KR20120034050A - 공업용 퍼니스 내 연소 수행시 사용 방법 - Google Patents

공업용 퍼니스 내 연소 수행시 사용 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공업용 퍼니스(200) 내 연소시 사용하는 방법으로서, 상기 공업용 퍼니스의 내부는 상기 공업용 퍼니스(200)의 루프에 둘 이상의 열(205a, 205b)로 배열된 하향 배향된 루프 버너(203)의 매트릭스에 의해 가열되고, 상기 루프 버너(203)는 상기 퍼니스(200)의 내부에서 물질(202)을 가열하도록 연료 및 제 1 산화제로 구동된다.
본 발명은, 하나 이상의 랜스(206)가 상기 퍼니스(200)의 측벽(201)에 배열되고, 중량비로 85% 이상의 산소 함유량을 가진 제 2 산화제는 상기 제 2 산화제의 분사(207)의 형태로 음속 또는 그보다 빠른 속도로 상기 랜스(206)를 통해 상기 퍼니스(200)의 내부로 공급되며, 상기 제 2 산화제의 분사(207)는 루프 버너(203)의 두 개의 연속적인 열(205a, 205b) 사이에서 그리고 거의 평행하게 상기 물질(202) 위의 수평면을 따라 분출되고, 단위 시간당 공급되는 상기 제 2 산화제의 양은, 상기 제 2 산화제를 통해 공급되는 산소가 상기 퍼니스(200)에서 단위 시간당 전체적으로 공급되는 산소의 중량의 50% 이상을 구성하도록 균형 맞추어지는(balanced) 것을 특징으로 한다.

Description

공업용 퍼니스 내 연소 수행시 사용 방법 {METHOD FOR USE WHEN CARRYING OUT COMBUSTION IN AN INDUSTRIAL FURNACE}
본 발명은 공업용 퍼니스(industrial furnace) 내 연소 수행시 사용 방법에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명은 예를 들어 소위 "플랫플레임(flatflame)" 유형의 다수의 하향 배향된 루프 버너(roof burner)들의 매트릭스에 의해 가열되는 공업용 퍼니스의 작동 동안 이러한 방법에 관한 것인데, 이는 종종 회전하는 플레이트 형태의 플레임을 만든다. 일반적으로, 이러한 배열은 퍼니스 공간 내 양호한 화학적 균일성을 나타내며, 이는 바람직한 것이다.
과열에 의해 퍼니스 내 가열되는 물질에 대한 표면 손상에 대한 높은 위험 때문에, 이러한 루프 버너들은 통상 산화제로서 에어로 작동된다.
이러한 가열의 문제점은, 공급된 에어가 다량의 질소 밸러스트(ballast)를 포함하고 있고 이것이 에너지 효율을 감소시키고 이로써 CO2 배출을 증가시킨다는 것이다.
에너지 효율을 증가시키기 위해, 각각의 개별 루프 버너는 재생식(regenerative) 버너로서 설계될 수 있다. 한편, 이는 대부분의 비용 투자(major investment)를 구성한다.
다른 문제점은 비교적 높은 농도의 NOx가 이러한 루프 버너들의 매트릭스에 의한 가열 동안 형성된다는 점이다.
또한, 퍼니스 공간에서 결과적으로 나타나는 수용 불가능한 온도 구배 없이 루프 버너 매트릭스들와 함께 현존하는 퍼니스들 내 최대 용량을 증가시킬 수 있는 것이 바람직할 것이다.
본 발명은 상기 언급된 문제점들을 해결한다.
이에, 본 발명은 공업용 퍼니스 내 연소 동안 방법에 관한 것으로서, 상기 공업용 퍼니스의 내부는 상기 공업용 퍼니스의 루프에 둘 이상의 열로 배열된 하향 배향된 루프 버너들의 매트릭스에 의해 가열되고, 상기 루프 버너들은 상기 퍼니스의 내부에서 물질을 가열하도록 연료 및 제 1 산화제로 구동되는데,
하나 이상의 랜스가 상기 퍼니스의 측벽에 배열되고, 중량비로 85% 이상의 산소 함유량을 가진 제 2 산화제는 상기 제 2 산화제의 분사의 형태로 음속 또는 그보다 빠른 속도로 상기 랜스를 통해 상기 퍼니스의 내부로 공급되며, 상기 제 2 산화제의 분사는 루프 버너들의 두 개의 연속적인 열들 사이에서 및 상기 열들에 실질적으로 평행하게 상기 물질 위의 수평면을 따라 분사가 진행되고, 그리고 단위시간당 공급되는 상기 제 2 산화제의 양은, 상기 제 2 산화제를 매개로 공급되는 산소가 상기 퍼니스 내 단위시간당 전체 공급된 산소의 중량의 50% 이상을 구성하도록 균형 맞추어지는(balanced) 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면 및 본 발명의 예시적인 실시예들과 관련하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 종래의 공업용 퍼니스의 일부의 상부로부터 취한 횡단면도이다.
