HUT69899A - Method of heating an industrial furnace and industrial furnace - Google Patents

Description

A találmány tárgya eljárás ipari kemence fűtésére, amelyben levegőt fúvatunk és tüzelőanyagot juttatunk kemence égésterébe, majd az égésterméket kivezetjük. A találmány továbbá az eljárás foganatosítására alkalmas ipari kemence, levegő és fűtőanyag adagoló eszközzel rendelkező fűtőberendezéssel, főként üvegolvasztó kemence.

Ipari kemencékkel szemben, így üvegolvasztó kemencékkel szemben is egyre szigorúbb környezetvédelmi követelményeket támasztanak, ami megköveteli a kemencéből kibocsátott gázok szennyezőtartalmának szabályozását, csökkentését. A megengedett szennyező töménységet környezetvédelmi normák, törvé80718-7545/SE nyék szabják meg, függetlenül attól, hogy a kibocsátott gázok milyen folyamat eredményei (a kemencét fekete dobozként kezelik).

Az angol GB 2243674 számú szabadalmi bejelentés szerint a füstgázokat hőcserélőbe vezetik, amely felhevíti az üvegpor felhevítése után kemencébe vezetendő levegőt. A kemencébe adagolandó üvegpor forró légárammal történő felmelegítésénél 20 Hz-nél alacsonyabb frekvenciájú, infrahangot alkalmaznak a légáram rezegtetésére, ami javítja a hőátadást a forró levegő és az üvegolvasztó kemencébe adagolandó üvegpor között. Ilymódon az üvegport mintegy 700 C°-ig előhevítik. Az előhevítés hatására az égéstér hőátadás miatt lehűlt levegőjében kevesebb NOx keletkezik, mint enélkül. Az égéshez szükséges tüzelőanyagot az égéstérben adagolják az üvegpor adaggal együtt, felülről, a kemence boltozatának nyílásán át a kemencébe táplált levegőhöz.

A fenti megoldás csökkenti ugyan a környezet levegőjébe kerülő füstgáz szennyezőtartalmát, de további csökkentésre állandó igény van.

Célunk a találmánnyal az ismert megoldások szerinti ipari fűtő eljárások és kemencék említett hiányosságainak kiküszöbölése, az ismerteknél nagyobb fajlagos tisztaságú füstgázt eredményező eljárás és kemence kialakításával.

A feladat találmány szerinti megoldása eljárás, amelyben

a) első gázáramot szívunk be a környezeti levegőből,

b) az első gázáramot megnövelt relatív oxigéntartalmú maradék ágra és második gázáramra bontjuk,

c) az első gázáram megnövelt relatív oxigéntartalmú ma• · · ·

- 3 radék ágát oxidáló közegként a tüzelőanyaghoz vezetjük és benne a tüzelőanyagot elégetjük,

d) az égésterméket harmadik, kilépő gázáramként az égéstérből elvezetjük,

e) a harmadik gázáramhoz a második gázáramot hozzákeverjük,

f) az elegyített második és harmadik gázáramot a kemencéből kivezetjük.

Előnyösen az első gázáram megnövelt relatív oxigéntartalmú maradék ágának oxigén tartalmát legalább 40 térfogatszázalékra növeljük.

Célszerűen a harmadik gázáramot hőcserélőn vezetjük át és így a hőenergiáját hasznosítjuk.

Előnyösen a harmadik gázáram hőenergiájával a második gázáramot hevítjük és a második gázáramot hevített állapotában elegyítjük a harmadik gázárammal.

Célszerűen a második gázáramot kavicságyas hőcserélőben hevítjük.

Előnyösen ilymódon üvegolvasztó kemencét fűtünk.

Célszerűen az első gázáram megnövelt relatív oxigéntartalmú maradék ágát égő tüzelőanyagai körülvett üvegpor adaggal együtt, felülről vezetjük a az égéstérbe.

Előnyösen az első gázáram megnövelt relatív oxigéntartalmú maradék ága oxigénben dús levegőjét tüzelőanyagai és üvegpor adaggal infrahangos rázás alkalmazásával elegyítjük.

