KR100394443B1 - 공기-연료 연소 방식으로 산소-연료 연소 방식을 지원하는 방법 및 장치 - Google Patents

공기-연료 연소 방식으로 산소-연료 연소 방식을 지원하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 산소의 공급이 갑자기 감소되거나 중단되는 경우에 산소-연료 연소 장치의 연소를 지속시키는 방법과 장치에 관한 것이다. 공기 또는 산소가 농후하게 된 공기와 연료는 가열되는 장치로 도입되어 여기서 산소-연료 혼합물이 연소되고 로의 가열 수준이 유지된다. 공기 또는 산소가 농후하게 된 공기 모드에서 작동하는 경우에 배기 가스의 체적을 감소시키기 위해 로 가스의 수냉이 이루어진다.

Description

공기-연료 연소 방식으로 산소-연료 연소 방식을 지원하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR BACKING-UP OXY-FUEL COMBUSTION WITH AIR-FUEL COMBUSTION}
본 발명은 금속, 유리, 세라믹 소재 등의 다양한 제품을 위한 공업용 용융로에서 고온을 발생하기 위한 산소-연료(oxy-fuel)의 연소 방법 및 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 연소와, 산소-연료 연소법에서 산소의 이용 가능성이 감소하거나 혹은 중단되는 경우에도 연소를 지속시키기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
유리 용융과 같은 공업 프로세스에서 산소-연료 버너를 사용함으로써 로의 설계자는 화염 운동량, 유리 용융 범위 및 화염 복사 특성을 변경시킬 수 있게 된다. 그러한 버너와 연소법의 예로서 미국 특허 제5,256,058호, 제5,346,390호, 제5,547,368호 및 제5,575,637호를 들 수 있으며, 이들 특허는 참고로서 본 명세서의 내용을 이룬다.
유리 제조에서 산소-연료의 연소를 이용하는 매우 효과적인 하나의 방법 및 장치는 스테이지식(staged) 연소와 관련되어 있는데, 그 내용은 미국 특허 제5, 611,682호에 기재되어 있으며, 참고로서 본 명세서의 내용을 이룬다.
1990년대 초에 유리 제조업자는 로를 공기-연료의 연소에서 산소-연료의 연소로 전환하기 시작하였다. 산소 농도가 약 30%에 달하도록 증가되는 경우에 몇 가지 공기-연료계의 산소 농후화가 이루어졌다. NOx 오염 물질을 형성할 가능성이 증가되는 이유로 인하여 더 높은 40 ~ 80% 범위의 산소 농도는 이용되지 않는다. 산소가 90 ~ 100%의 농도로 존재하는 경우에 산소-연료의 연소를 이용하는 것이 사용자에게 경제적으로 더욱 유리한 것으로 밝혀졌다.
수많은 대형의 산소-연료 로에는 공지의 극저온 또는 진공 스윙 흡착 기법을 이용하여 현장에서 생성된 산소가 공급된다. 현장에서 생성되는 산소의 공급을 지원하는 유일한 방법으로서 액화 산소의 재고를 현장에 유지하는 것은 통상적이며 현재까지 그러한 방식이 이루어지고 있다. 따라서, 현장의 산소 발생 설비가 프로세스상의 문제 또는 정규의 유지 보수로 인하여 오프라인으로 되는 경우에, 산소-연료의 연소를 위한 산소의 공급에 액체 산소의 재고를 이용하게 된다. 현장에서 생성되는 산소를 지원하는 이러한 방법은 액체 형태로 산소를 저장하는 대용량의 절연된 탱크와, 산소-연료 프로세스로 사용하기 위해 액체 산소를 기체 산소로 변환시킬 수 있는 증발기를 요한다. 큰 공기 분리 설비로부터 현장으로 액체 산소를 운반하는 데 트럭을 이용하는 것이 통상적이다. 액체 산소의 지원을 현장의 산소 생성 시스템과 동시에 이용하는 것은, 사용자가 중단 없이 산소-연료 프로세스를 지속시킬 수 있게 된다. 예를 들어, 전술한 특허에 개시된 것들 중의 하나와 같은 산소-연료 연소 장치는 지원 시스템을 갖춘 현장 생성 시스템의 장점을 취하게 된다.
현재까지, 액체 산소의 재고를 갖춘 산소-연료 유리 로를 지원하는 것은 문제가 있는 것으로 생각되지 아니하였다. 그러나, 복수의 로가 있는 현장에서 더 많은 로를 변환하고, 더 많은 산소를 사용하는 평판 유리 로 혹은 부양식(float) 유리 로에서 산소-연료의 연소를 사용하는 경우에, 액체 산소의 지원은 그 저장 탱크와 증발기의 설비 비용이 높다는 이유 때문에 사용자에게 중대한 관심사였다. 비용 문제에 더하여, 액체 산소를 현장으로 운반하는 것과, 액체 산소를 생성하는 데 이용되는 근처의 공기 분리 설비로부터 즉각 이용 가능한 액체 산소를 충분히 확보하는 것과 관련된 보급 업무의 문제가 생긴다. 원거리에 있는 사용자 측으로의 액체 산소를 운송하는 것도 매우 어렵고 곤란한 문제이다.
통상적으로, 유리 로를 공기-연료 방식에서 산소-연료 방식으로 전환하는 경우에, 재생기 및 공기 공급 시스템과 같은 열 회수 장치가 제거된다. 사용자에게 있어서, 산소-연료 방식으로 전환하는 동기 중의 하나는 열 회수 장치를 제거하는 데 따르는 설비 비용의 감소이다. 산소-연료 버너의 구조로 인하여, 현재 사용되는 통상의 연소 장치에서 단순히 산소를 공기로 대체하는 것만으로는 로를 운전할 수 없다. 산소-연료 버너에서 공기를 이용하여 등가량의 함유 산소를 공급하는 데 따르는 압력의 필요 조건은 매우 높고 값비싼 공기 공급 시스템을 필요로 한다. 더욱이, 몇 가지 산소-연료 버너는 등가의 발화 속도로 연소시키는 경우에 음속류에 의해 제한된다.
산소 공급이 감소되거나 중단되는 산소-연료의 연소를 이용하는 경우에, 통상의 기법은 로를 "고온 유지(hot hold)"라 불리는 상태로 유지하는 것이다. 고온 유지는 생산이 중단된 상태에서 유리가 응고되지 않도록 로를 고온으로 유지하는 것이다. 유리가 응고되는 것을 방치하면 로가 심각하게 손상된다. 몇몇 회사는 냉각된 로를 수리한 후에 가열하는 것을 전문으로 하고 있다. 이들은 로의 온도를 최초로 상승시키는 데 특별히 고안된 공기-연료 버너를 이용한다. 산소 공급이 중단되는 경우에, 고온 유지를 위하여 충분히 가열하는 데에 동일한 버너가 이용될 수 있다. 이 과정에서 제조를 위한 어떠한 특별한 온도 프로파일도 시도되지 않았으며, 이들 장치에 의해 도달하는 최고 온도는 약 2200℉가 될 수 있다. 이 온도는 유리 제조에 충분하지 않고 유리 생산자에 의해 이용되는 최소한의 사양이다. 유리 생산자가 유리를 제조하지 못하는 데 따르는 손실은 유리 제조 라인의 후공정의 중단뿐만 아니라 제품 판매 시기를 놓친다는 측면에서도 크다.