도 2는 도 1에서 도시된 종래의 공업용 퍼니스의 일부의 측면으로부터 취한 횡단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 제 1 바람직한 실시예에 따른 방법이 적용된 공업용 퍼니스의 일부의 상부로부터 취한 횡단면도이다.
도 4는 도 3에서 도시된 공업용 퍼니스의 일부의 측면으로부터 취한 횡단면도이다.
도 5는 본 발명에 다른 제 2 바람직한 실시예에 따른 방법이 적용된 공업용 퍼니스의 일부의 상부로부터 취한 횡단면도이다.
도 1에서 공업용 퍼니스(100)의 일부를 상부로부터 취한 횡단면이 도시되는데, 퍼니스(100)의 대향하는 개별 측벽들(101) 사이에 금속 블랭크로서 도시된 예시에 의해서 도 1에서 물질(102)은 가열 하에서 신장 방향(L)으로 이송된다. 도 2는 공업용 퍼니스(100)의 동일한 부분의 측면으로부터 취한 횡단면을 도시한다. 도 1 및 도 2에 있어서 동일한 부분에 대해 동일한 도면 부호를 사용하였다.
바람직한 실시예에 따르면, 도 1에서 도시된 퍼니스 부분은 공업용 퍼니스(100) 내 몇몇(several) 퍼니스 존들 중 하나를 구성하고, 도시된 존에서 금속 물질(102)의 완전한 표면에 걸쳐 가능한 균등하게 가열하는 것이 목적이다. 이러한 균등한 가열을 이루기 위해, 하향 배향된 루프 버너(103)들의 매트릭스는 가열된 물질(102) 위에서 개방되도록 배열되고, 이들의 플레임(flame)들은 하향 배향된다.
루프 버너들은 소위 "플랫 플레임" 유형인 것이 바람직한데, 다시 말해서 루프 버너들이 큰 스프레드(spread) 각도를 가지는 플레이트 형태의 플레임들을 일으키고 이로써 물질(102)의 표면의 과열의 위험을 감소시키고, 물질(102)의 상부면 위의 공간에서 온도 균일성이 높아지는 것이 바람직하다.
루프 버너(103)들은 고체 연료, 액체 연료 또는 천연 가스와 같은 가스상 연료; 및 산화제로 구동된다. 산화제는 에어이거나 또는 부피비로 최대 30퍼센트의 산소 함유량을 가지는 다른 산화제일 수 있다.
루프 버너(103)들이 퍼니스(100)의 루프 내에 설치되고, 상기 루프 및 물질(102) 사이의 수직 거리는 1 내지 3미터, 바람직하게는 1 내지 2미터인 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 루프 버너들은 신장 방향(L)에 적절하게 수직인 수직 방향(T)으로 연장되면서 두 개 이상의 열로 배열된다. 도 1 및 2에서 두 개의 예시적인 이러한 열들(105a, 105b)이 개별적인 점선 마킹에 의해 도시된다. 두 개의 이렇게 인접하게 배열된 루프 버너들의 열들(105a, 105b) 사이의 거리는 1 내지 3미터인 것이 바람직하다.
이러한 가열은 물질(102)의 상부면 위에서의 균등한 가열을 제공하고, 서두에서 언급했던 단점들을 극복할 수 있다.
