KR20140001926A - 확산형 연료 제트에 의한 연소 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제1의 소위 고압 덕트와 제2의 소위 저압 덕트를 포함하는 이중 연료 압력 인젝터에 관한 것으로, 제2의 덕트는 제1의 덕트를 둘러싸고, 제1의 덕트는 그 첨단부에 적어도 2개의 연료 분사 오리피스를 포함하며, 상기 2개의 오리피스의 축들은 적어도 16°벌어진다. 본 발명은 보다 구체적으로, 특히 플로트 유닛(float unit)에서 평판 유리로 성형하기 위해 또는 중공형 유리를 제작하기 위해 유리를 용융하는 축열기가 구비된 유리 용해로, 특히 가로형 버너 용해로 또는 루프 용해로를 위한 것이다. 본 장치는 축열기의 상단부에서 온도를 상당히 낮출 수 있게 한다. 이와 달리, 버너의 연기(fume)를 회수하는 축열기에 동일한 온도를 유지하면서, 버너의 출력 및 그에 따른 생산성을 증가시키도록 할 수도 있다.
Description
본 발명은 특히 가로형 버너 또는 루프 유리 용해로(loop glass furnaces)에 설치될 수 있는 버너 인젝터(burner injector)와 같은 장치에 관한 것이다.
유리 용해로의 생산성을 높이기 위해서는 그 버너의 출력을 증가시키는 것이 요구된다. 하지만, 유리에 대한 열전달 특성에 따라, 용해로의 내화물(refractory)은 과열될 수 있으며 버너의 과도한 고출력으로 인해 열화(劣化)될 수 있다. 이는 특히 마주하고 있는 버너의 화염을 직접 받는 가로형 버너 용해로의 축열기(regenerator)의 경우에 더욱 그러하다. 따라서, 버너의 출력을 동일하게 유지하면서 챔버의 상단부(또는 축열기의 상단부 혹은 "헤드")의 온도를 낮추는 것이 바람직하다.
NOx(질소산화물)의 저감을 목적으로, 특허문헌 EP 921 349호(또는 US 6,244,524호)와 2007년 3월 26일자로 출원된 프랑스 특허출원 제0754028호는 연료유(fuel oil) 타입의 액체 연료용 공급 덕트와 상기 액체 연료 공급 덕트에 대해 동심(同心) 배치된 무화 유체(atomization fluid)용 공급 덕트를 포함하는 적어도 하나의 인젝터가 구비된 버너를 제시하며, 상기 액체 연료 공급 덕트는 액체 연료를 내부 벽과 실질적으로 일치하는 중공형 제트(hollow jet)로 변형시키기 위해 경사진 채널(oblique channel)이 천공된 요소를 포함한다.
특허문헌 JP-A-2003269709호는 축열기가 구비되고 기체 연료로 작동하는 가로형 버너 용해로에서 용융 유리를 가열하는 방법을 제시한다.
특허문헌 US 4,946,382호는 산소 농축 공기(oxygen-enriched air)일 수 있는 옥시던트(oxidant)에 의해 액체 연료를 연소하는 방법을 제시하며, 산소의 운동량대 연료의 운동량의 비(匕)는 10 내지 30이다.
특허문헌 WO 2009/101312호는 가로형 버너가 구비되고 축열기가 제공된 측면벽(lateral wall)을 포함하는 용해로를 사용하여 용융 유리를 가열하는 방법을 제시하며, 상기 방법은 적어도 하나의 버너에 30 체적% 미만의 산소를 포함하는 옥시던트와 연료가 공급됨으로써, 옥시던트의 운동량 대 연료의 운동량의 비가 5 내지 13이 되는 것을 특징으로 한다.
특허문헌 US 6,132,204호는 단일 압력 산소 버너를 제시하며, 그 연료 제트(fuel jet)는 가열 대상 유리 표면이 보다 잘 커버되도록 화염을 분산시키기 위해 3개의 확산형 제트(divergent jet)로 분할된다. 이러한 버너로는, 일정한 유량(flow rate)으로 운동량을 조절할 수 없으며, 그에 따라 일정한 유량으로 화염의 길이를 조절할 수 없다.
