JP2010513181A - ガラス溶融炉 - Google Patents

Abstract

本発明は、ガラスを溶融するため、同じかまたは異なった性質の２つの燃料を、分散させるために夫々離れた場所に位置する２つの溶融火床に供給し、ＮＯｘの排出を減少するために燃焼空気は一箇所だけに供給する燃焼方法に関する。本発明はまた、ＮＯｘの排出を減少するために燃料の噴射が溶融火床に分散されるガラス溶融炉の運転方法と、これを実施するガラス溶融炉に関する。このような炉は、溶融されたガラスを受ける溶融容器（Ｌ）と、溶融されたガラスの槽（Ｂ）のみならず、火床を限定する壁と、熱い燃焼空気の入り口（ＶＡ）と、熱い煙の出口と、第１の燃料を注入する少なくとも一つのバーナ（１）と、第２の燃料を噴射する少なくとも一つのインジェクタ（４）と、を有し、該インジェクタは、第１と第２との燃料の合計で１００％までを噴射することが可能なように、バーナ（１）に対して相補的な方法で流量を調節することが可能である。

【選択図】 図５

Description

本発明は、ガラスを溶融する燃焼過程に係り、主にこの過程の実施のためのガラス溶融炉に関するが、本発明はまた、他のタイプの高温炉にも適用することができる。

ほとんどのタイプのガラス、特に板ガラスおよび容器ガラスは、１装置あたり数十から数百メートルトン／日のガラスを作り出す大型溶融炉において、原料の溶融によって製造される。このような炉内で使用される燃料は普通、天然ガスまたは燃料油であるが、他の燃料も使用することができる。

ある種の炉は生産量を多くするために電力を使用する（電力補助加熱）。溶融のために高温炉（通常は１，５００℃、それより高いこともある）が必要である。最適の炉温度条件は、燃焼空気を予熱することによって得られる（普通は最大１０００℃以下、しかし時にはそれより高くまで）。

燃焼空気を予熱するのに必要な熱は排ガスによって伝達され、これは通常リバーシブル再生器を使用することによって遂行される。この解決手段は、高い溶融速度と組み合わされた高度の熱効率を得ることを可能にする。

以下のものを含む、いくつかのタイプの溶融炉が存在する。
横断燃焼炉（ｃｒｏｓｓ−ｆｉｒｅｄ ｆｕｒｎａｃｅｓ）：普通は７０ｍ^２より大きい溶融表面積を有し、ほぼ２０−３０分毎に火炎の方向が逆転するよう操作されるこのような炉では、排ガスに含まれる熱は、耐火レンガのスタックで作られた熱交換器に回収される。

冷たい燃焼空気は再生器を通過中に予熱され（空気上昇）、炉から出る熱排気は他の再生器を予熱するために使用される（排気下降）。時に６００ｔ／日より大きい出力を有し、板ガラスおよび容器ガラスを製造するのに使用されるこれらの炉は、大きなエネルギー消費者である。横断燃焼炉の作動図を図１に示す。

末端燃焼炉（ｅｎｄ−ｆｉｒｅｄ ｆｕｒｎａｃｅｓ）：これらの炉では、火炎がループを描く（時に、馬蹄形火炎と呼ばれる）。これらの炉は、排気ガスの熱をスタックで作られた再生器が回収して燃焼空気まで運ぶことによって動作する。このタイプの炉の作動図を図２に示す。

燃料は、再生器から出る空気流内でまたはその近くの炉内に噴射される。バーナは、効率的な熱伝達を達成するように、優れた放射品質で高温火炎を作り出すように設計されている。

燃焼剤／燃料混合物を作り出すために、いくつかの選択肢が存在する。これらの技術の名称は、燃料がどのように導入されるかを示している。最も頻繁に遭遇する構成は以下のとおりである。
「アンダーポート」：空気流の下、
「オーバーポート」：空気流の上、
「サイドポート」：空気流のそば、
「スルーポート」：空気流を通して。

気流の構造と、溶融炉の型式と、燃料の供給に関連する機能の制限（例：天然ガスが供給される炉に対して供給可能なガス圧）又は燃料の性質と、の適切な結果を得るように、これらの異なった噴射方法間の選択が行われる。

このような燃焼方法は炉の操作に関して極めて効率的であるが、最も規制されている空気汚染物質の１つである、極めて高いレベルの酸化窒素（これ以下、ＮＯｘと称する）の生成などの悪影響を生じさせる。先進工業国の多くでは、ＮＯｘ排出を減らすために、大容量ガラス製造炉に制限（濃度および流量に関する）が課されている。さらに、規制は毎年より徹底的になってきている。

ガラス溶融炉などの高温炉内では、ＮＯｘ形成の主な経路は、ＮＯｘが火炎温度が１，６００℃より大きい炉の区域内で作り出される「熱」経路である。この閾値を超えるとＮＯｘの形成は、火炎温度と共にエクスポネンシャルに増加する。運の悪いことに、極めて放射的な火炎を作り出す溶融炉で普通に使用される上述の燃焼技術は、高い火炎温度（最大２０００℃より高い）を誘導し、世界の多くの国で認められるものよりはるかに高いＮＯｘ排出を生じさせる結果となる。

