KR950012776B1 - 재생식 버어너에서 NOx형성을 억제하는 방법 및 장치 - Google Patents

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내용 없음.

Description

재생식 버어너에서 NOx형성을 억제하는 방법 및 장치

제 1 도는 팬입구에서 공기를 오염시키는 방법을 보인, 또한 하나의 도(furnace)와 두개의 저 NO_x재생식 버어너의 개략도.

제 2 도는 버어너배플을 가진 저 NO_x재생식 버어너의 제 1실시예의 단면도.

제 2a 도는 제 2 도의 2a-2a선을 따라 절단하여본 단면도.

제 3 도는 연소공기 및 연소가스를 연행하기 위한 연료분사 노즐을 가진 재생식 버어너의 제 2실시예의 단면도.

제 4 도 및 제 5 도는 단계적 연소에 적합한 두개의 재생식 버어너(제 3 및 제 4실시예)의 개략도.

제 6 도는 연소공기가 연소생성물로 오염되는 재생식 버어너의 제 5 실시예의 단면도.

제 7 도 및 제 9 도는 수렴노즐의 쌍을 가진 재생식 버어너의 제 6 및 제 7실시예의 단면도.

제 8 도는 제 6 도의 Ⅷ-Ⅷ선을 따라 절단하여본 단면도.

제 10 도는 제 1 및 제 2동심스트림(연료/연료, 연료/공기, 연료/연소생성물)이 연소부위로 도입되는 재생식버어너의 제 8실시예의 단면도.

제 11 도는 본 발명에 따른 쌍으로된 열재생식 버어너의 개략적 평면도.

제 12 도는 제 1 도에 도시한 본 발명의 실시예의 개략적 정면도.

제 13 도는 변형된 연료이송의 형태를 가진 쌍으로된 버어너 형태의 본 발명의 또 다른 실시예의 개략적 평면도.

제 14 도는 제 13 도의 ⅩⅣ-ⅩⅣ선을 따라 절단하여본 연료분사 매니포울드(manifold)의 단면도.

제 15 도는 제 13 도의 ⅩⅤ-ⅩⅤ선을 따라 질단하여본 가스분사 좌측뱅크 버어너챔버 및 연결도관의 부분단면도.

본 발명은 노를 가열하기 위한 재생식 버어너에 관한 것으로, 특히 최종 연소유출물에 NO_x형성을 최소로 하는 재생식 버어너에 관한 것이다.

노의 재생식 버어너는 여러가지 형태 및 디자인으로 본 기술분야에 널리 공지되어 있으나, 유입연소공기를 예열하기 위하여 열을 연속으로 전달하면서 연도가스로서 공지된 고온의 연소유출물로부터 열을 제거 및 저장하기 위하여 열저장장치가 제공되는 공통적인 특징을 갖고 있다. 종래의 재생식 노는 이 노의 양측 각각에 버어너와 열저장장치(흔히 "체크챔버" 벽돌의 일체 구조배열)를 갖는 대칭장치이다. 그와 같은 재생식노의 연소는 한편으로는 버어너로부터 시작하고, 다른 한편으로는 열저장장치에 의하여 연소유출액에 존재하는 열의 저장이 부수적으로 일어난다. 열저장장치, 또는 "체크챔버"의 최적 가열후, 노의 공기유동은 역전되어 체크챔버를 통과함으로써 연소공기를 예열한다. 따라서 체크챔버에서 도관은 연소생성물과 연소공기를 교대로 운반하고, 버어너는 버어너 및 연도로서 교대로 기능을 발휘한다.

근래의 재생식 시스템은 완전 대칭 노를 포함하지는 않지만, 그대신 전형적으로 쌍으로된 특수 재생식 버어너를 포함하고 있다. 쌍으로된 재생식 버어너의 각각에는 소형 재생식 베드의 형태인 열저장장치가 설비되어 있으며, 이를 통하여 연소공기가 버어너를 지나간다. 버어너는 쌍으로 이용되기 때문에, 한번에 하나의 버어너가 연소되는 반면에 다른 버어너는 연소 및 열저장베드로서 작용한다. 매 20-120초 정도마다 노에서 흐름은 바뀌고, 버어너는 기능을 교환한다. 즉, 제 1연소버어너는 제 2 버어너가 연소시 연도가스 배출 제1열저장베드가 된다. 한쌍의 버어너설비의 전형적인 시스템이 미국특허 제4522588호에 발표되어 있다. 재생식 시스템에 있어서 지속적인 문제는 극히 높은 NO_x농도가 연료결합질소를 통하여서는 물론 극히 높은 공기예열 및 화염온도의 결과로 생성되는 연소유출물에 불가피하게 존재하는 것이다. 그 결과 공업분야에서 이용되는 재생식 시스템은 계속 증가하고 있는 다수의 지역 및/ 또는 가공조건에서 배출기준에 부합될 수 없다. 이에 부가하여, 공지의 재생기 쌍과 함께 사용되는 버어너는 일정한 디자인을 가지며 화염형상 또는 특성을 제어하는데 적합하지 못하다. NOx 배출요건에 부합하도록 화염온도를 변경시킴으로서 특정 용도에 광범위하게 적합시킬 수 있는 낮은 NO_x버어너의 개념이 요구되고 있다. 따라서, 공지 시스템의 열재생기능을 제공하며 더우기 상당한 NO_x감소 및 적용 적합성을 제공하는 재생식 버어너시스템이 계속 요구되고 있다.

이와 같은 요구에 부합하도록 하기위하여, 본 발명은 연료이송수단을 갖는 일정간격 이격된 한쌍의 제 1 및 제 2 재생식 버어너, 버어너챔버, 재생식 베드, 및 NO_x형성을 억제하기 위하여 재생식 버어너 장치내에 결합된 수단을 포함하고 있다. 버어너는 제 1버어너가 고온가스를 노의 내측으로 향하게 하는 연소방식이고, 반면에 연도가스 스트림은 노를 나와 제 2버어너 챔버를 통과한 다음 제 2버어너와 연련된 재생식 열저장베드를 지나가도록 주기적으로 작동하도록 되어있다.

