KR20150123279A - 엔드 포트 축열식 노 - Google Patents

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KR20150123279A
KR20150123279A KR1020157026090A KR20157026090A KR20150123279A KR 20150123279 A KR20150123279 A KR 20150123279A KR 1020157026090 A KR1020157026090 A KR 1020157026090A KR 20157026090 A KR20157026090 A KR 20157026090A KR 20150123279 A KR20150123279 A KR 20150123279A
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닐 심슨
리차드 윌콕스
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린데 악티엔게젤샤프트
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Abstract

엔드 포트 축열식 노(10)는 하우징; 상기 하우징 내의 연소 챔버(14); 각각 상기 연소 챔버와 연통되도록 배치되는 제 1 및 제 2 축열기들(24, 26); 상기 제 1 및 제 2 축열기들의 각각의 하나와 함께 배출 단부에 가장 가까운 상기 연소 챔버의 절반에 순수한 연료 가스 및 순수한 산소를 동시에 분사하도록 구성되는 제 1 및 제 2 랜스 조립체들(20, 22)을 포함한다. 상기 제 1 및 제 2 축열기들 각각은 연소 생성물들이 상기 연소 챔버에서 순환하도록 연소 모드와 배기 모드 사이에서 교대되도록 구성된다.

Description

엔드 포트 축열식 노{AN END PORT REGENERATIVE FURNACE}
본 발명은 NOx의 생성을 감소시키고, 유리 용융 용량을 증가시키는 유리 용융 축열식 노에 관한 것이다.
법령 및 사회의 관심은 NOx 레벨의 감소를 요구한다. 동일한 것을 달성하기 위한 산소의 사용은 상기 레벨을 감소시키는 데 있어 하나의 옵션이다.
하나의 이러한 노는 WO 2010/114714에 개시된다. 이것은, 바람직하게는 노의 핫 스팟(hot spot)에 또는 이것의 근처에 배열되고, 바람직하게는 아화학량적으로, 즉 연료 부화로 작동되고, 연소 화염을 형성하도록 작동되는 버너 포트로부터 하류에 위치되는, 연료 버너를 개시한다. 추가의 연료 버너는 더 하류에 배열되며, 과화학량론적으로, 즉 산소 부화로 작동된다. 실제로, 2개의 연료 버너들은 바람직하게는 액체 유리를 위한 출구 포트의 전방에서 노의 대향하는 측벽들 상에 위치된다. 오일 또는 가스가 연료들로서 이용될 수 있다. 연료 부화, 즉 아화학량론적으로 작동되는 버너의 사용은 노에서 연료 부화 영역들의 팽창으로 이어져, 산소의 결여 및 생성된 CO 때문에 NOx의 형성이 감소된다. 더 하류 및 따라서, 노의 배기 가스측 방향에서, 제 2 산소 부화 및 따라서, 과화학양론적으로 작동되는 연료 버너는 산소 부화 화염과 배기 가스의 완전한 혼합 및 따라서, 불완전하게 연소된 연료 성분들의 가장 완전하게 가능한 후연소(post-combustion)를 보장한다. 또한 "핫 스팟 버너들"로도 지칭되는 2개의 연료 버너들은 바람직하게는 더 하류에 위치되는 노의 종방향 벽들의 1/3에서 서로 대향하게 배치되고, 따라서 노 내의 연소 가스 스트림의 U-형상 전환 영역에 위치된다. 노의 작동을 교대시키는 것은 , 연료 버너들이 아화학량론적으로부터 과화학량론적 작동으로 (또는 반대로) 전환되므로, 용이하게 가능하다.
이 노는 상당히 감소된 NOx 배기 가스 값들을 제공하는 것으로 밝혀졌다.
이 사상의 발전물은 EP 2 508 827에 개시된다. 이 경우에, 순수한 산소일 수도 있는 추가의 가스 유동 스트림이 노의 장입 단부에 분사된다. 이 가스는 고속으로 도입되어 연소 가스와의 양호한 혼합을 제공하여, 화염 온도를 낮춤으로써 NOx 농도의 추가적인 감소로 이어진다.
본 발명은 NOx의 생성을 감소시키고, 유리 용융 용량을 증가시키는 유리 용융 축열식 노를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 청구항 1에 특정된 바와 같은 노가 제공된다.