연료 분사 장치(일반적으로 버너의 금속제 인젝터)가 단일의 제트 대신에 2개의 확산형 제트를 포함하는 경우에 축열기의 상단부의 온도를 상당히 낮출 수 있으며, 이는 동일한 버너 출력으로 달성될 수 있음을 발견하였다. 이와 달리, 버너의 연기(fume)를 회수하는 축열기에 동일한 온도를 유지하면서, 해당 버너의 출력 및 그에 따른 생산성을 증가시키도록 할 수도 있다.
본 발명은 그 축이 적어도 16°벌어진 적어도 2개의 연료 분사 오리피스를 포함하는, 화염을 발생시키는 인젝터 타입의 연료 분사 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 인젝터는 이중 연료 압력(dual fuel pressure)을 갖는 것이며 제1의 소위 고압 덕트와 제2의 소위 저압 덕트를 포함하고, 제2의 덕트는 제1의 덕트를 둘러싸며, 제1의 덕트는 그 첨단부(즉, 그 단부)에 적어도 2개의 연료 분사 오리피스를 포함하며, 상기 2개의 오리피스의 축들은 적어도 16°벌어진다. 일반적으로, 상기 2개의 오리피스의 축들은 최대 40°벌어진다. 화염의 바닥부(base)는 두 부분으로 나타날 수 있으나, 2개의 연료 제트는 동일한 화염을 형성하는데 기여한다. 사용 중에, 즉 용해로의 동작 중에, 2개의 오리피스의 축들은 바람직하게는 동일한 수평 평면에 놓이게 된다. 오리피스를 통한 분사 이전의 연료의 압력은 예를 들면, 연료가 기체일 경우 20 내지 100 밀리바(mbar) 사이이다. 연료가 액체(중유: hevay fuel oil)일 경우, 오리피스를 통한 분사 이전의 연료의 압력은 예를 들면 3 내지 15 바(bar) 사이이다. 일반적으로, 2개의 오리피스의 출구(분사 지점)에서의 2개의 제트(또는 오리피스)의 축들 사이의 거리는 2m 미만이며, 일반적으로 150mm 미만이다. 일반적으로, 2개의 확산형 오리피스는 인젝터에 배치되며 동일한 연료 덕트를 통해서 공급된다. 특히, 이 덕트는 2개의 확산형 오리피스가 형성된 노즐에서 종료된다. 일반적으로 오리피스의 축들(및 그에 따른 확산형 제트)의 수렴 지점(convergence point)이 존재하며, 상기 수렴 지점은 일반적으로 2개의 오리피스에 연료를 공급하는 단일의 덕트 내에 포함된다.
본 발명에 따른 2개의 확산형 오리피스는 일반적으로 동일한 횡단면(오리피스의 축에 수직인 개구의 표면적)을 가지며 일반적으로 동일한 압력으로 제트를 분사한다.
본 발명에 따른 인젝터는 이중 압력(dual pressure) 타입이며, 즉 2개의 개별 연료 덕트를 포함하고, 각각에는 상이한 연료 압력: 예를 들면 특허출원 WO 2009/101326호에 기재된 바와 같이, 고압 및 저압이 공급된다. 고압 연료는 기체 또는 액체일 수 있는 반면에, 저압 연료는 항상 기체이다. 이들 두 덕트는 일반적으로 동심(同心)을 이루며, 저압 덕트는 일반적으로 고압 덕트를 둘러싼다. 이 경우, 확산형 제트를 공급하는 오리피스는 고압 덕트의 단부에 설치된다. 일반적으로, 고압 덕트는 저압 및 고압 덕트의 유량의 합계의 5 내지 30%를 공급한다. 일반적으로, 버너의 출력은 저압에 의해 조절되는 한편, 화염의 길이는 고압에 의해 조절된다. 오리피스를 통한 분사 이전의 고압 덕트 내의 연료의 압력은 기체인 경우에 20 내지 100 밀리바 사이일 수 있다. 연료가 액체(중유)이면, 고압 덕트를 통한 분사 이전의 연료의 압력은 예를 들면 3 내지 15 바 사이, 일반적으로 5 내지 10 바 사이일 수 있다. 연료 분사 이전의 저압 덕트 내의 기체 연료의 압력은 0 내지 50 바 사이일 수 있다. 본 출원에서 언급되는 압력 데이터는 물론 상대 압력(절대 압력과 대기압 사이의 차)이다. 고압 덕트 내의 압력은 저압 덕트 내의 압력보다 더 높다.
