KR20070099568A - 간접 열 교환기 - Google Patents

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KR20070099568A
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레미 삐에르 시아바
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레르 리키드 쏘시에떼 아노님 뿌르 레드 에렉스뿔라따시옹 데 프로세데 조르즈 클로드
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Abstract

본 발명은 연소노를 위한 열 교환기(4)에 관한 것이며, 상기 교환기는 노의 버너로부터 나오는 고온 연도 가스의 통과를 위한 수단이 제공되는 열 교환 영역(2)을 포함하며, 피가열 연소 가스를 연소 가스 공급원으로부터 열 교환 영역을 통해 노의 버너까지 운반하는 적어도 1개의 수단(1a)이 상기 영역을 횡단하며, 상기 수단에는 열 전달에 의해 연소 가스가 가열될 수 있도록 설계되는 벽(1b)이 제공되며, 열 교환 영역에서 연소 가스를 운반하는 수단(1a)은 고온 연도 가스로부터의 열 전달에 의해 불활성 가스가 가열될 수 있도록 설계되는 벽(3b)이 제공되며 불활성 가스를 수용하는 수단(3a) 내에 위치된다.
열 교환기, 열 교환 영역, 고온 연도 가스, 연소 가스, 불활성 가스

Description

간접 열 교환기{INDIRECT HEAT EXCHANGER}
본 발명은 노(furnace) 내에서 노로 공급되는 반응물을 예열하여 노의 열 효율을 개선시키기 위해 고온 연도 가스의 열 에너지가 사용되는 고온 연도 가스(hot flue gas)를 발생시키는 노가 이용되는체 산업 전체에 관한 것이다. 본 발명은 특히 유리 산업 특히 판 유리 산업과 관련될 수 있다.
고온 연도 가스를 사용하여 가스를 가열하는 두 가지 방법이 이미 공지되어 있다.
우선, 노에서 발생된 고온 연도 가스로 선택적으로 벽을 통해 연소 가스를 직접 가열하는 열 교환기를 포함하는 장치가 공지되어 있다. 유럽 특허 제950 031호 및 미국 특허 제5 807 418호가 이러한 장치를 개시하고 있다. 이러한 해결책은 단일의 열 교환기만을 포함하기 때문에 가격이 적절하지만, 그럼에도 불구하고 신뢰 가능하거나 충분한 수준의 안전성을 제공할 것처럼 보이지 않는다. 사실상, 공정이 환원 분위기를 요구하거나 버너의 부적절한 동작 때문에 연도 가스에는 미연소 반응물이 포함되는 경우가 있다. 시간이 지남에 따라, 열 교환기 재료는 고온 연도 가스와의 접촉으로 인해 특히 부식에 의해 손상될 수 있다. 열 교환기의 결함 부품으로 인해 이들 미연소 반응물이 산소일 것으로 추정되는 고온 연소 가스의 접촉하여, 화재의 원인이 되며 그 결과로 인한 피해는 막대할 것이다.
또한, 별도로 2개의 열 교환기를 사용한 2단 열 교환기(two-step heat exchange)를 포함하는 장치도 공지되어 있다. 제1 열 교환기는 고온 연도 가스를 사용하여 중간 유체 특히 공기를 가열하는 역할을 하며, 제2 열 교환기는 제1 열 교환기에 의해 사전에 가열된 중간 유체를 사용하여 연소 가스 특히 산소를 가열하는 역할을 한다. 본 출원인에게 허여된 미국 특허 제6,071,116호 및 제6,250,916호가 이러한 장치를 개시하고 있다. 이러한 해결책은 위에서 설명된 제1 장치보다 안전안데, 중간 유체의 산소 함량이 연도 가스 내의 미연소 반응물을 점화시킬 정도로 충분하지 않기 때문이다. 또한, 연소 가스/중간 유체 열 교환기 벽의 구멍은 상기 가스가 산소이며 중간 유체가 공기일 때 어떠한 영향도 미치지 않게 되는데, 이는 2개의 산화제의 접촉을 포함하기 때문이다. 이와 달리, 이러한 해결책은 연소 가스로서 천연 가스를 가열하는 데 부적절한데, 이는 중간 유체/가스 열 교환기 내의 결함으로 인해 고온 공기(중간 유체)와 천연 가스가 혼합되어 폭발을 유발하기 때문이다. 이러한 해결책의 또 다른 단점은 높은 비용인데, 이는 회로에 의해 연결되는 2개의 열 교환기를 별도로 요구하기 때문이다.
이와 같이, 공지된 장치의 결점을 피하는 역할을 하는 개선된 열 교환 장치에 대한 필요성이 존재한다.
