 원통 팁High pressure cylindrical tips (H)(H) (W)(W) (R0/R1)(R 0 / R 1 ) (H/R0)(H / R 0 ) (α1, α2)(α1, α2) (β)(β) L/De L / D e Dc D c X/Dc X / D c 버너 소성력 (MM Btu/시)Burner firing force (MM Btu / hr) 슬롯 높이(인치)Slot height (inches) 스롯 폭(인치)Slot Width (Inches) 슬롯 말단 반경 대 중심 반경 비Slot End Radius to Center Radius Ratio 슬롯 높이 대 코너 반경 비Slot Height to Corner Radius Ratio 축 발산 각(°)Axis divergence angle (°) 반경 발산각(°)Radius divergence angle (°) 지퍼 팁 두께 대 상응하는 직경 비Zipper Tip Thickness to Corresponding Diameter Ratio 튜브 직경(인치)Tube diameter (inches) 지퍼 팁 유입부의 후방 거리Rear distance of the zip tip inlet 88 (1/32-1)(1 / 32-1) (1/4-2)(1 / 4-2) 1.6(1-3)1.6 (1-3) 3.7(2-6)3.7 (2-6) 15(0-30)15 (0-30) 7(0-30)7 (0-30) 0.625(0.05-3)0.625 (0.05-3) 0.305(1/16-2)0.305 (1 / 16-2) 4(2-20)4 (2-20) 5.25.2 (1/32-1)(1 / 32-1) (1/4-2)(1 / 4-2) 1.6(1-3)1.6 (1-3) 3.7(2-6)3.7 (2-6) 15(0-30)15 (0-30) 7(0-30)7 (0-30) 0.625(0.05-3)0.625 (0.05-3) 0.277(1/16-2)0.277 (1 / 16-2) 4(2-10)4 (2-10)

상기 디멘젼 범위는 천연 가스, 프로판, 정유 오프가스, 저 BTU 연료 등과 같은 여러 연료에 대해 유효하다. 노즐은 연료 조성, 유속(또는 소성률) 및 버너 주입부에서 이용 가능한 공급 압력에 따라 최적의 크기를 가진다. 표 2에서, 디멘젼, 비 및 범위는 2 내지 10 MM Btu/시 버너 소성률로 추정된다. 그러나, 이들 디멘젼 및 범위는 유사한 유동 속도 범위를 유지하는 표준 엔지니어링 관습을 사용하여 더 높은 소성률 버너(> 10 MM Btu/시)에 대해 스케일업된다.The dimension range is valid for several fuels such as natural gas, propane, refinery offgas, low BTU fuel and the like. The nozzle is optimally sized depending on the fuel composition, flow rate (or firing rate) and supply pressure available at the burner inlet. In Table 2, the dimensions, ratios and ranges are estimated at 2 to 10 MM Btu / hour burner firing rates. However, these dimensions and ranges are scaled up for higher firing rate burners (> 10 MM Btu / hr) using standard engineering practices that maintain similar flow rate ranges.

II. 불활성 가스로 연료 스테이징(F-I): II. Staging Fuel with Inert Gas (F-I):

스팀(건조 또는 포화), CO2, 배기 가스, 질소 또는 기타 불활성 가스와 같은 고압 불활성 가스로의 개선된 연료 스테이징은 NOx 방출을 감소시키기 위해 저압 연료 가스로 수행된다. 사용될 수 있는 스테이징 연료에는 천연 가스; 저 BTU 공정 가스(수소 및 기타 정유 연료로 구성); 및 PSA 오프가스가 포함되나, 이로 제한되지 않는다. 주입 팁 구성은 도 3-7에서 나타낸 것들과 유사하다. 주된 목적은 NOx 방출을 추가 감소시키는 것이다. 바람직한 구체예를 도 9에 나타낸다.Improved fuel staging with high pressure inert gas such as steam (dry or saturated), CO 2 , exhaust gas, nitrogen or other inert gas is performed with low pressure fuel gas to reduce NO x emissions. Staging fuels that can be used include natural gas; Low BTU process gas (composed of hydrogen and other refinery fuels); And PSA offgass, including but not limited to. The injection tip configuration is similar to those shown in FIGS. 3-7. The main aim is to further reduce NO x emissions. Preferred specific examples are shown in FIG. 9.

도 9에 대해, 고압(30 내지 100 psig) 포화 또는 건조 스팀은 약 900 내지 1400 피트/초의 속도로 중심 랜스 32를 통해 전송되며, 저압 연료 가스는 중심 랜스 32와 외부 랜스 34 사이의 환형 부위 33을 통해 전달된다. 고속 스팀 분출물 92는 제1 단계 희석 (및 혼합)을 위해 환형 부위로 연료 가스를 비말 동반한다. 그 후, 결과 혼합물은 노 가스를 사용한 노내의 제2 희석을 위해 고속으로(약 600 내지 1400 피트/초) 지퍼 팁 74를 통해 나온다(데이타는 나타내지 않음). 제2 단계 희석은 높은 스팀 속도로 인해 매우 효율적이며, 비말 동반 루프는 지퍼 팁에 의해 형성된 개별적인 화염으로 셋업된다. 지퍼 팁 기하학 및 스팀의 도움으로 인해, 개선된 연료 희석이 얻어진다. 피크 화염 온도는 추가 감소되며, 초저 NOx 방출이 얻어진다. 표 3은 더 큰 스팀 메탄 리포머 노에 대한 예측되는 스팀 소비를 나타낸다.For FIG. 9, high pressure (30-100 psig) saturated or dry steam is sent through the center lance 32 at a rate of about 900 to 1400 feet / second, and the low pressure fuel gas is annular region 33 between the center lance 32 and the outer lance 34. Is passed through. The high velocity steam jet 92 is entrained with fuel gas to the annular site for the first stage dilution (and mixing). The resulting mixture then exits through the zipper tip 74 at high speed (about 600-1400 feet / second) for a second dilution in the furnace with furnace gas (data not shown). The second stage dilution is very efficient due to the high steam velocity, and the droplet entrainment loop is set up with individual flames formed by the zipper tip. Thanks to the zipper tip geometry and the help of steam, improved fuel dilution is obtained. The peak flame temperature is further reduced and ultra low NO x emissions are obtained. Table 3 shows the predicted steam consumption for larger steam methane reformer furnaces.

