Изобретение относится к способу работы регенеративной стекловаренной печи, способу понижения выбросов CO в отходящие газы, к регенеративной стекловаренной печи и способу понижения содержания оксидов азота в отходящих газах.
Известен способ работы регенеративной стекловаренной печи с поперечным направлением распространения пламени, предназначенной для варки листового стекла, при котором сводится к минимуму выброс оксидов азота NOx в отходящие газы, выходящие из печной системы, в котором печь включает варочный бассейн и регенераторы, действующие как теплообменники. Способ включает подачу воздуха и топлива в варочный бассейн печи для получения стекла требуемого качества при требуемой производительности (US, 4599100).
Известен также способ понижения выбросов CO в отходящие газы, выходящие из регенеративной стекловаренной печи с поперечным направлением пламени, предназначенной для варки листового стекла, в котором печь содержит регенераторы, которые выступают в роли теплообменников.
Известен также способ понижения содержания оксидов азота NOx в отходящих газах, образующихся при сжигании природного топлива в регенеративной печи с поперечным направлением распространения пламени, включающий измерение содержания как горючих веществ, так и кислорода в газах, по крайней мере в одной или нескольких точках в варочном бассейне и рафинирующей камере.
Известна также регенеративная стекловаренная печь с поперечным направлением пламени, предназначенная для варки листового стекла, включающая варочный бассейн и регенераторы, которые содержат насадки, выступающие в роли теплообменников, аппаратуру, предназначенную для понижения выброса оксидов азота в отходящие газы, выходящие из печи, при этом аппаратура включает в себя средства для подачи дополнительного количества топлива в отходящие газы, когда они выходят из варочного бассейна печи (US, 4372770).
Давно известно, что топливная горелка, работающая в субстехиометрических условиях (т. е. при отношении воздуха к топливу меньшим, чем это необходимо для обеспечения полного сгорания), выделяет меньше NOx, чем работающая в стехиометрических условиях. Горелки, предназначенные для работы в этих условиях, описаны, например, в патенте США US -A-4878830, где также имеется обзор уровня техники, существующего в этой области. В японском патенте JP-A-55-8361 (подвергнутом экспертизе под номером 48134/84), описан способ действия стекловаренной печи, использующей дожигатели, предназначенные для введения дополнительного количества топлива в печь вблизи пламенного окна, описан способ действия стекловаренной печи, использующей дожигатели, предназначенные для введения дополнительного количества топлива в печь вблизи пламенного окна, регенератора, теплообменной камеры или газохода. В патенте США US-A-4347072 обсуждается эта возможность и отмечаются проблемы, возникающие при работе стекловаренной печи по способу, описанному в патенте JP-A-55-8361. В патенте США US-A-4347072 описан иной способ действия печи, сводящийся к подачи углеводородов в отходящие газы, образующиеся при сгорании топлива над расплавом стекла, и затем сжиганию этого избыточного топлива в печи с передачей тепловой энергии процессу варки.
Всегда считалось, что работа стекловаренной печи в восстанавливающих условиях, т. е. в субстехиометрических условиях, должна сопровождаться получением стекла низкого качества.
В патенте США, выданном на имя основного производителя стекла фирмы Пи-Пи-Джи, описан процесс, в котором условиям вблизи расплавленного стекла не дают стать субстехиометрическими, чем исключается возможность образования стекла низкого качества. Способ требует ведения дополнительного количества топлива в варочный бассейн, подаваемого с расходом и в объеме, достаточном для образования над стеклом области, обогащенной по кислороду, и над ней области, обогащенной по топливу, при последующем относительно низком суммарном содержании избыточного воздуха и, по крайней мере, практически полном сгорании к моменту выхода газообразных продуктов горения из варочного бассейна. Разумеется, субстехиометрические условия случайно могут время от времени возникать в данных стекловаренных печах, и, поскольку такие условия сопровождаются образованием стекла низкого качества, персонал стремится не давать печи непрерывно работать в восстанавливающих условиях.
Заявителями теперь установлено, что снижение количества NOx в отходящих газах, выходящих из газоотводящей системы ванной стекловаренной печи, может быть достигнуто созданием таких условий, при которых отходящие газы, выходящие из печи и поступающие в регенератор, содержат топливо, которое не подвергалось полному сгоранию. Все ранее сделанные предложения, касающиеся работы печи в нестехиометрических условиях, относились к варочному бассейну, и считалось, что окислительные условия поддерживаются в варочном бассейне во все время, и когда подается избыток топлива, считалось, что топливо сгорает до попадания в регенераторную систему или что, когда топливо проходит через регенератор, условия, соответственно, делаются окислительными. Настоящее изобретение основывается на раскрытии того факта, что можно свести к минимуму содержание NOx в газообразных продуктах горения, выходящих из регенеративной ванной стекловаренной печи, считая, что горючие вещества присутствуют в отходящих газах, когда они проходят через регенераторы. Этот горючий материал представляет собой смесь несгоревшего топлива, горючего материала, образовавшегося под воздействием тепла на топливо, и иных радикалов, образовавшихся в результате пиролиза. Часть этого материала оказывается способной взаимодействовать с NOx, присутствующими в отходящих газах, и превращать оксиды азота в безвредный материал. Важно, чтобы процесс осуществлялся с использованием герметизированного регенератора, причем так, чтобы приток воздуха в регенераторы был таковым, при котором исключалось бы неуправляемое горение в пределах огнеупорной насадки или в насадочном устройстве, которое снижает эффективность процесса удаления оксидов азота NOx из отходящих газов, в частности, горелки герметически вводят в огнеупоры горелочного блока или шейки пламенного окна регенераторов. Важно, чтобы отсутствовал избыточный воздух в насадочном устройстве, с чем могло бы быть связано неуправляемое горение топлива в насадочном устройстве, которое могло бы вести к разрушению устройства из-за перегрева. Горючий материал сжигают, добавляя лучше всего, воздух после прохождения им насадочного устройства или вводя его в точки насадочного устройства, температурный режим которых находится в зависимости от температурного режима регенераторной системы.
Согласно изобретению, предлагается способ работы регенераторной стекловаренной печи с поперечным направлением пламени, предназначенной для варки листового стекла, который позволяет свести до минимума попадание оксидов азота NOx в отходящие газы, выходящие из печной системы, где печь содержит герметизированные регенераторы, которые выступают в роли теплообменников, причем способ включает в себя подачу топлива в количестве, являющемся избыточным в сравнении с тем, которое необходимо для осуществления стехиометрического горения, с обеспечением того, что стекло получается требуемого качества при требуемой производительности печи и что отходящие газы, выходящие из печи через регенераторы, содержат горючий материал, и включает в себя взаимодействие упомянутого горючего материала с достаточным количеством воздуха для того, чтобы отходящие газы, выходящие в атмосферу, содержали допустимые количества горючего материала и допустимые количества оксидов азота NOx. Желательно, чтобы регенераторы содержали насадочные устройства.
Одна из возможностей осуществления настоящего изобретения (именуемая далее как возможность работы "типа 1") сводится к работе в существенно стехиометрических условиях в пределах зоны плавления печи, что достигается введением избыточного количества топлива в зону плавления и дает возможность горючему материалу выходить из печи через герметизированные регенераторы, находясь в смеси с отходящими газами. Еще одна возможность осуществления изобретения (именуемая далее как возможность работы "типа 2") сводится к созданию таких условий работы стекловаренной печи, при которых она действует при ограниченном количестве идущего на горение воздуха, чем обеспечивается создание существенно стехиометрических условий, и к подаче топлива в отходящие газы, когда они покидают зону плавления и поступают в герметизированное регенераторное устройство. При такой организации процесса в стекловаренной печи может быть либо избыток воздуха, либо избыток топлива. Это добавляемое после печи топливо вводят через существующие горелки или через дополнительные отдельные топливные "горелки", находящиеся в области расположения горловины пламенного окна. В обоих случаях воздух добавляют в отходящие газы, когда они покидают насадку регенераторов, чем обеспечивается возможность удаления почти всего горючего материала посредством его горения с добавленным воздухом.
