CZ285366B6

CZ285366B6 - Způsob tavení skla a sklářská pec pro provádění tohoto způsobu

Info

Publication number: CZ285366B6
Application number: CZ932560A
Authority: CZ
Inventors: Richard Quirk; David Alan Bird; Ian Nigel William Shulver; Robin Maxwell Mcintosh
Original assignee: Pilkington Glass Limited
Priority date: 1992-11-27
Filing date: 1993-11-26
Publication date: 1999-07-14
Also published as: PL178778B1; DE69325522D1; KR0173137B1; ATE155445T1; HU9303368D0; EP0758628A3; US5810901A; EP0599548B1; JP3390229B2; AU5072993A; PL178964B1; JPH06239618A; KR940011377A; DK0599548T3; EP0758628B1; IN183852B; CN1039900C; US5849059A; FI935240A0; PL301225A1

Abstract

Při tavení skla se do sklářské pece (10) s příčným plamenem přivádí palivo ve vyšším než stechiometrickém množství, přičemž spaliny obsahující dosud spalitelný materiál se upravují v regenerátorovém systému (13, 14, 15) reakcí se vzduchem. Sklářská pec pro provádění způsobu má tavicí a rafinační komoru (12), opatřenou na každé straně utěsněnými regenerátory (13, 14) s žáruvzdornou výplní (15). Regenerátory (13, 14) mají dělěnou strukturu, jejíž každá komorová sekce je připojena k tavné komoře (12) vlety (16, 17) uspořádanými podél každé strany vany.ŕ

Description

Švorčík Otakar JUDr. advokát, Hálkova 2, Praha 2, 12000;

CZ 285 366 B6 (54) Název vynálezu:

Způsob vytápění regenerační sklářské pece s příčným plamenem a regenerační sklářská tavící pec pro jeho provádění (57) Anotace:

Při tavení skla se do sklářské pece (10) s příčným plamenem přivádí palivo ve vyšším než stechiometrickém množství, přičemž spaliny obsahující dosud spalitelný materiál se upravují v regenerátorovém systému (13, 14, 15) reakcí se vzduchem. Sklářská pec pro provádění způsobu má taviči a raflnační komoru (12), opatřenou na každé straně utěsněnými regenerátory (13, 14) s žáruvzdornou výplní (15). Regenerátory (13, 14) mají dělenou strukturu, jejíž každá komorová sekce je připojena k tavné komoře (12) vlety (16, 17) uspořádanými podél každé strany vany.

Způsob vytápění regenerační sklářské pece s příčným plamenem a regenerační sklářská tavící pec pro jeho provádění

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu vytápění regenerační sklářské pece s příčným plamenem pro tavení skla pro výrobu plochého skla, k minimalizování emisí NOx v odpadních plynech opouštějících pec, při kterém se do taviči komory pece přivádí palivo a vzduch, a palivo se spaluje v taviči komoře pro získání skla požadované kvality při požadované rychlostí výroby, přičemž odpadní plyny opouštějící taviči komoru vstupují do regenerátorů a z nich vystupují do ovzduší. Dále se týká regenerační sklářské tavící pec pro tavení skla s příčným plamenem a uzpůsobené pro výrobu plochého skla, pro provádění uvedeného způsobu.

Dosavadní stav techniky

Je již dlouhou dobu známo, že palivový hořák pracující podstechiometricky (tj. poměr množství vzduchu k množství palivu menší, než jaký je zapotřebí pro dosažení úplného spálení) bude vyvíjet méně NOx, než když pracuje ve stechiometrických podmínkách a hořáky navržené pro práci tímto způsobem jsou popsány například v patentovém spisu USA-A-4 878 830, který také poskytuje přehled známého stavu techniky v této oblasti. Japonský patentový spis JP-A-55-8361 popisuje způsob práce se sklářskou pecí, používající hořáky umístěné za pecí, pro přivádění přídavného paliva do pece v blízkosti vletu, tepelně výměnné komory nebo odtahového kanálu. Patentový spis USA-A-4 347 072 rozebírá toto řešení a zaměřuje se na problémy práce se sklářskou pecí způsobem popsaným v JP-A-55-8361. Patentový spis US-A-4 345 072 popisuje alternativní způsob práce tím, že se dodávají uhlovodíky do odpadního plynu ze spalování paliva nad skleněnou taveninou a poté se toto přebytečné palivo spaluje v peci pro poskytování tepelné energie pro taviči proces.

Vždy se předpokládalo, že práci sklářské pece v redukčních, tj. podstechiometrických tavících podmínkách, by způsobilo výrobu skla špatné kvality.

Patentový spis US-A-4 559 100 popisuje způsob, kde se zabraňuje tomu, aby podmínky v blízkosti tavícího se skla se staly podstechiometrickými, aby se tak zabránilo výrobě skla špatné kvality. Tento způsob vyžaduje, aby bylo přídavné palivo vháněno do tavící komory při průtoku dostatečném pro zajišťování oblasti bohaté na kyslík nad sklem a nad ní oblast bohatou na palivo, a aby se dále poskytovalo relativně nízké přebytkové množství vzduchu a zajistilo alespoň v podstatě úplné spálení do doby, kdy spalitelné plyny vystupují z taviči komory. Podstechiometrické podmínky se zjevné objevovaly čas od času ve sklářských vanách náhodou, a jelikož měly za následek špatnou kvalitu skla, odrazovaly od práce s pecí plynule v redukčních podmínkách.

Podstata vynálezu

Nyní zjistili autoři vynálezu, že snížení množství NOx v odpadních plynech, opouštějících odtahový systém, může být dosaženo zajišťováním toho, že odpadní plyny opouštějící plyny a vstupující do regenerátoru obsahují palivo, které nebylo podrobeno úplnému spálení. Všechny předchozí návrhy pro práci v nestechiometrických podmínkách se týkají taviči komory, a zajišťují, že v tavící komoře jsou po celou dobu dodržovány oxidační podmínky a tam, kde je přiváděno přebytkové palivo zajišťují, je toto palivo spáleno před tím, než vstoupí do regenerátorového systému, nebo že když palivo prochází regenerátorovým systémem, jsou podmínky stále oxidační. Vynález je založen na zjištění, že je možné minimalizovat množství NOx ve

- 1 CZ 285366 B6 výstupních kouřových plynech z regenerační sklářské vanové pece tím, že se zajistí přítomnost hořlavých látek v odpadních plynech, když procházejí regenerátory.

Tyto hořlavé látky (dále spalitelné látky) jsou tvořeny směsí nespáleného paliva, hořlavých látek vytvářených účinkem tepla na palivo a jiných radikálů vytvořených touto pyrolýzou. Část těchto látek je schopná reagovat s NOx v odpadních plynech a převádět je na neškodný materiál. Je podstatné, aby se pracovalo v utěsněném regenerátoru, takže vstup vzduchu do regenerátorů je takový, že se zabrání nekontrolovanému spalování uvnitř žárovzdomé výplně nebo mřížoviné struktury, které snižuje účinnost procesu odstraňování NOx z odpadních plynů. Hořáky jsou zejména utěsněny těsným vsazením do žárovzdomých hmot hořákového bloku a odpovídajícího výstupního vletového hrdla regenerátorů. Je zajištěno, že nedochází k vnikání žádného nadměrného vzduchu v mřížovinové struktuře, které by způsobilo nekontrolované spalování paliva uvnitř mřížovinové struktury, které by poškodilo strukturu v důsledku přehřívání. Hořlavý materiál se spaluje přidávání vzduchu s výhodou po té, co opustil mřížovinovou strukturu, nebo v bodech uvnitř mřížoví, v závislosti na teplotním režimu v regenerátorovém systému.

Vynález tedy přináší způsob vytápění regenerační sklářské pece s příčným plamenem pro tavení skla pro výrobu plochého skla, k minimalizování emisí NOx v odpadních plynech opouštějících pec, při kterém se do tavící komory pece přivádí palivo a vzduch, a palivo se spaluje v taviči komoře pro získání skla požadované kvality při požadované rychlosti výroby, přičemž odpadní plyny opouštějící tavící komoru vstupují do regenerátorů a z nich vystupují do ovzduší, jehož podstatou je, že se palivo přivádí v přebytku vůči množství, které se spaluje v tavící komoře při normálním provozu pece k získání skla požadované kvality při požadované rychlosti výroby, takže odpadní plyny v utěsněných regenerátorech obsahují spalitelné látky, které jsou k dispozici pro reagování sNOx v odpadních plynech, a tyto spalitelné látky se po té nechávají reagovat s množstvím vzduchu dostatečným pro spálení spalitelných látek.

Jedním způsobem realizace vynálezu (dále označovaný jako chod typu 1) je pracovat se v podstatě podstechiometrických podmínkách v tavící oblasti pece tak, že se dodává do taviči oblasti přebytkové množství paliva a dovoluje se hořlavému materiálu opouštět pec utěsněnými regenerátory ve směsi s odpadními plyny. V jiné formě vynálezu (dále označované jako chod typu 2) jsou podmínky v tavící peci takové, že se pracuje s omezeným množstvím spalovacího vzduchu tak, že je v podstatě stechiometrické a palivo se přidává do odpadních plynů, když opouštějí tavící oblast a vstupují do utěsněné struktury regenerátoru. V takovém uspořádání může být v taviči peci přítomen buď přebytkový vzduch, nebo přebytkové palivo. Toto palivo za pecí může být dodáváno buď existujícími hořáky, nebo přídavnými samostatnými hořáky v oblasti odpovídajícího vletového ústí výstupního vletu. V obou případech se přidává vzduch k odpadním plynům, když opouštějí mřížovinovou strukturu regenerátorů tak, že se odstraňuje v podstatě veškerý hořlavý materiál jeho spálením s přidávaným vzduchem.

