KR20080069970A - Process and apparatus for low-nox combustion - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 연료와 산화제 및/또는 노 폐가스 및/또는 이산화탄소 및/또는 증기를 이용하는 저-질소산화물 연소를 위한 공정 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a process and apparatus for low-nitrogen oxide combustion using fuels and oxidants and / or waste gases and / or carbon dioxide and / or steam.
공지의 저-질소산화물 연소에 있어서, 송풍기에 의해 흡입된 노 폐가스는 버너 화염을 둘러싸고, 그에 의해 화염 온도를 낮추고 그 결과로 질소산화물의 열 방출을 감소시킨다. In known low-nitrogen oxide combustion, the furnace waste gas sucked by the blower surrounds the burner flames, thereby lowering the flame temperature and consequently reducing the heat release of the nitrogen oxides.
그러나, 이 종래 기술은 노 설비 내에서 재순환되는 노 폐가스가 산화제와 완벽하게 혼합되지 않아, 그 결과 폐가스 내 질소산화물 배출기준 실현을 위해서는 부가적인 비용이 필요하다는 큰 결점이 있었다. However, this prior art has a big drawback that the waste gas recycled in the furnace installation is not perfectly mixed with the oxidant, and as a result, additional costs are required to realize the nitrogen oxide emission standard in the waste gas.
공지의 저-질소산화물 연소를 이용하면 높은 투자비용이 불가피하며, 설비의 (특히 고부하 송풍기와 파이프) 유지보수를 위한 추가적인 비용이 초래된다. 또한, 송풍기 작동을 위해 외부 에너지가 요구된다.The use of known low-nitrogen oxide combustion leads to high investment costs and incurs additional costs for the maintenance of the installation (especially high load blowers and pipes). In addition, external energy is required for blower operation.
따라서, 본 발명의 목적은 종래 노 설비에서 경제적인 저공해(저-질소산화물) 연소가 가능한 공정과 장치를 제공하는 데에 있다. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a process and apparatus capable of economically low pollution (low nitrogen oxide) combustion in a conventional furnace installation.
이 목적은 청구항 1항의 구성을 지닌 공정과 청구항 13항의 구성을 지닌 장 치에 의해 달성된다.This object is achieved by a process having the construction of
본 발명의 유익한 개선사항들은 종속항(sub-claim)에 제시된다.Advantageous improvements of the invention are set out in the sub-claims.
본 발명에 따르면, 산화제 및/또는 폐가스 및/또는 이산화탄소 및/또는 증기의 혼합물은 버너를 이용하여 연료와 연소되고, 연료는 혼합물과 별도로 공급되며, 버너는 노 설비의 내화성 라이닝 내의 버너 블록 안에 배치된다.According to the invention, the mixture of oxidant and / or waste gas and / or carbon dioxide and / or steam is combusted with the fuel using a burner, the fuel is supplied separately from the mixture and the burner is placed in a burner block in the fire resistant lining of the furnace installation. do.
이 목적에서, 산화제는 0.2 내지 40bar의 압력으로, 유리하게는 열교환기에서 노 폐가스를 이용하여 20 내지 900℃로 가열되어서 인젝터(injector)에 공급된다. 산화제는 또한 가열되지 않고 직접 인젝터에 공급될 수도 있다.For this purpose, the oxidant is fed to the injector at a pressure of 0.2 to 40 bar, advantageously heated to 20 to 900 ° C. using waste gas in a heat exchanger. The oxidant may also be fed directly to the injector without heating.
노즐(인젝터의 유동 끝 쪽에 축방향으로 배치 가능함) 밖으로 유출되는 동안 팽창하는 산화제는 20 내지 660m/s 속도의 가스 제트를 형성하고 이에 따라 인젝터 내의 압력은 감소한다. 감소된 압력의 흡입 작동은 노 폐가스 및/또는 이산화탄소 및/또는 노 폐가스와의 열교환을 통해 물로부터 생성된 과열증기 중 하나를 산화제 제트로 흡입하며, 이 혼합물은 그 후 온도 평형을 이룬 상태에서 인젝터와 버너를 연결하는 라인 내에서 버너로 공급된다.The oxidant that expands while flowing out of the nozzle (possibly axially at the flow end of the injector) forms a gas jet at a velocity of 20 to 660 m / s, thereby reducing the pressure in the injector. The reduced pressure suction operation draws one of the superheated steam produced from the water through heat exchange with the furnace waste gas and / or carbon dioxide and / or the furnace waste gas into the oxidant jet, which mixture is then injected at temperature equilibrium. It is supplied to the burner in the line connecting the and burners.
노 설비의 연소 챔버로부터 노 폐가스를 방출하기 위해 제공된 스택 내부에 배치되는 것이 유리한 인젝터를 대신하여, 종래의 송풍기 노즐 또는 몇몇 다른 균등한 기술수단 또한 이용될 수 있다. Instead of an injector, which is advantageously arranged inside the stack provided for releasing furnace waste gas from the combustion chamber of the furnace installation, conventional blower nozzles or some other equivalent technical means can also be used.
