CZ33564U1 - Glass melting furnace with conversion region to convert glass batch into glass melt - Google Patents
Glass melting furnace with conversion region to convert glass batch into glass melt Download PDFInfo
- Publication number
- CZ33564U1 CZ33564U1 CZ2019-36964U CZ201936964U CZ33564U1 CZ 33564 U1 CZ33564 U1 CZ 33564U1 CZ 201936964 U CZ201936964 U CZ 201936964U CZ 33564 U1 CZ33564 U1 CZ 33564U1
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- glass
- conversion region
- electrodes
- region
- melt
- Prior art date
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims description 227
- 238000002844 melting Methods 0.000 title claims description 66
- 230000008018 melting Effects 0.000 title claims description 66
- 239000011521 glass Substances 0.000 title claims description 65
- 239000006066 glass batch Substances 0.000 title claims description 29
- 239000000156 glass melt Substances 0.000 title claims description 22
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 claims description 79
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 56
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 19
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 7
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims description 7
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 7
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 7
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000006060 molten glass Substances 0.000 claims description 3
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 3
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 claims description 3
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 52
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 description 15
- 230000004087 circulation Effects 0.000 description 14
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 14
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 13
- 230000008569 process Effects 0.000 description 11
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 7
- 239000012943 hotmelt Substances 0.000 description 6
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 6
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 6
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 238000006125 continuous glass melting process Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000005501 phase interface Effects 0.000 description 3
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 210000003040 circulating cell Anatomy 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 239000006063 cullet Substances 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 210000001061 forehead Anatomy 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
- C03B5/02—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture in electric furnaces, e.g. by dielectric heating
- C03B5/027—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture in electric furnaces, e.g. by dielectric heating by passing an electric current between electrodes immersed in the glass bath, i.e. by direct resistance heating
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Glass Melting And Manufacturing (AREA)
- Furnace Details (AREA)
Description
Oblast technikyTechnical field
Technické řešení se týká sklářské tavící pece s konverzním regionem pro přeměnu sklářské vsázky na skelnou taveninu. Konverzní region s vysokou koncentrací topné energie pro přeměnu sklářské vsázky na skelnou taveninu má vrstvu sklářské vsázky na roztavené skelné tavenině. Konverzní region, obsahující dno, protilehlé boční stěny a čelní stěnu, je opatřený dvěma bočními vstupy a je otápěný elektrodami a plynovými hořáky. Sklářská tavící pec dále obsahuje na konverzní region navazující homogenizační region otápěný celoelektricky pro homogenizaci skelné taveniny.The invention relates to a glass melting furnace with a conversion region for converting a glass batch into a glass melt. The conversion region with a high concentration of heating energy for converting a glass batch into a glass melt has a glass batch layer on the molten glass melt. The conversion region, comprising the bottom, the opposing side walls and the front wall, is provided with two side inlets and is heated by electrodes and gas burners. The glass melting furnace further comprises a whole-electrically heated, homogeneous region-heated homogenization region for homogenizing the glass melt.
Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION
Kontinuální sklářské tavící pece s horizontálním průtokem taveniny lze rozdělit na vstupní (konverzní) region s vrstvou vsázky na hladině a homogenizační region, v němž se dokončují tavící děje, především rozpuštění sklářského písku a odstranění bublin [5], Jejich měrný výkon se obvykle pohybuje mezi 2 až 3 tm 2den', u špičkových zařízení, obvykle s elektrickým příhřevem, až 4 tm 2den 1 [6]. Problémem těchto pecí bývá nízká konverzní rychlost vsázky v důsledku málo intenzivního transportu tepla dovnitř vsázky [3] a rozsáhlý homogenizační region. Z homogenizačního regionu se do konverzního regionu dodává část energie zpětným cirkulačním tokem taveniny a v důsledku tohoto cirkulačního toku vznikají v homogenizačním regionu velké oblasti nevyužité pro uskutečnění homogenizačních dějů. Pro dosažení dostatečné homogenizační kapacity je proto třeba, aby byl homogenizační region rozsáhlý [5, 7],Continuous glass melting furnaces with horizontal melt flow can be divided into an inlet (conversion) region with a layer of charge on the surface and a homogenization region in which the melting processes are completed, in particular the melting of glass sand and the removal of bubbles [5]. 2 to 3 tm 2 day 1, for high-end devices, usually with electric heating, up to 4 tm 2 day 1 [6]. The problem of these furnaces is the low conversion rate of the charge due to the low intensity heat transfer inside the charge [3] and the large homogenization region. From the homogenization region, some of the energy is supplied to the conversion region by the return flow of the melt, and as a result of this circulation flow large areas are used in the homogenization region which are not used for the homogenization processes. Therefore, to achieve sufficient homogenization capacity, the homogenization region needs to be large [5, 7],
Uvedené nízké konverzní rychlosti vsázky na sklo v konverzním regionu se řeší urychlením kinetiky procesu konverze, především zlepšením transportu tepla do vrstvy vsázky např. elektrickým příhřevem [8] nebo optimalizací mechanismu konverze [9].Said low conversion rates of the glass batch in the conversion region are solved by accelerating the kinetics of the conversion process, in particular by improving heat transfer to the batch layer, for example by electric preheating [8] or by optimizing the conversion mechanism [9].
Zmíněný problém velkého homogenizačního regionu a jeho nízkého využití pro homogenizační děje je pak možné řešit dvěma způsoby.This problem of large homogenization region and its low utilization for homogenization processes can then be solved in two ways.
První způsob využívá separace průběhů jednotlivých tavících dějů do příslušných oddělených prostorů, kterou lze uskutečnit např. tzv. segmentovou tavící pecí, příkladem je Beerkensova tavící pec [110]. Rozdělením pece na více malých prostorů podle jednotlivých dějů se zlepší podmínky pro jejich provozování a předejde se zpětným tokům taveniny z aktuálního do předešlého prostoru, takže se oblasti nevyužité pro vlastní tavící proces netvoří. Obecně vznikají však složitá zařízení s náročnou koordinací dějů v jednotlivých částech.The first method utilizes the separation of individual melting processes into respective separate spaces, which can be realized, for example, by a so-called segment melting furnace, an example being the Beerkens melting furnace [110]. By dividing the furnace into several small spaces according to individual processes, the conditions for their operation are improved and the melt return flows from the current space to the previous space are avoided, so that areas not used for the actual melting process are not formed. Generally, however, complex facilities are created with demanding coordination of processes in individual parts.
Druhý přístup popisuje CZ 307659 [19], Jedná se o tavící prostor kontinuální tavící pece s nátokem skla s nehomogenitami a způsob tavení skla v tomto prostoru. Tavící proces je v jednom prostoru rozdělen pouze do dvou regionů a rozložením topné energie se ovlivňuje proudění v homogenizačním regionu tavícího prostoru tak, aby se omezily, případně úplně odstranily jeho neužitečné oblasti a homogenizační kapacita prostoru se podstatně zvýšila. To umožní zmenšit rozměr prostoru.The second approach is described in CZ 307659 [19]. It is a melting chamber of a continuous glass melting furnace with inhomogeneities and a method of melting glass in this chamber. The melting process is divided into only two regions in one space and the distribution of the heating energy affects the flow in the homogenizing region of the melting space so as to reduce or eliminate its useless areas and the homogenization capacity of the space is substantially increased. This makes it possible to reduce the size of the space.
V CZ 307659 [19] a [1,2] byla zavedena relativní veličina nazvaná využití tavícího prostoru, která umožňuje kvantifikovat kvalitu proudění vzhledem k průběhu tavícího procesu. Tato veličina vykazuje hodnotu 1 pro pístový tok, hodnotu mezi 0,45 až 0,65 pro uniformní tok [11] a dosahuje hodnot 0,6 až 0,8 pro nastolený spirálový tok [12, 13, 14], Nastolení spirálového toku ve sklářském tavícím prostoru uvádí české patenty [15, 16] a korespondující PCT přihláška [17], která popisuje sklářskou tavící pec pro kontinuální tavení skel a pro způsob tavení.In CZ 307659 [19] and [1,2] a relative quantity called the use of the melting space was introduced, which allows to quantify the flow quality with respect to the course of the melting process. This value has a value of 1 for the piston flow, a value between 0.45 to 0.65 for the uniform flow [11] and reaches values of 0.6 to 0.8 for the set spiral flow [12, 13, 14]. the glass melting space is disclosed by Czech patents [15, 16] and the corresponding PCT application [17], which describes a glass melting furnace for continuous melting of glass and a method of melting.
- 1 CZ 33564 U1- 1 GB 33564 U1
Zjištěné využití tavícího prostoru pro průmyslově provozovanou sklářskou pec s vrstvou vsázky na hladině bylo pak velmi nízké, a to mezi 0,05 až 0,10 [3], Nízké hodnoty využití jsou pro tyto průmyslové pece charakteristické. Důvodem bylo již zmíněné zpětné cirkulační proudění mezi homogenizační a konverzní částí pece. Jevilo se proto jako perspektivní uvedeným řízením toku využití prostoru podstatně zvýšit. Modelováním homogenizačního modulu se vstupem skelné taveniny obsahující písková zrna a bubliny a s řízeným prouděním v další části modulu se podařilo dosáhnout toku podobnému uniformnímu toku, který vykazoval hodnotu využití 0,5 a taviči výkon až kolem 600 t/den [4]. Rozměr takového homogenizačního modulu byl přitom podstatně menší než průmyslový tavící prostor a pohyboval se kolem 12,5 m3. Podmínky provozování tohoto homogenizačního modulu popisuje tavící prostor kontinuální sklářské tavící pece [18, 19, 20, 21].The utilization of the melting space for an industrially operated glass furnace with a layer of charge at the surface was then very low, namely between 0.05 and 0.10 [3]. Low utilization rates are characteristic of these industrial furnaces. The reason was the above-mentioned recirculation flow between the homogenization and conversion part of the furnace. The use of space has therefore appeared to be substantially increased by the above-mentioned flow control. By modeling the homogenization module with a glass melt inlet containing sand grains and bubbles and with controlled flow in the other part of the module, a flow similar to the uniform flow was achieved, with a utilization value of 0.5 and a melting capacity of up to 600 t / day [4]. The size of such a homogenization module was considerably smaller than the industrial melting chamber and was around 12.5 m 3 . The operating conditions of this homogenization module are described by the melting chamber of a continuous glass melting furnace [18, 19, 20, 21].
Zmíněný druhý homogenizační region byl již autory řešen studiem charakteru proudění v homogenizačním modulu se vstupem taveniny obsahující nerozpuštěný sklářský písek a bubliny (bez sklářské vsázky) za pomocí veličiny využití tavícího prostoru [1-2] a teoretických vztahů umožňujících nastolení optimálního typu proudění [3, 4], Nastavení kontrolovaného proudění pomocí matematického modelu prokázalo až násobné zvýšení homogenizačního výkonu. Takového kontrolovaného proudění taveniny se dosáhlo vhodnou prostorovou distribucí topné energie. Získal se tak malý homogenizační modul (prostor) o specifickém tavícím výkonu přesahujícím v optimálním případě značně 30 tm 3den'.The second homogenization region has already been solved by studying the flow pattern in a melt inlet module containing undissolved glass sand and bubbles (without glass charge) using the melting space variable [1-2] and the theoretical relationships enabling the optimal flow type [3, 4], Controlled flow control using a mathematical model has shown up to a multiple increase in homogenization performance. Such controlled melt flow was achieved by suitable spatial distribution of heating energy. Thus, a small homogenization module (space) having a specific melting capacity exceeding optimally exceeding 30 tm 3 day was obtained.
Při následném zahrnutí děje konverze vsázky do tavícího procesu se tedy jeví jako logické spojit uvedený homogenizační modul s nějakým regionem pro konverzi sklářské vsázky. Ve složeném tavícím prostoru by pak navrhovaný prostor se vsázkou byl prvním, konverzním regionem a již vyřešený homogenizační modul druhým, homogenizačním regionem. Konverzní region musí samozřejmě vykazovat srovnatelné výkonové parametry zjištěné pro homogenizační region.Thus, when the batch conversion process is included in the melting process, it seems logical to associate said homogenization module with a glass batch conversion region. In the composite melting space, the proposed batch space would then be the first, conversion region and the already solved homogenization module as the second, homogenization region. The conversion region must, of course, show comparable performance parameters found for the homogenization region.
Cílem technického řešení je nový konverzní region kontinuálního sklářského tavícího prostoru, který zajišťuje vysoký příkon energie, který svým vloženým otopem zajistí konverzi značného množství sklářské vsázky na sklo v relativně malém prostoru.The aim of the technical solution is a new conversion region of continuous glass melting space, which provides high power input, which by means of its embedded heating converts a considerable amount of glass batch into glass in a relatively small space.
Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution
Tento úkol splňuje sklářská tavící pec podle tohoto technického řešení, jehož podstata spočívá vtom, že konverzní region: je opatřen na každé protilehlé boční stěně bočním vstupem; je osazený tyčovými vertikálními elektrodami umístěnými ve dnu a vertikálními plynovými hořáky umístěnými v klenbě; má rozmístěny topné tyčové vertikální elektrody po celé ploše dna a vertikální hořáky po celé ploše klenby v pravidelných formacích; má osy vertikálních elektrod uspořádaných v minimálním odstupu 0,3 m od sebe a od stěn; má osy vertikálních hořáků uspořádané v minimálním odstupu 0,5 m od sebe a od stěn; a má špičky elektrod vzdáleny od spodního povrchu vrstvy sklářské vsázky maximálně 0,4 m.This object is achieved by a glass melting furnace according to the present invention, characterized in that the conversion region: is provided with a lateral inlet on each opposite side wall; it is fitted with bottom vertical electrodes placed in the bottom and vertical gas burners located in the arch; has vertical heating rod electrodes spaced over the entire surface of the bottom and vertical burners over the entire surface of the vault in regular formations; has axes of vertical electrodes arranged at a minimum distance of 0,3 m from each other and from the walls; has vertical burner axes spaced at least 0.5 m apart from each other and from walls; and has a maximum electrode tip of 0.4 m from the bottom surface of the glass batch layer.
