CZ11860U1 - Sklářská taviči pánvová pec - Google Patents

Description

CZ 11860 Ul

Sklářská tavící pánvová pec

Oblast techniky

Technické řešení se týká sklářské tavící pánvové pece, v jejímž vnitřním prostoru je uložena nejméně jedna tavící pánev a tento prostor je napojen kanálovým systémem přes kovový rekuperátor do komína.

Dosavadní stav techniky

Jednou z nej starších pánvových pecí představuje typ „Siemens“, což jsou dolnoplamenné, regenerativní pece s plamenem vyúsťujícím z podlahy pece proti klenbě.

Běžné pánvové pece, např. homoplamenné, mají hořáky umístěné naproti sobě nad pánvemi, a většinou jsou regenerativní.

V českém patentovém spisu č. 279 670 je popsána sklářská tavící pánvová pec s dvojitým ležatým U-plamenem. Pec má čelní stěnu osazenou dvěma hořáky napojenými na středotlaký rozvod plynu a situovanými nad horním okrajem pánví. Mezi oběma plynovými hořáky je v hořákové čelní stěně umístěn odtah spalin. Horní hrana odtahu spalin je v úrovni horního okraje pánví.

Tato pec je využívána zejména pro vícepánvové pece, je obtížně aplikovatelná jako pec zónová s atmosférickým oddělením jednotlivých pánví. Jedná se o typ homoplamenné pece a dvojitým horizontálním U-plamenem, využívající k předehřátí vzduchu kovový rekuperátor.

V pánvových pecích jsou pánve uloženy ve spalovacím prostoru pece, která je vybavena odtahem spalin s kanálovým systémem odvodu spalin do komína, buď přes regenerátory nebo rekuperátor.

Jsou známy různé typy pánvových pecí s různým způsobem otopu. Všechny tyto pánvové pece mají jedno společné, a to že v nich existují značné vertikální i horizontální teplotní spády v tavícím prostoru.

Podstata technického řešení

Uvedené nevýhody se odstraní nebo podstatně omezí sklářské tavící pánvové peci podle tohoto technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že pec je vybavena

- nejméně jedním tangenciálním plynovým hořákem s U-plamenem umístěným nad horním okrajem pánve a/nebo nade dnem pánve,

- odtahovým otvorem pro výstup spalin, umístěným v podlaze pece,

- odtahovým kanálem spalin umístěným pod podlahou pece, přičemž hořáky jsou vždy situovány z jedné strany pracovního otvoru a odtah spalin je vždy situován z druhé strany pracovního otvoru.

Hlavní výhodou sklářské pánvové tavící pece je možnost vytvoření malokapacitní jednopánvové až devítipánvové pece s možností flexibility konstrukčního uspořádání. Konstrukční uspořádání dvou tangenciálních hořáků umožňuje ovlivnění rozdělení teplot v peci. Odtahový otvor v podlaze pece umožňuje vedení spalin podél vertikální stěny pánve až k jejímu dnu. Odtahový kanál spalin umístěný pod podlahou pece v místě dna pánve zabezpečuje vyhřívání dna pánve.

Hořáky situované z jedné strany pracovního otvoru a odtah z druhé strany pracovního otvoru umožňují, že plamen neprochází podél pracovních otvorů sklářů a při díle sklářů se dosahuje nulového přetlaku na spodním okraji pracovního otvoru.

- 1 CZ 11860 Ul

Když má odtahový kanál větší průřez než odtahový otvor, zvětší se teplosměnná plocha pro ohřívání dna pánve přes podlahu pece.

Regulaci odtahu spalin těsně za výstupem spalin z pece se provádí prvním stupněm regulace odtahu spalin, takže je možno docílit rozdílných tlaků atmosféry v peci a v prostoru rekuperátoru.

Na výstupu z rekuperátoru nebo na vstupu do komínu může být umístěn druhý stupeň regulace pro jemnější ovládání pecního přetlaku především v průběhu díla sklářů.

Na základě tohoto konstrukčního řešení mohou být vytvořeny různé alternativy vícepánvových pecí s využitím variability provozu malokapacitních pecí. Tyto možnosti jsou uvedeny dále.

Dvoupánvová zónová pec může být tvořena dvěma pánvemi, jejichž pracovní otvory jsou situovány vedle sebe, nebo jsou od sebe vychýleny do stran. Pecní prostory jsou odděleny žárovou stěnou, přičemž každá pánev má samostatný výstup spalin s prvním stupněm regulace odtahu spalin a oba odtahové kanály jsou vedeny do společného rekuperátoru a komína. Tak se získají dva oddělené samostatné taviči prostory s oddělenou atmosférou v taviči části při využití společného rekuperátoru a odtahu spalin.