В типичной стекловаренной печи с газовым обогревом операцию варки проводят при наличии примерно 5% избыточного воздуха, при котором в типичных условиях содержание образовавшихся оксидов азота NOx в дымовых сбрасываемых газах составляет примерно 2500 мг/м3. В этом описании ссылки на концентрации (например, в единицах мг/м3) отвечают TALyft-условиям, т.е. они находятся при содержании кислорода 8%, измеренном в сухом состоянии, в объеме сухого отходящего газа, и выделений NOx. Все объемные измерения пересчитаны на 760 мм рт. ст. и 0oC, и концентрации в миллионных частях указываются на объемной основе, причем они также отвечают TALuft-условиям. Заявителями установлено, что, работая при пониженных количествах избыточного воздуха, чем это имеет место в известных печах, т.е. используя стехиометрические и субстехиометрические условия, можно не только понизить количество оксидов азота, выделяющихся в камере плавления, но и понижать содержание оксидов азота NOx, находящихся в регенераторах, достигая этого за счет их превращения остаточным топливом в молекулярный азот. Этот двойной эффект сопровождается значительным понижением количества оксидов азота NOx, поступающего в дымовые сбрасываемые газы. В случае настоящего изобретения выбросы оксидов азота NOx в дымовые газы могут составлять менее 500 мг/м3.
Заявителями установлено, что, несмотря на бытовавшее ранее убеждение, что при работе стекловаренной печи или ванны в существенно восстанавливающих условиях стекло должно получиться низкого качества, можно работать с такими количествами топлива и обеспечивающего горения воздуха, подводящим к ванне, при которых реакционные условия являются существенно субстехиометрическими без проявления нежелательных эффектов. Заявители убеждены, что сказанное выше достижимо лишь при очень тщательном управлении стехиометрией в печи, осуществляемом созданием субстехиометрических условий за счет использования избыточных количеств топлива, а не недостаточных количеств воздуха или же подачи энергии в количестве, недостаточном для проведения процесса плавления, что сопровождается ухудшением качества стекла и (одновременно или по отдельности) падением производительности печи. Желательно не только контролировать содержание кислорода на выходе из горловины пламенного окна, но и определять также количество не сгоревшего горючего материала в этом месте. Необходимо быть уверенным, что при существенно субстехиометрических условиях в печи сгоревшего топливо является достаточным для получения количества тепла, необходимого для образования расплавленного стекла удовлетворительного качества и при удовлетворительной производительности.
Другим аспектом настоящего изобретения является способ понижения содержания оксидов азота NOx в отходящих газах, образующихся при горении топлива в регенеративной печи с поперечным направлением пламени, содержащей совокупность пламенных окон, расположенных по противоположным сторонам варочного бассейна, собранных попарно и имеющих герметизированные регенераторы, где способ включает в себя измерение количества как горючих веществ, так и кислорода в газах, по крайней мере, в одной их нескольких точках в варочном бассейне и регулирование подачи топлива и идущего на горение воздуха в ответ на такие измерения, для обеспечения в пределах варочного бассейна среднего стехиометрического соотношения существенно ниже того, которое необходимо для обеспечения полного сгорания, но при этом оно все же является таким, что та часть топлива, которая действительно сгорает в печи, оказывается не ниже необходимой для удовлетворения требований по подводу тепла к процессам варки и осветления стекла, которые идут в варочном бассейне, и включает в себя подачу дополнительного идущего на горение воздуха в отходящие газы после их ухода из варочного бассейна (иногда называемого варочным и осветляющим бассейном) и перед их выбросом в атмосферу, что необходимо для обеспечения практически полного сгорания любых горючих веществ, остающихся в отходящих газах.
Применительно к получению стекла листового качества, предпочтительно поддерживать условия горения в варочном и осветляющем бассейне такими, при которых расплавленное стекло, выходя из бассейна, подвергается воздействию окислительных условий, существующих в области нахождения последнего пламенного окна, которые являются менее восстановительными или более окислительными условиями, существующими далее по потоку от последнего пламенного окна. Под стеклом листового качества понимается листовое стеклянное изделие со следующей плотностью точечных дефектов с диаметром более 0,5 мм (при толщине изделия 4 мм): число пузырьков не более 0,25 на 10 м2, число включений не более 0,25 на 10 м2.
Одним из вариантов осуществления изобретения является вариант, в котором подачу топлива и необходимого для горения воздуха регулируют в каждом пламенном окне, для того, чтобы стехиометрическое соотношение, измеренное в варочном и осветляющем бассейне в направлении от места ввода шихты к месту выпуска из печи расплавленного стекла, было менее восстанавливающим / более окисляющим с приближением к точке, в которой расплавленное стекло выходит из варочного бассейна. Предлагаемый вариант осуществления настоящего изобретения сводится к способу действия стекловаренной печи, при котором стехиометрические условия создаются подачей такого количества идущего на горение воздуха, которое в области нахождения первого пламенного окна, по крайней мере, на 10% ниже того количества, которое необходимо для полного сгорания горючего материала, подаваемого в печь в месте расположения такого пламенного окна, с последующим повышением до того количества или с существенной мере до того количества, которое необходимо для полного сгорания в области расположения последнего пламенного окна.
Как указано выше, еще один способ создания таких условий, при которых горючий материал проходит через регенераторы с отходящими газами, сводится к подаче топлива в отходящие газы при их уходе через сужения пламенных окон печи. Это может быть достигнуто размещением средств подачи топлива за местами расположения горелок. Они после горелок могут быть размещены на пути выхода отходящих газов. Топливо может быть направлено в отходящие газы либо прямотоком, либо противотоком. Находясь после горелок, они могут представлять собой отдельные средства подачи топлива в поток отходящих газов или для введения топлива в поток отходящих газов могут быть использованы незажженные горелки, установленные в печи на стороне ухода отходящих газов. Желательно, чтобы в варочном и осветляющем бассейне условия поддерживались на уровне или ниже стехиометрических, чем исключалось бы сгорание большого количества топлива, чем это необходимо для протекания процесса восстановления оксидов азота.
Вторичный воздух вводят в тех местах регенераторной или сбросовой системы, где температуры оказываются достаточными для возгорания горючих частиц для полного их сгорания, чем обеспечивается возможность сброса газов в атмосферу, в существенной мере свободный от горючих материалов. Важно, чтобы регенераторная система была в существенной мере герметизированной в отношении притока воздуха, чем обеспечивалась бы возможность управляемого введения вторичного воздуха и осуществления горения в основном за пределами нахождения регенераторной насадки или насадочного устройства.
Количество горючего материала и кислорода, присутствующих в выходном отверстии пламенного окна, могут быть измерены по месту или проанализированы с отбором при использовании имеющихся приборов. К таким инструментам могут быть отнесены зонд из диоксида циркония, предназначенный для измерения количества кислорода, и каталитическая ячейка, используемая для измерения количества горючих веществ. Удовлетворительным для этой цели является газоанализатор марки 980 фирмы "Теледин". Количество оксидов азота NOx может быть измерено при использовании портативного анализатора дымовых газов марки 6500 фирмы "Ланком" или при использовании хемилюминесцентного анализатора фирмы "Сигнал".
Настоящее изобретение касается, далее способа понижения выделений CO в отходящие газы, выходящие из регенеративной стекловаренной печи с поперечным направлением пламени, предназначенной для получения листового стекла, где печь содержит герметизированные регенераторы, которые выступают в роли теплообменников, причем способ включает в себя удаление CO из отходящих газов в регенераторе посредством сжигания там CO, например, при содержании избыточного воздуха 8%, если исходить из количества воздуха, необходимого для сжигания подаваемого топлива, при температуре, превышающей 650oC.
Настоящее изобретение касается, к тому же, стекловаренной печи регенеративного типа с поперечным направлением пламени, предназначенной для варки листового стекла, где печь содержит герметизированные регенераторы, у которых имеются насадочные устройства, которые выступают в роли теплообменников, печь, кроме того, содержит аппаратуру, предназначенную для понижения выделения оксидов азота NOX в отходящие газы, выходящие из печи, причем аппаратура включает в себя средства подачи дополнительного количества топлива в отходящие газы, когда они выходят из варочного бассейна печи, в результате чего выделения оксидов азота NOX в дымовые отходящие газы становятся менее 500 мг/м3, если измерение проводить при TALuft-условиях.
