(57)【要約】  交番熱交換炉およびその運転方法において、各熱交換器（２０、３０）が熱回収モードとプレヒーティングモードの間でまたは逆も同様に切り替える移行状態の間、上記移行状態の前の上記熱交換器すなわち上記複数の熱交換器（２０、３０）は、熱回収モードにあり、燃料ガスと酸素含有ガスの混合物を炉の燃焼チャンバー（１０）内へ噴射し、この混合物が上記燃焼チャンバー（１０）内へ噴射された燃料とともに燃えて熱を製造する。
2012515700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼チャンバー（１０）と；
少なくとも１つの熱交換器（２０）の第１のセットと；
少なくとも１つの熱交換器（３０）の第２のセットと；
上記燃焼チャンバー（１０）内へ燃料を噴射するための少なくとも１つの燃料噴射装置と；
を有する交番熱交換炉の運転方法であって、
（ｉ）（ａ）上記熱交換器すなわち上記第１のセットの熱交換器（２０）が、プレヒーティングモードにあって、冷たい燃焼酸化体を予め加熱して、上記燃焼チャンバー（１０）内へ熱い燃焼酸化体を噴射し、（ｂ）少なくとも１つの燃料噴射装置によって、上記燃焼チャンバー（１０）内へ噴射された燃料が、上記熱い燃焼酸化体と共に燃焼し、熱および熱い燃料ガスを製造し、および（ｃ）熱い燃料ガスが、上記燃焼チャンバー（１０）から、熱回収モードにある上記熱交換器すなわち上記第２のセットの熱交換器（３０）内へ流れ、そして冷たい燃料ガスとして上記熱交換器すなわち複数の熱交換器を出る、第１の運転状態と、
（ｉｉ）（ａ）上記熱交換器すなわち上記第２のセットの熱交換器（３０）が、プレヒーティングモードにあって、冷たい燃焼酸化体を予め加熱して、上記燃焼チャンバー（１０）内へ熱い燃焼酸化体を噴射し、（ｂ）少なくとも１つの燃料噴射装置によって、上記燃焼チャンバー（１０）内へ噴射された燃料が、上記熱い燃焼酸化体と共に燃焼し、熱および熱い燃料ガスを製造し、および（ｃ）熱い燃料ガスが、上記燃焼チャンバー（１０）から、熱回収モードにある上記熱交換器すなわち上記第１のセットの熱交換器（２０）内へ流れ、そして冷たい燃料ガスとして上記熱交換器（２０）を出る、第２の運転状態と、
（ｉｉｉ）（ａ）移行状態の前の運転状態において熱回収モードにあった上記熱交換器すなわち上記複数の熱交換器が、上記燃焼チャンバー（１０）内へ燃料ガスを噴射し、（ｂ）燃料ガスが、上記燃焼チャンバー（１０）から、移行状態の前の運転状態においてプレヒーティングモードにあった上記熱交換器すなわち上記複数の熱交換器内へ流れる、連続した第１および第２の運転状態の間、および連続した第２および第１の運転状態の間の移行状態と、を有し、
上記移行状態の間、（ａ）燃料が、少なくとも１つの燃料噴射装置によって、上記燃焼チャンバー（１０）内へ噴射され、（ｂ）上記移行状態の前の上記運転状態で熱回収モードにあった上記熱交換器すなわち上記複数の熱交換器が、燃料ガスと酸素含有ガスの混合物を上記燃焼チャンバー（１０）内へ噴射することを特徴とし、
上記移行状態の間、上記少なくとも１つの燃料噴射装置によって噴射された燃料が、燃料ガスと酸素含有ガスの混合物とともに燃焼して、上記燃焼チャンバー（１０）内で熱および燃料ガスを製造するように、上記混合物が、上記燃料の燃焼の維持が可能な酸素容量を有することを特徴とする、交番熱交換炉の運転方法。
【請求項２】
上記第１および第２のセットの上記熱交換器（２０、３０）が、
上記熱交換器を上記燃焼チャンバー（１０）へ接続する熱交換器ポート（２１、３１）を有する第１の端部（２３、３３）と、
冷たい燃焼酸化体（６０）の入口および冷たい燃料ガス（６４）の出口を有する第２の端部（２２、３２）と、
上記第１および第２の端部の間に配置された耐熱材のガスを透過できるベッド（２４、３４）と、
を有する、請求項１によるところの方法。
【請求項３】
燃料ガスと酸素含有ガスの上記混合物が、上記移行状態の直前に起こる運転状態の終りで、熱回収モードにある上記熱交換器すなわち上記複数の熱交換器（２０、３０）の上記第１の端部（２３、３３）に酸素含有ガスを噴射することによって製造され、上記燃焼チャンバー（１０）から上記熱交換器すなわち上記複数の熱交換器（２０、３０）内へ流れる熱い燃料ガスと混ざり、燃料ガスと酸素含有ガスの混合物が上記熱交換器すなわち上記複数の熱交換器（２０、３０）の上記耐熱材のベッド（２４、３４）を満たす、請求項２によるところの方法。
【請求項４】
上記第１および第２のセットの上記熱交換器の上記第１の端部（２３、３３）が、耐熱材の上記ベッド（２４、３４）と上記熱交換器ポート（２１、３１）との間に混合領域を有し、燃料ガスと酸素含有ガスの上記混合物が、上記移行状態の間に、上記移行状態の直ぐ前の運転状態においてプレヒーティングモードにある上記熱交換器すなわち上記複数の熱交換器（２０、３０）の上記第１の端部（２３、３３）の上記混合領域内へ酸素含有ガスを噴射することによって製造され、上記移行状態の間に、上記熱交換器すなわち上記複数の熱交換器（２０、３０）によって上記燃焼チャンバー（１０）内へ噴射された燃料ガスと混ざる、請求項２によるところの方法。
【請求項５】
上記第１および第２のセットの上記熱交換器が、上記第１の端部内へ酸素含有ガスを噴射するための噴射装置を有する、請求項２乃至４のいずれかによるところの方法。
