KR20070048121A - 퍼니스중에서의 가열 교정법 - Google Patents

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마헨드라 라드하람 조시
지안밍 지미 리
윌리암 로버트 리치트
알렉산다 게오르기 슬라베이코프
세니어 스텝판 폴 디마르티노
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에어 프로덕츠 앤드 케미칼스, 인코오포레이티드
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Abstract

본 발명은 단계적 연료 주입된 버너(fuel-staged burner)를 사용하는 증기 메탄 개질기 또는 에틸렌 분해 퍼니스에서의 교정된 화염(straightened flame)을 생성하기 위한 방법 및 퍼니스에 관한 것이다. 단계적 연료 주입을 사용하여 NOx 방출을 감소시킬 수 있다. 교정된 화염을 생성하기 위한 기준을 제공한다. 이러한 기준은 산화제 도관 기하구조 및 퍼니스 기하구조에 관한 것이다. 또한, 이러한 기준을 달성하기 위한 퍼니스 및/또는 버너를 변형시키기 위한 기법이 제공된다.

Description

퍼니스중에서의 가열 교정법{FLAME STRAIGHTENING IN A FURNACE}
도 1은 좁은 하향 화염 연소를 갖는 퍼니스의 횡단면을 예시하는 개략도를 도시한다.
도 2는 편향된 넓은 하향 화염 연소를 갖는 퍼니스의 횡단면을 예시하는 개략도를 도시한다.
도 3은 교정된 넓은 하향 화염 연소를 갖는 퍼니스의 횡단면을 예시하는 개략도를 도시한다.
도 4는 퍼니스의 단면도를 예시하는 개략도를 도시한다.
도 5는 산화제 도관의 수평 투사된 난류 자유 분출 면적(horizontally projected turblent free-jet area)을 도시하는 퍼니스의 단면도를 예시하는 개략도를 도시한다.
도 6은 미사용 산화제 도관을 도시하는 퍼니스의 단면도를 예시하는 개략도를 도시한다.
도 7은 산화제 도관 출구의 단면적을 감소시키기 위한 수단을 도시하는 퍼니스의 단면도를 예시하는 개략도를 도시한다.
도 8은 인접한 산화제 도관의 중앙선을 향하여 각도가 형성된 연료 도관을 예시하는 개략도를 도시한다.
본 발명은 퍼니스중에서의 교정된 화염을 생성하기 위한 방법 및 퍼니스, 특히 복수열의 반응 챔버(예, 공정 튜브) 및 복수열의 저 NOx 버너를 갖는 하향 연소 및 상향 연소 퍼니스에서의 교정된 화염을 생성하기 위한 방법 및 퍼니스에 관한 것이다.
커다란 하향 연소 및 상향 연소의 복수열 퍼니스(예, 개질기 퍼니스 및 에틸렌 분해 퍼니스)는 복잡한 퍼니스 기류 패턴을 갖는다. 기류의 바람직하지 않은 패턴은 화염을 편향시키며, 그리하여 공정 튜브의 국소 과열을 야기하여 퍼니스의 성능에 영향을 미치게 된다.
하향 연소 구조를 갖는 통상의 증기 메탄 개질기 퍼니스(101)를 도 1에 도시하였다. 공급물 기체(증가 + 천연 가스)는 개질 촉매가 충전되어 있는 공정 튜브(180)의 상부에서 공급된다. 공급물 가스는 촉매가 충전된 공정 튜브(180)중에서 개질되어 합성 가스(주로 H2, CO, CH4, H2O 및 CO2)를 형성하며, 이는 공정 튜브(180)의 하부 부근에서 제거된다. 버너(111)는 흡열 개질 반응에 필요한 열을 제공하기 위한 화염(130)을 생성한다. 그후, 제거된 합성 가스를, 예를 들면 압력 스윙 흡착기(PSA)중에서 추가로 정련 또는 정제하여 수소 생성물을 생성한다. 잔류 가스는 연료로서 사용하기 위한 버너(111)로 다시 이송될 수 있다.
도 1에는 대표적인 퍼니스 기류 패턴(가장 왼쪽)을 갖는 복수개의 버너(111)가 예시되어 있다. 화염 분출은 퍼니스 가스를 분사하여 화염(130)의 부위에서의 순환 루프를 생성한다. 화염의 아래에는 퍼니스 가스가 하향으로 흐르게 되어 플러그 흐름을 모사하며, 마지막으로 내화성 배연관(122)의 측면 유입구를 통하여 흐르게 된다.
통상의 좁은 화염을 갖는 많은 하향 연소 복수열의 퍼니스에서, 도 1에 도시한 바와 같이 퍼니스 기하는 화염 주위에서 충분한 흐름 부위를 산출하며, 그리하여 직화염(stringt flame)(130)을 촉진하는 퍼니스의 상부 구역에서의 재순환 구역을 생성할 수 있다.
종횡비가 0.8 초과인 퍼니스에서의 새로운 저 NOx 버너 기법을 실행하는 과정에서, 본 발명자들은 종래의 버너 대신에 저 NOx 버너를 사용하는 것은 종종 편향된 화염을 생성하며, 그리하여 반응 챔버, 즉 공정 튜브의 고르지 못한 가열의 문제점을 야기하게 된다는 것을 발견하였다. 도 2에 도시한 바와 같이, 새로운 저 NOx 버너는 더 넓은 화염(31)을 산출하며, 이는 반응 챔버(80) 중 일부를 향하여 편향되거나 또는 경사가 형성된다. 반응 챔버에서의 화염 굴곡 및 충돌은 반응 챔버 벽면의 국소 가열 및 열에서 열로의 공정 가스 온도 편차 (즉, 특정의 열에서는 "고온" 반응 챔버가 존재하며, 또다른 열에서는 "더 낮은 온도"의 반응 챔버가 존재함)를 생성하게 된다. 이는 일부 반응 챔버 벽면의 과열, 벽면 온도의 불균일, 하나의 공정 헤더로서 또다른 공정 헤더러의 공정 가스 온도의 큰 편차, 불량한 방사 효율을 산출하게 되며, 이는 퍼니스 및 이의 부품의 수명을 단축시킬 수 있다.
본 발명자들은 일부의 종래의 방법으로 커다란 박스형 퍼니스에서 화염 편향을 감소시키고자, 즉 화염을 교정시키고자 하였다. 이러한 방법은 하기와 같다:
화염 충돌이 발생하는 여러 개의 버너에 연료를 트리밍한다: 선택된 버너에 대한 연소율을 감소시킴으로써 화염의 강도를 감소시킨다. 그리하여 과열 또는 열점 영역을 회피할 수 있다. 그러나, 다수의 경우에서, 문제점은 단순히 하나의 퍼니스 구역으로부터 이동하여 또다른 퍼니스 구역에서 다시 나타나게 된다.
