JP2020159685A - 燃焼プロセスおよびそれを実施するためのバーナー - Google Patents
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Abstract
Description
・燃料は、少なくとも2つの隣接するストリームの形態で燃焼室の中に射出される、
・酸化剤の大部分は、バーナーの少なくとも1つの細長い開口部を通る前記少なくとも2つの燃料ストリームの上で、燃焼室の中に射出され、したがって、酸化剤の前記大部分は、バーナーの下流において燃焼室内の燃料ストリームに遭遇する、
・酸化剤の残りは、バーナーの近傍で、酸化剤の大部分が燃料ストリームと遭遇する前に、燃料に富んだ燃焼(初期炎)を生成するために、最も少ない2つの燃料ストリーム付近で、燃焼室の中に射出される。
本発明の1つの目的は、特に酸化剤の千鳥状の射出を用いた平面炎の場合、供給原料に対する初期炎の酸化または還元作用を調整できるようにすることである。本発明の別の目的は、このような調整を実時間で行えるようにすることである。本発明の別の目的は、炎の酸化または還元作用のこのような調整を、調整ループを用いて高い信頼性で実施できるようにすることである。
[本発明によるプロセス]
このために、本発明は、バーナーにより、酸化剤と共に燃料を燃焼するためのプロセスを提供し、前記燃焼は、溶融炉、例えば、特にガラス溶融炉、再熱炉、再循環炉などである炉の内側でバーナーの下流に位置する燃焼ゾーンにおいて行われる。
[ブロック、穿孔、およびインジェクタ]
バーナーのブロックは、求められる炉と、求められる炎と、求められる作用とに応じて、大きく変わり得る。
・単一の第1の穿孔および単一の第2の穿孔、
・単一の第1の穿孔および複数の第2の穿孔、
・複数の第1の穿孔および単一の第2の穿孔、またはさらに
・複数の第1の穿孔および複数の第2の穿孔
を備えることができる。
・その第2の穿孔がすべて、少なくとも1つの第1の穿孔が出口面で終わる第1のレベルの上に位置するレベルで、出口面において終了するブロックと、
・その第2の穿孔がすべて、第1のレベルの下に位置するレベルで、出口面において終了するブロックと、
・その少なくとも1つの第2の穿孔が、第1のレベルの下に位置するレベルで、出口面において終了し、またその少なくとも1つの第2の穿孔が、第1のレベルの上に位置するレベルで、出口面において終了するブロック(この後者の実施形態によるブロックはまた、第1のレベルの上に位置するレベルで、出口面において終了する少なくとも1つの第2の穿孔を有し、また第1のレベルの下に位置するレベルで、出口面において終了する少なくとも1つの第3の穿孔を有するものとしても述べることができる、以下を参照のこと)。
・少なくとも1つの、またはさらに各第1の穿孔は、単一の燃料インジェクタを収容することができる、および/または
・少なくとも1つの、またはさらに各第2の穿孔は、単一の主酸化剤インジェクタを収容することができる。
・少なくとも1つの、またはさらに各第1の穿孔は、複数の燃料インジェクタを収容することができる、および/または
・少なくとも1つの、またはさらに各第2の穿孔は、複数の主酸化剤インジェクタを収容することができる、
または実際に、
・少なくとも1つの第1の穿孔は、単一の燃料インジェクタを収容できるが、少なくとも1つの他の第1の穿孔は、複数の燃料インジェクタを収容する、および/または
・少なくとも1つの第2の穿孔は、単一の主酸化剤インジェクタを収容するが、少なくとも1つの他の第2の穿孔は、複数の主酸化剤インジェクタを収容する。
[炎の発光強度/振動数の測定]
本発明によるプロセスでは、初期炎の発光強度、および任意選択でさらに振動数が、事前設定されたスペクトル間隔で測定され、酸化剤の主流の流量、または酸化剤の主流の流量と酸化剤の補助流の流量との間の比が、測定された発光強度、および任意選択で、測定された振動数に応じて調整される。
[調整]
酸化剤の主流の流量の調整、または酸化剤の主流の流量と酸化剤の補助流の流量との間の比の様々な形の調整が可能である。
