JP2015145330A - ガラス溶解槽用の蓄熱器 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス溶融漕用の蓄熱器において、隔壁として用いられる壁要素の安定性或いは耐用性を高める方法の提供。
【解決手段】耐火性の煉瓦からなる蓄熱器１０の壁要素１２と閉鎖壁１９により形成され天井領域２１とバーナネック９を接続する略垂直方向に延びる流動通路２３と、室格子積み１１の上側の領域との間の側方の壁要素１２の部分が、内部に冷却フィードスルー２５が配置されている中間壁２４として形成されているガラス溶解炉１用の蓄熱器１０。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃焼サイクルからの排熱を蓄熱し、蓄熱した熱を外部から供給される酸化ガスに放出するガラス溶解槽用の蓄熱器であって、ガスを通す室格子積み（Ｋａｍｍｅｒｇｉｔｔｅｒｕｎｇ）を備え、側方の壁要素により一体に保持される耐火性の煉瓦からなり、室天井部及び室底部から離間した上側の境界面及び下側の境界面を有する室装入物を備える蓄熱室からなり、室格子積みの上方には、室格子積みに流入する燃焼ガス及び室格子積みから流出する酸化ガス用の天井領域が配置されており、天井領域は、バーナポートを介してガラス溶解槽に接続されており、バーナポートの垂直方向の横断面は、少なくとも部分的に室格子積みの上側の境界面より下で、天井領域に開口するように配置されており、かつ室天井部には、別の天井部分が接続しており、別の天井部分は、天井領域を上方に向かって閉鎖するとともに、下向きに張り出した閉鎖壁により画定され、閉鎖壁は、バーナネックに接続されており、壁要素とともに流動通路を形成している、蓄熱器に関する。

下記非特許文献１の第３５頁〜第４６頁には、ガラスの溶融時に熱回収のために熱再生装置あるいは熱回収装置（略して蓄熱器又は蓄熱室とも云う）を用いて排ガスの熱が、如何にして燃焼空気の予熱のために利用可能とされ得るかが記載されている。この蓄熱室では、垂直方向のピット又はハウジング内に、ガスを通すチェッカー（Ｇｉｔｔｅｒｗｅｒｋ）が配置されている。チェッカーは、交互にガラス溶融窯の排ガスあるいは燃焼ガスにより貫流され、蓄熱した熱を、流動方向の周期的な反転後、酸化ガスに放出する。これにより、プラント全体の熱効率は、大幅に向上可能である。この場合、溶解槽の側方に設置されたバーナポートは、チェッカーの上側の境界面より上に位置している。このことは、溶融窯の出力次第で蓄熱器のかなりの構造高さを結果として伴う。

チェッカーの寸法は、主としてガラス溶解槽の総出力に合わせて設定されている。蓄熱器の構造高さが増大し、ガラス溶解槽の位置が確定されているとき、このことは、より深い基礎又は所要面積の増大を要求する。両者は、かなりの欠点を必然的に伴う。

それゆえ下記特許文献１では、蓄熱器において、室格子積みより下で、天井空間に開口するようにバーナポートを配置することが、既に提案されている。しかし、これにより、上側の室格子積みとバーナポートとの間に隔壁が必要となる。隔壁は、両側から強い熱負荷が加えられ、絶えず溶解槽の腐食性の排ガスに曝されている。このことは、特に燃焼交番時にかなりの熱衝撃に曝されている蓄熱室の耐火性の煉瓦の上側の層の領域に当てはまる。

米国特許第２０６８９２４号明細書

Ｗｏｌｆｇａｎｇ Ｔｒｉｅｒ、「Ｇｌａｓｓｃｈｍｅｌｚｏｅｆｅｎ Ｋｏｎｓｔｒｕｋｔｉｏｎ ｕｎｄ Ｂｅｔｒｉｅｂｓｖｅｒｈａｌｔｅｎ」、１９８４年、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ出版

それゆえ本発明の課題は、冒頭で述べた形態のガラス溶解槽用の蓄熱器において、隔壁として用いられる壁要素の安定性あるいは耐用性を高めることである。

上記課題を解決するために本発明に係る蓄熱器では、略垂直方向に延びる流動通路と室格子積みの上側の領域との間の側方の壁要素の部分が、内部に冷却フィードスルーが配置されている中間壁として形成されているようにした。

