PL178778B1

PL178778B1 - Sposźb obni´ania emisji CO w gazach spalinowych opuszczajícych regeneracyjny piec szklarski z poprzecznym ogrzewaniem pžomieniowym do wytopu pžaskiego szkža oraz piec regeneracyjny szklarski z poprzecznym ogrzewaniem pžomieniowym do wytopu pžaskiego szkža

Info

Publication number: PL178778B1
Application number: PL93326455A
Authority: PL
Inventors: Richard Quirk; David A. Bird; Ian N.W. Shulver; Robin M. Mcintosh
Original assignee: Pilkington Glass Ltd
Priority date: 1992-11-27
Filing date: 1993-11-26
Publication date: 2000-06-30
Also published as: DE69325522D1; KR0173137B1; ATE155445T1; HU9303368D0; EP0758628A3; US5810901A; EP0599548B1; JP3390229B2; AU5072993A; PL178964B1; JPH06239618A; KR940011377A; DK0599548T3; EP0758628B1; IN183852B; CN1039900C; US5849059A; FI935240A0; PL301225A1; ZA938550B

Abstract

1. Sposób obnizania emisji CO w gazach spali- nowych opuszczajacych regeneracyjny piec szklarski z poprzecznym ogrzewaniem plomieniowym do wy- topu plaskiego szkla, w którym do komor y topienia i oczyszczania pieca doprowadza sie paliwo i powie- trze, a gazy spalinowe odprowadza sie z komory spala- nia poprzez regeneratory do kanalów spalinowych, w których do gazów spalinowych dodaje sie powietrze, znamienny tym, ze do komory regeneratora (13, 14) pod uszczelnieniem ogniotrwalym (15, 15') dodaje sie powietrze do gazów spalinowych w nadmiarze okolo 8% w stosunku do ilosci stechiometrycznej potrzebnej do spalania doprowadzanego paliwa i podgrzewa sie je do temperatury co najmniej 650°C, przy czym do komory topienia i oczyszczania doprowadza sie po- wietrze z niedomiarem zawartym w zakresie od 3% do 10% stechiometrycznej ilosci powietrza do spalania. F i g . 1 PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób obniżania emisji CO w gazach spalinowych opuszczających regeneracyjny piec szklarski z poprzecznym ogrzewaniem płomieniowym do wytopu płaskiego szkła oraz regeneracyjny piec szklarski z poprzecznym ogrzewaniem płomieniowym do wytopu płaskiego szkła.

W japońskim opisie patentowym JP-A-55-8361 opisano sposób sterowania pracą pieca szklarskiego, w którym stosuje się dopalacze, w celu wprowadzenia dodatkowego paliwa do pieca w pobliżu otworu, regeneratora, komory wymiany ciepła lub kanału spalinowego.

W patencie Stanów Zjednoczonych US-A-4347072 omawia się taki układ i wskazuje problemy występujące przy sterowaniu pracąpieca szklarskiego w sposób opisany wjapońskim opisie patentowym JP-A-55-8361.

Z polskiego opisu patentowego nr 167 910 znany jest piec na paliwo stałe do ogrzewania ciepłym powietrzem mającym cylindryczną komorę spalania otoczoną łukowatymi rurami. W górnym obszarze tylnej ściany czołowej komora ma wyciąg spalin i jest ona także wyposażona w urządzenie odchylające rozciągające się od tylnej ściany czołowej komory do przedniego ob178 778 szaru tej komory. Przed lub nad urządzeniem odchylającym umieszczone są dysze doprowadzające powietrze wtórne.

W patencie Stanów Zjednoczonych US-A-4347072 opisano alternatywny sposób sterowania pracą za pomocą dostarczania węglowodorów do gazów odlotowych ze spalania paliwa ponad wytopem szkła i następnie spalania tego nadmiaru paliwa w piecu, w celu dostarczenia energii cieplnej dla procesu topienia. Zawsze uważano, że działanie pieca szklarskiego przy redukuj ących warunkach topienia, to j est podstechiometrycznych, będzie powodowało wytwarzanie szkła o złej jakości.

W patencie Stanów Zjednoczonych US-A-4559100 głównego producenta szkła PPG opisano proces, w którym zapobiega się temu, aby warunki w pobliżu stopionego szkła stawały się podstechiometrycznymi, w celu uniknięcia wytwarzania szkła o złej jakości. Proces ten wymaga wtryskiwania dodatkowego paliwa do komory topienia przy wystarczających natężeniu przepływu i objętości, aby zapewnić bogaty w O2 obszar pod szkłem i bogaty w paliwo obszar powyżej niego i aby ponadto zapewnić stosunkowo nieduży ogólny nadmiar powietrza i przynajmniej zasadniczo całkowite spalanie, do czasu opuszczenia komory topienia przez gazy spalinowe. Warunki podstechiometryczne występowały wyraźnie przypadkowo od czasu do czasu w wannach ze szkłem i, ponieważ dawały one w rezultacie złe szkło, odwodziło to ludzi od ciągłej pracy przy redukujących warunkach w piecu.

Celem wynalazkujest sposób obniżania emisji CO w gazach spalinowych opuszczających regeneracyjny piec szklarski z poprzecznym ogrzewaniem płomieniowym do wytopu płaskiego szkła.

Celem wynalazku jest opracowanie regeneracyjnego pieca szklarskiego z poprzecznym ogrzewaniem płomieniowym do wytopu płaskiego szkła z obniżeniem emisji CO.

