ガラス溶解炉およびガラス溶解炉における排ガスの処理方法
【課題】排ガスに含まれるＮＯＸ量を低減することができるガラス溶解炉を提供する。
【解決手段】原料投入側排出口３と清澄室側排出口４を備えたガラス溶解炉１であって、該溶解炉１には、酸素比が１以下の低酸素比でガラス原料を燃焼させる原料投入側酸素燃焼バーナ５と、酸素比が１以上の高酸素比でガラス原料を燃焼させる清澄室側酸素燃焼バーナ６が設けられ、前記原料投入側排出口３には、原料投入側排ガスポート７が、前記清澄室側排出口４には、清澄室側排ガスポート８が連通しており、前記原料投入側排ガスポート７と前記清澄室側排ガスポート８は、ともに煙道９に連通しており、前記煙道９には、混合位置より下流に、リバーニングガスを供給する設備が設けられ、更に下流に、空気を供給する設備が設けられていることを特徴とするガラス溶解炉１を採用する。
【解決手段】原料投入側排出口３と清澄室側排出口４を備えたガラス溶解炉１であって、該溶解炉１には、酸素比が１以下の低酸素比でガラス原料を燃焼させる原料投入側酸素燃焼バーナ５と、酸素比が１以上の高酸素比でガラス原料を燃焼させる清澄室側酸素燃焼バーナ６が設けられ、前記原料投入側排出口３には、原料投入側排ガスポート７が、前記清澄室側排出口４には、清澄室側排ガスポート８が連通しており、前記原料投入側排ガスポート７と前記清澄室側排ガスポート８は、ともに煙道９に連通しており、前記煙道９には、混合位置より下流に、リバーニングガスを供給する設備が設けられ、更に下流に、空気を供給する設備が設けられていることを特徴とするガラス溶解炉１を採用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス溶解炉およびガラス溶解炉における排ガスの処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガラスを溶融する際に、高温加熱プロセスとして、燃料を予熱空気で燃焼させる方法が多く採用されてきた。具体的には、ガラス溶融炉に備え付けられた蓄熱室において、溶解炉からの燃焼排ガスが保有する熱を回収し、その熱を使って燃焼用空気を予熱することが行われてきた。
【０００３】
しかしながら、このような高温の予熱空気による燃焼では、空気中の窒素及び原料中の窒素分を起源とした大量のＮＯＸが生成されるという不都合があった。
そこで、これら燃焼排ガス中のＮＯＸを低減する方法として、特許文献１及び特許文献２に開示された発明がある。これらに開示されている方法は、燃焼排ガス中へ天然ガスなどの燃料をリバーニングガスとして噴射して、蓄熱室の上部空間を還元領域にすることで、ＮＯＸを還元分解し、その下流に空気を供給することにより、ＣＯなどの未燃焼分を燃焼させるものである。
【０００４】
もっとも、空気燃焼ガラス溶解炉では、蓄熱室にかかる設備費が高く、設備更新の際には蓄熱室に使われている重金属類を含む煉瓦が産業廃棄物として大量に発生する。そこで、ガラス溶解炉では、蓄熱室を使用しなくても高い効率の得られる高温加熱プロセスが求められている。
【０００５】
そのような事情のもと、近年、ＰＳＡ式酸素製造法により、酸素濃度９２％程度の酸素が比較的安価に製造できるようになったことから、従来の予熱空気燃焼式に変えて、酸素燃焼式のガラス溶解炉が実用化されてきている（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
酸素燃焼式では、酸化剤中の窒素分が殆どなくなることから、予熱なしに非常に高温の火炎が得られるとともに、燃焼排ガス量が大幅に減少するため、従来の予熱空気燃焼式に比較して、熱効率が大きく改善される。また、サーマルＮＯＸの原因となる窒素分が少ないため、ＮＯＸ排出量も減少する。
【０００７】
また、更なるＮＯＸ低減を求めて、低ＮＯＸバーナの使用や、燃焼条件を制御することによって、燃焼時のＮＯＸ発生量の低減が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭５５−２７８５９号公報
【特許文献２】特開平６−２３９６１８号公報
【特許文献３】特開平１０−３１６４３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、特許文献３に示されるような一般的な酸素燃焼式ガラス溶解炉９１では、図１３に示すように、排ガス口９２が原料投入側に設けられている。したがって、このような炉では、原料から窒素化合物が発生すると、炉内の酸素燃焼火炎に巻き込まれ、ＮＯＸが発生し、このＮＯＸが排ガス口から排出されてしまうという問題があった。
【００１０】
しかしながら、酸素燃焼式は、予熱空気燃焼式と比較して燃焼排ガス量が少ないため、燃焼排ガスに対してはＮＯＸを低減する対策が十分に採られていなかった。今後、排出規制が強化された場合、炉内での更なる低ＮＯＸ化に加え、燃焼排ガスについてもＮＯＸ低減対策を講じる必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、燃焼排ガスを排出する原料投入側排出口と清澄室側排出口を備えたガラス溶解炉であって、該溶解炉の原料投入側には、酸素比が１以下の低酸素比でガラス原料を燃焼させる原料投入側酸素燃焼バーナが設けられ、前記溶解炉の清澄室側には、酸素比が１以上の高酸素比でガラス原料を燃焼させる清澄室側酸素燃焼バーナが設けられ、前記原料投入側排出口には、原料投入側の排ガスを排出する原料投入側排ガスポートが連通しており、前記清澄室側排出口には、清澄室側の排ガスを排出する清澄室側排ガスポートが連通しており、前記原料投入側排ガスポートと前記清澄室側排ガスポートは、ともに煙道に連通しており、前記煙道には、原料投入側の排ガスと清澄室側の排ガスの混合位置より下流に、リバーニングガスを供給するリバーニングガス供給設備が設けられ、前記煙道には、リバーニングガスが供給された位置よりも下流に、空気を供給するための空気供給設備が設けられていることを特徴とするガラス溶解炉である。
【００１２】
請求項２に係る発明は、前記リバーニングガス供給設備が、リバーニングガスを前記煙道内で旋回するように吹き込むことを特徴とする請求項１に記載のガラス溶解炉である。
【００１３】
請求項３に係る発明は、前記空気供給設備が、前記リバーニングガスの旋回方向とは逆向きに、空気を前記煙道内で旋回するように吹き込むことを特徴とする請求項２に記載のガラス溶解炉である。
【００１４】
請求項４に係る発明は、前記煙道の形状を円筒形としたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のガラス溶解炉である。
【００１５】
請求項５に係る発明は、前記煙道が第１の煙道と第２の煙道とから構成されており、前記原料投入側排ガスポートと前記清澄室側排ガスポートが、ともに前記第１の煙道に連通しており、前記リバーニングガス供給設備が、前記第１の煙道に設けられており、前記第１の煙道が、リバーニングガスが混合された排ガスを前記第２の煙道内で旋回させるように前記第２の煙道と連通していることを特徴とする請求項１に記載のガラス溶解炉である。
【００１６】
請求項６に係る発明は、前記原料投入側排ガスポートが、原料投入側の排ガスを前記煙道内で旋回させるように前記煙道と連通していることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のガラス溶解炉である。
【００１７】
請求項７に係る発明は、前記清澄室側排ガスポートが、清澄室側の排ガスを前記煙道内で旋回させるように前記煙道と連通していることを特徴とする請求項１ないし請求項４または請求項６のいずれか１項に記載のガラス溶解炉である。
【００１８】
請求項８に係る発明は、ガラス溶解炉における排ガスの処理方法であって、前記ガラス溶解炉の原料投入側に設置した原料投入側酸素燃焼バーナによって、ガラス原料を酸素比が１以下の低酸素比で燃焼するとともに、清澄室側に設置した清澄室側酸素燃焼バーナによって、ガラス原料を酸素比が１以上の高酸素比で燃焼し、前記原料投入側から排出された排ガスと、前記清澄室側から排出された排ガスとを混合し、混合された排ガスに、リバーニングガスを供給し、リバーニングガスが供給された排ガスに、空気を供給することを特徴とするガラス溶解炉における排ガスの処理方法である。
【００１９】
請求項９に係る発明は、前記リバーニングガスを、排ガスの進行方向に対して旋回する方向に吹き込むことを特徴とする請求項８に記載のガラス溶解炉における排ガスの処理方法である。
