KR0147688B1 - 유리 배취 재료를 가열 처리하는 방법 및 장치 - Google Patents

유리 배취 재료를 가열 처리하는 방법 및 장치

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KR0147688B1 KR1019910701059A KR910701059A KR0147688B1 KR 0147688 B1 KR0147688 B1 KR 0147688B1 KR 1019910701059 A KR1019910701059 A KR 1019910701059A KR 910701059 A KR910701059 A KR 910701059A KR 0147688 B1 KR0147688 B1 KR 0147688B1
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Abstract

산화 조건하에 유리 제조 재료를 처리하고, 유해하고 또는 독성인 폐기물과 같은 재료를 처리하고, 또는 환원 조건하에서 제련하기위한 장치 및 방법이 기재되어 있다. 가스 제조장치와 같이, 본 발명은 액체 유리 용융물을 형성하기위한 사이클론 용융 반응기, 및 유리 제조재료를 수용하고, 최소한 유리 배취 재료의 용융온도에 상당한 온도로 유리 배취 재료를 가열하기위한 그안에 있는 연료와 산화제를 연소하기 위한 연소 예비 가열기를 포함한다. 연소 예비 가열기는 유리 용융 반응기에 연결된 유출구를 갖고, 그리고 적어도 하나이상의 유입구가 연소 예비 가열기 수단안에 산화재료를 도입하고 그리고 잘-교반되는 영역을 생성하기 위해 연소 예비 가열기에 제공된다. 보충되는 열은 가열된 전달가스를 연소 예비 가열기에 도입함에 의해 제공될 수 있고, 그리고 연료 가스화기는 연료가스가 연소 예비가열기안으로 분사되기 전에 연료를 생성하기위해 제공될 수 있다. 환원 조건하에 재료를 처리하기위해, 사이클론 용융 반응기가 예비가열기/환원 챔버에 연결되고, 그리고 가열된 환원 가스는 잘-교반되는 영역이 환원 챔버안에서 생성되도록 하는 그러한 방법으로 환원 챔버에 도입된다. 도한 보충되는 열원으로부터의 가열된 전달가스 및 연료 가스화기로부터 환원가스는 환원챔버에 도입될 수 있다.

Description

[발명의 명칭]
유리 배취 재료를 가열처리하는 방법 및 장치
[도면의 간단한 설명]
본 발명의 다른 목적과 많은 부가적 장점은 수반되는 도면과 연관되어 고려된 잇따른 상세한 기술에 대한 참조에 의해 이해될 수 있는 바와 같이 용이하게 인정될 수 있을 것이다.
제 1 도는 바람직한 구현예의 주요부분을 도시한 본 발명의 유리 용융 장치의 등각도이다.
제 2 도는 역-회전하는 맴돌이 현탁액 예비 가열기와 사이클론 용융실을 포함하는 본 발명의 구현예의 개략적 단면도이다.
제 3 도는 가스/공기 유입구의 맞서있는 소용돌이 방향을 도시한 제 2 도에서 선 3-3 에서 취한 역-회전 맴돌이 현탁액 예비가열기의 단면도이다.
제 4 도는 제트가 맞서있는 (impinging jet) 맴돌이 현탁액 예비 가열기와 사이클론 용융실을 포함하는 본 발명의 구현예의 개략적 단면도이다.
제 5 도는 역-회전 맴돌이 현탁액 예비가열기의 헤드 단부상의 일부를 잘라낸 플라즈마 토오치(plasma torch)를 포함하는 본 발명의 구현예의 개략적 단면도이다.
제 6 도는 역-회전 맴돌이 현탁액 예비가열기에 연결되는 슬랙화 사이클론 가스화기를 포함하는 본 발명의 구현예의 개략적 단면도이다.
제 7 도는 배취 분사 유입구와 고온의 처리되지않은 가스 배출구의 방향을 도시한 제 6 도, 7-7 선에서 취한 슬랙화 사이클론 가스화기의 단면도이다.
제 8 도는 슬랙화 사이클론 가스화기에 부착된 일부를 잘라낸 플라즈마 토오치를 포함하는 본 발명의 구현예의 단면도이다.
제 9 도는 가스화기 배출 어셈블리와 관계된 플라즈마 토오치의 방향을 도시한 제 8도에서의 선 9-9에서 취한 단면도이다.
제 10 도는 제트가 맞서있는 현탁액 예비 가열기/환원 챔버의 가스/공기 유입구에 부착된 플라즈마 토오치를 포함하는 본 발명의 구현예의 등각도이다.
제 11 도는 역-회전 맴돌이 현탁액 예비가열기/환원 챔버의 가스 공기 유입구에 부착된 일부를 잘라낸 플라즈마 토오치를 포함하는 본 발명의 구현예의 개략적인 단면도이다.
제 12 도는 제 11도에서의 선 12-12 에서 취한 본 발명의 구현예의 단면도이다.
[발명의 상세한 설명]
본 발명은 유리제조에 관한 것으로 특히 사이클론(cyclone) 용융 챔버에서 유리 배취(batch) 재료가 빠른 속도로 용융되기전에 연소 예비 가열기에서 유리 배취 재료를 예비가열하는 것에 관한 것이다.
지난 50-75 년간에 걸쳐 많은 시도를 통해 유리 용융로의 효율을 개선시켜왔다. 그러나 최근에 이르러서는 단지 몇몇의 새로운 용융 개념만이 유리산업에 채택되어 왔다.
유리 용융/유리 제조효율은 증가시키려는 시도로는 유리 용융 공정이 일어나는 속도를 증가시키는 다른 유리 용융 방법과 결합하여 사용되는 유리 배취 재료 예비 가열기술을 들 수 있다. 시도하여온 배취 재료 예비 가열공정으로는 이동 배드(bed) 반응기, 레인잉(raining) 배드 반응기, 유체화된 배드 반응기, 향-류 현탁액(suspension) 반응기, 플러그(plug) 흐름형태의 현탁액 반응기 및 용융하기전에 배취 재료를 예비가열하기위한 불꽃 홀더(holder)를 갖는 덤프 연소기의 사용을 들 수 있다. 배취 재료를 예비가열함에 의해 효율을 증가시키는 시도이외에, 보강 또는 개선된 유리 용융 공정은 액중 연소를 이용 이동배취 표면의 직접 가열, 회전하는 용체 또는 다른 표면상에서 용융, 회전 실린더안에서 용융 및 사이클론 형태의 반응기안에서 용융을 사용하는 방법을 들 수 있다.
본 발명에 따른 특별한 장점은 사이클론 형태의 반응기의 유리 용융이다. 종래의 사이클론 형태의 반응기에 관한 특허가 Ferguson, U.S. 특허 No.2,006,947 ; Jack, 등., U.S. 특허 No. 3,077,094 ; Boivent, U.S. 특허 Nos. 3,443,921 및 3,510,289 ; Ito, U.S. 특허 No. 3,748,113 ; Niefyodon 등., U.S.S.R. 특허 No. 0708129 및 Hnat, U.S. 특허 No. 4,535,997 및 4,544,394 에 공고되어 있다. 각각의 이들 특허에는 최종 유리 용융단계를 위한 사이클론 반응기의 사용이 기재되어 있고, 배취 재료를 유리용융의 필수적인 온도로 승온시키기 위해, 연소 또는 사이클 용융 챔버안에 있는 버너(burner)와 같은다른 열부가 형태를 포함한다.
Hnat의 종래의 특허는 소오다 애쉬(ash) 및 보록스(borox)와 같은 보다 높은 휘발성의 광 물질의 손실을 제어하는 수단으로서 특정한 분리 배취 분사 영역의 사용뿐만 아니라, 다양한 형태의 사이클론 디자인의 사용에 주의를 기울여왔다. 다른 방도로 유리 제조효율을 개선시키기 위한 종래의 사이클론 용융의 접근방법은 일반적으로 사이클론 반응기에서 용융하기전에 용융제, 점도 조절제, 세정제 또는 환원제와 같은 휘발성 광물질의 손실을 제어하는 수단을 고려하지 않았다. 특히 현탁액 예비가열 단계에서 휘발성 광물질의 시간-온도 추이를 제어하는 방법은 종래에는 개발되지 않았었다. 석탄과 같은 애쉬 함유연료를 이용하는 종래의 유리 응용방법은 석탄가스화 공정과 관련되어 경제성이 떨어지거나 또는 직접적 석탄연소의 경우에서와 같이 유리중에서 애쉬 오염이 질적인 면의 조절의 관점으로부터 보면 허용될 수 없기 때문에 성공을 거두지 못했다. 전형적인 석탄 애쉬는 시판되는 유리에서 발견되는 것과 동일한 구성종류를 갖지만, 각각의 성분 종류의 농도 분포는 실제적으로 다르다. 석탄 애쉬에 있어서 산화철의 농도는 통상적인 시판용 유리에서 발견되는 농도보다 전형적으로 더 크다. 석탄 애쉬는 전형적으로는 10-20%의 범위로 산화철 농도를 갖는 반면에, 대부분의 유리성분은 0.1-0.2%이하의 산화철 농도는 갖고, 그리고 프린트 콘테이너(flint container)유리를 위한 산화철 농도는 만약 허용될 수 있는 착색이 달성되려면 일반적으로 0.02%이하가 되어야 한다. 호박색 및 녹색의 병 유리를 위한 질적인 면의 조절요구는 거의 제한을 받지않지만, 그러나 일반적으로는 질적인 면의 요구는 산화철 농도가 각각 0.1과 0.3%이어야 함이 요구되어진다.
