JP2781960B2 - ガラスカレット予熱装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガラス溶融炉から出る
廃熱を利用した原料ガラスカレットの予熱装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ガラス溶融炉は熱エネルギーを多量に消
費することから、過去熱効率向上のため数々の改善策が
実施されてきた。しかし、依然として溶融炉の廃熱は投
入燃料の２０％に相当する高いレベルにあり、この廃熱
の有効利用が大きな課題として残されている。一方、ガ
ラス溶融効率（カレット添加率が増加する程、ガラス溶
融必要燃料は少なくてすむ）の向上と資源リサイクル促
進のため、ガラス原料としてカレットの混合比率は年々
増加しつつある。以上の背景のもとに、ガラス原料の溶
解に際しガラス溶融炉から出る廃熱を利用して、原料の
主要部分を占めるガラスカレットを溶解槽に供給する前
に、これを予熱し熱効率を高めガラス溶融に使用する燃
料の消費量を削減する手段には、ガラスカレットの直接
加熱方式と間接加熱方式に大別される。廃ガスによって
カレットを効率的に予熱する場合、カレット層中に廃ガ
スを送りそれによってカレットを直接加熱する方式が望
ましい。しかしながら、通常炉に投入されるカレットは
３〜５％の水分が付着していることと、ガラス溶融炉の
廃ガス中には２００〜５００ｐｐｍ程度、又はそれ以上
のＳＯｘが含まれていることから、両者が直接接触する
と硫酸が生成され、特にカレット予熱装置の熱交換部の
金属構造物を腐食し設備の寿命を短縮する。又ガラス溶
融炉の運転上、カレット予熱装置通過中に生じる廃ガス
の圧力損失は、できるだけ小さいことが好ましいが、直
接加熱方式では廃ガスをカレット層中を通過させること
になるので、圧力損失は間接方式に比べ大きくなる。こ
の様に、直接加熱方式は伝熱効率が高く、装置をコンパ
クトにできるという長所がある反面、特に低温部での金
属腐蝕による装置の短命化、廃ガスの圧力損失が大きく
なる等の短所がある。又、間接加熱方式では廃ガスとカ
レットとが金属製仕切り板（伝熱管）を介して加熱を行
うので、酸による装置の損傷は起こらないこと、廃ガス
の圧力損失が小さい等の長所がある反面、前者に比して
伝熱効率が低いため伝熱面積を大きくする必要があり、
装置が複雑かつ大型化し、そのため設備費が高くなると
いう短所がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は装置
のコンパクト化、低コスト化を目的として、基本的には
伝熱効率の高い直接加熱方式に重点を置いているが、廃
ガスとカレット付着水との直接接触により生成される硫
酸による構造材の酸腐蝕によるトラブルを避けるため、
カレットの付着水を完全に蒸発せしめ、すくなくともカ
レットが水の沸点以上の温度まで上昇する間の領域は間
接加熱方式を採用している。この様に低温部は間接加
熱、高温部は直接加熱とする両方式を採用しハイブリッ
ド化することによって、従来のカレット予熱装置より更
に高効率化、コンパクト化、長寿命化を達成できるカレ
ット予熱装置を開発することに成功した。

【０００４】次に、本発明は、間接加熱方式において、
廃ガス中の揮発成分は、間接加熱区域内のカレット層内
を貫通している伝熱管の内面に付着するが、この伝熱管
は底部を開放し、そこに安息角を形成しているカレット
層が露出した構造としているので、それらの付着物はカ
レット予熱装置の凾体に取付けたバイブレーターによっ
て、露出カレット層上に振るい落とすことができる。こ
れらはカレットの流動下降に伴い予熱カレットと混合
し、溶融炉内へ原料として還元される。従って、これら
を廃ガス通路からダストとして除去するメンテナンスの
必要がない上、原料の節減にも役立つ。

