KR970003645B1 - 표면에 균일한 열전달을 제공하기 위한 장치 및 그 방법 - Google Patents

표면에 균일한 열전달을 제공하기 위한 장치 및 그 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR970003645B1
KR970003645B1 KR1019890004361A KR890004361A KR970003645B1 KR 970003645 B1 KR970003645 B1 KR 970003645B1 KR 1019890004361 A KR1019890004361 A KR 1019890004361A KR 890004361 A KR890004361 A KR 890004361A KR 970003645 B1 KR970003645 B1 KR 970003645B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
flame
gas
lance
burner
outlet
Prior art date
Application number
KR1019890004361A
Other languages
English (en)
Other versions
KR890016357A (ko
Inventor
차이 얍 루
Original Assignee
더 비이오우시이 그루우프 인코포레이팃드
래리 아아르 커세트
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.)
Filing date
Publication date
Application filed by 더 비이오우시이 그루우프 인코포레이팃드, 래리 아아르 커세트 filed Critical 더 비이오우시이 그루우프 인코포레이팃드
Publication of KR890016357A publication Critical patent/KR890016357A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR970003645B1 publication Critical patent/KR970003645B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B7/00—Rotary-drum furnaces, i.e. horizontal or slightly inclined
    • F27B7/02—Rotary-drum furnaces, i.e. horizontal or slightly inclined of multiple-chamber or multiple-drum type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • F27D99/0001—Heating elements or systems
    • F27D99/0033—Heating elements or systems using burners
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/16—Special features of the melting process; Auxiliary means specially adapted for glass-melting furnaces
    • C03B5/235—Heating the glass
    • C03B5/2353—Heating the glass by combustion with pure oxygen or oxygen-enriched air, e.g. using oxy-fuel burners or oxygen lances
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C5/00—Disposition of burners with respect to the combustion chamber or to one another; Mounting of burners in combustion apparatus
    • F23C5/08—Disposition of burners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C5/00—Disposition of burners with respect to the combustion chamber or to one another; Mounting of burners in combustion apparatus
    • F23C5/08—Disposition of burners
    • F23C5/14—Disposition of burners to obtain a single flame of concentrated or substantially planar form, e.g. pencil or sheet flame
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C7/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply
    • F23C7/02—Disposition of air supply not passing through burner
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L7/00—Supplying non-combustible liquids or gases, other than air, to the fire, e.g. oxygen, steam
    • F23L7/007—Supplying oxygen or oxygen-enriched air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D7/00—Forming, maintaining, or circulating atmospheres in heating chambers
    • F27D7/02—Supplying steam, vapour, gases, or liquids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/07021—Details of lances
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2900/00—Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/00012—Liquid or gas fuel burners with flames spread over a flat surface, either premix or non-premix type, e.g. "Flächenbrenner"
    • F23D2900/00013—Liquid or gas fuel burners with flames spread over a flat surface, either premix or non-premix type, e.g. "Flächenbrenner" with means for spreading the flame in a fan or fishtail shape over a melting bath
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/50—Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Gas Burners (AREA)
  • Pre-Mixing And Non-Premixing Gas Burner (AREA)

