RS50421B

RS50421B - Kiseonično-gorivni sistem sagorevanja i njegova primena

Info

Publication number: RS50421B
Authority: RS
Inventors: Dietrich M. GROSS
Original assignee: Jupiter Oxygen Corp.,
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2002-03-22
Publication date: 2009-12-31
Also published as: CN1221760C; HRP20030934A2; TNSN03103A1; KR20080015521A; NO330226B1; US6436337B1; US6818176B2; US7282171B2; EP1325158A4; NZ528736A; US6797228B2; CA2461051A1; ME00128B; PL202159B1; CN1455854A; EP1746375A2; LT2003091A; EP2290312B1; EP1746375A3; BR0209224B1

Abstract

Postupak sagorevanja koji obuhvata dovod kiseonika i goriva na bazi ugljenika kroz ulazne mlaznice u bar jedan gorionik peći u koju ne prodire vazduh iz spoljne sredine, tako da je u formuli za sagorevanja uveden kiseonik umesto vazduha, naznačen time, što je kiseonik doveden u gorionik (85) čistoće bar 85%; bilo koji višak bilo kiseonika bilo goriva kojim se snabdeva gorionik je ogranicen na manje od 5% iznad stehiometrijskog odnosa; sagorevanje goriva je kontrolisano da bi se dobila temperatura plamena od bar 2480°C i da bi se dobila zona prenošenja toplote zračenjem u peći (14), (16) (166) bez prisutva vazduha u kojoj je osnovni način prenosa toplote zračenje i peć je direktno izložena toploti zračenja iz goriva koje sagoreva; i količine goriva i kiseonika koja protiče kroz ulazne mlaznice (152) i (154) gorionika su kontrolisane da bi se održala temperatura izlazne struje gasa iz peći, a pre bilo koje regeneracije toplote, ne veća od 595°C.Prijava sadrži 7 zavisnih patentnih zahteva.

Description

Opis pronalaska

Ovaj se pronalazak odnosi na sistem sagorevanja sa dovodom kiseonika u gorivo. Tačnije, ovaj se pronalazak odnosi na sistem sagorevanja sa dovodom kiseonika u gorivo kod koga se smanjuje proizvodnja gasova koji izazivaju efekat staklene bašte i kod koga se smanjuje potrošnja fosilnog goriva.

Sistemi gorionika sa dovodom kiseonika u gorivo poznati su od ranije, ali je njihova primena veoma ograničena. Sistemi sa dovodom kiseonika u gorivo uglavnom se koriste u primenama u kojima se zahtevaju ekstremno visoke temperature kiseonika. Tako se, na primer, ovi sistemi mogu koristiti u industriji stakla kako bi se postigle temperature potrebne potrebne da se silicijumđioksiđ dovede na temperatura topljenja. Inače je opšte prihvaćeno da strukturna i materijalna ograničenja diktiraju gornje temperature kojima se mogu podvrgnuti mnogi industrijski sistemi. S tim u vezi, sistemi sagorevanja sa dovodom vazduha koriste se za zagrevanje kotlova, peći i sličnog kod skoro svake industrijske primene uključujući tekuću proizvodnju, proizvodnju električne energije i druge procesne primene.

Naročito se sistemi sa dovodom vazduha u gorivo ili električni sistemi za zagrevanje široko koriste u celokupnoj industriji za proizvodnju čelika i aluminijuma, kao i u industriji proizvodnje električne energije i u drugim industrijama koje se oslanjaju na goriva na bazi ugljenika. Sistemima sa dovodom vazduha u gorivo, u peć se zajedno sa gorivom dovodi vazduh koji se sastoji od oko 79% azota i 21% kiseonika. Smeša goriva i vazduha se pali obrazujući kontinualan plamen. Plamen prenosi energiju u vidu toplote od smeše vazduha i goriva u peć.

U industriji čelika i aluminijuma, peći sa dovodom vazduha u gorivo i električne peći koriste se kao primarni izvor toplote za dobijanje rastopljenih metala. Što se tiče peći sa dovodom vazduha u gorivo, konvencionalno je prihva-ćeno da potrebna energija, odmerena u odnosu na toplotna ograničenja za procesnu oprenu, zastupa ili snažno podržava primenu ovih vrsta sistema sagorevanja. Što se tiče primene električnih peći u aluminijumskoj industriji, i tu konvencionalna mudrost podržava ovu vrstu energije za ostvarivanje temperatura potrebnih za obradu aluminijuma.

Jedan od nedostataka primene sistema sagorevanja sa dovodom vazduha u gorivo je to što ovo sistemi proizvode NOx i druge, tzv. "gasove staklene bašte" kao što su ugljendioksid, sumpordioksid i slični, kao neizbežan rezultat procesa sagorevanja. NOx i drugi "gasovi staklene bašte" predstavljaju velikog zagađivača okolne sredine, uključujući kiselu kišu, mada ne i jedini. Zbog toga je smanjenje ispuštanja NOx i drugih "gasova staklene bašte" poželjno, pa je kao rezultat zakonskih ograničenja, njihovo ispuštanje u velikoj meri ograničeno. U tom cilju se moraju na ove sisteme ugraditi razne naprave i uređaji kako bi se ograničili i/ili snizili nivoi proizvedenih NOx i drugih gasova "staklene bašte".

Drugi nedostatak u vezi sa pećima sa dovodom vazduha u gorivo jeste to Što se veliki deo energije oslobođene u procesu sagorevanja apsorbuje ili se koristi na zagrevanje gasovitog azota koji se nalazi u vazduhu koji dovodi do peći. Ta je energija u suštini izgubljena pošto se zagrejan gasoviti azot obično ispušta iz toplotnog izvora, npr. iz peći. Zbog toga je veliki deo troškova za energiju usmeren u okolnu sredinu krozu neki dimnjak ili slično. Stručnjaci će prepoznati druge poznate nedostatke sistema sagorevanja sa dovodom vazduha u gorivo.

I električne peći takođe imaju svoje nedostatke, Tako, na primer, i u tim sistemima je neizbežna potreba za nekim izvorom električne energije koji je stalno na raspolaganju, u suštini bez prekida. Kako su za rad električnih peći potrebne velike količine električne energije, obično je neophodno da se te električne peći nalaze u blizini postrojenja za proizvodnju električne energije i/ili velikih sistema za prenos električne energije. Pored toga, električne peći zahtevaju veliki obim održavanja da bi se osiguralo da peći rade na optimalno efikasnom režimu ili bar blizu njega. Sem toga, kod korišćenja električnih peći neizbežna je neefikasnost kod pretvaranja nekog goriva u električnu energiju (najviše velikih električnih centrala na fosilna goriva koje koriste parne turbine rade sa stepenom iskorišćenja manjim od 40%, a najčešće manjim od 30%). Pored toga, ove velike centrale na fosilna goriva proizvode ogromne količine NOx i drugih gasova "staklene bašte".

Tako, na primer, u industriji za obradu aluminijuma, tačnije industriji dobijanja aluminijuma iz otpadaka, uobičajeno je da se temperatura plamena u peći održava između 1370°C i 1650°C. Smatra se da ovaj opseg ostvaruje ravnotežu između energije potrebne za obezbeđenje dovoljne toplote za topljenje aluminijumskih otpadaka i za održavanje odgovarajuće temperature u kupatilu rastopljenog metala od oko 790°C. U poznatim se pećima koristi konstrukcija u kojoj temperatura uglavnom ne prelazi 1650°C da bi se održala strukturna celovitost tih peći. To znači da se smatra da prekoračenje ovih graničnih temperatura može oslabiti noseću strukturu peći, što može dovesti do katastrofe. Pored toga, temperatura u dimnjaku kod konvencionalnih peći obično je oko 870°C. To znači da je razlika temperatura između plamena i dimnih gasova svega oko 760°C. To dovodi do neefikasnog korišćenja energije u procesu sagorevanja.

Takođe se veruje da gubici toplote i eventualno oštećenje opreme u pećima u kojima je temperatura plamena iznad oko 1650°C znatno nadmašuju svako povećanje radnog učinka koje bi se moglo ostvariti višim temperaturama plamena. Konvencionalno razmišljanje opet u potpunosti podržava korišćenje peći sa dovodom vazduha u gorivo kod kojih temperature plamena dostižu gornju granicu od oko 1650°C (za plamen od stehiometrijskog sagorevanja) koja obezbeđuje celovitost peći i smanjuje gubitak energije.

Prema tome, postoji potreba za jednim sistemon sagorevanja koji obezbe-đuje prednosti smanjenja zagađivanja okolne sredine (koje se pripisuje emitovanju NOx i drugih gasova iz "staklene bašte") dok u isto vreme obezbeđuje efikasno korišćenje energije. Poželjno je da se takav sistem sagorevanja može koristiti za veoma različite industrijske primene, u rasponu od industrije za proizvodnje energije, odnosno za pružanje usluga do petro-hemijskih industrija, proizvodnje i prerade metala, i slično. Takav se sistem sagorevanja može koristiti kod postupaka obrade metala, npr. aluminijuma, gde sistem sagorevanja obezbeđuje povećanu efikasnost korišćenja energije i smanjenje zagađivanja. Takođe postoji potreba, posebno u industriji prerade aluminijumskih otpadaka, za procesnom opremom (naročito pećima) koje su projektovane i oblikovane da izdrže povišene temperaure povezane sa takvim jednim efikasnim sistemom sagorevanja i da povećaju efikasnost korišćenja energije i da smanje proizvodnju zagađivačkih materija.

KRATAK PREGLED PRONALASKA

Sistem sagorevanja sa dovodom kiseonika u gorivo obuhvata jednu peć koja ima kontrolisanu atmosferu i obuhvata bar jedan gorionik. Sistem sagorevanja obuhvata dovod kiseonika kojim se dovodi kiseonik unapred određene čistoće i dovod za gorivo na bazi ugljenika kojim se dobavlja gorivo na bazi ugljenika. Postojeći sistem sagorevanja sa dovodom kiseonika u gorivo povećava efikasnost utrošenog goriva (tj. zahteva manje goriva), ne proizvodi NOx (osim od azota koji se nalazi u gorivu) i značajno manje drugih gasova "staklene bašte".

Kiseonik i gorivo na bazi ugljenika uvode se u peć u stemometrijskom međusobnom odnosu kako bi se ograničio višak bilo kiseonika, bilo goriva na bazi ugljenika na manje od 5 % preko stehiometrijskog odnosa. Sagorevanje goriva na bazi ugljenika daje temperaturu plamena iznad 2480°C, pri čemu struja dimnih gasova iz peći ima temperaturu ne višu od oko 590°C.

Sistem sagorevanja obuhvata i jedan kontrolni sistem za regulisanje dovoda goriva na bazi ugljenika i za kontrolisanje dovoda kiseonika u peć. U kontrolnom sistemu dovod goriva sledi iza dovoda kiseonika do peći. Dovod kiseonika i goriva reguliše se unapred određenom temperaturom rastopljenog aluminijuma. U tom sklopu jedan davač prati temperaturu rastopljenog aluminijuma.

Gorivo na bazi ugljenika može biti bilo koja vrsta goriva. Kod jednog je izvođenja gorivo neki gas, na primer prirodni gas, metan i slično. Alternativno, gorivo je neko čvrsto gorivo kao što je ugalj ili ugljena prašina. Alternativno, gorivo je tečno gorivo kao što je ulje za loženje, uključujući otpadno ulje.

Kod jednog primera upotrebe, sistem sagorevanja se koristi u sistemu rekuperacije aluminijumskih otpadaka za dobijanje aluminijuma iz otpadaka. Takav sistem obuhvata jednu peć za držanje rastopljenog aluminijuma na nekoj unapred određenoj temperaturi, u kojoj se nalazi bar jedan gorionik. Sistem za rekuperaciju obuhvata dovod kiseonika kojim se kiseonik uvodi u peć kroz sistem sagorevanja. Da bi se ostvarila maksimalna efikasnost, dovod kiseonika obezbeđuje čistoću kiseonika od najmanje oko 85 %.

Dovod goriva na bazi ugljenika doprema neko gorivo na bazi ugljenika. Kiseonik i gorivo na bazi ugljenika dovode se u peć u stehiometrijskom međusobnom odnosu kako bi se ograničio višak bilo kiseonika, bilo goriva na bazi ugljenika na manje od 5 % preko stehiometrijskog odnosa. Sagorevanje goriva na bazi ugljenika daje temperaturu plamena iznad 2480°C, pri čemu struja dimnih gasova iz peći ima temperaturu ne višu od oko 590°C.

U takvom sistemu rekuperacije, sagorevanje kiseonika i goriva stvara energiju koja se koristi za rekuperaciju aluminijuma iz otpada u količini od oko 2450 J po kg dobijenog aluminijuma. Gorivo može biti neki gas, na primer prirodni gas, ili može biti neko čvrsto gorivo ili neko tečno gorivo.

