JPS6041008B2 - ガラス等の溶融方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガラス等の被溶融物を溶融する方法に関し、更
に詳しくはガラス等の溶融に使用する燃料を節減し、エ
ネルギーコストの低減を計ると共に、ガラス等の溶融時
に生成される燃焼排ガスのもつ熱エネルギーを有効に回
収するようにしたガラス等の溶融方法に関する。

従来、ガラスの製造工程において、ガラス原料（バッチ
、カレット）の溶融は、反射炉内で重油を予熱空気で燃
焼し、前記ガラス原料を加熱することによって行ってい
るが、この場合、熱料原単位はガラス１トン当り重油１
８０〜２００そを必要とし、膨大なエネルギーの消費と
なっている。

従って、世界のエネルギー事情が深刻であり、特に良質
燃料（ガス、液体）の枯渇が問題となっている現状にお
いて、ガラス等の溶融に際し、必要な燃料の節約を計る
ことができる溶融方法の開発が期待されている。本発明
は上記の点に鑑みなされたもので、ガラス等の被溶融物
を酸素−燃料バーナーで加熱した溶融する溶融方法にお
いて、前記バーナーの燃焼によって生成される燃焼排ガ
スのもつ熱エネルギーをボイラーで回収し、かつ該回収
エネルギーを空気液化精溜分離装置の動力源とすると共
に得られた分離酸素を前記酸素−燃料バーナーの酸素源
とすることにより、コスト低減下を計ることができるガ
ラス等の溶融方法を提供することを目的とする。

以下、本発明の実施例につき図を参照して説明する。第
１図において１は従来より使用されてなるガラス溶融炉
で、その内部には炉１の内側上壁より炉内下部において
仕切板２が配設されることにより溶融室３及び清澄室４
が形成されている。

これら各室３，４は互にその下部において蓮通し、後述
する源料送給装置５より前記溶融室３に供給されたガラ
ス原料（バッチ及びカレット）６ａが、清澄室４を順次
通って流れるようになっている。前記溶融室３には前記
原料送給装置（スクリューフィーダー或いはピストンフ
ィーダ−）５の一端が蓮通し、またこの原料送給装置５
の池端側に原料ホッパー７の下端が連結されて、ホッパ
ー７より装入されたガラス原料６ａが原料送給装贋５に
より送られて溶融室３に供給されるようになっていると
共に、前記清澄室４を出た溶融ガラス６ｃがローラー８
上を通ってフロート室９内に入り、このフロート室９内
に収容された溶融錫１０上を送られてフロートガラス６
ｄが装造されるようになっている。前記溶融室３上部に
は、炉１の上壁を貫通して造蘭数の酸素−燃料燃焼バー
ナー１１，１２の噴出口端が突出しており、これらバー
ナー１１”１２にそれぞれ導管１３を通って供給された
ＬＮＧ、重油、徴粉炭等の燃料が空気分離装置１４で製
造されかつ酸素供給導管１５を通って供給された酸素に
より燃焼するようになっている。

また、前記溶融室３の底部には一端が前記空気分離装置
１４に連結するアルゴン供給導管１６の他端が蓮通し、
空気分離装置１４で空気より分離されたアルゴンが前記
導管１６を通って溶融室３内を流れる溶融ガラス６ｂに
吹込まれると共に、清澄室４の底部に一端が空気分離装
置１４に連結する窒素供給導管１７の他端が蓮通し、清
澄室４内を流れる溶融ガラス６ｃに空気より分離された
窒素が前記導管１７を通って吹込まれる。更に、前記窒
素供給導管１７より分岐し、かつ水素供給導管１８の一
端が連結された分岐管１９の一端が接続し、この分岐管
１９の池端が前記フロート室９に蓮通して、このフロー
ト室９に窒素−水素混合ガスが供給されるようになって
いる。前記溶融室３の上部には排ガスダクト２０の一端
に運通し、この排ガスダクト２０の他端が熱回収用ボイ
ラー２１に連結していると共に、このボイラー２１は導
管２２を介して煙突２３の下端に連結して、溶融室３内
の排ガスが、順次排ガスダクト２０、熱回収ボイラー２
１、導管２２、及び煙突２３を通って排出されるように
なっている。

