(57)【要約】  ガラス溶融炉内に石油コークスなどの微粉燃料を供給して燃焼させる方法及び装置であって、ガラス溶融領域と、熱交換器として作用する一対の並列気密再生チャンバーに通じる複数のバーナーとを含み、バーナーは炉のガラス溶融領域に通じる一連の通気口内に配置される。装置は原材料を溶融してガラスを生成するために各バーナーを通して微粉燃料を供給する手段を含む。炉内の燃料燃焼過程によって発生する燃料ガス放出物は、燃焼ガスを清浄に保ち且つ燃料によって発生する放出物又は不純物、例えばＳＯＸ、ＮＯＸ、や微粒子を減らすように制御される。再生チャンバーには、ガラス溶融チャンバー内の燃料燃焼過程の摩耗作用及び浸食作用を無効にするために、マグネシウム、アルミナ・シリカ・ジルコニア又はマグネシア及びジルコニア・シリケイトから選択さる耐火物が設けられる。石油コークスを供給するためのバーナーも設けられ、前記バーナーは、微粉燃料を燃焼させるために、一次空気と空気及び微粉燃料の混合気とを同時に混合する手段を含む。
2007512496.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス溶融炉で使用する微粉燃料を燃焼するためのバーナーであって、
互いに同軸配列された、外側管、中間管、及び内側管を含む本体であって、前記外側管と前記中間管が第１チャンバーを形成し、前記外側管がバーナー冷却用に前記第１チャンバー内へ冷却流体を導入して循環させるための導入管と排出管を含み、前記中間管が第２チャンバー内へ空気又はガスの第１流れを導入するための第１入口を含み、前記第２チャンバーが前記内側管と前記中間管の間で画定され、前記内側管が微粉燃料／空気混合気の流れを前記内側管を通して導入するための第２入口を含む、本体と、
前記本体の下端に位置合わせした状態で接続された入口端を有する流れ分配手段であって、前記流れ分配手段が前記微粉燃料／空気混合気及び前記空気又はガスの流れの流れ軌道を一様に変化させるような曲線形を有し、前記分配手段が外側円筒体、中間円筒体、及び内側円筒体を含み、前記外側円筒部と前記中間円筒体が、前記本体の冷却流体を流れ分配手段の冷却用に循環させるための第１接続チャンバーを画定し、前記内側円筒体と前記中間円筒体が、前記本体の前記第２チャンバーにおける空気又はガスの第１流れを受け入れてその流れ軌道を変化させるための第２接続チャンバーと、微粉燃料／空気混合気を受け入れて前記流れ分配手段の少なくとも１つの出口端部へ運び出し、ガラス溶融炉の燃焼領域内で空気又はガスの第１流れと混合するための主流体チャンバーと、を画定する、流れ分配手段と、
前記流れ分配手段の前記出口端部の各々に接続された少なくとも１つの排出ノズルであって、前記排出ノズルが、微粉燃料／空気混合気の排出を可能にするための主流体チャンバーに一致する中央オリフィスと、空気又はガスの第１流れと前記微粉燃料／空気混合気とを前記流れ分配手段の出口端部で同時に混合させて、ガラス溶融炉の前記燃焼領域内で火炎を生じさせるための第２接続空間に一致する複数のオリフィスとを含む、少なくとも１つの排出ノズルと、
を備えるバーナー。
【請求項２】
前記出口通路が第１内側環状部と第２中間環状部とを含み、前記第１内側環状部と前記第２中間環状部が、排出ノズルを収納するための通路を画定している、請求項１に記載のバーナー。
【請求項３】
前記第１内側環状部が、第１の空気又はガスの流れを分配手段の前方部分に向かって偏向させるための第１環状凹部を含む、請求項２に記載のバーナー。
【請求項４】
前記冷却流体が水である、請求項１に記載のバーナー。
【請求項５】
前記排出ノズルが、頭部と、前記頭部の後方部分へ連結された円筒形部材であって、頭部の前方部分において小さい直径を有する円錐台形状の中央オリフィスを含む円筒形部材と、前記円筒形部材の周縁部に形成された少なくとも１つの複数のオリフィスであって、円筒形部材の周縁部の周りに横方向に形成されて、第２受入れチャンバーと前記排出ノズルの中央オリフィスとの間を連通させる複数のオリフィスと、を含む、請求項１に記載のバーナー。
【請求項６】
前記円筒形部材の複数のオリフィスが、円筒形部材に対して垂直に形成されている、請求項５に記載のバーナー。
【請求項７】
前記円筒形部材の複数のオリフィスが、０から１５度までの角度で接線方向に形成されて、前記微粉燃料／空気混合気の周りに空気又はガスの第１の流れの渦流効果をもたらす、請求項５に記載のバーナー。
【請求項８】
前記流れ分配手段の出口通路が、相互の間に約１０°から約２０°までの角度で分離されている、請求項１に記載のバーナー。
【請求項９】
前記本体が円錐形部分を含み、前記円錐形部分が、大径部分から小径部分まで前記バーナーの本体内において一様に縮小され、前記小径部分が、空気又はガスの第１の流れ及び前記微粉燃料／空気混合気の速度を増大させるために、流れ分配手段に接続されている、請求項１に記載のバーナー。
【請求項１０】
前記本体が拡大円錐形部分を含み、前記拡大円錐形部分が、大径部分から小径部分まで前記バーナーの本体内において一様に縮小され、前記小径部分が、空気又はガスの第１の流れ及び前記微粉燃料／空気混合気の速度を増大させるために、流れ分配手段へ接続されている、請求項１に記載のバーナー。
【請求項１１】
前記流れ分配手段が、９０°のエルボの形状である、請求項１に記載のバーナー。
【請求項１２】
前記流れ分配手段における流れの軌道が、垂直な流れから長手方向の流れへと変えられる、請求項１に記載のバーナー。
【請求項１３】
前記第２接続チャンバーに一致するように配置された複数の第２オリフィスが、前記微粉燃料／空気混合気の出口流れに対して平行な関係にある、請求項１に記載のバーナー。
【請求項１４】
前記第２接続チャンバーに一致するように配置された複数の第２オリフィスが、ある角度をなす位置に形成され、空気又はガスの第１の流れに対し且つ前記微粉燃料／空気混合気に対し渦流効果をもたらす、請求項１に記載のバーナー。
【請求項１５】
前記バーナーが、約１から約３．２５までの微粉燃料／空気の関係と、少なくとも１８ｍ／秒の輸送空気速度と同時に、約４００から約１３００ｋｇ／時間までの動作範囲を有する、請求項１に記載のバーナー。
【請求項１６】
微粉燃料を有する火炎が、約１９００℃から約２０００℃の間で生成され、低含有量のＮＯＸを発生する、請求項１に記載のバーナー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の背景）
本出願は、２００１年３月２３日出願し現在は放棄した米国特許出願番号第０９／８１６,２５４号の一部継続出願である、２００３年１月２０日出願の米国特許出願番号１０／６０１,１６７号の一部継続出願である。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、ガラス溶融炉内に微粉燃料を供給して燃焼する方法及び装置に関するものであり、より詳細には、ガラス溶融炉内に微粉砕された石油コークスを供給して燃焼する方法及び装置並びにそれに用いるバーナーに関するものである。
【背景技術】
【０００３】
（関連先行技術）
ガラスの溶融は、製品の最終特性に応じて、更に溶融過程及び精製過程の熱的効率を考慮に入れて、異なる種類の加熱炉及び異なる種類の燃料で行なわれてきた。ガラスを（ガス燃料によって）溶融するのにユニット式溶融炉が用いられてきたが、これらの加熱炉は、加熱炉の側面に沿っていくつかのバーナーを備え、ユニット全体は、供給機の導入部分の中か又は加熱炉の最後端に（つまり下流に延びている）煙突がある、密閉箱のように見える。しかしながら、ガラスが通過する高温稼動加熱炉にはきわめて大きい熱損失がある。例えば２５００°Ｆでは、煙道ガス中の熱は天然ガス燃焼炉に対する熱入力の６２％である。
【０００４】
煙道ガスの残留熱を利用するために、蓄熱炉（回生炉）と名づけられた、より精巧で高価な設計が知られている。ガラス溶融蓄熱炉を稼働するために、複数のガスバーナーが、並んで配置された一対の密閉蓄熱器に結合されることは、よく知られている。各蓄熱器は、下部チャンバーと、下部チャンバーの上の耐火構造体と、構造体の上の上部チャンバーとを備える。各蓄熱器は、それぞれの上部チャンバーを加熱炉の溶融・精製チャンバーと接続するそれぞれのポートを備えている。バーナーは、天然ガス、鉱油、重油、又はガラス溶融炉での使用に適したその他の気体又は液体燃料などの燃料を燃焼し、チャンバー内のガラス製造材料を溶融し精製するための熱を供給するように配列される。溶融・精製チャンバーは、ドグハウスが設置されたその一方の端部でガラス製造材料が供給され、その他方の端部には一組のポートを備えた溶融体分配器を備えており、このポートを通して、溶融ガラスを溶融・精製チャンバーから取り出すことができる。
【０００５】
バーナーは、種々の可能な相対的配置、例えば、通しポート配置、サイドポート配置、又は下部ポート配置、で取り付けることができる。燃料、例えば天然ガスは、バーナーから、焼成サイクル中に各蓄熱器から来る予熱空気の流入する流れの中へ供給され、結果として生じた火炎と火炎中に生成される燃焼生成物とが、溶融ガラスの表面中に広がり、溶融・精製チャンバー内のガラスに熱を伝達する。
【０００６】
稼働中、蓄熱器では、空気燃焼サイクルと熱排出サイクルが交互に繰り返される。具体的な炉にもよるが、２０分毎、又は３０分毎に火炎の進路が反転される。各蓄熱器の目的は、より大きな効率やより高い火炎温度を可能にする排出熱を貯蔵することであり、さもないと冷たい空気が使われる場合がある。
【０００７】
ガラス溶融炉を稼働するために、バーナーに供給される燃料と供給される燃焼用空気は、ポート入口及び構造体の頂部で存在する酸素と可燃性物質の量を測定することによって、溶融チャンバー内又は溶融チャンバーに沿った位置で、供給される燃焼用空気が供給される燃料の完全燃焼に必要な量より少ないことが確実となるように制御される。
【０００８】