산화제를 대체하는 것으로써, 0.2 내지 40bar의 압력에서 연료 가스를 인젝터에 공급하는 것도 가능하다. 이 경우, 산화제는 버너에 부가된다.By replacing the oxidant, it is also possible to supply fuel gas to the injector at a pressure of 0.2 to 40 bar. In this case, the oxidant is added to the burner.
20℃ 내지 1600℃, 바람직하게는 900℃의 온도에서 5 내지 70m/s의 속도로 버너로 공급되는 산화제 및/또는 노 폐가스 및/또는 이산화탄소 및/또는 증기의 혼합물은 체적상으로 적어도 5%의 산소 함유율을 가진다. The mixture of oxidant and / or waste gas and / or carbon dioxide and / or vapor fed to the burner at a rate of 5 to 70 m / s at a temperature of 20 ° C. to 1600 ° C., preferably 900 ° C., is at least 5% by volume. It has an oxygen content rate.
예를 들어 버너 블록 내에서 뒤로 물러나 배치된 버너는, 연료와 산화제 및/또는 노 폐가스 및/또는 이산화탄소 및/또는 증기를 버너 마우스에 공급하기 위하여, 서로에 대해 실질적으로 동축상에 배치된 두 개의 튜브(내측 튜브와 외측 튜브)를 구비한 병렬 유동 버너인 것이 유리하다. 연료 또는 산화제 혼합물은 내측 튜브 또는 외측 튜브를 통하여 버너 마우스로 전달된다. For example, a burner placed back in the burner block may have two coaxially arranged substantially coaxial with each other to supply fuel and oxidant and / or waste gas and / or carbon dioxide and / or vapor to the burner mouse. It is advantageous to be a parallel flow burner with tubes (inner tube and outer tube). The fuel or oxidant mixture is delivered to the burner mouse through the inner tube or outer tube.
이용되는 산화제는 체적상으로 적어도 10%의 산소 함유율을 지닌 산소 함유 매체이다.The oxidant used is an oxygen containing medium having an oxygen content of at least 10% by volume.
이용되는 연료는 임의의 종래의 가스 상태 또는 액상의 연료이며, 특히 천연 가스인 것이 유리하다.The fuel used is any conventional gaseous or liquid fuel, in particular natural gas.
유리하게는 산화제를 이용하여 작동되는 인젝터에는 버너로 공급되는 혼합물의 흡입량, 농도 및 온도를 조절하기 위해 축방향으로 배치 가능한 노즐이 장착된다. 이는, 부가적인 비용을 들여 외부 에너지를 인젝터로 공급하는 것을 필요없게 한다. Advantageously, the injector operated with oxidant is equipped with an axially displaceable nozzle to control the intake, concentration and temperature of the mixture fed to the burner. This makes it unnecessary to supply external energy to the injector at additional cost.
산소, 이산화탄소 및 물을 가열하는데 이용되며 노 설비의 연소 챔버로부터 노 폐가스를 방출하는 스택 내에 배치되는 것이 유리한 열교환기(heat exchanger)는 종래의 열회수 장치 (recuperator) 또는 재생기(regenerator)인 것이 유리하다.A heat exchanger, which is used to heat oxygen, carbon dioxide and water and which is advantageously placed in a stack which releases the waste gas from the combustion chamber of the furnace plant, is advantageously a conventional recuperator or regenerator. .
사용되는 버너는 적어도 하나의 산화제 공급과 적어도 하나의 연료 공급을 구비하고, 바람직하게는 동축으로 배치된 두 개의 튜브를 포함하는 종래의 병렬 유동 버너인 것이 바람직하다. The burner used is preferably a conventional parallel flow burner having at least one oxidant supply and at least one fuel supply and preferably comprising two tubes arranged coaxially.
본 발명에 따른 버너의 설계는 산화제 및/또는 노 폐가스 및/또는 이산화탄소 및/또는 증기의 혼합물이 연료보다 0.3 내지 4배 빠른 속도로 버너의 버너 마우스로부터 유출되도록 하여, 버너 출력에 기초하는 총 운동속량(total momentum flux)이 1.5 내지 8 N/MW이 되고 산화제 및 노 폐가스의 혼합물 대 연료의 운동속량 밀도 비율이 0.8 내지 31이 되도록 보장하고, 그 결과, 버너 블록의 출구에서 출력밀도가 0.2 내지 0.5KW/㎟에 이르게 된다.The design of the burner according to the invention allows the mixture of oxidant and / or furnace waste gas and / or carbon dioxide and / or steam to flow out of the burner mouse of the burner at a rate of 0.3 to 4 times faster than the fuel, so that the total motion based on the burner output It is ensured that the total momentum flux is 1.5 to 8 N / MW and the kinetic flux density ratio of the mixture of oxidant and the waste gas to the fuel is 0.8 to 31, and as a result, the power density at the outlet of the burner block is 0.2 to It reaches 0.5KW / mm2.
