PL199956B1 - Sposób stapiania materiału tworzącego szkło w piecu do wytopu szkła i palnik tlenowo-paliwowy - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest sposób stapiania materia lu tworz acego szk lo w piecu do wytopu szk la i palnik tlenowo-paliwowy. Sposób wed lug wynalazku charakteryzuje si e tym, ze umieszcza si e co najmniej jeden palnik tlenowo-paliwowy w stropie tego pieca nad tym materia lem wsadowym, przy czym ten co najmniej jeden palnik tlenowo-paliwowy jest przystosowany do stopniowanego spalania, doprowadza si e przep lywaj ace paliwo do tego co najmniej jednego palnika tlenowo-paliwowego, za- pewnia si e przep lyw gazowego utleniacza w polaczeniu z tym co najmniej jednym palnikiem tlenowo- paliwowym, wtryskuje si e paliwo i utleniacz do pieca, wtryskiwany strumie n paliwa i wtryskiwany stru- mie n utleniacza oddziela si e i skierowuje si e pod k atem w stosunku do siebie, w ilo sci wystarczaj acej do spowodowania odpowiednich przep lywów zbie znych w pobli zu do lub przy powierzchni materia lu tworz acego szk lo, a paliwo spala si e z co najmniej jednego palnika tlenowo-paliwowego tak, aby co najmniej cz esc spalania przebiega la w otoczeniu tego materia lu tworz acego szk lo w celu wzmo zenia konwekcyjnego i radiacyjnego przenoszenia ciep la do tego materia lu tworz acego szk lo bez istotnego naruszenia tego materia lu tworz acego szk lo. Palnik tlenowo-paliwowy wed lug wynalazku charaktery- zuje si e tym, ze ma co najmniej jeden zewn etrzny wtryskiwacz utleniacza i dwa wewn etrzne wtryski- wacze paliwa, przy czym najbardziej wewn etrzny wtryskiwacz paliwa jest przystosowany do wtryski- wania paliwa z du za pr edko scia i inny wtryskiwacz paliwa jest przystosowany do wtryskiwania paliwa z mniejsz a pr edko scia. PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób stapiania materiału tworzącego szkło w piecu do wytopu szkła i palnik tlenowo-paliwowy.

Wynalazek dotyczy zastosowania zamontowanych w stropie palników tlenowo-paliwowych do wytopu szkła. Wynalazek ten dotyczy także zastosowania co najmniej jednego palnika tlenowopaliwowego z wykorzystaniem wewnętrznego lub zewnętrznego stopniowanego spalania w stropie pieca do wytopu szkła. Wynalazek stosuje się zarówno do pieców ogrzewanych w 100% w układzie tlenowo-paliwowym i do pieców ogrzewanych elektrycznie lub układami nie tlenowo-paliwowymi, takimi jak palnik (palniki) powietrzno-paliwowy lub ich kombinacje.

Do wytwarzania szkła i pokrewnych produktów stopionych powszechnie stosuje się piece regeneracyjne, rekuperacyjne, elektryczne i ogrzewane bezpośrednio.

Powietrzno-paliwowe piece regeneracyjne dzieli się na dwie kategorie to jest ogrzewane krzyżowo i z palnikami w ścianie czołowej. Ogrzewane krzyżowo piece regeneracyjne mają wiele otworów przelotowych, typowo trzy do ośmiu na każdym boku pieca, połączonych albo ze wspólnym albo podzielonym na przedziały regeneratorem do wstępnego ogrzania powietrza do spalania. Regeneratory, które mają różne kształty i wymiary, zmieniają kierunek co 15-30 minut zależnie od działania pieca. Podczas każdego odwróconego cyklu, powietrze do spalania z dmuchawy przepływając poprzez jeden otwór zaworu zmiany kierunku przepływu wchodzi do podstawy regeneratora po jednej stronie pieca i jest wstępnie ogrzane przed wejściem do otworu przelotowego łączącego z piecem. Paliwo w postaci oleju i/lub gazu jest wtryskiwane albo pod, ponad, poprzez albo z boku otworu przelotowego w celu wytworzenia płomienia spalającego się w piecu do wytopu szkła. Gorące produkty spalania wychodzą z pieca poprzez przeciwległy otwór przelotowy boczny, w dół poprzez ceglana kratownicę regeneratora, uwalniając ciepło i następnie wychodząc do komina gazów spalinowych poprzez drugie przejście w zaworze zmiany kierunku przepływu. Podczas gdy wchodzące powietrze do spalania chłodzi boczny regenerator, to regenerator gazów spalinowych ogrzewa aż do obrotu zaworu zmiany kierunku przepływu i powietrze do spalania wchodzi do uprzednio nagrzanego regeneratora gazów spalinowych.

Szkło ulega częściowemu stopieniu dzięki promieniowaniu płomienia powietrzno-paliwowego lecz głównie dzięki promieniowaniu odbitemu od stropu i ścianek ogrzewanych przez produkty spalania. W celu uzyskania większej wydajności produkcyjnej pieca do wytopu szkła, w wielu piecach stosuje się wspomaganie elektryczne za pomocą elektrod zanurzonych w szkle. Jest to kosztowne i może powodować uszkodzenie szkła w kontakcie ze ściankami zbiornika. Z biegiem czasu, regeneratory mogą ulegać zablokowaniu z uwagi na uszkodzenia termiczno/strukturalne i/lub przenosić materiały tworzące surowe szkło, zwane także materiałami wsadowymi lub wsadem, lub ze względu na kondensację lotnych części uwalnianych z partii szkła. Z chwilą gdy regeneratory zaczynają się blokować lub zawodzą, temperatura wstępnego ogrzania powietrza w piecu obniży się, ciśnienie atmosferyczne w piecu zwiększy się, co zmniejszy termiczną efektywność pieca. Więcej paliwa i powietrza do spalania było by wymagane do utrzymania takiej samej szybkości produkcji szkła. Co ważniejsze, ze względu na zwiększenie ciśnienia w piecu, szybkość produkcji szkła musi zostać tak obniżona, aby nie powodować uszkodzeń materiałów ogniotrwałych, które uzupełniają superkonstrukcje pieca.

W celu przywrócenia wydajności produkcji utraconej zgodnie z poprzednio podanymi wadami regeneratora lub dla zwiększenia produkcji w nieobciążonym piecu stosuje się tlen, wykorzystując cztery sposoby, a mianowicie ogólne wzbogacenie powietrza tlenem, zastosowanie specyficznych lanc tlenowych pod otworami przelotowymi płomieni, zainstalowanie palnika tlenowo-paliwowego pomiędzy pierwszym otworem przelotowym i końcem ścianki po stronie załadunku oraz chłodzonych wodą palników tlenowo-paliwowych przy otworze przelotowym. Przyrosty wydajności uzyskiwane dzięki tym technologiom są ograniczone poprzez dostęp, wymagania procesowe lub ograniczenia temperaturowe związane z ogniotrwałością.

Regeneracyjny piec z palnikami w ścianie czołowej działa podobnie do pieca ogrzewanego krzyżowo. Jednakże, ma on tylko dwa otwory przelotowe w ściance końcowej łączącej poszczególne regeneratory. Pogorszenie regeneratora może wystąpić na podstawie takiego samego mechanizmu jak w piecach ogrzewanych krzyżowo i podobnie stosuje się wspomaganie tlenowe i elektryczne.

W celu przywrócenia wydajności produkcji utraconej zgodnie z poprzednio podanymi wadami regeneratora lub dla zwiększenia produkcji w nieobciążonym piecu stosuje się tlen wykorzystując trzy sposoby, to jest ogólne wzbogacenie powietrza tlenem, zastosowanie specyficznych lanc tlenowych

PL 199 956 B1 pod otworami przelotowymi płomieni, zainstalowanie palników tlenowo-paliwowych w piecu. Te technologie mają zazwyczaj ograniczoną wydajność z uwagi na ograniczenia temperatury w piecu, związane z położeniem i przegrzewaniem pieca.

Rekuperacyjny piec wykorzystuje co najmniej jeden wymiennik ciepła typu rekuperatora. W odróżnieniu od regeneratora, rekuperator pracuje w sposób ciągły z zastosowaniem gorącego współprądowego strumienia z wymiennika ciepła, w którym spaliny wstępnie ogrzewają powietrze do spalania, rozprowadzając je kanałowo do poszczególnych palników powietrzno-paliwowych rozmieszczonych wzdłuż ścian bocznych pieca. W piecach rekuperacyjnych można także stosować wspomaganie elektryczne. Tak jak piece regeneracyjne, rekuperatory mogą zacząć tracić swą efektywność i zdolność do wstępnego ogrzania powietrza. Mogą one ulegać zablokowaniu lub powstają nieszczelności pomiędzy ściankami oddzielającymi powietrze do spalania i spaliny.

W celu przywrócenia wydajności produkcji utraconej zgodnie z poprzednio podanymi wadami rekuperatora lub dla zwiększenia produkcji stosuje się tlen wykorzystując trzy sposoby, to jest ogólne wzbogacenie powietrza tlenem, zastosowanie specyficznych lanc tlenowych pod palnikami powietrzno-paliwowymi i zainstalowanie palników tlenowo-paliwowych w ściankach ochronnych pieca. Te technologie maja zazwyczaj ograniczoną wydajność ze względu na ograniczenia lokalizacyjne palnika i związane są z przegrzewaniem pieca.

Piece ogrzewane bezpośrednio nie wykorzystują wstępnego ogrzania powietrza i dlatego są mniej efektywne niż piece o poprzedzających, przykładowych rozwiązaniach. W celu poprawienia termicznej efektywności lub zwiększenia wydajności produkcji, palniki powietrzno-paliwowe w ściance bocznej zastąpiono palnikami tlenowo-paliwowymi.

Piece elektryczne lub piece wykorzystujące energię elektryczną do stapiania większości materiału są zazwyczaj kosztowne w działaniu i mają krótszy okres żywotności niż typowe piece ogrzewane paliwem kopalnianym. Z chwilą realizacji danego rozwiązania, zwiększenie wydajności produkcji jest trudne. Przedmiotem wynalazku jest to co powszechnie określa się w przemyśle jako piece elektryczne z gorącym i ciepłym szczytem i nie dotyczy on zimnych pieców z górnym nagrzewem.

Opis patentowy Stanów Zjednoczonych Ameryki Płn. nr 5139558, Lauwersa, ujawnia zastosowanie chłodzonego wodą, o wysokim pędzie, zamontowanego w stropie, pomocniczego palnika tlenowego w piecu do wytopu szkła, ukierunkowanego na powierzchnię rozdziału stopionych i stałych składników tworzących szkło pod kątem pod prąd w stosunku do kierunku przepływu szkła, dzięki czemu stałe składniki tworzące szkło są mechanicznie zatrzymywane, co zatem zapobiega ich wychodzeniu ze strefy stapiania.

W opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki Płn. nr 3337324, Cable ujawnia sposób stapiania wsadowego materiału w piecu szklarskim z zastosowaniem palnika umiejscowionego tak aby nagrzewał znacznie dalej za końcem zasilającym pieca chłodzonego wodą.

