JP6741692B2 - 音速噴射炉 - Google Patents

Description

本発明は、ガラス溶融用の、低ＮＯｘのエンドファイア炉（ｅｎｄ−ｆｉｒｅｄ ｆｕｒｎａｃｅ）の分野に関する。

当業者が、一般に、ＮＯｘによって表しているものは、窒素の好ましくない酸化により生ずる、ＮＯ及び／又はＮＯ_２タイプの窒素酸化物の排出である。例えば空気、又は酸素が豊富な空気などの、酸化剤中に含まれる窒素が、窒素の大きな供給源である。

大多数の燃焼プロセス、特には、ガラス製造炉において使用されるプロセスは、燃焼煙道ガス（ｆｌｕｅ ｇａｓ）におけるＮＯｘの好ましくない排出という問題に直面している。ＮＯｘは、人間及び環境の両方に、有害な影響を及ぼす。特には、一方では、ＮＯ_２は、刺激性ガスであり、呼吸器系疾患を引き起こす。他方では、ＮＯ_２は、大気に接触すると、徐々に酸性雨を形成しうる。最後に、ＮＯ_２は、光化学汚染につながる。なぜならば、揮発性有機化合物及び太陽放射と相まって、ＮＯ_２は、「対流圏」オゾンの形成の原因であり、低高度におけるその濃度の増加は、特に、激しい暑さの時期に、人間にとって有害となるからである。これを理由として、ＮＯｘの排出に関する基準が、ますます厳しくなっている。まさにこれらの基準の存在のために、炉の製造業者及び運用者、例えばガラス炉の製造業者及び運用者は、絶えず、できる限りＮＯｘの排出を制限することに関心をもっており、好ましくは、乾燥煙道ガスにおける酸素８％で標準化したときに、含有量を８００ｍｇ／Ｎｍ^３よりも低く抑えることに、関心がある。本用途の背景の範囲内で、ＮＯｘ含有量は、常に、乾燥煙道ガスにおける酸素８％で標準化され、ｍｇ／Ｎｍ^３で表現される。この単位は、慣用的に当業者によって使用される。当業者は、一般に、ＮＯｘ含有量が７００ｍｇ／Ｎｍ^３よりも低ければ、すでにそれは良好な含有量であるとみなし、ＮＯｘ含有量が６００ｍｇ／Ｎｍ^３よりも低ければ非常に良好であると見なす。さらにより低いＮＯｘ含有量をいかにして得るかを知ることは、有用である。

ガラス溶融炉は、数十年間の間稼働するように設計され、その建造には費用がかかる。これが理由で、その設計の変化は、遅い。実際に、工業用炉で試験を行うことは事実上不可能であり、これはなぜならば、装置の寸法などの稼働パラメーターが変更されると、リスク負担が非常に高いからである。特には、炉の壁に開いた空気入口は、耐火性セラミック製のダクトであり、その寸法は、炉のかなりの部分を再建造するために炉を停止しないことには、容易に変更することができない。このため、燃焼室内における流れ、特には、空気のインパルスを変更するための炉の設計を、その流速を変えずに容易に変更することは、可能ではない。

噴射装置によって送られるガス噴射のインパルスＩは、化学式：
Ｉ＝Ｑ_ｍ・Ｖ＋Ｓ・ΔＰ
によって与えられ、
ここで：
‐Ｑ_ｍは、ガス噴射の質量流量を表し；
‐Ｖは、噴射装置の出口におけるガスの速度を表し；
‐Ｓは，出口における、噴射装置の断面積を表し；
‐ΔＰは、噴射装置の出口と、室内との間での、圧力の差を表す。

ガス噴射を特徴付ける、用語「音速」によって意味されるところは、上述の噴射が、噴射されたガスの温度（噴射装置の出口における温度）において、音速を有しているということである。

欧州特許出願公開第２５０８８２７号明細書で教示されるのは、段階的燃焼の原則に従い、エンドファイア炉の側壁内に酸化ガスを噴射して、燃料の燃焼を終わらせることである。この噴射は、上流の壁の方向及び反対側の壁の方向の両方向に対して斜めに行われ、従って、燃焼煙道ガスの流れとおおよそ同じ方向に行われる。ガスの再循環が、このようにして大幅に増強され、これによってＮＯｘ濃度が低減することが予想されるであろう。しかしながら、詳細な実施例は示されていない。この文献においては、ＮＯｘを１１００ｍｇ／Ｎｍ^３よりも低く低下させることは困難であるということが教示され、この値よりも低くＮＯｘ含有量を低下させるための解決策が提案されている。本発明の発明者らは、炉の実験室内での水平な再循環が確かに増加することを確かめることができた。しかしながら、垂直方向の再循環もまた減少した。炎は、上から見たときに、ガラス表面に平行な方向に大きくは広がらない。炎の発達は、従って、ガス噴射装置を有している壁とは逆側の側壁に近い領域にとどまり、かつ制限される。側壁近くに集中した状態へと向かう炎のこの動きは、側壁の温度の上昇を生じ、これは、長い時間で見て、その性能にとって極めて好ましくない。その上、炎の希薄化は、部分的であり、かつ、実際の所、あまり効果的でない。実際には、これらの強力な再循環は、炎とほとんど相互作用せず、このことは、ＮＯｘの低減という観点からは、あまり効果的ではない。追加のいかなるガス噴射を行わずとも炉のＮＯｘ含有量がすでに７００ｍｇ／Ｎｍ^３よりも低いときに、炉のＮＯｘ含有量を低下させるためには、この解決策があまり効果的ではなかったということを、本発明の発明者は、確かめることができた。