従来、ガラスを溶解するのに使用する燃料は、石油の蒸留から得られる重油であった。長年の間この種の燃料が使用されたが、この種の油は、硫黄、バナジウム、ニッケル、及び他の重金属などの石油の原油に由来する不純物を含むので、環境規制の強化により重油の削減が強く要求されてきている。この種の重油は、ＳＯＸ、ＮＯＸ、及び微粒子などの汚染物質を生成する。最近は、ガラス工業はより清浄な燃料として天然ガスを使用してきた。蒸留により石油残留物の液流中にもたらされる全ての重金属と硫黄は、天然ガス中には含まれていない。しかしながら、天然ガスの火炎中に生じる高い温度は、ＮＯＸを他の汚染物質よりも多く生成することに非常に有効であった。その意味では、天然ガスを燃焼させるための低ＮＯＸバーナーを開発するために多くの努力が為されてきた。加えて、ＮＯＸ生成を防ぐために異なるいくつかの技術が開発されてきた。その一例は、燃焼過程のために空気の代わりに酸素を利用するオキシ燃料技術である。この技術には、空気の浸入を防ぐ必要があるため、特別に用意された耐火物の備わったユニット式溶融炉が必要であるという不都合な点がある。酸素の使用によっても同様に高温の火炎が生成されるが、窒素が存在しない場合にはＮＯＸの生成は著しく減少する。
【０００９】
オキシ燃料処理のその他の不都合な点は、酸素自体の費用である。費用をもっと安くするためには、溶融過程によって要求される酸素を供給するために、加熱炉に加えて酸素設備（プラント）を設置する必要がある。
【００１０】
しかしながら、エネルギー費用（主として天然ガス）の連続的な急上昇が、大手のフロートガラス製造業者に、トラック何台分もの平板ガラスへ「追加料金」を加えさせている。天然ガスの価格は、事前の見積り額をはるかに越えて、今年１年で１２０％以上（メキシコだけで、又はその他の国で）上昇した。
【００１１】
ガラス工業の業界関係者の全体的な合意は、卸業者がこれらの新しい「追加料金」を冷静に見ることを余儀なくされ、それらの「追加料金」を認めざるを得ない可能性が高いということである。
【００１２】
先行技術を考慮に入れて、本発明は、環境的に清浄な方法でガラス生産に用いるため、石油コークスなどの、蒸留塔の石油残留物に由来する固体燃料を用いて、異なる技術を適用して溶融費用を低減することに関するものである。
【００１３】
重油や天然ガスとこの種の燃料の主な違いは、重油は液相であり、天然ガスは気相であり、石油コークスは現に固体であるから、物質の物理的状態である。重油と石油コークスは、両者とも原油の蒸留塔の残留物からもたらされるので、同種の不純物を有している。重要な相違点は、これらのそれぞれに含有される不純物の量である。石油コークスは、デイレードコーキング法、フルードコーカー法、及びフレキシコーキング法と呼ばれる３つの異なる方法で製造される。蒸留過程からの残留物は、ドラム中に入れられた後に、残留物から残留揮発性物質の大部分を取り除くために、華氏９００°から１０００°まで最大３６時間加熱される。揮発性物質はコークス化ドラムの頂部から取り出され、ドラム内の残留物質は、約９０パーセントの炭素と残りは使用した原油からの全不純物とから成る硬い岩状物質である。岩状物質は水圧ドリルとウォーターポンプを使ってドラムから取り出される。
【００１４】
石油コークスの代表的組成は、次のように与えられる。炭素約９０％、水素約３％、窒素約２％から４％、酸素約２％、硫黄約０.０５％から６％、その他約１％。
【００１５】
（石油コークスの使用）
石油固体燃料は、セメント工業及び蒸気発電工業において既に使用されてきた。ペース・コンサルタント社（Ｐａｃｅ  Ｃｏｎｓｕｌｔａｎｔｓ  Ｉｎｃ．）によれば、１９９９年におけるセメント及び発電に対する石油コークスの使用は、それぞれ４０％と１４％の間であった。
【００１６】
両工業において、石油コークスの燃焼は直接燃焼系として用いられ、燃料の燃焼によって生成される雰囲気が生成物と直接接触する。セメント製造の場合、製品が必要とする熱的輪郭形成（プロフィール）を与えるために、ロータリーキルン（回転炉）が必要となる。このロータリーキルンでは、溶融セメントの殻（シェル）が常に形成され、これにより燃焼ガス及び火炎とキルンの耐火物の直接接触が避けられ、それらの破壊が避けられる。この場合、焼成された製品（セメント）が燃焼ガスを吸収して、ロータリーキルン内のバナジウム、ＳＯ３、及びＮＯＸの浸食作用や研磨作用が避けられる。
【００１７】
しかしながら、硫黄とバナジウムの含有量が高いために、また耐火物の構造体に及ぼす悪い影響及び環境問題のために、燃料としての石油コークスの使用は、ガラス工業においては一般的ではない。
【００１８】
（耐火物に関する問題）
ガラス工業は数種の耐火材料を使用し、それらの大部分は、温熱条件だけでなく、耐薬品性や化石燃料に含まれる不純物による機械的浸食に対する抵抗性など、異なる機能を達成するために用いられる。
【００１９】
主なエネルギー源として化石燃料を使用することは、五酸化バナジウム、酸化鉄、酸化クロム、コバルトなどの燃料中に含まれる異なる種類の重金属が、加熱炉に投入されることを意味する。燃焼過程において、大部分の重金属は、金属酸化物の蒸気圧が低く、溶融炉の温度が高いために蒸発する。
【００２０】
加熱炉から出てくる煙道ガスの化学的性質は、化石燃料に由来する硫黄の含有量が高いため、たいてい酸性である。また、五酸化バナジウムも硫黄煙道ガスのような酸性の性質を呈する。酸化バナジウムは、気体状態におけるこの酸化物の酸性の性質のために、塩基性耐火物に対して損傷の原因を与える金属の一つである。五酸化バナジウムが、摂氏１２７５度で酸化カルシウムと激しく反応してケイ酸二カルシウム（ダイカルシウムシリケート）を形成することは、よく知られている。
【００２１】
ケイ酸二カルシウムは、メルウィナイトの相、モンティセライトの相、そして最後に、五酸化バナジウムと反応して低融点のバナジン酸三カルシウムを形成するフォルステライトの相を形成するまで、損傷を与え続ける。
【００２２】
塩基性耐火物に生ずる損傷を低減する唯一の方法は、耐火物が破損するまで五酸化バナジウムと反応し続けるケイ酸二カルシウムの生成を避けることために、主な塩基性耐火物中の酸化カルシウムの量を減らすことである。
【００２３】
一方、石油コークスの使用に伴う主な問題点は、加熱炉内の耐火物の構造に悪影響を及ぼす硫黄及びバナジウム含有量が高いことに関係する。耐火物に要求される最も重要な特性は、長時間にわたる高温への曝露に耐えることである。加えて、温度の急激な変化に耐え、溶融ガラスの浸食作用、ガスの腐食作用、及び雰囲気中の粒子の摩耗力に抵抗することができなければならない。
【００２４】
耐火物に対するバナジウムの影響は、いろいろな論文、すなわち、Ｔｈｅ  Ｇｌａｓｓ  Ｉｎｄｕｓｔｒｙ  Ｍａｇａｚｉｎｅの１９７８年１１月号及び１２月号のＲｏｙ  Ｗ．ＢｒｏｗｎとＫａｒｌ  Ｈ．Ｓａｎｄｍｅｙｅｒによる論文「上部構造体の耐火物に対するバナジン酸ナトリウムの影響」第１部及び第２部において研究された。この論文において、研究者たちは、ガラスタンクの上部構造体に普通に用いられるアルミナ・ジルコニア・シリカ（ＡＺＳ）、α・βアルミナ、αアルミナ、及びβアルミナなどの流動鋳造組成物内におけるバナジウム侵食を克服することを主な対象として、異なる鋳造耐火物を試験した。
【００２５】
Ｊ．Ｒ．Ｍｃｌａｒｅｎ及びＨ．Ｍ．Ｒｉｃｈａｒｄｓｏｎは、論文「ケイ酸アルミニウム耐火物に対する五酸化バナジウムの作用」に、アルミナ含有率が７３％、４２％及び９％の煉瓦からなる粉砕された数組の試料であって、それぞれの試料が五酸化バナジウムの混和材を単独で或いは酸化ナトリウム又は酸化カルシウムと組み合わせて含有している数組の試料に関してコーン変形試験を行なった一連の実験について記載している。
【００２６】
結果の考察は、五酸化バナジウムの作用、五酸化バナジウムと酸化ナトリウムの作用、及び五酸化バナジウムと酸化カルシウムの作用に焦点が当てられた。彼等は、次のとおり結論を下している。
【００２７】
１．ムライトは五酸化バナジウムの作用に１７００℃まで耐えた。
【００２８】
２．五酸化バナジウムとアルミナ又は五酸化バナジウムとシリカの結晶性化合物又は固溶体の形成の証拠は認められなかった。
【００２９】
３．アルミノケイ酸塩耐火物の油灰によるスラッギング（スラグ形成）に際して、五酸化バナジウムが鉱化剤として作用することがあるが、主要なスラッギング剤ではない。
【００３０】
４．低融点化合物が、五酸化バナジウムと酸化ナトリウム又は酸化カルシウムとの間に、特に五酸化バナジウムと酸化ナトリウムとの間に形成される。
【００３１】
５．バナジン酸ナトリウム又はバナジン酸カルシウムとアルミノケイ酸塩との反応では、アルミナの多い煉瓦よりもシリカの多い煉瓦に低融点スラグが形成される。
【００３２】
Ｔ．Ｓ．ＢｕｓｂｙとＭ．Ｃａｒｔｅｒは、Ｇｌａｓｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙの１９７９年４月号である第２０巻の論文「塩基性耐火物の結合鉱物に対するＳＯ３、Ｎａ２ＳＯ４及びＶ２Ｏ５の影響」において、塩基性耐火物の結合鉱物であるいくつかの尖晶石（スピネル）及びケイ酸塩を、６００℃と１４００℃の間の硫黄を含む雰囲気で、Ｎａ２ＳＯ４及びＶ２Ｏ５の添加の有り無し両方で試験した。これらの鉱物において、いくらかのＭｇＯ又はＣａＯは硫酸塩に変化することがわかった。その反応速度は、Ｎａ２ＳＯ４又はＶ２Ｏ５の存在によって増大した。これらの結果は、塩基性耐火物中のＣａＯ及びＭｇＯが、廃ガス中に硫黄が存在している加熱炉の中で用いられると、硫酸塩に変化するおそれがある、ことを示している。硫酸カルシウムの形成は１４００℃未満で起こり、硫酸マグネシウムの形成は約１１００℃未満で起きる。
【００３３】
しかしながら、先に説明したように、耐火物に対するバナジウムの影響はガラス加熱炉に多くの問題点をもたらし、それらは全体としては解決されていない。
【００３４】
（石油コークス及びその環境）
石油コークスの使用に関する別の問題点は環境に関係している。石油コークスの燃焼によって生成された硫黄とニッケル及びバナジウムのような金属との含有率が高いことで、環境問題が引き起こされてきた。しかしながら、硫黄含有率の高い（重量で５％を超える）石油コークスを減らしたり脱硫したりするための開発がすでに存在している。例えば、１９８３年６月２１日にＣｈａｒｌｅｓ  Ｐ．Ｇｏｆｏｒｔｈに発行された米国特許第４３８９３８８号は、石油コークスの脱硫に関するものである。石油コークスは硫黄含有量を低減するように処理される。粉砕されたコークスは、加圧条件下で約２〜６０秒の滞留時間だけ、加熱水素と接触する。脱硫されたコークスは冶金の用途又は電極の用途に適している。
【００３５】
