FI86985C - Energisparande foerfarande foer smaeltning av glas och glassmaeltugn foer genomfoerande av detta foerfarande - Google Patents

Description

1 86985

Energiaa säästävä menetelmä lasin sulattamiseksi ja lasinsula-tusuuni tämän menetelmän toteuttamiseksi.- Energisparande för-farande för smältning av glas och glassmältugn för genomförande av detta förfarande.

Keksinnön kohteena on energiaa säästävä menetelmä lasin sulattamiseksi lasinsulatusuunissa, jossa seos sulatetaan sulatus-osastossa, selkeytetään sulatusosaan liittyvässä selkeytysosas-sa, homogenoidaan tämän jälkeen tähän liittyvässä korotetun kylpysyvyyden omaavassa homogenointiosassa ja vedetään siitä pois, jolloin seos panostetaan sulatusosan alussa ja seosta panostettaessa energiaa syötetään elektrodien kautta, ja jossa on selkeytysosaan järjestetyt polttimet energian syöttämiseksi, lämmönvaihtimet palamiskaasujen ja polttimiin syötetyn poltto-ilman välistä energianvaihtoa varten, ja lasinsulatusuuni tämän menetelmän suorittamiseksi.

Lasinsulatusuuneilla on yleensä, vaikka ne toimivat rekuperaat-toreilla tai regeneraattoreilla, suhteellisen pieni hyötysuhde. Tämä ei johdu lasiammeiden puutteellisesta eristyksestä, vaan siitä, että poistokaasulämpö on huomattavasti korkeampi kuin polttoilman esilämmitykseen tarvittava lämpöenergia. Polttoil-man lämpötilan korottamiselle on asetettu tällöin rajat, koska sen johdosta lämmönvaihdosta tulee hyvin panoksellinen, etenkin kuitenkin myrkyllisen NOx:n konsentraatio nousee haitallisesti voimakkaasti.

Poistokaasun lämpöylimäärän käyttämiseksi mielekkästi hyväksi on olemassa jo erilaisia yrityksiä, myös seoksen esilämmitys ennen sen lisäämistä lasinsulatusammeeseen. Nämä yritykset ovat kuitenkin olleet tuloksettomia, koska lämmityksen johdosta voi esiintyä jo muutamien seosaineosien esisulamista, minkä johdosta lämmönvaihtopinnat liimautuvat yhteen ja toisaalta poisto-kaasun ollessa suorassa kosketuksessa seoksen kanssa määrättyjen aineosien esisulamisen lisäksi esiintyy myös vielä hajaan- 2 86985 tumista vast, määrättyjä seoksen aineosia otetaan mukaan, minkä johdosta poistokaasun pölypitoisuutta korotetaan luvattomasti tai vast, tarvitaan hyvin panoksellisia pölynsuodattimia.

Keksinnön tehtävänä on siten saada aikaan menetelmä lasin sulattamiseksi ja lasinsulatusuuni, joissa ei esiinny enää mainittuja haittoja, jolloin käytetyllä uunilla on tunnettuihin uuneihin verrattuna huomattavasti parempi hyötysuhde, mutta joka samalla on myös taloudellisesti toteutettavissa ja jossa esiintyy etenkin pienemmät NO^-konsentraatiot sekä pienempi poistokaasun pölypitoisuus ilman, että tarvitaan vaikeasti hallittavia, korkean lämpötilan omaavia rakenteita uunissa tai lämmönvaihtoon.

Yläuunilämpötilojen ja käytettyjen lämmönvaihtimien (rekupe-raattoreiden) lämpötilojen tulee olla jopa pienempiä kuin tavanomaisissa, tunnetuissa uunissa.

Mainittujen etujen lisäksi keksinnön mukainen uuni on taloudellisesti valmistettavissa ja käyttövarma, jolloin tarvittaessa laaja fossiilisen ja sähköenergian vaihto on mahdollista.

