JPH0442332B2 - - Google Patents
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- JPH0442332B2 JPH0442332B2 JP56186750A JP18675081A JPH0442332B2 JP H0442332 B2 JPH0442332 B2 JP H0442332B2 JP 56186750 A JP56186750 A JP 56186750A JP 18675081 A JP18675081 A JP 18675081A JP H0442332 B2 JPH0442332 B2 JP H0442332B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ammonia
- injection
- exhaust gas
- heat storage
- temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/46—Removing components of defined structure
- B01D53/54—Nitrogen compounds
- B01D53/56—Nitrogen oxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
- C03B5/16—Special features of the melting process; Auxiliary means specially adapted for glass-melting furnaces
- C03B5/235—Heating the glass
- C03B5/237—Regenerators or recuperators specially adapted for glass-melting furnaces
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
- Y02P40/50—Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Treating Waste Gases (AREA)
- Glass Melting And Manufacturing (AREA)
- Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)
- Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
ガラスの溶融作業は、大量の燃料を溶融炉内で
燃焼させ、直接的な加熱によつて必要な溶融温度
を与えることを伴う。燃料(普通は天然ガス、時
には重油)は普通、完成燃焼に理論的に必要とさ
れる量よりも過剰の空気と混合されるが、これは
炉内で実際に完全燃焼を起こさせ熱効率をよくす
るためであり、特に板ガラスの熔融作業の場合
は、炉内に酸化条件を維持するためである。ガラ
ス溶融炉内の条件のこの組合わせは、燃焼用空気
中の窒素をNOxに酸化することにつながる。
燃焼させ、直接的な加熱によつて必要な溶融温度
を与えることを伴う。燃料(普通は天然ガス、時
には重油)は普通、完成燃焼に理論的に必要とさ
れる量よりも過剰の空気と混合されるが、これは
炉内で実際に完全燃焼を起こさせ熱効率をよくす
るためであり、特に板ガラスの熔融作業の場合
は、炉内に酸化条件を維持するためである。ガラ
ス溶融炉内の条件のこの組合わせは、燃焼用空気
中の窒素をNOxに酸化することにつながる。
NOxはNOおよび/またはNO2の略称である。
ガラス溶融炉の高温条件においては生成する窒素
酸化物はほとんど全てNOであるが、NOを含む
排気ガスが大気中へ放出された後にNOの多くが
NO2に転化される。NO2は不愉快な大気汚染物
質であるばかりでなく、スモツグ生成の化学作用
にかかわるものと考えられている。したがつて、
ガラス溶融炉等の大量燃焼源は行政上の規制を受
けやすく、作業を厳しく制限されることがある。
ガラス溶融炉の高温条件においては生成する窒素
酸化物はほとんど全てNOであるが、NOを含む
排気ガスが大気中へ放出された後にNOの多くが
NO2に転化される。NO2は不愉快な大気汚染物
質であるばかりでなく、スモツグ生成の化学作用
にかかわるものと考えられている。したがつて、
ガラス溶融炉等の大量燃焼源は行政上の規制を受
けやすく、作業を厳しく制限されることがある。
ボイラーや内燃機関等からのNOx排出を抑制
するために多くの提案がなされてきたが、大部分
はガラス溶融用のようなプロセス炉には適合しな
い。以前の提案の多くは触媒によるNOxの破壊
を伴うが、ガラス溶融炉の排気ガスを触媒処理す
ることはうまくゆかず、それに要する触媒接触装
置がガラス溶融炉の排気ガスの粒状含有物と腐食
性のために早急に塞がれ腐食されることが明らか
になつた。他の提案は燃焼条件を変更するもので
あるが、ガラス溶融炉における実質的な変更は溶
融作業の要件によつて制限される。NOx管理の
ためのいくつかの提案は排気ガスを狭い温度範囲
内で処理するものであるが、蓄熱室を使用し燃焼
を周期的に逆転させるガラス溶融炉では、排気ガ
スの温度は絶えず変化する。別の範ちゆうに属す
る従来のNOx除去技術では低い温度で、普通は
液相中でNOxを反応させる。このような技術は、
大きな冷却容量および大量の薬品の消費が要求さ
れることと廃液処理の問題のために、ガラス溶融
炉の排気ガスに適用するのを妨げるほど費用がか
かる。したがつて、さまざまな周知のNOx管理
方法は、これまで、ガラス溶融炉に実際に適用す
ることはできないと考えられてきた。
するために多くの提案がなされてきたが、大部分
はガラス溶融用のようなプロセス炉には適合しな
い。以前の提案の多くは触媒によるNOxの破壊
