JP3552976B2

JP3552976B2 - 溶解炉

Info

Publication number: JP3552976B2
Application number: JP2000010616A
Authority: JP
Inventors: 誠平野; 孝司竜田; 寛西尾
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2000-01-19
Filing date: 2000-01-19
Publication date: 2004-08-11
Anticipated expiration: 2020-01-19
Also published as: JP2001201262A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶解槽における溶解物の存在領域の上方空間にガス燃料を噴出する燃料噴出部と、
その燃料噴出部の上方に位置する酸素含有ガス供給口を通して、前記燃料噴出部から噴出されるガス燃料の燃焼域に対して、酸素含有ガスを斜め下向きに供給する酸素含有ガス供給路とが設けられた溶解炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
かかる溶解炉は、ガス燃料を噴出するように構成した燃料噴出部（以下、ガス燃料専焼型の燃料噴出部と記載する場合がある）により、溶解槽における溶解物の存在領域の上方空間にガス燃料を噴出し、酸素含有ガス供給路により、燃料噴出部の上方に位置する酸素含有ガス供給口を通して、燃料噴出部から噴出されるガス燃料の燃焼域に対して、酸素含有ガスを斜め下向きに供給して、ガス燃料と燃焼用酸素含有ガスとを接触させて燃焼させて、原料を加熱、溶解して、溶解物を溶解槽に貯留するように構成したものである。
【０００３】
ところで、かかる溶解炉においては、従来、ガス燃料専焼型の燃料噴出部以外に、液体燃料を噴出するように構成した液体燃料専焼型の燃料噴出部を設けたものや、液体燃料とその液体燃料を霧化するためのガス燃料とを噴出するように構成した混焼型の燃料噴出部を設けたものがある。しかしながら、これら液体燃料専焼型や混焼型の燃料噴出部を設けたものでは、燃料噴出部から噴出される燃料の運動量が大きいため、溶解槽に貯留されている溶解物の表面部分を押し流したり、又、溶解槽に貯留されている溶解物に浮く状態で供給される原料を押し流し易いため、溶解物を適切に得ることができない虞があるので、燃料噴出部の燃料噴出方向を、水平方向に対して大きく上向きに傾斜させる必要があった。このため、火炎が溶解槽の溶解物の存在領域の上面から離れる傾向となるため、加熱効率が低くなり、しかも、火炎が炉本体の天井部に近づく傾向となるため、天井部の温度が高くなって、耐久性が低下するという欠点があった。
【０００４】
本願のようにガス燃料専焼型の燃料噴出部を設けたものでは、上述のような液体燃料専焼型や混焼型の燃料噴出部を設けたものに比べて、燃料噴出部から噴出される燃料の運動量が小さいため、溶解槽に貯留されている溶解物の表面部分を押し流したり、溶解槽に貯留されている溶解物に浮いている状態の原料を押し流したりすることを防止する上で有利である。
従って、ガス燃料専焼型の燃料噴出部は、液体燃料専焼型や混焼型の燃料噴出部に比べて、燃料噴出方向の水平方向に対する上向き傾斜角度を小さくすることができるので、加熱効率の向上、及び、炉本体天井部の温度の低下による耐久性の向上を図る上で有利である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のガス燃料専焼型の燃料噴出部を設けたものにおいては、溶解槽の溶解物やその溶解物に浮いている状態の原料を押し流すのを防止する上で有利であるものの、燃料噴出部のガス燃料噴出方向の基準が定められていないため、溶解槽の溶解物やその溶解物に浮いている状態の原料を押し流すのを防止して、溶解物が適切に得られるようにしながら、加熱効率及び耐久性の両方を効果的に向上させることができるに至らない虞があり、改善の余地があった。
【０００６】
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、溶解物が適切に得られるようにしながら、加熱効率及び耐久性の両方を効果的に向上させることができるようにすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１記載の発明〕
請求項１に記載の特徴構成は、前記燃料噴出部のガス燃料噴出角度が、前記酸素含有ガス供給路の底部が水平方向に対して下向きに傾斜する底部下向き傾斜角度との関係において、水平方向に対して上方に前記底部下向き傾斜角度を加えた角度を上限とし、且つ、水平方向を下限とする角度範囲内に設定されるように構成されていることにある。
【０００８】
本発明の発明者らは、溶解槽の溶解物やその溶解物に浮いている状態の原料を押し流すのを防止しながら、加熱効率の向上及び炉本体天井部の温度の低下を図るために、ガス燃料専焼型の燃料噴出部のガス燃料噴出方向について、鋭意研究した。