Abstract

요약없음

Description

표면에 균일한 열전달을 제공하기 위한 장치 및 그 방법
재1도는 종래의 전형적인 축대칭 랜스의 사시도.
제2도는 평탄한 표면 가열용 단일 채널을 가진 본 발명 가스 랜스의 일 실시예의 사시도.
제3도는 다수 채널을 가지는 본 발명 가스 랜스 실시예의 사시도.
제4도는곡면을 가열하는데 사용하는 본 발명 단일 채널 가스 랜스의 사시도.
제5도는 곡면을 가열하는데 사용하는 다수 채널 가스 랜스의 사시도.
제6A도는 본 발명 가스 랜스/버너의 위치 조정 예를 보여주는 고온노의 사시도.
제6B도는 화염의 변위 및 변형을 보여주는 제6A도에 도시된 버너/랜스 장치의 A-A선을 따라 절취한 단면도.
제7A도는 가스 랜스와 연료 유출구가 형성이 유사한 비축대칭 출구 단부를 가지는, 가스 랜스를 포함하는 버너의 부분 단면도.
제7B도는 랜스의 형상은 제3도와 도시된 것과 동일하고, 연료 유출구의 형상은 제6A도에 도시된 것과 동일한, 랜스를 포함하는 다른 버너의 부분 단면도.
제7C도는 연료 유출구와 랜스가 각각 제4도 랜스에 도시된 것과 유사한 곡면 형상을 가지는, 랜스를 포함하는 다른 버너의 부분 단면도.
제8도는 평탄한 열 수용면(planar heat-accepting surface)이 있는 종래 노내의 화염과 열부하 사이의 관계를 개략적으로 도시한 도면.
제9도는 본 발명에 따르는 평탄한 수용면이 있는 노내의 화염과 열부하 사이의 관계를 개략적으로 도시한 도면.
제10A도는 종래 기술의 랜스에 의해 생성된 화염 방향에 대해 수직 방향으로 열부하를 가로지르는 수평온도 형상을 도시한 도면.
제10B도는 본 발명 랜스에 의해 생성된 화염 방향에 대해 수직 방향으로 열부하를 가로지르는 수평온도 형상을 도시한 도면.
제11A도는 제6B도의 B-B선을 따라 취한, 종래 랜스에 의해 생선된 화염을 가로지르는 수직 온도 형상을 도시한 도면.
제11B도는 제6B도의 B-B선을 따라 취한, 본 발명 랜스에 의해 생성된 화염을 가로지르는 수직 온도 현상을 도시한 도면.
제12A도는 산소 제트 부재의 경우 버너의 화염 하류의 수평온도 형상을 보여주는 그래프.
제12B도는 종래의 축대칭 랜스를 사용하는 버너의 화염 다운스트림의 수평 온도 형상들을 보여주는 그래프.
제12C도는 본 발명에 따라 비축대칭 렌스를 사용하는 버너의 화염 다운스트림의 수평 온도 형상들을 보여주는 그래프.
제13도는 Y=O인 평면(제7A도)내의 공간 온도 분포를 도시한 그래프.
제14도는 제7A도에 따른 Y=O인 평면내의 등온선의 공간 분포를 보여주는 도면.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1 : 몸체4 : 랜스
7 : 유입구 단부5 : 팁
9,31,64 : 유출구12 : 화염
15 : 열점30,32 : 채널
40 : 노43 : 전로(前爐)
44,60 : 용융물48 : 벽
52,62 : 연료 유출구
발명의 분야
본 발명은 직접 방화 시스템(direct-fired system)에서, 버너와 함께 또는 버너의 부품으로 포함된 새로운 가스 랜스 분사 랜스 및 그 장치를 이용하여 열부하(thermal load)에 최적한 열전달을 수행하는 개선된 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르는 반응 비율을 향상시키는 가스(reaction-rate enhancing gas)의 유입은, 바람직하지 않은 열점(hot spots)의 발생문제를 해결하면서, 균일하고, 제어가능한 향상된 열전달을 수행한다. 본 발명의 장치 및 방법은, 화염 형상 변형 및 화염 위치 변경으로 양호한 화염을 생성한다.
관련출원
본 출원은 1988년 4월 1일 출원한 미합중국 특허출원 제176,488호의 연속 출원(continuation-in-part)이다.
발명의 배경
일반적으로, 직접 방화 산업에서 그 공정은, 예를 들어, 유리 제조에서의 효율은 열전달 메카닉스에 의해 제한을 받는다. 열전달은 화염(flame) 근처의 열부하와 상관하여 그 효율성이 좌우된다. 그런데, 실제 적용에서는, 효율적인 바람직한 열전달을 이루도록, 열부하가 화염 둘레에 집중적으로 위치되어 있지 않다. 대신에, 대부분의 열부하는, 유리/용융로 내의 유리/금속 용융물의 수평면, 보일러내의 열교환기 수직벽, 또는 회전로(rotary-kiln furnace) 내에 충전된 입상 물질의 곡면과 같은 평탄한 면 또는 적당한 곡면을 통한 열플럭스(熱束,heat flux)를 받고 있다.
알려진 바와 같이, 반응 비율을 향상시키는 가스의 첨가는 직접 방화 시스템에서 열전달을 향상한다. 여기에 사용된 언어인 "반응 비율을 향상시키는 가스(reaction-rate enhancing gas)"는 적극적인 방식으로 바람직한 반응을 촉진하는 모드 가스 예를 들어, 산소, 산소가 농축된 공기, 산소와 아세틸렌 같은 다른 가스들의 혼합물 따위를 포함하는 것이다. 이것은 화염 온도 및 그에 따른 화염으로부터 열부하로 열전달을 증가시킬 것이다. 그외에, 연소 시스템을 통해 흐르는 질소의 감소도 배기 손실을 감소시킨다.
비록 반응 비율을 향상시키는 가스를 첨가하면 열전달 효율이 증가하기는 하지만, 버너와, 열전달 비율을 향상시키는 가스를 시스템으로 전달하는데 사용되는 관 또는 랜스(lance)의 상대적인 위치 조정을 변경시켜서, 열전달을 향상시키기 위한 노력들이 있어 왔다. 일반적으로, 분사 포트가 일반적으로 버너 근처에 위치한 축대칭적인 랜스(axisymmetric lance)를 통해, 산소 제트 흐름이 화염과 열부하 사이로 유입된다. 여기에서 사용되는 용어 "축대칭"의 의미는 랜스 또는 버너로부터의 유출 지점에서 제트 또는 화염이 흐르는 방향의 증축에 수직하게 취해진, 가스 제트 또는 화염의 단면이 기본적으로 원형이라는 것을 의미한다. "비축대칭(nonaxisymmentric)"은 단면이 기본적으로 비원형이라는 것을 의미한다.
이러한 시스템에서, 축대칭 랜스를 사용하여 산소를 유입하면 화염의 길이를 따라서 협소한 연필형 고온지역이 형성된다. 산소 보강 지역(oxygen-intensified zone)으로부터 열부하로의 열 플럭스는 화염의 나머지 지역으로부터의 열 플럭스보다 크다. 결과적으로, 열부하는 매우 집중된 열 플럭스에 노출되며, 열부하에서 일반적으로 "열점(hot spots)"이라 칭하는 불균일하게 가열된 지역들이 발생된다. 불균일한 가열은 노의 효율 및 능력을 제한하고 생산품의 질을 나쁘게 만든다.
열전달을 향상시키는 다른 방법이 비에너스(Bienus) 등의 미합중국 특허 제4,444,586호에 개시되어 있다. 축대칭 산소/연료 랜스를 구리(copper)를 용해하기 위한 반사로(reverberatory furnace)내의 용융물 표면에 수직하게 향하게 하여서, 화염이 구리의 일부위와 정면으로 접촉하게 하였다. 화염은 (등심)환형 산소 공급기가 있는 축대칭 오일 분무기에 의해 생성된다. 이 장치는 구리상의 화염 접촉 지역에 매우 부분적인 열전달만을 향상시킨 것이다.
반응 비율을 향상시키는 가스의 제트에서의 평균 정압(static pressure)은 대기압보다 낮으며, 얼마나 낮은지는 제트 흐름의 밀도 및 속도에 좌우된다. 이 관찰은 지배형 운동량 방정식의 정량 분석(quantitative analysis of the governing momentum equatios)으로부터 나온다.