NO_x는 연료를 연속적인 연료분사를 통하여 여러 단계로 하고, 연소공기를 이 공기의 연속도입을 통하거나 또는 공기의 산소함량을 감소시키기 위하여 제어된 기준으로 연소생성물이 연소공기와 혼합되는 오염된 연소공기의 사용을 통하여 여러단계로 하고, 연도가스를 팬입구에서 또는 버어너구조를 자체내에서 연소공기속으로 혼합시키므로서, 버어너 디자인에 적당한 배플, 일반적으로 연소가스의 재순환을 제 1 연소대역으로 유도하는 수단을 결합시키므로서 상당히 감소될 수 있다.

따라서 재생식 버어너장치는, 공기 제트가 NO_x를 억제하고 또한 화염형상 및 특성을 설정하는 연료/공기 혼합비율을 조절하는 작용을 하는 제 1연소대역으로 연소가스의 재순환을 유도하는 방식으로, 공기제트를 갖는 버어너배플이 있는 재생식 버어너를 포함할 수도 있고 또는 다수의 가스제트를 포함할 수도 있다.

버어너는 가스나 공기의 단계적인 요소를 제공할 수도 있으며, 또는 버어너 내의 공기를 오염시키거나 또는 연소팬으로부터 오염된 공기를 사용함으로서 NO_x를 억제할 수도 있다. 본 재생식 버어너의 몇가지 실시예는 제 1 연소대역으로 연소가스 재순환, 오염된 공기와 연료나 연소공기 스테이징중 어느 하나의 사용을 포함할 수도 있다.

또한 본 발명은 각 연소단부에서 노의 내부와 연통하는 일정 간격 이격된 한쌍의 제 1 도관에 연결되거나 또는 U-형 방사 튜브 버어너의 튜브에 연결되며 교대로 고온 연소가를 노로 방출하거나 또는 고온 연도가스를 노로부터 배출시키는 챔버를 갖는 버어너를 포함할 수도 있다. 버어너의 각각은 연소공기 입구도관/연도가스 출구도관에 각각 연결되어 있는 열재생기 매질베드를 갖고 있다. 오염도관은 재생식 베드의 노측에두개의 버어너를 상호 연결하며 각 버어너의 내부 챔버부분과 연통한다. 고속 가스스트림을 상호 연결도관으로 교대로 분사하기 위하여 버어너챔버의 각각에 노즐이 위치되어 있다. 고속 스트림은 좌측 버어너에서 노를 나오는 고온 연소생성물(이하 "POC"라 함)을 함유하는 연도가스의 일부를 끌고간다. 고온 연도가스의 나머지는 좌측뱅크 재생식 매질베드를 통과하여 연소공기의 역류스트림(좌측뱅크가 연소모드에 있을때)의 추후이송을 위하여 그의 열을 이송한다. 연료노즐 또는 기타 분사기 수단은 연료스트림은 우측뱅크 버어너챔버에서 연도가스 및 예열 연소공기를 함유하는 고온 POC의 혼합물에 도입함으로써 버어너 화염에 NO_x형성을 억제하거나 감소시킨다. 재생기 크기는 상당히 감소되는 반면에 사이클효율은 예열 연소공기가 매우 높은 온도, 예컨대 약 1800-2000。F 사이의 연도가스를 함유하는 고온 POC로 오염된다는 사실로 인하여 또한 증가된다. 오염된 연소공기의 저하된 산소함량은 화염온도를 저하시키고 NO_x형성을 최소화하는 반면에, 연도가스를 함유하는 고온 오염 POC의 BTU량은 높은 노효율에 기여한다.

본 발명의 한가지 바람직한 형태에서, 분사된 가스스트림은 오염 스트림에 동반되는 POC의 농축층을 형성하도록 고온 연도가스에 와류온동을 부여하기 위하여 노를 나오는 고온 연도가스의 스트림에 대하여 접선방향으로 분사된다. 본 재생식 버어너는 NO_x를 감소시키고, 화염형상 및 특성을 제어하며, 재생식 시스템의 높은 열효율특성을 유지한다.

본 발명을 첨부도면에 의거 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도면 전체에 걸쳐 동일한 부재에는 동일한 도면번호를 표시하였다. 제 1 도는 재생식 시스템(10)을 도시한 것으로, 하나의 노챔버(furace chamber)(12)에는 도시한 바와 같이 한쌍의 재생식 버어너(14)가 설치되어 있다. 버어너 쌍은 두개의 동일한 우측 및 좌측버어너장치를 포함하고 있다. 좌측 및 우측버어너장치는 열을 노의 챔버내부로 공급하기 위하여 그 노의 벽내에 설치되어 있다. 좌측 및 우측버어너장치는 교대로 연소생성물을 노의 챔버에 직접 연소시키도록 되어있다. 또한 본 발명은 교대로 연소되는 연소식 U-형 방사튜브 재생식 버어너 시스템과 관련하여 사용하기에 적합하며, 상기 방사튜브는 제 11 도에서 가상선(215)으로 부분적으로 도시되어 있다. 직접연소 및 방사연소의 두 경우에 있어서, 본 발명은 자체 오염이 낮은 NO_x재생식 버어너 쌍을 제공하여준다.

본 기술분야에서 알 수 있는 바와 같이, 재생식 버어너는 방사튜브 버어너와 관련하여 이미 사용되고 있는 보통 왕복식 예열기보다 고온 연도가스로부터 폐열을 회수함에 있어 대단히 효율적이다.

각 재생식 버어너(14)는 바로 인접한 재생식 베드(18)에 연결되어 있으며, 그를 통하여 연소공기/배기가재생식 버어너(14)와 연소공기/배기 통로(16) 사이를 지나간다. 연소공기는 연소송풍기(20)의 작용에 의하여 한번에 하나의 버어너(14)에 제공되므로, 좌측 버어너(14)(제 1 도에 도시)가 연소되어 좌측 연소공기밸브(22)는 개방되고 좌측 배기밸브(24)는 폐쇄되며, 우측 연소공기밸브(22)와 우측 배기밸브(24)는 우측 버어너(14)가 노챔버(12)에 대한 연도로서 작용하도록 각각 폐쇄 및 개방된다.