【請求項６】
燃料ガスと酸素含有ガスの上記混合物が、上記移行状態の間に、上記移行状態の直ぐ前の運転状態において熱回収モードにある上記熱交換器すなわち上記複数の熱交換器（２０、３０）の上記熱交換器ポート（２１、３１）内へ酸素含有ガスを噴射することによって製造され、上記移行状態の間に、上記熱交換器すなわち上記複数の熱交換器（２０、３０）によって上記燃焼チャンバー（１０）内へ噴射された燃料ガスと混ざる、請求項２によるところの方法。
【請求項７】
上記第１および第２のセットの上記熱交換器が、当該熱交換器の上記熱交換器ポート内へ酸素含有ガスを噴射するための噴射装置を有する、請求項２或いは６によるところの方法。
【請求項８】
燃料ガスと酸素含有ガスの混合物が、上記燃焼酸化体の上記酸素容量の７体積％の酸素容量を有し、好ましくは、５体積％の酸素容量を有する請求項１乃至請求項７のいずれかによるところの方法。
【請求項９】
燃料ガスと酸素含有ガスの混合物が、上記燃焼酸化体の酸素容量と実質的に等しい酸素容量を有する、請求項１乃至請求項８のいずれかによるところの方法。
【請求項１０】
上記燃焼酸化体は空気である、請求項１乃至請求項９のいずれかによるところの方法。
【請求項１１】
上記酸素含有ガスは、少なくとも９０体積％の酸素容量を有し、好ましくは、少なくとも９５体積％の酸素容量を有する、請求項１乃至請求項１０のいずれかによるところの方法。
【請求項１２】
上記炉は、両端ポート炉（end-ports furnace）である、請求項１乃至請求項１１のいずれかによるところの方法。
【請求項１３】
上記炉は、両側ポート炉（side-ports furnace）である、請求項１乃至請求項１２のいずれかによるところの方法。
【請求項１４】
上記炉は、原料ガラスを作る材料が燃焼チャンバー（１０）内で溶融された溶融ガラスを形成するガラス溶融炉である、請求項１乃至請求項１３のいずれかによるところの方法。
【請求項１５】
上記炉は、金属溶融炉であり、好ましくは、アルミニウム溶融炉であり、固体金属を含む材料が溶融されて溶融金属を形成する、請求項１乃至請求項１４のいずれかによるところの方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の概要】
【０００１】
この発明は、熱交換炉の改良された運転方法およびこの方法に適合した熱交換炉に関する。
【０００２】
炉の運転において、熱のバランスが非常に重要である。炉の熱バランスを改良するため、特に、炉の燃焼チャンバーを出る燃料ガスから熱を再生する手段によって、多くのプロセス、設備、および装置が開発されている。
【０００３】
このような炉熱バランスを改良するための設備の一例は熱交換炉であり、この熱交換炉は、特に、連続的に働く炉の場合として、産業において広く使用されている。
【０００４】
これら熱交換炉は、多くの熱交換器を備えている。各熱交換器は、その熱交換器ポートを介して、炉の燃焼チャンバーへ接続されている。上記熱交換器は、（１）炉の燃焼チャンバーを出た燃料ガスから熱を回収するための熱回収装置として、および（２）燃焼チャンバーへ供給する燃焼酸化体、一般に燃焼空気を予め加熱するためのプレヒーターとして、交互に動作する。これは、各熱交換器内にある耐熱材によって成し遂げられる。
【０００５】
熱交換器が熱回収装置として動作する場合、すなわち熱交換器が熱回収モードである場合、燃焼ゾーンからの熱い燃料ガスは、その熱交換器ポートを介して熱交換器へ入る。
【０００６】
この熱い燃料ガスが熱交換器を通り、熱交換器内にある耐熱材を加熱し、そして、熱交換器の出口を介して、冷たい燃料ガスとして熱交換器を出る。
【０００７】
熱交換器がプレヒーターとして動作する場合、すなわち熱交換器がプレヒーティングモードである場合、冷たい燃焼酸化体が熱交換器入口を介して熱交換器へ入る。この冷たい燃焼酸化体は、熱交換器を通って流れ、熱交換器内にある耐熱材との間の熱交換によって加熱される。耐熱材は、熱交換器の上述した熱回収モードで加熱されている。予め加熱された“熱い”燃焼酸化体は、プレヒーティングモードで動作する少なくとも１つの熱交換器によって供給され、１つ或いはそれ以上の噴射口或いは燃料噴射装置によって燃焼チャンバー内へ噴射された燃料とともに燃焼され、或いは別の言葉で、燃やされる。
【０００８】
上記噴射口或いは燃料噴射装置は、通常、熱交換器ポートの近くに配置され、一般的に、個々の熱交換器ポートの下に配置される。
【０００９】
（ａ）熱回収モードで動作する少なくとも１つの熱交換器を出る冷やされた燃料ガスの温度が予め決められた上限に達するとき；
（ｂ）プレヒーティングモードで動作する少なくとも１つの熱交換器を出る熱い燃焼酸化体の温度が予め決められた下限に達するとき；或いは
（ｃ）所定の熱交換器或いは１セットの熱交換器の熱回収モード或いはプレヒーティングモードの継続時間が予め決められた時間の長さに達するとき、
これら熱交換器の運転が逆転され：
・熱回収モードで動作している上記少なくとも１つの熱交換器が、上述したように、プレヒーティングモードでの動作に切り替えられ、および
・プレヒーティングモードで動作している上記熱交換器或いは１セットの熱交換器が、上述したように、熱回収モードでの動作に切り替えられる。
【００１０】