Sposób obniżania emisji CO w gazach spalinowych opuszczających regeneracyjny piec szklarski, w którym do komory topienia i oczyszczania pieca doprowadza się paliwo i powietrze, a gazy spalinowe odprowadza się z komory spalania poprzez regeneratory do kanałów spalinowych, w których do gazów spalinowych dodaje się powietrze, według wynalazku charakteryzuje się tym, że do komory regeneratora pod uszczelnieniem ogniotrwałym dodaje się powietrze do gazów spalinowych w nadmiarze około 8% w stosunku do ilości stechiometrycznej potrzebnej do spalania doprowadzanego paliwa i podgrzewa się je do temperatury co najmniej 650°C, przy czym do komory topienia i oczyszczania doprowadza się powietrze z niedomiarem zawartym w zakresie od 3% do 10% stechiometrycznej ilości powietrza do spalania.

Powietrze wprowadza się do wnętrza regeneratora poniżej kratownicowego ogniotrwałego wypełnienia.

Gorące powietrze podaje się za pomocą palnika.

Piec regeneracyjny szklarski z poprzecznym ogrzewaniem płomieniowym do wytopu płaskiego szkła zawierający komorę topienia i oczyszczania z obu stron połączoną kanałami w pobliżu których umieszczone sąpalniki zjednymi końcami regeneratorów, które drugimi końcami połączone są ze sobą kanałami spalinowymi, wyposażonymi w komin, według wynalazku charakteryzuje się tym, że regeneratory są uszczelnione i są wyposażone w kratownicowe uszczelnienie ogniotrwałe, a poniżej i w pobliżu sklepienia podkratownicowego kratownicowych uszczelnień ogniotrwałych, w komorze regeneratora jest umieszczony co najmniej jeden dodatkowy palnik dostarczający gorące powietrze.

Wszystkie poprzednie propozycje, aby pracować przy niestechiometrycznych warunkach zajmują się komorą topienia i zapewniają utrzymywanie wewnątrz komory topienia przez cały czas warunków utleniających, dostarczanie nadmiaru paliwa, który jest spalany przed wejściem do układu regeneratora, lub utrzymanie warunków utleniających przy przechodzeniu paliwa przez regemerator. Wynalazek oparty jest na odkryciu, że możliwe jest zminimalizowanie ilości CO w gazach na wyjściu kanału spalinowego z regeneracyjnej wanny do topienia szkła przez zapewnienie obecności substancji palnych w gazach spalinowych, przechodzących przez regenera4

178 778 tory. Ten palny materiał jest mieszaniną nie spalonego paliwa, palnego materiału wytworzonego przez oddziaływanie ciepła na paliwo i innych rodników wytworzonych w tej pirolizie. Palniki są wtopione w materiały ogniotrwałe bloku palnikowego albo zwężenia otworu przelotowego regeneratorów. Zapewnione jest to, że nie ma żadnego nadmiaru powietrza w kratownicowym ogniotrwałym wypełnieniu, który mógłby powodować niekontrolowane spalanie paliwa wewnątrz kratownicowego ogniotrwałego wypełnienia, które mogłoby uszkodzić to wypełnienie na skutek przegrzania. Materiał palny jest spalany za pomocą dodawania powietrza, korzystnie po opuszczeniu przez niego kratownicowego wypełnienia lub w punktach wewnątrz kratownicowego wypełnienia, zależnie od temperaturowych warunków pracy układu regeneratora. Zgodnie z wynalazkiem, sposób sterowania pracą regeneracyjnego pieca szklarskiego do wytapiania płaskiego szkła z poprzecznym ogrzewaniem płomieniowym minimalizuje emisję CO w gazach spalinowych zawartych w gazach opuszczających piec, mający uszczelnione regeneratory działające jak wymienniki ciepła.

Jeden sposób realizacji wynalazku (dalej określany jako sterowanie pracą„Typu 1”) polega na tym, że pracuje się przy zasadniczo stechiometrycznych warunkach wewnątrz strefy topienia pieca za pomocą dostarczania nadmiaru paliwa do strefy topienia i umożliwiania palnemu materiałowi, zmieszanemu z gazami spalinowymi, opuszczanie pieca przez uszczelnione regeneratory. W innej postaci wynalazku (dalej określanej jako sterowanie pracą „Typu 2”) warunki wewnątrz pieca do topienia są tak regulowane, żeby zawierały ograniczoną ilość powietrza do spalania tak, aby były zasadniczo stechiometryczne i do gazów spalinowych, gdy opuszczająone strefę topienia i wchodzą do struktury uszczelnionego regeneratora, doprowadzane jest paliwo. W takim układzie -nie może istnieć w piecu do topienia ani nadmiar powietrza ani nadmiar paliwa. To paliwo pozapiecowe jest dodawane za pomocą istniejących palników lub przez dodatkowe, oddzielne „palniki” paliwowe w obszarze wylotu otworu. W obu przypadkach powietrze jest dodawane do gazów spalinowych, gdy opuszczająone strukturę kratownicowego ogniotrwałego wypełnienia regeneratorów tak, aby usunąć zasadniczo wszystek palny materiał przez spalenie go z dodanym powietrzem.

Możliwa jest praca przy takich ilościach dostarczanego do wanny paliwa i powietrza do spalania, że warunki reakcji są zasadniczo podstechiometryczne bez niekorzystnych efektów, lecz jest to możliwe tylko wówczas, gdy istnieje bardzo staranna regulacja stechiometrii wewnątrz pieca i gdzie te podstechiometryczne warunki są wytwarzane przy użyciu raczej nadmiaru paliwa, niż niedostatku powietrza, gdyż inaczej dostarczanajest niedostateczna ilość energii dla procesu topienia i pogarszają się jakość szkła i/lub szybkość jego wytwarzania. Korzystne jest monitorowanie nie tylko zawartości tlenu na wyjściu z wylotu otworu, lecz także ilości nie spalonego materiału palnego w tym miejscu.

Jest to konieczne, aby zapewnić to, że kiedy warunki w piecu są zasadniczo podstechiometryczne spalana jest dostateczna ilość paliwa, aby zapewnić ilość ciepła potrzebną do wytwarzania stopionego szkła z zadawalającą szybkością i o zadawalającej jakości.

