(57)【要約】【課題】蓄熱式炉に導入可能である経済的なＮＯｘ低減技術を提供すること。【解決手段】燃焼ゾーンと、排気ゾーンと、３つの酸化体と、燃料とを有する炉の燃焼方法であって、燃料を燃焼ゾーンに導入する工程；第１酸化体を燃焼ゾーンに導入する工程；第２酸化体を燃焼ゾーンに導入する工程；及び第３酸化体を排気ゾーンに導入する工程を含み、第１酸化体を導入する工程の際に、第２酸化体を導入する工程と第３酸化体を導入する工程が行われる、方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼ゾーンと、排気ゾーンと、３つの酸化体と、燃料とを有する炉の燃焼方法であって、
燃料を燃焼ゾーンに導入する工程；
第１酸化体を燃焼ゾーンに導入する工程；
第２酸化体を燃焼ゾーンに導入する工程；及び
第３酸化体を排気ゾーンに導入する工程
を含み、第１酸化体を導入する工程の際に、第２酸化体を導入する工程と第３酸化体を導入する工程が行われる、方法。
【請求項２】
前記第１酸化体を導入する工程の少なくとも一部の間に、前記第２酸化体を導入する工程と前記第３酸化体を導入する工程の両方が行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１酸化体により、前記燃焼ゾーンにおいて０．２〜１．１の化学量論比が提供される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１酸化体により、前記燃焼ゾーンにおいて１未満の化学量論比が提供される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１酸化体により、前記燃焼ゾーンにおいて０．９以下の化学量論比が提供される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１酸化体により、前記燃焼ゾーンにおいて０．８以下の化学量論比が提供される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第２酸化体により、前記燃焼ゾーンにおいて０．０５〜０．５の化学量論比が提供される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第２酸化体により、前記燃焼ゾーンにおいて０．０５〜０．５の化学量論比が提供される、請求項３に記載の方法。
【請求項９】
前記第１及び第２酸化体により、前記燃焼ゾーンにおいて０．４５〜１．１５の化学量論比が提供される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１及び第２酸化体により、前記燃焼ゾーンにおいて０．４５〜１．１５の化学量論比が提供される、請求項３に記載の方法。
【請求項１１】
前記第３酸化体により、前記排気ゾーンにおいて０．０５〜０．７５の化学量論比が提供される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記第３酸化体により、前記燃焼ゾーンにおいて０．０５〜０．７５の化学量論比が提供される、請求項３に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１、第２及び第３酸化体により、前記燃焼及び排気ゾーンにおいて０．９〜１．３の化学量論比が提供される、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１、第２及び第３酸化体により、前記燃焼及び排気ゾーンにおいて０．９〜１．３の化学量論比が提供される、請求項３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１酸化体により、前記燃焼ゾーンにおいて０．４〜０．９の化学量論比が提供され、前記酸化体により、前記燃焼ゾーンにおいて０．１〜０．３の化学量論比が提供される、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記第３酸化体により、前記排気ゾーンにおいて０．１〜０．６の化学量論比が提供される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１、第２及び第３酸化体により、前記燃焼及び排気ゾーンにおいて０．９〜１．１の化学量論比が提供される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１、第２及び第３酸化体が、空気、加熱空気、ファン空気、酸素富化空気、及びベント流からなる群より独立して選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記炉が、蓄熱式溶解装置、ユニット溶解装置、換熱式溶解装置、ハイブリッド空気−燃料／オキシ−燃料溶解装置、及びオキシ−燃料燃焼溶解装置からなる群より選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記第２酸化体を燃焼ゾーンに導入する工程が、当該第２酸化体をインジェクターを介して噴射することにより行われ、前記第３酸化体を排気ゾーンに導入する工程が、当該第３酸化体をインジェクターを介して噴射することにより行われる、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
蓄熱式ガラス炉は、高温の空気予熱レベルによって非常に高いプロセス温度で運転される。より高い熱効率を達成するため、燃焼用空気は、炉内部で燃料と反応させる前にセラミックの蓄熱室において華氏約２４００度に予熱される。蓄熱式ガラス炉からの酸化窒素（ＮＯｘ）の放出を低減する多くの方法が提案されているが、実際にはほとんど実施されていない。
【０００２】
蓄熱式ガラス炉で観測されるような高温燃焼の際には、ＮＯｘは主として燃焼用空気中の窒素の熱酸化によって形成され、熱ＮＯｘとして表される。一般的には、熱ＮＯｘは、時間−温度ヒストリーに依存し、ピーク火炎温度の上昇とともに増加する。
【０００３】
ピーク火炎温度を下げる第一の方法は、空気予熱レベルを下げること、炉の幾つかの場所の燃焼速度を下げ、電気ブーストを用いることである。両方のアプローチとも、炉の効率及び生産率が低くなるため制限され、炉の設計を考慮すると実施が難しい場合が多い。
【０００４】
通常、汚染防止技術によってコストが増加する。それゆえ、ガラスメーカは、競争力を維持するために、規制された放出制限を満足する利用可能な最も経済的な技術を選択しなければならない。ＮＯｘの法律は、新規の又は改造された炉についてのみ適用される場合もあれば、現在運転している炉にも適用される場合がある。最も一般的な板ガラスの炉は、典型的には約６００トン／日のガラスを製造し、１５０ＭＭ Ｂｔｕ／Ｈの燃料を消費する蓄熱式のサイドポート炉である。これらの炉は、ＮＯｘ排除技術なしではガラス１トン当たり１２〜２０ポンドのＮＯｘを生成する。アメリカ合衆国の大気浄化法（１９９０改正）では、アメリカ合衆国の大部分の領域で、大型蓄熱式炉からのＮＯｘ放出を２〜８ポンド／トンに制限している。したがって、ほとんどのガラスメーカは、現地の放出達成目標を満足するために放出制御技術の選択を要求される。
【０００５】
蓄熱式ガラス炉におけるＮＯｘの低減について幾つかの公知技術がある。炉の排気側でガスが再燃焼される燃料リッチ燃焼と、ＮＯｘの主供給源としての窒素が排除されるオキシ−燃料燃焼が含まれる。以下の参考文献を参照されたい。これらの文献はその参照により本明細書に含まれる。