본 발명은, 순수한 스트림들이 연소 챔버의 반대 단부에서 분사된다는 점에서 EP 2 508 827에 개시된 것에 반대되는 접근 방식을 효과적으로 취한다. EP 2 508 827의 배열체는 핫 스팟의 위치를 불리하게 변화시켜, 적합한 온도 프로파일을 제공하도록 핫 스팟 버너들의 사용을 필요로 한다는 점이 알려졌다. 이것은 더 많은 산소의 사용을 요구한다. 순수한 연료 가스 및 순수한 산소를 핫 스팟 영역에 분사하는 랜스들(lances)을 장착하는 것은 에너지의 상당한 감소 또는 대응하는 산출량 증가로 이어진다. 핫 스팟에 순수한 가스 스트림을 분사함으로써, 브릿지월(bridge wall)에 대한 열 및 이의 온도 제어가 향상된다. 유리 표면에서 산소 또는 적어도 하나의 높은 부분 압력/농도는 포말층(foam layer)을 형성하고, 이것은 유리 및 열의 전달을 절연한다. 역으로, 환원 영역(reducing zone)은 포말층을 억제할 것이다. U 화염을 따라갈 때, 발화측의 이 가스는 포말층을 감소시킬 것이고, 다음으로 비가시적인 화염을 통해서 순수한 산소와 함께, 포말이 문제가 되지 않는 배치 원료 위에서 연소될 것이다.
최적의 위치결정을 위해서, 제 1 랜스 조립체 및 제 2 랜스 조립체는 각각 하우징의 대향하는 측벽에 배치된다. 대안적으로, 이들은 하우징의 크라운(crown)에 배치될 수도 있다.
바람직하게는, 제 1 랜스 조립체 및 제 2 랜스 조립체는 배출 단부로부터 장입 단부까지의 연소 챔버를 따른 방향의 40% 미만, 바람직하게는 1/3 미만, 더욱 바람직하게는 1/4 미만에 배치된다. 이것은 랜스들을 핫 스팟에 더욱 근접하게 배치한다.
각각의 제 1 및 제 2 랜스 조립체는 단일의 랜스를 포함할 수도 있다. 그러나, 바람직하게는, 제 1 및/또는 제 2 랜스 조립체들 중 적어도 하나는 복수의 랜스들을 포함한다.
이 랜스들은 단지 순수한 연료 가스 또는 순수한 산소 작동 모드에서만 작동될 수 있도록 구성될 수도 있다. 그러나, 바람직하게는, 제 1 및 제 2 랜스 조립체즐 중 적어도 하나는 연료 가스 부화 및/또는 산소 부화 모드에서 작동되도록 구성된다. 이것은 작동의 더 큰 유연성을 허여한다.
제 1 및 제 2 랜스 조립체들 중 적어도 하나는 연료 가스 및 산소의 분사를 위한 분리된 덕트들을 가질 수도 있다. 이 경우에, 2 가지 가스들의 공급은 완전히 분리되게 유지될 수 있다. 대안적으로, 제 1 및 제 2 랜스 조립체들 중 적어도 하나는 연료 가스 및 산소의 분사를 위한 공통의 덕트를 갖는다. 이러한 배열체는 가스들이 공통의 덕트에 분리되어 공급될 것을 요구한다.
본 발명의 제 2 양태에 따르면, 청구항 9에 특정된 바와 같은 방법이 제공된다.
시간 간격은 바람직하게는 10 내지 30분이다. 바람직하게는, 또한 순수한 산소 또는 순수한 연료는 불리하게 핫 스팟에 영향을 주는 것을 방지하기 위해서 장입 단부에 가장 가까운 연소 챔버의 1/3에 분사되지 않는다.
본 발명의 더욱 완전한 이해를 위해서, 실시형태의 설명들과 함께 다음 도면들에 대해 참조할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 시스템 실시형태를 도시하는 개략도이고; 그리고
도 2는 본 발명의 시스템 실시형태를 도시하는 다른 개략도이다.
본 발명의 노 및 시스템 실시형태들은 유리의 쓰루풋(pull)을 증가시키고, 예를 들어 단부-포트 축열식 노들과 같은 유리 노들에서 형성되는 NOx의 양을 감소시킨다.
노 및 시스템 실시형태들은 핫 스팟으로의 열 전달을 증가시켜 유리 쓰루풋(pull)의 증가 및 NOx 레벨들의 감소를 가능하게 하도록 발화 측에서 연료 가스로 배기 측에서 산소로 노를 부분적으로 발화/분사하는 효과적인 수단을 제공한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 시스템 실시형태에 채용되는 본 발명의 노가 10으로 전반적으로 도시된다. 노(10)는 내측 연소 챔버(14)를 제공하도록 구성되고 배치되는 외벽(12)을 포함한다.
