CS66991A2 - Method of charge melting and refining - Google Patents

Description

1

Způsob tavení a rafinace vsázky i

Cj c c· I ro 5.í 5 č > I 5 r ''a

t —.rj r-5 I Σ *>· ‘ ! i ’ < ?

Oblast techniky

Vynález se týká tavení a rafinace vsázky, kteráse kontinuálně zavádí do hlavy pece a odvádí v rafinova-ném stavu ze dna pece, přičemž přívod tepla do uvedenévsázky je alespoň částečně realizován hořáky umístannýmive stěně pece s plameny nasměrovanými k uvedené vsázce v a alespoň část uvedených plamenů rezultuje ze spalovánísměsi palivo-průmyslový kyslík.

Dosavadní stav techniky

Podle obvyklé metody provádění tohoto typu způso-bu jsou pece provozovány kontinuálně, přičemž plamenyhořáků směřují ke vsázce rovněž kontinálně a výkon hořá-ků přímo úměrný množství tepelné energie předávané vsáz-ce může být regulován automaticky pomocí tepelných čidel,spojených s regulátorem optimalizujícím výkon hořáků.

Plameny vzducho-palivových hořáků ohřívají vsázkuhlavně prouděním a sáláním, přičemž je známo, že kysliko-palivové plameny mnohem více sálají než sdělují teploprouděním. Kromě těchto dvou komplementárních účinků jetřeba zmínit mechanický účinek plamenů, který je důsledkemnárazu plamene na povrch vsázky je možné získat více nebo méně výraznější uplatnění toho- to povrchového účinku na shluky a hrudky pevné vsázky a pěnu plovoucí na povrchu roztavené vsázky. Kromě toho při dosud známých způsobech tavení a rafinace vsázky pro- 2 dukují jak vzducho-palivové, tak i kyslíko-palivové pla-meny určité množství ekologicky škodlivých plynů, přičemžmnožství těchto produkovaných škodlivin je závislé nakoncentraci dusíku, kyslíku a ostatních nečistot, na te-plotě a na aerodynamických jevech, které jsou obtížněkvalifikovatelné a jejich účinky jsou nicméně známé.

Jestliže se uvažuje konkrétní případ výroby skla, potom je třeba zmínit existenci jednoho nebo několika hořáků, které udržují na požadované teplotě plášt pece· a které zajistují tavení sklářského kmene nakládanéhodo pece, přičemž tavící zóna pece zaujímá asi 3/4 délkypece a rafinační zóna nacházející se ve spodní části pe-ce obsahuje v podstatě homogenní tekuté sklo. V tavícízóně se sklářský kmen nakládá do hlavy pece a potom pla-ve v lázní tekutého skla. Tou měrou jak sklářský kmeppostupuje pecí, kompaktní hmota kmene se rozdružuje, tajea dislokuje za vzniku ostrůvků nebo hrudek, které jsoupostupně unášeny k rafinační zóně.

Obecně se připouští, že kvalita skla je velmičasto závislá na homogenitě a čistotě rafinační zóny.Dobrý chod pece je nicméně závislý na dosažení obtížněudržované rovnováhy mezi vhodným výkonem hořáků, maximál-ní teplotou klenby a rafinační zónou zbavenou nehomogen-ních vměstků. Jakákoliv anomálie poruší tuto choulosti-vou rovnováhu a bezprostředně se projeví v přívalu hru-dek do rafinační zóny, což má za následek zhoršení kva-lity skla. Pro určitou stálou kvalitu skla a při teplo-tě klenby blízké kritickému prahu existuje určitá maxi-mální produktivita pece, kterou nelze za současného sta-vu překročit aniž by nehrozilo nebezpečí zaplavení rafi-nační zóny hrudkami neroztaveného sklářského kmene. . L<.. .. .fj. i-.<-·- !.ls.w.".•tí.ni/ÝAcrÍÍ/Z. df

