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KR20010114175A - 다공성 벽 로에서의 연소 - Google Patents

다공성 벽 로에서의 연소 Download PDF

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KR20010114175A
KR20010114175A KR1020010034995A KR20010034995A KR20010114175A KR 20010114175 A KR20010114175 A KR 20010114175A KR 1020010034995 A KR1020010034995 A KR 1020010034995A KR 20010034995 A KR20010034995 A KR 20010034995A KR 20010114175 A KR20010114175 A KR 20010114175A
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fuel
furnace
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combustion
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히사시 고바야시
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조안 엠. 젤사 ; 로버트 지. 호헨스타인 ; 도로시 엠. 보어
프랙스에어 테크놀로지, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 로 가스의 대기를 함유하는 연소 구역을 제공하는 것을 포함하여, 표면적이 큰 다공성 벽을 갖는 로에서의 연소를 수행시키는 방법에 관한 것이다. 저속의 산화제 스트림은 다공성 벽의 하나 이상의 산화제 주입 측면을 통해 연소 구역 내로 주입되고, 연소 구역 내의 혼합 구역에서 로 가스를 산화제 스트림과 혼합시켜 산화제 혼합물을 생성시킨다. 연료 스트림은 산화제 주입 측면에 인접한 하나 이상의 연료 주입 측면을 통해 연소 구역 내로 주입된다. 산화제 혼합물은 연료 스트림과 혼합되어 연료-산화제 혼합물을 생성시킨다.

Description

다공성 벽 로에서의 연소 {COMBUSTION IN A POROUS WALL FURNACE}
본 발명은 일반적으로 연소 분야에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 다공성 벽 로(furnace)에서의 연소에 관한 것이다.
유리 또는 금속과 같은 충전물을 가열시키고/거나 용융시키는 전형적인 방법에 있어서, 로의 벽으로부터의 유도성 열 손실 및 로내의 부식성 가스에 의해 야기되는 로 벽의 부식과 같은 공정중의 특정의 원치 않는 특징이 불가피하게 일어날 것이다.
이들 원치 않는 특징을 해소시키기 위한 관심사에 관한 많은 연구가 수행되어 왔다. 예를 들어, 충전물을 가열시키고/거나 용융시키는 동안에 로로부터의 열 손실을 감소시키기 위해, 보다 많은 단열재가 제공될 수도 있다. 내화벽의 부식을 감소시키기 위해, 특정의 특수 내화 물질이 사용될 수도 있다. 더욱이, 가스를 로내로 주입시키기 전에 연료와 산화제를 미리 혼합시키기 위한 특정의 기술은 낮은 가스 주입 속도에도 불구하고 연소가 비교적 빠르게 일어나게 한다. 그러나, 대부분의 경우에, 현재의 기술 수준의 공업용 로에서의 연소는 로로부터의 유도성 열 손실 및 부식성 가스에 의해 야기되는 부식의 일부 측면, 또는 일부 다른 원치 않는 결과를 역시 수반한다.
예를 들어, 미국 특허 제 5,609,481호에는, 연료와 산화제 둘 모두가 로내로 매우 친밀하게 도입되는 층화 대기 연소(stratified atmosphere combustion)가 기술되어 있다. 이 경우에, 충전물 근접 층은 충전물과 충전물 위로 배향되는 하나 이상의 버너(burner)로부터 방출되는 연소 가스 사이에 수립된다. 충전물 근접 층은 연소 가스의 경우와는 다르게 충전물에 대하여 산화 효과를 갖는다. 이러한 방법은 로 내로 매우 느린 속도로 도입시켜야 하는 연료와 산화제 둘 모두를 필요로 하는데, 이러한 요건은 연료와 산화제 혼합을 매우 더디게 하는 경향이 있어 그을음이 있는 불꽃과 같은 불량한 연소를 초래한다.
