СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ПОДАЧИ И СЖИГАНИЯ ПЫЛЕВИДНОГО ТОПЛИВА В СТЕКЛОПЛАВИЛЬНОЙ ПЕЧИ И ГОРЕЛКА ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В СИСТЕМЕ Российский патент 2009 года по МПК F23D1/00 

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящая заявка является частичным продолжением заявки на патент США 10/601167, поданной 23 марта 2001 г., поданной 20 июня 2003 г., которая является частичным продолжением заявки на патент США 09/816254, поданной 23 марта 2001 г. и в настоящее время аннулированной.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к способу и системе для подачи и сжигания пылевидного топлива в стеклоплавильной печи и, более точно, к способу и системе для подачи и сжигания пылевидного нефтяного кокса в стеклоплавильной печи и к горелке для использования в данной системе.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Плавление стекла осуществляется в печах различных типов и с различными видами топлива в зависимости от конечных характеристик продукта, а также принимая во внимание термический КПД процессов плавления и осветления. Модульные стеклоплавильные печи используются для плавления стекла (посредством газообразного топлива), данные печи имеют несколько горелок вдоль сторон печи, при этом весь модуль имеет вид закрытого короба, в котором имеется дымовая труба, которая может быть размещена или в начале устройства подачи, или в самом конце печи, то есть дальше по ходу. Тем не менее, существуют огромные тепловые потери в стекле, выходящем из печей, работающих при высоких температурах. Например, при 2500°F теплота в топочных (дымовых) газах составляет 62 процента от подводимой теплоты (количества подводимого тепла) для печи, в которой сжигается природный газ.

Для использования оставшейся теплоты дымовых газов создана более сложная и дорогостоящая конструкция, названная регенеративной печью. Хорошо известно, что для обеспечения функционирования регенеративной стеклоплавильной печи множество газовых горелок соединены с парой герметичных регенераторов, расположенных бок о бок. Каждый регенератор имеет нижнюю камеру, огнеупорную конструкцию над нижней камерой и верхнюю камеру над данной конструкцией. Каждый регенератор имеет соответствующий канал, соединяющий соответствующую верхнюю камеру с предназначенной для плавления и осветления камерой печи. Горелки выполнены с возможностью сжигания топлива, такого как природный газ, жидкая нефть, топочный мазут или другое газообразное или жидкое топливо, которое пригодно для использования в стеклоплавильной печи и тем самым для подачи тепла для плавления и осветления материалов для производства стекла в камере. Материалы для производства стекла подаются в камеру плавления и осветления на одном ее конце, на котором расположен загрузочный карман, и данная камера имеет устройство для распределения стекломассы, расположенное на другом конце камеры, которое содержит ряд отверстий, через которые стекломасса может быть удалена из камеры плавления и осветления.

Горелки могут быть смонтированы в ряде возможных конфигураций печей, например в проходной конфигурации, в конфигурации с поперечным направлением пламени или в конфигурации с нижней подачей. Топливо, например природный газ, подается из горелки во входящую струю предварительного нагретого воздуха, поступающего из каждого регенератора во время цикла сжигания, и образующиеся в результате пламя и продукты сгорания, образованные в данном пламени, распространяются по поверхности стекломассы и передают теплоту данному стеклу в камере плавления и осветления.

В процессе эксплуатации регенераторы попеременно совершают цикл между циклами сгорания воздуха и выбросом тепла. Каждые 20 минут или 30 минут, в зависимости от конкретных печей, направление траектории пламени изменяется на противоположное. Задача каждого регенератора состоит в накоплении выбрасываемого тепла, что позволяет добиться большего КПД и более высокой температуры пламени, чем те, которые в противном случае могли иметь место с холодным воздухом.

Для обеспечения работы стеклоплавильной печи подачу топлива к горелкам и подвод воздуха для горения регулируют посредством измерения - у входа горелки и в верхней части конструкции - количества имеющегося кислорода и горючего материала, с тем чтобы гарантировать то, что внутри плавильной камеры или в местах вдоль плавильной камеры количество подаваемого воздуха для горения будет меньше, чем требуется для полного сгорания подаваемого топлива.

В прошлом топливо, используемое для плавления стекла, представляло собой топочный мазут, полученный в результате перегонки нефти. В течение многих лет использовалось топливо данного вида, но ужесточение природоохранного законодательства обусловливает необходимость сокращения использования топочного мазута, поскольку данный вид нефтяного топлива имеет примеси, "поступающие" из сырой нефти, такие как сера, ванадий, никель и некоторые другие тяжелые металлы. Данный вид топочного мазута приводит к образованию загрязняющих веществ, таких как SO_x, NO_x и твердые частицы. В последнее время в стекольной промышленности использовался природный газ в качестве более чистого топлива. Все тяжелые металлы и сера, поступающие в потоке жидких остатков перегонки нефти, не содержатся в природном газе. Однако высокая температура, создаваемая в пламени природного газа, очень способствует образованию больше NO_x, чем других загрязняющих веществ. В этой связи было предпринято много усилий для создания горелок с низким выходом NO_x, предназначенных для сжигания природного газа. Кроме того, были разработаны различные технологии для предотвращения образования NO_x. Примером этого является кислородотопливная технология, которая предусматривает использование кислорода вместо воздуха для процесса сжигания. Недостатком данной технологии является потребность в модульной стеклоплавильной печи со специальной подготовкой огнеупоров, поскольку необходимо предотвратить проникновение воздуха. Использование кислорода также обеспечивает получение пламени с более высокой температурой, но при отсутствии азота образование NO_x резко уменьшается.

Другим недостатком кислородотопливного процесса является стоимость самого кислорода. Для того чтобы сделать его более дешевым, необходимо размещать кислородную станцию рядом с печью для подачи требуемого кислорода в процесс плавления.

Однако постоянно увеличивающиеся затраты на энергоносители (главным образом, на природный газ) заставили основных производителей флоат-стекла добавить "дополнительные затраты (surcharges)" к полной стоимости листового стекла. В этом году цены на природный газ увеличились более чем на 120% (только в Мексике или в других местах), значительно выше ранее выполненных оценок.

Общее согласованное мнение среди людей, осведомленных о положении дел в стекольной промышленности, состоит в том, что дистрибьюторы будут вынуждены внимательно рассмотреть данные новые "дополнительные затраты" и, скорее всего, будут вынуждены принять их.

С учетом предшествующего уровня техники настоящее изобретение связано с применением различных технологий для уменьшения стоимости плавления посредством использования твердого топлива, полученного из остатков перегонки нефти в ректификационных колоннах, такого как нефтяной кокс, предназначенного для использования при производстве стекла экологически чистым образом.

Основное отличие данного вида топлива от топочного мазута и природного газа - это физическое состояние вещества, поскольку топочный мазут представляет собой жидкую фазу, природный газ представляет собой газообразную фазу, в то время как нефтяной кокс, например, представляет собой твердое вещество. Топочный мазут и нефтяной кокс имеют те же виды примесей, поскольку оба данных вида топлива получают из остатков перегонки сырой нефти в ректификационной колонне. Важное различие состоит в количестве примесей, содержащихся в каждом из данных видов топлива. Нефтяной кокс получают тремя различными способами, называемыми процессом с замедленным действием, процессом с текучей средой и гибким процессом. Остатки от процесса перегонки помещают в барабаны и затем нагревают до температур от 900° до 1000° градусов по Фаренгейту в течение периода времени, составляющего до 36 часов, для извлечения большей части оставшихся летучих веществ из остатков. Летучие вещества отводят из верхней части коксовых барабанов, и материал, оставшийся в барабанах, представляет собой твердую породу, приблизительно 90 процентов состава которой составляет углерод, а остальное - все примеси из используемой сырой нефти. Породу извлекают из барабанов, используя гидробуры и водяные насосы.

Типовой состав нефтяного кокса приведен ниже: углерод - приблизительно 90%; водород - приблизительно 3%; азот - от приблизительно 2% до 4%; кислород - приблизительно 2%; сера - от приблизительно 0,05% до 6% и другие приблизительно - 1%.

ПРИМЕНЕНИЕ НЕФТЯНОГО КОКСА

Нефтяное твердое топливо уже используют в цементной промышленности и при выработке электроэнергии на паротурбинных электростанциях. В соответствии с данными Расе Consultants Inc. применение нефтяного кокса в 1999 г. для производства цемента и выработки электроэнергии составляло соответственно от 40% до 14%.

В обеих отраслях промышленности сжигание нефтяного кокса используют как систему с непосредственным сжиганием, в которой атмосфера, создаваемая за счет сжигания топлива, находится в прямом контакте с продуктом. В случае производства цемента необходима вращающаяся печь для получения профиля температур, требуемого для продукта. В этой вращающейся печи всегда образуется оболочка из расплавленного цемента, что позволяет избежать прямого контакта газообразных продуктов сгорания и пламени с огнеупорами печи и их отрицательного воздействия на огнеупоры. В этом случае обожженный продукт (цемент) абсорбирует газообразные продукты сгорания, что позволяет избежать эрозионных и абразивных воздействий ванадия, SО₃ и NO_x во вращающейся печи.

Однако вследствие высокого содержания серы и наличия ванадия применение нефтяного кокса в качестве топлива не получило широкого распространения в стекольной промышленности из-за отрицательных воздействий на структуру огнеупоров и экологических проблем.

ПРОБЛЕМЫ, СВЯЗАННЫЕ С ОГНЕУПОРАМИ

В стекольной промышленности используется несколько видов огнеупорных материалов, и большинство из них используется для выполнения различных функций, не только для обеспечения работы при высоких температурах, но и для обеспечения химической стойкости и механической эрозионной стойкости, что необходимо из-за наличия примесей, содержащихся в ископаемом топливе.

Использование ископаемого топлива в качестве основного источника энергии связано с поступлением в печь различных видов тяжелых металлов, содержащихся в топливе, таких как пентаоксид ванадия, оксид железа, оксид хрома, кобальт и т.д. В процессе сгорания большая часть тяжелых металлов испаряется из-за низкого давления пара оксида металла и высокой температуры плавильной печи.

По своим химическим свойствам топочные газы, выходящие из печи, являются большей частью кислыми из-за высокого содержания серы из ископаемого топлива. Кроме того, пентаоксид ванадия имеет кислотные свойства, как и серные топочные газы. Оксид ванадия является одним из металлов, который представляет собой источник разрушения основных огнеупоров из-за кислотного характера данного оксида в газообразном состоянии. Хорошо известно, что пентаоксид ванадия вступает в сильную реакцию с оксидом кальция с образованием двухкальциевого силиката при 1275 градусах Цельсия.

Двухкальциевый силикат продолжает разрушение с образованием фазы мервинита и затем монтичеллита и, в конце концов, форстерита, которые вступают в реакцию с пентаоксидом ванадия с образованием трикальциевого ванадата с низкой температурой плавления.

Единственный способ уменьшить вред, наносимый основным огнеупорам - это уменьшение количества оксида кальция в основном огнеупоре, чтобы избежать образования двухкальциевого силиката, который продолжает вступать в реакцию с пентаоксидом ванадия до возможного разрушения огнеупора.

