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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Brenner, auf ein System
und auf ein Verfahren zum Zuführen
und Verbrennen eines pulverisierten Brennstoffs in einem Glasschmelzofen
und insbesondere auf einen Brenner und ein Verfahren und ein System
zum Zuführen
und Verbrennen von pulversiertem Petrolkoks in einem Glasschmelzofen.
Solch ein Brenner, System und Verfahren sind bekannt aus Dokument
US-A-3 969 068.
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VERWANDTER
STAND DER TECHNIK
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Das
Schmelzen von Glas ist in unterschiedlichen Arten von Öfen und
Arten von Brennstoffen vorgenommen worden, in Abhängigkeit
von den letztendlichen Merkmalen des Produkts und auch hinsichtlich
der thermischen Effizienz der Schmelz- und Veredelungsvorgänge. Elementschmelzöfen sind verwendet
worden, um Glas (mittels Gasbrennstoff) zu schmelzen, wobei diese Öfen verschiedene
Brenner entlang den Seiten der Öfen
aufweisen, wobei die gesamte Einheit wie eine geschlossene Kiste
aussieht, wo dort ein Kamin ist, der entweder am Anfang des Zuführers oder
ganz am Ende des Ofens platziert ist, d.h. Richtung stromabwärts. Jedoch
gibt es dort einen enormen Wärmeverlust
in dem Glas, welches die bei hoher Temperatur arbeitenden Öfen verlässt. Zum
Beispiel ist bei 1407°C
(2500°F)
die Hitze in den Abzugsgasen 62% der Hitzeeinbringung für einen Ofen,
welcher mit Erdgas befeuert wird.
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Um
aus der verbleibenden Hitze der Abzugsgase einen Vorteil zu ziehen,
ist eine durchdachtere und teurere Gestaltung herausgekommen, welche als
regenerativer Ofen bezeichnet wird. Es ist gut bekannt, dass, um
einen regenerativen Glasschmelzofen zu betreiben, eine Mehrzahl
von Gasbrennern einem Paar von abgedichteten Regeneratoren zugeordnet
ist, welche Seite an Seite angeordnet sind.
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Jeder
Regenerator weist eine untere Kammer, eine hitzebeständige bzw.
feuerfeste Struktur oberhalb der unteren Kammer und eine obere Kammer
oberhalb der Struktur auf. Jeder Regenerator weist eine jeweilige
Mündung
auf, welche die jeweilige obere Kammer mit einer Schmelz- und Veredelungskammer
des Ofens verbindet. Die Brenner sind angeordnet, um Brennstoff
zu verbrennen, wie etwa Erdgas, flüssiges Erdöl, Ölbrennstoff oder andere gasförmige oder
flüssige
Brennstoffe, welche geeignet sind zur Verwendung in dem Glasschmelzofen, und
dabei Hitze zum Schmelzen und Veredeln der Glasherstellungsmaterialien
in der Kammer zuzuführen.
Die Schmelz- und Veredelungskammer wird mit Glasherstellungsmaterial
an einem Ende davon beschickt, bei welchem ein Einlegevorbau angeordnet ist,
und sie weist einen Schmelzeverteiler, angeordnet an dem anderen
Ende davon, auf, welcher eine Reihe von Mündungen aufweist, durch welche
geschmolzenes Glas von der Schmelz- und Veredelungskammer entfernt
werden kann.
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Die
Brenner können
in einer Anzahl von möglichen
Konfigurationen montiert sein, z.B. in einer Durchmündungskonfiguration,
einer Seitenmündungskonfiguration
oder einer Untermündungskonfiguration.
Brennstoff, z.B. Erdgas, wird von dem Brenner in den hereinkommen
Strom von vorgeheizter Luft zugeführt, welche von jedem Regenerator
während
des Befeuerungszyklus kommt, und die sich ergebende Flamme und die
Verbrennungsprodukte, welche in der Flamme erzeugt werden, erstrecken sich über die
Oberfläche
des schmelzenden Glases und übertragen
Hitze auf das Glas in der Schmelz- und Veredelungskammer.
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Im
Betrieb werden die Regeneratoren abwechselnd in einem Zyklus betrieben
zwischen Luftverbrennungs- und Hitzeauslasszyklen. Alle 20 Minuten
oder 30 Minuten, abhängig
von den spezifischen Öfen,
wird der Weg der Flamme umgedreht. Es ist die Aufgabe eines jeden
Regenerators, die ausgestoßene
Hitze zu speichern, was eine größere Effizienz und
eine höhere
Flammentemperatur gestattet als dies mit kalter Luft andererseits
der Fall wäre.
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Zum
Betreiben des Glasschmelzofens werden der zu den Brennern zugeführte Brennstoff
und die Verbrennungsluft, welche zugeführt wird, gesteuert durch Messung
an der Mündungsöffnung und
der Oberseite der Struktur, der Menge an Sauerstoff und verbrennbarem
Material, welches vorhanden ist, um so sicherzustellen, dass innerhalb
der Schmelzkammer oder an Punkten entlang der Schmelzkammer die
zugeführte
Verbrennungsluft weniger ist als zur vollständigen Verbrennung des Brennstoffs,
welcher zugeführt
ist, erforderlich ist.
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In
der Vergangenheit war der Brennstoff, welcher verwendet wurde, um
Glas zu schmelzen, Ölbrennstoff,
welcher aus der Destillation von Petroleum herrührte. Für viele Jahre wurde diese Art
von Brennstoff verwendet, aber die Verschärfung der Umweltbestimmungen
hat zu einer Verringerung des Ölbrennstoffs
gezwungen, da diese Art von Öl
Verunreinigungen aufweist, welche von dem Petroleumrohöl kommen,
wie etwa Schwefel, Vanadium, Nickel und einige andere Schwermetalle.
Diese Art von Ölbrennstoff
erzeugt Schadstoffe, wie etwa SOx, NOx und Partikelchen. In jüngster Zeit
hat die Glasindustrie Erdgas als reineren Brennstoff verwendet.
All die Schwermetalle und Schwefel, welche in den Flüssigstrom
von Petroleumresten von der Destillation herrühren, sind im Erdgas nicht
enthalten. Jedoch ist die hohe Temperatur, welche in der Flamme
von Erdgas geherrscht hat, sehr wirksam zur Erzeugung von mehr NOx
als anderen Schadstoffen. In diesem Sinne wurden große Anstrengungen
unternommen, um Niedrig-NOx-Brenner zu entwickeln zum Verfeuern von
Erdgas. Zusätzlich
sind verschiedene Technologien entwickelt worden, um die Bildung
von NOx zu verhindern. Ein Beispiel dafür ist die Oxy-Brennstofftechnologie,
welche Sauerstoff anstelle von Luft für den Verbrennungsvorgang verwendet.
Diese Technologie hat den Nachteil, einen Schmelzeinheitsofen mit
einer bestimmten Vorbehandlung der Hitzeschutzmaßnahmen zu erfordern, da eine
Infiltration von Luft verhindert werden muss. Die Verwendung von
Sauerstoff erzeugt auch eine Flamme von höherer Temperatur, aber durch
die Abwesenheit von Stickstoff ist die Erzeugung von NOx drastisch
reduziert.
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Der
andere Nachteil des Oxy-Brennstoffvorgangs liegt in den Kosten des
Sauerstoffs selbst. Um ihn günstiger
zu machen, bedarf es der Platzierung einer Sauerstoffanlage neben
dem Ofen, um den durch den Schmelzprozess erforderten Sauerstoff zuzuführen.
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Jedoch
sind durch die kontinuierlich nach oben gehende Spirale der Energiekosten
(primär
von Erdgas) die großen
Spiegelglas-Hersteller gezwungen, "Aufpreise" auf Wagenladungen von Flachglas aufzuschlagen.
Naturglaspreise sind dieses Jahr über 120% gestiegen (nur in
Mexiko oder anderswo), weit oberhalb vorheriger Schätzungen.
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Es
herrscht unter den Insidern der Glasindustrie allgemeine Übereinstimmung,
dass Vertreiber gezwungen sein werden, genauer auf diese neuen "Preiserhöhungen" zu achten und höchstwahrscheinlich
gezwungen sein werden, diese weiterzugeben.
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Zieht
man die vorbekannte Technik in Betracht, bezieht sich die vorliegende
Erfindung darauf, unterschiedliche Technologien anzuwenden, um die Schmelzkosten
zu verringern, wobei ein Festbrennstoff verwendet wird, welcher
aus Petroleumrückständen der
Destillationstürme
stammt, wie etwa Petrolkoks, um zur Glasherstellung in einer für die Umwelt
sauberen Weise verwendet zu werden.
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Der
Hauptunterschied dieser Art von Brennstoff bezüglich Ölbrennstoff und Erdgas liegt
in dem physikalischen Zustand der Materie, da Ölbrennstoff in einer flüssigen Phase
vorliegt, Erdgas in einer gasförmigen
Phase vorliegt, wohingegen Petrolkoks z.B. fest ist. Ölbrennstoff
und Petrolkoks weisen die gleichen Arten von Verunreinigungen auf,
da beide von ihnen von Rückständen des
Destillationsturms von Rohöl
herstammen. Der signifikante Unterschied liegt in der Menge der
Verunreinigungen, welche jeweils in jedem davon enthalten sind.
Petrolkoks wird hergestellt in drei Arten von unterschiedlichen
Verfahren, genannt verzögert,
flüssig
und flexi. Die Rückstände des
Destillationsvorgangs werden in Trommeln platziert und dann aufgeheizt
von 518°C bis
537°C (900° bis 1000°F) für bis zu
36 Stunden, um die meisten der verbleibenden flüchtigen Stoffe von den Rückständen herauszunehmen.
Die flüchtigen
Stoffe werden von der Oberseite der Verkokungstrommeln abgezogen
und das verbleibende Material in den Trommeln ist eine harte Steinherstellung
von um die 90% Kohlenstoff und dem Rest all der Verunreinigungen
von dem verwendeten Rohöl. Der
Stein wird von der Trommel abgezogen unter Verwendung von hydraulischen
Bohrern und Wasserpumpen.
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Eine
typische Zusammensetzung von Petrolkoks ist wie folgt gegeben: Kohlenstoff
etwa 90%; Wasserstoff etwa 3%; Stickstoff von etwa 2% bis 4%; Sauerstoff
etwa 2%; Schwefel von etwa 0,05% bis 6%; und anderes etwa 1%.
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VERWENDUNG
VON PETROLKOKS
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Feste
Petroleumbrennstoffe sind bereits verwendet worden in der Zement-
und Dampfkraftwerk-Erzeugungsindustrie. Gemäß Pace Consultants Inc. lag
die Verwendung von Petrolkoks im Jahr 1999 jeweils für die Zement-
und Energieerzeugung zwischen 40% und 14%.
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In
beiden Industriezweigen wird die Verbrennung von Petrolkoks verwendet
als ein direktes Befeuerungssystem, in welchem die durch die Verbrennung
des Brennstoffs erzeugte Atmosphäre
in direktem Kontakt mit dem Produkt ist. Im Fall der Zementherstellung
ist ein Drehofen erforderlich, um ein vom Produkt erfordertes thermischen
Profil vorzusehen. In diesem Drehofen wird immer eine Schale aus
geschmolzenem Zement ausgebildet, welche den direkten Kontakt der
Verbrennungsgase und -flammen mit den hitzebeständigen Elementen des Ofens
vermeidet, wodurch ein Angriff davon vermieden wird. In diesem Fall
absorbiert das kalzinierte Produkt (Zement) die Verbrennungsgase,
was erosive und abrasive Wirkungen von Vanadium, SO3 und NOx in
dem Drehofen vermeidet.
