HU215813B

HU215813B - Eljárás öblösüveggyártó kemence véggázának nátrium-oxid-tartalma csökkentésére, és javított öblösüveggyártó kemencék

Info

Publication number: HU215813B
Application number: HU9303367A
Authority: HU
Inventors: David Alan Bird; Robin Maxwell Mcintosh; Richard Quirk; Ian Nigel William Shulver
Original assignee: Pilkington Glass Ltd.
Priority date: 1992-11-27
Filing date: 1993-11-26
Publication date: 1999-02-01
Also published as: TR27074A; NO934262L; ES2106290T3; GR3024758T3; EP0599547A1; CZ285317B6; HUT65984A; US5573568A; FI935241A; US5820651A; DK0599547T3; DE69312228T2; HU9303367D0; ATE155444T1; JP3313856B2; RU2107667C1; ATE181717T1; CZ256193A3; CN1092388A; AU5073093A

Description

A találmány lényege, hogy a kemence (2) öblösüveg-előállító kemence, a regenerátorok (4, 6) tömítettek, és a fűtőanyagot a szükségeshez képest feleslegben táplálják be legalább az olvasztókamrához (18), vagy a tömített regenerátorokhoz (4, 6), így a tömített regenerátorokban (4, 6) lévő füstgázokban az éghető anyagokat az ugyancsak a füstgázokban lévő NO_x-gázokkal reagáltatják, majd az éghető anyagot annyi levegővel reagáltatják, ami szükséges a kemencét (2) a tömített regenerátorokon (4, 6) keresztül elhagyó és a környezetben kilépő NO_x-gázoknak a megengedhető értékre csökkentéséhez.

A találmány az eljárást megvalósító berendezésre is kiterjed.

HU 215 813 B

1. ábra

A leírás terjedelme 16 oldal (ezen belül 3 lap ábra)

HU 215 813 Β

A találmány tárgya eljárás öblösüveg tárgyak gyártására alkalmas üvegolvasztó kemence regenerálási egységéből távozó véggázok NO_X- és CO-tartalmának csökkentésére. Az NO_X a nitrogén-oxidok rövidített jelölése, amelyek lehetnek például NO és NO₂.

A szakirodalomban régóta ismert, hogy a fűtőolajjal működő égőt alkalmazó berendezésekben, amelyekben a sztöchiometrikus aránynál kisebb arányokat alkalmaznak (azaz a levegő: fűtőolaj arány kisebb, mint a teljes égéshez szükséges mennyiség), kevesebb NO_x-mennyiséget eredményeznek, mint azok az égők, amelyek sztöchiometrikus mennyiségekkel működnek. Ilyen égőket korábban a szakirodalomban leírtak, például az US-A-4878830 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásban, amelyben egyben összefoglalták a korábban a szakirodalomban leírt hasonló berendezéseket. A JP-A-55-8361 számú (48134/84 vizsgálati szám) japán szabadalmi bejelentés leírásában olyan berendezés működését írták le, amelyben egy üveggyártó kemencében utóégőfejeket alkalmaztak abból a célból, hogy további fűtőolajat vezessenek be a kemencébe, a kemenceszájnyílás közelében, a regenerátor, a hőcserélő kamra vagy a kéményhez közeli helyzetben. Az US-A-4347072 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásban leírták ezt a fenti bejelentést, és rámutattak a JP-A-55-8361 számú japán szabadalmi bejelentés szerint működő üvegkemencékben fellépő problémákra. Az US-A-4347072 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásban leírtak egy alternatív működtetési eljárást, amelynek során szénhidrogéneket vezetnek be az égéstermék gázokból keletkező hulladék füstgázokba az üvegolvadék fölött, majd ezt a felesleg fűtőolajat a kemencében elégetik, és így az olvasztási eljáráshoz hőenergiát szolgáltatnak.

A szakirodalom szerint mindig azt feltételezték, hogy amennyiben az üveggyártó kemencét redukáló olvasztási körülmények között működtetnék, azaz sztöchiometrikusnál kisebb körülményeket alkalmaznának, gyenge minőségű üveg lenne előállítható.

Az US-A-4559100 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásban olyan eljárást ismertettek, amelynek során az üvegolvasztás környezetében a körülményeket úgy alakítják, hogy megakadályozzák a sztöchiometrikus alatti értékre történő csökkenést, hogy elkerüljék a gyenge minőségű üveg képződését. Az eljárás során az olvasztókamrába további adalék fűtőanyagot kell bevezetni olyan áramlási sebességgel és térfogatban, ami elengedő ahhoz, hogy az üveg fölötti tartományban oxigénben gazdag részt biztosítson, és efölött egy fűtőanyagban gazdag régió jöjjön létre, továbbá, viszonylag alacsony felesleg levegőmennyiséget és legalább lényegében teljes égést biztosít abban az időpontban, amikor az égéstermék gázok az olvasztókamrát elhagyják. Az üvegolvasztó tartályokban a sztöchiometrikus alatti körülmények nyilvánvalóan időről-időre kialakulnak, és ezek gyenge minőségű üveget szolgáltatnak, ennélfogva a tervezők arra törekszenek, hogy folyamatos működésben a kemencében redukáló körülmények elkerülésével dolgozzanak.

Kísérleteink során azt találtuk, hogy az üvegolvasztó tartály fűtőrendszeréből távozó füstgázokban a hulladékgázok NO_x-tartalma csökkenthető azáltal, hogy biztosítjuk, hogy a kemencét elhagyó és a regenerátorba belépő hulladék gázok teljesen el nem égett tüzelőanyagot tartalmazzanak. Valamennyi korábban javasolt eljárás esetében, amelyek során nem sztöchiometrikus körülmények között dolgoztak, az olvasztókamrára koncentráltak, és biztosították, hogy az olvasztókamrában mindenkor oxidáló körülmények legyenek - illetve, amennyiben felesleg üzemanyagot tápláltak be, biztosították, hogy az a regeneráló rendszerbe kerülés előtt teljesen elégjen -, vagy azt biztosították, hogy a tüzelőanyagnak a regenerátoron történő áthaladásakor minden esetben oxidáló körülmények legyenek. A találmány azon a felismerésen alapszik, hogy a távozó füstgázokban az NO_Xmennyisége minimálisra csökkenthető regeneratív üvegolvasztó tartályok esetében akkor, ha biztosítjuk éghető anyagok jelenlétét a távozó gázokban, miközben ezek a gázok a regenerátorokon áthaladnak. Az éghető anyag a találmány esetében el nem égett tüzelőolaj, a tüzelőolajból hő hatására keletkezett éghető anyag, és egyéb, a pirolízis révén keletkezett maradványok keveréke. A keverék egy része alkalmas arra, hogy a hulladék gázokban található NO_x-gázokkal reagáljon, és ezeket veszélytelen anyagokká alakítsa. Alapvető fontosságú, hogy tömített regenerátort alkalmazzunk abból a célból, hogy a regenerátorba a levegőbeszivárgást megakadályozzuk, és így elkerüljük a tűzálló borításon vagy rácsszerkezetben a nem szabályozott égést, amely csökkentené a hulladék gázokból történő NO_x-eltávolítás hatásosságát. Közelebbről, az égőket az égőblokk-regenerátorok bemeneti nyakrész tűzálló burkolatán helyezzük el. Ezen túlmenően gondoskodunk arról, hogy a rácsszerkezetben ne legyen levegőfelesleg, amely nem szabályozott tüzelőanyag-égést okozna, és amiből következően a rácsszerkezeten belül túlhevülés miatt károsodás keletkezhetne. Az éghető anyagot általában levegő adagolásával égetjük el, előnyösen akkor, miután már elhagyta a regenerátorok rácsszerkezetét, vagy a rácson belüli pontokon, a regeneráló rendszeren belül uralkodó hőmérséklettől függően.

A találmány tárgya tehát regeneratív üvegolvasztó kemence működtetésére és a kemencéből távozó füstgázokban az NO_x-emisszió csökkentésére, ahol a kemence olvasztókamrával és hőcserélőként működő regenerátorokkal rendelkezik, és az eljárás során levegőt és fűtőanyagot táplálunk a kemence olvasztókamrájába, megfelelő minőségű és megfelelő hozamú üveg előállítására. Az eljárás lényege, hogy a kemence öblösüvegelőállító kemence, a regenerátorok tömhettek, és a fűtőanyagot a szükségeshez képest feleslegben tápláljuk be legalább az olvasztókamrához vagy a tömített regenerátorokhoz, így a tömített regenerátorokban lévő füstgázokban az éghető anyagokat az ugyancsak a füstgázokban lévő NO_x-gázokkal reagáltatjuk, majd az éghető anyagot annyi levegővel reagáltatjuk, ami szükséges a kemencét a társított regenerátorokon keresztül elhagyó és a környezetbe kilépő NO_x-gázoknak a megengedhető értékre csökkentéséhez.

