KR101609893B1 - 유리 용융로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 채널형 용융 말단을 포함하는 유리 용융로에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 원료가 상류 말단에서 도입되고, 용융된 유리는 하류 말단에서 회수되며, 용융로는 버너(burner)에 의해 가열된다. 연소 에너지의 적어도 65%가 산소연소(oxycombustion)에 의해 생산되고 버너는 노의 길이를 따라 벽에 분포되어 있다. 플루 가스의 대부분은 원료 입구 부근에 있는 상류 말단 가까이에서 방출되고, 나머지는 주위 대기에 대한 동적 밀봉을 유지하도록 하류 부분 가까이에서 방출된다.

Description

유리 용융로{GLASS MELTING FURNACE}

본 발명은 연료 및 산소 또는 산소가 매우 풍부한 기체가 공급된 버너에 의해 용융 에너지가 생산되는 유리 용융로(melting furnace)에 관한 것이다. 이 노(furnace)는 보통 "산소-연료 연소"로라고 불린다.

유리 용융로에는 산소-연료 연소 버너의 보조 사용이 잘 알려져 있다. 통상적으로 공기로 작동하는 노에 이어서 산소-연료 연소 버너 또는 이의 제한된 수가 추가된다. 이러한 추가 버너를 도입하는 목적은 아마도 기존 노가 오래되어 그 성능이 감소한 것으로 보일 때 기존 노의 용량을 증가시키기 위한 것이다. 이러한 상황은 예컨대 상기 노에 연결된 재생기가 분해되기 시작하여 더 이상 연소에 사용된 공기를 충분히 가열할 수 없을 때 관찰된다. 또한, 주어진 노의 용량은 단순히 추가 에너지원을 도입하여 증가시킬 수도 있다.

대체로, 추가 산소-연료 연소 버너는 단회(batch) 재료가 노에 충전되는 구역 가까이에 배치된다. 따라서, 이 버너가 단회 재료를 용융시킨다. 대용량 노에 몇몇 산소-연료 버너의 추가는, 특히 재생기가 계속해서 작동하여 공기로 작동하는 버너 및 산소로 작동하는 버너에서 발생하는 연소 플루 가스를 모두 취급한다는 점에서, 일반적으로 노의 일반적인 작동에 어떠한 실질적인 변형 없이 이루어진다.

추가 에너지원이 마련된다는 사실 외에, 이 시스템은 소위 "산소-촉진" 방식으로 작동하지만 산소-연료 연소로부터 초래될 수 있는 공지된 모든 장점의 혜택을 제공하지 않는다. 다수의 잠재 장점 중에는 주로 에너지 소비 저하 및 불필요한 플루 가스 방출량 감소이다.

산소-연료 연소는 적어도 연소 가스의 에너지가 공기의 질소에 의해 부분적으로 흡수되지 않기 때문에 에너지 절감을 제공한다. 종래의 노에서, 질소에 의해 획득된 에너지 일부가 재생기에서 회수되기는 하지만, 마지막에 방출된 플루 가스는 여전히 상당한 양의 에너지를 방출한다. 질소의 존재는 이러한 상실에 기여한다.

당해 생산 장치에 의한 에너지 소비 감소는 또한 이산화탄소 방출을 결과적으로 제한하고, 이에 따라 당해 분야의 법적 조건을 충족시키는 장점을 나타낸다.

또한, 질소의 존재는 NOx라 불리는 질소 산화물의 형성원이고, 대기 중에 이 화합물의 존재로 인한 피해 때문에 상기 화합물의 방출은 실질적으로 금지되어야 한다. 사실상, 사용자들은 가능한 한 적은 방출량을 초래하는 조건 하에 노를 작동하려고 노력한다. 유리 노의 경우에, 이러한 관습은 시행 중인 매우 엄격한 기준을 충족시키기에는 불충분하고, 이에 따라 촉매 사용에 의한 고가의 플루 가스 정화 작업을 수행하는 것이 필요하다.

산소를 사용하면, 산소 촉진 기술의 경우가 아닌 것도 있지만 공기 중의 질소와 관련된 문제를 피하는 것이 가능하다.

전술한 장점에도 불구하고, 대규모 유리 노에 산소-연료 연소의 사용은 여전히 개발되어야 할 것이 있다. 이러한 이유는 여러 가지이다. 먼저, 산소의 사용은 당연히 공기보다 훨씬 비싸다.

산소-연료 연소 사용의 경제적 평가는 단지 플루 가스로부터 상당한 양의 열을 회수하는 것이 가능한 경우에만 긍정적이다. 지금까지 이 에너지의 회수는 만족스럽게 달성되지 않았던 것으로 보이고, 실제 잠재적 에너지 절감은 달성되지 않았다.

더욱이, 산소-연료 연소의 이행은 여전히 특정 장점에 반작용하는 기술적 문제를 안고 있다. 인식된 1가지 어려움은 내화재의 부식에 의한 것으로, 이러한 부식은 노 지붕의 실리카 내화재의 수명을 단축시킨다. 이것은 연소 대기의 높은 H₂O 함량이 다음과 같은 2가지 유해 효과를 일으키기 때문이다:

- 첫째, 내화 블록의 유리질 상 내로 H₂O가 확산되기 때문이다;

- 둘째, 산소-연료 연소로의 경우에 실제 6배 높은 고도의 산화를 초래하는, 내화 벽돌 상의 대기에 존재하는 수산화나트륨의 응축 때문이다.

이러한 조건을 피하기 위해, 보통 선택되는 것보다 내부식성이 더 큰 재료를 사용하는 것이 필요하다. 일반적으로, 다양한 이유로 인해, 대규모 유리 노의 지붕은 실리카 벽돌로 제조된다. 산소-연료 연소로의 경우에, 알루미나, AZS 또는 스피넬과 같은 재료를 대신 사용해야 한다. 하지만, 이러한 재료는 고가이고, 또한 상당히 더 무겁기 때문에 문제가 있다.

또한, 이론이 유익할 것으로 제안하는 어플리케이션에 상기 기술이 효과적으로 사용되도록 하기 위해, 새로운 특정 작동 조건을 필요로 하는 실행에도 새로운 문제가 나타났다. 본 발명은 본 명세서에 부속되는 청구항들의 주제를 형성하는 대규모 유리 노에서 산소-연료 연소 기술을 이행하는 방식에 관한 것이다.

본 발명자들은 이 산소-연료 연소 기술의 경제면의 문제를 해결했다. 구체적으로, 본 발명자들은 노의 플루 가스 에너지를 대량으로 회수하여 산소, 및 적당한 경우 소모된 연료를 예열하는데 사용할 수 있게 하는 방법을 제공한다. 또한, 플루 가스 열의 일부는 노에 충전된 단회 재료를 예열하는 데에도 사용될 수 있다.

