KR0141469B1 - 교차가열 축열로 내에서 원료유리형성 성분을 용융시키기 위한방법 및 교차가열 축열로 - Google Patents

교차가열 축열로 내에서 원료유리형성 성분을 용융시키기 위한방법 및 교차가열 축열로

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KR0141469B1
KR0141469B1 KR1019920003945A KR920003945A KR0141469B1 KR 0141469 B1 KR0141469 B1 KR 0141469B1 KR 1019920003945 A KR1019920003945 A KR 1019920003945A KR 920003945 A KR920003945 A KR 920003945A KR 0141469 B1 KR0141469 B1 KR 0141469B1
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안드레 워터스 루크
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티모터 엔. 비숍
유니온 카바이드 인더스트리얼 개시즈 테크놀로지 코포레이션
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Abstract

본 발명은 유리용융 교차가열 축열로에서 적어도 하나의 산소-연료버너의 채용에 관한 것이다. 적당한 방법으로 교차가열 축열로내에 위치된 산소-연료버너를 작동하여, 유리용융은 공기-연로버너의 화엄크기를 분열시킴이 없이 달성될 수 있고 이에의해 유리용융효율을 증가시키고 유리생산물의 생산을 증가시켜준다.

Description

교차가열 축열로 내에서 원료유리형성 성분을 용융시키기 위한방법 및 교차가열 축열로
제 1도는 본 발명의 교차가열 축열로의 한 실시예를 도시한 측단면도,
제 2도는 가열 사이클에 있는 우측포트와 소화 또는 가열정지 사이클에 있는 좌측포트를 도시한 본 발명의 교차가열 축열로의 한 실시예에 대한 평면도.
제 3도는 공기-연료 랜스용의 종래의 내화블럭의 단면도.
제 4도는 본 발명을 실시하는데 유용한 산소-연료 보조버너용의 수정된 내화블럭을 도시한 단면도.
제 5도는 산소-연료버너가 삽입된 수정된 내화블럭의 한 실시예를 도시한 단면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1:고차가열 축열로2:용융실
3,4:축열로7,8:공기포트
9,18:내화블럭10:내화바닥부
11:내화루프13:배출영역
15:유입수단
본발명은 유이용융효율을 개선하기 위하여 교차가열 축열로에 적이도 하나의 산소-연료버너를 사용하는 것에 관한 것이며, 이에의해 유리생산율이 증가한다.
교차가열 축열로는 유리를 제조하기 위하여 통상적으로 사용되어 있다. 전형적인 교차가열 축열로는 용융실의 측면을 따라 설치된 공기-연료버너에 의해 가열되는 무수규산, 산화붕소와, 안정제 및 용제를 포함하는 다른 첨가제와 같은 유리형성 성분을 수용하는 용융실을 가지고 있다. 축열로에서 예비가열된 공기속에서 연료를 연소하여, 공기-연료버너는 용융실의 대기와 벽에 열을 제공하고, 대류와 방사에 의해 용융실내의 유리형성 성분을 가열한다. 이 가열방법은 비록 열효율이 높을지라도 유리생산율은 축열로 성능이 감소하고 벽손실이 증가되기 때문에 시간에 따라 감소한다. 예를들면, 축열로의 성능은 축열로를 통하여 연소가스내에 있는 화학오염물의 존재에 따라 축열로가 부분적으로 막히거나 부분적으로 파괴되었을 때 저하될 수도 있다.
산소량을 풍부하게 하는 기술이 교차가열 축열로의 용융능력을 증가시키기 위해서 제한되었다. 상기 기술은 연료가 공기주에서 연소되는 곳에선 노의 영역에 산소를 도입하는 것을 포함한다. 그러나, 상기 기술은 여러가지 단점을 가지고 있다. 첫째로, 산소의 부가는 배치라인 또는 그 근처와 같은 특정지역과, 부유고체유리 배치를 용융시키기 위하여 고온조건이 필요한 곳에 집중효과를 가지지 못한다. 그러므로, 산소의 소비량이 적은 생산증가를 위하여 많다, 둘째로, 산소의 조재에 따라 고온인 공기화염은 용융실의 루프에 더 많은 열을 방사한다. 루프가 상기와 같은 상태에 오래 노출되면 사용수명이 감소된다.
