CZ2003318A3 - Nitrogen oxide reduced introduction of fuel in combustion air ports of a glass furnace - Google Patents

Description

Způsob snížení obsahu oxidů dusíku ve vstupu spalovacího vzduchu tavící vany pro sklo a zařízení pro provádění tohoto způsobu

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu snížení obsahu oxidů dusíku ve vstupu spalovacího vzduchu tavící vany pro sklo. Vynález se dále týká zařízení pro vytváření stínu v proudění pro ochranu proti průchodu spalovacího vzduchu bezprostředně skrze oblast zaústění paprsku paliva uvnitř vstupu spalovacího vzduchu, k provádění uvedeného způsobu. Vynález se dále týká zařízení pro zavádění paprsku plynu k provádění tohoto způsobu a zařízení pro zavádění topného plynu s nízkou turbulencí do vstupu spalovacího vzduchu vanové pece pro potlačení intenzivního míšení spalovacího vzduchu a topného plynu na vstupu topného plynu uvnitř vstupu spalovacího vzduchu. Vynález se tedy týká primárních opatření pro snížení obsahu oxidů dusíku, zejména způsobu a příslušných zařízení ke snížení obsahu oxidů dusíku v plamenech tavících van pro sklo, vytápěných fosilními palivy.

Primárními opatřeními jsou zde zjednodušeně v úzkém smyslu slova míněna taková opatření, která se k omezení vytváření oxidů dusíku použijí uvnitř pece. Ještě přesněji řečeno, týká se vynález opatření pro vedení plamene za účelem omezení vytváření oxidů dusíku.

Dosavadní stav techniky

Primární opatření jsou ve srovnání se sekundárními opatřeními obvykle spojena s nižšími náklady. Primární opatření však často nedosahují při snižování obsahu oxidů dusíku

požadované účinnosti. Zvláště problematické jsou taviči vany pro sklo s příčnými plameny, to jest s po straně uspořádanými hořáky, protože mají mimořádně vysoký výchozí obsah oxidů dusíku a známá primární opatření jsou málo účinná. Například, při použití hořáků se sníženou tvorbou oxidů dusíku, které mají vysokou účinnost u van se spodním vytápěním, se nedosáhne žádného znatelného účinku.

Potlačení vytváření oxidů dusíku spočívá u termicky vytvářených oxidů dusíku v podstatě v tom, že se potlačuje za vysokých teplot probíhající spalování vzdušného dusíku se vzdušným kyslíkem na oxidy dusíku. Z hlediska látek je přitom podstatný místní koncentrace kyslíku a dusíku, se kterou stoupá vytváření oxidů dusíku. Z hlediska teplot je podstatná teplota plamene, zejména v kořenu plamene. Výchozími opatřeními pro snížení vytváření oxidů dusíku jsou teplota předehřátí spalovacího vzduchu, chladný postranní vzduch, lokální poměr paliva ke spalovacímu vzduchu a složení vzduchu, to jest jeho obsah spalin, dusíku a kyslíku. V tomto směru byla vyvinuta řada metod, například metoda oxyfuel, při které se spalovací vzduch nahrazuje téměř čistým kyslíkem, nebo provoz pece za téměř stochiometrických poměrů, například podle dokumentu WO 98/02386, při kterém se vyloučí veškerý nadbytečný vzduch.

Další opatření spočívá v technických úpravách na pecích, jako je uspořádání těsnicích desek na cihlách s tryskami pro zabránění přístupu vzduchu z okolí, nebo utěsnění pece proti průnikům falešného vzduchu. Podle dokumentu DE 43 01 664 Al se předchází místním vysokým koncentracím v kritickém místě kořenu plamene.

Za účelem snížení tvorby oxidů dusíku se také používají úpravy na hořácích nebo nové typy hořáků.

• ·

- 3 Místní konzentrace kyslíku a dusíku se snižují také zpětným zaváděním spalin, současně se takto snižují i teploty, to jest brzdí se zapalování, což přináší snížení teploty. Vzniku oxidů dusíku by se mělo předejít například bezplamennou oxidací v hořáku a přenos tepla by měl být zprostředkován pouze spalinami.

Ochlazení kořene plamene je předmětem také takových metod, při kterých se zpožďuje míšení paliva se vzduchem. V tomto směru je známo zejména kaskádní vytápění podle dokumentů DE 34 41 675 Al a DE 44 15 902 Cl a karburační stupně.

Obecně se přitom zpožďuje zapalování plamene nebo hlavního plamene. Ke spalovacímu vzduch se přidávají spaliny nebo paprsek paliva se zavádí obalený spalinami. Kořen plamene se chladí vodní párou. Geometrické uspořádání zavádění vzduchu do pece s nízkou turbulencí je známo jako vstup s volným paprskem. Takto se sníží turbulence vzduchu a omezí se předčasné náhodné míšení paliva se vzduchem. Jsou známy olejové hořáky, u kterých se při rozprašování oleje předchází vzniku příliš jemných kapek. Příliš horkému kořenu plamene se předejde také v plynových hořácích, kterými se paprsek plynu zavádí do pece s nízkou turbulencí. Tyto hořáky jsou známy pod označením hořáky s volným paprskem.

V USA jsou již po delší dobu pro úsporu energie známa a používají se podobná řešení s prahy, popsaná například v publikaci Melting Furnace Design in the Glas Industry, Alexis G. Pincus, 1976. Avšak i v tomto případě se vyskytují stejné problémy. Tak zvané kaskádní vytápění se od tohoto v positivním směru odlišuje tím, že hlavní hořák je překryt paprskem plynu, který je malým předehřívacím plamenem ochuzen o kyslík, čímž se popsané nebezpečí sníží.

• · · · • ·

- 4 V poslední době se při dalším vývoji kaskádního vytápění ve vstupu spalovacího vzduchu používá práh podobně jako při výše popsané metodě. Toto se stalo známým jako kaskádní vytápění druhé generace s integrovanou technologií Bufflewall, jak je toto popsáno v publikaci Glasingenieur 5/98. Nevýhodou je přitom skutečnost, že kaskádním vstřikováním vytvářená vrstva spalin je nejdříve sama vytvářena plamenem a sama je zdrojem značného množství oxidů dusíku. Účinnost snižování vytváření oxidů dusíku se takto snižuje. Metoda není navíc použitelná pro vany se vstupy vyhřívanými ze stran.

Karburační stupeň a kaskádní vytápění druhé generace mají společné to, že topný plyn se zavádí do stínu v proudění za stupněm nebo prahem. Stín v proudění se tedy nachází na straně stupně odvrácené od strany stupně, která je vystavena náporu spalovacího vzduchu. Stupněm se rozumí snížení úrovně dna vstupu spalovacího vzduchu ve směru proudění tohoto spalovacího vzduchu. Rozdíl mezi karburačním stupněm a kaskádou druhé generace spočívá v podstatě v tom, že za tímto prahem/stupněm se zavádí veškerý topný plyn nebo jen jeho část.

Vytápění se zvětšenou vzdáleností zavádění paliva a vzduchu je odborné opatření, které vzniklo z porovnání různých konstrukcí pecí. Snižuje se často počet plamenů, čímž se úměrně zmenšuje také prostor horkých nebo téměř adiabatických plamenů, které jsou hlavními zdroji oxidů dusíku.