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Jedoch
ist die Verwendung von Petrolkoks als Brennstoff aufgrund des hohen
Schwefelgehalts und von Vanadium in der Glasindustrie nicht üblich, aufgrund
der negativen Wirkung auf die Struktur der hitzebeständigen Elemente
und aufgrund von Umweltproblemen.
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PROBLEME BEI
DEN HITZEBESTÄNDIGEN
ELEMENTEN
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Die
Glasindustrie nutzt verschiedene Arten von hitzebeständigen Materialien
und die meisten von ihnen werden verwendet, um unterschiedliche Funktionen
zu erreichen, nicht nur die thermischen Bedingungen, sondern auch
den chemischen Widerstand und mechanische Erosion aufgrund der Verunreinigungen,
welche in fossilen Brennstoffen enthalten sind.
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Eine
Verwendung von fossilem Brennstoff als Hauptenergiequelle stellt
eine Eingabe von unterschiedlichen Arten von Schwermetallen in den
Ofen dar, enthalten in dem Brennstoff, wie etwa: Vanadiumpentoxid,
Eisenoxid, Chromoxid, Kobalt usw. Beim Vorgang der Verbrennung gasen
die meisten schweren Metalle aus aufgrund des niedrigen Dampfdrucks
der Metalloxide und der hohen Temperatur des Schmelzofens.
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Die
chemische Eigenschaft der Abzugsgase, welche aus dem Ofen kommen,
ist meist sauer, aufgrund des hohen Schwefelgehalts von dem fossilen Brennstoff.
Auch das Vanadiumpentoxid zeigt ein saures Verhalten, wie etwa die
Schwefelabzugsgase. Vanadiumoxid ist eines der Metalle, welches
eine Quelle der Beschädigung
an grundlegenden hitzebeständigen
Elementen ist, aufgrund des sauren Verhaltens dieses Oxids im gasförmigen Zustand.
Es ist gut bekannt, dass das Vanadiumpentoxid stark mit Kalziumoxid
reagiert, wobei sich Dikalziumsilikat bei 1275°C ausbildet.
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Das
Dikalziumsilikat führt
die Beschädigung fort,
um eine Phase auszubilden von Merwinit und Monticelit und letztlich
Forsterit, welche mit Vanadiumpentoxid reagieren, um einen niedrigen
Schmelzpunkt von Trikalziumvanadat zu bilden.
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Der
einzige Weg, um die Beschädigung,
bewirkt an grundlegenden hitzebeständigen Elementen, zu reduzieren,
ist die Verringerung der Menge von Kalziumoxid in dem hauptgrundlegenden
hitzbeständigen
Element, um die Erzeugung von Dikalziumsilikat zu vermeiden, welches
fortschreitend reagiert mit Vanadiumpentoxid bis das hitzebeständige Element
kaputtgehen kann.
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Andererseits
hängt das
Hauptproblem bei der Verwendung von Petrolkoks zusammen mit dem hohen
Schwefel- und Vanadiuminhalt, was eine negative Wirkung auf die
Struktur der hitzebeständigen Elemente
in den Öfen
hat. Das wichtigste erforderliche Merkmal eines hitzebeständigen Elements
ist es, dem Ausgesetzsein bei erhöhten Temperaturen für ausgedehnte
Zeitdauern zu widerstehen. Zusätzlich muss
es in der Lage sein, plötzlichen Änderungen
in der Temperatur zu widerstehen, der erosiven Wirkung von geschmolzenem
Glas zu widerstehen, der korrosiven Wirkung von Gasen, und den abrasiven Kräften von
Partikeln in der Atmosphäre.
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Die
Wirkung von Vanadium auf die Öfen
ist in verschiedenen Papieren untersucht worden, z.B. Roy W. Brown
und Karl H. Sandmeyer in dem Papier "Sodium Vanadate's effect on superstructure refractories", Teil I und Teil
II, The Glass Industry Magazine, Ausgaben November und Dezember
1978. In diesem Papier haben die Prüfer unterschiedliche gusshitzebeständige Elemente
getestet, welche ausgerichtet waren auf eine Überwindung des Vanadiumangriffs bei
fließenden
Gusszusammensetzungen, wie etwa Aluminiumoxid-Zirkonoxid-Silica
(AZS), Alpha-Beta-Aluminiumoxid, Alpha-Aluminiumoxid und Beta-Aluminiumoxid,
welche allgemein in Glastank-Superstrukturen verwendet werden.
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J.R.
Mclaren und H.M. Richardson beschreiben in dem Papier "The action of Vanadium
Pentoxide on Aluminum Silicate Refractories" eine Reihe von Experimenten, in welchen
eine Konusdeformation durchgeführt
wurde an Sätzen
von Grundproben von Klötzen
mit Aluminiumoxid-Inhalt von 73%, 42% und 9%, wobei jede Probe Beimischungen
von Vanadiumpentoxid enthielt, allein oder in Kombination mit Natriumoxid
oder Kalziumoxid.
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Die
Diskussion der Ergebnisse war gerichtet auf die Wirkung von Vanadiumpentoxid,
die Wirkung von Vanadiumpentoxid mit Natriumoxid und die Wirkung
von Vanadiumpentoxid mit Kalziumoxid. Sie kamen zu dem Schluss,
dass:
- 1. – Mullit
der Wirkung von Vanadiumpentoxid bei Temperaturen bis zu 1700°C widerstand.
- 2. – Es
wurde kein Beweis gefunden für
die Bildung von kristallinen Zusammensetzungen oder festen Lösungen von
Vanadiumpentoxid und Aluminiumoxid oder von Vanadiumpentoxid und
Silica.
- 3. – Vanadiumpentoxid
kann als ein Mineralisierungselement wirken während der Verschlackung von
Alumino-Silikate hitzebeständigen
Elementen durch Ölasche,
aber es ist kein Hauptverschlackungsmittel.
- 4. – Niedrigschmelzende
Zusammensetzungen werden gebildet zwischen Vanadiumpentoxid und Natrium-
oder Kalziumoxiden, insbesondere dem ersteren.
- 5. – In
Reaktionen zwischen entweder Natrium- oder Kalziumvanadaten und
Alumino-Silikate werden Schlacken mit niedrigerem Schmelzpunkt ausgebildet
mit Brocken hoch im Silica als Brocken hoch im Aluminiumoxid.
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T.S.
Busby und M. Carter testeten in dem Papier "The effect of SO3, Na2SO4 and V2O5 on
the bonding minerals of basic refractories", Glass Technology, Bd. 20, Nr. April
1979, eine Anzahl von Spinellen und Silikaten, die Bindemineralien
von grundlegenden hitzebeständigen
Elementen, in einer schwefelhaltigen Atmosphä re zwischen 600 und 1400°C, sowohl
mit als auch ohne Zusätze
von Na2SO4 und V2O5. Es wurde gefunden, dass einiges MgO oder CaO
in diesen Mineralien zu dem Sulfat konvertiert wurde. Die Reaktionsrate
wurde erhöht
durch die Anwesenheit von Na2SO4 oder V2O5. Ihre Ergebnisse zeigen
an, dass das CaO und MgO in grundlegenden hitzebeständigen Elementen
zu dem Sulfat umgewandelt werden kann, wenn sie in einem Ofen verwendet
werden, wo Schwefel in den Abgasen vorhanden ist. Die Bildung von
Kalziumsulfat tritt auf unterhalb 1400°C, und diejenige von Magnesiumsulfat
unterhalb etwa 1100°C.
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Jedoch
erzeugt, wie oben beschrieben wurde, die Wirkung von Vanadium auf
die hitzebeständigen
Elemente eine große
Anzahl von Problemen in den Glasöfen,
was in seiner Gesamtheit nicht gelöst wurde.
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PETROLKOKS
UND DIE UMWELT
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Ein
anderes Problem der Verwendung von Petrolkoks hängt mit der Umwelt zusammen.
Der hohe Inhalt an Schwefel und Metallen, wie Nickel und Vanadium,
erzeugt durch die Verbrennung des Petrolkoks, hat Umweltprobleme
hervorgerufen. Jedoch bestehen bereits Entwicklungen zur Verringerung oder
zur Entschwefelung von Petrolkoks mit einem hohen Gehalt von Schwefel
(über 5
Gew.-%). Zum Beispiel betrifft das US-Patent Nr. 4 389 388 die Entschwefelung
von Petrolkoks. Petrolkoks wird verarbeitet, um den Schwefelgehalt
zu verringern. Grundkoks wird mit heißem Wasserstoff in Verbindung
gebracht, bei unter Druck gesetzten Bedingungen, für eine Verweilzeit
von etwa 2 bis 60 Sekunden. Der entschwefelte Koks ist für metallurgische
oder Elektrodenverwendungen geeignet.
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Das
US-Patent Nr. 4 857 284, erteilt an Rolf Hauk am 15. August 1989,
bezieht sich auf ein Verfahren zum Entfernen von Schwefel vom Abgas
eines Reduktionsschaftofens. In diesem Patent wird ein neues Verfahren
zum Entfernen von Schwefel, enthalten in einer gasförmigen Zusammensetzung, beschrieben,
durch Absorption von zumindest einem Teil des Abgases eines Reduktionsschaftofens für Eisenerz.
Das Abgas wird zu Beginn in einem Wäscher gereinigt und gekühlt, gefolgt
durch eine Entschwefelung, während
welcher das Schwefel absorbierende Material zum Teil aus dem Schwämmeisen
gebildet wird, welches in dem Reduktionsschaftofen erzeugt wird.
Eine Entschwefelung findet vorteilhafterweise statt bei einer Temperatur
im Bereich von 30°C
bis 60°C.
Sie wird bevorzugt an dem CO2 ausgeführt, welches von dem Hochofengas
und dem Hochofengasteil separiert wird, welches als Exportgas verwendet
wird.
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Das
US-Patent Nr. 4 894 122 bezieht sich auf ein Verfahren zur Entschwefelung
von Rückständen der
Petroleumdestillation in Form von Kokspartikeln, welche einen ursprünglichen
Schwefelgehalt größer als
etwa 5 Gew.-% aufweisen. Eine Entschwefelung wird mittels eines
kontinuierlichen elektrothermischen Verfahrens bewirkt, basierend
auf einer Mehrzahl von aufeinanderfolgend verbundenen fluidisierten
Betten, in welche die Kokspartikel nach und nach eingeführt werden.
Die nötige
Hitzeerzeugung, um die Kokspartikel zu entschwefeln, wird erhalten
durch Verwendung der Kokspartikel als ein elektrischer Widerstand
in jedem fluidisierten Bett durch Vorsehen eines Paars von Elektroden,
welche sich in die fluidisierten Kokspartikel erstrecken, und Durchleiten
eines elektrischen Stroms durch die Elektroden und durch die fluidisierten
Kokspartikel. Ein letztes fluidisiertes Bett ohne Elektroden ist
vorgesehen zum Kühlen
der entschwefelten Kokspartikel, nachdem der Schwefelgrad auf weniger
als etwa 1 Gew.-% reduziert worden ist.
