KR20100021583A - 희석 연소 - Google Patents

희석 연소 Download PDF

Info

Publication number
KR20100021583A
KR20100021583A KR1020097025419A KR20097025419A KR20100021583A KR 20100021583 A KR20100021583 A KR 20100021583A KR 1020097025419 A KR1020097025419 A KR 1020097025419A KR 20097025419 A KR20097025419 A KR 20097025419A KR 20100021583 A KR20100021583 A KR 20100021583A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
furnace
oxidant
fuel
injection
combustion method
Prior art date
Application number
KR1020097025419A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101479603B1 (ko
Inventor
데이비드 갈리
파울라 곤칼베스-페레이라
로렝 피에로
Original Assignee
쌩-고벵 앙발라쥬
쌩-고벵 글래스 프랑스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 쌩-고벵 앙발라쥬, 쌩-고벵 글래스 프랑스 filed Critical 쌩-고벵 앙발라쥬
Publication of KR20100021583A publication Critical patent/KR20100021583A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101479603B1 publication Critical patent/KR101479603B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/20—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone
    • F23D14/22—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/16—Special features of the melting process; Auxiliary means specially adapted for glass-melting furnaces
    • C03B5/235—Heating the glass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/16—Special features of the melting process; Auxiliary means specially adapted for glass-melting furnaces
    • C03B5/235—Heating the glass
    • C03B5/2353—Heating the glass by combustion with pure oxygen or oxygen-enriched air, e.g. using oxy-fuel burners or oxygen lances
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/32—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid using a mixture of gaseous fuel and pure oxygen or oxygen-enriched air
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/50—Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Glass Melting And Manufacturing (AREA)
  • Feeding And Controlling Fuel (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Air Supply (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Feeding, Discharge, Calcimining, Fusing, And Gas-Generation Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 로 내에서의 연소 방법에 관한 것이며, 상기 로는 10% 내지 30%의 산소를 함유하는 산화제를 위한 주입부와, 산화제 주입부의 외부에 산화제 주입부의 등가 직경의 0.3배 내지 4배 사이의 거리에 위치하는, 로 내로 주입하는 연료 주입부를 포함하는 버너가 장치되며, 상기 산화제는 10 내지 60m/sec 사이의 속도로 로 내로 주입된다. 상기 방법은 실질적으로 질소 산화물 방출을 줄이는데 사용될 수 있고 특히 유리 로에 유용하다.