Hlavní výhodou tohoto technického řešení je, že konverzní region má vysokou konverzní kapacitu díky vysoké koncentraci energie na relativně malém prostoru. Konverzní region jako první část sklářské tavící pece pro konverzi sklářské vsázky využívá intenzivního odtavování sklářské vsázky na hladině taveniny soustředěným kombinovaným ohřevem sítí vertikálních hořáků a sítí vhodně rozmístěných vertikálních elektrod vyvolávajících vertikální toky horké taveniny k vrstvě vsázky. Příkon do regionu je volen tak, aby dodané množství energie zaručovalo konverzi veškeré dávkované vsázky na skelnou taveninu. Specifická rychlost konverze vsázky na sklo byla v tomto uspořádání asi třikrát vyšší, než bylo dosaženo pro konvenční horizontální sklářskou pec s regenerativním (plynovým) ohřevem a s menším elektrickým příhřevem. Nový konverzní region podle technického řešení se svou velikostí blíží homogenizačnímu regionu a předpokládaná konkrétní celková velikost obou regionů pece seThe main advantage of this technical solution is that the conversion region has a high conversion capacity due to the high energy concentration in a relatively small space. The conversion region, as the first part of a glass melting furnace, for converting a glass batch utilizes intensive melting of the glass batch at the melt level by concentrated combined heating of the vertical burner networks and networks of appropriately spaced vertical electrodes causing vertical hot melt flows to the batch layer. The power input to the region is chosen so that the amount of energy supplied ensures the conversion of all the batch feed to the glass melt. The specific rate of conversion of the batch to glass in this arrangement was about three times higher than that achieved by a conventional horizontal glass furnace with regenerative (gas) heating and with less electrical heating. According to the invention, the new conversion region is similar in size to the homogenization region and the predicted specific overall size of the two furnace regions is
-2CZ 33564 U1 pohybuje mezi 24 až 30 m3. Při úplném zakrytí konverzního regionu sklářskou vsázkou byly tavící výkony vysoké, přesahující 300 tun skla za den. Kapacita konverzního regionu se řízené navýší nárůstem podílu energie pro konverzní region (ki) dále úpravou poměru mezi množstvím elektrické a spalovací energie a vpuštěním vsázky do homogenizačního regionu. Navržený mechanismus konverze vsázky nataveninu se ukazuje jako efektivní.-2GB 33564 U1 ranges between 24 and 30 m 3 . When the conversion region was completely covered by the glass batch, the melting capacities were high, exceeding 300 tons of glass per day. The capacity of the conversion region is controlled by increasing the share of energy for the conversion region (ki) further by adjusting the ratio between the amount of electrical and combustion energy and the feed to the homogenization region. The proposed melt conversion mechanism proves to be effective.
Vertikální pozice elektrod a hořáků umožňuje přivést hlavní podíl tepla zdola i shora k vrstvě vsázky ave skelné tavenině vyvolává vertikální cirkulace podél elektrod, které urychlují přenos tepla konvekcí do vsázky a odstraňují vzniklou chladnější taveninu od její spodní hranice.The vertical position of the electrodes and burners allows the bulk of the heat from the bottom and the top to be introduced to the charge layer and induces vertical circulation along the electrodes in the glass melt, which accelerates heat transfer by convection to the charge and removes the colder melt formed.
Vhodné rozmístění pravidelných formací vertikálních topných elektrod a vertikálních topných plynových hořáků působí tak, že tyto zdroje energie zasahují horkými kolmými proudy taveniny a spalin celou plochu pokrytou vsázkou a zvyšují konverzní kapacitu konverzního regionu.Appropriate spacing of the regular vertical heating electrode and vertical heating gas burner formations causes these energy sources to reach the entire surface of the charge deposited by hot perpendicular melt and flue gas streams and increase the conversion capacity of the conversion region.
Dodržení nárokované vzdálenosti vzájemného odstupu vertikálních elektrod a též jejich nárokovaná vzdálenost od bočních stěn a od čelní stěny konverzního regionu jsou bezpečné a zamezí vzájemnému ovlivnění účinků elektrod na dno a stěny konverzního regionu.Maintaining the claimed spacing of the vertical electrodes, as well as their claimed distance from the side walls and the front wall of the conversion region, is safe and avoids interference between the effects of the electrodes on the bottom and the walls of the conversion region.
Dodržení nárokované vzdálenosti vzájemného odstupu vertikálních plynových hořáků a též jejich nárokovaná vzdálenost od bočních stěn a od čelní stěny konverzního regionu jsou bezpečné a zamezí vzájemnému ovlivnění účinků topných plynových hořáků na stěny konverzního regionu.Maintaining the claimed spacing of the vertical gas burners, as well as their claimed distance from the side walls and the front wall of the conversion region, is safe and avoids the mutual effects of the heating gas burners on the walls of the conversion region.
Účelem nárokované a relativně malé vzdálenosti mezi špičkami elektrod od dolního povrchu vsázky je rychlý a čerstvý transport právě ohřáté a u špiček elektrod nejrychleji stoupající skelné taveniny k dolnímu povrchu vsázky. Výhodné se ukázaly např. vzdálenosti 0,3 až 0,1 m. Není vhodné, aby se špičky elektrod dotýkaly přímo sklářské vsázky, kde je podstatně nižší teplota skelné taveniny. Elektrody relativně dlouhé, s délkou dosahující bezprostředně k povrchu sklářské vsázky, zajišťují vysokou konverzní kapacitu.The purpose of the claimed and relatively small distance between the electrode tips from the lower surface of the charge is to provide a fast and fresh transport of the heated and, at the electrode tips, the fastest rising glass melt to the lower surface of the charge. For example, distances of 0.3 to 0.1 m have proven to be advantageous. It is not appropriate for the electrode tips to directly contact the glass batch where the glass melt temperature is substantially lower. The electrodes relatively long, with a length reaching immediately to the surface of the glass batch, ensure a high conversion capacity.
Je výhodné, když konverzní region má podíl elektrické energie topných elektrod k celkové energii dodané do regionu topnými elektrodami a hořáky alespoň 50 %, s výhodou 60 až 80 %.Advantageously, the conversion region has a share of electrical energy of the heating electrodes in the total energy supplied to the region by the heating electrodes and burners of at least 50%, preferably 60 to 80%.
V oblasti tohoto podílu byly nalezeny nejvyšší rychlosti konverze sklářské vsázky. Optimalizace podílu elektrické energie může přinést 20 až 30 % zvýšení konverzní rychlosti oproti podílu pouze odhadnutému.The highest conversion rates of the glass batch were found in this area. Optimizing the share of electricity can bring about a 20 to 30% increase in conversion rate over the estimated share.
Též je výhodné, když topné vertikální elektrody jsou tyčové molybdenové elektrody.It is also preferred that the heating vertical electrodes are molybdenum rod electrodes.
V konverzním regionu se instaluje značné množství elektrod a je tedy vhodné použít elektrody běžně dostupné, avšak schopné odolávat vysokým koncentracím elektrické energie, což tyčové molybdenové elektrody splňují. Nevhodné jsou např. cíničité tyčové elektrody nebo deskové molybdenové elektrody.A large number of electrodes are installed in the conversion region, and it is therefore advisable to use electrodes which are commercially available but capable of withstanding high concentrations of electrical energy, which the molybdenum rod electrodes meet. For example, tinned rod electrodes or molybdenum plate electrodes are unsuitable.
Dále je výhodné, když topné vertikální plynové hořáky jsou otápěny zemním plynem se vzduchem nebo kyslíkem. Jedná se o běžně dostupný a široce používaný otop spalováním, u kyslíku o poměrně novější ale dražší otop.It is further preferred that the heating vertical gas burners are heated by natural gas with air or oxygen. It is a commonly available and widely used heating system for combustion, with oxygen a relatively newer but more expensive heating system.
Nebo topné vertikální plynové hořáky mohou být jsou otápěny vodíkem se vzduchem nebo kyslíkem. Jedná se o nově uvažovaný otop, který nezanechává uhlíkovou stopuje tedy ekologicky výhodný, i když poměrně dražší.Or the heating vertical gas burners can be heated with hydrogen with air or oxygen. It is a newly considered heating, which does not leave a carbon footprint, therefore environmentally beneficial, although relatively more expensive.
Je výhodné, když konverzní region má maximální koncentraci topné energie elektrodami a plynovými hořáky 6 000 až 14 000 kW pro konverzi skelné vsázky na skelnou taveninu pro vznik 3 až 7 kg skla za sekundu. Konverzní rychlost přeměny sklářské vsázky na skelnou taveninu je v rozmezí 0,25 až 0,30 kg.m 2 s '.It is preferred that the conversion region has a maximum heating energy concentration of 6,000-14,000 kW electrodes and gas burners to convert the glass charge into a glass melt to produce 3-7 kg of glass per second. The conversion rate of the glass batch to glass melt conversion is in the range of 0.25 to 0.30 kg.m 2 s -1.
-3CZ 33564 U1-3GB 33564 U1
Za těchto řízených a nastavených podmínek je energie dodaná do konverzního regionu jeho vlastními zdroji, tedy elektrodami a plynovými hořáky efektivně a optimálně využitelná pro konverzi sklářské vsázky. V navazujícím homogenizačním regionu se tak lépe zabezpečí podmínky pro nastavení uniformního nebo spirálovitého toku s vysokým využitím prostoru.Under these controlled and set conditions, the energy supplied to the conversion region by its own sources, that is, by electrodes and gas burners, is effectively and optimally utilized to convert the glass batch. Thus, in the downstream homogenization region, conditions for adjusting the uniform or spiral flow with high space utilization are better ensured.
Výhody navrhovaného konverzního regionu s instalovaným velkým elektrickým příkonem pomocí vertikálních elektrod ze dna a vertikálních hořáků z klenby lze shrnout takto:The advantages of the proposed conversion region with high electrical input installed using vertical bottom electrodes and vertical vault burners can be summarized as follows:
1. Využitím optimálně hustého uspořádání vertikálních dlouhých elektrod ze dna se soustředí vysoký příkon Jouleovy energie do malého prostoru a nasměruje maximum příkonu těsně pod vrstvu vsázky. Podobné uspořádání elektrod lze uvažovat i pro návrh celoelektrické tavící pece.1. By utilizing an optimally dense arrangement of vertical long electrodes from the bottom, the high power input of Joule concentrates into a small space and directs the maximum power input just below the charge layer. A similar arrangement of electrodes can be envisaged for the design of an all-electric melting furnace.
2. Ohřevem vznikají vertikální cirkulace taveniny, které míří vzhůru podél elektrod a po dosažení fázového rozhraní se obrací směrem dolů. Sestupné proudění je spojené s propadáním chladné taveniny vzniklé konverzí vsázky. Při aplikaci sítě ve dně uspořádaných elektrod se vytvoří obraz proudění ve tvaru vertikálních cirkulačních buněk. Horká stoupající tavenina atakuje kolmo vrstvu vsázky a zrychluje přenos tepla do vsázky, vzniklá chladná tavenina je sestupným buňkovým prouděním rychle odstraňována od fázového rozhraní.2. Heating creates vertical melt circulations that point up along the electrodes and turn downward when the phase boundary is reached. The downstream flow is associated with the cold melt sink resulting from the batch conversion. When a grid is applied at the bottom of the electrodes, a flow pattern is formed in the form of vertical circulating cells. The hot rising melt attacks perpendicularly the charge layer and accelerates the heat transfer to the charge, and the resulting cold melt is rapidly removed from the phase interface by descending cell flow.
3. K vytvoření vertikálních cirkulací v tavenině přispívají též vertikální hořáky. Sestupný proud vzniklé chladné taveniny se vytváří v místě styku horkých spalin se vsázkou.3. Vertical burners also contribute to the formation of vertical melt circulations. The descending stream of the resulting cold melt is formed at the point of contact of the hot flue gases with the charge.
4. Využití vertikálních hořáků namířených na vsázku umožní instalaci potřebného počtu zdrojů a umožní bezprostřední styk horkých spalin se vsázkou, což rovněž napomáhá podmínkám pro vysokou absorpci tepla a vysoký konverzní výkon regionu.4. The use of vertical burners directed at the feedstock will allow the installation of the necessary number of sources and allow the immediate contact of the hot flue gases with the feedstock, which also facilitates conditions for high heat absorption and high conversion performance of the region.
5. K dosažení maximálního výkonu slouží rovněž nastavení optimálního poměru mezi dodanou elektrickou energií (elektrodami) a energií pocházející ze spalování (hořáky), které je nastavitelné pro různé alternativní typy konverzního regionu za konkrétních podmínek.5. The optimum ratio between the supplied electricity (electrodes) and the combustion energy (burners), which is adjustable for different alternative types of conversion region under specific conditions, also serves to achieve maximum performance.
6. Soustředěním velkého podílu celkové energie do malého konverzního regionu, s využitím funkce vertikálních elektrod ze dna a s délkou dosahující blízko k povrchu vsázky i využitím vertikálních hořáků blízko obou povrchů vsázky, se dosahuje vysokého teplotního gradientu i velké plochy pro předávání tepla radiálním rozlitím taveniny a spalin u povrchů. Místně proměnným prouděním se zajistí i předpokládané vysoké hodnoty efektivního součinitele přenosu tepla. Tím se zabezpečí optimální podmínky pro rychlou konverzi vsázky na skelnou taveninu.6. By concentrating a large proportion of the total energy into a small conversion region, utilizing the vertical bottom electrode function and a length close to the charge surface and using vertical burners near both charge surfaces, a high temperature gradient and large heat transfer area are achieved by radial melt spillage; flue gas at surfaces. The expected high values of the effective heat transfer coefficient are also assured by the locally variable flow. This ensures optimum conditions for the rapid conversion of the charge to the glass melt.
