JP3552976B2 - melting furnace - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶解槽における溶解物の存在領域の上方空間にガス燃料を噴出する燃料噴出部と、
その燃料噴出部の上方に位置する酸素含有ガス供給口を通して、前記燃料噴出部から噴出されるガス燃料の燃焼域に対して、酸素含有ガスを斜め下向きに供給する酸素含有ガス供給路とが設けられた溶解炉に関する。
【0002】
【従来の技術】
かかる溶解炉は、ガス燃料を噴出するように構成した燃料噴出部(以下、ガス燃料専焼型の燃料噴出部と記載する場合がある)により、溶解槽における溶解物の存在領域の上方空間にガス燃料を噴出し、酸素含有ガス供給路により、燃料噴出部の上方に位置する酸素含有ガス供給口を通して、燃料噴出部から噴出されるガス燃料の燃焼域に対して、酸素含有ガスを斜め下向きに供給して、ガス燃料と燃焼用酸素含有ガスとを接触させて燃焼させて、原料を加熱、溶解して、溶解物を溶解槽に貯留するように構成したものである。
【0003】
ところで、かかる溶解炉においては、従来、ガス燃料専焼型の燃料噴出部以外に、液体燃料を噴出するように構成した液体燃料専焼型の燃料噴出部を設けたものや、液体燃料とその液体燃料を霧化するためのガス燃料とを噴出するように構成した混焼型の燃料噴出部を設けたものがある。しかしながら、これら液体燃料専焼型や混焼型の燃料噴出部を設けたものでは、燃料噴出部から噴出される燃料の運動量が大きいため、溶解槽に貯留されている溶解物の表面部分を押し流したり、又、溶解槽に貯留されている溶解物に浮く状態で供給される原料を押し流し易いため、溶解物を適切に得ることができない虞があるので、燃料噴出部の燃料噴出方向を、水平方向に対して大きく上向きに傾斜させる必要があった。このため、火炎が溶解槽の溶解物の存在領域の上面から離れる傾向となるため、加熱効率が低くなり、しかも、火炎が炉本体の天井部に近づく傾向となるため、天井部の温度が高くなって、耐久性が低下するという欠点があった。
【0004】
本願のようにガス燃料専焼型の燃料噴出部を設けたものでは、上述のような液体燃料専焼型や混焼型の燃料噴出部を設けたものに比べて、燃料噴出部から噴出される燃料の運動量が小さいため、溶解槽に貯留されている溶解物の表面部分を押し流したり、溶解槽に貯留されている溶解物に浮いている状態の原料を押し流したりすることを防止する上で有利である。
従って、ガス燃料専焼型の燃料噴出部は、液体燃料専焼型や混焼型の燃料噴出部に比べて、燃料噴出方向の水平方向に対する上向き傾斜角度を小さくすることができるので、加熱効率の向上、及び、炉本体天井部の温度の低下による耐久性の向上を図る上で有利である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のガス燃料専焼型の燃料噴出部を設けたものにおいては、溶解槽の溶解物やその溶解物に浮いている状態の原料を押し流すのを防止する上で有利であるものの、燃料噴出部のガス燃料噴出方向の基準が定められていないため、溶解槽の溶解物やその溶解物に浮いている状態の原料を押し流すのを防止して、溶解物が適切に得られるようにしながら、加熱効率及び耐久性の両方を効果的に向上させることができるに至らない虞があり、改善の余地があった。
【0006】
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、溶解物が適切に得られるようにしながら、加熱効率及び耐久性の両方を効果的に向上させることができるようにすることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
〔請求項1記載の発明〕
請求項1に記載の特徴構成は、前記燃料噴出部のガス燃料噴出角度が、前記酸素含有ガス供給路の底部が水平方向に対して下向きに傾斜する底部下向き傾斜角度との関係において、水平方向に対して上方に前記底部下向き傾斜角度を加えた角度を上限とし、且つ、水平方向を下限とする角度範囲内に設定されるように構成されていることにある。
【0008】
本発明の発明者らは、溶解槽の溶解物やその溶解物に浮いている状態の原料を押し流すのを防止しながら、加熱効率の向上及び炉本体天井部の温度の低下を図るために、ガス燃料専焼型の燃料噴出部のガス燃料噴出方向について、鋭意研究した。
そして、燃料噴出部から噴出されるガス燃料の燃焼域に対して、酸素含有ガス供給路により供給される酸素含有ガスのうち、酸素含有ガス供給路の底部にて導かれたものが、最初に、燃料噴出部から噴出されたガス燃料に接触して、ガス燃料の燃焼に大きく寄与するので、溶解槽の溶解物やその溶解物に浮いている状態の原料を押し流すのを防止しながら、加熱効率の向上及び炉本体天井部の温度の低下を図るために、燃料噴出部のガス燃料噴出角度の基準を設定するに当たっては、酸素含有ガス供給路の底部が水平方向に対して下向きに傾斜する底部下向き傾斜角度との関係において設定すると、有効であることを見出した。
そして、燃料噴出部のガス燃料噴出角度を、酸素含有ガス供給路の前記底部下向き傾斜角度との関係において、水平方向に対して上方に前記底部下向き傾斜角度を加えた角度を上限とし、且つ、水平方向を下限とする角度範囲内に設定すると、火炎を安定して形成させる状態で、溶解槽の溶解物やその溶解物に浮いている状態の原料を押し流すのを防止しながら、火炎が溶解槽の溶解物の存在領域の上面から離れ過ぎず、且つ、炉本体の天井部に近づき過ぎないようにすることができることを見出した。即ち、燃料噴出部からのガス燃料噴出方向は、水平方向、又は、水平方向に対して前記底部下向き傾斜角度以下の角度で上向きに傾斜する方向に設定することになる。
ちなみに、燃料噴出部のガス燃料噴出方向を、水平方向に対して下向きにわずかでも傾斜する方向に設定すると、燃料噴出部から噴出したガス燃料が飛散しやすくなり、火炎が乱れて、火炎を安定的に形成させ難い。
従って、溶解槽の溶解物やその溶解物に浮いている状態の原料を押し流すのを防止しながら、加熱効率の向上及び炉本体天井部の温度の低下を効果的に図れるように、燃料噴出部のガス燃料噴出角度の基準を明確に設定することができたので、溶解物が適切に得られるようにしながら、加熱効率及び耐久性の両方を効果的に向上させることができるようになった。
【0009】
〔請求項2記載の発明〕
請求項2に記載の特徴構成は、前記燃料噴出部が、中央噴出孔とその周囲の複数の周囲噴出孔を備えるように構成され、
前記複数の周囲噴出孔のガス燃料噴出方向夫々が、前記中央噴出孔のガス燃料噴出方向と平行又は略平行になるように構成され、
前記中央噴出孔の開口縁と前記周囲噴出孔の開口縁との間隔が、前記周囲噴出孔の口径の0.5倍以上で、前記中央噴出孔の口径と前記周囲噴出孔の口径を加えた値の1.5倍以下となるように構成され、
前記燃料噴出部からのガス燃料の総噴出量のうちの50〜75%を前記中央噴出孔から噴出し、残りを前記複数の周囲噴出孔から噴出するように構成されていることにある。
【0010】
即ち、燃料噴出部を、中央噴出孔とその周囲の複数の周囲噴出孔を備えるように構成すると、複数の周囲噴出孔から噴出されたガス燃料流により、中央噴出孔から噴出されたガス燃料に対する燃焼用酸素含有ガスの供給を遮断することにより、所謂、緩慢燃焼を行わせることができるので、輝度が高い火炎を形成して、輻射熱量を増大させると共に、火炎温度を低くして、低NOx化を図ることができることが、従来から分かっていた。
しかしながら、従来では、中央噴出孔の開口縁と周囲噴出孔の開口縁との間隔、及び、中央噴出孔と複数の周囲噴出孔との間のガス燃料噴出量比が適正に設定されないために、NOx発生量が適切に低下されない虞があり、改善の余地があった。
【0011】
本発明の発明者らは、燃料噴出部を、中央噴出孔とその周囲の複数の周囲噴出孔を備えるように構成した場合において、一層の低NOx化を図るべく、鋭意研究し、複数の周囲噴出孔のガス燃料噴出方向夫々が、中央噴出孔のガス燃料噴出方向と平行又は略平行になるように構成して、中央噴出孔の開口縁と周囲噴出孔の開口縁との間隔を変化させたときに、NOxの発生量がどのように変化するか、及び、中央噴出孔と複数の周囲噴出孔との間のガス燃料噴出量比を変化させたときに、NOxの発生量がどのように変化するかを見出した。
そして、中央噴出孔の開口縁と周囲噴出孔の開口縁との間隔を、周囲噴出孔の口径の0.5倍以上で、中央噴出孔の口径と周囲噴出孔の口径を加えた値の1.5倍以下となるように構成し、燃料噴出部からのガス燃料の総噴出量のうちの50〜75%を中央噴出孔から噴出し、残りを複数の周囲噴出孔から噴出するように構成すると、緩慢燃焼を効果的に行わせることができて、NOxの発生量を低減する上で好ましいことを見出した。
【0012】
つまり、中央噴出孔の開口縁と周囲噴出孔の開口縁との間隔が、周囲噴出孔の口径の0.5倍よりも狭くなると、複数の周囲噴出孔から噴出されるガス燃料を、中央噴出孔から噴出されるガス燃料と分離し難くなって、周囲噴出孔にて形成される補炎を中央噴出孔にて形成される主炎と分離して形成するに当たって、補炎の分離状態が低下するので、NOxの発生量が増加すると考えられる。
又、中央噴出孔の開口縁と周囲噴出孔の開口縁との間隔が、中央噴出孔の口径と周囲噴出孔の口径を加えた値の1.5倍よりも広くなると、複数の周囲噴出孔から噴出されたガス燃料流による、中央噴出孔から噴出されたガス燃料に対する燃焼用酸素含有ガス供給の遮断作用が低下するので、NOxの発生量が増加すると考えられる。
又、総噴出量に対する中央噴出孔からの噴出量の比率が、50〜75%の範囲外になると、複数の周囲噴出孔から噴出されるガス燃料を、中央噴出孔から噴出されるガス燃料と分離し難くなって、補炎の分離状態が低下するので、NOxの発生量が増加すると考えられる。
【0013】
従って、中央噴出孔の開口縁と周囲噴出孔の開口縁との間隔、及び、中央噴出孔と複数の周囲噴出孔との間のガス燃料噴出量比を、上記の条件にて設定して、低NOx化が適切に図られた燃料噴出部を、上記請求項1に記載の如き基準のガス燃料噴出角度にて設けることにより、燃料ガスと燃焼用酸素含有ガスとの接触状態を、安定燃焼させながら低NOx化を更に促進させることができる適正状態に設定することができるものとなり、そのことと相俟って、低NOx化を一層図ることができる。
その結果、溶解物が適切に得られるようにしながら、加熱効率及び耐久性の両方を効果的に向上させることができ、しかも、低NOx化を更に促進することができるようになった。
【0014】
【発明の実施の形態】
〔第1実施形態〕
以下、図1ないし図9に基づいて、本発明をガラス溶解炉に適用した場合の第1の実施の形態を説明する。
