JP2014523394A - ガラス溶融装置および方法 - Google Patents

Abstract

ガラスを溶融する方法であって、第１段階中、酸素富化酸化剤の流れＤＯ１を使用して、燃焼チャンバー１００内で燃料を燃焼し、酸素富化酸化剤を、酸素が少ない酸化剤と熱交換することによって予熱し、前記の酸素が少ない酸化剤を、生成される燃焼排ガスとの熱交換を介して加熱し、第２段階中、酸化剤として減量した酸素富化酸化剤の流れＤＯ２および加熱された酸素が少ない酸化剤の流れＤＡ２も使用する方法、ならびに前記溶融方法を実行するための装置。
【選択図】 図２

Description

本発明は、燃焼酸化剤を予熱するために、発生する排ガスから熱エネルギーを回収することを含み、酸素が豊富な燃焼酸化剤を使用する、ガラスを溶融する方法および炉に関する。

酸素を豊富に含む燃焼酸化剤、例えば酸素含有量が少なくとも８０％ｖｏｌのオキシダント（ｏｘｉｄａｎｔ）は、特にガラス溶融炉中で使用して、汚染放出物（ＮＯｘ、粉塵）および炉のエネルギー消費を減らすことができることが知られている。

US-A-6071116に記載の１つの特に有利な技術によれば、炉の経済収支は、バーナーの上流側で少なくとも１種の試薬（燃焼酸化剤および／または燃料）を予熱することによって改善される。これは、炉内燃焼チャンバーの下流側にある排ガス流路上に１つ以上の熱交換器を設置することによって行われ、そこで、安全な中間流体、例えば空気、ＣＯ₂、窒素および蒸気が、燃焼チャンバーからの暖かい排ガスとの熱交換によって加熱され、そこで、少なくとも１種の試薬が、加熱された中間流体との熱交換によって予熱される。

空気を燃焼酸化剤として使用する炉は、豊富な量の周囲空気を考慮すれば、十分な量の燃焼酸化剤の供給は普通問題にはならないが、これとは異なり、酸素を豊富に含む燃焼酸化剤を使用する炉は、炉の近くに、専用の大きな燃焼酸化剤源、例えば管路、空気ガス分離ユニット、または十分に大容量の燃焼酸化剤タンクさえも必要とする。しかし、これは、例えば技術的またはロジスティックな問題にしたがって、酸素を豊富に含む燃焼酸化剤の供給が中断するのを防止しない。

酸素を豊富に含む燃焼酸化剤の供給の中断に伴い炉が停止してしまう場合に起こり得る主な損害を考慮して、炉の近くに酸素を豊富に含む燃焼酸化剤の予備分を保存するために予備タンクを設置してもよいことが知られている。このような予備は、低下モードにおいて多くの場合、溶融炉の連続稼働を可能にする、または常用の酸素を豊富に含む燃焼酸化剤源が故障した場合にも炉温をそのまま保つ。しかし、予備は、特に総トン数が高い溶融炉、例えば「フロート」炉の場合、適時に非常に限られた自律性しか与えない。

US-A-6071116は、空気を中間流体として使用して、排ガスから該中間流体までとの熱交換による少なくとも１種の燃焼試薬の予熱を含めた代替策を開示する。この策によれば、加熱した中間気流は、酸素を豊富に含む燃焼酸化剤の供給が中断された場合、燃焼酸化剤としてバーナーに向かい、炉の自律性の長期化を可能にする。

しかし、この提案の適用は問題がある。空気中の燃焼によって生じる排ガスの量は、同じパワーでも、酸素燃焼によって生じる排ガスの量よりはるかに多い。したがって、酸素燃焼で操作するように設計された溶融炉は、通常、空気燃焼における稼働中に同程度のパワーで発生される大流量の排ガスを管理できず、そのため、空気燃焼させる場合には炉の稼働は非常に低下したモードに余儀なくされる。別の潜在的な問題は、酸素を豊富に含む燃焼酸化剤を用いる稼働向けに設計されたバーナーでは、空気を燃焼酸化剤として使用した場合、効率的かつ信頼性のある操作を普通にはできない問題である。酸素を豊富に含む燃焼酸化剤と、また空気とを用いる稼働を可能にするように設計される二重燃焼酸化剤バーナーがあるが、これは高価であり、その複雑さのために、特に不良環境、例えばガラス溶融炉の燃焼チャンバー内では、潜在的に信頼性が低くなる。

本発明の目的は、上記の問題を少なくとも部分的に克服することである。

本発明は、以下に開示する本発明による方法および設備によって本目的を実現することを提案する。

本発明は、第１オキシダントおよび第２オキシダントを使用する、溶融炉中でガラスを溶融する方法を特に開示する。第１オキシダントは、空気および酸素富化空気のうちから選択される。第２オキシダントは、８０％ｖｏｌ〜１００％ｖｏｌ、好ましくは９０％ｖｏｌ〜１００％ｖｏｌの酸素含有量を有し、第２オキシダントの酸素含有量は、第１オキシダントの酸素含有量よりも多い。

本発明によれば、ガラスは、溶融チャンバーおよび予熱設備を含む溶融炉中で溶融される。

溶融チャンバーは、該チャンバーの中で燃料を燃焼するためのｎ個のバーナーを備え付けており、バーナーの数は１個以上である（ｎ≧１）。これらのｎ個のバーナーは、こうして、該チャンバーからの出口で、熱エネルギー、および温度が１０００℃〜１６００℃の高温排ガス流を発生させる。

ｎ個のバーナーは、「第１バーナー」と呼ばれるｍ個のバーナーを含み、第１バーナーの数ｍ個は、１個以上であり、溶融チャンバー中のバーナーの数ｎ個以下である（１≦ｍ≦ｎ）。

本発明によれば、固形の原料は溶融チャンバー中で溶融されて、溶融ガラスが得られる。該チャンバーからの高温の排ガス流は、予熱設備に導入され、熱伝導流体を介して、前記高温排ガス流中に存在する熱エネルギーのいくらかを回収する。