경제성은, 특히 에너지와 관련하여, 플루 가스 열이 회수될 것을 필요로 한다. 그 원리는 알려져 있지만, 노 자체를 작동시키는데 회수 기술을 이용하는 것부터 어려움이 생겨난다.

본 발명자들은 특히 산소를 예열하기 위해, 플루 가스 에너지를 이용하기로 했다. 분명한 이유 때문에, 이 회수에 재생기의 사용은 배제했다. 이 작업은 특정 열 교환기에서 수행되어야 하고, 이 작업은 고온의 산소가 접촉하는 모든 재료에 대해 매우 부식성이기 때문에 매우 용이한 것은 아니다. 이러한 부식성은 산소가 도달하는 온도가 높을수록 더욱 더 현저해진다.

또한, 본 발명에 따르면 당해의 노에는 질소-함유 대기가 실질적으로 없어야 한다. 이러한 이유로 인해, 종래 제안된 특정 해결책과 달리, 노의 모든 버너는 산소-연료 연소 방식으로 작동하게 하는 것이 바람직하다. 그럼에도 불구하고, 연소의 일부를 공기-연료 연소 방식으로 유지하는 것이 가능하지만, 산소-연료 연소에 의해 발생된 에너지는 노에서 소비된 총 에너지의 적어도 65%, 바람직하게는 적어도 80%, 더 더욱 바람직하게는 적어도 90%이다.

공기-연료 연소 분획의 사용은 전적으로 공기-연료 연소 방식으로 작동하는 제한된 수의 버너에서 기인할 수 있지만, 특정 함량의 공기를 보유하는 산소의 사용에서 기인할 수도 있다. 후자의 경우에, 산소-연료 연소 방식에 사용된 버너는 특별한 특징이 있는 것이기 때문에, 산소/공기 혼합물은 산소 함량이 적어도 80%, 바람직하게는 적어도 90%여야 한다.

본 명세서의 나머지에서 문제를 단순화하기 위해, 산소-연료 연소 및 "산소" 연소를 모두 언급한다. 이 과제의 개발은 다른 언급이 없는 한, 소량의 공기를 함유할 수 있는 산소를 이용한 산소-연료 연소의 사용, 또는 주로 산소-연료 연소와 함께 공기-연료 연소 방식으로 작동하는 제한된 부분을 포함하는 어셈블리를 포함한다.

연소로부터 초래되는 노 대기의 구성성분에 관계없이, 외부에서 들어오는 공기의 임의의 침투를 가능한 한 방지하여, 한편으로는 이 공기를 가열하는데 해당하는 에너지 손실을 피하고, 가장 중요하게는 이 공기가 연소 불꽃의 고온(이 온도는 선택한 산소 버너의 종류에 따라 약 1800 내지 2300℃이다)에 도달함으로 인해 불필요한 NOx 형성을 가능한 한 방지하는 것이 필요하다.

예상 구조와 관계없이, 유리 노는 외부 대기가 완전 불투과성인 상태를 유지할 수 없다. 이 목적을 위해 보고된 노력들은 주로 외부로부터 노 내로 기체의 흐름을 제한하는 물리적 장벽의 설치와 관련된 것이었다. 이러한 조치는 확실히 유용하지만, 연소 가스에 의해 본질적으로 형성된 대기를 유지하는 것이 필요하다면 불충분한 것으로 보인다.

본 발명에 따르면, 주위 대기의 흡수는 노를 동적 밀봉이 형성되는 방식으로 배열함으로써 결과적으로 방지된다. 이를 위해, 본 발명에 따르면 노에서 플루 가스의 흐름은 이하에 상세히 설명되는 방식으로 조절되어야 한다.

대규모 유리 용융로에서, 특히 재생기를 사용하는 용융로에서 가스는 노 내에서 횡방향으로 흐른다. 버너는 용융 유리를 함유하는 탱크의 어느 한 측면에 분포되어 있고 교대로 작동한다. 한 기간 동안 노의 한 측면에 위치한 모든 버너가 활성화되고, 이에 대응하는 플루 가스는 버너를 마주하고 있는 벽에 위치한 도관을 통해 방출된다. 플루 가스는 당해의 측면에 대응하는 재생기 상으로 이송된다. 다음 기간 동안에는 다른 측면에 있는 버너가 작동하고, 공기는 예열된 재생기 등 위로 흐른다.

산소-연료 연소 노의 경우에, 노의 어느 한 측면에 위치한 버너가 계속해서 작동한다. 양 측면에 버너의 분포는 이 교대 필요성에 의해 결정되지 않으며, 그 이유는 존재하지 않기 때문이지만, 더 큰 이유는 불꽃과 유리 용융물 사이 또는 불꽃과 단회 재료의 상층액 사이에 열교환을 최적화하기 위한 바램 때문이다.

산소-연료 버너의 불꽃은 파워가 동일한 경우, 공기-연료 버너의 불꽃보다 짧다. 이러한 이유는 특히 기체 흐름이 질소 부재로 인해 용적이 덜 크기 때문이다. 유사한 노 폭에서 에너지 분포가 가능한 한 균일해지도록 하기 위해서는 용융물의 표면이 가장 잘 커버되도록 양 측면에 버너를 배치하는 것이 바람직하다.

산소-연료 연소 가스의 배출 속도의 임의의 증가는 불꽃을 연장시킬 수 있지만, 특히 먼지 날림을 촉진하지 않기 위해서는 바람직한 것은 아니다.

또한, 불꽃은 가능한 한 적게 교란되게 발생하도록 하는 것이 바람직하다. 대향 위치한 불꽃 사이에 충돌을 방지하기 위해 버너는 엇갈려 배치된 것이 유리하다.

산소-연료 연소 불꽃의 다른 구체적 특징에 따르면, 공기-연료 연소 버너에서처럼 바람직한 불꽃의 길이보다 연소 다단화를 달성하기 위해, 상기 버너 유래의 불꽃이 유리 용융물의 표면에 실질적으로 평행한 면에 놓인 시트처럼 발생하도록 하는 것이 유리하다. 이것은 예컨대 연료 유입 노즐의 어느 한 면에 복수의 산소 주입 노블이 위치한 버너를 이용함으로써 수득되고, 이러한 노즐은 모두 용융물의 표면과 평행을 이루도록 실질적으로 정렬되어 있다.

불꽃 유래의 플루 가스는 공기-연료 연소에서처럼 횡방향으로 흐르지 않는다. 이 흐름은 2가지 목적에 따라 구성된다.

첫째, 플루 가스로부터 유리 용융물로의 열 전달이 가능한 한 크도록 해야 한다. 환언하면, 산소-연료 연소 불꽃이 더 고온이고 전반적으로 플루 가스도 또한 공기-연료 연소 방식에서보다 고온이라는 사실을 감안하여 노의 배출구에서의 플루 가스 온도는 가능한 한 낮은 온도가 되도록 노력해야 한다.

열 교환이 더 증가하도록 하기 위해서는 노에서의 체류 시간을 연장한다.