図1及び図2に示すように、ガラス溶解炉は、炉本体1内の下部に、平面視で矩形状の溶解槽2を備え、その溶解槽2の一側縁側の炉壁4に対して、溶解槽2における溶融ガラス(溶解物に相当する)の存在領域の上方に位置させて、その溶融ガラスの存在領域の上方空間(以下、単に炉内と称する場合がある)3にガス燃料を噴出する燃料噴出部としてのガスバーナ7を設け、そのガスバーナ7の上方に位置する酸素含有ガス供給口としての空気口(所謂ポート)5を通して、ガスバーナ7から噴出されるガス燃料の燃焼域に対して酸素含有ガスとして空気を斜め下向きに供給する酸素含有ガス供給路としての空気供給路6を設けて、所謂、アンダーポート式に構成してある。
【0015】
ガスバーナ7は、ガスバーナ設置用の炉壁4に対向する炉壁4側に向かって、ガス燃料を噴出するように、ガスバーナ設置用の炉壁4に設け、そのガスバーナ設置用の炉壁4の横方向一端に連なる炉壁4におけるガスバーナ7側の端部には、ガラス原料を、ガスバーナ7からのガス燃料噴出方向と略直交する方向に、溶解槽2に貯留されている溶融ガラスに浮かす状態で供給する投入口4iを設け、並びに、ガスバーナ設置用の炉壁4に対向する炉壁4の外部に作業槽9を設けると共に、その作業槽9と溶解槽2との間の炉壁4には、溶解槽2と作業槽9とを連通させる開口部4eを溶解槽2の炉床部に位置させて形成して、所謂、エンドポート式に構成してある。
つまり、投入口4iからガラス原料を溶解槽2に投入して、そのガラス原料を、開口部4e側に向かって蛇行状に流動させながら溶融させ、炉床部の開口部4eを通じて、清浄な溶融ガラスを作業槽9に導くように構成してある。
【0016】
所謂エンドポート式のガラス溶解炉では、ガラス原料を、溶解槽2に対して、燃料噴出部からの燃料の噴出方向に直交する方向に流動するように供給する。従って、従来、燃料噴出部として、液体燃料を噴出するオイルバーナ(液体燃料専焼型の燃料噴出部に相当する)や、液体燃料とそれを霧化するためのガス燃料とを噴出するガスアトマイズバーナ (混焼型の燃料噴出部に相当する)を用いたものでは、溶解槽2を流動しているガラス原料を取出し孔4e方向に押し流し易いため、水平方向に対する上向きの燃料噴出角度を大きく設定する必要があり、加熱効率が低い、及び、炉本体1の天井部の温度が高くなって耐久性が短いといった問題が顕著となっていた。
【0017】
2個の空気口5を、ガスバーナ設置用の炉壁4に、その炉壁4に対向する炉壁4に向かって左右方向に並べて設け、空気供給路6は、各空気口5に対応して設けてある。
各空気口5に対応して3個のガスバーナ7を、前記左右方向に並べて設けてある。尚、6個のガスバーナ7は同様に構成してあるが、以下の説明では、前記左右方向の右側の空気口5に対応する3個のガスバーナ7を右側のガスバーナ7と、左側の空気口5に対応する3個のガスバーナ7を左側のガスバーナ7と区別する場合がある。
炉本体1のガスバーナ設置用の炉壁4側には、2個の蓄熱室8を前記左右方向に並設し、各空気供給路6は、各蓄熱室8に連通させてある。
【0018】
左右のガスバーナ7は、一定時間(約15〜30分)毎に交互に、ガス燃料Gの噴出と噴出停止を繰り返し、ガス燃料Gを噴出しているガスバーナ7の側の空気口5からは、蓄熱室8を通って高温(900〜1000°C程度)に予熱された燃焼用空気Aが炉内3に供給され、ガス燃料Gの噴出を停止しているガスバーナ7の側の空気口5からは炉内3の燃焼ガスEを排出させるようにして、左右のガスバーナ7を交互に燃焼させる、所謂交番燃焼を行わせるようにしてある。尚、図1及び図2は、右側のガスバーナ7が燃焼し、左側のガスバーナ7が消火している状態を示している。
【0019】
ガスバーナ7から噴出されたガス燃料Gの燃焼域に、そのガス燃料Gを噴出しているガスバーナ7の側の空気口5から燃焼用空気Aが供給されて、ガス燃料と燃焼用空気とが接触して拡散燃焼して、長さが長くて高輝度の火炎(輝炎)Fを形成し、その火炎Fの輻射熱により、溶解槽2内のガラス原料を溶解する。炉本体1の天井はアーチ状に形成してあり、火炎Fの輻射熱を反射させる。
炉内3の燃焼ガスEは、ガス燃料Gの噴出を停止しているガスバーナ7の側の空気口5から、蓄熱室8に流入し、蓄熱材を通過して、蓄熱材に排熱が回収された後、排気される。
蓄熱室8においては、燃焼ガスEを排出させる状態のときに、燃焼ガスEから排熱を蓄熱材に回収して蓄熱し、燃焼用空気Aを供給する状態のときには、蓄熱材の蓄熱により燃焼用空気Aを予熱する。そして、そのように予熱された燃焼用空気Aが、空気供給路6を通流して空気口5から炉内3に供給されるのである。
【0020】
空気供給路6は、流路横断面(流れ方向に直交する面での断面)形状が例えば矩形状になるように形成してある。そして、図3に示すように、空気供給路6の底部が水平方向に対して下向きに傾斜する角度を底部下向き傾斜角度xとし、空気供給路6の上部が水平方向に対して下向きに傾斜する角度を上部下向き傾斜角度yとすると、底部下向き傾斜角度x<上部下向き傾斜角度yとなる条件で、底部下向き傾斜角度xは、10°≦x≦20°の範囲内に、上部下向き傾斜角度yは、20°≦y≦25°の範囲内に夫々設定する。
尚、上部下向き傾斜角度yを底部下向き傾斜角度xよりも大きく設定するのは、空気口5から供給される高温の燃焼用空気が上方に浮き上がるのを抑制するためである。
【0021】
ガスバーナ7のガス燃料噴出角度zは、空気供給路6の底部が水平方向に対して下向きに傾斜する底部下向き傾斜角度xとの関係において、水平方向に対して上方に底部下向き傾斜角度xを加えた角度を上限とし、且つ、水平方向を下限とする角度範囲内に設定するように構成してある。
【0022】
尚、本実施形態においては、底部下向き傾斜角度xを10°に、上部下向き傾斜角度yを20°に、ガス燃料噴出角度zを8°に夫々設定してある。
又、溶解槽2に貯留される溶融ガラスの上面に対するガスバーナ7の先端のノズル部の高さは、30cm程度に設定してある。溶解槽2に貯留される溶融ガラスの上面に対するガスバーナ7の先端のノズル部の高さを、30cm程度に設定すると、加熱効率を向上するとともに、溶解槽2に浮いているガラス原料をガスバーナ7の火炎で押し流すのを防止する上で好ましい。
【0023】
次に、図4ないし図7に基づいて、ガスバーナ7について説明を加える。尚、図6の (イ)は、ノズル72におけるガス燃料噴出方向Ga視での図であり、(ロ)は、ノズル72におけるガス燃料噴出方向Gaでの断面図である。
ガスバーナ7は、中央噴出孔72aとその周囲の複数の周囲噴出孔72bを備えて、それらの噴出孔72a,72bから、LPG、あるいは、メタンを主成分とする都市ガス等のガス燃料Gを炉内3に噴出する。
【0024】
第1実施形態においては、ガスバーナ7における複数の周囲噴出孔72bのガス燃料噴出方向夫々を、中央噴出孔72aのガス燃料噴出方向と平行又は略平行になるように構成し、中央噴出孔72aの開口縁と周囲噴出孔72bの開口縁との間隔が、周囲噴出孔72bの口径の0.5倍以上で、中央噴出孔72aの口径と周囲噴出孔72bの口径を加えた値の1.5倍以下となるように構成し、ガスバーナ7からのガス燃料の総噴出量のうちの50〜75%を中央噴出孔72aから噴出し、残りを複数の周囲噴出孔72bから噴出するように構成してある。
【0025】
ガスバーナ7は、円筒状のバーナ本体71と、そのバーナ本体71の先端に位置するノズル72と、そのノズル72に外嵌する状態で、バーナ本体71の先端に螺着する水冷ホルダ73を備えて構成してある。
【0026】
ノズル72は、円柱状材に、軸芯Paが円柱状材と同軸状になる円孔状の中央噴出孔72aを形成し、その中央噴出孔72aの軸芯Paと同芯円の円周に沿って、複数の円孔状の周囲噴出孔72bを、夫々同一径で、夫々の軸芯Pbが中央噴出孔72aの軸芯Paと平行になる状態で、等間隔に形成して構成してある。周囲噴出孔72bの個数は、6〜16個の範囲内の個数に設定するが、第1実施形態では、16個に設定してある。
【0027】
又、中央噴出孔72aの先端開口部の中心と各周囲噴出孔72bの先端開口部の中心との距離(以下、単に、中央噴出孔72aと周囲噴出孔72bの中心間距離と記載する場合がある)をD、中央噴出孔72aの先端開口部の口径をd、周囲噴出孔72bの先端開口部の口径をdとすると、Dが下記の数式1の範囲に収まるように設定する。
【0028】
【数1】
(1/2)×(d+d)+(1/2)×d≦D≦2×(d+d
【0029】
Dが上記の数1の範囲に収まるように設定すると、中央噴出孔72aの開口縁と各周囲噴出孔72bの開口縁との間隔が、周囲噴出孔72bの口径dの0.5倍以上で、中央噴出孔72aの口径と周囲噴出孔72bの口径を加えた値(d+d)の1.5倍以下となる。
【0030】
中央噴出孔72aの口径及び周囲噴出孔72b夫々の口径は、ガスバーナ7からのガス燃料の総噴出量のうちの50〜75%を、中央噴出孔72aから噴出し、残りを複数の周囲噴出孔72bから噴出するように設定する。
例えば、中央噴出孔72aの口径を19mmφ程度に、周囲噴出孔72bの口径を3mmφ程度に夫々設定する。
【0031】
水冷ホルダ73は、先端部の内径をその後方よりも小さく形成して、先端部に小内径部73aを、それよりも後方に大内径部73bを備えた円筒部材73cの筒壁を、全周にわたって中空状に形成して、冷却水通流部73dを形成し、その円筒部材73cの後端に、冷却水通流部73dに連通する状態で、冷却水流入管73i及び冷却水流出管73eを接続して、構成してある。
更に、水冷ホルダ73の大内径部73bの内面に雌ネジ部を形成し、その雌ネジ部に螺合する雄ネジ部をバーナ本体71の先端に形成してある。
【0032】
そして、ノズル72を水冷ホルダ73の大内径部73bに内嵌した状態で、水冷ホルダ73をバーナ本体71の先端に螺着することにより、ノズル72を、水冷ホルダ73の小内径部73aと大内径部73bとの間の段差部とバーナ本体71の先端面とにより挟持する状態で、一体的に組み付けて、ガスバーナ7を形成してある。
【0033】
従って、ガスバーナ7の中央噴出孔72aから、ガス燃料噴出方向Ga(中央噴出孔72aの軸芯Paに一致する)に直進状態でガス燃料が噴出され、中央噴出孔72aの周囲の16個の周囲噴出孔72bから噴出されたガス燃料は、ガス燃料噴出方向Gaと平行に、中央噴出孔72aから噴出されたガス燃料流の周囲を包囲する状態で流れる。
【0034】
次に、中央噴出孔72aと周囲噴出孔72bの中心間距離Dと、NOxの発生との関係、及び、中央噴出孔72aからのガス燃料噴出量と複数の周囲噴出孔72bからのガス燃料噴出量との比率と、NOxの発生との関係を説明する。
図12の実線は、第1実施形態にかかる構成のガスバーナ7において、中央噴出孔72aと周囲噴出孔72bの中心間距離Dを変化させて、NOx増加比を調べた結果を示す。但し、中央噴出孔72aからの噴出量の比率は、ガスバーナ7からのガス燃料総噴出量のうちの50〜75%の範囲に設定してある。図12においては、NOxの増加比は、発生量の最小値を1として、それに対する比で示している。
図12の実線により、中央噴出孔72aと周囲噴出孔72bの中心間距離Dを、上記の数1にて示す範囲内に設定すると、NOxの発生量を低減する上で好ましいことが分かる。