【０００５】また、本発明は、カレット予熱装置に狭窄
部を設けた。その理由は、ガラス溶融炉は、通常、炉内
圧力を０〜＋３ｍｍＡｑ程度で運転を行うが、燃焼廃ガ
スの熱回収用蓄熱室、煙道、廃ガス切替弁、炉圧制御ダ
ンパー等の通過後には−１０〜−３０ｍｍＡｑ程度の負
圧となる。カレット予熱装置へ導入する廃ガスは、炉圧
制御ダンパーの下流点から誘引するので、予熱装置内部
で発生する圧力損失、−２０〜−３０ｍｍＡｑを加える
とかなりの負圧となるカレット予熱装置の熱交換効率を
高めるためには、大気の侵入を防止する必要がある、そ
のため予熱装置凾体自体を気密構造とすることは勿論の
こと、カレット投入口、カレット切出しコンベアなどの
開口部からの大気流入を防止できる構造にする必要があ
る、特にカレット投入口は予熱装置の出口に近いため大
気との差圧が大きくなるので、当該部からの大気侵入防
止は重要である。そこで、カレット層内を流れるガス流
速と、圧力損失の関係を実験で確かめたデータに基づ
き、カレット予熱装置上部のカレットの貯槽部と、熱交
換部との間に大気侵入防止のための狭窄部を設けた結
果、顕著なシール効果が認められた。

【０００６】更に、本発明は、カレット予熱装置自体に
秤量器としての機能を持たせた。その理由は、ガラス原
料は、カレットとバッチ（珪砂、ソーダ灰、石灰、等）
から成り、その比率は常に一定に維持して溶融炉に供給
する必要がある。カレット予熱を行わない大多数の炉で
は、カレットとバッチは原料調合場で、あらかじめ一定
比率に秤量、混合した上、原料投入機に搬送供給され
る。一方、カレット予熱を行う場合には、カレットを予
熱した後工程でバッチとの比率を一定にし、原料投入機
へ供給する必要があるある。即ち、カレット予熱装置と
原料投入機への搬送経路の間にバッチとカレットの秤量
器を組込み、両者の切出量を連続的に検出し、両者の比
率を制御する工程が必要である。しかし、予熱装置以
降、溶解槽へ投入するまでの搬送工程中、予熱されたホ
ットカレットは放熱により冷却されるので、カレット予
熱装置から炉の原料投入口までの搬送時間は短い程望ま
しい。従って、カレット予熱装置からホットカレットを
切出した後で、秤量のための滞留時間を省くことはカレ
ットの冷却を防止する上で極めて重要である。そこで、
本発明ではカレット予熱装置の全体荷重を重量測定器で
支持し、予熱装置自体に秤量器としての機能を持たせ
た。カレット予熱装置から切出したホットカレット重量
を連続的に検出し、これを電気信号に変換し、バッチ供
給装置と連動させ、カレット供給量に見合ったバッチを
切出し、カレット対バッチ比を一定とし原料投入機へ供
給する制御システムとした。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明カレット予熱装置
は、上記目的を達成するため、図示するように、ガラス
カレットをガラス溶融炉に投入する前に同炉から排出す
る高温の廃ガスを利用してカレットを予熱する装置にお
いて、貯槽部に投入されたガラスカレットを角錐台形部
を介してガラスカレットの熱交換部である垂直室に流下
させ、垂直室の上部区域はガラスカレットの間接加熱構
造、下部区域はガラスカレットの直接加熱構造とし、直
接加熱構造に使用した廃ガスを間接加熱構造に再使用し
たもの、ガラスカレットの間接加熱構造は、金属製の頂
部を山形とし底部を解放した逆Ｕ字状の伝熱管を、垂直
室の上部区域に１段又は２段以上に水平に複数列貫通さ
せて、廃ガスが伝熱管の内側を通ることができるように
すると共に、伝熱管を形成する金属板を振動させること
ができるようにしたもの、ガラスカレットの直接加熱構
造は、金属製の山形状廃ガス導管を垂直室の下部区域に
多段に水平に複数列貫通させると共に、奇数段の廃ガス
導管の一端は廃ガスの入口端を形成し、他端は閉鎖さ
れ、偶数段の導管の一端は廃ガスの出口端を形成し、他
端は閉鎖され、奇数段の導管に導入された廃ガスはカレ
ット層内を上昇、カレットを直接加熱しつつ偶数段の導
管に吸引され、排煙されるようにしたもの、貯槽部と角
錐台形部の間に狭窄部を設け、貯槽部から角錐台形部へ
大気が侵入することを防止したもの、並びに、ガラスカ
レット予熱装置全体を重量測定器にて支持すると共に、
ガラスカレット予熱装置に導入又は排出される廃ガスと
の連結部にフレキシブル継手を使用し、カレット予熱装
置自体に秤量器としての機能を持たせ、ガラスカレット
の投入及び切り出しの連続的計量を可能にしたものであ
る。