연료 분사 노즐을 변경한다: 열점 구역(또는 버너열)에서의 여러 개의 버너 노즐을 더 작은 오리피스 직경을 갖는 노즐(연소율이 더 낮음)로 교체한다.
화염 화학량론을 변경한다: 열점 구역 버너으로의 연료 흐름은 감소되나, 연소 기류는 동일하게 유지된다. 이는 퍼니스의 선택된 부위에서의 연료 희박 연소를 생성한다. 연료 희박 연소는 피이크 화염 온도를 감소시키고 과열되는 것을 돕는다.
더 낮은 연소율에서의 측면열 버너: 이는 측면열 버너가 중앙열 버너의 60% 내지 70%인 연소율을 갖는 다양한 커다란 퍼니스에 사용된다. 측면열 버너는 퍼니스의 측면 벽에 이웃하게 위치하는 버너이다. 측면열 버너의 연소율을 감소시키는 것은 퍼니스의 중앙을 향하여 이들 화염이 굴곡되는 것을 방지하는 경향이 있다.
이러한 방법은 불만족스러운 것으로 밝혀졌다. 또한, 이들 방법의 일부는 영구적인 해결책이 아닌 종종 퍼니스의 성능을 저하시키는 일시적인 방편이 된다. 퍼니스 가스 패턴이 불안정한 퍼니스에서는 하나의 구역에서의 임의의 화염 안정화 또는 교정시키고자 하는 것이 또다른 구역에서는 바람직하지 않은 결과를 초래할 수 있다. 환언하면, 이러한 문제점은 한 구역에서 다른 구역으로 단순히 전이된다는 점이다. 이러한 방법은 화염과의 퍼니스 가스 상호작용과 관련된 문제점을 배제시키지는 못한다.
복수열의 버너 및 복수열의 반응 챔버를 갖는 퍼니스에서 저 NOx 버너를 사용하여 교정된 화염을 생성하기 위한 방법 및 퍼니스가 요구되고 있다.
복수열의 버너 및 복수열의 반응 챔버를 갖는 퍼니스에서 저 NOx 버너를 사용하여 하향 연소되거나 또는 상향 연소된 교정된 화염을 생성하기 위한 방법 및 퍼니스가 요구되고 있다.
반응 챔버를 과열시키지 않으면서, 복수열의 반응 챔버 사이의 균일한 공정 가스 온도를 제공하기 위한 방법 및 퍼니스가 요구되고 있다.
저 NOx 버너를 사용하여 퍼니스내에서의 반응 챔버에 대한 화염의 편향 및 그로 인한 충돌을 감소시키고자 하는 방법 및 수단이 요구되고 있다.
개선된 퍼니스 효율을 위한 퍼니스 연소 공간을 충분히 이용하면서 저 NOx 버너를 사용하여 퍼니스내에서 교정된 화염을 생성하는 방법 및 퍼니스가 요구되고 있다.
종횡비가 0.8보다 큰 퍼니스에서의 저 NOx 버너를 사용한 교정된 화염을 생 성하는 방법 및 퍼니스가 요구되고 있다.
임의의 화염 편향이 반응 챔버를 향하기보다는 이웃한 화염을 향하는, 복수열의 버너 및 복수열의 반응 챔버를 포함하는 퍼니스에서의 저 NOx 버너를 사용한 교정된 화염을 생성하는 방법 및 퍼니스가 요구되고 있다.
발명의 개요
본 발명은 퍼니스중에서 교정된 화염을 생성하기 위한 방법 및 퍼니스에 관한 것이다. 이러한 방법은 산화제를 복수개의 산화제 도관에 투입하는 단계를 포함하고, 여기서 복수개의 산화제 도관 각각은 퍼니스의 제1의 내부 단부에 인접한 퍼니스 내부와 유체 소통하는 출구를 갖는다. 퍼니스의 제1의 내부 단부는 수평 투사된 면적(또는 부위)을 갖는다. 산화제 도관 출구는 퍼니스의 제1의 내부 단부로부터 퍼니스의 제2의 내부 단부까지의 평균 거리의 30%에서의 혼합된 수평 투사된 난류 자유 분출 면적을 구획한다. 퍼니스의 제2의 내부 단부는 제1의 내부 단부에 대향한다.
이러한 방법은 연료를 복수개의 연료 도관에 투입하는 단계를 더 포함하며, 여기서 복수개의 연료 도관 각각은 퍼니스의 제1의 내부 단부에 인접한 퍼니스 내부와 유체 소통하는 출구를 갖는다. 복수개의 연료 도관은 복수개의 산화제 도관과 이격 관계에 있다.
이러한 방법은 퍼니스 내부에서 연료 및 산화제를 혼합하는 단계, 및 연료 및 산화제를 반응시켜 복수개의 화염 부분을 형성하는 단계를 더 포함한다.
이러한 방법은 복수개의 화염 부분으로부터 복수개의 반응 챔버에 열을 전달하는 단계를 더 포함하며, 여기서 복수개의 반응 챔버는 퍼니스의 제1의 내부 단부로부터 퍼니스의 제2의 내부 단부로 횡단한다. 복수개의 반응 챔버는 복수개의 산화제 도관과 이격 관계에 있으며 복수개의 연료 도관과 이격 관계에 있는 단부 부분을 갖는다.
이러한 방법은 퍼니스의 제1의 내부 단부로부터 퍼니스의 제2의 내부 단부까지의 평균 거리의 30%에서의 혼합된 수평 투사된 난류 자유 분출 면적을, 제1의 내부 단부의 수평 투사된 면적의 10% 내지 105% 또는 90% 내지 105% 또는 90% 내지 104%로 감소시키는 것을 더 포함한다.
또한, 본 발명은 퍼니스내에서 교정된 화염을 생성하기 위한 퍼니스에 관한 것이다. 이러한 퍼니스는 수평 투사된 면적을 갖는 제1의 내부 단부 및, 제1의 내부 단부에 대향하는 제2의 내부 단부를 포함한다.
이러한 퍼니스는 제1의 내부 단부에 인접한 복수개의 산화제 도관을 더 포함하며, 여기서 복수개의 산화제 도관 각각은 퍼니스 내부와 유체 소통하는 출구를 갖는다. 복수개의 산화제 도관 출구는, 제1의 내부 단부로부터 제2의 내부 단부까지의 평균 거리의 30%에서의 혼합된 수평 투사된 난류 자유 분출 면적을 구획한다. 제1의 내부 단부로부터 제2의 내부 단부까지의 평균 거리의 30%에서의 혼합된 수평 투사된 난류 자유 분출 면적은 제1의 내부 단부의 수평 투사된 면적의 10% 내지 105% 또는 90% 내지 105% 또는 90% 내지 104%가 된다.