Tämä tehtävä ratkaistaan keksinnön menetelmän mukaisesti siten, että pääosa sulatusenergian syötöstä tapahtuu fossiilisen polttoaineen polttimissa selkeytysosassa, savukaasut kulkevat sula-tusosan yli vastavirrassa seoksen suhteen, ne vedetään pois lähellä seoksen panostusta ja sulatusosan läpi virtaa pinnalla selkeytysosasta tuleva virtaus vastavirrassa seoksen suhteen ja että on olemassa liekkisäteilyn selkeytysosasta sen rajalla ja sulatusalueen yläpuolella absorboivat toimenpiteet, minkä johdosta tila sulatteen yläpuolella on jaettu erilaisen lämpötilan omaaviin vyöhykkeisiin, joissa korkein lämpötila esiintyy selkeytysosassa.

Edullisesti menetelmä suoritetaan siten, että korkeimman 3 86985 lämpötilan omaavassa selkeytysosassa (vyöhyke I) polttimia käytetään typpimonoksidin muodostumisen vähentämiseksi ilman ali-määrällä ja savukaasuvirtauksesta katsottuna seuraavassa pienemmän lämpötilan omaavassa osassa (vyöhyke il) sisäänvirtauk-seen järjestettyjä polttimia käytetään polttamisen täydentämiseksi ilman ylimäärällä.

Laitekohtaisesti keksinnön mukaisen tehtävän ratkaisu tapahtuu siten, että kuuman virtauksen muodostamiseksi vastavirtana seoksen liikkeen suhteen sulatusosan pohja laskee selkeytyso-sasta seoksen syöttöön päin, ja uunin katossa on selkeytysosan (vyöhyke I) ja sulatusosan (vyöhyke II) välissä ainakin yksi lähes kylvyn päälle ulottuva säteilysuojamuuri.

Edullisesti seoksen panostuksen alapuolelle järjestetyt elektrodit saavat edelleen aikaan sen, että niiden viereen muodostuu selkeytysosaan päin nouseva virtaus, joka ohjaa kuuman lasin virtauksen sulatusosassa alaspäin, minkä johdosta pohjalla kulkevaa paluuvirtausta vahvistetaan selkeytysosaan päin.

Hyötysuhdetta alentava lämmönsiirto säteilyllä poltinosasta estetään edullisesti selkeytysosan ja sulatusosan väliin ja sulatusosaan järjestetyillä säteilysuojamuureilla.

Keksinnön mukaisen menetelmän ja lasinsulatusuunin erityisenä etuna on se, että poistokaasut jäähdytetään lasikylvyssä olevan seoksen esilämmityksessä ammetilasta tapahtuvaan poistoon asti 800° - 1000°C:seen ja ilman suurempaa teknistä panosta rekupe-raattorit voivat lämmittää tällöin ilman vastavirrassa n.

700 °C:seen.

Selvästi keksinnön mukainen lasinsulatusuuni yhdessä sen käyttämiseksi tarkoitetun menetelmän kanssa pystyy ratkaisemaan esiintyvät ongelmat erittäin edullisella tavalla ja ainutlaa-tuisesti. Keksinnön periaate perustuu siihen, että seos sijoi- 4 86985 tetaan lasikylvyn päälle ja esilämmitetään siinä poistokaasulla ja tällöin poistokaasu jäähdytetään niin pitkälti, että jäljelle jäävä energia voidaan käyttää lähes täysin polttoilman lämmittämiseksi. Lasin nesteenäpysyminen ja optimaalisen virtaus-kentän säätö ammeen seoksen esilämmitysalueella taataan tällöin syöttämällä suhteellisen pieniä määriä sähköenergiaa.

Keksinnön muita edullisia suoritusmuotoja on esitetty alavaatimuksissa 3 - 5 ja 7 - 11.

Seuraavassa keksinnön suoritusesimerkkejä selitetään lähemmin piirustusten avulla. Piirustuksissa kuvio 1 esittää pitkittäisleikkauskuvaa keksinnön mukaisesta lasiammeesta, kuvio 2 esittää vaakaleikkauskuvaa kuvion 1 kaltaisesta ammeesta, ja kuvio 3 esittää vaakaleikkauskuvaa keksinnön mukaisen ammeen eräästä toisesta suoritusmuodosta.