１９８９年８月１５日にＲｏｌｆ  Ｈａｕｋに発行された米国特許第４８５７２８４号は、還元高炉の廃ガスから硫黄を除去するための処理に関するものである。この特許には、ガス状化合物に含まれた硫黄を、鉄鉱石のための還元高炉における廃ガスの少なくとも一部からの吸着により除去する新規な処理が記載されている。この廃ガスは、集塵器（スクラバー）においてまず清浄化されて冷却され、続いて脱硫されるが、その際、硫黄吸着剤が還元高炉の中で生成された海綿鉄の一部から構成される。脱硫は、３０℃〜６０℃の範囲内の温度で行われるのが有利である。脱硫は、高炉ガスから分離されたＣＯ２で、また、搬出ガスとして用いられた高炉ガス部分で行われるのが好ましい。
【００３６】
１９９０年１月１６日にＡｒｔｕｒｏ  Ｌａｚｃａｎｏ−Ｎａｖａｒｒｏらに発行された米国特許第４８９４１２２号は、重量で約５％よりも大きい初期硫黄含有率を有するコークス粒子の形態をした石油蒸留残留物を脱硫するための方法に関するものである。この脱硫は、コークス粒子が連続的に導入される、順次連結された複数の流動床に基づいた連続式電熱法によって行われる。コークス粒子を脱硫するために必要な発熱は、流動化されたコークス粒子内へ延伸する一対の電極を用意し、これらの電極及び流動化コークス粒子に電流を流すことで、それぞれの流動床における電気抵抗としてそれらのコークス粒子を用いることによって、得られる。硫黄の水準が重量で約１パーセントよりも小さくなるまで減少した後に脱硫されたコークス粒子を冷却するために、電極のない最終流動床が設けられている。
【００３７】
１９９３年１１月９日にＲｉｃｈａｒｄ  Ｂ．Ｇｒｅｅｎｗａｌｔに発行された米国特許第５２５９８６４号は、石油コークスを構成する環境的に望ましくない材料及び石油コークスに含まれる硫黄と重金属を処分することと、溶融ガス化装置内で溶銑すなわち前鋼材と還元ガスとを作る過程のための燃料を供給することとの両方の方法に関するものである。溶融ガス化装置は、上部の燃料装入端部、還元ガス排出端部、下部の溶融金属・スラグ収集端部、及び溶融ガス化装置の中へ鉄材を装入するための入口をもたらす手段と、を有している。方法は、石油コークスを溶融ガス化装置の中へその上部の燃料装入端部で導入することと、酸素含有ガスを石油コークスの中へ吹き込んで石油コークスから少なくとも第１のコークス粒子の流動床を形成することと、溶融ガス化装置の中へ入口手段を介して鉄材を導入し、石油コークス、酸素及び粒子状鉄材を反応させて石油コークスの大部分を燃焼させることで還元ガスと石油コークスの燃焼により遊離した重金属を含有している溶銑すなわち前鋼材と石油コークスの燃焼により遊離した硫黄を含有しているスラグとを作り出すことからなる。
【００３８】
ガラス工業において考慮すべき付加的な要因は、環境、主として大気汚染の制御である。溶融炉は、ガラス工場からの総排出量のうちの微粒子及びガス状汚染物質の両方の９９％超に寄与している。ガラス溶融炉からの燃料廃ガスは主に、二酸化炭素、窒素、水蒸気、硫黄酸化物及び窒素酸化物からなる。溶融炉から放出された廃ガスは主に、燃料によって発生した燃焼ガスと、この時間内に起きる化学反応にも左右されるバッチの溶融から生じるガスとからなる。排他的に炎熱処理された加熱炉からのバッチガスの割合は全ガス量の３〜５％に相当する。
【００３９】
燃料廃ガス中の大気汚染成分の割合は、焼成燃料の種類、その発熱量、燃焼用空気の温度、バーナーの設計、火炎の形状、及び空気供給の過剰量によって決まる。ガラス溶融炉の廃ガス中の硫黄酸化物は、溶融バッチからばかりでなく、使用される燃料からも発生する。
【００４０】
これらの金属酸化物及び金属水酸化物の揮発を含むさまざまな機構が提案された。いずれにしても、実際の粒子状物質の化学分析の結果として、その物質の７０％以上がナトリウム化合物であり、約１０％〜１５％がカルシウム化合物であり、残りの大部分がマグネシウム、鉄、シリカ及びアルミナである。
【００４１】
ガラス溶融炉において他の重要な考慮すべき事項はＳＯ２の放出である。ＳＯ２の放出は、原材料及び燃料の中に導入された硫黄の作用である。操業度が向上した後のような溶融炉を加熱する際には、多量のＳＯ２が放出される。ＳＯ２の放出割合は、溶融されるガラスのトン当り約２．５ポンドからトン当り５ポンドまでの範囲にある。排気ガス中のＳＯ２の濃度は、天然ガスでの溶融については一般に１００〜３００ｐｐｍの範囲にある。硫黄含有率の高い燃料を使うと、燃料中の硫黄の１％ごとに、ガラスのトン当りおよそ４ポンドのＳＯ２が追加される。
【００４２】
これに対して、燃焼過程の結果としてのＮＯｘの生成について、研究が行われ、何人かの著者によって説明されてきた（Ａｃｔａ．Ｐｈｙｓｉｏｃｈｅｍ．の１９４６年の２１（４）巻におけるＺｅｌｄｏｖｉｃｈ，Ｊ．による「燃焼及び爆発の際における窒素の酸化」、Ａｎｎ  Ａｒｂｏｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓの１９７４年号の第３９ページにおけるＥｄｗａｒｄｓ，Ｊ．Ｂ．による「燃焼：微量核種の形成及び放出」）。これらは、Ｚｅｌｄｏｖｉｃｈによる均一なＮＯＸ形成とＥｄｗａｒｄｓによる経験式の提示とが含まれる「ガラス製造業からのＮＯＸの放出」に関する彼らの報告書で、アメリカ合衆国環境保護庁（ＵＳＥＰＡ）の大気環境計画基準局の排出基準部によって承認された。Ｚｅｌｄｏｖｉｃｈは、高温燃焼過程の結果としてのＮＯ及びＮＯ２の生成についての速度定数を展開した。
【００４３】
最後に、火炎が適切に調整されかつ加熱炉に燃焼用空気が不足していない通常の稼働条件下では、化石燃料の不完全燃焼に起因するＣＯ又はその他の残留物は排気ガスの中にほとんど認められない。これらの核種のガス濃度は、１００ｐｐｍよりも小さく、おそらく５０ｐｐｍよりも小さいであろうし、また、生成速度は０．２％／トンよりも小さいであろう。これらの汚染物質についての規制は適切な燃焼設定をすることだけである。
【００４４】
排気ガスの減少についての処理技術は基本的に、焼成燃料及び原材料の適切な選択に限定され、また、加熱炉の設計及び操作に限定される。１９９１年１０月１日にＭｉｃｈａｅｌ  Ｂｕｘｅｌらに発行された米国特許第５０５３２１０号公報は、煙道ガスの浄化のための方法及び装置について記載しており、特に、煙道ガスの脱硫及び煙道ガスからのＮＯＸ除去を、煙道ガスの横方向の蒸気と接する粒状の炭素支持物質の重力流移動床における多段吸着と触媒反応によって行う方法及び装置について記載している。重力流移動床では、最低限２つの移動床がガス経路に関して直列に配置され、ＮＯＸ除去が第２の移動床つまり任意の下流側移動床で行われる。工業用炉からの大量の煙道ガスを精製しなければならない場合、精製は二酸化硫黄濃度が大きく変化するガスストリークの形成によって悪影響を受ける。この不利点は、第１の移動床を離れ、局所的に可変の二酸化硫黄濃度勾配を有する精製された煙道ガスを、アンモニアがＮＯＸ除去のための反応剤として添加される前に、繰り返し混合することで解消される。
【００４５】
１９９７年６月３日にＪｅｎｇ−Ｓｙａｎらに発行された米国特許第５６３６２４０号は、溶融炉のガス出口において使うためのガラス溶融炉の大気汚染防止方法及び大気汚染防止装置に関するものであり、廃ガスを噴霧型中和塔に通し、廃ガス中の硫酸塩を吸着剤（ＮａＯＨ）の噴霧によって除去して、排気ガスの不透過率を減少させることと、空気式粉末供給装置を採用して、噴霧型中和塔とバッグハウスとの間の通路に飛散灰（フライアッシュ）又は水酸化カルシウムを定期的に供給し、バッグハウスの中におけるフィルターバッグの正常な機能を維持することとを含む。
【００４６】
（微粉燃料用バーナー）
最後に、微粉砕された石油コークスすなわち粉末状石油コークスを燃焼させるために、特別な型のバーナー設計を考慮する必要がある。一般に、点火エネルギーは、バーナー火炎に点火するための可燃性燃料／空気の混合気に供給される。石炭又は石油コークスのような微粉燃料を燃焼させるために、いくつかのバーナー装置が開発されてきた。
【００４７】
１９８３年９月１日に発行された、Ｕｗｅ  ＷｉｅｄｍａｎｎらのＰＣＴ出願であるＰＣＴ／ＥＰ８３／０００３６号には、微粉気体燃料及び／又は液体燃料のためのバーナーが記載されている。このバーナーには点火チャンバーが備わっており、その点火チャンバーには、開くとともに回転対称である壁とこの点火チャンバーに接続された排気管とが備わっている。このチャンバー壁の中央には、燃料ジェットを入れるための管の入口部と、前記入口部を取り囲む、燃焼用空気の渦流を入れるために給気部とが配置されており、燃焼用空気の渦流は、点火チャンバーの内側で、燃料ジェットを混合し且つ点火温度まで加熱する高温再循環流を形成する。点火チャンバーへ供給される渦流の空気量は、必要とされる全燃焼用空気の一部にすぎない。チャンバー壁と排気管との間の領域に第２空気吸入管が設けられ、第２空気吸入管を通って燃焼用空気の別の一部を点火チャンバーの中へ導入することができ、その全部又は一部を燃料ジェットと混合することができる。燃料ジェットとの混合のために（したがって、点火及び燃焼の開始のために）点火チャンバー内に加わる燃焼用空気部分の合計は、必要とされる燃焼用空気の５０％を超えないように調整される。これらすべての措置を組み合わせて、工業プロセスのための熱生成に特に適し、更に中間的で変動可能な電力率で燃焼チャンバーの中に長くて細い形態の、従って粒子の半径方向の片寄りが少ない火炎を生成する安定した点火機能を有するバーナーが提供される。
【００４８】
１９８３年１１月１日にＡｋｉｒａ  Ｉｚｕｈａらに発行された米国特許第４４１２８１０号は、燃焼の結果として生成されるＮＯＸ、Ｃｏ及び未燃焼炭素の量を減少させて、安定状態で燃焼を行うことのできる微粉炭バーナーに関するものである。
【００４９】
１９８５年７月３０日にＷｉｌｌｉａｍ  Ｈ．Ｓａｙｌｅｒに発行された米国特許第４５３１４６１号は、石炭又はその他の化石燃料などの固体燃料を微粉砕しかつ燃焼させるとともに、空気流内に浮遊させられたそのような微粉燃料を燃焼させるために、主に石膏処理窯及び冶金炉を加熱するために使われる工業炉と組み合わされる装置に関するものである。
【００５０】
