KR20070095923A

KR20070095923A - 플레어 스택 연소방법 및 장치

Info

Publication number: KR20070095923A
Application number: KR1020077015153A
Authority: KR
Inventors: 마젠 엠. 마슈어; 라시드 칸
Original assignee: 사우디 아라비안 오일 컴퍼니
Priority date: 2004-12-02
Filing date: 2005-12-02
Publication date: 2007-10-01
Also published as: KR100895380B1; JP5340229B2; US20080145807A1; WO2006060687B1; AU2005311720B2; JP2010236856A; NO20072808L; EA014471B1; EP2256410A3; JP4575957B2; CN101111716B; AU2005311720A1; CA2588805A1; WO2006060687A2; CN101111716A; MX2007006520A; EP1825195A4; CA2588805C; CA2693621C; EA200701187A1

Abstract

고압 공기는 플레어 스택의 내부 주변의 고리에 장착되고 플레어 팁으로부터 소정 거리를 두게 배치되는 노즐들로부터 고속으로 유동하는 분사의 형태로 배출되고, 분사의 하류의 스택 벽의 부분은 대기가 유입될 수 있는 공기 통로를 갖도록 천공된다. 고속 공기 이동은 대기로부터 큰 부피의 공기가 스택으로 유입되어 플레임 구역으로 상승하게 하고, 이로 인해 플레임 구역에서 공기와 가스의 격렬한 혼합을 증진시키킨다. 완전 연소를 보장하기에 적절한 공기의 화학양론적 분량은 연료 가스 및/또는 해로운 화학품의 질량 유량의 변화를 측정하고 가압 공기 및/또는 대기의 소정의 분량이 플레어 팁으로 유입될 수 있도록 유량 제어 밸브를 대응되게 조절함으로써 결정된다. 코안다 이펙트 몸체는 대기를 갖는 공기 공급류와 가연성 성분의 혼합을 향상시키고 플레어 스택 상부에서 공기 흐름을 제어하는 금속 구성 요소 위쪽에서 플레임의 열을 높이도록 플레어 스택의 개방단에 인접하게 위치된다.

플레어 스택, 플레임 스택, 완전 연소, 노즐, 분사, 연소 방법, 연소 장치

Description

플레어 스택 연소방법 및 장치{Flare stack combustion method and apparatus}

본 발명은 대기중으로 방출되는 해로운 부산물 흐름(by-product streams)을 연소하는데 이용되는 향상된 대기 흐름(atmospheric air flow)을 갖는 플레어 스택의 구조 및 기능에 관한 것이다.

본 발명은 WO 02/086386호에 공개된 국제특허출원 PCT/US02/12433호에 기재된 장치 및 방법에 대한 개선점을 제공하며, 상기 국제특허출원은 본 명세서에 그 전체 기재사항이 참고문헌으로 포함된다.

일반적으로, 해로운 처리 부산물 흐름의 플레어링(flaring) 또는 플레어링 지원 개방 연소는 유독 가스와 증기를 환경으로 방출되는 덜 유해한 연소물로 산화시키고 변형시킨다. 혼합물이 플레어(flare) 또는 플레임(flame)을 형성하도록 연소 구역에서 연소되는 경우, 해로운 생성물과 연료의 혼합물은 플레어 선단으로 또는 스택 배출구로 올라가는 공급류(feedstream)를 형성하는 플레어 스택의 기부로 안내된다. 혼합물의 효과적이고 완전한 연소는 항상 얻어지는 것은 아니다. 처리공정이 적절하게 관리되지 않는다면, 이러한 처리공정에 의해 연기도 생성된다. 연기는 연소 처리가 불완전하고, 독성 또는 다른 해로운 처리물이 덜 유해한 형태 로 전환되지 않았음을 나타내는 표시가 될 수 있다. 연기는 또한 대기오염의 시각적 요소가 되며, 연기의 제거 또는 감소는 일관된 기능상 목표이다.

연기의 생성을 감소시키기 위하여, 플레어링 스택(flaring stack)과 결합되는 예비 압축 공기 및 스팀(steam) 시스템의 설비가 종래 기술에 공지되었다. 저압 공기 지원 시스템은 무연 기능(smokeless operation)에 필요한 공기 및 연료 혼합을 제공하도록 강제 공기(forced-air)를 사용한다. 통상적으로 플레어 스택의 바닥에 설치되는 송풍기(fan)는 필요한 연소 공기를 제공한다. 스팀 지원 플레어 시스템은, 무연 플레임을 생성하기 위하여 공기, 스팀 및 연료 가스가 서로 혼합되는 플레어 팁(flare tip)에서 연소 구역으로 스팀을 주입하는 데 스팀 링(steam ring) 및 노즐들을 사용한다. 종래 기술의 몇몇 시스템에서, 플레어링 스택 배럴(barrel)로부터 방출되는 가스에 의해 끌어 당겨지는 상승 기단(rising mass) 쪽으로 대기를 돌리기 위하여, 동심 베리어(concentric barrier) 또는 쉴드(shild)는 플레어 팁 또는 배출구(outlet)를 에워싼다.

플레어링에 대한 스팀 및 저압 공기 지원 시스템은, 양 시스템들이 해로운 부산물의 처리에 대한 선택적인 수단에 비하여, 일반적으로 효과적이고 상대적으로 경제적인 기술로서 고려되기 때문에 일반적으로 사용된다.

그러나, 이러한 종래 기술의 시스템들은 많은 단점 및 결함을 갖는다. 저압 공기 지원 시스템은 플레어 스택에 반드시 제공되어야 하는 적어도 하나의 송풍기에 대한 현저한 자본 지출을 필요로 한다. 일반적으로 스팀 지원 시스템은 상대적으로 높은 효용 조건 및 유지/교체 스케줄을 갖는 정밀한 제어장치를 필요로 한다. 연속적인 기능은 엄격한 유지 스케줄 및 파손되거나 중요한 수리가 필요한 경우 백업 시스템을 요구한다.

국제공개특허 WO 02/086386호에 개시된 이러한 종래 기술의 개선점은, 동심 쉴드와 플레어 스택 배출구의 외부 사이에 위치하는 매니폴드(manifold)에 배치되는 다수의 고압 공기 분사 노즐들이다. 쉴드의 인접 표면은 쉴드와 스택 사이의 공간 쪽으로의 대기의 흐름을 증진시키기 위해 천공된다. 사실상, 이러한 구조는 연기를 제거하거나 실질적으로 감소시키는데 효과적인 것으로 알려진다. 그러나, 스택의 상부에서 관련 구조는 지극히 고온의 연소 가스에 노출됨으로써 설비에 대한 사용 기간이 짧아지게 된다.

국제공개특허 WO 02/086386호에 개시된 종래 기술의 장치 및 방법을 갖는 기능 지식에 기초하면, 공급류 가스 성분들의 증진된 연소는 연기의 억제와 함께 얻어진다. 그러나, 격렬한 가스에서의 증대된 열의 집중은, 고압 및 저압 공기 분사 및 관련 파이프(piping) 뿐만 아니라 공급류의 가스 흐름 및 순환 공기 흐름을 제어하고 안내하는 데 이용되는 금속 요소의 수명을 줄이는 것으로 알려진다. 따라서, 플레어링 팁에서 금속 요소의 유효한 기능 수명을 연장하는 개선된 플레어링에 대한 장치 및 방법을 제공할 필요성이 존재한다.