소산된 에너지가 동량인 경우, 공기-연료 연소에서보다 플루 가스 부피가 절반 이상으로 감소한다는 사실 덕분에, 용적이 같은 노에서 다른 모든 것은 동일한 상태에서 플루 가스 체류 시간은 반드시 연장되어야 할 것이다.

둘째, 플루 가스 흐름에 관한 규정들은 또한 용융물과의 열 전달을 향상시키는 것을 돕는다. 구체적으로, 이것은 플루 가스 배출구의 위치선정, 버너의 위치 및 이들 버너 각각이 국소적으로 발생하는 동력의 분포로부터 초래된다.

본 발명에 따라, 용융물과 단회 재료와의 에너지 전달을 향상시키기 위해, 플루 가스, 또는 적어도 이의 대부분의 흐름을 용융물의 흐름과 반대 방향이 되게 하는 것이 필요하다. 즉, 노를 통해 진행하는 플루 가스의 온도는 노에서 배출되는 지점까지 감소한다.

이러한 이유로, 플루 가스 또는 이의 적어도 대부분의 방출은 단회 재료가 노에 충전되는 지점 가까이에 위치한다. 1가지 옵션은 단회 재료가 노에 유입되는 도관과 떨어진 도관을 통해 플루 가스가 방출되도록 하는 것이다. 또 다른 옵션은 이러한 방출이 충전 채널 자체를 통해 일어나서, 단회 재료와 역류로 일어나게 한다. 후자의 옵션에서는 특히 "저온" 단회 재료와 접촉 시 응축하는 플루 가스에 함유된 수증기로 인한 임의의 응집의 위험을 없애는 것이 필요하다.

최상의 열 전달이 이루어지도록 하기 위해, 대부분의 플루 가스는 단회 재료가 노에 충전되는 지점과 가까운 지점에서 방출시킨다. 사실상, 이것은 플루 가스의 적어도 65%, 바람직하게는 적어도 75%를 의미한다.

앞서 지적한 바와 같이 방출되지 않는 과량의 플루 가스는 외부 대기에 대해 동적 밀봉을 유지하기 위해 특별히 만들어진 통로(path)를 따라 흐른다. 이 과량 중 적어도 일부는 노의 하류 말단쪽으로 방출되는 것이 유리하다. 지적한 바와 같이, 플루 가스의 이러한 분획은 가능한 한 적어야 하고, 전체 플루 가스의 35% 이하인 것이 유리하고, 25% 이하인 것이 바람직하다.

플루 가스의 하류 방출은 마지막 버너를 지나서 일어난다. 열 전달이 가능한 한 완전하게 일어나기 전에는 연소 가스가 방출되지 않게 차단해야 한다. 이를 위해, 이 가스는 노에 잠시 동안 유지되어야 하고 이에 따라 버너는 방출 도관에 너무 가깝게 위치하지 않아야 한다.

하류 공기의 대부분은 콘디셔닝 구역에서 생긴 것이기 때문에, 버너 구역의 하류에 배출구의 존재는 특히 이 구역에서 나오는 공기가 버너 구역을 통해 이동하지 않게 할 수 있다. NOx 함량은 상류 배출구에서 체계적으로 검출한다. NOx 함량이 너무 높은 것으로 확인되면, 이 함량은 본 발명에 따라 방출 스트림을 조절하여 수정하는 것이 가능하다. 증가한 하류 방출물은 노의 하류에서 생긴 공기를 더 많이 동반하고, 이 질소-함유 공기는 불꽃을 통해 이동하여 NOx를 형성하는 것을 방지한다.

유리하게, 이러한 조절은 상류 배출구로 방출되는 플루 가스 중의 질소 함량을 가능한 한 낮은 함량이 되게 한다. 이 함량은 10% 이하로 유지되는 것이 바람직하고, 5% 이하인 것이 더욱 바람직하다.

하류 방출 가스의 온도는 일반적으로 상류 방출된 플루 가스의 온도보다 약간 높은데, 그 이유는 플루 가스가 노의 가장 적게 뜨거운 구역과 접촉하기 때문이며, 특히 노의 충전 지점 부근에는 일반적으로 버너가 없고, 상청성 단회 재료의 커버링이 이 단회 재료를 용융시키는데 사용되는 에너지의 상당 부를 흡수하기 때문이다.

노에 플루 가스 체류 시간은 다양한 조건에 따라 달라진다. 그 예로는, 앞에서 시사한 바와 같은 플루 가스 흐름의 구성 외에, 생산된 플루 가스의 유속을 포함하고, 또한 이 플루 가스가 노 내에서 차지하는 부피도 추가되어야 한다. 주어진 플루 가스 유속에서, 평균 체류 시간은 이용가능한 부피에 따라 달라진다. 부피가 클수록, 체류 시간이 길어지고, 원칙적으로 더욱 완전한 열 전달이 이루어진다.

사실상, 노의 부피 증가는 제한된 영향을 미치고, 잘 조절되지 않으면 다음과 같은 이유로 인해 경제성이 덜 만족스러워질 수 있다. 먼저, 경험에 따르면 용융될 집단 및 용융물로의 열전달은 주로 방사선을 통해 일어난다. 플루 가스 대류는 공급물의 10% 이하, 더 일반적으로 8% 이하에만 기여한다. 이러한 조건 하에서, 플루 가스 체류 시간의 증가는 이 대류 공급물에 조금 추가한다. 더욱이, 노의 부피 증가도 내화재와 관련하여 추가 투자를 야기하고, 외부에 소산되는 에너지의 추가 손실을 초래하며, 노 절연의 품질이 어떤 것이든지 이 손실은 주위 대기에 노출된 벽 면적에 좌우된다.

유리하게, 플루 가스의 방출 온도는 노에 체류한 결과로 약간 감소된다. 보통, 공기-연료 연소로에서, 플루 가스는 온도가 1650℃ 이하, 바람직하게는 1600℃ 이하, 특히 바람직하게는 1550℃ 이하이다. 하지만, 산소-연료 연소로의 경우에, 온도는 1500℃ 이하, 바람직하게는 1450℃ 이하, 특히 바람직하게는 1350℃ 이하이다.

더욱이, 노의 부피는 또한 노 내의 플루 가스의 속도를 결정한다. 노 내의 플루 가스 유속은 불꽃을 교란하지 않을 정도로 적당한 속도를 유지하게 하도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 단회 재료 상으로 가스가 이동할 때 먼지 날림을 방지해야 하며, 먼지는 가스가 열 교환기를 통해 이동하기 전에 제거되어야 한다.

경험상, 공기-연료 연소로에서 플루 가스의 평균 체류 시간은 1 내지 3초인 것으로 확인된다. 산소-연료 연소로를 이용하는 본 발명의 경우에, 플루 가스의 평균 체류 시간은 10 내지 40초 사이, 더욱 유리하게는 15 내지 30초 사이이다.