本発明によれば、炎燃焼に影響を与えるための単純な方法が、今や見出されており、これは、燃焼室内でガス流に影響を与えることで行われ、かつ、炉の壁及び特には空気入口を形成する耐火性材料の大掛かりな解体をする必要なく行われる。特には、少なくとも１つの圧縮ガス噴射装置が、音速、又は超音速、又は準音速（準音速は、音速の少なくとも８０％を意味する）の体制で、単純に設置され、この噴射装置は、「音速噴射装置」として言及され、この噴射装置は、煙道ガス受入用のダクトの近傍に、又は煙道ガス受入用のダクト内に、煙道ガスの流れと向流で、設置される。ＮＯｘ含有量の低減に関して、この音速噴射装置によって提供される大きな利点が、このようにして実現された。本応用の背景の範囲内で、音速噴射装置は、音速の少なくとも８０％、好ましくは少なくとも９５％の速度で、ガスを送る。一般には、この速度は、音速の３００％を超えない。音速噴射装置の端部の形状によって、音速を超えること、又は超えないことが、可能となる。音速を超えるためには、収束しそして次に発散する形状を有する噴射装置を使用することが望ましい。ガラス分野で慣用的に使用される噴射装置は、収束端部を有する。この形状は、音速を超えることを可能とはせずに、音速を実現することを可能にする。

本発明は、ガラス溶融のためのエンドファイア炉に関し、この炉は、１５％〜３０％の酸素を含む酸化剤のための入口ダクトを含むオーバーヘッドバーナーを炉の上流壁に備えており、燃焼煙道ガス受入用のダクトを炉の上流壁に備えており、かつ、音速の８０％以上の速度でガスを噴射するための少なくとも１つの噴射装置を有する音速噴射システムを備えており、音速噴射装置として言及されるこの音速噴射システムは、上流壁内に開かれており又は燃焼煙道ガス受入用のダクト内に開かれており、上述の音速噴射装置は、そのガスを、燃焼煙道ガス受入用のダクトの方向に向かって進んでいる燃焼煙道ガスの流れに対して向流で噴射する。

本発明によって、煙道ガス内における優れたＮＯｘ含有量を得ることができる。なぜならば、ＮＯｘ含有量は、６００よりも低く、さらには５７０ｍｇ／Ｎｍ^３よりも低く、さらには、５００ｍｇ／Ｎｍ^３よりも低く、又はさらには４５０ｍｇ／Ｎｍ^３よりも低いことが可能だからである。燃焼煙道ガスに対して向流で音速のガスを噴射することは、炎の上方における燃焼ガスの垂直方向の再循環に有利である。実際に、実験用体積中におけるガス流の数値シミュレーションによって、本発明に係る音速ガスの噴射は、水平での再循環を抑制して、炎の上方における垂直方向の再循環に有利に働くことが示された。これは、ガラス表面にわたって炎を拡散する上で好ましく、従って、ガラスへの熱の移動に関して好ましく、かつ炎と燃焼ガスとの間での交換領域を増加させるためにも好ましい。結果として、燃焼ガスにおける炎の希薄化が増加し、かつＮＯｘ濃度が減少する。

音速噴射システムは、単一の音速噴射装置（ガスの噴射を、音速の８０％以上の速度で噴射するための噴射装置）のみを有していてよく、又は複数の音速噴射装置を有していてよく、すなわち、２又は３又は４又は５又は６個、又はさらにはより多くの音速噴射装置を有していてよい。

酸化剤は、一般には、空気である。酸化剤入口ダクトによって、大部分の酸化剤、すなわち、燃焼室に入る酸化剤流量全体のうち少なくとも９５％が供給され、残部は、引き込まれた空気である。この酸化剤入口ダクトは、耐火性材料製の壁における開口部によって形成される。

圧縮ガスの噴射を、音速噴射装置によって燃焼煙道ガス中に送ることで、炉内におけるガス流の経路及び再循環の実質的な変更が促進されるようである。炉内においてこのようにして生成される炎は、より希薄化されており、それによって提供される熱は、従って、より大きな長さにわたって分布し、かつ燃焼室内における煙道ガスの滞留時間は、全体として増加する。このことは、以下の２点で好ましい：
ａ）炎の温度がより低いため、形成されるＮＯｘがより少ない、
ｂ）炉の耐火性材料への熱によるストレスが、より少なく、したがって、その耐用年数が増加する。