7. Sestupné toky taveniny v buňkách jsou dostatečně rychlé, takže jsou schopné strhávat vzniklé malé i větší bubliny do hloubky skelné taveniny a narušovat vrstvu bublin a pěny, která snižuje přestup tepla ze sklářské taveniny do skelné vsázky.7. The downstream melt flows in the cells are fast enough to be able to entrain the formed small and larger bubbles to the depth of the glass melt and disrupt the bubble and foam layer, which reduces heat transfer from the glass melt to the glass charge.
8. Poměr mezi oběma typy energií v konverzním regionu společně s případně vzniklým místem volné hladiny taveniny u čela konverzního regionu podporuje nastolení podmínek pro žádoucí spirálovitý typ proudění v druhém homogenizačním regionu pece.8. The ratio between the two types of energies in the conversion region together with the potentially formed free melt level at the front of the conversion region promotes the establishment of conditions for the desired spiral type flow in the second homogenization region of the furnace.
Objasnění výkresůClarification of drawings
Technické řešení je podrobně popsáno dále na příkladných neomezujících provedeních, objasněných na připojených schematických výkresech, z nichž znázorňuje:The technical solution is described in detail below with reference to exemplary non-limiting embodiments illustrated in the accompanying schematic drawings, showing:
Obrázek 1: Axonometrický pohled na konverzní region sklářské tavící pece s umístěním elektrod a hořáků a s naznačeným homogenizačním regionem.Figure 1: Axonometric view of the conversion region of a glass melting furnace with the location of electrodes and burners and the homogenization region indicated.
-4CZ 33564 U1-4GB 33564 U1
Obrázek 2: Pohled z obr. 1, znázorňující průměty umístění hořáků v klenbě do roviny XY v konverzním regionu a s naznačeným homogenizačním regionem.Figure 2: The view of Figure 1, showing the vault location of the burners on the XY plane of the conversion region and with the homogenizing region indicated.
Obrázek 3: Pohled z obr. 1 znázorňující průměty umístění elektrod do roviny XY v konverzním regionu a s naznačeným homogenizačním regionem.Figure 3: The view of Figure 1 showing the electrode placement planes in the XY plane of the conversion region and with the homogenizing region indicated.
Obrázek 4: Pohled z obrázku 1 v příčném řezu v rovině YZ v dané vzdálenosti od čelní stěny konverzního regionu, ukazující teplotní a proudové pole skelné taveniny v dolní části konverzního regionu a teplotní pole spalin v jeho horní části. Vlevo dole je znázorněn pohled shora na sklářskou pec a vedle je ukázána teplotní stupnice shora ukázaného konverzního regionu.Figure 4: A cross-sectional view of the YZ plane at a given distance from the front wall of the conversion region, showing the temperature and flow field of the glass melt at the bottom of the conversion region and the flue gas temperature field at the top thereof. On the lower left, a top view of the glass furnace is shown and next to the temperature scale of the conversion region shown above.
Obrázek 5: Závislost specifické konverzní rychlosti MSbatch (sklářské vsázky na skelnou taveninu) na podílu ki energie z celkové energie dodávané do pece.Figure 5: Dependence of the specific conversion rate M S batch on the ratio of ki energy from the total energy supplied to the furnace.
Obrázek 6: STAV TECHNIKY - podélný centrální řez XZ klasickou regenerativní sklářskou pecí [3] ukazující podélnou cirkulaci skelné taveniny s detailem D, týkajícím se oblasti pece u hranice tavené sklářské vsázky a též s odpovídajícím prouděním a s teplotami v detailu.Figure 6: BACKGROUND OF THE INVENTION - longitudinal central section XZ of a classical regenerative glass furnace [3] showing the longitudinal circulation of the glass melt with detail D relating to the furnace area at the melted glass batch boundary as well as the corresponding flow and temperatures in detail.
Obrázek 7: Pohled shora z obr. 1 na vsázku na hladině taveniny v konverzním regionu a s naznačeným homogenizačním regionem. V dolní části vlevo je znázorněn pohled v rovině XY na sklářskou pec a vedle je ukázána teplotní stupnice shora ukázaného konverzního regionu.Figure 7: Top view of Figure 1 of a charge at the melt level in the conversion region and with the homogenization region indicated. In the lower part on the left is a view in the XY plane of the glass furnace and next to the temperature scale of the conversion region shown above.
Obrázek 8: Pohled shora z obr. 1 na vrcholy vertikálních proudových buněk pod rozhraním vrstvy vsázky a taveniny v konverzním regionu v řezu XY, který jev dané vzdálenosti od horního povrchu vsázky a s naznačeným homogenizačním regionem. V dolní části obrázku vlevo je znázorněn pohled v rovině XY na sklářskou pec a vedle je ukázána teplotní stupnice shora ukázaného konverzního regionu.Figure 8: Top view of Figure 1 of vertical jet cell peaks below the interface of the charge and melt layer in the conversion region in section XY, which is a given distance from the top surface of the charge and with the indicated homogenization region. In the lower part of the figure on the left, a view in the XY plane of the glass furnace is shown and next to the temperature scale of the conversion region shown above.
Obrázek 9: Axonometrický pohled na jiný alternativní konverzní region prostor sklářské tavící pece s umístěním elektrod a hořáků a s naznačeným homogenizačním regionem.Figure 9: Axonometric view of another alternative conversion region of a glass melting furnace space with the location of electrodes and burners and the homogenizing region indicated.
Obrázek 10: Pohled shora z obr. 9 znázorňující průměty umístění elektrod do roviny XY a s naznačeným homogenizačním regionem.Figure 10: The top view of Figure 9 showing the XY plane placement projections and with the homogenization region indicated.
Obrázek 11: Pohled shora z obr. 9 na vsázku na hladině taveniny v konverzním regionu a s naznačeným homogenizačním regionem. Obrázek 12 zobrazuje pohled shora z obr. 9 na vrcholy vertikálních proudových buněk pod rozhraním vrstvy vsázky a taveniny v konverzním regionu v řezu XY. který je v určité vzdálenosti od horního povrchu vsázky a s naznačeným homogenizačním regionem. V dolní části obrázku vlevo je znázorněn pohled v rovině XY na sklářskou pec a vedle je ukázána teplotní stupnice shora ukázaného konverzního regionu.Figure 11: The top view of Figure 9 of the charge at the melt level in the conversion region and with the homogenization region indicated. Figure 12 shows a top view of Figure 9 of the vertical jet cell peaks below the charge-melt layer interface in the conversion region in section XY. which is at a distance from the top surface of the charge and with the indicated homogenization region. In the lower part of the figure on the left, a view in the XY plane of the glass furnace is shown and next to the temperature scale of the conversion region shown above.
Obrázek 13: Pohled z obrázku 9 v příčném řezu YX, který je v určité vzdálenosti od vnější čelní stěny konverzního regionu, ukazující pohled na teplotní a proudové pole taveniny v dolní části konverzního regionu a teplotní pole spalin v jeho horní části. V dolní části obrázku vlevo je znázorněn pohled v rovině YZ na sklářskou pec a vedle je ukázána teplotní stupnice shora ukázaného konverzního regionu.Figure 13: A cross-sectional view of Figure 9, which is at a distance from the outer face of the conversion region, showing a view of the temperature and flow field of the melt at the bottom of the conversion region and the temperature field of the flue gas at its upper part. In the lower part of the figure on the left is a view in the YZ plane of the glass furnace and next to the temperature scale of the conversion region shown above.
Obrázek 14: Axonometrický pohled na další alternativní řešení konverzního regionu sklářské tavící pece s umístěním elektrod a hořáků a s naznačeným homogenizačním regionu.Figure 14: Axonometric view of another alternative solution of the glass melting furnace conversion region with the location of the electrodes and burners and the homogenization region indicated.
Obrázek 15: Pohled z obr. 14 znázorňující průměty umístění hořáků v klenbě do roviny XY v konverzním regionu a s naznačeným homogenizačním regionem.Figure 15: The view of Figure 14 showing the vault positioning of the burners in the XY plane of the conversion region and with the homogenizing region indicated.
Obrázek 16: Pohled z obr. 14 znázorňující průměty umístění elektrod ve dnu do roviny XYFigure 16: The view of Figure 14 showing the bottom electrode placement patterns in the XY plane
-5CZ 33564 U1 v konverzním regionu a s naznačeným homogenizačním regionem.-5GB 33564 U1 in the conversion region and with the homogenization region indicated.
Obrázek 17: Pohled shora z obr. 14 na vsázku na hladině taveniny v konverzním regionu a s naznačeným homogenizačním regionem. V dolní části obrázku vlevo je znázorněn pohled v rovině XY na sklářskou pec a vedle je ukázána teplotní stupnice shora ukázaného konverzního regionu.Figure 17: A top view of Figure 14 of the charge at the melt level in the conversion region and with the homogenization region indicated. In the lower part of the figure on the left, a view in the XY plane of the glass furnace is shown and next to the temperature scale of the conversion region shown above.
Obrázek 18: Pohled shora z obr. 14 na vrcholy vertikálních proudových buněk pod rozhraním vrstvy vsázky a taveniny v konverzním regionu v řezu XY, který je v určité vzdálenosti od horního povrchu vsázky a s naznačeným homogenizačním regionem. V dolní části obrázku vlevo je znázorněn pohled v rovině XY na sklářskou pec a vedle je ukázána teplotní stupnice shora ukázaného konverzního regionu.Figure 18: Top view of Figure 14 of vertical jet cell peaks below the interface of the charge and melt layer in the conversion region in section XY, which is some distance from the top surface of the charge and with the indicated homogenization region. In the lower part of the figure on the left, a view in the XY plane of the glass furnace is shown and next to the temperature scale of the conversion region shown above.
Obrázek 19: Pohled z obr. 14 v příčném řezu YZ, který je v určité vzdálenosti od vnější čelní stěny konverzního region. Pohled ukazuje teplotní a proudové pole taveniny v dolní části konverzního regionu a teplotní pole spalin v jeho horní části. V dolní části obrázku vlevo je znázorněn pohled v rovině XY na sklářskou pec a vedle je ukázána teplotní stupnice shora ukázaného konverzního regionu.Figure 19: A cross-sectional view of Fig. 14 which is at a distance from the outer face of the conversion region. The view shows the temperature and flow field of the melt in the lower part of the conversion region and the temperature field of the flue gas in its upper part. In the lower part of the figure on the left, a view in the XY plane of the glass furnace is shown and next to the temperature scale of the conversion region shown above.
Příklady uskutečnění technického řešeníExamples of technical solutions
STAV TECHNIKYSTATE OF THE ART
Pro srovnání s řešením podle tohoto nového technického řešení je zde uveden stav techniky [3], a to jako příkladné řešení klasické regenerativní sklářské tavící pece s menším elektrickým příhřevem.For comparison with the solution according to this new technical solution, the state of the art [3] is presented here as an exemplary solution of a classical regenerative glass melting furnace with less electrical heating.
Připojený obrázek 6 znázorňuje podélný centrální řez XZ klasickou regenerativní sklářskou pecí s elektrickým příhřevem ukazující podélné cirkulace taveniny a teploty pod vrstvou vsázky a detail proudění v oblasti hranice vsázky [3], Podélnou cirkulací se do konverzního regionu přenášela část tepla z hořáků z homogenizačního regionu, jak již bylo uváděno. Modelováním této průmyslové regenerativní pece s elektrickým příhřevem a s průměrnou teplotou tavení 1 387 °C [3] bylo však zjištěno, že při ohřevu vsázky horizontálním zpětným proudem horkého skla, procházejícího pod vsázku z homogenizačního regionu pece a pokračujícího souběžně s vrstvou vsázky v konverzním regionu, jsou hodnoty specifické konverzní rychlosti značně nižší než hodnoty dosahované v konverzním regionu. Koncentrace energie pod vsázku je nižší než v případě navrhovaného regionu, neboť energie je od místa maximální teploty přiváděna ve velké ploše. Energie se do vsázky předává především u čela vsázky, dále teplota horkého proudu klesá v důsledku faktu, že vzniklé chladné sklo zůstává dlouho blízko fázového rozhraní. Pro informaci ukazuje obrázek 6 v podélném řezu tok horkého skla pod vrstvu vsázky, detail oblasti u hranice vsázky je uveden pod celkový náhled na podélný centrální řez prostorem. V obrázku 6 ukazují šipky zpětný tok taveniny pod vsázku, kde se teploty přiváděné taveniny před čelem vsázky pohybují nad 1 500 °C. Stykem se vsázkou však rychle klesají a ve větší vzdálenosti od čela se pohybují v oblasti kolem 1 350 °C. Horké sklo z maxima teplot proudící k čelu vsázky uskutečňuje včele vsázky nej intenzivnější odtavování a vzniká zde větší množství chladné taveniny. Horké rychle proudící sklo zamíří za čelem vsázky poměrně rychle pod vzniklou chladnou taveninou a rovněž se ochlazuje, aniž by těsně kontaktovalo vsázku. Toto proudění taveniny u hranice vsázky je dobře vidět na detailu řezu. Intenzita odtavování v oblasti za čelem vsázky oblasti je pak nízká. Kombinace o něco nižší průměrné tavící teploty, typu ohřevu a charakteru proudění horké taveniny od teplotního maxima podél dolní hranice vsázky vedla ve všech sledovaných případech k nízké specifické konverzní rychlosti vsázky, která se v průměru pohybovala pouze kolem 0,09 kg/(m2s). V těchto případech občas používaný elektrický příhřev s ohřevem zdola může tuto situaci velmi mírně zlepšit. Modelováním zmíněné regenerativní tavící pece ve 14 případech bylo zjištěno, že pokud je pod vsázku umístěn elektrický příhřevThe attached figure 6 shows a longitudinal central section XZ of a classical regenerative glass-fired electric furnace showing longitudinal circulation of the melt and temperature below the charge layer and detail of the flow in the charge boundary region [3]. as already mentioned. However, by modeling this industrial regenerative furnace with electric preheating and an average melting point of 1,387 ° C [3], it was found that when the charge was heated by a horizontal backflow of hot glass passing under the charge from the homogenization region of the furnace and continuing in parallel with the charge layer in the conversion region, specific conversion rate values are considerably lower than those in the conversion region. The energy concentration under the charge is lower than that of the proposed region, since the energy is supplied over a large area from the point of maximum temperature. Energy is transferred to the charge mainly at the front of the charge, and the temperature of the hot current decreases due to the fact that the resulting cold glass remains close to the phase boundary for a long time. For information, Figure 6 shows, in longitudinal section, the flow of hot glass under the charge layer, detail of the area at the charge boundary is shown below an overall view of the longitudinal central section through space. In Figure 6, the arrows show the melt backflow below the feed, where the feed melt temperatures in front of the feed face are above 1500 ° C. However, they decrease rapidly by contact with the charge and are at a distance of about 1,350 ° C at a greater distance from the forehead. The hot glass from the maximum temperature flowing to the front of the charge performs the most intense melting of the bee and produces a greater amount of cold melt. The hot, fast-flowing glass aims behind the charge face relatively quickly under the resulting cold melt and also cools without closely contacting the charge. This melt flow at the batch boundary is clearly seen in the detail of the cut. The deposition rate in the region beyond the front of the region charge is then low. The combination of slightly lower average melting temperature, type of heating and hot melt flow pattern from the temperature maximum along the lower batch limit resulted in a low specific batch conversion rate, which on average was only about 0.09 kg / (m 2 s) ). In these cases the occasionally used electric preheating with bottom heating can very slightly improve this situation. By modeling the said regenerative melting furnace in 14 cases, it was found that if a preheating is placed under the charge
-6CZ 33564 U1 dodávající asi 25 % celkové energie, zvýší se specifická konverzní rychlost vsázky z hodnoty 0,087 kg/(m2s ') na cca 0,093 kg/(m2s ') [3], To je však stále nízká hodnota oproti hodnotám 0,27 až 0,30 kg/(m2s) dosahovaným ve zde navrhovaném uspořádání.-6GB 33564 U1 supplying about 25% of the total energy, the specific conversion rate of the charge will increase from 0.087 kg / (m 2 s ') to about 0.093 kg / (m 2 s') [3]. values of 0.27 to 0.30 kg / (m 2 s) achieved in the configuration proposed herein.
