KR0173136B1 - 교차 연소형 복열식 유리 용해로, 그 작동 방법 및 그 용해로를 나오는 폐가스중의 유해물질 배출을 감소시키는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 열교환기로서 작용하는 밀폐된 재생기를 갖는 로를 나오는 폐가스중의 NOx 배출을 최소화시키기 위한 교차 연소형 복열식 판유리 용해로 작동 방법에 관한 것인바, 그 방법은 소정 생산 속도로 소정 품질의 유리가 확보되도록, 그리고, 재생기를 통해서 로를 나오는 폐가스가 가연성 물질을 함유하도록 보장키 위하여 화학 양론적 연소를 위해 필요한 것을 초과하는 연료를 공급하고, 대기로 유출하는 폐가스가 허용가능한 수준의 가연성 물질과 허용가능한 수준의 NOx를 함유하도록 보장키 위하여 상기 가연성 물질을 충분한 공기와 반응시킨다. 선택적으로는, 그 로를 실질적으로 화학 양론적 조건으로 작동시킬 수 있으며, 폐가스가 용해 챔버를 나올 때 그 폐가스에 연료를 공급한다. 본 발명은 또한 이 방법에 이용되는 교차 연소형 유리 용해로에 관한 것이다. 아울러 본 발명은, 열 교환기로서 작용하는 밀폐된 재생기를 갖는 교차 연소형 복열식 판유리 용해로를 나오는 폐가스중의 CO 배출을 감소시키는 방법을 제공하는바, 그 방법은, 650℃ 이상의 온도에서, 공급 연료에 대한 연소 공기를 기초로, 약 8%의 과잉 공기로 CO를 연소시킴으로써 재생기내에서 폐가스로부터 CO를 제거하는 것을 포함한다.

Description

교차 연소형 복열식 유리 용해로, 그 작동 방법 및, 그 유리 용해로를 나오는 폐가스중의 유해 물질 배출을 감소시키는 방법

제1도는 본 발명에 따른 교차 연소형 복열식 로의 개략적 단면도.

제2도는 제1도에 도시된 로의 개략적 부분 평면도.

제3도 내지 제9도는 본 발명의 장치 및 방법을 채용한 경우 작동 변수에 따라 NOx및 CO와 같은 폐가스중의 물질들의 변동을 보여주는 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 로 12 : 용해 정련 겸용 챔버

13,14 : 재생기 15,15' : 내화 패킹

16,17 : 포트 21,21' : 연결 연도

22 : 굴뚝 23 : 연도

24,24' : 게이트 역전 밸브 25,25' : 라이더 아치

본 발명은 교차 연소형(cross-fired) 복열식 유리 용해로의 재생기로부터 유출하는 폐기 가스중의 NOx 함량을 감소시키는 방법에 관한 것이다. 여기서 NOx라 함은 NO 및 NO₂와 같은 질소 산화물을 약칭한것이다.

아화학양론적으로(substoichiometrically)(즉, 완전연소를 위해 필요한 것보다 더 적은 공기:연료비로) 작동하는 연료 버너는 화학양론적 조건으로 작동하는 경우 보다 더 적은 NOx를 발생시키게 된다 함은 오랫동안 주지된 사실인 바, 그와같은 방식으로 작동하도록 설계된 버너는, 예컨대, 본 기술분야에서 종래 기술로서 검토되는 미국 특허출원 제4878830호에 개시되어 있다. 일본 특허출원 소 55-8361호(공고 제48134/84호)는, 포트(port), 재생기, 열교환 챔버 혹은 연도 근처에서 로안에 추가의 연료를 주입할 목적으로 재연소 버너를 이용한 유리 용해로 작동 방법을 개시하고 있다. 미국 특허출원 제4347072호는 일본 특허출원 소 55-8361호의 그 명세서에 개시된 방법으로 유리 용해로를 작동함에 있어서의 문제점들을 논의하고 있다. 미국 특허출원 제4347072호는 용해된 유리 위에서 연료 연소시의 폐가스내로 탄화수소를 공급하고, 그후, 열 에너지를 용해 공정에 공급하기 위하여 용해로 내에서의 과잉 연료를 연소시킴에 의해 변형된 작동 방법을 설명하고 있다.

용해 조건이 감소하는, 즉, 아화학양론적으로 유리 용해로를 작동시키면 제조되는 유리의 품질이 조악하게 되는 것으로 생각되어 왔다.

대형 유리 제조자인 PPG명의의 미국 특허출원 제4559100호는, 용해 유리 근처의 조건이 아화학양론적으로 되는 것을 방지함으로써 유리의 품질 조악화를 회피하는 방법을 설명한다. 그 방법은, 유리 위에 O₂가 풍부한 영역과 그 위의 연료가 풍부한 영역을 제공함과 아울러, 전체적으로 비교적 낮은 과잉 공기를 공급하며, 최소한, 연소가스가 용해 챔버로부터 유출하는 시간까지는 연소를 완료하기에 충분한 유량 및 체적의 추가 연료를 용해 챔버에 주입할 필요가 있다. 아화학양론적 조건은 분명 유리 탱크내에서 시시각각으로 우연히 발생했으며, 그 조건들이 유리를 조악화하기 때문에, 작업자로 하여금 작동에 관계없이 계속해서 로의 조건들을 감소시키는데 주의를 기울이도록 했다.

본 발명자들은 이제, 로에서 나와 재생기로 들어가는 폐가스가 완전 연소되지 않은 연료를 포함하도록 보장함으로써 유리 용해 탱크의 연도 시스템에서 나오는 폐가스중의 NOx의 양을 감소시킬 수 있다는 것을 발견했다. 비화학양론적 조건으로 작동시킨다고 하는 전술의 모든 제안들은 용해 챔버와 관련된 것으로서, 용해 챔버내에서는 항상 산화 조건이 유지되도록 보장하고, 과잉 연료가 공급되는 경우, 그것이 재생 시스템에 들어가기 전에 연소되거나, 혹은, 연료가 재생기를 통과함에 따라 그 조건이 일관되게 유지되도록 보장하는 것이다.

본 발명은, 재생기 통과시의 폐가스에 가연성 물질이 존재하도록 함으로써 복열식 유리 용해 탱크로부터의 방출 연도 가스중의 NOx의 양을 최소화할 수 있다는 점을 발견한 것에 기초한다. 이 가연성 물질은 불연소 연료, 열의 작용에 의해 연료에서 발생된 가연성 물질 및 이 열분해로 발생된 다른 기(radical)의 혼합물이다. 이물질의 일부는 폐가스중의 NOx와 반응하여 그것을 무해한 물질로 전환시킬 수 있다. 재생기에 공기가 도입하여, 폐가스로부터의 NOx를 제거하는 공정의 효율을 저하시키는 내화 패킹, 혹은 체커 구조체(checkerwork structure)내에서의 제어되지 않은 연소를 회피하기 위하여, 밀폐된 재생기로 작업하는 것은 필수적이다. 특히, 버너들은 재생기의 포트 목부분 내화재나 버너 블록내에 봉합된다. 과열에 의해 체커 구조체를 손상시키기도 하는 그 구조체 내에서의 비제어 연소를 야기시키는 과잉 공기가 그 구조체내에 전혀 없도록 보장된다. 가연성 물질은, 재생 시스템내의 온도 조건에 종속하여, 바람직하게는 그 물질이 재생기의 체커 구조체를 벗어난 후에, 혹은 체커 구조체내의 지점에서 공기를 부가함으로써 연소된다.

본 발명에 따라, 열교환기로서 작용하는 밀폐된 재생기를 갖는 로 시스템에서 나오는 폐가스중의 NOx의 배출을 최소화하기 위하여 교차 연소형의 복열식 판유리 용해로를 작동하는 방법이 제공된다. 본 발명의 방법은, 소정 생산 속도로 소정 품질의 유리를 확보함과 아울러 재생기를 통해서 로로부터 나오는 폐가스가 가연성 물질을 함유하도록 보장할 수 있도록 화학양론적 연소를 위해 필요한 양을 초과하는 연료를 공급하고, 대기로 유출하는 폐가스가 허용가능한 수준의 가연성 물질 및 허용가능한 수준의 NOx를 함유하도록 보장할 만큼 충분한 공기와 상기 가연성 물질을 반응시키는 단계를 포함한다. 재생기들은 체커 구조체들을 내장하는 것이 바람직하다.