・酸化剤の主流の流量、または酸化剤の主流の流量と酸化剤の補助流の流量との間の比
だけではなく、
・主酸化剤の配分、すなわち、
○少なくとも1つの第2の穿孔内の少なくとも1つの主酸化剤インジェクタと、
○少なくとも1つの第3の穿孔内の少なくとも1つのさらなる主酸化剤インジェクタとの間の主酸化剤の配分
を有利に調整する。すでに上記で示されたように、この調整は、特に、測定された発光強度と測定された振動数の積に応じて実施され得る。
・供給原料を、少なくとも1つの第2の穿孔を通して初期炎の上で主酸化剤のすべてを射出することにより還元させる、
・供給原料を、少なくとも1つの第3の穿孔を通して初期炎と供給原料の間に主酸化剤のすべてを射出することにより酸化させる、また
・供給原料に対する酸化/還元作用を、少なくとも1つの第2の穿孔を介する初期炎の上の射出と、少なくとも1つの第3の穿孔を介する初期炎の下の射出との間の主酸化剤の射出の配分を調整することにより、緩和させる、または調整させる
ことができる。
[変形形態]
本発明によるプロセスには多くの変形形態が存在する。
・燃料が組立体の中にそれを通して導入される入口を有するチャンバと、1つまたは複数の対が、燃料の少なくとも1つのインジェクタを形成し、チャンバに流体接続される、
・チャンバ内のガス圧を検出するための圧力センサと、
・各燃料インジェクタ/対の1次インジェクタと2次インジェクタとの間の燃料の配分を調整するための調整システムとを備える、制御システムが、圧力センサおよび調整システムに接続され、前記制御システムは、各燃料インジェクタ/対の1次インジェクタと2次インジェクタの間の燃料の配分が、圧力センサにより検出されたガス圧に応じて調整されるように調整システムを制御する。
[本発明によるバーナー]
本発明はまた、本発明による方法の実施形態のいずれか1つを実施するのに適したバーナーに関する。
・入口面から出口面へと延び、またブロックの出口面において第1のレベルにおいて終了する少なくとも1つの第1の穿孔(1つまたは複数の第1の穿孔)と、
・入口面から出口面へと延び、また出口面において第2のレベルで終了する少なくとも1つの第2の穿孔(1つまたは複数の第2の穿孔)と
を有し、この第2のレベルは、第1のレベルから離間され、また第1のレベルの下または上に位置する。
・ブロックの少なくとも1つの第1の穿孔内に位置する少なくとも1つの燃料インジェクタと、
・ブロックの少なくとも1つの第2の穿孔内に位置する少なくとも1つの主酸化剤インジェクタと
を備える。
・少なくとも1つの燃料インジェクタに送達される燃料の流れの流量と、
・少なくとも1つの主酸化剤インジェクタに送達される「酸化剤の主流」と呼ばれる、酸化剤の流れの流量と、
・補助的な酸化剤供給装置に送達される「酸化剤の補助流」と呼ばれる、酸化剤の流れの流量と
を調整できる調整システムを備える。
・測定される発光強度と測定される振動数の積が、事前設定の範囲に位置する、
・測定される発光強度が、発光強度の事前設定値に対応し、また任意選択でさらに、測定される振動数が、振動数の事前設定値に対応する、
・測定される発光強度および測定される振動数の積が、事前設定の値に対応する
ように、酸化剤の主流の流量、または酸化剤の主流の流量と酸化剤の補助流の流量との間の比を調整する。
・第1のレベルの上に位置する第2のレベルで出口面において終了する少なくとも1つの第2の穿孔と、
・第1のレベルの下に位置する第3のレベルで出口面において終了する少なくとも1つの第3の穿孔と
を有する。
・酸化剤の主流の流量を調整する、または酸化剤の主流の流量と酸化剤の補助流の流量との間の比を調整すること、および
・少なくとも1つの第2の穿孔内の燃料の少なくとも1つのインジェクタと、少なくとも1つの第3の穿孔内の燃料の少なくとも1つのインジェクタとの間における酸化剤の配分を調整すること
ができ、特にそのようにプログラムされ得るが、制御システムの制御下で、また発光強度のセンサにより測定された発光強度に応じて、また任意選択でさらに、振動数センサにより測定された振動数に応じてそのようにすることができる。
− 燃料の全体の流れが通って組立体に導入される入口を有するチャンバと、