また、図中２４は蒸気タービンで、前記熱回収ボイラー
２１にて熱回収した蒸気を導管２５よりこの蒸気タービ
ン２４に導き、その動力源とすると共に、この蒸気ター
ビン２４により回収した動力を直接空気圧縮機２６の動
力として使用し、かっこの空気圧縮機２６により圧縮し
た空気を導管２７より、前記空気分離装置１４に導入す
るようになっている（なお、作業開始時或いは前記蒸気
タービン２４により回収した動力のみでは空気圧縮機２
６の動力が不足する場合は、この空気圧縮機２６は更に
別の動力源により駆動される。）。次に、上記構成の装
置を使用してガラスの溶融を行う方法につき説明する。
まず、ガラス原料（バッチ及びカレット）６ａを原料ホ
ッパー７より装入し、原料送給装置５により溶融室３内
に送り出す。

この溶融室３に供給されたガラス原料６ａはバーナー１
１，１２によって約１，４５０００に加熱され原料６ａ
に付着する水分及び熱分解によって発生する気体、即ち
Ｃ０２，Ｓ０３，Ｓ０２、結合水も離脱すると共に、ガ
ラス原料６ａを完全溶融し、かつ空気分離装置１４で空
気より分離されたアルゴン（又はアルゴン−酸素混合ガ
ス）をアルゴン供給導管１６より吹込み、ガラス中のガ
ス成分の脱ガス及び縄拝を行つｏ前記熔融室３にて溶融
された溶融ガラス６ｂは清澄室４に送り、ここで空気分
離装置１４において空気から分離された窒素（又は窒素
−酸素混合ガス）を窒素供給導管１７より溶融ガラス６
ｃに吹込み、脱ガス及び蝿梓を行うと共に、温度及び組
成の均一化を行う。

なお、この清澄室４内の排ガスは排ガス導管２８より系
外に排出される。また、前記清澄室４を出た溶融ガラス
６ｃはロ−フー８上を通ってフロート室９内に送られ、
溶融錫１０上を送られてフロートガラス６ｄが製造され
る。この間にあって、前記フロート室９内には窒素−酸
素混合ガスが導管１９より導入され、またその排ガスが
排ガス導管２９より系外に排出される。そして、上述の
如きフロートガラスの製造工程において、溶融室３内の
燃焼排ガスは、排ガスダクト２０を通って熱回収ボイラ
ー２１に導入し、ここで熱回収を行った後導管２２を介
して煙突２３より系外に排出する。

一方、前記熱回収ボイラー２１にて熱回収した蒸気は、
蒸気タービン２４に導き、その動力源にすると共に、蒸
気タービン２４により回収した動力を空気液化糟溜分離
に必要な空気圧縮機２６の動力として使用する。圧縮さ
れた空気は導管２７より空気分離装置１４に導入し、こ
こで空気を酸素、アルゴンガスに分離し、これら分離さ
れた各ガスを上述したように適宜使用する。次に第２図
は本発明方法に排ガス中の窒素酸化物の効果的な除共手
段を組合わせた実施例を示したものである。

一般にガラス原料の溶融は炉内温度が１５００ｑｏ〜１
６００００の高温となり、かつ炉内奏函気は溶融ガラス
中の鉄分による着色を防止する必要上酸素過剰炎としな
ければならないため、空気中の窒素から生成されるＮ０
ｘ（Ｔｈｅ皿ａＩ Ｎ０ｋ）の発生が多くその濃度は５
００〜１００妙ｐｍにも及ぶ。本発明の場合、酸素−燃
料バーナーによるため、空気中の窒素に起因するＮ○×
の発生は本質的にはないが、実用上大気を完全に遮断す
ることは困難であり、本発明者等の経験では１〜２％の
空気侵入は避けられない。又、重油を燃料とした場合重
油中には０．１〜０．４％位の窒素が含有されており、
これがＮ○×への変換率３０％として重油１夕当り１夕
〜４夕のＮ○ｘが生成する。従って公害防止上この除去
手段が望まれる。以下第２図の実施例いつし、て説明す
ると、ガラス溶融炉１内が第１仕切板５１及び第２仕切
板５２が互に適宜間隔をもって配設されることにより子
熱室５３、溶融室３及び清澄室４が形成されている。