Stav techniky, který je předmětu techniky nejblíže, je již několik let realizován na vaně pro nápojové sklo se spodním vytápěním. Toto řešení spočívá v podstatě v uspořádání karburačního stupně ve vstupu spalovacího vzduchu, přičemž do stínu v proudění spalovacího vzduchu je z obou bočních stěn vstupu zaváděno běžnými plynovými hořáky palivo tak, že se přinejmenším zčásti navzájem kompenzuji impulzy proti sobě navzájem orientovaných paprsků plynu. Rozhodná myšlenka pro použiti tohoto řešeni ke sníženi vytváření oxidů dusíku spočívala na výpočtu vytváření oxidů dusíku v tomto uspořádání na základě ze starší literatury a vlastních pokusů známého zlepšení vyzařování tepla z plamene karburací topných plynů, při interní a externí karburací, která byla pozdějšímu uživateli sdělena a jejíž využití doporučeno. Při odhadu rizika se poukazovalo na extrémně pozměněný charakter plamene a vytváření sazí. Výsledky měření tvorby oxidů dusíku však nebyly k dispozici, protože karburační stupně se dlouho před vyhodnocením ekologických důsledků oxidů dusíku používaly výlučně z důvodu energetické hospodárnosti. Při následujícím praktickém použití metody ke snížení vytváření oxidů dusíku jednou německou firmou, která staví sklářské pece, se zmíněný výpočet kvantitativně potvrdil mnohaletým provozem. Provozovatel označuje zařízení a metodu za úspěšné ve srovnání s výše uvedeným stavem techniky. Nezvládá se však problém vytváření usazenin uhlíku ve vstupu, což se v jiných případech může stát mírně kritickým. Jsou pak zapotřebí neproduktivní kompenzační opatření, jako vysoký podíl vzduchu při spalování. Vytváření plamene a poloha plamenů v prostoru pece jsou téměř výlučně určovány konstrukcí prahu a vstupu. Je jen malá možnost ovlivnění tohoto nastavením hořáků, a to jak při použití běžných cihel, tak i cihel s inovovanými parametry. Zařízení je, jakmile je při stavbě pece jednou použito, jen málo flexibilní. Na takto vybavené pece nelze například přenést způsob vytápění šikmými plameny podle dokumentu DE 195 20 649 Al, který je účinný z hlediska sníženého vytváření oxidů dusíku a zvýšení výkonu.

Problém tedy spočívá v tom, že mnohé z uvedených metod lze

použít jen s vysokými náklady a mnohé z nich se vůbec nehodí pro určité konstrukce pecí nebo je možno je tam použít s jen nepatrným efektem. Jako příklad může být uvedena často používaná konstrukce vany s příčnými plameny a hořáky uspořádanými po stranách vstupu spalovacího vzduchu. Spalovací vzduch a palivo se v těchto pecích mísí navzájem v příčném proudu bezprostředně po výstupu paliva z cihly s tryskou. Důsledkem je vytváření velkého množství oxidů dusíku. Žádná z výše popsaných metod včetně nadějného stupně ve vstupu pro karburaci plynu tento zásadní problém neřeší nebo tyto metody mají nežádoucí vedlejší účinky. Karburační stupeň, který sám o sobě jez hlediska snížení vytváření oxidů dusíku účinný, vyžaduje pro svoji funkci značnou konstrukční výšku, což jako vedlejší účinek způsobuje nežádoucně silné škrcení přívodu spalovacího vzduchu. Kromě toho, u van s příčnými plameny, jestliže je takto vybavena pouze část vstupů, dochází ke značnému přerozdělení spalin a vzduchu do jiných vstupů. Také konstrukční změna vstupů za účelem zohlednění těchto efektů má negativní vedlejší účinky, protože se se značnými náklady musí přinejmenším zvětšit rozměry těchto vstupů.

Zcela zásadně je však použití této metody omezeno u van s vysokými požadavky na jakost skla, a to v důsledku toho, že vytváření elementárního uhlíku, což je nevyhnutelný předpoklad karburačního stupně, se nemůže spolehlivě omezit na vytváření jemných částeček, protože ve stínu stupně vznikají větší usazeniny grafitu, které se také mohou dostat do skla, což přináší větší riziko pro jakost vyráběného skla.

Úkolem vynálezu je proto nalezení způsobu a zařízení pro efektivní zavádění topného plynu do vstupu spalovacího vzduchu tavících van pro sklo, kterými se docílí snížení tvorby oxidů dusíku a kterými se do značné míry vyřeší problémy spojené s výše ·»·; · ·· · ·· ···· .· ·· ··.· .. , • · ··· · · .

· ··.. ·»»» .

• · · .......

·® ··· ·· ··· ·· ··

- Ί popsanými metodami a zařízeními. Způsob a zařízení podle vynálezu mají být v zásadě vhodné a efektivně použitelné pro všechny typy pecí a zejména také pro vany s příčnými plameny a hořáky uspořádanými po stranách, které jsou z hlediska vytváření oxidů dusíku zvláště kritické.

Podstata vynálezu

Uvedený úkol řeší a nedostatky známých řešení tohoto druhu do značné míry odstraňuje způsob snížení obsahu oxidů dusíku ve vstupu spalovacího vzduchu tavící vany pro sklo, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že pro ochranu proti průchodu spalovacího vzduchu bezprostředně skrze oblast zaústění paprsku paliva uvnitř vstupu spalovacího vzduchu se pomocí mechanické překážky pro proud spalovacího vzduchu, která tuto oblast geometricky radiálně kompletně překrývá, vytváří v prouděni stín, který ve směru proudění vzduchu v návaznosti na překážku pro proud spalovacího vzduchu pokračuje jako stín v proudění, který je v podstatě rovnoběžný se dnem vstupu spalovacího vzduchu, přičemž celý paprsek paliva je na volném konci překážky pro proud spalovacího vzduchu v místě průchodu spalovacího vzduchu náhle vystavován míšení se vzduchem.

Překvapivě se zjistilo, že dodatečným vybavením vstupu spalovacího vzduchu stěnovým segmentem podle vynálezu, který je kombinován s plynodynamickým nadzdviháváním spalovacího vzduchu, což jsou hlavní opatření k odstínění kořenu plamene, se v podstatě vyloučí nebo omezí všechny vedlejší účinky karburačního stupně a může se dosáhnout podstatného snížení tvorby oxidů dusíku.

Předmětem vynálezu je rovněž způsob snížení obsahu oxidů dusíku ve vstupu spalovacího vzduchu tavící vany pro sklo, podle

vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že v prostoru zvíření překážkou pro proud spalovacího vzduchu se vstřikuje nejméně jeden paprsek plynu tak, že tam se nacházející podtlakový prostor se aktivně a dynamicky vyplní takovým množstvím plynu, že včetně tepelné expanze plynu převážně vznikne v této oblasti v podstatě malý přetlak plynu.

Popsané způsoby se také mohou navzájem kombinovat.

Paprsek plynu se do oblasti paty překážky pro proud spalovacího vzduchu, která je vstavena náporu spalovacího vzduchu, zavádí jako plynová vrstva v množství, které s výhodou představuje 1 až 5 % paliva příslušného vstupu spalovacího vzduchu.

Dále je výhodné, jestliže topný plyn se do na třech stranách uzavřeného prostoru za překážkou pro proud spalovacího vzduchu zavádí jako předem vytvarovaný přirozený volný paprsek.

Vynález se rovněž týká zařízení pro vytváření stínu v proudění pro ochranu proti průchodu spalovacího vzduchu bezprostředně skrze oblast zaústění paprsku paliva uvnitř vstupu spalovacího vzduchu, k provádění popsaného způsobu, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že ve vstupu spalovacího vzduchu je uspořádán stěnový segment, který uzavírá dráhu vzduchu a spolu se dnem vstupu spalovacího ' vzduchu a boční stěnou vstupu spalovacího vzduchu vytváří ze tří stran uzavřený prostor.

Zmíněný stěnový segment má délku, která je výrazně kratší než polovina šířky dna vstupu spalovacího vzduchu, je uspořádán v podstatě kolmo k boční stěně, ze které vystupuje do vstupu spalovacího vzduchu, přičemž jeho největší výška vůči spodní •••Φ · ·« φ φφ φ · • φ φ φ

Φφφ» • Φ Φ Φ Φ ·· ΦΦΦ *φ

- 9 linii pláště idealizovaného volného paprsku je přibližně stejná nebo větší než součet průměru ústí hořáku s 1/3 délky tohoto stěnového segmentu.

Koruna stěnového segmentu je nejméně po části její délky a nejméně po větší části její šířky opatřena vodicí plochou pro vzduch, která je opatřena ostrou odtrhávací hranou a ve směru proudu spalovacího vzduchu plošně stoupá.