장입기(charger)들(16, 18)은 연소 챔버(14)와 연통을 위해서 노(10)에 연결되어, 유리 형성 원료 또는 다른 장입 재료(도시 안됨)의 노(10)에 대한, 특히 연소 챔버(14)에 대한 공급을 제공한다.
인상비(pull rate)를 증가시키기 위해서, 산소-연료 버너들이 위치들(20, 22)에 도시된 것들과 유사한 위치들에서 노에 위치될 수 있는 점이 당업자에게 잘 알려져 있다. 이 구역에서 산소-연료 버너들은 국부적인 산소의 높은 부분 압력/농도에 의한 포말의 생성과 연관된다. 노의 전환 동안에, 산소-연료 버너들이 산소 및 연료의 분사와 함께 작동을 계속하는 것이 일반적이다.
노(10)의 하류 단부는 용융된 유리가 회수되고, 스로트(throat)로도 지칭되는 노의 단부 또는 배출 포트(11)를 포함한다. 한 상의 랜스들(20, 22)은 노(10)의 하류 단부(즉, 연소 챔버의 하류 단부 내)에 작동을 위해 배치된다 랜스(20)는 일 전환(발화측)에 100%의 연료 가스를 분사하기 위해서 사용되고, 다른 전환(배기측)에 산소를 분사하기 위해서 사용될 수도 있다. 또한, 랜스(22)는 노(10)의 하류 단부에, 예를 들어 도 1 및 도 2에 도시되는 바와 같이 노 벽(12)의 대향하는 측부에 장착되어, 랜스(22)로부터의 배출이 랜스(20)와 정렬된다. 랜스(22)는 일 전환(발화측)에 100% 연료 가스를 분사하기 위해서, 다른 전환(배기측)에 산소를 분사하기 위해서 사용될 수도 있다. 랜스들(20, 22) 모두는 사이클 작동되도록 구성되고 배열된다. 즉, 랜스들(20, 22)은 연료 부화 버너들 또는 산화 버너들로서 교대로 작동될 수 있다.
배출 포트(11)에 대향하는 노(10)의 단부에, 전반적으로 도시된 24, 26의 한 쌍의 축열기들이 배치된다. 축열기들(24, 26) 각각은 대응하는 포트에 연결되고, 각각은 연소 챔버(14)와 연통된다. 즉, 축열기(24)는 포트(24A)에 연결된다. 축열기(26)는 포트(26A)에 연결된다. 축열기들(24, 26)은 포트들(24A, 26A)에 연료 분사기들(미도시)을 갖고, 이 분사기들은, 용융 적용이 요구하는 바와 같이 오일 또는 가스 연료로 작동된다. 포트들(24A, 26B)에서 화살표들은 이들의 관련된 축열기들 및 포트들, 그리고 노(10)의 작동에 관한 유동을 나타낸다.
작동 동안에(즉, 각각의 축열기(24, 26)가 배기로부터 발화로, 그리고 반대로 스위칭되는 짧은 시간을 포함하지 않는), 축열기들(24, 26) 중 하나는 발화( 발화 포트에)인 한편, 축열기들(24, 26) 중 나머지 하나는 배기(배기 포트에)이다. 포트들(24A, 26A) 각각에는, 포트들 중 대응하는 어느 하나가 발화 모드일 때만 작동하는 연료 분사기(미도시)가 장착된다. 발화 모드일 때, 연소 공기는 축열기를 통해서 유동하고, 예열되어, 높은 연소 온도가 노(10)의 효과적인 작동을 위해서 달성될 수 있다. 예열된 공기는 발화 포트를 통해서 연소 챔버(14) 안으로 유동하고, 여기서 이 공기는 발화 포트 연료 주입기들로부터의 연료와 반응하여 화염을 생성한다. 화염은 노 구조체 및 용융될 유리(미도시)를 가열한다. 배기 포트는 고온의 노 배기 가스들을 제 2 축열기로 보내고, 이 축열기는 이러한 가스들의 통과에 의해서 가열된다. 10 내지 30분(좀더 전형적으로 15 내지 25분)의 기간 후에, 포트들을 통한 가스들의 흐름은 전환되어, 연소 공기가 이제는 예열된 축열기(즉, 앞 전에 배기였던 축열기)를 통해서 유동되고, 고온인 노 배기가 이제는 열이 소진된 축열기(즉, 앞 전에 발화였던 축열기)를 통해서 외부로 유동되어 폐에너지를 회수하도록 한다.
