JP2004107139A - Operation method for glass melting furnace - Google Patents

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今成　岳人
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瀬尾　敦子
Takahisa Honjo
本荘　崇久
Yutaka Ishikawa
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    • C03B5/235—Heating the glass
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    • Y02P40/50—Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new method for operating a glass melting furnace by which desired removal of NOx can be performed with a small amount of reburn gas when the total amount of NOx to be removed is small. <P>SOLUTION: The reburn gas jetted only into a region near ports 11a, 11b positioned in the upstream side of the supply point of the glass source material in the upper space region of a regenerator 13 to render the waste combustion gas passing through this region into a reduced state with an air ratio of 1 or less to reduce NOx. The unburned content in the waste combustion gas after mixing is oxidized by the residual oxygen in the untreated waste combustion gas passing through a region near other ports 11c to 11f in the downstream flue. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガラス溶解炉の運転方法、特に、バーナの燃焼に伴う燃焼排気ガスに含まれるＮＯｘを低減するようにした運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス原料の供給を受けてこれを溶解する溶解室と、その両側部に設けた複数個のポートを介して燃焼排気ガスのもつ熱を回収して燃焼用空気を予熱する蓄熱室と、各ポートに設置されたバーナとを備えており、ガラス溶融のための燃料の燃焼を対向するバーナの列ごとに交互に行うようにしたガラス溶解炉は知られている。
【０００３】
さらに、上記ガラス溶解炉でのバーナ燃焼に伴う燃焼排気ガスに含まれるＮＯｘを効率よく低減する方法として、溶解室を出た燃焼排気ガスに天然ガスなどをリバーンガスとして噴射して蓄熱室の上部空間を還元領域（リバーニングゾーン）とし、そこで燃焼排気ガス中のＮＯｘを還元除去すると共に、その下流において酸化剤としての二次空気を供給してＣＯなどの未燃物を完全燃焼させる方法も知られている。リバーンガスの噴射は、燃焼に関与していない側のポートに設置した全部又は１部のバーナノズルから、あるいは、蓄熱室の上部空間に別途設置されたガスノズルから行われる（特開平５５−２７８５９号公報、特開平６−２３９６１８号公報など）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ガラス溶解室を出た燃焼排気ガスに対して上記のようにリバーニング燃焼法を適用することにより、燃焼排気ガス中に含まれるＮＯｘ量を許容できるレベル以下に低減することができ、自然環境の保全は担保される。しかし、ガラス溶解炉から排出される燃焼排気ガスは大量であること、及び、化学量論的に、ある雰囲気においてＮＯｘの還元が開始するには、所定値以上の還元剤（リバーンガス）濃度が必要であることから、リバーンガスの噴射を、燃焼に関与していない側の全部又は一部のポートに設置した各バーナから行う場合、あるいは、蓄熱室の上部空間に別途設置されたガスノズルから行う場合のいずれであっても、蓄熱室の上部空間全域を還元領域とするのに、多量のリバーンガスを必要とし、コスト的な課題を有している。
【０００５】
一方、ガラス溶解炉から大気に放出されるＮＯｘ量を抑制する対策として、前記のように燃焼排気ガスの全量に対してリバーニング燃焼法を適用する手法と共に、ガラス溶解炉内での燃料の燃焼方法そのものに改善を施すことも種々行われてきている。
【０００６】
ガラス溶解炉の排気ガス量は各種工業炉の中でも比較的多いため、ＮＯｘ排出量がわずかに規制値を上回るような場合で、規制値以下に下げるために数十ｐｐｍ削減したいような場合であっても、大量のリバーンガスが必要となり大変不経済となる。ＮＯｘ削減の方法として脱硝剤を用いる方法もあるが、この場合でも大量の脱硝剤が必要となる。
【０００７】
また、リバーニング燃焼法を採用した場合、燃焼排気ガスの全量を還元雰囲気とすることから、未燃分を燃焼させるための多量の二次空気を煙道下流域において供給することが必須となり、二次空気供給設備を必要とすることから、ガラス溶解炉の構成を複雑としている。