U sistemu za rekuperaciju toplota iz peći se može odvesti u sistem za rekuperaciju neiskorišćene toplote. Dobijena se toplota može pretvoriti u elektri-čnu energiju.

U jednom najpogodnijem sistemu, sistem sagorevanja obuhvata jedan sistem za obezbeđivanje kiseonika. Takva jedan sistem razdvaja vazduh na kiseonik i na azot, kao što to čini jedan kriogenski sistem razdvajanja. Drugi sistemi obuhvataju membransko razdvajanje i slično. Kiseonik se takođe može obezbediti razdvajanjem vode na kiseonik i vodonik. U takvim sistemima se kiseonik može uskladištiti da bi se koristio prema potrebi. Poznati su i drugi sistemi za generisanje ili izdvajanje kiseonika.

Sistem sagorevanja za dovodom kiseonika u gorivo može se koristiti u bilo kojoj peći koja ima kontrolisanu atmosferu. To jest, u bilo kojoj peći u koju ne prodiru gasovi ili tečnosti iz spoljne sredine. Takav sistem sagorevanja obuhvata dovod kiseonika kojim se dovodi kiseonik unapred određene čistoće i dovod za gorivo na bazi ugljenika kojim se dobavlja gorivo na bazi ugljenika.

Kiseonik u dovodu kiseonika i gorivo na bazi ugljenika dovode se u peć u stehiometrijskom međusobnom odnosu kako bi se ograničio višak bilo kiseonika, bilo goriva na bazi ugljenika na manje od 5 % preko stehiometrijskog odnosa. U takvoj peći struja dimnih gasova iz peći u suštini ne sadrži gasovita jedinjenja proizvedena sagorevanjem koja sadrže azot. To zato što se u gorivo ne uvodi azot, osim ako ga nema u samom gorivu, pa dimni gas u suštini ne sadrži proizvode sagorevanja koji sadrže azot (tj. NOx) i ima znatno snižene nivoe drugih gasova staklene bašte.

Sistem sagorevanja može koristiti bilo koje gorivo na bazi ugljenika uključujući gas, na primer prirodni gas ili metan, bilo koje čvrsto gorivo kao što je ugalj ih ugljena prašina, ili bilo koje tečno gorivo kao što je ulje za loženje, uključujući otpadna i rafinisana ulja. U takvom sistemu sagorevanja, sva gasna jedinjenja koja sadrže azot, a dobijena su sagorevanjem, obrazovana su od azota iz goriva.

Postupak za izdvajanje aluminijuma iz otpadaka obuhvata unošenje aluminijumskih otpadaka u peć za topljenje i sagorevanje kiseonika i goriva na bazi ugljenika u peći. Kod sagorevanja kiseonika i goriva, kiseonik i gorivo dovode se u peć u stehiometrijskom međusobnom odnosu kako bi se ograničio višak bilo kiseonika, bilo goriva na bazi ugljenika na manje od 5 % preko stehiometrijskog odnosa. Sagorevanje daje temperaturu plamena iznad 2480°C, pri čemu struja dimnih gasova iz peći ima temperaturu ne višu od oko 590°C.

Aluminijum se topi u peći, zagađen unet aluminijum se uklanja iz peći a u suštini čist aluminijum se ispušta iz peći. Postupak može obuhvatati stepen rekuperisanja aluminijuma iz zagađenog unetog aluminijuma, tj. troske, i vraćanje rekuperisanog aluminijuma u peć.

Postupak može obuhvatati rekuperaciju neiskorišćene toplote iz peći. Rekuperisana neiskorišćena toplota može se pretvoriti u električnu energiju.

Peć za rekuperaciju aluminijuma iz aluminijumskog otpada obuhvata i područje kupatila za držanje rastopljenog aluminijuma na nekoj unapred određenoj temperaturi sa najmanje jednim gorionikom. Sistem za dovod kiseonika dostavlja kiseonik čistoće od najmanje oko 85% a dovod goriva na bazi ugljenika dostavlja gorivo kao što je prirodni gas, ugalj, nafta i slično.

Kiseonik u vodu za kiseonik i gorivo dovode se u peć u stehiometrijskom međusobnom odnosu kako bi se ograničio višak bilo kiseonika, bilo goriva na bazi ugljenika na manje od 5 % preko stehiometrijskog odnosa. Sagorevanje goriva daje temperaturu plamena iznad 2480°C, pri čemu struja dimnih gasova iz peći ima temperaturu ne višu od oko 590°C.

Kod jednog je izvođenja peć obrazovana od čeličnih ploča, čeličnih greda i vatrostalnih materijala. Zidovi peći su oblikovani tako da imaju spoljnu oplatu od čeličnih greda i čeličnih ploča, bar jedan sloj drobljivog izolacionog materijala, bar jedan sloj vatrostalne opeke i bar jedan sloj vatrostalnog betona.

Opisan je i postupak bez primene soli za izdvajanje aluminijuma iz aluminijuma koji sadrži trosku, a koji obuhvata stepene unošenja aluminijuma koji sadrži trosku u peć. Peć ima sistem dovođenja kiseonika u gorivo koji ostvaruje temperaturu plamena od oko 2760°C, i u suštini nema viška kiseonika. Aluminijum velikog sadržaja troske topi se u peći.

Gornji sloj rastopljenog aluminijuma koji sadrži trosku uklanja se da bi se dobio proizvod velikog sadržaja troske. Proizvod velikog sadržaja troske presuje se u mehaničkoj presi da bi se izdvojio aluminijum iz proizvoda velikog sadržaja troske i dobio koncentrovan proizvod velikog sadržaja troske. Postupak obuhvata stepen vraćanja koncentrovanog proizvoda velikog sadržaja troske u peć. Unošenje alumijuma koji sadrži trosku u peć izvodi se skoro u neposrednom sudaru sa plamenom da bi se oslobodili oksidi iz troske.

Ova i druga svojstva i prednosti ovog pronalaska biće očigledna iz sledećeg detaljnog opisa, u vezi sa priloženim patentnim zahtevima.

KRATAK OPIS CRTEŽA

Koristi i prednosti ovog pronalaska biće bolje sagledani od strane stručnjaka posle posle rasmatranja sledećeg opisa i priloženih crteža, gde

- slika 1 predstavlja opštu šemu protoka jednog primera procesa za rekuperaciju aluminijuma iz aluminijumskih otpadaka, a koja obuhvata jednu peć za topljenje sa sistemom sagorevanja sa dovodom kiseonika u gorivo, a u kome su proizvodnja gasova "staklene bašte" i potrošnja goriva smanjeni, koristeći principe prikazanog pronalaska, - slika 2 predstavlja opštu šemu protoka jednog postupka prerade troske koji se nadovezuje na sliku 1 a koja obuhvata jednu rekuperacionu peć koja ima sistem sagorevanja sa dovodom kiseonika u gorivo u kome su ostvareni principi ovog pronalaska, - slika 3 prikazuje primer šeme dovoda prirodnog gasa i šeme dovoda kiseonika za primenu sa sistemom sagorevanja sa dovodom kiseonika, - slika 4 predstavlja opštu šemu postrojenja i prikazuje dovod kiseonika od jednog kriogenskog postrojenja i tok do peći, a takođe prikazuje jedan primer postrojenja za rekuperaciju neiskorišćene toplote, - slika 5 je šematski prikaz jedne peći za topljenje aluminijum koja koristi sistem sagorevanja sa dovodom kiseonika u gorivo u skladu sa pricipima ovog pronalaska,

- slika 6 predstavlja pogled sa strane na peć sa slike 5,

- slika 7 predstavlja pogled s prednje strane na peć za topljenje sa slike 6,

- slike 8 i 9 prikazuju delimične poprečne preseke jednog spoljneg zida, odnosno dna peći, - slika 10 prikazuje sklop gorionika za sistem sagorevanja sa dovodom kiseonika u gorivo, - slika 11 predstavlja šematski prikaz jednog primera kontrolnog sistema za sistem sagorevanja sa dovodom kiseonika u gorivo prema ovom pronalasku, - slika 12 predstavlja šematski izgled primera energetskog kotla ili prednjeg zida peći i prikazuje gorionik i konstrukciju za sistem sa dovodom vazduha za sagorevanje, a istovremeno prikazuje ugradnju u postojeći sistem jednog sistema sagorevanja sa dovodom kiseonika u gorivo u kome su ostvareni principi ovog pronalaska, i - slika 13 predstavlja šematski prikaz uređaja za sagorevanje otpadaka u koji je ugrađen sistem sagorevanja sa dovodom kiseonika u gorivo u kome su ostvareni principi ovog pronalaska.

DETALJAN OPIS PRONALASKA

Iako je ovaj ovaj pronalazak podložan izvođenjima u raznim oblicima, ovde je prikazan na crtežima i biće potom opisan u jednom trenutno preporučljivom izvođenju pri čemu se podrazumeva da se ovaj opis ima smatrati samo kao jedan primer pronalaska i nije mu namera da ograniči pronalazak na ovde prikazana specifična izvođenja. Takođe treba shvatiti da se naziv ovog odeljka ove specifikacije, tj., "Detaljan opis pronalaska", odnosi na jedan propis Patentnog zavoda SAD, i ne podrazumeva se, niti treba to zaključiti, da ograničava ovde opisan predmet pronalaska.

Sistem sagorevanja sa dovodom kiseonika u gorivo koristi u suštini čist kiseonik u kombinaciji sa nekim izvorom goriva za proizvodnju toplote, obrazovanjem plamena (tj., sagorevanjem), na efikasan način, povoljan za okolnu sredinu. Kiseonik, koji se dostavlja nekim sredstvom za oksidaciju, može se koristiti u koncentracijama od oko 85 % do oko 99+%, ali je poželjno da se ima koncentracija kiseonika (tj., čistoća dovoda kiseonika) što je moguće veća. U takvom jednom sistemu, kiseonik velike čistoće dovodi se, zajedno sa izvorom goriva, u stehiometrijskim proporcijama, u gorionik u peći. Kiseonik i gorivo se pale da bi oslobodili energiju pohranjenu u gorivu. Za svrhe ovog opisa, pozivanje na peć treba široko shvatiti da bi se obuhvatio bilo koji industrijski ili komercijalni generator toplote koji sagoreva fosilna (na bazi ugljenika) goriva. Kod jednog preporučljivog sistema, koncentracija kiseonika ili čistoća velika je koliko je to praktično izvodljivo da bi se smanjilo proizvođenje gasova "staklene bašte".

Predviđeno je da se može koristiti bilo koji izvor goriva.Tako na primer, u ovoj prijavi, kao što će kasnije detaljnije biti opisano, kiseonik se uvodi zajedno sa prirodnim gasom u peć. Drugi predviđeni izvori goriva obuhvataju rafinisana kao i otpadna ulja, drvo, ugalj, ugljenu prašinu, otpatke (đubre). Stručnjaci će prepoznati nebrojene izvore goriva koja se mogu koristiti sa ovim sistemom za unošenje kiseonika u gorivo.

Ovaj se sistem razlikuje od konvencionalnih procesa po dva pricipijelna rešenja. Prvo, konvencionalni procesi sagorevanja koriste vazduh (kao oksidacioni agens za dostavljanje kiseonika) za sagorevanje umesto u suštini čistog kiseonika. Kiseonička komponenta vazduha (oko 21 procenta) koristi se pri sagorevanju, dok se preostale komponente (u suštini azot) zagrevaju i ispuštaju iz peći. Drugo, ovaj proces koristi kiseonik u stehiometrijskom odnosu na gorivo. To jest, dovodi se samo onoliko kiseonika u odnosu na gorivo koliko je potrebno da se obezbedi potpuno sagorevanje goriva. Prema tome, u sistem sagorevanja se ne unosi "višak" kiseonika.

Primenom ovog sistema sagorevanja postižu se mnoge prednosti i koristi. Zapaženo je, kao što će kasnije biti opisano, da je potrošnja goriva da bi se proizvela ekvivalentna količina energije ili toplote smanjena, u nekim primenama čak i do 70 procenata. Značajno je to da se time može ostvariti ogromno smanjenje obima zagađenja koje se javlja kod sagorevanja. Kod nekih primena, ispuštanje NOx može biti smanjeno praktično na nulu, a ispuštanje drugih gasova "staklene bašte" može se smanjiti čak do oko 70 procenata u odnosu na konvencionalne sisteme sagorevanja sa dovodom vazduha u gorivo.