【０００８】本発明において、上部区域の間接加熱構
造、下部区域の直接加熱構造の割合は、カレットの付着
水分量、粒度、廃ガス組成等の諸条件に応じて自由に設
定できる。間接加熱構造の伝熱管の側壁の高さは、カレ
ットの水分が完全に蒸発し、カレット自体が水の沸点以
上に昇温するに要する滞留時間と下降速度からその距離
が決定される。

【０００９】直接加熱構造の廃ガス導管の必要組数及び
その長さはカレット予熱器の能力に応じて決定する。即
ち、廃ガス導管の組数は予熱器に導入される廃ガス量と
導管に導入する廃ガスの設定流速（２〜３ｍ〔ｎｏｒｍ
ａｌ〕／ｓｅｃ）から求め、導管の長さはカレットが垂
直室に滞留する設定時間（５〜６時間）から決定する。

【００１０】重量測定器は、主として、ひずみゲージ式
荷重変換器が用いられ、これは、応力によって生じた
「ひずみ」をゲージの電気抵抗値の変化に置き換えるも
のである。

【００１１】

【実施例１】本発明の実施例が図１及び図２に示されて
いる。本例のガラスカレット予熱装置は、廃ガス通路室
１と垂直室２と角錐台形部３と狭窄部４と貯槽部５とホ
ッパー６とスクリユーコンベア７とその下方に位置する
集合スクリユーコンベア（図示しない）と重量測定器８
を備えている。

【００１２】廃ガス通路室１は、第１通路室１１、第２
通路室１２、第３通路室１３、第４通路室１４及び第５
通路室１５と仕切板１１１，１２１，１３１を介して５
室に分かれ、それぞれが垂直室２の両側壁に取りつけら
れている。

【００１３】垂直室２は、断面長方形で、ガラスカレッ
トの間接加熱構造と直接加熱構造の熱交換部となってお
り、その上部区域はカレットの間接加熱構造を形成する
伝熱管２１が２段になって、それぞれ水平に配置され、
複数列の各段の伝熱管２１は、それぞれ頂部をカレット
が流動しやすい山形２１１とし、底部を開放した逆Ｕ字
状のものとして垂直室２の両側壁を貫通し突出してい
る。

【００１４】各伝熱管２１の両側板２１２は１ｍ以上の
高さが望ましい。また、各伝熱管２１の内巾は通常８〜
１５ｃｍが適当である。更に、各伝熱管２１は、これを
形成する金属板を振動させて内側に付着したダストを振
るい落とすように公知のバイブレーター（図示しない）
が予熱装置の適所に（例えば、ホッパー６の側板に断熱
材を介してバイブレーターが）取りつけられている。ま
た、各伝熱管２１は耐用寿命の点から材質はステンレス
鋼を使用することが好ましい。

【００１５】垂直室２の下部区域は、カレットの直接加
熱構造を形成する複数列の金属製山形の廃ガス導管２２
及び２３が８段になって水平に配置されている。すなわ
ち、第１段、第３段、第５段、第７段の奇数段の廃ガス
導管２２は、一端が廃ガスの入口端となり、他端は閉鎖
されている。第２段、第４段、第６段、第８段の偶数段
の廃ガス導管２３は、一端が廃ガスの出口端となり、他
端は閉鎖されている。各廃ガス導管２２及び２３は、開
放端がいずれも垂直室２の側壁を貫通して第１通路室１
１、第２通路室１２又は第３通路室１３に連通してい
る。

【００１６】廃ガス通路室１の第１通路室１１は、溶融
炉から出る廃ガスと連通すると共に、第１段、第３段の
廃ガス導管２２の各入口端と連通している。第２通路室
１２は、第２段、第４段の廃ガス導管２３の各出口端と
連通すると共に、第５段、第７段の廃ガス導管２２の各
入口端と連通している。第３通路室１３は、第６段、第
８段の廃ガス導管２３の各出口端と連通すると共に、第
２段の伝熱管２１の各入口端に連通している。第４通路
室１４は、第２段の伝熱管２１の各出口端と連通すると
共に、第１段の伝熱管２１の各入口端に連通している。
第５通路室１５は、第１段の伝熱管２１の各出口端と連
通すると共に、廃ガスを排煙する煙突と連通している。

