Стеклоплавильная печь



Стеклоплавильная печь
Стеклоплавильная печь

 


Владельцы патента RU 2515928:

АГК ГЛАСС ЮРОП (BE)

Изобретение относится к стекловаренным печам. Техническим результатом изобретения является предотвращение кристаллизации стекла при работе печи в аварийном режиме. Стеклоплавильная печь содержит плавильный резервуар в форме канала для плавления, в которой сырьевые материалы загружают на верхнем по ходу потока конце, расплавленное стекло получают на нижнем по ходу потока конце, причем указанную печь нагревают с помощью горелок, в которых по меньшей мере 80 % энергии сгорания производится посредством кислородного горения. При этом кислород подают непрерывно из производственных установок, расположенных рядом либо через газопровод, от удаленных установок. Причем печь снабжена средствами хранения кислорода, так что при прекращении непрерывной подачи кислорода работа печи может быть обеспечена по меньшей мере в аварийном режиме поддержания температуры, в течение минимального периода, составляющего 8 часов, и предпочтительно по меньшей мере 20 часов, и особенно предпочтительно по меньшей мере 30 часов. При этом мощность, вырабатываемая горелками в режиме аварийного поддержания температур, равна самое большее одной трети мощности, соответствующей мощности в обычном режиме. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Настоящее изобретение относится к стеклоплавильным печам, в которых энергия плавления обеспечивается в основном горелками, функционирующими с использованием топлива и кислорода или газа, сильно обогащенного кислородом. Эти печи обычно называют «печи кислородного горения».

Хорошо известно вторичное использование горелок кислородного горения в стеклоплавильных печах. Речь идет о добавлении одной или ограниченного количества горелок кислородного горения в печи, функционирующих традиционным способом с использованием воздуха. Введение этих дополнительных горелок направлено, в общем, на увеличение производительности существующих печей, эффективность которых могла снизиться из-за долгого срока эксплуатации. Производительность данных печей можно легко увеличить с помощью введния дополнительных источников энергии.

Добавление нескольких горелок кислородного горения в печи большой емкости, обычно производится без какой-либо значительной модификации печи при ее обычной эксплуатации. В частности, доля израсходованной на кислородное горение энергии остается низкой. Она не превышает 20%, а зачастую 10% от общей энергии. По этой причине непрерывная подача кислорода не подвергает установку никаким серьезным рискам. В случае прерывания поступления кислорода по какой-либо причине температура печи может поддерживаться только с помощью горелок, работающих посредством воздушного горения. Получаемая продукция может подвергнуться мгновенному изменению, но установке не грозит никакая опасность.

Системы, функционирующие в так называемом режиме кислородной подпитки, не имеют никаких преимуществ, которые достигаются в результате кислородного горения, кроме получения дополнительного источника энергии. В числе потенциальных преимуществ кислородного горения - низкое потребление энергии и сокращение выделения нежелательных газов.

Кроме того, сокращение потребления энергии данной установкой позволяет уменьшить выбросы углекислого газа и, таким образом, соответствовать требованиям предписаний в этой области.

Наличие азота также является источником формирования так называемых NOx оксидов, выделение которых запрещено из-за причинения вреда атмосфере данными соединениями. Использование кислорода позволяет исключить проблемы, связанные с азотом в воздухе, что невозможно при применении технологии кислородной подпитки.

Несмотря на преимущества, описанные выше, использование кислородного горения в больших печах для изготовления стекла еще не развито. На это есть несколько причин. Во-первых, использование кислорода значительно дороже, чем использование воздуха. Тем не менее, экономический анализ результатов использования технологии кислородного горения позволяет дать позитивную оценку данному методу, в частности, когда речь идет о том, что значительная часть теплоты, выделяемой топочными газами, восстанавливается, как описано в неопубликованной Европейской Патентной Заявке 08102880.5, зарегистрированной 25 марта 2008 г. Во-вторых, для обеспечения непрерывного рабочего процесса требуется бесперебойное поступление кислорода.

При использовании печей большой емкости наиболее надежным способом поступления необходимого объема кислорода является либо использование газопровода, либо промышленной установки, расположенной рядом с печью. Какой бы способ не был принят, самое главное, убедиться в постоянном поступлении кислорода, принимая во внимание возможность его кратковременного прерывания. При этом в данных обстоятельствах всегда должны соблюдаться условия, при которых установка не будет подвергаться риску.