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、リバーニング燃焼法を燃焼排気ガスに適用したガラス溶解炉の運転方法において、除去すべきＮＯｘの総量が少ない場合に、少ないリバーンガス量で所望のＮＯｘ除去を可能とし、それによりガラス溶解炉の運転コストを合理的に引き下げることを可能としたガラス溶解炉の新規な運転方法を提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、下流煙道において二次空気の供給を行わなくても、運転状態によっては、燃焼排気ガス中の未燃分を完全に燃焼させることができ、それにより、ガラス溶解炉の構成を簡素化できるガラス溶解炉の新規な運転方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によるガラス溶解炉の運転方法は、ガラス原料の供給を受けてこれを溶解する溶解室と、その両側部に設けた複数個のポートから流入する燃焼排気ガスの持つ熱を回収し燃焼用空気を予熱する蓄熱室と、各ポートに設置されたバーナとを備えており、ガラス溶融のための燃料の燃焼を対向するバーナの列ごとに交互に行うようにしたガラス溶解炉において、前記蓄熱室の上部空間領域におけるガラス原料の供給上流側に位置するポートに近接した領域にのみリバーンガスを噴射して、当該領域を通過する燃焼排気ガスを空気比１以下の還元状態としてＮＯｘの還元を行うと共に、下流煙道において、他のポートに近接した領域を通過した未処理の燃焼排気ガス中の残存酸素により、混合後の燃焼排気ガス中に含まれる未燃分を酸化させることを特徴とする。
【００１１】
上記の方法では、ＮＯｘを含む燃焼排気ガスの全量を還元状態とするのではなく、蓄熱室の上部空間領域におけるガラス原料の供給上流側に位置するポートに近接した領域を通過する燃焼排気ガスのみが還元状態とされ、そこでのみＮＯｘの還元処理が進行する。ＮＯｘが還元除去された燃焼排気ガスと未処理の燃焼排気ガスは下流煙道で混合するが、混合後の燃焼排気ガスに含まれるＮＯｘ量は、当初と比較して、前記一部還元除去された量だけ減少する。当初の燃焼排気ガスに含まれるＮＯｘ総量がクリアーすべき基準値からわずかにしか超過していないようなガラス溶解炉の運転態様においては、上記の部分的除去でもって、基準値をクリアーすることが十分に可能となる。
【００１２】
特に、溶解室の両側部に複数個のポートと蓄熱室とを備えたガラス溶解炉において、運転中に複数個のポートに流入してくる燃焼排気ガス中に含まれるＮＯｘの分布は均一でなく、通常、ガラス原料供給上流側では下流側と比較して大きい。特に、溶解室内でのガラス移動方向における上流側１／３〜１／２程度の領域での燃焼排気ガスは多量のＮＯｘを含んでいる。運転態様によっては、下流域のポートに流入してくる燃焼排気ガス中に含まれるＮＯｘ量はクリアーすべき基準値を下回っている場合も生じている。
【００１３】
従って、本発明では、他と比較して高濃度のＮＯｘを含有している燃焼排気ガス、特に、溶解室のガラス移動方向における上流側１／３〜１／２程度の領域での燃焼排気ガスに対して、リバーンガスの噴射を行う。それにより、より少ない量のリバーンガスでもって効率的に部分的なＮＯｘ除去効果を達成することができる。
【００１４】
本発明の方法では、一部の領域を通過する燃焼排気ガスのみを還元状態とするだけであり、燃焼排ガスの全容積、すなわち、蓄熱室の上部空間の全領域を還元領域とする従来の方法と比較して、供給すべきリバーンガス量は大きく減少し、コストの低減が図れる。さらに、未処理の燃焼排気ガス中には通常１〜２％程度の酸素が残存しており、混合後の燃焼排気ガス中に含まれるＣＯなどの未燃物は、当該残存酸素により燃焼する。そのために、下流煙道に二次空気を供給する設備を設けることを省略することができ、設備が簡素化する。
【００１５】
前記リバーンガスの噴射は、前記ポートに設置されたバーナノズルのうち、燃焼に参加していない側のポートのバーナから行ってもよく、前記蓄熱室の上部空間に別途設置したガスノズルから行ってもよい。後者の場合、当該蓄熱室の上部空間における前記ポートの配置位置よりも上位の空間にリバーンガスを噴射するが好ましく、これにより、処理すべき燃焼排気ガスとリバーンガスとの混合が促進され、かつ、長い還元時間を確保できるので、一層高いＮＯｘ除去効果が得られる。
【００１６】
前記のように、本発明のガラス溶解炉の運転方法では、下流煙道に二次空気を供給する設備を配置することは必ずしも必要とされないが、運転環境によっては未処理の燃焼排気ガスに含まれる残存酸素量では未燃分の完全燃焼が進行しないことが起こり得る。そのために、予備的施設として下流煙道に燃焼排気ガスに空気を供給する設備を備えておき、必要に応じて、二次空気を供給することは好ましい運転態様となる。
【００１７】
以下、本発明の実施の形態につきより詳細に説明する。図１はサイドポート式ガラス溶解炉を説明する断面図であり、図２はその平面図である。ガラス溶解炉１は、ガラス原料２の供給を受けてこれを溶解する溶解室１０と、その両側部に設けた複数個（図示の例では各６個）のポート１１ａ〜１１ｆ及び１２ａ〜１２ｆとを備え、さらに、各ポート１１ａ〜１１ｆ及び１２ａ〜１２ｆを通って流入する燃焼排気ガスが持つ熱を回収し燃焼用空気を予熱する左右の蓄熱室１３及び１４を備える。前記各ポート１１ａ〜１１ｆ及び１２ａ〜１２ｆが溶解室１０接続いている位置近傍にはそれぞれにバーナ１５ａ〜１５ｆ及び１６ａ〜１６ｆが配置されている。また、前記溶解室１０の一方端にはガラス原料供給口１７が、他方端には溶解したガラスの取り出し口１８が設けてある。
【００１８】
蓄熱室１３及び１４は、上部空間１３ａ及び１４ａと、その下流に位置する熱回収部１３ｂ及び１４ｂと、その下流に位置する下部空間１３ｃ及び１４ｃとを備え、前記上部空間１３ａ及び１４ａには、前記６個のポート１１ａ〜１１ｆ及び１２ａ〜１２ｆがほぼ等しい間隔をおいて接続している。また、前記下部空間１３ｃ及び１４ｃには、一方端側に燃焼用空気の供給管路２０ａ及び２０ｂ、他方端側に燃焼排気ガスの排出管路２１ａ及び２１ｂが接続しており、これら管路にはそれぞれ切り替えダンパー２２及び２３が設けてあり、各管路が切り替えられるようになっている。
【００１９】