流動通路が室格子積み内の流動経路とともにＵ字形の流動経路を形成すると、有利であることが判っている。

本発明の好ましい態様において、中間壁は、バーナポートの底部から壁要素の上縁まで延在する。壁要素は、この領域で直接ガラス溶融窯の燃焼ガスに曝されている。

簡単な冷却フィードスルーを実現するために、本発明の一態様では、中間壁内に冷却管が配置されている。冷却管は、好ましくは水平に中間壁全体を貫通して延びている。

本発明の思想の別の態様では、冷却管を空気又は液状若しくはガス状の冷却媒体が貫流する。

本発明の別の態様では、中間壁の冷却用に中間壁内に水平方向に上下に配置された複数の中空室が形成されており、中空室は、冷却媒体の導入及び排出用に両側に開口を有する。

本発明による特徴は、好ましくは、Ｕ字炎型の槽（Ｕ−Ｆｌａｍｍｅｎｗａｎｎｅ）あるいはエンドポート型の槽として形成されるガラス溶解槽を有するガラス溶融窯であって、相並んで配置される２つの蓄熱室を有し、蓄熱室は、冷却される中間壁を有するガラス溶融窯にも、横置きバーナ型の槽（Ｑｕｅｒｂｒｅｎｎｅｒｗａｎｎｅ）あるいはサイドポート型の槽として形成されるガラス溶解槽を有するガラス溶融窯であって、対向配置される複数の蓄熱室を有し、蓄熱室は、冷却される中間壁を有するガラス溶融窯にも適用される。

上述の構成により、隔壁として用いられる壁要素の安定性あるいは耐用性を高めることができる。

以下に、本発明について図示の２つの実施の形態を参照しながら詳細に説明する。

Ｕ字炎型の槽として形成され、蓄熱器を有するガラス溶解槽の構造の鉛直断面図である。 蓄熱器の中間壁内に設けられた冷却フィードスルーを説明するための、図１の鉛直断面図の一部拡大図である。 図２に示した蓄熱器の平面図である。 横置きバーナ型の槽として形成され、２つの蓄熱器を有するガラス溶解槽の構造の、図１と同様の鉛直断面図である。

図１に示すガラス溶解槽１（以下、略して「溶解槽」と云う）は、両バーナポート２のうちの一方のバーナポート２の対称平面と一致する一平面内において示してある。バーナポート２内のバーナは、簡略化のため図示していない。いわゆる「アンダポートバーナ」も使用可能である。アンダポートバーナのうちの１つの開口部３が、バーナポート２の底部４の下に略示してある。溶解槽１内には、ガラス溶融物５が存在し、ガラス溶融物５は、溶融物液面６と、排出装置７に向かう主流動方向とを有している。排出装置７には、図示しない消費器が接続されている。

バーナポート２は、垂直方向の内法の横断面８を有している。横断面８は、バーナポート２のバーナネック９を介して蓄熱器１０に接続されている。蓄熱器１０内には、耐火性の煉瓦からなる室格子積み１１が配置されている。室格子積み１１は、壁要素１２，１３により包囲されており、壁要素１２，１３により一体に保持されている。蓄熱器１０は、それぞれ室格子積み１１から離間した室底部１４及び室天井部１５を有している。室格子積み１１は、上側の境界面１６及び下側の境界面１７を有している。室天井部１５には、別の天井部分１８が接続している。天井部分１８は、下向きに張り出した閉鎖壁１９により画定され、閉鎖壁１９は、バーナネック９に接続されている。

閉鎖壁１９の下縁２０は、図示の実施の形態では、室格子積み１１の上側の境界面１６より下に位置している。壁要素１２の高さは、相応に小さく形成されている。

壁要素１３の上側の領域は、室天井部１５、別の天井部分１８及び室格子積み１１より上の閉鎖壁１９とともに、ヘッド室とも云う天井領域２１を形成している。この配置により、壁要素１２の両側及び天井領域２１内の壁要素１２の上縁２２に、下向きのＵ字形の流動通路２３が形成される。

この蓄熱器１０の隣には、図１では隠れて見えないが、溶解槽１の中央長手方向平面に対して鏡面対称の配置で、第２のバーナポートを有する第２の蓄熱器が存在する。両蓄熱器は、周期的な反転サイクルで運転される。一方の蓄熱器１０には、下から、新鮮な酸化ガスが送給され、次に化石燃料と混合され、燃焼される一方、他方の蓄熱器１０内の流動方向は、バーナの停止後、反転され、このとき室格子積み１１は、再加熱される。サイクルタイムは、一般に約１５〜２５分である。

壁要素１２の、バーナポート２の底部４より上に配置されている部分は、両側のこのような燃焼交番時に強い熱負荷が加えられるとともに、絶えず溶解槽の腐食性の排ガスに曝されている。これにより、構造全体の安定性あるいは耐用性は、強く脅かされている。それゆえ、壁要素１２のこの部分は、冷却フィードスルー２５を有する中間壁２４として形成されている。冷却フィードスルー２５は、空気その他の液状又はガス状の冷却媒体が案内される冷却管２６からなっている。図２に示すように、中間壁２４内には、複数の冷却管２６が上下に配置されている。これらの冷却管２６は、中間壁２４を完全に貫通している（図３参照）。

冷却管２６の代わりに、中間壁２４を冷却するために、中間壁２４内に水平方向に上下に配置された複数の中空室（図示せず）が形成されていてもよい。中空室は、冷却媒体を導入／排出するために側方よりアクセス可能に形成されている。