Изобретение относится к способам применения технологии кислородного горения в больших печах для изготовления стекла, которые формируют объект формулы изобретения, представленной в приложении к данному описанию.

Первой задачей на случай прерывания поступления кислорода является обеспечение средств, позволяющих поддерживать температуру установки на таких уровнях, при которых расплавленное стекло останется в том же состоянии. Для этого, принимая во внимание значительную и неизбежную потерю энергии, некоторое ее поступление должно поддерживаться в печи постоянно. При условии, что установка сконструирована для работы с использованием технологии кислородного горения, необходимо иметь возможность обеспечивать поступление энергии по этой технологии с использованием данных средств. Горелки для кислородного горения нельзя использовать как горелки, предназначенные для работы с воздухом. Соответствующие объемы топлива для каждого типа горелок разные. Линии и системы труб для подачи кислорода не могут быть использованы для циркуляции воздуха. По этой причине нельзя заменять кислородное горение воздушным, за исключением возможного, описанного ниже случая, при эксплуатации некоторых горелок, расположенных в зоне осветления.

Поэтому, для обеспечения работы горелок необходимо иметь в наличии аварийный источник кислорода. Однако трудность состоит в наличии достаточного резерва, способного компенсировать нехватку кислорода, связанную с мгновенным отключением его поступления. Объем потребления кислорода при эксплуатации печи в обычном рабочем режиме недостаточен для функционирования установки в полном объеме в случае аварийной ситуации. В соответствии с изобретением для того, чтобы расходы на аварийные запасы не были чрезмерно высокими, в случае мгновенной остановки поступления кислорода эксплуатация печи должна производиться в замедленном режиме. Поступление энергии сокращается строго до минимума, только чтобы сохранить стекло в расплавленном состоянии. Сырьевые материалы в печь больше не загружаются, а потенциальные источники охлаждения хранятся как можно дальше.

При данном типе предполагаемого риска предпринятые меры предосторожности по хранению дополнительного кислорода позволяют поддерживать температуру в печи в течение по меньшей мере 8 часов. Количества кислорода, хранящегося на производстве в установке, должно быть достаточно для поддержания этого состояния по меньшей мере на этот период. Тем не менее, для исключения риска нехватки кислорода целесообразно по возможности хранить большее количество. Предпочтительно хранить такое количество кислорода, которое соответствует 20 часам эксплуатации, и предпочтительно 30 часам.

Сокращение поступления энергии направлено на сохранение стекла, находящегося в печи в расплавленном состоянии, а не на повторное плавление материалов. В этих условиях необходимое количество энергии может быть значительно сокращено. Предпочтительно, чтобы необходимое количество энергии не превышало одной трети энергии, потребляемой во время обычного режима эксплуатации, учитывая неизбежные потери.

При работе в режиме поддержания температуры баланс печи значительно меняется. Подача энергии распределяется другим способом, отличающимся от способа распределения энергии в обычном режиме эксплуатации.

Расплавленный материал распределяется в различных зонах печи: плавления, осветления и кондиционирования. Поступление энергии во время эксплуатации в обычном режиме локализуется в первых двух зонах. Зона кондиционирования, предшествующая процессу во флоат-ванне, предназначена для уменьшения температуры стекла с целью постепенного доведения его до состояния достаточной вязкости. Отсутствие нагревательных элементов над зоной кондиционирования не допускает изменения температуры. Для предотвращения кристаллизации стекла необходимо с помощью поддержания температуры на определенном уровне в обычном режиме эксплуатации обеспечить возможность сохранения в этой зоне свойств расплавленного стекольного материала, полученных в предыдущих зонах.

По изобретению предпочтительно устанавливать аварийные горелки над зоной кондиционирования. Эти горелки могут быть перманентными или съемными в случае необходимости. Съемные горелки преимущественно устанавливаются в смотровых отверстиях, которые в обычном режиме эксплуатации позволяют выводить горячую атмосферу над зоной кондиционирования, способствуя тем самым желаемому охлаждению.

Снабжение съемных горелок осуществляется особым способом. Поскольку они запускаются в эксплуатацию быстро, они должны иметь легко подсоединяющиеся подводящие трубки. Соединение с линией подачи топлива либо жидкого, либо газообразного не представляет каких-либо сложностей. Наоборот, данная подвижность делает поступление кислорода, а именно горячего кислорода, очень точным процессом. По этой причине целесообразно, чтобы в качестве аварийных горелок над зоной кондиционирования использовались горелки воздушного горения. Необходимо отметить, что в данных чрезвычайных ситуациях выгода от использования кислородного горения не принимается во внимание. Наличие секции воздушного горения не предназначено для оптимизации поступления энергии, а необходимо только исключительно для поддержания температуры в печи.

