RS58926B1 - Topionik za podpovršinsko sagorevanje i postupak - Google Patents

Description

Opis

[0001] Ovaj pronalazak se odnosi na topionike za podpovršinsko sagorevanje, prvenstveno za topljenje staklastih materijala ili materijala koji se mogu vitrifikovati, i na postupke u kojima se koristi topionik za podpovršinsko sagorevanje.

[0002] Staklasti materijali se generalno proizvode od mešavine sirovina, na primer silikata, bazalta, krečnjaka, natrijum karbonata i drugih manjih konstituenata koji se unose u topionik i tope u viskoznom tečnom stanju na temperaturama od 1250 do 1500 °C; rastop se zatim sprovodi u postupak formiranja. U zavisnosti od predviđene upotrebe rastopa, na primer za proizvodnju ravnog stakla, šupljeg stakla, kontinuiranih vlakana u svrhu armiranja ili vlakana u svrhu izolacije, može biti potrebna prethodna faza rafinacije postupku formiranja. Hemijski sastav rastopa i njegove fizičke karakteristike su izabrane kao funkcija za predviđenu upotrebu i postupak formiranja.

[0003] Konvencionalni topionici stakla obuhvataju napajanje energijom od dela iznad površine rastopa stakla, na primer iz gorionika koji generišu plamen u prostoru između površine rastopa stakla i vrha topionika, čime se toplota prenosi na rastop stakla pomoću samog plamena i zračenjem sa materijala na vrhu. Šarže sirovina koje treba istopiti se pune na vrhu rastopa stakla u topioniku, a toplota se prenosi sa rastopa na šaržu materijala koji se inkorporira u rastop.

[0004] Kod nekih topionika stakla, energija se dobija preko električno zagrejanih elektroda raspoređenih ispod površine rastopa; te elektrode mogu predstavljati jedini izvor toplote ili se mogu koristiti u kombinaciji sa gorionicima.

[0005] Drugi tip topionika stakla ima jednu ili više mlaznica gorionika raspoređenih ispod površine rastopa tako da plamen gorionika i proizvodi sagorevanja prolaze kroz rastop. Ovaj raspored se naziva podpovršinsko sagorevanje.

[0006] Topionici stakla koji se koriste za proizvodnju izolacije od kamene vune su tradicionalno kupolne peći.

[0007] Dalji rasporedi su opisani u: US-3592151, koji se odnosi na postupak i uređaj za spaljivanje otpada; US 2008/256981, koji se odnosi na postupak i uređaj za obradu vlaknastog otpada za reciklažu; US 3260587, koji se odnosi na postupak topljenja stakla pomoću grejača za podpovršinsko sagorevanje i uređaja za tu svrhu; DE10029983, koji se odnosi na postupak i uređaj za topljenje i prečišćavanje stakla pomoću rekuperacije toplote; i WO 2009/091558, koji se odnosi na topionik za podpovršinsko sagorevanje.

[0008] Prema jednom od svojih aspekata, ovaj pronalazak obezbeđuje topionik za podpovršinsko sagorevanje kao što je definisano prema zahtevu 1. Drugi nezavisni zahtevi definišu druge aspekte ovog pronalaska. Zavisni zahtevi definišu poželjne i/ili alternativne primere izvođenja.

[0009] Ovde korišćen termin „vertikalna centralna osa komore za topljenje“ označava osu komore za topljenje vertikalne ili suštinski vertikalne simetrije. Komora za topljenje može imati kružni horizontalni poprečni presek; ista može biti cilindrična. Alternativno, komora za topljenje može imati poligonalni horizontalni poprečni presek, prvenstveno u obliku pravilnog poligona; poligon može imati šest, sedam, osam, devet, deset ili više stranica. Svaki od ovih oblika ima definisanu centralnoosnu simetriju.

Horizontalni poprečni presek komore za topljenje može biti eliptičan ili ovalan; u ovom i sličnim slučajevima vertikalna centralna osa komore za topljenje je osa koja prolazi kroz centar kruga u koji je upisan relevantni oblik horizontalnog poprečnog preseka.

[0010] Izlazi mlaznica gorionika za podpovršinsko sagorevanje mogu biti raspoređene na istoj vertikalnoj visini u komori za topljenje, odnosno u istoj horizontalnoj ravni. Alternativno, mogu biti raspoređeni na različitim vertikalnim visinama. Ravan za pozicioniranje gorionika se stoga definiše tako da je raspoređena na „prosečno rastojanje po masi u odnosu na svaki od izlaza mlaznica“. To znači da je prosečno rastojanje rastojanje po masi između više gorionika.

[0011] Termin „rastojanje po masi između ose gorionika i periferije u topioniku“ treba shvatiti tako da označava rastojanje po masi između centralne ose gorionika prema definiciji i unutrašnje periferije komore za topljenje. U slučajevima kada su osa gorionika i periferni zid(ovi) komore za topljenje paralelni, ovo je jednostavno rastojanje između ose gorionika i perifernog zida. U drugim slučajevima, „rastojanje po masi između ose gorionika i periferije u topioniku“ je aritmetičko srednje rastojanje po visini komore za topljenje između ose gorionika i najbližeg dela perifernog zida.