제안된 (F-I) 스테이징 방법을 사용하는 스팀 소비 경제학Steam consumption economics using the proposed (F-I) staging method 스팀 주입률Steam injection rate lb_스팀/lb_연료lb_steam / lb_fuel 0.020.02 0.050.05 소성률Firing rate mmbtu/시 LHVmmbtu / hr LHV 850850 850850 연료 가열 수치Fuel heating figures btu/scf, LHVbtu / scf, LHV 10001000 10001000 연료 비용Fuel cost $/mmbtu, LHV$ / mmbtu, LHV 66 66 연료 분자량Fuel molecular weight 1818 1818 요구되는 스팀Steam Required lb/시mmscfdlb / hr 8060.4088060.408 2,0161.022,0161.02 60℉의 물에서 100 psia 및 400℉의 스팀을 발생시키는 데 요구되는 에너지Energy required to generate 100 psia and 400 ℉ steam in 60 ℉ water btu/scfbtu/lbbtu / scfbtu / lb 57.11203.257.11203.2 57.11203.257.11203.2 스팀 비용Steam cost $/일$/년$ / Day $ / year 14050,99214050,992 349127,480349127,480

표 3에서 나타낸 바와 같이, 스팀과 같은 불활성 가스로의 연료 스테이징의 유일한 방법으로 인해, 연료 희석에 요구되는 스팀의 양은 매우 낮다. (F-I) 스테이징에 요구되는 스팀의 양은 저압 연료와 비교시 기초 lb당 lb로 약 2% 내지 10%이다. 고속의 스팀은 2 단계의 희석 공정에 사용된다: 1) 스팀 및 저압 연료 가스를 사용한 랜스 튜브 내부, 및 2) 고속의 연료-스팀 혼합물 및 노 가스를 사용한 노 공간내.As shown in Table 3, due to the only method of fuel staging with an inert gas such as steam, the amount of steam required for fuel dilution is very low. The amount of steam required for (F-I) staging is about 2% to 10% in lbs per lb compared to low pressure fuels. High speed steam is used for two dilution processes: 1) inside the lance tube using steam and low pressure fuel gas, and 2) in the furnace space using the high speed fuel-steam mixture and furnace gas.

질소와 같은 불활성 가스를 사용한 실험실 실험은 약 30% 내지 약 40%의 NOx 감소를 보이며, 이는 단순한 선행 기술 랜스 구성(랜스-인-랜스 장치가 없는 지퍼 또는 원형 팁 단독) 및 도 9의 랜스-인-랜스 구성의 비교에 기초한 것이다. 예컨대, 저 NOx 버너를 사용하여, 5 MM btu/시 소성률에서, 상온 연소 공기를 사용하여, 1600℉의 평균 온도에서의 노 작동, 2000℉의 배출 가스, 중량 기초로 10%의 질소 유속을 사용하여, NOx 방출은 불활성 가스가 존재하지 않는 경우는 중심에서 약 10 ppm 만큼 감소하였으며(3% O2에서 정정), 질소 가스가 존재하는 경우는 중심에서 약 7 ppm 만큼 감소하였다(3% CO2에서 정정).Laboratory experiments with an inert gas such as nitrogen show a NO x reduction of about 30% to about 40%, which is a simple prior art lance configuration (zip or round tip alone without lance-in-lance device) and the lance of FIG. 9. It is based on a comparison of the in-lance configurations. For example, using a low NO x burner, at 5 MM btu / hr firing rate, using ambient combustion air, furnace operation at an average temperature of 1600 ° F., exhaust gas of 2000 ° F., nitrogen flow rate of 10% on a weight basis. Using, the NO x emission was reduced by about 10 ppm at the center without inert gas (corrected at 3% O 2 ) and by about 7 ppm at the center when nitrogen gas was present (3 Corrected in% CO 2 ).

상기 서술된 구체예들의 각각에서, 본 발명에 의해 성취된 바람직한 결과는 2개의 도관으로 나온 흐름에서의 2가지 차이점에 기인한다. 첫번째 차이점은 각각의 흐름의 열역학 상태의 차이이고, 두번째 차이점은 각각의 흐름의 연료 지수의 차이이다. 특히, 2개의 도관으로 나오는 2개의 흐름간에 혼합 전위가 존재하도록 하기 위해, 2개의 흐름의 열역학 상태에 차이가 있어야 하며, 2개의 흐름의 연료 지수간의 적어도 0.1의 차이, 및 바람직하게는 적어도 0.2의 차이가 의미있는 NOx 감소를 위해 존재해야 한다.In each of the embodiments described above, the preferred result achieved by the present invention is due to two differences in the flow out of the two conduits. The first difference is the difference in the thermodynamic state of each flow, and the second difference is the difference in the fuel index of each flow. In particular, there must be a difference in the thermodynamic state of the two flows so that there is a mixing potential between the two flows coming out of the two conduits, at least 0.1 difference between the fuel indices of the two flows, and preferably at least 0.2 The difference must be present for a significant NO x reduction.

도면에 나타내고 상기 서술된 구체예들에서, 2개의 흐름의 열역학 상태간의 차이점은 압력 전위로 표현된다(즉, 한 도관에서는 "고압" 유체 및 다른 도관에서는 "저압" 유체). 그러나, 본 기술 분야의 당업자라면 열역학 상태에서의 차이점이 속도, 온도, 농도, 조성, 부피 분획, 유속, 전자 전위 등의 차이 및 이들의 결과로도 표현될 수 있음을 이해할 것이다. In the embodiments shown in the figures and described above, the difference between the thermodynamic states of the two flows is expressed as a pressure potential (ie, "high pressure" fluid in one conduit and "low pressure" fluid in another conduit). However, one of ordinary skill in the art will appreciate that differences in thermodynamic states can also be represented by differences in speed, temperature, concentration, composition, volume fraction, flow rate, electron potential, and the like, and their consequences.

따라서, 본 발명은 도면에서 나타내지 않으며 발명의 상세한 설명에서 서술되지 않은 여러 다른 구체예들 및 이의 변형을 포함한다. 이들 구체예들은 변형체이나, 첨부된 청구항 및 이의 등가물의 범위 이내이다. Accordingly, the present invention includes many other embodiments and variations thereof, which are not shown in the drawings and are not described in the detailed description of the invention. These embodiments are within the scope of modifications, but the appended claims and equivalents thereof.