Description

희석 연소 {DILUTED COMBUSTION}
본 발명은 약간의 질소 산화물을 발생시키고, 특히 유리 로(furnace)에 적용가능한 희석 연소 방법에 관한 것이다.
당업자는 일반적으로 질소의 불필요한(undesirable) 산화에 의해 발생되는 NO 및/또는 NO2 유형의 질소 산화물 방출을 "NOx"로 나타낸다. 주 질소원은 공기 또는 산소가 풍부한 공기와 같은 산화제 내에 존재하는 질소이다.
대부분의 연소 방법 특히 유리 로 내에서 사용되는 연소 방법은, 연도 기체(flue gas) 내에서 불필요한 NOx 방출의 문제에 직면한다. NOx 기체는 인간 및 환경에 유해하다. 실제로, 한편으로 NO2는 자극성 기체이며 호흡성 질환의 원인이 된다. 다른 한편으로 대기와 접촉할 경우에 NOx는 점차적으로 산성비를 형성한다. 최종적으로 상기 질소 산화물은 광화학적 오염을 발생시키는데, 그 이유는 휘발성 유기화합물 및 태양 복사와 결합하여, NOx가 대류권 오존(tropospheric ozone)이라 불리는 오존 형성을 야기하고, 상기 오존은 낮은 고도에서 그 농도가 증가할 경우에 특히 더운 기간에 인간에게 유해하게 되기 때문이다.
이것이 NOx 방출에 대한 현행 기준이 점점 엄격해지는 이유이다. 이러한 기 준의 존재만으로도, 로 제조자와 작업자 예를 들면, 유리 로의 제조자와 작업자들은 NOx 방출을 연도 기체의 바람직하게는 800, 또는 심지어 600㎎/Sm3보다 낮은 수준으로 최소화하도록 지속적으로 관리하고 있다.
온도는 NOx 형성에 강하게 영향을 미치는 매개변수이다. 1300℃를 초과하는 온도에서, NOx 방출이 매우 현저하게 상승한다.
NOx는 제1 방법 및 제2 방법이라 불리는 두 가지 원리에 따라 감소될 수 있다. 제1 방법은 NOx의 형성을 방지하는 방법인 반면에, 제2 방법은 NOx의 형성 이후에 NOx의 파괴를 목적으로 한다.
NOx를 감소시키는 제2 방법은 방출된 기체를 NOx에서 질소로 변환시키는 환원제를 이용하는 것이다. 환원제는 암모니아일 수 있지만, 암모니아는 제품의 저장 및 취급의 어려움과 같은 결점을 발생시킨다. 로 내의 특정 부분, 예를 들면 축열실(checker chamber)에 환원 기체가 존재하는 것은, 이러한 영역 내에서 가속화된 내화물의 부식을 초래할 수도 있다.
상술된 제한을 고려하면, 제1 방법이 바람직하다. 화염 내에서 NOx의 형성을 제한하기 위하여, 과량의 연소 공기를 감소시키는 것이 가능할 수 있다. 또한 화염 내에서 평균 온도를 감소시키기 전에, 화염의 체적을 증가시킴으로써 온도 피크(peak)의 제한을 시도하는 것이 가능하다. 이러한 해결책이 예를 들면 미국특허출원 US 6047565 및 국제특허공보 WO 9802386에 개시되어 있다. NOx 방출을 감소시키기 위해, 시간의 경과에 따라 연료/ 산화제 접촉을 분산시키고/분산시키거나 접 촉 체적을 증가시키는 방법으로, 연료 및 산화제는 연속적으로 주입된다.
유럽특허출원 EP 413309는 하기의 두 조처(joint measures)에 의해 즉,
- 산화제와 연료 주입부(inlet)를 서로 산화제 주입부 직경의 4배를 초과하는 상당한 거리로 위치시키고,
- 산화제를 200 내지 1070 피트/초(feet/s)(또는 60㎧ 내지 326㎧ 사이) 및 바람직하게는 500 내지 1070 피트/초 사이(또는 152㎧ 내지 326㎧ 사이)의 높은 속도로 주입함으로써
NOx가 감소될 수 있다고 교시한다.
본 명세서의 실시예는 산소가 매우 풍부한(very-high-oxygen) 산화제(50%의 산소)를 이용하여 수득되었다. NOx가 17에서 43%로 감소된다. 도면은 동일한 직경의 금속 관(tube)을 통한 산화제 및 연료 주입부를 도시한다.
유럽특허출원 EP 896189는 하기의 권장사항에 의하여 이러한 기술을 향상시키도록 주장한다:
- 공기보다 산소가 풍부한 산화제의 사용과,
- 마하(mach) 0.25 내지 1 사이의 속도로의 산화제 및 연료의 주입을 권장한다. 상온(T=25℃)에서 공기 및 메탄 내에서의 음속은 각각 346㎧와 450㎧이다. 0.25 마하의 값은 상온에서 공기에 대한 87㎧와 CH4에 대한 112㎧의 속도에 대응한다. 온도가 상승함에 따라, 이러한 속도는 온도의 제곱근으로 증가한다. 본 명세서는 또한 연료에 대하여 100㎧를 초과하는 속도와 산화제에 대해 75㎧를 초과하는 속도를 권장한다.
NOx 감소는 실험용 연도 기체에서의 반응 상대의 희석의 원리를 바탕으로 하고, 상기 원리는 더 낮고 더욱 균일한 화염 온도를 유도한다. 다른 개념은 화염이 없는 연소이며, 이러한 연소는 단순히 육안에 보이지 않는 화염을 의미한다.
본 명세서의 교시는 공기 또는 적당하게 산소가 풍부한 공기 내에서 작업하는 유리 로에 채택되기에 곤란하며, 그 이유는 상기 유리 로는 매우 큰 단면, 특히 0.5 내지 3㎡ 사이일 수 있는 단면을 구비한 산화제 주입부를 가지기 때문이다. 종래 기술에 따라, 연료 주입부는 항상 산화제 주입부의 바로 아래 또는 내부에(종종 바닥부에), 로 실험장치로 들어가기 바로 전에 위치된다. 특히 유리 로 버너의 특징적인 구성이 도 6에 도시된다. 큰 산화제 주입부 직경은 특히 하기의 이유로부터 도출된다:
- 큰 기체 체적(특히 산화제가 공기일 경우)이 요구되며, 큰 직경이 압력의 강하를 제한한다;