Třípánvová jednoprostorová pec může být vytvořena ze tří pánví, uspořádaných tak, že mezi dvěmi bočními pánvemi s pracovními navzájem odchýlenými otvory je umístěna středová pánev. Každá z bočních pánví má samostatný otop a výstup spalin. Oba tyto výstupy spalin jsou vedeny do společného rekuperátoru a komínu. Třetí pánev je umístěna mezi oběma bočními pánvemi a jejich odtahovými otvory výstupu spalin. Tak se ve stejném půdorysu jako u předchozí dvoupánvové zónové pece se získá pec třípánvová, využívající výhod dvou topných okruhů pro vyhřívání třetí středové pánve.

Další alternativu představuje pec, která je vytvořena ze dvoupánvové zónové pece se dvěma pánvemi s pracovními otvory navzájem odchýlenými do stran a ze třípánvové jednoprostorové pece. Samostatné výstupy spalin z obou pecí jsou napojeny na společný rekuperátor vyúsťující do společného komínu. Tato pec má 6 pracovních otvorů, s možností využití třech oddělených pecních prostorů pro libovolný teplotní a časový režim se společným rekuperátoru a odtahovým komínem.

Jinou alternativu představuje pec, vytvořená ze tří třípánvových jednoprostorových pecí, jejichž samostatné výstupy spalin jsou vedeny do společného rekuperátoru, napojeného na společný komín. Vytvoří se tak 9 pracovních otvorů ve třech samostatných pecních prostorech se společným rekuperátorem a komínem.

Horizontální U-plamen se v peci vede tangenciálně nad a kolem pánví, následně se spaliny vedou po vertikální dráze kolem svislé stěny pánve do odtahového otvoru spalin v podlaze pece a odtud horizontální dráhou odtahovým kanálem pod podlahou pece do rekuperátoru. Výhodou je docílení teplotně homogenního pole ve vnitřním prostoru pece s nižšími tavícími teplotami, zvýšenou kvalitou skloviny a prodlouženou životností pece. Spaliny obtékají kolem obvodu taviči pánve a dále se vedou pode dnem taviči pánve do komína, čímž se vyrovnávají teploty v celé pánvi. Pokud se horizontální U-plamen vede od hořáku v kontaktu po vnitřní ploše vyzdívky spalovacího prostoru mimo pracovní otvory, dochází k intenzivnímu vyhoření paliva na krátké dráze. Tavení aodplyňování skloviny se provádí při i teplotách v rozmezí od 1380 do 1410 °C, což představuje snížení běžných tavících a odplyňovacích teplot skloviny v průměru cca až o 40 °C.

Přehled obrázků na výkresech

Technické řešení je podrobně popsáno na příkladných konkrétních provedeních, objasněných na připojených schematických výkresech, z nichž představuje obr. 1 jednopánvovou pec v axonometrickém pohledu s částečnými řezy,

-2CZ 11860 Ul obr. 2 jednopánvovou pec v bočním řezu, obr. 3 dvoupánvovou zónovou pec s pracovními otvory uspořádanými v řadě, v pohledu shora, obr. 4 dvoupánvovou zónovou pec s pracovními otvory vzájemně vychýlenými do stran, v pohledu shora, obr. 5 třípánvovou jednoprostorovou pec s dvěma topnými okruhy, v pohledu shora, obr. 6 pec s kombinací troj a dvoupánvové pece, v pohledu shora a obr. 7 třízónovou pec v hvězdicovém uspořádání, v pohledu shora.

Příklady provedení technického řešení

Příklad 1 (Obr. 1,2)

Jednopánvová tavící pec (obr. 1, 2) je osazena dvěma tangenciálními plynovými hořáky 1 situovanými nad sebou z jedné strany pracovního otvoru 2. V podlaze pece 3 je umístěn odtahový otvor 4 spalin vyúsťující do rozšířeného odtahového kanálu 5 pode dnem pánve 6. Dráha spalin sestává z delší části horizontálního U-plamene 7, navazující na kratší vertikální část 8 dráhy odtahu spalin. První stupeň 9 regulace odtahu spalin je umístěn v kanálovém systému těsně za výstupem 10 spalin za pecí. První stupeň 9 regulace spalin představuje např. keramické hradítko. Na kanálový systém spalin za pecí navazuje svisle orientovaný kovový rekuperátor U. Druhý stupeň 12 regulace odtahu spalin je umístěn na výstupu spalin za rekuperátorem 11. Druhý stupeň 12 regulace odtahu spalin může být např. kovové hradítko.