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Das
US-Patent Nr. 5 259 864 bezieht sich auf ein Verfahren sowohl zum
Entsorgen eines für
die Umwelt unerwünschten
Materials, das Petrolkoks enthält,
als auch des Schwefels und schwerer Metalle, welche darin enthalten
sind, und des Vorsehens von Brennstoff für ein Verfahren zum Herstellen
von Produkten aus geschmolzenem Eisen oder Stahl, und eine Reduzierung
von Gas in einem Schmelzvergaser, ein oberes Brennstoffbeschickungsende,
ein Reduktionsgasauslassende, ein unteres Schmelzmetall- und Schlackesammelende
und Mittel vorsehend, welche einen Eintritt zum Zuführen von
eisenhaltigem Material in den Schmelzvergaser vorsehen; wobei Petrolkoks
in den Schmelzvergaser an dem oberen Brennstoffzuführende eingeführt wird;
wobei Sauerstoff enthaltendes Gas in den Petrolkoks eingeblasen
wird, um zumindest ein erstes fluidisiertes Bett von Kokspartikeln
von dem Petrolkoks auszubilden; wobei eisenhaltiges Material in
den Schmelzvergaser durch die Eintrittsmittel eingebracht wird,
reagierender Petrolkoks, Sauerstoff und Teilchen von eisenhaltigem
Material, um den Hauptanteil des Petrolkoks zu verbrennen, um ein
Reduktionsgas und Vorprodukte von geschmolzenem Eisen oder Stahl
zu erzeugen, welche schwere Metalle enthalten, zugeführt von
einer Verbrennung des Petrolkoks, und eine Schlacke, welche Schwefel
enthält,
freigesetzt von einer Verbrennung des Petrolkoks.
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Ein
in der Glasindustrie zusätzlich
zu berücksichtigender
Faktor ist die Steuerung bzw. Kontrolle der Umwelt, hauptsächlich der
Luftverschmutzung. Der Schmelzofen trägt über 99% sowohl der Teilchen als
der gasförmigen
Verschmutzungen an den Gesamtemissionen einer Glasfabrik bei. Das
Brennstoffabgas von Glasschmelzöfen
besteht hauptsächlich aus
Kohlendioxid, Stickstoff, Wasserdampf, Schwefeloxiden und Stickoxiden.
Die von Schmelzöfen
freigesetzten Abgase bestehen hauptsächlich aus Verbrennungsgasen,
welche durch Brennstoffe erzeugt werden, und aus Gasen, welche aus
dem Schmelzen der Charge herrühren,
was wiederum abhängt
von chemischen Reaktionen, welcher innerhalb dieser Zeit stattfinden.
Das Verhältnis
von Chargen- bzw. Glasmassengasen von ausschließlich flammengeheizten Öfen stellt
3 bis 5% des Gesamtgasvolumens dar.
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Der
Anteil der luftverschmutzenden Komponenten in dem Brennstoffabgas
hängt ab
von der Art des verfeuerten Brennstoffs, seinem Heizwert, der Verbrennungslufttemperatur,
der Brennergestaltung, der Flammenkonfiguration und der Überschussluftzufuhr;
die Schwefeloxide in den Abgasen von Glasschmelzöfen, herrührend von dem verwendeten Brennstoff,
wie auch von den geschmolzenen Glasmassen.
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Verschiedene
Mechanismen sind vorgeschlagen worden, welche einschließen eine
Verflüchtigung
dieser Metalloxide und als Hydroxide. In jedem Fall ist es gut bekannt
als ein Ergebnis der chemischen Analyse der eigentlichen Teilchenmaterie, dass
mehr als 70% der Materialien Natriumzusammensetzungen sind, etwa
10% bis 15% Kalziumzusammensetzungen sind und das Übrige hauptsächlich Magnesium,
Eisen, Silika und Aluminiumoxid.
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Andere
wichtige Überlegungen
in Glasschmelzöfen
betreffen die Emission von SO2. Die Emission von SO2 ist eine Funktion
des in den Ausgangsmaterialien und Brennstoff eingeführten Schwefels.
Während
der Zeit der Ofenheizung, wie nach einem Anstieg im Produktionsgrad,
wird ein Überschuss
an SO2 abgegeben. Die Emissionsrate von SO2 bewegt sich von etwa
2,5 Pfund pro Tonne von geschmolzenem Glas bis hoch zu 5 Pfund pro Tonne.
Die Konzentration von SO2 im Ausstoß liegt allgemein im Bereich
von 100 bis 300 ppm für Schmelzen
mit Erdgas. Wenn man Brennstoff mit hohem Schwefel verwendet, wird
etwa 4 Pfund von SO2 pro Tonne pro Glas für jedes 1% an Schwefel in dem
Brennstoff hinzugefügt.
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Andererseits
ist die Bildung von NOx als Ergebnis von Verbrennungsvorgängen studiert
und beschrieben worden von einer Anzahl Autoren (Zeldovich, J. The
oxidation of Nitrogen in Combustion and Explosions, Acta. Physiochem.
21(4) 1946; Edwards, J.B. Combustion: The formation and emissions
of trace species, Ann Arbor Science Publishers, 1974, Seite 39).
Diese wurden berücksichtigt
und durch die Emissions Standards Division, Office of Air Quality Planning
and Standards, USEPA, in deren Report über "NOx Emissions from glass manufacturing" Zeldovich eingebunden über homogene
NOx-Bildung und Edwards mit seiner Präsentation von empirischen Formeln.
Zeldovich entwickelte Ratenkonstanten für die Bildung von NO und NO2
als Ergebnis von Hochtemperaturverbrennungsvorgängen.
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Schließlich werden
unter normaler Betriebsbedingung, wo Flammen richtig eingestellt
sind und der Ofen nicht mit Verbrennungsluft unterversorgt ist, sehr
wenig CO oder andere Schadstoffe aus einer unvollständigen Verbrennung
von fossilem Brennstoff in dem Abgas gefunden. Die Gaskonzentration dieser
Spezies wird weniger als 100 ppm betragen, wahrscheinlich weniger
als 50 ppm, mit einer Produktionsrate von weniger als 0,2% pro Tonne.
Die Steuerung dieser Schadstoffe ist einfach eine richtige Verbrennungseinrichtung.
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Verarbeitungstechniken
für die
Verringerung von gasförmigen
Emissionen sind im Wesentlichen beschränkt auf die richtige Auswahl
von Befeuerungsbrennstoffen und Rohmaterialien, wie auch auf die
Ofengestaltung und den -betrieb. Das US-Patent Nr. 5 053 210 beschreibt
ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Reinigung von Abzugsgasen,
insbesondere für
die Entschwefelung und NOx-Eliminierung von
bzw. aus einem Abzugsgas durch eine mehrstufige Absorption und katalytische
Reaktion in Schwerkraftstrom-Bewegungsbetten von granularen, Kohlenstoff
tragenden Materialien, kontaktiert mit einem Querstrom von Gas,
in welchem ein Minimum von zwei Bewegungsbetten in Reihe angeordnet
ist bezüglich
dem Gasweg, so dass eine NOx-Eliminierung
in dem zweiten oder irgendeinem stromabwärts liegenden Bewegungsbett
stattfindet. Wo große
Volumina von Abzugsgasen von industriellen Öfen gereinigt werden müssen, wird
die Reinigung nachteilig beeinflusst durch die Bildung von Gasstreifen
mit breit variierenden Schwefeldioxidkonzentrationen. Dieser Nachteil
wird dadurch ausgeschaltet, dass das vorgereinigte Abzugsgas, welches
das erste Bewegungsbett verlässt
und einen lokal veränderbaren Schwefeldioxidkonzentrationsgradienten
aufweist, einer wiederholten Mischung unterzogen wird, bevor Ammoniak
als Reaktionsmittel zur NOx-Eliminierung zugeführt wird.
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Das
US-Patent Nr. 5 636 240 bezieht sich auf eine Luftverschmutzungssteuerungsvorgang
und eine Vorrichtung für
Glasöfen
zur Verwendung im Abgasauslass des Ofens, einschließend ein
Durchführen
der Abgase durch einen Sprühtyp-Neutralisierungsturm,
um Sulfate in den Abgasen durch Sprühen eines Absorbie rungsmittels
(NaOH) zu entfernen, um die Trübung
des Abgases zu verringern, und Einsetzen einer pneumatischen Pulverzufuhrvorrichtung,
um Flugasche oder Kalzium-Hydroxid periodisch in einen Weg zwischen
dem Sprühtyp-Neutralisationsturm
und einem Tütenhaus
(bag house) zuzuführen,
um ein normales Funktionieren der Filtertüten in dem Tütenhaus
beizubehalten.
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BRENNER FÜR PULVERISIERTEN
BRENNSTOFF
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Letztlich
ist es zum Verbrennen von pulverisiertem oder staubförmigem Petrolkoks
nötig,
eine bestimmte Art von Brennergestaltung in Erwägung zu ziehen. Allgemein wird
eine Zündenergie
einer brennbaren Brennstoff-Luft-Mischung zugeführt zum Zünden der Flamme des Brenners.
Einige Brennersysteme sind entwickelt worden, um pulverisierten Brennstoff,
wie Kohle oder Petrolkoks zu verbrennen.
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Die
PCT-Anmeldung PCT/EP83/00036 beschreibt einen Brenner für pulverförmige, gasförmige und/oder
flüssige
Brennstoffe. Dieser Brenner weist eine Zündkammer auf mit einer Wand,
welche sich heraus öffnet
und eine Rotationssymmetrie aufweist, wie auch eine damit verbundene
Abgasröhre
bzw. -rohr. In der Mitte der Kammerwand ist dort ein Einlass für eine Röhre für einen
Zugang eines Brennstoffstrahls wie auch eine Luftzufuhr angeordnet,
welche den Einlass für
den Zugang eines Wirbels von Verbrennungsluft umgibt, welcher im
Inneren der Zündkammer
einen heißen
Umwälzstrom
erzeugt, welcher den Brennstoffstrahl vermischt und den letzteren
auf die Zündtemperatur
aufheizt. Die Luftmenge des Wirbels, welcher zu der Zündkammer
zugeführt
wird, ist nur ein Teil der gesamten erforderlichen Verbrennungsluft.
Im Bereich zwischen der Kammerwand und der Abgasröhre ist
dort eine zweite Luftzugangsröhre
vorgesehen, durch welche ein anderer Teil der Verbrennungsluft in
die Zündkammer
eingeführt
werden kann, wobei der Teil ganz oder teilweise mit dem Brennstoffstrahl
vermischt wird. Die Summe der Verbrennungsluftteile, welche innerhalb
der Zündkammer
zu der Mischung mit dem Brennstoffstrahl beitragen (und somit zur Zündung und dem
Starten der Verbrennung) wird eingestellt, so dass sie nicht 50%
der erforderlichen Gesamtverbrennungsluft übersteigen. Durch Verbinden
all dieser Maßnahmen
ist dort ein Brenner vorgesehen, welcher besonders geeignet ist
für die
Herstellung von Hitze für
industrielle Verfahren, und welcher weiter bei dazwischen liegenden
und veränderbaren Leistungsraten
eine stabile Zündung
aufweist, eine Flamme erzeugend mit einer länglichen und dünnen Form
in der Verbrennungskammer, und somit mit einer niedrigen radialen
Ablenkung von Partikeln.
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Das
US-Patent Nr. 4 412 810 bezieht sich auf einen Brenner für pulverisierte
Kohle, der in der Lage ist, eine Verbrennung in einem stabilen Zustand durchzuführen mit
einer Verringerung der Mengen an NOx, CO, und dem unverbrannten
Kohlenstoff, der als Ergebnis der Verbrennung erzeugt wird.
