KR100928279B1 - 슬래깅 챔버를 이용한 산업 등급의 용융을 위한 고체 연료연소 - Google Patents

슬래깅 챔버를 이용한 산업 등급의 용융을 위한 고체 연료연소 Download PDF

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Abstract

본 발명은 회분 함유 연료를 사용하여 용융 생성물을 형성하기 위해 용융로에 열을 공급하는 방법에 관한 것이다. 회분 성분을 갖는 연료는 슬래깅 연소로의 슬래깅 챔버에 도입되고, 슬래깅 챔버 내에서 제1 산화제 혼합물 및 제2 산화제 혼합물과 함께 적어도 부분적으로 연소된다. 회분 성분은 슬래깅 챔버에서 용융 슬래그의 층으로서 수집된다. 슬래깅 연소로의 가스 배출물은 슬래깅 연소로의 슬래깅 챔버로부터 고온의 용융로의 연소 공간으로 옮겨져서, 용융 생성물을 형성하기 위한 열을 공급한다. 용융 슬래그는 슬래깅 연소로의 슬래깅 챔버로부터 인출되고, 선택적으로 용융로에 도입되거나 혹은 용융로에 도입되지 않는다.

Description

슬래깅 챔버를 이용한 산업 등급의 용융을 위한 고체 연료 연소{SOLID FUEL COMBUSTION FOR INDUSTRIAL MELTING WITH A SLAGGING COMBUSTOR}
본 발명은 재료 용융 및 용융로 분야에 관한 것이고, 구체적으로 말하면 용융 공정 동안에 열을 공급하기 위해 회분 함유 연료를 연소시켜 재료를 용융시키는 것에 관한 것이다.
가스 및 액체 연료는 용융로에 열을 공급하는 데에 일반적으로 사용된다. 가스 또는 액체 연료는 산화제와 함께 용융로에 도입되어 용융 생성물 및/또는 투입물 위에 위치하는 연소 화염을 형성하는데, 산화제는 공기, 산소 농후 공기, 및/또는 산업 등급의 산소일 수 있다. 회분을 함유한 고체 연료를 용융로에 사용하는 것은 이례적인 것인데, 이는 회분 성분이 용융 생성물에 결함을 유발할 가능성이 있고, 회분 성분이 노의 내화성 물질의 열화를 조장할 가능성이 있기 때문이다.
고체 연료를 사용하는 용융로에 열을 공급하는 것에 관한 종래 기술에서는, 회분 함량이 낮은 연료를 사용하고, 다른 노 내화성 물질을 사용하며, 고체 연료를 연소시키기 전에 회분을 제거하도록 고체 연료를 개질하고, 그리고 공기에 의해 회분 입자를 용융로 밖으로 운반하도록 노를 작동하는 것을 교시하고 있다.
유리 용융로에서 부식과 입자 배출물을 줄이는 것에 관한 Kobayashi의 미국 특허 출원 제2006/0150677호에서는, 연료 내의 회분이 유리 용융물에 혼입되어 유리의 품질에 영향을 미칠 위험을 줄일 뿐만 아니라 회분의 침착에 의해 내화성 물질의 부식이 일어날 위험을 줄이기 위해서는, 회분의 함량이 낮은 연료가 바람직하다고 밝히고 있다. 일반적으로, 석탄과 석유 코크스의 일반적인 회분 함량은 각각 5 중량% 내지 20%와 0.1 중량% 내지 1 중량%이다. 따라서, Kobayashi의 공정에서 바람직한 연료는 석유 코크스이다.
유리 용융로와 동일 용도의 버너에 미분 연료를 공급하여 연소시키는 방법 및 시스템에 관한 Olin-Nunez 등에게 허여된 미국 특허 제6,789,396호에서는, 발명의 목적이 유리 용융로에 미분 연료를 공급하여 연소시키는 방법 및 시스템으로서, 상기 미분 연료의 연소를 통해 일어나는 부식 및 마멸 작용, 특히 V2O5에 의해 일어나는 작용을 줄이는 것을 목적으로 하여, 유리 용융로의 챔버를 구성하는데 특수한 내화성 물질을 사용하는 상기 방법 및 시스템을 제공하는 것이라고 밝히고 있다.
Stambaugh 등에게 허여된 미국 특허 제4,055,400호, Nowpak에게 허여된 미국 특허 제5,312,462호, 및 Salem 등에게 허여된 미국 특허 제4,741,741호에는, 석탄의 회분 함량을 줄이기 위한 방법이 개시되어 있다.
유리 용융 공정에 관한 Daiga에게 허여된 미국 특허 제4,006,003호에서는, 석탄의 연소에서 남겨진 회분 유동의 속도를 충분하게 유지함으로써, 잔류 회분이 가스 흐름에 있어서 부유 상태로 유지될 수 있고, 그 결과 회분이 유리 용융물과 접촉하게 되는 일 없이 또는 유리 용융물의 표면에서 운반되는 임의의 배치 성분과 접촉하게 되는 일 없이, 회분은 공기에 의해서 유리 용융로로부터 이 용융로의 적당한 포트 밖으로 운반된다고 밝히고 있다. 이러한 방식에서는, 유리 용융물의 표면 위로 유동하는 가스 유동의 속도를 조정함으로써, 실질적으로 모든 잔류 회분은 아래에 위치하는 용융 풀과 접촉하게 되는 일 없이 제거될 수 있다.
회분에 의해 야기되는 용납될 수 없는 결함을 유발하는 일 없이, 회분 함유 연료를 사용하는 것이 바람직할 것이다.
용납될 수 없는 노의 내화성 물질의 열화를 야기하는 일 없이, 회분 함유 연료를 사용하는 것이 바람직할 것이다.
본원의 내용은 용융 생성물을 형성하기 위해 용융로에 열을 공급하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 회분 성분과 가연 성분을 갖는 제1 연료를 슬래깅 연소로의 슬래깅 챔버에 도입하는 단계; 10 체적% 내지 100 체적%, 10 체적% 내지 20 체적%, 또는 20 체적% 내지 30 체적%의 산소 농도를 갖는 제1 산화제 혼합물을 슬래깅 연소로의 슬래깅 챔버에 도입하는 단계; 제2 연료를 슬래깅 연소로의 슬래깅 챔버에 선택적으로 도입하는 단계; 22 체적% 내지 100 체적%, 60 체적% 내지 75 체적%, 또는 85 체적% 내지 100 체적%의 산소 농도를 갖는 제2 산화제 혼합물을 슬래깅 연소로의 슬래깅 챔버에 도입하는 단계; 슬래깅 연소로의 슬래깅 챔버에서 제1 연료의 가연 성분 중 적어도 일부분과 선택적인 제2 연료의 적어도 일부분을 연소시켜서, 분리된 회분 성분을 형성하고 슬래깅 연소로의 가스 배출물을 형성하는 단계; 상기 분리된 회분 성분의 적어도 일부분을 슬래깅 챔버의 내면의 적어도 일부분과 접촉하는 용융 슬래그의 층으로서 수집하는 단계; 슬래깅 연소로의 가스 배출물의 적어도 일부분을 슬래깅 연소로의 슬래깅 챔버로부터 온도 1000℃ 내지 2500 ℃의 용융로 내의 연소 공간으로 옮겨서, 용융 생성물을 형성하기 위한 열을 공급하는 단계; 및 슬래깅 연소로의 슬래깅 챔버로부터 용융 슬래그를 인출하는 단계를 포함한다.