산화제 및/또는 노 폐가스 및/또는 이산화탄소 및/또는 증기의 출구 속도는 버너 마우스에서 20 내지 80m/s이다. The outlet velocity of oxidant and / or furnace waste gas and / or carbon dioxide and / or vapor is 20 to 80 m / s in burner mice.
버너는 또한 노 설비의 폐가스 측면에, 바람직하게는 노 설비의 연소 챔버로부터 노 폐가스를 방출하는 스택 내부에 배치되거나, 노 설비의 연소 챔버를 둘러싸는 노 벽 내부에서 그 사용 의도에 적합한 임의의 기타 위치에 배치될 수 있다. The burner is also arranged on the waste gas side of the furnace plant, preferably inside a stack that emits furnace waste gas from the furnace chamber of the furnace plant, or any other suitable for its intended use within the furnace wall surrounding the furnace chamber. May be placed in position.
인젝터와 열교환기는 버너 내부에 배치될 수도 있다. 이 타입의 인젝터/열교환기 배치는 노 폐가스가 버너 마우스 주위의 환형 갭을 통해 추출될 경우, 예를 들어 회전 드럼로(rotary drum furnace)의 경우에, 특히 버너가 노의 폐가스 측면 상에 설치된 때에 유리하다. 이 경우, 산화제 및/또는 노 폐가스 및/또는 이산화탄소 및/또는 증기의 혼합물은 노 폐가스에 의해 열교환식으로 가열된다. The injector and heat exchanger may be arranged inside the burner. This type of injector / heat exchanger arrangement is used when the furnace waste gas is extracted through the annular gap around the burner mouse, for example in the case of a rotary drum furnace, in particular when the burner is installed on the waste gas side of the furnace. It is advantageous. In this case, the mixture of oxidant and / or furnace waste gas and / or carbon dioxide and / or steam is heat-exchanged by the furnace waste gas.
산화제, 노 폐가스, 이산화탄소 및 증기를 수송하는 라인은 내열성 및 내부식성 NiCr 또는 ODS 합금으로 이루어지고, 내부 및/또는 외부로부터 요구되는 열 보호를 보장하는 열차단부를 제공하며, 바람직하게 세라믹 섬유이다.버너를 포함하는 버너 블록은 원통형 개구를 가지는 것이 바람직하다.The lines for transporting oxidants, waste gases, carbon dioxide and steam are made of heat and corrosion resistant NiCr or ODS alloys and provide thermal barriers to ensure the required thermal protection from the inside and / or outside and are preferably ceramic fibers. The burner block comprising the burner preferably has a cylindrical opening.
버너는 화염 모니터링을 위하여 UV광 수신기를 구비한다.The burner is equipped with a UV light receiver for flame monitoring.
본 발명에 따라 버너에 공급되는 산화제 및/또는 노 폐가스 및/또는 이산화탄소 및/또는 증기의 혼합물은 연소 반응 속도를 감소시킨다. 왜냐하면, 산소의 연료와의 반응은 이산화탄소 및/또는 물 분자에 의해 방해되기 때문이다.The mixture of oxidant and / or furnace waste gas and / or carbon dioxide and / or steam fed to the burner according to the invention reduces the combustion reaction rate. This is because the reaction of oxygen with the fuel is interrupted by carbon dioxide and / or water molecules.
산화제와 노 폐가스 및/또는 이산화탄소 및/또는 증기의 혼합에 의하여, 이산화탄소 및 증기의 농도가 높고 부피가 큰 연소 화염이 형성된다. 공지된 연소에 의한 것에 비해 증대된 체적의 화염과 버너 화염 내의 증가된 농도의 이산화탄소 및/또는 증기는 방사 대역(radiation band)의 스펙트럼 영역에서 발생하는 이산화탄소 및/또는 증기의 가스 방사를 현저하게 증가시키서, 처리되는 물질이 폐가스 내의 질소산화물의 농도를 낮추는 화염 온도까지 가열된다. 이산화탄소에 적절한 방사 대역은 2.4 내지 3㎛, 4 내지 4.8㎛, 12.5 내지 16.4㎛의 영역이고, 증기에 적절한 방사 대역은 1.7 내지 2㎛, 2.2 내지 3㎛ 및 12 내지 30㎛의 영역이다. By mixing the oxidant with the waste gas and / or carbon dioxide and / or steam, a high-volume and bulky combustion flame of carbon dioxide and steam is formed. Increased volumes of flame and increased concentrations of carbon dioxide and / or vapor in the burner flame, as compared to by known combustion, significantly increase the gas emissions of carbon dioxide and / or vapor that occur in the spectral region of the radiation band. The material to be treated is then heated to a flame temperature which lowers the concentration of nitrogen oxides in the waste gas. Suitable radiation zones for carbon dioxide are in the region of 2.4 to 3 μm, 4 to 4.8 μm, 12.5 to 16.4 μm, and suitable for steam are the regions of 1.7 to 2 μm, 2.2 to 3 μm and 12 to 30 μm.