실제로, 산업용 노에서 생성되는 모든 화염들은 기본적으로 등압(낮은 마하수)이다. 이것은 화염 두께 정도의 규모의 화염을 가로지르는 흐름에 촛점을 맞춤으로써 확인될 수 있다. 이러한 분석에서, 화염 곡률은 난류 화염에서조차 무시할 수 있다. 표준 오더 규모 분석(standard order-of-magnitude analysis)은 화염을 가로지르는 압력 강하에 영향을 미치는 점성도 마찬가지로 무시될 수 있다는 결론을 유도한다.
본 출원인은 농후한(저온) 제트에 의해 발생되는 감소된 정압 영역은 등압, 저밀도 고온 화염을 효율적으로 변위 및 변형시킬 수 있음을 발견하였다. 제트를 열부하와 화염 사이에 적절히 위치시키고, 비축대칭 분사를 이용함으로써, 화염은 보다 저온인 제트에 의해 야기된 낮은 정압 영역쪽으로 당겨진다. 또한 화염은 비축대칭 형상인 저온 제트(cold jet)쪽으로 변형된다. 이러한 사실은 보다 양호한 화염 배치와, 열점의 형성없이 전체 열부하에 열을 전달하기 위한 화염 효율을 증가시키는 기하학적 제어에 의한 것이다.
일반적으로 공지되었고 본 명세서에 사용되는 용어인 버너는 연료, 또는 산화재가 혼합된 연료를 방출하는 장치를 말한다. 랜스는 상기 버너에서 발생되는 화염 부근에서 반응 비율을 향상시키는 가스를 방출한다.
본 발명에 따라 개시된 버너는 연료만을 또는 산화재와 혼합된 연료를 방출하기 위한 연료 유출구 뿐만 아니라, 반응 비율을 향상시키는 가스가 방출되는 가스 랜스도 포함한다.
본 발명의 목적은 상기 새로운 랜스/버너 조합체 또는 새로운 버너를 사용함으로써 이룰 수 있다.
또한, 바람직하게 랜스와 유사한 형상인 비축대칭 형상의 연료 유출구 또는 버너 유출구도 이용될 수 있다. 그 결과로서, 열전달과 가스의 제트 운동량 및 상대적인 화염 방향은 화염의 위치, 형상 및 온도를 상당히 제어할 수 있게 하며, 일반적인 랜싱 설비(lancing arrangements) 및 기술을 능가하는 보다 바람직한 열전달 특성들을 유도해 낸다.
본 발명의 목적은 개선된 랜스/버너 장치를 이용하여 보다 균일성이 향상된 열전달의 가열 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 축대칭 또는 비축대칭 화염과 작용하도록 비축대칭 형상의 가스를 방출함으로써 화염을 변형 및 변위시키고 전체 열부하에 걸쳐 화염의 열전달 효율을 향상시킬 수 있는 랜스만을, 또는 열전달 버너와 조합된 랜스를, 또는 버너의 부품으로 병합된 랜스를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 열점을 형성하지 않으면서 열부하를 균일하게 가열할 수 있는 화염을 생성하는 랜스/버너의 조합체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 랜스를 포함하는 버너의 사용을 통해 바람직한 특성을 갖는 화염을 제공하는 것이다.
본 발명의 부가적인 목적은 열부하를 균일하게 카바하고, 공지된 시스템보다 열전달이 보다 효율적인 화염을 생성할 수 있는 랜스/버너의 조합체 또는 랜스가 있는 버너를 포함하는 노를 제공하는 것이다.
발명의 요약
본 발명은, 반응 비율을 향상시키는 가스를 방출하는 유입구 단부를 가지고 비축대칭 말단부 또는 가스유출구 단부까지 이어지는 랜스를 이용하여 열부하에 열전달을 증가시키는 방법에 관한 것이다. 유출구 단부는 유입구 단부보다 대체로 넓은 구멍과 평탄한 형성(flattened profile)을 가짐으로써 상기 가스의 비축대칭 유출 흐름을 제공하고 있다.
특히, 랜스는 유입구 단부와, 비축대칭 형상을 갖는 유출구 단부와, 유입구 단부와 유출구 단부를 연결하는 통로를 갖는다. 유출구 단부의 출구는 최외측 양끝지점을 통과하는 평면이 랜스와 버너를 2등분하는 평면에 평행하지 않도록 하는 한쌍의 지점으로 한정된다. 따라서, 화염 및 가스 제트는 최적한 화염 변형 및 변위(optimum flame deformity and displacement)가 얻어지는 방식으로 방향이 행해진다.
본 발명의 새로운 랜스는 종래의 축대칭 버너 또는, 랜스의 형상과 유사한 형상을 가짐으로써 균일한 열전달에 보다 적합한 곡선진 또는 평탄화 화염(curved or flat flame)을 발생시키는 비축대칭 버너와 더불어 사용될 수 있다. 전술한 바와 같이, 랜스가 버너의 부품인 경우에서는, 랜스는 연료만을 또는 본 발명의 산화재 예컨대, 산소 또는 공기와 혼합된 연료를 방출하는 축대칭 또는 비축대칭 열전달 유출구와 조합된다.
또한, 본 발명은 가열을 받는 넓은 면(언랜스(unlance) 화염면에 비해) 즉, 열부하로의 균일하게 향상된 열전달을 제공하기 위한 장치에 관한 것으로서, 이 장치는 일반적인 형태 또는 비축대칭 형태로 버너의 종축을 따라 확장되는 화염을 제공하는 버너와, 버너 또는 버너의 연료 유출구와 열전달 사이에 위치하여 상술된 바와 같은 비축대칭 유출구 단부를 갖는 가스 분사 랜스로 구성된다. 랜스는, 버너와 열부하 사이에 있고, 가스 제트가 화염을 변형 및 변위시켜서 열부하를 균일하게 가열할 수 있는 방식으로 화염에 대해서 위치된다.
비축대칭 가스 랜스는 화염과 열부하 사이에 공기 역학적으로 감소된 정압 영역을 만든다. 이렇게 감소된 압력 영역은 화염을 가스 제트쪽으로 당긴다. 즉, 화염을 변위시킨다. 따라서, 예를 들어 가스 랜스를 열부하에 근접하게 보냄으로써, 화염이 열부하에 근접하게 위치될 수 있다. 그외에, 비축대칭 흐름은 화염을 횡방향으로 변위시켜 보다 균일한 온도 형상을 갖는 평탄한 고온 화염을 생성한다. 이러한 바람직한 특성들은 버너 또는 버너의 연료 유출구가 비축대칭 형상일 때 특별히, 버너의 열전달 유출구 형상이 랜스의 형상과 유사할 때 보다 현저하게 나타난다.
랜스는 그를 통해 가스 랜스가 흐르도록 통로를 포함한다. 이 통로는 단일 비축대칭 채널이거나 또는, 하나 이상의 채널이 축대칭 단면을 갖는 다수의 채널이다. 각각의 경우에서, 랜스밖으로 흐르는 가스의 형상은 비축대칭 형상이어야 한다.
예를 들어, 랜스의 유출구 단부는 장방형 또는 타원형 단면이다. 장방형 유출구 단부는 평탄한 가열면이 있는 일반적인 고온 노내에서 바람직하게 사용되는 반면, 타원형 유출구 단부는 열부하가 곡면인 회전로내에 사용하기에 특히 적합하다.
버너 또는 연료 유출구는 임의의 비축대칭 형상을 가질 것이지만, 바람직한 것은 랜스의 형상과 유사한 형상의 것이다. 형상이 일치하면 화염과 가스 제트 사이에 최적한 접촉을 제공하여, 최적한 대류 및 복사 열전달로 유도한다.
당기술에 숙련된 자들은 버너에서 먼 지점에 화염 부력(flame buoyancy)과 속도 감소가 조합되어져 그 결과 비수직하게 배향된 화염이 어느 정도 변형함을 알 것이다. 화염이 자연적으로 변형하는 버너 유출구로 부터의 거리는 프로우드(Froude)수와 같은 요소에 좌우된다. 본 방법에 따라 생성된 화염의 형상에 관한 기준은 자연적인 변형이 일어나는 업 스트림(upstream) 화염을 기준으로 한 것이다.
또한, 본 발명은 본 발명의 가스 방출 랜스를 포함함으로써 열부하를 균일하게 가열할 수 있는 노내로 확장하는 화염을 제공하도록, 적어도 하나의 버너 시스템을 포함하는 고온 노에 관한 것이다.