したがって、熱伝導流体の流れは、予熱設備における熱交換器中で、高温排ガス流との熱交換によって加熱され、先ず冷却された排ガス流が生じ、次に加熱された熱伝導流体流が生じるが、前記加熱された熱伝導流体の流れは、第１熱交換器からの出口で６００℃〜９００℃の温度を有する。

本発明を文脈において、「熱交換器」という用語は、通常の技術的な用語の意味で使われ、言い換えれば、温度の異なる少なくとも２つの流動体が別個のチャンバーの中を循環し、互いの間で熱を伝達する装置を示す。

溶融方法の第１段階の際には、第１オキシダントは、空気または酸素富化空気からなり、熱伝導流体として使用される。第２オキシダントの流れは、第１のものより酸素に富み、予熱設備における交換器中で、加熱された熱伝導流体流との熱交換によって予熱され、先ず第２熱交換器からの出口で温度が４００℃〜６５０℃の予熱された第２オキシダントの流れが生じ、第２熱交換器からの出口で３５０℃〜６５０℃の中程度の温度の熱伝導流体の流れが生じる。

本方法の第１段階に際して、ＤＯ１＞０Ｎｍ³／ｈの場合、量ＤＯ１の予熱された第２オキシダント（「濃厚オキシダント」）の流れが、燃焼酸化剤として、ｍ個の第１バーナーに供給される。

このような予熱された酸素富化燃焼酸化剤の使用は、汚染放出物を抑え、優れたエネルギー効率をもたらすことができる。

このような文脈において、ガス容量は、通常の立方メートル（Ｎｍ³）で表し、１Ｎｍ³は１ａｔｍで１ｍ³占めるガスの量に等しい。

本発明による方法は、量ＤＯ２の第２オキシダント（濃厚オキシダント）がｍ個の第１バーナーに供給される第２段階も含むが、この量は０Ｎｍ³／ｈを超えるが、本方法の第１段階中でｍ個の第１バーナーに供給される第２オキシダント（濃厚オキシダント）の量ＤＯ１よりも少ない。本方法のこの第２段階中、ＤＡ２＞０Ｎｍ³／ｈの場合、量ＤＡ２の第１オキシダントもまた、燃焼酸化剤としてｍ個の第１バーナーに供給される。

本発明によれば、量ＤＡ２の第１オキシダントは、燃焼酸化剤として、加熱された熱伝導流体流の対応する一部の形態で、ｍ個の第１バーナーに供給される。

第２段階中、量ＤＯ２の第２オキシダントは、以下の３つのオプションにしたがってｍ個の第１バーナーに供給されてもよい：
ｉ）ｍ個の第１バーナーに供給される量ＤＡ２の第１オキシダントから完全に分離する、
ii）ｍ個の第１バーナーに供給される量ＤＡ２の第１オキシダントと完全に混合する、または
iii）量ＤＡ２の第１オキシダントと部分的に混合し、量ＤＡ２の第１オキシダントから部分的に分離する。

最初の状況（第１オキシダント（濃厚オキシダント）と第２オキシダントとで完全に分離された第１バーナーへの供給）では、第１オキシダントを、第２段階での熱伝導流体として使用することになる、言い換えると、この第２段階で、第１オキシダントは、第１熱交換器中で高温排ガス流と熱交換されることにより加熱される。

他２つの状況（第１および第２の各オキシダントが完全にまたは部分的に混合された第１バーナーへの供給）では、第２段階の間に第１交換器中で排ガスと熱交換することによって加熱される熱伝導流体の本質は、第１および第２の各オキシダントの（部分的なまたは完全な）混合が行われる場所に依存する。量ＤＯ２の第２オキシダント（濃厚オキシダント）が、予熱設備の第１熱交換器の上流側（言い換えると、２つのオキシダント源と第１熱交換器との間）で、第１オキシダントと、部分的にまたは完全に混合される場合、第１熱交換器の上流側で結果として得られた混合物を、熱伝導流体として使用する。一方、量ＤＯ２の第２オキシダントが、量ＤＡ２の第１オキシダントと、第１熱交換器の上流側ではまったく混合されないが、第１熱交換器の下流側のみで混合される場合、第１オキシダントを、本方法の第２段階で熱伝導流体として使用する。

本方法の第２段階で、量を減らした第２オキシダントの流れを燃焼酸化剤として、予熱した第１オキシダントの流れと組み合わせて溶融チャンバーのｍ個の第１バーナーに供給すると、第２オキシダントが不足した場合、溶融炉の自律性は著しく向上する。したがって、本発明による方法は、第２オキシダントの不足があれば、この第２段階で有利に使用される。第１段階の稼働は、第２オキシダントの不足がない場合、特に、ますます厳しい規制によって管理される汚染放出物を減らすために好ましい。

第２段階中、ｍ個の第１バーナーが、第１および第２の各オキシダントの組合せが供給され、したがって、空気よりも高い酸素含有量の燃焼酸化剤の組合せを一括で供給されることになることを考慮すると、第２段階の間にチャンバー内で発生する排ガスの容量は、第１段階の間に発生する排ガスの容量とほぼ同じである。

空気燃焼と酸素燃焼との両方を操作できる第１バーナーとして、高価な二重燃焼酸化剤バーナーを使う必要がないことにも留意されたい。酸素含有量が可変の酸素富化燃焼酸化剤で機能できるバーナーで十分である。本発明による方法の別の主な利点は、第２段階中のｍ個の第１バーナーによって生じる炎の性質（サイズ、温度（プロフィール）、明るさなど）が、第１段階中で生じる炎の性質に類似しているため、得られる溶融ガラスの性質に与える相変化の影響を制限でき、第２段階中、チャンバーおよびその装置への損傷のリスクが劇的に減る点である。