V typické sklářské tavící peci vytápěné plynem se taviči operace provádí při okolo 5 % přebytkového vzduchu, a v typickém případě produkuje obsah NOx v komínových kouřových plynech okolo 2500 mg/m³. V tomto popisu se odvolávání na koncentrace (např. mg/m³) vztahují na koncentrace v podmínkách TALuft, tj. naměřené za sucha v přítomnosti 8 % O₂ v suchém objemu odpadního plynu a emise NOx jsou vyjádřeny jako emise NO₂. Volumetrická měření jsou všechna udávána při 760 mmHg a O°C, a částí v dílech na milion jsou udávány objemově, také v podmínkách TALuft. Bylo zjištěno, že při práci se zmenšenými množstvími přebytkového vzduchu než u známých pecí, tj. při použití stechiometrických nebo podstechiometrických podmínek se vytváří nejen méně NOx v tavící komoře, ale že zbytkové palivo zmenšuje přítomný obsah NOx na N₂ v regenerátorech. Tento dvojitý účinek působí výrazné snížení v množství NOx uvolňovaném v komínových kouřových plynech. Vynález může dosáhnout úrovně emisí NOx v komíně méně než 500 mg/m³.

-2CZ 285366 B6

Autoři zjistili, že v protikladu k dosavadním předpokladům, že by práce sklářské pece nebo vany při v podstatě redukčních podmínkách vedla ke špatné kvalitě skla, je možné pracovat s množstvími paliva a spalovacího vzduchu dodávaných do vany takovými, že reakční podmínky jsou v podstatě podstechiometrické bez negativních účinků. Předpokládá se, že toto je možné pouze tehdy, když dochází k velmi pečlivé kontrole stechiometrie uvnitř pece a kde se podstechiometrické podmínky vytvářejí použitím přebytkového paliva místo nedostatku vzduchu, a kde se přivádí nedostatečná energie do tavícího procesu a 'kvalita skla a/nebo rychlost výroby se zhoršuje.

Je výhodné nejen sledovat obsah kyslíku na výstupním vletovém ústí, ale také množství nespáleného hořlavého materiálu v této poloze. Je zapotřebí zajistit, když podmínky v peci jsou v podstatě podstechiometrické, že je spalován dostatek paliva pro zajištění množství tepla potřebného pro výrobu roztaveného skla při uspokojivé rychlostí a kvalitě.

Podle jednoho provedení vynálezu se vzduch přivádí do tavící komory v podstechiometrickém množství, takže z taviči komory, provozované v podstechiometrických podmínkách, vystupují spalitelné látky s odpadními plyny. S výhodou je v tavící komoře je nedostatek vzduchu nejméně 3 % množství, potřebného pro stechiometrický provoz pece, nejvýhodněji od 8 % do 10 %.

Podmínky spalování mohou být postupně méně podstechiometrické směrem od prvního k poslednímu vletu podél pece s více vlety, přičemž s výhodou jsou podmínky spalování na posledním vletu jsou méně podstechiometrické, než na vletu bezprostředně mu předcházejícím. To umožňuje získávat sklo kvality float plynulým a uspokojivým způsobem. Sklem kvality float je míněn plochý sklářský produkt s cílovou hustotou kazů větších než 0,5 mm průměr (při v podstatě 4 mm): bubliny ne více než 0,25 na 10 m², vměstky ne více než 0,25 na 10 m².

Podle jiného provedení vynálezu se palivo přivádí na vstupní straně tavící komory v množství odpovídajícím stechiometrickým podmínkám a do odpadních plynů, opouštějících taviči komoru, se před jejich vstupem do utěsněných regenerátorů přidává přebytkové palivo. Do odpadních plynů se s výhodou přivádí nejméně 3 % množství paliva, přiváděného do taviči komory. Přebytkové palivo se s výhodou přivádí do odpadních plynů v množství od 8 to 10 % množství paliva přiváděného do tavící komory.

Přebytkové palivo se může přivádět do odpadních plynů přídavnými vyhrazenými hořáky umístěnými na výstupní straně tavící komory. Alternativně se palivo přivádí do odpadních plynů hořáky, které v obráceném cyklu přivádějí hlavní palivo do taviči komory pece.

Podle jiného provedení vynálezu se přídavně k palivu, které se přivádí na vstupní straně do tavící komory pracující v podstechiometrických podmínkách, se přidává do odpadních plynů, když opouštějí tavící komoru a před tím, než vstupují do utěsněných regenerátorů, přídavné palivo. V tavící komoře je s výhodou nedostatek vzduchu nejméně 2 % a do odpadních plynů se přivádí nejméně 3 % přebytkového paliva, vzhledem k palivu přiváděnému do taviči komory.

Při všech provedeních vynálezu se na výstupní straně tepelného výměníku regenerátorů nechává vstupovat do regenerátorů přídavný vzduch, za jehož přítomnosti se spálí přebytkové palivo obsažené v odpadních plynech, před výstupem do ovzduší.

Podle vynálezu se s výhodou emise NOx v odpadních plynech vystupujících do ovzduší udržují na úrovni nižší než 500 mg/m³.

Podle dalšího znaku vynálezu se v odpadních plynech na výstupní straně od výměníků tepla regenerátorů odstraňuje oxid uhelnatý jeho spalováním při teplotě udržované na hodnotě vyšší než 650 °C. S výhodou se k tomuto účelu na výstupní straně od výměníku tepla přivádí do odpadních plynů vzduch, za jehož přítomnosti se spálí oxid uhelnatý v odpadních plynech před

-3CZ 285366 B6 jejich výstupem, do ovzduší. Vzduch se může přivádět do regenerátoru pod výměníkem tepla regenerátoru. Emise oxidu uhelnatého v odpadních plynech, vystupujících do atmosféry, se s výhodou udržují na úrovni nižší než 300 mg/m ³.

Podle dalšího znaku vynálezu se odstraňuje oxid uhelnatý z odpadních plynů v regenerátoru jeho spalováním pomocí 8 přebytkového vzduchu, v procentech vztažených k množství spalovacího vzduchu pro spalování přiváděného paliva, při teplotě vyšší než 650 °C.

Dále se vynález vztahuje na regenerační sklářskou taviči pec s příčným plamenem a uzpůsobenou pro výrobu plochého skla, pro provádění výše uvedeného způsobu, s taviči komorou a regenerátory obsahujícími mřížovinové struktury, které působí jako výměníky tepla, přičemž pec dále obsahuje zařízení pro snižování emise NOx v odpadních plynech opouštějících pec, přičemž toto zařízení obsahuje prostředky pro přívod přídavného paliva do odpadních plynů, když opouštějí taviči komoru pece, jejíž podstatou je, že každý regenerátor je utěsněný a je pod jeho mřížovinovou strukturou (mřížovím) opatřen nejméně jedním hořákem pro přívod horkého vzduchu.

Vynález může zajistit významné technické výhody při podstatném snižování emisí NOx z pecí na výrobu plochého skla na hodnotu menší než 500 mg/m³, a to bez významných změn chodu pece a konstrukce a bez negativního ovlivňování kvality skla. Jiné emise se snadno ovládají, například emise oxidu uhelnatého mohou být regulovány směrem dolů na méně než 300 mg/m³a recyklování prachu a elektrostatické srážení nejsou ovlivňovány. Dochází ke snížení tepelné účinnosti vzhledem ke zvýšené potřebě paliva až 15 % pro udržování kvality a rychlostí výroby skla, avšak při snížených emisích NOx. Protože jsou však použity nenákladné katalytické systémy pro odstraňování NOx, způsob podle vynálezu může být snad a efektivně z hlediska nákladů vřazován do existujících sklářských tavících pecí. Vynález může proto představovat alternativu s nižšími investičními a nižšími provozními náklady vzhledem k ostatním postupům ovládání obsahu NOx, jako je selektivní katalytická redukce, selektivní nekatalytická redukce a oxi-palivové postupy podle známého stavu techniky.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je blíže vysvětlen v následujícím popisu na příkladech provedení s odvoláním na připojené výkresy, kde znázorňuje obr. 1 schematický příčný řez regenerační pecí s příčným plamenem podle vynálezu, obr. 2 schematický půdorysný řez pecí z obr. 1, a obr. 3 až 8 grafy ukazují závislost výchylek obsahu složek v odpadních plynech, jako jsou NOx a CO, na různých provozních parametrech, pří použití způsobu a zařízení podle vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Obr. 1 a 2 ukazují typickou regenerační pec 10 s příčným plamenem, mající taviči a čeřicí komoru 12, opatřenou na každé straně utěsněnými regenerátory 13 a 14. Každý regenerátor má žárovzdomou výplň 15. 15', a je vytvořen jako regenerátor s dělenou komorovou strukturou. Každá komorová sekce je připojena k taviči komoře 12 prostřednictvím vletů. Tyto vlety 16 a 17 jsou uspořádány podél každé strany vany. Tavící komora je napájena sklotvomými materiály na jednom konci 18 a roztavené sklo opouští taviči částí vany zúženým průchodem 19.