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Das
US-Patent Nr. 4 531 461 bezieht sich auf ein System zum Pulverisieren
und Verbrennen von festem Brennstoff, wie etwa Kohle oder anderem
fossilen Brennstoff, und zum Verbrennen solcher pulverisierter Brennstoffe,
suspendiert in einem Strom von Luft, prinzipiell in Verbindung mit
industriellen Öfen, wie
solche, welche verwendet werden, um Gipsherstellungskessel und metallurgische Öfen zu beheizen.
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Das
US-Patent 4 602 575 bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbrennen
von Petrolkoksstaub in einer Brennerflamme, welche eine intensive
interne Verwirbelungszone aufeist. Der Petrolkoksstaub wird zu einem
Bereich einer intensiven Verwirbelungszone zugeführt, welche die Zündenergie
für den Petrolkoksstaub,
welcher verbrannt werden soll, vorsieht. Jedoch beschreibt dieses
Patent, das in Abhängigkeit
von der Art der Verarbeitung, dem das Rohöl unterzogen worden ist, der
Petrolkoks schädliche
Materialien enthalten kann, wie etwa Vanadium, welche nicht nur
zu korrosiven Verbindungen während
einer Verbrennung in Dampfgeneratoren führen können, sondern des Weiteren
die Umwelt in erheblicher Weise verschmutzen, wenn sie den "Dampfgenerator" mit dem Abzugsgas verlassen.
Vorgeschlagen dass, wenn dieser Brenner verwendet wird, diese negativen
Wirkungen oder schädlichen
Vorgänge extensiv
verhindert werden können
durch Hinzufügen
von Vanadium bindenden Zusätzen
zu der Verbrennung über
den Zuwachs an Luft.
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Eine
andere Entwicklung von Kohlebrennern ist in dem US-Patent Nr. 4
924 784 dargestellt, welches sich auf das Verfeuern von mit pulverisiertem Lösungsmittel
veredelter Kohle in einem Brenner für einen "Kessel oder dergleichen" bezieht.
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Schließlich ist
US-Patent Nr. 5 829 367 auf einen Brenner zur Verbrennung eines
pulverisierten Kohlegemischs gerichtet, welches zwei Arten von reicher
und magerer Konzentration aufweist, der eine Höhe einer Brennerplatte einer
reduzierten Brennerplatte aufweist, und wobei der gesamte Brenner
vereinfacht ist. Die Brenner werden eingesetzt für einen Kesselofen oder einen
Ofen der chemischen Industrie.
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Wie
oben beschrieben worden ist, waren die Entwicklungen auf die Steuerung
bzw. Kontrolle der Verschmutzung durch Petrolkoks gerichtet, jedoch haben
sich diese auf eine Entschwefelung oder Entgiftung des Petrolkoks
gerichtet.
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Andererseits,
obwohl der Petrolkoks bereits in anderen Industrien verwendet worden
ist, absorbiert in einigen Fällen
das gleiche Produkt die Verschmutzungsgase, wie auch erosive oder
abrasive Wirkungen von Vanadium auf die Öfen (siehe die Zementindustrie).
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In
jedem Fall hängen
die Verschmutzungsproblematiken und deren Lösung von jeder Industrie ab.
Jede Industrie und Öfen
weisen unterschiedliche thermische Eigenschaften und Probleme mit
Verunreinigungen auf, mit der Art der hitzebeständigen Elemente – welche
auch Energieverbrauch und Produktqualität beeinflussen – und über die
Ofenstruktur und über
das sich ergebende Produkt.
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VORGESCHLAGENE
LÖSUNG
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Ungeachtet
des Obigen hat die Glasindustrie zu diesem Zeitpunkt nicht in Erwägung gezogen,
Petrolkoks für
das Schmelzen von Glasrohmaterialien aufgrund der in Erwägungziehung
all der oben beschriebenen Faktoren in Erwägung zu ziehen, wie etwa Verschmutzung
und die hohen Schwefel- und Vanadiumgehalte, welche eine negative
Wirkung auf die Struktur der hitzebeständigen Elemente in den Öfen aufweisen
und auch ernsthafte Probleme mit der Umwelt.
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Berücksichtigt
man alle oben beschriebenen Vorgänge,
bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Verwendung eines
festen Brennstoffs von niedrigen Kosten von einem Petroleumdestillationsabfallprodukt
(Petrolkoks), um kommerziell Glas herzustellen auf einem für die Umwelt
sauberen Weg, wobei das Risiko der Beschädigung von hitzebeständigen Elementen
des Glasofens verringert wird, und wobei der Ausstoß von Verschmutzungen
in die Atmosphäre
verringert wird. Dieser feste Brennstoff, wie er in dem verwandten
Stand der Technik beschrieben wurde, ist nicht in Erwägung gezogen
worden, dass er bei dem Schmelzen von Glasmaterialien verwendet wird,
aufgrund der vorher beschriebenen Probleme.
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Für die Verwendung
dieser Erfindung wurde eine Verbrennungsausrüstung zum Zuführen und Verbrennen
von Petrolkoks entwickelt, um eine wirksame Verbrennung durchzuführen. Die
Erfindung berücksichtigt
auch ein Emissionssteuer- bzw.
Kontrollsystem, welches hinter dem Ofen platziert wurde, um die
Abzugsgase zu reinigen, wobei die Emission von Verunreinigungen
von dem Brennstoff, wie etwa SOx, NOx und Teilchen, vermieden wird.
Durch die Integration der entwickelten Ausrüstung, die Auswahl der richtigen
Konfiguration der Ausrüstung
und Systeme, ist es möglich,
einen Brennstoff von niedrigen Kosten zu verwenden, kommerzielles
Glas herzustellen und Abzugsgase innerhalb von Umweltauflagen zu
erzeugen.
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Gemäß dem Obigen
liegt die vorliegende Erfindung in der Gestaltung von einigen Systemen,
welche in einem einzelnen Prozess angeordnet sind, um kommerziell
Glas in einem Seitenmündungstypofen herzustellen.
So wird in einem Glasschmelzofen vom Seitenmündungstyp pulverisierter Brennstoff
derart zusammengesetzt aus Kohlenstoff, Schwefel, Stickstoff, Vanadium,
Eisen und Nickel zum Schmelzen von Glasrohmaterialien verbrannt
für die
Herstellung von Glasscheiben oder -behältern. Mittel zum Zuführen des
pulverisierten Brennstoffs werden zugeführt in zumindest einem Brenner,
welcher angeordnet ist bei jeder der Mehrzahl der ersten und zweiten
Seitenmündungen
eines Glasschmelzbereichs des Glasschmelzofens zum Verbrennen des
pulverisierten Brennstoffs während
Glasschmelzzyklen, wobei der Glasschmelzofen einschließt hitzebeständige Mittel an
regenerierenden bzw. sich erneuernden Kammern eines Glasschmelzofens
zum Widerstehen der erosiven Wirkung des schmelzenden Glases, der korrosiven
Wirkung der Verbrennungsgase und der abrasiven Kräfte der
Partikel in der Atmosphäre,
hervorgerufen durch die Verbrennung des pulverisierten Brennstoffs
in dem Ofen. Letztlich Mittel zum Steuern bzw. Kontrollieren der
Luftverschmutzung in einem Abgasauslass, nachdem die Verbrennung
von pulverisiertem Brennstoff in dem Glasschmelzofen ausgeführt worden
ist, wobei die Mittel zum Steuern der Luftverschmutzung die Emissionen
von Schwefel, Stickstoff, Vanadium, Eisen und Nickelzusammensetzungen
an der Atmosphäre
verringern.
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Um
des Weiteren eine mögliche
Beschädigung
an Magnesiumoxid zu verringern oder zu verhindern, ist es erforderlich,
zumindest 98% Magnesiumoxid zu haben, wobei die Reinheit der Ausgangsmaterialien,
welche die Hitzebeständigkeit
ausbilden, die Menge an Kalziumoxid, vorhanden in dem Material,
verringern und die Bildung einer geschmolzenen Phase verzögern. Dieses
hitzebeständige
Material soll, um die Verunreinigungen durch Magnesiumoxid ummantelt
aufzuweisen, bei hohen Temperaturen gesintert werden, eine keramische
Bindung in dem Hauptmaterial erzeugend.
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Das
hitzebeständige
Grundmaterial von 98% Magnesiumoxid oder größer wird meist verwendet in den
oberen Reihen der Regenerationskammern des Glasofens.
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Ein
anderes Beispiel von hitzebeständigem Material,
das in den Regenerationskammern oder oberen Riffelungen (checkers)
verwendet werden kann, sind Zirkon-Silika-Aluminiumoxid, Schmelzgussmaterialien,
welche auch ein saures Verhalten zeigen, wie das Vanadiumpentoxid,
wodurch die Wirkung der Beschädigung
an den hitzebeständigen Elementen
verringert wird.
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Die
richtige Auswahl von hitzebeständigem Material
innerhalb des Glasofens kann die Einwirkung von Verunreinigungen,
enthalten in dem fossilen Brennstoff, verringern, basierend auf
der thermodynamischen Analyse und der chemischen Zusammensetzung
der Verunreinigungen und den chemischen Zusammensetzungen, welche
die hitzebeständigen
Elemente ausbilden.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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In Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung ist es eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Verfahren und ein System vorzusehen zum Zuführen und Verbrennen eines pulverisierten Brennstoffs
in einem Glasschmelzofen, zum Zuführen und Verbrennen von pulverisiertem
Petrolkoks und Verringern der Kosten des Glasschmelzens.
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Eine
zusätzliche
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine
System vorzusehen zum Zuführen
und Verbrennen eines pulverisierten Brennstoffs, welcher Kohlenstoff,
Schwefel, Stickstoff, Vanadium, Eisen und Nickel enthält, in einem
Glasschmelzofen, was die Emissionen steuert bzw. kontrolliert, erzeugt
durch das Verbrennen des pulverisierten Brennstoffs, um die Abzugsgase
zu reinigen und die Emission von Verunreinigungen des pulverisierten
Brennstoffs zu verringern, wie etwa SOx, NOx und Partikel, wobei
die Verringerung der Emissionen gesteuert bzw. kontrolliert wird,
nachdem die Verbrennung des pulverisierten Brennstoffs in dem Glasschmelzofen
ausgeführt
worden ist.
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Es
ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
und ein System zum Zuführen
und Verbrennen von pulverisiertem Brennstoff in einem Glasschmelzofen
vorzusehen, wobei eine Mischung von pulverisiertem Brennstoff in
Kombination mit einer Hauptluft oder -gas mit hoher Geschwindigkeit
in jeden der Brenner eingespritzt wird.
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Eine
zusätzliche
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und ein
System zum Zuführen
und Verbrennen von pulverisiertem Brennstoff in einem Glasschmelzofen
vorzusehen, was bestimmte hitzebeständige Elemente für die Konstruktion
der Kammern des Glasschmelzofens verwendet mit der Aufgabe, die
erosiven und abrasiven Wirkungen zu verringern, produziert durch
das Verbrennen des pulverisierten Brennstoffs, insbesondere durch die
Wirkungen, hervorgerufen durch V2O5.
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Eine
zusätzliche
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und ein
System zum Zuführen
und Verbrennen eines pulverisierten Brennstoffs in einem Glasschmelzofen
vorzusehen, wobei ein pulverisierter Brennstoff direkt zu dem Ofen
zugeführt
wird im Verhältnis
Brennstoff-Luft von etwa 16% von Luft im Überschuss bezüglich einer
stöchiometrischen
Luft.
