(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
・溶融チャンバ（１００）が、燃焼によって加熱され、したがって前記溶融チャンバ（１００）内で熱エネルギーと、高温排気（２０）とを生成することと、
・前記高温排気（２０）が、前記溶融チャンバ（１００）から除去され、熱伝達ガスとしての空気（３０）が、前記溶融チャンバ（１００）から除去された高温排気（２０）との熱交換によって加熱され、それによって高温空気（３１）を得ることと、
・酸素（４０）及び／又は気体燃料（５０）から選択される少なくとも１つの反応物が、前記高温空気（３１）との熱交換によって予熱され、それによって少なくとも１つの予熱反応物（４１、５１）と、低温空気（３２）とを得、前記少なくとも１つの予熱反応物（４１、５１）が、前記溶融チャンバ（１００）を加熱するための燃焼反応物として使用されることとを含む、溶融チャンバ（１００）を備える炉内での溶融方法において、
・前記低温空気（３２）が、圧縮された低温空気（３３）を得るために、第１の空気圧縮機（１１０）内で圧縮されることと、
・前記圧縮された低温空気（３３）が、加熱された圧縮空気（３４）を得るために、高温排気（２０）との熱交換によって加熱されることと、
・前記加熱された圧縮空気（３４）を膨張タービン（１２０）内で膨張させることによって、機械エネルギー及び／又は電気エネルギーが生成されることとを含むことを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記少なくとも１つの燃焼反応物（４０、５０）が、一次熱交換器（１３０）内で、前記高温空気（３１）との熱交換によって予熱され、前記熱伝達ガス（３０）が、二次熱交換器（１４０）内で、前記溶融チャンバ（１００）から除去された高温排気（２０）との熱交換によって加熱される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記圧縮された低温空気（３３）もやはり、前記二次熱交換器（１４０）内で、前記溶融チャンバ（１００）から除去された高温排気（２０）との熱交換によって加熱される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記圧縮された低温空気（３３）が、三次熱交換器（１５０）内で、前記溶融チャンバ（１００）から除去された高温排気（２０）を用いて加熱される、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記膨張タービン（１２０）によって生成された前記機械エネルギー及び／又は電気エネルギーが、少なくとも部分的に１つ又は複数の空気圧縮機（１１０）に供給される、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記溶融炉が、ガラス溶融炉、好ましくはフロート型のガラス溶融炉である、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
・燃焼によって加熱され、燃焼によって生成された排気（１０１）のための少なくとも１つの出口を備える溶融チャンバ（１００）を画定した炉と、
・熱伝達ガスとしての空気（３１）との熱交換によって、燃焼酸素（４０）及び／又は気体燃料（５０）を前記溶融チャンバ（１００）の上流で予熱するための一次熱交換器（１３０）と、前記一次交換器（１３０）は、（ａ）熱伝達ガス用の入口（１３１）と出口（１３２）、ならびに（ｂ）燃焼酸素用の入口（１３３）と出口（１３４）、及び／又は気体燃料用の入口（１３５）と出口（１３６）を呈し、
・前記溶融チャンバ（１００）から来る前記排気（２０）との熱交換によって、空気（３０）を加熱するための二次熱交換器（１４０）と、前記二次交換器（１４０）は、（ａ）空気用の入口（１４１）と出口（１４２）、及び（ｂ）排気用の入口（１４３）と出口（１４４）を呈する、
を備える、溶融設備において、
・前記二次交換器（１４０）の前記排気入口（１４３）が、前記溶融チャンバ（１００）の排気出口（１０１）に連結され、