본 발명을 실행하는 한가지 방법(이후 타입 1 작동이라 칭함)은, 용해 지역에 과잉 연료를 공급하고, 가연성 물질이 폐가스와 혼합된 상태로 밀폐된 재생기를 통해서 로로부터 유출하도록 허용함으로써 로의 용해 지역내에서는 실질적으로 아화학양론적 조건으로 작동하는 것이다. 본 발명의 다른 형태(이후 타입 2 작동이라 칭함)에 있어서, 용해로 내의 조건들은 실질적으로 화학양론적으로 되도록 한정량의 연소 공기로 조작되며, 폐가스가 용해 지역에서 나와 밀폐된 재생기 구조체내로 도입할 때 폐가스에 연료에 공급된다. 그러한 구조에 있어서, 과잉 공기든 혹은 과잉 연료든 용해로내에 존재할 수 있다. 이 후기 로 연료 (post furnace fuel)는 현존의 버너에 의해, 혹은 포트 입구 영역에 부가된 별도의 연료 버너 통해서 부가된다. 두 경우에 있어서, 공기는 폐가스가 재생기의 체커 구조체를 떠날 때 폐가스에 부가되어, 그 부가된 공기로 가연성 물질을 연소시킴으로써 실질적으로 모든 가연성 물질을 제거한다.

통상의 가스 연소형 유리 용해로에 있어서는, 약 5%의 과잉 공기로 용해 작업이 이루어지는 바, 그 과잉공기는 굴뚝 배기가스중에 약 2500㎎/㎥함량의 NOx를 발생시킨다. 이 명세서에서, 농도 (예컨대, ㎎/㎥)의 기준은, 탈루프트(TALUFT)조건, 즉 건폐가스(dry wast gas)체적중에서 건도 상태로 측정하여, 8% O₂의 조건에서이며, NOx 배출은 NO₂배출로 표현된다. 체적 측정치는 모두 760mmHg 및 0℃조건으로 하며, ppm(part per million)은 체적의 항으로, 또한 탈루프트 조건하에서 정해진다. 본 발명자들은 공지의 로에 있어서 보다는 작은 양의 과잉 공기로 작동하며, 즉 화학양론이나 아화학양론적 조건을 이용하는 경우에는 용해 챔버내에서 더 적은 NOx가 발생될 뿐 아니라 잉여 연료가 재생기에 존재하는 NOx를 N₂로 환원시킨다는 사실을 발견했다. 이 이중의 효과는 연도 배기가스에서 방출되는 NOx의 양을 상당히 감소시킨다. 본 발명은 500㎎/㎥ 미만의 NOx가 굴뚝에서 배출하는 것을 성취할 수 있다

본 발명자들은, 실질적으로 환원 조건하에서 유리 용해로나 탱크를 작동시키면, 유리의 품질이 조악하게 된다는 이전의 믿음에도 불구하고, 반응 조건이 실질적으로 아화학양론적으로 되도록 그러한 양의 연료 및 연소 공기를 탱크로 공급하면서 아무런 역효과 없이 작업할 수 있다는 것을 발견했다. 본 발명자들은, 이것이 로내에서 매우 세심한 화학양론적 제어가 이루어지고 또, 불충분한 공기보다는 오히려 과잉 연료를 사용하는 경우에만 가능하며, 혹 용해공정에 불충분한 에너지가 공급되면 유리의 품질이나 생산속도가 저하 된다는 것을 발견했다. 출구 포트 입구에서의 산소량 뿐 아니라 이 위치에서 불연소 가연성 물질의 양도 탐지하는 것이 바람직하다. 로안의 조건이 실질적으로 아화학 양론적이면, 만족스런 속도 및 품질로서 용해 유리를 생산키 위해 필요한 열량을 제공키 위하여 충분한 연료가 연소되도록 보장할 필요가 있다.

본 발명의 다른 태양에 있어서, 용해 챔버의 양쪽을 따라 이격되고 상호 작용 쌍으로서 (inco-operative pairs)으로 배치 된 복수의 포트와 밀폐된 재생기를 갖는 교차 연소형 복열식 로에서 연료의 연소에 의해 발생된 폐가스 중의 NOx양을 감소시키는 방법이 제공되는 바, 이 방법은, 실제 연소된 연료부분이 용해 챔버에서 발생하는 용해 및 정련공정의 열 투입 조건에 의해 할당된 것에 미달되지 않도록 보장하면서, 아울러, 용해챔버 내에서의 평균 화학 양론비가 완전한 연소를 실행하는데 필요한 것보다 실질적으로 더 적도록 보장키 위하여, 용해 챔버중의 적어도 하나 이상의 지점에서 가스중의 가연성 물질과 산소 양자 모두를 측정하여, 그측정에 따라 연료 및 연소 공기의 공급을 조정하고, 폐가스가 용해챔버(때로는 용해 정련 겸용 챔버라 칭함)를 나온 후, 그리고 대기로 방출하기 전에 그 폐가스에 추가의 연소공기를 공급함으로써 폐가스중에 잔류하는 어떤 가연성 물질도 실질적으로 완전 연소되도록 보장한다.

일관되고 만족스런 방법으로 플로트 품질의 유리를 생산키 위해서는, 용해된 유리가 용해 정련 겸용 챔버를 나와서 상류에 있는 포트 보다는 덜 환원 즉, 더 많이 산화하는 최종 포트의 조건에 노출되도록 그 챔버내의 연소 조건을 유지하는 것이 바람직함을 알았다. 여기서 플로트 품질 유리 라 함은, 0.5㎜직경 이상의 결함(4㎜본체에서), 즉, 기포가 10㎡당 0.25개 이하, 혼입물이 10㎡당 0.25개 미만의 목표 결함 밀도를 갖는 판유리 제품을 의미한다.

본 발명의 한가지 작동방법은, 뱃치(batch)가 공급되는 지점부터 용해된 유리가 로에서 유출하는 지점까지 용해 정련 챔버를 따라 측정된 화학양론치가 용해된 금속이 용해 챔버에서 나오는 지점 근처에 갈수록 더 적게 환원, 즉, 더 많이 산화하도록 보장하기 위하여 각각의 포트에서 연료 및 연소 공기를 조정하는 것이다. 본 발명의 바람직한 태양은, 로에 공급되는 가연성 물질의 완전연소를 의해 필요한 것보다 적어도 10% 더 적은 양의 연소 공기를 첫 번째 포트에 공급하고, 그양이 최종 포트에서는 완전연소를 위해 필요한 값까지 상승하는 유리 용해로 작동 방법에 관련된다.

전술한 바이지만, 가연성 물질이 폐가스와 함께 재생기를 통과하도록 보장하는 다른 방법은 폐가스가 로의 포트부분을 통과할 때 그 폐가스가 연료를 공급하는 것이다. 이는 재연소 버너 위치에 연료 공급수단을 위치시킴으로써 실행될 수 있다. 재연소 버너들을 유출하는 폐가스의 경로내에 위치될 수 있다. 그 연료들은 그 가스와 같은 방향 혹은 역방향으로 폐가스가 공급될 수 있다. 재연소 버너는 폐가스 흐름에 연료를 공급하는 별도의 수단일 수 있으며, 연료를 폐가스 흐름에 도입시키기 위하여 폐가스 출구상의 비연소(non-firing)버너들이 이용될 수도 있다. 용해 정련 겸용 챔버내의 조건들은, NOx감소 공정을 위해 필요한 것보다 더 많은 연료를 연소시키는 것을 회피하기 위해서 화학양론적 조건에 혹은 그 미만으로 유지되는 것이 바람직하다.

연소를 완료하고 아울러, 대기로 유출하는 가스들이 실질적으로 가연성 물질이 없도록 보장키 위해서는 가연성 물질을 점화할 수 있는 온도의 재생기 연도 시스템내의 위치에 2차적 공기가 도입된다. 재생시스템이 도입 공기에 대해 실질적으로 밀폐되어 2차적 공기의 주입량이 제어될 수 있고 연소가 주로 재생기 패킹, 즉 체커 구조체 외부에서 발생하도록 하는 것이 필수적이다.

출구포트 입구에 존재하는 가연성 물질 및 산소의 양은 구입가능한 기구를 이용하여 그 자체로 혹은 추출 분석에 의하여 측정될 수 있다. 그러한 기구들은 산소를 측정하는 지르코늄 탐침과 가연성 물질을 측정하는 촉매 셀(catalytic cell)을 포함할 수 있다. 텔리다인 980 가스 분석기(teledyne 980 gas analyser)가 이 목적에 적합하다. 랑콤 6500(Lancom 6500)휴대용 연도 가스 분석기나 시그날 화학 발광(signal chemiluminescence)분석기를 이용하면 NOx를 측정할 수 있다.

본 발명은 또한 열교환기 기능을 하는 밀폐된 재생기를 가지는 교차 연소형의 복열식 판유리 용해로에서 나오는 폐가스중의 CO의 배출량을 감소시키는 방법을 제공하는 바, 이 방법은 예컨대 650℃보다 더 높은 온도에서, 공급되는 연료의 연소 공기를 기초로 약 8% 과잉 공기중에서 CO를 연소함으로써 재생기의 폐가스로부터 CO를 제거하는 것을 포함한다.

본 발명은 또한 교차 연소형의 복열식 판유리 용해로를 제공하는 바, 이 로는 체커 구조체를 내장하고 열 교환기로서 작용하는 밀폐된 재생기를 구비함과 아울러, 로에서 나오는 폐가스중의 NOx배출을 감소시키는 장치를 구비하는 바, 그 장치는 폐가스가 로의 용해 챔버를 나올 때 그 폐가스내에 추가의 공기를 공급하는 공기 공급수단을 구비함으로써, 굴뚝의 폐가스중의 NOx방출물이 탈루프트 조건하에서 측정했을 때 500mg/m³미만까지 감소된다.

