KR20080045191A - 비정지 화염을 촉진시키는 방법 및 장치 - Google Patents

비정지 화염을 촉진시키는 방법 및 장치 Download PDF

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KR20080045191A
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윌리엄 소루 고바야시
아빌리오 타스카
제임스 패트릭 매거
마크 알렌 카일번
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프랙스에어 테크놀로지, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 중심 포트(9)와, 축이 중심 포트 축(39)을 향해 또는 중심 포트 축(39)으로부터 이격되게 경사지는 3개 이상의 외부 포트(1 내지 8)를 갖는 버너(20)에 관한 것이다. 재료가 중심 포트의 축(39)으로부터 화염을 편향시키는데 충분히 높은 모멘텀에서 분사되는 외부 포트(들)를 순차적으로 변경시키는 것은 중심 포트 축(39)에 대해 화염의 배향을 변화시킨다.
중심 급송 포트, 공급 장치, 외부 포트, 비분기형 공급 라인, 버너 장치

Description

비정지 화염을 촉진시키는 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS TO PROMOTE NON-STATIONARY FLAME}
본 발명은 연소를 실행할 때 유용한 방법 및 장치에 관한 것이다.
많은 산업 프로세스에서 재료는 1000℉ 내지 3000℉ 정도의 상승된 온도를 받을 필요가 있다. 이러한 프로세스의 예는 알루미늄 및 다른 금속을 용융하는 것과, 용융 상태로 용융 금속을 유지시키는 것과, 유리 제조 재료를 용융하는 것과, 용융 상태로 유리를 유지시키는 것을 포함한다. 필요한 상승된 온도를 생성하도록, 이러한 상승된 온도를 필요로 하는 프로세스는 종종 연소 열이 재료의 소정의 상승된 온도를 달성하는 재료에 충분히 근접하게 위치설정되는 화염을 각각 발생시키는 하나 이상의 버너 내에서 탄소질 연료를 연소시킨다.
통상, 이러한 목적을 위해 사용되는 하나 이상의 버너는 가열될 재료의 일부분의 상부를 가로질러 그리고 상부 위에서 노의 측벽으로부터 연장되는 것과 같이, 고정된 위치에 있는 버너로부터 외향으로 연장되는 화염을 각각 생성한다. 이러한 배열체는 화염의 외부면 주위의 그리고 화염의 길이를 따르는 다양한 지점에서의 온도가 균일하지 않아 재료에 대한 최고 온도 및 열 유속(heat flux)을 갖는 화염 구역이 존재하기 때문에, 가능하지만 반드시 효율적인 것은 아니다. 이러한 균일 성의 부족은 가열되고 있는 재료에 대한 버너의 위치와 버너가 작동되는 조건이, 버너에 의해 생성된 최고 온도 및 열 유속이 연소가 내부에서 수행되고 있는 재료 내의 "핫 스폿(hot spot)" 또는 인클로저, 재료의 과도한 산화, 또는 인클로저에 대한 손상과 같은 원하지 않는 결과를 발생시킬 정도로 높지 않게 설정되어야 한다는 것을 의미한다. 그러나, 그렇게 하는 것은 견딜 수 있을 정도로 높지 않게 화염 주위의 다른 지점에서 허용 온도를 종종 필요로 하여, 버너의 최적 성능보다 낮은 허용 성능을 필요로 한다.
이러한 효율의 부족은 온도의 더 큰 균일성을 제공할 수 있는 유용한 방법 및 장치의 부재를 포함하는 많은 이유 때문에 수용할 수 있는 것으로 지금까지 간주되어 왔다.
본 발명은 가열될 또는 가열되어 용융될 재료의 표면의 더 균일한 온도를 달성하는 방식으로 수행될 연소를 가능케 하는데 유용한 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명의 일 태양은,
(A) 축을 갖는 중심 급송 포트와,
(B) 연료, 산화제 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료를 포함하는 제1 스트림을, 중심 급송 포트를 통해 중심 급송 포트의 축을 따라 분사하기 위한 제1 공급 장치와,
(C) 중심 급송 포트의 축에 대해 수렴 또는 발산하는 축을 각각 갖는 3개 이상의 외부 포트와,
(D) 외부 포트의 개수와 같은 개수인 3개 이상의 비분기형 공급 라인을 포함하고,
각각의 상기 공급 라인의 일단부는 상기 공급 포트 중 다른 하나에 연결되고, 각각의 상기 공급 라인의 타단부는 연료, 산화제, 불활성 재료 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료를, 상기 공급 라인 중 다른 하나 내로 그리고 다른 하나를 통해 순차적으로 분사하기 위해 제어가능한 공급 장치에 연결되어, 상기 재료가 상기 중심 급송 포트의 축으로부터 제1 스트림을 편향시키는데 충분한 모멘텀을 갖는 일련의 제2 스트림으로서 상기 외부 포트 중 다른 하나로부터 순차적으로 방출되는 버너 장치이다.
본 발명의 버너 장치의 양호한 실시예는,
(A) 축을 갖는 중심 급송 포트와,
(B) 중심 급송 포트의 축에 대해 수렴 또는 발산하는 축을 각각 갖는 3개 이상의 외부 포트와,
(C) 임의의 상기 외부 포트보다 중심 급송 포트에 더 근접하게 위치설정되는 하나 이상의 보조 급송 포트와,
(D) 연료, 산화제 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료를 포함하는 제1 스트림을, 중심 급송 포트를 통해 중심 급송 포트의 축을 따라 분사하기 위한 제1 공급 장치와,
(E) 상기 제1 스트림 및 보조 스트림 중 적어도 하나가 연료를 포함하고, 상기 제1 스트림 및 보조 스트림 중 적어도 하나가 산화제를 포함하는 것을 조건으로 하여, 연료, 산화제 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료를 포함하는 보조 스트림을, 상기 보조 급송 포트를 통해 비순차적으로 분사하기 위한 보조 스트림 공급 장치와,
(F) 외부 포트의 개수와 같은 개수인 3개 이상의 비분기형 공급 라인을 포함하고,
각각의 상기 공급 라인의 일단부는 상기 공급 포트 중 다른 하나에 연결되고, 각각의 상기 공급 라인의 타단부는 연료, 산화제, 불활성 재료 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료를, 상기 공급 라인 중 다른 하나 내로 그리고 다른 하나를 통해 순차적으로 분사하기 위해 제어가능한 공급 장치에 연결되어, 상기 재료가 상기 중심 급송 포트의 축으로부터 제1 스트림을 편향시키는데 충분한 모멘텀을 갖는 일련의 제2 스트림으로서 상기 외부 포트 중 다른 하나로부터 순차적으로 방출된다.