버너의 위치제어 또는 더 바람직하게는 앞서 언급한 에너지 공급의 분포는 노의 에너지 소비와 관련해서뿐만 아니라 생산된 유리의 품질에도 중요한 인자이다.

모든 대형 유리 노는 통상적으로 용융과 정제 각각에 해당하는 2 구역을 포함한다. 정제 구역을 지나서 유리는 계속해서 콘디셔닝 채널을 통해 이동하고, 여기서 유리 온도는 이의 형성 온도에 이를 때까지 점차 감소한다. "플로트" 기술로 판유리를 제조하는 경우, 이 온도는 약 1100℃이다.

일반적으로, 정제 구역은 콘디셔닝 구역과 연결부(neck)에 의해 분리되어 있고, 이것은 특히 한 구역의 대기가 다른 구역으로 이동하는 것을 제한할 수 있게 해준다. 본 발명에 따르면, 해당 개방구 및 결과적으로 정제 구역으로 들어오는 콘디셔닝 구역에서 생긴 대기의 흐름을 최소화하는 노력이 이루어진다. 모든 경우에, 플루 가스는 콘디셔닝 구역 내로 침투하지 않아야 하고, 그렇지 않으면 부유하는 먼지가 혼입되어 유리 표면에 침착할 수 있다.

연소에서 생기지 않은 가스의 진입, 및 특히 연결부를 통해 침투하는 가스는 가능한 한 제한되고, 유리하게는 노를 통해 흐르는 총 가스 부피의 15%를 초과하지 않고, 10% 이하인 것이 바람직하다.

용융 구역과 정제 구역 사이의 차이는 유리에서 "대류 흐름"으로 통상적으로 불리는 것을 수반한다. 이 대류 흐름은 다음과 같은 2가지 현상에 의해 발생한다: 자연 대류 및 강제 대류. 첫째, 자연 대류 이동은 온도 조건 및 노를 따라 동력(power) 분포("화이어 곡선"이라 불림)와 관련이 있다. 둘째, 강제 대류 이동은 예컨대 버블러, 혼합기 또는 댐에 의해 일어난 흐름의 변형과 관련이 있다. 이러한 2가지 대류 현상은 유리를 전진시켜, 용융 구역에서 표면에서는 전방향으로 흐르는 이동을 발생시키고 노의 바닥 가까이에서는 역방향으로 흐르는 이동을 발생시킨다. 정제 구역에서, 순환 방향은 역전된다.

일반적으로, 용융 구역은 최대 에너지 공급을 필요로 하여 버너의 총 동력이 가장 큰 구역이다. 이 분포는 상기 공급이 총합의 40% 이상, 바람직하게는 50% 이상이도록 한다. 공급의 80%까지 나타낼 수 있으나, 전달된 에너지의 70% 이상을 나타내지 않는 것이 바람직하다. 당해의 백분율은 당해 구역 위에 달린 버너에 의해 전달되는 동력에 관한 것이다.

노가 가능한 한 효과적으로 작동하도록 하기 위해, 버너는 노를 따라 적당히 분포되어야 한다. 하지만, 이러한 분포는 균일하지 않다.

플루 가스에서 에너지 손실을 최소화하기 위해서는 플루 가스 배출구 가까이에 가장 강력한 버너를 두는 것은 피하는 것이 필수적이다. 하지만, 용융된 단회 재료의 블랭킷 아래의 유리 온도가 너무 낮으면, 유리가 응고할 위험이 있는바, 노의 벽이나 지붕에 장착한 부스트 버너를 단회 재료 충전 지점 가까이에 배치할 수 있다. 플루 가스의 에너지 손실을 최소화하는 대안은 전기-부스터(유리는 노의 바닥을 통과하는 전극에 의해 가열된다)를 사용하는 것이다. 침수된 전극에 의한 가열은 국소 요건에 정확하게 조정된 온도 조절을 제공한다는 장점이 있다. 더욱이, 이러한 전기 에너지 공급의 효율은 불꽃 가열에서보다 훨씬 높아서, 비교적 낮은 수준으로 유지될 수 있게 해준다. 일반적으로, 전기 에너지가 공급되면, 노에서 발생되는 총 에너지 양의 10% 이하, 더 일반적으로 5% 이하이다.

버너는 단회 재료 충전 지점과 상류 플루 가스 배출구에서 일정 거리만큼 떨어진 위치에 배치한다. 따라서, 이 구역에서 필요한 에너지 공급량은 먼저 용융물 내의 대류 흐름으로부터 생기는 것으로, 용융될 단회 재료로 덮인 표면과 용융된 유리의 훨씬 하류 간의 온도 차이가 클수록 더욱 강해진다. 이러한 에너지 공급은 두번째로, 상류에 제공된 배출구쪽을 향하여 역류로 흐르는 플루 가스로부터 생겨난다. 종합하면, 이 상류 구역의 온도는 노에서 가장 높지는 않지만, 용융을 지속시키기에는 충분하게 유지된다.

1차 버너는 플루 가스 방출 지점으로부터 단회 용융을 지연시키지 않을 정도의 일정 거리만큼 떨어진 위치에 존재하지만, 이 1차 버너는 용융물이 미용융 단회 재료로 덮여있는 노의 구역에 배치해야 한다. 이 구역은 노 길이의 1/2을 초과하지 않는 것이 바람직하고, 1/3 이하인 것이 더욱 특히 바람직하다. 이것은, 이 "블랭킷"의 용융 외에, 용융물에 분산된 물질의 입자가 완전하게 용융될 수 있고, 용융 과정이 종결될 수 있을 뿐만 아니라 용융물이 균질화될 수 있는 최고점까지 온도가 상승할 수 있도록 하는데 필수적이기 때문이다.

버너의 위치제어 외에, 전달된 동력의 분포도 중요하다. 버너의 동력은 도달 온도가 가장 높은 부분이 있는 정제 구역에 가까운 용융 구역의 부분에서 가장 높다.

정제 구역에서, 용융물의 온도는 일반적으로 유지되어야 하고, 따라서 필요한 에너지 공급이 더욱 제한된다. 이 구역의 버너는 용융 구역에 가장 가까운 부분에 위치하는 것이 바람직하다. 에너지 공급은 정제 구역을 통해 진행 방향으로 감소하는 것이 바람직하다.

노 작동 매개변수, 특히 총 적용 동력은 변동을 줄 수 있는 것이 필요하다. 이러한 변동은 단회 재료의 성질, 배출구의 변동 등에 의해 좌우되는 것으로, 보통 변화폭은 제한적이다. 최적화된 에너지 분포 조건을 가능한 한 유지하기 위해, 변동은 통상적으로 주로 유리 진행 방향에서 가장 먼 하류에 위치한 버너에 관한 것이다. 이러한 특별한 양태는 이 구역에 플루 가스 부피의 변동이 있다는 결과를 나타낸다. 결과적으로, 동적 평형이 깨짐으로 인한 추가 상류의 변형을 피하기 위해서는 본 발명에 따라 앞서 지적한 바와 같이 노의 하류 구역에 위치한 배출구를 이용하여 플루 가스 유속을 조절하는 것이 유리하다.