따라서, 산소의 이용 가능성이 감소 또는 중단된 경우에도 유리 제조에 이용되는 로에서의 생산을 유지하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이 확실히 요구된다.
도 1은 종래의 스테이지식 연소 장치의 개략적 사시도이고,
도 2는 도 1의 선 2-2에서 취한 단면도이고,
도 3은 본 발명에 따른 장치의 개략적 사시도이고,
도 4는 도 3의 장치의 버너 블럭 또는 예비 연소기의 정면도이고,
도 5는 0의 생산량으로부터 최대 생산량까지의 조건에서의 표준화된 산소 유량에 대한 표준화된 메탄 유량의 선도이고,
도 6은 도 5의 생산 속도에서의 표준화된 산소 유량에 대한 산소 농도의 선도이고,
도 7은 몇개의 생산 속도에서의 표준화된 산소 유량에 대한 표준화된 배기 가스 유량의 선도이고,
도 8은 0의 생산량으로부터 최대 생산량까지의 생산 속도에서의 산소 유량에 대한 공기로 희석된 후의 표준화된 배기 가스 유량의 선도이고,
도 9는 0의 생산량으로부터 최대 생산량까지의 로의 생산량에서의 표준화된 산소 유량에 대한 물로 희석된 후의 표준화된 배기 가스 유량의 선도이다.
본 발명은 유리 용융 로와 같은 공업용 로에서의 생산량을 유지하는 데에 산소의 농후화 여부에 관계없이 이용될 수 있는 것으로서, 공기-연료 연소 장치로 산소-연료 연소 장치를 지원하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 산소-연료, 공기-연료 또는 산소가 농후하게 된 공기-연료 모드에서의 운전을 가능하게 하는 장치가 안출되었다. 본 발명에 따른 버너에는, 공기-연료 모드로 운전하는 경우에 버너 전체를 통하여 용인될 만한 압력 강하가 있는 산소-연료 모드의 매우 낮은 속도로의 운전과 관련된 독특한 특징이 있다. 본 발명에 따른 버너는 프로세스를 실시하는 데 산소의 농후화를 이용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 미국 특허 제5,611,682호에 기재된 것과 같은 종래의 버너 블럭은 연소 장치를 산소-연료 연소 모드 또는 공기-연료 연소 모드의 양 모드 사이에서 연소 장치가 신속하게 전환시킬 수 있는 산소-연료 연소 또는 공기-연료 연소를 위해 사용될 수 있다. 본 발명에 따르면, 산소 공급 문제가 발생하는 경우에, 산소-연료 버너는 꺼지고 단락되어, 버너 블록에 연결되는 동일한 구성의 공기-연료 지원 버너로 대체된다. 공기-연료 지원 시스템으로 인하여, 사용자는 용융 공정에 사용되고 있었던 이전의 공기-연료 시스템으로부터의 공기 공급 시스템을 계속 사용하거나 공기 송풍기가 지원 시스템의 일부로서 제공될 수 있다. 본 발명에 따른 공기 연료 버너는 산소-연료 버너보다 실질적으로 큰 속도로 연소할 수 있어야 한다.
따라서, 본 발명은 그 일면으로서 산소-연료의 연소를 이용하여 상승된 온도로 로를 고온으로 가열해 두기 위한 방법에 관한 것으로, 화염용 및 산화제용의 산소 공급이 제거되거나 중단되는 경우에, 산소-연료 화염이 상기 로에 도입되고, 산화제(oxidizer) 스트림이 상기 산소-연료 화염 아래로 도입되며, 상기 방법은, 산소가 연소를 위한 유일한 산화제인 경우의 버너 발화 속도를 대략 유지하는 속도로 도입되는 공기 또는 산소가 농후하게 된 공기 중의 하나로 화염을 대체하는 단계와, 상기 화염의 밑으로 도입되는 산화제를 상기 연료와 대체하여 연소가 이루어지고 상기 로 내의 온도를 유지하는 단계로 이루어진다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 화염을 생기게 하는데 적합한 산소-연료 버너로서 이 버너에 부착한 예비 연소기를 갖춘 산소-연료 버너를 구비하는 타입의 연소 장치에 관한 것으로, 여기서 상기 예비 연소기에는 버너의 화염측 단부에 대해 유밀 관계에 있는 제1 단부와 공업용의 환경에서의 가열을 위해 버너에 의해 생기는 화염을 유도하는 데 적합하고 대략 평평한 팬형 구조의 제2 단부를 갖는 제1 통로와, 제1 통로의 밑으로 그리고 같은 영역을 차지하여 배치된 예비 연소기 내의 별개의 제2 통로로, 화염 밑에서 일반적으로 화염에 대하여 평행하게 산화용 유체를 유도하기 위해 예비 연소기의 제2 단부에 있어서 노즐 단부에서 종단되는 제2 통로를 구비하며, 상기 연소 장치는, 화염 대신에 공기 또는 산소가 농후하게 된 공기 중의 하나를 버너를 통과시켜 예비 연소기로 도입하기 위한 제1 수단과, 산화용 유체 대신에 연료를 예비 연소기의 별개의 제2 통로로 도입하기 위한 제2 수단을 포함하고, 이로써 상기 연소 장치는 산소의 공급이 감소하거나 중단되는 경우에도 상기 공업용의 환경을 계속 가열할 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 로에서 배출되는 배기 가스를 액체의 물로 냉각함으로써, 본 발명의 방법과 장치에 따라 가열되는 로의 배기 가스 체적을 줄이는 것을 고려한다.
본 발명의 또 다른 측면으로서, 본 발명은 산소-연료의 연소를 대신해서 공기-연료의 연소를 이용하여 공업용 환경의 가열을 유지하여, 필요로 하는 레벨의 가열을 하는데 충분한 체적이 되도록 하여 공기 또는 산소가 농후하게 된 공기를 상기 환경중으로 도입하는 것에 관한 것이다. 이러한 측면에서 배기 가스의 수냉은 배기 가스 체적을 낮추는 데 유리한 것이 된다.
본 발명은 공기-연료의 가열 장치로 산소-연료 가열 장치를 지원하는 방법과 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 공기-연료의 지원 장치는 공기의 산소 농후화에 관계없이 작동할 수 있다. 본 발명에 따른 버너는, 적어도 2개의 별개의 모드, 예컨대 산소-연료 또는 공기-연료 모드의 운전을 가능하게 한다. 이 버너의 또 다른 특징은 산소-연료 모드에서 매우 낮은 속도로 운전되어 공기의 산소 농후화와 관계없이 공기-연료 모드에서 운전하는 경우에 버너에서의 압력 강하가 용인할 만한 것으로 되게 해주는 것이다. 본 발명의 목적상 산소-연료의 연소는 산소가 80 내지 100 체적%로 연소되는 것을 의미한다. 산소의 농후화는 산소의 농도가 22 내지 80 체적%의 범위에 드는 것을 의미한다.