본 발명의 다른 태양은,
(A) 연료, 산화제 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료를 포함하는 제1 스트림을, 축을 갖는 중심 급송 포트를 통해 상기 중심 급송 포트의 축을 따라 분사하는 단계와,
(B) 중심 급송 포트의 축에 대해 수렴 또는 발산하는 축을 각각 갖는 3개 이상의 외부 포트를 제공하는 단계와,
(C) 외부 포트의 개수와 같은 개수인 3개 이상의 비분기형 공급 라인으로서, 각각의 상기 공급 라인의 일단부는 상기 공급 포트 중 다른 하나에 연결되고, 각각의 상기 공급 라인의 타단부는 연료, 산화제, 불활성 재료 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료를, 상기 공급 라인 중 다른 하나 내로 그리고 상기 공급 라인 중 다른 하나를 통해 순차적으로 분사하기 위해 제어가능한 공급 장치에 연결되는, 3개 이상의 비분기형 공급 라인을 제공하는 단계와,
(D) 상기 공급 라인 중 다른 하나 내로 상기 재료를 순차적으로 분사하여, 상기 중심 급송 포트의 축으로부터 상기 분사된 제1 스트림을 편향시켜 편향된 제1 스트림과의 혼합물을 형성하는데 충분한 모멘텀을 갖는 일련의 제2 스트림으로서, 하나 이상의 상기 외부 포트 중 다른 하나를 통해 상기 재료를 순차적으로 방출하는 단계와,
(E) 제1 스트림과 제2 스트림의 혼합물을 연소시키는 단계를 포함하는 연소 방법이다.
본 발명의 방법의 양호한 실시예는,
(A) 연료, 산화제 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료를 포함하는 제1 스트림을, 축을 갖는 중심 급송 포트를 통해 상기 중심 급송 포트의 축을 따라 분사하는 단계와,
(B) 중심 급송 포트의 축에 대해 수렴 또는 발산하는 축을 각각 갖는 3개 이상의 외부 포트를 제공하는 단계와,
(C) 임의의 상기 외부 포트보다 중심 급송 포트에 더 근접하게 위치설정되는 하나 이상의 보조 급송 포트를 제공하는 단계와,
(D) 상기 제1 스트림 및 보조 스트림 중 적어도 하나가 연료를 포함하고, 상기 제1 스트림 및 보조 스트림 중 적어도 하나가 산화제를 포함하는 것을 조건으로 하여, 연료, 산화제 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료를 포함하는 보조 스트림을, 상기 보조 급송 포트를 통해 비순차적으로 분사하는 단계와,
(E) 외부 포트의 개수와 같은 개수인 3개 이상의 비분기형 공급 라인으로서, 각각의 상기 공급 라인의 일단부는 상기 공급 포트 중 다른 하나에 연결되고, 각각의 상기 공급 라인의 타단부는 연료, 산화제, 불활성 재료 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료를, 상기 공급 라인 중 다른 하나 내로 그리고 상기 공급 라인 중 다른 하나를 통해 순차적으로 분사하기 위해 제어가능한 공급 장치에 연결되는, 3개 이상의 비분기형 공급 라인을 제공하는 단계와,
(F) 상기 공급 라인 중 다른 하나 내로 상기 재료를 순차적으로 분사하여, 상기 중심 급송 포트의 축으로부터 상기 분사된 제1 스트림을 편향시켜 편향된 제1 스트림과의 혼합물을 형성하는데 충분한 모멘텀을 갖는 일련의 제2 스트림으로서, 하나 이상의 상기 외부 포트 중 다른 하나를 통해 상기 재료를 순차적으로 방출하는 단계와,
(G) 제1 스트림과 제2 스트림의 혼합물을 연소시키는 단계를 포함한다.
양호하게는, 제1 스트림은 연료, 산화제 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로 선택된 재료를 포함하고, 제2 스트림은 연료, 산화제, 불활성 재료 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료를 포함한다.
본 명세서에 사용되는 포트의 "축"은 포트의 외부로 분사되는 유체가 유체 유동의 교차에 의한 영향이 없는 경우에 따르는 경로의 중심선이다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 재료는 재료가 연료와 산화제의 연소에 관여하지 않으면 "불활성"이고, 재료의 스트림은 재료의 스트림이 연료와 산화제의 여소에 관여하는 재료를 함유하지 않으면 "불활성"이다.
도1은 본 발명의 장치의 실시예의 정면도이다.
도2는 위에서 바라본 도1의 실시예의 단면도이다.
도3은 측면에서 바라본 도1의 실시예의 단면도이다.
도4는 도3을 바라본 측면에 대향하는 측면에서 바라본 도1의 실시예의 단면도이다.
도5는 본 발명의 장치의 다른 실시예의 정면도이다.
도6은 위에서 바라본 도5의 실시예의 단면도이다.
본 발명에 따른 버너가 도1 내지 도4에 도면부호 20으로 전체적으로 나타나있다. 버너(20)는 양호하게는, 버너가 노출될 수도 있는 1000℉ 내지 3000℉의 온도에 노출될 때 그 형상과 조성을 유지할 수 있는 내화 재료로 형성된다. 이러한 재료의 예는 알루미나, 실리카, AZS (알루미나-지르코니아-실리카), 뮬라이트, 지르코니아 및 지르코나이트를 포함한다. 버너(20)는 원하는 연소가 내부에서 수행되는 노(furnace)와 같이 인클로저의 지붕, 측벽 또는 바닥의 일부분일 수 있다.
중심 급송 포트(9) 및 외부 포트(1 내지 8)는 버너(20)의 전방부(22) 내에 개방된다. 중심 급송 포트(9) 및 외부 포트는 상술된 다른 특성들이 관측되는 한 동일 평면 내에 있을 수도 있지만, 그렇게 될 필요는 없다. 중심 급송 포트(9)는 도1에 도시된 바와 같이 하나의 개구를 포함하거나, 서로 근접하게 위치설정되어 개구 외부로 방출되는 재료가 하나의 유동 축(39)을 갖는 방출물의 유동의 형태로 병합되도록 2개 이상(양호하게는 1개 내지 8개, 더 양호하게는 1개 내지 3개)의 개구를 포함할 수 있다. 예는 다중 단일 구멍 또는 동심적으로 배열된 환형 개구를 포함한다.
2개보다 많은 임의의 개수의 외부 포트가 제공될 수도 있지만, 통상 약 30개보다 많은 외부 포트가 필요하지는 않다. 통상 3개 내지 20개의 외부 포트면 충분하고, 양호하게는 6개 내지 12개의 외부 포트가 제공될 수도 있다. 중심 급송 포트(9)로부터 각각의 외부 포트까지의 거리는 동일할 수 있지만, 필수적인 것은 아니다. 그 대신, 제공되는 각각의 외부 포트는 중심 급송 포트(9)로부터 상이한 거리로 존재하거나, 다른 그룹의 외부 포트는 중심 급송 포트(9)로부터 제2의 주어진 거리로 존재하는 동시에 몇몇 외부 포트는 중심 급송 포트(9)로부터 하나의 주어진 거리로 존재할 수 있다. 즉, 외부 포트는 도1에 도시된 바와 같이 중심 급송 포트(9) 주위로 하나의 원형 형태로 배열되거나, 상이한 직경의 2개의 원형 형태로 배열되거나, 또는, 타원형 또는 2개의 타원형, 직사각형 또는 2개의 직사각형 형태 등으로 배열될 수도 있다.
포트를 포함하는 표면은 평면형(편평형), 오목형 또는 볼록형일 수 있지만, 양호하게는 평면형(편평형) 또는 오목형이다. 오목형 및 볼록형인 경우, 포트가 배치되는 표면은 구형, 타원형 또는 다면체 형상일 수 있다.