두 확산형 제트는 독립적인 덕트를 통해서 공급될 수 있다. 하지만, 일반적으로 두 확산형 제트는 동일한 금속제 인젝터를 통해서 공급된다. 이 경우, 오리피스로 이어지는 금속제 덕트(들)는 하나 이상의 금속부(metal part)에 의해 서로 연결된다. 인젝터는 2개의 오리피스를 포함하는 노즐에서 종료되는 단일 덕트를 포함할 수 있다. 그래서 오리피스들은 동일한 (제1의) 덕트의 단부에 있게 된다. 따라서 오리피스의 축들의 수렴 지점이 존재하며, 이는 2개의 오리피스에 공급하는 (제1의) 덕트에 놓인다. 이중 압력 인젝터의 경우에, 제1의 덕트는 제2의 덕트 내에 포함될 수 있다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 버너가 구비된 용해로(furnace), 특히 가로형 버너 용해로 또는 루프 용해로에 관한 것이다. 본 발명은 특히 가로형 버너와 축열기가 구비된 유리 용해로, 또는 축열기가 구비된 루프 유리 용해로에 적용된다.
본 발명의 문맥 내에서, "버너"라는 용어는 공기 공급부(air feed)와 이러한 용해로의 벽들 중 어느 하나에 배치될 수 있는 본 발명에 따른 장치(일반적으로, 인젝터)를 포함하는 조립체를 지칭한다. 공기 공급부는 일반적으로 에어 스트림(air stream)으로 지칭된다. 용해로가 가로형 버너 용해로이면, 버너는 측면벽(측벽이라고도 한다)에 놓이게 되며, 축열기가 이에 마주하는 된다. 용해로가 루프 용해로이면, 버너는 상류측 벽에 놓이게 되며, 화염의 복귀 지류(return branch)는 이 상류측 벽의 뒤에 위치된 축열기로 이어진다. 본 발명은 또한 본 발명에 따른 버너와 버너의 연기를 회수하는 축열기를 포하하는 용해로에 관한 것이다. 본 발명은 또한 본 발명에 따른 용해로를 사용하여 유리를 가열하는 방법에 관한 것으로, 이 방법은 선택적으로 유리를 용융하는 방법일 수 있다.
버너는 복수의 인젝터를 포함할 수 있다.
옥시던트는 바람직하게는 연소 반응 상황에서 과잉이다. 따라서 생성된 화염은 바람직하게 산화된다.
본 발명의 문맥에서, 옥시던트는 공기 또는 산소가 약간 농축된 공기이며, 그에 따라 옥시던트 내의 총 산소 함량은 30 체적% 미만이며, 일반적으로는 25 체적% 미만이다. 옥시던트 내의 이러한 총 산소 함량은 15 체적%가 넘는다.
옥시던트는 그 공급 덕트를 빠져나가기 전에 예열된다. 그 온도는 1200℃를 초과한다. 그 온도는 일반적으로 1500℃ 미만이다.
본 발명의 문맥 내에서, 연료는 액체일 수 있다. 연료는 유리 용해로 내에서 유리화 가능 물질을 가열하기 위해 연소 장치에 흔히 사용되는 액체 화석연료일 수 있다. 연료는 예를 들면 중유일 수 있다. 이 경우에, 상기 액체 연료를 무화(atomize)하기 위해 (공기 또는 천연가스와 같은) 무화 액체가 사용된다. 액체 연료는 일반적으로 100℃ 내지 150℃ 사이의 온도, 보다 바람직하게는 120℃ 내지 140℃ 사이의 온도로 분사된다. 액체 연료는 일반적으로 적어도 5·10-6 ㎡/s 이상의 점성도, 바람직하게는 10-5 내지 2·10-5 ㎡/s 사이의 점성도를 갖는다. 연료는 또한 천연가스, 메탄, 부탄 농축 공기 또는 프로판 농축 공기와 같은 기체일 수도 있다.
본 발명에 따른 인젝터는 또한 하이브리드 인젝터일 수도 있는데, 즉 기체 연료 공급부와 액체 연료 공급부를 포함할 수 있으며, 이들 두 연료는 교호(交互)적으로 또는 동시에 분사된다. 이 경우에, 액체 연료 공급부 또는 기체 연료 공급부에는 확산형 제트를 공급하는 오리피스가 구비될 수 있다.