「第１段階」および「第２段階」は、本発明による方法の別個のステップである。しかし、第１段階を第２段階に先行させるように調子を合わせる必要はない。順番を逆にすることも可能で、第１段階および／または第２段階を数回行う炉の稼働も可能である。したがって、第１段階に進む前に、本方法の第２段階の設置を開始することが可能であると思われる。

一態様によれば、本方法の第２段階中、（第２熱交換器中での加熱された熱伝導流体流との熱交換による）第２オキシダント（濃厚オキシダント）の流れの予熱はない。量ＤＯ２の第２オキシダントは、事前に第２熱交換器で予熱することなく、次いで、ｍ個の第１バーナーに供給される。

好ましい一態様によれば、溶融チャンバー内の全てのバーナーは、第１バーナーであり、換言するとｍ＝ｎである。

第１オキシダントは、空気、特に空気ファンによって供給される周囲空気であってもよい。これは、中程度の温度の熱伝導流体の流れが最終的に煙突を通して排気される場合、特に好適である。

第１オキシダントは、酸素を豊富に含む空気、例えばファンによって供給され、このファンの下流側で酸素を豊富に含む周囲空気であってもよい。第１オキシダントを酸素富化させるための酸素は、特に第２源によって供給されてもよく、前記第２源は第２オキシダントも供給する。この種の形態は、中程度の温度の熱伝導流体の流れが、本方法の第１段階中、予熱設備の下流側でオキシダントとして使用される場合に有用になり得る。例えば、中程度の温度の熱伝導流体流は、その位置に存在するボイラー中で、燃焼酸化剤として使用される。

したがって、第１オキシダントが２１％ｖｏｌ〜４０％ｖｏｌ、またはさらには２１％ｖｏｌ〜２５％ｖｏｌに等しい酸素含有量を有する場合、中程度の温度の熱伝導流体流を、例えば、本方法の第１段階中で、燃焼酸化剤として有利に使用してもよい、または空気中のもしくは酸素をやや豊富に含む空気中の燃焼を用いるデバイスが使用される。

第１オキシダントの酸素含有量が４０％ｖｏｌ〜９０％ｖｏｌであるが、常に第２オキシダントの酸素含有量より少ない場合、熱伝導流体を、例えば、第１段階中で燃焼酸化剤として、酸素燃焼の方法またはデバイスにおいて、有利に使用してもよい。

上記のように、第２オキシダント（濃厚オキシダント）は、８０％ｖｏｌ〜１００％ｖｏｌの酸素含有量を有する。好ましくは、第２オキシダントは、９０％ｖｏｌ〜１００％ｖｏｌの酸素含有量を有する。炉のキャパシティ、したがって第１段階中の第２オキシダントの必要性が十分に低い場合、炉への第２オキシダントの供給は、１つ以上の第２オキシダント用貯蔵タンクから行ってもよい。炉への第２オキシダントの供給は、空気ガス分離ユニットまたは管路によっても行うことができる。この場合、空気ガス分離ユニットまたは管路が故障した場合に対応する第２オキシダント用の予備タンクを設けることも望ましい。

溶融炉は、縦型のバーナー炉でもよい。この場合、炉は、通常、非常に限られた数、例えば１≦ｎ≦４のバーナーを含む。

しかし、本発明は、横型バーナーを備える炉、特に「フロート」溶融炉タイプの横型バーナーを備える炉に特に有用である。このような「フロート」タイプの溶融炉の場合、通常、バーナーの配置は、溶融チャンバーの縦軸に垂直に置かれる多数のバーナーで構成される。各バーナーのパワーは、個別に調節する、またはバーナーの群ずつ調節し、溶融チャンバーでの必要な温度プロフィールを設定する。

ガラス溶融炉のバーナーの総合的なパワーは、炉のトン数（溶融ガラス流）に応じて調節する。

溶融炉は、いくつかの予熱設備を含んでもよい。例えば、炉は、２つの予熱設備（炉の各側面に一設備）を含んでもよい。これは、「フロート」炉に特に有用である。この場合、各予熱設備は、燃焼酸化剤をｍ_i個の第１バーナーの群に供給することになり、ここではΣｍ_i≦ｎである。

予熱設備は、いくつかの第２熱交換器も含んでよい。この場合、各第２熱交換器は、高温の第２オキシダントの流れを、第１段階中にｍ_j個の第１バーナーの群に供給することになり、ここではΣｍ_j≦ｎである。

したがって、予熱設備は、チャンバーからの排ガスの出口近くに配置される第１熱交換器、および炉の各側面に少なくとも１つの第２熱交換器を含んでもよい。例えば、チャンバーからの排ガスの出口の左側の第１バーナー１つと右側の別の第１バーナー１つによって加熱されるループを有する炉の場合、予熱設備は、排ガス用出口に近い上流壁の後ろに第１熱交換器を含んでもよく、２つの第１バーナーのうち片方の近くにある各第２熱交換器も、上流壁の後ろの第１熱交換器の各側面に含んでもよい。各第２熱交換器は、次いで、第１熱交換器に接続させて、加熱した熱伝導流体流の一部を、本方法の第１段階中に各第２熱交換器に供給する。

同様に、また特に２つの側壁に設置されたバーナーによって加熱される「フロート」炉などの炉の場合では、排ガス用出口に近い第１熱交換器と、炉の各側壁に隣接する第２熱交換器とを含む予熱設備を使用することが可能である。各第２熱交換器を、次いで、第１熱交換器に接続して、本方法の第１段階中、加熱された熱伝導流体流の一部を、予熱設備中の各第２熱交換器に供給する。

有利な一態様によれば、予熱設備は、バーナーの上流側、したがって溶融チャンバーから上流で燃料を予熱するためにも使用される。したがって燃料を、高温の排ガス流との熱交換および／または加熱した熱伝導流体流との熱交換によって、予熱することができる。