본 기술 분야의 당업자라면 도면에 나타내고 발명의 상세한 설명에 서술된 구체예 및 변형들이 본 발명의 모든 가능한 장치를 나타낸 것이 아니며 다른 장치도 가능하다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 이러한 모든 다른 장치들은 본 발명에 의해 포함되며, 본 발명의 범위 이내이다. 예컨대, 도 3-7 및 9에서 나타낸 구체예들의 각각에서, 저압 및 고압 흐름의 장치는 역전될 수 있다(즉, 저압 랜스가 내부 랜스일 수 있고, 고압 랜스가 외부 랜스일 수 있다).Those skilled in the art will understand that the embodiments and variations shown in the drawings and described in the detailed description of the invention are not intended to represent all possible devices of the invention and other devices are possible. Accordingly, all such other devices are encompassed by the present invention and are within the scope of the present invention. For example, in each of the embodiments shown in FIGS. 3-7 and 9, the device of low pressure and high pressure flow may be reversed (ie, the low pressure lance may be an internal lance and the high pressure lance may be an external lance).

감소된 NOx 방출에 덧붙여, 본 발명에는 이하와 같은 장점 및 이점이 존재한다:In addition to reduced NO x emissions, the present invention has the following advantages and advantages:

* 제안된 연료 스테이징 방법은 (F-F) 스테이징 또는 (F-I) 스테이징으로 인한 활성 팁 냉각을 가능케 한다. 상대적으로 큰 팁 출구 면적을 갖는 연료 팁의 경우, 노즐 팁은 고속 연료 가스 또는 불활성체 흐름을 배출함으로써 활성있게 냉각된다. 이는 종래의 원형 노즐에 대한 중요한 개선점이다.The proposed fuel staging method enables active tip cooling due to (F-F) staging or (F-I) staging. For fuel tips having a relatively large tip exit area, the nozzle tip is actively cooled by venting a high velocity fuel gas or inert stream. This is an important improvement over conventional circular nozzles.

* 상대적으로 낮은 비말 동반 효율 및 더 높은 작동 온도로 인해, 종래의 팁은 고 C/H 연료를 사용하여 심각한 정비 문제 및 매연 플러깅 문제를 가졌다. 비교시, 본 발명은 이하의 장점을 가진다:Due to the relatively low droplet entrainment efficiency and higher operating temperatures, the conventional tips used high C / H fuel to have serious maintenance problems and soot plugging problems. In comparison, the present invention has the following advantages:

- 탄소 함량이 더 높은 연료를 사용하는 동안 코크(coke)되는 경향의 감소Reduction in the tendency to coke while using fuels with higher carbon content

- 더 적은 유속 또는 더 높은 가열 수치 연료를 사용하는 능력-The ability to use lower flow rates or higher heated numerical fuels

- 더 싼 연료 노즐 물질(스테인레스 스틸 304 또는 310이 적합함)을 사용하는 능력The ability to use cheaper fuel nozzle materials (stainless steel 304 or 310 is suitable)

열 분쇄는 연료 조성물이 C1 내지 C4 범위의 탄화수소를 함유하는 여러 정유 공장 노의 경우 주된 문제점이다. 분쇄된 탄소는 버너 노즐을 플러깅하고, 버너 부품의 과열을 초래하여, 감소된 생산성 및 낮은 열효율성을 낸다. 따라서, 정비에서 자유로운 작동을 가지는 것(F-F 또는 F-I 스테이징)은 정유 공장 작동에 결정적인 장점이 된다.Thermal grinding is a major problem for many refinery furnaces where the fuel composition contains hydrocarbons in the C 1 to C 4 range. Pulverized carbon plugs the burner nozzles and results in overheating of the burner components, resulting in reduced productivity and low thermal efficiency. Thus, having free operation in maintenance (FF or FI staging) is a decisive advantage for refinery operation.

본 발명이 특정 구체예로 본 명세서에서 서술 및 설명되었음에도, 본 발명은 나타낸 세부적인 사항으로 제한되지 않는다. 더욱이, 다양한 변형이 상응하는 청구항의 기술 사상 및 범위 이내에서 본 발명의 기술 사상을 벗어나지 않고 상세히 일어날 수 있다. Although the invention has been described and described herein in particular embodiments, the invention is not limited to the details shown. Moreover, various modifications may be made in detail without departing from the spirit of the invention within the spirit and scope of the corresponding claims.

본 발명의 스테이징 방법 및 시스템은 저 NOx 버너에서 연료 희석 팁을 사용하여 산화질소(NOx) 방출을 감소시킨다.The staging method and system of the present invention uses a fuel dilution tip in a low NO x burner to reduce nitrogen oxide (NO x ) emissions.

본 발명은 첨부된 도면에 관한 예로 서술될 것이다.The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings.

도 1A는 초저 NOx 버너에 사용된 선행 기술의 연료 스테이징 노즐의 단면 평면도이다.1A is a cross-sectional top view of a prior art fuel staging nozzle used for an ultra low NO x burner.

도 1B는 도 1A의 선행 기술의 연료 스테이징 노즐의 단면 입면도이다.1B is a cross-sectional elevation view of the prior art fuel staging nozzle of FIG. 1A.

도 1C는 도 1B의 선행 기술의 연료 스테이징 노즐의 측면도이다.1C is a side view of the prior art fuel staging nozzle of FIG. 1B.

도 2는 노(爐, furnace) 유래의 배기(flue) 가스 및 유동 자극 가스를 연료 가스와 혼합시키기 위한 선행 기술의 혼합 챔버의 단면 입면도이다.FIG. 2 is a cross sectional elevational view of a prior art mixing chamber for mixing a furnace-derived flue gas and a flow stimulating gas with a fuel gas. FIG.

도 3은 본 발명의 한 구체예의 단면도를 나타내는 도식도이다.3 is a schematic view showing a cross-sectional view of one embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 다른 구체예의 단면도를 나타내는 도식도이다.4 is a schematic view showing a cross-sectional view of another embodiment of the present invention.

도 5A는 강한 분출물-약한 분출물 비말 동반(entrainment)을 사용하는 본 발명의 다른 구체예를 나타내는 도식도이다.5A is a schematic representation of another embodiment of the present invention using strong jet-soft jet droplet entrainment.