본 발명의 목적은 플레어 팁의 요소 근처에서 고온의 격렬한 가스가 집중되는 것을 회피할 수 있는 플레어 스택의 기능이 개선된 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 공급류와의 적절한 혼합을 보장하는 가압된 공기 기 단과 해로운 화학품 성분과 화학양론적 요건을 기초로 한 연료의 완전 연소를 제어할 수 있는 제어수단을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 가장 높은 온도에서 연소되는 가스로의 노출을 최소화하기 위하여, 연소 구역이 쉴드 및 다른 관련 팁 요소의 위쪽으로 올라가도록 플레어링 스택을 구성하는 것이다.

본 발명의 다른 주요한 다른 목적은, 연기의 발생 없이 연료와 해로운 화학품의 효과적이고 완전한 연소를 촉진하는데 고도로 효과적일 수 있는 플레어 가스의 완전 연소를 증진시키고, 최소한의 유지 보수가 필요하며, 산업 플랜트 기능에서 예상될 수 있는 매일 매일의 기능 상태의 변화에 적합할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 현재 스택 배럴 및 공급류 성분 전달 시스템의 많은 수정 없이 현재의 플레어링 스택에 즉시 사용될 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

플레어링 스택 및 플레어 스택의 용어는 본 명세서에서 상호 교환 가능하게 사용된다. 본 명세서에서 사용되는 대기(atmospheric air)는 스택을 에워싸는 순환 공기(ambient air)를 의미하며, 고압 또는 저압 도관에 의해 가압되고 전달되는 공기 및/또는 노즐들로부터 방출되는 공기로부터 구별된다. 노즐들로 전달되는 가압 공기의 공급원은 노즐들의 기능에 간섭하는 것을 피하기 위하여 작용에 대해 제약받지 않는다.

상기 목적들 및 추가적인 이점들은 본 발명의 장치 및 방법에 의해 제공되며, 이러한 장치 및 방법은 하기의 신규 요소 및 기능들을 포함한다.

1. 기단 흐름 제어

본 발명의 일 양태에서, 연료 대 공기 비율을 제어하는 제어수단은, 연료와 해로운 화학품을 수용하는 공급류(feedstream)로 전달되는 최소 화학양론적(stoichiometric) 산소량을 제공함으로써, 플레어링 스택 팁에서 이들 성분들의 완전 연소를 보장하기 위하여 제공된다. 유량계(flow meter) 또는 다른 측정수단은, 플레어링 시스템에 제공되는 공기의 양이 공급류 성분의 완전 연소를 보장하는데 필요한 최소 화학양론적 분량보다 큰지 여부를 확인하기 위하여 제공된다. 바람직한 실시예에서, 유량계는 현재 기단(air mass) 흐름에 일치하는 신호, 가장 바람직하게는 디지털 신호를 생성한다. 유량계의 신호는 프로세서로 입력되며, 프로세서는 프로그램된 범용 컴퓨터가 될 수 있다. 처리된 신호가 충분한 산소의 양이 플레어링 구역으로 전달되었음을 나타내는 경우, 다른 신호가 흐름 제어수단으로 출력된다.

흐름 제어수단은 전기 신호, 예를 들어, 프로세서로부터의 신호에 반응하는 전자적으로 지시되는 제어기를 갖는 흐름 제어 밸브를 포함할 수 있다. 이러한 밸브 제어기 및 관련 밸브들은 관련 기술에 공지되어 있다.

본 실시예는 또한 공급류 성분의 완전 연소에 대한 화학양론적 산소 요건을 측정하는 분석수단을 포함하는 것이 바람직하다. 플레어 스택 공급류의 연료 및 해로운 화학 성분의 완전 연소를 야기할 수 있는 충분한 산소를 제공하는 공기의 최소 분량을 측정하기 위하여, 자동화된 분석수단은 해로운 물질을 태울 수 있는 공급류 성분의 완전 연소에 대한 화학양론적 산소 요건을 측정하도록 제공된다. 몇몇의 설비에 있어, 플레어 스택으로 공급될 수 있는 해로운 성분은 알려질 것이고 성분들의 분석적인 특성들은 측정될 수 있다. 분석의 결과는 프로그램으로 입력되고, 프로그램은 효과적인 조건하에서 요구되는 공기의 최소 분량을 제공하도록 선결된 신호를 밸브 제어기에 차례로 제공한다.

자동화된 분석수단은 대응하는 신호를 제공하도록 적절하게 프로그램된 범용 컴퓨터와 결합되어 이용되는 것이 가장 바람직하다. 적절한 분석장치들은 관련 기술에 공지되어 있고 상업적으로 이용가능하다.

특정의 바람직한 실시예에서, 플레어링 스택 공급류의 일정 샘플에 대한 화학양론적 산소 요건에 대응하는 신호는 저장되고 또한 효과적인 압력 및 온도 조건하에서 가압된 공기의 요구 분량을 허용하도록 측정되는 흐름 밸브 제어기로 전달된다.

본 발명의 다른 실시예에서, 장치는 플레어링 스택 쪽으로 고압 공기의 흐름을 직접 제어하고 또한 스택의 상부 말단에서 연소 구역 쪽으로 끌려지는 순환 대기의 양을 간접적으로 제어하도록 이용되는 기류 제어 밸브를 포함한다. 제어 밸브의 기능은 프로그램된 범용 컴퓨터로부터 수신되는 디지털 신호에 반응하여 자동화되는 것이 가장 바람직하다.

연소되는 해로운 화학 성분의 양에 관련된 실질적으로 안정 상태 조건에서 설비가 기능하는 경우에, 연료 및 해로운 화학 성분의 분석에 대한 필요성은 드물게, 예를 들어 한 달에 한번 정도 있을 수 있고, 분석 장비 및 흐름 제어 밸브 기능 수단의 일관된 기능이 확인되어야 한다.

스택 공급류의 성분이 변화하거나 현저히 변형될 수 있는 현장 작업시, 샘플링 및 눈금 검사(calibration check)가 더 큰 시간 간격을 두고 계획될 수 있다. 전체 설비의 기능에 연관된 덜 예측가능한 변수들에 의해 결정되는 공급류의 구성이 더 큰 빈도로 변화되는 것이 알려지거나 예상된다면, 자동화된 공급류의 샘플링은 미리 결정된 시간 간격에서 계획될 수 있다. 샘플 분석의 결과들은 관련 시스템 메모리 장치에 저장되고 그리고 공급되는 공기의 현재 부피와 비교되며; 어떤 조정이 결정되며 적절한 신호가 기류 제어 밸브에 대한 전자 제어기로 보내져 적절한 분량의 산소가 공급류와 혼합된다.

설비에서 기능 조건은 기단 및/또는 해로운 화학품의 움직임을 야기하는 경우, 더 빈번한 분석 시험이, 완전 연소 및 연기의 억제를 보장하는 연료 및 산소/공기의 적절한 화학양론적 분량들이 플레어링 시스템으로 도입되는 것을 보장하도록 요구된다. 이러한 기능 조건하에서, 분석 수단으로부터의 신호는 흐름 제어 밸브 설정을 작동시키기 위한 제어수단으로 차례로 보내지는 적절한 디지털 신호의 생성을 위하여 프로그램된 컴퓨터로 정기적으로 입력된다. 기구의 사용 및 제어에 대한 기술에 숙련된 당업자에게 명백할 수 있는 바와 같이, 상류 기능 조건에서의 움직임(fluctuation)은 공급류 성분의 구성을 측정하는 자동화된 샘플링 장치를 활성화하는 데 사용될 수 있다.