이하 첨부 도면을 참조로 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
발명의 상세한 기술
현재는 가스 랜싱 기술은, 화염과 열부하 사이에 랜스를 놓는 것이다. 이러한 목적으로 이용된 축대칭 랜스는 화염을 열부하 방향으로 보내지 않는다.
제1도에 도시된 바와 같이, 일반적인 종래 가스 랜스는 축대칭 유입구 단부(3a)와 유출구 단부(3b) 사이가 원통형인 몸체(1)이므로, 기본적으로, 랜스는 원통형 파이프 형상을 가진다.
종래예와 대조적으로, 본 발명의 발명에 이용되는 새로운 가스 랜스는 비축대칭 유출 단부를 가짐으로, 비축대칭 가스 흐름으로 방사한다.
제2도에 도시된 본 발명의 랜스(4)의 일 실시예는 유입구 단부(7)와, 출구(9)가 있는 랜스 유출구 단부 또는 팁(5)에 연결된 반대쪽 단부(8)를 가지는 축대칭 몸체(6)를 구비한다. 랜스 팁(5)은, 몸체(6)의 반대쪽단부(8)에서 유출구 단부쪽으로 종방향으로 비축대칭적으로 확장되어, 유입구 단부(7)보다 사실상 넓고 평탄한 장방형 형상을 나타내는 유출구(9)를 제공한다. 유출구(9)는 랜스 팁(5)의 양 단부에 위치한 한쌍의 기준점(80,82)을 포함하며, 상기 기준점은 버너에 대해 랜스(4)를 위치시켜 이후에 설명되는 바와 같이, 최적한 변위 및 변형의 화염을 제공하는데 사용된다. 팁(5)에 의해 유출되는 산소와 같은 반응 비율을 향상시키는 가스(rate-enhancing gas) 제트 스트림은 비대칭이며, 장방형 형상으로 된 유출구(9)에 따른다.
동작시에, 가스는, 축대칭 형상으로, 유입구 단부(7)로부터 몸체(6)를 통해 흐른다. 팁(5)으로 유입된 가스는, 비축대칭 형상의 팁(5)을 따라 출구(9)를 빠져나가는 비축대칭 평탄형 속도 가스 형성(nonaxisymmetric gas plnar-like velocity profile)을 나타낸다.
제3도에 도시된 바와 같이, 랜스(4)의 다른 실시예도 비축대칭 가스 형상을 나타낸다. 랜스(4)는 원통형몸체(65)내에 수용된 다수의 축대칭 채널(30)을 포함한다. 각각의 채널(30)은 유입구 단부(7)와, 기준점(80,82)이 있는 유출구(9)를 가지며, 유출구(9)로부터 축대칭 형상 가스가 방출된다. 채널(30)은 몸체(6)의 종축에서 외측 방향으로 각이져서, 채널(30)의 유출구(9)를 나오는 반응 비율을 향상시키는 가스와의 합성 형상은 제2도와 관련하여 상술한 바와 같은 비축대칭형 평탄형 속도 가스 형상을 나타낸다. 채널(30)은 몸체(6)으로 연장될 수도 있고 또는 제3도에 도시된 바와 같이 몸체 안에 가두어질 수도 있다. 채널이 몸체 안에 가두어지는 경우가, 노 환경(furnace environment)에서 채널(30)에 부가적인 보호를 제공하므로 바람직하다.
또한, 랜스(4)는 타원 형태로 곡선 표면에 적절한 것이다. 제4도는 도시된 바와같이, 랜스 팁(5)은 타원형태로된 단일 유출구(31)를 가지고, 이러한 유출구는 열부하가 곡선 표면을 갖는 회전로에 사용되는 것을 고려한 것이다.
제5도에 도시된 타원 형태로 된 랜스(4)의 실시예에서, 가스 제트 스트림은 각각의 축대칭 채널(32) 밖으로 흐른다. 제3도와 관련하여 기술된 바와 같이, 채널(32)은 몸체(6)내에 있을 것이고, 유사하게 비축대칭가스 형상을 제공할 것이다.
버너 또는 버너의 연료 유출구와 본 발명에 따르는 가스 랜스와의 관계는 1일 당 150톤 유리 생산 능력을 가진 전형적인 유리 노(glass furnace)의 환경에서 나타난다. 제6A도를 참고로 하여 보면, 일군의(batch) 물질이 유리 노(40)의 한 단부(41)내로 유입된다. 노(40)는, 용융 유리가 완성품 제조를 위해 전달되는 전로(前爐)(43)로 인도하는 목부분(42)을 포함한다.
3개의 공기 공급 포트(45) 아래에 각각 3개씩 있는 9개의 버너(44)는 유리 용융물(46)을 가로질러 동시에 방화한다. 제2도에 도시된 형태의 가스 랜스(4)는 각각의 버너(44) 아래에 위치되고 화염의 변형 및 변위 모두를 이루기에 충분한 각도로 설치되어, 기본적으로 평탄한 형상인 화염이 전체 열부하를 균일하게 카바한다. 이러한 사실은, 용량을 한정하는 열점(hot spots)을 피하면서 현저하게 향상된 열전달률을 제공한다. 랜스(4)는 화염이 부딪치는 쪽으로 약 +45°의 화염에서 멀어지는 방향으로 약 -45°에 이르는 범위 내의 각도로 설치된다.
전형적으로, 제트가 화염에 대해 평행할 때 양호한 결과가 얻어진다.
제6B도는 제6A도에 기술된 노 환경에서의 가스 랜스(4)의 사용에 의한 화염의 변형 및 변위를 보여준다. 구체적으로, 노(40)의 벽(48)은 공기 공급 포트(45), 버너(44) 및 본 발명의 새로운 랜스(4)를 수용한다. 랜스(4)는 버너(44)와 열전달면 사이에 위치한다. 즉, 용융물(46)은 버너(44)와 대략 평행하다. 랜스(4) 밖으로 비축대칭적으로 흐르는 가스(14)는 화염과 열부하 사이에 저압 영역을 발생시키고, 화염(12)을 용융물(46)위에 하방향으로 당기고 화염(12)을 바깥으로 평평하게 하므로, 화염(12)이 전체 용융물(46)위에 균일하게 퍼진다.
제7A-7C도는 각각 비축대칭 유출구를 이용하는 연료 유출구 및 랜스를 포함하는 버너 설비를 보여준다. 구체적으로, 제7A도의 설비는 비축대칭 연료 유출구(52)와 제7A도에 도시된 바와 같이 유입구 단부(54)를 가지는 버너(50) 내에 제2도에 도시된 형태의 랜스를 이용한다. 본 발명에 따라 기준점(80,82)은 출구 포트(9)에 위치한다. 기준점(80,82)을 통과하는 C-C면은 랜스(4)와 연료 유출구(52)를 2등분하는 D-D면에 평행하지 않으며, 바람직하게는 D-D면에 수직한 것이다. 랜스(4)가 버너의 부품이 아니면, D-D면은 랜스와 버너 둘다를 2등분할 것이다.
제7B도는 제3도와 관련하여 도시되고 기술되는 실질적으로 동일한 랜스로 제7A도에 도시된 것과 실질적으로 동일한 연료 유출구에 대해 동작적으로 위치된 다른 설비를 예시한 것이다. 제7B도의 설비는, 기본적으로 동일한 편평한 비축대칭 형상을 각각 갖는 화염 및 반응률을 향상시키는 가스를 노내로 방출한다.
제7C도는, 제4도와 관련하여 도시되고 기술된 것과 사실상 동일한 랜스와 연료 유출구를 포함하는 버너를 보여준다. 버너(60)는, 곡면에서 열부하를 가지는 회전노 사용용의 단일 유출구 포트(64)가 있는 유사한 타원형상 연료 유출구(62)를 갖는다.
제7A-7C도에 도시된 실시예들은 기하학적 균일성이 향상된 물질 표면으로의 복사 및 대류 열전달을 나타낸 것이다. 또한, 가스 제트에 의해 발생된 공기 역학적으로 감소된 압력 영역은 보다 용이하게 화염을 하방향으로 당겨서 물질 표면에 근접하게 위치시킬 수 있다. 그런데, 비축대칭 랜스가 있는 축대칭 버너를 사용하거나, 다른 비축대칭 형상을 가진 비축대칭 랜스 및 비축대칭 버너를 사용하여 수용가능한 결과가 얻어질 수 있음을 이해하여야 한다.
제8도 및 9도에 도시된 바로서, 비축대칭 형성 가스를 방사하는 본 발명의 가스 랜스의 이용은, 화염이 제트쪽으로 하방향으로 변위되고 평탄하게 되어, 최대 화염 온도로 균일하게 평탄해진 화염의 열부하를 카바하여 해로운 열점이 발생치 않는다.