그러므로, 본 발명의 목적은 연소노를 위한 열 교환기에 관한 것이며, 상기 열 교환기는 노의 버너로부터 나오는 고온 연도 가스의 통과를 위한 수단이 제공되는 열 교환 영역을 포함하며, 피가열 연소가스를 연소 가스 공급원으로부터 열 교환 영역을 통해 노의 버너까지 운반하는 적어도 1개의 수단이 상기 영역을 횡단하며, 상기 수단에는 열 전달에 의해 연소 가스가 가열되도록 설계된 벽이 제공되며, 열 교환 영역 내에서 연소 가스를 운반하는 상기 수단은 상기 고온 연도 가스로부터의 열 전달에 의해 불활성 가스가 가열되도록 설계된 벽이 제공되며 불활성 가스를 수용하는 수단 내에 위치된 열 교환기에 관한 것이다.
이와 같이, 본 발명의 열 교환기에서, 고온 연도 가스와 연소 가스 사이에서의 열 전달 또는 열 교환은 벽(연소 가스를 운반하는 수단의 벽)을 횡단하여 그리고 불활성 가스 분위기를 통해 간접적으로 일어난다.
본 발명에서, 연소 가스는 열 교환기에서 흔히 사용되는 임의의 가스, 특히 산소, 공기, 산소-부화 공기(oxygen-enriched air) 등의 산화제, 또는 천연 가스 등의 연료를 의미한다.
본 발명에서, 불활성 가스는 연소에 불활성인 임의의 가스, 즉 산소를 제외한 모든 불연성 가스를 의미한다. 특히, 아르곤, 헬륨, 네온, 크립톤, 질소 또는 이들의 혼합물이 언급될 수 있다. 상기 불활성 가스는 바람직하게는 정적 상태에 있다. 일 실시예에서, 불활성 가스는 정압 상태에 있지 않으며, 즉 불활성 가스는 불활성 가스를 수용하는 수단 내에서 유동하지만, 이것은 별개의 이송 회로를 의미하므로 장치가 더 복잡해진다.
노의 버너로부터 나오는 고온 연도 가스의 통과를 위한 수단은 주지되어 있고, 통상의 열 교환기에서 당업자가 사용할 수 있으며, 특히 연도 가스는 연소 가스에 역류 유동으로 또는 연소 가스의 방향에 직교로 안내될 수 있다.
연소 가스를 운반하는 수단은 연소 가스 공급원으로부터 열 교환 영역을 통해 연소노의 버너를 향한 연소 가스의 운반을 가능케 하며, 당업자에게 공지되어 있는 임의의 적절한 수단일 수 있다. 이것은 예컨대 적어도 1개의 튜브 또는 덕트일 수 있고; 직선형 또는 비직선형일 수 있다. 상기 수단의 단면은 등변 등각, 예컨대 완전히 또는 실질적으로 원형, 또는 계란형 또는 타원형 혹는 직사각형, 혹는 둥근 모서리를 갖는 직사각형 혹는 임의의 중간 형태인 임의의 단면일 수 있고, 바람직하게는 완전히 또는 실질적으로 원형이다. 종래 기술의 연소 가스에서 사용되는 연소 가스를 운반하는 임의의 수단이 사용될 수 있다.
주로 연소 가스를 운반하는 수단의 벽은 고온 연소 가스 분위기를 견디며 열 교환 영역을 통과하는 고온 연도 가스에 의해 가열된 연소 가스와 불활성 가스 사이에서의 열 교환을 가능케 하는 데 적절한 재료로 제조된다. 그러므로, 연소 가스가 산소를 함유한 산화제일 때, 주로 사용된 재료는 고온 산소 분위기 내에서 내산화성인 것이 바람직하다. 사용에 적합한 재료는 고온 산소 내에서 금속 산화물의 보호 코팅(부동태화 기구)을 생성하는 것이 바람직하다. 사용 가능한 재료의 종류는 특히 철-니켈 합금, 특히 Fe-20Cr-30Ni 합금이다. 특정 분야에서는, 사용된 재료가 어떠한 니켈도 함유하지 않는 것이 바람직하며, 이러한 경우에 쉽게 구할 수 없고 더 비싼 Fe-21Cr-5Al 합금 등의 재료가 사용될 수 있다. 일반적으로, 벽은 고온 연도 가스와 직접 접촉하지 않으므로, 재료 선택의 측면에서의 제약은 종래 기술의 열 교환기에서보다 덜한데, 이러한 제약들은 고온 연소 가스와의 접촉뿐만 아니라 또한 고온 연도 가스와의 접촉과 관련된다.