이러한 퍼니스는 제1의 내부 단부에 인접한 복수개의 연료 도관을 더 포함한다. 복수개의 연료 도관 각각은 퍼니스 내부와 유체 소통하는 출구를 갖는다. 복수개의 연료 도관은 복수개의 산화제 도관과 이격 관계에 있다.
이러한 퍼니스는 제1의 내부 단부로부터 제2의 내부 단부로 횡단하는 복수개의 세장형 반응 챔버(elongated reaction chamber)를 더 포함한다. 복수개의 세장형 반응 챔버는 복수개의 산화제 도관과 이격 관계에 있고 복수개의 연료 도관과 이격 관계에 있는 단부 부분을 갖는다.
본 발명의 구체예에서, 퍼니스는 제1의 내부 단부로부터 제2의 내부 단부까지의 평균 거리의 30%에서의 혼합된 수평 투사된 자유 분출 면적을 감소시키는 수단을 임의로 포함할 수 있다.
발명의 상세한 설명
본 발명의 구체예에서, 본 발명은 퍼니스에서 교정된 화염을 생성하는 방법에 관한 것이다. 퍼니스(1)의 횡단면이 예시되어 있는 도 3을 살펴보면, 본 발명의 방법은 산화제를 복수개의 산화제 도관(11)에 투입하는 것을 포함한다. 이러한 산화제는 산소를 포함하며, 연료 및/또는 연소 생성물을 추가로 포함할 수 있다. 산화제는 공기가 될 수 있다. 산화제는 10 부피% 이상의 산소를 포함할 수 있다. 산화제는 예비연소기내에서 연료와 공기의 예비연소로부터 형성될 수 있으며, 산화제 도관을 통하여 유입될 수 있다. 산화제는 상온이 될 수 있거나 또는, 상온보다 높은 온도로 가열될 수 있다.
산화제 도관(11)은 퍼니스(1)의 내부와 유체 소통하는 출구(12)를 포함하며, 여기서 출구(12)는 퍼니스(1)의 내부 단부(50)과 인접한다. 산화제 출구(12)는 내부 단부(50)와 동일면상에 위치할 수 있다. 도 3에 도시한 바와 같이, 퍼니스(1)는 내부 단부(50)와 대향하는 내부 단부(60)를 갖는다. 내부 단부는 퍼니스 벽면의 내부면을 특징으로 한다. 산화제 도관(11)은 유사한 기하구조 또는 상이한 기하구조를 가질 수 있다. 산화제 출구(12)는 유사한 단면적 또는 상이한 단면적을 가질 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 하향 연소 퍼니스에 대한 내부 단부(50)는 천장부 또는 퍼니스의 상부 단부가 되거나 또는, 내부 단부(60)는 퍼니스의 바닥부 또는 하부 단부가 된다. 평편한 표면으로서 도시하기는 하였으나, 내부 단부(50)는 경사를 이루거나 또는 만곡될 수 있다.
도 3에 도시한 구체예에서, 산화제는 실질적으로 수직 하향인 퍼니스에 투입된다. 이러한 개시의 경우, 실질적으로 수직 하향이라는 것은 수직으로부터 10° 이내를 의미한다.
도 4의 퍼니스(1)의 평면도로 도시한 바와 같이, 내부 단부(50)는 직사각형의 음영으로 표시한 부위로 나타낸 수평 투사된 면적(71)을 갖는다. 수평 투사된 부위는 수평면에 대한 법선 방향의 수평면으로 투사된다. 내부 단부(50)가 편평한 표면이 아닌, 예를 들면 경사를 이루거나 만곡된 표면인 경우, 표면은 또한 수평면에 투사되어 수평 투사된 면적을 형성할 수 있다. 통상적으로, 공업적 규격의 개질기는 46.5 m2 (500 ft2) 내지 464.5 m2 (5,000 ft2) 사이의 임의의 부위에서의 수평 투사된 면적을 포함할 수 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 각각의 산화제 출구(12)는 내부 단부(50)로부터 내부 단부(60)까지의 평균 거리의 30%에서 수평 투사된 난류 자유 분출 면적(85)을 구획한다. 이에 더하여, 이들 수평 투사된 난류 자유 분출 면적(85)은 혼합된 수평 투사된 난류 자유 분출 면적을 나타낸다. 수평 투사된 자유 분출 면적은 평면에서의 분출의 단면적과 관련되어 있다.
난류 자유 분출 면적은 수학식
Figure 112006080366654-PAT00001
에 의하여 정의된 이론치이며, 여기서
Figure 112006080366654-PAT00002
이다.
D0는 산화제 출구(12)의 직경이며, 통상적으로 0.203 m (8 in) 내지 0.508 m (20 in) 중 어느 것이나 가능하다. 출구의 직경 D0이 원형이 아닌 경우, 유체역학 직경(hydraulic diameter)을 사용한다. 길이 L에서의 투사된 면적을 계산한다. 본 발명의 개시를 위하여, L은 내부 단부(50)로부터 내부 단부(60)까지의 총 거리의 30%에서 평가하며, 도 3에서 총 거리는 효과적으로 상기 노출된 반응 챔버(80) 길이 또는 이른바 가열된 길이가 된다. 내부 단부(50)로부터 내부 단부(60)까지의 총 거리에서 돌출부, 예를 들면 터널(122) 및/또는 버너 타일 연장부(도시하지 않음)는 제외한다. 통상적으로, 반응 챔버 길이는 6.1 m (20 ft) 내지 15.24 m (50 ft) 중 어느 것이나 가능하다. 내부 단부(50)와 내부 단부(60) 사이의 거리가 변동되는 경우, 평균 거리를 사용한다. θ는 반속도 한계에 의한 총 경사각으로서 정의되는 난류 자유 분출 확산 각이며, 여기서 분출 축상 속도는 분출 축에서의 국소 최대치의 절반으로 감소된다. 이러한 각은 20°[Perry's Chemical Engineering Handbook, 6th edition, p. 5-22] 내지 24°[F.W. White, Viscous Fluid Flow, McGraw Hill, New York, 1974, p. 509] 사이의 값을 갖는다. 본 개시의 경우, θ는 22°가 된다. 상기에서 정의한 바와 같이, 난류 자유 분출 면적은 산화제 도관 및 퍼니스의 물리적 기하구조에 기초한다.