W przeszłości rozpatrywano w przemyśle szklarskim palniki zamontowane w stropie lecz je zbagatelizowano. Oceniano, że ciepło uwalniane z zamontowanych w stropie palników jest zbyt wielkie, prowadząc w efekcie do stapiania korony pieca (stropu). Ponadto, duży pęd płomieni z palników mógłby powodować wydmuchiwanie materiałów wsadowych wokół palników, wpływając szkodliwie na ścianki pieca oraz tworząc warstwę pęcherzyków gazu, powszechnie określaną jako pianka, na powierzchni szklanego stopu.

Znane jest instalowanie zamontowanych w stropie palników tlenowo-paliwowych w kotłach do wytopu szkła z ogniotrwałą wykładziną. Te palniki są ukierunkowane do dołu pod kątem powyżej 45° w stosunku do powierzchni materiału tworzącego szkło przy kontrolowanej prędkości tak, aby nie przenosić luźnego materiału wsadowego do atmosfery pieca, i ponadto kontrolowanej tak, aby na ogół walcowato przepływające paliwo i tlen spalały się w pobliżu górnej powierzchni materiału tworzącego szkło, a to w celu wytworzenia płomienia, który oddziałuje na powierzchnię surowego materiału tworzącego szkło. Umożliwia to znaczące zwiększenie przenoszenia ciepła do szkła, z utrzymaniem temperatury w bezpiecznych granicach operacyjnych ze względu na ogniotrwałość, oraz uniknięcie przegrzewania stropu i ścianek pieca. Takie podejście technologiczne, z zastosowaniem palników zamontowanych w stropie (bez stopniowania) jako podstawowego źródła ciepła w piecu do wytopu szkła bez regeneratorów lub rekuperatorów, opisano w zgłoszeniu patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki Płn. nr 08/992136, LeBlanca, które załącza się tu na zasadzie odsyłacza, jak całkowicie wypisano poniżej.

PL 199 956 B1

Rozwiązanie palnika tlenowo-paliwowego z integralnym stopniowaniem ujawniono w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5458483, Taylora. Nie rozważano jednakże jego zastosowania w konfiguracji zamontowanej w stropie.

Sposób stapiania materiału tworzącego szkło w piecu do wytopu szkła, który to piec ma od strony dopływu ściankę końcową w strefie dopływu, ścianki boczne oraz ściankę końcową w strefie przepływu przyłączone do stropu, w którym co najmniej jedno urządzenie załadowcze wsadu do wprowadzania materiału wsadowego tworzącego szkło jest zawarte w strefie dopływu. Sposób według wynalazku charakteryzuje się tym, że umieszcza się co najmniej jeden palnik tlenowo-paliwowy w stropie tego pieca nad tym materiał em wsadowym, przy czym ten co najmniej jeden palnik tlenowo-paliwowy jest przystosowany do stopniowanego spalania, doprowadza się przepływające paliwo do tego co najmniej jednego palnika tlenowo-paliwowego, zapewnia się przepływ gazowego utleniacza w połączeniu z tym co najmniej jednym palnikiem tlenowo-paliwowym, wtryskuje si ę paliwo i utleniacz do pieca, wtryskiwany strumień paliwa i wtryskiwany strumień utleniacza oddziela się i skierowuje się pod kątem w stosunku do siebie, w ilości wystarczającej do spowodowania odpowiednich przepływów zbieżnych w pobliżu do lub przy powierzchni materiału tworzącego szkło, a paliwo spala się z co najmniej jednego palnika tlenowo-paliwowego tak, aby co najmniej część spalania przebiegała w otoczeniu tego materiału tworzącego szkło w celu wzmożenia konwekcyjnego i radiacyjnego przenoszenia ciepła do tego materiału tworzącego szkło bez istotnego naruszenia tego materiału tworzącego szkło.

Korzystnie mieszanie tego paliwa i utleniacza opóźnia się w celu zlokalizowania spalania w pobliżu lub przy powierzchni tego materiału tworzącego szkło.

Strumień paliwa zawiera tylko jeden strumień paliwa i mieszaninę paliwo-utleniacz wzbogaconą paliwem, i strumień utleniacza zawiera tylko jeden strumień utleniacza i mieszaninę paliwo-utleniacz z paliwem niskokalorycznym.

Korzystnie strumień paliwa i utleniacza oddziela się i skierowuje się w stosunku do siebie pod kątem od 0° do 90°.

Korzystnie barbotażuje się utleniacz poniżej powierzchni materiału tworzącego szkło.

Korzystnie sposób zawiera całkowicie palne reaktywne związki pośrednie w pobliżu lub przy powierzchni materiału tworzącego szkło.

Palnik tlenowo-paliwowy znajduje się w bloku palnika, a przepływ gazowego utleniacza zawiera integralne stopniowanie tego utleniacza poprzez wtrysk z takiego samego bloku palnika tlenowo-paliwowego.

Palnik tlenowo-paliwowy znajduje się w bloku palnika, a przepływ gazowego utleniacza zawiera zewnętrzne stopniowanie tego utleniacza poprzez wtrysk z takiego samego bloku palnika tlenowo-paliwowego.

Korzystnie umieszcza się co najmniej jeden wtórny wtryskiwacz utleniacza w stropie tego pieca w celu uzyskania dodatkowego utleniacza do zakoń czenia spalania w pobliż u lub przy powierzchni tego materiału tworzącego szkło.

Wtryskuje się od 0 do 90% stechiometrycznej ilości utleniacza poprzez blok palnika tlenowo-paliwowego i wtryskuje się od 100% do około 10% stechiometrycznej ilości utleniacza poprzez co najmniej jeden wtórny wtryskiwacz utleniacza oddzielony od bloku palnika tlenowo-paliwowego.

Materiał tworzący szkło wchodzi do pieca poprzez co najmniej jedno urządzenie załadowcze, a co najmniej jeden palnik tlenowo-paliwowy umieszcza się w stropie pieca w pobliż u co najmniej jednego urządzenia załadowczego powyżej materiału tworzącego szkło.

Korzystnie palnik jest zamontowany prostopadle do powierzchni materiału tworzącego szkło.

Palnik jest zamontowany pod kątem do 45 stopni od prostopadłej końcowej ścianki i w kierunku przepływu do końcowej ścianki pieca.

Korzystnie palnik jest zamontowany pod kątem nie większym niż 10 stopni od prostopadłej końcowej ścianki i w kierunku przepływu do końcowej ścianki pieca.

Utleniacz wybiera się z grupy obejmującej powietrze wzbogacone tlenem, nie w pełni czysty tlen i przemysłowo czysty tlen.

Korzystnie stopniuje się przepływ paliwa z palnika tlenowo-paliwowego.

Paliwo stanowi gaz wybrany z grupy obejmującej metan, gaz naturalny, gaz ciekły naturalny, propan, ciekły propan, butan, gazy o niskiej wartości ciepła, gaz świetlny, gaz generatorowy i ich mieszaniny.

Paliwo stanowi ciecz wybrana z grupy obejmującej ciężki olej opałowy, średni olej opałowy, lekki olej opałowy, naftę i olej napędowy.

PL 199 956 B1

Co najmniej jeden palnik tlenowo-paliwowy umieszcza się w stropie w pobliżu końcowej ścianki w kierunku przepływu.

Materiał tworzący szkło jest materiałem wybranym z grupy składającej się ze stłuczki, krzemionki, kalenia, nefelitu, sjenitu, kamienia wapiennego, dolomitu, sody kalcynowanej, potażu, boraksu, glinki kaolinowej, tlenku glinu, arsenu, antymonu, siarczanów, siarczków, węgla, tlenku baru, tlenku strontu, tlenku cyrkonu, tlenku ołowiu, tlenków metali barwiących szkło, i ich mieszanin.

Korzystnie umieszcza się wszystkie palniki pieca jako palniki tlenowo-paliwowe.

Korzystnie umieszcza się wszystkie palniki pieca w stropie.

Prowadzi się co najmniej jeden zamontowany w stropie palnik tlenowo-paliwowy w trybie pracy paliwa wzbogaconego i co najmniej jeden zamontowany w stropie palnik tlenowo-paliwowy w trybie pracy paliwa niskokalorycznego.

Sposób stapiania materiału tworzącego szkło w piecu do wytopu szkła, który to piec ma od strony dopływu ściankę końcową w strefie dopływu, ścianki boczne oraz ściankę końcową w strefie przepływu przyłączone do stropu, w którym co najmniej jedno urządzenie załadowcze wsadu do wprowadzania materiału wsadowego tworzącego szkło jest zawarte w strefie dopływu. Sposób według wynalazku charakteryzuje się tym, że umieszcza się co najmniej jeden palnik tlenowo-paliwowy przystosowany do stopniowanego spalania w stropie tego pieca nad tym materiałem wsadowym, zapewnia się przepływ ciekłego paliwa do tego co najmniej jednego palnika tlenowo-paliwowego, zapewnia się przepływ gazowego utleniacza w połączeniu z tym co najmniej jednym palnikiem tlenowo-paliwowym, wtryskuje się paliwo i gazowy utleniacz do pieca, obejmujące wtryskiwanie większości utleniacza osobno i znaczne otoczenie strumienia ciekłego paliwa do punktu poza początkową niewidzialną strefą spalania i spala się to paliwo tak, aby co najmniej część spalania przebiegała w otoczeniu tego materiału tworzącego szkło w celu wzmożenia konwekcyjnego i radiacyjnego przenoszenia ciepła do tego materiału tworzącego szkło bez istotnego naruszenia tego materiału tworzącego szkło.

Korzystnie palnik tlenowo-paliwowy znajduje się w bloku palnika, a przepływ gazowego utleniacza zawiera integralne stopniowanie tego utleniacza poprzez wtrysk z takiego samego bloku palnika tlenowo-paliwowego.

Korzystnie palnik tlenowo-paliwowy znajduje się w bloku palnika, a przepływ gazowego utleniacza zawiera zewnętrzne stopniowanie tego utleniacza poprzez wtrysk z takiego samego bloku palnika tlenowo-paliwowego.

Korzystnie umieszcza się co najmniej jeden wtryskiwacz utleniacza w stropie tego pieca w celu uzyskania dodatkowego utleniacza do zakończenia spalania na lub w pobliżu powierzchni tego materiału wsadowego.

Korzystnie kieruje się wtryskiwane paliwo i wtryskiwany utleniacz pod kątem 45° do 101° od poziomu.

Wtryskuje się pozostałości utleniacza w pobliżu i koncentrycznie do wtryskiwanego paliwa.

Wtryskuje się pozostałości utleniacza poprzez trzeciorzędny wtrysk do pieca.

Korzystnie stopniuje się przepływ paliwa z palnika tlenowo-paliwowego.

Ciekłe paliwo wybiera się z grupy obejmującej ciężki olej opałowy, średni olej opałowy, lekki olej opałowy, naftę i olej napędowy.

Wtryskiwane ciekłe paliwo ma wymiar kropel powyżej około 100 mikrometrów.

Korzystnie palnik jest zamontowany prostopadle do powierzchni materiału wsadowego.