HU215 813B

Az alkalmazott kemence lehet hosszirányú vagy keresztégős kemence. Az öblösüvegtermékek lehetnek például tartályok, mint például üvegek vagy szélesszájú üvegedények, ivópoharak, különféle háztartási, asztali étkezőedények, illetve préselt üvegedények stb.

A találmány szerinti eljárás egyik lehetséges megvalósítása során (a továbbiakban „1 típusú” működtetés) úgy járunk el, hogy lényegében sztöchiometrikus alatti körülményeket alkalmazunk a kemence olvasztóterében úgy, hogy az olvasztóterületre felesleges fűtőolajat juttatunk, és lehetővé tesszük, hogy a kemencét a tömített regenerátorokon keresztül a hulladék füstgázokkal kevert éghető anyag hagyja el. A találmány szerinti eljárás másik kivitelezése esetében (a továbbiakban „2 típusú” működtetés) az olvasztókemencében limitált mennyiségű égési levegő alkalmazásával lényegében sztöchiometrikus állapotot hozunk létre, és a tüzelőolajat a füstgázokba akkor juttatjuk be, amikor ezek az olvasztóterületet elhagyják, és belépnek a tömített regenerátoregységbe. Ennél a megoldásnál akár felesleg levegő, akár felesleg tüzelőolaj lehet jelen az olvasztókemencében. A kemence utáni tüzelőolaj-beadagolást égőrendszeren keresztül vagy a bemeneti nyílás területén található további különálló tüzelőolajégő segítségével végezhetjük. A hulladék füstgázokhoz mindkét esetben levegőt adagolunk, amikor ezek elhagyják a regenerátor rácsszerkezetét, abból a célból, hogy a hulladék füstgázokból a pótlólagosan adagolt levegő segítségével lényegében valamennyi éghető anyagot kiégessünk.

A jellegzetes, gázzal fűtött üvegolvasztó kemencékben az olvasztási eljárást körülbelül 5% felesleg levegő alkalmazásával hajtják végre, amely általában a hulladék füstgázokban körülbelül 2500 mg/m³ NOx-tartalmat eredményez. A jelen leírásban a koncentrációkat (azaz mg/m³) TALuft körülményekre adjuk meg, azaz 8% O2 oxigéntartalom mellett a száraz füstgáz térfogatban, és az NO_x-kibocsátást NO₂-értékben adjuk meg. A térfogatmérés értékeit minden esetben 760 Hgmm (101,3 kPa) nyomás és 0 °C hőmérséklet értékre, a ppm-értékeket pedig térfogategységre vonatkoztatjuk. Vizsgálataink során azt találtuk, hogy az ismert megoldásokhoz képest csökkentett mennyiségű levegőfelesleg, azaz sztöchiometrikus vagy sztöchiometrikus alatti körülmények alkalmazása nemcsak kevesebb mennyiségű NO_X képződését eredményezi az olvasztókamrában, hanem a felesleg fűtőolaj a regenerátorokban csökkenti az NO_X mennyiségét és azt N₂-gázzá alakítja. Ez a kettős hatás jelentős csökkenést okoz a fáradt füstgázokban kibocsátott NO_X mennyiségében. A találmány szerinti eljárással elérhetjük, hogy a kibocsátott füstgáz NO_x-tartalma kisebb, mint 500 mg/m³ legyen.

A korábbi elképzelésekkel ellentétben azt találtuk, hogy egy üvegolvasztó kemencét vagy tartályt lényegében redukáló körülmények között üzemeltetve - szemben a korábbi tapasztalatokkal, amelyek rossz minőségű üveget említenek - működés közben lehetséges a fűtőolaj-mennyiség, illetve az égésilevegő-betáplálás olyan beállítása az olvasztótartályban, hogy a reakció körülményei lényegében sztöchiometrikus arányok alattiak, anélkül, hogy az üveg minősége rosszabb lenne. Kísérleti eredményeink alapján úgy véljük, hogy ez csak akkor érhető el, amennyiben a kemencében a sztöchiometrikus arányokat pontosan szabályozzuk, és a sztöchiometrikus alatti körülményeket felesleg fűtőolaj alkalmazásával biztosítjuk, és azt nem az elégtelen menynyiségű levegő adagolással hozzuk létre. Ellenkező esetben nem áll rendelkezésre elegendő hőenergia az olvasztási eljárás céljára, és az üveg minősége és/vagy hozama valóban károsan módosul. Előnyösen a kimeneti nyílás területén nemcsak az oxigén mennyiségét mérjük, hanem mérjük az el nem égett, betáplált fűtőolaj mennyiségét is. Ez azért szükséges, hogy biztosítsuk, hogy a kemencében sztöchiometrikus alatti körülmények esetében is megfelelő mennyiségű fűtőolajat égessünk el ahhoz, hogy a megfelelő minőségű és megfelelő sebességű olvadt üveg képződjön.

A találmány szerinti eljárás a fűtőolaj égése során keletkező füstgázok NO_x-tartalmát csökkenti; a kemence alkalmas öblösüvegtermékek előállítására szolgáló olvadtüveg-előállító és olvasztókamrát, valamint tömített regenerátorrendszert foglal magában. Az éghető anyagok és az oxigén mennyiségét az olvasztókamrában a gázáramban legalább egy helyzetben mérjük és a fűtőolaj és az égéshez szükséges levegő mennyiségét a mérés eredményeinek megfelelően szabályozzuk abból a célból, hogy az olvasztókamrában az átlagos sztöchiometria a teljes égéshez szükséges sztöchiometriai menynyiség alatti érték legyen, ugyanakkor biztosítsuk, hogy az elégetett fűtőolaj mennyisége megfelelő legyen ahhoz - és ne legyen annál kisebb -, hogy az olvasztókamrában lezajló olvasztáshoz és fmomítási folyamathoz szükséges hő rendelkezésre álljon, majd ezt követően a füstgázokhoz, miután az olvasztókamrát elhagyták (amely kamrát esetenként olvasztó- és finomítókamrának nevezünk) és mielőtt a környezetbe kerülnek, további égéshez szükséges levegőt biztosítunk, hogy a füstgázokban maradó éghető anyagok teljes égése megvalósuljon.

Az alkalmazott kemence lehet hosszanti égőfej vagy keresztirányú égőfej szerkezetű. A hosszanti irányú, előnyösen alkalmazható kemence kimenetpárokkal rendelkezik az olvasztó- és finomítókamra vége mentén, és tömített regenerátorpárral rendelkezik, amelyek mindegyike a megfelelő kimenettel közlekedik.

A találmány szerinti eljárásban előnyösen alkalmazható hosszanti fűtésű kemence jellemzően olyan, amely tartályok előállítására alkalmas olvadt üveg képzésére szokásos.

A találmány szerinti eljárásnak megfelelően természetesen az oxigén- és az éghetőanyag-tartalom a gázáramban mérhető. Ezt a mérést az olvasztó- és finomítókamrát elhagyó füstgázokban is végrehajthatjuk, például a kimeneti vezetékben.

Mint fent leírtuk, egy másik eljárás annak érdekében, hogy a füstgázokkal együtt éghető anyag haladjon át a regenerátorokon, hogy a füstgázokhoz fűtőolajat táplálunk be arra a helyre, ahol ezek a gázok a kemence kivezető nyílásán áthaladnak. Ezt úgy valósítjuk meg, hogy fűtőolaj-betápláló eszközt helyezünk el az utóégőfejeknél. Utóégőfejek a távozó füstgáz útjában he3

HU 215 813 Β lyezhetők el. A fűtőolajat a füstgázokba a füstgáz áramlási irányának megfelelően vagy ezzel ellentétes irányban is bevezethetjük. Az utóégőfejek lehetnek különálló eszközök, amelyek fűtőolajat bocsátanak a füstgázokba vagy lehetnek nemégő égőfejek a füstgázkimeneti oldalon a kemencében, és alkalmasak lehetnek arra, hogy a füstgázáramba fűtőolajat vezessenek be. Az olvasztókamrán belüli körülmények előnyösen sztöchiometrikus vagy ez alatti körülmények, annak érdekében, hogy elkerüljük azt, hogy több fűtőolajat égessünk el, mint ami az NO_X távozó gáztartalom csökkenés eléréséhez szükséges.

A másodlagos levegőt olyan helyzetben vezetjük be a regenerátor/füstgáz rendszerbe, ahol a hőmérséklet lehetővé teszi az éghető anyagok gyulladását, és így biztosítja a teljes égést, illetve azt, hogy a környező légtérbe kikerülő gázok lényegében éghető anyagtól mentesek legyenek. Alapvetően fontos, hogy a regenerátorberendezés tömített legyen a levegőbeáramlással szemben, és így a másodlagos levegőáramnak a rendszerbe való bevezetése szabályozható legyen, és az égés elsősorban a regenerátor-rácsszerkezeten, illetve -burkolaton kívül történjen.