Příklad 1 (Obr. 1 - 5, 7, 8)Example 1 (Figs. 1-5, 7, 8)
Možné konkrétní provedení sklářského tavící pece je schematicky ukázáno na obr. 1. Sklářská tavící pec zahrnuje konverzní regionu 1 s naznačením homogenizačního regionu 6. Konverzní region 1_ obsahuje dno 7, protilehlé boční stěny 10 a čelní stěnu 14. Je opatřený dvěma bočními vstupy 2 pro nakládání sklářské vsázky 5, a to vždy jedním vstupem 2 na každé vzájemně protilehlé boční stěně 10. Konverzní region 1 je otápěný kombinovaně, a to elektrodami 3 a plynovými hořáky 4. Oba zdroje mají vysokou koncentraci topné energie pro přeměnu sklářské vsázky 5 na skelnou taveninu 13. Sklářská tavící pec dále zahrnuje celoelektricky otápěný homogenizační region 6, navazující na konverzní region 1_. Konverzní region .1 je osazený tyčovými vertikálními elektrodami 3 umístěnými ve dnu 7 a vertikálními plynovými hořáky 4 umístěnými v klenbě 8 konverzního regionu 1. Konverzní region 1_ má rozmístěny topné tyčové vertikální elektrody 3 po celé ploše dna 7 a vertikální hořáky 4 po celé ploše klenby 8 v pravidelných formacích. Osy 9 vertikálních elektrod 3 jsou uspořádány v minimálním odstupu 0,3 m vzájemně od sebe a ve stejné minimální vzdálenosti od bočních stěn 10 nebo od čelní stěny 14 konverzního prostoru 1- Osy 11 vertikálních hořáků 4 jsou uspořádané v minimálním odstupu 0,5 m od sebe a ve stejné vzdálenosti od bočních stěn 10 nebo od čelní stěny 14 konverzního prostoru K Špičky 12 elektrod 3 jsou vzdáleny od spodního povrchu vrstvy sklářské vsázky 5 maximálně 0,4 m. Topné vertikální elektrody 3 jsou tyčové molybdenové elektrody o délce dosahující bezprostředně k povrchu sklářské vsázky 5. Topné vertikální plynové hořáky 4 mohou být otápěný zemním plynem se vzduchem nebo kyslíkem; nebo vodíkem se vzduchem nebo kyslíkem.A possible specific embodiment of a glass melting furnace is shown schematically in FIG. 1. The glass melting furnace comprises a conversion region 1 indicating a homogenization region 6. The conversion region 7 comprises a bottom 7, opposite side walls 10 and a front wall 14. It has two side inlets 2 for The conversion region 1 is heated by combined electrodes 3 and gas burners 4. Both sources have a high concentration of heating energy to convert the glass batch 5 into a glass melt. 13. The glass melting furnace further comprises an all-electrically heated homogenization region 6 following the conversion region 7. The conversion region 1 is provided with rod vertical electrodes 3 disposed in the bottom 7 and vertical gas burners 4 disposed in the arch 8 of the conversion region 1. The conversion region 7 has heating rod vertical electrodes 3 disposed over the entire surface of the bottom 7 and vertical burners 4 throughout the arch surface. 8 in regular formations. The axes 9 of the vertical electrodes 3 are arranged at a minimum distance of 0.3 m from each other and at the same minimum distance from the side walls 10 or from the front wall 14 of the conversion space 1. The axes 11 of the vertical burners 4 are arranged at a minimum distance of 0.5 m. The electrode tips 12 are spaced apart from the lower surface of the glass batch layer 5 by a maximum of 0.4 m. The vertical heating electrodes 3 are rod molybdenum electrodes of a length extending directly to the surface. The glass vertical burners 4 may be heated by natural gas with air or oxygen; or hydrogen with air or oxygen.
Aby se vysokého homogenizačního výkonu homogenizačního regionu 6 s řízeným prouděním mohlo prakticky využít, musí mu předcházet intenzivní konverze sklářské vsázky 5 na sklo, neboť děje konverze vsázky 5 a homogenizační děje (rozpuštění sklářského písku a odstranění bublin v regionu s řízeným prouděním) jsou v sérii. Vznikne tak prostor se dvěma regiony 1, 6, konverzním regionem 1 a homogenizačním regionem 6. Je žádoucí, aby v takto složeném kompletním tavícím prostoru vykazoval konverzní region i dostatečnou kapacitu na ohřev i konverzi vsázky 5, a to v objemu konverzního regionu 1. zhruba srovnatelném s objemem homogenizačního regionu 6. Takže, výsledné zařízení ze dvou spojených regionů 1, 6 by bylo rovněž poměrně malé. Navrhovaný první konverzní region i sklářské tavící pece podle tohoto technického řešení, který je předsazen homogenizačnímu regionu 6 s řízeným prouděním, splňuje tento požadavek.In order to take advantage of the high homogenization performance of the flow control homogenization region 6, it must be preceded by intensive conversion of the glass batch 5 to glass, since batch conversion processes 5 and homogenization processes (dissolving glass sand and removing bubbles in the flow controlled region) are in series . This creates a space with two regions 1, 6, a conversion region 1 and a homogenization region 6. It is desirable that in such a composite complete melting space, the conversion region has sufficient capacity for both heating and conversion of charge 5 in the volume of conversion region 1. comparable to the volume of the homogenization region 6. Thus, the resulting device from the two joined regions 1, 6 would also be relatively small. The proposed first conversion region as well as the glass melting furnaces according to the present invention, which is preceded by the flow-controlled homogenization region 6, meet this requirement.
Konkrétní řešení konverzního regionu 1. podle tohoto technického řešení počítá s příkonem energie do konverzního regionu 1 dostačujícím pro přeměnu vsázky 5 na sklo v množství, které odpovídá až stovkám tun skla za den, s využitím srovnatelného podílu energie dodávané z elektrod 3 a tepla spalin z hořáků 4, s kontrolovaným umístěním a rozmístěním elektrod 3 vtavenině 13 a hořáků 4 v konverzním regionu 1 a s vlastním objemem, který po sečtení s objemem homogenizačního regionu 6 dosáhne nejvýše desítek m3 (pro srovnání: tavící objem klasické pece středního až vyššího tavícího výkonu se pohybuje kolem 100 m2, tavící plocha 80 až 100 m2 podle hloubky taveniny 13). Konverzní výkon nového konverzního regionu 1 podle tohoto technického řešení se přitom přibližuje homogenizačnímu výkonu druhého homogenizačního regionu 6. Nový konverzní region 1 sklářské tavící pece určený pro konverzi vsázky 5 na taveninu 13 není od dalšího homogenizačního regionu 6 pevně oddělen, je však funkčně samostatný. Hladina taveniny 13 v konverzním regionu 1 sklářské tavící pece je částečně nebo zcela zakryta vrstvou vsázky 5. Velikost konverzního regionu 1 a stupeň pokrytí hladiny taveniny 13 závisí na očekávaném výkonu. Běžně se očekává úplné zaplnění konverzníhoA particular solution of the conversion region 1 according to this invention provides for a power input to the conversion region 1 sufficient to convert the charge 5 into glass in an amount corresponding to hundreds of tons of glass per day, using a comparable proportion of the energy supplied from the electrodes 3 and burners 4, with controlled placement and placement of electrodes 3 in the melt 13 and burners 4 in the conversion region 1 and having a self-volume which, when added to the volume of the homogenization region 6, reaches not more than tens of m 3 . 100 m 2 , melting surface 80 to 100 m 2 depending on the melt depth 13). The conversion power of the new conversion region 1 according to this invention approaches the homogenization capacity of the second homogenization region 6. The new conversion region 1 of the glass melting furnace intended for the conversion of the batch 5 to the melt 13 is not firmly separated from the other homogenization region 6. The level of the melt 13 in the conversion region 1 of the glass melting furnace is partially or completely covered by a charge layer 5. The size of the conversion region 1 and the degree of coverage of the level of the melt 13 depends on the expected performance. Conversion is expected to be fully populated
-7CZ 33564 U1 regionu 1 vsázkou 5. V zájmu vysokého tavícího výkonu jev některých případech možné, aby vsázka 5 částečně zasahovala i do druhého homogenizačního regionu 6. Homogenizační region 6 jako druhá část tavícího prostoru má nastaveno řízené proudění taveniny 13 a tento region 6 je přisazen k navrhovanému konverznímu regionu 1 pro rozklad sklářské vsázky 5.33564 U1 of region 1 by batch 5. Due to the high melting capacity, it is sometimes possible that batch 5 partially extends into the second homogenization region 6. The homogenization region 6 as the second part of the melting space has a controlled flow of melt 13 and this region 6 is assigned to the proposed conversion region 1 for glass batch decomposition 5.
Podrobněji.In more detail.
Podle obrázku 1 má navrhovaný konverzní region 1 dva boční vstupy 2 sklářské vsázky 5 v úrovni hladiny skelné taveniny 13. Vstupy 2 se většinou uvažují uprostřed bočních stěn 10 a jejich šířka zabírá kolem poloviny délky boční stěny 10 konverzního regionu 1, vdaném konkrétním případě je např. 1 m. Umístění vstupů 2 v bočních stěnách 10 proti sobě není závazné, má však výhodu pro konverzi vsázky 5 na sklo při zaplnění konverzního regionu 1 vsázkou 5. Oba proudy vsázky 5 mířící proti sobě se střetávají v blízkosti podélné osy konverzního regionu 1, zpomalují se, a tím se vdaném místě urychluje rozklad vsázky 5. Vzhledem k rozměru, kapacitě a podmínkám v dalším homogenizačním regionu 6 tavícího prostoru pece a k prvním modelovým zkušenostem s konverzí vsázky 5, má základní varianta navrhovaného konverzního regionu 1 sklářské tavící pece, např. šířku 6 m, délku bočních stěn 10 má 2 m. Takže plocha hladiny taveniny 13 navrhovaného konverzního regionu 1. má 12 m2; a při výšce hladiny taveniny 13 odpovídající 1 m má objem 12 m3. Tím odpovídá navržené velikosti homogenizačního regionu 6, který má objem 12,44 m3. Při dimenzování kapacity a rozmístění topných elementů konverzního regionu 1 se vychází z kapacity homogenizačního regionu 6 pece, který při úplném rozpuštění vstupujícího sklářského písku a odstranění vstupujících bublin dosahuje 6 až 7 kg/s (kolem 500 až 600 t/den), při průměrné teplotě procesu, která je 1 420 °C [4] a při maximálním dovoleném zatížení topných zdrojů. Pro konverzi odpovídajícího množství vsázky 5 a částečné utavení odpovídajícího množství skla je konverzní region 1 vybaven kombinovaným ohřevem hořáky 4 a elektrodami 3, kde podíl elektrodami 3 dodaného Joulova tepla z celkové energie dodané do konverzního regionu 1 je poloviční až většinový. Vertikální elektrody 3 ze dna 7 se špičkami 12 nacházejícími se blízko vrstvy vsázky 5 jsou jednofázově či třífázově zapojeny do pravidelných formací; a celkově rozmístěny tak, že jejich přímý topný vliv zahrnuje celý dolní povrch vrstvy vsázky 5. Snahou navrženého rozmístění elektrod 3 je rovněž vyvolat v tavenině 13 vertikální horké proudy, které míří kolmo k dolní straně vsázky 5 a urychlit tak přenos tepla do vsázky 5 konvekcí. Vertikální hořáky 3 umístěné v klenbě 8 konverzního regionu 1 jsou rovněž namířeny kolmo k hornímu povrchu vsázky 5 a jsou rozmístěny tak, aby spaliny omývaly celý horní povrch vsázky 5. V daném konverzním regionu 1 je tedy umístěna vysoká koncentrace topné energie, která je elektrodami 3 i hořáky 4 nasměrována k vrstvě vsázkyAccording to Figure 1, the proposed conversion region 1 has two side entrances 2 of the glass batch 5 at the level of the glass melt level 13. The entrances 2 are generally considered in the middle of the side walls 10 and their width occupies about half the length of the side wall 10 of the conversion region 1. The positioning of the inlets 2 in the side walls 10 is not mandatory, but has the advantage of converting batch 5 into glass when the conversion region 1 is filled with batch 5. The two streams of batch 5 facing each other meet near the longitudinal axis of the conversion region 1. Due to the size, capacity and conditions in the next homogenization region 6 of the furnace melting space and to the first model experience with batch conversion 5, the basic variant of the proposed conversion region 1 has glass melting furnaces, e.g. width 6 m, side wall length 10 has 2 Thus, the melt surface area 13 of the proposed conversion region 1 has 12 m 2 ; and having a melt level 13 corresponding to 1 m, it has a volume of 12 m 3 . This corresponds to the proposed size of the homogenization region 6, which has a volume of 12.44 m 3 . The dimensioning of the capacity and distribution of the heating elements of the conversion region 1 is based on the capacity of the homogenization region 6 of the furnace, which at complete dissolution of the incoming glass sand and removal of incoming bubbles reaches 6 to 7 kg / s (about 500 to 600 t / day). process, which is 1 420 ° C [4] and at the maximum permissible load of heating sources. To convert a corresponding amount of charge 5 and partially melt the corresponding amount of glass, the conversion region 1 is equipped with a combined heating of the burners 4 and electrodes 3, where the proportion of the Joule heat supplied by the electrodes 3 to total energy supplied to the conversion region 1 is half to majority. The vertical electrodes 3 from the bottom 7 with the tips 12 located near the layer of the charge 5 are connected in one or three phases to regular formations; The electrodes 3 also aim to generate vertical hot currents in the melt 13 which are directed perpendicularly to the bottom side of the charge 5 and thereby accelerate heat transfer to the charge 5 by convection. . The vertical burners 3 located in the vault 8 of the conversion region 1 are also directed perpendicularly to the top surface of the charge 5 and are disposed so that the flue gas washes the entire upper surface of the charge 5. Thus a high concentration of heating energy, which is electrodes 3 The burners 4 are directed towards the charge layer
5. Vsázka 5 v běžných případech pokrývá část nebo celou hladinu navrhovaného konverzního regionu 1. Spaliny odcházejí nad hladinou do druhého homogenizačního regionu 6 pece a mohou částečně hradit tepelné ztráty klenbou 8.5. Charge 5 normally covers part or all of the level of the proposed conversion region 1. The flue gas goes above the surface to the second homogenization region 6 of the furnace and can partially cover the heat loss through the vault 8.