С другой стороны, главная проблема при применении нефтяного кокса связана с высоким содержанием серы и ванадия, которые оказывают отрицательное воздействие на структуру огнеупоров в печах. Само главное требование к огнеупору - это его способность выдерживать подвергание его воздействию повышенной температуры в течение длительных периодов времени. Кроме того, он должен быть способен выдерживать внезапные изменения температуры, быть стойким к эрозионному воздействию стекломассы, коррозионному воздействию газов и истирающему воздействию твердых частиц, содержащихся в атмосфере.

Воздействие ванадия на огнеупоры было исследовано в различных работах, например в работе Roy W.Brown и Karl H.Sandmeyer "Sodium Vanadate's effect on superstructure refractories". Part I and Part II, The Glass Industry Magazine, выпуски за ноябрь и декабрь 1978 г. В данной работе исследователи привели результаты испытаний различных литых огнеупоров, целью которых было преодоление разрушительного воздействия ванадия в текучих отливаемых композициях, таких как оксид алюминия-диоксид циркония-диоксид кремния (AZS), альфа-бета-оксид алюминия, альфа-оксид алюминия и бета-оксид алюминия, которые широко используются в верхних частях конструкций резервуаров для стекла.

J.R.Mclaren и Н.М.Richardson в работе "The action of Vanadium Pentoxide on Aluminium Silicate Refractories" описывают ряд экспериментов, в которых деформирование с помощью конуса было выполнено на группах шлифованных образцов из кирпичей с содержанием оксида алюминия, составляющим 73%, 42% и 9%, при этом каждый образец содержал примеси из одного пентаоксида ванадия или пентаоксида ванадия в сочетании с оксидом натрия или оксидом кальция.

В центре внимания при рассмотрении результатов было воздействие пентаоксида ванадия, воздействие пентаоксида ванадия вместе с оксидом натрия и воздействие пентаоксида ванадия вместе с оксидом кальция. Они пришли к заключению, состоящему в том, что:

1. Муллит обладал стойкостью к воздействию пентаоксида ванадия при температурах до 1700°С.

2. Не было обнаружено никакого признака образования кристаллических соединений или твердых растворов пентаоксида ванадия и оксида алюминия или пентаоксида ванадия и диоксида кремния.

3. Пентаоксид ванадия может действовать в качестве минерализатора во время разъедания глиноземистых силикатных огнеупоров мазутной золой, но он не является основным разъедающим веществом.

4. Пентаоксид ванадия образует с оксидами натрия или кальция, особенно с оксидами натрия, низкоплавкие соединения.

5. В реакциях между ванадатами или натрия, или кальция и алюмосиликатами при использовании кирпичей с высоким содержанием диоксида кремния образуются шлаки с более низкой температурой плавления, чем при использовании кирпичей с высоким содержанием оксида алюминия.

T.S.Busby и М.Carter в работе "The effect of SО₃, Na₂SO₄ и V₂O₅ on the bonding minerals of basic refractories". Glass Technology, Vol.20, No. April, 1979, привели результаты испытаний ряда шпинелей и силикатов, связующих минералов основных огнеупоров в серосодержащей атмосфере при температурах от 600 до 1400°С как при добавлении, так и без добавления Na₂SO₄ и V₂O₅. Было установлено, что некоторые оксиды магния или оксиды кальция в данных минералах превратились в сульфат. Скорость реакции возрастала при наличии Na₂SO₄ или V₂O₅. Эти результаты показали, что СаО и МgО в основных огнеупорах могут превратиться в сульфат, если они используются в печи, в которой сера присутствует в отходящих газах. Образование сульфата кальция происходит при температуре ниже 1400°С, и образование сульфата магния происходит при температуре ниже приблизительно 1100°С.

Однако, как было описано выше, воздействие ванадия на огнеупоры создает большое число проблем в стеклоплавильных печах, которые полностью не решены.

НЕФТЯНОЙ КОКС И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА

Другая проблема при использовании нефтяного кокса связана с окружающей средой. Высокое содержание серы и таких металлов, как никель и ванадий, создаваемое при сгорании нефтяного кокса, приводит к экологическим проблемам. Однако уже существуют разработки, позволяющие уменьшить содержание серы или удалить серу из нефтяного кокса с высоким содержанием серы (свыше 5 мас.%). Например, патент США No.4389388, выданный на имя Charles P.Goforth 21 июня 1983 г., относится к обессериванию нефтяного кокса. Нефтяной кокс обрабатывают для уменьшения содержания серы. Измельченный кокс вводят в контакт с нагретым водородом в условиях повышенного давления в течение периода времени, составляющего от приблизительно 2 до 60 секунд. Обессеренный кокс пригоден для использования в металлургии или при изготовлении электродов.

Патент США No. 4857264, выданный на имя Rolf Hauk 15 августа 1989 г., относится к способу удаления серы из отходящего газа шахтной печи с восстановительной атмосферой. В данном патенте описан новый способ удаления серы, содержащейся в газообразном соединении, посредством абсорбции из, по меньшей мере, части отходящего газа шахтной печи с восстановительной атмосферой, предназначенной для железной руды. Отходящий газ вначале очищают в скруббере и охлаждают с последующим обессериванием, в течение которого абсорбирующий серу материал образован частью губчатого железа, образованного в шахтной печи с восстановительной атмосферой. Обессеривание предпочтительно происходит при температуре в диапазоне от 30°С до 60°С. Обессеривание предпочтительно выполняют для CO₂, отделенного от доменного газа, и части доменного газа, используемой в качестве переносящего газа.

Патент США No.4894122, выданный на имя Arturo Lazcano-Navarro и др. 16 января 1990 г., относится к способу обессеривания остатков перегонки нефти в виде частиц кокса, имеющих исходное содержание серы, превышающее приблизительно 5 мас.%. Обессеривание осуществляют посредством непрерывного электротеплового процесса, основанного на использовании множества последовательно соединенных кипящих (псевдоожиженных) слоев, в которые последовательно вводят частицы кокса. Выработку теплоты, необходимой для обессеривания частиц кокса, осуществляют посредством использования частиц кокса в качестве электрического сопротивления в каждом кипящем слое за счет обеспечения наличия пары электродов, которые проходят в псевдоожиженные частицы кокса, и пропускания электрического тока через электроды и через псевдоожиженные частицы кокса. Последний кипящий слой без электродов предусмотрен для охлаждения десульфурированных частиц кокса после снижения уровня содержания серы до менее приблизительно 1 мас.%.

Патент США No. 5259864, выданный на имя Richard В. Greenwalt 9 ноября 1993 г., относится к способу как удаления экологически нежелательного материала, содержащего нефтяной кокс, и серы и тяжелых металлов, содержащихся в нем, так и обеспечения топлива для процесса получения жидкого чугуна или предпродуктов для получения стали и восстановительного газа в газогенераторе плавильной печи, имеющем верхнюю сторону для загрузки топлива, сторону для выпуска восстановительного газа, нижнюю сторону для сбора жидкого металла и шлака и средства, обеспечивающие вход для загрузки черного металла в газогенератор плавильной печи; введения нефтяного кокса в газогенератор плавильной печи у верхней стороны для загрузки топлива; вдувания кислородсодержащего газа в нефтяной кокс для образования, по меньшей мере, первого кипящего слоя частиц кокса из нефтяного кокса; введения черного металла в газогенератор плавильной печи через входные средства, осуществления реакции между нефтяным коксом, кислородом и частицами черного металла для сжигания основной части нефтяного кокса с целью образования восстановительного газа и жидкого чугуна или предпродуктов для получения стали, содержащих тяжелые металлы, высвобожденные при сгорании нефтяного кокса, и шлака, содержащего серу, высвобожденную при сгорании нефтяного кокса.

Дополнительным фактором, который следует учитывать в стекольной промышленности, является контроль состояния окружающей среды, главным образом - загрязнения воздуха. Стеклоплавильная печь выделяет свыше 99% как твердых частиц, так и газообразных загрязняющих веществ из всех выбросов из установки для производства стекла. Дымовой отходящий газ из стеклоплавильных печей состоит, главным образом, из диоксида углерода, азота, водяного пара, оксидов серы и оксидов азота. Отходящие газы, выходящие из стеклоплавильных печей, состоят, главным образом, из газообразных продуктов сгорания, образованных из топлива, и из газов, образующихся в результате плавления порции, которые, в свою очередь, зависят от химических реакций, происходящих в течение этого времени. Доля газов, образующихся в результате плавления одной порции в печах исключительно с огневым нагревом, составляет от 3 до 5% от всего объема газа.

Доля загрязняющих воздух компонентов в дымовом отходящем газе зависит от типа сжигаемого топлива, его теплоты сгорания, температуры воздуха для горения, конструкции горелки, конфигурации пламени и избытка подаваемого воздуха. Источником образования оксидов серы в газах, отходящих из стеклоплавильных печей, является используемое топливо, а также подвергаемые плавлению порции загружаемого сырья.

Были предложены различные процессы, которые включают в себя выпаривание данных оксидов металлов и получение их в виде гидроксидов. В любом случае из результатов химического анализа фактически образующихся твердых частиц хорошо известно, что более 70% материалов составляют соединения натрия, от приблизительно 10% до 15% составляют соединения кальция, а остальное большей частью представляет собой магний, железо, диоксид кремния и оксид алюминия.

Другой важный фактор, принимаемый во внимание при работе стеклоплавильной печи - это выделение SO₂. Выделение SО₂ зависит от содержания серы, вводимой в исходный материал и топливо. Во время нагрева печи, например после роста интенсивности производства, выделяется избыточное количество 30 г. Интенсивность выделения SO₂ находится в диапазоне от приблизительно 2,5 фунта на тонну стекломассы до 5 фунтов на тонну. Концентрация SО₂ в отработавших газах, как правило, находится в диапазоне от 100 до 300 частей на миллион при плавлении с использованием природного газа. При использовании топлива с высоким содержанием серы добавляется приблизительно 4 фунта SО₂ на тонну стекла на каждый 1% серы в топливе.

С другой стороны, образование NO_x в результате процессов сгорания было исследовано и описано рядом авторов (Zeldovich J. The oxidation of Nitrogen in Combustion and explosions. Acta Physiochem. 21 (4) 1946; Edwards J.B. Combustion: The formation and emissions of trace species. Ann Arbor Science Publishers, 1974. p.39). Они были признаны, и Emissions Standards Division (Отдел норм выбросов газообразных отходов), Office of Air Quality Planning and Standards (Департамент планирования и норм качества воздуха) USEPA включает в свой доклад по "NO_x Emissions from glass manufacturing (Выбросы NO_x при производстве стекла)" материалы Zeldovich по образованию однородных NO_x и материалы Edwards, относящиеся к предложенным им эмпирическим уравнениям. Zeldovich определил константы скорости для реакций образования NO и NO₂ в результате высокотемпературных процессов сгорания.

В завершение, при нормальных условиях эксплуатации, при надлежащем регулировании пламени и достаточном количестве воздуха для горения, очень небольшое количество СО или других остатков неполного сгорания ископаемого топлива обнаруживают в выбросах. Концентрация данных газообразных веществ составляет менее 100 частей на миллион, возможно - менее 50 частей на миллион при интенсивности образования их, составляющей менее 0,2% на тонну. Борьба с данными загрязняющими веществами заключается просто в надлежащем регулировании горения.

