JP2014501217A - ガラス溶融設備のための装入物を予熱する装置 - Google Patents

Abstract

排ガスを用いてガラス溶融設備のための粒子状の装入物（３）を予熱する装置が記載されており、垂直の予熱シャフト（１）を備え、予熱シャフト（１）を通って熱交換器（１０）が延在しており、熱交換器を通って排ガスが導かれ、予熱シャフト（１）の上側の端部は、装入物（３）のための装入開口（２）を備え、予熱シャフト（１）の下側の端部は、予熱された装入物（３）のための排出装置（６）を備え、熱交換器の入口は、排ガス用の供給管路に接続されていて、出口は、排ガス用の分岐管路に接続されている。このような装置において、低い構造高さ及び小さな容積で排ガスからの熱の大部分を回収して、不正な空気としての周辺空気の吸込み及び環境汚染を最小限に減らすために、排ガス用の供給管路（１０ｂ）は、高温ガス（１３）の部分量を抜き出すための分岐管路（１３ａ）として構成された少なくとも１つの分岐路を備え、分岐管路（１３ａ）は、下向きに開いている少なくとも１つのバリヤガス管路（１６）に接続されており、バリヤガス管路（１６）は、装入物（３）に高温ガスを提供するために、熱交換器の少なくとも１つの排ガス用貫通ガイドの上側で装入物（３）の領域に配置されている。

Description

排ガスを用いてガラス溶融設備のための粒子状の装入物を予熱する装置であって、垂直の予熱シャフトを備え、予熱シャフトを通って熱交換器が延在しており、熱交換器を通って排ガスが導かれ、粒子の進入に対して保護された熱交換器の排ガス用貫通ガイドは、その周に沿って開口を備え、予熱シャフトの上側の端部は、装入物用の装入開口を備え、予熱シャフトの下側の端部は、予熱された装入物用の排出装置を備え、熱交換器の少なくとも１つの排ガス用貫通ガイドの入口は、排ガス用の供給管路に接続されていて、少なくとも１つの排ガス用貫通ガイドの出口は、排ガス用の流出管路に接続されている。

ガラス溶融設備に供給する前の装入物の予熱は、そのパラメータ及び幾何学形状に関して、化学及び物理の分野に基づく一連の影響においてコントロールが困難である。したがって、塵埃から練炭までの大きく異なる様々な粒子サイズを有する成分から成る装入物は、大きく異なる様々な溶融点及び混合特性を有し、様々な量の自由水及び結合水を含み得る。１６００℃まで、又場合によってはそれ以上の温度範囲の熱を回収するために、高温ガスによる、好適には溶融領域からのバーナの排ガスによる加熱も、熱エネルギを節約するため、かつ有害なガス、例えば有害なＣＯ化合物及び窒素化合物から雰囲気を解放するための重要な前提条件である。溶融室及び余熱域の排ガスから来る塵埃の留め置きも、重要度が増している。さらに水もしくは水蒸気は、溶融室内だけでなく余熱領域でも形成しかつ／又は解放することができる。なぜならば、例えば装入物により、自由水及び／又は結合水を導入することができるからである。その結果、装入物の付着から克服するのが困難なプロセス障害までに至る。さらに雰囲気から吸い込まれる不正な空気も不都合であり得る。なぜならば不正な空気は、例えば熱収支にネガティブな影響を及ぼすか、又は塵埃の解放を促進してガス排出をブロックするからである。最終的に、ガラス成分と建設材料との間の相互作用も大きな役割を担い、その際、相対速度も影響している。