이제 첨부 도면을 참고로 단지 예를 들면서 본 발명의 실시예들에 대해 설명키로 하겠다.

제1도 및 제2도는, 각각의 측부상에 밀폐된 재생기(13,14)가 설치된 용해 정련 겸용 챔버(12)를 구비한 대표적인 교차 연소형 복열식 로(10)를 보여준다. 각각의 재생기는 내화 패킹(15,15')을 구비한 분할된 박스형 재생기로 형성된다. 각각의 박스 부분은 포트에 의해 용해 챔버(12)에 연결된다. 이들 포트(16,17)는 탱크의 각각의 측부를 따라 배출된다. 용해 챔버에는 일단부(18)에서 유리 원료가 공급되며, 용해된 유리는 중간부위(19)를 통해서 탱크의 용해 영역을 나온다.

필수적으로 메탄으로 이루어지는 천연가스(비록, 다른 연료, 가스상(예컨대, 프로판) 혹은 액상(예컨대, 석유)연료도 사용될 수 있음은 물론이지만)를 연소시킴으로써 용해 챔버(12)에 열이 공급된다. 연소 사이클의 첫 번째 과정중에, 공기가 재생기(14)로부터 포트 목부분 및 포트(17)을 통해서 용해정련 챔버로 이동하는 한편, 연소 생성물은 재생기(13)를 통과하는 포트 및 포트 목부분(16)을 통해서 탱크를 나온다. 연소용 연료는 포트(17)에 설치된 버너에 의해 공급된다. 그러한 버너들을 그 포트에 장착할 수 있는 방법은 다양하다. 제1도에 3가지 가능한 구조, 즉, (A)포트를 관통해서 (B)포트 측부에, 그리고 (c)포트하부에 장착하는 구조가 예시되어 있다. 천연가스는 버너 (본 실시예에서는 포트 하부 버너임)로부터 연소 사이클중에 재생기(14)로부터 들어오는 예열된 공기의 도입 흐름속으로 공급되고, 결과적인 화염 및 그 화염중에서 발생된 연소 생성물은 포트(17)로부터 용해 유리의 표면을 가로질러 통과하여 용해 정련 겸용 챔보(12)내의 유리에 열을 전달한다. 연소 사이클의 다른 공정부분에서는 그 배열이 역전되는 바, 즉, 연소공기가 재생기(13)로부터 포트 목부분 및 포트(16)를 통해서 흐르고, 천연 가스는 포트(16)에 장착된 버너로 공급된다. 이 연소 사이클의 두 공정 부분에서, 버너로 공급된 연료의 연소에 의해 발생된 폐가스는 라이더 아치(rider arch; 25, 25')근처의 발생기의 기초로부터 연결 연도 (21, 21') 및 굴뚝(22)을 경유하여 대기로 나간다. 연도 구조는 슬라이딩 게이트 역전 벨브(24, 24')가 갖춰진 중앙의 주 연도 (23)를 구비한 통상의 측부 도입 시스템이다.

각각의 포트 입구에서, 그리고 굴뚝의 기초부에서는 물론 재생기의 출구에서 용해 챔버(12)를 나오는 가스중의 가연성 물질 및 산소 두가지 모두를 측정하는 수단이 설치된다. 폐가스의 경로중의 측정 지점들은 제1도에서 [1]로 도시되어 있다. 용해로는, 불연소, 부분 연소 혹은 열분해 물질이 재생기로 들어가므로, 실질적으로 완전한 연소가 발생하고 가연성 물질이 전혀, 혹은 극히 적은 양만 굴뚝을 통해서 대기로 나가도록 보장키 위하여, 폐가스가 용해 챔버를 나온 후에 그 폐가스에 추가의 공기를 부가할 필요가 있음을 의미하는 방법으로 작동된다. 추가의 공기는 제1도의 [2]에서 공급될 수도 있다. 어떤 잔류 가연성 물질의 최종 연소는 그 후 [3]으로 도시된 지점에서 이루어진다. 폐가스중의 가연성 물질의 약 70%는 일산화탄소이고 나머지는 주로 수소이다.

본 발명의 일실시예(즉, 타입 1 작동)에 따라서 제1도 및 제2도에 도시된 유리 용해로를 작동함에 있어서, 공급된 연소 공기 및 버너에 공급된 연료는, 용해 챔버(12)내에서, 혹은 용해 챔버(12)를 따라 여러 지점에서, 공급된 연소 공기가 공급되는 연료의 완전 연소를 위해 필요한 것보다 더 적도록 보정키 위하여, 존재하는 산소 및 가연성 물질의 양을 포트입구 및 체커 상부에서 측정함에 의해 제어된다.

공급되는 연료에 필요한 화학양론적 공기량 보다 더 많이 공급되는 연소 공기를 백분율 과잉 공기(percentage excess air)로 표현하는 것은 일반적인 것이며, 이러한 상황에서 이는 양(positive)의 항이다. 공기의 양이, 용이한 제어를 목적으로, 완전연소를 위해 필요한 것보다는 더 적은 본 실시예에 있어서 백분율 과잉 공기는 음(negative)의 항으로 표현된다. 이는, 과잉공기의 양의 변화가 탐지되어, 같은 방법으로 완전 연소를 위해 필요한 것보다 더 많게, 혹은 더 적게 공급되는지 여부가 공급된다는 것을 의미한다. 본 발명의 일실시예에 있어서, 각각의 포트에서 공급된 연료 및 연소 공기의 양은, 로의 용해 챔버내의 과잉 공기량이 화학양론적 연소 공기의 -3%내지 -10%범위에 있도록, 보다 바람직하게는 -8% 내지 -10%범위내에 있도록 측정값에 따라 조정된다. 예시된 바와 같은 복수 포트형 로의 경우, 포트마다의 과잉 공기량은 첫 번째 포트의 -15%에서 최종 포트의 0%까지 상승하는 것이 바람직하다. 첫 번째 포트와 최종 포트사이의 중간 포트로 공급된 공기의 양은 -15%의 같은 수준이거나, 혹은 그 단계에서 평균 -9%를 제공하도록 하강할 수 있다.

제3도는 NOx농도와 과잉 공기값이 로 전체에 대한 가중 평균값인 경우 NOx배출량이 로의 포트 입구에서의 과잉 공기 수준과 어떤 관련이 있는지를 보여준다. 실선은 포트입구에서의 NOx농도를 나타내고, 점선은 굴뚝에서의 NOx농도를 나타낸다. 포트 입구에서 -2%미만의 낮은 과잉 공기량에서, 굴뚝에서의 NOx농도가 포트입구에서의 그것에 비해 감소되며, 또 이는 포트 입구와 굴뚝사이의 재생기에서 NOx감소가 이루어짐을 의미한다는 것을 알 수 있을 것이다. 탈 NOx반응(de-NOx reaction)은 주로 체커 구조체내에서 과잉 연료가 NOx종을 감소시키는 결과 그 구조체내에서 주로 이루어졌다. 음의 과잉 공기값은 대응하는 양의 과잉 연료값과 등가이다. 타입1 작동을 위해서는, 탈 NOx반응 개시를 위해 포트 입구에서, 화학 양론치에 비해서 적어도 3%의 공기 결핍, 즉, 최대 약 -3%의 과잉 공기가 있어야 하며, 이는 체커상부에 최대 약 -3%의 과잉 공기가 있도록 함으로써 체커 구조체중에 과잉연료를 초래하여 그 안의 NOx를 감소시킨다. 보다 더 많은 양의 음의 과잉 공기 즉, 보다 큰 과잉 공기 결핍시 재생기의 상부 챔버에서 약간의 탈 NOx가 이루어짐을 발견했다.

복수 포트형 로의 경우, 최종 포트가 선행 포트보다 더 적은 환원, 즉, 더 많은 산화 조건에 유지되는 한, 유리의 품질에는 어떠한 악영향도 없다는 것을 발견했다. 과잉 공기수준을 위해 선택된 값은 NOx의 필요한 배출 한계뿐 아니라 용해 챔버를 나오는 불연소 불질에 따른 열적으로 불리한 조건에도 관련되며, 작동되는 용해로의 구조 및 배출과 관련한 국부 조건에 따라 변동하게 된다. 몇몇 경우에 있어서, 상류 포트에서 약 -4%정도로 유지되고 최종 포트에서 약 -1내지 0%까지 상승하는 수준의 과잉 공기로 작동하는 것도 충분히 가능할 수도 있다. 폐가스(산소 및 가연성 물질 모두)를 정규 기준으로 탐지하면, 각각의 포트 입구에서의 과잉공기의 업격한 제어를 유지하여 NOx배출량의 어떤 허용불가능한 상승이나 유리 품질의 저하를 회피하기 위하여, 필요한 경우 연료 및 연소 공기 모두의 공급을 조정 할 수 있다. 각각의 포트에 대한 최적의 공기 및 연료 수준은 목표 배출량을 확보하기 위하여 각각의포트에 대해 설정항 필요가 있다. 이는, 정밀한 양이 각각의 포트의 특정 특성에 종속하기 때문이다. 포트 마다의 최적화를 위하여, 연결 연도에서 NOx종도를 측정하고 굴뚝에서는 휴대용 측정장치를 이용하여 점검한다.