На фиг. 1 представлено схематическое поперечное сечение регенеративной печи с поперечным направлением распространения пламени, в соответствии с настоящим изобретением; на фиг. 2 - схематическая горизонтальная проекция поперечного разреза печи, показанной на фиг. 1; фиг. с 3 по 9 представляют собой графики, изображающие изменение содержания веществ в отходящих газа, таких как оксиды азота NOX и монооксид углерода CO, с изменением различных рабочих параметров в случае применения способа и аппаратуры, отвечающих настоящему изобретению.
Фиг. 1 и 2 изображают типичную регенеративную печь с поперечным направлением распространения пламени 10, содержащую варочный и осветляющий бассейн 12, снабженный с каждой стороны герметизированными регенераторами 13 и 14. Каждый регенератор содержит огнеупорную насадку 15 и 15', которая укладывается с образованием регенератора с разделенной коробкой. Каждая секция коробки присоединена к варочному бассейну 12 посредством окна. Эти окна 16 и 17 расположены каждой стороны ванны. Варочный бассейн загружается стеклообразующими материалами с одного конца 18, и расплавленное стекло покидает зону плавления ванны через спуск 19.
Тепло подводится к варочному бассейну 12 за счет сжигания природного газа, содержащего в основном метан (хотя могут быть использованы и другие виды топлива, газообразное, например пропан, или жидкое, например нефть. Во время первой части цикла горения воздуха проходит из регенератора 14 через шейки пламенных окон и пламенные окна 17, попадая в варочный и осветляющий бассейн 12, тогда как продукты сгорания выходят из ванны через окна и шейки окон 15, проходя через регенератор 13. Топливо, необходимое для горения, подается горелками, расположенными в пламенных окнах 17. Известны различные способы установки таких горелок в пламенных окнах. Из фиг. 1 видим, что на нем проиллюстрированы три возможные конфигурации: с вводом через окно (а), с вводом с боковой стороны окна (b) и с вводом с нижней стороны окна (c). Природный газ подается из горелок (которые в настоящем варианте осуществления изобретения представляют собой горелки, введенные с нижней стороны окна) в поступающий поток предварительно нагретого воздуха, выходящего из регенератора 14 в период цикла горения, и результирующее пламя и продукты горения, образовавшиеся в таком пламени, проходят из пламенных окон 17 по поверхности расплавленного стекла и переносят тепло стеклу, находящемуся в варочном и осветляющем бассейне 12. В другой части цикла горения схема организации процесса является обратной, т.е. предварительно нагретый идущий на горение воздух поступает из регенератора 13 через шейки пламенных окон и пламенные окна 16 и природный газ поступает в горелки, установленные в пламенных окнах 16. В обеих частях цикла горения отходящий газ, образующийся при горении топлива, подводимого к горелкам, проходит из основания регенераторов вблизи опорных сводов 25, 25' в атмосферу, двигаясь через соединенные газоходы 21, 21' и дымоход 22. По своему устройству газоход представляет собой обычную систему с боковым входом, содержащую центральной основной газоход 23 с плоскими шиберами реверсивного действия 24, 24'. Предусмотрены средства, предназначенные для измерения содержания как горючих веществ, так и кислорода в газах, выходящих из варочного бассейна 12 в каждом отверстии пламенного окна и на выходах из регенераторов, а также в основании дымохода. Точки измерения, расположенные вдоль пути движения отходящего газа, указываются на фиг. 1 обозначением (1). Стекловаренная печь действует таким образом, что в регенераторы поступают несгоревший, частично сгоревший и претерпевший пиролиз материал, в результате чего возникает необходимость подачи дополнительного количества воздуха в отходящие газы после их выхода из варочного бассейна, что необходимо для достижения практически полного сгорания без попадания в атмосферу через дымоход горючего материала или с попаданием очень небольшого количества его. Дополнительный воздух может быть введен в точках 2, показанных на фиг. 1. Окончательное сжигание любых оставшихся горючих веществ производится затем в точках, обозначенных как 3. Примерно 70% горючего материала в отходящих газах приходится на монооксид углерода, причем остальное в основном представляет собой водород.
При работе стекловаренной печи, показанной на фиг. 1 и 2, в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения (т.е. при работе по типу 1) количеством топлива, подаваемого в горелки, и количеством воздуха, подводимого для горения, управляют, измеряя в отверстии пламенного окна и в верхних частях насадки количество присутствующих кислорода и горючего материала, чем обеспечивается возможность того, что в пределах варочного бассейна 12 или в точках, идущих вдоль варочного бассейна 12, количество поступающего на горение воздуха оказывается меньше того, которое необходимо для полного сгорания подаваемого топлива. Принято выражать всякий подвод идущего на горение воздуха, подводимого с избытком относительно стехиометрического количества воздуха, необходимого для сжигания подаваемого топлива, в виде выраженного в процентах избыточного воздуха, и в этой ситуации такая величина является положительной. В настоящем примере, где воздух берется в количестве, меньшем необходимого для обеспечения полного сгорания, для простоты управления подход остается таким же, но величина оказывается отрицательной. Сказанное означает, что изменения в содержании избыточного воздуха могут контролироваться и сообщаться одинаковым образом независимо от того, является ли количество подаваемого воздуха большим или меньшим того, которое необходимо для обеспечения полного сгорания. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения количество топлива, подаваемого в каждое пламенное окно, и количество идущего на горение воздуха регулируются в соответствии с результатами измерений с таким расчетом, чтобы количество избыточного воздуха в варочном бассейне печи находилось в области от -03% до -10% от стехиометрических необходимого для горения воздуха, причем более желательно, чтобы количество необходимого для горения воздуха находилось в пределах от -8% до -10%. В случае печи с многими пламенными окнами, как это здесь иллюстрируется, желательно, чтобы количество избыточного воздуха от окна к окну повышалось от -15% в первом окне до 0% в последнем окне. Количество воздуха, подаваемого в промежуточные окна, расположенные между первым окном и последним окном, может находиться на том же уровне в -15% или может ступенчато спадать, давая в среднем величину в -9%.
На фиг. 3 показан характер зависимости выбросов оксидов азота NOx от избыточного содержания воздуха в отверстиях пламенных окон печи, где концентрация оксидов азота и значения избыточного воздуха являются средневзвешенными величинами для всей печи в целом. Сплошная линия характеризует концентрацию оксидов азота NOx в отверстии пламенного окна, а пунктирная линия - в дымоходе. Видно, что при низких количествах (ниже 2%) избыточного воздуха в отверстия пламенного окна концентрация оксидов азота NOx в дымоходе оказывается ниже их концентрации в отверстии пламенного окна, и сказанное означает, что понижение содержания оксидов азота NOx произошло в регенераторе, расположенном между отверстием пламенного окна и дымоходом. Реакция, ведущая к разложению оксидов азота NOx идет в основном в насадочном устройстве, что является следствием наличия избыточного количества топлива, восстанавливающего там оксиды азота. Отрицательное значение у избыточного количества воздуха равносильно соответственно положительному значению у избыточного количества топлива. При работе по типу 1 недостаток воздуха должен составлять по крайней мере 3% относительно стехиометрического количества, т.е. самое большее избыточное количество воздуха должно быть -3%, что должно иметь место в отверстии пламенного окна, чтобы инициировалась реакция по удалению оксидов азота NOx сказанное будет сопровождаться появлением избыточного воздуха, самое больше, в количестве порядка -3% в регенераторной насадке, что приведет к появлению избыточного количества топлива в насадочном устройстве, ведущего к понижению там количества оксидов азота NOx При более высоких отрицательных значениях избыточного воздуха, т.е. при больших недостатках избыточного воздуха, обнаружено, что некоторое удаление оксидов азота NOxпроисходит в верхнем дымоходе регенератора.