１９８６年７月２９日にＫｌａｕｓ  Ｇｒｅｔｈｅに発行された米国特許第４６０２５７５号は、集約的な内部再循環帯を有するバーナー火炎中で石油コークス粉末を燃焼させる方法に関するものである。石油コークス粉末は、燃焼される石油コークス粉末のために点火エネルギーが供給される、集約的な内部再循環帯の領域へ供給される。しかしながら、この特許は、原油が受ける処理の種類に左右されるが、石油コークスは、蒸気発生器における燃焼の際に侵食性化合物となるだけでなく、煙道ガスとともに「蒸気発生器」から出るときにさらに環境をかなり汚染するバナジウムのような有害物質を含有することがあり得る、と記載している。このバーナーが使われるときには、これらの悪影響又は有害な出来事は、バナジウム結合添加剤を空気の増加によって燃焼部へ加えることによって、かなり防止することができる。
【００５１】
石炭バーナーに関する別の開発が、１９９０年５月１５日にＤｅｎｎｉｓ  Ｒ．Ｌｅｎｎｏｎらに発行された米国特許第４９２４７８４号に例示されており、この特許は、「ボイラーなど」のためのバーナー内での微粉砕された溶剤精製炭の燃焼に関するものである。
【００５２】
最後に、１９９８年１１月３日にＨｉｄｅａｋｉ  Ｏｈｔａらに発行された米国特許第５８２９３６７号は、高低２種類の濃度を有する微粉炭混合気を燃焼させるためのバーナーに関するものであり、このバーナーには、ある高さのバーナーパネルがあり、そのバーナーパネルは縮められかつ、バーナー全体は簡略化されている。これらのバーナーはボイラー炉又は化学工業炉のために適用されている。
【００５３】
先に説明したように、これらの開発は石油コークスによる汚染を防止するために焦点が合わされたが、これらは石油コークスの脱硫又は汚染除去に焦点が合わされた。
【００５４】
これに対して、石油コークスがすでに他の工業に既に使われてきたが、ある場合には、同じ製品が、加熱炉に対するバナジウムの侵食作用及び磨耗作用と同様に、汚染ガスを吸収する（セメント工業を参照のこと）。
【００５５】
それぞれの場合において、汚染問題及びそれらの解決法はそれぞれの工業によって異なる。それぞれの工業及び加熱炉は、相異なる温熱特性、汚染物質問題、耐火物の種類（これらはエネルギー消費及び製品品質にも影響する）の問題、及び加熱炉の構造と結果として得られる製品とにわたる問題とを有する。
【００５６】
（提案された解決策）
上記すべてのことにもかかわらず、ガラス工業では、加熱炉内の耐火物の構造に悪影響を及ぼすとともに環境にも深刻な問題になる汚染及び硫黄とバナジウムの高い含有量などの上記すべての因子を考慮した、ガラス原材料を溶融するための石油コークスの燃焼については今日まで考慮されなかった。
【００５７】
上記すべての方法を考慮して、本発明は、ガラス炉の耐火物への損傷のおそれを減らすとともに大気中への汚染物質の放出を減らす環境に清浄なやり方で、市販用ガラスを製造するために、石油蒸留残留物（石油コークス）から低コストの固体燃料を使うことに関するものである。この固体燃料は、関連技術において説明したように、先に述べた諸問題を理由に、ガラス材料の溶融に用いることは考えられてこなかった。
【００５８】
この発明の利用のために、石油コークスを供給して燃焼させるための燃焼設備が、効果的な燃焼を行うために開発された。本発明は更に放出制御装置を考慮したものであって、同装置は、煙道ガスを清浄にして、ＳＯＸ、ＮＯＸ及び微粒子などの燃料からの不純物の放出を防止するために、加熱炉の次に配置された。開発された設備を、設備及び装置の正しい配置を選択しつつ一体化することによって、低コストの燃料を使用し、市販用ガラスを製造し、かつ、環境基準内の煙道ガスを生成することができる。
【００５９】
以上のことから、本発明は、サイドポート型ガラス炉の中で市販用ガラスを製造するために、単一工程内に置かれたいくつかの装置の設計にある。このため、サイドポート型ガラス溶融炉の中で、炭素、硫黄、窒素、バナジウム、鉄及びニッケルから構成された種類の微粉燃料が、板ガラス又はガラス容器を製造するためのガラス原材料を溶融するために燃やされる。微粉燃料を供給するための手段が、少なくとも、前記ガラス溶融炉のガラス溶融領域における第１サイドポート及び第２サイドポートからなる複数ポートのそれぞれの１つによって配置された、ガラス溶融のサイクルの際に微粉燃料を燃焼させるためのバーナーの中に送り込まれ、前記ガラス溶融炉は、溶融ガラスの侵食作用、燃焼ガスの腐食作用、及び加熱炉における前記微粉燃料の燃焼によって生じた大気中の粒子の磨耗力に耐えるために、ガラス溶融炉の蓄熱チャンバーに耐火物手段を含んでいる。最後に、ガラス溶融炉内における微粉燃料の燃焼が行なわれた後に廃ガス出口における大気汚染を防止するための手段があり、前記大気汚染を防止するための手段は、大気中での硫黄、窒素、バナジウム、鉄及びニッケルの放出を低減する。
【００６０】
更に、酸化マグネシウムの損傷のおそれを減らすか又は防止するためには少なくとも９８％の酸化マグネシウムの備わっていることが必要であり、原材料のこの純度によって、同材料に存在する酸化カルシウムの量が減少しているとともに溶融相の生成が遅くなっている耐火物が形成される。この耐火物は、酸化マグネシウムによって囲まれた不純物を有するために、主材料の中にセラミックボンドが作り出される高温で焼結しなければならない。
【００６１】
酸化マグネシウムが９８％か又はそれ以上の塩基性耐火物が、主にガラス溶融炉の蓄熱チャンバーの頂部列に使われる。蓄熱チャンバー又は頂部チェッカー内に私用できる耐火物の別の例は、ジルコン・シリカ・アルミナ溶融鋳造材料であり、ジルコン・シリカ・アルミナ溶融鋳造材料は、五酸化バナジウムのように酸性の性質を示し、耐火物への損傷の影響を低減する。
【００６２】
ガラス溶融炉の内部における耐火物を正しく選ぶと、不純物の熱力学的分析と化学組成と耐火物を形成する化合物とに基づいて、化石燃料中に含有された不純物の影響を減らすことができる。
【００６３】
（発明の要約）
本発明によれば、本発明の第１の目的は、微粉石油コークスを供給して燃焼させるためのガラス溶融炉の中に微粉燃料を供給して燃焼させ、溶融ガラスのコストを減少させるための方法及び装置を提供することにある。
【００６４】
本発明の更なる目的は、ガラス溶融炉の中に炭素、硫黄、窒素、バナジウム、鉄及びニッケルが含有された微粉燃料を供給して燃焼させるための方法及び装置であって、煙道ガスを清浄して、ＳＯＸ、ＮＯＸ及び微粒子のような微粉燃料からの不純物の放出を減らすために、微粉燃料の燃焼によって生じる放出物を調節し、放出物の削減がガラス溶融炉における微粉燃料の燃焼が行われた後に調節される、方法及び装置を提供することにある。
【００６５】
本発明の別の目的は、ガラス溶融炉の中に微粉燃料を供給して燃焼させるための方法及び装置であって、一次空気又は一次ガスと組み合わされた微粉燃料の混合気がそれぞれのバーナーの中に高速で噴射される、方法及び装置を提供することにある。
【００６６】
本発明の更なる目的は、ガラス溶融炉の中に微粉燃料を供給して燃焼させるための方法及び装置であって、微粉燃料の燃焼によって、特にＶ２Ｏ５による影響によって生じた腐食作用及び磨耗作用を少なくするために、ガラス溶融炉のチャンバーを構成するために特別な耐火物が使われる、方法及び装置を提供することにある。
【００６７】
本発明の更なる目的は、ガラス溶融炉の中に微粉燃料を供給して燃焼させるための方法及び装置であって、微粉燃料が化学量論的空気に対して約１６％の空気が過剰である燃料空気関係で加熱炉へ直接送り込まれる、方法及び装置を提供することにある。
【００６８】
本発明の別の目的は、ガラス溶融炉の中に微粉燃料を供給して燃焼させるための方法及び装置であって、２〜３種類の燃料を用いて同時に溶融させることもできる、方法及び装置を提供することにある。一組のバーナーを溶融チャンバー内に配置して、石油コークス、ガス又は重油を単独で燃焼させることができる。
【００６９】
本発明の他の目的は、ガラス溶融炉の中に微粉燃料を供給して燃焼させるための方法及び装置であって、微粉燃料が空気力学的手段によって高い固体／空気関係で供給される、方法及び装置を提供することにある。
【００７０】
本発明の別の目的は、ガラス溶融炉内で使用する微粉燃料を燃焼させるためのバーナーであって、バーナーの冷却のために付加的な二次空気流を含み、前記二次流は、固体燃料の初期の燃焼を改善するために空気を追加して導入することにより、バーナーの火炎を調整するような渦流効果をもたらす、バーナーを提供することである。
【００７１】
本発明の更なる目的は、ガラス溶融炉内で使用する微粉燃料を燃焼させるためのバーナーであって、高い動作温度、即ち約１５００℃に耐えるために、水で連続的に冷却されるバーナーを提供することである。
【００７２】
本発明の別の目的は、ガラス溶融炉内で使用する微粉燃料を燃焼させるためのバーナーであって、空気流を用い、４００から１３００ｋｇ／時間までの動作範囲において、１から３．２５までの微粉燃料／空気比で、且つ少なくとも１８ｍ／秒の輸送空気速度で、固体燃料を取り扱うことの出来る、バーナーを提供することである。
【００７３】
本発明の更なる目的は、ガラス溶融炉内で使用する微粉燃料を燃焼させるためのバーナーであって、固体燃料の点火過程を強化するために、天然ガスなどの別の燃料を２次チャンバー内で使用できるようにした、バーナーを提供することである。
【００７４】
本発明の別の目的は、ガラス溶融炉内で使用する微粉燃料を燃焼させるためのバーナーを提供することであり、前記バーナーは、その出口端を通して一様に分布し、一定の形状で且つ固体燃料の空気輸送を行なうために用いられる空気の流速の関数としての長さを有する、火炎を発生する。
【００７５】
本発明の更なる目的は、ガラス溶融炉内で使用する微粉燃料を燃焼させるためのバーナーであって、ガラス中の熱伝達過程を効率的に行ない、且つ天然ガスや重油などの他の燃料に対する性能を改善するために、０.９５という高い放射率を有する火炎を発生する、バーナーを提供することである。
【００７６】
本発明の別の目的は、ガラス溶融炉内で使用する微粉燃料を燃焼させるためのバーナーであって、２つの出口（Ｙ字型）を含み、釣り合った分割をもたらして一様で且つ正常な流れを生成し、火炎を拡大してガラス内の熱伝達の一層良い分布をもたらす、バーナーを提供することである。
【００７７】
本発明の更なる目的は、ガラス溶融炉内で使用する微粉燃料を燃焼させるための、１２００℃まで予備加熱した空気流を用い、ガラス炉内における固体燃料の完全燃焼を改善する、バーナーを提供することである。
