JPH0131926B2 - - Google Patents
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- JPH0131926B2 JPH0131926B2 JP57117660A JP11766082A JPH0131926B2 JP H0131926 B2 JPH0131926 B2 JP H0131926B2 JP 57117660 A JP57117660 A JP 57117660A JP 11766082 A JP11766082 A JP 11766082A JP H0131926 B2 JPH0131926 B2 JP H0131926B2
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
- C03B5/16—Special features of the melting process; Auxiliary means specially adapted for glass-melting furnaces
- C03B5/235—Heating the glass
- C03B5/237—Regenerators or recuperators specially adapted for glass-melting furnaces
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/46—Removing components of defined structure
- B01D53/54—Nitrogen compounds
- B01D53/56—Nitrogen oxides
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
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Description
【発明の詳細な説明】
ガラスの熔解は、直接加熱により必要な熔解温
度を与えるために熔解炉内で大量の燃料の燃焼を
要する。完全燃焼が熱効率のために炉内で実際に
起ることを確実にするために、特に板ガラス熔解
操作の場合には、酸化条件が炉内に維持されるこ
とを確実にするために、完全燃焼に理論的に要す
る以上の過剰の空気とともに燃料（通常天然ガス
および時には燃料オイル）が通常混合される。ガ
ラス炉内でのこの条件の組合せは燃焼空気中の窒
素のNOxに酸化するのに助けとなる。
度を与えるために熔解炉内で大量の燃料の燃焼を
要する。完全燃焼が熱効率のために炉内で実際に
起ることを確実にするために、特に板ガラス熔解
操作の場合には、酸化条件が炉内に維持されるこ
とを確実にするために、完全燃焼に理論的に要す
る以上の過剰の空気とともに燃料（通常天然ガス
および時には燃料オイル）が通常混合される。ガ
ラス炉内でのこの条件の組合せは燃焼空気中の窒
素のNOxに酸化するのに助けとなる。
NOxとはNOおよび（または）NO2の簡略呼称
である。ガラス熔解炉の高温条件では形成された
窒素の酸化物はほとんどNOであるが、NO含有
の排出物が大気中に放出された後にはNOの多く
はNO2に変化する。NO2は好ましくない大気汚
染物質であると考えられている。また、スモツグ
形成の原因の１つと信じられている。それゆえ、
ガラス熔解炉のような大容量の燃焼源は政府規制
を受けやすく操業を厳しく制約することがある。
である。ガラス熔解炉の高温条件では形成された
窒素の酸化物はほとんどNOであるが、NO含有
の排出物が大気中に放出された後にはNOの多く
はNO2に変化する。NO2は好ましくない大気汚
染物質であると考えられている。また、スモツグ
形成の原因の１つと信じられている。それゆえ、
ガラス熔解炉のような大容量の燃焼源は政府規制
を受けやすく操業を厳しく制約することがある。
ボイラー、内燃エンジン等からNOxが放出す
るのを制御する多くの提案がなされてきている
が、ガラス熔解に用いられるような処理炉にはほ
とんとが使えない。以前の提案の多くは触媒反応
を利用したNOxの破線を含むものであるが、ガ
ラス炉放出物の触媒処理は、ガラス炉排出物の微
粒子と腐食性のために、必要な触媒接触装置がす
ぐ目詰りし、腐食されることから、不満足である
ことがわかつている。他の提案は燃焼条件を改変
することを含むものであるが、ガラス熔解炉での
実質的な改変は熔解処理の要件により制約され
る。いくつかのNOx制御提案は排出ガスを狭い
温度範囲内で処理することを含むものであるが、
火が周期的に逆転される蓄熱室を用いるガラス炉
では、排出ガス温度は連続的に変化している。従
来のNOx除去技術のさらにもう一つの範ちゆう
は、低温で、通常液相中で、NOxを化学的に反
応させることである。そのような技術はガラス炉
放出物への適用については、大きな冷却能力およ
び化学物質消費要求および液体廃棄物処理問題の
ために、手が出せないほどコスト高となるように
みえる。主燃焼帯域から下流に追加燃料を注入す
ることによりNOx形成を減少させるために、排
出ガスを「後燃焼（afterburn）」することが提案
されている。しかしながら、その反応は従来技術
にみられるように見かけ上比較的に非効率的で、
比較的に低いNOx抑制速度および（あるいは）
過剰の燃料消費の結果となる。
るのを制御する多くの提案がなされてきている
が、ガラス熔解に用いられるような処理炉にはほ
とんとが使えない。以前の提案の多くは触媒反応
を利用したNOxの破線を含むものであるが、ガ
ラス炉放出物の触媒処理は、ガラス炉排出物の微
粒子と腐食性のために、必要な触媒接触装置がす
ぐ目詰りし、腐食されることから、不満足である
ことがわかつている。他の提案は燃焼条件を改変
することを含むものであるが、ガラス熔解炉での
実質的な改変は熔解処理の要件により制約され
る。いくつかのNOx制御提案は排出ガスを狭い
