PL170731B1 - Sposób wytapiania surowców krzemianowych, zwlaszcza dla wytwarzania welny mineralnej PL PL - Google Patents

Abstract

1. Sposób wytapiania surowców krzemia nowych, zwlaszcza dla wytwarzania welny mine- ralnej, w szczególnosci welny skalnej z bazaltu, w którym to sposobie topienia doprowadza sie do wanny wytopowej przez spalanie paliw kopal- nych, spalinami z wanny wytopowej nagrzewa sie wstepnie najpierw powietrze do spalania, a nastepnie poprzez bezposredni kontakt doprowa- dzana mase surowca, spaliny z wanny wytopowej oczyszcza sie, zwlaszcza z pylu i/lub agresyw- nych mediów, takich jak fluor, chlor lub temu podobne, przy czym oddzielone zanieczyszcze- nia zawraca sie do stopionej masy, znamienny tym, ze wstepne nagrzewanie masy surowca, oczyszczanie spalin z wanny wytopowej i zawra- canie zanieczyszczen do stopionej masy prowa- dzi sie jednoczesnie za pomoca tego samego urzadzenia podgrzewacza surowca, przy czym spaliny pozostajace w bezposrednim kontakcie z doprowadzana masa surowca oczyszcza sie przez dodanie sorbentu bezposrednio do masy surowca tuz przed ich wprowadzeniem do podgrzewacza masy surowca. F ig . 2 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytapiania surowców krzemianowych, zwłaszcza dla wytwarzania wełny mineralnej, w szczególności wełny skalnej z bazaltu, gdzie ciepło topienia doprowadza się do wanny wytopowej przez spalanie paliw kopalnych, spalinami z wanny wytopowej nagrzewa się wstępnie najpierw powietrze do spalania, a następnie poprzez bezpośredni kontakt ze spalinami doprowadzaną masę surowca, spaliny z wanny oczyszcza się, zwłaszcza z pyłu i/lub agresywnych mediów, takich jak fluor, chlor lub tym podobne, a oddzielone zanieczyszczenia zawraca się do stopionej masy.

Przy wytapianiu surowców krzemianowych, zwłaszcza takich, jak ziarnisty bazalt, ale również zwartych pelitów lub stłuczek na bazie krzemianów, do wanny wytopowej doprowadzana jest w celu spalania ciekłych paliw, jak np. olej, duża ilość powietrza, które spala paliwa w dużym płomieniu na powierzchni kąpieli i wytwarza odpowiednią ilość gorących spalin. W przestrzeni nad powierzchnią kąpieli strumień spalin zabiera pochodzące ze stopionej masy zanieczyszczenia w postaci przede wszystkim fluoru, chloru i dwutlenku siarki. Zanieczyszczenia te są szkodliwe dla środowiska i w związku z tym muszą zostać oddzielone przed wyjściem spalin z wanny do atmosfery. Zwłaszcza fluor znajduje się w stopionej masie w określonej ilości, przede wszystkim jako topnik, i należy zadbać o to, aby wydostający się ze stopionej masy fluor był ponownie do niej zawracany w celu utrzymania odpowiedniej zawartości fluoru jako topnika.

W znanym z opisu zgłoszeniowego RFN nr DE-OS 36 05 509 sposobie, wychodzące z podgrzewacza surowca spaliny są doprowadzane do urządzenia, służącego do oczyszczania ze składników pyłowych i/lub gazowych, takich jak nieorganiczne fluorki. Z urządzenia do oczy170 731 szczania spaliny przechodzą do regeneratora, a stamtąd przedostają się do komina wyciągowego, gdzie także może ponownie zachodzić końcowe oczyszczanie lub filtrowanie spalin, pochodzących z wanny.