【0035】
図13は、総噴出量に対する中央噴出孔72aからの噴出量の比率と、NOxレベルとの関係を示す。但し、中央噴出孔72aと周囲噴出孔72bの中心間距離Dは、数1にて示される範囲内に設定してある。図13において、NOxレベルは、発生量の最大値に対する百分率にて示す。
図13により、総噴出量に対する中央噴出孔72aからの噴出量の比率を、50〜75%に設定すると、NOxの発生量を低減する上で好ましいことが分かる。
【0036】
図3に示すように、炉本体1の炉壁4には、各ガスバーナ7を挿通するためのバーナ挿通孔4bを形成し、そのバーナ挿通孔4bを用いて、上述のように構成したガスバーナ7を、ガス燃料噴出方向Gaが、上述のように設定されるガス燃料噴出角度zとなるように、炉壁4に取り付ける。又、ガスバーナ7の周囲とバーナ挿通孔4bとの間に、断熱ウール10を充填することにより、ガスバーナ7の外周部を通じての炉内3へ空気が浸入するのを遮断して、低NOx化を一層図っている。断熱ウール10は、例えば、グラスウールやセラミック繊維材から成り、所望の耐熱性及び断熱性が得られるものを適宜選択して用いることができる。
水冷ホルダ73の冷却水流入管73iに、冷却水供給路11を接続し、冷却水流出管73eに冷却水排出路12を接続して、水冷ホルダ73の冷却水通流部73dに冷却水を通流させて、ガスバーナ7を水冷するように構成してある。
【0037】
従って、中央噴出孔72aから噴出されたガス燃料に対する燃焼用空気の供給が、周囲噴出孔72bから噴出されたガス燃料流によって、遮断されるので、燃焼は周囲噴出孔72bから噴出されたガス燃料流の周囲から進み、周囲噴出孔72bから噴出されたガス燃料によって補炎が形成される。中央噴出孔72aから噴出されたガス燃料は、燃焼が開始するまでの間は、周囲の補炎によって加熱されて熱分解が進んで炭素が発生し、燃焼が開始すると輝度が高い主炎を形成する。即ち、全体として、所謂、緩慢燃焼を行わせて、輝度が高い火炎Fを形成して、輻射熱量を増大させると共に、火炎温度を低くして、低NOx化を図っている。
又、火炎Fの根元に、複数の周囲噴出孔72bにより補炎を形成して、炉内3におけるバーナ7を取り付けた炉壁4付近の温度を高くして、炉内3における前後方向(火炎Fの長さ方向に相当する)での温度分布を小さくしている。
【0038】
次に、上述のように構成したガラス溶解炉の性能を評価した結果を説明する。尚、本発明によるガラス溶解炉と性能を比較するために、図8の(ロ)に、概略の縦断側面図にて示すように、ガスアトマイズバーナ13を、上述と同様の炉本体1に対して、上述と同様に、各空気口5に対応して3個ずつ、夫々の燃料噴出角度zが、底部下向き傾斜角度x (10°)と上部下向き傾斜角度y(20°)とを加えた角度30°の二分の一に相当する15°になるように取り付けたものを、比較用として用いた。図8の(イ)は、本発明によるガラス溶解炉の概略の縦断側面図を示す。
炉本体1の平面形状は、前記左右方向が5.5m、前記前後方向が10.0mであり、溶解槽2に貯留される溶融ガラスの上面に対する、本発明のガスバーナ7の先端及び比較用のガスアトマイズバーナ13の先端夫々の高さは、いずれも30cmであり、本発明のガスバーナ7及び比較用のガスアトマイズバーナ夫々の1本当たりの燃焼量は、1750kWである。
【0039】
図9は、引上量(一日当たりの溶解量)と、原単位(1t当たり生産するのに必要な熱量)との関係を、本発明のガラス溶解炉及び比較用ガラス溶解炉の夫々について示したものである。
本発明のガラス溶解炉では、ガスバーナ7のガス燃料噴出角度zを適切に設定したことにより、比較用ガラス溶解炉に比べて、溶解槽2に貯留されている溶融ガラスの上面部分やその溶融ガラスに浮いている状態のガラス原料を押し流すのを防止しながら、加熱効率を向上することができて、引上量の全範囲にわたって原単位を4.7%程度小さくできて、向上することができる。
【0040】
溶解槽2の溶融ガラスの温度は1350°Cであり、このときの炉本体1の天井の温度は、本発明のガラス溶解炉では1505°Cであったのに対して、比較用ガラス溶解炉では1515°Cであり、本発明のガラス溶解炉では、比較用ガラス溶解炉に比べて、炉本体1の天井部の温度を低くすることができるので、耐久性を向上することができる。
【0041】
排ガスのNOxの濃度(O=0%換算値)は、本発明のガラス溶解炉では800ppmであったのに対して、比較用ガラス溶解炉では1100ppmであり、本発明のガラス溶解炉では、比較用ガラス溶解炉に比べて、NOxの濃度を27%程度低くすることができる。
【0042】
従って、本発明をエンドポート式のガラス溶解炉に適用することにより、溶解槽2に貯留されている溶融ガラスの上面部分やその溶融ガラスに浮いている状態のガラス原料を押し流すのを防止しながら、加熱効率の向上、及び、炉本体1の天井部の温度の低下による耐久性向上を図る上での効果が顕著となる。
【0043】
〔第2実施形態〕
以下、図10及び図11に基づいて、本発明をガラス溶解炉に適用した場合の第2の実施の形態を説明する。尚、図11の(イ)は、ノズル72におけるガス燃料噴出方向Ga視での図であり、(ロ)は、ノズル72におけるガス燃料噴出方向Gaでの断面図である。
第2実施形態においては、ガスバーナ7を、上記の第1実施形態と異ならせて、以下のように構成し、その他は第1実施形態と同様に構成してある。
【0044】
ガスバーナ7における複数の周囲噴出孔72bのガス燃料噴出方向夫々を、中央噴出孔72aのガス燃料噴出方向Ga視にて、中央噴出孔72aの径方向に対して、中央噴出孔72aの周方向の同方向に傾斜する方向で、且つ、中央噴出孔72aのガス燃料噴出方向Gaと交差する方向視にて、中央噴出孔72aのガス燃料噴出方向Gaに対して、外方側に傾いた先広がり方向となるように構成し、中央噴出孔72aの開口縁と周囲噴出孔72bの開口縁との間隔が、周囲噴出孔の口径の0.5倍以上となるように構成し、ガスバーナ7からのガス燃料の総噴出量のうちの50〜75%を中央噴出孔72aから噴出し、残りを複数の周囲噴出孔72bから噴出するように構成してある。
【0045】
ガスバーナ7について説明を加える。
ノズル72の中央噴出孔72aは、単一の円柱状材に、それと軸芯Paが円柱状材と同軸状になる円孔状に形成し、6個の周囲噴出孔72bを、夫々同一径で、夫々、軸芯Pbが、基端から先端に向かって、中央噴出孔72aの周方向の同方向に傾斜し、且つ、中央噴出孔72aの径方向外側に傾斜する円孔状に形成してある。つまり、6個の周囲噴出孔72bのガス燃料噴出方向夫々を、中央噴出孔72aのガス燃料噴出方向Ga視にて、中央噴出孔72aの径方向に対して、中央噴出孔72aの周方向の同方向に傾斜する方向で、且つ、中央噴出孔72aのガス燃料噴出方向Gaと直交する方向視にて、中央噴出孔72aのガス燃料噴出方向Gaに対して、外方側に傾いた先広がり方向となるように構成してある。中央噴出孔72aのガス燃料噴出方向Gaが、ガスバーナ7全体としてのガス燃料噴出方向となる。
そして、第1実施形態と同様に、バーナ本体71、ノズル72及び水冷ホルダ73を一体的に組み付けて、ガスバーナ7を構成してある。
【0046】
上述のように構成したガスバーナ7を、第1実施形態と同様に、ガス燃料噴出方向Gaが、上述のように設定されるガス燃料噴出角度zとなるように、炉壁4に取り付ける。
【0047】
第2実施形態のガスバーナ7では、複数の周囲噴出孔72bから、ガス燃料が、中央噴出孔72aのガス燃料噴出方向Ga視にて、旋回状に、且つ、中央噴出孔72aのガス燃料噴出方向Gaと直交する方向視にて、先広がり状に噴出される。
従って、中央噴出孔72aから噴出されたガス燃料に対する燃焼用空気の遮断作用が増大すると共に、複数の周囲噴出孔72bから噴出されたガス燃料と中央噴出孔72aから噴出されたガス燃料との分離状態が良くなるので、緩慢燃焼が更に促進して、輝度が一層高い火炎Fが形成される。
【0048】
図12において、破線、及び、その破線と実線の交点よりも中心間距離Dが小さい側の実線は、第2実施形態にかかる構成のガスバーナ7において、中央噴出孔72aと周囲噴出孔72bの中心間距離Dを変化させて、NOx増加比を調べた結果を示す。但し、中央噴出孔72aからの噴出量の比率は、ガスバーナ7からのガス燃料総噴出量のうちの50〜75%の範囲に設定してある。NOx増加比は、第1実施形態のガスバーナ7について調べたときの最小値を1として、それに対する比で示している。
図12により、中央噴出孔72aと周囲噴出孔72bの中心間距離Dを、「(1/2)×(d+d)+(1/2)×d」以上に設定すると、換言すれば、中央噴出孔72aの開口縁と周囲噴出孔72bの開口縁との間隔を周囲噴出孔の口径の0.5倍以上となるように設定すると、NOxの発生量を低減する上で好ましいことが分かる。
又、総噴出量に対する中央噴出孔72aからの噴出量の比率と、NOxレベルとの関係は、図13に示す第1実施形態におけるものと同様であり、総噴出量に対する中央噴出孔72aからの噴出量の比率を、50〜75%に設定すると、NOxの発生量を低減する上で好ましい。
【0049】
ちなみに、周囲噴出孔72bの軸芯Pbが、基端から先端に向かって、中央噴出孔72aの周方向に傾斜する角度αは、例えば、0<α≦40°の範囲に設定し、中央噴出孔72aの径方向外側に傾斜する角度βは、例えば、0<β≦60°の範囲に設定すると、輝度が高くて、適度な火炎長の火炎Fを形成する上で、好ましい。
【0050】
第2実施形態によるガラス溶解炉についても、上述の第1実施形態と同様に、比較用ガラス溶解炉と性能を比較した結果、原単位の向上、天井部の温度の低下、及び、NOxの濃度の低下の全ての面において、第1実施形態と同様の結果が得られた。
【0051】
〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。
(イ) 上記の実施形態においては、本発明をエンドポート式のガラス溶解炉に適用する場合について例示したが、これ以外にも、例えば、所謂サイドポート式のガラス溶解炉にも適用することができる。
サイドポート式のガラス溶解炉は、図14に示すように、平面視で矩形状の溶解槽2の一側縁側の炉壁4に投入口4iを、その炉壁4に対向する炉壁4に取出し孔4eを設け、投入口4iから取出し孔4eに向かって左右両側の炉壁4夫々に、複数の空気口5を並設すると共に、各空気口5に対応して空気供給路6を設け、各空気口5の下方には、ガスバーナ7を2個ずつ設け、並びに、炉本体1の前記左右両側には、夫々の側の複数の空気供給路6に連通する状態で蓄熱室8を設けてある。
そして、前記左右両側のガスバーナ7を、一定時間毎に交互に燃焼させて、交番燃焼を行わせ、投入口4iからガラス原料を溶解槽2に投入して、そのガラス原料を溶融させながら、取出し孔4eに向かって流下させて、取出し孔4eを通じて、清浄な溶融ガラスを作業槽9に導くよう構成してある。