제8도를 참고로 하여 보면, 버너와 열부하 사이에 위치한 종래의 축대칭 가스 랜스를 사용하는 종래 기술의 유리 노는, 바람직하지 않게 부분적으로 집중된 열점을 생성한다. 구체적으로, 노(40)내에 잔류하는 유리 용융물(46)은 혼합 지역(16)을 형성하는 화염(12)에 의해 가열된다. 축대칭 흐름의 가스와 화염(12)의 혼합 지역(16)은 부분적으로 향상된 열전달만을 초래하여 불균일한 가열을 유발하고 열점(15)을 만들며, 용융물(46)의 과열도 일으킬 수 있다.
제9도에 도시된 바와 같이, 제B도와 관련하여 상술된 바대로 버너와 용융물(46)사이에 위치한 비축대칭 가스 랜스는 비축대칭 혼합 지역(20)을 만든다. 화염(12)의 압력 유발 변형(pressure-induced deformation)은 보다 넓은 표면에 걸쳐 보다 균일한 온도 증가를 초래한다. 이런 식으로 부분적 열 플럭스(熱束) 및 그에 따른 부분적 열부하를 균일하게 유지한다.
당 기술에 일반적인 기술인은 회전 노와 같은 곡면을 가열하는데 사용되는 축대칭 렌스도 부분적 열점을 발생시킴을 용이하게 예견할 수 있을 것이다. 제4 및 5도와 관련하여 기술된 형태의 비축대칭 가스 랜스의 사용도 곡면상의 열점을 제거하는데 마찬가지로 효과적이다.
기본적으로, 화염과 열부하 사이에 위치한 비축대칭 고속도 반응률 향상 가스 제트에 의해 발생한 압력 영역은 ; (a) 화염을 열부하에 대해 알맞게 위치시키고, (b) 화염 형상을 열부하에 맞추고, (c) 넓은 지역에 걸쳐 화염 온도의 균일성을 증가시키는데 사용된다. 이러한 잇점들은 열점을 사실상 제거하는 결과를 가져온다. 더우기, 본 발명에 의해, 종래의 노내에 빈번하게 형성되는 부분적인 열점을 보상하도록 열부하를 조작할 필요성이 감소됨으로써, 실제로 비용 절감의 효과도 얻을 수 있다.
예1
본 발명의 비축대칭 랜스를 종래의 랜스와 비교하는 시험을 길이 9.2m 폭 7.1m인 일반적인 유리 노 탱크에서 행하였다. 유리 탱크의 연료 투입구 단부로 일군의 물질(batch material)을 유입한다. 상기 물질이 용융됨에 따라, 상기 물질은 목부위를 향해 이동한다. 작업 단부에서, 부가적인 정련작업(refining)이 행해진다. 전상(前床 ; forehearth)앞에서, 유리 용융물은 최종 물품 제조용으로 준비된다. 탱크로부터의 유리의 전 생산률은 1일 당 150-200톤이다.
3개 포트 아래에 각각 3개씩의 버너들이 필요한 가열(17.5GJ/hr)을 위해 제공된다. 연소에 필요한 공기가 재생용 열교환기(regenerators)와 포트를 통해 버너(포트 아래 방화)위로 흐른다. 3번 포트의 각각의 버너 아래에 산소랜스가 장착된다. 연소 가스는 대향 위치된 포트와 재생용 열교환기를 통해 배기된다. 한 포트세트로부터의 15분 방화 사이클후, 방화측은 교환된다. 이러한 방식으로, 각각의 이전 사이클의 배기 에너지의 일부는 재생용 열교환기로 연소 공기를 예열하여 회복된다.
양쪽 방화측에 3번 포트의 각각 3개씩의 버너 아래에 산소 랜스가 장착된다. 종래 랜스는 내경이 0.25인치의 스테인레스 강관으로 구성된다. 각각의 랜스는 평균 속도 165m/s로 약 315 SLPM의 산소를 유입한다. 이 산소는 전체 필요한 산소의 4.9%를 제공한다.
본 발명의 새로운 랜스는 4개의 고속 채널들이 있는 팁을 포함하는데, 이 채널들은 팬형식(fan-like manner) 즉, 제3도에 도시된 형태로 거의 장방형인 유출 형상으로 수평면으로 제트를 향하게 한다.
산소 제트 분사각의 선택은 화염 정돈 산소량(flame-tailored amount of oxygen)과 공간적으로 넓게 퍼진 저압 지역(spacially wide low-pressure zone)을 제공하는 대상물에 따른다. 랜스 직경의 선택은, 화염의 위치, 기하학적 형상 및 공간 보강(spacial intensification)을 조절하는 저압 지역을 발생하는 대상물에 따른다. 선택된 랜스는 현존하는 중유 버너에 매치된다. 버너는 약 20°의 제트 분사각을 가진 난류 확산 화염(turbulent diffusion flame)을 생성한다. 상기 대상물과 만나기에 충분한 저압을 발생시키는 저온 산소 제트의 평균 속도는 약 255m/s로 추정된다.
종래의 비축대칭 산소 랜스의 성능을 평가하기 위해서 2방법을 사용하여 온도 측정을 행하였다.
첫째로, 주사(走査) IR 고온계(pyrometer)는 직선을 따르는 온도 형상을 제공한다. 기본적으로, 시야 조리개(fiel stops)는 공간 주사 입체각 탐지기의 시야를 작은 입체각(60usr)으로 제한한다. 복사 측정은 온도 측정을 나타내는 흑체 반응(temperature measurements assuming black-body behavior)으로 변환된다. 널리 사용되는 흑제 가정(black-body assuption)은 일반적인 방식에서의 자료의 정량 해석(the quantitative interpretation of the data)을 제한한다. 광학 고온계를 사용하여 독립적인 온도 측정이 행해진다.
둘째로, 방화 및 반전(firing and reversal)동안에 노내에서의 질적 온도 측정(qualitative temperature measurements)을 얻기 위해 비디오 카메라가 사용된다. 일반적으로, 전형적인 고온 노에서, 비디오 카메라 탐지기는 포화(saturation)에 가깝고, 기록 상은 콘트라스트(contrast)가 부족하다. 그런데, 시상(visible images)은 중성 필터(neutral-density filter)를 사용하여 상을 열적으로 변환한다.
제11A도는 버너와 제1도에 도시된 형태의 종래의 랜스용으로 제6B도의 B-B선을 따르는 수직 온도 조사(scan)를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 온도는 화염을 가로질러 최고점(peak)이 되고 하부 온도 기울기는 매우 급경사져 있다. 이러한 사실은 저온 산소를 화염 하부에 유입함으로 인해서 발생된 것으로 예견된다.
제11B도는 제3도에 도시된 랜스와 버너의 제6B도 B-B선을 따르는 유사 수직 온도 조사를 도시한 것이다. 제11B도에 도시된 바와 같이, 2개의 온도 최고점이 생긴다. 제1온도 최고점은 버너에서 주 화염이 나온곳이고, 제2온도 최고점은 평탄한 산소 랜스가 위치된 구역이다. 이러한 제2온도 최고점은 평탄한 산소 제트의 저압 영역에 의한 연소 가스, 기름 방울 및 화염의 흡인 결과이다. 종래의 랜스로는 이룰수 없는 이러한 강력한 효과는 화염의 알맞는 변형 및 위치 조정을 가능케 한다.
종래의 가스 랜스에서의 화염의 비디오 온도 기록은, 제10A도에 도시된 바와 같은 유리 용융물에서 부분적으로 고온의 플럭스를 초래하는 비균등 온도 형상으로 되는 협소하고 연필 모양인 고온 지대를 나타낸다.
본 발명의 가스 랜스에서의 화염의 비디오 온도 기록은 균일하게 향상된 화염 온도 형상을 나타낸다. 본 발명의 방법에 따르는 화염에서의 고온 지역의 부재는, 제10B도에 도시된 바와 같은 균일한 열 플럭스의 결과와 같이 유리 용융물의 균일한 온도 형상을 초래한다.
상기 시험들의 결과를 표Ⅰ에 나타내었다. 표Ⅰ의 3째줄의 본 발명의 방법을 이용하여 유리 용융물 온도의 균일성이 약 400% 증가되었음을 보여준다.
