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KR20030074845A - 연료 및 폐기 유체의 연소 시스템 - Google Patents

연료 및 폐기 유체의 연소 시스템 Download PDF

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KR20030074845A
KR20030074845A KR10-2003-7011203A KR20037011203A KR20030074845A KR 20030074845 A KR20030074845 A KR 20030074845A KR 20037011203 A KR20037011203 A KR 20037011203A KR 20030074845 A KR20030074845 A KR 20030074845A
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KR
South Korea
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fluid
combustion gas
fuel
flow
gas mixture
Prior art date
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Application number
KR10-2003-7011203A
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KR100653025B1 (ko
Inventor
로렌스 이.3세 부울
존 얼링 앤더슨
글렌 윌리암 아놀드
크리스토퍼 브라이언 레져
Original Assignee
프랙스에어 테크놀로지, 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

본 발명은 폐기 유체(8)와 같은 난연성 유체의 연소용 시스템에 관한 것으로서, 연료(1)와 기체상 산화제(4)를 고온 연소 기체 쳄버(3)에서 연소시켜 빠른 속력으로 가속된 일정한 흐름, 즉 비펄싱 흐름을 갖는 고온 연소 기체 혼합물을 형성하고, 이후 유체를 분무하고 연소시키는 것을 특징으로 한다.

Description

연료 및 폐기 유체의 연소 시스템 {FUEL AND WASTE FLUID COMBUSTION SYSTEM}
본 발명은 일반적으로 연소가능한 유체의 연소에 관한 것이고, 특히, 폐기 유체의 연소에 관한 것이다.
현재 연료와 폐기물을 연소시키는 수많은 장치가 존재한다. 이 장치에는 연소 시스템, 예컨대 가공열, 스팀 또는 동력을 생성하기 위해 연소에 의해 발생하는 열을 이용하는 보일러 및 웨이스트-투-에너지(waste-to-energy) 설비가 포함된다. 그밖의 일반적인 연소 설비로는, 주된 목적이 폐기물 파기인 장치들, 예컨대 회전식 화로, 복식 노변 소각로 및 유동층 소각로가 있다. 이러한 장치들은 광범한 재료를 연소시키는데 이용되고, 이들에 의해 통상적으로 저 발열량의 폐기물, 수성 폐기물 또는 물리적으로 다루기 어려운 슬러지와 같은 폐기물을 처리할 수 있다. 그러나, 이러한 성능은 고비용을 초래하고; 이 장치들이 기계적으로 복잡하고, 자본 집약적이며, 보수 집중적이고, 이들은 일반적으로 발열량이 거의 없는 폐기물을 연소시킬 때 연료 집약적이기까지 하다. 액체 폐기물, 예컨대 폐오일이 충분히 높은 발열량을 갖는 경우, 종종 산업노에서 연료로서 이용된다. 그러나, 통상의 버너가 이들과 함께 안정한 플레임을 생성하지 않으므로 이러한 목적으로 이용될 수 없는 액체 폐기물 스트림이 다수 존재한다. 결과적으로, 이러한 폐기물은 상당한열 에너지를 함유함에도 불구하고 훨씬 높은 비용으로 폐기되어진다.
수성 폐기물은 상당히 많은 물을 함유하므로 당연히 연료로서 이용될 수 없다. 특히, 이들을 소각해야 한다면, 처리 비용이 대단히 증가할 수 있다. 현재에는 이들을 단순히 노로 분무시키고, 여기에서 물의 증발열을 제공하기 위해 다른 연료들을 연소시킨다. 슬러지는 그 불충분한 물리적 취급 특성으로 인해, 특히 문제가 된다. 이들는 높거나 낮은 발열량을 가질 것이나, 일반적으로 점착성 및 응집하려는 성향으로 인해 연소시키기 어렵다. 예를 들어, 폐수 처리 시스템에서 얻어진 슬러지는 복식 노변 노 또는 유동층 소각로에서 대부분 배타적으로 연소되고, 그 주된 이유는 이러한 노가 마개 없이도 점착성 재료를 취급할 수 있기 때문이다.
