(57)【要約】    熱化学再生は、燃料ガスを注入して再生器から流出する再利用煙道ガスを巻き込み、他の再生器に誘導される混合物を形成することによって強化される。  【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉内で燃焼を行う方法であって、
（Ａ）炉内で燃料を燃焼させてガス状燃焼生成物を生成することと、
（Ｂ）交互に、
（１）前記炉からのガス状燃焼生成物を冷却された第１の再生器に通し、前記第１の再生器を加熱し、前記ガス状燃焼生成物を冷却し、前記第１の再生器で冷却された前記ガス状燃焼生成物を含む再循環ストリームにガス状燃料のストリームを注入し、前記再循環ストリームを前記注入されたガス状燃料のストリームに巻き込むことにより、前記ガス状燃料と前記巻き込まれた前記ガス状燃焼生成物との混合物を形成し、前記混合物を加熱された第２の再生器に誘導し、前記第２の再生器において、吸熱反応で、前記ガス状燃焼生成物と前記混合物中の前記燃料とを反応させて水素とＣＯとを含む合成ガスを形成し、前記第２の再生器から前記合成ガスを前記炉内に通して前記炉内で燃焼させることと、
（２）前記炉からのガス状燃焼生成物を冷却された第２の再生器に通し、前記第２の再生器を加熱し、前記ガス状燃焼生成物を冷却し、前記第２の再生器で冷却された前記ガス状燃焼生成物を含む再循環ストリームにガス状燃料のストリームを注入し、前記再循環ストリームを前記注入されたガス状燃料のストリームに巻き込むことにより、前記ガス状燃料と前記巻き込まれたガス状燃焼生成物との混合物を形成し、前記混合物を加熱された第１の再生器に誘導し、前記第１の再生器において、吸熱反応で、前記ガス状燃焼生成物と前記混合物中の前記燃料とを反応させて水素とＣＯとを含む合成ガスを形成し、前記第１の再生器から前記合成ガスを前記炉内に通して前記炉内で燃焼させることと、を行うこと、を含む、方法。
【請求項２】
工程（Ｂ）（１）において、前記混合物が前記加熱された第２の再生器に誘導される前に、ガス状燃料と巻き込まれたガス状燃焼生成物との前記混合物に追加のガス状燃料を供給することと、工程（Ｂ）（２）において、前記混合物が前記加熱された第１の再生器に誘導される前に、ガス状燃料と巻き込まれたガス状燃焼生成物との前記混合物に追加のガス状燃料を供給することと、を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
工程（Ｂ）（１）において、前記ガス状燃料のストリームが通路によって接続された第１及び第２のチャンバを有するデバイスの第１のチャンバ内の前記ガス状燃焼生成物に注入され、前記ガス状燃料とガス状燃焼生成物との混合物は、前記第１のチャンバから前記通路を通過し、前記第２のチャンバを通って前記加熱された第２の再生器へと通過させられ、工程（Ｂ）（２）において、前記ガス状燃料のストリームが、前記デバイスの前記第２のチャンバ内の前記ガス状燃焼生成物に注入され、前記ガス状燃料とガス状燃焼生成物との混合物は、前記第２のチャンバから前記通路を通って、かつ前記第１のチャンバを通って、前記加熱された第１の再生器へと通される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１のチャンバが前記第１の再生器内にあり、前記第２のチャンバが前記第２の再生器内にあり、前記第１及び第２の再生器は、再生器と接触する壁によって分離され、前記第１及び第２のチャンバとの間の前記通路が前記壁を通過する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
工程（Ｂ）（２）が開始される前の、工程（Ｂ）（１）の最後に、ガス状燃料の前記第２の再生器への通過が中断し、ガス状燃料を含まない駆動ガスのストリームが、前記第１の再生器で冷却された前記ガス状燃焼生成物を含む再循環ストリームに注入され、前記再循環ストリームを前記注入された駆動ガスストリームに巻き込むことにより、前記巻き込まれたガス状燃焼生成物との前記駆動ガスの混合物を形成し、前記混合物を加熱された第２の再生器に誘導して、前記第２の再生器からガス状燃料をパージし、工程（Ｂ）（１）が開始される前の工程（Ｂ）（２）の最後に、ガス状燃料の前記第１の再生器への通過が中断され、ガス状燃料を含まない駆動ガスのストリームが、前記第２の再生器で冷却された前記ガス状燃焼生成物を含む再循環ストリームに注入され、前記再循環ストリームを前記注入された前記駆動ガスのストリームに巻き込ませることにより、前記巻き込まれたガス状燃焼生成物との前記駆動ガスの混合物を形成し、前記混合物を加熱された前記第１の再生器に誘導して、前記第１の再生器からガス状燃料をパージする、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記駆動ガスが、蒸気、空気、再循環冷却煙道ガス、及びこれらの混合物からなる群から選択される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記巻き込まれた再循環ストリームの前記ガス状燃料に対する質量流量比が、０．５〜３０である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記巻き込まれた再循環ストリームの前記ガス状燃料に対する質量流量比が、０．５〜２０である、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記追加燃料の質量流量が、請求項１に記載の前記ガス状燃料の質量流量よりも大きい、請求項２に記載の方法。
【請求項１０】