Установлено, что в случае печи со многими пламенными окнами, если только в последнем окне условия поддерживаются менее восстанавливающими, или более окисляющими, чем те, которые существуют в предшествующем пламенном окне, не наблюдается отрицательного воздействия на качество стекла. Величина, выбранная для уровня содержания избыточного воздуха, связана не только с необходимостью удовлетворения требуемых пределов по выделению оксидов азота NOx, но она также связана с величиной тепловых потерь, возникающих из-за ухода несгоревшего материала из варочного бассейна, и она будет зависеть от конфигурации используемой стекловаренной печи и местных требований к выбросам. В некоторых случаях можно вполне работать при уровнях содержания избыточного воздуха, поддерживаемых за племенными окнами, порядка 4%, повышая его до величины, составляющей примерно от -1% до 0% в последнем пламенном окне. Постоянный контроль состава отходящих газов (как кислорода, так и горючих веществ) позволяет при необходимости регулировать подачу как топлива, так и необходимого для горения воздуха, чем обеспечивается возможность постоянного управления количеством избыточного воздуха в каждом отверстии пламенного окна, в результате чего исключается всякая возможность неожиданного роста выброса оксидов азота NOx или ухудшения качества стекла. Оптимальные уровни содержания воздуха и топлива в каждом пламенном окне необходимо устанавливать для каждого пламенного окна, чтобы достигались преследуемые уровни выделений. Сказанное связано с тем, что точные величины должны зависеть от специфических характеристик каждого пламенного окна. При поэтапной последовательной оптимизации условий работы пламенных окон концентрации оксидов азота NOx измеряют в соединенном газоходе с проверками в дымоходе, для чего используют портативное измерительное оборудование.
При работе по типу 2 стекловаренная печь действует практически при стехиометрических условиях, т.е. при количестве избыточного воздуха порядка 0%, и избыточное топливо подают в отходящие газы за пределами нахождения камеры печи. Этот способ называется способом добавления сжигаемого топлива за пределами печи. Топливо удобным образом может быть добавлено через находящиеся под пламенными окнами горелки, расположенные со стороны, откуда пламя не попадает в печь, что иллюстрируется на фиг. 1 горелками 26. Для обеспечения эффективности действия и сохранности насадки топливо, подаваемое после печи, должно вводиться только тогда, когда содержание избыточного воздуха в отверстии пламенного окна оказывается близким к стехиометрическому или, что еще лучше, к субстехиометрическому. Следствием наличия избыточного воздуха в отходящих газах, проходящих через отверстие пламенного окна, будет то, что часть добавленного топлива станет расходоваться, приводя к повышению температуры отходящих газов, находящихся в верхней части камеры и в насадочном устройстве, с последующим ростом температуры у насадки.
На фиг. 4 показана взаимосвязь между концентрацией оксидов азота NOx в отверстии пламенного окна (сплошная линия) и в дымоходе (пунктирная линия) и избыточным количеством воздуха в отверстии пламенного окна. Можно видеть, что, работая в стехиометрических условиях, концентрация оксидов азота в дымоходе может быть понижена добавлением после печи возрастающих количеств сжигаемого топлива, чем обеспечивается понижение содержания оксидов азота NOx в насадочном устройстве, ведущее к пониженным концентрациям оксидов азота NOx в дымовых газах. Для инициирования в регенераторах реакции, ведущей к понижению содержания оксидов азота NOx, необходимо, чтобы количество добавленного избыточного топлива составляло по крайней мере 3% от количества добавленного первичного топлива, и желательно, чтобы количество добавленного избыточного топлива составляло примерно от 8 до 10%. Преимущество работы по типу 2 состоит в том, что отсутствует необходимость производить существенные изменения у стекловаренной печи, если не рассматриваться необходимостью использования дополнительного оборудования, предназначенного для подачи дополнительного топлива на сторону, где отсутствует пламя. В самом деле, при работе по типу 2 использовать ограниченное количество избыточного воздуха в стекловаренной ванне. Кроме того, работа по типу 2 обычно подходит для варки специальных стекол, таких как некоторые тонированные стекла, в случае чего нельзя работать в субстехиометрических условиях, в стекловаренной ванне.
Понижение содержания оксидов азота NOx может быть также достигнуто при работе печи в смешанных условиях по типу 1 и типу 2. При такой организации процесса печь действует в стехиометрических условиях, желательно при избыточном содержании воздуха, самое большее, -2%, и даже лучше при еще меньшем содержании воздуха в области нахождения отверстиях выходного пламенного окна, и избыточное топливо, причем желательно, чтобы количество избыточного топлива составляло по крайней мере 3%, вводят в отходящие газы на стороне, куда не проходит пламя. На фиг. 5 показана взаимосвязь между концентрацией оксидов азота в дымоходе и содержанием избыточного воздуха в верхней части насадки в случае подачи топлива на сторону, где отсутствует пламя. Можно видеть, что при содержании избыточного воздуха порядка -2% и добавления топлива концентрация оксидов азота значительно понижается.
В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения используется такая стекловаренная печь, у которой пламя, греющее печь, является уменьшенным в связи с подводом тепла электротермическими средствами, расположенными на загрузочном конце печи.
При работе как по типу 1, так и по типу 2, а также при работе по смешанному типу 1/2 повышенные уровни подвода сырого топлива, необходимого для понижения содержания оксидов азота NOx, в типичном случае превышают на 5-15% то количество топлива, которое обычно используется для получения стекла с требуемой производительностью и требуемого качества.
Для сведения к минимуму финансовых затрат, вызванных повышением количества топлива, необходимого для подвода к стекловаренной печи для понижения содержания оксидов азота NOx, можно компенсировать повышенные затраты на топливо улучшением суммарной термической эффективности действия стекловаренной печи посредством, например, добавления пара в идущий на горение воздух, подаваемый в печь.
При добавлении пара в типичном случае на уровне порядка 6% по объему от стехиометрического объема воздуха, подаваемого в печь для поддержания горения (все объемы приведены в 0oC и 760 мм рт.ст.), термическую эффективность действия стекловаренной печи можно улучшить на 5%. Предварительный подогрев воздуха усиливают за счет повышения радиационной теплопередачи от насадки, и, что более важно, от верхней камеры регенераторного устройства, что достигается увеличением количества газообразных частиц, присутствующих в идущем на горение воздуха, которые являются восприимчивыми к лучистой теплоте.
Возросшее количество тепла, имеющееся у отходящих газов, на получение которого затрачивается от 5 до 15% избыточного топлива, сжигаемого в печи, что вызвано необходимостью понижения содержания оксидов азота NOx, может быть непосредственно использовано для генерации пара, используемого в этом процессе или идущего на другие цели.
При работе печи с производительностью 5000 т в неделю и чистым расходом тепла 60 терм/т (6330 МДж/т) в субстехиометрическом режиме или в режиме с подачей избыточного топлива после горелок, что делается для понижения содержания оксидов азота NOx, количество подводимого тепла возрастает на 10% в сравнении с обычным расходом тепла у стекловаренной печи, что сопровождается возрастанием эквивалентных тепловых затрат до величины в 66 терм/т (6963 МДж/т). При добавлении пара на уровне 5% (в объеме, приведенном к 760 мм рт. ст. и 0oC) происходит улучшение тепловых показателей процесса на 3 терм/т (316,5 МДж/т, в результате чего окончательное потребление тепла становится равным в чистом виде 63 терм/т (6646,5 МДж/т).
Исследовали также воздействие операций пор уменьшению содержания оксидов азота NOx, проводимых согласно настоящему изображению, на работу печи и на иные выбросы. Добавление избыточного топлива после печи не оказывает сколь-либо длительного эффекта на выделение диоксидов серы из печи, и при проведении измерений в дымоходе в отходящих газах не были обнаружены какие-либо следы H2S, HCN или NH3.
Кроме того, добавление топлива после печи не сказывается на составе пыли, осаждаемой электростатическими пылеулавливателями, присоединенными к дымоходу.
