JPH0375492B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、混合体は溶解部で溶解され、前記溶
解部に続く清澄部で清澄され、その後前記清澄部
に接続していると共に深くされた溶湯深さを有す
る均質化部で均質化され、そしてそこから排出さ
れ、かつ混合体は溶解部の始端に供給され、この
混合体供給部の下側で電極によつてエネルギが与
えれ、エネルギを与えるために前記清澄部にバー
ナが備えられ、さらにその燃焼ガスと前記バーナ
に供給される燃焼空気との間での熱交換のための
熱交換装置を備えているガラス溶解炉内でのガラ
スの溶解の省エネルギ方法とこの方法を実施する
ためのガラス溶解炉に関する。

［従来の技術］ ガラス溶解炉は、一般に、復熱装置や熱回収装
置と共に運転されるにもかかわらず、比較的効率
が低いという欠点を持つている。この原因は、ガ
ラス槽の断熱が悪いことにあるのではなく、廃ガ
ス熱量が燃焼ガスの予熱のために必要な熱エネル
ギを大幅に上回つていることにある。燃焼空気の
温度上昇は、このことによつて熱交換を大変費用
のかかるものとなるし、特に欠点として有毒な
NOX濃度が強く上昇するので制約を加えられる。
廃ガスの過剰熱量を適切に利用するため、ガラス
溶解槽に投入する前に混合体も予熱する種々の試
みが既に提案されている。これらの試みは、加熱
することによりいくらかの混合体成分が溶け始め
これにより熱交換面に付着するということや、そ
の他廃ガスと混合体が直接接触する際ある成分量
が溶け始めると共に分解も始まり、つまりある成
分量が運び去られることとなり、廃ガス中の塵埃
の含有量が許容置を越え、結果として大変高価な
塵埃フイルタが必要となるということから、うま
くいかなかつた。

［発明が解決すべき問題点］ 本発明の課題は、上記欠点を回避し、公知の炉
に較べ大幅に良好な効率を有すると共に経済的に
設置することができ、コントロールが難しい高い
温度を持つ炉や熱交換装置の構成部を必要とせず
に特にNOX濃度が低く、廃ガス中の塵埃量も少
ないところのガラス溶解法とガラス溶解炉を提供
することである。

さらには上側炉の温度と使用されている熱交換
装置（復熱装置）内の温度は従来の炉より低くな
ければならない。

上述の欠点を克服して、本発明による炉は経済
的に製作され、確実な操作が行なわれるべきであ
り、必要な場合化石状燃料と電気エネルギのさら
に進んだ交換が可能でなければならない。

［課題を解決するための手段］ 上記課題は、本発明によれば、 大部分の溶解エネルギの供給は前記清澄部の化
石状燃料のバーナによつて行なわれ、その煙ガス
は混合体に対する対向流の形で前記溶解部の上を
流れ、混合体供給部の近くで排出され、清澄部か
ら来る流れは混合体の対向流の形で溶解部の表面
を貫流し、かつ清澄部からの輻射を清澄部の境界
と溶解部上方で吸収する手段が設けられ、これに
より溶解の上側の空間が異なる温度のゾーンに分
けられ、その中で最高温度が清澄部内に存在する
ことによつて解決される。

本発明による方法は、好ましくは、 最高温度を持つ第１ゾーンとしての清澄部にお
いてバーナは窒素酸化物を減少させるため空気不
足で運転され、煙ガスの流れから見て低い温度を
持つ第２ゾーンとしての次の部においてその流入
部に排出されたバーナは完全燃焼のために過剰空
気で運転されるように実施される。

本発明の課題を解決するガラス溶解炉において
は、 混合体の移動の対向流としての高温の流れを作
り出すために溶解部床は前記清澄部から混合体投
入部にかけて低くなつており、第１ゾーンとして
の清澄部と第２ゾーンとしての溶解部との間の炉
の天井は溶湯表面すれすれまで延びた少なくとも
１つの輻射防壁を備え、前記混合体供給部分にお
いて混合体供給領域に電気エネルギを与えるため
の電極が備えられ、さらに燃焼空気を加熱するた
めの熱交換装置が備えられている。