혼합된 수평 투사된 난류 자유 분출 면적은 각각의 난류 자유 분출 면적 계산치의 단순합이다. 여기서 각각의 자유 분출 면적의 중첩은 고려하지 않는다. 이와 같은 계산 방법에 의하여, 혼합된 수평 투사된 난류 자유 분출 면적은 퍼니스의 단면적보다 더 클 수 있다.
도 3을 다시 살펴 보면, 본 발명의 방법은 연료를 복수개의 연료 도관(21)에 투입하는 것을 포함한다. 연료는 증기 메탄 개질기 및/또는 에틸렌 분해 퍼니스에 대하여 당업계에서 공지된 임의의 연료가 될 수 있다. 연료는 메탄, 천연 가스, 정제 연료 가스, PSA 오프 가스, 개질기 테일 가스 및 기타의 경질 탄화수소 중 1 이상을 포함할 수 있다. 도 3에 도시한 바와 같이, 적어도 일부의 연료를 산화제와는 별도로 퍼니스에 투입한다. 이를 종종 단계적 연료 주입으로 지칭하며, 에어 프로덕츠 앤 케미칼스, 인코포레이티드에게 모두 양도된 미국 특허 제6,773,256호 및 동제6,866,503호에 개시된 바와 같은 퍼니스로부터 NOx 배출을 감소시키는데 효과적일 수 있다.
복수개의 연료 도관(21)은 단일의 산화제 도관(11)과 연결될 수 있다. 연료 도관(21)은 퍼니스(1)의 내부와 유체 소통하는 출구(22)를 가지며, 여기서 출구(22)는 퍼니스(1)의 내부 단부(50)에 인접한다. 연료 도관 출구(22)는 내부 단부(50)와 동일면상에 위치할 수 있거나 또는, 연료 도관(21)은 출구(22)가 산화제 출구(12)의 하류가 되도록 퍼니스로 연장될 수 있다. 연료 도관(21)은 유사한 기하구조 또는 상이한 기하구조를 지닐 수 있다. 연료 출구(22)는 유사한 단면적 또는 상이한 단면적을 지닐 수 있다. 연료 출구(22)는 미국 특허 제6,866,503호에 기재된 바와 같은 특수한 횡단면을 가질 수 있다.
복수의 연료 도관(21)으로부터의 연료 및 복수의 산화제 도관(11)으로부터의 산화제를 퍼니스의 내부에서 혼합하고, 반응시켜 복수개의 화염 부분(30)을 형성한다. 일부의 연료 및 산화제를 예비혼합하고, 이를 산화제 도관(11)을 통하여 투입하면서, 적어도 일부의 연료 및 산화제를 퍼니스 내부에서 혼합하여 이른바 단계적 연료 주입을 사용한다.
복수의 화염 부분(30)으로부터의 열을 복수의 세장형 반응 챔버(80)에 전달한다. 증기 메탄 개질기의 경우, 반응 챔버(80)는 개질 촉매로 적어도 부분적으로 충전된다. 에틸렌 분해 퍼니스의 경우, 반응 챔버(80)는 에틸렌 분해 촉매로 적어도 부분적으로 충전되거나 또는 충전되지 않을 수 있다. 적절한 개질 또는 에틸렌 분해 촉매는 통상의 것으로서, 당업계에 공지되어 있다. 반응 챔버(80)는 내부 단부(50)로부터 내부 단부(60)로 퍼니스를 관통한다. 반응 챔버(80)는 복수의 산화제 도관(11) 및 연료 도관(21)과 이격 관계에 있다. 공정 가스는 퍼니스내의 연소 가 스의 우세한 흐름에 대하여 병류로 또는 역류로 반응 챔버(80)에서 흐를 수 있다.
본 발명자들은 퍼니스 가스를 순환시키는데 충분한 공간이 제공되지 않을 경우, 특히 종횡비가 0.8보다 큰 퍼니스의 경우 퍼니스(1)내의 화염이 편향되거나 및/또는 불안정할 수 있다는 사실을 발견하였다. 불안정하고 편향된 화염은 다른 반응 챔버(80)에 대하여 일부의 반응 챔버(80)를 불균일하게 가열할 수 있다.
일반적으로, 내부 단부(50)의 폭 및 길이는 각각 퍼니스의 폭 및 길이와 동일하다. 이러한 개시를 위하여, 퍼니스의 종횡비는 내부 단부(50)의 종횡비로 정의된다. 내부 단부(50)의 종횡비(퍼니스 종횡비)는 열 길이 치수(퍼니스 내부 치수)에 대한 퍼니스 폭 치수의 비이다. 열 길이는 1차열 방향에 관한 것이며, 폭은 2차열 방향에 관한 것이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 산화제 도관(11)은 1차열 및 2차열에서 정렬될 수 있다. 반응 챔버(80)는 또한 1차열 및 2차열에서 정렬될 수 있다. 반응 챔버(80)의 1차열은 조밀 이격된 열에 해당한다. 도 6에 도시한 바와 같이, 라인 E-E는 반응 챔버(80)의 1차열을 통과한다. 산화제 도관(11)의 1차열은 구조 내성 범위내에서 반응 챔버(80)의 1차열에 평행하게 정렬된다. 예를 들면, 라인 D-D는 산화제 도관(11)의 1차열을 통과한다. 2차열은 구조 내성 범위내에서 반응 챔버(80)의 1차열에 수직으로 정렬된다. 예를 들면, 라인 A-A는 산화제 도관의 2차열을 통과한다.
통상의 버너 설치 및 저 NOx 버너 설치에 관한 고찰을 하기 표 1에 요약하였다. 하기 표 1에는 4 종의 상이한 퍼니스가 기재되어 있다. 유형 1 및 2는 동일한 퍼니스이다. 정규화된 반응 챔버 길이는 유형 1의 퍼니스의 반응 챔버 길이로 정규화된 반응 챔버 길이이다. 유형 1, 2 및 5는 종횡비가 0.8보다 더 큰 커다란 퍼니스 종횡비를 갖는 퍼니스에 관한 것이며, 유형 3 및 4는 종횡비가 0.8 미만인 더 작은 퍼니스 종횡비를 갖는 퍼니스에 관한 것이다. 유형 1 내지 4는 단계적 연료 주입을 실시하는 퍼니스에 관한 것인 반면, 유형 5는 단계적 연료 주입을 실시하지 않는 퍼니스에 관한 것이다. 하기 표 1에서 "30%에서의 면적비"는 퍼니스의 제1의 내부 단부로부터 퍼니스의 제2의 내부 단부까지의 평균 거리의 30%에서의 혼합된 수평 투사된 난류 자유 분출 면적을 내부 단부(50)의 수평 투사된 면적으로 나눈 계산치이다.