温度範囲内で処理することを含むものであるが、
火が周期的に逆転される蓄熱室を用いるガラス炉
では、排出ガス温度は連続的に変化している。従
来のNOx除去技術のさらにもう一つの範ちゆう
は、低温で、通常液相中で、NOxを化学的に反
応させることである。そのような技術はガラス炉
放出物への適用については、大きな冷却能力およ
び化学物質消費要求および液体廃棄物処理問題の
ために、手が出せないほどコスト高となるように
みえる。主燃焼帯域から下流に追加燃料を注入す
ることによりNOx形成を減少させるために、排
出ガスを「後燃焼（afterburn）」することが提案
されている。しかしながら、その反応は従来技術
にみられるように見かけ上比較的に非効率的で、
比較的に低いNOx抑制速度および（あるいは）
過剰の燃料消費の結果となる。
排出ガス流にアンモニアを注入することにより
NOを窒素と水に選択的に還元する非触媒法は米
国特許第3900554号明細書に発表されている。そ
れは触媒や方法の改変を必要としないので、その
方法が狭い温度範囲内でのみ効果があるというこ
とを除けば、そのような技術はガラス生産者には
魅力あるものとなろう。それは典型的な排出ガス
環境においては次の競争反応が起るためである。
NOを窒素と水に選択的に還元する非触媒法は米
国特許第3900554号明細書に発表されている。そ
れは触媒や方法の改変を必要としないので、その
方法が狭い温度範囲内でのみ効果があるというこ
とを除けば、そのような技術はガラス生産者には
魅力あるものとなろう。それは典型的な排出ガス
環境においては次の競争反応が起るためである。
4NH3＋4NO＋O2＝4N＋6H2O (1)
4NH3＋5O2＝4NO＋6H2O (2)
臨界範囲以下の温度ではいずれの反応も認めら
れるほどには起らない。それゆえ、NOxの放出
に何の改良もない。その温度範囲内では、反応(1)
が支配的であり、それゆえ正味のNOの減少があ
る。より高温では反応(2)がより主要になり、その
結果排出ガス中のNO量は増加することになる。
それゆえ、このNOxの減少は、明確に定つた安
定な温度帯域が確認されしかもアンモニア注入に
利用されうるようなボイラー等への適用性におい
ては制限があると考えられている。また、上記特
許は、使える温度範囲はアンモニアとともに水素
を注入することで広げられうるが、温度の変わり
やすさが無視されうるという程度ではない。この
技術の変法として、アンモニアがボイラーの二つ
の異なつた帯域で、一方の個所では水素ととも
に、他の個所では水素をともなわずに注入される
ことが米国特許第4115515号明細書に開示されて
いる。
れるほどには起らない。それゆえ、NOxの放出
に何の改良もない。その温度範囲内では、反応(1)
が支配的であり、それゆえ正味のNOの減少があ
る。より高温では反応(2)がより主要になり、その
結果排出ガス中のNO量は増加することになる。
それゆえ、このNOxの減少は、明確に定つた安
定な温度帯域が確認されしかもアンモニア注入に
利用されうるようなボイラー等への適用性におい
ては制限があると考えられている。また、上記特
許は、使える温度範囲はアンモニアとともに水素
を注入することで広げられうるが、温度の変わり
やすさが無視されうるという程度ではない。この
技術の変法として、アンモニアがボイラーの二つ
の異なつた帯域で、一方の個所では水素ととも
に、他の個所では水素をともなわずに注入される
ことが米国特許第4115515号明細書に開示されて
いる。
ダヴイツド、イー、ヒユーズ（David E.
Hughes）により1980年11月24日に出願された米
国特許出願第209631号明細書には、アンモニア注
入による選択的、非触媒的NOx低減がガラス炉
排出流においてある条件下で効果的に用いられう
ることが記載されている。そこではNOxのアン
モニア還元に適当な条件が、１次および２次チヤ
ンバーを接続した煙道において各燃焼サイクルの
実質的部分に関して、存在する、あるいは作り出
されうるということが報告されている。アンモニ
アの注入は煙道を通過する排出ガスの温度が870
℃から1090℃（水素を伴なうなら700℃から1090
℃）の範囲外に出るときはいつでも中止される。
前述の米国出願に記載されたもう一つの具体例に
おいては、アンモニア蓄熱室の二つあるいはそれ
以上の帯域に順々に、各帯域における温度が有効
なNOx還元範囲を通過する際に、注入される。
その出願の方法はガラス炉排出物からNOxの大
部分を除去する能力があるものの、全体としての
効果は、排出ガス温度が不適であるとき各燃焼サ
イクルの実質的部分の間のアンモニア還元技術の
非能率により減少される。また、適当な条件にお
いてさえも、アンモニア還元反応は100パーセン
トではない。それゆえ、ガラス熔解炉からの
NOx放出のさらにより沢山の部分を除去するよ
うに方法を改良することが望まれる。
Hughes）により1980年11月24日に出願された米
国特許出願第209631号明細書には、アンモニア注
入による選択的、非触媒的NOx低減がガラス炉
排出流においてある条件下で効果的に用いられう
ることが記載されている。そこではNOxのアン
モニア還元に適当な条件が、１次および２次チヤ
ンバーを接続した煙道において各燃焼サイクルの
実質的部分に関して、存在する、あるいは作り出
されうるということが報告されている。アンモニ
アの注入は煙道を通過する排出ガスの温度が870
℃から1090℃（水素を伴なうなら700℃から1090
℃）の範囲外に出るときはいつでも中止される。
前述の米国出願に記載されたもう一つの具体例に
おいては、アンモニア蓄熱室の二つあるいはそれ
以上の帯域に順々に、各帯域における温度が有効
なNOx還元範囲を通過する際に、注入される。
その出願の方法はガラス炉排出物からNOxの大
部分を除去する能力があるものの、全体としての
効果は、排出ガス温度が不適であるとき各燃焼サ