또한, 관련 기술의 당업자에게 명백할 수 있는 바와 같이, 스택으로 들어가는 공기의 부피 측정된 흐름(volumetric flow) 및/또는 압력의 변화는, 스택을 통하거나 스택의 외측과 스택 배출구에 인접하게 배치되는 쉴드의 내측 사이의 환형 공간 쪽에서 시스템으로 끌려지는 순환 공기의 부피의 변화를 야기할 것이다. 이들 부피 측정 흐름율 및 질량 흐름율은 잘 입증된 공식을 이용하여 산출될 수 있거나 통제 실험실 검사 또는 현장에서 실험적으로 결정될 수 있다. 순환 공기 온도, 습도 및 바람 상태와 같은 환경 요인을 고려하면, 화학양론적 산소/공기 요건의 산출은 최소값을 입증할 것이고, 다양한 설계 요인은 환경 및 다른 관련 외부 요인의 원인에 추가되는 실제 고압 공기를 증대시키도록 적용될 것이다.

본 발명의 특정 바람직한 실시예에서, 플레어 스택으로 안내되는 가압 공기는, 플레어 공급류의 연소를 증진시키기 위하여 추가의 대기를 스택 배출구 쪽으로 이동하는 기단 및 공급류 쪽으로 끌어당기는 저압의 영역을 생성한다. 시스템으로 끌려지는 대기의 양은 실험적으로 및/또는 경험적으로 결정되고, 또한 기류 제어 밸브에 의해 시스템에 허용되는 고압 공기의 양과의 결합에서 고려된다.

2. 플레어 스택 공기 분사

일 양태에서, 방법 및 장치는 대체로 플레어 팁의 금속 구조 요소들에 플레임(flame) 및 방사 열 부하(radiation heat load)의 직접 접촉을 최소화함을 대체로 포함한다. 이러한 효과는 공급류의 완전 연소를 지지할 뿐만 아니라, 플레임을 끌어올리고 팁 근처로부터 열을 제거할 수 있는 증대된 기류를 제공함에 의해 얻어진다.

본 발명의 다른 실시예에서, 고압 공기 증폭기 노즐들은, 빠르게 이동하는 다수의 공기 분사를 스택 배출구를 향해 위쪽으로 안내하도록, 스택 배출구에 인접하게 플레어링 스택의 내부에 설치된다. 내부 공기 증폭기 노즐들의 위치 위쪽에서 플레어 스택의 부분에는, 증폭기 노즐들로부터 방출된 급격하게 이동하는 공기 분사에 의해 생성되는 저압 구역의 결과로, 대기가 스택에서 이동하는 기단으로 유입되게 하는 다수의 관통공(perforation)들이 구비된다.

여기서 사용된 바와 같이, "기류 증폭기" 및 "공기 증폭기"의 용어는, 고속, 높은 부피 및 저압 기류 출력을 생성하도록 압축 공기 공급원과 결합되는 벤투리관(venturi)을 사용하는 노즐을 인용한다. 적절한 장치들은 미국특허 제4,046,492호 및 제6,243,966호에 기재되어 있고, 이러한 기재사항은 참조문헌으로 본 명세서에 통합되고 본 출원의 일부를 구성한다. 압축 공기는 벤투리관의 좁은 주둥이 또는 고속 섹션을 에워싸는 환형 챔버 또는 매니폴드(manifold)로 공급된다. 그 후, 압축 공기는 매니폴드의 환형 스로틀에 의해 배출구를 향해 벤투리관의 내표면을 따라 하류로 흐르도록 안내된다. 매니폴드로부터 들어오는 고압 공기 흐름은 일반적으로 코안다 외형(Coand profile)과 일치하는 중심 섹션 및 배출구의 내벽의 평탄하게 흐르는 굴곡에 순응한다. 이러한 순응 기류는 벤투리관에, 큰 부피의 공기를 유입구(inlet) 쪽으로 끌어당기고 증폭기 장치로부터 희망하는 높은 속도, 높은 부피 및 저압 공기 출력을 만들어내는 저압 영역을 생성한다. 적어도 10:1 및 75:1 이상의, 또는 300:1의 증폭비를 갖는 공기 증폭기 노즐들을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명을 실시하는 데 사용하기에 적합한 공기 증폭기 노즐들은, 오하이오주, 신시네티의 엑사이어 주식회사, 뉴욕주, 앰허스트의 넥스플로어 테크놀러지, 및 아트릭스 유한회사로부터 상업적으로 이용가능하며, 이 회사들 각각은 대응하는 주소를 갖는 웹사이트를 유지한다.

본 발명의 방법 및 장치의 일 실시예에서, 다수의 고속 분사들 또는 공기의 흐름들은 스택 배출구 아래의 위치에서 플레어링 스택의 내부에 위치된다. 공기 분사의 바로 위쪽의 스택의 부분에는 스택을 에워싸는 순환 공기가 들어오는 관통공이 구비된다. 분사로부터 방출되는 고압 공기는 주변 대기 기단보다 저압으로 급격히 이동하는 공기의 내부 구역을 생성하도록 플레임 구역의 방향으로 이동한다. 이러한 저압 내부 구역은 스택의 관통공을 통해 대기를 끌어당기고 연소 구역의 방향으로 이동하는 더 큰 기단을 생성한다. 이러한 더 큰 기단은, 혼합을 지원하고 플레어링 동안에 공급류의 완전 연소를 달성하는 것을 지원하도록 연소 구역 쪽으로 안내된다.

노즐들은 스택 벽의 내표면을 에워싸는 원형 매니폴드에 장착되고 스택 벽을 관통하는 파이프(piping)에 의해 고압 공기의 공급원에 연결되는 것이 바람직하다. 고압 공기는 플레어 스택의 벽을 관통하여 위로 연장되는 파이프에 의해 고압 공기 분배 고리 매니폴드 및 공기 분사들에 제공된다. 무연 기능에 필요한 난류(turbulence)의 구역은 연소 구역에 앞서 생성된다.

본 발명의 실시에 사용되는 장치의 특정 구성은 플레어 가스 비율 및 플레어 팁 또는 배출구의 기하에 따라 수정된다. 본 발명은 고압 공기를 경제적으로 사용한다. 필요한 압축 공기의 부피는 종래 기술의 시스템에 사용되는 저압 공기 또는 스팀의 요구량에 비하면 상대적으로 적다. 또한, 파이프 및 노즐들은 스팀의 부작용에 좌우되지 않는다. 상기한 바와 같이, 가압 공기는 파편들에 제약받지 않는다.

본 발명의 특정 바람직한 실시예에서, 스택 배출구는 종래 기술의 설비와 같이 쉴드에 의해 감싸지고 플레어 배럴 관통공(flare barrel perforation)은 공기 증폭기 분사로부터 쉴드의 하부 테두리에 대응하는 위치까지 수직으로 연장된다.