슬래깅 연소로의 가스 배출물은 적어도 하나의 연소되지 않은 가연성 가스를 함유할 수 있다. 상기 방법은 20 체적% 내지 100 체적%, 60 체적% 내지 75 체적%, 또는 85 체적% 내지 100 체적%의 산소 농도를 갖는 제3 산화제 혼합물을 용융로의 연소 공간에 도입하는 단계; 및 슬래깅 연소로의 가스 배출물에서 얻어지는 적어도 하나의 연소되지 않은 가연성 가스의 적어도 일부분을 제3 산화제 혼합물의 적어도 일부분과 함께 용융로의 연소 공간에서 연소시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 제3 산화제 혼합물은 슬래깅 연소로의 가스 배출물과 용융물/원료 공간과의 사이에 도입될 수 있다.
제1 산화제 혼합물은 용융로에서 나오는 연도 가스를 함유할 수 있고, 제1 산화제 혼합물은 10 체적% 내지 20 체적%의 산소 농도를 가질 수 있다.
제2 연료는 슬래깅 연소로의 가스 배출물의 적어도 일부분을 함유할 수 있다.
상기 방법은 용융 슬래그를 용융로에 도입하는 단계를 더 포함할 수 있다.
용융로는 용융 구역과 청징(淸澄) 구역을 구비하는 유리 용융로일 수 있다. 상기 방법은 용융 슬래그를 용융 구역에 도입하고 청징 구역에는 도입하지 않는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 방법은 슬래깅 첨가제를 슬래깅 챔버에 도입하는 단계를 더 포함할 수 있다. 슬래깅 첨가제는 유리 컬릿, 유리 제조 원료, 다른 공정으로부터의 회분 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 회분에 의한 결함이 야기되는 일 없이, 그리고 회분에 의해 노의 내화성 물질의 열화가 야기되는 일 없이, 회분 함유 연료를 용융로에 열을 공급하는 데에 사용할 수 있게 된다.
본 발명은 용융 생성물을 형성하기 위해 용융로에 열을 공급하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 후술하는 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있고, 즉 상기 특징 중 하나만을 취하거나 혹은 기술적으로 가능한 임의의 조합으로 취할 수 있다. 이 방법을 실시하기 위한 예시적인 장치(1)가 도 1에 개략적으로 도시되어 있다. 이 장치는 용융로(10)와 슬래깅 연소로(14)를 포함한다.
간단하고 명료하게 설명하기 위해, 잘 알려진 장치와 방법에 관한 상세한 설명을 생략함으로써, 불필요하게 상세히 기술된 내용에 의해 본 발명에 대한 설명이 모호해지는 것을 막는다.
용융로는 고체 물질로부터 액화된 물질을 생성하기 위해 열이 발생되는 임의의 밀폐된 구조이다. 작동 시에, 용융로는 용융된 물질과 용융되지 않은 물질을 수용할 수 있는 용융물/원료 공간(18)의 위에 위치하는 연소 공간(16)을 대개 갖는다. 연소 공간은 용융된 물질과 용융되지 않은 물질을 수용할 수 있는 공간의 위에 위치하고 용융로의 벽과 지붕에 의해 경계가 정해지는 주로 가스가 존재하는 가 스 영역이다. 가시적인 연소 화염이 대개 연소 공간에 존재하지만, 단 고온의 불연성 가스를 용융로에 도입하여 상기 물질을 용융하는 경우, 또는 화염을 발생시키지 않는 연소 기술을 사용하는 경우는 예외의 경우이다. 용융로의 예로는 유리 용융로, 구리 용융로 및 알루미늄 용융로가 있다. 용융로는 잘 알려져 있다. 구성 재료와 구성 방법은 알려져 있다.
용융 생성물은 열에 의해 용융되거나 액화되는 임의의 생성물이다. 용융 생성물의 예로는 용융 유리, 용융 구리 및 용융 알루미늄이 있다. 용융 생성물을 형성하는 방법은, 용융 생성물 형성 물질을 용융로에 도입하는 단계뿐만 아니라 열을 공급하는 단계를 포함한다.
본 발명의 방법은 제1 연료(20)를 슬래깅 연소로(14)의 슬래깅 챔버(12)에 도입하는 단계를 포함한다. 제1 연료는 회분 성분 및 가연 성분을 갖는다. 제1 연료는 슬래깅 챔버에 직접적으로 도입될 수 있거나, 또는 보조 버너 도관을 거쳐서 간접적으로 도입될 수 있다. 제1 연료는 운반 가스(대개 공기)와 함께 도입될 수 있다. 제1 연료는 제1 연료 유량(F1)으로 도입되는데, 이 유량의 단위는 예컨대 kg/s이거나, 또는 그 밖의 적절한 측정 단위이다. 제1 연료는 제1 연료 총발열량(H1)을 갖는데, 이 총발열량의 단위는 예컨대 J/kg이거나, 또는 그 밖의 적절한 측정 단위이다.
연료는 연소에 의해 열이나 동력을 생산하는 데 사용되는 탄소-함유 물질이다. 연료의 예로는 석탄, 석유 코크스(펫코크), 바이오 연료, 중유, 경유, 휘발 유, 등유, 프로판, 메탄 및 천연 가스가 있다.
제1 연료는 회분 성분과 가연 성분을 갖는 임의의 연료일 수 있다. 예컨대, 제1 연료는 석탄, 석유 코크스, 바이오 연료, 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
회분 성분은 가연성 물질이 화학적 수단에 의해 완전히 산화되거나 연소되었을 때 잔류물로서 남는 임의의 불연성 광물질로서 정의된다. 회분은 모(母)연료에 존재하는 무기 불연성 물질을 포함하며, 대개 실리콘, 알루미늄, 철, 칼슘, 마그네슘, 나트륨, 칼륨 및 바나듐의 산화물을 포함한다.
가연 성분은 산소와 화학적으로 발열 반응할 수 있는 임의의 물질이다.
슬래깅 연소로는 회분 성분을 갖는 연료의 적어도 일부분을 산화제를 이용해 연소시키기 위한 장치로서, 이 장치는 연료 및/또는 산화제를 도입하기 위한 적어도 하나의 도관과, 적어도 하나의 슬래깅 챔버, 그리고 슬래깅 연소로의 가스 배출물을 방출하기 위한 적어도 하나의 배출 포트를 구비한다. 용융 슬래그는 적어도 하나의 배출 포트로부터 방출되거나, 또는 하나 이상의 다른 용융 슬래그 방출 포트 혹은 탭을 통하여 방출될 수 있다.