Zmíněná vodicí plocha stoupá vůči dnu vstupu spalovacího vzduchu s výhodou pod úhlem přibližně 10°.

Dále je výhodné, jestliže vrchol koruny stěnového segmentu ve směru proudu spalovacího vzduchu odpovídá projekci volného paprsku plynu.

Kromě toho je výhodné, jestliže koruna stěnového segmentu od boční stěny vstupu spalovacího vzduchu směrem ke svému volnému konci spojitě nebo stupňovitě stoupá pod úhlem přibližně 20°.

Dále, ke středu přivrácená svislá čelní plocha stěnového segmentu je nejméně po větší části své šířky opatřena uklidňovací plochou, která je ve směru proudu spalovacího vzduchu zešikmena o přibližně 10° a se stejně zešikmenou čelní plochou protilehlého stěnového segmentu tvoří zúžení.

V jednom z dalších výhodných provedení zařízení je plynodynamického nadzdvižení spalovacího vzduchu dosahováno tím, že k proudu spalovacího vzduchu přivrácená strana stěnového segmentu je opatřena náběžnou rampou z ohnivzdorného materiálu pro vedení přicházejícího spalovacího vzduchu po náběžné rampě zpočátku pod úhlem přibližně 10° až 30° a nakonec pod úhlem

přibližně 10° šikmo nahoru.

Kromě toho je výhodné, jestliže náběžná rampa je vodorovná a rovinná a po své délce a následně na dně vstupu spalovacího vzduchu ve směru proudu spalovacího vzduchu spadá vůči vodorovné rovině pod úhlem přibližně 10°.

Předmětem vynálezu je dále zařízení pro zavádění paprsku plynu k provádění popsaného způsobu, při kterém dosahuje plynodynamického nadzdvižení spalovacího vzduchu s malou turbulencí pomocí vestavby, to jest stěnového segmentu, uvnitř vstupu spalovacího vzduchu, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že na náporové straně stěnového segmentu je u jeho paty uspořádána vytěsňovací jehla pro zavádění nejméně jednoho paprsku plynu. Touto vytěsňovací jehlou se zpětně zavádějí spaliny.

Vytěsňovací jehla je s výhodou provedena jako přibližně se dnem vstupu spalovacího vzduchu uspořádaná válcová jehla, která je na své jedné čelní straně opatřena nejméně přípojkou pro směs plynů nebo spalitelný plyn, jejíž protilehlá čelní strana je uzavřena a která je opatřena nejméně jednou axiální štěrbinou pro výstup plynu.

Toto zavádění spalin vytváří za stoupající korunou stěnového segmentu další plynodynamickou složku odstínění kořenu plamene podle vynálezu.

Vytěsňovací jehla a její axiální štěrbiny jsou polohovatelné a nastavitelné axiálním posunutím a radiálním pootočením vůči stěnovému segmentu, protože vytěsňovací jehla prochází přibližně vodorovně otvorem v boční stěně vstupu spalovacího vzduchu a dřík ·· • · · · · • · · » © · · · · • · · · · ·· ··· ··

- 11 ·· ····

vytěsňovací jehly je vně vstupu spalovacího vzduchu uložen v nejméně jednom trubkovém pouzdru.

Vytěsňovací jehla je s výhodou provedena jako kolmo vůči dnu vstupu spalovacího vzduchu uspořádaná víceplášťová ocelová trubková vytěsňovací jehla, přičemž mezi dvěma trubkami vytěsňovací jehly je vytvořena vrstva obíhajícího chladivá, a vytěsňovací jehla je opatřena oproti vytěsňovací jehle kratším a čelně uzavřeným pláštěm pro přívod plynu, který je na uzavřené čelní straně v místě přerušení pláště chladivá opatřen nejméně jednou axiálně orientovanou a radiálně se rozšiřující výstupní štěrbinou pro plyn.

Vytěsňovací jehla prochází v podstatě kolmo skrze dno vstupu spalovacího vzduchu a je orientována a uspořádána tak, že z vytěsňovací jehly vystupující paprsek topného plynu vychází od paty stěnového segmentu v místě, kde je ve směru proudu spalovacího vzduchu přední hrana čelní plochy stěnového segmentu přímo vystavena náporu proudění spalovacího vzduchu, přičemž paprsek topného plynu je v blízkosti dna vstupu spalovacího vzduchu a v blízkosti stěnového segmentu nasměrován na boční stěnu vstupu spalovacího vzduchu, ke které je stěnový segment přichycen.

Předmětem vynálezu je konečně také zařízení pro zavádění topného plynu s nízkou turbulencí do vstupu spalovacího vzduchu vanové pece pro potlačení intenzivního míšení spalovacího vzduchu a topného plynu na vstupu topného plynu uvnitř vstupu spalovacího vzduchu, k provádění popsaného způsobu, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že paprsek plynu z hořáku pro zavádění topného plynu do vstupu spalovacího vzduchu je jako paprsek plynu s nízkou turbulencí zaváděn do vstupu spalovacího vzduchu tím, že výstupní otvor pro plyn z hořáku a/nebo cihly hořákové trysky »· φφφφ je proveden jako přirozený volný paprsek, přičemž hořák a/nebo cihla hořákové trysky jsou jako otvorem pro výstup plynu opatřeny průchozím difuzorem s úhlem rozevření přibližně 20 %, přičemž délka difuzoru je větší než jeho nejmenší průměr.

Výstupní otvor pro topný plyn je s výhodou uspořádán a orientován ve stínu proudění v prostoru koutu tak, že obvod paprsku topného plynu na vstupu do vstupu spalovacího vzduchu a/nebo prodloužení pláště výstupního otvoru hořáku a/nebo cihly hořákové trysky se přibližují k povrchu stěnového segmentu a dna vstupu spalovacího vzduchu, avšak neprotínají tento povrch.

K vytváření volného paprsku s výhodou použijí vhodné plynové hořáky. Může se jednat o pravé hořáky s volným paprskem nebo o plynové hořáky, které lze jako turbulenční hořáky nebo hořáky s volným paprskem nastavit.

Naposledy uvedené hořáky se vyznačují tím, že hořák je opatřen chladicím pláštěm a v návaznosti na válcovou přívodní trubku pro plyn je jako spojení k ústí hořáku uspořádán podlouhlý difuzor, který má úhel rozevření pro vytváření volného paprsku kolem 20°, přičemž hořák má minimální průměr ústí přibližně 50 mm, který je tedy podstatně větší než u dosavadních hořáků, přičemž za hořákem není uspořádána žádná cihla s tryskou, nýbrž přímý výstup topného plynu do prostoru pece je tvořen ústím hořáku samotným. Hořák se dále s výhodou vyznačuje tím, že přívod plynu k podlouhlému difuzoru na délce přibližně pěti průměrů přívodní trubky pro plyn neobsahuje žádné pevné nebo při nastavování do této polohy uvedené vestavby, které by zejména ovlivňovaly osu proudění plynu v trubce.

Odstínění podle vynálezu je v nejvíce výhodném provedení

- 13 • · ·> 4 ·« • * • · ♦ · · «♦·

·· * · · » · · • · · • · · · ·· ·· tvořeno třemi prvky. Prvním prvkem je kořeny plamenů radiálně geometricky zcela překrývající mechanická ochrana proti proudění, tvořená stěnovým segmentem, který v axiálním směru plamene na svém konci vystavuje celý paprsek paliva náhle míšení se vzduchem. Druhým prvkem je plynodynamické převýšení stěnového segmentu a z toho vyplývající vodorovné srovnání spodní strany dále proudícího vzduchu korunou stěnového segmentu, která ve směru proudění vzduchu stoupá pod úhlem s výhodou 10°. Třetím prvkem je potlačení turbulence a nadzdvižení proudu spalovacího vzduchu s minimální turbulencí představnými cihlami stěnového segmentu, které jsou provedeny jako náběžné rampy, nebo vyplňování podtlakového prostoru, který je vytvářen v rohu na náběžné straně stěnového segmentu, spalinami, zásluhou čehož je proud spalovacího vzduchu mechanicky nebo pomocí expandujících spalin kluzně nebo plynodynamicky nadzdvihován přes stěnový segment. Spaliny přitom mohou být studené přiváděny zvenčí nebo být vytvářeny ve vstupu z topného plynu a vzduchu nebo spalin.