이 시험에서는 전부 18개의 버너중 2개만이 본 발명의 산소 랜스를 갖추고 있지만, 상기 효과는 노의 큰열 타성(thermal inertia)의 견지에 비추어 주목할만하다.
[표 Ⅰ]
반전(reversal)동안에 유리용융물 표면의 전형적인 온도 형상 요약
Figure kpo00001
Tc=Tmax-Tmin 종래 랜스용
표Ⅰ에 제공된 결과로부터 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 새로운 평탄한-제트 랜스는 종래의 가스랜스와 비교하여 유리 용융물 표면의 온도가 현저하게 향상된 균일성으로 제조된다.
[예 2]
비축대칭 랜스(제2도)와 축대칭 랜스(제1도)사이의 화염형상 전개상의 효과를 양적(quantitatively)으로 비교한다. 이러한 비교를 위해서, 평탄한 형상의 산소 제트가 반응비율을 높이는 가스 혼합물의 비축대칭 제트용 특성으로 선택된다. 평탄한 형상의 제트는 고속, 개시시 축대칭, 난류 확산 화염에 대해 평행하게 방향이 향해진다. 개시시 축대칭인 난류 확산 화염은 작은 둥근관에서 나오는 고속도 제트 메탄을 점화하여 발생한다. 산업용 버너용으로는 버너 팁에서 레이놀드(Re) 수가 높은 것이 일반적이다. 특정한 동작 상태를 표Ⅱ로 나타내었다.
[표 Ⅱ]
동작상태
Figure kpo00002
화염을 가로지르는 온도 형상은 버너 팁 하류의 다수 축(Z) 구역에서 반경(r) 방향으로 열전대(thermocouples)를 취한다. 열전대는, PtRd 6%/PtRd 30% 와이어 사이의 헤드간 용접으로 인한 극히 작은(0.002인치) 열전대 비드로 구성된다. 소 직경 비드는 충분한 공간 해상도를 초래한다. 연소 분야(combustion research)에서는 일반적인 바로서, 와이어는 유리형태 실리카(silica)층으로 피복되어 온도 측정시에 촉매성 오차(catalytical errors)를 방지한다. 더욱이, 열전도 오차를 최소화하는 공지된 열전대-배치 기술(thermocouple-placement technique)을 이용하여, 온도 형상이 화염내의 실질적인 온도 형상으로 나타난다.
제12A도는 버너 팁 하류의 다수 장소에서의 변경되지 않은 즉, 가스 랜스가 없는, 메탄 난류 확산 화염의 온도 형상을 도시한 것이다. 여기에서,
Z=버너 팁으로부터의 하류의 거리
r=버너 축으로부터의 거리
D0=버너 직경
R0=버너 반경
상기 동작 상태는 표Ⅱ에 주어져 있다.
제12A도는 버너 하류의 공지된 M형 온도 형상의 확대된 특성을 보여준다. 가스가 하류로 이동함에 따라, 가열되고 온도 정점 지역 둘레에서 반응한다. (난류)"확산" 과정 및 고온 가스의 팽창은, 화염이 버너 팁의 하류로 이동함에 따라 온도 구배(gradient)를 감소시킨다. 이러한 온도 형상은 수정된 화염을 종래의 축대칭 랜스 및 본 방법에 따르는 비축대칭 랜스와 비교하기 위한 토대를 제공한다.
축대칭 산소 제트의 수정된 온도 형상이 제12B도에 도시되어 있다. 제트 축선은 버너 축에서 오른쪽으로
Figure kpo00003
인 곳에 위치하고 버너축에 실제로 평행하게 향한다.
제12A도에서의 온도 정점은 산소 분자 지역에서의 급격한 온도 증가를 나타낸다. 그러나, 온도 형상은 산소가 유입되는 화염 오른쪽 "유도 모서리(leading edge)"에서 작은 온도 구배를 보여준다. 더욱이, 제12A도와 제12B도를 비교하면 왼쪽 화염 지역이 버너축으로부터 이격 변위되었음을 알 수 있다.
제12C도는 본 발명의 랜스를 사용한 온도 형상의 급격한 변화를 보여준다. 비축대칭 제트의 축은 버너축에서 오른쪽으로
Figure kpo00004
인 곳에 위치하고, 버너축에 대해 평행한 방향을 향한다. 유사하게, 축대칭 랜스를 사용하면 산소가 유입되는 오른쪽 "유도 모서리"측에서 산소 분사가 없는 경우를 능가하는 급격한 온도 증가는 측정 간격 전체에 걸쳐 유지된다.
그러나, 다수의 중요한 화염형상의 개선들이 얻어진다. 유도 모서리 온도 구배는 언랜스 화염(unlanced flame)보다 약 40% 높을 뿐만 아니라, 축대칭 랜스 화염보다도 약 50% 높다. 그외에, 화염 전개각도 즉, 화염내의 최대 온도의 장소에 의해 형성된 등적 원추부(equivalent cone)의 각도는 축대칭 랜스 화염보다 약 50% 작아지고, 언랜스 화염보다 약 70% 작아진다. 그 결과를 표Ⅲ에 나타내었다.
[표 Ⅲ]
결과의 요약
Figure kpo00005
축대칭 랜스와 비축대칭 랜스는 모두 산소가 분사되는 r/R0=4.74인 곳 둘레에 낮은 정압 지역을 만든다. 그 결과, 제12A도의 M형 온도 형상에서의 오른쪽의 고온 지역은 r/R0=4.74인 곳을 향해 왼쪽으로 변위된다. 축대칭 랜스용으로, 왼쪽의 고온 지역(제12B도)이 버너축에서 더욱 이격 변위된다. 그러나, 비축대칭 랜스용으로는, 왼쪽의 고온 지역이 제12C도에 도시된 바와 같이, 산소 분사의 낮은 정압 지역 쪽으로 변위된다. 따라서, 비축대칭 랜스는 오른쪽 고온 반응 지역을 변위시킬 뿐만 아니라 화염을 보다 알맞는 형상으로 변형시키는 왼쪽 고온 지역도 변위시킨다. 제12C도에 도시된 바와 같이, 화염 변형뿐만 아니라, 화염 배치를 상당히 제어하는 전체 화염의 변위도 발생한다.
더욱이, 제12A도와 제12B도를 비교하여, 알 수 있둣이 버너 팁의 중심에서 랜스 중심으로의 선 방향으로의 화염 전개는 비축대칭 랜스에 의해 더욱 제한을 받는다. 그외에, 제12B도와 제12C도를 비교하면, 비축대칭 랜스 방법이 산소가 유입되는 장소에서의 바람직한 고온 구배를 유지시키는데 우수함을 알 수 있다.
실시예3
제7A도에 도시된 형태의 랜스/버너 설비의 화염 변위 및 변형의 전체 증가 효과가 양적으로 결정된다.
반응 비율을 향상시키는 가스로서 산소가 선택되고, 연료로서는 메탄이 선택된다. 버너 팁에서의 레이놀드(Re) 수는 산업용 버너 시스템용의 일반적인 것이다. 특정한 동작 상태를 표Ⅳ에 도시하였다.
[표 Ⅳ]
동작 상태
Figure kpo00006
제7A도에 도시된 바와 같이, 산소 유출구 포트(31)와 연료 유출구 포트(64)사이는 0.2인치 떨어져 있다. 제7A도에 도시된 직각 좌표계(X축, Y축, Z축)의 원점은 버너 면상의 Y 방향으로 대칭인 점에서 산소 유출포트(31)와 연료 유출구 포트(64)중심에 위치된다.
실시예 2에서 기술된 바와 같은 과정들이 이용된다. 화염을 가로지르는 온도 형상은 버너 하류의 다수 장소에서, 전체적으로 향상된 화염 시이트를 가로질러 X-방향으로 취해진다. 이 결과가 제13도에 도시되어 있다.
제13도에 도시된 바와 같이, 버너에 근접하여 취해진 측정은 독특한 "M"형상을 보여준다. 형상 중심에서의 저온은 "저온" 비반응 연료로 인한 결과이다. 그런, 하류 바로 전에서는, 모자 형상만이 측정된다. 그외에, X방향으로의 축방향 화염 팽창은 사실상 없다.
제14도에서, 산소측(제14도의 왼쪽)에 온도 형상은 양호하게 한정되어 있고, 예리하며 평탄하다. 연료측(제14도의 오른쪽)상의 등온선들은 화염이 산소 제트쪽으로 강하게 흡인됨을 보여준다. 연료측상의 등온선들의 현저한 곡률은 화염의 알맞은 위치조정 및 바람직한 형상을 조절하는 바람직한 공기 역학적으로 감소된 압력 영역을 나타낸다.