[0012] Topionik se može adaptirati i/ili konfigurisati tako da sinteruje i/ili topi sirovine. To može biti „topionik stakla“, odnosno topionik adaptiran i/ili konfigurisan tako da topi materijale koji izgledaju kao staklo, uključujući materijale izabrane od stakla, staklastih materijala, kamena i stene. Topionik stakla može se koristiti za proizvodnju ravnog stakla, šupljeg stakla, staklenih vlakana, kontinuiranih vlakana u svrhu armature, mineralnih vlakana u svrhu izolacije, mineralne vune, kamene vune ili staklene vune. Topionik se može koristiti za pretvaranje sirovina u proizvodnji frita, klinkera od cementa, prvenstveno klinkera od aluminatnog cementa, ili abraziva, prvenstveno abraziva proizvedenih topljenjem. Topionik se može koristiti za pretvaranje sirovina, prvenstveno vitrifikacijom, na primer: vitrifikacijom medicinskog otpada; vitrifikacijom pepela, prvenstveno iz insineratora; vitrifikacijom praha, na primer prašine iz livenog gvožđa ili drugih livnica metala; vitrifikacijom galvanskog mulja, mulja štavljenja ili rudarskog otpada; odlaganjem otpada, prvenstveno vitrifikacijom, na primer, zagađenog tla, tla zagađenog teškim metalima ili katranom, glinenim filterima, muljem, aktivnim ugljem, radioaktivnim otpadom, zgurama koje sadrže olovo ili cink, vatrostalnim materijalima, prvenstveno onim koji sadrže hrom. Naročito u slučaju topionika stakla, sirovine mogu obuhvatati: silikate, bazalt, krečnjak, natrijum karbonat, zeolitne katalizatore, istrošeni katalizator, oblogu topioničkog lonca, vatrostalne materijale, aluminijumsku trosku, otpad aluminijumskog rastopa, otpad aparata za gašenje požara na bazi peska, mulj, galvanski mulj, klinker, otpadne materijale, pepeo i kombinaciju svega navedenog.

[0013] Rastop u topioniku tokom ovog postupka može dostići temperaturu, prvenstveno temperaturu na kojoj se uklanja iz topionika, od najmanje 1100°C, najmanje 1200°C ili najmanje 1250°C, a koja ne može biti veća od 1650°C, veća od 1600°C, veća od 1500°C ili veća od 1450°C.

[0014] U slučaju topionika stakla, sastav proizvedenog rastopa može obuhvatati jedan ili više od:

[0015] Sadržaj bora u proizvedenom staklu, izražen kao B2O3, može biti ≥ 1w%, ≥ 2 w%, ≥ 3w%, ≥ 5w% i/ili ≤ 20%, ≤ 18%, ≤ 15% ili ≤ 10 w%.

[0016] Topionici obezbeđuju efikasnu konfiguraciju materijala za topljenje, prvenstveno materijala koji se mogu vitrifikovati, sa niskom potrošnjom energije i niskim kapitalnim troškovima, i obezbeđuju poželjne karakteristike topljenja, uključujući homogenost u pogledu raspodele temperature i kompozicije rastopa, što ima za posledicu poboljšan kvalitet krajnjeg proizvoda. Oni takođe omogućavaju topljenje širokog opsega materijala, prvenstveno materijala koji se mogu vitrifikovati, uključujući sirovine (za formiranje stakla to mogu biti silikati, bazalt, krečnjak, natrijum karbonat i drugi manji konstituenti) i otpadni materijal ili pepeo, i obezbeđuju visoku fleksibilnost prilikom kontrole parametara postupka.

[0017] U poželjnim konfiguracijama, ti topionici poboljšavaju apsorpciju svežih sirovina u rastopu i efikasnost prenosa toplote do svežih sirovina, prvenstveno kada se dodaju na vrh rastopa, dok se bilo kakav prolaz sirovina kroz topionik uglavnom izbegava ili se barem smanjuje. Ovo obezbeđuje kombinaciju efikasnog topljenja, prvenstveno materijala koji se mogu vitrifikovati, i pogodnosti za manje topionike za dati izlazni protok, dok se istovremeno poboljšava homogenost rastopa u pogledu temperaturnog profila i kompozicije.

[0018] Visina rastopa u topioniku, naročito kada je komora za topljenje u značajnoj meri cilindrična, poželjno sa unutrašnjim prečnikom komore za topljenje 1,5m do 3m, poželjnije 1,75 do 2,5m, može biti:

≥ oko 0,75m, ≥ oko 0,8m, ≥ oko 0,85m ili ≥ oko 0,9m; i/ili

≤ oko 2,2m, ≤ oko 2m, ≤ oko 1,8m, ili ≤ oko 1,6m.