前記巻き込まれた再循環ストリームの質量流量と前記駆動ガスストリームの質量流量との比が、１〜３０である、請求項５に記載の方法。
【請求項１１】
前記巻き込まれた再循環ストリームの質量流量と前記駆動ガスストリームの質量流量との比が、１〜２０である、請求項５に記載の方法。
【請求項１２】
前記巻き込まれた再循環ストリームの質量流量と前記駆動ガスストリームの質量流量との比が、５〜３０である、請求項５に記載の方法。
【請求項１３】
前記巻き込まれた再循環ストリームの質量流量と前記駆動ガスストリームの質量流量との比が、５〜２０である、請求項５に記載の方法。
【請求項１４】
前記巻き込まれた再循環ストリームの質量流量と前記駆動ガスストリームの質量流量との比が、１０〜３０である、請求項５に記載の方法。
【請求項１５】
前記駆動ガスと前記巻き込まれたガス状燃焼生成物との前記混合物中の酸素濃度が、湿潤基準で１０体積％未満である、請求項５に記載の方法。
【請求項１６】
前記駆動ガスと前記巻き込まれたガス状燃焼生成物との前記混合物中の酸素濃度が、湿潤基準で６体積％未満である、請求項５に記載の方法。
【請求項１７】
前記駆動ガスと前記巻き込まれたガス状燃焼生成物との前記混合物中の酸素濃度が、湿潤基準で４体積％未満である、請求項５に記載の方法。
【請求項１８】
前記駆動ガスと前記巻き込まれたガス状燃焼生成物との前記混合物中の酸素濃度が、湿潤基準で２体積％未満である、請求項５に記載の方法。
【請求項１９】
前記通路が、前記通路内の収束発散部分を有する、請求項３に記載の方法。
【請求項２０】
前記収束発散部分が幾何学的に対称である、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス溶解炉等の炉内での燃焼に関するものであり、炉内に原料を投入し、炉内で発生する燃焼熱により加熱及び／又は溶融させるものである。
【背景技術】
【０００２】
炉（例えばガラス溶解炉）からの高温ガス状燃焼生成物（煙道ガスともいう）に含まれる熱を利用するために、一対の再生器を繰り返し使用する技術が一般的に知られている。１サイクルでは、煙道ガスは、高温の煙道ガスが第１の再生器の内部の構造物を加熱する第１の再生器に通され、一方、ガス状酸化剤などの別のガスストリームは、既に加熱されている第２の再生器に通されて、炉に通されたガスストリームを加熱し、それによって第２の再生器を冷却する。そして、第２のサイクルでは、煙道ガスを代わりに第２の再生器に通して加熱し、前のサイクルで加熱されるようになった第１の再生器に代わりにガスストリームを通す。この２回のサイクルを交互にする。
【０００３】
対の再生器を使用して実施することができる改良された技術は、再生器を使用する炉で有用な熱回収方法を開示する米国特許第６，１１３，８７４号に開示されている。より具体的には、炉内で形成された燃焼生成物のストリームを第１の再生器に通して第１の再生器を加熱して燃焼生成物を冷却し、冷却された燃焼生成物の一部を燃料と混合して混合物を形成し、この混合物を第２の加熱された再生器に通して混合物が吸熱反応を受けて合成ガスを形成し、この合成ガスが炉内を通過して燃焼される。
【０００４】
本発明は、改善された効率及び経済性を有するこれらの技術を実践する能力を提供する。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の一態様は、炉内で燃焼を行う方法であって、
（Ａ）炉内で燃料を燃焼させてガス状燃焼生成物を生成することと、
（Ｂ）交互に、
（１）炉からのガス状燃焼生成物を冷却された第１の再生器に通し、第１の再生器を加熱し、ガス状燃焼生成物を冷却し、第１の再生器で冷却されたガス状燃焼生成物を含む再循環ストリームにガス状燃料のストリームを注入し、再循環ストリームを注入されたガス状燃料のストリームに巻き込むことにより、ガス状燃料と巻き込まれたガス状燃焼生成物との混合物を形成し、混合物を加熱された第２の再生器に誘導し、第２の再生器において、吸熱反応で、ガス状燃焼生成物と混合物中の燃料とを反応させて水素とＣＯとを含む合成ガスを形成し、第２の再生器から合成ガスを炉内に通して炉内で燃焼させることと、
（２）炉からのガス状燃焼生成物を冷却された第２の再生器に通し、第２の再生器を加熱し、ガス状燃焼生成物を冷却し、第２の再生器で冷却されたガス状燃焼生成物を含む再循環ストリームにガス状燃料のストリームを注入し、再循環ストリームを注入されたガス状燃料のストリームに巻き込むことにより、ガス状燃料と巻き込まれたガス状燃焼生成物との混合物を形成し、混合物を加熱された第１の再生器に誘導し、第１の再生器において、ガス状燃焼生成物と混合物中の燃料とを反応させて水素とＣＯとを含む合成ガスを形成し、第１の再生器から合成ガスを炉内に通して炉内で燃焼させることと、を行うこと、を含む。
【０００６】
ガス状燃料のストリームが注入される再循環煙道ガスストリームは、典型的には、各冷却された再生器を出る冷却されたガス状燃焼生成物のストリーム全体から分割され、この場合、冷却されたガス状燃焼生成物の残部が排気に通される。
【０００７】
本発明の１つの好ましい実施形態では、巻き込まれたガス状燃焼生成物を有するガス状燃料の各混合物が形成された後、混合物が順番に加熱された第１及び第２の再生器に交互に衝動される前に、追加のガス状燃料が混合物に添加される。
【０００８】