Настоящие изобретатели контролировали также выбросы монооксида углерода из дымохода стекловаренной печи. При использовании герметизированных регенераторов, которые характеризуются небольшим натеканием воздуха в верхнюю часть камеры или в насадочные устройства, и работе печи в стехиометрических или субстехиометрических условиях, некоторая часть топлива, добавленного в отверстие пламенного окна, все же попадает в область нахождения распорного свода, т. е. попадает за регенератор, присутствуя в виде несгоревших газов. Несгоревшие газы должны быть сожжены до выброса из дымохода, и несгоревшие газы представляют собой сложную смесь частиц, из которых в типичном случае примерно 70% приходится на монооксид углерода, а остальное - в основном на водород. Кроме того, добавленное топливо может вести к появлению до 30% или более горючих веществ, таких как монооксид углерода, в сравнении с тем количеством, которое следует ожидать из представления о простом разрушении при горении. В отходящие газы, уходящие из насадочного устройства, следует добавлять достаточное количество воздуха, чтобы происходило полное сгорание с окислением монооксида углерода и других горючих веществ. Такой воздух может поступать за счет естественного натекания, или он может быть добавлен к отходящим газам, выходящим из насадочного устройства. Необходимо, образовав достаточное количество воздуха, чтобы температура была достаточно высокой для протекания окисления с приемлемой скоростью. Горение монооксида углерода и других горючих образований в основании регенератора и в газоходах сопровождается выделением тепла, повышающего температуру отходящих газов, если считать, что приток холодного воздуха не является чрезмерным. Посредством иллюстрации и примера настоящие изобретатели установили, что выбросы монооксида углерода в дымовые газы падают до нормального уровня или делают ниже, если температура в основании регенератора и в газоходном пространстве оказывается выше примера 650oC и если там имеется достаточное количество воздуха, обеспечивающего полное сгорание горючих веществ. Настоящие изобретатели к своему удивлению обнаружили, что, если температура с основаниии регенератора и в газоходном пространстве превышает 650oC, происходит инициирование реакции удаления CO и затем эта реакция уже идет в центральном газоходе печи, который характеризуется длительным временем пребывания там газов, благодаря чему обеспечивается полное удаление CO. Приемлемо низкие уровни содержания CO в дымовых выбросах могут быть достигнуты использованием горелки или горелок (т. е. горелки, типа показанной под номером 27 на фиг. 1), предназначенных для подачи нагретого воздуха в основание регенератора, чем обеспечивается повышение температуры примерно до 700oC. Установлено, что простое добавление дополнительного неподогретого воздуха в область нахождения распорного свода или даже в месте, находящемся выше насадки, не сопровождается эффективным выгоранием монооксида углерода в нижней части регенераторной камеры и в области нахождения соединения газоходов, поскольку в этом случае температуры оказываются слишком низкими, т.е. они оказываются ниже пороговой величины, составляющей примерно 650oC. При работе печи с подачей избыточного топлива после печи с вводом его во все пламенные окна низкие уровни CO - в дымоходе порядка 180 миллионных частей (0,018% по объему) - достигаются за счет энергичного горения, происходящего в основном газоходе, чем обеспечивается достижение всеми отходящими газами критической температуры порядка 650oC, что следует из установленного повышения температуры основного газохода до 680oC. Такие повышенные газоходные температуры могут быть легко достигнуты в стекловаренной печи, если только огнеупорная футеровка у главного газохода в температурном отношении такова, что она рассчитана на более высокие температуры, чем тем, которые достигаются при горении CO в основном газоходе. Далее, если в дымоходе установлен котел-утилизатор тепла отходящих газов, то тогда предварительно устанавливаемая входная температура котла должны быть повышенной или же может возникнуть необходимость обойти вход котла, чтобы не оказывалась превышенной его тепловая мощность. Далее, может возникнуть необходимость охлаждения отходящих газов до их пропускания через очистное устройство и электростатический улавливатель. Сказанное может быть достигнуто распылением воды и (одновременно или по отдельности) дополнительным разбавлением воздухом. Для обеспечения подачи воздуха в количестве, достаточном для полного сгорания CO в основании регенератора и в газоходном пространстве, может быть в надлежащем месте преднамеренно организовано натекание воздуха.
Настоящие изобретатели установили, что идеальным местом в регенераторной системе для обеспечения сжигания CO и других горючих веществ является нижняя часть камеры, находящаяся под распорным сводом. Изобретатели настоящего изобретения установили, что максимальное выгорание CO происходит при подводе воздуха в количестве 8%, что приводит к понижению уровня содержания CO примерно до 2000 миллионных частей (0,2%). На фиг. 6 показана взаимосвязь между уровнем содержания CO и количеством добавленного воздуха (сплошная линия) и между температурой и количеством добавленного воздуха (пунктирная линия) в окне 2 распорного свода печи, показанной на фиг. 1 и 2, причем уровень содержания CO и температура измеряются в существенной мере по центру соединительного газохода в точке B. До подвода воздуха количество несгоревших газов в области нахождения распорного свода составляло примерно от 3 до 6%, и температура отходящих газов была менее 650oC, так что температура и содержание кислорода были слишком низкими для инициирования процесса удаления CO. Было организовано поступление воздуха в нижнюю камеру, который проходил в окно 2 через прочистные отверстия, расположенные чуть выше уровня расположения распорного свода, и это привело к понижению концентрации CO в области нахождения распорного свода, которая составляла примерно 25000-30000 миллионных частей (0,5%) в положении B соединительного газохода, до величины порядка 2000 миллионных частей в положении B соединительного газохода. Как можно видеть из фиг. 6, возрастание количества подводимого воздуха сопровождается ростом количества выгоревшего CO с достижением максимума по удалению CO при добавлении примерно 8% воздуха, при котором содержание CO примерно составляет 2000 миллионных частей (0,2%). При превышении этого уровня подвода воздуха уже не происходит дальнейшее выгорание монооксида углерода. С ростом поступления воздуха температура возрастает до максимальной величины, составляющей примерно 650oC, что также происходит при добавлении примерно 8% воздуха. Температура отходящих газов возрастает примерно до этой величины подвода воздуха, но затем она постепенно падает при более высоких уровнях натекания воздуха. Из сказанного следует, что при превышении некоторого уровня натекания натекание сопровождается эффективным охлаждением отходящих газов, препятствующим окислению CO. Визуальным обследованием газохода в нем были обнаружены бледно-голубые тонкие язычки пламени, указывающие на окисление CO, происходящее сначала в области нахождения или чуть ниже области нахождения распорных сводов и продолжающееся в газоходе и в прочистном отверстии, где натекающий воздух соприкасается с отходящими газами. Из результатов, показанных на фиг. 6, следует, что эффективное выгорание монооксида углерода может быть достигнуто при значении натекания воздуха порядка 8% и при температуре, превышающей примерно 650oC.
Для достижения улучшенного выгорания монооксида углерода температура смеси, состоящей из воздуха и оксида углерода, была повышена под распорным сводом добавлением тепла в такую точку. Температура может быть также повышена перемещением газоходных шиберов в регенераторной системе. Горелка, работающая на природном газе при высоком избытке воздуха, которая в состоянии подавать воздух с температурой до 900oC, была в этом примере установлена лишь в одном пламенном окне печи, показанной на фиг. 1. Эта горелка подавала воздух, нагретый выше примерно 800oC, и работала при норме расхода подаваемого в горелку газа порядка 50 м3/ч, что было эквивалентно примерно 6% подаваемого в пламенные окна топлива. Температура отходящих газов оказалась повышенной примерно на 20-30oC. Результатом сказанного явилось понижение уровня содержания CO до величины менее 300 мг/м3, которая достигалась в точке B соединительного газохода, показанной на фиг. 1, и была обусловлена повышенным удалением CO.