[0019] Poželjno, veći deo mešanja rastopa odvija se u centralnoj zoni topljenja koja može suštinski biti cilindričnog oblika i koja može imati prečnik: najmanje 25cm, najmanje 30cm, najmanje 40cm, najmanje 50 cm, najmanje 60 cm ili najmanje 70 cm i ne više od 200 cm, ne više od 180 cm ili ne više od 160 cm.

[0020] Topionik, ili najmanje komora za topljenje, može biti tečno ohlađen. Na primer, može obuhvatati konstrukciju sa dvostrukim zidom koja obuhvata unutrašnji zid koji formira periferiju komore za topljenje i odmaknuti spoljašnji zid, koji zajedno formiraju prolaz kroz koji može proći rashladna tečnost, prvenstveno voda. Poželjno, komora za topljenje i/ili periferija komore za topljenje ne obuhvata vatrostalne materijale.

[0021] Prema ovom pronalasku, konfiguracija topionika obezbeđuje generisanje obrasca torusnog protoka rastopa u kojoj rastop raste u blizini relevantne centralne ose gorionika i sa unutrašnje strane se približava vertikalnoj osi topionika na površini rastopa i sa donje strane u blizini navedene vertikalne ose topionika, u cilindričnom prostoru u kojem centralna zona topljenja predstavlja osnovu.

[0022] Topionik za podpovršinsko sagorevanje može imati 5 do 10 gorionika za podpovršinsko sagorevanje, poželjnije 6 do 8 gorionika, u zavisnosti od dimenzija topionika, dimenzija gorionika, radnog pritiska i drugih nacrtnih parametara. Prvenstveno u slučaju obezbeđivanja rastopa za proizvodnju staklenog vlakna, staklene vune ili kamene vune, komora za topljenje može biti cilindrična i može imati unutrašnji prečnik od 1,5 do 3 m, poželjno 1,75 do 2,5 metara.

[0023] Razmak između susednih gorionika treba da bude izabran kao funkcija nacrta gorionika, radnog pritiska i drugih parametara. Premala udaljenost između gorionika može dovesti do spajanja plamenova iz pojedinačnih gorionika, što je pojava koju treba izbegavati. Poželjno, razmak između susednih gorionika iznosi oko 1,5 to 2,5, poželjnije 1,75 do 2,25, najpoželjnije oko dvostruke udaljenosti između ose gorionika i periferije.

[0024] Poželjno, susedni gorionici imaju razmak oko 250 - 1200mm, poželjno oko 500 - 900 mm, poželjnije oko 600 - 800, a još poželjnije oko 650 - 750 mm.

[0025] Prema poželjnom primeru izvođenja, gorionici se nalaze na pogodnoj udaljenosti između ose gorionika i periferije, čime se poboljšava gore opisani relevantni protok i izbegava privlačenje plamena na bočne zidove topionika. Poželjno, udaljenost između ose gorionika i periferije iznosi oko 250 - 750 mm. Premala udaljenost između gorionika i bočnog zida može oštetiti i/ili nepotrebno opteretiti bočni zid i/ili dovesti do neefikasnog prenosa toplote u rastop. Određeni protok rastopa između gorionika i periferije komore za topljenje ne može biti štetan, a u nekim slučajevima je poželjan. Ipak, prevelika udaljenost između gorionika i periferije komore za topljenje obično generiše nepoželjne protoke rastopa i može imati za posledicu stvaranje mrtvih zona koje se manje mešaju sa rastopom u centru topionika; ovo može smanjiti homogenost rastopa. Poželjno, udaljenost između svakog gorionika i periferije komore za topljenje je utvrđena tako da se sloj rastopa, na primer sloj debljine između otprilike 2 mm i 20 mm, gradi kao stabilan granični sloj na periferiji. Takav granični sloj obezbeđuje zaštitni sloj na periferiji komore za topljenje i olakšava rad bez vatrostalnih obloga, prvenstveno kada je periferija komore za topljenje tečno ohlađena.

[0026] Naročito u slučaju topionika stakla, poželjno je da svaki gorionik ima sagorivi gas, koji prvenstveno obuhvata ugljendioksid(e), na primer prirodni gas, i gas koji sadrži kiseonik, prvenstveno kiseonik, tehnički kiseonik (na primer gas sa sadržajem kiseonika od najmanje 95% mas%) ili vazduh obogaćen kiseonikom. Poželjno, sagorivi gas i gas koji sadrži kiseonik se zasebno dopremaju do gorionika i mešaju se u gorioniku i/ili u mlaznici (mlaznicama) gorionika. Alternativno, drugi tipovi goriva, na primer tečno gorivo ili čvrsta sprašena goriva, mogu se koristiti, prvenstveno za vitrifikaciju otpada.