Použití vynálezu je zvláště vhodné pro takové pece pro tavení skla, které jsou opatřeny bočním zaváděním paliva do vstupů pro spalovací vzduch. Takové pece mají obecně konstrukční výhody, v poslední době se však nepovažují za perspektivní, protože jsou nevhodné pro primární snižování obsahu oxidů dusíku. Vynález odstínění kořenu plamene tuto nevýhodu odstraňuje a kromě toho se ve srovnání s dosud převážně používanými vanami se spodním vyhříváním uplatní výhody vyplývající z menšího počtu hořáků u tohoto typu pecí z hlediska vytváření oxidů dusíku. Provozovatelé tohoto typu pecí se dostávají do příznivé situace, protože mohou zachovat při výrobě skla osvědčený typ pecí, aniž by přitom byli nuceni k nákladným a nesystémovým sekundárním opatřením nebo k řešení 3R podle dokumentu PL 922 48 52, přičemž mohou stávající pec upravit na maximální snížení tvorby ·♦<·

0* •0 0·«0

- 14 oxidů dusíku za běžného provozu této pece.

Při správném provedení úprav se dosáhne také příznivých vedlejších účinků, jako je úspora energie, snížení teploty prostoru pece, zvýšení výkonu a prodloužení životnosti pece.

Z hlediska nastavitelnosti polohy plamenů se příznivě projevuje uspořádání zařízení podle vynálezu v blízkosti ústí hořáku ve vstupu spalovacího vzduchu.

Na rozdíl od prahů nebo stupňů lze bez vedlejších nevýhod vypustit větší dráhu od zavádění plynu až k ústí hořáku, takže změna úhlového nastavení hořáku má zřetelný vliv na polohu plamene a vedení plamene je takto technologicky flexibilní.

Zařízení podle vynálezu má oproti známému stavu techniky řadu dalších výhod.

Ačkoliv karburační efekt odstínění kořenu plamene podle vynálezu je ve srovnání s karburačními stupni malý, dosáhne se poměrně značného snížení tvorby oxidů dusíku tím, že stěnový segment pro odstínění kořenu plamene, který je z principu malý, může být ve všech svých rozměrech proveden bez výraznějších vedlejších účinků dostatečně velký, zejména vysoký, takže kořeny plamenů ve formě volných paprsků jsou kompletně chráněny proti přímému proudění vzduchu. Startovací reakce a míšení se vzduchem jsou úplné teprve na konci štítu a nedochází k nim již částečně v horních oblastech kořenu plamene. Proud paliva tam však vytváří dostatečně širokou frontu, která je zásluhou velkého povrchu schopna předávat vyzařováním tepla do okolí tolik tepla, že se předejde obvyklým, nahromaděním tepla vznikajícím adiabatickým teplotám u stávajících kořenů plamenů. Koruna stěnového segmentu, která podle vynálezu ve směru proudění spalovacího vzduchu

stoupá, přitom vytváří podstatnou plynodynamickou složku, protože se tak na odtrhávací hraně vzduchu podporuje jeho pokračující vodorovné rovinné proudění.

Na rozdíl od toho je u karburačního stupně na vorovně, rovnoběžně se dnem vstupu probíhající lavici, která končí odtrhávací hranou, šíření spalovacího vzduchu za ní podporováno pod stoupajícím úhlem přibližně 10°, v důsledku čehož známé karburační stupně, včetně kaskádových stupňů, plní svoji zamýšlenou funkci jen omezeně a v průběhu šíření plamene náhodně silně tepelně namáhají dno vstupu, které se nachází za prahem.

Ve srovnání s karburačními stupni se odstínění kořenu plamene podle vynálezu docílí s nízkými konstrukčními náklady, rozhodně nenákladně, přičemž se dosáhne neúplného odstínění jádra plamene, účinně se zabrání míšení paliva se vzduchem a tím předejde vzniku mimořádně horké nebo adiabat ické teplotní oblasti plamene v jeho kořenu. Turbulence vzduchu na náporové straně stěnového segmentu jsou výrazně plynodynamicky zmírňovány zpětným zaváděním na kyslík chudých spalin nebo topného plynu v kombinaci se spalinami nebo se vzduchem do podtlakového prostoru před stěnovým segmentem, takže se takto expandujícími spalinami zmírní problém této nově vzniklé druhé mrtvé oblasti proudění na štítu. Pro tento účel, to jest pro vytváření spalin a nadzdvihávání proudu spalovacího vzduch, případně použitá množství paliv jsou naproti tomu malá a velká s výhodou právě tak, že proudem spalovacího vzduchu strhávané spaliny jsou v podtlakovém prostoru právě tak průběžně nahrazovány, což je patrné z minimálních emisí oxidů dusíku. Problém hromadění tepla a adiabatických teplot se přitom neprojevuje, protože zaváděné množství paliva shoří převážně nebo s výhodou úplně externě, s příměsí spalin a v místě chladnějším než jiná místa pece. Přídavné vytváření oxidů dusíku

v důsledku do pece zavlékaných zbytků topného plynu je zanedbatelně malé.

Odstínění kořenu plamene jako primární opatření lze například ve srovnání s karburačními stupni snadno dodatečně instalovat, má kompromisní funkčně optimalizované konstrukční rozměry a lze je optimalizovat jak z aerodynamického, tak i plynodynamického hlediska.

Výhodný vedlejší účinek třetího funkčního prvku spočívá v tom, že z prostoru před stěnovým segmentem jsou sacím účinkem nad ním proudícího spalovacího vzduchu do spodních vrstev spalovacího vzduchu vmíchávány spaliny, a to dříve, než spalovací vzduch vstoupí do reakčního prostoru za štítem, to jest za stěnovým segmentem. V horní části plamene nebo přesněji v hraniční vrstvě mezi palivem a spalovacím vzduchem se takto přídavně složením směsi zpomalí startovací reakce. Zesílené zavádění paliv za účelem vytvoření silné oddělovací vrstvy spalin, jak je známo u kaskádového vytápění, je u odstínění kořenu plamene neproduktivní, protože známá nevýhoda, která spočívá ve vzniku dalšího zdroje oxidů dusíku v předřazeném plamenu, by se při přebytku paliva mohla projevit i při vyplňování prostoru před stěnovým segmentem spalinami. Je účelné, jestliže toto vyplňování spalinami odstraňuje pouze aerodynamickou chybu o sobě samotné již dokonalé geometrické ochrany celého kořenu plamene, která spočívá v předřazeném, konstrukcí podmíněném náporu spalovacího vzduchu na stěnový segment, kterým se vyvolají turbulence. Zmíněná chyba se odstraňuje tak, že spalinami se průběžně vyplňuje podtlakový prostor před stěnovým segmentem, čímž se zmírňuje plynodynamický vliv tohoto stěnového segmentu na proudění spalovacího vzduchu.

Výhodné provedení vytěsňovací jehly s axiálními štěrbinami pro výstup plynu zajišťuje, i když jimi prochází jen malé množství topného plynu, trvale poměrně velkou a tím chladnou plochu plamene, takže se vytváří jen málo oxidů dusíku. Spaliny se téměř plynule a s geometricky přizpůsobeným rozložením zavádějí radiálními průchody pro plyn bezprostředně do podtlakové zóny v oblasti paty stěnového segmentu.

Zásluhou krátké konstrukční délky obvykle symetricky proti sobě navzájem uspořádaných stěnových segmentů zůstává na dnu vstupu spalovacího vzduchu velká oblast, ve které nejsou žádné vestavby, které by překážely proudění spalovacího vzduchu. Zásluhou toho je tato oblast, zejména ve které se při použití prahů nebo stupňů usazuje uhlík, udržována volná. Nevzniká tak tedy nebezpečí ohrožení jakosti taveniny, které je větší než u dosud běžných vstupů spalovacího vzduchu, které neobsahují žádné vestavby, které by zužovaly průchod spalovacího vzduchu.