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Eine
andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren
und ein System zum Zuführen
und Verbrennen von pulverisiertem Brennstoff in einem Glasschmelzofen
vorzusehen, was auch gleichzeitig geschmolzen werden kann mit zwei
oder drei Arten von Brennstoff. Reihen von Brennern können in
der Schmelzkammer angeordnet sein zum unabhängigen Verbrennen von Petrolkoks,
Gas oder Ölbrennstoff.
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Eine
andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren
und ein System zum Zuführen
und Verbrennen von pulverisiertem Brennstoff in einem Glasschmelzofen
vorzusehen, wobei der pulverisierte Brennstoff durch pneumatische
Mittel zugeführt
wird, mit einem angehobenen Verhältnis
von Feststoff-Luft.
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Diese
und andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
den Experten auf dem Gebiet deutlich werden aus der folgenden detaillierten
Beschreibung der Erfindung, welche dargestellt ist in den angehängten Zeichnungen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Blockdiagramm einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, welche hauptsächlich enthält: ein System zum Zuführen und
Verbrennen eines pulverisierten Brennstoffs in zumindest einem Brenner
eines Glasschmelzofens; hitzebeständige Mittel in unterschiedlichen
Formen, die Wände
und den Boden des Glasschmelzofens bildend, zum Widerstehen der
erosiven Wirkung des schmelzenden Glases, der korrosiven Wirkung
der Verbrennungsgase und den abrasiven Kräften der Partikel in der Atmosphäre, hervorgerufen
durch die Verbrennung von pulverisiertem Brennstoff in dem Ofen;
und ein Umweltsteuerungs- bzw. Kontrollsystem zum Steuern bzw. Kontrollieren
der Luftverschmutzung in einem Abgasauslass, nachdem die Verbrennung
von pulverisiertem Brennstoff in dem Ofen ausgeführt worden ist.
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2 stellt
ein anderes Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform des Systems zum
Zuführen
und Verbrennen des Petrolkoks dar in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung.
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3 ist
eine Draufsicht auf einen Glasschmelzofen vom regenerierenden Typ;
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4 ist
eine schematische Längssicht
auf den Ofen, dargestellt in 1;
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5 ist
eine schematische Ansicht des Systems zum Zuführen und Verbrennen eines pulverisierten
Brennstoffs in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung;
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6 ist
eine Queransicht des Systems zum Zuführen und Verbrennen eines pulverisierten
Brennstoffs in Kombination mit dem Glasschmelzofen vom regenerierenden
Typ;
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7 ist
eine detaillierte Ansicht einer Anordnung eines Brenners zum Zuführen und
Verbrennen eines pulverisierten Brennstoffs in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung;
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8 ist
eine Seitenansicht, welche aus 7 genommen
ist, in einer bevorzugten Ausführungsform
eines Brenners zum Verbrennen von pulverisiertem Petrolkoks in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung;
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9 ist
eine Vorderansicht, welche aus 8 genommen
ist;
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10 ist
eine detaillierte Ansicht eines vertikalen Schnitts des Brenners
der 8;
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11 ist
eine Draufsicht, welche entlang der Linie "A-A" der 10 genommen
wird, den Brenner mit zwei Austrittsdüsen zeigend; und
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12 ist
eine andere Draufsicht, welche den Brenner der zweiten Ausführungsform
mit einer Austrittsdüse
zeigt.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung wird nun beschrieben in Bezug auf eine spezifische Ausführungsform,
wobei auf die gleichen Teile mit den gleichen Bezugszeichen Bezug
genommen wird, und wobei die 1 ein Blockdiagramm
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist, welche hauptsächlich aufweist: ein System
zum Zuführen
und Verbrennen eines pulverisierten Brennstoffs in zumindest einem
Brenner A eines Glasschmelzofens vom Seitenmündungstyp, wie er später beschrieben
werden wird. Hitzebeständige Mittel
B, ausgebildet in unterschiedlichen Formen, zum Ausbilden der Wände und
des Bodens von regenerierenden Kammern eines Glasschmelzofens, wobei
die hitzebeständigen
Mittel ausgewählt
sind aus einem Material mit zumindest 98% Magnesiumoxid, wobei die
Reinheit der Ausgangsmaterialien, welche das hitzebeständige Material
ausbilden, die Menge an Kalziumoxid verringern, welches in dem Material vorhanden
ist, und die Bildung einer geschmolzenen Phase verzögern. Dieses
hitzebeständige
Material muss, um die Verunreinigungen mit Magnesiumoxid ummantelt
zu haben, bei einer hohen Temperatur gesintert werden, eine keramische
Bindung in dem Hauptmaterial erzeugend. Andere Materialien, welche
in den oberen Riffelungen oder regenerierenden Kammern, wo die Temperaturen
so hoch wie 1350 bis 1450°C,
verwendet werden, sind Zirkon-Silika-Aluminiumoxid-Schmelzgussmaterialien,
welche auch ein saures Verhalten wie das Vanadiumpentoxid zeigen,
wobei sie die Einwirkung der Beschädigung an den hitzebeständigen Elementen
verringern. Ein anderer Typ von hitzebeständigen Materialien, welcher
verwendet werden kann, sind solche, ausgewählt aus einem Material, welches
in etwa 80% Magnesium und etwa 20% Zirkonium-Silikat enthält. Diese
Materialien werden verwendet zum Widerstehen der erosiven Kräfte des
schmelzenden Glases, der korrosiven Wirkung der Verbrennungsgase
und den abrasiven Kräften
der Partikel in der Atmosphäre, hervorgerufen
durch das Verbrennen des pulverisiertem Brennstoffs (Petrolkoks)
in dem Ofen. Letztlich ist ein Umweltsteuer- bzw. Kontrollsystem
bzw. ökologisches
Steuersystem C erforderlich zum Steuern bzw. Kontrollieren der Luftverschmutzung
in einem Abgasauslass, nachdem die Verbrennung von pulverisiertem
Brennstoff in dem Ofen ausgeführt
worden ist.
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Bezug
nehmend nun auf 2, wird das System zum Zuführen und
Verbrennen eines pulverisierten Brennstoffs (A) zu jedem der Brenner 48a, 48b, 48c, 48d, 48e, 48f, 48g und 48h verbunden,
wie auch zu jedem der Brenner 50a, 50b, 50c, 50d, 50e, 50f, 50g und 50h (siehe 3 und 5)
zum Zuführen
und Verbrennen des pulverisierten Petrolkoks innerhalb eines Glasschmelzofens.
Das System zum Zuführen
und Verbrennen eines pulverisierten Brennstoffs (A) weist auf in
Kombination: ein Dosiersystem (D) zum Dosieren des pulverisierten
Petrolkoks und ein Verbrennungssystem (E) zum Verbrennen des pulverisierten
Petrolkoks innerhalb des Glasschmelzofens. Das Dosiersystem (D)
kann gespeist werden durch ein System zum Zuführen und Verarbeiten des pulverisierten
Petrolkoks (F), in der Industrie bereits bekannt.
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Das
System zum Zuführen
und Verbrennen eines pulverisierten Brennstoffs (A) wird nun mit
Bezug auf 3 bis 5 beschrieben
werden, d.h. die 3 und 4 zei gen
schematische Ansichten eines Glasschmelzofens vom regenerierenden
Typ, welcher eine Schmelzkammer 10, eine Veredelungskammer 12,
eine Konditionierungskammer 14 und eine Einschnürung 16 zwischen
der Veredelungskammer 12 und der Konditionierungskammer 14 aufweist.
An einem vorderen Ende 18 der Veredelungskammer 12 weist
sie eine Reihe von Wärmekammerverbindungen 20 auf,
durch welche geschmolzenes Glas von der Veredelungskammer 12 entfernt
wird. Das rückwärtige Ende 22 der
Schmelzkammer 10 schließt ein einen Einlegevorbau 24,
durch welchen Glasherstellungsmaterialien mittels eines Beschickungseinfüllers 26 zugeführt werden.
Ein Paar von Regeneratoren 28, 30 sind an jeder
Seite der Schmelzkammer 10 vorgesehen. Die Regeneratoren 28 und 30 sind
versehen mit Befeuerungsmündungen 32, 34,
welche jeden Regenerator 28, 30 mit der Schmelzkammer 10 verbinden.
Die Regeneratoren 28, 30 sind versehen mit einer
Gasregeneratorkammer 36 und einer Luftregeneratorkammer 38.
Beide Kammern 36 und 38 sind mit einer unteren
Kammer 40 verbunden, welche angeordnet ist, dass sie mittels
Dämpfern 42 zu
einem Tunnel 44 und einem Kamin 46 für die Abgase
in Verbindung steht. Brenner 48a, 48b, 48c, 48d, 48e, 48f, 48g und 48h,
wie auch Brenner 50a, 50b, 50c, 50d, 50e, 50f, 50g und 50h sind
an jeder Öffnung 32, 34 in
einem Hals- bzw. Stutzenabschnitt 52, 54 einer
jeden Befeuerungsmündung 32, 34 angeordnet,
um Brennstoff, wie etwa Erdgas, Petrolkoks oder eine andere Art
von Brennstoff zur Verwendung in dem Glasschmelzofen zu verbrennen.
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Wenn
so die Glasherstellungsmaterialien durch den Einlegevorbau 24 in
dem hinteren Ende der Schmelzkammer 10 zugeführt werden,
wird das Schmelzglas durch die Brenner 48a–h, 50a–h geschmolzen
und strömt
in eine Richtung nach vorn bis es komplett geschmolzen ist, um von
der Schmelzkammer 10 zu der Konditionierungskammer 14 durchzutreten.
Während
des Betriebs des Ofens werden die Regeneratoren 28, 30 abwechselnd
zyklisch betrieben zwischen Luftverbrennungs- und Abgaszyklen. Alle
20 Minuten, oder 30 Minuten, abhängig
von den spezifischen Öfen,
werden die Wege der Flammen der Reihen von Brennern 48a–h oder 50a–h umgedreht.
Somit treten die sich ergebenden Flammen und Verbrennungsprodukte,
erzeugt in jedem Brenner 48a–h, 50a–h über die
Oberfläche
des schmelzenden Glases und übertragen
Hitze zu dem Glas in der Schmelzkammer 10 und der Veredelungskammer 12.
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ZUFÜHREN DES PULVERISIERTEN PETROLKOKS
(F)
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Nun
Bezug nehmend auf 5 und 6 weist
das System zum Zuführen
und Verbrennen eines pulverisierten Brennstoffs (A) in einem Glasschmelzofen
in einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung auf erste Speichersilos oder Tanks 56 und 58 zum
Speichern von pulverisiertem Petrolkoks oder einem anderen Typ von
Brennstoff zur Verwendung in dem Glasschmelzofen. Die Speichersilos 56, 58 werden
gespeist durch einen Wagon oder einen Wagonzug 60 mittels
einer ersten Einlassröhre 62,
verbunden zwischen dem Wagonzug 60 und den Silos 56, 58.