A találmány továbbá az eljárás foganatosítására alkalmas ipari kemence, amelynek

a) környezeti levegő fűtőberendezésbe történő beszívásá-

ra alkalmas első gázcsatornája van,

b) amely első gázcsatorna a gázt oxigénben dús maradék ágra és második gázáramra szétválasztó szeparátorba torkollik, amely szeparátorra az oxigénben dús maradék ágat vezető csatorna és második gázfolyamot vezető csatorna van csatlakoztatva,

c) amely maradék ági gázt vezető csatorna másrészt a kemence égésterébe van nyitva,

d) amely kemencének továbbá égésterméket az égéstérből elvezető füstcsatornája van,

e) amely füstcsatorna és a második gázáramot vezető csatorna össze van nyitva és közös kéménybe van vezetve.

Előnyösen a kemence üvegolvasztó kemence.

A találmány szerinti megoldás előnye, hogy az ismertekhez képest további relatív szennyezéscsökkenést eredményez, továbbá kevésbbé terheli a füstgázok légtisztító szűrőjét, mint az ismert megoldások. A beszívott gáz nem csak levegő lehet, hanem keverék gáz is. Az égést tápláló oxidáló gáz magas oxigéntartalma magasabb hőmérsékletű égést eredményez, ami növeli a kemence hatásfokát és csökkenti a füstgáz káros anyag tartalmát.

Az alábbiakban kiviteli példára vonatkozó rajz alapján részletesen ismertetjük a találmány lényegét. A rajzon az

1. ábra üvegolvasztó kemence vázlatos oldalnézete, a

2. ábra az 1. ábra szerinti kemence felülnézete.

Az 1. és 2. ábrán feltüntetett üvegolvasztó 1 kemence 2 boltozatos kádjában 3 üvegolvadék van ami felett, a 2 boltozat alatt van az 1 kemence égéstere, amelynek 2 boltozatába

felülről az égéstér részét képező 4 henger torkollik. A 4 hengeren át történik a tüzelőanyag és az oxidáló gáz bejuttatása, továbbá 11 üvegpor adagok bejuttatása is.

Az 1 kemence 5 légbefóvóval van ellátva, amely első A gázáramot hoz létre és amelynek kimenetére 6 szeparátor van csatlakoztatva. A 6 szeparátor a szakterületen jól ismert lengő szeparátor, amellyel a bemenő A gázáram (levegő) nagyobb relatív oxigéntartalmú gázáramra (A' maradék ág) és kisebb relatív oxigéntartalmú gázáramra (második B gázáram) szétválasztható. A levegőben például az oxigén és nem oxigén (főként nitrogén) összetevők aránya 1:4. Ebből elvonható a nem oxigén összetevők mintegy fele, így a maradék ágban a fenti arány közelítőleg l:2-re módosul.

A 6 szeparátorból az oxigénban szegény B gázáram 7 csatornán és annak 8 légszivattyúján át 19 hőcserélő szekunder körébe van vezetve, az első A gázáram oxigénben dús A' maradék ága 6 szeparátortól 9 csatornán át függőleges 10 hengerbe van vezetve, amely henger alul az égéstérbe nyitott 4 hengerbe torkolló, a 10 hengernél nagyobb átmérőjű 14 hengerben folytatódik. A 14 hengerbe csatlakozik továbbá a 11 üvegpor adagok 12 adagolótartályának kimenő 13 csatornája.

A 10 henger felső végén 27 infrahang-generátor van elrendezve, amely 15-20 Hz-es frekvenciájú, mintegy 140 dB teljesítményű infrahang hullámokat kelt. Ezek az infrahangok a lépcsősen bővülő 10,14,4 hengereken át a 2 boltozat alá jutnak és a 3 üvegolvadék felületén reflektálódnak. Ez az infrahang rezgeti az A' maradék ág gázoszlopát és ezzel elősegíti az oxidáló gáz és a 14 hengeren át az 1 kemencébe

ömlő 11 üvegpor adag, valamint 4 henger fölötti tüzelőanyag bevezető 15 részen beporlasztott tüzelőanyag keveredését. Ez a keverő mozgatás hasonlít a GB 2 243 674 leírás szerinti megoldáshoz, abban mégis eltér tőle, hogy megoldásunkban az A' maradék ág gázárama nincs magas hőmérsékletre hevítve. A nagy oxigéntartalmú gázáram hevítése ugyanis veszélyes lehetne .