그 결과, 좌측 버어너(14)가 연소되면 우측 버어너(14)의 재생식 베드(18)는 연소유출물로부터 열을 수집한다. 노에서 유량이 반대로 되면 우측 재생식 베드(18)는 좌측 버어너(14)를 위한 연소공기를 예열한다. 제어밸브(27)와 함께 도시된 연결부(26)는 팬입구(21)에서 연소생성물로 공기를 오염시키는 수단을 제공한다.

제 2 도에 있어서, 도면에 도시한 바와 같이 재생식버어너는 하나의 버어너(30)를 포함하며, 그로부터 연료노즐(32)(내화물에 매입)이 포트(34)에 연료를 공급한다. 한편 연료노즐은 절연되거나 본 기술분야에 공지된 다른 수단에 의하여 공기 냉각될 수도 있다. 한쌍의 버어너(하나만 도시)는 제 1 도에 도시한 바와 같이 그리고 본 기술분야에 공지된 바와 같이 인접한 노챔버에 연소를 제공한다. 연소공기는 공기통풍관(36)을 경유하여 버어너(30)에 제공되며 도시한 바와 같이 재생식 베드(38)를 통과한다. 연료노즐(32)는 연료라인(40)에 의하여 주어진다. 연료노즐(32)에 인접하여 버어너배플(42)이 배치되어 있으며, 이는 연소공기의 흐름을 포트(34)로 돌린다.

버어너배플(42)의 구조는 제 2 도 2a-2a선의 단면인 제 2a 도에 잘 도시되어 있다. 버어너배플(42)은 도시한 바와 같이 일정간격 이격된 4개의 버어너 배플개구(44)를 갖는 대략 원통형 구조물이다[제 1 도에서 버어너 배플개구(44)는 연료라인(40)의 노즐단부 상하에 도시되어 있으며, 각 개구(44)의 출구는 연료노즐(32)의 선단과 공면이다]. 제 2a 도에 도시한 바와 같이, 버어너 배플 개구(44)를 통하는 것을 제외하고는 공기통과는 방지된다. 연료노즐(32)의 직상류에서 네개의 개구를 통하여 유입되는 연소공기의 제트효과는 연소가스의 재순환을 제 1연소대역으로 유도하는 배플면에 저압대역을 형성하므로 화염온도를 저하시키고 버어너의 연소유출물에 NO_x수준을 상당히 감소시킨다. 도시한 바와 같이 일정간격 이격된 네개의 개구의 사용은 구멍들 사이에 연소가스를 위한 적당한 재순환대역을 제공하여 준다. 동일한 연소공기 제트작용은 연소공기에 연료흐름을 유도하여 화염형상 및 특성에 강하게 영향을 미치는 공기와 연료의 소정 혼합을 부여한다. 연소공기 구멍의 각도와 방향은 화염형상 및 특성을 제어하도록 조정될 수 있다. 네개의 구멍을 갖는 버어너배플(42)는 최소 NO_x의 견지로부터 바람직하긴 하지만, 연소공기 구멍의 수와 배열은 요망하는 바와 같이 변경될 수 있으며 또 제 2 도의 재생식 버어너(30)에 결합될 수 있다.

버어너배플(42)에 대한 치수는 변할 수 있으나 전형적인 배플은 도시한 바와 같이 균형잡힌 크기의 개구를 가지며, 의경이 (

)인치이다. 통상 배플직경은 5-30인치이다. 네개의 구멍을 갖는 버어너배플(42)이 NO_x감소를 최대화하는 배플로서 바람직하긴 하지만, 6개, 8개, 9개 그리고 12개의 구멍을 가진 배플 또한 NO_x를 감소시키므로 제 2 도의 재생식 버어너(30)에 또한 결합될 수 있다.

제 2 도에 있어서, 본 발명의 다른 모든 실시예에 적용되는 바와 같이, 버어너(30)는 조립된 금속외측케이싱(도시하지 않았음)으로 구성되며, 적당한 절연재료로 완전히 절연되어 있다.

연료라인과 노즐은 금속을 포함하는 표준재료로 제조되며 그와 같은 금속구조물은 완전히 노출될 때 적당히 절연되거나 공기냉각되며(제 2 도 및 제 3 도 참조) 또는 다른 실시예에서는 내화물에 매입되거나 차폐된다. 재생식 베드(38)의 제조에 사용하기에 적당한 재료는 본 기술분야에 공지되어 있다.

제 2실시예의 낮은 NO_x재생식 버어너가 제 3 도에 도시되어 있다.

제 3 도는 포트 블록(52)과 포트(54)를 갖는 버어너(50)의 부분 단면도이다. 공기통풍관 및 열저장베드는 본 발명의 제 1실시예의 것과 동일하며, 따라서 이들 구조는 제 3 도에 상세히 나타나 있지 않다. 연소는 도시한 바와 같이 각도있는 형태로 연료를 포트(54)에 분사하는 연료개구(56)에 의하여 연료가 공급된다(주위내화물에서 연료개구에 대한 대안으로서, 통상의 연료라인 및 노즐이 사용될 수도 있다).