Teplo je přiváděno do taviči komory 12 spalováním zemního plynu, tvořeného v podstatě methanem, i když mohou být použita také jiná paliva, a to plynná, například propan, nebo kapalná (například topný olej). Během první části spalovacího cyklu vzduch prochází z regenerátoru 14 hrdly vletů a vlety 17 do tavící a čeřicí komory 12. zatímco spaliny opouštějí vanu vlety a hrdly 16 přes regenerátor 13. Palivo pro hoření je dodáváno hořáky uloženými ve

-4CZ 285366 B6 vletech Γ7. Existují různé způsoby, jak mohou být hořáky uloženy ve vletech. Na obr. 1 jsou znázorněna tři možná uspořádání, a to ve vletu (a), po straně vletu (b) a pod vletem (c).

Zemní plyn je přiváděn z hořáků, které jsou vdaném provedení podvletové hořáky, do vstupujícího proudu předehřátého vzduchu, přicházejícího během ohřevového cyklu od regenerátorů 14, a výsledný plamen a produkty spalování vytvořené v tomto plameni přecházejí z vletů 17 přes hladinu tavícího se skla a předávají tomuto sklu v taviči a čeřící komoře 12 teplo. Ve druhé části ohřevového cyklu je uspořádání obráceno, tj. předehřátý vzduch proudí z regenerátoru 13 hrdly a vlety 16 a zemní plyn je přiváděn hořáky umístěnými ve vletech J6.

V obou částech ohřevového cyklu vychází odpadní plyn, vyvíjený spalováním paliva přiváděného do hořáků, ze spodku regenerátorů v oblasti spodních komor 25, 25' pod mřížovinovou strukturou (mřížovím) do ovzduší přes přemosťující odtahové kanály 21, 21' a komín 22. Uspořádání odtahových kanálů je běžný systém s postranním vstupem a s centrálním odtahovým kanálem 23 s posuvnými hradítky 24, 24' pro obracení směru. Jsou použity prostředky pro měření jak spalin, tak i kyslíku v plynech opouštějících taviči komoru 12 v ústí každého vletu, a na výstupech z regenerátorů, jakož i na spodu komína. Měřicí body po dráze odpadního plynu jsou označeny značkou [1] na obr. 1.

Tavící pec pracuje způsobem, který znamená, že do regenerátorů vstupuje soubor nespálených/částečně spálených/pyrolyzovaných látek, takže jsou zapotřebí prostředky pro přidávání přídavného vzduchu do odpadních plynů poté, co opouštějí taviči komoru, aby zajistily, že dojde ke v podstatě úplnému spálení a do ovzduší se komínem nedostanou vůbec žádné spalitelné (hořlavé) látky, anebo velmi málo takových látek. Přídavný vzduch může být přiváděn v místě [2] na obr. 1. Konečné spálení jakýchkoli zbývajících hořlavých složek se potom nechá proběhnout v bodech označených [3]. Okolo 70 % hořlavého materiálu v odpadních plynech je oxid uhelnatý a zbytek je hlavně vodík.

Při dalším popisu se pro větší srozumitelnost tam, kde nelze použít vztahových značek, používá pojmu vstupní vlet pro vlet, který v daném cyklu střídavého chodu pece přivádí spalovací vzduch a palivo, a výstupní vlet, kterým se vdaném cyklu odvádějí odpadní plyny do regenerátoru a do komína a který bude v následujícím cyklu pracovat jako vstupní vlet. Dále se v dalším popisu používá rovněž pojem sekční dráha spalin, pod nímž se rozumí dráha od příslušného vstupního vletu jako místa začátku spalování, přes protilehlý výstupní vlet, mřížovinovou strukturu (mřížoví) 15 a dolní komoru 25 regenerátoru a dále do komína.

Při práci taviči pece znázorněné na obr. 1 a 2 podle jednoho provedení vynálezu (tj. chod typu 1) jsou palivo přiváděné do hořáků a přiváděný spalovací vzduch řízeny tím, že se na ústí výstupního vletu a vrchu mřížovinové struktury regenerátorů měří množství přítomného kyslíku a hořlavého materiálu, takže se zajistí, že v taviči komoře 12 nebo v bodech podél taviči komory 12 je přiváděný spalovací vzduch v menším množství, než je potřebné pro úplné spálení přiváděného paliva.

V jednom provedení vynálezu se palivo přiváděné v každém vstupním a množství spalovacího vzduchu reguluje podle prováděných měření tak, že nedostatek vzduchu v taviči komoře pece je v rozmezí od 3 % do 10 % vzhledem k množství, potřebnému pro stechiometrický provoz pece, výhodněji od 8 % do 10%. Pro pec svíce vlety, jaká je znázorněna, s výhodou nedostatek vzduchu klesá od vletu ke vletu od 15 % u prvního vletu do 0 % u posledního vletu. Množství vzduchu přiváděného do vletů mezi prvním a posledním vletem může být na stejné úrovni s nedostatkem 15 %, nebo se může stupňovitě měnit tak, aby se získal průměrně nedostatek 9 % množství, potřebného pro stechiometrický provoz pece.

Obr. 3 ukazuje, jaký je vztah emisí NOx k úrovni přebytkového vzduchu ve vstupních ústích v peci, přičemž koncentrace NOx jsou vážené střední hodnoty pro pec jako celek. Plná čára

-5CZ 285366 B6 představuje koncentraci NOx ve vletovém ústí a čárkovaná čára představuje koncentraci NOx v komíně. Bude patrné, že při malých velikostech nedostatku do 2 % množství vzduchu potřebného pro stechiometrický provoz ve vletovém ústí, je koncentrace NOx v komíně snížena vzhledem ke koncentraci ve vletovém ústí, což ukazuje, že došlo ke snížení obsahu NOx v regenerátoru, mezí vletovým ústím výstupního vletu a komínem. K reakci odstraňování NOx docházelo primárně v mřížovinové struktuře jako důsledek přebytkového paliva, zmenšující v něm obsah složky NOx.

Nedostatek spalovacího vzduchuje ekvivalentní odpovídajícímu přebytku množství paliva. Pro chod typu 1 by zde měl být nedostatek vzduchu nejméně 3 % vzhledem ke stechiometrickému množství, tj. nejméně 3 % nedostatek vzduchu ve vletovém ústí, pro iniciování reakce odstraňování NOx, což vede k přibližně nejméně 3 % nedostatku vzduchu na vrchu mřížovinové struktury, a to má za následek, že přebytečné palivo v mřížovinové struktuře působí snižování obsahu NOx. Při větších množstvích nedostatku vzduchu autoři zjistili, že k určitému odstraňování NOx dochází v horní komoře regenerátoru.

Bylo zjištěno, že u pece svíce vlety nedochází k negativnímu účinku na kvalitu skla, pokud je poslední vlet udržován v méně podstechiometrických/více oxidačních podmínkách, než předchozí vlet. Hodnota zvolená pro úroveň přebytkového vzduchu má vztah pouze k požadovaným mezím emise NOx, ale nikoliv ke zhoršení tepelné účinnosti vzhledem k nespáleným látkám opouštějícím taviči komoru, a bude se měnit s tvarem pracující taviči pece a s místními požadavky s ohledem na emise. V některých případech může být dobře možné pracovat s úrovněmi nedostatku vzduchu udržovanými na prvních vletech na hodnotě okolo 4 %, klesajícími na okolo 1 % až 0 % nedostatek vzduchu na posledním vletu.

Pravidelné sledování odpadních plynů (jak kyslíku, tak i spalitelných látek) umožňuje, aby přívod jak paliva, tak i spalovacího vzduchu byl regulován, kde je to potřebné, pro udržování přesné kontroly a řízení nedostatku vzduchu v každém ústí vstupního kanálu, čímž je vyloučen jakýkoli nepřijatelný vzrůst emisí NOx nebo zhoršení kvality skla. Pro každý vlet musí být stanoveny optimální úrovně vzduchu a paliva, aby se dosáhlo cílových emisí. Je tomu tak proto, že přesná množství by závisela na obzvláštních vlastnostech každého vletu. Pro optimalizaci od kanálu ke kanálu jsou koncentrace NOx měřeny na odtahovém kanálu, s kontrolami u komínu při použití přenosného měřicího zařízení.

Při chodu typu 2 pracuje tavící komora při v podstatě stechiometrických podmínkách, tj. okolo 0 % nedostatku vzduchu, a přebytkové palivo se přidává k odpadním plynům vně taviči komory. Jedná se o přidávání spalovacího paliva za pecí. Palivo může být vhodně přidáváno podvletovými hořáky na straně bez plamene, které jsou označeny na obr. 1 jako hořáky 26. Pro účinnost a bezpečnost mřížoví by mělo být palivo po průchodu pecí přidáváno pouze v případě, kdy je přebytkové množství vzduchu v ústí vletu blízké stechiometrickému množství, nebo ideálněji podstechiometrické. V důsledku přebytku vzduchu přítomného v odpadních plynech v ústí vletu bude část přidávaného paliva spotřebována tak, že vyvolá vzrůst teploty odpadních plynů v horní komoře a ve struktuře mřížoví, čímž dojde k následnému zvýšení teploty mřížoví.