슬래깅 챔버는 용융 슬래그에 대해 상용성을 갖는 재료로 구성되는 임의의 챔버 또는 도관으로서, 회분 성분을 갖는 적어도 하나의 연료를 수용하고, 적어도 하나의 산화제 혼합물을 수용하며, 회분 성분의 적어도 일부분을 용융 슬래그의 층으로서 수집하는 임의의 챔버 또는 도관으로서 정의된다. 회분 성분과 산화제를 갖는 연료는 슬래깅 챔버에 도입되어 적어도 부분적으로 연소될 수 있다. 연료에 포함된 회분은 회분의 용융점보다 높은 온도로 가열될 수 있고, 이를 통해 회분은 고체상에서 액체상 또는 용융상으로 변환된다. 용융 회분(슬래그)은 연료 연소의 가스 생성물로부터 물리적으로 분리되어 용융 슬래그의 층으로서 수집된다. 슬래깅 챔버 내에서 용융 회분이 가스 생성물로부터 분리되는 것은, 원심력, 관성력, 중력, 정전기력, 자력, 그 밖의 적절한 힘, 또는 이들의 조합에 기인하여 일어날 수 있다.
원심력에 의존하는 슬래깅 챔버는 원통형 "배럴"일 수 있는데, 이 원통형 배럴에는 회분 성분을 갖는 연료가 상당한 접선 운동량을 갖고 도입되며 이를 통해 상기 슬래그 층이 형성되는 챔버의 벽을 향한 회분 입자의 가속이 일어난다. 용융 슬래그는 중력에 의해서 방출 및 제거용 슬래그 탭을 향해 유동할 수 있다.
관성력 및/또는 중력에 의존하는 슬래깅 챔버는 "U"자형 도관을 포함할 수 있다. 회분 성분과 산화제 혼합물을 갖는 연료가 "U"자형 도관에 하향 도입될 수 있고, 연소하여 연소 생성물 및 분리된 회분 성분을 형성할 수 있다. 분리된 회분 성분은 "U"자형 도관의 바닥에 슬래그 층을 형성할 수 있다. 용융 슬래그는 "U"자형 도관의 바닥에서 태핑될 수 있다. 관성력 및/또는 중력에 의해 연소 생성물로부터 상기 분리된 회분 성분을 분리시키기 위한 다양한 기하학적 구조는 쉽게 고안될 수 있다.
연료(들)와 산화제(들)는 수평 섹션과 수직 섹션을 갖는 중력 기반 슬래깅 챔버에 수평하게 도입될 수 있다. 가스는 수직 섹션에서 상향 유동할 수 있는 반면에, 분리된 회분 성분은 수직 섹션의 벽에 충돌한 이후에 하향 이동하여 수직 섹션의 바닥에서 태핑된다.
당업자라면 슬래깅 챔버를 구비하는 적절한 슬래깅 연소로를 쉽게 선택할 수 있을 것이다. 슬래깅 챔버의 특정 형태는 본 발명의 방법에 있어서 결정적인 것은 아니다.
보일러용 슬래깅 챔버는 공지되어 있다. 예컨대, D'Agostini 등에게 허여된 미국 특허 제6,910,432호와 제6,968,791호, Ashworth에게 허여된 미국 특허 제6,085,674호, Farzan 등에게 허여된 미국 특허 제5,878,700호, 및 Khinkis에게 허여된 미국 특허 제5,209,187호를 참조하라.
본 발명의 방법은 제1 산화제 혼합물(22)을 슬래깅 연소로의 슬래깅 챔버에 도입하는 단계를 포함한다. 제1 산화제 혼합물은 대개 가스이고, 10 체적% 내지 100 체적%의 산소 농도(Y1)를 가질 수 있다. 제1 산화제 혼합물의 나머지 부분은 질소 및 아르곤 등과 같은 종을 포함할 수 있고, 예컨대 연도 가스의 재순환이 사용된다면 이산화탄소, 이산화황 및 수증기 등과 같은 종을 더 포함할 수 있다.
제1 산화제 혼합물은 20 체적% 내지 30 체적%의 산소 농도를 가질 수 있다. 제1 산화제 혼합물은 공기일 수 있다.
연도 가스의 재순환을 사용하면, 제1 산화제 혼합물은 용융로에서 나오는 연도 가스를 포함할 수 있고, 10 체적% 내지 20 체적%의 산소 농도를 가질 수 있다. 제1 산화제 혼합물은 도 1에 도시된 바와 같이 슬래깅 챔버에 직접 도입될 수 있거나, 또는 보조 버너 도관을 거쳐서 간접적으로 도입될 수 있다. 제1 산화제 혼합물은 제1 산화제 혼합물 체적 유량(V1)으로 도입된다.
제1 산화제 혼합물은 접선방향으로 이동하는 방식으로 도입되어 원심력을 일으킬 수 있는데, 이 원심력은 제1 연료로부터 분리된 회분 성분을 슬래깅 챔버의 내벽을 향해 이동시킨다.
선택적으로, 본 발명의 방법은 제2 연료(30)를 슬래깅 연소로의 슬래깅 챔버에 도입하는 단계를 포함한다. 제2 연료는 회분 성분을 조금 포함하는, 즉 0.1 중량% 미만으로 포함하는 연료일 수 있다. 제2 연료는 중유, 경유, 휘발유, 등유, 프로판, 메탄, 천연 가스, 또는 이들의 조합일 수 있다. 제2 연료는 슬래깅 연소로의 가스 배출물의 일부분을 함유할 수 있다. 제2 연료는 슬래깅 챔버 내에 있어서 온도와 연소를 증대시키기 위해 제공되어, 슬래깅 챔버에 수집되어 있는 용융 슬래그 층의 점도에 영향을 미칠 수 있다. 제2 연료가 사용된다면, 제2 연료는 제2 연료 유량(F2)으로 도입되는데, 이 유량의 단위는 예컨대 kg/s이거나, 또는 그 밖의 적절한 측정 단위이다. 제2 연료는 제2 연료 총발열량(H2)을 갖는데, 이 총발열량의 단위는 예컨대 J/kg이거나, 또는 그 밖의 적절한 측정 단위이다. 제2 연료가 사용된다면, 제2 연료는 슬래깅 연소로에 도입되는 전체 에너지의 25% 이하를 제공할 수 있으며, 이는 다음 식으로 표현된다.
Figure 112008031367484-pat00001
본 발명의 방법은 제2 산화제 혼합물(32)을 슬래깅 연소로의 슬래깅 챔버에 도입하는 단계를 포함한다. 제2 산화제 혼합물은 대개 가스이고, 22 체적% 내지 100 체적%의 산소 농도(Y2)를 가질 수 있다. 제2 산화제 혼합물의 나머지 부분은 질소, 이산화탄소, 수증기, 아르곤 및 미량의 다른 종을 포함할 수 있다.
제2 산화제 혼합물은 60 체적% 내지 75 체적%의 산소 농도를 가질 수 있다. 질소를 생산하는 공기 분리 공장은 60 체적% 내지 75 체적%의 산소 농도를 갖는 산소 배출 흐름을 가질 수 있다.
제2 산화제 혼합물은 85 체적% 내지 100 체적%의 산소 농도를 가질 수 있다. 제2 산화제 혼합물은 공기 분리 공장에서 생산되는 산업 등급의 산소일 수 있다.
미국 특허 제6,968,791호에 더 기술되어 있는 바와 같이, 제2 산화제 혼합물은 슬래깅 챔버 내에 있어서 온도와 연소를 증대시키기 위해 사용되어, 슬래깅 챔버에 수집되어 있는 용융 슬래그 층의 점도에 영향을 미칠 수 있다. 제2 산화제 혼합물은 제2 산화제 혼합물 체적 유량(V2)으로 도입된다.