・前記一次交換器（１３０）の前記燃焼酸素出口（１３４）が、前記溶融チャンバ（１００）の少なくとも１つの酸化剤噴射器（１０２）に連結され、及び／又は前記一次交換器（１３０）の前記気体燃料出口（１３６）が、前記溶融チャンバ（１００）の少なくとも１つの燃料噴射器（１０３）に連結され、
ここにおいて、
・前記一次熱交換器（１３０）の前記空気出口（１３２）が、第１の空気圧縮機（１１０）の空気入口（１１１）に連結され、前記第１の空気圧縮機（１１０）が、前記溶融チャンバ（１００）内での前記燃焼によって生成された排気（２０）との熱交換によって、圧縮空気（３３）を加熱するための熱交換器（１４０、１５０）の圧縮空気入口（１４３、１５３）に連結された圧縮空気出口（１１２）を有し、前記熱交換器が、加熱された圧縮空気（３４）用の出口（１４６、１５３）を有し、前記加熱された圧縮空気（３４）用の前記出口が、前記加熱された圧縮空気（３４）を膨張タービン（１２０）で膨張させることによって機械エネルギー及び／又は電気エネルギーを生成するための膨張タービン（１２０）の圧縮ガス入口（１２２）に連結されることを特徴とする、設備。
【請求項８】
前記二次熱交換器（１４０）が、圧縮空気を加熱するための熱交換器としても使用される、請求項７に記載の設備。
【請求項９】
三次熱交換器と呼ばれる第３の熱交換器が、圧縮空気（３３）を加熱するための熱交換器として使用される、請求項７に記載の設備。
【請求項１０】
前記膨張タービン（１２０）が、少なくとも１つの空気圧縮機（１１０）に機械エネルギー及び／又は電気エネルギーを供給する、請求項７から９のいずれか一項に記載の設備。
【請求項１１】
前記膨張タービン（１２０）が、前記第１の空気圧縮機（１１０）、空気ガス分離ユニット（１６０）に供給する第２の空気圧縮機、及び別の空気圧縮機から選択される少なくとも１つの空気圧縮機に、機械エネルギー及び／又は電気エネルギーを供給する、請求項１０に記載の設備。
【請求項１２】
前記膨張タービン（１２０）が、空気ガス分離ユニット（１６０）、及び／又は空気ガス分離ユニット（１６０）の空気圧縮機に機械エネルギー又は電気エネルギーを供給し、前記空気ガス分離ユニットが、前記一次交換器（１３０）の前記燃焼酸素入口（１３３）に連結された酸素出口を呈する、請求項７から１１に記載の設備。
【請求項１３】
・前記一次交換器（１３０）の前記燃焼酸素出口（１３４）が、前記溶融チャンバ（１００）のバーナに組み込まれた少なくとも１つの酸化剤噴射器（１０２）に連結され、及び／又は前記一次交換器（１３０）の前記気体燃料出口（１３６）が、前記溶融チャンバ（１００）のバーナに組み込まれた少なくとも１つの燃料噴射器（１０３）に連結され、ならびに／又は
・前記一次交換器（１３０）の前記燃焼酸素出口（１３４）が、前記溶融チャンバ（１００）の酸化剤ランスに組み込まれた少なくとも１つの酸化剤噴射器（１０２）に連結され、及び／又は前記一次交換器（１３０）の前記気体燃料出口（１３６）が、前記溶融チャンバ（１００）の燃料ランスに組み込まれた少なくとも１つの燃料噴射器（１０３）に連結される、請求項７から１２のいずれか一項に記載の設備。
【請求項１４】
前記溶融炉が、ガラス炉、好ましくはフロート型のガラス用ガラス炉である、請求項７から１３のいずれか一項に記載の設備。
【請求項１５】
請求項１に記載の方法による、請求項７から１４のいずれか一項に記載の設備の使用。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
溶融炉では、原材料が、一般に少なくとも一部には燃焼によって供給される熱エネルギーを加えることによって、溶融材料に変換される。こうした燃焼によって生成される熱エネルギーの大部分は、装入物（固体原材料及び溶融材料）に伝達される。しかし、残るエネルギーは、燃焼排気（ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ  ｆｕｍｅ）とともに炉から除去される。
【０００２】