본 발명에 따르면, 산소-연료에서의 운전이나 혹은 공기-연료에서의 운전 중에 동일한 버너 블럭 또는 예비 연소기를 사용하여, 연소 장치를 하나의 모드에서 다른 모드로 신속하게 전환하는 것을 가능하게 할 수 있다. 이용자가 산소 공급의 문제를 직면하는 경우에 있어서, 산소-연로 버너는 꺼지고 단락되어, 버너 블럭에 동일하게 연결된 공기-연료 지원 버너로 대체된다. 공기-연료 지원 시스템을 이용하면, 유리 제조자는 산소-연료의 연소로의 전환 전에 그 공기 공급 시스템을 존재한 상태로 유지하거나, 송풍기가 지원 시스템의 일부로서 공급될 수 있다. 공기-연료 지원 버너는, 지원 받는 산소-연료 버너의 발화 속도보다 실질적으로 더 높을 속도로 연소할 수 있는 것이 중요하다.
공기-연료 지원 버너는 질소를 가열하고 배출하는 데 따른 부가의 에너지 손실이 있기 때문에 보다 큰 발화 속도를 필요로 한다. 더욱이, 지원 시스템에서 연소를 위해 사용되는 공기는 통상 예열되어 있지 않으므로 통상의 공기-연료 로에 비해 로의 효율이 감소된다. 단순화한 열역학 계산에 따르면, 예열되지 않은 공기를 연소에 사용하는 경우에는 연료의 발화 속도를 높일 필요가 있다. 이러한 예에서의 가정은, 연료와 산소가 지나친 산소 없이 또한 중간 생성물을 남기지 않고 완전히 반응하는 것, 모든 가스(예를 들어, 메탄, 공기 또는 산소)는 77 ℉로 로에 도입된다는 것, 그리고 모든 가스는 완전 연소 후에 2800 ℉로 로에서 배출된다는 것이다. 이러한 조건하에서, 이용할 수 있는 동일한 열을 유지하기 위해서는, 공기로 발화하는 경우의 발화 속도는 100%의 산소로 발화하는 경우의 발화 속도의 2.65배일 필요가 있다. 이용할 수 있는 열은 로에서 가열 손실을 충당하도록 피처리물 (charge)에 전해지는 에너지이다.
따라서, 산화제의 총 체적 유량은 산소의 유량이 감소함에 따라 상당히 증가된다. 산화제 스트림의 체적은 질소가 더해짐으로 인하여 4.76배로 증가하고 더 높은 발화 속도에 대한 요구로 인하여 2.65배 증가한다. 이는 산소를 완전히 공기로 대체하는 경우에 산화제 스트림의 유량이 약 12.6배 증가한다는 것을 의미한다.
산소-연료 버너 조립체에서 공기-연료 연소를 이용하는 데 있어서 주된 관심사는 더 높은 가스 체적 요구를 충족하는 데 요구되는 공기의 공급 압력이다. 본 발명은 낮은 속도의 산화제계를 이용한다. 따라서, 공기-연료 모드에서 발화하는 경우에도 압력 강하는 상대적으로 저렴한 공기 송풍기의 사용이 가능할 정도로 충분히 작고, 산소-연료의 발화의 경우에 사용되는 것과 동일하거나 또는 그것보다 큰 버너의 발화 속도를 유지한다. 이로써 유리를 용융하는 자와 같은 사용자가 산소의 공급의 긴급한 손실 또는 중단시에 지원 모드로 운전하는 경우에 생산의 계속을 가능하게 한다.
버너의 임의의 지점에서 산화제의 속도가 약 90 ft/sec 보다 빠른 산소-연료 버너의 설계는, 최대한의 생산량에서 산화제로서 공기가 사용되는 경우에 해당하는 발화 속도에서 음속으로 제한된다. 음속은 a =에 의해 정해지는데, 여기서 k는 비열비(공기는 1.4), R은 기체 상수(287 J/㎏K)이고, T는 절대 온도이다. 25 ℃(77 ℉)의 공기에서 음속은 346 m/sec(1135 ft/sec)이다. 산소 속도가 100 ft/sec인 산소-연료 버너에서 공기를 이용하는 경우에 해당하는 유량은 그 량의 12.6배, 혹은 1260 ft/sec로 음속보다 크다. 따라서, 음속의 제한을 회피하기 위해서는, 버너 조립체의 어떠한 부품의 변경도 없이 산소를 완전히 공기로 대체하고자 하는 경우에는, 산소-연료 버너는 산소의 속도가 90 ft/sec 미만이 되도록 설계되어야 한다. 별법으로서, 이러한 제한은 운전 모드의 전환을 행할 때 버너 본체를 변경하는 본 발명의 일 측면에 따라 회피할 수 있다. 버너 블럭은 공기-연료 운전 중에 외관상의 속도가 음속 미만이 되도록 설계되어야 한다.
특히 산화제의 통로를 통한 12.6배의 체적 유량으로 정격 발화 용량의 2.65배로 운전하는 통상의 산소-연료 버너에서는 화염의 형상도 중요하다. 후술하는 본 발명의 실시예는 산소-연료 및 공기-연료 운전의 양자에 적절한 화염 형상을 제공한다.
따라서, 산화제 공급 압력, 속도 제한, 화염 형상과 관련된 문제가 본 발명에 따라 극복된다. 본 발명의 발명자들은 미국 펜실베니아주의 알렌타운에 소재하는 에어프로덕츠 앤드 케미칼스 인코포레이티드가 제공하는 클린화이어 에이치알(Cleanfire HR)이라는 버너를 변경하고 동일한 버너 블럭을 이용하여 사용자가 산소-연료 발화를 공기-연료 발화로 전환하는 것이 가능하다는 사실을 발견하였다.
도 1을 참조하면, 스테이지식(staged) 연소 장치(10)에는 산소-연료 버너(12)와 예비 연소기 또는 버너 블럭(14)이 포함되어 있다. 산소-연료 버너(12)에는 화살표 18로 표시한 천연 가스와 같은 연료를 받아들이는 중앙 도관 (16)이 포함되어 있다. 화살표 20으로 표시한 산소 공급원은 연료 도관(16)과 외측 동심의 도관(22) 사이의 통로로 도입된다. 버너는 미국 특허 제5,611,682호에 상세하게 기재되어 있는데, 그 내용은 참고로서 본원 명세서의 내용을 이룬다. 버너(12)는 버너 블럭(14)에 끼워 맞추어지고, 예비 연소기 또는 버너 블럭(14)의 제1 단부(24)에 유밀 상태로 수용되어 있다. 버너 블럭(14)에는 제1 또는 중앙 통로(26)가 포함되는데, 이 통로는 버너 블럭(14)의 제1 단부(24)로부터 배출 단부(28)로 연장되어 있다. 이 통로(26)는 전술한 '682 특허에서와 같이, 그 폭이 높이보다 크고 도시된 바와 같이 발산하는 형태로 되어 있다. 스테이지식의 연소를 위하여 화살표 30으로 나타낸 스테이지용의 산소가 버너 블럭(14)의 제2 통로(32)로 도입된다. 통로(32)의 형상은, 역시 '682 특허에 상세히 기재되고 도면에 도시된 바와 같이 중앙 통로의 형상과 상응하는 형상을 갖고 높이보다 폭이 크다.