- 작은 직경은 높은 기체 속도를 초래하고, 이는 용융 표면 상에 상청 분말 배치 물질(supernatant powder batch material)의 부유(fly-off)를 야기할 수 있다; 사실상, 상청 분말 배치 물질은 적어도 로의 상류의 첫 번째 1/3 부분(유리 흐름 방향에 대하여) 및 심지어 로의 상류의 1/2 부분에서 유리의 표면 상에 위치된다; 기체에 의해 운반된 이러한 분말은 그 후에, 유리의 제조에 참여하는 대신 벽과 호 상이나, 연도 기체 회수 라인 내부에 퍼진다; 게다가 상기 분말은 종종 부식성 물질(알칼리 산화물, 붕소 유도체 등)을 함유하며, 상기 부식성 물질은 이들이 증착된 표면과 반응하거나 손상을 가할 것이다; 단위 용융로의 경우에, 연도 기체 회수 라인은 상대적으로 좁고, 분말의 부유는 이러한 라인을 막히지 않게 하도록 반드시 제거되어야 한다;
- 이러한 산화제(일반적으로 공기) 주입부는 종종 가루가 되기 쉬운 내화물로 만들어지고{특히 축열로: 크로스-소성로(cross-fired furnace)와 엔드-소성로(end-fired furnace)의 경우에}, 기체 흐름 속도에 비례하여 부식되기 쉽다. 내화 입자가 유리 용융물을 오염시키지 않는 것이 중요하다;
- 이러한 공기 주입부는 종종, 로가 엔드-소성로이고 축열실이 설치된 경우에, 공기 주입부와 연기 수집기로서 교대로 작동한다; 과도하게 작은 직경은 연도 기체의 수집을 방해하고, 더욱 강력한 배기용 송풍기의 사용이 요구되며, 이는 기체가 그로 인해 내화물을 부식시키는 것을 촉진시키고, 이러한 내화물의 부식은 더 많은 입자의 축열실 내 축적을 의미한다.
당업자에게 잘 알려진 축열실은 연도 기체로부터 열을 회수하도록 작용한다. 상기 축열실은 교대로 작동하는 독립된 구획에 위치된 내화성 벽돌로 구성된다. 상기 축열실은 특히 엔드-소성로 또는 크로스-소성로에 사용된다. 상기 엔드-소성로 또는 크로스-소성로는 일반적으로 연속적으로 작동하는 적어도 두 개의 버너와, 산화제를 가열하고 연도 기체를 수집하기 위해 연속적으로 작동하는 적어도 두 개의 축열실이 설치되어 있다. 제1 버너가 작동하고 화염을 생성하며 여기에서 산화제가 이동되고 부근에 위치된 제1 축열실에 의해 가열되는 동안에, 연도 기체는 수집되고 제2 축열실로 이동되며 상기 연도 기체로부터 열을 회수한다. 작동은 제1 버너를 중지하고 제2 버너를 시동함으로써 순환적으로 전환되고, 제2 버너에서 산화제는 이전 단계에서 연도 기체를 수집하기 위해 이용되던 제2 축열실에 의해 이동되고 가열된다. 제1 축열실은 따라서 연기 수집기로서 이용된다. 따라서 연도 기체를 회수하는 축열실 내에서 적어도 1250℃의 온도가 얻어질 때까지 로는 한 방향으로 작동되며, 그 후에 로의 작동이 전환된다. 특정 세라믹은 심지어 1450℃ 초과, 및 심지어 약 1500℃의 온도에 도달하는 것을 가능하게 한다.
단위 용융장치(unit melter)가 열 교환기의 원리에 따라 작동되며, 산화제가 단위 용융장치의 다른 덕트(duct)를 통해 흐르는 동안 연도 기체가 단위 용융장치의 덕트를 통과한다는 것이 상기될 수 있다. 연도 기체가 이들의 열을 상기 덕트들의 벽을 통하여 산화제로 전달한다. 따라서 축열실과는 달리 단위 용융장치는 전환(inversion)의 원리에 따라 작동되지 않는다.
크로스-소성로의 경우에, 축열실은 일반적으로 로의 측벽 뒤에 위치된다. 엔드-소성로의 경우에, 축열실은 일반적으로 로의 상류 벽 뒤에 위치된다.
유리 로에서, 산화제 주입부의 큰 직경으로 인해, 일반적으로 산화제와 연료 주입부를 산화제 주입부 직경의 4배를 초과하도록 서로 분리하는 것이 어렵다. 게다가 이미 기술된 것과 같이, 로의 대기에서 낮은 산화제 주입 속도가 바람직하다.
규칙으로서, 이러한 큰 공기 주입부가 설치된 유리 로에서, 연료 주입장치(injector)는 산화제 주입부 자체의 바로 하부나 내부에(일반적으로 바닥부에) 위치된다.
본 발명에 따라, 45%를 초과할 수 있고, 심지어 60%를 초과하는 극도로 높은 NOx의 감소는, 산화제의 주입부가 일반적으로 0.5㎡를 초과하는 넓은 단면을 구비하는 경우에, 상대적으로 낮은 산화제 주입 속도로 얻어질 수 있다는 것이 알려졌다. 이러한 새로운 구성은 또한 원료 공급부(feed)(유리 배치 및 액체 유리)에 대한 양호한 열전달을 보존하도록 이용된다.
본 발명은, 10% 내지 30% 사이의 산소를 포함하는 산화제를 위한 주입부와, 산화제 주입부의 외부에, 산화제 주입부의 등가 직경의 0.3 내지 4배 사이의 산화제 주입부로부터의 거리에 위치하며, 로 내에서 종결하는 연료를 위한 주입부를 포함하는 버너가 장치된 로에서의 연소 방법에 관한 것이며, 상기 산화제는 10 내지 60㎧ 사이의 속도로 로에 주입된다.
본 발명은 산화제와 연료의 연소를 이용하는 적어도 하나의 버너를 이용하는 임의의 유형의 로에 대한 매우 현저한 NOx의 감소를 제공한다. 본 발명은 특히 축열실 또는 단위 용융장치를 구비하는 엔드-소성로, 크로스-소성로와 같은 유리 로의 임의의 유형에 적용가능하다. 두드러지는 NOx의 감소는 엔드-소성로의 경우에 얻어질 수 있다.
로의 산화제 주입부 단면적은 일반적으로 적어도 0.25㎡ 및 심지어 0.5㎡를 초과하고, 심지어 일반적으로 0.8㎡를 초과하고, 일반적으로 3㎡ 미만이고, 더욱 일반적으로 2㎡미만이다.
본 발명의 문맥 내에서, 산화제는 일반적으로 로 대기에 주입되기 전에 적어도 400℃, 또는 심지어 적어도 1000℃로 가열된다. 축열실은 일반적으로 공기를 1100 내지 1400℃ 사이로 가열한다. 단위 용융장치는 일반적으로 공기를 300℃ 내지 900℃ 사이로 가열한다. 산화제가 적어도 연료의 자연 발화 온도로 가열되는 것이 바람직하다.
산화제는 공기 또는 산소를 적게 함유하는 공기이며, 그로 인해 산화제의 총 산소 함유량이 30% 미만 및 심지어 일반적으로는 25% 미만이다. 산화제의 이러한 총 산소 함유량은 10%를 초과한다.