Primer procesa rekuperacije aluminijuma iz aluminijumskih otpadaka

Kod jedne specifične primene, sistem sagorevanja sa dovodom kiseonika u gorivo (skraćeno oksi-gorivni sistem) koristi se u postrojenju 10 za rekuperaciju aluminijuma iz aluminijumskih otpadaka. Tok procesa za jedan primer postrojenja prikazan je na slikama 1-2. Aluminijumski otpaci, uopšteno označeni sa 12, unose se u peć 14 i prevode se u tečno stanje. Postrojenje 10 može obuhvatati više peći 14 koje rade paralelno, od kojih je samo jedna prikazana. Tečan ili rastopljen aluminijum se izvlači iz peći 14 za topljenje i odvodi u jednu manju peć 16 za održavanje temperature ili prelazni spremnik. Peć 16 za održavanje temperature takođe je peć sa oksi-gorivnim sistemom. Rastopljeni se aluminijum izvlači iz peći 14 za topljenje prema potrebi, da bi se održavao neki izvesni, u napred određen nivo u peći 16 za održavanje temperature. Ovo može dovesti do kontinualnog izvlačenja iz peći 14 za topljenje ili do izvlačenja po "partijama", već prema potrebi.

U peć 16 za održavanje temperature, uvode se gasoviti hlor i azot, što je naznačeno sa 18 i 20, a koji se uvode u peć 16 za održavanje temperature da podstaknu izvlačenje nečistoća iz rastopljenog aluminijuma. Hlor i azot deluju kao gasoviti topitelji da izvuku nečistoće iz aluminijuma. Ovo se isto može izvesti i u peći 14 za topljenje da bi se povećalo čišćenje masnih i prljavih otpadaka. Među druge topitelje o kojima se razmišljalo spada gasoviti argon heksafluorid. Prelazni spremnik 16 aktivno se zagreva i radi na temperaturi rastopljenog metala od oko 700°C. Temperatura vazduha u prelaznom spremniku 16 nešto je malo viša.

Rastopljeni se aluminijum potom filtrira. Danas se koristi filtertorba 22 za filtriranje čestica. Poznate su, međutim i druge vrste filtera i oni se mogu koristiti. Filtriran rastopljeni aluminijum potom se propušta kroz degazator 24.

U degazatoru 24 u rastopljeni se aluminijum uvodi neki topitelj, na primer neki inertni gas (opet se koristi azot, kao što je naznačeno sa 26). Rastopljeni se aluminijum meša, na primer mehaničkom mešalicom 28 pa se topitelj 26 produvava kroz rastopljeni aluminijum da bi izvukao nečistoće (npr., okside) iz aluminijuma.

Rastopljeni se aluminijum potom uvodi u jedan neposredno priključen livački uređaj 30. U livačkom se uređaju 30 aluminijum lije u jednu kontinualnu ploču. Debljina odlivka može biti ma koja između 0,25 mm do 1,9 cm, ili više. Potom se aluminijum može saviti u kotur, naznačen sa 30, za korišćenje ili za dalju obradu. Prema postojećem postupku, aluminijum produžuje iz livačkog uređaja 30 do jednog para mašina 34 za toplo valjanje u kojima se ploča valja na konačnu debljinu ili meru, u sadašnje vreme oko 2 mm a zatim se savije u kotur 32. Stručnjaci će shvatiti i sagledati razne procese završnog oblikovanja i završne obrade koji se mogu izvoditi na metalu. Svi ovakvi procesi oblikovanja i završne obrade spadaju u opseg i duh ovog pronalaska.

Kao što je napred rečeno, peć 14 za topljenje je jedna oksi-gorivna peć. U nju se dovodi neko gorivo na bazi ugljenika, kao što je prirodni gas, u stehiometrijskoj količini u odnosu na kiseonik. To je sasvim drugačije nego kod poznatih peći koje koriste mešavine goriva i vazduha. Smeše gorivo/vazduh unose azot zajedno sa kiseonikom radi održavanja procesa sagorevanja. To dovodi do obrazovanja nepoželjnih izduvnih gasova tipa NOx. Pored toga, azot isto tako apsorbuje energiju iz rastopljenog aluminijuma, čime umanjuje ukupnu efikasnost procesa. To jest, zato što je procenat azota u vazduhu tako velik, velika količina energije odlazi na zagrevanje azota umesto aluminijuma.

Odnos kiseonik/prirodni gas u sadašnjim pečima 14 za topljnje i pećima 16 za održavanje temperature iznosi oko 2,36:1. Ovaj će se odnos menjati u zavisnosti čistoće dopremljenog kiseonika i od prirode goriva. Tako, na primer, pod savršenim uslovim sa kiseonikom čistoće 100 %, teoretski proračunat odnos je 2,056:1. Međutim, u dopremljenom kiseoniku može biti do oko 15 % sastojaka koji nisu kiseonik a ni prirodni gas nije uvek 100 % čist. Zbog toga će stručnjaci shvatiti da ti odnosi mogu neznatno varirati, ali i da osnova za proračun odnosa, to jest stehiometrijski odnosi goriva i kiseonika, i dalje važi.

Ovaj odnos kiseonika i goriva obezbeđuje više pogodnosti. Kao prvo, ta stehiometrija obezbeđuje potpuno sagorevanje goriva, što dovodi do manjeg ispuštanja ugljen monoksida, NOx i drugih štetnih gasova (opšte uzev, drugih gasova "staklene bašte"). Pored toga, kontrolisan udeo kiseonika takođe smanjuje količinu oksida koji se nalaze u rastopljenom aluminijumu. To, sa svoje strane, obezbeđuje veći kvalitet krajnjeg proizvedenog aluminijuma, a smanjuje, obradu na uklanjanju ovih neželjenih oksidnih zagađivača.

Važno je napomenuti da to precizno kontrolisanje odnosa kiseonika i goriva obezbeđuje potpuno sagorevanje goriva. To je sasvim suprotno od, na primer, elektrana na fosilno gorivo (na primer pomoćnih električnih centrala), koje grcaju zbog gubitka na paljenje (LOI - loss on ignition). U suštini, LOI je sinonim za nepotpuno sagorevanje goriva. S druge strane, po ovom postupku, u suštini čist kiseonik, u precizno kontrolisanom stehiometrijskom odnosu prema gorivu, svodi na minimum i eventualno otklanja te gubitke. Sem toga, kod ovog postupka jedini teoretski raspoloživi NOx jesu NOx nastali od azota iz goriva, umesto onih nastalih od sagorevanja kod koga se koristi vazduh. Na taj način NOx, ako nisu sasvim uklonjeni, svedeni su na beznačajnu količinu u poređenju sa konvencionalnim sistemima sagorevanja.

Oksidi u aluminijumu potiču iz dva glavna izvora. Kao prvo, iz procesa sagorevanja, kao drugo, iz oksida koji se nalaze u aluminijumu. To je naročito slučaj sa otpacima ili primarnim metalom lošeg kvaliteta. Ovaj postupak uzima u obzir oba ova izvora oksida i smanjuje ili otklanja njihov uticaj na krajnji proizvedeni aluminijum. Kao prvo, ovaj postupak smanuje količinu oksida koji se mogu obrazovati od kiseonika dovedenog za sagorevanje goriva. To se postiže striktnom kontrolom dovoda kiseonika, tako da se dovodi samo ona količina koja je neophodna prema stehiometrijskim odnosima za potpuno sagorevanje.

Ovaj postupak uzima u obzir drugostepene izvore oksida (one koji se nalaze u aluminijumu) i otklanja ih postupcima degaziranja i filtriranja. Koristi su dvostruke. Kao prvo, obrazuje se manje sporednih proizvoda u obliku troske D, i, kao drugo, kvalitet gotovog proizvoda znatno je poboljšan.

Takođe je utvrđeno da se korišćenjem mešavine goriva i kiseonika (umesto mešavine goriva i vazduha) postižu više temperature plamena u peći za topljenje. Korišćenjem unošenja kiseonika u gorivo postižu se temperature plamena u peći od oko 2800°C. To je više za oko 830°C do oko 1100°C neko kod drugih, poznatih peći. Takođe je zapaženo da se korišćenjem unošenja kiseonika u gorivo, zajedno sa ovim višim temperaturama plamena ostvaruju izuzetno efikasni procesi. Kao jedna mera efikasnosti merena je potreba energija (u J) po kg prerađenog aluminijuma. U jednom poznatom procesu potrebna energija iznosi oko 8450 J po kg prerađenog proizvoda. U prikazanom procesu i uređaju, potrebna energija je znatno manja, oko 2500 J po kg prerađenog metala. Isto tako treba napomenuti da se može koristiti, mada je napred rasmatrano "gorivo" u vezi sa ovim postupkom prirodni gas, svako organsko gorivo, kao što je ulje (uključujući otpadno ulje), ugalj, ugljena prašina i slično.

Da bi se shvatila termodinamika procesa, teoretska energija potrebna da bi se istopio kilogram aluminijuma jeste 1180 J. Međutim, zbog neizbežnosti specifičnih neefikasnosti procesa, utvrđeno je da je stvarno potrebna energija oko 8450 J/kg kada se koristi sistem sagorevanja sa dovodom vazduha. Ove neefikasnosti obuhvataju, na primer, to što su stvarni periodi prerade kraći od stvarnog vremena uključenja peći, zatim druge promene u procesu iza peći za topljenje, kao što je povećanje ili smanjenje širine livačkog uređaja. Sem toga, drugi "gubici" kao što su gubici (toplote) u dimnim gasovima, kao i gubici toplote kroz zidove peći takođe su uzrok razlike u potrebnim količinama energije.

2500 J/kg je, ipak, prosečno potrebna energija, čak i kada se uračunaju pomenuti "gubici". Utvrđeno je da kada se proces odvija pri uslovima velike efikasnosti, tj. kada se aluminijum prerađuje skoro kontinualno, umesto da se peć održava "zagrejana" bez prerađivanja metala, "prosečna" potrebna energija može biti svedena na oko 1750 J/kg do 2100 J/kg.

Peć za topljenje

Postojeća je peć 14 za topljenje izrađena uglavnom od čelika i vatrostalnih materijala. Prema slikama 5-9, oplata 42 peći ima sledeće spoljne dimenzije: širina oko 6 m, dužina oko 12 m i visina oko 3,8 m. Struktura čelične oplate 42 obrazovana je od ploča i greda. Ploče i grede oplate 42 peći označene su sa 44, odnosno sa 46, osim ako je drugačije naznačeno. Dno 48 izrađeno je od čeličnih ploča 44 debljine 25,4 mm, koje su međusobno spojene zavarivanjem. Svaki od zavarenih spojeva nalazi se iznad jedne grede 46 da bi se obezbedila celovitost oplate 42 peći.

Dodatne su grede 46 predviđene za oslonac dna 48 peći. Svaka od greda 46 ima pojas širine 20 cm, a raspoređene su na međuosnom rastojanju od po 46 cm. Sve su grede 46 (osim greda na mestu spojeva koje su zaverene ćelom dužinom) samo mestimično privarene za donju ploču 50. To dozvoljava "porast" čelika usled toplotnog širenja u toku zagrevanja.

Grede 46 obezbeđuju oslonas i krutost dnu 52 peći. Grede 46 održavju peć 14 da ostane kruta da bi se izbeglo savijanje kod ugradnje vatrostalnih elemenata i tokom dugotrajne upotrebe. Grede 46 takođe obezbeđuju oslanjanje, tako da je tokom eksploatacije peći 14 mehaničko opterećenje vatrostalnih materijala svedeno na minimum. Grede 46 takođe izdižu dno 52 peći iznad poda na kome je peć 14 postavljena. To omogućuje odvođenje toplote koja se skuplja ispod peći.

Bočni su zidovi 54 peći takođe načinjeni od čeličnih ploča i greda. Na zidovima su predviđena dva područja, iznad linije metala i ispod linije metala. Ta je podela napravljena uzimajući u obzir jačinu i toplotne parametre.

Ispod linije metala debljina je ploče oko 19 mm. Iznad linije metala ploča je debljine oko 16 mm. U ovoj se peći prva 2,4 m smatraju (zbog projektovanja) da su ispod linije metala, dok se gornji 1,2 m smatra (zbog projektovanja) da je iznad linije metala.

Grede 46 se koriste za ojačanje bočnih zidova 54 peći 14. Grede 46 raspoređene su na međuosnom odstojanju od 46 cm vertikalno duž peći 14. Horizontalne su grede 46 postavljene na međuosnom odstojanju od 46 cm ispod linije metala, a na međuosnom odstojanju od 61 cm iznad linije metala. Mada je položaj linije metala u peći 14 promenljiv, zbog uslova projektovanja se smatra da će u peći 14 u toku normalnog rada biti najviši nivo metala. Mogu se uzeti u obzir i dodatni činioci prema kojima se može, na primer, pretpostaviti da će linija metala biti 23 cm iznad maksimalne linije punjenja peći 14.

Krov 56 peći 14 jeste jedna viseća vatrostalna konstrukcija. Grede 46 su na međuosnom odstojanju od 46 mm po širini peći 14. Dodatne su grede 46 zavarene za poprečne grede i postavljene su duž peći 14. Na grede su postavljeni metalni držači na koje se postavljaju gotovi liveni vatrostalni blokovi.