Podczas gdy w przypadku wymiany ciepła w bezpośrednim kontakcie z masą surowca zależnie od zastosowanej metody większa lub mniejsza część znajdujących się w spalinach zanieczyszczeń, i temu podobnych, jest oddzielana przez osadzanie się na cząstkach surowca i ponownie doprowadzana do stopionej masy, to zwłaszcza gazowe media agresywne pozostają w znacznych ilościach poza wymianą ciepła z masą surowca w spalinach. Aby teraz podczas nagrzewania powietrza do spalania możliwe było znaczne obniżenie temperatury i aby uniknąć kondensacji kwasów, zachodzącej w wyniku przekroczenia punktu rosy przez spaliny wchodzące do komina w temperaturze poniżej 150°C, przewidziane jest kolejne oczyszczanie pochodzących z wanny spalin, zwłaszcza z kwaśnych, agresywnych mediów gazowych. Poza odciążeniem położonego dalej filtru i środowiska, takie oczyszczanie spalin przed nagrzewaniem powietrza do spalania powoduje, że podczas nagrzewania można w dużym stopniu wykorzystać ciepło zgromadzone w spalinach, ponieważ temperatura ich wyjścia z urządzenia w spalinach, ponieważ temperatura ich wyjścia z urządzenia, nagrzewającego do komina może ulec dalszemu obniżeniu dzięki usunięciu kwasotwórczych zanieczyszczeń. W znanym sposobie do stopionego surowca zawracane są nie tylko zanieczyszczenia oddzielone w masie surowca lecz również oddzielone w trakcie kolejnego oczyszczania, a zwłaszcza domieszki istotne dla wytopu, jak np. fluor.

Usytuowana w kierunku przepływu spalin z wanny, za podgrzewaczem surowca, urządzenie do odczyszczania służy zatem w znanym sposobie po pierwsze do tego, aby usunąć zawarte w spalinach agresywne media gazowe w celu umożliwienia dalszego obniżania temperatury w kolejnym wymienniku ciepła do nagrzewania powietrza do spalania, a po drugie do tego, by prowadzone wraz ze spalinami zanieczyszczenia, przede wszystkim usunięte z wytopu domieszki, zawrócić do stopionej masy.

Przedstawione ogólnie w tej samej publikacji urządzenie do oczyszczania jest zamontowane oddzielnie za podgrzewaczem surowca. W celu odzysku zanieczyszczeń ze spalin i zawracania ich jako niezbędnych składników do stopionej masy, urządzenie do oczyszczania jest wyposażone w układ, służący do gromadzenia i zawracania zanieczyszczeń. To urządzenie do oczyszczania zyskało sobie popularność. Niekorzystne jest jednak ustawienie za podgrzewaczem surowca i spowodowany tym stosunkowo niski poziom temperatury.

Stąd też zadaniem niniejszego wynalazku jest opracowanie sposobu wytapiania surowców krzemianowych, przy pomocy którego przy jak najmniejszych dodatkowych nakładach możliwe byłoby osiągnięcie bardziej efektywnego obniżenia wartości emisji pyłu, fluorków i chlorków, zawartych w spalinach oraz zawracania domieszek do stopionej masy.

Zadanie to zostało zgodnie z wynalazkiem rozwiązane dzięki temu, że podgrzewanie masy surowca, oczyszczanie spaliw z wanny i zawracanie zanieczyszczeń do stopionej masy jest zrealizowane jako jeden etap procesu jednocześnie i za pomocą tego samego urządzenia, przy czym spaliny pozostające w bezpośrednim kontakcie z doprowadzaną masą surowca oczyszcza się przez dodanie sorbentu bezpośrednio do masy surowca tuż przed ich wprowadzeniem do podgrzewacza masy surowca.

Ponieważ wychodzące z podgrzewacza surowca spaliny są w zasadzie pozbawione zanieczyszczeń i zawierają jedynie niewielkie ilości drobnego pyłu, które można oddzielić przy pomocy przeznaczonego w szczególności dla drobnego pyłu suchego filtru lub elektrofiltru, na końcu procesu otrzymuje się w przybliżeniu bezpyłowe spaliny, które spełniają wymagania techniczne dla powietrza, w związku z czym bez konieczności przedsiębrania dalszych środków mogą być oddawane do atmosfery. Korzystne jest zarazem to, że leżący w kierunku przepływu spalin za podgrzewaczem surowca wymiennik ciepła nie jest obciążony zanieczyszczeniami.

Korzystnie sorbent ten zawiera absorbent proszkowy, zwłaszcza wapni i/lub sodę, i ciecz, korzystnie mleko wapienne, i/lub mleko wapienno-sodowe. Dodatek mleka wapiennego i/lub mleka wapienno-sodowego daje w efekcie lepsze pokrycie powierzchni masy surowca, a co za tym idzie, lepszą zdolność absorpcji. Mleko jest przy tym po prostu rozpylane przy pomocy dyszy rozpylającej na umieszczoną w podgrzewaczu masę surowca. Absorbenty proszkowe są

170 731 dodawane do masy oddzielnie i w sposób dozowany. Stężenie sorbentu do oczyszczenia spalin z fluoru i/lub chloru jest przy tym dobierane w sposób, aby spełnione były założenia wymagań technicznych dla powietrza.