を伴うが、ガラス溶融炉の排気ガスを触媒処理す
ることはうまくゆかず、それに要する触媒接触装
置がガラス溶融炉の排気ガスの粒状含有物と腐食
性のために早急に塞がれ腐食されることが明らか
になつた。他の提案は燃焼条件を変更するもので
あるが、ガラス溶融炉における実質的な変更は溶
融作業の要件によつて制限される。NOx管理の
ためのいくつかの提案は排気ガスを狭い温度範囲
内で処理するものであるが、蓄熱室を使用し燃焼
を周期的に逆転させるガラス溶融炉では、排気ガ
スの温度は絶えず変化する。別の範ちゆうに属す
る従来のNOx除去技術では低い温度で、普通は
液相中でNOxを反応させる。このような技術は、
大きな冷却容量および大量の薬品の消費が要求さ
れることと廃液処理の問題のために、ガラス溶融
炉の排気ガスに適用するのを妨げるほど費用がか
かる。したがつて、さまざまな周知のNOx管理
方法は、これまで、ガラス溶融炉に実際に適用す
ることはできないと考えられてきた。
排気ガス流にアンモニアを注入してNOを窒素
と水に選択的に還元する触媒によらない方法が、
米国特許第3900544号明細書に記載されている。
この方法は触媒も作業の変更も必要としないの
で、このような技術はガラス製造業者には魅力的
であろう。ただし、この方法は狭い温度範囲にお
いてのみ有効である。それは、典型的な排気ガス
環境において次のような競合する反応が起きるか
らである: 4NH3+4NO+O2=4N+6H2O (1) 4NH3+5O2=4NO+6H2O (2) 臨界の範囲より低い温度では、いずれの反応も
感知されるほどには起きず、したがつてNOxの
排出は改善されない。前記の温度範囲内では、反
応(1)が優勢であり、したがつてNOの正味の減少
がある。より高い温度では反応(2)がより重要にな
り、その結果、排気ガス流中のNOの量は増加す
る。したがつてこのNOx還元方法は、これまで、
十分明確に決められた安定な温度範囲が確認でき
アンモニアの注入に利用できるボイラー等に実用
性が限られてきた。この特許は、また、有用な温
度範囲はアンモニアとともに水素を注入すること
によつて拡大し得ることをも開示しているが、温
度の変わりやすさを無視できるほどではない。こ
の技術の1つの変形が米国特許第4115515号明細
書に開示されており、そこではアンモニアはボイ
ラーの2つの異なる帯域において一方の位置では
水素とともに他方の位置では水素を伴わずに注入
される。
と水に選択的に還元する触媒によらない方法が、
米国特許第3900544号明細書に記載されている。
この方法は触媒も作業の変更も必要としないの
で、このような技術はガラス製造業者には魅力的
であろう。ただし、この方法は狭い温度範囲にお
いてのみ有効である。それは、典型的な排気ガス
環境において次のような競合する反応が起きるか
らである: 4NH3+4NO+O2=4N+6H2O (1) 4NH3+5O2=4NO+6H2O (2) 臨界の範囲より低い温度では、いずれの反応も
感知されるほどには起きず、したがつてNOxの
排出は改善されない。前記の温度範囲内では、反
応(1)が優勢であり、したがつてNOの正味の減少
がある。より高い温度では反応(2)がより重要にな
り、その結果、排気ガス流中のNOの量は増加す
る。したがつてこのNOx還元方法は、これまで、
十分明確に決められた安定な温度範囲が確認でき
アンモニアの注入に利用できるボイラー等に実用
性が限られてきた。この特許は、また、有用な温
度範囲はアンモニアとともに水素を注入すること
によつて拡大し得ることをも開示しているが、温
度の変わりやすさを無視できるほどではない。こ
の技術の1つの変形が米国特許第4115515号明細
書に開示されており、そこではアンモニアはボイ
ラーの2つの異なる帯域において一方の位置では
水素とともに他方の位置では水素を伴わずに注入
される。
アンモニア注入によるNOxの選択的かつ非触
媒式還元をある一定の条件下でガラス溶融炉の排
気ガス流に効果的に使用し得ることが今見い出さ
れた。
媒式還元をある一定の条件下でガラス溶融炉の排
気ガス流に効果的に使用し得ることが今見い出さ
れた。
好ましい実施態様においては、2室蓄熱装置を
有するガラス溶融炉に関連して、1次および2次
蓄熱室を結ぶ煙道内の各燃焼サイクルのかなりの
部分にわたつてアンモニアによるNOxの還元に
適した条件が存在するかまたは作り出せることが
見い出された。熱的条件がNOxの還元に適する
ばかりでなく、比較的狭い煙道位置は実質的に全
ての生成ガス流と注入される還元剤との十分な混
合に寄与する。アンモニアの注入は煙道を通る排
気ガスの温度が870〜1090℃(水素を伴う場合は
700〜1090℃)の範囲からはずれるたびに停止さ
れる。しかしながら、典型的には煙道の位置は必
要な熱的条件が燃焼サイクルの排気位相の大部分
にわたつて存在するところに選択することができ
ることが見い出された。こうして、全流出物のか
なりの部分が処理される。適切な温度が煙道内で
得られないかまたは十分な長さの時間得られない
場合には、煙道内に空気を導入して高過ぎる温度
を低くするように調節するか、または、煙道内の
排気ガスを補助バーナーで再び加熱して低い温度
を高くすることができる。
有するガラス溶融炉に関連して、1次および2次
蓄熱室を結ぶ煙道内の各燃焼サイクルのかなりの
部分にわたつてアンモニアによるNOxの還元に
適した条件が存在するかまたは作り出せることが
見い出された。熱的条件がNOxの還元に適する
ばかりでなく、比較的狭い煙道位置は実質的に全
ての生成ガス流と注入される還元剤との十分な混
合に寄与する。アンモニアの注入は煙道を通る排
気ガスの温度が870〜1090℃(水素を伴う場合は
700〜1090℃)の範囲からはずれるたびに停止さ
れる。しかしながら、典型的には煙道の位置は必