ドイツ連邦共和国特許第４００７１１５号明細書において、垂直のシャフト内でガラス溶融プロセスための充填物を予熱することが公知であり、このシャフトを通って、複数の階層で、水平の高温ガス通路が貫通案内されており、高温ガス通路は、下向きに開いている。これらの高温ガス通路に、後置の溶融プロセスからの排ガスが同一方向に導入される。高温ガス通路の下面で、排ガスは、再び流出し、装入物を通流したあとで、それぞれその上に位置する高温ガス通路の下向きの開口に再び導入され、同一方向に再び吸い出される。高温ガスのための上昇管路は、ヘッド領域の、管路に接続していない接続部で終了し、その結果、分配は、主に装入物における局所的な流れ抵抗に対応し、このことは、その他の点では個々の階層の間の全ての別の流れ経路にも当てはまる。流れ経路の直列接続及び吸込みファンの使用により、システム内に負圧が形成され、負圧により、不正な空気を引き込む不所望の効果が更に高められる。

したがって本発明の課題は、冒頭で述べた態様の、ガラス溶融設備のための粒子状の装入物を予熱する装置を改良して、低い構造高さ及び小さな容積で排ガスからの熱の大部分が回収され、その際、不正な空気としての周辺空気の吸込み及び環境汚染が最小限に低減されるものを提供することである。さらにこのような態様の既存の装置は、相応に簡単に後装備又は装備変更できることが望ましい。

この課題は、本発明によれば、排ガス用の供給管路が、高温ガスの部分量を抜き出すための分岐管路として構成された少なくとも１つの分岐路を備え、分岐管路は、下向きに開いている少なくとも１つのバリヤガス管路に接続されており、バリヤガス管路は、装入物に高温ガスを供給するための少なくとも１つの排ガス用貫通ガイドの上側で装入物の領域に配置されていることにより、解決される。バリヤガスにより、装入物への不正な空気の吸込みを十分に阻止することができる。この技術的な効果は、本発明の後述の態様により更に高められる。

本発明によれば、熱交換器の複数の排ガス用貫通ガイドは、互いに平行に、予熱シャフト内で１つの階層又は複数の水平の階層に配置されている。

又、熱交換器の少なくとも１つの排ガス用貫通ガイドは、その排出側で誘引通風機に接続されており、誘引通風機の吸込出力は、圧力センサにより制御されると好適であることが判った。これにより圧力損失は、熱交換器を通って高熱ガスが通流案内される際に補償することができる。

本発明の思想の改良態様では、分岐管路は、予熱シャフトに向かう排ガス用の供給管路に接続されている。これにより、分岐された部分流には、熱交換器に向かう供給路内の排ガス流におけるのと略同一の負圧が作用する。

分岐された部分流の量を調節するために、本発明によれば、分岐管路に絞りが配置されている。

本発明の別の態様によれば、バリヤガス管路の端部は、予熱シャフトの内側で閉鎖されている。このことは、装入物への高温ガスの調整された流出を可能にする。

不十分な圧力特性でも装入物への排ガスの確実な導入を保証するために、本発明によれば、分岐管路に圧力発生器が配置されている。この圧力発生器は、高温ガスブロワであってよい。

下向きに開いているバリヤガス管路を介する排ガスの導出を制御するために、圧力発生器は、圧力センサに接続されており、圧力センサは、バリヤガス管路の上側で、装入物に突入していると好適であることが判った。

予熱シャフトの内側で一定の流れ平衡及び圧力平衡を可能にするために、本発明によれば、複数のバリヤガス管路は、横断面にわたって分配して配置されている。

図面に示されている２つの態様並びにその作用方式及び利点に基づいて、本発明及び本発明の利点を詳説する。

アセンブリが対応して配置された予熱シャフトから成る、本発明によるガラス溶融設備の装入物を予熱する装置の垂直方向の概略断面図である。 高温ガスブロワを備える本発明による装置の別の態様の、図１に対応する概略断面図である。 図１及び図２に示されたバリヤガス管路の領域における予熱シャフトの水平方向断面図である。