Kuvioiden mukaisesti keksinnön mukainen lasinsulatusuuni koostuu pitkänomaisesta, suorakulmaisesta ammeesta, jossa on sel-keytysosa 2 ja sulatusosa 3, jotka sulautuvat toisiinsa ja jolloin sulatusosan 3 pituus on suunnilleen 2-2 1/2 kertaa niin suuri kuin selkeytysosan 2 pituus. Selkeytysosaksi 2 nimitetään sitä matalaa ammeen osaa, johon on järjestetty polttimet 20, jotka toimivat öljyn tai kaasun polttamiseksi.

Ammeessa on edelleen polttimien puolella poikittaisseinämä 16, seoksen panostuksen puolella poikittaisseinämä 17 ja pitkit-täisseinämät 18. Yläuuni muodostetaan katosta 1. Sulatusosan pohjaa on merkitty numerolla 9.

5 86985

Sulatusosaan (vyöhyke II) 3 on järjestetty polttimet 6, jotka estävät lasikylvyn jähmettymisen tällä alueella, etenkin seosalustan suoralla alueella. Jähmettyminen estetään edelleen pitkälti siten, että sulatusosassa 3 säädetään pintavirtaus, joka kuljettaa jatkuvasti korkeaan lämpötilaan lämmitettyä lasia polttimilla 20 korkeaan lämpötilaan lämmitetystä selkey-tysosasta 2 seoksen panostusalueelle.

Seoksen panostus tapahtuu tavanomaisella tavalla poikittais-seinämän 17 koko leveydellä.

Yksityiskohtaisesti amme on muodostettu tavanomaisen tekniikan mukaisesti, jota on selitetty hakijan aikaisemmissa hakemuksissa, joten sitä ei tarvitse selittää laajemmin. Tämä koskee etenkin seinien, holvin, pohjan, polttimien, elektrodien sekä homogenointiosan 2a seoksen panostuksesta etäällä olevassa päässä olevaa tyhjennystä 19 ja poistokaasun poistoaukkojen 22 rakennetta aivan seoksen syötön vieressä.

Ammeen sisäosaan on järjestetty selkeytysosan 2 panostuksen puoleiseen päähän säteilysuojamuuri 5, joka ulottuu katosta aivan kylvyn pinnan 4 yläpuolelle ja estää säteilyn pääsyn sulatusosaan 3. Kuten tunnettua, korkeissa kammiolämpötiloissa suurin osa energiasta siirretään säteilyllä ja tästä syystä keksinnölle olennaista on konsentroida polttimilla 20 syötetty energia selkeytysosassa 2.

Koska muut huomattavat säteilymäärät vaikuttavat kylvyn pinnasta ja etenkin säteilysuojamuurista 5 panostukseen päin, on sulatusosassa 3 vielä yksi säteilysuojamuuri 7 seoksen panostuksen läheisyydessä ja suojamuurien 5 ja 7 välissä vielä yksi suojamuuri 8. Tämän järjestelyn avulla estetään varmasti, että säteilyenergia ei toimi mainittavasti seoksen lämmitykseen, vaan tämä tapahtuu käytännöllisesti katsoen yksinomaan poisto-kaasulla, joka virtaa selkeytysosasta 2 sulatusosan 3 kautta 6 86985 poistokaasun poistoaukkoihin 22.

Valinnaisesti pohjassa 9 voi olla selkeytysosan 2 panostuksen puoleisessa päässä kynnys 14. Pääasiassa kuitenkin seoksen syöttöön päin tasaisesti laskeva pohja säätää virtauskuvan, jossa kuuma lasi virtaa kylvyn pinnalla takaisin seoksen alustalle ja estää yhdessä pohjaelektrodien 6 kanssa lasin jähmettymisen. Selkeytysosan 2 pohja on järjestetty vaakasuorasti.

N. 900*C:seen jäähdytetty poistokaasu syötetään sen poistuessa ammeesta rekuperaattoreihin, joista se tulee ulos n. 150 -250°C:n lämpötilassa. Tässä lämpötilassa poistokaasussa oleva energia on siirtynyt pitkälti polttoilmaan.