さらに、従来の燃焼方法の結果の１つは、炉の主な部分内での燃焼によって放出される熱がほとんどないということである。というのは、実際、火炎を囲む燃焼生成物は、ガラス槽への熱を放出して徐に冷却されるからである。

時間の経過と共に、排気ガスは、熱を放射によってガラス槽に伝達するのはあまり効率的ではなくなる。火炎からガラス槽までの放射による熱の伝達は、溶融チャンバ内にまだ存在する燃焼生成物の温度を上昇させるための方法が分かった場合にかなりの程度まで増加させることができる。

再生溶融炉のＮＯｘ排出の減少を可能にするいくつかの技術が存在する。これらのうち、一次的方法（燃焼中に減少が起こる）、二次的方法（炉出口での燃焼生成物の処理によって減少が起こる）、および再生器への溶融チャンバの出口の位置で処理が起こる中間方法（Ｐｉｌｋｉｎｇｔｏｎ３Ｒプロセスまたは再燃焼）を区別することができる。

使用することができる方法は以下の通りである。
一次的方法―「低ＮＯｘ」バーナ：「低ＮＯｘ」バーナ、すなわち単独で使用される場合もＮＯｘ排出を減少させることが可能なバーナのいくつかのタイプが市場にある。しかし、その性能は、ヨーロッパ規制に適合する必要な減少レベル、または世界中の他の国で実施されているレベルを常に得ることはできない。

特に、以下のタイプのバーナがある。
二重インパルスバーナ―これらのバーナは、ＮＯｘの大部分が生成される区域内での火炎の温度を低くするために、火炎の付根で部分低ガス速度を作り出す。バーナはまた、火炎の輝度を大きくし、それによりガラス槽への熱の放射伝達が増加することによって火炎前部の温度の低下を促進させる。

包囲ガスの噴射、または「シュラウドガス噴射」−この技術では、燃焼剤の流れをブロックし、空気流と「アンダーポート」バーナから来る高速のガスとの混合を遅らせ、それによって火炎の根での温度を低下させるために、ガス状の燃料が「アンダーポート」バーナの上方で低速で噴射される。

ガスの超低速噴射―燃料ガスの噴射は、火炎のローカル温度を最小限におさえ、その輝度を大きくするために、水循環によって冷却された特殊なバーナを使用して極めて低速（３０ｍ／秒より低い）で行われる。ＮＯｘ減少に関するこのタイプのバーナの効率は、炉の設計によるところが大きい。

一次的方法―多段化（Ｓｔａｇｉｎｇ）：この技術は、燃料を噴射するために従来のバーナを使用し、燃料過剰の状態を作り出すために、空気の気流から燃焼空気を減少させ、燃料の酸化を終了させるために燃焼剤の残りを炉の別の位置に導入する。

ＮＯｘ排出を抜本的に減らすことができるこの方法はそれにも関わらず、実施するのが難しく、使用するのが高価である。というのは、熱的に効率的にするために純酸素または１０００℃より高い温度で空気を導入するダクトが必要である（冷たい空気内の燃焼剤の多段化により、エネルギー効率の減少が生じる）からである。

多段化技術の例は以下の通りである。
空気多段化：完全燃焼をさせるために、再生器から来る熱い燃焼空気をエジェクタを使用することによって、排気ガスの方向を燃焼チャンバに向けて転換させる。この方法は、エジェクタを方向付けるために熱絶縁ダクトおよび冷たい空気の使用が必要であり、したがって熱効率の損失がある。この技術は末端燃焼炉に使用されているだけで、主にドイツで用いられている。

酸素エンリッチ空気多段化すなわちＯＥＡＳ（Ｏｘｙｇｅｎ Ｅｎｒｉｃｈｅｄ Ａｉｒ Ｓｔａｇｉｎｇ）：空気流に入る燃焼空気が化学量論量以下である状態を作り出すために、完全燃焼には不十分な流れで導入され、炉の再循環区域内での燃焼を完全にするように、純酸素または酸素が富化された空気が排ガスの流れに向かって炉の後部で噴射される。ＯＥＡＳインジェクタは普通、バーナとは離れたアンダーポート位置に設置されている。この技術は、末端燃焼炉および横断燃焼炉有効に使用され、主にアメリカ使用されている。

様々な多段化技術のうち、国際特許出願公開ＷＯ９７／３６１３４は、ラインバーナを備えた装置を開示している。この装置により、空気流内で燃料を多段化することが可能になる。炉に供給された燃料は２つに分割され、一部はバーナの上流側で熱い燃焼空気内に直接噴射される。この方法は、本発明のような、燃焼チャンバ内への直接の燃料の噴射を使用していない。この技術は燃料の噴射を使用しているが、常に空気の噴射と結合している。

一次的方法―リッチ動作状態：
この技術は、燃焼チャンバ内に「還元雰囲気」を作り出すために、燃焼チャンバ内に追加の燃料を噴射することによってＮＯｘ排出を減少させる。還元雰囲気は、火炎内に形成されたＮＯｘを窒素および酸素に変換する。この技術では、高温の火炎先端で作り出されたＮＯｘは第２のステップで還元される。