【特許文献１】米国特許第５，２０３，８５９号明細書，Ｏｘｙｇｅｎ−ｅｎｒｉｃｈｅｄ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ，Ｋｈｉｎｋｉｓら，１９９３年４月２０日
【非特許文献１】「Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ Ｇｌａｓｓ Ｆｕｒｎａｃｅ ＮＯｘ ｗｉｔｈ Ｇａｓ Ｒｅｂｕｒｎ」，Ｃｅｒａｍｉｃ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ，１９９８年２月，５１〜５６頁（Ｒ．Ｋｏｐｐａｎｇ，Ａ．Ｍａｒｑｕｅｚ，Ｄ．Ｍｏｙｅｄａ，Ｍ．Ｌ．Ｊｏｓｈｉ，Ｐ．Ｍｏｈｒ及びＲ．Ｍａｄｒａｚｏ）
【非特許文献２】「Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ：「Ｃｏｓｔ−Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ＮＯｘ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ Ｕｓｉｎｇ Ｏｘｙｇｅｎ−Ｅｎｒｉｃｈｅｄ Ａｉｒ Ｓｔａｇｉｎｇ（ＯＥＡＳ）ｏｎ Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ Ｇｌａｓｓ Ｆｕｒｎａｃｅｓ，」Ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ａｔ ５５ｔｈ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｇｌａｓｓ Ｐｒｏｂｌｅｍｓ，Ｃｏｌｕｍｂｕｓ，ＯＨ，Ｎｏｖ．８−９，１９９４（Ｍ．Ｌ．Ｊｏｓｈｉ，Ｄ．Ｂ．Ｗｉｓｎｉｃｋ，Ｓ．Ｋ．Ｐａｎａｈｉ，Ｈ．Ａ．Ａｂｂａｓｉ，Ｒ．Ｅ．Ｇｒｏｓｍａｎ，Ｒ．Ｆ．Ｍａｄｒａｚｏ，Ｗ．Ｈ．Ｂｅｎｚ，Ａ．Ｇ．Ｓｌａｖｅｊｋｏｖ及びＬ．Ｗ．Ｄｏｎａｌｄｓｏｎ）
【非特許文献３】Ｐｉｌｋｉｎｇｔｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｄａｔａｓｈｅｅｔ ２，「Ｆｌｏａｔ Ｇｌａｓｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｐｉｌｋｉｎｇｔｏｎ．ｃｏｍ／ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ／ｄａｔａｓｈｅｅｔ２ｆｌｏａｔ．ｐｄｆ）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ガラスメーカは、蓄熱式炉に導入可能であり、以下の利点、即ち、より低いピーク火炎温度；有利な燃焼側の酸化体噴射による適正な火炎長さ；ＣＯ及び可燃性物質の完全な燃焼；ＮＯｘ放出の低減；並びに溶解装置内で行われる有意な燃焼による炉効率の改善のうち１つ又は複数を提供できる経済的なＮＯｘ低減技術を追求している。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、燃焼ゾーンと、排気ゾーンと、３つの酸化体と、燃料とを有する炉の燃焼方法であって、燃料を燃焼ゾーンに導入する工程；第１酸化体を燃焼ゾーンに導入する工程；第２酸化体を燃焼ゾーンに導入する工程；及び第３酸化体を排気ゾーンに導入する工程を含み、第１酸化体を導入する工程の際に、第２酸化体を導入する工程と第３酸化体を導入する工程が行われる、方法を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
「酸化体」という用語は、空気又は酸素富化空気（大気中よりも酸素の割合が高い空気）を意味するのに用いられる。
【０００９】
「酸素富化空気」という用語は、２１ｖｏｌ％を超える酸素を含むガス流を意味する（酸素２１ｖｏｌ％とは大気中の酸素量である）。それは任意の供給源からのものであることができ、単独又は空気と混合された任意の純度の、真空若しくは圧力スウィング吸着装置（ＶＳＡ若しくはＰＳＡ）、低温分離ユニット、又は別の分離機構からのベント流、酸素リッチガス流を含む。
【００１０】
「ベント流」という用語は、空気から製品ガス、例えば、窒素又は別のガスを生成、即ち、分離するのに主として用いられる真空若しくは圧力スウィング吸着装置（ＶＳＡ若しくはＰＳＡ）、低温分離ユニット、又は別の空気分離機構からの（製品ガス流ではない）流出ガス流を意味する。
【００１１】
「燃料」という用語は、ガス状燃料、例えば、天然ガス、プロパン、製油所燃料（可燃性ガスの混合物）；液体燃料、例えば、ディーゼル、灯油、Ｂｕｎｋｅｒ−Ｃ、第６燃料油；及び固体燃料、例えば、石炭、石油コークスを意味する。
【００１２】
「燃焼ゾーン」という用語は、燃料と酸化体を混合して燃焼させる炉内の体積を意味する。
【００１３】
「排気ゾーン」という用語は、排気ガスと未燃焼燃料が排気ガスと未燃焼燃料のための出口へ流れるところの炉内の体積である。排気ガスと未燃焼燃料のための炉の出口は、配管、開口、煙道、煙突、又は熱交換器、例えば、蓄熱室チェッカー、回収熱交換器、又は上記の任意の組み合わせであることができる。
【００１４】
提案される発明は、炉からのＮＯｘを低減するための改善された酸化体の噴射方法に関する。この方法に有用な炉の１つのタイプは、図１に示される蓄熱式ガラス炉である。図１は、屋根を取り外した炉の上面図である。図１には、バッチ又は原料チャージャー１１１を備えた６ポートのサイドポート炉１００と、（中央部１１５を通る）矢印によって示される溶融ガラス流１１３を有する溶解装置１１２と、調整区間１１７が示される。示されるように、本実施態様の蓄熱室は、炉のＡ側に個々のチェッカー１２１、１２３、１２５、１２７、１２８及び１２９を、炉のＢ側に１３１、１３３、１３５、１３７、１３８及び１３９を有する。示されるようにＡ側が燃焼側で、Ｂ側が排気側である場合に、蓄熱室チェッカー１２１、１２３、１２５、１２７、１２８及び１２９は、燃焼のために酸化体を供給するよう作用し、蓄熱室チェッカー１３１、１３３、１３５、１３７、１３８及び１３９は、排気ガスからの熱を回収するよう作用する。燃焼ゾーン１９８は、燃料と酸化体が燃焼側Ｂで混合して燃焼する溶解装置１１２中のガラスに関する体積である。燃焼ゾーンは、さらに燃焼側にポート１６１、１６２、１６３、１６４、１６５及び１６６の部分を含むことができる。排気ゾーン１９９は、排気側に第３酸化体を加えなければ、典型的に燃焼が生じず、排気ガスと未燃焼燃料が排気側Ａのポート１７１、１７２、１７３、１７４、１７５及び１７６に流れるところの溶解装置１１２に関する体積である。排気ゾーンは、排気側にポート、例えば、ポート１７１、１７２、１７３、１７４、１７５及び１７６を含む。溶解装置１１２は、ガラスが置かれそして溶融される炉であって、排気ゾーン１９９と燃焼ゾーン１９８とからなる炉から、もしあれば、これらゾーンの一部であるポートを引いた体積である。
【００１５】
典型的には、蓄熱式炉は、炉のＡ側の蓄熱室チェッカー１２１、１２３、１２５、１２７、１２８、１２９を通る酸化体、典型的には燃焼用空気によっておよそ２０分ごとに循環し、一方で、燃焼用空気は、蓄熱室チェッカー１２１、１２３、１２５、１２７、１２８、１２９からの熱の放出、及び炉の反対側であるＢ側の蓄熱室チェッカー１３１、１３３、１３５、１３７、１３８、１３９の炉出口からの排気ガスの放出によって加熱される。熱は、蓄熱室チェッカー１３１、１３３、１３５、１３７、１３８及び１３９によって排気流から２０分間回収される。２０分後、炉の燃焼側と排気側を次の２０分間切り替える。これは、Ｂ側を燃焼側、Ａ側を排気側にして、そうして、燃焼側と排気側を２０分間切り替えることなどを意味する。
