ПЕЧЬ И СПОСОБ СЖИГАНИЯ С КИСЛОРОДНЫМ ДУТЬЕМ ДЛЯ ПЛАВЛЕНИЯ СТЕКЛООБРАЗУЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2012 года по МПК C03B5/235 

Изобретение относится к способу и печи для сжигания с кислородным дутьем для плавления стеклообразующего материала и получения расплавленного стекла.

Изобретение в частности относится к плавильной печи, имеющей производительность или разовую загрузку, меньшую или равную 400 т расплавленного стекла в сутки. Такие плавильные печи используют, например, при производстве полых стеклоизделий и стеклянной посуды для питания стеклоформующих машин расплавленным стеклом.

Изобретение более предпочтительно относится к плавильной печи, называемой "пламенной". В пламенной печи по меньшей мере часть энергии, необходимой для плавления, вносится по меньшей мере одним факелом пламени в плавильной камере, причем по меньшей мере один факел получают посредством горелки.

Для уменьшения выбросов загрязняющих веществ, таких как NO_x, и для ограничения энергопотребления пламенных плавильных печей можно заменять воздух, используемый при сжигании в качестве окислителя, газом с высоким содержанием кислорода. Такие печи называют пламенными печами для сжигания с кислородным дутьем или печами для сжигания с кислородным дутьем. Сжигание с использованием газа с высоким содержанием кислорода называют сжиганием с кислородным дутьем, а горелки, работающие с подачей газа с высоким содержанием кислорода в качестве окислителя, называют горелками с кислородным дутьем.

В плавильных печах для сжигания с кислородным дутьем блок горелок в общем случае состоит из некоторого числа горелок, размещенных на части длины печи и направленных перпендикулярно к оси печи/камеры сжигания. Мощность каждой из горелок регулируют индивидуально или регулируют группу горелок для установления в печи требуемого профиля температур. Общую мощность горелок регулируют в зависимости от загрузки печи.

Также были предложены другие варианты блока горелок.

Так, например, существуют плавильные печи, называемые печами с "подковообразным направлением пламени", в которых (1) блок горелок состоит из малого числа горелок (как правило, из одной или двух), направленных по существу параллельно продольной оси печи, а (2) одно или несколько отверстий для удаления дымовых газов расположены с целью создания одного или нескольких факелов, образующих пламя в форме подковы.

Целью настоящего изобретения является разработка улучшенного способа сжигания с кислородным дутьем для плавления стеклообразующих материалов в печи с ограниченной производительностью, а также улучшенной плавильной печи с ограниченной производительностью, приемлемой для использования в таком способе.

Настоящее изобретение более предпочтительно относится к способу получения расплавленного стекла плавлением стеклообразующих материалов в плавильной камере.

Плавильная камера ограничена входной стенкой (называемой также загрузочной подпорной стенкой или задней подпорной стенкой), выходной стенкой (называемой также выходной подпорной стенкой или передней подпорной стенкой), боковыми стенками, полом и сводом. Она имеет площадь внутренней поверхности, меньшую или равную 200 м², а ее продольная ось проходит между входной и выходной стенками. Плавильная камера имеет входную зону со стороны входной стенки и выходную зону со стороны выходной стенки.

В способе по настоящему изобретению стеклообразующие материалы загружают во входной зоне. Стеклообразующие материалы плавят с получением расплавленного стекла, подводя энергию, необходимую для плавления, в плавильную камеру. Расплавленное стекло удаляют из выходной зоны.

По меньшей мере часть энергии, необходимой для плавления, подводят посредством двух горелок с кислородным дутьем. Обе горелки с кислородным дутьем входят в плавильную камеру через входную стенку и расположены по обеим сторонам от вертикальной плоскости, включающей в себя продольную ось плавильной камеры (т.е. вертикальной плоскости, через которую проходит упомянутая продольная ось). Для подвода по меньшей мере части энергии, необходимой для плавления, в обе горелки с кислородным дутьем подают топливо и окислитель и посредством двух данных горелок с кислородным дутьем топливо и окислитель вводят в плавильную камеру с целью образования двух факелов пламени и дымовых газов. Каждый из двух факелов имеет ось распыла. Окислитель представляет собой окислитель с высоким содержанием кислорода и предпочтительно окислитель, в котором содержание кислорода составляет по меньшей мере 70 об.%.

Дымовые газы удаляют из плавильной камеры по меньшей мере через одно отверстие для удаления дымовых газов.

Настоящее изобретение отличается, в частности, тем, что оси распыла обоих факелов сходятся на расстоянии d от входной стенки, имеющем значение в интервале от 1/3 до 3/4 длины L плавильной камеры.

Площадь внутренней поверхности плавильной камеры предпочтительно составляет от 10 до 90 м².

Содержание кислорода в окислителе предпочтительно составляет по меньшей мере 80 об.%.