したがって、空気燃焼、すなわち空気を燃料とする燃焼による溶融炉の場合、除去された排気に含まれる熱エネルギーの幾分かが回収され、燃焼空気を予熱するためのエネルギーとして使用されるという点において、炉内での燃焼効率を高めるだけでなく、設備全体の効率をも高めるように、燃焼空気を炉の上流で予熱するための、交番する向流式セラミック製交換器（蓄熱器）又は鋼製交換器（復熱器）を使用することが慣例として知られている。
【０００３】
復熱器を有するガラス炉では、燃焼空気は、７００℃に予熱され、一方蓄熱器では、設備の耐用期間開始時には、１２００℃、さらには１２５０℃の燃焼空気温度が達成可能である。  
溶融炉のオペレータ、特にガラス製造業者は、効率がより良く（窒素の熱バラストが不要となるため）、また汚染がより少ない（ＮＯｘの生成が同じ窒素に由来するため、ＮＯｘ及びＣＯ２が減少する）酸素燃焼技術を次第に採用しつつある  。
【０００４】
しかし、空気燃焼用に開発されてきた、排気からエネルギーを回収するためのシステム（蓄熱器及び復熱器）は、酸素燃焼によって生成された排気からの熱エネルギーの回収にはさほど適さない。
【０００５】
ＥＰ−Ａ−１３３８８４８は、ガラス炉、特に酸素燃焼ガラス炉の排気からエネルギーを回収するためのシステムについて記載している。前記システムは、炉から除去された排気との熱交換によって、酸素富化ガス及び／又は気体燃料を予熱するための少なくとも１つの熱交換器と、少なくとも１つの熱交換器の下流に位置し、排気との熱交換によって過熱蒸気を生成することが可能なボイラと、機械エネルギーを生成するために過熱蒸気を膨張させる蒸気タービンとを備える。  
ＥＰ−Ａ−１３３８８４８によれば、ガラス炉用の燃焼酸素を供給する、空気からガスを分離するための設備のエネルギー要件の少なくともいくつかを満たすために、タービンによって生成された機械エネルギーが使用され得る。
【０００６】
ボイラ内で、工業的に許容可能な効率で過熱蒸気を生成するには、ボイラへの入口の排気、したがって熱交換器の出口で、少なくとも温度が１０００℃、さらには１２００℃から１５００℃である必要がある。  
ＥＰ−Ａ−１３３８８４８で特定された材料は、かかる温度に対して良好な耐性があるが、ガラス製造業者は、より耐久性があると考えられるより低温のエネルギー回収システムを好んで使用する。
【０００７】
酸素燃焼ガラス炉の排気からエネルギーを回収するのに特に信頼性が高いかかる代替システムが、ＥＰ−Ａ−０８７２６９０に記載されている。  
ＥＰ−Ａ−０８７２６９０によれば、酸素燃焼炉から生じた排気が、炉の上流で酸素及び／又は燃料を間接的に予熱のために使用される。第１の熱交換器では、炉からの排気は、２つの流体間の熱交換によって、例えば空気などの中間流体を加熱する。第１の交換器からの加熱された中間流体が、燃焼酸素及び／又は燃料を加熱するために第２の熱交換器で使用される。  
しかし、ＥＰ−Ａ−０８７２６９０に記載の排気からエネルギーを回収するためのシステムでは、実際には、第１の交換器の出口で排気の温度が１０００℃を大幅に下回るため、ＥＰ−Ａ−１３３８８４８のケースのように排気から過熱蒸気の形でエネルギーをさらに回収することが可能とならない。
【発明の概要】
【０００８】
本発明の目的は、気体燃料及び／又は酸素を酸化剤として用いて、溶融炉の排気から熱が回収される効率を高めることと、燃焼酸素及び／又は気体燃料が、炉から除去された排気との間接的な熱交換によって予熱される効率を高めることとである。
【０００９】
本発明は、より詳細には、溶融チャンバを備える炉内での溶融方法に関する。本方法によれば、溶融チャンバは、燃焼によって加熱され、したがって溶融チャンバ内で熱エネルギーと、高温排気とを生成する。高温排気は、溶融チャンバから除去され、熱伝達ガスとして使用される空気が、溶融チャンバから除去された高温排気の少なくとも幾分かとの熱交換によって加熱され、それによって高温空気を得る。酸素及び／又は気体燃料から選択される少なくとも１つの反応物が、高温空気との熱交換によって予熱され、それによって少なくとも１つの予熱反応物と、低温空気（ｔｅｍｐｅｒａｔｅ  ａｉｒ）とを得、少なくとも１つの予熱反応物が、溶融チャンバを加熱するための燃焼反応物として使用される。本発明によれば、少なくとも１つの反応物の予熱後に得られた低温空気は、圧縮された低温空気を得るために、空気圧縮機内で圧縮される。次いで、圧縮されたこの低温空気は、加熱された圧縮空気を得るために、溶融チャンバ内での燃焼によって生成された高温排気との熱交換によって加熱され、加熱されたこの圧縮空気を膨張タービン内で膨張させることによって、機械エネルギー及び／又は電気エネルギーが生成される。