Obr. 4 ukazuje vztah mezi koncentrací NOx ve vletovém ústí (plná čára) a v komíně (čárkovaná čára) a přebytkovým vzduchem ve vletovém ústí výstupního vletu. Bude zřejmé, že při práci ve stechiometrických podmínkách může být koncentrace NOx v komíně snížena přidáváním zvyšujících se množství paliva pro dodatečné spalování, které způsobí, že v mřížoví dojde k redukci NOx, což má za následek snížené koncentrace NOx v kouřových plynech v komíně. Aby se iniciovala reakce odstraňování NOx přes regenerátory, přidává se nejméně 3 % přebytkového paliva, ve vztahu k procentuelnímu podílu primárního paliva, a s výhodou se přidává okolo 8 až 10 % přebytkového paliva. Výhodou chodu typu 2 je to, že nejsou zapotřebí žádné podstatné změny ve sklářské taviči peci, kromě začlenění dalšího zařízení pro vhánění přídavného paliva na straně bez plamene. Chod typu 2 může být prováděn se skutečně omezenou

-6CZ 285366 B6 úpravou množství vzduchu v tavící vaně. Kromě toho je chod typu 2 obecně vhodný pro speciální skla, jako jsou určitá barvená skla, kde je nevhodné pracovat v podstechiometrických podmínkách v taviči vaně.

Je také možné provozovat pec pro dosažení snížení obsahu NOx při použití kombinace podmínek chodu typu 1 a chodu typu 2. Při takovém chodu je pec provozována v podstechiometrických podmínkách s například nedostatkem vzduchu nejméně 2 % množství, potřebného pro stechiometrický provoz, na výstupním vletovém ústí, a přebytkové palivo, například nejméně 3 % přebytkového paliva, se vhání do odpadních plynů na nevytápějící straně. Obr. 5 ukazuje vztah mezi koncentrací NOx v komíně vůči přebytkovému vzduchu na vrchu mřížoví s přidávání paliva na nevytápějící straně. Bude zřejmé, že při okolo 2 % nedostatku vzduchu a s přidáváním paliva je koncentrace NOx značně snížena.

V jiném provedení vynálezu je sklářská taviči pec typu, v níž je ohřev plamenem omezen použitím elektroohřevových prostředků na plnicím konci pece.

Při chodu jak typu 1, tak i typu 2, a taktéž při smíšeném chodu 1/2, jsou zvýšené úrovně surového palivového přívodu pro snížení koncentrace NOx v typickém případě 5 až 15 % přebytku vůči množstvím používaným normálně pro výrobu skla při požadované rychlosti a kvalitě.

Pro minimalizaci negativních ekonomických dopadů ze vzrůstu množství paliva potřebného ve sklářské tavící peci pro snížení obsahu NOx je možné pracovat tak, že se překryjí zvýšené náklady na palivo zlepšením celkové tepelné účinnosti sklářské taviči pece tím, že se například přidává do spalovacího vzduchu přiváděného do pece vodní pára.

Přidávání páry v typickém případě na úrovni okolo objemových 6 % stechiometrického objemu vzduchu přiváděného do pece pro spalování (všechny objemy jsou normalizovány na 0 °C, 760 mm Hg) může zlepšit tepelnou účinnost sklářské taviči pece o 5 %. Předehřev vzduchu je podporován zvýšením přenosu sálavého tepla mezi mřížovím a především horní komorou struktury regenerátoru zvýšením obsahu plynné složky přítomné ve spalovacím vzduchu, která je schopná přijímat sálavé teplo.

Zvýšení obsahu tepla odpadních plynů, které je k dispozici, které je odvozeno od 5 až 15 % paliva spáleného v peci pro snížení koncentrace NOx, může být použito přímo pro vyvíjení páry pro tento i jiné účely.

Pec s výkonem 5000 tun/týden při 60 thermů (6,3 GJ) na tunu a při podstechiometrickém chodu nebo za hořáky na de-NOx, s tepelným přívodem 10% obvyklých požadavků sklářské taviči pece, zvyšuje tepelný vstup na ekvivalent 66 thermů/t (6,93 GJ/t). Přidání páry v množství 5 % (normalizovaném na 760 mm Hg a 0 °C) zlepšuje tepelnou účinnost procesu o 3 thermu (0,3 GJ) na tunu, což vede ke konečné provozní spotřebě čistých 63 thermů (6,6 GJ)na tunu.

Účinek pochodů na snižování koncentrace NOx podle vynálezu na provoz pece a na další emise byl rovněž vyšetřován. Přidávání paliva za pecí nemělo žádný dlouhodobý účinek na emise SO₂z pece, a nebyly zjištěny žádné stopy H₂S, HCN nebo NH₃ v odpadních plynech měřených v komíně.

Přidávání paliva za pecí kromě toho neovlivnilo složení prachu, získávaného z elektrostatického srážeče připojeného ke kouřovodu komínu.

Autoři vynálezu také sledovali emise oxidu uhelnatého z komína sklářské taviči pece. Použití utěsněných regenerátorů, které umožňují jen malé vnikání vzduchu do horní komory nebo struktur mřížoví, a při peci pracující v podstechiometrickém množství, bude určité palivo

-7CZ 285366 B6 přidávané u vletového ústí ještě přítomno v dolní komoře 25 pod mřížovinovou strukturou na výstupní straně regenerátoru, jako nespálené plyny. Nespálené plyny musí být spáleny před tím, než jsou vypouštěny z komína, přičemž nespálené plyny jsou komplexní směs složek, z nichž okolo 70 % je přítomno jako oxid uhelnatý a zbytek je primárně vodík. Kromě toho může přidávané palivo vytvářet až 30 % nebo více spalitelných složek jako oxidu uhelnatého, než lze očekávat jeho pouhým uvolňováním hořením. Je třeba, aby do odpadních plynů na výstupní straně mřížovinové struktury regenerátoru bylo přidáváno dostatečné množství vzduchu, aby docházelo k úplnému spalování pro oxidaci oxidu uhelnatého a dalších spalitelných složek. Takový vzduch může být přítomný jako výsledek přirozených netěsností, kterými další vzduch vniká, nebo může být přidáván k odpadním plynům na výstupní straně za mřížovinovou strukturou.

Jakmile je přítomno dostatečné množství vzduchu, je zapotřebí, aby teplota byla dostatečně vysoká pro to, aby oxidace probíhala přijatelnou iychlostí. Spalování oxidu uhelnatého a jiných spalitelných složek ve spodní části regenerátoru a odtahových kanálech je doprovázeno uvolňováním tepla, vedoucímu ke zvýšeným teplotám odpadních plynů, a to za předpokladu, že nedochází netěsnostmi k nadměrnému vnikání chladného vzduchu. Pro ilustraci a příklad zjistili autoři vynálezu, že emise oxidu uhelnatého v komínových plynech byly sníženy na normální úroveň nebo pod tuto úroveň, pokud teplota ve spodní části regenerátoru a v oblastech odtahových kanálů byly nad okolo 650 °C a že bylo přítomno dostatečné množství vzduchu pro úplné spálení spalitelných složek.

Autoři vynálezu překvapivě zjistili, že za předpokladu, že teplota ve spodní části regenerátoru a v oblastech odtahových kanálů byla nad 650 °C, byla iniciována reakce odstraňování CO a poté pokračovala ve středním odtahovém kanálu pece s dlouhou dobou pobytu plynů, která zajišťuje úplné odstraňování oxidu uhelnatého. Přijatelně nízké úrovně oxidu uhelnatého v komínových emisích by mohly být dosaženy použitím hořáku 27 (obr. 1) nebo hořáků pro přívod ohřátého vzduchu do spodní části regenerátoru, který zdvihl teploty k okolo 700 °C. Bylo zjištěno, že prosté přidávání přídavného neohřátého vzduchu dolní komoře 25 pod mřížovinovou strukturou, nebo dokonce v polohách výše v mřížovinové struktuře 15, nebylo dostatečné pro dosažení účinného spálení oxidu uhelnatého v dolní komoře regenerátoru a v přemosťujících odtahových kanálech, protože teploty byly příliš nízké, tj. pod prahovou hodnotou okolo 650 °C.

Když pec pracovala s palivem dodávaným za pecí ve všech sekčních drahách spalin (tj. dráhách vymezovaných dvojicí protilehlých vletů pece a odpovídající sekcí regenerátoru), byly dosaženy nízké úrovně oxidu uhelnatého okolo 1880 dílů na milion v komíně, a to vzhledem k intenzivnímu spalování, k němuž docházelo v hlavním odtahovém kanálu, zajišťujícím, že veškeré odpadní plyny dosahovaly kritické teploty okolo 650 °C, když udávaná teplota hlavního odtahového kanálu stoupla na 680 °C. Takové vyšší teploty mohou být snadno zvládnuty taviči pecí za podmínky, že žárovzdomá vyzdívka hlavního odtahového kanálu má projektovanou mez vyšší, než je teplota dosahovaná spalováním oxidu uhelnatého v hlavním odtahovém kanálu.