Эксплуатация горелок производится только для оптимизированных систем. Каждая горелка работает в своем диапазоне мощности, который может варьироваться в определенных пределах номинальной изначальной мощности. Для удержания энергетической эффективности на должном уровне нежелательно слишком отклоняться от этого диапазона. Следовательно, для сокращения поступления энергии необходимо ограничить число активных горелок, используемых при эксплуатации в режиме поддержания температуры.

Для выбора горелок, которые останутся в активном состоянии, необходимо учитывать специфику кислородного горения, а также данного конкретного режима эксплуатации, при котором не требуется плавления сырьевых материалов.

Система кислородного горения, как описано в упомянутой выше Европейской Заявке на Патент, включает в себя специфическую циркуляцию топочных газов внутри печи. Циркуляция большего количества топочных газов направлена в верхнюю часть печи, что позволяет распределить энергию в те зоны печи, которым она больше всего требуется.

Помимо циркуляции большинство топочных газов собирает как можно больше энергии с целью ее восстановления. Эта восстановленная энергия используется в частности для предварительного нагрева кислорода и при необходимости потребляемого топлива.

Обсуждаемые печи должны быть также существенно ограждены от атмосферы, содержащей азот. По этой причине все горелки печи, в основном, функционируют посредством кислородного горения. Тем не менее, если при наличии такой возможности частично используется воздушное горение, энергия, вырабатываемая при кислородном горении, составляет по меньшей мере 80-90% общей энергии, использованной в печи.

Независимо от образовавшихся в результате горения компонентов атмосферы в печи необходимо обеспечить максимальную защиту от проникновения в печь внешнего воздуха для предотвращения потери энергии, связанной с предварительным нагревом этого воздуха, но прежде всего для предотвращения формирования нежелательных оксидов азота, возникающих в результате прохождения этого воздуха сквозь высокие температуры пламени (эти температуры колеблются в диапазоне от 1800° до 2300°C в зависимости от типа выбранной кислородной горелки).

Независимо от возможных дизайнов стеклоплавильные печи не могут быть полностью защищены от внешней атмосферы. Более того, чтобы предотвратить доступ внешней атмосферы, циркуляция топочных газов в печи организована таким образом, что создается динамическое герметичное уплотнение.

Невозможно полностью модифицировать фитинги печи, принимая во внимание специфические условия аварийного режима. Тем не менее, возможно подобрать часть горелок, которые остаются в рабочем состоянии и часть, которые быстро останавливаются.

В данной конкретной системе топочные газы постоянно направлены в верхнюю часть печи, но это необходимо только для постоянного восстановления энергии для нагрева используемого кислорода. При эксплуатации в обычном режиме ограниченное количество топочных газов выделяется в нижней части зоны осветления, таким образом, поступающий из зоны кондиционирования лимитированный объем воздуха удаляется вместе с этими топочными газами. Риск образования оксидов азота при этом нивелируется. Целью поддержания потока воздуха, поступающего из зоны кондиционирования, является не допустить проникновение взвешенной пыли в атмосферу печи.

При эксплуатации в аварийном режиме наибольшее внимание следует уделить поддержанию температур. Кратковременное попадание небольшого количества воздуха в печь допустимо. В этих условиях по изобретению целесообразно убедиться, что все топочные газы выводятся в верхней части. С одной стороны, энергия наилучшим образом распространяется на расплавленный материал, а с другой стороны, даже при аварийном режиме, когда выделяется меньше топочных газов, восстановление удельной теплоты сохраняется на как можно более высоком уровне при соблюдении условий, позволяющих нагревать используемый кислород.

Поскольку прерывается поступление сырьевых материалов, количество энергии, необходимой в верхней части печи, значительно сокращается. Даже если энергия горелок сокращается, как указано выше, тепловой баланс в этой верхней части печи сохраняется, даже при условии, что первые горелки находятся в нерабочем состоянии.

Распределение мощности при использовании горелок, остающихся в рабочем состоянии, позволяет поддерживать одинаковые температуры в зонах плавления и осветления. Такое распределение мощности также необходимо для поддержания, насколько возможно, конвекционных потоков внутри шихты. Эти потоки даже при замедленном режиме эксплуатации обеспечивают повторное нагревание секций, наиболее открытых для охлаждения. Это касается, в частности, днища печи.