Az éghető anyag mennyisége, illetve a kimeneti nyílásban jelenlévő oxigén mennyisége mérhető in situ, vagy extraktív analízis segítségével, megfelelő berendezések alkalmazásával. Ilyen berendezések magukban foglalhatnak például cirkónium-oxid-próbát, amely az oxigéntartalom-mérésre alkalmazható, illetve katalitikus cellát, amely az éghető anyag mérésére alkalmas. A Teledyne 980 gázanalizátor erre a célra jól alkalmazható. Az NO_X mennyisége mérhető Láncom 6500 hordozható füstgáz-analizátor vagy Signal kemilumin-eszcenciás analizátor segítségével.

A találmány vonatkozik az öblösüveggyártó kemencét elhagyó hulladék füstgázokban a CO-emisszió csökkentésére is, amely kemence szigetelt, hőcserélőként működő regenerátorokkal rendelkezik, és a füstgázokból a CO mennyiségét a regenerátorban úgy távolítjuk el, hogy a CO mennyiségét körülbelül 8% felesleg levegőben elégetjük, a betáplált fűtőanyag elégetésére szolgáló levegő mennyiségre számítva, 650 °C feletti hőmérsékleten.

A találmány tárgya továbbá regeneratív üvegolvasztó kemence, mely kemence rácsszerkezetet tartalmazó és hőcserélőként működő regenerátorokat tartalmaz, továbbá, mely olyan eszközökkel rendelkezik, amely alkalmas a kemencéből távozó füstgázokban az NO_x-emisszió és a kemence olvasztókamráját elhagyó füstgázokba további levegő bevezetésére. A berendezés lényege, hogy öblösüveg gyártására alkalmas, a regenerátorok tömhettek, a kemence úgy működtethető, hogy az NO_X füstgázokban történő emisszióját kisebb, mint 500 mg/m³ értékre csökkenti TALuft körülmények között mérve, és a rácsszerkezet alatt forró levegőt biztosító égői vannak, melyek a hőmérsékletet képesek 650 °C felett tartani.

A találmány szerinti megoldást az alábbiakban példaként ismertetjük, az ábrákra való hivatkozással, anélkül, hogy a csatolt ábrákkal vagy a példaszerű leírással a találmányt korlátoznánk.

Az 1. ábrán bemutatjuk a hosszanti égésű regeneratív kemence keresztmetszetét;

a 2. ábrán szemléltetjük az 1. ábra szerinti kemence hosszmetszeti képét; és a 3-7. ábrák diagramok, amelyek bemutatják, hogy a füstgázokban az egyes alkotóelemek - mint például NO_X és CO - különféle működési körülmények között a találmány szerinti berendezésben hogyan változnak.

Az 1. és 2. ábrák a regeneratív üvegolvasztó 2 kemencét mutatják, amely hosszanti fűtésű, jellemzően tartályok előállítására alkalmazható üveg olvasztására. Más esetben azonban erre a célra alkalmazható a keresztirányú, fütött berendezés is. A keresztirányú berendezés lehet több bevezetőnyílású kemence is.

A bemutatott kiviteli alak szerinti 2 kemence hosszanti fűtésű, amely magában foglalja a tömített 4 és 6 regenerátorokat, egymás mellé helyezett szerkezetben. A 4 és 6 regenerátorok nyitható nyílásokkal láthatók el, hogy lehetőség legyen a berendezés megfigyelésére, levegő bevezetésére az éghető anyagok teljes elégetésének céljából, mérőműszerek beillesztésére stb. A 4 és 6 regenerátorok mindegyike egy 8 alsó kamrából, a 8 alsó kamra felett elhelyezkedő tűzálló 10 rácsszerkezetből és a 10 rácsszerkezet felett elhelyezkedő 12 felső kamrából állnak. A 4 és 6 regenerátorok mindegyike saját 14 és 16 nyílással rendelkezik, amelyek a megfelelő 12 felső kamrát összekötik a 2 kemence 18 olvasztó- és finomítókamrájával, továbbá mindegyik 4 és 6 regenerátor rendelkezik a megfelelő 20 és 22 égésilevegő-bevezetővel, amelyek a 4 és 6 regenerátorok megfelelő 8 alsó kamrájában találhatók. A 20 és 22 égésilevegő-bevezetők az égésilevegő-forrással öszsze vannak kötve, ugyanakkor úgy helyezkednek el, hogy a füstgázok számára szolgáló kéménnyel is összeköttetésben legyenek (a kémény az ábrán nincs feltüntetve). Egy vagy több 24 és 26 égőfej (amelyek közül az ábrán minden esetben csak egyet ábrázoltunk) található a megfelelő bevezető 14 és 16 nyílások 28 és 30 nyakánál elhelyezve. A 24 és 26 égőfejek arra a célra szolgálnak, hogy az üvegolvasztó kemencében alkalmazható, és a 18 olvasztó- és finomítókamrában az üveggyártásra alkalmazott anyagok megolvasztásához és finomításához megfelelő hőt szolgáltató gáz vagy folyékony halmazállapotú fűtőanyagot elégessék. A 18 olvasztó- és finomító-kamrába a 32 kamravégen az üvegkészítéshez szükséges anyagokat betápláljuk. A másik 34 kemence végnyíláson a 36 olvadtüveg-elosztó található, amely több 38 nyílást tartalmaz, ezeken keresztül a 18 olvasztó- és finomítókamrából az olvadt üveg eltávolítható. Az üveg a 18 olvasztó- és finomítókamrából egy garaton keresztüljuthat el a 36 olvadtüveg-elosztóba.

Működés során a tömített 4 és 6 regenerátorokat ciklusban alkalmazzuk, és az égésilevegő-, illetve füstgázciklusokat felváltva alkalmazzuk. így például az egyik ciklus során a 20 égésilevegő-bevezetőn keresztül égési levegő áramlik a tömített 4 regenerátor 8 alsó kamrájába. Ezután az égési levegő keresztülhalad a tömített 4 regenerátor 10 rácsszerkezetén, ahol előmelegí4

HU215 813 Β tése megtörténik, majd az égési levegő a 14 nyíláson és a 28 nyakon keresztül a 12 felső kamrán halad át, ezután az égési levegő a 18 olvasztó- és finomítókamrába kerül. A 24 égőfej működésbe lép, a 18 olvasztó- és finomítókamrából a füstgázok a másik tömített 6 regenerátor 16 nyílásán keresztül ebbe a tömített 6 regenerátorba kerülnek, ahonnan ezek a füstgázok a 22 égésilevegő-bevezetőn (vezetéken) keresztül kiáramlanak. A gázáram a következő ciklusban ellentétes irányú, és a 24 égőfej helyett a 26 égőfej működik.

A 24 és 26 égőfejek többféle konfigurációban is elrendezhetők, lehetnek például nyíláson belüli, nyílásoldali, illetve a nyílás alatti konfigurációban. A fűtőanyag, például a földgáz, a 24 égőfejből kerül betáplálásra az égetési ciklus alatt (amely a bemutatott ábrán nyílás alatti égő elrendezést jelent) a tömített 4 regenerátorból kikerülő előmelegített levegőáramba. A kialakult láng illetve az égéstermékek, amelyek a lángban keletkeznek, a 14 nyílástól az olvadt üveg felületén haladnak keresztül, hőt adnak át a 18 olvasztó- és finomítókamrában lévő üvegnek.

A 18 olvasztó- és finomítókamrából kikerülő gázok éghetőanyag- és oxigéntartalmának mérésére alkalmas berendezések találhatók minden egyes szájnyílásban, illetve a 4 és 6 regenerátorok kimeneténél, továbbá a kémény alján. A füstgáz útja során a mérési helyeket az 1. ábrán az (1) jellel jelezzük. Az olvasztásra szolgáló 2 kemencét olyan módon működtetjük, hogy a 2 kemence füstgáz- vagy elhasználtgáz-oldalán a regenerátorba jutó el nem égett/részben elégett/pirolizált anyag egy további beadagolt levegőárammal találkozzon - erre az adagolásra megfelelő eszköz szolgál - abból a célból, hogy a 18 olvasztó- és finomítókamrát elhagyó füstgázokban lényegében teljes égés jöjjön létre, és a légtérbe a kéményen keresztül csak igen kis mennyiségű éghető anyag jusson ki, illetve egyáltalán ne kerüljön éghető anyag a hulladék füstgázba. A levegő direkt módon, lyukakon keresztül adagolható a kürtőbe vagy a levegő természetes beszivárgás révén is bekerülhet a kéménybe, a természetes szivárgás körülbelül a teljes kemence levegőszükségletének 10%-a lehet. Az adagolt másodlagos levegőt az 1. ábrán a (2) helyzetben adagolhatjuk. Bármely maradék éghető anyag végső égése ezután a (3) helyzetben történik meg. A véggázokban, illetve füstgázban az éghető anyag körülbelül 70%-a szén-monoxid, a többi éghető anyag pedig főként hidrogén.