図３に示すように、バーナへの燃料供給系３０は、燃料ガス源（不図示）に接続した燃料供給管３１と、そこから２分した燃料供給分岐管３２ａ及び３２ｂとを備える。各燃料供給分岐管３２ａ及び３２ｂは、各バーナ１５ａ〜１５ｆ及び１６ａ〜１６ｆに接続する枝管３３ａ〜３３ｆ及び３４ａ〜３４ｆを備え、該枝管には切り替え弁３５ａ〜３５ｆ及び３６ａ〜３６ｆが配置される。
【００２０】
前記枝管３３ａ〜３３ｆ及び３４ａ〜３４ｆにおける上流側に位置する複数本（この例では、枝管３３ａ〜３３ｃ及び３４ａ〜３４ｃのそれぞれ３本）には、前記切り替え弁３５ａ〜３５ｃ及び３６ａ〜３６ｃに並列して、バイパス弁３７ａ〜３７ｃ及び３８ａ〜３８ｃが配置される。なお、バイパス弁３７ａ〜３７ｃ及び３８ａ〜３８ｃを流れる最大ガス流量は切り替え弁３５ａ〜３５ｆ及び３６ａ〜３６ｆを流れる最大ガス流量よりも少なくされている。
【００２１】
このガラス溶解炉１において、ガラス原料２はガラス原料供給口１７（上流側）からガラス溶解室１０内に供給され、そこで加熱溶解されて取り出し口１８（下流側）から排出される。運転に際して、前記バーナ１６ａ〜１６ｆの側から燃焼用燃料ガス（例えば、天然ガス）が供給される場合には、切り替え弁３６ａ〜３６ｆ及びバイパス弁３８ａ〜３８ｃのいずれか又は全部は開とされ、一方、バーナ１５ａ〜１５ｆ側の切り替え弁３５ａ〜３５ｃは閉とされる。しかし、３つのバイパス弁３７ａ〜３７ｃのいずれか又は全部は開とされる。このような開閉操作は図示しない制御機構により容易に行うことができる。
【００２２】
燃焼用空気は、供給管路３２ｂから蓄熱室１４の下部空間１４ｃに向けて吸引され、熱回収部１４ｂで加熱された後、上部空間１４ａから各ポート１２ａ〜１２ｆを通って溶解室１０に送られる。それにより、バーナ１６ａ〜１６ｆから供給される燃料ガスは燃焼して、ガラス溶解室１０内を加熱する。燃焼排気ガスは、他方側のポート１１ａ〜１１ｆから蓄熱室１３の上部空間１３ａ内に流入し熱回収部１３ｂを通過してそこを予熱した後、下部空間１３ｃから燃焼排気ガス排出管路２１ａを通って大気に放出される。その状態が一定時間継続するが、その間、排気側のポート１１ａ〜１１ｆのうち上流側の３つのポート１１ａ〜１１ｃに近接して配置されるバーナ１５ａ〜１５ｃのいずれか又は全部から、開いているバイパス弁３７ａ〜３７ｃを通して所要量の少量の燃料ガスがリバーンガスとして継続して供給される（図１及び図２の矢印はそのときの燃焼用空気及び燃焼排気ガスの流れ方向を示している）。
【００２３】
一定時間経過後に、切り替えダンパー２２，２３が切り替わり、同時に、バーナ１６ａ〜１６ｆ側の切り替え弁３６ａ〜３６ｆは閉じられ、他方のバーナ１６ａ〜１６ｆ側の切り替え弁３５ａ〜３５ｆが開かれる。その際に、双方のバイパス弁３７ａ〜３７ｃ及び３８ａ〜３８ｃの開閉状態は切り替え前の状態が維持される。それにより、燃料ガス及び燃焼用空気の方向は切り替わり、燃焼用空気は、供給管路２０ａから蓄熱室１３の下部空間１３ｃに向けて吸引され、熱回収部１３ｂで加熱された後、上部空間１３ａから各ポート１１ａ〜１１ｆを通って溶解室１０に送られる。それにより、バーナ１５ａ〜１５ｆから供給される燃料ガスは燃焼して、ガラス溶解室１０内の加熱は継続して行われる。
【００２４】
燃焼排気ガスは、他方のポート１２ａ〜１２ｆから蓄熱室１４の上部空間１４ａ内に流入し熱回収部１４ｂを通過してそこを予熱した後、下部空間１４ｃから燃焼排気ガス排出管路２１ｂを通過して大気に放出される。その間、排気側のポート１２ａ〜１２ｆのうち上流側の３つのポート１２ａ〜１２ｃに近接して配置されるバーナ１６ａ〜１６ｃのいずれか又は全部からは、開いているバイパス弁３８ａ〜３８ｃを通して所要量の少量の燃料ガスがリバーンガスとして継続して供給される。この切り替えが周期的に行われる。
【００２５】
上記の運転方法において、溶解室１０の加熱のためにバーナ１６ａ〜１６ｆが燃焼しているときに、燃焼排気ガスは反対側のポート１１ａ〜１１ｆから蓄熱室１３の上部空間１３ａに流入するが、前記のように、上流側に位置するポート（例えば、この例ではポート１１ａ〜１１ｃ）から流入する燃焼排気ガスに含まれるＮＯｘ量は、下流側に位置するポート（例えば、この例ではポート１１ｄ〜１１ｆ）から流入する燃焼排気ガスに含まれるＮＯｘ量よりも平均して多い。一例として、ある条件で運転したときの各ポートからの燃焼排気ガスに含まれるＮＯｘの量は表１のようになる。
【００２６】
【表１】

Figure 2004107139
【００２７】
そこで、例えば、クリアーすべきＮＯｘ値が６００ｐｐｍであるときに、いずれかのポートから流入してくる燃焼排気ガス中から１００ｐｐｍに相当するＮＯｘを還元除去できれば、ＮＯｘ値は燃焼排気ガス総量としてはクリアーすることとなる。今、６個のポートに設置された全てのバーナからリバーンガスを供給して蓄熱室１３の上部空間１３ａの全領域において燃焼排気ガスを還元状態とし１００ｐｐｍに相当するＮＯｘを還元除去しようとすると、リバーンガス（都市ガス）として約２４０ｍ３／ｈが必要となる。
【００２８】
しかし、例えば、バーナ１５ａ〜１５ｆ側の切り替え弁３５ａ〜３５ｆ及びバイパス弁３７ｃは閉とし、２つのバイパス弁３７ａ，３７ｂのみを開として、ポート１１ａとポート１１ｂの二つのポートに近接した蓄熱室１３の上部空間領域にのみリバーンガスを噴射し、そこを通過する燃焼排気ガスのみを還元状態としてＮＯｘの還元を行う場合には、同じ１００ｐｐｍに相当するＮＯｘを還元除去するのに８０ｍ３／ｈの都市ガスで十分であり、さらに、一個の１１ｂに近接した蓄熱室１３の上部空間領域にのみリバーンガスを噴射し、そこを通過する燃焼排気ガスのみを還元状態としてＮＯｘの還元を行う場合には、同じ１００ｐｐｍに相当するＮＯｘを還元除去するのに４０ｍ３／ｈの都市ガスで十分となる。なお、上記の数値は、下記の条件を前提とする一つの例であるが、本発明がこの例に限らず、ガラス溶解炉の一般的運転において等しく適用できることはいうまでもない。
【００２９】
条件：各ポートの燃焼排気ガス量　５０００Ｎｍ３／ｈ
酸素濃度　２％
排気ガス温度　１４００℃
滞留時間　５秒
【００３０】