Peć 14 ima dvoja glavna vrata 58 na strani 54 peći. Vrata 58 koriste se u toku eksploatacije za uklanjanje pene ili troske ili za čišćenje glavne grejne komore peći ili područja 60 kupatila i za punjenje glavne komore 60 peći. Troska D (zagađujuća šljaka koja se obrazuje na površini rastopljenog aluminijuma) hvata se unutar peći 14 i mora se očistiti bar jednom dnevno da bi se održale brzine prenosa toplote. Troska D se uklanja otvaranjem vrata 56 i uklanjanjem sa površine mase rastopljenog metala.

Mada se tokom normalne eksploatacije metal ili otpaci stavljaju u bunker 62 za punjenje pa se potom tope i prebacuju u grejnu komoru 60 peći, za neke vrste otpadaka, kao što su zamrzline ili sirovi odlivci (ingoti), bolje je da budu stavljeni neposredno u glavnu grejnu komoru 60. Vrata 58 mogu se otvoriti da bi se prenele ove vrste punjenja u grejnu komoru 60.

Vrata 60 načinjena su od čelika i vatrostalnih materijala. Vrata 60 obešena su na jedan mehanički sistem koturača (nije prikazan) i zaštićena su sigurnosnim lancima koji će sprečiti da padnu na pod u slučaju otkaza sistema koturača. Za pokretanja vrata koriste se motorna vitla. Vrata 60 obešena su na jedan poprečni nosač koji je oslonjen na stranu 54 peći 14.

Glavni bunker 62 za punjenje razdvojen je od grejne komore 60 peći i podeljen je na dva područja: područje 66 za punjenje peći i na područje 68 cirkulacione pumpe. Cirkulaciona pumpa 70 prebacuje metal iz vrele mase rastopljenog aluminijuma u glavnoj komori 60 do područja 62 za punjenje aluminijumskim otpacima.

Postoje tri otvora, označena sa 72, 74 i 76, između komora 60, 66 i 68. Prvi otvor 72 je u pregradi između glavne komore 60 i bunkera 68 za pumpu. Drugi je otvor 74 u pregradi između bunkera 68 za pumpu i područja 66 za punjenje peći metalnim otpadom. Treći je otvor 76 u pregradi između bunkera 66 za punjenje i glavne grejne komore.

Sva su tri otvora 72, 74 i 76 za oko 30 cm ispod fizičke ili stvarne linije metala u peći 14. Otvori 72, 74 i 76 su ispod linije metala da bi održali toplotu unutar glavne komore i da bi sprečili protok oksida između podeljenih područja peći 14 i da bi peć održali hermetičnom (tj. održali kontrolisanu atmosferu unutar peći 14). Pumpa 70 postavljena je na jedno uzdignuto mesto da bi se spečilo preveliko skupljanje đubreta, kamenja i troske u i oko pumpe 70.

Odvodna kapa 78 (digestor) postavljena je iznad komore 66 za punjenje. Kapa 78 izrađena je od čelika i postavljena na grede 46 jednake onima od kojih su načinjeni bočni zidovi 54. Grede 46 postavljene su na jednu ploču koja pokriva bočni zid bunkera i u suštini ga izdvaja. Kapa 78 provetrava glavnu komoru 60 kroz dimnjak 80 (videti sliku 4). Dimnjak 80 odvodi gasove iz peći 14 i može se zatvoriti da bi se održao pritisak u peći 14. Dimni gasovi napuštaju peć 14 i odlaze u filtar 82 (slika 4). Filtar 82 prvenstveno se koristi za prikupljanje nesagorelog ugljenika iz boja, ulja rastvarača i sličnih materijala neizbežnih kod prerade aluminijumskih otpadaka.

Peć 14 sadrži četiri gorionika 84 u koje dolazi smeša kiseonika i goriva. Gorionici 84 ugrađeni su na bočni zid 54 peći 14, nasuprot vratima 58. Oko gorionika 84 postavljena je čelična konstrukcija koja omogućuje ugradnju gorionika 84 i održavanja krutosti okolnog zida.

Peć 14 obložena je vatrostalnim materijalima. Dno 48 izrađeno je od dva različita vatrostalna materijala. Prvi materijal 86 je izliveni blok, debljine oko 15 cm, načinjen vrlo jakog vatrostalnog materijala koji se može liti, kao što je AP Green KS-4, koji obrazuje donji pod ognjišta. Materijal 88 dna naliva se preko poda ognjišta 86 u vidu monolitnog bloka debljine oko 33 do 36 cm. Materijal 88 dna je AP Green 70AR vatrostalni materijal. To je vatrostalni materijal za nalivanje otporan na aluminijum, koji sadrži 70 % aluminijum-oksida.

Zidovi 54, 64 i 65 načinjeni su od dva sloja izolacije 90, a preko toga je plastično sabijen vatrostalni materijal 92, koji se sastoji od 70 AR, nalivenog ili monolitnog, fosfatom vezanog 85 % aluminijum-oksida (MONO P85). Noseća je izolacija 90 jedna izolaciona ploča, debljine oko 5 cm na bočnim zidovima 54 peći i oko 8 cm na prednjem 64 i zadnjem zidu 65. Razlika u debljini izolacije 90 služi za prilagođavanje toplotnom širenju peći 14. Zidovi 54, 64 i 65 proširiće se za oko 1 cm/m. Zbog toga će se peć 14 produžiti (na svojih 12,2 m dužine) ukupno oko 12 cm. Kako postoji oko 15 cm debela noseća izolacija (na prednjem i zadnjem zidu po oko 7,5 cm), izolacija 90 će biti smrvljena i omogućiće širenje zidova 54,64 i 65 bez oštećenja oplate 42 peći.

Izolacione su opeke 94 postavljene između drobljive izolacione ploče 90 i nalivenog vatrostalnog materijala 92. Krov 56 je izrađen od vatrostalnog materija koji se može liti, a koji sadrži 70 % aluminijum-oksida. Materijal se lije u šest sekcija krova. Svaki od okvira vrata 54 načinjen je AR vatrostalnog materijala koji sadrži 70 % aluminijum-oksida.

Peć 14 ima dva kompleta odlivnih blokova (nisu prikazani). Prvi je komplet postavljen na dno 52 peći i služi kao blokovi za pražnjenje. Drugi je komplet blokova postavljen na oko 40 cm iznad dna peći i služi kao komplet blokova za odvođenje. Blokovi za odvođenje postavljeni su sa spoljne strane peći radi lakše zamene. Formira se unutrašnjost peći pa se blokovi postave spolja i zakline se plastičnim maljem.

Postoje dve rampe (nisu prikazane) u peći, po jedna kod glavnih vrata 58 za punjenje. Rampe se koriste za uklanjanje zgure ili za uklanjanje troske D sa rastopljenog metala i za omogućavanje da aluminijumski otpaci kliznu u peć. Rampe se sastoje od dva materijala. Osnova su niskokvalitetne opeke otporne na aluminijum, naslagane da obrazuju rampu. Opeke su pokrivene vatrostalnim betonom (debljine oko 46 cm), na primer 70AR. Rampa se pruža od ivice vrata u unutrašnjost peći.

Zid 96 koji razdvaja glavnu komoru 60 peći i bunker 62 za punjenje ima debljinu od oko 56 mm i obrazovan je od materijala 70AR. Zid 96 izliven je kao jedinstvena monolitna struktura.

Peć 14 može raditi u nekoliko režima, od prazne peći pa do držanja i održavanja rastopljenog aluminijuma. Kada peć 14 radi maksimalnim kapacitetom ona je napunjena između 80 i 90 procenata. Rastopljeni je metal na oko 760°C a temperatura je vazduha u peći oko 980°C. Temperatura u dimnjaku (dimnih gasova) iznosi oko 540°C. Temperatura vazduha se meri termoparom 98 u gornjem bočnom zidu 54 peći 14. Temperatura metala meri se kod osnove cirkulacione pumpe 70.

Otpaci se sipaju ili se unose u peć preko bunkera 64 u partijama od oko 1500 kg. Podrazumeva se da će se veličina ili masa unetih otpadaka menjati u zavisnosti od veličine i kapaciteta peći 14.

Rastopljen metal iz glavne komore 60 pumpa se na hladno metalno punjenje cirkulacionom pumpom 70. Rastopljen metal prenosi toplotu dodirom na hladno metalno punjenje. Veliki radijator koga obrazuje puna peć podstiče ovaj efikasan postupak prenosa toplote. Kada peć radi sa 80 do 90 % kapaciteta, u njoj se nalazi oko 100 000 kg rastopljenog aluminijuma na oko 760°C. Kada se otpaci unesu u peć 14, rastopljeni metal đeluje kao radijator i obezbeđuje potrebnu energiju za prenos toplote na unet metal. To važi nezavisno od dimenzija i kapaciteta peći adaptirane za ovaj sistem sagorevanja sa dovodom kiseonika u gorivo. Cirkulaciona pumpa 70 pomaže topljenje otpadaka obezbeđujući vruć rastopljeni metal u bunkeru 62 za punjenje iz glavne komore 60 peći. Sem toga cirkulacijom rastopljenog metala, raslojavanje toplote kroz celu peć 14 održava se na niskom nivou.

Utvrđeno je da je zbog pumpanja ili cirkulacije rastopljenog metala razlika temperatura između vrha i dna peći 14 (razlika u visini oko 107 cm) samo nekoliko stepeni Celzijusa. Na taj način peć 14 deluje kao stabilan radijator koji obezbeđuje konzistentan izvor toplote za izvođenje prenosa toplote na unesen metal.

Toplota se unosi u peć 14 gorionicima 84. Veruje se da je glavni način prenosa toplote na peć 14 zračenje, uz nešto konvekcije. Zbog visoke temperature plamena, sistem sagorevanja sa dovodom kiseonika u gorivo obezbeđuje efikasan prenos toplote zračenjem. Geometrija peći 14 projektovana je tako da povećava brzinu prenosa toplote povećavanjem do maksimuma površine metala preko koje se vrši prenos toplote na metal.

Pored toga, vatrostalni materijali iznad linije metala izrađeni su od materijala sa velikim sadržajem aluminijum-oksida. Ti materijali odbijaju toplotu iz gorionika natrag u rastopljen metal. To je suprotno od konvencionalnih konstrukcija peći koje, umesto da toplotu usmeravaju natrag u masu rastopljenog metala, dozvoljavaju da veliki deo toplote bude ispušten iz peći.

Tako, na primer, tradicionalne peći koriste vatrostalne materijale koji imaju manji sadržaj aluminijum-oksida i veću vrednost izolacije na gornjim bočnim zidovima. Ova konstrukcija prema pronalasku, nasuprot tome, koristi vatrostalne materijale većeg sadržaja aluminijum-oksida da bi se odbilo više toplote zračenja od gorionika 84 u područje kupatila 60. I to je suprotno konvencionalnom projektovanju peći. U tradicionalnim pećima se za donje bočne zidove (definisane kao ispod linije metala) koriste vatrostalni materijali većeg sadržaja aluminijum-oksida zbog jačine. Nasuprot tome, nova konstrukcija koristi vatrostalni materijal koji se može liti sa nižim sadržajem aluminijum-oksida, koji je savremeniji i ima bolja izolaciona svojstva. U nekom smislu, prikazana konstrukcija je potpuno suprotna tradicionalnoj primeni vatrostalnih materijala.

Pored toga, pošto se uopšte ne dovodi azot u peć 14 (osim onoga koji se nalazi u samom gorivu) zapremina toplih gasova (tj. dimnih gasova) koji prolaze kroz peć 14 vrlo je niska. To je pogodno zbog toga što produžuje vreme zadržavanja gasova u peći 14, čime se obezbeđuje dodatna mogućnost za prenos toplote u rastopljen metal. Prenos toplote konvekcijom, mada je relativno mali, efikasniji je nego u konvencionalnim pećima. Kako vreli gasovi u novoj peći 14 dostižu 2800°C i imaju relativno dugo vreme zadržavanja, najveći je deo toplote uklonjen pre ispuštanja iz peći.

Nova peć 14 funkcioniše pri dovodu energije potrebne za topljenje od oko 2530 J/kg. Maksimalna dovedena toplota u peć 14 iznosi oko 40 000 000 J/h, a tipičan dovod toplote je oko 10 do 12 000 000 J/h. Dovod energije će, svakako, zavisiti od otpada koji se topi i od zahteva proizvodnje. Peć je u stanju da topi do 18 000 kg/h.

Sistem sagorevanja

Sistem sagorevanja, prikazan na slici 3, uopšteno označen sa 100, jeste jedna dvostruki sistem sagorevanja koji radi na gorivo, kao što je prirodni gas, lož-ulje, otpadno ulje, ugalj (u prahu, ugljena prašina i tečljiv), i neki izvor kiseonika. Sistem je projektovan kao dva kompletna sistema sagorevanja da bi se olakšalo održavanje, kao i da se štedi energija tokom tokom perioda smanjenig korišćenja. Jedan sistem 102 za dovod goriva i jedan primer sistema 104 za dovod prirodnog gasa kao goriva prikazani su na slici 3.

