JP2012154582A - 溶解炉用の燃焼装置および溶解炉 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】燃料噴出部として、燃料噴出方向視において、少なくとも上下方向に並ぶ上方燃料噴出部F1と下方燃料噴出部F2とを備えて構成され、上方燃料噴出部F1から噴出される上方噴出流と下方燃料噴出部F2から噴出される下方噴出流とが、噴出下流側で衝突するように構成され、燃焼空間に燃料ガスを噴出する冷却用噴出孔13が設けられ、冷却用噴出孔13からガス燃料を噴出することによって燃料噴出部F1、F2を冷却するように構成されているスルーポート方式の溶解炉用の燃焼装置とその燃焼装置が炉壁に設けられている溶解炉。
【選択図】図4
Description
そのため、その燃焼装置を溶解炉に使用した場合、特に火炎の基端側下方に火炎が充分に行き渡らず、その部位を効率よく加熱することができず、その結果、火炎の長手方向に沿って溶解対象物を均一に加熱することができないという欠点があった。
前記燃料噴出部として、燃料噴出方向視において、少なくとも上下方向に並ぶ上方燃料噴出部と下方燃料噴出部とを備えて構成され、
前記上方燃料噴出部から噴出される上方噴出流と前記下方燃料噴出部から噴出される下方噴出流とが、噴出下流側で衝突するように構成され、
前記燃焼空間に燃料ガスを噴出する冷却用噴出孔が設けられ、その冷却用噴出孔からガス燃料を噴出することによって前記燃料噴出部を冷却するように構成されているところにある。
したがって、火炎全体としては、その噴出方向において比較的短く、上下方向に拡散した火炎となり、後の実験結果からも明らかなように、火炎の基端側下方をも効率よく加熱することができ、火炎の長手方向に沿って溶解対象物を均一に加熱することができる。
その反面、燃料噴出部が高温になり過ぎて損傷し易くなるおそれがあるが、冷却用噴出孔から噴出するガス燃料により燃料噴出部が冷却されるので、燃料噴出部の過熱が抑制され、その結果、燃料噴出部の損傷を防止しながら、火炎の長手方向に沿って溶解対象物を均一に加熱することが可能となる。
前記上方燃料噴出部と下方燃料噴出部のそれぞれが、水平方向に並ぶ複数の燃料噴出孔を備えて構成され、
上下方向で対を成す燃料噴出孔間で、上方に位置する上方燃料噴出孔と下方に位置する下方燃料噴出孔とに関し、前記上方燃料噴出孔から噴出される上方噴出流と前記下方燃料噴出孔から噴出される下方噴出流とが、噴出下流側で衝突するように構成されているのが好ましい。
このように構成することにより、火炎長が比較的短く、上下方向に充分に拡散した火炎を形成して、炉側壁の近傍においても溶解対象物の加熱を充分に行うことができるとともに、火炎の水平方向の広がりも期待できるため、効率のよい加熱が可能となる。
前記複数の上方燃料噴出孔から噴出される上方噴出流と前記複数の下方燃料噴出孔から噴出される下方燃料噴出流のそれぞれが、平面視において、噴出下流側で広がるように構成されているのが好ましい。
このように構成することにより、火炎の水平方向の広がりを充分に確保して、より一層効率のよい加熱が可能となる。
前記冷却用噴出孔が、前記上方燃料噴出部と下方燃料噴出部との間の上下方向中間位置に複数設けられているのが好ましい。
このように上方燃料噴出部と下方燃料噴出部との間に冷却用噴出孔を複数設けることで、上方燃料噴出部と下方燃料噴出部を効率よく冷却することができる。
前記冷却用噴出孔が、前記上方燃料噴出部と下方燃料噴出部との周部に複数設けられているのが好ましい。
このように上下の燃料噴出部の周部に冷却用噴出孔をそれぞれ複数設けることで、上方燃料噴出部と下方燃料噴出部を周部から効率よく冷却することができる。
前記上方燃料噴出部、下方燃料噴出部、および、冷却用噴出孔が、単一のノズルチップに設けられ、そのノズルチップが、ガス燃料を供給する燃料供給管に取り付けられているのが好ましい。