音速噴射装置は、燃焼煙道ガス受入用のダクトを有する壁に開かれており、又は、燃焼煙道ガス受入用のダクトに開かれており、上流壁に向かって（燃焼室内を）進んでいる燃焼煙道ガスの流れに対して向流で、音速ガスを噴射する。用語「上流」及び「下流」は、上流から下流へと進むガラスの流れ方向を指す。エンドファイア炉では、炎は、上流壁の１個のバーナー（すなわち、酸化剤入口ダクト及び燃料噴射装置（群）によって形成されるアセンブリ）から出発して、下流の方向へと進み、そして次に方向を変えて、やはり上流壁に位置し、かつ酸化剤入口ダクトの隣に位置する、燃焼煙道ガス受入用のダクトの方向へと戻る。本発明によると、上流から下流の方向であるが燃焼煙道ガスに対して向流で、そのガスを噴射する。すなわち、音速噴射装置は、煙道ガスの流れが上流壁にある煙道ガス受入用のダクトの方向へと向かっているときに、煙道ガスの流れの方向とは反対向きに、噴射ガスを煙道ガスの流れと遭遇させる。これを行うためには、好ましくは、すべての音速噴射システムの音速噴射装置は、煙道ガス受入用のダクトに、又は上流壁に開口しており、酸化剤吸入ダクトよりも煙道ガス受入用のダクトにより近い場所に開口している。好ましくは、音速噴射システムのすべての音速噴射装置は、煙道ガス受入用のダクトの端部から、１ｍよりも短く、さらには０．５ｍよりも短いところで開口している。これに当てはまるのは、音速噴射装置が、煙道ガス受入用のダクトに、又は上流壁に開かれている場合である。煙道ガス受入用のダクトの端部は、燃焼室の面上の、上述のダクトを有する壁において、すなわち上流壁において、煙道ガス受入用のダクトによって形成される輪郭である。音速噴射装置が、適切な場合に、煙道ガス受入用のダクトの内部で開口している場合であっても、依然として炉内にあってかつ煙道ガス受入用のダクトの方向に向かっている煙道ガスの流れの動きをかき乱すのに十分なほどに、音速噴射装置は、強力である。このため、上流壁に向かっている燃焼煙道ガスの流れに対して向流で音速ガスが噴射されると言うときには、それは、依然として炉内にあって、かつ煙道ガス受入用のダクトへと進入しようとしている煙道ガスの流れのことである。

音速噴射装置の出口におけるガスの速度を表すベクトルは、煙道ガス受入用のダクトに進入する煙道ガスの流れと平行で、かつ、この流れの方向とは反対方向において、ゼロでない成分を有する。煙道ガス受入用のダクトに進入する煙道ガスの流れは、煙道ガス受入用のダクトを有している炉の上流壁に対して、実質的に垂直な方向を有していると考えることができる。好ましくは、音速噴射システムの、燃焼煙道ガス受入用のダクトを有する壁に垂直なインパルス成分は、５ニュートンよりも大きく、好ましくは、１０ニュートンよりも大きい。後者の特徴によると、音速噴射システムの全ての音速噴射装置が考慮され、かつ、システムの全体としての成分が、上流壁に垂直な方向で決定される。この成分は、すべての音速噴射装置によって燃焼煙道ガス受入用のダクトを有する壁に垂直に射出される、すべてのインパルス成分を算入した結果である。この成分は、５ニュートンよりも大きく、好ましくは、１０ニュートンよりも大きい。

音速噴射装置によって噴射される圧縮ガスは、任意の性質のものであってよく、かつ、特には、天然ガス又は酸素であってよく、しかし、好ましくは、空気である。

エンドファイア炉は、ガラス溶融の分野における当業者によく知られている。エンドファイア炉の上流壁は、二つの開口部を有しており、これらは、交互に、酸化剤入口ダクトとして、及び煙道ガス受入用のダクトとして作動する。エンドファイア炉の運用に関しては、特には、国際公表第２００８／０７８０４９号、特にはその図１及び２への言及をすることができる。従って、本発明を運用するために、これら２個の開口部のそれぞれに、音速噴射システムが備えられているが、煙道ガス受入用のダクトとして運用される開口部と関連したもののみが運用される。炉の運用が逆転したときには、これら２個の音速噴射システムの運用もまた逆転する。従って、酸化剤入口ダクトとなった開口部と関連している方が停止し、煙道ガス受入用のダクトになった開口部と関連している方が起動される。