Sistemom 100 sagorevanja upravlja jedan upravljački sistem (prikazan na slici 11, uopšteno označen sa 120) koji obuhvata jedan centralni procesor (central processing unit - CPU) 106 koji prati sve podatke o temperaturi metala, temperaturi vazduha, protoku goriva i kiseonika. Svaki od sistema sagorevanja može raditi pojedinačno, ili u vidu tandema a na bazi radnih uslova i zahteva.

Glavna procesna ulazna promenljiva koja se koristi za kontrolu sistema 100 sagorevanja jeste temperatura rastopljenog metala merena termoparom 108. Alternativne procesne ulazne promenljive obuhvataju signale jednog od nekoliko davača 98, 100 temperatura vazduha. Kontrolna šema obuhvata ulaze iz termoparova (tipa K) ugrađenih u gornje zidove peći, dimnjak i krov peći, uopšteno označene kao ulazi 112. Primarni termopar 108 postavljen je u prostoru 60 rastopljenog metala. Termoparovi 112 za merenje vazduha obloženi su aluminijum oksidom ili sličnim materijalim radi zaštite mernog elementa od atmosfere. Termopar 108 zaštićen je od rastopljenog metala keramičkom oblogom otpornom na toplotu i na korozivne uslove u rastopljenom metalu. Termopar 106 projektovan je samo da signališe puštanje sistema gorionika u rad kada temperatura u kupatilu rastopljenog metala padne ispod nekog ranije podešenog nivoa.

Termopar 166 u dimnjaku ili na krovu peći projektovan je za zaštitu od previsoke temperature. Ovaj je termopar 116 priključen na jedno kolo za zaštitu od previsoke temperature koje prekida sisteme 102, 106 sagorevanja radi zaštite vatrostalnih elemenata i strukture peći 14 u slučaju da je dostignuta granica previsoke temperature.

Termopar 98 na gornjem zidu prvenstveno se koristi za praćenje temperature vazduha u peći 14. Takođe se može koristiti za upravljanje peći 14 ukoliko nema termopara 108 za merenje rastopljenog metala. Termopar 112 na gornjem zidu takođe se koristi i kao procesna ulazna promenljiva kada se po prvi put unese materijal u peć 14 ili kada nivo rastopljenog metala spadne ispod termopara 108 rastopljenog metala.

Jedan operator ima potpunu kontrolu nad pojedinačnim unapred određenim temperaturama. Kontrolna ploča 118 obuhvata pokazivače temperature za sve termoparove 92, 108, 110, 112, 114, 116. Operator može regulisati određenu temperaturu za svaki termopar sve dok se ne postignu radne granice. Radne se granice mogu interno podesiti unutar CPU tako da se može uspostaviti bilo koji željeni opseg temperatura.

Kontrolni sistem 120 sistema sagorevanja sastoji se od dva dela. Prvi deo 122 obuhvata ožičene bezbednosne naprave kao što su releji, granični prekidači i slično, što je stručnjacima poznato. One obuhvataju sve prekidače pritiska gasa, ventile za zatvaranje i za blokiranje i detektore plamena. Drugi je deo 124 kontrolnog sistema 120 praćenje i automatsko regulisanje funkcija koje vrši CPU 106.

Sistemi 104 za đovođ gasa izvedeni su u parovima tako da jedan sistem može da radi dok drugi ne radi zbog, na primer, radova na održavanju ili zbog perioda manjeg opterećenja ili korišćenja. Svaki od sistema 104 za dovod gasa odgovarajuće je dimenzionisan prema potrebama protoka kiseonika. Svaki od sistema 104 za dovod gasa počinje kod jednog loptastog ventila 130 za isključivanje. Cevovod 132 usmerava gas kroz grubi filtar 134 da se otklone nečistoće koje se mogu naći u vodu. Kontrolni vod 136 za gas pruža se od cevovoda 132 iza filtra 134.

Regulator 138 povratnog pritiska koristi se za sniženje pritiska u sabirnoj cevi. Trenutno je pritisak kiseonika podešen na oko 1,3 bar. Potom slede ventil 140 za isključivanje i sigurnosni ventili 142. Protokomer 144, koji radi na bazi razlike pritisaka, postavljen je iza sigurnosnih ventila 142. Protokomer 144 meri temperaturu i razliku pritisaka gasa dok protiče kroz mlaznicu 146. Sadašnji protokomer je jedan Rosemount model 3095 protokomer na bazi razlike pritisaka.

Ovim se merenjima određuje protok i jedan se signal prenosi u kontrolni sistem 128. Kontrolni ventil 148 nalazi se u vodu iza protokomera 144. U prikazanom sklopu koristi se jedan modulationi kontrolni ventil koji prima jedan izlazni signal iz kontrolnog sistema 120. Ventil 148 prenosi jedan signal do kontrolnog sistema 120, posebno do CPU 106, ukazujući na stvarni položaj ventila 148.

Sistem 104 za dovod gasa deli se, potom, u dva odvojena voda 104a, b od kojih svaki ima po jedan venti, 150a, b. Ventili 150a, b koriste se da uravnoteže svaki od gorionika tako da je protok gasa ravnomerno razdvojen.

Sistem 102 za dovod kiseonika sličan je sistemu 104 za dovod gasa, sem što je veličina cevovoda i komponenata veća da bi se prilagodili većem protoku kiseonika. Primer sistema 102 za dovod vazduha prikazan je na slici, pri čemu su komponente koje odgovaraju onima iz sistema 104 za dovod goriva označene pozivnim brojevima na bazi niza od 200.

Prema slici 10, konstrukcija gorionika 84 je prilično jednostavna. Svaki od četiri gorionika 84 ima jedno telo 152 glavne ulazne mlaznice koje se pruža u peć 14. Dovod 154 gasa pruža se do glavnog ulaznog tela 152 van zida 54 peći. Kiseonik se uvodi u telo 152 glavne ulazne mlaznice i meša se sa gasovitim gorivom. Jedan upaljač (nije prikazan) pruža se kroz otvor 156 u glavnom ulaznom telu 152. Upaljač obezbeđuje varnicu za paljenje mešavine gorivo/ kiseonik.

Rad sistema 100 za sagorevanje se lako izvodi kombinovanjem pokrenutog početnog delovanja i automatske kontrole od strane CPU 106. Energija se obezbeđuje sistemskim komandama koje aktivira CPU 106 i ožičenom bezbednosnom delu 122 kontrolnog sistema 120. CPU 106 započinje komunikaciju sa kontrolnim ventilima, termoparovima i relejima koji su deo ožičenog bezbednog dela 122. Membranski prekidači sistema za dovod gasa i kiseonika su dvojni prekidači visokog/niskog pritiska. Prekidač niskog pritiska je normalno zatvoren signal dok je strana visokog pritiska normalno otvoren signal. CPU 106 utvrđuje da li postoji odgovarajući signal i omogućuje da sc program nastavi. Ako je prepoznat neodgovarajući signal, pokreće se zvučna i vizuelna uzbuna. Kontrolna šema takođe prati da li su kontrolni ventili 148 i 248 gasa i kiseonika u položaju "mali plamen". Ako su kontrolni ventili 148, 248 u pravilnom položaju, šalje se signal koji omogućuje kontrolnom sistemu 120 da nastavi sa procedurom puštanja u rad. Takođe i signal prekomerne temperature mora biti normalan da bi omogućio da sistem 120 nastavi sa procedurom puštanja u rad.

Kada su ispunjeni svi uslovi za puštanje u rad, započinje ciklus prečišćavanja azotom. Azot se koristi za čišćenje peći 14 od svih sagorljivih gasova koji su mogli zaostati u peći 14. Čišćenje azotom podešeno je tako da je zapremina azota koji je prošao kroz peć 14 jednaka oko 2,5 zapremine peći 14.

Po završetku čišćenja, počinje da radi jedan ili oba sistema sagorevanja. Jedan komandni prekidač pušta u rad jedan par gorionika ili sve gorionike 84 u rad. Jedan regulator plamena otvara upravljačke solenoide. Upravljački solenoidi su normalno zatvoreni, ali kod puštanja u rad solenoidi su otvoreni i gas i kiseonik protiču kroz upravljački sklop.

Na vrhu upravljačkog sklopa mešaju se gasovi i pale varnicom koju baca regulator plamena. Posle paljenja, detektor 126 plamena otkriva postojanje ili nepostojanje plamena i prenosi signal do kontrolnog sistema 120. Kada se otkrije plamen, kontrolni sistem 120 otvara glavne ventile za blokiranje i za gas i za kiseonik.

Glavni zaustavni ventili 140, 240 deluju nezavisno jedan od drugog. Sigurnosni ventili 142, 242 izvedeni su tako da ako se ventil 140 za gas ne otvori, ne otvaraju se ni sigurnosni ventili 142, 242. Kada se glavni ventil 140 za gas otvori, otvaraju se sigurnosni ventili 142, 242 za gas i kiseonik. Kada su svi glavni ventili otvoreni, uključuje se jedan kontrolni relej i pali indikatorsko svetio za svaki gasni sistem na kontrolnoj tabli 118. Kontrolni vremenski relej ostaje uključen za neki unapred određeni vremenski period, oko 30 sekundi. Kada prođe unapred određeno vreme trajanja, upravljačko se kolo isključuje i normalno zatvoreni ventili se isključuju, čime se izdvajaju kontrolni sklopovi i kontrolne lampice za svaki od sistema sagorevanja.

Detektori 126 plamena kontinualno prate plamen. Ako se izgubi pokazivanje plamena, signal za uzbunu se prenosi do CPU 106 i kontrolno kolo isključuje zaustavne ventile 140, 240 za gas i kiseonik i ventile 142, 242 za blokiranje.

Kada su kontrolni sklopovi isključeni, automatski rad peći preuzima kontrolni sistem 120. Dok je sistem 120 podešen na "malu vatru", kontrolni ventili 248 za kiseonik održavaju se u zatvorenom položaju nezavisno od procesa i unapred određenih parametara. Regulacioni ventili 148 za gas nemaju ograničeni opseg pošto protok gasa prati protok kiseonika. Kontrolni sistem 120 održava gas u unapred određenom odnosu.

Kada radi u automatskom režimu, kontrolni sistem 120 reaguje na odstupanja od procesa i unapred određenih parametara. Temperatura peći se prati i poredi sa unapred određenim parametrima. Ako temperatura procesa odstupa od predviđene temperature, generiše se signal greške, pa kontrolni sistem 120 prenosi jedan signal na regulacioni ventil 248 kiseonika. Regulacioni ventil 148 gasa takođe je upravljan kontrolnim sistemom 120; promenljivi parametri prate (stehiometrijski povezan) protok kiseonika utvrđen kiseoničkim protokomerom. Kontrolni sistem 120 je projektovan da ograničuje regulacione ventile 148, 248 koji, opet, ograničuju izlaznu energiju gorionika 84.

Sistem 100 sagorevanja, a posebno lontrolni sistem 120, mogu se projektovati tako da odgovaraju bilo kojoj željenoj primeni i u bilo kojoj industriji koja zavisi od goriva na bazi ugljenika. Tako, na primer, kod prikazanog postrojenja 10 za preradu aluminijumskog otpada, postoje tri primene ili upotrebe sistema 100 sagorevanja sa dovodom kiseonika u gorivo. Prva je topljenje aluminijuma u uslovima velike proizvodnje (tj. u peći 14 za topljenje. Druga je prisustvo sistema 100 u peći 16 za održavanje temperature, prvenstveno za održavanje ustaljene temperature i za obrazovanje legura rastopljenog aluminijuma. Poslednja je primena u peći 166 za topljenje troske u kojoj se koriste gorionici visoke temperature da se izdvoji sadržaj metala (aluminijum koji se može rekuperisati za proizvodnju) iz troske D (nusproizvod topljenja) pomoću toplotnih udara. U svakoj od tih primena gorionici su ugrađeni iz razloga uštede energije i zaštite okolne sredine.

Primene prikazanog sistema 100 menjaju se sa proizvedenom toplotom (mereno maksimalnim J/h), veličinom i usmeravanjem gorionika 84, kao i sa temperaturama za koje su peći 14, 16, 166 projektovane. Stručnjaci će shvatiti da su mehaničke razlike (npr., dimenzije vodova i slično) potrebne radi prilagođavanja tim različitim potrebama, i da može da se menja i specifično programiranje kontrolnog sistema 120 i CPU 106.