На фиг. 7 проиллюстрирована взаимосвязь между количеством CO и расходом природного газа в горелке (сплошная линия) и взаимосвязь между температурой в точках A и B соединительного газохода (пунктирные линии) и расходом природного газа. Можно видеть, что при повышении расхода газа в горелке температура в точках A и B соответственно возрастает и концентрация CO быстро спадает. Кроме того, при повышении расхода газа возрастает также количество избыточного воздуха под распорным сводом, поскольку горелка подает нагретый воздух. Можно видеть, что в положении A при температуре порядка 650oC уровень содержания CO снижается примерно до 800 мг/м3.
При осуществлении настоящего изобретения в варианте со способом работы по типу 2, когда остающееся после печи топливо добавляют в пламенные окна, обнаруживается повышение температуры у отходящих газов, и это повышение сопровождается образованием язычков пламени в области нахождения распорного свода, что указывает на самопроизвольное протекание горения при наличии избыточного, но попавшего за счет естественного натекания воздуха. Такое горение может сопровождаться некоторым окислением монооксида углерода, присутствующего в продуктах сгорания. Когда температура отходящих газов в главном газоходе достигает величины, превышающей 650oC, происходит исключительно хорошее удаление CO, и замечено, что горение продолжает осуществляться в главном газоходе и за точкой измерения. При естественном натекании воздуха средняя величина содержания CO в главном газоходе у всех шести окон составляла примерно 500 миллионных частей (0,5%), а в дымоходе величина содержания CO спадала примерно до 180 миллионных частей. Эта величина может быть сопоставлена с первоначальной концентрацией CO в дымоходе, которая составляла 250 миллионных частей (0,025%) до введения топлива после печи. Таким образом, способ, отвечающий настоящему изобретению, может быть также использован для снижения выбросов CO из стекловаренной печи.
Если основания считать, что окислительному удалению CO при относительно низких температурах порядка 650oC и выше способствует присутствие воды в отходящих газах, которая является продуктом горения топлива, в частности, метана. Полагают, что наличие воды в газах понижает температуру, при которой может начинаться окисление CO, и температуру, на которую приходится максимум окисления CO.
Настоящее изобретение может обеспечивать значительный технический прогресс в направлении существенного понижения выбросов оксидов азота NOx из стекловаренных печей листового стекла с достижением величин менее 500 мг/м3 без внесения значительных изменений в принцип действия и устройство печи и без отрицательного воздействия на качество стекла. Другие выбросы являются легко управляемыми, например, выброс CO может подвергаться управлению со снижением его до величины менее 300 мг/м3, и отсутствует воздействие на перемещение пыли и ее электростатическое удаление. Наблюдается понижение тепловой эффективности действия печи из-за повышенного расходования топлива, доходящего до 15%, которое идет на сохранение качества стекла и производительности по стеклу при пониженных, однако, выбросах оксидов азота NOx. Поскольку, однако, здесь не применяются дорогие каталитические системы дожигания оксидов азота NOx, способ, отвечающий настоящему изобретению, может быть легко и эффективно (без особых затрат) введен в существующие стекловаренные печи. Настоящее изобретение следовательно может характеризоваться пониженными капитальными и пониженными эксплуатационными затратами в равнении с иными способами управления содержанием оксидов азота NOx такими как способ избирательного каталитического восстановления, способ избирательного некаталитического восстановления и окси-топливный способ, уже известными в этой области техники.
Последующие примеры иллюстрируют, но не ограничивают настоящее изобретение.
Сравнительный пример 1
Работающая на природном газе стекловаренная печь с поперечным направлением распространения пламени из шести окон, обладающая производительностью 70 т/день (в метрических тоннах) при содержании стеклянного боя 20% и характеризующаяся общим потреблением тепла в 58,5 терм/т (6171,75 МДж/т, 1474 ккал/кг), эксплуатируется при среднем уровне содержания избыточного воздуха в выходных отверстиях пламенных окон в 3,4%. В отверстии окна средняя концентрация оксидов азота NOx составляет примерно 2200 мг/м3, в главном газоходе она примерно составляет 2100 мг/м3, и в дымоходе концентрация оксидов азота NOx примерно составляет 2000 мг/м3. Уровни необходимого избыточного воздуха рассчитывали в предложении, что в целом горючие вещества содержат 70% CO, а остальное - водород. В насадке, в области нахождения распорного свода, в области нахождения соединительного газохода (положение A), в области соединительного газохода (положение B), в главном газоходе и в дымоходе величины содержания избыточного воздуха (во всех случаях, где это уместно, приведены средневзвешенные значения таковых) соответственно составляют 5,2, 5,8, 8,3, 14,3, 16,9 и 28,0%. Температуры отходящих газов по системе в области нахождения отверстия пламенного окна, в насадке, в области нахождения распорного свода, в области нахождения соединительного газохода (положение A), в области нахождения соединительного газохода (положение B) и в главном газоходе соответственно равны 1592, 1458, 636, 573, 530 и 517oC. Средневзвешенные величины для избыточного воздуха и температуры газообразной среды рассчитывали, исходя из характера распределения подводимого топлива и отсутствия поперечных потоков. При уровне содержания избыточного воздуха порядка 3,4% количество несгоревшего топлива, покидающего печь в области расположения отверстия пламенного окна, составляет примерно 2,5% общего количества подводимого топлива. Естественное натекание воздуха в регенераторную систему было низким, составляя всего лишь 2,4% от стехиометрически необходимого воздуха в области между отверстием пламенного окна и распорным сводом. Однако в основании регенератора и в газоходах происходит дополнительное натекание воздуха величиной порядка 11%.
Пример 1
Базисные величины у печи сравнительного примера 1 были модифицированы посредством перевода печи на режим работы с понижением содержания оксидов азота NOx в соответствии с настоящим изобретением. Количество избыточного воздуха в пламенном окне 2 (это окно было выбрано по той причине, что ему отвечал максимальный поток топлива (22%) и здесь были найдены высокими уровни содержания оксидов азота NOx было снижено от базисной величины избыточного воздуха в +4%, которая имела место в сравнительном примере, до величины в -6 -6,3%. Полученные результаты приведены в табл. 1. Из таблицы видно, что в случае отрицательной величины у содержания избыточного воздуха в отверстии пламенного окна происходит существенное понижение количества оксидов азота NOx как в отверстии пламенного окна, так и в области нахождения соединительного газохода.
Натекание в герметизированном регенераторе было низким, доходя до 2,4% от стехиометрического количества воздуха, необходимого стекловаренной печи. Однако 10%-ное натекание происходило в области основания регенератора и газоходов.
Идеальным местом у регенераторной системы в отношении "выжигания" CO и других горючих веществ является нижняя камера, расположенная под распорным сводом. При содержании не сгоревших газов в области нахождения распорного свода 3-6% естественное натекание воздуха в нижнюю камеру оказывается недостаточным для удовлетворения первичного требования относительно того, чтобы кислород присутствовал в достаточном количестве. Температуры отходящих газов в общем оказываются ниже 650oC.
На фиг. 6 показано воздействие преднамеренного напуска воздуха в нижнюю камеру, в область нахождения пламенного окна 2, который пропускали через прочистные отверстия, расположенные несколько выше уровня расположения распорного свода. Первоначальные концентрации CO в области распорного свода составляли 25000-30000 миллионных частей (2,5-3,0%) при концентрации в области соединительного газохода 5000 миллионных частей (0,5%). Очевидно, что в этой области происходило некоторое понижение содержания CO, хотя большая часть воздуха поступала, естественно, слишком поздно (примерно 10% стехиометрически необходимого воздуха, если исходить из количества топлива, необходимого для основной печи) и, таким образом, оставалось мало времени для эффективного взаимодействия с CO.
С прогрессивным повышением количества воздуха, натекающего в нижнюю камеру на уровне нахождения распорного свода, наблюдается возрастание количества "выгорающего" CO, что продолжается до достижения максимума у понижения содержания CO, который наступает при достижении величины натекания избыточного воздуха в 8% (концентрация CO падает до 2000 миллионных частей (0,2%). Выше этого уровня натекания воздействие на реакцию удаления CO становится уже не столь эффективным.