Как правило, для достижения этого результата большинство энергии вырабатывается горелками, расположенными в центральной зоне на границе между зонами плавления и осветления. В верхней части, как указано выше, потребность в энергии ниже, чем при эксплуатации в обычном режиме. Напротив, если расплавленный материал не передвигается в зону осветления, может потребоваться установка в эту зону, а также в зону кондиционирования дополнительных горелок вдобавок к уже имеющимся, функционирующим в обычном рабочем режиме.

Предпочтительно в случае установки дополнительных горелок в зоне осветления их функционирование с использованием кислорода с целью сохранения, насколько возможно, всех преимуществ кислородного горения. При установке съемных горелок нужно отметить, что съемные линии подачи плохо подходят для использования горячего кислорода. Поэтому при эксплуатации этих дополнительных съемных горелок в зоне осветления предпочтительно использовать ненагретый кислород.

Кислородные горелки более предпочтительны, поскольку с их помощью температуры в данной зоне печи поддерживаются соответствующим образом. Дополнительные горелки воздушного горения, которые устанавливаются со стороны смотровых отверстий, не способны поддерживать требуемые температуры на соответствующем уровне. Для обычных съемных горелок необходимо пространство, достаточное для распространения пламени по всей площади внутренней части печи. Нагревание свода печи в этих условиях происходит только при контакте с продуктами сгорания. Их температура недостаточно высока для того, чтобы поддерживать необходимый уровень температуры свода.

Установка горелок воздушного горения, пламя которых распространяется непосредственно от стенок печи, в принципе, возможна. Тем не менее, такая установка не простая. Потребуется удаление огнеупорных элементов со стенок печи, операция, которая очень неудобна. Установка аварийных горелок в процессе производства работ также возможна, но непрактична.

Поскольку горелки, предназначенные для кислородного горения, нельзя использовать как горелки для воздушного горения по причинам, описанным выше, модификация этих горелок позволяет при необходимости произвести альтернативную операцию. Было упомянуто, что замена кислорода воздухом невозможна при использовании подводящих трубок этих горелок. Альтернативным решением для этих горелок является применение топлива и так называемого «первичного» кислорода вместе с топливом. Этот «первичный» кислород обеспечивает постоянное горение. «Вторичное» и, возможно, «третичное» нагнетание кислорода, используемого в качестве замены наибольшего количества топлива и обеспечивающего ступенчатое горение пламени, в этом случае прерывается. Таким образом, воздух проходит сквозь соответствующие каналы, установленные в огнеупорных блоках, примыкающих к «первичному» пламени. Пламя в этих условиях горит активно в камере печи. И, соответственно, его распространение позволяет поддерживать необходимую температуру свода печи. Тем не менее, установка таких трубок подачи воздуха - довольно сложная операция. По этой причине ее применяют, только когда невозможно использовать описанные выше альтернативные методы.

При эксплуатации в обычном рабочем режиме температуры сводов печи колеблются в диапазоне от 1350° до 1450°С. Сокращение поступления энергии и сохранение шихты в расплавленном состоянии сопровождается ощутимым падением температуры этих сводов. Тем не менее эти температуры остаются высокими. В зонах плавления и осветления предпочтительно, чтобы температура была не менее 1100°С.

В зоне кондиционирования при эксплуатации в обычном режиме должна поддерживаться такая температура, чтобы в момент помещения стекла во флоат-ванну его температура была около 1100°С. Для обеспечения этих температур не только должны отсутствовать горелки, но и должна быть обеспечена серьезная вентиляция, чтобы постепенно снижать температуру стекла. В этих условиях температура свода будет значительно ниже, чем в зонах плавления и осветления.

Как указано выше, при эксплуатации в аварийном режиме необходимо обеспечить поступление энергии с тем, чтобы предотвратить кристаллизацию стекла. Тем не менее, температура свода может быть немного ниже, чем в предшествующих зонах. Целесообразно, чтобы температура не опускалась ниже 1050°С.

Конвекционные потоки поддерживаются в обычном режиме не только в результате естественных механизмов, вызванных разницей температур между зонами печи, но также в результате передвижений, вызванных использованием дополнительных устройств. Это, например, барботеры, миксеры или подпоры. Общим свойством данных устройств является то, что кроме пользы от этих конвекционных передвижений они вызывают некоторое охлаждение стекла.