混合体供給部の下側に配設された電極は、電極
の近くの清澄部側に下がつていく流れを形成し、
この流れは高温ガラス流を溶解部において下側へ
偏向し、このことによつて床を流れる清澄部への
逆流を強くするべく機能し、利点を与える。

効率を下げるバーナ部からの輻射による熱伝達
は、好都合にも清澄部と溶解部との間及び溶解部
に設けられた輻射防壁によつて阻止される。

本発明による方法とガラス溶解炉の特別な利点
は、廃ガスがガラス溶湯上に載る混合体を予熱し
ながら槽空間から排出までに800〜1000℃に冷却
され、大した技術的困難を伴わずに復熱装置は対
向流の形で空気を約700℃に加熱することができ
ることにある。

［作用・効果］ 明らかなように本発明によるガラス溶解炉は、
その運転に対してこの方法に関連して、懸案の諸
問題を特に利点を与える方法でしかも最初にして
解決することが出来る。本発明による原理は、混
合体をガラス溶湯上に載せ、そこで廃ガスによつ
て熱し、その際廃ガスは残つているエネルギを燃
焼ガスの加熱のためにほぼ完全に利用することが
できるようになるまで冷却される。槽の混合体予
熱領域において理想的な流れ場の調節とガラスの
流動性維持はその際比較的わずかな量の電気エネ
ルギを与えることによつて保証される。

さらに本発明による好適な実施形態としては、
特許請求の範囲第３項〜第５項及び第７項〜第１
８項が参照される。

次に本発明の実施例を図面を用いながら詳説さ
れる。

［実施例］ 図面によれば本発明によるガラス溶解炉は、互
いにつながつている清澄部２と溶解部３とを有す
る長方形の槽から構成され、溶解部３は清澄部２
に較べ２倍から2.5倍の長さを持つている。清澄
部２としてはその中にオイルやガスを燃焼させる
バーナ２０を配設している平らな槽部が示されて
いる。

この槽は、さらにバーナのある側に横断壁１６
を、そして混合体供給部側に横断壁１７と長手壁
１８を備えている。その上部炉は天井１によつて
形成されている。溶解部床９で示されている。

溶解部（第２ゾーン）３内には床電極６が設け
られており、これはこの領域、特に混合体が装填
されるちようどその領域におけるガラス溶湯の不
動化を防止する。この不動化は、バーナ２０によ
つて高温に熱された清澄部２から混合体供給領域
に連続して高熱ガラスを運ぶ表面流を溶解部３内
で調節することによつてさらに防止される。

混合体の供給は従来の方法で横断壁１７の全幅
でもつて行なわれる。個々には、この槽は同じ出
願人の出願にも記載されているように、従来の技
術により構成されているので、これ以上の記載は
するに及ばないだろう。このことは、特に壁、丸
天井、床、バーナ、電極、及び均質化部２ａの混
合体供給部から離れた側の排出部１９の構造にも
言えることであり、さらに混合体供給部のすぐそ
ばにある廃ガス排出口２２の構造にも言えること
である。

槽内部において、清澄部２の供給側壁部のとこ
ろに輻射防壁５が設けられており、これは天井か
ら溶湯表面４にぴつたりのところまで延びてお
り、輻射が溶解部３に及ぶことを防止する。知ら
れているように、部屋内の温度が高い場合エネル
ギの大部分は輻射によつて伝わり、このことから
バーナ２０によつて与えられるエネルギを清澄部
２に集中させることは本発明の重要な点である。
さらにかなりの輻射量が溶湯表面からそして特に
輻射防壁５から供給側へ作用するので、溶解部３
は、なお混合体供給の近くにもう１つの輻射防壁
７をそしてその防壁７と前記の防壁５との間にさ
らにもう１つの防壁８を設けている。この構成に
より、特記するほどの輻射エネルギが混合体加熱
に寄与することを確実に避けられ、これは、実際
上清澄部２から溶解部３を通つて廃ガス排出口２
２に流れる廃ガスによつてもつぱら行なわれる。