そして、燃料噴出部から噴出されるガス燃料の燃焼域に対して、酸素含有ガス供給路により供給される酸素含有ガスのうち、酸素含有ガス供給路の底部にて導かれたものが、最初に、燃料噴出部から噴出されたガス燃料に接触して、ガス燃料の燃焼に大きく寄与するので、溶解槽の溶解物やその溶解物に浮いている状態の原料を押し流すのを防止しながら、加熱効率の向上及び炉本体天井部の温度の低下を図るために、燃料噴出部のガス燃料噴出角度の基準を設定するに当たっては、酸素含有ガス供給路の底部が水平方向に対して下向きに傾斜する底部下向き傾斜角度との関係において設定すると、有効であることを見出した。
そして、燃料噴出部のガス燃料噴出角度を、酸素含有ガス供給路の前記底部下向き傾斜角度との関係において、水平方向に対して上方に前記底部下向き傾斜角度を加えた角度を上限とし、且つ、水平方向を下限とする角度範囲内に設定すると、火炎を安定して形成させる状態で、溶解槽の溶解物やその溶解物に浮いている状態の原料を押し流すのを防止しながら、火炎が溶解槽の溶解物の存在領域の上面から離れ過ぎず、且つ、炉本体の天井部に近づき過ぎないようにすることができることを見出した。即ち、燃料噴出部からのガス燃料噴出方向は、水平方向、又は、水平方向に対して前記底部下向き傾斜角度以下の角度で上向きに傾斜する方向に設定することになる。
ちなみに、燃料噴出部のガス燃料噴出方向を、水平方向に対して下向きにわずかでも傾斜する方向に設定すると、燃料噴出部から噴出したガス燃料が飛散しやすくなり、火炎が乱れて、火炎を安定的に形成させ難い。
従って、溶解槽の溶解物やその溶解物に浮いている状態の原料を押し流すのを防止しながら、加熱効率の向上及び炉本体天井部の温度の低下を効果的に図れるように、燃料噴出部のガス燃料噴出角度の基準を明確に設定することができたので、溶解物が適切に得られるようにしながら、加熱効率及び耐久性の両方を効果的に向上させることができるようになった。
【０００９】
〔請求項２記載の発明〕
請求項２に記載の特徴構成は、前記燃料噴出部が、中央噴出孔とその周囲の複数の周囲噴出孔を備えるように構成され、
前記複数の周囲噴出孔のガス燃料噴出方向夫々が、前記中央噴出孔のガス燃料噴出方向と平行又は略平行になるように構成され、
前記中央噴出孔の開口縁と前記周囲噴出孔の開口縁との間隔が、前記周囲噴出孔の口径の０．５倍以上で、前記中央噴出孔の口径と前記周囲噴出孔の口径を加えた値の１．５倍以下となるように構成され、
前記燃料噴出部からのガス燃料の総噴出量のうちの５０〜７５％を前記中央噴出孔から噴出し、残りを前記複数の周囲噴出孔から噴出するように構成されていることにある。
【００１０】
即ち、燃料噴出部を、中央噴出孔とその周囲の複数の周囲噴出孔を備えるように構成すると、複数の周囲噴出孔から噴出されたガス燃料流により、中央噴出孔から噴出されたガス燃料に対する燃焼用酸素含有ガスの供給を遮断することにより、所謂、緩慢燃焼を行わせることができるので、輝度が高い火炎を形成して、輻射熱量を増大させると共に、火炎温度を低くして、低ＮＯｘ化を図ることができることが、従来から分かっていた。
しかしながら、従来では、中央噴出孔の開口縁と周囲噴出孔の開口縁との間隔、及び、中央噴出孔と複数の周囲噴出孔との間のガス燃料噴出量比が適正に設定されないために、ＮＯｘ発生量が適切に低下されない虞があり、改善の余地があった。
【００１１】
本発明の発明者らは、燃料噴出部を、中央噴出孔とその周囲の複数の周囲噴出孔を備えるように構成した場合において、一層の低ＮＯｘ化を図るべく、鋭意研究し、複数の周囲噴出孔のガス燃料噴出方向夫々が、中央噴出孔のガス燃料噴出方向と平行又は略平行になるように構成して、中央噴出孔の開口縁と周囲噴出孔の開口縁との間隔を変化させたときに、ＮＯｘの発生量がどのように変化するか、及び、中央噴出孔と複数の周囲噴出孔との間のガス燃料噴出量比を変化させたときに、ＮＯｘの発生量がどのように変化するかを見出した。
そして、中央噴出孔の開口縁と周囲噴出孔の開口縁との間隔を、周囲噴出孔の口径の０．５倍以上で、中央噴出孔の口径と周囲噴出孔の口径を加えた値の１．５倍以下となるように構成し、燃料噴出部からのガス燃料の総噴出量のうちの５０〜７５％を中央噴出孔から噴出し、残りを複数の周囲噴出孔から噴出するように構成すると、緩慢燃焼を効果的に行わせることができて、ＮＯｘの発生量を低減する上で好ましいことを見出した。
【００１２】
つまり、中央噴出孔の開口縁と周囲噴出孔の開口縁との間隔が、周囲噴出孔の口径の０．５倍よりも狭くなると、複数の周囲噴出孔から噴出されるガス燃料を、中央噴出孔から噴出されるガス燃料と分離し難くなって、周囲噴出孔にて形成される補炎を中央噴出孔にて形成される主炎と分離して形成するに当たって、補炎の分離状態が低下するので、ＮＯｘの発生量が増加すると考えられる。