일반적으로, (인젝터와 같은) 연료 분사 장치는 옥시던트 공급부의 아래에 배치된다. 일반적으로 에어 스트림으로 지칭되는 옥시던트 공급부는 비교적 큰 횡단면을 갖는 개구에 의해 제공되며, 그 면적(또는 횡단면)은 특히 각 측면벽에서 (및 그에 따라 각 버너당) 0.5 내지 2 m2 사이에 있을 수 있으며, 이 경우에 복수의 인젝터가 각 버너의 각 공기 공급부(인젝터 그룹의 개념)와 결부될 수 있다. 공기 공급부의 횡단면 면적 대 연료 공급부의 횡단면 면적(즉, 버너 인젝터마다 복수의 연료 공급 오리피스가 있고 버너마다 복수의 인젝터가 있을 경우, 연료 공급부의 횡단면 면적의 총합)의 비(匕)는 일반적으로 10 내지 100의 범위이다. 옥시던트의 공급 덕트는 옥시던트가 유리 배쓰(glass bath)의 표면쪽을 향하는 방향을 따르도록 아래로(옥시던트의 유동 방향으로) 경사진 덮개(roof)를 갖는다. 옥시던트의 공급 덕트의 덮개는 일반적으로 수평에 대해 18 내지 30° 범위의 각을 형성한다. 연료의 분사 방향은 일반적으로 약간 위쪽으로(연료의 유동 방향으로) 향한다. 이는 수평에 대해 일반적으로 3 내지 12° 범위의 각을 형성한다.
본 발명은 또한 공기 공급부 및 확산형 제트를 포함하는 본 발명에 따른 장치를 포함하는 버너에 관한 것이다.
용해로의 각각의 가로형 버너는 일반적으로 4 내지 12 MW(메가와트) 범위의 출력을 갖는다.
당해 업자에게 잘 알려진 축열기는 연소 연기로부터 열을 회수하는데 사용된다. 축열기는 가로형 버너 용해로 및 루프 용해로에 설치된다. 축열기는 교호적으로 작동하는 개별 컴파트먼트에 배치된 내화 요소(refractory element)로 구성된다.
본 발명은 특히 플로트 유닛(float unit)에서 평판 유리로 성형하기 위해 또는 중공형 유리(병, 플라스크 등)를 제작하기 위해 유리를 용융하는 모든 유형의 유리 용해로(가로형 버너 용해로 및 루프 용해로 모두)에 관한 것이다. 유리는 상류측 벽으로부터 하류측 벽으로 2개의 측면벽(측벽) 사이로 해서 용해로를 통과하여 유동하게 된다.
가로형 버너 용해로는 일반적으로, 옥시던트를 교호적으로 가열하고 연기를 회수하기 위해, 그 측면벽 각각에 적어도 3개의 버너 및 버너와 동일한 개수의 축열기가 구비된다. 제1의 측면벽의 제1의 버너가 작동하여 화염을 발생시키는 동안, 그 옥시던트가 공급되어 상기 제1의 버너의 뒤에 위치한 제1의 축열기에 의해 가열되며, 연기는 수집되어 이로부터 열을 회수하는 제2의 축열기로 이송되는데, 상기 제2의 축열기는 제2의 측면벽의 뒤에서 상기 제1의 버너에 마주하여 배치된다. 제2의 버너는 제2의 측면벽에 배치되어 제1의 버너와 마주하나, 제1의 버너가 작동하는 동안에는 작동하지 않는다. 서로 마주하는 두 버너의 작동은 제1의 버너의 작동을 중지시키고 제2의 버너의 작동을 개시함으로써 주기적으로 반전(反轉)되며, 그 옥시던트가 공급되어 (이전 단계에서 연기를 수집하는데 사용된) 제2의 축열기에 의해 가열된다. 제1의 축열기는 그리고 나서 연기 수집기(fume collector)로 사용된다. 따라서 용해로는 고정 시간(예를 들면, 10 내지 40분) 동안 한 방향으로 작동하며, 그리고 나서 용해로의 작동은 반전된다. 가로형 버너 용해로의 경우에, 축열기는 용해로의 측면벽의 뒤에 배치된다. 가로형 버너 용해로의 경우에, 가로형 버너가 구비된 (서로 평행한) 측면벽은 일반적으로 서로 7 내지 16m 떨어져 있다. 이러한 용해로의 각 측벽에는 일반적으로 3 내지 10개의 가로형 버너(또는 3 내지 10개의 인젝터/옥시던트 공급부 조립체)가 구비되는데, 즉 용해로에 대해 총 6 내지 20개의 버너 또는 인젝터/공기 공급부 조립체가 구비된다.