イクルの実質的部分の間のアンモニア還元技術の
非能率により減少される。また、適当な条件にお
いてさえも、アンモニア還元反応は100パーセン
トではない。それゆえ、ガラス熔解炉からの
NOx放出のさらにより沢山の部分を除去するよ
うに方法を改良することが望まれる。
後燃焼はガラス熔解炉での高レベルのNOx低
減を達成するためにアンモニア注入と結びつけて
用いることができるということがわかつた。熱的
条件がアンモニア注入を効果のないものにする各
燃焼サイクルの部分の間で、NOx形成を抑える
ために燃料を排出物通路の選ばれた部分に注入し
てもよい。アンモニアの注入は1600〓から2000〓
（870℃から1090℃）の範囲でなし遂げるのが最も
よいが、燃料をガス温度が少くも2600〓（1420
℃）である排出ガス中に注入するとき、後燃焼は
最も有用であることがわかつた。こうして燃料
は、アンモニアの注入個所から上流の地点で、排
出ガス温度が各燃焼サイクルの始めに少くも2600
〓（1420℃）である地点で、注入される。燃料注
入の適当な地点はポートや首状領域および排出側
の蓄熱充てん層上の充満（plenum）空間にある。
減を達成するためにアンモニア注入と結びつけて
用いることができるということがわかつた。熱的
条件がアンモニア注入を効果のないものにする各
燃焼サイクルの部分の間で、NOx形成を抑える
ために燃料を排出物通路の選ばれた部分に注入し
てもよい。アンモニアの注入は1600〓から2000〓
（870℃から1090℃）の範囲でなし遂げるのが最も
よいが、燃料をガス温度が少くも2600〓（1420
℃）である排出ガス中に注入するとき、後燃焼は
最も有用であることがわかつた。こうして燃料
は、アンモニアの注入個所から上流の地点で、排
出ガス温度が各燃焼サイクルの始めに少くも2600
〓（1420℃）である地点で、注入される。燃料注
入の適当な地点はポートや首状領域および排出側
の蓄熱充てん層上の充満（plenum）空間にある。
後燃焼は全燃焼サイクル中に有益に利用されう
るが、最大の利点は後燃焼とアンモニア注入が順
次あるいはオーバーラツプ期間中に用いられると
きに得られる。アンモニア注入に有利な帯域を通
る排出ガスは、各燃焼サイクルの排気段階の初め
にアンモニア注入に必要な範囲以下の温度に典型
的にある。しかしアンモニア注入が開始される前
のその期間中、上流燃料注入地点における温度は
後燃焼によるNOx低減に対し適当である。この
ように、後燃焼は各排出段階の初期段階において
用い、次いでアンモニア注入に適した状態になつ
たとき止めるのがよい。
るが、最大の利点は後燃焼とアンモニア注入が順
次あるいはオーバーラツプ期間中に用いられると
きに得られる。アンモニア注入に有利な帯域を通
る排出ガスは、各燃焼サイクルの排気段階の初め
にアンモニア注入に必要な範囲以下の温度に典型
的にある。しかしアンモニア注入が開始される前
のその期間中、上流燃料注入地点における温度は
後燃焼によるNOx低減に対し適当である。この
ように、後燃焼は各排出段階の初期段階において
用い、次いでアンモニア注入に適した状態になつ
たとき止めるのがよい。
第１図は蓄熱室系を通して長さ方向の断面に沿
つた平型ガラス熔解炉の側面図である。蓄熱室は
２個チヤンバーを持つ型のもので、および本発明
のアンモニア注入格子は蓄熱室チヤンバーの間の
煙道に描かれている。
つた平型ガラス熔解炉の側面図である。蓄熱室は
２個チヤンバーを持つ型のもので、および本発明
のアンモニア注入格子は蓄熱室チヤンバーの間の
煙道に描かれている。
第２図は第１図の線２−２に沿つてつくられた
第１図の板ガラス用炉の横方向の断面図である。
第１図の板ガラス用炉の横方向の断面図である。
第３図はポートおよび蓄熱室の上部に沿つた拡
大断面図であり、燃料注入地点を示す。
大断面図であり、燃料注入地点を示す。
本発明は典型的な板ガラス熔解炉に結びつけて
ここに述べられ、および蓄熱室構造と排出ガス温
度の組せが本発明がその最大の効用を見出すこと
の中に見出されるということがその内容の中にあ
る。しかしながら、本発明の原理はその中で同じ
かあるいは同様な条件が生じるガラス熔解炉のど
んなタイプにもあてはめることができる。
ここに述べられ、および蓄熱室構造と排出ガス温
度の組せが本発明がその最大の効用を見出すこと
の中に見出されるということがその内容の中にあ
る。しかしながら、本発明の原理はその中で同じ
かあるいは同様な条件が生じるガラス熔解炉のど
んなタイプにもあてはめることができる。
第１図および第２図には、炉（第１図）の装入
口の拡張部１３にホツパー１２から生のガラス形
成が供給される熔解チヤンバー１１を持つ従来の
板ガラス用熔解炉が描かれている。ガラスバツチ
原料が熔解室内に維持された熔融ガラス１４（第
２図）のプール上に置かれる。その炉は、溶解室
１１が同様な構成の一対の１次蓄熱室２０および
２１を側面に並べているよく知られたクロスフア
イヤの蓄熱タイプから成つている。そこを空気と
排出ガスが一つ置きに通過できる耐火レンガのチ
エツカー構造から成る蓄熱室充てん層２３のベツ
ドを持つ耐火性のわく２２を各蓄熱室は含む。１
次蓄熱室２０および２１の各々は熔解室１１の側
に並んで配置された複数のポート２４によつて熔
解室１１と通じている。各ポートは熔解室の内部
につながる一端で開き、蓄熱室の充てん層２３上
部の充満空間２６につながる他端で開いている。
各蓄熱室中の充てん層下部には、一端で煙道３０
に通じる分配空間２７がある。第１図に示された
態様において煙道３０は第一通過のチエツカー充
てん層３２および第二通過のチエツカー充てん層
３３を含んでよい２次蓄熱室３１に通じる。２次
蓄熱室からガスは逆転バルブ機構３４を通りおよ
びそれから煙突３５に流れる。
口の拡張部１３にホツパー１２から生のガラス形
成が供給される熔解チヤンバー１１を持つ従来の
板ガラス用熔解炉が描かれている。ガラスバツチ
原料が熔解室内に維持された熔融ガラス１４（第