또 다른 예로서, 미국 특허 제 5,076,779호에는 분리 구역 연소가 제시되어 있다. 이러한 연소 방법은 NOX의 생성량을 감소시키는 조건하에서 산화제와 연소용 연료를 희석시키기 위해 연소 구역내에서 산화제 혼합 구역과 연료 반응 구역을 분리한다. 이러한 방법은 산화제가 고속으로 주입되어야 하고 로 가스로 희석되어야 하기 때문에 높은 산소 공급 압력을 필요로 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 충전물을 효과적으로 가열 및/또는 용융시켜 시스템의 열 손실이 현저하게 감소되게 하여, 내화성 벽의 부식을 감소시키고 연료 또는 로 가스와 산화제를 빠른 속도로 혼합시키면서 산화제를 느린 속도로 주입시킬 수 있는 로 시스템을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 목적은 연소 공정에서의 열 손실을 감소시키는 연소 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 로의 내화벽에서의 부식을 감소시키는 연소 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 더욱 또 다른 목적은 산화제를 매우 느린 속도로 도입시키고 연료 또는 로 가스를 빠른 속도로 혼합시키는 연소 방법을 제공하는 데에 있다.
도 1은 유리를 용융시키기 위한 층화 대기 연소(stratified atmosphere combustion)를 보여주는 본 발명의 다공성 벽 로를 도시하는 도면이다.
도 2는 산화제 또는 퍼지 가스가 다공성 벽 부재를 통해 통과하는 다공성 벽 부재를 도시하는 상세도이다.
도 3a 및 3b는 층화 대기 연소 방법을 사용하는 다공성 벽 로에서 산화제, 연료, 도관, 대기 및 금속 충전물의 배치 위치를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 4a 및 4b는 희석 산화제 연소 방법을 사용하는 다공성 벽 로에서 산화제, 연료, 도관 및 금속 충전물의 배치 위치를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 5는 산화제 흐름과 함께 다공성 벽에 충돌하는 연료 스트림을 사용하여 다공성 벽 로에서 산화제, 연료, 도관 및 금속 충전물의 배치 위치를 개략적으로 도시하는 도면이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10 : 유리 용융로 20 : 로 다공성 층
26, 326, 426 : 로 루프(roof) 28, 328, 428, 528 : 로 측벽
30, 330, 430 : 산화제 34 : 연료
36 : 연소 형성 불꽃 38 : 제 2의 산화제 공급원
40 : 연소 구역 44 : 산소 부화 구역
48 : 충전물 50 : 바닥벽
226 : 다공성 벽 부재 260 : 산화제 또는 퍼지 가스
264 : 금속성 후방 챔버 266 : 다공성 벽 부재
320 : 다공성 벽 층 334, 434 : 연료
378, 578 : 연도 가스 340 : 연소 구역
370 : 보호 대기 가스 392, 492, 592 : 가스 캐비티
발명의 요약
본 발명은 다공성 벽을 가진 로에서의 연소를 수행하는 방법에 관한 것이다. 로 가스의 대기를 함유하는 연소 구역이 제공된다. 느린 속도의 산화제 스트림은 다공성 벽의 하나 이상의 주입면을 통해 연소 구역으로 주입된다. 연료 스트림은 연소 구역의 산화제 주입면으로 지향된 하나 이상의 연료 주입면을 통해 주입된다. 바람직한 구체예에서, 로 가스는 산화제 스트림 또는 연료 스트림과 혼합되어 연소 구역내에 희석된 산화제 또는 희석된 연료를 생성시킨다. 산화제와 연료가 희석후에 혼합되고 낮은 불꽃 온도에서 연소된다.
대안적인 구체예에서, 느린 속도의 연료 스트림은 다공성 벽의 하나 이상의연료 주입면을 통해 연소 구역내로 주입되며, 산화제 스트림은 연소 구역의 연료 주입면으로 지향된 하나 이상의 산화제 주입면을 통해 주입된다.
본 발명의 그 밖의 목적, 특징 및 장점은 하기의 바람직한 구체예의 설명 및 첨부 도면으로부터 당업자에게 자명하게 될 것이다.
발명의 상세한 설명
본 발명에서, 산화제는 느린 속도로 다공성 벽을 통해 로에 도입되고, 연료는 하나 이상의 로 벽으로부터 로내로 도입된다. 바람직한 구체예에서, 연료는 연소가 일어나는 로의 다공성 표면과 사실상 평행한 인접한 벽(들)으로부터 로내로 도입된다. 연료는 다공성 벽으로부터 일정 거리를 두고 도입되어, 연료와의 연소 이전에 산화제가 로 가스의 재순환 흐름과 혼합된다(즉, 낮은 NOX방출을 위한 산화제의 희석을 달성한다). 보다 빠른 연소가 요망되는 경우에, 수개의 연료 제트가 다공성 벽을 향하여 유도되어, 로 가스 동반을 통해 희석되거나 희석되지 않은 연료 제트가 다공성 벽 표면에 충돌할 수 있다.