Измерением температуры у отходящих газов было установлено, что она оказывается на 10-20oC выше в соединительном газоходе, когда натекание достигает величины в 8%, однако при более высоких уровнях натекания температура постепенно падает. Очевидно, что некоторое натекание воздуха является выгодным, но при превышении некоторого уровня такое натекание сопровождается эффективным охлаждением отходящих газов с торможением реакции окисления CO.
Пример 2
Базисные результаты измерений, отвечающие сравнительному примеру 1, были модифицированы использованием режима с добавлением топлива после печи в пламенное окно 2. Полученные результаты приведены в табл. 2. Из таблицы видно, что без всякого добавления топлива после печи, а простым смещением условий работы печи к стехиометрическим условиям достигается понижение уровня содержания оксидов азота NOx в печи на 25-30%. Следовательно, суммарные результаты по снижению содержания оксидов азота NOx посредством добавления топлива в выходящие из печи отходящие газы могут включать в себя элемент, обусловленный изменениями стехиометрии в печи. Процесс понижения содержания оксидов азота NOx инициируется в регенераторах после добавления в отходящие газы, выходящие из печи по крайней мере 4% топлива, и значительное протекание процесса удаления оксидов азота NOx происходит при добавлении после печи топлива в количестве порядка 6%. Намеченная величина по содержанию оксидов азота NOx в 500 мг/м3, отвечающая точке B соединительного газохода (и, тем самым, дымоходу), достигается при добавлении топлива в отходящие из печи газы в количестве порядка 8,5%.
На фиг.8 показана взаимосвязь между выбросами оксидов азота NOx в пламенном окне 2 и количеством топлива, подаваемого в образовавшиеся после горения газы. Можно видеть, что в области соединительного газохода требуемая предельная величина по выбросам азота NOx в 500 мг/м3 достигается при введении после горения топлива в количестве порядка 7%, при этом концентрация оксидов азота NOx в отверстии пламенного окна составляет примерно 2000 мг/м3. Пороговая величина у добавленного топлива может быть выражена через эквивалентный уровень содержания избыточного воздуха (по отношению к общему количеству сжигаемого топлива) в насадке величиной порядка - 2% (0,8% горючих веществ при измеренном содержании CO порядка 6000 миллионных частей (0,6%)). Однако, для достижения требуемого уровня содержания оксидов азота NOx в насадке количество избыточного воздуха тем должно примерно составлять -7% (2,7% горючих веществ при измеренной концентрации CO порядка 20000 миллионных частей (2,0%)).
Значительного понижения содержания оксидов азота NOx т.е. доходящего примерно до 30%, достигали в области, расположенной между отверстием пламенного окна и насадкой, в дополнение к ожидаемому существенному понижению в насадочном устройстве. Эти результаты показаны на рис.9, который иллюстрирует взаимосвязь между относительной величиной понижения содержания оксидов азота NOx в различных частях насадки и количеством избыточного воздуха в насадке. Температурный интервал, в пределах которого может протекать реакция понижения содержания оксидов азота NOx, является очень широким с диапазоном изменения температуры примерно от 600 и до 1600oC; следовательно, времена пребывания являются длительными в регенераторном устройстве. Однако сказанное справедливо лишь при условии, что натекание воздуха в верхнюю камеру регенератора является небольшим, и в герметизированных регенераторах с высокими уровнями натекания воздуха понижение содержания оксидов азота NOx в верхней камере может быть не столь выраженным и, соответственно, может возникнуть необходимость добавления дополнительного количества топлива,
В примере 1 из попыток понижения содержания оксидов азота NOx на этой печи при добавлении холодного воздуха следует, что с повышением температур должен улучшаться процесс выжигания CO, если является достаточным количество присутствующего воздуха. Для повышения температур была использована горелка, работающая при большом избыточном содержании воздуха и способная подавать воздух, нагретый до 900oC.
В отдельные моменты времени в пламенном окне 2 включали единственную горелку, и в каждом случае регистрировали значительное понижение содержания CO, а точнее, это было тогда, когда согласно оценкам температура подводимого воздуха превышала 900oC (подвод к горелке газа с расходом порядка 50 м3/ч эквивалентен подводу 6% топлива к пламенному окну). При этих условиях общая температура отходящих газов возрастала на 20 - 30oC, а в отдельных точках она, по-видимому, могла возрастать и сильнее Визуально наблюдаемое пламя, выходящее из горелки, которое замечали при повышенных температурах, могло способствовать инициированию "выжигания".
При этих условиях в соединительном газоходе достигали приемлемого уровня содержания CO, составляющего менее 300 мг/м3. На фиг. 7 проиллюстрирован характер нарастания степени удаления CO и газоходным температур с повышением количества топлива, сжигаемого в горелке.
Пример III
Печь сравнительного примера I модифицировали, переводя в режим работы с подачей несжигаемого в печи топлива во все пламенные окна. Количество несжигаемого в печи топлива, подводимого к шести пламенным окнам, приведено в табл. 3, из которой можно видеть, что среднее выраженное в процентах количество несжигаемого в печи топлива составляет 7,75%.
Измерили выбросы оксидов азота NOx, и эти результаты приведены в табл.4. Из таблицы видно, что использование несжигаемого в печи топлива сопровождается достижением уровней выброса оксидов азота NOx в дымоход и 270 мг/м3 (понижение составляет 86% в сравнении с исходным уровнем в 2000 мг/м3, найденным в сравнительном примере 1), причем эта величина оказывается ниже требуемого уровня в 500 мг/м3, для достижения которого потребовалось бы несколько меньше топлива, вводимого в отходящие газы.
В табл.5 приведено сравнение базисных результатов измерений, приведенных из печи сравнительного примера I, с соответствующими результатами, полученными в условиях подвода несжигаемого в печи топлива во все пламенные окна, причем приведены только средневзвешенные результаты. Из полученных результатов следует, что в случае всех пламенных окон происходит существенное понижение содержания оксидов азота NOx наблюдаемое в области между отверстием пламенного окна у насадки и между насадкой и распорным сводом. Под распорными сводами и в газоходах наблюдается небольшое понижение содержания оксидов азота NOx или оно вообще не наблюдается. При добавляемых уровня несжигаемого в печи топлива, т.е. в области от 7 до 8%, концентрации оксидов азота NOx всегда были ниже 500 мг/м3 в газоходе каждого пламенного окна, в результате чего суммарный уровень выброса с дымоход составлял примерно 300 мг/м3. В насадке в случае большинства пламенных окон регистрировали небольшое понижение температуры отходящих газов, находящееся в области примерно от 20 до 30oC, несмотря на отсутствие значительных изменений температур в печи. Полагают, что понижение температуры вызвано расходованием энергии на диссоциацию природного газа при минимальном наличии свободного кислорода. Не происходило существенное изменение у измеренной температуры предварительного подогрева воздуха, поддерживающего горение. Небольшое повышение средней температуры у отходящих в области нахождения распорного свода было в основном обусловлено сильным повышением температуры в области нахождения распорного свода пламенного окна 2, вызванным значительным возрастанием объема у отходящих газов, забираемого пламенным окном 2, вследствие случайного удаления шлака при плавлении и (одновременно или по отдельности) диссоциации сульфата натрия, что происходило во время пробной плавки при проведении экспериментов, направленных на выжигание CO, находящегося в газоходе.
Поскольку в отходящие газы каждого пламенного окна добавляли топливо, температуры у входа в соединительный газоход возросли в среднем на 30oC.
Как и ожидалось, там, где наблюдалось горение, у отходящих газов происходило существенно повышение температуры. Однако из результатов анализа отходящих газов следовало, что даже в тех пламенных отверстиях, где наблюдали сильные языки пламени и происходило значительное повышение температуры, остаются большие количества несгоревших газов.
При прогрессивном повышении общего количества топлива, добавляемого в отходящие из печи газы, контролировали температуру отходящих газов в газоходе и установили ее неизменное повышение. Сначала измеренные уровни содержания CO значительно возрастали, но затем начинали падать, когда температура в главном газоходе начинала приближаться к 650oC, при очень хорошем разложении CO, когда она оказывалась выше 650oC. На этой стадии наблюдали сильное горение в главном газоходе, начиная от "второго пламенного окна" и следует далее в направлении к дымоходу. В самом деле, горение все еще продолжалось в главном газоходе за точкой измерения при конечном выбросе CO в дымоход величиной в 180 миллионных частей (0,018%), что было несколько ниже исходного уровня величиной в 250 миллионных частей (0,025%). Это достигали при непреднамеренном натекании воздуха с достаточным его количеством, попадающим в газоходную систему естественным образом.