この方法において、改良されたエネルギーバランスが、炉の運転を通じて維持される。
【００１１】
このようなプロセスは、逆焼成プロセス或いは逆焼成運転として知られている。
【００１２】
公知の熱交換炉にとって、熱交換器の運転の逆転の直ぐ後に、熱交換器によって燃焼チャンバーへ燃焼酸化体が供給されない事実が問題である。現実に、一方で、（１）逆転の前のプレヒーティングモードにある熱交換器すなわち１セットの熱交換器は、燃焼チャンバーへ燃焼酸化体を供給することはもはやなく、代りに燃焼チャンバーから燃料ガスを受けるのに対して、他方で、（２）燃焼チャンバーへ熱い燃焼酸化体を供給する前に、逆転運転前の熱回収モードにある熱交換器すなわち１セットの熱交換器は、制限された移行期間の間、燃焼ゾーンへ、運転逆転の前にこの熱交換器すなわち１セットの熱交換器内にあった或いは満たされた燃料ガスを供給する。熱交換炉の運転におけるこの特別なステージは、以後、“移行状態”として呼ばれる。
【００１３】
この移行状態の間、燃料ガスが燃焼チャンバー内へ噴射されると、燃焼チャンバー内で燃焼を十分に持続させることはできず、この状態の間、通常、燃焼チャンバー内へ燃料が噴射されることはない。従って、熱交換器の運転が逆転されるそれぞれのときの上記移行状態の間、燃焼チャンバー内での熱の発生は減少され、或いは一時停止され、炉の生産性の一致する低下を伴う。
【００１４】
例えば、１日５００００ｋｇのガラスのプルレート（pull rate）（生産性）を伴う連続熱交換ガラス溶融炉において、運転逆転毎に４０から６０秒の移行状態を伴う熱交換器の運転の逆転が１７分から２２分間隔で起こり、炉の全ての運転時間の３から５％の間に、炉のプルレートにおける一致する負の効果を伴って、燃焼チャンバー内での熱の発生が減少或いは中止される。
【００１５】
この発明の目的は、従来技術の熱交換炉の上述した不利益を解消し、炉の燃焼チャンバー内の熱の発生における移行状態の負の効果を減少或いは無くすことにある。
【００１６】
そのうえ、本願発明は、燃焼チャンバーと、少なくとも１つの熱交換器の第１のセットと、少なくとも１つの熱交換器の第２のセットと、上記燃焼チャンバー内へ燃料を噴射するための少なくとも１つの燃料噴射装置と、を有する交番熱交換炉の運転方法を提案する。
【００１７】
この発明の方法は、第１の運転状態、第２の運転状態、および移行状態を有する。
【００１８】
上記第１の運転状態において、（ａ）上記熱交換器すなわち上記第１のセットの熱交換器が、プレヒーティングモードにあって、冷たい燃焼酸化体を予め加熱して、上記燃焼チャンバー内へ熱い燃焼酸化体を噴射し、（ｂ）少なくとも１つの燃料噴射装置によって、上記燃焼チャンバー内へ噴射された燃料が、上記熱い燃焼酸化体と共に燃焼し、熱および熱い燃料ガスを製造し、および（ｃ）熱い燃料ガスが、上記燃焼チャンバーから、熱回収モードにある上記熱交換器すなわち上記第２のセットの熱交換器内へ流れ、そして上記燃料ガスが冷たい燃料ガスとして上記熱交換器すなわち上記第２のセットの熱交換器を出る。
【００１９】
上記第２の運転状態において、（ａ）上記熱交換器すなわち上記第２のセットの熱交換器が、プレヒーティングモードにあって、冷たい燃焼酸化体を予め加熱して、上記燃焼チャンバー内へ熱い燃焼酸化体を噴射し、（ｂ）少なくとも１つの燃料噴射装置によって、上記燃焼チャンバー内へ噴射された燃料が、上記熱い燃焼酸化体と共に燃焼し、熱および熱い燃料ガスを製造し、および（ｃ）熱い燃料ガスが、上記燃焼チャンバーから、熱回収モードにある上記熱交換器すなわち上記第１のセットの熱交換器内へ流れ、そして冷たい燃料ガスとして上記熱交換器すなわち上記第１のセットの熱交換器を出る。
【００２０】
連続した第１および第２の運転状態の間、および連続した第２および第１の運転状態の間で起きる移行状態において、（ａ）移行状態の前の運転状態において熱回収モードにあった上記熱交換器すなわち上記複数の熱交換器が、上記燃焼チャンバー内へ燃料ガスを噴射し、（ｂ）燃料ガスが、上記燃焼チャンバーから、移行状態の前の運転状態においてプレヒーティングモードにあった上記熱交換器すなわち上記複数の熱交換器内へ流れる。
【００２１】
上記移行状態（すなわち、上記少なくとも１つの熱交換器から燃料ガスを排出するために必要な時間）の間：
（ａ）この状態の間に炉内へ燃料が噴射されない従来の方法とは逆に、燃料が、少なくとも１つの燃料噴射装置によって、上記燃焼チャンバー内へ噴射され、
（ｂ）上記移行状態の直前の上記運転状態で熱回収モードにあった上記熱交換器すなわち上記複数の熱交換器が、燃料ガスと酸素含有ガスの混合物を上記燃焼チャンバー内へ噴射し、上記移行状態の間、上記少なくとも１つの燃料噴射装置によって噴射された燃料が、燃料ガスと酸素含有ガスの混合物とともに燃焼して、上記燃焼チャンバー内で熱および燃料ガスを製造するように、上記混合物が、上記燃料の燃焼の維持が可能な酸素容量を有する、ことが本発明の方法の特徴である。
【００２２】
従って、上記移行状態の間に噴射された上記混合物は、上記移行状態の間に燃料を燃焼するための酸化剤として、すなわち“合成の空気”として作用し、当該状態の間、上記燃焼チャンバー内での熱の発生が維持される。
【００２３】