두개의 연료개구(56)가 제 3 도에 도시되어 있음에도 불구하고, 추가적인 연료개구가 예컨대 4개, 6개, 8개 또는 10개의 연료개구를 포함하는 균일하게 일정간격 이격된 동심평면배열로 제공될 수도 있다. 앞쪽으로 각도진 연료개구는 제 1연소대역으로 연소가스의 재순환을 유도하여 NO_x를 감소시키는 작용을 한다. 연료제트는 또한 연소공기를 동반하여 연료와 공기의 혼합을 촉진하고 화염형성 및 특성에 영향을 미친다. 특정요건에 적합하도록 화염형상과 특성을 변경시키기 위하여 개개의 연료제트의 각도 및 방향에 대하여 디자인을 변경시킬 수 있다. 제트수 및 배치(베어링의 중심선에 대한 각도 및 스핀각도)는 NO_x의 억제도는 물론 화염현상 및 특성을 조절하기 위하여 변경될 수 있다. 공급매니포울드와 각 제트 사이의 개개 자동차단 밸브와 관련하여 사용되는 도시된 다수의 제트장치는 동반에너지와 혼합에너지를 유지하기 위하여 연료요구가 감소됨에 따라 제트의 수를 감소시키는 능력의 추가적인 이점을 부여한다. 예컨대 6제트장치는 2/3유량에서 두개의 제트의 차단을 허용하고 1/3유량에서 네개의 제트의 차단을 허용하여 잔존 활성제트에 최대 제트에너지를 유지시킨다.

제 3 도에 도시한 바와 같이 대향하는 연료개구(56)가 90。상대 각도에서 연료를 분사함에도 불구하고 버어너의 중심선과 관련하여 약 30-150° 사이의 상대각도에서 분사를 행할 수도 있으며 또한 분사점에 대한 제 2 각도의 사용을 통하여 스핀작용이 제공될 수 있다.

제 4 도 및 제 5 도는 연소가 행해지는 낮은 NO_x재생식 버어너의 제 3 및 제 4실시예를 보인 것이다. 제 4 도의 버어너에서 단계적인 연료는 단계적인 연소를 달성하고, 단계적인 공기는 제 5 도의 버어너에서 단계적인 연소를 행한다.

먼저 제 4 도에 있어서, 재생식 베드(61) 및 포트(62)를 갖는 버어너(60)는 제 1단 연료개구(64) 및 제 2단 연료개구(66)를 포함한다. 제 1단 연료개구(64)에의 연료공급은 30-70%의 연료가 제 1단 연료개구(64)에 의하여 분사되도록 제한된다.

제 1단 연료개구(6)와 포트(62) 사이에 위치되는 제 2단 연료개구(66)는 연료(30-70%)의 나머지를 연소위치에 분사한다.

단계적인 연소를 위한 연소공기는 재생식 베드(61)를 경유하여 들어간다. 이와 같은 2단 장치는 개구(64 및 66)에 의하여 유도되는 연소가스 및 연소공기 동반의 결과 뿐만 아니라 제 1연소대역에서 온도를 감소시키고 NO_x형성을 억제하는 제 1단계 연소의 위치에 상당히 과잉의 공기의 존재의 결과로 NO_x형성을 감소시키는 작용을 한다. 두 제트의 두개의 연료개구의 각각이 본 발명의 제 3실시예의 목적을 위하여 도시되어 있음에도 불구하고, 두 단계의 연소의 각각에 두개 이상의 연료노즐이 바람직하기로는 균일하게 이격된 평면 동심원형상으로 사용될 수도 있다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 버어너(60)는 노에서의 유동이 발대로 될때 연도로서 작용하기에 적합하다.

제 5 도에 있어서, 단계적인 연소공기로 단계적인 연소를 행하는 버어너는 관련부분에 도시되어 있다. 재생식 베드(72)를 갖는 버어너(70)는 연료라인(80), 연료노즐(82)(모두 내화물에 매입되거나 또는 절연 또는 공기냉각된다) 및 포트(78)를 갖고 있다. 재생식 베드(72)를 경유하여 버어너(70)에 들어가는 연소공기는 제 1공기통로(74) 및 제 2공기통로(76)에 의하여 두 단계에서 연료와 혼합된다. 제 1 및 제 2 연소는 제 1공기통로(74)를 통하여 연료노즐(82)의 부위에서 연소공기의 30-70%만의 초기공급에 의하여 달성된다. 연소공기의 잔존 30-70%는 포트(78)에서 제 2연소를 행하도록 제 2공기통로(76)을 경유하여 이동한다. 이러한 단계적인 공기연소장치는 제 1 연소대역에 풍부한 연료를 가져와 화염온도를 감소시키고 따라서 NOx를 억제한다. 바람직한 구조는 그 구조물이 고온에 노출되기 때문에 적당한 세라믹재료로 구성되는 것이다. 공기통로(76)의 배열은 최저 NO_x를 제공하고 화염형상 및 특성을 제어하도록 구멍의 수, 구멍의 길이, 방향 및 스판각도에 대하여 조절될 수 있다. 제 1 및 제 2공기통로(74 및 76)를 통하여 공기유동이 비교적 많이 제한됨에도 불구하고, 제 4 도에 도시한 공기유동 구조물과 비교하여 본 발명의 양 실시예는 재생식 시스템에 사용하기 적당하며 양 버어너는 노에서 유동방향이 반대로 될 때 연도로서 작용할 수 있다. 팬입구에서제 1 도에 도시한 방법에 의하여 제공되는 오염공기는 제 2 도-제 5도에 기술한 실시예에 적용될 수 있으며 이는 이들 실시예에 대해서만 가능한 수준 이하로 NO_x를 더욱 억제할 수 있다.

제 6 도-제 10 도(및 또한 제 1 도)는 연소생성물과 연소공기의 오염을 이용함으로서 NO_x형성을 저하시키는 여러가지 방법을 보인 것이다. 제 6 도는 본 발명의 제 6실시예를 도시한 것으로, 공기흡입구(94)와 재생식 베드(92)를 갖는 버어너(90)에는 여섯개의 수렴 연료라인(96), 여섯개의 벤튜리(98), 및 여섯개의 오염도관(100)이 설비되어 있다. 버어너(90)는 포트(101)를 경유하며 노챔버에 통한다. 따라서 총 여섯개의 수렴 연료라인에 의하여, 연료는 버어너 내화물내의 각 벤튜리(98)를 경유하여 버어너에 제공된다(본 발명의 목적을 위하여 벤튜리는 나팔꽃 모양의 원통형을 갖는 동공대역이다).