절연 섬유 유리에 있어서는, 더 높은 정도의 산화철이 허용될 수 있고, 이때 1-2%의 산화철 농도가 허용되다. 1-2%보다 더 큰 정도의 산화철은 일반적으로 절연값을 떨어지게 하고 내재하는 섬유화제와의 재료 적합성 문제를 야기시킬수 있다. 종종 용광로 슬랙(slag)으로 부터 제조되어지는 광물 울(wool)은 석탄 애쉬와 같은 범위의 산화철 농도를 갖는다 ; 그러므로 이 생성물의 제조는 석탄 애쉬 오염에 대해 전혀 민감하지 않다. 그러나 광물 울 제조의 효율은 종래에 언급된 높은 효율의 섬유화제와의 재료 적합성 문제때문에 절연섬유 유리의 제조보다는 실제적으로 낮다.
애쉬 오염문제와 특히 산화철 오염 문제때문에, 매우 극소수의 유리 용융 발명만이 연료에서의 많은 양의 애쉬를 포함하는 석탄 또는 다른 연료를 사용한 직접 연소를 고려하거나 또는 성공을 거두었다. 사실상 미분화된 석탄으로의 통상적인 개방-형태 노의 직접 연소는 애쉬가 재생기안으로 이송되기때문에 성공을 거두지 못했다. 나아가 용융물안에서 스톤(stone)과 코오드(cords)의 형성뿐만 아니라, 노 챔버안에서 슬랙이 생기기 때문에, 내화물질 부식과 방해 문제가 발생하게 된다.
애쉬오염이 되게되는 연료로의 유리용융계를 연소하는 능력은 수득될 수 있는 광(light)과 관련한 연료효율과 높은 온도가열이 중요한 문제점이 되며, 그러나 이후에도 이들 연료의 사용이 성공적으로 달성되지는 못했다. Demarest등의 U.S 특허 No 4,634,461 의 최근의 기술분야에서는, 빠른 속도의 유리 용융 공정에서 미분화된 석탄의 사용 가능성을 지적하고 있다 ; 그러나 이 특허에서, 석탄 애쉬는 실제적으로 애쉬 오염의 정도를 조절하는 수단없이 최종 유리 생성물과 유리 배취 재료안으로 혼입된다.
[본 발명의 목적]
상기 발명의 배경을 염두에 둔, 본 발명의 목적은 산화 조건하에서 유리 배취 재료, 연료 및 산화제로 부터 유리 용융물을 형성하기 위한 장치를 제공하는 것으로, 여기서 배취 재료의 분리와 분산은 용융실 벽에서 일어나고 액체 유리 용융물이 수득되는 사이클론 용융실 안으로 도입되기 전에, 유리형성재료는 현탁액 챔버안에서 배취재료의 용융 온도이상의 온도로 예비가열된다.
나아가 본 발명의 목적은 배취 재료, 연료 및 산화제가 잘-교반되는 영역내에서 혼합되는 것을 특징으로 하는 예비가열 현탁액 챔버를 제공하는 것이다.
나아가 본 발명의 목적은 그안에 가열된 이송 가스를 도입함에 의해 추가의 열을 예비 가열 챔버안으로 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 석탄, 가스, 기름 및 슬러리(slurry)연료와 같은 다른 연료를 사용할 수 있는 유리 용융 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 연료를 예비가열 챔버안으로 도입하기 전에 연료를 가스화하기 위한 가스화기(gasifier)의 추가에 의해 애쉬-함유 연료를 사용할 수 있는 유리용융장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 예비가열기에 대한 연료를 제공하는 가스화기가 연료로부터 고체 오염물질 입자를 제거하는 슬랙화 가스화기인 것을 특징으로 하는 유리 용융 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 다른 용융점을 갖는 유리 배취 재료가 다른 영역에서 예비 가열 챔버안으로 도입될 수 있는 것을 특징으로 하는 용융장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 유리 배취 재료, 연료 및 산화제가 사이클론 유리 용융실안으로 도입되기 전에, 예비가열 가열챔버에 도입되고 상기 배취 재료의 용융점보다 더 높은 온도로 연소되는 것을 특징으로 하는 유리 용융 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 유리 배취 재료, 연료 및 산화제가 예비가열 챔버안에서 서로 혼합되고 잘-교반되는, 난류 영역에서 연소되는 것을 특징으로 하는 유리 용융 방법을 제공하는 것이다.
나아가 본 발명의 목적은 추가적으로 가열된 전달 가스가 예비가열기안에서의 연소동안에 온도를 증가시키기 위해, 배취재료, 연료 및 산화제와 함께 예비 가열 챔버안에 도입될 수 있는 것을 특징으로 하는 유리 용융 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 고체를 포함하는 연료가 예비 가열 챔버안으로 도입되기 전에 슬랙화(slagging) 가스화기안에서 가스화 될 수 있는 것을 특징으로 하는 예비 가열챔버와 사이클론 용융을 이용하는 유리 용융 방법을 제공하는 것이다.
추가의 본 발명의 목적은 예비가열 챔버안에서의 온도가 조정될 수 있는 예비가열 챔버와 사이클론 용융실을 이용하는 유리 용융 방법을 제공하는 것이다
본 발명의 다른 목적은 처리하고자 하는 재료가 사이클론 용융실에 도입되기 전에 현탁액 환원 챔버에서 환원조건하에 가열되는 것을 특징으로 하는 환원조건하에 재료를 처리하기 위해 이용될 수 있는 장치와 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 '또 다른 목적은 가열 원의 환원 챔버안으로 환원 재료를 도입하기 전에 환원 재료를 가열하기위해 제공되는 것을 특징으로 하는 환원 챔버와 사이클론 용융실을 이용하는 환원 조건하에 재료를 처리하는 장치와 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 고체를 포함한 연료가 환원 챔버안으로 도입되기 전에 슬랙화 가스화기에 가스화될 수 있는 것을 특징으로 하는 환원 챔버와 사이클론 용융실을 이용하는 환원 조건하에서 재료를 처리하는 장치와 방법을 제공하는 것이다.
[발명의 요약]
이들 발명의 목적을 증진시키기 위해, 유리 배취 재료연료 및 산화제로 부터 선택된 유리 제조재료를 처리하기 위한 장치와 방법이 기재되어있으며, 그밖에 또한 이 장치는 유해하거나 또는 독성의 폐기물과 같은 재료를 처리하거나 또는 환원조건하에서 재련을 위해 사용될 수 있다. 유리-제조 장치에 있어서, 본 발명은 액체 유리 용융물을 형성하기 위한 사이클론 용융 반응기와 유리 배취 재료의 용융온도에 최소한 동등한 온도로 유리 배취 재료를 가열하기위해 유리-제조 재료를 수용하고 연료 및 산화제를 연소하기위한 연소 예비 가열기를 포함한다. 연소 예비가열기는 유리 용융 반응기에 연결된 유출구를 갖고, 그리고 적어도 하나이상의 유입구가 연소 예비가열 수단안에서 산화재료를 도입하기 위해 그리고 잘 교반되는 영역을 생성하기 위해 연소 예비가열기에 제공된다. 또한 보충되는 열원이 제공되어 연소 예비 가열기안으로 가열 전달가스가 도입되고, 그리고 연료가스화기는 연료 예비 가열기안으로 분사되기 전에 연료가스를 제조하기위하여 제공될 수 있다.
환원조건하에서 재료를 처리하기 위한 장치와 방법에 있어서, 사이클론 용융 반응기는 예비가열기/환원 챔버에 연결되고, 그리고 예비가열된 환원가스는 잘-교반된 영역이 환원 챔버안에 생성되도록 하는 그러한 방법으로 환원 챔버안으로 도입된다. 또한 보충되는 열 원으로부터 가열 전달가스와 연료 가스화기로 부터의 환원가스가 환원 챔버안으로 도입될 수 있다.
[바람직한 구현예의 상세한 기술]
본 발명의 바람직한 구현예의 계속되는 상세한 기술은 본 발명에 특히 유용함이 발견된 산화 조선하에서의 유리 용융 조작을 참조로 구성된다. 그러나, 또한 본질적으로 유리를 용융하는데 사용된 동일한 장치는 미분화된 프릿(frit), 미분화된 슬랙 또는 플라이 애쉬(flyash)를 용융하는데 사용될 수 있다. 플라이 애쉬와 슬랙은 전형적으로 유리 생성물에 이미 용해되어있는 유리 프릿보다 더 높은 용융점을 갖고, 그리고 이에 따라 예비 가열기와 용융챔버의 조작 온도는 더 높은 용융점을 갖는 이들 재료를 수용하도록 승온되지 않으면 안된다. 동일한 본질적인 공정 단계는 양쪽 모두의 공정에서 사용된다. 플라이 애쉬와 같은 단일 성분재료가 용융될 때, 만약 용융제가 공급원료 재료의 용융온도를 감소시키기위해 분리되어 부가되지 않는다면, 공급원료로 부터 휘발성 물질의 손실의 최소화는 필요하지 않게 된다.