유형 3 및 유형 4에 대한 결과는 30%에서의 면적비가 0.8 미만인 종횡비를 갖는 퍼니스에 대하여서는 그리 중요하지 않다는 것을 시사하는데, 이는 반응 챔버상에서의 화염 충돌이 127% 및 130%의 면적비에 대하여서는 관찰되지 않기 때문이다.
유형 5에 대한 결과는 30%에서의 면적비가 0.8보다 큰 퍼니스 종횡비를 갖는 단계적 연료 주입을 실시하지 않은 퍼니스에 대하여서는 그리 중요하지 않다는 것을 시사하는데, 이는 반응 챔버상에서의 화염 충돌이 128%의 면적비에 대하여서는 관찰되지 않기 때문이다.
그러나, 유형 1 및 유형 2는 중요한 결론을 예시한다. 유형 1 및 유형 2는 퍼니스 종횡비가 0.8보다 크며 단계적 연료 주입을 실시하는 버너를 사용하는 퍼니스에 관한 것이다. 30%에서의 면적비가 108%인 유형 1에서는 반응 챔버상에서의 화 염 충돌이 관찰된 반면, 30%에서의 면적비가 104%인 유형 2에서는 반응 챔버상에서의 화염 충돌이 관찰되지 않았다.
유형 2는 유형 1과 상이한데, 이는 5 개의 미사용 산화제 도관(이하에서 추가로 설명함)의 결과로서 30%에서의 면적비가 감소되었기 때문이다. 미사용 산화제 도관과 관련된 연료 도관을 또한 사용하였다.
이러한 결과는 종횡비가 0.8보다 큰 퍼니스 및, 단계적 연료 주입을 실시하는 버너의 경우, 반응 챔버(80)상에서의 화염 충돌은 30%에서의 면적비가 약 104% 또는 그 미만인 경우 배제될 수 있다는 점을 시사한다.
유형 1 2 3 4 5
산화제 출구 직경(m) 0.318 0.318 0.305 0.363 0.426
정규화된 반응 챔버 길이 1 1 0.79 0.97 1.03
퍼니스 종횡비 (열의 길이에 대한 폭) 1.3 1.3 0.3 0.6 1.3
단계적 연료 주입 실시함 실시함 실시함 실시함 실시하지 않음
30%에서이 면적비 108% 104% 127% 130% 128%
반응 챔버상에서의 화염 충돌 있음 없음 없음 없음 없음
본 발명의 구체예에 의하면, 내부 단부(50)로부터 내부 단부(60)까지의 평균 거리의 30%에서의 혼합된 수평 투사된 난류 자유 분출 면적은 내부 단부(50)의 수평 투사된 면적의 10% 내지 105%로 감소된다. 내부 단부(50)로부터 내부 단부(60)까지의 평균 거리의 30%에서의 혼합된 수평 투사된 난류 자유 분출 면적은 내부 단부(50)의 수평 투사된 면적의 90% 내지 105% 또는 90% 내지 104%로 감소된다.
내부 단부(50)로부터 내부 단부(60)까지의 평균 거리의 30%에서 수평 투사된 난류 자유 분출 면적을 감소시킴으로써, 퍼니스 가스를 순환시키는데 충분한 공간이 제공되어 화염을 교정하고, 반응 챔버(80)의 더 균일한 가열을 제공하게 된다.
내부 단부(50)로부터 내부 단부(60)까지의 평균 거리의 30%에서 수평 투사된 자유 분출 면적은 임의의 수단에 의하여 감소될 수 있다. 이는 복수개의 산화제 도관(11)중 1 이상에 산화제 투입을 중지함으로써 감소될 수 있다. 산화제 투입을 실질적으로 또는 완전히 종결시키는 경우 미사용 산화제 도관이 형성된다. 생성된 공기 분출은 내부 단부(50)로부터 내부 단부(60)까지의 평균 거리의 10%를 투과하기에 충분한 모멘텀이 결여되어 있는 경우 산화제의 투입은 실질적으로 중지된다. 혼합된 수평 투사된 난류 자유 분출 면적에 대한 기여는 미사용 산화제 도관의 경우 0이 된다. 미사용 산화제 도관에 연결되거나 및/또는 이에 인접한 연료 도관(21)에 연료를 투입하는 것을 중지할 수 있다.
복수의 산화제 도관으로의 산화제의 투입을 중지시켜 내부 단부(50)로부터 내부 단부(60)까지의 평균 거리의 30%에서의 혼합된 수평 투사된 난류 자유 분출 면적을 감소시킬 수 있다. 본 발명자들은 미사용 산화제 도관을 공통의 2차열에 배치할 경우 더욱 이로운 결과를 얻을 수 있다는 사실을 발견하였다. 도 6은 3 개의 미사용 산화제 도관(14) 및 연결된 미사용 연료 도관(24)을 갖는 예를 도시한다. 미사용 산화제 도관은 공통의 2차열에 배치되는 것으로 도시되어 있다.
유형 1 및 유형 2는 미사용 산화제 도관의 바람직한 영향을 예시한다. 유형 2에서, 2차열에서의 5 종의 산화제 도관이 퍼니스의 중앙에서는 사용되지 않았다. 퍼니스의 바닥 부근의 튜브 벽면 온도는 광학 고온계를 사용하여 반응 챔버 각각에 대하여 측정하였다. 반응 챔버 벽면 온도에 대한 전체 표준 편차는 유형 1 및 유형 2에 대하여 각각 51℉ 및 34℉이었다.
내부 단부(50)로부터 내부 단부(60)까지의 평균 거리의 30%에서의 혼합된 수평 투사된 자유 분출 면적을 감소시키기 위한 또다른 수단은 복수개의 산화제 도관 출구중 하나 이상의 단면적을 감소시키기 위한 것이다. 이는 산화제 도관 출구의 단면적의 감소가 내부 단부(50)로부터 내부 단부(60)까지의 평균 거리의 30%에서의 혼합된 수평 투사된 난류 자유 분출 면적에 영향을 미치는 수평 투사된 난류 자유 분출 면적의 계산으로부터 명백하다. 산화제 출구 단면적은 예를 들면 내화재 또는 세라믹 슬리이브를 추가함으로써 감소될 수 있다. 슬리이브는 산화제 도관내에 꼭 맞도록 디자인된 튜브형 부품 또는 부싱(bushing)이 될 수 있다. 도 7에는 끼워맞춘 슬리이브(15)를 갖는 3 개의 산화제 도관이 예시되어 있다.
내부 단부(50)로부터 내부 단부(60)까지의 평균 거리의 30%에서의 혼합된 수평 투사된 자유 분출 면적을 감소시키기 위한 또다른 수단은 버너 타일중 1 이상을, 더 작은 직경의 산화제 도관 출구를 갖는 버너 타일로 교체하기 위한 것이다.