도 3 및 4는 각각 도 1 및 도 2와 대응하는 방식으로 본 발명에 따른 공업용 퍼니스(200)을 상부로부터 그리고 측면으로부터 취하고 동일한 도면 부호를 사용한 횡단면을 도시한다. 퍼니스(200)는 측벽(201)들을 갖고, 신장 방향(L)과 연관되며, 이를 따라서 플레임(204)들을 가진 종래의(per se conventional) 루프 버너(203)들의 매트릭스에 의해 가열되면서 퍼니스(200)를 통해 물질(202)이 이송되는데, 버너(203)들은 도 1 및 도 2와 연관하여 앞서 설명한 유형의 버너이며 신장 방향(L)과 적절하게 수직인 수직 방향(T)으로 두 개 이상의 열들(205a, 205b)로 배열된다. 버너 열들(205a, 205b) 사이의 그리고 물질(202) 및 루프 사이의 앞서 언급한 거리들은 도 3 내지 도 5에 도시된 실시예에 대해서도 적용될 수 있다.
루프 버너(203)들은 3개 이상의 열, 더욱 바람직하게는 5개 이상의 열, 가장 바람직하게는 7개 이상의 열로 배열되는데, 각각의 열은 4개 이상의, 더욱 바람직하게는 6개 이상의, 가장 바람직하게는 8개 이상의 루프 버너들을 포함한다. 이러한 많은 루프 버너들을 가진 배열은 증가된 효율 및 감소된 방출을 성취하기 위하여 각각의 개별 루프 버너를 개조하기 위한 상당한 비용을 초래한다. 예를 들면, 이러한 개조는 개별적인 환열기(recuperator)를 이용하여 재생식으로 될 수 있도록 각각의 버너를 개조하는 것으로 구성될 수 있다. 본 발명에 따른 방법은 실질적으로 더욱 비용 효율적인 방식으로 이러한 장점들을 가져오기 때문에, 상기 버너 매트릭스 내 다수의 루프 버너(203)들을 가지는 퍼니스들에 있어서 특히 유리하다.
본 발명에 따르면, 중량비로 85퍼센트 이상의 산소 함유량을 가진 제 2 산화제가 공급되는데, 이러한 산화제를 위하여 퍼니스(200)의 측벽(201)에 배열된 하나 이상의 랜스(lance; 206)에 의해 공급된다. 랜스(206)는 빠른 속도로 제 2 산화제의 분사(jet; 207)의 형태로 퍼니스(200)의 내부의 가열된 공간으로 제 2 산화제를 공급하도록 배열된다. 본 발명에 따르면, 제 2 산화제는 적어도 음속으로 분사(207)의 형태로 공급된다.
또한, 분사(207)는 물질(202)의 상부면 위에서 수평면으로 분사되도록, 그리고 결과적으로 퍼니스(200)의 내부 루프 및 물질(202) 사이에서 또한 루프 버너(203)들의 연속적이고 인접한 열들(205a, 205b)의 쌍 사이에서 및 상기 쌍과 실질적으로 평행하게 분사되도록 배향된다. 분사(207)가 "수평면으로" 진행된다는 것은 그 방향이 미세한 수직 성분을 더 가질 수 있더라도 실질적으로 수평적으로 분사된다는 것으로 이해되어야 한다. 중요한 것은, 분사(207)가 물질(202) 및 루프 사이에 존재하는 공간을 따라 진행된다는 것이다.
또한, 물질(202)의 상부의 수평면과 평행하게 진행되도록 분사(207)가 배열되는 것이 바람직하다. 가열될 물질의 유형에 따라, 이러한 상부면은 상이한 구성을 가질 수 있지만, 금속 블랭크 또는 유리 용융물의 예시적인 경우에 있어서 상기 상부면은 실질적으로 평면이고 수평적일 수 있다.
또한, 제 2 산화제를 매개로 공급된 산소가 단위 시간당 퍼니스(200)에 공급된 전체 산소의 중량의 50% 이상을 차지할 수 있도록 그리고 연료량에 대한 산소량에 대하여 원하는 화학양론적 조건이 얻어질 수 있도록, 단위 시간당 공급되는 제 2 산화제의 양은 균형 맞추어진다.
루프 버너(203)들의 두 개의 열들(205a, 205b)을 따라서 그리고 상기 열들 사이에서 높은 산소 농도의 제 2 산화제를 빠른 속도로 공급하는 것은 다수의 장점을 가져온다.