다수의 유리제조로에서 산소-연료 보조버너의 사용이 또한 제안되어 있다. 예를들면, 산소-연료 보조버너는 용웅공정을 돕도록 종래의 U-형 화염 축열로의 사각형 융용실의 측명에 설치되었다. 그러나, 산소-연료 보조버너는 교차가열 축열로에서 성공적으로 사용되지 못하였다. 교차가열 축열로내에서 그들의 사용을 방해하는 주요인자는 노의 용융공간에 접근하는 것을 곤라하게 하거나 제한되게 한다. 접근은 축열로와 용융로 사이의 작은복도(1m넓이)로 구성되어, 산소-연료 보조버너의 종래의 장치에서는 접근을 허용하지 않는다.
그러므로, 본 발명의 잇점은 축열로에 내재하는 제한을 수용하여 교차가열 축열로에 산소-연료 보조버너의 설치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 잇점은 노의 내화라이너에 천공함이 없이 교차가열 축열로내에 산소-연료 보조버너를 제공한다.
본 발명의 다른 하나의 잇점은 축열로가 부분적으로 막히거나 부분적으로 파괴 또는 수리중일때 일지라도 특정 유리생산율을 유지하는 것을 제공한다.
본 발명의 또다는 하나의 잇점은 노의 루프를 과열시키지 않고 산소와 연료를 과도하게 소비하지 않고 유리 생산율의 증가를 제공한다.
본 발명의 또다른 하나의 잇점은 냉각수로 냉각하지 않는 산소-연료 보조버너를 사용할 수 있다.
본 발명에 따라서, 상기 잇점과 다른 잇점은 본 기술분야에서 숙달된자들에게 명백할 것이다. 교차가열 축열로는 바닥, 루프, 측면벽, 유리 형성성분 유입수단과 용융유리 배출수단을 가진 융용실의 측면을 따라 다수의 포트를 통하여 용융실과 연통하는 적어도 두개의 축열로를 가지고 있고, 용융실내의 유리형성 성분과 용융유리를 상기 복수의 유리포트중의 몇 포트 또는 모든 포트에 인접 또는 하부에 위치된 버너로 가열되고, 상기 버너는 공기-연료버너와 상기 공기-연료버너의 화염크기를 실제적으로 분열시키지 않고 용융실에서 특정영역을 가열시키기 위하여 위치된 적어도 하나의 산소-연료 보조버너를 구비하고 있다. 예를들면, 공기-연료버너의 화염크기는 공기-연료버너의 점화순서를 따라 공기화염과 같인 방향으로 향한 화염의 화염 포트와 인접 또는 그 아래에 적어도 하나의 산소-연료보조버너가 위치될 때 불열되지 않는다.
적어도 하나의 산소-연료 보조버너는 일반적으로 원통형 파이프내에 동축배열된 튜브를 구비하고 있다. 상기 튜브와 파이프의 제 2단부는 연료공급수단과 산소공급수단에 각각 연결되어 있고 유연체통한다. 산소-연표 보조버너는 배치라인과 같인 용융실내의 특정영역쪽으로 화염을 향하게 굴곡져 있거나 각이져 있다.
수정된 내화블럭 및 산소-연료 보조버너는 배치라인에 인접한 포트의 하부 또는 근처에 위치하는 것이 양호하다. 채용된 수정 내화블럭의 개수와 채용된 산소-연료 보조버너의 개수와 동일하다, 채용된 산소-연료버너의 개수는 산소-연료 버너와 전체적으로 작동될 수 있는
버너일수도 있다.
본원에 사용된 배치라인이라는 용어는 용융실내에 있는 고체이며 용융되지 않은 유리형성 성분과 용융유리의 경계선을 의미한다.