又、中央噴出孔の開口縁と周囲噴出孔の開口縁との間隔が、中央噴出孔の口径と周囲噴出孔の口径を加えた値の１．５倍よりも広くなると、複数の周囲噴出孔から噴出されたガス燃料流による、中央噴出孔から噴出されたガス燃料に対する燃焼用酸素含有ガス供給の遮断作用が低下するので、ＮＯｘの発生量が増加すると考えられる。
又、総噴出量に対する中央噴出孔からの噴出量の比率が、５０〜７５％の範囲外になると、複数の周囲噴出孔から噴出されるガス燃料を、中央噴出孔から噴出されるガス燃料と分離し難くなって、補炎の分離状態が低下するので、ＮＯｘの発生量が増加すると考えられる。
【００１３】
従って、中央噴出孔の開口縁と周囲噴出孔の開口縁との間隔、及び、中央噴出孔と複数の周囲噴出孔との間のガス燃料噴出量比を、上記の条件にて設定して、低ＮＯｘ化が適切に図られた燃料噴出部を、上記請求項１に記載の如き基準のガス燃料噴出角度にて設けることにより、燃料ガスと燃焼用酸素含有ガスとの接触状態を、安定燃焼させながら低ＮＯｘ化を更に促進させることができる適正状態に設定することができるものとなり、そのことと相俟って、低ＮＯｘ化を一層図ることができる。
その結果、溶解物が適切に得られるようにしながら、加熱効率及び耐久性の両方を効果的に向上させることができ、しかも、低ＮＯｘ化を更に促進することができるようになった。
【００１４】
【発明の実施の形態】
〔第１実施形態〕
以下、図１ないし図９に基づいて、本発明をガラス溶解炉に適用した場合の第１の実施の形態を説明する。
図１及び図２に示すように、ガラス溶解炉は、炉本体１内の下部に、平面視で矩形状の溶解槽２を備え、その溶解槽２の一側縁側の炉壁４に対して、溶解槽２における溶融ガラス（溶解物に相当する）の存在領域の上方に位置させて、その溶融ガラスの存在領域の上方空間（以下、単に炉内と称する場合がある）３にガス燃料を噴出する燃料噴出部としてのガスバーナ７を設け、そのガスバーナ７の上方に位置する酸素含有ガス供給口としての空気口（所謂ポート）５を通して、ガスバーナ７から噴出されるガス燃料の燃焼域に対して酸素含有ガスとして空気を斜め下向きに供給する酸素含有ガス供給路としての空気供給路６を設けて、所謂、アンダーポート式に構成してある。
【００１５】
ガスバーナ７は、ガスバーナ設置用の炉壁４に対向する炉壁４側に向かって、ガス燃料を噴出するように、ガスバーナ設置用の炉壁４に設け、そのガスバーナ設置用の炉壁４の横方向一端に連なる炉壁４におけるガスバーナ７側の端部には、ガラス原料を、ガスバーナ７からのガス燃料噴出方向と略直交する方向に、溶解槽２に貯留されている溶融ガラスに浮かす状態で供給する投入口４ｉを設け、並びに、ガスバーナ設置用の炉壁４に対向する炉壁４の外部に作業槽９を設けると共に、その作業槽９と溶解槽２との間の炉壁４には、溶解槽２と作業槽９とを連通させる開口部４ｅを溶解槽２の炉床部に位置させて形成して、所謂、エンドポート式に構成してある。
つまり、投入口４ｉからガラス原料を溶解槽２に投入して、そのガラス原料を、開口部４ｅ側に向かって蛇行状に流動させながら溶融させ、炉床部の開口部４ｅを通じて、清浄な溶融ガラスを作業槽９に導くように構成してある。
【００１６】
所謂エンドポート式のガラス溶解炉では、ガラス原料を、溶解槽２に対して、燃料噴出部からの燃料の噴出方向に直交する方向に流動するように供給する。従って、従来、燃料噴出部として、液体燃料を噴出するオイルバーナ（液体燃料専焼型の燃料噴出部に相当する）や、液体燃料とそれを霧化するためのガス燃料とを噴出するガスアトマイズバーナ（混焼型の燃料噴出部に相当する）を用いたものでは、溶解槽２を流動しているガラス原料を取出し孔４ｅ方向に押し流し易いため、水平方向に対する上向きの燃料噴出角度を大きく設定する必要があり、加熱効率が低い、及び、炉本体１の天井部の温度が高くなって耐久性が短いといった問題が顕著となっていた。
【００１７】
２個の空気口５を、ガスバーナ設置用の炉壁４に、その炉壁４に対向する炉壁４に向かって左右方向に並べて設け、空気供給路６は、各空気口５に対応して設けてある。
各空気口５に対応して３個のガスバーナ７を、前記左右方向に並べて設けてある。尚、６個のガスバーナ７は同様に構成してあるが、以下の説明では、前記左右方向の右側の空気口５に対応する３個のガスバーナ７を右側のガスバーナ７と、左側の空気口５に対応する３個のガスバーナ７を左側のガスバーナ７と区別する場合がある。
炉本体１のガスバーナ設置用の炉壁４側には、２個の蓄熱室８を前記左右方向に並設し、各空気供給路６は、各蓄熱室８に連通させてある。
【００１８】
左右のガスバーナ７は、一定時間（約１５〜３０分）毎に交互に、ガス燃料Ｇの噴出と噴出停止を繰り返し、ガス燃料Ｇを噴出しているガスバーナ７の側の空気口５からは、蓄熱室８を通って高温（９００〜１０００°Ｃ程度）に予熱された燃焼用空気Ａが炉内３に供給され、ガス燃料Ｇの噴出を停止しているガスバーナ７の側の空気口５からは炉内３の燃焼ガスＥを排出させるようにして、左右のガスバーナ７を交互に燃焼させる、所謂交番燃焼を行わせるようにしてある。尚、図１及び図２は、右側のガスバーナ７が燃焼し、左側のガスバーナ７が消火している状態を示している。