루프 용해로는 상류면(upstream face)과, 2개의 측면, 및 하류면을 포함한다. 루프 용해로에는 서로 병치되며 둘 모두 상류면에 배치된 2개의 동일한 버너가 제공된다. 루프 용해로에는 또한 서로 병치되며 둘 모두 상류면의 뒤에 배치된 2개의 동일한 축열기가 제공된다. 각 축열기는 상류면의 절반부(one half)의 뒤에 배치된다. 유리화 가능 물질을 주입하기 위해 측면벽에는 리세스(recess)가 형성된다. 이들 리세스는 측면벽의 상류 1/3 지점에 배치된다. 상류면의 첫 번째 절반부에 배치된 버너로부터 화염이 나온다. 화염은 상류면의 두 번째 절반부 쪽으로 되돌아가기 전에 용해로의 대기 중에서 루프를 형성한다. 그리고 나서 연기는 상류면의 두 번째 절반부의 뒤에 배치된 축열기를 통과하게 된다. 축열기의 내화 벽돌이 충분히 뜨거워지면, 용해로의 작동이 반전된다. 이 경우에, 상류면의 두 번째 절반부의 버너로부터 화염이 나오며, 상류면의 첫 번째 절반부의 축열기에서 연기의 열이 회수된다. 용해로의 하류면에 형성된 오리피스를 통하여 유리가 흐르게 된다.
본 발명에 따른 이중 압력 버너는 우수한 작동 유연성(working flexibility)을 갖는데, 이는 일정한 연료의 유량 및 일정한 연료의 운동량에 의해, 총량으로 동일한 연료 유량을 유지할 수 있도록 고압 덕트의 압력을 변경하고 저압의 변동에 의해 고압의 변동을 보상함으로써 화염의 길이를 조절할 수 있기 때문이다.
단일 연료 제트를 갖는 이중 압력 버너의 경우에, 소정 출력에 대해 화염이 너무 길어질 수 있으며, 이는 축열기에 과도한 고온을 초래하게 된다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 동일한 버너 출력에 대해서 축열기의 상단부의 온도를 상당히 낮출 수 있거나, 또는 버너의 연소 연기를 회수하는 축열기에 동일한 온도를 유지하면서 해당 버너의 출력 및 그에 따른 생산성을 증가시킬 수 있는 등의 효과를 갖는다.
도 1은 위에서 본, 가로형 버너와 축열기를 포함하는, 유리를 용융하는 용해로(41)를 나타내고,
도 2는 유리(7)의 유동 축(flow axis)을 따른 측면에서 본 가로형 버너 용해로(1)의 단면도이고,
도 3은 본 발명에 따른 인젝터를 예시하며,
도 4는 용융 유리(36)의 배쓰를 포함하는 용해로의 측벽(30)에서 옥시던트와 연료 유체에 부여된 배향을 예시한다.
도 2는 유리(7)의 유동 축(flow axis)을 따른 측면에서 본 가로형 버너 용해로(1)의 단면도이고,
도 3은 본 발명에 따른 인젝터를 예시하며,
도 4는 용융 유리(36)의 배쓰를 포함하는 용해로의 측벽(30)에서 옥시던트와 연료 유체에 부여된 배향을 예시한다.