要な熱的条件が燃焼サイクルの排気位相の大部分
にわたつて存在するところに選択することができ
ることが見い出された。こうして、全流出物のか
なりの部分が処理される。適切な温度が煙道内で
得られないかまたは十分な長さの時間得られない
場合には、煙道内に空気を導入して高過ぎる温度
を低くするように調節するか、または、煙道内の
排気ガスを補助バーナーで再び加熱して低い温度
を高くすることができる。
本発明の第2の実施態様は単室蓄熱装置を用い
る型式のガラス熔融炉に関し、アンモニアによる
NOxの非触媒式還元のための条件は、典型的に
は、燃焼サイクルの間に変化する位置において蓄
熱室充填物の中に見い出される。
る型式のガラス熔融炉に関し、アンモニアによる
NOxの非触媒式還元のための条件は、典型的に
は、燃焼サイクルの間に変化する位置において蓄
熱室充填物の中に見い出される。
本発明はここでは典型的な板ガラス溶融炉に関
連して説明され、その文脈において、本発明が最
大の効用を発揮する蓄熱室構造と排気ガス温度の
組み合わせが見い出される。しかしながら、本発
明の原理は同じまたは類似の条件が見られるいか
なる型式のガラス溶融炉にも適用することができ
る。
連して説明され、その文脈において、本発明が最
大の効用を発揮する蓄熱室構造と排気ガス温度の
組み合わせが見い出される。しかしながら、本発
明の原理は同じまたは類似の条件が見られるいか
なる型式のガラス溶融炉にも適用することができ
る。
第1図および第2図に示す普通の扁平形ガラス
溶融炉10は溶融室11を有し、ガラス製造用原
料はホツパ12から炉の入口用延長部13を通し
て溶融室11内に供給される(第1図)。ガラス
のバツチ原料は溶融室内に保持された溶融ガラス
溜り14(第2図)上に置かれる。炉は周知の交
差燃焼(cross−fired)蓄熱型であり、溶融室1
1は1対の同様の構造の1次蓄熱室20および2
1と側面で接している。各蓄熱室は耐火ハウジン
グ22を有し、その中に含まれる蓄熱室充填物床
23は耐火レンガのチエツカー構造を有して空気
と排気ガスの交互の通過を可能にしている。1次
蓄熱室20および21の各々は溶融室11の側部
に沿つて間隔を置いた複数の開口24によつて溶
融室11に連絡している。各開口は一端で溶融室
11の内部に通じ、他端で蓄熱室内の充填物23
の上方のプレナムスペース26に通じている。各
蓄熱室内の充填物の下方には分配用空間27があ
り、煙道30と一端で連絡している。第1図に示
した実施態様においては、煙道30は2次蓄熱室
31に通じており、2次蓄熱室31は第1通過用
チエツカー充填物32および第2通過用チエツカ
ー充填物33を含むことができる。ガスは2次蓄
熱室から逆転弁装置34を通つて煙突35へ流れ
る。炉内を通る流れは周期的に(たとえば10分ご
とに)逆転される。図面に示した作業態様におい
ては、ガスの流れは(第2図で見て)左から右で
あり、流入する燃焼用空気は左側の蓄熱室20を
通つて中に入り、排気ガスは右側の蓄熱室21を
通つて溶融室から出る。流入する燃焼用空気は左
側の蓄熱室充填物によつて予熱され、燃料(天然
ガスまたは油)は左側の開口24の中のバーナー
ノズル25によつて予熱空気と混合されるので、
炎は溶融室内の溶融ガラス14の上を左かる右へ
広がる。燃焼サイクルのこの位相の間、右側の開
口内のバーナーノズル25は作動しない。右側の
開口24を通つて溶融室から出る排気ガスは1次
蓄熱室21を通るが、そこでガス流からの熱がチ
エツカー充填物23に伝達される。図示した好ま
しい実施態様においては、蓄熱装置による廃熱の
回収は1次蓄熱室21によつて一部分だけが行な
われる。追加的な熱回収はさらに下流の2次蓄熱
室31によつて行なわれる。チエツカー充填物の
温度が上限に達すると、燃焼が逆転される。すな
わち、炉の左側のバーナーを止めて右側のバーナ
ーを作動させ、流入する燃焼用空気は右側の蓄熱
室21を通して流入させ、排気ガスは左側の蓄熱
室20を通して溶融室から排出する。
溶融炉10は溶融室11を有し、ガラス製造用原
料はホツパ12から炉の入口用延長部13を通し
て溶融室11内に供給される(第1図)。ガラス
のバツチ原料は溶融室内に保持された溶融ガラス
溜り14(第2図)上に置かれる。炉は周知の交
差燃焼(cross−fired)蓄熱型であり、溶融室1
1は1対の同様の構造の1次蓄熱室20および2
1と側面で接している。各蓄熱室は耐火ハウジン
グ22を有し、その中に含まれる蓄熱室充填物床
23は耐火レンガのチエツカー構造を有して空気
と排気ガスの交互の通過を可能にしている。1次
蓄熱室20および21の各々は溶融室11の側部
に沿つて間隔を置いた複数の開口24によつて溶
融室11に連絡している。各開口は一端で溶融室
11の内部に通じ、他端で蓄熱室内の充填物23
の上方のプレナムスペース26に通じている。各
蓄熱室内の充填物の下方には分配用空間27があ
り、煙道30と一端で連絡している。第1図に示
した実施態様においては、煙道30は2次蓄熱室
31に通じており、2次蓄熱室31は第1通過用
チエツカー充填物32および第2通過用チエツカ
ー充填物33を含むことができる。ガスは2次蓄
熱室から逆転弁装置34を通つて煙突35へ流れ
る。炉内を通る流れは周期的に(たとえば10分ご
とに)逆転される。図面に示した作業態様におい
ては、ガスの流れは(第2図で見て)左から右で
あり、流入する燃焼用空気は左側の蓄熱室20を
通つて中に入り、排気ガスは右側の蓄熱室21を
通つて溶融室から出る。流入する燃焼用空気は左
側の蓄熱室充填物によつて予熱され、燃料(天然
ガスまたは油)は左側の開口24の中のバーナー
ノズル25によつて予熱空気と混合されるので、
炎は溶融室内の溶融ガラス14の上を左かる右へ
広がる。燃焼サイクルのこの位相の間、右側の開
口内のバーナーノズル25は作動しない。右側の