【００１０】
本発明によれば、一方で、溶融チャンバから来る排気から熱エネルギーを回収するためのシステムと、他方で、膨張タービンによって回収されたエネルギーとの間で、大きな相乗作用が観測される。実際に、膨張タービンと、高温排気を用いて反応物を予熱することによって熱エネルギーを回収するための設備とを単に並列させることによって予測され得るエネルギー効率を大幅に上回る全体効率が観測されている。  
燃焼は、必ずしも溶融チャンバを加熱する唯一の手段であるとは限らず、炉には、電極などの補助的な燃焼手段が設けられてもよいことに留意されたい。  
有利には、酸素が、燃焼反応物として、高温空気との熱交換を用いて予熱される。気体燃料もやはり、燃焼反応物として、単独で、又は好ましくは酸素と組み合わせて予熱されてもよい。
【００１１】
予熱された酸素は、溶融チャンバ内での燃焼に使用される唯一の酸化剤でよい。予熱された酸素はまた、空気、典型的には予熱された空気と組み合わせて酸化剤として使用されてもよい。  
したがって、溶融炉は、酸素燃焼炉（唯一の酸化剤が酸素である）、富化燃焼炉（酸素富化空気を酸化剤として使用）、さらにはハイブリッド酸化剤炉（酸素を用いた燃焼の組合せと、空気を用いた燃焼との組合せを使用し、この空気は酸素富化されることがある）でもよい。  
本例では、用語「酸素」とは、Ｏ２含有量を少なくとも７５ｖｏｌ％、好ましくは８０ｖｏｌ％から１００ｖｏｌ％の間、より好ましくは９０ｖｏｌ％から１００ｖｏｌ％の間で有する気体を指す。  
同様に、予熱された気体燃料は、溶融チャンバ内での燃焼に使用される唯一の燃料でよく、又は、予熱された気体燃料は、別の燃料と組み合わせて使用されてもよい。
【００１２】
炉は、好ましくは酸素燃焼炉である。  
天然ガスが、好ましい気体燃料である。  
少なくとも１つの燃焼反応物の、高温空気との熱交換による予熱は、典型的には、一次熱交換器と呼ばれる熱交換器内で実施される。  
熱伝達ガスとして使用される空気の加熱も同様に、典型的には二次熱交換器と呼ばれる第２の熱交換器内で実施される。  
第１の実施形態によれば、圧縮された低温空気もやはり、二次熱交換器内で、高温排気との熱交換によって加熱される。
【００１３】
代替実施形態によれば、圧縮された低温空気は、三次熱交換器と呼ばれる第３の熱交換器内で、高温排気との熱交換によって加熱される。二次交換器と三次交換器とは、直列に動作しても、並列に動作してもよい。並列の例では、高温排気は、いくつかの部分に分割される。次いで、第１の部分が、熱伝達ガスとして使用される空気を加熱するために、二次交換器に導入される。第２の部分が、圧縮された低温空気を膨張タービンの上流で加熱するために、三次交換器に導入される。
【００１４】
膨張タービンによって生成された機械エネルギー及び／又は電気エネルギーは、少なくとも部分的に１つ又は複数の空気圧縮機に供給され得る。空気圧縮機（複数可）は、特に、低温空気を圧縮する空気圧縮機、空気ガス分離ユニットに供給する空気圧縮機、及び別の空気圧縮機、例えば熱伝達ガスとして圧縮空気を二次熱交換器に供給する空気圧縮機などから選択される。具体的には、この溶融設備には、しばしば送風機と呼ばれる、二次交換器で低温空気を圧縮するための空気圧縮機が装備されるだけでなく、溶融設備はまた、一般に、熱伝達ガスとして使用される前の空気を供給するための空気圧縮機も備える。  
この設備はまた、空気ガス分離ユニット、及び／又は空気圧縮機によって供給される圧縮空気を消費する他のユニットを備えることがある。この設備は、特に、燃焼酸素を供給する空気ガス分離ユニット、圧縮空気冷却設備などを備えることがある。