3. 코안다 이펙트 몸체(Coanda-effect body)의 설비

본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 코안다 이펙트 몸체 부재는, 공급류에서의 공기와 연료와 해로운 화학 성분의 이동 패턴을 더 수정하고, 완전 연소를 촉진하도록 공기와의 혼합을 증진시키기 위하여 스택 배출구의 위쪽에 장착된다.

여기서 사용된 "코안다 이펙트 몸체 부재"의 용어는, 유체 흐름에 배치되는 표면 윤곽(contour) 또는 형태를 갖는 경우, 닿은 유체가 표면을 따라가게 하여 표면에 접촉되는 동안 유체 흐름율(fluid flow rate)을 증대시키는 폐곡면(closed surface)을 의미한다.

본 발명에 사용되는 코안다 이펙트 몸체 부재는 1 회전으로 정의되지만, 플레어링 스택의 축에 대응하는 수직축에 대해 두 개의 교차하는 원호인 것이 바람직하다. 코안다 이펙트 몸체 부재는 연속적(solid)이며 스택 배출구에 마주하는 하부 표면은 위쪽으로 만곡된다. 아치형의 하측 표면은 코안다 이펙트 몸체의 아치형 상측 표면보다 작은 직경을 갖는 원의 원호에 의해 정의되어, 단면 구성이 솔방울(pine cone)과 유사하게 된다. 코안다 이펙트 몸체 표면 위로 이동하는 유체의 행동은 연구 문헌에 잘 정의되어 있고, 외부 표면의 특정 구성은 특정 플레어링 스택 설비에 나타나는 실제 사이즈 및 기능 조건을 기초로 결정된다.

본 발명의 실시에 따르면, 플레어링 스택으로부터 방출된 공급재료 성분 및 보조 공기는 코안다 이펙트 몸체 부재의 하부 만곡부에 부딪히고, 그 외부 표면을 따라 고속으로 미끌어져, 주변 순환 공기와 혼합되게 하는 저압 공기의 주변 구역(surrounding zone)을 형성한다. 실제 연소는 코안다 몸체의 상부의 영역 및/또는 몸체 위쪽의 공간에서 일어난다. 이러한 기능의 방법은 플레어링 스택의 상부와, 만약 존재한다면, 동심 쉴드, 지지체, 매니폴드 및 연관된 저압 공기 분사 등과 같은 관련 요소에 가해지는 열을 감소시킨다.

코안다 이펙트를 플레어링 스택의 구조 및 기능에 활용하는 것은 종래 기술로부터 알 수 있다. 종래 기술의 장치는 "튤립 팁(tulip tip)"으로 알려진다. 이러한 장치의 사용은 미국특허 제4,634,372호에 기재되어 있다. 튤립 팁은 오직 제한된 범위의 기능 조건하에서 무연 플레임을 생성함을 알 수 있다. 바람 조건이 불안정적이고 적절한 기능이 상대적으로 높은 가스 흐름율을 요구하는 경우, 튤립 팁은 효과적이지 못하다. 또한, 플레임과 팁의 금속 사이의 넓은 접촉부로 인하여, 이러한 종래 기술의 장치는 상대적으로 짧은 기능 수명을 갖는다.

코안다 이펙트 몸체 부재는, 공급류에 의해 그 하부에 접촉되고 빠르게 이동하는 높은 부피의 대기 및 스택과 주변 쉴드 사이에서 움직이는 가압 공기에 의해 그 상부표면에 접촉되는 스택 배출구 위에 위치된다. 혼합은, 폐쇄 공급원으로부터 나타나는 유체의 흐름이 만곡 표면에 접촉된 결과 접촉 이전의 최초 방향으로부터 방향이 전환되는 만곡 표면을 따라가는 경우 발생하는 코안다 이펙트의 결과로 얻어진다. 따라서, 공기의 흐름이 공기 흐름의 최초 방향으로부터 약간 휘어지는 연속 표면을 따라 흐르는 경우, 공기의 흐름은, 유체 흐름과 만곡 표면 사이의 접촉 시간을 최대화하기 위하여, 표면을 따라가려는 경향이 있을 것이다. 유체의 형태 및 기능 조건에 따라, 최대 접촉 시간을 유지하는 곡률 반경은 변화한다. 곡률 반경이 급격한 경우, 유체 흐름은 일시적으로 접촉을 유지한 후, 벗어나고 그 흐름을 계속하게 된다. 경험적 측정은 유체 흐름의 압력 및 흐름율에 기초로 실시될 수 있다.

본 발명의 코안다 이펙트 몸체 부재는, 주변 쉴드를 보호하는 다수의 방사상 연장되는 지지부재에 의해 지지되는 것이 바람직하다. 이들 지지부재의 구조 및 구성 재료들은, 예를 들어, 기류를 참조하는 유선형 설계를 채택함으로써 사용기간을 최대화하도록 선택된다.

특정 바람직한 구조의 재료는 인도, 팁톤 46072에 소재하는 하이 퍼포먼스 합금사의 INCOLOY^® 상표로 판매되는 내식성 니켈, 철 및 크롬의 합금이다. 특정 바람직한 제품은 높은 크리프 파단 강도(creep rupture strength)를 갖는 INCOLOY^®HT이다. 합금의 화학적 균형(balance)은 연장된 시간을 넘어 고온의 연소에 대한 금속 요소들의 노출에 의해 야기되는 쇠약 및 피로도를 더 최소화하기 위해, 탄화(carburization), 산화 및 질화 환경에 대한 우수한 저항을 나타내야 한다. 선택된 합금은 화씨 1200°내지 1600°에서 긴 시간 동안 사용한 후에 비취약성(imbrittlement)을 견뎌야 한다. 합금은 또한 스테인리스 강철에 일반적으로 사용되는 기술에 의한 용접에 대해 적합해야 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조로 본 발명의 장치 및 방법에 대하여 상세하게 설명하며, 여기서 유사한 구성 요소들은 동일한 참조 번호로 참조된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예의 플레어 스택의 상부의 단면도;

도 2는 도 1의 상부 평면도;

도 3은 다른 디자인의 플레어 팁 쉴드를 사용한 본 발명의 다른 실시예의 플레어 팁의 측면도;

도 4는 또 다른 디자인의 플레어 팁 쉴드를 사용한 본 발명의 또 다른 실시예의 플레어 팁의 측면도;

도 5는 본 발명의 공기 제어시스템의 개략도; 및

도 6은 본 발명의 다른 바람직한 실시예를 부분 절개한 사시도이다.

본 발명은 도 1을 참조로 설명되며, 도 1에는 대기로 개방되는 배출구 또는 팁(12)에서 끝나는 플레어링 스택(10)의 상부가 개략적으로 도시된다. 스택은 스 택 배출구(12)에 존재하는 가연성 공급류를 점화하도록 통상의 방식으로 이용되는 하나 이상의 점화기(14)를 구비한다. 본 실시예에서, 동심 배리어 또는 쉴드(50)는 스택의 상측 말단 부위에 위치되며, 그 상측단(54)은 스택 배출구(12)와 동일한 높이를 갖는다. 가연성 공급류(16)의 성분 및 스택(10), 배출구(12) 및 점화기의 특정 구성은 종래 기술에 알려진 몇몇 구성을 가질 수 있거나, 또는 향후 개발되는 새로운 디자인의 구성을 가질 수 있다.