このサイドポート式のガラス溶解炉においても、上記の実施形態と同様に、空気供給路6の底部下向き傾斜角度x及び上部下向き傾斜角度yを、底部下向き傾斜角度x<上部下向き傾斜角度yとなる条件で、底部下向き傾斜角度xは、10°≦x≦20°の範囲に、上部下向き傾斜角度yは、20°≦y≦25°の範囲に夫々設定する。又、ガスバーナ7のガス燃料噴出角度zは、空気供給路6の底部下向き傾斜角度xとの関係において、水平方向に対して上方に底部下向き傾斜角度xを加えた角度を上限とし、且つ、水平方向を下限とする角度範囲内に設定する。
【0052】
(ロ) 底部下向き傾斜角度x<上部下向き傾斜角度yとなる条件で、底部下向き傾斜角度xを10°≦x≦20°の範囲外に、上部下向き傾斜角度yを20°≦y≦25°の範囲外に夫々設定しても良い。
【0053】
(ハ) 空気供給路6の底部下向き傾斜角度x及び上部下向き傾斜角度yは、底部下向き傾斜角度x≧上部下向き傾斜角度yの関係となるように設定しても良いが、燃焼用空気が上方に浮き上がるのを抑制する上では、底部下向き傾斜角度x<上部下向き傾斜角度yの関係で設定するのが好ましい。
【0054】
(ニ) ガスバーナ7のガス燃料噴出角度zは、上記の実施形態において例示した8°に限定されるものではなく、空気供給路6の底部下向き傾斜角度xとの関係において、水平方向に対して上方に底部下向き傾斜角度xを加えた角度を上限とし、且つ、水平方向を下限とする角度範囲内で、適宜変更可能である。
即ち、ガスバーナ7のガス燃料噴出方向は、水平方向になっても良い。あるいは、ガスバーナ7のガス燃料噴出方向は、水平方向に対して上向きに傾斜する角度が、底部下向き傾斜角度x以下になる条件で、適宜設定可能である。
【0055】
(ホ) 溶解槽2に貯留される溶融ガラスの上面に対するガスバーナ7の先端のノズル部の高さは、上記の実施形態において例示した30cmに限定されるものではなく、30cmより低くても良く、あるいは、30cmよりも高くても良い。但し、30cmより低く設定する場合は、溶解槽2に浮いているガラス原料を押し流すのを防止するために、ガスバーナ7のガス燃料噴出角度zを大き目に設定するのが好ましく、30cmより高く設定する場合は、加熱効率の低下を抑制するために、ガスバーナ7のガス燃料噴出角度zを小さ目に設定するのが好ましい。
(ヘ) 1個の空気供給路6に対するガスバーナ7の設置個数は、上記の実施形態において例示した3個に限定されるものではなく、適宜変更可能であり、1個、又は、2個、又は、4個以上でも良い。
【0056】
(ト) 空気供給路6の形状は、上記の実施形態において例示した如き、流路横断面形状が矩形状となる角筒状の形状に限定されるものではない。例えば、円筒状の形状でも良いし、上部がアーチ状で、底部が平面状となる形状でも良い。
【0057】
(チ) ガスバーナ7の具体構成は、上記の第1実施形態や第2実施形態にて例示した構成に限定されるものではない。例えば、1個の噴出孔を設けたものや、複数の噴出孔を中央、周囲を区別することなく分散させて配置した構成のものでも良い。
【0058】
(リ) 空気供給路6により、ガスバーナ7から噴出されるガス燃料の燃焼域に供給する酸素含有ガスとしては、空気以外に、純酸素ガス、酸素含有率を高くした酸素富化空気等でも良い。又、空気と共に、ガスバーナ7の燃焼排ガスを酸素含有ガスとして供給しても良い。
【0059】
(ヌ) 本発明は、上記の実施形態で例示したガラス溶解炉や、図14にて示す別実施形態で例示したガラス溶解炉以外にも、種々の溶解炉に適用することができる。
例えば、ガスバーナ7を交番燃焼させる形式以外に、連続燃焼式のものにも適用することができる。
又、ガラスを溶解させる用途の溶解炉に限定されるものではなく、ガラス以外原料を溶解させる用途の溶解炉にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態にかかるガラス溶解炉の縦断側面図
【図2】図1におけるI−I矢視図
【図3】実施形態にかかるガラス溶解炉の要部の縦断側面図
【図4】第1実施形態にかかるガスバーナの要部のガス燃料噴出方向に沿った断面図
【図5】第1実施形態にかかるガスバーナの要部のガス燃料噴出方向視での図
【図6】第1実施形態にかかるガスバーナのノズルの図
【図7】第1実施形態にかかるガスバーナの分解斜視図
【図8】実施形態にかかるガラス溶解炉及び比較用ガラス溶解炉夫々の概略の縦断側面図
【図9】引上量と原単位との関係を示す図
【図10】第2実施形態にかかるガスバーナの要部のガス燃料噴出方向に沿った断面図
【図11】第2実施形態にかかるガスバーナのノズルの図
【図12】ガスバーナの中央噴出孔と周囲噴出孔の中心間距離と、NOxレベルとの関係を示す図
【図13】総噴出量に対する中央噴出孔からの噴出量の比率と、NOxレベルとの関係を示す図
【図14】別実施形態にかかるガラス溶解炉の横断平面図
【符号の説明】
2 溶解槽
3 上方空間
5 酸素含有ガス供給口
6 酸素含有ガス供給路
7 燃料噴出部
72a 中央噴出孔
72b 周囲噴出孔
x 底部下向き傾斜角度
z ガス燃料噴出角度
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention provides a fuel ejection unit that ejects gaseous fuel into a space above a region where a melt exists in a melt tank,
An oxygen-containing gas supply path for supplying the oxygen-containing gas obliquely downward is provided through a oxygen-containing gas supply port located above the fuel ejection portion and to a combustion region of the gas fuel ejected from the fuel ejection portion. Melting furnace.
[0002]
[Prior art]
In such a melting furnace, a gas ejecting portion configured to eject gaseous fuel (hereinafter, may be referred to as a gas-fuel-only firing type fuel ejecting portion) is used to supply gas to a space above a region where a melt exists in a melting tank. The fuel is ejected, and the oxygen-containing gas supply path passes the oxygen-containing gas obliquely downward with respect to the combustion area of the gas fuel ejected from the fuel ejection section through the oxygen-containing gas supply port located above the fuel ejection section. It is configured to supply the gaseous fuel and the oxygen-containing gas for combustion so as to be brought into contact with each other, burn the raw material, heat and melt the raw material, and store the melt in a melting tank.
[0003]
By the way, in such a melting furnace, conventionally, in addition to the fuel jet section of the gas fuel firing type, a fuel jet section of the liquid fuel firing type configured to jet the liquid fuel is provided. There is a type provided with a co-firing type fuel ejection section configured to eject gas fuel for atomizing the fuel. However, in those provided with the fuel ejection section of the liquid fuel only combustion type or the mixed combustion type, since the momentum of the fuel ejected from the fuel ejection section is large, the surface portion of the melt stored in the melting tank is washed away, In addition, since the raw material supplied in a state of being floated on the melt stored in the melt tank is easy to be washed away, there is a possibility that the melt cannot be obtained properly. On the other hand, it was necessary to incline greatly upward. For this reason, the flame tends to move away from the upper surface of the region where the melt exists in the melting tank, so that the heating efficiency is reduced.Moreover, since the flame tends to approach the ceiling of the furnace body, the temperature of the ceiling increases. As a result, there is a disadvantage that the durability is reduced.