예로서, 유효한 연도 가스 온도는 500℃ 내지 1600℃ 사이에서 변할 수 있으며, 고온 연도 가스와 접촉하는 벽의 온도는 300℃ 내지 1300℃ 사이에서 변할 수 있으며, 피가열 연소 가스와 접촉하는 벽의 온도는 300℃ 내지 1000℃ 사이에서 변할 수 있으며, 불활성 가스 온도는 300℃ 내지 1000℃ 사이에서 변할 수 있으며, 연소 가스의 온도는 300℃ 내지 1000℃ 사이에서 변할 수 있다.
불활성 가스를 수용하는 수단은 정적 상태에 있거나 정적 상태에 있지 않은 불활성 가스를 수용하는 임의의 적절한 수단일 수 있으며, 연소 가스를 운반하는 적어도 1개의 수단이 위치될 수 있다. 이것은 예컨대 적어도 1개의 튜브 또는 덕트일 수 있고, 직선형 또는 비직선형일 수 있다. 상기 수단의 단면은 등변 등각, 예컨대 완전히 또는 실질적으로 원형, 혹는 계란형 또는 타원형 또는 직사각형, 혹는 둥근 모서리를 갖는 직사각형 또는 임의의 중간 형태인 임의의 단면일 수 있다. 불활성 가스를 수용하는 상기 수단의 단면은 더 큰 치수로 되어 있어야 하지만, 특히 연소 가스를 운반하는 단일의 수단이 불활성 가스를 수용하는 수단 내에 위치될 때 연소 가스를 운반하는 수단의 단면과 형상 면에서 유사 또는 동일한 것이 바람직하다.
당업자라면 연소 가스를 운반하는 수단이 위치되는 불활성 가스 분위기의 균일한 또는 불균일한 두께가 과도하게 두껍지 않아서 고온 연도 가스로부터 불활성 가스로 그리고 연소 가스까지 열 전달이 일어날 수 있다는 것을 이해할 것이고, 최대로 적절한 두께를 결정하는 방법을 알 것이다.
불활성 가스를 통한 고온 연도 가스와 연소 가스 사이에서의 열 전달은 불활성 가스의 압력에도 의존하는데, 이는 높은 압력에서 불활성 가스의 밀도가 증가함에 따라 열 전달 속도가 증가하여 열 교환기가 기본적으로 더 효율적이기 때문이다.
제1 특정 실시예에서, 연소 가스를 운반하는 수단과 불활성 가스를 수용하는 수단은 완전히 또는 실질적으로 원형의 단면을 갖는 직선형 튜브이다. 통상적으로, 불활성 가스를 수용하는 수단의 벽과 연소 가스 사이에 어떠한 직접 접촉도 없다. 그러므로, 상기 벽은 연소 가스를 운반하는 수단과 동일한 응력을 경험하지 않으며, 부식 및/또는 산화의 가능성은 훨씬 낮다. 이와 같이, 사용 가능한 재료의 범위는 연소 가스를 운반하는 수단의 벽에 사용 가능한 재료보다 범위가 넓다.
제2 특정 실시예에서, 연소 가스를 운반하는 수단 그리고 불활성 가스를 수용하는 수단은 완전히 또는 실질적으로 원형의 단면을 갖는 직선형 튜브이며, 나아가 이들 튜브는 외부 튜브의 내벽으로부터 내부 튜브의 외벽까지 연장된 금속 브릿지(metal bridge)에 의해 함께 연결된다. 이러한 제2 실시예는 이들 금속 브릿지에 걸친 열전도 때문에 복사에 의한 열 전달이 가능해지는 장점을 갖는다. 또한, 이것은 열 교환기의 기계적 성질을 보강하는 장점을 갖는다.
일 실시예에서, 연소 가스를 운반하는 수단은 열 교환 영역 내에서만 불활성 가스를 수용하는 수단에 위치된다. 또 다른 실시예에서, 이것은 열 교환 영역 내에서 뿐만 아니라 연소 가스를 운반하는 수단 연소 가스 운반 방향으로 상기 열 교환 영역의 1개 이상의 선행 영역 및/또는 후행 영역에서 불활성 가스를 수용하는 수단 내에 위치되며, 상기 운반 방향은 상기 수단 내의 연소 가스 입구로부터 상기 수단으로부터의 연소 가스 출구까지의 방향이다.
본 발명의 열 교환기는 불활성 가스를 수용하는 단일의 수단 내에 위치되며 연소 가스를 운반하는 단일의 수단을 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 각각의 연소 가스를 운반하는 수단/불활성 가스를 수용하는 수단 세트는 손상되었을 경우에 개별적으로 삽입 및 제거될 수 있다.