도 1은 위에서 본, 가로형 버너와 축열기를 포함하는, 유리를 용융하는 용해로(41)를 나타낸다. 용해로(41)는 상류측 벽(43)과, 하류측 벽(44), 및 2개의 측면 벽(또는 측벽)(45, 45')을 포함한다. 종래의 장치(도시하지 않음)를 통하여 상류측 벽(43)으로부터 유리화 가능 물질이 도입된다. 용융된 유리화 가능 물질은 화살표로 나타낸 바와 같이 상류로부터 하류로 유동한다. 도시된 경우에, 유리는 평판 유리를 제작하기 위한 플로트 글래스 설비(float glass installation)일 수 있는 (도시하지 않은) 전환 유닛(conversion unit)으로 들어가기 전에 서멀 컨디셔닝(thermal conditioning)을 목적으로 허쓰(hearth: 47)를 통과한다. 용해로(41)는 그 두 측면벽을 통하여 각 벽에 4개의 버너가 구비되는데, 즉 2열의 4개의 에어 버너가 순차적으로 작동한다. 각 에어 버너는 덕트(8, 8')와 고온 공기(온풍) 공급부(9, 9')를 통하여 공급되는 연료 인젝터(또는 인젝터 그룹)를 포함한다. 인젝터(또는 인젝터 그룹)는 공기 공급부의 아래에 위치한다. 개구(9, 9')는 고온 공기 공급부 기능과 연기 수집기 기능을 교호적으로 행한다. 이들은 각각 축열기(10, 10')에 연결된다. 벽(45)의 인젝터들이 작동중 일 때, 벽(45')의 인젝터들은 작동하지 않는다. 연기는 마주하고 있는 측면벽(45')의 개구(9')를 통과하며 축열기(10)에서 그 열이 회수된다. 수십 분의 시간의 종료시에, 용해로의 작동은 반전되는데, 즉 벽(45)의 버너의 작동이 중지되고(연소 가스가 덕트(8)를 통과하는 것이 중지되고 공기가 개구(9)를 통과하는 것이 중지되며), 덕트(8')를 통하여 그 인젝터에 공급하고 공기 공급부('9)에 고온 공기를 공급함으로써 벽(45')의 에어 버너가 작동을 개시한다. 축열기(10)에 의한 가열로 인해 공기는 고온이 된다. 수십 분의 시간의 종료시에, 용해로의 작동은 다시 반전되는 등과 같이 이루어진다(반전 사이클의 반복). 여기서, 용해로에는 용융 유리에 대류 루프(convection loop)의 형성을 도모하는 침지 벽(immersed wall: 11)이 구비된다.
도 2는 유리(7)의 유동 축(flow axis)을 따른 측면에서 본 가로형 버너 용해로(1)의 단면도로서, 단면 평면은 2개의 버너와 2개의 축열기를 통과한다. 용해로는 작동 상태에 있다. 용해로는 용융 유리(7)의 배쓰(bath)를 포함한다. 인젝터(2, 2')(도 2에서는 인젝터(2)만이 작동 상태에 있다)가 용해로의 측벽(측면벽)에 서로 대향되게 배치된다. 인젝터(2)와 옥시던트 공급부(3)를 포함하는 좌측의 버너로부터 화염(15)이 나온다. 옥시던트는 축열기(4)를 통과하고 나면 가열되며, 축열기(4)는 점선(5)의 아래에 내화물 적층을 포함하고, 이 점선 위의 축열기 부분은 축열기의 헤드(18)가 되며, 상기 헤드는 덮개(19)를 포함한다. 옥시던트는 축열기(4)를 통하여 두꺼운 화살표의 경로를 따라 인젝터(2) 위의 용해로 안으로 들어간다. 여기서, 비율(R)은 5 내지 13 사이에서 정확하게 조절되며, 용융 유리(7)의 표면(6)에 정확하게 화염이 배치된다. 연소 연기(11)는 화염의 위로 순환 루프를 형성하고는, 화염이 나오는 버너 쪽으로 되돌아 갈 수 있다. 연기의 이러한 복귀 유동은 화염을 아래쪽으로 밀어서는 유리의 표면으로 유익하게 내리 누리게 된다. 연기는 작동 중인 버너의 반대편에 배치된 축열기(13)의 덕트(12)를 통해서 빠져나가서는 축열기(13)를 통하여 두꺼운 화살표의 경로를 따라가게 된다. 이들 연기는 점선(14)의 아래에 배치된 축열기(13)의 내화물을 가열하게 된다.