Технологии (способы), предназначенные для уменьшения газообразных отходов, по существу ограничены надлежащим выбором топлива для сжигания и сырья, а также конструкции и режима работы печи. В патенте США No.5053210, выданном на имя Michael Buxel и др. 1 октября 1991 г., описаны способ и устройство для очистки дымовых газов, в частности для обессеривания и элиминирования NO_x из дымового газа посредством многостадийной адсорбции и каталитической реакции в гравитационных подвижных слоях гранулированных, несущих углерод материалов, с которым контактирует поперечный поток газа, в котором минимум два подвижных слоя расположены последовательно относительно пути потока газа, так что элиминирование NO_x происходит во втором или любом расположенном дальше по потоку подвижном слое. В том случае, когда необходимо очистить большие объемы дымового газа из промышленных печей, на очистку отрицательно воздействует образование газовых включений с изменяющимися в широких пределах концентрациями диоксида серы. Данный недостаток устраняют за счет того, что предварительно очищенный дымовой газ, выходящий из первого подвижного слоя и имеющий локально изменяющийся градиент концентрации диоксида серы, подвергают неоднократному перемешиванию перед добавлением аммиака в качестве реагента для элиминирования NO_x.

Патент США No.5636240, выданный на имя Jeng-Syan и др. 3 июня 1997 г., относится к способу борьбы с загрязнением воздуха и устройству для стеклоплавильных печей, предназначенному для использования в канале печи, служащем для выпуска отходящих газов, при этом данные способ и устройство предусматривают пропускание отходящих газов через нейтрализационную колонну орошаемого типа для удаления сульфатов, содержащихся в отходящих газах, посредством распыления абсорбента (NaOH) для снижения мутности выходящего газа, и использование пневматического устройства для подачи порошка с целью периодической подачи зольной пыли или гидроксида кальция на траектории между нейтрализационной колонной орошаемого типа и пылеуловительной камерой с рукавными фильтрами для поддержания нормального функционирования мешочного фильтра в пылеуловительной камере с фильтрами.

ГОРЕЛКИ ДЛЯ ПЫЛЕВИДНОГО ТОПЛИВА

В завершение, необходимо рассмотреть специальный тип конструкции горелки, предназначенной для сжигания пылевидного или пылеобразного нефтяного кокса. Как правило, энергию зажигания подают к горючей воздушно-топливной смеси для зажигания пламени горелки. Были разработаны некоторые системы горелок для сжигания пылевидного топлива, такого как уголь или нефтяной кокс.

В заявке согласно РСТ РСТ/ЕР83/00036 на имя Uwe Wiedmann и др., опубликованной 1 сентября 1983 г., описана горелка для порошкообразного, газообразного и/или жидкого топлива. Данная горелка имеет запальную камеру со стенкой, которая открыта наружу и имеет осевую симметрию, а также выпускную трубу, присоединенную к данной камере. В центре стенки камеры расположено входное отверстие трубы для подвода струи топлива, а также средство для подачи воздуха, окружающее указанное входное отверстие, для подачи вихревого потока воздуха для горения, который создает внутри запальной камеры горячий рециркуляционный поток, смешивающийся со струей топлива и нагревающий последнюю до температуры воспламенения. Количество воздуха в вихревом потоке, подаваемом в запальную камеру, представляет собой только часть общего количества воздуха, необходимого для горения. В зоне между стенкой камеры и выпускной трубой предусмотрена вторая труба для подвода воздуха, по которой другая часть воздуха для горения может быть введена в запальную камеру, при этом указанная часть полностью или частично смешана со струей топлива. Суммарное количество воздуха в данных частях воздуха для горения, участвующих в смешивании со струей топлива в запальной камере (и, следовательно, в воспламенении и инициировании горения), регулируют так, чтобы оно не превышало 50% от общего количества необходимого воздуха для горения. Посредством сочетания всех этих мер получают горелку, особенно пригодную для выработки теплоты для промышленного процесса и, кроме того, обеспечивающую при промежуточных и переменных уровнях мощности стабильное зажигание с образованием пламени с удлиненной и тонкой формой в камере сгорания и, таким образом, с небольшим отклонением твердых частиц в радиальном направлении.

Патент США No.4412810, выданный на имя Akira Izuha и др. 1 ноября 1983 г., относится к горелке для пылевидного угля, способной выполнять сжигание в стабильном режиме при снижении количеств NO_x, CO и несгоревшего угля, образующихся в результате сгорания.

Патент США No.4531461, выданный на имя William H. Sayler 30 июля 1985 г., относится к системе тонкого измельчения и сжигания твердого топлива, такого как уголь или другое ископаемое топливо, и сжигания подобного порошкообразного топлива, суспендированного в потоке воздуха, при этом данная система, главным образом, предназначена для промышленных печей, таких как печи, используемые для нагрева котлов для обработки гипса, и металлургических печей.

Патент США No.4602575, выданный на имя Klaus Grethe 29 июля 1986 г., относится к способу сжигания пылевидного нефтяного кокса в пламени горелки, имеющем внутреннюю зону интенсивной рециркуляции. Пылевидный нефтяной кокс подают в ту часть зоны интенсивной рециркуляции, которая обеспечивает энергию воспламенения для пылевидного нефтяного кокса, который подлежит сжиганию. Однако в данном патенте описано то, что в зависимости от типа обработки, которому была подвергнута сырая нефть, нефтяной кокс может содержать вредные материалы, такие как ванадий, которые не только приводят к образованию соединений, вызывающих коррозию, во время сжигания в парогенераторах, но и помимо этого существенно загрязняют окружающую среду, когда они выходят из "парогенератора" вместе с дымовым газом. Предполагается, что при использовании данной горелки этих отрицательных воздействий или вредных явлений можно в значительной степени избежать посредством добавления связывающих ванадий добавок в процесс горения через посредство поднимающегося потока воздуха.

Другая разработка по горелкам для сжигания угля проиллюстрирована в патенте США No.4924784, выданном на имя Dennis R. Lennon и др. 15 мая 1990 г., который относится к сжиганию пылевидного угля, подвергнутого очистке селективными растворителями, в горелке для "котла или т.п.".

В завершение, патент США No.5829367, выданный на имя Hideaki Ohta и др. 3 ноября 1998 г., относится к горелке для сжигания пылевидной угольной смеси, содержащей два вида угля - жирный и тощий, при этом в данной горелке высота стенки горелки уменьшена и вся горелка упрощена. Горелки применяются для печи-котла или для химической промышленной печи.

Как было описано выше, целью разработок была борьба с загрязнением нефтяного кокса, тем не менее, в центре внимания при выполнении данных разработок было обессеривание или удаление загрязнений из нефтяного кокса.

С другой стороны, несмотря на то, что нефтяной кокс уже использовался в других отраслях промышленности, в некоторых случаях один и тот же продукт абсорбирует загрязняющие газы, а также компенсирует эрозионные и абразивные воздействия ванадия на печи (см. применение в цементной промышленности).

В каждом случае проблемы, связанные с загрязнением, и их решение зависят от конкретной отрасли промышленности. Каждая отрасль промышленности и печи характеризуются различными термическими характеристиками, и для них характерны разные проблемы, связанные с загрязняющими веществами, с типом огнеупоров, которые также влияют на энергопотребление и качество продукта, а также с конструкцией печей и с полученным в результате продуктом.

ПРЕДЛОЖЕННОЕ РЕШЕНИЕ

Несмотря на все вышесказанное в стекольной промышленности до настоящего времени не рассматривалось сжигание нефтяного кокса для плавления стекла из исходных материалов для его производства, и это обусловлено принятием во внимание всех факторов, описанных выше, таких как загрязнение и высокое содержание серы и ванадия, которые оказывают отрицательное воздействие на структуру огнеупоров в печах, а также серьезные проблемы, связанные с окружающей средой.

Если принять во внимание все способы, описанные выше, следует указать, что настоящее изобретение связано с применением недорогого твердого топлива, полученного из остатка перегонки нефти (нефтяного кокса), для получения технического стекла экологически чистым способом, при этом снижается опасность повреждения огнеупоров стеклоплавильной печи и уменьшаются выбросы загрязняющих веществ в атмосферу. Данное твердое топливо, которое было описано при рассмотрении уровня техники, имеющего отношение к настоящему изобретению, не рассматривалось как подходящее для использования при плавлении стекломатериалов из-за проблем, описанных ранее.

Для применения данного изобретения было разработано оборудование для сжигания, предназначенное для подачи и сжигания нефтяного кокса в целях выполнения эффективного сжигания. Изобретение также относится к системе снижения токсичности отходящих газов, которая была размещена по ходу за печью для очистки дымовых газов, чтобы избежать выброса примесей из топлива, таких как SO_x, NO_x и твердые частицы. Интегрирование разработанного оборудования и выбор надлежащей конфигурации оборудования и систем позволяют использовать недорогое топливо, изготавливать техническое стекло и получать дымовые газы, соответствующие природоохранному законодательству.

Исходя из вышесказанного настоящее изобретение связано с разработкой нескольких систем для осуществления способа, предназначенного для производства технического стекла в стеклоплавильной печи с поперечным направлением пламени. Таким образом, в стеклоплавильной печи с поперечным направлением пламени пылевидное топливо такого типа, которое состоит из углерода, серы, азота, ванадия, железа и никеля, сжигается для плавления исходных материалов для производства стекла с целью изготовления листов стекла или стеклянных контейнеров. Средства для подачи пылевидного топлива подают, по меньшей мере, в горелку, которая расположена рядом с каждым одним из множества из первого и второго боковых отверстий зоны плавления стекла в указанной стеклоплавильной печи, для сжигания пылевидного топлива во время циклов плавления стекла, при этом стеклоплавильная печь включает огнеупорные средства у регенераторов стеклоплавильной печи для обеспечения стойкости к эрозионному воздействию стекломассы, коррозионному воздействию газообразных продуктов сгорания и воздействию истирающих сил, действующих со стороны твердых частиц в атмосфере, созданной за счет сжигания пылевидного топлива в печи. В завершение, используется средство для борьбы с загрязнением воздуха в канале для выпуска отходящих газов после выполнения сжигания пылевидного топлива в стеклоплавильной печи, при этом средство для борьбы с загрязнением воздуха обеспечивает уменьшение выбросов соединений серы, азота, ванадия, железа и никеля в атмосферу.

Кроме того, для уменьшения или избежания возможного разрушения оксида магния необходимо иметь, по меньшей мере, 98% оксида магния, при этом чистота исходных материалов, из которых образован огнеупор, связана с уменьшением количества оксида кальция, имеющегося в материале, и с замедлением образования расплавленной фазы. Для того чтобы примеси в данном огнеупоре были окружены оксидом магния, данный огнеупор должен быть подвергнут спеканию при высокой температуре с образованием керамической связки в основном материале.

Основной огнеупор, состоящий из 98% или более оксида магния, главным образом, используется в верхних рядах регенераторов стеклоплавильной печи. Другим примером огнеупоров, которые могут быть использованы в регенераторах или верхних насадках, являются плавленые литые материалы на основе циркона-диоксида кремния-оксида алюминия, которые также проявляют кислотные свойства, как и пентаоксид ванадия, что позволяет уменьшить влияние разрушительного воздействия на огнеупоры.