본 발명의 열 교환기는 연소 가스를 운반하는 복수개, 예컨대 10개 수단도 포함할 수 있으며, 각각의 상기 수단은 불활성 가스를 수용하는 수단 내에 위치된다. 이러한 실시예에서, 각각의 연소 가스를 운반하는 수단/불활성 가스를 수용하는 수단 세트도 손상이 되었을 경우에 개별적으로 삽입 및 제거될 수 있다. 이러한 실시예에서, 불활성 가스를 수용하는 수단은 선택적으로 적절한 덕트에 의해 열 교환 영역 내에서 함께 연결될 수 있으며, 손상되었을 경우에, 모든 연소 가스를 운반하는 수단/불활성 가스를 수용하는 수단 세트를 교체해야 한다.
본 발명의 열 교환기는 불활성 가스를 수용하는 단일의 수단 내에 위치되는 연소 가스를 운반하는 복수개의 수단을 추가로 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 연소 가스를 운반하는 수단/불활성 가스를 수용하는 수단 세트는 손상되었을 경우에 삽입 및 제거되어야 한다.
바람직하게는, 본 발명의 열 교환기가 연소 가스를 운반하는 복수개의 수단을 포함할 때, 산화제를 운반하는 수단과 연료를 운반하는 수단이 동일한 열 교환기 내에서의 배치되는 것을 피할 수 있으며, 동일한 방식의 연소 가스(산화제 또는 연료)를 운반하는 수단이 오히려 동일한 열 교환기 내에 위치된다.
본 발명의 열 교환기의 열 교환 영역은 노의 버너로부터 나오는 고온 가스가 횡단하는 데 적절하다. 실제로, 고온 연도 가스는 버너를 떠나고, 열 교환기로 이들을 운반하는 파이프 내에서 회수되어 원하는 데로 통과한다. 고온 연도 가스의 통과 방향은 당업자에게 공지된 바와 같이 예컨대 저부로부터 상향으로, 또는 연소 가스의 운반 방향에 역류인 임의의 방향일 수 있다.
본 발명의 간접 열 교환기는 불활성 가스 영역의 존재로 인해 여러 장점을 갖는다.
본 발명의 간접 열 교환기는 사용 가능한 재료의 범위를 넓히는 역할을 한다. 사실상, 열 교환기의 가동 동안에, 불활성 가스를 수용하는 수단은 예컨대 약 1300℃의 온도(고온 연도 가스와의 접촉 후에 도달될 수 있는 벽의 온도)에서 급격하면서도 폭넓은 변동을 겪게되지만, 그 벽의 부식 또는 산화의 어떠한 위험성도 없는데 불활성 가스를 수용하는 상기 수단의 벽과 연소 가스(이것은 산소일 수 있거나 산소를 함유할 수 있음) 사이에 어떠한 직접 접촉도 없기 때문이다. 반면에, 연소 가스를 운반하는 수단은 온도 급격한 변동에 더 민감한데 이것은 그 부식 및 산화를 가속시키기 때문이며; 이와 달리, 이것은 온도 면에서 더 느린 변동을 겪게되는데 이것은 열 전달이 버퍼로서 작용하는 불활성 가스를 통해 일어나기 때문에온도의 느린 변동을 겪게 된다.
또한, 열 교환기의 동작 동안에, 고온 연도 가스의 온도는 국부적으로 변할 수 있다. 종래 기술의 열 교환기에서, 이것은 피가열 연소 가스의 온도의 변동을 초래하며, 이러한 변동은 연소를 제어할 때 고려되어야 한다. 본 발명의 열 교환기의 경우에, 불활성 가스의 열 관성(thermal inertia)은 이들 변동의 규모를 감소시킨다.
더욱이, 상기 불활성 가스 영역의 존재는 안전성의 측면에서 유리한 결과를 갖는다. 사실상, 벽의 구멍 또는 연소 가스를 운반하는 수단의 점화의 경우에, 고온 연도 가스와 연소 가스의 혼합은 불활성 가스 때문에 방지된다. 더욱이, 불활성 가스는 연소 가스를 운반하는 상기 수단 내에서 벤투리 효과(Venturi effect)에 의해 흡수될 수 있으며, 종종 산화성인 연소 가스의 더 낮은 순도는 연소의 전파 확률을 감소시키는 역할을 한다.
하나의 실시예에서, 본 발명의 열 교환기에는 결함을 검출하는 데 적절한 열 교환기의 동작을 제어하는 수단이 구비된다.
특히, 불활성 가스를 수용하는 수단은 압력 변동 검출기에 연결될 수 있다. 압력 변동 검출기가 압력 강하를 검출할 때, 이것은 벽의 구멍으로 인한 불활성 가스의 누설로서 확인된다. 그런 다음 안전성 경보가 작동될 수 있으며, 우회 시스템이 제공되어 수리될 수 있는 손상된 열 교환기 내에서의 고온 연도 가스의 통과를 정지시키면서 버너에 연소 가스를 계속하여 공급할 수 있다.