【００１９】
ガスバーナ７から噴出されたガス燃料Ｇの燃焼域に、そのガス燃料Ｇを噴出しているガスバーナ７の側の空気口５から燃焼用空気Ａが供給されて、ガス燃料と燃焼用空気とが接触して拡散燃焼して、長さが長くて高輝度の火炎（輝炎）Ｆを形成し、その火炎Ｆの輻射熱により、溶解槽２内のガラス原料を溶解する。炉本体１の天井はアーチ状に形成してあり、火炎Ｆの輻射熱を反射させる。
炉内３の燃焼ガスＥは、ガス燃料Ｇの噴出を停止しているガスバーナ７の側の空気口５から、蓄熱室８に流入し、蓄熱材を通過して、蓄熱材に排熱が回収された後、排気される。
蓄熱室８においては、燃焼ガスＥを排出させる状態のときに、燃焼ガスＥから排熱を蓄熱材に回収して蓄熱し、燃焼用空気Ａを供給する状態のときには、蓄熱材の蓄熱により燃焼用空気Ａを予熱する。そして、そのように予熱された燃焼用空気Ａが、空気供給路６を通流して空気口５から炉内３に供給されるのである。
【００２０】
空気供給路６は、流路横断面（流れ方向に直交する面での断面）形状が例えば矩形状になるように形成してある。そして、図３に示すように、空気供給路６の底部が水平方向に対して下向きに傾斜する角度を底部下向き傾斜角度ｘとし、空気供給路６の上部が水平方向に対して下向きに傾斜する角度を上部下向き傾斜角度ｙとすると、底部下向き傾斜角度ｘ＜上部下向き傾斜角度ｙとなる条件で、底部下向き傾斜角度ｘは、１０°≦ｘ≦２０°の範囲内に、上部下向き傾斜角度ｙは、２０°≦ｙ≦２５°の範囲内に夫々設定する。
尚、上部下向き傾斜角度ｙを底部下向き傾斜角度ｘよりも大きく設定するのは、空気口５から供給される高温の燃焼用空気が上方に浮き上がるのを抑制するためである。
【００２１】
ガスバーナ７のガス燃料噴出角度ｚは、空気供給路６の底部が水平方向に対して下向きに傾斜する底部下向き傾斜角度ｘとの関係において、水平方向に対して上方に底部下向き傾斜角度ｘを加えた角度を上限とし、且つ、水平方向を下限とする角度範囲内に設定するように構成してある。
【００２２】
尚、本実施形態においては、底部下向き傾斜角度ｘを１０°に、上部下向き傾斜角度ｙを２０°に、ガス燃料噴出角度ｚを８°に夫々設定してある。
又、溶解槽２に貯留される溶融ガラスの上面に対するガスバーナ７の先端のノズル部の高さは、３０ｃｍ程度に設定してある。溶解槽２に貯留される溶融ガラスの上面に対するガスバーナ７の先端のノズル部の高さを、３０ｃｍ程度に設定すると、加熱効率を向上するとともに、溶解槽２に浮いているガラス原料をガスバーナ７の火炎で押し流すのを防止する上で好ましい。
【００２３】
次に、図４ないし図７に基づいて、ガスバーナ７について説明を加える。尚、図６の（イ）は、ノズル７２におけるガス燃料噴出方向Ｇａ視での図であり、（ロ）は、ノズル７２におけるガス燃料噴出方向Ｇａでの断面図である。
ガスバーナ７は、中央噴出孔７２ａとその周囲の複数の周囲噴出孔７２ｂを備えて、それらの噴出孔７２ａ，７２ｂから、ＬＰＧ、あるいは、メタンを主成分とする都市ガス等のガス燃料Ｇを炉内３に噴出する。
【００２４】
第１実施形態においては、ガスバーナ７における複数の周囲噴出孔７２ｂのガス燃料噴出方向夫々を、中央噴出孔７２ａのガス燃料噴出方向と平行又は略平行になるように構成し、中央噴出孔７２ａの開口縁と周囲噴出孔７２ｂの開口縁との間隔が、周囲噴出孔７２ｂの口径の０．５倍以上で、中央噴出孔７２ａの口径と周囲噴出孔７２ｂの口径を加えた値の１．５倍以下となるように構成し、ガスバーナ７からのガス燃料の総噴出量のうちの５０〜７５％を中央噴出孔７２ａから噴出し、残りを複数の周囲噴出孔７２ｂから噴出するように構成してある。
【００２５】
ガスバーナ７は、円筒状のバーナ本体７１と、そのバーナ本体７１の先端に位置するノズル７２と、そのノズル７２に外嵌する状態で、バーナ本体７１の先端に螺着する水冷ホルダ７３を備えて構成してある。
【００２６】
ノズル７２は、円柱状材に、軸芯Ｐａが円柱状材と同軸状になる円孔状の中央噴出孔７２ａを形成し、その中央噴出孔７２ａの軸芯Ｐａと同芯円の円周に沿って、複数の円孔状の周囲噴出孔７２ｂを、夫々同一径で、夫々の軸芯Ｐｂが中央噴出孔７２ａの軸芯Ｐａと平行になる状態で、等間隔に形成して構成してある。周囲噴出孔７２ｂの個数は、６〜１６個の範囲内の個数に設定するが、第１実施形態では、１６個に設定してある。
【００２７】
又、中央噴出孔７２ａの先端開口部の中心と各周囲噴出孔７２ｂの先端開口部の中心との距離（以下、単に、中央噴出孔７２ａと周囲噴出孔７２ｂの中心間距離と記載する場合がある）をＤ、中央噴出孔７２ａの先端開口部の口径をｄ_ａ、周囲噴出孔７２ｂの先端開口部の口径をｄ_ｂとすると、Ｄが下記の数式１の範囲に収まるように設定する。
【００２８】
【数１】
（１／２）×（ｄ_ａ＋ｄ_ｂ）＋（１／２）×ｄ_ｂ≦Ｄ≦２×（ｄ_ａ＋ｄ_ｂ）
【００２９】