본 발명에 따라 산화제는 10㎧를 초과하고, 바람직하게는 15㎧를 초과하는 속도로 로에 주입된다. 본 발명에 따라, 산화제는 60㎧ 미만 및 바람직하게는 50㎧ 미만, 예를 들면 45㎧ 미만의 속도로 로에 주입된다.
로의 산화제 및 연료 주입부는, 로 내의 다른 구멍(orifice)을 통해서 종결되고(따라서 산화제 주입부는 연료 주입장치를 포함하지 않음), 적어도 0.3배와 바람직하게는 0.5배, 예를 들면 적어도 0.6배의 산화제 주입부의 등가 직경(equivalent diameter)으로 분리된다. 본 발명의 문맥 내에서, 등가 직경은 공기 주입부와 동일한 단면적을 갖는 원의 직경을 의미한다. 유리 로 내의 공기 주입부가 일반적으로 원형이 아니기 때문에 이러한 정의가 필요하다. 유리 로 내의 산화제 및 연료 주입부는 산화제 주입부의 등가 직경의 적어도 4배, 그리고 바람직하게는 산화제 주입부 등가 직경의 적어도 3배로 분리된다. 일반적으로 이러한 거리는 적어도 20㎝와 심지어 적어도 50㎝와 최대 4m일 수 있다. 연료와 산화제 주입부 사이의 이러한 거리는 한편으로는 연료 주입부 그리고 다른 한편으로는 산화제 주입부 사이의 두 개의 최근접 지점 사이의 거리이다. 버너라는 용어는 연소 반응을 유지 하기 위한 산화제 주입부와 연결된 연료 주입부(들)를 포함하는 조립체를 나타낸다. 복수의 연료 주입장치가 하나의 산화제 주입부와 연결된다면, 모든 주입장치는 연소 반응이 실질적으로 모든 상기 주입장치에 대해 동시에 시작되도록 위치된다.
일반적으로, 산화제 주입부와 연결된 주입장치(들)(동일한 반응 영역에서 관여함)은 상기 산화제 주입부와 동일한 평면(동일한 벽)에 위치된다. 그렇지만 산화제 및 연료 주입부는 반드시 동일한 벽에서 종결되어야 하는 것은 아니다.
기체 연료(예를 들면 천연가스, 메탄, 부탄, 프로판)의 경우에, 연료는 30㎧보다 빠르고, 바람직하게는 50㎧ 보다 빠른 속도로 로에 주입된다. 본 발명에 따라, 로에 연료가 주입되는 속도는 250㎧미만이고 바람직하게는 200㎧미만이다.
중유(heavy fuel oil)와 같은 액체 연료의 사용이 가능하다.
도 1은 엔드-소성로의 평면도.
도 2는 엔드-소성로의 평면도.
도 3은 단위 용융 장치가 설치된 크로스-소성로의 평면도.
도 4는 축열실이 설치된 크로스-소성로의 평면도.
도 5는 본 발명에 따른 버너를 형성하는 산화제 및 연료 주입부를 도시하는 도면.
도 6은 종래 기술에 따른 버너를 형성하는 산화제 및 연료 주입부를 도시하는 도면.
도 1은 본 발명의 문맥에 적합한 엔드-소성로를 평면도로 도시한다. 이러한 로는 하나의 상류 면(1), 두 개의 측면(2와 2')과 하나의 하류 면(3)을 포함한다. 두 개의 동일한 축열실(4와 4')이 병렬하게 설치되고, 둘 다 모두 상류 면 뒤에 위치된다. 각각의 축열실은 상류 면의 1/2 부분의 뒤에 위치된다. 오목부(niche)(6과 6')가 측벽(2와 2')에 유리 배치를 주입하기 위해 배열된다. 이러한 오목부는 측벽의 상류 첫 번째 1/3 부분에 위치된다. 유리 용융물에 침지된 댐(dam)(5)은 로의 하류 1/2 부분에 장치된다. 도 1의 경우에, 화염은 상류 면의 1/2 부분(1a)으로부터 발생한다. 상기 화염은 상류 면의 다른 1/2 부분(1b)으로 되돌아오기 위하여 로 대기에서 고리를 형성한다. 연도 기체는 따라서 상류 면의 1/2 부분(1b) 뒤에 위치된 축열실(4')을 통과한다. 축열실(4')내의 내화 벽돌이 충분히 뜨거운 경우에 로의 작동이 도 2에 따라 전환된다. 이러한 경우에 화염은 상류 면의 1/2 부분(1b)으로부터 발생되고, 연도 기체의 열은 다른 축열실(4)에서 회수된다. 화염의 산화제는 축열실(4')을 통과하는 동안 가열된 공기이다. 유리는 로의 하류 면(3)에 배열된 구멍(7)을 통하여 흐른다. 연료 주입장치는 도시되지 않는다. 상기 연료 주입장치는 본 발명에 따라 공기 주입부로부터 떨어져 있다.
도 3은 크로스-소성로를 평면도로 도시한다. 유리 배치는 측벽 상류에 위치된 오목부(15 및 15')를 통해서 주입된다. 다수의 가로형 버너(16)가 측벽에 장치된다. 연도 기체의 열은 단위 용융장치(17)에 의해 회수된다. 유리는 배출부(18)를 통하여 회수된다. 단위 용융장치가 열 교환기의 방식에 따라 작동되며, 연도 기체 는 다른 채널을 통과하는 공기를 가열하는 채널을 통과하고, 가로형 버너에 공급된 다는 것이 상기될 수 있다. 연료 주입장치는 도시되지 않는다. 상기 연료 주입장치는 본 발명에 따라 공기 주입부로부터 떨어져 있다.
도 4는 버너와 축열실을 구비한 크로스-소성로(41)를 도시한다. 크로스-소성로(41)는 상류 벽(43), 하류 벽(44) 및 두 측벽(45 및 45')을 포함한다. 유리 배치는 도시되지 않은 통상적인 디바이스를 통하여 상류 벽(43)으로부터 주입된다. 용융된 배치는 화살표로 도시된 것과 같이 상류에서 하류로 흐른다. 유리는 도시되지 않은 프로세싱 유닛(processing unit) 내로 이동되기 전에 열 조절을 위해 냉각실(47) 내로 전달되며, 상기 프로세싱 유닛은 평면 유리를 제조하기 위한 플로트 유리(float glass) 설비일 수 있다. 크로스-소성로(41)는 연속적으로 작동하는 두 열로 된 네 개의 공기 기체 버너가 두 측벽을 통과하게 설치된다. 각각의 공기 기체 버너는, 라인(8 및 8')과 뜨거운 공기 주입부(9와 9')를 통하여 기체가 주입되는 연료 주입장치를 포함한다. 각 측벽의 앞의 두 버너가 크로스-소성로의 상류 첫 번째 1/3 부분{상기 첫 번째 1/3 부분의 경계는 가로 점선(48)으로 표시됨}에 있다는 것이 관찰될 수 있다. 주입장치는 공기 주입부 아래에 본 발명에 따른 충분한 거리로 위치된다. 