上記のガラス燃焼炉において、前記のようにしてＮＯｘの除去された燃焼排気ガスと未処理の燃焼排気ガス（ポート１１ｃ〜１１ｆから流入する燃焼排気ガス）とは、互いに混合しながら、蓄熱室１３の上部空間１３ａから熱回収部１３ｂを通り下部空間１３ｃに至り、燃焼排気ガス排出管路２１ａを通って大気に放出される。その過程において、混合後の燃焼排気ガス中に含まれるＣＯなどの未燃分は、未処理の燃焼排気ガスに通常１〜２％含まれる残存酸素により燃焼する。なお、完全燃焼には残存酸素量が不足する場合あるいはより短時間で完全燃焼を終了させたい場合には、前記蓄熱室１３の下部空間１３ｃよりも下流の位置に、適宜の二次空気供給手段（不図示）が備えられる。また、上記の例では、バイパス弁を備えることにより、リバーンガスを燃焼用バーナから噴出するようにしているが、リバーンガス噴出用の専用のノズルを前記上流に位置するポート近傍に備えるようにしてもよい。特に、主燃料として重油を採用するガラス溶解炉においては、リバーンガス噴出用のノズルを別途備えるとは必須となる。
【００３１】
図４〜図６は、本発明によるガラス溶解炉の運転方法を実施することのできる他のガラス溶解炉の形態を示している。このガラス溶解炉１ａでは、リバーンガスの噴射を前記ポートに設置されたバーナから行うのではなく、各蓄熱室１３，１４の上部空間１３ａ，１４ａに設置されたガスノズル４１ａ〜４１ｃ及び４２ａ〜４２ｃから行うようにしている。なお、ガラス溶解炉１ａの構成及びバーナへの燃料供給系３０ａは、上記ガスノズル４１ａ〜４１ｃ及び４２ａ〜４２ｃの位置及びその燃料供給経路を除き、図１〜図３に示したものと同じであり、対応する部材には同じ符号を付すことにより、説明は省略する。
【００３２】
図４及び図５に示すように、このガラス溶解炉１０ａでは、蓄熱室１３，１４の上部空間１３ａ，１４ａにおける前記上流側のポート１１ａ〜１１ｃ及び１２ａ〜１２ｃに対向する側壁に、リバーンガス供給用のガスノズル４１ａ〜４１ｃ及び４２ａ〜４２ｃが配置されており、図６に示すように、燃料供給分岐管３２ａ及び３２ｂから分岐した枝管４３ａ〜４３ｃ及び４４ａ〜４４ｃからリバーンガスが供給される。
【００３３】
好ましくは、図４に示すように、このリバーンガス供給用のガスノズル４１ａ〜４１ｃ及び４２ａ〜４２ｃはノズル先端が斜め上方に向くようにして配置し、それにより、当該蓄熱室１３，１４の上部空間１３ａ，１４ａにおけるポートの配置位置よりも上位の空間にリバーンガスが噴射されるようにする。
【００３４】
このガラス溶解炉１ａの運転態様は、図１〜図３に示したガラス溶解炉１の運転態様と同じであり、説明は省略する。但し、図示の形態では、処理すべき燃焼排気ガスとリバーンガスとの混合が一層促進され、かつ、長い還元時間を確保できることから、一層高いＮＯｘ除去効果が得られる利点がある。図７は、それを説明している。図７は、本発明者らが実験を通して知見した、ガラス溶解炉１ａの最も上流側であるポート１１ａに近接した蓄熱室１３の上部空間１３ａ内での、ポート１１ａから流入する燃焼排気ガスの流れを流線としてプロットしてものである。なお、この燃焼排気ガスの蓄熱室１３の上部空間１３ａ内での流れパターンは、全てのポート、すなわち、ポート１１ａ〜１１ｆに近接した上部空間１３ａにおいてほぼ同じようなプロフィールであることも知見した。
【００３５】
図７からわかるように、ポートから流入する燃焼排気ガスは、蓄熱室の上部空間に入った後に、その全量が直ちに熱回収部に向けて流下するのではなく、その一部は蓄熱室の上部空間における前記ポートに対向する側壁に衝突して上昇し、渦を巻くようにして天井に沿って流れた後、熱回収部に向けて流下している。従って、図示のように、当該蓄熱室の上部空間における前記ポートの配置位置よりも上位の空間に、より好ましくは、前記ポートに対向する側壁壁面に沿って上昇する燃焼排気ガスの流れに乗るようにして、リバーンガスを前記ガスノズル４１ａから噴射することにより、前記したように、処理すべき燃焼排気ガスとリバーンガスとの混合が促進され、かつ、長い還元時間を確保することが可能となることがわかる。
【００３６】
【発明の効果】
上記のようであり、本発明によるガラス溶解炉の運転方法によれば、除去すべきＮＯｘの総量が少ない場合に、従来法による場合よりも少ないリバーンガス量で所望のＮＯｘ除去が可能となり、それによりガラス溶解炉の運転コストを合理的に引き下げることが可能となる。また、下流煙道において二次空気の供給を行わなくても、運転状態によっては、燃焼排気ガス中の未燃分を完全に燃焼させることができ、ガラス溶解炉の構成を簡素化することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるガラス溶解炉の運転方法を実施することのできるガラス溶解炉の一実施の形態を示す概略的断面図。
【図２】図１に示すガラス溶解炉を説明する概略的平面図。
【図３】図１に示すガラス溶解炉におけるバーナへの燃料供給系の一例を説明する概略図。
【図４】本発明によるガラス溶解炉の運転方法を実施することのできるガラス溶解炉の他の実施の形態を示す概略的断面図。
【図５】図４に示すガラス溶解炉を説明する概略的平面図。
【図６】図４に示すガラス溶解炉におけるバーナへの燃料供給系の一例を説明する概略図。
【図７】図４に示すガラス溶解炉におけるリバーンガス供給用のガスノズルと燃焼排気ガス流との関係を説明する図。
【符号の簡単な説明】
１，１ａ…ガラス溶解炉、１０…ガラス溶解室、１１，１２…ポート、１３，１４…蓄熱室、１５，１６…バーナ、４１，４２…リバーンガス供給用ガスノズル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an operation method for a glass melting furnace, and more particularly to an operation method for reducing NOx contained in combustion exhaust gas accompanying combustion of a burner.