Zgłaszający stwierdził, że w celu wyprodukowania szkła o jakości szkła typu float w konsekwentny i zadawalający sposób, korzystne jest utrzymanie wewnątrz komory topienia i oczyszczania takich warunków, że gdy wytopione szkło opuszcza tę komorę jest ono przy ostatnim otworze wystawione na działanie warunków, które sąmniej redukujące albo bardziej utleniające niż przy otworze w przeciwnym kierunku do kierunku przepływu od ostatniego otworu. Przez szkło o jakości szkła typu float rozumie się płaski wyrób szklany mający nie więcej niż 0,25 na 10 m²; obcych wtrąceń nie więcej niż 0,25 na 10 m².

Jeden sposób sterowania pracą według wynalazku polega na tym, że paliwo i powietrze do spalania są regulowane przy każdym otworze tak, aby zapewnić, że stechiometria mierzona wzdłuż komory topienia i oczyszczania od miejsca, gdzie doprowadzany jest wsad do miejsca, gdzie wytopione szkło opuszcza piec staje się mniej redukująca albo bardziej utleniająca im bliżej punktu, w którym stopione szkło opuszcza komorę topienia. Korzystna postać wynalazku do178 778 tyczy sposobu sterowania pracą pieca do topienia szkła, w którym wytwarzane są warunki podstechiometryczne za pomocą podawania takiej ilości powietrza do spalania, która przy pierwszym otworze jest co najmniej o 10% mniejsza od ilości, która jest wymagana dla całkowitego spalania palnego materiału doprowadzanego do pieca przy tym otworze, i wzrasta przy ostatnim otworze do takiej ilości, jaka jest potrzebna do całkowitego spalania.

Jak wskazano powyżej, inny sposób zapewnienia tego, że palny materiał przechodzi przez regeneratory wraz z gazami spalinowymi polega na tym, że doprowadza się paliwo do gazów spalinowych, kiedy wychodzą one przez króćce otworów pieca.

Może to być dokonywane za pomocą umieszczenia elementów doprowadzających paliwo w miejscu za palnikiem. Te elementy znajdujące się zapalnikami mogąbyć umieszczone natorze wychodzących gazów spalinowych. Paliwo może być kierowane do gazów spalinowych w tym samym kierunku przepływu lub przeciwnie do kierunku przepływu. Elementy umieszczane za palnikami mogą być oddzielnymi elementami do doprowadzania paliwa do strumienia gazów spalinowych, lub do wprowadzania paliwa do strumienia gazów spalinowych mogąbyć używane nie palące się palniki po tej strome pieca, z której wychodzi gaz spalinowy.

Wtórne powietrze wprowadza się w miejscach wewnątrz układu regenerator/kanał spalinowy, gdzie temperatury umożliwiają zapłon palnych składników, aby dokończyć spalanie i zapewnić, że gazy wychodzące do atmosfery są zasadniczo wolne od palnych materiałów. Cechą istotną jest to, że układ regeneratora jest zasadniczo uszczelniony w celu nie dopuszczenia do wejścia powietrza tak, aby wprowadzenie wtórnego powietrza mogło być regulowane i spalanie odbywało się głównie poza wypełnieniem regeneratora albo wypełnieniem kratownicowym.

Ilość palnego materiału i tlenu obecnego przy wyjściowym wylocie otworu może być mierzona na miejscu lub za pomocą analizy ekstrakcyjnej przy użyciu dostępnych przyrządów. Przyrządy takie mogą obejmować sondę cyrkonową do pomiaru ilości tlenu i katalityczne ogniwo do pomiaru ilości materiałów palnych. Do tych celów zadawalający jest analizator gazów·'.

Przedmiot wynalazku zostanie objaśniony w oparciu o przykłady przedstawione na rysunku, gdzie fig. 1 przedstawia schematyczny przekrój poprzeczny pieca regeneracyjnego z ogrzewaniem poprzecznym według wynalazku, fig. 2 - schematyczny poziomy przekrój poprzeczny pieca pokazanego na fig. 1, a fig. 3 i 4 - wykresy ukazujące zmiany zawartości CO w gazach spalinowych, przy różnych roboczych parametrach podczas stosowania sposobu i urządzenia według niniejszego wynalazku.

Na fig. 1 i 2 ukazano typowy piec 10 regeneracyjny z ogrzewaniem poprzecznym płomieniowym, mający komorę topienia i oczyszczania 12 zaopatrzoną w wannę, a na obu bokach w uszczelnione regeneratory 13 i 14. Każdy regenerator 13,14 ma kratownicowe wypełnienie ogniotrwałe 15 i 15', które ma postać kilku sekcji skrzynkowych. Każda sekcja skrzynkowa jest połączona z komorą topienia i oczyszczania 12 za pomocą kanału 16,17. Kanały 16 i 17 są rozmieszczone wzdłuż każdego boku wanny. Materiały do wyrobu szkła sąpodawane do komory topienia i oczyszczania 12 zjednegojej końca 18, a stopione szkło opuszcza strefę topienia wanny przez przewężenie 19, przy drugim końcu komory topienia i oczyszczania 12. Ciepło j est dostarczane do komory topienia i oczyszczania 12 na drodze spalania naturalnego gazu składającego się zasadniczo z metanu [chociaż mogąbyć oczywiście używane inne paliwa, gazowe (np. propan) lub ciekłe (np. olej)]. Podczas pierwszej części cyklu spalania powietrze przechodzi z regeneratora 14, przez króćce kanałów 17 i kanały 17 do komory topienia i oczyszczania 12, a produkty spalania opuszczają wannę przez króćce kanałów 16, kanały 16 i przez regenerator 13. Paliwo do spalania jest doprowadzane za pomocą palników usytuowanych w kanałach 17. Istnieją różne sposoby, w jakie mogąbyć montowane palniki w otworach kanałów 17.