Обе горелки с кислородным дутьем расположены предпочтительно симметрично по обеим сторонам по отношению к вертикальной плоскости, включающей в себя продольную ось плавильной камеры.

Оси распыла обоих факелов сходятся предпочтительно на расстоянии d от входной стенки, равном приблизительно 2/3 длины L камеры (в интервале от 7/12 до 9/12 длины L камеры).

Оси распыла обоих факелов сходятся предпочтительно в вертикальной плоскости, включающей в себя продольную ось плавильной камеры.

Под осью распыла факела понимают ориентацию или начальное направление факела, т.е. на выходе из горелки.

Способ по настоящему изобретению обладает несколькими преимуществами.

На практике было установлено, что в печи с такой площадью внутренней поверхности способ по настоящему изобретению с ориентацией двух факелов соответственно описанному ранее, в частности с осями распыла, сходящимися в печи, обеспечивает более хорошую эффективность передачи тепла шихте, что обеспечивает, таким образом, более высокую загрузку печи и/или получение более хорошего качества расплавленного стекла, в частности в отношении гомогенности состава и температуры расплавленного стекла на выходе из печи, или же получение экономии топлива.

Такое направление двух факелов с точкой пересечения, при котором возникает зона горения с высокой температурой, улучшает, в частности, управление течением стекла при плавлении в стекловаренной ванне и его гомогенность. Такое направление позволяет также увеличивать время пребывания дымовых газов над шихтой, что улучшает, таким образом, передачу тепла шихте и уменьшает температуру дымовых газов на выходе из печи.

В силу того, что для заданной мощности объемы газов (в частности окислителя и дымовых газов) при сжигании с кислородным дутьем сильно уменьшены по сравнению с объемами газов при сжигании с воздушным дутьем, риск уноса стеклообразующих материалов или компонентов расплавленного стекла с факелом пламени и дымовыми газами в направлении обоих факелов снижается и вследствие этого снижается риск повреждения стенок плавильной камеры и потери стеклообразующих материалов и/или компонентов.

Другое преимущество настоящего изобретения состоит в том, что становится возможным осуществлять техническое обслуживание одной из двух горелок или устройств подачи топлива и/или окислителя в одну из двух горелок без перерыва в плавлении и, следовательно, без охлаждения печи, которое может требовать освобождения плавильной ванны от стеклообразующих материалов и расплавленного стекла, избегая, таким образом, затрат времени на остановку и значительных потерь продукции.

Наличие двух горелок с кислородным дутьем, входящих в плавильную камеру через входную стенку, позволяет в случае, когда одна из горелок с кислородным дутьем выведена из работы для ее технического обслуживания или для технического обслуживания устройства подачи в нее, и даже при техническом обслуживании устройств предварительного нагрева топлива и/или окислителя, подаваемых в горелки с кислородным дутьем, перекидывать мощность на другую из горелок с кислородным дутьем.

Мощность горелки, выведенной из работы, может быть частично или полностью компенсирована другой горелкой.

Содержание кислорода в окислителе составляет предпочтительно больше 85 об.%, предпочтительно по меньшей мере 90 об.%, более предпочтительно по меньшей мере 95 об.% и даже по меньшей мере 99 об.%.

В более предпочтительном варианте осуществления, повышающем гибкость способа и приспособленность печи по настоящему изобретению, обе горелки с кислородным дутьем представляют собой горелки с кислородным дутьем с ориентируемым факелом, т.е. горелки с кислородным дутьем, которые позволяют изменять ориентацию оси распыла факела. Такие горелки с ориентируемым факелом описаны, в частности, в WO 2008/003908 и FR 2903479, заявленных компанией L'AIR LIQUIDE. Применение горелок такого типа позволяет, в частности, изменять место в плавильной камере, в котором сходятся оси распыла обоих факелов. Это позволяет, например, учитывать изменения в загрузке печи и/или в составе стеклообразующих материалов.

Предпочтительно по меньшей мере часть отходящих дымовых газов направляют в устройство рекуперации тепла.

Можно еще больше улучшить энергетический баланс процесса плавления, предварительно нагревая по меньшей мере часть исходных компонентов (окислителя и/или топлива), в частности по меньшей мере часть окислителя, на входе в обе горелки. Такой предварительный нагрев предпочтительно осуществляют в устройстве рекуперации тепла, в частности, используя один или несколько теплообменников. Такие теплообменники, как правило, размещают в контуре удаления дымовых газов на выходе из печи.

Такая технология предварительного нагрева исходных компонентов позволяет экономить приблизительно 10% от расхода кислорода и топлива. Более конкретно экономия зависит от температуры, приобретаемой исходными компонентами, конструкции печи и типа используемой горелки.