현재의 산업 관례는 이러한 불충분한 특성의 폐기물을 연료로서 사용하지 않는 것이다. 통상적으로 이러한 폐기물은, 기계적으로 복잡하고, 자본 집약적이며, 보수 집중적이고, 일반적으로 발열량이 거의 없는 폐기물을 연소시킬 때 연료 집약적인 회전식 화로, 복식 노변 소각로 및 유동층 소각로와 같은 단지 전용노에서만 소각될 수 있다.
회전식 화로는 기계적으로 복잡하며 조작 및 유지에 비용이 많이 드는 경향이 있다. 복식 노변 소각로는 특히 폐수 처리 공정에서 얻은 슬러지를 처리하도록 설계된다. 이들은 슬러지를 붕괴하고, 노를 통해 이것을 이동시키며, 이것을 플레임에 노출시키는 기계팔에 의지한다. 이러한 소각로는 높은 자본, 조작 비용 및 유지 비용과 관련하여, 회전식 화로보다 기계적으로 보다 복잡하다. 슬러지의 수분 함량에 따라서, 이러한 소각로가 다량의 보조 연료를 필요로 할 수 있다. 그특수한 설계로 인해, 이들 노는 수분 함량, 휘발성 유기물 함량 및 슬러지의 물리적 농도가 다양한 폐기물을 취급하는데 열악하다. 예를 들어, 이러한 노는 총 공급 슬러지의 소수 퍼센트보다 많은 양의 유지-포함 찌끼가 공급될 때, 곤란함을 겪는다. 폐수를 걷어내는 작업에서 유래된 찌끼는 발연, 높은 유기물 방출, 국부 과열, 및 대체로 열등한 작업성을 초래한다. 또한 극단적으로, 표준보다 훨씬 더 침윤된 슬러지는 폐기물 처리량의 급격한 감소, 높은 연료 요구, 유기물의 완전한 분해를 달성하는데 어려움을 야기할 수 있다.
유동층 소각로는 아래로부터 공기와 함께 유동화되는 불활성 층의 재료를 이용한다. 이러한 설계는, 유동층의 난류 및 열적 관성이 수분-함유 폐기물에 급속한 건조를 제공하므로 습윤 재료를 소각하는데 적절하다. 그러나, 이 설계는 기계적으로 복잡하고 비교적 다량의 고압 유동 공기를 필요로 한다. 효과적인 소각을 달성하기 위해 정밀한 제어가 유지되어야 한다. 유동 공기의 양은, 공기가 지나치게 많으면 입자의 마찰을 야기하고, 지나치게 적으면 유동화의 손실 및 층에서의 국부적인 냉점을 유발하므로, 층의 질량에 대하여 신중하게 평형을 이루어야 한다. 또한, 층의 온도는 폐기물의 공급 속도와 보조 연료의 공급 속도를 제어함에 의해 신중하게 평형을 이루어야 한다. 온도가 지나치게 낮으면, 유기물 방출이 문제가 되고, 온도가 지나치게 높으면, 융합된 재가 층을 집적시켜 유동화에 손실을 입힐 것이다. 몇몇 유형의 슬러지가 거대 덩어리로 집적되는 것이 또한 문제가 될 수 있다.
난연성 폐기물과 연료를 다루는 한가지 방법은 펄스(pulse) 연소 시스템을이용하는 것이다. 쳄버 기하학 및 연소 쳄버의 동작 조건이, 연소 동안 생성되는 음향 또는 압력, 파동을 에너지 방출과 일치시키는 그러한 조건일 때, 안정하며 높은 주파수의 진동 흐름이 형성된다. 이러한 진동 흐름은 열의 전달과 반응 시스템에서의 반응 동력을 현저히 증가시킬 수 있다. 펄스 연소기를 분무기와 결합시, 압력 파동은 유체를 분무하는 한편 고온 연소 생성물은 소적을 건조시킨다. 이러한 시스템으로 많은 유형의 재료를 취급할 수 있으나, 이들 시스템은 음향파와 에너지 방출간 정확한 상관계를 유지하기 위해 매우 정밀하게 설계되고 조작되어야 한다.
본 발명의 개선된 연소 시스템은, 많은 폐기 유체를 용이하게 처리하는 것 이외에, 중유, 석탄-수 슬러리, 오리멀션 및 혼합 고체 연료와 같은 그밖의 난연성 유체 뿐 아니라 통상의 연료를 연소시킬 때에도 이로운 효과를 제공할 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 폐기 유체 및 그밖의 난연성 유체를 연소시키기 위한 개선된 시스템을 제공하는 것이다.