【００１５】
本発明による方法の一実施形態によれば、膨張タービンは、二次熱交換器に圧縮空気を供給する空気圧縮機のエネルギー消費量の７５％から１００％の間、好ましくは１００％を供給する。  
好ましくは、膨張タービンは、空気ガス分離ユニットに供給する空気圧縮機のエネルギー消費量の２５％から１００％の間、好ましくは５０％から１００％の間、特に１００％を供給する。この空気ガス分離ユニットは、好ましくは、本溶融方法において燃焼反応物として使用される酸素を生成する。この空気ガス分離ユニットは、特に、空気からガスを深冷蒸留するための蒸留塔を備えることができるが、空気からガスを分離するための他の種類のユニットもやはり考えられる。  
空気ガス分離ユニットによる燃焼酸素の生成が停止した場合、又はその生成が低下した場合の燃焼酸素源として液体酸素貯蔵部を設けるとやはり、有利である。かかる酸素貯蔵部は、空気ガス分離ユニットが停止した場合に、燃焼酸素が６から８時間の間、溶融チャンバの収容量に供給され続けることを可能とする貯蔵容量を有する。また、膨張タービンが停止した場合に使用され得る、機械エネルギー及び／又は電気エネルギーを供給するための発電機などの補助電源を設けるとやはり、有利である。  
本発明による方法のパラメータは、ガラス、金属、エナメルなどの溶融材料、溶融チャンバの寸法及び種類、溶融材料の処理量などに依存する。
【００１６】
以下の動作パラメータは、それだけに限られるものではないが、特に、本方法がガラスの溶融方法である場合、単独で、又は組み合わせると有利であるとして認識されている。  
・溶融チャンバから除去される高温排気の温度は、１０００℃から２０００℃である。  
・一次交換器の出口での酸素（予熱酸素）の温度は、２５０℃から６００℃程度である。  
・一次交換器の出口での気体燃料（予熱燃料）の温度は、２５０℃から５５０℃程度である。  
・二次交換器から来る高温空気の温度は、６００℃から８００℃である。  
・場合に応じて二次交換器又は三次交換器から来る加熱された圧縮空気の温度は、６００℃から８００℃である。  
・一次交換器から来る低温空気の温度は、１５０℃から４００℃である。
【００１７】
本発明はまた、本発明による方法の実施形態のいずれのものも実施するのに適した溶融設備に関する。  
したがって、本発明は、燃焼によって加熱される溶融チャンバを画定した炉を備える溶融設備に関する。溶融チャンバは、この燃焼によって生成される排気を逃がすための少なくとも１つの排気出口を備える。  
この設備はまた、熱伝達ガスとしての空気との熱交換によって、燃焼酸素及び／又は気体燃料を溶融チャンバの上流で予熱するための一次熱交換器を備える。前記一次交換器は、（ａ）（高温）熱伝達ガス入口と（低温）熱伝達ガス出口、ならびに（ｂ）（予熱される燃焼酸素用の）燃焼酸素入口と（予熱された燃焼酸素用の）燃焼酸素出口、及び／又は（予熱される気体燃料用の）気体燃料入口と（予熱された気体燃料用の）気体燃料出口を呈する。
【００１８】
一次交換器は、有利には燃焼酸素用の入口と出口とを呈し、好ましくはまた、気体燃料用の入口と出口とをも呈する。  
この溶融設備はまた、溶融チャンバから来る排気との熱交換によって、一次交換器で熱伝達ガスとして使用される空気を加熱するための二次熱交換器を備える。前記二次交換器は、（ａ）（加熱される熱伝達流体用の）空気入口と（加熱された圧縮空気用の）圧縮空気出口、及び（ｂ）（高温）排気入口と（低温）排気出口を呈する。  
二次交換器の排気入口は、溶融チャンバの少なくとも１つの排気出口に連結されている。一次交換器の燃焼酸素出口は、溶融チャンバの少なくとも１つの酸化剤噴射器に連結されている。一次交換器の気体燃料出口は、溶融チャンバの少なくとも１つの燃料噴射器に連結されている。  
一般規則として、本例では、用語「連結されている」とは、例えば管を用いて「流体的に連結されている」という意味で使用される。
【００１９】