炉の燃焼チャンバーの両側或いは両端に配置された複数の発火ポートを有する熱交換炉を使用することが従来知られており、各発火ポートが、燃料を燃焼チャンバーへ運ぶための少なくとも１つの噴射口を有する。これら複数の発火ポートは、上記複数の噴射口の周りに供給する燃焼空気を与える。炉の運転の間、上記燃焼チャンバーの一側（発火側）の上記複数の噴射口が発火され、一方で、これら噴射口へのダメージを防止するため、上記燃焼チャンバーの反対側（オフサイド）の上記複数の噴射口へ冷やす空気が運ばれる。この冷やす空気は、上記各噴射口に配置された中央槍を通して運ばれる。
【００２４】
この冷やす空気は、燃料ガスとともに、上記ポートを介して上記オフサイドの複数の熱交換器に流入する。しかしながら、燃料ガスと混合された冷やす空気の量は、状態逆転の際の燃料の燃焼を維持することのできる混合物にとって不十分である。
【００２５】
上記第１および第２のセットの熱交換器は、一般的に、
上記熱交換器を上記燃焼チャンバーへ接続する熱交換器ポートを有する第１の端部と、
冷たい酸化体の入口および冷たい燃料ガスの出口を有する第２の端部と、
上記第１および第２の端部の間に配置された耐熱材のガスを透過できるベッドと、
を有する。
【００２６】
そして、燃料ガスと酸素含有ガスの上記混合物は、好ましくは、上記移行状態の直前に起こる運転状態の終りで、熱回収モードにある上記熱交換器すなわち上記複数の熱交換器の上記第１の端部に酸素含有ガスを噴射することによって製造される。そして、この酸素含有ガスは、上記燃焼チャンバーから上記熱交換器すなわち上記複数の熱交換器内へ流れる熱い燃料ガスと混ざり、上記熱交換器すなわち上記複数の熱交換器の上記耐熱材のベッドを満たす。引き続く移行状態において、上記熱交換器すなわち複数の熱交換器は、熱い燃料ガスと酸素含有ガスの混合物を上記燃焼チャンバー内へ噴射し、上記移行状態の後、上記熱交換器すなわち複数の熱交換器は、プレヒーティングモードに入り、上記燃焼チャンバー内へ熱い燃焼空気を噴射する。
【００２７】
上記燃焼チャンバーから出て上記熱交換器すなわち熱交換器のセット内を流れる燃料ガスが、燃焼をサポートするためなお十分な酸素を含むように、上記移行状態の直前に起こる運転状態の終りで、多量の酸素を伴って、燃焼チャンバーの運転によって、熱回収モードにある熱交換器すなわち熱交換器のセットを酸素含有ガスで満たすことが原則として可能であり、移行状態の間（上記酸素含有燃料ガスが上記熱交換器すなわち熱交換器のセットを出て燃焼チャンバー内へ戻るように流れるとき）、燃焼チャンバー内で熱が発生する。このような燃焼チャンバー内の酸素の超過は、上記燃焼酸化体を酸素リッチにするように、プレヒーティングモードにある上記熱交換器すなわち熱交換器のセット内にある、或いはそれらの複数の熱交換器ポート内にある燃焼酸化体へ酸素含有ガスを追加すること、或いは炉の雰囲気へ直接的に酸素含有ガスを追加することを含む異なる方法で成し遂げられる。
【００２８】
上記第１および第２のセットの上記熱交換器の上記第１の端部が、耐熱材の上記ベッドと上記熱交換器ポートとの間に混合領域を有し、燃料ガスと酸素含有ガスの上記混合物が、上記移行状態の間に、上記移行状態の直ぐ前の運転状態においてプレヒーティングモードにある上記熱交換器すなわち上記複数の熱交換器の上記第１の端部の上記混合領域内へ酸素含有ガスを噴射することによって製造される。上記酸素含有ガスは、上記移行状態の間に、上記熱交換器すなわち上記複数の熱交換器によって上記燃焼チャンバー内へ噴射された燃料ガスと混ざる。
【００２９】
上記混合領域は、上記燃料ガスと上記酸素含有ガスを混ぜる上記複数の熱交換器の上記第１の端部にある自由空間である。また、上記混合領域は、燃料ガスと酸素含有ガスの混合物の均等性を増大するための静的或いは動的な拡散器或いは混合器を備えていても良い。
【００３０】
現在ある熱交換器のデザインが既にこのような自由空間を上記第１の端部に有することがこの発明の効果であり、本方法の実行のため、熱交換器の構造に高価な変化を与える必要がない。
【００３１】
さらなる効果的な可能性は、上記移行状態の間、上記移行状態の直ぐ前の運転状態において熱回収モードにある上記熱交換器すなわち複数の熱交換器の上記熱交換器ポート内へ酸素含有ガスを噴射することによって、燃料ガスと酸素含有ガスの混合物を製造することであり、それにより、上記酸素含有ガスが、上記移行状態の間に、上記熱交換器すなわち上記複数の熱交換器によって上記燃焼チャンバー内へ噴射された燃料ガスと混ざる。
【００３２】
移行状態の間、酸素含有ガスが、混合領域内へ、或いは熱交換器或いは熱交換器のセットの熱交換器ポート内へ噴射される、本発明の実施例に関して以下のことに気付くであろう：