図１には、予熱シャフト１が示されている。予熱シャフト１は、上側の端部で、装入物３のための装入開口２を備え、装入物３は、予熱シャフト１内で、沈下する柱を形成している。装入物の供給は、ベルトコンベヤ４を介して行われ、ベルトコンベヤ４の搬送出力は、充填レベルセンサ５を介して、装入開口２が閉塞されないように、制御される。下側の端部に、予熱された装入物３のための排出装置６が存在する。排出装置６は、搬送スクリュ７を備え、搬送スクリュ７は、モータ８により駆動される。モータ８の回転数ひいては時間単位当たり搬送量は、センサ９により制御される。センサ９は、ガラス溶融物のための槽に設けられた充填レベル測定器に接続されている。これについては図示していない。予熱シャフト１は、外に対して断熱されているので、供給される熱量の大部分は、装入物３に伝達される。予熱シャフト１内の装入物３の運動は、重力により行われる。

装入物３の予熱は、加熱ガス又は高温ガス１３とも呼称される、溶融室からの極めて高温の排ガスにより行われ、排ガスは、後述する管路システムを介して、予熱シャフト１を通って通過案内される。予熱シャフト１内で、記載の態様では、３つの階層Ｅ１、Ｅ２及びＥ３に、熱交換器として機能する管状の排ガス用貫通ガイド１０が存在し、そのうち、各階層には、少なくとも２つの排ガス用貫通ガイド１０が配置されており、その軸線は、それぞれ水平の平面上に配置されている。これらの排ガス用貫通ガイド１０は、予熱シャフト１の内側で、下向きに複数の開口１０ａを備え、これらの開口１０ａは、高温の排ガスの流出を許容する。階層の数は、１つ、２つ又は３つ以上であってよい。管状の横断面の代わりに、排ガス用貫通ガイドは、箱状又は菱形の成形輪郭を有するか、又はその他の横断面を有してよい。

図示していない溶融設備から到来する高温の排ガスは、予熱シャフト１の供給側１０ｂで、少なくとも１つの排ガス用貫通ガイド１０に進入し、先ず最も下側の階層Ｅ１に供給され、熱交換器を、並流、向流、直交向流又は単純な１回の直交流で貫流する。排ガスは、排出側１０ｃで排ガス用貫通ガイド１０から離間し、排出側１０ｃから、排ガスは、図示していないクリーニングシステムに、そして最終的に煙突に後続案内される。管状の熱交換器を通って排ガスを貫流案内する際に摩擦により生じる圧力損失は、誘引通風機１１により補償され、誘引通風機１１の吸込出力は、圧力センサ１２により制御され、圧力センサ１２は、予熱シャフト１の上側の端部において装入物３の圧力を検出する。これにより、排ガス用貫通ガイド１０もしくは高温ガス１３に常に僅かな負圧が作用することが保証される。

排ガス用貫通ガイド１０から、分岐管路（抜出し管路）１３ａを介して、高温ガス１３の部分量が分岐され、バリヤガス管路１６に供給される。バリヤガス管路１６は、排ガス用貫通ガイド１０の上側に存在する。端部で閉鎖されたバリヤガス管路１６の下面に複数の開口が形成されており、これらの開口を通って、排ガスが、装入物３に吹き出される。これについては４つの矢印で表されている。このガスの流出は、バリヤガスとも呼称される。バリヤガス管路１６に向かって分岐される部分流Ｖ４の量は、絞り１８を介して調節することができる。

バリヤガス管路１６の上側で、外側から作用する雰囲気圧（大気圧）Ｐ３に対して負圧が生じず、したがって不正な空気（Falschluft）Ｖ３が装入開口２を通って吸い込まれないように、図示の態様では管状の排ガス用貫通ガイド１０が設計されていて、誘引通風機１１が制御される。排ガス用貫通ガイド１０及びバリヤガス管路１６は、図３に示されているように、複数を、相並んで、図平面に対して垂直に延在する水平面上に配置してもよい。このような態様により、予熱シャフト１の内側に一定の流れ平衡及び圧力平衡が生じることが保証され、これにより装入開口２を通る低温の不正な空気の吸込みがほとんど阻止される。分岐管路１３ａに作用する負圧が十分でない場合、分岐管路における吸込みは、追加的に設けられる高温ガスブロワ１４により変化させることができ、特に高めることができる。