먼저, 예를 들어 공기와 같은 더 적은 산소 함유량을 가진 산화제가 전체적으로 공급되는 산화제의 큰 부분을 구성하는 경우와 비교하여 더 적은 양의 질소가 퍼니스 대기로 공급되기 때문에, 해당 퍼니스(200) 부분 내 가열 효율이 증가될 수 있다. 따라서, 연료 소비를 안정되게 유지하면서 가열 효율이 증가될 수 있고, 이는 무엇보다 환경적 영향 및 경제적 관점에서 장점을 가져온다. 동시에, 빠른 속도로 랜스되는 제 2 산화제는 퍼니스 내 헤비 터뷸런스(turbulence)를 일으키기 때문에 물질(202)의 표면의 과열의 위험이 없어지고, 이는 차례로 피크 플레임 온도를 감소시키면서 전체 플레임 부피를 증가시키는 결과를 낳는다.
피크 플레임 온도가 감소하는 것은 또한 NOx가 만들어지는 것을 감소시키는 결과를 낳아서 바람직하다. 형성된 NOx 그리고 CO2의 상대적 양은 산소의 전체 양의 비율에 따라서 크게 감소되는 것으로 밝혀졌고, 이러한 산소는 중량비로 최대 약 50%가, 그리고 특정한 경우에 중량비로 최대 70%까지 제 2 산화제로부터 발생한다.
랜스(206)는 루프 버너(203)들의 열들(205a, 205b) 사이에서 그리고 상기 열들과 평행하게 분사(207)가 진행되도록 배향되기 때문에, 루프 버너(203)들의 정상 기능(normal function)을 단지 최소한으로 방해하도록 배열될 수 있고, 이는 이러한 루프 버너(203)들로부터의 가열 효율의 양호한 스프레드가 유지될 수 있다는 결과를 가져온다. 동시에, 증가된 터뷸런스의 긍정적 효과가 이용될 수 있다. 이를 이루기 위해, 분사(207)의 스프레드 각도는 최대 10°인 것이 바람직하다.
또한, 루프 버너(203)의 구성을 개조하지 아니하고도, 이용된 루프 버너(203)들의 유형에 따라서 최대 가열 전력이 부가적으로 증가될 수 있다. 말하자면, 많은 경우에 루프 버너(203)들을 매개로 공급된 연료량을 증가시키는 것이 가능하고, 이어서 단위 시간당 공급된 제 2 산화제의 양을 증가시킴에 의해 공급된 산화제의 전체 양에 대항하여 이렇게 증가된 연료량을 균형 맞추는 것이 가능하다. 분사(207)에 의해 얻어진 헤비 터뷸런스의 결과로, 이러한 증가된 전력은 물질(202)의 표면의 과열에 대한 증가된 위험을 유도하지는 않을 것이다.
실제로, 제 2 산화제의 앞서 설명한 높은 속도의 랜싱(lancing)으로 인하여, 물질(202)의 상부면 및 퍼니스(200)의 내부 루프 사이에서 루프 버너(203)들에 의해 가열되고 있는 부피 내 온도 균일성이 내부의 증가된 터뷸런스의 결과로서 증가될 수 있다.
또한, 이러한 장점은 5개 이상과 같은 다수의 루프 버너(203)들에 대해 단지 하나의 랜스(206)를 이용하는 것에 의해서 얻어질 수 있다. 이러한 랜스(206)를 설치하는 것은, 다른 방식으로 5개 이상의 루프 버너들을 개조하는 것보다 상당히 적은 비용이 든다.
이러한 맥락에서 "음속" 또는 "마하 1"은 내부에 가스 조성물 및 우세한 온도에서 퍼니스(200)의 내부에서 음속으로 구성될 수 있다. 바람직한 실시예에 따르면, 적어도 마하 1.5의 속도로 상응하는 의미로 제 2 산화제가 공급된다. 이러한 높은 랜싱 속도는 소위 플레임 없는 연소를 초래할 것이 때문에, 그 동안 전체 플레임 부피는 매우 크고 이로써 피크 플레임 온도는 따라서 매우 낮으며 온도 균일성은 매우 높다. 랜스(206)들의 오리피스들에서 벤츄리 노즐(venturi nozzle)들을 이용하는 것이 특히 바람직하다.
특별히 바람직한 실시예에 따르면, 제 2 산화제는 중량비로 적어도 95%의 산소 함유량을 갖고, 가장 바람직하게는 공업적으로 순수한 산소로 이루어진다. 이는 질소 가스 밸러스트의 양을 최소화하고 따라서 효율을 최대화하는 결과를 초래한다. 또한, 분사(207)는 더 작아지고 좁아지며 더욱 정밀하게 제어가능한 부피 정도로 이루어질 수 있고, 차례로 루프 버너(203)들의 작동에 대한 방해가 최소화될 수 있는 결과를 낳는다.