酸化剤入口ダクトは、耐火性材料製の炉の上流壁における開口部を介して、炉の燃焼室に開かれている。このダクトの頂部は、一般に、酸化剤の循環方向に下げられていて、水平に対して、１４°と３０°の間の角度を形成する。したがって、酸化剤は、燃料の流れの方向に、誘導される。なぜならば、燃料の流れは、一般に、酸化剤入口ダクトよりも下方に位置する噴射装置によって、噴射されるからである。これら燃料噴射装置は、方向合わせをすることができ、それによって、その噴射が、酸化剤の流れの方向に、わずかに上向きに向くようにする。燃料の射出方向は、一般に、水平に対して０と１５°の間の角度を形成してよく、特には、３°と１５°との間の上向きの角度を形成してよい。酸化剤入口ダクト及びその燃料噴射装置（群）は、バーナーの構成要素である。一般には、いくつかの燃料噴射装置が使用され、かつ空気流の下に配置される。これらの燃料噴射装置は、空気流の下で分布し、上から見たときに１個が他の隣にあり、このようにして、上から見たときに、ガラスの表面に対して平行に、炎を拡散する。熱交換器が、一般に、炉の上流壁の２個の開口部それぞれの背後に配置される。酸化剤は、熱交換機を通過し、それによって再加熱されてから、酸化剤入口ダクトに達する。炉の「逆転」が実行されたときには、酸化剤入口ダクトは、煙道ガス受入用のダクトになり、そして、上述のダクトと関連している熱交換器が、煙道ガスによって再加熱される。熱交換器は、耐火性要素（煉瓦、クルシフォーム等）によって充填されていて、これらの耐火性要素は、運用フェーズによって煙道ガス又は酸化剤が通過する、ネットワークを形作る。煙道ガスが熱交換器を通過するときには、煙道ガスの熱が、熱交換器の耐火性要素に伝達される。酸化剤が熱交換器を通過するときには、熱交換器の耐火性要素の熱によって、酸化剤が加熱される。酸化剤入口ダクトの酸化剤は、実質的に大気圧にあり、一般には、大気圧よりもわずかに高い気圧にあり、すなわち、絶対圧で、大気圧と大気圧＋１００Ｐａの間の圧力である。

したがって、本発明に係るエンドファイア炉においては、上流壁の酸化剤入口ダクトの断面積は、一般には、０．５〜３ｍ^２にわたる範囲内である。煙道ガス受入用のダクトは、一般に、酸化剤入口ダクトと同一である。なぜならば、これらの各ダクトは、交互に、酸化剤を提供する役割、及び煙道ガスを受け入れる役割を果たすからである。従って、上流壁の煙道ガス受入用のダクトの断面積は、一般に、０．５〜３ｍ^２にわたる範囲内である。

１以上の音速噴射装置、特には、２又は３又は４又は５又は６個の音速噴射装置、又はさらにそれよりも多くの音速噴射装置は、本発明に係る音速噴射システムを形成することによって、煙道ガス受入用のダクトを備えてよい。音速噴射装置は、耐火性金属製の筒によって形成されてよく、特にはステンレス鋼製の筒によって形成されてよく、煙道ガス受入用のダクトの耐火性材料、又は煙道ガス受入用のダクトを包囲する耐火性材料に作られたオリフィスに挿入される。

音速噴射装置は、煙道ガス受入用のダクトの上方若しくは下方若しくは側方において、炉に開口してよく、又は煙道ガス受入用のダクト自体に開口してよい。好ましくは、音速噴射装置の軸は、上流壁に向かって進む煙道ガスの流れに向かって、かつこの流れに対して向流の方向に向けられる。

音速噴射システムの放出面積は、好ましくは、０．２〜４ｃｍ^２にわたる範囲内の総面積を有する。単一の音速噴射装置が使用される場合には、それは、音速噴射装置の端部での面積である。音速噴射システムがいくつかの音速噴射装置を有している場合には、それは、すべての音速噴射装置を通してガスを放出するための面積の総計である。

音速システムは、酸化剤入口ダクトによって導入される酸化剤の通常の体積の、０．２％〜５％、好ましくは、０．２％〜２％の割合で、ガスを送る。したがって、音速噴射システムのすべての噴射装置によって送られるガスの体積の総計が、ここでは考慮される。

本発明は、また、本発明に係るエンドファイア炉内でガラスを溶融することを含む、溶融ガラスの調製方法にも関する。特には、炉内に導入される酸化剤の量は、炉内に導入される燃料の量と比較して、好ましくは、過剰である。特には、音速噴射システムを介したものを除いた、炉内へ導入される酸化剤の量は、音速噴射システムを介したものを除いた、炉内に導入される燃料の量と比較して、好ましくは、過剰である。

図は、縮尺通りではない。

図１は、横から断面図で見た、本発明に係るエンドファイア炉を示す。 図２は、本発明に係る炉において煙道ガス受入用のダクトと組み合わせることのできる、様々な音速噴射システムを示す。 図３は、音速噴射装置を備えている煙道ガス受入用のダクトの断面側面図を示す。音速噴射装置は、本発明に係る炉の同じ上流壁に開口している。 図４は、様々な構成に係るエンドファイア炉における、ガスの動きを表したものである。