Korzystnie palnik jest zamontowany pod kątem do 45 stopni od prostopadłej końcowej ścianki i w kierunku przepł ywu do koń cowej ścianki pieca.

Korzystnie palnik jest zamontowany pod kątem nie większym niż 10 stopni od prostopadłej końcowej ścianki i w kierunku przepływu do końcowej ścianki pieca.

Prowadzi się atomizację ciekłego paliwa w celu wytworzenia kropli o wymiarze w zakresie 5 mikrometrów do 50 mikrometrów.

Korzystnie szybko miesza się krople z ośrodkiem atomizacji w początkowym obszarze palnika z wytworzeniem homogenicznej mieszaniny.

Atomizuje się ciekłe paliwo z zastosowaniem utleniającego ośrodka atomizacji w celu wytworzenia częściowo palnej mieszaniny.

Korzystnie prowadzi się atomizację ciekłego paliwa z zastosowaniem ośrodka atomizacji wybranego z grupy obejmującej powietrze, tlen, parę, gaz naturalny i wodór lub ich mieszaniny, w celu zmniejszenia stosunku C:H w mieszaninie paliwo/ośrodek atomizacji.

PL 199 956 B1

Sposób stapiania materiału tworzącego szkło w piecu do wytopu szkła, który to piec ma od strony dopływu ściankę końcową w strefie dopływu, ścianki boczne oraz ściankę końcową w strefie przepływu przyłączone do stropu, w którym co najmniej jedno urządzenie załadowcze wsadu do wprowadzania materiału wsadowego tworzącego szkło jest zawarte w strefie dopływu. Sposób według wynalazku charakteryzuje się tym, że umieszcza się co najmniej jeden palnik tlenowo-paliwowy w stropie tego pieca nad tym materiał em wsadowym, przy czym ten co najmniej jeden palnik tlenowo-paliwowy jest przystosowany do stopniowanego spalania paliwa i zawiera co najmniej jeden zewnętrzny wtryskiwacz utleniacza i dwa wewnętrzne wtryskiwacze paliwa, przy czym najbardziej wewnętrzny wtryskiwacz paliwa jest przystosowany do wtryskiwania paliwa z dużą prędkością i drugi wtryskiwacz paliwa, umieszczony pomiędzy tym najbardziej wewnętrznym wtryskiwaczem paliwa i zewnę trznym wtryskiwaczem utleniacza, jest przystosowany do wtryskiwania paliwa z mniejszą prę dkością, doprowadza się przepływające paliwo do tego co najmniej jednego palnika tlenowo-paliwowego, w którym strumień przepływającego paliwa poprzez najbardziej wewnętrzny wtryskiwacz paliwa ma większy pęd niż strumień przepływającego paliwa poprzez inny wtryskiwacz paliwa, zapewnia się przepływ gazowego utleniacza do zewnętrznego wtryskiwacza utleniacza, mającego mniejszy pęd niż strumień przepływającego paliwa poprzez najbardziej wewnętrzny wtryskiwacz paliwa, spala się to paliwo z co najmniej jednego palnika tlenowo-paliwowego tak, aby co najmniej część spalania przebiegała w otoczeniu tego materiału tworzącego szkło w celu wzmożenia konwekcyjnego i radiacyjnego przenoszenia ciepła do tego materiału tworzącego szkło bez istotnego naruszenia tego materiału tworzącego szkło.

Korzystnie 10% do około 90% przepływu paliwa wykorzystuje się przez najbardziej wewnętrzny wtryskiwacz paliwa.

Ilość przepływającego paliwa najbardziej wewnętrznego wtryskiwacza paliwa jest mniejsza niż ilość przepływającego paliwa innego wtryskiwacza paliwa.

Korzystnie ilość przepływającego paliwa najbardziej wewnętrznego wtryskiwacza paliwa jest większa niż ilość przepływającego paliwa innego wtryskiwacza paliwa.

Ciekłe paliwo doprowadza się do najbardziej wewnętrznego wtryskiwacza paliwa, i gazowe paliwo doprowadza się do innego wtryskiwacza paliwa.

Ciekłe paliwo jest wybrane z grupy obejmującej ciężki olej opałowy, średni olej opałowy, lekki olej opałowy, naftę i olej napędowy, a gazowe paliwo jest wybrane z grupy obejmującej metan, gaz naturalny, gaz ciekły naturalny, propan, ciekły propan, butan, gazy o niskiej wartości ciepła, gaz świetlny, gaz generatorowy i ich mieszaniny.

Korzystnie paliwo jest gazem wybranym z grupy obejmującej metan, gaz naturalny, gaz ciekły naturalny, propan, ciekły propan, butan, gazy o niskiej wartości ciepła, gaz świetlny, gaz generatorowy i ich mieszaniny.

Utleniacze są wybrane z grupy obejmującej powietrze wzbogacone tlenem, nie w pełni czysty tlen i przemysłowo czysty tlen.

Palnik tlenowo-paliwowy według wynalazku charakteryzuje się tym, że ma co najmniej jeden zewnętrzny wtryskiwacz utleniacza i dwa wewnętrzne wtryskiwacze paliwa, przy czym najbardziej wewnętrzny wtryskiwacz paliwa jest przystosowany do wtryskiwania paliwa z dużą prędkością i inny wtryskiwacz paliwa jest przystosowany do wtryskiwania paliwa z mniejszą prędkością.

Korzystnie najbardziej wewnętrzny wtryskiwacz paliwa jest przystosowany do dostarczania centralnego wysokociśnieniowego strumienia paliwa, a inny wtryskiwacz paliwa jest przystosowany do dostarczania niskociśnieniowego paliwa w zewnętrznej, pierścieniowej, koncentrycznej osłonie do centralnego strumienia paliwa, i wtryskiwacz utleniacza jest przystosowany do dostarczania strumienia utleniacza w pierścieniowej, zewnętrznej, koncentrycznej względem osłony paliwa, przy czym strumień utleniacza jest dostarczany z mniejszym pędem niż centralny strumień paliwa.

Wtryskiwacze paliwa są przystosowane do paliw gazowych.

Korzystnie najbardziej wewnętrzny wtryskiwacz paliwa jest przystosowany do płynnego paliwa, a inny wtryskiwacz paliwa jest przystosowany do gazowego paliwa.

W wynalazku stosuje się co najmniej jeden palnik tlenowo-paliwowego w stropie pieca do wytopu szkła w celu zwiększenia wydajności produkcji lub utrzymania aktualnej wydajności produkcji uzyskując albo zmniejszenie zużycia energii lub ograniczenie istniejących urządzeń do odzysku ciepła takich jak rekuperatory lub regeneratory. Sposób wymaga zastąpienia części wykorzystywanej lub uprzednio wykorzystywanej energii powietrzno-paliwowej lub elektrycznej poprzez energię tlenowo-paliwową. Za wyjątkiem pieców regeneracyjnych z palnikami w ścianie czołowej i pieców elektryczPL 199 956 B1 nych, sposób wymaga blokowania otworów przelotowych regeneracyjnych lub odłączenia palników rekuperacyjnych. W konkretnym rozwiązaniu, kąt zamontowania i położenie palników w stosunku do wlotu surowca do pieca wpływa na poprawę szybkości stapiania, zwiększenie wydajności produktu, lepszą efektywność energetyczną i poprawę jakości szkła. W celu optymalizacji przenoszenia ciepła z jednoczesną minimalizacją emisji tlenków azotu i ditlenku siarki stosuje się dokładną regulację stechiometrycznego stosunku spalania w palniku, silnie nachylone wzajemnie oddziaływujące palniki oraz strefowe stopniowane podawanie paliwa/tlenu w piecu.

Sposób według wynalazku ma zastosowanie do stopniowania spalania co poprawia przenoszenie ciepła i/lub zmniejsza emisje tlenków azotu, podczas pracy co najmniej jednego palnika tlenowo-paliwowego zamontowanego w stropie pieca do wytopu szkła.

Przedmiotem wynalazku są zarówno 100% tlenowo-paliwowe piece szklarskie jak i tlenowo-paliwowe wspomaganie pieców powietrzno-paliwowych z lub bez zastosowanie regeneratorów lub rekuperatorowych urządzeń do odzysku ciepła i/lub wzbogacenia tlenem. W konsekwencji, przedmiotem wynalazku są zarówno modyfikacje istniejących pieców szklarskich jak i nowo zaprojektowanych do określonego celu pieców szklarskich.

Według niniejszego wynalazku, piece do wytopu szkła wszystkich rozwiązań można wspomagać stosując co najmniej jeden zamontowany w stropie palnik tlenowo-paliwowy (palniki) umiejscowiony nad surowymi materiałami wsadowymi jak materiały wprowadzane do pieca w celu poprawienia szybkości stapiania i poprawy jakości szkła i/lub wydajności wytwarzania szkła. Ze względu na zwiększoną szybkość i wydajność wytopu szkła wytwarzanego według rozwiązania i położenia tych palników, zależnie od stanu i typu pieca, można osiągnąć co najmniej jeden lub więcej z następujących efektów, to jest zwiększenie produkcji szkła, polepszenie jakości szkła, zmniejszenie wspomagania elektrycznego, zmniejszenie strat produkcyjnych spowodowanych nieefektywnym odzyskiem ciepła (to jest blokowaniem regeneratorów), zmniejszenie zastosowania tlenu przez zastąpienie wzbogacania tlenem atmosfery pieca, zmniejszenie zastosowania tlenu przez zastąpienie lanc tlenowych, zmniejszenie zastosowania tlenu przez zastąpienie typowe palników tlenowo-paliwowych umiejscowionych wzdłuż ścianek pieca szklarskiego, ograniczenie superkonstrukcji pieca ze względu na temperaturę, zwiększenie żywotności pieca, poprawienie efektywności energetycznej, zmniejszenie emisji tlenków azotu i tlenków siarki, zmniejszenie użycia paliwa kopalnianego, zmniejszenie recyklu stłuczki szklanej, regulacja wyjściowej temperatury szkła oraz zwiększenie wydajności produkcji szkła.

Wynalazek ten można stosować do następujących typów pieców. W zastosowaniach według wynalazku pieca elektrycznego z gorącym szczytem, co najmniej jeden palnik tlenowo-paliwowy będzie zamontowany w stropie pieca. W zastosowaniach według wynalazku w ogrzewanych krzyżowo piecach regeneracyjnych może czasem występować konieczność całkowitego lub częściowego blokowania lub zamykania co najmniej jednej pary przeciwnych otworów przelotowych. W zastosowaniach według wynalazku w regeneracyjnym piecu z palnikami w ścianie czołowej, co najmniej jeden palnik tlenowo-paliwowy będzie zamontowany w stropie pieca i przepływ powietrza do spalania będzie zmniejszony o część oryginalnie projektowanego maksymalnego przepływu. We wszystkich zastosowaniach według wynalazku do pieca rekuperacyjnego, co najmniej jeden palnik tlenowo-paliwowy będzie zamontowany w stropie pieca. W wielopalnikowych piecach, palniki zamontowane w ściance, sąsiadujące z zamontowanymi w stropie palnikami powinny być usunięte i doprowadzenie powietrza odłączone. W zastosowaniach pojedynczego palnika lub pojedynczego otworu przelotowego, przepływ powietrza do spalania będzie zmniejszony o część oryginalnego projektowanego maksymalnego przepływu.