[0004]
In the case of providing the fuel jet portion of the gas fuel exclusive combustion type as in the present application, compared with the case of providing the fuel jet portion of the liquid fuel exclusive combustion type or the mixed combustion type as described above, the fuel injected from the fuel Since the momentum is small, it is advantageous in preventing the flushing of the surface portion of the melt stored in the dissolving tank or the flushing of the raw material floating on the melt stored in the dissolving tank. .
Therefore, the fuel ejection section of the gas fuel combustion type can reduce the upward inclination angle with respect to the horizontal direction of the fuel ejection direction, as compared with the liquid fuel combustion type or the mixed combustion type fuel ejection section, thereby improving the heating efficiency. In addition, this is advantageous in improving durability due to a decrease in the temperature of the furnace body ceiling.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional fuel-fuel-burning type fuel injection section, although it is advantageous in preventing the melt in the melting tank and the raw material floating in the melt from being washed away, the fuel injection Since the standard of the gas fuel ejection direction of the part is not set, it is possible to prevent the melt in the melting tank and the raw material floating in the melt from being washed away, and to obtain the melt appropriately. There is a possibility that both heating efficiency and durability cannot be effectively improved, and there is room for improvement.
[0006]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to make it possible to effectively improve both heating efficiency and durability while appropriately obtaining a melt. It is in.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
[Invention of claim 1]
The characteristic configuration according to claim 1, wherein a gas fuel ejection angle of the fuel ejection portion is horizontal in relation to a bottom downward inclination angle at which a bottom of the oxygen-containing gas supply passage is inclined downward with respect to a horizontal direction. The upper angle is set to an angle obtained by adding the bottom downward inclination angle to the upper side, and the angle is set to be within an angle range having the horizontal direction as the lower limit.
[0008]
The inventors of the present invention, in order to improve the heating efficiency and lower the temperature of the furnace body ceiling while preventing the melt in the melting tank and the raw material floating in the melt from being washed away, We have studied diligently about the direction of gas fuel injection at the fuel injection unit of the gas fuel combustion type.
Then, among the oxygen-containing gas supplied by the oxygen-containing gas supply path, the one guided at the bottom of the oxygen-containing gas supply path to the combustion zone of the gas fuel ejected from the fuel ejection section is first Since it comes into contact with the gaseous fuel injected from the fuel injection part and greatly contributes to the combustion of the gaseous fuel, the heating is performed while preventing the molten material in the melting tank and the raw material floating in the molten material from being washed away. In order to improve the efficiency and reduce the temperature of the furnace body ceiling, when setting the reference of the gas fuel ejection angle of the fuel ejection part, the bottom of the oxygen-containing gas supply path is inclined downward with respect to the horizontal direction. It has been found that setting in relation to the bottom downward inclination angle is effective.
And the gas fuel ejection angle of the fuel ejection section, in relation to the bottom downward inclination angle of the oxygen-containing gas supply path, the upper limit of the angle obtained by adding the bottom downward inclination angle above the horizontal direction, and, When the angle is set within the horizontal range as the lower limit, the flame melts while preventing the molten material in the melting tank and the raw material floating on the molten material from flowing away in a state where the flame is formed stably. It has been found that it is possible to keep the distance from the upper surface of the region where the melt is present in the tank too close to the ceiling of the furnace body. That is, the direction in which the gas fuel is ejected from the fuel ejection section is set in the horizontal direction, or in the direction inclined upward with respect to the horizontal direction at an angle equal to or smaller than the above-mentioned bottom downward inclination angle.
By the way, if the gas fuel ejection direction of the fuel ejection part is set to a direction slightly inclined downward with respect to the horizontal direction, the gas fuel ejected from the fuel ejection part will be easily scattered, the flame will be disturbed and the flame will be stabilized Difficult to form.
Therefore, while preventing the melt in the melting tank and the raw material floating on the melt from being washed away, the fuel ejection section is designed to improve the heating efficiency and effectively lower the temperature of the furnace body ceiling. Since the standard of the gas fuel ejection angle of the above can be clearly set, it has become possible to effectively improve both the heating efficiency and the durability while appropriately obtaining the melt.
[0009]
[Invention of claim 2]
The feature configuration according to claim 2 is configured such that the fuel ejection portion includes a central ejection hole and a plurality of peripheral ejection holes around the center ejection hole,
The gas fuel ejection direction of each of the plurality of peripheral ejection holes is configured to be parallel or substantially parallel to the gas fuel ejection direction of the central ejection hole,
The distance between the opening edge of the central ejection hole and the opening edge of the peripheral ejection hole is 0.5 times or more the diameter of the peripheral ejection hole, and the diameter of the central ejection hole and the diameter of the peripheral ejection hole are added. It is configured to be 1.5 times or less of the value,
The configuration is such that 50 to 75% of the total amount of gas fuel ejected from the fuel ejection portion is ejected from the central ejection hole, and the remainder is ejected from the plurality of peripheral ejection holes.
[0010]
That is, when the fuel ejection portion is configured to include a central ejection hole and a plurality of peripheral ejection holes around the central ejection hole, the gas fuel flow ejected from the plurality of peripheral ejection holes allows the fuel ejection portion to provide a gas fuel ejected from the central ejection hole. By shutting off the supply of the oxygen-containing gas for combustion, so-called slow combustion can be performed. Therefore, a flame having a high luminance is formed, the amount of radiant heat is increased, and the flame temperature is lowered to reduce NOx. It has been known that the conversion can be achieved.
However, conventionally, the gap between the opening edge of the central ejection hole and the opening edge of the peripheral ejection hole, and the gas fuel ejection amount ratio between the central ejection hole and the plurality of peripheral ejection holes are not properly set. There is a possibility that the NOx generation amount may not be appropriately reduced, and there is room for improvement.
[0011]
The inventors of the present invention have made intensive studies to further reduce NOx when the fuel ejection portion is configured to have a central ejection hole and a plurality of peripheral ejection holes around the center ejection hole. Each of the gas fuel ejection directions of the ejection holes is configured so as to be parallel or substantially parallel to the gas fuel ejection direction of the center ejection hole, and the interval between the opening edge of the center ejection hole and the opening edge of the peripheral ejection hole is changed. And how the amount of NOx generated varies when the gas fuel injection amount ratio between the central outlet and the plurality of peripheral outlets changes. Was found to change.
The interval between the opening edge of the central ejection hole and the opening edge of the peripheral ejection hole is 0.5 times or more of the diameter of the peripheral ejection hole, and the value obtained by adding the diameter of the central ejection hole and the diameter of the peripheral ejection hole is 1 .5 times or less, wherein 50-75% of the total gas fuel ejection from the fuel ejection portion is ejected from the central ejection hole, and the remainder is ejected from a plurality of peripheral ejection holes. Then, it has been found that slow combustion can be effectively performed, which is preferable in reducing the generation amount of NOx.
[0012]
In other words, when the distance between the opening edge of the central ejection hole and the opening edge of the peripheral ejection hole is smaller than 0.5 times the diameter of the peripheral ejection hole, the gas fuel ejected from the plurality of peripheral ejection holes is ejected from the central ejection hole. It becomes difficult to separate from the gaseous fuel injected from the hole, and the auxiliary flame formed at the peripheral outlet is separated from the main flame formed at the central outlet, and the separation state of the auxiliary flame decreases. Therefore, it is considered that the generation amount of NOx increases.
When the distance between the opening edge of the central ejection hole and the opening edge of the peripheral ejection hole is wider than 1.5 times the value obtained by adding the diameter of the central ejection hole and the diameter of the peripheral ejection hole, a plurality of peripheral ejection holes are formed. It is considered that the amount of NOx generated increases because the effect of shutting off the supply of the oxygen-containing gas for combustion with respect to the gas fuel ejected from the central ejection hole due to the gas fuel stream ejected from the fuel tank decreases.
When the ratio of the ejection amount from the central ejection hole to the total ejection amount is out of the range of 50 to 75%, the gas fuel ejected from the plurality of peripheral ejection holes is combined with the gas fuel ejected from the central ejection hole. Since it becomes difficult to separate the auxiliary flame and the separated state of the supplementary flame decreases, the generation amount of NOx is considered to increase.
[0013]
Accordingly, the interval between the opening edge of the central ejection hole and the opening edge of the peripheral ejection hole, and the gas fuel ejection amount ratio between the central ejection hole and the plurality of peripheral ejection holes are set under the above conditions, The contact state between the fuel gas and the oxygen-containing gas for combustion can be stably reduced by providing the fuel ejection section having appropriately reduced NOx at the standard gas fuel ejection angle as set forth in claim 1. Thus, it is possible to set an appropriate state in which NOx reduction can be further promoted, and in conjunction with this, NOx reduction can be further achieved.
As a result, it is possible to effectively improve both the heating efficiency and the durability while appropriately obtaining the melt, and to further promote the reduction of NOx.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment in which the present invention is applied to a glass melting furnace will be described with reference to FIGS.
As shown in FIGS. 1 and 2, the glass melting furnace includes a melting tank 2 having a rectangular shape in a plan view at a lower portion in a furnace body 1, and a furnace wall 4 on one side of the melting tank 2. The gaseous fuel is placed above the region where the molten glass (corresponding to the molten material) is present in the melting tank 2, and is supplied to a space 3 (hereinafter sometimes simply referred to as a furnace) 3 above the region where the molten glass is present. A gas burner 7 is provided as a fuel ejecting portion to be ejected, and a combustion area of gas fuel ejected from the gas burner 7 is passed through an air port (so-called port) 5 serving as an oxygen-containing gas supply port located above the gas burner 7. An air supply passage 6 is provided as an oxygen-containing gas supply passage for supplying air obliquely downward as an oxygen-containing gas, and is configured as a so-called underport type.
[0015]
The gas burner 7 is provided on the furnace wall 4 for installing a gas burner so as to eject gas fuel toward the furnace wall 4 facing the furnace wall 4 for installing the gas burner. At the end of the furnace wall 4 on the side of the gas burner 7 connected to one end in the direction, the glass raw material is floated on the molten glass stored in the melting tank 2 in a direction substantially perpendicular to the direction of gas fuel ejection from the gas burner 7. A supply port 4i for supply is provided, and a work tank 9 is provided outside the furnace wall 4 facing the furnace wall 4 for installing a gas burner, and a furnace wall 4 between the work tank 9 and the melting tank 2 is provided. An opening 4e for communication between the melting tank 2 and the work tank 9 is formed in the hearth of the melting tank 2 to form a so-called end port type.