불활성 가스를 수용하는 수단은 항상 불활성 가스 온도와 압력을 측정하는 열 교환기의 동작을 제어하는 수단에도 연결될 수 있다. 이러한 이중 검출은 제어를 세밀화하는 역할을 한다. 사실상, 불활성 가스 온도는 사전에 가열되지 않으면 (예컨대 약 30℃ 내지 약 1000℃ 사이에서) 시동시에 상당히 변하며, 이러한 온도 변동은 일정한 체적에서 압력 면에서의 변동을 유발시킨다. 압력만을 제어하는 시스템에서, 시동시의 압력 변동은 오탐 경보(false-positive alarm)를 발생시킬 수 있다. 반면에, 온도 및 압력을 제어하는 시스템에서, 제어는 더 정확할 수 있으며, (1) 측정된 압력이 감소하며 측정된 온도가 일정하게 존속하는 경우에, 또는 (2) 측정된 압력이 감소하며 측정된 온도가 증가하는 경우에 불활성 가스의 누설 표시로서 경보가 제공될 수 있다. 우회 시스템이 제공되어 수리될 수 있는 손상된 열 교환기 내에서의 고온 연도 가스의 통과를 정지시키면서 버너에 연소 가스를 계속하여 공급할 수 있다.
압력 검출기 또는 압력 및 온도 검출기에 의해 검출된 압력 강하는 연소 가스를 운반하는 수단의 벽과, 불활성 가스를 수용하는 수단의 벽에 동일한 응력이 적용되지 않더라도 연소 가스를 운반하는 수단의 벽의 및/또는 불활성 가스를 수용하는 수단의 벽의 구멍으로 인한 불활성 가스의 누설을 밝힐 수 있다.
열 교환기의 동작을 제어하는 수단을 포함하는 열 교환기의 경우에, 압력차(ΔP)가 연소 가스의 정적 압력 PGC 정암와 불활성 가스의 정적 압력 PGI 정압 사이에 존재하는 것이 바람직하며, 이러한 압력차는 양 또는 음이다. 바람직하게는, 압력차는 양인데, 즉 불활성 가스의 정적 압력은 연소 가스의 정적 압력보다 높다. 기구의 배경 소음(background noise), 즉 통상의 변동보다 높은 압력차가 오탐 경보를 제한하는 데 양호하다. 당업자라면 장치의 압력 변동을 측정한 후에 개별의 경우에 장치의 배경 소음을 결정할 수 있다.
일반적으로, 압력차(ΔP)가 존재하는지의 여부에 따라, 불활성 가스를 통한 고온 연도 가스와 연소 가스 사이에서의 열 전달은 불활성 가스의 압력도 의존하는데, 이것은 높은 압력에서 불활성 가스의 밀도가 증가하며 그에 따라 열 전달 속도가 증가하기 때문이며, 그러므로 열 교환기는 기본적으로 더 효율적이다.
더욱이, 양의 압력차, 즉 PGI 정압 > PGC 정압가 연소 가스를 운반하는 수단 내에서의 불활성 가스의 누설을 뒷받침하므로, 연소 가스를 운반하는 수단의 벽 구멍 또는 점화의 경우에 벤투리 효과를 뒷받침하며, 특히 불활성 가스 스트림으로 인한 점화의 정지를 뒷받침한다. 일반적으로, 당업자가 적절한 불활성 가스 압력을 결정하기 용이한데: 연소 가스를 운반하는 수단의 입구 유동 속도 및 직경을 알면, 정적 압력이 결정될 수 있으며, 결국 원하는 불활성 가스 압력이 압력차 유무, 음양 여부를 얻도록 설정될 수 있다. 참고를 위해, (누설 동안의) 초기 연소의 경우에 연소 가스를 운반하는 수단 내로의 벤투리 효과에 의한 흡인되는 불활성 가스 유동 속도는 연소 가스의 유동 속도보다 높고 바람직하게는 약 2배 높고 더 바람직하게는 약 4배 높도록 열 교환기의 크기, 특히 불활성 가스 압력의 크기가 결정될 수 있다. 연소 가스가 산소이며 불활성 가스 유동 속도가 산소보다 약 4배 높을 때, 벤투리 효과에 의한 흡인으로 인해 형성된 혼합물 내에서의 산소의 비율은 공기 내에서의 산소의 비율과 동등하다. 이러한 계산은 연소 가스를 수용하는 수단 내의 구멍의 크기의 추정을 기초로 하여 수행될 수 있다. 나아가, 연소 가스 유동 속도는 가변적일 수 있으므로, 계산은 바람직하게는 열 교환기 내에서 적용될 수 있는 연소 가스의 최대 유동 속도(그리고 그에 따라 대응하는 압력)를 기준으로 수행된다. 연소 가스를 수용하는 수단 내의 구멍의 크기가 치수 설정 계산을 위해 제공된 크기보다 작으며 결과적으로 인가된 불활성 가스 압력이 재료의 연소를 정지시키는 것을 가능케 하지 않으면, 불활성 가스의 압력 변동 검출기의 존재는 연소 가스의 공급을 정지시키는 역할과 급속하게 재료를 연소시키는 역할을 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 본 발명의 적어도 1개의 열 교환기를 포함하는 연소노에 관한 것이다. 바람직하게는, 이것은 본 발명의 복수개의 열 교환기와, 노에 연료를 공급하는 1개 이상의 열 교환기, 및/또는 노에 산화제를 공급하는 1개 이상의 열 교환기를 포함한다.
