KR100428429B1 - 방사상의 벽을 갖춘 버너용 질소산화물의 방출을 줄이는 버너노즐조립체와 버너 및 이의 작동방법 - Google Patents

방사상의 벽을 갖춘 버너용 질소산화물의 방출을 줄이는 버너노즐조립체와 버너 및 이의 작동방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방사상의 벽을 갖춘 버너를 위한 질소산화물의 방출을 줄이는 버너조립체에 관한 것으로, 이 조립체는 가늘고 긴 공동의 버너튜브와 배출노즐을 구비하고, 상기 버너튜브는 방사상의 연소영역에 연료와 공기의 혼합물을 제공하는 도관을 한정하며, 상기 배출노즐은 도관의 하류끝에서 튜브에 장착되고 본질적으로는 방사상의 방향으로 연료와 공기의 혼합물을 안내하도록 되어 있되, 상기 배출노즐은 전체적으로 방사상의 방향으로 뻗은 다수의 통로를 그들 사이에 한정하는 배열부에 배치되고서 각각 다른 흐름면적을 갖춘 다수의 흐름안내부재를 구비하고, 연료와 공기의 주요 혼합물의 축방향으로의 흐름을 방지하는 끝마개를 구비하며, 이 끝마개는 축방향으로 뻗은 구멍을 갖추고, 노즐조립체는 이 구멍을 통해 축방향으로 돌출되도록 배열된 단계적으로 처리된 연료버너노즐을 구비한다.

Description

방사상의 벽을 갖춘 버너용 질소산화물의 방출을 줄이는 버너노즐조립체와 버너 및 이의 작동방법{Low NOx burner nozzle assembly for radiant wall burner, low NOx radiant wall burner, and method for operating same}
방사상인 버너에서 질소산화물의 감소와 절감은 항상 원하던 목표였었다. 종래에 어느 정도의 질소산화물의 절감은 가스연료의 일부를 단계적으로 처리하여서 성취되었다. 단계적으로 처리된 저압의 가스는 버너의 외주 주위로 배치된 저압가스팁(tip) 혹은 방사상 버너노즐의 끝마개의 중심을 통하여 돌출한 중앙가스팁으로부터 연소구역으로 주입된다. 이러한 구조는, 질소산화물을 절감시키기 위해서 단계적으로 처리된 연료가 산소농도가 부피로 약 4% 이상인 연소구역의 영역내로 주입되지 않아야 하기 때문에 항상 만족할 만한 성과를 얻지 못한다.
본 발명은 방사상의 벽을 갖춘 버너에 관한 것으로, 특히 본 발명은 질소산화물(NOx)의 방출과 소음을 줄이도록 단일버너의 구조에 다수의 기술들이 결합되어진 방사상의 벽을 갖춘 버너에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 개념과 원리를 실현하는, 질소산화물의 방출을 줄이는 방사상의 벽을 갖춘 버너를 일부 절개하여 도시한 측면도이고,
도 2는 도 1에 도시된 버너의 노즐구조의 측면도,
도 3은 도 2에 도시된 노즐구조의 버너의 배출노즐의 바람직한 실시예를 개략적으로 도시한 평면도,
도 4는 도 3의 배출노즐의 확대단면도,
도 5는 도 3의 배출노즐을 일부 절개하여 도시한 확대도,
도 6은 도 5와 유사한, 내부차폐부의 실시예를 부분단면도로 도시한 확대도,
도 7은 도 1의 노즐구조의 개략도,
도 8a 및 도 8b는 각각 도 2에 도시된 노즐구조의 단계적으로 처리되는 중앙노즐팁의 실시예를 도시한 측면도와 평면도,
도 9는 도 1의 버너에 사용되는 타일의 실시예를 도시한 측면도,
도 10은 도 9에 도시된 타일의 평면도,
도 11은 본 발명에 연결하여 사용되는 노즐구조의 한 실시예를 개략적으로 도시한 측면도,
도 12는 본 발명에 연결하여 사용되는 노즐구조의 바람직한 실시예를 개략적으로 도시한 측면도,
도 13은 본 발명에 연결하여 사용되는 노즐구조의 바람직한 다른 실시예를 개략적으로 도시한 측면도,
도 14는 본 발명에 연결하여 사용되는 노즐구조의 바람직한 또 다른 실시예를 개략적으로 도시한 측면도,
도 15는 본 발명의 개념과 원리를 실현하는 또 다른 버너구조의 측면도,
도 16은 도 15에 도시된 버너의 배출노즐의 확대단면도,
도 17은 여러 연소의 흐름경로와 화염없이 산화흐름을 개략적으로 도시하면서 도 15에 도시된 버너의 작동을 도해한 개략도이다.
종래의 버너에서 직면하게 되는 많은 문제점들이 본 발명의 개념과 원리에 의해 다루어진다. 특히, 본 발명은 질소산화물의 절감에 대한 항상 존재한 요구를 다루고 있다. 본 발명의 한 양상에 따르면, 가스가 단계적인 방식으로 연소될 때, 때때로 각 버너에서의 총 질소산화물은 대략 6ppm(부피)의 방출을 초래하게 된다. 따라서, 방사상의 벽을 갖춘 버너에 연료를 단계적으로 처리하는 개념을 도입하는 것이 바람직하다고 여겨지게 되었다. 상이한 여러 형태가 시도되었고 완전히 만족스럽지 못하지만 일부는 다른 것들보다 성공적이었다. 일부 형태들에서, 단계적으로 처리된 연료는 버너의 외주 둘레에 매우 낮은 압력으로 다수의 튜브를 통하여 전달되었다. 이 경우에, 단계적으로 처리된 연료는 산소를 아주 많이 함유한 연소혼합물에 근접하게 주입된다. 이러한 과잉산소는 화염의 온도를 더욱 높이고 연도가스내에 질소산화물을 많이 함유하게 한다.
다른 형태에서, 단계적으로 처리된 가스가 예혼합 배출노즐의 축방향의 원 위 끝으로부터 연소구역으로 주입된다. 단계적으로 처리된 가스가 예혼합 버너조립체의 중앙선에서 동축방향으로 주입되는 이 형태는, 주입지점이 타일의 표면에서 이격됨은 물론 예혼합 배출노즐을 떠나는 산소를 많이 함유한 흐름으로부터 멀리 위치되는 사실 때문에 적어도 부분적으로 전술된 제 1형태보다 질소산화물의 방출을 줄이는 데에 다소 성공적이었다. 이 특별한 방법의 결점은 단계적으로 처리된 가스분사의 운동량이 산소를 많이 함유하고 예혼합된 주요흐름을 비말동반된 흐름과 같이 가스분사로 종종 끌어당길 수 있어서, 과잉산소 뿐만 아니라 질소산화물의생성 가능성을 증가시킨다는 것이다. 이러한 문제점은 버너 사이의 상호작용때문에 배열된 다수의 각 버너들에 요구되는 실용성을 떨어뜨린다.
본 발명의 중요한 양상에 따르면, 질소산화물의 방출을 줄이는 버너노즐조립체가 방사상의 벽을 갖춘 버너를 위해 구비된다. 이 조립체는 가늘고 긴 공동(空洞)인 버너튜브와 배출노즐을 구비한다. 이 버너튜브는 중앙에 길이방향으로 뻗은 축을 갖추고, 방사상으로 뻗으면서 노즐조립체를 둘러싼 연소구역의 방사상의 연소영역으로 연료와 공기의 혼합물을 제공하도록 축을 따라 뻗은 도관을 한정한다. 이 혼합물은 매우 희박한 연료일 수 있다. 배출노즐은 연소구역에 인접한 도관의 하류끝에 있는 튜브에 장착되며, 이 배출노즐은 도관으로부터 연료와 공기의 혼합물을 받아들이며 튜브의 축에 대해서 본질적으로 방사상의 방향으로 방사상의 연소영역내로 혼합물을 안내하기에 적합하다. 배출노즐이 이 배출노즐의 외주 둘레로 뻗은 배열부에 배치된 다수의 흐름안내부재를 구비하며, 이 부재들은 축에 대해서 전체적으로 방사상의 방향으로 뻗은 다수의 통로를 그들 사이에 한정하도록 배열되는 것이 바람직하다. 또한, 배출노즐은 도관을 밀폐할 수 있는 적소에서 상기 부재들에 장착된 끝마개를 구비하여, 축방향을 따르는 혼합물의 흐름을 방지한다. 따라서, 혼합물이 전체적으로 방사상의 방향으로 통로를 통해 흐르게 된다.
바람직하기로, 상기 흐름안내부재들은 그들 사이에 있는 몇몇의 통로들이 나머지 통로들보다 더욱 큰 흐름면적을 갖추도록 배열된다. 바람직하기로, 상기 부재들은 본질적으로 사각형상으로 된 평판의 형태로 된다. 이상적으로는, 상기 통로가 축방향으로 뻗어 있다. 본 발명의 더욱 바람직한 형태에서, 끝마개는 축으로부터방사상의 제 1거리에 위치된 측선단을 갖추며, 부재들은 축으로부터 방사상의 제 2거리에 위치된 외부선단을 구비한다. 이상적으로, 방사상의 제 2거리는 방사상의 제 1거리보다 길어서, 부재들에 의해 한정된 통로는 끝마개의 측선단을 지나 외부를 향해 방사상으로 뻗는다.