연료라인(96)으로부터 고압연료의 분사는 벤튜리(98)에 부압력대역을 발생시키며, 이 부압력대역은 오염도관(100)을 통하여 노의 챔버로부터 연소위치까지 노의 가스를 유도한다. 이 방법에서 연소생성물의 재순환은 화염을 냉각시키고 연소중에 NO_x형성을 저하시킨다. 필요에 따라, 오프사이클중 연료가스가 연료라인(96)을 통과할 때, 소량의 연소공기 및/ 또는 재순환 연소생성물은 존재하는 정체된(stagnant)가스상 탄화수소의 냉각을 유지하고 분해를 방지하기 위하여 버어너(90)속으로 통과될 수 있다. 버어너(90)는 반대로 연도로서 효율적으로 작용한다.

비록 제 6 도에는 도시되어 있지 않지만, 필요에 따라 오염도관(100), 벤튜리(98) 또는 수렴 연료라인(96)는 연료 및 유도된 열소생성물의 쌍곡면 스트림을 발생시키도록 진방 또는 후방으로 또는 접선부재와 함께 각도를 이룰 수도 있다.

각도 및 나선부재는 특히 상이한 용도에 적합도록 디자인되어 있다. 이들 변형은 특정용도에 적합하도록 화염 형상 및 치수를 변경시키는데 이용될 수도 있다. 또한 이들 변형은 제 2 도, 제 3 도, 제 7 도, 제 9 도 및 제 10 도에 대하여 행해질 수도 있다.

제 8 도는 제 6 도의 Ⅷ-Ⅷ선을 따라 절단하여본 단면도이다. 여섯개의 균일하게 이격된 수렴 연료라인(96) 및 이들 각각의 벤튜리(98)는 평면 동심형상으로 용이하게 볼 수 있다.

제 7 도, 제 9 도 및 제 10 도는 연소생성물이 NO_x억제를 위하여 재순환되는 또다른 실시예를 보인 것이다. 제 7 도는 재생식 베드(112)와 직렬로 공기흡입구(114)를 갖는 버어너(110)를 도시하고 있다. 버어너(110)는 앞의 실시예의 것과 유사한 벤튜리(120,122) 및 오염도관(124)을 갖고 있지만, 도시한 바와 같이 제 1 및 제 2수렴 연료라인(116,118)으로 이들 구조물을 보충하고 있다. 제 1수렴 연료라인(116)은 제 1벤튜리(120) 내에 배치되고 제 2수렴 연료라인(118)은 제 2벤튜리(122) 내에 배치되어 다수의 수렴 연료스트림을 발생시키며, 연료스트림에 의하여 각 벤튜리내에서 발생되는 압력현상(부압력대역)은 본 발명의 앞의 실시예에 의하여 달성되는 바와 같이 오염도관(124)을 통하여 연소생성물을 유도하는 작용을 한다. 이에 부가하여, 연료는 화염형상 및 특성을 한층더 제어하기 위하여 제 1수렴 연료라인(116)과 제 2수렴 연료라인(118) 사이에서 단계적으로 분리될 수 있다. 버어너로 연소생성물의 재순환은 NO_x최소화에 기여한다. 특히, 연료의 단계적인 분리에서의 가변도에 따라서 스트림의 충돌 및 연소생성물의 균형잡힌 재순환은 화염치수를 조절가능하게 결정할 수 있는 난류 레벨을 야기시킨다.

제 9 도는 제 7 도에 도시한 실시예에 유사한 본 발명의 제 6실시예를 보인 것이다. 버어너(130)는 재생식베드(132)와 연속하는 공기흡입구(134)를 포함하고 있다. 연소는 제 1수렴 연료라인(136)과 제 2수렴 연료라인(138)에 의하여 행하여진다. 바로 인접한 제 1 및 제 2수렴 연료라인(136,138)의 각 제트는 도시한 바와 같은 46° 상대각도 같이 30。보다 큰 상대각도에서 연료를 수렴한다. 각 노즐을 나오는 연료량의 가변도에 따라 분사연료의 충돌은 화염치수를 조절가능하게 결정할 수 있는 난류 레벨을 일으킨다. 수렴챔버(140)는 그자체 연소생성물의 재순환을 유도하지 않는다.

본 발명의 제 6 실시예의 목적을 위하여, 공기흡입구(134)를 경유하여 재순환된 연소생성물로 오염된다.

제 10 도에 있어서, 버어너(150)로 들어오는 연소공기는 먼저 도시한 바와 같이 공기흡입구(152)와 연속하는 재생식 베드(154)를 통과한다. 직선 연료라인(156)은 각각 동축 환형 연료라인(158)과 쌍을 이룰 수 있으며 이 동축환형연료라인(156)은 필요에 따라 천공환형 노즐(도시하지 않았음)을 가질 수도 있다. 동축스트림을 제공하는 결합 동축 연료라인의 각 쌍은 각 벤튜리(160)에 이른다. 비록 동축연료라인이 명백히 동축연료/연료 스트림을 발생할 수 있음에도 불구하고, 연료/공기 및 연료/연소 생성물은 또한 본 발명의 범위내에 속한다. 동축스트림은 오염도관(162)을 통하여 노로부터 연소생성물의 재순환을 유도하는 벤튜리(160)에 부압력대역을 생성한다. 본 발명의 제 8실시예의 목적을 위하여, 환형 연료라인(158)을 나오는 유체는 에너지원을 갖는 저압냉각공기가 바람직하며, 이는 구조적 안정성을 조장하기 위하여 냉각매체를 직선 연료라인(156)에 제공한다(또한 저압 냉각공기 에너지원은 적당한 경유 본 발명의 다른 실시예에 사용될 수도있다). 본 발명의 이미 기술한 실시예에서 처럼, 연소생성물의 재순환은 NO_x형성을 감소시킨다.

기술한 본 발명의 모든 실시예에서, 기술된 위치에서 다수의 연료노즐은 바람직하기로는 방사상 형태로 제공될 수도 있다. 더우기, 연료노즐을 나오는 연료의 수렴 및/ 또는 연행은 30。에서 약 150° 사이의 연료노즐의 수렴각도로 이루어질 수 있다.