공기-연료 연소 방식으로 작동하는 종래의 노에서, 버너는 노의 측벽에 위치하여 용융물의 표면 가까이에서 불꽃이 발생한다. 이러한 배열은 부분적으로는 버너를 향하고 있는 노의 측면에서 대부분 직접 방출되는, 플루 가스의 노내 제한적 체류 시간에 기인하는 것이다. 이러한 짧은 체류 시간 동안 대류 열교환을 비롯한 열교환을 최대화하여, 불꽃이 용융물 표면과 접촉해 있도록 하는데 필수적인 것으로 보인다.

본 발명에서처럼 산소-연료 연소 방식으로 작동 시, 대류에 의한 열 공급의 기여는 앞에서 지적한 바와 같이 제한적이다. 따라서, 용융물 표면에서 일정 거리를 두고 측벽에 버너를 배치하여 불꽃에서 직접 방사된 에너지가 용융물 및 지붕 모두로 적당히 분포될 수 있게 하는 것이 바람직하다.

버너의 위치제어는 용융물의 표면과 대략적으로 평행한 평면에서, 상기 표면 위로 적어도 0.25m의 거리를 두고, 바람직하게는 표면 위 적어도 0.40m의 거리를 두고 불꽃이 발생되게 하는 것이 바람직하다. 이 거리는 최대 1.0m일 수 있고, 0.80m 이하인 것이 바람직하다.

앞에서 지적한 바와 같이, 산소-연료 연소의 사용은 노 대기를 변화시켜, 실질적으로 질소가 없다. 한편, 수증기는 상대적으로 더 풍부하다. 이러한 특징은 용융 행동에 상당한 영향을 미친다. 구체적으로, 용융물 상의 수분 함량의 증가는 유리 내의 수분 증가를 동반한다.

따라서, 높은 수분 함량의 존재는 유리의 탈기를 촉진하고 정제가 더 용이해진다.

높은 수분 함량의 가능한 1가지 불리한 면은 용융물 표면에서의 기포 형성이다. 기포 형성은 바람직하지 않은데, 특히 양호한 열교환에 방해가 되기 때문이다. 이것이 발생해야 한다면 기포 양을 줄이는 수단이 알려져 있다. 이 수단은 기포가 나타나지 않게 하는 조치와 관계없이, 예컨대 EP 1 046 618 공보에 기술된 기술을 이용하여, 유리의 표면 장력을 변화시킨다.

특히 문제가 될 수 있는 구역, 특히 정제 구역에서 기포 형성의 위험을 최소화하는 또 다른 수단은 노의 이 부분에 사용된 연료를 선택함으로써 수증기 함량을 제한하는 것으로 이루어진다.

산소-연료 연소는 전술한 장점의 혜택을 상실함이 없이 다양한 종류의 연료로 수행될 수 있다. 가장 자주 사용되는 연료는 천연가스 또는 액체연료이다.

수증기 함량과 관련하여, 액체 연료보다 가스가 사용될 때 수증기 함량이 더 높다. 이러한 이유 때문에, 전술한 에너지 비용 문제 외에, 본 발명에 따르면 정제 구역에 위치한 버너에는 액체 연료가 공급되는 것이 유리할 수 있다. 이로 인해, 가장 유해할 수 있는 노의 이 부분에서의 기포 형성의 위험이 감소된다.

산소-연료 연소의 경제적 평가는 한편으로는 산소의 비용 및 적용된 내화제의 비용을 기초로 하고, 다른 한편으로는 연료 절감 및 플루 가스 정화의 부분적인 제외와 관련된 절감을 기초로 한다. 긍정적인 결과를 얻기 위해서는 노에서 배출되는 플루 가스에 함유된 열의 상당부분을 회수해야만 한다. 사실상, 공기-연료 연소 노의 경우에서와 같이, 가장 효과적인 이용은 노에 도입된 반응물, 즉 산소, 연료 및 가능하게는 단회 재료를 가열하는 것으로 이루어진다.

공기-연료 연소 기술, 특히 재생기를 이용하는 기술에 비해, 1가지 어려움은 필수 장치들의 성질에서 기인한다. 재생기는 실질적으로 노의 배출구에서 수집된 플루 가스를 수용할 수 있다. 재생기가 제조된 재질, 특히 일반적으로 내화 세라믹으로 제조된 내막은 플루 가스 및 이 가스가 운반할 수 있는 먼지의 온도를 견디는데 어려움이 없다. 이어서, 고온 재생기에서 공기의 예열은 취해야 할 특별한 예방조치가 필요없다. 이에 반해, 산소-연료 연소에 사용되는 제품을 가열할 때, 특히 산소를 가열할 때에는 더욱 엄중한 예방조치가 필요하다. 산소가 흐르는 장치는 완전히 기밀성이어야 하고 고온에 견디고 이 온도에서 운반되는 산소에 견딜 수 있어야 한다.

플루 가스와 관련하여, 플루 가스는 혼입된 먼지가 최소량이도록 노력을 이루여야 한다. 특히, 용융물이 아직 용융되지 않은 물질로 덮여있는 구역에서, 용융물의 표면으로부터 일정 거리에 불꽃을 제공하면, 이는 상기 혼입을 최소화하는데 기여한다. 또 다른 기여 인자는 버너가 엇갈려 배치되면 서로 마주보고 있는 버너에서 발산하는 가스 스트림의 영향으로부터 생길 수 있는 난류를 최소화한다는 사실이다.

플루 가스의 종방향 평균 속도는 대체로 3 m/s를 초과하지 않고, 보통 2 m/s 이하이다. 불꽃에서 이 속도는 훨씬 높아져 약 30 내지 100 m/s이며, 이 속도는 공기-연료 연소 불꽃에서보다 보통 낮다.

본 발명에 따르면, 산소는 고온 산소 내성이 우수한 강철로 제조된 열교환기에서 예열되는 것이 바람직하다. 열교환기 및 이 용도에 적합한 소재는 2007년 5월 10일에 출원된 미공개 유럽 특허출원 07/107 942에 기술되어 있다.

열교환기에 의해 전달된 고온 산소는 최대 650℃일 수 있는 온도에 이르게 한다. 이 값은 최상의 특성을 가진 금속 합금에 의해 달성될 수 있는 내성에 따라 달라진다. 이 제한은 당해 장치의 종류와 관련해서 사용 기간을 보장해 줄 수 있게 한다.

실제, 더 나은 안전성을 위해 산소 온도는 600℃ 이하로 유지시키는 것이 바람직하다.

산소 예열이 경제성을 유의적으로 향상시키기에 충분하도록 하기 위해, 온도는 350℃ 이하로 내려가지 않게 설정하는 것이 바람직하다.