必要により、床９は清澄部２の供給側のところ
で、しきり１４を備えることが出来る。重要なこ
とは床が混合体供給部の方に向つて一様に低くな
つていることであり、このことで流れ状態がコン
トロールされ、高温ガラスは溶湯表面を混合体供
給部の方へ逆に流れ、そこで床電極６と接し、ガ
ラスの不動化が阻止される。清澄部２の床は水平
に構成されている。

約900℃に冷却された廃ガスは槽から出た後復
熱装置に送られ、そこから約150〜250℃の温度で
出される。この温度でこの廃ガスが持つているエ
ネルギはさらに燃焼空気に伝達される。

復熱装置では冷却された廃ガスによつて通常温
度の燃焼空気が約700℃に予熱され、パイプ配管
を通つてバーナ２０に供給される。比較的低い空
気温度に基づいて行なわれる燃焼は、その炎温度
が比較的低く、その結果高いNOX濃度が生じな
いという利点がある。その廃ガスはさらに冷却さ
れるだけでなく、NOX濃度が非常に低いので、
本発明によるガラス溶解炉の稼動は大気汚染の少
ない地域、例えば町の中においても可能であり、
同時に廃ガス温度が低いことから塵埃フイルタの
装着も簡単に可能となる。

槽の稼動から重要なことは、溶解部３はその供
給部側ではもつぱら混合物を予熱し、混合物の本
質的な溶解は溶解部３のバーナ側で始めて行なわ
れることであり、その際清澄部２では、公知の方
法で床排出部１９から排出される前にそのガラス
の清澄が行なわれる。

清澄部２には、空気を床を通じて導入する複数
の泡発生手段が設けられている。この空気によ
り、必要な場合床電極を用いて、清澄部２ではガ
ラスの循環が強く行なわれ、清澄部内では上から
下にかけてほんの少しの温度勾配に設定すること
が出来る。このことによつて、溶湯表面温度は約
1550〜1560℃となり、その際丸天井の天井温度は
清澄部温度1580℃を上回らないことが保証され
る。溶解部３の温度は、それに対して非常に低
く、これは混合体供給部から清澄部２にかけて
1100℃から1300℃といつたところである。

均質化部２ａではガラスの均質化が冷却されな
がら行なわれるので、理想的な温度層形成とさ
れ、循環流の汚染そして結果として排出部１９に
その汚染が持ち込まれることが防止される。

輻射防壁５，７，８により混合体上のガス速度
は約10〜15m／ｓに調節され、これは輻射熱伝達
と共にある対流性の熱伝達も許す。輻射防壁は、
その際、例えば大きな犬小屋のアーチのようなフ
ラツトアーチに構成される。

供給される電気エネルギは、さらにバーナによ
つて供給されるエネルギとの関係でNOX−質量
流が許容値を上回らないように選択される。電気
エネルギの割合が高い時はNOX−質量流は低下
し、その割合が低くなると増加する。

本発明によるガラス溶解炉は、混合体供給部に
おいて低い温度を理由として安価な耐火材料を用
いることができるので、経済的に製造することが
出来る。

ガラス溶解炉全体が廃ガスや加熱された燃焼空
気の配管とはつきりと絶縁されていることは本発
明の本質でもある。にもかかわらず、これがもつ
エネルギ消費量を3100〜3400キロジユール／Kgガ
ラスというこれまで達成し得なかつた値に低下さ
せることができたのは当業者にとつて驚くべきこ
とである。

第１ゾーンとして示される清澄部ではバーナは
空気不足で運転され、その燃焼は不完全であるの
で、窒素酸化物（NOX−化合物）は実際上発生
しない。この燃焼ガスは、それから第２ゾーン、
つまり溶解部に達し、そこで第２ゾーンの流れ始
めでは、ここでは既に第１ゾーンにおけるより約
150℃低い温度となつているが、そのバーナは供
給された炭化水素の完全燃焼を行なうために空気
過剰で運転され、効率の損失が避けられる。ここ
を支配している温度が本質的に低いということか
ら、同様に実際上NOXは生じず、その廃ガスは
大気への排出において実際上NOXなしとなつて
いる。つまり本発明によるガラス溶解炉は人口密
度の高い地域にも好都合に稼動させることができ
る。