【００２０】
請求項１０に係る発明は、前記空気を、前記リバーニングガスの旋回方向とは逆向きに、混合された排ガスの進行方向に対して旋回するように吹き込むことを特徴とする請求項９に記載のガラス溶解炉における排ガスの処理方法である。
【００２１】
請求項１１に係る発明は、前記リバーニングガスが混合された排ガスを、排ガスの進行方向に対して旋回させることを特徴とする請求項８ないし請求項１０のいずれか１項に記載のガラス溶解炉における排ガスの処理方法である。
【００２２】
請求項１２に係る発明は、前記原料投入側からの排ガスを旋回させることを特徴とする請求項８ないし請求項１１のいずれか１項に記載のガラス溶解炉における排ガスの処理方法である。
【００２３】
請求項１３に係る発明は、前記清澄室側からの排ガスを旋回させることを特徴とする請求項８ないし請求項１２のいずれか１項に記載のガラス溶解炉における排ガスの処理方法である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明により、ガラス溶解炉において排ガスに含まれるＮＯＸ量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態であるガラス溶解炉の斜視図である。
【図２】図２（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に用いられる煙道の断面図である。
【図３】図３（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に用いられる煙道の断面図である。
【図４】図４（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に用いられる煙道の断面図である。
【図５】図５（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第３の実施形態に用いられる煙道の斜視図である。
【図６】図６（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第３の実施形態に用いられる煙道の斜視図である。
【図７】図７（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第３の実施形態に用いられる煙道の断面図である。
【図８】図８（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第４の実施形態に用いられる煙道の斜視図である。
【図９】図９は、本発明の実施例に用いられるガラス溶解炉の斜視図である。
【図１０】図１０は、ＮＯＸ分解率とリバーニングガス吹き込み位置からの滞留時間の関係を示すグラフである。
【図１１】図１１は、ＮＯＸ分解率とリバーニングガス吹き込み位置からの滞留時間の関係を示すグラフである。
【図１２】図１２は、ＮＯＸ分解率とリバーニングガス吹き込み位置からの滞留時間の関係を示すグラフである。
【図１３】図１３は、従来のガラス溶解炉を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明を適用した実施形態であるガラス溶解炉およびガラス溶解炉における排ガスの処理方法について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴を分かり易くするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率が実際と同じであるとは限らない。
【００２７】
［第１の実施形態］
まず、本発明の第１の実施形態であるガラス溶解炉について説明する。
本実施形態のガラス溶解炉１は、図１に示すように、溶解炉本体２と、原料投入側排出口３と、清澄室側排出口４と、原料投入側酸素燃焼バーナ５と、清澄室側酸素燃焼バーナ６と、原料投入側排ガスポート７と、清澄室側排ガスポート８と、煙道９と、リバーニングガス供給設備１０と、空気供給設備１１と、を備えた構成となっている。なお、図１においては、ガラス溶解炉１は、溶解炉本体２の前面２ａからガラス原料を導入し、背面２ｂから加熱されたガラス原料を取り出して清澄室（図示略）に導出する構成となっている。
【００２８】
原料投入側排出口３は、溶解炉本体２の側面２ｃで原料投入側に設けられており、設けられる個数は、１個であっても、図１に示すように対向する側面２ｃに１個ずつ合計２個設けられていても、それ以上であっても構わない。
また、清澄室側排出口４は、溶解炉本体２の側面２ｃで清澄室側に設けられており、原料投入側排出口３と同様に、１個であっても、図１に示すように対向する側面２ｃに１個ずつ合計２個設けられていても、それ以上であっても構わない。
【００２９】
また、原料投入側排出口３には、原料投入側の排ガスを排出する原料投入側排ガスポート７が連通しており、清澄室側排出口４には、清澄室側の排ガスを排出する清澄室側排ガスポート８が連通している。
【００３０】
原料投入側酸素燃焼バーナ５は、溶解炉本体２の各側面２ｃに複数個ずつ、原料投入側に設けられており、各側面２ｃから対向する側面２ｃに向かって火炎が伸びて形成されるように構成されている。また、原料投入側酸素燃焼バーナ５は、適宜の燃料流体によって燃焼するバーナであり、酸素比が１以下の低酸素比状態でガラス原料を燃焼させるバーナである。
【００３１】
ここで酸素比とは、バーナに供給される酸素量を、バーナに供給される燃料流体を燃焼させるのに必要とされる理論必要酸素量で除した値をいう。したがって、理論的には、酸素比１．０の状態が、酸素を過不足なく用いて完全燃焼することが可能な状態といえる。
【００３２】
また、清澄室側酸素燃焼バーナ６は、溶解炉本体２の各側面２ｃに複数個ずつ、清澄室側に設けられており、各側面２ｃから対向する側面２ｃに向かって火炎が伸びて形成されるように構成されている。また、清澄室側酸素燃焼バーナ６は、適宜の燃料流体によって燃焼するバーナであり、酸素比が１以上の高酸素比状態でガラス原料を燃焼させるバーナである。
なお、溶解炉本体２内全体の酸素比は０．９５〜１．３の範囲となるように、原料投入側酸素燃焼バーナ５と、清澄室側酸素燃焼バーナ６の燃焼条件を調整する。
【００３３】
また、本実施形態でいう原料投入側とは、ガラス原料を投入する溶解炉本体２の前面２ａから炉長Ｌの１／３から２／３くらいまでの位置のことを指し、それよりも下流側を清澄室側と呼んでいる。
また、複数設けられた原料投入側酸素燃焼バーナ５および清澄室側酸素燃焼バーナ６の火炎は、溶解炉本体２内において、千鳥状に形成されていることが好ましい。
【００３４】
原料投入側排ガスポート７と清澄室側排ガスポート８は、ともに煙道９に連通している。煙道９は、管状の配管で、断面形状は矩形状であっても円形状であっても構わないが、円形状の方がよりＮＯＸを効率よく分解する。
また煙道９には、清澄室側排ガスポート８が連通した位置よりも下流に、リバーニングガスを供給するリバーニングガス供給設備１０が、それより下流に空気を供給する空気供給設備１１が設けられている。なお、リバーニングガス供給設備１０および空気供給設備１１には、公知のものを用いて構わない。
【００３５】
また、本実施形態においては、煙道９の断面形状が矩形状の場合、図２（ａ）の矢印Ｇで示すように、断面視した際に当該矩形のいずれかの１つまたは２つ以上の辺の略中央で、略垂直にリバーニングガスおよび空気が供給されるように、リバーニングガス供給設備１０および空気供給設備１１が形成されている。また、煙道９の断面形状が円形上である場合には、図２（ｂ）の矢印Ｇで示すように、断面視した際に当該円周上の１つまたは２つ以上の位置において、接線に垂直にリバーニングガスおよび空気が供給されるように、リバーニングガス供給設備１０および空気供給設備１１は形成されている。
【００３６】
次に、本実施形態のガラス溶解炉における排ガスの処理方法について説明する。
まず、溶解炉本体２内において、原料投入側酸素燃焼バーナ５および清澄室側酸素燃焼バーナ６によって、ガラス原料を燃焼させる。この際、原料投入側酸素燃焼バーナ５は、酸素比が１以下の低酸素比でガラス原料を燃焼し、清澄室側酸素燃焼バーナ６は、酸素比が１以上の高酸素比でガラス原料を燃焼する。
【００３７】
その後、原料投入側の排ガスを、原料投入側排出口３を介して原料投入側排ガスポート７に導出し、さらに煙道９に導出する。また、清澄室側の排ガスを、清澄室側排出口４を介して清澄室側排ガスポート８に導出し、さらに煙道９に導出する。このようにして、原料投入側の排ガスと、清澄室側の排ガスとを混合する。