このように構成することにより、ノズルチップの交換によるメンテナンスの容易化が可能となり、また、燃料供給管を共用として、上下の燃料噴出部および冷却用噴出孔の形態が異なる複数種のノズルチップを用意することで、使用勝手が良くなって汎用性の向上を図ることができる。
前記燃料供給管の外周に冷却用水路が設けられているのが好ましい。
このような冷却用水路を設けることで、燃料噴出部の過熱をより一層確実に抑制して、燃料噴出部の損傷を防止することができる。
すなわち、溶解槽における溶解対象物存在領域の上方の燃焼空間にガス燃料を噴出する燃料噴出部が、前記燃焼空間に対して燃焼用空気を斜め下向きに供給する燃焼用空気供給部内に設けられて、前記燃焼空間の横側箇所からガス燃料を噴出するように構成されているスルーポート方式の溶解炉を構成するに、
これまで説明してきた溶解炉用の燃焼装置を、炉壁に設けることで、燃料噴出部の損傷を防止しながら、火炎の長手方向に沿って溶解対象物を均一に加熱することが可能な溶解炉を得ることができる。
前記燃料噴出部と燃焼用空気供給部とを有する燃焼装置が、前記燃焼空間に対して少なくとも一対設けられ、
一方側の燃焼装置において、その燃料噴出部からガス燃料を噴出し、かつ、燃焼用空気供給部から燃焼用空気を供給する状態で、他方側の燃焼装置の前記燃焼用空気供給部が、前記一方側の燃焼装置の燃焼により発生する排ガスを前記燃焼空間から受け入れる排ガス導入部となり、互いに対を成す燃焼装置間で、ガス燃料の燃焼と排ガスの受け入れを交互に繰り返す交番燃焼を行うように構成されているのが好ましい。
このように構成することにより、溶解対象物の加熱溶解を効率的、かつ、安定して行うことができる交番燃焼方式を採用する溶解炉においても、本願発明に係る燃焼装置を、炉壁に設けることで、燃料噴出部の損傷を防止しながら、火炎の長手方向に沿って溶解対象物を均一に加熱することができる。
以下、本発明による溶解炉用の燃焼装置および溶解炉について、その実施形態を図面に基づいて説明する。
溶解炉としてのガラス溶解炉は、図1および図2に示すように、天井がアーチ型に形成された炉本体1の下部に、平面視にて矩形状の溶解槽2を備え、溶解槽2を区画形成する周囲の炉壁4における一側面部に、溶解対象物としてのガラス原料を投入する投入口4iが形成され、炉壁4における前面部に、溶解ガラスを取り出す取出口4eが形成され、取出口4eを形成した炉壁部分の外部に、取出口4eにて溶解槽2と連通する作業槽3が設けられている。
溶解槽2における溶解対象物存在領域の上方の燃焼空間にてガス燃料を燃焼させる溶解炉用の燃焼装置Nが、溶解槽2の後側部に設けられており、もって、図2中に矢印で示すように、投入口4iから投入したガラス原料を、溶解槽2にて溶解させながら作業槽3に向かって流動させて、取出口4eを通して清浄な溶解ガラスを作業槽3に導くように構成されている。
炉本体1の後方外側部には、左側の2個の燃焼装置Nに対応する蓄熱室Tと右側の2個の燃焼装置Nに対応する蓄熱室Tが溶解槽2の左右方向(図2における上下方向)に並設され、燃焼装置Nは、後述するように、蓄熱室Tを通って高温(1000〜1300℃)に予熱された燃焼用空気Aにてガス燃料を燃焼させるように構成され、その蓄熱室Tは、燃焼装置Nによる燃焼が行われた後の排ガスEが通過することにより、その排ガスEが保有する熱を蓄熱するように構成されている。
燃焼用空気供給部Kは、炉壁4に開口した空気口5と、蓄熱室Tと空気口5とを連通する空気供給路6とから構成され、蓄熱室Tを通って高温に予熱された燃焼用空気Aを、例えば、8〜15m/Sの供給速度でガス燃料の燃焼域に供給するように構成されている。
燃焼用空気供給部Kは、図2に示すように、送風機Sと流路切換機構Vを備え、図2中の仮想線で示すように、送風機Sからの燃焼用空気Aを左側の蓄熱室Tを介して左側の2個の燃焼装置Nに供給して燃焼させ、かつ、右側の蓄熱室Tから排出される排ガスEを外部に排出する状態と、図2中の実線で示すように、送風機Sからの燃焼用空気Aを右側の蓄熱室Tを介して右側の2個の燃焼装置Nに供給して燃焼させ、かつ、左側の蓄熱室Tから排出される排ガスEを外部に排出する状態とに切換えるように構成されている。