도 1에 도시된 본 발명의 실시예 있어, 고압 매니폴드(80)는 스택 배럴(10)의 내표면에 인접하게 위치되고, 공기 분사를 스택 배출구(12)를 향해 위쪽으로 안내하도록 노즐들(82)이 외주 주변에 간격을 두게 배치된다. 특히 바람직한 실시예에서, 노즐들(82)은 상대적으로 낮은 부피의 압축 공기를 사용하여 매우 큰 부피의 이동하는 공기를 생성할 수 있는 공기 증폭기 노즐들이 된다. 노즐들(82)의 위쪽에서 스택 벽 부위에는 개방구 또는 관통공(92)들이 구비되며, 노즐들(82)에 의해 방출되는 빠르게 이동하는 공기의 분사(jet)에 의해 생성되는 저압 구역의 결과로서 관통공(92)을 통해 순환 공기가 끌어당겨진다. 매니폴드(80)는 고압 도관(34)에 결합된 도관(86)에 의해 제공된다. 사용되는 공기 증폭기 노즐들의 수량은 스택의 직경, 공급류의 부피, 흐름율 및 다른 변수들에 의해 결정되며, 이는 종래의 기술의 범위 내에 있다.

도 1의 실시예에서, 고압 매니폴드(30)는 또한 스택(10)의 외부를 둘러싸고 다수의 고압 노즐들(32) 또는 다른 배출구들을 구비하며, 이들 각각은 스택 배출구 및 플레임의 방향의 위쪽으로 안내되는 공기의 분사를 생성한다. 매니폴드(30)는 고압 공기의 안정된 공급원과 유체 소통하는 고압 도관(34)에 의해 제공된다. 바람직한 실시예에서, 공기는 약 30 내지 35 프사이(psi)의 압력에서 노즐들로 전달된다.

도 2에 도시한 바와 같이, 고압 노즐들은, 플레어 스택과 플레어 팁의 기하 및 가연성 공급류의 성분 및 그 압력에 기초로, 내부 매니폴드(80)와 외부 매니폴드(30)에 선결된 간격을 두게 배치된다.

도 1에 도시한 바와 같이, 노즐들(32,82)로부터의 가압된 공기 흐름의 고속 방출은 공기가 상승함으로써 노즐들 주변에 저압 구역을 생성한다. 공기는 스택 쪽으로 그리고 쉴드(50)와 스택(10) 사이의 환형 영역(56) 쪽으로 끌어 당겨진다. 이러한 유도된 기류(air flow)는 공급류의 연료 가스와 해로운 화학품의 완전 연소를 증진시키도록 플레임을 향해 상승하고 결과적으로 뜨거운 가스와 혼합되는 큰 부피의 공기를 제공한다. 혼합은 공급류의 완전 연소를 더 증진시키도록 격렬하게 된다.

고압 노즐들(32,82) 주변 및 아래쪽으로부터의 충분한 부피의 대기 흐름을 보장하기 위하여, 스택(10) 및 외부 쉴드(50) 각각은 그 주변부에 서로 간격을 둔 다수의 공기 통로들(52,92)을 구비한다. 공기 통로들(52,92)의 크기, 수량 및 간격은 특정 설비의 기류 요건에 관련하여 결정된다. 매니폴드가 스택 위의 공급류의 흐름 또는 스택과 쉴드 사이의 공기의 흐름을 방해하는 크기 및 구성을 갖는다면, 추가적인 공기 통로들(52,92)은 플레임 구역에 격렬함(난류; turbulence) 및 완전 연소를 증진시키기에 요구되는 부피를 제공하도록 충분한 부피의 공기 흐름을 보장 하도록 제공된다.

팁 주위의 쉴드(50)는 또한 금속과 공기 사이의 높은 온도 차이로 인하여 연소 구역의 난류를 증대시킬 수 있다. 반응 또는 연소 구역의 저압 이동은 무연 반응을 촉진하고, 또한 플레임 주위의 바람을 제어한다. 본 발명에 사용되는 압축 공기의 양은 대기로부터 유입되는 공기에 비해 매우 적다. 고리 및 노즐들의 구성에 따르면, 압축 공기 부피 대 스택 및 환형 공간으로 끌려진 대기의 비율은 1:300 이상일 수 있다.

다른 바람직한 실시예에서, 도관(42)에 의해 제공되는 다수의 저압 바람 제어 노즐들(40)은 스택 배출구(12)의 외주에 대해 간격을 둔다. 노즐들(40)은 저압 공기 공급원에 의해 공급된다.

본 발명의 주요 양태는 환경으로부터의 높은 분량의 공기를 유입하는 공기 분사의 사용이다. 사용된 주요 장치들은 분배 고리(distribution ring) 및 노즐들을 포함한다. 분배 고리는 그 표면에 설치되는 노즐들을 가질 수 있거나 또는 분사하는 공기는 다수의 적절한 부품을 통하여 고리를 빠져나갈 수 있다. 노즐의 설계 및 형태는 공급류의 완전 연소를 촉진하도록 연소 구역의 주변으로부터 대기를 유입하는 공기의 고속 분사 및 상대적으로 저압의 구역을 생성하도록 선택된다.

도 5를 참조하면, 스택 공급류 도관(70)은 복수 성분의 가스 덩어리로서 플레어링 스택(10)의 하부로 통한다. 공급류는 시각 정보 및 전선(104)에 의해 제어수단(120)으로 전송되는 디지털 신호를 제공할 수 있는 흐름율 측정 계기(102)를 포함하는 샘플링 구역(100)을 관통한다. 공급류 샘플링 도관(106)은 공급류의 샘 플을 샘플링 구역(100)으로부터 분석수단(110)으로 소정의 시간 간격을 두고 전달한다. 분석의 결과는 분석수단(110)에서 디지털 신호로 전환되고 신호선(112)에 의해 제어수단(120)으로 전송된다. 프로그램된 프로세서(122)는 분석수단에 연관된 변환기에 의해 분석수단(110)에 의해 확인된 가연성 화합물에 대한 화학양론적 산소 요건을 계산하고 그리고 그 결과를 모든 과거의 입력 자료와 함께 메모리 장치에 저장한다. 프로세서는 공기의 흐름을 고압 도관(34)을 통하여 플레어링 스택(10)의 상측 부위 쪽으로 조정하기 위하여 디지털 명령을 제어기(124)로 전송한다.

고압 공기는 압축기(132)에 의해 또는 설비에 이용가능한 적절한 공급원으로부터 제공될 수 있다. 기류 제어 밸브(130)는 제어기(124)로부터의 신호를 수신하는 신호선(136)에 의해 연결되는 밸브 제어기(134)를 구비한다. 고압 공기 흐름 지시 계기(138)는 또한 시각 정보 및 전선(139)에 의해 프로세서(122)로 전송되는 디지털 신호를 제공할 수 있다.

본 실시예의 작동방법에 있어, 공급 도관(70)의 공급류의 성분의 변화는 프로세서(122)에 의해 측정되고 그리고 기류 제어 밸브(130)를 적절히 조절하기 위하여 밸브 제어기(134)로 적절한 신호를 차례로 전송하는 제어기(124)로 전송된다. 예를 들면, 공급류의 성분 변화의 결과로서 화학양론적 산소 요건이 증대되는 경우, 밸브(130)는 스택의 상측단의 매니폴드(80) 및 노즐들(82)까지 공급 도관(34)을 통한 고압 공기 흐름을 증대시키도록 개방된다. 제어수단(120)의 프로그램된 기능은 스택과 쉴드(50) 사이의 환형 공간 및/또는 스택으로 끌어당겨진 순환 공기 의 양에서 증대된 공기 흐름의 전체 효과를 고려한다.