実際、例えばＪＰ−Ａ０８２０８２４０によって示されるように、側壁上でバーナを支持する、壁面に置かれた、またはバーナに面する壁上に支持されたインジェクタによって導入された追加の燃料は、１つまたは複数のバーナが供給する元の燃料に加えられる。しかし、この方法によると、燃焼チャンバ内のかなりのＮＯｘ減少が可能になるが、燃焼チャンバからの出口の後に追加の燃焼空気を提供する必要がある。

この方法は追加の燃料消費を必要とするだけでなく、追加の燃料が燃焼チャンバ内で燃焼されず、したがってガラスの溶融に関与しない。
このプロセスは、ＮＯｘを削減するために燃料の過消費を使用し、その応用は再生器内の温度の上昇、その後、再生器の劣化につながる可能性がある。

二次的方法―排ガスの処理：ＮＯｘの大部分は、化学還元プロセスの使用によって炉の出口で処理される。このようなプロセスは、触媒が存在してもしなくても、アンモニアまたは炭化水素含有燃焼残留物などの還元剤の使用が必要である。

規則によって設定されたＮＯｘレベルの減少を達成することが可能であるが、これらのプロセスは設置および操作するのに非常に費用がかかるが、これ以下に説明する３Ｒプロセスまたはシステムなどの炭化水素をベースにしたプロセスの場合、燃料消費の５−１５％の増加が観察される。この技術の例を以下に挙げる。

３Ｒプロセス（再生器内での反応および還元：Ｐｉｌｋｉｎｇｔｏｎ社の特許プロセス）−この技術では、全ての過剰空気を消費し、炉の出口に配置された再生器内に還元状態を作り出すために、チャンバの屋根にガスを噴射し、その結果、ＮＯｘが窒素と酸素と変換する。

過剰なガスを使用しなければならず、それは空気が侵入（ｉｎｆｉｌｔｒａｔｅ）または噴射される再生器の下部内で消費される。生成された追加の熱は、しばしばボイラによって回収される。３Ｒシステムに必要なガスの量を最小限におさえるために、炉は最小可能過剰量の空気で運転することが一般的である

この技術により、現在の規則によって課されたＮＯｘ減少レベルを達成し、さらにこれを超えることも可能である。普通、炉の合計燃料消費の５−１５％が３Ｒの実施に必要である。再生器内の還元雰囲気は、しばしば、これらを構成する耐火性材料での問題をひきおこす。

選択触媒還元すなわちＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）−この方法は、ＮＯｘをアンモニアまたは尿素と反応させてＮＯｘをＮ_２および水に還元する白金触媒を使用する。このプロセスは、特定の温度で起こり、偶発的な汚染生成物排出を避けるために、アンモニアの精密な制御が必要である。この反応は表面で起こるので、大きな表面積の触媒が必要であり、比較的大きな設備が必要である。

この化学的プロセスは比較的複雑であり、制御および維持の意味で要求が厳しい。極めて高いＮＯｘ削減レベルが得られるが、ガラス溶融炉から来る粒子が装填された排ガスによる触媒の汚染により、詰まりおよび腐食の問題が生じる。特定の時間の後に、触媒をかなりの費用で交換しなければならない。

本発明の目的はしたがって、上記欠点の全てを改善することを可能にするプロセスおよび手段を提示することである。
より詳細には、本発明は、炉内の周囲排ガスの温度を上昇させながらＮＯｘ排出を減少させる（これらの区域内で生成されるＮＯｘ排出は極めて低い）ことを可能にしなければならない。さらに本発明は、ガラス槽への熱の伝達と共に炉の生産量を維持するまたは増加させることが可能でなければならない。

本発明の目的は、ＮＯｘ排出を制限する目的で溶融チャンバ内に燃料を分配させ、同じ性質または異なる性質の２つの燃料が、溶融チャンバ内の相互に離れた２つの位置に導入され、燃焼空気の供給は２つの位置の１つのみで供給されることを特徴とするガラスを溶融する燃焼プロセスによって達成される。

本発明の目的はまた、溶融されるガラスを受けるタンクと溶融されたガラスを保持する槽とを有するガラス溶融炉と、ガラスの上方で、それぞれ前壁面、後壁面、側壁面および屋根とで溶融チャンバを形成して燃焼チャンバとも呼ばれるの壁と、のみならず更に、例えば再生器の出口のような少なくとも１つの熱い燃焼空気の入り口（燃焼空気入口は「空気流」とも呼ばれている）と、少なくとも一つの熱排気出口と、第１の燃料を溶融炉に導入する少なくとも１つのバーナと、を有するガラス溶融炉によって達成される。

本発明によると、溶融炉はさらに、溶融チャンバのバーナからの離れた位置の、屋根（Ｖ）と、熱空気入口（ＶＡ）の下端を通過する水平面より高いか同じレベルに位置する水平面（Ｐ）と、の間に位置する区域内に第２の燃料をインジェクトし、インジェクタは、第１および第２の燃料が同じ性質であるか異なる性質であるかにかかわらず、インジェクタおよびバーナによって使用される第１および第２の燃料の合計の最大１００％を噴射することが可能であるように、バーナに対して相補的な方法で流量を調節することが可能であるところの少なくとも一個のインジェクターを有する。

第２の燃料の噴射の区域を画定する前記水平面は、屋根とガラス槽とからの距離が、溶融チャンバ内の空気流の最小高さより大きいまたはそれと等しい水平面の間に配置されることが好ましい。
熱い燃焼空気内に直接噴射される第２の燃料はない。