本発明の別の実施形態は、通路によって接続される第１及び第２のチャンバを有するデバイスを採用し、工程（Ｂ）（１）において、ガス状燃料のストリームが、デバイスの第１のチャンバ内のガス状燃焼生成物に注入され、得られたガス状燃料とガス状燃焼生成物との混合物が、第１のチャンバから通路を通過し、第２のチャンバを通って加熱された第２の再生器へと通過させられ、工程（Ｂ）（２）において、ガス状燃料のストリームが、デバイスの第２のチャンバ内のガス状燃焼生成物に注入され、得られたガス状燃料とガス状燃焼生成物との混合物は、第２のチャンバから通路を通って第１のチャンバを通って、加熱された第１の再生器へと通過させられる。
【０００９】
本発明のこの実施形態の１つの好ましい変形形態では、第１のチャンバは第１の再生器内にあり、第２のチャンバは第２の再生器内にあり、第１及び第２の再生器は、第１及び第２の再生器と接触する壁によって分離され、第１のチャンバと第２のチャンバとの間の通路は壁を通過する。この変形例では、再生器の外部のダクトは必要とされない。
【００１０】
本発明にパージ工程を組み込むことが好ましく、工程（Ｂ）（２）が開始される前の、工程（Ｂ）（１）の最後に、ガス状燃料の第２の再生器への通過が中断し、第２の再生器に駆動ガスを通過させて第２の再生器からガス状燃料をパージし、工程（Ｂ）（１）が開始される前の工程（Ｂ）（２）の最後に、ガス状燃料の第１の再生器への通過を中断し、駆動ガスを、第１の再生器内へかつそこを通過させて第１の再生器からガス状燃料をパージする。好ましくは、駆動ガスは、パージされている再生器に衝突する混合物を形成するために、再循環煙道ガスのストリームに注入され、これを巻き込む。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態のフローシートである。
【図２】図１の実施形態の一部の断面概略図である。
【図３】図１の実施形態の別の部分の断面概略図である。
【図４】本発明の別の実施形態のフローシートである。
【図５】本発明の実施において有用なデバイスの断面図である。
【図６】本発明の別の実施形態のフローシートである。
【図７】本発明の実施において有用なデバイスの断面図である。
【図８】本発明の更に別の実施形態を具現化した再生デバイスの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は、高温煙道ガス排気流から使用可能な熱を再捕捉する熱回収プロセスを採用する。本発明の方法を実施することができる燃焼プロセスの好ましい例としては、ガラス形成成分が一緒に融解して溶融ガラスを形成するガラス溶解炉が挙げられる。
【００１３】
この熱回収プロセスは、本明細書では煙道サイクルと改質サイクルと呼ばれる２つのサイクルで進行する。これらの２つのサイクルは、２つ以上のチェッカー充填再生器（checker-filled regenerator）で交互に行われる。熱回収プロセスは、好ましくは、「オキシ燃料」燃焼プロセスを採用する炉及び他の燃焼デバイス、すなわち、少なくとも５０体積％の酸素含有量、好ましくは少なくとも８０体積％の酸素含有量、より好ましくは少なくとも９０体積％の酸素含有量、更に好ましくは少なくとも９９体積％の酸素含有量を含むガス状酸化剤を含む燃料の燃焼と関連して実施される。オキシ燃料の燃焼によって生成される煙道ガスは、より高いＨ２Ｏ及びＣＯ２濃度を有し、これらの両方が、本発明の方法で利用される吸熱改質反応を促進するからである。煙道サイクルの間、第１の再生器におけるチェッカーは、この再生器内に入りこれを通る、炉から供給される高温の煙道ガスからの熱を抽出して蓄える。次に、改質サイクルでは、第１の再生器を出る冷却された煙道ガスから、一部（これは、本明細書において、再利用された煙道ガス又はＲＦＧと呼ばれる）は、別（第２）の再生器に供給されて、燃料（本明細書では、改質用燃料又はＲＦと呼ばれる）ストリームと混じる。例示目的として、以下の記載では、純粋なメタン（ＣＨ４）は、改質用燃料と記載される。他の満足される燃料には、以下に限定されないが、天然ガス、プロパン及びＬＰＧ（液化石油ガス）を含めた、任意の可燃性ガス、ガス混合物又は揮発した液体燃料が含まれる。
【００１４】
改質サイクルでは、ＲＦＧ／改質用燃料混合物は、第２の再生器に入り、ここで、本明細書に記載されているとおり、チェッカーが既に加熱されており、このチェッカーを通り炉の方向に流れる。第２の再生器を通るＲＦＧ／ＲＦ混合物の温度は、既に予め加熱したチェッカーに由来する熱を抽出することにより昇温が続けられる。ＲＦＧ／ＲＦ混合物は、第２の再生器を通過するので、この混合物は、改質反応が起こり始める温度に到達して、継続して起こり、Ｈ２及びＣＯを含む生成物を生成する。改質反応は吸熱であり、改質反応を促進するために必要な熱は、加熱されているチェッカーから吸収される。改質反応により生成するガス状組成物は、典型的にはＨ２、ＣＯ、未反応ガス（Ｈ２Ｏ、ＣＯ２、ＣＨ４、窒素を含む）、任意の残留ＮＯｘ、及び、すすなどの１つ又は複数の構成成分を、含む。こうして生成したガス状組成物はまた、本明細書において、「合成ガス」と呼ばれることもある。合成ガスは、第２の再生器から発生して炉に入り、炉内で酸化剤と一緒に燃焼されて、炉内の材料を加熱及び／又は溶融するための熱エネルギーを供給する。
【００１５】
ある時間の長さの後に、２つの再生器の操作が反対にされる。すなわち、煙道サイクルに使用された再生器が改質サイクルに変更されて、改質サイクルに使用された再生器は、煙道サイクルに変更される。更なるある期間の後に、２つの再生器の操作は、再び反対にされる。反対にするタイミングは、経過時間によって、又は煙道サイクルにある、第１の再生器から出た煙道ガスの温度などの、他の基準によって決定することができる。反転工程は、予め定められた機構や計画に基づいて行われ、弁の開閉が順次行われ、特定のタイミングに基づいて駆動ガスがオンオフされる。