【００７８】
本発明のその他の目的は、微粉燃料をガラス溶融炉内で供給し燃焼させるための、微粉燃料の火炎の断熱温度が同じ動作条件におけるガスの断熱温度より低いことによって、少量のＮＯＸを発生するバーナーを提供することである。
【００７９】
本発明の別の目的は、ガラス溶融炉内で使用する微粉燃料を燃焼させるためのバーナーであって、燃焼生成物として少量の水を発生し、ガラス炉内での水酸化ナトリウムの発生を減らすと同時に、耐火材料への侵食を低減する、バーナーを提供することである。
【００８０】
本発明の更なる目的は、ガラス溶融炉内で使用する微粉燃料を燃焼させるためのバーナーであって、低濃度の灰を含み且つ低い粒度（粒子の９５％が７４ミクロン未満）の固体燃料を燃焼させるために用いられ、ガラスの品質に影響を与えないフライ・アッシュを発生する、バーナーを提供することである。
【００８１】
本発明のこれらの及びその他の目的及び欠点は、この分野の専門家には、添付図面に例示された本発明の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００８２】
（発明の詳細な説明）
本発明を、特定の実施形態について説明するが、ここで、同じ部分は同じ数字で表され、また、図１は、後に説明されるように、サイドポート型ガラス溶融炉の少なくともバーナーＡの中に微粉燃料を供給して燃焼させるための装置を主に備える本発明の１実施形態のブロック図である。耐火手段Ｂは、ガラス溶融炉の蓄熱チャンバーの壁及び床を形成するために種々の形に形成され、少なくとも９８％の酸化マグネシウムを含む材料から選ばれて、耐火物を形成する原材料の純度が材料中に存在する酸化カルシウムの量を減らし、溶融相の形成を遅らせる。この耐火物は、不純物を酸化マグネシウムで取囲ませるために、主材料の中にセラミックボンドが作り出されるような高温で焼結しなければならない。温度が摂氏１３５０〜１４５０度のように高い頂部チェッカー又は蓄熱チャンバーの中で使うことのできるその他の材料は、ジルコン・シリカ・アルミナ溶融鋳造材料であり、ジルコン・シリカ・アルミナ溶融鋳造材料は、五酸化バナジウムのように酸性の性質えお示し、耐火物への損傷の影響を減少させる。使用することができる別の種類の耐火物材料は、約８０％のマグネシア（酸化マグネシウム）と約２０％のケイ酸ジルコニウムを含有する材料から選ばれたものである。前記材料は、加熱炉内で微粉燃料（石油コークス）を燃焼させることによって引き起こされる溶融ガラスの侵食力、燃焼ガスの腐食作用及び雰囲気の中における粒子の磨耗力に耐えるために使われる。最後に、加熱炉内で微粉燃料の燃焼が行われた後に廃ガス出口における大気汚染を防止するために、環境調節装置Ｃが必要である。
【００８３】
ここで、図２を参照すると、微粉燃料を供給して燃焼させるための装置（Ａ）は、ガラス溶融炉の内部に微粉石油コークスを供給して燃焼させるために、それぞれのバーナー４８ａ，４８ｂ，４８ｃ，４８ｄ，４８ｅ，４８ｆ，４８ｇ，４８ｈと、それぞれのバーナー５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ，５０ｅ，５０ｆ，５０ｇ，５０ｈとに接続される（図３及び図５を参照）。微粉燃料を供給して燃焼させるための装置（Ａ）は、微粉石油コークスを投入するための投入装置（Ｄ）と、微粉石油コークスをガラス溶融炉の内部で燃焼させるための燃焼装置（Ｅ）とを組み合わせて備えている。投入装置（Ｄ）は、同工業においてすでに知られた、微粉石油コークスを供給して処理するための装置（Ｆ）によって供給することができる。
【００８４】
微粉砕燃料を送り込んで燃焼させるための装置（Ａ）を、ここで図３〜図５に関連して説明する。図３及び図４は、溶融チャンバー１０、精製チャンバー１２、調質チャンバー１４及び、精製チャンバー１２と調質チャンバー１４との間にあるスロート１６を備える蓄熱型ガラス溶融炉の概略図を示している。精製チャンバー１２の前方端部１８には一組の前炉接続部２０が備えられ、この前炉接続部２０を通して精製チャンバー１２から溶融ガラスが取り出される。溶融チャンバー１０の後方端部２２には投入口（ドグハウス）２４が含まれており、この投入口２４を介してガラス製造用材料がバッチ式投入器２６によって供給される。溶融チャンバー１０の各側面には、一対の蓄熱器２８，３０が設けられている。蓄熱器２８及び３０には、燃焼ポート３２，３４が設けられており、これらの燃焼ポート３２，３４がそれぞれの蓄熱器２８，３０を溶融チャンバー１０と接続している。蓄熱器２８，３０には、ガス蓄熱チャンバー３６と空気蓄熱チャンバー３８とが設けられている。両方のチャンバー３６，３８は下部チャンバー４０に接続されており、下部チャンバー４０は、ダンパー４２によって排気ガス用の煙道（トンネル）４４及び煙突４６へ向かって連通するように構成されている。バーナー４８ａ，４８ｂ，４８ｃ，４８ｄ，４８ｅ，４８ｆ，４８ｇ，４８ｈと、バーナー５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ，５０ｅ，５０ｆ，５０ｇ，５０ｈとは、天然ガス、石油コークス、又はガラス溶融炉で使用するためのその他の種類の燃料のような燃料を燃焼させるために、それぞれの燃焼ポート３２，３４の首部５２，５４におけるそれぞれのポート３２，３４の近くに配置されている。
【００８５】
それゆえ、ガラス製造用材料が溶融チャンバー１０の後方端部における投入口２４を通して供給されると、溶融用ガラスは、バーナー４８ａ〜４８ｈ，５０ａ〜５０ｈによって溶融され、完全に溶融して溶融チャンバー１０から調質チャンバー１４へ移るまで、前方方向へゆっくり流れていく。加熱炉の稼働中、蓄熱器２８，３０は、空気燃焼サイクルと排気サイクルとが交互に繰り返される。具体的な加熱炉によるが、２０分又は３０分毎に、一連のバーナー４８ａ〜４８ｈ又は５０ａ〜５０ｈにおける火炎の進路が反転される。それゆえ、結果としてそれぞれのバーナー４８ａ〜４８ｈ，５０ａ〜５０ｈで作り出された火炎と燃焼生成物は、溶融ガラスの表面を横切って溶融チャンバー１０及び精製チャンバー１２内のガラスに熱を伝達する。
【００８６】
（微粉石油コークスの供給（Ｆ））
ここで、図５及び図６を参照すると、ガラス溶融炉に微粉燃料を供給して燃焼させる装置（Ａ）は、本発明の第１実施形態では、ガラス溶融炉で使用するための微粉石油コークス又はその他の種類の燃料を貯蔵しておくための第１の貯蔵用サイロ又は貯蔵用タンク５６，５８を備えている。貯蔵用サイロ５６，５８は、ワゴン又は貨車（ワゴン・トレイン）６０から、貨車６０とサイロ５６，５８と間に接続されている第１導入管６２によって供給される。この第１主管６２は第１分岐管６４，６６を有し、第１分岐管６４，６６は、各サイロ５６，５８を充填するために、それぞれ各サイロ５６，５８に接続されている。各サイロ５６，５８の充填量を調節するために、第１分岐管６４，６６のそれぞれにバルブ６８，７０が接続されている。それぞれのサイロ５６，５８は真空ポンプ７０の真空作用により第１排出管７２を通して満たされる。第１排出管７２は、各サイロ５６，５８に接続される第２分岐管７４，７６を有する。各サイロ５６，５８を満たすために真空ポンプ７０によってもたらされる真空作用を調節するため、第２分岐管７４，７６のそれぞれにバルブ７８，８０が接続されている。
【００８７】
各サイロ５６，５８の底部には、円錐状部分８２，８４と重量測定式コークス供給装置８６，８８とが含まれており、これらは、微粉石油コークスを流動化させるためと、微粉材料が固体燃料投入装置ＳＤ−５，ＳＤ−６，ＳＤ−７へ送られる第２排出管９０の中へ微粉石油コークスを一様に排出させるためのものである。第２排出管９０は、それぞれのサイロ又はタンク５６，５８におけるそれぞれの円錐状部分８２，８４の底部に接続された第３分岐管９２，９４を含んでいる。第２排出管９０への微粉石油コークスの流れを調節するために、第３分岐管９２，９４のそれぞれにバルブ９６，９８が取り付けられている。
【００８８】
（微粉石油コークスの投入装置（Ｄ））
ここで、本発明による投入装置（Ｄ）について述べると、微粉石油コークスは、第２排出管９０を通って各固体燃料投入装置ＳＤ−５，ＳＤ−６，ＳＤ−７に収容される。第２排出管９０には、第１のサイロ又はタンク５６，５８の微粉砕コークスを固体燃料投入装置ＳＤ−５，ＳＤ−６，ＳＤ−７へ移送するために、第４分岐管１００，１０２，１０４が接続されている。各固体燃料投入装置ＳＤ−５，ＳＤ−６，ＳＤ−７は、第２組のサイロ又はタンク１０６，１０８，１１０を含んでいる。これら第２組のサイロ１０６，１０８，１１０は、円錐状部分１１２，１１４，１１６と、重量測定式コークス供給装置１１８，１２０，１２２と、空気混入装置１２４，１２６，１２８と、供給装置１３０，１３２，１３４と、フィルター１３６，１３８，１４０とを備えており、これらは、後で説明するように、微粉コークスをバーナー４８ｆ，４８ｇ，４８ｈ及びバーナー５０ｆ，５０ｇ，５０ｈのそれぞれの１つへ一様に流して排出するためのものである。
【００８９】
空気圧駆動式（ニューマチック）空気圧縮機１４２と空気タンク１４４とが、第２主管１４６によって接続されている。第２主管１４６には第１導入分岐管１４８，１５０，１５２が接続されているが、これらは、コークスを第２組のサイロ又はタンク１０６，１０８，１１０のそれぞれに移送するために、（フィルター１３６，１３８，１４０を通して）濾過された空気を供給するためのものである。第２主管１４６はまた第１戻し分岐管１５４，１５６，１５８を含み、これらの第１戻し分岐管１５４，１５６，１５８は、後で説明するように、第３排出管１６０、１６２、１６４へコークスを適切に流すために、空気混入装置１２４，１２６，１２８のそれぞれに接続されている。さらに、第２主管１４６は、空気タンク１４４の後ろで、第２導入管１６６と接続されており、この第２導入管１６６は、それぞれのサイロ又はタンク５６，５８の上部に接続されてそれぞれのサイロ又はタンク５６，５８に向かって空気を吹き込むための第２導入分岐管１６８，１７０を含んでいる。
【００９０】