또한 본 발명은 산화 조건하에서 해가되거나 또는 독성인 폐기물을 소각하고 유리 캡슐에 넣기 위해 사용될 수 있다. 본 발명에 있어서 독성 또는 유해한 폐기물은 비활성 광물질의 실효량을 포함하는 오염된 토양 또는 다른 폐기물의 소각에 의해 처리된다. 석면 섬유로 부터의 유리재료의 형성은 본 발명의 적용의 다른 예이다. 독성의 폐기물 소각기로서 사용될 때, 이 장치는 광물질 잔류물 또는 애쉬의 슬랙화 온도이상으로 조작되어 용융된 재료가 형성되도록 한다. 소각되는 독성 폐기물에 따라, 미분화된 유리 지스러기 또는 다른 유리 형성성분은 안전한 영역 채움을 위해 적당하게 형성되고 일괄 처리될 수 있는 유리 매트릭스(matrix) 재료를 형성하기 위한 공정에 부가될 수 있다. 예를들어 비교적 작은 표면-대-부피비를 갖는 유리 대리석 또는 입상크기 지그러기의 형성은 제조된 유리-캡슐에 넣어진 재료의 처리를 위해 적당한 형태이어야 한다. 이와 같은 정도로 본 발명은 사용되는 공급물 원료가 미분화되어야 함이 요구되어지고, 공급재료의 입자크기를 감소시키고 독성의 폐기물 재료를 열처리 장치에 이송시키기 위한 수단이 제공되어야만 한다. 압축수단에 의해 끈적거리거나 또는 이송할 수 없는 재료는 오일 또는 물 슬러리에 의해 열처리 장치로 이송될 수 있다. 이송 오일 슬러리가 사용될 때, 이 오일은 소각 처리를 위해 연료로서 사용될 수 있다. 처리장치는 전형적으로 2600 ℉의 온도이상에서 조작되기 때문에, 독성의 폐기물안에서의 탄화수소는 현탁액 예비가열기 어셈블리에서 제거되고 그리고 소성될 수 있으며, 이 어셈블리는 전형적으로 독성의 폐기물 재료의 현탁액 예비가열동안 휘발되는 탄화수소의 소성을 수용하기위해 과량의 공기로 처리되게 된다.
참조로 동일한 특성이 언급된 동일한 부분이 다양한 도면에 상세히 언급되며, 본 발명의 용융장치는 일반적으로 제 1도에 도시된다. 본 발명의 장치의 주요부분은 현탁액 형태의 예비가열 챔버(100), 예비가열 챔버(100)의 배출 단부에서의 사이클론 용융 챔버(200), 용융 챔버(200)의 배출 단부에서의 사이클론 배출 어셈블리(300), 슬랙화 사이클론 가스화기(400), 플라즈마 토오지 가스 예비 가열기 어셈블리(600) 및 예비가열 챔버(100)에 대해 가스화기(400)과 플라즈마 토오치 어셈블리를 연결하는 가스화기/예비가열기 접촉면 어셈블리(500)로 이루어져 있다.
제 1 도는 상기에 규정된 모든 동일한 부분의 연결부분을 도시하고 있지만, 기본적인 기능적 장치는 단지 원통형 형태의 연소 예비 가열기(100), 사이클론 용융 챔버(200) 및 사이클론 배출 어셈블리(300)로 이루어진다. 이 구조물은 제 2도에 도시되어 있다. 제 2도에 도시된 바와같이 연료(30)은 예비가열기(100)의 상단 또는 헤드단부(102)로 도입된다. 연료(30)은 예비가열기(100)의 헤드단부(102)에 위치되고, 그리고 예비가열기 챔버(100)의 길이방향의 축과 공축인 분사 어셈블리(104)를 통해 유리 배취 재료(10)과 함께 도입된다.
예비 가열단계는 본 발명에 대해 매우 중요하다. 잘 교반되는 플러그 흐름 현탁액 예비가열기(100)는 각입자 물질에 대해 대류 열전달을 개선시키고, 한편 연소가 예비가열기 용기안에서 일어날때 연소 안정화를 제공한다. 강한 혼합으로 인해, 연소처리가 일어나는 곳에서 빠른 속도로 열이 방출된다. 적당한 분사지역과 속도를 선택함에 의해, 예비가열기의 벽과 각 입자 광물질의 상호 작용은 최소화 또는 최대화될 수 있다. 축으로의 분사는 예비가열기 벽과의 상호작용을 최소화하려는 경향이 있고, 한편으로는 접선으로의 분사는 특히 높은 수준의 소용돌이를 이용하는 구현에서의 반응기 벽과의 상호작용을 최대화하는 경향이 있다.
제 3도에 도시된 바와같이, 예비가열된 공기 또는 다른 적당한 가스상산화재료(20a),(20b)은 2 또는 그 이상의 유입 포오트(port)(106a),(106b)를 통해 예비가열기(100)로 도입된다. 이들 가스상 산화재료(20a),(20b)는 이들이 산화재료(20a),(20b) 및 유리 배취 재료와 분사된 연료(30)의 난류 혼합을 제공하도록 하는 방법으로 도입된다. 이 결과로예비가열기(100)의 상부 영역(108)에서 연료, 산화제 및 유리 배취 재료의 혼합물이 된다. 이 상부영역 (108)안에, 존재하는 가스는 잘 교반되거나 또는 혼합되지만, 그러나 이 영역(108)에서 각 입자상 물질(예컨대 유리 배취 재료)는 영역(108)의 부피전체를 통해 본질적으로 잘 교반되지 않고 또는 분포조차도 되지 않는다.
역-회전 예비가열기는 제 2도 및 3도에 도시된 바와같이 사용될 때, 이 유입 포오트(106a),(106b)는 용기벽에 대해 접선으로 있고 다른 수준에서 공간화 된다. 이 제트(jet)흐름은 반응기 용기지름 1에 대해 1/4 떨어져서 전형적으로 수직적으로 공간화 된다. 제트가 맞서있는 또는 마주 쏘아지는 예비가열기가 제 4도에 도시된 바와같이 사용될 때, 유입 제트 포오트(107a)(107b)는 동일한 수준에 있고, 그리고 30°-60°의 각을 범위로 할 수도 있지만, 바람직하게는 윗쪽으로 대략 45°의 각에서 향하게 된다. 제트가 맞서 있는 예비 가열기의 제트 포오트(107a),(107b)는 유출되는 스트라임(stream) 또는 제트흐름은 서로충격을 가하도록 또는 챔버(100)의 헤드 단부(102)로 부터 중앙선을 따라 바람직하게는 제3의 아랫쪽 방향의 스트리임상에 충격을 가하도록 위치된다. 제트흐름이 윗쪽 방향으로 충격을 가하도록 하는 것이 바람직한 반면, 제트흐름이 몇몇의 석탄 가스화 장치에서 발견되는 것과 같이 아랫쪽으로 향하게 하는 구현이 가능하도록 계획된다.
예비가열기(100)의 상부 영역(108)안에 연료(30)과 산화재료(20a),(20b)의 연소는 높은 강도의 열 방출이 얻어지고, 그리고 나아가 이 영역안의 가스흐름중에 현탁되어 있는 각 입자상 물질(예컨대, 유리 배취 재료)에 대해 빠른 속도의 열전달이 얻어진다. 예비 가열기 안에서의 소성은 반응기의 잘-교반되는 영역 안에서 연료와 산화제의 혼합과 교반에 의해 일어난다. 정화는 예비가열기안에서 파일럿 버너(pilot buner)또는 통상적인 전기적 점화 어셈블리의 도움으로 일어난다. 바람직한 구현예에서, 고온공기 예비 가열(1200℉)은 시판되는 유용한 가열 복열장치에 의해 제공될 것이다. 이 경우에 반응기 벽에 배열된 바람직한 내화성 물질로 부터의 방열은 일반적으로 사용하고자 하는 다양한 연료와 산화제 혼합물의 자동소성을 달성하게 될 것이다. 예비가열기(100)의 상부 영역(108)에서의 강한 재순환은 맴돌이 또는 마주 쏘아지는 제트흐름으로 역회전되고, 이에 따라 예비가열기 안에서의 인화 안정성의 주요한 수단을 제공함에 의해 생성된다. 이 연소가스의 강한 재순환 없이는, 예비가열기 어셈블리안에서의 비활성 배취 재료 또는 다른 광물질에 의한 인화가 억제되기 때문에 인화의 소멸이 일어나는 경향이 있다. 특히 가열시 CO2의 실효량이 유리되는 석회암과 같은 광물질이 해당된다. 낮은 발열량의 연료가 사용될 때, 또한 보조적 가스 분사, 분리 점화가 또는 파이럿 버너가 예비가열기안에서 인화 안정성을 제공하는 수단으로 사용될 수 있다.
예비가열기(100)이 원통형 형태의 연소챔버일 때, 주요한 인화와 열 방출은 대략 0.5:1-1.5:1, 바람직하게는 1:1의 길이 대 지름비를 갖는 챔버 부피를 점유하는 상부영역(108)에서 일어난다. 이 영역안에서 연료와 산화제의 강한 혼합은 성질상 본질적으로 비 연소성인 미분화된 유리 배취 재료의 실효양의 존재하에, 많은 형태의 가스상, 액체, 고체를 포함하는 연료 또는 액체-고체 슬러리 형태의 연료의 효과적인 연소를 수행한다.