Rekuperaattoreissa polttoilma esilämmitetään jäähtyvällä poistokaasulla normaalilämpötilasta n. 700°C:n lämpötilaan ja syötetään sitten putkijohtojen kautta polttimiin 20. Suhteellisen pienien ilman lämpötilojen johdosta tapahtuvassa palamisessa on se etu, että liekkilämpötilat ovat suhteellisen alhaisia ja tästä syystä ei voi esiintyä NOx:n korkeampia konsentraatioita. Poistokaasu ei ole siis ainoastaan pitkälti jäähdytetty, vaan siinä on myös erittäin pienet NOx:n konsentraatiot, niin että keksinnön mukaisen lasinsulatusuunin käyttö on mahdollista myös pienet päästöarvot omaavilla alueilla, esim. kaupungeissa, koska pölynsuodattimen käyttö on helposti mahdollista pienien poistokaasulämpötilojen johdosta.

Ammeen käytön kannalta on tärkeää, että sulatusosa 3 toimii panostuksen puoleisessa päässään yksinomaan seoksen esilämmit-tämiseksi ja seoksen olennainen sulattaminen tapahtuu vasta sulatusosan 3 polttimien puoleisessa päässä, jolloin selkeytys-osassa 2 tapahtuu sitten lasin selkeyttäminen ennen, kuin tämä vedetään pois tunnetulla tavalla pohjatyhjennyksen 19 kautta.

7 86985

Selkeytysosaan 2 on järjestetty useita "kuplittajia" ("bubblers"), jotka voivat ohjata ilmaa pohjan läpi. Tämän ilman avulla - mahdollisesti pöhjaelektrodien myötävaikutuksella -saadaan aikaan lasin voimakas kierrätys selkeytysosassa 2, niin että selkeytysosassa voi säätyä ylhäältä alaspäin ainoastaan hyvin pieni lämpötilagradientti. Siten varmistetaan, että kylvyn pinta saavuttaa n. 1550 - 1560°C:n lämpötilat, jolloin holvin holvilämpötila ei nouse selkeytysosan 2 yläpuolella 1580°C:een yli. Sulatusosan 3 lämpötilat ovat sitä vastoin huomattavasti alhaisempia. Ne ovat seoksen panostuksesta selkeytysosaan 2 päin 1100 - 1300°C.

Homogenointiosassa 2a tapahtuu lasin homogenointi jäähdytyksessä, niin että säätyy optimaalinen lämpötilakerrostuma, joka estää optimaalisesti kiertävät virtaukset ja siten epäpuhtauksien pääsyn tyhjennykseen 19.

Säteilysuojamuureilla 5, 7 ja 8 säädetään kaasunopeudeksi seoksen päällä n. 10 - 15 m/sek., joka sallii säteilylämmönsiirron lisäksi myös määrätyn konvektiivisen lämmönsiirron. Säteilysuo-jamuurit on muodostettu tällöin esim. suorien kaarien mukaisesti, kuten suurissa "Doghaus"-kaarissa.

Syötetty sähköenergia voidaan edelleen valita siten suhteessa polttimien kautta syötettyyn energiaan, että NOx-massavirta ei ylitä sallittuja arvoja. Sähköenergian osuuden ollessa korkeampi NOac-massavirta laskee tällöin ja se kasvaa osuutta vähennettäessä.

Keksinnön mukainen lasinsulatusuuni voidaan valmistaa taloudellisesti, koska seoksen panostusosassa voidaan käyttää alhaisempien lämpötilojen johdosta halpaa tulenkestävää materiaalia.

Keksinnölle on olennaista, että koko lasinsulatusuuni, poisto-kaasun ja lämmitetyn palamisilman putket eristetään hyvin.

8 86985

Siitä huolimatta on ammattihenkilölle yllättävää, että spesifinen energiankulutus voidaan vähentää tähän asti saavuttamattomaan arvoon, joka on 3100 - 3400 kjoulea/kg lasia.