본 발명의 다른 바람직한 형태에 따르면, 노즐은 도관을 통해 흐르는 혼합물의 적어도 일부의 방향을 바꾸도록 위치되고 배열된 내부차폐부를 구비하여, 전체적으로 방사상의 방향으로 통로를 통해 흐르게 한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 형태에서, 끝마개는 축방향으로 뻗은 구멍을 구비하여, 노즐조립체는 예컨대 도관의 축을 따라 뻗은 배관의 길이부로 구성된, 중심에 위치되고서 단계적으로 처리되는 연료용 버너노즐을 구비한다. 또한, 이 조립체는 배관의 길이부의 하류끝에 있는, 단계적으로 처리되는 버너노즐팁을 구비한다. 본 발명의 이러한 양상에 따르면, 바람직하기로 단계적으로 처리되는 연료용 버너노즐은 구멍을 통해 축방향으로 돌출되도록 배치된다. 주목해야 할 점은, 상기 팁은 이상적으로 방사상의 연소영역에 대해 이격된 연소구역으로 연료를 전달하는 연료전달오리피스를 구비한다.
본 발명의 바람직한 형태에서, 전달오리피스가 축에 직각인 평면에 대해서 위쪽 및 바깥쪽을 향한 각도로 구역내에 가스연료를 주입하도록 배치된다. 바람직하게는, 상기 각도는 적어도 약 30°이며, 본 발명의 목적을 성취하기 위해서는 전달오리피스가 축방향을 따라 가스연료를 주입하도록 배치된다.
더욱 바람직하게는, 단계적으로 처리되는 연료용 버너노즐은, 팁이 끝마개에대해 축방향으로 이격되어 위치되도록 배관의 길이부의 하류부분이 끝마개를 지나 돌출하게 위치된다. 이상적으로는, 본 발명의 특히 바람직한 형태에서, 질소산화물의 방출을 줄이는 버너노즐은 배관의 길이부의 돌출부와 팁을 둘러싸도록 위치된 가늘고 긴 보호용 외장을 구비한다. 이러한 외장은 바람직하게 오리피스와 정렬되어 배치된 개구부를 구비한다. 또한, 상기 외장은 이 외장과 배관의 길이부 사이에 있는 가스가 연소구역으로 빠져나가게 하는 하나 이상의 배출개구부를 구비한다. 본 발명의 전술된 양상에 따르면, 단계적으로 처리되는 버너노즐은 배출노즐의 형태와는 무관하게 중요하다. 따라서, 본 발명의 단계적으로 처리되는 버너팁은 방사상의 타일의 표면을 방사상으로 가로질러 연료와 공기의 가연성 혼합물을 분무하도록 작동하는 임의의 종류의 방사상의 배출노즐과 함께 사용된다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 버너튜브는 압력하에서 공기공급원 및 가스연료원과 연통되는 목을 갖춘 벤츄리관을 구비한다. 이 벤츄리관은 바람직하기로 목을 통과한 가스연료의 흐름이 공기원으로부터 공기의 흐름을 유발하여서, 연료와 공기의 혼합물이 목에서 만들어지며 배출노즐을 향해 흐르도록 배치된다.
또한, 본 발명은 방사상의 타일표면으로 둘러싸인 중앙개구부를 갖춘 버너와, 전술된 바와 같이 이 개구부를 통과하여 뻗고서 질소산화물의 방출을 줄이는 가늘고 긴 버너노즐조립체를 구비하는, 질소산화물의 방출을 줄이는 방사상의 벽을 갖춘 버너를 제공한다. 버너타일의 표면은 오목하거나 평편하다.
덧붙여, 본 발명은 버너타일의 표면에 인접하여 중심에 위치된 지점에서 연료와 공기의 혼합물을 제공하는 단계와, 다수의 개별적인 흐름내로 혼합물을 분리하고 이러한 흐름들이 타일의 표면을 가로질러 중심에 위치된 지점으로부터 방사상으로 외부로 향해 흐르게 하는 단계 및, 일부 흐름의 속도를 나머지 흐름의 속도보다 크게 하는 단계를 포함하는, 버너를 작동하는 방법을 제공한다.
본 발명은 추가로 버너타일의 표면에 인접하여 중심에 위치된 지점에서 연료와 공기의 혼합물을 제공하는 단계와, 다수의 개별적인 흐름내로 혼합물을 분리하고 이 흐름들이 타일의 표면을 가로질러 상기 지점으로부터 방사상으로 외부로 향해 흐르게 하는 단계, 각각 상기 지점으로부터 방사상으로 이격된 외주경계를 갖는 화염을 형성하도록 상기 흐름을 연소하는 단계 및, 상기 경계에 인접한 위치에서 화염에 제 2공기를 제공하는 단계를 포함하는 버너를 작동하는 방법을 제공한다.
또 다른 형태에서, 본 발명은 연료와 공기의 혼합물을 제공하는 단계와, 버너타일의 표면에 인접하여 중심에 위치된 지점으로 경로를 따라 상기 혼합물을 흐르게 하는 단계, 다수의 개별적인 흐름으로 혼합물을 분리하고 이 흐름들이 타일의 표면을 가로질러 상기 경로로부터 방사상으로 외부로 향해 흐르게 하는 단계, 상기 표면에 인접한 연소구역의 영역에서 화염을 형성하도록 상기 흐름을 연소하는 단계 및, 상기 영역으로부터 이격된 위치에서 연소구역으로 단계적으로 처리된 연료를 제공하는 단계를 포함하는 버너를 작동하는 방법을 제공한다. 본 발명의 이 형태에 따르면, 단계적으로 처리된 연료가 주입되는 위치에서 가스의 산소량은 바람직하기로 부피로 약 4% 이하이다.
또한, 본 발명은 연소구역에 연료와 공기의 혼합물을 공급하도록 길이방향으로 뻗은 도관을 갖춘 가늘고 긴 공동(空洞)의 버너튜브를 구비한, 질소산화물의 방출을 줄이는 버너조립체를 제공한다. 버너튜브는 도관을 둘러싼 외부벽과 길이방향으로 뻗은 중심축 및 한쌍의 이격된 끝을 갖춘다. 또한, 이 조립체는 버너튜브의 끝들 중 하나에 배출노즐과, 버너튜브의 다른쪽 끝에 연료와 공기의 혼합물용 주입구 및, 버너튜브의 외부에 위치된 외부영역에 도관을 연통시키도록 주입구와 배출노즐 사이의 위치에 벽을 관통하여 뻗은 적어도 하나의 포트(port)를 구비한다. 바람직하게는, 이 포트는 본질적으로 튜브의 중심축에 직각인 중앙축을 가진다. 선택적으로, 이 포트는 튜브의 중심축에 대해 임의의 각도를 갖는 중앙축을 가진다. 이상적으로는, 조립체는 배출노즐과 주입구 사이의 각각의 위치에서 튜브의 벽을 관통하여 뻗은 다수의 포트를 구비한다. 본 발명의 바람직한 형태에서, 포트는 튜브의 외부벽 둘레로 뻗은 하나 이상의 열로 배열된다.
본 발명의 다른 형태에서, 전술된 포트들은 상기 축에 대해 전체적으로 방사상의 방향으로 뻗은 다수의 통로를 그들 사이에 한정시키도록 배열된, 전술된 바와 같은 다수의 흐름안내부재와, 도관의 한쪽 끝으로부터 흐르는 혼합물의 적어도 일부의 방향을 바꾸고 전체적으로 방사상의 방향으로 상기 통로를 통하여 상기 혼합물을 흐르게 하는 위치에서 상기 부재에 장착된 끝마개를 구비한 배출노즐과 조합하여 사용된다. 본 발명에 따르면, 상기 부재들은 일부 통로가 나머지 통로보다 큰 흐름면적을 갖도록 배치된다.
버너튜브의 벽을 관통하여 뻗은 적어도 하나의 포트를 갖춘 노즐조립체는 중앙개구부를 갖춘 버너타일을 구비하면서 질소산화물의 방출을 줄이는 방사상의 벽을 갖춘 버너의 한 구성요소로서 사용된다. 이러한 경우에서, 노즐조립체가 타일의중앙개구부를 통해서 뻗는다. 바람직하게는, 배출노즐이 버너튜브의 축에 대해 전체적으로 방사상의 방향으로 뻗은 다수의 통로를 그들 사이에 한정시키도록 배열된 다수의 흐름안내부재와, 도관의 끝으로부터 흐르는 혼합물의 적어도 일부의 방향을 바꾸고, 전체적으로 방사상의 방향으로 상기 통로를 통해 상기 혼합물을 흐르게 하여 발화될 때 방향이 바뀐 연료와 공기의 혼합물이 상기 축으로부터 방사상으로 이격된 상기 구역내의 위치에서 외주끝단을 갖춘 전체적으로 측방향으로 뻗은 화염을 생성하는 위치에서 상기 부재에 장착된 끝마개를 구비한다.