【００１６】
本発明の方法を使用できる炉の変形態様においては、熱は排気から回収され、蓄熱室チェッカー以外の様々な熱交換器、例えば、回収熱交換器によって熱を第１酸化体に供給することができる。本発明の方法を使用できる炉の他の変形態様においては、熱は排気流からは回収されない。
【００１７】
図１に示されるように、火炎１４１は、ジェット又はバーナー（図示せず）を用いて、燃料を燃焼側の蓄熱室チェッカーから炉に出る華氏約２４００度の燃焼用空気の酸化体流（第１酸化体）に噴射することによって作り出される。火炎１４１は、炉幅のおよそ３分の２（燃焼ゾーン１９８）をカバーすることができる。火炎は、輻射によって溶解装置１１２中のガラス及び炉内部１８９の他の部分（壁、屋根など）に熱を伝え、次いで、排気ポート１７１、１７２、１７３、１７４、１７５及び１７６を通って炉１００のＢ側の個々の蓄熱室チェッカー１３１、１３３、１３５、１３７、１３８及び１３９に出る。このプロセスにおいては、蓄熱室チェッカーは、華氏２９００〜３０００度の排気ガスで加熱される。高温の燃焼と炉内での比較的高い滞留時間のために、熱ＮＯｘが生成する。大型の蓄熱式炉からの典型的なＮＯｘ放出は、生成されるガラス１トン当たり１２〜２０ポンドである。
【００１８】
先に説明したとおり、ＮＯｘは、主として燃焼用空気中の窒素を熱酸化することによって形成され、熱ＮＯｘとして示される。一般的に、熱ＮＯｘは、火炎の時間−温度ヒストリーに依存し、ピーク火炎温度の上昇とともに増加する。
【００１９】
熱ＮＯｘを低減するために、ピーク火炎温度を下げることができ、それはピーク火炎領域における酸素の利用率を下げることによって達成することができる。火炎の化学量論に基づく特徴的なＮＯｘ放出を図２に示す。図２においては、炉の全体的な化学量論比（Ｓ）が、ＮＯｘ放出に対してプロットされる。この化学量論比は、実際の空気（又は他の酸化体）／燃料比を理論的に正しい空気（又は他の酸化体）／燃料比で割ったものと規定される（例えば、天然ガスの燃焼に関して、理論的に正しい空気／燃料比は約１０である）。任意の燃料に関して、炉が理論的に正しい酸化体量で運転している場合、Ｓの値は１である。燃料リッチの運転に関しては、Ｓの値は１よりも小さく、反対に、燃料リーンの運転に関しては、Ｓの値は１よりも大きい。図２に示されるように、最大のＮＯｘ放出は、わずかに燃料リーンの条件（ポイント１）で起こる。しかしながら、Ｓがポイント１から離れると、燃料リッチ条件と燃料リーン条件の両方でＮＯｘの放出が低下する。
【００２０】
燃料リッチ条件（Ｓ＜１）で炉を運転すると、ＮＯｘの放出は低下する。図２においては、燃料リーンであるポイント１（約１．０５）ではなく燃料リッチであるポイント２（約０．８）で炉を運転することにより、ＮＯｘの放出を６０％低減することができる。しかしながら、典型的な炉に関して、火炎は、化学量論のレベルに依存して極めて長くなる。これは、可燃性物質（燃料）が必要な酸素を見つけることができないためであり、それゆえ、火炎がゆったりした（又は傾斜のついた）明るい火炎になる。可燃性物質が炉内で燃焼されない場合には、炉の熱効率が低下し、さらにＣＯの放出が増加して、ＣＯの放出に関する限界に従わない場合がある。
【００２１】
本発明は、燃焼側と排気側の両方で酸化体を燃焼ゾーンと排気ゾーンの両方に導入して、ＮＯｘの放出を低下（熱ＮＯｘを低下）させることができる。ＮＯｘの低下は、５０％よりも大きいか又は６０％よりも大きくすることさえ可能であり、それは、長くゆったりとした火炎を生成することなく達成できる。本発明の方法は、燃焼ゾーンと、排気ゾーンと、３つの酸化体流と、燃料とを有する炉において、燃料を燃焼ゾーンに導入する工程、第１酸化体を燃焼ゾーンに導入する工程、第２酸化体を燃焼ゾーンに導入する工程、及び第３酸化体を排気ゾーンに導入する工程を含み、第１酸化体を導入する工程の間に、第２酸化体を導入する工程と第３酸化体を導入する工程が実施される燃焼方法である。
【００２２】
この導入工程は、例えば、炉の任意の場所に設置される任意の導入手段、例えば、ランス、ノズル、配管、バーナー、開口、バルブなどを用いて酸化体又は燃料を噴射すること、押し込むこと又は吸い込むことによって燃料又は酸化体を炉の中に入れる任意の方法であることができる。この導入工程は、壁、屋根、スルーポート、アンダーポート、サイドポート又は例えば、ランス、ノズル、配管、バーナー、開口、バルブなどの導入手段を設けることができる任意の所望の場所を介することができる。圧力下での酸化体又は燃料の押し込みは、酸化体若しくは燃料を高圧容器に貯蔵しそこから投与すること、又は機械的な手段を設けて、例えば、ファン、圧縮機、エジェクター、ベンチュリ若しくはジェットポンプにより酸化体若しくは燃料上に圧力を作り出すことによって達成できる。以下の説明において、インジェクター又はノズルを介した酸化体の噴射を参照できるが、任意の導入手段を用いた任意の導入工程が本発明の方法で使用できると解される。
【００２３】
図１に示される炉に関して、第１酸化体は、燃焼側又は燃焼ゾーンの蓄熱室チェッカー（１つ又は複数の熱交換器）を通る空気流により炉に導入される燃焼用空気であることができる。大型のファンにより第１酸化体が蓄熱室チェッカーを介して炉に押し込まれる。しかしながら、異なる実施態様においては、第１酸化体は、任意の導入手段によって炉に導入される空気又は酸素富化空気であることができる。
【００２４】
図３に示される炉の実施態様において、第２酸化体は、インジェクター４００、４０１を介して炉に、燃焼側Ａの燃焼ゾーン１９８に噴射される酸化体である。この第２酸化体は、空気又は酸素富化空気であることができ、任意の温度であることができ、即ち、予熱することができるか、周囲温度又は周囲よりも低い温度であることができる。
【００２５】
図３に示される炉の実施態様において、第３酸化体は、インジェクター４０２、４０３を介して炉に、燃焼側Ａの排気ゾーン１９９に噴射される酸化体である。この第３酸化体は、空気又は酸素富化空気であることができ、任意の温度であることができ、即ち、予熱することができるか、周囲温度又は周囲よりも低い温度であることができる。
【００２６】
本発明の方法の幾つかの実施態様においては、燃焼ゾーン１９８（図１及び３のＡ側に示される）は、化学量論比Ｓが１未満、０．９以下又は０．８以下の第１酸化体（燃焼用空気）を有し、燃料リッチの運転を作り出して燃焼ゾーン内のピーク火炎温度を下げる。例えば、第１酸化体（燃焼用空気）／燃料に関する化学量論比は、Ｓが０．４〜１、０．４〜０．９５、０．４〜０．９、０．４〜０．８５又は０．４〜０．８の範囲内であることができる。本発明は、燃焼ゾーンの付近、その地点又はそこへ、例えば、火炎に第２酸化体を導入することができ、それは、長くゆったりとした火炎を溶解装置内に制限して、火炎が排気ポートにオーバーフローしないようにするのに役立つ。加えて、本発明は、排気ガスが炉を出る、好ましくは溶解装置内を出る前に、排気ゾーン、例えば、排気流に第３酸化体を導入して可燃性物質とＣＯを燃焼させることが可能である。
【００２７】