석탄-물 슬러리 또는 석탄-오일 슬러리와 같은 슬러리 연료는 잘-교반 되는/플러그 흐름 예비가열기(100)에서 시판되는 유용한것을 사용함에 의해 또는 변형된 적당한 분사/분무 어셈블리를 사용함에 의해 직접적으로 소성될 수 있거나 또는 처음에 이들은 사이클론 가스화기안에서 예비가열기에서 계속적으로 소성된 처리되지 않은 고온 가스를 가스화할 수 있다. 이 후자의 접근방법은 연료중의 애쉬를 제거해내는 수단을 제공하여 석탄 애쉬에 의한 생성물 오염을 최소화 한다.
예비가열기(100)안에서의 상부영역(108)의 하부흐름은 가스의 플러그 흐름 및 고체 또는 액체 입자가 제조되고 연료(30)의 최종 연소가 완결되는 하단 또는 플러그 흐름영역(110)에 있다. 플러그 흐름에 의해, 가스 재순환 형식은 감소되고 그리고 흐름의 주요한 방향은 반응기의 세로축에 대해 평행하다. 또한 플러그 흐름영역(110)의 효율적인 길이-대-지름비는 대략 0.5:1-1.5:1, 및 바람직하게는 1:1이다. 이 플러그 흐름영역(110)안에서 가스상 재료, 연료(30)과 산화제(20a), (20b) 및 장입된 유리 배취 재료은 예비 가열기 챔버(100)의 모아주는 영역(112)를 통해 계속 진행된다. 모아주는 영역(112)로 부터, 가스와 장입된 배취 재료는 추가의 연소는 없지만, 그러나 유리 생성물의 용융점을 초과하는 평균 온도에서 예비가열된 배취 재료의 분리, 분산, 혼합 및 용융이 추가의 연료없이 그것의 벽(202)를 따라 일어나는 사이클론-형태의 용융챔버(200)으로 이동된다.
본 발명의 의도는 현탁액중에서 배취 재료를 가열하고 예비가열기(100)의 벽을 따라 액체 유리형성을 최소화하는 것이다. 그러나 낮은 용융점을 갖는 종류는 배취 혼합물의 부분으로서 포함될 때, 몇몇의 액체 유리 종류형성은 증기상 응축물 또는 난류성 융착에 의해 예비 가열기의 벽을 따라 일어날 것이다. 사이클론 용융실에서의 유리형성의 양과 관련된 예비 가열기의 벽을 따르는 유리형성의 양은 비교적 작아야 할 것이다.(예컨대, 전형적으로 10%이하이다.)
사이클론 용융 챔버(200)의 벽(202)상에 형성된 용융된 유리생성물(16)과 사이클론 챔버로 부터의 고온가스(32)는 사이클론 용융챔버의 벽에 대해 접선으로 바람직하게 위치된 사이클론 용융챔버(200)에서 소모물 도관 어셈블리(300)을 통해 배출된다.
역회전 예비가열기(100)의 더 낮은 플러그 흐름영역(110)에서 적절한 플러그 흐름을 생성하기 위해, 산화재료의 유입스트라임(20a)(20b)의 운동량을 정확하게 비례되게 하는 것이 필요하다. 이 비례화는 적당한 통상적인 제어밸브에의해 유입위치(106a)(106b)의 길이를 조정함에 의한 예비가열기안으로의 산화 스트리임(20a),(20b)의 질량속도와 유입속도를 조절함에 의해 달성될 수 있다. 역 회전 맴돌이 연소기에서, 동일한 운동량 유입 제트 흐름은 본질적으로 잘 교반되는 영역(108)의 플러그 흐름 하류 스트라임으로 유도되지 않음이 발견 되었다. 따라서 개개의 스트라임의 운동량 조정은 예비가열기의 더 낮은 영역에서 의도한 플러그 흐름 형식을 달성하기 위해 이루어 져야 한다. 맞서있는 제트반응기 디자인에서, 일반적으로 산화재료의 제트흐름은 예비 가열기의 더 낮은 영역에서 잘 발달된 플러그 흐름(예컨대, 최소한의 잔류물 소용돌이)을 달성하기 위해 동일한 운동량이어야 한다.
상부 및 하부영역에서의 가스흐름 형식이 바람직하게 달성된다면, 이후에 예비가열기를 떠나는 분산된 유리 배취 재료의 시간-온도 추이는 배취 재료 유입위치, 유입방향, 유입구에서의 배취 재료의 속도 및 각 배취 재료의 입자크기 분포를 적절히 조정함에 의해 제어될 수 있다. 예비가열기 벽과 배취 재료(10)과의 상호작용의 최소화가 중요하지 않을때, 유입 포오트(106a),(106b)를 통해 예비 가열기로 산화재료와 함께 이 재료를 도입하는 것이 허용될 수도 있다. 예를들어 제 3 도에 도시된 바와같이 유입물(106'),(106)는 유입 포오트(106a),(106b)안으로 제공될 수도 있다. 유입물(106')은 예비가열기(100)으로의 분사를 위해 유입 포오트안으로 추가의 배취 재료(10)을 분사하는데 사용될 수도 있고, 그리고 유입물(106'')은 유입물안으로 추가의 연료(30)을 분사하기 위해 제공될 수도 있다. 이 구현예에서, 재순환 맴돌이에서의 각 입자의 농도는 더 커질 것이며, 그리고 예비 가열기의 벽과 입자간의 상호작용도 더 커질것이다. 만약 용이하게 도입된 재료가 용융되고 반응기 벽을 따라 계속적으로 제거되는 액체 유리층이 형성된다면, 계속해서 반응기 벽과 각 입자의 상호작용은 중요한 것이 아니다. 그러나 배취 재료 예비가열의 바람직한 방법은 예비가열기 벽과 각 입자간의 상호작용의 양을 최소화하는 것이다.
낮은 용융점 배취 재료의 분리 분사액을 예비가열기(100)의 배출 영역(116)으로 또는 유입구(204)의 부근에서 사이클론 어셈블리(200)안으로 제공하는 것이 또한 가능하다. 그러한 위치는 모아주는 영역(112)의 벽(118)을 통해서 유입구(114)에 도시되어 있다.
연소 예비가열기(100)에 현탁되어 있는 유리 배취 재료에 대한 대류 열전달은 주요한 열전달 메카니즘이다. 복사 열전달은 통상적인 개방-노 형태의 노에서 보다 이러한 형태의 공정에서는 그 역할이 미진하다. 예비가열기(100)안에서의 평균 가스온도는 이것을 통과하는 배취 재료에 의해 달성되는 궁극적 예비가열 온도에 영향을 미친다.
따라서, 이 예비가열기의 온도는 본 발명에서 변화될 수 있는 다른 제어이다. 예비가열기(100)의 온도는 화학 양론적 연소, 존재하는 산화제의 수준, 산소보강의 수준 및 사용된 연료의 형태를 조정함에 의해 제어된다. 화학 양론적 연소는 연료/공기비를 조정함에 의해 제어된다. 이것은 통상적인 연료 및 공기 흐름 제어기술이 사용될 수 있다. 산소보강의 수준은 외부 산소원을 이용하여 그리고 공정중에 사용된 공기와 산소의 양을 혼합하고 비례화시키기 위한 통상적인 기술을 사용함에 의해 조정된다. 본 발명에 기술된 바와같이 공기와 산소는 예비 가열기안으로의 도입전에 혼합된다. 본 발명에 기술된 바와같이 공기와 산소는 예비 가열기안으로의 도입전에 혼합된다. 또한 온도 보조적 열원의 사용(본원 이하에 기재될 것임)을 통해 제어될 수도 있다.
통상적인 개방 로에서, 보조열은 종종 전기적 부스트(boost)에 의해 용융 공정에 부가된다. 전기적 부스팅의 통상적인 수단은 한쌍의 전극을 로안에 있는 유리 용융물안에 액침시켜 도입한다. 본 발명에서, 플라즈마 토오치(600) 또는 전기적 아아크(arc) 방출은 유리 용융 공정안으로의 열 유입을 늘리는데 사용될 수 있다. 플라즈마 토오치는 당해 기술 분야에 널리 공지되어 있고 그리고 가스 플라즈마를 생성하기 위한 장치이다. 가스 플라즈마는 고도로 이온화되어있는 가스이다 ; 즉, 전자의 많은 퍼센테이지가 가스의 원자로 부터 스트립(strip)되어 이에 따라 가스가 전기적으로 전도성을 갖게 한다. 플라즈마 토오치의 가장 공통적인 형태는 전이-아아크 형태 또는 비-전이 아아크 형태중 하나이다. 전이-아아크 디자인에서, 플라즈마 지지가스는 전극(전형적으로, 캐소우드)와 또한 전극으로서 쓰이는(전형적으로 아노드) 처리하고자 하는 재료사이로 통과된다. 열은 주요하게는 전도에 의해 플라즈마로 부터 처리재료로 전이된다. 비-전이 아아크 방전장치에서, 플라즈마 지지장치는 자립형(sell contained) 전극(캐소우드와 아노드)을 통해 통과되고, 그리고 열은 플라즈마 지지가스에 전달되고, 이 지지가스는 차례로 열을 복사와 대류에 의해 처리재료에 전달한다. 본 발명에서, 비전이된 플라즈마 토오치는 본래 계획된 대부분을 적용을 위한 바람직한 디자인이다. 전기장을 변화시키는 시간을 이용한 전극이 없는 플라즈마 생성기와 같은 플라즈마 생성기의 다른 형태는 또한 실험실용 실험에서는 이용되지만, 그러나 산업적 기초를 토대로 해서는 유용하지 못하다.