추가로, 본 발명은 연료와 공기의 혼합물을 버너타일의 표면에 인접하여 중심에 위치된 지점으로 흐르게 하는 단계와, 추가공기를 상기 지점으로부터 측방향으로 이격된 상기 표면에 인접한 위치쪽으로 흐르게 하는 단계 및, 상기 혼합물의 일부를 분리하고 상기 위치에 추가공기가 도달하기 전에 화염없이 산화할 수 있는 매우 희박한 혼합물을 생성하도록 상기 혼합물과 추가공기를 혼합하는 단계를 포함하는, 버너를 작동하는 방법을 제공한다. 특히, 이 방법은 연료와 공기의 혼합물을 버너타일의 표면에 인접하여 중심에 위치된 지점으로 흐르게 하는 단계와, 다수의 개별적인 흐름으로 상기 혼합물의 제 1부분을 분리하고 상기 흐름을 타일의 표면을 가로질러 상기 지점으로부터 방사상으로 외부로 흐르게 하는 단계, 각각 상기 지점으로부터 방사상으로 이격된 외주경계를 갖는 화염을 생성하도록 상기 흐름을 연소하는 단계 및, 상기 경계에 인접한 위치에서 제 2공기를 상기 화염에 제공하는 단계, 상기 타일의 표면에서 화염없이 산화할 수 있는 혼합물을 생성하도록 상기 위치의 상류위치에서 상기 혼합물의 제 2부분을 제 2공기에 추가하는 단계 및, 비교적 찬 산화물을 생성하도록 상기 표면에서 상기 혼합물을 화염없이 산화시키는 단계를 포함한다. 본 발명의 개념과 원리에 의하면, 산화물은 가연성 가스와 혼합되어서 묽어지고 냉각된다. 추가로 본 발명의 개념과 원리에 의하면, 재순환된 연도가스의 흐름은 상기 경계에 인접한 위치에서 상기 화염에 제공된다.
종래기술에 따른 버너의 예혼합형 구조는 본 발명의 버너구조에 제공되는 것 만큼 단일버너에서 질소산화물을 제거하는 기술을 사용할 수 없었다.
본 발명의 개념과 원리를 실현하는 버너(10)는 도 1에 도시되어 있는 바, 이 버너는 중앙에 위치된 개구부(14)를 갖춘 버너타일(12)과, 개구부(14)를 관통하여 돌출하고서 연소구역(20)내로 뻗은 버너배출노즐(18)을 갖춘 버너노즐조립체(16)를 구비한다. 또한, 버너(10)는 소음기(22)와 공기문(24) 및 가스연료원과 용이하게 연결하는 주입튜브(26)와 같은 종래 구성요소들을 구비한다.
도 2를 참조하면, 노즐조립체(16)는 스퍼드(28;spud)를 구비하여서, 가스연료가 이 노즐조립체(16)에 공급되게 한다. 스퍼드(28)는 커플링(42;도 7참조)에 연결되어서, 가스연료가 배출노즐(18)로 공급된다. 또한, 조립체(16)는 가늘고 긴 공동의 버너튜브(30)와 기저부(32)를 구비한다. 튜브(30)가 기저부(32)와 배출노즐(18) 사이로 뻗으며, 제 1연소공기를 위한 통로를 제공하고, 스퍼드(28)와 커플링(42)을 상호연결시키는 가스공급시스템(도시하지 않음)을 수용한다.
바람직하게, 배출노즐(18)은 연료분배부(36)와 끝마개(38)를 구비한다. 도 5 내지 도 7을 참조하면, 튜브(30)의 하류부(34)는 바람직하게 벤츄리관(40)을 구비하여서, 커플링(42)의 개구부(44)를 통해 분출되는 가스연료가 튜브(30)의 내부로부터 연소공기의 흐름을 유발하게 된다. 바람직하게는, 커플링(42)은 도시된 바와 같이 다수의 개구부(44)를 구비한다. 이 개구부(44)를 통해 분출된 가스연료는 튜브(30)의 하류부(34)를 통해서 연료분배부(36)로 흐르는, 가연성 연료가 적은 가스연료와 공기의 혼합물을 형성하도록 유발된 공기와 혼합한다.
연료분배부(36)는 도 3 및 도 4에 도시되어 있는 바, 연료분배부(36)는 노즐조립체(16)의 중심축(54)에 대해 전체적으로 방사상의 방향으로 뻗은 다수의 통로(50,52)를 그들 사이에서 한정하는 다수의 지느러미형상의 흐름안내부재(46,48)를 구비한다. 이 부재(46,48)는 인접한 부재(48)들 사이에 한정되는 통로(50)가 인접한 부재(48)들 사이에 한정된 통로(52)보다 흐름단면적이 크게 되도록 크기를 가지면서 배치된다. 작동중에, 연료와 공기의 혼합물은 전체적으로 축(54)에 평행한 방향으로 튜브(30)의 하류부(34)를 통해 흐른다. 공기와 연료의 혼합물이 끝마개(38)에 도달하면, 공기와 가스의 혼합물은 통로(50,52)를 통해 방사상으로 외부로 흐르도록 방향이 바뀐다. 이에 대해서, 부재(46,48)의 각 외부끝단(46a,48a)은 바람직하기로 덮개(38)의 외부끝단(38a)보다 더 축(54)으로부터 이격된다. 이는 인접한 공기와 연료의 가연성 혼합물의 일부가 축에 직각인 방향보다 구역(20)을 향해 약간 굴곡되게 흐를 수 있게 하는 통로(50,52)의 축방향 외부끝에 각각의 개구부(50a,52a;도 5참조)를 제공한다.
특히 도 3을 참조로 하면, 상기 부재(46,48)는 통로(50,52)의 각각의 그룹(56,58)을 제공하도록 배치된다. 도시된 바와 같이, 각 그룹(56)은 5개의 통로(50)를 구비하고, 각 그룹(58)은 5개의 통로(52)를 구비한다. 도 3에 명백하게 도시된 바와 같이, 통로(50)는 통로(50)로 제공된 흐름단면적이 통로(52)로 제공된 흐름단면적보다 크게 되도록 통로(52)보다 넓은 폭을 갖는다. 도시된 바와 같이, 그룹(56,58)은 번갈아 연료분배부(36)의 둘레에 배치된다. 바람직한 실시예에서 볼 수 있듯이, 연료분배부(36)는 4개의 그룹(56)과 4개의 그룹(58)을 구비한다. 하지만, 통로는 요구되는 작동상의 특징과 구조에 따라 동일하게 적용될 수 있는 다양한 구조로 배치될 수 있다. 통로(52,50)의 크기는 특히 통로(52)을 통해 속도를 증가시키기 용이하도록 변화된다. 통로(50)를 통과한 속도에 대한 통로(52)를 통과하여 증가된 속도는 재순환된 연도가스의 확산을 증가시킨다.
특히 도 11과 도 12에 도시된 본 발명의 바람직한 실시예에서, 단계적으로 처리되는 중앙의 제 2연료노즐(60)은 끝마개(38)에 구비된 구멍(64)을 통해 돌출한다. 노즐(60)은 축(54)을 따라 하류부(34)를 통해 뻗은 가스공급배관(86)의 길이부를 구비한다. 단계적으로 처리되는 버너팁(62)은 배관(86)의 하류끝(88)에 장착된다. 팁(62)은 도 8a와 도 8b에 도시된 바와 같이 될 수 있는데, 이는 표면(74;도 1참조)에 인접한 구역(20)에 있는 방사상의 연소영역(75)에 대해 이격된 구역(20)내로 바람직하기로 천연연료의 흐름을 안내하는 전달개구부(66)를 구비한다. 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 개구부(66)는 타일표면의 평면에서 대략 45°로 배치되나, 임의의 주어진 설비에 필요한 각도는 버너의 요구되는 작동 및 이행특성에 따라 변화될 수 있다. 이러한 관점에서, 도 11에 개략적으로 도시된 바와 같이 개구부(66)의 각도는 산소가 풍부한 혼합물과 단계적으로 처리된 연료의 빠른 혼합을 확실히 방지하기 위해서 약 30°이상으로 되어야 한다. 마찬가지로, 개구부(66)의 개수와 간격도 요구되는 이행특성의 함수이다.
본 발명의 다른 실시예에서, 노즐(60)은 도 12 내지 도 14에 도시된 바와 같이 될 수 있는데, 배관(86)의 하류부(90)는 팁(62)이 끝마개(38)에 대해 이격되게 위치되므로 끝마개(38)를 지나 돌출한다. 이 경우에, 조립체(16)가 바람직하게 끝마개(38)에 장착되고 돌출부(90)를 둘러싸면서 돌출부(90)의 총길이를 따라 뻗은 원통형상의 외장(92)을 구비한다. 적당하게 위치된 개구부(94)는 연소구역의 열로부터 전체 팁(62)을 보호하고 팁(62)으로부터 단계적으로 처리된 연료의 방출을 허용하는 외장(92)에 구비된다.