Для того чтобы сделать внедрение такой технологии сжигания с кислородным дутьем с предварительно нагретыми исходными компонентами выгодным и рентабельным для печей малого размера, несмотря на сложность осуществления, стоимость установки относительно получаемой экономии и площадь, занимаемую установкой предварительного нагрева, в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения предложено устройство рекуперации тепла, содержащее по меньшей мере один первичный теплообменник, расположенный вне плавильной камеры и по существу позади входной стенки, в которой смонтированы две горелки с кислородным дутьем, и предварительный нагрев по меньшей мере части и предпочтительно всей массы окислителя, подаваемого в обе горелки с кислородным дутьем, по меньшей мере в одном первичном теплообменнике путем теплообмена с текучим теплоносителем.

Таким образом, настоящее изобретение делает возможным использование энергетического выигрыша, даваемого технологией предварительного нагрева исходных компонентов в печи с плавильной камерой малой производительности, при этом при относительно простом осуществлении, умеренной стоимости установки и без использования значительной площади.

Следует заметить, что в настоящем описании термин "плавильная камера" относится также к камерам плавления/осветления.

Способ по настоящему изобретению осуществляют с плавильной камерой, которая представляет собой камеру малой производительности. Камера имеет, как правило, производительность или разовую загрузку, меньшую или равную 400 т расплавленного стекла в сутки и предпочтительно находящуюся в интервале от 50 до 200 т в сутки. В общем случае это соответствует камере, имеющей площадь внутренней поверхности (= длина L × ширина l), меньшую или равную 200 м² и предпочтительно находящуюся в интервале от 10 до 90 м².

В дальнейшем описании термин "камера малой производительности" относится к камере, соответствующей любой из камер, описанных ранее.

Каждая из двух горелок с кислородным дутьем снабжена устройством подачи топлива, позволяющим регулировать расход топлива, подаваемого в горелку.

В частности, было установлено, что в камерах малой производительности можно осуществить хорошее покрытие шихты (стеклообразующих материалов и расплавленного стекла) пламенем и получить хороший температурный профиль посредством двух горелок с кислородным дутьем для ступенчатого сжигания и/или сжигания с регулируемой импульсной подачей, смонтированных во входной стенке.

Ступенчатое сжигание представляет собой сжигание в двух последовательных зонах сжигания. В первую зону сжигания подают один из исходных компонентов (топливо или окислитель) в количестве меньше стехиометрического количества, определяемого реакцией горения. Таким образом, в первой зоне имеет место сжигание при повышенном содержании топлива (в случае подачи окислителя и более предпочтительно кислорода в количестве меньше стехиометрического) или сжигание при повышенном содержании кислорода (в случае подачи топлива в количестве меньше стехиометрического). Дополнительную подачу исходного компонента, поданного в количестве меньше стехиометрического, осуществляют на некотором расстоянии от первой зоны сжигания, образуя таким образом вторую зону сжигания, в которой дополнительное количество исходного компонента, поданного в количестве меньше стехиометрического, взаимодействует с продуктами горения первой зоны и, в частности, с остатком другого исходного компонента, содержащегося в дымовых газах.

Более часто исходным компонентом, подаваемым в первую зону сжигания в количестве меньше стехиометрического, является окислитель.

Горелки для ступенчатого сжигания, которые называют также "раздельноструйными" и которые предпочтительно могут быть использованы в способе и печи по настоящему изобретению, описаны, в частности, в WO-A-02/081967, WO-A-2004/094902 и WO-A-2005/059440, поданных от имени заявителя, и реализуются компанией-заявителем под коммерческим названием ALGLASS™ SUN.

Горелки с кислородным дутьем для ступенчатого сжигания обладают следующими преимуществами:

• гибкое регулирование мощности, которая, в частности, может быть адаптирована к требуемому изменению загрузки печи;

• регулируемая длина факела.

Такие горелки позволяют, в частности, изменять длину факела независимо от рабочей мощности и таким образом управлять нагревом по длине камеры.

Горелки с регулируемой импульсной подачей, необязательно содержащие сопло для подачи кислорода для усиления регулируемости, позволяют регулировать длину факела за счет регулирования скорости инжекции исходных компонентов (окислителя и топлива). Горелки со ступенчатой импульсной подачей также позволяют изменять длину факела независимо от рабочей мощности. Более часто топливо представляет собой газообразное топливо.

Горелки с регулируемой импульсной подачей, которые предпочтительно могут быть использованы в способе и печи по настоящему изобретению, описаны, в частности, в FR-A-2837916, EP-A-1195557, EP-A-0763692 и EP-A-1016825, поданных от имени заявителя, и реализуются компанией-заявителем под коммерческим названием ALGLASS™ VM.

Следует заметить, что хотя изобретение позволяет осуществить хорошее покрытие ванны и соответственно шихты (стеклообразующих материалов и расплавленного стекла) двумя факелами и получить хороший температурный профиль с двумя горелками с кислородным дутьем, смонтированными во входной стенке, это не исключает применения других горелок и/или инжекторов, или сопел для подачи топлива и/или окислителя в плавильную камеру и предпочтительно в выходную зону, в частности в зону осветления в случае камеры плавления/осветления.