Jestliže je dále v komínovém odtahu umístěn kotel na odpadní teplo, může být zapotřebí, aby předem stanovená vstupní teplota kotle byla zvýšena, nebo aby kotel byl obcházen tak, aby se tepelná kapacita kotle nepřesáhla. Dále může být zapotřebí chladit odpadní plyny před jejich vstupem do zařízení pro zpracování na odstraňování nečistot a do elektrostatického srážeče. Toho může být dosahováno vodním postřikováním a/nebo přídavným ředěním vzduchem. Aby se zajistil dostatečný vzduch pro úplné spálení oxidu uhelnatého ve spodní části regenerátoru a v oblasti odtahových kanálů, může být zajištěno úmyslné vnikání vzduchu ve vhodné poloze.

Autoři vynálezu zjistili, že ideální poloha v regenerátorovém systému pro dosažení spálení oxidu uhelnatého a ostatních hořlavých látek je v dolní komoře 25 regenerátoru. Autoři zjistili, že k maximálnímu hoření oxidu uhelnatého docházelo při okolo 8 % vnikajícího vzduchu, které snížilo obsah oxidu uhelnatého na okolo 2000 dílů na milion. Obr. 6 ukazuje vztah mezi úrovní

-8CZ 285366 B6 oxidu uhelnatého vzhledem k přidávání vzduchu (plná čára) a mezi teplotou a množstvím přidávaného vzduchu (čárkovaná čára) v dolní komoře 25 regenerátoru druhé sekční dráhy spalin (odpovídající v pořadí druhé dvojici vletů 16. 17 v taviči komoře 12) pece znázorněné na obr. 1 a 2, přičemž úroveň a teplota se měří v podstatě uprostřed přemosťujícího odtahového kanálu v poloze B.

Před vnikáním vzduchu bylo v dolní komoře regenerátoru přítomno asi 3 až 6 % nespálených plynů a teplota odpadních plynů byla menší, než 650 °C, takže teplota a obsah kyslíku byly příliš nízké pro iniciování odstraňování oxidu uhelnatého. Vnikání vzduchu bylo umožňováno do dolní 10 komory 25 druhé sekční dráhy spalin čisticími otvory pod mřížovím 15 a tím byla snížena koncentrace oxidu uhelnatého v dolní komoře 25 regenerátoru na okolo 25 000 až 30 000 dílů na milion, při okolo 5000 dílů oxidu uhelnatého na milion v poloze B odtahového kanálu na okolo 2000 dílů na milion v poloze B odtahového kanálu.

Jak je patrné z obr. 6, zvyšuje vstupující vzduch spalování oxidu uhelnatého, až dojde k maximálnímu odstraňování oxidu uhelnatého při okolo 2000 dílech na milion. Nad touto úrovní vnikání vzduchu nebylo dalšího spalování oxidu uhelnatého dosaženo. Při vzrůstajícím přidávání vzduchu se teplota zvýšila na maximum okolo 650 °C a také množství přidávaného vzduchu na okolo 8 %. Teploty odpadních plynů přibližně nad hodnotou tohoto procentuelního 20 vnikajícího vzduchu vzrůstaly, ale potom postupně klesaly s vyššími úrovněmi vnikajícího množství vzduchu. To ukazuje, že nad určitou úrovní vnikání vnikající vzduch zchlazoval odpadní plyny a bránil oxidaci oxidu uhelnatého. Vizuální vyšetření odtahového kanálu ukázalo bledé modravé plameny, ukazující oxidaci oxidu uhelnatého, začínající v dolních komorách regenerátoru nebo právě za nimi a pokračující do odtahového kanálu a u čisticích otvorů, kde se 25 vnikající vzduch setkával s odpadními plyny. Výsledky znázorněné na obr. 6 ukazují, že účinné spalování oxidu uhelnatého může být dosahováno při hodnotách vnikajícího vzduchu okolo 8 % a při teplotách nad okolo 650 °C.

Aby se dosáhlo zlepšené spalování oxidu uhelnatého, byla teplota směsi vzduchu a oxidu 30 uhelnatého zvýšena pod mřížovinovou strukturou regenerátoru přidáváním tepla v tomto bodě.

Teplota může také vzrůstat pohybováním tlumicích klapek v regenerátorovém systému. Hořák s vysokým přebytkem vzduchu, vytápěný zemním plynem, schopný dodávat vzduch při teplotě až okolo 900 °C, byl v tomto příkladě umístěn pouze na jedné ze sekčních drah spalin znázorněných na obr. 1. Tento hořák přiváděl vzduch při teplotě okolo 800 °C a při rychlosti přibližně 35 50 m³/hod spalovacího plynu, rovného přibližně 6 % vletového paliva. Teplota odpadních plynů byla zvýšena o okolo 20 až 30 °C. To umožnilo, aby byla v poloze B odtahového přemosťujícího kanálu, vyznačené na obr. 1, dosažena úroveň oxidu uhelnatého nižší, než 300 mg/m³.

Obr. 7 znázorňuje vztah mezi množstvím oxidu uhelnatého a přívodem zemního plynu hořáku 40 (plná čára) a vztah mezi teplotou v polohách A, B přemosťujících odtahových kanálů (čárkovaně) a přívodem zemního plynu. Když přívod plynu vzrůstá, bude kromě toho také vzrůstat přebytkový vzduch pod mřížovím regenerátoru, protože hořák přivádí ohřívaný vzduch. Bude patrné, že v poloze A je při teplotě okolo 650 °C úroveň oxidu uhelnatého snížena na okolo 800 mg/m³.

Při chodu typu 2 způsobu podle vynálezu, když se do vletů přidává palivo za pecí, byl zjištěn vzrůst teplot odpadních plynů a toto bylo doprovázeno přítomností plamenů v dolní komoře 25 regenerátoru ukazující samovolné spalování s přebytkovým, ale přirozeně vnikajícím vzduchem. Takové spalování může působit určitou oxidaci oxidu uhelnatého, přítomného v produktech 50 hoření. Když teplota odpadních plynů v hlavním odtahovém kanálu dosáhla teploty vyšší než 650 °C, bylo dosaženo mimořádně dobré odstraňování oxidu uhelnatého, a bylo pozorováno, že spalování pokračovalo v hlavním odtahovém kanálu za měřicím bodem. Při přirozeném vnikání vzduchu bylo průměrné množství oxidu uhelnatého v hlavním odtahovém kanálu všech šesti sekčních drah spalin okolo 500 dílů na milion, které bylo sníženo na okolo 180 dílů oxidu

-9CZ 285366 B6 uhelnatého na milion v komíně. Toto může být srovnáno s původní koncentrací oxidu uhelnatého v komíně 250 dílů oxidu uhelnatého na milion přes přidáváním paliva za pecí. Způsob podle vynálezu umožňuje tak také dosáhnout snížení emisí oxidu uhelnatého ze sklářské tavící pece.

Předpokládá se, že oxidačnímu odstraňování oxidu uhelnatého při relativně nízkých teplotách okolo 650 °C a nad nimi je napomáháno přítomností vody v odpadních plynech, které jsou produktem hoření spáleného paliva, zejména když je palivo methan. Předpokládá se, že přítomnost vody v plynných spalinách snižuje teplotu, při níž může docházet k oxidaci oxidu uhelnatého, a teplotu, při níž může docházet k maximální oxidaci oxidu uhelnatého.

Následující příklady podrobněji objasňují vynález, aniž by ho omezovaly.

Srovnávací příklad I

Sklářská taviči pec s příčným plamenem, s šesti vlety, pracující při výkonu 700 tun/den, s 20 % střepů a tepelným výkonem 1474 kcal/kg (6,16 MJ/kg) pracovala při střední úrovni přebytkového vzduchu na výstupních vletových ústích 3,4 %. Na vletovém ústí byla koncentrace NOx okolo 2200 mg/m³. Úrovně přebytkového vzduchu byly vypočítány za předpokladu, že celkové spaliny obsahují 70 % oxidu uhelnatého, přičemž zbytek byl vodík. Hodnoty přebytkového vzduchu byly na vrchu mřížovinové struktury 5,2%, v komorovém oblouku 5,8%, v přemosťujícím odtahovém kanálu v poloze A 8,3 %, v přemosťujícím odtahovém kanálu v poloze B 14,3 %, v hlavním odtahovém kanálu 16,9 % a v komíně 28,0 % (vše vážené střední hodnoty, kde je to vhodné). Teploty odpadních plynů v systému byly 1592 °C ve vletovém ústí, 1458 °C na vrchu mřížoví, 636 °C v dolní komoře regenerátoru, 573 °C v poloze A přemosťujícího odtahového kanálu a 530 °C v poloze B přemosťujícího odtahového kanálu. Vážené střední hodnoty pro přebytkový vzduch a teploty tekutiny byly vypočítány při použití rozdělení vstupního paliva a bez ohledu na příčné proudy. Při přebytkové úrovni vzduchu okolo 3,4 % dosáhlo množství nespáleného paliva opouštějící pec ve vletovém ústí výstupního vletu okolo 2,5 % celkového dodávaného paliva. Přirozené vnikání vzduchu do regenerátorového systému bylo nízké, pouze okolo 2,4 % stechiometrické potřeby vzduchu mezi vletovým ústím výstupního vletu 16 a dolní komorou 25 regenerátoru. K přídavnému vnikání okolo 11 % vzduchu však docházelo ve spodní části regenerátoru a v odtahových kanálech.