발명의 요약
본 설명의 해석에 의해 당업자에게 명백한 상기 목적 및 그밖의 목적이 본 발명에 의해 달성되고, 이것의 일면은,
(A) 연료를 기체상 산화제와 접촉시키고 기체상 산화제의 일부를 이용하여 연료를 연소시켜 기체상 산화제를 함유하는 고온 연소 기체 혼합물을 생성하고,
(B) 노즐을 통해 고온 연소 기체 혼합물을 통과시켜 일정한 흐름을 갖는 고속 연소 기체 혼합물을 형성하며,
(C) 일정한 고속 흐름의 연소 기체 혼합물을 난연성 유체의 흐름과 접촉시키고, 일정한 고속 흐름의 연소 기체 혼합물과의 접촉에 의해 상기 유체의 상당 부분을 분무하고,
(D) 일정한 고속 흐름의 연소 기체 혼합물의 기체상 산화제와의 반응에 의해 분무된 유체를 연소시키는 것을 포함하는 난연성 유체의 연소 방법에 관한 것이다.
본 발명의 또다른 일면은,
(A) 고온 연소 기체 쳄버, 고온 연소 기체 쳄버로 연료의 비-펄싱 흐름을 공급하는 수단 및 고온 연소 기체 쳄버로 기체상 산화제의 비-펄싱 흐름을 제공하는 수단;
(B) 분무 쳄버 및 분무 쳄버로 난연성 유체를 공급하는 수단;
(C) 고온 연소 기체 쳄버로부터 일정한 유체의 흐름을 수용하고 분무 쳄버로 일정한 흐름의 유체를 배출하기 위해 배치된 노즐; 및
(D) 분무 쳄버와 흐름 연통되는 연소 구역를 포함하는 난연성 유체의 연소 장치에 관한 것이다.
본원에서 이용된 용어 "분무(atomizing)"는 다수의 소적 또는 입자의 형태로 만드는 것을 의미한다.
본원에서 이용된 용어 "노즐"은 유체를 수용하는 입구 및 유체를 배출하는 출구를 갖는 장치를 의미하는 것으로서, 이에 의해 유체는 장치로 들어올 때보다 높은 속도로 장치를 빠져나가게 된다.
본원에서 이용된 용어 "폐기 유체"는 고체(슬러지)든 액체이든, 그 본질에의해 재사용될 수 없어서 처분되어야 하는 잔류물이든 부산물이든 간에, 통상적으로 유기물을 함유하는 유체를 의미한다.
본원에서 이용된 용어 "난연성 유체"는 폐기 유체, 통상의 연료, 중유, 석탄-수 슬러리, 오리멀션 및 연소가능한 혼합 고체 중의 하나 이상을 의미한다.
본원에서 이용된 용어 "일정한 흐름(steady flow)"이란 비-진동성 또는 비-펄싱 흐름, 즉 벌크 흐름의 급속한 중단이나 방향의 반전 없이 연속하여 이동하는 유체의 흐름을 의미한다.
도면의 간단한 설명
도 1은 본 발명의 바람직한 일례가 되는 유체 연소 시스템의 개략도이다.
도 2는 저 발열량 유체를 연소시키기 위해 가열된 산소를 이용하여 얻을 수 있는 플레임 온도의 그래프를 도시한 것이다.
발명의 상세한 설명
본 발명을 도면을 참조로 상세히 기술한다. 도 1에서, 연료(1)를 연료 튜브(2)로 공급하고, 이 튜브는 연료를 비-펄싱 흐름으로 고온 연소 기체 쳄버(3)로 운반한다. 연료는 메탄, 프로판, 천연가스, 연료유, 케로센 등과 같은 임의의 적절한 유체 연료일 수 있다.