固体燃料投入装置ＳＤ−５，ＳＤ−６，ＳＤ−７は、それぞれの供給装置１３０，１３２，１３４の下方に接続された第４排出管１７２，１７４，１７６を含んでいる。３方向調節バルブ１７８，１８０，１８２がこれらの第４排出管１７２，１７４，１７６のそれぞれに第１方向を介して接続されており、第２方向は、微粉コークスの過剰分を第２組のサイロ又はタンク１０６，１０８，１１０のそれぞれへ戻すための第１戻し管１７９，１８１，１８３に接続され、第３方向は、第３排出管１６０、１６２、１６４に接続されており、今から説明するように、この燃焼装置（Ｅ）に関連した４方向管１８４，１８６，１８８の構成体へ空気／燃料混合気を供給するために使われる。
【００９１】
（燃焼装置（Ｅ））
ここで、燃焼装置（Ｅ）について述べると、この燃焼装置（Ｅ）は、それぞれの固体燃料投入装置ＳＤ−５，ＳＤ−６，ＳＤ−７におけるそれぞれの第３排出管１６０，１６２，１６４に接続された４方向管１８４，１８６，１８８の第１方向を介して固体燃料投入装置ＳＤ−５，ＳＤ−６，ＳＤ−７に接続されている。第２方向は、供給された空気／燃料の混合気をバーナー４８ｈ，４８ｇ，４８ｆへ供給するための第４排出管１９０，１９２，１９４にそれぞれ接続されている。４方向管１８４，１８６，１８８の第３方向は、空気／燃料の混合気をバーナー５０ｈ，５０ｇ，５０ｆへ供給するための第５排出管１９６，１９８，２００に接続されており、４方向管１８４，１８６，１８８の第４方向は、微粉砕コークスの過剰分を第２組のサイロ又はタンク１０６，１０８，１１０のそれぞれへ戻すための第２戻し管２０２，２０４，２０６に接続されている。４方向管１８４，１８６，１８８は、４方向管１８４，１８６，１８８の接続部と、第４排出管１９０，１９２，１９４、第５排出管１９６，１９８，２００、及び第２戻し管２０２，２０４，２０６との間に、ボールバルブ２０８Ａ〜２０８Ｃ，２１０Ａ〜２１０Ｃ，２１２Ａ〜２１２Ｃを有している。
【００９２】
このようにされているので、加熱炉の稼働中、バーナー４８ａ〜４８ｈ又は５０ａ〜５０ｈは、燃焼サイクルと非燃焼サイクルとの間で交互に繰り返される。具体的な加熱炉によるが、２０分又は３０分毎に、一連のバーナー４８ａ〜４８ｈ又は５０ａ〜５０ｈにおける火炎の経路が逆にされる。第３排出管１６０，１６２，１６４を通って来る空気／燃料の混合気は、バーナー４８ａ〜４８ｈとバーナー５０ａ〜５０ｈとの間に空気／燃料の混合気を交互に吹き込むために、４方向管１８４，１８６，１８８とボールバルブ２０８Ａ〜２０８Ｃ，２１０Ａ〜２１０Ｃ，２１２Ａ〜２１２Ｃとによって調節される。バーナー４８ａ〜４８ｈとバーナー５０ａ〜５０ｈとの間で交互動作サイクルが行われるとき、ある量の空気／燃料の混合気が第２戻し管２０２，２０４，２０６によって第２組のサイロ又はタンク１０６，１０８，１１０へ戻される。
【００９３】
第３排出管１６０，１６２，１６４を通して供給される供給空気は、バーナー４８ａ〜４８ｈ及び５０ａ〜５０ｈのそれぞれのノズルへ、石油コークスを移送するためと、高速でコークス吹き込みを行うために、使われる。この供給空気は、空気圧駆動式給気ブロアー２１４によって第３主管２１６を通して供給される。
【００９４】
第３主管２１６と第３排出管１６０，１６２，１６４とには、バーナー４８ａ〜４８ｈ及び５０ａ〜５０ｈへ供給される燃料／空気の混合気の高い関係（比率）を維持するために、第４排出管２１８，２２０，２２２が接続されている。
【００９５】
バーナー４８ａ〜４８ｈ又は５０ａ〜５０ｈの燃焼サイクルを行うために、バーナー４８ａ〜４８ｈ又は５０ａ〜５０ｈのそれぞれに、空気／燃料の混合気が個別に送り込まれる。この混合気は、バーナー４８ａ〜４８ｈ又は５０ａ〜５０ｈのそれぞれの内側管を通して供給され、かつ、バーナー４８ａ〜４８ｈ又は５０ａ〜５０ｈのそれぞれの多様な吹き込みノズルへ分配される分配チャンバーへ到達する。
【００９６】
流れの乱流及び各バーナー４８ａ〜４８ｈ又は５０ａ〜５０ｈ内の微粉燃料と予熱燃焼用空気の混合気を増大させるために、各バーナー４８ａ〜４８ｈ又は５０ａ〜５０ｈの吹き込みノズルを通して加圧下で供給される一次空気が、一次空気ブロアー２２４から吹き込まれる。このため、バーナー４８ａ〜４８ｈ又は５０ａ〜５０ｈの作動には、高い関係にある固体／空気、及び約４％の化学量論的空気にある一次空気の関係によって、空気圧駆動式移送によるコークスの吹き込みがある。
【００９７】
一次空気ブロアー２２４には、第６排出管２２６と第７排出管２２８とが接続されている。第６排出管２２６は第５分岐管２３０，２３２，２３４に接続されており、第７排出管２２８は第６分岐管２３６，２３８，２４０に接続されている。第５及び第６の分岐管２３０，２３２，２３４，２３６，２３８，２４０におけるそれぞれの出口端部は、バーナー４８ｆ〜４８ｈ又は５０ｆ〜５０ｈのそれぞれと直接接続されている。第５及び第６の分岐管２３０，２３２，２３４，２３６，２３８，２４０のそれぞれにおける一次空気の流れは、第１グローブバルブ２４２、第１ボールバルブ２４４及び第２グローブバルブ２４６からなる構成体によって個別に調節される。
【００９８】
さらに、第６排出管２２６は第７排出管２４８，２５０，２５２を含み、第７排出管は第５排出管１９６，１９８，２００にそれぞれ接続されている。また、第７排出管２２８は第６排出管２５４，２５６，２５８を含み、第６排出管は第４排出管１９０，１９２，１９４にそれぞれ接続されている。第６及び第７の排出管２４８，２５０，２５２，２５４，２５６，２５８のそれぞれは、チェックバルブ２６０とボールバルブ２６２を有している。
【００９９】
先に説明されたような構成によって、一次空気ブロアー２２４は、第６排出管２２６及び第７排出管２２８を通してかつ第５及び第６の分岐管２３０，２３２，２３４，２３６，２３８，２４０のそれぞれにより、一次空気をバーナー４８ｆ〜４８ｈ（左側のバーナー）又はバーナー５０ｆ〜５０ｈへ供給する。空気ブロアー２２４は、バーナー４８ｆ〜４８ｈ又はバーナー５０ｆ〜５０ｈのそれぞれが作動する際に最大量の空気流を供給するように作動し、一方では、冷却されるのにいっそう良好な条件を保障するために、第６及び第７の排出管２４８，２５０，２５２，２５４，２５６，２５８のそれぞれによって、作動しないバーナー４８ｆ〜４８ｈ又はバーナー５０ｆ〜５０ｈへ最小量の空気流を供給する。
【０１００】
本発明を３つのバーナー４８ｆ，４８ｇ，４８ｈ及びバーナー５０ｆ、５０ｇ，５０に基づいて説明されたが、本発明で説明される装置はすべてのバーナー４８ａ〜４８ｈ及び５０ａ〜５０ｈに適用されるということを理解すべきである。
【０１０１】
本発明の更なる実施形態では、ガラスの溶融は２種類又は３種類の燃料で行うことができ、例えば、図３において、バーナー４８ａ〜４８ｄ及び５０ａ〜５０ｄに石油コークスのような微粉燃料を供給することができ、バーナー４８ｅ〜４８ｈ及び５０ｅ〜５０ｈにガス又は重油を供給することができる。この発明の第３実施形態では、バーナー４８ａ〜４８ｄ及び５０ａ〜５０ｄに石油コークスのような微粉燃料を供給することができ、バーナー４８ｅ〜４８ｆ及び５０ｅ〜５０ｆにガスを供給することができ、バーナー４８ｇ〜４８ｈ及び５０ｇ〜５０ｈに重油を送り込むことができる。これらの組み合わせは、ガス又は重油をガラス溶融のための主要燃料として使うガラス溶融炉が今日すでに存在しているということと、これらのガス及び重油の性質が従来技術でよく知られているということを考慮したものである。
【０１０２】
（微粉燃料用バーナー）
更に、微粉石油コークスの良好な燃焼を行うために、ガラス溶融炉の中に微粉燃料を供給して燃焼させるための装置と共に使われる特別なバーナーを設計した。前記バーナーは、微粉燃料の火炎の断熱温度（約１９００から２０００℃の間）が同じ動作条件におけるガスの断熱温度より低いことに起因して、少量のＮＯＸを発生し、ガラスの品質に影響を与えないフライ・アッシュを発生する。
【０１０３】
図７〜図１２は、本発明による微粉燃料を供給して燃焼させるためのバーナー（４８ｆ）の詳細図を示す。この微粉燃料用バーナー（４８ｆ）は、互いに同心円状に配置された、外側管２６６と、中間管２６８と、内側管２７０とから構成される本体２６４を含む（図１０）。外側管２６６は上方端部２７２が塞がれている（図９）。外側管２６６と中間管２６８とによって画定された空間には第１チャンバー２７６が形成されている。外側管２６６には、導入管２７８及び排出管２８０が備わっており（図８）、これらを通して、バーナー（４８ｆ）を冷却するための冷却水が第１チャンバー２７６の中へ導入される。中間管２６８及び内側管２７０は外側管２６６の上方端部２７２を越えて延伸している。
【０１０４】
バーナー４８ｆの上方端部には、中間管２６８の周りに空気導入管２８２が傾斜状に接続されているが、この空気導入管は、内側管２７０と中間管２６８とによって画定された空間に形成された第２チャンバー２８４に一次空気又は天然ガスの流れを導入する第６分岐管２３６（図７を参照）に接続するためのものである。第２チャンバー２８４は、空気導入管２３６（図７を参照）からの一次空気又は天然ガスを導いてバーナー４８ｆの下方端部へ送るように働く。第２チャンバー２８４内の一次空気の流れは、第１グローブバルブ２４２、第１ボールバルブ２４４、及び第２グローブバルブ２４６からなる構成体によって調節される。
【０１０５】
同じように、二次空気と微粉石油コークスの混合気が、内側管２７０の上方端部２８６へ導入され、バーナー４８ｆの下方端部へ運ばれる。内側管２７０の上方端部２８６は、供給微粉燃料／二次空気の混合気を前記バーナー（４８ｆ）へ供給するために第４排出管１９４とそれぞれ接続されている。そうして、一次空気と二次空気及び微粉石油コークスの混合気とがバーナー４８ｆの下端に達すると、一次空気又は天然ガス及び微粉燃料／二次空気の混合気とが混合されて、次に説明するように燃焼過程が始まる。
【０１０６】
ここで、図１０〜図１２について述べると、これらは、本発明による微粉燃料を供給して燃焼させるためのバーナー（４８ｆ）の実施形態の詳細図を示している。
【０１０７】
基本的に、バーナー（４８ｆ）（図１０）は、互いに同心円状に配置された、外側管２６６と、中間管２６８と、内側管２７０とから構成される本体２６４を含む。外側管２６６と中間管２６８とによって区画された空間には第１チャンバー２７６が形成されている。外側管２６６は、導入管２７８及び排出管２８０を有し、これらを通して、バーナー（４８ｆ）の冷却用の冷却水が第１チャンバー２７６内へ導入される。
【０１０８】