도 2를 참조하면, 예비 연소기(14)의 제1 단부(24)에서 산소-연료 버너(12)에는 산소 통로(22)에 의해 둘러싸인 중앙 연료 도관(16)을 갖춘 배출 단부가 마련되어 있다. 스테이지용의 산소는, 도 2에 도시된 바와 같이 산소-연료 화염용 통로 아래에 배치된 통로(31)에 존재한다.
도 3은 본 발명에 따른 연소 장치를 나타내고 있다. 연소 장치(40)에는 버너 블럭(14)이 포함되어 있는데, 이 버너 블럭은 도 1의 버너 블럭(14)과 동일한 것이다. 본 발명에 따르면, 버너(42)는 도 1의 산소-연료 버너(12)와 유사하고, 버너(42)의 상측 통로(50)로 공기 또는 산소가 농후하게 된 공기가 도입되는 것을 가능하게 하기 위한 장치(44)가 구비되어 있다. 버너(42)는 공기 또는 산소가 농후하게 된 공기를 버너(42)의 통로(48)에 의해 상측의 통로(50)로 도입하는 것에도 적합한데, 여기서 통로(44, 48)로부터의 산화제가 혼합된다. 화살표 46은 공기 또는 산소가 농후하게 된 공기가 장치(44)로 도입되는 것을 나타내는데, 여기서 장치(44)는 공기 또는 산소가 농후하게 된 공기를 통로(50)로 도입한다. 화살표 56은 공기 또는 산소가 농후하게 된 공기가 통로(50)로 도입되는 것을 나타내고 있다. 공기 또는 산소가 농후하게 된 공기는 통로(50)로부터 버너 블럭의 중앙 통로(26)로 이동하여 로를 빠져나간다.
버너가 산소 없는 발화 또는 제한된 산소-연료 발화 상태로 전환하는 경우에는, 스테이지용의 산소의 공급(도 1에서 화살표 30으로 표시)은 화살표 54로 나타낸 연료에 의해 대체되어, 연료 또는 산소가 농후하게 된 연료가 버너 블럭(14)의 통로(32)를 빠져나간다. 버너 블럭(14)의 전방 단부의 통로(26, 32)가 도 4에 도시적으로 도시되어 있는데, 여기서 통로(26)는 공기 또는 산소가 농후하게 된 공기를 로에 도입하는 데 이용되고, 통로(32)는 연료 또는 산소가 농후하게 된 연료를 로에 도입하는 데 이용된다. 버너(42)를 공기-연료의 연소 모드로 사용하는 경우에는, 공기 또는 산소가 농후하게 된 공기가 통로(26)를 흐르며, 연료 또는 산소가 농후하게 된 연료는 통로(32)를 흐른다. 버너 블럭 구조는 2개의 개구 사이의 재순환 영역으로 인하여 안정된 공기-연료 화염이 생성되게 하는 것이다.
공기-연료 발화 성능에 더하여, 본 발명의 장치는 다양한 정도의 산소 농후화가 이루어지게 해준다. 산소의 농후화를 이용하는 것은 액체 산소 저장기로부터 공급되는 산소의 이용을 감소시킴으로써 지원 모드에서의 운전의 중의 융통성을 향상시킨다. 이로써 공기 흐름에 산소를 부가하여 화염의 길이를 조정할 수 있게 된다.
보충되는 산소는 다양한 방법으로 공급될 수 있다. 예를 들어, 공기는 산소가 농후하게 될 수 있고, 산소 란스(oxygen lance)는 예비 연소기(14)의 주 통로(26) 또는 스테이지용 통로(32) 양자 또는 이들 각각을 통하여 공급될 수 있거나, 혹은 별개의 산소 란스가 예비 연소기(14) 또는 스테이지용 통로(32)로부터 이격된 곳에 설치될 수 있다. 천연 가스와 함께 스테이지용 통로를 통하여 도입되는 산소는 로에서의 피처리물보다 양호한 복사 열전도를 위한 그을음을 발생하는 수단을 제공할 수 있다.
본 발명의 방법과 장치를 이용하면, 유리의 생산에 필요로 하는 최고 온도 및 온도 분포를 유지하는 것이 가능하게 된다. 산소의 농후화 또는 산소-연료 발화는 로의 고온 지점(hot spot) 부근에서 최고의 발화 속도를 보이도록 버너에 사용되어야 한다. 이로써 이들 버너에 요구되는 공기의 유량이 감소되고, 그리고 압력 강하가 감소된다. 또한, 산소 농후화는 피크 화염 온도를 증가시키고, 이로써 고온 지점에서의 열전도가 증가된다. 고온 지점은 유리 제조 로로서는 허용할 수 있는 품질의 유리를 생산하는 데 필요로 하는 적절한 대류 셀을 유리 용융액 중에 발생하기 위해 필요한 것임이 잘 알려져 있다.
그 밖의 공기-연료 기법이 고온 유지 조건을 유지하는 데 이용될 수 있다. 본 발명은 사용자가 생산을 계속하는 것을 가능하게 하고자 하는 것이다. 공기-연료 지원 시스템에 의해 제공되는 최소한의 발화 속도는 설계 생산 속도의 적어도 20%를 유지할 수 있는 것 같은 것이다. 이러한 생산 속도는 부양식 유리(float glass)의 제조업자가 부양조(float bath)에서 연속적인 유리 리본(glass ribbon)을 유지하기에 충분한 것이다.
고속의 산소-연료 버너는 후술하는 기법을 이용하기 위해 1개 이상의 유입 포트를 부가함으로써 저속 운전용에 맞게 수정될 수 있다. 이들 유입 포트는 평상시에는 닫히고 산소-연료 운전 중에 스테이지화 하는데 이용될 수 있다. 또한, 1개 이상의 부가의 유입 포트가 버너 포트에 가까운 위치의 내화 벽에 구멍을 드릴링함으로써 공기-연료 지원의 실행에 앞서 플라이(fly)에 부가될 수 있다.
고속 버너를 이용하는 또 다른 로의 변형례로서 압력 강하를 줄이기 위하여 버너 블럭을 큰 개구가 있는 블럭으로 대체한 것이 있다. 이 방법에 따르면 대체 과정에서 유리의 결함을 유발할 수 있는 외부의 내화 물질이 유리 용융물에 도입될 위험이 있다. 더욱이, 플라이 부분에 있어서 버너 블럭의 교체는 제조의 중단을 피할 수 없을 만큼의 상당히 긴 시간을 요한다.
도 5는, 예를 들어 최대 생산량 조건하에서 로 벽에서의 열 손실을 충당하는 데 이용할 수 있는 열의 35%가 요구되는 것을 가정하는 경우, 고온 유지 조건(생산 속도 0), 20% 생산량, 50% 생산량 및 최대 생산량의 조건에 요하는 메탄의 유량을 나타내고 있다. 고온 유지는 이 그래프에서 나타난 것보다 낮은 발화 속도로 달성되는데, 그 이유는 로 전체의 온도가 낮아져서 벽에서의 열 손실이 감소되기 때문이다. 이 그래프는 생산 속도 또는 산소의 사용에 관계없이 열 손실이 동일하다는 가정에 기초하고 있다. 메탄의 유량은 100%의 산소-연료에서의 최대 생산량의 경우의 메탄 유량을 기준으로서 표준화되어 있고, 산소의 유량은 100%의 산소-연료에서의 최대 생산량의 경우의 산소 유량을 기준으로서 표준화되어 있다. 표준화된 산소 유량은 모든 연소용 산화제가 산소 공급원(공기 없음)에 의해 공급되는 경우에 1.0이고, 모든 연소용의 산화제가 공기에 의해 공급되는 경우에는 0이다.