前述のパラグラフで選ばれた表現によると、本内容の全体では、「バーナ」という用語は、第１の燃料を噴射および燃焼させる手段を包括的に指し、「インジェクタ」という用語は第２の燃料を噴射および燃焼させる手段を包括的に指している。

従来、特に本発明を実施するために変更することができる既存の炉を考えた場合、バーナはまた「バーナ」と呼ぶことができ、インジェクタは「補助バーナ」と呼ばなければならないだろう。しかし、このような表現は本内容の重荷となり、誤りのもとである。

同様に、本発明による炉の説明およびそのバーナが所与の壁面に配置された、またはバーナを１つしか有していない他の炉の説明では、前壁面は１つまたは複数のバーナを有するものであり、後壁面は反対壁面であり、側壁面は他の２つの壁面である。非矩形ベースを備えた炉の場合、本定義は対応する壁面部と同様の方法で適用される。

さらに、本発明による溶融炉内のバーナまたはインジェクタの数の表示は、単に例として与えられたものであり、このような炉の特定の実施形態を想定するものではない。実際、本発明の原理は、本発明による溶融炉がいくつかを有する場合と同様に単一のバーナおよび単一のインジェクタを有する場合に有効であり、必ずしも等しい数のバーナおよびインジェクタである必要はない。

本発明によると、従来の炉に存在するバーナが保持されている。これらは、１つまたは複数のインジェクタによって補完され、溶融チャンバ内のバーナから離れた距離の１つまたは複数の領域に、別の燃料、またはバーナによって導入されたのと同じ燃料の一部のいずれかを導入することを可能にする。

この噴射は、時に、例えばアフターバーニングのような追加の噴射に対比して補助と呼ばれる。というのは、その目的は燃料の量または流量を増加させるためではなく、むしろ溶融されるガラスの量およびタイプに必要な量の燃料をより良く分配また分散し、溶融されるガラスへのより良い熱伝達を得、同時にＮＯｘ排出を減らすためだからである。

本発明のこのような整頓は、更にそれらが異なった性質である時と同じように、第１および第２の燃料が同じ性質である場合に妥当であり、
上に示したインジェクタの流量を調節するいわゆる「相補的」方法の基礎である。

実際、第２の燃料の流量が第１の燃料の流量の関数として変化し、バーナがガラスを溶融するのに必要な燃料の全てを導入しない場合、１つまたは複数のバーナの火炎によって消費されない熱い燃焼空気と接触して点火する前に、１つまたは複数のバーナの火炎から来て、したがって第２の燃料が低い酸素含有量を有する再循環された燃焼生成物と最初に混合される炉の区域または地帯で、バーナから離れた距離に配置された１またはそれ以上のインジェクタによって残りが導入され、第２の燃料が第１の燃料の流量の関数として変化する。

本発明による溶融炉内にあるこの主題において、第２の燃料の燃焼のための二次空気入口がないことに明確に留意すること。というのは、アフターバーニングがないからである。
普通、ＮＯｘ排出の減少を達成するために、バーナは余分な空気で作動する、すなわち、バーナは燃焼空気の流量が許すより少ない第１の燃料を導入する。これにより、火炎が化学量論状態で有する温度に対して、バーナの火炎の温度が下げられ、したがってＮＯｘ排出が少なくなる。

本発明の場合、第１の燃料が燃焼すると、燃焼生成物は燃焼チャンバを充填し、それによって、第２の燃料を導入するためにインジェクタが配置される１つまたは全ての場所が存在する。第２の燃料の導入中、第１の燃料の燃焼の生成物によって最初に希釈され、その後、第１の燃料の燃焼によって消費されない燃焼空気の到達で発火する。

インジェクタの「遠い」配置に関して、１つまたは複数のバーナから離れている区域の距離（インジェクタの配置に対する）は、例えば、炉の幾何データ即ち排ガスがインジェクタに到達するのにかかる時間に依存し、排ガスがインジェクタに到達し、第１の燃料の燃焼からの非消費燃焼空気が第２の燃料に到達し、点火する前に、第２の燃料と混合することを可能にするように、インジェクタはバーナから十分離れていなければならない。

本発明によるガラス溶融炉のバーナに対する１つまたは複数のインジェクタの配置は、これらの領域または区域内に導入される燃料の段階的な燃焼につながり、これらの燃料リッチ区域内の排ガスの温度の増加が生じ、ガス槽への熱伝達の増加にもつながる。

本発明の目的はまた、溶融されるガラスを受け、溶融されたガラスの槽をガラスの上で保持する溶融タンクと、溶融チャンバを形成する壁面と、熱い燃焼空気の少なくとも１つの入口と、熱い排ガスの少なくとも１つの出口と、少なくとも１つのバーナと、第１の燃料および第２の燃料をチャンバ内にそれぞれ噴射する少なくとも１つのインジェクタとを有するガラス溶融炉を作動させるプロセスで達成される。