Příklad I

Hodnoty základní čáry pece ze srovnávacího příkladu I byly obměněny použitím chodu typu 1 podle vynálezu pro snižování obsahu NOx. Množství přiváděného vzduchu na druhé sekční dráze spalin, která byla zvolena, protože má nejvyšší průtok paliva (22 %) na svém vstupním vletu 17 a začínající úrovně NOx byly naměřeny jako vysoké, se snížilo od základní úrovně přebytkového vzduchu 4 % ve srovnávacím příkladě na nedostatek vzduchu 6,3 %. Výsledky jsou znázorněny na tab.l. Bude zřejmé, že nedostatek vzduchu na vletovém ústí výstupního vletu podstatě zmenšuje množství NOx jak v tomto vletovém ústí, tak i v přemosťujícím odtahovém kanálu.

Vnikání přes utěsněný regenerátor bylo nízké a dosahovalo 2,4 % stechiometrické potřeby vzduchu v taviči peci. K desetiprocentnímu vnikání však docházelo po spodní části regenerátoru a odtahových kanálech.

Ideální poloha v regenerátorovém systému pro dosažení vyhoření oxidu uhelnatého a ostatních spalitelných složek je v dolní komoře pod komorovým obloukem. Při 3-6 % množství nespálených plynů v dolní komoře regenerátoru zde nebylo zajištěno dostatečné samovolné vnikání vzduchu do dolní komory pro pokrytí primární potřeby kyslíku. Teploty odpadních plynů byly všeobecně menší než 650 °C.

-10CZ 285366 B6

Obr. 6 ukazuje účinek úmyslného umožnění vnikání vzduchu do dolní komory druhé sekční dráhy spalin čisticími otvory právě pod mřížovím. Na začátku byly koncentrace oxidu uhelnatého v dolní komoře regenerátoru 25 000 až 30 000 dílů na milion s 5000 díly na milion v odtahovém kanálu. Zjevně zde docházelo k určitému snižování obsahu oxidu uhelnatého po celé této oblasti, i když většina vzduchu vnikajícího přirozeně (okolo 10 % stechiometrického množství vzhledem k hlavnímu palivu pece) přicházela pozdě a měla tak málo času na účinné reagování s oxidem uhelnatým.

Když vzduch postupně vnikal do dolní komory, docházelo v vyhořívání většího množství oxidu uhelnatého, až se dosáhlo maximálního odstraňování oxidu uhelnatého při přídavně vnikajícím množství 8 % vzduchu (snížení obsahu CO na 2000 dílů na milion). Nad touto úrovní nebylo přídavné vnikání vzduchu účinné na snižování obsahu oxidu uhelnatého.

Při vyšetřování teplot odpadních plynů v přemosťujícím odtahovém kanálu ukázalo vzestupu 1020 °C při vnikání vzduchu do 8 %, ale teplota postupně klesala s vyššími úrovněmi vnikání vzduchu. Určité vnikání vzduchu bylo samozřejmě prospěšné, ale nad určitou úrovní vedlo toto vnikání vzduchu k chlazení odpadních plynů a zabraňovalo oxidaci oxidu uhelnatého.

Tyto výsledky ukazují, že je-li přítomen vzduch při vyšší teplotě, je možné dosáhnout lepšího odstraňování oxidu uhelnatého.

Příklad II

Měření ze základních hodnot čáře srovnávacího příkladu 1 byla obměněna použitím přidávání paliva za pecí ve druhé sekční dráze spalin. Výsledky jsou znázorněny v tab.2. Bude zřejmé, že bez jakéhokoli přidávání paliva za pecí a jednoduchý přesun ke stechiometrickým podmínkám pece poskytuje snížení úrovní NOx v peci o 25 až 30 %. Celkové příznivé jevy ve snížení obsahu NOx přidáváním paliva za pecí mohou zahrnovat prvek přisouditelný změnám ve stechiometrii pece. Bylo iniciováno odstraňování NOx přes regenerátory po přidání nejméně 4 % paliva za pecí a významné odstraňování NOx nastalo při okolo 6 % přidávání paliva za pecí. Cílová hodnota 500 mg/m³ NOx ve výstupní části přemosťujícího odtahového kanálu v poloze B (atak v komíně) byla dosažena při přidávání okolo 8,5 % paliva za pecí.

Obr. 8 ukazuje vztah mezi emisemi NOx na druhé sekční dráze spalin při měnících se množstvích přidávání paliva za pecí. Bude zřejmé, že v přemosťujícím odtahovém kanálu se dosahuje cílová mez 500 mg/m³ emisí NOx při okolo 7 % paliva přidávaného za pecí se základní koncentrací ve vletovém ústí okolo 2000 mg/m³. Prahová hodnota přidávaného paliva může být vyjádřena ve formě ekvivalentní úrovně nedostatku vzduchu (s ohledem na celkové množství potřebné pro spálení paliva) na vrchu mřížoví jako přibližně 2 % (0,8 % hořlavých složek, naměřených okolo 6000 dílů CO na milion). Pro dosažení cílové úrovně NOx by měl být na vrchu mřížovinové struktury nedostatek vzduchu okolo 7 % (2,7 % hořlavých složek, naměřených okolo 20 000 dílů CO na milion).

Významné snížení obsahu NOx až na 30 % bylo pozorováno mezi ústím výstupního vletu a vrchem mřížoví, přídavně k očekávanému hlavnímu snížení přes mřížovinovou strukturu. Výsledky jsou znázorněny na obr. 9, který ukazuje vztah mezi poměrem snížení koncentrace NOx přes různé části mřížovinové struktury vzhledem k obsahu vzduchu na vrchu mřížovinové struktury (záporné hodnoty značí nedostatek vzduchu). Teplotní okénko, přes které může dojít k reakci snižující koncentraci NOx je velmi široké a pohybuje se od 600 do 1600 °C, a v důsledku toho poskytuje dlouhé reakční časy ve struktuře regenerátoru. Je tomu tak však v případě, je-li vnikání vzduchu v horní komoře regenerátoru nízké, a v utěsněných regenerátorech s vysokými úrovněmi vnikajícího vzduchu nemusí být reakce odstraňování NOx v horní komoře tak vyhraněná a může tak být zapotřebí vysoká úroveň přidávaného paliva.

-11 CZ 285366 B6

V příkladě I pokusy snížit koncentraci oxidu uhelnatého u této pece ukazovaly, že zvyšování teplot by mělo zlepšit vyhořívání CO, jestliže bylo přítomno dostatečné množství vzduchu. Pro zvýšení teplot bylo použito hořáku s vysokým přebytkovým množstvím vzduchu, schopným dodávat vzduch až při 900 °C.

V oddělených časových údobích na druhé sekční dráze spalin byl zkoušen jediný hořák a pokaždé bylo zaznamenáno významné snížení oxidu uhelnatého, konkrétněji když byl poskytovaný vzduch odhadován jako mající teplotu nad 800 °C (přibližně 50 m³/hod hořákového plynu, ekvivalentního 6 % vletového paliva). Za těchto podmínek byla celková teplota odpadních plynů zvýšena o 20-30 °C, a lokálně i o více. Viditelný plamen od hořáku, patrný při vyšších teplotách, mohl napomáhat iniciaci vyhořívání.

Za těchto podmínek byla dosažena přijatelná úroveň oxidu uhelnatého <300 mg/m³v přemosťujícím odtahovém kanálu. Obr. 7 ukazuje, jak se postupně měnilo odstraňování oxidu uhelnatého se zvyšováním úrovně obsahu hořákového paliva.

Příklad III

Pec podle srovnávacího příkladu I byla obměněna použitím paliva za pecí u všech vletů. Množství paliva přiváděného do šesti sekčních drah spalin za pecí je znázorněno v tab.3, z níž bude patrné, že průměrný procentuelní obsah paliva pro spalování za pecí je 7,75 %.

Emise NOx byly změřeny a výsledky jsou znázorněny na tab.4. Bude zřejmé, že použití paliva za pecí umožnilo dosáhnout emisních úrovní NOx v komíně 270 mg/m³ (snížení o 86 % ve srovnání s počáteční úrovní 2000 mg/m³ ve srovnávacím příkladu I), což je značně pod cílovou hodnotou 500 mg/m³, která by si vyžádala o něco méně paliva za pecí.

Tab.5 ukazuje srovnání základních měření pece ze srovnávacího příkladu I s odpovídajícími výsledky, když je palivo za pecí přiváděno na všech sekčních drahách spalin, přičemž jsou znázorněny vážené střední výsledky. Výsledky ukazují, že pro všechny vlety dochází ke značenému snižování koncentrace NOx mezi ústím výstupního vletu a vrchem mřížovinové struktury 15 a mezi vrchem mřížovinové struktury a dolní komorou regenerátoru. V dolních komorách 25 regenerátoru nebo v odtahových kanálech dochází k malému nebo žádnému snižování koncentrace. V úrovních paliva přidávaného za pecí, tj. 7 až 8 %, byly všechny koncentrace NOx menší než 500 mg/m³ v odtahovém kanálu každé sekční dráhy spalin, což vedlo k celkové úrovni emisí v komíně okolo 300 mg/m³.