We wszystkich zastosowaniach według wynalazku, w piecu z ogrzewaniem bezpośrednim, co najmniej jeden palnik tlenowo-paliwowy będzie zamontowany w stropie pieca. W wielopalnikowych piecach, palniki zamontowane w ściance, sąsiadujące z zamontowanymi w stropie palnikami powinny być usunięte i doprowadzenie powietrza odłączone. W zastosowaniach pojedynczego palnika lub pojedynczego otworu przelotowego, przepływ powietrza do spalania będzie zmniejszony o część oryginalnego projektowanego maksymalnego przepływu.

We wszystkich powyższych przypadkach zakres wynalazku jest efektywnie taki sam. Wytop szkła, który uprzednio przeprowadzano w powietrzno-paliwowych lub tlenowo-paliwowych piecach, lecz nie wyłączając pieców z wykorzystaniem wspomagania elektrycznego lub typowego wspomaganie tlenem, zmieniono przez zamontowanie w stropie palników tlenowo-paliwowych umiejscowionych nad wlotem surowca do pieca, w celu poprawienia szybkości stapiania i/lub poprawienia jakości szkła i/lub wydajności wytwarzania szkła. Ze względu na możliwość umieszczenia tych palników w specy8

PL 199 956 B1 ficznych położeniach, osiąga się zwiększenie przenoszenie ciepła do nie stopionych surowych materiałów wsadowych.

We wszystkich przypadkach, co najmniej jeden zamontowany w stropie palnik tlenowo-paliwowy jest umiejscowiony nad wlotem surowca do pieca w celu poprawienia szybkości stapiania i poprawienia jakoś ci szkł a, i we wszystkich wielokrotnych otworach przelotowych i wielopalnikowych zastosowaniach powietrzno-paliwowych, co najmniej jedna para otworów przelotowych lub para palników zostaje odłączona. We wszystkich zastosowaniach z pojedynczym otworem przelotowym i pojedynczym palnikiem, ilość powietrza do spalania i paliwa zmniejsza się do części poniżej maksymalnej projektowej. Bardziej efektywne zamontowane w stropie palniki dostarczają energię do zastąpienia typowej ilości energii odprowadzanej z procesu i dodatkowej energii wymaganej do spełnienia wymogów procesu. Położenie palników w stosunku do surowca wchodzącego do pieca poprawia szybkości stapiania. Stosunki stechiometryczne tlenu i paliwa i właściwości przepływowe palników zamontowanych w stropie i pozostałych palników powietrzno-paliwowych można kontrolować tak, aby minimalizować emisję podtlenku azotu i ditlenku siarki z pieca szklarskiego.

W rozwią zaniu wedł ug wynalazku jest zastosowany co najmniej jeden palnik tlenowo-paliwowy z wykorzystaniem wewnę trznego lub zewnę trznego stopniowanego spalania, umiejscowiony w stropie pieca do wytopu szkła. To rozwiązanie stosuje się zarówno do 100% tlenowo-paliwowo ogrzewanych pieców jak i do pieców ogrzewanych elektrycznie lub nietlenowo-paliwowych (takich jak z palnikiem powietrzno-paliwowym). Zastosowanie do tlenowo-paliwowo ogrzewanych pieców daje zwiększenie szybkości stapiania, prowadząc w efekcie do co najmniej jednego z takich ulepszeń jak poprawa jakości szkła, wydajności produkcji szkła i efektywności energetycznej (poprzez zmniejszenie albo ilości paliwa kopalnianego albo zużycia energii) na jednostkę wyprodukowanego szkła. Zastosowanie niniejszego wynalazku do nietlenowo-paliwowych pieców umożliwia poprawienie jakości szkła oraz zwiększenie wydajności produkcji lub utrzymanie aktualnej wydajności produkcji z jednoczesnym albo zmniejszonym zużyciem energii pomimo pogorszenia istniejących urządzeń do odzysku ciepła. W modernizacji poprzez wprowadzenie nowych elementów, sposób wymaga uzupełnienia lub zastąpienia części istniejącej lub uprzednio istniejącej tlenowo-paliwowej, powietrzno-paliwowej lub elektrycznej ilości energii, energią tlenowo-paliwową z co najmniej jednego palnika tlenowo-paliwowego z integralnym lub zewnę trznym stopniowanym spalaniem, umieszczonego w stropie pieca.

W nowych instalacjach pieca szklarskiego, niniejszy wynalazek umożliwia zastosowanie 100% palników tlenowo-paliwowych, obejmujące co najmniej jeden zamontowany w stropie palnik tlenowo-paliwowy, dla którego spalanie jest całkowicie lub zewnętrznie stopniowane. Ewentualnie, wszystkie palniki są zamontowane w stropie.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój poprzeczny podłużnego widoku pieca do wytopu szkła zgodnie z niniejszym wynalazkiem, fig. 2A przedstawia przekrój poprzeczny widoku z góry ogrzewanego krzyżowo regeneracyjnego rozwiązania pieca do wytopu szkła według fig. 1 wzdłuż linii 2-2, fig. 2B przedstawia przekrój poprzeczny widoku z góry rozwiązania regeneracyjnego pieca do wytopu szkła z palnikami w ścianie czołowej według fig. 1 wzdłu ż linii 2-2, fig. 2C przedstawia przekrój poprzeczny widoku z góry ogrzewanego krzyżowo rozwiązania rekuperacyjnego pieca do wytopu szkła według fig. 1 wzdłuż linii 2-2, fig. 2D przedstawia przekrój poprzeczny widoku z góry rekuperacyjnego rozwiązania pieca do wytopu szkła z palnikami w ścianie czołowej według fig. 1 wzdłuż linii 2-2, fig. 2E przedstawia przekrój poprzeczny widoku z góry jednostkowego kotła do stapiania rozwiązania pieca do wytopu szkła według fig. 1 wzdłuż linii 2-2, fig. 3 przedstawia przekrój poprzeczny widoku pieca do wytopu szkła według fig. 1 wzdłuż linii 3-3, ilustrujący dwa palniki tlenowo-paliwowe przyległe do przeciwprądowej ścianki końcowej pieca, fig. 4 przedstawia alternatywny przekrój poprzeczny widoku pieca do wytopu szkła według fig. 1 wzdłuż linii 3-3, ilustrujący jeden palnik tlenowo-paliwowy przyległy do przeciwprądowej ścianki końcowej pieca, fig. 5 przedstawia przekrój poprzeczny widoku palnika tlenowo-paliwowego i schematycznie prezentuje płomień palnika z palnika tlenowego, fig. 6 przedstawia przekrój poprzeczny rzutu pionowego pieca do wytopu szkła z integralnym stopniowaniem spalanie, zamontowany w stropie palnik tlenowo-paliwowy, fig. 7 przedstawia przekrój poprzeczny rzutu pionowego zamontowanego w stropie palnika tlenowo-paliwowego z przyłączonymi zewnętrznymi urządzeniami do stopniowanego spalania, fig. 8 przedstawia schematycznie widok z góry pieca do wytopu szkła posiadającego zamontowaną w stropie grupę palników tlenowo-paliwowych pracujących przy różnych stechiometrycznych stosunkach w celu osiągnięcia stopniowania wewnątrz palnika, fig. 9 przedstawia przekrój poprzeczny rzutu pionowego pieca do wytopu szkła posiadającego zamontowany w stropie

PL 199 956 B1 palnik tlenowo-paliwowy i przyłączoną bełkotkę tlenu zapewniająca stopniowanie tlenu na powierzchni partii szkła, poprzez stopioną masę, fig. 10 przedstawia przekrój poprzeczny rzutu pionowego zamontowanego w stropie palnika tlenowo-olejowego ze stopniowanymi wtryskiwaczami tlenu według niniejszego wynalazku, fig. 11 przedstawia schematyczny, częściowy przekrój perspektywiczny stopniowanego palnika tlenowo-paliwowego.

W piecach szklarskich, dla których przeznaczony jest niniejszy wynalazek, z typowego palnika wypływa mieszanina paliwa i albo powietrza albo tlenu przy konkretnym stosunku paliwa do utleniacza, w celu wytworzenia mieszanki palnej. Z chwilą zapalenia, mieszanka palna pali się dając płomień stosowany do ogrzewania i stapiania materiałów wsadowych szkła. Sposób według niniejszego wynalazku różni się od stosowanych w typowych, ogrzewanych paliwem kopalnianym piecach powietrzno-paliwowych i tlenowo-paliwowych, w których przenoszenie ciepła realizowane jest przez promieniowanie bezpośrednio ze ścianek i stropu pieca i bezpośrednie promieniowanie z płomieni. Sposób, wykorzystując co najmniej jeden zamontowany w stropie palnik tlenowo-paliwowy (paliwowe), oprócz przenoszenia ciepła przez promieniowanie, dostarcza znaczących ilości ciepła przenoszonego przez konwekcję, a to z uwagi na uderzenie i końcową reakcję reaktywnych związków pośrednich, takich jak monotlenek węgla, wodór i rodniki hydroksylowe, stabilizującą produkty spalania, takie jak ditlenek węgla i para wodna przy powierzchni partii szkła. Ten sposób przenoszenia ciepła jest wzmożony gdy palnik tlenowo-paliwowy jest albo integralny (w bloku palnika) lub jest zewnętrznie stopniowany tak, aby opóźnić częściowo spalanie, a tym samym obniżyć temperaturę płomienia i straty ciepła przez promieniowanie do chwili osiągnięcia powierzchni szkła. W efekcie zmniejsza się przenoszenie ciepła do superkonstrukcji pieca.

Odpowiednie do spalania paliwa obejmują między innymi metan, gaz naturalny, gaz ciekły naturalny, propan, ciekły propan, butan, gazy o niskiej wartości ciepła takie jak gaz świetlny, gaz generatorowy lub podobne, odparowany lub zatomizowany olej, naftę lub olej napędowy, lub ich mieszaniny, albo w temperaturze otoczenia lub wstępnie ogrzane. Korzystne utleniacze obejmują powietrze wzbogacone tlenem, zawierające powyżej 20,9 procent objętościowych do około 80 procent objętościowych tlenu, korzystnie powyżej 50 procent objętościowych takie jak wytwarzane przez filtrację, absorpcję, rozdzielanie przeponowe lub w podobny sposób. Nie w pełni czysty tlen taki jak wytwarzany na przykład w próżniowym przemiennym procesie adsorpcji i zawierający około 80 procent objętościowych do około 95 procent objętościowych tlenu i „przemysłowo czysty tlen zawierający około 90 procent objętościowych do około 100 procent objętościowych tlenu, taki jak wytwarza się w kriogenicznej instalacji rozdzielania powietrza. Utleniacz można wprowadzać albo w temperaturze otoczenia albo wstępnie ogrzany. Paliwo i utleniacz wprowadza się na ogół do pieca poprzez zespół palnika.

