(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉体燃料を供給し、耐火物材料で内張りされるガラス溶融領域と、ガラス溶融炉内の密閉再生器に関する複数のバーナ（４８ａ−ｈ，５０ａ−ｈ）とを含むタイプのガラス溶融炉内で燃焼させる方法であって、
前記ガラス溶融炉の前記密閉再生器に関する前記バーナ（４８ａ−ｈ，５０ａ−ｈ）の各々に粉体燃料を供給する手段を与えるステップと、
少なくとも１つの主管に向けて分配される燃料−空気又はガス混合物を生成するべく空気又はガスの第１流を前記粉体燃料と混合するステップと、
燃焼サイクルと非燃焼サイクルとの交互運転サイクルで前記バーナを運転するべく、前記主管から、前記ガラス溶融炉のガラス溶融領域内の複数のバーナの各々への前記粉体燃料−空気又はガス混合物の流れを制御された態様で調整するステップと、
燃焼サイクルと非燃焼サイクルとの交互運転サイクルで前記バーナを運転するべく、前記粉体燃料−空気又はガス混合物を、前記主管から、前記ガラス溶融炉のガラス溶融領域内の複数のバーナの各々に供給するステップと、
前記ガラス溶融炉の前記ガラス溶融領域内の前記バーナによって前記粉体燃料を燃焼させるステップであって、前記ガラスを溶融させるように制御される加熱を行うべく高熱効率で燃焼火炎を与えるステップと、
前記主管からの前記粉体燃料−空気又はガス混合物の流れを、前記バーナの前記交互運転サイクルが切り替わる間に、前記粉体燃料を供給する手段に向けて戻すステップと、
前記ガラス及び前記ガラス溶融炉における前記粉体燃料の侵食作用及び摩耗作用を、ジルコニア−シリカ−アルミナ、酸化マグネシウム、マグネシア、ケイ酸ジルコニウム、及びこれらの混合物の電鋳材料からなるグループから選択される耐火手段によって弱めるステップと
を含み、
前記粉体燃料は、石油蒸留残留物から作られる方法。
【請求項２】
前記粉体燃料を混合することは、前記燃料−空気又はガス混合物を少なくとも２つの分配管に分配して、前記粉体燃料−空気又はガス混合物を前記バーナーの各々に交互運転サイクルで供給することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記耐火手段は、少なくとも９８重量％の酸化マグネシウムを含む材料から選択されて、再生チャンバにおいて前記材料に存在する酸化カルシウムの量を低減する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記耐火手段は、再生チャンバにおいて約８０重量％のマグネシア及び約２０重量％のケイ酸ジルコニウムを含む材料から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記粉体燃料を燃焼させるステップは、前記ガラス溶融炉において前記燃焼サイクルを行うべく、前記バーナの各々に前記粉体燃料−空気又はガス混合物と一緒に空気又は天然ガスの第２流を同時に供給することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
粉体燃料を供給し、耐火物材料で内張りされるガラス溶融領域と、ガラス溶融炉内の密閉再生器に関する複数のバーナ（４８ａ−ｈ，５０ａ−ｈ）とを含むタイプのガラス溶融炉内で燃焼させるシステムであって、
粉体燃料を、前記ガラス溶融炉の前記ガラス溶融領域内で前記溶融領域において燃焼させるべく前記バーナ（４８ａ−ｈ，５０ａ−ｈ）の各々に供給し、ガラス溶融サイクルを行うべく各バーナごとに火炎を与える手段と、
前記粉体燃料を空気の第１流と混合し、少なくとも１つの主管（１６０，１６２，１６４）に向けて粉体燃料−一次空気混合物の一定流を放出する手段（１２４，１２６，１２８）と、
前記粉体燃料−空気又はガス混合物を各主管（１６０，１６２，１６４）から、ガラス溶融炉の少なくとも１つのバーナ（４８ａ−ｈ，５０ａ−ｈ）へ供給し、前記バーナを燃焼サイクルと非燃焼サイクルとの交互運転サイクルで運転する手段（１９０，１９２，１９４及び１９６，１９８，２００）と、
前記主管からの前記粉体燃料−空気又はガス混合物の流れを、前記バーナの前記交互運転サイクルが切り替わる間に、前記粉体燃料を供給する手段に向けて戻す手段（２０２，２０４，２０６）と、
前記ガラス溶融領域の前記粉体燃料の燃焼により生じる侵食作用及び摩耗作用を弱める耐火手段（Ｂ）と
を含み、
前記ガラス溶融炉は、前記炉内の前記粉体燃料の燃焼により生じる前記侵食作用及び摩耗作用を制御するべく前記耐火手段で構成され、
前記粉体燃料は、石油蒸留残留物から作られるシステム。
【請求項７】
前記粉体燃料−空気又はガス混合物を各主管（１６０，１６２，１６４）から供給する手段は、前記粉体燃料−空気又はガス混合物を少なくとも２つの分配管（１９０，１９６；１９２，１９８及び１９４，２００）に分配して、前記粉体燃料−一次空気混合物を、前記ガラス溶融炉の前記バーナ（４８ａ−ｈ，５０ａ−ｈ）ごとに交互運転サイクルで供給する手段（１８４，１８６，１８８）を含む、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記粉体燃料を燃焼させる手段は、前記バーナの各々に前記粉体燃料−空気又はガス混合物と一緒に空気又は天然ガスの第２流を同時に供給する手段（２３０，２３２，２３４，２３６，２３８，２４０）を含み、
前記第２流は、前記バーナにおいて各々の前記粉体燃料−空気又はガス混合物と同時に供給されて、前記ガラス溶融炉において前記燃焼サイクルを行う、請求項６に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉体燃料を供給しガラス溶融炉で燃焼させる方法及びシステムに関する。詳しくは、粉体石油コークスを供給しガラス溶融炉で燃焼させる方法及びシステム並びにそれに使用するバーナに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラスの溶融は、製品の最終特性に応じて、溶融過程及び精製過程の熱効率も考慮して、様々なタイプの炉及び燃料で行われている。ガラスを（ガス燃料によって）溶融させるべくユニット溶融炉が使用されている。かかる炉は、当該炉の側部沿いに複数のバーナを有する。ユニット全体は煙突がある密閉箱に類似する。当該煙突は、開始となるフィーダ又は炉の下流方向最終端のいずれかに配置することができる。しかし、ガラスが出てくる高温運転炉には、きわめて大きい熱損失がある。例えば２５００°Ｆ（１３７０℃）では、煙道ガスの熱は、天然ガス燃焼炉への入熱の６２パーセントである。
【０００３】
煙道ガスの余熱を利用するべく、再生炉と称される複雑かつ高価な設計が登場した。ガラス溶融再生炉を運転するべく、並んで配置される一対の密閉再生器に複数のガスバーナが接続される。各再生器は、下部チャンバと、当該下部チャンバ上部の耐火構造体と、当該構造体上部の上部チャンバとを有する。各再生器は、各上部チャンバを当該炉の溶融精製チャンバとに接続するポートを有する。バーナは、天然ガス、鉱油、重油、その他の気体燃料又は液体燃料のような燃料を燃焼させるように構成される。当該燃料はガラス溶融炉での使用に適し、チャンバ内のガラス原料を溶融精製するための熱を供給する。溶融精製チャンバは、ドッグハウスが位置する一端においてガラス原料が供給され、他端には溶融ディストリビュータを有する。溶融ディストリビュータは一連のポートを含み、これらのポートを通じて溶融精製チャンバから溶融ガラスが取り除かれる。
【０００４】
バーナは、いくつかの可能な構成で取り付けることができる。例えば、スルーポート構成、サイドポート構成、又はアンダーポート構成がある。燃料例えば天然ガスは、燃焼サイクル中に各再生器からやってくる予熱空気の流入ストリーム内にバーナから供給される。その結果生じる火炎とこの火炎の中で作られた燃焼生成物とが、溶融ガラスの表面にわたって広がり、熱を溶融精製チャンバ中のガラスへ伝達する。
【０００５】
運転時、再生器は、燃焼空気サイクルと排熱サイクルとが交互に切り換わる。特定の炉によっては、２０分又は３０分ごとに、火炎の通路が逆転する。各再生器の目的は、冷気の場合に当てはまるような高効率及び高火炎温度を可能とする排熱を貯蔵することにある。
【０００６】