도 12에 도시된 바와 같이, 외장(92)은 이 외장(92)과 배관(86)사이에 있는 가스가 연소구역으로 빠져나갈 수 있게 함으로써 외장(92)을 배기시킬 수 있도록 된 개구끝(96)을 구비한다. 선택적으로는, 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이 될 수 있는 데, 외장(92)의 끝은 평편한(도 13 참조) 혹은 반구형상(도 14 참조)의 덮개(98)로 밀폐된다. 이러한 경우에, 적당한 분출구멍(99)은 외장(92)의 벽에 구비된다. 이 분출구멍(99)은 본질적으로 개구끝(96)과 동일한 목적으로 사용되나, 도시된 바와 같이 분출구멍은 외장(92)의 길이방향의 축에 직각인 평면에 대해 약 10°로 아래로 경사져 위치된다. 바람직하게는, 노즐(60)은 이 노즐(60)을 매개로 연소구역내로 흐르는 연료의 양을 제어하도록 도 5에 도시된 바와 같은 오리피스(68)를 구비한다.
본 발명의 개념과 원리에 따르면, 팁(62)은 바람직하게 산소를 많이 함유하고서 방사상의 연소영역(75)에서 방사상으로 이동하는 가연성가스와, 노즐(60)을 매개로 주입된 단계적으로 처리된 연료의 흐름패턴은 산소가 풍부한 환경에서 단계적으로 처리된 연료의 연소를 방지하도록 기계적으로 분리되게 예혼합된 배출노즐(18)로부터 충분히 떨어져 위치된다. 따라서, 단계적으로 처리된 가스분사가 나오는 팁(62)은 적어도 노즐(60)로부터의 연료가 연도가스와 혼합될 수 있는 기회을 얻기 까지 가스분사의 운동량이 단계적으로 처리된 가스와 예혼합된 가스 및 공기의 혼합물을 섞는 데에 불충분하게 되도록, 예혼합된 흐름으로부터 충분히 멀리 있게 된다. 이는 특히 방사상의 가열영역(75)에서의 연소로부터 남겨진 대량의 과잉공기가, 국부적인 연소가 단계적으로 처리되는 라이저(riser)의 팁에서 시작되기에 충분하여, 질소산화물의 방출을 증가시키는 주요 공기와 연료 혼합물의 매우 희박함 개념과 관련하여 고려될 때 중요하다. 바람직하게는, 질소산화물의 절감을 위한 최선책은 단계적으로 처리된 연료가 부피로 약 4% 이하의 산소를 함유한대기중에서 연소되어야 한다.
도 9 및 도 10을 참조로 하면, 본 발명의 개념과 원리를 이용한 몇몇의 중요한 응용예에서, 개구부(14)는 바람직하게 제 2연소공기가 개구부(14)와 원통형상부(34) 사이의 고리형 공간을 통해서 구역(20)으로 흐르도록 튜브부(34)의 외경보다 더욱 큰 내경을 가진다. 본 발명의 이러한 양상에 따르면, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 제 2공기덕트(70)는 제 2공기의 흐름을 촉진하고 향상시키도록 구비된다. 상기 덕트(70)의 한쪽 끝(72)은 타일(12)의 표면(74)에 있는 구역(20)과 연통된다. 덕트(70)의 다른쪽 끝(76)은 개구부(14)와 연통된다. 도 10에 도시된 바와 같이, 끝(72)이 아치형상으로 되어 있어서, 이 끝은 구역(20)내로 부채꼴형상의 공기흐름을 방출한다. 또한, 끝(76)은 아치형상으로 되어 있으며, 전체적으로 개구부(14)의 내부표면(78) 둘레로 뻗은 슬롯의 형태를 하고 있다. 본 발명에 따르면, 타일(12)의 표면(74)이 오목하거나 평편하다. 오목형상은 접시형상의 내부로의 연도가스의 재순환을 용이하게 한다.
도 9 및 도 10에 도시된 타일과 병합된 버너의 작동에 있어서, 통로(50,52)를 떠나는 연료가 희박한 연료와 공기의 혼합물은 축(54)의 외부로 방사상으로, 그리고 전체적으로 표면(74)에 인접한 방사상의 연소영역(75)내에서 연소되는 타일(12)의 표면(74)을 가로질러 이동한다. 연료와 공기의 혼합물의 연소생성물은 결국 노즐(60)로부터의 천연연료와 섞여진다. 본 발명의 많은 실시예에서, 이 혼성물은 연료가 풍부하며, 연소후에는 영역(75)의 방사상의 외주에 외주끝단을 갖추고 전체적으로 측면으로 뻗는 화염을 제공한다. 바람직하게는, 덕트(70)의 끝(72)은측면으로 뻗는 화염의 외주끝단에 공기를 화염에 제공하도록 위치된다.
내부차폐부(84)를 구비한 본 발명의 노즐의 실시예는 도 6에 도시된다. 차폐부(84)는 전체적으로 뒤집혀진 원추형상이며, 튜브(40)를 가로지르는 공기와 연료의 혼합물의 흐름의 방향을 바꾸도록 위치된다. 가연성 혼합물은 이 혼합물이 전체적으로 방사상의 방향으로 이동하도록 흐름의 방향을 바꾸는 차폐부(84)와 맞닿게 될 때까지, 전체적으로 축방향으로 튜브(40)를 따라 이동한다. 도 6에 의하면, 차폐부는 중앙에 위치된 천연연료용 노즐(60)을 구비한 노즐구조체와 조합되어 도시되어 있다. 하지만, 통상의 지식을 가진 숙련자들에게는 내부차폐부가 중심노즐의 유무에 상관없이 매우 유용한 것으로 알려져 있다.
실례
본 발명의 개념과 원리를 구현한 버너는 다음과 같이 작동된다. 버너는 0.63MMBtuh에서 연소되고, 과잉공기는 10%이고, 노의 온도는 1800℉(982℃)이며, 버너의 차등압은 0.25inH2O(0.000615atm)이고, 제 2 및 제 1버너댐퍼는 완전히 개방되며, 가연성 가스는 50%의 천연가스와 50%의 수소이고, 버너는 외부의 컵형상인 타일선단과 정렬된 후 0.25inH2O(0.000615atm)로 가압된다. 단일버너의 사용에 따른 측정결과는 2.5%의 산소와 0ppm의 일산화탄소 및 8 내지 10ppm의 질소산화물로 나타나며, 13개의 버너로 된 배열부를 사용한 측정결과는 2.5%의 산소와 0ppm의 일산화탄소 및 15 내지 19ppm의 질소산화물을 나타낸다.
이 실험결과에 따르면, 타일을 통해 공기를 여러 단계로 처리함으로써, 질소산화물은 총방출량의 큰 비율로 감축시킬 수 있다.
전술된 본 발명으로 성취되는 장점으로는 매우 낮은 질소산화물의 방출, 저소음, 질소산화물의 방출을 줄이기 위해 축방향으로 단계적으로 처리된 풍부한 가스흐름과의 부분적인 예혼합, 연료로 유발된 노가스의 재순환으로 신속한 질소산화물의 절감, 단순함, 짧은 화염길이, 안정적인 분사를 위한 부하조정에서의 고압의 이용, 높은 안정성, 평판 혹은 컵형상인 타일표면의 사용, 예혼합된 연료와 공기의 한정된 연소를 위한 다양한 폭과 깊이 비율의 조정, 공기를 단계적으로 처리하는 기술로 질소산화물의 생성을 더욱 감소시키는 단계적으로 처리되는 공기타일, 연소를 늦추기 위해 노벽으로부터 멀리 안내되는 단계적으로 처리된 가스 및, 과잉공기가 예혼합팁의 기저부에서 필요하지 않도록 제 2공기의 단계화가 타일과 일체로 되는 것 등을 포함한다.
본 발명의 버너는 예혼합형 구조이다. 또한, 이 버너는 바람직하기로 버너의 주배출노즐에 아주 연료가 희박한 공기와 연료의 예혼합물을 전달하기에 충분히 최적으로 된 벤츄리관을 구비한다. 배출노즐은 그 슬롯이 한정된 각각의 화염과 같이 각 개별적인 예혼합된 분사를 유지하기 위한 큰 폭과 깊이의 비율을 갖도록 되어 있다. 이는 타일과 노의 본래의 재순환패턴이 각 흐름내로 노의 연도가스를 주입하게 한다. 이는 질소산화물을 감소시키는 하나의 요건이다.
배출노즐은 8개의 부로 배열되는데, 이 중 4개는 고속흐름용이고 나머지 4개는 저속흐름용이다. 각 부 사이의 웨빙(webbing)이 비례적이어서, 촘촘히 제한된 영역에서 연도가스의 재순환이 더욱 잘 이루어진다. 영역의 변동은 큰 흐름영역에서 안정성을 확보하는 반면에, 작은 영역은 질량이 작기 때문에 확산에 의해 높은 비율의 연도가스에 영향을 받게 된다.
전술된 바와 같이, 중심라이저(60)가 바람직하기로 벤츄리관인 버너튜브(34)를 통해서 삽입되어, 상기 라이저가 배출노즐(36)의 끝판(38)을 통해 돌출한다. 제 2 혹은 단계적으로 처리되는 노즐(60)에는 약 10psig(0.68atm)의 압력으로 (예혼합되지 않은) 순수가스연료가 공급된다. 다음으로, 이 가스는 노의 고온을 조정하도록 된 단계적으로 처리되는 팁(62)을 매개로 배출되고, 이어서 연소된다. 이 팁(62)은 바람직하게 가스가 노벽의 열로부터 멀리 안정한 방식으로 가스를 산화시킬 필요가 있을 때 임의의 각도로 안내될 수 있게 하는 데에 충분한 폭과 깊이의 비율을 제공한다. 이는 확실히 연소공정이 방해되게 하지만, 일산화탄소의 적당량을 유발하기엔 충분하지 않다.