도 1은 유리 용융로(10)에서의 다공성 벽 연소 방법의 적용을 도시한다. 산화제(30), 바람직하게는 산소는 로 루프(roof)(26) 또는 크라운의 로 다공성 층(20)을 통해 로 내로 도입된다. 로 루프(26)는 도 2에 도시된 벽 부재를 결합시킴으로써 제작될 수 있다. 연료(34)는 연소 형성 불꽃(36)을 위해 로 측벽(28)으로부터 연소 구역(40)내에 주입된다. 유리 제조용 충전물 또는 원료 물질은 로의 단부(도시되지 않음)로부터 로내로 도입되고 로의 바닥벽(50)의 전면에 용융된 유리(48)의 푸울을 형성한다. 바람직한 구체예에서, 산화제 스트림(30)은 로 루프(26)로부터 연소 구역(40)내로 제공된다. 이후, 산화제 스트림은 재순환 로 가스와 혼합되어, 산화제 스트림중의 산소 농도가 희석되게 한다. 바람직한 연소 방법은, 도 1에 도시된 바와 같이, 층화 대기 연소를 통해 이루어지며, 여기에서 제 2의 산화제 공급원(38)은 측벽(34)의 하부를 통해 도입된다. 제 2의 산화제 공급원의 도입은 연소 구역(40)과 충전물(48) 사이에 산소 부화 구역(44)을 형성시킨다.
연료 랜스는 로 측벽에 정위되며 유량은 로 내에서의 열 발생을 적절하게 분배시키고 로 가스 재순환을 야기하도록 조절된다. 루프의 세공 크기 및 두께는 벽을 통한 유도성 열 손실을 무시할 수 있을 정도로 유지시키면서 단위 표면적 당 산화제의 유량 및 압력 요건을 조절하도록 조정된다.
본 발명의 다공성 벽 로에서의 연소는 낮은 주입 속도에서 산화제의 제공(산화제 스트림을 통해)을 수반한다. 산화제는 고온의 로 벽을 통해 통과시킴으로써 가열되며, 약 1ft/초 보다 낮은 다공성 벽의 고온 표면 온도에서 실제의 산화제 속도에 상응하는, 600SCFH/ft2보다 작은 고유의 유속으로 전형적으로 도입된다. 공기, 산소 부화 공기, 또는 순수한 산소가 산화제로서 이용될 수 있다. 낮은 산화제 고유 유량은 다공성 벽을 가로지르는 압력 강하를 감소시키고 충돌하는 연료 스트림을 사용할 때 다공성 벽의 고온 표면상의 가능한 고온점을 피하도록 하는 것이 바람직하다.
벽 유도 열 손실을 없애기 위해, 가열된 산화제의 감지 가능한 열은 산화제를 통과시키지 않는 다공성 벽을 통한 유도성 열 플럭스 보다 더 커야 한다. 중요한 목적이 로 벽 손실을 최소화하는 것이므로, 로 루프 및 벽의 대부분의 이용 가능한 표면적(연소 공간의 이용 가능한 루프 및 벽 표면적의 20% 이상)을 통해 산화제를 흐르게 하는 것이 바람직하다. 바람직한 구체예에서, 전체 로 루프가 사용되고 고유의 유속은 150SCFH/ft2미만이다. 다공성 루프로부터 흐르는 산화제는 루프의 고온 표면을 퍼징하고 부식성 증기가 루프 내화성 물질과 접촉되지 않게 하는 것을 돕는다.
비교로서, 통상의 후-혼합 방식의 버너의 경우에, 연료 및 산소 스트림 둘 모두가 연료와 산화제의 빠른 혼합을 달성할 수 있을 정도의 충분히 높은 속도에서 로의 연소 구역내로 주입된다. 연소 공기의 전형적인 속도는 30 내지 200ft/초이다.