そして、図1から明らかなように、空気供給路6の軸線方向が炉内の燃焼空間に向けて斜め下方に傾斜しており、そのため、燃料供給部Wから供給されるガス燃料の噴出流も、全体として、空気供給路6の軸線に沿って下方に傾斜するように方向付けられる。
燃料供給管7の外側には、冷却用水管8が同心状に外嵌され、燃料供給管7と冷却用水管8との間が冷却用水路9に形成され、その冷却用水路9が、燃料供給管7の外周、より詳細には、燃料供給管7に対するノズルチップ10の取り付け部位を除いて、燃料供給管7の外周と上方に位置するように設けられ、水路入口9iから流入した冷却水が冷却用水路9を通流して、排水管先端の水路出口9eから流出するように構成されている。
ここで、燃料噴出部F1、F2と燃料噴出孔11、12に関して、燃料噴出部F1と燃料噴出孔11は、鉛直方向上方に位置するため、本発明における上方燃料噴出部と上方燃料噴出孔を構成し、燃料噴出部F2と燃料噴出孔12は、鉛直方向下方に位置するため、本発明における下方燃料噴出部と下方燃料噴出孔を構成する。
また、上方燃料噴出部F1を構成する3個の上方燃料噴出孔11と下方燃料噴出部F2を構成する3個の下方燃料噴出孔12に関して、上下の燃料噴出孔11、12の燃料噴出方向が、平面視において並行に並ぶ状態に形成され、かつ、図4の(a)に示すように、平面視において左右両端に位置する上下の燃料噴出孔11、12が、例えば、40〜50度程度の広がり角βを有して噴出下流側で広がるように構成されている。
詳述すると、上下の燃料噴出孔11、12は、それらの孔径が全て同一に形成され、その上下の燃料噴出孔11、12の孔径よりも小径な多数の冷却用噴出孔13が、図4の(b)に示すように、上下方向で対を成す一対の上方燃料噴出孔11と下方燃料噴出孔12との間の上下方向中間位置にそれぞれ複数(この例では6個)設けられていて、各冷却用噴出孔13からガス燃料を噴出することにより、上下の燃料噴出部F1、F2を冷却するように構成されている。
そのノズルチップ10が、燃焼用空気供給部Kを構成する空気供給路6内において空気供給路6のほぼ中心に位置するように設けられて、いわゆるスルーポート方式の燃焼装置Nを構成し、各燃焼装置Nが、炉壁4に取り付けられた構成とされている。
そして、上方燃料噴出孔11から噴出される上方噴出流と下方燃料噴出孔12から噴出される下方噴出流とが、噴出下流側で所定の衝突角αを有して衝突し、かつ、上方燃料噴出孔11から噴出される複数の上方噴出流と下方燃料噴出孔12から噴出される複数の下方燃料噴出流のそれぞれが、平面視において、噴出下流側で所定の広がり角βを有して広がるように構成され、冷却用噴出孔13から噴出されるガス燃料と冷却用水路9を通流する冷却水により上下の燃料噴出部F1、F2を冷却するように構成されている。
上記実施形態で説明したスルーポート方式の燃焼装置Nの効果を確認するため、実験用加熱炉を使用して実際に燃焼させ、従来の燃焼装置との比較実験を行ったので、その実験結果について説明する。
図5および図6は、実験に使用した燃焼装置や設備などの概略を示すもので、本発明に係る燃焼装置として、図5に示すように、上下の燃料噴出孔11、12(それぞれ3個)から噴出されるガス燃料の衝突角αが45度で、広がり角βが50度の燃焼装置N1と、衝突角αが45度で、広がり角βが40度の燃焼装置N2との2種類の燃焼装置を使用し、燃焼装置N1が内側に、燃焼装置N2が外側に位置するように、合計4個設置して、左側(図5の加熱炉における上方側)の2個が燃焼する状態と右側(図5の加熱炉における下方側)の2個が燃焼する状態とを交互に繰り返す交番燃焼を行った。