도 5B는 스월 유도된 비말 동반을 사용하는 본 발명의 다른 구체예의 단면도를 나타내는 도식도이다.5B is a schematic diagram illustrating a cross-sectional view of another embodiment of the present invention using swirl-induced droplet entrainment.

도 6은 본 발명의 다른 구체예의 단면도를 나타내는 도식도이다.6 is a schematic view showing a cross-sectional view of another embodiment of the present invention.

도 7은 지퍼 팁 또는 노즐을 포함하는 본 발명의 다른 구체예의 단면도를 나타내는 도식도이다. 7 is a schematic diagram illustrating a cross-sectional view of another embodiment of the present invention including a zipper tip or nozzle.

도 8A는 지퍼 팁 또는 노즐의 정면도를 나타내는 도식도이다.8A is a schematic diagram illustrating a front view of a zipper tip or nozzle.

도 8B는 도 7에 나타낸 바와 같이 랜스(lance)에 부착된 지퍼 팁 또는 노즐의 측면도를 나타내는 도식도이다.FIG. 8B is a schematic diagram illustrating a side view of a zipper tip or nozzle attached to a lance as shown in FIG. 7.

도 8C는 지퍼 팁 또는 노즐의 평면도를 나타내는 도식도이다.8C is a schematic view showing a top view of a zipper tip or nozzle.

도 8D는 디멘젼닝을 위한 도 8A의 지퍼 팁 또는 노즐의 정면도의 일부를 자세히 나타내는 도식도이다.8D is a schematic diagram detailing a portion of the front view of the zipper tip or nozzle of FIG. 8A for dimensioning.

도 9는 지퍼 팁 또는 노즐을 포함하는 본 발명의 다른 구체예의 단면도를 나타내는 도식도이다. 9 is a schematic diagram illustrating a cross-sectional view of another embodiment of the present invention including a zipper tip or nozzle.

Claims (22)