팁압력은 주요 가스용 스퍼드로부터 단계적으로 처리된 팁끼리 일직선으로 위치된 일체성형된 오리피스(68)로 유지된다. 배출노즐(36)과 단계적으로 처리되는 팁(62)은 배출노즐(36)의 표면에 개방된 슬롯에 의해서 창출된 흐름패턴으로 함께 상호작용하여, 천연연료의 적당한 단계화와, 화염의 주요 예혼합부에서 더욱 질소산화물을 적게 생성하도록 형성된 일산화탄소와 이산화탄소의 이어지는 재순환을 유지한다.
본 발명에 따른 버너의 다른 양상은 실제로 단계적으로 처리된 공기타일부를 이용할 수 있어서, 제 2공기가 외주팁에 있는 화염의 예혼합부내에서 혼합된다. 제 2공기가 예혼합된 화염의 기저부와 접촉하도록 하는 대신에 공기를 단계적으로 처리하여서, 질소산화물이 제 2공기타일의 혼합기술에 의해 더욱 방해된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 도 15 내지 도 17에 도시된 바와 같이, 버너는 버너팁에 중앙의 공기와 연료의 혼합물을 전달하는 도관을 제공하는 중앙에 위치된 튜브(34)의 벽에 하나 이상, 바람직하게는 다수의, 이상적으로는 8개이상의 방사상으로 뻗은 포트(100)를 구비한다. 이 포트(100)들은 튜브(34)를 둘러싼 공간(102)과 연통하여서, 공기와 연료의 혼합물의 일부가 포트(100)를 통해 흐르고, 연소구역(20)을 향해 튜브(34)의 외부를 따라 흐르는 제 2공기와 혼합된다. 따라서, 형성된 혼합물은 전체적으로 종래의 화염을 유지하기에는 너무 희박하나, 저온산화가 버너타일(104)의 표면(174)에서 발생하여 질소산화물의 방출을 최소화시킨다.
전술된 본 발명의 특히 바람직한 형태에 따르면, 포트(100)는 컵형상의 타일(104)을 갖춘 방사상의 버너와 연결되어 사용되며, 포트(100)는 배출노즐(36)을 통해 감소된 팁의 속도와 향상된 안정성 및 질소산화물의 방출을 최소화시키는 예혼합된 공기와 연료의 일부를 미리 단계적으로 처리하게 된다. 컵형상의 타일(104)은 배출노즐(36)로부터 상류로 약 3in(7.62cm)되는 위치에 포트(100)를 놓을 수 있어서, 도 17에 도시된 바와 같이 포트(100)를 통해 중앙튜브(34)로부터 빠져나온 이미 희석된 공기와 연료의 혼합물(152)이, 타일의 표면(174)에 도달하기 전에 매우 희박한 혼합물을 잘 나타내도록 튜브(34)의 외부를 따라 화살표(154)의 방향으로 흐르는 제 2공기과 완전하게 혼합될 수 있다. 이 매우 희박한 혼합물은 타일의 표면에 종래의 화염이 없이도 저온산화가 진행된다. 이러한 저온산화의 생성물은 배출노즐(36)에서 만들어진 주화염(150)으로 비말동반되며, 식힘 및 냉각효과를 제공하여 주화염에서 질소산화물을 감소시킨다. 전반적인 효과는 10ppmv(단위 부피당 백만분의 일)보다 낮은 수치로 질소산화물의 방출을 감소하게 한다. 본 발명의 원리와 개념에 의하면, 5ppmv 아래의 질소산화물의 방출이 성취될 수 있다.
본 발명에 따른 이러한 형태의 특징으로는, 1)단계적으로 처리된 연료에 의한 질소산화물의 저방출; 2)타일의 근접부에서 빠른 산화로 이어지는 화염없는 연소; 3)팁의 압력과 열방출의 작용에 의한 저소음; 4)버너의 외부로 연도가스를 비말동반하는 단계적으로 처리된 가스분사; 5)신속한 질소산화물의 절감; 6)질소산화물의 방출에 영향을 적게 미치는 제 2공기; 7)짧은 화염프로파일; 8) 추가된 예혼합 팁속도에 의한 높은 부하조정비율; 9)높은 안정성; 10)일산화탄소의 방출의 최소화; 11)매우 희박한 예혼합된 구역; 12)낮은 폭발한계(LEL;저온연소) 이하의 화학양론에 따른 방사상의 타일에 대한 산화 및; 13)가스와 공기의 별개의 화학양론을 포함한 3개의 개별적인 유체흐름구역;을 포함한다.
도 16에 도시된 바와 같이, 주요 공기와 연료의 혼합물의 일부를 버너튜브(34)의 외부에 있는 제 2공기흐름내로 안내하여 매우 희박한 공기와 연료의 혼합물을 만들도록 하는 구멍(100)은 바람직하게 안내부(46;48)와 같은 흐름안내부와, 노즐(60)과 같은 중앙노즐 및, 차폐부(84)와 같은 내부차폐부를 구비한 버너노즐과 연결하여 사용된다.
폭 넓게 도 15 내지 도 17에 도시된 형태의 개념과 원리에 의하면, 예혼합된 버너와 풍부한 연료를 단계적으로 처리된 팁과 연결하여 매우 희박한 예혼합된 공기와 가스연료의 부피를 선처리함으로써, 적당한 혼합생산물이 저방출을 위해서 주화염을 약하게 하고 냉각할 때까지, 주화염으로부터 혼합물의 분리를 유지하는 동안에, 질소산화물의 매우 낮은 방출은 선처리된 매우 희박한 혼합물의 화염없는 연소를 촉진하도록 된 타일에 연결되어 성취될 수 있다.
도 15 내지 도 17에 도시된 버너에서, 총연료에서 약 15%의 연료범위인 연료의 일부분이 공기와 혼합한다면, 혼합물의 일부가 주배출노즐보다 앞서서 제거되고 제 2공기흐름내로 방향이 바뀐다. 이러한 방사상의 벽을 갖춘 버너인 경우에, 예혼합은 벤츄리관의 형태인 중앙튜브(34)에서 상기 팁에 앞서서 버너몸체 둘레에 위치된 포트(100;방사상으로 천공된 구멍)에 의해 제거된다. 다른 형태에서, 예혼합은 특정 포트를 사용하는 타일을 통해 회귀되고 재순환된 연도가스와 혼합된다. 이는 폭발한계 이하이면서 지속적인 연소가 불가능한 혼합물을 창출한다. 이 흐름은 가스의 운동량을 가속시키며, 비록 폭발한계이하 일지라도 연료의 빠른 산화를 일으킬 수 있는 방사상의 타일부를 통과해야 한다. 완전한 산화가 아니라면, 실제 산화가 일어날 때 이 흐름은 예혼합된 주요 공기와, 주버너팁에서 나오고 폭발한계내에 있는 가스흐름과 재혼합된다. 이 주요 예혼합흐름은 연소를 유지하고 안정하게 한다. 산화된 흐름은 주요 화염을 식히는 효과를 갖는데, 과잉질량에 의해 화염에 열부하를 가함으로써 이론적인 온도를 낮춘다.
더구나, 제 2단계의 순수가스연료는 주버너의 예혼합배출노즐의 하류에 있는 제 2팁(60)으로부터 주입된다. 제 2연료는 추가로 노에 주입되고, 주화염의 운동량과 재순환하는 노가스의 힘으로 주화염내로 되돌리기 전에 노의 연도가스의 실제량과 비말동반하여 혼합되도록 음속인 분사의 운동에너지를 이용한다. 또한, 이는 주화염을 식히는 효과가 있으며, 다시 가연성인 범위내로 총 혼합물을 폭발한계로 되게 한다. 내화성의 안정효과는 노내에서 작동중에 보여진 부하조정비율과 낮은 산소의 기간동안 안정적인 화염을 유지하는 데에 도움이 된다.
도 15 내지 도 17과 관련하여 전술된 예혼합하는 선처리기술은 기존 질소산화물의 방출을 대폭 줄이는 버너의 절반정도로 질소산화물을 감소시킨다. 이점에 있어서, 구멍(100)으로 촉진된 예혼합하는 선처리개념은 본질적으로 버너의 형태 혹은 장착하는 형태와 사용으로 확대될 수 있다. 다시 말하자면, 예혼합하는 선처리기술은 본질적으로 버너의 응용으로 확대될 수 있다. 따라서, 이 개념은 질소산화물을 매우 적게 방출하는, 둥근 화염이면서 화염이 위로 향하거나 측면으로 향한 버너 뿐만 아니라 사각형상의 평탄한 화염의 버너와 화염이 아래로 향한 버너를 만드는 데에 사용될 수 있다. 또한, 이 개념은 기초적인 확산화염버너 뿐만 아니라 훌륭한 예혼합형 버너에 사용될 수 있다.