ガラス溶融炉を運転するべく、バーナへの供給燃料及び供給燃焼空気が、現存の酸素及び可燃材料の量をポート口及び構造体頂部にて測定することにより制御される。これにより、溶融チャンバ内または溶融チャンバ沿いの複数の点において、供給燃料の完全燃焼に必要な量を供給燃焼空気が下回らないことを保証できる。
【０００７】
過去において、ガラスを溶融するべく使用される燃料は石油の蒸留から得られる重油であった。長年この種の燃料が利用されていたが、この種の重油には、硫黄、バナジウム、ニッケルその他の重金属のような原油由来の不純物が存在するので、環境規制の強化により、重油の削減が強く求められている。この種の重油は、ＳＯｘ、ＮＯｘ及び微粒子のような汚染物質を生成する。近年、ガラス産業は、清浄な燃料として天然ガスを使用している。蒸留からの石油残留物の液体ストリームに入って来る重金属及び硫黄は全て、天然ガスに含まれていない。しかし、天然ガスの火炎に生じる高温は、ＮＯｘを他の汚染物質よりも多く作り出すのにきわめて有効であった。この意味では、天然ガスを発火させるための低ＮＯｘバーナを開発するべく多くの努力が払われてきた。さらに、ＮＯｘの生成を防止するべく、様々な技術が開発されている。その一例は、燃焼過程のための空気を酸素で代用するオキシ燃料技術である。この技術は、空気の浸透を避けなければならないので、耐火物を特別に用意したユニット溶融炉を必要とする点で不都合である。酸素の使用によっても高温の火炎が生成されるが、窒素の不存在下では、ＮＯｘの生成は大幅に減少する。
【０００８】
オキシ燃料過程の他の不都合な点は、酸素自体の費用である。その費用を安くするべく、溶融過程に必要な酸素を供給する酸素プラントを炉のそばに配置する必要がある。
【０００９】
しかし、エネルギー費用（主として天然ガス）の継続的急騰によって、大手のフロートガラス製造業者は、トラック何台分もの板ガラスに「追加料金」を加えるのを余儀なくされた。天然ガスの価格は、以前の概算を大きく上回り、今年は１２０％以上（メキシコだけで、又は他の国で）高くなった。
【００１０】
ガラス産業の業界関係者の間における全体的合意は、卸業者がこれらの新しい「追加料金」を監視せざるを得ないであろうし、また、その「追加料金」を認めざるを得ない可能性が最も高いであろう、ということである。
【００１１】
従来技術を考慮し、本発明は、蒸留塔の石油残留物に由来する固体燃料を用いて溶融費用を削減するべく様々な技術を適用することに関する。例えば、石油コークスが、環境的に清浄なガラス製造に使用される。
【００１２】
重油及び天然ガスに対するこのタイプの燃料の主な相違点は、重油が液相であり、天然ガスが気相である一方、例えば石油コークスは固体なので、物質の物理的状態にある。重油と石油コークスとは、双方とも原油の蒸留塔の石油残留物に由来するので、同種の不純物を有する。大きな相違点は、それぞれに含有される不純物の量にある。石油コークスは、ディレイド過程、フルード過程及びフレキシ過程と称する、異なった３タイプの過程で製造される。蒸留過程からの残留物は、ドラムに入れられた後、９００°Ｆ〜１０００°Ｆ（４８２℃〜５３７℃）まで最大３６時間加熱され、その残留物から残留揮発性物質の大部分が取り除かれる。揮発性物質はコークドラムの頂部から抽出され、ドラム中の残留物質は、約９０パーセントの炭素と使用された原油由来の全ての不純物とからなる硬岩である。この岩は水圧ドリル及び水ポンプを使ってドラムから抽出される。
【００１３】
石油コークスの典型的な組成は、炭素約９０％、水素約３％、窒素約２〜４％、酸素約２％、硫黄が約０．０５〜６％、他の成分が約１％である。
【００１４】
石油コークスの使用
石油固体燃料は、セメント産業及び火力発電産業においてすでに使用されている。ペース・コンサルタンツ株式会社（Ｐａｃｅ  Ｃｏｎｓｕｌｔａｎｔｓ  Ｉｎｃ．）によれば、１９９９年における石油コークスの使用は、セメント及び火力発電に対して、それぞれ４０％及び１４％であった。
【００１５】
双方の産業において、石油コークスの燃焼が直接燃焼システムとして使用されている。直接燃焼システムでは、燃料の燃焼によって生成された雰囲気が生成物と直接接触する。セメント製造の場合、生成物に要求される温度プロファイルを与えるべく回転窯が必要である。この回転窯では、燃焼ガス及び火炎と窯の耐火物とが直接接触して窯が攻撃されることを防ぐべく、溶融セメントのシェルが常に形成される。この場合、か焼製品（セメント）が燃焼ガスを吸収し、回転窯内のバナジウム、ＳＯ３及びＮＯｘの侵食作用及び摩耗作用を防止する。
【００１６】
しかし、硫黄及びバナジウムの含有量が高いので、燃料としての石油コークスの使用は、ガラス産業では一般的ではない。耐火物の構造体への悪影響、及び環境問題も原因である。
【００１７】
耐火物に関する問題
ガラス産業ではいくつかの種類の耐火物材料が使用される。これらのほとんどが、異なる機能を達成するべく使用される。その機能には、熱的条件だけでなく、耐薬品性、及び、化石燃料に含有される不純物に起因する機械的侵食がある。
【００１８】
主なエネルギー源として化石燃料を用いることは、五酸化バナジウム、酸化鉄、酸化クロム、コバルト等の、燃料中に含有される様々な種類の重金属が炉に投入されることを意味する。燃焼過程では、ほとんどの重金属が蒸発する。これは、金属酸化物の蒸気圧が低く、かつ、溶融炉の温度が高いからである。
【００１９】
炉から出てくる煙道ガスの化学特性は、化石燃料由来の硫黄含有量が高いので、たいてい酸性である。五酸化バナジウムもまた、硫黄煙道ガスのような酸性挙動を示す。酸化バナジウムは、塩基性耐火物への損傷源を示す金属の１つである。これは、この酸化物が、気体状態において酸性挙動をするからである。五酸化バナジウムが酸化カルシウムと激しく反応して摂氏１２７５度でケイ酸二カルシウムを形成することはよく知られている。
【００２０】
ケイ酸二カルシウムは、メルウィナイト相からモンティセライト相、そして最後にフォルステライト相を形成するまで損傷を与え続ける。フォルステライト相は、五酸化バナジウムと反応して低融点のバナジウム三カルシウムを形成する。
【００２１】
塩基性耐火物に引き起こされる損傷を低減するただ１つの方法は、主な塩基性耐火物中の酸化カルシウムの量を低減し、耐火物が破壊され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防止することである。
【００２２】
他方、石油コークスの使用についての主な問題点は、炉内の耐火物構造に悪影響を及ぼす硫黄及びバナジウムの含有量の高さに関する。耐火物に要求される最も重要な特性は、長時間にわたって高温にさらされることへの耐性である。さらに、温度の急激な変化に耐え、溶融ガラスの侵食作用、ガスの腐食作用、及び雰囲気中の粒子の摩耗力に対して抵抗力がなければならない。
【００２３】
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  Ｍａｇａｚｉｎｅ１９７８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。この論文では、研究者たちが、ガラスタンクの上部構造体に通常使用されるアルミナ−ジルコニア−シリカ（ＡＺＳ）、α−βアルミナ、αアルミナ、及びβアルミナのような、流動性鋳造組成物の中におけるバナジウム侵食を克服するように中心に配置される様々な鋳造耐火物を試験した。
【００２４】
Ｊ．Ｒ．Ｍｃｌａｒｅｎ及びＨ．Ｍ．Ｒｉｃｈａｒｄｓｏｎによる論文「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」は、一連の実験を記載する。アルミナ含有率が７３％、４２％及び９％のれんがからの粉砕試料のセットに、円錐変形が行われた。各試料は、五酸化バナジウムの混合剤を単独でまたは酸化ナトリウム又は酸化カルシウムと組み合わされて含有する。
【００２５】
これらの結果の考察は、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。結論は次のとおりである。結論は以下のとおりである。
【００２６】
１．ムライトは、１７００℃までの温度で五酸化バナジウムの作用に耐えた。
【００２７】