도 6을 참조하면, 코안다 이펙트 몸체 부재(200)는 플레어 스택(10)의 배출구 위쪽의 지지되는 위치에 도시된다. 도시한 실시예에서, 다수의 지지체(210)는 인접한 주변 쉴드(50)로부터 연장되고, 그 잠재적인 부식성 및 통과하는 유체 흐름의 항력을 최소화하기 위하여 내식성 물질이며 유선형 단면을 갖는 것이 바람직다.

본 실시예에서, 고압 공기 노즐들(32)은 스택의 상측단의 외표면을 에워싸는 환형 매니폴드(30)에 연결된다. 동심 쉴드는 고압 노즐들로부터 발산하는 빠르게 이동하는 공기로 인하여 생성되는 환형 저압 영역 쪽으로 순환 공기가 유입되는 관통공들(52)을 구비한다.

코안다 이펙트 몸체 부재(200)는 그 외표면을 따르는 공급류의 흐름을 최대로 증진시키도록 구성되며, 혼합 구역에서 공기의 격렬한 혼합을 생성하고 몸체 위쪽의 연소 구역에서 해로운 화학품과 연료의 완전 연소를 생성한다.

도 6으로부터 이해될 수 있는 바와 같이, 코안다 이펙트 몸체 부재는 플레어링 스택의 길이축에 정렬되게 위치되는 수직축을 갖는다. 이러한 배치는 상승하는 공급류(70)의 대칭적인 흐름, 기류의 부딪침 및 코안다 몸체 부재(200)의 표면과의 흐름 접촉을 향상시킨다.

본 발명은 많은 특정 실시예를 참조로 도시되고 설명되었다. 관련 기술의 당업자에게 명백한 바와 같이, 수정예 및 구성 요소들과 기능들의 다른 결합은 기본적인 발명으로부터 벗어남 없이 실시될 수 있으며, 본 발명의 한도 및 범위는 특허 청구 범위를 참조로 규정된다.

본 발명에 따르면, 연기의 발생 없이 연료와 해로운 화학품의 효과적이고 완전한 연소를 촉진하고, 최소한의 유지 보수가 필요하며, 산업 플랜트 기능에서 예상될 수 있는 상태의 변화에 적합할 수 있는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.

Claims

해로운 화학제품의 완전연소를 증진하여 플레어 스택의 기능 시 연기의 형성을 최소화하기 위한 장치로서,

상기 플레어 스택은 해로운 화학품과 연료 가스에 의해 형성된 가연성 혼합물을 포함하는 플레어 공급류의 배출을 위한 배출구와, 상기 스택 배출구에 근접하게 위치되는 점화기와, 상기 스택 배출구에 근접하도록 상기 플레어 스택의 외측표면 주위에 간격을 두게 배치되는 쉴드를 가지며,

상기 스택의 내부에 간격을 두게 배치되고 상기 플레어 스택의 하측 테두리 쪽으로 옮겨지며, 그 각각이 상기 공급류의 이동방향에서 상기 배출구 쪽을 향하는 다수의 고압 공기 증폭기 노즐들;

상기 다수의 증폭기 노즐들과 유체 소통되는 고압 공기 공급원; 및

상기 플레어 공급류와 외부 순환 공기의 혼합을 증진시키기 위하여, 상기 증폭기 노즐들의 위에서 상기 플레어 스택의 측벽의 부분에 위치하여, 상기 증폭기 노즐들로부터의 공기의 배출이 상기 플레어 스택을 향해 위로 이동하는 상기 공급류 쪽으로 추가의 대기를 끌어내는 유동 기단을 발생시키도록, 다수의 고속 공기 분사를 형성하는 다수의 개방구를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,

상기 각각의 고압 공기 증폭기 노즐들이 장착되며, 상기 고압 공기 공급원과 유체 소통되는 고압 공기 매니폴드(manifold)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제2항에 있어서,

상기 매니폴드는 상기 플레어 스택의 내벽의 표면에 밀접하게 위치되는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,

상기 각각의 다수의 공기 증폭기 노즐들로부터 배출되는 상기 공기 분사는 상기 플레어 스택의 축에 평행한 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,

상기 쉴드는 상기 플레어 스택과 동심을 이루는 것을 특징으로 하는 장치.
제5항에 있어서,

상기 쉴드의 하류 부분은 다수의 공기 유입 통로를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
제5항에 있어서,

상기 공기 증폭기 노즐들은 상기 쉴드의 상기 하측 테두리 아래쪽에 위치하 는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,

상기 스택 배출구의 개방단 위쪽에 위치하는 코안다 이펙트 몸체(Coanda-effect body)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,

공기의 커튼이 플레임(flame)의 기부에서 상기 배출구로부터 위쪽으로 연장되게 형성되도록, 상기 배출구의 외주 주변에 배치되고 저압 공기의 공급원과 소통하는 다수의 저압 바람 제어 노즐을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,

상기 공급류를 구성하는 상기 연료 가스와 상기 해로운 화학품의 완전 연소를 보장하도록 소정의 시간에 화학양론적 산소요구량을 측정하기 위한 분석수단;

상기 노즐들의 상기 고압 공기의 유량을 제어하기 위한 기류 제어 밸브; 및

고압 공기 흐름의 산소 함유량이 상기 공급류의 완전 연소의 필요 조건을 만족시키거나 필요 조건을 초과하도록, 상기 분석수단에 의한 최소 산소요구량의 측정에 반응하여 고압 공기의 질량유량(mass flow rate)을 조절하도록 상기 기류 제어 밸브와 조작가능하게 연결되는 기류 제어 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
해로운 화학품의 완전 연소를 증진하여 플레어 스택의 기능시 연기의 형성을 최소화하기 위한 방법에 있어서,

상기 해로운 화학품과 연료 가스의 연소 혼합물로부터 형성되는 플레어 공급류를 제공하는 단계;

상기 플레어 스택의 배출구로부터 상기 플레어 공급류를 방출하는 단계;

연소 구역에서 플레임(flame)을 형성하도록 상기 플레어 공급류를 연소하는 단계;

상기 플레어 스택의 내주 주위의 위치에 간격을 두도록 상기 배출구의 상류에 배치되는 증폭된 공기 분사의 형태로, 상기 다수의 공기 분사 각각이 상기 연소 구역을 향해 위쪽으로 이동되어 상기 배출구의 아래에 저압 구역을 형성하는 다수의 고속 공기 흐름들을 제공하는 단계; 및

상기 연소 구역보다 앞서 상기 저압 구역으로의 순환 대기의 유입이 플레어 공급류와 격렬하게 혼합되어 상기 플레어 공급류의 증진된 연소를 제공하도록, 상기 공기 증폭 분사에 의해 형성되는 상기 저압 구역에 근접하는 상기 플레어 스택의 벽에 다수의 순환 공기 유입구(inlet)를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제11항에 있어서,

상기 다수의 공기 분사들 각각은 상기 스택 배출구 아래의 위치로부터 상기 플레어 스택의 내벽을 따라 이동되는 것을 특징으로 하는 방법.
제12항에 있어서,