또한, 본 발명자들은 화염 교정이 연료의 투입 각도에 의하여 영향을 받을 수 있다는 사실을 발견하였다. 도 8에 도시한 바와 같은 본 발명의 구체예에서, 본 발명의 방법은 상기 연결된 산화제 도관(11)의 중앙선을 향한 각도로 복수개의 연료 도관(21)중 1 이상으로부터 연료를 퍼니스에 투입하는 것을 더 포함한다. 이러한 각도는 수직으로부터 1° 내지 90°, 또는 수직으로부터 15° 내지 60°, 또는 수직으로부터 25° 내지 60°, 또는 수직으로부터 25° 내지 45°가 될 수 있다.
연결된 산화제 도관 중앙선을 향하여 각을 형성한 4개 내지 10개의 연료 랜스(lance)를 사용하여 컴퓨터 유체 역학 모의 실험을 실시하였다. 이러한 모의 실험에 의하면 연료를 각을 형성하여 투입함으로써 내부 단부(50)의 수평 투사된 면적에 비하여 내부 단부(50)로부터 내부 단부(60)까지의 평균 거리의 30%에서 더 큰 혼합된 수평 투사된 자유 분출 면적이 가능하게 될 수 있다는 것을 시사한다. 인접한 연결된 공기 분출에 대하여 각을 형성하는 것은 산화제 도관의 유효 직경을 감소시키게 되어 내부 단부(50)의 수평 투사된 면적에 비하여 난류 자유 분출의 더 큰 수평 투사된 면적을 가능케 한다.
본 발명의 또다른 구체예에서, 본 발명은 퍼니스내에서 교정된 화염을 생성하기 위한 퍼니스에 관한 것이다. 이러한 퍼니스는 당업계에 공지된 방법에 의하여 구조될 수 있다. 퍼니스(1)를 통한 횡단면을 예시하는 도 3을 살펴보면, 본 발명의 퍼니스는 복수개의 산화제 도관(11)을 더 포함한다. 복수개의 산화제 도관(11)은 1차열 및 2차열에 정렬될 수 있다. 산화제 도관(11)은 퍼니스(1)의 내부와 유체 소통하는 출구(12)를 가지며, 여기서 출구(12)는 퍼니스(1)의 내부 단부(50)와 인접하게 된다. 도 3에 도시한 바와 같이, 퍼니스(1)는 내부 단부(50)와 대향하는 내부 단부(60)를 갖는다. 퍼니스(1)는 내부 단부(50)를 내부 단부(60)에 연결하는 1 이상의 내부면을 포함하여 퍼니스 내부를 형성할 수 있다. 산화제 도관(11)은 유사한 기하구조 또는 상이한 기하구조를 지닐 수 있다. 산화제 출구(12)는 유사한 단면적 또는 상이한 단면적을 지닐 수 있다.
도 4의 퍼니스(1)의 평면도에서 도시한 바와 같이, 내부 단부(50)는 직사각형의 음영으로 표시한 부위로 나타낸 수평 투사된 면적(71)을 포함한다. 수평 투사된 면적은 수평면에 대한 법선 방향으로 수평면상에 투사된 면적이다. 내부 단부(50)가 평면이 아닌 경우, 예를 들면 경사를 이루거나 또는 만곡된 표면인 경우, 표면은 수평면에 투사되어 수평 투사된 면적을 산출할 수 있다. 내부 단부(50)는 종횡비가 0.8보다 클 수 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 각각의 산화제 출구(12)는 내부 단부(50)로부터 내부 단부(60)까지의 평균 거리의 30%에서의 혼합된 수평 투사된 자유 분출 면적(85)을 구획한다. 이에 더하여, 이들 수평 투사된 난류 자유 분출 면적(85)은 혼합된 수평 투사된 난류 자유 분출 면적을 나타낸다.
도 3을 다시 살펴 보면, 본 발명의 퍼니스는 복수개의 연료 도관(21)을 포함한다. 도 3에 도시한 바와 같이, 연료 도관(21)은 산화제 도관(11)과 이격 관계에 있다. 별도의 연료 도관을 종종 단계적 연료 주입 랜스로 지칭하며, 이러한 단계적 연료 주입 기법은 상기에서 언급한 바와 같이 퍼니스로부터의 NOx 배출을 감소시키는데 효과적일 수 있다.
복수개의 연료 도관(21)은 단일의 산화제 도관(11)과 연결될 수 있다. 연료 도관(21)의 갯수는 산화제 도관(11)의 갯수보다 4 배 이상 더 클 수 있다. 또는, 도 4에 도시한 바와 같이, 연료 도관(21)의 갯수는 산화제 도관(11)의 갯수보다 10 배 이상 더 클 수 있다. 연료 도관(21)은 퍼니스(1)의 내부와 유체 소통하는 출구(22)를 지니며, 여기서 출구(22)는 퍼니스(1)의 내부 단부(50)에 인접한다. 연료 도관 출구(22)는 내부 단부(50)와 동일면상에 있을 수 있거나 또는 연료 도관(21)은 출구(22)가 산화제 출구(12)의 하류에 존재하도록 퍼니스로 연장될 수 있다. 연료 도관(21)은 유사한 기하구조 또는 상이한 기하구조를 가질 수 있다. 연료 도관(22)은 미국 특허 제6,866,503호에 기재한 바와 같은 특수한 단면을 지닐 수 있다.
도 8에 도시한 바와 같은 본 발명의 구체예에서, 연료 도관(21)은 연결된 산화제 도관(11) 중앙선을 향하여 각도를 이룰 수 있다. 각도는 수직으로부터 1° 내지 90°, 또는 수직으로부터 15° 내지 60°, 또는 수직으로부터 25° 내지 60°, 또는 수직으로부터 25° 내지 45°가 될 수 있다.
산화제 도관(11) 및 연료 도관(21)은 내화성 소재로 이루어질 수 있는 버너 타일 또는 블록으로 형성될 수 있다.
퍼니스는 복수개의 반응 챔버(80)를 더 포함할 수 있다. 증기 메탄 개질기의 경우, 반응 챔버(80)는 개질 촉매로 적어도 부분적으로 충전될 수 있다. 에틸렌 분해 퍼니스의 경우, 반응 챔버(80)는 에틸렌 분해 촉매로 적어도 부분적으로 충전될 수 있거나 또는 충전되지 않을 수 있다. 적절한 개질 또는 에틸렌 분해 촉매는 통상의 것이며, 이는 당업계에서 공지되어 있다. 반응 챔버(80)는 내부 단부(50)로부터 내부 단부(60)로 횡단한다. 반응 챔버(80)는 복수개의 산화제 도관(11) 및 연료 도관(21)에 대하여 이격 관계에 있는 단부 부분(81)을 갖는다.