上記の各プロセス工程は図３を参照して詳細に説明される。燃焼側の第１酸化体（燃焼用空気）の化学量論Ｓは、１未満、０．９以下又は０．８以下に低減される。第２酸化体、例えば、酸素富化空気又は空気の燃焼側への噴射により、チェッカーから炉に流れる第１酸化体、例えば、高温の燃焼用空気の量を低減することができ、ガラスへの伝熱に影響を与えることなく燃料リッチの燃焼又はより燃料リッチの燃焼が可能となる。第２酸化体流は、第１酸化体とともに通常の拡散をすることなく、直ちに燃料ジェットと反応することができる。第２酸化体と燃料の混合により火炎中にすす粒子が生成して、火炎の急冷効果によって火炎温度の上昇が妨げられる場合がある。１つの実施態様においては、燃焼側のインジェクターは、噴射される酸素富化空気及び／又は噴射される空気（第２酸化体）と燃料ジェットからの燃料との速やかな混合を可能とするよう主バーナーの周りに配置される。燃焼側の第２酸化体用インジェクターの数、タイプ及び位置は、燃料ジェットからの燃料との優れた混合を可能とするよう選択されるべきである。燃焼側の第２酸化体用インジェクターは燃焼のために酸素を燃料に提供し、噴射される第２酸化体を除く第１酸化体（例えば、燃焼用空気）は１未満の化学量論を有することができるが、火炎は長くゆったりとしたものにはならず、火炎全体が排気ポートにオーバーフローすることなく溶解装置内にとどまる。燃焼側の噴射に関するインジェクターの構成は、溶解装置のバーナー燃焼の構成（アンダーポート、サイドポート、スルーポート、オーバーポート、屋根など）に依存している。燃焼側と排気側の運転は、任意の期間、例えば、１５、２０、２５、３０分ごとであることができる規則的な炉のサイクルに基づいて逆転する。さらに、燃焼側の第１酸化体及び第２酸化体の導入並びに排気側の第３酸化体の導入は、炉のサイクル全体にわたってもよいし又は当該サイクルの一部の期間のみであってもよい。
【００２８】
１つの実施態様においては、蓄熱式炉において、例えば、燃焼側の第２酸化体の噴射期間は、熱ＮＯｘの大部分が形成されているときの炉のサイクル部分の間が最も有利であり、それは各炉サイクルの半分（燃焼期間）の最後のほうである。燃焼側が炉の一方の側から炉の他方の側へ切り換ると、ＮＯｘの形成は各燃焼サイクルの最初では比較的低いが、時間の経過とともにＮＯｘの形成が増加する。第２酸化体（例えば、酸素富化空気及び／又は空気）を燃焼側が燃焼している期間全体にわたって燃焼側で噴射すると、ＮＯｘの形成が減少する。あるいはまた、燃焼側での第２酸化体の噴射は、燃焼側での燃焼（サイクルの半分）の任意の部分に限定することもできる。例えば、第２酸化体は、燃焼側が燃焼している炉サイクルの期間の４分の３以下、２分の１以下、又は４分の１以下の間、燃焼側で炉に噴射することができる。燃焼サイクルの一部の間のみ第２酸化体を導入する導入工程は、炉のそれぞれの側が燃焼側であるときに炉の両側で繰り返すことができる。第２酸化体の噴射は、各サイクルの半分（燃焼サイクル）の後の部分、即ち、炉のある側が燃焼している時間の後の部分がより有利であると現在考えられているが、第２酸化体を噴射する時間及び量は、最も低いＮＯｘを与えかつ燃焼サイクルの任意の部分の間、溶解装置内の温度及び蓄熱室チェッカー内の温度を制御するよう調整することができる。あるいはまた、第２酸化体の噴射速度は、サイクルの半分の最初から最後まで増加させることができる（か又は減少させることができる）。
【００２９】
本発明で用いられる第１、第２及び／又は第３酸化体として使用できる酸素富化空気は、任意の供給源からのものであることができる。酸素富化空気の安価な供給源は、異なるガスを製造する空気分離ユニットからのベント流である。フロートガラスのプラントにおいて、窒素の供給源は、酸素のないスズ浴雰囲気を維持するために必要とされる。通常、高純度窒素（ＨＰＮ）タイプの窒素プラントは、必要とされる窒素を供給するのに用いられる。ＨＰＮプラントの不用流出物は、約４０ｖｏｌ％の酸素を含有しており、残りはアルゴンと窒素である。ベント流と称される場合のある上記不用流出物は、ＮＯｘを低減するための酸化体の供給源として使用することができる。所望であれば、ベント流に空気が加えられる。空気とベント流は、炉の燃焼側への噴射前、その間又はその後に混合することができる。インジェクターへの供給及びベント流との混合のための空気の１つの供給源は、ファン空気、即ち、ファンによる例えば、２〜５ｐｓｉｇの高圧空気である。
【００３０】
２つの実施態様に関して、幾つかのプロセスパラメータが下表に規定される。燃焼側の酸化体の供給源は、ノズル（若しくはインジェクター）を介して炉に導入される酸素富化空気及び空気又は燃焼側のチェッカー若しくは他の開口からの燃焼用空気のいずれか又は両方であることができる。
【００３１】
【表１】
2006105582.tif 000003
【００３２】
表１と表３において、燃焼側／排気側インジェクターの酸化体流量比は、第２酸化体／第３酸化体の比であることに留意されたい。
【００３３】
表１に示されるように、本発明の１つの実施態様に関して、燃焼用空気（第１酸化体）の化学量論は、燃料リッチ運転、即ち、０．７まで下げられる。この時点で、燃焼側の酸素富化空気及び／又は空気インジェクター（第２酸化体）が電源投入され、燃焼側の全体的な化学量論比が０．８に達する。言い換えると、燃焼側の酸素富化空気及び／又は空気（第２酸化体）の噴射によって、全体的な燃焼側の化学量論が（燃焼用空気のみによって実施される）０．７から０．８に上昇する。したがって、燃焼側インジェクターの寄与は、全体的な化学量論比に対して０．１である。しかしながら、噴射される酸素富化空気及び／又は空気（第２酸化体）による化学量論比に対する寄与の範囲は、より大きいか若しくはより小さく、例えば、表１に示されるように０．０２〜０．３であることができるか、又は他の実施態様に関して炉のデザイン及びＮＯｘの低減のために燃焼側で必要とされる燃料リッチ運転のレベルに応じて０．０５〜０．７５、０．０５〜０．５若しくは０．１〜０．３であることができる。表１はまた、炉の燃焼側に噴射される酸素富化空気及び／又は空気（第２酸化体）中の酸素濃度が、０．２１〜１の範囲であることができることを示している。表１では示されていないが、本発明の方法においては、酸素富化レベルは、代わりとして０．２５〜０．９又は０．３〜０．８の範囲であることができる。１．００の酸素富化レベルは、９９．９９９％純度の純粋な酸素が酸素富化空気として燃焼側で噴射されることを意味する。
【００３４】
表２においては、本発明の追加の実施態様（例）が、典型的なフロートガラス炉（６００トン／日の生産速度及び１５０ＭＭ Ｂｔｕ／Ｈの燃焼熱消費率）の単一ポートに関して規定される。当該ポートは、１０００Ｂｔｕ／ｓｃｆ（標準立方フィート）の天然ガス（ＮＧ）燃料を用いて３０ＭＭ Ｂｔｕ／Ｈの燃焼速度で燃焼していると仮定される。燃焼用空気（第１酸化体）と噴射される酸素富化空気及び／又は噴射される空気（第２酸化体）の典型的な流量は、排気ポートで測定した（約６０％と評価される）ＮＯｘの低減に関して示される。
【００３５】
【表２】
2006105582.tif 000004
【００３６】
表２で示される実施態様に関して、（Ｓ＝０．７レベルの燃焼用空気を用いて）燃焼側の化学量論を０．８に維持するために、燃焼側の酸素富化空気及び空気の１つ又は複数のインジェクターによって、（ともに第２酸化体である）３，１５０ｓｃｆｈの高純度酸素と１５，０００ｓｃｆｈのファン空気が噴射される。あるいはまた、酸素純度４０％のベント流が用いられる場合には、酸素富化空気インジェクターの流量は、（ともに第２酸化体である）７，８７５ｓｃｆｈのベント流と１５，０００ｓｃｆｈのファン空気である。それらの結果として得られる酸素富化空気及び空気のインジェクター（第２酸化体）流のいずれも、酸素レベルは０．３５である。いずれの実施態様も、より低いＮＯｘ放出を与えるために低いピーク火炎温度で運転することができるが、同時に火炎を溶解装置内に制限する。空気と酸素富化空気（第２酸化体）は、炉への噴射前、その間又はその後に混合することができ、酸素富化空気流と空気流のための単一のインジェクター又は別々のインジェクターを介して噴射することができる。