A 11 üvegpor adag és az A' maradék ág gázárama felülről lefelé jut a legnagyobb 4 hengerbe, ahová a tüzelőanyag, például olaj vagy gáz is beporlasztásra kerül a 15 rész függőlegesen lefelé nyitott fúvókáiból, amelyek körülveszik a 14 henger alsó szájnyílását, így a bejuttatás után azonnal lángra lobbanó tűz mintegy körülfogja a leérkező üvegpor-gáz keveréket. Erre alkalmas fúvóka elrendezés van leírva pl. a WO 90/13522 közzétételi iratban. Miközben az üvegpor áthalad a 4 hengeren, a hőmérséklete az olvadáspontja közelébe emelkedik, a lángok és a felhevített üvegpor is elérik a 3 üvegolvadék felületét. Az alig szétterjedő sugárban a 3 olvadékba jutó üvegpor közvetlen érintkezése a lángokkal segíti az üvegpor gyors megolvadását és homognizálódását.

Az égésteret 16 füstcsatornán át elhagyó égéstermékek harmadik C gázáramot képeznek, amely füstcsatornában 17 hőcserélő és vele 18 csatornán át sorba kötött további 19 hőcserélő van elrendezve. A második 19 hőcserélő kimenő 20 csatornája 22 kémény légszűrő előtti részébe torkollik. A légszűrő megtisztítja a harmadik C gázáramot a légszennyezők legnagyobb részétől.

A 17,19 hőcserélők mozgó kavicságyas hőcserélők, amilye7 * ·· ·· ··«· ·· ··· ·· ··« • ··· · · · · • · · · · « • * · ·· ···« · «« nek például C.L. Norton Jr cikkében (Journal of the American Ceramic Society, Volume 29, (1946) No 7 187-193 oldalain ) vannak ismertetve. E hőcserélők előnye, hogy a hőátadás mellett leválasztják a nitrogénoxidok (NOx) és kénoxidok (SOx) jelentős részét, sőt az ammóniumtartalmú vízpárát és alkáli összetevőket is (lásd: GB 2 243 674 szabadalmi bejelentés leírását). Megjegyezzük azonban, hogy a találmányunk szerinti eljárás alkalmazása révén olyan kis mennyiségű NOx keletkezik az égés során, hogy annak kiszűrése nem igényel intézkedést.

A második B gázáram, amelyet az első A gázáramból különítettünk el, 7 csatornán át jut a 19 hőcserélő alsó részébe, majd az első 17 hőcserélő alsó részébe, és a gravitációs felhajtóerő hatására áthaladva a 17,19 hőcserélők kavics ágyán mintegy 1200 C°-ra hévül föl. A forró gázt azután 25 és 26 csatornán át a 22 kémény légszűrő utáni terébe vezetjük, ahol összekeveredik a mintegy 60°-ra lehűlt és megszűrt harmadik C gázárammal és együtt kerülnek a 22 kéményből a környezeti légtérbe.

Az 1. és 2. ábrák szerinti 1 kemence a találmány szerinti eljárás foganatosítására alkalmas, amely eljárás főbb lépései az alábbiak:

Első A gázáramot szívunk be a környezeti levegőből, az első A gázáramot megnövelt relatív oxigéntartalmú A' maradék ágra és második B gázáramra bontjuk, az első A gázáram megnövelt relatív oxigéntartalmú A' maradék ágát oxidáló közegként a tüzelőanyaghoz vezetjük és benne a tüzelőanyagot elégetjük, az égésterméket harmadik, kilépő C gázáramként az ·· ·· t · ·· ···· · · · · • · · · « « ♦ · · ·· ···· · 4«

- 8 égéstérből elvezetjük, a harmadik C gázáramhoz a második B gázáramot hozzákeverjük, az elegyített második és harmadik B,C gázáramot a kemencéből kivezetjük.

A szűrt és keveredés előtti állapotú C gázáram 60 C° körüli hőmérsékletéből származó felhajtóerő nem lenne elegendő ahhoz, hogy az égéstermékek a kéményből kilépve a magasban és nagy területen oszoljanak el, a kémény közelében a füstgázok nagy koncentrációban leülepedhetnének. A magas hőmérsékletű B gázáram hozzákeverésével a felhajtóerő elegendő a füstgázok és a szennyeződés magasban, kis töménységben történő eloszlatásához.