Zespół palnika obejmuje na ogół blok palnika utworzony tak by miał komorę płomieniową posiadającą otwory wlotowe i wylotowe, elementy palnika do wprowadzenia paliwa do komory płomieniowej utworzonej w bloku palnika i elementy do doprowadzania tlenu do komory płomieniowej. Podczas pracy, doprowadzany tlen miesza się z paliwem dostarczanym przez doprowadzające elementy palnika wewnątrz komory płomieniowej. Tę palną mieszaninę paliwa i tlenu można zapalić wytwarzając płomień posiadający część podstawową w komorze płomieniowej i część końcową na zewnątrz komory płomieniowej. Jeśli stosowany zespół palnika ma „wewnętrzne stopniowanie do wtórnego spalania, to blok palnika może ponadto obejmować boczniki do przeprowadzenia tlenu na zewnątrz komory płomieniowej, takie jak otwory przelotowe do doprowadzania tlenu wokół otworu wylotowego komory płomieniowej. Podczas pracy, tlen może przepływać poprzez boczniki utworzone w bloku palnika do otworów przelotowych do doprowadzania tlenu i zostaje wyrzucony z bloku palnika do położonego dalej obszaru „drugiego stopnia zawierającego część płomienia i znajdującego się na zewnątrz komory płomieniowej w piecu, w celu ogrzania materiałów wsadowych szkła lub stopu.

W pewnych korzystnych rozwiązaniach, integralnie stopniowany blok palnika wykonany jest z ogniotrwałego materiału i obejmuje ściankę zewnętrzną utworzoną tak by obejmowała otwór wlotowy komory płomieniowej i wiele otworów przelotowych zasilania tlenem wokół otworu wlotowego. Blok palnika obejmuje także ściankę pieca ukształtowaną tak by znajdowała się w piecu i obejmowała otwór wylotowy komory płomieniowej i wiele otworów przelotowych doprowadzenia tlenu wokół otworu wylotowego. W alternatywnych rozwiązaniach, jeden lub więcej elementów wejściowych utleniacza może być umieszczonych zewnętrznie do bloku palnika, jak opisano poniżej, a to w celu umożliwienia stopniowanego spalania w piecu.

Odpowiednie materiały na ogniotrwały blok palnika obejmują, lecz nie ograniczając się do nich, takie jak krzemionka, mulit, ditlenek cyrkonu (ZrC2), stopy tlenek glinu-ditlenek cyrkonu-krzemionka (AZS),

PL 199 956 B1 regenerowany AZS lub związany tlenek glinu (Al2O3). Dany materiał określa się, częściowo, na podstawie rodzaju szkła do stapiania w piecu szklarskim.

Stopniowane spalanie zaproponowano dla palników pieca szklarskiego, takich jak te, w których paliwo wzbogacone tlenowo-paliwową mieszaniną wtryskiwane jest do pieca z palnika, i dodatkowy tlen wtryskiwany jest przez zewnętrzne urządzenia do bloku palnika w celu uzyskania całkowitego spalania po wyjściu z palnika. W przypadku palników zamontowanych w stropie, korzystne całkowite spalanie może wystąpić w sąsiedztwie powierzchni surowych materiałów wsadowych. Korzystnie, dodatkowe wtryskiwacze tlenu były by umiejscowione tak, aby opóźniać całkowite spalanie dopóki płomień nie uderzy na powierzchnię surowca. Położenie dodatkowych wtryskiwaczy zależy od pożądanych parametrów operacyjnych palnika (palników), jak również położenia i liczby palników. Według niniejszego wynalazku, zewnętrzne stopniowane spalanie korzystnie osiąga się przez zainstalowanie co najmniej jednego wtryskiwacza tlenu w stropie lub koronie pieca, chociaż wtryskiwacze tlenu można umiejscowić gdzie indziej w celu uzyskania pożądanych efektów opóźnienia spalania.

Według niniejszego wynalazku, co najmniej jeden palnik tlenowo-paliwowy (paliwowe) jest korzystnie umiejscowiony w stropie (lub koronie) pieca powyżej surowca (i ewentualnie, stłuczki) i ukierunkowany na powierzchnię partii. Palniki można umiejscowić jak najbliżej urządzenia załadowczego wsadu gdzie znajdują się najzimniejsze materiały wsadowe, w pobliżu tylnej ścianki pieca, przy której materiał tworzący szkło jest wprowadzany, uzyskując gwałtowne stopienie z uwagi na większą różnicę termiczną. Typowe powietrzno-paliwowe lub tlenowo-paliwowe palniki można umiejscowić wzdłuż ścianki pieca w kierunku przepływu od palników zamontowanych w stropie z wytworzeniem strefy rafinacji i zapewnia całkowitego spalania reagentów. Alternatywnie, palniki tlenowo-paliwowe zamontowane w stropie mogą zapewniać przenoszenie ciepła w kierunku przepływu za urządzeniami załadowczymi wsadu w pobliżu ścianki końcowej pieca, to jest przedniej ścianki pieca.

Zamontowany w stropie palnik tlenowo-paliwowy według niniejszego wynalazku działa z powodzeniem ponieważ część spalania przebiega na powierzchni wsadu w kotle do stapiania szkła, co uzupełnia przenoszenie ciepła przez konwekcję do tradycyjnego radiacyjnego przenoszenia ciepła. Ponadto, zgodnie z korzystnym rozwiązaniem według wynalazku, zastosowanie zamontowanych w stropie palników tlenowo-paliwowych zapewniają cych integralne lub zewnę trzne stopniowane spalanie, opóźnia mieszanie tlenu i paliwa odsuwając strefę spalania w przód od stropu. Prowadzi to do zwiększenia spalania na lub przy powierzchni surowca na szkło lub materiałów stopionych w celu zwiększenia ciepła przenoszonego konwekcyjnie i radiacyjnie. Płomień o wysokiej temperaturze zostaje przeniesiony dalej od stropu w celu uniknięcia uszkodzenia konstrukcji i bliżej do szkła wspomagając przenoszenie ciepła. Dodatkową korzyść stanowi fakt, że rozwiązanie według wynalazku z zamontowanym w stropie urządzeniem do stopniowanego spalania umożliwia prowadzenie procesu w piecach mających wyższe stropy. Opóźnienie uzyskuje się przez oddzielenie dwóch gazowych strumieni (albo tylko tlen/tylko paliwo albo ubogie paliwo/wzbogacona mieszanka paliwa) w wystarczającej mierze, oraz w jednym rozwiązaniu, skierowanie ich ku sobie aby uzyskać ich kierunki przepływu zbieżne przy powierzchni wsadu lub stopu.

Palniki tlen/gaz naturalny pracują przy stechiometrycznym stosunku 2:1 gdy gaz naturalny stanowi czysty metan i utleniacz stanowi czysty tlen. Typowy palnik tlen/gaz o stożkowym płomieniu ma koncentryczną konstrukcję rura w rurze i wewnętrzna rura dostarcza gaz, a zewnętrzna rura dostarcza tlen. Długość płomienia staje się wówczas funkcją prędkości dwóch przepływów i względnych różnic prędkości pomiędzy dwoma przepływami, co będzie wpływać na szybkość mieszania przy powierzchni rozdziału pomiędzy dwoma strumieniami, a więc na szybkość spalania. Ponieważ zarówno strumienie będą się rozszerzać po wyjściu z rur, to zaczną się mieszać bezpośrednio i spalanie rozpocznie się bardzo blisko punktu wyjścia z palnika.

Według niniejszego wynalazku dwa strumienie (paliwa i utleniacza) ulegają rozdzieleniu na dwa lub więcej oddzielnych strumieni. W jednym rozwiązaniu, strumień gazowego paliwa może funkcjonować jako gazowe paliwo tylko lub jako koncentryczny palnik rurowy przy stosunku tlenu poniżej stechiometrycznego. Pozostała ilość tlenu wymagana do całkowitego spalania, ewentualnie aż do 100% wymaganego tlenu, wprowadzana jest poprzez jedną lub więcej dodatkowych rur, które umieszczone są dalej od rury gazu, na tyle daleko, aby dwa strumienie nie mieszały się przepływając na znaczną odległość do celu, to jest powierzchni materiałów na szkło. Kąt oddzielający dwa strumienie może wynosić tylko 0° (równoległe) lub aż 90° jeśli przebiega wzdłuż ścianki pieca, i aż do 180° jeśli barbotuje się spod powierzchni stopu, dopóki mieszanie występuje poza punktem wyjścia z palnika.

PL 199 956 B1

Jak stwierdzono powyżej, jedną z korzyści sposobu według niniejszego wynalazku jest możliwość pracy zamontowanego w stropie palnika dalej od celu, to jest uzyskanie większej odległości od stropu do powierzchni materiału na szkło. Umożliwia to pracę zamontowanego w stropie palnika tlenowo-paliwowego (paliwowych) w istniejących piecach, w których strop znajduje się obecnie zbyt daleko od wsadu aby osiągnąć znaczącą szybkość przenoszenia konwekcyjnego bez stopniowania zamontowanego w stropie palnika.

Na rysunkach pokazano piec do wytopu szkła 10 dostarczający stopione szkło do zasilacza lub rafinera szkła 12, w którym stopione szkło jest następnie rafinowane i później wprowadzane do jednej lub więcej maszyn do formowania szkła na wyroby takie jak pojemniki, fiberyzatory (fiberizers), pływaki wannowe i temu podobne (nie pokazane). Rozpatrując rysunki należy rozumieć, że dla jasności, pewnych szczegółów konstrukcji nie wskazano z uwagi na to, że są one typowe i dobrze znany fachowcom w dziedzinie z chwilą ujawniania i wyjaśniania wynalazku. Specyficznymi elementami, które wyłączono stanowią otwory przelotowe regeneratora, palniki powietrzno-paliwowe i wyloty, ponieważ są one różne dla każdego typu pieca.

Piec do wytopu szkła 10 typowo obejmuje wydłużony kanał mający początkującą przepływ ściankę końcową 14 i ściankę końcową w kierunku przepływu 16, ścianki boczne 18, dno 20 i strop 22, wszystkie wykonane z odpowiednich materiałów ogniotrwałych takich jak tlenek glinu, krzemionka, tlenek glinu-krzemionka, cyrkon, ditlenek cyrkonu-tlenek glinu-krzemionka, tlenek chromu i temu podobne. Strop 22 pokazano na ogół jak mający łukowaty kształt poprzeczny do podłużnej osi kanału, jednakże strop może mieć w większości dowolną odpowiednią konstrukcję. Strop 22 typowego pieca do wytopu szkła 10 jest umiejscowiony pomiędzy około 0,9-4,6 m powyżej powierzchni surowego materiału tworzącego szkło. Jak dobrze wiadomo w dziedzinie, piec do wytopu szkła może ewentualnie obejmować jedną lub więcej bełkotek i/lub pary elektrycznych elektrod wspomagania (nie pokazane). Bełkotki i/lub elektryczne elektrody wspomagania zwiększają temperaturę masy szkła i zwiększają cyrkulację stopionego szkła pod pokrywą wsadu.