内側管２７０と中間管２６８とによって区画された空間には、一次空気又はガスの流れを導入するための第２チャンバー２８４が形成されている。第２チャンバー２８４は、空気導入管２３６（図７を参照）からの一次空気又はガスを導いてバーナー４８ｆの下方端部へ送るように働く。同様にして、二次空気と微粉砕石油コークスとの混合気が、内側管２７０上方端部２８６の中へ導入されて、バーナー４８ｆの下方端部へ送られる。
【０１０９】
ここで、特に図１０〜図１２について述べると、バーナー（４８ｆ）の下方端部２７４は、一次空気又はガスと二次空気／微粉砕燃料とを同時に収容して分配するための流れ分配器２８６を含んでいる。流れ分配器２８６（図１１）は、バーナー（４８ｆ）の下方端部２７４に接続されており、本体２８８を含み、この本体は、二次空気／微粉砕燃料の混合気を収容するための第１分配チャンバー２９０と、一次空気又はガスの流れを収容するための第２チャンバー２９２と、第１分配チャンバー２９０の一部及び第２チャンバー２９２の一部を取り囲んでいる第３チャンバー２９４とを画定し、第２チャンバー２９２の一部を通して、バーナー（４８ｆ）を冷却するために冷却水が第３チャンバー２９４に導入される。第１チャンバー２９０は半球状の壁２９６の内部に画定されている。半球状の壁２９６は、上部に形成されて、内側管２７０の下方端部に接続された第１内側環状スリーブ２９８と、外側管２６８の下方端部に接続されて、一次空気又はガスが流される二次チャンバー３４２を画定している中間環状スリーブ３００とを有する。
【０１１０】
流れ分配器２８６はまた、一次空気又はガスと二次空気／微粉燃料の混合気との流れを垂直な流れから長手方向の流れに偏向させるために、本体２８８の半球状の壁２９６に対して９０°の位置に置かれた排出端部３０２を含んでいる。排出端部３０２は通路３０４を含んでおり（図１０及び図１２）、通路３０４は、本体２８６の中で長手方向に形成され、第１分配チャンバー２９０を本体２８６の外周部に接続している。通路３０４は第１内側環状部分３０６によって形成され、第１内側環状部分３０６を通して微粉燃料／二次空気の混合気が流れる。第１環状部分３０６は、それぞれの通路の前方部分における直径よりも小さい直径を有する円錐台形状に内部が形成されている。また、第２中間環状部分３０８が第１内側環状部分３０６を取り囲んでおり、第２中間環状部分３０８を通して一次空気又はガスが流れる。第１内側環状部分３０６と第２中間環状部分３０８が、ガラス溶融炉のチャンバーの内部で一次空気又はガスと二次空気／微粉砕石油コークスの混合気とを同時に混合するためのノズル３１０を収容する入口を画定している。最後に、本体２８８の周壁と第２中間環状部分３０８が、バーナー（４８ｆ）の冷却用の水を流すために第３チャンバー２９４を画定している。
【０１１１】
ここでノズル３１０について述べると、このノズルは、円筒状ヘッド３１２と、このヘッド３６２の後方部分に配置された円筒状部材３１４とを含んでいる。円筒状部材３１４は、中央オリフィス３１６と、円筒状部材３１４の周壁に横断状に交差する少なくとも複数のオリフィス３１８とを含んでいる。円筒状部材３１４は、第１内側環状部分３０６と第２中間環状部分３０８とによって画定された入口の中に差し込まれ、第２チャンバー２９２の中に閉鎖部分を形成する。円筒状部材３１４が前記入口の中に差し込まれると、複数のオリフィス３１８は第２チャンバー２９２と一致して置かれ、一次空気又はガスが流れ分配器２８６から外へ流れ出ることができる。第１内側環状部分３０６と円筒状部材３１４の内側部との間には、一次空気又はガスの流れを流れ分配器２８６の前方部分へ偏向させるための第１環状凹部３２０が画定されている。
【０１１２】
バーナーの第３実施形態（図１１）では、流れ分配器２８６は本体２８８に対して９０°に配置された２つの排出端部３２２，３２４と共に示されている。ノズル３２６，３２８が、これらの排出端部３２２，３２４のそれぞれにより導入されている。排出端部３２２，３２４の位置は、長手軸３３０に対して相互間それぞれ約１０°〜約２０°の角度で離されている。
【０１１３】
ここで、図８及び図１０に示されたバーナー（４８ｆ）によって、一次空気が空気導入管２８２を通って入り、内側管２７０と中間管２６８とで画定された空間の中に形成された第２チャンバー２８４に一次空気又はガスの流れを導入する。その後、一次空気又はガスの流れは、第２分配チャンバー３４２を通ってノズル３１０又はノズル３２６及び３２８の複数のオリフィス３１８を通して排出され続ける。
【０１１４】
同時に、二次空気と微粉石油コークスとの混合気は、内側管２７０を通って上方端部２８６の中に導入されて、第１分配チャンバー２９０へ運ばれ、この部分から、その混合気は流れ分配器２８６の通路３０４の中へ流入する。混合気は、通路３０４を通して軸方向に供給され、ガラス溶融炉におけるいくつかのチャンバーの中へ導入される。一次空気又はガスと二次空気／微粉砕石油コークスの混合気とは、ノズル３１０又はノズル３２６及び３２８の出口で同時に燃焼させられる。
【０１１５】
バーナーを冷却するために、冷却水が第１チャンバー２７６と第３チャンバー２９４とを通して連続的に導入される。
【０１１６】
図１３に関して、これは本発明による、微粉燃料を供給し燃焼させるバーナー（４８ｆ）の詳細図を示す。この第３実施形態において、図１３に示したバーナー４８（ｆ）は、前記バーナー４８（ｆ）の本体中で第１部分３６８から第２部分３７０へと一様に縮小された拡張円錐部３６６を含む。前記第２部分３７０は、バーナー４８（ｆ）の下方部分で流れ分配器３７６に接続されている。この場合、空気又はガスと微粉混合気の速度は、バーナー（４８ｆ）の大径３７２から小径３７４への縮小によって、増加する。流れ分配器３７６は湾曲（９０°のエルボと同様の（図１６））しており、前記流れ分配器はバーナー４８（ｆ）の下方部分に接続され、微粉固体燃料／二次空気混合気と一次流れの流れ軌道を、垂直な流れから長手方向の流れへと徐々に変化させるとともに、ノズル３７８内の微粉燃料／二次空気混合気の排出流をこれから説明するように均一にする。ノズル３７８は、流れ分配器３７６の出口端部に接続される。前記ノズルは、微粉燃料／二次空気混合気がそれを通って流れる中央オリフィスと、第２チャンバー２９２（内側管２７０と中間管２６８の間に形成された）と一致している一連のオリフィス３８０とを含み、一次空気又はガスの排出流を流れ分配器３７６から出られるようにしている。第２接続チャンバー２９２と一致している一連のオリフィス３８０は、微粉燃料／空気混合気の排出流に対して平行な関係に置くことができる。第２実施形態（図１８）において、オリフィス３８０は前記ノズル３７８とある角度をなして形成されており、空気の第１の流れに、結果として前記微粉燃料／空気混合気に、渦流効果をもたらす。このようにして、一次空気と微粉燃料／二次空気混合気はバーナー（４８ｆ）の下方端部に達し、ノズル３７８の出口端部で混合されて、ガラス炉内における燃焼過程を開始する。この配列は、約４００から１３００ｋｇ／時間までの稼働範囲、１から３．２５までの微粉燃料／空気の関係（比）、及び少なくとも１８ｍ／秒の輸送空気速度を有している。更に、バーナーは約１２００℃からの予熱空気を用い、炉内における微粉燃料の完全燃焼を改善する。
【０１１７】
図１４、１５、１６、１７、及び１８は、本発明のバーナー（４８ｆ）の第４実施形態を示し、この実施形態では、内側管２７０、中間管２６８、及び外側管２６６の直径を一様に減少させるために、短い円錐部３８２がバーナー（４８ｆ）の下方端部に形成されている。流れ分配器３７６（図１６）は９０°のエルボの形状を有し、微粉燃料／二次空気混合気と一次空気の流れの軌道の方向を、垂直な流れから水平な流れへと変化させる。流れ分配器３７６は、相互間に同心円状に配置された、外側円筒体３８４、中間円筒体３８６、及び内側円筒体３８８を含み、前記流れ分配器３７６は、それぞれ本体２６４の内側管２７０、中間管２６８、及び外側管２６６の下方端部と接続されている。外側壁３８４と中間壁３８６の間に画定された空間がチャンバー３９０を画定しており、チャンバー３９０を通して冷却水が流される。同様に、中間壁３８６と内側壁３８８の間に画定された空間が、チャンバー３９２を画定しており、第２チャンバー２８４（図１４）から供給される一次空気又はガスの流れを受けて、ノズル３７８の出口端部で微粉燃料／二次空気混合気と混合させる。
【０１１８】
最後に、図１９、２０、及び２１は、バーナー４８ｆの第５実施形態を示し、この実施形態では、流れ分配器３７６は二つの排出端部３９４、３９６に分岐している。この場合に、排出端部３９４、３９６は約１０°から２０°までの間の角度で互いから離れている。ノズル３９８、４００は排出端部３９４、３９６のそれぞれによって配置される。排出端部３９４、３９６は、一様で且つ一定な流れを生成して火炎を拡大する釣り合った分配と、結果としてガラス内の熱伝達の一層良い分布とをもたらす。
【０１１９】
上記のとおりに、ガラス溶融炉の中に微粉燃料を供給して燃焼させるための方法であって、ガラス溶融炉が、耐火物材料で内張りされたガラス溶融領域と、熱交換器として作用するガラス溶融炉中の気密型蓄熱器に通じた複数のバーナーとを含んでいるタイプのものであり、この方法は、
固定炭素と、硫黄、窒素、バナジウム、鉄及びニッケルからなる不純物とが含まれている種類の微粉燃料、又はその混合気を、前記ガラス溶融炉の気密型蓄熱器に通じた前記バーナーのそれぞれに供給する工程であって、前記微粉燃料が化学量論的空気に対して空気が約１６％過剰である燃料／空気関係でガラス溶融炉の中へ直接供給される工程と、
前記微粉燃料を前記溶融炉の溶融領域において前記バーナーのそれぞれによって燃焼させ、それぞれのバーナーに火炎をもたらして、ガラスの溶融のために前記溶融領域において燃焼過程を実施する工程と、
煙道ガスを浄化し、かつ、ＳＯＸ、ＮＯＸ及び微粒子のような微粉燃料からの不純物の放出物を削減するために、前記微粉燃料の燃焼によって生じた炭素と不純物とからなる放出物を、前記ガラス溶融炉の廃ガス出口に置かれている環境調節手段によって調節する工程であって、前記放出物の削減が、ガラス溶融炉の中で微粉燃料の燃焼が行われる際と行われた後に調節される工程と、
ガラス溶融炉の中における微粉燃料の侵食作用及び磨耗作用を耐火物手段によって縮小する工程であって、前記ガラス溶融炉が、炉内における前記微粉燃料の燃焼によって生じた前記侵食作用及び磨耗作用を調節するための前記耐火物手段で構成されている皇帝と、