본 발명의 다공성 벽 연소 방법에서 사용하기에 적합한 다공성의 내화성 물질은 많이 있다. 이들 물질은 섬유, 소결된 입자 및 포움으로 제조된 내화성 벽을 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 금속성 후방 챔버(264)는 산화제를 다공성 벽 부재(266)를 통해 균일하게 공급하고 통과시키기에 바람직하다. 내화성 물질은 금속성 후방 챔버 없이 만들어질 수 있다. 비다공성의 내화성 후방 바디는 가스 분배 통로를 갖는 전방 다공성 내화 부재에 결합된다. 산화제 또는 퍼지 가스(260)는 다공성 벽 부재(226)를 통해 균일하게 통과하기 전에 로의 후방(266)을 통해 후방 챔버(264)내로 도입된다. 다공성 루프 또는 벽은 기준치수의 다공성 벽 부재(226)를 연결시킴으로써 건조될 수 있다. 벽 유도 열 손실을 제거하기 위한 최소의 산화제 유량은 어떠한 가스 흐름, Qo도 없이 단위 표면적당 다공성 물질의 정상상태 열 손실로부터 어림될 수 있다 :
Qo = c V (Tw-To)
상기 식에서, c는 산화제의 고유 열이고, V는 단위 표면적당 산화제의 용적 유량이며, Tw 및 To는 각각 벽의 고온면 온도와 벽의 저온면 온도이다. 설치물 없이 유리 로 루프를 통한 전형적인 고유의 벽 열 손실량은 500 내지 1,500 Btu/hr/ft2범위이다. 예를 들어, 12인치 두께의 다공성 실리카 벽돌이 유리 로 크라운용으로 사용될 수 있다. Tw=2900℉ 및 To=300℉에서 Qo = 1000 Btu/hr/ft2및 70℉에서 c=8.25 Btu/lb mol/F=0.0217 Btu/F/ft3라고 가정하면, V=18 SCFH (ft2당 시간에 대하여 70℉에서 가스의 ft3)이며, 이는 2900℉에서 0.03ft/초의 고온면 가스 속도를 제공한다.
연소용 산화제와 혼합시키기 위한 연료는 전체 산화제중의 일부의 존재 및 부재하에 도입될 수 있다. 연료 주입 방법은 개개의 적용 마다 다르다. 층화 대기 연소 방법(U.S. 특허 제 5,609,481호 참조)의 경우에, 바람직한 방법은 다공성 표면 근처에서 연료를 흐르게 하고 전체 표면적에 대하여 분포시키기 위해 느린 속도로 연료를 도입시키는 것이다. 하나의 구체예가 도 1에 도시되어 있다. 유리용융, 금속 가열 및 그 밖의 로에서 층화 대기 연소 방법을 사용하는 연소 장치의 추가의 구체예는 도 3a 및 3b에 도시되어 있다.
도 3a에서, 산화제(330)는 로 루프(326)로부터 가스 캐비티(392) 상으로 도입된 후에, 다공성 벽 층(320)을 통해 연소 구역(340)으로 통과한다. 다중 연료 노즐(도시되어 있지 않음)을 통한 연료(334)는 로(310)의 일측벽(328)을 통해 다공성 벽을 향해 연소 구역(340)내로 주입되어 연료를 다공성 벽 영역의 대부분에 고르게 분포시켜 연소용 광범위 불꽃(336)을 형성시킨다. 연도 가스(378)는 측벽(329)의 상부를 통해 로로부터 방출된다. 연료 제트는 불꽃 형상 및 유효범위를 조절하기 위해 다공성 벽 쪽으로, 다공성 벽과 평행하게, 또는 다공성 벽으로부터 먼 방향으로 유도된다. 비연소성 가스 형태의 보호 대기가 연소 구역(340)과 충전물(348) 사이의 로에 형성된다. 보호 대기 가스(370)는 측벽(328)의 바닥 부분을 통해 주입되어 보호 대기 구역(372)을 형성한다. 보호 대기 가스는 질소 및/또는 아르곤을 포함할 수 있다.
층화 대기 연소를 사용하는 본 발명의 또 다른 바람직한 구체예는 도 3b에 제시되어 있다. 산화제(330)는 측벽 연장부(327)를 통해 주입된 후, 가스 캐비티(392)를 통해 통과하고, 이어서 다공성 벽 층(320)을 통해 로(310) 내로 통과된다. 연료(334)는 측벽(328)을 통해 로(310) 내로 주입되어 그 안의 연소 구역(340)에서 불꽃(336)을 형성시킨다. 연도 가스(378)는 로 루프(326)를 통해 방출된다. 비연소성 가스 구역(372) 형태의 보호 대기는 측벽(328)의 하부를 통한 보호 대기 가스(370)의 주입에 의해 충전물(348) 주위에서 형성된다.