− 燃料入口を介してチャンバの中に導入された燃料を受け入れることができるように、チャンバに流体接続される燃料のインジェクタを形成する1つまたは複数の対と、
− 燃料入口と、インジェクタの1つまたは複数の対との間に位置する、チャンバ内のガス圧を検出するための圧力センサと
である。
[実施例]
ガラスの色および清澄品質は、還元作用物質(炭素、酸化鉄、硫化物)もしくは酸化作用物質(亜硫酸塩、硝酸塩、アンチモン酸塩など)、もしくは清澄作用物質の量、炉のガス状の雰囲気における水の濃度、処理層の温度など、さらに特に、バーナーの炎の中で生成され、ガラスの表面と接触する酸化性のガス種(O2)もしくは還元性のガス種(CO)の量など、多数の要因により制御される。しかし、これらの要因と、ガラスの酸化還元状態および色との間の関係の非直線性および複雑さは、したがって、それらの定量的理解を制限する。ガラス処理槽の上(すなわち、炎の下)のガス状の雰囲気の酸化還元状態を可能にする燃焼技術の実施は、したがって、ガラスの色および品質の制御における柔軟性を可能にする。
Claims (15)
- バーナーにより、前記バーナーの下流の燃焼ゾーン(1)において、酸化剤と共に燃料を燃焼させるためのプロセスであって、該バーナーは、
− 前記燃焼ゾーン(1)の反対側の入口面(42)、および前記燃焼ゾーン(1)の側にあり、前記入口面(42)の反対側の出口面(41)を備えるブロック(40)と、前記ブロックは、前記入口面(42)から前記出口面(41)へと延び、また前記ブロック(40)の前記出口面(41)において第1のレベルで終了する少なくとも1つの第1の穿孔(44)、および前記入口面(42)から前記出口面(41)へと延び、また前記第1のレベルから離間された、前記第1レベルの下または上に位置する第2のレベルで、前記出口面(41)において終了する少なくとも1つの第2の穿孔(43)を備える、
− 前記ブロック(40)の前記少なくとも1つの第1の穿孔(44)内に配置される少なくとも1つの燃料インジェクタ(21)と、
− 前記ブロック(40)の前記少なくとも1つの第2の穿孔(43)内に配置される少なくとも1つの主酸化剤インジェクタ(50)と
を備え、
プロセスにおいては、
− 前記燃料の少なくとも1つのストリームが、前記少なくとも1つの燃料インジェクタ(21)および前記少なくとも1つの第1の穿孔(44)を介して、前記燃焼ゾーンの中に射出され、
− 主酸化剤の流れが、前記燃料の前記少なくとも1つのストリームの下または上で、前記主酸化剤の前記少なくとも1つのインジェクタ(50)および前記少なくとも1つの第2の穿孔(43)を介して、前記燃焼ゾーンの中に射出される前記酸化剤の少なくとも1つの主ストリームにおいて、前記燃焼ゾーンの中に導入され、
− 前記酸化剤の補助流(51)が、前記燃焼ゾーンにおける前記酸化剤の前記補助流と共に前記燃料の初期の部分的な燃焼により初期炎(60)を生成するように、前記燃焼ゾーンに導入されて前記少なくとも1つの燃料ストリームと接触し、
− 前記酸化剤の前記少なくとも1つの主ストリームの前記酸化剤が、前記初期炎(60)の下流の前記少なくとも1つの主ストリームの前記酸化剤と共に前記燃料の燃焼を完了させるために、前記初期炎(60)における前記部分的な燃焼により消費されなかった燃料と、前記初期炎(60)の下流で混合され、
前記プロセスは、
− 前記初期炎の発光強度、および任意選択で振動数が測定され、
− 前記酸化剤の前記主流の流量、または前記酸化剤の前記主流の流量と前記酸化剤の前記補助流の流量との間の比が、前記測定された発光強度、および任意選択で前記測定された振動数に応じて調整される
ことを特徴とするプロセス。 - 前記ブロックは、複数の第1の穿孔(44)および/または複数の第2の穿孔(43)を、また好ましくは、複数の第1の穿孔(44)および複数の第2の穿孔(43)を備える、請求項1に記載のプロセス。
- 少なくとも1つの、好ましくは各第1の穿孔(44)は、単一の燃料インジェクタを収容し、および/または少なくとも1つの、好ましくは各第2の穿孔(43)は、単一の主酸化剤インジェクタ(50)を収容する、請求項1または2に記載のプロセス。