【００３７】
本発明の幾つかの実施態様に関して、第３酸化体は、第２酸化体よりも高流量で噴射される。第３酸化体は、炉の構成に応じて排気ゾーンの幾つかの場所に噴射することができる。必要な設備を減らすために、第２酸化体（酸素富化空気及び／又は空気）を燃焼ゾーンに炉のサイクルの半分の間噴射するための同じ手段を、同じ炉の側が排気側であるときにサイクルの後の半分について第３酸化体を排気ゾーンへ導入するのに用いることが好ましい場合があるが、それは必須ではなく、２つの別々の導入手段、例えば、ノズル又はインジェクターの組を、所望であれば、ＮＯｘの低減を最適化するために提供することができる。１つ又は複数のノズルの第１の組を燃焼ゾーンへの第２酸化体の噴射に使用でき、１つ又は複数のノズルの第２の組を排気ゾーンへの第３の（排気側）酸化体の噴射に提供する。排気ゾーンの酸化体噴射ノズルは、サイズ、デザイン、場所及び配向において、燃焼ゾーンへの酸化体の噴射で用いられるノズルと異なってもよい。燃焼及び排気側ノズルに関する酸化体の噴射方向は、燃焼用空気流及び排気流の方向と並流若しくは向流であるか又はそれらとある角度をなしてもよい。並流、向流又は他の酸化体の１つ又は複数の噴射流の角度は、炉の特性、例えば、炉のサイズ、ポートの幾何学的形状、燃焼速度、及び他の運転上の考慮すべき問題に基づいて最適化することができる。
【００３８】
インジェクターの幾つかの実施態様の詳細が以下に説明される。「排気側（排気ゾーン）の噴射酸化体」又は「排気側（排気ゾーン）の酸化体」という語は、「燃焼側（燃焼ゾーン）の噴射酸素富化空気又は空気」と比較して単に説明されているサイクル部分を区別するために用いられるが、排気側の酸化体は、燃焼側の噴射酸素富化空気及び／又は空気と同じ又は類似の組成の酸素富化空気及び／又は空気であることができる。「排気側（排気ゾーン）の噴射酸化体」又は「排気側（排気ゾーン）の酸化体」という語は第３酸化体である。「燃焼側（燃焼ゾーン）の噴射酸素富化空気又は空気」は第２酸化体である。第３酸化体が排気ゾーンに噴射されるのに対し、第１及び第２酸化体は燃焼ゾーンに噴射される。
【００３９】
第３又は排気側の酸化体噴射速度は、燃焼側の噴射第２酸化体流量よりも大きいか、それよりも小さいか又はそれと同等であることができるが、幾つかの実施態様においては、対応する燃焼側の第２酸化体流量よりも２〜２０倍大きい排気側の酸化体噴射速度が有用な場合がある。第３酸化体噴射の目的は、未燃焼燃料、ＣＯ及び他の炭化水素を完全燃焼させることである。燃焼側の燃料リッチ燃焼により、ＣＯはバーナー火炎中に残り、例えば、ウェットベースで合計火炎ガスの１〜１０ｖｏｌ％であり得る。ＣＯは、排気ゾーンに導入される第３酸化体を用いて燃焼される。第３酸化体を導入する手段に関して、これらの手段、例えば、インジェクターの数及び場所は、好ましくは排気ポート又は蓄熱室チェッカー内ではなく、溶解装置内で燃焼プロセスを完了するために、排気流との完全な混合を可能とするよう選択される。第３酸化体の流量及び酸素富化レベル（即ち、第３酸化体中の酸素の割合）は、燃焼側及び全体の炉の化学量論に基づいて計算される。本発明のある実施態様の１つの例においては、炉に関する化学量論は、表３に示されるように計算することができる。
【００４０】
【表３】
2006105582.tif 000005
【００４１】
表３に示される実施態様に関する計算のために、表３で「Ｏ2」として示される排気側の酸素富化空気に関する化学量論比は０〜０．３５の範囲内であった。０は（空気のみが第３酸化体として排気側に噴射される場合において）酸素富化空気のない噴射を表している。０．３５は、排気側の噴射酸素富化空気若しくは排気側の噴射空気又は排気側の噴射空気と酸素富化空気の組み合わせ（第３酸化体）によって提供される排気側の酸化体噴射による化学量論比に対する好ましい最大寄与であることができる。ハイブリッド（空気−燃料とオキシ−燃料を組み合わせた）炉の１つの実施態様の場合には、排気側酸化体の化学量論比の最高限度は０．６程度であることができる。しかしながら、表３は、第３酸化体の一部又は全部として空気が排気ゾーンに常に噴射される、即ち、０．１５の化学量論比に対する排気側の噴射空気の寄与が最小である１つの実施態様を反映している。排気ゾーンへ導入するための酸素富化空気及び空気の供給源は、燃焼ゾーンに関して上に記載されたものと同じであるか又は異なることができる。
【００４２】
表２に関して上で記載されたのと同じ炉を用いて、本発明の１つの実施態様に関する排気ゾーンへの第３酸化体の流量を計算し、表４に示す。
【００４３】
【表４】
2006105582.tif 000006
【００４４】
表４に示されるように、全体的な燃焼ゾーンの化学量論は０．８であり、それゆえ、炉は、望ましい炉の全体的な化学量論１．１０を達成するために、第３酸化体として噴射に関して９，４５０ｓｃｆｈの高純度酸素と４５，０００ｓｃｆｈのファン空気を必要とする。その代わりに４０％の酸素純度を有するベント流を用いる場合には、２３，６２５ｓｃｆｈのベント流と同量のファン空気を第３酸化体として用いることができる。高純度酸素又はベント流を含む第３酸化体は、３５％の酸素含有量を有する。上記の流量値は、単に説明のためのものであり、それらは炉のデザイン、バーナーの構成及びインジェクターの構成に大きく依存している。予想されるように、いくぶん酸素富化された空気（高純度又はベント流）が利用可能な場合には、第３酸化体において噴射される空気の量が調整される。
【００４５】
排気ゾーンの噴射期間は、炉サイクルの排気サイクル全体又は排気サイクルの一部の間、例えば、熱ＮＯｘの大部分が形成されているときが有利であり、それは各炉サイクルの半分（排気サイクル）の最後のほうである。蓄熱式炉においては、燃焼側が炉のＡ側から炉のＢ側に切り換ると、ＮＯｘの形成は最初比較的低いが、時間が経過するにつれて、ＮＯｘの形成が増加する。第３酸化体の排気ゾーン、例えば、Ａ側への噴射によって、Ｂ側が燃焼している時間全体の間ＮＯｘの形成が減少するが、好ましい場合には、排気側の噴射は、サイクルの一部の間のみであることができる。例えば、排気側の酸化体は、排気サイクルの４分の３以下、２分の１以下、又は４分の１以下の間、炉に噴射することができる。酸化体の噴射は、各排気サイクルの後の部分、即ち、炉の排気側が燃焼していない時の後の部分の間がより有利であるが、排気側の酸化体の噴射時間及び量は、最も低いＮＯｘを与え、燃焼の任意の部分の間、溶解装置内及び蓄熱室チェッカー中の温度を制御するよう調整することができる。あるいはまた、排気サイクルの間噴射される第３酸化体の量は、排気サイクルの間増加（又は減少）させることができる。第１、第２及び第３酸化体の噴射時間及び量は、所与の炉に関して実験的に決定することができる。
【００４６】
しかしながら、全体的な燃焼ゾーンの化学量論比が１未満である炉の実施態様においては、第３酸化体は、溶解装置中の燃料の完全な燃焼のために必要とされる酸素を連続して提供することができる燃焼の間、排気ゾーンに噴射されることが好ましい。
【００４７】