Okazało się, że dodawane do masy surowca w celu oczyszczenia spalin sorbenty nie wywierają w zasadzie żadnego niekorzystnego wpływu na własności stopionej masy, tak że mogą być one doprowadzane do wanny wraz z masą surowca.

Przedmiot wynalazku został bliżej objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie do wytapiania i wstępnego podgrzewania masy surowców krzemianowych, w ujęciu aksonometrycznym, fig. 2 - podgrzewacz surowca wraz z zapasowymi zbiornikami na sorbent proszkowy i dodatki płynne, w ujęciu schematycznym.

Na figurze 1 jako 1 oznaczona została zwykła wanna do wytapiania, jaka służy do wytopu surowców krzemianowych i do wytwarzania wełny mineralnej. W celu doprowadzenia do procesu topienia energii w postaci ciepła, w przestrzeń powyżej stopionej masy, w miejscu oznaczonym jako 2 wprowadzane jest powietrze do spalania, a w miejscu oznaczonym jako 3 paliwo kopalne, jak gaz lub olej, które to składniki tworzą na powierzchni kąpieli długi płomień. Wytwarzane przy tym spaliny są przez schematycznie zaznaczony kanał 4 odprowadzane z wanny 1 i doprowadzane do wymiennika ciepła 5, mającego w tym przykładzie postać podgrzewacza przeciwprądowego, do którego przez przewód 6 doprowadzane jest nagrzewane wstępnie powietrze pobierające ciepło ze spalin. Powietrze do spalania przechodzi z wymiennika ciepła 5 przez przewód 7 do wanny 1, podczas gdy spaliny z wanny są z wymiennika ciepła 5 doprowadzane przez przewód 8 do podgrzewacza 9 surowca. Podgrzewacz 9 surowca jest w sposób, zaznaczony strzałką 10, zaopatrywany w masę surowca o temperaturze otoczenia i ze swej strony oddaje, zgodnie ze strzałką 11, do wanny 1 masę surowca, podgrzaną wstępnie przez spaliny.

Podgrzewacz 9 surowca zawiera zasobnik 12 dla masy surowca, który z jednej strony posiada otwory wlotowe 13, a po stronie przeciwnej otwory wylotowe 14 dla spalin. Otwory wlotowe 13 prowadzą do wlotowych kanałów przepływowych 15 dla spalin, które to kanały są ograniczone od góry blaszanym dachem 16 w kształcie odwrotnie ustawionej litery V, a od dołu masą surowcową ułożoną zgodnie z naturalną linią nasypu. Od strony przeciwnej względem otworów wlotowych 13 wlotowe kanały przepływowe 15 są zamknięte odpowiednią boczną ścianką zasobnika 12.

Dzięki odpowiednio przesuniętemu ustawieniu dachów 17 w kształcie odwrotnie ustawionej litery V nad wlotowymi kanałami przepływowymi 15 tworzą się odpowiednie wylotowe kanały przepływowe 18, których końce z jednej strony zamknięte są zawierającą otwory wlotowe 13 ścianką zasobnika 12, a końce z drugiej strony tworzą otwory wylotowe 14. W ten sposób spalmy z wanny płyną z przewodu 8 przez otwory wlotowe 13 do wlotowych kanałów przepływowych 15, spływają na ich bocznych krawędziach do masy surowca i przepływają przez nią zgodnie z zaznaczonymi strzałkami 19, są ponownie zbierane w górnych wylotowych kanałach przepływowych 18 i opuszczają zasobnik 12 podgrzewacza 9 przez otwory wylotowe 14 do przewodu 20.

Do podgrzewacza 9 surowca dodaje się w miejscu zaznaczonym strzałką 21a wraz z masą surowca również sorbenty, służące do oczyszczania spalin. Dodawanie sorbentu do podgrzewacza 9 surowca jest na fig. 1 ujęte jedynie w sposób schematyczny; w celu dokładniejszego objaśnienia powołano się dalej na opis fig. 2.

Wychodzące z podgrzewacza surowca spaliny są w zasadzie pozbawione zanieczyszczeń i zawierają jedynie niewielkie ilości drobnego pyłu. Ten drobny pył można usunąć przy pomocy suchego filtru lub elektrofiltru 21, do którego spaliny dostają się przez przewód 20. Z filtru 21 do oddzielania drobnego pyłu spaliny wchodzą do regeneratora, który w tym przypadku jest wykonany w postaci rotacyjnego wymiennika ciepła 23, a stamtąd przechodzą do komina 24, gdzie są oddawane do atmosfery. Wymiennik ciepłą 23 służy do nagrzewania zasysanego zgodnie ze strzałką 25 powietrza z otoczenia, które następnie poprzez przewód 6 jest doprowadzane do wymiennika ciepłą 5.