도 6은 도 5에 도시된 각각의 생산 속도에 대한 표준화된 산소 유량의 함수로서의 산소 농도에 상응하는 선도이다.
도 5의 점 A로 나타낸 바와 같이, 연소용 산화제로서 공기만을 이용한 고온 유지(표준화된 산소 유량은 0)에서의 메탄 유량은 100%의 산소-연료에서의 최대 생산량(표준화된 값은 1과 같다)에 요하는 것과 대략 동일하다. 고온 유지는 최대 생산량에서의 산소 유량의 35%에 있어서, 최대 생산량에서의 메탄 유량의 35%로 유지할 수 있다(점 B). 도 6을 참조하면, 점 B로 나타낸 운전 조건은 공기 희석 없이 100%의 산소-연료에 상응한다.
도 5는 산소 유량과 메탄 유량이 최대 생산량의 20%를 생산하기 위해서는 각각 반으로 감소될 수 있다는 것을 나타내고 있다. 이는 만일 생산량을 최대 생산량의 20%로 제한하면, 저장 산소의 공급을 2배 길게 계속할 수 있는 것을 의미한다. 도 6에 따르면, 이는 100%의 산소-연료의 연소에 해당한다.
50%의 생산량에서, 산소 유량은 최대 생산량의 유량의 반으로 감소할 수 있고, 메탄의 유량은 최대 생산량의 유량의 약 95%이 된다. 도 6에 따르면, 이 운전 조건의 경우의 산소 농도는 약 35%가 된다.
산소-연료 로로부터의 배기 가스 온도는 열 회수 장치 뒤에 있어서 대응하는 공기-연료 로로부터의 것보다 더 높다. 따라서, 유리 제조업자는 가스가 금속으로 제작된 배기 시스템의 영역으로 들어가지 전에 몇 가지 방법에 의해 산소-연료 연소 생성물의 온도를 감소시켜야 한다. 작금의 공기 오염 규제로 인하여, 유리 로의 연료 가스 처리에는 정전식 집진기 또는 백 하우스와 같은 입자 제거 장치가 포함된다. 이들 장치의 최고 운전 온도는 1000℉ 로 산소-연료 로의 배기 온도보다 상당히 낮다. 따라서, 배가 가스는 이들 장치에 도입되기 전에 저온(주위 온도)의 희석 공기에 의해 냉각되어야 한다.
만일 산소-연료 연소용으로 설계된 로에서 공기가 연소용 산소를 대체한다면, 배기 가스의 체적은 실질적으로 증가한다. 도 7은 몇 가지 생산 속도에 대해 공기가 산소를 대체함에 따라 배기 가스의 유량이 얼마나 증가하는지를 나타내고 있다. 이들 도면을 작성하는 데에는, 유입 및 유출 온도와 열 손실과 관련해서 먼저 설명한 도면에 관해서 사용한 것과 동일한 가정을 사용했다. 배기 가스의 유량은 100% 산소-연료에서의 최대 생산량의 경우의 배기 가스 유량에 대해 표준화되어 있다. 최대 생산량에 있어서, 배기 가스 유량은 산소가 공기에 의해 완전히 대체되는 경우에 9배 이상 증가된다. 공기로 산소를 완전히 대체하는 경우에, 고온 유지 조건에서는 3배 이상의 배기 가스 유량을 예상할 수 있다. 고온 배기 가스의 유량이 증가하는 결과로서, 가스가 연도 시스템의 금속제의 구획으로 들어가는 전에 온도를 동일한 레벨까지 저하시키기 위해서는 훨씬 많은 희석 공기를 준비해야 한다. 도 8은 로로부터의 2800℉의 배기 가스를 77℉의 공기로 희석하여 연도 시스템의 금속제 구획에 있어서 알맞은 온도인 1000℉의 가스 스트림으로 하는 열역학적 계산의 결과를 보이고 있다. 공기로 희석한 후의 표준화 한 배기 가스 유량이 표준화 한 산소 유량의 함수로서 나타나 있다. 배기 가스 유량은 2800℉의 배기 가스를 77℉의 공기로 희석하여 1000℉의 가스 스트림으로 하는 100%의 산소-연료에서의 최대 생산량의 경우에 관해서 표준화 되어 있다. 최대 생산량의 조건하에서 산소를 공기와 바꿔, 그리고 배기 가스를 77℉의 공기로 희석하여 1000℉의 가스 스트림으로 하면, 그 결과로서 얻어지는 배기 가스의 유량은 최대 생산량으로 산소-연료의 경우의 7.5배보다 많아진다. 연도 시스템은 압력 강하의 제한으로부터 이렇게 크게 증대한 처리량을 취급할 수 없다. 로의 압력이 상승하는 것에 따라는 구조 파괴에 이를 가능성이 있다.
증가한 연도 가스 체적에 대처하는 데에는, 예컨대 생산량의 감소, 연소용 산소의 농후화, (예를 들어 물에 의한) 연도 가스의 냉각의 택일적 방법, 연도 가스 배출 능력의 추가, 연도 가스 처리 영역의 바이패스 또는 전술한 방법의 2가지 이상의 조합 등의 몇 가지 방법이 있다. 체적이 증가한 연도 가스를 처리하는 본 발명에 따른 양호한 방법은 수냉, 생산량의 감소 및 필요한 경우 연소용 산소의 농후화를 조합시키는 것이다.
도 9는 77℉의 액상의 물로 증발 작용에 의한 직접 접촉식의 냉각을 하는 열역학적 계산의 결과를 나타내고 있다. 물로 희석한 후의 표준화된 배기 가스 유량은 표준화한 산소 유량에 대한 선도로 도시되어 있다. 배기 가스 유량은 2800℉의 배기 가스를 77℉의 공기로 희석하여 1000℉의 가스 스트림을 만드는 100%의 산소-연료에서의 최대 생산량의 경우에 관해서 표준화 된다. 이 도면은 배기 가스 스트림의 냉각 매체로서 공기 대신에 물을 사용하는 경우에 배기 가스의 체적을 최대 생산량의 산소-연료 운전에 대해 50% 감소시킬 수 있음을 나타내고 있다. 연소용 산소 대신에 공기가 이용되고 배기 가스를 냉각하는데 물을 사용하여 최대 생산량의 경우에, 배기 가스 유량은 기본적인 최대 생산량으로, 총 산소-연료의 경우의 3.6배가 된다. 산화제로서 산소 대신 공기를 이용하는 50% 생산량에 대하여, 배기 가스 스트림의 체적은 기본적인 최대 생산량에서의 총 산소-연료 경우보다 약 2.5배 커진다.