（ａ）上記熱交換器すなわち熱交換器のセットがプレヒーティングモードにある上記熱交換器すなわち熱交換器のセット内へ、それらの冷たい燃焼酸化体の入口を介して流入する冷たい燃焼酸化体の流れが、上記移行状態のときとそれに続いて起こる状態のときとで実質的に等しくされると、上記移行状態の間における、上記熱交換器すなわち熱交換器のセットの上記混合領域或いは熱交換器ポート内への上記酸素含有ガスの噴射が、上記２つの状態の間でガス流量の違いを生じる。つまり、上記移行状態の直ぐ後に続く状態の間、および上記熱交換器すなわち熱交換器のセットにそれらの冷たい燃焼酸化体の入口を介して流入する冷たい燃焼酸化体によって置き換えられた熱い燃焼酸化体を上記熱交換器すなわち熱交換器のセットが噴射する間のガス流量（すなわち、容積流量）と比較して、上記移行状態の間に上記燃焼チャンバー内を流れる高いガス流量（すなわち、高い容積流量）を引き起こす。このことは、上記移行状態の間、熱回収モードにある上記熱交換器すなわち熱交換器のセットへ上記燃焼チャンバーから流れる燃料ガスの、それに続く状態のときと比較して、高い流量を引き起こす。上記燃焼チャンバー内へのまたはチャンバー外へのガスの流量のこのような変化は、上記燃焼チャンバー内の熱の発生および伝達における、或いは上記熱交換器の下流側の装備における、望まれない一時の一般に制限された効果を生出する。
【００３３】
（ｂ）本発明の効果的な実施例によると、上記移行状態の間、熱交換器すなわち熱交換器のセットから上記燃焼チャンバー内へ流れる燃料ガスと酸素含有ガスの混合物の流れ（容積流量）が、上記熱交換器すなわち熱交換器のセットが上記プレヒーティングモードである続いて起こる状態の間、上記熱交換器すなわち熱交換器のセットから上記燃焼チャンバー内へ流れる熱い燃焼酸化体の流れ（すなわち、容積流量）と実質的に等しい（上記２つのガスの容積流量が、同一のガスの温度および圧力でのガス流量として示される）。このことは、上述したように、上記移行状態とそれに続く状態との間で燃焼チャンバー内へまたはチャンバー外へ流れるガス流量の変化に起因した上記燃焼チャンバー内での熱の発生および移動における効果を減少或いは無くし、且つ上記熱交換器の下流の装備における均一なガスの流れを維持する。特に、本発明によると、上記移行状態の直ぐ後に続く状態の間に上記熱交換器すなわち熱交換器のセット内へ流入する冷たい燃焼酸化体の流れと比較して、上記移行状態の間に上記熱交換器すなわち熱交換器のセット内へ流入する冷たい燃焼酸化体の流れを調節することによって、上記熱交換器すなわち熱交換器のセットが上記プレヒーティングモードである上記後に続く状態の間、上記熱交換器すなわち熱交換器のセットから上記燃焼チャンバー内へ流入する熱い燃焼酸化体の流れ（すなわち、容積流量）と実質的に等しい、上記移行状態の間の、熱交換器すなわち熱交換器のセットから上記燃焼チャンバー内への燃料ガスと酸素含有ガスの混合物の流れ（容積流量）を成し遂げることが可能である。
【００３４】
もちろん、酸素含有ガスの量や質は、各炉ごとに決められて最適化される。
【００３５】
燃料ガスと酸素含有ガスの上記混合物は、好ましくは、燃焼酸化体の酸素容量と実質的に等しい酸素容量を有する。このことは、炉の運転を通して、燃焼チャンバー内でのより均一な燃焼および熱の製造を可能にする。
【００３６】
しかしながら、本発明によると、燃焼酸化体の酸素容量と同一ではない酸素容量を有する混合物にとって都合が良い。
【００３７】
例えば、上記燃焼酸化体が、実質的に窒素と酸素からなる空気や酸素リッチな空気である場合、上記燃料ガスは、水蒸気やＣＯ２のような燃焼製造物や窒素を含む。燃料ガスと酸素含有ガスの混合物内のこれら燃焼製造物の存在は、燃焼酸化体で得られる燃焼特性（第１および第２の状態の間に起こるような）と比較して、上記移行状態の間の燃焼の特性（温度、放熱などのような）の形をとり、上記混合物の酸素容量は、上記移行状態およびその後に続く状態の間の主な同様な燃焼特性を得るために調節される。
【００３８】
上記混合物の酸素容量と上記燃焼酸化体の酸素容量の間の違いは、好都合には、７体積％のＯ２より多くなく、好ましくは、５体積％のＯ２より多くなく、さらに好ましくは、３体積％のＯ２より多くない。
【００３９】
上記燃焼酸化体は空気である。上記燃焼酸化体は、酸素リッチな空気である。
【００４０】
上記炉は、両端ポート炉（end-ports furnace）であり、上記複数の熱交換器は、上記炉の一端に配置されている。
【００４１】
上記炉は、両側ポート炉（side-ports furnace）であり、上記炉の各横側部の１つ或いはそれ以上の熱交換器を有する。
【００４２】
本発明の方法は、原料ガラスを形成する材料が燃焼チャンバー内で溶融されて溶融ガラスを形成するガラス溶融炉における使用に特に便利であり、且つ、固体金属を含む材料が溶融されて溶融金属を形成する金属溶融炉、例えば、アルミニウム溶融炉における使用に特に便利である。
【００４３】
特に、本発明によるところの上述した方法での使用に適用された交番熱交換炉は、燃焼チャンバー、少なくとも１つの熱交換器の第１のセット、少なくとも１つの熱交換器の第２のセット、および上記燃焼チャンバー内へ燃料を噴射するためのすくなくとも１つの燃料噴射装置を有する。
【００４４】
上記第１および第２のセットの熱交換器は、
・上記熱交換器を上記燃焼チャンバーへ接続する熱交換器ポートを有する第１の端部、
・冷たい燃焼酸化体の入口および冷たい燃料ガスの出口を有する第２の端部、
・上記第１および第２の端部の間に配置された耐熱材のガスを透過できるベッド、および
・さらに、上記熱交換器の上記第１の端部内へ酸素含有ガスを噴射するための噴射装置を有する。
【００４５】
上記第１および第２のセットの上記熱交換器の上記第１の端部は、好都合には、耐熱材の上記ベッドと上記熱交換器ポートとの間の混合領域を有する。また、上記熱交換器は、酸素含有ガスを上記混合領域内へ噴射するための噴射装置を有する。
