广义地讲，本发明涉及玻璃制造工艺。具体地讲，本发明涉及用于制造玻璃的材料处理方法，例如在玻璃熔窑中进行处理。 在制造玻璃的过程中，用于制造玻璃的材料在玻璃熔窑中进行处理时需要极其大量的热使其熔化。一般来说，用燃料和氧化剂一起燃烧来提供所需热，到目前为止所用氧化剂一般为空气。
普遍认为氮氧化物（NOX）为污染物，工业生产时要求减少NOX排放量。用空气进行燃烧时生成NOX的主要原因是来自空气的氮在燃烧反应达到的高温下与氧结合。
最近，考虑到NOX带来的问题，许多工业方法已开始应用纯氧或富氧空气进行燃烧，因为这可减少或完全避免因氧化剂带入燃烧反应区的氮气。
在用于制造玻璃的材料处理过程中，尽管用氧气或富氧空气已确实使NOX排放量低于用空气作氧化剂时的NOX排放量，但在配料含有硝石时NOX生成量的降低就没有达到期望的程度。
因此，本发明的目的是用于制造玻璃的材料处理方法，其中氮氧化物排放量减少。
申请人认为，用于制造玻璃的材料处理时NOX生成量高于预料值的问题主要是因为在该材料中用了硝石作为氧化剂，其中硝石分解而生成NOX。
因此，本发明的另一目的是将用于制造玻璃的含硝石的材料进行处理以减少氮氧化物排放量的方法。
本专业技术人员可从本发明的公开内容中清楚地看出上述及其它目的可按以下方法达到：
用于制造玻璃的材料处理方法，其中减少了氮氧化物排放量，该方法包括：
（A）提供设有进料区和出料区的玻璃熔窑;
（B）向进料区提供用于制造玻璃地含硝石的材料并使其中的硝石分解成氮氧化物;
（C）以富含燃料的比例向进料区提供燃料和氧气，使其燃烧而生成燃烧反应产物，其中包括未完全燃烧产物，并在进料区使氮氧化物还原成氮气;以及
（D）将用于制造玻璃的材料转入出料区，以富含氧气的比例向所述出料区提供燃料和氧气并使之燃烧，同时使未完全燃烧产物与氧气反应生成完全燃烧产物。
本文中所用“氮氧化物”一词和“NOX”指一氧化二氮（N2O），一氧化一氮（NO），三氧化二氮（N2O3），四氧化二氮（N2O4），二氧化氮（NO2），四氧化三氮（N3O4）和三氧化氮（NO3）中的一或多种。
本文中所用“硝石”一词指一或多种硝酸盐化合物如硝酸钠（NaNO3）和硝酸钾（KNO3）。
本文中所用“完全燃烧产物”一词指二氧化碳和水蒸汽中的一或多种。
本文中所用“未完全燃烧产物”一词指一氧化碳，氢，碳和部分燃烧烃中的一或多种。
本文中所用“未燃烧燃料”一词指未经历燃烧过程的燃料和/或未完全燃烧的产物。
附图为可用来实施本发明方法的玻璃熔窑实施方案之一的简化示意图。
在实施本发明时，在玻璃熔窑内设置上游区和下游区，上游区中NOX在玻璃面以上还原，而在玻璃表面附近保持更具氧化性的条件，下游区为氧化区。确定的上游区条件得以使NOX，如硝石产生的NOX还原成氮气。在氧化区内使燃烧完全，从而产生更多的热量，用以进行熔化并减少流出窑的未完全燃烧产物量，而同时又不会产生大量NOX。
以下参照附图详述本发明。
图中示出了玻璃熔窑10，其中设有上游进料区1和下游出料区2。为进行一般性说明，图中示出的进料区位置是从入口端延伸至窑轴长L的15-50%范围内，而出料区则基本上包括窑轴长L的剩余部分。
用于制造玻璃的材料经进料口11送入进料区1，经过窑10的长度后经管道6进入进行进一步加工处理的精炼（refining）区12。用于制造玻璃的材料在经过窑10的过程中经受烧嘴21，22，23和24产生的热的作用而熔化。该材料可包括砂，苏达灰，石灰石，白云石，铁丹和碎玻璃或玻璃屑中的一或多种。用于制造玻璃的材料也可包括硝石。若该材料中存在硝石，则窑中热量可使硝石在进料区分解成NOX。
燃料和氧气以富含燃料的比例加入进料区。可用于实施本发明方法的合适燃料例子包括甲烷，天然气，油和氢气。氧气可以空气或其氧浓度超过空气中氧浓度的流体形式提供。优选以氧浓度至少80mol%，更优选至少90mol%的流体形式提供氧气。需要时，可以市售纯氧形式提供氧气。
如上所述，燃料和氧气以富含燃料的比例加入进料区。据认为，燃料和氧气的这种比例优选在化学计量的50-95%范围内。燃料和氧气在进料区内燃烧而生成燃烧反应产物，其中包括因燃料与氧气的比例不足化学计量而生成的未完全燃烧产物。