Pánvová pec pracuje následovně:

V pánvi 6 se taví sklovina pro užitkové sklo, kupř. pro ruční rotační náběr z pracovních otvorů

2.Typ pánve 6 dle obr. 1, 2 se v jiném neznázoměném alternativním provedení dá využít pro vypouštění skloviny ze dna pánve 6, např. pro tažení tyčí, či výroby frity.

Do hořáků I se přivádí plynné palivo. Tangenciálním vedením plamene v kontaktu se stěnami pece, které vytvářejí spalovací prostor, dochází k účinnému kontaktnímu spalování plamene na relativně krátké dráze ve srovnání se stávajícími pánvovými pecemi. Vrchní hořák I je situovaný tak, že plamen vyhořívá nad horní hranou pánve 6. Dolní hořák I je umístěn těsně nad podlahou 3 pece, takže plamen z něho obklopuje taviči pánev 6. Taviči pánev 6 je obtékána spalinami z obou hořáků I, které jsou odváděny rozšířeným kanálem 5 pod podlahou 3 taviči pánve 6, čímž se dociluje rovnoměrného ohřevu taviči pánve 6. Tavící pánev 6 je ohřívána v přímém kontaktu ze spalin, a to jednak seshora ze spalovacího prostoru a jednak po obvodu válcové taviči pánve 6. Navíc je pánev 6 otápěna zespodu, převážně vedením tepla ze spalin, přes keramickou podlahu 3 pece.

Teplotní gradient v peci během tavení i zpracování skloviny lze regulovat vzájemným poměrem příkonů paliva horního a spodního hořáku 1, jakož i přetlakem spalin v peci ovlivňovaném prvním stupněm 9 eventuálně i druhým stupněm 12 regulace odtahu spalin.

Účinné kontaktní spalování probíhá po dráze horizontálního U-plamene 7, a vertikální dráhy 8 odtahu spalin, přitom obě tyto dráhy kopírují v tomto příkladném provedení válcový tvar vnitřního prostoru pece. Dochází tak ke kontaktnímu spalování plamene na žáruvzdorné vyzdívce vnitřního prostoru pece na relativně dlouhé dráze v malém prostoru, což vede k urychlení spalovacího procesu a zvýšení jeho účinnosti.

Situováním hořáků 1 a odtahového otvoru 4 spalin v podlaze 3 pece na opačných bočních stranách pracovního otvoru 2 se docílí toho, že plamen nepřechází po dráze podél pracovního otvoru 2, takže je sníženo vyhánění spalin z pece. Spolu s dvoustupňovým systémem regulace

-3CZ 11860 Ul odtahu spalin se snáze docílí nulový přetlak pecní atmosféry na spodní hraně pracovního otvoru 2. Tímto opatřením se zlepší požadované pracovní podmínky sklářů.

Rozšířená část odtahového kanálu 5 spalin vytváří větší teplosměnnou plochu pro ohřev podlahy 3 pece pode dnem pánve 6. Rozšířený odtahový kanál 5 se v tomto příkladném provedení zároveň může využít jako teplá skelná jímka pro zachycování nístějové skloviny. Kanál na výstupu JO spalin za prostorem taviči pece může mít zmenšený průřez, vzhledem k průřezu odtahového kanálu 5, který odpovídá požadované rychlosti proudění spalin přes rekuperátor Π. do komína J5.

Tímto systémem otopu se dosahuje velmi příznivého teplotně homogenního prostoru, v němž je umístěna taviči pánev 6, s podstatným snížením až omezením vertikálních teplotních gradientů v taviči pánvi 6 a tím i ve sklovině. Tavení a odplyňování skloviny probíhá v rozmezí teplot 1380 až 1410 °C dle velikosti taviči pánve ó.Tavicí proces a hlavně čeřící proces, tj. odplyňování skloviny, probíhá v důsledku homogenního teplotního pole při podstatně snížených tavících teplotách ve srovnání se stávajícím stavem techniky, takže u jednoho typu skloviny se běžně dosahuje snížení nejvyšších tavících teplot až o 40° C. Nižšími teplotami se prodlužuje životnost pánví 6 i vlastní taviči pece vzhledem k nižší korozi žáromateriálu.

Nižší tavící teploty přímo souvisí s pomalejší korozí pánvové hmoty a tím i uvolňování produktů koroze do skloviny. Dosahovaná kvalita skloviny z těchto pecí má nižší šlírovitost.