본 발명의 다른 목적은 고온 연도 가스를 방출하는 연소노로 이송되는 연소 가스를 예열하는 열 교환 방법에 관한 것이며, 불활성 가스 분위기를 통한 고온 연도 가스와의 열 교환에 의해 연소 가스를 예열하는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 본 발명의 열 교환기의 사용을 포함할 수 있다.
본 발명의 간접 열 교환기는 오직 예시를 위해 제공되는 여기에 첨부된 도면과 연계하여 더 상세하게 설명된다.
도1은 본 발명의 간접 열 교환기의 하나의 실시예를 도시하고 있다.
도2는 본 발명의 열 교환기 내에서의 불활성 가스 및 연소 가스 압력을 도시하고 있다.
도3은 연소노의 이송 시스템 내의 본 발명의 간접 열 교환기를 도시하고 있 다.
도4는 본 발명의 특정 방식의 열 교환기를 도시하고 있다.
도1은 고온 연도 가스가 횡단하는 열 교환 영역(2)을 포함하고, 화살표에 의해 표시된 방향으로 연소 가스를 운반하는 수단(1a)을 포함하는 본 발명의 간접 열 교환기(4)를 도시하고 있으며, 상기 수단은 벽(3b)이 제공되며 불활성 가스를 수용하는 수단(3a)에 위치되는 벽(1b)을 구비한다. 이러한 실시예에서, 열 교환 영역(2)에서 뿐만 아니라 연소 가스를 운반하는 수단 내에서의 연소 가스 유동 방향으로 상기 열 교환 영역의 선행 영역 및 후행 영역에서 불활성 가스를 수용하는 수단(3a) 내에 연소 가스를 운반하는 수단(1a)이 위치된다.
선택 사항인 열 교환기(5)의 동작을 제어하는 수단은 본원에서 불활성 가스를 수용하는 수단에 연결된 상태로 도시되어 있다. 넓은 수직 화살표는 수단(1a, 3a)의 양쪽 측면 상에서의 고온 연도 가스의 유동 방향을 표시하며, 이러한 방향은 본 실시예에서 연소 가스 유동 방향에 직각이다.
도2는 본 발명의 열 교환기에서의 불활성 가스 압력 PGI 및 연소 가스 압력 PGC, 정적 압력 PGC S 또는 동적 압력 PGC D를 도시하고 있다. 양의 압력차(ΔP = PGI 정압 - PGC 정압)를 생성시키기 위해 PGI 정압가 PGC 정압보다 높은 것이 바람직하다.
도3은 연소노의 전체 공급 장치, 특히 상기 연소노의 버너(B)의 전체 공급 장치에 대한 개략도를 도시하고 있다. 이 장치는 본 발명의 열 교환기를 포함한 다. 열 교환기는 연소 가스 공급원(6)과, 불활성 가스 공급원(7)과, 고온 연도 가스의 공급원(8)에 연결된다. 열 교환기는 (도시되지 않은 통과 방향으로) 고온 연도 가스가 횡단하는 열 교환 영역(2)을 포함한다. 이것은 벽(1b)이 구비되어 연소 가스(GC)를 운반하며 버너(B)에 공급하는 수단(1a)도 포함하고, 상기 수단(1a)은 벽(3b)이 제공되어 불활성 가스(GI)를 수용하는 수단(3a) 내에 위치된다. 본 실시예에서, 열 교환 영역(2)에서 뿐만 아니라 연소 가스를 운반하는 수단의 연소 가스 운반 방향으로 상기 열 교환 영역의 선행 영역 및 후행 영역에서 불활성 가스(GI)를 수용하는 수단(3a) 내에 연소 가스(GC)를 운반하는 수단(1a)이 위치된다. 3개의 밸브(V1, V2 및 V3)가 각각 연소 가스의 이송(밸브 V1)과, 불활성 가스의 이송(밸브 V2)과, 고온 연도 가스의 이송(밸브 V3)을 제어하기 위해 존재한다. 도시된 열 교환기는 불활성 가스를 수용하는 수단 및 밸브에 연결된 열 교환기의 동작을 제어하는 수단을 포함한다. 열 교환기의 동작을 제어하는 상기 수단은 불활성 가스 온도 및 압력을 측정하는 온도 검출기(TGI) 및 압력 검출기(PSL)를 포함한다.