Правильный выбор огнеупорного материала в стеклоплавильной печи может обеспечить уменьшение отрицательного воздействия примесей, содержащихся в ископаемом топливе, на основе термодинамического анализа и химического состава примесей и химических соединений, образующих огнеупоры.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с настоящим изобретением первая задача настоящего изобретения заключается в создании способа и системы для подачи и сжигания пылевидного топлива в стеклоплавильной печи, для подачи и сжигания пылевидного нефтяного кокса и уменьшения стоимости плавления стекла.

Дополнительная задача настоящего изобретения заключается в создании способа и системы для подачи и сжигания пылевидного топлива, которое содержит углерод, серу, азот, ванадий, железо и никель, в стеклоплавильной печи, при этом способ и система позволяют уменьшить токсичность газообразных отходов, образованных при сжигании пылевидного топлива, для очистки дымовых газов и уменьшения выброса примесей из пылевидного топлива, таких как SО_х, NO_x и твердые частицы, при этом уменьшение выбросов регулируют после выполнения сжигания пылевидного топлива в стеклоплавильной печи.

Еще одна задача настоящего изобретения заключается в создании способа и системы для подачи и сжигания пылевидного топлива в стеклоплавильной печи, в которых смесь пылевидного топлива в сочетании с первичным воздухом или газом вдувают с высокой скоростью в каждую из горелок.

Дополнительная задача настоящего изобретения заключается в создании способа и системы для подачи и сжигания пылевидного топлива в стеклоплавильной печи, в которой используются специальные огнеупоры для создания камер стеклоплавильной печи для уменьшения эрозионных и абразивных воздействий, вызванных сжиганием пылевидного топлива, особенно воздействий, вызванных V₂O₅.

Дополнительная задача настоящего изобретения заключается в создании способа и системы для подачи и сжигания пылевидного топлива в стеклоплавильной печи, в которых пылевидное топливо подают непосредственно в печь при соотношении топлива и воздуха с приблизительно 16%-ным избытком воздуха по отношению к стехиометрическому воздуху.

Еще одна задача настоящего изобретения заключается в создании способа и системы для подачи и сжигания пылевидного топлива в стеклоплавильной печи, в которых плавление также может быть осуществлено с одновременным использованием двух или трех типов топлива. Ряды горелок могут быть расположены в плавильной камере для независимого сжигания нефтяного кокса, газа или топочного мазута.

Другая задача настоящего изобретения заключается в создании способа и системы для подачи и сжигания пылевидного топлива в стеклоплавильной печи, в которых пылевидное топливо подают посредством пневматических средств с увеличенным соотношением твердых веществ и воздуха.

Еще одна задача настоящего изобретения заключается в создании горелки для сжигания пылевидного топлива, предназначенного для использования в стеклоплавильной печи, которая включает дополнительный вторичный воздушный поток для охлаждения горелки, при этом вторичный поток обеспечивает создание вихревого эффекта для регулирования пламени горелки посредством введения дополнительного воздуха для улучшения первоначального сгорания твердого топлива.

Дополнительная задача настоящего изобретения заключается в создании горелки для сжигания пылевидного топлива, предназначенного для использования в стеклоплавильной печи, которая постоянно охлаждается водой для поддержания высоких рабочих температур, то есть температур, составляющих приблизительно 1500°С.

Еще одна задача настоящего изобретения заключается в создании горелки для сжигания пылевидного топлива, предназначенного для использования в стеклоплавильной печи, которая способна работать с твердым топливом в рабочем диапазоне от 400 до 1300 кг/ч посредством пневматического потока с соотношением пылевидного топлива и воздуха от 1 до 3,25 и со скоростью перемещения воздуха, составляющей, по меньшей мере, 18 м/с.

Дополнительная задача настоящего изобретения заключается в создании горелки для сжигания пылевидного топлива, предназначенного для использования в стеклоплавильной печи, которая обеспечивает возможность использования другого топлива, такого как природный газ, во вспомогательной камере для усиления процесса воспламенения твердого топлива.

Еще одна задача настоящего изобретения заключается в создании горелки для сжигания пылевидного топлива, предназначенного для использования в стеклоплавильной печи, при этом горелка создает пламя, которое равномерно распределяется по всем ее выходным сторонам, с правильной формой и длиной, зависящей от скорости потока воздуха, который используется для обеспечения пневматической транспортировки твердого топлива.

Дополнительная задача настоящего изобретения заключается в создании горелки для сжигания пылевидного топлива, предназначенного для использования в стеклоплавильной печи, которая создает пламя с высокой излучательной способностью, составляющей 0,95, для выполнения эффективного процесса теплопередачи в стекле, для улучшения эксплуатационных характеристик по отношению к другим видам топлива, таким как природный газ и топочный мазут.

Еще одна задача настоящего изобретения заключается в создании горелки для сжигания пылевидного топлива, предназначенного для использования в стеклоплавильной печи, которая включает два выходных конца (Y-образная форма), обеспечивая пропорциональное деление для получения равномерных и регулярных потоков для усиления пламени и, как следствие, обеспечения лучшего распределения теплопередачи в стекле.

Дополнительная задача настоящего изобретения заключается в создании горелки для сжигания пылевидного топлива, предназначенного для использования в стеклоплавильной печи, в которой используется поток воздуха, предварительно нагретого до 1200°С, что улучшает полное сгорание твердого топлива в стеклоплавильной печи.

Еще одна задача настоящего изобретения заключается в создании горелки для сжигания пылевидного топлива, предназначенного для использования в стеклоплавильной печи, которая обеспечивает образование небольшого количества

NO_x вследствие того, что адиабатическая температура пламени пылевидного топлива меньше адиабатической температуры газа в тех же рабочих условиях.

Еще одна задача настоящего изобретения заключается в создании горелки для сжигания пылевидного топлива, предназначенного для использования в стеклоплавильной печи, которая создает незначительное количество воды в качестве продукта сгорания, что позволяет уменьшить образование гидроксида натрия в стеклоплавильной печи, а также уменьшить разрушительное воздействие на огнеупорные материалы.

Дополнительная задача настоящего изобретения заключается в создании горелки для сжигания пылевидного топлива, предназначенного для использования в стеклоплавильной печи, которая используется для сжигания твердого топлива, которое имеет низкую концентрацию золы и имеет гранулометрию с уменьшенными размерами частиц (95% твердых частиц имеют размер менее 74 микрон), что приводит к образованию летучей золы, которая не влияет на качество стекла.

Таким образом, согласно одному варианту изобретения предложена горелка для сжигания пылевидного топлива, предназначенная для использования в стеклоплавильной печи, содержащая: основной корпус, содержащий наружную трубу, промежуточную трубу и внутреннюю трубу, при этом трубы расположены концентрически друг относительно друга, причем наружная труба и промежуточная труба образуют первую камеру, наружная труба включает впускной патрубок и выпускной патрубок для введения и циркуляции охлаждающей текучей среды внутри первой камеры для охлаждения горелки, при этом промежуточная труба содержит трубу для впуска воздуха для введения первого потока воздуха или газа во вторую камеру, причем вторая камера образована между внутренней трубой и промежуточной трубой, внутренняя труба содержит верхний конец для введения потока смеси пылевидного топлива и воздуха во внутреннюю трубу; средство для распределения потока присоединено ниже нижнего конца основного корпуса, при этом средство для распределения потока имеет кривизну для постепенного изменения направления траектории потока смеси пылевидного топлива и воздуха и потока воздуха или газа, причем средство для распределения потока включает наружный цилиндрический корпус, промежуточный цилиндрический корпус и внутренний цилиндрический корпус, наружный цилиндрический корпус и промежуточный цилиндрический корпус определяют границы первой камеры для циркуляции охлаждающей текучей среды из основного корпуса для охлаждения средства для распределения потока, при этом внутренний цилиндрический корпус и промежуточный цилиндрический корпус определяют границы второй камеры, предназначенной для приема и для изменения направления траектории потока первого потока воздуха или газа из второй камеры основного корпуса, и основной камеры для текучей среды, предназначенной для приема и для перемещения смеси пылевидного топлива и воздуха наружу к, по меньшей мере, одному выходному концу средства для распределения потока для смешивания ее с первым потоком воздуха или газа в зоне сжигания в стеклоплавильной печи, при этом основной корпус включает коническую часть, причем коническая часть равномерно уменьшается от первой части к второй части в корпусе горелки, при этом вторая часть соединена со средством для распределения потока для увеличения скорости первого потока воздуха или газа и смеси пылевидного топлива и воздуха, и выпускное сопло, соединенное с каждым выходным концом, причем выпускное сопло содержит: наконечник, цилиндрический элемент, присоединенный в задней части наконечника, причем цилиндрический элемент содержит центральное отверстие, по меньшей мере, одно множество отверстий, образованное на периферии цилиндрического элемента, при этом отверстия образованы поперечно в периферии цилиндрического элемента (314) для обеспечения сообщения между второй камерой и центральным отверстием упомянутого сопла.

Предпочтительно множество отверстий цилиндрического элемента проходит поперечно периферии цилиндрического элемента.

Предпочтительно выходные концы средства для распределения потока отделены друг от друга в угловом направлении, при этом угол между ними составляет от приблизительно 10 градусов до приблизительно 20 градусов.

Предпочтительно коническая часть представляет собой увеличенную коническую часть, при этом увеличенная коническая часть равномерно уменьшается от первой части к второй части в корпусе горелки, при этом часть с меньшим диаметром соединена со средством для распределения потока для увеличения скорости первого потока воздуха или газа и смеси пылевидного топлива и воздуха.

Предпочтительно множество отверстий, расположенных с совмещением их со второй соединительной камерой, образованы в угловом положении для придания вихревого эффекта первому потоку воздуха или газа и смеси пылевидного топлива и воздуха.