Ｄが上記の数１の範囲に収まるように設定すると、中央噴出孔７２ａの開口縁と各周囲噴出孔７２ｂの開口縁との間隔が、周囲噴出孔７２ｂの口径ｄ_ｂの０．５倍以上で、中央噴出孔７２ａの口径と周囲噴出孔７２ｂの口径を加えた値（ｄ_ａ＋ｄ_ｂ）の１．５倍以下となる。
【００３０】
中央噴出孔７２ａの口径及び周囲噴出孔７２ｂ夫々の口径は、ガスバーナ７からのガス燃料の総噴出量のうちの５０〜７５％を、中央噴出孔７２ａから噴出し、残りを複数の周囲噴出孔７２ｂから噴出するように設定する。
例えば、中央噴出孔７２ａの口径を１９ｍｍφ程度に、周囲噴出孔７２ｂの口径を３ｍｍφ程度に夫々設定する。
【００３１】
水冷ホルダ７３は、先端部の内径をその後方よりも小さく形成して、先端部に小内径部７３ａを、それよりも後方に大内径部７３ｂを備えた円筒部材７３ｃの筒壁を、全周にわたって中空状に形成して、冷却水通流部７３ｄを形成し、その円筒部材７３ｃの後端に、冷却水通流部７３ｄに連通する状態で、冷却水流入管７３ｉ及び冷却水流出管７３ｅを接続して、構成してある。
更に、水冷ホルダ７３の大内径部７３ｂの内面に雌ネジ部を形成し、その雌ネジ部に螺合する雄ネジ部をバーナ本体７１の先端に形成してある。
【００３２】
そして、ノズル７２を水冷ホルダ７３の大内径部７３ｂに内嵌した状態で、水冷ホルダ７３をバーナ本体７１の先端に螺着することにより、ノズル７２を、水冷ホルダ７３の小内径部７３ａと大内径部７３ｂとの間の段差部とバーナ本体７１の先端面とにより挟持する状態で、一体的に組み付けて、ガスバーナ７を形成してある。
【００３３】
従って、ガスバーナ７の中央噴出孔７２ａから、ガス燃料噴出方向Ｇａ（中央噴出孔７２ａの軸芯Ｐａに一致する）に直進状態でガス燃料が噴出され、中央噴出孔７２ａの周囲の１６個の周囲噴出孔７２ｂから噴出されたガス燃料は、ガス燃料噴出方向Ｇａと平行に、中央噴出孔７２ａから噴出されたガス燃料流の周囲を包囲する状態で流れる。
【００３４】
次に、中央噴出孔７２ａと周囲噴出孔７２ｂの中心間距離Ｄと、ＮＯｘの発生との関係、及び、中央噴出孔７２ａからのガス燃料噴出量と複数の周囲噴出孔７２ｂからのガス燃料噴出量との比率と、ＮＯｘの発生との関係を説明する。
図１２の実線は、第１実施形態にかかる構成のガスバーナ７において、中央噴出孔７２ａと周囲噴出孔７２ｂの中心間距離Ｄを変化させて、ＮＯｘ増加比を調べた結果を示す。但し、中央噴出孔７２ａからの噴出量の比率は、ガスバーナ７からのガス燃料総噴出量のうちの５０〜７５％の範囲に設定してある。図１２においては、ＮＯｘの増加比は、発生量の最小値を１として、それに対する比で示している。
図１２の実線により、中央噴出孔７２ａと周囲噴出孔７２ｂの中心間距離Ｄを、上記の数１にて示す範囲内に設定すると、ＮＯｘの発生量を低減する上で好ましいことが分かる。
【００３５】
図１３は、総噴出量に対する中央噴出孔７２ａからの噴出量の比率と、ＮＯｘレベルとの関係を示す。但し、中央噴出孔７２ａと周囲噴出孔７２ｂの中心間距離Ｄは、数１にて示される範囲内に設定してある。図１３において、ＮＯｘレベルは、発生量の最大値に対する百分率にて示す。
図１３により、総噴出量に対する中央噴出孔７２ａからの噴出量の比率を、５０〜７５％に設定すると、ＮＯｘの発生量を低減する上で好ましいことが分かる。
【００３６】
図３に示すように、炉本体１の炉壁４には、各ガスバーナ７を挿通するためのバーナ挿通孔４ｂを形成し、そのバーナ挿通孔４ｂを用いて、上述のように構成したガスバーナ７を、ガス燃料噴出方向Ｇａが、上述のように設定されるガス燃料噴出角度ｚとなるように、炉壁４に取り付ける。又、ガスバーナ７の周囲とバーナ挿通孔４ｂとの間に、断熱ウール１０を充填することにより、ガスバーナ７の外周部を通じての炉内３へ空気が浸入するのを遮断して、低ＮＯｘ化を一層図っている。断熱ウール１０は、例えば、グラスウールやセラミック繊維材から成り、所望の耐熱性及び断熱性が得られるものを適宜選択して用いることができる。
水冷ホルダ７３の冷却水流入管７３ｉに、冷却水供給路１１を接続し、冷却水流出管７３ｅに冷却水排出路１２を接続して、水冷ホルダ７３の冷却水通流部７３ｄに冷却水を通流させて、ガスバーナ７を水冷するように構成してある。
【００３７】
従って、中央噴出孔７２ａから噴出されたガス燃料に対する燃焼用空気の供給が、周囲噴出孔７２ｂから噴出されたガス燃料流によって、遮断されるので、燃焼は周囲噴出孔７２ｂから噴出されたガス燃料流の周囲から進み、周囲噴出孔７２ｂから噴出されたガス燃料によって補炎が形成される。中央噴出孔７２ａから噴出されたガス燃料は、燃焼が開始するまでの間は、周囲の補炎によって加熱されて熱分解が進んで炭素が発生し、燃焼が開始すると輝度が高い主炎を形成する。即ち、全体として、所謂、緩慢燃焼を行わせて、輝度が高い火炎Ｆを形成して、輻射熱量を増大させると共に、火炎温度を低くして、低ＮＯｘ化を図っている。
又、火炎Ｆの根元に、複数の周囲噴出孔７２ｂにより補炎を形成して、炉内３におけるバーナ７を取り付けた炉壁４付近の温度を高くして、炉内３における前後方向（火炎Ｆの長さ方向に相当する）での温度分布を小さくしている。