Podstata vynálezu Cílem vynálezu je zlepšení.produktivity : - udržováním hrudek neroztaveného kme-ne mimo rafinační zónu, - zvýšením tepelného výtěžku způsobua - vyvarováním se překročení kritickéhoprahu přípustné teploty pro klenbupece, čímž se dosáhne : - buď zvýšení produktivity při zachová-ní stávající kvality nebo - zlepšení kvality při zachování stáva-jící produktivity nebo snížení příkonu tepelné energiepři zachování stávající kvality a stá-vající produktivity, přičemž se uvedenených cílů dosáhne tím, že se pro je-den nebo několik plamenů v podstatě účinných v rafinačnízóně zajistí pulzní hoření s cyklickými variacemi dodáv-ky kyslíku a dodávky paliva, způsobující maximální fázeúčinnosti plamene, při kterých má plamen velkou tepelnoukapacitu, přerušované klidovými fázemi plamene se značněsníženou nebo dokonce zcela potlačenou tepelnou kapaci-tou. Díky tomuto pulznímu hoření může být rafinace vsázky provedena za optimálních podmínek; přitom : - provádí-li se prostorové modifikaceproudění v čase, zvyšuje se převodtepla prouděním. Použití pulzací znač-ně modifikuje expozici povrchu tekutélázně v peci a tudíž zvyšuje intenztuproudění k povrchu vsázky. Současnědochází k nepravidelným impulsům teku-tin dopadajících na ohřívanou hmotu,přičemž pohyby způsobené těmito pulza-cemi umožňují rychlejší tavení tuhýchpodílů vsázky /shluky plovoucí na po-vrchu/v důsledku prodloužení doby sty-ku s plamenem. Dochází k odehnání pěnypřítomné na povrchu a pulzace majítedy schopnost zvětšovat plochu "čisté-ho povrchu" a zlepšovat množství energievstupující sáláním do vsázky. Tímtozpůsobem se dosáhne zvýšení stupněpřevodu tepla prouděním a sáláním, cožvede ke snížení viskozity materiálůvsázky v průběhu tavení a ke zvýšeníintenzity povrchového pohybu; - pulzní hoření rovněž způsobuje variacekoncentrací paliv, přídavných paliv/látky podporující hoření, okysličo-vadla/ a spalin. Tyto modifikace majípřímý dopad na tvorbu škodlivin, jakýmijsou zejména oxidy dusíku, přičemžfrekvenčními modifikacemi a posuny lzedosáhnout omezení tvorby oxidů dusíku; - kromě toho se při nastavení mechanic-kého účinku pulzních plamenů používáČasové regulace výkonu hořáků pro dáv-kování energie, která má být předána vsázce a toho se dosáhne střídavou funkcí hořáků, přičemž při přechodu této funkce z jednoho hořáku na jiný hořák se zařazuje určitá mrtvá doba, kdy je funkce hořáků zastavena, což v umožňuje velmi jemně dávkovat předá-vanou tepelnou energii, což má zaseza následek zlepšený tepelný výtěžekprocesu a tedy při stávající produkti-vitě procesu snížení objemu zaváděnéfosilní energie. Při jedné formě provedení způsobu podle vynálezuse používá množina sousedních plamenů, případně se su-perponovaným zkřížením, s pulzací plamene zahrnujícíklidovou fázi s podstatně omezenou nebo dokonce zcela po-tlačenou tepelnou kapacitou plamene a s délkou trvánípřesahující délku trváni účinné emisní fáze plamene svysokou tepelnou kapacitou, a to tak, že účinná fáze li-bovolného plamene z uvedené množiny plamenů je následo-vána klidovou fází všech plamenů uvedené množiny plamenů. V některých pecích, například ve smyčkových pecích,je zajímavé vyvolat srážku dvou plamenů, z nichž jedenje vzducho-palivovým plamenem transportujícím výraznémnožství balastního dusíku a druhý je kyslíko-palivovýmplamenem majícím výrazně vyšší teplotu. V oblasti setká-ní obou těchto plamenů dojde k jejich zředění, čímž sedosáhne toho, že i když se nedosáhne příliš vysokých te-plot klenby pece, přece jen se vsázce dodá výrazné množst-ví tepelné energie. Může být výhodné, když vzducho-pali-vový plamen sousední s, nebo křížově superponovaný, kys-líkopalivovým plamenem je umístěn ve vyšší úrovni nežkyslíko-palivový plamen, který je teplejší.