본 발명의 방법은 슬래깅 연소로의 슬래깅 챔버에서 제1 연료의 가연 성분 중 적어도 일부분과 제2 연료(존재하는 경우)의 적어도 일부분을 연소시켜서, 분리된 회분 성분을 형성하고 슬래깅 연소로의 가스 배출물(40)을 형성하는 단계를 포함한다.
분리된 회분 성분은 연소가 일어나는 동안에 가연 성분으로부터 분리되어 나온 제1 연료의 회분 성분을 포함하는 임의의 비(非)가스 성분이다.
슬래깅 연소로의 가스 배출물은 슬래깅 연소로에서 나오는 임의의 가스 배출물이다. 슬래깅 연소로의 가스 배출물은 연소 생성물 및/또는 적어도 하나의 연소 되지 않은 가연성 가스를 함유할 수 있다.
실질적으로 전체, 예컨대 제1 연료의 적어도 95%와 제2 연료 전부는 슬래깅 연소로 내에서 연소될 수 있다. 별법으로서, 제1 연료의 일부분은 슬래깅 연소로 내에서 연소되어 적어도 하나의 연소되지 않은 가연성 가스(불완전 연소 생성물이라고도 함)를 남기는데, 이 불완전 연소 생성물은 용융로(10) 내에서의 연소에 이용할 수 있는 것이다. 제1 연료의 일부분만이 슬래깅 연소로 내에서 연소되는 경우, 슬래깅 연소로의 가스 배출물은 대개 일산화탄소를 상기 연소되지 않은 가연성 가스 중의 하나로서 함유할 것이다.
본 발명의 방법은 상기 분리된 회분 성분의 적어도 일부분을 용융 슬래그의 층(44)으로서 수집하는 단계를 포함한다. 용융 슬래그의 층은 슬래깅 챔버의 내면의 적어도 일부분과 접촉하게 형성될 수 있다. 용융 슬래그의 층은 슬래깅 챔버 내에 존재할 수 있는 임의의 고온 화염으로부터 슬래깅 챔버의 벽을 보호하는 데 기여한다. 슬래깅 연소로는 실질적으로 전체, 즉 분리된 회분 성분의 90% 이상이 슬래깅 챔버에 용융 슬래그의 층으로서 수집되도록 구성 및 작동될 수 있다. 수집된 회분 성분의 비율은 제1 연료의 평균 회분 함량과 슬래깅 챔버로부터 인출되는 슬래그의 양을 알면 물질 수지로부터 계산될 수 있다. 대부분의 회분은 슬래깅 챔버에 수집되므로, 회분은 용융 생성물에서 결함을 야기할 기회가 적다.
또한, 용융로를 향해 방출되는 상기 분리된 회분 성분은 용융로의 내화성 물질의 열화를 조장할 수 있다. 용융로의 연소 공간에 들어가는 상기 분리된 회분 성분의 양을 줄이면, 용융로의 내화성 물질의 부식을 줄일 수 있다.
또한, 용융로를 향해 방출되는 상기 분리된 회분 성분은 용융로에서 배출되는 고체 입자의 질량 유량을 증대시킬 수 있다. 따라서, 연소 공간에 들어가는 상기 분리된 회분 성분의 양을 줄이면, 용융로에서 배출 가스 흐름을 소제(掃除)하는 데 필요한 입자 제어 장치의 크기를 줄일 수 있다.
제2 산화제 혼합물과 선택적인 제2 연료를 사용하면 몇 가지 이점이 주어질 수 있다. 슬래그 온도 제어의 보강은 본 발명에 따른 방법의 이점 중 하나인데, 이는 슬래그 온도 제어를 보강하면 입자의 포획이 증대될 수 있게 되고 공정의 턴다운(turndown)이 향상되기 때문이다. 슬래그 온도와 입자 수집 사이의 상호 관계는 슬래그의 점도를 통해 성립된다. 적절한 슬래그 점도는 슬래깅 챔버의 벽에 부착된 용융 슬래그가 입자를 효율적으로 포획하기 위해 필요한 것이다. 슬래그 온도가 낮으면 점도가 과도하게 높아져서, 국부적으로 응고가 일어나며, 그 결과 입자는 슬래그 표면에서 벗어나 가스상으로 되돌아간다. 이와는 반대로, 슬래그 온도가 높으면 점도가 낮은 상태가 형성되어, 역시 비교적 부착성이 불충분한 흐르는 경향이 있는 슬래그가 된다. 농축 산소 및/또는 보조 연료의 선택적 사용은, 다른 공정 운전 파라미터에 좌우되지 않는 효과적인 슬래그 온도 제어 수단을 제공한다.
본 발명의 방법은 슬래깅 연소로의 가스 배출물을 슬래깅 연소로의 슬래깅 챔버로부터 온도 1000℃ 내지 2500℃의 용융로(10) 내의 연소 공간(16)으로 옮겨서 용융 생성물을 형성하기 위한 열을 공급하는 단계를 포함한다. 고온의 연소 가스는 원료를 용융시켜 용융 생성물을 형성하기 위한 열을 공급하는 데에 사용될 수 있다.
온도는 흡인형 고온계(suction pyrometer)를 사용하여 측정될 수 있는데, 이러한 흡인형 고온계의 예로는 스웨덴 엔셰핑 소재의 METLAB에서 입수 가능한 수냉식 흡인형 고온계 프로브가 있다. 또한, 수냉식 흡인형 고온계 프로브는 네덜란드 소재의 International Flame Research Foundation(IFRF)에서도 입수 가능하다. 노 가스의 온도 측정은 당업계에 공지되어 있다. 당업계에 공지된 임의의 적절한 장치를 사용하여 슬래깅 연소로의 가스 배출물의 온도를 측정할 수 있다.
슬래깅 연소로의 가스 배출물은 대개 용융로에 열을 공급하기 위한 비발광성 가스 매체이다. 발광성은 발광비로 환산하여 기술될 수 있다. 본원에서 발광비는 가열원에서 나오는 600 nm 내지 4800 nm 대역의 열 복사선에 대한 가열원에서 나오는 600 nm 내지 1500 nm 대역의 열 복사선의 비로서 정의된다(예컨대, 미국 특허 제5,575,637호 참조). 비발광성 가열원은 0.14 이하의 발광비 값을 갖는 반면에, 발광성 가열원은 0.14보다 큰 발광비를 갖는다. 발광비는 가스 가열 매체의 스펙트럼 방출 신호로부터 계산될 수 있다. Macam Spectroradiometer 시스템 등과 같은 분광 복사계를 사용하여 스펙트럼 방출 데이터를 측정할 수 있다.
고온 가스의 발광성은 가스 내에 포함된 입자에서 나오는 흑체 복사에 의해 얻어진다. 이러한 입자는 2개의 성분, 즉 연료 연소 공정 동안에 가스 탄화수소의 핵 생성을 통해 형성되는 매연 입자와, 연료 공급원 내에 포함되는 잔류 입자를 포함한다. 그러나, 본 발명의 방법에 의해 생성되는 가스 탄화수소의 농도는 낮은데, 이는 온도를 회분의 용융점 이상으로 유지하기 위해 슬래깅 챔버 내에서 일어나는 연소의 양이 비교적 크기 때문이다. 또한, 본 발명의 방법에 의하면 회분 제 거 공정이 제공되기 때문에, 잔류 연료 입자의 양이 적다. 따라서, 용융 챔버 내에서의 주 가열 모드는 슬래깅 연소로의 가스 배출물로부터 용융물/원료로의 대류와, 용융로의 벽과 지붕으로부터 용융물/원료로의 복사이다.