개구부(9와 9')는 교대로 뜨거운 공기 주입부와 연기 수집기의 역할을 한다. 각각의 개구부는 축열실(10과 10')에 연결된다. 측벽(45)의 주입장치가 작동하는 경우에, 측벽(45')의 주입장치들은 작동하지 않는다. 대향 측벽(45)의 개구부(9')를 연도 기체가 통과하고, 그 열이 축열실(10) 내에서 회수된다. 수 십분 후에, 로의 작동이 전환되며 즉, 측벽(45)의 버너의 작동이 중단되고{라인(8)을 통한 연료 기체 흐름이 중단되고 개구부(9)를 통한 공기 흐름이 중단됨}, 측벽(45')의 공기 기체 버너가 라인(8')을 통하여 측벽(45')의 주입장치에 기체를 공급하고 공기 주입부(9')에 뜨거운 공기를 공급함으로써 작동된다. 공기는 축열실(10)에 의한 가열로 인해 뜨겁다. 수 십분 후에, 로의 작동이 다시 전환되는 등(전환 순환의 반복)이다. 크로스-소성로에 유리 용융물 내에 대류 띠(convection belt)의 형성을 촉진하는 둑(weir)(11)이 설치된다.
도 5는 본 발명에 따른 산화제 주입부(51)와 세 연료 주입장치(52,53,54)의 조합을 도시하며, 상기 주입부 및 주입장치들은 특히 엔드-소성로(도 1 및 도 2의 엔드-소성로에 대하여)의 상류 면에서의 사용에 적합하다. 주입장치들은 산화제 주입부의 외부에 있고 주입장치와 산화제 주입부 사이의 거리(55,56,57)는 공기 주입부의 등가 직경의 0.2배 내지 0.5배 사이이다.
도 6은 종래 기술에 따른 공기 주입부(61)를 도시하며, 상기 공기 주입부는 공기 주입부의 내부 및 바닥부에 위치된 세 주입장치(62,63,64)에 연결되어 있다.
실시예 1
도 3에 도시된 것과 같은 축열실이 설치된 크로스-소성로가 사용되었다. 0.25㎡의 단면적을 갖는 공기 주입 덕트가 로의 각 끝단의 벽(측벽)에 위치되고, 그로 인해 주 공기 흐름이 유리 흐름에 대해 수직이다. 공기 덕트는 대향하는 덕트의 쌍과 그룹화된다. 각 공기 주입 덕트는 두 연료 주입장치(천연가스)와 연결되고, 연결된 공기 덕트의 등가 직경과 동일한 거리에 위치된다. 각 쌍의 덕트는 순환적으로 작동한다. 순환하는 동안, 공기는 덕트 중 하나를 통하고 연료는 연결된 주입장치를 통하여 도달한다. 연소 반응에 의해 생성된 연도 기체는 대향하는 덕트를 통하여 이탈하고, 내화물질의 적층에 상기 연도 기체의 에너지의 일부를 빼앗기며 상기 내화물질의 적층을 통과한다. 다음 순환동안 공기 주입부는 역으로 배출부가 된다. 공기는 연도 기체에 의해 미리 가열된 내화물의 적층을 통과하고, 상기 내화물의 적층과 접촉함으로써 가열된다.
로 내의 공기 주입부의 온도는 약 1300℃이거나, 연료의 자기발화 온도를 초과한다. 로 내의 공기 주입 속도는 약 40㎧이다. 연료 주입 속도도 또한 약 40㎧이다.
질소 산화물의 방출량은 400㎎/Sm3미만이다.
실시예 2 (비교예)
공기 주입부 단면적을 0.9㎡로 증가시킴으로써 공기 주입 속도가 12㎧로 감소되고, 공기 주입부와 주입장치 사이의 거리가 공기 덕트의 등가 직경의 0.2배로 감소된 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 절차로 진행된다. 측정된 질소 산화물 방출량은 800㎎/Sm3에 근접하고, 이것은 실시예 1에 기술된 본 발명이, 본 실시예 2의 구성과 비교하면 NOx 방출량이 2배 감소하도록 이용되었다는 것을 나타낸다. 원료공급부(액체 유리 및 배치)에 전달되는 열은 실시예 1에서 관찰된 것과 동일하다.
실시예 3
도 1에 도시된 것과 같이, 축열실이 설치된 엔드-소성로가 사용되었다. 총 두 개인 축열실은 로의 상류 박공(gable) 단부 뒤에 위치되며, 이는 원료 주입부와 인접하고 용융된 유리가 통과하여 배출되는 면에 대향한다. 이러한 벽 상에 축열실에 의해 예열된 공기에 대한 주입부와, 연소에 의해 생성된 연도 기체에 대한 배출부로서 교대로 작동하는 두 덕트가 위치된다. 두 덕트가 작은 벽 상에 위치되었기 때문에, 흐름 방향을 따르고 특징적인 고리 형상을 갖는 화염을 발생시킨다. 다음 순환 중에, 상기 역할은 역전되고 화염이 역전된다: 공기 주입 덕트는 새로운 연도 기체 배출 덕트가 되며, 연도 기체로부터의 열을 축열실의 내화 물질의 적층에 주기적으로 전달할 수 있으며, 그로 인해 연소 공기를 예열한다. 로의 공기 주입 온도는 약 1300℃이거나, 연료 자기발화 온도를 초과한다. 공기 주입 덕트는 로 내에서 25㎧의 공기 주입 속도를 갖도록 설계된다. 각 공기 주입 덕트는 4개의 연료 주입장치에 연결되고, 상기 주입장치 중 두 개는 공기 덕트의 등가 직경의 0.8배 거리에 위치되고, 다른 두 주입장치는 공기 덕트의 등가 직경의 1.6배의 거리에 위치된다. 매우 희석된 연소를 생성하기 위하여, 연소가 발생하기 전에 공기와 연료의 분출(jet)에 의해 그을은(burnt) 기체가 혼입된다. NOx의 방출량은 200㎎/Sm3이다.
실시예 4(비교예)
공기 주입 덕트가 로 내에서 약 15㎧의 공기 주입속도를 갖고, 공기 주입부와 주입장치 사이의 거리가 산화제 주입부의 등가 직경의 0.1배로 감소되도록 크기가 정해지고, 상기 주입장치는 공기 흐름 바로 아래에 위치되는 것을 제외하고는, 실시예3과 동일한 절차로 진행된다.
측정된 NOx 방출량은 800㎎/Sm3이고, 이것은 실시예 3에서 기술된 본 발명 은, 실시예 4의 구성과 비교하면 NOx 방출량이 75% 감소하도록 이용된다는 것을 나타낸다.
원료 공급부(액체 유리 및 배치)에 대한 열전달은 실시예3에서 관찰된 것과 동일하다.
전술된 바와 같이, 본 발명은 약간의 산화질소를 발생시키고, 특히 유리 로에 적용 가능한 희석 연소 방법에 관하여 이용 가능하다.