기체상 산화제(4)를 기체상 산화제 튜브(5)로 공급하며, 이 튜브는 기체상 산화제를 비-펄싱 흐름으로 고온 연소 기체 쳄버(3)로 운반한다. 기체상 산화제는 공기, 산소-농축 공기 또는 99.5 몰% 이상의 산소 농도를 갖는 시판 산소일 수 있다. 연소 쳄버에 유체를 공급하기 위해, 펄스 연소 시스템에서 맥동 흐름을 생성하기 위해 이용되는 것과 같은 공기역학적 밸브 또는 기계적 밸브를 이용하지 않는다. 본 발명의 실행에서, 연소 쳄버로의 유체의 흐름이 외부적으로 제어된다. 기체상 산화제의 산소 농도는 21 몰% 이상인 것이 바람직하고, 가장 바람직하게는 75 몰% 이상이다.
고온 연소 기체 쳄버(3)내에서, 연료와 기체상 산화제가 혼합되고 연소 반응으로 반응하며, 이 때 기체상 산화제의 전체가 아닌 일부 산소가 연료와 함께 연소된다. 고온 연소 기체 쳄버(3)내에서 연료와 기체상 산화제의 반응은 연소 반응 생성물, 예컨대 연소되지 않은 잔여 기체상 산화제 뿐 아니라 이산화탄소 및 수증기를 포함하는 고온 연소 기체 혼합물을 생산한다. 고온 연소 기체 쳄버(3)의 한정된 부피내에서의 연소 반응으로 인해, 쳄버(3)내 연소 기체 혼합물의 온도가 300℉ 이상, 일반적으로 1000℉ 내지 3000℉ 범위가 된다.
고온 연소 기체 혼합물이 일정한 흐름으로 고온 연소 기체 쳄버(3)에서 노즐(6)의 입구로 이동한다. 노즐(6)은 관의 끝, 도 1에 도시한대로 수렴 노즐일 수 있거나, 수렴/발산 노즐일 수 있다. 고온 연소 기체 혼합물이 노즐(6)을 통과함에 따라, 고속으로 가속된다. 노즐(6)은 분무 쳄버(7)와 연통한다. 고온 연소 기체 혼합물이 일정한 흐름으로 노즐(6)의 출구에서 분무 쳄버(7)로 이동하고, 고속 고온의 연소 기체 혼합물은 일정한 흐름 및, 가열되지 않은 입구의 기체상 산화제보다 높은, 초당 300피트(fps) 이상의 속도를 가지며, 일반적으로 그 속도는 1000fps 내지 3000fps의 범위이다.
폐기 유체와 같은 난연성 유체(8)를 유체 튜브(9)로 공급하며, 이 튜브는 폐기 유체를 분무 쳄버(7)로 운반한다. 도면에 도시된 본 발명의 구체예에서, 폐기 유체의 흐름이 분무 쳄버(7)를 통과하는 고속 고온 연소 기체 혼합물의 흐름에 대해 약 90도의 방향으로 분무 쳄버(7)로 공급된다. 그러나, 쳄버(7)내에서 유체 흐름과 고속 고온 연소 기체 혼합물의 스트림의 접촉은 약 0도, 즉 실질적으로 폐기 유체 스트림과 고속 고온 연소 기체 혼합물 스트림의 흐름이 분무 쳄버(7)내에서 일직선으로 정렬되는 것을 포함하는, 임의의 유효한 각도가 가능한 것으로 이해된다.
본 발명은 분무를 달성하기 위해 일정한 흐름의 난류 기체를 고온 및 고속으로 이용하는 점에서 난연성 유체를 분무시키기 위해 펄스 또는 진동을 이용하는 종래의 시스템과 구별된다. 진동 또는 맥동 흐름 시스템은 압력 파동을 이용하여 유체를 소적으로 깨뜨린다. 이러한 압력 펄스는, 사람의 청력이 가장 민감하게 느끼는 1000 내지 6000Hz의 주파수에서 강한 소음을 유발한다. 대조적으로, 본 발명은 보다 낮은 강도의 일정한(우세한 주파수 없음), 난류젯 소음을 생성하고, 이것은 주어진 음향 강도에서 덜 불쾌하다. 또한 압력 펄스는 버너와 여기에 부착된 여하한 장비에 진동 응력을 유발하고, 이것은 재료의 피로 파괴 및 응력 부식 균열과 같은 문제를 초래한다. 하류 성분 또는 내화 라이닝으로 전달되는 이러한 진동 응력이 이들 성분의 유효 수명을 현저히 감소시킬 것이다. 본 발명은 압력 펄스 또는 진동이 존재하지 않으므로 이러한 모든 논쟁을 벗어난다. 추가로, 진동 흐름은 각 부분의 펄스에 대해 방향을 반전시키며, 이것은, 잠재적으로 이들 부분에서 축적, 부식 또는 침식을 초래하고, 분무된 유체 소적 또는 입자를 공진기 튜브 또는펄스 연소실 쳄버로 끌어들일 수 있다. 이 영역에서 소적을 연소시키면, 버너의 국부 과열이 야기될 수 있다. 본 발명은 한 방향의 일정한 흐름을 가지므로, 연료 입자 또는 소적이 노즐을 통해 산소 연소 쳄버로 거슬러 오르는 것을 방지한다. 마지막으로, 펄스 연소실로부터 유체를 분무하는 온도 및 조성이 불안정하므로, 탄화수소, NOx, CO 또는 매연의 방출이 보다 많을 수 있다.