Die erste Hauptröhre 62 weist erste
Abzweigröhren 64, 66 auf,
welche jeweils mit jedem Silo 56, 58 verbunden
sind zum Befüllen
eines jeden Silos 56, 58. Ventile 68, 70 sind
mit jeder der ersten Abzweigröhren 64 und 66 verbunden,
um das Befüllen
eines jeden Silos 56, 58 zu regulieren. Jeder Silo 56, 58 wird
mittels einer Vakuumwirkung durch eine Vakuumpumpe 70 mittels
einer ersten Auslassröhre 72 gefüllt. Die
erste Auslassröhre 72 weist zweite
Abzweigröhren 74, 76 auf,
um mit jedem Silo 56, 58 verbunden zu werden.
Ventile 78, 80 sind durch jede der zweiten Abzweigröhren 74, 76 verbunden,
um die Vakuumwirkung zu regulieren, welche durch die Vakuumpumpe 70 zum
Befüllen
eines jeden Silos 56, 58 vorgesehen ist.
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Am
Boden eines jeden Silos 56, 58 sind ein konischer
Abschnitt 82, 84 und ein gravimetrisches Kokszufuhrsystem 86, 88 enthalten
zum Verflüssigen bzw.
Fluidisieren und zum Sicherstellen eines konstanten Entladestroms
des pulverisierten Koks in die zweite Auslassröhre 90, wo das pulverisierte
Material zu einem Festbrennstoff-Dosiersystem SD-5, SD-6 und SD-7
weitergeleitet wird. Die zweite Auslassröhre 90 schließt dritte
Abzweigröhren 92, 94 ein,
verbunden mit dem Boden eines jeden konischen Abschnitts 82, 84 eines
jeden Silos oder Tanks 56, 58. Ventile 96, 98 sind
an jeder dritten Abzweigröhre 92, 94 angebracht,
um den Strom von pulverisiertem Petrolkoks zu der zweiten Auslassröhre 90 zu
regulieren.
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DOSIERSYSTEM (D) FÜR DEN PULVERISIERTEN PETROLKOKS
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Bezug
nehmen nun auf das Dosiersystem (D) in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung wird der pulverisierte Petrolkoks in jedem Festbrennstoff-Dosiersystem SD-5,
SD-6 und SD-7 durch die zweite Auslassröhre 90 aufgenommen.
Vierte Abzweigröhren 100, 102 und 104 sind
mit der zweiten Auslassröhre 90 verbunden,
um den pulverisierten Koks der ersten Silos oder Tanks 56 und 58 zu
dem Festbrennstoff-Zufuhrsystem SD-5, SD-6 und SD-7 zu transportieren.
Jedes Festbrennstoff-Zufuhrsystem SD-5, SD-6 und SD-7 schließt eine
zweite Reihe von Silos oder Tanks 106, 108, 110 ein.
Die zweite Serie von Silos 106, 108, 110 weist
einen konischen Abschnitt 112, 114, 116 auf;
ein gravimetrisches Kokszufuhrsystem 118, 120, 122;
ein Belüftungssystem 124, 126, 128;
einen Zuführer 130, 132, 134;
und einen Filter 136, 138 und 140 zum
Entladen eines konstanten Stroms von pulverisiertem Koks zu jedem der
Brenner 48f, 48g, 48h und Brennern 50f, 50g und 50h,
wie später
beschrieben werden wird.
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Ein
pneumatischer Luftkompressor 142 und ein Lufttank 144 sind
mittels einer zweiten Hauptröhre 146 verbunden.
Erste Einlassabzweigröhren 148, 150, 152 sind
mit der zweiten Hauptröhre 146 verbunden
zum Zuführen
einer gefilterten Luft durch die Filter 136, 138 und 140,
um den Koks zu dem Inneren einer jeden zweiten Reihe der Silos oder
Tanks 106, 108, 110 zu transportieren.
Die zweite Hauptröhre 146 schließt auch
erste Rücklaufabzweigröhren 154, 156, 158 ein,
welche mit jedem Belüftungssystem 124, 126, 128 verbunden
sind zum Gestatten eines adäquaten
Stroms von Koks zu dritten Auslassröhren 160, 162, 164,
wie später
beschrieben werden wird. Zusätzlich
ist eine zweite Einlassröhre 166 mit
der zweiten Hauptröhre 146 verbunden – nach dem
Lufttank 144 –,
welche zweite Einlassabzweigröhren 168, 170 einschließt, welche
an dem oberen Teil eines je den Silos oder Tanks 56, 58 verbunden
sind zum Einblasen von Luft zu dem Inneren eines jeden Silos oder
Tanks 56, 58.
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Das
Festbrennstoff-Zufuhrsystem SD-5, SD-6 und SD-7 schließt vierte
Auslassröhren 172, 174, 176 ein,
verbunden unterhalb eines jeden Zuführers 130, 132, 134.
Ein Drei-Wege-Regulierungsventil 178, 180, 182 ist
jeweils mit den vierten Auslassröhren 172, 174, 176 durch
einen ersten Weg verbunden; ein zweiter Weg ist mit ersten Rückführröhren 179, 181, 183 verbunden
zum Zurückführen des
pulverisierten Koks zu jeder zweiten Serie von Silos oder Tanks 106, 108, 110,
wohingegen der dritte Weg verbunden ist mit den dritten Auslassröhren 160, 162, 164,
welche verwendet werden, um ein Luft-Brennstoff-Gemisch zu einer
Anordnung einer Vier-Wege-Röhre 184, 186 und 188 zuzuführen, bezogen
auf das Verbrennungssystem (E) wie nun beschrieben.
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VERBRENNUNGSSYSTEM (E)
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Nun
Bezug nehmen auf das Verbrennungssystem (E), ist dieses mit jedem
Festbrennstoff-Zufuhrsystem SD-5, SD-6 und SD-7 durch einen ersten Weg
der Vier-Wege-Röhre 184, 186 und 188 verbunden,
welche mit jeden dritten Auslassröhren 160, 162, 164 des
Festbrennstoff-Zufuhrsystems SD-5, SD-6 und SD-7 verbunden sind.
Ein zweiter Weg ist jeweils mit den vierten Auslassröhren 190, 192, 194 verbunden
zum Zuführen
der Luft-Brennstoff-Mischungszufuhr zu den Brennern 48h, 48g und 48f. Ein
dritter Weg der Vier-Wege-Röhre 184, 186 und 188 ist
mit den fünften
Auslassröhren 196, 198, 200 verbunden
zum Zuführen
der Luft-Brennstoff-Mischung
zu den Brennern 50h, 50g und 50f; und
ein vierter Auslass der Vier-Wege-Röhre 184, 186, 188 ist
jeweils verbunden mit zweiten Rücklaufröhren 202, 204, 206,
zum Zurückführen des Überschusses an
pulverisiertem Koks zu jedem der zweiten Serie von Silos oder Tanks 106, 108, 110.
Die Vier-Wege-Röhre 184, 186 und 188 weist
jeweils Kugelventile 208A bis C, 210A bis C, 212A bis
C auf zwischen einem Verbindungsabschnitt der Vier-Wege-Röhre 184, 186 und 188 und
den vierten Auslassröhren 190, 192, 194;
den fünften
Auslassröhren 196, 198, 200;
und den zweiten Rückführröhren 202, 204, 206.
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So
werden auf diesem Weg während
des Betriebs des Ofens die Brenner 48a–h oder 50a–h alternativ
zyklisch betrieben zwischen Verbrennungs- und Nichtverbrennungszyklen.
Alle 20 Minuten, oder 30 Minuten, abhängig von den spezifischen Öfen, wird der
Weg der Flamme einer Serie von Brennern 48a–h oder 50a–h umgekehrt.
Die Luft-Brennstoff-Mischung, welche durch die dritten Auslassröhren 160, 162, 164 ankommt,
wird reguliert durch die Vier-Wege-Röhre 184, 186 und 188 und
Kugelventile 208A bis C, 210A bis C, 212A bis
C, um die Einspritzung der Luft-Brennstoff-Mischung zwischen den
Brennern 48a–h
und 50a–h
zu alternieren. Wenn der alternierende Betriebszyklus zwischen den
Brennern 48a–h
und 50a–h
ausgeführt
wird, wird eine Menge an Luft-Brennstoff zu der zweiten Serie von
Silos oder Tanks 106, 108, 110 mittels
der zweiten Rückströmröhren 202, 204, 206 zurückgeführt.
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Die
Zufuhrluft, welche durch die dritten Auslassröhren 160, 162, 164 zugeführt wird,
wird verwendet zum Transportieren des Petrolkoks und zum Hervorrufen
hoher Geschwindigkeiten einer Kokseinspritzung zu der Düse eines
jeden Brenners 48a–h und 50a–h. Die
Zufuhrluft wird mittels eines pneumatischen Luftzufuhrgebläses 214 zugeführt durch
eine dritte Hauptröhre 216.
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Vierte
Auslassröhren 218, 220 und 222 sind mit
der dritten Hauptröhre 216 und
den dritten Auslassröhren 160, 162, 164 verbunden
zum Beibehalten eines angehobenen Verhältnisses der Brennstoff-Luft-Mischung,
welche zu den Brennern 48a–h und 50a–h zugeführt wird.
-
Zum
Bewirken des Verbrennungszyklus der Brenner 48a–h oder 50a–h wird
jeder der Brenner 48a–h
oder 50a–h
individuell mit einer Luft-Brennstoff-Mischung versorgt. Diese Mischung
wird zugeführt
durch eine interne Röhre
eines jeden Brenners 48a–h oder 50a–h und sie
wird an der Verteilungskammer ankommen, um zu den diversen Einspritzdüsen eines
jeden Brenners 48a–h
oder 50a–h
verteilt zu werden.
-
Zur
Erhöhung
der Turbulenz der Ströme
und der Mischung des pulverisierten Brennstoffs mit einer vorgeheizten
Verbrennungsluft in jedem Brenner 48a–h oder 50a–h wird
eine Hauptluft injiziert von einem Hauptluftgebläse 224, welche unter
Druck zugeführt
wird durch die Einspritzdüsen
eines jeden Brenners 48a–h oder 50a–h. Somit
wird der Betrieb der Brenner 48a–h oder 50a–h eine
Einspritzung von Koks durch pneumatisches Transportieren mit einem erhöhten Verhältnis Feststoff-Luft
und mit einem Verhältnis
von Primärluft
von ungefähr
4% der stöchiometrischen
Luft aufweisen.
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Eine
sechste Auslassröhre 226 und
eine siebte Auslassröhre 228 sind
mit dem Hauptluftgebläse 224 verbunden.
Die sechste Auslassröhre 226 ist
verbunden mit fünften
Abzweigröhren 230, 232, 234 und
die siebte Auslassröhre 228 ist
verbunden mit sechsten Abzweigröhren 236, 238, 240.
Das Auslassende einer jeden fünften
und sechsten Abzweigröhre 230, 232, 234, 236, 238, 240 ist
auf direktem Weg verbunden mit einem jeden Brenner 48f–h oder 50f–h. Der
Strom von Primärluft
in jeder der fünften und
sechsten Abzweigröhren 230, 232, 234, 236, 238, 240 wird
individuell geregelt durch eine Anordnung eines ersten Fingerventils 242,
eines ersten Kugelventils 240 und eines zweiten Fingerventils 246.
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Zusätzlich schließt die sechste
Auslassröhre 226 siebte
Auslassröhren 248, 250 und 252 ein,
welche jeweils mit den fünften
Auslassröhren 196, 198, 200 verbunden
sind. Und die siebte Auslassröhre 228 schließt ein sechste
Auslassröhren 254, 256, 258,
welche jeweils mit den vierten Auslassröhren 190, 192, 194 verbunden
sind. Jede der sechsten und siebten Auslassröhren 248, 250, 252, 254, 256, 258 weist
ein Absperrventil bzw. Rückschlagventil 260 und
ein Kugelventil 262 auf.