제1 도관 및 제2 도관을 포함하는 연료 희석 장치를 제공하는 단계로서, Providing a fuel dilution device comprising a first conduit and a second conduit, 제1 도관은 유입부 및 유입부에서 멀리 떨어진 유출부를 가지고, 제1 열역학 상태 및 제1 연료 지수에서 유입부로 들어가서 유출부로 나오는 연료의 흐름을 전송하도록 개조되어 있으며,The first conduit has an inlet and an outlet remote from the inlet and is adapted to transmit the flow of fuel entering and exiting the inlet at the first thermodynamic state and the first fuel index, 제2 도관은 취입부 및 취입부에서 멀리 떨어진 배출부를 가지고, 제2 열역학 상태 및 제2 연료 지수에서 취입부로 들어가서 배출부로 나오는 유체의 흐름을 전송하도록 개조되어 있으며, 제2 연료 지수는 제1 연료 지수와 적어도 약 0.1 만큼 상이하고, 제2 열역학 상태는 제1 열역학 상태와 상이하며, 이에 의하여, 제1 도관의 유출부로 나온 연료 흐름과 제2 도관의 배출부로 나온 유체의 흐름간에 혼합 전위가 존재하는 것인 단계;The second conduit has an intake and an outlet away from the intake, and is adapted to transmit the flow of fluid entering and exiting the intake at the second thermodynamic state and in the second fuel index, the second fuel index being the first fuel Differing from the index by at least about 0.1, and the second thermodynamic state is different from the first thermodynamic state, whereby a mixed potential exists between the flow of fuel out of the outlet of the first conduit and the flow of fluid out of the outlet of the second conduit To do; 연료의 흐름을 제1 도관의 유입부에 공급하는 단계로서, 상기 연료의 흐름은 제1 열역학 상태 및 제1 연료 지수에서 제1 도관의 유출부로 나오는 것인 단계; Supplying a flow of fuel to the inlet of the first conduit, wherein the flow of fuel exits the outlet of the first conduit at the first thermodynamic state and the first fuel index; 유체의 흐름을 제2 도관의 취입부에 공급하는 단계로서, 상기 유체의 흐름은 제2 열역학 상태 및 제2 연료 지수에서 제2 도관의 배출부로 나오는 것인 단계로서,Supplying a flow of fluid to the intake of the second conduit, wherein the flow of fluid exits the outlet of the second conduit at the second thermodynamic state and the second fuel index, 이에 의하여, 제1 도관의 유출부로 나온 적어도 일부의 연료의 흐름이 유출부와 배출부 양쪽에 근접한 위치에서 제2 도관의 배출부로 나온 적어도 일부의 유체의 흐름과 혼합되어, 제1 연료 지수와 제2 연료 지수 사이의 중간적 연료 지수를 갖는 적어도 하나의 희석된 연료 흐름을 발생시키는 것인 단계; Thereby, the flow of at least some of the fuel exiting the outlet of the first conduit is mixed with the flow of at least some of the fluid exiting the outlet of the second conduit at a location proximate both the outlet and the outlet, thereby providing a first fuel index and Generating at least one diluted fuel flow having an intermediate fuel index between the two fuel indexes; 산화제원을 제공하는 단계; 및Providing an oxidant source; And 일부의 산화제를 연료의 흐름 또는 유체의 흐름 또는 희석된 연료 흐름 중 적어도 하나의 적어도 일부와 연소하여 감소된 양의 산화 질소를 함유하는 가스를 발생시키는 단계로서, 상기 감소된 양의 산화질소는 연료 희석 장치가 아닌 다른 수단을 사용하여 연료를 연소함으로써 발생되는 더 많은 양의 산화질소보다 적은 것인 단계 Combusting a portion of the oxidant with at least a portion of at least one of the fuel stream or the fluid stream or the diluted fuel stream to produce a gas containing a reduced amount of nitrogen oxides, the reduced amount of nitrogen oxide being fuel Less than the greater amount of nitric oxide produced by burning fuel using means other than a dilution device 를 포함하는 연료 스테이징을 통해 산화질소 방출을 감소시키는 연료 희석 방법.A fuel dilution method for reducing nitrogen oxide emissions through fuel staging comprising. 제1항에 있어서, 유체가 연료인 것인 연료 희석 방법.The method of claim 1, wherein the fluid is a fuel. 제1항에 있어서, 유체가 흐름, 배기 가스, 이산화탄소, 질소, 아르곤, 헬륨, 크세논, 크립톤, 기타 불활성 유체, 및 이들의 혼합물 또는 배합물로 구성된 군에서 선택되는 것인 연료 희석 방법.The method of claim 1, wherein the fluid is selected from the group consisting of flow, exhaust gas, carbon dioxide, nitrogen, argon, helium, xenon, krypton, other inert fluids, and mixtures or combinations thereof. 제1항에 있어서, 제1 도관이 제2 도관에 인접한 것인 연료 희석 방법.The method of claim 1, wherein the first conduit is adjacent to the second conduit. 제1항에 있어서, 제2 도관의 적어도 실질적 부분이 제1 도관에 배치되는 것인 연료 희석 방법.The method of claim 1, wherein at least a substantial portion of the second conduit is disposed in the first conduit. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 제2 도관에 배치된 스월러를 제공하는 단계; 및Providing a swirler disposed in the second conduit; And 적어도 일부의 유체의 흐름을 스월러를 통해 전송하여 적어도 일부의 유체가 스월링되어 제2 도관으로 나가는 단계Transmitting at least some of the flow of fluid through the swirler such that at least some of the fluid is swirled and exits to the second conduit 의 추가적 단계를 포함하는 연료 희석 방법.A fuel dilution method comprising the additional step of. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 제1 도관의 유출부와 유체 연통되는 지퍼 노즐을 제공하는 단계; 및Providing a zipper nozzle in fluid communication with an outlet of the first conduit; And 지퍼 노즐을 통해 적어도 일부의 희석된 연료 흐름이 전송되는 단계At least a portion of the diluted fuel flow is transmitted through the zipper nozzle 의 추가적 단계를 포함하는 연료 희석 방법.A fuel dilution method comprising the additional step of. 제1항에 있어서, 제2 도관이 등가 직경(Dc)을 가지고 제2 도관의 배출부가 제1 도관의 유출부의 후방 약 (2 x Dc) 내지 약 (20 x Dc) 범위의 거리에 위치하는 것인 연료 희석 방법.The method of claim 1 wherein the second conduit has an equivalent diameter (D c ) and the outlet of the second conduit is at a distance in the range of about (2 × D c ) to about (20 × D c ) behind the outlet of the first conduit. Fuel dilution method. 제1항에 있어서, 다량의 노(爐, furnace) 가스를 함유하는 노와 유체 연통되는 연료 희석 장치를 위치시킴으로써, 적어도 일부의 다량의 노 가스가 적어도 일부의 희석된 연료 흐름과 혼합되는 단계의 추가적 단계를 포함하는 연료 희석 방법.The method of claim 1 further comprising the step of mixing at least a portion of the furnace gas with at least a portion of the diluted fuel stream by placing a fuel dilution device in fluid communication with the furnace containing the furnace gas. A fuel dilution method comprising the step. 