冷却される中間壁２４を有する蓄熱器１０は、図１に示したＵ字炎型の槽１あるいはエンドポート型の槽との関連においても、図４に示す横置きバーナ型の槽２７あるいはサイドポート型の槽との関連においても、同様の形式で使用可能である。各部材はほぼ同一であるので、図４でも同じ部材には同じ符号を付した。溶解槽２７への視線方向は、溶解槽２７の長手方向軸線の方向及び図示しない排出装置に向かうガラスの流動方向である。図４に示した実施の形態でも、鏡面対称的に対向する熱回収用の蓄熱器１０が、交互に運転される。

１ ガラス溶解槽（Ｕ字炎型の槽）、 ２ バーナポート、 ３ 開口部、 ４ 底部、 ５ ガラス溶融物、 ６ 溶融物液面、 ７ 排出装置、 ８ 横断面、 ９ バーナネック、 １０ 蓄熱器（蓄熱室）、 １１ 室格子積み、 １２ 壁要素、 １３ 壁要素、 １４ 室底部、 １５ 室天井部、 １６ 上側の境界面、 １７ 下側の境界面、 １８ 天井部分、 １９ 閉鎖壁、 ２０ 下縁、 ２１ 天井領域（ヘッド室）、 ２２ 上縁、 ２３ 流動通路、 ２４ 中間壁、 ２５ 冷却フィードスルー、 ２６ 冷却管、 ２７ ガラス溶解槽（横置きバーナ型の槽）

Claims (9)

1. 燃焼サイクルからの排熱を蓄熱し、蓄熱した熱を外部から供給される酸化ガスに放出するガラス溶解槽（１；２７）用の蓄熱器（１０）であって、
   ガスを通す室格子積み（１１）を備え、
   側方の壁要素（１２，１３）により一体に保持される耐火性の煉瓦からなり、室天井部（１５）及び室底部（１４）から離間した上側の境界面（１６）及び下側の境界面（１７）を有する室装入物を備える蓄熱室からなり、
   前記室格子積み（１１）の上方には、該室格子積み（１１）に流入する燃焼ガス及び該室格子積み（１１）から流出する酸化ガス用の天井領域（２１）が形成されており、該天井領域（２１）は、バーナポート（２）を介して前記ガラス溶解槽（１；２７）に接続されており、
   前記バーナポート（２）の垂直方向の横断面（８）は、少なくとも部分的に前記室格子積み（１１）の前記上側の境界面（１６）より下で、前記天井領域（２１）に開口するように配置されており、かつ
   前記室天井部（１５）には、別の天井部分（１８）が接続しており、該別の天井部分（１８）は、前記天井領域（２１）を上方に向かって閉鎖するとともに、下向きに張り出した閉鎖壁（１９）により画定され、該閉鎖壁（１９）は、バーナネック（９）に接続されており、前記壁要素（１２）とともに流動通路（２３）を形成している、
   蓄熱器（１０）において、
   略垂直方向に延びる前記流動通路（２３）と前記室格子積み（１１）の上側の領域との間の前記側方の壁要素（１２）の部分は、内部に冷却フィードスルー（２５）が配置されている中間壁（２４）として形成されている、
   ことを特徴とする、ガラス溶解槽用の蓄熱器。
2. 前記流動通路（２３）は、前記室格子積み（１１）内の流動経路とともにＵ字形の流動経路を形成する、請求項１記載の蓄熱器。
3. 前記中間壁（２４）は、前記バーナポート（２）の底部（４）から前記壁要素（１２）の上縁（２２）まで延在する、請求項１記載の蓄熱器。
4. 冷却用に前記中間壁（２４）内に冷却管（２６）が配置されている、請求項１又は３記載の蓄熱器。
5. 前記冷却管（２６）は、水平に前記中間壁（２４）を貫通して延びている、請求項４記載の蓄熱器。
6. 前記冷却管（２６）を空気又は液状若しくはガス状の冷却媒体が貫流する、請求項４又は５記載の蓄熱器。
7. 冷却用に前記中間壁（２４）内に水平方向に上下に配置された複数の中空室が形成されており、該中空室は、冷却媒体の導入及び排出用に両側に開口を有する、請求項１記載の蓄熱器。
8. Ｕ字炎型の槽として形成されるガラス溶解槽（１）を有するガラス溶融窯が、相並んで配置される２つの蓄熱室（１０）を有し、該蓄熱室（１０）は、冷却される中間壁（２４）を有する、請求項１から７までのいずれか１項記載の蓄熱器。
9. 横置きバーナ型の槽として形成されるガラス溶解槽（２７）を有するガラス溶融窯が、対向配置される複数の蓄熱室（１０）を有し、該蓄熱室（１０）は、冷却される中間壁（２４）を有する、請求項１から８までのいずれか１項記載の蓄熱器。

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