Na vrchu mřížovinové struktury bylo zaznamenáno malé snížení teploty odpadního plynu okolo 20 až 30 °C na většině sekčních drah spalin přes to, že v peci nedocházelo k žádným významným změnám. Předpokládá se, že změna teploty vyplývala z energetických požadavků na disociaci zemního plynu s minimálním množstvím přítomného volného kyslíku. Nedocházelo k výrazné změně v naměřeném předehřevu spalovacího vzduchu. Lehký vzestup ve střední teplotě odpadního plynu v úrovni dolní komory regenerátoru vyplýval po většinu času z velkého vzrůstu teploty v dolní komoře 25 regenerátoru druhé sekční dráhy spalin v důsledku nahodilého odstruskování tavením a/nebo disociaci síranu sodného, ke kterému došlo během pokusu jako výsledku experimentů zaměřených na vyhořívání oxidu uhelnatého v odtahovém kanálu.

Jelikož palivo za pecí bylo přidáváno v každé sekční dráze spalin, zvýšily se teploty do vstupu přemosťujícího odtahového kanálu v průměru o 30 °C.

Jak se dalo očekávat z toho, že zde docházelo ke spalování, docházelo v podstatnému vzestupu teplot odpadních plynů. Analýzy odpadních plynů však ukazují, že i v těch vletech, kde

- 12CZ 285366 B6 docházelo k výskytu silných plamenů a k vysokému vzestupu teploty, zůstávala značná množství nespálených plynů.

Když bylo celkové množství paliva, přidávané za pecí, přidáváno do pece postupně, byla sledována teplota odpadních plynů v hlavním odtahu a vykazovala stálý růst. Naměřené úrovně oxidu uhelnatého nejprve výrazně vzrůstaly, ale začínaly klesat, jakmile se teplota v hlavním odtahovém kanálu přiblížila 650 °C s mimořádně dobrým odstraňováním oxidu uhelnatého nad 650 °C. V tomto stadiu bylo pozorováno dobré hoření v hlavním odtahovém kanálu od druhé sekční dráhy spalin směrem ke komínu. Spalování v hlavním odtahovém kanálu totiž stále pokračovalo za měřicí bod s konečnou emisí oxidu uhelnatého v komíně 180 dílů na milion o něco nižší, než výchozí úroveň 250 dílů na milion. Toho bylo dosaženo bez úmyslného vnikání dalšího vzduchu, protože dostatečné množství vzduchu vnikalo přirozenou cestou přes systém odtahových kanálů.

Tyto výsledky potvrzují, že je přítomné dostatečné množství kyslíku a že teploty odpadních plynů dosahují nejméně 650 °C, a za podmínky, že zde docházelo k dostatečné době pobytu, bylo dosahováno velmi dobrého odstraňování oxidu uhelnatého.

V žádném z příkladů I až III nedošlo k negativnímu ovlivnění kvality skla. Úroveň obsahu čirých bublin, síranových bublin a vměstků byla o něco zlepšená. Úroveň obsahu oxidu sírového ve skle nebyla ovlivněna stechiometrií pece.

Příklad IV

Pec s příčným plamenem, vytápěná zemním plynem a s utěsněnými regenerátory pracuje s výtěžkem 5000 t/týden při vytápění hořáky na zemní plyn na straně vletů. Spalovací vzduch je udržován na takové úrovni obsahu, že se plyn spaloval v peci při v podstatě stechiometrických podmínkách. Koncentrace NOx odpadních plynů, opouštějících regenerátoiy, je v úrovni základny komína naměřena řádově 2500 mg/m³. Koncentrace NOx je vyjádřena v tomto příkladě a v příkladě V a VI jako ekvivalentní hmotnost NO₂ v mokrých odpadních plynech. Objem je normalizován na 0 °C a absolutních 760 mm Hg a 8 % obsah kyslíku je vypočítán pro suchý vzorek pro zohledňování ředění vnikajícím vzduchem.

Pec také pracuje tak, že nedostatek vzduchu v peci se snižuje od 15 % u prvního vletu k hodnotě 0 % u posledního vletu, zatímco stále přivádí dostatečné množství paliva pro udržování rychlosti tavení skla a kvality skla. To zajišťuje, že spalitelný materiál opouští taviči komoru s odpadními plyny. Koncentrace NOx v odpadních plynech klesá o okolo 90 %. Jsou přidávána řízená množství vzduchu do odpadních plynů, když vystupují z regenerátorů, a jakékoli zbývající spalitelné složky se nechají v podstatě vyhořet dříve, než odpadní plyny vstupují do ovzduší.

Příklad V

Pec s příčným plamenem, vytápěná lehkým naftovým plynem (LPG), s 8 vlety a s utěsněnými regenerátory, pracuje s výtěžkem 5700 t/týden spalováním LPG jako plynu používajícího hořáky po stranách vletů, pro výrobu skla kvality pro plavení. Spalovací vzduch se udržuje tak, že vážená přebytková úroveň obsahu na ústí výstupního vletu je okolo 4,0 % (tj. přebytkové množství vážené na přívod po jednotlivých vletech - viz tabulka níže) a úrovně NOx v hrdle výstupního vletu a na základně komína mají velikost řádově 2000 mg/m³. Pec se také nechá pracovat tak, že vážený průměr přebytkového vzduchu v peci klesne z 4,8 % na -2,5 %, přičemž je stále přiváděno dostatečné množství paliva pro udržování rychlosti tavení a kvality skla a koncentrace NOx klesá na úroveň řádově 1200 mg/m³, což je snížení o 40 %. Další vzduch se

- 13CZ 285366 B6 přidává do odpadních plynů obsahujících spalitelné složky, když opouštějí regenerátory, a veškeré spaliny jsou v podstatě spalovány před tím, než odpadní plyny vystupují do ovzduší.

Tab.6 udává procentuelní množství přebytkového vzduchu v každém vletovém ústí výstupního vletu, když se pracuje jak s kladným vzduchovým přebytkem, tak i se záporným vzduchovým přebytkem, tj. s podstechiometrickým množstvím. Je udáváno naměřené množství NOx v základně komína.

Příklad VI

Pec s příčným plamenem, s pěti vlety, s utěsněnými regenerátory a s přívodem vytápěcího zemního plynu do hořáků umístěných po straně vletů, pracuje při výtěžku 1400 tun/týden a s elektrickým dohřevem 1,5 MW, pro výrobu plaveného skla.

Spalovací vzduch se udržuje tak, že vážený průměr přebytkového vzduchu na vletovém ústí výstupního vletu je 3,0 %, a úrovně NOx jsou řádově 2150 mg/m³. Pec se také nechá pracovat tak, že vážený průměr přebytkového vzduchu v peci klesne na -7,5 % (7,5 % nedostatek), čímž je zajištěna přítomnost spalitelných látek v odpadních plynech.

Koncentrace NOx v základně pece klesne pod 400 mg/m³ (mokrá) při 8 % kyslíku (suchá), což je snížení větší než 40 %. Tabulka 7 ukazuje výsledky práce oběma způsoby.

Tabulka 1

Závislost koncentrace NOx v regeneračním systému na druhé sekční dráze spalin při přívodu vzduchu na vletovém ústí v přebytkové úrovni

	Zákl. úroveň	Zmenšený přívod vzduchu
Vletové ústí % přebytek/nedostatek vzduchu	+4,0	-2,4	-6,3
NOx - mg/m³ústí výstup, vletu	2790	1580	1500
vrch mřížoví	2770	1640	N/A
poloha B v odtah, kan.	2750	1550	883

Tabulka 2

Koncentrace NOx ve druhé sekční dráze spalin

	Zákl.	Palivo za pecí
Palivo za pecí %	0	0	4,3	6,0	8,1	8,5	10%
přívod vzd.%	4,0	0,1	neměř.	-2,5	0,5	-0,6	-0,1
NOx mg/m³
Ústí výst. vletu	2790	2000	neměř.	1790	1930	1750	2050
Vrch mřížoví	2770	2000	1880	1270	1130	1100	880
Dolní komora 25	2660	1920	1760	840	730	625	300
Pol. A odtah, kan.	2800	2110	1920	810	660	560	230
Pol. B odtah, kan.	2750	1850	1910	730	600	510	230

- 14CZ 285366 B6

Tabulka 3

Úrovně obsahu paliva

Vlety (sekč. dr.).	1	2	3	4	5	6	Celkem
Hlavní palivo nm³/h %hlav. pal. Palivo za pecí m³/h % pal. Za pecí	998 21,5 80 8,0	1022 22,5 83 8,1	836 18,0 58 6,9	465 10,0 32 6,9	580 12,5 47 8,1	769 16,0 60 8,1	4640 100 360 7,75

Tabulka 4

Koncentrace NOx (mg/m³) v systému

Vlety (sekč.dr.)	1	2	3	4	5	6	Váž. střed
Výstup, vlet	1170	1320	1160	1470	1520	2050	1410
Vrch mřížoví	570	920	740	900	860	1160	840
Komor.oblouk	230	430	330	370	70	330	305
Pol.A odtahu	370	620	520	350	140	480	440
Pol.B odtahu Hlav.odtah Komín	250	490	410	410	80	500	370 310 270

Tabulka 5

Srovnání základních měření a měření při přidávání paliva za pecí (PPZP) na všech sekčních drahách spalin - pouze vážené střední výsledky