図３から看取されるように、図示の態様では、水平方向のフォークとして構成された３つのバリヤガス管路１６が１つの主管路１７に接続されている。この態様では、バリヤガス管路１６は、均等に予熱シャフト１の正方形の横断面にわたって均一に分配されている。

以下に、装置の機能方式について詳説する。

図示していないガラス溶融設備からの高温の排ガス流Ｖ１は、排ガス供給部１０ｂにおいて、装入物３を予熱する装置に向かって導かれる。その際、予熱シャフト１の供給側１０ｂに負圧Ｐ１が作用する。熱交換器の排ガス用貫通ガイド１０は、それ自体、流れ抵抗を形成する。したがって排ガス用貫通ガイドのシステムにおいて、更なる圧力損失が生じる。熱交換器の排出側１０ｃで、排ガス流Ｖ２は、負圧Ｐ１よりも大きな負圧Ｐ２を有する。熱交換器の排ガス用貫通ガイド１０に作用する負圧は、誘引通風機１１により変化させることができる。

熱交換器に供給される排ガス流Ｖ１から、分岐管路１３ａを介して、部分流Ｖ４が分岐される。この部分流は、排ガス供給部１０ｂにおける排ガス流Ｖ１と略同一の負圧を有する。Ｐ１とＰ２との間の圧力差は、通常、部分流Ｖ４が吸い込まれるのに十分である。

排ガス流に対する部分流Ｖ４における自然の圧力差に基づいて、予熱シャフト１の最も上側の階層における高温ガス１３は、バリヤガス管路１６を介して、熱交換器から装入物３に流出する。装入物に放出される排ガス流は、Ｐ２の負圧レベルにある。部分流Ｖ４は、追加的な圧力損失が無いので、圧力レベルＰ１にある。部分流Ｖ３の量は、上述のように、絞り１８を介して調節することができる。

分岐管路１３ａにおける負圧を高めるために、追加的に、高温ガスブロワ１４を分岐管路に配置することができる。したがって部分流Ｖ４の量は、バリヤガス管路１６を介して、周辺圧力（雰囲気圧）Ｐ３に略一致する圧力が生じるように、制御することができる。高温ガスブロワ１４とバリヤガス管路１６とにより、高温ガス１３の、依然としてあまり冷却されていない部分流（この部分流は例えば供給される高温ガスの総量の１０％であってよい）は、排ガス流１３に対して僅かな負圧にされる。

充填物における圧力特性により、部分流Ｖ４は、バリヤガス管路１６から矢印方向に下向きに排ガス用貫通ガイド１０に達する。排ガス用貫通ガイド１０を通って、高温ガス１３の主な量が導かれる。これにより、装入開口２を通る不正な空気Ｖ３の吸込はほとんど阻止され、バリヤガス管路１６を超える充填物高さも大幅に低減されるので、予熱シャフト１の容積及び構造高さひいてはその建設コストは相応に低減される。

とりわけ既存の予熱設備を、このようなバリヤガス管路１６の後付けにより、簡単かつ安価に装備変更することができ、これによりその運転コストを低減することができる。本発明の主な利点は、不正な空気の割合を少なく保つことにあり、その結果、
ａ）熱交換器を超える装入物３の充填高さを小さく保つことができ、このことは構造高さひいてはコストを低減し、
ｂ）存在する高温ガスの部分流は、バリヤガスとして、不正な空気の引込みを阻止するために使用され、
ｃ）ガラス溶融設備の作用効率が高められ、環境に優しくなる。