V obrázku 1 je uveden axonometrický pohled na konverzní region J sklářské tavící pece pro rozklad sklářské vsázky 5 s typickým uspořádáním topných elektrod 3 a hořáků 4.Figure 1 shows an axonometric view of the conversion region J of a glass melting furnace for decomposing a glass batch 5 with a typical arrangement of heating electrodes 3 and burners 4.
Pro základní variantu je navrženo 8 vertikálních hořáků 4 v klenbě 8, jejichž rozmístění je uvedeno v obrázku 2. Poloha osmi hořáků 4 v klenbě 8 je znázorněna kroužkované. Hořáky 4 jsou nasměrovány přímo na horní povrch vrstvy vsázky 5. V každé polovině konverzního regionu 1 jsou umístěny tři hořáky 4 do trojúhelníku blízko vstupu vsázky 5, dva hořáky 4 za sebou jsou pak místěny v ose vstupů 2 blíže středu konverzního regionu 1. Tím se dosahuje dobrého pokrytí vsázky 5 horkými spalinami. Spaliny procházejí do druhého homogenizačního regionu 6 a odcházejí výdechem (výstupem) nad výstupem taveniny 13.For the basic variant, 8 vertical burners 4 are provided in the arch 8, the distribution of which is shown in Figure 2. The position of the eight burners 4 in the arch 8 is shown in a circle. The burners 4 are directed directly to the top surface of the charge layer 5. In each half of the conversion region 1, three burners 4 are placed in a triangle near the inlet of the charge 5, two burners 4 in succession are located in the axis of the inlets 2 closer to the center of the conversion region 1. achieves good coverage of the charge 5 with hot flue gas. The flue gases pass into the second homogenization region 6 and exit through the outlet (outlet) above the outlet of the melt 13.
Obrázek 3 pak ukazuje průměty umístění elektrod 3 do roviny XY konverzního regionu E Elektrody 3 jsou zde vyznačeny malými kroužky ve čtverečcích. Podle obrázku je v konverzním regionu 1_ umístěno celkem 36 vertikálních elektrod 3 ve střídavých nebo řadových formacích, napájených jedno i třífázově.Figure 3 then shows the projections of the placement of the electrodes 3 in the XY plane of the conversion region E The electrodes 3 are shown here by small circles in squares. According to the figure, a total of 36 vertical electrodes 3 are placed in the conversion region 7 in alternating or in-line formations, both single and three-phase powered.
-8CZ 33564 U1-8GB 33564 U1
Jouleovo teplo je uvažováno jako základní typ ohřevu, který bude mít vyšší kapacitu, než je uvažována pro otop plynem. Aby bylo případně dosaženo maximální homogenizační kapacity druhého homogenizačního regionu 6 kolem 7 kg/s (cca 600 t/den) [4], je třeba v prvním konverzním regionu 1 umístit značné množství zdrojů elektrické energie. Na utavení 1 kg skla/s ze vsázky 5 s 50 % střepů a ohřátí z pokojové teploty na průměrnou teplotu 1 420 °C je třeba cca 2 050 kW. Celková maximální kapacita ohřevu prvního konverzního regionu 1 by tedy měla být kolem 15 000 kW. Takto dochází v prvním konverzním regionu 1 k vysoké koncentraci energie, kterou je třeba soustředit blízko vrstvy vsázky 5. Při společném provozování obou regionů 1_, 6 sklářské pece se předpokládá, že bude dosaženo maximálního tavícího (konverzního) výkonu o něco nižšího, než činí maximální výkon samotného homogenizačního regionu 6. Toto maximální množství utaveného skla ze vsázky 5 za optimálně dosažených podmínek v celé peci bylo odhadnuto mezi 400 a 500 t/den (5 až 6 kg/s). Důvodem pro snížení uvažované taviči kapacity je předpoklad plynoucí z předběžných výpočtů, podle nichž navrhovaný konverzní region 1 nemusí při vysokém průchodu vsázky 5 absorbovat veškerou dodávanou energii vzhledem k pomalejší kinetice absorpce tepla a rozkladu vsázky 5. Potřebné maximální celkové množství tepla se ztrátami se pak pohybovalo kolem 12 500 kW, na teplo dodané hořáky 4 se uvažuje zhruba 2 500 kW, předpokládaný podíl elektrické energie z celkové dodané energie do konverzního regionu 1 je tedy 80 %. Pro dodávku Jouleova tepla je tak třeba do konverzního regionu 1_ s objemem 12 m3 (6 x 2 x 1 m) umístit elektrické zdroje o výkonu kolem 10 000 kW. Toto vysoké množství energie vyžaduje technicky řešitelné a z hlediska procesu otopu a konverze vsázky 5 výhodné umístění zdrojů.Joule's heat is considered to be a basic type of heating that will have a higher capacity than is considered for gas heating. In order to eventually achieve a maximum homogenization capacity of the second homogenization region 6 of about 7 kg / s (about 600 t / day) [4], a considerable amount of power sources need to be located in the first conversion region 1. Approximately 2,050 kW is required to melt 1 kg of glass / s from batch 5 with 50% cullet and to heat from room temperature to an average temperature of 1,420 ° C. Therefore, the total maximum heating capacity of the first conversion region 1 should be about 15,000 kW. Thus, in the first conversion region 1, there is a high concentration of energy that needs to be concentrated near the charge layer 5. When the two regions 1, 6 of the glass furnace are operated together, it is assumed that the maximum melting (conversion) power slightly less than the maximum This maximum amount of melted glass from batch 5 under optimal conditions throughout the furnace was estimated to be between 400 and 500 t / day (5-6 kg / s). The reason for the reduction of the melting capacity considered is the assumption from preliminary calculations that the proposed conversion region 1 may not absorb all of the supplied energy at high feed rate 5 due to the slower kinetics of heat absorption and charge decomposition. about 12,500 kW, about 2,500 kW is considered for the heat delivered by the burners 4, so the expected share of electric energy from the total energy supplied to the conversion region 1 is 80%. In order to supply Joule's heat, it is therefore necessary to place electrical sources of about 10,000 kW in the conversion region 7 with a volume of 12 m 3 (6 x 2 x 1 m). This high amount of energy requires technically solvable and advantageous placement of the sources in terms of the heating and conversion process of the charge.
Pro otop byly zvoleny dlouhé vertikální elektrody 3 ze dna 7 konverzního regionu 1, takže do poměrně malého prostoru je jich možno umístit potřebné množství. Elektrody 3 mají průměr 76 mm, je však možno volit i elektrody 3 tlustší (např. 100 mm), délka elektrod 3 v konverzním regionu 1 je 0,8 až 0,9 m. Značná délka elektrod 3 umožňuje dodat do taveniny 13 maximální množství energie a velký podíl energie umístit přímo pod vsázku 5, kde jsou špičky 12 elektrod 3. Pro tavení je třeba využít celého prostoru konverzního regionu 1 a respektovat obvyklé minimální vzdálenosti mezi elektrodami 3 (cca 300 mm). Standardní případ pak uvažuje v prostoru každého vstupu 2 umístění 4 trojic vertikálních elektrod 3 v třífázovém zapojení (počet trojic může být zvýšen na 6). Uprostřed mezi vstupy 2 jsou umístěny podél podélné osy pece dvě řady elektrod 3, každá řada v počtu 6 (v případě 4 trojic třífázově zapojených elektrod 3) nebo jedna řada v podélné ose pece rovněž v počtu 6 elektrod 3 (v případě rozšíření počtu trojic elektrod 3 u jednoho vstupu 2 ze 4 na 6). Tyto elektrody 3 jsou zapojeny jednofázově. Celkem je tedy v základní variantě v prvním konverzním regionu 1 umístěno 36 elektrod 3.The long vertical electrodes 3 from the bottom 7 of the conversion region 1 have been chosen for heating, so that the required amount can be placed in a relatively small space. The electrodes 3 have a diameter of 76 mm, but it is also possible to choose electrodes 3 thicker (eg 100 mm), the length of the electrodes 3 in the conversion region 1 is 0.8 to 0.9 m. For melting, the entire space of the conversion region 1 must be utilized, respecting the usual minimum spacing between the electrodes 3 (approx. 300 mm). The standard case then considers in the space of each input 2 the placement of 4 triplets of vertical electrodes 3 in three-phase connection (the number of triplets can be increased to 6). In the middle between the inlets 2, two rows of electrodes 3 are placed along the longitudinal axis of the furnace, each row of 6 (in the case of 4 triples of three-phase electrodes 3) or one row in the longitudinal axis of the furnace also in number of 6 electrodes 3 3 for one input 2 from 4 to 6). These electrodes 3 are connected in one phase. In total, in the basic variant, there are 36 electrodes 3 in the first conversion region 1.
Rozmístění elektrod 3 v prvním konverzním regionu 1 v řezu XY prezentuje již zmíněný obrázek 3. Ve zde uvedeném příkladu bylo celkem dodáváno 2 590 kW do hořáků 4 a 6 130 kW Jouleova tepla do elektrod 3, podíl Joulova tepla z celkově dodané energie byl tedy 70,3 %. Do třífázově zapojených elektrod 3 bylo dodáváno celkem 4 360 kW a do centrálních jednofázově zapojených elektrod 3 ve dvou řadách celkem 1 770 kW. Energie do jednotlivých typů zapojení byla rozdělována rovnoměrně. Na vstupní konverzní region 1_ pak navazuje homogenizační region 6, jehož předpokládané, avšak zatím nepotvrzené umístění je v obrázku 3 naznačeno. Výkony obou regionů 1 a 6 pece musí být v konečné fázi sladěny, vzájemný vztah příkonů do obou regionů 1 a6 pece je vyjadřován podílem celkové energie dodávané do konverzního regionu 1 pece z celkové energie dodávané do obou regionů 1 a 6, tento podíl se vyjadřuje symbolem ki. Úkolem tohoto příkladu je nalézt podmínky pro vysoký konverzní výkon konverzního regionu 1, který bude srovnatelný se známou homogenizační kapacitou druhého regionu 6.The placement of the electrodes 3 in the first conversion region 1 in section XY is shown in Figure 3 above. In this example, a total of 2,590 kW was supplied to the burners 4 and 6,130 kW of Joule heat to the electrodes 3. , 3%. A total of 4,360 kW was supplied to the three-phase electrodes 3 and a total of 1,770 kW to the central single-phase electrodes 3 in two rows. The energy was distributed evenly across the different types of wiring. The input conversion region 7 is then followed by a homogenization region 6, whose predicted but not yet confirmed location is indicated in Figure 3. The outputs of both regions 1 and 6 of the furnace must be harmonized in the final phase, the relation of the inputs to both regions 1 and 6 of the furnace is expressed as the share of total energy supplied to the conversion region 1 of the furnace ki. The purpose of this example is to find conditions for the high conversion performance of conversion region 1, which will be comparable to the known homogenization capacity of the second region 6.