제1 도관 및 제2 도관을 포함하는 연료 희석 장치를 제공하는 단계로서, Providing a fuel dilution device comprising a first conduit and a second conduit, 제1 도관은 유입부 및 유입부에서 멀리 떨어진 유출부를 가지고, 제1 압력, 제1 속도 및 제1 연료 지수에서 유입부로 들어가서 유출부로 나오는 연료의 흐름을 전송하도록 개조되어 있으며,The first conduit has an inlet and an outlet remote from the inlet, and is adapted to transmit a flow of fuel entering and exiting the inlet at the first pressure, the first speed and the first fuel index, 제2 도관은 취입부 및 취입부에서 멀리 떨어진 배출부를 가지고, 제2 압력, 제2 속도 및 제2 연료 지수에서 취입부로 들어가서 배출부로 나오는 유체의 흐름을 전송하도록 개조되어 있으며, 제2 연료 지수는 제1 연료 지수와 적어도 약 0.1 만큼 상이하고, 제2 압력 및 제2 속도 중 적어도 하나는 제1 압력 및 제1 속도 중 적어도 하나와 상이하며, 이에 의하여, 제1 도관의 유출부로 나온 연료 흐름과 제2 도관의 배출부로 나온 유체의 흐름간에 혼합 전위가 존재하는 것인 단계;The second conduit has an intake and an outlet away from the intake, and is adapted to transmit the flow of fluid entering and exiting the intake at the second pressure, the second speed and the second fuel index, the second fuel index being Differ from the first fuel index by at least about 0.1, and at least one of the second pressure and the second speed is different from at least one of the first pressure and the first speed, whereby the fuel flow exits the outlet of the first conduit and There is a mixing potential between the flow of fluid exiting the outlet of the second conduit; 연료의 흐름을 제1 도관의 유입부에 공급하는 단계로서, 상기 연료의 흐름은 제1 압력, 제1 속도 및 제1 연료 지수에서 제1 도관의 유출부로 나오는 것인 단계; Supplying a flow of fuel to the inlet of the first conduit, the flow of fuel exiting the outlet of the first conduit at a first pressure, a first speed, and a first fuel index; 유체의 흐름을 제2 도관의 취입부에 공급하는 단계로서, 상기 유체의 흐름은 제2 압력, 제2 속도 및 제2 연료 지수에서 제2 도관의 배출부로 나오는 것인 단계로서,Supplying a flow of fluid to the inlet of the second conduit, wherein the flow of fluid exits the outlet of the second conduit at a second pressure, a second speed, and a second fuel index, 이에 의하여, 제1 도관의 유출부로 나온 적어도 일부의 연료의 흐름이 유출부와 배출부 양쪽에 근접한 위치에서 제2 도관의 배출부로 나온 적어도 일부의 유체의 흐름과 혼합되어, 제1 연료 지수와 제2 연료 지수 사이의 중간적 연료 지수를 갖는 적어도 하나의 희석된 연료 흐름을 발생시키는 것인 단계; Thereby, the flow of at least some of the fuel exiting the outlet of the first conduit is mixed with the flow of at least some of the fluid exiting the outlet of the second conduit at a location proximate both the outlet and the outlet, thereby providing a first fuel index and Generating at least one diluted fuel flow having an intermediate fuel index between the two fuel indexes; 산화제원을 제공하는 단계; 및Providing an oxidant source; And 일부의 산화제를 연료의 흐름 또는 유체의 흐름 또는 희석된 연료 흐름 중 적어도 하나의 적어도 일부와 연소하여 감소된 양의 산화 질소를 함유하는 가스를 발생시키는 단계로서, 상기 감소된 양의 산화질소는 연료 희석 장치가 아닌 다른 수단을 사용하여 연료를 연소함으로써 발생되는 더 많은 양의 산화질소보다 적은 것인 단계 Combusting a portion of the oxidant with at least a portion of at least one of the fuel stream or the fluid stream or the diluted fuel stream to produce a gas containing a reduced amount of nitrogen oxides, the reduced amount of nitrogen oxide being fuel Less than the greater amount of nitric oxide produced by burning fuel using means other than a dilution device 를 포함하는 연료 스테이징을 통해 산화질소 방출을 감소시키는 연료 희석 방법.A fuel dilution method for reducing nitrogen oxide emissions through fuel staging comprising. 제1 도관, 제2 도관, 산화제원 및 연소 수단을 포함하는 연료 스테이징을 통해 산화질소 방출을 감소시키는 연료 희석을 위한 연료 희석 장치로서,A fuel dilution device for fuel dilution that reduces nitrogen oxide emissions through fuel staging comprising a first conduit, a second conduit, an oxidant source, and combustion means, comprising: 제1 도관은 유입부 및 유입부에서 멀리 떨어진 유출부를 가지고, 제1 열역학 상태 및 제1 연료 지수에서 유입부로 들어가서 유출부로 나오는 연료의 흐름을 전송하도록 개조되어 있으며,The first conduit has an inlet and an outlet remote from the inlet and is adapted to transmit the flow of fuel entering and exiting the inlet at the first thermodynamic state and the first fuel index, 제2 도관은 취입부 및 취입부에서 멀리 떨어진 배출부를 가지고, 제2 열역학 상태 및 제2 연료 지수에서 취입부로 들어가서 배출부로 나오는 유체의 흐름을 전송하도록 개조되어 있으며, 제2 연료 지수는 제1 연료 지수와 적어도 약 0.1 만큼 상이하고, 제2 열역학 상태는 제1 열역학 상태와 상이하며, 이에 의하여, 제1 도관의 유출부로 나온 연료 흐름과 제2 도관의 배출부로 나온 유체의 흐름간에 혼합 전위가 존재하고,The second conduit has an intake and an outlet away from the intake, and is adapted to transmit the flow of fluid entering and exiting the intake at the second thermodynamic state and in the second fuel index, the second fuel index being the first fuel Differing from the index by at least about 0.1, and the second thermodynamic state is different from the first thermodynamic state, whereby a mixed potential exists between the flow of fuel out of the outlet of the first conduit and the flow of fluid out of the outlet of the second conduit and, 이에 의하여, 제1 도관의 유출부로 나온 적어도 일부의 연료의 흐름이 유출부와 배출부 양쪽에 근접한 위치에서 제2 도관의 배출부로 나온 적어도 일부의 유체의 흐름과 혼합되어, 제1 연료 지수와 제2 연료 지수 사이의 중간적 연료 지수를 갖는 적어도 하나의 희석된 연료 흐름을 발생시키며, Thereby, the flow of at least some of the fuel exiting the outlet of the first conduit is mixed with the flow of at least some of the fluid exiting the outlet of the second conduit at a location proximate both the outlet and the outlet, thereby providing a first fuel index and Generate at least one diluted fuel flow having an intermediate fuel index between the two fuel indexes, 연소 수단은 일부의 산화제를 연료의 흐름 또는 유체의 흐름 또는 희석된 연료 흐름 중 적어도 하나의 적어도 일부와 연소하여 감소된 양의 산화 질소를 함유하는 가스를 발생시키고, 상기 감소된 양의 산화질소는 연료 희석 장치가 아닌 다른 수단을 사용하여 연료를 연소함으로써 발생되는 더 많은 양의 산화질소보다 적은 것인 연료 희석 장치.The combustion means burns some oxidant with at least a portion of at least one of the fuel stream or the fluid stream or the diluted fuel stream to generate a gas containing a reduced amount of nitrogen oxides, the reduced amount of nitrogen oxides being A fuel dilution device that is less than the greater amount of nitric oxide produced by burning fuel using means other than the fuel dilution device. 