That is, the glass raw material is put into the melting tank 2 from the input port 4i, and the glass raw material is melted while flowing in a meandering manner toward the opening 4e side, and is cleaned through the opening 4e of the hearth. The glass is configured to be guided to the work tank 9.
[0016]
In a so-called end port type glass melting furnace, a glass raw material is supplied to the melting tank 2 so as to flow in a direction orthogonal to a direction in which fuel is jetted from a fuel jetting section. Therefore, conventionally, as a fuel ejection unit, an oil burner (corresponding to a fuel ejection unit of a liquid fuel combustion type) that ejects liquid fuel, and a gas atomization burner that ejects liquid fuel and gas fuel for atomizing the same are used. In the case of using a co-firing type fuel ejection part), the glass material flowing through the melting tank 2 is easily pushed out in the direction of the ejection hole 4e, so that it is necessary to set a large upward fuel ejection angle with respect to the horizontal direction. In addition, problems such as a low heating efficiency and a high durability of the furnace body 1 due to a high temperature at the ceiling portion have become remarkable.
[0017]
Two air ports 5 are provided on the furnace wall 4 for installing the gas burner in the left-right direction toward the furnace wall 4 facing the furnace wall 4, and the air supply passages 6 correspond to the respective air ports 5. It is provided.
Three gas burners 7 are provided side by side in the left-right direction corresponding to each air port 5. Although the six gas burners 7 are similarly configured, in the following description, three gas burners 7 corresponding to the right air port 5 in the left-right direction will be referred to as a right gas burner 7 and a left air port 5. May be distinguished from the left gas burner 7 in some cases.
Two heat storage chambers 8 are arranged side by side in the left-right direction on the side of the furnace wall 4 for installing a gas burner of the furnace main body 1, and each air supply path 6 communicates with each heat storage chamber 8.
[0018]
The left and right gas burners 7 alternately repeat the injection and stoppage of the gas fuel G every predetermined time (about 15 to 30 minutes), and from the air port 5 on the side of the gas burner 7 which ejects the gas fuel G, Combustion air A preheated to a high temperature (about 900 to 1000 ° C.) through the heat storage chamber 8 is supplied into the furnace 3, and the air outlet 5 on the side of the gas burner 7 where the injection of the gas fuel G is stopped. Is designed to discharge the combustion gas E in the furnace 3 and perform so-called alternating combustion in which the right and left gas burners 7 are alternately burned. 1 and 2 show a state in which the right gas burner 7 is burning and the left gas burner 7 is extinguished.
[0019]
Combustion air A is supplied to the combustion area of the gas fuel G ejected from the gas burner 7 from the air port 5 on the side of the gas burner 7 ejecting the gas fuel G, so that the gas fuel contacts the combustion air. Then, a flame (bright flame) F having a long length and high brightness is formed, and the glass material in the melting tank 2 is melted by the radiant heat of the flame F. The ceiling of the furnace body 1 is formed in an arch shape, and reflects the radiant heat of the flame F.
The combustion gas E in the furnace 3 flows into the heat storage chamber 8 from the air port 5 on the side of the gas burner 7 in which the injection of the gas fuel G is stopped, passes through the heat storage material, and the exhaust heat is recovered by the heat storage material. After being exhausted.
In the heat storage chamber 8, when the combustion gas E is discharged, the exhaust heat is recovered from the combustion gas E to the heat storage material to store the heat, and when the combustion air A is supplied, the combustion is performed by the heat storage of the heat storage material. Preheat the working air A. Then, the combustion air A thus preheated flows through the air supply passage 6 and is supplied from the air port 5 to the inside 3 of the furnace.
[0020]
The air supply path 6 is formed such that the cross section of the flow path (cross section perpendicular to the flow direction) has a rectangular shape, for example. Then, as shown in FIG. 3, the angle at which the bottom of the air supply path 6 is inclined downward with respect to the horizontal direction is defined as a bottom downward inclination angle x, and the upper part of the air supply path 6 is inclined downward with respect to the horizontal direction. Assuming that the angle is the upper downward inclination angle y, the bottom downward inclination angle x is within the range of 10 ° ≦ x ≦ 20 ° under the condition that the bottom downward inclination angle x <the upper downward inclination angle y. Are set within the range of 20 ° ≦ y ≦ 25 °, respectively.
The upper downward inclination angle y is set to be larger than the bottom downward inclination angle x in order to suppress the high-temperature combustion air supplied from the air port 5 from rising upward.
[0021]
The gas fuel ejection angle z of the gas burner 7 is obtained by adding the bottom downward inclination angle x upward with respect to the horizontal direction in relation to the bottom downward inclination angle x where the bottom of the air supply passage 6 is inclined downward with respect to the horizontal direction. The angle is set as an upper limit and the horizontal direction is set as a lower limit within an angle range.
[0022]
In the present embodiment, the bottom downward inclination angle x is set to 10 °, the upper downward inclination angle y is set to 20 °, and the gas fuel ejection angle z is set to 8 °.
The height of the nozzle at the tip of the gas burner 7 with respect to the upper surface of the molten glass stored in the melting tank 2 is set to about 30 cm. When the height of the nozzle at the tip of the gas burner 7 with respect to the upper surface of the molten glass stored in the melting tank 2 is set to about 30 cm, the heating efficiency is improved and the glass raw material floating in the melting tank 2 is removed by the gas burner 7. It is preferable to prevent flushing with a flame.
[0023]
Next, the gas burner 7 will be described with reference to FIGS. 6A is a view in the gas fuel ejection direction Ga of the nozzle 72, and FIG. 6B is a cross-sectional view in the gas fuel ejection direction Ga of the nozzle 72.
The gas burner 7 has a central outlet 72a and a plurality of peripheral outlets 72b around the central outlet 72a. From these outlets 72a and 72b, a gas fuel G such as LPG or city gas containing methane as a main component is supplied to the furnace. It gushes out to three.
[0024]
In the first embodiment, the gas fuel ejection direction of the plurality of peripheral ejection holes 72b in the gas burner 7 is configured to be parallel or substantially parallel to the gas fuel ejection direction of the center ejection hole 72a. The distance between the opening edge and the opening edge of the peripheral ejection hole 72b is at least 0.5 times the diameter of the peripheral ejection hole 72b, and is 1.5 times the value obtained by adding the diameter of the central ejection hole 72a and the diameter of the peripheral ejection hole 72b. 50% to 75% of the total amount of gas fuel injected from the gas burner 7 is ejected from the central ejection hole 72a, and the remainder is ejected from a plurality of peripheral ejection holes 72b. It is.
[0025]
The gas burner 7 includes a cylindrical burner main body 71, a nozzle 72 located at the tip of the burner main body 71, and a water-cooled holder 73 screwed to the tip of the burner main body 71 in a state of being fitted to the nozzle 72. It is composed.
[0026]
The nozzle 72 has a cylindrical central ejection hole 72a in which the axis Pa becomes coaxial with the columnar material, and the nozzle 72 has a concentric circle with the axis Pa of the central ejection hole 72a. A plurality of circular peripheral ejection holes 72b are formed at equal intervals along the axis so that each has the same diameter and each axis Pb is parallel to the axis Pa of the central ejection hole 72a. is there. The number of the peripheral ejection holes 72b is set to a number within a range of 6 to 16, but is set to 16 in the first embodiment.
[0027]
Further, the distance between the center of the tip opening of the central ejection hole 72a and the center of the tip opening of each peripheral ejection hole 72b (hereinafter, may be simply referred to as the distance between the center of the central ejection hole 72a and the center of the peripheral ejection hole 72b). A) is D, and the diameter of the tip opening of the central ejection hole 72a is d. a And the diameter of the opening at the tip of the peripheral ejection hole 72b is d. b Then, D is set so as to fall within the range of Expression 1 below.
[0028]
(Equation 1)
(1/2) × (d a + D b ) + (1/2) × d b ≦ D ≦ 2 × (d a + D b )
[0029]
When D is set so as to fall within the range of Expression 1, the distance between the opening edge of the central ejection hole 72a and the opening edge of each peripheral ejection hole 72b is determined by the diameter d of the peripheral ejection hole 72b. b 0.5 times or more of the value obtained by adding the diameter of the central ejection hole 72a and the diameter of the peripheral ejection hole 72b (d a + D b ) Is 1.5 times or less.
[0030]
The diameter of the central ejection hole 72a and the diameter of each of the peripheral ejection holes 72b are such that 50 to 75% of the total amount of gas fuel ejected from the gas burner 7 is ejected from the central ejection hole 72a, and the rest is a plurality of peripheral ejection holes. It is set so as to squirt from 72b.
For example, the diameter of the central ejection hole 72a is set to about 19 mmφ, and the diameter of the peripheral ejection hole 72b is set to about 3 mmφ.
[0031]
The water-cooling holder 73 is formed such that the inner diameter of the distal end portion is smaller than that of the rear end thereof, the small-diameter portion 73a is provided at the distal end portion, and the cylindrical wall of the cylindrical member 73c provided with the large-diameter portion 73b is provided at the rear end. To form a cooling water flow passage 73d, and at the rear end of the cylindrical member 73c, a cooling water inflow pipe 73i and a cooling water outflow pipe 73e are connected to the cooling water flow section 73d. Connected and configured.
Further, a female screw portion is formed on the inner surface of the large inner diameter portion 73b of the water cooling holder 73, and a male screw portion to be screwed to the female screw portion is formed at the tip of the burner main body 71.
[0032]
Then, while the nozzle 72 is fitted inside the large-diameter portion 73b of the water-cooling holder 73, the water-cooling holder 73 is screwed onto the tip of the burner main body 71, so that the nozzle 72 is larger than the small-diameter portion 73a of the water-cooling holder 73. The gas burner 7 is formed integrally with the stepped portion between the inner diameter portion 73b and the tip end surface of the burner main body 71 so as to be sandwiched therebetween.
[0033]
Therefore, the gas fuel is ejected from the central ejection hole 72a of the gas burner 7 in the gas fuel ejection direction Ga (corresponding to the axis Pa of the central ejection hole 72a) in a straight line state, and the 16 surroundings around the central ejection hole 72a are exposed. The gas fuel ejected from the ejection hole 72b flows parallel to the gas fuel ejection direction Ga so as to surround the gas fuel jet ejected from the central ejection hole 72a.
[0034]
Next, the relationship between the center-to-center distance D between the central ejection hole 72a and the peripheral ejection hole 72b and the generation of NOx, the amount of gas fuel ejected from the central ejection hole 72a and the gas fuel ejection from the plurality of peripheral ejection holes 72b. The relationship between the ratio to the amount and the generation of NOx will be described.