開口24を通つて溶融室から出る排気ガスは1次
蓄熱室21を通るが、そこでガス流からの熱がチ
エツカー充填物23に伝達される。図示した好ま
しい実施態様においては、蓄熱装置による廃熱の
回収は1次蓄熱室21によつて一部分だけが行な
われる。追加的な熱回収はさらに下流の2次蓄熱
室31によつて行なわれる。チエツカー充填物の
温度が上限に達すると、燃焼が逆転される。すな
わち、炉の左側のバーナーを止めて右側のバーナ
ーを作動させ、流入する燃焼用空気は右側の蓄熱
室21を通して流入させ、排気ガスは左側の蓄熱
室20を通して溶融室から排出する。
さらに第1図および第2図について説明する
と、ここに示す好ましい実施態様においては
NOxの還元のためのアンモニアの注入は各1次
蓄熱室とそれに対応する2次次蓄熱室との間の各
煙道30および30′において行なわれる。この
型式のガラス溶融炉においては、煙道30を通る
排気ガスの温度は燃焼サイクルの排気位相のかな
りの部分にわたつて870〜1090℃の好ましいNOx
還元範囲にあることがわかつた。排気ガス流にア
ンモニアを注入するための好ましい手段は煙道内
に延びる複数の耐熱材料製有孔管37を含む格子
36である。各管37は分配管38に連絡し、そ
の分配管38は供給管39に連絡している。管3
7の配置により、アンモニアと煙道を通る排気ガ
ス流のほぼ全体との十分な混合を促進する。同一
の格子36′を炉の反対側の煙道30′内に設ける
ことができる。
と、ここに示す好ましい実施態様においては
NOxの還元のためのアンモニアの注入は各1次
蓄熱室とそれに対応する2次次蓄熱室との間の各
煙道30および30′において行なわれる。この
型式のガラス溶融炉においては、煙道30を通る
排気ガスの温度は燃焼サイクルの排気位相のかな
りの部分にわたつて870〜1090℃の好ましいNOx
還元範囲にあることがわかつた。排気ガス流にア
ンモニアを注入するための好ましい手段は煙道内
に延びる複数の耐熱材料製有孔管37を含む格子
36である。各管37は分配管38に連絡し、そ
の分配管38は供給管39に連絡している。管3
7の配置により、アンモニアと煙道を通る排気ガ
ス流のほぼ全体との十分な混合を促進する。同一
の格子36′を炉の反対側の煙道30′内に設ける
ことができる。
図面に示す燃焼態様においては、アンモニアの
注入は右側の格子36において行なわれ、左側の
格子36′は止められる。燃焼の逆転の直後には、
排気側の煙道30を通る排気ガスの温度は一般に
所定のNOx還元範囲よりも低いが、例えば約1
〜2分の間にその範囲内まで上昇し、アンモニア
の注入を開始できるようになる。アンモニアの注
入は煙道内の排気ガスの温度の上昇とともに続け
られ、温度がNOx還元範囲を超えたときにアン
モニアの注入を停止する。しかしながら、燃焼の
逆転の間隔を十分にすると、アンモニアの注入は
典型的には排気位相の残りの部分を通じて続けら
れ得ることがわかつた。燃焼が逆転されるとき、
アンモニアの注入を炉の反対側の格子に切替える
ことができる。このようにして、排気ガスは全燃
焼サイクルのかなりの部分(好ましくは大部分)
にわたつてNOxの還元を施される。しかしなが
ら、平均NOx排出量は排気ガスを可能な最大時
間よりも短い時間処理することによつても改善し
得ることを理解すべきである。例えば、ただ1つ
の格子を設けてアンモニアの注入を炉の一方の側
でのみ行なつても、実質的な改善が得られるであ
ろう。
注入は右側の格子36において行なわれ、左側の
格子36′は止められる。燃焼の逆転の直後には、
排気側の煙道30を通る排気ガスの温度は一般に
所定のNOx還元範囲よりも低いが、例えば約1
〜2分の間にその範囲内まで上昇し、アンモニア
の注入を開始できるようになる。アンモニアの注
入は煙道内の排気ガスの温度の上昇とともに続け
られ、温度がNOx還元範囲を超えたときにアン
モニアの注入を停止する。しかしながら、燃焼の
逆転の間隔を十分にすると、アンモニアの注入は
典型的には排気位相の残りの部分を通じて続けら
れ得ることがわかつた。燃焼が逆転されるとき、
アンモニアの注入を炉の反対側の格子に切替える
ことができる。このようにして、排気ガスは全燃
焼サイクルのかなりの部分(好ましくは大部分)
にわたつてNOxの還元を施される。しかしなが
ら、平均NOx排出量は排気ガスを可能な最大時
間よりも短い時間処理することによつても改善し
得ることを理解すべきである。例えば、ただ1つ
の格子を設けてアンモニアの注入を炉の一方の側
でのみ行なつても、実質的な改善が得られるであ
ろう。
アンモニアガスは好ましくはキヤリヤガス(例
えば空気または水蒸気)とともに格子36に供給
される。アンモニアの流量は所望のNOx還元率
および反応効率に依存する。前記の式(1)に見られ
るように、理論的には1モルのアンモニアが1モ
ルのNOを還元する。しかし、もちろん、実際に
は不完全な混合や理想を下まわる熱的条件等のた
めに100%より低い反応効率が得られる。したが
つて、普通はNOxの還元を最大限に行なうため
にはアンモニア対酸酸化窒素のモル比を1より大
きくする必要がある。しかしながら、多くの場
合、最大限にする必要はないので、経済性のため
に1またはそれ以下のモル比を用いることができ
る。典型的には、0.5と2.0の間のNH3対NO3のモ
ル比が適切である。1.0に近いモル比は経済性と
有効性との均衡をもたらす。
えば空気または水蒸気)とともに格子36に供給
される。アンモニアの流量は所望のNOx還元率
および反応効率に依存する。前記の式(1)に見られ
るように、理論的には1モルのアンモニアが1モ
ルのNOを還元する。しかし、もちろん、実際に
は不完全な混合や理想を下まわる熱的条件等のた
めに100%より低い反応効率が得られる。したが
つて、普通はNOxの還元を最大限に行なうため
にはアンモニア対酸酸化窒素のモル比を1より大