[0027] Prema ovom pronalasku, obrazac torusnog protoka rastopa se generiše u komori za topljenje. Termin „obrazac torusnog protoka“ znači da vektori brzine pokretnog tečnog materijala formiraju obrazac cirkulacije u kojem popunjavaju poprečne preseke suštinski horizontalnog torusa koji kao svoju centralnu osu revolucije ima vertikalnu centralnu osu komore za topljenje, a kao svoj spoljni prečnik ima približno obim definisan centralnim osama gorionika, pri čemu materijal protiče sa spoljašnje strane prema centralnoj osi topionika na površini rastopa. Takvi torusni protoci vuku sa sobom sveže sirovine u centar i duboko u topionik stakla u blizini centralne ose topionika u cilindričnom prostoru u kojem centralna zona topljenja predstavlja osnovu, i poboljšavaju efikasnost prenosa toplote do svežih sirovina radi lakog i jednostavnog topljenja sirovina i dalje pojačavaju homogenost rastopa. Poželjno, rastop u topioniku obuhvata jednostruki obrazac torusnog protoka.

[0028] Rastop i/ili sirovine u topioniku, najmanje u jednom delu topionika i prvenstveno u centralnoj zoni topljenja, mogu dostići brzinu koja iznosi >0,1 m/s, ≥0,2 m/s, ≥0,3 m/s ili ≥0,5 m/s i/ili koja iznosi ≤2,5 m/s, ≤2 m/s, ≤1,8 m/s ili ≤1,5 m/s.

[0029] Poželjno je da sirovine koje treba topiti budu unete na ili iznad površine rastopa. Obrazac protoka topionika omogućava efikasnu apsorpciju sirovina u rastop i samim tim efikasan prenos toplote do svežih sirovina koje se inkorporiraju u rastop.

[0030] Svaki gorionik ili grupa gorionika, na primer suprotstavljeni gorionici, mogu se pojedinačno kontrolisati. To ima za posledicu da se jedan ili više gorionika bliskih pražnjenju sirovina mogu kontrolisati pri različitim, poželjno većim brzinama i/ili pritiscima gasa u odnosu na susedne gorionike, čime se poboljšava prenos toplote do svežih sirovina koje se unose u topionik. Veće brzine gasa mogu biti neophodne samo privremeno, odnosno u slučaju periodičnog unosa svežih sirovina, samo tokom vremenskog perioda neophodnog za apsorpciju relevantnog opterećenja u rastopu sadržanom u topioniku ovog pronalaska. Takođe može biti poželjno kontrolisati gorionike koji se nalaze blizu ispusta rastopa pri manjoj brzini/pritisku gasa kako bi se kontrolisao ispust rastopa.

[0031] Svaka centralna osa gorionika može biti blago nagnuta iz vertikalnog položaja, na primer pod uglom od ≥1°, ≥2°, ≥3° ili ≥5 i/ili ≤ 30°, poželjno ≤ 15°, poželjnije ≤10°, prvenstveno prema centru topionika. Takav raspored može poboljšati protok i usmeriti protok rastopa daleko od ispusta i prema centru topionika i/ili u korist obrasca torusnog protoka. Poželjno, kod jednog ili više gorionika prisutno je povećanje od najmanje 1% u rastojanju ose gorionika i periferije između ravni za pozicioniranje gorionika i vrha topionika.

[0032] Poželjno, kod jednog ili više gorionika centralna osa gorionika formira ugao spirale od najmanje 1° u odnosu na ravan koja se nalazi pod pravim uglom prema ravni za pozicioniranje gorionika, prolazi kroz vertikalnu centralnu osu komore za topljenje i kroz položaj gorionika. Ugao spirale može biti ≥1°, ≥2°, ≥3°, ≥5° i/ili ≤ 30°, ≤ 20°, ≤ 15° ili ≤ 10°. Poželjno, ugao spirale svakog gorionika je otprilike isti. Ovaj raspored gorionika može se koristiti za nabacivanje komponente tangencijalne brzine na sagorive gasove, čime se protoku rastopa nabacuje spiralno kretanje, a time se dalje poboljšava mešavina sirovina i homogenost rastopa.

[0033] Topionik poželjno ima cilindričnu periferiju, ali takođe može biti u drugim oblicima, na primer kao eliptični poprečni presek ili poligonalni poprečni presek sa prikazom više od 4 strane, poželjno više od 5 strana, pri čemu je suština u tome da u poželjnim primerima izvođenja ovaj raspored generiše torusni protok rastopa kao što je gore opisano. Biće shvaćeno da će, što su ravnomernije udaljenosti između gorionika i bočnog zida, torusni protok rastopa biti ravnomerniji.

[0034] Sveže sirovine se mogu unositi pomoću provodnika. Poželjno, sirovine se unose kroz otvor u komoru za topljenje koja se nalazi iznad površine rastopa. Sirovine se mogu unositi periodično. Šarža sirovina može obuhvatati između 20 i 50 kg. U slučaju da topionik prikazuje stopu proizvodnje približnu 70000 kg po danu, učestalost unosa šarže može varirati između 20 i 50 kg/min. Poželjno je, međutim, unositi sirovine kontinuirano ili na način približan kontinuiranom unosu. Iz razloga kontrole postupka, uključujući kontrolu temperature i protoka i homogenost rastopa, poželjnije je češće unositi male šarže nego ređe unositi velike šarže. Poželjno je da navedeni otvor bude zatvoriv, na primer pomoću klipa ili pokretača; ovo se može koristiti radi smanjenja gubitka toplote i/ili izbacivanja gasova kroz provodnik. Sirovine se mogu pripremiti kao pogodne za relevantni rastop koji treba dobiti i uneti u srednji kanal. Kada se otvor komore za topljenje otvori, sirovine se mogu uneti u topionik, prvenstveno u suprotnom smeru u odnosu na gasove koji izlaze, čime se delimično predgreju dok padaju na površinu istopa.