타입 2작동에서, 용해로는 실질적으로 화학양론적 조건에서 즉, 약 0%의 과잉 공기로 작동되며, 로 챔버의 외부에서 폐가스에 과잉 연료가 공급된다. 이것이 후기 로 연소 연료 부가(post-furnace combustion fuel addition)이다. 연료는 비연소측상의 포트하부 버너에 의해 편리하게 부가 될 수 있는바, 이들 버너는 제1도에 버너(26)로 도시되어 있다. 효율성 및 체커 구조체의 안전을 위하여, 후기 로 연료는 포트 입구의 과잉 공기가 화학 양론 조건에 근접하거나 보다 이상적으로 아화학 양론적인 경우에만 부가되어야 한다. 포트 입구에서의 폐가스중에 과잉 공기가 존재하기 때문에 ,부가된 연료의 일부가 소모되어 상부 챔버 및 체커 구조체중의 폐가스의 온도를 상승시키고 결국, 체커 구조체의 온도를 상승시킨다.

제4도는 포트 입구(실선) 및 굴뚝(점선)에서의 NOx농도와 포트 입구에서의 과잉 공기간의 관계를 보여준다. 화학양론적 조건에서 작동을 하면, 굴뚝에서의 NOx농도가 후기 연소 연료의 양을 증가시키면서 부가함에 의해 감소 될 수 있음을 알 수 있는바, 그 연료는 체커 구조체중에서 NOx환원이 이루어지도록 하여 굴뚝 가스중의 NOx농도를 감소시킨다. 재생기 위에서 탈 NOx반응을 개시하기 위하여, 일차 연료의 백분율로서 적어도 3% 바람직하기로는 약 8내지 10%의 과잉 연료가 부가된다. 타입 2작동의 장점은 비점화측에 부가 연료를 분사하는 추가의 장치를 설치하는 외에 유리 용해로에 대한 실질적 변경이 전혀 불필요하다는 점이다. 실제로, 타입 2 작동은 용해 탱크중에 한정된 양의 과잉 공기로서 실행될 수 있다. 아울러, 타입 2작동은 용해 탱크가 아화학 양론적 조건인 경우에는 작업하기에 적절치 않은 가령 착색 유리와 같은 특별한 유리에 일반적으로 적합하다.

타입 1과 타입 2의 혼성 조건을 이용함으로써 NOx환원을 성취하도록 로를 작동하는 것도 또한 가능하다. 그러한 작동에 있어서, 로는 출구 포트의 입구에서 바람직하기로는 최대-2%의 과잉 공기나 그 이하의 공기로 아화학양론적 조건으로 작동되며 바람직하기로는 최소 3%의 과잉 연료가 비점화측상에서 폐가스내로 분사된다. 제5도는 비점화측으로 연료를 부가하는 경우 체커 상부에서의 과잉 공기에 대한 굴뚝 연도에서의 NOx농도간의 관계를 보여준다. 약 -2%의 과잉 공기 근처에서 연료를 부가하면 NOx농도가 현저히 감소됨을 알 수 있을 것이다

본 발명의 다른 한 실시예에 있어서, 유리 용해로는 로의 충진 단부에서 전기 가열 수단으로 열을 공급함으로써 로의 열에 의한 연소가 감소되는 종류이다.

타입 1 및 타입 2의 두 작동에 있어서, 그리고 또한 타입 1,2혼성 작동에 있어서 NOx를 감소시키는데 필요한 원료의 높은 수준의 주입은 대개 소정 속도 및 품질로서 유리를 생산하는데 통상 이용되는 것을 5내지 15% 초과한다.

유리 용해로에 필요한 연료의 증가에 따른 재정적 위험 부담을 최소화하기 위하여 또, NOx를 감소시키기 위하여, 예컨대, 로에 공급되는 연소 공기에 증기를 부가함으로써 가스용해로의 전체 열 효율을 개선하여 증가된 연료비를 상쇄하는 방식으로 작동할 수 있다.

연소를 위해 로에 공급되는 공기의 화학 양론적 체적의 통상은 체적으로 약 6%의 수준인 증기를 부가하면 (모든 체적은 0℃, 760mmHg로 정해진 것임)유리 용해로의 열 효율을 5% 까지 향상 시킬 수 있다. 연소 공기중에 존재하는 방사열을 받는 가스종의 양을 증대시킴으로써 체커 구조체와, 보다 중요하게는, 재생기 구조체의 상부 사이의 방사 열 전달을 향상시키면 공기의 예열이 향상된다.

NOx를 감소시키는데 필요한 로에서 연소되는 연료의 5 내지 15%상승으로부터 유도되는 폐가스의 사용가능한 열량의 증대는 이러한 목적이나, 혹은 다른 목적을 위해 증기를 발생시키는데 직접 이용될 수 있다.

60정미 섬/톤(nett Therms/tone)의 5000톤/주(tonne/week)용량의 로는 아화학 양론적으로 가동하는, 혹은, 탈 NOx용 재연소 버너를 내장했는 바, 대개의 용해로 조건의 10%의 열 주입으로 주입 열을 등가의 66섬/톤까지 향상시킨다. 5%수준(760mmHg 및 0℃로 정규화 됨)의 증기를 부가하면 공정 열효율을 3섬/톤까지 개선하여 최종 가동 소비가 63정미 섬/톤으로 된다.

로 작동 및 다른 배출물에 대한 본 발명에 따른 탈 NOx작동의 효과도 또한 조사됐다. 로의 연소 후 연료 부가는 로로부터 방출하는 SO₂에는 어떤 장기간의 효과는 갖지 않았으며, 굴뚝에서 측정된 폐가스 중에서 아무런 H₂S, HCN 혹은 NH₃는 전혀 발견되지 않았다

아울러 로의 연소후 연료 부가는 굴뚝 연도에 연결된 정전식 침전기로부터 회수된 분진의 조성에 영향을 주지 않았다.

본 발명자들은 또한 유리 용해로의 굴뚝으로부터 배출되는 일산화탄소를 탐지했다. 상부 챔버나 혹은 체커구조체 안으로 스며드는 공기를 거의 공급치 않는 밀폐된 재생기를 사용하면, 그리고 로가 화학 양론적으로, 혹은 아화학 양론적으로 작동하면, 포트 입구에서 부가된 약간의 연료가 로의 라이더 아치에, 즉, 재생기의 하류에 불연소가스로서 여전히 존재하게 된다. 그 불연소 가스들은 굴뚝으로부터 배출되기 전에 연소되야 하며, 불연소 가스들은, 통상 70%가 일산화탄소로 존재하고 나머지는 주로 수소인 복잡한 혼합물이다. 아울러 부가된 연료는 연소에 의해 간단힌 분석으로 예상되는 것보다는 30%이상까지의 일산화탄소같은 가연성 물질을 발생시킬 수 있다

일산화 탄소 및 다른 가연성 물질을 산화시키기 위해서는 완전 연소가 발생하도록 체커 구조체의 하류에서 폐가스에 충분한 공기가 부가될 필요가 있다. 그러한 공기가 자연적으로 스며든(inleakage)결과로서 존재하거나, 혹은 체커 구조체의 하류에서 폐가스에 부가될 수도 있다. 일단 충분한 공기가 존재하면, 산화가 적정속도로 발생할 수 있을 만큼 온도가 충분히 높을 필요가 있다.재생기 기초부 및 연도중의 일산화탄소 및 다른 가연성 물질의 연소는, 차가운 공기의 스며듬이 과도하지 않다고 가정하면, 열 방출이 수반되어 폐가스의 온도를 높인다. 예시를 위하여 예를들면, 본 발명자들은 굴뚝 가스중의 일산화탄소 배출물들은, 재생기 기초부 및 연도 지역의 온도가 650℃이상이고 가연성 물질의 완전 연소에 충분한 공기가 존재하면 정규 수준 또는 그 미만까지 감소 된다는 것을 발견했다. 놀랍게도 본 발명자들은 재생기 기초부 및 연도 영역내의 온도가 650℃이상이면 탈 CO반응이 개시되어 가스들의 잔류 시간이 긴 로의 중앙 연도로 진전되어 완벽한 CO제거를 보장한다는 것을 발견했다.