Na fig. 1 przedstawiono trzy możliwe konfiguracje: przelotowo w otworze (a), z boku otworu (b) i pod otworem (c). Naturalny gaz doprowadzany jest z palników (które w niniejszym przykładzie wykonania są palnikami podotworowymi) do wchodzącego strumienia wstępnie ogrzanego powietrza napływającego z regeneratorów 14 podczas cyklu opalania, a otrzymany w

178 778 rezultacie płomień i produkty spalania powstałe w tym płomieniu przechodzą od kanałów 17 przez powierzchnię topionego szkła i przenoszą ciepło do tego szkła w komorze topienia i oczyszczania 12.

W drugiej części cyklu opalania układ jest odwrócony, to jest wstępnie ogrzane powietrze do spalania przepływa z regeneratora 13 przez króćce kanałów i kanały 16 i naturalny gazjest doprowadzany do palników zamontowanych w kanałach 16.

W obu częściach cyklu opalania, gazy spalinowe wytworzone przez spalanie paliwa dostarczanego do palników, uchodzą do atmosfery przechodząc od podstawy regeneratorów 13,14 w bliskości sklepień podkratownicowych 25,25', poprzez poprzeczne kanały spalinowe 2121' i komin 22. Układ kanału spalinowego jest typowym układem z bocznym wejściem, poprzecznymi kanałami spalinowymi 21,21' połączonymi z centralnym głównym kanałem spalinowym 23 z zasuwowymi nawrotnymi zaworami 24,24' i kominem 22. Zamontowany jest zespół do pomiarów zarówno materiałów palnych jak i tlenu w gazach opuszczających komorę topienia i oczyszczania 12 przy każdym wylocie otwory i przy wylotach z regeneratorów 13, 14, jak również u podstawy komina 22. Punkty pomiarowe wzdłuż drogi gazów spalinowych są na fig. 1 oznaczone przez [1],

Piec do topieniajest sterowany w sposób, który polega na tym, że materiał nie spalony (częściowo spalony), który uległ pirolizie wchodzi do regeneratorów 13, 14 i są wymagane urządzenia dodające dodatkowe powietrze do gazów spalinowych po opuszczeniu przez nie komory topienia 12, dla zapewnienia zasadniczo całkowitego spalania i aby bardzo mało albo żadna ilość palnego materiału nie przechodziła do atmosfery przez komin 22. Dodatkowe powietrze może być doprowadzane w miejscu oznaczonym przez [2] na fig. 1. Następnie doprowadza się do ostatecznego spalania wszystkich pozostałych materiałów palnych w punktach oznaczonych przez [3]. Około 70% palnego materiału w gazach spalinowych stanowi tlenek węgla, zaś resztę stanowi głównie wodór.

Przy sterowaniu pracąpieca 10 do topienia szkła pokazanego na fig. 1 i 2 zgodnie z jedną postacią wynalazku (to jest sterowanie pracą Typu 1), paliwo doprowadzane do palników i dostarczane powietrze do spalania są kontrolowane poprzez dokonywanie pomiarów przy wylotach otworów i wierzchołkach kratownicowych wypełnień ogniotrwałych 13,14 ilości obecnego tlenu i materiału palnego tak, aby do wnętrza komory topienia i oczyszczania 12 lub do punktów wzdłuż komory topienia i oczyszczania 12 doprowadzić mniej powietrza do spalania, niż jest to wymagane do całkowitego spalania doprowadzanego paliwa. Jest rzeczą normalną wyrażanie dowolnego zasilania powietrzem do spalania, które jest większe od wymaganej stechiometrycznej ilości powietrza dla doprowadzanego paliwa jako procentowego nadmiaru powietrza i w tej sytuacji jest to spalanie z nadmiarem powietrza, w wypadku przeciwnym spalanie jest przeprowadzane z niedomiarem powietrza. Zmiany ilości powietrza mogąbyć monitorowane w taki sam sposób, niezależnie od tego czy ilość doprowadzanego powietrza jest większa czy mniejsza od ilości wymaganej dla całkowitego spalania. W jednej postaci wynalazku paliwo doprowadzane w każdym otworze i ilość powietrza do spalania są regulowane odpowiednio do wykonywanych pomiarów tak, aby wielkość niedomiaru powietrza w komorze topienia i oczyszczania 12 pieca znajdowała się w zakresie od 3% do 10% stechiometrycznej ilości powietrza do spalania, korzystniej 8% do 10% powietrza do spalania. Dla wielootworowego pieca, jak zilustrowano, korzystnie wielkość niedomiaru powietrza od otworu do otworu wzrasta od 15% przy pierwszym otworze do 0% przy ostatnim otworze. Ilość doprowadzanego powietrza do otworów znajdujących się pomiędzy pierwszym i ostatnim otworem może być na tym samym poziomie równym 15% lub może obniżać się stopniowo tak, aby zapewnić średnią wartość wynoszącą9%. Dla optymalizacj i wielkości otworu, stężenia gazów sąmierzone za otworem, w poprzecznym kanale spalinowym 21,21', ze sprawdzaniem w kominie 22, przy użyciu przenośnego sprzętu pomiarowego.

178 778

Przy sterowaniu pracą Typu 2 piec do topienia pracuje przy zasadniczo stechiometrycznych warunkach, to jest przy nadmiarze powietrza około 0%, a nadmiar paliwa jest dodawany do gazów spalinowych na zewnątrz komory topienia i oczyszczania 12. Jest to pozapiecowe dodawanie paliwa do spalania. Paliwo to może być dogodnie dodawane za pomocą palników pod otworami po stronie bezpłomieniowej. Dla zapewnienia wydajności i bezpieczeństwa kratownicowego wypełnienia ogniotrwałego 15,15' paliwo pozapiecowe powinno być dodawane jedynie wówczas, gdy ilość powietrza przy wylocie otworu jest bliska stechiometrycznej lub, bardziej idealnie podstechiometrycznej. W wyniku nadmiaru powietrza istniejącego w gazach spalinowych na wylocie otworu pewna ilość dodanego paliwa zostanie użyta powodując wzrost temperatury w górnej komorze i w kratownicowym wypełnieniu ogniotrwałym 15, 15'.