산화제 및/또는 노 폐가스 및/또는 이산화탄소 및/또는 증기의 고점성 혼합물이 20℃ 내지 1600℃, 바람직하게는 900℃의 온도로 버너에 공급된 결과, 이 혼합물은 그와 같은 방법으로 연소가 800℃ 내지 2700℃의 온도에서 발생하는 버너 마우스에서 연료와 혼합되며, 이는 노 설비의 열적 질소산화물 폐가스 가능성(thermal NOx off-gas potential)을 현저히 감소시킨다. As a result of the highly viscous mixture of oxidant and / or waste gas and / or carbon dioxide and / or steam being fed to the burner at a temperature of 20 ° C to 1600 ° C, preferably 900 ° C, the mixture is It is mixed with fuel in burner mice that occur at temperatures between 2 ° C. and 2700 ° C., which significantly reduces the thermal NOx off-gas potential of the furnace plant.
본 발명에 따라 사용되는 버너뿐 아니라 버너에 공급되는 산화제 및/또는 노 폐가스 및/또는 이산화탄소 및/또는 증기의 혼합물은 연료가 버너의 연료 튜브 내에서, 또 버너의 형상에 의해 버너 화염의 연료 과잉 중심에서 적어도 부분적으로 자가 침탄되는 것을 유발한다. 자가 침탄(self-carburization) 또는 분해(decomposition)는 탄화수소의 경우에 무산소 영역(oxygen-free zone)에서 1000℃보다 큰 온도에서 발생하여 그을음(soot)를 형성한다. 버너 화염에서의 그을음 입자의 가열은 0.2 내지 20㎛ 영역에서의 연속적인 방사로 이어지고 따라서 화염이 냉각되어 노 설비로부터의 질소산화물 폐가스 농도는 더욱 낮아진다.The mixture of oxidants and / or furnace waste gases and / or carbon dioxide and / or steam supplied to the burners as well as the burners used according to the invention is characterized by the fact that the fuel is in excess of fuel in the burner flame in the burner's fuel tube and Cause at least partially self-carburizing in the center. Self-carburization or decomposition occurs at temperatures greater than 1000 ° C. in the oxygen-free zone in the case of hydrocarbons, forming soot. The heating of the soot particles in the burner flame leads to continuous spinning in the 0.2-20 μm region and thus the flame is cooled, resulting in a lower nitrogen oxide waste gas concentration from the furnace installation.
다른 장점은예를 들어 유리 용융조(glass melting bath) 내에서 저층의 가열(heating of lower layers)을 향상시키는 것인데, 이는 액상 유리가 0.3 내지 4㎛의 영역의 파장에 대해 반투명하기 때문이다. Another advantage is to improve the heating of lower layers, for example in a glass melting bath, since the liquid glass is translucent for wavelengths in the region of 0.3 to 4 μm.
질소산화물 폐가스 농도는 바람직하게는 저-질소 산화제 혼합물과 연료를 이용함으로써 더욱 낮아진다. The nitrogen oxide waste gas concentration is preferably lowered by using a low-nitrogen oxidant mixture and fuel.
순환되는 노 가스는 노 설비의 연소 챔버 내에 존재하는 질소산화물이 버너 화염으로 공급되도록 하고, 이 질소산화물은 그 후 버너 화염의 연료 과잉 영역에서 질소(N2)가 생성되는 것을 감소시킨다. The circulating furnace gas causes nitrogen oxides present in the combustion chamber of the furnace installation to be supplied to the burner flame, which then reduces the production of nitrogen (N 2 ) in the excess fuel region of the burner flame.
노 설비의 연소 챔버 내에서 생성된 매우 길고 부드러운 가시성 화염은 알루미늄 보온로(aluminum holding furnace)와 회전 드럼로(rotary drum furnace)에서 저-질소산화물 연소를 가능하게 하는데 특히 유리하다. The very long and soft visible flames produced in the furnace chamber of the furnace plant are particularly advantageous for enabling low-nitrogen oxide combustion in aluminum holding furnaces and rotary drum furnaces.
또한, 본 발명에 따른 연소는 안정적이며 소음이 적다. 소음 수준은 50~80dB이다.In addition, the combustion according to the invention is stable and low in noise. The noise level is 50 to 80 dB.
본 발명에 따른 저-질소산화물 연소를 이용하면 [공지의 무화염(flame-free) 연소을 이용한 경우와 달리] 가시 영역에서의 화염 방사는 처리될 물질로의 열교환을 증가시키는 것에 유리하다. With the use of low-nitrogen oxide combustion according to the invention, flame spinning in the visible region (unlike with known flame-free combustion) is advantageous for increasing heat exchange to the material to be treated.
버너 화염 내의 이산화탄소/수증기의 고농도 및 체적은 방사 대역(radiation band)의 스펙트럼 영역에서 발생하는 이산화탄소 및/또는 수증기의 가스 방사를 더욱 증가시키며, 이와 같은 방법으로 (예를 들어 유리를 용융할 때) 처리되는 물질로 열전달이 확실하게 증대된다.The high concentration and volume of carbon dioxide / water vapor in the burner flame further increases the gas emissions of carbon dioxide and / or water vapor that occur in the spectral region of the radiation band, in this way (for example when melting glass). Heat transfer is reliably increased with the material being treated.