모든 외부 포트는 축을 갖고, 모는 외부 포트의 축은 중심 급송 포트(9)의 축(39)에 대해 수렴 또는 발산한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 외부 포트의 축은 2개의 축이 전방부(22)의 하류에서 교차하는 경우 중심 급송 포트의 축에 대해 "수렴"하고, 외부 포트의 축은 2개의 축이 전방부(22)의 상류, 즉 버너(20)의 내부 또는 후방에서 교차하는 경우 중심 급송 포트의 축에 대해 "발산"한다. 양호하게는, 모든 외부 포트의 축은 중심 급송 포트에 대해 모두 수렴 또는 발산한다. 보다 양호하게는, 모든 외부 포트의 축은 중심 급송 포트의 축에 대해 모두 수렴한다.
각각의 외부 포트이 축이 중심 급송 포트에 대해 발산 또는 수렴하는 각도는 통상 5도 내지 85도이고, 양호하게는 10도 내지 75도이다. 중심 급송 포트에 대해 수렴하는 외부 포트 축은 서로 평행하거나, 서로를 향해 수렴하거나, 중심 급송 포트 축 상의 동일점을 향해 수렴한다. 외부 포트 축은 반드시 동일점을 향해 수렴할 필요는 없는데, 예컨대, 타원형 외형의 중간 지점 및 원형 외형의 중간 지점을 이동하는 이동 화염을 촉진시키고자 하는 경우, 외부 포트의 축은 중심 급송 포트 축 상의 동일점을 향해 수렴하지 않을 것이다.
도2, 도3 및 도4를 참조하면, 중심 급송 포트(9)는 버너(20)를 관통하는 공급 라인(19)에 의해, 도면부호 40으로 개략적으로 표시되어 있고 제1 스트림을 형성하는 재료를 공급 라인(19)에 제공 및 분사하여 중심 급송 포트(9)를 통해 외부로 방출되도록 하는 제1 공급 장치에 연결된다. 공급 라인(19) 및 중심 급송 포 트(9)는 포트(9) 외부로 방출된 제1 스트림이 축(39)을 따르도록 정렬된다. 양호하게는, 포트(9)의 축(39)은 표면(22)에 수직이다.
각각의 외부 포트는 버너(20)를 관통하는 각각의 외부 포트의 대응하는 개별 공급 라인에 의해, 도면부호 50으로 개략적으로 표시되어 있고 각각의 공급 라인 내로 재료를 제공 및 분사하여 재료가 본 명세서에 기술된 방식으로 외부 포트 외부로 제2 스트림으로서 방출되도록 하는 공급 장치에 연결된다.
각각의 공급 라인은 비분기형(unbrached)이고, 각각의 공급 라인의 단부들 중 하나에 있는 공급 장치(50)를 각각의 공급 라인의 타단부에 있는 각각의 공급 라인의 외부 포트에 연결시킨다. 비분기형 공급 라인은 분기 라인 내로의 그리고 분기 라인으로의 접근을 제어하는 밸브를 통한 재료의 전환이 없다는 이점을 제공한다. 비분기형 공급 라인에 의해 급송된 외부 포트를 사용하는 것은 본 명세서에 기술된 방식으로 화염 패턴의 더 믿을 수 있고 재현가능한 제어를 가능케 한다.
도2, 도3 및 도4에서, 참조 및 설명의 편의를 위해 외부 포트에 연결되는 모든 통로가 도시된 것은 아니다. 도2에 도시된 바와 같이, 외부 포트(2, 3)는 공급 라인(12, 13)에 의해 각각 급송되고, 외부 포트(7, 8)는 공급 라인(17, 18)에 의해 각각 급송된다. 외부 포트(1)로 급송하는 공급 라인(10)이 도2에 도시되지 않아, 공급 라인(19)이 도시될 수 있지만, 공급 라인(11)은 도3 및 도4에 도시되어 있다. 도3에 도시된 바와 같이, 외부 포트(1, 2)는 공급 라인(11, 12)에 의해 각각 급송되고, 외부 포트(7, 8)는 공급 라인(17, 18)에 의해 각각 급송된다. 외부 포트(3)로 급송하는 공급 라인(13)이 도3에 도시되지 않아 공급 라인(19)이 도시될 수 있 다. 도4에 도시된 바와 같이, 외부 포트(1, 8)는 공급 라인(11, 18)에 의해 각각 급송되고, 외부 포트(5, 6)는 공급 라인(15, 16)에 의해 각각 급송된다. 외부 포트(7)로 급송하는 공급 라인(17)이 도시되지 않아 공급 라인(19)이 도시될 수 있다.
외부 포트로 급송하는 공급 라인은 도1 내지 도4에 도시된 바와 같이 버너(20)를 통해 일직선으로 이어질 수 있지만, 그 대신 공급 라인은, 외부 포트에서 종결되고 축이 중심 급송 포트의 축에 대해 각도를 이루어 수렴 또는 발산하는 제1 부분을 포함하고, 축이 공급 라인(19)에 평행하거나 제1 부분의 축에 대해 어느 정도 다르게 각도를 이루는, 버너(20) 내에서 제1 부분과 교차하는 제2 부분을 포함하도록 구성될 수 있다.
외부 포트로 급송하는 공급 라인은 양호하게는 버너(20)가 제작되는 재료를 천공함으로써 형성된다. 양호하게는, 외부 포트로 급송하는 공급 라인과 중심 급송 포트로 급송하는 공급 라인(19)은 금속과 같은 보호 재료로 라이닝(lined)된다. 공급 라인은 또한 대형 개구를 갖춘 내화 블록을 주조하고 제거가능한 노즐을 삽입함으로써 생성될 수 있다.
다른 실시예에서, 스트림이 관통하여 방출될 수 있는 노즐 또는 오리피스가 모든 또는 일부의 외부 포트의 개구에 제공될 수 있다. 이러한 경우, 노늘 또는 오리피스의 축은 외부 포트의 축이다. 이러한 용도로 제공된 노즐 또는 오리피스는 각각의 노즐 또는 오리피스의 축이 외부 포트로 급송하는 공급 라인을 교체 또는 재천공할 필요 없이 이동될 수 있도록 조절될 수도 있다.
제1 스트림으로서 방출된 재료와 제2 스트림으로서 방출된 재료는 서로 혼합된 후, 혼합물 내에 존재하는 연료의 자체 점화 온도보다 높은 온도에서 외부 또는 통합된 점화원에 직면하여 또는 연소 챔버 내에서 연소될 수 있어야 한다.
일 실시예에서, 제1 스트림으로서 방출된 재료와 제2 스트림으로서 방출된 재료 양쪽 모두는 제1 및 제2 스트림으로 형성되는 혼합물의 연소시 관여하는 재료를 포함한다. 예컨대, 제1 스트림은 제2 스트림이 산화제 또는 연료와 산화제의 미리 혼합된 혼합물을 포함하는 경우 연료를 포함할 수 있다. 그 대신, 제1 스트림은 제2 스트림이 연료 또는 연료와 산화제의 미리 혼합된 혼합물을 포함하는 경우 산화제를 포함할 수 있다. 다른 대체예에서, 제1 스트림 및 제2 스트림 양쪽 모두는 연료와 산화제의 미리 혼합된 혼합물을 포함한다. 양호하게는, 제1 스트림은 연료를 포함하고 제2 스트림은 산화제를 포함한다.