검출기(TGI)가 압력 강하와 온도가 일정함을 측정하거나, 검출기(TGI)가 압력 강하와 온도 상승을 측정하면, 구멍이 열 교환기의 동작을 제어하는 수단에 의해 검출된다. 밸브(V1)는 연소 가스가 우회로를 통해 손상된 열 교환기를 피하도록 조정되며, 밸브(V3)는 손상된 열 교환기 내로의 연도 가스의 통과를 정지시키도록 조정되며, 안전 경보가 작동되며, 손상된 부품은 교체될 수 있다. 그런 다음, 연소 가스(6), 불활성 가스(7) 및 고온 연도 가스(8)의 공급원은 다른 버너(B', B") 등에 선택적으로 가스를 이송하거나, 가스 이송을 계속할 수 있다.
도4는 벽(1b, 3b)이 외부 튜브의 내벽으로부터 내부 튜브의 외벽까지 연장된 금속 브릿지(9)에 의해 함께 연결된 2개의 직선형 단면 튜브로 구성된 본 발명의 열 교환기의 개략도를 도시하고 있다.

Claims (13)

  1. 연소노를 위한 열 교환기(4)이며,
    노의 버너로부터 나오는 고온 연도 가스의 통과를 위한 수단이 제공되는 열 교환 영역(2)을 포함하며, 피가열 연소 가스를 연소 가스 공급원으로부터 열 교환 영역을 통해 노의 버너까지 운반하는 적어도 1개의 수단(1a)이 상기 영역을 횡단하며, 상기 수단에는 열 전달에 의해 연소 가스가 가열될 수 있도록 설계된 벽(1b)이 제공되며, 열 교환 영역에서 연소 가스를 운반하는 상기 수단(1a)은 상기 고온 연도 가스로부터의 열 전달에 의해 불활성 가스를 가열할 수 있도록 설계된 벽(3b)이 제공되며 불활성 가스를 수용하는 수단(3a) 내에 위치되는 열 교환기.
  2. 제1항에 있어서, 불활성 가스는 정압 상태에 있는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 특히 연소 가스를 운반하는 수단(1a)은 완전히 또는 실질적으로 원형의 단면을 갖는 튜브 또는 덕트인 것을 특징으로 하는 열 교환기.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 특히 불활성 가스를 수용하는 수단(3a)은 완전히 또는 실질적으로 원형의 단면을 갖는 튜브 또는 덕트인 것을 특징 으로 하는 열 교환기.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 연소 가스를 운반하는 수단(1a)은 열 교환 영역(2)에서 뿐만 아니라 연소 가스를 운반하는 수단에서 연소 가스 운반 방향으로 상기 열 교환 영역의 1개 이상의 선행 영역 및/또는 후행 영역에서 불활성 가스를 수용하는 수단(3a) 내에 위치되는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 연소 가스를 운반하는 복수개의 수단(1a)을 포함하는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
  7. 제6항에 있어서, 열 교환기는 불활성 가스를 수용하는 복수개의 수단(3a)을 포함하며, 연소 가스를 운반하는 각각의 수단(1a)은 불활성 가스를 수용하는 수단(3a)들 중 하나 내에 위치되며, 불활성 가스를 수용하는 상기 수단은 선택적으로 열 교환 영역 내에서 덕트에 의해 함께 연결되는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 열 교환기(5)의 동작을 제어하는 수단, 특히 불활성 가스를 수용하는 수단에 연결된 열 교환기의 동작을 제어하는 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
  9. 제8항에 있어서, 열 교환기의 동작을 제어하는 수단은 압력 변동 또는 압력 및 온도 변동을 검출하는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 연소 가스의 정적 압력과 불활성 가스의 정적 압력 사이에 압력차, 특히 양의 압력차를 갖는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 적어도 1개의 열 교환기를 포함하는 연소노.
  12. 고온 연도 가스를 방출하는 연소노로 이송되는 연소 가스를 예열하는 열 교환 방법이며,
    불활성 가스 분위기를 통한 고온 연도 가스와의 열 교환에 의해 연소 가스를 예열하는 단계를 포함하는 열 교환 방법.