또한 펄스 흐름 시스템은 본래부터 본 발명보다 복잡하다. 펄스 연소실은 특히 설계 및 제작에 상당히 전문적인 지식을 필요로 하는 동조 장치이고 통상적으로 제한된 범위의 흐름 및 조건하에서 동작되어야 한다. 최적의 조건으로 동작시키기 위해서는 장치의 특수한 튜닝 요청이 빈번히 보수될 것을 필요로 한다. 본 발명은 이동 부분이 없고 이따금씩의 청소 외에는 튜닝 또는 보수가 필요 없다. 추가로, 공기역학적 흡기 밸브가 사용된다면, 이들을 설계하는데 상당한 노력이 요구되고, 비교적 좁은 범위의 흐름 속도에 대해서만 적합할 것이다. 만약 기계적 흡기 밸브를 사용한다면, 이들은 이동 부분 대상에 부적절하고 보수를 필요로 한다. 조작 범위가 좁은 장치는 부하조정을 제한하고, 하드웨어와 흐름의 상당한 변동 없이는 온도 및 조성과 같은 기체 특성의 변화에 대한 유연성이 제한된다. 대조적으로, 본 발명은 이동 부분이 없고 외부적으로 조절된 연료 및 산화제 흐름을 갖는 매우 단순한 설계이며, 단지 최적의 동작을 위해 이따금 청소가 필요할 뿐이다. 추가로, 본 발명은 연소를 지속하는 단순한 난류 확산 버너를 이용하며, 이것은 광범한 범위의 흐름 및 조건에서 안정하다.
본 발명의 바람직한 수행에서, 고온 연소 기체 쳄버(3) 및 분무 쳄버(7) 중의 하나 이상, 바람직하게는 둘 모두가 실질적으로 원통형이고, 즉, 그 길이를 따라서 실제로 동일한 직경을 갖는다. 원통형은 본 발명에서 중요한 일정한 흐름을 달성하는데 도움이 된다.
본 발명의 수행에 이용될 수 있는 수많은 유체 중에서, 오물 슬러지와 같은 슬러지, 저 발열량 액체, 수성 폐기물, 스키밍(skimmings)과 같은 중간 발열량의 높은 점성 유체, 및 현탁 고체의 슬러리를 거론할 수 있다.
비록 본 발명이 임의의 발열량과 유동가능한 점도를 갖는 유체의 연소에 이용될 수 있으나, 비교적 낮은 발열량, 예컨대 10,000 BTU/lb 미만, 통상적으로 1000 내지 6000 BTU/lb, 및/또는, 예컨대 1 센티푸아즈와 같은 낮은 점도의 유체를 가공하는데 이용될 수도 있으나, 비교적 높은 점도, 예컨대 20 센티푸아즈 이상의 점도를 갖는 유체를 연소시키는데 특히 이용될 것이다.