	Vlet, ústí	Vrch, mříž	Dolní kom.	Odtah	Hlav, odt.	Komín
Pol. A	Pol.B
Přívod vzduchu %
Základ	+3,4	+5,2	+5,8	+8,3	+14,3	+16,9	+28,0
PPZP vš.vlet.	-0,7	-7,9	-4,7	-1,8	0,6	+5,6	+35,4
CO, díl. na mil. (s	oalit. složky,%)
Základ	(1,3C	2270	720	1140	670	700	610
PPZP vš. dráhy	(2,0)	29100	24100	15300	11800	500	180
Teplota odpad, plynů °C
Základ	1592	1458	636	573	530	517	-
PPZP vš. dráhy	-	1436	659	-	607	670	-
Emise NOx, mg/m
Základ	2190	2140	2030	2170	2180	2100	2010
PPZP vš. vlet.	1410	840	305	440	370	310	270
% snížení-srov.	36	61	85	80	83	85	86
se zákl. na víet.ústí
relat.%snížení	40	64	0	0	0	0

- 15CZ 285366 B6

Tabulka 6

Vlet (sekč. dr.)	% přiváděn. Vzduchu na vlet, ústí	% přiváděného vzduchu na vlet, ústí
1	0,5	-8,3
2	10,3	-10,6
3	-0,7	-9,6
4	4,4	-4,2
5	11,4	3,1
6	3,7	6,3
7	4,1	15,1
8	8,7	15,9
Vážený průměr	4,8	-2,5
N0x(mg/m³)v komíně	2000	1200

Tabulka 7

Vlet (sekč. dr.)	% přivád. vzduchu	% přivád, vzduchu
	na vlet, ústí	na vlet, ústí
1	2,3	<10,0
2	2,3	-8,0
3	-0,7	<10,0
4	3,0	-7,4
5	7,7	-1,2
Vážený průměr	3,0	-7,5
NOx(mg/m³)v komíně	2150	400

V uvedených tabulkách značí kladné procentní hodnoty přiváděného vzduchu přebytek vzduchu, záporné hodnoty jeho nedostatek.

Příklad VII

Do sekční dráhy spalin 3 této pece byl vřazen přídavný hořák pro spalování za pecí. Přiváděné procentuelní množství vzduchu zde bylo 0,5 % (přebytek). Koncentrace NOx na vrchu mřížoví a v dolní komoře byla řádově 2000 mg/m³. Přidáváním paliva do výstupního vletu v množství okolo 8 % vzhledem k množství přidávanému do vletu na vzduchové nebo vstupní straně se v této sekční dráze spalin dosáhlo výrazné snížení NOx. Úrovně obsahu NOx v dolní komoře regenerátoru klesly v této sekční dráze spalin na 400 mg/m³.

Předpokládá se, že způsob podle vynálezu je použitelný na všechny pece pro výrobu plochého skla. Nepředpokládá se negativní ovlivňování kvality sklářského výrobku při použití způsobu podle vynálezu.

I když byly znázorněny postupy podle vynálezu pro snižování obsahu emisí NOx na nízké úrovně, i pod 500 mg/m³, bylo tohoto dosaženo pouze na bázi experimentálních měření.

Bude zřejmé, že neexistuje standardizovaná definice kvality plochého skla. Různí výrobci a koncoví uživatelé budou klást odlišné požadavky na kvalitu jejich výrobků. Předpokládá se, že použití vynálezu nebude mít negativní účinek na plnění takových kvalitativních požadavků.

-16CZ 285366 B6

Claims

1. Způsob vytápění regenerační sklářské pece s příčným plamenem pro tavení skla pro výrobu plochého skla, k minimalizování emisí NOx v odpadních plynech opouštějících pec, při kterém se do tavící komory pece přivádí palivo a vzduch, a palivo se spaluje v taviči komoře pro získání skla požadované kvality při požadované lychlosti výroby, přičemž odpadní plyny opouštějící taviči komoru vstupují do regenerátorů a z nich vystupují do ovzduší, vyznačený tím, že se palivo přivádí v přebytku vůči množství, které se spaluje v taviči komoře při normálním provozu pece k získání skla požadované kvality při požadované rychlosti výroby, takže odpadní plyny v utěsněných regenerátorech obsahují spalitelné látky, které jsou k dispozici pro reagování sNOx v odpadních plynech, a tyto spalitelné látky se po té nechávají reagovat s množstvím vzduchu dostatečným pro spálení spalitelných látek.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že se vzduch přivádí do tavící komory v podstechiometrickém množství, takže z taviči komory, provozované v podstechiometrických podmínkách, vystupují spalitelné látky s odpadními plyny.

3. Způsob podle nároku 2, vyznačený tím, že v taviči komoře je nedostatek vzduchu nejméně 3 % množství, potřebného pro stechiometrický provoz pece.

4. Způsob podle nároku 3, vyznačený tím, že v taviči komoře je nedostatek vzduchu od 8 % do 10 %.

5. Způsob podle nejméně jednoho z nároků 1 až 4, vyznačený tím, že podmínky spalování jsou postupně méně podstechiometrické směrem od prvního k poslednímu vletu podél pece s více vlety.

6. Způsob podle nároku 5, vyznačený tím, že podmínky spalování na posledním vletu jsou méně podstechiometrické, než na vletu bezprostředně mu předcházejícím.

7. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že se palivo přivádí na vstupní straně taviči komory v množství odpovídajícím stechiometrickým podmínkám a do odpadních plynů, opouštějících taviči komoru, se před jejich vstupem do utěsněných regenerátorů přidává přebytkové palivo.

8. Způsob podle nároku 7, vyznačený t í m, že se do odpadních plynů přivádí nejméně 3 % množství paliva, přiváděného do tavící komory.

9. Způsob podle nároku 8, vyznačený tím, že se přebytkové palivo přivádí do odpadních plynů v množství od 8 do 10 % množství paliva přiváděného do taviči komory.

10. Způsob podle nejméně jednoho z nároků 7až9, vyznačený tím, že se přebytkové palivo přivádí do odpadních plynů přídavnými vyhrazenými hořáky umístěnými na výstupní straně taviči komory.

11. Způsob podle nejméně jednoho z nároků 7až9, vyznačený tím, že se palivo přivádí do odpadních plynů hořáky, které v obráceném cyklu přivádějí hlavní palivo do tavící komory pece.

- 17CZ 285366 B6

12. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že přídavně kpalivu, které se přivádí na vstupní straně do tavící komory pracující v podstechiometrických podmínkách, se přidává do odpadních plynů, když opouštějí taviči komoru a před tím, než vstupují do utěsněných regenerátorů, přídavné palivo.

13. Způsob podle nároku 12, vyznačený tím, že v taviči komoře je nedostatek vzduchu nejméně 2 % a do odpadních plynů se přivádí nejméně 3 % přebytkového paliva, vzhledem k palivu přiváděnému do taviči komory.

14. Způsob podle nejméně jednoho z nároků 1 až 13, vyznačený tím, že se na výstupní straně tepelného výměníku regenerátorů nechává vstupovat do regenerátorů přídavný vzduch, za jehož přítomnosti se spálí přebytkové palivo obsažené v odpadních plynech, před výstupem do ovzduší.

15. Způsob podle nejméně jednoho z nároků 1 až 14, vyznačený tím, že emise NOx v odpadních plynech vystupujících do ovzduší se udržují na úrovni nižší než 500 mg/m³.

16. Způsob podle nejméně jednoho z nároků 1 až 15, vyznačený tím, že se v odpadních plynech na výstupní straně od výměníků tepla regenerátorů odstraňuje oxid uhelnatý jeho spalováním při teplotě udržované na hodnotě vyšší než 650 °C.

17. Způsob podle nároku 16, vyznačený tím, že se na výstupní straně od výměníku tepla přivádí do odpadních plynů vzduch, za jehož přítomnosti se spálí oxid uhelnatý v odpadních plynech před jejich výstupem do ovzduší.

18. Způsob podle nároků 16 nebo 17, vyznačený tím, že vzduch se přivádí do regenerátoru pod výměníkem tepla regenerátoru.

19. Způsob podle nejméně jednoho z nároků 16 až 18, vyznačený tím, že emise oxidu uhelnatého v odpadních plynech, vystupujících do atmosféry, se udržují na úrovni nižší než 300 mg/m³.

20. Způsob podle nejméně jednoho z nároků lažl9, vyznačený tím, že se odstraňuje oxid uhelnatý z odpadních plynů v regenerátoru jeho spalováním pomocí 8 % přebytkového vzduchu, v procentech vztažených k množství spalovacího vzduchu pro spalování přiváděného paliva, při teplotě vyšší než 650 °C.

21. Regenerační sklářská taviči pec pro tavení skla s příčným plamenem a uzpůsobená pro výrobu plochého skla, pro provádění způsobu podle nejméně jednoho z nároků 16 až 20, s taviči komorou (12) a regenerátory (13, 14) obsahujícími mřížovinové struktury (15, 15'), které působí jako výměníky tepla, přičemž pec (10) dále obsahuje zařízení pro snižování emise NOx v odpadních plynech opouštějících pec (10), přičemž toto zařízení obsahuje prostředky pro přívod přídavného paliva do odpadních plynů, když opouštějí taviči komoru (12) pece (10), vyznačená tím, že každý regenerátor (13, 14) je utěsněný a je pod mřížovinovou strukturou (15, 15') opatřen nejméně jedním hořákem (27) pro přívod horkého vzduchu.

4 výkresy

- 18CZ 285366 B6

- 19CZ 285366 B6