Эти результаты подтверждает тот факт, что при наличии достаточного количества кислорода и достижения температур у отходящих газов величиной, по крайней мере, равной 650oC, и при достаточном времени пребывания достигается очень хорошее "удаление CO".
В каждом из примеров I - III качество стекла не подвергалось нежелательному воздействию. В самом деле, несколько улучшался показатель, характеризующий уровень содержания прозрачных пузырей сульфатных пузырей и включений. На уровень содержания в стекле не влияли стехиометрические условия, при которых работала печь.
Пример IV
Работающая на природном газе печь с поперечным направлением распространения пламени, которая имела герметизированные генераторы, эксплуатировалась при производительности 5000 т в неделю в условиях сжигания природного газа при использовании горелок, установленных в боковых пламенных окнах. Количество идущего на горение воздуха поддерживали на таком уровне, при котором газ горел в печи при существенно стехиометрических условиях. Концентрация оксидов азота NOx в отходящих газа, покидающих регенераторы, которую измеряли в основании дымохода, была порядка 2500 мг/м3. Концентрацию оксидов азота NOx выражали в этом примере и в примерах V и VI через эквивалентную массу NOx, присутствующую во влажных отходящих газах. Объем приводили к 0oC и абсолютному давлению в 760 мм рт.ст. и к содержанию кислорода в 8% по сухому веществу, что давали для учета разбавления, происходящего за счет натекания воздуха.
Печь, кроме того, действовала таким образом, что количество ствол избыточного воздуха, присутствующего в печи, возрастало от -15% в первом пламенном окне к 0% в последнем пламенном окне, но количество топлива при этом оставалось все же достаточным для поддержания требуемых скорости варки стекла и качества стекла. Этим обеспечивалась возможность ухода горючего материала из камеры плавления с отходящими газами. Концентрация оксидов азота NOx в отходящих газах падала примерно на 90%. К отходящим газам, когда они проходили регенераторы, добавляли контролируемые количества воздуха, и всякие остающиеся горючие вещества в существенной мере выгорали до выброса отходящих газов в атмосферу.
Пример V
Печь с герметизированными регенераторами, работающая на сниженном нефтяном газе при поперечном направлении распространения пламени из восьми пламенных окон, эксплуатировалась при производительности 5700 т в неделю в условиях сжигания сжиженного нефтяного газа в газообразном виде при использовании горелок, установленных в боковых пламенных окнах, с получением стекла листового качества. Идущий на горение воздух подавали в таком количестве, что средневзвешенный уровень содержания избыточного воздуха в выходном отверстии пламенного окна составлял 4,8% (т.е. избыточное количество воздуха, соотнесенное с подводом топлива при переходе от одной горелки к другой, см. таблицу, приведенную ниже), уровни содержания оксидов азота в шейке пламенного окна и в основании дымохода были порядка 2000 мг/м3. Печь, кроме того, действовала таким образом, что взвешенный избыток воздуха в печи падал с 4,8% до -2,5%, но при этом количество подаваемого топлива оставалось все же достаточным для поддержания требуемых скорости варки стекла и его качества, и содержание оксидов азота NOx падало до уровня порядка 1200 мг/м3, что соответствовало уменьшению на 40%. Дополнительное количество воздуха подавали в отходящие газы, содержание горючие вещества, когда они покидали регенераторы, и любые горючие вещества в существенной мере сгорали до выброса отходящих газов в атмосферу.
В табл. 6 приведено процентное содержание избыточного воздуха в каждом отверстии пламенного окна в условиях работы как при положительном, так и при отрицательном избыточном количестве воздуха, т.е. при субстехиометрических условиях, и указаны суммарные средние условия. Приведено количество оксидов азота NOx, содержащихся в основании дымохода.
Пример VI.
Пятиоконная печь с поперечным направлением распространения пламени, имеющая герметизированные регенераторы и работающая на природном газе с использованием горелок, установленных в боковых пламенны окнах, эксплуатируется при производительности 1400 т в неделю в условиях дополнительного подвода электрической мощности величиной 1,5 МВт, давая листовое стекло.
Воздух на горение подается таким образом, что взвешенное избыточное количество воздуха в выходном отверстии пламенного окна составляет 3,0% и уровня содержания оксидов азота оказываются порядка 2150 мг/м3. Печь, кроме того, действует таким образом, что взвешенное избыточное количество воздуха в печи падает до -7,5%, чем обеспечивается возможность нахождения горючего материала в отходящих газах.
Содержание оксидов азота NOx в основании дымохода падает примерно до 400 мг/м3 (в расчете на влажную основу) при содержании кислорода 8% (в расчете на сухую основу), т. е. понижение оказывается превышающим 80%. В табл. 7 приведены результаты, характеризующие работу обоими способами.
Пример VII
"Последователь" был введен в пламенное окно 3 этой печи. Процентное содержание избыточного воздуха составляло там примерно 0,5%.
Содержание оксидов азота NOx в верхней части насадки и в области нахождения распорного свода было порядка 2000 мг/м3. Добавлением топлива в отходящие из пламенного окна газы в количестве порядка 8% от того количества, которое поступало с "воздушной стороны" пламенного окна, получали значительное понижение концентрации оксидов азота NOx в газах, выходящих из этого пламенного окна.
Уровни содержания оксидов азота NOx в области нахождения распорного свода падали от 400 мг/м3 на этом пламенном окне.
Полагают, что способы, отвечающие настоящему изобретению, применимы ко всем стекловаренным печам, предназначенным для получения листового стекла. Изобретатели убеждены, что качество получаемого стекла не подвергается незначительному воздействию при использовании способа, отвечающего настоящему изобретению.
Хотя способы, отвечающие настоящему изобретению и позволяют, как это было показано, снижать выбросы оксидов азота до низких уровней, составляющих даже менее 500 мг/м3, сказанное было достигнуто лишь на экспериментальной опытной основе.
Следует сказать, что отсутствует стандартизованное определение качества листового стекла. Разные изготовители и потребители конечной продукции предъявляют различные требования к качеству своих изделий. Есть основания считать, что использование способов, отвечающих настоящему изобретению, не окажет отрицательного воздействия на любые такие требования, касающиеся качества продукции.
Сущность изобретения: способ действия регенеративной стекловаренной печи с поперечным направлением распространения пламени, предназначенной для варки листового стекла, при котором сводится к минимуму выброс оксидов азота NOx, в отходящие газы, выходящего из печи, характеризующейся наличием герметизированных регенераторов, которые выступают в роли теплообменников. Способ включает в себя подачу топлива в количестве, избыточном по отношению к тому, которое требуется для обеспечения стехиометрического горения с получением стекла требуемого качества при требуемой производительности и с получением отходящих газов, выходящих из печи через регенераторы, с некоторым содержанием горючего материала. Способ включает в себя взаимодействие упомянутого горючего материала с достаточным количеством воздуха, обеспечивающем получение отходящих газов, выбрасываемых в атмосферу, с содержанием допустимых уровней горючего материала и допустимых уровней оксидов азота NOx. Изобретение также касается регенеративной стекловаренной печи с поперечным направлением распространения пламени, предназначенной для использования в этом способе и способа понижения выбросов СО в отходящие газы. 4 с. и 19 з.п. ф-лы, 9 ил., 7 табл.
| US, патент, 4599100, кл | |||
| Переносная печь для варки пищи и отопления в окопах, походных помещениях и т.п. | 1921 |
|
SU3A1 |
| US, патент, 4372770, кл | |||
| Переносная печь для варки пищи и отопления в окопах, походных помещениях и т.п. | 1921 |
|
SU3A1 |
| US, патент, 4347072, C 03 B 5/16, 1982. | |||