Claims (18)

10% 내지 30% 사이의 산소를 포함하는 산화제에 대한 주입부와, 산화제 주입부 외부에 산화제 주입부의 등가 직경(equivalent diameter)의 0.3 내지 4배 사이의 거리에 위치하는, 로(furnace) 내에서 종결되는 연료에 대한 주입부를 포함하는 버너가 장치된 로 내의 연소 방법에 있어서,
상기 산화제는 10 내지 60㎧ 사이의 속도로 로 내로 주입되고, 상기 산화제 주입부 단면적은 0.25㎡이상이고 3㎡미만인, 연소 방법.
제1항에 있어서, 상기 산화제 주입부와 연료 주입부 사이의 거리는 산화제 주입부의 등가 직경의 3배보다는 짧은 것을 특징으로 하는, 연소 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 산화제 주입부와 연료 주입부 사이의 거리는 산화제 주입부의 등가 직경의 적어도 0.5배인 것을 특징으로 하는, 연소 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산화제 주입부와 연료 주입부 사이의 거리는 20㎝ 내지 4m 사이인 것을 특징으로 하는, 연소 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산화제는 15㎧를 초과하는 속도로 로에 주입되는 것을 특징으로 하는, 연소 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산화제는 50㎧ 미만의 속도로 로에 주입되는 것을 특징으로 하는, 연소 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산화제는 로에 주입되기 전에 적어도 400℃의 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는, 연소 방법.
제7항에 있어서, 상기 산화제는 로에 주입되기 전에 적어도 1000℃의 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는, 연소 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산화제는 로에 주입되기 전에 적어도 연료의 자기발화(autoignition) 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는, 연소 방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산화제 주입부의 단면적은 0.5 내지 3㎡ 사이인 것을 특징으로 하는, 연소 방법.
제10항에 있어서, 상기 산화제 주입부의 단면적은 0.8 내지 3㎡ 사이인 것을 특징으로 하는, 연소 방법.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연료는 기체이고, 상기 연료의 로 내부로의 주입 속도는 30㎧를 초과하는 것을 특징으로 하는, 연소 방법.
제12항에 있어서, 상기 연료의 로 내부로의 주입 속도는 50㎧를 초과하는 것을 특징으로 하는, 연소 방법.
제1항 또는 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연료는 기체이고, 상기 연료의 로 내부로의 주입 속도는 250㎧ 미만인 것을 특징으로 하는, 연소 방법.
유리 용융물이 상류에서 하류로 흐르고, 로의 상류 중간부분에 위치된 분말 배치 공급부(powder batch feed)와, 로의 상류 중간 부분에 위치된 버너를 포함하는 로 내에서, 유리 배치를 용융하기 위한 방법으로서,
상기 버너는 제1항 또는 제14항 중 어느 한 항에 따른 연소 방법에 의해 작동되는, 용융 방법.
제15항에 있어서, 분말 배치 물질은 로의 상류 첫 번째 1/3 부분의 표면에 뜨고, 상기 버너는 로의 상류 첫 번째 1/3 부분에 위치하는 것을 특징으로 하는, 용융 방법.
제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 로는 엔드-소성로(end-fired furnace)인 것을 특징으로 하는, 용융 방법.
제15항에 있어서, 상기 로는 크로스-소성로(cross-fired furnace)인 것을 특징으로 하는, 용융 방법.
KR1020097025419A 2007-06-08 2008-06-05 희석 연소 KR101479603B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0755580A FR2917155A1 (fr) 2007-06-08 2007-06-08 Combustion diluee
FR0755580 2007-06-08
PCT/FR2008/051007 WO2008152335A2 (fr) 2007-06-08 2008-06-05 Combustion diluee