酸化体は、インジェクター又はノズルによって炉に導入することができる。燃焼側及び排気側のインジェクター又はノズルは、その目的のために有用な任意のデザインの任意のインジェクター又はノズルであることができる。燃焼ゾーン及び排気ゾーンのインジェクターの位置は、１つ又は複数の酸化体が噴射され、それぞれ燃焼ゾーンの燃料流又は排気ゾーンの排気ガスのいずれかと優れた混合を可能とする限り、任意の場所であることができる。例えば、インジェクター４００は、図３に示されるサイドポート、図５に示されるアンダーポート、図６に示されるスルーポート、オーバーポート（図示せず）、屋根（図示せず）の上又はそれを通して置くことができ、その場所は、炉及びバーナーの構成、安全性及び実施容易性に依存している。
【００４８】
提案される発明の別の態様は、図４に示される新規のインジェクター４００であり、それは、本発明の方法又は先行技術の炉の他の運転方法で使用することができる。インジェクター４００は、空気単独、酸素富化空気（産業用酸素若しくはベント流）単独、又は空気と酸素富化空気同時のいずれかの噴射に好適である。空気と酸素富化空気の個々の流量及び圧力の独立性を維持するために、空気と酸素富化空気は、別々の配管又はマニホールドにおいて別々に輸送され、次いで、パイプ・イン・パイプ（同心管）インジェクター４００の内部で混合される。あるいはまた、内管及び外管は、異なる圧力で同じ組成の流れを輸送することができ、炉に同時に又は交互に導入することができる。図４に示されるノズルの１つの実施態様においては、内管４１０が酸素富化空気に使用されるのに対し、内管と外管４２０によって形成される環状空間４５０はファン空気を供給するのに使用されるが、この構成は、所望であれば環状空間に酸素富化空気を、そして内管に空気を置くよう逆にすることができるか、又は２つの酸化体の他の任意の組み合わせ、例えば、異なる組成及び／又は流量を有する２つの酸素富化空気流であることができる。ファン空気又は圧縮空気は、必要な噴射速度を達成するのに十分な圧力、例えば、２〜５ｐｓｉｇを有するべきである。図４に示される概略図のインジェクターは、アンダーポートの酸化体噴射に有用であり、燃焼側と排気側の両方に使用することができ、炉サイクルの間の一方又は両方の配管の酸化体組成及び／又は流量の変化に適応することができる。例えば、炉の一方の側が燃焼側から排気側に切り換ると、空気の流量が２〜６倍増加して、酸素富化空気が遮断される場合がある。
【００４９】
図４に示されるインジェクター４００は、アンダーポートの構成において示される。インジェクター４００は、２つの別々のガス流のための２つの別々の接続又は配管４１２、４２２を有する。示される実施態様の１つの例においては、インジェクターは、酸素富化空気（例えば、空気よりも酸素含有量が多い産業用酸素）の接続４１２とファン空気の接続４２２を有するが、酸化体ガス流の任意の組み合わせがインジェクター４００において使用できる。酸素富化空気とファン空気の各流量は、それぞれバイアスバルブ４１４、４２４を用いて偏らせることができる。加えて、インジェクターは、偏向機能４３１を有する好適な取り付けブラケット４３０を用いて様々な角度に向けることができる。炉の放熱に対する保護のために、ノズルチップ４４０は、炉のバーナー（図示せず）と同様に耐火性ブロック４４１中に引っ込められる。各配管４１２、４２２は、酸化体流量の指標として供給圧力を示すためにそれぞれ圧力タップ４１６、４２６を備えている。流量は、上流圧力と出口ノズルの寸法に基づいて容易に計算することができる。有意な圧力降下なく各配管４１２、４２２からの酸化体の良好な混合を作り出すために、より高圧の酸化体、例えば、酸素富化空気を中央配管４１０に流し、より低圧の酸化体、例えば、空気を環状空間４５０に流すことができる。このように、ベンチュリ効果によって、十分に規定された酸素富化酸化体混合物を炉に噴射することができる。複数のオリフィス４５１、例えば、穴又は溝を有するノズルチップ４４０が以下に説明される。さらに、配管４１２、４２２は、それぞれヘッダー４１７、４２７からなる。
【００５０】
種々のバーナーの燃焼構成に関する酸化体インジェクターの位置は様々であることができる。例えば、図３に示されるサイドポートのバーナー燃焼構成を参照されたい。図３においては、２つのインジェクターがサイドポート燃焼バーナーの上下に取り付けられている。インジェクターは、第１酸化体（燃焼用空気）流に対してある角度に向けられる。インジェクターは、インジェクターがその付近に取り付けられているバーナーと同じ角度に向けることができる。燃焼用空気流に対して１０°の角度に向けられる典型的なバーナーに基づいて、第２酸化体のインジェクターは、燃焼用空気（第１酸化体）流に対し１０〜３０°の角度に向けることができる。この角度は、以下のインジェクターノズルの説明でトー角として記載される。あるいはまた、任意のトー角が本発明の方法で使用でき、例えば、０〜４５°のトー角である。
【００５１】
バーナー（図示せず）周りの酸化体の噴射に関して、バーナーのデザインを考慮することが重要である。燃料の噴射速度、ノズルチップのオリフィス角度、及びバーナーのトー角は、酸化体の噴射速度及び導入手段（例えば、インジェクター）が向けられる角度を計算する場合に考慮されるべきである。燃焼ゾーンにおいては、酸化体インジェクターの流れは、燃料ジェットと直接関係して、燃料流をすす粒子に熱分解させる場合がある。排気ゾーンにおいては、酸化体インジェクターは、溶解装置内の速やかなＣＯ燃焼を可能にするために可能な限り広い捕捉角度又は発散性で排気流と関係するべきである。慎重に決定されたデザインのトー角を有する複数の導入手段（インジェクター）を使用することで、排気ガスとの効率的な混合を可能にすべきである。図６及び７においては、酸化体インジェクターのアンダーポートとスルーポートの構成が図示される。
【００５２】
図５に示されるアンダーポートの酸化体インジェクターに関して、トー角は、上方又は炉の頂部１８０のほうに向けられる。このように、酸化体流は、燃焼側の燃料又は排気ゾーンの排気流のいずれかと関係することができる。図６に示されるスルーポートの酸化体インジェクターに関して、インジェクターは、排気ポートの高温環境で金属が酸化するのを防ぐために、適切に冷却される、例えば、水冷される必要がある。インジェクターはまた、頂部に過熱部が生じるのを防ぐために、ノズルのトー角によりノズルチップでわずかに下方に角度をつけられる。
【００５３】
そこを通って流れる２つの酸化体を有する今述べたインジェクターにおいては、各酸化体流は、標準的なフロースキッドを用いて調節及び制御することができる。高酸素含有量の酸化体（例えば、ベント流又は産業用酸素）は、標準的なフロースキッドを用いて調節及び制御することができる。このフロースキッドは、安全性（二重ブロック及びブリード）及び燃焼速度とともに流量を調節するためのフローコントロールバルブを必要とする。ファン空気が炉に噴射される酸化体の１つである場合には、ファン空気は、フローコントロールスキッド上に取り付けられた高圧のファンによって供給することができる。可変周波数ドライブ（ＶＦＤ）は、ファンの速度及び酸化体の流量を制御するのに使用することができる。信頼性を向上させるために、予備のファンを供給することができる。
【００５４】
（パイプ・イン・パイプのデザインやインジェクターの角度に加えて）効率的な混合を可能にするための酸化体インジェクターの別の態様は、ノズルチップ４４０のデザインである。ノズルオリフィスは、酸化体流量及び利用可能圧力に基づいてサイズ設定される。優れた混合のために、１００〜１０００フィート／秒の範囲の噴射酸化体速度が必要である。同じノズルが燃焼側と排気側の両方に用いられる場合には、流量は、燃焼側と排気側でわずかに異なる場合がある。例えば、排気側は、燃焼側よりも５倍大きい流量を有する場合があり、それゆえ、排気側の速度は、燃焼側よりも５倍大きい場合がある。