분리 구역 연소의 기본 개념을 사용하는 희석 산소 연소 방법의 경우에(U.S. 특허 제 5,076,779호 참조), 연료는 다공성 표면 전반에 걸쳐 로 가스의 재순환 흐름을 생성시키고 산화제중의 산소 농도를 연료와의 반응전에 희석시키기 위해 다공성 표면으로터 약간 떨어진 거리에서 100ft/초를 초과하는 속도로, 바람직하게는 120ft/초를 초과하는 속도로 다공성 표면에 평행하게 주입될 수 있다. 이러한 유형의 연소는 도 4a 및 4b에 나타내어져 있다.
산소를 다공성 벽 층을 통해 주입하는 희석 산소 연소(DOC : dilute oxygen combustion) 방법은 도 4에 도시되어 있다. 연료(434)는 측벽(428)을 통해 로(410) 내로 주입된다. 연료(434)는 제트(jet) 불꽃(436)(또는 연료 반응 구역)을 형성시키며, 이의 높은 주입 속도는 불꽃(436)에서의 연소 이전에 산화제의 희석을 위한 강력한 로 가스 재순환 흐름 패턴을 야기한다. 산화제(430)는 가스 캐비티(492) 및 다공성 층(420)을 통해 연소 구역(440)으로 주입된다.
DOC를 사용하는 본 발명의 대안적인 바람직한 구체예에서, 연료는 로 루프로부터 주입되고 산화제는 측벽으로부터 주입된다. 도 4b에서는, 연료(434)의 두 개의 별도의 공급원이 로(410)의 루프(426)를 통해 주입된다. 산화제(430)의 별도의 공급원은 보다 고르고 완전한 연소를 위해 주입된다. 산화제(430)는 연소 구역(440)내의 다공성 층(420)내로 흐르는 가스의 더욱 더 고른 분포를 위해 가스 캐비티(492)를 통해 주입된다. 연료(434)는 제트 불꽃(436)(또는 연료 반응 구역)을 형성시키며, 높은 연료 주입 속도는 불꽃(436)에서의연소 이전에 산화제의 희석을 위한 강력한 로 가스 재순환 흐름 패턴(490)을 야기한다. 충전물(448)은 로 복사 및 가스 대류 둘 모두에 의해 가열된다. 연도 가스(478)는 측벽(428)을 통해 방출된다.
앞서 언급한 바와 같이, 연료 스트림의 제트는 일부 경우에 표면으로부터 방출되는 산화제와 함께 다공성 측벽을 향해 주입된다. 도 5는 산화제 흐름과 다공성 벽에 충돌하는 연료 스트림을 사용하여 산화제, 연료, 연도 및 금속 충전물의 배치를 보여주는, 다공성 벽 로에서의 위치의 개략도이다. 연료(534)는 측벽(528)을 통해 로(510) 내로 주입된다. 연료(534)는 다공성 벽(520)의 표면상에 충돌하는 제트(536)를 형성한다. 다중 연료 제트는 연료를 다공성 벽의 전반에 걸쳐 고르게 분포시키도록 정위될 수 있다. 산화제(430)는 가스 캐비티(592)를 통해 주입된다. 연도 가스(578)는 측벽(528)을 통해 방출된다.
급속 연소는 이러한 배치에서 다공성 벽에서 또는 그 근처에서 일어날 수 있다. 이러한 배치에 있어서의 관심사는 다공성 벽, 특히 연료 제트 충돌 영역 근처에서의 잠재적인 과열이다. 이러한 경우에, 다공성 벽을 통한 산소 플럭스의 적절한 선택 뿐만 아니라 연료 주입 포트의 조심스러운 배치가 요구된다. 충돌하는 연료 제트가 충돌 지점 근처에서 고연소성 가스 농축물을 함유하는 경우에, 다공성 벽을 통한 최종 산소 플럭스는 200SCFH 미만, 바람직하게는 100SCFH 미만으로 한정되어야 한다. 최종 산소 플럭스는 다공성 벽을 통과하는 산화제 플럭스를 산화제중의 분수적 산소 용적 농도에 곱함으로써 계산된다. 산소 플럭스를 한정함으로써, 다공성 벽의 표면에서의 최대 열 방출량은 100SCFH의 산소 플럭스에서 약100,000Btu/hr/ft2로 조절된다. 복사 열전달에 의한 다공성 표면의 냉각 때문에, 과다한 가열이 피해질 수 있으며, 낮은 NOX방출이 로 가스에 의한 희석 없이 달성된다. 충돌하는 연료 제트가 극소량의 연소성 가스를 함유하는 경우에, 산화제의 냉각 효과로 인해 보다 높은 산소 플럭스가 유리하다.