２図）のプール上に置かれる。その炉は、溶解室
１１が同様な構成の一対の１次蓄熱室２０および
２１を側面に並べているよく知られたクロスフア
イヤの蓄熱タイプから成つている。そこを空気と
排出ガスが一つ置きに通過できる耐火レンガのチ
エツカー構造から成る蓄熱室充てん層２３のベツ
ドを持つ耐火性のわく２２を各蓄熱室は含む。１
次蓄熱室２０および２１の各々は熔解室１１の側
に並んで配置された複数のポート２４によつて熔
解室１１と通じている。各ポートは熔解室の内部
につながる一端で開き、蓄熱室の充てん層２３上
部の充満空間２６につながる他端で開いている。
各蓄熱室中の充てん層下部には、一端で煙道３０
に通じる分配空間２７がある。第１図に示された
態様において煙道３０は第一通過のチエツカー充
てん層３２および第二通過のチエツカー充てん層
３３を含んでよい２次蓄熱室３１に通じる。２次
蓄熱室からガスは逆転バルブ機構３４を通りおよ
びそれから煙突３５に流れる。
炉を通る流れは周期的に（例えば10分毎に）逆
転する。図面に描かれた操作方法においてはガス
は、入つてくる燃焼用空気が左側蓄熱室２０を通
つてはいりおよび排出ガスが右側の蓄熱室２１を
通つて熔解室から出ていく（第２図に見るよう
に）左から右へ流れる。入つてくる燃焼用空気は
左側の蓄熱室充てん層で予熱され、および燃料
（天然ガスあるいは油）は左側のポート２４内の
バーナーノズル２５により予熱空気と混合され、
その際炎は熔解内の熔融ガラス１４上を左から右
へ広がる。この燃焼サイクルの段階中に右側のポ
ートにあるバーナーノズル２５は働かないまゝで
ある。右側のポート２４を通つて熔解室を去る排
出ガスは、ガス流からの熱がチエツカー充てん層
２３に移される１次蓄熱室２１を通過する。描か
れた望ましい内容においては、蓄熱室システムに
よる廃熱の回収は１次蓄熱室２１によりわずかに
部分的になし遂げられる。付加的熱回収は２次蓄
熱室３１における下流でさらになし遂げられる。
チエツカー充てん層の温度が上限に近づくと、燃
焼が逆転する。炉の左側バーナーが停止し右側の
バーナーが点火し、および入つてくる燃焼用エア
は右側の蓄熱室２１を通過し、排ガスは右側の蓄
熱室２０を経由して熔解室を去る。
転する。図面に描かれた操作方法においてはガス
は、入つてくる燃焼用空気が左側蓄熱室２０を通
つてはいりおよび排出ガスが右側の蓄熱室２１を
通つて熔解室から出ていく（第２図に見るよう
に）左から右へ流れる。入つてくる燃焼用空気は
左側の蓄熱室充てん層で予熱され、および燃料
（天然ガスあるいは油）は左側のポート２４内の
バーナーノズル２５により予熱空気と混合され、
その際炎は熔解内の熔融ガラス１４上を左から右
へ広がる。この燃焼サイクルの段階中に右側のポ
ートにあるバーナーノズル２５は働かないまゝで
ある。右側のポート２４を通つて熔解室を去る排
出ガスは、ガス流からの熱がチエツカー充てん層
２３に移される１次蓄熱室２１を通過する。描か
れた望ましい内容においては、蓄熱室システムに
よる廃熱の回収は１次蓄熱室２１によりわずかに
部分的になし遂げられる。付加的熱回収は２次蓄
熱室３１における下流でさらになし遂げられる。
チエツカー充てん層の温度が上限に近づくと、燃
焼が逆転する。炉の左側バーナーが停止し右側の
バーナーが点火し、および入つてくる燃焼用エア
は右側の蓄熱室２１を通過し、排ガスは右側の蓄
熱室２０を経由して熔解室を去る。
依然として第１図および第２図に言及すると、
アンモニアの注入が１次蓄熱室と対応する２次蓄
熱室の間の各煙道３０および３０′において行な
われるアンモニア注入によりNOx低減に関する
望ましい態様が示されている。このタイプのガラ
ス熔解炉においてはチユーブ３０を通過する排ガ
スの温度は、燃焼サイクルの排出段階の実質的な
部分の間で870℃から1090℃の望ましいNOx還元
範囲にあるということがわかつた。これは前記米
国特許出願第209631号明細書の発明を構成する。
排気流にアンモニアを注入するための望ましい手
段は、煙道３０中に延びる耐熱材料からできた複
数のあなのあいたチユーブ３７から成るグリツド
３６である。各パイプ３７は、供給パイプ３９に
次につながるヘツダーパイプ３８とつながつてい
る。チユーブ３７は、アンモニアを煙道を通過す
る排ガスの実質的にほとんどの流れと完全に混合
することを促進するように配列される。同じグリ
ツド３６′は炉の反対側で煙道３０′中につけてよ
い。
アンモニアの注入が１次蓄熱室と対応する２次蓄
熱室の間の各煙道３０および３０′において行な
われるアンモニア注入によりNOx低減に関する
望ましい態様が示されている。このタイプのガラ
ス熔解炉においてはチユーブ３０を通過する排ガ
スの温度は、燃焼サイクルの排出段階の実質的な
部分の間で870℃から1090℃の望ましいNOx還元
範囲にあるということがわかつた。これは前記米
国特許出願第209631号明細書の発明を構成する。
排気流にアンモニアを注入するための望ましい手
段は、煙道３０中に延びる耐熱材料からできた複
数のあなのあいたチユーブ３７から成るグリツド
３６である。各パイプ３７は、供給パイプ３９に
次につながるヘツダーパイプ３８とつながつてい
る。チユーブ３７は、アンモニアを煙道を通過す
る排ガスの実質的にほとんどの流れと完全に混合
することを促進するように配列される。同じグリ
ツド３６′は炉の反対側で煙道３０′中につけてよ
い。
図面に描かれた燃焼方法においては、アンモニ
ア注入は右側のグリツド３６でおこり、左側のグ
リツド３６′は停止される。燃焼逆転の直後、排
出側で煙道３０を通過する排ガスの温度は規定さ
れたNOx低減範囲以下であることが一般的に認
められるが、アンモニア注入が開始されてよい、
例えば、約１から３分以内で範囲内に上昇する。
本発明に従つて後燃焼が行なわれてもよいのはこ
の期間であり、そのことは以下にもつと十分に説
明する。燃道の排ガスの温度が上昇を続けるとき