【００１７】狭窄部４は、貯槽部５と角錐台形部３の間
に位置し、カレットが貯槽部５から角錐台形部３下方の
熱変換部へ流下する間に、貯槽部５から大気が侵入しな
いように通路を狭く形成したもので、水平断面積は垂直
部２の１／４以下とし、その高さは０．５ｍ以上とする
ことが望ましい。

【００１８】ホッパー６は、加熱されたホットカレット
を集合してホットカレット切り出しのためのスクリュー
コンベア７に送るものである。集合スクリューコンベア
は、別に供給される原料バッチとスクリューコンベア７
から切り出されたホットカレットを一定比率に混合し
て、投入機ホッパー（図示しない）及びスクリューチャ
ージャー（図示しない）等の投入機を経て溶融炉内に供
給するものである。

【００１９】３個又は４個の重量測定器８は、カレット
予熱器の全体重量の支持部９及び９に当接して、カレッ
ト予熱器全体の重量を知ることによりカレット投入量及
び切出量を測定するものである。このため、廃ガス通路
１の第１通路室１１の廃ガス入口と溶融炉溶融炉からの
廃ガス導管との連結部並びに第５通路室１５の廃ガス出
口と排煙導管との連結部は、フレキシブル継手（図示し
ない）を介して連結されている。

【００２０】

【作用】カレット予熱器へのカレットの補給は、垂直型
バケットエレベーター、スキップホイスト等適当な移送
設備で行うが、これらの移送は、自動的に行われる。即
ちバケットエレベーターの場合は、あらかじめ設定した
カレット予熱器の下限重量を検知した時にスタートし、
上限重量を検知したとき停止する。また、スキップホイ
ストの様な場合は、下限重量を検知したとき一定量を投
入することになる。移送時間中のカレットの切り出し
は、移送スタート直前の平均値を換算し、この数値でカ
レットの切り出しが制御される。従ってその移送は短時
間で行われることが好ましく、バケットエレベーターの
場合は例えば３０分間隔で起動する場合は５分間程度で
移送が完了することが好ましい。

【００２１】貯槽部５に供給されるカレットの温度は、
室温で水分を３〜５％含んでいる。カレットの粒度は、
一般的に１０ｍｍ程度のものが最も多く使用される。カ
レットは、貯槽部５から狭窄部４を経て角錐台形部３か
ら伝熱管２１の間を自重によって垂直に下降するが、そ
の間に付着水を完全に蒸発させ、１００℃以上の温度に
加熱する。伝熱管２１の内部圧力は、−３０〜−６０ｍ
ｍＡｑの負圧となっているので、カレット付着水の蒸発
水分は伝熱管２１内に吸引され廃ガスと混合する。混合
後の廃ガスは、酸露点以上の温度を維持するので、伝熱
管２１の内面は酸による腐蝕は殆ど発生しない。なお、
伝熱管２１内面に付着したダストは、伝熱管２１を振動
させることにより振り落され、開放された底部に安息角
を形成しているカレット層と共に降下する。続いて、カ
レットは廃ガス導管２２及び２３の間を後述のように流
下する。

【００２２】溶融炉から出てくる廃ガスは、一般に４０
０〜５００℃で廃ガス通路１の第１通路室１１に導入さ
れる。本発明は廃ガスを誘引ファンで吸引し、煙突から
強性的に排風を行うので廃ガスの流れの下流側（廃ガス
通路室１５の廃ガス出口側）程、負圧の絶対値が大きく
なる。従って、廃ガス導管２３はカレット層を隔てて直
近の廃ガス導管２２よりも下流側に位置するのでその分
だけ負圧になっており、廃ガスは廃ガス導管２２からカ
レット層を通り、廃ガス導管２３に吸引される。