Тем не менее, две горелки с кислородным дутьем, смонтированные во входной стенке, предпочтительно подают в камеру по меньшей мере 60% энергии, необходимой для плавления, предпочтительно по меньшей мере 70% и более предпочтительно по меньшей мере 80%. В частности, посредством двух таких горелок с кислородным дутьем, смонтированных во входной стенке, предусматривается подавать в камеру по меньшей мере 90% и даже полное количество энергии, необходимой для плавления.

Благодаря размещению двух горелок с кислородным дутьем во входной стенке можно разместить по меньшей мере один первичный теплообменник для предварительного нагрева по меньшей мере части окислителя, подаваемого в данные горелки с кислородным дутьем, в основном и предпочтительно полностью позади входной стенки (если смотреть изнутри камеры или с позиции перед выходной стенкой) и таким образом ограничить занимаемую площадь.

По меньшей мере один первичный теплообменник, расположенный позади входной стенки, может представлять собой теплообменник, через который непосредственно проходят отходящие дымовые газы и в котором по меньшей мере часть окислителя предварительно нагревается путем теплообмена с данными дымовыми газами, причем дымовые газы в данном случае представляют собой текучий теплоноситель. Однако такое решение, хотя и требует умеренных затрат, представляется неприемлемым в отношении обеспечения достаточного уровня безопасности.

Предпочтительно по меньшей мере один первичный теплообменник, расположенный позади входной стенки, предпочтительно представляет собой теплообменник для косвенного нагрева. В данном случае по меньшей мере часть окислителя предварительно нагревается путем теплообмена с текучим теплоносителем, отличающимся от дымовых газов, причем данный текучий теплоноситель в свою очередь воспринимает тепловую энергию дымовых газов путем вторичного теплообмена.

Теплообмен по меньшей мере между частью окислителя и текучим теплоносителем и теплообмен между текучим теплоносителем и дымовыми газами может быть осуществлен в том же самом (первичном) теплообменнике или в двух отдельных теплообменниках, причем по меньшей мере один теплообменник для теплообмена между текучим теплоносителем и окислителем (первичный теплообменник) располагают по существу позади входной стенки.

В US-A-6071116 и US-A-6250916, заявленных компанией Air Liquide, описаны устройства для косвенного теплообмена, которые предпочтительно могут быть использованы по настоящему изобретению.

Предпочтительно предварительно нагревают также по меньшей мере часть и предпочтительно всю массу топлива перед его подачей в обе горелки с кислородным дутьем по меньшей мере в одном первичном теплообменнике, расположенном вне камеры и по существу позади входной стенки. Положения, рассмотренные ранее относительно предварительного нагрева окислителя, относятся также к предварительному нагреву топлива.

Настоящий способ может быть осуществлен с различными видами топлива. Предпочтительным является газообразное топливо.

По меньшей мере часть окислителя соответственно описанному ранее предварительно нагревают предпочтительно путем косвенного теплообмена с отходящими дымовыми газами, что позволяет увеличить надежность и безопасность настоящего способа.

Для увеличения экономии энергии также можно предварительно нагревать по меньшей мере часть топлива путем теплообмена с текучим теплоносителем по меньшей мере в одном первичном теплообменнике, причем такой предварительный нагрев также осуществляют предпочтительно путем косвенного теплообмена с отходящими дымовыми газами.

Косвенный теплообмен может быть осуществлен в одном теплообменнике, в котором текучий теплоноситель нагревают путем прямого теплообмена с отходящими дымовыми газами, а окислитель и при необходимости топливо нагревают путем прямого теплообмена с текучим теплоносителем, нагретым таким образом. Тем не менее, часто бывает полезным осуществлять оба процесса прямого теплообмена в двух отдельных теплообменниках.

Так, например, в следующем варианте осуществления настоящего способа текучий теплоноситель, такой как воздух или инертный газ, нагревают путем теплообмена по меньшей мере с частью отходящих дымовых газов по меньшей мере в одном вторичном теплообменнике, расположенном поблизости по меньшей мере от одного отверстия для удаления дыма. Нагретый текучий теплоноситель подают по меньшей мере в один первичный теплообменник, расположенный позади входной стенки, или к месту предварительного нагрева по меньшей мере части окислителя и при необходимости по меньшей мере части топлива.

В следующем альтернативном варианте осуществления настоящего способа по меньшей мере часть отходящих дымовых газов подают по меньшей мере в один вторичный теплообменник, расположенный поблизости от входной стенки, причем по меньшей мере один такой вторичный теплообменник может быть, в частности, расположен также по существу позади входной стенки. Текучий теплоноситель, такой как воздух или инертный газ, нагревают путем теплообмена по меньшей мере с частью отходящих дымовых газов по меньшей мере в одном вторичном теплообменнике. Нагретый текучий теплоноситель подают по меньшей мере в один первичный теплообменник, расположенный позади входной стенки, для предварительного нагрева по меньшей мере части окислителя и при необходимости по меньшей мере части топлива.