좀 더 구체적으로, 도 1을 참조하면, 작동 중에, 노(10)의 연소 챔버(14)는 장입기들(16, 18)로부터 화살표(17)에 의해서 나타내지는 유리 형성 원료의 공급을 받는 상태로, 축열기(24)는 포트(24A)의 버너에서 공급물을 용해하기 위해서 연소 챔버(14) 안으로 화염을 제공한다. 포트(24A)의 버너가 작동될 때, 랜스(20)는 발화 포트(24A)가 작동 중인 시간 동안에 연료 가스 모드로 작동된다. 연소 풋프린트(25) 또는 주화염은 전반적으로 축열기(24)에 대해서 도시된다. 이와 동시에, 랜스(22)는 산소 모드로 작동되어 연료 가스(20) 및 포트(24A)의 버너의 임의의 불완전 연소로부터 남아 있는 임의의 연료를 가능한 완전하게 연소시킨다. 이 후에, 연소 생성물들 유동(27)은 축열기(26)의 포트(26A)를 통해서 제거된다.
이 프로세스는, 도 2에 대해서 아래에서 논의되는 바와 같이 프로세스가 전환되기 전에 약 15 내지 25분 동안 작동된다.
도 2를 참조하면, 선택 시간 양과 같은 시간, 예를 들어 20분이 도 1의 상술된 작동 동안에 경과될 때, 축열기(26)는 이제 발화 모드에서 작동되도록 설정되고, 축열기(24)는 이제 배기 모드에서 작동되도록 설정된다. 포트(26A)에서 축열기의 버너는 연소 챔버(14)에서 화염을 형성하도록 발화되고, 포트(24A)에서 축열기의 버너는 꺼질 것이다. 이와 동시에, 랜스(22)는 연료 가스 모드(비-산화)로 운전될 것이며, 반면에 랜스(20)는 산화 모드로 변환되어 연소 챔버(14)에서 임의의 남아있는 연소 생성물들을 연소시키기에 충분한 산소가 있다. 연소 풋프린트(29) 또는 주화염은 전반적으로 축열기(26)에 대해서 도시된다. 축열기(24)가 배기 모드인 상태로, 연소 챔버(14)로부터 화살표(31)에 의해서 나타내지는 연소 생성물들 유동이 생성된다. 유동(31)은 축열기(24)의 포트(24A)를 통해서 제거된다. 선택 시간 양 후에, 이 프로세스는 도 1에 관해서 논의된 바와 같은 프로세스로 전환된다.
랜스들(20, 22)은 옹벽들(breast walls), 즉 축열기들(24, 26)로부터 초기 화염 방향과 평행한 노(10)의 측부들을 따라서, 그리고/또는 노의 크라운에 장착될 수도 있다. 대안적으로, 랜스들(20, 22)은 20A, 22A에서 도시되는 바와 같이 단부 벽(12), 즉 포트들(24A, 26A)에 대향하고 배출 포트(11)에 인접하게 장착될 수 있다. 그러나, 이들은 벽(12)에 가장 가까운 노의 (노의 길이를 따라서 측정된) 절반 외측 다른 어디에도 장착될 수 없다.
랜스들(28, 30) 은 노(10)의 크라운에 있는 이러한 랜스들을 위한 대략적인 위치를 도시한다. 노 크라운을 따라서 쌍으로 배열되는 하나 또는 복수의 랜스들(28, 30)이 사용될 수도 있다.
주어진 노에서 옹벽(20, 22) 및 지붕에 장착된 랜스들(28, 30)의 조합을 갖는 것이 가능하다. 이 것은 더 양호한 혼합 및 따라서 연료와 산소 스트림들 사이의 효과적인 반응을 제공하는 장점을 갖는다. 예를 들어, 도 2에서, 포트(26)가 발화 모드일 때 랜스들(20) 및 랜스들(28)로부터의 산소 스트림, 및 랜스들(22) 및 랜스들(30)로부터의 연료 가스 스트림은 노(14) 내에서 연소 생성물들(31)의 스트림들과 더욱 효과적으로 상호작용할 것이다. 이것은 산화 랜스들(20, 28) 및 연료 가스 랜스들(22, 30) 양쪽이 서로에 대해서, 또한 포트(26A)의 버너들 및 노(14)의 연소 생성물(31)의 메인 스트림에 대해, 실질적으로 수직하게 도입되기 때문이다.
이 발명에 있어서, 용융기의 발화측의 임의의 랜스들은 연료 가스로 작동될 것이고, 배기 측의 랜스들은 산소로 작동될 것이다.