このプロセスによると、同じ性質またはそうでない第１の燃料および第２の燃料が、バーナおよびインジェクタによって炉内に噴射され、インジェクタは、１つまたは複数のバーナからはなれた距離にあり、バーナが配置される壁面とは異なる１つまたは複数の壁面上に配置され、インジェクタ（４）およびバーナ（１）によって使用される第１および第２の燃料の合計は、第１および第２の燃料が同じ性質または異なる性質であるかどうかにかかわらず、炉の上で通常使用される合計流に大部分が相当するように、バーナおよびインジェクタは相補的な方法で調節される。

第２の燃料として導入された燃料の一部、または第１のものとは異なる第２の燃料の量は、夫々の炉に対して決定され、燃料の全体量まで及ぶ可能性がある。
第１の燃料が燃焼空気の化学量論に対する余分な空気の流れで溶融炉内に導入されるこの技術では、インジェクタによって導入される燃料がバーナに供給されないので、高温火炎前面で燃焼される燃料が少なくなり、したがって少ないＮＯｘ排出が熱手段によって作り出される。

バーナによって使用されない燃焼空気は、インジェクタによって導入される第２の燃料の燃焼に利用可能なままである。
また、高温であるが、少ない酸素含有量の炉の区域内に導入される燃料は、分解してすすを生成し、したがってこれらの区域からガラス槽への熱伝達が多くなる可能性が高い。

可能な噴射点は、炉の側壁面および後壁面上、および屋根を形成する壁面上に置くことができる。ある場合には、ガラス溶融炉の伝統的な矩形形状の場合に、バーナ火炎の方向によって与えられる基準方向に対する屋根の横対称ラインまたは縦対照ラインである屋根の中心は、第２の燃料の噴射に特に有利である可能性がある。というのは、この位置を選択することによって、本発明の実施に必要なインジェクタの数を２つだけ減らすことが可能であるからである。

噴射点、インジェクタから来るジェットの方向、およびこれらのジェットの速度の選択は、この燃焼技術の成功に重要である。インジェクタの最適な位置、および幾何形状は、各溶融炉に対して特定しなければならない。

第２の燃料の導入の速度および方向は、本発明の様々な配置の実施によって得られる結果に影響がある。しかし、これらの２つの特徴は、装置の設計中に決まる。インジェクタの位置、およびその幾何形状の判断の誤差は、燃焼技術の効率を悪くする可能性があるだけでなく、炉の産出の低下、および耐火性再生器の温度の増加につながる可能性がある。極端な例では、炉の早期の停止が起こる可能性がある。

インジェクタの最も望ましい位置、および燃料噴射の方向および速度だけでなく、非生産的にする危険にさらすインジェクタ幾何形状に関する明確な表示は、有利には、電子計算機の使用とテストによって得られるモデルを使用して判断される。このようなモデルは、物理的および数学的モデリング技術の組合せに基づき、各炉の構成によって課される技術的制約を考慮する。モデリングによって提示される最も望ましい補助燃焼構成の適用は、炉の産出量の低下のコストを伴うことなく、本発明とは異なる燃焼方法によって起こされるものよりはるかに低いＮＯｘ排出につながる。

補助燃料比は、ＮＯｘ排出の炉効率とレベルの間の妥協を得るために調節される。チャンバ内の温度を予測することによって、モデルは補助燃料比を調節して、炉の内部表面上の熱いスポットおよび冷たいスポットを避けることが可能になる。

炉の屋根または壁面上のアルカリ性材料の凝縮（耐火性材料の磨耗および破裂）、
炉の内部壁面の炭化水素の濃縮、
およびその組成への炭素の追加によるガラスの性質の変更
を避けるために特定の注意を払うべきである。

これは、分別のある位置を選択することを可能にするモデリングによって可能になる。
このようなモデルは、横断燃焼炉に、例えばこのバーナで達成する必要がある排出レベルの限界の関数として変化することができる噴射二次燃料比でＮＯｘ排出の意図する減少に最も望ましいもの、例えば、バーナの、ＮＯｘ排出の意図する減少に最も望ましい屋根と中央に設置された噴射位置を決めることを可能にする。側方噴射に対する屋根内の対称噴射の大きな利点は、左側の火炎および右側の火炎に同じインジェクタを使用することである。

インジェクタを備えているバーナの数は、炉で達成されるＮＯｘ削減の全体レベルの関数として変化することができる。
溶融および精製チャンバの一端部に２つのポート、およびそれぞれポートに接続された２つの密封再生器を有する末端燃焼炉に関して、屋根の補助噴射は、壁面上の噴射と同様に、屋根とガラス槽からの距離が空気流の最少高さより大きいかまたは等しい水平平面との間に位置する区域に行われることが好ましい。

噴射は、対称的にまたはそうではなく、炉の両側部で行われるべきである。噴射点を最適に配置することは、末端燃焼炉は夫々に主に炉の幅／長さ比が異なる可能性があるからモデルの使用によって行なわれる。

したがって、炉の上に既に存在する燃焼技術を加えながら、ここで開発された補助燃焼技術を実施することが提案される。これは、ＮＯｘ削減、ガラスの性質、および考慮されている各設置の適切な熱効率の間のバランスを作り出すように、インジェクタとバーナの間の燃料流を調節することによって行われる。

熱伝達を維持する、またはさらには増加させながらＮＯｘ削減を達成することを可能にする、本発明による溶融炉の一実施形態を次に記載する。
本発明の解決法によりまた、この新規の燃焼技術の段階的な実施が可能になり、したがって炉の損傷による生成損失の危険性が低くなるかまたはなくなる。最後に、この解決法により、オペレータがいかなるときも、初期の燃焼構成に戻ることが可能になる。