Claims (24)

  1. 가스원(source)에서 반응 비율을 향상시키는 가스를 받아들이기 위한 유입구 단부가 있는 몸체와 ; 상기 유입구 단부와 흐름을 교통(flow communication)하는 반대쪽 유출구 단부와, 상기 유출구 단부에서 상기 가스를 비축대칭 형상으로 방출하는 채널을 가진 장방형 팁을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 랜스.
  2. 표면에 균일한 열전달을 제공하는 정치에 있어서, 상기 장치는 : 표면 위로 뻗는 화염을 제공하는 버너와 ; 반응 비율을 향상시키는 가스를 방출하기에 적합하며, 유입구 단부와, 가스의 출구 지점에서 가스 흐름의 종축에 수직하게 취한 단면이 비원형인 유출구 단부와, 상기 유입구 단부와 상기 유출구 단부를 연결하는 통로로 이루어진 가스 랜스로 구성되며 ; 상기 출구를 최외측 양끝 지점을 통과하는 평면이 상기 랜스와 버너를 2등분하는 평면에 평행하지 않도록 양끝 지검을 포함하여, 상기 랜스가 반응 비율을 향상시키는 가스를 화염에 근접하게 방출하여 화염을 상기 표면쪽으로 변형 및 변위시키는 공기 역학적으로 감소된 압력영역을 만들도록 구성시킨 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 버너는, 유입구 단부와, 화염 출구 지점에서 화염 흐름의 종축에 수직하게 취한 단면이 비원형인 유출구 단부와, 상기 유입구 단부와 상기 유출구 단부를 연결하는 하나 이상의 통로로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 버너와 상기 랜스는 동일한 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 유입구 단부는, 가스 유입 지점에서 가스 흐름의 종축에 수직하게 취한 단면이 원형인 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 통로를 다수의 가스 방출 채널로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제2항에 있어서, 상기 통로의 유출구 단부는 장방형인 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제2항에 있어서, 상기 통로의 유출구 단부는 타원형인 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제2항에 있어서, 상기 가스 랜스는 약 45°를 초과하지 않는 각도로 화염의 종축쪽으로 또는 종축에서 멀어지는 방향으로 향하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 가스 랜스는 화염의 종축에 평행한 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제3항에 있어서, 상기 버너 통로는 다수의 가스 방출 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제3항에 있어서, 상기 버너 유출구 단부는 장방형인 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제3항에 있어서, 상기 버너 유출구 단부는 타원형인 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 표면 위로 뻗는 화염을 생성하는 버너 시스템을 제공하는 단계와, 상기 화염과 상기 표면 사이에 가스의 분사류를 생성하는 하나 이상의 반응률을 향상시키는 랜스를 상기 버너 시스템과 상기 표면 사이에 제공하는 단계를 포함하는 표면 가열 방법에 있어서, 상기 표면 가열 방법은 : 가스 흐름의 종축에 수직하게 취한 가스 출구 지점이 비원형이도록 상기 반응 비율을 향상시키는 가스를 방출하는 단계와 ; 그로 인해서, 공기역학적으로 감소된 압력 영역을 만들고 그에 따라 상기 표면쪽으로 화염을 변형 및 변위시키는 분사류를 생성하여 가열의 균일성을 증진시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 가열 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 가스 랜스는 약 45°를 초과하지 않는 각도로 화염의 종축쪽으로 또는 종축에서 멀어지게 향해지는 것을 특징으로 하는 표면 가열 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 가스 랜스는 화염의 종축에 평행한 것을 특징으로 하는 표면 가열 방법.
  17. 제14항에 있어서, 상기 반응 비율을 향상시키는 가스는 산소인 것을 특징으로 하는 표면 가열 방법.
  18. 제14항에 있어서, 화염 흐름의 종축에 수직하게 취한 화염 유출 지점의 단면이 비원형인, 상기 화염을 방출하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 가열 방법.
  19. 표면에 균일한 열전달을 제공하는 버너에 있어서, 상기 버너는 : 연료만을 또는 산화제와 혼합된 연료를 방출하기 위한 연료 유출구와 ; 반응률 증가 가스를 방출하기에 적합하며, 유입구 단부와, 가스 출구 지점에서 가스 흐름의 종축에 수직하게 취한 단면이 비원형인 유출구 단부와, 상기 유입구 단부와 상기 유출구 단부를 연결하는 통로를 가진 가스 랜스를 포함하여 ; 상기 출구는 최외측 양끝 지점을 통과하는 평면이 상기 랜스와 상기 연료 유출구를 2등분하는 평면에 평행하지 않도록 양끝 지점을 포함하여, 상기 랜스가 방출된 연료에 의해 형성된 근접된 반응 비율을 향상시키는 가스를 방출하고, 상기 표면쪽으로 화염을 변형 및 변위시키는 공기역학적으로 감소된 압력 영역을 만드는 것을 특징으로 하는 버너.
  20. 제19항에 있어서, 상기 연료 유출구는, 유입구 단부와, 연료의 출구 지점에서 연료 흐름의 종축에 수직하게 취한 단면이 비원형인 유출구 단부와, 상기 유입구 단부와 상기 유출구 단부를 연결하는 하나 이상의 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 버너.
  21. 제20항에 있어서, 상기 연료 유출구와 상기 랜스는 동일한 형상인 것을 특징으로 하는 버너.
  22. 제20항에 있어서, 상기 래스의 상기 유출구 단부는 다수의 가스 방출 채널들로 구성되는 상기 버너.
  23. 제20항에 있어서, 상기 랜스의 상기 유출구 단부는 장방형인 것을 특징으로 하는 버너.
  24. 제20항에 있어서, 상기 랜스의 상기 유출구 단부는 타원형인 것을 특징으로 하는 버너.
KR1019890004361A 1988-04-01 1989-03-31 표면에 균일한 열전달을 제공하기 위한 장치 및 그 방법 KR970003645B1 (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17648888A 1988-04-01 1988-04-01
US176,488 1988-04-01
US310,161 1989-02-16
US07/310,161 US4909733A (en) 1988-04-01 1989-02-16 Method and apparatus for gas lancing
US310161 1989-02-16