２．結晶組成物、五酸化バナジウムとアルミナとの固溶体、又は五酸化バナジウムとシリカとの固溶体が形成された証拠は認められなかった。
【００２８】
３．五酸化バナジウムは、アルミノケイ酸塩耐火物のスラグ形成中、油灰によって鉱化剤として作用することがあるが、これは主なスラグ形成剤ではない。
【００２９】
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により形成される。特に五酸化バナジウムと酸化ナトリウムとにより形成される。
【００３０】
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、アルミナの多いれんがよりもシリカの多いれんがに低融点スラグが形成される。
【００３１】
Ｇｌａｓｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙの１９７９年４月号である第２０巻のＴ．Ｓ．ＢｕｓｂｙとＭ．Ｃａｒｔｅｒによる論文「塩基性耐火物の結合鉱物に対するＳＯ３、Ｎａ２ＳＯ４及びＶ２Ｏ５の影響」では、塩基性耐火物の結合鉱物であるいくつかの尖晶石及びケイ酸塩が、ともにＮａ２ＳＯ４及びＶ２Ｏ５を添加して、また、添加することなく、６００〜１４００℃の硫黄雰囲気において試験された。これらの鉱物における所定のＭｇＯ又はＣａＯが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、塩基性耐火物におけるＣａＯ及びＭｇＯが、排ガス中に硫黄が存在する炉内で使用されると、硫酸塩に変化し得ることを示す。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。
【００３２】
しかし、上述のように、耐火物に対するバナジウムの影響により、ガラス加熱炉における多くの問題点が生じており、それは全体として解決されていない。
【００３３】
石油コークス及び環境
石油コークスの使用に関する別の問題点は環境に関する。石油コークスの燃焼により、硫黄と、ニッケル及びバナジウムのような金属とが高い含有量で生じることで、環境問題が引き起こされている。しかし、硫黄含有率の高い（５重量％を超える）石油コークスを減らすか又は脱硫するための進展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４，３８９，３８８号は、石油コークスの脱硫に関する。石油コークスは硫黄含有量を減らすべく処理される。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学的用途又は電極用途に適している。
【００３４】
１９８９年８月１５日にＲｏｌｆ  Ｈａｕｋに発行された米国特許第４，８５７，２８４号は、還元高炉の排ガスから硫黄を除去する処理に関する。この特許には、気体化合物に含まれる硫黄を、鉄鉱石用還元高炉の排ガスの少なくとも一部から吸収することによって除去する新規な処理が記載されている。この排ガスは、最初にスクラバで清浄化されて冷却された後に脱硫される。脱硫中は、還元高炉内で生成されたスポンジ鉄によって硫黄吸収材料が部分的に構成される。脱硫は、３０℃〜６０℃の範囲の温度で行われるのが好ましい。脱硫は、溶鉱炉ガスから分離されたＣＯ２と、搬出ガスとして用いられる溶鉱炉ガス部分とにおいて行われるのが好ましい。
【００３５】
１９９０年１月１６日にＡｒｔｕｒｏ  Ｌａｚｃａｎｏ−Ｎａｖａｒｒｏらに発行された米国特許第４，８９４，１２２号は、約５重量％よりも大きい初期硫黄含有量のコークス粒子形態にある石油蒸留残留物を脱硫する方法に関する。脱硫は、順次接続された複数の流動床に基づいた連続電熱処理によって行われる。当該流動床に、コークス粒子が連続的に導入される。コークス粒子を脱硫するために必要な発熱は、各流動床内のコークス粒子を電気抵抗として使用することにより得られる。流動化コークス粒子の中へ延びる一対の電極が設けられて、当該電極及び流動化コークス粒子に電流が流される。電極のない最終流動床が設けられて、硫黄のレベルが約１重量％よりも小さくなるまで低減した後、脱硫されたコークス粒子が冷却される。
【００３６】
１９９３年１１月９日にＲｉｃｈａｒｄ  Ｂ．Ｇｒｅｅｎｗａｌｔに発行された米国特許第５，２５９，８６４号は、石油コークスとその中に含有された硫黄及び重金属とからなる環境上好ましくない物質を処理する方法と、溶融鉄又は半製品鋼を作る過程のための燃料と還元ガスとを溶融ガス化器に供給する方法との双方に関する。溶融ガス化器は、上部燃料供給端、還元ガス放出端、下部溶融金属・スラグ収集端、及び、溶融ガス化器中に鉄材を供給する入口を与える手段を有する。この方法は、石油コークスを上部燃料供給端から溶融ガス化器内に導入することと、酸素含有ガスを石油コークス中に吹き込んで石油コークスから少なくとも第１のコークス粒子流動床を形成することと、入口手段を通して溶融ガス化器内に鉄材を導入することと、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、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する溶融鉄又は半製品鋼と、石油コークスの燃焼により遊離した硫黄を含有するスラグとを製造することとを含む。
【００３７】
ガラス産業において考慮すべき付加的な要因は、環境、主に大気汚染の制御である。溶融炉は、ガラスプラントからの総排出量のうちの微粒子及び気体汚染物質双方の９９％超に寄与する。ガラス溶融炉からの燃料排ガスは主に、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る排ガスは主に、燃料により発生した燃焼ガスと、この時間内に生じる化学反応に依存するバッチの溶融から生じるガスとからなる。火炎単独で加熱される炉からのバッチガスの比率は全ガス体積の３〜５％に相当する。
【００３８】
燃料排ガス内の大気汚染成分の比率は、発火燃料の種類、その発熱量、燃焼空気温度、バーナの設計、火炎構成、及び過剰給気に依存する。ガラス溶融炉の排ガス中の硫黄酸化物は、使用燃料及び溶融バッチから作り出される。
【００３９】
これらの金属酸化物及び金属水酸化物の揮発を含む様々なメカニズムが提案されている。いずれにせよ、実際の粒状物質の化学分析結果として周知なのは、その物質の７０％以上がナトリウム化合物、約１０％〜１５％がカルシウム化合物、残りの大部分がマグネシウム、鉄、シリカ、及びアルミナということである。
【００４０】
ガラス溶融炉における他の重要な考慮事項はＳＯ２の排出である。ＳＯ２の排出は、原料及び燃料に導入された硫黄による。例えば生産レベルの増加後の炉加熱時間内に、大量のＳＯ２が放出される。ＳＯ２の排出速度は、溶融ガラスのトン当り約２．５ポンド（１．１３ｋｇ）からトン当り５ポンド（２．２７ｋｇ）にわたる。排ガス中のＳＯ２濃度は、天然ガスによる溶融に対して一般に１００〜３００ｐｐｍの範囲である。硫黄分の高い燃料を使用すると、燃料中の硫黄１％ごとに、ガラス１トン当り約４ポンド（１．８１ｋｇ）のＳＯ２が加わる。
【００４１】
他方、燃焼過程の結果としてのＮＯｘの生成が研究され、数人の著者（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排出」）によって説明されてきた。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の排出」に関する彼らの報告書で、アメリカ合衆国環境保護庁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編み出した。
【００４２】
最後に、火炎が適切に制御されて炉に可燃性空気が不足していない通常の運転条件下では、化石燃料の不完全燃焼に起因するＣＯその他の残留物は排ガス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よりも低く、おそらくは５０ｐｐｍよりも低いであろうし、また、生成速度は０．２％／トンよりも低いであろう。これらの汚染物質の制御は、適切な燃焼設定をすることだけでよい。
【００４３】