본원에서 사용된 화염크기라는 용어는 화염유동의 방향, 운동 또는 패턴을 의미한다.
본 발명은 배치원료 유리형성 성분을 용융하는데 더 효과적으로 가열하기 위하여 교차가열 유리제조와 산소-연료 보조버너의 사용에 관한 것이다. 본 발명은 산소-연료 보조버너의 성능을 향상시킬 수 있는 적어도 하나의 수정된 내화블럭을 구비한다.
제 1도 및 제 2도를 보면, 한쌍의 축열로(3,4)의 사이에 위치된 용융실(2)을 가진 교차가열 축열로(1)가 단면도로 도시되어 있다. 각각의 축열로(3,4)는 공기의 통과와 배출가스의 배출을 교번적으로 허용하는 바둑판 모양으로 적층된 내화물질(6)을 포함하는 내화하우징(5)을 구비하고 있다. 각각의 축열로(3,4)는 복수의 공기포트(7,8)를 통하여 용융실(2)과 연통한다. 포트의 아래 또는 포트에 인접한 측면부내에는 적어도 하나의 공기-연료 내화블럭(9)과 적어도 하나의 수정된 내화블럭(18)이 위치되어 있다. 적어도 하나의 연료랜스가 적아도 하나의 공기-연료 내화블럭(9)내에 위치되어 있는 반면에, 적아도 하나의 보조산소-연료버너는 적어도 수정된 내화블럭(18)의 적어도 하나의 통로내에 설치되어 있다.
상기 복수의 공기포트(7,8)와 내화블럭(9,18)과 연통하는 용융실(2)은 내화바닥부(10)와, 내화루프(11)와, 내화측면벽(12)과, 내화배출영역(13)과 내화 후면벽(14)을 가지고 있다. 유리형성 성분이 유입수단(15)으로부터 용융실(2)에 공급된다. 유리형성 성분은 포트내에 취치된 버너에 의해 용융되고 배출영역(13)을 통하여 배출된다.
유리형성 성분은 유리를 제조하는데 사용되는 고온용융 원료물질의 혼합물이다. 혼합물 구성은 제조할 유리에 따라 다르다. 통상적으로 혼합물은 그중에서도 특히 컬릿(cullet)아라 불리는 스크랩유리를 포함하는 실리카함유 물질을 포함한다. 장석, 석회석, 백운암, 소다회, 가성칼리, 붕사 및 알루미나를 포함하는 다른 유리제조 원료물질이 사용될 수 있다. 유리의 성질을 변경시키기 위하여, 소량의 아비산염, 안티몬, 유황 및/또는 불소를 첨가할 수 있다. 더욱이, 색상형성 금속산화물은 요구되는 색생을 얻기 위하여 첨가할 수 있다.
용융실(2)의 내부는 예열된 공기의 조재하에서 연료의 연소에 의해 부분적으로 가열된다. 가스연료, 액체연료 및 입자상연료를 포함하는 여러가지 연료가 제 3도에 도시된 바와같이 적어도 하나의 내화블럭(9)의 집중-분기형 통로내에 위치된 적어도 하나의 연료랜스를 통하여 도입된다. 초기 연소사이클중에 공기는 복수의 공기포트(7)를 통하여 최측 축열로(3)로 통과하고 용융실(2)안으로 들어가고, 산화생성물(가스)은 축열로(4)내에 위치된 내화물질(6)을 통하여 연소생성물로부터 열이 회수되는 곳에서 우측 축열로(4)안으로 복수의 공기포트(8)를 통하여 제거된다. 다음 연소사이클중에 작동이 역전된다. 복수의 공기포트(8)를 통하여 우측축열로(4)를 통과한 공기는 용융실(2)안으로 들어가고 복수의 공기포트(7)를통하여 배출된 연소생성물은 축열로(3)내에 위치된 내화물질(6)에 의해 열이 회수되는 곳의 좌측축열로(3)의 안으로 도입된다. 공기는 가열된 내화물질(6)을 통과할 때 예비가열된다. 공기의 유동(연소방향)은 예를들면, 밸브(도시안함)을 사용하여 상기와 같은 방법으로 예를들면, 매 30분마다 주기적으로 역전된다.