본 발명의 구체예에 의하면, 퍼니스(1)는 내부 단부(50)로부터 내부 단부(60)까지의 평균 거리의 30%에서의 혼합된 수평 투사된 난류 자유 분출 면적이 내부 단부(50)의 수평 투사된 면적의 10% 내지 105%인 퍼니스(1)가 제공된다. 내부 단부(50)로부터 내부 단부(60)까지의 평균 거리의 30%에서의 혼합된 수평 투사된 난류 자유 분출 면적은 내부 단부(50)의 수평 투사된 면적의 90% 내지 105%, 또는 90% 내지 104%가 될 수 있다.
퍼니스는 내부 단부(50)의 수평 투사된 면적의 10% 내지 105%, 또는 90% 내지 105%, 또는 90% 내지 104%인 내부 단부(50)로부터 내부 단부(60)까지의 평균 거리의 30%에서의 혼합된 수평 투사된 난류 자유 분출 면적으로 설계 및 구조될 수 있다. 또는, 내부 단부(50)의 수평 투사된 면적의 10% 내지 105%, 또는 90% 내지 105%, 또는 90% 내지 104%인 내부 단부(50)로부터 내부 단부(60)까지의 평균 거리의 30%에서의 혼합된 수평 투사된 난류 자유 분출 면적을 갖도록 퍼니스를 변형시킬 수 있다.
변형된 퍼니스는 내부 단부(50)로부터 내부 단부(60)까지의 평균 거리의 30%에서의 혼합된 수평 투사된 난류 자유 분출 면적을 감소시키기 위한 수단을 포함할 수 있다. 혼합 수평 투사된 난류 자유 분출 면적을 감소시키기 위한 수단은 1 이상의 미사용 산화제 도관을 포함할 수 있다. 혼합 수평 투사된 난류 자유 분출 면적을 감소시키기 위한 수단은 2 이상의 미사용 산화제 도관을 포함할 수 있다. 이러한 경우, 2 이상의 미사용 산화제 도관은 공통의 2차열에 배치될 수 있다.
혼합 수평 투사된 난류 자유 분출 면적을 감소시키기 위한 수단은 복수개의 산화제 도관중 1 이상의 것의 출구의 단면적을 감소시키기 위한 수단을 포함할 수 있다. 산화제 출구 단면적은 예를 들면 내화성 또는 세라믹 슬리이브를 추가하여 감소될 수 있다. 슬리이브는 산화제 도관내에 꼭 맞도록 설계된 튜브형 부품 또는 부싱이 될 수 있다. 도 7은 슬리이브(15)와 꼭 맞는 3 개의 산화제 도관을 예시한다.
내부 단부(50)로부터 내부 단부(60)까지의 평균 거리의 30%에서의 혼합된 수평 투사된 난류 자유 분출 면적을 감소하기 위한 또다른 수단은 버너 타일의 1 이상을 더 작은 직경의 산화제 도관 출구를 갖는 버너 타일과 교체하기 위한 것이다.
본 명세서에서 특정의 구체예에 관하여 예시 및 설명하기는 하였으나, 그럼에도 불구하고, 본 발명은 제시한 상세한 설명으로 한정시키고자 하는 것이 아니다. 그 보다는, 각종의 수정예는 본 발명의 정신에서 벗어남이 없이 청구의 범위의 균등 범위 및 영역내에서 상세하게 이루어질 수 있다.
본 발명의 방법에 의하면 적어도 일부의 연료를 산화제와는 별도로 퍼니스에 투입하여 퍼니스로부터 NOx 배출을 감소시키는데 효과적이다. 또한, 각을 형성하여 연료를 투입함으로써 제1의 내부 단부의 수평 투사된 면적에 비하여 제1의 내부 단부로부터 제2의 내부 단부까지의 평균 거리의 30%에서 더 큰 혼합된 수평 투사된 자유 분출 면적이 가능하게 될 수 있으며, 인접하게 연결된 공기 분출에 대하여 각을 형성하는 것은 산화제 도관의 유효 직경을 감소시키게 되어 내부 단부의 수평 투사된 면적에 비하여 난류 자유 분출의 더 큰 수평 투사된 면적을 가능케 한다.

Claims (20)

  1. 산화제를 복수개의 산화제 도관에 투입하는 단계로서, 복수개의 산화제 도관 각각은 퍼니스의 제1의 내부 단부에 인접한 퍼니스 내부와 유체 소통하는 출구를 가지며, 퍼니스의 제1의 내부 단부는 수평 투사된 면적을 가지며, 복수개의 산화제 도관 출구는 퍼니스의 제1의 내부 단부로부터 퍼니스의 제2의 내부 단부까지의 평균 거리의 30%에서의 혼합된 수평 투사된 난류 자유 분출 면적을 구획하며, 퍼니스의 제2의 내부 단부는 퍼니스의 제1의 내부 단부와 대향하는 것인 단계;
    연료를 복수개의 연료 도관에 투입하는 단계로서, 복수개의 연료 도관 각각은 퍼니스의 제1의 내부 단부에 인접한 퍼니스 내부와 유체 소통하는 출구를 가지며, 복수개의 연료 도관은 복수개의 산화제 도관과 이격 관계에 있는 것인 단계;
    연료 및 산화제를 퍼니스 내부에서 혼합하는 단계;
    연료 및 산화제를 반응시켜 복수개의 화염 부분을 형성하는 단계;
    복수개의 화염 부분으로부터 복수개의 반응 챔버로 열을 전달하는 단계로서, 복수개의 반응 챔버는 퍼니스의 제1의 내부 단부로부터 퍼니스의 제2의 내부 단부로 횡단하며, 상기 복수개의 반응 챔버는 복수개의 산화제 도관과 이격 관계에 있고 복수개의 연료 도관과 이격 관계에 있는 단부 부분을 갖는 것인 단계; 및
    퍼니스의 제1의 내부 단부로부터 퍼니스의 제2의 내부 단부까지의 평균 거리의 30%에서의 혼합된 수평 투사된 난류 자유 분출 면적을 제1의 내부 단부의 수평 투사된 면적의 10% 내지 105%로 감소시키는 단계
    를 포함하는, 퍼니스(furnace)내에서 교정된 화염을 생성하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 퍼니스의 제1의 내부 단부로부터 퍼니스의 제2의 내부 단부까지의 평균 거리의 30%에서의 혼합된 수평 투사된 난류 자유 분출 면적은 제1의 내부 단부의 수평 투사된 면적의 90% 내지 105%로 감소시키는 것인 방법.