비발광성 가열은 석탄 또는 그 밖의 미분 고체 연료를 이용하는 종래 기술의 교시 내용에 상반된다.
예컨대, Daiga에게 허여된 미국 특허 제4,006,003호에서는, 27 중량%의 석탄(73 중량%의 오일)과 40 중량%의 석탄(60 중량%의 오일)을 각각 포함하는 석탄 및 오일의 슬러리로부터 생성되는 화염이 오일로부터만 생성되는 화염에 비해 발광성이 더 나은 것으로 관찰되었다고 밝히고 있다. 또한, Daiga의 특허는 유리 용융물의 레벨보다 대략 2 ft 위에 버너를 배치하였고, 화염이 유리 용융물의 풀의 표면을 향해 하향 경사져서 화염의 끝이 유리 용융물의 풀 상에 부유하는 배치(용융되지 않은 원료) 성분의 상면을 핥도록 버너를 조정하였다고 밝히고 있다.
Miller 등에게 허여된 미국 특허 제3,969,068호는 유리 탱크로에서 직접 석탄을 연소하는 방법과 장치에 관한 것으로서, 이 특허에서는 공기 흐름에 비말 동반되는 미분탄이 노즐을 지나 노 안으로 들어가도록 강제되고, 유리 용융로의 용융 생성물 바로 위에 있는 분위기에서 연소되어, 발광성 화염을 형성하며, 직접적인 석탄 연소는 통상적인 보충 열원과 함께 이용되는 것이 바람직하다. 상기 '068호 특허의 목적은 유리 용융물을 보다 효과적으로 가열하는 발광성 화염을 제공하기 위해 유리 탱크로에서 석탄을 직접 연소하는 개선된 신규 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
Olin-Nunez 등에게 허여된 미국 특허 제6,789,396호에서는, 노가 작동하는 동안에, 재생기가 공기 연소 사이클과 배출 사이클 중 어느 한 사이클을 교대로 구성한다고 밝히고 있다. 특정 노에 따라, 일련의 버너의 화염 경로가 20분 또는 30분마다 전환된다. 그리하여, 각 버너에서 최종적으로 형성된 화염과 연소 생성물은 유리 용융물의 표면을 가로질러 통과하고, 열을 용융 챔버 및 정련 챔버 내에 있는 유리에 전달한다.
Kobayashi가 출원한 미국 특허 출원 제2006/0150677호에서는, 노의 내부에 있어서 유리 용융물의 표면 위에 화염이 유지되도록 산소-연료 버너를 배치하였다고 밝히고 있다.
선택적으로, 슬래깅 연소로의 가스 배출물의 발광성은, 용융로의 연소 공간에 제3 연료를 주입하고, 제3 연료의 적어도 일부분을 슬래깅 연소로의 가스 배출물의 적어도 일부분과 혼합하며, 그리고 용융로의 연소 공간 내에서 제3 연료의 적어도 일부분을 연소하여 발광성 화염을 형성하는 것을 통해 증대될 수 있다. 제3 연료는 회분 성분을 조금 포함하는, 즉 0.1 중량% 미만으로 포함하는 연료일 수 있다. 제3 연료는 중유, 경유, 휘발유, 등유, 프로판, 메탄, 천연 가스, 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 제3 연료의 조성은 제2 연료의 조성과 동일할 수 있다.
본 발명의 방법은 슬래깅 연소로(14)의 슬래깅 챔버(12)로부터 용융 슬래그(42)를 인출하는 단계를 포함한다. 용융 슬래그가 용융 생성물에 대해 상용성을 갖지 않는 경우, 용융 슬래그는 버려진다. 용융 슬래그가 용융 생성물에 대해 상용성을 갖는 경우, 용융 슬래그는 용융물/원료 공간(18)에 제어 가능하게 도입될 수 있다.
유리 용융로의 경우, 용융 슬래그는 유리 용융로의 용융 단부 또는 용융 구역에 선택적으로 도입되고 청징(淸澄) 구역에는 도입되지 않는다. 용융 슬래그를 유리 용융로의 용융 구역에 도입하면, 유리의 성형 작업 이전에 유리 용융로에서 유리 제품 내의 용융 슬래그를 균질하게 만들 수 있는 기회가 더 제공된다.
유리 용융로는 2개의 구역, 즉 용융 구역과 청징 구역으로 분할될 수 있다. 용융 구역은 유리 용융로에 있어서 눈에 보이는(가시성) 배치(용융되지 않은 원료)가 용융물의 표면에 존재하는 길이에 해당한다. 용융물의 표면에 있는 가시성 배치는 배치 블랭크, 배치 파일, 배치 아일랜드, 배치 로그 등의 형태일 수 있다. 용융 구역의 길이는 후방벽으로부터 하류측에 가장 멀리 위치하는 가시성 배치까지 연장되며, 유리 용융물의 표면에 가시성 배치가 없는 용융물의 구역을 포함할 수 있다. 청징 구역은 유리 용융로의 나머지 길이에 해당한다. 본원에 기술된 바와 같이, 전방벽은 하류측의 노 벽에 해당하고 후방벽은 상류측의 노 벽에 해당한다. 길이의 크기는 후방벽에서 전방벽으로 이동하는 유리 용융물의 총괄 유동에 해당하는 크기이다. 투입 단부는 유리 제조 원료가 도입되는 노의 단부에 해당한다. 유리 제조 원료는 후방벽에서 또는 후방벽 부근의 두 측벽 중 어느 한 측벽이나 양 측벽에서 노에 도입될 수 있다.
유리 용융로에서, 본 발명의 방법은 다양한 복합적인 형태로 사용될 수 있다. 본 발명의 방법은 용융 구역에서 50% 이상의 순산소 연소가 이루어지고, 청징 구역에서 50% 이상의 공기-연료 연소가 이루어진다. 본 발명의 방법은 용융 구역 에서 슬래깅 연소로를 이용하고, 청징 구역에서 통상적인 순산소 버너 및/또는 공기-연료 버너를 이용할 수 있다.
본원에서 순산소 연소는 연소가 일어나는 동안에 산화제 혼합물의 평균 산소 농도가 30 체적% 내지 100 체적%인 연소로서 정의된다. 본원에서 공기-연료 연소는 연소가 일어나는 동안에 산화제 혼합물의 평균 산소 농도가 15 체적% 내지 22 체적%인 연소로서 정의된다. 본원에서 산소가 농후한 공기-연료 연소는 연소가 일어나는 동안에 산화제 혼합물의 평균 산소 농도가 22 체적% 내지 30 체적%인 연소로서 정의된다. 복수 개의 산화제 흐름이 도입되어 연료를 연소시키는 경우, 연소 타입의 결정은 복수 개의 산화제 흐름의 체적 유량 가중 평균에 기초한다.