다른 실시예에서, 제1 스트림으로서 방출된 재료는 연료 또는 연료와 산화제의 혼합물을 포함하고, 제2 스트림은 "불활성"인데, 즉 제1 및 제2 스트림으로 형성되는 혼합물의 연소에 관여하는 재료를 함유하지 않는다. 제2 스트림으로서 방출될 수 있는 이런 재료의 예는 질소, 아르곤, 이산화탄소, 물(액체 또는 양호하게는 증기), 헬륨 및 이들의 혼합물을 포함한다.
적절한 연료는 형태가 가스, 액체 또는 미립자 고체이든지 연소가능한 탄화수소를 포함한다. 적절한 가스 연료는 천연 가스, 기화된 LPG(액화된 석유 가스), 프로판, 부탄, 및 일산화탄소, 질소, 또는 코크스 오븐 가스(coke oven gas), 고로 가스(blast furnace gas), 전기 아크로 가스(electric arc furnace gas) 및 석탄 가스(coal gas)와 같은 일산화탄소와 질소 양쪽 모두를 함유하는 가스 혼합물을 포함한다. 적절한 액체 연료는 연료 오일 또는 디젤 오일을 포함한다. 액체 연료는 (중심 급송 포트이던 외부 포트이던지) 액체 연료의 포트로부터 배출될 때 원자화되어야 한다. 적절한 고체 연료는 임의의 등급 또는 혼합 등급의 석탄 및 석유 코크스를 포함한다. 연료가 고체일 때, 연료는 화력 발전 파워 플랜트의 연소 챔버에 미분탄을 급송할 때 사용되는 것처럼, 운송 공기와 같은 적절한 캐리어 가스와 함께 포트 외부로 급송될 수 있도록 입자 크기가 감소되어야 한다.
산화제는 체적 5% 내지 체적 100% 산소, 양호하게는 체적 10% 내지 체적 100% 산소를 함유하는 스트림이어야 한다. 예컨대, 적어도 체적 20% 또는 체적 25% 또는 적어도 체적 50%까지 공기의 산소 함유량 이상으로 산호 함유량을 증가시키도록 산소가 추가된 공기를 의미하는 산호부하(oxygen-enriched) 공기와 같은 공기가 양호한 산화제이다. 다른 양호한 산화제는 적어도 체적 80% 산소 또는 적어도 체적 95% 또는 적어도 체적 98% 산소를 함유하는 가스 스트림이다. 이러한 높은 산소 함유량을 갖는 산화제는 압축 산소 가스를 포함하는 저장 탱크로부터, 액체 산호를 포함하고 적당량의 액체 산소의 기화에 의해 산소를 제공하는 저장 탱크로부터, 또는 공기로부터 고순도 산소를 생산하는 현장(on-site) 산소 분리 유닛으로부터, 또는 산소 파이프라인으로부터 제공될 수 있다. (연소에 관여하지 않는 상술된 재료와 같은) 다른 가스 성분이 저장 탱크, 공급 트럭 또는 파이프라인으로부터 유사하게 제공될 수 있다.
제1 스트림으로서 포트(9)로부터 방출된 재료를 공급 라인(19) 내로 분사하 는 공급 장치(40)와, 제2 스트림으로서 외부 포트로부터 방출된 재료를 공급 라인 내로 분사하는 공급 장치(50)는 연료, 산화제, 미리 혼합된 연료와 산화제 또는 비연소 재료의 적절한 소스뿐만 아니라, 경우에 따라 재료를 포트(들)로 그리고 포트(들)를 통해 추진시키기 위한 적절한 장치를 포함한다. 가스 재료를 위한 적절한 장치는 팬 및 송풍기를 포함한다. 액체 및 미립자 고체를 위한 적절한 장치는 소정의 속도로 포트(들)로 그리고 포트(들)를 통해 재료를 이송하는 필요 기능을 수행하는 능력을 갖는 애터마이저 및 송풍기를 포함한다. 공급 장치(50)의 추가적인 능력은 이하에 기술된다.
중심 급송 포트에 의해 방출된 제1 스트림의 속도는 통상 5 내지 1600fps(feet per second), 양호하게는 10 내지 900fps이어야 한다. 각각의 외부 포트에 의해 방출된 제2 스트림의 속도는 통상 5 내지 2000fps, 양호하게는 10 내지 900fps이어야 한다.
제1 및 제2 스트림의 혼합물의 온도는 통상 3000℉까지, 양호하게는 2000℉까지어야 한다.
본 발명에 따르면, 차례로 (1) 편향이 없는 경우 따라서 달리 이동될 수 있는 축으로부터 방출된 제1 스트림을 편향시키는 모멘텀이 충분한 상태로, 제2 스트림이 하나의 외부 포트 또는 인접하게 위치된 외부 포트의 그룹으로부터 방출되지만, 동시에 재료는 다른 외부 포트로부터 방출되지 않거나, 제1 스트림을 제1 스트림의 축으로부터 편향시키는데 충분한 모멘텀을 갖는 않는 상태로 다른 외부 포트로부터 방출되고, (2) 편향이 없는 경우 다르게 따라 이동될 수 있는 축으로부터 (사전에 편향된 방향과 다른 방향으로) 제1 스트림을 편향시키는 모멘텀이 충분한 상태로, 제2 스트림이 다른 외부 포트 또는 인접하게 위치된 외부 포트의 다른 그룹으로부터 방출되지만, 동시에 재료는 다른 외부 포트로부터 방출되지 않거나, 제1 스트림을 제1 스트림의 축으로부터 편향시키는데 충분한 모멘텀을 갖는 않는 상태로 다른 외부 포트로부터 방출되고, 그 후에, 제2 스트림의 방출은 외부 포트 또는 외부 포트의 그룹을 주기적으로 변화시킴으로써 계속된다. 중심 급송 포트로부터 유동을 편향시키는 재료의 제2 스트림의 유동은 가끔 감소 또는 방해되어, 방출된 재료의 제1 스트림이 중심 급송 포트의 축을 따라 일시적으로 유동한 후, 제2 스트림이 제1 스트림을 다시 편향시키도록 외부 포트 또는 외부 포트의 그룹으로부터 다시 방출될 수 있다는 것을 알아야 한다.
이러한 기능을 수행하도록, 제2 스트림으로서 각각의 외부 포트로부터 방출되도록 공급 라인 내로 재료를 분사하는 공급 장치(50)는 충분한 고속으로 재료가 내부로 분사되는 공급 라인 또는 라인들을 순차적으로 변경하여, 제2 스트림이 중심 급송 포트로부터 방출되는 제1 스트림을 제1 스트림의 축으로부터 편향시키는데 충분한 모멘텀을 갖고 임의의 시점에서 관통하여 방출되는 외부 포트 또는 포트들을 순차적으로 변경시키기 위한 기구를 포함한다.