本方法の一態様によれば、第２源によって溶融炉に供給できる第２オキシダントの量（量または全体的な量）は、連続的にまたは不連続的に確認される。この利用可能な第２オキシダントの量は、（供給される）第２オキシダントに対応する溶融炉の必要性と比較される。次いで、この比較の結果を用いて、溶融炉が操作されるべき段階（第１または第２段階）を求める、および／または本方法の第２段階中に適用すべきＤＯ２／ＤＡ２比を求める。したがって、炉が第１段階で機能し、（現在のまたは予測される）第２オキシダントの不足が見られた場合、本発明による方法は第２段階に移る。同様に、炉が第２段階で操作されており、第２オキシダントに（現在または予測の）不足が見られないまたはもはや不足することはないと見られる場合、本方法を第１段階に移すことが有用である。その他の目安、例えば炉のトン数の減少または溶融ガラス製造の停止さえも、第２オキシダント（濃厚オキシダント）の不足があれば必要と見なしてもよい。

好ましくは、自動化手順を先ず導入して、連続的にまたは不連続的に、第２源によって溶融炉に供給できる第２オキシダントの量（量または全体的な量）を確認し、次にこの第２オキシダントの利用可能な量を、第２オキシダントに対応する溶融炉の必要性と比較し、この比較の結果を、調節もしくは稼働段階の選択（第１または第２段階）、および／または第２段階中でのＤＯ２／ＤＡ２比の調節のために使用する。

特定の一態様によれば、第２オキシダントは、本方法の第１段階中は第２オキシダントの主要源（通常、管路または空気ガス分離ユニット）によって供給され、第２段階中では予備タンクによって供給される。

本発明はまた、本発明による方法で使用できる、ガラス溶融設備にも関する。

本発明による溶融設備は、特に燃料源、空気または酸素を豊富に含む空気からなる第１オキシダントの第１源、および酸素含有量が８０％ｖｏｌ〜１００％ｖｏｌ、好ましくは９０％ｖｏｌ〜１００％ｖｏｌであって、第１オキシダントの酸素含有量を上回る第２オキシダント（濃厚オキシダント）の第２源を備えた供給ユニットを含む。

溶融設備は、燃焼酸化剤で燃料を燃焼して熱エネルギーおよび高温排ガス流をチャンバー内で生成するためのｎ個のバーナーを備えた溶融チャンバーを含む溶融炉も含む。チャンバーは、少なくとも１つのバーナーを含み、換言するとｎ≧１である。前記溶融チャンバーは、チャンバーの外に高温排ガス流を排気するための排ガス用出口も備えている。

溶融炉はまた、以下のような予熱設備も含む。

本発明による溶融設備は、供給ユニット、予熱設備および溶融チャンバーをつなぐ管ネットワークも含む。

本発明によれば、ｎ個のバーナーのうちｍ個は第１バーナーであり、１≦ｍ≦ｎである。

予熱設備は、第１熱交換器および第２熱交換器を含む。第１熱交換器は、第１オキシダントを含む熱伝導流体流を、前記熱伝導流体および高温排ガス流間の熱交換によって加熱するように設計されており、管ネットワークは、（ａ）溶融チャンバーからの排ガスの出口を、第１熱交換器からの高温排ガス流の入口まで接続し、（ｂ）第１源を、前記第１熱交換器からの加熱される熱伝導流体の入口まで接続している。第２熱交換器は、第２オキシダント（濃厚オキシダント）流を、加熱された熱伝導流体流との熱交換によって予熱するように設計されており、管ネットワークは、（ａ）（第２オキシダントの）第２源から第２交換器の第２オキシダントの入口まで、（ｂ）第１熱交換器からの加熱された熱伝導流体流の出口から第２熱交換器からの加熱された熱伝導流体流の入口まで、および（ｃ）第２熱交換器の高温第２オキシダント（濃厚オキシダント）流の出口とｍ個の第１バーナーの燃焼酸化剤用入口とを接続している。

本発明によれば、管ネットワークはまた、第１熱交換器からの加熱された熱伝導流体流の出口からｍ個の第１バーナーの燃焼酸化剤の入口までを接続する。

さらに、管ネットワークは、第１オキシダントの流れのｍ個の第１バーナーまでの調節および分配、ならびに第２オキシダントの流れのｍ個の第１バーナーまでの調節および分配のための調節および分配システムを備えている。

これらの流れは、先ず、炉の必要に応じて、特に炉のトン数ならびに溶融前の原料および得られる溶融ガラスの本質に応じて、決定される。

したがって、これに関連して、調節ユニットが、例えばバルブまたは別のデバイスの一部または全体を閉じることによって、このように接続されるいくつかの要素間のそのような流れを遮断できるとしても、ネットワークが流体を２つの要素間で流れるようにする場合、設備の２つの要素が、管ネットワークに「接続されている」ことを理解されたい。

調節および分配システムは、調節ユニットを含んでもよい。調節ユニットは、第２オキシダントを供給する第２源に有利に接続されている。次いで調節ユニットは、調節ユニットによって検出される利用可能な第２オキシダントの流れに応じて、ｍ個の第１バーナーまでの第１および第２オキシダントの各流れを調節することができる。このやり方で、第２オキシダントの通常の供給が第２源によって分配される場合、調節ユニットは炉の稼働を適合させることができる。

本発明による設備中の供給ユニットは、有利には、第２オキシダントを含む予備タンクを含み、前記予備タンクは、第２源による第２オキシダントの供給が中断される場合に、特に第２源による供給の中断が延長される場合、著しい場合、または全面的である場合に、任意に第２オキシダントの予備源として使用される。

次いで、管ネットワークはまた、予備タンクとｍ個の第１バーナーとを接続する。

有利には、予備タンクによる第２オキシダントの部分的なまたは全体的な供給は、調節ユニットによって調節される。

有利には、管ネットワークは、第１熱交換器からの加熱された熱伝導流体流の出口からｍ個の第１バーナーの燃焼酸化剤の入口までを、第２熱交換器を通る経路は含まずに接続する。