Az 1. és 2. ábrákon bemutatott üvegolvasztó kemence működtetése során a találmány szerinti eljárás egyik lehetséges megvalósítási módja szerint (azaz 1 típusú működtetés) az égőfejekbe vezetett fűtőanyagot és az égéshez szükséges levegőt a szájnyílásnál mérjük, és a szabályozott mennyiségű betáplálást úgy végezzük, hogy az olvasztókamrában, illetve az olvasztókamra bármely pontján az égéshez szükséges levegőbetáplálás kevesebb legyen, mint ami a betáplált fűtőanyag teljes égéséhez szükséges. Általában az égési levegő mennyiségét úgy határozzuk meg, hogy amennyiben ez több, mint a betáplált fűtőanyag teljes égéséhez szükséges sztöchiometrikus levegőmennyiség, akkor ez levegőfelesleg százalék, pozitív értékű forma. A jelen példa esetében, amennyiben a levegő mennyisége kevesebb, mint a teljes égéshez szükséges mennyiség, ugyanilyen elven ezt negatív százalékértékkel fejezzük ki. Ez azt jelenti, hogy a levegőfelesleg mennyiségében beálló változásokat ugyanolyan módon érzékelhetjük - illetve jelezhetjük abban az esetben is -, ha a betáplált levegő mennyisége nagyobb, mint a teljes égéshez szükséges levegőmennyiség, és abban az esetben is, amennyiben ez a betáplált mennyiség ennél kisebb érték. A találmány szerinti eljárás egyik kiviteli módja szerint az egyes nyílásokon betáplált fűtőanyag, illetve a betáplált égési levegő mennyiségét a méréseknek megfelelően úgy szabályozzuk, hogy a kemencén belül az olvasztókamrában a felesleg levegő mennyisége körülbelül

-3%--10% érték legyen a sztöchiometrikus égési levegő mennyiségére vonatkoztatva, előnyösebben

-8%--10% közötti égési levegőt alkalmazunk. Egy többnyílásos kemence esetében a felesleg levegő mennyisége úgy növekszik, hogy értéke az első nyílásnál -15% és az utolsó nyílásnál 0%. Az egyes nyílásokon az első és az utolsó nyílás között bevezetett levegő mennyisége lehet állandó -15% érték, vagy ez az egyes nyílások esetében változhat úgy, hogy az átlagos érték -9% legyen.

A 3. ábrán bemutatjuk, hogyan változik az NO_x-kibocsátás a kemence bevezető szájnyílásainál alkalmazott felesleg levegőmennyiség függvényében. A folytonos vonal az NO_x-koncentrációt jelenti a bevezető szájnyílásban, a szaggatott vonal pedig az NO_x-koncentrációját jelzi a kéményben. Látható, hogy amennyiben kis mennyiségű, -2% alatti felesleg levegőt alkalmazunk a bevezető szájnyílásnál, az NO_x-koncentráció a kéményben csökken a bevezető szájnyílásban lévő koncentrációhoz képest. Ez azt jelenti, hogy NO_Xcsökkenés történt a regenerátorban a bevezető szájnyílás és a kémény között. Az NO_X reakciója elsődlegesen a rácsszerkezetben történik, mivel a felesleg fűtőanyag redukálja az ott található NO_x-molekulákat. A negatív levegőfelesleg-érték természetesen megegyezik a neki megfelelő pozitív fűtőanyagfelesleg-értékkel. Az 1 típusú működtetés esetében a levegőhiánynak a sztöchiometrikus mennyiséghez viszonyítva legalább -3%-nak kell lennie, azaz legalább körülbelül -3% felesleg levegő alkalmazandó a NO_x-csökkentési reakcióra szolgáló szájnyílásban, ami azt jelenti, hogy legalább -3% felesleglevegő-érték érhető el a rácsszerkezet területén, és ennek révén a felesleg tüzelőanyag a rácsszerkezetben az NO_x-tartalom csökkentését eredményezi. Amennyiben nagyobb mennyiségű negatív levegőfelesleget alkalmazunk, azaz nagyobb levegőhiányt biztosítunk ezen a területen, azt találjuk, hogy bizonyos mennyiségű NO_X eltávolítandó gáz található a regenerátor felső kamrájában.

A több nyílással rendelkező kemence esetében azt figyeltük meg, hogy amennyiben az utolsó nyílást kevésbé redukáló/nagyobb mértékben oxidáló körülmények között tartjuk, mint a megelőző nyílást, az üveg minősége károsan nem változik. A felesleg levegő mennyiségére vonatkoztatott érték nemcsak az NO_Xemisszió megkövetelt határértékére vonatkozik, hanem

HU215 813 Β arra a termikus hátrányra, amely abból ered, hogy el nem égett anyag hagyja el az olvasztókamrát, és ez változhat attól függően, hogy milyen olvasztókemencét működtetünk, valamint hogy mekkora az adott helyi követelmények kibocsátási határértéke. Bizonyos esetekben lehetséges a berendezés olyan módon történő működtetése, hogy a felesleglevegő-szintet a haladás irányában eső nyílásnál körülbelül -4% értéken tartjuk, és az a legutolsó nyílásnál körülbelül -1 -0%-ra növekszik. A füstgázok összetételének szokásos nyomon követése (amely az oxigén és az éghető anyagok tartalmára is vonatkozik) lehetővé teszi, hogy mind a fűtőolajat és az égési levegőt úgy tápláljuk be, hogy fenntarthassuk a felesleg levegő egy igen szűk határértéken belüli szabályozását minden egyes bevezetőnyílásban, és így megakadályozzuk az el nem fogadható NO_x-emisszió növekedését, illetve az üvegminőség romlását. Az optimális levegő- és tüzelőanyag-koncentrációt minden egyes bevezetőnyílásban úgy kell meghatározni, hogy a célként kitűzött emissziót eléljük. Ezt azért kell elvégezni, mivel a pontos mennyiségek az egyes nyílások adott jellemzőitől függenek. A bevezető nyílástól-nyílásig történő NO_x-koncentráció optimalizálását úgy mérjük, hogy az áthaladó anyagáramot analizáljuk hordozható mérőberendezést alkalmazva az analizálópontokon, amelyek a kéményben találhatók.

A 2 típusú működtetés során az olvasztókemencét lényegében sztöchiometrikus körülmények között működtetjük, azaz körülbelül 0% felesleg levegőt alkalmazunk, és a füstgázokhoz a kemence kamráján kívül felesleg fűtőanyagot adagolunk. Ez az úgynevezett kemence utáni éghetőfűtőanyag-adagolási mód. A fűtőanyag adagolható például égők segítségével a nem égető oldalon. A hatékonyság, illetve a rácsszerkezet biztonságának előmozdítása érdekében a kemence utáni fűtőanyagot csak akkor adagoljuk, amikor az adott szájnyílás felesleg levegőmennyisége sztöchiometrikushoz közeli vagy ideális esetben sztöchiometrikus alatti. Amennyiben a füstgázokban felesleg levegő található a nyílásban, az adagolt fűtőanyag egy része azonnal elhasználódik, és ez a felső kamrában és a rácsszerkezetben a füstgázok hőmérséklet-emelkedését eredményezi, aminek következtében a rácsszerkezet hőmérséklete megnövekszik.

A 4. ábrán bemutatjuk, milyen kapcsolat van a szájnyílásban (folytonos vonal), illetve a kéményben (szaggatott vonal) lévő NO_x-koncentráció és a szájnyílásban található felesleg levegő között. Látható, hogy amennyiben a berendezést sztöchiometrikus körülmények mellett működtetjük, az NO_x-koncentráció a kéményben csökkenthető azáltal, hogy megnövelt mennyiségű utólagos égési fűtőanyagot adagolunk, amely NO_x-csökkenést eredményez a rácsszerkezetben, és így csökkenti az NO_x-koncentrációt a kéménybe kerülő gázokban. Abból a célból, hogy a regenerátorokban az NO_x-csökkentő reakciókat iniciáljuk, legalább 3% felesleg fűtőanyagot - az elsődlegesen beadott fűtőanyag százalékában kifejezve - adagolunk, előnyösen az utólagosan adagolt fűtőanyagot körülbelül 8-10% feleslegben alkalmazzuk. A 2 típusú működtetés előnye az, hogy az üvegolvasztó kemencében jelentősebb változtatás nem szükséges, attól eltekintve, hogy egy további berendezés kell ahhoz, hogy a nem égető területen további fűtőanyagot adagoljunk. Ezen túlmenően, a 2 típusú működtetés olyan üvegek esetében is alkalmazható, melyeknél az olvasztókemencében a sztöchiometrikus alatti körülmények általában nem megfelelőek.