이러한 기능은 몇몇 임의의 방식으로 수행될 수 있다. 하나의 방식은 외부 포트에 도달할 수 있는 재료의 양 및/또는 속도를 조절하는 자체 밸브를 갖춘 외부 포트로부터 방출되는 제2 스트림이 되도록 재료를 공급하는 각각의 공급 라인을 제공하는 것이다. 이러한 밸브는 2개의 위치, 더 많은 유동, 즉 제1 스트림을 제1 스트림의 축으로부터 편향시키는데 충분한 모멘텀에서 재료를 방출하는데 충분한 유동을 허용하는 위치와, 유동을 전혀 허용하지 않거나 제1 스트림을 제1 스트림의 축으로부터 편향시킬 수 없는 속도의 유동을 허용하는 위치 사이에서 전환될 수 있다. 2개의 위치는 미리 설정될 수 있다.
유동이 각각의 공급 라인 상의 밸브에 의해 조절되는 이러한 실시예 및 다른 실시예에서, 밸브 위치는 각각의 밸브의 상태, 즉 밸브가 밸브를 통해 더 많은 유동 또는 더 적은 유동을 허용하는지를 자동으로 명령하는 프로그램가능 로직 제어기(programmable logic controller; PLC)와 같은 제어기에 의해 명령된다. 각각의 밸브가 상대적으로 더 많은 유동과 상대적으로 더 적은 유동을 허용하는 것 사이에서 교번되게 하는 실제 기구는 예컨대, 솔레노이드식 또는 공압식 또는 동력식 작동을 사용할 수 있다. 제2 스트림을 포함하는 재료가 압력을 받아 밸브의 상류측에 적용될 때, 이러한 재료는 (제어기가 명령한 대로) 다양한 밸브가 개방될 때 다양한 밸브를 통해 유동하고, 각각의 밸브가 개방되는 상대 각도에 대응하는 속도 및/또는 질량 유량으로 유동하고, 다양한 밸브가 폐쇄되거나 완전히 막힐 때 낮은 속도로 유동하거나 전혀 유동하지 않는다.
제2 스트림을 포함하는 재료의 외부 포트를 통한 유동을 순차적으로 제어하기 위한 다른 대안은, 회전가능한 변환기와 같은 가동식 부재를 포함하고, 제2 스트림 재료의 상류부 공통 공급원과 개별 공급 라인 사이에 위치설정되는 단일 밸브 기구를 채용하는 것이다. 가동식 부재는 주 개구가 제시간에 임의의 특정 지점에서 정렬되는 외부 포트 공급 라인 내로 제2 스트림 재료가 관통하여 유동할 수 있 는 주 개구를 포함한다. 가동식 부재는 다른 외부 포트 공급 라인으로의 유동을 달리 차단하거나, 선택적으로, 주 개구가 외부 포트 공급 라인 중 하나와 정렬될 때 하나 이상의 다른 외부 포트 공급 라인과 정렬되는 추가적인 개구를 더 포함한다. 가동식 부재 및 외부 포트 공급 라인은, 가동식 부재가 이동(예컨대, 가동식 부재의 자체 축을 중심으로 회전)되어 제2 스트림을 포함하는 재료가 일련의 외부 포트로 유동할 수 있게 하는 순차인 주 개구를 외부 포트 공급 라인과 정렬되게 하도록 서로에 대해 위치설정된다. 제2 스트림을 포함하는 재료가 가동식 부재 상류의 압력하에서 적용될 때, 가동식 부재의 회전은 일련의 외부 포트 공급 라인과 주 개구를 정렬시키는 동시에, 임의의 상술된 추가적인 개구가 제공되는지 여부에 따라 제2 스트림이 다른 외부 포트 공급 라인 내로 유동하지 못하게 하거나 다른 외부 포트 공급 라인 내로 더 적게 유동하는 것을 허용한다.
이러한 단일 회전식 밸브 시스템은 전자식으로 또는 공압식으로 제어될 수 있다. 전자식 제어에 대해, 가변 주파수 구동기가 회전식 밸브를 회전시키는 전기 모터를 구동시키고, 회전 속도는 PLC에 의해 제어될 것이다. 작동되는 회전식 밸브를 공압식으로 제어하도록, 압축 구동 유체의 공급 압력이 변경 및 제어될 것이다.
이러한 제어 체계 중 어느 하나 또는 동일한 기능을 달성하는 임의의 다른 제어 체계를 사용하여, 제2 스트림은 제1 스트림의 축으로부터 제1 스트림을 편향시키는데 충분한 모멘텀에서 외부 포트를 통해 또는 인접한 외부 포트의 그룹으로 순차적으로 제공된다. 이러한 모멘텀을 갖는 제2 스트림의 순차적인 급송은 제1 스트림을 편향시키는 제2 스트림을 방출하는 외부 포트 또는 외부 포트들을 순차적으로 변화시키고, 차례로 제1 스트림이 편향되는 방향을 순차적으로 변화시킨다. 제2 스트림의 유동을 편향시키는 제1 스트림의 순차는 양호하게는, 도1에 번호가 매겨진 수열의 외부 포트(1 내지 8)에서와 같이, 하나의 외부 포트에서, 이어서 가장 가까운 이웃 외부 포트에서, 이어서 상기 이웃 외부 포트에 가장 가까운 외부 포트에서 등과 같이, 외부 포트의 배열체를 순환하여(around and around) 진행되고, 외부 포트(8) 외부로 유동한 후에 외부 포트(1) 외부로 유동한다. 다르게는, 제2 스트림의 제1 스트림 편향 유동(first stream-deflecting flow)이 방출되는 외부 포트의 순차는 하나의 외부 포트에서 다른 하나의 인접하지 않은 외부 포트로, 이어서 인접한 또는 인접하지 않은 다른 하나로 등과 같이 건너뛸 수 있다. 또한, 순차는 반복될 수 있거나, 어느 외부 포트가 제2 스트림을 방출하여 제1 스트림의 유동을 편향시키기 위한 다음 포트인지에 대하여 규칙성이 없도록 무작위화될 수 있다. 순차는 규칙적이던 무작위던지 PLC 내에 프로그램되고 PLC에 의해 수행될 수 있다.
통상, 제2 스트림의 제1 스트림 편향 유동의 유동 방향은 완전한 방향 변화의 순차가 0.03분 내지 30분, 양호하게는 0.1분 내지 10분 내에 발생하는데 충분하게 자주 변화된다.
본 발명은 동시에 하나의 외부 포트로부터 제2 스트림으로서 재료의 제1 스트림 편향 유동을 방출함으로써 수행될 수 있지만, 동시에 한 쌍의 인접한 외부 포트로부터, 또는 중간 포트와, 중간 포트의 각각의 측부 상의 인접한 외부 포트를 포함하는 3개의 외부 포트의 그룹으로부터 제2 스트림을 방출하는 것도 가능하고 그리고 그렇게 하는 것이 종종 바람직하다. 즉, 도1을 참조하면, 제1 스트림을 편향시키는 제2 스트림은 외부 포트(1 내지 8) 중 임의의 하나로부터, 또는 포트(1, 2)로부터, 이어서 포트(2, 3)로부터 , 이어서 포트(3, 4)로부터 등과 같이 동시에 2개의 인접한 포트로부터 발생될 수 있다. 다르게는, 유동은 포트(1, 2, 3)로부터, 이어서 포트(2, 3, 4)로부터, 이어서 포트(3, 4, 5)로부터 등과 같이 발생될 수 있다. 실제로, 제2 스트림이 제1 스트림을 편향시키도록 안내되는 외부 포트의 개수는 단지 1개에서 외부 포트의 총수보다 1개 작은 개수일 수 있고, 양호하게는 1개 내지 4개의 외부 포트일 수 있다.