지원 버너와 방법의 요약
양호한 실시예 변형례
1. 산소-연료 및 공기-연료 모드에 동일한 버너 블럭을 이용 버너 블럭을 교체하고, 로 벽에 새로운 구멍을 뚫거나 기존의 구멍을 확장하여 공기-연료 지원을 위해 미리 설계된 버너 블럭을 이용
2. 산소-연료 및 공기-연료 모드에 동일한 장착 상태의 새로운 하드 웨어를 이용 버너 블럭을 교체하고, 로 벽에 새로운 구멍을 뚫거나 기존의 구멍을 확장하여 공기-연료 지원을 위해 미리 설계된 버너 블럭을 이용
3. 버너 블럭의 단면을, 지원 운전 중에 버너 블럭 또는 버너 본체의 최소 단면에서 산화제의 속도가 250 ft/sec 미만으로 되도록 함 버너 블럭의 단면을, 지원 운전 중에 버너 블럭 또는 버너 본체의 최소 단면에서 산화제의 속도가 500 ft/sec 미만으로 되도록 함
4. 지원 동작 중에 산화제로서 공기를 사용 지원 운전 중에 산화 농도를 50 % 미만으로 함
5. 연도 가스를 물로 냉각 연도 가스를 물과 공기의 조합으로 냉각
6. 산화제 온도를 150 ℉ 미만으로 함 산화제 온도를 1000 ℉ 미만으로 함
7. 공기-연료 지원 운전 중에 부가의 버너 블럭을 필요로 안함 공기-연료 지원 운전 중에 사용되는 버너의수를 산소-연료 운전에 사용되는 것의 2배로 함
8. 공기-연료 지원 운전 중에 최대 생산량 능력의 80% 초과 공기-연료 지원 운전 중에 최대 생산량 능력의 20% 초과
9. 총 단면 개구에 기초한 버너 블럭에서의 외관상의 속도를 산소-연료 운전에 대해 90ft/sec 미만으로 함 총 단면 개구에 기초한 버너 블럭에서의 외관상의 속도를 산소-연료 운전에 대해 400ft/sec 미만으로 함
제안된 발명에 대한 변형례는 다음과 같다. 즉. 선택 사항 1) 산소의 저장을 보다 많게 하여 100 % 산소-연료 발화를 계속하는 것, 선택 사항 2) 공기-연료 가열 버너를 이용하여 고온 유지하는 것, 선택 사항 3) 산소 대신 공기를 이용하여 높은 운동량의 산소-연료 버너로 고온 유지 또는 일부 생산하는 것. 본 발명과 선택 사항 1) 사이의 차이는 산소 사용량과 액체 산소 저장 비용이 절감된다는 것이다. 본 발명과 선택 사항 2) 사이의 차이는 생간의 계속과 비용이다. 본 발명과 선택 사항 3) 사이의 차이는 고압의 공기를 공급하는 데 따른 기술적 어려움이다.
선택 사항 1)과 비교한 본 발명의 장점은 설비 비용이 적다는 것(액화 산소 저장 탱크가 작다는 것)이다. 또한, 현장의 산소 플랜트가 정지하고 있는 시간에 따라, 액체 산소의 보급 및 입수 가능성의 문제가 회피된다. 선택 사항 1)에 대한 본 발명의 장점은 산소 공급 라인 또는 흐름 제어 활대에 문제가 있는 경우에 기능을 다할 수 있는 점이다. 선택 사항 2)와 비교한 본 발명의 또 다른 장점은 유리 제조에 요하는 유사한 온도 프로파일을 이용하는 로에서의 최고 온도가 더 높다는 점이다. 선택 사항 2)과 비교한 본 발명의 또 다른 장점은 연속 생산이다. 가장 효과적인 프로세스는 공기 또는 산소가 농후하게 된 공기를 이용하여 최대한의 생산을 지속하는 것이다. 유리 리본을 부양조에 유지하기 위한 최소 수준의 생산이라도 매우 유용하다. 유리 리본의 자리를 다시 잡는 것은 시간이 많이 소모되고 며칠간의 제조의 지연이 발생할 수 있다. 예컨대, 하루 당 600톤을 생산하고 유리의 가격이 톤당 300달러의 평판 유리로의 경우, 하루의 생산은 180,000달러의 가치가 있다. 선택 사항 2)와 비교한 본 발명의 또 다른 이점은 지원 시스템이 소정의 개소에 있다는 것이다. 선택 사항 2)에서는 외부 회사에서 이 설비까지 와서 그들의 장비를 설치할 것을 필요로 한다. 본 발명의 또 다른 장점은 로의 내화 물질에 구멍을 뚫거나 자르거나 그 밖의 작업을 할 필요가 없다는 것이다.
본 발명은 사용자가 공기-연료 및 산소-연료 운전용으로 상이한 버너를 사용할 수 있게 해주고, 공기-연료 및 산소-연료 버너의 공동 장착 장치를 사용할 수 있게 해주며, 그리고 공기-연료 가열 버너에 비해 높은 최고의 로 온도를 사용할 수 있도록 해준다. 본 발명의 방법은, 유리를 가공 처리하는 데 필요로 하는 로에서의 서로 유사한 온도 분포를 생기게 할 수 있고, 우선적으로 산소 농도를 증가시킴으로써 로의 고온 지점에서의 발화 속도를 보다 크게 할 수 있으며, 공기-연료 운전을 위한 도입 공기와 연료용으로 분리되고 있지만 접근하여 간격을 둔 포트의 사용을 가능하게 하여, 공기-연료 및 산소-연료 운전용의 예비연소/스테이지용 통로의 기능으로 변경하는 것을 가능하게 한다. 산소-연료 운전에 있어서, 산소와 연료 흐름의 예비 연소기로서 큰 개구가 이용되고, 산소의 스테이지화에 작은 개구가 이용된다. 공기-연료 운전에 대해서, 큰 개구는 공기 또는 산소가 농후하게 된 공기를 흘리기 위해 이용되고, 작은 포트는 우선적으로 연료용으로 이용된다.
공기 또는 산소가 농후하게 된 공기와 연료를 로에 도입하기 데에 로에 배치되는 별개의 버너 블럭 또는 예비 연소기를 설치하는 것은 본 발명의 범위에 속하는 것이다. 이 모드에서 산소-연료 버너는 커지고 별개의 버너 블럭이 본 발명의 교시에 따른 연소를 이루는 데 사용된다.
본 발명의 교시에 따라 공기 또는 산소가 농후하게 된 연료가 도입되는 한, 산소-연료 버너와 독립된 별개의 버너 또는 파이프를 통하여 공기와 연료를 로에 도입하는 것도 본 발명의 범위에 속하는 것이다.