요약하면, 노(10)의 발화측은 연료 가스 방식으로, 즉 완전 연소를 위해서 불충분한 산소로 발화하는 랜스들을 가질 것이다. 연소 생성물들을 배기하기 위해서 사용되고 있는 노(10)의 대향하는 측부, 즉 노의 배기측에서, 대향하는 측부의 랜스들은 산소이어서, 노의 발화측으로부터의 불완전 연소에서 나오는 잔류하는 임의의 연료를 가능한 완전하게 연소시키도록 할 것이다. 축열기(24, 26) 및 랜스들(20, 22) 사이에서의 사이클링은 예를 들어 15 내지 25분의 간격으로 행해질 수 있다.
랜스들(20, 22) 중 적어도 하나는 노(10)의 발화측 및 배기측 각각에서 작동 중에 있을 것이다. 이러한 랜스들(20, 22)은 배기 포트들(24A, 26B)로부터 충분하게 이격되어, 노(10)의 발화측으로부터의 과도한 연료와 노(10)의 배기측의 산소 랜스로부터의 과도한 산소 사이에서 발생되는 반응을 위한 충분한 시간 및 공간이 있어야 한다. 또한, 연료 가스 랜스는 노(10)의 피크 온도 영역, 즉 노의 핫 스팟에서 연소 풋프린트들(25, 29) 중 적용가능한 하나에 연료 부화 혼합물을 생성하게끔 위치되는 노(10)의 발화측에 배치될 수도 있다.
연료 가스 및 산소 랜스들(20, 22)은 벽(12)에 가장 가까운 노의 절반에 배치된다. 이 위치에서, 노 크라운 온도들은 노(10)에서 이들의 최대값에 또는 부근에 있고, 이것은 주로 노의 핫 스팟으로 지칭된다. 이 핫 스팟에는, 전형적으로 노(10)의 바닥(미도시)으로부터의 가열된 저밀도 유리의 용승(upwelling)이 있다. 핫 스팟의 유리 배쓰(미도시)의 표면 상에서, 유리는 더욱 더 가열되고, 용승된 유리는 부분적으로 발화 포트(24A) 및 배기 포트(26A)를 향해서, 부분적으로 유리 배출 포트(11) 또는 스로트를 향해서 가압된다. 발화 포트(24A) 및 배기 포트(26A)를 향한 용융된 유리의 표면 움직임은, 임의의 배치 재료가 충분히 용융되기 전에 유리 배출 포트(11)를 향해 움직이는 것을 제한하는 것을 돕는다. 노의 고성능 작동을 위해서 필요한 유리 용탕(glass bath)에서의 이 유리 용승 및 결과적인 대류 흐름은 핫 스팟의 유지에 의해서 기여된다. 핫 스팟에서 또는 근처에서 연료 가스 및 산소 랜스들(20, 22)을 사용함으로써, 추가적인 에너지가 원하는 핫 스팟에 직접적으로 부여되어 노의 작동적 변경들 중 발화 사이클을 통해서 핫 스팟의 위치를 유지한다. 노 안정성은 핫 스팟을 유지하고 제어함으로써 향상된다. 핫 스팟은, 노의 연소 챔버(14)에서의 자연적 용융 프로세스를 추가적으로 향상시키거나 또는 강화하기 때문에 연료 가스 및 산소 랜스들로부터 산소-연료 에너지의 추가를 위한 효과적인 위치이다.
그러나, 크라운 상부구조물 온도들이 과도하게 상승하기 전에 핫 스팟에 도입될 수 있는 산소-연료 에너지의 최대 양이 있다. 또한, 연소 생성물들(27, 31)의 유동 경로들은, 만약 연료 부화 영역이 핫 스팟 근처의 발화측 상에, 즉 도 1에서 랜스(20)로부터 도입되어야 한다면, 연료 부화 연소 생성물들이 유동 경로들(27, 31)에서 연소 챔버(14)를 가로질러 휩쓸려 가기 때문에, 연료 가스 영역이 상대적으로 짧은 영역에 한정된다는 것을 나타낸다.
이러한 시스템에서, NOx와 관련하여, NOx의 생성은, 부분적으로 산소의 부존재 때문에 연료 부화 영역에서 억제되고, 따라서 연료 부화 영역의 사이즈가 증가된다면, 생성되는 NOx의 최종 양은 감소할 것이다. 따라서, NOx 생성을 감소시키기 위해서, 연료 부화 영역의 사이즈는 증가되고, 이는 발화 및 배기 포트들(24A, 26A)에 더 근접한 연료 가스 및 산소 랜스들(20, 22)의 사용에 의해서 달성된다.