一次熱交換器の（低温）空気出口は、第１の空気圧縮機と呼ばれる空気圧縮機の空気入口に連結され、この第１の空気圧縮機は、圧縮空気を加熱するための熱交換器に連結された圧縮空気出口を有し、この熱交換器内で、この圧縮空気が、溶融チャンバ内での燃焼によって生成された排気との熱交換によって加熱される。圧縮空気を加熱するための熱交換器は、加熱された圧縮空気を膨張タービンで膨張させることによって機械エネルギー及び／又は電気エネルギーを生成するための膨張タービンの圧縮ガス入口に連結された加熱圧縮空気出口を有する。
【００２０】
本設備の好ましい一実施形態によれば、膨張タービンは、少なくとも１つの空気圧縮機に機械エネルギー及び／又は電気エネルギーを供給する。膨張タービンは、特に、第１の空気圧縮機、空気ガス分離ユニットに供給する空気圧縮機、及び「第２の圧縮機」と呼ばれ、圧縮空気を圧縮空気消費設備の少なくとも１つの他のユニットに供給する空気圧縮機などの別の空気圧縮機から選択される少なくとも１つの空気圧縮機に、機械エネルギー及び／又は電気エネルギーを供給することができる。したがって、第２の圧縮機は、空気を熱伝達ガスとして二次熱交換器に供給する空気圧縮機でよい。  
膨張タービンが少なくとも１つの空気圧縮機に機械エネルギーを供給する場合、この供給は、有利には、ガスタービンを前記空気圧縮機に連結している伝動シャフトによって実施される。
【００２１】
本発明による設備が、空気ガス分離ユニットを備える場合、このユニットは、好ましくは、溶融チャンバの少なくとも１つの酸化剤噴射器に連結された酸素出口を有し、この酸素出口は、この分離ユニットが前記少なくとも１つの酸素バーナに燃焼酸素を供給するためのものである。好ましくは、空気ガス分離ユニットの酸素出口は、その目的で、一次交換器の燃焼酸素入口に連結される。次いで、空気ガス分離ユニットからの酸素出口は、一次交換器を介して少なくとも１つの酸化剤噴射器に連結され、一次交換器の燃焼酸素出口が、前記少なくとも１つの酸化剤噴射器に連結されている。  
上記に示されるように、空気ガス分離ユニットは、好ましくは、空気からガスを深冷蒸留するための深冷蒸留塔を備える。空気ガス分離ユニットはまた、ＶＳＡ（圧力スイング吸着法（Ｖａｃｕｕｍ  Ｓｗｉｎｇ  Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ））と呼ばれる技術に基づいたシステムでよい。
【００２２】
この設備はまた、有利には、空気ガス分離ユニットが停止した場合、又はその生成が低下した場合の燃焼酸素源として酸素貯蔵部を備える。この設備はまた、有利には、膨張タービンが停止した場合に、機械エネルギー及び／又は電気エネルギーを供給するための発電機などの機械エネルギー及び／又は電気エネルギー補助源を備えてもよい。  
先に示されたように、燃焼は、溶融チャンバを加熱する唯一の手段でも、電極などの他の加熱システムと組み合わされてもよい。  
（高温）燃焼酸素は、唯一の酸化剤でも、特に空気などの他の酸化剤と組み合わされてもよい。気体燃料は、唯一の燃料でも、他の燃料と組み合わされてもよい。  
一次交換器の燃焼酸素出口に連結された酸化剤噴射器が、溶融チャンバのバーナ部分を形成してもよい。そのような酸素噴射器はまた、溶融チャンバの酸化剤ランス、特に酸素ランス部分を形成してもよい。  
同様に、一次交換器の気体燃料出口に連結された気体燃料噴射器が、溶融チャンバのバーナ部分を形成しても、前記チャンバの燃料ランスに組み込まれてもよい。
【００２３】
好ましい一実施形態によれば、溶融炉はガラス炉であり、特に、フロート炉（すなわち、金属バスとも呼ばれるフローティングバスを備える炉）と呼ばれる種類のガラス炉であるが、本発明はまた、例えば非鉄金属などの金属を溶融するための炉を含めて、他の溶融炉においても有益なものである。
【００２４】
本発明の上記説明は、空気が熱伝達ガスとして使用される一実施形態に留められているが、本発明の代替形態では、別のガス、例えば窒素などが、熱伝達ガスとして使用されてもよい。  