Piec do wytopu szkła 10 obejmuje dwie kolejny strefy, strefę stapiania 27 i w kierunku przepływu strefę klarowania 28. Strefę stapiania 27 uważa się za przeciwprądową strefę pieca do wytopu szkła 10, do którego surowy materiał tworzący szkło jest ładowany z zastosowaniem urządzenie ładowczego 32, typu dobrze znanego w dziedzinie. Surowy materiał tworzący szkło 30 może być mieszaniną surowych materiałów typowo stosowanych do wytwarzania szkła. Należy rozumieć, że skład surowego materiału tworzącego szkło (lub wsad) 30 zależy od typu wytwarzanego szkła. Normalnie, materiał zawiera, interalia, materiały zawierające krzemionkę obejmujące złom szklany powszechnie zwany stłuczką. Inne materiały tworzące szkło obejmują, lecz nie ograniczając się do nich, takie jak kaleń, nefelit, sjenit, kamień wapienny, dolomit, soda kalcynowana, potaż, boraks, glinka kaolinowa i tlenek glinu. W celu zmiany wł aś ciwości szkł a mo ż na takż e dodawać mniejsze ilości arsenu, antymonu, siarczanów, siarczków, węgla, fluorków i/lub innych składników. Ponadto, tlenki baru, strontu, cyrkonu i ołowiu można dodawać do szkła specjalnego przeznaczenia, a inne barwiące szkło tlenki metali można dodawać w celu uzyskania po żądanego zabarwienia.

Surowy materiał tworzący szkło 30 daje warstwę wsadu stałych cząstek na powierzchni stopionego szkła w strefie stapiania 27 pieca do wytopu szkła 10. Pływające stałe cząstki wsadu surowego materiału tworzącego szkło 30 są stapiane przez co najmniej jeden palnik tlenowo-paliwowy 34 dający kontrolowany uderzający kształt i długość płomienia, zamontowany w stropie 22 pieca do wytopu szkła 10. Należy rozumieć, że stwierdzono, iż zainstalowanie i właściwa regulacja co najmniej jednego palnika tlenowo-paliwowego 34 w stropie 22 pieca do wytopu szkła 10 nad surowym materiałem tworzącym szkło 30, zgodnie z niniejszym wynalazkiem, zwiększa szybkość stapiania stałego surowego materiału tworzącego szkło i, jednocześnie, utrzymuje roboczą temperaturę otaczającego ogniotrwałego materiału w dopuszczalnych granicach operacyjnych.

Stosowane tu wyrażenie „co najmniej jeden palnik tlenowo-paliwowy oznacza jeden lub więcej palników tlenowo-paliwowych. Także przez stosowany tu termin, 100% tlenowo-paliwowy rozumie się, że wszystkie palniki są przystosowane do wykorzystywania tlenu lub powietrza wzbogaconego tlenem, w przeciwieństwie do samego powietrza jako utleniacza. Ponadto, stosowane tu określenie „przez co najmniej jeden palnik tlenowo-paliwowy odnosi się do modernizowanej poprzez wprowadzenie nowych elementów instalacji, do stanu, w którym dodatkowe lub przywrócone wydajności produkcji szkła i zastąpienie układu powietrzno-paliwowego i lub elektryczno/tlenowego wspomagania energii do stapiania surowego materiału tworzącego szkło, jest realizowane przez co najmniej jeden palnik tlenowo-paliwowy. W szczególnym rozwiązaniu, jak pokazano na fig. 1 i 2A, piec do wytopu

PL 199 956 B1 szkła 10 obejmuje trzy palniki tlenowo-paliwowe 34. Pojedynczy palnik tlenowo-paliwowy 34 jest umiejscowiony przeciwprądowo do dwóch po sąsiedzku umiejscowionych w kierunku przepływu palników tlenowo-paliwowych. Jednakże, należy rozumieć, że dowolną liczbę palników tlenowo-paliwowych 34 można umiejscowić prawie w dowolnym odpowiednim położeniu w stropie 22 pieca 10 nad wsadem, w celu stapiania surowego materiału tworzącego szkło 30. Na przykład dwa palniki tlenowo-paliwowe 34 mogą być umiejscowione w położeniu bok przy boku jak to przedstawiono na fig. 3 lub pojedynczy palnik tlenowo-paliwowy można stosować jak to przedstawiono na fig. 4. Niemniej jednak, zgodnie z niniejszym wynalazkiem, kątowe ustawienie każdego palnika tlenowo-paliwowego 34 w stropie pieca do wytopu szkła 22 może być ta kie, aby płomień wytwarzany 36 był ukierunkowany zdecydowanie prostopadle względem powierzchni wsadu szkła w celu wytworzenia płomienia, który oddziaływuje na powierzchnię szkła dając uderzenie na powierzchnię 26. W korzystnym rozwiązaniu, palniki tlenowo-paliwowe 34 są umiejscowione w zasadzie prostopadle względem materiału wsadowego, pod kątem około 90 stopni w stosunku do surowego materiału tworzącego szkło 30. Kąt można odchylać się od prostopadłego w kierunku przepływu ścianki końcowej (to jest przedniej ścianki), w pewnych rozwiązania aż do 45 stopni, lecz korzystnie poniżej 10 stopni. Stwierdzono, że szybkość produkcji szkła i jakość wytwarzanego szkła można poprawić przez stapianie surowego materiału tworzącego szkło 30 stosując co najmniej jeden skierowany do dołu ogrzewający palnik tlenowo-paliwowy 34 o kontrolowanym uderzającym kształcie i długość płomienia zgodnie z niniejszym wynalazkiem.

Co najmniej jeden palnik tlenowo-paliwowy wymaga paliwa i utleniacza. Paliwo może być albo gazowe lub ciekłe albo stanowi kombinację ich obu. Gazowe paliwa obejmują te wyszczególnione powyżej, jak również mieszanki wcześniej wymienionych gazów. Ciekłe paliwa obejmują ciężkie, średnie i lekkie oleje opałowe, naftę i olej napędowy. Ciekłe paliwa muszą być atomizowane i/lub odparowywane. Atomizację można prowadzić albo mechanicznie albo stosując wtórne ośrodki rozpylające jak powietrze, para, tlen, dowolny z wcześniej wymienionych gazów opałowych i w pewnych przypadkach gaz obojętny. Odparowywanie polega na ogrzewaniu otaczających produktów gazów spalinowych w celu odparowania oleju. Utleniacz może stanowić albo 100% czysty tlen albo mieszanka tlenu i gazu obojętnego z tlenem w stężeniu korzystnie 50-100%, jak opisano powyżej.

W odniesieniu do fig. 5, co najmniej jeden palnik tlenowo-paliwowy 34 w stropie 22 pieca do wytopu szkła 10 ma co najmniej jeden przewód paliwowy 40 do dostarczania paliwa i co najmniej jeden przewód tlenu 42 do zapewnienia przepływu tlenu. Palnik tlenowo-paliwowy 34 można mieć wydajność w zakresie od około 0,5 do około 15 MM Btu/godzinę, zależnie od rozmiaru pieca do wytopu szkła 10 i pożądanej szybkości rozciągania. Palnik tlenowo-paliwowy 34 jest zaprojektowany do stosowania większej zawartości procentowej tlenu niż występuje w powietrzu, a zatem temperatura powyżej powierzchni uderzenia płomienia 36 z palnika tlenowo-paliwowego 34 jest znacznie wyższa niż w typowym piecu do wytopu szkła, wykorzystują cym palniki powietrzno-paliwowe. Pomimo to, jak dobrze wiadomo fachowcom w dziedzinie, temperatura płomienia 36 przekazywana przez palnik tlenowo-paliwowy 34 zależy od jakości paliwa i stosunku tlen/paliwo. W korzystnym rozwiązaniu, stężenie tlenu w palniku tlenowo-paliwowym 34 mieści się typowo na poziomie około 95-125 procent stechiometrycznej ilość tlenu wymaganej do spalenia paliwa. Stosunek paliwa do tlenu można zmieniać, jednakże, w celu uzyskania zakresu parametrów operacyjnych w piecu do wytopu szkła 10 dla osiągnięcia jednej lub więcej pożądanych właściwości, obejmujących na przykład wskaźnik redoks, zabarwienie szkła, zawartość pęcherzyków gazu znaną jako piana i bąble w rynkowych i innych właściwościach szkła.

Palnik tlenowo-paliwowy 34 wychodzi skierowany do dołu od bloku palnika 38 umieszczonego w stropie 22 pieca do wytopu szkł a 10. Każ dy podstawowy blok palnika 33 obejmuje otwór o wewnętrznej średnicy id, który jest co najmniej tak duży jak zewnętrzna średnica największego przewodu 42 lub 40, zależnie od konfiguracji. Wewnętrzna średnica id otworu bloku palnika 38 może mieć wymiar pomiędzy około 5-20, 32 cm. Koniec palnika tlenowo-paliwowego 34 podstawowej strefy spalania znajduje się w odległości LBb około 0-45, 72 cm od końca bloku palnika 38. Wtórna i w pewnych przypadkach trzecia strefa spalania znajduje się na zewnątrz bloku palnika 38. Należy rozumieć, że otwór bloku palnika 38 pomiędzy końcem palnika tlenowo-paliwowego 34 i końcem bloku palnika, w pewnych przypadkach działa w celu zogniskowania płomienia palnika i zapobiega rozprzestrzenianiu na zewnątrz płomienia lecz ponadto zabezpiecza przewody palnika. Blok palnika 38 wykonany jest z ogniotrwałego materiału dobrze znanego w dziedzinie i może mieć dowolny odpowiedni kształt zewnętrzny taki jak prostokąt czy inny.

PL 199 956 B1

Powierzchnia dna bloku palnika 38 może leżeć w tej samej płaszczyźnie co wewnętrzna powierzchnia stropu 22 lub powierzchnia dna może wystawać poniżej wewnętrznej powierzchni stropu na odległość około 5 cm w celu zabezpieczenia bloku palnika 38 i sąsiadujących materiałów ogniotrwałych korony przed zużyciem. Ponadto, jak pokazano na fig. 5, przewody paliwowe 40 i przewody tlenowe 42 palnika tlenowo-paliwowego 34 rozciągają się do dołu bloku palnika 38 i kończą przy albo w zasadzie na takiej samej (pionowo) wysokoś ci lub róż nych wysokoś ciach wzglę dem wyjś cia bloku palnika 38.

Zależnie od wysokości bloku palnika 38 nad surowcem i pożądanych parametrów operacyjnych palnika, większa będzie zmiana stopniowania części paliwa i stopniowania tlenu wewnątrz i na zewnętrz bloku palnika 38. Dodatkowe wtryskiwacze tlenu 60 są umiejscowiono tak, aby opóźniać całkowite spalanie dopóki płomień nie uderzy na surowiec. Położenie tych dodatkowych wtryskiwaczy 60 zależy od liczby i pozycji palników zamontowanych w stropie, jednakże mogą one być umieszczone w praktycznie dowolnym punkcie w stropie i ściankach.