제 5 도에 도시된 배취에서, 플라즈마 토오치(600)은, 그것을 통해 연료(30)과 배취 재료(10)이 각각 예비가열기(100)안으로 이동되는 유입구(120,122)와 함께 역-회전 맴돌이 예비가열기(100)의 헤드 단부(102)에서 설치된다. 플라즈마 토오치(600)을 사용한 열적 확장은 예비가열기(100)안에서의 평균 가스온도보다 더 높은 온도로 이를 통과하는 열전달가스(40')에 의해 달성되고 그리고 가열된 전달가스(40')을 예비가열기(100)안으로 분사함에 의해 달성된다. 분사된 전달가스(40')의 온도는 보조가열없이 존재할 수 있는 온도보다 더 높다. 예비가열기(100)에서 분사된 배취 재료(10), 연료(30) 및 산화제 흐름(20a),(20b)와 가열된 전달가스(40')의 혼합에 의해, 더 높은 온도 가스-고체 현탁액이 예비가열기(100)의 상부영역(108)에서 형성된다.
열전달 가스는 공기, 연료가스 또는 비활성 가스가 될 수 있다. 전형적인 적용에서, 열전달 가스(예컨대, 상화제, 연료 또는 비활성)특성은 예비가열기안에서 총괄 화학양론적 연소를 달성하도록 고려되어야 한다. 예비가열기에서 산화조건을 유지하는데 바람직한 적용에서, 열전달 가스는 일반적으로 공기가 될 것이다. 예비가열기에서 환원조건을 유지하는데 바람직한 적용에서, 열전달 가스는 전형적으로 환원 또는 연료가스가 되어야 할 것이다.
플라즈마 토오치의 사용 또는 전기적 아아크 방출과 같은 고열을 제공할 수 있는 다른 열원의 사용은 본 복열장치에 의한 연소 공기 예비가열 온도 또는 산소보강의 수준을 증가시킴이 없이 연소 예비가열기 챔버 온도를 증가시킨다. 연소 공기온도를 승온시키고 산소 보강을 증가시키는 열 복열장치의 사용은 연소 공정에서 고온을 달성하는 공통적인 수단이다. 열복열과 산소보강의 수준은 종종 경제적인 고려에 의해 지배된다. 복열장치로의 공기 예비 가열온도의 달성은 종종 구조물 재료뿐만 아니라 다른 공학적 고려에 의해 제한을 받는다. 따라서 플라즈마 생성기의 사용은 추가 열회수 장치 또는 산소 저장/생성 장치에 대한 필요성없이 추가되는 열을 연료가스에 또는 산화제에 제공함에 의해 반응기 온도를 증가시키는 수단을 제공하게 된다. 본 발명에 있어서, 플라즈마 생성기는 공정을 위한 주요한 열원은 아니지만, 그러나 공정 경비 또는 유입 조정으로서 사용된다. 따라서 플라즈마 토오치를 사용함에 의해, 또 다르게는 제 2도에 도시된 장치에 관해 검토된 것과 동일한 장치와 방법이 유지된다.
제 6 도에 도시된 본 발명의 구현예에서, 슬랙화 가스화기(400)을 역-회전 예비가열기(100)의 상부영역(108)안으로의 분사를 위해 고온 연료가스(403)이 제공되도록 포함된다. 슬랙화 가스화기(400)은 연결 도관 처리에서 열 손실을 최소화하기 위해 예비가열기(100)에 근접하게 연결된다. 또한 다른 형태의 가스화기가 사용될 수 있지만, 그러나 일반적으로 이들은 더 낮은 온도에서 조작되고, 열적으로도 효율성이 없을뿐만 아니라, 그리고 더욱 고가이다. 따라서, 근접되어-쌍으로된 슬랙화 가스화기가 바람직한 가스화기이지만, 그러나 공정을 위한 유일하고 가능한 연소가스원은 아니다. 또한 슬랙화 사이클론 가스화기(400)의 사용은 대부분의 소정의 연료 애쉬를 용융된 슬랙(401)의 형태로 제기할 수 있기때문에 바람직하다.
사이클론 가스화기(400)에서, 연료(30)(전형적으로 미분화된 석탄)은 적당한 분사기 어셈블리(408)(시판되는 유용한 석탄 분사기와 같음)를 통해 가스화기의 헤드(406)에서 도입된다. 추가적으로, 예비가열된 연소공기 또는 다른 산화재료(20)은 가스화기(400)안에서 강한 맴돌이 운동을 일으키기 위해서 원통형 가스화기(400)의 내면으로 유입구(409)를 통해 접선으로 도입되는 것이 바람직하다. 가스화기안에서 가스의 맴돌이 운동의 결과로 석탄으로 부터 연료 애쉬의 대부분이 용융된 슬랙(401)의 형태로 가화기의 벽에서 분리된다. 슬랙은 적당한 슬랙 트랩(trap)(410)을 통해 가스화기로 부터 제거된다. 전형적으로 소량의 석탄 애쉬(예컨대 30% 이하)는 사이클론 가스화기에서 분리되지않고 가열된 연료가스(403)을 사용하여 배취 예비가열기(100)으로 넘겨지게 된다.
처리되지 않은 연료가스(403)과 나머지 소저의 애쉬는 예비가열기(100)안으로 도입되기 전에, 가스화기(400)에서 가스화기/예비가열기 접촉면 어셈블리(500)안으로 배출된다. 접촉면 어셈블리(500)은 또한 처리되지 않은 고온가스(403)안으로 배취 재료(10)의 분사를 위한 유입구(502),(504)를 포함한다. 접촉면 어셈블리에서 처리되지 않은 고온가스(403)과 배취 재료(10)의 혼합은 예비가열기(100)의 상부영역(108)안으로 도입되는 가열된 가스-교체 현탁액(404)를 얻는다. 이 가스-교체 혼합물은 예비가열기(100)의 길이방향의 축을 따라 위치된 도관 또는 노즐(506)을 통해 예비가열기로 분사된다.
접촉면 어셈블리(500)은 사이클론 가스화기로 배출되는 맴돌이 가스를 위한 똑바른 흐름 메카니즘을 제공하는 한편 벽 열전달 손실을 최소화하기 위해 제공된다.
흐름을 곧게 하는 것은 맴돌이의 방향과 병류인 접선상의 배출구(505)를 제공함에 의해 달성된다. 그것은 배취 재료(502),(504)뿐만 아니라 플라즈마 토오치(제 8도)를 위한 가능한 부착 지점의 도입을 위한 편리한 위치이다.
모든 경우에서, 배취 재료의 바람직한 도입은 접촉면 어셈블리의 배출 도관에서 동시에 일어난다. 제 6도에 도시된 바와같은 예비가열기 및 이들의 조작은 제 2도에 도시된 구현예에 대해 기술된 것과 본질적으로 동일하다.
제 8도에 도시된 바와같이 슬랙화 가스화기(400)가 제공되는 제 6도에 도시된 발명의 구현예이외에, 플라즈마 토오치(600)가 연소 예비가열기(100)에 슬랙화 가스화기(400)을 연결하는 접촉면 어셈블리(500)에 연결될 수도 있다. 또한 전기적 아아크 방출은 공정을 전기적으로 부스팅시키는데 사용될 수 있다 ; 그러나 이들은 공정장치를 접촉시키기에 간결하거나 편리하지는 않으며 디자인에 도입하는 더욱 지장을 초래한다. 플라즈마 토오치(600)은 그것을 통해 향해 있는 전달가스(40)에 열 에너지를 제공하는데 사용될 수 있다. 가열된 전달가스(40')(예컨대 플라즈마 지지 가스)은 전형적으로 7000℉내지 17000℉범위의 온도로 가열된다. 복열장치에 의해 예비가열된 공기는 전형적으로 1200℉ 내지 2200℉의 온도로 제한된다. 공정장치안에서 달성될 수 있는 궁극적 온도는 주요하게는 벽격납용기 재료의 지속력의 고려에 의해 따르게 된다. 플라즈마 토오치에 의해 가열되는 가열된 전달가스(40')는 접촉면 어셈블리(제 9도)의 내면에 바람직하게는 접선으로 위치된 유입구(602)를 통해 원통형 접촉면 어셈블리(500)안으로 도입된다. 가스(40'), (403)의 혼합은 배취 재료(10)과 함께 접촉면 안에서 일어나서 더 높은 온도의 가스-고체 현탁액(404')를 형성한다. 이 기체-고체 현탁액(404')는 보조적 가열 원/플라즈마 토오치(600)없이 가능한 것 이상의 온도를 갖는다.
제 8 도에 도시된 구현예의 나머지 요소는 앞서 기술된 것과 동일하다.
제 1도 내지 9도와 관련되어 논의된 방법과 장치는 장치가 약간의 화학양론 이하 또는 산화조건하에 유리 배취 또는 다른 광물질을 용융시키는데 사용될 수 있다는 점이 주요하게 고려된다. 상화조건에 의해 연료의 완전연소를 위해 필요로 하는것 이상의 산소를 의미한다. 따라서, 산소는 연소생성물의 종류중에 하나가 될 것이며, 그리고 연소생성물중에는 소량의 일상화탄소 또는 수소가 존재하게 될 것이다. 대조적으로 환원조건은 완전연소에 대해 불충분한 산소를 의미한다. 환원조건하에는 수소와 일산화탄소의 퍼센테이지는 실제적으로 더 크고, 그리고 본질적으로 유용한 자유산소가 없다.