熱伝達ガスは、開回路で循環させても、閉回路で循環させてもよい。閉回路の場合、膨張タービン内での膨張後に得られたガスが、本方法／本設備の熱伝達ガスとして再利用される。この実施形態の形態は、熱伝達ガスが空気以外のガスである場合、特に推奨される。  
本発明及びその利点が、図１及び図２を参照しながら、以下でより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】空気を熱伝達ガスとして使用した本発明による設備及び方法の一例の概略図。
【図２】空気を熱伝達ガスとして使用した本発明による設備及び方法の他の例の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
溶融炉は、いくつかの酸素バーナ（図示せず）によって加熱される酸素燃焼溶融チャンバ１００を備える。前記バーナには、例えば天然ガスなどの燃料が管１０５によって供給され、燃焼酸素が管１０４によって供給される。  
燃焼酸素は、圧縮空気１６１を、Ｏ２含有量を少なくとも９０ｖｏｌ％有する酸素流４０と、主にＮ２からなる気流（図示せず）とに分離する空気ガス分離ユニット１６０によって生成される。  
溶融チャンバ１００内での酸素燃焼によって生成された排気２０が、燃焼チャンバから出口１０１によって除去され、前記排気２０の温度は、１０００℃から２０００℃の間であり、例えば１２５０℃から１７５０℃の間である。
【００２７】
前記高温排気２０又は前記排気の少なくとも一部２１が、「二次熱交換器」１４０と呼ばれる第１の熱交換器に搬送される。高温排気（２０、２１）は、排気入口１４３から二次交換器１４０に入り、排気出口１４４から出る。二次交換器１４０の内部では、排気が熱交換によって空気３０を加熱する。  
空気３０は、空気入口１４１から二次交換器１４０に導入される。加熱された空気３１は、６００℃から８００℃の間の温度で空気出口１４２から二次交換器１４０を出る。  
二次交換器１４０から来る加熱された空気３１は、「一次交換器」１３０と呼ばれる第２の熱交換器に搬送され、熱伝達ガス入口１３１から中に導入される。
【００２８】
これらの図には、１台の一次交換器１３０しか描かれていない。しかし、前記一次交換器１３０は、一連のいくつかの一次下位交換器に分割されてもよく、すなわち一連の熱伝達ガス／燃焼酸素交換器、及び／又は熱伝達ガス／気体燃料交換器に分割されてもよい。
【００２９】
分離ユニット１６０から来る酸素流４０が、酸素入口１３３から一次交換器１３０に導入され、予熱酸素４１として酸素出口１３４から一次交換器を出る。天然ガス流５０が、燃料入口１３５から一次交換器１３０に導入され、予熱天然ガス５１として燃料出口１３６から一次交換器１３０を出る。  
一次交換器１３０の内部では、酸素流４０が、加熱された空気３１との熱交換によって３５０℃から６５０℃の間の温度、例えば５５０℃に予熱され、天然ガス流５０が、同様に加熱された空気３１との熱交換によって２５０℃から５５０℃の間の温度、例えば４５０℃に予熱される。
【００３０】
こうして予熱された酸素４１は、燃焼酸素として管１０４によって溶融チャンバ１００へと搬送され、こうして予熱された天然ガス５１は、燃料として管１０５によって溶融チャンバ１００へと搬送される。  
酸素及び気体燃料を予熱するために使用された後、低温の熱伝達ガス（空気）３２は、一次交換器１３０から空気出口１３２を介して除去される。  
低温空気３２は、空気圧縮機１１０に搬送され、そこでこの低温空気は、圧縮機１１０の出口１１２で圧縮された低温空気３３が得られるように、１０から２０気圧の間の圧力、例えば約１５気圧に圧縮される。  
次いで、圧縮された低温空気３３は、熱交換器に搬送され、そこで溶融チャンバ１００から来る高温排気２０との熱交換によって加熱されることになる。
【００３１】
図１に例示される実施形態では、圧縮された低温空気３３はこうして圧縮空気入口１５３から二次交換器１４０に導入され、高温排気２０との熱交換によって得られた加熱された圧縮空気３４が、加熱圧縮空気出口１５４より二次交換器１４０から除去される。
【００３２】