이들 재생식 시스템에 사용하기 위한 전형적인 연료는 가스 및 오일을 포함한다. 내화재료는 본 기술분야에 널리 공지되어 있으며, 일반적으로 특별한 공정용도에 요구되는 검사규정에 따라 제조되는 세라믹 조성물이다.

제 11 도 및 제 12 도에 도시한 본 발명의 다른 실시예에서, POC를 함유하는 고온 연도가스는 원거리에 위치한 팬수단에 의하여 개시되는 강제 또는 유도통풍의 작용하에 노의 내부(210)를 떠나 비연소 배기모드에 있는 버어너(204)의 버어너챔버(214)를 들어가기 위하여 제 1 도관(212)을 나온은다. 공기, POC 또는 가스연료를 포함할 수 있는 매질압력 또는 고압 에너지원은 공급도관(220)을 통하여 압상되어 고속으로 노즐(222)을 통하여 버어너챔버(214)로 배출된다. 노즐(222)은 연결도관(224)의 종방향 축과 동축으로 정점렬되어 있다. 연결도관(224)은 그의 단부에서 일정간격 이격된 좌측 및 우측 뱅크 버어너(204 및 204')의 버어너챔버(214 및 214')와 연통한다. 연결도관(224)은 제 12 도 및 제 15 도에 도시한 바와 같이 버어너챔버(214 및 214')의 측벽으로부티 접선으로 오프셋 되는 것이 바람직하다. 노즐(222)로부터 나오는 고속 가스스트림은 챔버(214)로 들어오는 일부 고온 연도가스의 유도를 야기시킨다. 이와 같이 유도된 고온 연도가스의 고속 가스스트림속으로 동반되어 연결도관(224)을 통과한다.어떠한 보조 팬이나 송풍기를 필요로 함이없이 연결도관(224)를 통해서 주 가스스트림 및 연도가스의 동반부분을 좌측뱅크 버어너(204)로부터 우측뱅크 버어너(204')까지 이동시키기에 충분한 고 운동에너지가 노즐(222)을 나오는 가스스트림에 부여된다.

제 1 도관(212)에서 노(206)로부터 배기되어 챔버(214)로 들어가는 고온 연도가스의 대부분은, 연도가스로부터 현열을 추출하며 연소사이클이 반대로 되는 경우 연소공기의 추후의 예열을 위하여 그 현열을 저장하는 공지구조의 좌측 열저장베드 또는 재생기(216)를 통하여 하향방향으로 지나간다. 제 12 도로부터 잘 알 수있는 바와 같이, 냉각된 연도가스는 도관(218)을 경유하여 재생식 베드(216)를 떠나 밸브조립체(230)의 포트(226)를 통하여 배기된다. 회전밸브판(232')은 냉각된 연도가스를 밸브조립체(230)의 포트(226)로 향하게 하는 동시에 냉각된 연소 공기를 포트(228)를 경유하여 그곳에 도입한다. 연소공기 포트(228)는 부통풍모드로 대기에 직접 개방될 수도 있고, 또는 정압팬구동시스템에 연결될 수도 있다. 냉각된 연소공기는 밸브조립체(230)를 통과하여 도관(218'')에 들어가 이미 가열된 재생기베드(216')를 통하여 상향으로 지나간다.

재생기베드(216')에서 저장된 열은 챔버(214')에서 우측뱅크 버어너(204')로 들어가는 유입 연소공기를 예열하기 위하여 사용된다. 노즐(222)로부터의 고속 가스스트림과 이와동반된 고온 연도가스는 연결도관(224)을 빠져나와 버어너챔버(214')로 들어가서 그곳에서 예열된 연소공기와 혼합되고 연소공기 스트림의 산소수준을 저하시키므로써 연소공기 스트림을 오염 또는 희석시킨다. 달성하고자 하는 오염의 정도는 공급도관(220)과 노즐(222)를 통하여 도입되는 고속 가스스트림의 질량과 속도에 의하여 조절된다. 예컨데 연소공기스트림의 오염은 우측뱅크 버어너(204')의 버어너챔버(214')를 나오는 혼합공기 및 가스스트림에서 추정된 바와 같이 약 15-21% 사이의 범위내로 조절할 수 있다.

도면에 도시한 연소모드중에 연료는 우측뱅크 버어너(204')내에 위치한 연료도관(205')을 통하여 도입된다. 소량의 주위공기 또는 POC는 우측 연소모드중 공급도관(220')과 노즐(222')을 통과하여 이들 부품을 냉각시키는 것이 바람직하다. 이와 동시에, 우측뱅크 연소모드에 있을때, 좌측뱅크 연료도관(205)은 또한 그것을 통하는 주위 정화공기 또는 POC의 소량 유동에 의하여 냉각시키는 것이 바람직하다.

제 1연소는 우측뱅크 버어너(204')의 버어너챔버(214')에서 개시되며, 도관(212')을 통하여 연소실로 전달되는데, 상기 연소실은 노의 개방내부(210) 또는 도관(212')에 연결된 방사튜브(215)의 내부일 수 있다. 내화성 절연재(234,234')의 층은 도관(212,212')을 둘러싸서 도관(212 및 212') 내에서 발생되는 고온 연소열로부터 지지구조물(208) 또는 방사튜브(215)를 보호한다. 또한 절연층(236)이 뱅크버어너(204,204'), 재생기베드(216,216'), 및 연결도관(224)의 둘레로 적용되어 열손실을 최소화하는 것이 바람직하다. 또한 외측보호금속 표면(238)이 적용되어 절연층(236)을 부주의로 인한 손상으로부터 보호한다.