또한, 먼지-함유 제품이 주입될 때 분열시키는 효과를 가지는 연소 중의 난류와 소용돌이가 감소한다.In addition, turbulence and vortex during combustion are reduced, which has a splitting effect when the dust-containing product is injected.
인젝터의 삽입은 예컨대 현재까지 사용되어온 비싼 내열성 물질로 이뤄진 송풍기에서 초래되는 노 설비의 마모 및 유지관리 비용을 현저하게 감소시킨다. 또한 지금까지 송풍기 작동을 위해 요구되어온 외부 에너지의 공급이 더 이상 필요하지 않게 되었다. Insertion of injectors significantly reduces the wear and maintenance costs of furnace equipment, for example, resulting from blowers made of expensive heat resistant materials that have been used up to now. In addition, the supply of external energy, which has so far been required for blower operation, is no longer needed.
나아가, 산화제와 노 폐가스 및/또는 이산화탄소 및/또는 증기가 혼합되어, 수송될 매체의 온도를 낮추기 때문에 열 부하와 그로 인한 파이프 튜브로의 마모가 감소한다.Furthermore, the oxidant and the waste gas and / or carbon dioxide and / or vapor are mixed to lower the temperature of the medium to be transported, thereby reducing the heat load and thus the wear to the pipe tube.
또한, 열교환기 내에서 노 폐가스에 의해 산화제로 사용되는 산소 및/또는 이산화탄소 및/또는 증기를 예열함을 통해 주요한 에너지를 절약할 수 있고, 따라서 노 설비의 작동 비용이 더욱 절감될 수 있다.In addition, by preheating the oxygen and / or carbon dioxide and / or steam used as oxidant by the waste gas in the heat exchanger, it is possible to save major energy, thus further reducing the operating cost of the furnace equipment.
본 발명에 따른 저-질소산화물 연소는, 연소 챔버 내에서 저온 레벨(버너 화염)로 균일한 온도 분포를 가진 상태에서 또 그로 인해 현저히 감소된 질소산화물 폐가스 가능성을 가진 상태에서, 임의의 종래 노 설비에 사용될 수 있으며, 특히 알루미늄 보온로와 유리 용융로에서 유리한다. Low-nitrogen oxide combustion according to the present invention is any conventional furnace installation, with a uniform temperature distribution at low temperatures (burner flames) in the combustion chamber and with a significantly reduced nitrogen oxide waste gas potential thereby. It can be used in, and is particularly advantageous in aluminum thermal furnaces and glass melting furnaces.
본 발명은 도면에 도시된 예시적인 실시예에 근거하여 아래에서 더욱 상세하게 설명된다.The invention is explained in more detail below on the basis of the exemplary embodiment shown in the drawings.
본 발명은 도면에서 설명하는 예시적인 실시예에 근거하여 아래에서 더욱 상세히 설명된다. The invention is described in greater detail below based on the exemplary embodiments described in the drawings.
도1은 연소 장치를 구비한 노 설비를 개략적으로 도시한다.1 schematically shows a furnace installation with a combustion device.
도2는 연소 장치를 구비한 또 다른 노 설비를 개략적으로 도시한다.Figure 2 schematically shows another furnace installation with a combustion device.
도3은 연소 장치를 구비한 제3 노 설비를 개략적으로 도시한다. 3 schematically shows a third furnace installation with a combustion device.
도1에 도시된 노 설비는 연소 챔버를 둘러싼 내화 라이닝(1, refractory lining)을 포함하고, 폐가스 개구(19)와, 노 폐가스를 방출시키는 스택(2)과, 파이프 라인(3)과, 버너(5, burner)를 구비한 버너 블록(4)를 가지며, 버너(5)는 파이프 라인(7)에 의해 인젝터(6) 및 스택(2)에 배치된 열교환기(8)로 연결된다. The furnace installation shown in FIG. 1 comprises