Настоящее изобретение относится также к печи для плавления стеклообразующих материалов и получения расплавленного стекла, позволяющей осуществлять способ, описанный ранее.

Печь по настоящему изобретению имеет плавильную камеру, ограниченную входной стенкой, выходной стенкой, боковыми стенками, полом и сводом и имеющую входную зону со стороны входной стенки и выходную зону со стороны выходной стенки. Данная камера имеет площадь внутренней поверхности, меньшую или равную 200 м².

Плавильная печь имеет также по меньшей мере одно отверстие для загрузки стеклообразующих материалов, расположенное во входной зоне, и по меньшей мере одно отверстие для выхода расплавленного стекла, расположенное в выходной зоне.

Печь по настоящему изобретению имеет также по меньшей мере одно отверстие для удаления дымовых газов и содержит устройство для рекуперации тепла отходящих дымовых газов.

Печь содержит также две горелки с кислородным дутьем, которые входят в плавильную камеру через входную стенку и которые расположены по обеим сторонам от вертикальной плоскости, включающей в себя продольную ось плавильной камеры. Каждая из двух данных горелок с кислородным дутьем оснащена устройством подачи окислителя и устройством подачи топлива.

Печь по настоящему изобретению отличается, в частности, тем, что обе горелки с кислородным дутьем, входящие в плавильную камеру через входную стенку, содержат инжекторы окислителя и топлива с целью обеспечения возможности образования в камере сжигания двух факелов с осями распыла, которые сходятся на расстоянии d от входной стенки, имеющем значение в интервале от 1/3 до 3/4 длины L камеры.

Площадь внутренней поверхности плавильной камеры предпочтительно составляет от 10 до 90 м².

Обе горелки с кислородным дутьем расположены предпочтительно симметрично по обеим сторонам по отношению к вертикальной плоскости, включающей в себя продольную ось плавильной камеры.

Оси распыла обоих факелов сходятся предпочтительно на расстоянии d от входной стенки, равном приблизительно 2/3 длины L камеры (в интервале от 7/12 до 9/12 длины L камеры).

Оси распыла обоих факелов сходятся предпочтительно в вертикальной плоскости, включающей в себя продольную ось плавильной камеры.

Устройства подачи окислителя соединены с источником окислителя, имеющего содержание кислорода, равное по меньшей мере 70 об.%. Содержание кислорода предпочтительно превышает 80%. Оно может быть предпочтительно больше 85 об.% и составлять предпочтительно по меньшей мере 90 об.%, более предпочтительно по меньшей мере 95 об.% и даже по меньшей мере 99 об.%.

Устройства подачи топлива предпочтительно соединены с источником газообразного топлива. Тем не менее, настоящее изобретение не ограничивается плавильными печами, работающими на газообразном топливе, а относится также к печам, работающим на других видах топлива, таких как жидкое топливо.

Обе горелки с кислородным дутьем предпочтительно представляют собой горелки с кислородным дутьем для ступенчатого сжигания и/или сжигания с регулируемой импульсной подачей.

Устройство для рекуперации тепла отходящих дымовых газов содержит предпочтительно по меньшей мере один первичный теплообменник, причем по меньшей мере один первичный теплообменник расположен вне плавильной камеры и по существу позади входной стенки. По меньшей мере часть устройств подачи окислителя соединена по меньшей мере с одним теплообменником с целью обеспечения предварительного нагрева по меньшей мере части окислителя путем теплообмена с текучим теплоносителем.

Предпочтительным образом по меньшей мере часть устройств подачи топлива соединена по меньшей мере с одним первичным теплообменником с целью обеспечения предварительного нагрева по меньшей мере части топлива путем теплообмена с текучим теплоносителем.

По меньшей мере один первичный теплообменник может представлять собой теплообменник для прямого или косвенного теплообмена.

В следующем варианте осуществления, допускающем косвенный предварительный нагрев по меньшей мере части окислителя и при необходимости также по меньшей мере части топлива, печь содержит также:

• по меньшей мере один вторичный теплообменник, расположенный поблизости по меньшей мере от одного отверстия для удаления дымовых газов, для нагревания текучего теплоносителя путем теплообмена по меньшей мере с частью отходящих дымовых газов;

• трубопроводы, позволяющие подавать нагретый текучий теплоноситель по меньшей мере в один первичный теплообменник, расположенный позади входной стенки.