저 발열량의 유체를 연소시키기 위해 가열된 산소를 이용하여 얻어지는 효과가 도 2에 도시된다. 도 2에 제시된 데이터에서, 전술한 구체예와 유사하게, 주위 온도의 산소가 천연 기체와의 연소에 의해 어떠한 온도까지 가열되는 것으로 가정한다. 이후 이렇게 가열된 산소를 발열량이 5000 BTU/lb, 3000 BTU/lb, 또는 1500 BTU/lb인 유체를 연소시키는데 이용한다. 이 구체예에서, 배연이 약 1 부피%, 중량%의 산소를 함유하도록 하는 과잉 산소가 공급되는 것으로 가정한다. 도 2에서 확인할 수 있듯이, 산소 온도를 증가시키는 것이 폐기물의 분무를 개선시킬 뿐 아니라 플레임의 온도를 증가시킨다. 따라서, 1500 BTU/lb 정도로 적은 발열량을 갖는 수성 폐기물일지라도, 1500℉의 온도에 도달하는 것이 가능하다. 산소가 3000℉를 넘게 가열된다면 보다 높은 온도를 이용할 수 있다.
분무 쳄버(7)내에서, 폐기 유체의 흐름과 고속 고온 난류 연소 기체 혼합물의 일정한 흐름을 접촉시키면 폐기 유체 흐름의 적어도 일부, 바람직하게는 폐기 유체 흐름의 대부분 또는 실질적으로 전부가 분무된다. 폐기 유체의 흐름과 접촉하는 고속 고온 연소 기체 혼합물이 분무 효과를 상승시킨다. 고온 기체의 이용은 여러 방법으로 분무 공정을 개선시킨다. 이러한 개선 정도를 설명하기 위해 다음의 노즐 방정식을 이용할 수 있다.
상기 식에서:
R = 기체 상수
To = 기체 온도
P = 출구 압력
P0= 공급 압력
M = 기체의 분자량
γ = 비열의 비 Cp/Cv
gc= 중력 상수
U = 기체 속도
기체의 온도를 증가시킴으로써 보다 낮은 공급 압력을 이용하여 동일한 속도가 달성된다. 선택적으로, 공급 압력을 일정하게 유지하면서, 노즐을 통과하는 기체 속도를 훨씬 더 증가시킬 수 있다.
속도에서의 이러한 증가가 고속 고온 연소 기체 스트림에서 유체 흐름으로 전달할 수 있는 에너지를 증가시키고, 따라서 보다 많은 유체가 분무되고, 주어진 조건에 대하여 보다 작은 평균 직경의 소적을 형성시키는 분무가 초래된다. 또한 고온의 기체는 고속 고온 연소 기체 스트림에서 유체로 열을 전달하도록 기능한다. 열 전달은 연소가능한 유체의 건조 및/또는 점화를 향상시킨다. 따라서 본 발명의 방법은 유체로의 기계적 에너지 및 열적 에너지 모두를 유효하게 증가시키고 에너지의 이러한 연합 증가는 상승적으로 유체의 개선된 분무 및 점화로 바뀐다.
고속 고온 연소 기체 혼합물을 따라 분무되는 유체는 분무 쳄버(7)로부터 연소 구역(18)을 통과하고, 여기에서 분무된 폐기 유체가 고속 고온 연소 기체 혼합물의 기체상 산화제와 함께 연소된다. 도 1에 예시된 본 발명의 구체예에서, 연소 구역(18)이 분무 쳄버(7)와 흐름 연통되는 분리된 엔클로저로서 도시된다. 그러나, 분무 쳄버와 분무 쳄버의 연소 구역 하류는 인접하는 단일한 엔클로저일 수 있다.
폐기 유체의 높은 분무 정도가 연소 구역내에서 연소 반응의 효율을 개선시킨다. 더욱이, 폐기 유체의 분무를 촉진시키는 일정한 흐름의 고속 고온 연소 기체 혼합물의 빠른 속도는 연소 구역내에서 폐기 유체와 기체상 산화제의 철저하고도 균질한 혼합을 촉진시키고, 추가로 연소를 개선시킨다. 또한, 고온 연소 기체 혼합물의 빠른 속력은 연소 구역내에서 이미 반응된 재료의 재순환을 촉진하고, 이렇게 재순환되는 재료는 연소 구역으로 유입되는 재료보다 고온이므로, 플레임을 안정시키고, 추가로 연소 반응을 지지한다.