추가적인 질량에 의해 이론적인 온도를 감소시키도록 노즐(60)과 같은 노즐을 매개로 비말동반 및 운동량에 의해 주요 화염으로 귀환되는 연료가 풍부한 형태인 가스의 실제 단계적으로 처리된 부분에 덧붙여, 주요 화염에 근접하게 위치된 타일내의 화염없는 연소구역으로 증대된 희박한 주요 공기와 연료의 혼합물의 사용은, 본 발명의 매우 중요한 특징이다.
전반적으로, 본 발명은 현존하는 버너의 기술보다 훨씬 방출을 줄인 질소산화물을 전달하는 능력을 갖추고서, 방사상의 벽을 갖춘 버너로부터 수평방향과 위방향 및 심지어 아래방향으로 화염이 솟는 버너까지의 범위내에 있는 여러 종류의 버너를 제공하기에 적합하다.
본 발명의 개념과 원리에 따른 다른 형태에서, 포트노즐구조가 배출된 공기와 연료의 주요 혼합물을 희석하도록 그 후에 제 2공기 대신에 사용되는 연도가스를 재순환시키도록 된 타일의 특별한 포트와 연결되어 사용된다. 이러한 구조는 또한 버너팁에 바람직하지 않은 연소가 일어나지 않게 하는 타일 뒤에 희박한 예혼합물을 제공하고 유지하는 데에 사용된다. 이에 대한 부작용은 버너구조에서 전형적으로 볼 수 있는 것보다 훨씬 더 화염의 이론온도를 낮추는 데에 도움이 되는 화염의 부하이다. 화염없는 연소구역은 제어되고, 대부분의 초기 산화가 완전할 때까지 주화염으로부터 분리될 수 있다.
본 발명의 개념과 원리는 기존의 개발기술에 새로운 방법을 추가한다. 연소과정을 제어하고 안정화시키는 특정한 타일구조와 결합된 화염없는 연소구역(희박하게 예혼합된)의 창출은, 화염온도를 감소시키는 다른 희석방법과 다른 연도가스의 재순환을 사용하지 않고서 질소산화물의 방출을 줄이도록 함께 작용한다.
도 15 내지 도 17의 버너는 "종래의 버너내에 통상적으로 구비된 부재들"내에 고려되는 한자리 수의 질소산화물 수를 제공한다. 주화염 뒤에 화염없는 연소구역을 추가하여서, 새로운 장치는 질소산화물의 생성물인 "신속한 질소산화물 관리"에 고려된 처리를 없앤다.
본 발명의 이러한 다양한 특징들과의 결합은 본 발명의 버너가 배열부내의 버너의 수와 연료혼합내의 종류 및 그 종류에 따라 십단위 이하의 한자리수 ppm의범위내의 질소산화물의 방출량을 전달하게 한다. 따라서, 본 발명에 따르면, 가능하다고 여겨지지 않았던 범위내에서 실행하는 동안 안정한 조작방법과 적당한 부하조정을 제공하는 단일버너로 질소산화물의 절감에 대한 많은 공지된 이론과 조합할 수 있게 되었다. 본 발명에 따르면, 짧은 화염길이는 특히 연료가 분자량이 큰 탄화수소를 포함할 때 가능하고; 큰 부하조정비율이 특히 내부차폐부가 사용될 때 수소화연료로 가능하며; 훨씬 낮은 소음은 다중포트와 소형분사를 갖춘 버너에서 실행되고; 컵형상 또는 평판형상의 타일이 서로 교환가능하고; 작동중에 단계적으로 처리된 공기타일구조는 질소산화물을 절감시키며; 타일내의 버너의 조정성능은 질소산화물을 조정할 수 있고; 팁은 구조상 쉽게 제거되며 설치되며; 부하조정에서 단계적으로 처리된 분사의 방향이 화염을 안정하도록 하게 한다.

Claims (51)

  1. 가늘고 긴 공동(空洞)의 버너튜브와 배출노즐을 구비하고서, 상기 버너튜브는 중앙에 길이방향으로 뻗은 축을 구비하고 노즐조립체를 둘러싼 연소구역의 방사상의 연소영역으로 연료와 공기의 혼합물을 제공하도록 상기 축을 따라 뻗은 도관을 한정하며, 상기 배출노즐은 상기 구역에 인접한 도관의 하류끝에 있는 튜브에 장착되면서, 도관으로부터 상기 연료와 공기의 혼합물을 받아들이며 상기 축에 대해서 본질적으로 방사상의 방향으로 상기 영역내로 혼합물을 안내하도록 되어 있되, 상기 배출노즐은 이 배출노즐의 외주둘레로 뻗은 배열부에 배치되고서, 상기 축에 대해서 전체적으로 방사상의 방향으로 뻗은 다수의 통로를 그들 사이에 한정하도록 배열된 다수의 흐름안내부재 및, 상기 도관을 밀폐하고 축방향을 따르는 상기 혼합물의 흐름을 방지하는 위치에서 상기 부재에 장착된 끝마개를 구비하여서, 혼합물이 전체적으로 방사상의 방향으로 상기 통로를 통해 흐르게 되는, 방사상의 벽을 갖춘 버너를 위한 질소산화물의 방출을 줄이는 버너노즐조립체.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 부재는 상기 통로의 일부가 나머지 상기 통로들보다 더욱 큰 흐름면적을 갖도록 배열된, 질소산화물의 방출을 줄이는 버너노즐조립체.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 부재가 본질적으로 사각형상의 평판의 형태인, 질소산화물의 방출을 줄이는 버너노즐조립체.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 통로는 축방향으로 뻗은, 질소산화물의 방출을 줄이는 버너노즐조립체.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 끝마개는 상기 축으로부터 방사상의 제 1거리에 위치된 측선단을 갖추며, 상기 각 부재는 상기 축으로부터 방사상의 제 2거리에 위치된 외부선단을 구비하고, 이 방사상의 제 2거리는 상기 부재에 의해 한정된 통로가 상기 측선단을 지나서 방사상으로 뻗도록 상기 방사상의 제 1거리보다 크게 된, 질소산화물의 방출을 줄이는 버너노즐조립체.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 끝마개는 축방향으로 뻗은 구멍을 구비하고, 상기 노즐조립체는 상기 도관의 축을 따라 뻗은 배관의 길이부와, 이 배관의 길이부의 하류끝에 단계적으로 처리되는 버너노즐팁를 갖춘 중심에 위치되고서 단계적으로 처리되는 연료용 버너노즐를 구비하되, 이 단계적으로 처리되는 연료용 버너노즐은 상기 구멍을 통해 축방향으로 돌출되도록 배치되며, 상기 팁은 상기 방사상의 연소영역에 대해 이격된 상기 구역으로 연료를 전달하는 연료전달오리피스를 구비한, 질소산화물의 방출을 줄이는 버너노즐조립체.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 단계적으로 처리되는 버너노즐은 상기 팁이 끝마개에 대해 이격되게 위치되도록 배관의 길이부의 하류부분이 상기 끝마개를 지나서 돌출하게 위치되는, 질소산화물의 방출을 줄이는 버너노즐조립체.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 배관의 길이부의 일부와 상기 팁을 둘러싸도록 위치된 가늘고 긴 보호용 외장을 구비한, 질소산화물의 방출을 줄이는 버너노즐조립체
  9. 제 8항에 있어서, 상기 외장이 오리피스와 정렬되게 위치된 개구부를 구비한, 질소산화물의 방출을 줄이는 버너노즐조립체.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 버너튜브가 압력하에서 공기공급원 및 가스연료원과 연통하는 목을 갖춘 벤츄리관을 구비하며, 이 벤츄리관은 상기 목을 통과한 가스연료의 흐름이 상기 공기공급원으로부터의 공기의 흐름을 유발하여서, 상기 연료와공기의 혼합물이 상기 목에서 창출되며 상기 배출노즐을 향해 흐르도록 배치된, 질소산화물의 방출을 줄이는 버너노즐조립체.
  11. 방사상의 타일표면의 둘러싸인 중앙개구부를 갖춘 버너타일과 상기 개구부를 통해 뻗으면서 질소산화물을 적게 방출하는 가늘고 긴 버너노즐조립체를 구비하고서, 상기 노즐조립체는 가늘고 긴 공동의 버너튜브와 배출노즐을 구비하며, 상기 버너튜브는 중앙에 길이방향으로 뻗은 축을 구비하고 상기 배출노즐을 둘러싼 연소구역의 방사상의 연소영역으로 연료와 공기의 혼합물을 제공하도록 상기 축을 따라 뻗은 도관을 한정하며, 상기 방사상의 연소영역은 표면에 인접하고, 상기 배출노즐은 상기 영역에 인접한 도관의 하류끝에 있는 상기 튜브에 장착되면서 도관으로부터 상기 연료와 공기의 혼합물을 받아들이며 상기 축에 대해 본질적으로 방사상의 방향으로 상기 영역내로 혼합물을 안내하도록 되어 있되, 상기 배출노즐은 이 배출노즐의 외주둘레로 뻗은 배열부에 배치되고서, 상기 축에 대해 전체적으로 방사상의 방향으로 뻗은 다수의 통로를 그들 사이에 한정하도록 배열된 다수의 흐름안내 부재 및, 상기 도관을 밀폐하고 축방향을 따르는 상기 혼합물의 흐름을 방지하는 위치에서 상기 부재에 장착한 끝마개를 구비하여서, 혼합물이 전체적으로 방사상의 방향으로 상기 통로를 따라 흐르게 되는, 질소산화물의 방출을 줄이는 방사상의 벽을 갖춘 버너.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 통로는, 발화될 때 연료와 공기의 혼합물의 방사상의 흐름이 상기 표면을 가로질러 상기 영역을 통해 뻗고 상기 축으로부터 방사상으로 이격된 상기 구역내의 위치에서 외주끝단을 갖추면서 전체적으로 측방향으로 뻗는 화염을 제공하도록 배치된, 질소산화물의 방출을 줄이는 방사상의 벽을 갖춘 버너.