[0002]
[Prior art]
A melting chamber that receives the supply of glass raw material and melts it, a heat storage chamber that recovers the heat of the combustion exhaust gas through a plurality of ports provided on both sides thereof, and preheats combustion air, and each port There is known a glass melting furnace that is provided with a burner installed in the column and that alternately burns fuel for melting the glass for each row of opposed burners.
[0003]
Furthermore, as a method for efficiently reducing NOx contained in combustion exhaust gas accompanying burner combustion in the glass melting furnace, natural gas or the like is injected as reburn gas into the combustion exhaust gas exiting the melting chamber, and the upper space of the heat storage chamber Is also known as a reduction zone (reburning zone) where NOx in the combustion exhaust gas is reduced and removed, and secondary air as an oxidant is supplied downstream to completely burn unburned substances such as CO. It has been. The injection of the reburn gas is performed from all or a part of the burner nozzle installed in the port on the side not involved in combustion, or from the gas nozzle separately installed in the upper space of the heat storage chamber (Japanese Patent Laid-Open No. 55-27859, JP-A-6-239618).
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By applying the reburning combustion method to the combustion exhaust gas leaving the glass melting chamber as described above, the amount of NOx contained in the combustion exhaust gas can be reduced to an acceptable level or less, and the natural environment Conservation is secured. However, the amount of combustion exhaust gas discharged from the glass melting furnace is large, and stoichiometrically, a reducing agent (reburn gas) concentration higher than a predetermined value is required to start NOx reduction in a certain atmosphere. Therefore, when reburn gas injection is performed from each burner installed in all or a part of the ports not involved in combustion, or from a gas nozzle separately installed in the upper space of the heat storage chamber In any case, a large amount of reburn gas is required to make the entire upper space of the heat storage chamber a reduction region, which has a cost problem.
[0005]
On the other hand, as a measure for suppressing the amount of NOx released from the glass melting furnace to the atmosphere, the combustion of fuel in the glass melting furnace as well as the technique of applying the reburning combustion method to the total amount of combustion exhaust gas as described above Various improvements have been made to the method itself.
[0006]
Since the amount of exhaust gas in glass melting furnaces is relatively large among various industrial furnaces, this is a case where the amount of NOx emissions slightly exceeds the regulation value, and it is necessary to reduce it by several tens of ppm in order to reduce it below the regulation value. However, a large amount of reburn gas is required, which is very uneconomical. There is a method of using a denitration agent as a method of reducing NOx, but even in this case, a large amount of denitration agent is required.
[0007]
In addition, when the reburning combustion method is adopted, since the entire amount of the combustion exhaust gas is used as a reducing atmosphere, it is essential to supply a large amount of secondary air for burning the unburned portion in the downstream area of the flue, Since a secondary air supply facility is required, the configuration of the glass melting furnace is complicated.
[0008]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and in a glass melting furnace operating method in which the reburning combustion method is applied to combustion exhaust gas, when the total amount of NOx to be removed is small, the amount of reburn gas is small. It is an object of the present invention to provide a novel method of operating a glass melting furnace that makes it possible to remove the desired NOx and thereby reduce the operating cost of the glass melting furnace reasonably.
[0009]
Another object of the present invention is to completely burn the unburned components in the combustion exhaust gas depending on the operation state without supplying the secondary air in the downstream flue. An object of the present invention is to provide a novel method of operating a glass melting furnace that can simplify the structure of the furnace.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The method for operating a glass melting furnace according to the present invention recovers the heat of a melting chamber that receives a glass raw material and melts it, and combustion exhaust gas flowing in from a plurality of ports provided on both sides of the melting chamber. In the glass melting furnace provided with a heat storage chamber for preheating air and a burner installed at each port, wherein the combustion of the fuel for melting the glass is alternately performed for each row of the opposed burners. The reburn gas is injected only into a region close to the port located upstream of the glass raw material supply in the upper space region of the chamber, and the NOx is reduced with the combustion exhaust gas passing through the region being reduced to an air ratio of 1 or less. At the same time, in the downstream flue, the residual oxygen in the untreated combustion exhaust gas that has passed through the area close to other ports oxidizes the unburned matter contained in the mixed combustion exhaust gas. It is characterized in.
[0011]
In the above method, the entire amount of combustion exhaust gas containing NOx is not reduced, but only the combustion exhaust gas that passes through a region close to the port located upstream of the glass raw material supply in the upper space region of the heat storage chamber. Is reduced, and NOx reduction treatment proceeds only there. Combustion exhaust gas from which NOx has been reduced and removed and untreated combustion exhaust gas are mixed in the downstream flue, but the amount of NOx contained in the mixed exhaust gas after the mixing is partially reduced and removed compared to the beginning. Decrease by a certain amount. In the operation mode of the glass melting furnace in which the total amount of NOx contained in the initial combustion exhaust gas slightly exceeds the reference value to be cleared, the reference value may be cleared by the partial removal described above. Fully possible.
[0012]
In particular, in a glass melting furnace having a plurality of ports and a heat storage chamber on both sides of the melting chamber, the distribution of NOx contained in the combustion exhaust gas flowing into the plurality of ports during operation is not uniform. Usually, the upstream side of the glass raw material supply is larger than the downstream side. In particular, the combustion exhaust gas in the region of about 1/3 to 1/2 on the upstream side in the glass moving direction in the melting chamber contains a large amount of NOx. Depending on the operation mode, the amount of NOx contained in the combustion exhaust gas flowing into the port in the downstream region may be lower than the reference value to be cleared.
[0013]
Therefore, in the present invention, the combustion exhaust gas containing a higher concentration of NOx than the others, particularly, the combustion exhaust gas in the region of about 1/3 to 1/2 of the upstream side in the glass movement direction of the melting chamber. In contrast, reburn gas is injected. Thereby, a partial NOx removal effect can be achieved efficiently with a smaller amount of reburn gas.