図１は、側方から見た断面でのエンドファイア炉１であり、溶融ガラス２が、左から右へ流れてゆく様子を表す。断面は、煙道ガス受入用のダクト３を通過するようにされており、煙道ガスは、煙道ガスによって再加熱されることとなる耐火性要素５を含む熱交換器４へと送られる。フェーズの逆転後には、この開口部は、炎のためのバーナー酸化剤入口ダクトとして使用されることとなり、そして、上述の酸化剤が、耐火性要素５によって再加熱される。示されているように、ダクトは、煙道ガス受入フェーズにある。煙道ガス受入用のダクトが開口している壁でもある上流壁７に、圧縮ガス噴射装置６が、開口している。圧縮ガスの噴射８は、煙道ガス受入用のダクトの方向に進んでいる煙道ガスの流れ（点線９で描写される）に向かって送られる一方で、それとは向流の向きである。

図２は、煙道ガス受入用のダクト２０と組み合わせることのできる、様々な音速噴射システムを示す。これら様々な構成は、例示として図解される。音速噴射システムは、３個の噴射装置２１を有していてよく、かつ、煙道ガス受入用のダクト２０のすぐ上方（図２ａ）、又は、煙道ガスの上方に一定の距離で（図２ｂ）位置してよい。音速噴射システムの噴射装置は、煙道ガス受入用のダクトの下方に位置してよい（図２ｄ）。図２ｅ）では、単一の噴射装置２６が使用され、煙道ガス受入用のダクト２０の下方に配置される。ここでは、噴射装置は、わずかに左側にあり、炉の長さ方向軸の側方にある。図２ｃ）では、音速噴射装置は、煙道ガス受入用のダクトの上方及び下方にある音速噴射システムに統合されている。用語「ｄ」は、噴射装置とダクトの端部との間の距離によって理解されるものを表している。音速噴射装置の直径が小さいことを考慮して、距離ｄは、音速噴射装置の軸を出発点として得られる。

図３で示されているのは、側方から見た煙道ガス受入用のダクト３０であり、これは、炉の同一の上流壁３３に開口されている音速噴射装置（３１）を備えている。音速噴射装置は、ダクトの端部から距離ｄのところにある。音速噴射装置は、ベクトル３２で表現されるインパルスで、そのガスを送る。ベクトル３２を、上流壁３３に垂直な成分３４、及び、この壁と平行な別の成分３５とに、分解することができる。

図４は、壁を通じた追加的なガスの噴射を伴わない、基準のエンドファイア炉内におけるガス流（構成ａ）、本発明に係る音速噴射を伴うエンドファイア炉（構成ｂ）におけるガス流、及び、側壁における音速噴射を伴うエンドファイア炉（構成ｃ）におけるガス流を表したものである。

［例１〜１０］
出力が１３．３メガワットで、かつ、その酸化剤が空気である、逆転させて運用される二つのバーナーを有するエンドファイア炉を用いて、テストを行った。空気入口ダクトは、それぞれ、１．５５ｍ^２（２２００ｍｍの幅、及び８００ｍｍの高さ）の面積を有していた。９５重量％のカレットを含む、ソーダ石灰タイプのバッチ材料を、炉に供給した。炉は、一日当たり３３０トンの生産量で運用された。炉は、９４ｍ^２の表面積を有していた。炉の出口におけるガラスの温度は、約１３００℃であった。最高部は、約１６００℃の温度であった。

１以上の音速圧縮空気噴射装置を、燃焼煙道ガス受入用のダクトの近傍に配置して、音速噴射システムを形成した。これらの噴射装置は、収束端部を有していた。噴射されたガスは、２５℃であった。表１に、様々な運用条件を示し、また、煙道ガス内のＮＯｘ含有量に関する結果を示す。４種の可能的な音速噴射装置の配置を、テストした：
‐煙道ガス受入体のすぐ上方：噴射装置は、煙道ガス受入用のダクトのちょうど端にあり、水平に対して、下向き角度２０°を有する；
‐煙道ガス受入用のダクトのやや上方：噴射装置は、煙道ガス受入用のダクトの上側端部よりも４００ｍｍ上方にあり、水平に対して、下向き角度２０°を有する；
‐煙道ガス受入用のダクトの下方：噴射装置は、煙道ガス受入用のダクトの２５０ｍｍ下方にあり、水平に対して、上向き角度５°を有する。

煙道ガス受入用のダクトの上方のすべての音速圧縮空気噴射装置は、５ｍｍの内径を有していた。煙道ガス受入用のダクトの下方の音速圧縮空気噴射装置は、６ｍｍの内径を有していた。

表１に示されるのは、以下である：
‐相対圧力：これは、音速噴射装置への供給を行う貯槽の圧力である；
‐流量：これは、圧縮空気の流量の総計である（すべての音速噴射装置の流量の合計）；
‐噴射速度：これは、音速圧縮空気噴射装置の出口における、空気の速度である；
‐音速インパルス：これは、音速噴射装置のインパルスの合計である（例２の場合には、どの噴射装置も音速ではないが、それにもかかわらず、単純化のため、ガスのインパルスは、「音速インパルス」の列において、５０％の音速にあるとして表現されている）；
‐ＮＯｘ：これは、乾燥煙道ガスにおける、酸素８％で標準化された、ｍｇ／Ｎｍ^３での濃度である。
‐変化率：これは、基準（圧縮空気の音速噴射なし）と比較したときの、ＮＯｘの変化率である。