V jednom z výhodných provedení je palivo zaváděno pomocí hořáku s volným paprskem podle vynálezu u odstínění kořenu plamene a je odkloňováno vždy o přibližně 10°od každé ze stěn vymezujících tento prostor, přičemž odklon od stěny vstupu spalovacího vstupu je největší. Takto se mimořádně účinně zabrání náhodným vznícením na kořenu plamene. Je výhodné, že provoz stěnového segmentu nebyžaduje žádné průběžné náklady a že odstínění kořenu plamene je schopné funkce již s touto jednoduchou konstrukcí.

Další výhoda řešení podle vynálezu spočívá v tom, že zařízení může být s malými náklady nainstalováno ve stávajících pecích a že po jeho instalaci jsou i uvan s intenzivním příčným míšením mezi palivem a spalovacím vzduchem efektivně použitelná

- 18 další primární opatření pro omezení tvorby oxidů dusíku.

Například, další snížení tvorby oxidů dusíku umožňují kromě hořáků s volným paprskem také jiné hořáky s malými impulsy plynu.

Cihla s hořákem a hořák samotný jsou odstíněním kořenu plamene lépe chráněny proti vysokým teplotám.

Přehled obrázků na výkresech

Podstata vynálezu je dále objasněna na příkladech jeho provedení, které jsou popsány na základě připojených výkresů, které znázorňují

- na obr. 1 perspektivní pohled na výhodné provedení mechanického odstínění kořenu plamene podle vynálezu;

- na obr. 2 perspektivní pohled na další výhodné provedení úplného odstínění kořenu plamene podle vynálezu;

- na obr. 3 mechanické odstínění kořenu plamene podle vynálezu s přidáváním spalovacího vzduchu a předsádkou pro zmírnění turbulence;

- na obr. 4 zavádění spalin do stěnového segmentu podle vynálezu;

- na obr. 5 první provedení vytěsňovací jehly podle vynálezu s radiálně orientovaným výstupem paliva a vzduchu;

• · · · • · • · · ·

- 19 - na obr. 6 druhé provedení vytěsňovací jehly podle vynálezu s radiálním výstupem plynu a její uspořádání ve stěnovém segmentu; a

- na obr. 7 výhodné provedení vzduchem chlazeného plynového hořáku s volným paprskem.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 je ve schematickém perspektivním pohledu znázorněn vstup 1 spalovacího vzduchu do sklářské vany s bočním uspořádáním hořáku 3. Vstup 1 spalovacího vzduchu byl za provozu vybaven odstíněním kořenu plamene podle vynálezu. Za tím účelem byly napříč ke směru 2 proudu spalovacího vzduchu ve směru proudění před cihlami s hořákovými tryskami, popřípadě před ústími 3a hořáků u bočních stěn 11 vstupu 1 spalovacího vzduchu na sebe navzájem ustaveny stěnové segmenty 4 z konstrukčních prvků, které jsou na svých vnitřních dosedacích plochách opatřeny do sebe navzájem zapadajícími profily. Hořák 3 je ve směru 2 proudu spalovacího vzduchu uspořádán za stěnovými segmenty 4. Prodloužená osa cihly s hořákovou tryskou, popřípadě ústím 3a hořáku je od ve směru 2 proudu spalovacího vzduchu zadní stěny 4b stěnového segmentu 4 odkloněna tak, že ve vodorovné rovině svírá s touto zadní stěnou 4b úhel přibližně 10° Zmíněná osa současně stoupá pod úhlem 10° vůči rovině dna 5 vstupu 1 spalovacího vzduchu. Jako hořáky 3 mohou být použity plynové hořáky s volným paprskem, které jsou popsány v dokumentu DE 195 20 650, nebo plynové hořáky, jejichž ústí místo toho, aby na ně jako obvykle navazovaly hořákové cihly, samo tvoří ústí. Takový hořák je znázorněn na obr. 7 a popsán podrobněji níže.

V posledním případě je takto průměr ústí 3a pro palivo

průměrem otvoru hořáku. Jeho velikost je například 95 mm, šířka vstupu 1 spalovacího vzduchu činí 1,5 m. Rozměry stěnového segmentu 4 odstínění kořene plamenu podle vynálezu jsou například délka 500 mm, šířka 250 mm a výška 300 mm. Výška byla podle toho stanovena jako součet průměru ústí 3a hořáku 3 a 1/3 délky stěnového segmentu 4, přičemž v předloženém příkladu bylo třeba při výpočtu výšky stěnového segmentu 4 zohlednit zvýšenou polohu ústí 3a hořáku 3, aby se kompenzovala konstrukčními důvody podmíněná chyba polohy ústí 3a hořáku 3 ve vztahu k výchozímu bodu 10 stěnového segmentu 4, protože paprsek 8 paliva se na rozdíl od výhodné polohy podle vynálezu nedotýká dna 5 vstupu 1 spalovacího vzduchu.

Ve znázorněném příkladu provedení se spodní okraj ústí 3a hořáku 3 nachází 40 mm nad dnem 5 vstupu 1 spalovacího vzduchu a spodní linie pláště šířícího se paprsku, předpokládá se volný paprsek, je rovnoběžná se dnem 5 vstupu 1 spalovacího vzduchu a je o tuto výšku nad tímto, dnem 5 nadzvižena. Oblast horní linie pláště 8 paprsku paliva by jinak byla vystavena předčasnému míšení se vzduchem. Stěnový segment 4 byl proto proveden o 40 mm vyšší.

Stěnový segment 4 je po celé své šířce opatřen korunou 4c, která vůči dnu 5 vstupu 1 spalovacího vzduchu stoupá ve směru 2 proudu spalovacího vzduchu pod úhlem 10°.

Zásluhou malé konstrukční šířky symetricky proti sobě navzájem uspořádaných stěnových segmentů 4 zůstává na dnu 5 vstupu 1 spalovacího vzduchu velký prostor bez překážek, které by bránily proudění spalovacího vzduchu. Zásluhou toho se v tomto prostoru díky intenzivnímu proudění spalovacího vzduchu neusazují zbytky uhlíku. Není tedy nebezpečí zhoršení jakosti taveniny,

- 21 které vzniká v případě dosud známých vstupů spalovacího vzduchu, které nejsou vybaveny překážkami zužujícími proud spalovacího vzduchu. Na volném konci stěnového segmentu 4 je celý paprsek paliva v místě průchodu 7 spalovacího vzduchu vystaven míšení se spalovacím vzduchem.

Jako proveditelné se ukázaly dva způsoby zabudování stěnového segmentu 4 podle vynálezu. Při prvním způsobu se otevře boční stěna 11 vstupu 1 spalovacího vzduchu stranou vedle cihly s hořákovou tryskou, popřípadě ústí 3a hořáku 3, aby se konstrukční prvky stěnového segmentu 4 mohly do vstupu 1 spalovacího vzduchu zasunout ze strany a uložit ve vrstvách na sobě navzájem. Při druhém způsobu se zespodu prořízne dno 5 vstupu 1 spalovacího vzduchu. Vyříznutá část dna 5 se pak spustí pomocí zvedací plošiny dolů, odklidí a zlikviduje. Na zvedací plošině se pak zhotoví odpovídající nová část dna 5, na které se postaví stěnový segment 4 pro odstínění kořenu plamene. Celek se pak pomocí zvedací plošiny nadzdvihne do vstupu 1 spalovacího vzduchu poněkud pod úroveň starého dna 5, popřípadě je stěnový segment 4 poněkud zapuštěn do nové části dna 5, aby se takto spolehlivě zabránilo sklouznutí stěnového segmentu 4 na dnu 5 vstupu 1 spalovacího vzduchu. Způsob s proříznutím dna 5 vstupu 1 spalovacího vzduchu je výhodný z hlediska pracnosti a překážek při jeho provádění.