【００１６】
以下、本発明の動作及び制御について、図１〜図８と併せて更に詳細に説明する。まず、図１を参照して、炉（５）の端壁（３）に２つの再生器（１００）（２００）を取り付けたエンドポート焼成ガラス炉（５）を例に挙げて説明する。しかしながら、一対の再生器の本明細書に記載されている動作は、一対の再生器が炉（５）の一方の側に並んでいるか、又は炉（５）の両反対側に配置されるとき、同様の方法で実行することができる。
【００１７】
図１に示されているとおり、エンドポートガラス炉（５）は、固体ガラス製造材料（バッチ及び／又はカレット）を含むフィード材料（３０）が炉に投入され、加熱されて溶融される、フィードステーション（３１）を有する。炉（５）からの溶融ガラスの流れは、（９０）として表されている。炉（５）は、炉の左側に第１の再生器（１００）、及び炉の右側に第２の再生器（２００）を装備している。２つの再生器の垂直断面図が、図２及び３に、より詳細に表示されている。
【００１８】
図１及び２に見られるように、炉（５）の内部は、ポートネック（２０５）によって再生器（２００）の上部空間（５３０）に接続される。チェッカー（（５２０と表される））は、再生器（２００）内に設けられ、再生器（２００）内のチェッカーのベッドの重量をも支持するアーチ（５１０）に支持されたガス通路（５１５）を介してチャンバ底部空間（５００）に、及びそこからガスが流れることができるチェッカー間の通路を備えて配置されている。
【００１９】
また、図１及び２に見られるように、導管（２６０）は、底部空間（５００）及び以下により詳細に記載されるデバイス（２１０）に接続される。補助ガス状燃料供給ライン（２１）は、弁（２３０）を介して導管（２６０）に接続される。改質用燃料ライン（２０）は、本明細書に記載されるように、改質用燃料をデバイス（２１０）内に通過させることができるように、弁（２２０）を介してデバイス（２１０）に接続される。駆動ガスライン（２２）は、本明細書に記載されるように、パージガスをデバイス（２１０）内に通過させることができるように、弁（２４０）を介してデバイス（２１０）に接続される。煙道ガスライン（２５０）は、本明細書に記載されるように、デバイス（２１０）にガスを通過させるか、又はデバイス（２１０）からガスを受け取ることができるようにデバイス（２１０）に接続される。煙道ガスライン（２５０）は、デバイス（２１０）からライン（３５０）まで、かつ以下に記載されるライン（１５０）まで延在する。ライン（３５０）は弁（３００）を通過し、この弁は、ファン、ブロワ、又はエダクタのような、ライン（３５０）を介してガスをそれ自身に向かって引き寄せることができる任意のデバイスである駆動デバイス（３１０）へのライン（３５０）を通過するガスの流れに対する、ライン（２５０）及び（１５０）を通過するガスの流れの割合を調整する。ライン（３１５）は、駆動デバイス（３１０）に接続され、（４００）で表される排気に接続される、すなわち、炉に再投入されるのではなく、大気中に排出され、及び／又は貯蔵及び／又は更なる処理のために、１つ以上の他のステーションに搬送され、又はそのような目的地の任意の組み合わせに搬送される。
【００２０】
図１及び３に見られるように、炉（５）の内部は、ポートネック（１０５）によって再生器（１００）の上部空間（４３０）に接続される。チェッカー（（４２０と表される））は、再生器（１００）内に設けられ、再生器（１００）内のチェッカーのベッドの重量をも支持するアーチ（４１０）に支持されたガス通路（４１５）を介してチャンバ底部空間（４０５）に、及びそこからガスが流れることができるチェッカー間の通路を備えて配置されている。
【００２１】
また、図１及び３に見られるように、導管（１６０）は、底部空間（４０５）及び以下により詳細に記載されるデバイス（１１０）に接続される。補助ガス状燃料供給ライン（１１）は、弁（１３０）を介して導管（１６０）に接続される。改質用燃料ライン（１０）は、本明細書に記載されるように、改質用燃料をデバイス（１１０）内に通過させることができるように、弁（１２０）を介してデバイス（１１０）に接続される。駆動ガスライン（１２）は、本明細書に記載されるように、デバイス（２１０）内にパージガスを通過させることができるように、弁（１４０）を介してデバイス（１１０）に接続される。煙道ガスライン（１５０）は、デバイス（１１０）に接続されて、本明細書に記載されるように、デバイス（１１０）内にガスを通過させるか、又はデバイス（１１０）からガスを受け取ることができる。煙道ガスライン（１５０）は、デバイス（１１０）からライン（１５０）に延び、ライン（３５０）及び上記した排気（４００）に延びている。
【００２２】
図４に示す実施形態では、図１に示す参照番号を有する要素は、図１に関して本明細書に記載されるものと同じである。これらの要素に加えて、ライン（１５０Ａ）は、導管（１６０）及びライン（２５０）及びライン（３５０Ｂ）に接続される。ライン（２５０Ａ）は、導管（２６０）及びライン（１５０）及びライン（３５０Ａ）に接続される。ライン（３５０Ａ）は、弁（３００Ａ）を通過して駆動デバイス（３１０）に至り、ライン（３５０Ｂ）は弁（３００Ｂ）を通過して駆動デバイス（３１０）に至る。これらのラインを通過するガスの流れ、及びデバイス（１１０）及び（２１０）を通過する、及び通過しない流れの割合は、ラインのサイズによって、及び弁（３００）及び駆動デバイス（３１０）の設定によって、並びに任意でライン（１５０Ａ）及び（２５０Ａ）に制御弁を設けることによって制御することができる。この実施形態は、図１の実施形態と比較して、いくつかの操作において、図１の実施形態では、再生器（２００）から導管（２６０）内でデバイス（１１０）又はライン（３５０）のいずれかに至るすべての気体燃焼生成物がデバイス（２１０）を通過することを必要とし、再生器（１００）から導管（１６０）内でデバイス（２１０）又はライン（３５０）のいずれかに至るすべての気体燃焼生成物がデバイス（１１０）を通過することを必要としている点で好ましいかもしれないが、一方、図４の実施形態では、そのようなガスの流れのすべてがそれぞれデバイス（２１０）及び（１１０）を通過することを必要とせず、このことは、オペレータが有用であると思うであろう操作上の柔軟性を提供する。