【００３８】
次に、上述のように構成したガラス溶解炉の性能を評価した結果を説明する。尚、本発明によるガラス溶解炉と性能を比較するために、図８の（ロ）に、概略の縦断側面図にて示すように、ガスアトマイズバーナ１３を、上述と同様の炉本体１に対して、上述と同様に、各空気口５に対応して３個ずつ、夫々の燃料噴出角度ｚが、底部下向き傾斜角度ｘ（１０°）と上部下向き傾斜角度ｙ（２０°）とを加えた角度３０°の二分の一に相当する１５°になるように取り付けたものを、比較用として用いた。図８の（イ）は、本発明によるガラス溶解炉の概略の縦断側面図を示す。
炉本体１の平面形状は、前記左右方向が５．５ｍ、前記前後方向が１０．０ｍであり、溶解槽２に貯留される溶融ガラスの上面に対する、本発明のガスバーナ７の先端及び比較用のガスアトマイズバーナ１３の先端夫々の高さは、いずれも３０ｃｍであり、本発明のガスバーナ７及び比較用のガスアトマイズバーナ夫々の１本当たりの燃焼量は、１７５０ｋＷである。
【００３９】
図９は、引上量（一日当たりの溶解量）と、原単位（１ｔ当たり生産するのに必要な熱量）との関係を、本発明のガラス溶解炉及び比較用ガラス溶解炉の夫々について示したものである。
本発明のガラス溶解炉では、ガスバーナ７のガス燃料噴出角度ｚを適切に設定したことにより、比較用ガラス溶解炉に比べて、溶解槽２に貯留されている溶融ガラスの上面部分やその溶融ガラスに浮いている状態のガラス原料を押し流すのを防止しながら、加熱効率を向上することができて、引上量の全範囲にわたって原単位を４．７％程度小さくできて、向上することができる。
【００４０】
溶解槽２の溶融ガラスの温度は１３５０°Ｃであり、このときの炉本体１の天井の温度は、本発明のガラス溶解炉では１５０５°Ｃであったのに対して、比較用ガラス溶解炉では１５１５°Ｃであり、本発明のガラス溶解炉では、比較用ガラス溶解炉に比べて、炉本体１の天井部の温度を低くすることができるので、耐久性を向上することができる。
【００４１】
排ガスのＮＯｘの濃度（Ｏ_２＝０％換算値）は、本発明のガラス溶解炉では８００ｐｐｍであったのに対して、比較用ガラス溶解炉では１１００ｐｐｍであり、本発明のガラス溶解炉では、比較用ガラス溶解炉に比べて、ＮＯｘの濃度を２７％程度低くすることができる。
【００４２】
従って、本発明をエンドポート式のガラス溶解炉に適用することにより、溶解槽２に貯留されている溶融ガラスの上面部分やその溶融ガラスに浮いている状態のガラス原料を押し流すのを防止しながら、加熱効率の向上、及び、炉本体１の天井部の温度の低下による耐久性向上を図る上での効果が顕著となる。
【００４３】
〔第２実施形態〕
以下、図１０及び図１１に基づいて、本発明をガラス溶解炉に適用した場合の第２の実施の形態を説明する。尚、図１１の（イ）は、ノズル７２におけるガス燃料噴出方向Ｇａ視での図であり、（ロ）は、ノズル７２におけるガス燃料噴出方向Ｇａでの断面図である。
第２実施形態においては、ガスバーナ７を、上記の第１実施形態と異ならせて、以下のように構成し、その他は第１実施形態と同様に構成してある。
【００４４】
ガスバーナ７における複数の周囲噴出孔７２ｂのガス燃料噴出方向夫々を、中央噴出孔７２ａのガス燃料噴出方向Ｇａ視にて、中央噴出孔７２ａの径方向に対して、中央噴出孔７２ａの周方向の同方向に傾斜する方向で、且つ、中央噴出孔７２ａのガス燃料噴出方向Ｇａと交差する方向視にて、中央噴出孔７２ａのガス燃料噴出方向Ｇａに対して、外方側に傾いた先広がり方向となるように構成し、中央噴出孔７２ａの開口縁と周囲噴出孔７２ｂの開口縁との間隔が、周囲噴出孔の口径の０．５倍以上となるように構成し、ガスバーナ７からのガス燃料の総噴出量のうちの５０〜７５％を中央噴出孔７２ａから噴出し、残りを複数の周囲噴出孔７２ｂから噴出するように構成してある。
【００４５】
ガスバーナ７について説明を加える。
ノズル７２の中央噴出孔７２ａは、単一の円柱状材に、それと軸芯Ｐａが円柱状材と同軸状になる円孔状に形成し、６個の周囲噴出孔７２ｂを、夫々同一径で、夫々、軸芯Ｐｂが、基端から先端に向かって、中央噴出孔７２ａの周方向の同方向に傾斜し、且つ、中央噴出孔７２ａの径方向外側に傾斜する円孔状に形成してある。つまり、６個の周囲噴出孔７２ｂのガス燃料噴出方向夫々を、中央噴出孔７２ａのガス燃料噴出方向Ｇａ視にて、中央噴出孔７２ａの径方向に対して、中央噴出孔７２ａの周方向の同方向に傾斜する方向で、且つ、中央噴出孔７２ａのガス燃料噴出方向Ｇａと直交する方向視にて、中央噴出孔７２ａのガス燃料噴出方向Ｇａに対して、外方側に傾いた先広がり方向となるように構成してある。中央噴出孔７２ａのガス燃料噴出方向Ｇａが、ガスバーナ７全体としてのガス燃料噴出方向となる。
そして、第１実施形態と同様に、バーナ本体７１、ノズル７２及び水冷ホルダ７３を一体的に組み付けて、ガスバーナ７を構成してある。
【００４６】
上述のように構成したガスバーナ７を、第１実施形態と同様に、ガス燃料噴出方向Ｇａが、上述のように設定されるガス燃料噴出角度ｚとなるように、炉壁４に取り付ける。