W wymienniku ciepła 5 następuje podwyższenie temperatury powietrza, pobranego z otoczenia, od temperatury otoczenia, a zatem 20 - 30°C, do około 900°C, tak że spalinom, które

170 731 znajdują się w kanale spalinowym 4 i mają temperaturę ok. 1400°C, odebrana zostaje taka ilość ciepła, że ich temperatura ulega obniżeniu do ok. 530°C. Jednocześnie następuje wstępne podgrzewanie masy surowca w podgrzewaczu 9 surowca jedynie do ok. 450°C. w zależności od temperatury otoczenia w przewodzie 6 ustala się temperatura nagrzanego powietrza do spalania między ok. 130 i 180°C. To nagrzane powietrze do spalania zostaje w wymienniku ciepła 5, w ramach wymiany ciepła z nagrzanymi do temperatury 1400°C spalinami, nagrzane do wyższej temperatury, wynoszącej ok. 950°C, co prowadzi do spadku temperatury spalin w przewodzie 8 do ok. 600 - 650°C. Za pośrednictwem podgrzewacza surowca następuje nagrzanie masy surowca do temperatury 520 - 580°C, przy czym dobiera się tak wysoką temperaturę spalin w przewodzie 8, że nawet w upalne dni nie zostaje przekroczona temperatura użytkowania podgrzewacza 9 surowca. Zwykle odpowiada to temperaturze spalin w przewodzie 8, wynoszącej ok. 650°C. W trakcie pracy stacjonarnej temperatura spalin w przewodach 20 i 22 wynosi w zasadzie 300 - 350°C, tak że do nagrzewania powietrza użytkowego w wymienniku ciepła 23 można wykorzystać spaliny o temperaturze, przy czym ulegają one wówczas oziębieniu do 150 - 200°C.

Znajdujące się w przewodzie 8 spaliny są w dużym stopniu zanieczyszczone pyłem oraz agresywnymi składnikami gazowymi, zwłaszcza fluorem, i przed wypuszczeniem do atmosfery muszą zostać odczyszczone. Poza tym zanieczyszczenia spalin powinny, jako niezbędne składniki stopionej masy, zostać odzyskane. Dlatego też zgodnie z wynalazkiem podgrzewacz surowca 9 uzyskuje zarazem funkcję urządzenia do oczyszczania oraz urządzenie do odzysku.

W związku z tym na ujętej w sposób schematyczny fig. 2 pokazane zostały dalsze szczegóły realizacji zgodnego z wynalazkiem sposobu.

Widoczny jest po pierwsze przedstawiony w sposób schematyczny podgrzewacz 9 surowca z zasobnikiem 12 oraz zaznaczone jedynie szkicowe otwory wlotowe 13 dla wchodzących spalin (gaz rurowy) i otwory wylotowe 14 dla oczyszczonych spalin (gaz oczyszczony). Przy pomocy urządzenia transportowego 26 surowiec, zwłaszcza surowy bazalt, jest zasypywany w kierunku strzałki 10 do podgrzewacza 9 surowca i, po następnym podgrzaniu, oddawany do wanny wytopowej 1 w kierunku strzałki 11. Na fig. 2 powyżej podgrzewacza 9 surowca umieszczony jest zbiornik zapasowy 27 na sorbent proszkowy, z którego to zbiornika, w sposób dozowany przez urządzenie dozujące, przykładowo dozownik gwiazdowy 28, proszek wraz z surowym bazaltem wpada zgodnie ze strzałką 21a do podgrzewacza 9 surowca. Alternatywnie można zastosować również zbiornik na ciecz 29, z którego mleko wapienne i/lub mleko wapienno-sodowe jest tłoczone przez pompę 30 i rozpylane na gromadzący się w podgrzewaczu 9 surowca surowy bazalt przy pomocy organu rozpylającego, przykładowo dyszy rozpylającej 31, w kierunku strzałki 21b, jest tłoczone przez pompę 30 i rozpylone w kierunku strzałki 21b na gromadzący się w podgrzewaczu 9 surowca surowy bazalt przy pomocy organu rozpylającego, przykładowo dyszy rozpylającej 30. Wszystkie wprowadzone do podgrzewacza 9 surowca absorbenty, a zatem zarówno sorbent proszkowy, jak również mleko wapienne, zostają wraz z surowcem odprowadzone zgodnie ze strzałką 11 do wanny do wytapiania, tak, że zwłaszcza wydostający się ze stopionej masy fluorjest do niej automatycznie zawracany w celu utrzymania prawidłowej zawartości fluoru o stopionej masie.