アンモニアの注入はその温度がNOx低減範囲を
こえるまで継続し、それからアンモニア注入は停
止されてよい。しかしながら、燃焼逆転間の10分
間の時間間隔でアンモニア注入は排気段階の残り
の間典型的に継続してもよいということがわかつ
た。
ア注入は右側のグリツド３６でおこり、左側のグ
リツド３６′は停止される。燃焼逆転の直後、排
出側で煙道３０を通過する排ガスの温度は規定さ
れたNOx低減範囲以下であることが一般的に認
められるが、アンモニア注入が開始されてよい、
例えば、約１から３分以内で範囲内に上昇する。
本発明に従つて後燃焼が行なわれてもよいのはこ
の期間であり、そのことは以下にもつと十分に説
明する。燃道の排ガスの温度が上昇を続けるとき
アンモニアの注入はその温度がNOx低減範囲を
こえるまで継続し、それからアンモニア注入は停
止されてよい。しかしながら、燃焼逆転間の10分
間の時間間隔でアンモニア注入は排気段階の残り
の間典型的に継続してもよいということがわかつ
た。
燃焼が逆転するときアンモニア注入は炉の反対
側のグリツドに移すことができる。このやり方に
おいて排ガス流は、全燃焼サイクルの実質的部分
（望ましくは大部分）の間にNOx低減を受けるこ
とができる。しかしながら、平均的NOx放出に
おける改良は排出ガス流を最大の実行可能な時間
よりも短かい時間で処理することにより得ること
ができるということが理解されるべきである。例
えば、実質的な改良は、たとえ一方のグリツドの
みが与えられ、アンモニア注入が炉の一方側のみ
で行なわれるとしてさえ、得ることができる。
側のグリツドに移すことができる。このやり方に
おいて排ガス流は、全燃焼サイクルの実質的部分
（望ましくは大部分）の間にNOx低減を受けるこ
とができる。しかしながら、平均的NOx放出に
おける改良は排出ガス流を最大の実行可能な時間
よりも短かい時間で処理することにより得ること
ができるということが理解されるべきである。例
えば、実質的な改良は、たとえ一方のグリツドの
みが与えられ、アンモニア注入が炉の一方側のみ
で行なわれるとしてさえ、得ることができる。
アンモニアガスはキヤリヤーガス（例えば空気
あるいはスチーム）とともにグリツド３６に供給
されるのが好ましい。アンモニアの流速は要求さ
れるNOx低減の程度と反応の効率とに依存する。
あるいはスチーム）とともにグリツド３６に供給
されるのが好ましい。アンモニアの流速は要求さ
れるNOx低減の程度と反応の効率とに依存する。
上記式(1)でわかるように、理論的に１モルのア
ンモニアは１モルのNOを低減するが、もちろん
現実の実験においては100パーセント未満の反応
効率が不完全な混合、理想的熱条件以下などのた
めに得られる。それゆえNOx低減を最大にする
ために窒素酸化物に対し１以上のモル比のアンモ
ニアが通常要求される。しかしながら、多くの場
合最大は要求されなくともよく、それゆえ、経済
的理由から１あるいはそれ以下のモル比を用いて
よい。代表的には0.5と2.0の間のNH3のNOに対
するモル比が適当である。1.0に近い比が経済性
と有効性のつりあいを生じる。
ンモニアは１モルのNOを低減するが、もちろん
現実の実験においては100パーセント未満の反応
効率が不完全な混合、理想的熱条件以下などのた
めに得られる。それゆえNOx低減を最大にする
ために窒素酸化物に対し１以上のモル比のアンモ
ニアが通常要求される。しかしながら、多くの場
合最大は要求されなくともよく、それゆえ、経済
的理由から１あるいはそれ以下のモル比を用いて
よい。代表的には0.5と2.0の間のNH3のNOに対
するモル比が適当である。1.0に近い比が経済性
と有効性のつりあいを生じる。
アンモニアによるNOxの非触媒的選択的低減
の理論的観点は前記米国特許第3900554号明細書
に説明されており、その開示はその結果参照によ
り具体化される。酸素の存在が低減を進行させる
のに要求される。過剰の空気とともに典型的に燃
やされる板ガラス炉においては、十分な酸素が燃
焼パルメータの改変を必要とせずに通常存在する
ということはわかつている。
の理論的観点は前記米国特許第3900554号明細書
に説明されており、その開示はその結果参照によ
り具体化される。酸素の存在が低減を進行させる
のに要求される。過剰の空気とともに典型的に燃
やされる板ガラス炉においては、十分な酸素が燃
焼パルメータの改変を必要とせずに通常存在する
ということはわかつている。
アンモニア注入によりNOxを低減する方法は、
米国特許第3900554号明細書および第4115515号明
細書に説明されているようにNOx低減のためア
ンモニアとともに水素が排ガス流に注入されると
ころの変法を含むことができる。水素の添加は低
減温度範囲の下限を約700℃まで広げる、これに
より、排ガスの温度がアンモニアのみによる効果
的NOx低減の範囲以下である位置あるいは時間
で低減がおこるのを可能にする。排ガス温度が
700℃と870℃の間であるとき、最初にアンモニア
−水素混合物を注入し、および温度が870℃以上
に上昇したとき同じ位置で引続きアンモニアのみ
を注入することにより、これは満足されうる。換
言すれば、上方流位置でアンモニアのみを注入す
るのと同時に比較的低温範囲でアンモニア−水素
混合物を注入するために、煙道中にグリツド３９
からの下方流に、たとえば、第二の注入グリツド
を与えることによりその改変はみたされうる。
米国特許第3900554号明細書および第4115515号明
細書に説明されているようにNOx低減のためア
ンモニアとともに水素が排ガス流に注入されると
ころの変法を含むことができる。水素の添加は低
減温度範囲の下限を約700℃まで広げる、これに
より、排ガスの温度がアンモニアのみによる効果
的NOx低減の範囲以下である位置あるいは時間
で低減がおこるのを可能にする。排ガス温度が
700℃と870℃の間であるとき、最初にアンモニア