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100021583A true KR20100021583A (ko) 2010-02-25
KR101479603B1 KR101479603B1 (ko) 2015-01-07

Family

ID=38951745

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020097025419A KR101479603B1 (ko) 2007-06-08 2008-06-05 희석 연소

Country Status (16)

Country Link
US (1) US9188333B2 (ko)
EP (1) EP2153128B1 (ko)
JP (1) JP5180291B2 (ko)
KR (1) KR101479603B1 (ko)
CN (1) CN101802497B (ko)
AT (1) ATE490439T1 (ko)
BR (1) BRPI0812885B1 (ko)
DE (1) DE602008003795D1 (ko)
EA (1) EA016134B1 (ko)
ES (1) ES2356584T3 (ko)
FR (1) FR2917155A1 (ko)
MX (1) MX2009013315A (ko)
PL (1) PL2153128T3 (ko)
PT (1) PT2153128E (ko)
UA (1) UA98791C2 (ko)
WO (1) WO2008152335A2 (ko)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2909995B1 (fr) * 2006-12-18 2010-04-23 Saint Gobain Rech Four a boucle pour verre a fibrer
FR2979690B1 (fr) * 2011-09-01 2015-10-02 Gdf Suez Dispositif de stabilisation de la combustion diluee dans une enceinte de combustion a parois froides.
RU2014145113A (ru) * 2012-06-05 2016-07-27 Лёше Гмбх Способ эксплуатации мультигазовой горелки, а также мультигазовая горелка
ES2733224T3 (es) * 2014-04-24 2019-11-28 Praxair Technology Inc Operación de horno regenerativo con un oxidante que comprende de 60 a 85 por ciento de oxígeno
ES2792044T3 (es) * 2017-07-21 2020-11-06 Engie Un método de combustión aplicado a materiales de fusión tales como el vidrio en un horno de llama longitudinal
US11912608B2 (en) 2019-10-01 2024-02-27 Owens-Brockway Glass Container Inc. Glass manufacturing