Jak widać na fig. 2, trzy etapy procesu w postaci wstępnego nagrzewania masy surowca, oczyszczania spalin i zawracania zanieczyszczeń do stopionej masy są prowadzone jako wspólny etap jednocześnie i przy pomocy tego samego urządzenia, a mianowicie podgrzewacza 9 surowca. W wyniku bezpośredniego naniesienia sorbentów na masę surowca otrzymuje się w efekcie dzięki dużej powierzchni wymiany efektywne oczyszczanie spalin, które pozostają w bezpośrednim kontakcie z doprowadzaną masą surowca. Podgrzewacz 9 surowca przejmuje poza funkcją podgrzewania również funkcję reaktora do oddzielania chlorków i fluorków.

Sorbenty w postaci wapna i sody mogą być w różnych postaciach i składach chemicznych zadawane wraz z surowym bazaltem do podgrzewacza 9 surowca, co ilustrują poniższe przykłady:

- wodorotlenek wapniowy - zawiesina w wodzie (ok. 1 do 7 g/Nm³, zazwyczaj 2,5 do 5 g/Nm3)

- wodorotlenek wapniowy proszkowy (ok. 2,5 g/Nmr)

- węglan sodowy proszkowy (ok. 4 g/Nm3)

170 731

- wodorotlenek wapniowy + węglan sodowy proszkowy (każdego związku ok. 2,5 do 3 g/Mn³)

- wodorotlenek wapniowy + węglan sodowy - zawiesina w wodzie (każdego związku ok. 3 do 4,5 g/Nm3).

Podane wartości liczbowe wyrażają w przybliżeniu wskaźniki, które są różne w zależności od ilości emitowanych szkodliwych substancji; pomiary wykazały, że już bezpośrednio na wyjściu podgrzewacza 9 surowca stężenie substancji szkodliwych mogłoby być w przypadku fluorków i chlorków zredukowane do poziomu wymagań technicznych dla powietrza. Mieszanina sorbentów w postaci wapna i sody okazała się wielce obiecująca. Zwrócono również uwagę na to, że węglan sodowy (NibCOó reaguje także z tlenkami azotu, dzięki czemu można dodatkowo oczekiwać spadku stężenia NOx.

Pył, który jest pobierany z podgrzewacza 9 surowca, zawiera duże ilości wapna i sody, tak że w przewodzie 20 między podgrzewaczem 9 surowca i filtrem przeciwpyłowym absorbowane są kolejne ilości fluorków i chlorków.

170 731

170 731

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytapiania surowców krzemianowych, zwłaszcza dla wytwarzania wełny mineralnej, w szczególności wełny skalnej z bazaltu, w którym to sposobie topienia doprowadza się do wanny wytopowej przez spalanie paliw kopalnych, spalinami z wanny wytopowej nagrzewa się wstępnie najpierw powietrze do spalania, a następnie poprzez bezpośredni kontakt doprowadzaną masę surowca, spaliny z wanny wytopowej oczyszcza się, zwłaszcza z pyłu i/lub agresywnych mediów, takich jak fluor, chlor lub temu podobne, przy czym oddzielone zanieczyszczenia zawraca się do stopionej masy, znamienny tym, że wstępne nagrzewanie masy surowca, oczyszczanie spalin z wanny wytopowej i zawracanie zanieczyszczeń do stopionej masy prowadzi się jednocześnie za pomocą tego samego urządzenia podgrzewacza surowca, przy czym spaliny pozostające w bezpośrednim kontakcie z doprowadzaną masą surowca oczyszcza się przez dodanie sorbentu bezpośrednio do masy surowca tuż przed ich wprowadzeniem do podgrzewacza masy surowca.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się sorbent, który zawiera absorbent proszkowy, zwłaszcza wapno i/lub sodę, i ciecz, korzystnie mleko wapienne i/lub mleko wapienno-sodowe.
3. 3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że absorbenty proszkowe doprowadza się oddzielnie i w sposób dozowany do masy surowca w celu oczyszczenia spalin z wanny.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że oczyszczanie spalin z fluoru i/lub chloru przeprowadza się przy użyciu sorbentów o takim stężeniu, że spełnione są wymagani a techniczne dla powietrza.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dodawane w celu oczyszczenia spalin sorbenty doprowadza się do wanny wytopowej wraz z masą surowca.