Výsledkem popsaného příkladu provedení je snížení tvorby oxidů dusíku NOx o přibližně 50 %. V provozu pece se současně projevují další výhodné vedlejší účinky. Sníží se zejména spotřeba paliva a sníží se teplota klenby pece a tím se dosáhne snížení koroze ohnivzdorného materiálu. Znatelné je rovněž zvýšení tavicího výkonu vany.

• ·· ·

- 22 Na obr. 2 je znázorněno další výhodné provedení odstínění kořenu plamene, které je ve srovnání s provedením podle obr. 1 vybaveno k odstínění kořenu plamene dalším plynodynamickým prvkem, tvořeným nadzdvižením spalovacího vzduchu zaváděním plynu před stěnovým segmentem 4, čímž se dosáhne snížení turbulence. Pro zjednodušení výkresu je znázorněn jen jeden stěnový segment 4, stěnový segment 4 uspořádaný na protilehlé boční stěně 11 vstupu 1 spalovacího vzduchu byl vypuštěn. Kromě toho jsou v tomto provedení stěnového segmentu 4 podle vynálezu použity speciální konstrukční prvky, které na rozdíl od běžných formátů cihel vytvářejí přídavné stoupání koruny 4c stěnového segmentu 4 od boční stěny 11 směrem ke středu vstupu 1 spalovacího vzduchu, tedy k jeho volnému konci, pod úhlem přibližně 20° a přizpůsobují tak vnější geometrii stěnového segmentu 4 lépe k plášti 8 volného paprsku paliva a při dále zlepšeném odstínění kořenů plamenů mají zároveň zásluhou svých menších konstrukčních rozměrů menší blokovací účinek v periodě odplyňování a menší vedlejší účinky na rozptylování vzduchu u van s příčnými plameny. Zůstává zachována větší výška stěnového segmentu 4 podle nároku 7, která působí proti vzniku oxidů dusíku NOx.

Jako hořákové zařízení pro zavádění spalin je v předloženém příkladu použit sám o sobě známý hořák pro bezplamennou oxidaci, který ve svých známých provedeních dosud nemohl být použit pro vyhřívání tavičích van na sklo. Omezení jeho použitelnosti spočívá v příliš nízké teplotě spalin a v úplném spalování v hořáku, což je zde však výhodné proto, že tímto hořákem se nyní zavádějí do pece pouze spaliny a neprojevuje se již od přídavných plamenů známý efekt přídavného zdroje NOx. Hořák je zasazen do boční stěny 11 vstupu 1 spalovacího vzduchu a jeho paprsek 9 je šikmo nahoru ke středu vstupu 1 spalovacího vzduchu veden podél stěnového segmentu 4 na straně jeho přední stěny 4a. Potřebná φφφφ

* * · φφ · φ· φ • · φφ φ φ φ • φ φ φφφ ··· φφφφ · • · φ ΦΦΦ· • ·· φφφ ·· «·

- 23 množství spalin představují řádově jedno až několik procent celkově vytvářeného objemu spalin. Zařízení je technicky ukončeno představnou cihlou 13 ve spodní vrstvě stěnového segmentu 4, která má potlačovat hluboko a neúčinně odtahované spaliny a odvádět je do výše se nacházejících účinnějších drah. Dále, zadní stěna 4b stěnového segmentu 4 je konkávně vyklenuta.

Na obr. 3 je znázorněn stěnový segment 4, u kterého je nadzdvižení proudu spalovacího vzduchu místo plynodynamickou složkou realizováno pomocí mechanického zařízení, například pomocí představných cihel 12, které snižují turbulenci a které ve směru proudu 2 spalovacího vzduchu stoupají až ke koruně 4c stěnového segmentu 4 plynule a spojitě pod úhlem přibližně 10°. Toto řešení má však oproti plynodynamické složce nevýhodu v tom, že až dosud nebyla nalezena jednoduchá technologie k dovybavení vstupu 1 spalovacího vzduchu tímto stěnovým segmentem 4 za běžného provozu, takže může být použito jen při nové stavbě nebo opravě vany za studená a předmětné zařízení je také obtížně přístupné při drobných opravách.

Na obr. 4 je znázorněno zavádění spalin pro plynodynamické nadzdvižení proudu spalovacího vzduchu podle vynálezu do stěnového segmentu 4. Stěnový segment 4 je zde sestaven z vhodně tvarovaných konstrukčních prvků 14, přičemž horní konstrukční prvek 14 je proveden tak, že jeho dosedací žebro 14a je na straně přední stěny 4a zkráceno a nedosedá tvarově přesně na spodní konstrukční prvek 14 a tvoří takto výstupní štěrbinu 15 pro spaliny zaváděné skrze stěnu přívodem 6 spalin. Na obr. 4 je v řezu stěnovým segmentem 4 znázorněna jeho vnitřní konstrukce, není však znázorněna ohnivzdorná vrstva, která uzavírá čelní stranu stěnového segmentu 4. Zavádění spalin do horního konstrukčního prvku 14 stěnového segmentu 4 se provádí směrem od ···· · ·♦ · ·· ···· • ·· ···· · · · • ♦ · · · · · · • * · · · ···· · ·· · · · · · · « · ·· ··· ·· ··· ·· ··

- 24 boční stěny 11 vstupu 1 spalovacího vzduchu pomocí samo o sobě známého řešení, které sestává z přívodu 6 spalin a neznázorněného, o sobě známého hořáku pro bezplamennou oxidaci s keramickou hořákovou trubicí. Není znázorněna možná alternativa spočívající v tom, že kompaktní stěnový segment je opatřen slepým otvorem, který je opatřen boční štěrbinou v podobné poloze, jako je znázorněno na obr. 4. Do slepého otvoru se v periodě hoření zavádí topný plyn, spaliny nebo hořlavá směs plynů.

Na obr. 5 je v řezu znázorněno možné výhodné provedení vytěsňovací jehly 28 podle vynálezu s radiálně uspořádanými výstupy paliva a vzduchu, přičemž studený konec 27 je oproti horkému konci 26, který je podstatný pro provádění způsobu a celé zařízení, znázorněn natočený o 90° ve směru otáčení hodinových ručiček. Prostřednictvím přívodu 20 chladicí vody je napájen vnější vodní okruh, který je v blízkosti čelní desky 22 na horkém konci 26 opatřen vnějším přerušením ve tvaru poloviny válce vodního chladicího pláště. V tomto přerušení je vytvořen radiálně uspořádaný výstup 16 topného plynu a rovněž radiálně uspořádaný výstup 17 vzduchu. V neznázorněném půdorysném pohledu by tyto výstupy 16, 17 byly přibližně půlkruhové. Chladicí vodní okruh je od výstupu 16 topného plynu oddělen pláštěm segmentu 23 ve tvaru komolého kužele, který zároveň odchyluje horní strany proudu plynu z axiálního směru o přibližně 50° do radiálního směru. Spolu s difuzorovým segmentem 24, který je přibližně pod úhlem 70° vychýlen do radiálního směru, je paprsku plynu na výstupu hořáku vnucen výstupní úhel 30° od radiální roviny. Štěrbinový otvor samotný má úhel rozevření 20° a splňuje tak, i když také jen zčásti, požadavky k vytváření přirozeného volného paprsku. Radiálně orientovaný výstup 17 vzduchu je rovněž podle zmíněného požadavku na vytváření volného paprsku vymezen spodní stranou difuzorového segmentu 24 a dole diskem 25. Zásluhou toho

- 25 ····

se pod volným paprskem topného plynu nachází volný paprsek vzduchu, který je spodní stranou svého pláště rovnoběžný s radiální rovinou. Toto je pro proces důležité proto, že v zabudovaném stavu vytěsňovací jehly 28 probíhá dno 5 vstupu 1 spalovacího vzduchu rovněž rovnoběžně s touto radiální rovinou a vzduch takto není směrován proti tomuto dnu 5. Vytvářený plamen je oběma vytvářenými volnými paprsky maximálně uklidňován a má zároveň minimální vzdálenost ode dna 5 vstupu 1 spalovacího vzduchu, aniž by byl proti tomuto dnu 5 nasměrován. Studený konec 27 je opatřen přípojkou 18 topného plynu, přípojkou 19 vzduchu, přívodem 20 chladicí vody a odvodem 21 chladicí vody. Přívod 20 chladicí vody a odvod 21 chladicí vody jsou z důvodu zabránění vysokých konstrukčních nákladů, které by byly v alernativním víceplášťovém provedení nevýhodou, provedeny jako poloviny skořepiny. Vytěsňovací jehla 28 je s výhodou provozována s navzájem podobnými tlaky topného plynu a rozptylovacího vzduchu. Pouze z důvodu přehlednosti funkčního principu je výstup 17 vzduchu v příkladu provedení znázorněn podobně velký jako výstup 16 topného plynu. Pro proces je typické, že nejmenší rozměr štěrbiny, která určuje průtok vzduchu, je několikanásobně větší než odpovídající rozměr štěrbiny pro topný plyn.