중심 급송 포트로부터의 제1 스트림의 모멘텀에 대한 제1 스트림을 편향시키는 외부 포트 또는 외부 포트들에 의해 방출된 스트림의 모멘텀의 비율은 통상 1.01 내지 20, 양호하게는 1.1 내지 10이다.
포트의 출구 개구는 스트림이 유효 속도 범위(중심 급송 포트로부터 방출된 제1 스트림에 대해서는 통상 5 내지 1600fps, 양호하게는 10 내지 900fps의 속도이고, 외부 포트에 의해 방출된 제2 스트림에 대해서는 5 내지 2000fps, 양호하게는 10 내지 900fps의 속도임)내에서 방출되는 한 형상(외형) 및 영역이 변경될 수 있다.
중심 포트에 대한 외부 포트 사이의 거리는 외부 포트마다 변경될 수 있다. 양호하게는, 외부 포트는 원형 또는 타원형 패턴으로 배치되어야 한다.
임의의 시점에서 모든 외부 포트를 통해 제2 스트림으로서 방출된 재료의 총 량은 통상 제1 스트림을 편향시키는 모멘텀을 제공하는 외부 포트 또는 포트들에 의해 방출되어야 하는 양의 10 내지 100%, 양호하게는 50 내지 100%이다.
외부 포트의 축이 중심 급송 포트의 축에 대해 수렴할 때, 제1 스트림 편향 스트림 또는 스트림들은 제1 스트림의 축으로부터 제1 스트림을 "추진(pushing)"시킴으로써 제1 스트림의 축으로부터 제1 스트림을 편향시킨다. 외부 포트의 축이 중심 급송 포트의 축에 대해 발산할 때, 제1 스트림 편향 스트림 또는 스트림들은 제2 스트림(들)을 향해 제1 스트림을 견인 또는 흡인(aspirating)함으로써 제1 스트림의 축으로부터 제1 스트림을 편향시킨다. 어느 경우든, 제2 스트림 도는 스트림들은 제1 스트림과 교차하여 제1 스트림과 혼합된다.
일단 점화되면, 제1 및 제2 스트림으로 형성된 혼합물이 연소되고 화염을 형성한다. (제2 스트림 또는 스트림들에 의해) 제1 스트림이 편향되는 방향은 제1 및 제2 스트림의 혼합물이 연장되는 방향이 되는데, 이는 차례로 화염이 연장되는 방향이다. 따라서, 중심 급송 포트의 축에 대한 화염의 배향은 제1 스트림과 다른 외부 포트 또는 외부 포트의 그룹으로부터 생성되는 제1 스트림 편향 제2 스트림 사이의 각각의 교차에 의해 변화된다. 예컨대, 도1 내지 도4에 도시된 것과 같은 버너로 본 발명을 수행하고, 포트(1 내지 8)의 순열의 외부 포트로부터 이 순서로 제2 스트림을 방출하는 것은, 도1에 제공된 도면에서 버너의 전방에서 바라볼 때, 화염이 정점이 포트(9)에 있게 될 원추부를 계속 스쳐지나 가게 됨에 따라 화염이 포트(5), 이어서 포트(6), 이어서 포트(7), 이어서 포트(8)[이 지점에서 제2 스트림의 제1 스트림 편향 유동은 포트(4)로부터 발생할 것이다)를 숨기는 등과 같이 되도록 화염은 편향될 것이다.
이러한 작용은 가열되는 재료 및 연소가 내부에서 일어나는 인클로저에 대해 소정의 연소 열을 계속 제공하지만, 화염 배향의 계속적인 시프팅(shifting)이 화염의 최고온 구역에 대한 방해 없는 접근으로 인해 과열되는 "핫 스팟" 또는 구역의 생성을 방지하기 때문에 더 균일한 온도 분포를 제공하는 방식으로 수행된다. 이는 차례로 "핫 스팟"의 방지로 인해 제한 필요성이 더 적기 때문에, 더 고온의 평균 화염 온도를 제공하는 연소 상태를 가능케 한다.
제1 및 제2 스트림 내의 재료의 비율(또는 비)은 제1 스트림과 제2 스트림의 교차 및 혼합시 형성되는 혼합물의 연소를 유지시키는데 적절할 필요가 있다. 따라서, 화염으로서 형성되는 연료와 산화제의 각각의 혼합물은 순차적으로 다른 외부 포트 각각으로부터의 제2 스트림의 방출에 의해 배향이 변화되기 때문에, 주위로부터 화염으로 유입되는 산화제와, 임의의 보조 급송 포트(들)를 통해 급송된 산화제와, 제1 및 제2 스트림 내에 급송된 산화제를 고려하면, 급송된 산소의 총량 대 급송된 연료의 양의 비율은 화학량론비(stoichiometric ratio)의 0.5배 내지 10배이어야 하고, 여기서 화학량론비는 연료를 CO2 및 H2O로 완전 연소시키는데 필요한 연료의 몰당 산소의 몰량으로서 정의된다. 예컨대, 메탄의 연소에 대해 이 방식으로 정의된 화학량론비는 2이므로, 형성되는 제1 및 제2 연소물(combustant)의 각각의 혼합물 내에 달성되는 산소 대 메탄의 비율은 2 x (0.5 내지 10) 또는 1 내지 20이다.
중심 급송 포트의 축과 가장 가까운 외부 포트 사이의 거리는 통상적으로 3 내지 24 인치 (7.62 내지 60.96cm)이고, 양호하게는 3 내지 24 인치 (15.24 내지 60.96cm)이다.
가열, 또는 가열 및 용융될 재료 표면의 더욱 균일한 온도 프로파일의 이점을 제공할 뿐만 아니라, 화염이 제공하는 결과적인 열을 위해, 본 발명은 산화 질소의 생성을 저감하는 것을 돕는 단계화된 연소 기술을 사용하여 수행될 수 있다는 점에서 이점이 있다. 단계화는 제1 스트림 편향에서 주어진 시간 지점에서 개재되지 않는 외부 포트를 통한 소량의 재료 분사를 통해 실현될 수 있다.
도5 및 도6에 도시된 또 다른 양호한 실시에는 화염을 안정시키고 산화 질소의 형성을 제어하는 것을 돕도록 스트림이 방출되는 하나 이상의 보조 급송 포트를 포함한다. 양호한 보조 급송 포트는 중심 급송 포트(9) 주위의 환형 오리피스(60)이다. 대신, 환형 오리피스(60)는 중심 급송 포트(9) 주위에 배열된 일련의 뚜렷한 개구에 의해 대체될 수 있다. 하나 이상의 보조 급송 포트는 임의의 외부 포트보다 더 중심 급송 포트에 인접한다. 보조 급송 포트 또는 포트들은 보조 급송 소스(56)로부터 보조 공급 라인(58)을 통해 급송된다. 이러한 실시예에서, 중심 급송 포트와 보조 급송 포트(들) 중 적어도 하나가 연료를 방출하고, 중심 급송 포트와 보조 포트(들) 중 적어도 하나가 산화제를 방출한다면, 중심 급송 포트(9)에 의해 방출된 스트림은 연료, 산화제, 또는 연료 및 산화제의 혼합물을 포함하고, 보조 급송 포트(60) 또는 포트(60)들은 연료, 산화제, 또는 연료 및 산화제의 혼합물을 방출한다. 각각의 공급부(40, 56)에 의해 중심 급송 포트로 급송된 재료 및 보 조 포트(들)로 급송된 재료는 본 기술 분야에서 공지된 장치에 의해 제공 및 분사된다.