Twórcy niniej szego wynalazku monitorowali emisje tlenku węgla z komina 22 pieca 10 do topienia szkła. Przy użyciu uszczelnionych regeneratorów 13, 14, które dostarczały mało przecieków powietrza do wnętrza górnej części komory topienia lub oczyszczania 12 lub do kratownicowego wypełnienia ogniotrwałego 15,15' i przy piecu 10 pracującym stechiometrycznie lub podstechiometrycznie, pewna ilość paliwa dodana przy wylocie otworu będzie jeszcze obecna przy sklepieniu podkratownicowym 25,25' pieca 10, to jest przy wypływie z regeneratora 13,14, jako nie spalone gazy. Te nie spalone gazy powinny być spalone zanim zostaną wyemitowane z komina 22, przy czym nie spalone gazy są złożonymi mieszaninami różnych składników, w których 70% stanowi tlenek węgla, zaś reszta to głównie wodór. Ponadto dodane paliwo mogłoby wytwarzać do 30% lub więcej materiałów palnych takich, jak tlenek węgla, niż oczekiwano by z jego prostego rozkładu przy spalaniu.

Konieczne jest dodawanie dostatecznej ilości powietrza do gazów spalinowych w kierunku wypływu z kratownicowego wypełnienia ogniotrwałego 15,15' w celu zapewnienia całkowitego spalania tak, aby utlenić tlenek węgla i inne palne materiały. Obecność takiego powietrza może być rezultatem naturalnego przecieku do wewnątrz lub może ono być dodane do gazów spalinowych w kierunku wypływu z kratownicowego wypełnienia ogniotrwałego 15,15'. Kiedy już jest dostateczna ilość powietrza, wówczas koniecznie musi być dostatecznie wysoka temperatura, aby utlenianie zachodziło z racjonalną prędkością. Spalaniu tlenku węgla i innych palnych składników w podstawie regeneratora 13, 14 i w kanale spalinowym 21,21', 23 towarzyszy uwalnianie ciepła powodującego wzrost temperatury gazów spalinowych, przy założeniu, że nie ma nadmiernego przeciekania zimnego powietrza do wewnątrz. Za pomocą ilustracji i przykładu, twórcy niniej szego wynalazku odkryli, że emisje tlenku węgla w gazach kominowych zostały zredukowane do normalnego poziomu lub poniżej pod warunkiem, że temperatura w obszarach podstawy regeneratora 13, 14 i kanału spalinowego 21, 21', 23 wynosiła powyżej lub około 650°C i że było tam dostatecznie dużo powietrza dla całkowitego spalenia materiałów palnych. Twórcy wynalazku nieoczekiwanie stwierdzili, że gdy temperatura w obszarach podstawy regeneratora 13,14 i kanału spalinowego 2121' była wyższa od 650°C następowało inicjowanie reakcji eliminującej CO i następnie zachodziła ona w głównym kanale spalinowym 23 pieca 10, który ma długi czas przebywania w nim gazów, co zapewnia całkowite usunięcie CO. Możliwe do przyjęcia niskie poziomy emisji CO w kominach 22 mogły być uzyskiwane przy użyciu palnika lub palników (to jest palnika 27 - fig. 1) do doprowadzania ogrzewanego powietrza w podstawie regeneratora 13, 14, które podnosiło temperaturę do około 700°C. Stwierdzono, że proste dodanie dodatkowo ogrzanego powietrza przy sklepieniu podkratownicowym 25,25' lub nawet w miejscach o wyższym położeniu, w kratownicowym wypełnieniu ogniotrwałym 15, 15' nie wystarczało do uzyskania skutecznego wypalenia tlenku węgla w dowolnej komorze regeneratora 13, 14 i poprzecznych kanałach spalinowych 21,21', ponieważ temperatury były zbyt niskie, to jest niższe od progowej wartości około 650°C. Kiedy sterowano pracą pieca 10 pozapiecowym paliwem na wszystkich otworach, uzyskano niskie poziomy CO, około 180 części na milion w kominie 22, dzięki energicznemu spalaniu zachodzącemu w głównym kanale spalinowym 23, zapewniającemu osiągnięcie przez wszystkie gazy spalinowe krytycznej temperatury około 650°C,

178 778 ponieważ wskazywana temperatura głównego kanału spalinowego 23 wzrosła do 680°C. Piec 10 do topienia może z łatwością przystosowywać się do wyższych temperatur w kanałach spalinowych 2121', 23 pod warunkiem, że ognioodporna wykładzina głównego kanału spalinowego 23 ma teoretycznądopuszczalnątemperaturę większąod temperatury osiąganej przy spalaniu CO w głównym kanale spalinowym 23. Ponadto, jeśli w kominowym kanale spalinowym przewidziany jest kocioł ogrzewany ciepłem odpadowym, wstępnie ustalona temperatura na wlocie do kotła może wymagać podwyższenia lub wlot kotła może wymagać ominięcia go tak, aby nie została przekroczona pojemność cieplna kotła. Może być ponadto potrzebne chłodzenie gazów spalinowych zanim przechodzić będą one przez instalację do obróbki zanieczyszczeń i elektrostatyczny osadnik. Może to być osiągnięte za pomocą spryskiwań wodą i/lub rozcieńczania dodatkowym powietrzem. W celu zapewnienia dostatecznej ilości powietrza do całkowitego spalania CO w obszarach podstawy regeneratora 13,14 i kanału spalinowego 2121', 23 może być zapewnione celowe przeciekanie powietrza z zewnątrz w odpowiednich miejscach.