【００３８】
その後、混合された排ガスに、リバーニングガス供給設備１０を操作してリバーニングガスを供給する。このリバーニングガスを供給した位置より下流には、還元領域Ａが形成されることとなり、ここで排ガス中に含まれているＮＯＸは還元分解される。
その後、リバーニングガスが供給された位置よりも下流で、空気供給設備１１を操作して空気を供給する。この空気を供給した位置より下流には、完全燃焼領域Ｂが形成されることなり、ここでＣＯ、Ｈ２、炭化水素などの未燃分は完全燃焼し、系外に排出されることはない。
以上のようにして、ガラス溶解炉１における排ガスを処理する。
【００３９】
本実施形態では、原料投入側燃焼バーナ５を低酸素比状態で燃焼させるので、溶解炉本体２内において、還元領域Ｃが形成されており、原料投入側の排ガス中に含まれるＮＯＸ濃度は低く、かつ弱い還元雰囲気が形成されている。このため、煙道９に供給するリバーニングガスを少量にしても、原料投入側の排ガスに含まれるＮＯＸを十分に還元分解することができる。
また、原料投入側の排ガスと、清澄室側の排ガスとを混合することで、混合後の排ガスを還元雰囲気にすることができ、清澄室側の排ガスから排出されたＮＯＸを還元分解することができる。その結果、煙道９に供給するリバーニングガスを少量にしても、清澄室側の排ガスに含まれるＮＯＸを十分に還元分解することができる。
【００４０】
［第２の実施形態］
次に、本発明を適用した第２の実施形態に係るガラス溶解炉およびガラス溶解炉における排ガスの処理方法について説明する。なお、本実施形態は、第１の実施形態の変形例であり、同様の部分については説明を省略する。
【００４１】
本実施形態は、第１の実施形態とは、煙道９へのリバーニングガスおよび空気の供給方法が異なるのみで、他は第１の実施形態と同様である。
本実施形態のリバーニングガス供給設備１０（図１参照）は、図３の矢印で示すように、煙道９内で排ガスの進行方向に対して旋回するようにリバーニングガスを吹き込むように形成されている。
【００４２】
具体的には、煙道９の断面形状が矩形状の場合、図３（ａ）に示すように、断面視した際に、当該矩形上のいずれかの１つまたは２つ以上の辺であって、所望する旋回方向（図３（ａ）では反時計回り）先端側から垂直に、リバーニングガスを煙道９内に導入するように、リバーニングガス供給設備１０を形成する。
【００４３】
また、煙道９の断面形状が円形上の場合、図３（ｂ）に示すように、断面視した際に、当該円周の１つまたは２つ以上の位置において、接線方向で所望する旋回方向に向けて（図３（ｂ）では反時計周り）、リバーニングガスを煙道９内に導入するように、リバーニングガス供給設備１０を形成する。
【００４４】
また、本実施形態では、空気供給設備１１（図１参照）もリバーニング供給設備１０と同様に、煙道９内で排ガスの進行方向に対して旋回するように空気を吹き込むように形成されている。具体的な構造は、図３に示したようなリバーニングガス供給設備１０と同様である。
なお、本実施形態では、リバーニングガスの旋回方向と、空気の旋回方向とは、同一方向でも逆方向でも構わないが、逆方向であることが好ましい。例えば、図４（ａ）や図４（ｂ）に示すように空気を時計周りに旋回させ、リバーニングガスを反時計周りに旋回させたり、またはその逆に空気を反時計周りに旋回させ、リバーニングガスを時計回りに旋回させたりすることが好ましい。
【００４５】
本実施形態でも第１の実施形態と同様に、排ガスに含まれるＮＯＸ量を低減することができる。
また、リバーニングガスが、煙道９内において旋回流が生じるように導入されているので、排ガスとの混合を促進するとともに、滞留時間を長くすることができ、ＮＯＸ低減率を大きくすることができる。また、ＮＯＸを還元分解するのに必要な煙道９の長さを短くすることができる。
【００４６】
また、空気が、煙道９内において旋回流が生じるように導入されているので、排ガスとの混合を促進するとともに、滞留時間を長くすることができ、煙道９の長さを短くしても十分に未燃分を燃焼させることができる。
【００４７】
また、リバーニングガスと空気の旋回方向を逆にすることで、さらに混合を促進することができ、煙道９をより短くすることができる。
【００４８】
［第３の実施形態］
次に、本発明を適用した第３の実施形態に係るガラス溶解炉およびガラス溶解炉における排ガスの処理方法について説明する。なお、本実施形態は、第１の実施形態の変形例であり、同様の部分については説明を省略する。
【００４９】
本実施形態では、図５に示すように、煙道９は、第１の煙道９ａと第２の煙道９ｂとから構成されており、原料投入側排ガスポート７（図１参照）と清澄室側排ガスポート８（図１参照）は、いずれも第１の煙道９ａに連通している。
また、リバーニングガス供給設備１０（図１参照）は、第１の煙道９ａで、原料投入側の排ガスと清澄室側の排ガスが混合された位置よりも下流の位置に設けられている。
なお、第１の煙道９ａおよび第２の煙道９ｂは、いずれも断面形状が矩形状であっても円形状であっても構わない。
【００５０】
また、第１の煙道９ａは、図５の矢印Ｘで示すように、リバーニングガスが混合された排ガスを第２の煙道９ｂ内で旋回させるように第２の煙道９ｂと連通している。
具体的には、第２の煙道９ｂの断面形状が矩形状の場合、図５（ａ）に示すように、断面視した際に、当該矩形上のいずれか一つの辺であって、所望する旋回方向（図５（ａ）では反時計回り）先端側に、垂直に第１の煙道９ａを接続させる。
【００５１】
また、第２の煙道９ｂの断面形状が円形上の場合、図５（ｂ）に示すように、断面視した際に、当該円周の接線方向で、所望する旋回方向に向けて（図５（ｂ）では反時計周り）、第１の煙道９ａを接続させる。
なお、リバーニングガスが混合された排ガスは、旋回して導入された結果、リバーニングガスがよく混合され、第２の煙道９ｂへ導入した直後に還元領域Ａが形成される。
【００５２】
本実施形態でも、第１の実施形態と同様に、排ガスに含まれるＮＯＸ量を低減することができる。
また、リバーニングガスが混合された排ガスが、排ガスの進行方向に対して旋回しているので、排ガスの混合がより促進され、煙道９の長さ、特に第２の煙道９ｂの長さをより短くすることができる。
【００５３】
なお、本実施形態と第２の実施形態を組み合わせても構わない。その際、より排ガスの混合を期すため、供給する空気の旋回方向は、リバーニングガスが混合された排ガスの旋回方向と逆であることが好ましい。
また、本実施形態では、リバーニングガスを第１の煙道９ａに導入したが、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、第２の煙道９ｂに導入しても構わない。その場合、すでに混合ガスに強い旋回が生じているので、図７（ａ）に示すようにリバーニングガスを旋回せずに導入したり、図７（ｂ）または図７（ｃ）に示すように旋回させて導入しても構わないが、排ガスの混合を促進させるという観点からすると、混合ガスの旋回方向と逆方向（図７（ｃ）参照）に導入することが好ましい。
【００５４】
［第４の実施形態］
次に、本発明を適用した第４の実施形態に係るガラス溶解炉およびガラス溶解炉における排ガスの処理方法について説明する。なお、本実施形態は、第１の実施形態の変形例であり、同様の部分については説明を省略する。
【００５５】
本実施形態は、第１の実施形態と異なり、原料投入側排ガスポート７及び清澄室側排ガスポート８と、煙道９との連通の仕方に特徴がある。
【００５６】
本実施形態では、原料投入側排ガスポート７は、図８の矢印Ｘで示すように、原料投入側の排ガスを、煙道９内で排ガスの進行方向に対して旋回させるように煙道９と連通している。
具体的には、煙道９の断面形状が矩形状の場合、図８（ａ）に示すように、断面視した際に、当該矩形上のいずれか１つの辺であって、所望する旋回方向（図８（ａ）では反時計回り）先端側に、垂直に原料投入側排ガスポート７を接続させる。
【００５７】
また、煙道９の断面形状が円形上の場合、図８（ｂ）に示すように、断面視した際に、当該円周の接線方向で、所望する旋回方向に向けて（図８（ｂ）では反時計周り）、原料投入側排ガスポート７を接続させる。
【００５８】
また、原料投入側排ガスポート７と同様に、清澄室側排ガスポート８も、清澄室側の排ガスを煙道９内で排ガスの進行方向に対して旋回させるように、煙道９と連通している。具体的な構造は、原料導入側排ガスポート７と同様である。