A kemencét üzemeltethetjük továbbá úgy is, hogy az NO_x-csökkentést úgy érjük el, hogy az 1 típusú és a 2 típusú működtetésnél leírt kondíciókat vegyesen alkalmazzuk. Az ilyen működtetés során a kemencét sztöchiometrikus alatti körülmények között működtetjük, amelynek során legalább -2% felesleg levegőt alkalmazunk a kimeneti nyílásban, és felesleg fűtőanyagot alkalmazunk - például legalább 3% felesleg fűtőanyagot injektálunk a füstgázokba a nem égő oldalon. Az 5. ábra bemutatja a kapcsolatot a kémény áramában lévő NO_x-koncentráció, a rácsszerkezetben mért levegőfelesleg-mennyiség és a nem égő oldalon adagolt másodlagos fűtőanyag között. Látható, hogy körülbelül -2% felesleg levegő, illetve a későbbi fűtőanyag-adagolás nagymértékben csökkenti az NO_x-koncentrációt.

A találmány szerinti eljárás más kiviteli módja során az üvegolvasztó kemence olyan típusú, amelyben az olvasztókemencében történő égetést úgy csökkentjük, hogy hőbetáplálást alkalmazunk, amely a kemencében található elektrotermikus eszközökkel történik.

Az 1 típusú és a 2 típusú működtetés esetében, továbbá a kevert 1/2 típusú működtetés esetében is, a betáplált nyers fűtőanyag megnövelt mennyisége szükséges ahhoz, hogy az NO_X mennyiségét csökkentsük, és ez a mennyiség körülbelül 5-15% felesleg ahhoz képest, amelyet normál esetben megfelelő sebességű és minőségű üveg előállításához használnak.

Abból a célból, hogy az NO_X csökkentése érdekében létrehozott üvegolvasztó kemencében a fűtőanyag szükséges mennyiségének növekedéséből eredő költségeket csökkentsük, a berendezést úgy működtethetjük, hogy kiküszöböljük a megnövelt fütőanyagköltségeket úgy, hogy az üvegolvasztó kemence termikus hatásosságát megnöveljük, például azáltal, hogy a kemencébe táplált égési levegőhöz gőzt adunk.

Amennyiben az égési kemencébe táplált sztöchiometrikus mennyiségű levegőhöz körülbelül 6 térfogat% mennyiségű gőzt adagolunk (ahol valamennyi térfogatérték 0 °C-ra, 1,33 χ 10² Pa nyomásra van vonatkoztatva), ez az üvegolvasztó kemence termikus hatékonyságát körülbelül 5%-kal megnövelheti. A levegő előmelegítését elősegítheti a sugárzási hőátadás a rácsozat és ennél nagyobb mértékben a regenerátor felső kamrája között úgy, hogy az égési levegőben a sugárzási hő átadásában szerepet játszó gáz alkotóelemek mennyiségét megnöveljük.

A füstgázok rendelkezésre álló hőtartalmának növekedése, amely a kemencében 5-15% mértékben megnövelt tüzelőanyag-égetésből ered, amely mennyiség az NO_X mennyiségének csökkentéséhez szükséges, felhasználható közvetlenül gőz termelésére a fenti vagy egyéb célok érdekében.

HU 215 813 Β

Az 1 típusú és a 2 típusú működtetés esetében, továbbá a kevert 1/2 típusú működtetés esetében is, a betáplált nyers fűtőanyag megnövelt mennyisége szükséges ahhoz, hogy az NO_X mennyiségét csökkentsük, és ez a mennyiség körülbelül 5-15% felesleg ahhoz képest, amelyet normál esetben megfelelő sebességű és minőségű üveg előállítása céljára használnak.

A találmány szerinti NO_x-csökkentési eljárások hatását a kemence működésére, illetve az egyéb emissziók minőségére ugyancsak vizsgáltuk. A kemence utáni fűtőanyag-beadagolás semmiféle hosszú időn keresztül érvényesülő befolyást nem gyakorolt a kemencéből történő SO₂-emisszióra, és nem tapasztaltuk a füstgázokban a kéményben történő mérés során H₂S-, HCN- vagy NH₃-nyomok jelenlétét sem.

A kemence utáni fűtőanyag-beadagolás továbbá nem befolyásolta a kémény áramához kötött elektrosztatikus leválasztóból nyert por összetételét sem.

A találmány szerinti eljáráshoz kapcsolódva vizsgáltuk továbbá az üvegolvasztó kemence kéményéből kikerülő szén-monoxid-emissziót is. Amennyiben tömített regenerátorokat alkalmazunk, amelyek csak kis mennyiségű levegőbeszivárgást engednek meg a felső kamravagy rácsszerkezetben, valamint a kemencét sztöchiometrikus vagy sztöchiometrikus alatti körülmények között működtetjük, a bemeneti szájnyílásnál adagolt fűtőanyag egy része a kemence megvezető ívében még jelen lesz, azaz a regenerátor végső áramában el nem égett gáz formában található. Az el nem égett gázokat el kell égetnünk, mielőtt ezek a kéményből kikerülnek, és ezek az el nem égett gázok különféle alkotóelemek komplex keverékei, amelyeknek jellemzően körülbelül 70%-a szénmonoxid, a többi része pedig elsődlegesen hidrogén. Ezen túlmenően, az utólag adagolt fűtőanyag egészen 30% mennyiségű vagy ennél több éghető anyagot, mint például szén-monoxidot szolgáltathat, amely egyszerűen a nem tökéletes égéséből származik. Szükséges, hogy a rácsozatszerkezetből kiáramló füstgázokhoz megfelelő mennyiségű levegőt adagoljunk abból a célból, hogy tökéletes égést hozzunk létre, és így biztosítsuk a szénmonoxid és egyéb éghető anyagok teljes égését. Ez a levegő jelen lehet természetes beszivárgás eredményeként, vagy adagolhatjuk közvetlenül is a rácsozatból kikerülő füstgázhoz. Amennyiben a megfelelő levegőmennyiség jelen van, az is szükséges, hogy a hőmérséklet elég magas legyen ahhoz, hogy az oxidáció megfelelő sebességgel megtörténjen. A szén-monoxid és egyéb, a regenerátor alsó részében vagy kürtőjében jelenlévő éghető anyagok égése hőfelszabadulással jár, és ez megnövelt füstgáz-hőmérséklethez vezet, feltéve, hogy a hideg levegő beszivárgása nem túlzott mértékű. Kimutattuk, hogy például a kéményből kikerülő füstgázokban a szénmonoxid-emisszió normál szintre vagy ez alá csökkenthető, feltéve, hogy a regenerátor alsó részében, illetve kürtőjében a hőmérséklet körülbelül 650 °C érték feletti, és megfelelő mennyiségű levegő áll rendelkezésre ahhoz, hogy az éghető anyagok teljes elégése megtörténjen. Azt találtuk, hogy meglepő módon, amennyiben a regenerátor alsó részének, illetve légáram kürtőinek hőmérséklete körülbelül 650 °C érték feletti, CO-csökkentő reakció indul meg, és ez a központi légáramban a kemencében lejátszódik, ahol elég hosszú a gáz tartózkodási ideje a teljes szén-monoxid eltávolításához. Megfelelően alacsony szén-monoxid-szintet érhetünk el a kémény kibocsátott füstgázaiban úgy, hogy egy égőt vagy égőket alkalmazunk, amelyek előhevített levegőt juttatnak a regenerátor alsó részébe, és amelyek a hőmérsékletet körülbelül 700 °C értékre növelik. Vizsgálataink során azt találtuk, hogy a megvezető ívbe felesleg elő nem melegített levegő adagolása akár még a rácsozat felsőbb helyzetében is, önmagában nem elegendő ahhoz, hogy megfelelő mértékű szén-monoxid-égést biztosítsunk az alsó regenerátorkamrában, illetve az áramló füstgázokban, mivel a hőmérséklet túl alacsony, azaz a határérték körülbelül 650 °C érték alatti. Amennyiben a kemencét valamennyi nyílás esetében utólagos kemencefűtőanyag-beadagolással működtetjük, igen alacsony szén-monoxid szint - körülbelül 180 ppm körüli érték - érhető el a kéményben, mivel heves égés történik a főáramban és ez biztosítja, hogy a füstgázok a kritikus, körülbelül 650 °C hőmérsékletet elérik, és ez az érték a fő gázáramban egészen 680 °C értékig emelkedik. Az ilyen magasabb gázáram-hőmérséklet könnyen kezelhető az olvasztókemencében, feltéve, hogy a fő gázáram hőálló vezetéke olyan hőmérséklethatárokra van tervezve, amelynek határértéke nagyobb, mint a CO fő gázáramban történő égése által elért hőmérsékletérték. Ezen túlmenően, amennyiben egy, a veszteséghővel működő kazánt építünk a kémény gázáramába, a kazán előre beállított bemeneti hőmérséklete szükségessé teheti, hogy megemeljük vagy a kazán bemenetét megvezetéssel láthatjuk el abból a célból, hogy a kazán hőkapacitását semmilyen időpontban ne haladjuk meg. Szükséges lehet továbbá, hogy a füstgázokat lehűtsük, mielőtt ezeket a szennyezést kezelő üzembe vezetjük, illetve az elektrosztatikus leválasztóba áramoltatjuk. Ezt vízpermettel és/vagy felesleg levegővel történő hígítással végezhetjük. Abból a célból, hogy a szén-monoxid teljes égéséhez a megfelelő mennyiségű levegőt a regenerátor alsó részében, illetve az áramlási területeken biztosítsuk, szándékos levegőbeszivárgást létesíthetünk a berendezés megfelelő helyzeteiben.