  13. 제 11항에 있어서, 적어도 하나의 덕트가 상기 화염의 외주끝단에 인접한 상기 구역내의 위치로 산소를 안내하도록 상기 타일에 구비되는, 질소산화물의 방출을 줄이는 방사상의 벽을 갖춘 버너.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 덕트는 상기 표면에서 상기 구역과 연통하는 한쪽 끝과, 상기 개구부와 연통하는 다른쪽 끝을 갖춘, 질소산화물의 방출을 줄이는 방사상의 벽을 갖춘 버너.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 덕트의 한쪽 끝은 아치형상이며 상기 구역으로 부채꼴형상의 공기흐름을 분출시키는, 질소산화물의 방출을 줄이는 방사상의 벽을 갖춘버너.
  16. 제 11항에 있어서, 상기 표면이 오목형상인, 질소산화물의 방출을 줄이는 방사상의 벽을 갖춘 버너.
  17. 가늘고 긴 공동의 버너튜브와, 배출노즐 및, 단계적으로 처리되는 중앙의 연료노즐을 구비하고서, 상기 버너튜브는 중앙에 길이방향으로 뻗은 축을 구비하고 배출노즐을 둘러싼 연소구역내의 방사상의 연소영역으로 연료와 공기의 혼합물을 제공하도록 상기 축을 따라 뻗은 도관을 한정하며, 상기 배출노즐은 상기 영역에 인접한 도관의 하류끝에 있는 상기 튜브에 장착되면서 도관으로부터 상기 공기와 연료의 혼합물을 받아들이며 상기 영역내로 상기 축에 대해서 본질적으로 방사상의 방향으로 혼합물을 안내하도록 되어 있고, 상기 축을 따르는 방향으로 상기 혼합물의 흐름을 방지하도록 위치된 끝마개를 구비하되, 상기 단계적으로 처리되는 중앙의 연료노즐은 상기 도관의 축을 따라 뻗은 배관의 길이부와, 상기 배관의 길이부의 하류끝에 있는 단계적으로 처리되는 버너노즐팁을 구비하고, 상기 단계적으로 처리되는 연료버너노즐은 상기 끝마개의 구멍을 통해 축방향으로 돌출하도록 배치되며, 상기 팁은 상기 구역의 상기 영역에 대해 이격된 상기 구역으로 연료를 전달하도록 위치된 연료전달오리피스를 구비한, 방사상의 벽을 갖춘 버너를 위한 질소산화물의 방출을 줄이는 버너노즐조립체.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 단계적으로 처리되는 연료버너노즐은 상기 팁이 끝마개에 대해 이격되게 위치되도록 상기 배관의 길이부의 하류부분이 상기 끝마개를 지나서 돌출되도록 위치되는, 질소산화물의 방출을 줄이는 버너노즐조립체.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 배관의 길이부의 일부와 상기 팁을 둘러싸게 위치된 가늘고 긴 보호용 외장을 구비한, 질소산화물의 방출을 줄이는 버너노즐조립체.
  20. 제 19항에 있어서, 상기 외장은 오리피스와 정렬되게 위치된 개구부를 구비한, 질소산화물의 방출을 줄이는 버너노즐조립체.
  21. 제 17항에 있어서, 상기 전달오리피스가 상기 축에 직각인 평면에 대해 위쪽과 바깥을 향한 각도로 가스연료를 배출하도록 위치된, 질소산화물의 방출을 줄이는 버너노즐조립체.
  22. 제 21항에 있어서, 상기 각도는 적어도 약 30°인, 질소산화물의 방출을 줄이는 버너노즐조립체.
  23. 연소구역으로 연료와 공기의 혼합물을 공급하면서 길이방향으로 뻗은 도관을 제공하는 가늘고 긴 부재를 구비하고, 상기 도관은 중심에서 길이방향으로 뻗은 축과, 상기 도관으로부터 상기 연료와 공기의 혼합물을 받아들이고 상기 구역내로 혼합물을 안내하도록 상기 구역에 인접한 도관의 한 끝에 위치된 노즐팁구조체를 구비하되, 이 팁구조체는 상기 축에 대해 전체적으로 방사상의 방향으로 뻗은 다수의 통로를 그들 사이에 한정하도록 배치된 다수의 흐름안내부재와; 노즐의 자유끝을 밀폐하도록 상기 부재에 장착된 끝마개 및; 도관의 끝으로부터 흐르는 적어도 혼합물의 일부의 방향을 바꾸고서 전체적으로 방사상의 방향으로 상기 통로를 통해 혼합물이 흐르도록 위치되고 배열된 내부차폐부;를 구비한, 질소산화물을 줄이는 방사상의 벽을 갖춘 버너를 위한 노즐.
  24. 버너타일의 표면에 인접하여 중심에 위치된 지점에서 연료와 공기의 혼합물을 제공하는 단계와; 다수의 개별적인 흐름내로 상기 혼합물을 분리하고 이러한 흐름들의 상기 타일의 표면을 가로질러 상기 지점으로부터 방사상으로 외부로 향해흐르게 하는 단계 및; 상기 일부 흐름의 속도를 나머지 흐름의 속도보다 더욱 빠르게 하는 단계;를 포함한 버너를 작동하는 방법.
  25. 버너타일의 표면에 인접하여 중심에 위치된 지점에서 연료와 공기의 혼합물을 제공하는 단계와; 다수의 개별적인 흐름내로 상기 혼합물을 분리하고 이 흐름들이 상기 타일의 표면을 가로질러 상기 지점으로부터 방사상으로 외부로 향해 흐르게 하는 단계 및; 각각 상기 지점으로부터 방사상으로 이격된 외주경계를 갖는 화염을 형성하도록 상기 흐름을 연소하는 단계 및; 상기 경계에 인접한 위치에서 상기 화염에 제 2공기를 제공하는 단계;를 포함하는 버너를 작동하는 방법.
  26. 연료와 공기의 혼합물을 제공하는 단계와; 버너타일의 표면에 인접하여 중심에 위치된 지점으로 경로를 따라 상기 혼합물을 흐르게 하는 단계; 상기 혼합물을 다수의 개별적인 흐름으로 분리하고 이 흐름들이 상기 타일의 표면을 가로질러 상기 경로로부터 방사상으로 외부로 향해 흐르게 하는 단계; 상기 표면에 인접한 연소구역의 영역에서 화염을 형성하도록 상기 흐름을 연소하는 단계 및; 상기 영역으로부터 이격된 위치에서 상기 구역에 단계적으로 처리된 연료를 제공하는 단계;를 포함한 버너를 작동하는 방법.
  27. 제 26항에 있어서, 상기 위치에서 가스의 산소함유량은 부피로 약 4% 이하인, 버너를 작동하는 방법.
  28. 연소구역에 연료와 공기의 혼합물을 공급하도록 길이방향으로 뻗은 도관을 갖추면서 이 도관을 둘러싼 외부벽과 길이방향으로 뻗은 중심축 및 한쌍의 이격된 끝을 구비한 가늘고 긴 공동의 버너튜브와; 이 버너튜브의 한쪽 끝에 있는 배출노즐; 버너튜브의 다른쪽 끝에 있는 연료와 공기의 혼합물용 주입구 및; 버너튜브의 외부에 위치된 외부영역과 도관을 연통시키는 상기 주입구와 배출노즐 사이의 위치에서 상기 벽을 통해 뻗은 적어도 하나의 포트;를 구비한 질소산화물의 방출을 줄이는 버너노즐조립체.
  29. 제 28항에 있어서, 상기 포트는 본질적으로 중심축에 직각인 중앙축을 구비한, 질소산화물의 방출을 줄이는 버너노즐조립체.
  30. 제 28항에 있어서, 상기 포트는 상기 중심축에 대해서 임의의 각도를 갖는 중앙축을 구비한, 질소산화물의 방출을 줄이는 버너노즐조립체.
  31. 제 28항에 있어서, 상기 배출노즐과 주입구 사이의 각각의 위치에서 상기 벽을 통해 뻗은 다수의 포트를 구비한, 질소산화물의 방출을 줄이는 버너노즐조립체.
  32. 제 31항에 있어서, 상기 포트는 상기 외부벽 둘레로 뻗은 하나 이상의 열로 배열된, 질소산화물의 방출을 줄이는 버너노즐조립체.
  33. 제 31항에 있어서, 상기 각 포트는 본질적으로 중심축에 직각인 중앙축을 구비한, 질소산화물의 방출을 줄이는 버너노즐조립체.