연료 효율적 작동에 대한 필요의 결과로서, 연소 반응들은 각각의 배기 포트(24A, 26A)로의 연소 생성물들(27, 31)의 배출 전에 필수적으로 완료된다. 결과적으로, 연료 가스 및 산소 랜스들로부터의 추가적인 에너지는, 연소가 발생되고 완료될 공간 및 시간이 필요하기 때문에 배기 포트 근처에서 도입되지 않는다. 또한, 경로들(27, 31)을 따르는 연료 부화 연소 생성물들은 노의 각각의 배기측에서 산소 부화 스트림들과 가능한 완전하게 혼합되고, 상호작용하고, 그리고 반응할 필요가 있어, 과도한 연료 부화 연소 생성물들은 노 내에서 가능한 많이 소모되도록 한다.
본 발명의 노 및 시스템은 단계적인 방식의 연료 가스 및 산소 랜스들(20, 22)의 사용에 의해서, 예를 들어 단부-포트 노로부터 NOx 배출을 감소시킬 것이다. 이 시스템은 노(10)에 장착되는 고가의 부차적인 NOx 감소 장치에 대한 필요성을 제거한다.
또한, 노들에서 산소의 사용은 노(10)에 대한 증가된 생성율들을 가능하게 하고, 주 공기-연료 연소가 악화되는 경우에도 노가 계속 작동하도록 한다. 시스템 실시형태들의 사용은 NOx 방출량들의 영향을 감소시키고, 노 장비의 더 양호한 활용을 허여하고, 소비자에게 이익을 주는 한편 노의 변경 또는 수리와 관련된 자본 지출을 피한다.
랜스들(20, 22)을 연료 가스로부터 산소로 스위칭하는 것은 랜스들(20, 22)을 켜거나 끄는 것에 대한 필요를 피하며, 따러서, 고장으로 이어지거나 랜스들(20, 22)을 위한 제 2 냉각 매체의 필요로 이어지는 구성 요소들의 열적 사이클링을 감소한다.
인상비를 증가시키기 위해서, 산소-연료 버너들이 위치들(20 및 22)에 도시된 것들과 유사한 노의 위치에 위치될 수 있다는 점은 당업자들에게 잘 알려져 있다. 이 영역에서 산소-연료 버너들은 산소의 국부적인 높은 부분 압력/농도에 의한 포말의 생성과 연관된다. 포말층을 증가시키는 효과는 벌크 유리를 절연하고 열 전달을 감소시키는 것이다. 노의 전환들 동안에, 산소-연료 버너들이 산소 및 연료의 주입과 함께 계속 작동하는 것이 일반적이다. 이 영역에 100% 연료 가스의 분사는 산소의 국부적인 농도 및 부분 압력을 감소시키고, 핫 스팟 위치에 국부적인 연료 부화 영역을 생성한다. 연료의 이 작은 국부적인 영역은 포말층을 억제하는 효과를 갖고, 따라서 절연 효과를 감소시키며 열 전달을 증가시킨다. 분사되는 벌크 가스는 브릿지월(15)에 인접하여 연소하는 탄소 및 OH 라디칼들로 해리된다. 이 연료 가스는 부릿지월(15)에 추가적인 열을 제공하며, 이 온도를 제어하는 추가적인 수단이다. 이 온도는 포말 두께의 레벨에 의해서 영향을 받고, 분명하게 포말층이 얇으면 얇을 수록 벽(15)으로부터 유리로 방사될 열이 더 많아 진다.
산소-연료 버너들이 인상비를 증가시키기 위해서 위치들(20 및 22)에 도시된 것들과 유사한 노의 위치들에 위치될 수 있다는 점은 당업자에게 잘 알려져 있다 포트 버너들로부터의 연료가 없는 노 전환 동안에 전형적으로 이 버너들은 계속해서 발화된다. 공기 환경에서 산소-연료 버너를 갖는 순수한 효과는 전환 동안에 NOx가 증가하는 것이다. 본 경우에 있어서, 전환 동안에 양 랜스들(20 및 22)은 연료 가스 모드(즉, 연료 가스만)로 작동되고, 그 결과로 이 점에서 NOx의 상당한 감소가 있다.
랜스들(20 및 22)은 단일의 도관을 가질 수 있는 가능성이 있고, 또는 하나는 연료 가스 및 다른 하나는 산소를 위한 별개의 2개의 도관들을 가질 가능성을 갖는다.