- 前記バーナーは、前記ブロック(40)の前記少なくとも1つの第1の穿孔(44)内に配置される少なくとも2つの燃料インジェクタ(21)、および/または前記ブロック(40)の前記少なくとも1つの第2の穿孔(43)内に配置される少なくとも2つの主酸化剤インジェクタ(50)を備え、また好ましくは、前記少なくとも1つの第1の穿孔(44)内に配置される少なくとも2つの燃料インジェクタ(21)、および前記少なくとも1つの第2の穿孔(43)内に配置される少なくとも2つの主酸化剤インジェクタ(50)を備える、請求項1または2に記載のプロセス。
- 前記酸化剤の前記補助流は、前記少なくとも1つの第1の穿孔(44)を通して、前記燃焼ゾーンの中に導入される、請求項1から4のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記初期炎(60)の前記発光強度、および任意選択で前記振動数は、前記初期炎(60)の方向に向けられたセンサ(30)により測定され、前記センサ(30)は、好ましくは、190から520nmの間隔で、より好ましくは、280から410nmの間隔で、さらにより好ましくは、300から315nmの間隔で、前記初期炎(60)の前記発光強度を測定する、請求項1から5のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記酸化剤の前記主流の流量、または前記酸化剤の前記主流の流量と前記酸化剤の補助流の流量との間の比は、
a.前記初期炎の前記発光強度、および任意選択で前記振動数が、事前設定の範囲に位置する、または
b.前記初期炎の前記発光強度と振動数の積が、事前設定の範囲に位置する
ように調整される、請求項1から6のいずれか一項に記載のプロセス。 - 前記バーナーは、
− 前記ブロック(40)の前記少なくとも1つの第2の穿孔(43)内に配置された少なくとも2つの主酸化剤インジェクタ(50)
を備え、プロセスにおいて、
− 前記主酸化剤の流れが、前記燃料の前記ストリームの下または上で、前記主酸化剤の前記少なくとも2つインジェクタ(50)および前記少なくとも1つの第2の穿孔(43)を介して、前記燃焼ゾーンの中に射出される前記酸化剤の少なくとも2つの主ストリームにおいて、前記燃焼ゾーンの中に導入され、
および/またはここにおいて、前記バーナーは、
− 前記ブロック(40)の前記少なくとも1つの第1の穿孔(44)内に配置された少なくとも2つの燃料インジェクタ(21)を備え、プロセスにおいて、
− 前記燃料の少なくとも2つのストリームが、前記少なくとも2つの燃料インジェクタ(21)および前記少なくとも1つの第1の穿孔(44)を介して前記燃焼ゾーンの中に射出され、
− 前記酸化剤の前記補助流(51)が、前記燃焼ゾーンにおいて、前記酸化剤の前記補助流と共に前記燃料の初期の部分的な燃焼により前記初期炎(60)を生成するために、前記燃焼ゾーンに導入されて、前記少なくとも2つの燃料ストリームと接触する、請求項1から7のいずれか一項に記載のプロセス。 - 前記燃料の前記少なくとも1つのインジェクタは、前記燃料の1次インジェクタと、前記燃料の2次インジェクタとの対であり、その対において、前記1次インジェクタおよび2次インジェクタの一方は、前記1次インジェクタおよび2次インジェクタの他方を囲み、前記バーナーは、前記燃料を射出するための組立体を有し、前記組立体は、
− 前記燃料が通過して前記組立体の中に導入される入口を有するチャンバと、
− 前記チャンバに流体接続される前記燃料の前記インジェクタを形成する前記少なくとも2つの対と、
− 前記チャンバにおけるガス圧を検出するための圧力センサと、