なお、原料投入側の排ガスの旋回方向と、清澄室側の排ガスの旋回方向は、同一方向であっても逆方向であっても構わない。
【００５９】
本実施形態でも、第１の実施形態と同様に、排ガスに含まれるＮＯＸ量を低減することができる。
また、原料投入側の排ガスと、清澄室側の排ガスを旋回して煙道９に導入するので、ガスの混合がより促進され、煙道９の長さをより短くすることができる。
なお、本実施形態と第２の実施形態を組み合わせても構わない。
【００６０】
以上、本発明を実施形態に基づき説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【００６１】
以下、実施例により、本発明を更に詳しく説明するが、本発明は下記実施例に何ら制限されるものではない。
実施例１として、図９に示すような酸素燃焼バーナを１０本（原料投入側酸素燃焼バーナ５１〜５４、清澄室側酸素燃焼バーナ６５〜６１０）備えたガラス溶解炉１において、各バーナの酸素比を表１に示す値に調整して運転し、ＮＯＸを低減させる試験を行った。
その結果、煙道排ガスのＮＯＸ濃度は、標準運転条件１０００ＰＰＭに対して、実施例１の低ＮＯＸ運転条件では、６００ＰＰＭまで低減した。
【００６２】
【表１】
【００６３】
次に、実施例２として、図２に示したような、煙道内にリバーニングガスを旋回させることなく導入し、還元雰囲気を形成し、その下流で空気を吹き込んで完全燃焼させる試験を行い、ＮＯＸ分解率とリバーニングガス吹き込み位置からの滞留時間の関係を調べた。また、同じ条件で、実施例３として、図３（ａ）に示したような断面矩形状の煙道を用いてリバーニングガスを旋回させた場合について、実施例４として図３（ｂ）に示したような断面円形上の煙道を用いてリバーニングガスを旋回させた場合について調べた。結果を表２および図１０に示す。
【００６４】
【表２】
【００６５】
表２および図１０から、リバーニングガスを旋回させることで、ＮＯＸ分解速度を速くすることができること、および断面形状は矩形状よりも円形状の方がＮＯＸ分解速度を速くすることができることが分かった。
【００６６】
次に、実施例５として、図５（ａ）に示したような、煙道をいずれも断面形状が矩形状の第１の煙道と第２の煙道から構成し、第１の煙道においてリバーニングガスを吹き込み、その後排ガスを旋回させて第２の煙道に導入し、さらにその下流で空気を吹き込んで完全燃焼させる試験を行い、ＮＯＸ分解率とリバーニングガス吹き込み位置からの滞留時間の関係を調べた。また、実施例６として、同じ条件で、図５（ｂ）に示したような煙道を断面形状が矩形状の第１の煙道と円形状の第２の煙道とから構成した場合について調べた。結果を表３および図１１に示す。なお、参考のため、実施例２の結果も合わせて表３および図１１に示す。
【００６７】
【表３】
【００６８】
表３および図１１から、リバーニングガスが混合された排ガスを旋回させることで、ＮＯＸ分解速度を速くすることができることが分かった。また、第２の煙道の断面形状を円形状とすることで、よりＮＯＸ分解速度が速くなることも分かった。
【００６９】
次に、実施例７ないし実施例９として、図６（ｂ）に示したように、煙道を断面形状が矩形状の第１の煙道と円形状の第２の煙道とから構成し、第１の煙道からの排ガスを旋回させて第２の煙道に導入し、その後リバーニングガスを導入し、その下流で空気を導入して試験を行い、ＮＯＸ分解率とリバーニングガス吹き込み位置からの滞留時間の関係を調べた。
【００７０】
なお、リバーニングガスの導入方法につき、実施例７では、図７（ａ）に示したような旋回させずに吹き込む方法を採用し、実施例８では、図７（ｂ）に示したような排ガスと同方向に吹き込む方法を採用し、実施例９では、図７（ｃ）に示したような逆方向に吹き込む方法の３つについて試験を行った。結果を表４および図１２に示す。
【００７１】
【表４】
【００７２】
表４および図１２から、ＮＯＸ分解速度は、速い順に、逆方向に吹き込む方法、旋回させずに吹き込む方法、同方向に吹き込む方法の順になることが分かった。
【符号の説明】
【００７３】
１・・・ガラス溶解炉、２・・・溶解炉本体、２ａ・・・溶解炉本体の前面、２ｂ・・・溶解炉本体の背面、２ｃ・・・溶解炉本体の側面、３・・・原料投入側排出口、４・・・清澄室側排出口、５・・・原料投入側酸素燃焼バーナ、６・・・清澄室側酸素燃焼バーナ、７・・・原料投入側排ガスポート、８・・・清澄室側排ガスポート、９・・・煙道、９ａ・・・第１の煙道、９ｂ・・・第２の煙道、１０・・・リバーニングガス供給設備、１１・・・空気供給設備、Ａ・・・還元領域、Ｂ・・・完全燃焼領域、Ｃ・・・還元領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス溶解炉およびガラス溶解炉における排ガスの処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガラスを溶融する際に、高温加熱プロセスとして、燃料を予熱空気で燃焼させる方法が多く採用されてきた。具体的には、ガラス溶融炉に備え付けられた蓄熱室において、溶解炉からの燃焼排ガスが保有する熱を回収し、その熱を使って燃焼用空気を予熱することが行われてきた。
【０００３】
しかしながら、このような高温の予熱空気による燃焼では、空気中の窒素及び原料中の窒素分を起源とした大量のＮＯＸが生成されるという不都合があった。
そこで、これら燃焼排ガス中のＮＯＸを低減する方法として、特許文献１及び特許文献２に開示された発明がある。これらに開示されている方法は、燃焼排ガス中へ天然ガスなどの燃料をリバーニングガスとして噴射して、蓄熱室の上部空間を還元領域にすることで、ＮＯＸを還元分解し、その下流に空気を供給することにより、ＣＯなどの未燃焼分を燃焼させるものである。
【０００４】
もっとも、空気燃焼ガラス溶解炉では、蓄熱室にかかる設備費が高く、設備更新の際には蓄熱室に使われている重金属類を含む煉瓦が産業廃棄物として大量に発生する。そこで、ガラス溶解炉では、蓄熱室を使用しなくても高い効率の得られる高温加熱プロセスが求められている。
【０００５】
そのような事情のもと、近年、ＰＳＡ式酸素製造法により、酸素濃度９２％程度の酸素が比較的安価に製造できるようになったことから、従来の予熱空気燃焼式に変えて、酸素燃焼式のガラス溶解炉が実用化されてきている（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
酸素燃焼式では、酸化剤中の窒素分が殆どなくなることから、予熱なしに非常に高温の火炎が得られるとともに、燃焼排ガス量が大幅に減少するため、従来の予熱空気燃焼式に比較して、熱効率が大きく改善される。また、サーマルＮＯＸの原因となる窒素分が少ないため、ＮＯＸ排出量も減少する。
【０００７】
また、更なるＮＯＸ低減を求めて、低ＮＯＸバーナの使用や、燃焼条件を制御することによって、燃焼時のＮＯＸ発生量の低減が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭５５−２７８５９号公報
【特許文献２】特開平６−２３９６１８号公報
【特許文献３】特開平１０−３１６４３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、特許文献３に示されるような一般的な酸素燃焼式ガラス溶解炉９１では、図１３に示すように、排ガス口９２が原料投入側に設けられている。したがって、このような炉では、原料から窒素化合物が発生すると、炉内の酸素燃焼火炎に巻き込まれ、ＮＯＸが発生し、このＮＯＸが排ガス口から排出されてしまうという問題があった。
【００１０】
しかしながら、酸素燃焼式は、予熱空気燃焼式と比較して燃焼排ガス量が少ないため、燃焼排ガスに対してはＮＯＸを低減する対策が十分に採られていなかった。今後、排出規制が強化された場合、炉内での更なる低ＮＯＸ化に加え、燃焼排ガスについてもＮＯＸ低減対策を講じる必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、燃焼排ガスを排出する原料投入側排出口と清澄室側排出口を備えたガラス溶解炉であって、該溶解炉の原料投入側には、酸素比が１以下の低酸素比でガラス原料を燃焼させる原料投入側酸素燃焼バーナが設けられ、前記溶解炉の清澄室側には、酸素比が１以上の高酸素比でガラス原料を燃焼させる清澄室側酸素燃焼バーナが設けられ、前記原料投入側排出口には、原料投入側の排ガスを排出する原料投入側排ガスポートが連通しており、前記清澄室側排出口には、清澄室側の排ガスを排出する清澄室側排ガスポートが連通しており、前記原料投入側排ガスポートと前記清澄室側排ガスポートは、ともに煙道に連通しており、前記煙道には、原料投入側の排ガスと清澄室側の排ガスの混合位置より下流に、リバーニングガスを供給するリバーニングガス供給設備が設けられ、前記煙道には、リバーニングガスが供給された位置よりも下流に、空気を供給するための空気供給設備が設けられていることを特徴とするガラス溶解炉である。