노의 효율은 과잉 산소에 직접적으로 비례한다는 것이 당업자에게 알려질 것이다. 본 경우에 있어서, 배기 축열기에서 과잉 산소는 연소 공기 및/또는 분사된 산소를 조절하기 위해서 사용될 수 있다. 산소의 체적이 더 크면 클 수록 연소 공기의 체적은 더 작다. 연소 공기의 체적이 더 작으면 작을 수록 주연료 버너들의 스테이징(staging)은 더 많다.
버너들의 스테이징이 더 많으면 많을수록 NOx는 더 작아지고, 전형적으로 열 전달은 더 높아진다. 산소의 첨가는 연소 공기 유동을 낮추어 공기 예열을 증가시킨다. 던 적은 연소 공기 체적은 주천연가스의 혼합을 지연시킬 것이다. 랜싱(20)에 의해서 분사되는 천연가스는 제 2 산소 스트림(22)에 의해 완전 연소되는 제 2 연료 다단 연소(fuel staging)이다. 이 시스템은 연료 및 산소 다단 연소 모두를 이용한다.
최근 케이스 연구에서, 200 MTPD보다 큰 용량을 갖는 단부 발화 노(end-fired furnace)는 이 배열체로 작동되었다. 기록적 풀 증가는 랜스(20)를 통한 약 5%의 천연 가스 및 배기 랜스(22) 상에서 동등한 체적의 산소를 분사함으로써 달성되었다. 이것은 종전의 최대값보다 약 3% 더 큰 기록적 최대 풀을 달성하였다. 이 맥스 풀은 20% 더 낮은 용량에서의 것에 비교될 수 있는 NOx로 달성되었다.

Claims (12)

  1. 엔드 포트(end-port) 축열식 노에 있어서,
    하우징;
    상기 하우징 내에 배치되는 연소 챔버;
    상기 연소 챔버와 연관된 장입 단부;
    상기 장입 단부에서 상기 연소 챔버와 연통되기 위한 상기 하우징의 제 1 포트 및 제 2 포트;
    상기 연소 챔버와 연관되고 상기 장입 단부로부터 이격된 배출 단부;
    상기 장입 단부에 배치되고, 상기 제 1 포트를 통해서 상기 연소 챔버와 연통되는 제 1 축열기로서, 연료가 상기 제 1 포트를 통해서 상기 챔버로 이동하는 예열된 연소 공기 부근에 주입되는 발화 모드와, 연소 생성물들이 상기 제 1 포트를 통해서 연소 챔버로부터 배기되는 배기 모드 사이에서 주기적(cyclical) 작동을 하도록 구성되는, 상기 제 1 축열기;
    상기 배출 단부에 가장 가깝게 상기 연소 챔버의 절반부에 배치되며, 단지 연료 가스만 분사하는 연료 가스 모드와, 단지 산소만 분사하는 산소 모드 사이에서 상기 제 1 축열기의 주기적 작동과 동시에 주기적 작동을 하도록 구성되는 제 1 랜스 조립체;
    상기 장입 단부에 배치되고, 상기 제 2 포트를 통해서 상기 연소 챔버와 연통되는 제 2 축열기로서, 연료가 상기 제 2 포트를 통해서 상기 챔버로 이동하는 예열된 연소 공기 부근에 주입되는 발화 모드와, 연소 생성물들이 상기 제 2 포트를 통해서 연소 챔버로부터 배기되는 배기 모드 사이에서 주기적 작동을 하도록 구성되는, 상기 제 2 축열기; 및
    상기 배출 단부에 가장 가까운 상기 연소 챔버의 절반부에 배치되며, 단지 연료 가스만 분사하는 연료 가스 모드와, 단지 산소만 분사하는 산소 모드 사이에서 상기 제 1 축열기의 주기적 작동과 동시에 주기적 작동을 하도록 구성되는 제 2 랜스 조립체를 포함하며,
    상기 제 1 랜스 조립체는 상기 제 1 축열기의 상기 발화 모드와 동시에 연료 가스 모드로 작동가능하여 연료 부화 연소 및 상기 연소 챔버에 연료 부화 연소 생성물을 제공하고, 상기 제 2 랜스 조립체는 상기 제 2 축열기의 상기 배기 모드와 동시에 산소 모드로 작동가능하여 상기 연료 부화 연소 생성물과 반응하고 상기 연소 챔버로부터 배기 유동을 형성하는 추가적인 산소를 제공하며; 상기 제 1 랜스 조립체는 후속하여 상기 산소 모드에서 작동가능하고, 상기 제 1 축열기는 상기 배기 모드에서 작동가능하고, 상기 제 2 랜스 조립체는 상기 연료 가스 모드에서 작동가능하고, 상기 제 2 축열기는 상기 발화 모드에서 작동가능하여 상기 연소 챔버 내에서 상기 연소 유동 및 상기 배기 유동을 전환하여 상기 제 1 축열기와 상기 제 2 축열기 사이에서 사이클하는, 엔드 포트 축열식 노.