[0014]
In the method of the present invention, only the combustion exhaust gas passing through a part of the region is only reduced, and the entire volume of the combustion exhaust gas, that is, the entire region of the upper space of the heat storage chamber is used as the reduction region. As compared with, the amount of reburn gas to be supplied is greatly reduced, and the cost can be reduced. Further, about 1 to 2% of oxygen usually remains in the untreated combustion exhaust gas, and unburned substances such as CO contained in the combustion exhaust gas after mixing are combusted by the residual oxygen. Therefore, it is possible to omit providing facilities for supplying secondary air to the downstream flue, and the facilities are simplified.
[0015]
The reburn gas injection may be performed from a burner nozzle on a port not participating in combustion among the burner nozzles installed in the port, or may be performed from a gas nozzle separately installed in the upper space of the heat storage chamber. In the latter case, it is preferable to inject the reburn gas into a space higher than the position of the port in the upper space of the heat storage chamber. This promotes the mixing of the combustion exhaust gas to be treated with the reburn gas and is longer. Since reduction time can be secured, a higher NOx removal effect can be obtained.
[0016]
As described above, in the method for operating the glass melting furnace of the present invention, it is not always necessary to arrange equipment for supplying secondary air to the downstream flue, but depending on the operating environment, it is included in the untreated combustion exhaust gas. It may happen that the complete combustion of the unburned fuel does not proceed with the remaining oxygen amount. For this purpose, it is preferable to provide a facility for supplying air to the combustion exhaust gas in the downstream flue as a preliminary facility, and supplying secondary air as required.
[0017]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail. FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a side port type glass melting furnace, and FIG. 2 is a plan view thereof. The glass melting furnace 1 is supplied with the glass raw material 2 and melts it, and a plurality of (six in the illustrated example) ports 11a to 11f and 12a to 12f provided on both sides thereof. And the left and right heat storage chambers 13 and 14 for recovering the heat of the combustion exhaust gas flowing in through the ports 11a to 11f and 12a to 12f and preheating the combustion air. Burners 15a to 15f and 16a to 16f are arranged in the vicinity of positions where the ports 11a to 11f and 12a to 12f are connected to the melting chamber 10, respectively. A glass raw material supply port 17 is provided at one end of the melting chamber 10 and a melted glass outlet 18 is provided at the other end.
[0018]
The heat storage chambers 13 and 14 include upper spaces 13a and 14a, heat recovery portions 13b and 14b located downstream thereof, and lower spaces 13c and 14c located downstream thereof, and the upper spaces 13a and 14a include: The six ports 11a to 11f and 12a to 12f are connected at substantially equal intervals. The lower spaces 13c and 14c are connected with combustion air supply pipes 20a and 20b on one end side and combustion exhaust gas discharge pipes 21a and 21b on the other end side. Are provided with switching dampers 22 and 23, respectively, so that each pipe line can be switched.
[0019]
As shown in FIG. 3, the fuel supply system 30 to the burner includes a fuel supply pipe 31 connected to a fuel gas source (not shown), and fuel supply branch pipes 32a and 32b divided into two from there. Each of the fuel supply branch pipes 32a and 32b includes branch pipes 33a to 33f and 34a to 34f connected to the burners 15a to 15f and 16a to 16f, and switching valves 35a to 35f and 36a to 36f are arranged in the branch pipes. Is done.
[0020]
A plurality of the branch pipes 33a to 33f and 34a to 34f (in this example, three each of the branch pipes 33a to 33c and 34a to 34c) are provided with the switching valves 35a to 35c and 36a to 36c. In parallel, bypass valves 37a to 37c and 38a to 38c are arranged. Note that the maximum gas flow rate flowing through the bypass valves 37a to 37c and 38a to 38c is smaller than the maximum gas flow rate flowing through the switching valves 35a to 35f and 36a to 36f.
[0021]
In this glass melting furnace 1, the glass raw material 2 is supplied from the glass raw material supply port 17 (upstream side) into the glass melting chamber 10, where it is heated and melted and discharged from the take-out port 18 (downstream side). During operation, when combustion fuel gas (for example, natural gas) is supplied from the burners 16a to 16f, any or all of the switching valves 36a to 36f and the bypass valves 38a to 38c are opened, On the other hand, the switching valves 35a to 35c on the burners 15a to 15f side are closed. However, any or all of the three bypass valves 37a to 37c are opened. Such an opening / closing operation can be easily performed by a control mechanism (not shown).
[0022]
Combustion air is sucked from the supply line 32b toward the lower space 14c of the heat storage chamber 14, heated by the heat recovery unit 14b, and then sent from the upper space 14a to the melting chamber 10 through the ports 12a to 12f. It is done. Thereby, the fuel gas supplied from the burners 16a to 16f burns and heats the inside of the glass melting chamber 10. Combustion exhaust gas flows into the upper space 13a of the heat storage chamber 13 from the ports 11a to 11f on the other side, passes through the heat recovery section 13b and preheats there, and then passes through the combustion exhaust gas discharge pipe 21a from the lower space 13c. Through to the atmosphere. The state continues for a certain period of time, but during that period, it is open from any or all of the burners 15a to 15c arranged close to the upstream ports 11a to 11c among the exhaust ports 11a to 11f. A required amount of a small amount of fuel gas is continuously supplied as reburn gas through the bypass valves 37a to 37c (the arrows in FIGS. 1 and 2 indicate the flow directions of combustion air and combustion exhaust gas at that time).
[0023]
After a predetermined time has elapsed, the switching dampers 22 and 23 are switched. At the same time, the switching valves 36a to 36f on the burners 16a to 16f side are closed, and the switching valves 35a to 35f on the other burners 16a to 16f side are opened. At that time, the open / closed states of both bypass valves 37a to 37c and 38a to 38c are maintained before switching. Thereby, the directions of the fuel gas and the combustion air are switched, and the combustion air is sucked from the supply pipe line 20a toward the lower space 13c of the heat storage chamber 13, heated in the heat recovery section 13b, and then the upper space 13a. To the dissolution chamber 10 through the ports 11a to 11f. Thereby, the fuel gas supplied from the burners 15a to 15f burns, and the heating in the glass melting chamber 10 is continuously performed.