Podle výhodné formy provedení způsobu podle vyná-

Podle výhodné formy provedení způsobu podle vy-nálezu jsou plameny produkované pulzním hořením plamenys předhořením uvnitř hořáku, přičemž se s výhodou použí-vá hořák popsaný ve francouzské patentové přihlášce 89.3.491podané 16. března 1989 přihlašovatelem této patentovépřihlášky. Ve skutečnosti je hledaným cílem vytvořenímaximálních impulzů sdružených se znamenitou tepelnouúčinností; byla zachována geometrie hořáku umožňující pře-kročit fyzikální meze spojené s teplotou /zejména zvito-vé rychlosti tekutin/a přidružit k tomuto účinku mecha-nický účinek úměrný velikosti impulzů a výkonu hořáku stepelným účinkem určeným směsí přídavné palivo-palivozbavenou produktu spalování. Za tímto účelem byl konci-pován a použit typ hořáku umožňující, aby předspalováníbylo iniciováno již uvnitř komory hořáku, aby se součas-ně dosáhlo předehřátí jak přídavného paliva, tak i palivaza účelem zvýšení zvukové rychlosti a zajištění bloková-ní radiálních rychlostí, čímž se docílí zvýšení podélnýchrychlostí. Výhoda této konfigurace má kromě toho výhoduspočívající v tom, že se spalování započně v nepřítom-nosti škodlivin, což zajistí maximální rychlost vzplanutía teplotu plamene.

Podle jiné výhodné formy provedení způsobu podlevynálezu jsou plameny s pulzním provozem v průběhu rafi-nace skloněny vůči povrchu roztavené vsázky pod určitýmúhlem, přičemž jsou rovněž úhlově skloněny směrem k horní v části pece vzhledem ke směru přemístování se vsázky běhemjejího tavení a rafinace /výrazů horní a dolní je zde po-užito v tom smyslu, že horní částí pece se rozumí ta částpece, do které je nakládána vsázka, zatímco dolní částípece se rozumí ta část, ze které se odtahuje rafinovanávsázka/. Stejně tak může být hořák více nebo méně vysunutdopředu podél své podélné osy. Tímto způsobem se současnězajistí : - uvolnění povrchu lázně,

- zablokování neroztaveného podílu v ta- vící zóně, - maximální převod tepla směrem ke vsáz-ce s minimálním odrazem tepla směrem keklenbě

'a - provoz hořáků v přijatelných podmínkách,při kterých zejména nedochází k poško-zení otvorů pece. V následující části popisu bude vynález blíže objasněn pomocí příkladného provedení a s odkazy na připojenévýkresy, na kterých je schematicky zobrazena pec provýrobu skla smyčkového typu.