Felismertük, hogy a regenerátorrendszer ideális helyzete abból a célból, hogy a szén-monoxid, illetve más éghető anyagok teljes égését biztosítsuk, az alsó kamra megvezető ív alatti része. Továbbá felismertük, hogy a maximális szén-monoxid-égés körülbelül 8% beszivárgott levegő esetében történik, amely égés a szén-monoxid szintet körülbelül 2000 ppm érték alá csökkenti. A 6. ábrán bemutatjuk a szén-monoxid-koncentráció mennyiségét a levegőadagolás függvényében (folytonos vonal), illetve a hőmérséklet és a levegőadagolás összefüggését (szaggatott vonal) az 1. és 2. ábrákon bemutatott kemence 2 megvezető ív belépőnyílásánál. A szén-monoxid7

HU 215 813 Β koncentrációt és a hőmérsékletet a B helyzetben az áthidaló légjárat középpontjában méljük. A levegő beszivárgása előtt a gázelegy körülbelül 3-6% el nem égett gázt tartalmaz az áthidalóívnél és a füstgázok hőmérséklete 650 °C alatt van, ennélfogva a hőmérséklet és az oxigéntartalom túl alacsony ahhoz, hogy a szén-monoxid-eltávolítás megkezdődjön. Ezt követően levegőbeszivárgást teszünk lehetővé az alsó kamrában a 2 nyílásnál a tisztítónyílásokon keresztül, amelyek közvetlenül a megvezető ív szintje felett helyezkednek el. Ez a levegőszivárgás a megvezető ívben a szén-monoxid 25 000-30 000 ppmes koncentrációját az áthidaló légjárat B helyzetében körülbelül 5000 ppm szén-monoxid-mennyiséggel csökkenti, és körülbelül 2000 ppm értékig történő csökkentés érhető el az áthidaló légjárat B helyzetében. Amint a 6. ábrán bemutatjuk, a beszivárgó levegő mennyiségének növelése növeli a szén-monoxid kiégését és a szén-monoxid maximális csökkentése körülbelül 8% levegőadagolás esetében történik, amikor is a szén-monoxid mennyisége körülbelül 2000 ppm körüli. Amennyiben ennél nagyobb levegőbeszivárogtatást végzünk, további szén-monoxid-kiégés nem érhető el. A megnövelt levegőbeadagolás során a hőmérséklet körülbelül 650 °C maximális értékre emelkedik, amely ugyancsak körülbelül 8% levegőadagolás esetében áll be. A füstgáz hőmérséklete fokozatosan emelkedik a fenti beszivárgás! érték százalékáig, azonban ezt követően a nagyobb levegőbeszivárgással fokozatosan lecsökken. Ez azt mutatja, hogy egy bizonyos levegőbevezetési koncentráció felett a beszivárgás hatásosan lehűti a füstgázokat, és így ez inhibiálja a szén-monoxid oxidációját. Vizuális megfigyelés során megállapíthatjuk, hogy a gázáram egy halványkék gyenge lángot mutat, amely a szén-monoxid oxidációját jelzi, a láng a megvezető ívénél vagy közvetlenül ez alatt kezdődik, és a légjáratban folytatódik, majd a tisztítónyílásnál, ahol a bevezetett levegő találkozik a füstgázokkal, megszűnik. A 6. ábrán bemutatott eredmények azt jelzik, hogy hatásos szén-monoxid-kiégetést érhetünk el körülbelül 8% beszivárgó levegő mennyiségével körülbelül 650 °C fölötti hőmérsékleten.

Abból a célból, hogy javított szén-monoxid-kiégetést éqünk el, a levegő/szén-monoxid keverék hőmérsékletét a megvezető ív alatt megnöveljük úgy, hogy ezen a ponton hőt vezetünk a rendszerbe. A hőmérséklet továbbá úgy is megnövelhető, hogy a légjárat szabályozóreteszeit a regenerálórendszerben elmozdítjuk. Ebben a példában egy földgázzal fűtött nagy levegőfelesleggel működő égőt - amely képes egészen 900 °C hőmérsékletű levegő szolgáltatására - helyeztünk el, és ezt csak a kemence egyik nyílásában tartalmazza a rendszer. Ez az égőfej körülbelül 800 °C fölötti hőmérsékletű levegőt szolgáltat, körülbelül 50 m³/óra égőfej gázáram sebesség mellett, amely körülbelül 6%, nyílásban bevezetett fűtőanyag-mennyiségnek felel meg. A füstgázok hőmérséklete ezzel az eljárással körülbelül 20-30 °C értékkel növelhető. Ez lehetővé teszi, hogy kisebb, mint 300 mg/m³szén-monoxid-tartalmat éqünk el az 1. ábrán bemutatott összekötő légjárat B helyzetében, mivel a szén-monoxid-eltávolítás mértéke megnövekszik.

A 7. ábrán bemutatjuk a szén-monoxid-mennyiség függését, az égőbe bevezetett földgáz mennyiségétől (folytonos vonal), valamint az összekötő légjárat A és B helyzetében a hőmérsékletértékek függését (szaggatott vonal) a földgáz mennyiségétől. Látható, hogy amennyiben a gáz bevezetése az égőben megnövekszik, az A és B helyzetekben a hőmérséklet egyaránt megnövekszik és a szén-monoxid-koncentráció gyorsan csökken. Ezen túlmenően, amennyiben a gázbevezetés megnövekszik, a felesleg levegő a megvezető ív alatt ugyancsak megnő, mivel az égőfej előmelegített levegőt szolgáltat. Látható, hogy az A helyzetben a hőmérséklet körülbelül 650 °C, és a szén-monoxid-koncentráció körülbelül 800 mg/m³értékre csökkent.

Amennyiben a találmány szerinti berendezést a 2 típusú működtetés szerint alkalmazzuk, ez azt jelenti, hogy a kemence utáni helyzetben adagolunk a nyílásokhoz fűtőanyagot, a füstgáz hőmérsékletének emelkedését figyelhetjük meg, amely egyben együtt jár a megvezető ívnél láng keletkezésével, amely a felesleg, de természetes módon beszivárgó levegővel történő spontán égést jelzi. Az ilyen égés az égéstermékekben jelenlévő szénmonoxid bizonyos mértékű oxidálását eredményezi. Amennyiben a fő gázáramban, illetve légjáratban a füstgáz hőmérséklete magasabb, mint 650 °C, különösen jó szén-monoxid-eltávolítást érhetünk el, és azt figyeljük meg, hogy az égés a fő gázáramban, illetve légjáratban a mérési pont után is folytatódik. A természetes levegőbeszivárgással a fő gázáramban, illetve légjáratban a szénmonoxid mennyisége körülbelül 500 ppm, amely a kéményben körülbelül 180 ppm szén-monoxid-tartalomra csökken. Ez összehasonlítható a kéményben eredetileg lévő 250 ppm szén-monoxid-koncentrációval, amely normál működtetési körülmények között van. Ennélfogva a találmány szerinti eljárással elérhetjük az üvegolvasztó kemencéből kikerülő gázok szén-monoxidemissziójának csökkenését.

Feltételezhető, hogy a szén-monoxid oxidatív eltávolítása viszonylag alacsony, körülbelül 650 °C hőmérsékleten, illetve e fölötti hőmérsékleten történhet, ezt elősegíti a füstgázokban víz jelenléte, amely egyébként az elégetett fűtőanyag égésterméke, különösen amennyiben a fűtőanyag metán. Továbbá feltételezhető, hogy a gázokban víz jelenléte csökkenti azt a hőmérsékletértéket, amely mellett a szén-monoxidoxidáció megtörténik, illetve azt a hőmérsékletértéket is, amelynél a szén-monoxid oxidációja maximális értékű.

