专利摘要:
本発明は、横型バーナーを取り付けかつ再生器(4、13)を備えた側壁を具備する炉(1)によって溶融ガラスを加熱する方法であって、少なくとも1つのバーナーに、30vol%未満の酸素を含む酸化剤と、酸化剤運動量/燃料運動量の比が5〜13であるような燃料とを供給することを特徴とする方法に関する。この運転モードは、ガラスへの熱伝達に優れ、汚染が少ない。
公开号:JP2011510901A
申请号:JP2010545531
申请日:2009-02-02
公开日:2011-04-07
发明作者:ヌテール,ポール;ルシー,パトリス
申请人:サン−ゴバン グラス フランス;
IPC主号:C03B5-235
专利说明:

[0001] 本発明は、ガラスが一般的にはスズに基づく金属の浴の上に浮いているフロートガラス装置において板ガラスに変換される溶融ガラスを製造するのに用いられるような再生器を備えた横型バーナーを具備するガラス炉に関する。]
背景技術

[0002] 燃料加熱されるガラス炉の多くは、燃焼排ガス中の窒素酸化物(NOx)の望ましくない排出の問題に直面している。加えて、これらの炉は、一酸化炭素の排出を可能な限り少なくしかつ効率的に運転する必要がある。良質ガラスの高い生産力(高負荷)と長寿命が最小限のエネルギー消費と組み合わさった場合に、炉は効率的に運転される。炉の寿命は、特には局部的な過熱の結果として耐火性ライニングが損傷することにより不利に影響を受ける場合があり、このような損傷により、製造されたガラスが汚染される可能性もある。局部的な過熱によって耐火性ライニングが溶け、溶けた流れがガラスと混合されて、ガラス中に「knots(節)」の英語表現で当業者に知られるものが生成する場合がある。]
[0003] NOxは、人体と環境の両方に有害な影響を及ぼし、第一に、NO2は呼吸器系疾患を引き起こす刺激性ガスである。第二に、大気と接触すると、それは時間をかけて酸性雨を形成しうる。最後に、それは光化学汚染を引き起こす。というのも、揮発性有機化合物及び太陽放射と組み合わさると、NOxは対流圏オゾンとして知られるものを形成させ、低高度におけるこのガスの濃度の増加は特に高温の際に人体に有害となるからである。このような理由で、NOxの排出に関する現行の基準が次第に厳しくなっている。これらの基準の存在そのもののために、炉の製造業者や操作者、例えばガラス炉の製造業者や操作者は、NOxの排出を最小限に抑えること、好ましくはNOxの排出を排ガス1Nm3あたり800mg未満又は700mg未満のレベルに制限することに絶えず明け暮れている。]
[0004] 温度はNOxの形成に影響を及ぼす。具体的には、1300℃を超えると、NOxの排出は指数関数的に増加する。多くの技術がNOxの排出を低減するために既に提案されている。]
[0005] 第1の技術は、NOxを窒素に変換するために排出ガスに還元剤を使用することである。この還元剤はアンモニアであることができるが、アンモニアはこのような製品を貯蔵及び取り扱うことの難しさなど、幾つかの不都合をもたらす。還元剤として天然ガスを使用することも可能であるが、それは炉の燃料消費を犠牲にして行われ、CO2の排出が増加する。再生器などの炉の幾つかの部分に還元ガス(一酸化炭素)が存在することで、これらの領域の耐火性ライニングの腐食が加速する場合もある。]
[0006] それゆえ、第一次的手段として知られるものを採用することでこの技術を省略することが好ましい。これらの手段がそう呼ばれる理由は、その目的が上記の技術のように既に形成されたNOxを破壊することではなく、むしろNOxが例えば火炎において形成するのを防ぐことであるからである。これらの手段はまた、実施がより簡単であり、それゆえより経済的である。しかしながら、これらは、上記の技術のための十分な代替手段を提供することはできず、有利にはそれを補うことができる。いずれにしても、これらの第一次的手段は、第二次的手段の試薬の消費を低減するための必須条件である。]
[0007] 現行の手段は、限定されないが、幾つかのカテゴリーに分類することができる。