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR890016357A KR890016357A (ko) 1989-11-28
KR970003645B1 true KR970003645B1 (ko) 1997-03-20

Family

ID=22644551

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019890004361A KR970003645B1 (ko) 1988-04-01 1989-03-31 표면에 균일한 열전달을 제공하기 위한 장치 및 그 방법

Country Status (3)

Country Link
US (1) US4909733A (ko)
KR (1) KR970003645B1 (ko)
ZA (1) ZA892018B (ko)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
US5643348A (en) * 1992-09-14 1997-07-01 Schuller International, Inc. Oxygen/fuel fired furnaces having massive, low velocity, turbulent flame clouds
US5383782A (en) * 1993-04-21 1995-01-24 The Boc Group, Inc. Gas-lance apparatus and method
FR2722272B1 (fr) 1994-07-08 1996-08-23 Air Liquide Ensemble de combustion pour un four et procede de mise en oeuvre
US5560305A (en) 1994-12-15 1996-10-01 The Boc Group, Inc. Burner block and method for furnace
US5609481A (en) * 1995-06-13 1997-03-11 Praxair Technology, Inc. Direct-fired stratified atmosphere furnace system
FR2743360B1 (fr) * 1996-01-05 1998-02-27 Air Liquide Procede de chauffage de la charge d'un four de verre
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
DE10060951A1 (de) * 2000-12-06 2002-06-27 Messer Griesheim Gmbh Verfahren zum Einschmelzen von Metallschrott
US7303388B2 (en) * 2004-07-01 2007-12-04 Air Products And Chemicals, Inc. Staged combustion system with ignition-assisted fuel lances
FR2892497B1 (fr) * 2005-10-24 2008-07-04 Air Liquide Procede de combustion mixte dans un four a regenerateurs
DE102005061973B4 (de) * 2005-12-23 2013-12-19 Eisenmann Ag Trockner
SE531957C2 (sv) * 2006-06-09 2009-09-15 Aga Ab Förfarande för lansning av syrgas vid en industriugn med konventionell brännare
GB201418727D0 (en) * 2014-10-21 2014-12-03 Five Stein Ltd Forehearths and burner blocks for use therein
GB2540544B (en) * 2015-07-20 2020-04-15 Edwards Ltd Inlet assembly

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2021245A (en) * 1933-02-11 1935-11-19 Paul B Tonnar End wall construction for open hearth furnaces
US2063401A (en) * 1933-05-24 1936-12-08 Rossman Engineering Company Method of and means for operating furnaces for melting and refining metals and the like
US2169163A (en) * 1938-05-21 1939-08-08 Republic Steel Corp Open hearth furnace
US2178654A (en) * 1938-07-30 1939-11-07 Steinbacher Karl Tuyere
US2423216A (en) * 1943-05-21 1947-07-01 American Steel & Wire Co Method of heating open-hearth furnaces
DE1508584A1 (de) * 1966-06-02 1969-12-18 Messer Griesheim Gmbh Verfahren zur Herstellung von Zement oder anderen Stoffen in einem Flammofen
US3620514A (en) * 1969-10-08 1971-11-16 Air Reduction Fuel-air fired furnace with supplemental oxygen-fuel burner
US3797814A (en) * 1972-03-27 1974-03-19 Berry Metal Co Oxygen lance with multi-orificed nozzle
US4329142A (en) * 1979-06-18 1982-05-11 Boc Limited Method for heat treatment of clay and refractory ware
US4741694A (en) * 1984-02-17 1988-05-03 Reynolds Metals Co. Method for calcining carbonaceous materials

Also Published As

Publication number Publication date
KR890016357A (ko) 1989-11-28
ZA892018B (en) 1989-12-27
US4909733A (en) 1990-03-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4927357A (en) Method for gas lancing
EP0335728B1 (en) Method and apparatus for gas lancing
KR970003645B1 (ko) 표면에 균일한 열전달을 제공하기 위한 장치 및 그 방법
JP3989984B2 (ja) 燃料およびオキシダント流の分離噴射を含む燃焼方法およびその燃焼装置
EP0844433B1 (en) Combustion process and apparatus therefore containing separate injection of fuel and oxidant stream
US5560758A (en) Method for making glass articles
KR100189348B1 (ko) 고온 노내의 저 nox,고효율 가열방법 및 장치
US9206979B2 (en) Oxy-fuel burner arrangement
EP0763692A2 (en) Oxy-fuel burner having coaxial fuel and oxidant outlets
US6334770B1 (en) Fluid-fuel furnace burner for iron and steel products
JPS639002B2 (ko)
KR20010114175A (ko) 다공성 벽 로에서의 연소
CN1186927A (zh) 包括分开喷射燃料和氧化剂流的燃烧方法和设备
US3409229A (en) Internal combustion burner-nozzle construction
US3639178A (en) Thermochemical cutting or scarfing process
EP4005985A1 (en) Oxygen fuel burner for a forehearth system
KR101751367B1 (ko) 순산소 연소기 및 이를 이용한 열간 압연 공정용 가열로
SU578523A1 (ru) Радиационный нагреватель
SU673661A1 (ru) Способ нагрева металла в методической печи
JPH08145319A (ja) 直火還元バーナー
Loo Non-Axisymmetric Jet Oxygen Lancing
JPH10213302A (ja) 管群燃焼ボイラ
JPH06206735A (ja) 光ファイバの線引方法
JPS58224214A (ja) 鋼材の高速カ−テンフレ−ムバ−ナ

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
G160 Decision to publish patent application
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20060802

Year of fee payment: 10

LAPS Lapse due to unpaid annual fee