きくする必要がある。しかしながら、多くの場
合、最大限にする必要はないので、経済性のため
に1またはそれ以下のモル比を用いることができ
る。典型的には、0.5と2.0の間のNH3対NO3のモ
ル比が適切である。1.0に近いモル比は経済性と
有効性との均衡をもたらす。
アンモニアによるNOxの非触媒式選択的還元
の理論的な面は前記の米国特許第3900554号明細
書に記載されており、該明細書の開示内容をここ
に参照して編入する。酸素の存在は還元を進行さ
せるのに必要である。過剰の空気で普通に燃焼さ
せる板ガラス溶融炉においては、燃焼パラメータ
を変更する必要なしに十分な酸素が通常存在す
る。
の理論的な面は前記の米国特許第3900554号明細
書に記載されており、該明細書の開示内容をここ
に参照して編入する。酸素の存在は還元を進行さ
せるのに必要である。過剰の空気で普通に燃焼さ
せる板ガラス溶融炉においては、燃焼パラメータ
を変更する必要なしに十分な酸素が通常存在す
る。
還元反応の温度に対する敏感性を第4図に図解
する。第4図は公表されている実験の例を示し、
NOとアンモニアの最終濃度(ppm)を反応帯域
の温度に対してプロツトしたものである。この具
体的な例ではアンモニア対NOのモル比は1.7であ
つた。アンモニア濃度は800℃以上で急激に低下
するがこれは化学反応の証拠であり、低下し続け
てより高い温度でゼロに近づく。他方、NOは
900℃と1000℃の間で最低濃度に達し、その後上
昇するが、これはより高い温度での反生産的反応
を示す。環境上および経済上の両見地から、アン
モニアが排気装置を通つて外に出るのを許すこと
は望ましくないので、温度がアンモニア曲線の下
端に相当ししかもNO曲線の最低点からあまり離
れていない帯域で排気ガス流にアンモニアを注入
することが好ましい。したがつて、水素を伴わな
いアンモニア注入のための好ましい範囲は870℃
と1090℃の間である。処理時間は煙道内の温度を
変更することによつて延長することができる。こ
の変更は例えば外気を煙道内に導入して温度を下
げることにより、または煙道内に補助バーナーを
設けて温度を高くすることによつて行なうことが
できる。
する。第4図は公表されている実験の例を示し、
NOとアンモニアの最終濃度(ppm)を反応帯域
の温度に対してプロツトしたものである。この具
体的な例ではアンモニア対NOのモル比は1.7であ
つた。アンモニア濃度は800℃以上で急激に低下
するがこれは化学反応の証拠であり、低下し続け
てより高い温度でゼロに近づく。他方、NOは
900℃と1000℃の間で最低濃度に達し、その後上
昇するが、これはより高い温度での反生産的反応
を示す。環境上および経済上の両見地から、アン
モニアが排気装置を通つて外に出るのを許すこと
は望ましくないので、温度がアンモニア曲線の下
端に相当ししかもNO曲線の最低点からあまり離
れていない帯域で排気ガス流にアンモニアを注入
することが好ましい。したがつて、水素を伴わな
いアンモニア注入のための好ましい範囲は870℃
と1090℃の間である。処理時間は煙道内の温度を
変更することによつて延長することができる。こ
の変更は例えば外気を煙道内に導入して温度を下
げることにより、または煙道内に補助バーナーを
設けて温度を高くすることによつて行なうことが
できる。
第3図に示す本発明の別の実施態様は工業的に
使用されている異なる型式の蓄熱式ガラス溶融炉
に関するものであり、溶融室の各側の蓄熱装置
は、単一の蓄熱室チエツカー充填物23′を有す
る単一の蓄熱室21′から成る。蓄熱室21′の構
造は前記の実施態様に関連して前に説明した1次
蓄熱室21の構造と本質的に同じであり、第3図
中のダツシユ(′)のついた数字は第1図に関連
して説明したものと同様の構成要素を示す。2
1′のような大きな蓄熱室においては、底部空間
27′に達する排気ガスの温度は燃焼サイクルの
大部分または全体にわたつて、有効なNOx還元
範囲より低いことがある。さらに、適切な温度の
帯域は燃焼サイクルの各排気位相の途中でチエツ
カー充填物23′を通つて下方に進む。したがつ
て、燃焼サイクルのかなりの部分にわたつてアン
モニアの注入に都合のよい位置は、このような蓄
熱室には存在しない。したがつて、本発明のこの
実施態様においては、アンモニアの注入は蓄熱室
充填物の段階化した帯域で行なわれる。第3図に
示す構成においては、上列の有孔アンモニア注入
管40と下列の有孔アンモニア注入管41とによ
つて形成される2つの段がある。注入はまず管4
0を通して、次いで管41を通して行なうが、そ
の方法は以下にさらに詳しく説明する。
使用されている異なる型式の蓄熱式ガラス溶融炉
に関するものであり、溶融室の各側の蓄熱装置
は、単一の蓄熱室チエツカー充填物23′を有す
る単一の蓄熱室21′から成る。蓄熱室21′の構
造は前記の実施態様に関連して前に説明した1次
蓄熱室21の構造と本質的に同じであり、第3図
中のダツシユ(′)のついた数字は第1図に関連
して説明したものと同様の構成要素を示す。2
1′のような大きな蓄熱室においては、底部空間
27′に達する排気ガスの温度は燃焼サイクルの
大部分または全体にわたつて、有効なNOx還元
範囲より低いことがある。さらに、適切な温度の
帯域は燃焼サイクルの各排気位相の途中でチエツ
カー充填物23′を通つて下方に進む。したがつ
て、燃焼サイクルのかなりの部分にわたつてアン
モニアの注入に都合のよい位置は、このような蓄
熱室には存在しない。したがつて、本発明のこの
実施態様においては、アンモニアの注入は蓄熱室
充填物の段階化した帯域で行なわれる。第3図に
示す構成においては、上列の有孔アンモニア注入
管40と下列の有孔アンモニア注入管41とによ
つて形成される2つの段がある。注入はまず管4
0を通して、次いで管41を通して行なうが、そ