Эти и другие задачи и преимущества настоящего изобретения станут очевидными для специалистов в данной области из нижеприведенного подробного описания изобретения, которое проиллюстрировано со ссылкой на приложенные чертежи.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг.1 изображена блок-схема варианта осуществления настоящего изобретения, включающая в основном: систему для подачи и сжигания пылевидного топлива, по меньшей мере, в горелке стеклоплавильной печи; огнеупорные средства в различных формах, образующие стенки и под стеклоплавильной печи для обеспечения стойкости к эрозионному воздействию стекломассы, коррозионному воздействию газообразных продуктов сгорания и воздействию истирающих сил, действующих со стороны твердых частиц в атмосфере, созданной за счет сжигания пылевидного топлива в печи; и систему контроля за состоянием окружающей среды, предназначенную для борьбы с загрязнением воздуха в выходном канале для отходящих газов после выполнения сжигания пылевидного топлива в печи;

на фиг.2 изображена другая блок-схема первого варианта осуществления системы для подачи и сжигания нефтяного кокса в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг.3 изображен вид в плане стеклоплавильной печи регенеративного типа;

на фиг.4 изображен схематический продольный вид печи, показанной на фиг.1;

на фиг.5 изображен схематический вид системы для подачи и сжигания пылевидного топлива в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг.6 изображен вид сбоку системы для подачи и сжигания пылевидного топлива в сочетании со стеклоплавильной печью регенеративного типа;

на фиг.7 изображена подробная конструкция горелки для подачи и сжигания пылевидного топлива в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг.8 изображен вид сбоку, относительно вида на фиг.7, предпочтительного варианта осуществления горелки для сжигания пылевидного нефтяного кокса в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг.9 изображен вид спереди относительно вида на фиг.8;

на фиг.10 изображен подробный вертикальный разрез горелки по фиг.8;

на фиг.11 изображены вид в плане по линии "А-А" на фиг.10 и горелка с двумя выпускными соплами;

на фиг.12 изображен другой вид в плане горелки по второму варианту осуществления с одним выпускным соплом;

на фиг.13 изображен подробный вид сбоку третьего варианта осуществления горелки для сжигания пылевидного нефтяного кокса в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг.14 изображен подробный вид сбоку четвертого варианта осуществления горелки с одним выпускным соплом;

на фиг.15 изображен вид в плане горелки на фиг.14;

на фиг.16 изображен подробный вертикальный разрез горелки на фиг.14;

на фиг.17 изображен вид в перспективе части горелки, показанной на фиг.16;

на фиг.18 изображен выполненный с пространственным разделением элементов вид части горелки, показанной на фиг.17;

на фиг.19 изображен подробный вид сбоку пятого варианта осуществления горелки с двумя выпускными соплами;

на фиг.20 изображен подробный вертикальный разрез горелки на фиг.19; и

на фиг.21 изображен вид в перспективе части горелки, показанной на фиг.20.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение будет описано далее в связи с определенным вариантом осуществления, при этом одинаковые детали будут обозначены одними и теми же ссылочными позициями. На фиг.1 показана блок-схема варианта осуществления настоящего изобретения, содержащая в основном: систему для подачи и сжигания пылевидного топлива в, по меньшей мере, одной горелке А стеклоплавильной печи с поперечным направлением пламени, которая будет описана далее. Также предусмотрены огнеупорные средства В, выполненные в различных формах и предназначенные для образования стенок и пода регенераторов стеклоплавильной печи, при этом огнеупорные средства выбраны из материала с, по меньшей мере, 98% оксида магния, причем чистота исходных материалов, из которых образован огнеупор, связана с уменьшением количества оксида кальция, имеющегося в материале, и с замедлением образования расплавленной фазы. Для того чтобы примеси в данном огнеупоре были окружены оксидом магния, данный огнеупор должен быть подвергнут спеканию при высокой температуре с образованием керамической связки в основном материале. Другими материалами, которые могут быть использованы в верхних насадках или регенераторах, в которых температуры составляют от 1350 до 1450 градусов Цельсия, являются плавленые литые материалы на основе циркона-диоксида кремния-оксида алюминия, которые также проявляют кислотные свойства, как и пентаоксид ванадия, что позволяет уменьшить влияние разрушительного воздействия на огнеупоры. К другому типу огнеупорных материалов, которые могут быть использованы, относятся огнеупоры, выбранные из материала, состоящего из приблизительно 80% оксида магния и приблизительно 20% силиката циркония. Указанные материалы используются для обеспечения стойкости к эрозионным воздействиям стекломассы, коррозионному воздействию газообразных продуктов сгорания и абразивным воздействиям твердых частиц в атмосфере, созданной за счет сжигания пылевидного топлива (нефтяного кокса) в печи. В завершение, система С контроля за состоянием окружающей среды требуется для борьбы с загрязнением воздуха в канале для выпуска отходящих газов после выполнения сжигания пылевидного топлива в печи.

Ссылаясь на фиг.2, система для подачи и сжигания пылевидного топлива (А) связана с каждой из горелок 48а, 48b, 48с, 48d, 48е, 48f, 48g и 48h, а также с каждой из горелок 50а, 50b, 50с, 50d, 50е, 50f, 50g и 50h (см. фиг.3 и 5) для подачи и сжигания пылевидного нефтяного кокса в стеклоплавильной печи. Система для подачи и сжигания пылевидного топлива (А) содержит в комбинации: дозирующую систему (D), предназначенную для дозирования пылевидного нефтяного кокса, и систему (Е) сжигания, предназначенную для сжигания пылевидного нефтяного кокса в стеклоплавильной печи. Подача в дозирующую систему (D) может осуществляться с помощью системы (F) для подачи и транспортирования пылевидного нефтяного кокса, уже известной в промышленности.

Система для подачи и сжигания пылевидного топлива (А) будет описана далее в связи с фиг.3-5, то есть на фиг.3 и 4 показаны схематические виды стеклоплавильной печи регенеративного типа, которая содержит плавильную камеру 10, камеру 12 осветления, камеру 14 кондиционирования и суженную часть 16 между камерой 12 осветления и камерой 14 кондиционирования. Передняя сторона 18 камеры 12 осветления содержит ряд соединительных каналов 20 питателя, по которым стекломасса удаляется из камеры 12 осветления. Задняя сторона 22 плавильной камеры 10 имеет загрузочный карман 24, через который материалы для изготовления стекла подаются посредством загрузчика 26 шихты. Два регенератора 28, 30 предусмотрены у каждой боковой стороны плавильной камеры 10. Регенераторы 28 и 30 выполнены с каналами 32, 34 для зажигания, соединяющими каждый регенератор 28, 30 с плавильной камерой 10. Регенераторы 28, 30 выполнены с камерой 36 регенерации газа и камерой 38 регенерации воздуха. Обе камеры 36 и 38 соединены с нижней камерой 40, которая расположена с возможностью ее сообщения посредством заслонок 42 с туннелем 44 и дымовой трубой 46 для выходящих газов. Горелки 48а, 48b, 48с, 48d, 48e, 48f, 48g и 48h, а также горелки 50а, 50b, 50с, 50d, 50е, 50f, 50g и 50h расположены у каждого канала 32, 34 в суженной части 52, 54 каждого канала 32, 34 для воспламенения топлива, такого как природный газ, нефтяной кокс или топливо другого типа, предназначенное для использования в стеклоплавильной печи.

Таким образом, когда материалы для изготовления стекла подают через загрузочный карман 24 на заднем конце плавильной камеры 10, стекломасса расплавляется посредством горелок 48a-h, 50a-h и всплывает в направлении вперед до полного расплавления с перемещением ее из плавильной камеры 10 в камеру 14 кондиционирования. Во время работы печи регенераторы 28, 30 циклически попеременно переходят из цикла сгорания воздуха в цикл выпуска газов. Каждые 20 минут или 30 минут, в зависимости от конкретных печей, направление траектории пламени ряда горелок 48a-h или 50a-h изменяется на противоположное. Таким образом, образующееся в результате пламя и продукты сгорания, образованные в каждой горелке 48a-h, 50a-h, перемещаются по поверхности стекломассы и передают теплоту данной стекломассе в плавильной камере 10 и камере 12 осветления.

ПОДАЧА ПЫЛЕВИДНОГО НЕФТЯНОГО КОКСА (F)

Ссылаясь на фиг.5 и 6, система для подачи и сжигания пылевидного топлива (А) в стеклоплавильной печи содержит в первом варианте осуществления настоящего изобретения первые бункеры или резервуары 56 и 58 для хранения, предназначенные для хранения пылевидного нефтяного кокса или топлива другого типа, предназначенного для использования в стеклоплавильной печи. Подача в бункеры 56, 58 для хранения осуществляется с помощью вагонетки (вагона) или состава 60 вагонеток посредством первой впускной трубы 62, расположенной между составом 60 вагонеток и бункерами 56, 58. Первая магистральная труба 62 имеет первые отводные трубы 64, 66, которые соединены соответственно с каждым бункером 56, 58 для заполнения каждого бункера 56, 58. Клапаны 68, 70 соединены с каждой первой отводной трубой 64 и 66 для регулирования заполнения каждого бункера 56, 58. Каждый бункер 56, 58 заполняют за счет действия разрежения через вакуумный насос 70 посредством первой выпускной трубы 72. Первая выпускная труба 72 имеет вторые отводные трубы 74, 76, подлежащие соединению с каждым бункером 56, 58. Клапаны 78, 80 соединены с каждой второй отводной трубой 74, 76 для регулирования действия разрежения, создаваемого вакуумным насосом 70 для заполнения каждого бункера 56, 58.

В нижней части каждого бункера 56, 58 имеется коническая часть 82, 84 и гравиметрическая система 86, 88 подачи кокса, предназначенные для псевдоожижения и для обеспечения постоянного выходящего потока пылевидного кокса, поступающего во вторую выпускную трубу 90, где пылевидный материал направляется вперед к системе SD-5, SD-6 и SD-7 дозирования твердого топлива. Вторая выпускная труба 90 имеет третьи отводные трубы 92, 94, соединенные с низом каждой конической части 82, 84 каждого бункера или резервуара 56, 58. Клапаны 96, 98 присоединены к каждой третьей отводной трубе 92, 94 для регулирования потока пылевидного нефтяного кокса, поступающего во вторую выпускную трубу 90.

СИСТЕМА (D) ДОЗИРОВАНИЯ ПЫЛЕВИДНОГО НЕФТЯНОГО КОКСА

Рассматривая далее систему (D) дозирования в соответствии с настоящим изобретением, можно указать на то, что пылевидный нефтяной кокс поступает в каждую систему SD-5, SD-6 и SD-7 дозирования твердого топлива по второй выпускной трубе 90. Четвертые отводные трубы 100, 102 и 104 соединены со второй выпускной трубой 90 для транспортирования пылевидного кокса из первых бункеров или резервуаров 56 и 58 к системе SD-5, SD-6 и SD-7 подачи твердого топлива. Каждая система SD-5, SD-6 и SD-7 подачи твердого топлива включает второй ряд бункеров или резервуаров 106, 108, 110. Второй ряд бункеров 106, 108, 110 содержит коническую часть 112, 114, 116; систему 118, 120, 122 гравиметрической подачи кокса; систему 124, 126, 128 аэрирования; питатель 130, 132, 134 и фильтр 136, 138 и 140, предназначенные для выпуска постоянного потока пылевидного кокса по направлению к каждой из горелок 48f, 48g, 48h и горелок 50f, 50g и 50h, которые будут описаны далее.

Пневматический воздушный компрессор 142 и воздухосборник 144 соединены посредством второй магистральной трубы 146. Первые впускные отводные трубы 148, 150, 152 соединены со второй магистральной трубой 146 для подачи воздуха, подвергнутого фильтрации посредством фильтров 136, 138 и 140, для обеспечения перемещения кокса по направлению к внутреннему пространству каждого из второго ряда бункеров или резервуаров 106, 108, 110. Вторая магистральная труба 146 также имеет первые обратные отводные трубы 154, 156, 158, которые соединены с каждой системой 124, 126, 128 аэрирования для обеспечения возможности получения соответствующего потока кокса по направлению к третьим выпускным трубам 160, 162, 164, как будет описано ниже. Кроме того, вторая впускная труба 166 соединена со второй магистральной трубой 146 за воздухосборником 144, при этом вторая впускная труба 166 имеет вторые впускные отводные трубы 168, 170, которые соединены с верхней частью каждого бункера или резервуара 56, 58 для вдувания воздуха во внутреннее пространство каждого бункера или резервуара 56, 58.