気体排出低減に対する処理技術は基本的に、発火燃料及び原料の適切な選択、炉設計及び運転に限られる。１９９１年１０月１日にＭｉｃｈａｅｌ  Ｂｕｘｅｌらに発行された米国特許第５，０５３，２１０号は、煙道ガスの精製方法及び装置を記載する。特に、煙道ガスが、粒状炭素担持物質の重力流移動床にある多段吸着及び触媒反応によって脱硫及びＮＯｘ除去される。粒状炭素担持物質はガスの横ストリームと接触し、重力流移動床は、ガス経路に対して直列に配列される少なくとも２つの移動床を含む。ＮＯｘ除去は、第２の、又は任意の下流側の移動床で生じる。産業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条痕の形成により悪影響を受ける。この不利点は、第１の移動床を出て局所的に可変の二酸化硫黄濃度勾配を有する予備精製済みの煙道ガスが、ＮＯｘ除去のための反応剤としてのアンモニア添加前に反復混合を受けることで解消される。
【００４４】
１９９７年６月３日にＪｅｎｇ−Ｓｙａｎらに発行された米国特許第５，６３６，２４０号は、炉の排ガス出口で使用されるガラス炉の大気汚染制御方法及び装置に関する。これは、排ガスを噴霧型中和塔に通し、排ガスの不透明度を減少させる吸収剤（ＮａＯＨ）噴霧によって硫酸塩を除去することと、空気圧粉末供給装置を使用して噴霧型中和塔とバッグハウスとの間の通路に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、バッグハウス中のフィルターバッグの通常機能を維持することとを含む。
【００４５】
粉体燃料用バーナ
最後に、粉体石油コークス又はダスト石油コークスを燃焼させるには、特別なタイプのバーナ設計を考える必要がある。一般に、点火エネルギーは、バーナ火炎を点火するべく可燃性燃料−空気混合物に与えられる。石炭又は石油コークスとしての粉体燃料を燃焼させるべく、いくつかのバーナシステムが開発されている。
【００４６】
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号は、粉体、気体、及び／または液体燃料のためのバーナを記載する。このバーナは、回転対称に開く壁及びそれに接続される排気管を備える点火チャンバを有する。チャンバ壁の中央には、燃料ジェットを受け入れるための管入口と、燃焼空気の渦を受け入れるべく前記入口を囲む給気部とが配置される。点火チャンバの内側では、燃料ジェットを混合しそれを点火温度まで加熱する熱い再循環ストリームが作られる。点火チャンバに供給される渦の空気量は、必要な全燃焼空気の一部にすぎない。チャンバ壁と排気管との間の区域には第２空気受け入れ管が設けられ、燃焼空気の別の一部が点火チャンバ内に導入され、燃料ジェットと完全に又は部分的に混合される。前記燃料ジェットとの混合物に（したがって燃焼の点火及び開始に）点火チャンバ内で関与する燃焼空気部分の合計は、必要な燃焼空気の５０％を超えないように調整される。これら全ての手段を結合することによって、産業的な処理のための熱生成に特に適したバーナが与えられる。このバーナはさらに、細長い形態を備えて粒子の半径方向の片寄りが少ない火炎を燃焼チャンバ内に形成する安定点火ための中間的かつ可変の出力比を有する。
【００４７】
１９８３年１１月１日にＡｋｉｒａ  Ｉｚｕｈａらに発行された米国特許第４，４１２，８１０号は、安定状態で燃焼を行うことのできる粉炭バーナに関する。燃焼の結果生成されるＮＯｘ、ＣＯ、及び未燃焼炭素の量が低減される。
【００４８】
１９８５年７月３０日にＷｉｌｌｉａｍ  Ｈ．Ｓａｙｌｅｒに発行された米国特許第４，５３１，４６１号は、石炭その他の化石燃料等の固体燃料を粉体化し、空気ストリーム内に浮遊する当該粉体燃料を燃焼させるシステムに関する。これは主に、石膏処理窯及び冶金炉を加熱するべく使用される産業炉と組み合わされる。
【００４９】
１９８６年７月２９日にＫｌａｕｓ  Ｇｒｅｔｈｅに発行された米国特許第４，６０２，５７５号は、集中的内部再循環区域を備えるバーナ火炎内で石油コークスダストを燃焼する方法に関する。この石油コークスダストは、集中的内部再循環区域の、燃焼される石油コークスダストのために点火エネルギーが与えられる領域に供給される。しかし、この特許の記載によると、原油が受けた処理のタイプに応じて、石油コークスはバナジウムのような有害物質が含み得る。これは、蒸気発生器における燃焼時の腐食性化合物になるだけでなく、煙道ガスとともに「蒸気発生器」から出るときに環境をかなり汚染する。このバーナが使われるときは、これらの悪影響又は有害な発生物は、バナジウム結合添加剤を増分空気を介して燃焼部に添加することによって、かなり防止することができる。
【００５０】
石炭バーナについての他の開発が、１９９０年５月１５日にＤｅｎｎｉｓ  Ｒ．Ｌｅｎｎｏｎらに発行された米国特許第４，９２４，７８４号に例示されている。これは、粉体化された溶剤精製炭の、「ボイラー等」のためのバーナ内での発火に関する。
【００５１】
１９９８年１１月３日にＨｉｄｅａｋｉ  Ｏｈｔａらに発行された米国特許第５，８２９，３６７号は、高濃度及び低濃度２種類の濃度を有する粉炭混合物を燃焼させるためのバーナに関する。このバーナは、バーナパネルの高さが低められて、バーナ全体が単純化される。これらのバーナはボイラー炉又は化学産業炉に適用される。
【００５２】
上述のように、石油コークスの汚染を制御することに開発が集中しているが、これらは石油コークスの脱硫又は汚染除去に集中している。
【００５３】
他方、石油コークスがすでに他の産業で使用されているにもかかわらず、汚染ガスを吸収するのと同じ製品が、炉に対するバナジウムの侵食作用及び摩耗作用も吸収する（セメント産業を参照のこと）。
【００５４】
いずれの場合においても、汚染問題及びそれらの解決法は各産業に依存する。各産業及び炉は、様々な熱特性及び汚染物質問題を有する。また、耐火物のタイプ（これはまたエネルギー消費及び製品品質にも影響する）、炉構造、及び得られる製品に関する問題もある。
【００５５】
提案される解決法
上記全てにもかかわらず、ガラス産業では今日でも、炉の耐火物構造に悪影響を与え環境にも深刻な問題となる汚染並びに高硫黄含有量及び高バナジウム含有量のような上述全ての因子を配慮した上での、ガラス原料を溶融するための石油コークスの燃焼は考えられていない。
【００５６】
前記の方法を全て配慮し、本発明は、石油蒸留残留物（石油コークス）由来の低コスト固体燃料の使用に関する。これにより、環境に清浄な方法で商業用ガラスを製造し、ガラス炉の耐火物への損傷リスクを低減し、雰囲気中の汚染物質の排出を低減することができる。背景技術において述べたように、この固体燃料は上述の問題があるので、ガラス材料の溶融に使用されることが考えられていない。
【００５７】
本発明の使用に対し、効率的燃焼を行うべく、石油コークスを供給し燃焼させる燃焼設備が開発された。本発明は排出制御システムも考慮した。このシステムは炉の後に配置されて煙道ガスを清浄にし、ＳＯｘ、ＮＯｘ、及び微粒子等の燃料由来の不純物の排出を防ぐ。開発された設備の統合して設備及びシステムの正しい構成を選択することによって、低コスト燃料の使用、商業用ガラスの製造、及び環境規制内の煙道ガス発生が可能となる。
【００５８】
上述により、本発明は、サイドポート型ガラス炉内で商業用ガラスを製造するべく、単一過程に配置されるいくつかのシステムの設計に関する。よって、サイドポート型ガラス溶融炉内で、炭素、硫黄、窒素、バナジウム、鉄、及びニッケルからなるタイプの粉体燃料が、板ガラス又はガラス容器の製造のためのガラス原料を溶融するべく燃やされる。粉体燃料を供給する手段が、ガラス溶融のサイクル中に粉体燃料を燃焼させるべく、前記ガラス溶融炉のガラス溶融領域の第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各々に配置される少なくとも１つのバーナに設けられる。前記ガラス溶融炉は耐火手段を含む。耐火手段は、ガラス溶融炉の再生チャンバにおける溶融ガラスの侵食作用、燃焼ガスの腐食作用、及び、前記粉体燃料の炉内燃焼により生じる雰囲気中の粒子の摩耗力に耐える。最後に、本発明は、ガラス溶融炉内の粉体燃料の燃焼が行われた後に排ガス出口での大気汚染を制御する手段を含む。この手段は大気汚染を制御して、雰囲気における硫黄、窒素、バナジウム、鉄及びニッケルの排出を低減する。