굴뚝 배출물중에 허용가능하게 낮은 CO 수준은 버너나 버너들(즉, 제1도에 도면부호(27)로 도시된 바와 같은 버너)을 사용하여 재생기 기초부에 가열 공기를 공급함으로써 온도를 약 700℃까지 상승시킴으로써 성취될 수 있다. 라이더 아치에서, 혹은 심지어 체커 구조체 보다 더 높은 지점에서 잉여의 비가열 공기를 간단히 부가하는 것은, 그 온도가 너무 낮기 때문에 즉, 약 650℃의 한계치 미만이기 때문에 하부의 재생기 챔버에서의 효과적인 일산화탄소의 전소(burnout)를 확보하기에는 충분치 않음을 발견했다. 로가 모든 포트에 후기 연소 연료를 공급하면서 작동된 경우에는 굴뚝에서 약 180ppm의 낮은 수준의 CO가 확보됐는 바, 이는 주연도에서 활발한 연소가 이루어져, 상기 주연도의 온도가 680℃까지 상승함에 따라 모든 폐가스가 약 650℃의 임계 온도에 도달하기 때문이다. 내화 라이닝이 주연도내에서의 CO연소에 의해 확보되는 것보다 더 큰 온도 설계를 갖는 경우, 그보다 더 높은 연도 온도가 용해로로 용이하게 수용될 수 있다. 나아가서, 폐열 보일러가 굴뚝 연도내에 설치되는 경우, 미리 설정된 보일러 입구 온도가 상승 되거나 혹은 보일러의 열용량이 초과되지 않도록 보일러 입구를 바이패스시킬 필요가 있을 수 있다. 또한, 폐가스가 오염물 처리 장치 및 정전 침전기를 통과하기 전에 그 가스를 냉각하는 것이 필수적일 수도 있다. 이는 물의 분무나 별도의 공기 희석에 의해 성취될 수 있다. 재생기 기초부 및 연도 영역에서의 완전한 연소를 위해 충분한 공기를 보장키 위하여 적절한 위치에서 공기의 스며듦을 완화시킬 수 있다.

본 발명자들은, CO 및 다른 가연성 물질의 연소를 성취하기 위한 재생기 시스템내의 이상적인 위치가 라이더아치 아래에 있는 하부 챔버내라는 결론을 내렸다. 본 발명자들은 최대 CO연소가 약 8%의 스며든 공기로 이루어져 CO수준을 약2000ppm까지 감소시켰음을 알았다. 제6도는 제1도 및 제2도의 포트(2) 라이더아치에서의 공기 부가에 관련한 CO수준간의 관계(실선) 및 온도와 공기 부가간의 관계(점선)를 보여주는데, CO수준 및 온도는 연결 연도의 실질적으로 중심인 위치 B에서 측정됐다. 공기가 스며들기 앞서, 라이더아치에 약 3내지 6%의 불연소 가스가 있었으며, 폐가스의 온도는 650℃미만이므로 온도와 산소량이 너무 낮아 CO제어를 시작할 수 없었다. 공기는 라이더 아치 수준 바로 위의 청소구멍을 통해서 포트(2)에서 하부 챔버내로 스며들 수 있도록 허용됐으며, 이는 25000-30000ppm이었던 라이더아치에서의 농도를 감소시키는 바 연결 연도 위치 B에서 약 5000ppm CO에서 연결 연도 위치 B에서 약 2000ppm 까지 감소시킨다.

제6도에서 볼 수 있는 바와 같이, 8%의 공기 부가로 최대의 탈 CO가 발생할때까지 스며드는 공기의 증가로 CO의 연소를 증대시켜 약 2000ppm의 CO량을 발생시켰다. 이 수준보다 더 높은 공기가 스며드는 경우, 이상의 일산화탄소 연소는 성취되지 않았다. 공기 부가량이 증대됨에 따라, 온도는 역시 약 8%의 백분율 부가 공기로 최대 약 650℃까지 상승했다. 폐가스온도는 거의 이 백분율 값으로 스며들때까지 상승했으나, 그후 스며드는 수준이 점차로 높아지면서 그 온도는 점차 하강하였다. 이는 소정 수준을 넘어 스며들면 그러한 스며듦에 의해 폐가스가 효과적으로 냉각되어 CO의 산화를 억제한다는 것을 보여준다. 연도의 육안 검사를 통해서 CO의 산화를 나타내는 엷은 청색의 희미한 불꽃이 발견되는데, 이 불꽃은 라이더 아치에서 혹은 바로 그 아래에서 시작하여 연도까지 이어지며, 청소 구멍에서 스며든 공기가 폐가스와 만났다. 제6도에 도시된 그 결과는 효과적인 일산화탄소의 연소가 약 8%의 스며든 공기값 및 약 650℃ 이상의 온도에서 성취될 수 있음을 나타낸다.

일산화탄소를 전소시키기 위하여, 라이더 아치 아래 지점에서 열을 추가함으로써 공기와 CO혼합물의 온도가 상승됐다. 그 온도는 재생기내에서 연도 뎀퍼를 이동시킴에 의해 온도도 상승될 수도 있다. 900℃ 까지의 온도로 공기를 공급할 수 있는 천연가스 점화식의 과잉 공기 버너는, 본 실시예에서는, 제1도에 도시된 로의 한 포트에만 배치된다. 이 버너는, 포트 연료의 약 6%에 상당하는 약 800℃ 이상의 공기를 약 50m³/시간인 버너 가스의 속도로서 공급했다. 폐가스의 온도는 약 20내지 30℃까지 상승됐다. 이는, 제거되는 CO가 증대되기 때문에 제1도에 도시된 바와 같이 연결 연도 위치 B에서 300mg/㎥미만의 CO수준이 성취 될 수 있도록 한다.

제7도는, CO량과 버너의 천연가스 주입량간의 관계(실선) 및 연결 연도 위치 A 및 B에서의 온도와 천연가스 주입량과의 관계(점선)을 보여준다. 버너의 가스 주입량이 상승함에 따라 위치 A 및 위치 B에서의 온도는 개별적으로 상승하고 CO농도는 신속하게 감소함을 알 수 있다. 추가로, 가스 주입량이 증가함에 따라 라이더 아치 아래의 과잉 공기도 또한 증가하는데 이는 버너가 가열된 공기를 공급하고 있기 때문이다. 약 650℃ 에서 CO수준이 800mg/㎥까지 감소됨을 볼 수있을 것이다.

본 발명의 방법의 타입 2작동에 있어서, 후기 로 연료가 포트에 부가되는 경우, 폐가스 온도의 상승이 탐지됐고 과잉의, 그러나 자연적으로 스며드는 공기로 자연 발화의 징후인 라이더 아치의 불꽃이 그 온도 상승에 수반됐다. 그러한 연소는 연소 생성물중에 존재하는 일산화탄소를 일부 산화시킬 수 있다. 주 연도내의 폐가스 온도가 650℃ 이상의 온도를 확보한 경우 , 극히 양호한 탈 CO가 성취됐으며, 그연소는 측정지점을 지나 주연도내로 이어지는 것으로 판명됐다. 공기의 자연적인 스며듦으로, 모두 6개의 포트의 주 연도내의 평균 CO량은 약 500ppm이었고 굴뚝에서는 CO가 약 180ppm 으로 감소됐다. 그러므로 본 발명의 방법은 또한 유리 용해로부터의 배출을 감소시킬 수 있다.

약 650℃ 및 그 위의 비교적 낮은 온도에서 CO를 산화 제거하는 것은, 특히 연료가 메탄인 경우, 연료 연소 생성물인 폐가스중에 존재하는 H₂O에 의해서 지원되는 것으로 믿어진다. 가스중에 H₂O가 존재하면 CO산화발생 온도 및 최대 CO산화발생 온도를 낮추는 것으로 믿어진다.

본 발명은 판유리 로로부터 누출되는 NOx를 로의 작동 및 구조에 심각한 변화를 가하지 않고, 또 유리 품질에 부정적 영향을 주지않고 500㎎/㎥미만까지 상당히 감소시킬 수 있는 중요한 기술적 장점을 제공할 수있다. 다른 배출물들은 용이하게 제어될 수 있는바 요컨대, CO의 배출은 300㎎/㎥미만까지 하향 제어될 수 있으며, 분진의 재순환 및 정전 침전은 영향받지 않는다. NOx배출을 감소시키면서 유리의 품질 및 생산 속도를 유지하기 위하여 15%까지 더 많이 필요한 연료 때문에 열효율은 감소된다. 그러나 비싼 탈 NOx촉매 시스템이 채용되지 않기 때문에, 본 발명의 방법은 쉽고도 비용 효율적으로 현존하는 유리 용해로에 채택될 수있다. 그러므로, 본 발명은 , 가령, 종래 기술의 선택적 촉매 환원(SCR), 선택적 비촉매 환원(SNCR) 및 산소 연료 기술과 같은 다른 NOx 제어 기술 대신에, 더 적은 자본 및 더 적은 작동비용을 초래한다.

다음의 예들은 예시를 위한 것으로 발명을 한정코저 하는 것은 아니다.