폐가스 개구(19)를 통해 연소 챔버로부터 유출되는 노 폐가스는 열교환기(8) 주위를 유동하는 동안 냉각되고 그 후 스택(2)을 통하여 노 설비로부터 유출된다.The furnace waste gas exiting the combustion chamber through the
-20℃ 내지 40℃의 온도와 0.2 내지 40bar의 압력에서 산화제로 이용되는 가 스 상태의 산소는 입구(9)를 통해 열교환기(8)로 유입된다.Gas in the gaseous state, which is used as an oxidant at a temperature of -20 ° C to 40 ° C and a pressure of 0.2 to 40bar, enters the
열회수 장치(recuperator) 또는 재생기(regenerator)로 설계된 열교환기(8, heat exchanger)를 통과하여 유동하는 산소는 열교환기(8) 주위를 유동하는 노 폐가스에 의해 가열되고, 20 내지 900℃의 온도로 열교환기(8)의 출구(10)와 인젝터 입구(11)을 통과하여 인젝터(6)로 유입된다. Oxygen flowing through a heat exchanger (8) designed as a recuperator or regenerator is heated by furnace gas flowing around the heat exchanger (8), to a temperature of 20 to 900 ° C. It enters the
20 내지 660m/s의 속도로 인젝터(6)의 유출 노즐(12)로부터 유출되는 산소는 팽창되어 20 내지 660mm/s의 속도로 유동하는 산소 제트를 생성한다.Oxygen exiting the
고속 유동의 산소 제트는 인젝터(6) 내의 위치(13)에서 압력이 감소되고, 감소된 압력의 흡입 작동은 노 폐가스들을 연소 챔버 밖으로 흡입하여 파이프 라인(3)을 통하여 산소 제트, 길이가 x인 혼합부로 설계된 파이프 라인(7)으로 유입시킨다. 폐가스들은 온도평형 상태로 산소 제트와 혼합되고, 그 뒤에 산소와 노 폐가스의 혼합물은 20 내지 1600℃의 온도에서 연결부(14)를 통하여 버너(5)로 공급되며, 가스 상태의 연료로서 천연가스가 또 다른 연결부(15)를 통해 버너(5)에 공급된다. The high speed flow of oxygen jet is reduced in pressure at
산소와 노 폐가스를 수송하는 파이프 라인은 내열성 NiCr 또는 ODS 합금으로 이루어지고, 예를 들어 세라믹 섬유 또는 세라믹 블록을 포함하여 그 내측의 열보호부 및/또는 외측의 열차단부를 구비한다. The pipeline for transporting the oxygen and the waste gas consists of a heat resistant NiCr or ODS alloy and includes, for example, ceramic fibers or ceramic blocks, with thermal protection on the inside and / or heat shield on the outside.
병렬 유동 버너로서 이용되는 버너(5)는 내측 튜브와 외측 튜브를 구비하는 것이 유리하며, 가스 상태의 연료로 사용되는 천연가스는 내측 튜브로서 배치되는 연료 튜브(18)을 통하여 버너 마우스(16)로 유동되고, 산소와 노 폐가스의 혼합물 은 연료 튜브(18)을 수용하고 환형 갭(21)으로서 설계된 외측 튜브를 통하여 버너 마우스(16)로 유동되며, 이에 따라 처리될 물질을 가열하기 위한 노 설비의 연소 챔버 내에 길고 부드러운 가시성 버너 화염(17)을 생성한다.The
연료의 부분적인 자가 침탄(partial self-carburization)은 산화제와 노 폐가스의 혼합물을 이용한 열회수성 열교환을 통하여 버너(5)의 연료 튜브(18) 안에서 발생한다. Partial self-carburization of the fuel takes place in the
본 발명에 따른 버너의 구성은 산화제 및 노 폐가스들의 혼합물이 연료보다 0.3 내지 4배 빠른 속도로 버너의 버너 마우스(16)로부터 유출되도록 하여, 버너 출력에 기초하는 총 운동속량(total momentum flux)이 1.5 내지 8 N/MW이 되고 산화제 및 노 폐가스의 혼합물 대 연료의 운동속량 밀도 비율이 0.8 내지 31이 되도록 보장한고, 그 결과, 버너 블록(4)의 출구에서 출력밀도가 0.2 내지 0.5KW/㎟에 이르게 된다. The configuration of the burner according to the invention allows the mixture of oxidant and furnace waste gases to flow out of the
산화제와 노 폐가스 혼합물은 20 내지 80m/s 의 속도로 버너 마우스(16)로부터 유출된다.처리될 물질을 연소 챔버 내에서 연소시키는 버너 화염은 800℃ 내지 2700℃의 화염 온도를 가진다.The oxidant and furnace waste gas mixture flows out of the
버너(5)를 수용하는 버너 블록(4)은 원통형 개구를 가지는 것이 바람직하다.The
버너는 화염 모니터링을 위하여 적외선광 수신기(UV light receiver)를 구비하는 것이 유리하다.The burners are advantageously equipped with an UV light receiver for flame monitoring.