【００２３】
図５は、本明細書に記載されるデバイス（１１０）及び／又はデバイス（２１０）として使用され得るデバイスの有用な実施形態（５５０）を示す。デバイス（５５０）は、すべて中空内部（５５７）と連通している入口開口部（５５１）と、第２の開口部（５５２）と、出口（５５８）とを備える堅固な外部（５６０）を有する。中空内部空間（５５７）は、チャンバ（５５４）と、チャンバ（５５４）と連通する通路（５５５）と、を含む。開口部（５５１）は、チャンバ（５５４）に面するノズル開口部（５５３）で終端する。通路（５５５）は、本質的に円筒形であってもよいが、好ましくは、図５の（５５６）として現れる収束／発散構成を含む。すなわち、通路（５５５）の直径は、チャンバ（５５４）と合流する位置から直径が最小となる点（又はセグメント）までのチャンバ（５５４）からの距離が減少するにつれて減少し、その点からチャンバ（５５４）からの距離が増加するにつれて増加する。この収束／発散形状は、収束部分におけるガス状燃焼生成物の巻き込みを強化し、発散部分における静圧を回復するのに役立つ。デバイス（１１０）及び（２１０）として有用な本明細書に記載されるタイプのデバイスは、別の流体を巻き込むために移動流体（ノズル（５５３）から出てくる流れなど）の運動エネルギーを使用するエダクタとして知られるデバイスが挙げられる。動作中、デバイス（５５０）が本明細書に記載されるようにデバイス（２１０）として使用される場合、導管（２６０）は開口部（５５２）に接続され、ライン（２０）は開口部（５５１）に接続され、ライン（２５０）は開口部（５５８）に接続される。同様に、デバイス（５５０）が本明細書に記載されるようにデバイス（１１０）として使用される場合、導管（１６０）は開口部（５５２）に接続され、ライン（１０）は開口部（５５１）に接続され、ライン（１５０）は開口部（５５８）に接続される。パージガスストリームを生成する燃料及び駆動ガスなどの２つの異なる駆動ガスが、ノズル（５５３）などの単一のノズル、又は２つの別個の接続ライン及び開口部（図示せず）を有する２つの別個のノズル（図示せず）のいずれかのエダクタに接続される。好ましい２ノズル構成は、第１の駆動ガスに接続された中央ノズルと、第２の駆動ガスに接続された中央ノズルの周りの環状ノズルを含む同心ノズルである。
【００２４】
図６及び７は、本発明において有用なデバイスの別の代替実施形態を示す。図６に示す実施形態では、図１に示す参照番号を有する要素は、図１に関して本明細書で説明したものと同じである。これらの要素に加えて、デバイス（６１０）は、デバイス（１１０）、デバイス（２１０）、及びライン（１５０）及び（２５０）の代わりに提供される。弁（３００）は、図１に関して上述したように、弁（３００）がライン（３５０）への流れを制御するのと同様に、デバイス（６１０）に通過する代わりに排気（４００）に通過する導管（１６０）及び（２６０）内のガスの流れの割合を制御を提供する。
【００２５】
次に図７を参照すると、デバイス（６１０）は、実質的に、図５に関して（５５０）として本明細書で説明したタイプの一対のデバイスであり、それらのそれぞれの開口部（５５８）で端部同士が接続されている。すなわち、デバイス（６１０）は、２つの入口開口部（６１１）及び２つの第２の開口部（６１２）を備える、中実の外部（６２０）を有し、これらの開口部のすべては中空内部と連通している。中空内部は、２つのチャンバ（６１４）と、チャンバ（６１４）の両方に接続される通路（６１５）と、を含む。開口部（６１１）は、ノズル開口部（６１３）で終端し、それぞれがチャンバ（６１４）のうちの１つに開口する。通路（６１５）は、本質的に円筒形であってもよいが、好ましくは、図７の（６１６）として現れる収束／発散構成を含む。すなわち、通路（６１５）の直径は、通路（６１５）がチャンバ（６１４）を満たすチャンバ（６１４）から、その直径が最小である点（又はセグメント）までの距離と共に減少し、次いで、その点から、他のチャンバ（６１４）からの距離が減少するにつれて増加する。この収束／発散形状は、収束部分におけるガス状燃焼生成物の巻き込みを強化し、発散部分における静圧を回復するのに役立つ。好ましくは、この実施形態における通路は、「幾何学的に対称」であり、これは、チャンバ（６１４）と最小直径の点又はセグメントとの間の各通路について、各チャンバからの距離に対する直径の変化率が同じであることを意味する。動作中、導管（２６０）は開口部（６１２）のうちの１つに接続され、ライン（２０）は、開口部（６１１）のうちの１つに接続される。導管（１６０）は、開口部（６１２）の他方に接続され、ライン（１０）は開口部（６１１）の他方に接続される。
【００２６】