Twórcy niniejszego wynalazku ustalili, że idealne miejsce w układzie regeneratora 13,14 do uzyskania wypalenia CO i innych palnych materiałów znajduje się w dolnej komorze, poniżej sklepienia podkratownicowego 25, 25'. Twórcy niniejszego wynalazku ustalili, że maksymalne wypalanie CO zachodziło przy 8% przecieku powietrza do wewnątrz, który obniżył poziom CO do około 2000 części na milion.

Figura 3 przedstawia zależność pomiędzy poziomem CO i dodatkiem powietrza (linia ciągła) i pomiędzy temperaturą i dodatkiem powietrza (linia kreskowa), przy sklepieniu podkratownicowym 25,25' przy otworze 2 pieca 10 pokazanego na fig. 1 i fig. 2, przy czym poziom CO i temperatura są mierzone zasadniczo w środku poprzecznego kanału spalinowego 2121' w punkcie B. Zanim nastąpił przeciek powietrza do wewnątrz, znajdowało się około 3 do 6% nie spalonych gazów przy sklepieniu podkratownicowym 25,25' i temperatura gazów spalinowych była niższa od 650°C tak, że temperatura zawartości tlenu była zbyt niska, aby zainicjować usuwanie CO. Do wewnątrz dolnej komory regeneratora 13,14 przy otworze 2 został wpuszczony przeciek powietrza poprzez otwory wyczystkowe, dokładnie ponad poziomem sklepienia podkratownicowego 25, 25' i to zmniejszyło stężenie CO przy sklepieniu podkratownicowym 25, 25', które wynosiło około 25000 -30000 części na milion, przy około 5000 części na milion CO w miejscu B w poprzecznym kanale spalinowym 2121', do około 2000 części na milion w miej scu B w poprzecznym kanale spalinowym 21, 21'.

Jak można zobaczyć na fig. 3, zwiększenie przecieku powietrza do wewnątrz zwiększyło wypalanie CO, aż wystąpiło maksymalne usuwanie CO przy około 8% dodatku powietrza, osiągając zawartość CO wynoszącąokoło 2000 części na milion. Powyżej tego poziomu przecieku powietrza do wewnątrz nie uzyskiwano wypalania dodatkowego tlenku węgla. Przy zwiększeniu dodatku powietrza temperatura wzrastała do maksymalnej wartości około 650°C, także przy procentowym dodatku powietrza wynoszącym około 8%, lecz potem stopniowo opadała przy wyższych poziomach przecieku. To pokazuje, że powyżej pewnego poziomu przecieku, przeciek ten skutecznie chłodził gazy spalinowe hamując utlenianie CO. Przy wzrokowym sprawdzaniu kanału spalinowego 2121', 23 zobaczono bladoniebieskie drobne płomienie, świadczące o tym, że zachodzi utlenianie CO, zaczynające się przy sklepieniach podkratownicowych 25, 25' i ciągnące się do kanału spalinowego 21,21' 23 i przy otworze wyczystkowym, gdzie wciekające powietrze spotyka się z gazami spalinowymi.

Rezultaty ukazane na fig. 3 wskazują że skuteczne wypalanie tlenku węgla może być uzyskane przy przecieku powietrza do wewnątrz o wielkości około 8% i przy temperaturze powyżej około 650°C. W celu uzyskania lepszego spalania tlenku węgla temperatura mieszanki powietrze/CO została poniżej sklepienia podkratownicowego 25,25 podwyższona przez doprowadzenie dodatkowego ciepła w tym punkcie. Temperaturę można także podwyższyć za pomocą przemieszczania przepustnic kanałów spalinowych w układzie regeneratora 13, 14. Palnik spalający naturalny gaz, nadaj ący się do doprowadzania powietrza przy temperaturze do 900°C był,

178 778 w tym przykładzie, umieszczony na tylko j ednym otworze pieca pokazanego na fig. 1. Palnik ten dostarczał powietrze przy ponad około 800°C i przy natężeniu przepływu gazu prażalnego wynoszącym 50 m³/h, co jest równoważne około 6% paliwa otworowego. Temperatura gazów spalinowych została podwyższona o około 20 do 30°C. To umożliwiło osiągnięcie poziomu CO niższego od 300 mg/m3 w punkcie B poprzecznego kanału spalinowego 2121', pokazanego na fig. 1, ponieważ zwiększyło się usuwanie CO.

Figura 4 ukazuje zależność pomiędzy ilością CO i ilością wejściową naturalnego gazu w palniku (linia ciągła) i zależność pomiędzy temperaturą w usytuowanych poprzecznie punktach A i B (linia kreskowa) przy doprowadzaniu naturalnego gazu do wejścia. Można zobaczyć, że gdy ilość gazu wchodzącego z palnika wzrasta, temperatura w miejscach A i B odpowiednio wzrasta i stężenie CO gwałtownie maleje. Ponadto, ponieważ ilość wchodzącego gazu rośnie, nadmiar powietrza poniżej sklepienia podkratownicowego 25,25' także rośnie, ponieważ palnik jednocześnie dostarcza ogrzane powietrze. Można zobaczyć, że w punkcie A, przy temperaturze około 650°C poziom CO jest zredukowany do około 800 mg/m3.

Przy sterowaniu pracą Typu 2 sposobu według wynalazku, kiedy to do otworów jest dodawanie paliwo pozapiecowe, wykryto podwyższenie temperatur gazów spalinowych, któremu towarzyszyła obecność płomieni przy sklepieniu podkratownicowym 25, 25' wskazujących na samorzutne spalanie przy nadmiarze, lecz pochodzącym z naturalnego wnikania, powietrza.