제11항에 있어서, 유체가 연료인 것인 연료 희석 장치.12. The fuel dilution device of claim 11, wherein the fluid is a fuel. 제11항에 있어서, 유체가 흐름, 배기 가스, 이산화탄소, 질소, 아르곤, 헬륨, 크세논, 크립톤, 기타 불활성 유체, 및 이들의 혼합물 또는 배합물로 구성된 군에서 선택되는 것인 연료 희석 장치.12. The fuel dilution device of claim 11, wherein the fluid is selected from the group consisting of flow, exhaust gas, carbon dioxide, nitrogen, argon, helium, xenon, krypton, other inert fluids, and mixtures or combinations thereof. 제11항에 있어서, 제1 도관이 제2 도관에 인접한 것인 연료 희석 장치.The fuel dilution device of claim 11, wherein the first conduit is adjacent to the second conduit. 제11항에 있어서, 제2 도관의 적어도 실질적 부분이 제1 도관에 배치되는 것인 연료 희석 장치.The fuel dilution device of claim 11, wherein at least a substantial portion of the second conduit is disposed in the first conduit. 제11항에 있어서, 제2 도관에 배치된 스월러를 추가적으로 포함하는 연료 희석 장치.12. The fuel dilution device of claim 11, further comprising a swirler disposed in the second conduit. 제11항에 있어서, 제1 도관의 유출부와 유체 연통되는 지퍼 노즐을 추가적으로 포함하는 연료 희석 장치.12. The fuel dilution device of claim 11, further comprising a zipper nozzle in fluid communication with the outlet of the first conduit. 제11항에 있어서, 제2 도관이 등가 직경(Dc)을 가지고 제2 도관의 배출부가 제1 도관의 유출부의 후방 약 (2 x Dc) 내지 약 (20 x Dc) 범위의 거리에 위치하는 것인 연료 희석 장치.The method of claim 11, wherein the second conduit has an equivalent diameter (D c ) and the outlet of the second conduit is at a distance in the range of about (2 × D c ) to about (20 × D c ) behind the outlet of the first conduit. The fuel dilution device being located. 제11항에 있어서, 연료 희석 장치가 다량의 노 가스를 함유하는 노와 유체 연통됨으로써, 적어도 일부의 다량의 노 가스가 적어도 일부의 희석된 연료 흐름과 혼합되는 것인 연료 희석 장치. 12. The fuel dilution device of claim 11, wherein the fuel dilution device is in fluid communication with a furnace containing a large amount of furnace gas such that at least some of the large amount of furnace gas is mixed with at least a portion of the diluted fuel stream. 제1 도관, 제2 도관, 산화제원 및 연소 수단을 포함하는 연료 스테이징을 통해 산화질소 방출을 감소시키는 연료 희석을 위한 연료 희석 장치로서,A fuel dilution device for fuel dilution that reduces nitrogen oxide emissions through fuel staging comprising a first conduit, a second conduit, an oxidant source, and combustion means, comprising: 제1 도관은 유입부 및 유입부에서 멀리 떨어진 유출부를 가지고, 제1 압력, 제1 속도 및 제1 연료 지수에서 유입부로 들어가서 유출부로 나오는 연료의 흐름을 전송하도록 개조되어 있으며,The first conduit has an inlet and an outlet remote from the inlet, and is adapted to transmit a flow of fuel entering and exiting the inlet at the first pressure, the first speed and the first fuel index, 제2 도관은 취입부 및 취입부에서 멀리 떨어진 배출부를 가지고, 제2 압력, 제2 속도 및 제2 연료 지수에서 취입부로 들어가서 배출부로 나오는 유체의 흐름을 전송하도록 개조되어 있으며, 제2 연료 지수는 제1 연료 지수와 적어도 약 0.1 만큼 상이하고, 제2 압력 및 제2 속도 중 적어도 하나는 제1 압력 및 제1 속도 중 적어도 하나와 상이하며, 이에 의하여, 제1 도관의 유출부로 나온 연료 흐름과 제2 도관의 배출부로 나온 유체의 흐름간에 혼합 전위가 존재하고,The second conduit has an intake and an outlet away from the intake, and is adapted to transmit the flow of fluid entering and exiting the intake at the second pressure, the second speed and the second fuel index, the second fuel index being Differ from the first fuel index by at least about 0.1, and at least one of the second pressure and the second speed is different from at least one of the first pressure and the first speed, whereby the fuel flow exits the outlet of the first conduit and There is a mixing potential between the flow of fluid exiting the outlet of the second conduit, 이에 의하여, 제1 도관의 유출부로 나온 적어도 일부의 연료의 흐름이 유출부와 배출부 양쪽에 근접한 위치에서 제2 도관의 배출부로 나온 적어도 일부의 유체의 흐름과 혼합되어, 제1 연료 지수와 제2 연료 지수 사이의 중간적 연료 지수를 갖는 적어도 하나의 희석된 연료 흐름을 발생시키며, Thereby, the flow of at least some of the fuel exiting the outlet of the first conduit is mixed with the flow of at least some of the fluid exiting the outlet of the second conduit at a location proximate both the outlet and the outlet, thereby providing a first fuel index and Generate at least one diluted fuel flow having an intermediate fuel index between the two fuel indexes, 연소 수단은 일부의 산화제를 연료의 흐름 또는 유체의 흐름 또는 희석된 연료 흐름 중 적어도 하나의 적어도 일부와 연소하여 감소된 양의 산화 질소를 함유하는 가스를 발생시키고, 상기 감소된 양의 산화질소는 연료 희석 장치가 아닌 다른 수단을 사용하여 연료를 연소함으로써 발생되는 더 많은 양의 산화질소보다 적은 것인 연료 희석 장치.The combustion means burns some oxidant with at least a portion of at least one of the fuel stream or the fluid stream or the diluted fuel stream to generate a gas containing a reduced amount of nitrogen oxides, the reduced amount of nitrogen oxides being A fuel dilution device that is less than the greater amount of nitric oxide produced by burning fuel using means other than the fuel dilution device. 제1 도관 및 제2 도관을 포함하는 연료 희석 장치, 연료의 흐름의 공급 수단, 유체의 흐름의 공급 수단, 산화제원 및 연소 수단을 포함하는 연료 스테이징을 통해 산화질소 방출을 감소시키는 연료 희석을 위한 시스템으로서,A fuel dilution device comprising a first conduit and a second conduit, a means for supplying a flow of fuel, a means for supplying a flow of fluid, a fuel dilution for reducing nitrogen oxide emissions through fuel staging comprising a source of oxidant and a combustion means As a system, 제1 도관은 유입부 및 유입부에서 멀리 떨어진 유출부를 가지고, 제1 열역학 상태 및 제1 연료 지수에서 유입부로 들어가서 유출부로 나오는 연료의 흐름을 전송하도록 개조되어 있으며, The first conduit has an inlet and an outlet remote from the inlet and is adapted to transmit the flow of fuel entering and exiting the inlet at the first thermodynamic state and the first fuel index, 제2 도관은 취입부 및 취입부에서 멀리 떨어진 배출부를 가지고, 제2 열역학 상태 및 제2 연료 지수에서 취입부로 들어가서 배출부로 나오는 유체의 흐름을 전송하도록 개조되어 있으며, 제2 연료 지수는 제1 연료 지수와 적어도 약 0.1 만큼 상이하고, 제2 열역학 상태는 제1 열역학 상태와 상이하며, 이에 의하여, 제1 도관의 유출부로 나온 연료 흐름과 제2 도관의 배출부로 나온 유체의 흐름간에 혼합 전위가 존재하고,The second conduit has an intake and an outlet away from the intake, and is adapted to transmit the flow of fluid entering and exiting the intake