【００５９】
さらに、酸化マグネシウムへの損傷のおそれを低減又は防止するべく、少なくとも９８％の酸化マグネシウムを有する必要がある。この場合、耐火物を形成する原料の純度は、原料に存在する酸化カルシウムの量を低減し、かつ、溶融相の形成を遅らせる。酸化マグネシウムによって囲まれた不純物を有するこの耐火物は、主材料の中にセラミック結合が生成される高温で焼結する必要がある。
【００６０】
酸化マグネシウムが９８％又はそれ以上の塩基性耐火物は、ガラス溶融炉の再生チャンバの頂部列に使用されることが多い。再生チャンバ又は頂部チェッカ内で使うことができる耐火物の他の例は、ジルコン−シリカ−アルミナ電鋳材料である。これは、耐火物への損傷の影響を低減する五酸化バナジウムと同様の酸性挙動も示す。
【００６１】
ガラス炉内の耐火物を、不純物の熱力学的分析、不純物の化学組成、及び耐火物を形成する化合物に基づいて正しく選択することにより、化石燃料に含有される不純物の影響を低減できる。
【発明の概要】
【００６２】
本発明によれば、本発明の第１の目的は、粉体石油コークスを供給し燃焼させて溶融ガラスのコストを低減するべく、粉体燃料を供給しガラス溶融炉内で燃料させる方法及びシステムを与えることにある。
【００６３】
本発明のさらなる目的は、炭素、硫黄、窒素、バナジウム、鉄、及びニッケルを含有する粉体燃料を供給しガラス溶融炉内で燃焼させる方法及びシステムを与えることにある。これにより、粉体燃料の燃焼によって生じる排出物を制御して煙道ガスを清浄し、ＳＯｘ、ＮＯｘ、及び微粒子等の粉体燃料由来の不純物排出を低減することができる。排出物低減はガラス溶融炉内の粉体燃料の燃焼が行われた後に制御される。
【００６４】
本発明における他の目的は、一次空気又はガスと組み合わせられた粉体燃料の混合物が各バーナにおいて高速で噴射される、粉体燃料を供給しガラス溶融炉内で燃焼させる方法及びシステムを与えることにある。
【００６５】
本発明のさらなる目的は、前記粉体燃料の燃焼により生じる（特にＶ２Ｏ５による影響によって生じる）侵食及び摩耗作用を少なくするべく、ガラス溶融炉のチャンバを構成する特別な耐火物を使用する、粉体燃料を供給しガラス溶融炉内で燃焼させる方法及びシステムを与えることにある。
【００６６】
本発明のさらなる目的は、化学量論的空気に対して約１６％過剰な空気の連関燃料−空気の状態で炉へ粉体燃料を直接供給する、粉体燃料を供給しガラス溶融炉内で燃焼させる方法及びシステムを与えることにある。
【００６７】
本発明における別の目的は、２〜３タイプの燃料に対して同時に溶融することもできる粉体燃料を供給しガラス溶融炉内で燃焼させる方法及びシステムを与えることにある。一連のバーナを溶融チャンバ内に配置して、石油コークス、ガス又は重油を独立して燃焼させることができる。
【００６８】
本発明における他の目的は、高度に連関する固体−空気を空気圧手段によって粉体燃料に与える、粉体燃料を供給しガラス溶融炉内で燃焼させる方法及びシステムを与えることにある。
【００６９】
本発明におけるこれらの及びその他の目的及び短所は、添付図面に示される以下の本発明の詳細説明から当業者にとって明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施例のブロック図である。主に、粉体燃料を供給しガラス溶融炉の少なくとも１つのバーナ内で燃焼させるシステムと、溶融ガラスの侵食作用、燃焼ガスの腐食作用、及び、炉内での前記粉体燃料の燃焼により生じる雰囲気中の粒子の摩耗力に耐えるべくガラス溶融炉の壁及び床を形成する様々な形状の耐火手段と、炉内での粉体燃料の燃焼後の排ガス出口における大気汚染を制御する環境制御システムとを含む。
【図２】本発明に係る石油コークスを供給し燃焼させるシステムの第１実施例の他のブロック図を示す。
【図３】再生型ガラス溶融炉の平面図である。
【図４】図１に示す炉の長手方向の概略図である。
【図５】本発明に係る粉体燃料を供給し燃焼させるシステムの概略図である。
【図６】図６は、再生型ガラス溶融炉と組み合わせた、粉体燃料を供給し燃焼させるシステムの側面図である。
【図７】本発明に係る粉体燃料を供給し燃焼させるバーナの配列の詳細図である。
【図８】本発明に係る粉体石油コークスを燃焼させるバーナの好ましい実施例における、図７から得られる側面図である。
【図９】図８から得られる正面図である。
【図１０】図８のバーナの詳細な垂直断面図である。
【図１１】図１０の「Ａ−Ａ」線から得られた平面図である。２つの出口ノズルを備えるバーナを示す。
【図１２】他の平面図である。１つの出口ノズルを備える第２実施例のバーナを示す。
【発明を実施するための形態】
【００７１】
本発明を特定の実施例に関連して説明する。ここで、同じ部材は同じ数字で言及する。また、図１は本発明の一実施例のブロック図であり、後に説明するように、粉体燃料を供給しサイドポート型ガラス溶融炉の少なくとも１つのバーナＡ内で燃焼させるシステムを主に含む。ガラス溶融炉の再生チャンバの壁及び床を形成するべく様々な形状に形成される耐火手段Ｂは、少なくとも９８％の酸化マグネシウムを有する材料から選択される。耐火物を形成する原料の純度により、材料中に存在する酸化カルシウムの量が低減され、溶融相の生成が遅延される。酸化マグネシウムに囲まれた不純物を有するこの耐火物は、主材料内にセラミック結合が作られる高温で焼結する必要がある。温度が摂氏１３５０〜１４５０度もの高温となる頂部チェッカ又は再生チャンバ内で使用できる他の材料は、ジルコン−シリカ−アルミナ電鋳材料である。これは、耐火物への損傷の影響を低減する五酸化バナジウムと同様の酸性挙動も示す。使用できる他のタイプの耐火物材料は、約８０％のマグネシア及び約２０％のケイ酸ジルコニウムを含有する材料から選択される。前記材料は、溶融ガラスの侵食力、燃焼ガスの腐食作用、及び、粉体燃料（石油コークス）の炉内燃焼で生じる雰囲気中の粒子の摩耗力に耐えるべく使用される。最後に、炉内の粉体燃料燃焼後の排ガス出口における大気汚染を制御するべく、環境制御システムＣが必要となる。
【００７２】
ここで、図２を参照すると、粉体燃料を供給し燃焼させるシステム（Ａ）は、粉体石油コークスを供給しガラス溶融炉内で燃焼させるべく、各バーナ４８ａ，４８ｂ，４８ｃ，４８ｄ，４８ｅ，４８ｆ，４８ｇ，４８ｈ、及び各バーナ５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ，５０ｅ，５０ｆ，５０ｇ，５０ｈに接続される（図３及び図５参照）。粉体燃料を供給し燃焼させるシステム（Ａ）は、粉体石油コークスを投入する投入システム（Ｄ）と、粉体石油コークスをガラス溶融炉内で燃焼させる燃焼システム（Ｅ）とを組み合わせて含む。投入システム（Ｄ）は、当該産業において既知の、粉体石油コークスを供給し取り扱うシステム（Ｆ）によって供給できる。
【００７３】
粉体燃料を供給し燃焼させるシステム（Ａ）を図３〜図５を参照して以下に説明する。すなわち、図３及び図４は、溶融チャンバ１０、精製チャンバ１２、調整チャンバ１４、及び、精製チャンバ１２と調整チャンバ１４との間のスロート１６を備える再生型ガラス溶融炉の概略図を示す。精製チャンバ１２の前端部１８には、前炉接続部２０が設けられる。前炉接続部２０を通して、精製チャンバ１２から溶融ガラスが取り出される。溶融チャンバ１０の後端部２２にはドッグハウス２４が設けられる。ドッグハウス２４を通して、ガラス原料がバッチ充填器２６により供給される。溶融チャンバ１０の各側面には、一対の再生器２８，３０が設けられる。再生器２８，３０には、各再生器２８，３０を溶融チャンバ１０に接続する発火ポート３２，３４が設けられる。再生器２８，３０には、ガス再生チャンバ３６及び空気再生チャンバ３８が設けられる。双方のチャンバ３６，３８は下部チャンバ４０に接続される。下部チャンバ４０は、ダンパ４２を介して排ガス用トンネル４４及び煙突４６へ向かって連通するように構成される。バーナ４８ａ，４８ｂ，４８ｃ，４８ｄ，４８ｅ，４８ｆ，４８ｇ，４８ｈ、及びバーナ５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ，５０ｅ，５０ｆ，５０ｇ，５０ｈは、ガラス溶融炉内で使用する天然ガス、石油コークス又はその他のタイプの燃料を燃焼させるべく、各発火ポート３２，３４のネック部５２，５４に各ポート３２，３４ごとに配置される。