− 各燃料インジェクタの前記1次インジェクタと2次インジェクタの間の前記燃料の配分を調整するための調整システムとを備え、制御システムが、前記圧力センサ、および前記調整システムに接続され、また各対の前記1次インジェクタと2次インジェクタの間の前記燃料の配分が、前記圧力センサにより検出された前記ガス圧に応じて調整されるように前記調整システムを制御する、請求項1から8のいずれか一項に記載のプロセス。 - 前記測定された発光強度、および任意選択で前記測定された振動数は、制御システム(31)に送信され、前記制御システムは、前記酸化剤の前記主流の流量、または前記酸化剤の前記主流の流量と前記酸化剤の前記補助流の流量との比を調整する調整システム(32)に接続され、前記制御システムは、前記酸化剤の前記主流の流量、または前記酸化剤の前記主流の流量と前記酸化剤の前記補助流の流量との間の比が、前記測定された発光強度、および任意選択で前記測定された振動数に応じて調整されるように、前記調整システムを制御する、請求項1から9のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記ブロック(40)の前記出口面(41)で終了する前記少なくとも1つの第2の穿孔(43)が属する前記第2のレベルは、前記第1のベルの上に位置しており、前記ブロック(40)は、前記第1のレベルの下に位置する第3のレベルで、前記出口面(41)において終了する少なくとも1つの第3の穿孔をさらに備え、少なくとも1つのさらなる主酸化剤インジェクタが、前記少なくとも1つの第3の穿孔内に配置され、プロセスは、前記酸化剤の前記主流の流量、または前記酸化剤の前記主流の流量と前記酸化剤の前記補助流の流量との間の比、および前記少なくとも1つの第2の穿孔内の前記主酸化剤の前記少なくとも1つのインジェクタと、前記少なくとも1つの第3の穿孔内の前記さらなる主酸化剤の前記少なくとも1つのインジェクタとの間の前記主酸化剤の配分が、前記検出された発光強度と、任意選択で前記検出された振動数とに応じて調整される、請求項1から10のいずれか一項に記載のプロセス。
- 請求項1から11のいずれか一項に記載のプロセスを実施するために適したバーナーであって、前記バーナーは、ブロック(40)および流体を供給するためのデバイスを備え、
− 前記ブロック(40)は、入口面(42)、および前記入口面(42)とは反対側の出口面(41)を有し、また前記入口面(42)から前記出口面(41)へと延び、前記ブロック(40)の前記出口面(41)において、第1のレベルで終了する少なくとも1つの第1の穿孔(44)と、前記入口面(42)から前記出口面(41)へと延び、また前記第1のレベルから離間された、前記第1のレベルの下または上に位置する第2のレベルで、前記出口面(41)において終了する少なくとも1つの第2の穿孔(43)とを備え、
− 前記供給するデバイスは、
− 前記ブロック(40)の前記少なくとも1つの第1の穿孔(44)内に配置された少なくとも1つの燃料インジェクタ(21)と、
− 前記ブロック(40)の前記少なくとも1つの第2の穿孔(43)内に配置された少なくとも1つの主酸化剤インジェクタ(50)と、
− 前記少なくとも1つの第1の穿孔(44)に流体接続される少なくとも1つの補助的な酸化剤供給装置とを備え、
前記少なくとも1つの燃料インジェクタ(21)、および前記少なくとも1つの第1の穿孔(44)は、前記少なくとも1つの燃料インジェクタ(21)、および前記少なくとも1つの第1の穿孔(44)により、前記ブロック(40)の前記出口面(41)を通して射出される燃料が、第1の平面に存在する前記燃料の少なくとも1つのストリームを形成するように構成され、
前記少なくとも1つの主酸化剤インジェクタ(50)、および前記少なくとも1つの第2の穿孔(43)は、前記少なくとも1つの主酸化剤インジェクタ(50)、および前記少なくとも1つの第2の穿孔(43)により、前記ブロック(40)の前記出口面(41)を通して射出される主酸化剤が、第2の平面に存在する前記酸化剤の少なくとも1つのストリームを形成するように構成され、
前記第2の平面および前記第1の平面は、平行である、または前記出口面(41)の下流の一定の距離に位置する交差線で交差し、
前記バーナーは、
− 発光強度、および任意選択で振動数のセンサ(30)と、ここで前記センサは、前記第1の平面の方向に見通し線(33)に沿って向けられ、この見通し線(33)は、前記少なくとも1つの第1の穿孔(44)の正面において、また比d/h=1〜10、ただし、hは、前記第1のレベルと前記第2のレベルの間の垂直距離であるように、前記出口面(41)からの距離dで前記第1の平面と交差するものであり、