전술한 바와 같이, 제1 연료의 일부분만이 슬래깅 연소로 내에서 연소되어, 용융로(10) 내에서의 연소에 이용 가능한 연소되지 않은 가연성 가스를 남긴다. 본 발명의 방법은 제1 연료의 일부분만을 반응시켜서 적어도 하나의 연소되지 않은 가연성 가스를 상당량 남기는 단계를 포함한다. 또한, 본 발명의 방법은 제3 산화제 혼합물을 용융로(10)의 연소 공간(16)에 도입하는 단계를 더 포함한다. 제3 산화제 혼합물은 제3 산화제 혼합물 체적 유량(V3)으로 도입될 수 있다.
제3 산화제 혼합물은 20 체적% 내지 100 체적%의 산소 농도(Y3)를 가질 수 있다. 제3 산화제 혼합물의 나머지 부분은 질소, 이산화탄소, 수증기, 아르곤 및 미량의 다른 종을 포함할 수 있다.
제3 산화제 혼합물은 60 체적% 내지 75 체적% 또는 85 체적% 내지 100 체적% 의 산소 농도를 가질 수 있다. 제3 산화제 혼합물은 질소 공장의 배출 흐름에서 얻을 수 있다. 제3 산화제 혼합물은 공기 분리 공장에서 생산되는 산업 등급의 산소일 수 있다. 제3 산화제 혼합물은 제2 산화제 혼합물과 동일한 공급원으로부터 나올 수 있고 동일한 조성일 수 있다.
본 발명의 방법은 슬래깅 연소로의 가스 배출물에서 얻어지는 적어도 하나의 연소되지 않은 가연성 가스의 적어도 일부분을 제3 산화제 혼합물의 적어도 일부분과 함께 용융로의 연소 공간에서 연소시키는 단계를 포함할 수 있다.
제3 산화제 혼합물은 슬래깅 연소로의 가스 배출물과 용융물/원료 공간과의 사이에 도입될 수 있다. 슬래깅 연소로는 슬래깅 연소로의 가스 배출물을 방출하기 위한 적어도 하나의 배출 포트를 구비한다. 제3 산화제 혼합물 도입용의 노즐은 슬래깅 연소로의 가스 배출물을 방출하기 위한 적어도 하나의 배출 포트와 용융물/원료 공간과의 사이에 배치될 수 있다.
본 발명의 방법은 슬래깅 첨가제를 슬래깅 챔버에 도입하는 단계를 더 포함할 수 있다. 슬래깅 첨가제는 유리 컬릿(glass cullet), 하나 이상의 유리 제조 원료, 및/또는 다른 공정으로부터의 회분을 포함할 수 있다.
예컨대 석유 코크스 또는 무연탄의 경우와 같이, 제1 연료의 회분 함량이 매우 낮은 경우, 적절한 용융 슬래그의 층을 형성하기가 곤란할 수 있다. 용융 슬래그의 층은 슬래깅 챔버의 기저 기판을 고온 손상으로부터 보호하는 방벽의 역할을 한다. 첨가제의 다른 역할은 연료/회분 혼합물로부터 오염 물질을 제거하는 것이다. 통상적인 칼슘 또는 마그네슘계 흡착제는 이러한 용도로 사용될 수 있는 흡착 제의 예이다. 슬래깅 첨가제는 임의의 적절한 방식으로 슬래깅 챔버에 도입될 수 있다. 슬래깅 첨가제는 제1 연료와 함께, 제2 연료와 함께, 제1 산화제 혼합물과 함께, 제2 산화제 혼합물과 함께, 또는 별도의 흐름으로 도입될 수 있다.
당업자라면 산소의 선택적 사용을 통해 NOX 배출물을 줄일 수 있다는 것을 인지할 것이다. 예컨대, 제1 연료가 슬래깅 챔버에 도입되는 곳인 제1 연료 노즐 부근에서 산소를 주입하면, 제1 연료와 제1 산화제 혼합물의 완전 혼합이 이루어지기 전에 제1 연료의 증발이 보강될 것이다. 별법으로서, 산화제 혼합물은 슬래깅 챔버의 하류측 섹션에 도입되어, 슬래깅 챔버의 내부에 단계적 연소를 일으킬 수 있다. 제3 산화제 혼합물과 관련하여 전술한 바와 같이, 산화제 혼합물은 노에 도입되어, 노의 안에 그리고 슬래깅 챔버의 외부에 단계적 연소를 일으킬 수 있다.
선택적인 제2 연료가 사용되는 경우, NOX 배출물은 제2 연료와 제2 산화제 혼합물의 당량비에 의해 영향을 받는 것으로 관찰되었다. 1.4 내지 3의 당량비를 갖는 제2 연료와 제2 산화제 혼합물이 도입될 수 있다. 일반적으로, 당량비는 연료:산화제 비를 완전 연소에 해당하는 연료:산화제 비로 나눈 것으로 정의된다. 후자의 비(완전 연소에 해당하는 연료:산화제 비)를 대개 화학양론적 연료:산화제 비라고 한다. 당량비 1은 연료와 산화제가 이론적으로 정확한 양으로 또는 화학양론적 양으로 제공된다는 것을 의미한다. 1보다 큰 당량비는 연료 농후 상태에 해당하고, 1보다 작은 당량비는 연로 희박 상태에 해당한다.
도 2는 정규화된 NOX 배출물을 제2 연료와 제2 산화제 혼합물의 당량비의 함 수로서 보여주는 도표이다. 이러한 실험에서, 제1 산화제 혼합물은 공기이고, 제1 연료는 역청탄이며, 제2 연료는 No.2 중유이고, 제2 산화제 혼합물은 (LOX 공급원에서 얻어지는) 거의 100%의 산소이다. 제2 연료로부터의 연료 에너지 입력은 총 에너지의 18%이었다. 모든 연료와 산화제 혼합물을 비롯한, 연소 공정의 전체 당량비는 약 0.79이었다. 도 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, NOX의 값은 제2 연료와 제2 산화제 혼합물이 화학양론적 작용에 가깝게(즉, 약 1의 당량비로) 작용하는 동안 절반 이상 줄어든다. 당량비가 증대됨에 따라, 액체 슬래그 층의 유지를 돕는 제2 연료 및 제2 산h화제 혼합물의 유효성이 줄어들므로, 당량비의 상한을 약 3으로 제안한다.
산소 사용의 다른 잠재적 이점은 용융로에 열을 공급할 수 있는 연료의 범위가 넓어진다는 것이다. 게다가, 이러한 이점은 전술한 바와 같이 제2 산화제 혼합물/제2 연료의 연소와 선택적인 산소 농축 중 어느 하나의 조정을 통해 슬래그 온도를 독립적으로 제어할 수 있다는 것에 유래한다. 예컨대, 회분 용융점이 높은 석탄의 연소는 안정적인 슬래그 유동을 유지할 수 있을 정도로 충분히 높은 온도를 발생시킬 수 없다는 이유로 공기-연료 연소식 슬래깅 연소로에서 전통적으로 문제가 있었다. 2.5 MMBtu/h (0.73 MW 열)의 슬래깅 연소로에서 회분 용융점이 높은 저황 석탄을 연소하여 실시한 시험의 결과는, No.2 중유가 연소에 20% 참여하여 행해진 본 발명의 방법에 의하면 슬래깅과 전체적인 성능 가동이 안정적임을 입증하였다. 이와는 반대로, 공기-연료 연소만을 이용하면, 안정적인 용융 슬래그가 유 지될 수 없었다. 수분 함량이 큰 다수의 석탄 및 바이오 연료 등을 비롯한, 슬래그의 문제를 해결하려는 다른 고체 연료를 통해서도, 유사한 이점이 얻어질 수 있다.