유리가 용융되는 대기압은 유리용융공정에 화학적으로 영향을 미칠수 있다. 예를들어, 산화철 산화-환원상태는 차례로 제조된 유리의 색에 영향을 미칠수 있는 화학양론적 연소에 의해 영향을 받게 된다. 몇몇의 적용, 실례로 금속-함유 광석 또는 금속-함유 폐기물재료(예컨대 전기적 아아크 로부터의 폐기물 먼지)의 제련에서, 환원의 상당한 수준을 달성하려한다면 고도의 환원조건하에서 용융공정을 조작하는 것이 필수적이다. 제 10-12 도에 도시된 구현예에서, 도시되어 있는 장치는 금속-함유 광물질 또는 폐기물질의 환원을 허용한다. 다른 경우에서와 마찬가지로 이 경우에서도 같은 부분은 같은 번호로 나타내어진다.
환원 구현의 하나인 목적은 광석 또는 금속-함유 폐기물로 부터 철 또는 다른 금속을 경제적으로 제조하는 것이다. 미분화된 광석의 제련과 전기적 아아크 로(furnace) 먼지로 부터의 금속의 회수는 본 기술의 적당한 적용의 실례이다. 본 발명에 있어서, 플라즈마 토오치(600a-c)는 환원공정에서 보충적 엔탈피 유입을 제공하는 수단으로서 사용된다. 그러나 환원 단계를 위한 주요한 에너지원은 석탄의 고온 가스화로부터 온다. 가동되는 플라지마 기술을 경제적으로 단독으로 사용하는 이전의 시도들은 이들 공정의 바람직하지 않은 경제성 때문에 성공을 거두지 못했다.
본 발명이 광석 또는 다른 산화금속 함유 재료의 환원을 위해 사용될 때, 현탁액 예비 가열 챔버(100) 및 사이클론 용융실(200)은 매우 높은 고온 및 환원 조건하에 조작되어야만 한다. 환원 공정의 바람직한 구현예는 공정 가열기에 대해 엔탈피 부스트와 추가의 고온 환원가스를 제공하기위해 현탁액 예비가열기, 환원 챔버(100'), 사이클론 용융실(200) 및 플라즈마 토오치(600a-c)에 고온 환원가스를 제공하는 슬랙화 사이클론 가스화기(400)으로 이루어진다. 슬랙화 사이클론 가스화기(400)은 사이클론 가스화기에 도입되는 정상적으로 70% 의 석탄애쉬를 제거하고, 이에 따라 공정의 금속 제조단계에서 요구된 슬랙 제거양을 감소시킨다. 가스화기로 부터의 명목상 배출 온도는 2800℉-3500℉의 범위이고, 이때 전형적으로 화학양론 양의 60% 이하이다. 환원하고자 하는 재료는 가스화기(400)과 환원챔버(100')어셈블리를 연결하는 접촉면 어셈블리(500)에 도입되어, 이에 따라 환원가스 온도가 감소된다. 계속해서 가스-고체 현탁액(404)은 추가의 고온 환원 가스가 플라즈마 토오치(600b-600c)를 통해 분사되는 잘-교반되는/플러그 흐름 환원 챔버(100')에 유입되어, 이에 따라 예비가열기안에 포함된 광물질과 가스에 추가의 엔탈피를 제공한다. 바람직한 환원 가스는 천연가스의 개질(reforming)로 부터 수득될 수 있는 수소와 일산화탄소이다.
예비가열기 어셈블리에서 배출되는 가스-고체 현탁액의 평균온도는 환원되는 제료의 형태에 의해 지배를 받는다. 철 제조 적용을 위해, 예비가열기 어셈블리로 부터의 가스-고체 현탁액의 배출온도는 전형적으로 2800℉보다 크다. 계속해서 예비가열된 광물질은 각 입자의 분리 및 용착이 용융실 벽을 따라 일어나는 사이클론 용융실(200)으로 유입된다.
높은 수준의 환원을 달성하기 위해서는, 코우크스 또는 석탄과같은 미분화된 고체 탄소원을 광물질과 함께 접촉면 어셈블리(500)로 또는 분리하여 환원챔버(100')중에 하나에 도입하는 것이 우리하다. 고체 탄소와 액체 광물질의 상호작용은 높은 수준의 산화금속 환원을 결과한다. 철 환원에 대해 포함된 반응은 다음과 같이 나타낼 수 있다 :
FeO+C = Fe+CO : H= +37084 cal/mole.
일산화탄소는 반응생성물중 하나이기 때문에, 탄소에 의한 산화철의 환원이 일산화탄소에 의해 간접적으로 진행되고 계속해서 형성된 이산화탄소가 탄소와 반응하여 다음과 같은 일산화탄소를 재형성하는 것이 일반적으로 수용되어야 한다 :
FeO+CO = Fe+CO2: H=-4136 cal/mole
C + CO2= 2CO : H=+41220 cal/mole
CO2에 의한 탄소의 가스화는 흡열성이 고도이고, 또한 허용할 속도에서 진행되도록 높은 온도를 필요로 하기때문에, 총괄 환원속도는 탄소의 가스화 속도에 의해 제어된다. 탄소의 가스화 속도는 탄소의 반응성, 온도, 그리고 반응을 유지하기 위한 가열의 유효성에 의해 좌우될 것이다. 따라서, 고체탄소에 의한 환원 속도는 열원으로 부터 반응재료에 열전달 속도에 따라 궁극적으로 좌우된다. 현탁액에서 가열된 미세입자의 사용 및 사이클론 용융실에서 형성된 액체츤의 대류 혼합은 총괄 환원공정의 속도를 높인다.
산화금속 환원의 효과적 수준을 달성하기 위해서, 다음과 같이 규정된 환원가스 비(RGR)이 공지되어 있다.
RGR = (CO+H2)/(CO+CO2+H2+H2O) 는 적어도 0.6 또는 그 이상이어야 한다.
전술되어 규정된 바와같이, 이들 수현예의 주요한 부분은 슬랙화 사이클론 가스화기(400); 가스화기(400)을 예비가열기/환원챔버(100')에 연결하는 가스화기/예비가열기 접촉면(500) ; 환원챔버(100')의 배출단부에서의 사이클론 용융챔버(200); 사이클론 용융 챔버(200)의 배출부에서의 사이클론 배출 어셈블리(300) ; 그리고 하나 또는 수개의 보조 가스가열 어셈블리가 포함되며, 이때 한 어셈블리(600a)는 접촉면(500)에 연결되고 다른 어셈블리(600b) 및 (600c)는 환원챔버(100')에 연결된다.
예비가열기/환원 용융실 챔버(100')은 예비가열기(100)과 본질적으로 동일 하지만, 그러나 챔버(100')의 내화 라이닝(lining)은 여기에 존재할 수 있는 강한 환원 조건을 유지하기 위해 달라야 한다.
슬랙화 사이클론 가스화기(400)은 환원 챔버(100')에 도입되는 미분화된 광석 또는 금속-함유 폐기물을 위한 주요한 환원제가 되는 고온의 환원가스(403)을 생성한다. 미분화된 석탄, 미분화된 코우크스, 액체 탄화수소 연료 또는 가스상 탄화수소 연료와 같은 추가의 환원제(50) 및 광석-함유 광물질(15)은 유입구(502),(504)를 통해 접촉면 어셈블리(500)으로 도입된다.
제 10-12 도에 도시된 바와같이 접촉면(500)에서 환원챔버(100')의 상부영역(108)로 배출되는 가스-고체 현탁액(400)의 온도를 승온시키는 것이 유리하기 때문에, 플라즈마 토오치(600b,600c)는 환원챔버(100')에 부착된 유입구(606b,606c)를 통해 분사되는 환원가스를 가열하기위해 제공된다. 이들 플라즈마 토오치는 챔버(100')안에서 의도한 고온(3,000℉의 범위)을 수득하는데 사용될 수 있다. 환원 챔버에서 고도의 환원조건을 유지하기 위해서는, 전술된 구현예에서 제공된 바와 같이 챔버(100')안으로 추가의 산화재료를 도입하는 것은 바람직하지 않지만 그러나 추가의 환원제 도입은 허용되며 바람직하다. 이들 추가의 환원제는 플라즈마 토오치(600b,600c)에 의해 또는 다른 가열수단에 의해 도입되고 가열될 수 있고, 그리고 유입구(606b,606c)를 통해 환원챔버에 도입된다. 이들 유입구의 작용은 제 1도 및 2도에 도시된 구현예에서 연소 챔버안으로의 유입구(106a,106b)의 작용과 유사하다 ; 이것은 코우크스 또는 석탄입자와 같은 환원제 및/또는 현탁된 액체-고체 재료가 예비가열기에서 가스에 의해 정확하게 가열되는 챔버(100')안에서의 영역을 제공하는 것이다. 환원챔버/예비가열기(100')의 전형적 배치는 제 11도에 도시된 바와 같은 역-회전 맴돌이 반응기이다. 예비가열기와 결합되어 전술된 바와 같은 그러한 반응기에서 그 안으로의 질량흐름 및 유입속도를 조정함에의해 챔버(100')의 상부영역(108)안에서 혼합을 제어하는 것이 가능하다.