Jsou možná i jiná rozmístění elektrod 3 než zde uvedená, avšak navržené poměrně rovnoměrné rozmístění elektrod 3 pod plochou sklářské vsázky 5 se ukázalo jako výhodné z hlediska konverze vsázky 5 na skelnou taveninu 13 a následné homogenizace taveniny 13 v homogenizačním regionu 6 části pece. Celkově je v konverzním regionu 1 vysoká specifická koncentrace energie, dlouhé vertikální elektrody 3 pak ohřívají taveninu 13 především u svýchElectrode spacing 3 other than those mentioned herein are possible, but the proposed relatively uniform electrode spacing 3 below the glass batch surface 5 has proven advantageous in terms of conversion of the batch 5 to the glass melt 13 and subsequent homogenization of the melt 13 in the homogenization region 6 of the furnace portion. Overall, there is a high specific energy concentration in the conversion region 1, and the long vertical electrodes 3 heat the melt 13 mainly at its
-9CZ 33564 U1 hrotů 12 nacházejících se blízko dolnímu povrchu vsázky 5, takže vysoká koncentrace energie se soustřeďuje především do vrstvy taveniny 13 pod povrchem vsázky 5. Rovněž kinetické podmínky jsou velmi příznivé, neboť kolmo ke vsázce 5 je podél elektrod 3 vysílána rychle proudící tavenina 13 podstatně vyšší teploty (1 480 až 1 500 °C), než je průměrná teplota v konverzním prostoru 1(1 420 °C).33564 U1 tips 12 located near the bottom surface of the charge 5, so that a high energy concentration is concentrated mainly in the melt layer 13 below the surface of the charge 5. Also, the kinetic conditions are very favorable because perpendicular to the charge 5 13 considerably higher temperatures (1,480 to 1,500 ° C) than the average temperature in the conversion space 1 (1,420 ° C).
Ve skelné tavenině 13 se pak objevují žádané cirkulační buňky vertikálního vzestupného a sestupného proudění. Stoupající horká tavenina 13 se u povrchu vsázky 5 a po intenzivním styku s vrstvou vsázky 5 mísí s chladnou taveninu 13 vzniklou tímto kontaktem. Ochlazená tavenina 13 se rychle odstraňuje od povrchu vsázky 5 sestupným cirkulačním proudem buňky. Na proudění se podílí i hořáky 4, neboť v místě styku spalin se vsázkou vzniká konverzí vsázky 5 opět tavenina 13, která vsázkou 5 protéká a vytváří rovněž místa klesající taveniny 13 pod vsázkou 5, která mohou být samostatná, nebo se spojí s místy klesání chladné taveniny 13 vzniklé ohřevem elektrodami 3. Definitivně vzniklá struktura vertikálního cirkulačního proudění (buňkového) je pak výsledkem účinku ohřevu elektrodami 3 a hořáky 4 a klesání chladné taveniny 13 vzniklé utavením vsázky 5. Pokud není povrch taveniny 13 v navrhovaném konverzního regionu 1 zcela zaplněn vsázkou 5, dodává se teplo do vsázky 5 elektrodami 3 pod volnou hladinou a přímým stykem spalin s hladinou taveniny 13. Vzniklými intenzivními vertikálními cirkulacemi taveniny 13 je snižován vertikální teplotní gradient v tavenině 13, což je výhodné pro nastolení řízeného toku taveniny 13 v druhém homogenizačním regionu 6 pece. Za daných podmínek teplotních 1 konvektivních se v tomto případě a dalších v nastaveních s hladinou taveniny 13 zaplněnou i ne zcela zaplněnou vsázkou 5 dosahovalo specifické konverzní rychlosti vsázky 5 mezi 0,27 až 0,30 kg/(m2s).In the glass melt 13, the desired circulation cells of the vertical upward and downward flow appear. The rising hot melt 13 is mixed with the cold melt 13 formed by this contact at the surface of the charge 5 and after intensive contact with the charge layer 5. The cooled melt 13 is rapidly removed from the surface of the batch 5 by a downward circulating cell stream. Burners 4 are also involved in the flow, since at the point of contact of the flue gases with the charge, the melt 13 is again converted by the conversion of the charge 5, which flows through the charge 5 and also forms descending melt points 13 below the charge 5. The ultimately formed vertical circulation flow (cellular) results from the effect of heating by the electrodes 3 and the burners 4 and the sinking of the cold melt 13 resulting from the melting of the charge 5. If the surface of the melt 13 in the proposed conversion region 1 is not completely full , the heat is supplied to the charge 5 by electrodes 3 below the free surface and by direct contact of the flue gas with the level of the melt 13. The resulting intense vertical circulation of the melt 13 reduces the vertical temperature gradient in the melt 13 which is advantageous for establishing a controlled melt flow 13 in the second homogenization region 6 care. Under the given convective temperature conditions, in this case and others in the settings with the melt level 13 both charged and not fully charged, the specific conversion rate of the charge 5 reached between 0.27 and 0.30 kg / (m 2 s).
Typický charakter vznikajícího buňkového proudění vdaném příkladu ukazuje v obrázku 4 příčný řez navrhovaným konverzním regionem 1. Pro vyhodnocení konverzní funkce daného rozmístění vertikálních elektrod 3 byl zvolen případ odpovídající průtoku taveniny 13 o hodnotě 3,826 kg/s při hodnotě podílu ki = 0,863, kde kj představuje podíl energie dodané do konverzního regionu 1 z celkové dodané energie. Za těchto podmínek byla hladina celého konverzního regionu 1 zaplněna vsázkou 5. Na obrázku 4 jsou těsně pod fázovým rozhraním rovněž vidět malé trychtýřky klesající taveniny 13 nižší teploty, které vznikají účinkem jak elektrod 3 tak hořáků 4. Jejich místo ve vrstvě vsázky 5 je v obrázku vyznačeno vertikálními šipkami. Tyto trychtýřky jsou někdy výsledkem spolupráce elektrod 3 s hořáky 4, j indy patří j en j ednomu zdroj i tepla.The typical character of the emerging cell flow in the example is shown in Figure 4 in cross-section of the proposed conversion region 1. To evaluate the conversion function of a given vertical electrode arrangement 3, a case corresponding to a melt flow rate of 3.826 kg / s was selected. the share of energy supplied to conversion region 1 of the total energy supplied. Under these conditions, the level of the entire conversion region 1 was filled with charge 5. In Figure 4, also small funnels of the lowering melt 13 of lower temperature, which are produced by both electrodes 3 and burners 4, are also just below the phase interface. marked by vertical arrows. These funnels are sometimes the result of the cooperation of the electrodes 3 with the burners 4, sometimes only one source of heat.
Hodnoty, dosažené specifické konverzní rychlosti Msbatch [kg/(m2s1)] vsázky 5 na taveninu 13 pro další případy v tomto konverzním regionu 1 v obrázcích 1 až 3, jsou pak uvedeny v obrázkuThe values obtained by the specific conversion rate Msbatch [kg / (m 2 s 1 )] of the melt charge 5 for the other cases in this conversion region 1 in Figures 1 to 3 are then shown in the figure
5. Číselné hodnoty v legendě obrázku 5 udávají průtok taveniny 13 konverzním regionem 1 v kg/s. Je zřejmé, že hodnoty specifické konverzní rychlosti přibližně lineárně rostou s hodnotou ki, tj. s rostoucím energetickým zatížením konverzního regionu L5. The numerical values in the legend of Figure 5 indicate the melt flow rate 13 through the conversion region 1 in kg / s. Obviously, the values of the specific conversion rate increase approximately linearly with the value of ki, ie with increasing energy load of the conversion region L
Typ konverze vsázky 5 odtavováním v navrhovaném konverzním regionu 1 se tedy liší od konverze vsázky 5 v klasické horizontální peci s převládajícím ohřevem spalinami a se silným a rozsáhlým podélným cirkulačním prouděním.Thus, the type of melting batch conversion 5 in the proposed conversion region 1 differs from batch conversion 5 in a conventional horizontal furnace with a predominantly flue gas heating and a strong and extensive longitudinal circulation flow.
V novém konverzním regionu 1 podle tohoto technického řešení existuje v tavenině 13 u fázového rozhraní vysoký teplotní gradient po celé ploše pokryté vsázkou 5 a současně slouží velká plocha vsázky 5 pro přímé předávání tepla z elektrod 3 do vsázky 5. Tato plocha vzniká u dolní hranice 15 vsázky 5 radiálním rozlitím kolmo přitékající horké taveniny 13 proudící od špiček 12 elektrod 3, další část plochy pak slouží pro vertikální odstraňování vzniklé chladné taveniny 13. Odtavování vsázky 5 horkou taveninou 13 a odstraňování chladné taveniny 13 pobíhá tedy v celé vsázkou 5 pokryté ploše. Lze pak předpokládat, že za podmínek intenzivní místně proměnné konvekce se dosahuje i vyšší hodnoty efektivního součinitele přestupu tepla. Jsou pak splněny podmínky vysokého gradientu, velké styčné plochy i vysoké hodnoty součinitele přenosu pro intenzivní tok tepla do vsázky 5 z taveniny 13. Přímý styk spalin, které seIn the new conversion region 1 according to the present invention, there is a high temperature gradient in the melt 13 at the phase interface over the entire surface covered by the charge 5 and at the same time a large charge surface 5 serves for direct heat transfer from the electrodes 3 to the charge 5. the charge 5 by radial spillage of hot melt flowing perpendicularly from the electrode tips 12, the other part of the surface serves for vertical removal of the resulting cold melt 13. Melting of the charge 5 with hot melt 13 and removal of the cold melt 13 thus runs throughout the charge. It can then be assumed that under the conditions of intensive locally variable convection a higher value of the effective heat transfer coefficient is achieved. Then the conditions of high gradient, large contact area and high values of the transfer coefficient for intensive heat flow to the charge 5 from the melt 13 are met.
- 10CZ 33564 U1 pak rozlévají prakticky po celém horním povrchu vsázky 5, zajišťuje dobrý přenos tepla i shora. Efekt daného typu ohřevu a vzniklého typu vertikálního buňkového proudění je využitelný i v tavících prostorech s vertikálním průchodem taveniny 13, kdy se vsázka 5 nakládá současně na celou hladinu konverzního regionu 1 (jako v celoelektrické peci). Buňkové proudění zde vzniká pouze účinkem elektrod 5, utavené sklo vzniká pouze zespoda a je odváděno do navazujícího homogenizačního regionu 6.- 10GB 33564 U1 then spills virtually all over the top surface of charge 5, ensuring good heat transfer even from above. The effect of the type of heating and the resulting type of vertical cell flow is also applicable in melting spaces with a vertical passage of the melt 13, where the charge 5 is simultaneously loaded on the entire level of the conversion region 1 (as in an all-electric furnace). Here, the cell flow is produced only by the action of the electrodes 5, the melted glass is produced only from below and is discharged to the downstream homogenization region 6.
Typ ohřevu a proudění i průměrná teplota nastolené vertikálními elektrodami 3 v poměrně hustém uspořádání a vertikální hořáky 4 v konverzním regionu 1 až trojnásobně zvyšují specifickou konverzní rychlost vsázky 5. Ve zkoumaných případech byl podíl z celkové energie určený pro dodávku pod vsázku 5 a do hořáků 4 vysoký (G>0,7) a bylo tedy k dispozici dost energie pro odtavování vsázky 5 silným vertikálním cirkulačním prouděním taveniny 13. Jak je zřejmé z obrázku 5, specifická konverzní rychlost podle očekávání stoupala s podílem celkové energie určené do oblasti vsázky 5. Maximální hodnoty byly dosahované pro G=0,90 až 0,95. Vysoká hodnota ki je posléze výhodná i pro efektivní spojení s homogenizačním regionem 6, neboť je potřebná pro nastolení efektivního uniformního nebo spirálovitého proudění v tomto homogenizačním regionu 6.The type of heating and convection as well as the average temperature established by the vertical electrodes 3 in a relatively dense configuration and the vertical burners 4 in the conversion region 1 to 3 times increase the specific conversion rate of charge 5. In the cases studied high (G> 0.7) and thus enough energy was available to melt batch 5 by the strong vertical melt circulating flow 13. As can be seen from Figure 5, the specific conversion rate was expected to increase with the proportion of total energy determined to the batch region 5. Maximum values were obtained for G = 0.90 to 0.95. The high ki value is then advantageous for efficient connection with the homogenization region 6, since it is needed to establish effective uniform or spiral flow in the homogenization region 6.
Centrální řada nebo dvě centrální řady elektrod 3 v oblasti podélné osy navrhovaného konverzního regionu 1 pomáhají pak přenášet teplo k hranici vsázky 5 a podporují dokončení konverze vsázky 5 i vznik spirálovitého toku taveniny 13, který je velmi efektivní v následujícím homogenizačním regionu 6 pece (viz příčné cirkulace ve střední části obrázku 4).The central row or two central rows of electrodes 3 in the region of the longitudinal axis of the proposed conversion region 1 then help transfer heat to the batch boundary 5 and promote the completion of batch conversion 5 as well as spiral melt flow 13 which is very efficient in the subsequent homogenization region 6 of the furnace. circulation in the middle of Figure 4).
Z uvedeného je zřejmé, že charakter proudění v konverzním regionu 1 pece se nepodobá proudění nastavovanému v následném v homogenizačním regionu 6, přičemž konverzní region 1 je spíše uspořádaný mísič než prostor s laminámím souběžným tokem. Výsledná pec bude tedy zařízením s dvěma značně odlišnými a řízenými charaktery toku a spojením obou regionů 1, 6 bude třeba dosáhnout zachování těchto odlišných charakterů mísiče a navazujícího uniformního nebo spirálovitého toku.From the foregoing, it is clear that the flow pattern in the furnace conversion region 1 is not similar to the flow set in the downstream homogenization region 6, the conversion region 1 being an ordered mixer rather than a laminar flow parallel space. Thus, the resulting furnace will be a device with two significantly different and controlled flow patterns, and by combining the two regions 1, 6, it will be necessary to maintain these different mixer characteristics and the subsequent uniform or spiral flow.
Zaplnění konverzního regionu 1 vsázkou 5 a průběh konverze vsázky 5 jsou dále demonstrovány následujícími obrázky 7 a 8.The filling of the conversion region 1 with the charge 5 and the conversion process of the charge 5 are further demonstrated by the following figures 7 and 8.