さらに重要なことは、高い割合のガラスカレツ
トと通常の混合物との混合でもつて行なわれるの
で、この炉を安い基礎材料で稼動することが可能
となることである。どんどん増えている回収され
た古ガラス物、これは現在まだ色によつて分けら
れることができないが、これにより種々の酸化ポ
テンシヤルを持つカレツトが溶解槽に入つてく
る。互いに異なつた酸化ポテンシヤルを有するガ
ラスの反応においては、溶湯表面が強く泡立ち、
これは火炎輻射を反射し、ガラス溶湯への熱伝達
を妨げる。

この泡は火炎の導入を減少させることによりよ
く低下させられるので、この新規な槽は大量の古
ガラスを投入して不適当な割合となつても従来の
槽よりは適切に働く。

原料の品質に比較的影響されないという考え
は、第４図から第９図による装置において本質的
により大きな度合をもつて有効である。ここでは
戻り流が生じないので、清澄とそしてその結果と
してガラスの品質は溶解部と全く独立して決定さ
れる。不均質な原料と強い発泡物の投入又は多く
の蒸発する水を含む苛性ソーダの投入でもガラス
の品質に影響せず、その際溶解部での均質化は泡
発性手段によつて行なわれる。

安い原料を投入することにより経費の節約は、
泡発生で増加するエネルギ消費の経費をはるかに
補つて余りある。

次に記載することは、十分に知られた公知技術
に鑑み、本発明による炉を種々の形態に限定する
ことである。

第４図から第９図によれば、本発明の基本は、
流れ方向に順番に並んだ３つの炉部分、ないしは
槽部分からなり、溶解部３は清澄部２と均質化部
２ａの流れ方向上手側に位置する。ガラス流の最
高温度は清澄部２の特に平らに構成された領域３
４に現れ、その加熱はバーナ２０及び電極３６に
よつて行なうことができる。もし電気エネルギに
較べ比較的安い従来のエネルギをバーナを用いて
与えるなら特に好都合であり、その際ガラス溶湯
の完全な温度の上昇は領域３４の浅い溶湯深さに
よつて保証される。

混合体は溶解部３の上流側のところで供給さ
れ、清澄部２の方に運ばれる。清澄部２への搬送
は床くぐり抜け通路３７を形成するアーチ３８に
よつて阻止され、その際アーチ３８は空気によつ
て冷却される。後で燃焼空気として用いられるこ
の空気は、高い耐熱性を有する、例えばインコネ
ル製のパイプで供給される。

床くぐり抜け通路３７の後では、今はもはや混
合物と混ぜ合わされていないガラスがピストン流
で上昇する。これは、上からのエネルギの供給に
より、一番冷たいガラスが上に位置するように望
ましい層状化が設定されているからである。この
温度層形成によりここでも渦の発生がないピスト
ン流が生じる。このことは、まだ予熱されていな
いガラスが本格的な清澄ゾーンに入り込むこと、
又は既に高温に熱せられたガラスが再び清澄部２
の前側部で沈むことを保証する。

溶解部３における大変強いエネルギ供給を保証
するために、この後側部分に天井バーナの下に泡
発生手段２５があり、これは、連続的に冷たいガ
ラスが押し流され、過熱が防止されることを保証
する。同じような泡発生手段２５が混合物の搬入
点もしくは相応する領域にも備えることができ、
これによりここでも連続したガラス流が発生させ
られ、不動化が防がれる。