図８は、本発明を実施することができるデバイスの別の代替的構成を示す。この実施形態は、再生器（１００）及び（２００）が、再生器（１００）及び（２００）の両方と接触している共通壁（８００）によって分離されるときに有利に用いられる。このような共通の壁は、耐火煉瓦又は他の耐熱性材料で構成された単一の固体構造体であってもよく、又はそれらの間に空間を包囲する２つのこのような固体構造体から構成されてもよい。壁（８００）の１つの表面（８０１）は、チェッカー（４２０）を収容する空間と接触し、壁（８００）の別の表面（８０２）は、チェッカー（５２０）を収容する空間と接触している。図８に示す実施形態では、デバイス（６１０）は、壁（８００）を通って延在する開口部（８０５）内に位置付けられ、そのため、前述の開口部（６１２）のうちの１つが再生器（１００）内にあり、別の開口部（６１２）が再生器（２００）内にある。より具体的には、開口部（６１２）は底部空間（５００）にあり、別の開口部（６１２）は底部空間（４０５）内にある。好ましくは、開口部（６１２）は、上のチェッカーからの塵埃及び破片が開口部に落ちるのを防ぐように、デバイス（６１０）内に、再生器の底部床に向かって下向きに面するように配置される。また、再生器（１００）内のデバイス（６１０）の開口部（６１１）、及び再生器（２００）内の開口部（６１１）も存在する。この実施形態では、デバイス（６１０）が既に再生器内にあるとき、開口部（６１２）と再生器の内部との間には、ダックワークは必要とされない。
【００２７】
本発明の方法は、以下の方法で実施することができる。
【００２８】
最初に図１，２及び３を参照すると、１サイクルの運転用再生器（２００）が煙道サイクルにあり、炉（５）の内部からガス状燃焼生成物（「煙道ガス」）がポートネック（２０５）に入り、次いで、再生器（２００）の上部空間（５３０）に流入する。この煙道ガスストリームは、再生器（２００）内のチェッカー間の通路を流れるときにチェッカー（５２０）を加熱し、チェッカーのベッド内のガス通路（５１５）を通ってチャンバ底部空間（５００）に入る。
【００２９】
図１及び２に見られるように、冷却された煙道ガスストリームは、導管（２６０）内の再生器（２００）を出る。このサイクルでは、弁（２３０）、（２２０）及び（２４０）は閉じている。本発明のこの実施形態では、冷却された煙道ガスは、デバイス（２１０）を通ってライン（２５０）に入る。ライン（２５０）内の煙道ガスの大部分は、本明細書で定義される排気として、弁（３００）を排気（４００）へと通過する。ライン（２５０）からの煙道ガスの一部、好ましくは導管ガスの５〜３０％がライン（１５０）に入り、次いで開口部（５５２）を通ってデバイス（１１０）に入る（図５）。これが、再循環煙道ガス（ＲＦＧ）である。煙道ガスの残部は、好ましくは排気に送られる。
【００３０】
改質用燃料（ＲＦ）は、開放されている弁（１２０）を通ってライン（１０）によって供給され、開口部（５５１）及びノズル（５５３）を通ってデバイス（１１０）内に供給される。弁（１４０）は、このサイクルのこの部分では閉じていなければならない。
【００３１】
ノズル（５５３）を通して改質用燃料を供給することにより、デバイス（１１０）に入った煙道ガスは、燃料ガスのストリームに巻き込まれる。この巻き込みは、チャンバ（５５４）内で煙道ガスと改質用燃料との混合物を形成する。巻き込みは、好ましくは、高圧及び速度で、好ましくは注入された煙道ガスのストリームが煙道ガスの流入ストリームと交差するのを可能にする方向に注入することによって達成される。好ましくは、注入されたガス状燃料に対する巻き込まれた再循環煙道ガスの質量流量比は、０．５：１〜３０：１であり、より好ましくは０．５：１〜２０：１．である。注入された燃料ガスは、高圧で、好ましくは５ｐｓｉｇ〜２００ｐｓｉｇ、より好ましくは５ｐｓｉｇ〜１００ｐｓｉｇの高いガス供給圧力によって生成された高速でノズル（５５３）から出て、その燃料ガスを注入された燃料ガスに巻き込み、注入された燃料ガスと煙道ガスとの混合物を生成し、生成された混合物を再生器（１００）に衝突させるべきである。
【００３２】
図１及び３を参照して見られるように、改質用燃料及び煙道ガスの混合物が導管（１６０）内のデバイス（１１０）を出て、再生器（１００）の底部空間（４０５）に入る。所望であれば、改質用燃料と、デバイス（１１０）から流出した煙道ガスとの混合物に追加の改質用燃料が供給される。この追加の改質用燃料は、開放弁（１３０）を通ってライン（１１）を通して提供され得る。好ましくは、この追加の改質用燃料の質量流量は、再循環煙道ガスに注入されて巻き込むガス状燃料の質量流量よりも大きい。この追加のガス状改質用燃料を添加することは、再生器に入る燃料と煙道ガスの混合物が、再循環煙道ガス再循環煙道ガスと改質用燃料（ＲＦＧ／ＲＦ）の体積比で、典型的には０．５：１から３：１までの所望の範囲内である、所望の比率に適合していることを確立するのに役立ち得る。
【００３３】
改質用燃料と煙道ガスの混合物（デバイス（１１０）から出た混合物にライン（１１）を介して供給された追加の燃料を含むか否かにかかわらず）は、ガス通路（４１５）を介して再生器（１００）の既に予熱されたチェッカーパック（４２０）に入る。再生器（１００）は、炉からの煙道ガスが再生器（１００）内に入り、そこを通過することにより、前のサイクルで既に加熱されている。ＲＦＧ／ＲＦ混合物の温度は、この混合物が再生器（１００）のチェッカーパックを通って流れるにつれて、向上する。ＲＦＧ／ＲＦの温度が、改質温度に到達すると、吸熱の改質反応が起こり、ここで、改質用燃料（たとえば、ＣＨ４）は、ＲＦＧ中のＣＯ２及びＨ２Ｏと反応して、ＣＯ、Ｈ２及びいくらかのすすを形成する。吸熱の改質反応に必要な熱は、加熱されたチェッカーから得られる。ＲＦＧ／ＲＦ混合物は、上部空間（４３０）の方に移動し続けるので、この改質反応が継続する。