これら各室５３，３及び４は互いにその下部において蓮
通し、原料供Ｖ給装贋７より前記子熱室５３に供給され
たガラス原料（バッチ及びカレット）６ａが前記溶融室
３、清澄室４を順次適って流れるようになっており、ま
た、前記第１仕切板５１は比較的短く形成されて、その
下端と前記子熱室５３から溶融室３に流れる溶融ガラス
６ｂ上面との間に隙間５４が形成され、子熱室５３上部
と溶融室３上部とが前記隙間５４を介して互いに蓮適し
ていると共に、前記第２仕切板５２は比較的長く形成さ
れ、その下端が溶融室３から清澄室４に流れる溶融ガラ
ス６ｃ内に突入した、清澄室４の上部と溶融室３上部、
子熱室５３上部との蓮通が前記第２仕切板５２より遮断
されている。又ガラス原料の送給装置５の一端が子熱室
５３に蔓通し、原料ホッパー７からのガラス原料６ａが
予熱室５３内に送り込まれる。この予熱室５３に供給さ
れたガラス原料６ａはバーナー１１からの燃焼ガスによ
り予熱し、原料６ａに付着する水分及び熱分解によって
発生する気体、即ちＣ０２，Ｓ０３，Ｓ０２、結合水を
離脱させ、溶融温度近くまで加熱する。この場合、予熱
室５３内のガス雰囲気は、バーナー１１に供給する酸素
の量を流量制御弁５５により適宜調節し、導管１３を通
ってバーナー１１に送られる燃料を酸素不足の状態で燃
焼させ、溶融室３より隙間５４を通って予熱室５３内に
流入する溶融室３の燃焼ガス（後述するように酸化性雰
囲気）を混合した状態で若干還元性雰囲気とする。次に
、子熱された溶融ガラス６ｂは、子熱室５３により溶融
室３に送り、ここでバーナー１２からの燃焼ガスによっ
て１４５０つＣに加熱し、溶融ガラス６ｂを完全溶融す
ると同時に前記した如く空気分離装置１４で空気より分
離されたアルゴン（又はアルゴン一酸素混合ガス）をア
ルゴン供給導管１６より吹込み、ガラス中のガス成分の
脱ガス及び蝿梓を行う。

この場合、この溶融室３内の燃焼ガス雰囲気は、バーナ
ー１２に送られる燃料を酸素過剰の状態で燃焼させ、酸
化性交図気とする。これにより、鉄分の還元に伴うガラ
スの着色が防止される。また、溶融室３内の燃焼ガスは
、上述したように隙間５４を通って前記子熱室５３に導
入される。なお前記溶融室３にて溶融された溶融ガラス
６ｃは清澄室４に送られ前記同様処理される。上述の如
きフロートガラスの製造工程において、溶融室３内より
隙間５４を通って子熱室５３内に流入した燃焼排ガスを
含む子熱室５３内の燃焼排ガスは、排ガスダクト２０を
適って一次熱回収ボイラー５６に導入し、ここで窒素酸
化物除去に通したガス温度約６０００Ｃ〜１２００００
、好ましくは１０００ｑＣ位まで熱回収を行った後、導
管５７より窒素酸化物除去装置５８に導入し、排ガス中
の窒素酸化物を除去する。

この場合、排ガスは還元性で温度が高いため、窒素酸化
物は酸化鉄等の安価な触媒を用いて、もしくは無触媒で
容易かつ確実に還元される。次いで、前記窒素酸化物除
去装置５８で窒素酸化物が除去された排ガスは排ガス燃
焼用導管５９に導入し、酸素供給導管１６よりの分岐管
６０を通って前記導管５９内に供給された酸素（或いは
別系統より空気を供給することもできる。）により禾反
応の日２，ＣＯを完全に燃焼させる。燃焼後の排ガスは
、二次熱回収ボイラー６１に導入し、熱回収した後、導
管６２を経て、煙突２３より系外に排出する。なお、符
号２５，６３は一次、二次各熱回収ボイラー５６，６１
蒸気用導管であり回収熱は前記の如く空気分離装置用の
動力源として使用される。第２図の実施例によると、従
来の空気−燃料燃焼法に比し著るしく窒素＊＊酸化物の
低減が図れることは勿論、単に酸素−燃料燃焼法による
場合より約３０％の低減が可能である。以上の如く本発
明方法によってガラス溶融した場合、燃料を酸素により
燃焼しているので、火炎温度が高く（２４００ｑｏ〜２
５００ｏ０）また火炎速度が速い（１００〜２皿ｈ／ｓ
ｅｃ）ため材料への熱伝導速度が改良され空気による燃
焼時の２〜３倍とすることができる。

従って従来の炉の容積で２〜３倍のガラスの溶融が可能
となる。また、燃料使用革は、従釆が板ガラス１トンを
製造するために１８０そ〜２００その重油を必要とする
のに対し、本発明方法では、表１に示すガラス溶融炉の
熱収支から明らかなように、重油９６．０夕／トンーガ
ラスであり、従釆の空気に比べて重油使用量が約１／２
となり、燃料の節減が計られる。表 Ｉ また、上述したように重油（燃料）使用量が従来より半
減するため、ガラス１トン製造当りの硫黄酸化物の排出
量は従釆の約１／２となる。