【００４６】
上記第１および第２のセットの熱交換器は、当該熱交換器の上記熱交換器ポート内へ酸素含有ガスを噴射するための噴射装置を有することもできる。
【００４７】
本発明の１つの実施例によると、燃料ガスと酸素含有ガスの混合物を得るように、上記熱交換器の上記第１の端部内へ、或いは上記熱交換器ポート内へ、酸素含有ガスを噴射するための噴射装置は、この目的のためだけに使用される。しかし、ガスの制限された流れは、必要な冷却を与えるように、上記噴射装置が非作動状態のとき、上記噴射装置を通して流されても良い。
【００４８】
本発明によるところの方法の好都合な実施例によると、燃料ガスと酸素含有ガスの混合物を得るように、上記熱交換器の上記第１の端部内へ、或いは上記熱交換器ポート内へ、酸素含有ガスを噴射するための噴射装置は、上記移行状態に続く状態において、上記熱い燃焼酸化体の酸素リッチのために使用される。
【００４９】
熱交換器の上記第１の端部内へ、或いは熱交換器ポート内へ流入する酸素含有ガスのための複数の噴射装置を備えた交番熱交換炉は、例えば、ＵＳ４４９６３１６およびＵＳ４４９６３１５から知られている。これら交番熱交換炉は、本発明と異なる方法において使用され、移行状態の間に燃焼チャンバー内における熱の発生の減少の問題の解決を与えない。
【００５０】
本発明によるところの炉は、特に、両端ポート交番熱交換炉或いは両側ポート交番熱交換炉であっても良い。
【００５１】
本発明の以下の効果が注目できる。
【００５２】
上記炉の運転を通して燃焼チャンバー１０の内部で燃料の燃焼を維持することにより、炉の中の荷物、すなわちガラスやアルミニウムのバッチへの熱の流れが増大される。このことは、炉内における温度上昇、特に上記炉の熱交換材料、例えば炉の屋根の温度上昇を伴うことなく、さらに成し遂げられることができる。この熱流動の増大は、炉の生産性すなわちプルレートの増加を引き起こす。
【００５３】
一般的に言われているように、固定された炉のコストは、炉の運転コストの主要因である。例えば、ガラス溶融炉の場合において、固定されたコストの量は、トータルコストの３／４である。それゆえに、製造のコスト効率は、たとえ酸素や酸素リッチ空気が酸素含有ガスとして使用されたとしても、成し遂げられる。
【００５４】
本発明は、炉内における炎の幾何学的な重大な変化を引き起こさない。ホットスポット位置における重大な変化が無く、引き続く信頼のおける炉の運転が維持される。
【００５５】
連続した燃料の燃焼のため、熱流動がより均一にされ、熱交換壁や炉の屋根における熱ストレスの減少、および炉のより長い使用寿命を引き起こす。
【００５６】
本発明にリンクされた追加の装置コストは小さい。
【００５７】
さらに、酸素含有ガスを噴射するための噴射装置は、酸素増加のために使用されることもでき、例えば、経年変化や汚れのため、いくつかの熱交換器が性能を落としたとき、高い生産性を維持するために使用されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【００５９】
本発明の効果は、添付された図１から図７が参照されて、ガラス溶融炉の分野において、以下の実施例の中でより詳細に図示される。
【００６０】
図１は、その両横側に複数の熱交換器を備えた連続的に運転される熱交換ガラス溶融炉（側部ポート炉）の概略上面図である。
【００６１】
図２は、図１の炉が第１の運転状態にあるときの、該炉の垂直面II-IIに沿った概略断面図である。
【００６２】
図１に示された熱交換ガラス溶融炉は、燃焼チャンバー１０の上流端に配置された原料入口１１、および燃焼チャンバー１０の下流端に配置された溶融されたガラスの出口１２を有する。
【００６３】
熱交換器２０の第１のセットは、燃焼チャンバー１０の左手側１３（炉の上流から下流に向かう方向Ａに沿って見た場合）に配置され、熱交換器３０の第２のセットは、燃焼チャンバー１０の右手側１４に配置され、第１のセットの複数の熱交換器２０の複数の熱交換器ポート２１は、第２のセットの複数の熱交換器３０の複数の熱交換器ポート３１にそれぞれ対向して配置されている。
【００６４】
燃料噴射装置４０の第１の組は、燃焼チャンバー１０の左手横壁１３に取り付けられ、この第１の組の各燃料噴射装置４０は、第１の組の複数の熱交換器２０の熱交換器ポート２１の直ぐ下に配置されている。同様に、燃料噴射装置５０の第２の組は、燃焼チャンバー１０の右手側壁１４に取り付けられ、各燃料噴射装置５０は、第２の組の複数の熱交換器３０の熱交換器ポート３１の直ぐ下に配置されている。
【００６５】
各熱交換器２０、３０は、その底端２２、３２に、冷たい空気の入口および冷たい燃料ガスの出口を有し、その頂端２３、３３に、熱交換器ポート２１、３１を有する。熱交換器は、これら熱交換器ポート２１、３１を通して炉の燃焼チャンバー１０に流体接続している。各熱交換器２０、３０は、さらに、その底端２２、３２と頂端２３、３３との間に耐熱材によるガスを透過できるベッド２４、３４を有する。
【００６６】
冷たい燃焼空気は、一般的には、環境温度の空気である。熱交換器内への冷たい空気の入口およびこの熱交換器からの冷たい燃料ガスの出口が、分離され或いは代りに単一の入口／出口導管からなることは、既知の熱交換器２０、３０において、高く評価されるであろう。この単一の導管は、冷たい燃焼空気を熱交換器内へ導き、或いは冷たい燃料ガスを上記熱交換器の外へ導くようにスイッチングするバルブを備えている。