Tudnivaló, hogy az előírások a füstgázok szennyezettségének megengedett mértékét a beszívott légáram mennyiségéhez viszonyítva határozzák meg. A B gázáramnak a C gázáramhoz keverésével a C gázáram (eredő) fajlagos szennyezettsége lecsökken, az előírások könnyebben betarthatók. Emellett a B gázáram nem megy át a kémény légszűrőjén, nem terheli annak kapacitását.

Egy alternatív megoldásban a kilépő C gázáram hőenergiája helyi turbinás hőerőmű vagy kombinált erőmű meghajtására is felhasználható. Ezesetben a 17,19 hőcserélők fűtése más gázzal megoldható, vagy a gőzturbina a 17,19 hőcserélők helyére is beilleszthető. Mindkét esetben megoldható a B gázáram és a kilépő C gázáram összekeverése, legfeljebb ezesetben a füstgáz terítésében nem hasznosíthatjuk a B gázáram megnövelt hőenergiáját, amely a C gázáram hőenergiájából származott. A kilépő füstgázokat tartalmazó C gázáram felhígítása ezesetben is megvalósul.

Claims (10)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Eljárás ipari kemence fűtésére, amelyben levegőt fdivatunk és tüzelőanyagot juttatunk kemence égésterébe, majd az égésterméket kivezetjük, azzal jellemezve, hogy

   a) első gázáramot szívunk be a környezeti levegőből,

   b) az első gázáramot megnövelt relatív oxigéntartalmú maradék ágra és második gázáramra bontjuk,

   c) az első gázáram megnövelt relatív oxigéntartalmú maradék ágát oxidáló közegként a tüzelőanyaghoz vezetjük és benne a tüzelőanyagot elégetjük,

   d) az égésterméket harmadik, kilépő gázáramként az égéstérből elvezetjük,

   e) a harmadik gázáramhoz a második gázáramot hozzákeverjük,

   f) az elegyített második és harmadik gázáramot a kemencéből kivezetjük.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az első gázáram megnövelt relatív oxigéntartalmú maradék ágának oxigén tartalmát legalább 40 térfogatszázalékra növeljük.
3. 4. A 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a harmadik gázáramot hőcserélőn vezetjük át és így a hőenergiáját hasznosítjuk.
4. 5. Az 1.- 3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a harmadik gázáram hőenergiájával a második gázáramot hevítjük és a második gázáramot hevített állapotában elegyítjük a harmadik gázárammal.

   ··*· ·ρ * · » ·9 · « · • ··· V β « · • · · · » - ··· *« ··«· « «4
5. 6. Αζ 5. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a második gázáramot kavicságyas hőcserélőben hevítjük.
6. 7. Az 1.- 6. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy ilymódon üvegolvasztó kemencét fűtünk.
7. 8. A 7. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az első gázáram megnövelt relatív oxigéntartalmú maradék ágát égő tüzelőanyagai körülvett üvegpor adaggal együtt, felülről vezetjük a az égéstérbe.
8. 9. A 7. vagy 8. igénypont szerinti eljárás, azzal jelle— mezve, hogy az első gázáram megnövelt relatív oxigéntartalmú maradék ága oxigénben dús levegőjét tüzelőanyagai és üvegpor adaggal infrahangos rázás alkalmazásával elegyítjük.
9. 10. Ipari kemence az eljárás megvalósítására, levegő és fűtőanyag adagoló eszközzel rendelkező fűtőberendezéssel, azzal jellemezve, hogy

   a) környezeti levegő fűtőberendezésbe történő beszívására alkalmas első gázcsatornája van,

   b) amely első gázcsatorna a gázt oxigénben dús maradék ágra (A') és második gázáramra (B) szétválasztó szeparátorba (6) torkollik, amely szeparátorra (6) az oxigénben dús maradék ágat vezető csatorna (9) és második gázfolyamot (B) vezető csatorna (7) van csatlakoztatva,

   c) amely maradék ági gázt vezető csatorna (9) másrészt a kemence égésterébe van nyitva,

   d) amely kemencének továbbá égésterméket az égéstérből elvezető füstcsatornája (16) van,

   e) amely füstcsatorna (16) és a második gázáramot vezető csatorna (26) össze van nyitva és közös kéménybe (22) van vezetve.
10. 11. A 10. igénypont szerinti ipari kemence, azzal jellemezve, hogy a kemence üvegolvasztó kemence.