− 少なくとも1つの燃料インジェクタ(21)に送達される燃料の流れの流量、前記少なくとも1つの主酸化剤インジェクタ(50)に送達される酸化剤の流れの流量、および前記補助的な酸化剤供給装置に送達される酸化剤の流れの流量を調整できる調整システム(31)と、
− 制御システム(32)とをさらに備え、前記制御システム(32)は、前記センサ(30)および前記調整システム(31)に接続され、前記制御システム(32)は、前記酸化剤の前記主流の流量、または前記酸化剤の前記主流の流量と前記酸化剤の前記補助流の流量と間の比が、前記センサ(30)により検出される前記発光強度、および任意選択で、前記振動数に応じて調整されるように前記調整システム(31)を制御する、バーナー。 - 前記制御システム(31)は、前記調整システム(32)が、前記酸化剤の前記主流の流量、または前記酸化剤の前記主流の流量と前記酸化剤の前記補助流の流量との間の比を、
a.検出される前記発光強度、および任意選択で前記振動数が、事前設定された発光強度、および任意選択で振動数のゾーンもしくは範囲内に位置するか、または
b.前記初期炎の前記発光強度と振動数の積が、事前設定の範囲内に位置する
ように調整すべく前記調整システム(32)を制御する、請求項12に記載のバーナー。 - 前記燃料の前記少なくとも1つのインジェクタは、前記燃料の1次インジェクタ(21’)と、前記燃料の2次インジェクタ(22’)との対であり、その対において、前記1次インジェクタ(21’)および2次インジェクタ(22’)の一方は、前記1次インジェクタ(21’)および2次インジェクタ(22’)の他方を囲み、前記バーナーは、前記燃料を射出するための組立体を有し、前記組立体は、
− 前記燃料が、前記組立体の中にそれを通して導入される入口を有するチャンバと、
− 前記燃料の前記少なくとも1つのインジェクタを形成し、前記チャンバに流体接続される前記1つまたは複数の対と、
− 前記チャンバ内のガス圧を検出するための圧力センサと、
− 各燃料インジェクタの前記1次インジェクタ(21’)と2次インジェクタ(22’)の間の前記燃料の配分を調整するための調整システム(32)とを備え、前記制御システム(31)は、前記圧力センサ、および前記調整システム(32)に接続され、また各対の前記1次インジェクタ(21’)と2次インジェクタ(22’)の間の前記燃料の配分が、前記組立体の前記圧力センサにより検出された前記ガス圧に応じて調整されるように前記調整システム(32)を制御する、請求項12または13に記載のバーナー。 - 前記ブロック(40)は、前記第1のレベルの上に位置する第2のレベルで、前記出口面(41)において終了する少なくとも1つの第2の穿孔(43)と、前記第1のレベルの下に位置する第3のレベルで、前記出口面(41)において終了する少なくとも1つの第3の穿孔とを備え、少なくとも1つの主酸化剤インジェクタ(50)、および好ましくは少なくとも2つの主酸化剤インジェクタが、前記ブロック(40)の前記少なくとも1つの第2の穿孔(43)内に配置され、少なくとも1つの主酸化剤インジェクタ、および好ましくは少なくとも2つの主酸化剤インジェクタが、前記ブロック(40)の前記少なくとも1つの第3の穿孔内に配置され、前記調整システム(32)が、前記制御システム(31)の制御下で、そして検出される前記発光強度、および任意選択で前記振動数に応じて、前記酸化剤の前記主流の流量、または前記酸化剤の前記主流の流量と前記酸化剤の前記補助流の流量との間の比を調整し、および前記少なくとも1つの第2の穿孔(43)内の前記主酸化剤の前記少なくとも1つのインジェクタと、前記少なくとも1つの第3の穿孔内の前記主酸化剤の前記少なくとも1つのインジェクタとの間の前記主酸化剤の配分を調整する、請求項12から14のいずれか一項に記載のバーナー。
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