Vyöhykkeeksi I merkityssä selkeytysosassa polttimia käytetään ilman alimäärällä, niin että käytännöllisesti katsoen ei muodostu mitään typpimonoksidia (NOx), koska palaminen on epätäydellistä. Polttokaasut saapuvat sitten vyöhykkeelle II, nimittäin sulatusosaan ja siellä vyöhykkeen II virtauksen mukaisessa alussa, jossa vallitsee jo n. 150° alhaisempi lämpötila kuin vyöhykkeellä I, polttimia käytetään ilman ylimäärällä syötettyjen hiilivetyjen täydellisen palamisen aikaansaamiseksi, niin että vältetään hyötysuhdehäviö. Tässä vallitsevan olennaisesti alhaisemman lämpötilan johdosta ei myöskään esiinny käytännöllisesti katsoen yhtään NOx:ä, niin että poistokaasut ovat saapuessaan atmosfääriin käytännöllisesti katsoen NOx-vapaita. Keksinnön mukainen lasinsulatusuuni voi toimia siis myös edullisesti taajaan asutuilla alueilla.

Edelleen on olennaista, että työskennellään seoksella, jossa on suuri osuus sirpaleita ja loput tavanomaista seosta, niin että on mahdollista käyttää uunia halvoilla perusaineilla. Yhä kasvavien palautettujen jätelasimäärien johdosta, joita ei voida tällä hetkellä vielä erottaa värien mukaisesti, sulatusammee-seen tulee sirpaleita, joilla on erilainen hapetuspotentiaali. Erilaisen hapetuspotentiaalien omaavien lasien reaktiossa keskenään muodostuu vahva vaahto kylvyn pinnalle, joka heijastaa liekkisäteilyn ja estää voimakkaasti lämmön virtausta lasikyl-pyyn.

Tätä vaahtoa voidaan vähentää voimakkaasti pelkistävällä palamisen ohjauksella, niin että uusi amme toimii epäsuotuisissa olosuhteissa käytettäessä suuria määriä jätelasia edullisemmin kuin tavanomaiset ammeet.

9 B 6 9 S 5 Säästö, joka saadaan käyttämällä halvempia raaka-aineita, voittaa tällöin pitkälti kustannukset, jotka tarvitaan suurempaan energiantarpeeseen vaahdonmuodostuksessa.

Syötetty seos tai vast, syötetyt sirpaleet voidaan myös vielä esilämmittää. Polttokaasut vedetään pois selkeytys- ja sulatus-osasta 2 ja 3 seoksen panostusalueella ja ohjataan vastavirrassa sekä seoksen että sirpaleiden ohi ennen kuin ne poistetaan ympäristöön syklonin kautta puhdistettuina. Kiintoaineet palaavat tällöin syklonista seossäiliöön, josta ne poistetaan tai putoavat ulos polttokaasuvirtaa vastaan. Sirpaleiden ohjauska-navassa ohjattujen sirpaleiden läpi virtaa polttokaasuvirta, jolloin sirpaleiden ohjauskanava muodostuu yksittäisistä pinnoista (pelleistä), jotka ovat etäisyydellä toisistaan ja ovat vinosti sisäänpäin kaltevia, niin että polttokaasuvirta voi saapua näin muodostettujen välirakojen kautta sirpaleisiin.

Claims (10)