용융실(2)의 내부는 적어도 하나의 산소-연료 보조버너(20)에 의해 부분적으로 양호하게 가열된다. 산소-연료 보조버너(20)는 복수의 공기포트(7,8)에 인접 또는 그아래에 위치되고, 화염은 교번적으로 공기-화염과 평행하게 공기포트(7,8)에 인접 또는 그아래에 위치한 공기-연료버너의 연소순서를 따른다. 예를들면, 좌측측면상의 공기-연료버너는 동일측면상의 적어도 하나의 산소-연료버너(20)를연소시킨다. 한편, 우측 공기포트측에 위치한 모든 버너(공기와 산소)는 정지되어 있다. 특정 설치에 부가하여 이러한 가열기술은 공기-연료화염의 크기를 방해하지 않고 효율적인 가열을 제공하고, 이에의해 연료의 양을 최소화한다.
산소-연료 보조버너(20)는 용융실의 내부를 가열하기 위한 단일열원으로 사용될 수도 있다.
공기-연료버너가 더 이상 유효하지 않거나 작동되지 않을 때, 충분한 갯수의 산소-연료버너 교차가열 축열로의 유리용융양을 유지시키기 위하여 사용되어야만 한다. 현존하는 연료랜스 대신에 산소-연료버너를 설치함으로써, 충분한 갯수의 산소-연료 보조버너를 사용할 수 있다. 산소-연료 보조버너는 산소-연료버너가 이전에 작동된 공기-연료버너와 같이 유사하게 위치되어 있기 때문에 공기-연료버너와 같이 유사하게 사용될 수 있다. 그러므로, 노는 축열로가 그들의 원래 작동상태로 회복시키기 위하여 수리할 때 정지시킬 필요가 없다.
산소-연료 보조버너에 의해 나온 화염의 온도는 연료의 질과 산소-연료비에 따라 다르다. 산소 21%, 양호하게 5%의 산소농도를 가진 산소부가 공기 또는 99.5%산소농드를 가진 기술적으로 순화된 산소로 사용된다. 보조산소-연료버너의 화염온도는 대체적으로 약 2780℃이다, 몇몇 경우에 있어서, 낮은 화염온도를 내는 산소버너가 또한 사용될 수도 있다.
산소-연료보조버너(20)는 결합수단(22)에 의해 산소원(도시안함)에 연결된 원통형파이프(21)를 포함한다. 원통형파이프(21)는 노즐팁(23)내에서 종단되고 거리로부터 산소가 방사된다. 튜브(24)는 파이프(21)내에 동축배열되어 있다. 연료원(도시안함)은 튜브(24)에 공급된 연료가 노즐팁(23)에서 방사될 수 있도록 커플링수단(22)을 통하여 듀브(24)에 결합되어 있다. 커플링수단(22)은 개스킷(22c)과 나사(22d)를 포함하는 결합수단에 의해 연결된 두개의 분리된 실(22a,22b)을 구비한다. 파이프(21)와 연통하는 실(22a)은 원통형상을 가진 커플링수단(22)을 형성하도록 실 (22b)과 정렬되어 있다. 냉각수 재킷(도시안함)은 산소-연료 보조버너의 온도를 냉각 또는 감소시키기 위하여 구비될 수 있다.
버너의 운통형파이프(21)와 튜부(24)는 경사 또는 곧은 통로를 가진 수정된 내화블럭(18)내에 맞도록 만곡 또는 각이져 있거나 직선일 수 있다.
제 2도, 제 4도 및 제 5도내의 수정된 내화블럭(18)은 사각형 또는 평행사변형상일 수 있다.
그러나, 크기와 형상은 종래의 내화블럭의 위치를 취할 수 있도록 공기-연료버너(제 3도와 같음)의 외부치수와 형상에 대응한다.