A találmány szerinti eljárás igen jelentős technológiai előnnyel rendelkezik, mivel jelentősen csökkenti az üveggyártó öblösüvegkészítmények előállítására alkalmas kemencékből kikerülő gáz NO_x-emisszióját. Ez a csökkenés kisebb, mint 500 mg/m³ értékig történhet anélkül, hogy a kemence működésében, illetve szerkezetében jelentős változtatást kellene végrehajtani, illetve anélkül, hogy károsan befolyásolnánk a gyártott üveg minőségét. Az egyéb emisszióértékek is könnyen szabályozhatók, például a szén-monoxid-emisszió kisebb, mint 300 mg/m³ értékig csökkenthető és a porrecirkuláltatást, valamint az elektrosztatikus leválasztást az élj á8

HU 215 813 Β rás nem befolyásolja. A hőkihasználás hatásossága bizonyos mértékben csökken, mivel egészen 15%-os mértékű megnövelt fűtőanyag-szükséglet jelentkezik abból eredően, hogy az üveg minőségének, illetve termelékenységének biztosítása lehetséges legyen, ugyanakkor az NO_x-emissziót csökkentsük. Azonban, mivel nincs szükség a drága NO_x-eltávolító katalitikus rendszer alkalmazására, a találmány szerinti eljárás könnyen és gazdaságosan végezhető a meglévő üvegolvasztó kemencékkel. A találmány szerinti eljárás ennélfogva kevesebb beruházási, illetve kevesebb működtetési költségeket jelentő eljárás egyéb NO_x-mennyiséget szabályozó eljárásokkal összehasonlítva, mint például a szelektív katalitikus redukciós (SCR), a szelektív nem katalitikus redukciós (SNCR) és az oxi-fűtőanyag technológiák, amelyeket a szakirodalomban korábban leírtak.

A találmány szerinti eljárást a további példákon részletesen bemutatjuk. A példák nem jelentik a találmány szerinti eljárás korlátozását.

1. példa

Egy végfütésű regeneratív kemencét használunk, amely „patkó” konfigurációjú, hasonlóan az 1. és 2. ábrákon bemutatott berendezéshez. A berendezés tömített háromszoros áthaladású regenerátorokat tartalmaz, és 75 tonna olvadt üveg/nap kapacitással működik. A kiindulási anyag 55 tömeg% üvegtörmeléket tartalmaz, az égőfejek a bemeneti nyílás alatt vannak, és nehéz fűtőolajjal tápláljuk össze. A kemence minőségi préseltedény-üveget termel, és olvasztási sebessége 2 tonna/m²/nap. A kemence működtetése során a füstgázhőmérséklet a bevezetőnyílásnál átlagosan 1430 °C. A kimeneti nyílás helyén a felesleg levegőmennyiség +15%, és ez 1000 mg/m³ NO_x-koncentrációt eredményez a füstgázokban.

A példa szerint az égést úgy módosítjuk, hogy a kimeneti nyílás szájánál a felesleg levegőmennyiséget -5%-ra csökkentjük. Ez azt eredményezi, hogy a kéményben az alsó részben a füstgáz NO_x-tartalma 250 mg/m³ értékre csökken. Ennélfogva a találmány szerinti eljárás alkalmas arra, hogy a füstgázokban az NO_x-tartalmat körülbelül 75%-kal csökkentse úgy, hogy a kemencét sztöchiometrikus alatti körülmények között működtetjük.

2. példa

Az 1. példa szerinti szerkezetű regeneratív kemencét használjuk, amelyet a kimeneti nyílás szájrészénél körülbelül -7% felesleg levegőmennyiséggel működtetünk, ebben az esetben a kémény alján az NO_x-tartalom körülbelül 275 mg/m³. Kereskedelemben kapható propángázt vezetünk ellenáramban a füstgázok áramába egy vízzel hűtött égőfej-bevezető nyíláson át. A propángáz mennyisége a kemenceolvasztási eljárás céljára bevezetett termikus betáplálásának körülbelül 15%-a. A kémény alján az NO_x-tartalom a mérések szerint körülbelül 100 mg/m³ értékre csökken.

A leírásban a felesleg levegő és az NO_X mennyisége 0 °C hőmérsékletre és 1011 10² Pa nyomásra normalizált. Az 1. és 2. példákban az NO_x-koncentrációt NO₂tömeg-ekvivalensben fejezzük ki a nedves füstgázokban, azonban a 3. példában az ekvivalens tömeg NO₂érték a száraz füstgázokban. A térfogat ugyancsak normalizált 8% oxigéntartalomra, amelyet száraz mintára számítunk.

3. példa

A fenti NO_x-csökkentő technológiát alkalmazzuk egy négy bevezetőnyílású, keresztfutésű kemence ese30 tében, amelyben termékként tartályokat állítunk elő. Átlátszó szóda-mész-szilícium-oxid-üveget olvasztunk üvegedények és kancsók készítése céljából. A kemencét nehéz fűtőolajjal futjük a bevezetőnyílások alatti égőkön keresztül. Elektromos feszültségnövelőt szere35 lünk be, és az erősítés átlagosan körülbelül 650 kW. Az eredményeket az alábbi táblázatban adjuk meg. Az NO_Xemissziót utóégők alkalmazásával csökkentjük, és egy kezdeti, 1785 mg/m³ értéket 500 mg/m³ értéknél kevesebbre csökkentünk. A fűtőolaj áram a kemencében át40 lagosan körülbelül 1550 liter/óra.

	NO_x-csökkentö technológia eredményei
1	2	3	4
eredeti körülmények	körülbelül sztöchiometrikushoz közeli szabályozás után	kemence után alkalmazott fűtőanyag utólagos égőkön keresztül	nagyfeleslegű levegőégő a regenerátor alsó részén
terhelés tonna/nap	300	316	327	327
utóégő gáz m/óra	0	0	120	120
-%	-	-	8,6	8,6
felesleg levegő égőfej fíítőanyag-%	-	-	-	4,0
égési körülmények felesleg levegő%	24	-0	-0	-0
NO_X mg/m³ (8%) O₂	1785	1300	1175	1175
kémény% O₂	10,0	7,7	7,0	7,1
ppm CO	10	1225	1830	165

táblázat (folytatás)

	NO_x-csökkentő technológia eredményei
1	2	3	4
eredeti körülmények	körülbelül sztöchiometrikushoz közeli szabályozás után	kemence után alkalmazott fűtőanyag utólagos égőkön keresztül	nagyfeleslegű levegőégő a regenerátor alsó részén
felesleg levegő%	90	57	49	50
NO_X mg/m³ (8% O₂)	1763	1270	295	295
CO mg/m³ (8% O₂)	16	1660	2410	215

Az 1 oszlopban bemutatjuk az alapkörülményeket, amelyek esetében az NO_x-emisszió kimeneti nyílás szájánál mérve átlagosan 1785 mg/m³. Az átlagos levegőfelesleg a nyílás szájában 24%. A megfelelő NOx-emisszió a kéményben 1765 mg/m³. A felesleg levegőt 0-ra csők- 20 kentjük, lényegében sztöchiometrikus értékre állítjuk be úgy, hogy további földgázt adagolunk a füstgázáramba a kimeneti nyílások szájrészén egy utóégőfej-sorozaton keresztül. A sztöchiometrikus körülmények között a nyílások szájánál mért NOx-emisszió 1300 mg/m³ értékre csökken (1270 mg/m³ a kéményben).

Mind a négy nyíláson keresztül utóégőfejeken át földgázt adagolunk a fustgázáramba úgy, hogy a betáplált fűtőanyag energiájának 8,6%-a az olvasztókemencébe kerüljön.

A leírásban közölt eljárások eredményei azt mutatják, hogy az utóégőfej fütőanyagtartalom-igénye az alábbi:

4% az NO_x-eltávolítás iniciálására

6% az NO_x-jelentős csökkentésére

8% ahhoz, hogy <500 mg/m³ NO_x-értéket éljünk el.

A kemence füstgázaihoz összesen betáplált földgáz mennyisége 123 m³/óra, és ezt oldalnyílásgázégőkön juttatjuk be a berendezésbe, amelyek utóégőfejként működnek.

Az utóégőfejek alkalmazása esetében az NO_x-koncentráció a nyílásszájban átlagosan 1175 mg/m³ értékre csökken, azonban a kéményben az NOX mennyiségének a tömített regenerátorban való csökkenésével az NOx-emisszió értéke <500 mg/m³ értékre csökken. 45 Bizonyos mértékű NOx-eltávolítás történik továbbá a regenerátor felső kamrájában is, és ebben az esetben a regenerátorkamra tetején az NO_X koncentrációja 865 mg/m³.

Mint a táblázat adataiból kitűnik, ahogy az 1 -3 oszlop felé haladunk, a CO-emisszió folyamatosan növekszik. A CO-emisszió 1200 ppm abban az esetben, amikor a kemence felesleg levegőkoncentrációját sztöchiometrikus irányba csökkentjük.

Amennyiben az utóégőfejeken keresztül futőanya- 55 got adagolunk a berendezésbe, a CO koncentrációja a kéménynél 1830 ppm értékre növekszik. Abból a célból, hogy a CO egy részét eltávolítsuk a füstgázokból, szabályozott mennyiségű hideg levegőt táplálunk be a regenerátor aljánál, azonban a regenerátor aljában a hő- 60 mérséklet nem elegendő ahhoz, hogy megfelelő mértékű CO-koncentrációcsökkenést hozzon létre, és csak kis csökkentés érhető el ezzel az eljárással, és a beállított érték 1200 ppm.