第1のカテゴリーは、空気の不足した領域が炉の燃焼チャンバーで作り出される「再燃焼」の技術を用いてNOxの形成を低減することである。この技術には、再生器の排気筒における温度が上昇し、必要に応じて、特には封止及び耐腐食性の観点で再生器及び再生器の排気筒の特別な設計が必要になるという欠点がある。加えて、この技術によって一酸化炭素の形成が増し、一酸化炭素は、その還元力のために耐火性ライニングに損傷を与える。
第2のカテゴリーは、火炎に作用して火炎にNOxが形成するのを低減又はなくすことである。それを行うために、例えば、余分な燃焼用空気を低減しようとすることが可能である。また、火炎長さを維持することによって温度スパイクを制限し、そして火炎中の平均温度を下げるために火炎前面の体積を大きくしようとすることも可能である。このような解決策は、例えば、米国特許第6,047,565号及び国際公開第98/02386号において記載されている。それは、NOxの排出の低減を目的として、燃料の供給と酸化剤の供給の両方を実施し、燃料/酸化剤の接触を時間とともに広げて及び/又はこの接触の体積を大きくするようにする、ガラスを溶融するための燃焼方法にある。]
[0008] 欧州特許出願公開第0921349号(米国特許第6,244,524号)及び2007年3月26日付け出願の仏国特許出願第0754028号では、NOxの低減を目的として、燃料油タイプの液体燃料のための供給管と、液体燃料のための供給管に対して同心に配置された噴霧流体のための供給管とを含む少なくとも1つの噴射器を備えたバーナーであって、液体燃料のための供給管が液体燃料を内壁にほぼ沿って進む中空噴流の形態にするための斜めの通路で貫通した部材を備えたバーナーが提案されている。]
[0009] 特開2003−269709号公報では、再生器を備え、ガス燃料で運転される横型バーナーで炉内の溶融ガラスを加熱する方法が開示されている。]
[0010] 米国特許第4,946,382号では、酸素インパルス/燃料インパルスの比が10〜30である、酸素富化空気であることができる酸化剤で液体燃料を燃焼させるための方法が開示されている。]
[0011] 本発明は、横型バーナーと再生器を備えたガラス炉に関するものである。当業者にとって、横型バーナーを備えた炉との関連において、「バーナー」という用語は、胸壁としても知られる側壁において互いに対面している噴射器/空気流入口の組の対を意味する。それゆえ、バーナーは2つの噴射器と2つの空気流入口を含むが、各側壁は1つの噴射器と1つの空気流入口とを備え、これらが一方の側壁からもたらされる火炎を作り出すように組み合わせられる。各側壁は、いわばバーナーのうち2分の1のバーナーを備えており、2つの2分の1バーナーが側壁において互いに対面して配置されている。当然ながら、2分の1バーナーの噴射器は、同じ火炎に寄与する幾つかの同じグループの噴流に分けることができ、このことは、「噴射器」という用語が噴射器のグループ又は供給管のグループの考えを包含することを意味する。]
[0012] 本発明の目的は、酸化剤と燃料が導入される仕方を変更すること、より具体的にはそれらのインパルスを変更することによってNOxの低減に寄与することである。したがって、本発明は、横型バーナーを備えかつ再生器を取り付けた側壁を具備する炉を用いて溶融ガラスを加熱する方法であって、少なくとも1つの横型バーナーに、30vol%未満の酸素を含む酸化剤と、酸化剤インパルス/燃料インパルスの比が5〜13であるような燃料とを供給することを特徴とする方法に関する。酸化剤インパルス/燃料インパルスの比Rは、5〜13から選択されることが有利であることが実際に見出された。好ましくは、Rは6より大きい。好ましくは、Rは11より小さく、さらには9.5より小さい。特には、Rは6〜11、さらには6〜9.5であることができる。]