상기 공기 유입구들은 일반적으로 상기 플레어 스택의 외주 주위에 다수의 원형 개방구들을 구비하며, 이로 인해 상기 플레어 스택을 에워싸는 대기가 상기 플레어 스택 쪽으로 끌어 당겨져 상기 공급류와 혼합되는 것을 특징으로 하는 방법.
제11항에 있어서,

상기 배출구에 인접하는 상기 플레어 스택의 외주부를 간격을 두게 에워싸며 상기 스택 배출구를 향해 순환 대기를 위쪽으로 전달하는 외부 동심 쉴드를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제14항에 있어서,

상기 순환 대기는 상기 동심 방벽 쉴드(barrier shield) 아래의 상기 플레어 스택의 벽의 관통공을 통과하는 것을 특징으로 하는 방법.
해로운 화학품의 완전 연소를 증진하여 플레어 스택의 기능시 연기의 형성을 최소화하기 위한 방법에 있어서,

상기 해로운 화학품과 연료 가스의 연소 혼합물로부터 형성되는 플레어 공급 류를 제공하는 단계;

상기 플레어 스택의 배출구로부터 상기 플레어 공급류를 방출하는 단계;

연소 구역에서 플레임(flame)을 형성하도록 상기 플레어 공급류를 연소하는 단계;

상기 플레어 스택의 내주 주위의 소정 위치에 간격을 두도록 상기 스택 배출구 아래의 위치에서 상기 플레어 스택의 내부에 위치하는 증폭된 공기 분사의 형태로, 상기 다수의 공기 분사 각각이 상기 연소 구역을 향해 위쪽으로 공기를 배출하여 상기 스택 배출구 아래에 내부 저압 구역을 형성하는 다수의 고속 공기 흐름들을 제공하는 단계; 및

상기 증폭된 공기 분사에 인접하는 상기 스택의 인접부에 규칙적으로 이격된 다수의 관통공을 제공하며, 상기 공기 분사가 상기 스택의 측벽의 상기 관통공을 통한 상기 저압 구역으로의 순환 대기의 유입을 야기하고 상기 대기와 상기 플레어 공급류의 격렬한 혼합을 야기함으로써 상기 공급류의 완전 연소에 대한 산소를 공급하도록 상기 다수의 관통공을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제16항에 있어서,

상기 다수의 공기 분사 각각은 상기 플레어 스택의 상기 관통공의 아래쪽에 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.
제16항에 있어서,

상기 배출구에 인접하는 상기 플레어 스택의 외주부를 간격을 두게 에워싸는 며 외부 동심 쉴드를 제공하는 단계를 더 포함하며,

상기 플레어 스택의 상기 관통공은 상기 쉴드의 하부 테두리 아래 위치에서 시작하는 것을 특징으로 하는 방법.
제18항에 있어서,

상기 동심 쉴드의 하류 말단에 인접하는 위치에 다수의 개방구를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제18항에 있어서,

상기 동심 쉴드는 상기 스택 배출구 위쪽의 위치까지 연장되는 것을 특징으로 하는 방법.
제16항에 있어서,

상기 스택 배출구에 인접한 상기 플레어 공급류의 흐름 영역을 기계적으로 방해하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제16항에 있어서,

코안다 이펙트 몸체의 표면 위로 상기 스택 배출구로부터 배출된 상기 공기와 공급류의 혼합물을 이동시켜 상기 공급류와 대기를 더 혼합시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제16항에 있어서,

상기 플레어 공급류의 연소를 증진시키기 위하여, 상기 노즐들로부터의 공기의 배출이 상기 스택 배출구쪽으로 이동하는 기단 쪽으로 추가의 대기를 끌어내는 유동 기단을 발생시키는 다수의 고속 공기 분사를 형성하도록 상기 다수의 노즐들과 유체 소통되는 고압 공기 공급원;

상기 공급류를 구성하는 상기 연료 가스와 상기 해로운 화학품의 완전 연소를 보장하도록 소정의 시간에 화학양론적 산소요구량을 측정하기 위한 분석수단;

상기 노즐들의 상기 고압 공기의 유량을 제어하기 위한 기류 제어 밸브;

상기 분석수단에 의한 최소 산소요구량의 측정에 반응하여 고압 공기의 질량유량(mass flow rate)을 조절하도록 상기 기류 제어 밸브와 조작가능하게 연결되는 기류 제어 수단; 및

상기 공급류의 완전 연소의 요건을 만족시키거나 요건을 초과하는 상기 플레어 팁의 산소 레벨을 제공하도록 상기 공기 분사로부터 배출되는 상기 고압 공기의 유량 제어를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
해로운 화학제품의 완전연소를 증진하여 플레어 스택의 기능 시 연기의 형성 을 최소화하기 위한 장치로서,

상기 플레어 스택은 해로운 화학품과 연료 가스에 의해 형성된 가연성 혼합물을 포함하는 플레어 공급류의 배출을 위한 배출구와, 상기 스택 배출구에 근접하게 위치되는 점화기와, 상기 스택 배출구에 근접하도록 상기 플레어 스택의 외측표면 주위에 간격을 두게 배치되는 쉴드를 가지며,

상기 플레어 스택 배출구의 외주의 아래 및 주변 위치에 간격을 두게 배치되고, 그 각각이 상기 공급류의 이동방향에서 상기 스택 배출구 쪽을 향하는 다수의 고압 공기 증폭기 노즐들;

상기 플레어 공급류의 연소를 증진시키기 위하여, 상기 노즐들로부터의 공기의 배출이 상기 스택 배출구쪽으로 이동하는 기단 쪽으로 추가의 대기를 끌어내는 유동 기단을 발생시키는 다수의 고속 공기 분사를 형성하도록 상기 다수의 노즐들과 유체 소통되는 고압 공기 공급원;

상기 공급류를 구성하는 상기 연료 가스와 상기 해로운 화학품의 완전 연소에 대한 화학양론적 산소요구량을 소정의 시간에 측정하기 위한 분석수단;

상기 노즐들의 고압 공기의 유량을 제어하기 위한 기류 제어 밸브; 및

상기 스택 배출구의 기류의 산소 함유량이 상기 공급류의 완전 연소의 요건을 만족시키거나 요건을 초과하도록, 상기 분석수단에 의한 최소 산소요구량의 측정에 반응하여 고압 공기의 질량유량(mass flow rate)을 조절하도록 상기 기류 제어 밸브와 조작가능하게 연결되는 기류 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제24항에 있어서,

상기 기류 제어 수단은 상기 분석 수단으로부터 수신된 데이터에 반응하여 상기 기류 제어 밸브로 신호를 전송하는 프로그램된 범용 컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제24항에 있어서,

상기 분석 수단은 상기 공급류의 가연성 성분을 양적으로 질적으로 측정하기 위한 자동화된 분석 장치, 해로운 화학품의 완전 연소에 대응하는 산소 요건을 산출하기 위한 산출수단, 및 신호를 기류 제어 수단으로 전송하기 위한 신호 생성 및 전송 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
해로운 화학품의 완전 연소를 증진하여 플레어 스택의 기능시 연기의 형성을 최소화하기 위한 방법에 있어서,

상기 해로운 화학품과 연료 가스의 연소 혼합물로부터 형성되는 플레어 공급류를 제공하는 단계;