Spalanie takie może powodować pewne utlenianie tlenku węgla obecnego w produktach spalania. Kiedy temperatura gazów spalinowych w głównym kanale spalinowym 23 wzrosła do powyżej 650°C uzyskano nadzwyczaj dobrą skuteczność usuwania CO i zauważono, że nadal odbywało się spalanie w głównym kanale spalinowym 23 obok punktu pomiarowego. Przy naturalnym przenikaniu powietrza do wewnątrz, średnia zawartość CO w głównym kanale spalinowym 23 wszystkich sześciu otworów wynosiła około 500 części na milion i została zmniejszona do około 180 części na milion w kominie 22. Można to porównać z naturalnym kominowym stężeniem CO wynoszącym, przed dodaniem pozapiecowego paliwa, 250 części na milion. W ten sposób za pomocą sposobu według niniejszego wynalazku uzyskuje się zmniejszenie emisji CO z pieca 10 do topienia szkła. Sądzi się, że utleniające usuwanie CO przy stosunkowo niskich temperaturach wynoszących około 650°C i wyżej jest wspomagane przez obecność H2O w gazach spalinowych, która jest produktem spalania paliwa, zwłaszcza gdy paliwo stanowi metan. Sądzi się, że obecność H2O w gazach obniża temperaturę, przy której może wystąpić utlenianie CO i temperaturę, przy której może wystąpić maksymalne utlenianie CO.

Niniejszy wynalazek może zapewnić znaczące techniczne korzyści przez istotne zmniejszenie emisji CO do wartości poniżej 300 mg/m3 i nie wpływa to na recyrkulację pyłów i elektrostatyczne osadzanie.

Poniższe przykłady ilustrują, lecz nie ograniczają wynalazku.

Idealnym miejscem w układzie regeneratora 13,14 dla uzyskania „wypalenia” CO i innych palnych składników jest dolna komora poniżej sklepienia podkratownicowego 25, 25'. Przy 3-6% nie spalonych gazów przy sklepieniu podkratownicowym 25,25' za mały był przeciek powietrza do wewnątrz dolnej komory, aby zaspokoić główne zapotrzebowanie na wystarczającą ilość tlenu. Temperatury gazów spalinowych były na ogół niższe od 650°C.

Figura 3 ukazuje wpływ celowo umożliwionego przecieku powietrza do wewnątrz dolnej komory przy otworze 2 przez otwory wyczystkowe trochę ponad poziomem sklepienia podkratownicowego 25,25'. Początkowo stężenia CO przy sklepieniu podkratownicowym 25,25' wynosiły 25000-30000 cząstek na milion, przy 5000 cząstkach na milion w poprzecznym kanale spalinowym 2121'. Wyraźnie wystąpiła pewna redukcja CO w tym obszarze, chociaż większość przenikającego naturalnie powietrza (około 10%o stechiometrycznego w odniesieniu do głównego paliwa piecowego) dotarła tam późno i w ten sposób była mało czasu, aby efektywnie reagowała z CO. Ponieważ powietrze przenikało progresywnie do wewnątrz dolnej komory na poziomie sklepienia podkratownicowego, wielkość „spalania” CO narastała aż do wystąpienia

178 778 maksymalnej wielkości usuwania CO przy uzupełniającym 8% przenikaniu powietrza (zawartość CO spadła do 2000 cząstek na milion). Ponad tym poziomem uzupełniającego przenikania usuwanie CO nie było tak skuteczne.

Badanie temperatur w poprzecznym kanale spalinowym 21, 21' wykazało wzrost wynoszący 10-20°C przy przenikaniu do 8%, lecz temperatury stopniowo opadały przy wyższych poziomach przenikania do wewnątrz. Wyraźnie pewne przenikanie powietrza było korzystne, lecz powyżej pewnego poziomu przenikanie to skutecznie chłodziło gazy spalinowe, hamując utlenianie CO. Wyniki te wykazały, że jeśli byłoby obecne powietrze o wyższej temperaturze, wówczas mogłoby być uzyskane lepsze usuwanie CO.

Próby redukowania CO w tym piecu przy dodawaniu zimnego powietrza wykazały, że podwyższenie temperatur powinno poprawić wypalanie CO, jeśli będzie obecna dostateczna ilość powietrza. W celu podwyższenia temperatur został zastosowany palnik 27 z dużym nadmiarem powietrza, mogący doprowadzać powietrze o temperaturze do 900°C. Przeprowadzono próby z pojedynczym palnikiem 27 w otworze 2 w oddzielnych okresach czasu i w każdym przypadku zarejestrowano znaczną redukcję CO, a szczególnie wówczas, kiedy temperatura doprowadzanego powietrza była szacowana na około 800°C (w przybliżeniu 50 m³/h gazu prażalnego, równoważne 6% paliwa otworowego). Przy tych warunkach ogólna temperatura gazów spalinowych została podniesiona o 20-30°C, a lokalnie prawdopodobnie o więcej. Widoczny płomień z palnika 27, widziany przy wyższych temperaturach, mógł pomóc zainicjować „wypalanie”. Przy tych warunkach został osiągnięty w poprzecznym kanale spalinowym 2121' możliwy do przyjęcia poziom CO wynoszący poniżej 300 mg/m3. Fig. 4 ukazuje, jak wzrastały redukcja CO i temperatury w kanale spalinowym, gdy wzrastała ilość paliwa palnikowego.

Z początku mierzone poziomy CO wzrastały znacząco, lecz zaczęły zmniejszać się skoro tylko temperatura głównego kanału spalinowego 23 zbliżyła się 650°C, przy nadzwyczaj dobrej redukcji CO powyżej 650°C. Na tym etapie zaobserwowano intensywne spalanie w głównym kanale spalinowym 23 od ,,2.otworu” w kierunku komina 22. W rzeczywistości spalanie trwało jeszcze nadal w głównym kanale spalinowym 23 za punktem pomiarowym przy ostatecznej emisji CO w kominie 22 wynoszącej 180 cząstek na milion, trochę poniżej wyjściowego poziomu 250 cząstek na milion. Osiągnięto to bez celowego przenikania powietrza do wewnątrz - dostateczna ilość powietrza przenika naturalnie w układzie kanału spalinowego.