ガスストリーム（４２５）（本明細書では、「改質済み」又は「合成ガス」のガスストリームと称される）は、チェッカーパック（４２０）の上部から出て行く。ストリーム（４２５）は高温を有しており、ＣＯ、Ｈ２、すす、未反応ＣＨ４、及び未反応ＣＯ２及びＨ２Ｏなどの化学種を含む。合成ガスストリーム（４２５）は、ポートネック（１０５）を通過し、炉（５）に入る。この合成ガスストリームは、例えば１８００Ｆから２５００Ｆの範囲の温度でチェッカーパック（４２０）を出て、この合成ガスは、火炎（４０）として表される炉（５）内で燃焼されて、ガラス製造材料のような炉内の材料を加熱及び／又は溶融するのに有用な追加の燃焼熱を発生させる。合成ガスの燃焼に必要な酸化剤は、開放されている弁（１１５）を介して、導管（１３５）によって供給される。この酸化剤は、空気とすることができるか、又は空気の酸素含有量より高い、すなわち、少なくとも２１体積％、好ましくは８０体積％以上、より好ましくは９０体積％以上、又は少なくとも９９体積％にもなる酸素含有量を有することができる。
【００３４】
典型的には、本発明の方法は、約２０〜４０分間、又は改質再生器のチェッカーが冷たすぎて、所望の吸熱化学反応を促進するのに十分な熱を提供できなくなるまで、煙道サイクルの１つの再生器と改質サイクルの１つの再生器とを用いて進行する。その時点、及び、再生器（２００）が煙道サイクルにあり、再生器（１００）が改質サイクルにある、本明細書における説明から継続して、炉（５）は、再生器（２００）が熱回収のための改質サイクルに変わり、再生器（１００）が熱蓄積のための煙道サイクルに変わる、反転を受ける。
【００３５】
逆転する前に、再生器（１００）中の残存合成ガスは、炉（５）にパージされなければならない。この場合、再生器に供給される改質用燃料は、弁（１２０）及び（１３０）を閉じることにより、最初に終了され、その間、デバイス（１１０）からのＲＦＧの流れを継続させる。パージ中、ＲＦＧの流量を増加させて、パージに必要な時間を短縮してもよい。再生器（１００）中の残留合成ガスは、指定時間量の間、ＲＦＧによりパージされ、その結果、再生器中の合成ガスはほとんどすべてが炉に追い出され、燃焼を完了する。パージは、弁（１４０）を開放することによって、ライン（１２）からの駆動ガスを供給することによって行うことができる。駆動ガスは可燃性燃料を含有してはならない。適切なパージガスは、パージガスの酸素含有量が２５体積％未満、より好ましくは１５体積％未満、更に好ましくは２体積％未満であることを条件に、煙道ガス（好ましくは、再生器の１つから出たクリーンな圧縮煙道ガス）、蒸気、空気、二酸化炭素、及び／又は他のガス、又はそれらの混合物のいずれかを含むことができる。パージ工程を行う際に形成される駆動ガスと巻き込まれたガス状燃焼生成物との混合物の酸素濃度は、湿潤基準で１０％，未満、好ましくは６％，未満、より好ましくは４％，未満、更により好ましくは２％，未満であるべきである。パージガスは、好ましくは１ｐｓｉｇ〜１０００ｐｓｉｇ、好ましくは５ｐｓｉｇ〜１５０ｐｓｉｇの圧力で供給される。駆動ガスの質量巻き込み比（すなわち、巻き込まれた煙道ガスの質量流量と駆動ガスの質量流量との比）は、１〜３０、又は１〜２０、好ましくは５〜３０、又は５〜２０、より好ましくは１０〜３０であるべきである。
【００３６】
反転時には、炉からの煙道ガスは再生器（２００）の代わりに再生器（１００）を通過し、煙道ガスの一部又は残量は排気（ここで定義されている）に送られ、一部又は残量はガス状燃料と一緒にデバイス（２１０）に巻き込まれて煙道ガスと改質用燃料の混合物を形成し、再生器（２００）に押し込まれる（必要に応じて、弁（２３０）を介してライン（２１）から供給される追加の改質用燃料を含むかどうかにかかわらず）。このサイクルを実行するために、閉じられていた弁（２４０）が開放され、開放されていた弁（１２０）及び（１３０）が閉じられる。改質用燃料及び再循環煙道ガスを含む混合物は、再生器（２００）において、本明細書に記載されている前のサイクルで再生器（１００）に起こった吸熱反応を受けて、合成ガス（４２５）を生成し、この合成ガスは炉（５）に進み、この炉で、弁（２２５）から供給される酸化剤（２３５）と共に燃焼される。
【００３７】
図４に示す配置で本発明の方法を実行するために、操作は、図１、図２及び図３を参照して上述したように実行され、操作の各サイクルの間にガスがデバイス（１１０）及び（２１０）を通過する量を調整するために、弁（３００Ａ）及び（３００Ｂ）が、所望に応じて、完全に又は部分的に開かれるか、又は閉じられることができるという追加の特徴を有する。上述したように、ガス流はまた、弁（３００）及び駆動デバイス（３１０）の適切な設定によって制御され得る。
【００３８】
図６又は図８に示すような配置で本発明の方法を実行するためには、図１、図２及び図３を参照して上述したように動作する。デバイス（６１０）は、一方のチャンバ（６１４）から流出するガスのすべてが他方のチャンバ（６１４）に入るという点で有利であり、それによって操作が単純化されるので、必要とするライン及び弁が減る。
【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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【手続補正書】
【提出日】令和3年3月23日(2021.3.23)
【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】
炉内で燃焼を行う方法であって、
（Ａ）炉内で燃料を燃焼させてガス状燃焼生成物を生成することと、