【００５５】
図７は、複数の穴のノズルチップ４４０及び図４に示される酸化体インジェクター４００の一部である面４５９の断面図及び正面図を示す。ノズルは、オリフィス４５１、この場合には複合角で開けられた穴を有する。示されるように、角度αは軸方向の発散角である。この角度は、軸方向への発散によって酸化体を分散させるのに役立つ。αは０〜３０°の範囲であることができる。αの最適値は約１５°である。トー角βは０〜１５°であることができる。βの最適値は約７°である。トー角は、燃焼側のバーナー燃料ジェットのほうに又は炉の排気側の燃料ガス流のほうに酸化体流を向けるのに重要である。
【００５６】
図８は、複数の溝の酸化体インジェクターのデザインを示す。ここで、角度α１及びα２が軸方向の発散角であるのに対し、角度βがトー角である。広範なアスペクト比の溝デザインのために、このノズルの連行効率は、図７に示される複数の穴のノズルよりも優れている。ジッパー形状のノズルは、円形穴の同様の流量範囲のノズルよりも３倍短い軸距離で酸化体流を混合することができる。１つの好ましい穴の幾何学的形状は、その参照により本明細書に含まれる米国特許第６，８６６，５０３号明細書において開示されている。
【００５７】
本発明の方法は、第１酸化体がバーナーを介して燃焼ゾーンに導入される酸素富化空気流であり、第２酸化体がバーナーを介して燃焼ゾーンに、バーナー付近に又は第２酸化体を燃焼側に導入することができる先に記載された他の任意の場所に導入されるオキシ−燃料炉（図示せず）において使用することができる。「バーナーを介して」という表現は、酸化体が、バーナーの一部であるか又はバーナーに取り付けられた接続を介して燃料の上、下、横又はその周りに導入されることを意味する。この実施態様の第１酸化体及び／又は第２酸化体は、別々の出口を通ってバーナーを出ることができるが、それらは単一の供給ライン又は配管を通ってバーナーに入ることができる。第１及び第２酸化体を燃焼ゾーンに導入するのに本発明の方法で使用できるバーナーの１つの例は、Ｃｌｅａｎｆｉｒｅ（登録商標）ＨＲ（商標）としてエア・プロダクツ・アンド・ケミカルズ社より商業的に入手可能な多段式のオキシ−燃料バーナーと先行技術において呼ばれる場合がある。多段式のオキシ−燃料バーナーは、第１及び第２酸化体のための２つの別々の出口を有するが、第１及び第２酸化体の組成は同じであることができ、単一の供給源によってバーナーに導入することができる。第１及び第２酸化体のための２つの別々の出口を有するバーナーの例としては、その参照により本明細書に含まれるエア・プロダクツの米国特許第５，６１１，６８２号明細書、米国特許出願第１０／９１９９４０号明細書に開示されているものが挙げられる。第３酸化体は、本発明の方法の他の実施態様に関して上で記載されるように炉に導入される。第１及び第２酸化体がバーナーを介して炉のゾーンに導入される本発明の方法においては、第１及び第２酸化体は、９０ｖｏｌ％よりも高いか又は９３ｖｏｌ％よりも高い酸素組成を有する酸素富化空気流が好ましい。
【００５８】
本発明はガラス炉に関して記載されるが、鉄又は非鉄金属の溶解に用いられる他のタイプの高温の産業用炉にも等しく適用できる。本方法は、フロートガラス、又は板ガラス、容器ガラス、繊維ガラスの他のタイプ、又は特殊ガラスとして分類される他のガラスのタイプ（ＣＲＴ／ＴＶガラス、食器類、照明など）を溶解するのに用いられるガラス炉において使用することができる。これらの炉は、ユニット溶解装置、換熱式溶解装置、サイドポート蓄熱式溶解装置、エンドポート蓄熱式溶解装置、ハイブリッド空気−燃料／オキシ−燃料溶解装置、及び「完全転化」完全オキシ−燃料燃焼溶解装置を含む。異なる構成の炉に関して、燃焼ゾーンと排気ゾーンは、本明細書の図で示されるように炉の反対側には位置しない場合があるが、燃料ジェットが位置する場所（燃焼ゾーン）と排気ガスが排気出口のほうに流れる場所（排気ゾーン）に位置するであろう。
【００５９】
例えば、その参照により本明細書に含まれる米国特許第６，５１９，９７３号明細書で開示されているガラスを溶解するためのハイブリッド炉においては、炉の溶解セクションに関する燃焼エネルギーの大部分はオキシ−燃料の燃焼によって提供され、炉の燃焼セクションに関する燃焼エネルギーの大部分は空気−燃料の燃焼によって提供される。ハイブリッド炉は、オキシ−燃料バーナーのみが溶解装置の溶解セクションに関して用いられるセクションと、空気−燃料バーナーが溶解装置の燃焼セクションに関して用いられる別のセクションとを有する。本発明の方法は、オキシ−燃料及び空気−燃料燃焼の利点が利用されるハイブリッド炉に適用可能である。燃焼用空気の化学量論比Ｓは、空気−燃料バーナーの燃焼側で燃料リッチ燃焼を可能とするように０．２＜Ｓ＜１の範囲で設定することができる。第２酸化体は、全体的な火炎長さを短くするために空気−燃料バーナーの燃焼側で噴射される。排気側では、第３酸化体は、例えば、炉内部のＣＯ及び未燃焼燃料を完全燃焼させるために０．０５〜０．７５の排気側化学量論で噴射することができる。提案された酸化体噴射とともにオキシ−燃料及び空気−燃料燃焼を使用することで、高い熱効率、改善されたガラス品質、及びより低いＮＯｘ放出が可能となるであろう。
【００６０】
本発明の多くの実施態様は、本明細書で規定される化学量論比の１つ又は複数の範囲に入る。第１酸化体に関する化学量論比は、０．２〜１．１、０．４〜０．９又は０．６〜０．８の範囲内であることができる。第２酸化体に関する化学量論比は、０．０５〜０．７５、０．０５〜０．５又は０．１〜０．３の範囲内であることができる。燃焼ゾーンの全体的な化学量論比は、０．４５〜１．１５、０．５〜１．１又は０．７〜０．９５であることができる。排気側の第３酸化体に関する化学量論比は、０．０５〜０．７５、０．１〜０．６又は０．２〜０．４であることができる。炉（燃焼ゾーンと排気ゾーン）の全体的な化学量論比は、０．９〜１．３、０．９〜１．１又は０．９５〜１．０５の範囲内であることができる。上に挙げたＳの範囲の任意の組み合わせによる方法は本発明の一部である。これらのＳ値は、燃料、第１酸化体、第２酸化体及び第３酸化体を炉に導入する速度に基づいてすべて計算される。
【００６１】
本発明は、特定の実施態様に対し特に注意して記載されたが、追加の実施態様への本発明の方法の適用は当業者にとって明らかであり、それゆえ、本発明は、特許請求の範囲に含まれる当該実施態様の自明な変形態様を含む。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】６ポートのサイドポート蓄熱式炉を示す。
【図２】化学量論対ＮＯｘ放出のグラフを示す。
【図３】燃焼側と排気側の両方にサイドポートの酸化体インジェクターを加えた、図１に示される線分３−３に沿った炉の断面側面図を示す。
【図４】本発明の方法で使用できるアンダーポートの酸化体インジェクター及びインジェクターに対する供給配管の一部の１つの実施態様を示す。
【図５】燃焼側と排気側の両方にアンダーポートの酸化体インジェクターを含む本発明の方法の他の実施態様を示す以外は図３と同じである。
【図６】燃焼側と排気側の両方にスルーポートの酸化体インジェクターを含む本発明の方法の他の実施態様を示す以外は図５と同じである。
【図７】本発明の方法で使用できる噴射ノズルチップの断面図、立面図及び端面図を示す。
【図８】本発明の方法で使用できる代わりの噴射ノズルチップの断面図、立面図及び端面図を示す。
【符号の説明】
【００６３】
１００    ６ポートのサイドポート炉
１１１    原料チャージャー
１１２    溶解装置