Система SD-5, SD-6 и SD-7 подачи твердого топлива включает четвертые выпускные трубы 172, 174, 176, расположенные ниже каждого питателя 130, 132, 134. Первый канал трехходового регулирующего клапана 178, 180, 182 соединен с соответствующей четвертой отводной трубой 172, 174, 176; второй канал соединен с первыми обратными трубами 179, 181, 183 для возврата избыточного количества пылевидного кокса в каждый из второго ряда бункеров или резервуаров 106, 108, 110, в то время как третий канал соединен с третьей выпускной трубой 160, 162, 164, которые используются для подачи воздушно-топливной смеси к конструкции, состоящей из трубной крестовины 184, 186 и 188, связанной с системой (Е) сжигания, которая будет описана далее.

СИСТЕМА (Е) СЖИГАНИЯ

Далее рассматривается система (Е) сжигания, которая соединена с каждой системой SD-5, SD-6 и SD-7 подачи твердого топлива посредством первого канала трубной крестовины 184, 186 и 188, который соединен с каждой третьей выпускной трубой 160, 162, 164 каждой системы SD-5, SD-6 и SD-7 подачи твердого топлива. Второй канал соединен с соответствующей четвертой выпускной трубой 190, 192, 194 для подачи воздушно-топливной смеси к горелкам 48h, 48g и 48f. Третий канал трубной крестовины 184, 186 и 188 соединен с пятой выпускной трубой 196, 198, 200 для подачи воздушно-топливной смеси к горелкам 50h, 50g и 50f, и четвертый выходной канал трубной крестовины 184, 186, 188 соединен с соответствующей второй обратной трубой 202, 204, 206 для возврата лишнего пылевидного кокса в каждый из второго ряда бункеров или резервуаров 106, 108, 110. Трубная крестовина 184, 186 и 188 имеет шаровые задвижки 208А-С, 210А-С, 212А-С между соединительной частью трубной крестовины 184, 186 и 188 и четвертыми выпускными трубами 190, 192, 194; пятыми выпускными трубами 196, 198, 200 и вторыми обратными трубами 202, 204, 206.

Таким образом, во время работы печи горелки 48a-h или 50a-h попеременно переключаются между циклами горения и негорения. Каждые 20 минут или 30 минут, в зависимости от конкретных печей, направление траектории пламени ряда горелок 48a-h или 50a-h изменяется на противоположное. Регулирование подачи воздушно-топливной смеси, которая поступает по третьим выпускным трубам 160, 162, 164, осуществляется с помощью трубной крестовины 184, 186 и 188 и шаровых задвижек 208А-С, 210А-С, 212А-С для чередования впрыскивания воздушно-топливной смеси между горелками 48a-h и 50a-h. При осуществлении чередования рабочего цикла горелок 49a-h и 50a-h некоторое количество воздушно-топливной смеси возвращается во второй ряд бункеров или резервуаров 106, 108, 110 посредством вторых обратных труб 202, 204, 206.

Подаваемый воздух, который подают по третьим выпускным трубам 160, 162, 164, используется для перемещения нефтяного кокса и для обеспечения высоких скоростей вдувания кокса в сопло каждой горелки 48a-h и 50a-h. Подаваемый воздух подают посредством пневматической воздуходувки 214 для подачи воздуха по третьей магистральной трубе 216.

Четвертые выпускные трубы 218, 220 и 222 соединены с третьей магистральной трубой 216 и третьими выпускными трубами 160, 162, 164 для поддержания повышенного соотношения в воздушно-топливной смеси, которая подается к горелкам 48a-h и 50a-h.

Для осуществления цикла горения в горелках 48a-h или 50a-h подача воздушно-топливной смеси в каждую горелку 48a-h или 50a-h осуществляется отдельно. Данную смесь подают по внутренней трубе каждой горелки 48a-h или 50a-h, и данная смесь поступает в распределительную камеру для распределения ее по различным впрыскивающим соплам каждой горелки 48a-h или 50a-h.

Для повышения степени турбулентности потоков и смеси пылевидного топлива с предварительно нагретым воздухом для горения в каждой горелке 48a-h или 50a-h первичный воздух вдувают из воздуходувки 224 для первичного воздуха, и этот воздух подается под давлением через впрыскивающие сопла каждой горелки 48a-h или 50a-h. Таким образом, при работе горелок 48a-h или 50a-h будет иметь место вдувание кокса посредством пневматической транспортировки при повышенном соотношении твердых частиц и топлива и при количестве первичного воздуха, составляющем приблизительно 4% от стехиометрического воздуха.

Шестая выпускная труба 226 и седьмая выпускная труба 228 соединены с воздуходувкой 224 для первичного воздуха. Шестая выпускная труба 226 соединена с пятыми отводными трубами 230, 232, 234, и седьмая выпускная труба 228 соединена с шестыми отводными трубами 236, 238, 240. Выходной конец каждой из пятых и шестых отводных труб 230, 232, 234, 236, 238, 240 соединен непосредственно с каждой горелкой 48f-h или 50f-h. Поток первичного воздуха в каждой из пятых и шестых отводных труб 230, 232, 234, 236, 238, 240 регулируют отдельно посредством конструкции, состоящей из первого сферического клапана 242, первого шарового клапана 244 и второго сферического клапана 246.

Кроме того, шестая выпускная труба 226 соединена с седьмыми выпускными трубами 248, 250 и 252, которые соединены соответственно с пятыми выпускными трубами 196, 198, 200. Кроме того, седьмая выпускная труба 228 соединена с шестыми выпускными трубами 254, 256, 258, которые соединены соответственно с четвертыми выпускными трубами 190, 192, 194. Каждая из шестых и седьмых выпускных труб 248, 250, 252, 254, 256, 258 имеет обратный клапан 260 и шаровой клапан 262.

Посредством конструкции, описанной выше, воздуходувка 224 для первичного воздуха обеспечивает подачу первичного воздуха к горелкам 48f-h (левым горелкам) или горелкам 50f-h по шестой выпускной трубе 226 и седьмой выпускной трубе 228 и по каждой из пятых и шестых отводных труб 230, 232, 234, 236, 238, 240. Воздуходувка 224 функционирует для подачи максимального воздушного потока во время работы каждой горелки 48f-h или горелок 50f-h, между тем минимальный воздушный поток будет подаваться к горелкам 48f-h или горелкам 50f-h, которые не работают, посредством каждой из шестых и седьмых выпускных труб 248, 250, 252, 254, 256, 258 для гарантирования лучших условий охлаждения.

Несмотря на то, что изобретение было описано на основе работы трех горелок 48f, 48g и 48h и горелок 50f, 50g и 50h, следует понимать, что система, описанная в настоящем изобретении, применима для всех горелок 48a-h и 50a-h.

В дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения плавление стекла может осуществляться при использовании двух или трех видов топлива, например на фиг.3 в горелки 48a-d и 50a-d можно подавать такое пылевидное топливо, как нефтяной кокс, а в горелки 48e-48h и 50e-50h можно подавать газ или топочный мазут. В третьем варианте осуществления настоящего изобретения в горелки 48a-48d и 50a-50d можно подавать такое пылевидное топливо, как нефтяной кокс; в горелки 48e-48f и 50e-50f можно подавать газ, и в горелки 48g-48h и 50g-50h можно подавать топочный мазут. Данные комбинации учитывают то, что на сегодняшний день уже существуют стеклоплавильные печи, в которых газ или топочный мазут используются в качестве основного топлива для плавления стекла, и что свойства указанных газа и топочного мазута хорошо известны в данной области техники.

ГОРЕЛКА ДЛЯ ПЫЛЕВИДНОГО ТОПЛИВА

Кроме того, для осуществления хорошего сгорания пылевидного нефтяного кокса была разработана специальная горелка, предназначенная для использования вместе с системой для подачи и сжигания пылевидного топлива в стеклоплавильной печи. Указанная горелка обеспечивает образование небольшого количества NO_x вследствие того, что адиабатическая температура пламени пылевидного топлива (составляющая от приблизительно 1900 до 2000°С) меньше адиабатической температуры газа в тех же рабочих условиях, что приводит к образованию летучей золы, которая не влияет на качество стекла.

На фиг.7-12 показаны горелки (48f) для подачи и сжигания пылевидного топлива в соответствии с настоящим изобретением. Горелка (48f) для пылевидного топлива содержит основной корпус 264, образованный из наружной трубы 266, промежуточной трубы 268 и внутренней трубы 270 (фиг.10), которые расположены концентрически относительно друг друга. Наружная труба 266 закрыта на верхнем конце 272 (фиг.9). Первая камера 276 образована в пространстве, ограниченном наружной трубой 266 и промежуточной трубой 268. Наружная труба 266 имеет впускную трубу 278 и выпускную трубу 280 (фиг.8), по которым охлаждающая вода вводится в первую камеру 276 для охлаждения горелки (48f). Промежуточная труба 268 и внутренняя труба 270 проходят за верхний конец 272 наружной трубы 266.

В верхней части горелки 48f труба 282 для впуска воздуха подсоединена с наклоном вокруг промежуточной трубы 268, при этом впускная труба 282 предназначена для соединения ее с шестой отводной трубой 236 (см. фиг.7) для ввода потока первичного воздуха или природного газа во вторую камеру 284, образованную в пространстве, ограниченном внутренней трубой 270 и промежуточной трубой 268. Вторая камера 284 служит для направления первичного воздуха или природного газа из трубы 236 для впуска воздуха (фиг.7) и перемещения их до нижнего конца горелки 48f. Поток первичного воздуха во вторую камеру 284 регулируют с помощью конструкции, состоящей из первого сферического клапана 242, первого шарового клапана 244 и второго сферического клапана 246.

Аналогичным образом, смесь вторичного воздуха и пылевидного нефтяного кокса вводят в верхний конец 285 внутренней трубы 270, и данная смесь перемещается к нижнему концу горелки 48f. Верхний конец 285 внутренней трубы 270 соединен соответственно с четвертой выпускной трубой 194 для подачи подаваемой смеси пылевидного топлива и вторичного воздуха к указанной горелке (48f). Таким образом, когда первичный воздух и смесь вторичного воздуха и пылевидного нефтяного кокса достигнут нижнего конца горелки (48f), первичный воздух или природный газ и смесь пылевидного топлива и вторичного воздуха смешиваются для воспламенения и инициирования процесса сгорания, который будет описан далее.

Далее рассматриваются фиг.10-12, на которых показан вариант осуществления горелки (48f) для подачи и сжигания пылевидного топлива в соответствии с настоящим изобретением.

По существу горелка (48f) (фиг.10) содержит основной корпус 264, образованный из наружной трубы 266, промежуточной трубы 268 и внутренней трубы 270, которые расположены концентрически друг относительно друг друга. Первая камера 276 образована в пространстве, ограниченном наружной трубой 266 и промежуточной трубой 268. Наружная труба 266 имеет впускной патрубок 278 и выпускной патрубок 280, по которым охлаждающая вода вводится в первую камеру 276 для охлаждения горелки (48f).

Вторая камера 284, предназначенная для введения потока первичного воздуха или газа, образована в пространстве, ограниченном внутренней трубой 270 и промежуточной трубой 268. Вторая камера 284 служит для направления первичного воздуха или газа из трубы 236 для впуска воздуха (фиг.7) и перемещения их до нижнего конца горелки 48f. Аналогичным образом, смесь вторичного воздуха и пылевидного нефтяного кокса вводят в верхний конец 285 внутренней трубы 270, и данная смесь перемещается к нижнему концу горелки 48f.