−水素混合物を注入し、および温度が870℃以上
に上昇したとき同じ位置で引続きアンモニアのみ
を注入することにより、これは満足されうる。換
言すれば、上方流位置でアンモニアのみを注入す
るのと同時に比較的低温範囲でアンモニア−水素
混合物を注入するために、煙道中にグリツド３９
からの下方流に、たとえば、第二の注入グリツド
を与えることによりその改変はみたされうる。
アンモニア注入方法の他の変法は前記米国特許
出願第209631号明細書に説明されている、および
これら変法の説明は参照によりこの結果具体化さ
れる。
出願第209631号明細書に説明されている、および
これら変法の説明は参照によりこの結果具体化さ
れる。
後燃焼はそうしなければNOx形成に作用する
かもしれない酸素を消費することによりNOx形
成を抑えるのに役立つ。酸素の欠乏がNOxを分
解させること、および可燃性燃料の存在がNOx
の化学的還元をひきおこすということがまたおこ
りうる。上のメカニズムはすべて後燃焼はNOx
形成が好都合である温度にて行なわれるというこ
とを必要とする。最良の結果は少くも2600〓
（1420℃）の温度にある排ガスと可燃性ガスが混
合されたときに達成されると考えられる。燃料注
入位置は燃料が排ガスと完全に混合するのにまた
助けとなるべきである。熱的条件はガラス熔解炉
ごとに異なるが、図面に示されたタイプの代表的
な大型の、板ガラス熔解炉においては、後燃焼に
適当な温度条件は、熔解チヤンバー１１に開いて
いる各出入口２４の口から蓄熱室充てん層２３の
上部までの炉の排出側に存在することが分つた。
しかしながら、後燃焼は燃料注入が蓄熱室充てん
層の上流でおこるときに、明らかに蓄熱室充てん
層内では不十分な混合のために、より効率的であ
ることがわかつた。最も好都合な注入位置は各ポ
ートの口に近接した位置であり、それにより混合
および臨界温度以上での滞留時間を最大にする。
有利な燃料注入位置の一例は燃料ノズル４０がポ
ート２４の首状部に上部から伸びる第３図に示さ
れる。そのノズル４０は混合を促進するために排
ガス流れの方向に向きあう角度にある。第３図に
透視線で示される燃料注入ノズル４１および４２
は個々のポート２４とほゞ一直線にある上側の空
間２６の範囲での燃料注入に別個のしかし効率的
でない位置を表わす。燃料はさらに混合をよくす
るために各ポートと関連した複数ノズルから注入
されてよい。
かもしれない酸素を消費することによりNOx形
成を抑えるのに役立つ。酸素の欠乏がNOxを分
解させること、および可燃性燃料の存在がNOx
の化学的還元をひきおこすということがまたおこ
りうる。上のメカニズムはすべて後燃焼はNOx
形成が好都合である温度にて行なわれるというこ
とを必要とする。最良の結果は少くも2600〓
（1420℃）の温度にある排ガスと可燃性ガスが混
合されたときに達成されると考えられる。燃料注
入位置は燃料が排ガスと完全に混合するのにまた
助けとなるべきである。熱的条件はガラス熔解炉
ごとに異なるが、図面に示されたタイプの代表的
な大型の、板ガラス熔解炉においては、後燃焼に
適当な温度条件は、熔解チヤンバー１１に開いて
いる各出入口２４の口から蓄熱室充てん層２３の
上部までの炉の排出側に存在することが分つた。
しかしながら、後燃焼は燃料注入が蓄熱室充てん
層の上流でおこるときに、明らかに蓄熱室充てん
層内では不十分な混合のために、より効率的であ
ることがわかつた。最も好都合な注入位置は各ポ
ートの口に近接した位置であり、それにより混合
および臨界温度以上での滞留時間を最大にする。
有利な燃料注入位置の一例は燃料ノズル４０がポ
ート２４の首状部に上部から伸びる第３図に示さ
れる。そのノズル４０は混合を促進するために排
ガス流れの方向に向きあう角度にある。第３図に
透視線で示される燃料注入ノズル４１および４２
は個々のポート２４とほゞ一直線にある上側の空
間２６の範囲での燃料注入に別個のしかし効率的
でない位置を表わす。燃料はさらに混合をよくす
るために各ポートと関連した複数ノズルから注入
されてよい。
燃料の注入はポートの口の前の、熔解チヤンバ
ー１１のわずかに内側でまたおこつてもよい。十
分に設備されたNOx制御装置は各ポートと関連
した燃料注入手段を持つことになるが、もちろ
ん、ポートのほんの一部に後燃焼能力を備えるこ
とにより部分的利点が得られうる。多くのポート
を有する炉においては異なる出入口が異なつた速
度でおよび異なつた燃料／空気比をもつて燃焼さ
れるということは異常ではない。それゆえ、いく
つかの場合、後燃焼を比較的大きな燃焼速度およ
び（あるいは）排ガス流中に残る過剰酸素の最大
量を持つそれらのポートに限定することは最も生
産的であろう。
ー１１のわずかに内側でまたおこつてもよい。十
分に設備されたNOx制御装置は各ポートと関連
した燃料注入手段を持つことになるが、もちろ
ん、ポートのほんの一部に後燃焼能力を備えるこ
とにより部分的利点が得られうる。多くのポート
を有する炉においては異なる出入口が異なつた速
度でおよび異なつた燃料／空気比をもつて燃焼さ
れるということは異常ではない。それゆえ、いく
つかの場合、後燃焼を比較的大きな燃焼速度およ
び（あるいは）排ガス流中に残る過剰酸素の最大
量を持つそれらのポートに限定することは最も生
産的であろう。
後燃焼に用いられる燃料は炉燃料として普通に
使われるどんな可燃性の炭化水素でもよく、およ
び大変便利には主燃焼チヤンバーで使われるのと
同じ燃料で、それはきわめてありふれては天然ガ
ス（メタン）である。注入されたガスの量は、注
入位置での排ガス流中で酸素の完全な消費に化学
量論的に要求される量に望ましくは近い。注入す
る比較的多量の燃料はNOx消費において非常に
少ない、たとえあるにしても、利益しか与えない
および部分燃焼した物質の排出に通じうるという
ことがわかつた。炉の全排ガス流における最大の
後燃焼は、熔解室の主燃焼帯域で消費される約10
％までの量で付加燃料の使用を必要とする、およ