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2683545B2 (ja) 1988-05-25 1997-12-03 東京瓦斯 株式会社 炉内燃焼方法
US4988285A (en) * 1989-08-15 1991-01-29 Union Carbide Corporation Reduced Nox combustion method
CN1195172C (zh) * 1995-07-17 2005-03-30 液体空气乔治洛德方法利用和研究有限公司 用氧化剂燃烧燃料的方法以及燃烧器装置
FR2743360B1 (fr) * 1996-01-05 1998-02-27 Air Liquide Procede de chauffage de la charge d'un four de verre
FR2750977B1 (fr) 1996-07-11 1998-10-30 Saint Gobain Vitrage Procede et dispositif pour la reduction de l'emission de nox dans un four de verrerie
US5975886A (en) * 1996-11-25 1999-11-02 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Combustion process and apparatus therefore containing separate injection of fuel and oxidant streams
US6007326A (en) * 1997-08-04 1999-12-28 Praxair Technology, Inc. Low NOx combustion process
FR2782780B1 (fr) * 1998-09-02 2000-10-06 Air Liquide Procede de combustion pour bruler un combustible
US6422041B1 (en) * 1999-08-16 2002-07-23 The Boc Group, Inc. Method of boosting a glass melting furnace using a roof mounted oxygen-fuel burner
JP4904629B2 (ja) * 2000-03-29 2012-03-28 三菱化学株式会社 カーボンブラックの製造装置および製造方法ならびに炉内燃焼装置および炉内燃焼方法
FR2823290B1 (fr) 2001-04-06 2006-08-18 Air Liquide Procede de combustion comportant des injections separees de combustible et d oxydant et ensemble bruleur pour la mise en oeuvre de ce procede
US6659762B2 (en) * 2001-09-17 2003-12-09 L'air Liquide - Societe Anonyme A' Directoire Et Conseil De Surveillance Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Oxygen-fuel burner with adjustable flame characteristics
FR2863690B1 (fr) * 2003-12-16 2006-01-20 Air Liquide Procede de combustion etagee mettant en oeuvre un gaz riche en oxygene et un gaz pauvre en oxygene
US7390189B2 (en) * 2004-08-16 2008-06-24 Air Products And Chemicals, Inc. Burner and method for combusting fuels
FR2892497B1 (fr) * 2005-10-24 2008-07-04 Air Liquide Procede de combustion mixte dans un four a regenerateurs

Also Published As

Publication number Publication date
US20100199722A1 (en) 2010-08-12
DE602008003795D1 (de) 2011-01-13
FR2917155A1 (fr) 2008-12-12
CN101802497B (zh) 2012-09-05
MX2009013315A (es) 2010-01-25
ES2356584T3 (es) 2011-04-11
CN101802497A (zh) 2010-08-11
WO2008152335A3 (fr) 2009-05-28
EA200971125A1 (ru) 2010-04-30
BRPI0812885B1 (pt) 2020-04-07
JP5180291B2 (ja) 2013-04-10
PL2153128T3 (pl) 2011-05-31
BRPI0812885A2 (pt) 2014-12-09
ATE490439T1 (de) 2010-12-15
US9188333B2 (en) 2015-11-17
EP2153128B1 (fr) 2010-12-01
JP2010529402A (ja) 2010-08-26
KR101479603B1 (ko) 2015-01-07
EP2153128A2 (fr) 2010-02-17
PT2153128E (pt) 2011-03-07
WO2008152335A2 (fr) 2008-12-18
EA016134B1 (ru) 2012-02-28
UA98791C2 (en) 2012-06-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101604359B1 (ko) 높은 열 전달을 갖는 낮은-ｎｏｘ 유리 용광로를 가열하는 방법
KR100769098B1 (ko) 산화제 분사 방법
KR100578773B1 (ko) 유리 용해로용의 덮개부-장착식 산소-연료 버너 및 이산소-연료 버너를 이용하는 방법
KR101065667B1 (ko) 촉매 또는 고온 옥시던트 없이 비화염 연소를 실현하기 위한 방법 및 장치
JP4112646B2 (ja) ガラス炉の装入物を加熱する方法
CA2123590C (en) Oxygen/fuel firing of furnaces with massive, low velocity, turbulent flames
RU2473475C2 (ru) Стеклоплавильная печь
KR101479603B1 (ko) 희석 연소
CN113841021B (zh) 通过热化学再生在加热炉中进行燃烧的方法
JP2022136289A (ja) 酸素燃焼炉における窒素酸化物の排出削減
JPH10316434A (ja) ガラスを製造するための方法
RU2387924C2 (ru) Способ ступенчатого сжигания топлива в кислородсодержащей атмосфере с использованием предварительно нагретых реагентов
KR100653029B1 (ko) 다공성 벽 노에서의 연소 방법
US6354110B1 (en) Enhanced heat transfer through controlled interaction of separate fuel-rich and fuel-lean flames in glass furnaces
KR20150068918A (ko) 공업용 노 내의 금속 재료 가열 방법
KR101999239B1 (ko) 확산형 연료 제트에 의한 연소
US20090148797A1 (en) Method for Carrying Out combined Burning in a Recovering Furnace
JP4112650B2 (ja) 酸素との燃焼を利用するガラス炉の転換のための方法
RU2779201C2 (ru) Сокращение выбросов оксида азота (nox) в печи с кислородно-топливным сжиганием
WO2019029844A1 (en) METHOD AND BURNER ASSEMBLY FOR COMBUSTING A COMBUSTIBLE GAS WITH AN OXIDANT
CN208532595U (zh) 一种具有夹角的高世代基板窑炉燃烧系统结构
SU1206234A1 (ru) Способ сжигани топлива в стекловаренной печи
KR100276875B1 (ko) 산소주입 오일 연소식 글라스 용해로
UA26272U (en) Volume-regeneration method for fuel burning at metal heating

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181129

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191127

Year of fee payment: 6