Prikazani sistem 100 sagorevanja obezbeđuje više prednosti u odnosu na druge poznate i danas korišćene sisteme sagorevanja. Tako se, na primer, tokom eksploatacije pokazalo da se javljaju velike uštede kod korišćenja prikazanog sistema 100 sagorevanja. Gorionici 84 sa dovodom kiseonika u gorivo rade na mnogo višoj temperaturi nego konvencionalne peći. Zapažen je porast toplote raspoložive za topljenje (u drugim industrijskim primenama to povećanje toplote može se koristiti, na primer, za generisanje pare, za sagorevanje đubreta i slično). To obezbeđuje smanjenje količine goriva potrebnog za rad peći 14, 16, 166. Kod praktičnog izvođenja prikazanog pronalaska, zapaženo je da je prosečna (i proračunata) potrebna količina energije potrebne za kilogram rastopljenog aluminijuma smanjena od oko 8450 J/kg (u konvencionalnoj peći) na oko 2800 J/kg u peći 14 za topljenje. To je smanjenje od oko 70 %. Pored toga, količina goriva potrebna za održavanje temperature u peći 18 iznosi oko polovine količine goriva potrebnog za konvencijalnu peć.

Veruje se da se uštede goriva mogu pripisati trima osnovnim činiocima. Kao prvo, povećana toplota sistema 100 sagorevanja omogućuje potpuno sagorevanje celokupnog goriva bez viška kiseonika. Kao drugo, držeći se teorije, veruje se da sistem 100 sagorevanja radi unutar zone prenošenja toplote zračenjem, uz nešto prenosa toplote kondukcijom.

Sistem 100 projektovan je da koristi prednosti prenošenja toplote zračenjem unutar peći 14, 16, 166 da bi efikasno preneo toplotu u rastopljen metal. I kao treće, pošto nema azota u procesu sagorevanja, količina je gasa koji protiče kroz peći 14, 16, 166 mala. Na taj način produženo vreme zadržavanja vrućih gasova omogućuje ispuštanje većeg dela energije (u obliku toplote) pre ispuštanja iz peći 14, 16, 166.

Tipična zapremina ispuštenog gasa predstavlja samo delić one zapremine iz konvencionalnih ploča. Kako je to za oko 80% gasa manje (u suštini azota iz vazduha) u peći sa dovodom kiseonika u gorivo, efikasnost sagorevanja je veoma porasla. U kovencionalnim pećima, azotna komponenta vazduha apsorbuje veliki deo energije (takođe u obliku toplote) i rastopljenog metala. Kod prikazanog sistema 100, kiseonik (umesto vazduha) i gorivo uvode se u peći 14, 16, 166 i sagorevaju u stehiometrijskom odnosu. To se izvodi bez viška kiseonika. Zbog toga nema energije apsorbovane od nesagorljivih materijala, na primer viška kiseonika ili azota.

Prikazani sistem 100 sagorevanja takođe obezbeđuje povećanu proizvodnju. Kada se ugradi kao deo peći za topljenje, kapacitet topljenja ili propusna moć biće povećana. To se opet pripisuje brzom i efikasnom prenosu toplote u peći 14. Kako se novi metal unosi u peć 14, sistem 100 sagorevanja brzo reaguje da obezbedi toplotu za topljenje unetog metala i da održi toplotu (temperaturu) rastopljenog metala u komori 60 na određenoj temperaturi. Utvrđeno je da aluminijum veoma efikasno prima toplotu od izvora toplote zračenjem.

Možda je najvažnije smanjeno ugrožavanje okolne sredine prikazanog sistema 100 sagorevanja u poređenju sa danas poznatim i korišćenim sistemima sagorevanja. Prikazani sistem 100 ne koristi azot (iz vazduha) u procesu sagorevanja. Tipično se proizvodnja NOx odigrava u peći kao proizvod reakcije zagrejanog vazduha koji se uvodi u sistem sagorevanja. Kako se, međutim, u prikazanom sistemu 100 koristi kiseonik a ne vazduh, svaka količina NOx proizvedena prikazanim sistemom sagorevanja posledica je isključivo količine elementarnog azota koji je prisutan u gorivu (tj., azota unetog gorivom). Kako su nivoi gorivom unetog azota krajnje niski (u poređenju sa onim što nosi vazduh u konvencionalnim pećima), nivoi NOx prikazanog sistema sagorevanja znatno su ispod bilo kojih industrijskih standarda i zakonskih ograničenja. Pored smanjenja proizvodnje NOx, takođe je znatno smanjena i proizvodnja drugih gasova "staklene bašte", kao što je, npr., ugljen monoksid.

Pored smanjenog ugrožavanja okolne sredine, prikazan sistem sagorevanja sa dovodom kiseonika u gorivo štedi gorivo tako što se značajno više aluminijuma može preraditi pri znatno manjoj količini goriva (svako gorivo na bazi ugljenika, uključujući ugalj, ugljenu prašinu, prirodni gas ili ulje). Kao rezultat prerade sa manjom količinom goriva postiže se očuvanje resursa goriva. U suštini, troši se u celini manje goriva, kao i manje goriva po kilogramu proizvedenog aluminijuma. To smanjuje troškove (npr., na gorivo) prerade, a isto tako smanjuje korišćenje fosilnih goriva.

Dovod kiseonika

Kao što će stručnjaci shvatiti, potrebe za kiseonikom za prikazani sistem 100 sagorevanja mogu biti vrlo velike. Zbog toga, mada se kiseonik može kupiti i isporučiti, i uskladištiti za upotrbu u sistemu, poželjnije je imati neko postrojenje za proizvodnju kiseonika u blizini ili kao deo nekog sistema sagorevanja sa dovodom kiseonika u gorivo, kao što je napred, u vidu primera, opisano postrojenje za preradu aluminijumskog otpada.

Na slici 4 prikazuano je kriogensko postrojenje 180 za primenu sa prikazanim sistemom 100 sagorevanja. Prikazani primer kriogenskog postrojenja proizvodi 105 tona dnevno kiseonika čistoće od najmanje 95 % i oko 1700 m7h azota sa manje od 0,1 p.p.m. kiseonika. Postrojenje 180 obuhvata jedan trostepeni kompresor 182 snage 1380 kW. Komprimovani vazduh, na 4,5 bar natpritiska ulazi u prečistač/ekspander 184. Vazduh izlazi iz ekspandera 184 na pritisku od oko 0,5 bar i temperaturi od -164°C i ulazi u kriogensku destilađonu kolonu 186. U koloni 186 vazduh se razdvaja (destiliše) u gasoviti azot, tečni azot, gasoviti kiseonik i tečni kiseonik. Gasovit kiseonik, uopšteno naznačen sa 188, odvodi se neposredno u sistem 100 sagorevanja a tečni kiseonik, uopšteno označen sa 190 sklađišti se, na primer, u rezervoarima 191 da bi se kasnije koristio u sistemu 100 sagorevanja. Pritisak kiseonika iz kriogenskog postrojenja 180 može biti niži od onoga koji se zahteva za sistem 100 sagorevanja. Zbog toga se postavlja kompresor 192 za kiseonik između izlaska iz kolone 186 i sistema 110 sagorevanja da bi podigao pritisak do nivoa potrebnog za sistem 100 sagorevanja.

Gasoviti azot, uopšteno označen sa 194, dovodi se u jedan sledeći sistem za otpuštanje/uklanjanje naprezanja (nije prikazan) unutar postrojenja 10. Ovi su sistemi koji koriste azot za obradu aluminijuma za uklanjanje naprezanja u metalu i za otpuštanje metala poznati stručnjacima. Pored toga, azot se koristi u degazatoru 24. Postrojenje 10 ima rezervni dovod kiseonika i azota 191, odnosno 196, u tečnom obliku za slučaj, na primer, radova na održavanju ili drugih situacija u kojima kriogensko postrojenje 180 ne može da odgovori potrebama celokupnog postrojenja. Rezerni su sistemi 191, 196 projektovani tako da automatski dovode kiseonik i/ili azot prema potrebi, kao na primer kada je kriogensko postrojenje 180 van stroja. Višak azota može se držati na skladištu, puniti u boce i prodavati. Ovakvi se sistemi mogu komercijalno nabavljati od raznih proizvođača, na primer Praxair, Inc., Danburv, Connecticut, SAD.

Rekuperacija toplote

Sistem 10 za preradu aluminijuma koristi prednosti neiskorišćene toplote iz raznih procesa. Tačnije, postrojenje 10 za preradu može da obuhvata neki sistem za rekuperaciju neiskorišćene toplote, uopšteno naznačen sa 200 na slici 4. Dimni gas, naznačen sa 202, iz peći 14 za topljenje i peći 16 za održavanje temperature usmerava se na jednu stranu izmenjivača 204 toplote za rekuperaciju neiskorišćene toplote. Kako dimni gas 202 ima temperaturu od oko 540°C, postoji znatna količina energije koja se može povratiti. Pored toga, energija se može povratiti iz gasova iznad glavnog kupatila 60 rastopljenog metala u peći.

Izduvni se gas 202 usmerava na izmenjivač toplote 204 za neiskorišćenu toplotu. Neki radni fluid, naznačen sa 206, na primer pentan, protiče pod pritiskom kroz drugu stranu izmenjivača toplote 204. Smatra se da je pločast izmenjivač toplote ili izmenjivač toplote tipa ploča-i-cevi najbolje prilagođen za ovu primenu. Stručnjaci će znati da se mogu koristiti razne vrste radnih fluida, kao i razne vrste sistema za izmenu toplote koji se mogu koristiti sa tim vrstama radnih fluida. Svi su ovi sistemi u opsegu i u duhu ovog pronalaska.

Zagrejani se fluid 206 potom usmerava do isparivača 208 gde se fluid 206 prevodi u paru. Para 206 uvodi se u turbogenerator 210 da proizvede električnu struju. Para se potom kondenzuje u kondenzatoru 212 i vraća u izmenjivač 204 toplote. Procenjuje se da se može iz napred opisanog postrojenja za preradu otpadaka povratiti dovoljno energije da se proizvede 1,5 do 2,0 MWh snage u vidu električne energije.

Mada se može koristiti široka lepeza radnih fluida 206 u sistemu za rekuperaciju neiskorišćene toplote ili neiskorišćene energije, u jednom trenutno preporučljivom sistemu kao radni fluid 206 koristi se pentan. Takav sistem na bazi organskog fluida obezbeđuje niz prednosti u odnosu, na primer, na neki sistem na bazi vodene pare. Procenjuje se da će se radni fluid 206 na bazi pentana u standarnom Rankinovom ciklusu lakše prilagođavati promenama u dovodu pare od nekog sistema na bazi vodene pare. Kako toplota iz peći (14 za topljenje i 16 za održavanje temperature) zavisi od proizvodnje metala, a ne od potrebne električne energije, dovod energije u sistem 200 rekuperacije verovatno će varirati i biće kontrolna karakteristika za proizvodnju snage. U tom slučaju, neki fluid 206 kao što je pentan obezbeđuje veću prilagodljivost koja se zahteva od takvog sistema 200 rekuperacije.

Stručnjaci će sagledati da se generisana električna energija može koristiti za obezbeđenje dela energije potrebne za postrojenje 10 za preradu otpadaka, uključujući i kriogensko postrojenje 180. Energija za rad postrojenja 10 može se obezbediti jednim sistemom sagorevanja sa dovodom kiseonika u gorivo koji se koristi u postrojenju za dobijanje električne energije (koristeći neku peć ili kotao), za generisanje pare za parni turbogenerator. Kod takvog jednog sistema, kada proizvedena električna energija prevaziđe potrebe postrojenja 10, višak energije se može prodati, na primer, lokalnoj električnoj mreži.

Prerada troske

Prema slici 2, zagađivači ili troska D iz peći 14 za topljenje dalje se prerađuje, izdvojeno i nezavisno od tekuće rekuperacije aluminijuma u procesu rekuperacije iz troske, uopšteno označenom sa 164. Troska se uklanja, na primer ubiranjem, sa površine kupatila 60 rastopljenog aluminijuma 60 u peći 14 za topljenje. Troska D se mehanički presuje u posudi 168 oblika sita. Presovanje istiskuje aluminijum A iz troske D kroz otvore 180 u posudi 168. AluminijumA istisnut iz troske D se skuplja i vraća u peć 14 za topljenje.

Troska puna oksida upućuje se u rekuperacionu peć 166 na ponovno zagrevanje. Rekuperaciona je peć 166 slične konstrukcije kao i peć 14 za topljenje utoliko što koristi sistem sagorevanja tipa sistema 100 sagorevanja sa dovodom kiseonika u goriva. U eksploataciji, međutim, rekuperaciona peć 166 "šokira" materijal opterećen troskom koristeći skoro neposredan udar plamena temperature od oko 2800°C da bi se oslobodio metalni aluminijum iz troske D. Temperatura kupatila 172 rastopljenog metala u rekuperacionoj peći 166 takođe je znatno viša, oko 790 do 820°C, sa temperaturom vazduha oko 1100 do 1200°C. Pored toga, proces "šokova" izvodi se u veoma redukovanoj atmosferi u suštini bez viška kiseonika unutar peći 166 (za razliku od konvencionalnih peći koje rade sa nivoima viška kiseonika od oko 3 do 5 procenata).