【００６７】
溶融されたガラスは、燃焼チャンバー１０の上流端における入口１１を通して固体原料を供給することによって炉の中で製造される。熱は、燃焼チャンバー１０内へ噴射された燃料の燃焼によって燃焼チャンバー１０内で発生される。燃料は、熱交換器ポート２１、３１を通して燃焼チャンバー１０へ供給された燃焼酸化体とともに、２組の燃料噴射装置４０、５０の一方によって燃焼チャンバー１０内へ噴射される。熱交換器ポート２１、３１は、上記燃料噴射装置４０、５０の直ぐ上に配置されている。従って、この燃焼チャンバー１０内で発生された熱は、上記固体原料を溶融して、溶融されたガラスを製造する。この溶融されたガラスは、燃焼チャンバー１０の下流端にある溶融されたガラスの出口１２を介して燃焼チャンバー１０から排出される。
【００６８】
図２に示した炉の運転状態の間、第１の組（左手側）の複数の熱交換器２０がプレヒーティングモードであり、第２の組（右手側）の熱交換器３０が熱回収モードである。
【００６９】
プレヒーティングモードの複数の熱交換器を有する炉の側部は、炉の“ファイヤーサイド”として知られており、一方で、熱回収モードの複数の熱交換器を有する側部は、“オフサイド”として知られている。
【００７０】
冷たい燃焼空気６０は、冷たい空気の入口を通して第１の組の複数の熱交換器２０に流入する。そして、この燃焼空気は、当該熱交換器の前の熱回収モードで加熱された耐熱材のベッド２４を通って上方に流れる。そして、環境温度で熱交換器２０に流入された燃焼空気は、耐熱材のベッドとの間の熱交換によって加熱され、１０００℃と１３００℃との間の温度でベッドを出る。
【００７１】
この熱い燃焼空気６１は、熱交換器ポート２１を介して燃焼チャンバー１０内へ噴射される。燃料は、上記熱交換器ポート２１の下に位置された燃料噴射装置４０を通して燃焼チャンバー１０内へ噴射される。
【００７２】
燃焼チャンバー１０の内部で、噴射装置４０によって噴射された燃料は、熱い燃焼空気とともに燃焼して炎６２を製造し、燃焼チャンバー１０内で熱および熱い燃料ガスを発生する。１４５０℃と１６００℃の間の温度を有する熱い燃料ガス６３は、第２の組の複数の熱交換器３０の熱交換器ポート３１を介して、燃焼チャンバー１０を出る。熱交換器３０の内側で、この燃料ガスは、熱交換器３０の頂端３３から底端３２へ耐熱材のベッド３４を通して流れ、それにより、耐熱材のベッド３４を加熱する。
【００７３】
この後、燃料ガスは、約５５０℃から７５０℃の温度で冷たい燃料ガス６４として燃料ガス出口を通して熱交換器３０から出る。
【００７４】
炉の運転における上述した状態が進むにつれ、第１の組の複数の熱交換器２０内にある耐熱材のベッド２４の熱量が低下し、続いて、当該熱交換器２０によって燃焼チャンバー１０へ供給される熱い燃焼空気６１の温度の低下を引き起こす。
【００７５】
熱回収プロセスの効果を十分に高く維持するため、以下の（１）〜（３）のいずれかの場合に炉の運転が逆転される：
（１）第１の組の複数の熱交換器２０によって燃焼チャンバー１０へ供給された熱い燃焼空気６１の温度が、熱回収の不十分なレベルを示す第１の臨界レベル（予め決められた下限）を下回った場合；
（２）第２の組の複数の熱交換器３０を出る冷たい燃料ガス６４の温度が、耐熱材３４のベッドが、冷たい燃焼空気の効果的なプレヒーティングのための十分な熱エネルギーを回収して集めたことを示す第２の臨界レベル（予め決められた上限）を上回る場合；
（３）炉の運転の現在の状態の継続時間が、（経験的に或いは計算を通して）予め決められた、第２の組の複数の熱交換器３０の耐熱材のベッドが冷たい燃焼空気の効果的なプレヒーティングのために十分な熱エネルギーを収集するように十分に長くされ、且つ、第１の組の複数の熱交換器２０によって供給された熱い燃焼空気６１の温度が上記第１の臨界レベルを下回らないように十分に短くされた臨界値に達した場合。
【００７６】
本例において、状態逆転が２０分毎に起きるようにプログラムされた場合、プレヒーティング状態の複数の熱交換器の組によって供給された熱い燃焼空気が、炉の運転を通して、１０００℃と１３００℃の間の温度を一貫して有することが見出された。
【００７７】
状態逆転の後、第１の組（左手側）の複数の熱交換器２０が熱回収モードにされ、第２の組（右手側）の複数の熱交換器３０がプレヒーティングモードにされる。これは、図３に図示されている。
【００７８】
＜従来技術によるところの例＞
従来技術によるところのプロセスにおいて、第１の状態（図２に図示した）の終りで、熱回収モードにある組の複数の熱交換器３０が燃料ガスで満たされている。続いて、状態逆転の直ぐ後の約５０秒の移行期間の間、プレヒーティングに切り替えられたばかりの第２の組（右手側）の複数の熱交換器３０が、その冷たい空気の入口を介して当該複数の熱交換器３０に流入する燃焼空気によって中にある上記燃料ガス６５が置き換えられるまで、当該燃料ガス６５を燃焼チャンバー１０へ供給する。これは、図４に図示されている。
【００７９】