  13. 제12항에 있어서, 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 열 교환기의 경우를 포함하는 열 교환 방법.
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Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1995543A1 (fr) * 2007-05-10 2008-11-26 AGC Flat Glass Europe SA Echangeur de chaleur pour oxygène
CN101975510A (zh) * 2010-10-13 2011-02-16 湖南东港锑品有限公司 一种锑冶炼鼓风炉用的热交换装置
EP2469165A1 (en) 2010-12-21 2012-06-27 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Oxidant dispatching device and use thereof
KR101292709B1 (ko) * 2011-05-25 2013-08-01 삼성중공업 주식회사 연료 전지 시스템 및 이를 구비한 선박과 연료 전지시스템 가동방법
US9851102B2 (en) 2012-09-26 2017-12-26 L'Air Liquide Société Anonyme Pour L'Étude Et L'Exploitation Des Procedes Georges Claude Method and system for heat recovery from products of combustion and charge heating installation including the same
FR3015469B1 (fr) 2013-12-23 2016-01-22 Air Liquide Procede pour la fabrication d'ouvrages de verre
FR3015636B1 (fr) 2013-12-23 2019-05-31 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Combustion avec recuperation de chaleur amelioree
FR3015637B1 (fr) 2013-12-23 2016-01-22 Air Liquide Procede et installation de combustion avec recuperation d'energie optimisee
EP2924384A1 (de) * 2014-03-24 2015-09-30 Siemens VAI Metals Technologies GmbH Gegenstrom Wärmetauscher mit erzwungener Gas/Luft-Führung
FR3039534B1 (fr) * 2015-07-30 2017-08-25 Air Liquide Procede et installation de fabrication de fibre de verre
CN105091631A (zh) * 2015-09-01 2015-11-25 中国科学院上海高等研究院 一种具备实时监测泄露功能的同轴管式换热器
FR3053767B1 (fr) 2016-07-08 2019-07-05 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Procede de prechauffage d'un fluide en amont d'un four
FR3053773B1 (fr) * 2016-07-08 2018-07-27 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Procede de fonctionnement d’un four discontinu avec prechauffage d’un fluide en amont du four".
US10465904B2 (en) 2017-06-30 2019-11-05 American Air Liquide, Inc. Furnace with integrated heat recovery utilizing radiative recuperator for preheating combustion reactants using heat from flue gas
US11300365B2 (en) 2018-06-19 2022-04-12 General Electric Company Heat exchanger and leak detection system
CN112595146B (zh) 2020-12-29 2023-09-12 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 管道壳体由换热设备构成的高温流体运输管道、适用的换热设备以及换热方法
CN112577338B (zh) 2020-12-30 2023-07-25 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 内部安置有换热设备的高温流体运输管道，适用的换热设备及换热方法
CN112815727B (zh) * 2021-01-15 2022-09-06 湖南志荣锑业集团有限公司 一种金属冶炼余热回收装置及其余热回收方法
CN115900385A (zh) 2022-10-31 2023-04-04 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 热交换器及换热方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3487348A (en) * 1967-02-27 1969-12-30 Textron Inc Temperature compensated pressure switch
US4060380A (en) * 1976-06-14 1977-11-29 Alco Standard Corporation Furnace having burners supplied with heated air
GB1587733A (en) * 1976-10-28 1981-04-08 Secretary Industry Brit Heat exchangers
US4161212A (en) * 1977-01-28 1979-07-17 Martin Marietta Corporation Pneumatically controlled wide heat load space radiator
JPS6118039Y2 (ko) * 1980-06-04 1986-06-02
US5477676A (en) * 1988-04-15 1995-12-26 Midwest Research Institute Method and apparatus for thermal management of vehicle exhaust systems
US5048597A (en) * 1989-12-18 1991-09-17 Rockwell International Corporation Leak-safe hydrogen/air heat exchanger in an ACE system
JPH058261U (ja) * 1991-07-11 1993-02-05 三菱重工業株式会社 熱交換器
US5807418A (en) * 1996-05-21 1998-09-15 Praxair Technology, Inc. Energy recovery in oxygen-fired glass melting furnaces
US6071116A (en) * 1997-04-15 2000-06-06 American Air Liquide, Inc. Heat recovery apparatus and methods of use
DE19728372A1 (de) * 1997-07-03 1999-01-07 Ruhrgas Ag Einrichtung zum Erzeugen und/oder Warmhalten eines Schmelzbades

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Publication number Publication date
AU2005305732B2 (en) 2010-09-16
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WO2006054015A2 (fr) 2006-05-26
WO2006054015A3 (fr) 2006-08-31
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