１ 予熱シャフト
２ 装入開口
３ 装入物
４ ベルトコンベヤ
５ 充填レベルセンサ
６ 排出装置
７ 搬送スクリュ
８ モータ
９ センサ
１０ 排ガス用貫通ガイド（熱交換器）
１０ａ 開口
１０ｂ 供給側（排ガス供給部）
１０ｃ 排出側
１１ 誘引通風機
１２ 圧力センサ
１３ 高温ガス（排ガス流）
１３ａ 分岐管路（抜出し管路）
１４ 高温ガスブロワ
１５ 圧力センサ
１６ バリヤガス管路
１７ １６の主管路
１８ 絞り
Ｖ１ 熱交換器への供給路内の排ガス流
Ｖ２ 熱交換器の下流側の排ガス流
Ｖ３ 不正な空気
Ｖ４ 部分流
Ｅ１ 階層
Ｅ２ 階層
Ｅ３ 階層
Ｐ１ 負圧
Ｐ２ 負圧
Ｐ３ 雰囲気圧

Claims (10)

1. 排ガスを用いてガラス溶融設備のための粒子状の装入物（３）を予熱する装置であって、
   垂直の予熱シャフト（１）を備え、該予熱シャフト（１）を通って熱交換器が延在しており、該熱交換器を通って排ガスが導かれ、粒子の侵入に対して防護された熱交換器の排ガス用貫通ガイド（１０）は、その周に沿って複数の開口を備え、前記予熱シャフト（１）の上側の端部は、装入物（３）のための装入開口（２）を備え、前記予熱シャフト（１）の下側の端部は、予熱された装入物（３）のための排出装置（６）を備え、熱交換器の少なくとも１つの前記排ガス用貫通ガイド（１０）の入口は、排ガス用の供給管路に接続されていて、少なくとも１つの前記排ガス用貫通ガイド（１０）の出口は、排ガス用の流出管路に接続されている、装入物を予熱する装置において、
   排ガス用の前記供給管路は、高温ガス（１３）の部分量を抜き出すための分岐管路（１３ａ）として構成された少なくとも１つの分岐路を備え、前記分岐管路（１３ａ）は、下向きに開いている少なくとも１つのバリヤガス管路（１６）に接続されており、該バリヤガス管路（１６）は、装入物（３）に高温ガスを放出するために少なくとも１つの前記排ガス用貫通ガイド（１０）の上側で装入物（３）の領域に配置されていることを特徴とする、ガラス溶融設備のための粒子状の装入物を予熱する装置。
2. 熱交換器の複数の前記排ガス用貫通ガイド（１０）は、互いに平行に、前記予熱シャフト（１）内で１つの階層又は複数の水平の階層（Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３）に配置されている、請求項１記載の装置。
3. 熱交換器の少なくとも１つの前記排ガス用貫通ガイド（１０）は、その排出側（１０ｃ）で誘引通風機（１１）に接続されており、該誘引通風機（１１）の吸込出力は、圧力センサ（１２）により制御される、請求項１又は２記載の装置。
4. 前記分岐管路（１３ａ）は、前記予熱シャフト（１）に向かう排ガス用の前記供給管路（１０ｂ）に接続されている、請求項１記載の装置。
5. 前記分岐管路（１３ａ）に絞り（１８）が配置されており、該絞り（１８）により、分岐される部分流の量が調節可能である、請求項１又は４記載の装置。
6. 前記バリヤガス管路（１６）の端部は、前記予熱シャフト（１）の内側で閉鎖されている、請求項１記載の装置。
7. 前記分岐管路（１３ａ）に圧力発生器が配置されている、請求項１、４又は５記載の装置。
8. 前記圧力発生器は、高温ガスブロワ（１４）である、請求項７記載の装置。
9. 下向きに開いている前記バリヤガス管路（１６）を介する排ガスの導出を制御するために、前記圧力発生器は、圧力センサ（１５）に接続されており、該圧力センサ（１５）は、前記バリヤガス管路（１６）の上側で、装入物（３）に突入している、請求項１から８までのいずれか１項記載の装置。
10. 複数の前記バリヤガス管路（１６）は、横断面にわたって分配して配置されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の装置。

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