例２〜７での「変化率」の結果は、例１との比較で得られる。例９及び１０の「変化率」の結果は、例８との比較で得られる。

［例１１及び１２］
出力が１１メガワットで、かつその酸化剤が空気である、逆転させて運用される二つのバーナーを有するエンドファイア炉を用いて、テストを行った。バーナー空気入口ダクト（又は、逆転フェーズによっては、煙道ガス受入用のダクト）は、それぞれ、２ｍ^２（２３００ｍｍの幅、及び９６０ｍｍの高さ）の面積を有していた。６０重量％のカレットを含む、ソーダ石灰タイプのバッチ材料を、炉に供給した。炉は、一日当たり２５０トンの生産量で運用された。炉は、８５ｍ^２の表面積を有していた。炉の出口におけるガラスの温度は、約１３００℃であった。最高部は、約１６００℃の温度であった。音速噴射システムは、収束端部を有する、単一の音速圧縮空気噴射装置のみを有していた。この装置は、煙道ガス受入用のダクトの３００ｍｍ下方で、かつ炉の長さ方向の軸に最も近い煙道ガス受入用のダクトの下方コーナーから６５０ｍｍの所に配置される。音速噴射装置は、水平に対して上向き角度５°で、そのガスを噴射し、かつ内径は、直径で８ｍｍであった。噴射されたガスは、２５℃であった。

表１では、様々な運用条件、及びまた、煙道ガスにおけるＮＯｘ含有量に関する結果が与えられる。

［例１３〜１５］
以下の構成で、稼働中のエンドファイア炉における、燃焼煙道ガスの動きの数値シミュレーションを行った：
ａ）基準：追加的なガス噴射なし（図４ａ参照）；
ｂ）本発明に従った、上流壁における１８１Ｎｍ^３／ｈの音速ガスの追加的な噴射；
ｃ）側壁における、１５０Ｎｍ^３／ｈの音速ガスの追加的な噴射（図４ｂ参照、追加噴射は、太矢印によって表される）；噴射装置は、上流壁の側の側壁と６０°の角度を形成し、かつ噴射装置は、上流壁からの距離で側壁の全長の２３％に等しい距離にあった；この例示は、比較として与えられ、かつ本発明に係るものではない；
ｄ）本発明に係る、上流壁における１５０Ｎｍ^３／ｈの音速ガスの追加噴射（図４ｃ参照、追加噴射は、太矢印によって表される）。

エンドファイア炉は、出力が１１メガワットで、かつその酸化剤が空気である、逆転させて運用される二つのバーナーを有している。バーナー空気入口ダクト（又は逆転フェーズによっては、煙道ガス受入用のダクト）は、それぞれ、１．５５ｍ^２（２２００ｍｍの幅、及び８００ｍｍの高さ）の面積を有していた。炉は、９４ｍ^２の表面積を有していた。炉の出口におけるガラスの温度は、約１３００℃であった。噴射されたガスは、２５℃であった。