の方法は以下にさらに詳しく説明する。
第5図は、第3図の実施態様の蓄熱室充填物を
ある1つの鉛直線に沿つて頂部から底部まで貫く
熱的輪郭の近似を、1つの排気位相中の2つの異
なる時刻について図式で示す。線45は時刻t1に
おける蓄熱室の頂部から底部までの温度変化を示
し、曲線46は同じ時刻における隣接する排気ガ
スの温度を示す。線47はもつとあとの時刻t2に
おける充填材温度を示し、曲線48は同じ時刻t2
における対応する排気ガス温度を示す。第5図
は、任意の時刻において排気ガス温度は蓄熱室の
頂部(入口)から底部(出口)まで低下すること
と、蓄熱室充填材の任意の位置においてそこを通
る排気ガスの温度は時間がたつにつれて上昇する
ことを示している。さらに、この図から、任意の
時刻で排気ガスは限られた帯域内においてのみ
NOx還元範囲内にあることと、必要な温度条件
が存在する蓄熱室の帯域は時間がたつにつれて蓄
熱室の出口側へ移動することがわかる。すなわ
ち、時刻t1ではNOxの還元に適した温度条件は
第5図に示す蓄熱室の“1”内にあり、時刻t2で
はその条件は蓄熱室の“帯域2”内にある。した
がつて、第3図の上列の注入管40が帯域1内に
あり、下列の注入管41が帯域2内にあるなら
ば、第5図の図式から、アンモニアの注入を時刻
t1に上方の管40から行なうべきであり、時刻t1
の後のある時刻に管40からのアンモニアの注入
を停止して下方の管41へ切替えるべきであり、
そこで時刻t2を含むある時間アンモニアの注入を
続けてもよいことがわかる。処理される排気ガス
の量を最大限にすることが危急的でない場合に
は、1つの管列からの注入と次の管列からの注入
との間に間隙があつてもよい。しかし好ましく
は、隣接する注入管列の位置を適宜選択して、注
入を第1の列から第2の列へ中断せずに切替えら
れる中間的な時刻に両方の列がNOx還元範囲内
に入るようにする。いくつかの場合には、3列以
上の注入管を設けて全処理時間を長くすることが
望ましい。第3図の実施態様においては、注入の
前にアンモニアとキヤリアガスを予備処理して充
填レンガ構造物内に過度の熱応力が生じるのを防
ぐことが望ましい。
ある1つの鉛直線に沿つて頂部から底部まで貫く
熱的輪郭の近似を、1つの排気位相中の2つの異
なる時刻について図式で示す。線45は時刻t1に
おける蓄熱室の頂部から底部までの温度変化を示
し、曲線46は同じ時刻における隣接する排気ガ
スの温度を示す。線47はもつとあとの時刻t2に
おける充填材温度を示し、曲線48は同じ時刻t2
における対応する排気ガス温度を示す。第5図
は、任意の時刻において排気ガス温度は蓄熱室の
頂部(入口)から底部(出口)まで低下すること
と、蓄熱室充填材の任意の位置においてそこを通
る排気ガスの温度は時間がたつにつれて上昇する
ことを示している。さらに、この図から、任意の
時刻で排気ガスは限られた帯域内においてのみ
NOx還元範囲内にあることと、必要な温度条件
が存在する蓄熱室の帯域は時間がたつにつれて蓄
熱室の出口側へ移動することがわかる。すなわ
ち、時刻t1ではNOxの還元に適した温度条件は
第5図に示す蓄熱室の“1”内にあり、時刻t2で
はその条件は蓄熱室の“帯域2”内にある。した
がつて、第3図の上列の注入管40が帯域1内に
あり、下列の注入管41が帯域2内にあるなら
ば、第5図の図式から、アンモニアの注入を時刻
t1に上方の管40から行なうべきであり、時刻t1
の後のある時刻に管40からのアンモニアの注入
を停止して下方の管41へ切替えるべきであり、
そこで時刻t2を含むある時間アンモニアの注入を
続けてもよいことがわかる。処理される排気ガス
の量を最大限にすることが危急的でない場合に
は、1つの管列からの注入と次の管列からの注入
との間に間隙があつてもよい。しかし好ましく
は、隣接する注入管列の位置を適宜選択して、注
入を第1の列から第2の列へ中断せずに切替えら
れる中間的な時刻に両方の列がNOx還元範囲内
に入るようにする。いくつかの場合には、3列以
上の注入管を設けて全処理時間を長くすることが
望ましい。第3図の実施態様においては、注入の
前にアンモニアとキヤリアガスを予備処理して充
填レンガ構造物内に過度の熱応力が生じるのを防
ぐことが望ましい。
他の因子が、第3図の実施態様の注入管の列の
位置だけでなく任意の列の中の個々の管の位置に
も影響することがある。例えば、第3図に示した
型式の蓄熱室内の流れの状態が均一なことはまれ
であり、したがつてこのような蓄熱室を通るいか
なる水平面をとつてもその平面内に等温状態が存
在することはまれである。そこで、場合によつて
は第3図に示すように注入管の列を傾斜させるか
または高低をつけて蓄熱室内の等温線に適合させ
る。第3図に示す注入管の傾斜配置は、第3図で
見て蓄熱室の左側へ向かう排気ガス流本来の偏り
を補償することを意図したものであり、このよう
に配置しないと左側の温度が右側の温度より速く
上昇する。もつと複雑な注入パターンを想像する
こともでき、注入の順序を列と列の間だけでなく
蓄熱室の一方の側から他方の側へと変化させるこ
ともできる。結局、最大の調整度は、多数の注入
管を蓄熱室充填物の全体にわたつて配列し、各管
を所定のプログラムに従つて個品に作動させるよ
うに構成した装置によつて得られるであろう。
位置だけでなく任意の列の中の個々の管の位置に
も影響することがある。例えば、第3図に示した
型式の蓄熱室内の流れの状態が均一なことはまれ
であり、したがつてこのような蓄熱室を通るいか
なる水平面をとつてもその平面内に等温状態が存
在することはまれである。そこで、場合によつて
は第3図に示すように注入管の列を傾斜させるか
または高低をつけて蓄熱室内の等温線に適合させ
る。第3図に示す注入管の傾斜配置は、第3図で
見て蓄熱室の左側へ向かう排気ガス流本来の偏り
を補償することを意図したものであり、このよう