이와 마찬가지로, 사용된 연료는 천연 가스이든지 액체 연료이든지 간에 예열되는 것이 유리하다. 연료가 도달하는 온도는 장치의 내성에 따라 달라지지 않는다. 하지만, 이 연료의 가능한 분해에 따라 달라질 수 있다. 특히, 장치의 오염 결과를 나타낼 수 있는, 부분적이더라도 "크래킹"을 방지해야만 한다. 천연 가스인 경우, 예열 온도는 650℃ 이하가 유리하고, 550℃ 이하가 바람직하다. 중질 연료 오일인 경우, 이 온도는 일반적으로 더 낮아서, 180℃를 초과하지 않고 바람직하게는 150℃를 초과하지 않는다.

플루 가스 열 회수율은 위에서 언급한 특허 출원에 제시된 조건 하에 열교환이 수행될 때 열교환 효율에 관계없이 산소 및 연료를 제시된 온도로 가열되도록 하기에 대부분 충분하다. 또한, 생산된 스팀의 용도가 무엇이든지 간에 보일러에 연료를 공급하거나 단회 재료를 예열하기에 충분히 가능하다.

본 발명은 다음 도면의 평판을 참조로 하여 이하에 특정 구체예로 기술한다:
- 도 1은 본 발명에 따른 노의 모식적 투시도이다;
- 도 2는 도 1에 제시된 배치를 상면도로 모식적으로 도시한 것이다;
- 도 3은 본 발명에 따른 노에 사용된 열교환 회로의 총 모식도이다;
- 도 4는 산소를 예열하기 위한 한 양태의 흐름에 관한 모식도의 상세도이다;
- 도 5는 본 발명에 따른 노에서 버너의 배치를 나타낸 부분 상면도이다.

도 1에 제시된 노는 대용량 유리 생산에 사용되는 종류로, 예컨대 플로트 기술을 이용하는 판유리 생산 장치에 연료를 공급하는 작용을 하는 노이다. 이러한 종류의 노는 연속적으로 작동하고 유리를 1000 톤/일 이하일 수 있는 양으로 생산한다. 이러한 성능을 달성하기 위해, 노는 동력이 최대 60MW인 것이어야 한다.

노(1)는 밀봉 챔버에 배치된 탱크를 포함한다. 이 어셈블리는 고온, 플루 가스 부식 및 용융 재료에 의한 공격에 내성인 내화재로 제조된다. 탱크에 존재하는 용융물의 수준은 점선(2)으로 표시했다.

노에는 어느 한쪽 말단에서 단회 재료가 공급된다. 이러한 단회 재료가 충전되는 개구부는 (3)으로 나타냈다. 실제로, 용융물의 표면 위로 더 용이하게 분포하도록 하기 위해 여러 충전 지점이 일반적으로 제공된다. 화살표 V로 나타낸 용융 유리의 배출구는 탱크보다 폭이 작은 연결부(4)를 통해 반대편 말단에 있다. 연결부(4)의 바닥은 노의 바닥과 평평한 것이 가장 일반적이다.

연결부는 용융 유리에 완전히 침수되어 있지 않은데, 즉 유리 층 표면과 연결부의 상층 사이에는 갭(gap)이 존재한다. 노 내의 가스 스트림에 관한 작동 조건은 혼입된 부유 먼지의 임의의 위험을 피하기 위해서 노 대기가 연결부를 통해 통과하지 않도록 조절한다. 이러한 작동을 보장하기 위해, 용융 유리 스트림과 역류로 흐르는 화살표 A로 표시한 약간의 가스 스트림을 유지하는 것이 바람직하다. 단지 가스 스트림이 반대 방향으로 흐르지 않게 하고자 하면, 이 스트림 A는 가능한 한 약하게 유지한다. 연결부 다음에 오는, 도 1에는 도시되지 않은(도 2의 참조부호 5) 콘디셔닝 구역 위에 존재하는 공기에 의해 보통 형성되는 것처럼 스트림을 최소화하는 것이 중요하다.

(6)으로 나타낸 바와 같이 배치된 버너는 노의 각 면에 노의 측벽을 따라 배치되어, 불꽃은 탱크의 전체 폭 위로 실질적으로 뻗어나간다. 버너는 이 용융/정제 탱크의 길이 대부분에 에너지 공급이 분포하도록 이격시킨다.

연소 가스 F는 주로 노 충전 구역 부근 및 가장 가까운 버너로부터 일정 거리에 위치한 배출구(7)를 통해 주로 방출된다. 도시된 표상(도 1 및 2)에서, 2개의 배출구(7)는 측벽에 대칭적으로 배치되는 반면, 단회 재료(MP)는 노의 축을 따라 충전된다. 이것이 바람직한 양태이지만, 다른 배치도 가능하여, 예컨대 가스 배출구는 상류 부분에서 노를 봉쇄하는 벽(8)에 존재할 수도 있다. 또한, 이러한 배출구는 다르게 배치될 수도 있으며, 중요한 점은 플루 가스가 노에서 유리 흐름 V과 역류로 흐르게 보장하는 것이다. 적당한 경우, 플루 가스의 방출은 단회 재료 충전 개구부 또는 개구부들을 통해 특히 적어도 부분적으로 일어날 수 있다.

위에서 지적한 바와 같이, 본 발명에 따르면 노의 밀봉이 외부 공기의 침투에 대해 실질적으로 불투과성이도록 하는 조치가 취해진다. 상류 말단쪽으로 플루 가스의 흐름은 노의 이 측면에서의 침투를 차단한다. 측벽에 제공될 수도 있는 통로도 역시 주위 공기의 침투에 본질적으로 불투과성이다. 콘디셔닝 파트(5)로부터 들어올 수 있는 소량의 공기를 없애기 위해, 매우 제한된 흐름의 플루 가스가 노의 하류 말단쪽으로 제공되는 것이 유리하다. 이러한 플루 가스 F'는 배출구(9)를 통해 방출된다.

콘디셔닝 구역에서 정제 구역으로 흐르는 공기의 양을 조정하는데 있어서, 버너에 의해 생성된 가스 흐름 외에도, 앞에서 지적한 바와 같이 노의 하류 구역에서 추출되고 배출구(9)를 통해 방출되는 플루 가스의 양을 조정할 수 있는 것이 중요하다.

대용량의 유리 노는 통상적으로 용융 구역이라 불리는 구역 및 정제 구역으로 불리는 구역, 2 구역을 포함한다. 이러한 2 구역은 도 1과 2에서 경계가 확정되어 있지 않다.

용융과 정제 사이의 경계는 노의 구조에서 일반적으로 분명하지 않다. 특히, 이러한 노의 바닥에 댐(dam)이 배치되면, 이 댐은 이 경계가 배치되는 위치를 결정하는데 역할을 할지라도 이 경계와 일반적으로 일치하지 않는다.