[0013] 酸化剤は、燃焼反応との関連において常に過剰である。生成される火炎は酸化炎である。物質のインパルスは、この物質の質量流量にその速度を掛けた積であり、ニュートンで表されることが思い出されよう。実際、同じ火力の場合、この比Rは、火炎の形状、排ガスの通過、炉の頭部における温度、英語で再生器の「free space(自由空間)」として知られる耐火性ライニングの排気筒に覆いかぶさっている再生器の上部における温度、及びガラスへの熱伝達の質に相当な影響を及ぼすことが見出された。実際、この比Rの賢明な選択により、燃焼排ガスが炉の頭部より下でバーナーの方へ戻って火炎をガラスに押し付けることを観察することが可能である。ガラスの表面に火炎を押し付けることで、火炎からガラスへの熱伝達が改善される。加えて、ガラスへのこの最大の熱伝達により、頭部の温度は妥当なままである。というのも、燃焼排ガスが熱エネルギーの最大量を奪われるからである。Rが低すぎると、火炎がガラス表面に十分には押し付けられない。さらに、燃焼排ガスが頭部の下で循環ループを形成し、それはより小さいが、頭部の温度はより高くなる傾向がある。Rが高すぎると、火炎はガラスに対して十分に押し付けられるが、実際、火炎が長くなりすぎ、その端部は、火炎が始まる噴射器に対面する(英語で「breast wall(胸壁)」として知られる)側壁をなめる傾向があり、したがって胸壁に損傷をもたらし、耐火性ライニング材料がガラス浴に流れ、最終的なガラスに「節」として知られる欠陥を作り出す。Rが特に高すぎると、火炎の端部は、火炎が始まる噴射器と反対側の再生器の管に入り込む場合さえある。これにより、ガラスへの熱伝達がより不十分なものとなり、再生器の管及び再生器自体の腐食が加速し、一酸化炭素の含有量が増加する。]
[0014] 本発明の範囲内で、酸化剤は、空気、又は酸化剤中の合計酸素含有量が30vol%未満、一般的には25vol%未満であるようなわずかに酸素に富んだ空気である。酸化剤中のこの合計酸素含有量は15vol%よりも大きい。]
[0015] 酸化剤は、その供給管から出る前に予熱される。その温度は1200℃超である。それは一般的には1500℃よりも低い。]
[0016] 本発明の範囲内で、燃料は液体であることができる。燃料は、ガラス炉においてガラス化可能な物質を加熱するための燃焼装置で一般に用いられる液体化石燃料であることができる。燃料は、例えば燃料油であることができる。この場合、噴霧流体(例えば空気又は天然ガス)を用いてこの液体燃料が噴霧される。炉における液体燃料の噴霧は噴射器によって行われる。特に好適な噴射器は、2007年3月26日付け出願の仏国特許出願第0754028号に記載されており、その内容はその参照により本願に含められる。特には、液体燃料の噴霧用噴射器は、液体燃料供給管と、噴霧流体供給管とを備えることができ、この液体燃料供給管は、燃料が噴射器から噴出される前に燃料を回転中空噴流の形態にするための斜めの通路で貫通した部材を備え、各通路の母線は液体燃料が供給される方向と10°未満の角度を形成している。液体燃料は、一般的には100〜150℃、より好ましくは120〜140℃の温度で噴射される。液体燃料は、一般的には5×10-6m2/s以上、特には10-5〜2×10-5m2/sの粘度を有する。燃料はまた、天然ガス、メタン、ブタン富化空気、プロパン富化空気などのガスであることもできる。この場合、噴射器は、例えば、その内容がその参照により本願に含められる2008年2月5日付け出願の仏国特許出願第0850701号において記載されているようなガスの二重インパルスタイプ、すなわち、2つの同心の燃料ガスの流入口、高圧の流入口と低圧の流入口を含むタイプであることができる。噴射器はまた、ハイブリッドであることもでき、すなわち、燃料ガスの流入口と液体燃料の流入口を含むことができ、これらの2つの燃料は交互に又は同時に噴射される。ハイブリッド噴射器は、仏国特許出願公開第2834774号において記載されている。]
[0017] 一般に、噴射器は、酸化剤流入口より下に配置される。酸化剤流入口は比較的大きな断面、特にはその面積が各側壁(それゆえ2分の1(1/2)バーナーあたり)において0.5〜2m2であることができる断面の開口の形態であり、幾つかの噴射器は、各1/2バーナーの各空気流入口(噴射器のグループの考え)と関連させることができる。酸化剤供給管は、酸化剤がガラス浴表面の方に向けられた方向に適合するように(酸化剤の流れ方向において)下向きに傾けられた上部を有する。酸化剤供給管の上部は、水平と18〜30°の角度を形成する。燃料供給管は、一般的には(燃料の流れ方向において)わずかに上向きに配向される。それは一般的には水平と3〜12°の角度を形成する。]