본 발명의 특정 실시예를 상세히 기술하였지만, 당업자라면 본 명세서의 전체적인 교시 내용을 고려하여 다양한 수정 및 변형을 실시할 수 있을 것으로 이해될 것이다. 따라서, 본 발명은 몇몇 특정 실시예와 그 변형례를 참조하여 본 명세서에 예시되고 기술되었음에도 불구하고, 이렇게 예시되고 기술된 상세한 설명에 한정되도록 의도된 것은 아니다. 오히려, 청구범위에 상당하는 범위 및 영역 내에서 그리고 본 발명의 정신을 벗어나지 않으면서도, 상기 상세한 설명에서 다양한 수정이 실시될 수 있다.
도 1은 슬래깅 연소로를 구비한 용융로의 개략도.
도 2는 NOX 배출물을 제2 연료와 제2 산화제 혼합물의 당량비와 대비하여 보여주는 도표
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 용융로
14 : 슬래깅 연소로
16 : 연소 공간
18 : 용융물/원료 공간
20 : 제1 연료
22 : 제1 산화제 혼합물
30 : 제2 연료
32 : 제2 산화제 혼합물
40 : 슬래깅 연소로의 가스 배출물
42 : 용융 슬래그

Claims (17)

  1. 용융 생성물을 형성하기 위해 용융로에 열을 공급하는 방법으로서,
    회분 성분과 가연 성분을 갖는 제1 연료를 슬래깅 연소로의 슬래깅 챔버에 도입하는 단계;
    10 체적% 내지 100 체적%의 산소 농도를 갖는 제1 산화제 혼합물을 슬래깅 연소로의 슬래깅 챔버에 도입하는 단계;
    제2 연료를 슬래깅 연소로의 슬래깅 챔버에 선택적으로 도입하는 단계;
    22 체적% 내지 100 체적%의 산소 농도를 갖는 제2 산화제 혼합물을 슬래깅 연소로의 슬래깅 챔버에 도입하는 단계;
    슬래깅 연소로의 슬래깅 챔버에서 제1 연료의 가연 성분 중 적어도 일부분과 선택적인 제2 연료의 적어도 일부분을 연소시켜서, 분리된 회분 성분을 형성하고 슬래깅 연소로의 가스 배출물을 형성하는 단계;
    상기 분리된 회분 성분의 적어도 일부분을 슬래깅 챔버의 내면의 적어도 일부분과 접촉하는 용융 슬래그의 층으로서 수집하는 단계;
    슬래깅 연소로의 가스 배출물의 적어도 일부분을 슬래깅 연소로의 슬래깅 챔버로부터 온도 1000℃ 내지 2500℃의 용융로 내의 연소 공간으로 옮겨서, 용융 생성물을 형성하기 위한 열을 공급하는 단계; 및
    슬래깅 연소로의 슬래깅 챔버로부터 용융 슬래그를 인출하는 단계
    를 포함하는 용융로에 대한 열 공급 방법.
  2. 제1항에 있어서, 제1 산화제 혼합물의 산소 농도는 20 체적% 내지 30 체적%인 것인 용융로에 대한 열 공급 방법.
  3. 제1항에 있어서, 제1 산화제 혼합물의 산소 농도는 10 체적% 내지 20 체적%인 것인 용융로에 대한 열 공급 방법.
  4. 제1항에 있어서, 제2 산화제 혼합물의 산소 농도는 60 체적% 내지 75 체적%인 것인 용융로에 대한 열 공급 방법.
  5. 제1항에 있어서, 제2 산화제 혼합물의 산소 농도는 85 체적% 내지 100 체적%인 것인 용융로에 대한 열 공급 방법.
  6. 제1항에 있어서, 슬래깅 연소로의 가스 배출물은 적어도 하나의 연소되지 않은 가연성 가스를 함유하는 것인 용융로에 대한 열 공급 방법.
  7. 제6항에 있어서, 20 체적% 내지 100 체적%의 산소 농도를 갖는 제3 산화제 혼합물을 용융로의 연소 공간에 도입하는 단계; 및
    슬래깅 연소로의 가스 배출물에서 얻어지는 적어도 하나의 연소되지 않은 가연성 가스의 적어도 일부분을 제3 산화제 혼합물의 적어도 일부분과 함께 용융로의 연소 공간에서 연소시키는 단계를 더 포함하는 것인 용융로에 대한 열 공급 방법.
  8. 제7항에 있어서, 제3 산화제 혼합물의 산소 농도는 60 체적% 내지 75 체적%인 것인 용융로에 대한 열 공급 방법.
  9. 제7항에 있어서, 제3 산화제 혼합물의 산소 농도는 85 체적% 내지 100 체적%인 것인 용융로에 대한 열 공급 방법.
  10. 제7항에 있어서, 제3 산화제 혼합물은 슬래깅 연소로의 가스 배출물과 용융물/원료 공간과의 사이에 도입되는 것인 용융로에 대한 열 공급 방법.
  11. 제1항에 있어서, 용융 슬래그를 용융로에 도입하는 단계를 더 포함하는 것인 용융로에 대한 열 공급 방법.
  12. 제1항에 있어서, 용융로는 용융 구역과 청징(淸澄) 구역을 구비하는 유리 용융로이며, 용융 슬래그를 용융 구역에 도입하고 청징 구역에는 도입하지 않는 단계를 더 포함하는 것인 용융로에 대한 열 공급 방법.
  13. 제1항에 있어서, 슬래깅 첨가제를 슬래깅 챔버에 도입하는 단계를 더 포함하는 것인 용융로에 대한 열 공급 방법.
  14. 제13항에 있어서, 슬래깅 첨가제는 유리 컬릿(glass cullet), 유리 제조 원료, 다른 공정으로부터의 회분 중 적어도 하나를 포함하는 것인 용융로에 대한 열 공급 방법.
  15. 제1항에 있어서, 제1 산화제 혼합물은 용융로에서 나오는 연도 가스를 함유하고, 제1 산화제 혼합물은 10 체적% 내지 20 체적%의 산소 농도를 갖는 것인 용융로에 대한 열 공급 방법.
  16. 제1항에 있어서, 제2 연료는 슬래깅 연소로의 가스 배출물의 적어도 일부분을 함유하는 것인 용융로에 대한 열 공급 방법.
  17. 제1항에 있어서, 1.4 내지 3의 당량비를 갖는 제2 연료와 제2 산화제 혼합물이 도입되는 것인 용융로에 대한 열 공급 방법.