Obrázek 7 s pohledem na vsázku 5 plovoucí na hladině taveniny 13 ukazuje, že vsázka 5 částečně vnikla do druhého homogenizačního regionu 6. Pruh vyšší teploty v podélné ose konverzního regionu 1 (tmavší odstín) indikuje zvýšenou konverzi vsázky 5 v místě střetu obou jejích proudů. Průtok taveniny 13 činil 3,826 kg/s při hodnotě Ze/=0.863.Figure 7 with a view of the charge 5 floating on the surface of the melt 13 shows that the charge 5 partially entered the second homogenization region 6. A higher temperature bar along the longitudinal axis of the conversion region 1 (darker shade) indicates increased conversion of the charge 5 at the collision point. The melt flow rate was 3.826 kg / s at a Ze / value of 0.863.
Obrázek 8 pak ukazuje pohled shora na vertikální proudové buňky pod fázovým rozhraním vsázky 5 a taveniny 13 v prvním konverzním regionu E Jedná se o vrcholy těchto vertikálních buněk, které mají přibližně tvar šestiúhelníku. Tmavší místa vysokých teplot se objevují nad špičkami 12 elektrod 3 a jsou oblastmi vzestupného toku taveniny 13 kolem elektrod 3, které odtavují vsázku 5. Světlejší prstence jsou oblasti nižších teplot se sestupnými proudy taveniny 13. Hodnoty průtoku taveniny 13 a hodnota ki jsou stejné jako v obrázku 7.Figure 8 then shows a top view of the vertical current cells below the phase boundary of the charge 5 and the melt 13 in the first conversion region E. These are the peaks of these vertical cells, which are approximately hexagonal. Darker high temperature areas appear above the electrode tip 12 and are regions of upward melt flow 13 around the electrodes 3 that melt the charge 5. The lighter rings are lower temperature regions with downstream melt flows 13. The melt flow rate 13 and the ki value are the same as in 7.
Dosahovaný výkon 3,83 kg/s (328 t/den) v daném příkladu (a v dalších dvou příkladech v obrázku 5 se stejným průtokem) je prozatím menší, než odpovídá maximální homogenizační kapacitě druhého homogenizačního regionu 6 pece. Proto vznikne v homogenizačním regionu 6 tavící rezerva. Při odstraňování této rezervy bude třeba, aby konverzní výkon vsázky 5 stoupal, a to se bude dít zvyšováním podílu energie dodané do prvního konverzního regionu 1 podle obrázku 5, nebo jak indikují další výsledky, malým poklesem podílu elektrické energie dodávané do konverzního regionu 1_. Konečnou hodnotu konverzního výkonu je však možné zjistit až harmonizací s průběhem tavících dějů (rozpuštění písku, odstraňování bublin) v homogenizačním regionu 6 pece. Demonstrovaný případ ale ukazuje, že zvolený tvar, rozměr a způsob ohřevu konverzního regionu 1 mají přijatelně vysokou kapacitu pro efektivní konverziThe achieved power of 3.83 kg / s (328 t / day) in the example (and in the other two examples in Figure 5 with the same flow rate) is so far less than the maximum homogenization capacity of the second oven homogenization region 6. Therefore, a melting margin is formed in the homogenization region 6. To remove this margin, the conversion power of the batch 5 will need to increase by increasing the proportion of energy supplied to the first conversion region 1 of Figure 5, or, as further results indicate, a small decrease in the proportion of electricity supplied to the conversion region 1. However, the final value of the conversion power can only be determined by harmonization with the course of the melting processes (sand dissolution, bubble removal) in the homogenization region 6 of the furnace. However, the demonstrated case shows that the selected shape, size and method of heating the conversion region 1 have an acceptably high capacity for efficient conversion
- 11 CZ 33564 U1 vsázky 5 na taveninu 13.The melt charge 5 on the melt 13.
Příklad 2 (Obrázky 9 až 13)Example 2 (Figures 9 to 13)
Předmětem příkladu je alternativní konverzní region 1 pro přeměnu sklářské vsázky 5, který má stejné rozměry jako v předchozím případu, avšak s předpokladem budoucí adaptace konverzního regionu 1 se smíšeným ohřevem na celoelektrickou pec. Proto byla zvýšena kapacita elektrického ohřevu pod vrstvou vsázky 5 na cca 12 000 kW. Ve zde navrhovaném konverzním regionu 1 bylo zachováno stejné uspořádání hořáků 4 jako v příkladu 1. Axonometrický pohled na dolní část konverzního regionu 1. s elektrodami 3 poskytuje obrázek 9. Konverzní region 1_ má opět dva boční vstupy 2 vsázky 5. U každého vstupu 2 je nyní v řadách po dvou umístěno 6 trojic elektrod 3 v třífázovém zapojení, celkem je tedy v regionu umístěno 12 trojic třífázově zapojených elektrod 3. V podélné ose konverzního regionu 1 je umístěna řada 6 jednofázově zapojených elektrod 3, takže celkový počet elektrod 3 v navrhovaném konverzním regionu 1 je 42. Vertikální elektrody 3 mají průměr 100 mm, jejich délka je 0,8 m, přičemž délku je možno zvětšit ještě na 0,9 m (testováno). Konverzní region 1_ je shora vytápěn opět osmi vertikálními hořáky 4 ve stejné konfiguraci jako v příkladu 1 (obrázek 2). V daném ověřovacím případě je dodáváno 1 834 kW hořáky 4 a 6 254 kW elektrodami 3, takže podíl Jouleova tepla z celkově dodávané energie činí 77,3 %. Do třífázově zapojených elektrod 3 bylo dodáváno rovnoměrně 5 538 kW, do centrální řady jednofázově zapojených elektrod 3 celkem 716 kW.The subject of the example is an alternative conversion region 1 for converting a glass batch 5 having the same dimensions as in the previous case, but assuming a future adaptation of the mixed heating conversion region 1 to an all-electric furnace. Therefore, the electrical heating capacity under the charge layer 5 has been increased to about 12,000 kW. In the conversion region 1 proposed here, the same arrangement of the burners 4 as in example 1 has been retained. An axonometric view of the lower part of the conversion region 1 with the electrodes 3 is provided in Figure 9. Again, the conversion region 7 has two side inlets 2 of batch 5. 6 rows of 3 electrodes 3 in three-phase connection are now placed in rows of two, in total there are 12 triples of three-phase connected electrodes 3 in the region. In the longitudinal axis of the conversion region 1 there are 6 rows of single-phase electrodes 3. The vertical electrodes 3 have a diameter of 100 mm, their length is 0.8 m, and the length can be increased to 0.9 m (tested). The conversion region 7 is heated from above again by eight vertical burners 4 in the same configuration as in Example 1 (Figure 2). In this verification case, 1,834 kW of burners 4 and 6,254 kW are supplied by electrodes 3, so that the Joule heat share of the total energy supplied is 77.3%. 5,538 kW were supplied evenly to the three-phase electrodes 3, and a total of 716 kW was supplied to the central series of single-phase electrodes 3.
Pohled shora s detailním uspořádáním elektrod 3 a pohled na vsázku 5 mírně zasahující do druhého homogenizačního regionu 6 pece jsou schematicky vyobrazeny na obrázcích 10 a 11.A top view with a detailed arrangement of the electrodes 3 and a view of the charge 5 slightly extending into the second homogenization region 6 of the furnace are schematically illustrated in Figures 10 and 11.
Obrázek 10 v pohledu shora ukazuje, že v tomto případě je v každé polovině konverzního regionu 1_ umístěno 6 trojic třífázově zapojených elektrod 3 a v podélné ose konverzního regionu 1 je umístěna řada šesti elektrod 3 jedno fázově zapojených.Figure 10 in a top view shows that in this case 6 triples of three-phase electrodes 3 are located in each half of the conversion region 1 and a row of six electrodes 3 are connected in phase in the longitudinal axis of the conversion region 1.
Obrázek 11 ukazuje povrch vsázky 5 plovoucí na hladině taveniny 13 v řezu XY, kdy vsázka 5 ještě zcela nezaplnila konverzní region 1, avšak zasahuje částečně do homogenizačního regionuFigure 11 shows the surface of the charge 5 floating on the surface of the melt 13 in section XY, where the charge 5 has not yet completely filled the conversion region 1 but extends partially into the homogenization region
6. Za těchto podmínek činil průtok taveniny 13 3,50 kg/s a hodnota ki byla rovna 0,87.6. Under these conditions, the melt flow rate 13 was 3.50 kg / s and the ki value was 0.87.
V daném případě docházelo rovněž k intenzivnímu odtavování vsázky 5 horkými vertikálními proudy taveniny 13 od elektrod 5. Tvar vrcholů proudových buněk kolem jednotlivých elektrod 3 je při pohledu shora méně výrazný než v předchozím příkladu, viz obrázek 12, kde tmavší odstín vrcholů buněk opět znázorňuje vzestupný proud horké taveniny 13 a světlejší místa sestupný proud s odtavenou skelnou taveninou 13. Tmavá oblast kolem podélné osy znázorňuje volnou hladinu s vysokou teplotou. Konverzní výkon konverzního regionu 1 činil pak zmíněných 3,50 kg/s (302,4 t/den) a dosažená specifická rychlost odtavování vsázky 5 byla 0,294 kg/(m2s '). Charakter buňkového proudění zůstal zachován.In this case, too, there was intense melting of the charge 5 by the hot vertical melt currents 13 from the electrodes 5. The shape of the peaks of the current cells around the individual electrodes 3 is less pronounced from above than in the previous example, see Figure 12. hot melt flow 13 and lighter spots descending stream with molten glass melt 13. The dark area around the longitudinal axis shows a high temperature free surface. The conversion power of conversion region 1 was then mentioned 3.50 kg / s (302.4 t / day) and the specific melting rate achieved for batch 5 was 0.294 kg / (m 2 s < -1 >). The character of the cell flow remained unchanged.
Obrázek 13 ukazuje v příčném řezu (YZ) teplotní pole taveniny 13 kolem elektrod 3 i ve spalovacím prostoru konverzního regionu 1 v blízkosti vrstvy vsázky 5 a charakter vertikálního cirkulačního proudění v tavenině 13, Charakter tohoto proudění, vyvolaného ohřevem elektrodami 3, hořáky 4 i klesáním chladné taveniny 13 z utavené vsázky 5, je podobný jako v příkladu 1. Nástup sestupných proudů taveniny 13 vznikající ze vsázky 5 je opět označen šipkami.Figure 13 shows in cross section (YZ) the temperature field of the melt 13 around the electrodes 3 and in the combustion space of the conversion region 1 near the charge layer 5 and the nature of the vertical circulation flow in the melt 13. The cold melt 13 from the melted charge 5 is similar to Example 1. The onset of downstream melt flows 13 from the charge 5 is again indicated by arrows.
V daném případě byl získán průměrný specifický konverzní výkon vsázky 5 (0,294 kg/(m2s), který muže být ještě nepatrně zvětšen při zvýšení hodnoty ki. Celková konverzní kapacita konverzního regionu 1. 302,4 t/den se při harmonizaci konverzního výkonu s výkonem homogenizačního regionu 6 sklářské pece musí zvýšit zvětšením hodnoty ki (podobně jako ukazuje obrázek 5 pro příklad 1) nebo změnou poměru množství elektrické a spalovací energie,In the present case, an average specific conversion power of charge 5 (0.294 kg / (m 2 s)) was obtained, which can be slightly increased as the value of ki increased. The total conversion capacity of the conversion region 1. 302.4 t / day with the power of the homogenization region 6 of the glass furnace, it must be increased by increasing the value of ki (as shown in Figure 5 for Example 1) or by changing the ratio of the amount of electric and combustion energy,
- 12 CZ 33564 U1 výjimečně může být zvětšen celý konverzní region 1 pro konverzi vsázky 5 až do dosažení příslušné kapacity homogenizačního regionu 6.Exceptionally, the entire conversion region 1 for the conversion of the batch 5 can be increased until the corresponding capacity of the homogenization region 6 is reached.