【００７４】
このため、ガラス原料がドッグハウス２４を介して溶融チャンバ１０の後端部に供給されると、溶融ガラスは、バーナ４８ａ〜４８ｈ，５０ａ〜５０ｈによって溶融される。そして、溶融チャンバ１０から調整チャンバ１４まで通過して完全に溶融するまで、前方へ浮動する。炉の運転中、再生器２８，３０は、燃焼空気サイクルと排気サイクルとが交互に切り換えられる。特定の炉によっては、２０分又は３０分ごとに、一連のバーナ４８ａ〜４８ｈ又は５０ａ〜５０ｈの火炎の通路が切り換えられる。このため、各バーナ４８ａ〜４８ｈ，５０ａ〜５０ｈ内で生成されたる火炎及び燃焼生成物は、溶融ガラスの表面全体を通過して、溶融チャンバ１０及び精製チャンバ１２内のガラスに熱を伝達する。
【００７５】
粉体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、ガラス溶融炉内の、粉体燃料を供給し燃焼させるシステム（Ａ）は、本発明の第１実施例において、ガラス溶融炉内で使用される粉体石油コークス又はその他のタイプの燃料を貯蔵するための第１貯蔵サイロ又はタンク５６，５８を備える。貯蔵サイロ５６，５８は、ワゴン列車６０とサイロ５６，５８との間に接続される第１入口管６２を介して、ワゴン又はワゴン列車６０から供給される。第１主管６２は、各サイロ５６，５８を充填するべく各サイロ５６，５８にそれぞれ接続される第１分岐管６４，６６を有する。各サイロ５６，５８の充填量を制御するべく、各第１分岐管６４，６６にはバルブ６８，７０が接続される。各サイロ５６，５８は、第１出口管７２を介する真空ポンプ７０の真空作用によって充填される。第１出口管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を充填する真空ポンプ７０によってもたらされる真空作用を制御するべく、各第２分岐管７４，７６にバルブ７８，８０が接続される。
【００７６】
各サイロ５６，５８の底部には円錐部８２，８４及び重量測定コークス供給システム８６，８８が設けられる。これらは、粉体石油コークスを流動化して第２出口管９０内への一定の放出流を確保する。ここで、粉体材料は固体燃料投入システムＳＤ−５，ＳＤ−６，ＳＤ−７へ送られる。第２出口管９０は、各サイロ又はタンク５６，５８の各円錐部８２，８４の底部に接続される第３分岐管９２，９４を含む。第２出口管９０への粉体石油コークスの流れを制御するべく、各第３分岐管９２，９４にバルブ９６，９８が取り付けられる。
【００７７】
粉体石油コークス投入システム（Ｄ）
ここで本発明に係る投入システム（Ｄ）を参照すると、粉体石油コークスは、第２出口管９０を介して各固体燃料投入システムＳＤ−５，ＳＤ−６，ＳＤ−７に受け入れられる。第４分岐管１００，１０２及び１０４が第２出口管９０に接続されて、第１サイロ又はタンク５６，５８の粉体コークスが固体燃料供給システムＳＤ−５，ＳＤ−６，ＳＤ−７に移送される。各固体燃料供給システムＳＤ−５，ＳＤ−６，ＳＤ−７は、第２の一連のサイロ又はタンク１０６，１０８，１１０を含む。第２の一連のサイロ又はタンク１０６，１０８，１１０は、バーナ４８ｆ，４８ｇ，４８ｈ及びバーナ５０ｆ，５０ｇ，５０ｈの各々に向けて一定の粉体コークス流を放出するべく、円錐部１１２，１１４，１１６と、重量測定コークス供給システム１１８，１２０，１２２と、エアレーションシステム１２４，１２６，１２８と、フィーダ１３０，１３２，１３４と、フィルタ１３６，１３８，１４０とを含む。
【００７８】
空気圧縮機１４２と空気タンク１４４とが、第２主管１４６によって接続される。第１入口分岐管１４８，１５０，１５２が第２主管１４６に接続され、（フィルター１３６，１３８，１４０を通して）ろ過された空気を供給する。これにより、コークスは、第２の一連のサイロ又はタンク１０６，１０８，１１０の各々の内部へ移送される。第２主管１４６は、各エアレーションシステム１２４，１２６，１２８に接続される第１戻り分岐管１５４，１５６，１５８も含む。第１戻り分岐管１５４，１５６，１５８により、第３出口管１６０，１６２，１６４へのコークスの適切な流れが可能となる。これについては、後に説明する。さらに、第２入口管１６６が（空気タンク１４４の後の）第２主管１４６に接続される。第２入口管１６６は、各サイロ又はタンク５６，５８の上部に接続される第２入口分岐管１６８，１７０を含む。第２入口分岐管１６８，１７０は、各サイロ又はタンク５６，５８の内部へ空気を噴射する。
【００７９】
固体燃料供給システムＳＤ−５，ＳＤ−６，ＳＤ−７は、各フィーダ１３０，１３２，１３４の下部に接続される第４出口管１７２，１７４，１７６を含む。第４出口管１７２，１７４，１７６の各々には、３方向調整バルブ１７８，１８０，１８２が第１方向側に接続される。第２方向側は第１戻り管１７９，１８１，１８３に接続され、過剰な粉体コークスを第２の一連のサイロ又はタンク１０６，１０８，１１０の各々に戻す。第３方向側は第３出口管１６０、１６２、１６４に接続される。第３出口管１６０、１６２、１６４は、以下で説明する燃焼システム（Ｅ）に関連する所定配列の４方向管１８４，１８６，１８８へ空気−燃料混合物を供給するべく使用される。
【００８０】
燃焼システム（Ｅ）
ここで燃焼システム（Ｅ）を参照すると、これは、各固体燃料供給装置ＳＤ−５，ＳＤ−６，ＳＤ−７に、４方向管１８４，１８６，１８８の第１方向側を介して接続される。４方向管１８４，１８６，１８８は、各固体燃料供給装置ＳＤ−５，ＳＤ−６，ＳＤ−７の各第３出口管１６０，１６２，１６４に接続される。第２方向側は第４出口管１９０，１９２，１９４の各々に接続され、供給空気−燃料混合物をバーナ４８ｈ，４８ｇ，４８ｆへ供給する。４方向管１８４，１８６，１８８の第３方向側は、第５出口管１９６，１９８，２００に接続され、空気−燃料混合物をバーナ５０ｈ，５０ｇ，５０ｆへ供給する。４方向管１８４，１８６，１８８の第４方向側は、第２戻り管２０２，２０４，２０６に接続され、過剰な粉体コークスを第２の一連のサイロ又はタンク１０６，１０８，１１０の各々へ戻す。４方向管１８４，１８６，１８８は、４方向管１８４，１８６，１８８と第４出口管１９０，１９２，１９４、第５出口管１９６，１９８，２００、及び第２戻り管２０２，２０４，２０６との接続部にボールバルブ２０８Ａ〜２０８Ｃ，２１０Ａ〜２１０Ｃ，２１２Ａ〜２１２Ｃを有する。
【００８１】
したがって、炉の運転中、バーナ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切り換えられる。特定の炉によっては、２０分又は３０分ごとに、一連のバーナ４８ａ〜４８ｈ又は５０ａ〜５０ｈの火炎の通路が逆転される。第３出口管１６０，１６２，１６４を介して到達する空気−燃料混合物は、４方向管１８４，１８６，１８８及びボールバルブ２０８Ａ〜２０８Ｃ，２１０Ａ〜２１０Ｃ，２１２Ａ〜２１２Ｃによって制御され、バーナ４８ａ〜４８ｈとバーナ５０ａ〜５０ｈとの間で空気−燃料混合物の噴射が切り換えられる。バーナ４８ａ〜４８ｈ及びバーナ５０ａ〜５０ｈ間の交互運転サイクルが行われると、所定量の空気−燃料混合物が第２戻り管２０２，２０４，２０６を介して第２の一連のサイロ又はタンク１０６，１０８，１１０に戻される。
【００８２】
第３出口管１６０，１６２，１６４を介して供給される供給空気は、石油コークスを移送し各バーナ４８ａ〜４８ｈ及び５０ａ〜５０ｈのノズルに向けて高速でコークス噴射を行うべく使用される。供給空気は、第３主管２１６を介して空気圧給気ブロア２１４により供給される。
【００８３】
第４出口管２１８，２２０，２２２が第２主管２１６及び第３出口管１６０，１６２，１６４に接続され、バーナ４８ａ〜４８ｈ及び５０ａ〜５０ｈに供給される燃料−空気混合物の高度連関性が維持される。
【００８４】
バーナ４８ａ〜４８ｈ又は５０ａ〜５０ｈの燃焼サイクルを有効にするべく、各バーナ４８ａ〜４８ｈ又は５０ａ〜５０ｈには、空気−燃料混合物が個々に供給される。この混合物は、各バーナ４８ａ〜４８ｈ又は５０ａ〜５０ｈの内側管を通して供給されて、分配チャンバに到達し、各バーナ４８ａ〜４８ｈ又は５０ａ〜５０ｈの多様な噴射ノズルに分配される。