[0024]
The combustion exhaust gas flows into the upper space 14a of the heat storage chamber 14 from the other ports 12a to 12f, passes through the heat recovery section 14b, preheats there, and then passes through the combustion exhaust gas discharge pipe 21b from the lower space 14c. And released into the atmosphere. In the meantime, any or all of the burners 16a to 16c arranged close to the three upstream ports 12a to 12c among the exhaust ports 12a to 12f are required through the open bypass valves 38a to 38c. A small amount of fuel gas is continuously supplied as reburn gas. This switching is performed periodically.
[0025]
In the above operation method, when the burners 16a to 16f are burning for heating the melting chamber 10, the combustion exhaust gas flows into the upper space 13a of the heat storage chamber 13 from the ports 11a to 11f on the opposite side. As described above, the amount of NOx contained in the combustion exhaust gas flowing in from the upstream port (for example, the ports 11a to 11c in this example) is equal to the downstream port (for example, the port 11d to 11d in this example). 11f) is on average larger than the amount of NOx contained in the combustion exhaust gas flowing in. As an example, the amount of NOx contained in the combustion exhaust gas from each port when operating under a certain condition is as shown in Table 1.
[0026]
[Table 1]
Figure 2004107139
[0027]
Thus, for example, when the NOx value to be cleared is 600 ppm, if NOx corresponding to 100 ppm can be reduced and removed from the combustion exhaust gas flowing in from any port, the NOx value is clear as the total amount of combustion exhaust gas. Will be. Now, if reburn gas is supplied from all burners installed in the six ports to reduce the combustion exhaust gas to a reduced state in all regions of the upper space 13a of the heat storage chamber 13, NOx corresponding to 100 ppm is reduced and removed. About 240 m 3 / h is required as (city gas).
[0028]
However, for example, the switching valves 35a to 35f and the bypass valve 37c on the burner 15a to 15f side are closed, only the two bypass valves 37a and 37b are opened, and the heat storage chamber 13 adjacent to the two ports of the port 11a and the port 11b. When the reburn gas is injected only into the upper space area of the gas and NOx is reduced with only the combustion exhaust gas passing therethrough being reduced, the city of 80 m 3 / h is used to reduce and remove NOx corresponding to the same 100 ppm. The same is true when the gas is sufficient and the reburn gas is injected only into the upper space region of the heat storage chamber 13 adjacent to the single 11b, and only the combustion exhaust gas passing therethrough is reduced to reduce NOx. A city gas of 40 m 3 / h is sufficient to reduce and remove NOx corresponding to 100 ppm. In addition, although said numerical value is an example on the assumption of the following conditions, it cannot be overemphasized that this invention is equally applicable in the general driving | operation of a glass melting furnace not only in this example.
[0029]
Condition: Combustion exhaust gas volume at each port 5000 Nm 3 / h
Oxygen concentration 2%
Exhaust gas temperature 1400 ° C
Residence time 5 seconds [0030]
In the above glass combustion furnace, the NOx-removed combustion exhaust gas and the untreated combustion exhaust gas (combustion exhaust gas flowing in from the ports 11c to 11f) are mixed with each other while being mixed with each other. From the upper space 13a to the lower space 13c through the heat recovery section 13b, and is discharged to the atmosphere through the combustion exhaust gas discharge pipe 21a. In the process, unburned components such as CO contained in the mixed exhaust gas after combustion are combusted by residual oxygen that is usually contained in the untreated combustion exhaust gas by 1 to 2%. When the amount of residual oxygen is insufficient for complete combustion or when it is desired to complete complete combustion in a shorter time, an appropriate secondary air supply means is provided at a position downstream of the lower space 13c of the heat storage chamber 13. (Not shown) is provided. In the above example, the bypass valve is provided so that the reburn gas is ejected from the combustion burner. However, a dedicated nozzle for ejecting the reburn gas may be provided in the vicinity of the upstream port. . In particular, in a glass melting furnace that uses heavy oil as the main fuel, it is essential to provide a separate nozzle for jetting reburn gas.
[0031]
4 to 6 show other glass melting furnaces capable of carrying out the method of operating a glass melting furnace according to the present invention. In this glass melting furnace 1a, the reburn gas is not injected from the burner installed in the port, but from the gas nozzles 41a to 41c and 42a to 42c installed in the upper spaces 13a and 14a of the heat storage chambers 13 and 14, respectively. I am doing so. The structure of the glass melting furnace 1a and the fuel supply system 30a to the burner are the same as those shown in FIGS. 1 to 3 except for the positions of the gas nozzles 41a to 41c and 42a to 42c and their fuel supply paths. Corresponding members are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
[0032]
As shown in FIGS. 4 and 5, in this glass melting furnace 10 a, a reburn gas supply is provided on the side walls facing the upstream ports 11 a to 11 c and 12 a to 12 c in the upper spaces 13 a and 14 a of the heat storage chambers 13 and 14. Gas nozzles 41a to 41c and 42a to 42c are arranged, and as shown in FIG. 6, reburn gas is supplied from the branch pipes 43a to 43c and 44a to 44c branched from the fuel supply branch pipes 32a and 32b.
[0033]
Preferably, as shown in FIG. 4, the gas nozzles 41 a to 41 c and 42 a to 42 c for supplying the reburn gas are arranged so that the nozzle tip faces obliquely upward, and thereby the upper space 13 a of the heat storage chambers 13 and 14. , 14a so that the reburn gas is injected into a space above the position of the port.