용융 구역과 정제 구역 사이의 차이는 모든 경우마다 기능적 차이이다. 이것은 탱크에서의 유리 순환에 해당한다. 이것은 용융 부분에서의 1차 대류 흐름 및 이 1차 흐름과 역방향으로 회전하는 정제 부분에서의 2차 대류 흐름을 포함한다. 순환에 직접 영향을 미치는 수단이 없는 경우, 용융 구역/정제 구역 경계의 위치는 특히 버너에 의한 에너지의 분포를 비롯한 다수의 작동 매개변수에 의해 결정한다. 도 2에서, 이러한 2 구역은 I 및 II로 표시했다.

대체로, 단회 재료를 용융시키는데 필요한 에너지 공급은 유리를 정제하기 위한 온도로 유지시키는데 필요한 에너지보다 많다. 결과적으로, 버너의 수 및 특히 이들이 전달하는 동력은 용융 구역에서 더 많다.

용융을 위해, 이에 따라 노에 단회 재료를 주입한 즉시 최대량의 에너지를 공급하는 것이 가치가 있지만, 1차 버너를 플루 가스 배출구(7)에 너무 가깝게 배치하는 것은 피할 필요가 있으며, 그렇지 않으면 이러한 매우 뜨거운 플루 가스가 과량의 에너지를 빼앗아 갈 것이다. 따라서, 1차 버너가 배치되는 위치의 선택은 절충의 결과이다. 1차 버너는 상청 재료 위에 위치하도록 배치한다.

다시, 앞에서 지적한 바와 같이 플루 가스를 통한 에너지 손실을 제한하기 위해, 버너의 동력을 그 위치에 따라 변동시킬 수도 있다. 1차 버너는 특히 더 하류에 위치한 버너보다 낮은 동력으로 작동시킬 수 있다.

가장 유리한 것으로 확인된 작동 방식에서, "화이어 곡선", 즉 노를 따라 형성되는 온도 분포는 먼저 상류 말단부터 정제 구역의 개시부에 가까운 중심 부분까지 진행한다. 그 후, 온도는 약간 변동하여 콘디셔닝 구역에 통로를 마련한 연결부(4)까지 약간 감소한다. 이러한 이유로, 노의 하류 말단에는 보통 버너가 없다.

버너의 분포는 도 2에 그 축으로 도시했다. 이것은 대향 방향으로 발산하는 불꽃이 서로 충돌하지 않도록 탱크의 어느 한 측면에서 엇갈려 배치하는 것이 바람직하다. 버너는 용융물의 표면을 가장 잘 커버하도록 서로 측방향으로 분리되어 있다. 이러한 의미에서, 또한 사용된 버너는 용융물의 표면에 대략 평행한 시트 형태로 불꽃을 발생하는 종류인 것이 유리하다. 각 버너의 공칭 동력은 선택되는 버너 및 사용된 버너의 수에 따라 달라진다.

노(11)의 측벽에서 이용할 수 있는 공간(도 5)은 노의 지붕을 지탱하는 금속 보강재(12)의 존재에 의해 제한된다. 이러한 보강재를 구성하는 빔(beam)이 가까워질수록 노는 넓어지고 내화 세라믹 재질은 무거워진다. 매우 넓은 노에서는, WO 2004/094902에 기술된 종류의 2개의 편평한 버너(13)가 2개의 연속 빔 사이에 노의 각 측면에 하나씩 장착될 수 있다. 이 버너들은 1차 산소 공급구(15)와 동심원성인 중심 연료 공급구(14)로부터 시작해서, 그 다음 서로 이격되어 있고 동일한 대략 수평면에 놓인, 1차와 평행한 여러 2차 산소 공급구(16, 17)에 의해서 단계식 연소를 구성한다. 이러한 단계식 연소 버너(13)는 용융물의 표면에 대략 평행인 평면에서 발생하는 불꽃을 생산한다. 이러한 구성에 의해 이 버너들은 특정 폭을 갖고, 두 빔 사이에 버너는 제한된 수를 갖는다.

도 1에 도시한 바와 같이, 버너들은 용융물의 표면 위에 특정 거리에서 밀봉된 노 내로 개방되어 있다. 이러한 배치는 앞에서 설명한 바와 같이 불꽃으로부터 방사된 에너지가 정확하게 분산될 수 있게 하고, 또한 지붕의 높이와 함께 연소 가스가 정확한 흐름이 되게 할 수 있으며, 특히 노의 상류 말단쪽으로 환송되어 주 배출구(7)쪽으로 향하게 할 수 있다. 플루 가스가 본질적 횡방향 경로를 따라 흐르는 공기-연료 연소 노에서와 달리, 본 발명에 따른 산소-연료 연소 노의 경우에 플루 가스는 노의 길이를 따라 불꽃 방향에 횡방향으로 유도되어, 플루 가스는 교란되지 않아야 한다. 불꽃 아래와 위에 공간을 제공하면, 플루 가스는 불꽃의 정확한 발생에 유해한 지나친 난류 없이 이동할 수 있다.

노에서 방출된 플루 가스는 이 가스에 의해 운반된 에너지의 일부를 회수하기 위해 고안된 장치에 사용된다. 원칙적으로, 플루 가스와 예열될 산물 간에 직접 열 교환을 수행하는 것이 가능하지만, 효율 및 안전성 면에서 최적으로 작동하도록 하기 위해, 더욱 복잡한 열교환 장치가 사용된다.

하지만, 도 3에는 간단함을 위해, 열교환 장치를 전체적으로 18 및 19로 표시했다. 이러한 장치에서, 산소 및/또는 연료는 라인(20, 21)에 의해 버너로 전달되기 전에 가열된다.

노를 떠난 후 플루 가스는 초기 온도가 약 1200 내지 1400℃이다. 이러한 온도에서, 플루 가스는 복열장치, 즉 플루 가스를 굴뚝(24)을 통해 대기로 방출하기 전에 플루 가스를 처리하기 위한 관점으로 플루 가스의 온도를 저하시킬 수 있는 종합 열 교환기를 통해 통과시키는 것이 바람직하다. 복열장치는 유체가 플루 가스와 역방향으로 흐르는 시스템이다. 가장 기본적인 형태에서, 이 장치는 2개의 동심원성 파이프를 포함한다. 더 정교한 시스템은 열전달 유체가 흐르는 챔버를 통해 이동하는 튜브 다발로 형성된다. 두 종류가 조합될 수도 있다.

이 복열장치 후, 플루 가스는 여전히 고온이어서, 매우 큰 복열장치가 사용된 경우를 제외하고는 일반적으로 700℃ 이상이다. 방출되기 전에, 플루 가스는 특히 황 산화물을 제거하기 위해 정화 처리로 처리된다. 이 제거 작업은 예컨대 전기필터로 수행된다. 이러한 필터의 손상을 피하기 위해, 온도는 최저 약 300 내지 400℃로 더욱 낮추어야 한다. 이를 수행하는 1가지 경제적인 방법은 플루 가스를 대기 공기로 희석하는 것에 있다.