В следующем альтернативном варианте осуществления печь содержит:

• по меньшей мере один вторичный теплообменник, расположенный поблизости от входной стенки, для нагревания текучего теплоносителя путем теплообмена по меньшей мере с частью отходящих дымовых газов;

• трубопроводы, позволяющие подавать по меньшей мере часть дымовых газов, отводимых через отверстие для удаления дыма, по меньшей мере в один вторичный теплообменник;

• трубопроводы, позволяющие подавать нагретый текучий теплоноситель по меньшей мере в один первичный теплообменник, расположенный позади входной стенки.

Плавильная печь предпочтительно представляет собой печь для производства полых стеклоизделий и стеклянной посуды, предназначенную для питания стеклоформующих машин расплавленным стеклом.

Настоящее изобретение далее поясняется особым примером осуществления со ссылкой на чертеж, на котором схематически показан поперечный разрез плавильной печи по настоящему изобретению.

Как показано на чертеже, плавильная камера, представляющая собой камеру плавления/осветления, имеет длину L и ширину l. Камера оснащена двумя горелками 7 с кислородным дутьем для ступенчатого сжигания, входящими в плавильную камеру через входную стенку. Данные горелки с кислородным дутьем расположены симметрично по обеим сторонам от вертикальной плоскости, включающей в себя продольную ось X-X камеры.

Каждая из двух горелок с кислородным дутьем содержит блок из огнеупорного материала, имеющий первый канал для инжекции топлива, канал кольцевого сечения для первичной инжекции окислителя, идущий вокруг упомянутого первого канала и называемый "окружающим", каналы на малом расстоянии от первого канала для вторичной инжекции окислителя и каналы на более значительном расстоянии от первого канала для вторичной инжекции окислителя.

Компания-заявитель реализует под коммерческим названием ALGLASS™ SUN горелки, содержащие два блока из огнеупорного материала, причем каждый блок содержит каналы для топлива и окислителя, такие как описано ранее, и таким образом является приемлемым для использования в качестве одной из двух горелок с кислородным дутьем по настоящему изобретению. В данном случае в контексте настоящего изобретения следует принимать во внимание, что каждый из двух блоков сам по себе представляет собой горелку с кислородным дутьем.

Отверстие для удаления дымовых газов расположено в выходной стенке.

Отходящие дымовые газы подают в рекуператор "дымовые газы/воздух" или во вторичный теплообменник 1, расположенный поблизости от отверстия для удаления дыма. В данном вторичном теплообменнике воздух, используемый в качестве текучего теплоносителя, нагревают путем теплообмена с отходящими дымовыми газами.

Полученный таким образом горячий воздух подают по трубопроводам 2 к двум первичным теплообменникам 3 и 4, расположенным позади входной стенки.

В теплообменнике 3 "воздух/кислород" окислитель в виде кислорода предварительно нагревают путем теплообмена с горячим воздухом перед подачей по линии подвода кислорода в обе горелки 7 с кислородным дутьем.

В теплообменнике 4 "воздух/природный газ" топливо в виде природного газа предварительно нагревают путем теплообмена с предварительно нагретым воздухом перед подачей по линии подвода природного газа в горелки 7 с кислородным дутьем.

Обе горелки 7 с кислородным дутьем ориентированы так, что оси распыла факелов обеих горелок сходятся в точке пересечения, расположенной в вертикальной плоскости, включающей в себя продольную ось X-X камеры, с целью образования горячей точки.

Угол α между данными горелками выбирают в зависимости от требуемого местоположения горячей точки. Например, для горячей точки, расположенной на расстоянии d=2×L/3, tg α=l/(2×d)=3×l/(4×L).

Согласно данному примеру способа и печи по настоящему изобретению плавильная камера имеет длину 9 м и ширину 4,5 м.

Параметры данного способа представлены в приведенной далее таблице.

Дымовые газы Состав: 37 об.% CO₂, 50 об.% H₂O, 9 об.% N₂, 5 об.% O₂   Температура: от 1 350 до 1 450°C   Расход: ≤20 000 нм³/ч Окислитель Состав: кислород (>90 об.%)   Температура предварительного нагрева: 550°C Топливо (природный газ) Состав: природный газ   Температура предварительного нагрева: 450°C Текучий теплоноситель Состав: воздух