Claims (14)

  1. 산소-연료의 연소를 사용하여 로를 고온으로 가열해 두기 위한 방법으로, 화염용 및 산화제용의 산소 공급이 제거되거나 중단되는 경우에, 산소-연료의 발화 속도를 갖는 산소-연료 버너를 이용하여 산소-연료 화염이 상기 로에 도입되고, 상기 산소-연료 화염 밑에 놓인 수단을 이용하여 별개의 산화제 스트림이 상기 산소-연료 화염 밑으로 도입되며, 상기 방법은,
    상기 산소-연료 화염을 공기 또는 산소가 농후하게 된 공기 중의 하나로 대체하여 상기 공기 또는 산소가 농후하게 된 공기 중의 하나를 상기 로에 도입하는 단계와,
    상기 별개의 산화제 스트림을 연료로 대체하고, 상기 연료를 상기 공기 또는 산소가 농후하게 된 공기 중의 하나 밑으로 상기 로에 도입하고 상기 산소-연료의 발화 속도 이상의 발화 속도를 갖는 공기-연료 화염을 제공하여 상기 로의 온도를 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 화염을 생기게 하는데 적합한 산소-연료 버너로서 이 버너에 부착한 예비 연소기를 갖춘 산소-연료버너를 구비하는 타입의 연소 장치로, 상기 예비 연소기에는 버너의 화염측 단부에 대해 유밀 관계에 있는 제1 단부와 공업용의 환경에서의 가열을 위해 버너에 의해 생기는 화염을 유도하는 데 적합하고 대략 평평한 팬형 구조의 제2 단부를 갖는 제1 통로와, 상기 제1 통로의 밑으로 그리고 같은 영역을 차지하여 배치된 상기 버너 블럭 내의 별개의 제2 통로로, 화염 밑에서 일반적으로 화염에 대하여 평행하게 산화용 유체를 유도하기 위해 예비 연소기의 제2 단부에 있어서 노즐 단부에서 종단되는 제2 통로가 마련되어 있으며, 상기 연소 장치는,
    상기 화염 대신에 공기 또는 산소가 농후하게 된 공기 중의 하나를 상기 버너를 통과시켜 상기 예비 연소기로 도입하기 위한 제1 수단과,
    상기 산화용 유체 대신에 연료를 상기 예비 연소기의 상기 별개의 제2 통로로 도입하기 위한 제2 수단을 포함하고, 이로써 상기 연소 장치는 산소의 공급이 감소하거나 중단되는 경우에도 상기 공업용의 환경을 계속 가열할 수 있는 것을 특징으로 하는 연소 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 예비 연소기는 길이가 4 내지 18 인치인 것을 특징으로 하는 연소 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제1 통로와 제2 통로의 높이에 대한 폭의 비율은 상기 예비 연소기의 상기 제2 단부에서 5 내지 30인 것을 특징으로 하는 연소 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 예비 연소기의 상기 제1 통로와 상기 제2 통로의 폭을 정하는 벽이 상기 예비 연소기를 통하는 중앙의 수직 평면의 양측 상에서 -15°내지 +30°범위의 각도로 배치되는 것을 특징으로 하는 연소 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 각도는 상기 수직 평면의 양측에서 0°내지 +15°인 것을 특징으로 하는 연소 장치.
  7. 제2항에 있어서, 산소를 상기 예비 연소기의 상기 연료에 도입하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연소 장치.
  8. 제2항에 있어서, 상기 버너가 사용되는 경우, 상기 로에서 배출되는 배기 가스를 물로 냉각하기 위한 수단을 갖춘 가열 로에 이용되는 것을 특징으로 하는 연소 장치.
  9. 산소-연료의 연소를 사용하여 로를 고온으로 가열해 두기 위한 방법으로, 화염용의 산소 공급이 제거되거나 중단되는 경우에, 상기 로에 산소-연료의 화염을 도입하며, 상기 방법은,
    상기 산소-연료 화염을 공기 또는 산소가 농후하게 된 공기 중의 하나의 스트림으로 대체하여 상기 공기 또는 산소가 농후하게 된 공기 중의 하나의 스트림을 상기 로에 도입하는 단계와,
    별개의 연료 스트림을 상기 공기 또는 산소가 농후하게 된 공기 스트림 밑으로 상기 로에 도입하고 상기 산소-연료의 발화 속도 이상의 발화 속도를 갖는 공기-연료 화염을 제공하여 상기 로의 온도를 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항 또는 제9항에 있어서, 상기 로는, 산소가 농후하게 된 공기 연소를 사용하는 상기 로의 고온 지점의 근처의 버너를 제외하고 공기-연료 연소를 사용함으로써 상기 로 내에 유지되는 온도 분포를 갖는 유리 용융로인 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제1항 또는 제9항에 있어서, 상기 산소-연료 화염을, 상기 산소-연료의 연소만을 사용하는 경우의 산소-연료 또는 산소 중의 하나의 유량보다 약 12.6배 큰 유량으로 도입되는 공기로 대체하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제1항 또는 제9항에 있어서, 상기 공기 또는 산소가 농후하게 된 공기 중의 하나를 상기 로에 도입하는 데 이용된 버너의 방출 단부에서의 상기 공기 또는 산소가 농후하게 된 공기 중의 하나의 속도는 약 250 ft/sec 미만인 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제1항 또는 제9항에 있어서, 상기 로내에서 가열되는 피처리물로의 복사 열전도를 증진시키도록 산소를 상기 연료와 함께 도입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 방법.
  14. 제1항 또는 제9항에 있어서, 상기 로를 빠져나오는 배기 가스를 액체의 물로 냉각하여, 상기 배기 가스의 체적을 상기 배기 가스를 공기로 냉각하는 것과 비교하여 감소시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
KR10-2000-0061225A 1999-10-18 2000-10-18 공기-연료 연소 방식으로 산소-연료 연소 방식을 지원하는 방법 및 장치 KR100394443B1 (ko)

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Families Citing this family (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2394275B (en) * 2002-08-14 2005-09-21 Hamworthy Combustion Eng Ltd Burner and method of burning gas in a furnace
FR2851767B1 (fr) * 2003-02-27 2007-02-09 Saint Gobain Procede de preparation d'un verre par melange de verres fondus
US6910432B2 (en) * 2003-08-21 2005-06-28 Air Products And Chemicals, Inc. Selective oxygen enrichment in slagging cyclone combustors
US7309232B2 (en) * 2003-10-10 2007-12-18 Dentigenix Inc. Methods for treating dental conditions using tissue scaffolds
SE528808C2 (sv) * 2004-09-15 2007-02-20 Aga Ab Förfarande vid förbränning, jämte brännare
FR2892497B1 (fr) * 2005-10-24 2008-07-04 Air Liquide Procede de combustion mixte dans un four a regenerateurs
US7686611B2 (en) * 2005-11-03 2010-03-30 Air Products And Chemicals, Inc. Flame straightening in a furnace
US7581948B2 (en) * 2005-12-21 2009-09-01 Johns Manville Burner apparatus and methods for making inorganic fibers
US7621154B2 (en) * 2007-05-02 2009-11-24 Air Products And Chemicals, Inc. Solid fuel combustion for industrial melting with a slagging combustor
EP1995543A1 (fr) * 2007-05-10 2008-11-26 AGC Flat Glass Europe SA Echangeur de chaleur pour oxygène
US9651253B2 (en) * 2007-05-15 2017-05-16 Doosan Power Systems Americas, Llc Combustion apparatus
US8454354B2 (en) * 2008-05-08 2013-06-04 Air Products And Chemicals, Inc. Highly radiative burner and combustion process
WO2009147191A1 (fr) 2008-06-05 2009-12-10 Agc Flat Glass Europe Sa Four de fusion du verre
EP2143999A1 (en) * 2008-07-08 2010-01-13 L'Air Liquide Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Burner assembly and method of combustion
JP5642679B2 (ja) * 2008-08-29 2014-12-17 レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード バーナー組立体（ｂｕｒｎｅｒａｓｓｅｍｂｌｙ）による燃焼発生方法、及びそのためのバーナー組立体
US20100081103A1 (en) * 2008-09-26 2010-04-01 Hisashi Kobayashi Furnace with multiple heat recovery systems
RU2492389C2 (ru) * 2009-01-16 2013-09-10 Эр Продактс Энд Кемикалз, Инк. Многорежимное устройство для осуществления горения и способ использования этого устройства
KR101419140B1 (ko) 2009-06-12 2014-07-16 에어 프로덕츠 앤드 케미칼스, 인코오포레이티드 용융 물질의 산화 상태를 제어하기 위한 노 및 방법
CN101691196B (zh) * 2009-06-25 2011-11-09 上海精星仓储设备工程有限公司 一种条码定位堆垛机
US8404018B2 (en) 2009-07-06 2013-03-26 Air Products And Chemicals, Inc. Burner and method for processing oxidizable materials