1. Energiaa säästävä menetelmä lasin sulattamiseksi lasinsula-tusuunissa, jossa seos sulatetaan sulatusosassa, selkeytetään sulatusosaan liittyvässä selkeytysosassa, homogenoidaan tämän jälkeen tähän liittyvässä korotetun kylpysyvyyden omaavassa homogenointiosassa ja vedetään siitä pois, jolloin seos panostetaan sulatusosan alussa ja seosta panostettaessa energiaa syötetään elektrodien kautta, ja jossa on selkeytysosaan järjestetyt polttimet energian syöttämiseksi, ja lämmönvaihtimet palamiskaasujen ja polttimiin syötetyn polttoilman välistä energianvaihtoa varten, tunnettu siitä, että pääosa sulatusenergian syötöstä tapahtuu fossiilisen polttoaineen polttimissa selkeytysosassa, savukaasut kulkevat sulatusosan yli vastavirrassa seoksen suhteen, ne vedetään pois lähellä seoksen panostusta ja sulatusosan läpi virtaa pinnalla selkey-tysosasta tuleva virtaus vastavirrassa seoksen suhteen ja että on olemassa liekkisäteilyn selkeytysosasta sen rajalla ja sula-tusalueen yläpuolella absorboivat toimenpiteet, minkä johdosta tila sulatteen yläpuolella on jaettu erilaisen lämpötilan omaaviin vyöhykkeisiin, joissa korkein lämpötila esiintyy selkeytysosassa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että korkeimman lämpötilan omaavassa selkeytysosassa (vyöhyke I) polttimia käytetään typpimonoksidin muodostumisen vähentämiseksi ilman alimäärällä ja savukaasuvirtauksesta katsottuna seuraavassa pienemmän lämpötilan omaavassa osassa (vyöhyke II) sisäänvirtaukseen järjestettyjä polttimia käytetään polttamisen täydentämiseksi ilman ylimäärällä. 1 Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vyöhykkeen II lämpötila säädetään n. 150xC alhaisemmaksi kuin vyöhykkeen I lämpötila. n 86985

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että seos sisältää suuren sirpaleosuu-den.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että savukaasut poistuessaan lämmönvaihtimista virtaavat sirpaleiden läpi ja tällöin ne jäähdytetään lämpötilaan, joka on niihin sisältyvien nestemäisten aineosien kastepisteen yläpuolella.

6. Lasinsulatusuuni jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukaisen menetelmän suorittamiseksi, jossa uunissa on sulatusosa, korotetun kylpysyvyyden omaava homogenointiosa ja näiden välissä oleva pienemmän kylpysyvyyden omaava selkeytysosa, johon on järjestetty polttimet fossiilisen energian syöttämiseksi, ja seoksen panostusosaan on järjestetty elektrodit (6) sähköenergian syöttämiseksi seoksen panostusalueelle, ja lämmönvaihtimet on järjestetty polttoilman lämmittämiseksi, jolloin polttokaa-sujen poisto ja seoksen syöttö tapahtuu sulatusosan alussa, tunnettu siitä, että kuuman virtauksen muodostamiseksi vastavirtana seoksen liikkeen suhteen sulatusosan pohja (9) laskee selkeytysosasta seoksen syöttöön päin, ja uunin katossa (1) on selkeytysosan (2) (vyöhyke I) ja sulatusosan (3) (vyöhyke II) välissä ainakin yksi lähes kylvyn pintaan (4) ulottuva säteilysuojamuuri (5).

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen lasinsulatusuuni, tunnettu siitä, että lasku tapahtuu jatkuvasti sulatusosan (3) pituudella ja selkeytysosan (2) pohja kulkee vaakasuorasti.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen lasinsulatusuuni, tunnettu siitä, että sulatusosassa (3) on vähintään yksi toinen säteilysuojamuuri (7). i2 86985

9. Jonkin patenttivaatimuksen 6-8 mukainen lasinsulatusuuni, tunnettu siitä, että lämmönvaihtimet on muodostettu rekuperaattoreiksi ja jaettu korkea- ja matalalämpötilaosaan (10 ja 11).

10. Patenttivaatimuksen 7 mukainen lasinsulatusuuni, tunnettu siitä, että selkeytysosan (2) tai sulatusosan (3) pohjaan (9) on asennettu laitteet ilman puhaltamiseksi sisään ("bubbler”).

11. Jonkin patenttivaatimuksen 6-10 mukainen lasinsulatusuuni, tunnettu siitä, että sirpaleiden esilämmittämiseksi on järjestetty sirpaleiden ohjauskanava, joka muodostuu vinosti alaspäin ja sisäänpäin kulkevista pinnoista, joissa on niiden väliin muodostetut aukot kuumien palamiskaasujen sisäänpääsyä varten. 13 86985