再生ガラス溶融炉上での使用のために開発されたものであるが、本発明の補助燃焼技術は、他のタイプのガラス溶融炉（例えば、Ｕｎｉｔ−Ｍｅｌｔｅｒ炉または復熱炉）、およびガラス溶融炉以外の炉で使用することもできる。

補助経路によって噴射される燃料は、天然ガスまたは燃料油が供給された炉に対する天然ガスであることが予期されるが、バイオガス、水素、ＬＰＧおよび燃料油などの様々な燃料の使用を排除するものではない。

したがって、本発明は同等に、１つだけで、またはあらゆる技術的に可能な組合せで考慮される以下の特徴に関する。
インジェクタ、または各インジェクタは、屋根とガラス槽からの距離が空気流の最小高さより大きいか、またはそれに等しい水平面の間に配置された区域に配置されている。

インジェクタ、または各インジェクタは流量を調節することが可能であり、それによってインジェクタおよびインジェクタによって使用される燃料の合計の最大１００％を噴射させることが可能である。
インジェクタの少なくともいくつかは、炉の屋根の上に配置されている。
インジェクタの少なくともいくつかは、炉の側壁面に配置されている。
インジェクタの少なくともいくつかは、炉の後壁面に配置されている。
インジェクタの少なくともいくつかは、バーナが置かれている炉の壁面に配置されている。
インジェクタは、少なくともほぼ炉バーナの火炎の主な方向とは反対の方向を向いている。
インジェクタは、少なくともほぼ炉バーナの火炎と同じ方向を向いている。
インジェクタは、少なくともほぼ炉バーナの火炎と垂直の方向を向いている。
インジェクタは、少なくともほぼ炉バーナの火炎に対して横の方向を向いている。
第１の燃料および第２の燃料は、同じ性質である。
第１の燃料および第２の燃料は異なる性質である。

インジェクタは、回転システム（旋回翼）を備えることができ、二次燃料の流量とは独立に火炎の形状を制御することが可能であり、それによってガラス槽に影響を与えることなくインジェクタおよびバーナによって使用される燃料の合計の最大１００％を噴射することが可能である。

インジェクタは、二次燃料の流量とは独立に燃料のインパルス（二重インパルス）を調節することを可能にする装置を備えることができ、それによってガラス槽に影響を与えることなく、インジェクタおよびバーナによって使用される燃料の合計の最大１００％を噴射することが可能である。
インジェクタは、ガラス槽に影響を与えることなく、火炎の形状を調節するために、非円形形状またはマルチジェットを有することができる。

本発明による改良型溶融炉では、燃焼生成物に含まれる酸化窒素の還元は、炉内に既に存在するバーナと、前記炉の排ガスの再循環の区域内の燃料の補助インジェクタと、の組合せを使用することによって達成される。噴射は、炉の実物大模型による流れの標示と、結合させることができるまたは結合させることができないデジタルシュミレーションに基づいた方法を使用することによって規定される、炉上の最適位置内にある１つまたは複数のジェットによって行なわれる。噴射の平面は、ガラス槽の表面と平行、垂直または横切るものであってもよい。本発明は、ガラス溶融炉内の一次的方法によって酸化窒素の還元の領域内で適用することができる。

本発明は、以下のことを可能にする。
ＮＯｘ排出を減少させ、
後処理費用を少なくするまたはなくし、
炉の産出を良くし、そして、
炉の産出を良くしながらＮＯｘ排出を少なくする。

さらに、本発明は：
バーナに供給する燃料とは関係なく適用することができ、
炉のバーナに供給するものとは異なる性質である、インジェクタに供給する燃料で適用することができ、必要に応じてインジェクタのタイプは選択した燃料に適合されており、
炉のバーナに供給するものと同じ性質である、インジェクタに供給する燃料で適用することができ、その後、インジェクタのタイプが燃料に対する適合に関してバーナのものに対応することを可能にし、
溶融チャンバとも呼ばれる燃焼チャンバ内で直接実施され、
各特定の炉に適切な産出と組み合わされたＮＯｘ排出の減少を引き起こすような方法で、炉およびインジェクタを既に備えているメインバーナ間に燃料を分配させることを可能し、
アンダーポートバーナ、サイドポートバーナ、貫通ポートバーナ、または炉を元々備えている他のタイプのバーナで使用することができ、
バーナによって噴射された燃料の一部のインジェクタによる噴射を使用することができるが、
インジェクタによる燃料の全てを使用することしかできない。

補助噴射は、
空気流内で直接は行われず、
屋根から行うことができ、
炉の前部または後部に配置された壁面から行なうことができ、
側壁から行なうことができ、
変形させることを意図した炉のモデリングを使用したパラメータ研究によって判断される噴射の位置だけでなく、角度および速度を使用し、
バーナによって噴射されるものと同じ燃料または異なる燃料で行なうことができ、
天然ガスで行なうことができ、
ＬＰＧで行なうことができ、
燃料油で行なうことができ、
コークス炉ガスで行うことができ、
高炉ガスで行なうことでき、
改質ガスで行なうことができ、
バイオガスで行なうことができ、
水素で行なうことができ、
あらゆる他の燃料で行なうことができる。