Poželjno, otvor provodnika se nalazi u udubljenju koje se nalazi na periferiji topionika iznad površine rastopa, tako da sirovine padaju na površinu rastopa u zoni unosa na udaljenosti od periferije topionika.

[0035] Rastop se može povlačiti iz topionika kontinuirano ili periodično, na primer iz položaja na ili prema dnu topionika. U slučajevima kada se sirovine unose blizu zida topionika, ispust rastopa se poželjno nalazi na periferiji topionika nasuprot ulazu za sirovine. U slučaju diskontinuiranog pražnjenja rastopa, rupa za pražnjenje se poželjno kontroliše, na primer pomoću keramičkog klipa.

[0036] Jedan ili više gorionika mogu biti cev u gorionicima cevi, koji su takođe poznati kao koncentrični gorionici cevi. Centralna osa jednog ili više gorionika za podpovršinsko sagorevanje poželjno obuhvata centralnu osu koncentričnih cevi cevastog gorionika. Gorionici za podpovršinsko sagorevanje ubrizgavaju pod visokim pritiskom mlazeve proizvoda sagorevanja u rastop, što je dovoljno za prevazilaženje pritiska rastopa i za stvaranje gornje putanje plamena i proizvoda sagorevanja pod pritiskom. Brzina sagorevanja i/ili sagorivih gasova, prvenstveno na izlazu mlaznice(a) gorionika, može iznositi ≥ 60 m/s, ≥ 100 m/s ili ≥ 120 m/s i/ili ≤350 m/s, ≤330 m/s, ≤300 ili ≤200 m/s. Poželjno, brzina sagorivih gasova je u opsegu od oko 60 do 300 m/s, poželjno 100 do 200 m/s, poželjnije 110 do 160 m/s.

[0037] Prema poželjnom primeru izvođenja, periferni zidovi komore za topljenje sastoje se od dvostrukih čeličnih zidova razdvojenih rashladnom tečnošću koja protiče, poželjno vodom. Naročito u slučaju cilindrične komore za topljenje, takav sklop olakšava izgradnju komore za topljenje i otpor velikim mehaničkim silama i opterećenjima. Cilindrični oblik topionika omogućava optimizaciju ravnoteže opterećenja na spoljašnjem zidu. Poželjno, pošto su zidovi ohlađeni, poželjno vodom, rastop se očvršćava i formira zaštitni sloj sa unutrašnje strane zida topionika. U poželjnim primerima izvođenja komori za topljenje nije neophodna unutrašnja vatrostalna obloga, i stoga nema potrebe za povezanim troškovima i održavanjem. Pored toga, u takvim slučajevima rastop nije kontaminiran nepoželjnim komponentama vatrostalnih materijala otpalih sa unutrašnje vatrostalne obloge. Unutrašnja prednja strana zida topionika može poželjno imati tablete ili pastile ili druge male elemente koji se prostiru prema unutrašnjosti topionika. Ovi elementi mogu pomoći u stvaranju i fiksiranju sloja očvršćenog rastopa na unutrašnjem zidu topionika, koji ima ulogu obloge koja generiše toplotni otpor i smanjuje prenos toplote do rashladne tečnosti na dvostrukim zidovima topionika.

[0038] Topionik za podpovršinsko sagorevanje ovog pronalaska može imati opremu za rekuperaciju toplote. Na primer, vreli gasovi ispušteni iz komore za topljenje mogu se koristiti za predgrevanje sirovina i/ili deo njihove toplotne energije može biti predmet rekuperacije pomoću razmenjivača toplote i/ili njihova toplotna energija se može iskoristiti u druge svrhe gornjom ili donjom putanjom opreme proizvodne linije, npr. proizvodne linije za izolaciju vlaknastih proizvoda. Slično tome, toplotna energija bilo koje rashladne tečnosti koja protiče između šupljih zidova komore za topljenje može biti predmet rekuperacije radi grejanja ili u druge svrhe.

[0039] Opisani postupak i topionik su naročito pogodni za efikasno topljenje svih vrsta materijala koji se mogu vitrifikovati, uz smanjenu potrošnju energije i smanjene troškove održavanja. Topionik prema ovom pronalasku je stoga naročito atraktivan za upotrebu na proizvodnoj liniji za proizvode od mineralnog vlakna, na primer u proizvodnji staklenog vlakna, staklene vune i kamene vune. Naročito u slučaju proizvodnje vlakana mineralne vune, poželjno je da se ispustom direktno stigne do formiranja vlakana bez faze rafinisanja.