に配置しないと左側の温度が右側の温度より速く
上昇する。もつと複雑な注入パターンを想像する
こともでき、注入の順序を列と列の間だけでなく
蓄熱室の一方の側から他方の側へと変化させるこ
ともできる。結局、最大の調整度は、多数の注入
管を蓄熱室充填物の全体にわたつて配列し、各管
を所定のプログラムに従つて個品に作動させるよ
うに構成した装置によつて得られるであろう。
本発明の前記の実施態様はいずれも、米国特許
第3900554号および第4115515号明細書に開示され
ているような、水素をアンモニアとともに排気ガ
ス流に注入してNOxを還元する変形態様を含む
ことができる。水素を含めると還元温度範囲の下
限が約700℃まで延びるので、排気ガス温度がア
ンモニア単独による有効なNOx還元のための範
囲よりも低い位置または時刻において還元を行な
うことが可能になる。これは、前記実施態例のい
ずれでも実施することができる。すなわち、まず
初めに排気ガス温度が700℃と870℃の間の時にア
ンモニア−水素混合物を注入し、次いで温度が約
870℃より高くなつた時に同じ場所でアンモニア
を単独に注入すればよい。あるいは、第1図の実
施態様でこの変更を実施することもできるであろ
う。例えば、煙道内の格子39より下流に第2の
注入用格子を設け、上流位置でのアンモニアの単
独注入と同時により低い温度範囲でアンモニア−
水素混合物を注入すればよい。同様に、第3図の
実施態様において、上列の注入管40がアンモニ
アを単独に注入している時に同時に下列の注入管
41からアンモニア−水素混合物を注入し、次い
で、下列をアンモニア単独注入に切替えることが
できる。
第3900554号および第4115515号明細書に開示され
ているような、水素をアンモニアとともに排気ガ
ス流に注入してNOxを還元する変形態様を含む
ことができる。水素を含めると還元温度範囲の下
限が約700℃まで延びるので、排気ガス温度がア
ンモニア単独による有効なNOx還元のための範
囲よりも低い位置または時刻において還元を行な
うことが可能になる。これは、前記実施態例のい
ずれでも実施することができる。すなわち、まず
初めに排気ガス温度が700℃と870℃の間の時にア
ンモニア−水素混合物を注入し、次いで温度が約
870℃より高くなつた時に同じ場所でアンモニア
を単独に注入すればよい。あるいは、第1図の実
施態様でこの変更を実施することもできるであろ
う。例えば、煙道内の格子39より下流に第2の
注入用格子を設け、上流位置でのアンモニアの単
独注入と同時により低い温度範囲でアンモニア−
水素混合物を注入すればよい。同様に、第3図の
実施態様において、上列の注入管40がアンモニ
アを単独に注入している時に同時に下列の注入管
41からアンモニア−水素混合物を注入し、次い
で、下列をアンモニア単独注入に切替えることが
できる。
本発明を説明し最良の形態を開示するために特
別の好ましい実施態様を詳細に説明したが、当該
技術者に周知の他の変形および変更を、特許請求
の範囲により明確にされた本発明の範囲からはず
れることなしに実行することができることを理解
すべきである。
別の好ましい実施態様を詳細に説明したが、当該
技術者に周知の他の変形および変更を、特許請求
の範囲により明確にされた本発明の範囲からはず
れることなしに実行することができることを理解
すべきである。
第1図は板ガラス溶融炉の蓄熱装置を貫通する
縦断面に沿う側面図である。蓄熱装置は2つの室
を有する型式のものであり、本発明によるアンモ
ニア注入格子は蓄熱室の間の煙道内に示されてい
る。第2図は第1図の線2−2に沿つて取つた第
1図の板ガラス溶融炉の横断面図である。第3図
は単一室型蓄熱装置を貫通する縦断面図であり、
交互のアンモニア注入配置を示す。第4図は注入
帯域温度とNOおよびNH3の排出濃度とのプロツ
トであり、最適温度範囲を図解する。第5図は仮
想燃焼サイクルの排気位相中の2つの異なる時刻
における蓄熱室内位置と温度とのプロツトであ
る。 10…扁平形ガラス溶融炉、11…溶融炉、2
0,21…1次蓄熱室、30…煙道、31…2次
蓄熱室、23,32…蓄熱室充填物、40,41
…アンモニア注入管。
縦断面に沿う側面図である。蓄熱装置は2つの室
を有する型式のものであり、本発明によるアンモ
ニア注入格子は蓄熱室の間の煙道内に示されてい
る。第2図は第1図の線2−2に沿つて取つた第
1図の板ガラス溶融炉の横断面図である。第3図
は単一室型蓄熱装置を貫通する縦断面図であり、
交互のアンモニア注入配置を示す。第4図は注入
帯域温度とNOおよびNH3の排出濃度とのプロツ
トであり、最適温度範囲を図解する。第5図は仮
想燃焼サイクルの排気位相中の2つの異なる時刻
における蓄熱室内位置と温度とのプロツトであ
る。 10…扁平形ガラス溶融炉、11…溶融炉、2
0,21…1次蓄熱室、30…煙道、31…2次
蓄熱室、23,32…蓄熱室充填物、40,41
…アンモニア注入管。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 左右に蓄熱室を有するガラス熔融炉において
燃焼ガス流を周期的に左右交互に逆転させる方式
でガラスを熔融する際、炉中で発生する排ガス中
に含まれるNOx化合物を還元する方法において、
蓄熱室が2室式であり、1次蓄熱室と2次蓄熱室
を結ぶ煙道に、排ガス温度が700℃を超えたとき、
アンモニア又はアンモニアと水素の注入を開始
し、注入位置で排ガス温度が700〜1090℃の範囲
を外れたときに、その位置への注入を停止するこ
とを特徴とする、上記方法。 2 左右に蓄熱室を有するガラス熔融炉において
燃焼ガス流を周期的に左右交互に逆転させる方式
でガラスを熔融する際、炉中で発生する排ガス中
に含まれるNOx化合物を還元する方法において、
蓄熱室が単室式であり、蓄熱室充填物の段階化し