ｍ個の第１バーナーが、特にいくつかの燃焼酸化剤ジェットを炉内に注入することによって多段燃焼を行うために、いくつかの燃焼酸化剤用入口を含んでもよい点に留意されたい。例えば、ｍ個の第１バーナーは、第２オキシダント用の入口１つおよび熱伝導流体流用の入口１つを含んでもよい。

一態様によれば、管ネットワークはまた、第１熱交換器の下流側の第２オキシダント源を、加熱した熱伝導流体流の出口と接続する。特に、本方法の第２段階中、少なくともいくつかの第２オキシダント（濃厚オキシダント）を、少なくともいくつかの加熱した熱伝導流体と混合でき、結果として得られる混合物は、燃焼酸化剤として任意にｍ個の第１バーナーに供給される。次いで管ネットワークは、前記混合物の調節のために１つ以上の閉鎖デバイス、例えば１つ以上のバルブを備えていてもよく、これは調節ユニットまたは手動式閉鎖デバイスによって制御されることが好ましい。いくつかのバルブ、特に調節ユニットによって作動させることができるバルブは、変動周期中の高温オキシダント流、例えば加熱された熱伝導流体および予熱された第２オキシダント（濃厚オキシダント）の調節にはあまり好適ではない。ひいては、高温オキシダントを運ぶ管専用の他のより頑強な閉鎖デバイス、特に手動式閉鎖デバイスを使用することが有用であり得る。

管ネットワークは、第２オキシダント源を、第１熱交換器の熱伝導流体の入口にも接続できる。特に、本方法の第２段階の間、これは、第２オキシダントを第１オキシダントと少なくとも部分的に混合させてもよく、結果として得られる混合物を第１熱交換器中で熱伝導流体として使用でき、この加熱された熱伝導流体流をｍ個の第１バーナーに燃焼酸化剤として供給することができることを意味する。次いで管ネットワークは、前記混合物の調節のために１つ以上の閉鎖デバイス、例えば１つ以上のバルブを備えていてもよく、これは調節ユニットまたは手動式閉鎖デバイスによって制御されることが好ましい。

管ネットワークは、好ましくは、第１熱交換器からの加熱された熱伝導流体流の出口を、ｍ個の第１バーナーの燃焼酸化剤用入口にも接続するが、前記加熱された熱伝導流体流は第２熱交換器を通らない。この場合、管ネットワークは、有利には、閉鎖デバイスを備えており、該閉鎖デバイスは、先ず、特に本発明による方法の第１段階中、第２熱交換器を通らずに、ｍ個の第１バーナーの燃焼酸化剤用入口に向かう加熱された熱伝導流体流を部分的にまたは完全に遮断し、次に、特に本発明による方法の第２段階中、第２熱交換器に向かう加熱された熱伝導流体流を部分的にまたは完全に遮断する。前記閉鎖デバイスは、調節ユニットまたは手動式閉鎖デバイスによって制御されることが好ましいバルブでもよい。

溶融チャンバーは、第１バーナー以外のバーナーも含んでよい。この場合、ｍ＜ｎである。好ましくは、溶融チャンバー中の全てのバーナーは、上記の予熱設備に接続される第１バーナーである。この場合、ｍ＝ｎである。

バーナー、特に第１バーナーは、特に多段燃焼バーナー、例えばＡＬＧＬＡＳＳ ＳＵＮ（登録商標）の商品名で出願人によって販売されているバーナーでもよい。

第１オキシダントが空気である場合、第１オキシダント源は、好ましくは、周囲空気のファンまたは圧縮機を含む。

第２オキシダント（濃厚オキシダント）の供給のために、第２オキシダント源は、通常、空気ガス分離ユニット、管路、または第２オキシダントの貯蔵タンクを含む。好ましくは、第２オキシダント源は、第２オキシダントの主要源として空気ガス分離ユニットまたは管路を含み、第２オキシダントの補助源として、特に第２オキシダントの主要源の故障の場合に、第２オキシダントの予備タンクを含む。

第１オキシダントが酸素を豊富に含む空気である場合、第１オキシダント源は、有利には、１つ以上の周囲空気のファンまたは圧縮機を含み、第１および第２の各オキシダント源の間の流体接続は、制御された量の第２オキシダントを空気と混合させることを可能にし、これにより本発明による第１オキシダントを形成する混合物が得られる。

好ましくは、設備の調節ユニットは、制御された量の第２オキシダントを調節することが可能であり、該第２オキシダントは空気と混合させて第１オキシダントを得るが、この第１オキシダントの酸素含有量は、２１％ｖｏｌ〜４０％ｖｏｌ、または２１％ｖｏｌ〜２５％ｖｏｌ、または４０％ｖｏｌ〜９０％ｖｏｌに等しいが、常に第２オキシダントの酸素含有量より少ない。第１熱交換器および／または第２熱交換器は、管状熱交換器でもよい。

第１熱交換器は、第１シェルで囲まれていてもよく、第２熱交換器は、第２シェルで囲まれていてもよく、前記第２シェルは第１シェルから離れており、第１および第２の各熱交換器は、溶融チャンバーに対して別個の位置にあってよい。１つの別の態様によれば、第１および第２の各熱交換器は、同一のシェルで囲まれている。

溶融炉は、縦型バーナーを有する炉であってもよく、横型バーナーを有する炉、例えば「フロート」炉であってもよい。

本発明およびその利点は、以下の例の中で図１〜５を参照しながらより詳細に説明する。

図１は、本発明による方法の第１段階中の、本発明による溶融設備の稼働を表した図である。 図２乃至４は、本方法の第２段階中の、図１による設備の稼働の、３つの別個の応用種類を表した図である。 図２乃至４は、本方法の第２段階中の、図１による設備の稼働の、３つの別個の応用種類を表した図である。 図２乃至４は、本方法の第２段階中の、図１による設備の稼働の、３つの別個の応用種類を表した図である。 図５は、いくつかの管が手動式閉鎖デバイスを備えている、本発明による他の設備を表した図である。