【００８５】
各バーナ４８ａ〜４８ｈ又は５０ａ〜５０ｈにおいて、粉体燃料と予熱燃焼空気との混合物と流れとの擾乱を増加させるべく、一次空気が一次空気ブロア２２４から噴射される。一次空気は、各バーナ４８ａ〜４８ｈ又は５０ａ〜５０ｈの噴射ノズルを通して加圧状態で供給される。このため、バーナ４８ａ〜４８ｈ又は５０ａ〜５０ｈの運転は空気圧移送によるコークス噴射を含む。空気圧移送は、化学量論的空気の約４％の一次空気による高度連関固体−空気を伴う。
【００８６】
一次空気ブロア２２４には、第６出口管２２６及び第７出口管２２８が接続される。第６出口管２２６は第５分岐管２３０，２３２，２３４に接続され、第７出口管２２８は第６分岐管２３６，２３８，２４０に接続される。第５及び第６の分岐管２３０，２３２，２３４，２３６，２３８，２４０各々の出口端は、各バーナ４８ｆ〜４８ｈ又は５０ｆ〜５０ｈに直接接続される。第５及び第６の分岐管２３０，２３２，２３４，２３６，２３８，２４０各々の一次空気の流れは、所定配列の第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によって個別に制御される。
【００８７】
さらに、第６出口管２２６は第７出口管２４８，２５０，２５２を含む。第７出口管２４８，２５０，２５２はそれぞれ、第５出口管１９６，１９８，２００に接続される。また、第７出口管２２８は第６出口管２５４，２５６，２５８を含む。第６出口管２５４，２５６，２５８はそれぞれ、第４出口管１９０，１９２，１９４に接続される。第６及び第７の出口管２４８，２５０，２５２，２５４，２５６，２５８各々は、チェックバルブ２６０及びボールバルブ２６２を備える。
【００８８】
上述の配列により、一次空気ブロア２２４は、第６出口管２２６及び第７出口管２２８を介して各第５及び第６分岐管２３０，２３２，２３４，２３６，２３８，２４０ごとに、一次空気をバーナ４８ｆ〜４８ｈ（左側のバーナ）又はバーナ５０ｆ〜５０ｈへ供給する。空気ブロア２２４は、各バーナ４８ｆ〜４８ｈ又はバーナ５０ｆ〜５０ｈの動作時に最大の空気流を供給するべく動作する一方で、非動作のバーナ４８ｆ〜４８ｈ又はバーナ５０ｆ〜５０ｈには各第６及び第７の出口管２４８，２５０，２５２，２５４，２５６，２５８ごとに最小の空気流を供給する。これによって、より良好な冷却条件が保証される。
【００８９】
本発明は３つのバーナ４８ｆ，４８ｇ，４８ｈ及びバーナ５０ｆ、５０ｇ，５０に基づいて説明されたが、本発明で説明されたシステムはすべてのバーナ４８ａ〜４８ｈ及び５０ａ〜５０ｈに当てはまることを理解すべきである。
【００９０】
本発明の追加の実施例では、ガラスの溶融は２又は３タイプの燃料で行うことができる。例えば、図３において、バーナ４８ａ〜４８ｄ及び５０ａ〜５０ｄに石油コークスのような粉体燃料を供給することができ、バーナ４８ｅ〜４８ｈ及び５０ｅ〜５０ｈにガス又は重油を供給することができる。本発明の第３実施例では、バーナ４８ａ〜４８ｄ及び５０ａ〜５０ｄに石油コークスのような粉体燃料を供給することができる。バーナ４８ｅ〜４８ｆ及び５０ｅ〜５０ｆにガスを供給することができる。バーナ４８ｇ〜４８ｈ及び５０ｇ〜５０ｈに重油を供給することができる。これらの組み合わせが考慮するのは、ガラス溶融を目的としてガス又は重油を主要燃料として使用するガラス溶融炉が今日すでに存在していること、これらのガス及び重油の挙動が従来技術で周知であることである。
【００９１】
粉体燃料バーナ
さらに、粉体石油コークスの良好な燃焼を行うべく、粉体燃料を供給しガラス溶融炉内で燃焼させるシステムに使用される特別なバーナが設計された。図７〜図１２は、本発明に係る、粉体燃料を供給し燃焼させるためのバーナ（４８ｆ）の詳細図を示す。粉体燃料バーナ（４８ｆ）は、互いに同心に配置される外側管２６６、中間管２６８、及び内側管２７０（図１０）からなる本体２６４を含む。外側管２６６は、上端部２７２が密閉されている（図９）。第１チャンバ２７６が、外側管２６６と中間管２６８とによって画定される空間に形成される。外側管２６６は、入口管２７８及び出口管２８０を有する（図８）。これらを通して、冷却水が第１チャンバ２７６に導入されてバーナ（４８ｆ）が冷却される。中間管２６８及び内側管２７０は、外側管２６６の上端部２７２を越えて延びる。
【００９２】
バーナ４８ｆの上部には、空気入口管２８２が、中間管２６８の周りに傾斜して接続される。空気入口管２８２は、第６分岐管２３６（図７参照）に接続され、内側管２７０と中間管２６８とによって画定される空間に形成される第２チャンバ２８４に一次空気又は天然ガスの流れが導入される。第２チャンバ２８４は、空気入口管２３６（図７参照）からの一次空気又は天然ガスを導く役割を果たす。一次空気又は天然ガスは、バーナ４８ｆの下端へ運ばれる。第２チャンバ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の配列によって制御される。
【００９３】
同様に、二次空気と粉体石油コークスとの混合物が、内側管２７０の上端部２８６から導入されて、バーナ４８ｆの下端へ運ばれる。内側管２７０の上端部２８６が第４出口管１９４に接続されて、供給粉体燃料−二次空気混合物が前記バーナ（４８ｆ）に供給される。したがって、一次空気と、二次空気−粉体石油コークス混合物とがバーナ（４８ｆ）の下端に到達する場合、一次空気又は天然ガスと、粉体燃料−二次空気混合物とが混合されて、以下に説明する燃焼過程を点火する。
【００９４】
ここで図１０〜図１２を参照すると、これらは、本発明に係る、粉体燃料を供給し燃焼させるためのバーナ（４８ｆ）の詳細図である。
【００９５】
基本的に、バーナ（４８ｆ）（図１０）は、互いに同心に配置される外側管２６６、中間管２６８、及び内側管２７０（図１０）からなる本体２６４を含む。第１チャンバ２７６が、外側管２６６と中間管２６８とによって画定される空間に形成される。外側管２６６は、入口管２７８及び出口管２８０を有する。これらを通して、冷却水が第１チャンバ２７６に導入されてバーナ（４８ｆ）が冷却される。
【００９６】
内側管２７０と中間管２６８とによって画定される空間には、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２８４が形成される。第２チャンバ２８４は、空気入口管２３６（図７参照）からの一次空気又は天然ガスを導く役割を果たす。一次空気又は天然ガスは、バーナ４８ｆの下端へ運ばれる。同様に、二次空気と粉体石油コークスとの混合物が、内側管２７０の上端部２８６から導入されて、バーナ４８ｆの下端へ運ばれる。
【００９７】
ここで特に図１０〜図１２を参照すると、バーナ（４８ｆ）の下端２７４は、流れ分配器２８６を含む。これは、一次空気又はガスと二次空気−粉体燃料とを同時に受け入れて分配する。流れ分配器２８６（図１１）は、バーナ（４８ｆ）の下端２７４の下に接続される。流れ分配器２８６は、二次空気−粉体燃料混合物を受け入れる第１分配チャンバ２９０と、一次空気又はガスの流れを受け入れる第２分配チャンバ２９２と、第１分配チャンバ２９０の一部及び第２チャンバ２９２の一部を取り囲む第３チャンバ２９４とを画定する本体２８８を含む。第２チャンバ２９２の当該一部を通して、バーナ（４８ｆ）を冷却する冷却水が第３チャンバ２９４に導入される。第１チャンバ２９０は半球壁２９６の内部に画定される。半球壁２９６はその上部に、内側管２７０の下端に接続される第１内側環状スリーブ２９８と、外側管２６８の下端に接続される中間環状スリーブ３００とが形成される。これらは、一次空気又はガスが流される二次チャンバ３４２を画定する。
【００９８】
流れ分配器２８６はまた、本体２８８の半球壁２９６に対して９０°の位置に配置される放出端部３０２を含む。これは、一次空気又はガスと二次空気−粉体燃料混合物との流れを垂直方向の流れから長手方向の流れに偏向する。放出端部３０２は通路３０４を含む（図１０及び図１２）。これは、本体２８６中に長手方向に形成され、第１分配チャンバ２９０を本体２８６の外周部に接続する。通路３０４は、第１内側環状部３０６によって形成される。これを通して粉体燃料−二次空気混合物が流れる。この第１環状部３０６の内部は、各通路の前方に向かって直径が小さくなる円錐台形状に形成される。また、第２中間環状部３０８が、一次空気又はガスが流される第１内側環状部３０６を囲む。第１内側環状部３０６と第２中間環状部３０８とが、ノズル３１０を受け入れる入口を画定する。ノズル３１０は、一次空気又はガスと二次空気−粉体石油コークス混合物とをガラス溶融炉のチャンバ内で同時に混合する。最後に、本体２８８の周囲と第２中間環状部３０８とが、バーナ（４８ｆ）冷却用の水を流すべく第３チャンバ２９４を画定する。