Wyniki te potwierdzają, że jeśli zapewniona jest obecność dostatecznej ilości tlenu i temperatury gazów spalinowych osiągają co najmniej 650°C oraz jeśli zapewniono wystarczający czas przebywania, wówczas uzyskuje się bardzo dobrą redukcję CO. Nie wystąpił niekorzystny wpływ na jakość szkła. W rzeczywistości poziom przezroczystych pęcherzy, pęcherzy siarczanowych i obcych wtrąceń został lekko poprawiony. Stechiometria pieca 10 nie miała wpływu na poziom SO3 w szkle.

Tabela 1 Poziomy paliwa

Otwory	1	2	3	4	5	6	Σ
Główne paliwo nm³/h	998	1022	836	465	580	739	4640
% Głównego paliwa	21,5	22,0	18,0	10,0	12,5	16,0	100
Paliwo pozapiecowe m³/h	80	83	58	32	47	60	360
% Paliwo pozapiecowe	8,0	8,1	6,9	6,9	8,1	8,1	7,75

178 778

Tabela 2

Porównanie pomiarów bazowych z pomiarami przy paliwie na wszystkich otworach (tylko średnie ważone wyników)

	Wylot otworu	Szczyt kratownicy	Sklepienie pod kratownicowe	Poprzeczny kanał spalinowy	Główny kanał spalinowy	Komin
Pkt. A	Pkt. B
Nadmiar powietrza %
Baza	+3,4	+5,8	+5,8	+8,3	+14,3	16,9	+28,0
Paliwo pozapiecowe na
wszystkich otworach	-0,7	-7,9	-1,7	-1,8	0,6	+5,6	+35,4
Tlenek węgla, części na milion (materiały palne, %) Baza	(1,30)	2270	720	1140	670	700	610
Paliwo pozapiecowe na
wszystkich otworach	(2.01)	29100	24100	15300	11800	500	180
Temperatura gazów spalinowych °C Baza	1592	1458	636	573	530	517
Paliwo pozapiecowe na
wszystkich otworach	-	1436	659	-	607	670	-
Emisje Nox, mg/m³
Baza	2190	2140	2030	2170	2180	2100	2010
Paliwo pozapiecowe na
wszystkich otworach	1410	840	305	440	370	310	270
redukcja %-porówna-	36	61	85	80	83	85	86
nie z podstawą wylotu otworu względny 1 % redukcji	40	64	0	0	0	0

Wykazano, że sposoby według niniejszego wynalazku redukują emisje CO do niskich poziomów.

Oczywistym jest, że nie istnieje żadna znormalizowana definicja jakości płaskiego szkła. Różni wytwórcy i finalni użytkownicy będą mieli różne wymagania odnośnie jakości ich produktów. Zastosowanie sposobu według niniejszego wynalazku nie będzie, tak sądzimy, miało żadnego niekorzystnego wpływu na takie wymagania jakościowe.

178 778

ΝΟχ

-mg/m3

178 778

Fig.6

Fig?

178 778

Fig. 8

-Η 5 44 Ό -Η Ρ C Ο C Ρ >1 « Ν Ρ ο <υ w q ο ο q cn tn ¢) s P

0.8

0.6

0.4


	wierzchołek kratownicy/
- A	wylot kanału
' / A
s\
* - **	-—_u poprzeczny kanał spalinowy/
‘ y J	Wierzchołek kratownicy
	\ poprzeczny kanał spalino-
	wy/wylot kanału
. t t t .	J-1-1.l,1,

-15 -10 -5 0 5 10 15 20 % nadmiaru powietrza przy wierzchołku kratownicy

Fig.9

178 778

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz.

Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób obniżania emisji CO w gazach spalinowych opuszczających regeneracyjny piec szklarski z poprzecznym ogrzewaniem płomieniowym do wytopu płaskiego szkła, w którym do komory topienia i oczyszczania pieca doprowadza się paliwo i powietrze, a gazy spalinowe odprowadza się z komory spalania poprzez regeneratory do kanałów spalinowych, w których do gazów spalinowych dodaje się powietrze, znamienny tym, że do komory regeneratora (13,14) pod uszczelnieniem ogniotrwałym (15, 15') dodaje się powietrze do gazów spalinowych w nadmiarze około 8% w stosunku do ilości stechiometrycznej potrzebnej do spalania doprowadzanego paliwa i podgrzewa się je do temperatury co najmniej 650°C, przy czym do komory topienia i oczyszczania doprowadza się powietrze z niedomiarem zawartym w zakresie od 3% do 10% stechiometrycznej ilości powietrza do spalania.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że powietrze wprowadza się do wnętrza regeneratora (13,14) poniżej kratownicowego wypełnienia ogniotrwałego (15, 15').
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że gorące powietrze podaje się za pomocą palnika.
4. Piec regeneracyjny szklarski z poprzecznym ogrzewaniem płomieniowym do wytopu płaskiego szkła, zawierający komorę topienia i oczyszczania z obu stron połączoną kanałami w pobliżu których umieszczone sąpalniki z jednymi końcami regeneratorów, które drugimi końcami połączone są ze sobą kanałami spalinowymi, wyposażonymi w komin, znamienny tym, że regeneratory (13, 14) są uszczelnione i są wyposażone w kratownicowe uszczelnienie ogniotrwałe (15,15'), a poniżej i w pobliżu sklepienia podkratownicowego (25,25') kratownicowych . .uszczelnień ogniotrwałych (15,15'), w komorze regeneratora (13,14) jest umieszczony co najmniej jeden dodatkowy palnik (27) dostarczający gorące powietrze.

* * *