【００１２】
請求項２に係る発明は、前記リバーニングガス供給設備が、リバーニングガスを前記煙道内で旋回するように吹き込むことを特徴とする請求項１に記載のガラス溶解炉である。
【００１３】
請求項３に係る発明は、前記空気供給設備が、前記リバーニングガスの旋回方向とは逆向きに、空気を前記煙道内で旋回するように吹き込むことを特徴とする請求項２に記載のガラス溶解炉である。
【００１４】
請求項４に係る発明は、前記煙道の形状を円筒形としたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のガラス溶解炉である。
【００１５】
請求項５に係る発明は、前記煙道が第１の煙道と第２の煙道とから構成されており、前記原料投入側排ガスポートと前記清澄室側排ガスポートが、ともに前記第１の煙道に連通しており、前記リバーニングガス供給設備が、前記第１の煙道に設けられており、前記第１の煙道が、リバーニングガスが混合された排ガスを前記第２の煙道内で旋回させるように前記第２の煙道と連通していることを特徴とする請求項１に記載のガラス溶解炉である。
【００１６】
請求項６に係る発明は、前記原料投入側排ガスポートが、原料投入側の排ガスを前記煙道内で旋回させるように前記煙道と連通していることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のガラス溶解炉である。
【００１７】
請求項７に係る発明は、前記清澄室側排ガスポートが、清澄室側の排ガスを前記煙道内で旋回させるように前記煙道と連通していることを特徴とする請求項１ないし請求項４または請求項６のいずれか１項に記載のガラス溶解炉である。
【００１８】
請求項８に係る発明は、ガラス溶解炉における排ガスの処理方法であって、前記ガラス溶解炉の原料投入側に設置した原料投入側酸素燃焼バーナによって、ガラス原料を酸素比が１以下の低酸素比で燃焼するとともに、清澄室側に設置した清澄室側酸素燃焼バーナによって、ガラス原料を酸素比が１以上の高酸素比で燃焼し、前記原料投入側から排出された排ガスと、前記清澄室側から排出された排ガスとを混合し、混合された排ガスに、リバーニングガスを供給し、リバーニングガスが供給された排ガスに、空気を供給することを特徴とするガラス溶解炉における排ガスの処理方法である。
【００１９】
請求項９に係る発明は、前記リバーニングガスを、排ガスの進行方向に対して旋回する方向に吹き込むことを特徴とする請求項８に記載のガラス溶解炉における排ガスの処理方法である。
【００２０】
請求項１０に係る発明は、前記空気を、前記リバーニングガスの旋回方向とは逆向きに、混合された排ガスの進行方向に対して旋回するように吹き込むことを特徴とする請求項９に記載のガラス溶解炉における排ガスの処理方法である。
【００２１】
請求項１１に係る発明は、前記リバーニングガスが混合された排ガスを、排ガスの進行方向に対して旋回させることを特徴とする請求項８ないし請求項１０のいずれか１項に記載のガラス溶解炉における排ガスの処理方法である。
【００２２】
請求項１２に係る発明は、前記原料投入側からの排ガスを旋回させることを特徴とする請求項８ないし請求項１１のいずれか１項に記載のガラス溶解炉における排ガスの処理方法である。
【００２３】
請求項１３に係る発明は、前記清澄室側からの排ガスを旋回させることを特徴とする請求項８ないし請求項１２のいずれか１項に記載のガラス溶解炉における排ガスの処理方法である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明により、ガラス溶解炉において排ガスに含まれるＮＯＸ量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態であるガラス溶解炉の斜視図である。
【図２】図２（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に用いられる煙道の断面図である。
【図３】図３（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に用いられる煙道の断面図である。
【図４】図４（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に用いられる煙道の断面図である。
【図５】図５（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第３の実施形態に用いられる煙道の斜視図である。
【図６】図６（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第３の実施形態に用いられる煙道の斜視図である。
【図７】図７（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第３の実施形態に用いられる煙道の断面図である。
【図８】図８（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第４の実施形態に用いられる煙道の斜視図である。
【図９】図９は、本発明の実施例に用いられるガラス溶解炉の斜視図である。
【図１０】図１０は、ＮＯＸ分解率とリバーニングガス吹き込み位置からの滞留時間の関係を示すグラフである。
【図１１】図１１は、ＮＯＸ分解率とリバーニングガス吹き込み位置からの滞留時間の関係を示すグラフである。
【図１２】図１２は、ＮＯＸ分解率とリバーニングガス吹き込み位置からの滞留時間の関係を示すグラフである。
【図１３】図１３は、従来のガラス溶解炉を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明を適用した実施形態であるガラス溶解炉およびガラス溶解炉における排ガスの処理方法について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴を分かり易くするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率が実際と同じであるとは限らない。
【００２７】
［第１の実施形態］
まず、本発明の第１の実施形態であるガラス溶解炉について説明する。
本実施形態のガラス溶解炉１は、図１に示すように、溶解炉本体２と、原料投入側排出口３と、清澄室側排出口４と、原料投入側酸素燃焼バーナ５と、清澄室側酸素燃焼バーナ６と、原料投入側排ガスポート７と、清澄室側排ガスポート８と、煙道９と、リバーニングガス供給設備１０と、空気供給設備１１と、を備えた構成となっている。なお、図１においては、ガラス溶解炉１は、溶解炉本体２の前面２ａからガラス原料を導入し、背面２ｂから加熱されたガラス原料を取り出して清澄室（図示略）に導出する構成となっている。
【００２８】
原料投入側排出口３は、溶解炉本体２の側面２ｃで原料投入側に設けられており、設けられる個数は、１個であっても、図１に示すように対向する側面２ｃに１個ずつ合計２個設けられていても、それ以上であっても構わない。
また、清澄室側排出口４は、溶解炉本体２の側面２ｃで清澄室側に設けられており、原料投入側排出口３と同様に、１個であっても、図１に示すように対向する側面２ｃに１個ずつ合計２個設けられていても、それ以上であっても構わない。
【００２９】
また、原料投入側排出口３には、原料投入側の排ガスを排出する原料投入側排ガスポート７が連通しており、清澄室側排出口４には、清澄室側の排ガスを排出する清澄室側排ガスポート８が連通している。
【００３０】
原料投入側酸素燃焼バーナ５は、溶解炉本体２の各側面２ｃに複数個ずつ、原料投入側に設けられており、各側面２ｃから対向する側面２ｃに向かって火炎が伸びて形成されるように構成されている。また、原料投入側酸素燃焼バーナ５は、適宜の燃料流体によって燃焼するバーナであり、酸素比が１以下の低酸素比状態でガラス原料を燃焼させるバーナである。