도2에 개략적으로 도시된 노 설비는 노 폐가스가 먼지 또는 기타 침식성이거나 산화를 촉진시키는 물질을 다량 함유하고 있는 경우에 사용될 때 유리하다. 이 노 설비는 노 설비의 연소 챔버를 둘러싸는 내화 라이닝(1)을 포함하고, 폐가스 개구(19)와, 노 폐가스를 방출하고 열교환기(8)를 수용하는 스택(2)과, 버너(5)를 내장하는 버너 블록(4)을 구비하며, 파이프 라인(7)에 의해 인젝터(6)와 열교환기(8)에 연결된다.The furnace plant shown schematically in FIG. 2 is advantageous when used in cases where the furnace waste gas contains dust or other erosive or high amounts of materials that promote oxidation. The furnace installation comprises a
폐가스 개구(19)를 통하여 연소 챔버로부터 유출된 노 폐가스는 물이 공급되는 열교환기(8) 주위를 유동하면서 냉각되고, 그 후 스택(2)을 통하여 노 설비 밖으로 유출된다. The furnace waste gas flowing out of the combustion chamber through the
폐가스가 열교환기(8)를 통하여 유동할 때, 입구(9)를 통해 열교환기로 공급된 물은 열교환기(8) 주위를 유동하는 노 폐가스를 이용한 열교환을 통해 증발되고, 그 후 20 내지 900℃의 온도의 과열 증기 상태로 위치(13)에 인젝터(6)로 유입된다. When the waste gas flows through the
-20 내지 40℃의 온도와 0.2 내지 40 bar의 압력에서 산화제로 이용되는 가스 상태의 산소는 입구(11)를 통하여 인젝터(6)로 유입된다. 산소 제트는 인젝터(6)의 유출 노즐(12) 밖으로 유출되면서 팽창하여 유속이 20 내지 340m/s로 증가되고, 그 결과 인젝터(6) 내 위치(13)에서 압력이 감소되고, 감소된 압력의 흡입 작동은 과열 증기를 위치(13)에서 인젝터(6)를 통하여 유동하는 산소 제트로 흡입하고 과열 증기는 온도 평형 상태로 길이 x의 혼합부로서 설계된 파이프 라인(7)에서 산소 제트와 혼합된다. 산소/증기 혼합물은 연결부(14)를 통해 20 내지 1600℃의 온도에서 연결부(15)를 통해 가스 상태의 연료로서 천연가스를 공급받는 버너(5)로 유입된다.Gas in the gaseous state, which is used as an oxidant at a temperature of −20 to 40 ° C. and a pressure of 0.2 to 40 bar, enters the
산소와 증기를 수송하는 파이프 라인은 내열성 및 내부식성 NiCr 또는 ODS 합금으로 이루어지고, 예를 들어 세라믹 섬유 또는 세라믹 블록을 포함하여 그 내측으로부터 열보호부를 갖추거나외측으로부터 열차단부를 갖추도록 설계된다.병렬 유동 버너로서 사용되는 버너(5)는 내측 튜브와 외측 튜브를 구비하는 것이 유리하며, 가스 상태의 연료로 이용되는 천연가스는 내측 튜브로서 배치되는 연료 튜브(18)을 통하여 버너 마우스(16)로 유동되고, 산소와 증기의 혼합물은 연료 튜브(18)을 수용하고 환형 갭(21)으로서 설계된 외측 튜브를 통하여 버너 마우스(16)로 유동되고, 그를 통해, 처리될 물질을 가열하기 위한 노 설비의 연소 챔버 내에 800 내지 2700℃ 화염 온도를 지닌 길고 부드러운 가시성 버너 화염(17)을 생성한다. The pipelines that transport oxygen and steam are made of heat and corrosion resistant NiCr or ODS alloys and are designed to have thermal protection from the inside or thermal barrier from the outside, including, for example, ceramic fibers or ceramic blocks. The
연료의 부분적인 자가 침탄(partial self-carburization)은 산화제와 증기의 혼합물을 이용한 열회수성 열교환을 통하여 버너(5)의 연료 튜브(18) 안에서 발생한다. Partial self-carburization of the fuel occurs in the
본 발명에 따른 버너의 구성은 산화제와 증기의 혼합물이 연료보다 0.3 내지 4배 빠른 속도로 버너의 버너 마우스(16)로부터 유출되도록 하여, 버너 출력에 기초하는 총운동량이 1.5 내지 8 N/MW이 되고 산화제 및 증기 혼합물 대 연료의 운동속량 밀도 비율이 0.8 내지 31이 되도록 보장하고, 그 결과, 버너 블록(4)의 출구에서 출력밀도가 0.2 내지 0.5KW/㎟에 이르게 된다.The configuration of the burner according to the present invention allows the mixture of oxidant and vapor to flow out of the
산화제와 증기 혼합물은 20 내지 80m/s 의 속도로 버너 마우스(16)로부터 유출된다.The oxidant and vapor mixture flows out of the
버너 블록(4)은 바람직하게 원통형 개구를 가진다.The
버너는 화염 모니터링을 위하여 적외선광 수신기(UV light receiver)를 구비한다.The burner is equipped with an UV light receiver for flame monitoring.