Na obr. 6 je zjednodušeně a názorně vyobrazena v rohu u stěnového segmentu 4 vodorovně zabudovaná vytěsňovací jehla 28 s axiálními štěrbinami 30, a to na přední stěně 4a stěnového segmentu 4, která je vystavena náporu proudu spalovacího vzduchu ve směru 2.

Vytěsňovací jehla 28 je v tomto příkladu provedení opatřena dvěma axiálními štěrbinami 30, které jsou proti na ně směrovanému proudu spalovacího vzduchu orientovány tak, že ze štěrbin 30 vystupující spaliny v důsledku zaváděcího impulzu a termické • · · φ ·

- 26 expanze plynu vytvářejí plynodynamický spalinový spoiler, který nadzvedává spalovací vzduch za snížení turbulence nad stěnový segment 4, který představuje překážku proudění. Nastavení polohy vytěsňovací jehly 28 je snadné proto, že tato je v otvoru 29 na chladné straně boční stěny 11 vstupu 1 spalovacího vzduchu (neznázorněno) uložena posuvně a otočně.

Na obr. 7 je znázorněno možné provedení hořáku pro vytváření volného paprsku topného plynu, které je v této aplikaci výhodné. Také technologie procesu spalování má značný vliv na jakost produktu, energetickou účinnost, předpokládanou životnost a výrobní kapacitu průmyslových pecí. Zvláště výrazný je však tento vliv na vytváření oxidů dusíku NOx. Jako zvláště efektivní se u plynových hořáků pro vany na tavení skla ukázalo řešení s použitím tak zvaného plynového hořáku s volným paprskem, u kterého se dociluje velmi výrazného snížení tvorby oxidů dusíku.

Hořák použitý podle vynálezu je s výhodou hořák s upravenou konstrukcí, který nevyžaduje žádnou cihlu pro trysku a je proto proveden jako uzavřený celokovový a chlazený hořák, přičemž prostor pro proudění plynu je zvenčí vytvořen podlouhlým difuzorem, v prostoru pro proudění plynu je uspořádána v axiálním směru posuvná válcová přívodní trubka pro plyn a chladicí vzduch s nastavitelným odchylováním je k ústí hořáku přiváděn jako vnější proud primárního spalovacího vzduchu. Zásluhou toho může být plamen nastaven v rozsahu charakteristik dosavadních konstrukcí hořáků v širokém rozsahu. V případě závad jakosti skla z nejasných důvodů lze sáhnout po starých zkušenostech se zajišťováním jakosti, ze kterých vyplývají prostředky a nastavení. Je k tomu zapotřebí pouze nastavení hořáku a polohování centrální trysky v prostoru kořene difuzoru. Vytváří se tak dlouho známý silně turbulentní plamen, který může být •ti·· ti ti* ti ti titi ti ti ·· • ti ti ti «i • titititi titititi ti •titi tititi titititi ·* ti·· titi ··« titi ·«

- 27 ti ti 4 ti ještě dále upravován primárním vzduchem, aby se rychlé uvedení do provozu mohlo dále modifikovat. Lze přitom využít staré zkušenosti k zajištění jakosti provozu pecí. Efektivní způsob provozu hořáku v režimu volného paprsku lze takto, vyjde-li se z dosavadních hořákových paprsků, nastavit postupně.

Hořák je dále popisován ve své úpravě jako hořák s volným paprskem, jak se s výhodou používá v kombinaci se stěnovými segmenty podle vynálezu a plynodynamickým nadzdviháváním proudu spalovacího vzduchu.

Centrálně uspořádaná trubka 35 centrální trysky je za tím účelem zcela vytažena směrem dozadu z podlouhlého difuzoru 33 a ústím 36 trysky oddálena v přívodní trubce 32 pro plyn od kořene 37 podlouhlého difuzoru 33 na pětinásobek průměru přívodní trubky 32 pro plyn, která je válcová. Dráhu proudu 40 primárního spalovacího vzduchu mezi chladicím pláštěm 31 a cihlou 39 pro uložení hořáku do volného prostoru v otvoru 38 pro uložení hořáku uzavírá stěna 41. Z ústí 34 hořáku vystupuje volný plynový paprsek s nízkou turbulencí. Snížené přimíchávání vzduchu z okolí, následná karburace topného plynu s vysokým podílem uhlíkových částic a zapalování plamene teprve v oblasti velkého povrchu plamene, tedy s dobrými podmínkami pro vyzařování tepla, jsou splněním podmínek pro nízké emise oxidů dusíku NOx s touto konstrukcí, ve které se spolehlivě předejde vzniku obvyklých vysokých nebo dokonce adiabatických teplot plamene.

Claims (21)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob snížení obsahu oxidů dusíku ve vstupu (1) spalovacího vzduchu tavící vany pro sklo, vyznačující se tím, že pro ochranu proti průchodu spalovacího vzduchu bezprostředně skrze oblast zaústění paprsku paliva uvnitř vstupu (1) spalovacího vzduchu se pomocí mechanické překážky (4) pro proud spalovacího vzduchu, která tuto oblast geometricky radiálně kompletně překrývá, vytváří v proudění stín, který ve směru proudění vzduchu v návaznosti na překážku (4) pokračuje jako stín v proudění, který je v podstatě rovnoběžný se dnem (5) vstupu (1) spalovacího vzduchu, přičemž celý paprsek paliva je na volném konci překážky (4) v místě průchodu spalovacího vzduchu náhle vystavován míšení se vzduchem.
2. 2. Způsob snížení obsahu oxidů dusíku ve vstupu (1) spalovacího vzduchu tavící vany pro sklo, vyznačující se tím, že v prostoru zvíření překážkou (4) pro proud spalovacího vzduchu se vstřikuje nejméně jeden paprsek plynu tak, že tam se nacházející podtlakový prostor se aktivně a dynamicky vyplní takovým množstvím plynu, že včetně tepelné expanze plynu vznikne v této oblasti v podstatě malý přetlak plynu.
3. 3. Způsob snížení obsahu oxidů dusíku ve vstupu (1) spalovacího vzduchu tavící vany pro sklo, vyznačuj ící se kombinací způsobů podle nároků 1 a 2.