第４図によれば、供給される混合体やカレツト
も予熱されることができる。清澄部２や溶解部３
からの燃焼ガスは、遠心力を利用して除塵するサ
イクロン２７を介して除塵され大気に放出される
前に、混合体供給部の領域に流し出され、対向流
として混合体及びカレツトを通り抜けて行く。そ
の際、除塵後の固形物はサイクロン２７から混合
物サイロ３１に戻され、そのサイロから燃焼ガス
流に対向しながら運び去られるか又は落下させら
れる。カレツト通路２８を送られるカレツトは燃
焼ガス流によつて貫流される。カレツト通路２８
は、互いに間隔をもつて内方に傾斜して配設され
た個々の面、つまり板２９から構成されており、
燃焼ガス流は板によつて形成されるスリツトを通
つてカレツト内に入ることができる。

特別な品質のガラスを得るために、第４図によ
れば、均質化部２ａの床は実質的に溶解部の床の
水準の下に位置させることができる。その際一方
からの混合体やカレツトの供給や燃焼ガスの送り
出しは、開口２２を介して行なうことができる。

第５図と第６図に本発明による炉の簡単化され
た実施例が示されており、溶解部３での過熱は電
極６によつて行なわれる。混合体は、その際溶解
部３のかなりの部分に延出している。溶解したガ
ラスは第４図による炉内のように床くぐり抜け通
路３７を通つて清澄部３に流れ、その際上昇する
間にさらに別な電極６によつてそして１つ以上の
バーナ２０によつて表面から加熱される。又ここ
では上昇の間にピストン流が存在することにな
り、そのガラスは前述した溶湯の浅いところがあ
る領域３４において最大温度に達する。

それからガラスは、流れ方向から見て清澄部２
の後側部のもう１つのピストン流でさらに別な床
くぐり通路３０へ流れ、そこから均質化部２ａに
流れる。均質化部２ａには温度層の損失の補償も
しくは温度層の望ましい調節はバーナ２０で行な
われる。

清澄部２のアーチ３８及び床も耐熱材料製のパ
イプで送られてくる冷たい燃焼空気によつて冷却
される。

第７図から第９図によれば、溶解部３での混合
体の溶解はここでも電極６を介しての電気エネル
ギの供給によつて行なわれ、清澄部２を通り抜け
る流れは、第５図と第６図との関連で述べられた
ように、最初は上りに次には下りに方向付けられ
たピストン流を用いて実現する。均質化部２ａと
してバーナ２０と間接加熱手段２６を有する好ま
しくは間接加熱される好ましくは作業槽が用いら
れる。

均質化部あるいは作業槽からガラスを取り出さ
ないままでも戻り流を確実に防止するために清澄
部２において耐火材料から作られた流れを狭める
手段４１が配設され、この手段は流れ込んでくる
ガラス流を２つに分流し、又水平の渦形成を許さ
ない。バーナ２０を介して清澄部２に供給される
エネルギにより望まれる温度層が休止時間の間も
渦を生じずに維持されるので、この実施例は断続
的に取り出しを行なう炉のために特に良く適して
いる。その際、間接的な加熱は、均質化部２ａな
いしは作業槽内での望ましい温度層が取り出しな
しでも維持されることを保証する。その温度はこ
こでは貫流がなくても望ましい方法で調節され
る。