또한, 제 2 산화제를 통해 공급된 산소가 퍼니스(200) 내 단위 시간당 전체 공급된 산소의 적어도 60%를 포함할 수 있도록, 단위 시간당 공급되는 제 2 산화제의 양은 균형 맞추어질 수 있다.
하나 이상의 또는 복수의, 가장 바람직하게는 모든, 루프 버너(203)들이 종래의 에어 버너들과 같이 비교적 낮은 산소 함유량을 가진 산화제로 구동되는 종래의 버너들인 바람직한 경우에, 이들은 공냉되는 것이 바람직하다. 이러한 경우에 또한, 제 2 산화제의 랜싱과 함께 작동하는 동안, 매트릭스 내에서 영향을 받은 루프 버너(203)을 통한 에어 유동이 가장 바람직하게는 모든 공냉된 루프 버너(203)들을 통한 에어 유동이, 루프 버너(203)들의 적절한 냉각이 이루어질 수 있는 가능한 가장 낮은 레벨로 설정되는 것이 바람직하고, 그리고 바람직한 전체(global) 화학양론적 평형이 퍼니스(200) 내에서 얻어질 수 있도록 공급된 제 2 산화제의 양이 제어되는 것이 바람직하다. 적절한 냉각을 위한 에어 공급의 가장 낮은 가능한 레벨은 해당 공냉된 루프 버너들의 설계 상의 상세에 따라서 그리고 다른 작동 조건에 따라서 달라질 것이며, 에어 공급의 이러한 제어는 현존하는 공냉된 루프 버너(203)들에 대한 어떠한 개조도 필요로 하지 아니하는 동시에 본 발명의 장점을 최대화할 수 있는 가능성을 가져온다.
퍼니스(200)의 내부 루프 및 물질(202) 사이의 가장 작은 수직 거리(A)의 40% 내지 70%인 보다 바람직하게는 50% 내지 60%인, 물질(202)의 상부면의 최고점으로부터 수직 거리(B)에서 퍼니스(200)의 내부 루프 및 물질(202) 사이에서 랜스(206)가 개방되는(open out) 것이 바람직하다. 내부 루프를 향하여 지나치게 높게 위치시키는 것은, 루프 버너(203)들의 플레임들이 필요한 것보다 더 많이 방해받게 하는 것을 야기할 것이고 제 2 산화제가 희망되는 것보다 퍼니스 대기에서 더 높은 열 에너지를 공급하는 것을 야기할 것이고 또한 분사(207)가 퍼니스 루프를 향하여 당겨지는 것을 야기할 것이다. 너무 낮게 위치시키는 것은, 물질(202)의 상부면의 유해한 산화에 대한 위험이 증가됨을 초래할 것이다. 언급된 간격은 종래의 퍼니스에 본 발명을 적용하는 동안 이러한 문제점을 피하는데 이상적임이 증명되었다.
도 3 및 도 4에서 도시된 것처럼, 제 2 산화제를 위한 개별 랜스(206)들은 퍼니스 벽(201)들에 설치되고, 이러한 버너들의 매트릭스에서 루프 버너(203)들의 열들 사이의 모든 공간에서 제 2 산화제의 개별 분사(207)들을 공급하도록 배열된다. 이러한 배열이 바람직하지만, 필수적인 것은 아니다. 비록 이러한 랜스(206)들이 루프 버너(203)들의 열들의 단지 하나의 특정한 쌍(205a, 205b) 사이에 또는 단지 특정한(certain) 수의 이러한 쌍들 사이에 산화제 분사(207)의 공급을 위해 설치될 뿐일지라도 상응하는 정도(degree)만큼 본 발명의 장점이 발생된다.