（Ｂ）交互に、
（１）前記炉からのガス状燃焼生成物を冷却された第１の再生器に通し、前記第１の再生器を加熱し、前記ガス状燃焼生成物を冷却し、前記第１の再生器で冷却された前記ガス状燃焼生成物を含む再循環ストリームにガス状燃料のストリームを注入し、前記再循環ストリームを前記注入されたガス状燃料のストリームに巻き込むことにより、前記ガス状燃料と前記巻き込まれた前記ガス状燃焼生成物との混合物を形成し、前記混合物を加熱された第２の再生器に誘導し、前記第２の再生器において、吸熱反応で、前記ガス状燃焼生成物と前記混合物中の前記燃料とを反応させて水素とＣＯとを含む合成ガスを形成し、前記第２の再生器から前記合成ガスを前記炉内に通して前記炉内で燃焼させることと、
（２）前記炉からのガス状燃焼生成物を冷却された第２の再生器に通し、前記第２の再生器を加熱し、前記ガス状燃焼生成物を冷却し、前記第２の再生器で冷却された前記ガス状燃焼生成物を含む再循環ストリームにガス状燃料のストリームを注入し、前記再循環ストリームを前記注入されたガス状燃料のストリームに巻き込むことにより、前記ガス状燃料と前記巻き込まれたガス状燃焼生成物との混合物を形成し、前記混合物を加熱された第１の再生器に誘導し、前記第１の再生器において、吸熱反応で、前記ガス状燃焼生成物と前記混合物中の前記燃料とを反応させて水素とＣＯとを含む合成ガスを形成し、前記第１の再生器から前記合成ガスを前記炉内に通して前記炉内で燃焼させることと、を行うこと、を含む、方法。
【請求項２】
工程（Ｂ）（１）において、前記混合物が前記加熱された第２の再生器に誘導される前に、ガス状燃料と巻き込まれたガス状燃焼生成物との前記混合物に追加のガス状燃料を供給することと、工程（Ｂ）（２）において、前記混合物が前記加熱された第１の再生器に誘導される前に、ガス状燃料と巻き込まれたガス状燃焼生成物との前記混合物に追加のガス状燃料を供給することと、を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
工程（Ｂ）（１）において、前記ガス状燃料のストリームが通路によって接続された第１及び第２のチャンバを有するデバイスの第１のチャンバ内の前記ガス状燃焼生成物に注入され、前記ガス状燃料とガス状燃焼生成物との混合物は、前記第１のチャンバから前記通路を通過し、前記第２のチャンバを通って前記加熱された第２の再生器へと通過させられ、工程（Ｂ）（２）において、前記ガス状燃料のストリームが、前記デバイスの前記第２のチャンバ内の前記ガス状燃焼生成物に注入され、前記ガス状燃料とガス状燃焼生成物との混合物は、前記第２のチャンバから前記通路を通って、かつ前記第１のチャンバを通って、前記加熱された第１の再生器へと通される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１のチャンバが前記第１の再生器内にあり、前記第２のチャンバが前記第２の再生器内にあり、前記第１及び第２の再生器は、再生器と接触する壁によって分離され、前記第１及び第２のチャンバとの間の前記通路が前記壁を通過する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
工程（Ｂ）（２）が開始される前の、工程（Ｂ）（１）の最後に、ガス状燃料の前記第２の再生器への通過が中断し、ガス状燃料を含まない駆動ガスのストリームが、前記第１の再生器で冷却された前記ガス状燃焼生成物を含む再循環ストリームに注入され、前記再循環ストリームを前記注入された駆動ガスストリームに巻き込むことにより、前記巻き込まれたガス状燃焼生成物との前記駆動ガスの混合物を形成し、前記混合物を加熱された第２の再生器に誘導して、前記第２の再生器からガス状燃料をパージし、工程（Ｂ）（１）が開始される前の工程（Ｂ）（２）の最後に、ガス状燃料の前記第１の再生器への通過が中断され、ガス状燃料を含まない駆動ガスのストリームが、前記第２の再生器で冷却された前記ガス状燃焼生成物を含む再循環ストリームに注入され、前記再循環ストリームを前記注入された前記駆動ガスのストリームに巻き込ませることにより、前記巻き込まれたガス状燃焼生成物との前記駆動ガスの混合物を形成し、前記混合物を加熱された前記第１の再生器に誘導して、前記第１の再生器からガス状燃料をパージする、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記駆動ガスが、蒸気、空気、再循環冷却煙道ガス、及びこれらの混合物からなる群から選択される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記巻き込まれた再循環ストリームの前記ガス状燃料に対する質量流量比が、０．５〜３０である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記追加燃料の質量流量が、請求項１に記載の前記ガス状燃料の質量流量よりも大きい、請求項２に記載の方法。
【請求項９】
前記巻き込まれた再循環ストリームの質量流量と前記駆動ガスストリームの質量流量との比が、１〜３０である、請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
前記駆動ガスと前記巻き込まれたガス状燃焼生成物との前記混合物中の酸素濃度が、湿潤基準で１０％体積未満である、請求項５に記載の方法。
【請求項１１】
前記通路が、前記通路内の収束発散部分を有する、請求項３に記載の方法。
【国際調査報告】
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