図４は、炉の実験用の容積におけるガスの動きに対して、これらの噴射が及ぼす影響を示す。これらの動きを可視化するために、速度ベクトルを、空気入口ダクトの中央を通る垂直な面において示した。この表示によって、ガスの垂直方向への再循環を可視化することが可能となる。構成によって、大きな違いが観察される。本発明に係る音速噴射によって、実験用の容積における最も広範な再循環が起こる。さらに、表２で示されるように、音速噴射なしの基準との比較で表現されたＮＯｘに関する結果は、本発明に係る噴射の優位性を明らかに示す。「変化率」の列は、追加ガス噴射無しの基準の構成（図４ａ）との比較におけるＮＯｘ濃度を与える。本発明に係る噴射は、それぞれ、１５％及び２０％のＮＯｘの低減につながる。側壁における音速ガス噴射では、ＮＯｘの大きな低減は生み出されない。
本発明の態様は、以下のとおりである：
〈態様１〉
ガラス溶融のためのエンドファイア炉（１）であって、その上流壁（３３）の、１５％〜３０％の酸素を含む酸化剤用の入口ダクトを含むオーバーヘッドバーナー、その上流壁（３３）の燃焼煙道ガス受入用のダクト（３，２０，３０）、及び、前記上流壁（３３）に開口した又は燃焼煙道ガス受入用の前記ダクト（３，２０，３０）に開口した、ガス噴射を音速の８０％以上の速度で噴射するための、音速噴射装置として言及される少なくとも１個の噴射装置（６，３１）を有する音速噴射システムを備えており、前記音速噴射装置が、燃焼煙道ガス受入用の前記ダクト（３，２０，３０）の方向に進んでいる燃焼煙道ガスの流れ（９）と向流でそのガス（８）を噴射する、ガラス溶融のためのエンドファイア炉（１）。
〈態様２〉
前記音速噴射装置（６，３１）が、そのガスを、音速の少なくとも９５％で噴射することを特徴とする、態様１に記載の炉。
〈態様３〉
前記上流壁（３３）にある前記酸化剤入口ダクトの断面積が、０．５〜３ｍ ^２ にわたる範囲内であること、及び前記上流壁（３３）にある煙道ガス受入用の前記ダクト（３，２０，３０）の断面積が、０．５〜３ｍ ^２ にわたる範囲内であることを特徴とする、態様１又は２に記載の炉。
〈態様４〉
前記音速噴射システムの放出面積が、０．２〜４ｃｍ ^２ にわたる範囲内であることを特徴とする、態様１〜３のいずれか一項に記載の炉。
〈態様５〉
燃焼煙道ガス受入用の前記ダクト（３，２０，３０）を有する前記壁（３３）に垂直な前記音速噴射システムのインパルス成分（３４）が、５ニュートンよりも大きく、好ましくは、１０ニュートンよりも大きいことを特徴とする、態様４に記載の炉。
〈態様６〉
前記音速噴射システムの全ての音速噴射装置（２１，２２，２３，２４，２５，２６）が、煙道ガス受入用の前記ダクト（３，２０，３０）に開口しており、又は、前記酸化剤入口ダクトよりは煙道ガス受入用の前記ダクト（３，２０，３０）に近い場所において、前記上流壁に開口していることを特徴とする、態様１〜５のいずれか一項に記載の炉。
〈態様７〉
前記音速噴射システムの全ての音速噴射装置（２１，２２，２３，２４，２５，２６）が、煙道ガス受入用の前記ダクト（２０）の端から１ｍ未満のところで開口していることを特徴とする、態様１〜６のいずれか一項に記載の炉。
〈態様８〉
全ての音速噴射装置（２１，２２，２３，２４，２５，２６）が、煙道ガス受入用の前記ダクト（３，２０，３０）の端から０．５ｍ未満のところで開口していることを特徴とする、態様７に記載の炉。
〈態様９〉
前記ガスが、空気であることを特徴とする、態様１〜８のいずれか一項に記載の炉。
〈態様１０〉
前記音速噴射システムが、いくつかの音速噴射装置（２１，２２，２３，２４，２５）を有していることを特徴とする、態様１〜９のいずれか一項に記載の炉。
〈態様１１〉
態様１〜１０のいずれか一項に記載の炉においてガラスを溶融することを含む、溶融ガラスを調製するための方法。
〈態様１２〉
前記音速システムが、前記酸化剤入口ダクトによって導入される酸化剤の標準体積の０．２％〜５％、好ましくは、０．２％〜２％の割合でガスを送ることを特徴とする、態様１１に記載の方法。
〈態様１３〉
前記炉に導入される酸化剤の量が、前記炉に導入される燃料の量と比較して、過剰であることを特徴とする、態様１１又は１２に記載の方法。
〈態様１４〉
前記音速噴射システムを介したものを含まない前記炉に導入される酸化剤の量が、前記音速噴射システムを介したものを含まない前記炉に導入される燃料の量と比較して、過剰であることを特徴とする、態様１１〜１３のいずれか一項に記載の方法。

Claims (23)