び典型的には、４から８パーセントの付加燃料が
効果的であることがわかつた。それぞれのポート
ごとに異なる度合の酸化可能性をもつガラス熔解
炉を操業することは普通であるから、最大の過剰
酸素量がみつかるポートのほんの数個にこの付加
燃料が集中されてもよい。最も高い空気対燃料比
をもつて燃焼されるこれらのポートはNOx形成
の主要部分の原因になりうるおよび、こうして、
後燃焼努力はこれらポートの排出側に集中されて
よい。
使われるどんな可燃性の炭化水素でもよく、およ
び大変便利には主燃焼チヤンバーで使われるのと
同じ燃料で、それはきわめてありふれては天然ガ
ス（メタン）である。注入されたガスの量は、注
入位置での排ガス流中で酸素の完全な消費に化学
量論的に要求される量に望ましくは近い。注入す
る比較的多量の燃料はNOx消費において非常に
少ない、たとえあるにしても、利益しか与えない
および部分燃焼した物質の排出に通じうるという
ことがわかつた。炉の全排ガス流における最大の
後燃焼は、熔解室の主燃焼帯域で消費される約10
％までの量で付加燃料の使用を必要とする、およ
び典型的には、４から８パーセントの付加燃料が
効果的であることがわかつた。それぞれのポート
ごとに異なる度合の酸化可能性をもつガラス熔解
炉を操業することは普通であるから、最大の過剰
酸素量がみつかるポートのほんの数個にこの付加
燃料が集中されてもよい。最も高い空気対燃料比
をもつて燃焼されるこれらのポートはNOx形成
の主要部分の原因になりうるおよび、こうして、
後燃焼努力はこれらポートの排出側に集中されて
よい。
注入された後燃焼燃料と排ガス流との間の混合
の度合は後燃焼の有効性における主要因子のよう
に見える。そのガスが排ガス流の方向に向流に、
あるいは少くもそこに関して鈍角で注入される時
に最良の結果がえられる。向流注入はポートの首
状領域において特に有効である。そのガスは１秒
あたり約50から500フイート（STP）（１秒あた
り15から150メータ）で注入されてよい。
の度合は後燃焼の有効性における主要因子のよう
に見える。そのガスが排ガス流の方向に向流に、
あるいは少くもそこに関して鈍角で注入される時
に最良の結果がえられる。向流注入はポートの首
状領域において特に有効である。そのガスは１秒
あたり約50から500フイート（STP）（１秒あた
り15から150メータ）で注入されてよい。
蓄熱室充てん層から上流の後燃焼によりNOx
を除去する一つの効果は、後燃焼により生じる熱
が蓄熱室によつて部分的に回収されうるというこ
とである。本発明により後燃焼は蓄熱室内のチエ
ツカー充てん層の温度を例えば70〓から80〓（40
℃から45℃）のオーダーで確実に上昇されること
がわかつた。チエツカー充てん層の支持要素がそ
れらの上限温度限界に近い場合には、それらの温
度を監視し、対応して後燃焼の量を制限するのが
望ましいことがある。
を除去する一つの効果は、後燃焼により生じる熱
が蓄熱室によつて部分的に回収されうるというこ
とである。本発明により後燃焼は蓄熱室内のチエ
ツカー充てん層の温度を例えば70〓から80〓（40
℃から45℃）のオーダーで確実に上昇されること
がわかつた。チエツカー充てん層の支持要素がそ
れらの上限温度限界に近い場合には、それらの温
度を監視し、対応して後燃焼の量を制限するのが
望ましいことがある。
上述に従つて行なわれる単独での後燃焼の最大
の効果は約25から30パーセントのNOx除去であ
ることがわかつた、および付加後燃焼燃料を与え
ることは何らの評価しうる改良を提供するように
はみえない。それゆえ、NOxの70パーセントあ
るいは以上は排ガスが排出ポートを通過するとき
にすでに形成される、および後燃焼はすでに形成
されたNOxを減らすには比較的効果がないと信
じられている。後燃焼遂行のレベルは排気サイク
ルを通じて本質的に一定のまゝである。非触媒的
アンモニア注入によるNOx低減は、一方、約95
パーセントの瞬時NOx除去速度をえることがで
きるが、その方法は各排気サイクルの一部の期間
中のみ用いられるので、最大の総括除去速度は典
型的には約60から70パーセントである。両方の方
法を同時に用いることは、後燃焼がアンモニア注
入方法の効率を減少させうるのでそれらのNOx
除去速度の付加の結果とはならない。しかしなが
ら、その２つの方法を連続して用いるとやがて総
括NOx除去速度をアンモニア注入のみによりえ
られる速度以上に約10から50パーセントだけ増加
しうる。
の効果は約25から30パーセントのNOx除去であ
ることがわかつた、および付加後燃焼燃料を与え
ることは何らの評価しうる改良を提供するように
はみえない。それゆえ、NOxの70パーセントあ
るいは以上は排ガスが排出ポートを通過するとき
にすでに形成される、および後燃焼はすでに形成
されたNOxを減らすには比較的効果がないと信
じられている。後燃焼遂行のレベルは排気サイク
ルを通じて本質的に一定のまゝである。非触媒的
アンモニア注入によるNOx低減は、一方、約95
パーセントの瞬時NOx除去速度をえることがで
きるが、その方法は各排気サイクルの一部の期間
中のみ用いられるので、最大の総括除去速度は典
型的には約60から70パーセントである。両方の方
法を同時に用いることは、後燃焼がアンモニア注
入方法の効率を減少させうるのでそれらのNOx
除去速度の付加の結果とはならない。しかしなが
ら、その２つの方法を連続して用いるとやがて総
括NOx除去速度をアンモニア注入のみによりえ
られる速度以上に約10から50パーセントだけ増加
しうる。
個々の望ましい具体例は、本発明を詳述するた
めおよび最良の方式を説明するために細部にわた
り述べられたが、本技術の中で工夫された方法に
知られているようなその他の変法や改変が上記の
特許請求の範囲により定義される本発明の範囲を
はずれないということは理解されるべきである。
めおよび最良の方式を説明するために細部にわた