플라즈마(600b,600c)로 부터의 가열된 환원가스가 챔버(100')의 상부영역(108)안으로 서로 윗쪽을 향하여 분사되어, 바람직하게 가스가 45˚각도에서 맞쏘아 지게되고, 상부영역(108)에서 잘-교반되는 조건을 생성한다. 45˚가 플라즈마 토오치(600b,600c)의 경사의 바람직한 각도인 한편, 각도는 30˚-60˚의 범위일 수도 있다. 이 배치는 제 4도에 논의된 바와 유사하다.
보조적 열원(600a),(600b) 및 (600c)에 의해 가열하고자 하는 바람직한 환원가스는 수소, 일산화탄소, 천연가스 또는 이들의 다양한 혼합물을 포함한다. 천연가스는 연료 및 환원가스로서 사용될 수 있다. 그러나 플라즈마 토오치로 환원가스로서 천연가스를 직접 사용하는데 따르는 단점은 CH4의 분해를 통해 일어날 수 있는 그을음 형성에 관한 것이다. 수소와 일산화탄소의 혼합물은 이런 문제점을 갖지 않는다. 만약 시간-온도 요구가 지시된다면, 추가의 광물질은 챔버(100')의 배출단부(118)에 인접한 도관(114)를 통해 분사될 수 있다. 또한 추가의 환원제(50)은 추가의 광물질이 유입구(114)를 통해 예비가열기로 분사됨과 동시에 챔버(100')안에서 현탁액에 부가될 수도 있다. 현탁된 광물질과 가열된 환원가스로 구성된 예비가열된 가스-고체 현탁액(116)은 적당한 유입 도관 어셈블리(204)의 수단에 의해 챔버(100')안에서 사이클론 용융챔버(200)안으로 배출된다. 본원에서 전술된 본 발명의 구현예에서와 같이, 예비가열된 광물질은, 광물질의 용융이 일어나는 사이클론 용융실 벽(202)를 따라 분리되고, 분산되고 그리고 혼합된다.
고도의 환원수준은 달성하기 위해서는, 액체-고체 환원반응을 수행하기 위한 용융 공정동안 사이클론 용융 챔버안에서 고체 탄소와 용융된 광물질과의 물리적 접촉을 제공하는 것이 필수적이다. 고체 탄소 재료의 사이클론 용융챔버(200)안에서의 유용성을 확보하기 위해서, 예비가열기안으로 도입된 미분화된 탄소함유 재료의 시간-온도 추이는 전술된 바와 같이 제어될 수 있다. 고체 환원제의 도입을 위한 다른 방도의 바람직한 위치는 유입구(502),(504)에서는 접촉면 어셈블리(500), 유입구(122)에서는 환원챔버(100')의 헤드단부 및 유입구(114)에서는 챔버(100')의 배출부 근처이다.
본 발명을 상세히 설명하여 전술함으로써 첨단기술을 적용함에 있어서, 추가의 노력없이 서비스의 다양한 조건하에 사용하는데 대해 동일하게 적용될 것이다.

Claims (63)

  1. 액체 유리 용융물을 형성하는 사이클론 유리 용융물 반응기 수단 ; 유리 배취 재료, 연료 및 산화제를 수용하고, 그리고 그 안에서 상기 연료와 산화제가 연소되고, 그리고 적어도 상기 유리 배취 재료의 용융 온도에 상응하는 온도로 상기 유리 배취 재료를 가열하며, 상기 사이클론 유리 용융을 반응기 수단에 연결되는 유출구를 갖는 연소 예비 가열기 수단 ; 및 상기 산화제를 상기 연소 예비가열기 수단으로 분사하고 그리고 상기연소 예비가열기 수단안에서 역회전하는 잘-교반되는 영역을 형성하는 유입구 수단으로 이루어진, 연료와 산화제의 존재하에 유리 배취 재료로부터 유리를 제조하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 연소 예비가열기 수단은 원통형벽에 의해 규정되고 상부 및 하부단부 및 이것을 통한 세로축을 갖는 원통형의, 수직으로 위치된 챔버를 포함하고, 여기에서 상기 유입구 수단이 상기 상부 단부에서 상기 잘-교반되는 영역을 형성하도록 상기 상부 단부에 위치되는 것을 특징으로하는 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 추가로 상기 예비가열기 수단은 상기 원통형 챔버로 부터 상기 유출구까지 하향으로 수렴하고, 상기 유출구에서 상기 사이클론 유리 용융 반응기 수단에 연결되는 수령 챔버영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 유입수단이 상기 원통형 챔버의 상기 벽에 접하여 위치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 유입수단이 상기 수직 원통형 챔버의 상기 상부 단부로 향한 적어도 2개 이상의 수직으로 공간화된 유입 포오트를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 유입 포오트는 원통형 챔버의 1지름에 대해 원통형 챔버의 지름의 1/4의 거리로 동등하게 떨어져 수직으로 공간화되는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 원통형 챔버의 상기 상부단부가 0.5:1-1.5:1의 길이 대 지름비를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 2 항에 있어서, 상기 원통형 챔버가 추가로 상기 잘 교반되는 영역 아래에 플러그 흐름영역을 포함하고, 이때 상기 플러그 흐름영역은 상기 상부 단부의 아래에 상기 원통형 챔버의 상기 하부단부에 위치되고, 상기 하부단부가 0.5:1-1.5:1의 길이 대 지름비를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 2 항에 있어서, 추가로 가열된 전달가스를 상기 원통형 챔버로 도입하기 위해 상기 원통형 챔버에 연결되는 보조 가열수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 보조 가열수단이 상기 챔버의 상기 세로축과 상기 챔버가 공축으로 연결된 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 보조가열 수단이 플라즈마 생성기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 플라즈마 생성기가 비-전이된 플라즈마 생성기인 것을 특징으로 하는 장치
  13. 제 1 항에 있어서, 추가로 상기 연료를 상기 예비가열기 수단으로 분사하기 위해 상기 예비가열기 수단에 연결된 연료 분사수단 ; 상기 유리 배취 재료를 상기 연소 예비가열기 수단으로 도입하기 위해 상기 연소 예비가열기 수단에 연결된 유리 배취 공급수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 1 항에 있어서, 추가로 상기 연료를 상기 연소 예비가열기 수단으로 분사하기 위해 상기 연소 예비 가열기 수단에 연결된 연료 분사수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 연료 분사 수단이 그곳 안으로 최소한 하나 이상의 유입구 그로부터의 배출구를 갖는 가스화기 ; 및 상기 가스화기의 상기 연소 예비가열기 수단을 연결하는 상기 배출부에서의 접촉면 수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 가스화기가 슬랙화 가스화기인 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 가스화기가 연료 유입구, 산화 재료 유입구, 슬랙 트랩 및 상기 접촉면 수단에 대한 배출구를 갖는 제 2 원통형 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 산화재료 유입구가 상기 제 2 원통형 챔버의 원주상에 대해 접선으로 있는 것을 특징으로 하는 장치
  19. 제 15 항에 있어서, 추가로 유리 배취 재료를 상기 접촉면 수단에 도입하기 위한 상기 접촉면 수단에 연결된 유리 배취 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제 15 항에 있어서, 상기 접촉면 수단이 상기 가스화기의 상기 배출부에 그곳안으로 연결된 제 1 유입구와 그 주위의 둘레를 갖는 챔버 ; 및 상기 챔버의 내용물을 상기 연소 예비가열기 수단으로 전달하기 위한 상기 연소 예비가열기 수단에 연결 배출 도관수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 접촉면 수단의 상기 챔버안으로의 상기 제 1 유입구가 상기 배출 도관수단과 일치하는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 제 20 항에 있어서, 가열된 전달가스를 상기 접촉면 수단에 도입하기 위한 상기 접촉면 수단에 연결된 보조 가열수단인 것을 특징으로 하는 장치.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 보조 가열수단이 상기 접촉면 수단의 상기 챔버의 원주상에 접선으로 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
  24. 제 22 항에 있어서, 상기 보조 가열수단이 플라즈마 생성기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 플라즈마 생성기가 비-전이된 플라즈마 생성기인 것을 특징으로 하는 장치.
  26. 수직으로 일정방향으로 있는 세로의 축과 상부 및 하부 단부를 갖는, 현탁액-형태의 원통형 연소 예비가열기를 상기 용융실의 유입구에 연결하는 단계 ; 제 1 재료를 상기 예비 가열기에 도입하는 단계 ; 연료를 상기 예비 가열기에 도입하는 단계 ; 및 상기 예비가열기의 상부 단부안에서 상기 연료, 상기 산화제 및 상기 제 1 재료의 역회전 난류 혼합물을 생성하여, 이에따라 상기 산화제, 상기 제 1 재료 및 상기 연료의 잘-교반되는 영역이 상기예비 가열기의 상부 단부에서 생성되도록 가열된 산화제를 상기 예비 가열기에 도입하는 단계를 포함하는 유입 및 유출구를 갖는 사이클론 용융실에 전달하기 위해 재료를 처리하는 방법.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 제 1 재료와 상기 연료가 상기 예비가열기의 상기 세로 축과 공축으로 상기 예비가열기로 도입되는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제 26 항에 있어서, 상기 예비 가열된 산화제를 상기 예비가열기로 도입하는 상기 단계가 상기 산화제를 상기 예비가열기의 상기 상부단부로 접선 방향으로 도입하는 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 제 28 항에 있어서, 상기 예비가열된 산화제를 상기 예비가열기에 도입하는 상기 단계는 상기 역회전, 난류 혼합물을 생성하기위해 상기 예비가열기의 세로 따라 적어도 2개이상의 다른 위치에서 상기 산화제를 상기 예비가열기의 상기 상부단부로 접선방향으로 도입하는 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제 26 항에 있어서, 추가로 상기 예비 가열기의 상부 단부안에서 상기 연료와 상기 산화제를 연소하는 단계를 포함하는 방법.