Příklad 2 (Obr. 3)

Pec dle obr. 3 představuje spojení dvou funkčně samostatných jednopánvových pecí, oddělených společnou žárovou stěnou 13. Vznikne tak dvoupánvová zónová pec. Každá zóna má svoji pánev 6 s pracovním otvorem 2, otápěnou tangenciálně uloženými hořáky 1, vlastním otvorem 4 spalin, rozšířeným odtahovým kanálem 5, samostatným prvním stupněm 9 regulace odtahu spalin. Společný pro obě zóny je rekuperátor 11 navazující na společný neznázoměný komín 15. V tomto konkrétním provedení dle obr. 3 jsou obě pánve 6 umístěny vedle sebe v řadě a obě v jednom monobloku vyzdívky pece. Pracovní otvory 2 obou zón jsou situovány vedle sebe v jedné linii, která je kolmá na osy 14 pracovních otvorů 2.

Funkčně pracují obě pracovní zóny shodným způsobem, uvedeným v předchozím příkladném provedení. Dvouzónová pec se dvěma pánvemi 6 umožňuje vyšší provozní a technologickou flexibilitu ve srovnání s klasickými stávajícími pánvovými pecemi. Dvouzónová pec umožňuje provozovat rozdílný režim tavení i zpracování skloviny při různých teplotách, časovém rozložení tavby a zpracování. V každé pánvi 6 může být jiná sklovina, jiná teplota, jiná atmosféra, jedna pánev 6 může tavit sklovinu, druhá ji může vypracovávat, v každé pánvi 6 se může tavit jiný typ skloviny ěi rozdílné barvy. Lze uskutečnit výměnu pánve 6 pouze v jedné zóně. Případně se může jedna zóna krátkodobě odstavit z provozu.

Příklad 3 (Obr. 4)

Konstrukční uspořádání dvouzónové pece v tomto příkladném provedení je shodné s předchozím příkladným provedením s tím rozdílem, že osy 14 pracovních otvorů 2 jsou vzájemně vychýleny. Tímto uspořádáním se docílí větší pracovní plocha před pracovními otvory 2 a sníží se vzájemná tepelná zátěž.

Příklad 4 (Obr. 5)

Uspořádání této pece včetně tvaru je po stavební stránce shodné s předchozím příkladným provedením s tím rozdílem, že je vypuštěna část žárové stěny 13 a do vzniklého prostoru je mezi dva odtahové otvory 4 vsazena třetí pánev 6. Vznikne tak atmosféricky spojený tavící prostor se třemi pánvemi 6 a třemi pracovními otvory 2. Vzniklá jednoprostorová pec má jeden společný

-4CZ 11860 Ul vsázecí otvor pro všechny tři pánve 6. Nově vsazená středová pánev 6 je vytápěna pouze spalinami z obou bočních topných okruhů bočních pánví 6 a není vytápěna podlaha 3 pece pod středovou pánví 6. Středová pánev 6 využívá odtahového systému obou bočních pánví 6, shodného jako u předchozího provedení. Částečně odlišné teploty na obou bočních pánvích 6, jak při tavení tak při zpracování skloviny, lze docílit rozdílným příkonem paliva do jednotlivých bočních hořáků i. Může se tak v nich zpracovávat různý sortiment výrobků při různých teplotách. Ve srovnání s předchozím provedením existence tří pánví 6 se zvyšuje taviči výkon a umožňuje kombinovat tavené skloviny mezi sebou.

Příklad 5 (Obr. 6)

Příkladnou možnost variability konstrukčního uspořádání dle tohoto technického řešení představuje provedení dle obr. 6, v němž je uvedena možnost spojení dvouzónové pece popsané v předchozím příkladu 3 (obr. 4) ajednoprostorové třípánvové pece popsané v předchozím příkladu 4 (obr. 5). Každá pec má svoji regulaci odtahu a obě pece mají společný rekuperátor 11 a komín .15. Sestavou těchto staveních modulů pecí se získá vícepánvová pec např. jako náhrada za současné velkoprostorové pánvové pece.

Příklad 6 (Obr. 7)

Další alternativní řešení představuje hvězdicové uspořádání tří pecí, popsaných v předchozím příkladu 4 (obr. 5) do jednoho pecního systému se společným rekuperátorem J_1 a komínem j_5. Každá z pecí se třemi pánvemi 6 tvoří samostatnou pracovní zónu s možností rozdílného technologického režimu tavení a zpracování skloviny. Každá zóna má samostatný topný i odtahový systém.

Každé z předchozích konstrukčních uspořádání pecí bylo úspěšně ověřeno v dlouholetých provozních podmínkách užitkového skla.

Uvedené příklady provedení nejsou vyčerpávající. Jsou možné další varianty a kombinace způsobu a konstrukčního uspořádání v rámci rozsahu myšlenky patentových nároků.