[비교예 1]

20% 큐렛 (cullet) 및 58.5그로스 섬/톤(1474㎉/㎏)의 열적성능으로 700톤/일로 작동하는 6개의 포트가 구비된 천연가스 교차 연소형 유리 용해로를 출구 포트 입구에서 3.4%의 평균 과잉 공기 수준으로 작동했다, 포트입구에서, 평균 NOx농도는 약 2200㎎/㎥이고, 주연도에서 NOx농도는 약 2100㎎/㎥이었으며, 굴뚝에서 NOx농도는 약 2000㎎/㎥이었다. 과잉 공기수준은 전체 가연성 물질이 75%의 CO를 함유하고 나머지는 H₂라 가정하여 계산했다. 체커상부, 라이더 아치, 연결연도 (위치 A) 연결연도 (위치 B), 주연도 및 굴뚝에서 초과 공기 값은 각기 5.2%, 5.8%, 8.3%, 14.3%, 16.9% 및 28.0%였다(모두 적절한 가중 평균치임). 시스템 위의 포트 입구, 체커 상부, 라이더 아치, 연결 연도 (위치 A) ,연결연도 (위치 B) 및 주연도에서의 폐가스온도는 각기 1592, 1458, 636, 573, 530 및 517℃였다. 과잉 공기 및 유체 온도에 대한 가중 평균치는 주입 연료 분포를 이용하고 교차 흐름(cross flow)은 무시하고 계산했다. 약 3.4%의 과잉 공기 수준에서, 포트 입구에서 로를 나오는 불연소 연료의 양은 공급된 전체 연료의 약 2.5%에 달했다. 재생기 시스템내로 자연적으로 스며드는 공기는 적어서, 포트 입구와 라이더 아치 사이에서, 단지 필요한 화학 양론적 공기의 약 2.4%밖에 안됐다. 그러나 약 11%의 추가적 스며듦이 재생기 기초부 및 연도에서 발생했다.

[실시예 1]

본 발명에 따른 타입 1 NOx 감소 작동을 채용함으로써 비교예 1의 로의 기준값을 변경했다.

최고의 연료 흐름(22%)을 가지며 출발 NOx수준이 높은 것으로 측정됐기 때문에 선택된 포트(2)의 과잉 공기는 비교예의 +4%인 과잉 공기 기준으로부터 -6.3%까지 감소됐다. 그 결과가 표 1 에 기재되어 있다. 포트 입구에 음의 과잉 공기량을 공급하면 포트 입구 및 연결 연도 모두에서 NOx의 양을 상당히 감소시킨다는 것을 알 수 있을 것이다.

밀폐된 재생기에 스며드는 정도는 낮아서 용해로에 필요한 화학 양론적 공기량의 2.4%에 달했다. 그러나 재생기 기초부 및 연도에서는 10%의 스며듦이 발생했다. 재생 시스템 위에서 CO 및 다른 가연성 물질을 전소 시키기 위한 이상적인 위치는 라이더 아치 아래의 하부 챔버내이다. 라이더 아치에 3-6%의 불연소 가스가 있으면, 하부 챔버내로의 공기의 자연적인 스며듦으로 충분한 산소의 일차적 조건을 만족시키기에는 충분치 않았다. 폐가스의 온도는 전체적으로 650℃ 미만이었다.

제6도는 라이더 아치 수준 바로 위의 청소 구멍들을 통해서 포트(2)에서 하부 쳄버내로 공기가 스며들 수 있도록 의도적으로 허용한 효과를 보여준다. 초기에, 라이더 아치에서의 CO의 농도는 25000-30000ppm이었으며, 연결연도에서는 5000ppm이었다. 비록, 자연적으로 스며드는 대부분의 공기(로의 주연도에 대하여 약 10%의 화학 양론적양)가 늦어서 CO와 효과적으로 반응할 시간이 거의 없었지만, 분명 이 영역에서 발생하는 일부의 CO감소 (탈 CO)는 있었다.

공기기 점진적으로 라이더 아치 수준의 하부 챔버내로 스며들었기 때문에, 스며든 잉여의 8%공기에서 최대의 탈 CO가 이루어질때까지 (CO는 2000ppm까지 하강함.), CO의 연소량은 증대했다. 이렇게 스며든 잉여 수준 위에서는 탈 CO가 효과적이지 못했다. 연결 연도내의 폐가스 온도 시험에 따르면 8%까지의 스며듦에 의해 10-20℃의 온도 상승이 나타났지만, 그 온도는 스며든 수준이 더 높아지면 점차로 떨어졌다. 분명 약간의 공기가 스며드는 것은 유리했지만 소정 수준 위에서 이같이 스며드는 것은 폐가스를 효과적으로 냉각하여 CO의 산화를 억제했다.

이들 결과는, 보다 높은 온도의 공기가 존재했다면 더 양호한 탈 CO를 성취할 수 있음을 보여줬다.

[실시예 2]

포트(2)에 후기 로 연료 부가를 이용함으로써 비교예 1의 기준치를 수정했다. 결과가 표 2에 기재되어 있다. 후기 로 연료 부가 없이 화학 양론적 로의 조건만 약간 바꾸면 로의 NOx수준이 25-30%감소한다는 것을 알 수 있을 것이다. 그러므로 후기로 연료 부가에 의한 NOx감소의 전체적 이익은 로의 화학 양론적 조건을 변경하는데 기여할 수 있는 요소를 포함할 수있다. 탈 NOx는 최소한 4%의 후기 로 연료 부가후에 재생기 위에서 시작됐으며, 약 6%의 후기 연료 부가로 상당한 탈 NOx가 이루어졌다. 연결 연도의 하류 부분내의 위치 B(따라서 굴뚝)에서의 500㎎/㎥ NOx라고 하는 목표치는 약 8.5% 후기 로 연료 부가로 성취됐다.

제8도는 후기 연소 부가량을 변동시키는 경우의 포트 (2)에서의 NOx배출량간의 관계를 보여준다. 연결 연도에서, 500㎎/㎥ NOx 배출의 목표 한계는 약 7%의 후기 연소 연료로 성취되며, 포트 입구에서 기준 NOx 농도는 약 2000㎎/㎥ 이다.

부가된 연료의 한계치는 체커 상부에서 약 -2%(0.8% 가연성 물질, 약 6000ppm 측정된 CO)의 (전체 연료 연소에 관해서)상당 과잉 공기 수준(equivalent excess air level)의 항으로서 표현 될 수 있다. 그러나, 목표 NOx 수준을 성취키 위해서는 체커 상부의 과잉 공기가 약 -7%(2.7% 가연성 물질, 약 20000ppm의 측정된 CO)여야 한다.

체커 구조체 위에서의 예상된 대부분의 감소에 추가해서 상당한 즉, 약 30%까지의 탈 NOx가 포트 입구와 체커 상부 사이에서 관찰됐다. 그 결과가 제9도에 도시되어 있는바, 제9도는 체커상부에서의 과잉 공기에 대한 체커구조체의 여러 부분들에 걸친 NOx감소 비의 관계를 보여준다. 탈 NOx 반응이 발생할 수 있는 온도 범위는 매우 넓어서 약 600내지 1600℃범위로서, 결국 재생기 구조체 내에서의 긴 반응횟수를 제공한다. 그러나 재생기의 상부 챔버내로 스며드는 공기가 적고 밀폐된 재생기로 스며드는 수준이 높다면 상부 쳄버에서의 탈 NOx 반응은 발생되지 않을 수도 있으며, 따라서 높은 수준의 부가 연료가 필요할 수 있다.

실시예 1에서 이 로에서 행해진 차가운 공기 부가를 이용한 탈 CO의 시도는, 충분한 공기가 존재한다면 상승하는 온도가 CO의 전소 효과를 향상시키게 됨을 나타냈다. 온도를 상승시키기 위하여 고수준의 과잉 공기 버너를 이용했는데, 그 버너는 900℃까지의 공기를 공급할 수 있었다.

포트상에 단일 버너를 장착하여 수회 시도했으며, 매번, 특히 공급된 공기가 약 800℃이상(포트 연료 6%에 상당하는 약 50㎥/hr의 버너 가스)인 것으로 평가된 경우 상당한 CO감소가 기록됐다. 이러한 조건들 하에서, 폐가스의 전체 온도는 20-30℃까지 상승됐으며, 국부적으로는 아마 그 이상까지 상승됐을 것이다. 보다 높은 온도에서 관찰되는 버너로 부터의 가시적인 불꽃이 전소개시를 도울 수 있었다. 300㎎/㎥미만의 허용가능한 CO수준이 이러한 조건하에서 연결 연도에서 성취됐다. 제7도는 버너 연료의 수준이 상승됨에 따라 어떻게 탈 CO 및 연도 온도가 진전됐는지를 보여준다.

[실시예 3]

모든 포트에 후기 로 연소 연료를 사용함으로써 비교예1의 로를 변경했다. 6개의 포트에 공급된 후기 로연소 연료의 양은 표 3에 기재되어 있는데,그 표로부터 평균 백분율 후기 로 연소 연료가 7.75%였음을 알 수 있을 것이다.