수정된 내화블럭은 측면(33,34)과, 정면(30)과, 후면(32)과, 상부(31) 및 바닥(35)을 구비한다.
정면(30)의 하부부분상에 통로(19)가 있다. 통로는 경사진 형태로 정면(30)으로부터 대향표면과 후면(32)으로 연장되어 있다. 통로(19)의 구조는 산소-연료 보조버너가 배치라인과 같이 특정영역쪽으로 향하게 수용되도록 형성되어 있다. 통로의 경사, 각도, 크기, 형상은 산소-연료버너의 화염이 고온상태가 내화벽에 접촉함이 없이 특정영역에서 버너에 열을 제공하도록 위치에 맞게 되어 있고, 이에의해 유리용융공정에서 필요한 산소와 연료의 양은 최소화하고 내화벽의 손실을 최소화해준다.
하기 실시예가 본 발명을 예증하는데 사용된다. 이는 예증을 위한 것이지 제한을 위한 것은 아니다.
[실시예]
공기-연료버너만을 가진 170 TPD(일당톤수)의 용량을 가진 교차가열 축열로가 병유리제조에 사용되었다. 축열로의 성능이 저하되기 때문에, 유리생산 비율이 점차적으로 감소한다. 3%의 산소보강, 360N㎥/O₂/hr을 사용하여, 20TPD 의 최대생산 증가율이 달성되었다. 그러나, 축열로의 성능이 더욱 저하되어, 요구되는 생산양을 유지할 수 없다. 이러한 교차가열 축열로에, 산소-연료 버너가 공기화염의 크기를 불열시키지 않고 가열하도록 구비되어 있다. 목표를 달성하기 위하여, 제 4도 및 제 5도에 도시된 바와같은 버너와 버너블럭이 노내에 설치되었다.
두 개의 종래의 기름버너블럭(노의 각측면에 하나씩)은 제 4도 및 제 5도에 도시된 바와같은 두 개의 수정된 신규노블럭으로 대체되었다. 각각 약 100M㎥ 천영가스/시간의 능력을 가진 산소-연료버너는 용융실과 연통하는 수정된 블럭내의 통로에 위치된다. 버너는 강력히 사용하고 여러번의 검사를 반는다. 일개월후에, 제 5도에 도시된 두개의 부가적인 산소-연료버너(노의 각 측면에 하나씩)가 전체 가열이 약 200N㎥ 천연가스/시간에 달하도록 설치되었다. 20 TPD 의 증가된 생산량이 상업적으로 생산된 산소를 사용하여 약 140N㎥ O₂/시간과 260N㎥/O₂의 가스유량으로 달성되었다.
일반적으로 교차가열 축열로내의 적어도 하나의 산소-연료 보조버너의 설치는 노의 측면에 위치한 축열로가 가진 제한 때문에 곤란하다. 적어도 하나의 산소-연료버너의 사용은 공기버너의 연료사용효율이 작기 때문에 경제적이지 못하고 과열에 의해 노의 수명이 단축될 수도 있다. 더욱이, 적어도 하나의 산소-연료버너를 설치하기 위하여 노의 내화라이닝에 구멍의 천공은 노의 수명에 역효과를 낼수 있으며 설치된 산소-연료 보조버너의 수명이 단축될수 있다. 이들 문제점은 특별히 제조된 산소-연료 보조버너를 수용하기 위하여 노내에 존재하는 적어도 하나의 종래의 공기-연료블럭 대신에 적어도 하나의 수정된 블록을 설치하여 해결된다. 수정된 블록의 적어도 하나의 통로에 내장된 산소-연료 보조버너는 벽에 접촉됨이 없이 특정영역을 가열하기 위하여 국부적으로 화염을 제공하고 공기버너의 화염크기의 분열을 회피하도록 작동된다. 이러한 방법으로 설치된 산소버너 또는 복수의 산소버너노를 과열함이 없이 유리생산양을 증가시키는데 유용하고 축열로가 적절하게 기능을 하지 않을때일지라도 노를 작동할 수 있어 유리제조 공정에 융통성을 제공하는데 유용하다.