연소 구역은, 폐기 유체가 연소될 수 있는 노, 소각로 또는 버너와 같은 임의의 적절한 장치일 수 있다. 요망되는 열 전달 유체가, 예컨대 물이라면, 연소 구역(18)에서 일어난 연소 반응으로 발생된 열을 흡수하고 뒤이어 유리하게 적용하기 위해 연소 반응과 관련된 열 교환이 발생할 것이다. 연소 반응물 또는 생성물은, 연소 열을 이용하는 용융, 가열, 스팀 발생 또는 반응 초래 등을 위한 그밖의 열 소비 공정과 직접 중계될 것이다. 분무된 폐기 유체의 연소로부터 생성된 기체를, 화살표(10)로 표시한대로 연소 구역(18)으로부터 빼낸다.
만약 난연성 유체가 충분한 발열량을 갖는다면, 고속 고온 산화제 스트림을 이용하여 유체를 단지 부분적으로 연소시키는 것이 특히 바람직할 것이다. 이렇게 부분적인 연소는, 화학량론적 연소에 요구되는 것보다 많은 양의 연소가능한 재료를 기체상 산화제와 함께 공급함으로써 달성된다. 이어서 부분적으로 연소된 기체를 통상 공기의 형태인 추가의 산화제와 함께 공급한다. 이러한 부분적인 연소는 연소 반응기에서 플레임의 최고 온도를 조절하는데 이용될 수 있다. 또한, 부분적인 산화는 공기와 교환으로 연소에 필요한 산소 구입량을 감소시킴으로써 공정의 경제성을 개선시킬 수 있다.
본 발명이 특정 바람직한 구체예를 참조로 상세히 기술되었으나, 당업자라면 청구범위의 개념 및 범위내에서 본 발명의 다른 구체예가 존재함을 이해할 것이다.

Claims (10)

  1. (A) 연료(1)를 기체상 산화제(4)와 접촉시키고 기체상 산화제의 일부를 이용하여 연료(1)를 연소시켜 기체상 산화제를 함유하는 고온 연소 기체 혼합물을 생성하고,
    (B) 노즐(6)을 통해 고온 연소 기체 혼합물을 통과시켜 일정한 흐름을 갖는 고속 연소 기체 혼합물을 형성하며,
    (C) 일정한 고속 흐름의 연소 기체 혼합물을 난연성 유체(8)의 흐름과 접촉시키고, 일정한 고속 흐름의 연소 기체 혼합물과의 접촉에 의해 상기 유체 흐름의 상당 부분을 분무하고,
    (D) 일정한 고속 흐름의 연소 기체 혼합물의 기체상 산화제와의 반응에 의해 분무된 유체를 연소시키는 것을 포함하는 난연성 유체의 연소 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 고온 연소 기체 혼합물이 300℉ 이상의 온도를 가짐을 특징으로 하는 연소 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 고속 연소 기체 혼합물과 접촉하는 유체가 1 센타푸아즈 이상의 점도를 가짐을 특징으로 하는 연소 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 난연성 유체가 폐기 유체임을 특징으로 하는 연소 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 난연성 유체가 통상의 연료를 포함함을 특징으로 하는 연소 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 난연성 연료가 고온 고속 기체상 산화제를 이용하여 단지 일부만이 연소됨을 특징으로 하는 연소 방법.
  7. (A) 고온 연소 기체 쳄버(3), 고온 연소 기체 쳄버(3)로 연료(1)의 비-펄싱 흐름을 공급하는 수단(2) 및 고온 연소 기체 쳄버(3)로 기체상 산화제(4)의 비-펄싱 흐름을 공급하는 수단(5),
    (B) 분무 쳄버(7) 및 분무 쳄버(7)로 난연성 유체(8)를 공급하는 수단(9),
    (C) 고온 연소 기체 쳄버(3)로부터 일정한 흐름의 유체를 수용하고 분무 쳄버(7)로 일정한 흐름의 유체를 배출하기 위해 배치된 노즐(6), 및
    (D) 분무 쳄버와 흐름 연통되는 연소 구역(18)를 포함하는 난연성 유체의 연소 장치.
  8. 제 7항에 있어서, 노즐이 수렴 노즐(6)임을 특징으로 하는 연소 장치.
  9. 제 7항에 있어서, 분무 쳄버(7)로 유체를 공급하는 수단이 노즐의 배향과 실질적으로 수직으로 배향됨을 특징으로 하는 연소 장치.
  10. 제 7항에 있어서, 고온 연소 기체 쳄버(3) 및 분무 쳄버(7)의 하나 이상이 원통형임을 특징으로 하는 연소 장치.
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