Průmyslová využitelnost

Řešení je vhodné pro sklářský průmysl, všude tam, kde se používají plynem otápěné taviči pánvové pece.

Vztahové značky:

hořáky pracovní otvory podlaha 3 pece odtahový otvor 4 pro výstup spalin rozšířený odtahový kanál taviči pánve horizontální U-plamen vertikální dráha 8 odtahu spalin první stupeň 9 regulace odtahu spalin výstup 10 spalin za pecí rekuperátor druhý stupeň 12 regulace odtahu spalin žárová stěna osy 14 pracovních otvorů komín.

Claims (9)

NÁROKY NA OCHRANU

1. Sklářská tavící pánvová pec, v jejímž vnitřním prostoru je uložena nejméně jedna tavící pánev (6) a tento prostor je napojen kanálovým systémem přes kovový rekuperátor (11) do komína(15), vyznačující se tím, že je vybavena

- nejméně jedním tangenciálním plynovým hořákem (1) sU-plamenem umístěným nad horním okrajem pánve (6) a/nebo nade dnem pánve (6),

- odtahovým otvorem (4) pro výstup spalin, umístěným v podlaze (3) pece,

- odtahovým kanálem (5) spalin umístěným pod podlahou (3) pece, přičemž hořáky (1) jsou vždy situovány z jedné strany pracovního otvoru (2) a odtah (4) spalin je vždy situován z druhé strany pracovního otvoru (2).

2. Sklářská tavící pánvová pec podle nároku 1, vyznačující se tím, že odtahový kanál (5) má větší průřez než odtahový otvor (4).

3. Sklářská tavící pánvová pec podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že výstup (10) spalin za pecí je opatřen prvním stupněm (9) regulace odtahu spalin.

4. Sklářská tavící pánvová pec podle nároku 3, vyznačující se tím, že na výstupu z rekuperátoru (11) nebo na vstupu do komínu (15) je umístěn druhý stupeň (12) regulace.

5. Sklářská tavící pánvová pec podle nároku 1 nebo alespoň jednoho z předcházejících nároků 2, 3, 4, vyznačující se tím, že je dvoupánvová zónová, je tvořená dvěma pánvemi (6), jejichž pracovní otvory (2) jsou situovány vedle sebe, jsou odděleny žárovou stěnou (13), přičemž každá pánev (6) má samostatný výstup (10) spalin s prvním stupněm (9) regulace odtahu spalin, a oba odtahové kanály (10) jsou vedeny do společného rekuperátoru (11) a komína (15).

6. Sklářská tavící pánvová pec podle nároku 1 nebo alespoň jednoho z předcházejících nároků 2, 3, 4, vyznačující se tím, že je dvoupánvová zónová, tvořená dvěma pánvemi (6), jejichž pracovní otvory (2) jsou navzájem odchýleny do stran ajsou odděleny žárovou stěnou (13), přičemž každá pánev (6) má samostatný výstup (10) spalin za pecí s prvním stupněm (9) regulace odtahu spalin, přitom oba výstupy (10) spalin jsou veden do společného rekuperátoru (11) a komína (15).

7. Sklářská tavící pánvová pec podle nároku 1 nebo alespoň jednoho z předcházejících nároků 2, 3, 4, 6, vyznačující se tím, že je třípánvová jednoprostorová, tvořená dvěma pánvemi (6), jejichž pracovní otvory (2) jsou navzájem odchýleny do stran, každá z těchto bočních pánví (6) má samostatný výstup (10) spalin s prvním stupněm (9) regulace odtahu spalin, oba tyto výstupy (10) spalin jsou vedeny do společného rekuperátoru (11) a komínu (15), přičemž mezi oběma bočními pánvemi (6) ajejich odtahovými otvory (4) výstupu spalin je umístěna středová pánev (6) s pracovním otvorem (2).

8. Sklářská tavící pánvová pec podle nároků 6 a 7, vyznačující se tím, že je vytvořena ze dvoupánvové zónové pece se dvěma pánvemi (6) s pracovními otvory (2) navzájem odchýlenými do stran a ze třípánvové jednoprostorové pece, přitom samostatné výstupy (10) spalin z obou pecí jsou napojeny na společný rekuperátor (11) vyúsťující do společného komína (15).

9. Sklářská tavící pánvová pec podle nároku 7, vyznačující se tím, že je vytvořena ze tří třípánvových jednoprostorových pecí, jejichž samostatné výstupy (10) spalin jsou vedeny do společného rekuperátoru (11), napojeného na společný komín (15).