Изобретение относится к способу и печи для сжигания с кислородным дутьем для плавления стекла. Техническим результатом изобретения является снижение расхода энергии на плавление стекла. Способ заключается в получении расплавленного стекла плавлением стеклообразующих материалов в плавильной камере, ограниченной входной стенкой, выходной стенкой, боковыми стенками, полом и сводом и имеющей площадь внутренней поверхности, меньшую или равную 200 м² и предпочтительно находящуюся в интервале от 10 до 90 м², причем данная камера имеет входную зону со стороны входной стенки, выходную зону со стороны выходной стенки и продольную ось, проходящую между входной и выходной стенками, при этом способ включает в себя этапы, на которых: загружают во входной зоне стеклообразующие материалы; плавят стеклообразующие материалы с получением расплавленного стекла, подводя в плавильную камеру энергию, необходимую для плавления, причем по меньшей мере 70% энергии, необходимой для плавления, подводят, подавая в две горелки с кислородным дутьем топливо и окислитель, причем окислитель имеет содержание кислорода, равное по меньшей мере 70 об.% и предпочтительно по меньшей мере 80 об.%, и инжектируя топливо и окислитель в плавильную камеру посредством двух данных горелок с кислородным дутьем с целью образования двух факелов пламени, обладающих осями распыла, и дымовых газов, причем обе горелки с кислородным дутьем входят в плавильную камеру через входную стенку и расположены по обеим сторонам от вертикальной плоскости, включающей в себя продольную ось плавильной камеры; расплавленное стекло удаляют из выходной зоны; дымовые газы удаляют из плавильной камеры по меньшей мере через одно отверстие для удаления дымовых газов, и в котором оси распыла обоих факелов сходятся предпочтительно в вертикальной плоскости, включающей в себя продольную ось плавильной камеры, на расстоянии d от входной стенки, имеющем значение в интервале от 1/3 до 3/4 длины L плавильной камеры и предпочтительно приблизительно равном 2/3 длины плавильной камеры. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

1. Способ получения расплавленного стекла плавлением стеклообразующих материалов в плавильной камере, ограниченной входной стенкой, выходной стенкой, боковыми стенками, полом и сводом и имеющей площадь внутренней поверхности, меньшую или равную 200 м² и предпочтительно находящуюся в интервале от 10 до 90 м², причем данная камера имеет входную зону со стороны входной стенки, выходную зону со стороны выходной стенки и продольную ось, проходящую между входной и выходной стенками, при этом способ включает в себя этапы, на которых:
- загружают во входной зоне стеклообразующие материалы;
- плавят стеклообразующие материалы с получением расплавленного стекла, подводя в плавильную камеру энергию, необходимую для плавления, причем по меньшей мере 70% энергии, необходимой для плавления, подводят, подавая в две горелки с кислородным дутьем топливо и окислитель, причем окислитель имеет содержание кислорода, равное по меньшей мере 70 об.% и предпочтительно по меньшей мере 80 об.%, и инжектируя топливо и окислитель в плавильную камеру посредством двух данных горелок с кислородным дутьем с целью образования двух факелов пламени, обладающих осями распыла, и дымовых газов, причем обе горелки с кислородным дутьем входят в плавильную камеру через входную стенку и расположены по обеим сторонам от вертикальной плоскости, включающей в себя продольную ось плавильной камеры;
- расплавленное стекло удаляют из выходной зоны;
- дымовые газы удаляют из плавильной камеры по меньшей мере через одно отверстие для удаления дымовых газов,
и в котором оси распыла обоих факелов сходятся предпочтительно в вертикальной плоскости, включающей в себя продольную ось плавильной камеры, на расстоянии d от входной стенки, имеющем значение в интервале от 1/3 до 3/4 длины L плавильной камеры и предпочтительно приблизительно равном 2/3 длины плавильной камеры.

2. Способ по п.1, в котором окислитель имеет содержание кислорода, равное по меньшей мере 85 об.%, предпочтительно по меньшей мере 90 об.% и более предпочтительно по меньшей мере 95 об.%.

3. Способ по п.1 или 2, в котором по меньшей мере часть отходящих дымовых газов направляют в устройство рекуперации тепла и предварительно нагревают по меньшей мере часть окислителя в устройстве рекуперации тепла перед его подачей в две горелки с кислородным дутьем.

4. Способ по п.1, в котором устройство рекуперации тепла содержит по меньшей мере один первичный теплообменник, расположенный вне плавильной камеры и, по существу, позади входной стенки.

5. Способ по п.4, в котором предварительно нагревают по меньшей мере часть окислителя путем теплообмена с текучим теплоносителем по меньшей мере в одном первичном теплообменнике перед его подачей в две горелки с кислородным дутьем.

6. Способ по п.5, в котором текучий теплоноситель нагревают путем теплообмена по меньшей мере с частью отходящих дымовых газов по меньшей мере в одном вторичном теплообменнике, расположенном поблизости по меньшей мере от одного отверстия для удаления дыма, и подают нагретый текучий теплоноситель по меньшей мере в один первичный теплообменник, расположенный позади входной стенки, для предварительного нагрева по меньшей мере части окислителя и при необходимости по меньшей мере части топлива.

7. Способ по п.5, в котором по меньшей мере часть отходящих дымовых газов подают по меньшей мере в один вторичный теплообменник, расположенный поблизости от входной стенки, нагревают текучий теплоноситель путем теплообмена по меньшей мере с частью отходящих дымовых газов по меньшей мере в одном вторичном теплообменнике и подают нагретый текучий теплоноситель по меньшей мере в один первичный теплообменник, расположенный позади входной стенки, для предварительного нагрева по меньшей мере части окислителя и при необходимости по меньшей мере части топлива.