  31. 제 30 항에 있어서, 상기 연소가 상기 상부단부에서 상기 연료 및 상기 산화제에 의해 개시되는 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 제 26 항에 있어서, 상기 연료가 슬러리 연료이고 ; 상기 연료를 상기 예비 가열기에 도입하는 상기 단계는 상기 슬러리 연료를 분사/분무 어셈블리를 통해 상기 예비 가열기에 분사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  33. 제 26 항에 있어서, 상기 산화제를 상기 예비가열기에 도입하는 상기 단계가 상기 예비가열기로의 상기 산화제의 질량흐름 및 속도를 조정하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  34. 제 33 항에 있어서, 상기 예비 가열기가 그 안으로의 산화제 유입구를 갖고 상기 산화제의 질량흐름 및 속도를 조정하는 것은 상기 예비 가열기안으로 산화제 유입구 크기를 조정함에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  35. 제 34 항에 있어서, 상기 유입구 크기의 상기 조정은 조절밸브에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  36. 제 26 항에 있어서, 상기 예비 가열기로의 상기 제 1 재료의 도입의 위치를 조정함에 의해, 상기 예비가열기로의 상기 제 1 재료의 도입의 방향을 조정함에 의해, 상기 예비 가열기로의 도입 지점에서 상기 제 1 재료의 속도를 조정함에 의해, 그리고 상기 제 1 재료의 입자크기 분포를 조정함에 의해 상기 예비 가열기로 도입되는 상기 제 1 재료의 시간-온도 추이를 조정하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  37. 제 26 항에 있어서, 추가로 상기 제 1 재료를 상기 산화제와 함께 도입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로하는 방법.
  38. 제 26 항에 있어서, 상기 제 1 재료보다 더 낮은 용융점을 갖는 제 2 재료를 상기 용융실에서 상기 유입구에 인접한 이들의 하부단부안에서 상기 예비 가열기로 분사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  39. 제 26 항에 있어서, 추가로 상기 예비 가열기안에서 온도를 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  40. 제 39 항에 있어서, 상기 예비가열기안에서 온도를 조정하는 상기 단계는 적어도 하나이상의 후속되는 예비가열기안에서 화학양론적 연소를 조정하는 단계 ; 및 사용하는 연료의 형태를 조정하는 단계의 수행을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  41. 제 39 항에 있어서, 상기 예비 가열기안에서 온도를 조정하는 단계는 보조 열 원으로부터 상기 예비가열기로 보조적 열을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  42. 제 41항에 있어서, 상기 예비가열기로 보조적 열을 제공하는 단계는 플라즈마 생성기를 상기 예비가열기의 상기 상부 영역에 연결하는 단계 ; 및 전달가스를 상기 플라즈마 생성기를 통해 이송시키고 그리고 상기 플라즈마 생성기를 통해 통과하는 상기 전달가스를 상기 예비 가열기에 분사시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  43. 제 42 항에 있어서, 상기 전달가스는 공기, 연료가스 및 비활성 가스로 이루어진 그룹으로 부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  44. 제 26 항에 있어서, 추가로 상기 연료를 상기 예비 가열기에 분사시키기전에 상기 연료를 분사시키기 위한 가스화기를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  45. 제 44 항에 있어서 추가로 애쉬-생성 연료 및 예비가열된 연소 산화제를 상기 가스화기에 분사하는 단계를 포함하는 것을 특징이로 하는 방법.
  46. 제 45 항에 있어서, 상기 연소 산화제를 상기 가스화기안에서 강한 맴돌이 운동을 일으키도록 상기 가스화기에 접선방향으로 분사하여, 이에 따라 상기 애쉬-생성 연료로 부터의 연료 애쉬가 용융된 슬랙의 형태로 상기 가스화기의 벽에서 분리되는 것을 특징으로 하는 방법.
  47. 제 46 항에 있어서, 추가로 상기 가스화기로 부터 상기 용융 슬랙을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  48. 제 44 항에 있어서, 상기 예비가열기 및 가스화기 사이에 접촉면 수단을 연결하는 단계 ; 상기 가스화기 및 상기 제 1 재료로 부터 상기 접촉면 수단안에 상기 연료를 도입하는 단계 ; 및 이후에, 상기 접촉면 수단으로부터 상기 연료 및 제 1 재료를 상기 예비 가열기에 도입하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  49. 제 48 항에 있어서, 추가로 플라즈마 생성기를 제공하고 그리고 상기 플라즈마생성기를 상기 접촉면 수단에 부착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  50. 제 49 항에 있어서, 추가로 전달가스를 열 부스트를 상기 예비 가열기에 부가하기 위해 상기 플라즈마 생성기를 통해 상기 접촉면 수단으로 이송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  51. 제 26 항에 있어서, 상기 예비가열기에 상기 제 1 재료를 도입하는 단계는 유리 배취 재료를 상기 예비 가열기에 도입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  52. 제 26 항에 있어서, 상기 예비 가열기에 상기 제 1 재료를 도입하는 단계는 미분화된 프릿, 미분화된 지스러기 유리, 플라이 애쉬 및 독성의 폐기물로 이루어진 그룹으로 부터 선택된 재료를 상기 예비 가열기에 도입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  53. 고온 화원가스를 생성하기위한 가스화기 수단 ; 환원가스로 환원하고자 하는 상기 재료를 수용하고 그리고 처리하는, 그것으로 부터의 유출구를 갖는 환원 챔버 수단 ; 상기 환원 가스를 상기 챔버수단으로 향하게 하기 위해 상기 가스화기 수단 및 상기 환원 챔버를 연결하는 수단 ; 엔탈피 부스트 및 고온 환원가스를 상기 환원 챔버수단에 제공하고, 상기 환원 챔버 수단안에 잘 교반되는 영역을 생성하기위해 상기 환원 챔버수단에 연결된 엔탈피 부스트 수단 ; 환원하고자 하는 상기 접촉면 어셈블리 수단에 도입하기 위한 제 1 수단 ; 및 상기 환원 챔버로 부터 각 입자물질을 수용하고, 그리고 상기 각 입자물질을 이들의 벽 위에 분리 및 용착시키기 위해 상기 환원 챔버수단의 상기 유출구에서의 용융실 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 환원 조건하에서 재료를 처리하기 위한 장치.
  54. 제 53 항에 있어서, 추가로 직접적으로 환원하고자하는 상기 재료를 상기 환원 챔버수단에 도입하기 위한 재 2 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  55. 제 53 항에 있어서, 상기 환원 챔버수단이 이것의 상부 단부에서 상기-잘 교반되는 영역을 갖는 원통형이고, 수직으로 위치된 챔버로 이루어지는 것을 특징으로 하는 장치.
  56. 제 55 항에 있어서, 상기 엔탈피 부스트 수단이 상기 원통형 챔버 벽에 접선으로 위치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  57. 제 56 항에 있어서, 상기 챔버안으로의 상기 엔탈피 부스트 수단이 상기 챔버의 상기 잘-교반되는 영역안으로 향해진 적어도 2개 이상의 수직으로 공간화된 플라즈마 생성기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  58. 제 56 항에 있어서, 상기 플라즈마 생성기가 떨어져서 수직으로 공간화된 것을 특징으로 하는 장치
  59. 제 56 항에 있어서, 산기 엔탈피 부스트 수단이 상기 챔버 벽을 통해 30˚-60˚각에서 위치된 최소한 2개 이상의 플라즈마 생성기로 이루어져서 이곳으로 부터의 상기 고온 환원 가스가 상기 챔버로 30˚-60˚의 각에서 맞쏘아지는 것을 특징으로 하는 장치.
  60. 제 53 항에 있어서, 고온 환원가스를 상기 접촉면 수단안으로 도입하기 위해 상기 접촉면 수단에 연결된 추가의 엔탈피 부스트 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  61. 제 60 항에 있어서, 상기 추가의 엔탈피 부스트 수단이 플라즈마 생성기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  62. 최소한의 제 1 재료, 연료 및 산화제를 수용하고 그리고 산화조건하에 상기 제 1 재료를 처리하기 위한, 유입구와 유출구를 갖는 연소 예비가열 수단; 역회전 방식으로 상기 산화제를 상기 연소 예비가열수단에 분사하고 그리고 상기 예비 가열수단안에 잘-교반되는 영역을 생성하기 위한 상기 예비 가열수단에 연결된 산화제 유입수단 ;상기 연소예비가열수단으로 부터의 처리된 제 1재료를 수용하고 그리고 상기 처리된 제 1재료를 이들의 벽위에 분리하고 그리고 융착시키기 위한 사이클론 용융실 수단; 및 처리하고자 하는 상기 제 1재료를 상기 연소 예비가열 수단에 도입하기 위한 상기 연소 예비 가열수단에 연결된 수단을 포함하는 산화 조건하에 재료를 처리하기 위한 장치.
  63. 제 61항에 있어서, 상기 장치가 유리 배취재료, 미분화된 프릿, 미분화된 슬랙, 플라이 애쉬 및 유해한 폐기물로 이루어진 재료의 그룹으로 부터 선택된 재료를 처리하는 것을 특징으로 하는 장치.
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