보조 급송 포트(60) 또는 포트(60)들로 급송된 재료는 연속적인 급송이 아닌, 즉 보조 급송 포트(들)로 그리고 그것을 통해 급송되는 재료의 속도는 운전 도중에 변동하지 않고, 운전 도중에 상이한 속도들 사이에서 동요하지 않는다.
본 발명은 많은 다른 장점들을 제공한다. 그 중 하나는 본 발명이 가열될 재료로 열을 더욱 효과적으로 전달하기 위해 넓은 범위를 가지는 화염을 제공한다는 것이다. 또한, 화염의 방향은, 하드 웨어(버너 및/또는 유동 제어 밸브)의 임의의 변경을 요구하지 않고 단순히 외부 포트를 통한 연속적 급송을 지배하는 제어기로 방향을 변경함으로써, 버너 운전 도중에도 쉽게 변경될 수 있다.
또 다른 장점은 소정의 시간 기간 동안에 소정의 방향으로 화염을 지정할 수 있는 능력이다. 즉, 화염은 지속적으로 이동할 필요가 없다. 화염 방향 변동의 빈번도 및 화염이 임의의 주어진 방향을 지정하는 시간 기간은, 예컨대 로가 변경되는 순간에 설정될 수 있고, 로가 충전되는 방식에 따라, 화염은 많은 양의 가열될 재료가 충전된 부분 또는 초기에 저온인 새로 충전된 재료가 많이 있는 부분의 방향으로 지정되어서 머무를 수 있다.
본 발명의 추가적 장점은 다음 사항을 포함한다.
- 내화벽에 형성된 "열점"이 적어서 로의 수명을 증가시킬 수 있다.
- 더욱 균일한 열전달 패턴을 개선하는 것은 더욱 작은 "냉점"을 의미하고, 이것은 증가된 용융 속도 또는 가열 속도로 이어질 수 있다.
- 균일한 열전달 패턴으로 인해 요구되는 버너가 더 작으므로, 낮은 비용으로 동등한 생산물을 얻을 수 있다.
- 지붕에 설치된 버너는 측벽에 관찰 구멍, 서비스 도어, 충전 도어를 설치하기 위한 많은 지점을 남긴다.
- 지붕에 설치된 이동식 화염을 구비한 버너는 로의 기하학적 형상에 최적화되는 연소 시스템의 설계를 허용한다.
화염의 방향 및 화염의 강도는 독립적인 분사에 의해 결정되고, 노즐 설계, 가스 혼합, 유체 유동 패턴, 화학적 공격 또는 파편과 같은 열화 요소에 대항한 재료의 신뢰성에 의존하지 않으며, 화염의 안정성에 영향을 미치는 운전 변수의 변동에 덜 민감하다. 화염 안정성 및 특성은 견고히 고정된 가스 분사 포트에 의해 결정된다. 온도가 더욱 균일하면, 열은 버너 (또는 용융 또는 가열 표면) 주위로 균일하게 전달되고 대전물을 가로질러 한 줄로만 전달되지 않기 때문에, 국부적인 고온 영역 또는 지점을 회피한다. 이것은 또한 알루미늄 및 스틸과 같은 가열 재료가 국부적인 고온 및 높은 산소 분압으로 인해 산화되기 쉽다면, 잠재적인 낮은 산화 속도를 허용한다.
다른 장점들은 외부 포트의 희박한 클로깅(clogging)의 발생시에, 분사 순서는 적절한 수리가 이루어질 때까지 상기 포트를 사용을 회피하도록 변경될 수 있기 때문에, 높은 화염 안정성과 감소된 휴식 기간을 포함한다.
본 발명은 알루미늄 용융과 스틸 재가열과 같은 산소와 관련된 적용예에서 낮은 제조 비용, 산출량 개선, 및 낮은 연료 소비율을 제공한다.

Claims (26)

  1. (A) 축을 갖는 중심 급송 포트와,
    (B) 연료, 산화제 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료를 포함하는 제1 스트림을, 중심 급송 포트를 통해 중심 급송 포트의 축을 따라 분사하기 위한 제1 공급 장치와,
    (C) 중심 급송 포트의 축에 대해 수렴 또는 발산하는 축을 각각 갖는 3개 이상의 외부 포트와,
    (D) 외부 포트의 개수와 같은 개수인 3개 이상의 비분기형 공급 라인을 포함하고,
    각각의 상기 공급 라인의 일단부는 상기 공급 포트 중 다른 하나에 연결되고, 각각의 상기 공급 라인의 타단부는 연료, 산화제, 불활성 재료 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료를, 상기 공급 라인 중 다른 하나 내로 그리고 다른 하나를 통해 순차적으로 분사하기 위해 제어가능한 공급 장치에 연결되어, 상기 재료가 상기 중심 급송 포트의 축으로부터 제1 스트림을 편향시키는데 충분한 모멘텀을 갖는 일련의 제2 스트림으로서 상기 외부 포트 중 다른 하나로부터 순차적으로 방출되는 버너 장치.
  2. 제1항에 있어서, 중심 급송 포트는 하나의 개구를 갖는 버너 장치.
  3. 제1항에 있어서, 중심 급송 포트는 2개 내지 8개의 개구를 갖는 버너 장치.
  4. 제1항에 있어서, 제1 스트림은 연료를 포함하고, 제2 스트림은 산화제를 포함하는 버너 장치.
  5. 제1항에 있어서, 제1 스트림은 산화제를 포함하고, 제2 스트림은 연료를 포함하는 버너 장치.
  6. 제1항에 있어서, 제1 스트림은 연료와 산화제의 혼합물을 포함하는 버너 장치.
  7. 제1항에 있어서, 제2 스트림은 연료와 산화제의 혼합물을 포함하는 버너 장치.
  8. 제1항에 있어서, 제1 스트림은 연료를 포함하고, 제2 스트림은 상기 연료와 산화제의 연소에 관여하는 재료를 함유하지 않는 버너 장치.