[0040] Primer izvođenja ovog pronalaska je detaljnije opisan u nastavku, isključivo primerom, uz pozivanje na pripadajuće crteže, pri čemu:

● Fig.1 je horizontalni poprečni prikaz topionika;

● Fig.2 je vertikalni presek kroz topionik iz Fig.1;

● Fig.3 je šematski prikaz rasporeda gorionika; i

● Fig.4 je šematski prikaz poželjnog obrasca torusnog protoka.

[0041] Topionik stakla 10 ilustrovan u Fig.1, 2 i 3 obuhvata komoru 11 za topljenje, odnosno deo topionika 10 adaptiran za zadržavanje i topljenje zagrejanog rastopa 17, na primer kompozicije za proizvodnju vlakana kamene vune ili staklene vune, i gornju komoru 90.

[0042] Ilustrovana komora 11 za topljenje je cilindrična i ima vertikalnu centralnu osu 7 komore za topljenje, periferiju 12 definisanu svojim unutrašnjim obimom prečnika oko 2 m, osnovu 13 koja formira donji deo cilindra i otvoreni kraj na gornjem delu cilindra koji je povezan sa gornjom komorom 90.

[0043] Gornja komora 90 ima:

● pregrade 92, 93 koje blokiraju pristup bilo kojoj projekciji rastopa koja može biti odbačena sa površine rastopa 14; i

● uvodnik 15 sirovine postavljen u nivou gornje komore 90 za unos svežih sirovina u topionik 10 u položaju 101 uvođenja šarže iznad površine 18 rastopa i blizu perifernog bočnog zida 12 topionika.

[0044] Uvodnik 15 obuhvata vijak ili drugi horizontalni provodnik koji transportuje mešavinu sirovina u provodnik koji se može otvoriti i zatvoriti pomoću klipa.

[0045] Topionik ima dvostruki čelični periferni zid 19 u kojem rashladna tečnost, poželjno voda, teče kroz njegovu unutrašnjost količinom protoka koja je dovoljna za održavanje željene temperature topionika i rashladne tečnosti i povlači energiju sa unutrašnjeg perifernog zida 12 tako da deo rastopa može da očvrsne ili delimično očvrsne na unutrašnjem perifernom zidu kako bi se formirao granični sloj.

[0046] Po želji, topionik se može postaviti na prigušivače kako bi se apsorbovale vibracije.

[0047] Šest gorionika 21, 22, 23, 24, 25, 26 za podpovršinsko sagorevanje su raspoređeni sa jednakim rastojanjem oko kružne linije 27 gorionika, koja je koncentrična sa centralnom vertikalnom osom 7 komore za topljenje i ima prečnik od približno 1,4 m. Svaki gorionik za podpovršinsko sagorevanje ima respektivnu centralnu osu 31,32,33,34,35,36 gorionika i jedan ili više izlaza 41,42,43,44,45,46 mlaznica iz kojih se plamenovi i/ili sagorivi fluidi prostiru u rastop 17. Svaki gorionik se nalazi na identičnom razmaku 512, 523, 534, 545, 556, 561 od susednog gorionika u odnosu na svaki od dva najbliža položaja susednog gorionika. Mlaznice 41, 42, 43, 44, 45, 46 gorionika u ilustrovanom primeru izvođenja su raspoređene tako da se prostiru blago iznad osnove 13 komore za topljenje, svaka na istoj vertikalnoj visini u ravni 14 za pozicioniranje gorionika.

[0048] Svaka centralna osa 31,32,33,34,35,36 gorionika ima respektivni krug 71,72,73,74,75,76 osovine gorionika koji se pruža oko centralne ose gorionika i ima prečnik r1,r2,r3,r4,r5,r6 koji je u značajnoj meri jednak udaljenosti između centralne ose gorionika i perifernog zida 12 komore za topljenje. Ovi krugovi ose gorionika definišu centralnu zonu 70 u ravni 14 za pozicioniranje sa prečnikom od najmanje 250 mm.

[0049] Rastop 17 se može povući iz komore za topljenje kroz upravljivi otvor ispusta 16 koji se nalazi na perifernom bočnom zidu 12 komore za topljenje, blizu dna 13 topionika, nasuprot uvodniku 15 sirovine.

[0050] Gorionici 21,22,23,24,25,26 za podpovršinsko sagorevanje su cevasti gorionici, koji se ponekad navode kao gorionici koncentrične cevi, i koji rade pri protoku ili brzini gasa u rastopu od 100 do 200 m/s, poželjno 110 do 160 m/s. Gorionici generišu sagorevanje gorivnog gasa i vazduha i/ili kiseonika u rastopu. Sagorevanje i sagorivi gasovi generišu visok nivo mešanja i prenosa toplote u rastopu pre nego što izađu iz rastopa u gornju komoru 90 i ispuste se kroz dimnjak 91. Ovi vreli gasovi mogu se koristiti za predgrevanje sirovina i/ili gorivnog gasa i/ili oksidanta (vazduh i/ili kiseonik) koji se koriste u gorionicima. Izduvni gasovi su poželjno ohlađeni, na primer rastvaranjem pomoću ambijentalnog vazduha, i/ili filtrirani pre oslobađanja u atmosferu.