The solid line in FIG. 12 shows the result of examining the NOx increase ratio in the gas burner 7 according to the first embodiment by changing the center distance D between the center ejection hole 72a and the peripheral ejection hole 72b. However, the ratio of the ejection amount from the central ejection hole 72a is set in the range of 50 to 75% of the total gas fuel ejection amount from the gas burner 7. In FIG. 12, the increase ratio of NOx is shown as a ratio with respect to the minimum value of the generation amount as 1.
The solid line in FIG. 12 indicates that setting the center-to-center distance D between the central ejection hole 72a and the peripheral ejection hole 72b within the range shown by the above equation 1 is preferable in reducing the amount of NOx generated.
[0035]
FIG. 13 shows the relationship between the ratio of the ejection amount from the central ejection hole 72a to the total ejection amount and the NOx level. However, the distance D between the centers of the central ejection holes 72a and the peripheral ejection holes 72b is set within the range shown by the equation (1). In FIG. 13, the NOx level is shown as a percentage with respect to the maximum value of the generation amount.
FIG. 13 shows that setting the ratio of the ejection amount from the central ejection hole 72a to the total ejection amount to be 50% to 75% is preferable in reducing the generation amount of NOx.
[0036]
As shown in FIG. 3, the furnace wall 4 of the furnace main body 1 is formed with a burner insertion hole 4b for inserting each gas burner 7, and the gas burner 7 configured as described above using the burner insertion hole 4b. Is attached to the furnace wall 4 such that the gas fuel ejection direction Ga becomes the gas fuel ejection angle z set as described above. Further, by filling the heat insulating wool 10 between the periphery of the gas burner 7 and the burner insertion hole 4b, the infiltration of air into the furnace 3 through the outer peripheral portion of the gas burner 7 is blocked to reduce NOx. I'm trying more. The heat insulating wool 10 is made of, for example, glass wool or a ceramic fiber material, and can be appropriately selected and used so as to obtain desired heat resistance and heat insulating properties.
The cooling water supply pipe 11 is connected to the cooling water inflow pipe 73i of the water cooling holder 73, the cooling water discharge path 12 is connected to the cooling water outflow pipe 73e, and the cooling water flows through the cooling water flow section 73d of the water cooling holder 73. The gas burner 7 is cooled by water flow.
[0037]
Accordingly, the supply of combustion air to the gas fuel ejected from the central ejection hole 72a is interrupted by the gas fuel flow ejected from the peripheral ejection hole 72b, so that the combustion is stopped by the gas fuel ejected from the peripheral ejection hole 72b. The auxiliary flame is formed by the gas fuel that advances from around the flow and is ejected from the peripheral ejection holes 72b. Until the combustion starts, the gas fuel ejected from the central ejection hole 72a is heated by the surrounding supplementary flame, and pyrolysis proceeds to generate carbon, and when the combustion starts, a high-luminance main flame is formed. I do. That is, as a whole, so-called slow combustion is performed to form a flame F having a high luminance, thereby increasing the amount of radiant heat and lowering the flame temperature to reduce NOx.
Further, a supplementary flame is formed at the base of the flame F by a plurality of peripheral ejection holes 72b to increase the temperature near the furnace wall 4 where the burner 7 is mounted in the furnace 3 so as to increase the temperature in the front-rear direction (flame F (corresponding to the length direction of F).
[0038]
Next, the results of evaluating the performance of the glass melting furnace configured as described above will be described. In order to compare the performance with the glass melting furnace according to the present invention, the gas atomizing burner 13 is attached to the same furnace body 1 as shown in FIG. Similarly to the above, three fuel injection angles z corresponding to the respective air ports 5 are angles obtained by adding a bottom downward inclination angle x (10 °) and an upper downward inclination angle y (20 °). The one mounted at 15 ° corresponding to one half of 30 ° was used for comparison. FIG. 8A shows a schematic longitudinal side view of a glass melting furnace according to the present invention.
The planar shape of the furnace main body 1 is 5.5 m in the left-right direction and 10.0 m in the front-rear direction, and the tip of the gas burner 7 of the present invention with respect to the upper surface of the molten glass stored in the melting tank 2 and for comparison. The height of each of the tip ends of the gas atomizing burners 13 is 30 cm, and the burning amount per one of the gas burners 7 of the present invention and the gas atomizing burner for comparison is 1750 kW.
[0039]
FIG. 9 shows the relationship between the pulling amount (the amount of melting per day) and the basic unit (the amount of heat required to produce per ton) for each of the glass melting furnace of the present invention and the comparative glass melting furnace. It is a thing.
In the glass melting furnace of the present invention, by appropriately setting the gas fuel ejection angle z of the gas burner 7, the upper surface portion of the molten glass stored in the melting tank 2 and the molten glass are compared with the comparative glass melting furnace. The heating efficiency can be improved while preventing the glass raw material floating on the surface from being washed away, and the basic unit can be reduced by about 4.7% over the entire range of the pulling amount, which can be improved. .
[0040]
The temperature of the molten glass in the melting tank 2 was 1350 ° C., and the temperature of the ceiling of the furnace body 1 at this time was 1505 ° C. in the glass melting furnace of the present invention, whereas the glass melting furnace for comparison was In the glass melting furnace of the present invention, the temperature of the ceiling of the furnace main body 1 can be lowered as compared with the glass melting furnace for comparison, so that the durability can be improved.
[0041]
NOx concentration of exhaust gas (O 2 = 0%) was 800 ppm in the glass melting furnace of the present invention, whereas it was 1100 ppm in the comparative glass melting furnace. In the glass melting furnace of the present invention, compared to the comparative glass melting furnace. , NOx concentration can be reduced by about 27%.
[0042]
Therefore, by applying the present invention to an end port type glass melting furnace, it is possible to prevent the upper surface portion of the molten glass stored in the melting tank 2 and the glass raw material floating in the molten glass from being washed away. The effect of improving the heating efficiency and improving the durability by lowering the temperature of the ceiling of the furnace main body 1 is remarkable.
[0043]
[Second embodiment]
Hereinafter, a second embodiment in which the present invention is applied to a glass melting furnace will be described with reference to FIGS. 11A is a view in the gas fuel ejection direction Ga at the nozzle 72, and FIG. 11B is a cross-sectional view in the gas fuel ejection direction Ga at the nozzle 72.
In the second embodiment, the gas burner 7 is configured as follows, different from the first embodiment, and the other configuration is the same as that of the first embodiment.
[0044]
The gas fuel ejection direction of the plurality of peripheral ejection holes 72b in the gas burner 7 is defined by the gas fuel ejection direction Ga of the central ejection hole 72a in the circumferential direction of the central ejection hole 72a with respect to the radial direction of the central ejection hole 72a. In a direction inclined in the same direction and in a direction intersecting with the gas fuel ejection direction Ga of the central ejection hole 72a, a forward divergent portion inclined outwardly with respect to the gas fuel ejection direction Ga of the central ejection hole 72a. And the distance between the opening edge of the central ejection hole 72a and the opening edge of the peripheral ejection hole 72b is 0.5 times or more the diameter of the peripheral ejection hole. It is configured such that 50 to 75% of the total gas fuel ejection amount is ejected from the central ejection hole 72a, and the remainder is ejected from a plurality of peripheral ejection holes 72b.
[0045]
The gas burner 7 will be described.
The central ejection hole 72a of the nozzle 72 is formed in a single columnar material, in a circular shape in which the axis Pa is coaxial with the columnar material, and six peripheral ejection holes 72b are formed with the same diameter. Each of the shaft cores Pb is formed in a circular shape inclined from the base end to the tip in the same direction in the circumferential direction of the central ejection hole 72a and inclined outward in the radial direction of the central ejection hole 72a. is there. That is, the gas fuel ejection direction of each of the six peripheral ejection holes 72b is defined by the gas fuel ejection direction Ga of the central ejection hole 72a and the circumferential direction of the central ejection hole 72a with respect to the radial direction of the central ejection hole 72a. In a direction inclined in the same direction and in a direction perpendicular to the gas fuel ejection direction Ga of the central ejection hole 72a, a forward divergent portion inclined outwardly with respect to the gas fuel ejection direction Ga of the central ejection hole 72a. It is configured to be in the direction. The gas fuel ejection direction Ga of the central ejection hole 72a is the gas fuel ejection direction of the gas burner 7 as a whole.
Then, similarly to the first embodiment, the gas burner 7 is configured by integrally assembling the burner main body 71, the nozzle 72, and the water-cooling holder 73.
[0046]
The gas burner 7 configured as described above is attached to the furnace wall 4 such that the gas fuel ejection direction Ga becomes the gas fuel ejection angle z set as described above, as in the first embodiment.
[0047]
In the gas burner 7 of the second embodiment, the gas fuel is swirled from the plurality of peripheral ejection holes 72b in the gas fuel ejection direction Ga of the central ejection hole 72a and the gas fuel ejection direction of the central ejection hole 72a. When viewed in a direction perpendicular to Ga, the gas is ejected in a pre-expanded shape.
Accordingly, the effect of shutting off the combustion air with respect to the gas fuel ejected from the central ejection hole 72a is increased, and the gas fuel ejected from the plurality of peripheral ejection holes 72b is separated from the gas fuel ejected from the central ejection hole 72a. Since the condition is improved, slow combustion is further promoted, and a flame F having higher luminance is formed.
[0048]
In FIG. 12, the broken line and the solid line on the side where the center-to-center distance D is smaller than the intersection of the broken line and the solid line are the centers of the central ejection hole 72 a and the peripheral ejection hole 72 b in the gas burner 7 according to the second embodiment. The result of having investigated the NOx increase ratio by changing the distance D is shown. However, the ratio of the ejection amount from the central ejection hole 72a is set in the range of 50 to 75% of the total gas fuel ejection amount from the gas burner 7. The NOx increase ratio is shown as a ratio with respect to the minimum value when the gas burner 7 of the first embodiment is examined with the minimum value being 1.
According to FIG. 12, the distance D between the centers of the central ejection holes 72a and the peripheral ejection holes 72b is set to “(1/2) × (d a + D b ) + (1/2) × d b In other words, if the interval between the opening edge of the central ejection hole 72a and the opening edge of the peripheral ejection hole 72b is set to be 0.5 times or more the diameter of the peripheral ejection hole, NOx is generated. It can be seen that it is preferable in reducing the amount.
The relationship between the ratio of the ejection amount from the central ejection hole 72a to the total ejection amount and the NOx level is the same as that in the first embodiment shown in FIG. It is preferable to set the ratio of the ejection amount to 50 to 75% in order to reduce the generation amount of NOx.