at the second thermodynamic state and in the second fuel index, the second fuel index being the first fuel Differing from the index by at least about 0.1, and the second thermodynamic state is different from the first thermodynamic state, whereby a mixed potential exists between the flow of fuel out of the outlet of the first conduit and the flow of fluid out of the outlet of the second conduit and, 연료의 흐름의 공급 수단은 연료의 흐름을 제1 도관의 유입부로 공급하며, 상기 연료의 흐름은 제1 열역학 상태 및 제1 연료 지수에서 제1 도관의 유출부로 나오고,The means for supplying the flow of fuel supplies the flow of fuel to the inlet of the first conduit, the flow of fuel exiting the outlet of the first conduit at the first thermodynamic state and the first fuel index, 유체의 흐름의 공급 수단은 유체의 흐름을 제2 도관의 배출부로 공급하며, 상기 유체의 흐름은 제2 열역학 상태 및 제2 연료 지수에서 제2 도관의 배출부로 나오고,The means for supplying the flow of fluid supplies the flow of fluid to the outlet of the second conduit, the flow of fluid coming out of the outlet of the second conduit at the second thermodynamic state and the second fuel index, 이에 의하여, 제1 도관의 유출부로 나온 적어도 일부의 연료의 흐름이 유출부와 배출부 양쪽에 근접한 위치에서 제2 도관의 배출부로 나온 적어도 일부의 유체의 흐름과 혼합되어, 제1 연료 지수와 제2 연료 지수 사이의 중간적 연료 지수를 갖는 적어도 하나의 희석된 연료 흐름을 발생시키며, Thereby, the flow of at least some of the fuel exiting the outlet of the first conduit is mixed with the flow of at least some of the fluid exiting the outlet of the second conduit at a location proximate both the outlet and the outlet, thereby providing a first fuel index and Generate at least one diluted fuel flow having an intermediate fuel index between the two fuel indexes, 연소 수단은 일부의 산화제를 연료의 흐름 또는 유체의 흐름 또는 희석된 연료 흐름 중 적어도 하나의 적어도 일부와 연소하여 감소된 양의 산화 질소를 함유하는 가스를 발생시키고, 상기 감소된 양의 산화질소는 연료 희석 장치가 아닌 다른 수단을 사용하여 연료를 연소함으로써 발생되는 더 많은 양의 산화질소보다 적은 것인 시스템.The combustion means burns some oxidant with at least a portion of at least one of the fuel stream or the fluid stream or the diluted fuel stream to generate a gas containing a reduced amount of nitrogen oxides, the reduced amount of nitrogen oxides being Less than the greater amount of nitric oxide produced by burning fuel using means other than a fuel dilution device. 제1 도관 및 제2 도관을 포함하는 연료 희석 장치, 연료의 흐름의 공급 수단, 유체의 흐름의 공급 수단, 산화제원 및 연소 수단을 포함하는 연료 스테이징을 통해 산화질소 방출을 감소시키는 연료 희석을 위한 시스템으로서,A fuel dilution device comprising a first conduit and a second conduit, a means for supplying a flow of fuel, a means for supplying a flow of fluid, a fuel dilution for reducing nitrogen oxide emissions through fuel staging comprising a source of oxidant and a combustion means As a system, 제1 도관은 유입부 및 유입부에서 멀리 떨어진 유출부를 가지고, 제1 압력, 제1 속도 및 제1 연료 지수에서 유입부로 들어가서 유출부로 나오는 연료의 흐름을 전송하도록 개조되어 있으며, The first conduit has an inlet and an outlet remote from the inlet, and is adapted to transmit a flow of fuel entering and exiting the inlet at the first pressure, the first speed and the first fuel index, 제2 도관은 취입부 및 취입부에서 멀리 떨어진 배출부를 가지고, 제2 압력, 제2 속도 및 제2 연료 지수에서 취입부로 들어가서 배출부로 나오는 유체의 흐름을 전송하도록 개조되어 있으며, 제2 연료 지수는 제1 연료 지수와 적어도 약 0.1 만큼 상이하고, 제2 압력 및 제2 속도 중 적어도 하나는 제1 압력 및 제1 속도 중 적어도 하나와 상이하며, 이에 의하여, 제1 도관의 유출부로 나온 연료 흐름과 제2 도관의 배출부로 나온 유체의 흐름간에 혼합 전위가 존재하고,The second conduit has an intake and an outlet away from the intake, and is adapted to transmit the flow of fluid entering and exiting the intake at the second pressure, the second speed and the second fuel index, the second fuel index being Differ from the first fuel index by at least about 0.1, and at least one of the second pressure and the second speed is different from at least one of the first pressure and the first speed, whereby the fuel flow exits the outlet of the first conduit and There is a mixing potential between the flow of fluid exiting the outlet of the second conduit, 연료의 흐름의 공급 수단은 연료의 흐름을 제1 도관의 유입부로 공급하며, 상기 연료의 흐름은 제1 압력, 제1 속도 및 제1 연료 지수에서 제1 도관의 유출부로 나오고,The means for supplying the flow of fuel supplies the flow of fuel to the inlet of the first conduit, the flow of fuel exiting the outlet of the first conduit at the first pressure, the first speed and the first fuel index, 유체의 흐름의 공급 수단은 유체의 흐름을 제2 도관의 배출부로 공급하며, 상기 유체의 흐름은 제2 압력, 제2 속도 및 제2 연료 지수에서 제2 도관의 배출부로 나오고,The means for supplying the flow of fluid supplies the flow of fluid to the outlet of the second conduit, the flow of fluid coming out of the outlet of the second conduit at a second pressure, a second velocity and a second fuel index, 이에 의하여, 제1 도관의 유출부로 나온 적어도 일부의 연료의 흐름이 유출부와 배출부 양쪽에 근접한 위치에서 제2 도관의 배출부로 나온 적어도 일부의 유체의 흐름과 혼합되어, 제1 연료 지수와 제2 연료 지수 사이의 중간적 연료 지수를 갖는 적어도 하나의 희석된 연료 흐름을 발생시키며, Thereby, the flow of at least some of the fuel exiting the outlet of the first conduit is mixed with the flow of at least some of the fluid exiting the outlet of the second conduit at a location proximate both the outlet and the outlet, thereby providing a first fuel index and Generate at least one diluted fuel flow having an intermediate fuel index between the two fuel indexes, 연소 수단은 일부의 산화제를 연료의 흐름 또는 유체의 흐름 또는 희석된 연료 흐름 중 적어도 하나의 적어도 일부와 연소하여 감소된 양의 산화 질소를 함유하는 가스를 발생시키고, 상기 감소된 양의 산화질소는 연료 희석 장치가 아닌 다른 수단을 사용하여 연료를 연소함으로써 발생되는 더 많은 양의 산화질소보다 적은 것인 시스템.The combustion means burns some oxidant with at least a portion of at least one of the fuel stream or the fluid stream or the diluted fuel stream to generate a gas containing a reduced amount of nitrogen oxides, the reduced amount of nitrogen oxides being Less than the greater amount of nitric oxide produced by burning fuel using means other than a fuel dilution device.
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