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Durch
die oben beschriebene Anordnung wird das Primärluftgebläse 224 Primärluft zu
den Brennern 48f–h
(linke Brenner) oder Brennern 50f–h zuführen durch die sechste Auslassröhre 226 und
die siebte Auslassröhre 228 und
durch jede fünfte
und sechste Abzweigröhre 230, 232, 234, 236, 238, 240. Das
Luftgebläse 224 wird
arbeiten, um einen maximalen Luftstrom durch den Betrieb eines jeden
Brenners 48f–h
oder Brenners 50f–h
zuzuführen,
während
ein minimaler Luftstrom zugeführt
werden wird für
die Brenner 48f–h
oder 50f–h,
welche nicht arbeiten, mittels jeder sechsten und siebten Auslassröhre 248, 250, 252, 254, 256, 258,
um die besseren Bedingungen um gekühlt zu werden zu garantieren.
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Obwohl
die Erfindung beschrieben wurde auf der Basis von drei Brennern 48f 48g, 48h und
Brennern 50f, 50g und 50h, soll verstanden
werden, dass das in der vorliegende Erfindung beschriebene System
für all
die Brenner 48a–h
und 50a–h
angewandt wird.
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In
einer zusätzlichen
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann das Schmelzen des Glases geschmolzen
werden mit zwei oder drei Arten von Brennstoff, z.B. in 3 können die
Brenner 48a–48d und 50a–50d versorgt
werden mit einem pulverisierten Brennstoff als Petrolkoks; und die Brenner 48e–48h und 50e–50h können mit
Gas oder Ölbrennstoff
versorgt werden. In einer dritten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung können
die Brenner 48a–48d und 50a–50d versorgt
werden mit einem pulverisierten Brennstoff als Petrolkoks; die Brenner 48e–48f und 50e–50f können versorgt
werden mit Gas; und die Brenner 48g–48h und 50g–50h können versorgt
werden mit Ölbrennstoff.
Diese Kombinationen berücksichtigen,
dass zu diesem Zeitpunkt bereits Glasschmelzöfen existieren, welche Gas
oder Ölbrennstoff
als Hauptbrennstoff zum Schmelzen von Glas verwenden, und dass das
Verhalten von solchem Gas und Ölbrennstoff
gut in der Technik bekannt ist.
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PULVERISIERTER BRENNSTOFFBRENNER
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Zusätzlich wurde
zum Ausführen
einer guten Verbrennung des pulverisierten Petrolkoks ein Spezialbrenner
gestaltet, um mit dem System zum Zuführen und Verbrennen des pulverisierten
Brennstoffs in dem Glasschmelzofen verwendet zu werden. Die 7 bis 12 zeigen
eine detaillierte Ansicht des Brenners (48f) zum Zuführen und
Verbrennen eines pulverisierten Brennstoffs in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung. Der pulverisierte Brennstoffbrenner (48f) weist
auf einen Hauptkörper 264, welcher
aus einer äußeren Röhre 266,
einer dazwischen liegenden Röhre
bzw. Zwischenröhre 268 und einer
inneren Röhre 270 konstruiert
ist (10), welche konzentrisch eine in der anderen angeordnet sind.
Die äußere Röhre 266 ist
in dem oberen Ende 272 abgeschlossen (9).
Eine erste Kammer 276 ist in dem Raum, welcher durch die äußere Röhre 266 und
die dazwischen liegende Röhre 268 definiert ist,
ausgebildet. Die äußere Röhre 266 weist
eine Einlassröhre 278 und
eine Auslassröhre 280 auf (8),
durch welche Kühlwasser
eingeführt
wird in die erste Kammer 276 zum Kühlen des Brenners (48f).
Die dazwischen liegende Röhre 268 und
die innere Röhre 270 werden
erstreckt über
das obere Ende 272 der äußeren Röhre 266 hinaus.
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An
dem oberen Teil des Brenners 48f ist eine Lufteinlassröhre 282 in
einer geneigten Form um die dazwischen liegende Röhre 268 verbunden,
um mit der sechsten Abzweigröhre 236 verbunden
zu sein (siehe 7) zum Einführen eines Stroms von Primärluft oder
Erdgas in eine zweite Kammer 284, ausgebildet in dem Raum
definiert durch die innere Röhre 270 und
die dazwischen liegende Röhre 268.
Die zweite Kammer 284 dient dazu, die Primärluft oder das
Erdgas von der Lufteinlassröhre 236 zu
führen (7)
und sie wird zugeführt
zu dem unteren Ende des Brenners 48f. Der Strom der Primärluft in
der zweiten Kammer 284 wird reguliert durch die Anordnung
des ersten Fingerventils 242, des ersten Kugelventils 240 und
des zweiten Fingerventils 246.
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Auf
demselben Weg wird eine Mischung von Sekundärluft und pulverisiertem Petrolkoks
in ein oberes Ende 286 der inneren Röhre 270 eingeführt und
wird zu dem unteren Ende des Brenners 48f transportiert.
Das obere Ende 286 der inneren Röhre 270 ist jeweils
mit der vierten Auslassröhre 194 verbunden
zum Zuführen
der pulverisierten Brennstoff-Sekundärluft-Mischungszufuhr zu dem
Brenner (48f). Somit werden, wenn die Primärluft und
die Mischung von Sekundärluft
und pulverisiertem Petrolkoks das untere Ende des Brenners (48f)
erreicht, die Primärluft
oder Erdgas und die Mischung von pulverisiertem Brennstoff-Sekundärluft gemischt,
um einen Verbrennungsprozess zu zünden, wie nun beschrieben werden
wird.
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Bezug
nehmend nun auf die 10 bis 12, zeigen
diese eine detaillierte Ansicht einer Ausführungsform des Brenners (48f)
zum Zuführen und
Verbrennen eines pulverisierten Brennstoffs in Übereinstimmung der vorliegenden
Erfindung.
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Grundsätzlich weist
der Brenner (48f) [10] einen
Hauptkörper 264 auf,
konstruiert aus einer äußeren Röhre 266,
einer dazwischen liegenden Röhre 268 und
einer inneren Röhre 270,
welche konzentrisch eine mit der anderen angeordnet sind. Eine erste
Kammer 276 ist in dem Raum ausgebildet, welcher durch die äußere Röhre 266 und
die dazwischen liegenden Röhre 268 definiert
wird. Die äußere Röhre 266 weist
eine Einlassröhre 278 und
eine Auslassröhre 280 auf,
durch welche Kühlwasser
in die erste Kammer 276 zum Kühlen des Brenners (48f) eingeführt wird.
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Eine
zweite Kammer 284 zum Einführen eines Stroms von Primärluft oder
Gas, welche in dem Raum, definiert durch die innere Röhre 270 und
die dazwischen liegende Röhre 268 ausgebildet
ist. Die zweite Kammer 284 dient dazu, um Primärluft oder Gas
von der Lufteinlassröhre 236 (7)
zu leiten, und sie wird gefördert
zu dem unteren Ende des Brenners 48f. Auf dem gleichen
Weg wird eine Mischung von Sekundärluft und pulverisiertem Petrolkoks
eingeführt
in ein oberes Ende 286 der inneren Röhre 270 und wird gefördert zu
dem unteren Ende des Brenners 48f.
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Nun
Bezug nehmend insbesondere auf die 10 und 12,
schließt
das untere Ende 274 des Brenners (48f) einen Strömungsverteiler 286 zum
Aufnehmen und Verteilen gleichzeitig der Primärluft oder Gas und der Sekundärluft-pulverisierten Brennstoff
ein. Der Strömungsverteiler 286 (11) ist
verbunden unter dem unteren Ende 274 des Brenners (48f)
und schließt
einen Hauptkörper 288 ein, welcher
eine erste Verteilerkammer 290 definiert zum Empfangen
einer Mischung von Sekundärluft-pulverisiertem
Brennstoff; eine zweite Verteilerkammer 292 zum Empfangen
des Stroms der Primärluft
oder Gas; und eine dritte Kammer 294, welche einen Abschnitt
der ersten Verteilerkammer 290 und einen Abschnitt der
zweiten Kammer 292 umgibt, durch welche Kühlwasser
in die dritte Kammer 294 eingeführt wird, zum Kühlen des
Brenners (48f). Die erste Kammer 290 wird definiert
innerhalb einer halbsphärischen
Wand 296. Die halbsphärische
Wand 296, welche ausgeformt wird durch den oberen Teil,
eine erste ringförmige
Hülse 298,
welche mit dem unteren Ende der inneren Röhre 270 verbunden
ist, und eine dazwischen liegende ringförmige Hülse 300, welche mit
dem unteren Ende der äußeren Röhre 268 verbunden
ist, definieren die zweite Kammer 342, durch welche Primärluft oder
Gas veranlasst wird zu strömen.
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Der
Strömungsverteiler 286 schließt auch ein
Auslassende 302 ein, angeordnet in einer 90° Position
bezüglich
der halbsphärischen
Wand 296 des Hauptkörpers 288,
um den Strom von Primärluft
oder Gas und der Sekundärluft-pulverisiertem
Brennstoffmischung von einem vertikalen Strom zu einem Längsstrom
abzulenken. Das Auslassende 302 schließt einen Durchgang 304 (10 und 12) ein,
welcher in Längsrichtung
in dem Hauptkörper 286 ausgebildet
ist, die erste Verteilerkammer 290 mit der äußeren Peripherie
des Körpers 286 verbindend.
Der Durchgang 304 ist ausgebildet durch einen ersten inneren
kreisförmigen
Abschnitt 306, durch welchen die Mischung von pulverisiertem
Brennstoff-Sekundärluft
strömt.
Der erste kreisförmige
Abschnitt 306 ist intern ausgebildet in einer in etwa konischen
Form mit einem Durchmesser geringer an der Front eines jeden Durchgangs.
Und ein zweiter dazwischen liegender ringförmiger Abschnitt 308 umgibt
den ersten inneren ringförmigen
Abschnitt 306, durch welchen Primärluft oder Gas veranlasst wird
zu strömen.
Der erste innere kreisförmige
Abschnitt 306 und der zweite dazwischen liegende kreisförmige Abschnitt 308 definieren
einen Eingang zum Aufnehmen einer Düse 310 zum Mischen
gleichzeitig des Primärga ses
oder Luft wie auch der Mischung von Sekundärluft-pulverisiertem Petrolkoks
innerhalb der Kammern des Glasschmelzofens. Schließlich definiert
die Peripherie des Hauptkörpers 288 und
der zweite dazwischen liegende ringförmige Abschnitt 308 die
dritte Kammer 294, um Wasser für das Kühlen des Brenners (48f)
strömen
zu lassen.
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Nun
Bezug nehmend auf die Düse 310, schließt diese
einen zylindrischen Kopf 312 und ein zylindrisches Element 264 ein,
dass in dem rückwärtigen Teil
des Kopfes 362 angeordnet ist. Das zylindrische Element 314 schließt ein eine
zentrale Mündung 316 und
zumindest eine Mehrzahl von Mündungen 318,
welche transversal die Peripherie des zylindrischen Elements 314 quert.