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2698879A1 (en) * 2007-09-03 2009-03-12 Vitro Global, S.A. Method for melting glass
US20110226997A1 (en) * 2010-03-19 2011-09-22 Air Products And Chemicals, Inc. Method And System Of Gasification
US8480769B2 (en) 2010-07-29 2013-07-09 Air Products And Chemicals, Inc. Method for gasification and a gasifier
CN102060430A (zh) * 2010-12-02 2011-05-18 上海福莱特玻璃有限公司 一种太阳能超白压花玻璃熔窑的燃烧方法和燃料配送***
US20120214115A1 (en) * 2011-02-22 2012-08-23 Cameron Andrew M Method for heating a blast furnace stove
CN104832912A (zh) * 2015-04-08 2015-08-12 石家庄新华能源环保科技股份有限公司 一种多级接力燃烧装置
CN112479568B (zh) * 2020-12-18 2022-08-09 成都中光电科技有限公司 液晶玻璃铂金通道免清理的搅拌桶盖板砖结构
CN113292226B (zh) * 2021-06-01 2022-06-10 江西林力高新材料有限公司 一种烟尘灰及炉渣提取设备及其提取工艺

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6910432B2 (en) 2003-08-21 2005-06-28 Air Products And Chemicals, Inc. Selective oxygen enrichment in slagging cyclone combustors
US6968791B2 (en) 2003-08-21 2005-11-29 Air Products And Chemicals, Inc. Oxygen-enriched co-firing of secondary fuels in slagging cyclone combustors
KR100643630B1 (ko) 2004-08-16 2006-11-10 에어 프로덕츠 앤드 케미칼스, 인코오포레이티드 연료 연소용 버너 및 연료의 연소 방법

Family Cites Families (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4055400A (en) * 1973-07-25 1977-10-25 Battelle Memorial Institute Extracting sulfur and ash
US3969068A (en) * 1974-12-16 1976-07-13 Tusco Engineering Co., Inc. Method for coal firing glass furnaces
US4006003A (en) * 1975-10-29 1977-02-01 Owens-Illinois, Inc. Process for melting glass
US4544394A (en) * 1984-03-05 1985-10-01 Hnat James G Vortex process for melting glass
AR240891A1 (es) * 1985-06-25 1991-03-27 Ppg Ind Inc Cesionaria De Henr Un metodo de fundir un lote o carga de vidrio o lo similar.
US4631080A (en) * 1985-10-04 1986-12-23 Gas Research Institute Method and apparatus for the heat processing of glass and glass forming material
US4741741A (en) * 1986-10-17 1988-05-03 The Standard Oil Company Chemical beneficiation of coal
US4957527A (en) * 1989-03-08 1990-09-18 Hnat James G Method and apparatus for heat processing glass batch materials
US5114122A (en) * 1989-03-08 1992-05-19 Hnat James G Apparatus for heat processing glass batch materials
JPH031958A (ja) * 1989-05-31 1991-01-08 Nippon Carbide Ind Co Inc 高速印字用グレイズ基板
US5209187A (en) * 1991-08-01 1993-05-11 Institute Of Gas Technology Low pollutant - emission, high efficiency cyclonic burner for firetube boilers and heaters
US5312462A (en) * 1991-08-22 1994-05-17 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Moist caustic leaching of coal
JPH06142497A (ja) * 1992-11-11 1994-05-24 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 微粒子製造用燃焼炉
US5575637A (en) * 1994-11-04 1996-11-19 Air Products And Chemicals, Inc. Method and device for low-NOx high efficiency heating in high temperature furnaces
JPH08285219A (ja) * 1995-04-10 1996-11-01 Nippon Sanso Kk 酸素バーナーを用いた燃焼装置
US5979191A (en) * 1997-06-02 1999-11-09 Owens Corning Fiberglas Technology, Inc. Method and apparatus for melting of glass batch materials
US5878700A (en) * 1997-11-21 1999-03-09 The Babcock & Wilcox Company Integrated reburn system for NOx control from cyclone-fired boilers
US6237369B1 (en) * 1997-12-17 2001-05-29 Owens Corning Fiberglas Technology, Inc. Roof-mounted oxygen-fuel burner for a glass melting furnace and process of using the oxygen-fuel burner
US5961689A (en) * 1998-03-03 1999-10-05 Praxair Technology, Inc. Method of protective atmosphere heating
US6085674A (en) * 1999-02-03 2000-07-11 Clearstack Combustion Corp. Low nitrogen oxides emissions from carbonaceous fuel combustion using three stages of oxidation
JP4139525B2 (ja) * 1999-08-06 2008-08-27 大阪瓦斯株式会社 加熱炉用の燃焼装置
US6422041B1 (en) * 1999-08-16 2002-07-23 The Boc Group, Inc. Method of boosting a glass melting furnace using a roof mounted oxygen-fuel burner
CA2323032A1 (en) * 1999-10-18 2001-04-18 Air Products And Chemicals, Inc. Method and apparatus for backing-up oxy-fuel combustion with air-fuel combustion
US6519973B1 (en) * 2000-03-23 2003-02-18 Air Products And Chemicals, Inc. Glass melting process and furnace therefor with oxy-fuel combustion over melting zone and air-fuel combustion over fining zone
JP3764634B2 (ja) * 2000-06-27 2006-04-12 株式会社タクマ 酸素バーナ式溶融炉
JP4693968B2 (ja) * 2000-09-11 2011-06-01 大陽日酸株式会社 炉の運転方法
US20020134287A1 (en) * 2001-03-23 2002-09-26 Olin-Nunez Miguel Angel Method and system for feeding and burning a pulverized fuel in a glass melting furnace, and burner for use in the same
JP2002349822A (ja) * 2001-05-28 2002-12-04 World Kogyo Kk 難焼却性廃棄物のバーナー吹き込み式燃焼による処理方法
JP2003279024A (ja) * 2002-03-26 2003-10-02 Osaka Gas Co Ltd 灰溶融炉
JP2004085010A (ja) * 2002-08-23 2004-03-18 Sankyo:Kk 溶融処理装置
FR2866656B1 (fr) * 2004-02-25 2006-05-26 Air Liquide Procede de traitement d'aluminium dans un four rotatif ou reverbere
JP4103115B2 (ja) * 2004-03-22 2008-06-18 三井造船株式会社 燃焼溶融炉の燃焼用空気吹込み方法および燃焼溶融炉
AT413283B (de) 2004-04-01 2006-01-15 Tribovent Verfahrensentwicklg Einrichtung und verfahren zum oxidieren, reduzieren, kalzinieren, sintern oder schmelzen von stäuben
US7409838B2 (en) * 2005-01-12 2008-08-12 Praxair Technology, Inc. Reducing corrosion and particulate emission in glassmelting furnaces
JP4502858B2 (ja) * 2005-03-28 2010-07-14 大阪瓦斯株式会社 溶解炉
JP2008007802A (ja) * 2006-06-27 2008-01-17 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 精鉱バーナー及びこれを用いた自熔炉の操業方法
JP5068493B2 (ja) * 2006-08-10 2012-11-07 大陽日酸株式会社 バーナ及び粉体可燃物の燃焼方法並びに冷鉄源の溶解・精錬方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6910432B2 (en) 2003-08-21 2005-06-28 Air Products And Chemicals, Inc. Selective oxygen enrichment in slagging cyclone combustors
US6968791B2 (en) 2003-08-21 2005-11-29 Air Products And Chemicals, Inc. Oxygen-enriched co-firing of secondary fuels in slagging cyclone combustors
KR100643630B1 (ko) 2004-08-16 2006-11-10 에어 프로덕츠 앤드 케미칼스, 인코오포레이티드 연료 연소용 버너 및 연료의 연소 방법

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