本発明の他の特徴および利点は、本発明による炉の一実施形態の以下の説明から分かる。この説明は、図面を参照して行なわれる。

本発明以前に使用されたタイプの溶融炉を示している。 図１と同様、本発明以前に使用されたタイプの溶融炉を示している。 本発明による横断燃焼炉の補助噴射の区域を示す水平断面を示している。 バーナと関連するインジェクタの間の電力の分配の関数として、ＮＯｘレベルを示す図である。 本発明による炉の補助噴射区域の例を示す垂直断面の形の図である。 本発明を使用して、または使用せずに炉内で得られるＮＯｘおよびＣＯのレベルの比較を示す図である。 本発明を使用して、または使用せずに炉内で得られる温度レベルを示す図である。 本発明を使用して、または使用せずに得られる熱伝達の比較を示す図である。

図１および図２はそれぞれ、従来使用されている２つのタイプのガラス溶融炉、すなわち、横断燃焼再生炉および末端燃焼炉を概略的に示している。両方のタイプの炉とも、４つの壁面によって境界が決められた矩形ベースを有し、そのうちの炉の長手方向に延びている２つの壁面はこの場合、側壁面と呼ばれ、他の２つの壁面は横壁面と呼ばれる。上部では、両方の炉が屋根によって境界が決められている。

横断燃焼再生炉（図１）では、バーナ１は側壁面２に配置されており、約２０−３０分／側面で、一方側およびその後もう一方側で交互に動作する。冷たい燃焼空気Ａは、２つの復熱装置Ｒ内、すなわちバーナの動作のリズムによって交互に予熱され、その２つの復熱装置の一方は動作中バーナの近くにある。得られた排ガスＦはその後、バーナから離れている２つの復熱装置Ｒの一方内で再び加熱される。

炉の長さが幅をあまり超えない末端燃焼ガラス溶融炉（図２）では、バーナ１は横壁面３に配置されている。各バーナ１の火炎の範囲は、対向位置横壁面の影響で、各火炎の端部がループを示すようになっている。冷たい燃焼空気は、バーナに向かって熱い燃焼空気ＡＣとして導入される前に、いくつかのチャンバで再生器Ｒの一部内で予熱される。得られる排ガスはその後、再び加熱するために、他の再生器に向かって導入される。

両方の炉では、火炎はガラス槽Ｂの表面にほぼ平行に案内される。
図４は、バーナ１とインジェクタ４の間の電力分配の関数として得られるＮＯｘレベルを示す図で、半工業試験炉（または、試験セル）内で得られる結果を示している。ＮＯｘ排出レベルは、二次インジェクタを通して噴射される燃料の一部の増加と共に減少することに特に留意すべきである。

図５は再び、図２の末端燃焼炉を示しているが、この場合区域の標示ＩＮを示し、この区域では火炎の上の画定空間内、すなわち屋根Ｖとガラス槽Ｂからのその距離が空気流ｖＡの最小高さより大きいまたはそれに等しい水平面Ｐの間で、すなわちバーナから離れた距離にあり、屋根と熱い燃焼空気入口の下縁部を通過する水平面より高いまたはそれと等しいレベルに配置された水平面Ｐの間にある溶融チャンバの区域内で、本発明によれば、第２の燃料の噴射が起こらなければならない。

補助噴射は必ずしもではないが、有利には、炉の両側で対称に起こる。
インジェクタ４の数に関して特に経済的である実施形態によると、図３に概念的に示すように、炉の側壁面内に配置され、交互にまたは同時に作動するバーナに関して、インジェクタは、少なくともほぼ中心領域に対応する領域内に配置される。

この観点ではまた、冷たい燃焼空気Ａの導入、溶融タンクまたはチャンバＬに入る前意予熱されるための復熱装置Ｒの通過、溶融チャンバからの熱い排ガスの排出、および溶融炉から出る前の復熱装置の通過が分かる。また、インジェクタ配置の例が特に見られる。各インジェクタの正確な位置は、このようなインジェクタを備える特定の炉でのモデルおよびテストによる計算の組合せによって判断されることに留意すること。

単位出力１．０３ＭＷでバーナに対する噴射角度１０°のアンダーポートバーナ、空気係数１．１、予熱空気温度１，０００℃、及び炉温度１，５００℃の炉でテストが行なわれた。結果は、図４、６、７および８に示されている。
図６は、バーナと１つまたは複数の割当られたインジェクタとの間の電力の異なる分配に対する８％酸素でのＣＯおよびＮＯｘのレベルを概略図の形で示しており、１つまたは複数のインジェクタは炉の屋根に配置されている。

図７は、炉の作動の異なる方法、すなわち単一のバーナの場合、および燃料の３０から１００％の間で噴射するインジェクタを備えたバーナの場合の、屋根の温度レベルを概念図の形で示している。プロセスは、屋根の過熱を生じさせないことが観察された。
図８は、二次噴射のないおよび二次噴射での、負荷に伝達されたヒートフローを概念図の形で示している。この例では、ヒートフローは燃料の３０から８０％の間の二次噴射の場合に最も高い。