【００９９】
ここで、ノズル３１０を参照すると、このノズルは、円筒ヘッド３１２と、ヘッド３６２の後部に配置される円筒部材３１４とを含む。円筒部材３１４は、中央オリフィス３１６と少なくとも複数のオリフィス３１８とを含む。オリフィス３１８は、円筒部材３１４の周縁と横切って交わる。第１内側環状部３０６と第２中間環状部３０８とによって画定される入口に円筒部材３１４が導入されて、第２チャンバ２９２に封止部が形成される。円筒部材３１４がこの入口に導入されると、複数のオリフィス３１８と第２チャンバ２９２とが整合される。これにより、一次空気又はガスが、流れ分配器２８６の外へ流れることができる。第１環状凹部３２０が第１内側環状部３０６と円筒部材３１４内側との間に画定され、一次空気又はガスの流れが、流れ分配器２８６の前方に向けて偏向される。
【０１００】
バーナの第３実施例（図１１）では、流れ分配器２８６は、本体２８８に対して９０°の位置に配置される２つの放出端部３２２，３２４とともに示される。ノズル３２６，３２８が、各放出端部３２２，３２４によって導入される。放出端部３２２，３２４の位置は、長手軸３３０に対して各々約１０°から約２０°の角度で離れる。
【０１０１】
ここで、図８及び図１０に示されるバーナ（４８ｆ）によれば、一次空気が空気入口管２８２を通って入り、内側管２７０と中間管２６８とで画定される空間に形成される第２チャンバ２８４に一次空気又はガスの流れが導入される。その後、一次空気又はガスの流れは続いて第２分配チャンバ３４２を通り、ノズル３１０又は３２６及び３２８の複数のオリフィス３１８から排出される。
【０１０２】
同時に、二次空気と粉体石油コークスとの混合物が上端部２８６に導入され、内側管２７０を通って第１分配チャンバ２９０まで運ばれる。混合物は、この部分から流れ分配器２８６の通路３０４内へ流入する。混合物は通路３０４を介して軸方向に供給され、ガラス溶融炉のチャンバ内に導入される。一次空気又はガスと二次空気−粉体石油コークス混合物とは、ノズル３１０又はノズル３２６及び３２８の出口で同時に燃焼される。
【０１０３】
冷却水が、バーナを冷却するべく第１チャンバ２７６及び第３チャンバ２９４を通って連続的に導入される。
【０１０４】
上述のように、粉体燃料を供給しガラス溶融炉内で燃焼させる方法であって、ガラス溶融炉は、耐火物材料で内張りされるガラス溶融領域と、ガラス溶融炉内の、熱交換器として動作する密閉再生器に関する複数のバーナとを含むタイプであり、この方法は以下を含む。
【０１０５】
固定炭素と、硫黄、窒素、バナジウム、鉄及びニッケル又はこれらの混合物からなる不純物とを含む粉体燃料を、前記ガラス溶融炉の密閉再生器に関する前記バーナの各々に供給すること。前記粉体燃料は、化学量論的空気に対して空気が約１６％過剰な連関燃料−空気として炉内へ直接供給される。
【０１０６】
前記粉体燃料を、前記溶融炉の溶融領域の前記バーナの各々ごとに燃焼させること。各バーナに対して火炎を与え、ガラスを溶融させるべく前記溶融領域において燃焼過程を行うこと。
【０１０７】
前記粉体燃料の燃焼により生じる炭素及び不純物の排出を環境制御手段によって制御すること。前記環境制御手段は、前記ガラス溶融炉の排ガス出口に置かれ、煙道ガスを浄化し、かつ、ＳＯｘ、ＮＯｘ及び微粒子のような粉体燃料からの不純物の排出を低減する。前記排出の低減は、ガラス溶融炉内の粉体燃料の燃焼が行われる間及び完了後に制御される。ガラス溶融炉内の粉体燃料の侵食作用及び摩耗作用を耐火手段によって弱めること。前記ガラス溶融炉は、前記炉内の前記粉体燃料の燃焼により生じる前記侵食作用及び摩耗作用を制御するべく前記耐火手段で構成される。
【０１０８】
この方法はまた、以下のステップも含む。
【０１０９】
粉体燃料を一連の分配手段へ供給するステップ。
【０１１０】
粉体燃料を一連の分配手段内で流動化させるステップ。
【０１１１】
流動化粉体燃料を一連の分配手段から少なくとも１つの主管に向けて放出するステップ。
【０１１２】
流動化粉体燃料と第１空気流とを混合させて、粉体燃料の一定流を主管に放出するステップ。
【０１１３】
流動化粉体燃料と第１空気との混合物を少なくとも２つの分配管に分配し、２つの分配管の各々により燃料−第１空気混合物を交互運転サイクルで供給するステップ。
【０１１４】
燃料−空気混合物を、２つの分配管の各々から、溶融炉の第１の一連のバーナ及び第２の一連のバーナへ供給し、燃焼サイクルと非燃焼サイクルとの交互運転サイクルで前記第１及び第２バーナを運転するステップ。
【０１１５】
第２空気流を前記第１及び第２バーナの各々によって同時に供給し、前記バーナの各々によって良好な燃焼サイクルを維持するステップ。
【０１１６】
ここで、第２空気流を前記第１及び第２バーナの各々によって供給するステップは、流動化粉体燃料及び第１空気の内部流と第２空気流の外部流とを、各バーナで同時に供給するステップを含む。
【０１１７】
環境制御
最後に、ガラス溶融炉内で粉体燃料の燃焼が行われた後に、大気汚染と、雰囲気中の硫黄、窒素、バナジウム、鉄及びニッケル化合物の排出とを低減及び制御する設備が、トンネル４４の端部に配置されて排ガスのための煙突４６に接続される。本発明に係る汚染制御システムは、ガラス溶融炉の排ガス出口に適用される。
【０１１８】
汚染物質排出制御に対し、静電集塵器がガラス炉の粒状物質除去を良好に行うことが証明されている。ガラス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。
【０１１９】
粒状物質のほかにＳＯ２の除去が必要な場合、乾式又は一部湿式スクラバが静電集塵器又は繊維性フィルタシステムを良好に補う。実際のところ、強酸性ガスの条件下では、腐食ガスの濃度を低減するべくスクラバが必要となる。新しい燃料を使用する場合、ＳＯ２含有量を低下させるべくスクラバが必要となる。これは、腐食防止システムにとって有利に作用するだけでなく、排ガスの温度も下げる。このため、ガス容積が減少する。
【０１２０】
乾式スクラビング（乾式反応粉末の噴射）及び半湿式スクラビングが、静電集塵器の上流の大きな反応チャンバ内で行われる。乾式及び半湿式の双方において、スクラビング物質は、Ｎａ２ＣＯ３、Ｃａ（ＯＨ）２、ＮａＨＣＯ３等を含む。結果としての反応物質はガラス製造工程の原料なので、一般にある程度のリサイクルが可能である。経験則によると、燃料中の硫黄１％ごとに、溶融ガラス１トン当たりＳＯ２は約４ポンド（１．８１ｋｇ）生じる。このため、高硫黄燃料に対しては、例えばＮａＳＯ４のような大量の乾燥廃棄物が存在する。この廃棄量は、捕捉速度とリサイクルできる物質量とによって変わるが、その数字は著しい。高硫黄燃料で運転されるフロート炉に対しては、廃棄物は一日当たり５トンにもなる。
【０１２１】
スクラビングの性能レベルは、乾燥ＮａＨＣＯ３又は半分湿ったＮａ２ＣＯ３を使用して、５０％から９０％まで変わる。スクラビング物質における約２５０℃から４００℃の範囲の目標反応温度で選択されるスクラビングの全てにおいて、温度制御が重要である。
【０１２２】
湿式スクラバの形状、寸法及び用途の数は、ほぼ無限である。ガラス製造に関する２つの主な用途には、ガス（ＳＯ２）を収集するための用途と、粒状物質を捕捉するための用途とがある。
【０１２３】
上述のように、粉体燃料を供給しガラス溶融炉の少なくとも１つのバーナで燃焼させるシステムを説明したが、特許請求の範囲によって決まる範囲内にあると考えられる他の多くの特徴又は改良が可能であることは当業者にとって明らかである。
【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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