Amennyiben egy nagy levegőfeleslegű égőfejet alkalmazunk, amely körülbelül 900 °C hőmérsékletű levegőt szolgáltat, és az égőfej fűtőanyag betáplálása az olvasztókemence fogyasztásának 4%-a (kizárva az erősítést), a füstgáz hőmérséklete a regenerátor alsó részében 25 megnövekszik. Mivel a kisméretű légáramrendszerben a gáz korlátozott ideig tartózkodik, a körülbelül 650 °C körüli megkívánt kiégési hőmérséklet a fő gázáram felé hat, és így a megfelelő és megkívánt CO-csökkentés elérhető. Ilyen körülmények alkalmazása esetében a re30 generátor alsó részének hőmérséklete körülbelül 800 °Cra növekedik és a CO-emisszió 165 ppm-re csökken.

A fent leírt kemenceműködtetés-módosítások esetében, amelyek az NO_x-mennyiség csökkentését szolgálják, az üveg minősége és színe az eredeti minőség és 35 szín marad.

A találmány szerinti eljárás feltételezéseink szerint valamennyi tartály alakú üveggyártó kemence esetében alkalmazható. Úgy véljük, hogy az előállított üveg minősége nem változik károsan a találmány szerinti eljá40 rás alkalmazása végett.

A bemutatott példákban ugyan azt írtuk le, hogy a találmány szerinti eljárással az NO_x-emisszió értékét alacsony értékre, akár 500 mg/m³ alá is csökkenthetjük, ez azonban csak kísérleti berendezéseken történt meg.

A szakember előtt nyilvánvaló, hogy nincs standard meghatározása az öblösüveg minőségének. A gyártók és felhasználók különféle minőségi követelményeket állítanak termékeikkel szemben. A találmány szerinti eljárás alkalmazása tapasztalataink szerint nem befolyásolja ká50 rosan az ilyen minőségi követelményeket.

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Eljárás regeneratív üvegolvasztó kemence (2) működtetésére, és a kemencéből (2) távozó füstgázokban az NO_x-emisszió csökkentésére, ahol a kemence olvasztókamrával (18) és hőcserélőként működő regenerátorokkal (4,6) rendelkezik, és az eljárás során levegőt és fűtőanyagot táplálunk a kemence (2) olvasztó10

HU215 813Β kamrájába (18), üveg előállítására, azzal jellemezve, hogy a kemence (2) öblösüveg-előállító kemence, a regenerátorok (4, 6) tömítettek, és a fűtőanyagot a teljes égéshez képest feleslegben tápláljuk be legalább az olvasztókamrához (18), vagy a tömített regenerátorokhoz (4, 6), és a tömített regenerátorokból (4, 6) kilépő füstgázhoz annyi levegőt adunk, hogy oxigénfelesleg jöjjön létre. (Elsőbbsége: 1993.05.25.)
2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy rácsszerkezetet (10) tartalmazó tömített regenerátorokat (4, 6) alkalmazunk. (Elsőbbsége: 1993. 05. 25.)
3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az üveget olvasztókamrában (18) olvasztjuk meg, melyet a sztöchiometrikus égésnek megfelelő körülmények alatti körülmények között működtetünk, így az olvasztókamrából (18) éghető anyagokat tartalmazó füstgázokat engedünk ki. (Elsőbbsége: 1993. 05.25.)
4. A 3. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az olvasztókamrában (18) legalább -3% mennyiségű levegőfelesleget alkalmazunk. (Elsőbbsége: 1993. 05. 25.)
5. A 4. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az olvasztókamrában (18) a felesleg levegő mennyiségét -8 — -10% közöttire állítjuk be. (Elsőbbsége: 1993.05.25.)
6. Az előző igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy kemenceként (2) többkapus kemencét alkalmazunk, és a kemencében (2) az első kaputól kezdve az utolsó kapu irányába haladva a levegő sztöchiometrikus arányát növeljük. (Elsőbbsége: 1993.05.25.)
7. Az előző igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az égési körülmények legalább az utolsó kapunál kevésbé redukálóak, mint a közvetlenül megelőzőnél. (Elsőbbsége: 1993. 05. 25.)
8. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az üveget az üvegolvasztó kamrában (18) sztöchiometrikus körülmények között olvasztjuk meg, és az olvasztókamrát (18) elhagyó és a tömített regenerátorokba (4, 6) belépő füstgázokhoz feleslegben lévő üzemanyagot adunk. (Elsőbbsége: 1993. 05.25.)
9. A 8. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a füstgázokba az olvasztókemencébe (18) vezetett fűtőanyag mennyiségére számítva legalább 3% felesleg fűtőanyagot adagolunk. (Elsőbbsége: 1993. 05. 25.)
10. A 9. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az olvasztókamrába (18) betáplált fűtőanyagmennyiségre számítva 8-10% felesleg fűtőanyagot adagolunk a füstgázokba. (Elsőbbsége: 1993. 05. 25.)
11. A 8-10. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a fűtőanyagot a füstgázokhoz egy további, a kemence (2) kapunyílásában elhelyezett égőfejen keresztül adagoljuk. (Elsőbbsége: 1993.05.25.)
12. A 8-10. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a füstgázokhoz a fűtőanyagot égőfejeken (24, 26) keresztül adagoljuk, amelyek ellenirányban működve a kemence (2) olvasztókamrájába (18) a fütőanyagáramot betáplálják. (Elsőbbsége: 1993. 05. 25.)
13. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az üveget egy olyan olvasztókamrában (18) olvasztjuk meg, amelyet az égéshez szükséges sztöchiometrikus körülmények alatti körülmények között működtetünk, és az éghető anyagot tartalmazó, az olvasztókamrából (18) távozó füstgázokat a tömített regenerátorokba (4, 6) vezetjük, miközben további fűtőanyagot adagolunk hozzájuk. (Elsőbbsége: 1993. 05. 25.)
14. A 13. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az olvasztókamrában (18) az alkalmazott levegőfelesleg mennyisége legalább -2%, és az olvasztókamrába (18) betáplált fűtőanyag mennyiségére számítva legalább 3% felesleg fűtőanyagot vezetünk a füstgázokhoz. (Elsőbbsége: 1993. 05. 25.)
15. Az előző igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a rácsszerkezetet (10) tartalmazó tömített regenerátorokat (4, 6) alkalmazunk, és a felesleg levegőt a tömített regenerátorokba (4, 6) a rácsszerkezet (10) alsó áramába vezetjük, így a füstgázokban a sztöchiometrikus égéshez szükséges üzemanyaghoz képest feleslegben lévő üzemanyag teljes égését valósítjuk meg. (Elsőbbsége: 1993. 05. 25.)
16. Az előző igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a kémény füstgázaiban az NO_x-emisszió kisebb, mint 500 mg/m³ TALuft körülmények között mérve. (Elsőbbsége: 1993. 05. 25.)
17. Az előző igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a tömített regenerátorokban (4, 6) a füstgázokból a CO-tartalmat eltávolítjuk úgy, hogy a rácsszerkezet (10) alatti áramban a CO-tartalmat 650 °C feletti hőmérsékleten elégetjük. (Elsőbbsége: 1993. 11.26.)
18. A 17. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a rácsszerkezet (10) alatti áram levegőt tartalmaz, olyan mennyiségben, ami a szén-monoxid-tartalom teljes égését biztosítja, attól függően, hogy milyen mennyiségű el nem égett fűtőanyag van jelen a füstgázokban, illetve, hogy milyen szén-monoxid-égési hőmérsékletet alkalmazunk. (Elsőbbsége: 1993. 11.26.)
19. A 17. vagy 18. igénypontok szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a levegőt a tömített regenerátorba (4, 6) a rácsszerkezet (10) alatt vezetjük be. (Elsőbbsége: 1993.05.25.)
20. A 17. vagy 18. igénypontok szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a kéményfüstgázokban a CO-emisszió értéke kisebb, mint 300 mg/m³ TALuft körülmények között mérve. (Elsőbbsége: 1993. 11.26.)
21. Az előző igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a tömített regenerátorokat (4, 6) elhagyó füstgázok CO-tartalmát a betáplált fűtőanyag mennyiségére számított égési levegőre vonatkoztatva 8% felesleg levegő alkalmazásával, nagyobb mint 650 °C hőmérsékleten elégetjük. (Elsőbbsége: 1993. 11.24.)
22. Regeneratív üvegolvasztó kemence, mely a kemence (2) rácsszerkezetet (10) tartalmazó és hőcserélőként működő regenerátorokat (4, 6) tartalmaz, továb11

HU215 813Β bá mely olyan eszközzel rendelkezik, amely alkalmas a kemencéből távozó füstgázokban az NO_x-emisszió csökkentésére és a kemence (2) olvasztókamráját (18) elhagyó füstgázokba további levegő bevezetésére, azzal jellemezve, hogy öblösüveg gyártására alkalmas, a regenerátorok (4, 6) tömítettek, és a regenerátorok rácsszerkezete (10) alatt forró levegőt biztosító égői vannak, melyek a hőmérsékletet képesek 650 °C felett tartani. (Elsőbbsége: 1993. 11. 26.)