[0034]
The operation mode of the glass melting furnace 1a is the same as the operation mode of the glass melting furnace 1 shown in FIGS. However, in the illustrated embodiment, mixing of the combustion exhaust gas to be processed and the reburn gas is further promoted, and a long reduction time can be secured, so that there is an advantage that a higher NOx removal effect can be obtained. FIG. 7 illustrates this. FIG. 7 shows the flow of the combustion exhaust gas flowing from the port 11a in the upper space 13a of the heat storage chamber 13 close to the port 11a which is the most upstream side of the glass melting furnace 1a, as found by the inventors through experiments. Is plotted as a streamline. It has also been found that the flow pattern of the combustion exhaust gas in the upper space 13a of the heat storage chamber 13 has substantially the same profile in all ports, that is, the upper space 13a adjacent to the ports 11a to 11f.
[0035]
As can be seen from FIG. 7, after the combustion exhaust gas flowing in from the port enters the upper space of the heat storage chamber, the entire amount does not immediately flow down toward the heat recovery section, but a part of the exhaust gas flows into the upper portion of the heat storage chamber. After colliding with the side wall facing the port in the space, it rises, flows along the ceiling in a vortex, and then flows down toward the heat recovery unit. Therefore, as shown in the figure, the upper space of the heat storage chamber is positioned higher than the port arrangement position, and more preferably, it rides the flow of combustion exhaust gas rising along the side wall surface facing the port. Thus, it is understood that by injecting the reburn gas from the gas nozzle 41a, as described above, mixing of the combustion exhaust gas to be processed and the reburn gas is promoted, and a long reduction time can be secured. .
[0036]
【The invention's effect】
As described above, according to the operation method of the glass melting furnace according to the present invention, when the total amount of NOx to be removed is small, it becomes possible to remove desired NOx with a smaller amount of reburn gas than in the case of the conventional method, thereby It is possible to rationally reduce the operating cost of the glass melting furnace. Also, even if secondary air is not supplied in the downstream flue, depending on the operating conditions, the unburned components in the combustion exhaust gas can be burned completely, and the configuration of the glass melting furnace can be simplified. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of a glass melting furnace capable of carrying out a method for operating a glass melting furnace according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic plan view for explaining the glass melting furnace shown in FIG.
3 is a schematic diagram illustrating an example of a fuel supply system to a burner in the glass melting furnace shown in FIG.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing another embodiment of the glass melting furnace capable of carrying out the glass melting furnace operating method according to the present invention.
FIG. 5 is a schematic plan view for explaining the glass melting furnace shown in FIG. 4;
6 is a schematic diagram illustrating an example of a fuel supply system to a burner in the glass melting furnace shown in FIG.
7 is a view for explaining a relationship between a gas nozzle for supplying a reburn gas and a combustion exhaust gas flow in the glass melting furnace shown in FIG. 4;
[Brief description of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1a ... Glass melting furnace, 10 ... Glass melting chamber, 11, 12 ... Port, 13, 14 ... Heat storage chamber, 15, 16 ... Burner, 41, 42 ... Gas nozzle for reburn gas supply

Claims (6)

ガラス原料の供給を受けてこれを溶解する溶解室と、その両側部に設けた複数個のポートから流入する燃焼排気ガスのもつ熱を回収し燃焼用空気を予熱する蓄熱室と、各ポートに設置されたバーナとを備え、ガラス溶融のための燃料の燃焼を対向するバーナの列ごとに交互に行うようにしたガラス溶解炉において、
前記蓄熱室の上部空間領域におけるガラス原料の供給上流側に位置するポートに近接した領域にのみリバーンガスを噴射して、当該領域を通過する燃焼排気ガスを空気比１以下の還元状態としてＮＯｘの還元を行うと共に、下流煙道において、他のポートに近接した領域を通過した未処理の燃焼排気ガス中の残存酸素により、混合後の燃焼排気ガス中に含まれる未燃分を酸化させることを特徴とするガラス溶解炉の運転方法。A melting chamber that receives the supply of glass raw material and melts it, a heat storage chamber that collects the heat of the combustion exhaust gas flowing in from the ports provided on both sides of the glass and preheats combustion air, and each port In a glass melting furnace provided with an installed burner, wherein combustion of fuel for glass melting is alternately performed for each row of opposed burners,
Reduction of NOx by injecting reburn gas only into a region close to the port located upstream of the glass raw material supply in the upper space region of the heat storage chamber and reducing the combustion exhaust gas passing through the region to a reduced state with an air ratio of 1 or less And in the downstream flue, the remaining oxygen in the untreated combustion exhaust gas that has passed through the region close to other ports is used to oxidize unburned components contained in the mixed combustion exhaust gas A method for operating the glass melting furnace. 前記ガラス原料の供給上流側に位置するポートが、溶解室のガラス移動方向における上流側１／３〜１／２程度に位置するポートであることを特徴とする請求項１記載のガラス溶解炉の運転方法。2. The glass melting furnace according to claim 1, wherein the port located on the supply upstream side of the glass raw material is a port located about 1/3 to 1/2 on the upstream side in the glass moving direction of the melting chamber. how to drive. リバーンガスの噴射を前記ポートに設置されたバーナから行うことを特徴とする請求項１又は２記載のガラス溶解炉の運転方法。The method for operating a glass melting furnace according to claim 1 or 2, wherein the reburn gas is injected from a burner installed at the port. リバーンガスの噴射を前記蓄熱室の上部空間に設置されたガスノズルから行うことを特徴とする請求項１又は２記載のガラス溶解炉の運転方法。The method for operating a glass melting furnace according to claim 1 or 2, wherein the reburn gas is injected from a gas nozzle installed in an upper space of the heat storage chamber. 当該蓄熱室の上部空間における前記ポートの配置位置よりも上位の空間にリバーンガスを前記ガスノズルから噴射することを特徴とする請求項４記載のガラス溶解炉の運転方法。The method for operating a glass melting furnace according to claim 4, wherein reburn gas is injected from the gas nozzle into a space above the position of the port in the upper space of the heat storage chamber. 前記下流煙道において、必要に応じて、燃焼排気ガスに酸化剤としての二次空気を供給することを特徴とする請求項１ないし５いずれか記載のガラス溶解炉の運転方法。The method for operating a glass melting furnace according to any one of claims 1 to 5, wherein secondary air as an oxidant is supplied to the combustion exhaust gas as needed in the downstream flue.
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