[0051] Poželjno je da ovaj raspored generiše torusni protok rastopa kao što je ilustrovano u Fig.4, pri čemu rastop ide na gore blizu centralne ose svakog gorionika za podpovršinsko sagorevanje, teče unutra prema vertikalnoj centralnoj osi 7 komore za topljenje na površini 18 rastopa, a zatim teče na dole u cilindričnom delu komore za topljenje koji se prostire duž vertikalne centralne ose 7 komore za topljenje iz centralne zone 70 topljenja. Takav torusni protok generiše visok nivo mešanja u rastopu, obezbeđuje dobro mešanje rastopa i apsorpciju svežih sirovina i omogućava odgovarajuće vreme zadržavanja materijala u topioniku, čime se izbegava prevremeni otok u slučaju nedovoljno topljenih ili pomešanih sirovina.

[0052] Gorionici generišu pokrete rastopa na gore u njihovoj blizini i protok u rastopu. U jednom poželjnom primeru izvođenja, svaka osa gorionika je vertikalno orijentisana ili nagnuta pod uglom ne većim od 15° sa vertikale, poželjno prema centru topionika, kako bi se pospešilo generisanje torusnog protoka kao što je navedeno gore.

1

[0053] Radi daljeg poboljšanja homogenosti rastopa, jedan ili više gorionika mogu nabaciti komponentu tangencijalne brzine njegovim sagorivim gasovima, čime se nabacuje spiralni pokret protoku rastopa, pored gore opisanog obrasca torusnog protoka. U tu svrhu, centralna osa jednog ili više gorionika može formirati ugao spirale od najmanje 1° u odnosu na ravan koja se nalazi pod pravim uglom u odnosu na ravan 14 za pozicioniranje gorionika i koja prolazi kroz vertikalnu centralnu osu 7 komore za topljenje i poziciju gorionika.

[0054] Topionik može imati pomoćni gorionik (nije prikazano), prvenstveno za privremenu upotrebu, na primer za predgrevanje topionika prilikom pokretanja, u slučaju neispravnosti jednog od gore opisanih gorionika za podpovršinsko sagorevanje ili u drugim slučajevima kada je privremeno neophodna dodatna toplota. Pomoćni gorionik je poželjno postavljen na šinu tako da se može uvoditi u otvor u perifernom zidu 12 topionika, pri čemu je otvor zatvoren kada se pomoćni gorionik ne koristi.

[0055] Unutrašnji zid 12 topionika poželjno obuhvata više tableta ili pastila (nije prikazano) koje se prostiru u komori 11 za topljenje. Smatra se da ove projekcije pospešuju formiranje i fiksaciju sloja očvršćenog rastopa na ohlađenom zidu 12, što čini izolacioni sloj. Na primer, u slučaju topljenja stakla, staklo se očvršćuje na ohlađenom zidu i formira izolacioni granični sloj. Time se staklo topi u staklu, a rastop nije kontaminiran ostacima erozije bilo kog vatrostalnog materijala.

[0056] Topionik prema ovom pronalasku je naročito poželjan kod proizvodnih linija za proizvodnju staklenih vlakana, staklene vune ili kamene vune zato što njegova efikasnost obezbeđuje nisku potrošnju energije, a njegova fleksibilnost olakšava promene kompozicije sirovina. Jednostavno održavanje i niski kapitalni troškovi topionika su takođe od velikog interesa u izgradnji takve proizvodne linije. Iste prednosti čine ovaj topionik pravim izborom u postupcima vitrifikacije otpada i pepela.

Claims (14)

Patentni zahtevi

1. Topionik (10) za podpovršinsko sagorevanje koji obuhvata komoru (11) za topljenje sa periferijom (12), osnovom (13), vertikalnom centralnom osom (7) komore za topljenje i ravni (14) za pozicioniranje gorionika,

pri čemu topionik ima:

uvodnik (15) sirovine;

ispust (16) rastopa; i

najmanje pet gorionika (21, 22, 23, 24, 25) za podpovršinsko sagorevanje, pri čemu svaki od najmanje pet gorionika (21, 22, 23, 24, 25) za podpovršinsko sagorevanje ima respektivnu centralnu osu (31, 32, 33, 34, 35) gorionika i jedan ili više izlaza (41,42,43,44,45) mlaznica; ravan za pozicioniranje gorionika pod pravim uglom u odnosu na centralnu osu (7) topionika koja se nalazi na prosečnom rastojanju po masi od svakog izlaza (41,42,43,44,45) mlaznica; svaki od najmanje pet gorionika (21, 22, 23, 24, 25) za podpovršinsko sagorevanje, koji je raspoređen tako da se prostire od položaja (51,52,53,54,55) respektivnog gorionika definisanog presekom između projekcije centralne ose (31, 32, 33, 34, 35) gorionika i ravni (14) za pozicioniranje;