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 랜스 조립체 및 상기 제 2 랜스 조립체는 상기 하우징의 대향하는 측벽에 각각 배치되는, 엔드 포트 축열식 노.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 랜스 조립체 및 상기 제 2 랜스 조립체는 상기 하우징의 크라운(crown)에 각각 배치되는, 엔드 포트 축열식 노.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 랜스 조립체 및 상기 제 2 랜스 조립체는 각각 상기 배출 단부에서 상기 장입 단부 까지의 상기 연소 챔버를 따르는 방향의 40% 미만에, 바람직하게는 1/3 미만에, 그리고 더욱 바람직하게는 1/4 미만에 배치되는, 엔드 포트 축열식 노.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 및/또는 제 2 랜스 조립체들은 복수의 랜스들을 포함하는, 엔드 포트 축열식 노.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 랜스 조립체 및 상기 제 2 랜스 조립체 중 적어도 하나는 연료 가스 부화 및/또는 산소 부화 모드에서 작동되도록 구성되는, 엔드 포트 축열식 노.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 랜스 조립체 및 상기 제 2 랜스 조립체 중 적어도 하나는 연료 가스 및 산소의 분사를 위한 별개의 덕특들을 갖는, 엔드 포트 축열식 노.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 랜스 조립체 및 상기 제 2 랜스 조립체 중 적어도 하나는 연료 가스 및 산소의 분사를 위한 공통의 덕트를 갖는, 엔드 포트 축열식 노.
  9. 연소 챔버, 발화 모드와 배기 모드에서 작동가능한 장입 단부의 제 1 및 제 2 축열기들을 갖는 엔드 포트 축열식 노를 작동하는 방법에 있어서,
    제 1 랜스를 상기 장입 단부로부터 가장 먼 상기 연소 챔버의 절반부에 제공하고, 상기 제 1 랜스를, 단지 연료 가스만 분사하는 연료 가스 모드와, 단지 산소만 분사하는 산소 모드에서 상기 제 1 축열기의 작동가능한 모드와 함께 작동시키고;
    제 2 랜스를 상기 장입 단부로부터 가장 먼 상기 연소 챔버의 절반부에 제공하고, 상기 제 2 랜스를, 단지 연료 가스만 분사하는 연료 가스 모드와, 단지 산소만 분사하는 산소 모드 사이에서 상기 제 2 축열기의 작동가능한 모드와 함께 작동시키고;
    상기 발화 모드에서 상기 제 1 축열기를 그리고 상기 연료 가스 모드에서 상기 제 1 버너를 작동시키고;
    상기 배기 모드에서 상기 제 2 축열기를, 그리고 상기 산소 모드에서 상기 제 2 랜스를 작동시키고;
    상기 제 1 및 제 2 축열기들 및 상기 제 1 및 제 2 랜스들의 작동가능한 모드들을 교대하며, 상기 제 1 축열기는 상기 배기 모드에서 작동가능하고, 상기 제 1 랜스는 상기 연료 가스 모드에서 작동가능하며, 상기 제 2 축열기는 상기 발화 모드에서 작동가능하고, 상기 제 2 랜스는 상기 산소 모드에서 작동가능하고; 그리고
    상기 제 1 및 제 2 축열기들 및 상기 제 1 및 제 2 랜스들의 작동가능한 모드들을 계속적인 시간 간격들 동안 사이클하여 상기 제 1 및 제 2 축열기들 사이에서 주기적 유동을 제공하는, 엔드 포트 축열식 노를 작동하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 기간 간격은 10 내지 30분인, 엔드 포트 축열식 노를 작동하는 방법.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 순수한 산소 또는 순수한 연료 가스는 상기 장입 단부에 가장 가까운 연소 챔버의 1/3 에 분사되지 않는, 엔드 포트 축열식 노를 작동하는 방법.
  12. 제 5 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 모드들 사이의 변경 동안에 순수 연료 가스가 양 랜스들에 의해서 분사되는, 엔드 포트 축열식 노를 작동하는 방법.
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