8. Способ по любому из пп.1 и 2, в котором две горелки с кислородным дутьем расположены симметрично по обеим сторонам по отношению к вертикальной плоскости, включающей в себя продольную ось плавильной камеры.

9. Способ по п.3, в котором две горелки с кислородным дутьем расположены симметрично по обеим сторонам по отношению к вертикальной плоскости, включающей в себя продольную ось плавильной камеры.

10. Способ по п.4, в котором две горелки с кислородным дутьем расположены симметрично по обеим сторонам по отношению к вертикальной плоскости, включающей в себя продольную ось плавильной камеры.

11. Печь для плавления стеклообразующих материалов, содержащая:
- плавильную камеру, ограниченную входной стенкой, выходной стенкой, боковыми стенками, полом и сводом и имеющую входную зону со стороны входной стенки и выходную зону со стороны выходной стенки, причем данная плавильная камера имеет площадь поверхности, меньшую или равную 200 м² и предпочтительно находящуюся в интервале от 10 до 90 м², и продольную ось, проходящую между входной и выходной стенками;
- по меньшей мере одно отверстие для загрузки стеклообразующих материалов, расположенное во входной зоне;
- по меньшей мере одно отверстие для выхода расплавленного стекла, расположенное в выходной зоне;
- по меньшей мере одно отверстие для удаления дымовых газов;
- две горелки с кислородным дутьем, входящие в плавильную камеру через входную стенку и расположенные по обеим сторонам от вертикальной плоскости, включающей в себя продольную ось плавильной камеры, причем каждая горелка с кислородным дутьем оснащена устройством подачи окислителя и устройством подачи топлива,
отличающаяся тем, что две горелки с кислородным дутьем выполнены с возможностью подводить в камеру плавления по меньшей мере 70% энергии и содержат инжекторы окислителя и инжекторы топлива с целью обеспечения возможности образования в плавильной камере двух факелов пламени с осями распыла, сходящимися предпочтительно в вертикальной плоскости, включающей в себя продольную ось плавильной камеры, на расстоянии d от входной стенки, имеющем значение в интервале от 1/3 до 3/4 длины камеры и предпочтительно приблизительно равном 2/3 длины камеры.

12. Печь по п.9, в которой две горелки с кислородным дутьем расположены симметрично по обеим сторонам по отношению к вертикальной плоскости, включающей в себя продольную ось плавильной камеры.

13. Печь по любому из пп.11 и 12, содержащая устройство для рекуперации тепла отходящих дымовых газов, причем данное устройство для рекуперации тепла отходящих дымовых газов содержит по меньшей мере один первичный теплообменник, причем по меньшей мере один первичный теплообменник расположен вне камеры и, по существу, позади входной стенки.

14. Печь по п.13, в которой устройства подачи окислителя соединены по меньшей мере с одним первичным теплообменником с целью обеспечения предварительного нагрева по меньшей мере части окислителя путем теплообмена с текучим теплоносителем.

15. Печь по п.14, содержащая:
- по меньшей мере один вторичный теплообменник, расположенный поблизости по меньшей мере от одного отверстия для удаления дымовых газов, для нагревания текучего теплоносителя путем теплообмена по меньшей мере с частью отходящих дымовых газов;
- трубопроводы, позволяющие подавать нагретый текучий теплоноситель по меньшей мере в один первичный теплообменник, расположенный позади входной стенки.

16. Печь по п.14, содержащая:
- по меньшей мере один вторичный теплообменник, расположенный поблизости от входной стенки, для нагревания текучего теплоносителя путем теплообмена по меньшей мере с частью отходящих дымовых газов;
- трубопроводы, позволяющие подавать по меньшей мере часть дымовых газов, отводимых через отверстие для удаления дыма, по меньшей мере в один вторичный теплообменник;
- трубопроводы, позволяющие подавать нагретый текучий теплоноситель по меньшей мере в один первичный теплообменник, расположенный позади входной стенки.

17. Печь по любому из пп.11 и 12, в которой устройства подачи окислителя соединены с источником окислителя, имеющего содержание кислорода, равное по меньшей мере 70 об.%, предпочтительно больше 80%, более предпочтительно больше 85 об.% и наиболее предпочтительно равное по меньшей мере 90 об.%.

18. Печь по п.13, в которой устройства подачи окислителя соединены с источником окислителя, имеющего содержание кислорода, равное по меньшей мере 70 об.%, предпочтительно больше 80%, более предпочтительно больше 85 об.% и наиболее предпочтительно равное по меньшей мере 90 об.%.

19. Печь по п.14, в которой устройства подачи окислителя соединены с источником окислителя, имеющего содержание кислорода, равное по меньшей мере 70 об.%, предпочтительно больше 80%, более предпочтительно больше 85 об.% и наиболее предпочтительно равное по меньшей мере 90 об.%.