図２に例示される実施形態では、圧縮された低温空気３３は、圧縮空気入口１５３より「三次交換器」１５０と呼ばれる第３の熱交換器に導入される。高温排気２０は、２つの部分２１と２２とに分割されている。高温排気の部分２１は、熱伝達ガスとして使用される空気３０を加熱するために二次交換器１４０に導入される。高温排気の部分２２は、一次交換器から来る低温空気を圧縮機１１０内で圧縮することによって得られた圧縮低温空気３３を加熱するために、高温排気入口１５１から三次交換器１５０に導入される。この低温排気は、三次交換器１５０から排気出口１５２を介して除去され、加熱された圧縮空気は、圧縮空気出口１５４を介して除去される。
【００３３】
熱伝達ガスとして使用される空気３０を加熱するために必要となる熱エネルギーと、圧縮空気を加熱するために必要となる熱エネルギーとにそれぞれ基づいて、高温排気２１として二次交換器１４０に送られる割合と、高温排気２２として三次交換器１５０に送られる割合とを調節することによって、溶融チャンバ１００から出る高温排気２０に存在する熱エネルギーの回収及び利用を最適化することが可能となる。
【００３４】
次いで、加熱された圧縮空気３４は、膨張タービン１２０の圧縮ガス入口１２１に搬送される。この膨張タービン１２０内で、加熱された圧縮空気３４が膨張することによって、機械エネルギー及び電気エネルギーが生じる。膨張後、空気は膨張タービンから出口１２２を介して除去される。
【００３５】
例示されたシナリオでは、加熱された圧縮空気のこの膨張によって得られたエネルギーは、
・一方では、機械エネルギーの形で、伝動シャフト１２３によって空気圧縮機３４に伝達され、
・他方では、電気エネルギーの形で、接続１２４を介して分離ユニット１６０に伝達される。
【実施例】
【００３６】
本発明及びその利点が、以下の比較例で例示される。  
本発明による実施例は、図１の図に対応する。  
参考例は、一次熱交換器１３０から来る低温空気３２が直接煙道に送られる点を除いて、同じ図に対応する。  
炉は、酸素燃焼単独で加熱されるガラス溶融炉であり、酸素消費量が７０００Ｎｍ３／時、ガラス生産力が約６２０ｔ／日である。  
空気ガス分離ユニットの消費電力は、３ＭＷｅと推定される。  
一次交換器１３０では、酸素は５５０℃に予熱され、天然ガスは４５０℃に予熱される。  
二次交換器１４０では、空気は６５０℃に加熱される。
【００３７】
本発明による実施例では、燃焼ガスは、１３００℃の温度で燃焼チャンバ４１から出る。  
電気的バランス（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｂａｌａｎｃｅ）は、分離ユニット１６０に供給するための空気圧縮に要するエネルギー消費量と、二次交換器に熱伝達ガスを供給するために要するエネルギー消費量と、圧縮機１１０内で低温空気３２を圧縮するために要するエネルギー消費量とを考慮することによって規定される。
【００３８】
次の２つのシナリオが想定され得る。  
・電力価格が４０ユーロ／ＭＷｈである場合のシナリオ。  
・電力価格が１４０ユーロ／ＭＷｈである場合のシナリオ。  
表１は、シナリオ１についての、これらの材料と、エネルギーバランスとから導出された経済的データを示す。  
許容される投資比率は、この機器が８６００時間／年利用可能であるとして、４年間の償却に基づき計算される。
【表１】
0006272900.tif 000002
【００３９】
シナリオ２では、天然ガス費用が４０ユーロ／ＭＷｈ、電力費用が１４０ユーロ／ＭＷｈであり、その経済的データが表２に記載されている。
【表２】
0006272900.tif 000003
【００４０】
参考例のケースでは、−２９９１ｋＷｅの電気的バランスが観測される。本発明によれば、電気的バランスは、−２３４７．９ｋＷｅまで低減し、これは２０％超の節減を表す。上記は、本発明が、特にエネルギー費用が高い地域において、真の経済的利益を提供することを示している。
【図１】
0006272900.tif 000004
【図２】
0006272900.tif 000005