[0018] したがって、燃料及び酸化剤に与えられる方向は、燃料と酸化剤がそれらの各供給管を出た地点において収束的である。酸化剤供給管の上部の方向と燃料供給管の方向との間で形成される角度は一般的には21〜42°である。]
[0019] 燃料供給管は、酸化剤供給管よりもはるかに小さな断面を有する。液体燃料の場合には、この断面は一般的に5〜30mm2であり、この断面は1つの管の断面に対応することができるか又は一方の側壁の同じ1/2バーナーの1つの意味において並置された管のグループの断面に対応することができることが理解される。ガス燃料の場合には、この断面は一般的に3000〜9000mm2であり、この断面は1つの管の断面に対応することができるか又は一方の側壁の同じ1/2バーナーの並置された管のグループの断面に対応することができることが理解される。酸化剤流入口の断面/燃料流入口の断面の比(同じ火炎に寄与する同じグループにおける幾つかの噴射器の形態において幾つかの燃料流入口、特には3〜5個の流入口があってもよい)は、一般的に20〜2×105である。]
[0020] 炉の各横型バーナーは、4〜12MWの電力を一般に有する。]
[0021] 再生器は、当業者に周知であり、燃焼排ガスから熱を取り戻すのに用いられる。再生器は、交互に運転される別々の区画において配置された耐火性部材からなる。これらの炉は、少なくとも3つのバーナーを一般に備え(それぞれが互いに対面して配置されかつ交互に運転される2つの2分の1バーナーを備え)、酸化剤の加熱と排ガスの捕集を交互に行うために1/2バーナーの数と同じ数の再生器を備えている。一方の側壁の1つのバーナーのうち1つの1/2バーナーが運転されそして火炎を生成している間、酸化剤がこの1/2バーナーの後ろに配置された第1の再生器によって運ばれそして加熱され、排ガスが捕集されそして第2の再生器に運ばれ、第2の再生器によって熱が回収され、この第2の再生器は、もう一方の側壁の後ろで1/2バーナーに対面して配置されている。サイクルにおいて、同じバーナーの2つの1/2バーナーの運転は逆にされ、第1の1/2バーナーの運転が停止され、第2の1/2バーナーが運転され、この第2の1/2バーナーの酸化剤が(先の工程の間、排ガスを捕集していた)第2の再生器によって運ばれそして加熱される。次いで、第1の再生器を用いて排ガスが捕集される。それゆえ、炉は、所定の時間(例えば10〜40分)1つのやり方で運転され、次いで炉の運転が逆にされる。横型バーナーを備えた炉の場合には、再生器は炉の側壁の後ろに配置される。]
[0022] 本発明は、特にはガラスをフロートガラス装置において板ガラスに成形できるようにガラスを溶融するための、横型バーナーを備えた全てのタイプのガラス炉に関する。ガラスは、上流の壁から下流の壁まで2つの側壁(胸壁)の間で炉を通過する。横型バーナーを備えた(互いに平行な)側壁は、一般的には7〜16m離れている。バーナーは、互いに対面して配置された2つの1/2バーナーの組で胸壁に取り付けられる。炉は、3〜10個の横型バーナーを一般に備え、すなわち、各胸壁が3〜10個の噴射器/酸化剤流入口の組(すなわち炉に関して合計で6〜20個の噴射器/空気流入口の組)を一般に備える。]
[0023] 本発明はまた、再生器を備えたガラス炉の燃焼排ガス中の窒素酸化物(NOx)を低減するための本発明による方法の使用に関する。]
図面の簡単な説明

[0024] 横型バーナーと再生器を備えたガラスを溶融するための炉41の上から見た図を示す。
ガラス7の流れのラインに沿って横から見た断面における横型バーナーを備えた炉1を示し、切断面は1つのバーナーと2つの再生器を貫いている。
比Rが5より小さいことを除いて同じ火力を有する図2と同じガラス加熱装置を示す。
溶融ガラス36の浴を収容する炉の一方の胸壁30において酸化剤及び燃料の流体に与えられる配向を示す。] 図2