도 3은 본 발명에 따른 인젝터를 예시한다. 인젝터는 이중 압력 타입으로서, 2개의 동심(同心) 연료 공급부: 외측의 저압 연료 공급부(20)와 내측의 고압 연료 공급부(21)를 포함한다. 저압용으로 사용되는 제2의 덕트(26)가 고압용으로 사용되는 제1의 덕트(27)를 둘러싸거나 또한 포함한다. 고압부는 2개의 오리피스(23, 24)를 포함하는 노즐(28)을 포함한다. 이들 두 노즐의 축들은 22°의 각도(β)로 벌어져 있다. 오리피스의 출구(연료 분사 지점)에서 오리피스의 축들 사이의 거리(d)는 150mm 미만이다. 오리피스의 축들의 수렴 지점(25)은 두 오리피스 모두에 공급하는 단일 덕트(27)의 내부에 놓인다.
도 4는 용융 유리(36)의 배쓰를 포함하는 용해로의 측벽(30)에서 옥시던트와 연료 유체에 부여된 배향(orientation)을 예시한다. 옥시던트는 큰 횡단면을 갖는 덕트(31)를 통하여 용해로로 들어가며, 상기 덕트의 덮개(32)는 아래쪽으로 배향되며 수평에 대해 소정 각도(33)(18 내지 30°)를 형성한다. 연료 공급 덕트(34)는 작은 횡단면을 가지며 수평에 대해 소정 각도(35)(3 내지 12°)를 형성한다. 따라서 연료와 옥시던트에 부여된 방향은 연료와 옥시던트가 그 각각의 공급 덕트를 떠날 때 수렴하게 된다. 옥시던트 공급 덕트의 덮개의 방향과 연료 공급 덕트의 방향 사이에 형성된 각도(37)는 각도(33)와 각도(35)의 합계와 같다(상기 합계는 일반적으로 21 내지 42°사이에 있다).
예 1(비교예)
용융 주석에 부유(floating)시킴으로써 평판 유리를 성형하는 챔버가 이어지는 유리 용해로에 대해 테스트가 행해졌다. 용해로는 560톤/일(日)의 용량을 가지며 36.8 MW(메가와트)의 총 출력의 축열기를 포함하는 7개의 가로형 버너가 구비되었다. 상류측의 첫 번째 4개의 버너의 출력은 총 출력의 약 18%였으며, 출력은 하류측의 마지막 버너의 경우에 총 출력의 5%까지 점진적으로 감소되었다. 모든 인젝터는 고압의 경우에 45 밀리바의 압력 및 저압의 경우에 수 밀리바의 압력으로 천연가스가 공급되는 이중 가스 압력 타입(고압의 경우 16 mm의 분사 오리피스)이었다. 고압 제트는 단일 제트였다. 버너의 출력은 저압 천연가스의 유량에 의해 조절되었다. 각 에어 스트림에는 2개의 인젝터가 제공되었다. 에어 스트림의 횡단면 면적은 0.75 ㎡였다. 버너당 인젝터 횡단면 면적의 합은 0.0136 ㎡였다.
상류측 단부로부터 두 번째 버너와 마주하는 축열기의 상단부(헤드)에서 1440℃의 온도가 측정되었다.
예 2
상류측 단부로부터 두 번째 버너가 본 발명에 따른 버너인 것을 제외하고는, 예 1에서와 같은 절차가 행해졌다. 아래에 2개의 이중 압력 인젝터가 있는 에어 스트림이 제공되었는데, 각 인젝터는 2개의 동심 천연가스 공급부를 포함하며, 저압 공급부가 45 밀리바의 고압 공급부를 둘러싼다. 고압 공급부에는 22°벌어진 2개의 제트를 발생시키는 2개의 오리피스를 갖는 헤드가 구비되었다. 분사시에 두 제트의 축들은 수평 평면 상에 있었다. 이 버너의 출력은 예 1의 상류측 단부로부터 두 번째 버너의 출력과 동일하였다. 상류측 단부로부터 두 번째 버너와 마주하는 축열기의 상단부(헤드라고도 한다)에서 1420℃의 온도가 측정되었다.