Миксеры или подпоры, соприкасающиеся с очень агрессивной средой, должны в процессе работы постоянно находиться в охлажденном состоянии. Цель - минимизация потерь при эксплуатации в режиме поддержания температуры. Поэтому миксеры предпочтительнее всего удалить из шихты, в противном случае их охлаждение прервется. Также прервется охлаждение подпоров, которые, естественно, не являются съемными.

Трудно полностью прервать поступление газов, пропущенных через установленные на днище барботеры. Некоторый газовый поток поддерживается для предотвращения блокировки работы барботеров, которая может произойти в результате кристаллизации стекла. Для ограничения охлаждения, происходящего в результате работы этих устройств, поток газа сокращается строго до минимума.

На практике при эксплуатации печей кислородного горения использование погруженных электродов для нагревания шихты не применяется или применяется в очень маленькой степени, например, в зоне подачи сырьевых материалов. В любом случае поступление энергии в обычном рабочем режиме не превышает 5% от общего энергоснабжения. Данные устройства довольно независимы от поступления кислорода и по этой причине могут обеспечить поступление энергии при аварийном режиме работы.

Для получения экономически эффективного баланса при эксплуатации больших печей кислородного горения необходимо восстановить значительную часть удельной теплоты, содержащейся в выделяемых из печи топочных газах. На практике при эксплуатации печей воздушного горения наиболее экономное потребление этой восстановленной энергии достигается в результате повторного нагревания реагентов, используемых в печи: кислорода, топлива и, возможно, сырьевых материалов.

Нагревание кислорода требует проведения очень строгих мер предосторожности. Установки, в которых циркулирует кислород, должны быть абсолютно герметичными, устойчивыми к повышениям температур и к кислороду, разогретому до высоких температур. Предварительное нагревание кислорода проводится преимущественно в теплообменниках, выполненных из стали, имеющей отличную устойчивость к горячему кислороду. Теплообменники и материалы, подходящие для этого использования, описаны в неопубликованной Европейской Заявке на Патент №07107942, зарегистрированной 10 мая 2007 г. Для минимизации рисков, связанных с движением горячего кислорода, предлагаются различные методы в уже упомянутой Европейской Заявке на Патент №08102880.5.

По сути предлагается два метода. Во-первых, распространение энергии происходит в два этапа. На первом этапе топочные газы поступают в рекуператор, и с помощью промежуточного теплоносителя, например воздуха, происходит распространение энергии. На втором этапе теплоноситель поступает в теплообменник, где повторно нагревает кислород. Во-вторых, теплообменники, нагревающие кислород, размещаются как можно ближе к горелкам для уменьшения риска возникновения коррозии. Швы и соединения защищаются, насколько возможно, тем же способом.

Эта система восстановления далее функционирует в сокращенном режиме. Данный режим направлен на нагревание кислорода, поступающего в горелки, которые остаются в рабочем состоянии.

На практике для того, чтобы гарантировать надежность в эксплуатации, целесообразно сохранять температуру кислорода на уровне ниже 650°C, а предпочтительнее ниже 600°C.

Используемое топливо преимущественно предварительно нагревается независимо от того, натуральный ли это газ или жидкое топливо. В случае использования натуральных газов предпочтительно, чтобы температура предварительного нагревания была ниже 650°C, а желательно ниже 550°C. В случае использования вязкого мазута температура обычно поднимается меньше и не превышает 180°C, а преимущественно 150°C, во избежание образования нагара в результате распада этого топлива.

Ниже приведено описание некоторых деталей изобретения со сноской к чертежам:

- Фиг.1 представляет собой схему печи по изобретению;

- Фиг.2 представляет собой схему устройств Фиг.1 при эксплуатации в аварийном режиме.

Печь, изображенная в Фиг.1, относится к типу печей, используемых в крупном производстве стекольной продукции, таком как выпуск листовой стекольной продукции флоат-методом. Печи такого типа постоянно производят стекло в количестве, которое может исчисляться до 1000 тонн/день. Для достижения такой выработки мощность печей должна составлять до 60 МВт.

Печь 1 включает в себя резервуар, расположенный в закрытой камере. Установка производится из огнеупорных материалов, устойчивых к температурам, коррозии от топочных газов и агрессивному воздействию расплавленных материалов. Уровень шихты в резервуаре показан прерывистой линией 2.

В один из торцов печи помещаются сырьевые материалы.