또한, 도 3 및 도 4는 퍼니스(200)가 루프 버너(203)들의 열들(205a, 205b)에 평행한 방향으로 적어도 8미터인 폭을 가질 때 바람직한 실시예를 도시한다. 이러한 경우에, 개별적인 랜스(208a, 208b)는 서로 대향하는 퍼니스(200)의 어느 하나의(either) 측부에 배열된 개별적인 랜스 오리피스로부터 앞서 설명된 방식으로 제 2 산화제를 공급하도록 배열되는 것이 바람직한데, 그 결과 제 2 산화제의 개별적인 분사는 평행하지만 서로에 대해 대향하는 방향으로 분사된다. 이 경우에 이로써 산화제는 두 대향 방향으로부터, 루프 버너(203)들의 두 개의 인접한 열들(205a, 205b) 사이의 동일한(one and the same) 공간으로 공급된다. 이 경우에 이들 대향 랜스들(208a, 208b)의 개별 오리피스들 사이의 거리가 적어도 약 8미터인 경우라도, 열들(205a, 205b) 사이의 실질적으로 전체 공간에 걸쳐 양호한 효과가 얻어질 수 있다.
다른 한편으로, 도 5는 도 3에서 도시된 것과 대응하는 유사한 도면으로서 매트릭스 내 루프 버너(303)들의 열들(305a, 305b)에 평행한 방향으로 최대 10미터인 폭을 가지는 공업용 퍼니스(300)에 대한 바람직한 실시예를 도시한다. 퍼니스(300)는 측벽(301)들을 포함하고, 루프 버너(303)들을 이용하여 가열될 물질(302)은 신장 방향(L)으로 이송된다. 열들(305a, 305b)은 신장 방향(L)에 적절하게 수직하게 수직 방향(T)으로 배열된다. 다른 산화제는 랜스(306)들을 통해 높은 속도의 분사(307)의 형태로 공급되고, 이들 모두는 도 3 및 도 4와 관련하여 설명한 것과 유사하다.
이러한 경우에, 제 2 산화제를 위한 몇몇 개별 랜스들(308a, 308b)은 퍼니스(300)의 어느 하나의(either) 측부들 상에 배열된 개별 오리피스들로부터 앞서 설명한 방식으로 제 2 산화제를 공급하도록 배열되는 것이 바람직한데, 이에 의해 제 2 산화제의 개별 분사가 이러한 열들 사이에서 상이한 개별 공간에서 루프 버너(303)들의 열들(305a, 305b)을 따라 상이한 대향 방향으로 공급된다. 도 5에서, 분사(307)는 열들(305a, 305b) 사이에서 하나 걸러 하나의 공간에서 한 방향으로 배열되고 나머지 하나 걸러 하나의 공간에서 반대 방향으로 배열되는데, 물론 다른 배열도 가능하다. 바람직하게, 이러한 경우에 랜스(306)들은 상이한 랜스(306)들의 대향 배향 때문에 열들(305a, 305b) 사이의 상이한 공간을 따라 퍼니스(300) 내 제 2 산화제를 위한 폐루프 순환이 일어나도록 배열된다. 여기서, 용어 "폐루프 순환"은 제 2 산화제의 상이한 분사(307)의 운동 에너지(kinetic energe)에 의해 구동되는 순환을 의미하는데, 그 결과 가스의 하나 이상의 폐루프 순환이 야기된다. 이러한 순환 루프를 얻기 위해, 매트릭스는 루프 버너(303)들의 적어도 3개의 열들을 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 순환은 비교적 작은 공업용 퍼니스에서 적절한 열적 균일성을 가져온다.
본 발명의 특별한 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명은 효율 및 온도 균일성을 증가시키고 그 작동 동안 형성된 NOx 및 CO2의 양을 감소시키기 위해 현존하는 공업용 퍼니스(100)에 적용된다. 그러면, 공업용 퍼니스(100)는 앞서 설명한 것처럼 종래의 에어 구동되는 루프 버너(103)들의 메트릭스를 포함하고, 이것은 초기 단계에서 앞서 설명한 것처럼 높은 산소 함유량 및 높은 속도를 가진 제 2 산화제를 위한 하나 이상의 랜스(206, 306)를 구비한다. 그러면 앞서 설명한 방식으로 산화제 및 연료의 증가된 화학양론적 혼합물을 얻을 수 있도록 작동 동안 공급된 에어 및 제 2 산화제의 양이 작동 동안 균형 맞추어진다. 이는 본 발명의 장점을 얻는데 비용 효율적인 방식을 구성한다.