【００４７】
第２実施形態のガスバーナ７では、複数の周囲噴出孔７２ｂから、ガス燃料が、中央噴出孔７２ａのガス燃料噴出方向Ｇａ視にて、旋回状に、且つ、中央噴出孔７２ａのガス燃料噴出方向Ｇａと直交する方向視にて、先広がり状に噴出される。
従って、中央噴出孔７２ａから噴出されたガス燃料に対する燃焼用空気の遮断作用が増大すると共に、複数の周囲噴出孔７２ｂから噴出されたガス燃料と中央噴出孔７２ａから噴出されたガス燃料との分離状態が良くなるので、緩慢燃焼が更に促進して、輝度が一層高い火炎Ｆが形成される。
【００４８】
図１２において、破線、及び、その破線と実線の交点よりも中心間距離Ｄが小さい側の実線は、第２実施形態にかかる構成のガスバーナ７において、中央噴出孔７２ａと周囲噴出孔７２ｂの中心間距離Ｄを変化させて、ＮＯｘ増加比を調べた結果を示す。但し、中央噴出孔７２ａからの噴出量の比率は、ガスバーナ７からのガス燃料総噴出量のうちの５０〜７５％の範囲に設定してある。ＮＯｘ増加比は、第１実施形態のガスバーナ７について調べたときの最小値を１として、それに対する比で示している。
図１２により、中央噴出孔７２ａと周囲噴出孔７２ｂの中心間距離Ｄを、「（１／２）×（ｄ_ａ＋ｄ_ｂ）＋（１／２）×ｄ_ｂ」以上に設定すると、換言すれば、中央噴出孔７２ａの開口縁と周囲噴出孔７２ｂの開口縁との間隔を周囲噴出孔の口径の０．５倍以上となるように設定すると、ＮＯｘの発生量を低減する上で好ましいことが分かる。
又、総噴出量に対する中央噴出孔７２ａからの噴出量の比率と、ＮＯｘレベルとの関係は、図１３に示す第１実施形態におけるものと同様であり、総噴出量に対する中央噴出孔７２ａからの噴出量の比率を、５０〜７５％に設定すると、ＮＯｘの発生量を低減する上で好ましい。
【００４９】
ちなみに、周囲噴出孔７２ｂの軸芯Ｐｂが、基端から先端に向かって、中央噴出孔７２ａの周方向に傾斜する角度αは、例えば、０＜α≦４０°の範囲に設定し、中央噴出孔７２ａの径方向外側に傾斜する角度βは、例えば、０＜β≦６０°の範囲に設定すると、輝度が高くて、適度な火炎長の火炎Ｆを形成する上で、好ましい。
【００５０】
第２実施形態によるガラス溶解炉についても、上述の第１実施形態と同様に、比較用ガラス溶解炉と性能を比較した結果、原単位の向上、天井部の温度の低下、及び、ＮＯｘの濃度の低下の全ての面において、第１実施形態と同様の結果が得られた。
【００５１】
〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。
（イ）上記の実施形態においては、本発明をエンドポート式のガラス溶解炉に適用する場合について例示したが、これ以外にも、例えば、所謂サイドポート式のガラス溶解炉にも適用することができる。
サイドポート式のガラス溶解炉は、図１４に示すように、平面視で矩形状の溶解槽２の一側縁側の炉壁４に投入口４ｉを、その炉壁４に対向する炉壁４に取出し孔４ｅを設け、投入口４ｉから取出し孔４ｅに向かって左右両側の炉壁４夫々に、複数の空気口５を並設すると共に、各空気口５に対応して空気供給路６を設け、各空気口５の下方には、ガスバーナ７を２個ずつ設け、並びに、炉本体１の前記左右両側には、夫々の側の複数の空気供給路６に連通する状態で蓄熱室８を設けてある。
そして、前記左右両側のガスバーナ７を、一定時間毎に交互に燃焼させて、交番燃焼を行わせ、投入口４ｉからガラス原料を溶解槽２に投入して、そのガラス原料を溶融させながら、取出し孔４ｅに向かって流下させて、取出し孔４ｅを通じて、清浄な溶融ガラスを作業槽９に導くよう構成してある。
このサイドポート式のガラス溶解炉においても、上記の実施形態と同様に、空気供給路６の底部下向き傾斜角度ｘ及び上部下向き傾斜角度ｙを、底部下向き傾斜角度ｘ＜上部下向き傾斜角度ｙとなる条件で、底部下向き傾斜角度ｘは、１０°≦ｘ≦２０°の範囲に、上部下向き傾斜角度ｙは、２０°≦ｙ≦２５°の範囲に夫々設定する。又、ガスバーナ７のガス燃料噴出角度ｚは、空気供給路６の底部下向き傾斜角度ｘとの関係において、水平方向に対して上方に底部下向き傾斜角度ｘを加えた角度を上限とし、且つ、水平方向を下限とする角度範囲内に設定する。
【００５２】
（ロ）底部下向き傾斜角度ｘ＜上部下向き傾斜角度ｙとなる条件で、底部下向き傾斜角度ｘを１０°≦ｘ≦２０°の範囲外に、上部下向き傾斜角度ｙを２０°≦ｙ≦２５°の範囲外に夫々設定しても良い。
【００５３】
（ハ）空気供給路６の底部下向き傾斜角度ｘ及び上部下向き傾斜角度ｙは、底部下向き傾斜角度ｘ≧上部下向き傾斜角度ｙの関係となるように設定しても良いが、燃焼用空気が上方に浮き上がるのを抑制する上では、底部下向き傾斜角度ｘ＜上部下向き傾斜角度ｙの関係で設定するのが好ましい。
【００５４】
（ニ）ガスバーナ７のガス燃料噴出角度ｚは、上記の実施形態において例示した８°に限定されるものではなく、空気供給路６の底部下向き傾斜角度ｘとの関係において、水平方向に対して上方に底部下向き傾斜角度ｘを加えた角度を上限とし、且つ、水平方向を下限とする角度範囲内で、適宜変更可能である。