U rekuperacionoj se peći 166 takođe skida površinski sloj i prikupljena se troska presuje. Rekupirani se aluminijum A prenosi u peć 14 za topljenje. Preostala se troska D2 šalje na preradu van pogona u neko postrojenje za preradu troske, radi dalje rekuperacije aluminijuma. Utvrđeno je da prikazani proces, uključujući proces rekuperacije troske, obezbeđuje značajno povećanje rekuperacije metala. Troska D2 koja se konačno šalje van pogona na dalju preradu samo je delič prvobitne količine troske D, tako da se smanjuju troškovi proizvodnje i povećava se rekuperacija aluminijuma.

Vašno je to, da se postupak 164 rekuperacije izvodi bez korišćenja soli ili nekih drugih aditiva. Umesto toga koriste se toplotni udari da se oslobodi metal iz oksida. Poznati procesi rekuperacije koriste soli za odvajanje metala od oksida. Pošto soli ostaju u oksidima, koji se, opet, negde odlažu, biće i oksidi takođe poslani na odlaganje. Te soli mogu biti opasne za okolnu sredinu i/ili toksične. U tom slučaju je prikazani proces povoljan za okolnu sredinu jer otpada potreba za tim solima i za njihovo uklanjanje.

Sto se tiče procesne šeme 164, pokazalo se da opisani stepeni rekuperacije (npr., dvostruko presovanje sa međuzagrevanjem) dovode do količina rekupiranog aluminijuma koje su značajno veće od onih ostvarenih poznatim procesima, a zavisno od kvaliteta otpadaka. Postizana su višeprocentna povećanja količina metala rekuperisanog iz troske.

Druge primene sistema sagorevanja

Kako je napred rasmatrano, očigledno je da se korišćenjem kiseonika u svim kontinualnim procesima mogu postići povećane efikasnosti. Tako, na primer, postrojenja za generisanje energije mogu povisiti temperaturu plamena ili sniziti LOI u kotlovima dovodom kiseonika u formulu sagorevanja (umesto vazduha). To može povećati efikasnost eksploatacije. U suštini, sagorevanje bilo kog od goriva na bazi ugljenika može se poboljšati dovodom kiseonika. Koristi su i ekonomske i u pogledu zaštite okolne sredine. Do danas ni jedna industrija osim staklarske nije prihvatila tehnologiju unošenja kiseonika u gorivo. U staklarskoj industriji ova tehnologija se ne koristi zbog postignute efikasnosti, već zbog visokih temperatura topljenja potrebnih u procesu proizvodnje stakla.

Ipak, korišćenje sistema sagorevanja sa dovodom kiseonika u gorivo može u svim industrijskim primenama i u generisanju snage da obezbedi smanjenu potrošnju goriva za istu proizvedenu snagu ili generisanu toplotu. Smanjena potrošnja goriva, uz efikasno korišćenje goriva (tj. efikasno sagorevanje) obezbeđuje znatno smanjena, u suštini nulta ispuštanja NOx i značajno snanjenje ispuštanja drugih gasova "staklene bašte".

Zbog širokog izbora industrijskih goriva koja se mogu koristiti, kao što su ugalj, prirodni gas, razna ulja (za loženje i otpadno ulje), drvo i drugi reciklovani otpaci, zajedno sa raznim postupcima, postojećim i predloženim, za generisanje kiseonika, stručnjaci će sagledati ogromni potencijal za industrijsku primenu prikazanog sistema sagorevanja. Izbor goriva se može vršiti na bazi dostupnosti, ekonomskih činilaca i brige o zagađivanju okolne sredine. Ni jedno gorivo nije izričito pomenuto, već jedan ogroman broj, pa su, u stvari, sva goriva na bazi ugljenika kompatibilna sa ovim sistemom. Pored toga, postoje brojne prihvatljive tehnologije za proizvodnju kiseonika visokih nivoa čistoće. Takve tehnologije obuhvataju kriogeniku, membranske sisteme, apsorpcione jedinice, hidrolizu i slično. Sve takve primene goriva i snabdevanja kiseonikom spadaju u opseg prikazanog pronalaska. Stručnjaci će shvatiti da se drugi proizvedeni gasovi, kao Što su vodonik i kiseonik mogu skladištiti, pakovati u boce i prodavati.

Kao što je ranije detaljno rasmotreno, jedna primena prikazanog sagorevanja je prerada aluminijumskih otpadaka ili njihova rekuperacija. Drugi primeri primene, koji će biti potom rasmotreni, obuhvataju industrijske kotlove za generisanje snage i uređaje za sagorevanje smeća. Ovi primeri primene usmereni su na prilagodljivost i primenljivost ove tehnologije za široku industrijsku primenu.

Opšte uzev, primena sistema sagorevanja sa dovodom kiseonika u gorivo nudi u odnosu na sadašnje ili tradicionalne sisteme sa dovođenjem vazduha u gorivo pruža značajne prednosti u mnogim područjima. Prvo je sposobnost da se odvija na preciznim stehiometrijskim nivoima bez smetnji od azota u anvelopi sagorevanja. To omogućuje efikasnije korišćenje goriva, uz istovremeno veoma veliko smanjenje nivoa NOx u primeni kod sagorevanja. Značajno je i to, što je potrebno manje goriva da bi se ostvarili isti nivoi dobijene energije, što sa svoje strane smanjuje ukupne proizvodne troškove. Kod korišćenja manje goriva za istu proizvedenu snagu prirodno je da dolazi do smanjenja ispuštanja štetnih gasova. Uštede goriva i smanjeno ispuštanje gasova samo su dve od prednosti koje obezbeđuje prikazani sistem.

Generatori su vodene pare za proizvodnju električne energije, npr., industrijski kotlovi, međusobno različiti, ali su ipak u suštini zavisni od svojih sistema sagorevanja da bi proizveli vodenu paru koja pokreće turbogenerator. Goriva koja se koriste menjaju se u zavisnosti od konstrukcije generatora vodene pare. Ipak, svi kotlovi zahtevaju neko oksidaciono sredstvo. Koristeći prikazan sistem sagorevanja sa dovodom kiseonika u gorivo, kiseonik velike čistoće koristi se kao jedino oksidaciono sredstvo u kotlu ili se koristi kao dopuna vazduhu obezbeđujući kiseonik za sagorevanje.

Pogodnosti koje mogu da koriste druge industrijske grane važe za industriju za prizvodnju energije. Tako, na primer, korišćenje kiseonika u zoni sagorevanja povećava temperaturu plamena uz efikasno smanjivanje LOI (gubitaka na paljenje) obezbeđivanjem lako dostupnog kiseonika za sagorevanje. Povećanjem temperature plamena mogu se ostvariti veći stepeni proizvodnje vodene pare sa istim stepenom sagorevanja goriva. Odnosno, isto generisanje snage ili ista proizvodnja može se ostvariti sa manjom količinom goriva. Temperatura plamena će zavisiti od koncentracije kiseonika obezbeđenog za sagorevanje. S tim u vezi, bez dodavanja kiseonika ili obogaćivanja (tj. čist vazduh za sagorevanje), temperatura plamena će biti oko 1650°C. Prema prethodnom rasmatranju, sa Čistim kiseonikom kao oksidacionim sredstvom, temperatura plamena će biti oko 2500°C do oko 2800°C. Procenjene temperature plamena za razne stepene dodavanja kiseonika mogu se interpolisati (veruje se linearno) između ovih temperatura.

Kiseonik se takođe može koristiti u sklopu sa pregrejanim sistemima sa vazduhom ili gorionicima sa niskim NOx da bi se smanjili NOx i drugi gasovi "staklene bašte" a istovremeno obezbedio stabilan plamen pri stehiometrijskim uslovima. Tipični gorionici sa niskim NOx često povećavaju LOI. To zahteva da operatori sagorevaju više goriva. Dodavanjem obogaćenog kiseonika procesu sagorevanja omogućuje se potpuno sagorevanje goriva pri stehiometrijskim uslovima bez postojanja dodatnog azota (zbog dodatnog dovođenja vazduha) za obrazovanje NOx.

Procenjuje se da će se kotlovi projektovati oko sistema sagorevanja sa dovođenjem kiseonika gorivu da bi se iskoristile sve prednosti ovih sistema. Takođe se predviđa da će modernizovanje ili modifikovanje postojeće opreme takođe obezbediti mnoge od tih koristi kako operateru (npr., usluge) tako i okolnoj sredini.

Tako, na primer, slika 12 prikazuje, šematski, ugljem zagrevan kotao ili peć 300. Vazdušna komora 302 obrazovana je u zidu 304 peći 300. Gorionik 306, kroz koji se ugalj unosi u peć 300, pruža se kroz vazdušnu komoru 302. Ugalj se prenosi do peći 300 kroz vod 308 za ugalj. Primarni vazduh (označen sa 310) dovodi se da prenese ugalj (iz uređaja za fino sitnjenje koji nije prikazan) kroz vod 308 i gorionik 306 u peć 300. Tercijarni vazduh (označen sa 312) dovodi se u vod 308 da obezbedi da se ugalj prebaci do gorionika 306.

Sekundarni vazduh (označen sa 314) dovodi se iz vazdušne komore 302 neposredno u peć 300 kroz rešetke 316 na zidu 304 peći. Sekundarni je vazduh 314 primarni izvor vazduha za proces sagorevanja. Kod jednog dobro poznatog sistema za kontrolisanje NOx, jedan sistem pregrejanog vazduha (označenog sa 318) unosi vazduh (iz vazdušne komore 302) u peć 300 preko plamena F. Osnovni su razlozi za pregrejan vazduh dvojaki. Prvi je da se obezbedi dovoljno kiseonika da bi se obezbedilo potpuno sagorevanje goriva. Drugi je da se snizi temperatura vazduha i tako smanji obrazovanje NOx.

Procenjuje se da prikazan sistem sagorevanja može da zameni postojeće sisteme sagorevanja, u celini, ili, alternativno, može se koristiti da obezbedi dodatak kiseonika vazduhu koji se koristi za sagorevanje. Tačnije, procenjuje se da se kiseonik velike čistoće može koristiti umesto bilo kog, ili sva tri, od primarnog 310, sekundarnog 314 i tercijarnog vazduha 312 koji se koriste u tim poznatim sistemima sagorevanja. Stručnjaci će shvatiti koristi koje se mogu dobiti korišćenjem prikazanog sistema dovođenja kiseonika u gorivo (ili u nekim primerima kao sistema za dodavanje kiseonika) u energetskim kotlovima ili pećima koje koriste druga fosilna goriva kao što je ulje ili gas.

Primena prikazanog sistema sagorevanja takođe je predviđena u vezi sa pećima za spaljivanje industrijskih otpadaka. Tipične peći za spaljivanje otpadaka rade na bazi rezonantnog vremena, temperature i viška kiseonika. Sistem sa dovodom kiseonika u gorivo omogućiće veću efikasnost u radu.

Rezonantno vreme zavisi od fizičke veličine zagrejane komore ili dimnjaka, kao i od brzine i zapremine gasova koji prolaze kroz komoru ili dimnjak. Kako se azot izdvaja iz mešavine, rezonantno se vreme, prirodno, povećava pošto je zapremina gasa koji se koristi u procesu sagorevanja manja (za oko 80%). Kada je peć za spaljivanje otpadaka projektovana sa sistem sagorevanja sa dovodom kiseonika u gorivo, peć za spaljivanje otpadaka zahteva znatno manje investicione troškove zbog toga što se traže njene manje dimenzije.

Tipična je temperatura plamena kod sistema sagorevanja sa dovodom kiseonika gorivu mnogo veća nego kod sistema sa dovodom vazduha. To znači da efikasnost sagorevanja u krajnoj meri zahteva manji dovod toplote iz goriva, što dovodi do manjih operativnih troškova. Jedna od koristi sistema sagorevanja sa dovodom kiseonika u gorivo jeste ostvarena regulacija nivoa viška kiseonika. U slučaju konvencionalnih peći za spaljivanje otpadaka, višak je kisenika potreban za sagorevanje ispaljivog organskog ugljenika (VOCs) i nesagorelog ugljenika. Taj se višak kiseonika dobija dovodom vazduha u komoru ili u dimnjak gde se kiseonik (iz vazduha) koristi da dovrši sagorevanje VOCs i nesagorelog ugljenika. Mada vazduh obezbeđuje potreban višak kiseonika, on takođe uvodi azot u komoru. Višak uvedenog azota (radi obezbeđivanja viška kiseonika) dovodi do povećanog obrazovanja NOx. Pored toga, višak vazduha, u celini, dovodi do obrazovanja drugih gasova "staklene bašte", a deluje tako da hladi komoru. To neželjeno hlađenje zahteva dodatnu toplotu iz sistema sagorevanja da se prevaziđe ova pojava hlađenja.