た領域に、排ガス温度が700℃を超えたとき、ア
ンモニア又はアンモニアと水素の注入を開始し、
注入位置で排ガス温度が700〜1090℃の範囲を外
れたときに、その位置への注入を停止することを
特徴とする、上記方法。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/209,631 US4328020A (en) | 1980-11-24 | 1980-11-24 | Melting glass with reduced NOx emissions |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57118036A JPS57118036A (en) | 1982-07-22 |
| JPH0442332B2 true JPH0442332B2 (ja) | 1992-07-13 |
Family
ID=22779579
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56186750A Granted JPS57118036A (en) | 1980-11-24 | 1981-11-20 | Glass melting method with small nox exhaust |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4328020A (ja) |
| JP (1) | JPS57118036A (ja) |
| CA (1) | CA1192748A (ja) |
| FR (1) | FR2494595B1 (ja) |
| IT (1) | IT1144927B (ja) |
Families Citing this family (34)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4372770A (en) * | 1981-07-31 | 1983-02-08 | Ppg Industries, Inc. | Melting glass with two stage NOx control |
| US4540361A (en) * | 1984-01-30 | 1985-09-10 | Ppg Industries, Inc. | Enhanced pneumatic regenerator flow control |
| US4589253A (en) * | 1984-04-16 | 1986-05-20 | Rockwell International Corporation | Pre-regenerated staged-combustion rocket engine |
| US4599100A (en) * | 1985-04-01 | 1986-07-08 | Ppg Industries, Inc. | Melting glass with port and melter burners for NOx control |
| GB8607810D0 (en) * | 1986-03-27 | 1986-04-30 | Stordy Combustion Eng Ltd | Operating burners |
| GB8622593D0 (en) * | 1986-09-19 | 1986-10-22 | Stordy Combustion Eng Ltd | Carrying out combustion process |
| US4725299A (en) * | 1986-09-29 | 1988-02-16 | Gas Research Institute | Glass melting furnace and process |
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| US5180300A (en) * | 1988-03-16 | 1993-01-19 | Bloom Engineering Company, Inc. | Low NOx regenerative burner |
| DE3836763A1 (de) * | 1988-10-28 | 1990-05-03 | Sorg Gmbh & Co Kg | Verfahren zur verringerung des stickoxidgehaltes im abgas von glasschmelzoefen |
| GB2225002A (en) * | 1988-11-16 | 1990-05-23 | Keith Russell * Mcneill | Control of oxides of nitrogen in post-combustion waste gases |
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| GB9224852D0 (en) * | 1992-11-27 | 1993-01-13 | Pilkington Glass Ltd | Flat glass furnaces |
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| US5893940A (en) * | 1997-05-05 | 1999-04-13 | Ppg Industries, Inc. | Reduction of NOx emissions in a glass melting furnace |
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|---|---|---|---|---|
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