№3 на схеме указывает отверстие, через которое загружаются сырьевые материалы. На практике для улучшения распределения всей шихты обычно устанавливаются несколько загрузочных отверстий. Расплавленное стекло вытекает в противоположном торце через горловину 4, ширина которой уже резервуара. Основание горловины 4 обычно находится на уровне днища печи.

Горловина не полностью погружается в расплавленное стекло. Остается пространство между верхней частью горловины и поверхностью ленты стекла. При этом газовые потоки в печи регулируются таким образом, что атмосфера печи не проходит в горловину во избежание риска проникновения частичек взвешенной пыли. Для выполнения такой операции целесообразно сохранять слабый поток газа, циркулирующего в обратную сторону по отношении к направлению потока расплавленного стекла. Поскольку целью является удержать газовый поток в обратном направлении, этот поток должен быть как можно более слабым.

Горелки, размещение которых указано в пункте 6, устанавливаются вдоль боковых стенок печи с каждой стороны для распространения пламени практически по всей площади резервуара. Горелки разнесены друг от друга с целью распространения энергии по всей длине резервуара, являющегося одновременно зоной плавления и осветления.

Большая часть продуктов сгорания F удаляется через выпускные отверстия 7, расположенные рядом с зоной загрузки и на некотором расстоянии от ближайших горелок. На чертежах (Фиг.1 и 2) два выпускных отверстия 7 установлены симметрично на боковых стенках, в то время как загрузка сырьевых материалов (MP) осуществляется по осевой линии печи. Это предпочтительный вариант выполнения изобретения, но другие варианты также возможны, например установка выпускного отверстия для газов на стенке 8, закрывающего верхнюю часть печи. Данные выпускные отверстия могут быть установлены и по-другому, но важно убедиться, что топочные газы поднимаются в обратную сторону по отношению к направлению потока стекла V в печи. При необходимости топочные газы могут по меньшей мере частично выходить через загрузочное отверстие или отверстия.

Как указано выше, по изобретению необходимо убедиться в том, что камера печи достаточно герметична и не допускает проникновения внешнего воздуха. Циркуляция топочных газов в верхней части предохраняет от проникновения в этой стороне печи. Все каналы, расположенные на боковых стенках также герметично закрыты от проникновения внешнего воздуха. Для того, чтобы удержать небольшое количество воздуха, которое может появиться в зоне кондиционирования 5, в нижней части печи обеспечивается очень ограниченная циркуляция топочных газов. Топочные газы F выводятся через выпускные отверстия 9.

Три зоны печи обозначены в Фиг.2 как I (плавление), II (осветление), III (кондиционирование).

Граница между зонами плавления и осветления не изображена на схеме печи. В частности, при установке подпора на днище печи он обычно не соприкасается с границей между данными зонами.

Разграничение между зонами плавления и осветления является во всех случаях функциональным. Оно соответствует способу циркуляции стекла в резервуаре. Это соответствует первому конвекционному потоку в секции плавления и потоку, циркулирующему в обратном направлении по отношению к первому в секции осветления. При отсутствии каких-либо средств, напрямую влияющих на циркуляцию, расположение границы между зонами плавления и осветления определяется путем сбора рабочих параметров, включающих в себя, в частности, распределение энергии горелками.

Общим правилом является то, что при эксплуатации в обычном режиме для плавления сырьевых материалов требуется больше энергии, чем для поддержания определенной температуры при осветлении стекла. Соответственно, большее число горелок и прежде всего больше мощности, производящейся горелками, требуется в зоне плавления.

В зависимости от наиболее подходящего режима эксплуатации «кривая теплоты», т.е. распределение температур в печи, сначала движется от верхней части к центральной секции по направлению к началу зоны осветления. Затем температура немного варьирует, слегка понижаясь у горловины 4 перед зоной кондиционирования. По этой причине в нижней части печи обычно отсутствуют горелки.

Горелки изображены на Фиг.2 по осевой линии. Целесообразно, чтобы они были установлены в шахматном порядке на каждой стороне резервуара с тем, чтобы пламя, излучаемое горелками с одной стороны резервуара, не соединилось с пламенем, излучаемым горелками противоположной стороны.

Зона кондиционирования 5 не содержит никаких горелок в обычном режиме эксплуатации. Отверстия 11 установлены в стенках и внешний воздух направляется в камеру 5 для того, чтобы придать стеклу температуру, подходящую для его перемещения во флоат-ванну.