図１に示す設備は、多数の第１バーナー１１０（第１バーナーは１つのみ図示する）を備えた溶融チャンバー１００および排ガス用出口１２０を有する炉を含む。炉は、第１熱交換器２１０および第２熱交換器２２０を含む予熱設備も含む。管のネットワークは、第１熱交換器２１０、第２熱交換器２２０、第１バーナー１１０および溶融チャンバー１００からの排ガス用出口１２０を接続する。

燃料源１０、例えばガス燃料は、管３１０を通って、第１バーナー１１０の燃料用入口まで接続される。この源１０は、燃料を第１バーナー１１０に供給する。

空気源２０は、例示した本方法において第１オキシダントとして使用し、管３２０を通って、第１熱交換器２１０の熱伝導流体用入口まで接続される。溶融チャンバー１００からの排ガスの出口１２０１２０は、管３３０を通って、第１熱交換器２１０の排ガスの入口まで接続される。第１熱交換器２１０の内側で、炉の出口で温度が１０００℃〜１６００℃の排ガスは、熱交換によって、熱伝導流体（空気）を加熱する。こうして得られる結果物は、冷却された排ガス流および高温熱伝導流体流（空気）であり、前記冷却された排ガス流は管３３５を通って第１熱交換器２１０から排出され、前記高温熱伝導流体流（空気）は管３５０を通って第１熱交換器２１０から排出される。

第２オキシダント、通常、９０％ｖｏｌの酸素を含むガスの源３０は、第２オキシダントの流れを供給し、前記第２オキシダントの流れは、管３４０を通って、第２熱交換器２２０の第２オキシダントの入口まで運ばれる。

設備中の管ネットワークは、調節ユニット４００も含む。この調節ユニット４００は、第２オキシダントの源３０まで接続され、利用可能な第２オキシダントの流量または体積を検出する。

調節ユニットは、管ネットワークの各調節バルブにも接続され、これらは特に第２熱交換器２２０および第１バーナー１１０にそれぞれ向かう各熱伝導流体流（第１オキシダントの場合を例示）ならびに第１バーナー１１０に向かう第２オキシダントの流れを制御する。調節ユニットは、このように第１バーナーに向かう第１および第２の各オキシダント流を調節する。特に、現在のまたは予測される第２オキシダントの不足が検出されると、調節ユニットは、設備中の第１および第２の各オキシダント流を適合させる（以下により詳細に説明する通り）。

図１に示す本方法の第１段階の間、温度が６００℃〜９００℃の高温熱伝導流体流は、管３５０の分枝３５１を通って、第２熱交換器２２０の熱伝導流体の入口まで運ばれるが、この分枝３５１はバルブ４５１を備えており、これは分枝３５１を部分的にまたは完全に閉鎖することができ、したがって第２熱交換器２２０に入る高温熱伝導流体流を調節できる。

第２熱交換器２２０の内側で、第２オキシダント（濃厚オキシダント）は４００℃〜６５０℃の温度まで、高温熱伝導流体との熱交換によって予熱される。熱伝導流体は、３５０℃〜６５０℃の中程度の温度で、管３６０を通って第２熱交換器２２０から排出される。予熱された第２オキシダントは、管３７０を通って第２熱交換器２２０から排出される。この管３７０は、予熱された第２オキシダントを第１バーナー１１０の燃焼酸化剤用入口まで運ぶ。

図１に示す本方法の第１段階中、第１オキシダント（空気）は第１バーナー１１０に供給されない。前記第１バーナー１１０は、予熱された第２オキシダントを燃料と合わせて、ＮＯｘが低い、燃料の酸素燃焼を溶融チャンバー１００で生じさせる。

図２に示す第２段階の応用例の種類に応じて、管３５０の分枝３５１は、バルブ４５１によって完全に閉じられ、高温熱伝導流体流は、この管３５０の分枝３５２、３５３によって、第２熱交換器２２０の第２オキシダントの出口を第１バーナー１１０と接続させる管３７０まで運び込まれる。分枝３５３にはバルブ４５３も取り付けられ、分枝３５３を部分的にまたは完全に閉鎖することができ、したがって管３７０に送られてきた高温熱伝導流体（空気）流を調整することができる。

示す実施の形態に際して、本方法の第２段階中に第２熱交換器２２０への高温熱伝導流体の供給はない。その結果として、源３０によって供給されて第２熱交換器２２０に向かう第２オキシダント（濃厚オキシダント）の流れは、第２熱交換器２２０で予熱されない。したがって結果として得られる結果物は、予熱されていない第２オキシダント（濃厚オキシダント）と、第２熱交換器２２０の下流側の高温熱伝導流体との混合物であり、この混合物は管３７０を通って第１バーナー１１０の燃焼酸化剤用入口まで運ばれる。

図３に例示する第２段階の態様に際して、ここでも第２熱交換器２２０への高温熱伝導流体の供給はなく、管３７０は予熱されていない第２オキシダント（濃厚オキシダント）の流れを第１バーナー１１０の燃焼酸化剤用入口まで運ぶ。高温熱伝導流体（空気）は、管３５０の分枝３５２および３５４を通って、第１バーナー１１０の別の燃焼酸化剤用入口まで運ばれる。分枝３５４にはバルブ４５４が取り付けられており、分枝３５４を部分的にまたは完全に閉鎖し、したがって分枝３５４を通って第１バーナー１１０まで運ばれるオキシダント流を調整する。管３７０の分枝３７１は、管３７０と管３５０の分枝３５４とを接続して、第２オキシダントの一部を分枝３５４まで運び込むことによって、予熱されていない第２オキシダントの一部を高温熱伝導流体（空気）と混合させ、その後、熱伝導流体は燃焼酸化剤として第１バーナーに運ばれる。分枝３７０は、バルブ４７１を備えており、分枝３７１を部分的にまたは完全に閉鎖し、したがって、先に高温第１オキシダント（空気）と混合せずに第１バーナーに供給される第２オキシダント（濃厚オキシダント）の一部と、高温第１オキシダント（空気）と混合させた後に第１バーナーに供給される第２オキシダント（濃厚オキシダント）の一部とを調節する。