   • » • · · · · · · ·· · • · ··· ··« • · · · · · · · · · w · · · · · · · · · •« · · · ·· · · · * · · ·

   - 29
4. 4. Způsob podle nároku 2 nebo 3, vyznačující se tím, že paprsek plynu se do oblasti paty překážky (4) pro proud spalovacího vzduchu, která je vyřazena z proudění vzduchu, zavádí jako plynová vrstva v množství, které představuje 1 až 5 % paliva příslušného vstupu (1) spalovacího vzduchu.
5. 5. Způsob podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že spalovací plyn se do na třech stranách uzavřeného prostoru za překážkou (4) pro proud spalovacího vzduchu zavádí jako předem vytvarovaný přirozený volný paprsek.
6. 6. Zařízení pro vytváření stínu v proudění pro ochranu proti průchodu spalovacího vzduchu bezprostředně skrze oblast zaústění paprsku paliva uvnitř vstupu (1) spalovacího vzduchu, k provádění způsobu podle nároku 1, 3, 4 nebo 5, vyznačující se stěnovým segmentem (4), který uzavírá dráhu spalovacího vzduchu a spolu se dnem (5) vstupu (1) spalovacího vzduchu a boční stěnou (11) vstupu (I) spalovacího vzduchu vytváří ze tří stran uzavřený prostor.
7. 7. Zařízení podle nároku 6, vyznačující se tím, že stěnový segment (4) má délku, která je výrazně kratší než polovina šířky dna (5) vstupu (1) spalovacího vzduchu, a je uspořádán v podstatě kolmo k boční stěně (II) , ze které vystupuje do vstupu (1) spalovacího vzduchu, přičemž jeho největší výška vůči spodní linii pláště idealizovaného volného paprsku (
8. 8) je přibližně stejná nebo větší než součet průměru ústí (3a) hořáku (3) s 1/3 délky tohoto stěnového segmentu (4).

   •··· φ φ · · ·· ···· φφφ · · · · · φ · • · · · · φ · · • · ♦ · · φφφφ · • φ · φφφ φφφφ •Φ φφφ φφ φφφ ·· ··

   - 30 8. Zařízení podle nároku 6 nebo 7, vyznačující se tím, že koruna (4c) stěnového segmentu (4) je nejméně po části její délky a nejméně po větší části její šířky opatřena vodicí plochou pro vzduch, která je opatřena ostrou odtrhávací hranou a ve směru (2) proudu spalovacího vzduchu plošně stoupá.
9. 9. Zařízení podle nároku 8, vyznačující se tím, že vodicí plocha stoupá vůči dnu (5) vstupu (1) spalovacího vzduchu pod úhlem přibližně 10°.
10. 10. Zařízení podle některého nebo více z nároků 6 až 9, vyznačující se tím, že vrchol koruny (4c) stěnového segmentu (4) ve směru (2) proudu spalovacího vzduchu odpovídá projekci volného paprsku plynu.
11. 11. Zařízení podle nároku 10, vyznačující se tím, že koruna (4c) stěnového segmentu (4) od boční stěny (11) vstupu (1) spalovacího vzduchu směrem ke svému volnému konci spojitě nebo stupňovitě stoupá pod úhlem přibližně 20°.
12. 12. Zařízení podle některého z nároků 6 až 11, vyznačující se tím, že ke středu přivrácená svislá čelní plocha stěnového segmentu (4) je nejméně po větší části své šířky opatřena uklidňovací plochou, která je ve směru (2) proudu spalovacího vzduchu zešikmena o přibližně 10° a se stejně zešikmenou čelní plochou protilehlého stěnového segmentu (4) tvoří zúžení.
13. 13. Zařízení podle některého z nároků 6 až 12, vyznačující se tím, žek proudu (2) spalovacího vzduchu přivrácená strana stěnového segmentu (4) je opatřena náběžnou rampou (12) z ohnivzdorného materiálu pro vedení přicházejícího spalovacího vzduchu po náběžné rampě (12) zpočátku pod úhlem přibližně 10° až 30° a nakonec pod úhlem přibližně 10° šikmo nahoru.
14. 14. Zařízení podle nároku 13, vyznačující se tím, že náběžná rampa (12) je vodorovná a rovinná a po své délce a následně na dně (5) vstupu (1) spalovacího vzduchu ve směru (2) proudu spalovacího vzduchu spadá vůči vodorovné rovině pod úhlem přibližně 10°.
15. 15. Zařízení pro zavádění paprsku plynu k provádění způsobu podle nároku 2, 3 nebo 4, vyznačující se tím, že na náporové straně stěnového segmentu (4) je u jeho paty uspořádána vytěsňovací jehla (28) pro zavádění nejméně jednoho paprsku plynu.
16. 16. Zařízení pro podle nároku 15, vyznačující se tím, že vytěsňovací jehla (28) je provedena jako přibližně se dnem (5) vstupu (1) spalovacího vzduchu rovnoběžně uspořádaná válcová jehla, která je na své jedné čelní straně opatřena nejméně přípojkou (18) pro směs plynů nebo spalitelný plyn, jejíž protilehlá čelní strana je uzavřena a která je opatřena nejméně jednou axiální štěrbinou (30) pro výstup plynu.
17. 17. Zařízení pro podle nároku 16, vyznačující se tím, že vytěsňovací jehla (28) a její axiální štěrbiny (30) jsou polohovatelné a nastavitelné axiálním posunutím a radiálním pootočením vůči stěnovému segmentu (4), protože vytěsňovací jehla (28) prochází přibližně vodorovně otvorem (29) v boční stěně vstupu (1) spalovacího vzduchu a dřík vytěsňovací jehly (28) je vně vstupu (1) spalovacího vzduchu uložen v nejméně jednom trubkovém pouzdru.
18. 18. Zařízení podle nároku 15, vyznačující se tím, že vytěsňovací jehla (28) je provedena jako kolmo vůči dnu (5) vstupu (1) spalovacího vzduchu uspořádaná víceplášťová ocelová trubková vytěsňovací jehla (28), přičemž mezi dvěma trubkami vytěsňovací jehly (28) je vytvořena vrstva obíhajícího chladivá, a vytěsňovací jehla (28) je opatřena oproti vytěsňovací jehle (28) kratším a čelně uzavřeným pláštěm pro přívod plynu, který je na uzavřené čelní straně v místě přerušení pláště chladivá opatřen nejméně jednou axiálně orientovanou a radiálně se rozšiřující výstupní štěrbinou pro plyn.
19. 19. Zařízení podle nároku 18, vyznačující se tím, že vytěsňovací jehla (28) prochází v podstatě kolmo skrze dno (5) vstupu (1) spalovacího vzduchu a je orientována a uspořádána tak, že z vytěsňovací jehly (28) vystupující paprsek topného plynu vychází od paty stěnového segmentu (4) v místě, kde je ve směru (2) proudu spalovacího vzduchu přední hrana čelní plochy stěnového segmentu (4) přímo vystavena náporu proudění spalovacího vzduchu, přičemž paprsek topného plynu je v blízkosti dna (5) vstupu (1) spalovacího vzduchu a v blízkosti stěnového segmentu (4) nasměrován na boční stěnu vstupu (1) spalovacího vzduchu, ke které je stěnový segment (4) přichycen.
20. 20. Zařízení pro vytěsňovaní topného plynu s nízkou turbulencí do vstupu (1) spalovacího vzduchu vanové pece pro potlačení ♦ ··· fc fcfc · ·· ···· ··· · · fcfc ·· · • · · · · · · · • · · · · fc··· · ··· ··· ···· ·· ··· ·· ··· fcfc «fc

    - 33 intenzivního míšení spalovacího vzduchu a topného plynu na vstupu topného plynu uvnitř vstupu (1) spalovacího vzduchu, k provádění způsobu podle nároku 5, vyznačující se tím, že paprsek plynu z hořáku pro zavádění topného plynu do vstupu (1) spalovacího vzduchu je jako paprsek plynu s nízkou turbulencí zaváděn do vstupu (1) spalovacího vzduchu tím, že výstupní otvor pro plyn z hořáku a/nebo cihly hořákové trysky je proveden jako přirozený volný paprsek, přičemž hořák a/nebo cihla hořákové trysky jsou jako otvorem pro výstup plynu opatřeny průchozím difuzorem s úhlem rozevření přibližně 20 %, přičemž délka difuzoru je větší než jeho nejmenší průměr.
21. 21. Zařízení podle nároku 20, vyznačující se tím, že výstupní otvor pro topný plyn je uspořádán a orientován ve stínu proudění v prostoru koutu tak, že obvod paprsku topného plynu na vstupu do vstupu (1) spalovacího vzduchu a/nebo prodloužení pláště výstupního otvoru hořáku a/nebo cihly hořákové trysky se přibližují k povrchu stěnového segmentu (4) a dna (5) vstupu (1) spalovacího vzduchu, avšak neprotínají tento povrch.