Эксплуатация в режиме поддержания температуры проиллюстрирована в Фиг.2. Только одна часть горелок остается в рабочем состоянии. В приводимом примере горелки пронумерованы в соответствии с их расположением в печи, начиная с загрузочной зоны; при этом только горелки 3, 8 и 9 из 10, установленные в печи перманентно, находятся в рабочем режиме. Активные горелки проиллюстрированы схематичным изображением соответствующего пламени.

В нижней части зоны осветления обычно нет активных горелок. Потока расплавленного стекла достаточно для поддержания соответствующего температурного режима. При эксплуатации в аварийном режиме поток расплавленного стекла останавливается. По этой причине в конце зоны осветления требуется поступление энергии. В предлагаемом варианте выполнения изобретения показаны две дополнительные горелки а и b, временно установленные в заранее подготовленных местах в стенках печи. Поскольку горелки функционируют в камере, модифицированной для горения кислорода, необходимо убедиться, что эти горелки относятся к типу кислородных горелок. Поскольку горелки являются съемными, поступление горячего кислорода затруднено. Для соблюдения всех требований по безопасности конструкция системы трубопроводных линий и теплообменников, используемых для передвижения горячего кислорода, должна иметь специальные характеристики, которые не совместимы с мобильностью. По этим причинам целесообразнее, чтобы в кислородные горелки а и b поступал холодный кислород. Однако, если рассматривать данные горелки только с точки зрения временной эксплуатации, возможно также использование и воздушных горелок. При этом временно не будет некоторых преимуществ, получаемых при кислородном горении. Но использование горелок воздушного горения уменьшит потребление кислорода, что позволит увеличить резервный запас кислорода на случай аварийной ситуации.

При эксплуатации в обычном режиме в зоне кондиционирования 5 отсутствуют какие-либо устройства для нагревания стекла. В аварийном режиме становится необходимым обеспечение минимального поступления энергии для сохранения стекла в расплавленном состоянии. Поскольку в зоне кондиционирования не выделяются топочные газы, в ней также нет никаких выходных отверстий для вывода этих топочных газов. В данных условиях предпочтительно в качестве горелок c и d выбрать горелки воздушного горения. Тем самым, опять предпринята мера по экономии резервного аварийного запаса кислорода, количество которого ограничено. Более того, использование съемных горелок подразумевает, что положение пламени не позволит нагреть свод печи до более высоких температур. Тем не менее, в зоне осветления требуется более низкая температура, чем в зоне плавления. Использование этих горелок позволяет достичь этих уровней температур.

Топочные газы F в выпускном отверстии печи используются в устройствах, предназначенных для восстановления части энергии, поглощенной данными топочными газами. Предпочтительно использование этой восстановленной энергии для нагревания кислорода горелок. Наиболее надежная система нагрева кислорода включает в себя двойную систему теплообмена с промежуточным теплоносителем. Данная система, описанная в цитируемой выше заявке на патент, включает в себя следующую процедуру: первый теплообмен происходит в рекуператоре, затем нагретый в этом рекуператоре теплоноситель поступает в теплообменник, где происходит нагревание кислорода, который затем поступает в горелки.

На выходе температура топочных газов первоначально находится на уровне от 1200°C до 1400°C. Целесообразно направить топочные газы в рекуператор, другими словами в базовый теплообменник, который способствует понижению температуры топочных газов для возможности их использования до того, как они испарятся в атмосферу. Теплоноситель, например воздух, может быть нагрет до очень высокой температуры, например до 800°C. Этот воздух направляется к теплообменникам для нагревания кислорода. Температура кислорода на выходе из данных теплообменников может достигать 600°C, но преимущественно не превышает 550°C. Теплообменники, нагревающие кислород, обычно располагаются в непосредственной близости от горелок с целью минимизации отрезка пути прохождения горячего кислорода до места его использования.

При эксплуатации в аварийном режиме циркуляция топочных газов в основном остается такой же, как и при эксплуатации в обычном режиме. Топочные газы, несмотря на то, что их меньше, чем при обычном режиме эксплуатации, могут служить для нагревания кислорода, количество которого также сокращено.