Далее при детальном рассмотрении фиг.10-12 видно, что нижний конец 274 горелки (48f) включает средство 286 для распределения потока, предназначенное для приема и распределения одновременно первичного воздуха или газа и смеси вторичного воздуха и пылевидного топлива. Средство 286 для распределения потока (фиг.11) подсоединено ниже нижнего конца 274 горелки (48f) и включает основной корпус 288, определяющий границы первой распределительной камеры 290, предназначенной для приема смеси вторичного воздуха и пылевидного топлива, второй распределительной камеры 292, предназначенной для приема потока первичного воздуха или газа, и третьей камеры 294, окружающей часть первой распределительной камеры 290 и часть второй распределительной камеры 292, через которые охлаждающая вода вводится в третью камеру 294 для охлаждения горелки (48f). Первая камера 290 ограничена полусферической стенкой 296. В верхней части полусферической стенки 296 образована первая внутренняя кольцевая гильза 298, которая соединена с нижним концом внутренней трубы 270, и промежуточная кольцевая гильза 300, которая соединена с нижним концом наружной трубы 268, при этом указанные гильзы определяют границы вспомогательной камеры 342, через которую заставляют проходить первичный воздух или газ.

Средство 286 для распеделения потока также имеет выходной конец 302, расположенный под углом 90° относительно полусферической стенки 296 основного корпуса 288 и предназначенный для отклонения потока первичного воздуха или газа и смеси вторичного воздуха и пылевидного топлива с изменением направления потока с вертикального на продольное. Выходной конец 302 имеет канал 304 (фиг.10 и 12), который образован в продольном направлении в основном корпусе 286 и соединяет первую распределительную камеру 290 с наружной периферией указанного корпуса 286. Канал 304 образован посредством первой внутренней кольцевой части 306, через которую проходит смесь пылевидного топлива и вторичного воздуха. Первая кольцевая часть 306 выполнена внутри с формой усеченного конуса с диаметром, который меньше перед каждым каналом. Вторая промежуточная кольцевая часть 308 окружает первую внутреннюю кольцевую часть 306, и обеспечивается проход первичного воздуха или газа через вторую промежуточную кольцевую часть 308. Первая внутренняя кольцевая часть 306 и вторая промежуточная кольцевая часть 308 образуют вход для приема сопла 310 для смешивания в одно и то же время первичного воздуха или газа, а также смеси вторичного воздуха и пылевидного нефтяного кокса в камерах стеклоплавильной печи. В завершение, периферия основного корпуса 288 и вторая промежуточная кольцевая часть 308 определяют границы третьей камеры 294, через которую проходит поток воды для охлаждения горелки (48f).

Далее рассматривается сопло 310, которое включает цилиндрический наконечник 312 и цилиндрический элемент 314, расположенный в задней части наконечника 312. Цилиндрический элемент 314 включает центральное отверстие 316 и, по меньшей мере, множество отверстий 318, которые проходят в поперечном направлении периферии цилиндрического элемента 314. Цилиндрический элемент 314 расположен на входе, образованном первой внутренней кольцевой частью 306 и второй промежуточной кольцевой частью 308, при этом образуется закрытая часть во второй камере 292. Когда цилиндрический элемент 314 располагается на входе, множество отверстий 318 будут расположены с совмещением их со второй камерой 292 для обеспечения возможности выходного потока первичного воздуха или газа из средства 286 для распределения потока. Первая кольцевая канавка 320 образована между первой внутренней кольцевой частью 306 и внутренней частью цилиндрического элемента 314 и предназначена для отклонения потока первичного воздуха или газа по направлению к передней части средства 286 для распределения потока.

В третьем варианте осуществления горелки (фиг.11) средство 286 для распределения потока показано с двумя выходными концами 322, 324 и расположенным под углом 90° относительно основного корпуса 288. Сопла 326, 328 вставлены в каждый из выходных концов 322, 324. Выходные концы 322, 324 расположены на расстоянии друг от друга в угловом направлении, при этом угол между каждым из них и продольной осью 330 составляет от приблизительно 10° до приблизительно 20°.

Далее, в соответствии с конструкцией горелки (48f), показанной на фиг.8 и 10, первичный воздух поступает по трубе 282 для впуска воздуха и образует поток первичного воздуха или газа во второй камере 284, образованной в пространстве, ограниченном внутренней трубой 270 и промежуточной трубой 268. После этого поток первичного воздуха или газа продолжает проходить через вторую распределительную камеру 342 для вытеснения его наружу через множество отверстий 318 сопел 310 или 326 и 328.

Одновременно смесь вторичного воздуха и пылевидного нефтяного кокса вводится в верхний конец 285 по внутренней трубе 270 и перемещается к первой распределительной камере 290, и из этой части смесь проходит в канал 304 средства 286 для распределения потока. Смесь подается по каналу 304 в аксиальном направлении для введения ее в камеры стеклоплавильной печи. Первичный воздух или газ и смесь вторичного воздуха и пылевидного нефтяного кокса одновременно сжигаются у выхода сопла 310 или сопел 326 и 328.

Охлаждающую воду постоянно вводят через первую камеру 276 и третью камеру 294 для охлаждения горелки.

На фиг.13 показана горелка (48f) для подачи и сжигания пылевидного топлива в соответствии с настоящим изобретением. В данном третьем варианте осуществления горелка (48f), показанная на фиг.13, включает увеличенную коническую часть 366, которая равномерно уменьшается от первой части 368 до второй части 370 в корпусе указанной горелки (48f). Указанная вторая часть 370 соединена со средство 376 для распределения потока в нижней части горелки (48f). В данном случае скорость потока воздуха или газа и пылевидной смеси увеличивается вследствие уменьшения размера горелки (48f) от большего диаметра 372 до меньшего диаметра 374. Средство 376 для распределения потока имеет кривизну, аналогичную колену с углом 90° (фиг.16), при этом указанное средство для распределения потока соединено с нижней частью горелки (48f) для постепенного изменения направления траектории потока смеси пылевидного твердого топлива и вторичного воздуха и первичного потока с вертикального на продольное, а также для получения равномерного выходного потока смеси пылевидного топлива и вторичного воздуха в сопле 378, как будет описано ниже. Сопло 378 соединено с выходным концом средства 376 для распределения потока. Указанное сопло 378 имеет центральное отверстие 379, через которое проходит смесь пылевидного топлива и вторичного воздуха, и ряд отверстий 380, которые совмещены со второй камерой 292, образованной между внутренней трубой 270 и промежуточной трубой 268, и обеспечивают возможность выходного потока первичного воздуха или газа из средства 376 для распределения потока. Ряд отверстий 380, совмещенных со второй соединительной камерой 292, может быть расположен параллельно относительно выходного потока смеси пылевидного топлива и воздуха. Во втором варианте осуществления (фиг.18) отверстия 380 образованы в угловом положении в указанном сопле 378 для придания вихревого движения первому потоку воздуха и, следовательно, смеси пылевидного топлива и воздуха. Таким образом, первичный воздух и смесь пылевидного топлива и вторичного воздуха достигают нижнего конца горелки (48f), и они смешиваются у выходного конца сопла 378 для воспламенения и инициирования процесса сжигания внутри стеклоплавильной печи. Данная конструкция имеет рабочие параметры в интервале от приблизительно 400 до 1300 кг/ч и соотношение пылевидного топлива и воздуха от 1 до 3,25, и работает при скорости перемещения воздуха, составляющей приблизительно 18 м/с. Кроме того, в горелке используется воздух, предварительно нагретый до температур от приблизительно 1200°С, для улучшения полного сгорания твердого топлива в печи.

На фиг.14, 15, 16, 17 и 18 показан четвертый вариант осуществления горелки (48f) по настоящему изобретению, в котором короткая коническая часть 382 образована на нижнем конце горелки (48f) для обеспечения равномерного уменьшения диаметра внутренней трубы 270, промежуточной трубы 268 и наружной трубы 266. Средство 376 для распределения потока (фиг.16) имеет форму колена с углом 90° и предназначено для изменения направления траектории потока смеси пылевидного топлива и вторичного воздуха и первичного воздуха с вертикального на горизонтальное. Средство 376 для распределения потока содержит наружный цилиндрический корпус 384, промежуточный цилиндрический корпус 386 и внутренний цилиндрический корпус 388, которые расположены концентрически друг относительно друга, при этом указанное средство 376 для распределения потока соединено соответственно с нижним концом внутренней трубы 270, промежуточной трубы 268 и наружной трубы 266 основного корпуса 264. Пространство, ограниченное наружным цилиндрическим корпусом 384 и промежуточным цилиндрическим корпусом 386, определяет камеру 390, при этом обеспечивается проход охлаждающей воды через данную камеру. Аналогичным образом, пространство, ограниченное промежуточным цилиндрическим корпусом 386 и внутренним цилиндрическим корпусом 388, определяет камеру 392, предназначенную для приема потока первичного воздуха или газа, который подается из второй камеры 284 (фиг.14) для смешивания его со смесью пылевидного топлива и вторичного воздуха у выходного конца сопла 378.

В завершение, на фиг.19, 20 и 21 показан пятый вариант осуществления горелки 48f, в котором средство 376 для распределения потока разветвляется на два выходных конца 394, 396. В этом случае выходные концы 394, 396 отделены друг от друга в угловом направлении, и угол между ними составляет приблизительно от 10° до 20°. Сопла 398, 400 размещены по одному в каждом из выходных концов 394, 396. Выходные концы 394, 396 обеспечивают пропорциональное разделение для получения равномерных и регулярных потоков для усиления пламени и, как следствие, обеспечения лучшего распределения теплопередачи в стекле.

В соответствии с вышесказанным создан способ подачи и сжигания пылевидного топлива в стеклоплавильной печи такого типа, которая включает зону плавления стекла, футерованную огнеупорным материалом, и множество горелок, соединенных с герметизированными регенераторами в стеклоплавильной печи, которые служат в качестве теплообменников, при этом способ включает:

подачу пылевидного топлива такого типа, которое содержит связанный углерод и материалы, представляющие собой примеси серы, азота, ванадия, железа и никеля или их смесь, в каждую из указанных горелок, соединенных с герметизированными регенераторами стеклоплавильной печи, при этом пылевидное топливо подают непосредственно в печь при таком соотношении топлива и воздуха, при котором приблизительно 16% воздуха избыточны по отношению к стехиометрическому воздуху;

сжигание пылевидного топлива посредством каждой из горелок в плавильной зоне плавильной печи с получением пламени для каждой горелки для выполнения процесса сжигания в плавильной зоне для плавления стекла;

регулирование выбросов углерода и материалов, представляющих собой примеси, образующихся в результате сжигания пылевидного топлива, с помощью средств контроля за состоянием окружающей среды, при этом средства контроля за состоянием окружающей среды расположены в выходном канале для отходящих газов стеклоплавильной печи, для очистки дымовых газов и уменьшения выбросов примесей из пылевидного топлива, таких как SO_x, NO_x и твердые частицы, при этом снижение выбросов контролируют во время и после выполнения сжигания пылевидного топлива в стеклоплавильной печи; и

противодействие эрозионным и абразивным воздействиям пылевидного топлива в стеклоплавильной печи посредством огнеупорных средств, причем стеклоплавильная печь выполнена с огнеупорными средствами для противодействия эрозионным и абразивным воздействиям, возникающим за счет сжигания пылевидного топлива в печи.