Das zylindrische Element 314 ist eingeführt in den Eingang, definiert durch
den ersten inneren kreisförmigen
Abschnitt 306 und den zweiten dazwischen liegenden kreisförmigen Abschnitt 308,
welche einen geschlossenen Abschnitt in der zweiten Kammer 292 ausbilden. Wenn
das zylindrische Element 314 in den Eingang eingeführt ist,
ist die Mehrzahl von Mündungen 318 zusammenfallend
mit der zweiten Kammer 292 platziert, um einen Austrittsstrom
von Primärluft
oder Gas aus dem Strömungsverteiler 286 zu
gestatten. Eine erste ringförmige
Aussparung 320 ist zwischen dem ersten inneren ringförmigen Abschnitt 306 und dem
inneren Teil des zylindrischen Elements 314 definiert,
zum Ablenken des Stroms von Primärluft
oder Gas zu dem frontalen Teil des Strömungsverteilers 286.
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In
einer dritten Ausführungsform
des Brenners (11) ist der Strömungsverteiler 286 gezeigt mit
zwei Auslassenden 322, 324, lokalisiert in einer 90° Position
bezüglich
des Hauptkörpers 288.
Düsen 326, 328 sind
eingeführt
durch jedes der Auslassenden 322, 324. Die Position
der Auslassenden 322, 324 ist voneinander getrennt
in einem Winkel ungefähr
von etwa 10° bis
etwa 20° zwischen
jedem davon bezüglich
einer Längsachse 330.
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Nun
tritt in Übereinstimmung
mit dem Brenner (48f), gezeigt in 8 und 10,
die Primärluft durch
die Lufteinlassröhre 282 ein
und führt
den Strom von Primärluft oder
Gas in die zweite Kammer 284 ein, ausgebildet in dem Raum,
definiert durch die innere Röhre 270 und
die dazwischen liegende Röhre 268.
Danach fährt
der Strom von Primärluft
oder Gas fort, durch die zweite Verteilerkammer 342, um durch
die Mehrzahl von Mündungen 318 der
Düsen 310 oder 326 und 328 ausgestoßen zu werden.
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Gleichzeitig
wird die Mischung von Sekundärluft
und pulverisiertem Petrolkoks eingeführt in das obere Ende 286 durch
die innere Röhre 270 und wird
geführt
zu der ersten Verteilerkammer 290 und von diesem Abschnitt
strömt
die Mischung in den Durchgang 304 des Strömungsverteilers 286.
Die Mischung wird durch den Durchgang 304 in eine axiale Richtung
zugeführt,
um in die Kammern des Glasschmelzofens eingeführt zu werden. Die Primärluft oder
Gas und die Mischung von Sekundärluft
und pulverisiertem Petrolkoks werden gleichzeitig an dem Ausgang
der Düse 310 oder
der Düsen 326 und 328 verbrannt.
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Kühlwasser
wird kontinuierlich durch die erste Kammer 276 und die
dritte Kammer 294 eingeführt zum Kühlen des Brenners.
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In Übereinstimmung
mit dem Obigen ist ein Verfahren zum Zuführen und Verbrennen eines pulverisierten
Brennstoffs in einem Glasschmelzofen des Typs, welcher einen Glasschmelzbereich
einschließt,
ausgekleidet mit hitzebeständigem
Material, und eine Mehrzahl von Brennern, zugeordnet mit abgedichteten
Regeneratoren in dem Glasschmelzofen, welche als Wärmetauscher
wirken, wobei das Verfahren aufweist:
Zuführen eines pulverisierten Brennstoffs
des Typs, welcher festen Kohlenstoff und Verunreinigungsmaterialien
aus Schwefel, Stickstoff, Vanadium, Eisen und Nickel aufweist oder
eine Mischung derselben, zu jedem der Brenner, zugeordnet zu den
abgedichteten Regeneratoren des Glasschmelzofens, wobei der pulverisierte
Brennstoff direkt zu dem Ofen zugeführt wird in einem Verhältnis Brennstoff- Luft von etwa 16%
von Luft im Überschuss
bezüglich
einer stöchiometrischen
Luft;
Verbrennen des pulverisierten Brennstoffs durch jeden
der Brenner in dem Schmelzebereich des Schmelzofens, eine Flamme
vorsehend für
jeden Brenner, um einen Verbrennungsvorgang auszuführen in
dem Schmelzebereich, zum Schmelzen des Glases;
Steuern bzw.
Kontrollieren von Emissionen von Kohlenstoff und Verunreinigungsmaterialien,
erzeugt durch die Verbrennung des pulverisierten Brennstoffs mit
einem ökologischen
Steuermittel bzw. Umweltsteuer- bzw. Kontrollmitteln, wobei das ökologische Steuermittel
lokalisiert ist in einem Abgasauslass des Glasschmelzofens, um die
Abzugsgase zu reinigen und die Emission von Verunreinigungen von
dem pulverisierten Brennstoff zu verringern, wie etwa SOx, NOx und
Partikel, wobei die Verringerung der Emissionen gesteuert wird während und
nachdem die Verbrennung des pulverisierten Brennstoffs in dem Glasschmelzofen
ausgeführt
worden ist; und
Entgegenwirken erosiven und abrasiven Wirkungen des
pulverisierten Brennstoffs in dem Glasschmelzofen durch hitzebeständige Elemente,
wobei der Glasschmelzofen konstruiert ist mit den hitzebeständigen Elementen
zum Steuern bzw. Kontrollieren der erosiven und abrasiven Wirkungen,
erzeugt durch die Verbrennung des pulverisierten Brennstoffs in
dem Ofen.
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Das
Verfahren weist auch die Schritte auf des:
Zuführen eines
pulverisierten Brennstoffmaterials zu einer Reihe von Verteilermitteln;
Verflüssigen bzw.
Fluidisieren des pulverisierten Brennstoffmaterials innerhalb der
Reihe von Verteilermitteln;
Ausgeben des fluidisierten pulverisierten
Brennstoffmaterials von der Reihe von Verteilermitteln zu zumindest
einer Hauptröhre;
Mischen
des fluidisierten pulverisierten Brennstoffs mit einem ersten Strom
von Primärluft
zum Ausgeben eines konstanten Stroms von pulverisiertem Brennstoff
zu der Hauptröhre;
Verteilen
der Mischung von fluidisiertem pulverisiertem Brennstoff und der
Primärluft
in zumindest zwei Verteilerröhren,
um das Brennstoff-Primärluft-Gemisch durch jede
der zwei Verteilerröhren
in einen alternativen Betriebszyklus zuzuführen;
Zuführen des
Brennstoff-Luft-Gemisches von jeder der zwei Verteilerröhren zu
einer ersten Serie von Brennern und zu einer zweiten Serie von Brennern eines
Schmelzofens, zum Betreiben der ersten und zweiten Brenner in einem
alternierenden Betriebszyklus zwischen einem Verbrennungs- und einem Nichtverbrennungszyklus;
und
gleichzeitiges Zuführen
eines zweiten Stroms von Luft durch jeden der ersten und zweiten
Brenner, um einen besseren Verbrennungszyklus für jeden der Brenner beizubehalten.
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Dabei
weist der Schritt des Zuführens
eines zweiten Stroms von Luft durch jeden der ersten und zweiten
Brenner den Schritt auf des durch jeden Brenner gleichzeitigen Vorsehens
eines internen Stroms von fluidisiertem pulverisiertem Brennstoff und
der ersten Luft, und einen externen Strom des zweiten Stroms der
Luft.
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ÖKOLOGISCHE STEUERUNG BZW. KONTROLLE
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Letztlich
wird, nachdem die Verbrennung des pulverisierten Brennstoffs in
dem Glasschmelzofen ausgeführt
worden ist, eine Ausrüstung
zum Verringern und Steuern bzw. Kontrollieren der Luftverschmutzung
und der Emissionen von Schwefel, Stickstoff, Vanadium, Eisen und
Nickelzusammensetzungen an der Atmosphäre am Ende des Tunnels 44 platziert
und mit dem Kamin 46 für
die Abgase verbunden. Das Schadstoffsteuer- bzw. Kontrollsystem gemäß der vorliegenden
Erfindung ist angepasst in einem Abgasauslass des Glasschmelzofens.
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Für die Steuerung
bzw. Kontrolle von Verunreinigungen haben sich elektrostatische
Abscheider als gut arbeitend erwiesen bei der Beseitigung von Glasofenpartikelmaterie.
Die feine Partikelmaterie von Glasöfen stellt kein Problem für elektrostatische Abscheider
dar.
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Im
Fall, wo SO2-Entfernung zusätzlich
zur Partikelmaterie erforderlich ist, stellt ein Trocken- oder teilweise
Nass-Wäscher
eine gute Ergänzung zu
elektrostatischen Abscheidern oder einem Stofffiltersystem dar.
Tatsächlich
ist unter Bedingungen von hochsaurem Gas ein Wäscher nötig, um die Konzentration von
korrosiven Gasen zu verringern. Im Falle der Verwendung eines neuen
Brennstoffs wird ein Wäscher
erforderlich sein, um einen SO2-Gehalt zu verringern. Er wird nicht
nur als Vorteil für
das System zur Vorbeugung von Korrosion dienen, sondern er wird
auch die Temperatur des Ausstoßes
erniedrigen und daher das Gasvolumen verringern.
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Trockenwaschen
(das Einspritzen von trockenem reaktivem Pulver) und Halbnasswaschen wird
in einer großen
Reaktionskammer stromaufwärts
der elektrostatischen Abscheider stattfinden. Sowohl im Fall trocken
als auch nass werden die Wäschermaterialien
einschließen
Na2CO3, Ca(OH)2, NaHCO3 oder einige andere. Die sich ergebenden Reaktionsmaterialien
sind Grundbestandteile für
den Glasherstellungsvorgang und sie sind allgemein bis zu einem
gewissen Punkt wieder verwendbar. Pi mal Daumen gilt, dass für jedes
1% von Schwefel in dem Brennstoff dort etwa 4 Pfund von SO2 pro
Tonne geschmolzenem Glas erzeugt werden. So wird es für Brennstoffe
mit hohem Schwefelgehalt eine Menge an trockenem Abfall, z.B. NaSO4,
geben. Diese Menge an Abfall wird mit der Erfassungsrate und der Menge
an Material, welches wiederverwertet werden kann, variieren, aber
die Anzahl wird beachtlich sein. Für den Flussofen, welcher mit
Brennstoff mit hohem Schwefelgehalt arbeitet, könnte sogar bis zu 5 Tonnen
an Abfall pro Tag vorliegen.
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Die
Leistungsbereiche des Waschens variieren von 50% bis 90% unter Verwendung
von trockenem NaHCO3 oder halbnassem Na2CO2. Eine Temperatursteuerung
ist wichtig bei allen Wäscheralternativen
mit Zielreaktionstemperaturen, welche von etwa 250°C bis 400°C an dem
Wäschermaterial
reichen.
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Nasswäscher kommen
in einer beinahe unendlichen Anzahl von Formen, Größen und
Anwendungen vor. Die zwei Hauptanwendungen bezogen auf die Glasherstellung
sind solche, welche gestaltet sind, um Gase (SO2) zu sammeln, und
diese sind gestaltet, um Partikelmaterie einzufangen.
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Aus
dem Obigen ist ein System zum Zuführen und Verbrennen eines pulverisierten
Brennstoffs in zumindest einem Brenner eines Glasschmelzofens beschrieben
worden, und es wird für
die Experten in der Technik klar sein, dass viele andere Merkmale und
Verbesserungen vorgenommen werden können, welche innerhalb des
Rahmens berücksichtigt
werden können,
bestimmt durch die folgenden Ansprüche.