본 발명의 다공성 벽 연소 방법의 중요한 변화는 세라믹 막 물질의 다른 측면에 공기를 공급하면서 산소 또는 부화된 산소가 로 내로 통과되게 할 수 있게 하기 위해 다공성 물질 대신에 세라믹 막 물질을 사용한다는 것이다. U.S. 특허 제 5,888,272호에는 연소기에서 세라믹 막을 사용하는 방법이 기술되어 있다. 세라믹 막 물질의 최대 온도를 제한하기 위해, 막 벽 로 챔버가 주 로에 부가될 수 있으며, 연도 가스가 주 로(main furnace)와 막 벽 로 챔버(membrane wall furnace chamber) 사이에서 재순환한다. 예를 들어, 통합된 막 공기 분리가 희석 산소 연소 방법과 함께 사용될 수 있다. 이러한 방법은 산소 또는 부화된 산소를 로 내로 공급하기 위해 로의 일측면상에서 세라믹 막 공기분리 챔버를 이용한다.
대안적인 구체예에서, 연료는 산화제 대신에 퍼지 가스로서 사용된다. 이러한 방식으로, 연료 스트림이 느린 속도로 다공성 벽 내로 도입되며, 산화제가 인접한 벽(들)로부터 연소용 로의 다공성 표면으로 지향적으로 도입된다.
공기에 의한 천연 가스의 전형적인 연소의 경우에, 공기의 용적 유량은 연료의 용적 유량의 약 10배이다. 이와 같이, 연료는 유도성 열 손실량을 계수할 수 있을 정도의 비교적 작은 열용량을 제공한다. 산소-연료 연소의 경우에, 산소 대천연 가스의 용적비는 약 2 대 1이며, 연료를 퍼지 가스로서 사용하는 것은 일부 경우에 중요할 수 있다. 예를 들어, 퍼지 가스로서 고로(blast furnace) 가스 및 코크스로 가스와 같이 비교적 낮은 발열량을 갖는 연료를 사용하는 것이 유리하다. 전형적인 고로 가스의 연소의 경우에, 약 2용적의 연료가 1용적의 연소 공기를 연소시키는데 요구된다.
별도의 퍼지 가스로서 연료 및 산화제 둘 모두를 사용하는 것도 또한 가능하다. 그러나, 연소를 위한 우수한 혼합을 달성하는 것은 어렵다. 연료와 산화제를 미리 혼합시킨 것과 다공성의 내화성 물질의 표면에서 연소시키는 것은 공지되어 있다. 그러나, 미리 혼합된 가스의 속도는 플래쉬백(flash back)을 방지할 수 있을 정도로 충분히 커야 한다.
다공성 물질내에서의 조기 점화는 다공성 물질의 과열 또는 용융을 초래할 것이다. 이것은 특히 산소 부화 공기 또는 산소가 사용되는 경우에 문제가 된다. 결과적으로, 사전 혼합 가스가 플래쉬백을 방지할 수 있을 정도로 충분히 높은 속도에서 도입되지 않는다면 연료와 산화제를 미리 혼합시키는 것은 바람직하지 않다.
퍼지 가스로서 탄화수소 연료를 사용하는 그 밖의 가능한 문제는 그을음을 형성시키고 다공성의 내화성 물질과 반응한다는 것이다. 탄화규소 및 그 밖의 물질이 이러한 적용의 경우에 이용될 수 있다. 그을음 형성을 방지하기 위해, 연료와 재순환된 연도 가스의 혼합물이 특히 산소-연료 연소 분야에서 사용될 수 있다. 이러한 경우에, 이산화탄소 및 물과 메탄의 발열 반응은 화학적인 에너지로서의 열을 회수하는 특정의 장점을 제공할 수 있다.