【００３１】
ここで酸素比とは、バーナに供給される酸素量を、バーナに供給される燃料流体を燃焼させるのに必要とされる理論必要酸素量で除した値をいう。したがって、理論的には、酸素比１．０の状態が、酸素を過不足なく用いて完全燃焼することが可能な状態といえる。
【００３２】
また、清澄室側酸素燃焼バーナ６は、溶解炉本体２の各側面２ｃに複数個ずつ、清澄室側に設けられており、各側面２ｃから対向する側面２ｃに向かって火炎が伸びて形成されるように構成されている。また、清澄室側酸素燃焼バーナ６は、適宜の燃料流体によって燃焼するバーナであり、酸素比が１以上の高酸素比状態でガラス原料を燃焼させるバーナである。
なお、溶解炉本体２内全体の酸素比は０．９５〜１．３の範囲となるように、原料投入側酸素燃焼バーナ５と、清澄室側酸素燃焼バーナ６の燃焼条件を調整する。
【００３３】
また、本実施形態でいう原料投入側とは、ガラス原料を投入する溶解炉本体２の前面２ａから炉長Ｌの１／３から２／３くらいまでの位置のことを指し、それよりも下流側を清澄室側と呼んでいる。
また、複数設けられた原料投入側酸素燃焼バーナ５および清澄室側酸素燃焼バーナ６の火炎は、溶解炉本体２内において、千鳥状に形成されていることが好ましい。
【００３４】
原料投入側排ガスポート７と清澄室側排ガスポート８は、ともに煙道９に連通している。煙道９は、管状の配管で、断面形状は矩形状であっても円形状であっても構わないが、円形状の方がよりＮＯＸを効率よく分解する。
また煙道９には、清澄室側排ガスポート８が連通した位置よりも下流に、リバーニングガスを供給するリバーニングガス供給設備１０が、それより下流に空気を供給する空気供給設備１１が設けられている。なお、リバーニングガス供給設備１０および空気供給設備１１には、公知のものを用いて構わない。
【００３５】
また、本実施形態においては、煙道９の断面形状が矩形状の場合、図２（ａ）の矢印Ｇで示すように、断面視した際に当該矩形のいずれかの１つまたは２つ以上の辺の略中央で、略垂直にリバーニングガスおよび空気が供給されるように、リバーニングガス供給設備１０および空気供給設備１１が形成されている。また、煙道９の断面形状が円形上である場合には、図２（ｂ）の矢印Ｇで示すように、断面視した際に当該円周上の１つまたは２つ以上の位置において、接線に垂直にリバーニングガスおよび空気が供給されるように、リバーニングガス供給設備１０および空気供給設備１１は形成されている。
【００３６】
次に、本実施形態のガラス溶解炉における排ガスの処理方法について説明する。
まず、溶解炉本体２内において、原料投入側酸素燃焼バーナ５および清澄室側酸素燃焼バーナ６によって、ガラス原料を燃焼させる。この際、原料投入側酸素燃焼バーナ５は、酸素比が１以下の低酸素比でガラス原料を燃焼し、清澄室側酸素燃焼バーナ６は、酸素比が１以上の高酸素比でガラス原料を燃焼する。
【００３７】
その後、原料投入側の排ガスを、原料投入側排出口３を介して原料投入側排ガスポート７に導出し、さらに煙道９に導出する。また、清澄室側の排ガスを、清澄室側排出口４を介して清澄室側排ガスポート８に導出し、さらに煙道９に導出する。このようにして、原料投入側の排ガスと、清澄室側の排ガスとを混合する。
【００３８】
その後、混合された排ガスに、リバーニングガス供給設備１０を操作してリバーニングガスを供給する。このリバーニングガスを供給した位置より下流には、還元領域Ａが形成されることとなり、ここで排ガス中に含まれているＮＯＸは還元分解される。
その後、リバーニングガスが供給された位置よりも下流で、空気供給設備１１を操作して空気を供給する。この空気を供給した位置より下流には、完全燃焼領域Ｂが形成されることなり、ここでＣＯ、Ｈ２、炭化水素などの未燃分は完全燃焼し、系外に排出されることはない。
以上のようにして、ガラス溶解炉１における排ガスを処理する。
【００３９】
本実施形態では、原料投入側燃焼バーナ５を低酸素比状態で燃焼させるので、溶解炉本体２内において、還元領域Ｃが形成されており、原料投入側の排ガス中に含まれるＮＯＸ濃度は低く、かつ弱い還元雰囲気が形成されている。このため、煙道９に供給するリバーニングガスを少量にしても、原料投入側の排ガスに含まれるＮＯＸを十分に還元分解することができる。
また、原料投入側の排ガスと、清澄室側の排ガスとを混合することで、混合後の排ガスを還元雰囲気にすることができ、清澄室側の排ガスから排出されたＮＯＸを還元分解することができる。その結果、煙道９に供給するリバーニングガスを少量にしても、清澄室側の排ガスに含まれるＮＯＸを十分に還元分解することができる。
【００４０】
［第２の実施形態］
次に、本発明を適用した第２の実施形態に係るガラス溶解炉およびガラス溶解炉における排ガスの処理方法について説明する。なお、本実施形態は、第１の実施形態の変形例であり、同様の部分については説明を省略する。
【００４１】
本実施形態は、第１の実施形態とは、煙道９へのリバーニングガスおよび空気の供給方法が異なるのみで、他は第１の実施形態と同様である。
本実施形態のリバーニングガス供給設備１０（図１参照）は、図３の矢印で示すように、煙道９内で排ガスの進行方向に対して旋回するようにリバーニングガスを吹き込むように形成されている。
【００４２】
具体的には、煙道９の断面形状が矩形状の場合、図３（ａ）に示すように、断面視した際に、当該矩形上のいずれかの１つまたは２つ以上の辺であって、所望する旋回方向（図３（ａ）では反時計回り）先端側から垂直に、リバーニングガスを煙道９内に導入するように、リバーニングガス供給設備１０を形成する。
【００４３】
また、煙道９の断面形状が円形上の場合、図３（ｂ）に示すように、断面視した際に、当該円周の１つまたは２つ以上の位置において、接線方向で所望する旋回方向に向けて（図３（ｂ）では反時計周り）、リバーニングガスを煙道９内に導入するように、リバーニングガス供給設備１０を形成する。
【００４４】
また、本実施形態では、空気供給設備１１（図１参照）もリバーニング供給設備１０と同様に、煙道９内で排ガスの進行方向に対して旋回するように空気を吹き込むように形成されている。具体的な構造は、図３に示したようなリバーニングガス供給設備１０と同様である。
なお、本実施形態では、リバーニングガスの旋回方向と、空気の旋回方向とは、同一方向でも逆方向でも構わないが、逆方向であることが好ましい。例えば、図４（ａ）や図４（ｂ）に示すように空気を時計周りに旋回させ、リバーニングガスを反時計周りに旋回させたり、またはその逆に空気を反時計周りに旋回させ、リバーニングガスを時計回りに旋回させたりすることが好ましい。
【００４５】
本実施形態でも第１の実施形態と同様に、排ガスに含まれるＮＯＸ量を低減することができる。
また、リバーニングガスが、煙道９内において旋回流が生じるように導入されているので、排ガスとの混合を促進するとともに、滞留時間を長くすることができ、ＮＯＸ低減率を大きくすることができる。また、ＮＯＸを還元分解するのに必要な煙道９の長さを短くすることができる。
【００４６】
また、空気が、煙道９内において旋回流が生じるように導入されているので、排ガスとの混合を促進するとともに、滞留時間を長くすることができ、煙道９の長さを短くしても十分に未燃分を燃焼させることができる。
【００４７】
また、リバーニングガスと空気の旋回方向を逆にすることで、さらに混合を促進することができ、煙道９をより短くすることができる。
【００４８】
［第３の実施形態］
次に、本発明を適用した第３の実施形態に係るガラス溶解炉およびガラス溶解炉における排ガスの処理方法について説明する。なお、本実施形態は、第１の実施形態の変形例であり、同様の部分については説明を省略する。
【００４９】
本実施形態では、図５に示すように、煙道９は、第１の煙道９ａと第２の煙道９ｂとから構成されており、原料投入側排ガスポート７（図１参照）と清澄室側排ガスポート８（図１参照）は、いずれも第１の煙道９ａに連通している。
また、リバーニングガス供給設備１０（図１参照）は、第１の煙道９ａで、原料投入側の排ガスと清澄室側の排ガスが混合された位置よりも下流の位置に設けられている。
なお、第１の煙道９ａおよび第２の煙道９ｂは、いずれも断面形状が矩形状であっても円形状であっても構わない。
【００５０】
また、第１の煙道９ａは、図５の矢印Ｘで示すように、リバーニングガスが混合された排ガスを第２の煙道９ｂ内で旋回させるように第２の煙道９ｂと連通している。