図４に示す第２段階の態様の際には、高温第１オキシダント（空気）と、第１バーナー１１０から上流の第２オキシダント（濃厚オキシダント）との混合はない。第１バーナーは、多段燃焼バーナーであり、第１および第２の各オキシダントのうち片方は主要な燃焼酸化剤として、他方は副次的な燃焼酸化剤として第１バーナーに供給される。

上記の通り、調節ユニットによって作動できるバルブの代わりに、高温オキシダント流を運搬する管に、より頑強な閉鎖デバイスを取り付けて使用することが有用であり得る。高温オキシダント流を調節できる高度化された閉鎖デバイスは、特にFR-A-2863678および2010年12月21日に発行された欧州特許出願第10306477.0号に開示されている。

図５は、その他の特に頑強な手動式閉鎖デバイスを示す。

示す態様に際して、管ネットワークの分枝３５１および３５３それぞれは、互いの間隔に２つのフランジを取り付けている。分枝が完全に閉鎖されている場合、封鎖する仕方で２つのフランジ上に閉鎖板が設置される。前記分枝３５１および３５３のうち片方または他方を通して高温オキシダントを運搬する必要があるとき、閉鎖板は取り外され、２つのフランジ間の距離４５１’または４５３’と等しい長さの管接合部４５５に置き換えられ、前記分枝３５１または３５３それぞれを通って流れが流れるようにする。内部直径が異なる管接合部４５５を選択することによって、多様な流れを各分枝に通すことができる。

分枝３５４は、別の手動式閉鎖デバイスを備えている：分枝３５４は互いに近い２つのフランジを含む。これら２つのフランジ間に板４５４’があり、その厚さはフランジ間の距離に基本的に対応し、１つ以上の較正開口部を含む。板４５４’を２つのフランジ間で移動させると、分枝３５４を通る流れは何れも完全に遮断され得る（板の固形部分が分枝３５４の延長線上に位置する場合）、または可変の流れが制御され得る（サイズが可変の較正開口部が分枝３５４の延長線上に位置する場合）。

本発明により、炉の自律性は、酸素富化オキシダントの供給によって可能な場合よりも非常に長くすることができる。

酸素富化オキシダントが不足した場合でも、本発明による方法および設備は、第２段階中の炉の稼働を非常に柔軟に適合させることができ、したがって第２段階中に要求される主な効果（最大トン数の維持、溶融ガラスの性質を維持させたままでのトン数の減少、温度での保持延長など）に応じて炉の稼働を適応させることを可能にすることも見ることができる。

Claims (15)

