ЦИКЛОННАЯ СТЕКЛОВАРЕННАЯ ПЕЧЬ Российский патент 1994 года по МПК C03B5/12 

Изобретение относится к устройствам для варки силикатных расплавов и может применяться в производстве различных стекол, а также в металлургической и химической промышленности.

Преимущество циклонного способа термической переработки шихты заключается в большой интенсивности тепло- и массообменных процессов, происходящих в циклонной камере и расположенном под ней бассейне. Однако высокие скорости дымовых газов и их температурный уровень предъявляют повышенные требования к стойкости огнеупорной футеровки бассейна. Поэтому основным направлением усовершенствования циклонной установки являются поиски такой конструкции, при которой высокая интенсивность процесса сочеталась бы с большой длительностью рабочей кампании.

Наиболее близким решением к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является циклонная стекловаренная печь, включающая вертикально установленную циклонную камеру с гарниссажной футеровкой и расположенный над ней бассейн, футерованный огнеупорным припасом.

В нижней части циклонная камера имеет сужение (пережим), переходящее в вертикально расположенный, соосный с циклонной камерой диффузор, через который дымовые газы и расплав поступают в бассейн.

Циклонная камера установлена на продольной оси бассейна и удалена от торцевой стены бассейна на растояние, равное примерно половине ширины бассейна, а выходное сечение диффузора направлено на расплав для максимального использования кинетической энергии газового потока с целью интенсификации тепло- и массообменных процессов в расплаве.

Однако рабочая кампания такой печи составила всего несколько месяцев из-за быстрого разъедания свода и стен пламенного пространства и торцевой части печи.

Основной причиной ускоренного разъедания огнеупорной футеровки в головной части бассейна (между торцевой стеной и осью циклонной камеры) является образование в ней области высокого давления газов с интенсивной их циркуляцией.

При вертикальном расположении диффузора около половины выходящих из него дымовых газов движется в сторону головной части печи, выходу из которой к выработочному концу препятствуют снизу - динамическая преграда в виде высокоскоростного потока газов, выходящих из диффузора, а сверху - находящийся в пламенном пространстве бассейна диффузор, наружный диаметр которого составляет около половины ширины бассейна. В результате свободное сечение, по которому дымовые газы из головной части печи проходят к выработочной, составляет около 30% всего поперечного сечения пламенного пространства бассейна.

Кроме того, разъеданию футеровки способствует и непосредственное воздействие дымовых газов, выходящих из диффузора с большой скоростью и растекающихся при прямом соударении с поверхностью расплава равномерно во все стороны.

Целью изобретения является продление рабочей кампании печи, повышение ее производительности и снижение удельного расхода топлива.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Как было сказано выше, при вертикальной установке диффузора (при прямом соударении газов, выходящих из циклонной камеры, с расплавом) и одностороннем выводе газов (один дымоотводящий канал) в головной части бассейна, противоположной дымоотводящему каналу, образуется зона высокого давления газов с интенсивной их циркуляцией, что ведет к ускоренному разъеданию огнеупорной кладки верхнего строения бассейна в этой области. Известное решение, предотвращающее это явление с однонаправленным движением дымовых газов в сторону выработки за счет соответствующего разворота диффузора, приводит к существенному снижению интенсивности тепло- и массообменных процессов в бассейне. Поэтому для того, чтобы предотвратить образование зоны высокого давления газов в торцевой части бассейна при сохранении интенсивности тепло- и массообменных процессов в печи, в торцевой части печи необходимо предусмотреть как минимум один дополнительный дымоотводящий канал.

В зависимости от производительности и выбранной схемы теплоиспользования дополнительный отвод может быть осуществлен через отдельный газоход, а может быть совмещен с параллельным отводом стекломассы. В последнем случае печь будет состоять как бы из одного приемного бассейна и двух (или больше) выработочных бассейнов с двумя (или больше) выработочными устройствами, расположенными симметрично относительно циклонной камеры.

В любом случае при вертикальном расположении диффузора наличие двух или более газоотводящих каналов в бассейне, расположенных симметрично относительно циклонной камеры, предотвращает образование области высокого давления газов в бассейне при высокой интенсивности тепло- и массообменных процессов.

На фиг. 1 показана циклонная стекловаренная печь, продольный разрез; на фиг. 2 - план печи с двумя выработочными бассейнами.

Циклонная стекловаренная печь состоит из циклонной камеры 1, приемного 2, осветлительных 3 и выработочных 4 бассейнов, сообщающихся между собой по расплаву через проточные устройства 5 и 6, а также из системы теплоиспользования 7, которая может включать рекуператоры для подогрева воздуха и подогреватель шихты.

Циклонная камера 1 представляет собой вертикальный водоохлаждаемый цилиндр, закрытый крышкой 8, в которой установлен патрубок 9, через который шихта с помощью инжектора (не показан) подается в объем циклонной камеры.