具体的には、第２の煙道９ｂの断面形状が矩形状の場合、図５（ａ）に示すように、断面視した際に、当該矩形上のいずれか一つの辺であって、所望する旋回方向（図５（ａ）では反時計回り）先端側に、垂直に第１の煙道９ａを接続させる。
【００５１】
また、第２の煙道９ｂの断面形状が円形上の場合、図５（ｂ）に示すように、断面視した際に、当該円周の接線方向で、所望する旋回方向に向けて（図５（ｂ）では反時計周り）、第１の煙道９ａを接続させる。
なお、リバーニングガスが混合された排ガスは、旋回して導入された結果、リバーニングガスがよく混合され、第２の煙道９ｂへ導入した直後に還元領域Ａが形成される。
【００５２】
本実施形態でも、第１の実施形態と同様に、排ガスに含まれるＮＯＸ量を低減することができる。
また、リバーニングガスが混合された排ガスが、排ガスの進行方向に対して旋回しているので、排ガスの混合がより促進され、煙道９の長さ、特に第２の煙道９ｂの長さをより短くすることができる。
【００５３】
なお、本実施形態と第２の実施形態を組み合わせても構わない。その際、より排ガスの混合を期すため、供給する空気の旋回方向は、リバーニングガスが混合された排ガスの旋回方向と逆であることが好ましい。
また、本実施形態では、リバーニングガスを第１の煙道９ａに導入したが、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、第２の煙道９ｂに導入しても構わない。その場合、すでに混合ガスに強い旋回が生じているので、図７（ａ）に示すようにリバーニングガスを旋回せずに導入したり、図７（ｂ）または図７（ｃ）に示すように旋回させて導入しても構わないが、排ガスの混合を促進させるという観点からすると、混合ガスの旋回方向と逆方向（図７（ｃ）参照）に導入することが好ましい。
【００５４】
［第４の実施形態］
次に、本発明を適用した第４の実施形態に係るガラス溶解炉およびガラス溶解炉における排ガスの処理方法について説明する。なお、本実施形態は、第１の実施形態の変形例であり、同様の部分については説明を省略する。
【００５５】
本実施形態は、第１の実施形態と異なり、原料投入側排ガスポート７及び清澄室側排ガスポート８と、煙道９との連通の仕方に特徴がある。
【００５６】
本実施形態では、原料投入側排ガスポート７は、図８の矢印Ｘで示すように、原料投入側の排ガスを、煙道９内で排ガスの進行方向に対して旋回させるように煙道９と連通している。
具体的には、煙道９の断面形状が矩形状の場合、図８（ａ）に示すように、断面視した際に、当該矩形上のいずれか１つの辺であって、所望する旋回方向（図８（ａ）では反時計回り）先端側に、垂直に原料投入側排ガスポート７を接続させる。
【００５７】
また、煙道９の断面形状が円形上の場合、図８（ｂ）に示すように、断面視した際に、当該円周の接線方向で、所望する旋回方向に向けて（図８（ｂ）では反時計周り）、原料投入側排ガスポート７を接続させる。
【００５８】
また、原料投入側排ガスポート７と同様に、清澄室側排ガスポート８も、清澄室側の排ガスを煙道９内で排ガスの進行方向に対して旋回させるように、煙道９と連通している。具体的な構造は、原料導入側排ガスポート７と同様である。
なお、原料投入側の排ガスの旋回方向と、清澄室側の排ガスの旋回方向は、同一方向であっても逆方向であっても構わない。
【００５９】
本実施形態でも、第１の実施形態と同様に、排ガスに含まれるＮＯＸ量を低減することができる。
また、原料投入側の排ガスと、清澄室側の排ガスを旋回して煙道９に導入するので、ガスの混合がより促進され、煙道９の長さをより短くすることができる。
なお、本実施形態と第２の実施形態を組み合わせても構わない。
【００６０】
以上、本発明を実施形態に基づき説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【００６１】
以下、実施例により、本発明を更に詳しく説明するが、本発明は下記実施例に何ら制限されるものではない。
実施例１として、図９に示すような酸素燃焼バーナを１０本（原料投入側酸素燃焼バーナ５１〜５４、清澄室側酸素燃焼バーナ６５〜６１０）備えたガラス溶解炉１において、各バーナの酸素比を表１に示す値に調整して運転し、ＮＯＸを低減させる試験を行った。
その結果、煙道排ガスのＮＯＸ濃度は、標準運転条件１０００ＰＰＭに対して、実施例１の低ＮＯＸ運転条件では、６００ＰＰＭまで低減した。
【００６２】
【表１】
【００６３】
次に、実施例２として、図２に示したような、煙道内にリバーニングガスを旋回させることなく導入し、還元雰囲気を形成し、その下流で空気を吹き込んで完全燃焼させる試験を行い、ＮＯＸ分解率とリバーニングガス吹き込み位置からの滞留時間の関係を調べた。また、同じ条件で、実施例３として、図３（ａ）に示したような断面矩形状の煙道を用いてリバーニングガスを旋回させた場合について、実施例４として図３（ｂ）に示したような断面円形上の煙道を用いてリバーニングガスを旋回させた場合について調べた。結果を表２および図１０に示す。
【００６４】
【表２】
【００６５】
表２および図１０から、リバーニングガスを旋回させることで、ＮＯＸ分解速度を速くすることができること、および断面形状は矩形状よりも円形状の方がＮＯＸ分解速度を速くすることができることが分かった。
【００６６】
次に、実施例５として、図５（ａ）に示したような、煙道をいずれも断面形状が矩形状の第１の煙道と第２の煙道から構成し、第１の煙道においてリバーニングガスを吹き込み、その後排ガスを旋回させて第２の煙道に導入し、さらにその下流で空気を吹き込んで完全燃焼させる試験を行い、ＮＯＸ分解率とリバーニングガス吹き込み位置からの滞留時間の関係を調べた。また、実施例６として、同じ条件で、図５（ｂ）に示したような煙道を断面形状が矩形状の第１の煙道と円形状の第２の煙道とから構成した場合について調べた。結果を表３および図１１に示す。なお、参考のため、実施例２の結果も合わせて表３および図１１に示す。
【００６７】
【表３】
【００６８】
表３および図１１から、リバーニングガスが混合された排ガスを旋回させることで、ＮＯＸ分解速度を速くすることができることが分かった。また、第２の煙道の断面形状を円形状とすることで、よりＮＯＸ分解速度が速くなることも分かった。
【００６９】
次に、実施例７ないし実施例９として、図６（ｂ）に示したように、煙道を断面形状が矩形状の第１の煙道と円形状の第２の煙道とから構成し、第１の煙道からの排ガスを旋回させて第２の煙道に導入し、その後リバーニングガスを導入し、その下流で空気を導入して試験を行い、ＮＯＸ分解率とリバーニングガス吹き込み位置からの滞留時間の関係を調べた。
【００７０】
なお、リバーニングガスの導入方法につき、実施例７では、図７（ａ）に示したような旋回させずに吹き込む方法を採用し、実施例８では、図７（ｂ）に示したような排ガスと同方向に吹き込む方法を採用し、実施例９では、図７（ｃ）に示したような逆方向に吹き込む方法の３つについて試験を行った。結果を表４および図１２に示す。
【００７１】
【表４】
【００７２】
表４および図１２から、ＮＯＸ分解速度は、速い順に、逆方向に吹き込む方法、旋回させずに吹き込む方法、同方向に吹き込む方法の順になることが分かった。
【符号の説明】
【００７３】
１・・・ガラス溶解炉、２・・・溶解炉本体、２ａ・・・溶解炉本体の前面、２ｂ・・・溶解炉本体の背面、２ｃ・・・溶解炉本体の側面、３・・・原料投入側排出口、４・・・清澄室側排出口、５・・・原料投入側酸素燃焼バーナ、６・・・清澄室側酸素燃焼バーナ、７・・・原料投入側排ガスポート、８・・・清澄室側排ガスポート、９・・・煙道、９ａ・・・第１の煙道、９ｂ・・・第２の煙道、１０・・・リバーニングガス供給設備、１１・・・空気供給設備、Ａ・・・還元領域、Ｂ・・・完全燃焼領域、Ｃ・・・還元領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼排ガスを排出する原料投入側排出口と清澄室側排出口を備えたガラス溶解炉であって、
該溶解炉の原料投入側には、酸素比が１以下の低酸素比でガラス原料を燃焼させる原料投入側酸素燃焼バーナが設けられ、
前記溶解炉の清澄室側には、酸素比が１以上の高酸素比でガラス原料を燃焼させる清澄室側酸素燃焼バーナが設けられ、
前記原料投入側排出口には、原料投入側の排ガスを排出する原料投入側排ガスポートが連通しており、