이러한 온도까지 낮춰진 혼합물은 예컨대 스팀-발생 보일러에 연료를 공급하기 위한 수단으로 여전히 사용될 수 있다. 당해의 스팀은 특히 액체 연료를 예열하는데 사용될 수 있다. 100 내지 150℃ 사이의 온도로 예열되는 것이 유리하고, 120 내지 140℃ 사이가 바람직하다.

복열장치에 사용된 유체 열교환기는 이의 일부가 이하 도 4를 참고로 하여 언급된 바와 같이 사용된다.

도 3에 제시된 표상에서, 2개의 열교환 장치(18, 19)는 노의 각 측면에 하나씩 배치된다. 두 플루 가스 라인은 라인(22)에 의해 연결된다. 이 후자 라인은 상기 장치 중 하나에서 유지 또는 복구를 수행하는데 필수적인 것이라면, 플루 가스의 적어도 일부가 순간적으로 제2 장치로 이동되게 하고, 나머지는 또한 라인(27) 또는 라인(28)을 통해 방출될 수도 있다. 이와 마찬가지로, 필요하다면 노의 양 측면에 열전달 유체를 공급하기 위해 라인(23)이 사용된다.

라인(27 및 28)은 적당한 경우, 플루 가스가 복원장치를 통해 이동하지 않고 플루 가스를 직접 방출 지점(24)으로 이송하는데 사용된다.

도 3에서, 하류에서 배출되는 플루 가스 F'는 열 교환기를 향한 파이프로 표시하지 않았다. 이 장치의 구성에 따라서, 모든 플루 가스가 회수되도록 상기 배출구를 연결하는 것도 가능하다. "회수가능한" 에너지가 이용할 수 있는 양보다 많은 경우, 이 회수는 적당하다면 제외할 수도 있다.

앞에서 언급한 이유로 인해, 열교환은 2 단계로 수행하는 것이 유리하다. 1차 "복열장치"에서 플루 가스는 중간 유체, 예컨대 공기, 질소, CO₂ 또는 예컨대 이 복열장치와 열교환기 사이, 또는 더 바람직하게는 산소 또는 연료를 가열하는 여러 열 교환기들 사이의 루프에서 순환하는 임의의 적당한 유체를 가열한다. 중간 유체, 예컨대 공기와 관련하여 대체 상황은 루프를 이용하는 것이 아니라 2차 열교환기의 배출구에서 보일러 또는 다른 에너지 회수 수단에 의해 고온 공기를 회수하는 것이다.

도 4는 이러한 원리를 예시한다. 복열장치(25)는 플루 가스 F, 및 이에 역류하는 유체 A, 예컨대 공기를 수용한다. 가열된 공기는 산소와 역류로 흐르고 버너(13)로 이송되기 전에 가열되는 일련의 열교환기(26)로 이송된다.

실제, 라인의 비용 또는 열 손실로 인해, 고온 산소를 긴 라인 상으로 이송하기가 곤란한 덕분에, 본 발명에 따르면 산소가 소비될 버너 가까이에서 산소를 예열하도록 하는 것이 유리하다. 이러한 이유로 인해, 상황에 따라 각 열교환기가 하나의 버너 또는 인접 부근에 위치한 소수의 버너에 연료를 공급할 열교환기의 수를 증가시켜야 한다.

도 4에서 각 버너(13)에는 열교환기(26)에 의해 연료가 공급된다.

산소를 예열한 후 공기는 복열장치(25)로 환송되거나 또는 노의 플루 가스 도관으로 환송되어 보일러로 이송된다.

1, 11: 노 3: 개구부
4: 연결부 6: 버너
7, 9: 배출구 8: 벽
12: 금속 보강재 13: 버너
14: 중심 연료 공급구 15: 1차 산소 공급구
16, 17: 2차 산소 공급구 18, 19: 열교환장치
25: 복열장치 26: 열교환기

Claims (13)

1. 상류 말단에서 단회 재료(batch materials)가 도입되고 하류 말단에서 용융된 유리가 회수되는, 채널형 용융 탱크(channel-shaped melting tank)를 포함하는 유리 용융로로서,
   상기 노는 버너들에 의해 가열되고,
   상기 버너에서 연소 에너지는 이의 65% 이상이 산소-연료 연소에 의해 생산되며,
   상기 버너는 노의 길이를 따라 벽에 분포되어 있고,
   플루 가스 방출구의 65% 이상이 단회 재료가 도입되는 개구부 부근의 상류 말단에 가까이에 위치하며,
   나머지 플루 가스는 주위 대기에 대해 동적 밀봉(dynamic sealing)을 유지하기 위해 하류 말단에서 제거되고,
   플루 가스 또는 이의 65% 이상이 열교환 장치(heat exchange unit)에 사용되어 노에 사용된 산소, 연료, 또는 산소 및 연료를 가열하는,
   유리 용융로.
2. 제1항에 있어서, 플루 가스가 2중 열교환 시스템을 포함하는 적어도 하나의 열교환 장치에서 처리되고, 제1 복열장치(a first recuperater) 중의 플루 가스는 하나 또는 그 이상의 2차 열교환기에서 산소를 가열하는 중간 유체를 가열하는, 유리 용융로.
3. 제2항에 있어서, 각 2차 열교환기가 하나 이상의 버너에 공급되는 산소를 예열하는, 유리 용융로.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 산소가 350℃ 이상의 온도로 예열되는, 유리 용융로.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 산소가 650℃ 이하의 온도로 예열되는, 유리 용융로.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 연료가 플루 가스에 의해 가열된 열교환기에 의해 예열되고, 천연 가스로 구성된 연료의 온도는 650℃ 이하인, 유리 용융로.
7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 연료가 플루 가스에 의해 가열된 열교환기에 의해 예열되고, 연료로 구성된 연료의 온도가 180℃ 이하인, 유리 용융로.
8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 플루 가스는, 열교환 장치를 통과한 후, 플루 가스 온도가 400℃ 이하가 되도록 공기로 희석된 후 전기필터에서 정화되는, 유리 용융로.
9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 플루 가스는, 열교환 장치를 통과한 후, 스팀-발생 보일러에 사용되는, 유리 용융로.
10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 2개의 열교환 장치가 사용되어, 각각 단독으로 작동하는 상기 장치 중 어느 하나로 플루 가스 방출이 유도되거나, 또는 동시에 작동하는 두 장치로 플루 가스 방출이 부분적으로 유도되게 할 수 있고,
    노에 사용된 산소가 결과적으로 상기 장치들 중 하나 또는 둘 모두에 의해 예열되는, 유리 용융로.
11. 삭제
12. 제3항에 있어서, 중간 유체가 루프에서 복열장치로 다시 순환하는, 유리 용융로.
13. 제3항에 있어서, 중간 유체가 복열장치를 떠나는 플루 가스와 함께 방출되는, 유리 용융로.

Images