そして、本発明の燃焼装置と従来の燃焼装置を使用した場合について、図6に示すように、P1〜P3地点における敷温度とP4〜P6地点における天井温度を測定した。
その結果が図7〜図12であり、これらの図において、横軸は1日当りの溶解ガラスの取り出し量(トン/1日)で、右側ほど量が多く、また、縦軸は温度(℃)であり、図中の黒丸と直線が本発明の燃焼装置を示し、×印と破線が従来の燃焼装置を示す。
また、図10〜図12を参照して、本発明の燃焼装置では、P5の地点において、従来の燃焼装置を使用した場合の天井温度とあまり差異がないものの、P4とP6の地点において、その天井温度が、従来の燃焼装置を使用した場合に比べてかなり高く、その結果、天井温度についても、火炎の長手方向に沿って比較的均一な加熱(1560℃前後)が可能であることが確認できる。
以上の結果から、本発明の燃焼装置を使用することにより、溶解炉の敷温度と天井温度に関して、火炎の長手方向に沿って比較的均一な加熱が可能となり、溶解対象物を均一かつ効率よく溶解できることが解る。
上下の燃料噴出部F1、F2を構成する上下の燃料噴出孔11、12と冷却用噴出孔13については、その個数や配置を種々変更して実施することが可能であり、図13に別実施形態の一例を示す。
図13の(a)に示す実施形態では、上下の燃料噴出孔11、12が1個ずつで、その中間位置に冷却用噴出孔13が2個、さらに、各燃料噴出孔11、12の左右に冷却用噴出孔が1個ずつ設けられ、上方燃料噴出孔11の上と下方燃料噴出孔12の下にも設けられている。
図13の(b)に示す実施形態では、1個ずつ設けられた上下の燃料噴出孔11、12の中間位置に冷却用噴出孔13が3個設けられ、かつ、各燃料噴出孔11、12の左右に1個ずつ設けられており、図13の(c)に示す実施形態では、1個ずつ設けられた上下の燃料噴出孔11、12の中間位置に冷却用噴出孔13が4個設けられている。
図13の(e)に示す実施形態では、上下の燃料噴出孔11、12が2個ずつ設けられ、その左右方向の中心線上に位置する状態で、合計5個の冷却用噴出孔13が、そのうちの1個が上下の燃料噴出孔11、12の上下方向中間位置に、他の1個が2個の上方燃料噴出孔11の中間位置に、他の1個が2個の下方燃料噴出孔12の中間位置に位置し、残りの2個が上方燃料噴出孔11の上方と下方燃料噴出孔12の下方とに設けられ、さらに、上下の燃料噴出孔11、12の左右にも冷却用噴出孔13が1個ずつ設けられている。
そして、これら図13の(a)〜(e)に示す別実施形態においても、上下で対を成す上方燃料噴出孔11からの噴出流と下方燃料噴出孔12からの噴出流とが、噴出下流側で所定の衝突角αを有して衝突するように構成されている。
(イ)本発明の燃焼装置Nは、上記の実施形態に例示したごとく、溶解槽2の横側部にガラス原料を投入する投入口4iを設け、前面部に溶解ガラスの取り出し口4eを設けた溶解炉に使用したが、必ずしもそのような形態の溶解炉に限るものではなく、種々の形態の溶解炉に適用することができる。
例えば、溶解槽2の炉壁4において、互いに対面する一方の炉壁4に投入口4iを設け、対面する他方の炉壁4に取り出し口4eを設けて、ガラス原料が、一方の炉壁4側から対面する他方の炉壁4側に流動するように構成した溶解炉において、そのガラス原料の流動方向に沿う一方の炉壁4とそれに対面する他方の炉壁4に燃焼装置Nをそれぞれ設け、互いに対面する燃焼装置Nの間で、ガス燃料の燃焼と排ガスの受け入れを交互に繰り返す交番燃焼を行うように構成することもできる。
いずれにせよ、互いに交番燃焼を行う燃焼装置Nの数は、上記の実施形態で示した2個に限るものではなく、例えば、1個にすることも、また、3個以上にすることも可能であり、溶解炉の規模などに応じて自由に設定することができる。
また、上記実施形態では、交番燃焼用の燃焼装置において、対を成すガス燃料の噴出部から噴出する噴出流を先端側で衝突させる構成に関して説明したが、いわゆる、リジェネバーナやレキュペバーナにおいても、同様の構造を採用することで、火炎長および上下方向での火炎の広がりの程度を調整することができる。