1. ガラス溶融のためのエンドファイア炉（１）であって、その上流壁（３３）の、１５％〜３０％の酸素を含む酸化剤用の入口ダクトを含むオーバーヘッドバーナー、その上流壁（３３）の燃焼煙道ガス受入用のダクト（３，２０，３０）、及び、前記上流壁（３３）に開口した又は燃焼煙道ガス受入用の前記ダクト（３，２０，３０）に開口した、ガス噴射を音速の８０％以上の速度で噴射するための、音速噴射装置として言及される少なくとも１個の噴射装置（６，３１）を有する音速噴射システムを備えており、前記音速噴射装置が、燃焼煙道ガス受入用の前記ダクト（３，２０，３０）の方向に進んでいる燃焼煙道ガスの流れ（９）と向流でそのガス（８）を噴射する、ガラス溶融のためのエンドファイア炉（１）。
2. 前記音速噴射装置（６，３１）が、そのガスを、音速の少なくとも９５％で噴射することを特徴とする、請求項１に記載の炉。
3. 前記上流壁（３３）にある前記酸化剤入口ダクトの断面積が、０．５〜３ｍ^２にわたる範囲内であること、及び前記上流壁（３３）にある煙道ガス受入用の前記ダクト（３，２０，３０）の断面積が、０．５〜３ｍ^２にわたる範囲内であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の炉。
4. 前記音速噴射システムの放出面積が、０．２〜４ｃｍ^２にわたる範囲内であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の炉。
5. 燃焼煙道ガス受入用の前記ダクト（３，２０，３０）を有する前記壁（３３）に垂直な前記音速噴射システムのインパルス成分（３４）が、５ニュートンよりも大きく、好ましくは、１０ニュートンよりも大きいことを特徴とする、請求項４に記載の炉。
6. 前記音速噴射システムの全ての音速噴射装置（２１，２２，２３，２４，２５，２６）が、煙道ガス受入用の前記ダクト（３，２０，３０）に開口しており、又は、前記酸化剤入口ダクトよりは煙道ガス受入用の前記ダクト（３，２０，３０）に近い場所において、前記上流壁に開口していることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の炉。
7. 前記音速噴射システムの全ての音速噴射装置（２１，２２，２３，２４，２５，２６）が、煙道ガス受入用の前記ダクト（２０）の端から１ｍ未満のところで開口していることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の炉。
8. 全ての音速噴射装置（２１，２２，２３，２４，２５，２６）が、煙道ガス受入用の前記ダクト（３，２０，３０）の端から０．５ｍ未満のところで開口していることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の炉。
9. 前記ガスが、空気であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の炉。
10. 前記音速噴射システムが、いくつかの音速噴射装置（２１，２２，２３，２４，２５）を有していることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の炉。
11. ガラス溶融のためのエンドファイア炉（１）であって、その上流壁（３３）の、１５％〜３０％の酸素を含む酸化剤用の入口ダクトを含むオーバーヘッドバーナー、その上流壁（３３）の燃焼煙道ガス受入用のダクト（３，２０，３０）、及び、前記上流壁（３３）に開口した又は燃焼煙道ガス受入用の前記ダクト（３，２０，３０）に開口した、ガス噴射を噴射するための、音速噴射装置として言及される少なくとも１個の噴射装置（６，３１）を有する音速噴射システムを備えており、前記音速噴射装置が、燃焼煙道ガス受入用の前記ダクト（３，２０，３０）の方向に進んでいる燃焼煙道ガスの流れ（９）と向流で、そのガス（８）を、音速の８０％以上の速度で噴射する、ガラス溶融のためのエンドファイア炉（１）、においてガラスを溶融することを含む、溶融ガラスを調製するための方法。
12. 前記音速噴射装置（６，３１）が、そのガスを、音速の少なくとも９５％で噴射することを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
13. 前記上流壁（３３）にある前記酸化剤入口ダクトの断面積が、０．５〜３ｍ ^２ にわたる範囲内であること、及び前記上流壁（３３）にある煙道ガス受入用の前記ダクト（３，２０，３０）の断面積が、０．５〜３ｍ ^２ にわたる範囲内であることを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の方法。
14. 前記音速噴射システムの放出面積が、０．２〜４ｃｍ ^２ にわたる範囲内であることを特徴とする、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 燃焼煙道ガス受入用の前記ダクト（３，２０，３０）を有する前記壁（３３）に垂直な前記音速噴射システムのインパルス成分（３４）が、５ニュートンよりも大きく、好ましくは、１０ニュートンよりも大きいことを特徴とする、請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 前記音速噴射システムの全ての音速噴射装置（２１，２２，２３，２４，２５，２６）が、煙道ガス受入用の前記ダクト（３，２０，３０）に開口しており、又は、前記酸化剤入口ダクトよりは煙道ガス受入用の前記ダクト（３，２０，３０）に近い場所において、前記上流壁に開口していることを特徴とする、請求項１１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
17. 前記音速噴射システムの全ての音速噴射装置（２１，２２，２３，２４，２５，２６）が、煙道ガス受入用の前記ダクト（２０）の端から１ｍ未満のところで開口していることを特徴とする、請求項１１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
18. 全ての音速噴射装置（２１，２２，２３，２４，２５，２６）が、煙道ガス受入用の前記ダクト（３，２０，３０）の端から０．５ｍ未満のところで開口していることを特徴とする、請求項１１〜１７のいずれか一項に記載の方法。
19. 前記ガスが、空気であることを特徴とする、請求項１１〜１８のいずれか一項に記載の方法。
20. 前記音速噴射システムが、いくつかの音速噴射装置（２１，２２，２３，２４，２５）を有していることを特徴とする、請求項１１〜１９のいずれか一項に記載の方法。
21. 前記音速システムが、前記酸化剤入口ダクトによって導入される酸化剤の標準体積の０．２％〜５％、好ましくは、０．２％〜２％の割合でガスを送ることを特徴とする、請求項１１〜２０のいずれか一項に記載の方法。
22. 前記炉に導入される酸化剤の量が、前記炉に導入される燃料の量と比較して、過剰であることを特徴とする、請求項１１〜２１のいずれか一項に記載の方法。
23. 前記音速噴射システムを介したものを含まない前記炉に導入される酸化剤の量が、前記音速噴射システムを介したものを含まない前記炉に導入される燃料の量と比較して、過剰であることを特徴とする、請求項１１〜２２のいずれか一項に記載の方法。

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