り述べられたが、本技術の中で工夫された方法に
知られているようなその他の変法や改変が上記の
特許請求の範囲により定義される本発明の範囲を
はずれないということは理解されるべきである。
第１図は板ガラス熔解炉の長さ方向の側断面を
示す。第２図は板ガラス熔解炉の横方向の断面図
を示す。第３図は第２図の拡大図を示す。 １０……板ガラス熔解炉、１１……熔解室、１
２……ホツパー、１３……装入口、１４……熔融
ガラス、２０，２１……１次蓄熱室、２２……耐
火枠、２３……充てん層、２４……ポート、２５
……バーナーノズル、３０……煙道、３１……２
次蓄熱室、３２，３３……チエツカー充てん層、
３６……グリツド、３７……孔あきチユーブ、３
８……ヘツダーパイプ、３９……アンモニア注入
パイプ、４０……燃料注入ノズル。
示す。第２図は板ガラス熔解炉の横方向の断面図
を示す。第３図は第２図の拡大図を示す。 １０……板ガラス熔解炉、１１……熔解室、１
２……ホツパー、１３……装入口、１４……熔融
ガラス、２０，２１……１次蓄熱室、２２……耐
火枠、２３……充てん層、２４……ポート、２５
……バーナーノズル、３０……煙道、３１……２
次蓄熱室、３２，３３……チエツカー充てん層、
３６……グリツド、３７……孔あきチユーブ、３
８……ヘツダーパイプ、３９……アンモニア注入
パイプ、４０……燃料注入ノズル。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 燃料の燃焼でNOx化合物を含む排出ガス流
を生ずる処理炉から排出ガス流が蓄熱室の通路を
通つて排出して、通路に入る際の排出ガス温度が
1420℃以上であり、通路を通過中に降下し、通路
の下流部分では時間と共に排出ガス温度が700〜
1090℃の範囲の内外で変動する処理炉からの
NOxの放出を制御する方法において、通路の下
流部分において排出ガス温度が700〜1090℃のと
き通路の下流部分の排出ガス流中にアンモニアを
注入してNOx化合物を減少させ、アンモニア注
入位置における排出ガス温度が700〜1090℃の範
囲外のときに、排出ガス温度が少なくとも1420℃
である前記通路の上流部分に燃料を注入して注入
燃料の燃焼によつて酸素を消費させ、これによつ
てアンモニア注入によるNOx除去効果を向上さ
せることを特徴とする処理炉からのNOxの発生
を制御する方法。 ２ 処理炉がガラス溶解炉である特許請求の範囲
第１項に記載の方法。 ３ 排出ガスが通過する通路が熱回収手段を含む
特許請求の範囲第１項記載の方法。 ４ 熱回収手段が排出ガスを熱吸収材の充てん層
に通過させる蓄熱室である特許請求の範囲第３項
の方法。 ５ ガス流が周期的に逆転する特許請求の範囲第
４項の方法。 ６ アンモニア注入の位置が充てん層の下流にあ
り、燃料注入の位置が充てん層の上流にある特許
請求の範囲第４項の方法。 ７ アンモニア注入位置での排出ガス温度が870
℃〜1090℃であるときにのみアンモニアを注入す
る特許請求の範囲第１項の方法。 ８ 排出ガスがアンモニア注入位置を通過する時
間の大部分の間、排出ガスの温度が700℃〜1090
℃である通路の位置でアンモニアを注入する特許
請求の範囲第１項の方法。 ９ 排出ガスがアンモニア注入位置を通過する時
間の大部分の間、排出ガスの温度が870〜1090℃
である通路の位置でアンモニアを注入する特許請
求の範囲第８項の方法。 １０ NOx化合物を含む排出ガス流を生じる燃
料の燃焼により加熱する溶解炉中にガラスバツチ
材料を供給し、前記排出ガス流を逆転サイクルの
排気段階中に少なくとも1420℃の温度の炉から蓄
熱室中に送つて、排出ガス流の熱を蓄熱室の充填
層に移し、、それによつて蓄熱室通過中の排出ガ
ス流の温度が低下し、排出ガス流の下流部分で該
ガス流の温度が700〜1090℃の範囲の内外で変動
するガラス溶解方法において、下流部分の排出ガ
ス流の温度が700〜1090℃の範囲外にある逆転サ
イクルの排気段階の初期段階において、溶解炉と
排気ガス温度が1420℃より高くなつている蓄熱室
充填層との間の帯域中の排出ガス流中に燃料を注
入して注入燃料の燃焼によつて酸素を消費させ、
排気段階の引続く期間中に前記燃料注入領域から
下流の帯域において排出ガス流の温度が700〜
1090℃である間に排出ガス流中にアンモニアを注
入することによつて、排出ガス流のNOx含量を
相乗的に減少させるガラス溶解方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/288,843 US4372770A (en) | 1981-07-31 | 1981-07-31 | Melting glass with two stage NOx control |
| US288843 | 1988-12-23 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5827621A JPS5827621A (ja) | 1983-02-18 |
| JPH0131926B2 true JPH0131926B2 (ja) | 1989-06-28 |
Family
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Family Applications (1)
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| JP57117660A Granted JPS5827621A (ja) | 1981-07-31 | 1982-07-06 | ＮＯ↓ｘ発生の制御方法 |
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| US (1) | US4372770A (ja) |
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