본 발명의 특징은 편의상 하나 이상의 도면으로 도시되어 있지만, 각각의 특징은 본 발명에 따른 다른 특징들과 조합될 수 있다. 대안적인 구체예가 당업자에 의해 인식될 것이며, 특허청구범위내에 포함되도록 의도된다.
이상에서와 같이, 본 발명은 충전물을 효과적으로 가열 및/또는 용융시켜 시스템의 열 손실이 현저하게 감소되게 하여, 내화성 벽의 부식을 감소시키고 연료 또는 로 가스와 산화제를 빠른 속도로 혼합시키면서 산화제를 느린 속도로 주입시킬 수 있는 로 시스템을 제공한다.

Claims (13)

  1. a) 로 가스의 대기를 함유하는 연소 구역을 제공하는 단계;
    b) 저속의 산화제 스트림을 다공성 벽의 하나 이상의 산화제 주입 측면을 통해 연소 구역 내로 주입시키는 단계;
    c) 연료 스트림을 산화제 주입 측면으로 지향된 하나 이상의 연료 주입 측면을 통해 연소 구역 내에 주입시키는 단계;
    d) 저속의 산화제 스트림과 연료 스트림을 연소 구역 내에서 혼합시켜 불꽃 온도가 감소된 불꽃을 생성시키는 단계를 포함하여, 다공성 벽을 갖는 로에서의 연소를 수행시키는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 산화제 스트림을 600SCFH /ft2미만의 고유 유량으로 산화제 주입 측면을 통해 통과시키는 것을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 연료 스트림을 산화제 스트림으로부터 일정 거리를 두고 통과시켜 산화제 스트림이 연소 이전에 로 가스의 재순환 흐름과 혼합되게 하는 것을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 산화제 스트림을 로의 루프(roof)를 통해 통과시키고 연료스트림을 로의 하나 이상의 측벽을 통해 통과시키는 것을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 막 물질을 사용하여 공기를 분리시키고 산화제를 로 내로 통과시키는 것을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 혼합 구역에서 로 가스를 산화제 스트림과 혼합시켜 희석된 산화제-로 가스 혼합물을 생성시킨 후, 연료를 혼합시켜 불꽃을 생성시키는 것을 추가로 포함함을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 로 가스를 연료 스트림과 혼합시켜 희석된 연료-로 가스 혼합물을 생성시킨 후, 산화제와 혼합시켜 불꽃을 생성시키는 것을 추가로 포함함을 특징으로 하는 방법.
  8. a) 로 가스의 대기를 함유하는 연소 구역을 제공하는 단계;
    b) 저속의 연료 스트림을 다공성 벽의 하나 이상의 연료 주입 측면을 통해 연소 구역 내로 주입시키는 단계;
    c) 산화제 스트림을 연료 주입 측면으로 지향된 하나 이상의 산화제 주입 측면을 통해 연소 구역 내에 주입시키는 단계;
    d) 희석된 연료와 산화제 혼합물을 혼합시켜 불꽃 온도가 감소된 불꽃을 생성시키는 단계를 포함하여, 다공성 벽을 갖는 로에서의 연소를 수행시키는 방법.
  9. 제 8항에 있어서, 연료 스트림을 600SCFH/ft2미만의 고유 유량으로 연료 주입 측면을 통해 통과시키는 것을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 8항에 있어서, 산화제 스트림을 연료 스트림으로부터 일정 거리를 두고 통과시켜 연료 스트림이 연소 이전에 로 가스의 재순환 흐름과 혼합되게 하는 것을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 8항에 있어서, 연료 스트림을 로의 루프를 통해 통과시키고 산화제 스트림을 로의 하나 이상의 측벽을 통해 통과시키는 것을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 8항에 있어서, 혼합 구역에서 로 가스를 산화제 스트림과 혼합시켜 희석된 산화제-로 가스 혼합물을 생성시킨 후, 연료를 혼합시켜 불꽃을 생성시키는 것을 추가로 포함함을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 8항에 있어서, 로 가스를 연료 스트림과 혼합시켜 희석된 연료-로 가스 혼합물을 생성시킨 후, 산화제와 혼합시켜 불꽃을 생성시키는 것을 추가로 포함함을 특징으로 하는 방법.
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