在进料区存在的氮氧化物如硝石分解产生的氮氧化物可通过与不足化学计量燃烧时余下的未燃烧燃料如燃料自由基进行一系列反应而还原成氮气。例如，烃自由基与NO反应而生成HCN，然后与其它自由基反应而生成NH，之后再与其它自由基和NO反应生成氮气。在优选实施方案中，燃料和/或氧气高速加入进料区，其速度为30-1500英尺/秒（fps），优选为100-1000fps，进行高速燃烧反应时窑内气氛中包含NOX，从而促使NOX如上述还原成氮气。
生成的燃烧反应产物和用于制造玻璃的材料一起从进料区转入出料区。以富含氧气的比例向出料区中提供燃烧和氧气。所用燃料可同于或不同于送入进料区的燃料，可为甲烷，天然气，油或氢气。氧气形式也可同于或不同于送入进料区的氧气。优选以氧气浓度至少80mol%，更优选至少90mol%的流体形式向出料区提供氧气。需要时，亦可按市售纯氧形式提供氧气。
送入出料区的燃烧反应物的富氧比例或超出化学计量的比例优选为化学计量的102-120%。送入出料区的燃料和氧气在其中燃烧，其中由于氧气量超过该燃料燃烧所需氧气量，所以燃料基本上完全燃烧。而且，过量氧气与从进料区进入出料区的未完全燃烧产物反应而生成完全燃烧产物，这样可放出更多的热量使用于制造玻璃的材料熔化并减少从窑中排出的有害物质量。
在出料区中存在的过量氧气不会明显与氮气反应而生成NOX，因为未完全燃烧产物和氧气的火焰温度低。若出料区气氛中达到良好混合状态，则这种清扫效果更佳。向出料区中高速注入燃烧和/或氧气即可达到这种良好混合状态，其中速度优选为30-1500fps，更优选为100-1000fps。
用于制造玻璃的熔融材料从窑的出料区排出后经通道6送去作进一步的处理。在窑内气氛中产生的气体可从窑的出料区或进料区排出。若这些气体从进料区排出，则在该进料区会发生未完全燃烧产物与过量氧气的反应，而在这些气体从窑的出料区排出时，则在出料区未完全燃烧产物会与过量氧气发生反应。
在本发明方法的特别优选实施方案中，采用如US 5，076，779（Kobayashi）中所公开并要求保护的分区燃烧方法和US 5，209，656（Kobayashi et al.）中所公开并要求保护的高速喷气系统向窑中提供燃料和氧气并使其燃烧。
以下实施例和比较例进一步说明本发明及其优点，但这些例子不能理解为是对权利要求书所述发明的限制。
用天然气和空气操作四孔玻璃熔窑，其生产速度为200吨（t）用于制造玻璃的熔化材料/天。窑的进料速度为308磅硝石（KNO3）/小时。从窑中排出的NOX量为230磅/小时。
空气孔No.1和No.2关闭，在类似于图中所示的烧嘴21，22和23所示的位置设置3个氧气-燃料烧嘴。更具体地讲，第一烧嘴位于端壁和第一孔之间，第二烧嘴位于第一和第二孔之间，而第三烧嘴位于第二和第三孔之间。另有3个烧嘴类似地位于窑的相对侧壁上。每一烧嘴包括燃料喷管和氧气喷管，这两根喷管分开12英寸，其方向应足以防止燃料和氧气在其有机会初次夹带和混入窑内气体之前出现直接混合。每一烧嘴都用天然气作燃料并用市售纯氧气作氧化剂。
第一烧嘴向窑内进料区提供燃料和氧气，使窑内在4000标准立方英尺天然气/小时（scfh）和4400scfh市售纯氧气的富含燃料条件下燃烧。该比例为化学计量的55%。但是，由于有空气漏入，所以实际比例还会更高。第二和第三烧嘴也用天然气和市售纯氧气并各自向出料区供入7250scfh天然气和13050scfh的氧气，这些燃料和氧气与漏入的空气结合起来超过100%。按类似于上述烧空气时的方式进行玻璃料熔化工序，其中NOX排放量仅为70-100磅/小时。
尽管本发明在用于制造玻璃的材料含硝石的情况下具有广泛的用途，但本发明亦可有效地用于用其它材料制造玻璃的工艺中，其中在进料区或出料区生成NOX如来自高NOX烧嘴或来自含氮如以一或多种氮化合物形式含氮的油燃烧产生的油焰。这种方法可描述为：
用于制造玻璃的材料处理方法，其中减少了氮氧化物排放量，该方法包括：
（A）提供设有进料区和出料区的玻璃熔窑;
（B）向进料区提供用于制造玻璃的材料并且向其中提供氮氧化物;
（C）以富含燃料的比例向进料区提供燃料和氧气，使其燃烧而生成燃烧反应产物，其中包括未完全燃烧产物，并在进料区使氮氧化物还原成氮气;以及
（D）将用于制造玻璃的材料转入出料区，以富含氧气的比例向所述出料区提供燃料和氧气并使之燃烧，同时使未完全燃烧产物与氧气反应生成完全燃烧产物。
至此，本专业技术人员可用本发明处理用于制造玻璃的材料，包括用于制造玻璃的含硝石的材料，其中减少了NOX排放量。虽然以上已参照一些实施方案详细说明了本发明，但本专业技术人员可以看出，在本发明构思和权利要求书所述保护范围内本发明还可有其它实施方案。