Zgodnie z niniejszy wynalazkiem, skierowany do dołu ukierunkowany uderzający płomień 36 wytwarzany przez co najmniej jeden palnik tlenowo-paliwowy 34 jest dokładnie kontrolowany w celu uzyskania długości płomienia powyżej lub równej odległości od wyjścia bloku palnika 38 do powierzchni surowych składników tworzących szkło 30 lub powierzchni stopionego szkła, i znajduje się on dalej od otaczających materiałów ogniotrwałych, tym samym zmniejszając ryzyko przegrzewania stropu 22 i ścianek bocznych 18 pieca do wytopu szkła 10. Uderzający płomień 36 może być kontrolowany przez takie urządzenia sterujące, które są typowe i standardowe w obróbce chemicznej. Na przykład zawory, termopary, termistory sprzężone z odpowiednimi serwoobwodami, regulatory grzejników i temu podobnymi urządzenia są łatwo dostępne i zazwyczaj stosowane do sterowania ilością i prędkością paliwa i tlenu z palnika tlenowo-paliwowego 34.

Uderzający płomień 36 jest dokładnie kontrolowany przez regulację zarówno względnej prędkości jak i maksymalnej i minimalnej prędkości paliwa i strumienia tlenu oraz wewnętrznego i zewnętrznego stopniowania z co najmniej jednego palnika tlenowo-paliwowego 34.

Maksymalna i minimalna prędkość przepływu paliwa i tlenu uderzających na powierzchnię surowego materiału tworzącego szkło 30 musi być kontrolowana aby zapobiegać zaburzeniom materiału wsadowego i porywaniu lub przemieszczaniu materiału wsadowego szkła na ścianki boczne 38 i strop 22 pieca, utrzymując optymalne przenoszenie ciepła przez konwekcję do powierzchni surowego materiału tworzącego szkło. Należy rozumieć, że przemieszczanie materiału wsadowego szkła na ścianki boczne 18 i strop 22 będzie szkodliwe dla materiału ogniotrwałego i ewentualnie skróci żywotność pieca do wytopu szkła 10.

W celu określenia wł aś ciwej maksymalnej prę dkoś ci przepł ywu paliwa i tlenu, palnik zamontowano pionowo i palono do dołu do złoża piasku szkła, w poprzek którego zrobiono bruzdy. Podczas gdy wysokość palnika regulowano do różnych odległości od piasku i cofnięcia palnika od bloku LBb, notowano szybkości ogrzewania, przy których ruch piasku był rozróżniany. Dane z tych doświadczeń porównano z danymi symulacyjnymi dla dostępnych na rynku obliczeniowych kodów dynamiki płynów i uzyskano maksymalną prędkość w poprzek powyższej powierzchni, przy której piasek podlegał by zakłóceniom we wcześniej wymienionych doświadczeniach.

T a b e l a 1

Maksymalne prędkości ogrzewania palnika (MMBtu/godzinę) Wysokość (ft - stopy)

(LBb)	5 ft	6 ft	7 ft	8 ft
13	3,9	4,4	5,4	6,2
11,5	4,9	5,0	6,2	6, 8
9	5,5	6,1	6,4	7,1
6,5	6,4	7,2	7,4	8,1
4	6,9	8,8	8,3	9,1

Na podstawie tych doświadczeń potwierdzono maksymalną prędkość powierzchniową w porównaniu z modelami CFD i wynosi ona w przybliżeniu 21 m/sekundę. Z uwagi na zmiany w materiale wsadowym, szklenie wsadu i kohezję cząstek wsadu, dokładne maksimum może różnić się od powyżej obliczonego, dlatego powinna dla fachowca w dziedzinie być możliwa zmiana maksymalnej pręd14

PL 199 956 B1 kości aż do w przybliżeniu 25 m/sekundę. W celu zminimalizowania zaburzeń i porywania materiału wsadowego, maksymalna prędkość powinna być jednakże utrzyma poniżej 30 m/sekundę.

Maksymalne i minimalne prędkości paliwa i tlenu z palnika tlenowo-paliwowego 34 są także kontrolowane w celu wykorzystania maksymalnej energii uderzającego płomienia 36 bez uszkodzenia otaczającego materiału ogniotrwałego. Maksymalną energię uderzającego płomienia 36 osiąga się minimalizując ilość ciepła uwalnianego z przestrzeni spalania pieca do wytopu szkła 10 i maksymalizując przenoszenie ciepła do surowego materiału tworzącego szkło 30. Operacyjny maksymalny i minimalny zakres prędkości dla palnika tlenowo-paliwowego 34 w celu uzyskania dopuszczalnej szybkości przenoszenia ciepła do surowego materiału tworzącego szkło 30 bez uszkodzenia ogniotrwałego materiału ścianek pieca i superkonstrukcji, jest funkcją rozwiązania i położenia palnika tlenowo-paliwowego, geometrii otworu bloku palnika, prędkości paliwa i tlenu z palnika tlenowo-paliwowego 34, stopniowania palnika, wzajemnego oddziaływania sąsiadujących palników tlenowo-paliwowych, palników paliwowych i wylotu pieca.

Obszar stagnacji 56 jest obszarem, w którym płomień 36 przenika termiczną warstwę graniczną i oddziaływuje na powierzchnie surowego materiału tworzącego szkło 30. W tym obszarze 56, płomień 36 przenika termiczną warstwę graniczną i oddziaływuje na powierzchnię surowego materiału tworzącego szkło wywołując ostry gradient ciśnienia przy powierzchni, co przyśpiesza ruch poziomy odchylonego płomienia dając rozprzestrzenienie płomienia na zewnątrz, radialnie wzdłuż uderzonej powierzchni. Koniec obszaru stagnacji 56 określa się jako położenie na powierzchni surowego materiału tworzącego szkło gdzie gradient ciśnienia powstający dzięki uderzającemu płomieniowi 36 spada do zera. W obszarze stagnacji 56, dzięki ostrożnej regulacji pędu płomienia 36, termiczna warstwa graniczna, która naturalnie występuje przy powierzchni surowego materiału tworzącego szkło 30, jest penetrowana i eliminowana, a zatem jej silne cechy odporności cieplnej są osłabione. Zgodnie z tym, ciepło wytwarzane przez uderzający płomień 36 przenika łatwiej do częściowo stopionego surowego materiału tworzącego szkło 30. Ponadto, w obszarze stagnacji 56, jaskrawość subiektywna płomienia 36 jest znacznie większa, co wzmacnia przenoszenie ciepła przez promieniowanie do względnie chłodniejszego surowego materiału tworzącego szkło 30.

Przy radialnych granicach obszaru stagnacji 56 zaczyna się obszar dysz ściankowych 58. W tym obszarze, płomień 36 przemieszcza się w istocie równolegle do uderzanej powierzchni i termiczna warstwa graniczna rozbudowuje się wzdłuż powierzchni uderzenia i na zewnątrz od obszaru stagnacji 56, tak więc termiczna warstwa graniczna zaczyna się rozbudowywać przywracając wytrzymałość powierzchni na przepływ ciepła do surowego materiału tworzącego szkła.

Kontrolowane wytwarzanie płomienia grzejnego w obszarze wolnych dysz 54 jest efektem rozwiązania konstrukcyjnego palnika tlenowo-paliwowego 34, wewnętrznej średnicy otworu id bloku palnika 38 i zarówno względnej prędkości jak i maksymalnej oraz minimalnej prędkości strumienia tlenu i paliwa. Selektywnie dobieraj ąc konstrukcję palnika tlenowo-paliwowego 34, geometryczne rozwiązanie bloku palnika 38 i prędkości strumieni tlenu i paliwa uzyskuje się mniejsze naprężenie ścinające pomiędzy strumieniami tlenu i gazu zapewniające kontrolowane częściowe spalanie i zmniejszoną emisję termicznego promieniowania. Należy rozumieć, że dzięki optymalizacji B rozwiązania palnika i działania palnika tlenowo-paliwowego 34, ciepło płomienia wytwarzane w obszarze wolnych dysz 54 i odporność na przenoszenie ciepł a przy powierzchni surowego szkł a w obszarze stagnacji 56 są zminimalizowane, maksymalizując tym samym wytwarzanie ciepła w obszarze stagnacji.

Ciepło wytwarzane w obszarze wolnych dysz 54 jest wynikiem następujących procesów. Pierwszy, to jest kontrolowane częściowe spalanie w obszarze wolnych dysz 54 umożliwia kontrolowane spalanie przy powierzchni surowego materiału tworzącego szkło 30, a tym samym przenosi proces spalania w pobliże powierzchni surowego materiału tworzącego szkło. Przeniesienie procesu spalania w pobliże powierzchni surowego materiał u tworzą cego szkł o 30 wywoł uje podwyż szony gradient temperatury przy powierzchni surowego materiału tworzącego szkło i tym samym poprawia przenoszenie ciepła poprzez konwekcję. Drugi, to jest kontrolowane częściowe spalanie w obszarze wolnych dysz 54 stwarza dopuszczalną temperaturę dla chemicznej dysocjacji gazów spalinowych i produktów spalania. Te zdysocjowane cząstki, z chwilą uderzenia na względnie chłodniejszą powierzchnię surowego materiału tworzącego szkło 30, ulegają częściowej egzotermicznej rekombinacji i dostarczają znaczące ilości ciepła przy powierzchni surowego materiału tworzącego szkło. Ciepło tych egzotermicznych reakcji powiększa z kolei przenoszenie ciepła przez konwekcję. Minimalizacja wytrzymałości cieplnej w obszarze stagnacji 56 powierzchni surowego materiału tworzącego szkło 30 jest wynikiem następujących czynników.

PL 199 956 B1

Pierwszy - termiczna warstwa graniczna zostaje wyeliminowana poprzez kontrolowany pęd płomienia 36 i turbulencję powstającą przez ostrożnie kontrolowane właściwości spalania przy powierzchni surowego materiału tworzącego szkło 30. Drugi - zlokalizowana powierzchnia powstawania ciepła umożliwia konwersję słabo termicznie przewodzącego surowego materiału tworzącego szkło 30 do znacznie lepiej przewodzącego stopionego materiału szklanego. Ta konwersja umożliwia bardziej efektywną penetrację ciepła wytwarzanego przy powierzchni w głąb surowego materiału tworzącego szkło.

W ogrzewanym krzyż owo regeneracyjnym piecu fig. 2A z regeneratorami 81, w korzystnym rozwiązaniu według niniejszego wynalazku wykorzystuje się co najmniej jeden zamontowany w koronie palnik 34 umiejscowiony nad wlotem surowca do pieca w celu poprawienia szybkości stapiania i polepszenia jakoś ci, w celu przywrócenia lub zwię kszenia wydajnoś ci produkcji lub zmniejszenia wielkości wspomagania elektrycznego. Palnik zamontowany w koronie 34 oddziaływuje na powierzchnię materiału wsadowego 30 w uderzanej powierzchni 26. We wszystkich zastosowaniach według wynalazku do ogrzewanych krzyżowo regeneracyjnych pieców, co najmniej jedna para przeciwnych otworów przelotowych 71 będzie całkowicie lub częściowo zablokowana lub odłączona. Będzie to typowo pierwszy otwór przelotowy i może drugi otwór przelotowy zależnie od ilości wymaganego wspomagania. Dodatkowe palniki zamontowane w stropie mogą być umieszczone do dołu zbiornika szkła dając zamontowane w koronie palniki umiejscowione nad nie stopionym materiałem wsadowym. Energia dostarczana z zamontowanych w koronie palników zastępuje energię odprowadzaną uprzednio z ogrzewających otworów przelotowych, typowego wspomagania elektrycznego lub tlenowego.