1. 41: 용해로(furnace) 2, 2': 인젝터
3: 옥시던트 공급부 4, 10, 10' 13: 축열기
5, 14: 점선 6: (용융) 유리의 표면
7, 36: (용융) 유리 8, 8', 12: 덕트
9, 9': 고온 공기 공급부 11: 연소 연기
15: 화염 18: 축열기의 헤드
19: 덮개 20: 저압 연료 공급부
21: 고압 연료 공급부 23, 24: 오리피스
25: 수렴 지점 26: 제2의 덕트
27: 제1의 덕트 28: 노즐
31: 덕트 34: 연료 공급 덕트
33, 35, 37: 각도 43: 상류측 벽
44: 하류측 벽 45, 45': 측면벽
47: 허쓰(hearth) d: 오리피스의 축들 사이의 거리
3: 옥시던트 공급부 4, 10, 10' 13: 축열기
5, 14: 점선 6: (용융) 유리의 표면
7, 36: (용융) 유리 8, 8', 12: 덕트
9, 9': 고온 공기 공급부 11: 연소 연기
15: 화염 18: 축열기의 헤드
19: 덮개 20: 저압 연료 공급부
21: 고압 연료 공급부 23, 24: 오리피스
25: 수렴 지점 26: 제2의 덕트
27: 제1의 덕트 28: 노즐
31: 덕트 34: 연료 공급 덕트
33, 35, 37: 각도 43: 상류측 벽
44: 하류측 벽 45, 45': 측면벽
47: 허쓰(hearth) d: 오리피스의 축들 사이의 거리
Claims (17)
- 제1의 고압 덕트와 제2의 저압 덕트를 포함하는 이중 연료 압력 인젝터로서,
제2의 덕트는 제1의 덕트를 둘러싸며,
제1의 덕트는 그 첨단부에 적어도 2개의 연료 분사 오리피스를 포함하고, 2개의 오리피스의 축들은 적어도 16°벌어진 것을 특징으로 하는, 이중 연료 압력 인젝터. - 제1항에 있어서, 2개의 연료 분사 오리피스의 축들은 최대 40°벌어진 것을 특징으로 하는, 이중 연료 압력 인젝터.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 2개의 오리피스의 출구에서 2개의 연료 분사 오리피스의 축들 사이의 거리는 150mm 미만인 것을 특징으로 하는, 이중 연료 압력 인젝터.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 오리피스의 축들의 수렴 지점(convergence point)이 존재하며, 수렴 지점은 2개의 오리피스에 공급하는 제1의 덕트 내에 놓이는 것을 특징으로 하는, 이중 연료 압력 인젝터.
- 공기 공급부와 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 인젝터를 포함하는 버너.
- 제5항에 있어서, 공기 공급부는 0.5 내지 2 ㎡ 사이의 횡단면을 갖는 것을 특징으로 하는 버너.
- 제5항 또는 제6항에 있어서, 공기 공급부의 횡단면 면적 대 연료 공급부의 횡단면 면적의 비(匕)는 10 내지 100의 범위인 것을 특징으로 하는 버너.
- 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항의 버너를 포함하는 유리 용해로(glass furnace).
- 제8항에 있어서, 2개의 연료 분사 오리피스의 축들은 동일한 수평 평면상에 놓이는 것을 특징으로 하는, 유리 용해로.
- 제8항 또는 제9항에 있어서, 버너의 연기(fume)를 회수하는 축열기(regenerator)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 용해로.
- 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 가로형 버너 용해로 또는 루프(loop) 용해로인 것을 특징으로 하는 유리 용해로.
- 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항의 유리 용해로를 사용하여 유리를 가열하는 방법.
- 제12항에 있어서, 옥시던트는 15 내지 25 체적% 사이의 산소 함량을 갖는 것을 특징으로 하는, 유리를 가열하는 방법.
- 제12항 또는 제13항에 있어서, 고압 덕트는 저압 및 고압 덕트의 유량(flow rate)의 합계의 5 내지 30%를 공급하는 것을 특징으로 하는, 유리를 가열하는 방법.
- 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 고압 덕트의 연료는 기체이며, 기체의 압력은 오리피스를 통한 분사 이전에 20 내지 100 밀리바 사이에 있는 것을 특징으로 하는, 유리를 가열하는 방법.
- 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 고압 덕트의 연료는 액체이며, 액체의 압력은 고압 덕트를 통한 분사 이전에 3 내지 15 바 사이에 있는 것을 특징으로 하는, 유리를 가열하는 방법.
- 제12항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 저압 덕트 내의 기체 연료의 압력은 그 분사 전에 0 내지 50 밀리바 사이에 있는 것을 특징으로 하는, 유리를 가열하는 방법.
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