図６は、燃料の最大１００％までの補助噴射なしでの、または補助噴射での炉のＮＯｘおよびＣＯのレベルを概念図の形で示している。補助燃料部が増加する場合のＮＯｘのレベルが減少することが観察された。ＣＯレベルに関して、補助燃料部と共にであるが、完全に許容範囲の割合で次第に増加する。
したがって、ＮＯｘおよびＣＯレベルと産出量の間の妥協点に到達しなければならない。示した例では、この妥協点は、合計流量の５０から７０％の間の燃料流量で到達される。

Claims (13)

1. 溶融チャンバ内に燃料を分配させるために、同じ性質または異なる性質の２つの燃料を溶融チャンバ内の相互に離れた２つの位置に導入し、ＮＯｘ排出を制限する目的で、燃焼空気の供給は２つの位置の１つのみで行われることを特徴とするガラスを溶融する燃焼プロセス。
2. 溶融されたガラスを受ける溶融タンク（Ｌ）と、溶融されたガラスの保持槽（Ｂ）と、前記ガラスの上方でチャンバを形成する壁面と、少なくとも１つの熱い燃焼空気用の入口（）と、少なくとも１つの熱い排ガス用の出口（Ｆ）と、のみならず更に、第１の燃料および第２の燃料のそれぞれをチャンバ内に噴射する少なくとも１つのバーナ（１）と少なくとも１つのインジェクタ（４）と、を有し、
   同じ性質であるかまたはそうではない第１および第２の燃料が、バーナ（１）と、バーナが位置決めされるのとは異なる１つまたは複数の壁面に配置されたインジェクタ（４）、とによって前記炉内に注入され、
   バーナとインジェクタは相補的な方法で調節され、第１および第２の燃料が同じ性質であるか異なる性質であるかにかかわらず前記インジェクタ（４）と前記バーナ（１）とに使用される前記第１および第２の燃料の合計が、所定の合計流量に対応することを特徴とするガラスを溶融する燃焼プロセス。
3. 溶融されるガラスを受ける溶融タンク（Ｌ）と、溶融したガラスを収容する溶融タンク（Ｌ）と、ガラスの上方で、夫々が前壁面（３）と後壁面と側壁面（２）と屋根（Ｖ）とを形成して溶融チャンバを構成する壁面と、だけでなく更に、熱い燃焼空気用の少なくとも１つの入口（ＶＡ）と，熱い排ガス用の少なくとも１つの出口（Ｆ）と、第１の燃料をチャンバに導入する少なくとも１つのバーナ（１）と、第２の燃料をチャンバに導入する少なくとも１つのインジェクタ（４）と、を有し、
   前記インジェクタ（４）は、前記バーナ（１）が位置決めされた壁以外の壁の、屋根（Ｖ）と、熱空気入口（ＶＡ）の下端を通過する水平面より高いか同じレベルに位置する水平面（Ｐ）と、の間に位置する区域内にあるバーナから離れた位置に設置され、前記インジェクタ（４）は、バーナ（１）に対して相補的な方法で流量を調節することが可能であり、第１および第２の燃料が同じ性質であるか異なった性質であるかにかかわらず、インジェクタ（４）およびバーナ（１）によって使用される第１および第２の燃料の合計の最大１００％を噴射することが可能であることを特徴とするガラス溶融炉。
4. 少なくとも一部のインジェクタ（４）が、炉の屋根（Ｖ）の対称軸の少なくとも１つに配置されていることを特徴とする請求項３に記載のガラス溶融炉。
5. 少なくとも幾つかのインジェクタ（４）が、炉の側壁面（２）の少なくとも１つに配置されていること特徴とする請求項３または４に記載のガラス溶融炉。
6. 少なくとも幾つかのインジェクタ（４）が、炉の後壁面に配置されているということを特徴とする請求項３乃至５のいずれか一項に記載のガラス溶融炉。
7. インジェクタ（４）は、炉のバーナ（１）の火炎対して少なくともほぼ反対の方向に向いていることを特徴とする請求項３乃至６のいずれか一項に記載のガラス溶融炉。
8. インジェクタ（４）は、炉のバーナ（１）の火炎に対して少なくともほぼ横切る方向を向いていることを特徴とする請求項３乃至６のいずれか一項に記載のガラス溶融炉。
9. バーナ（１）およびインジェクタ（４）は、同じ性質の第１および第２の燃料のために作られていることを特徴とする請求項３乃至８のいずれか一項に記載のガラス溶融炉。
10. バーナ（１）およびインジェクタ（４）は、異なる性質の第１および第２の燃料のために作られているということを特徴とする請求項３乃至８のいずれか一項に記載のガラス溶融炉。
11. バーナ（１）およびインジェクタ（４）は、天然ガス、ＬＰＧ、燃料油、コークス炉ガス、高炉ガス、改質ガス、バイオガス、水素を含む燃料の群に属する第１および第２の燃料のために作られていることを特徴とする請求項３乃至１０のいずれか一項に記載のガラス溶融炉。
12. インジェクタ（４）の少なくとも１つが燃料を回転させるための装置を備えているということ特徴とする請求項３乃至１１に記載のガラス溶融炉。
13. インジェクタ（４）の少なくとも１つが燃料インパルスを調節することを可能にする装置を備えていることを特徴とする請求項３乃至１１に記載のガラス溶融炉。

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