NOx배출량을 측정하여 결과를 표 4에 기재했다. 후기 로 연료의 이용으로 굴뚝에서 270㎎/㎥의 NOx배출수준(비교예 1의 개시 수준인 2000㎎/㎥과 비교하여 86%감소)을 성취했음을 볼 수 있을 것인 바, 이는 약간 더 적은 후기 로 연료를 필요로 하는 목표 수준 500㎎/㎥보다 훨씬 더 아래이다.

표 5는 후기 로 연료가 모든 포트에 공급되는 경우의 대응하는 비교예1의 로의 기준 측정치들을 대비하여 보여주고 있는 바, 가중 평균치만 표에 기재되어 있다. 그 결과들은 모든 포트에 대해서 체커 상부의 포트 입구 및 체커 상부와 라이더 아치 사이에서 상당한 탈 NOx가 이루어짐을 보여준다. 라이더 아치 아래나 연도내에서는 NOx 감소가 거의 또는 전혀 이루어지지 않는다. 부가된 후기 로 연료의 수준, 즉 7-8%에서 각각의 포트의 연도에서의 NOx 농도는 모두 500mg/m³미만이어서 약 300mg/m³의 전체 배출수준을 초래했다. 굴뚝 체커상부에서는, 로 온도에 상당한 변화가 없음에도 불구하고 대부분의 포트상에서 약 20내지 30℃의 폐가스 온도 저하가 있었다. 그 온도 저하는 천연가스를 존재하는 최소의 유리산소(free oxygen)와 분리하는데 필요한 에너지 때문인 것으로 믿어진다. 측정된 연소 공기 예열에 있어 상당한 변화는 없었다. 라이더 아치에서의 평균 폐가스 온도의 약간의 상승은 대부분, 연도 내에서의 CO 전소에 관련된 실험 결과 시험중에 발생한 황산 나트륨의 용해나 분리에 의한 우연한 슬래그 분리 때문에 포트(2)에 의해 취해진 폐가스 체적이 상당히 상승하므로 포트(2)라이더 아치의 온도가 상당히 상승하는 것에 기인한다.

후기 로 연료가 각각의 포트에 부가됨에 따라, 연결연도 도입부의 온도는 평균 30℃까지 상승했다.

연소가 일어날 것으로 예상했던 곳에서는 폐가스온도가 상당히 상승했다. 그러나, 폐가스를 분석한 바에 따르면, 강력한 불꽃 및 높은 온도 상승이 있었던 그들 포트에서 조차도 상당량의 불연소 가스들이 남았다.

모든 후기 로 연료가 점진적으로 로에 부가됨에 따라 주 연도내의 폐가스 온도가 탐지됐고 정적 상승을 보여줬다. 처음에는 측정된 CO수준이 상당히 싱승했으나, 일단, 주 연도의 온도가 650℃에 도달하자 감소하기 시작했는바, 650℃이상에서 극히 양호한 탈 CO가 이루어진다. 이 단계에서 주연도내에서 제2포트로부터 굴뚝을 향해서 강력한 연소가 관찰됐다. 실제, 연소는 측정 지점을 지나 주연도내에서 여전히 계속되며, 굴뚝에서는 250ppm의 시작 수준보다 약간 더 낮은 180ppm의 최종 CO 배출이 있었다. 이는 공기의 계획적인 스며듦이 없이 연도 시스템에 자연적으로 충분한 공기가 스며들게 하여 성취됐다.

이들 결과는 충분한 산소가 존재하고 폐가스온도가 최소 650℃이며, 충분한 잔류시간이 있으면 그 때는 매우 양호한 탈 CO가 성취된다는 것을 확인해준다.

실시예 1 내지 3 각각에 있어서, 유리의 품질은 악영향을 받지 않았다. 실제, 투명한 기포, 황산엽 기포 및 혼입물의 수준은 약간 개선됐다. 유리중의 SO₃의 수준은 화학 양론적 조건에 의해 영향받지 않았다.

[실시예 4]

밀폐된 재생기를 구비한 천연가스 교차 연소형 로는 측부 포트 버너를 이용하여 천연 가스를 연소시킴으로써 5000톤/주의 출력으로 작동된다. 연소 공기는 가스가 실질적으로 화학 양론적 조건하에서 로내에서 연소되는 수준으로 유지된다. 굴뚝 기초부에서 측정된 재생기를 나오는 폐가스의 NOx농도는 2500mg/m³정도이다. 이 실시예 및 실시예 5, 6에서는 NOx농도가 습윤 상태의 폐가스중의 NOx의 상당 질량으로 표현된다. 체적은 0℃ 및 760mmHg 기준으로, 그리고, 공기의 스며듦에 의한 희석을 고려하여 건조 샘플에 대해 계산된 8% 산소량으로 정규화된다.

로는 또한, 유리 용해 속도 및 품질을 유지하도록 충분한 공기를 공급하면서 그 로내에 존재하는 과잉 공기가 제1포트에서의 -15%로부터 최종 포트에서는 0%로 상승하도록 작동된다. 이는, 가연성 물질이 폐가스와 함께 용해 챔버를 나오도록 보장한다. 폐가스의 농도는 약 90%까지 떨어진다. 폐가스가 재생기를 나옴에 따라 폐가스에 제어된 양의 공기가 부가되고, 나머지 어떤 가연성 물질도 폐가스가 대기로 배출되기 전에 실질적으로 전소된다.

[실시예 5]

밀폐된 재생기를 구비한 LPG(액화 석유 가스)를 연료로 하는 8포트 교차 연소형 로를 측부 포트 버너를 이용하여 LPG 가스를 연소함으로써 5700톤/주의 출력으로 작동하여 플로트 품질의 유리를 생산한다. 연소 공기는, 출구 포트 입구에서의 가중된 초과 공기 수준이 4.8%(즉, 포트별로 연료를 공급하여 가중된 과잉 공기-하기 표 참조)이고, 포트 목부분 및 굴뚝 기초부에서의 NOx 수준이 2000mg/m³이되도록 유지된다. 로는 또한, 유리 용해 속도 및 품질을 유지하도록 충분한 연료를 공급하면서 로내의 가중된 과잉 공기가 4.8%로부터 -2.5%로 떨어지도록, 그리고, NOx는 1200mg/m³정도로 40%감소한 수준으로 떨어지도록 작동된다. 또한, 폐가스가 재생기를 나옴에 따라 가연성 물질을 함유하는 그 폐가스에 공기가 부가되어, 어떤 가연성 물질도 폐가스가 대기로 배출하기 전에 실질적으로 연소된다.

표 6은 양의 과잉 공기 및 음의 과잉 공기, 즉, 아화학 양론 및 전체 평균 조건 모두로 작동하는 경우의 각각의 포트 입구에서의 % 과잉 공기를 보여준다. 굴뚝 기초부에서 측정된 NOx 량이 주어져 있다.

[실시예 6]

측부 포트 버너를 이용하여 천연 가스를 연소하는, 밀폐된 재생기가 구비된 5포트 교차 연소형 로를 주당 1400톤의 출력으로 1.5MW의 전기 부스트를 이용하여 작동해서 플로트 유리를 제조했다.

연소 공기는 출구 포트 입구에서의 가중된 과잉 공기가 3.0%이고 NOx의 수준이 2150mg/m³이 되도록 유지된다. 로는 또한, 로 내에서의 가중된 과잉 공기가 -7.5%까지 떨어지도록 작동되어 폐가스중의 가연성 물질이 전소되도록 보장한다.

굴뚝 기초부에서의 NOx는 8% O₂(건조)에서 약 400mg/m³(습윤)로 떨어져 80%이상 감소한다. 표 7은 두 방법으로 작업한 결과를 보여준다.

[실시예 7]

재연소 버너를 이 로에 내장했다. % 과잉 공기는 약 0.5%였다.

체커 상부 및 라이더 아치에서의 NOx는 2000mg/m 정도였다. 폐가스 포트에서 공기측 포트에 공급되는 것의 8%정도의 양의 연료를 부가함으로써 이 포트에서 상당히 감소된 NOx가 발생됐다.

라이더 아치에서의 NOx의 수준은 이 포트상에서 400mg/m 으로 떨어졌다.

본 발명의 방법은 모든 판 유리로에 적용할 수 있는 것으로 믿어진다. 본 발명의 공정을 이용함으로써 생산되는 유리의 품질에 약영향이 미치지 않는다는 것이 본 발명자들의 믿음이다.

비록 본 발명의 방법이 심지어 500mg/m 미만의 낮은 수준까지 NOx배출을 감소시킴을 보여줬으나 이는 단지 실험을 기초로 얻어졌을 뿐이다.

판유리의 품질의 표준화된 규정이 없음은 분명하다. 다른 생산자나 다른 사용자들은 그들의 제품에 대해 다른 품질 조건을 가지고 있을 것이다. 본 발명의 공정을 이용하면 그런 어떠한 품질 조건에 대해서도 아무런 약영향을 미치지 않을 것으로 확신한다.