そして、本発明の溶解炉用の燃焼装置は、上記の実施形態で例示したガラス溶解炉に適用するほか、ガラス原料以外の金属を溶解させる溶解炉など、種々の溶解炉における燃焼装置として用いることができる。
4 炉壁
7 燃料供給管
9 冷却用水路
10 ノズルチップ
11 上方燃料噴出孔
12 下方燃料噴出孔
13 冷却用噴出孔
A 燃焼用空気
E 排ガス
F1 上方燃料噴出部
F2 下方燃料噴出部
K 燃焼用空気供給部
N 燃焼装置
Claims (9)
- 溶解槽における溶解対象物存在領域の上方の燃焼空間にガス燃料を噴出する燃料噴出部が、前記燃焼空間に対して燃焼用空気を斜め下向きに供給する燃焼用空気供給部内に設けられて、前記燃焼空間の横側箇所からガス燃料を噴出するように構成されているスルーポート方式の溶解炉用の燃焼装置であって、
前記燃料噴出部として、燃料噴出方向視において、少なくとも上下方向に並ぶ上方燃料噴出部と下方燃料噴出部とを備えて構成され、
前記上方燃料噴出部から噴出される上方噴出流と前記下方燃料噴出部から噴出される下方噴出流とが、噴出下流側で衝突するように構成され、
前記燃焼空間に燃料ガスを噴出する冷却用噴出孔が設けられ、その冷却用噴出孔からガス燃料を噴出することによって前記燃料噴出部を冷却するように構成されている溶解炉用の燃焼装置。 - 前記上方燃料噴出部と下方燃料噴出部のそれぞれが、水平方向に並ぶ複数の燃料噴出孔を備えて構成され、
上下方向で対を成す燃料噴出孔間で、上方に位置する上方燃料噴出孔と下方に位置する下方燃料噴出孔とに関し、前記上方燃料噴出孔から噴出される上方噴出流と前記下方燃料噴出孔から噴出される下方噴出流とが、噴出下流側で衝突するように構成されている請求項1に記載の溶解炉用の燃焼装置。 - 前記複数の上方燃料噴出孔から噴出される上方噴出流と前記複数の下方燃料噴出孔から噴出される下方燃料噴出流のそれぞれが、平面視において、噴出下流側で広がるように構成されている請求項2に記載の溶解炉用の燃焼装置。
- 前記冷却用噴出孔が、前記上方燃料噴出部と下方燃料噴出部との間の上下方向中間位置に複数設けられている請求項1〜3のいずれか1項に記載の溶解炉用の燃焼装置。
- 前記冷却用噴出孔が、前記上方燃料噴出部と下方燃料噴出部との周部に複数設けられている請求項1〜3のいずれか1項に記載の溶解炉用の燃焼装置。
- 前記上方燃料噴出部、下方燃料噴出部、および、冷却用噴出孔が、単一のノズルチップに設けられ、そのノズルチップが、ガス燃料を供給する燃料供給管に取り付けられている請求項1〜5のいずれか1項に記載の溶解炉用の燃焼装置。
- 前記燃料供給管の外周に冷却用水路が設けられている請求項6に記載の溶解炉用の燃焼装置。
- 溶解槽における溶解対象物存在領域の上方の燃焼空間にガス燃料を噴出する燃料噴出部が、前記燃焼空間に対して燃焼用空気を斜め下向きに供給する燃焼用空気供給部内に設けられて、前記燃焼空間の横側箇所からガス燃料を噴出するように構成されているスルーポート方式の溶解炉であって、
請求項1〜7のいずれか1項に記載の溶解炉用の燃焼装置が、炉壁に設けられている溶解炉。 - 前記燃料噴出部と燃焼用空気供給部とを有する燃焼装置が、前記燃焼空間に対して少なくとも一対設けられ、
一方側の燃焼装置において、その燃料噴出部からガス燃料を噴出し、かつ、燃焼用空気供給部から燃焼用空気を供給する状態で、他方側の燃焼装置の前記燃焼用空気供給部が、前記一方側の燃焼装置の燃焼により発生する排ガスを前記燃焼空間から受け入れる排ガス導入部となり、互いに対を成す燃焼装置間で、ガス燃料の燃焼と排ガスの受け入れを交互に繰り返す交番燃焼を行うように構成されている請求項8に記載の溶解炉。
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