Na slici 13 prikazana je, šematski, tipična industrijska peć 400. Otpaci (označeni sa 402) uvode se u dimnjak 404. U gorionik 406 uvodi se vazduh (označen sa 408) i gorivo (označeno sa 410) da bi se proizveo plamen F za sagorevanje otpadaka 402. Detektor 412 ugljenmonoksida (CO) postavljen je iznad plamena F da bi odredio nivo CO u dimnom gasu. Kada je nivo CO previsok, gorioniku 406 dovodi se dodatni vazduh. Eventualno se vazduh može uvesti u dimnjak iz položaja 414, odvojenog od gorionika 406, da bi se obezbedio dodatni vazduh.

Postoji nekoliko nedostataka kod ovog postupka rada. Kako je napred rasmatrano, dva kontrolna činioca kod spaljivanja otpadaka su vreme i temperatura. To jest, više temperatore i veća rezonantna vremena povećavaju sagorevanje otpadaka. Međutim, dodavanje vazduha (radi snižavanja nivoa CO) povećava protok kroz dimnjak 404 i skraćuje rezonantno vreme. Pored toga, mada povećani protok vazduha snižava temperature vazduha (što sa svoje strane smanjuje obrazovanje NOx), on istovremeno izaziva povišene nivoe azota, što teži da poveća obrazovanje NOx i poremeti dejstvo hlađenja (a time i smanjeno obrazovanje NOx). Sem toga, zbog rashlađujućeg delovanja vazduha, efikasnost je procesa sagorevanja otpadaka umanjena.

Prikazan sistem sagorevanja sa dovodom kiseonika u gorivo, s druge strane, koristi kiseonik velike čistoće koji omogućuje sagorevanje nesagorelog materijala bez obrazovanja NOx i drugih gasova "staklene bašte" i bez pojava hlađenja. Prikazani sistem sa dovodom kiseonika u gorivo na taj način pruža nekoliko prednosti u odnosu na konvencionalne ili tradicionalne sisteme sagorevanja otpadaka. Kako je primarna namena peći za sagorevanje otpadaka da sagori VOCs i druge zagađivače pre no što stignu do atmosfere, prikazani sistem sagorevanja smanjuje potrošnju goriva i tako dovodi do smanjenog obrazovanja NOx i drugih gasova "staklene bašte" i do smanjenja obima dimnih gasova uopšte.

Pored toga, troškovi ugradnje (na primer investicije) i operativni troškovi peći za sagorevanje otpadaka koje koriste sistem sagorevanja sa dovodom kiseonika u gorivo biće znatno smanjeni. Investicioni trošak za peć za sagorevanje otpadaka biće smanjena pošto se očekuje da će zapremina gasova u sistemu biti mnogo manja. Kako je napred rečeno, pošto je prolaz gasova mnogo manji, ukupna veličina peći za sagorevanje otpadaka može biti mnogo manja od konvencionalnih sistema a uz održavanje istog rezonantnog vremena. Na taj način može peć za sagorevanje otpadaka biti fizički manja za obradu iste količine otpadaka, a potrebni sistemi za podršku i pomoćna oprema i sistemi takođe mogu biti manji.

Pored toga, sistemi sagorevanja sa dovodom kiseonika u gorivo u celini su znatno efikasniji od konvencionalnih sistema peći za sagorevanje otpadaka i zahtevaju samo deo inače zahtevanog dovoda energije. Sistem je isto tako veoma pogodan za primene u pećima za sagorevanje otpadaka u kojima je gorivo nesagoreli ugljenik ili VOCs. Isto tako, pošto u anvelopi plamena nema kiseonika, obrazovanje NOx je minimalno, svedeno samo na NOx obrazovane od azota sadržanog samo u gorivu.

Napred opisane industrije samo su nekoliko primera industrija koje mogu imati koristi od prikazanog sistema sagorevanja sa dovodom kiseonika u gorivo. Stručnjaci će shvatiti primenljivost ovog sistema u hemijskoj i petrohemijskoj industriji, energetskoj industriji, industriji proizvodnje plastičnih masa, transportnoj industriji i sličnim.

Sagorevanje sa dovodom kiseonika u gorivo - koristi i prednosti

Stručnjaci će shvatiti koristi i prednosti sagorevanja sa dovodom kiseonika u gorivo. U svakom slučaju, u jednom primeru postrojenja za preradu aluminijumskih otpadaka, kod koga je korišćena peć sa dovodom vazduha opremljena za prirodni gas, utvrđeno je da je energija potrebna da se preradi ili pretopi 1 kg aluminijumskih otpadaka (određena zapreminom upotrebljenog prirodnog gasa) iznosila oko 8450 J (prikazana kao 8450 J/kg). To znači da je bilo potrebno oko 0,20 m<3>prirodnog gasa da se istopi svaki kilogram aluminijuma. Potrebna energija od oko 8450 J zasniva se na činjenici da svaki m<3>prirodnog gasa ima sadržaj toplote od oko 42500 J.

Nasuprot tome, korišćenjem prikazanog sistema sagorevanja sa dovodom kiseonika u gorivo, utvrđeno je da je bilo potrebno samo oko 0,06 m<3>prirodnog gasa (ili 2500 J) da se istopi svaki kilogram aluminijuma. Na taj je način prikazani sistem sagorevanja sa dovodom kiseonika u gorivo koristio 2500/8450 ili 29,9 % goriva potrebnog za jednu peć sa dovodom vazduha. To je smanjenje potrošnje goriva od 1 manje 0,299 ili oko 70 %.

Slično, mada ne baš tako drastično smanjenje potrošnje goriva zapaženo je kod jednog sistema sagorevanja sa dovodom kiseonika u gorivo koji koristi otpadno ulje kao gorivo. Utvrđeno je da je sadržaj toplote goriva na bazi otpadnog ulja potreban da se rastopi kilogram aluminijuma bio 2840 J. To znači da je zapaženo smanjenje za otpadno ulje bilo 2840/8450 ili 33,6 %, što daje smanjenje potrošnje goriva od oko 66 %. Tako je, ne računajući smanjenje obrazovanih zagađivača, prikazani sistem sagorevanja sa dovodom kiseonika u gorivo ostvario smanjenje potrošnje goriva od oko 70 % i 66 % kod korišćenja prirodnog gasa, odnosno otpadnog ulja, u odnosu na peć koja koristi prirodni gas sa dovodom vazduha.

Sledeća tabela prikazuje poređenje obrazovanih zagađivača kod primene sistema sagorevanja sa dovodom vazduha (gorivo je gas, označeno sa "AIR-GAS"), sistema sagorevanja sa dovodom kiseonika u gorivo (gorivo je gas, označeno sa "OXY-GAS") i sistema sagorevanja sa dovodom kiseonika u gorivo (gorivo je otpadno ulje, označeno sa "OXY-OIL"). Prikazani su zagađivači ugljenmonoksid (CO), gasovita jedinjenja azota (NOx), čestice ispod 10 jum (PM10), ukupno čestica (PT), gasovita jedinjenja koja sadrže sumpor (SOx) i ispatljiva organska jedinjenja ugljenika (VOC).

Podaci su prikazani u dva oblika: proizvedeno tona/godina (TPY) i proizvedeno funti na utrošen milion BTU (lbs/MMBTU). Cifra u zagradi iza podataka sa oznakom OXY-GAS i OXY-OIL predstavlja smanjenje zagađivača u odnosu na sistem sagorevanja sa dovodom vazduha, a koji sagoreva gas.

Vrednosti za PM10, PT, SOx i VOC za sistem sagorevanja sa dovodom kiseonika u gorivo pokazuju povećanja (kao negativno smanjenje). To je delom posledica neprimenjivanja procesa obrade "posle-sagorevanja" koja se koristi u primerima sistema sagorevanja. Ocenjuje se da bi odgovarajući procesi "posle-sagorevanja" obuhvatali filtre (za čestice) i prečistače (za gasove koji sadrže sumpor) i ostvarivali bi sniženja od najmanje 98,99 %, odnosno 95 %, količine ispuštenih zagađivača. Vrednosti unete u TABELU 1 zasnivaju se na bazi zapaženih smanjenja potrošnje goriva i određene su u skladu sa prihvaćenim kriterijumima Agencije SAD za zaštitu okolne sredine (United States Environmental Protection Agencv - USEPA), a prema USEPA tabelama AP42 (mogu se naći na USEPA vebsajtu).

Treba napomenuti da se gornje vrednosti baziraju na kontroli atmosfere unutar peći u kojoj je korišćen sistem sagorevanja sa dovodom kiseonika u gorivo. To jest, napred prikazane vrednosti ukazuju da naznačena smanjenja zagađivača za OXY-GAS i OXY-OIL sisteme sagorevanja zahtevaju da je peć u koju je ugrađen sistem sagorevanja projektovana da ograniči probijanje spoljneg vazduha na zanemarljivu količinu (tj. azota u atmosferu sagorevanja).

Stručnjaci će shvatiti da se korišćenje kiseonika velike čistoće (ili vazduha obogaćenog velikom količinom kiseonika) i bilo kog goriva na bazi ugljenika može veoma lako prilagoditi mnogim postojećim industrijskim sistemima. Ocenjuje se da bi primene takvog sistema u standardnim i konvencionalnim industrijskim primenama ostvarile ogromne prednosti i koristi u odnosu na poznate sisteme sa dovodom vazduha i pregrejanog vazduha. Mada bi mnoga od postojećih fizičkih postrojenja mogla zahtevati rekonstrukciju i modifikovanje da bi se ugradili prikazani sistemi sagorevanja sa dovodom kiseonika u gorivo da bi se poboljšale performanse i proizvodnja, smatra se da bi koristi ostvarene tim promenama projekta i strukture, kao što je smanjenje eksploatacionih troškova, npr., smanjenje troškova za gorivo, smanjenje investicionih troškova i smanjenje ispuštanja zagađivača, daleko prevazišle troškove izvođenje tih promena.

U ovoj specifikaciji, reči "jedan" ili "neki" treba shvatiti da obuhvataju i jedninu i množinu. I obrnuto, svako pominjanje množine elemenata obuhvatiće, gde to odgovara, i jedninu.

Iz prehodnog se može shvatiti da se mogu izvesti brojne modifikacije i varijante bez odstupanja od duha i novih koncepcija prikazanog pronalaska. Podrazumeva se da nije bila namera da se pronalazak ograničuje na prikazana specifična izvođenja pa to i ne treba tako shvatati. Specifikacija je predviđena da pokriva priloženim zahtevima sve modifikacije koje spadaju unutar opsega zahteva.

Claims

1. Postupak sagorevanja koji obuhvata dovod kiseonika i goriva na bazi ugljenika kroz ulazne mlaznice u bar jedan gorionik peći u koju ne prodire vazduh iz spoljne sredine, tako da je u formulu za sagorevanja uveden kiseonik umesto vazduha, naznačen time, što je kiseonik doveden u gorionik (85) čistoće bar 85%; bilo koji višak bilo kiseonika bilo goriva kojim se snabdeva gorionik je ograničen na manje od 5% iznad stehiometrijskog odnosa; sagorevanje goriva je kontrolisano da bi se dobila temperatura plamena od bar 2480°C i da bi se dobila zona prenošenja toplote zračenjem u peći (14), (16) (166) bez prisutva vazduha u kojoj je osnovni način prenosa toplote zračenje i peć je direktno izložena toploti zračenja iz goriva koje sagoreva; i količine goriva i kiseonika koja protiče kroz ulazne mlaznice (152) i (154) gorionL . su kontrolisane da bi se održala temperatura izlazne struje gasa iz peći, a pre bilo koje regeneracije toplote, ne veća od 595°C.

2. Postupak prema zahtevu 1, naznačen time, što je ustanovljena brzina snabdevanja kiseonika u pomenuti bar jedan gorionik i u odnosu na nju kontrolisano je snabdevanje gorivom da bi se uspostavio stehiometrijski odnos.

3. Postupak prema zahtevu 1 ili zahteva 2, naznačen time, što se stupnjevi uspostavljanja bar jedne željene temepraure u peći (14) i kontrolisanja snabdevanja gorivom i kiseonikom u odnosu na nju se obavljaja preko centralne procesne jedinice.

4. Postupak prema zahtevu 1, naznačen time, što je gorivo na bazi ugljenika gas.

5. Postupak prema zahtevu 4, naznačen time, što je gas prirodni gas.

6. Postupak prema zahtevu 1, naznačen time, što je gorivo na bazi ugljenika čvrsto gorivo.

7. Postupak prema zahtevu 1, naznačen time, što je gorivo na bazi ugljenika tečno gorivo.

8. Postupak prema zahtevu 1 ili 2, ili 4, ili 5 ili 6, ili 7, naznačen time, što je kiseonik nabavljen iz kriogenskog postrojenja (180).