Способ также включает следующие операции:

подачу пылевидного топливного материала к ряду распределительных средств;

псевдоожижение пылевидного топливного материала в ряде распределительных средств;

выпуск псевдоожиженного пылевидного топливного материала из ряда распределительных средств по направлению к, по меньшей мере, одной магистральной трубе;

смешивание псевдоожиженного пылевидного топлива с первым потоком первичного воздуха для выпуска постоянного потока пылевидного топлива по направлению к магистральной трубе;

распределение смеси псевдоожиженного пылевидного топлива и первичного воздуха, по меньшей мере, по двум распределительным трубам для подачи смеси топлива и первичного воздуха посредством каждой из двух распределительных труб в цикле с попеременным функционированием;

подачу смеси топлива и воздуха из каждой из двух распределительных труб к первому ряду горелок и ко второму ряду горелок плавильной печи для обеспечения работы первых и вторых горелок в режиме попеременной работы с чередованием цикла сжигания и отсутствия сжигания; и

одновременную подачу второго потока воздуха посредством каждой из первых и вторых горелок для поддержания лучшего цикла сжигания в каждой из горелок.

При этом операция подачи второго потока воздуха посредством каждой из первых и вторых горелок включает операцию одновременного обеспечения каждой горелкой внутреннего потока псевдоожиженного пылевидного топлива и первичного воздуха и наружного потока второго потока воздуха.

КОНТРОЛЬ ЗА СОСТОЯНИЕМ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

В завершение, после выполнения сжигания пылевидного топлива в стеклоплавильной печи оборудование для уменьшения и борьбы с загрязнением воздуха и выбросами соединений серы, азота, ванадия, железа и никеля в атмосферу размещено в конце туннеля 44 и соединено с дымовой трубой 46 для выходящих газов. Система борьбы с загрязнением в соответствии с настоящим изобретением установлена в выходном канале для отходящих газов стеклоплавильной печи.

Электростатические осадители доказали свою высокую эффективность функционирования при уменьшении количества твердых частиц в воздухе для обеспечения борьбы с выбросами загрязняющих веществ из стеклоплавильной печи. Мелкие твердые частицы из стеклоплавильных печей не создают никаких проблем для электростатических пылеуловителей.

В том случае, когда помимо удаления твердых частиц требуется удаление SO₂, скруббер сухой очистки или частично мокрой очистки образует хорошее дополнение к электростатическим пылеуловителям или системам с тканевыми фильтрами. Действительно, в условиях наличия газа с сильной кислотностью скруббер необходим для снижения концентрации коррозионно-активных газов. В случае использования свежего топлива скруббер потребуется для уменьшения содержания SO₂. Он не только улучшает возможности системы при предотвращении коррозии, но также обеспечивает снижение температуры выходящих газов и, следовательно, уменьшение объема газа.

Сухая очистка газов (вдувание сухого химически активного порошка) и полумокрая очистка происходят в большой реакционной камере, расположенной по ходу до электростатических пылеуловителей. Как при сухой, так и при мокрой очистке материалы для очистки включают Na₂CO₃, Ca(OH)₂, NaHCO₃ или некоторые другие материалы. Полученные в результате химически активные материалы представляют собой основные ингредиенты для процесса плавления стекла и, следовательно, в основном поддаются повторному использованию до определенного момента. Эмпирическое правило заключается в том, что на каждый 1% серы в топливе приблизительно 4 фунта SO₂ будет образовано на тонну стекломассы. Таким образом, при топливе с высоким содержанием серы будет образовываться большое количество сухих отходов, например NaSO₄. Данное количество отходов будет варьироваться в зависимости от скорости захвата и количества материала, который поддается повторному использованию, но количество будет существенным. Для печи для флоат-стекла, работающей с топливом с высоким содержанием серы, возможно образование до 5 тонн отходов в день.

Степени эффективности очистки варьируются от 50% до 90% при использовании NаНСО₃ в сухом виде или Na₂CO₃ в полувлажном виде. Регулирование температуры имеет важное значение при всех альтернативных вариантах очистки, при этом заданные температуры находятся в интервале от приблизительно 250° до 400° в зависимости от материала для очистки.

Скрубберы мокрой очистки могут быть выполнены с почти бесконечным числом форм, размеров и применений. Два основных применения, относящихся к производству стекла, это те, которые предназначены для улавливания газов (SO₂), и те, которые предназначены для улавливания твердых частиц.

Выше была описана система для подачи и сжигания пылевидного топлива в, по меньшей мере, одной горелке стеклоплавильной печи, и из вышеприведенного для специалистов в данной области техники очевидно, что могут быть выполнены многие другие элементы или усовершенствования, которые можно рассматривать как находящиеся в пределах объема, определяемого нижеприведенной формулой изобретения.

Изобретение относится к области энергетики. Горелка для сжигания пылевидного топлива, предназначенная для использования в стеклоплавильной печи, содержащая основной корпус, содержащий наружную трубу, промежуточную трубу и внутреннюю трубу, при этом трубы расположены концентрически друг относительно друга, причем наружная труба и промежуточная труба образуют первую камеру, наружная труба включает впускной патрубок и выпускной патрубок для введения и циркуляции охлаждающей текучей среды внутри первой камеры для охлаждения горелки, при этом промежуточная труба содержит трубу (282) для впуска воздуха для введения первого потока воздуха или газа во вторую камеру (284), причем вторая камера образована между внутренней трубой и промежуточной трубой, внутренняя труба содержит верхний конец (285) для введения потока смеси пылевидного топлива и воздуха во внутреннюю трубу; средство (286) для распределения потока присоединено ниже нижнего конца основного корпуса, при этом средство для распределения потока имеет кривизну для постепенного изменения направления траектории потока смеси пылевидного топлива и воздуха и потока воздуха или газа, причем средство для распределения потока включает наружный цилиндрический корпус (266), промежуточный цилиндрический корпус (268) и внутренний цилиндрический корпус (270), наружный цилиндрический корпус (266) и промежуточный цилиндрический корпус (268) определяют границы первой камеры (294) для циркуляции охлаждающей текучей среды из основного корпуса для охлаждения средства для распределения потока, при этом внутренний цилиндрический корпус и промежуточный цилиндрический корпус определяют границы второй камеры (284), предназначенной для приема и для изменения направления траектории потока первого потока воздуха или газа из второй камеры (284) основного корпуса, и основной камеры для текучей среды, предназначенной для приема и для перемещения смеси пылевидного топлива и воздуха наружу к, по меньшей мере, одному выходному концу средства для распределения потока для смешивания ее с первым потоком воздуха или газа в зоне сжигания в стеклоплавильной печи, при этом основной корпус включает коническую часть, причем коническая часть равномерно уменьшается от первой части ко второй части в корпусе горелки, при этом вторая часть соединена со средством для распределения потока для увеличения скорости первого потока воздуха или газа и смеси пылевидного топлива и воздуха, и выпускное сопло, соединенное с каждым выходным концом, причем выпускное сопло содержит: наконечник, цилиндрический элемент, присоединенный в задней части наконечника, причем цилиндрический элемент содержит центральное отверстие, по меньшей мере, одно множество отверстий, образованное на периферии цилиндрического элемента, при этом отверстия образованы поперечно в периферии цилиндрического элемента для обеспечения сообщения между второй камерой и центральным отверстием упомянутого сопла. Изобретение позволяет снизить количество вредных выбросов в атмосферу. 4 з.п. ф-лы, 21 ил.

1. Горелка для сжигания пылевидного топлива, предназначенная для использования в стеклоплавильной печи, содержащая:
основной корпус, содержащий наружную трубу, промежуточную трубу и внутреннюю трубу, при этом трубы расположены концентрически друг относительно друга, причем наружная труба и промежуточная труба образуют первую камеру, наружная труба включает впускной патрубок и выпускной патрубок для введения и циркуляции охлаждающей текучей среды внутри первой камеры для охлаждения горелки, при этом промежуточная труба содержит трубу (282) для впуска воздуха для введения первого потока воздуха или газа во вторую камеру (284), причем вторая камера образована между внутренней трубой и промежуточной трубой, внутренняя труба содержит верхний конец (285) для введения потока смеси пылевидного топлива и воздуха во внутреннюю трубу;
средство (286) для распределения потока, присоединено ниже нижнего конца основного корпуса, при этом средство для распределения потока имеет кривизну для постепенного изменения направления траектории потока смеси пылевидного топлива и воздуха и потока воздуха или газа, причем средство для распределения потока включает наружный цилиндрический корпус (266, 384), промежуточный цилиндрический корпус (268, 386) и внутренний цилиндрический корпус (270, 388), наружный цилиндрический корпус (266, 384) и промежуточный цилиндрический корпус (268, 386) определяют границы первой камеры (294, 390) для циркуляции охлаждающей текучей среды из основного корпуса для охлаждения средства для распределения потока, при этом внутренний цилиндрический корпус и промежуточный цилиндрический корпус определяют границы второй камеры (284, 392), предназначенной для приема и для изменения направления траектории потока первого потока воздуха или газа из второй камеры (284, 392) основного корпуса, и основной камеры для текучей среды, предназначенной для приема и для перемещения смеси пылевидного топлива и воздуха наружу к, по меньшей мере, одному выходному концу (322, 324 или 394, 396) средства для распределения потока для смешивания ее с первым потоком воздуха или газа в зоне сжигания в стеклоплавильной печи, при этом основной корпус включает коническую часть, причем коническая часть (366) равномерно уменьшается от первой части (368) ко второй части (370) в корпусе горелки, при этом вторая часть соединена со средством для распределения потока для увеличения скорости первого потока воздуха или газа и смеси пылевидного топлива и воздуха; и
выпускное сопло, соединенное с каждым выходным концом, причем выпускное сопло содержит: наконечник (312), цилиндрический элемент (314), присоединенный в задней части наконечника, причем цилиндрический элемент содержит центральное отверстие (316), по меньшей мере, одно множество отверстий (318), образованное на периферии цилиндрического элемента, при этом отверстия образованы поперечно в периферии цилиндрического элемента (314) для обеспечения сообщения между второй камерой и центральным отверстием упомянутого сопла.

2. Горелка по п.1, в которой множество отверстий цилиндрического элемента (314) проходит поперечно периферии цилиндрического элемента.

3. Горелка по п.1, в которой выходные концы средства для распределения потока отделены друг от друга в угловом направлении, при этом угол между ними составляет от приблизительно 10° для приблизительно 20°.

4. Горелка по п.1, в которой коническая часть представляет собой увеличенную коническую часть (366), при этом увеличенная коническая часть равномерно уменьшается от первой части (368) ко второй части (370) в корпусе горелки, при этом часть с меньшим диаметром соединена со средством для распределения потока для увеличения скорости первого потока воздуха или газа и смеси пылевидного топлива и воздуха.

5. Горелка по п.1, в которой множество отверстий, расположенных с совмещением их со второй соединительной камерой, образованы в угловом положении для придания вихревого эффекта первому потоку воздуха или газа и смеси пылевидного топлива и воздуха.