Для достижения выработки стекольной продукции объемом в 600 тонн/день рекомендуемая мощность печи, изображенной в Фиг.1, составляет 60 мВт. При эксплуатации в аварийном режиме мощность горелок 3, 8 и 9 составляет не более 7 мВт. Две дополнительные горелки a и b в зоне осветления добавляют около 2,5 мВт, а горелки c и d, расположенные в зоне кондиционирования, со своей стороны, вырабатывают 4 мВт. В сумме мощность составляет 13,5 мВт, что чуть меньше четверти всей рабочей мощности в режиме эксплуатации. Для снабжения горелок кислородного горения, вырабатываемых 9,5 мВт, необходимое количество кислорода составляет 2000 Nm3/h. Резерв жидкого кислорода в объеме 80 000 литров позволяет обеспечить печь на период до 30 часов, что в принципе намного выше предполагаемого расхода кислорода, но необходимо для подстраховки. В противном случае, превалирующим должно быть поступление кислорода через мобильный резервуар.

1. Стеклоплавильная печь, содержащая плавильный резервуар в форме канала для плавления, в которой сырьевые материалы загружают на верхнем по ходу потока конце, расплавленное стекло получают на нижнем по ходу потока конце, причем указанную печь нагревают с помощью горелок, в которых по меньшей мере 80 % энергии сгорания производится посредством кислородного горения, при этом кислород подают непрерывно из производственных установок, расположенных рядом, либо через газопровод от удаленных установок, отличающаяся тем, что печь снабжена средствами хранения кислорода, так что при прекращении непрерывной подачи кислорода работа печи может быть обеспечена по меньшей мере в аварийном режиме поддержания температуры, в течение минимального периода, составляющего 8 часов, и предпочтительно по меньшей мере 20 часов, и особенно предпочтительно по меньшей мере 30 часов, причем мощность, вырабатываемая горелками в режиме аварийного поддержания температур, равна самое большее одной трети мощности, соответствующей мощности в обычном режиме.

2. Печь по п.1, в которой в режиме поддержания температуры только некоторые горелки кислородного горения, и предпочтительно самое большее половину этих горелок, поддерживают в рабочем состоянии.

3. Печь по п.2, в которой горелки, поддерживаемые в рабочем состоянии, размещены таким образом, чтобы топочные газы распространялись практически по всей поверхности шихты перед удалением из печи.

4. Печь по п.3, в которой в обычном режиме работы, как и в режиме поддержания температуры, по меньшей мере 65 % топочных газов удаляют выше по ходу потока печи вблизи от загрузки сырьевых материалов.

5. Печь по п.1, содержащая зону традиционного плавления, зону осветления, зону кондиционирования, в которой, поскольку в последней зоне нет достаточного количества энергии при эксплуатации в обычном режиме, размещены дополнительные горелки воздушного горения в зоне кондиционирования.

6. Способ поддержания температуры печи по одному из предыдущих пунктов, в котором активные горелки функционируют таким образом, что температуры свода в зонах плавления и осветления составляют не менее 1100°C и в зоне кондиционирования не менее 1050°C.

7. Способ по п.6, в котором элементы, контактирующие с расплавленным материалом, которые обычно охлаждают, такие как миксеры или подпоры, изменяющие направление потока расплавленного стекла, либо убирают из шихты (миксеры), либо их охлаждение прерывают (подпоры).

8. Способ по п.7, в котором при наличии в печи барботеров ее эксплуатация поддерживается строго на минимальном уровне, так чтобы они не блокировались из-за отверждения стекла.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к кислородо-топливным горелкам для использования в высокотемпературных печах. Технический результат изобретения заключается в предотвращении раннего смешивания окислителя и топлива, перегрева сопла.

Изобретение относится к устройству и способу плавления остекловывающихся материалов для подачи расплава стекла непрерывным способом в установки для формования расплава стекла (термин стекло означает матрицу, в основном стекловидную, в частности, полученную из минеральных композиций, обозначенных как стеклянные или твердые, в области получения стекловаты для изоляции).

Изобретение относится к способу и печи для сжигания с кислородным дутьем для плавления стекла. .

Изобретение относится к области плавления материалов и плавильных печей и, конкретнее, к плавлению материалов посредством сжигания золосодержащих топлив для подачи тепла для процесса плавления.

Изобретение относится к системе управления подачей и сжиганием пылевидного топлива. .

Изобретение относится к способу получения некоторых видов сырья, которое можно использовать для производства стекла. .

Изобретение относится к способу получения HCl или хлора, или H2SO4 и силикатов щелочных металлов, таких как Na, К, и/или щелочно-земельных металлов, таких как Са, Mg, и/или редких земель, таких как Се, возможно в виде смешанных силикатов, состоящих из, по меньшей мере, двух из указанных элементов.
Наверх