[0025] 図1は、横型バーナーと再生器を備えたガラスを溶融するための炉41の上から見た図を示す。炉41は、上流の壁43と、下流の壁44と、2つの側壁(又は胸壁)45及び45’とを備えている。ガラス化可能な材料が、図示されない通常の装置を介して上流の壁43の付近に導入される。溶融されたガラス化可能な材料は、矢印で示されるように上流から下流の方向に流れる。図示される場合では、ガラスは、板ガラスを製造するためのフロートガラス設備であることができる変換装置(図示せず)に入る前に熱的調整を目的として冷却段階47を通過する。炉41は、その2つの側壁に4つのバーナー、すなわち、交互に運転される4つの空気1/2バーナーの2列を備えている。各空気1/2バーナーは、ダクト8及び8’を介して供給される燃料の噴射器(又は噴射器のグループ)と、高温空気の流入口9及び9’を備えている。噴射器(又は噴射器のグループ)は空気流入口の下に配置されている。開口9及び9’は、高温空気の流入口及び排ガス捕集器として交互に作用する。それらはそれぞれ再生器10及び10’に接続されている。壁45の噴射器が運転中の場合には、壁45’の噴射器は運転していない。排ガスは対面する側壁45’の開口9’を通り、その熱が再生器10で回収される。数十分の後、炉の運転が逆転され、すなわち、壁45の1/2バーナーの運転が停止され(開口9を通る空気の流れと同様に、ダクト8を通る燃料ガスが止められ)、壁45’の空気1/2バーナーのスイッチがオンにされ、その噴射器がダクト8’を介して供給され、そして空気流入口9’に高温の空気が供給される。空気は、再生器10で加熱されているので高温である。数十分の後、炉の運転が再び逆転等される(逆のサイクルを繰り返す)。ここで、炉は液中壁11を備えているが、溶融ガラスにおいてコンベヤーベルトの形成を促進させている。] 図1
[0026] 図2は、ガラス7の流れのラインに沿って横から見た断面における横型バーナーを備えた炉1を示し、切断面は1つのバーナーと2つの再生器を貫いている。炉は運転中である。炉は溶融ガラス7の浴を収容している。噴射器2及び2’(図2では、噴射器2のみ運転中である)は、炉の胸壁(側壁)において互いに対面して配置されている。火炎15が、噴射器2と酸化剤流入口3を備えた左側の1/2バーナーから出ている。酸化剤は、再生器4を通過した後に温められ、再生器4は、点線5の下に耐火性ライニングの排気筒を含み、この線の上の再生器の部分は再生器の自由空間18であり、この自由空間は頭部19を含む。酸化剤は再生器4中の太い矢印の進路に従い、そして噴射器2より上の炉内に出る。ここで、比Rは実際に5〜13に設定され、火炎は溶融ガラス7の表面6にうまく押し付けられている。燃焼排ガス11は、火炎より上に火炎が始まるバーナーの方へ戻る循環ループを形成する傾向がある。この排ガスの戻りが火炎を下に押し、有利には火炎をガラス表面に押し付ける。ガラスへの熱伝達には最適である。排ガスは運転中のバーナーに対面して配置された再生器13の管12を通り抜けて、再生器13を通って太い矢印の進路に従う。これらの排ガスは、点線14より下に位置する再生器13の耐火性ライニングを温める。] 図2
[0027] 図3は、比Rが5より小さいことを除いて同じ火力を有する図2と同じガラス加熱装置を示す。ここで、火炎16はガラス7の表面6に十分には押し付けられていない。ガラスへの熱エネルギーの伝達は十分ではなく、結果として頭部17の温度がより高い。] 図2 図3
[0028] 図4は、溶融ガラス36の浴を収容する炉の一方の胸壁30において酸化剤及び燃料の流体に与えられる配向を示す。酸化剤は、大きな断面の管31を介して炉内に出て、管31の上部32が下方に向けられ、水平と角度33(18〜30°)を形成している。燃料供給管34は小さな断面であり、水平と角度35(3〜12°)を形成している。したがって、燃料と酸化剤に与えられる方向は、燃料と酸化剤がそれらの各供給管を出た地点において収束的である。酸化剤供給管の上部の方向と燃料供給管の方向との間で形成される角度37は角度33と35の合計である(この合計は一般的には21〜42°である)。] 図4
[0029] [例1〜3]
試験は、胸壁に7個のバーナー(14個の噴射器のグループ、14個の空気流入口、及び14個の再生器)を備えたガラス炉(10.7m×33.5m)で行った。1つの1/2バーナーの酸化剤インパルスを変化させ、表1に示すように様々なパラメータを分析した。]
[0030] 全ての試験は同じ電力で行った。燃料は液体の軽油であった。NOxとCOの含有量は排ガスを捕集する再生器の自由空間において測定した。]