しかもガラス１トン当りの排ガス量を算出すると、空気
燃焼によると２００州ｍ３／トンガラスであるのに対し
、本法では３６州ｍ３／トンガラスであり、排ガス量は
１／５以下となる。従って排ガス処理装燈を小型化する
ことができる。更に、第２図の実施例では、一次熱回収
ボイラーとこ次熱回収ポィラ−とを設け、一次熱回収ボ
ィラ−では窒素酸化物除去に適した温度まで熱回収し、
次に窒素酸化物除去装直にて窒素酸化物を除去した後、
酸素を吹込み、還元性ガス（Ｃ○，比等）を完全熱焼し
た後、二次熱回収ボイラーで熱回収するようにしており
、これにより窒素酸化物の除去が容易になると共に、Ｎ
○×の発生を防止しつつ還元性ガスの完全熱燐を計るこ
とができる。

また熱回収ボイラーにて熱回収した蒸気をタービンにて
動力回収し、これを空気分離装置の動力源としており、
排ガス保有熱から動力への変換効率を３０％とすると、
表１に示した通り、９０６鮒ｍ３／日の酸素が分離され
、燃焼に必要な酸素量９０１７Ｎｍ３／日をまかなうこ
とができる。また、空気分離装置で空気より酸素の他に
アルゴン、窒素が分離されるが、アルゴンは溶融室の底
部より溶融ガラス中に吹込んで溶融ガラス中に吹込んで
溶融ガラスの鯛拝と脱ガスを行うことに使用でき、しか
もこの場合アルゴンを使用することにより、燃焼ガス中
に不必要に窒素が混入することを避けることができる（
なおこの場合、アルゴンの代りにアルゴンと酸素との混
合ガスを使用することもできる）。更に、窒素は清澄室
の溶融ガラスの蝉伴及び脱ガスとフロートガラス製造の
場合におけるフロート室内の雰囲気の形成に使用するこ
とができる。従って、燃料の効率的な使用が計られ、エ
ネルギー効率が極めて良好なものとなる。なお、上記実
施例ではフロートガラス製造の場合について説明したが
、本発明に係る溶融法はロール法板ガラス製造等の場合
にも同様に適用でき、またガラス（ガラス原料）の溶融
の場合だけでなく、その他の適宜な物質の溶融にも適用
できる。

以上説明したように、本発明によれば、熱料を酸素で熱
焼するので、燃料使用量を節減することができ、エネル
ギーコストの低減化を図ることができると共に、蓄熱炉
が不要になるほか、溶融炉の大きさを１／２〜１／３に
することができ、更に排ガス処理装置も小型化すること
ができて、設備費の低減化を計り得る。

更に大きな効果としては、燃焼に必要な酸素及びガラス
製造に必要なガスを得るための動力をほとんど排ガスの
もつ熱エネルギーを回収することによりまかなえること
である。空気分離によって分離されるガスの製造コスト
の大部分は原料空気を圧縮するための動力費であるから
これを従来無駄にしていたエネルギーを利用し得るので
あるからその効果は明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１，２図は本発明の実施に使用する装置の一例を示す
各系統図である。 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ガラス等の被溶融物を酸素−燃料バーナーで加熱し
   た溶融する溶融方法において、前記バーナーの燃焼によ
   つて生成される燃料排ガスのもつ熱エネルギーをボイラ
   ーで回収し、かつ該回収熱エネルギーを空気液化精溜分
   離装置の動力源とすると共に、得られた分離酸素を前記
   バーナーの酸素源とすることを特徴とするガラス等の溶
   融方法。 ２ ガラス等の被溶融物を酸素−燃料バーナーで加熱し
   て溶融する溶融方法において、前記被溶融物を燃料を酸
   素不足状態で燃焼して予熱した後、燃料を酸素過剰状態
   で燃焼することにより前記予熱時と溶融時の燃焼ガスを
   混合した排ガスが還元性雰囲気にあるようにし、かつ前
   記排ガスのもつ熱エネルギーを６００℃〜１２００℃ま
   でボイラーにより回収した後、含有窒素酸化物を除去し
   、ついで含有可熱物を酸素、又は空気を添加して燃焼せ
   しめた後、更にボイラーで熱回収すると共に該回収熱エ
   ネルギーを空気液化精溜分離装置の動力源にして空気を
   分離し、得られた酸素を前記バーナーの酸素源とするこ
   とを特徴とするガラス等の溶融方法。 ３ 特許請求の範囲第２項の方法において空気液化分離
   装置より得られた酸素の一部を前記可熱物燃焼のための
   添加用酸素とすることを特徴とするガラス等の溶融方法
   。