바람직한 실시예에 따르면, 제 1 단계에서 앞서 설명한 것에 따라서 하나의 또는 다수의 랜스들(206, 306)를 현존하는 에어 루프 버너(103)들의 매트릭스가 구비하고, 이어서 에어 버너(103)들을 통한 단위 시간당 공급되는 연료량은 화학양론적 평형을 이루기 위해 단위 시간당 공급되는 전체 산소량의 증가와 조합하여 필요할 때 조정된다. 이것이 가정하는 것은 루프 버너(103)들이 연료의 공급을 조정하는 것을 허용하는 유형이고 또한 물질(202, 302)의 표면의 과열 위험 없이 종래의 경우와 비교하여 퍼니스(200, 300)의 최대 가열 효율이 증가하는 것을 얻도록 한다는 것이다.
이상, 바람직한 실시예들을 설명하였다. 그러나, 본 발명이 속한 통상의 기술자들에게 본 발명의 아이디어를 벗어나지 아니하면서 기술된 실시예들에 대하여 많은 변형들이 이루어질 수 있음은 명백할 것이다.
예를 들면, 매트릭스 내 루프 버너들의 열들은 퍼니스 내 물질의 이송 방향에 반드시 수직일 필요는 없다. 예를 들면 이러한 열들은 이송 방향에 실질적으로 평행하게 배열될 수 있거나 또는 그에 직각을 이루지 아니하도록 배열될 수도 있다. 이러한 경우에, 제 2 산화제를 위한 랜스들은 퍼니스의 하나의 짧은 단부에서 배열되거나 앞서 설명한 목적을 성취하기 위한 다른 적절한 방식으로 배열될 수도 있다.
따라서, 본 발명은 상기 설명된 실시예에 한정되지 아니하고, 첨부된 청구항의 범주 내에서 가변될 수 있다.

Claims (13)

  1. 공업용 퍼니스(200; 300)의 루프 내 둘 이상의 열들(205a, 205b; 305a, 305b)로 배열된 하향 배향된 루프 버너들(203; 303)의 매트릭스에 의해 상기 공업용 퍼니스의 내부가 가열되고, 상기 루프 버너들(203; 303)은 상기 퍼니스(200; 300)의 내부에서 물질(202; 302)을 가열하기 위해 연료 및 제 1 산화제로 구동되는,
    공업용 퍼니스(200; 300) 내 연소 동안 방법으로서,
    하나 이상의 랜스(lance, 206; 306)가 상기 퍼니스(200; 300)의 측벽(201; 301)에 배열되고,
    중량비로 85% 이상의 산소 함유량을 가진 제 2 산화제는 상기 제 2 산화제의 분사(207; 307)의 형태로 음속 또는 그보다 빠른 속도로 상기 랜스(206; 306)를 통해 상기 퍼니스(200; 300)의 내부로 공급되며,
    상기 제 2 산화제의 분사(207; 307)는 루프 버너들(203; 303)의 두 개의 연속적인 열들(205a, 205b; 305a, 305b) 사이에서 및 상기 두 개의 연속적인 열들에 실질적으로 평행하게 상기 물질(202; 302) 위의 수평면을 따라 분출되고, 그리고
    상기 제 2 산화제를 매개로 공급되는 산소가 상기 퍼니스(200; 300) 내 단위시간당 전체적으로 공급되는 산소의 중량의 50% 이상을 구성할 수 있도록, 단위 시간당 공급되는 상기 제 2 산화제의 양이 균형 맞추어지는(balanced) 것을 특징으로 하는,
    공업용 퍼니스 내 연소 동안 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 산화제는 마하(Mach) 1.5 이상의 속도로 공급되는 것을 특징으로 하는,
    공업용 퍼니스 내 연소 동안 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 산화제는 중량비로 95% 이상의 산소 함유량을 갖는 것을 특징으로 하는,
    공업용 퍼니스 내 연소 동안 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 산화제를 통해 공급되는 산소가 상기 퍼니스(200; 300) 내 단위 시간당 전체적으로 공급되는 산소의 중량의 70% 이상을 구성할 수 있도록, 단위 시간당 공급되는 상기 제 2 산화제의 양이 균형 맞추어지는 것을 특징으로 하는,
    공업용 퍼니스 내 연소 동안 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 산화제는 에어인 것을 특징으로 하는,
    공업용 퍼니스 내 연소 동안 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 루프 버너들(203; 303)은 종래의 공냉식 에어 버너이고,
    상기 루프 버너들(203; 303)을 통한 에어 유동은 상기 루프 버너들(203; 303)의 적절한 냉각이 이루어질 수 있는 가능한 가장 낮은 레벨로 제어되며,