を含む。
【０１２０】
この方法は、また、
微粉燃料物質を一組の分配手段に向かって供給する工程と、
微粉燃料物質をその一組の分配手段の内部で流動化する工程と、
流動化している微粉燃料物質を一組の分配手段から少なくとも主管に向かって排出する工程と、
流動化している微粉燃料を一次空気の第１流と混合して、微粉燃料の一定の流れを主管に向かって排出する工程と、
流動化している微粉燃料と一次空気との混合気を少なくとも２つの分配管の中に分配して、２つの分配管のそれぞれにより燃料／一次空気の混合気を交互動作サイクルで供給する工程と、
燃料／空気の混合気を２つの分配管のそれぞれから溶融炉の第１組のバーナー及び第２組のバーナーへ供給して、前記の第１及び第２バーナーを燃焼サイクルと非燃焼サイクルの間の交互動作サイクルで作動させる工程と、
前記の第１及び第２バーナーのそれぞれにより第２空気流を同時に供給して、前記バーナーのそれぞれにより良好な燃焼サイクルを維持する工程と、
を含む。
【０１２１】
ここで、前記の第１及び第２バーナーのそれぞれによって第２空気流を供給する工程は、流動化している微粉燃料及び一次空気からなる内部流と、第２空気流からなる外部流とを、それぞれのバーナーにより同時にもたらす工程を含む。
【０１２２】
（環境調節）
最後に、ガラス溶融炉内で微粉燃料の燃焼が実施された後に、大気汚染と、硫黄、窒素、バナジウム、鉄及びニッケルの化合物の大気中への放出とを減少させるとともに規制する設備が、煙道４４の端部に配置されて排気ガスのための煙突４６に接続される。本発明による汚染規制装置はガラス溶融炉の廃ガス出口に適合されている。
【０１２３】
汚染物質放出の規制については、静電集塵器がガラス溶融炉の粒状物質の軽減を良好に行うことが確かめられた。ガラス溶融炉の微細粒状物質は静電集塵器に対して何も問題がない。
【０１２４】
粒状物質の除去に加えてＳＯ２の除去が必要な場合には、乾式スクラバー（集塵器）又は一部湿式スクラバーが静電集塵器又は繊維性ろ過装置への良好な補足物になる。実際のところ、高度の酸性ガスの条件下では、侵食性ガスの濃度を減少させるためにスクラバーが必要である。新しい燃料を使用する場合には、ＳＯ２の含有量を低下させるためにスクラバーが必要であろう。スクラバーは、侵食を防止するための装置に役立つものとして働くだけでなく、排気ガスの温度を下げ、それによってガス容積を減少させるのにも役立つ。
【０１２５】
乾式スクラビング（乾式反応粉体の注入）と半湿式スクラビングは、静電集塵器の上流側の大きな反応チャンバー内で行われる。これらの乾式スクラビング及び半湿式スクラビングの両方において、スクラビング用物質は、Ｎａ２ＣＯ３、Ｃａ（ＯＨ）２、ＮａＨＣＯ３などを含む。結果として生じる反応物質は、ガラス製造過程への原料であり、したがって、一般にある程度まで再生利用可能である。大体の目安として、燃料中の硫黄１％ごとに、溶融したガラス１トン当たり約４ポンドのＳＯ２が生成される。高硫黄燃料については、多量の乾燥廃棄物、例えばＮａＳＯ４が出る。廃棄物の量は、捕獲率と再生利用することのできる物質の量とによって変わるが、その数字はかなりのものであろう。高硫黄燃料を用いたフロート式加熱炉の稼働については、廃棄物は一日当たり５トンに達するであろう。スクラビングの性能レベルは、乾燥したＮａＨＣＯ３を使用するか又は半分湿ったＮａ２ＣＯ３を使用するかによって、５０％から９０％まで変わる。スクラビング用物質について約２５０℃から４００℃までにわたる目標反応温度を有して代替的なすべてのスクラビングにおいて、温度調節は重要である。湿式スクラバーは、ほとんど無数の形状、寸法及び用途で出回っている。ガラス製造に関する２つの主な用途は、ガス（ＳＯ２）を集めるように設計されたものと、粒状物質を捕獲するように設計されたものである。
【０１２６】
上記のことから、ガラス溶融炉の少なくともバーナーの中に微粉燃料を供給して燃焼させるための装置を説明してきたが、他の多くの特徴又は改良を行うことが可能であり、それらが特許請求の範囲によって決定される範囲内にあると考えられることは、当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【０１２７】
【図１】図１は、主として、ガラス溶融炉の少なくともバーナーの中に微粉燃料を供給し燃焼させるための装置と、炉中の前記微粉燃料の燃焼によって引起こされる溶融ガラスの浸食作用、燃焼ガスの腐食作用、及び雰囲気中の粒子の摩耗力に抵抗するために、ガラス溶融炉の壁と床を形成する様々な形状の耐火手段と、微粉燃料の燃焼が炉内で行なわれた後で廃ガス出口において大気汚染を抑えるための環境調節装置とを含む、本発明の一実施形態のブロック図である。
【図２】図２は、本発明による石油コークスを供給し燃焼させるための装置の第１実施形態に関する別のブロック図を表わす。
【図３】図３は、蓄熱型ガラス溶融炉の平面図である。
【図４】図４は、図１に示した加熱炉の概略長手方向図である。
【図５】図５は、本発明による微粉燃料を供給し燃焼させるための装置の概略図である。
【図６】図６は、蓄熱型ガラス溶融炉と組み合わせた、微粉燃料を供給し燃焼させるための装置の側面図である。
【図７】図７は、本発明による微粉燃料を供給し燃焼させるためのバーナーの配置に関する詳細図である。
【図８】図８は、本発明による微粉石油コークスを燃焼させるためのバーナーの好ましい実施形態の、図７から得られる側面図である。
【図９】図９は、図８から得られる正面図である。
【図１０】図１０は、図８のバーナーの垂直断面の詳細図である。
【図１１】図１１は、図１０の線「Ａ−Ａ」に沿った平面図で、２つの出口ノズルを有するバーナーを示す。
【図１２】図１２は、一つの出口ノズルを有する第２実施形態のバーナーを示す、別の平面図である。
【図１３】図１３は、本発明による微粉石油コークスを燃焼させるためのバーナーの第３実施形態の詳細側面図である。
【図１４】図１４は、１つの出口ノズルを有するバーナーの第４実施形態の詳細側面図である。
【図１５】図１５は、図１４に示したバーナーの平面図である。
【図１６】図１６は、図１４のバーナーの垂直断面の詳細図である。
【図１７】図１７は、図１６に示したバーナーの一部の斜視図である。
【図１８】図１８は、図１７に示したバーナーの一部の分解図である。
【図１９】図１９は、２つの出口ノズルを有するバーナーの第５実施形態の詳細側面図である。
【図２０】図２０は、図１９のバーナーの垂直断面の詳細図である。
【図２１】図２１は、図２０に示したバーナーの一部の斜視図である。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年7月19日(2006.7.19)
【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】
ガラス溶融炉で使用する微粉燃料を燃焼するためのバーナーであって、
互いに同軸に配列された、外側管、中間管、及び内側管を含む本体であって、前記外側管と前記中間管が第１チャンバーを形成し、前記外側管がバーナー冷却用に前記第１チャンバー内へ冷却流体を導入して循環させるための導入管と排出管を含み、前記中間管が第２チャンバー内へ空気又はガスの第１の流れを導入するための第１の入口を含み、前記第２チャンバーが前記内側管と前記中間管の間で画定され、前記内側管が微粉燃料／空気混合気の流れを前記内側管を通して導入するための第２の入口を含む、本体と、
前記本体の下方端部に位置合わせして接続された入口端部を有する流れ分配手段であって、前記流れ分配手段が前記微粉燃料／空気混合気及び前記空気又はガスの流れの流れ軌道を一様に変化させるために曲線形を有し、前記分配手段が外側円筒体、中間円筒体、及び内側円筒体を含み、前記外側円筒部と前記中間円筒体が、前記本体の冷却流体を流れ分配手段の冷却用に循環させるための第１接続チャンバーを画定し、前記内側円筒体と前記中間円筒体が、前記本体の前記第２チャンバーにおける空気又はガスの第１流れを受け入れてその流れ軌道を変化させるための第２接続チャンバーと、微粉燃料／空気混合気を受け入れて前記流れ分配手段の少なくとも１つの排出端部へ運び出し、ガラス溶融炉の燃焼領域内で空気又はガスの第１の流れと混合するための主流体チャンバーと、を画定し、前記本体が円錐形部分を含み、前記円錐形部分が、大径部分から小径部分まで前記バーナーの本体内において一様に縮小され、前記小径部分が、空気又はガスの第１の流れ及び前記微粉燃料／空気混合気の速度を増大させるために、流れ分配手段に接続されている、流れ分配手段と、
前記排出端部の各々に接続された排出ノズルであって、前記排出ノズルが、頭部と、前記頭部の後方部分へ連結された円筒形部材であって、中央オリフィスを含む円筒形部材と、前記円筒形部材の周縁部に形成された少なくとも１つの複数のオリフィスであって、円筒形部材の周縁部の周りに横方向に形成されて、第２接続チャンバーと前記排出ノズルの中央オリフィスとの間を連通させる複数のオリフィスと、を含む、排出ノズルと、
を備えるバーナー。
【請求項２】
前記円筒形部材の複数のオリフィスが、円筒形部材に対して垂直に形成されている、請求項１に記載のバーナー。
【請求項３】
前記円筒形部材の複数のオリフィスが、０から１５度までの角度で接線方向に形成されて、前記微粉燃料／空気混合気の周りに空気又はガスの第１の流れの渦流効果をもたらす、請求項１に記載のバーナー。
【請求項４】
前記流れ分配手段の出口通路が、相互間約１０°から約２０°までの角度で分離されている、請求項１に記載のバーナー。
【請求項５】
前記円錐形部分が拡大円錐形部分であり、前記拡大円錐形部分が、大径部分から小径部分まで前記バーナーの本体内において一様に縮小され、前記小径部分が、空気又はガスの第１の流れ及び前記微粉燃料／空気混合気の速度を増大させるために、流れ分配手段へ接続されている、請求項１に記載のバーナー。
【請求項６】
前記第２接続チャンバーに一致するように配置された複数のオリフィスが、ある角度をなす位置に形成され、空気又はガスの第１の流れに対し且つ前記微粉燃料／空気混合気に対し渦流効果をもたらす、請求項１に記載のバーナー。
【国際調査報告】
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