Jak je patrné z obrázků 1 a 2, je pec J_ pro výro-bu skla obdélníkového tvaru opatřena vstupem pro nakládá-ní sklářského kmene do pece umístěným nad horní zónou 2/výrazy horní a dolní jsou zde uvažovány ve směru tokuvsázky, která teče od horní zóny směrem k dolní zóně/ aotvorem pro odvádění rafinovaného tekutého skla umístěné-ho u dna dolní zóny sklářské pece. V horní zóně 2. serovněž nachází velké otvory £ a pro uložení neznázorně-ných vzducho-palivových hořáků produkujících ohřívacíplameny za přístupu spalovacího vzduchu skrze uvedenéotvory £ a a to střídavým způsobem nejdříve pouze votvoru £ /cirkulace spalin podél kontur ó.-6/směrem kotvoru 5. sloužícímu jako odtahový otvor spalin pro jejichnáslednou tepelnou rekuperaci/ a potom pouze v otvoru 2/cirkulace spalin podél stejných kontur <5-6/ směrem kotvoru 4. sloužícími jako odtahový otvor spalin pro jejichnáslednou tepelnou rekuperaci/. vové hořáky 1 1 a 12 probíhající skrze dva otvory 13 a 8 on 14 ve stěnách pece, přičemž oba hořáky jsou skleny podúhlem A směrem k horní zóně a pod úhlem B směrem k po-vrchu lázně skla. Tímto způsobem je v peci vytvořena velká tavícízóna 16 v horní zóně pece, která je od rafinační zóny J_£v dolní zóně pece oddělena úzkou zónou 18 nazývanou vrou-cí zónou.

Oba uvedené hořáky 11 a 12 mají provoz střídatoéhopulzního spalování a jsou provozovány tak, že se vždyvytvoří pouze jeden plamen 1 51 který střídavě pocházíz hořáku 11 jako plamen 1j/a potom z hořáku 12 jako pla-men 1 5 > přičemž po zhašení každého z plamenů 15 a 1 z ná-sleduje klidová fáze. Tak například hořák 1 1 vysílá pla-men po dobu 20 až 40 sekund, načež následuje klidová fá-ze o délce 10 až 20 sekund, načež zase hořák 12 vysíláplamen po dobu 20 až 40 sekund a tak se to stále opakuje. V popsaném uspořádáni se dosáhne následujících výhod : - zvětšení dopadového povrchu s lepšímpřevodem tepla sáláním /tepelný úči-nek/; - prodloužení doby prodlení neroztavené-ho podílu plovoucího na povrchu rozta-vené vsázky snížením rychlosti jehopostupu /mechanický účinek plamene/; - značné snížení ztrátové tepelné energievzhledem k hořákům s kontinuálním vy-síláním plamene při zachování stejnéhotepelného a mechanického účinku.

Je třeba poznamenat, že tato zlepšení se dosáhnoubez překročení kritických tepelných hodnot procesu /ze- - 9 - jména kritické teploty klenby/.

Kromě toho bylo prokázáno, že regulováním frek-vencí a fázového posuvu tekutin bylo dosaženo silnéhoomezení oxidů dusíku vytvořených hořením plamenů a topři zachování ostatních provozních podmínek /výkon ho-řáků, tepelné ztráty a množství přivedeného vzduchu/. Příklad provedení vynálezu

Vynález se aplikuje při provozu sklářské pecesmyčkového typu s kapacitou 220 t/den: typ pece : smyčková pec s inverzní frekvencí vzducho-plynových hořáků s inverzí každých 20 minut; vzducho-palivový příkon: 10,1 MW; elektrický příkon: 1027 kWh /ponořené odpory/; 2 povrch: 60 m ; typ skla: bílé nominální kapacita: 220 t/den.

Do této klasické sklářské pece byly v úrovni rafinačni zóny zasazeny dva hořáky orientované k tavící zónějak je to zobrazeno na obrázku.

Charakteristiky kyslíko-palivových hořáků: - nastavitelná předspalovací komora, - regulovaný výkon až k mezní hodnotěodtržení plamene, - zvuková rychlost v předspalovací komo-ře blízká 400 m/s, - střídavý provoz hořáků s klidovou pe-riodou. 10