상기 플레어 공급류의 성분의 완전 연소를 보장하는 최소 화학양론적 산소요구량을 소정의 시간 간격을 두고 측정하는 단계;

상기 산소요구량을 대응하는 디지털 신호로 전환하는 단계;

가연성 혼합물을 형성하도록 상기 플레어 공급류와 혼합되는 가압 공기 공급 원을 제공하는 단계;

상기 플레어 공급류와 혼합된 공기의 전체 부피가 상기 공급류 성분의 완전 연소를 보장하기에 충분하도록, 상기 기류 제어 밸브와 연결된 제어기로 전송된 대응하는 산소 요구량의 디지털 신호에 반응하여 기류 제어 밸브를 통해 부피 측정된 가압 공기의 흐름을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제27항에 있어서,

상기 화학양론적 산소요구량은 상기 연료 가스 또는 상기 해로운 화학품의 성분의 변화에 대응하여 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
제27항에 있어서,

상기 공급류의 완전 연소에 대한 화학양론적 산소요구량을 결정하기 위하여 상기 플레어 공급류를 주기적으로 샘플링하고 샘플들을 분석하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
해로운 화학제품의 완전연소를 증진하여 플레어 스택의 기능 시 연기의 형성을 최소화하기 위한 장치로서,

상기 플레어 스택은 해로운 화학품과 연료 가스에 의해 형성된 가연성 혼합물을 포함하는 플레어 공급류의 배출을 위한 배출구와, 상기 스택 배출구에 근접하게 위치되는 점화기와, 상기 스택 배출구에 근접하도록 상기 플레어 스택의 외측표 면 주위에 간격을 두게 배치되는 쉴드를 가지며,

적어도 두 개의 교차하는 곡선의 수직축에 대한 회전에 의해 정의되는 주표면과 상대적으로 더 작은 반경을 갖는 하측 표면을 가지며, 상기 수직축은 상기 플레어 스택의 수직축과 정렬되고 상기 아치형의 하측 표면은 상기 스택 배출구의 개방된 상부 테두리 위쪽에 방해 없이 위치되는 삼차원 코안다 이펙트 몸체 부재;

상기 플레어 스택 배출구 외주 주변의 아래쪽의 소정 위치에 간격을 두게 배치되며, 그 각각이 상기 공급류의 이동 방향에서 상기 스택 배출구를 향하는 다수의 고압 공기 분사 노즐들; 및

상기 다수의 노즐들과 유체 소통되어, 상기 노즐들로부터 배출되는 공기의 적어도 일부는 상기 코안다 이펙트 몸체 부재의 상기 하측 표면에 접촉되고 상기 아치형 상측 표면 위로 흘러 상기 스택 배출구 위에서 상기 공급류와 혼합되는 유동 기단을 생성함으로써, 상기 플레어 공급류의 연소를 증진시키는 고압 공기 공급원을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제30항에 있어서,

상기 코안다 이펙트 몸체 부재의 상기 주표면은 두 개의 교차하는 만곡부들에 의해 정의되고 상기 만곡부들 사이의 교차하는 선은 상기 쉴드의 상측 테두리에 또는 상측 테두리 아래쪽에 위치되는 것을 특징으로 하는 장치.
제30항에 있어서,

상기 고압 노즐들이 장착되며 상기 고압 공기 공급원과 유체 소통하는 고압 공기 매니폴드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제32항에 있어서,

상기 매니폴드는 상기 쉴드와 상기 스택 사이의 환형 공간에서 상기 플레어 스택을 에워싸는 것을 특징으로 하는 장치.
제32항에 있어서,

상기 매니폴드는 상기 쉴드의 상기 하측 테두리 아래쪽 위치에서 상기 플레어 스택의 내부를 에워싸는 것을 특징으로 하는 장치.
제31항에 있어서,

상기 다수의 노즐들 각각은 상기 스택 배출구의 아래쪽에 위치되는 것을 특징으로 하는 장치.
제31항에 있어서,

상기 고압 공기 공급원은 대략 30 내지 35 프사이그(psig)인 것을 특징으로 하는 장치.
제31항에 있어서,

상기 외부 쉴드는 상기 쉴드의 길이에 걸쳐 상기 플레어 스택과 동심인 것을 특징으로 하는 장치.
제37항에 있어서,

상기 쉴드는 하류 부분에 주변 대기가 들어올 수 있는 다수의 공기 유입 통로를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
제37항에 있어서,

상기 스택은 상기 내부 매니폴드 위쪽의 부분에 다수의 공기 유입 통로를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
제31항에 있어서,

상기 쉴드의 외주 주위에 서로 간격을 두도록 방사상 연장되어 상기 코안다 이펙트 몸체 부재를 지지하는 다수의 지지 암들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제31항에 있어서,

상기 코안다 이펙트 몸체 부재의 주요부분은 상기 쉴드 위쪽의 위치로 연장되는 것을 특징으로 하는 장치.
해로운 화학품의 완전 연소를 증진하여 플레어 스택의 기능시 연기의 형성을 최소화하기 위한 방법에 있어서,

수평 바닥 표면과 교차하며 적어도 하나가 곡선인 교차선들의 수직축에 대한 회전에 의해 정의되며, 상기 플레어 스택의 수직축에 정렬되는 수직축과 상기 스택의 개방된 상부 테두리 위쪽에 방해 없이 위치되는 아치형 하측 표면을 갖는 삼차원 코안다 이펙트 몸체 부재를 고정되게 위치시키는 단계;

해로운 화학품과 연료 가스의 가연성 혼합물로부터 형성되는 플레어 공급류를 제공하는 단계;

상기 플레어 스택의 배출구로부터 상기 플레어 공급류를 배출하는 단계;

상기 코안다 이펙트 몸체 부재 위쪽의 연소 구역에서 플레임을 형성하도록 상기 플레어 공급류를 연소하는 단계;

상기 플레어 스택 배출구의 외주 아래 및 주변의 소정 위치에 간격을 두는 공기 분사 형태로, 상기 다수의 공기 분사 각각이 상기 연소 구역을 향해 위쪽으로 이동되는 다수의 고속 공기 흐름을 제공하는 단계를 포함하며,

상기 노즐들로부터 배출되는 공기의 적어도 일부는 상기 코안다 이펙트 몸체 부재의 하측 표면에 접촉되고 상기 아치형 상측 표면 위로 흘러 상기 스택 배출구 위에서 상기 공급류와 혼합되는 유동 기단을 생성함으로써, 상기 플레어 공급류의 연소를 증진시키는 것을 특징으로 하는 방법.
제39항에 있어서,

상기 다수의 공기 분사 각각은 상기 플레어 스택의 배출구 아래쪽 위치로부터 이동하는 것을 특징으로 하는 방법.
제39항에 있어서,

상기 배출구에 인접하는 상기 플레어 스택의 외주부를 간격을 두게 에워싸며, 상기 공기 분사로 대기를 위쪽으로 전달하는 외부 동심 쉴드를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제41항에 있어서,

하류 단부에 인접하게 위치되며 상기 쉴드를 관통하게 연장되는 다수의 개방구를 갖는 동심 쉴드를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제41항에 있어서,

상기 동심 쉴드는 상기 스택 배출구 위쪽의 위치로 연장되는 것을 특징으로 하는 방법.