Claims (24)

1. 열교환기로서 작용하는 밀폐된 재생기를 갖는 로 시스템을 나오는 폐가스중의 NOx 배출을 최소화하기 위한 교차 연소형의 복열식 유리 용해로 작동 방법에 있어서, 필요한 생산 속도로 필요한 품질의 유리를 확보함과 아울러 재생기를 통해서 로를 나오는 폐가스가 가연성 물질을 함유하도록 보장하기 위하여 화학 양론적 연소를 위해 필요한 것을 초과하는 연로를 공급하고, 대기로 나오는 폐가스가 허용가능한 수준의 가연성 물질 및 허용가능한 수준의 NOx를 함유하도록 보장하기 위하여 충분한 공기와 상기 가연성 물질을 반응시키는 것을 특징으로 하는 교차 연소형 복열식 판유리 용해로 작동 방법.
2. 제1항에 있어서, 밀폐된 재생기가 체커 구조체(checherwork structure)를 내장하는 것을 특징으로 하는 교차 연소형 복열식 판유리 용해로 작동 방법.
3. 제1항에 있어서, 유리가 아화학 양론적 조건하에서 작동되는 용해 챔버내에서 용해되어 가연성 물질이 폐가스와 함께 용해 챔버를 나오는 것을 특징으로 하는 교차 연소형 복열식 판유리 용해로 작동 방법.
4. 제3항에 있어서, 용해 챔버내에서 과잉 공기의 양이 최대 -3%인 것을 특징으로 하는 교차 연소형 복열식 판유리 용해로 작동 방법.
5. 4항에 있어서, 용해 챔버내에서 과잉 공기의 양이 -8 내지 -10%인 것을 특징으로 하는 교차 연소형 복열식 판유리 용해로 작동 방법.
6. 전기항들중 어느 한 항에 있어서, 로가 복수 포트 로이며, 화학 양론적 양은 로를 따라 첫 번째 포트로부터 최종 포트까지 점차로 증가하는 것을 특징으로 하는 교차 연소형 복열식 판유리 용해로 작동 방법.
7. 제6항에 있어서, 최종 포트에서의 연소 조건이 그 바로 상류의 포트에서보다 덜 환원적(less reducing)인 것을 특징으로 하는 교차 연소형 복열식 판유리 용해로 작동 방법.
8. 제1항에 있어서, 유리가 용해 챔버내에서 실질적으로 화학 양론적 조건하에서 용해되며, 폐가스가 용해 챔버를 나와 밀폐된 재생기로 들어갈 때 그 폐가스에 연료가 공급되는 것을 특징으로 하는 교차 연소형 복열식 판유리 용해로 작동 방법.
9. 제8항에 있어서, 공급된 주연료를 기초로 적어도 3%의 과잉 공기가 폐가스에 공급되는 것을 특징으로 하는 교차 연소형 복열식 판유리 용해로 작동 방법.
10. 제9항에 있어서, 공급된 주연료를 기초로 8 내지 10% 범위의 과잉 연료가 폐가스에 공급되는 것을 특징으로 하는 교차 연소형 복열식 판유리 용해로 작동 방법.
11. 제8항 내지 제10항중 어느 한 항에 있어서, 폐가스에는 로의 포트 입구에 추가 설치된 버너에 의해 연료가 공급되는 것을 특징으로 하는 교차 연소형 복열식 판유리 용해로 작동 방법.
12. 제8항 내지 제10항중 어느 한 항에 있어서, 폐가스에는, 역전 사이클에서 로에 주연료를 공급하는 버너에 의해 연료가 공급되는 것을 특징으로 하는 교차 연소형 복열식 판유리 용해로 작동 방법.
13. 제1항에 있어서, 유리는 아화학 양론적 조건하에서 작동되는 용해 챔버에서 용해되며, 가연성 물질은 용해 챔버에서 폐가스와 함께 나오며, 용해 챔버를 나와 밀폐된 재생기로 들어가는 폐가스에는 부가 연료가 공급되는 것을 특징으로 하는 교차 연소형 복열식 판유리 용해로 작동 방법.
14. 제13항에 있어서, 용해 챔버 내에서의 과잉 공기는 최대 -2%이며, 공급된 주연료를 기초로 최소 3%의 과잉 연료가 폐가스로 공급되는 것을 특징으로 하는 교차 연소형 복열식 판유리 용해로 작동 방법.
15. 제1항 내지 제5항, 제7항 내지 제10항, 제13항 및, 제14항중 어느 한 항에 있어서, 재생기가 체커 구조체를 내장하며, 과잉 공기는, 폐가스의 실질적으로 완전한 연소를 보장하도록 상기 체커 구조체의 하류에서 재생기로 들어가는 것을 특징으로 하는 교차 연소형 복열식 판유리 용해로 작동 방법.
16. 제1항 내지 제5항, 제7항 내지 제10항, 제13항 및, 제14항중 어느 한 항에 있어서, 굴뚝 폐가스중의 NOx 배출물이 탈루프트(TALuft) 조건하에서 측정했을 때 500mg/m³미만인 것을 특징으로 하는 교차 연소형 복열식 판유리 용해로 작동 방법.
17. 제1항 내지 제5항, 제7항 내지 제10항, 제13항 및, 제14항중 어느 한 항에 있어서, 체커 구조체의 하류에서 650℃보다 더 높은 온도에서 CO를 연소시킴으로써 재생기내의 폐가스로부터 CO를 제거하는 단계를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 교차 연소형 복열식 판유리 용해로 작동 방법.
18. 제17항에 있어서, 공기가, 불연소 상태로 존재하는 연료의 양과 이용되는 일산화탄소 연소 온도에 종속하여, 일산화탄소를 실질적으로 완전 연소시키기에 충분한 양으로 체커 구조체의 하류에 존재하는 것을 특징으로 하는 교차 연소형 복열식 판유리 용해로 작동 방법.
19. 제18항에 있어서, 재생기 구조체에는 체커 구조체 이래에서 공기가 공급되는 것을 특징으로 하는 교차 연소형 복열식 판유리 용해로 작동 방법.
20. 제18항 또는 제19항에 있어서, 굴뚝 폐가스중의 CO 배출물이 탈루프트 조건하에서 측정했을 때 300mg/m³미만인 것을 특징으로 하는 교차 연소형 복열식 판유리 용해로 작동 방법.
21. 열교환기로서 작용하는 밀폐된 재생기를 갖는 교차 연소형 복열식 판유리 용해로를 나오는 폐가스중의 CO 배출을 감소시키는 방법에 있어서, 650℃보다 높은 온도에서, 공급된 연료에 대한 연소 공기를 기초로 약 8%의 과잉 공기로 CO를 연소시킴으로써 재생기내의 폐가스로부터 CO를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐가스중의 CO 배출을 감소시키는 방법.
22. 교차 연소형의 복열식 판유리 용해로에 있어서, 체커 구조체를 내장한 열교환기로서 작용하는 밀폐된 재생기를 구비하고, 로를 나오는 폐가스중의 NOx 배출을 감소시키는 장치를 또한 구비하며, 상기 장치는, 폐가스가 로의 용해 챔버를 나올 때 폐가스에 부가 연료를 공급함으로써 굴뚝 폐가스중의 NOx 배출량이 탈루프트 조건하에서 측정했을 때 500mg/m³미만으로 감소되도록 하는 부가 연료 공급 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 교차 연소형의 복열식 판유리 용해로.
23. 제22항에 있어서, 체커 구조체 아래에서 고온 공기를 공급하는 고온 작동 버너를 또한 구비하며, 상기 버너는, CO가 고온 공기에 의해 산화되어 굴뚝 폐가스중의 CO 배출량이 탈루프트 조건하에서 측정했을 때 300mg/m³미만으로 감소되도록 체커 구조체 아래에서 적어도 650℃의 온도를 유지하는 것을 특징으로 하는 교차 연소형의 복열식 판유리 용해로.
24. 용해 정련 겸용 챔버의 양쪽을 따라 상호 작용쌍을 이루어 배열된 복수의 포트와 밀폐된 재생기를 가지는 교차 연소형 복열식 로내에서 화석 연료의 연소에 의해 발생된 폐가스중의 NOx 양을 감소시키는 방법에 있어서, 용해 정련 겸용 챔버내의 적어도 하나 이상의 지점에서 폐가스중의 가연성 물질 및 산소를 측정하는 단계, 용해 정련 겸용 챔버내에서, 평균 화학 양론적 양이 완전 연소를 실행하는데 필요한 것보다 실질적으로 더 낮도록 보장하는 한편으로 실질적으로 연소되는 연료 부분이 용해 공정의 열주입 조건에 의해 할당된 것 이상이 되도록 상기 측정에 따라 연료 및 연소 공기를 조정하는 단계, 폐가스가 용해 정련 겸용 챔버를 나와 대기로 방출하기 전에, 그 폐가스중에 잔류하는 모든 가연성 물질을 실질적으로 완전 연소시키기 위하여 상기 폐가스에 부가 연소 연료를 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐가스중의 NOx 양을 감소시키는 방법.