    공급된 제 2 산화제의 양은 원하는 전체적인 화학양론적 평형이 상기 퍼니스(200; 300) 내에서 이루어지도록 제어되는 것을 특징으로 하는,
    공업용 퍼니스 내 연소 동안 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 루프 버너들(203; 303)의 매트릭스는 각각 4개 이상의 루프 버너들을 포함하는 3개 이상의 열들을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    공업용 퍼니스 내 연소 동안 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 퍼니스(200; 300)의 내부 루프 및 상기 물질(202; 302) 사이의 가장 작은 수직 거리의 50% 내지 60%인, 상기 물질(202; 302)의 상부면의 최고점으로부터 수직 거리(B)에서, 상기 퍼니스(200; 300)의 내부 루프 및 상기 물질(202; 302)의 상부면 사이에서 퍼니스 벽(201; 301)을 따르는 높이에서 상기 랜스(206)가 개방되는(open out) 것을 특징으로 하는,
    공업용 퍼니스 내 연소 동안 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 퍼니스(200)는 상기 루프 버너(203)들의 열들(205a, 205b)에 평행한 방향(T)으로 8미터 이상의 폭을 갖고,
    상기 제 2 산화제를 위한 개별 랜스(208a, 208b)는 서로 대향하는 퍼니스(200)의 어느 하나의(either) 측부에 배열된 개별적인 오리피스로부터 상기 빠른 속도로 상기 제 2 산화제를 공급하도록 배열되고, 그 결과 상기 제 2 산화제의 개별적인 분사(207)가 평행하지만 서로에 대해 대향하는 방향으로 분출되는
    공업용 퍼니스 내 연소 동안 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 루프 버너(303)들의 매트릭스는 3개 이상의 열들을 포함하고,
    상기 퍼니스(300)는 상기 루프 버너(303)들의 열들(305a, 305b)에 평행한 방향으로 최대 10미터인 폭을 가지며,
    제 2 산화제를 위한 복수의(several) 개별 랜스들(308a, 308b)은 상기 퍼니스(300)의 어느 하나의(either) 측부들 상에 배열된 개별 오리피스들로부터 상기 빠른 속도로 상기 제 2 산화제를 공급하도록 배열되고,
    그 결과 상기 제 2 산화제의 개별 분사가 이러한 열들 사이의 상이한 개별 공간에서 상기 루프 버너(303)들의 열들을 따라 서로를 향해 상이한 대향 방향으로 공급되고, 이로써 상기 제 2 산화제의 폐루프 순환이 상이한 랜스들(308a, 308b)의 서로를 향하여 대향되는 방향에 의해 야기되는 것을 특징으로 하는,
    공업용 퍼니스 내 연소 동안 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 산화제의 분사를 위한 스프레드 각도(spread angle)는 10°또는 그 미만인 것을 특징으로 하는,
    공업용 퍼니스 내 연소 동안 방법.
  12. 종래의 에어 구동되는 루프 버너들(203; 303)의 매트릭스를 포함하는 현존하는 공업용 퍼니스(200; 300) 내에 형성되는 NOx 및 CO2의 양을 감소시키고, 효율 및 온도 균일성을 증가시키기 위한 방법으로서,
    상기 퍼니스(200; 300)는 초기 단계 이후에 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 구동되며,
    상기 제 2 산화제를 위한 랜스(206; 306)가 상기 퍼니스 내에 구비되는 것을 특징으로 하는,
    공업용 퍼니스 내에 형성되는 NOx 및 CO2의 양을 감소시키고 효율 및 온도 균일성을 증가시키기 위한 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    작동 동안 그리고 필요할 때, 현존하는 루프 버너들(203; 303)을 통해 공급되는 단위 시간당 연료량이 단위 시간당 공급되는 전체 산소에 대하여 화학량론적으로 균형 맞추어지며, 이에 의해 공업용 퍼니스(200; 300)에 대하여 최대 가열 파워가 증가하도록 야기되는 것을 특징으로 하는,
    공업용 퍼니스 내에 형성되는 NOx 및 CO2의 양을 감소시키고 효율 및 온도 균일성을 증가시키기 위한 방법.
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