即ち、ガスバーナ７のガス燃料噴出方向は、水平方向になっても良い。あるいは、ガスバーナ７のガス燃料噴出方向は、水平方向に対して上向きに傾斜する角度が、底部下向き傾斜角度ｘ以下になる条件で、適宜設定可能である。
【００５５】
（ホ）溶解槽２に貯留される溶融ガラスの上面に対するガスバーナ７の先端のノズル部の高さは、上記の実施形態において例示した３０ｃｍに限定されるものではなく、３０ｃｍより低くても良く、あるいは、３０ｃｍよりも高くても良い。但し、３０ｃｍより低く設定する場合は、溶解槽２に浮いているガラス原料を押し流すのを防止するために、ガスバーナ７のガス燃料噴出角度ｚを大き目に設定するのが好ましく、３０ｃｍより高く設定する場合は、加熱効率の低下を抑制するために、ガスバーナ７のガス燃料噴出角度ｚを小さ目に設定するのが好ましい。
（ヘ）１個の空気供給路６に対するガスバーナ７の設置個数は、上記の実施形態において例示した３個に限定されるものではなく、適宜変更可能であり、１個、又は、２個、又は、４個以上でも良い。
【００５６】
（ト）空気供給路６の形状は、上記の実施形態において例示した如き、流路横断面形状が矩形状となる角筒状の形状に限定されるものではない。例えば、円筒状の形状でも良いし、上部がアーチ状で、底部が平面状となる形状でも良い。
【００５７】
（チ）ガスバーナ７の具体構成は、上記の第１実施形態や第２実施形態にて例示した構成に限定されるものではない。例えば、１個の噴出孔を設けたものや、複数の噴出孔を中央、周囲を区別することなく分散させて配置した構成のものでも良い。
【００５８】
（リ）空気供給路６により、ガスバーナ７から噴出されるガス燃料の燃焼域に供給する酸素含有ガスとしては、空気以外に、純酸素ガス、酸素含有率を高くした酸素富化空気等でも良い。又、空気と共に、ガスバーナ７の燃焼排ガスを酸素含有ガスとして供給しても良い。
【００５９】
（ヌ）本発明は、上記の実施形態で例示したガラス溶解炉や、図１４にて示す別実施形態で例示したガラス溶解炉以外にも、種々の溶解炉に適用することができる。
例えば、ガスバーナ７を交番燃焼させる形式以外に、連続燃焼式のものにも適用することができる。
又、ガラスを溶解させる用途の溶解炉に限定されるものではなく、ガラス以外原料を溶解させる用途の溶解炉にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態にかかるガラス溶解炉の縦断側面図
【図２】図１におけるＩ−Ｉ矢視図
【図３】実施形態にかかるガラス溶解炉の要部の縦断側面図
【図４】第１実施形態にかかるガスバーナの要部のガス燃料噴出方向に沿った断面図
【図５】第１実施形態にかかるガスバーナの要部のガス燃料噴出方向視での図
【図６】第１実施形態にかかるガスバーナのノズルの図
【図７】第１実施形態にかかるガスバーナの分解斜視図
【図８】実施形態にかかるガラス溶解炉及び比較用ガラス溶解炉夫々の概略の縦断側面図
【図９】引上量と原単位との関係を示す図
【図１０】第２実施形態にかかるガスバーナの要部のガス燃料噴出方向に沿った断面図
【図１１】第２実施形態にかかるガスバーナのノズルの図
【図１２】ガスバーナの中央噴出孔と周囲噴出孔の中心間距離と、ＮＯｘレベルとの関係を示す図
【図１３】総噴出量に対する中央噴出孔からの噴出量の比率と、ＮＯｘレベルとの関係を示す図
【図１４】別実施形態にかかるガラス溶解炉の横断平面図
【符号の説明】
２溶解槽
３上方空間
５酸素含有ガス供給口
６酸素含有ガス供給路
７燃料噴出部
７２ａ中央噴出孔
７２ｂ周囲噴出孔
ｘ底部下向き傾斜角度
ｚガス燃料噴出角度

Claims

溶解槽における溶解物の存在領域の上方空間にガス燃料を噴出する燃料噴出部と、
その燃料噴出部の上方に位置する酸素含有ガス供給口を通して、前記燃料噴出部から噴出されるガス燃料の燃焼域に対して、酸素含有ガスを斜め下向きに供給する酸素含有ガス供給路とが設けられた溶解炉であって、
前記燃料噴出部のガス燃料噴出角度が、前記酸素含有ガス供給路の底部が水平方向に対して下向きに傾斜する底部下向き傾斜角度との関係において、水平方向に対して上方に前記底部下向き傾斜角度を加えた角度を上限とし、且つ、水平方向を下限とする角度範囲内に設定されるように構成されている溶解炉。
前記燃料噴出部が、中央噴出孔とその周囲の複数の周囲噴出孔を備えるように構成され、
前記複数の周囲噴出孔のガス燃料噴出方向夫々が、前記中央噴出孔のガス燃料噴出方向と平行又は略平行になるように構成され、
前記中央噴出孔の開口縁と前記周囲噴出孔の開口縁との間隔が、前記周囲噴出孔の口径の０．５倍以上で、前記中央噴出孔の口径と前記周囲噴出孔の口径を加えた値の１．５倍以下となるように構成され、
前記燃料噴出部からのガス燃料の総噴出量のうちの５０〜７５％を前記中央噴出孔から噴出し、残りを前記複数の周囲噴出孔から噴出するように構成されている請求項１記載の溶解炉。