  34. 제 33항에 있어서, 상기 중앙축은 본질적으로 중심축에 직각인 공동면에 배열된, 질소산화물의 방출을 줄이는 버너노즐조립체.
  35. 제 28항에 있어서, 상기 위치는 상기 주입구의 끝보다 상기 배출노즐에 더 가깝게 위치된, 질소산화물의 방출을 줄이는 버너노즐조립체.
  36. 제 34항에 있어서, 상기 공동면은 상기 주입구의 끝보다 상기 배출노즐에 더 가깝게 위치된, 질소산화물의 방출을 줄이는 버너노즐조립체.
  37. 연소구역으로 연료와 공기의 혼합물을 공급하도록 길이방향으로 뻗은 도관을 제공하면서 이 도관을 둘러싼 외부벽과 한쌍의 이격된 끝 및 길이방향으로 뻗은 중심축을 구비한 가늘고 긴 관형상부재를 구비하되, 노즐조립체는 도관으로부터 연료와 공기의 혼합물을 받아들이고 구역으로 혼합물을 안내하도록 상기 구역에 인접한 부재의 한쪽 끝에 위치된 배출노즐과, 상기 부재의 외부에 위치된 외부영역과 도관을 연통시키는 다른쪽 끝과 배출노즐 사이의 위치에서 상기 벽을 통해 뻗은 적어도 하나의 포트를 구비하고, 상기 배출노즐은 상기 축에 대해 전체적으로 방사상의 방향으로 뻗은 다수의 통로를 그들 사이에 한정하도록 배치된 다수의 흐름안내부재와, 상기 도관의 끝으로부터 흐르는 혼합물의 적어도 일부의 방향을 바꾸고 전체적으로 방사상의 방향으로 상기 통로를 통해 혼합물을 흐르게 하는 위치에서 상기 부재에 장착된 끝마개를 구비한, 질소산화물의 방출을 줄이는 방사상의 벽을 갖춘 버너노즐조립체.
  38. 제 37항에 있어서, 상기 부재는 상기 일부 통로가 나머지 통로보다 큰 흐름면적을 갖도록 배치된, 질소산화물의 방출을 줄이는 방사상의 벽을 갖춘 버너노즐조립체.
  39. 제 37항에 있어서, 상기 벽을 통해 뻗은 다수의 포트를 구비하되, 이 포트는 상기 외부벽 둘레로 뻗은 하나 이상의 열로 배열된, 질소산화물의 방출을 줄이는 방사상의 벽을 갖춘 버너노즐조립체.
  40. 중앙개구부를 갖춘 버너타일과 이 중앙개구부를 통해 뻗은 노즐조립체를 구비하되, 상기 노즐조립체는 연소구역으로 연료와 공기의 혼합물을 공급하도록 길이방향으로 뻗은 통로를 제공하면서 이 통로를 둘러싼 외부벽과 한쌍의 이격된 끝 및 길이방향으로 뻗은 중심축을 구비한 가늘고 긴 관형상 부재와; 통로로부터의 상기 연료와 공기의 혼합물을 받아들이고 상기 구역으로 혼합물을 안내하도록 상기 구역에 인접한 부재의 한쪽 끝에 위치된 배출노즐 및; 이 배출노즐과 상기 부재의 다른쪽 끝 사이의 위치에서 상기 벽을 통해 뻗은 적어도 하나의 포트;를 구비한, 질소산화물의 방출을 줄이는 방사상의 벽을 갖춘 버너.
  41. 제 40항에 있어서, 상기 배출노즐은 상기 축에 대해 전체적으로 방사상의 방향으로 뻗은 다수의 통로를 그들 사이에 한정하도록 배치된 다수의 흐름안내부재와, 도관의 끝으로부터 흐르는 혼합물의 적어도 일부의 방향을 바꾸고 전체적으로 방사상의 방향으로 상기 통로를 통해 혼합물을 흐르게 하는 위치에서 상기 부재에 장착된 끝마개를 구비한, 질소산화물의 방출을 줄이는 방사상의 벽을 갖춘 버너.
  42. 제 41항에 있어서, 상기 부재는 상기 일부 통로가 상기 나머지 통로보다 큰 흐름면적을 갖도록 배치된 질소산화물의 방출을 줄이는 방사상의 벽을 갖춘 버너.
  43. 제 41항에 있어서, 상기 벽을 통해 뻗은 다수의 포트를 구비하되, 이 포트는 상기 외부벽 둘레로 뻗은 하나 이상의 열로 배열된, 질소산화물의 방출을 줄이는 방사상의 벽을 갖춘 버너.
  44. 제 41항에 있어서, 상기 통로는, 발화될 때 연료와 공기의 방향이 바뀐 혼합물이 상기 축으로부터 방사상으로 이격된 상기 구역내의 위치에서 외주끝단을 구비하면서 전체적으로 측방향으로 뻗은 화염을 제공하도록 배열된, 질소산화물의 방출을 줄이는 방사상의 벽을 갖춘 버너.
  45. 버너타일의 표면에 인접하여 중심에 위치된 지점으로 연료와 공기의 혼합물을 흐르게 하는 단계와; 상기 지점으로부터 측방향으로 이격된 상기 표면에 인접한 위치를 향해 추가공기를 흐르게 하는 단계 및; 상기 혼합물의 일부를 분리하고 추가공기가 상기 위치에 도달하기 전에 화염없이 산화할 수 있는 매우 희박한 혼합물을 생성하도록 혼합물과 추가공기를 혼합하는 단계;를 포함한 버너를 작동하는 방법.
  46. 버너타일의 표면에 인접하여 중심에 위치된 지점으로 연료와 공기의 혼합물을 흐르게 하는 단계와; 다수의 개별적인 흐름으로 상기 혼합물의 제 1부분을 분리하고 상기 타일의 표면을 가로질러 상기 지점으로부터 방사상으로 외부로 상기 흐름을 흐르게 하는 단계; 각각 상기 지점으로부터 방사상으로 이격된 외주경계를 갖는 화염을 생성하도록 상기 흐름을 연소하는 단계; 상기 경계에 인접한 위치에서 제 2공기를 화염에 제공하는 단계; 상기 타일의 표면에서 화염없이 산화할 수 있는 혼합물을 생성하도록 상기 위치의 상류위치에서 상기 혼합물의 제 2부분을 상기 제 2공기에 추가하는 단계 및; 비교적 찬 산화물을 생성하도록 상기 표면에서 상기 혼합물을 화염없이 산화시키는 단계;를 포함한 버너를 작동하는 방법.
  47. 제 46항에 있어서, 상기 산화물은 화염과 혼합되어 희석되고 냉각되는 버너를 작동하는 방법.
  48. 버너타일의 표면에 인접한 중심에 위치된 지점으로 연료와 공기의 혼합물을 흐르게 하는 단계와; 다수의 개별적인 흐름으로 상기 혼합물의 제 1부분을 분리하고 상기 타일의 표면을 가로질러 상기 지점으로부터 방사상으로 외부로 상기 흐름을 흐르게 하는 단계; 각각 상기 지점으로부터 방사상으로 이격된 외주경계를 갖는 화염을 생성하도록 상기 흐름을 연소하는 단계; 상기 경계에 인접한 위치에서 재순환된 연도가스의 흐름을 상기 화염에 제공하는 단계; 상기 타일의 표면에서 화염없이 산화할 수 있는 혼합물을 생성하도록 상기 위치의 상류위치에서 상기 혼합물의 제 2부분을 상기 재순환된 연도가스에 추가하는 단계 및; 비교적 찬 산화물을 생성하도록 상기 표면에서 상기 혼합물을 화염없이 산화시키는 단계;를 포함한 버너를 작동하는 방법.
  49. 버너타일의 표면에 인접한 중심에 위치된 지점으로 연료와 공기의 혼합물을 흐르게 하는 단계와; 다수의 개별적인 흐름으로 상기 혼합물의 제 1부분을 분리하고 상기 타일의 표면을 가로질러 상기 지점으로부터 방사상으로 외부로 상기 흐름을 흐르게 하는 단계; 각각 상기 지점으로부터 방사상으로 이격된 외주경계를 갖는 화염을 생성하도록 상기 흐름을 연소하는 단계; 상기 경계에 인접한 위치에서 상기 화염에 제 2공기와 재순환된 연도가스의 혼합물을 제공하는 단계; 상기 타일의 표면에서 화염없이 산화할 수 있는 혼합물을 생성하도록 상기 위치의 상류위치에서 상기 제 2공기와 재순환된 연도가스의 혼합물에 상기 연료와 공기의 혼합물의 제 2부분을 추가하는 단계 및; 비교적 찬산화물을 생성하도록 상기 표면에서 상기 혼합물을 화염없이 산화시키는 단계;를 포함한 버너를 작동하는 방법.
  50. 제 19항에 있어서, 상기 외장은 외장과 배관의 길이부와 일부 사이의 가스가 연소구역으로 빠져나오게 함으로써 외장을 배기시키도록 배치된 하나 이상의 개구부를 구비한, 질소산화물의 방출을 줄이는 버너노즐조립체.
  51. 제 17항에 있어서, 상기 전달오리피스는 상기 축방향을 따라 가스연료를 배출하도록 배치된, 질소산화물의 방출을 줄이는 버너노즐조립체.
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