[0031] 火炎は、例2の場合における中間のRで正しく押し下げられ、結果として、最小の頭部温度と、ガラスの品質及び排ガスの有害性(NOx及びCO)の両方の点で優れたパラメータが得られることを見出した。]
[0032] ]
[0033] [例4〜6]
手順は、燃料がガスの二重インパルス噴射器を介して噴射される天然ガスであったこと以外は、例1〜3と同様であった。1つの1/2バーナーの運転条件を表2にまとめられる条件下で変化させた。全ての試験は同じ電力で行った。火炎は、例5の場合における中間のRで正しく押し下げられることが見出され、このことは、最小の頭部温度(炉及び再生器)と、ガラスの品質及び排ガスの有害性(NOx及びCO)の両方の点で優れたパラメータの組によって明らかにされた。]
実施例

[0034] ]
权利要求:

請求項1
横型バーナーを備えかつ再生器を取り付けた側壁を具備する炉を用いて溶融ガラスを加熱する方法であって、少なくとも1つの横型バーナーに、30vol%未満の酸素を含む酸化剤と、酸化剤インパルス/燃料インパルスの比が5〜13であるような燃料とを供給することを特徴とする、方法。
請求項2
少なくとも1つの横型バーナーに、酸化剤と、酸化剤インパルス/燃料インパルスの比が6〜11であるような燃料とを供給することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
請求項3
酸化剤インパルス/燃料インパルスの比が9.5より小さいことを特徴とする、請求項1又は2に記載の方法。
請求項4
酸化剤が25vol%未満の酸素を含むことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
請求項5
酸化剤供給管の上部が水平と18〜30°の角度を形成することを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
請求項6
酸化剤供給管の上部の方向と燃料供給管の方向との間で形成される角度が21〜42°であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
請求項7
バーナーの酸化剤流入口の断面/燃料流入口の断面の比が20〜2×105であることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
請求項8
横型バーナーへの酸化剤の流入口が各側壁において0.5〜2m2の断面を有することを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法。
請求項9
横型バーナーが4〜12MWの電力を有することを特徴とする、請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法。
請求項10
横型バーナーを備えた側壁同士が7〜16m離れていることを特徴とする、請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法。
請求項11
炉が3〜10個の横型バーナーを備えていることを特徴とする、請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法。
請求項12
酸化剤中の合計酸素含有量が15vol%よりも大きいことを特徴とする、請求項1〜11のいずれか1項に記載の方法。
請求項13
バーナーが液体燃料を供給されることを特徴とする、請求項1〜12のいずれか1項に記載の方法。
請求項14
バーナーが液体燃料を噴霧する噴射器を備え、該噴射器が液体燃料供給管と噴霧流体供給管を備え、該液体燃料供給管が、燃料が噴射器から噴出される前に燃料を回転中空噴流の形態にするための斜めの通路で貫通した部材を備え、各通路の母線が、液体燃料が供給される方向と10°未満の角度を形成することを特徴とする、請求項13に記載の方法。
請求項15
バーナーがガス燃料を供給されることを特徴とする、請求項1〜12のいずれか1項に記載の方法。
請求項16
再生器を備えたガラス炉の燃焼排ガス中のNOxを低減するための、請求項1〜15のいずれか1項に記載の方法の使用。
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