도3에 개략적으로 도시된 노 설비는 노 폐가스가 먼지 또는 기타 침식성이거나 산화를 촉진시키는 물질을 다량으로 함유하고 있는 경우에 사용된다. 이 노 설비는 연소 챔버를 둘러싸는 내화 라이닝(1)을 포함하고, 폐가스 개구(19)와, 노 폐가스를 방출하도록 설계되고 열교환기(8)를 내장하는 스택(2)과, 버너(5)를 구비한 버너 블록(4)을 가지며, 버너(5)는 파이프 라인(7)에 의해 인젝터(6)와 열교환기(8)에 연결된다.The furnace equipment shown schematically in FIG. 3 is used when the furnace waste gas contains a large amount of dust or other erosive or oxidizing substances. The furnace installation comprises a
폐가스 개구(19)를 통하여 연소 챔버로부터 유출된 배기가스는 이산화탄소가 공급되는 열교환기(8) 주위를 유동하면서 냉각되고, 그 후 스택(2)을 통하여 노 설비 밖으로 유출된다. The exhaust gas flowing out of the combustion chamber through the
열교환기(8)의 입구(9)를 통해 공급된 액체 또는 바람직하게는 가스 상태의 이산화탄소는 열교환기(8) 주위를 유동하는 노 폐가스를 이용한 열교환을 통해 20℃ 내지 900℃로 가열되고, 출구(10)를 통하여 위치(13)에서 인젝터(6)로 유입된다. The liquid or preferably gaseous carbon dioxide supplied through the
-20 내지 40℃의 온도와 0.2 내지 40bar의 압력에서 산화제로 이용되는 가스 상태의 산소는 입구(11)를 통하여 인젝터(6)로 공급된다. 인젝터(6)를 통하여 유동하는 산소는 인젝터의 유출 노즐(12) 밖으로 유출되면서 팽창되어 그 유속이 20 내지 340m/s로 증가되고, 그 결과 인젝터(6) 내 위치 (13)에서 압력이 감소된다. 감소된 압력의 흡입 작동은 이산화탄소를 산소 제트로 흡입하고 이산화탄소는 길이 x의 혼합부로서 설계된 파이프 라인(7)에서 온도 평형 상태로 산소와 혼합된다. 그 후 산소와 이산화탄소의 혼합물은 연결부(14)를 통하여 20 내지 1600℃의 온도에서, 연결부(15)를 통해 가스 상태의 연료로서 천연가스를 공급받는, 버너(5)로 유입된다. Gaseous oxygen, which is used as an oxidant at a temperature of -20 to 40 ° C. and a pressure of 0.2 to 40 bar, is supplied to the
산소와 이산화탄소를 수송하는 파이프 라인은 내열성 및 내부식성 NiCr 또는 ODS 합금으로 이루어지고, 예를 들어 세라믹 섬유를 포함하여 내측의 열 보호부 및/또는 외측의 열 차단부를 구비한다.The pipeline for transporting oxygen and carbon dioxide consists of heat resistant and corrosion resistant NiCr or ODS alloys, and includes, for example, ceramic fibers, with an inner heat shield and / or an outer heat shield.
병렬 유동 버너로서 사용되는 버너(5)는 내측 튜브와 외측 튜브를 구비하는 것이 유리하며, 가스 상태의 연료로 이용되는 천연가스는 내측 튜브로서 배치되는 연료 튜브(18)을 통하여 버너 마우스(16)로 유동되고, 산소와 이산화탄소의 혼합물은 연료 튜브(18)을 수용하고 환형 갭(21)으로서 설계된 외측 튜브를 통하여 버너 마우스(16)로 유동되어, 처리될 물질을 가열하기 위한 노 설비의 연소 챔버 내에서 800 내지 2700℃ 화염 온도를 지닌 길고 부드러운 가시성 버너 화염(17)을 생성한다. The
연료의 부분적인 자가 침탄(partial self-carburization)은 산화제와 이산화탄소의 혼합물을 이용한 열회수성 열교환을 통하여 버너(5)의 연료 튜브(18) 안에서 발생한다. Partial self-carburization of the fuel takes place in the
본 발명에 따른 버너의 구성은 산화제와 이산화탄소의 혼합물이 연료보다 0.3 내지 4배 빠른 속도로 버너의 버너 마우스(16)로부터 유출되도록 하여, 버너 출력에 기초하는 총운동량이 1.5 내지 8 N/MW이 되고 산화제 및 이산화탄소 혼합물 대 연료의 운동속량 밀도 비율이 0.8 내지 31이 되도록 보장하고, 그 결과, 버너 블록(4)의 출구에서 출력밀도가 0.2 내지 0.5KW/㎟에 이르게 된다. The configuration of the burner according to the invention allows the mixture of oxidant and carbon dioxide to flow out of the
산화제와 이산화탄소의 혼합물은 20 내지 80m/s의 속도로 버너 마우스(16)로부터 유출된다.The mixture of oxidant and carbon dioxide flows out of the
버너 블록(4)은 바람직하게 원통형 개구를 가진다.The
버너는 화염 모니터링을 위하여 적외선광 수신기(UV light receiver)를 구비한다.The burner is equipped with an UV light receiver for flame monitoring.
도면 부호 목록Reference list
1 내화 라이닝1 fireproof lining
2 스택 (노 폐가스)2 stacks (no waste gas)
3 파이프라인 (노 폐가스)3 pipelines (furnace waste gas)
4 버너 블록4 burner blocks
5 버너5 burners
6 인젝터6 injector
7 파이프라인7 pipeline
8 열교환기8 heat exchanger
9 입구(8)9 Entrance (8)
10 출구(8)10 exit (8)
11 입구(6)11 entrance (6)
12 유출 노즐(6)12 Outlet nozzles (6)
13 위치(6)13 positions (6)
14 연결부(5)14 connections (5)
15 연결부(5)15 connections (5)
16 버너 마우스16 burner mouse
17 버너 화염17 burner flame
18 연료 튜브18 fuel tubes
19 폐가스 개구19 waste gas opening
20 UV 광 수신기20 UV light receiver
21 환형 갭21 annular gap
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