본 벌명을 특정실시예를 참조로 상세하게 설명하였으나 본 발명의 영역과 기술사상을 벗어남이 없이 다르게 실시하여도 본 기술분야에 숙달된자들에게는 인지될 수 있을 것이다.

Claims (9)

  1. 바닥과, 루프와, 측면벽과, 원료성분 유입수단과, 용융배출수단을 가진 융용실의 측면을 따라 복수의 포트를 통하여 용융실과 연통하는 적어도 두 개의 축열로를 가진 교차가열 축열로내에서 원료유리형성 성분을 융용시키기 위한 방법에 있어서,
    복수의 포트중 몇 개 또는 모두에 인접 또는 그아래에 위치된 버너를 사용하여 융용실내의 유리형성 성분과 용융유리를 가열하는 단계를 포함하고 있으며, 상기 버너는 공기-연료버너와 상기 공기-연료버너의 화염크기를 분산시킴없이 용융실내의 특정영역을 가열하도록 작동되는 적어도 하나의 산소-연료 보조버너를 구비하여, 상기 적어도 하나의 산소-연료보조버너는 화염이 배치라인 또는 상기 배치라인의 부근으로 향하도록 굴곡형, 앵글형 또는 경사형인 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 용융실의 측면내에 위치된 적어도 하나의 산소-연료보조버너는 공기화염에 평행하게 교번적으로 가열하도록 작동되고 공기-연료버너의 화염크기가 분사되지 않도록 상기 공기-연료버너의 연소순서에 따라서 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 적어도 하나의 원통형통로를 가진 적어도 하나의 수정된 내화블럭은 상기 적어도 하나의 산소-연료 보조버너를 수용하기 위하여 상기 복수의 포트에 인접 또는 그 아래에 위치되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 수정돈 내화블럭의 채용갯수가 산소-연료버너의 채용갯수와 동일한 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 3항에 있어서 상기 적어도 하나의 통로가 경사져 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 4항에 있어서, 적어도 네게의 산소-연료버너가 채용되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 3항에 있어서, 적어도 하나의 상기 산소-연표 보조버너는 적어도 하나의 상기 수정된 블럭의 적어도 하나의 통로내에 설치된 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 바닥과, 루프와, 측면벽과, 유입수단 및 배출수단을 가지고 용유실의 측면벽을 따라 복수의 포트를 통하여 용융실과 연통하는 적어도 두 개의 축열로를 구비한 교차가열 축열로에 있어서, 상기 버너는 상기 복수의 포트중 몇개 또는 모두에 인접또는 그 아래에 위치되어 있고, 상기 버너가 연료랜스와 공기-연료버너로 부터 방사되는 화염크기를 분산시키지 않고 용융실의 특정영역이 가열될 수 있도록 상기 연료랜스에 평행하게 설치된 적어도 하나의 산소-연료보조버너를 구비하며, 상기 적어도 하나의 산소-연료보조버너는 산소를 통과시키기 위한 원통형 파이프내에 동축상으로 설치된 연료통과용 튜브로 구성되고 상기 적어도 하나의 산소-연료보조버너는 적어도 하나의 상기 연료랜스를 수용시키기 위하여 설계된 적어도 하나의 내화블록과 평행한 상태로 상기 복수의 포트중 몇개 또는 모두에 인접 또는 그 아래에 설치된 적어도 하나의 수정된 내화블록의 적어도 하나의 통로내에 설치되는 것을 특징으로 하는 교차가열 축출열로.
  9. 제 8항에 있어서, 적어도 하나의 상기 내화블럭이 경사진 통로를 가진 것을 특징으로 하는 교차가열 축열로.
KR1019920003945A 1991-09-18 1992-03-11 교차가열 축열로 내에서 원료유리형성 성분을 용융시키기 위한방법 및 교차가열 축열로 KR0141469B1 (ko)

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