１１３    溶融ガラス流
１１５    中央部
１１７    調整区間
１２１、１２３、１２５、１２７、１２８、１２９    チェッカー
１３１、１３３、１３５、１３７、１３８、１３９    チェッカー
１６１、１６２、１６３、１６４、１６５、１６６    ポート
１７１、１７２、１７３、１７４、１７５、１７６    ポート
１４１    火炎
１９８    燃焼ゾーン
１９９    排気ゾーン
【図１】
2006105582.tif 000007
【図２】
2006105582.tif 000008
【図３】
2006105582.tif 000009
【図４】
2006105582.tif 000010
【図５】
2006105582.tif 000011
【図６】
2006105582.tif 000012
【図７】
2006105582.tif 000013
【図８】
2006105582.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成18年1月11日(2006.1.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼ゾーンと、排気ゾーンと、３つの酸化体と、燃料とを有する炉の燃焼方法であって、
燃料を燃焼ゾーンに導入する工程；
第１酸化体を燃焼ゾーンに導入する工程；
第２酸化体を燃焼ゾーンに導入する工程；及び
第３酸化体を排気ゾーンに導入する工程
を含み、第１酸化体を導入する工程の際に、第２酸化体を導入する工程と第３酸化体を導入する工程が行われる、方法。
【請求項２】
前記第１酸化体を導入する工程の少なくとも一部の間に、前記第２酸化体を導入する工程と前記第３酸化体を導入する工程の両方が行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１酸化体により、前記燃焼ゾーンにおいて０．２〜１．１の化学量論比が提供される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１酸化体により、前記燃焼ゾーンにおいて１未満の化学量論比が提供される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１酸化体により、前記燃焼ゾーンにおいて０．９以下の化学量論比が提供される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１酸化体により、前記燃焼ゾーンにおいて０．８以下の化学量論比が提供される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第２酸化体により、前記燃焼ゾーンにおいて０．０５〜０．５の化学量論比が提供される、請求項１又は請求項３に記載の方法。
【請求項８】
前記第１及び第２酸化体により、前記燃焼ゾーンにおいて０．４５〜１．１５の化学量論比が提供される、請求項１又は請求項３に記載の方法。
【請求項９】
前記第３酸化体により、前記排気ゾーンにおいて０．０５〜０．７５の化学量論比が提供される、請求項１又は請求項３に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１、第２及び第３酸化体により、前記燃焼及び排気ゾーンにおいて０．９〜１．３の化学量論比が提供される、請求項１又は請求項３に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１酸化体により、前記燃焼ゾーンにおいて０．４〜０．９の化学量論比が提供され、前記第２酸化体により、前記燃焼ゾーンにおいて０．１〜０．３の化学量論比が提供される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記第３酸化体により、前記排気ゾーンにおいて０．１〜０．６の化学量論比が提供される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１、第２及び第３酸化体により、前記燃焼及び排気ゾーンにおいて０．９〜１．１の化学量論比が提供される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１、第２及び第３酸化体が、空気、加熱空気、ファン空気、酸素富化空気、及びベント流からなる群より独立して選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記炉が、蓄熱式溶解装置、ユニット溶解装置、換熱式溶解装置、ハイブリッド空気−燃料／オキシ−燃料溶解装置、及びオキシ−燃料燃焼溶解装置からなる群より選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記第２酸化体を燃焼ゾーンに導入する工程が、当該第２酸化体をインジェクターを介して噴射することにより行われ、前記第３酸化体を排気ゾーンに導入する工程が、当該第３酸化体をインジェクターを介して噴射することにより行われる、請求項１に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
提案される発明は、炉からのＮＯｘを低減するための改善された酸化体の噴射方法に関する。この方法に有用な炉の１つのタイプは、図１に示される蓄熱式ガラス炉である。図１は、屋根を取り外した炉の上面図である。図１には、バッチ又は原料チャージャー１１１を備えた６ポートのサイドポート炉１００と、（中央部１１５を通る）矢印によって示される溶融ガラス流１１３を有する溶解装置１１２と、調整区間１１７が示される。示されるように、本実施態様の蓄熱室は、炉のＡ側に個々のチェッカー１２１、１２３、１２５、１２７、１２８及び１２９を、炉のＢ側に１３１、１３３、１３５、１３７、１３８及び１３９を有する。示されるようにＡ側が燃焼側で、Ｂ側が排気側である場合に、蓄熱室チェッカー１２１、１２３、１２５、１２７、１２８及び１２９は、燃焼のために酸化体を供給するよう作用し、蓄熱室チェッカー１３１、１３３、１３５、１３７、１３８及び１３９は、排気ガスからの熱を回収するよう作用する。燃焼ゾーン１９８は、燃料と酸化体が燃焼側Ａで混合して燃焼する溶解装置１１２中のガラスに関する体積である。燃焼ゾーンは、さらに燃焼側にポート１６１、１６２、１６３、１６４、１６５及び１６６の部分を含むことができる。排気ゾーン１９９は、排気側に第３酸化体を加えなければ、典型的に燃焼が生じず、排気ガスと未燃焼燃料が排気側Ｂのポート１７１、１７２、１７３、１７４、１７５及び１７６に流れるところの溶解装置１１２に関する体積である。排気ゾーンは、排気側にポート、例えば、ポート１７１、１７２、１７３、１７４、１７５及び１７６を含む。溶解装置１１２は、ガラスが置かれそして溶融される炉であって、排気ゾーン１９９と燃焼ゾーン１９８とからなる炉から、もしあれば、これらゾーンの一部であるポートを引いた体積である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
図３に示される炉の実施態様において、第３酸化体は、インジェクター４０２、４０３を介して炉に、排気側Ｂの排気ゾーン１９９に噴射される酸化体である。この第３酸化体は、空気又は酸素富化空気であることができ、任意の温度であることができ、即ち、予熱することができるか、周囲温度又は周囲よりも低い温度であることができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【外国語明細書】
2006105582000001.pdf