В верхней части циклонная камера 1 оборудована горизонтально расположенными горелками 10, установленными тангенциально к внутренней поверхности камеры 1.

В нижней части циклонная камера имеет пережим (сужение) 11, к которому снизу примыкает диффузор 12, соединяющий циклонную камеру 1 с пламенным пространством 13 приемного бассейна 2. Диффузор 12 представляет собой расширяющийся книзу патрубок, соосный с циклонной камерой 1, а выходное сечение его параллельно поверхности расплава.

С внутренней (огневой) стороны циклонная камера 1, пережим 11 и диффузор 12 футеруются огнеупорной обмазкой 14 на основе фосфатной связки.

Циклонная камера 1 с пережимом 11 и диффузором 12 устанавливается на оси приемного бассейна 2 через свод 15 так, что нижняя часть диффузора находится в пламенном пространстве 13 бассейна.

Приемный бассейн 2 в плане представляет собой окружность, центр которой лежит на продолжении оси циклонной камеры и диффузора.

Свод 15 и стены 16 верхнего строения печи выложены из высокоглиноземистого огнеупора, а стены всех бассейнов и проточные устройства - из электроплавленого огнеупора "бакор-33" или "бакор-41".

Дно 17 бассейнов выложено из шамотного огнеупора, при этом дно приемного бассейна 2 сверху покрыто бакоровой плиткой. Стены и дно всех бассейнов, а также стены и свод пламенного пространства покрыты слоем тепловой изоляции 18.

По стекломассе все бассейны разделены между собой проточными устройствами 5 и 6, выполненными из электроплавленого огнеупора.

Описанная выше конструкция печи работает следующим образом.

В циклонную камеру 1 через тангенциальные горелки 10 вводится смесь топлива с окислителем, которая сгорает в верхней части циклонной камеры и образует за счет тангенциального ввода газовый вихрь, который через пережим 11 и диффузор 12 поступает в пламенное пространство 13 приемного бассейна 2.

Одновременно через патрубок 9, установленный в крышке 8, в циклонную камеру 1 поступает шихта. В объеме циклонной камеры частицы шихты нагреваются, оплавляются и центробежными силами газового вихря отбрасываются на стенки, где завершается плавление легкоплавких соединений и значительная часть растворения тугоплавких компонентов. Образовавшийся расплав стекает через пережим 11 и диффузор 12 в приемный бассейн 2.

Выходящий из циклонной камеры 1 газовый вихрь активно взаимодействует с расплавом, находящимся в приемном бассейне 2, приводя его во вращательное движение с большим градиентом скоростей, что значительно ускоряет процессы растворения зерен и гомогенизации расплава за счет резкого возрастания в нем конвективной составляющей массопереноса.

Отдав значительную часть своей тепловой и кинематической энергии расплаву в приемном бассейне, дымовые газы поступают в расположенные по разные стороны от циклонной камеры осветлительные бассейны 3. Благодаря двустороннему отводу газов из приемного бассейна в нем не образуется зона высокого давления газов, что существенно улучшает условия службы огнеупоров верхнего строения приемного бассейна и обеспечивает многократное увеличение рабочей кампании печи по сравнению с известной печью.

Отдав часть тепла в осветительных 3 и выработочных 4 бассейнах, дымовые газы поступают в систему теплоиспользования 7, где нагревают воздух, поступающий на горение, и, пройдя систему газоочистки, дымососом через дымовую трубу удаляются в атмосферу.

Полностью проваренная стекломасса из приемного бассейна 2 через проточные устройства 5 и 6 поступает в бассейны 3, где завершаются процессы дегазации, и затем в бассейны 4, откуда через сливные каналы 19 подается в выработочные устройства.

Данная конструкция циклонной стекловаренной печи благодаря многостороннему отводу дымовых газов обеспечивает многократное увеличение длительности рабочей кампании печи при максимальной интенсификации тепло- и массообменных процессов в приемном бассейне.

Сущность изобретения: печь включает вертикально установленную циклонную камеру, оборудованную в верхней части горелками для ввода смеси топлива и окислителя, устройством для ввода шихты, а в нижней части выполненную с пережимом, переходящим в вертикально расположенный диффузор, и расположенный под циклонной камерой бассейн. Последний выполнен по крайней мере с двумя дымоотводящими каналами, расположенными симметрично циклонной камере. 2 ил.

ЦИКЛОННАЯ СТЕКЛОВАРЕННАЯ ПЕЧЬ, включающая вертикально установленную циклонную камеру, оборудованную в верхней части горелками для ввода смеси топлива и окислителя, устройством для ввода шихты, а в нижней части выполненной с пережимом, переходящим в вертикально расположенный диффузор и расположенный под циклонной камерой бассейн, отличающаяся тем, что, с целью продления рабочей кампании печи, повышения ее производительности и снижения удельного расхода топлива, бассейн выполнен с по крайней мере двумя дымоотводящими каналами, расположенными симметрично циклонной камеры.