Příklad 3 (Obrázky 14 až 19)Example 3 (Figures 14 to 19)
Předmětem příkladu je další alternativní konverzní region 1 stejného tvaru jako v předchozích dvou případech, avšak navrhovaný konverzní region 1 je prodloužený v zájmu zvýšení konverzní kapacity. Délka konverzního regionu 1 se takto z původních 2 m zvýšila na 2,75 m, jeho šířka zůstává na 6 m a prostor má dva boční vstupy 2 široké 1,5 m, které jsou umístěny centrálně v podélných bočních stěnách 10. Navrhovaný objem konverzního regionu 1 pro konverzi vsázky tak činil 16,5 m3. Axonometrický pohled na dolní část konverzního regionu 1 s elektrodami 3 poskytuje obrázek 14, průměty vertikálních hořáků 4 v klenbě 8 do roviny XY navrhovaného konverzního regionu 1 jsou ukázány v obrázku 15 a průměty rozložení elektrod 3 ve dnu 7 v obrázku 16. Hořáky 4 jsou vyznačeny dvojitými kroužky, topné elektrody 3 kroužky ve čtverečcích.The subject of the example is another alternative conversion region 1 of the same shape as in the previous two cases, but the proposed conversion region 1 is extended in order to increase the conversion capacity. The length of the conversion region 1 thus increased from 2.75 m to 2.75 m, its width remains at 6 m, and the space has two 1.5 m wide inlets 2 located centrally in the longitudinal side walls 10. Suggested volume of conversion region 1 for the conversion of the charge, it was 16.5 m 3 . An axonometric view of the lower portion of the conversion region 1 with the electrodes 3 is provided in Figure 14, the projections of the vertical burners 4 in the vault 8 to the XY plane of the proposed conversion region 1 are shown in Figure 15 and the projections of the electrode distribution 3 in the bottom 7 in Figure 16. double rings, heating electrodes 3 rings in squares.
konverzním regionu 1 je u každého vstupu 2 umístěno 9 trojic třífázové zapojených elektrod 3 (ve třech řadách po třech trojicích), v podélné ose konverzního regionu 1 je umístěna řada osmi jedno fázově zapojených elektrod 3. Celkem je v konverzním regionu 1 instalováno 62 elektrodIn the conversion region 1 there are 9 triples of three-phase connected electrodes 3 (in three rows of three triples) for each input 2, in the longitudinal axis of the conversion region 1 there is a row of eight one phase connected electrodes 3. In total, 62 electrodes are installed in conversion region 1
3. Průměr elektrod 3 činí 100 mm. Nad hladinou je v klenbě 8 umístěno 10 vertikálních hořáků 4. Jedná se o pět dvojic hořáků 4 po šířce konverzního regionu 1-3. Electrode diameter 3 is 100 mm. Above the surface in the vault 8 are located 10 vertical burners 4. These are five pairs of burners 4 along the width of the conversion region 1-
V konkrétním případě činil konstantní příkon energie do hořáků 4 3 230 kW, energie byla do hořáků 4 rozmístěna rovnoměrně, příkon Joulova tepla do elektrod 3 v demonstrovaném případě činil 6 900 kW. Z toho 5 645 kW do třífázově zapojených elektrod 3 a 1 255 kW do jednofázově zapojených elektrod 3. Podíl elektrické energie v konverzním regionu 1 tedy činil 68,1%. Energie byla v jednotlivých zapojeních rozmístěna rovnoměrně. Nastolený konverzní výkon činil 4,4 kg/s při hodnotě U=0,85.In the specific case, the constant power input to the burners 4 was 3 230 kW, the energy was distributed evenly to the burners 4, and Joule's heat input to the electrodes 3 was 6,900 kW in the case shown. Of this, 5 645 kW for three-phase electrodes 3 and 1 255 kW for single-phase electrodes 3. The share of electricity in conversion region 1 was 68.1%. The energy was evenly distributed throughout the wiring. The conversion rate was 4.4 kg / s at U = 0.85.
Pokrytí hladiny plovoucí vsázkou 5 v daném případě při pohledu shora ukazuje obrázek 17. Pruh vyšší teploty v podélné ose konverzního regionu 1 (tmavší místo) indikuje zvýšenou konverzi vsázky 5. Vsázka 5 tento konverzní region 1 opět zcela zaplňuje.Level coverage of the floating charge 5 in the present case, as seen from above, is shown in Figure 17. A higher temperature bar along the longitudinal axis of the conversion region 1 (darker spot) indicates an increased conversion of the charge 5. The charge 5 completely fills this conversion region 1 again.
konverzním regionu 1 se opět vyvinuly konvekční buňky, jejichž vrcholy pod vrstvou vsázky 5 při pohledu shora demonstruje obrázek 18. Buňky jsou místy deformovány rychlým horizontálním tokem taveniny 13. V obrázku 18 je znázorněno teplotní pole taveniny 13 kolem elektrod 3 v blízkosti vrstvy vsázky 5 a charakter vertikálního cirkulačního proudění vyvolaného ohřevem elektrodami 3 s hořáky 4 a klesáním taveniny 13 vzniklé utavením vsázky 5. Sytější zabarvení uprostřed vrcholu buněk označuje vzestupný proud taveniny 13 jako v předchozích případech.Conversion cells 1 have again developed convection cells whose peaks under the charge layer 5 seen from above are shown in Figure 18. The cells are deformed in places by a rapid horizontal flow of melt 13. Figure 18 shows the temperature field of the melt 13 around the electrodes 3 near the charge layer 5; the nature of the vertical circulation flow induced by heating the electrodes 3 with the burners 4 and the drop of the melt 13 resulting from the melting of the batch 5. A more saturated color in the center of the cells indicates the upward flow of the melt 13 as before.
Teplotní pole taveniny 13 kolem elektrod 3 v blízkosti vrstvy vsázky 5 a charakter vertikálního cirkulačního proudění vyvolaného ohřevem elektrodami 3 s hořáky 4 a klesáním taveniny 13 vzniklé utavením vsázky 5 (označeno šipkami) v konverzním regionu 1. pak ukazuje obrázek 19 v příčném řezu konverzním regionem 1 (YZ řez). Průtok taveniny 13 činí 4,40 kg/s, a hodnota A/=0.8. Za daných podmínek při zmíněném průtoku taveniny 13 4,4 kg/s (380t/den) činila specifická konverzní rychlost vsázky 5 0,264 kg/s. Zvýšení hodnoty Msbatch se dosáhne zvýšením ki při harmonizaci výkonu navrhovaného konverzního regionu 1 s výkonem druhého homogenizačního regionu 6 pece.The temperature field of the melt 13 around the electrodes 3 near the charge layer 5 and the nature of the vertical circulation flow induced by heating the electrodes 3 with the burners 4 and the drop of the melt 13 produced by melting the charge 5 (indicated by arrows) in the conversion region 1. 1 (YZ section). The melt flow rate is 4.40 kg / s, and the A / = 0.8. Under the given conditions, at said melt flow rate of 13.4 kg / s (380 t / day), the specific conversion rate of the batch was 5 0.264 kg / s. The increase in the value of M s batch is achieved by increasing ki while harmonizing the power of the proposed conversion region 1 with that of the second homogenization region 6 of the furnace.
Seznam literaturyList of literature
1. L. Němec, P. Cincibusová, Ceramics-Silikáty 53 (2009) 145-155.1. L. Nemec, P. Cincibusova, Ceramics-Silicates 53 (2009) 145-155.
- 13 CZ 33564 U1- 13 GB 33564 U1
2. L. Němec, P. Cincibusová, Ceramics-Silikáty 52 (2008) 240-249.2. L. Nemec, P. Cincibusova, Ceramics-Silicates 52 (2008) 240-249.
Tokyo 1984.Tokyo 1984.
6. A. Smrček a kol.: Tavení skla, Česká sklářská společnost o.s. Jablonec nad Nisou 2008, str. 280.6. A. Smrček et al .: Glass melting, Czech Glass Society o.s. Jablonec nad Nisou 2008, p. 280.
7. Z. Zhiquiang, Y. Zhihao. Basic flow pattern and its variation in different types in glass tank furnaces, Glast. Bcr. Glass Sei. Technol. 70 (1997), (6) 165-172.7. Z. Zhiquiang, Y. Zhihao. Basic flow pattern and its variation in different types in glass tank furnaces, Glast. Bcr. Glass Sei. Technol. 70 (1997), (6) 165-172.
8. J. Staněk: Elektrické tavení skla, SNTL Praha 1986.8. J. Staněk: Electric Melting of Glass, SNTL Praha 1986.
9. A. Paul: Chemistry of Glasses, Chapter 5. P. Hrma. Batch melting reactions.9. A. Paul: Chemistry of Glasses, Chapter 5. P. Hrma. Batch melting reactions.
Chapman & HallChapman & Hall
10. R. Beerkens, Modular melting. Amer. Cer. Soc. Bull. 73 (2004), (7), 35.10. R. Beerkens, Modular melting. Amer. Cer. Soc. Bull. 73 (2004), (7), 35.
11. L. Němec, P. Cincibusová, Glass Technol.: Eur. J. Glass Sci. Technol. A 53 (2012) 279-286.11. L. Nemec, P. Cincibus, Glass Technol .: Eur. J. Glass Sci. Technol. A 53 (2012) 279-286.
12. M. Polák, L. Němec, J. Non-Cryst. Solids 357 (2011) 3108-3116.12. M. Polak, L. Nemec, J. Non-Cryst. Solids 357 (2011) 3108-3116.
13. M. Polák, L. Němec, J. Non-Cryst. Solids 35M (2012) 1210-1216.13. M. Polak, L. Nemec, J. Non-Cryst. Solids 35M (2012) 1210-1216.
14. P. Cincibusová, L. Němec, Glass Technol.: Eur. J. Glass Sci. Technol. A 53 (2012) 150-157.14. P. Cincibus, L. Nemec, Glass Technol .: Eur. J. Glass Sci. Technol. A 53 (2012) 150-157.
15. M. Polák, L. Němec, P. Cincibusová. M. Jebavá, J. Brada, M. Trachta: Sklářská taviči pec pro kontinuální tavení skel řízenou konvekcí. CZ patent 304 703 (2012).15. M. Polak, L. Nemec, P. Cincibusova. M. Jebavá, J. Brada, M. Trachta: Glass melting furnace for continuous glass melting by controlled convection. CZ patent 304 703 (2012).
16. M. Polák, L. Němec, P. Cincibusová, M. Jebavá, J. Brada, M. Trachta: Způsob kontinuálního tavení skel řízenou konvekcí skloviny. CZ patent 304 432 (2012).16. M. Polak, L. Nemec, P. Cincibusova, M. Jebava, J. Brad, M. Trachta: A method of continuous glass melting by controlled glass convection. CZ patent 304 432 (2012).
17. M. Polák, L. Němec, P. Cincibusová, M. Jebavá, J. Brada, M. Trachta: Method for continuous glass melting under controlled convection of glass melt and glass melting furnace for making the same.WO 2014/ 036 979 Al (2013).17. M. Polak, L. Nemec, P. Cincibusova, M. Jebava, J. Brada, M. Trachta: Method for continuous glass melting under controlled convection of glass melt and glass melting furnace for making the same.WO 2014/036 979 A1 (2013).
18. L. Němec, L. Hrbek, M. Jebavá, J. Brada: Tavící prostor kontimuální tavící pece. CZ 31 123 U (2017).18. L. Nemec, L. Hrbek, M. Jebava, J. Brada: Melting Space of Continual Melting Furnace. GB 31 123 U (2017).
19. L. Němec, L. Hrbek. M. Jebavá, J. Brada: Tavící prostor kontimuální sklářské tavící pece a způsob tavení skla v tomto prostoru. CX 307 659 (2017).19. L. Nemec, L. Hrbek. M. Jebavá, J. Brada: Melting space of a continuous glass melting furnace and the method of glass melting in this space. CX 307,659 (2017).
20. L. Němec, L. Hrbek, M. Jebavá, J. Brada: Schmelxram eines kontinuierliches Glasschmelzofens und nach einem darin aufgeflihrten Verfahren erhaltene Glasschmelze. DH 20 2018 105 160 U1 (2019).20. L. Nemec, L. Hrbek, M. Jebava, J. Brad: Schmelxram eines Continuierliches Glasschmelzofens und nach einem Darin aufgeflihrten Verfahren erhaltene Glasschmelze. DH 20 2018 105 160 U1 (2019).
21. L. Němec, L. Hrbek, M. Jebavá, J. Brada: Schmelzram eines kontinuierliches Glasschmelzofens und nach einem darin aufgeflihrten Verfahren erhaltene Glasschmelze. DH 10 2018 122 017 A9 (2019).21. L. Nemec, L. Hrbek, M. Jebava, J. Brad: Schmelzram eines Continuierliches Glasschmelzofens und nach einem Darin aufgeflihrten Verfahren erhaltene Glasschmelze. DH 10 2018 122 017 A9 (2019).
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2019-36964U CZ33564U1 (en) | 2019-12-06 | 2019-12-06 | Glass melting furnace with conversion region to convert glass batch into glass melt |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2019-36964U CZ33564U1 (en) | 2019-12-06 | 2019-12-06 | Glass melting furnace with conversion region to convert glass batch into glass melt |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ33564U1 true CZ33564U1 (en) | 2019-12-20 |
Family
ID=69063477
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2019-36964U CZ33564U1 (en) | 2019-12-06 | 2019-12-06 | Glass melting furnace with conversion region to convert glass batch into glass melt |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ33564U1 (en) |
-
2019
- 2019-12-06 CZ CZ2019-36964U patent/CZ33564U1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR920003221B1 (en) | Energy saving method for melting glass and glass melting furnace for the practice of the method | |
| CN101405231B (en) | Method for temperature manipulation of a melt | |
| KR920003938B1 (en) | Process and device for melting fining and homogenizing glass | |
| US4798616A (en) | Multi-stage process and apparatus for refining glass or the like | |
| US4900337A (en) | Method and apparatus for working molten glass | |
| CN1071287C (en) | Apparatus for melting glass | |
| ES2474140T3 (en) | Continuous feed system for a preheated metal melting furnace in a continuous, enhanced and combined manner | |
| HU215945B (en) | Process and tank for melting glass | |
| US2975224A (en) | Method and apparatus for melting glass | |
| CZ2019747A3 (en) | Glass melting furnace with conversion region for converting glass charge into glass melt and conversion method | |
| CZ33564U1 (en) | Glass melting furnace with conversion region to convert glass batch into glass melt | |
| US20190308899A1 (en) | Process for producing glass products and apparatus suitable for the purpose | |
| US4012218A (en) | Method and apparatus for melting glass | |
| CZ307659B6 (en) | The melting space of the continuous glass melting furnace and the method of melting glass in this space | |
| CZ304703B6 (en) | Glass melting furnace for continuous melting of glass by controlled convection of molten glass | |
| US2921106A (en) | Method of and apparatus for making glass | |
| CN106232533A (en) | Glass melting and method of refining and device | |
| CN110183097A (en) | A kind of miniature electric glass melter electric boosting system and design method | |
| KR900002551B1 (en) | Multi-stage process and apparatus for refining glass or the like | |
| CZ309094B6 (en) | A method of melting glass in a glass melting furnace and a glass melting furnace for carrying out the method of melting glass | |
| US11939256B2 (en) | Melt tank and glass melting plant | |
| JP2016204257A (en) | Glass melting plant | |
| CZ298244B6 (en) | Continuous glass melting process in a glass melting furnace and glass melting furnace per se | |
| CN118251366A (en) | Hybrid glass preparation furnace using electrofusion for supplying float units | |
| CZ34697U1 (en) | Glass melting furnace |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG1K | Utility model registered |
Effective date: 20191220 |
|
| MK1K | Utility model expired |
Effective date: 20231206 |