  3. 제1항에 있어서, 퍼니스의 제1의 내부 단부로부터 퍼니스의 제2의 내부 단부까지의 평균 거리의 30%에서의 혼합된 수평 투사된 난류 자유 분출 면적을 감소시키는 단계는 복수개의 산화제 도관중 1 이상에 산화제 투입을 중지하는 것을 포함하는 것인 방법.
  4. 제3항에 있어서, 산화제 투입이 중지된 복수개의 산화제 도관중 1 이상에 이웃하는 복수개의 연료 도관에 연료 투입을 중지하는 단계를 더 포함하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 퍼니스의 제1의 내부 단부로부터 퍼니스의 제2의 내부 단부까지의 평균 거리의 30%에서의 혼합된 수평 투사된 난류 자유 분출 면적을 감소시키는 단계는 복수개의 산화제 도관중 2 이상에 산화제 투입을 중지하는 것을 포함하는 것인 방법.
  6. 제5항에 있어서, 복수개의 산화제 도관중 2 이상은 공통의 2차열에 배치하는 것인 방법.
  7. 제1항에 있어서, 퍼니스의 제1의 내부 단부로부터 퍼니스의 제2의 내부 단부까지의 평균 거리의 30%에서의 혼합된 수평 투사된 난류 자유 분출 면적을 감소시키는 단계는 복수개의 산화제 도관 출구중 1 이상의 단면적을 감소시키는 것을 포함하는 것인 방법.
  8. 제1항에 있어서, 복수개의 산화제 도관중 1 이상으로부터 산화제를 퍼니스에 실질적인 수직으로 하향 투입하는 단계를 더 포함하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 이웃하는 산화제 도관 중앙선을 향하여 수직으로부터 25° 내지 60°의 각도로 복수개의 연료 도관중 1 이상으로부터 연료를 퍼니스에 투입하는 단계를 더 포함하는 방법.
  10. 수평 투사된 면적을 갖는 제1의 내부 단부;
    제1의 내부 단부에 대향하는 제2의 내부 단부;
    제1의 단부에 인접하는 복수개의 산화제 도관으로서, 복수개의 산화제 도관 각각은 퍼니스 내부와 유체 소통하는 출구를 가지며, 상기 복수개의 산화제 도관 출구는 제1의 내부 단부로부터 제2의 내부 단부까지의 평균 거리의 30%에서의 혼합된 수평 투사된 난류 자유 분출 면적을 구획하는 것인 복수개의 산화제 도관;
    제1의 내부 단부에 인접한 복수개의 연료 도관으로서, 복수개의 연료 도관 각각은 퍼니스 내부와 유체 소통하는 출구를 가지며, 상기 복수개의 연료 도관은 복수개의 산화제 도관과 이격 관계에 있는 것인 복수개의 연료 도관; 및
    제1의 내부 단부로부터 제2의 내부 단부로 횡단하며, 복수개의 산화제 도관과 이격 관계에 있으며 복수개의 연료 도관과 이격 관계에 있는 단부 부분을 갖는 복수개의 세장형 반응 챔버
    를 포함하며, 여기서 제1의 내부 단부로부터 제2의 내부 단부까지의 평균 거리의 30%에서의 혼합된 수평 투사된 난류 자유 분출 면적은 제1의 내부 단부의 수평 투사된 면적의 10% 내지 105%인 것인 퍼니스.
  11. 제10항에 있어서, 제1의 내부 단부로부터 제2의 내부 단부까지의 평균 거리의 30%에서의 혼합된 수평 투사된 난류 자유 분출 면적은 제1의 내부 단부의 수평 투사된 면적의 90% 내지 105%인 것인 퍼니스.
  12. 제10항에 있어서, 제1의 내부 단부는 종횡비가 0.8보다 큰 것인 퍼니스.
  13. 제10항에 있어서, 연료 도관의 갯수는 산화제 도관의 갯수보다 4 배 이상 더 큰 것인 퍼니스.
  14. 제10항에 있어서, 제1의 내부 단부로부터 제2의 내부 단부까지의 평균 거리 의 30%에서의 혼합된 수평 투사된 자유 분출 면적을 감소시키는 수단을 더 포함하는 퍼니스.
  15. 제14항에 있어서, 제1의 내부 단부로부터 제2의 내부 단부까지의 평균 거리의 30%에서의 혼합된 수평 투사된 자유 분출 면적을 감소시키는 수단은 복수개의 산화제 도관중 1 이상의 출구의 단면적을 감소시키는 수단을 포함하는 것인 퍼니스.
  16. 제10항에 있어서, 1 이상의 미사용 산화제 도관을 더 포함하는 퍼니스.
  17. 제10항에 있어서, 2 이상의 미사용 산화제 도관을 더 포함하는 퍼니스.
  18. 제17항에 있어서, 2 이상의 미사용 산화제 도관은 공통의 2차열에 배치되는 것인 퍼니스.
  19. 제10항에 있어서, 복수의 연료 도관중 1 이상은 이웃하는 산화제 도관 중앙선을 향하여 수직으로부터 25° 내지 60°의 각도를 형성하는 것인 퍼니스.
  20. 수평 투사된 면적을 갖고 종횡비가 0.8보다 큰 제1의 내부 단부;
    제1의 내부 단부와 대향하는 제2의 내부 단부;
    제1의 내부 단부에 인접한 복수개의 산화제 도관으로서, 복수개의 산화제 도관 각각은 퍼니스 내부와 유체 소통하는 출구를 가지며, 상기 복수개의 산화제 도관 출구는 제1의 내부 단부로부터 제2의 내부 단부까지의 평균 거리의 30%에서의 혼합된 수평 투사된 난류 자유 분출 면적을 구획하는 것인 복수개의 산화제 도관;
    제1의 내부 단부에 인접한 복수개의 연료 도관으로서, 복수개의 연료 도관 각각은 퍼니스 내부와 유체 소통하는 출구를 가지며, 복수개의 연료 도관은 복수개의 산화제 도관과 이격 관계에 있는 것인 복수개의 연료 도관; 및
    제1의 내부 단부로부터 제2의 내부 단부로 횡단하며, 복수개의 산화제 도관과 이격 관계에 있으며 복수개의 연료 도관과 이격 관계에 있는 단부 부분을 갖는 복수개의 세장형 반응 챔버
    를 포함하며, 여기서 제1의 내부 단부로부터 제2의 내부 단부까지의 평균 거리의 30%에서의 혼합된 수평 투사된 난류 자유 분출 면적은 제1의 내부 단부의 수평 투사된 면적의 90% 내지 104%인 것인 퍼니스.
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