【００２３】すなわち、第１通路室１１に導入された廃
ガスは、第１段、第３段の廃ガス導管２２の各入口端か
らはいって各導管２２の底部で安息角を形成しているカ
レット層を通じて、第２段、第４段の廃ガス導管２３に
吸引されて、これらの導管２３の各出口端から第２通路
室１２に誘引充満し、更に、第２通路室１２から第５
段、第７段の廃ガス導管２２の各入口端に入り、各導管
２２の底部で安息角を形成しているカレット層を通じ
て、第６段、第８段の廃ガス導管２３に吸引され、これ
らの導管２３の各出口端から第３通路室１３に誘引充満
し、更に、第３通路室１３から第２段目の伝熱管２１の
入口端に入り、その出口端から第４通路室１４に入り、
更に、第４通路室１４から第１段目の伝熱管２１の入口
端に入り、その出口端から第５通路室１５に出て排煙さ
れることになる。この出たときの廃ガスの温度は２００
〜３００℃で、ホッパー６の上部ではカレットは３００
〜４００℃に予熱することができた。

【００２４】

【発明の効果】本発明では、ガラスカレットの予熱にガ
ラス溶融炉から出る廃ガスを導入して、ガラスカレット
の間接加熱と直接加熱を併用して最大限に有効利用する
と共に、廃ガス中に含まれる硫黄分による熱交換部分の
腐食を防止する構造とした。また、本発明は、間接加熱
方式において、廃ガス中の揮発成分は伝熱管内面に付着
するが、これらの付着物はホットカレットと混合して溶
融炉内へ原料として還元できるので、これらの付着物を
除去するメンテナンスは必要なく、原料の節減にも役立
つ。更に、本発明では、ガラスカレット予熱装置自体を
秤量できるようにして、カレットの投入量及び切出量を
制御して、カレット対バッチの供給比率を連続的に制御
できるようにした。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す全体説明図である。

【図２】本発明の要部を示す説明図である。

【符号の説明】

２ 垂直室 ３ 角錐台形部 ４ 狭窄部 ５ 貯槽部 ２１ 伝熱管 ２１１ 伝熱管頂部 ２２，２３ 廃ガス導管

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガラスカレットをガラス溶融炉に投入す
   る前に同炉から排出する高温の廃ガスを利用してカレッ
   トを予熱する装置において、貯槽部に投入されたガラス
   カレットを角錐台形部を介してガラスカレットの熱交換
   部である垂直室に流下させ、垂直室の上部区域はガラス
   カレットの間接加熱構造、下部区域はガラスカレットの
   直接加熱構造とし、直接加熱構造に使用した廃ガスを間
   接加熱構造に再使用することを特徴とするガラスカレッ
   ト予熱装置。
2. 【請求項２】 ガラスカレットの間接加熱構造は、金属
   製の頂部を山形とし底部を解放した逆Ｕ字状の伝熱管
   を、垂直室の上部区域に１段又は２段以上に水平に複数
   列貫通させて、廃ガスが伝熱管の内側を通ることができ
   るようにすると共に、伝熱管を形成する金属板を振動さ
   せることができるようにしたことを特徴とする請求項１
   記載のガラスカレット予熱装置。
3. 【請求項３】 ガラスカレットの直接加熱構造は、金属
   製の山形状廃ガス導管を垂直室の下部区域に多段に水平
   に複数列貫通させると共に、奇数段の廃ガス導管の一端
   は廃ガスの入口端を形成し、他端は閉鎖され、偶数段の
   導管の一端は廃ガスの出口端を形成し、他端は閉鎖さ
   れ、奇数段の導管に導入された廃ガスはカレット層内を
   上昇、カレットを直接加熱しつつ偶数段の導管に吸引さ
   れ、排煙されるようにしたことを特徴とする請求項１記
   載のガラスカレット予熱装置。
4. 【請求項４】 貯槽部と角錐台形部の間に狭窄部を設
   け、貯槽部から角錐台形部へ大気が侵入することを防止
   したことを特徴とする請求項１記載のガラスカレット予
   熱装置。
5. 【請求項５】 ガラスカレット予熱装置全体を重量測定
   器にて支持すると共に、ガラスカレット予熱装置に導入
   又は排出される廃ガスとの連結部にフレキシブル継手を
   使用し、カレット予熱装置自体に秤量器としての機能を
   持たせ、ガラスカレットの投入及び切り出しの連続的計
   量を可能にしたことを特徴とする請求項１記載のガラス
   カレット予熱装置。