naznačen time, što

je položaj (51,52,53,54,55) svakog gorionika utvrđen razmakom (512,523,534,545,551) od respektivnog susednog gorionika u odnosu na svaki od položaja (51,52,53,54,55) njemu najbliža dva susedna gorionika, a razlika između razmaka svakog susednog gorionika i prosečne vrednosti razmaka između susednih gorionika je manja ili jednaka 20% prosečne vrednosti razmaka između susednih gorionika;

svaka centralna osa (31, 32, 33, 34, 35) gorionika ima krug (71,72,73,74,75) ose respektivnog gorionika, koji se prostire oko centralne ose (31, 32, 33, 34, 35) gorionika i ima poluprečnik (r1,r2,r3,r4,r5) jednak rastojanju po masi između ose gorionika i periferije u topioniku, odnosno u slučajevima kada su osa gorionika i periferni zid(ovi) komore za topljenje paralelni između ose gorionika i perifernog zida, a u drugim slučajevima je reč o srednjoj aritmetičkoj udaljenosti po visini komore za topljenje između ose gorionika i njenog najbližeg dela perifernog zida;

je razlika između poluprečnika svakog kruga (71,72,73,74,75) ose gorionika i prosečne vrednosti poluprečnika krugova (71,72,73,74,75) ose gorionika manja ili jednaka 20% prosečne vrednosti poluprečnika krugova ose gorionika; i

topionik ima centralnu zonu (70) u ravni (14) za pozicioniranje definisanu između krugova (71,72,73,74,75) ose gorionika u ravni (14) za pozicioniranje, pri čemu centralna zona (70) topljenja ima prečnik od najmanje 250 mm.

2. Topionik u skladu sa zahtevom 1, pri čemu topionik ima između 5 i 10 gorionika za podpovršinsko sagorevanje.

3. Topionik u skladu sa bilo kojim od prethodnih zahteva, pri čemu je svaka centralna osa gorionika raspoređena pod uglom manjim od 15° od vertikale.

4. Topionik u skladu sa bilo kojim od prethodnih zahteva, pri čemu za jedan ili više gorionika centralna osa gorionika formira ugao od najmanje 1° u odnosu na ravan koja:

je pod pravim uglom u odnosu na ravan za pozicioniranje gorionika; prolazi kroz vertikalnu centralnu osu komore za topljenje; i prolazi kroz položaj gorionika.

5. Topionik u skladu sa bilo kojim od prethodnih zahteva, pri čemu centralna osa jednog ili više gorionika za podpovršinsko sagorevanje obuhvata centralnu osu koncentričnih cevi u cevastom gorioniku.

6. Topionik u skladu sa bilo kojim od prethodnih zahteva, pri čemu je komora za topljenje cilindrična.

7. Topionik u skladu sa bilo kojim od prethodnih zahteva, pri čemu je komora za topljenje cilindrična i ima periferiju prečnika između 1,5m i 3,5 m.

8. Topionik u skladu sa bilo kojim od prethodnih zahteva, pri čemu je rastojanje po masi između ose gorionika i periferije u pogledu svakog od najmanje pet gorionika za podpovršinsko sagorevanje između 5 cm i 80 cm.

9. Topionik u skladu sa bilo kojim od prethodnih zahteva, pri čemu je razmak susednog gorionika u odnosu na svaki od najmanje pet gorionika za podpovršinsko sagorevanje između 25 cm i 120 cm.

10. Topionik u skladu sa bilo kojim od prethodnih zahteva, pri čemu je udaljenost između položaja svakog gorionika u odnosu na svaki od najmanje pet gorionika za podpovršinsko sagorevanje i centralne ose topionika između 50 cm i 150 cm.

11. Proizvodna linija za proizvode od stakla izabrane iz grupe koju čine staklena vlakna, staklena vuna i kamena vuna, koja obuhvata:

topionik prema bilo kom od prethodnih zahteva; i

uređaj za formiranje vlakana predviđen da pretvara rastop iz topionika u vlakna.

1

12. Postupak za obezbeđivanje rastopljenih materijala koji se mogu vitrifikovati, koji obuhvata sledeće faze:

- uvođenje šarže čvrstog materijala u topionik; i

- topljenje šarže čvrstog materijala u topioniku podpovršinskim sagorevanjem pomoću gorionika za podpovršinsko sagorevanje kako bi se u topioniku dobio rastopljeni materijal koji se može vitrifikovati;

pri čemu se tokom faze topljenja u rastopu rastopljenog materijala koji se može vitrifikovati generiše obrazac torusnog protoka rastopa, koji obuhvata veće centralne ka unutra konvergentne protoke na površini rastopa, pri čemu je centralna osa okretanja torusnog protoka vertikalna.

13. Postupak u skladu sa zahtevom 12, pri čemu se rastop kreće na dole u centru u blizini ose okretanja i recirkuliše unazad uzgonskim kretanjem prema površini rastopa, čime se definiše obrazac torusnog protoka.

14. Postupak u skladu sa zahtevom 12 ili zahtevom 13, pri čemu je topionik topionik u skladu sa bilo kojim od zahteva 1 do 10.