それゆえに、上記移行期間の間、上記燃焼チャンバー１０の内部で燃料の燃焼を維持するための燃焼空気が燃焼チャンバー１０内へ噴射されることはない。このため、上記移行期間、すなわち移行状態の間、燃焼チャンバー１０への燃料の供給を中断することが知られている。第２の状態（図３に図示）から第１の状態（図２に図示）へ戻る炉の運転の逆転のとき、同じような移行期間が生じる。
【００８０】
［第１実施例］
本発明によるところの第１のプロセスにおいて、上記第１の状態の最後の状態（第１の状態の最後の約５０秒間）で、酸素含有ガス６６が第２の組（右手側）の複数の熱交換器３０の頂端３３内へ噴射され、当該複数の熱交換器３０の熱交換器ポート３１を介して燃焼チャンバー１０から出る燃料ガス６３と混合し、一定の酸素容量（一般的には約２１％の酸素の体積割合（体積％）で）を有する燃料ガスと酸素含有ガスの混合物を形成する。例えば、熱交換器の頂端へ噴射される酸素含有ガスが９０重量％の酸素容量を有する場合、この酸素含有ガスは、上記第１の状態の上記最後の状態の間に、当該熱交換器へ流入する酸素含有ガスと燃料ガスの混合比率約０．２Ｖから０．３Ｖ対１Ｖで、複数の熱交換器の頂端内へ噴射される（上記酸素含有ガスと燃料ガスの体積は、燃料ガスが同じ温度および同じ圧力となるそれぞれの場合において、酸素含有ガスの体積として表現される）。これは、図５に図示されている。
【００８１】
燃料ガスと酸素のこの混合物は、上記第２の組の複数の熱交換器３０の耐熱材のベッド３４を段々に満たす。運転逆転のちょうどそのときに、第２の組の熱交換器３０の頂端３３内への酸素含有ガス６６の噴射が中断される。この状態でこのプロセスにおいて、第２の組の複数の熱交換器は、直ぐ後に続く状態逆転（図６参照）のため、全体的に上記混合物で満たされる。第２の組の複数の熱交換器３０の熱交換器ポート３１の下にそれぞれ配置された複数の燃料噴射装置５０によって噴射された燃料の燃焼を維持するように、第２の組の複数の熱交換器３０（この時点でプレヒーティング状態にある）は、燃料ガスと酸素の熱い混合物６７を燃焼チャンバー１０内へ噴射する。上記複数の熱交換器３０の内側では、燃料ガスと酸素の混合物が、段々に、上記複数の熱交換器３０の燃焼空気入口を介して複数の熱交換器へ流入する燃焼空気によって置き換えられる。そして、状態逆転の約５０秒後、第２の組の複数の熱交換器３０は、熱い燃焼空気６１を燃焼チャンバー１０内へ噴射する（図３参照）。
【００８２】
同様な状態の進行が第２の状態から第１の状態への運転逆転の際にも起こされる。
【００８３】
この方法によって、一定の酸素容量（一般的には２１体積％）を有する熱い燃焼酸化体の中断されない供給、および燃焼チャンバー１０内の燃料の燃焼を維持することが可能なことが、炉の運転を通して成し遂げられる。
【００８４】
それにより、炉のプルレートが３から５％増加された。
【００８５】
［第２実施例］
本発明によるところのプロセスの代わりの実施例において、上記第１の状態の上記最後の状態が、従来技術によるところの例（図２参照）として説明されたように実施され、この第１の状態の終りに、熱回収モードにある複数の熱交換器の組が燃料ガスで満たされる。
【００８６】
この第２の実施例によると、状態逆転の直ぐ後に続く約５０秒の移行期間の間、酸素含有ガス６６が、状態逆転の前に熱回収モードにあった熱交換器、すなわち複数の熱交換器の頂端内へ（或いは、代りに、熱交換器ポート３１内へ）噴射される。この場合、図２および図７に図示されており、これらは第２の組の複数の熱交換器３０である。
【００８７】
移行期間の間に上記複数の熱交換器３０の頂端３３内へ（或いは、代りに、熱交換器ポート３１内へ）噴射された酸素含有ガス６６は、この移行期間の間に上記第２の組の上記複数の熱交換器３０から出る燃料ガスと混ざり、それにより、頂端３３内へ（或いは、代りに、熱交換器ポート３１内へ）噴射される酸素含有ガス６６の量が、第２の組の複数の熱交換器３０の熱交換器ポート３１を通して燃焼チャンバー１０内へ噴射された燃料ガスと酸素含有ガスの混合物が一定の酸素容量（一般的には、約２１体積％の酸素を含む）を有するようにされる。これは、図７に図示されている。
【００８８】
移行期間の終りで、第２の組の複数の熱交換器３０の耐熱材のベッド３４内の燃料ガスが、冷たい燃焼空気の入口を介して上記複数の熱交換器３０に流入する燃焼空気によって置き換えられ、且つ、第２の組の複数の熱交換器３０の複数の熱交換器ポート３１が、これら複数の熱交換器ポート３１を通して燃焼チャンバー１０内へ熱い燃焼空気を噴射し始めると、上記複数の熱交換器３０の頂端３３（或いは熱交換器ポート３１）内への酸素含有ガス６６の噴射が停止させられる。
【００８９】
同様な状態の進行が第２の状態から第１の状態への運転逆転の際にも起こされる。
【００９０】
第１実施例の場合と同様に、第２実施例によるところのプロセスは、一定の酸素容量（一般的には２１体積％）を有する熱い燃焼酸化体の中断されない供給、および炉の燃焼チャンバー１０内の中断されない燃料の燃焼を維持することを可能にする。
【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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【国際調査報告】
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