우측 연소모드 사이클은 POC를 함유하는 연도가스가 좌측뱅크 버어너(204)의 제 1 도관(21)의 연소실을 통하여 노(206)를 나올때 완결된다. 이미 기술한 바와 같이 이들 유동가스의 일부분은 연결도관(224)으로 유도되고 나머지는 열재생기 베드(216)를 통과한다. 냉각된 연도가스는 부통풍시스템에 의하여 제공된 흡입구에 연결되는 배기구(226)와 연통되는 배수수직관으로 배기되거나 또는 연소공기 포트(228)가 정압 공기공급시스템의 영향하에 있을때 배수수직관으로 배기된다.

일정기간의 경과후, 연소방향은 도시된 우측모드로부터 좌측모드로 역전된다. 도관(218,218' 및 224)내에서는 물론 연소 배기도관(212,212')에서의 연소공기 및 연도가스의 방향은 제 11 도 및 제 15 도에 도시한 것으로부터 역전된다. 좌측 뱅크 버어너(204)가 연소모드에 있을때, 밸브판(232)은 재생기베드(216)에서 예열하기 위하여 도관(218)을 통하여 상방향으로 냉각된 연소공기를 인도하는 위치, 즉 가상선(232')으로 표시된 위치로 회전된다. 이 모드에서, 밸브판(232)은 도관(218')으로부터 나오는 냉각된 연소가스를 배기구(226)를 경유하여 배수수직관으로 향하제 한다.

본 발명의 약간 변형된 장치(240)가 제 13-15도에 도시되어 있다. 장치(240)는 연료스트림이 연결도관(224)으로부터 나오는 연도가스의 와류스트림속으로 접선으로 도입되는 것을 제외하고는 기술한 바와 동일한 방식으로 작동한다.

제 15 도에 도시한 바와 같이, 노즐(222)로부터의 고속 가스제트는 챔버(214)로부터 연도가스의 일부분의 유동을 연결도관(224)으로 유도한다. 챔버(214)의 측벽을 가진 도관(224)의 접선 오프셋 및 도관(224)과 노즐(222)의 동축 정렬은 고속 가스스트림에 의하여 노즐(222)로부터 도관(224)속으로 지나가게끔 유도되고 고농축 고온 POC의 외층을 제공하는 챔버(214)내의 연도가스에 와류운동을 발생시킨다. 이 와류하는 POC농축특징은 제 11-12 도의 실시예에에서 또한 달성된다.

제 14 도에 도시한 바와 같이, 다수의 연료도관(205')은 또한 연소혼합물에 소망하는 와류운동을 부여하도록 챔버(214')에 다수의 연료스트림을 접선으로 공급한다. 연료는 챔버(214')를 둘러싸는 연통하는 환형 매니포울드(207') 및 입구도관(209')을 경유하여 도관(205')에 공급된다.

연소공기를 오염시키기 위하여 연소공정으로 재순환되는 연도가스/POC는 노의 챔버로 들어가는 가스와 대략 동일한 온도에 있다. 따라서, 재생기(216,216')의 크기는 재생기에 들어가는 스트림에 오염물이 사용되는 경우보다 상당히 작을 수 있다. 이외에, 재생기에 오염된 공기를 직접 사용하는 것과 비교하여 사이클효율이 증가되는데, 이는 자체 오염되는 연도가스/POC스트림이 이미 버어너챔버(214,214')로 분사될때 약 1800-2000。F 사이의 온도에 있기 때문이다. 이와 같은 명백한 경제적 이점이 달성되는 한편 NO_x억제의 소망하는 생태학적 또한 실현된다.

Claims (12)