[0049]
Incidentally, the angle α at which the axis Pb of the peripheral ejection hole 72b is inclined in the circumferential direction of the central ejection hole 72a from the base end to the distal end is set, for example, in a range of 0 <α ≦ 40 °. The angle β inclined outward in the radial direction of the hole 72a is preferably set, for example, in the range of 0 <β ≦ 60 ° in order to form a flame F having a high luminance and an appropriate flame length.
[0050]
As for the glass melting furnace according to the second embodiment, similarly to the above-described first embodiment, as a result of comparing the performance with the glass melting furnace for comparison, the unit consumption was improved, the temperature of the ceiling was lowered, and the NOx concentration was increased. In all aspects of the reduction in the results, the same results as in the first embodiment were obtained.
[0051]
[Another embodiment]
Next, another embodiment will be described.
(B) In the above embodiment, the case where the present invention is applied to an end-port type glass melting furnace is described. However, for example, the present invention may be applied to a so-called side-port type glass melting furnace. it can.
As shown in FIG. 14, the side port type glass melting furnace has a charging port 4 i on a furnace wall 4 on one side edge of a rectangular melting tank 2 in a plan view, and a furnace wall 4 opposed to the furnace wall 4. An outlet hole 4e is provided, a plurality of air ports 5 are arranged in parallel on each of the right and left furnace walls 4 from the inlet port 4i toward the outlet hole 4e, and an air supply path 6 is provided corresponding to each air port 5. Two gas burners 7 are provided below each air port 5, and a heat storage chamber 8 is provided on each of the left and right sides of the furnace main body 1 so as to communicate with a plurality of air supply passages 6 on each side. It is.
Then, the gas burners 7 on the left and right sides are alternately burned at regular intervals to perform alternating combustion, and the glass material is introduced into the melting tank 2 from the inlet 4i, and the glass material is taken out while being melted. It is configured to flow down toward the hole 4e and to guide clean molten glass to the work tank 9 through the extraction hole 4e.
Also in this side port type glass melting furnace, similarly to the above embodiment, the bottom downward inclination angle x and the upper downward inclination angle y of the air supply passage 6 are such that the bottom downward inclination angle x <the upper downward inclination angle y. Under the conditions, the bottom downward inclination angle x is set in a range of 10 ° ≦ x ≦ 20 °, and the upper downward inclination angle y is set in a range of 20 ° ≦ y ≦ 25 °. Further, in relation to the bottom downward inclination angle x of the air supply passage 6, the gas fuel ejection angle z of the gas burner 7 is limited to an angle obtained by adding the bottom downward inclination angle x above the horizontal direction, and Set the angle within the angle range with the direction as the lower limit.
[0052]
(B) Under the condition that the bottom downward inclination angle x <the upper downward inclination angle y, the bottom downward inclination angle x is out of the range of 10 ° ≦ x ≦ 20 °, and the upper downward inclination angle y is 20 ° ≦ y ≦ 25 °. May be set outside of the range.
[0053]
(C) The bottom downward inclination angle x and the upper downward inclination angle y of the air supply passage 6 may be set so as to satisfy the relationship of the bottom downward inclination angle x ≧ the upper downward inclination angle y, but the combustion air is directed upward. In order to prevent the surface from rising up, it is preferable to set the relationship in such a way that the bottom downward inclination angle x <the top downward inclination angle y.
[0054]
(D) The gas fuel ejection angle z of the gas burner 7 is not limited to 8 ° exemplified in the above-described embodiment, and is, in relation to the bottom downward inclination angle x of the air supply passage 6, relative to the horizontal direction. The angle can be appropriately changed within an angle range in which the upper limit is the angle obtained by adding the bottom downward inclination angle x and the lower limit is the horizontal direction.
That is, the gas fuel jetting direction of the gas burner 7 may be horizontal. Alternatively, the gas fuel ejection direction of the gas burner 7 can be appropriately set on the condition that the angle of the upward inclination with respect to the horizontal direction is equal to or less than the bottom downward inclination angle x.
[0055]
(E) The height of the nozzle at the tip of the gas burner 7 with respect to the upper surface of the molten glass stored in the melting tank 2 is not limited to 30 cm illustrated in the above embodiment, and may be lower than 30 cm. Alternatively, it may be higher than 30 cm. However, when it is set lower than 30 cm, it is preferable to set the gas fuel ejection angle z of the gas burner 7 to a large value in order to prevent the glass raw material floating in the melting tank 2 from being washed away, and set it higher than 30 cm. In this case, it is preferable to set the gas fuel injection angle z of the gas burner 7 to a small value in order to suppress a decrease in the heating efficiency.
(F) The number of gas burners 7 installed in one air supply path 6 is not limited to three illustrated in the above embodiment, but can be changed as appropriate, and one, two, or Or more than four.
[0056]
(G) The shape of the air supply passage 6 is not limited to the rectangular tube shape having a rectangular cross-sectional shape of the flow channel as exemplified in the above embodiment. For example, the shape may be a cylindrical shape, or a shape in which the upper portion has an arch shape and the bottom portion has a flat shape.
[0057]
(H) The specific configuration of the gas burner 7 is not limited to the configuration exemplified in the above-described first and second embodiments. For example, a configuration in which one ejection hole is provided, or a configuration in which a plurality of ejection holes are dispersed and arranged without distinguishing between the center and the periphery may be used.
[0058]
(I) As the oxygen-containing gas supplied to the combustion area of the gaseous fuel ejected from the gas burner 7 by the air supply path 6, in addition to air, pure oxygen gas, oxygen-enriched air having a high oxygen content, or the like may be used. . Further, the combustion exhaust gas of the gas burner 7 may be supplied as the oxygen-containing gas together with the air.
[0059]
(V) The present invention can be applied to various melting furnaces other than the glass melting furnace exemplified in the above embodiment and the glass melting furnace exemplified in another embodiment shown in FIG.
For example, in addition to the type in which the gas burner 7 is alternately burned, the present invention can be applied to a continuous combustion type.
Further, the present invention is not limited to a melting furnace for melting glass, but may be applied to a melting furnace for melting raw materials other than glass.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional side view of a glass melting furnace according to an embodiment.
FIG. 2 is a view taken in the direction of an arrow II in FIG. 1;
FIG. 3 is a longitudinal sectional side view of a main part of the glass melting furnace according to the embodiment.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part of the gas burner according to the first embodiment, taken along a gas fuel ejection direction.
FIG. 5 is a view of a main part of the gas burner according to the first embodiment as viewed in a gas fuel ejection direction.
FIG. 6 is a view of a nozzle of the gas burner according to the first embodiment.
FIG. 7 is an exploded perspective view of the gas burner according to the first embodiment.
FIG. 8 is a schematic longitudinal side view of each of a glass melting furnace and a comparative glass melting furnace according to the embodiment.
FIG. 9 is a diagram showing a relationship between a lifting amount and a basic unit.
FIG. 10 is a sectional view of a main part of a gas burner according to a second embodiment, taken along a gas fuel ejection direction.
FIG. 11 is a view of a nozzle of a gas burner according to a second embodiment.
FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the center-to-center distance between the central ejection hole and the peripheral ejection holes of the gas burner and the NOx level.
FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the ratio of the ejection amount from the central ejection hole to the total ejection amount and the NOx level.
FIG. 14 is a cross-sectional plan view of a glass melting furnace according to another embodiment.
[Explanation of symbols]
2 Dissolution tank
3 Upper space
5 Oxygen-containing gas supply port
6 Oxygen-containing gas supply path
7 Fuel injection section
72a Central vent
72b Aperture orifice
x Bottom downward inclination angle
z Gas fuel ejection angle

Claims (2)

溶解槽における溶解物の存在領域の上方空間にガス燃料を噴出する燃料噴出部と、
その燃料噴出部の上方に位置する酸素含有ガス供給口を通して、前記燃料噴出部から噴出されるガス燃料の燃焼域に対して、酸素含有ガスを斜め下向きに供給する酸素含有ガス供給路とが設けられた溶解炉であって、
前記燃料噴出部のガス燃料噴出角度が、前記酸素含有ガス供給路の底部が水平方向に対して下向きに傾斜する底部下向き傾斜角度との関係において、水平方向に対して上方に前記底部下向き傾斜角度を加えた角度を上限とし、且つ、水平方向を下限とする角度範囲内に設定されるように構成されている溶解炉。
A fuel ejection unit for ejecting gaseous fuel into a space above a region where the melt exists in the melt tank;
An oxygen-containing gas supply path for supplying the oxygen-containing gas obliquely downward is provided through a oxygen-containing gas supply port located above the fuel ejection portion and to a combustion region of the gas fuel ejected from the fuel ejection portion. Melting furnace,
The gas fuel ejection angle of the fuel ejection portion is related to a bottom downward inclination angle at which the bottom of the oxygen-containing gas supply path is inclined downward with respect to the horizontal direction, and the bottom downward inclination angle is upward with respect to the horizontal direction. The melting furnace is configured to be set within an angle range in which an angle obtained by adding is an upper limit and a horizontal direction is a lower limit.
前記燃料噴出部が、中央噴出孔とその周囲の複数の周囲噴出孔を備えるように構成され、
前記複数の周囲噴出孔のガス燃料噴出方向夫々が、前記中央噴出孔のガス燃料噴出方向と平行又は略平行になるように構成され、
前記中央噴出孔の開口縁と前記周囲噴出孔の開口縁との間隔が、前記周囲噴出孔の口径の0.5倍以上で、前記中央噴出孔の口径と前記周囲噴出孔の口径を加えた値の1.5倍以下となるように構成され、
前記燃料噴出部からのガス燃料の総噴出量のうちの50〜75%を前記中央噴出孔から噴出し、残りを前記複数の周囲噴出孔から噴出するように構成されている請求項1記載の溶解炉。
The fuel outlet is configured to include a central outlet and a plurality of peripheral outlets around the central outlet.
The gas fuel ejection direction of each of the plurality of peripheral ejection holes is configured to be parallel or substantially parallel to the gas fuel ejection direction of the central ejection hole,
The distance between the opening edge of the central ejection hole and the opening edge of the peripheral ejection hole is 0.5 times or more the diameter of the peripheral ejection hole, and the diameter of the central ejection hole and the diameter of the peripheral ejection hole are added. It is configured to be 1.5 times or less of the value,
2. The fuel cell according to claim 1, wherein 50 to 75% of the total amount of gas fuel ejected from the fuel ejection unit is ejected from the central ejection hole, and the remainder is ejected from the plurality of peripheral ejection holes. 3. melting furnace.
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