1. 溶融炉中でのガラス溶融方法であって、
   ・前記方法は、
   ｉ．空気および酸素富化空気のうちから選択される第１オキシダント、および
   ii．酸素含有量が８０％ｖｏｌ〜１００％ｖｏｌ、好ましくは９０％ｖｏｌ〜１００％ｖｏｌの第２オキシダント
   を使用し、前記第２オキシダントの酸素含有量は、前記第１オキシダントの酸素含有量よりも多く、
   ・前記溶融炉は、
   ｉ．チャンバー内での燃料の燃焼用のｎ個のバーナーを備えた溶融チャンバーであって、前記ｎ個のバーナー（ここでｎ≧１とし、前記ｎ個のバーナーのうちｍ個は第１バーナーであり、１≦ｍ≦ｎとする）は、熱エネルギーおよび温度が１０００℃〜１６００℃の高温排ガス流を前記チャンバーからの出口で生じさせる溶融チャンバー、および
   ii．予熱設備
   を含み、
   方法においては：
   ・固形原料を前記溶融チャンバー内で溶融させて溶融ガラスを得、
   ・前記チャンバーからの前記高温排ガス流を前記予熱設備の中に導入し、
   ・熱伝導流体流を、前記予熱設備における第１熱交換器中で前記高温排ガス流との熱交換によって加熱することにより、冷却された排ガス流と、６００℃〜９００℃の温度を有する加熱された熱伝導流体流とを生成し、
   そして
   ・前記方法の第１段階において：
   −第１オキシダントを熱伝導流体として使用し、
   −第２オキシダントの流れを、前記予熱設備における第２熱交換器中で、前記加熱された熱伝導流体流との熱交換によって予熱することにより、４００℃〜６５０℃の温度の予熱された前記第２オキシダントの流れと、３５０℃〜６５０℃の中程度の温度の熱伝導流体流とを生成し、
   −量ＤＯ１の予熱された前記第２オキシダントの前記流れ（ＤＯ１＞０Ｎｍ³）を、前記ｍ個の第１バーナーに燃焼酸化剤として供給し、
   ・第２段階において：
   −量ＤＯ２の前記第２オキシダントおよび量ＤＡ２の前記第１オキシダント（ＤＯ１＞ＤＯ２＞０Ｎｍ³およびＤＡ２＞０Ｎｍ³）を、燃焼酸化剤として、前記ｍ個の第１バーナーに供給し、
   −前記量ＤＡ２の前記第１オキシダントを、前記加熱された熱伝導流体流の対応する部分の状態を主として、前記ｍ個の第１バーナーに供給し、
   −前記量ＤＯ２の前記第２オキシダントを、前記ｍ個の第１バーナーに供給し、
   〇前記量ＤＡ２の前記第１オキシダントから完全に分離し、または
   〇前記量ＤＡ２の前記第１オキシダントと完全に混合し、または
   〇前記量ＤＡ２の前記第１オキシダントと部分的に混合し、前記量ＤＡ２の前記第１オキシダントから部分的に分離し、
   −ｉ．前記量ＤＯ２の前記第２オキシダントを、前記予熱設備における第１熱交換器の上流側で前記第１オキシダントと部分的にまたは完全に混合する場合、結果として得られる混合物を熱伝導流体として使用し、そして
   ii．前記量ＤＯ２の前記第２オキシダントを、前記第１熱交換器の前記上流側で前記量ＤＡ２の前記第１オキシダントとは混合せず、前記第１熱交換器の下流側でのみ、部分的にもしくは完全に混合する、または全く混合しない場合、前記第１オキシダントを熱伝導流体として使用する
   ようにすることを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、前記第１オキシダントが、２１％ｖｏｌ〜４０％ｖｏｌに等しい酸素含有量を有する方法。
3. 請求項２に記載の方法であって、前記第１オキシダントが、２１％ｖｏｌ〜２５％ｖｏｌに等しい酸素含有量を有する方法。
4. 請求項１に記載の方法であって、前記第１オキシダントが、４０％ｖｏｌ〜９０％ｖｏｌの酸素含有量を有する方法。
5. 先行する請求項の何れか１項に記載の方法であって、前記溶融炉が、縦型バーナー炉または横型バーナー炉である方法。
6. 先行する請求項の何れか１項に記載の方法であって、ｍ＝ｎである方法。
7. 先行する請求項の何れか１項に記載の方法であって、前記予熱設備を、前記溶融チャンバーの下流側で燃料を予熱するためにも使用する方法。
8. ガラス溶融設備であって、
   ・ｉ．燃料源（１０）、
   ii．空気または酸素富化空気からなる第１オキシダントの第１源（２０）、
   iii．酸素含有量が８０％ｖｏｌ〜１００％ｖｏｌ、好ましくは９０％ｖｏｌ〜１００％ｖｏｌで、前記第１オキシダントの酸素含有量より多い、第２オキシダントの第２源（３０）
   を含む供給ユニット：
   ・ｉ．ｎ個のバーナーを備えた溶融チャンバー（１００）であって（ｎ≧１）、前記チャンバー（１００）内で、燃料を燃焼して熱エネルギーおよび高温排ガス流を生成し、前記溶融チャンバー（１００）が高温排ガス流を排気するための排ガス用出口（１２０）も含む前記溶融チャンバー（１００）、
   ii．予熱設備（２１０、２２０）
   を含む溶融炉：
   ・前記供給ユニット（１０、２０、３０）、前記予熱設備（２１０、２２０）および前記溶融チャンバー（１００）を接続する管のネットワーク
   を含むガラス溶融設備であって、
   ・前記ｎ個のバーナーのうちｍ個（１≦ｍ≦ｎ）は第１バーナー（１１０）であり、そして
   ・前記予熱設備が
   ｉ．前記第１オキシダントを含む熱伝導流体流を、前記高温排ガス流との熱交換によって加熱するための第１熱交換器（２１０）であって、管ネットワークが、前記溶融チャンバー（１００）からの排ガスの出口（１２０１２０）を、前記第１熱交換器（２１０）からの前記高温排ガス流の入口まで接続し、前記第１源（２０）を、前記第１熱交換器（２１０）からの加熱される前記熱伝導流体の入口まで接続する前記第１熱交換器（２１０）、
   ii．加熱された熱伝導流体流との熱交換によって前記第２オキシダントの流れを予熱するための第２熱交換器（２２０）であって、前記管ネットワークが、前記第２源（３０）を、前記第２熱交換器（２２０）の前記第２オキシダントの入口まで接続し、前記第１熱交換器（２１０）からの前記加熱された熱伝導流体流の出口を、前記第２熱交換器（２２０）からの加熱された熱伝導流体流の入口まで接続し、前記第２熱交換器（２２０）の高温流の出口を、前記ｍ個の第１バーナー（１１０）の燃焼酸化剤用入口と接続する第２熱交換器（２２０）
   を含み、
   ・前記管ネットワークが、前記第１熱交換器からの前記加熱された熱伝導流体流の出口を、前記ｍ個の第１バーナーの燃焼酸化剤の入口までも接続し、
   ・前記管ネットワークが、前記ｍ個の第１バーナー（１１０）への前記第１オキシダントの量の調節および分配、ならびに前記ｍ個の第１バーナー（１１０）への前記第２オキシダントの量の調節および分配のための調節および分配システム（４００）を備える
   ことを特徴とするガラス溶融設備。
9. 請求項８に記載の設備であって、前記調節および分配システムが、前記第２源（３０）に接続される調節ユニット（４００）を含み、前記第２オキシダントの利用可能な量または体積を検出し、好ましくは前記ｍ個の第１バーナー（１１０）への前記第１および第２の各オキシダントの量を、検出された利用可能な量または体積に応じて調節もする設備。
10. 請求項８または９の１項に記載の設備であって、前記供給ユニットが、第２オキシダントの予備タンクも含む設備。
11. 請求項８〜１０の１項に記載の設備であって、ｍ＝ｎである設備。
12. 請求項８〜１１の何れか１項に記載の設備であって、前記管ネットワークが、前記第１熱交換器（２１０）からの前記加熱された熱伝導流体流の出口を、前記第２熱交換器（２２０）を通らずに、前記ｍ個の第１バーナー（１１０）の燃焼酸化剤の入口と接続する設備。
13. 請求項８〜１２の何れか１項に記載の設備であって、燃焼酸化剤の前記第１源が、管路、第１液化燃焼酸化剤のタンクまたは空気ガス分離設備である設備。
14. 先行する請求項の何れか１項に記載の設備であって、前記供給ユニットが、第２オキシダントの予備タンクも含む設備。
15. 請求項８〜１４の何れか１項に記載の設備であって、前記設備が、縦型バーナーまたは横型バーナーを有する溶融炉を含む設備。

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