  9. (A) 축을 갖는 중심 급송 포트와,
    (B) 중심 급송 포트의 축에 대해 수렴 또는 발산하는 축을 각각 갖는 3개 이상의 외부 포트와,
    (C) 임의의 상기 외부 포트보다 중심 급송 포트에 더 근접하게 위치설정되는 하나 이상의 보조 급송 포트와,
    (D) 연료, 산화제 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료를 포함하는 제1 스트림을, 중심 급송 포트를 통해 중심 급송 포트의 축을 따라 분사하기 위한 제1 공급 장치와,
    (E) 상기 제1 스트림 및 보조 스트림 중 적어도 하나가 연료를 포함하고, 상기 제1 스트림 및 보조 스트림 중 적어도 하나가 산화제를 포함하는 것을 조건으로 하여, 연료, 산화제 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료를 포함하는 보조 스트림을, 상기 보조 급송 포트를 통해 비순차적으로 분사하기 위한 보조 스트림 공급 장치와,
    (F) 외부 포트의 개수와 같은 개수인 3개 이상의 비분기형 공급 라인을 포함하고,
    각각의 상기 공급 라인의 일단부는 상기 공급 포트 중 다른 하나에 연결되고, 각각의 상기 공급 라인의 타단부는 연료, 산화제, 불활성 재료 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료를, 상기 공급 라인 중 다른 하나 내로 그리고 다른 하나를 통해 순차적으로 분사하기 위해 제어가능한 공급 장치에 연결되어, 상기 재료가 상기 중심 급송 포트의 축으로부터 제1 스트림을 편향시키는데 충분한 모멘텀을 갖는 일련의 제2 스트림으로서 상기 외부 포트 중 다른 하나로부터 순차적으로 방출되는 버너 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 하나 이상의 보조 급송 포트는 중심 급송 포트 주위의 환형 오리피스인 버너 장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 제어가능한 공급 장치에 의해 분사된 스트림은 상기 연료와 산화제의 연소에 관여하는 재료를 함유하지 않는 버너 장치.
  12. 제9항에 있어서, 상기 제1 스트림은 연료를 포함하고, 상기 제2 스트림은 산화제를 포함하고, 상기 제어가능한 공급 장치에 의해 분사된 스트림은 산화제를 포함하는 버너 장치.
  13. 제9항에 있어서, 상기 제1 스트림은 연료를 포함하고, 상기 제2 스트림은 산화제를 포함하고, 상기 제어가능한 공급 장치에 의해 분사된 스트림은 상기 연료와 산화제의 연소에 관여하는 재료를 함유하지 않는 버너 장치.
  14. (A) 연료, 산화제 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료를 포함하는 제1 스트림을, 축을 갖는 중심 급송 포트를 통해 상기 중심 급송 포트의 축을 따라 분사하는 단계와,
    (B) 중심 급송 포트의 축에 대해 수렴 또는 발산하는 축을 각각 갖는 3개 이상의 외부 포트를 제공하는 단계와,
    (C) 외부 포트의 개수와 같은 개수인 3개 이상의 비분기형 공급 라인으로서, 각각의 상기 공급 라인의 일단부는 상기 공급 포트 중 다른 하나에 연결되고, 각각의 상기 공급 라인의 타단부는 연료, 산화제, 불활성 재료 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료를, 상기 공급 라인 중 다른 하나 내로 그리고 상기 공급 라인 중 다른 하나를 통해 순차적으로 분사하기 위해 제어가능한 공급 장치에 연결되는, 3개 이상의 비분기형 공급 라인을 제공하는 단계와,
    (D) 상기 공급 라인 중 다른 하나 내로 상기 재료를 순차적으로 분사하여, 상기 중심 급송 포트의 축으로부터 상기 분사된 제1 스트림을 편향시켜 편향된 제1 스트림과의 혼합물을 형성하는데 충분한 모멘텀을 갖는 일련의 제2 스트림으로서, 하나 이상의 상기 외부 포트 중 다른 하나를 통해 상기 재료를 순차적으로 방출하는 단계와,
    (E) 제1 스트림과 제2 스트림의 혼합물을 연소시키는 단계를 포함하는 연소 방법.
  15. 제14항에 있어서, 중심 급송 포트는 하나의 개구를 갖는 연소 방법.
  16. 제14항에 있어서, 중심 급송 포트는 2개 내지 8개의 개구를 갖는 연소 방법.
  17. 제14항에 있어서, 제1 스트림은 연료를 포함하고, 제2 스트림은 산화제를 포함하는 연소 방법.
  18. 제14항에 있어서, 제1 스트림은 산화제를 포함하고, 제2 스트림은 연료를 포함하는 연소 방법.
  19. 제14항에 있어서, 제1 스트림은 연료와 산화제의 혼합물을 포함하는 연소 방법.
  20. 제14항에 있어서, 제2 스트림은 연료와 산화제의 혼합물을 포함하는 연소 방법.
  21. 제14항에 있어서, 제1 스트림은 연료를 포함하고, 제2 스트림은 상기 연료와 산화제의 연소에 관여하는 재료를 함유하지 않는 연소 방법.
  22. (A) 연료, 산화제 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료를 포함하는 제1 스트림을, 축을 갖는 중심 급송 포트를 통해 상기 중심 급송 포트의 축을 따라 분사하는 단계와,
    (B) 중심 급송 포트의 축에 대해 수렴 또는 발산하는 축을 각각 갖는 3개 이상의 외부 포트를 제공하는 단계와,
    (C) 임의의 상기 외부 포트보다 중심 급송 포트에 더 근접하게 위치설정되는 하나 이상의 보조 급송 포트를 제공하는 단계와,
    (D) 상기 제1 스트림 및 보조 스트림 중 적어도 하나가 연료를 포함하고, 상 기 제1 스트림 및 보조 스트림 중 적어도 하나가 산화제를 포함하는 것을 조건으로 하여, 연료, 산화제 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료를 포함하는 보조 스트림을, 상기 보조 급송 포트를 통해 비순차적으로 분사하는 단계와,
    (E) 외부 포트의 개수와 같은 개수인 3개 이상의 비분기형 공급 라인으로서, 각각의 상기 공급 라인의 일단부는 상기 공급 포트 중 다른 하나에 연결되고, 각각의 상기 공급 라인의 타단부는 연료, 산화제, 불활성 재료 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료를, 상기 공급 라인 중 다른 하나 내로 그리고 상기 공급 라인 중 다른 하나를 통해 순차적으로 분사하기 위해 제어가능한 공급 장치에 연결되는, 3개 이상의 비분기형 공급 라인을 제공하는 단계와,
    (F) 상기 공급 라인 중 다른 하나 내로 상기 재료를 순차적으로 분사하여, 상기 중심 급송 포트의 축으로부터 상기 분사된 제1 스트림을 편향시켜 편향된 제1 스트림과의 혼합물을 형성하는데 충분한 모멘텀을 갖는 일련의 제2 스트림으로서, 하나 이상의 상기 외부 포트 중 다른 하나를 통해 상기 재료를 순차적으로 방출하는 단계와,
    (G) 제1 스트림과 제2 스트림의 혼합물을 연소시키는 단계를 포함하는 연소 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 하나 이상의 보조 급송 포트는 중심 급송 포트 주위의 환형 오리피스인 연소 방법.
  24. 제22항에 있어서, 상기 제어가능한 공급 장치에 의해 분사된 스트림은 상기 연료와 산화제의 연소에 관여하는 재료를 함유하지 않는 연소 방법.
  25. 제22항에 있어서, 상기 제1 스트림은 연료를 포함하고, 상기 제2 스트림은 산화제를 포함하고, 상기 제어가능한 공급 장치에 의해 분사된 스트림은 산화제를 포함하는 연소 방법.
  26. 제22항에 있어서, 상기 제1 스트림은 연료를 포함하고, 상기 제2 스트림은 산화제를 포함하고, 상기 제어가능한 공급 장치에 의해 분사된 스트림은 상기 연료와 산화제의 연소에 관여하는 재료를 함유하지 않는 연소 방법.
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