1. 교대로 노를 나오는 연소가스로부터 열을 회수하고 공급되는 연소공기 스트림을 가열하도록 연관된 열재생베드를 갖는 유형의 한쌍의 재생식 버어너에서 NO_x형성을 억제하는 방법에 있어서, 노로부터 고온연도가스의 스트림을 회수하는 단계, 가스의 스트림을 상기 연도가스 스트림에 분사하는 단계, 고온 연도가스의 일부분을 상기 분사된 가스스트림 속으로 동반시키는 단계, 분사된 가스의 스트림과 같은 고온 연도가스의 상기 동반시킨 부분을 버어너챔버로 보내는 단계, 및 버어너챔버에서의 연소공정을 고온 연소가스의 상기 동반시킨 부분으로 오염시켜 NO_x형성을 억제하는 단계들로 구성됨을 특징으로 하는 NO_x형성을 억제하는 방법.
2. 일정간격 이격된 한쌍의 제 1 및 제 2의 재생식 버어너를 갖되, 상기 각 버어너는 각 버어너와 관련된 재생식 연저장베드로부터 공급되는 예열 연소공기의 스트림과 연료를 혼합하기 위한 챔버를 포함하고, 상기 버어너는 주기적으로 작동하도록 되어있어 제 1버어너가 가스를 노의 내부로 향하게 하는 연소모드에 있는 동안 연소가스 스트림은 노를 나와 제 2버어너 챔버를 통과한 다음 제 2버어너와 관련된 재생식 열저장베드를 통과하며, NO_x형성을 억제하기 위한 수단을 내부에 갖는 재생식 버어너장치에 있어서, NO_x형성을 억제하기 위한 상기 수단이 연소공기를 선택적으로 향하게 하기위하여 연소부위의 상류에 위치하는 연료노즐에 인접하여 위치되며 개구를 갖는 원통형 버어너배플로 구성됨을 특징으로 하는 재생식 버어너장치.
3. 일정간격 이격된 한쌍의 제 1 및 제 2의 재생식 버어너를 갖되, 상기 각 버어너는 각 버어너와 관련된 재생식 열저장베드로부터 공급되는 예열 연소공기의 스트림과 연료를 혼합하기 위한 챔버를 포함하고, 상기 버어너는 주기적으로 작동하도록 되어있어 제 1버어너가 가스를 노의 내부로 향하게 하는 연소모드에 있는동안 연소가스 스트림은 노를 나와 제 2버어너 챔버를 통과한 다음 제 2버어너와 관련된 재생식 열저장베드를 통과하며, NO_x형성을 억제하기 위한 수단을 내부에 갖는 재생식 버어너장치에 있어서, NO_x형성을 억제하기 위한 상기 수단이 연소가스와 공기를 연소부위로 동반하도록 각도를 이룬 다수의 연료노즐로 구성됨을 특징으로하는 재생식 버어너 장치.
4. 일정간격 이격된 한쌍의 제 1 및 제 2의 재생식 버어너를 갖되, 상기 각 버어너는 각 버어너와 관련된 재생식 열저장베드로부터 공급되는 예열 연소공기의 스트림과 연료를 혼합하기 위한 챔버를 포함하고, 상기 버어너는 주기적으로 작동하도록 되어있어 제 1 버어너가 가스를 노의 내부로 향하게 하는 연소모드에 있는동안 연소가스 스트림은 노를 나와 제 2 버어너 챔버를 통과한 다음 제 2 버어너와 관련된 재생식 열저장베드를 통과하며, NO_x형성을 억제하기 위한 수단을 내부에 갖는 재생식 버어너장치에 있어서, NO_x형성을 억제하기 위한 상기 수단은 30-70%의 연소연료를 이송하는 제 1세트의 다수의 연료노즐을 나머지 30-70%의 연소연료를 이송하는 제 2세트의 다수의 연료노즐의 상류에 갖는 버어너동체를 포함하며 단계적인 연소를 수행하는 수단으로 구성시키되, 제 1 연소는 상기 제 1 세트의 대역에서 일어나고 제 2 연소는 상기 제 2 세트의 대역에서 일어나도록 한 것을 특징으로 하는 재생식 버어너 장치.
5. 일정간격 이격된 한쌍의 제 1 및 제 2 의 재생식 버어너를 갖되, 상기 각 버어너는 각 버어너와 관련된 재생식 열저장베드로부터 공급되는 예열 연소공기의 스트림과 연료를 혼합하기 위한 챔버를 포함하고, 상기 버어너는 주기적으로 작동하도록 되어있어 제 1 버어너가 가스를 노의 내부로 향하게 하는 연소모드에 있는동안 연도가스 스트림은 노를 나와 제 2 버어너 챔버를 통과한 다음 제 2 버어너와 관련된 재생식 열저장베드를 통과하며, NO_x형성을 억제하기 위한 수단을 내부에 갖는 재생식 버어너장치에 있어서, NO_x형성을 억제하기 위한 상기 수단이 벤튜리가 오염도관을 경유하여 상기 노의 챔버와 유체 연통하도록 버어너의 중앙 챔버에 이르는 밴튜리내에 배치되는 적어도 하나의 연료노즐로 구성됨을 특징으로 하는 재생식 버어너장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 버어너는 네개의 연료노즐을 포함하되, 이 연료노즐중 둘은 각각 연료노즐로부터 버어너의 중앙 챔버까지 이르는 제 1벤튜리내에 배치되고 연료노즐의 나머지 두개의 각각은 제 2벤튜리내에 배치되며, 제 1벤튜리의 각각은 제 2벤튜리의 각각과 수렴하고 제 1 및 제 2 벤튜리의 각각은 오염도관을 경유하여 상기 노의 챔버와 유체 연통함을 특징으로 하는 재생식 버어너 장치.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 연료노즐은 환형 연료라인과 동축인 직선 연료라인에 부착됨을 특징으로 하는 재생식 버어너 장치.
8. 일정간격 이격된 한쌍의 제 1 및 제 2 의 재생식 버어너를 갖되, 상기 각 버어너는 각 버어너와 관련된 재생식 열저장베드로부터 공급되는 예열 연소공기의 스트림과 연료를 혼합하기 위한 챔버를 포함하고, 상기 버어너는 주기적으로 작동하도록 되어있어 제 1버어너가 가스를 노의 내부로 향하게 하는 연소모드에 있는동안 연도가스 스트림은 노를 나와 제 2버어너 챔버를 통과하며, NO_x형성을 억제하기 위한 수단을 내부에 갖는 재생식 버어너장치에 있어서, NO_x형성을 억제하기 위한 상기 수단이 연소공기를 상기 노의 챔버로부터의 연소생성물로 오염시키는 수단을 포함함을 특징으로 하는 재생식 버어너장치.
9. 일정간격 이격된 한쌍의 제 1 및 제 2 의 재생식 버어너를 갖되, 상기 각 버어너는 각 버어너와 관련된 재생식 열저장베드로부터 공급되는 예열 연소공기의 스트림과 연료를 혼합하기 위한 챔버를 포함하고, 상기 버어너는 주기적으로 작동하도록 되어있어 제 1 버어너가 가스를 노의 내부로 향하게 하는 연소모드에 있는 동안 연도가스 스트림은 노를 나와 제 2 버어너와 관련된 재생식 열저장베드를 통과하며, NO_x형성을 억제하기 위한 수단을 내부에 갖는 재생식 버어너장치에 있어서, NO_x형성을 억제하기 위한 상기 수단이 재생식 베드의 노의 측부에 두개의 버어너를 상호연결하며 각 버어너의 내부 챔버 부분과 연통하는 오염도관, 및 고속 가스스트림을 상호연결도관으로 교대로 분사하도록 버어너챔버의 각각에 위치된 노즐수단으로 구성됨을 특징으로 하는 재생식 버어너장치.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 노즐수단은 버어너챔버의 각각과 연관된 노즐을 포함하며, 각각의 노즐은 상호연결도관과 동축으로 정렬된 오리피스를 가짐을 특징으로 하는 재생식 버어너장치.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 상호연결도관은 연소가스의 고농축 생성물의 층이 가스스트림에 동반되도록 고온 연도가스에 와류운동을 부여하기 위해 상기 버어너 챔버의 각각에 대하여 접선으로 정렬됨을 특징으로하는 재생식 버어너장치.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 버어너챔버의 각각은 연료, 예열 연소공기 및 오염 고온 연도가스의 혼합을 중진시키기 위한 와류운동이 유동하는 가스에 부여되도록 상기 챔버의 구멍에 대하여 접선으로 배열된 다수의 연료유입노즐을 포함함을 특징으로 하는 재생식 버어너장치.

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