本発明の本質は、清澄部において所定の温度層
を渦の発生を回避しながら調節することにあり、
このことは、加熱時と冷却時においてもそして溶
湯深さが浅いことから最大温度領域においても達
成される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるガラス槽の縦断面図、第
２図は第１図のものに類似するガラス槽の断面平
面図、第３図は本発明によるガラス槽の他の実施
例の断面平面図、第４図は本発明によるガラス溶
解炉の縦断面図、第５図は本発明による他の実施
例の溶解槽の縦断面図、第６図は第５図による槽
の平面図、第７図は非連続的な取り出しに適した
溶解槽の縦断面図、第８図は第７図による槽のガ
ラス溶湯の表面高さにおける断面平面図、第９図
は第７図による槽のガラス溶湯の表面高さより高
い位置での断面平面図である。 １……炉の天井、２……清澄部、３……溶解
部、４……溶湯表面、５……輻射防壁、６……電
極、９……溶解部床。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 混合体は溶解部で溶解され、前記溶解部に続
   く清澄部で清澄され、その後前記清澄部に接続し
   ていると共に深くされた溶湯深さを有する均質化
   部で均質化され、そしてそこから排出され、かつ
   混合体は溶解部の始端に供給され、この混合体供
   給部の下側で電極によつてエネルギが与えられ、
   エネルギを与えるために前記清澄部にバーナが備
   えられ、さらにその燃焼ガスと前記バーナに供給
   される燃焼空気との間での熱交換のための熱交換
   装置を備えているガラス溶解炉内でのガラスの溶
   解の省エネルギ方法において、 大部分の溶解エネルギの供給は前記清澄部の化
   石状燃料のバーナによつて行なわれ、その煙ガス
   は混合体に対する対向流の形で前記溶解部の上を
   流れ、混合体供給部の近くで排出され、清澄部か
   ら来る流れは混合体の対向流の形で溶解部の表面
   を貫流し、かつ清澄部からの火炎輻射を清澄部の
   境界と溶解部上方で吸収する手段が設けられ、こ
   れにより溶解の上側の空間が異なる温度のゾーン
   に分けられ、その中で最高温度が清澄部内に存在
   することを特徴とするガラスの溶解方法。 ２ 最高温度を持つ第１ゾーンとしての清澄部に
   おいてバーナは窒素酸化物を減少させるため空気
   不足で運転され、煙ガスの流れから見て低い温度
   を持つ第２ゾーンとしての次の部においてその流
   入部に配設されたバーナは完全燃焼のために過剰
   空気で運転されることを特徴とする請求項１に記
   載の方法。 ３ 前記第２ゾーンの温度は前記第１ゾーンの温
   度より約150℃低く設定調整されていることを特
   徴とする請求項２に記載の方法。 ４ 前記混合体は高い割合でカレツトを含んでい
   ることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記
   載の方法。 ５ 前記煙ガスは前記熱交換装置から出た後カレ
   ツトを通り抜けて流れ、その際その中に含まれて
   いる流体状成分の露点以上の温度まで冷却される
   ことを特徴とする請求項４に記載の方法。 ６ 溶解部と、より深くされた溶湯深さを持つ均
   質化部と、前記溶解部と前記均質化部との間に配
   設され浅い溶湯深さを持つと共に化石状燃料エネ
   ルギを与えるためのバーナを続けている清澄部を
   備え、燃焼ガスの排出と混合体の投入が前記溶解
   部の始端領域で行なわれるところの請求項１〜５
   のいずれかに記載の方法を実施するためのガラス
   溶解炉において、 前記混合体の移動の対向流としての高温の流れ
   を作り出すために溶解部床９は前記清澄部から混
   合体投入部にかけて低くなつており、第１ゾーン
   としての清澄部２と第２ゾーンとしての溶解部３
   との間の炉の天井１は溶湯表面４すれすれまで延
   びた少なくとも１つの輻射防壁５を備え、前記混
   合体供給部分において混合体供給領域に電気エネ
   ルギを与えるための電極６が備えられ、さらに燃
   焼空気を加熱するための熱交換装置が備えられて
   いることを特徴とするガラス溶解炉。 ７ 前記溶解部床９は前記溶解部３の全長にわた
   つて連続的に低くなつており、前記清澄部２の床
   は水平に延設されていることを特徴とする請求項
   ６に記載のガラス溶解炉。 ８ 前記溶解部３にさらに少なくとも１つの輻射
   防壁７が備えられていることを特徴とする請求項
   ６又は７に記載のガラス溶解炉。 ９ 前記熱交換装置は復熱装置として形成される
   と共に高温部１０と低温部１１に分割されている
   ことを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載
   のガラス溶解炉。 １０ 前記清澄部２又は溶解部３の床９には空気
   を吹き出すための手段が設けられていることを特
   徴とする請求項７に記載のガラス溶解炉。 １１ カレツトの予熱のために下向き内方に斜め
   に延びている面２９から構成されるカレツト通路
   ２８が備えられ、前記面２９の間に開口が形成さ
   れており、そこから高温の燃焼ガスが入ることを
   特徴とする請求項６〜１０のいずれかに記載のガ
   ラス溶解炉。