EP2281785A1 (fr) * 2009-08-06 2011-02-09 AGC Glass Europe Four de fusion du verre
US8172566B2 (en) * 2010-02-18 2012-05-08 Air Products And Chemicals, Inc. Liquid fuel combustion process and apparatus
DE102010053068A1 (de) * 2010-12-01 2012-06-06 Linde Ag Verfahren und Vorrichtung zur verdünnten Verbrennung
WO2013082447A2 (en) * 2011-12-01 2013-06-06 Air Products And Chemcials, Inc. Staged oxy-fuel burners and methods for using the same
EP2703339A1 (en) * 2012-09-04 2014-03-05 Casale Chemicals S.A. Burner for the production of synthesis gas
GB201501310D0 (en) * 2015-01-27 2015-03-11 Knauf Insulation And Knauf Insulation Gmbh And Knauf Insulation Doo Skofja Loka And Knauf Insulation Burner for submerged combustion melter
US20160245515A1 (en) * 2015-02-24 2016-08-25 Elwha Llc Nitrogen-reduced combustion air
BR112018012974B1 (pt) * 2015-12-23 2022-12-27 Flsmidth A/S Queimador para um forno e forno rotativo
CN106277718B (zh) * 2016-08-19 2019-03-15 巨石集团有限公司 一种玻璃纤维池窑用玻璃液通道加热方法
JP6756683B2 (ja) * 2017-08-30 2020-09-16 大陽日酸株式会社 酸素富化バーナ及び酸素富化バーナを用いた加熱方法
DE102018125872A1 (de) 2018-10-18 2020-04-23 Flammatec, Spol. S R.O. Brenngasinjektor, System aus keramischem Wandungselement mit einer keramischen Injektoreinsatzöffnung zum Einsatz eines Brenngasinjektors und Industrieofens
CN109458618B (zh) * 2018-11-27 2020-11-17 马鞍山市润启新材料科技有限公司 一种垃圾处理专用燃烧装置及其使用方法
ES2896929T3 (es) * 2019-03-26 2022-02-28 Air Liquide Procedimiento de combustión, y quemador para su implementación
CN111054150A (zh) * 2019-12-19 2020-04-24 安徽意义环保设备有限公司 一种脱硝除尘一体化及下料机构装置
CN111233305A (zh) * 2020-03-05 2020-06-05 武汉长利新材料科技有限公司 一种适合薄板玻璃生产的一窑多线大吨位熔窑
US20240003539A1 (en) * 2022-06-30 2024-01-04 Air Products And Chemicals, Inc. Burner and method for transient heating
CN117781695B (zh) * 2024-02-27 2024-05-07 沈阳中金模具集团有限公司 一种设置模具自动上下料结构的电阻炉

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1514842A (en) * 1977-02-25 1978-06-21 British Steel Corp Furnaces and burners therefor
US4931013A (en) * 1989-07-06 1990-06-05 Mg Industries High-temperature burner
US5147438A (en) * 1991-09-18 1992-09-15 Union Carbide Industrial Gases Technology Corporation Auxiliary oxygen burners technique in glass melting cross-fired regenerative furnaces
US5256058A (en) 1992-03-30 1993-10-26 Combustion Tec, Inc. Method and apparatus for oxy-fuel heating with lowered NOx in high temperature corrosive environments
US5547368A (en) 1993-03-01 1996-08-20 Air Products And Chemicals, Inc. Process and device for combustion-enhanced atomization and vaporization of liquid fuels
US5302112A (en) * 1993-04-09 1994-04-12 Xothermic, Inc. Burner apparatus and method of operation thereof
US5458483A (en) * 1993-07-15 1995-10-17 Maxon Corporation Oxygen-fuel burner with integral staged oxygen supply
EP0646751B1 (fr) * 1993-10-01 1999-07-28 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Brûleur et utilisation d'un tel brûleur dans un four de verre
US5551867A (en) * 1994-10-07 1996-09-03 Schuller International, Inc. Method of converting a furnace to oxygen-fuel while it is operating and aburner block assembly
US5575637A (en) 1994-11-04 1996-11-19 Air Products And Chemicals, Inc. Method and device for low-NOx high efficiency heating in high temperature furnaces
US5984667A (en) * 1995-07-17 1999-11-16 American Air Liquide, Inc. Combustion process and apparatus therefore containing separate injection of fuel and oxidant streams
DE69632666T2 (de) * 1995-07-17 2005-06-09 L'Air Liquide, S.A. a Directoire et Conseil de Surveillance pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Verbrennungsverfahren und Vorrichtung dafür mit getrennter Einspritzung von Brennstoff und Oxydationsmittel
US5611682A (en) 1995-09-05 1997-03-18 Air Products And Chemicals, Inc. Low-NOx staged combustion device for controlled radiative heating in high temperature furnaces
FR2743360B1 (fr) * 1996-01-05 1998-02-27 Air Liquide Procede de chauffage de la charge d'un four de verre
US5823769A (en) * 1996-03-26 1998-10-20 Combustion Tec, Inc. In-line method of burner firing and NOx emission control for glass melting
EP0807608B1 (fr) * 1996-05-14 2001-12-12 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Procédé pour la réparation d'un four de verre à l'aide d'un brûleur auxiliaire à combustion d'oxygène
US5975886A (en) * 1996-11-25 1999-11-02 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Combustion process and apparatus therefore containing separate injection of fuel and oxidant streams
US5904475A (en) * 1997-05-08 1999-05-18 Praxair Technology, Inc. Dual oxidant combustion system
US5954498A (en) * 1998-02-26 1999-09-21 American Air Liquide, Inc. Oxidizing oxygen-fuel burner firing for reducing NOx emissions from high temperature furnaces
FR2783595B1 (fr) * 1998-09-22 2000-10-20 Air Liquide Procede de chauffage d'un four
US6113389A (en) * 1999-06-01 2000-09-05 American Air Liquide, Inc. Method and system for increasing the efficiency and productivity of a high temperature furnace
US6250915B1 (en) * 2000-03-29 2001-06-26 The Boc Group, Inc. Burner and combustion method for heating surfaces susceptible to oxidation or reduction

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EP1094273B1 (en) 2004-02-25
TW466318B (en) 2001-12-01
KR20010060159A (ko) 2001-07-06
US6524097B2 (en) 2003-02-25
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US20010023053A1 (en) 2001-09-20

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