Průmyslový využitelnost

Vynález lze využít v rozličných oblastech, zejmé-na v : rotačních pecích pro výrobu cementu, litiny, keramickýchmateriálů a zinku a pro zpracování odpadu za účelem lo-kální modifikace rychlosti tavení a pohybu materiálu plo-voucího po povrchu; smyčkových sklářských pecích typu "Unit melter” s napříčuspořádanými hořáky za účelem lokální modifikace rychlos-ti tavení a pohybu materiálu plovoucího po povrchu;obloukových pecích: pokrok dosažený touto technikou vpecích tohoto typu je bezprostřední vzhledem k tomu, žepři této aplikaci je žádoucí spojit silné modulovatelnéimpulzy s kontrolovaným převodem tepla za účelem sníženíekonomických nákladů; nístějových pecích s plochou lázní: možnost použití této technikypro pece na výrobu hliníku, litiny, speciálních ocelí,mědi a podobně za účelem modifikace koncentrací a tepel-ných profilů; rotačních pecích pro zpracování odpadků: využívá se sil-ných impulzů pro tepelné působení na dálku, pokud jdeo modifikaci křivky axiálních teplot, aniž by se do pecezavádělo přílišné množství energie.

Claims (7)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob tavení a rafinace vsázky, která se konti- nuálně zavádí do hlavy pece a odvádí v rafinovaném sta-vu ze dna pece, přičemž přívod tepla do uvedené vsázkyje alespoň částečně realizován hořáky umístěnými ve stě-ně pece s plameny nasměrovanými k uvedené vsázce a ales- v pon část uvedených plamenů rezultuje ze spalování směsipalivo-průmyslový kyslík, vyznačený tím, že se zajistípro jeden nebo několik uvedených plamenů /} 5,15 / v pod-statě účinných v rafinační zóně /3/ pulzní hoření s cyklickými variacemi dodávky kyslíku a dodávky paliva, zahrnu-jící fáze s maximální účinností s plameny o velké tepel-né kapacitě, přerušované klidovými fázemi s podstatněomezenou nebo zcela potlačenou tepelnou kapacitou.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že periodapulzace plamene je asi jedna minuta, přičemž zahrnujeúčinnou emisní fázi plamene s velkou tepelnou kapacitousé delší dobou trvání než má klidová fáze s podstatněomezenou nebo zcela potlačenou tepelnou kapacitou.
3. 3. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že se přimnožině sousedních plamenů /15,15*/, případně se super-ponovaným zkřížením, provede pulzace jednoho plamene,zahrnující klidovou fází s podstatně omezenou nebo- zcelapotlačenou tepelnou kapacitou s delší dobou trváni nežmá účinná emisní fáze plamene s velkou tepelnou kapacitou 12 tak, že účinná fáze libovolného z uvedených plamenů jenásledovaná klidovou fází všech plamenů z uvedené množi-ny plamenů.
4. 4. Způsob podle nároku 3, vyznačený tím, že alespoň jeden plamen /15/ z uvedené množiny plamenů /15,1 5 '/ jevzducho-palivovým plamenem a alespoň jeden další plamen/15 / z uvedené množiny plamenů je kysliko-palivovým pla-menem.
5. 5. Způsob podle nároku 4, vyznačený tím, že vzducho- palivový plamen /15*/ sousedící ve zkřížené superpozicis kysliko-palivovým plamenem /15/ je situován ve vyššíúrovni než uvedený kyslíko-palivový plamen, který je te-plejší .
6. 6. Způsob podle některého z bodů 1 až 4, vyznačený tím, že plameny s pulzním hořením jsou úhlově skloněny/A/ k povrchu roztavené vsázky v průběhu její raáfinace.
7. 7. Způsob podle některého z předcházejících nároků 1 až 6, vyznačený tím, že plameny s pulaiím hořením jsouuhlově skloněny /B/ k horní zóně pece vzhledem ke směrupohybu vsázky během jejího tavení a rafinace. S. Způsob podle některého z předcházejících nároků 1 až 6, vyznačený tím, že plameny s pulzním hořením jsouplameny typu s předhořením uvnitř hořáku. Způsob podle některého z předcházejících nároků 9. - 13 - 1 až 7» vyznačený tím, že plamen s pulzním hořením můžebýt více nebo méně vysunut do pece podél jeho podélné osy. Zastupuje