前記清澄室側排出口には、清澄室側の排ガスを排出する清澄室側排ガスポートが連通しており、
前記原料投入側排ガスポートと前記清澄室側排ガスポートは、ともに煙道に連通しており、
前記煙道には、原料投入側の排ガスと清澄室側の排ガスの混合位置より下流に、リバーニングガスを供給するリバーニングガス供給設備が設けられ、
前記煙道には、リバーニングガスが供給された位置よりも下流に、空気を供給するための空気供給設備が設けられていることを特徴とするガラス溶解炉。
【請求項２】
前記リバーニングガス供給設備が、リバーニングガスを前記煙道内で旋回するように吹き込むことを特徴とする請求項１に記載のガラス溶解炉。
【請求項３】
前記空気供給設備が、前記リバーニングガスの旋回方向とは逆向きに、空気を前記煙道内で旋回するように吹き込むことを特徴とする請求項２に記載のガラス溶解炉。
【請求項４】
前記煙道の形状を円筒形としたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のガラス溶解炉。
【請求項５】
前記煙道が第１の煙道と第２の煙道とから構成されており、
前記原料投入側排ガスポートと前記清澄室側排ガスポートが、ともに前記第１の煙道に連通しており、
前記リバーニングガス供給設備が、前記第１の煙道に設けられており、
前記第１の煙道が、リバーニングガスが混合された排ガスを前記第２の煙道内で旋回させるように前記第２の煙道と連通していることを特徴とする請求項１に記載のガラス溶解炉。
【請求項６】
前記原料投入側排ガスポートが、原料投入側の排ガスを前記煙道内で旋回させるように前記煙道と連通していることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のガラス溶解炉。
【請求項７】
前記清澄室側排ガスポートが、清澄室側の排ガスを前記煙道内で旋回させるように前記煙道と連通していることを特徴とする請求項１ないし請求項４または請求項６のいずれか１項に記載のガラス溶解炉。
【請求項８】
ガラス溶解炉における排ガスの処理方法であって、
前記ガラス溶解炉の原料投入側に設置した原料投入側酸素燃焼バーナによって、ガラス原料を酸素比が１以下の低酸素比で燃焼するとともに、清澄室側に設置した清澄室側酸素燃焼バーナによって、ガラス原料を酸素比が１以上の高酸素比で燃焼し、
前記原料投入側から排出された排ガスと、前記清澄室側から排出された排ガスとを混合し、
混合された排ガスに、リバーニングガスを供給し、
リバーニングガスが供給された排ガスに、空気を供給することを特徴とするガラス溶解炉における排ガスの処理方法。
【請求項９】
前記リバーニングガスを、排ガスの進行方向に対して旋回する方向に吹き込むことを特徴とする請求項８に記載のガラス溶解炉における排ガスの処理方法。
【請求項１０】
前記空気を、前記リバーニングガスの旋回方向とは逆向きに、混合された排ガスの進行方向に対して旋回するように吹き込むことを特徴とする請求項９に記載のガラス溶解炉における排ガスの処理方法。
【請求項１１】
前記リバーニングガスが混合された排ガスを、排ガスの進行方向に対して旋回させることを特徴とする請求項８ないし請求項１０のいずれか１項に記載のガラス溶解炉における排ガスの処理方法。
【請求項１２】
前記原料投入側からの排ガスを旋回させることを特徴とする請求項８ないし請求項１１のいずれか１項に記載のガラス溶解炉における排ガスの処理方法。
【請求項１３】
前記清澄室側からの排ガスを旋回させることを特徴とする請求項８ないし請求項１２のいずれか１項に記載のガラス溶解炉における排ガスの処理方法。
【請求項１】
燃焼排ガスを排出する原料投入側排出口と清澄室側排出口を備えたガラス溶解炉であって、
該溶解炉の原料投入側には、酸素比が１以下の低酸素比でガラス原料を燃焼させる原料投入側酸素燃焼バーナが設けられ、
前記溶解炉の清澄室側には、酸素比が１以上の高酸素比でガラス原料を燃焼させる清澄室側酸素燃焼バーナが設けられ、
前記原料投入側排出口には、原料投入側の排ガスを排出する原料投入側排ガスポートが連通しており、
前記清澄室側排出口には、清澄室側の排ガスを排出する清澄室側排ガスポートが連通しており、
前記原料投入側排ガスポートと前記清澄室側排ガスポートは、ともに煙道に連通しており、
前記煙道には、原料投入側の排ガスと清澄室側の排ガスの混合位置より下流に、リバーニングガスを供給するリバーニングガス供給設備が設けられ、
前記煙道には、リバーニングガスが供給された位置よりも下流に、空気を供給するための空気供給設備が設けられていることを特徴とするガラス溶解炉。
【請求項２】
前記リバーニングガス供給設備が、リバーニングガスを前記煙道内で旋回するように吹き込むことを特徴とする請求項１に記載のガラス溶解炉。
【請求項３】
前記空気供給設備が、前記リバーニングガスの旋回方向とは逆向きに、空気を前記煙道内で旋回するように吹き込むことを特徴とする請求項２に記載のガラス溶解炉。
【請求項４】
前記煙道の形状を円筒形としたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のガラス溶解炉。
【請求項５】
前記煙道が第１の煙道と第２の煙道とから構成されており、
前記原料投入側排ガスポートと前記清澄室側排ガスポートが、ともに前記第１の煙道に連通しており、
前記リバーニングガス供給設備が、前記第１の煙道に設けられており、
前記第１の煙道が、リバーニングガスが混合された排ガスを前記第２の煙道内で旋回させるように前記第２の煙道と連通していることを特徴とする請求項１に記載のガラス溶解炉。
【請求項６】
前記原料投入側排ガスポートが、原料投入側の排ガスを前記煙道内で旋回させるように前記煙道と連通していることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のガラス溶解炉。
【請求項７】
前記清澄室側排ガスポートが、清澄室側の排ガスを前記煙道内で旋回させるように前記煙道と連通していることを特徴とする請求項１ないし請求項４または請求項６のいずれか１項に記載のガラス溶解炉。
【請求項８】
ガラス溶解炉における排ガスの処理方法であって、
前記ガラス溶解炉の原料投入側に設置した原料投入側酸素燃焼バーナによって、ガラス原料を酸素比が１以下の低酸素比で燃焼するとともに、清澄室側に設置した清澄室側酸素燃焼バーナによって、ガラス原料を酸素比が１以上の高酸素比で燃焼し、
前記原料投入側から排出された排ガスと、前記清澄室側から排出された排ガスとを混合し、
混合された排ガスに、リバーニングガスを供給し、
リバーニングガスが供給された排ガスに、空気を供給することを特徴とするガラス溶解炉における排ガスの処理方法。
【請求項９】
前記リバーニングガスを、排ガスの進行方向に対して旋回する方向に吹き込むことを特徴とする請求項８に記載のガラス溶解炉における排ガスの処理方法。
【請求項１０】
前記空気を、前記リバーニングガスの旋回方向とは逆向きに、混合された排ガスの進行方向に対して旋回するように吹き込むことを特徴とする請求項９に記載のガラス溶解炉における排ガスの処理方法。
【請求項１１】
前記リバーニングガスが混合された排ガスを、排ガスの進行方向に対して旋回させることを特徴とする請求項８ないし請求項１０のいずれか１項に記載のガラス溶解炉における排ガスの処理方法。
【請求項１２】
前記原料投入側からの排ガスを旋回させることを特徴とする請求項８ないし請求項１１のいずれか１項に記載のガラス溶解炉における排ガスの処理方法。
【請求項１３】
前記清澄室側からの排ガスを旋回させることを特徴とする請求項８ないし請求項１２のいずれか１項に記載のガラス溶解炉における排ガスの処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−１９５３８６（Ｐ２０１１−１９５３８６Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６４４６８（Ｐ２０１０−６４４６８）
【出願日】平成２２年３月１９日（２０１０．３．１９）
【出願人】（０００２３１２３５）大陽日酸株式会社 (642)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１９日（２０１０．３．１９）
【出願人】（０００２３１２３５）大陽日酸株式会社 (642)
【Ｆターム（参考）】
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