W regeneracyjnym piecu z palnikami w ścianie czołowej według fig. 2B z regeneratorami 81, korzystne rozwiązanie według niniejszego wynalazku wykorzystuje co najmniej jeden zamontowany w koronie palnik 34 umiejscowiony nad wlotem surowca do pieca w celu poprawienia szybkoś ci stapiania i polepszenia jakości dla przywrócenia lub zwiększenia wydajności produkcji lub zmniejszenia wielkości wspomagania elektrycznego. We wszystkich zastosowaniach według wynalazku do pieca regeneracyjnego z palnikami w ścianie czołowej, wymagania na powietrze do spalania i typowe paliwo będą zmniejszone względem poprzedniego rozwiązania i energia ta będzie zastąpiona przez otrzymywaną z co najmniej jednego zamontowanego w koronie palnika 34 umiejscowionego nad surowym materiałem wsadowym, uderzając materiał wsadowy w uderzanej powierzchni 26. Dodatkowe palniki zamontowane w stropie mogą być umieszczone w dół zbiornika szkła dając zamontowane w koronie palniki umiejscowione nad nie stopionymi materiał ami wsadowymi. Energia dostarczana z zamontowanych w koronie palników zastę puje energi ę ograniczon ą z ogrzewają cego otworu przelotowego, typowego wspomagania elektrycznego lub tlenowego.

W ogrzewanym krzyż owo piecu rekuperacyjnym według fig. 2C z rekuperatorem 82, korzystne rozwiązanie według niniejszego wynalazku wykorzystuje co najmniej jeden zamontowany w stropie palnik 34 umiejscowiony nad wlotem surowca do pieca w celu poprawienia szybkości stapiania i polepszenia jakości dla przywrócenia lub zwiększenia wydajności produkcji lub zmniejszenia wielkości wspomagania elektrycznego. We wszystkich zastosowaniach według wynalazku do ogrzewanego krzyżowo pieca rekuperacyjnego, co najmniej jedna para przeciwległych palników 73 będzie całkowicie lub częściowo zablokowana lub odłączona z zastosowaniem bloku 74 . Będzie to typowo pierwsza strefa palników i może druga strefa zależnie od wielkości wymaganego wspomagania. Dodatkowe palniki zamontowane w stropie mogą być umieszczone w dół zbiornika szkła dając zamontowane w koronie palniki umiejscowione nad nie stopionymi materiał ami wsadowymi. Energia dostarczana z zamontowanych w koronie palników zastę puje energię odprowadzaną uprzednio z ogrzewają cych otworów przelotowych, typowego wspomagania elektrycznego lub tlenowego.

W piecu rekuperacyjnym z palnikami w ścianie czołowej według fig. 2D z rekuperatorem 82, korzystne rozwiązanie według niniejszego wynalazku wykorzystuje co najmniej jeden zamontowany w koronie palnik 34 umiejscowiony nad wlotem surowca do pieca w celu poprawienia szybkoś ci stapiania i polepszenia jakości dla przywrócenia lub zwiększenia wydajności produkcji lub zmniejszenia wielkości wspomagania elektrycznego. We wszystkich zastosowaniach według wynalazku do pieca rekuperacyjnego z palnikami w ścianie czołowej, wymagania co do powietrza do spalania i typowego paliwa będą zmniejszone względem poprzedniego rozwiązania i zastąpione energią z co najmniej jednego zamontowanego w koronie palnika 34 umiejscowionego nad surowymi materiałami wsadowymi. Dodatkowe palniki zamontowane w stropie mogą być umieszczone w dół zbiornika szkła dając zamontowane w koronie palniki umiejscowione nad nie stopionymi materiałami wsadowymi. Energia

PL 199 956 B1 dostarczana z zamontowanych w koronie palników zastępuje energię ograniczoną z ogrzewającego otworu przelotowego, typowego wspomagania elektrycznego lub tlenowego.

W piecu z ogrzewaniem bezpośrednim według fig. 2E, korzystne rozwiązanie według niniejszego wynalazku wykorzystuje co najmniej jeden zamontowany w koronie palnik umiejscowiony nad wlotem surowca do pieca w celu poprawienia szybkości stapiania i polepszenia jakości dla przywrócenia lub zwiększenia wydajności produkcji lub zmniejszenia wielkości wspomagania elektrycznego. We wszystkich zastosowaniach według wynalazku do pieca z ogrzewaniem bezpośrednim, wymagania co do powietrza do spalania i typowego paliwa będą zmniejszone względem poprzedniego rozwiązania i zastą pione energią z co najmniej jednego zamontowanego w koronie palnika umiejscowionego nad surowymi materiałami wsadowymi. W zastosowaniach wielokanałowego palnika powietrznopaliwowego 73, co najmniej jeden palnik 74 będzie odłączony. Dodatkowe palniki zamontowane w stropie mogą być umieszczone w dół zbiornika szkł a dają c zamontowane w koronie palniki umiejscowione nad nie stopionymi materiałami wsadowymi. Energia dostarczana z zamontowanych w koronie palników zastępuje energię ograniczoną z ogrzewającego otworu przelotowego, typowego wspomagania elektrycznego lub tlenowego.

W piecu elektrycznym z gorącym szczytem, korzystne rozwiązanie według niniejszego wynalazku wykorzystuje co najmniej jeden zamontowany w koronie palnik umiejscowiony nad wlotem surowca do pieca w celu poprawienia szybkości stapiania i polepszenia jakości w celu przywrócenia lub zwiększenia wydajności produkcji lub zmniejszenia wielkości wspomagania elektrycznego. Dodatkowe palniki zamontowane w stropie mogą być umieszczone w dół zbiornika szkła dając zamontowane w koronie palniki umiejscowione nad nie stopionymi materiał ami wsadowymi. Energia dostarczana z zamontowanych w koronie palników zastę puje energię ograniczon ą z ogrzewającego otworu przelotowego, typowego wspomagania elektrycznego lub tlenowego.

We wszystkich przypadkach, ilość tlenków azotu i ditlenku siarki można zmniejszyć ostrożnie dobierając stechiometryczny stosunek w różnych palnikach zamontowanych w stropie i pozostałych palnikach powietrzno-paliwowych. W odniesieniu do fig. 2A jako przykładu zastosowania ogrzewanego krzyżowo pieca, palniki 34 zamontowane w pozycjach AL lub AR pracują z nadmiarem stechiometrycznym tlenu w celu stworzenia w piecu strefy paliwa niskokalorycznego (utleniającej). Podczas pracy albo palnikiem 34 w pozycji BC i/lub palnikami przy drugim otworze przelotowym 71 przy mniejszych od stechiometrycznych ilościach tlenu lub powietrza, stwarza się w piecu strefę paliwa wzbogaconego (redukującą). Pozostałe otwory przelotowe pracują z nadmiarem stechiometrycznym tlenu w celu stworzenia w piecu strefy paliwa niskokalorycznego (utleniają cej). Ta „wzbogacona-ubogawzbogacona konfiguracja skutecznie stopniuje strefy spalania pieca w celu optymalizacji przenoszenie ciepła i minimalizacji powstawania tlenku azotu stwarzając osłonę z monotlenku węgla.

Co najmniej jeden zamontowany w stropie palnik tlenowo-paliwowy 34 może być albo umieszczony w nowym powietrzno-paliwowym kotle pieca do stapiania szkła 10 lub może stanowić modernizację poprzez wprowadzenie nowych elementów w istniejącym powietrzno-paliwowym kotle pieca do stapiania szkła w celu poprawienia jakości szkła w stosunku do pieca z ogrzewaniem tylko powietrzno-paliwowym. Należy rozumieć, że niniejszy wynalazek ułatwia znaczne zwiększenie szybkości przeciągania, obniżenie temperatury ścianki w piecu do wytopu szkła 10 i poprawienie jakości szkła w porównaniu do takiego samego pieca powietrzno-paliwowego, który nie został zaopatrzony w co najmniej jeden zamontowany w stropie palnik tlenowo-paliwowy, jak to tu opisano. Ponadto, co łatwo docenią fachowcy w dziedzinie, zastosowanie co najmniej jednego palnika tlenowo-paliwowego, w przeciwień stwie do wszystkich ukł adów powietrzno-paliwowych, moż e znacznie zmniejszyć emisje NOX, zależnie od stechiometrii płomieni tlenowo-paliwowych i powietrzno-paliwowych.

P r z y k ł a d 1. Modernizacja poprzez wprowadzenie zamontowanych w stropie palników tlenowo-paliwowych.

Jedną prezentację wynalazku stanowi wspomaganie tlenowe, 100% konwersja tlenu, rekonwersja do wspomagania tlenowego i na koniec typowe powietrzno-paliwowe ogrzewanie istniejącego gorącego, ogrzewanego krzyżowo pieca regeneracyjnego z trzema otworami przelotowymi. Piec początkowo ogrzewano całym powietrzem i paliwem. Ogrzewający otwór przelotowy zastąpiono co najmniej jednym zamontowanym w stropie palnikiem tlenowo-paliwowym. Piec ogrzewano typowo powietrzem i paliwem regeneracyjnym przez pozostałe dwa otwory przelotowe. W drugiej fazie, ogrzewający otwór przelotowy zastąpiono następnie co najmniej jednym zamontowanym w stropie palnikiem tlenowo-paliwowym i piec ogrzewano typowo powietrzem i paliwem regeneracyjnym przez trzeci otwór przelotowy. W trzeciej fazie, ogrzewający otwór przelotowy #3 zastąpiono wykorzystując energię z już

PL 199 956 B1 zainstalowanych, zamontowanych w stropie palników tlenowo-paliwowych. Wydajność pieca zwiększono z 55 do 85 ton na dzień przy zmniejszeniu poboru energii z 23,5 mm BTU/godzinę do 18 mm BTU/godzinę. Piec przekształcono stopniowo na ogrzewanie powietrzno-paliwowe. Ten przykład demonstruje zdolność do selektywnego wspomagania istniejącego pieca powietrzno-paliwowego jak również uzyskania sumarycznego nakładu ciepła dla pieca szklarskiego z zamontowanych w stropie palników tlenowo-paliwowych. Sposób nie wymaga chłodzonych wodą palników.

P r z y k ł a d 2. Palnik i blok palnika z integralnym stopniowaniem tlenu.

Przedstawiono palnik tlenowo-paliwowy zaopatrzony w integralne stopniowanie tlenu, poprzez konfigurację palnika lub palnika w połączeniu z blokiem palnika, uzyskując zwiększenie przenoszenie ciepła i zmniejszenie NOX. Według niniejszego wynalazku, co najmniej jeden spośród tego typu stopniowany palnik 103 umieszczono w stropie 111 pieca do wytopu szkła 110. Palnik 103 jest idealnie umiejscowiony nad surowymi materiałami wsadowymi 130 i korzystnie ukierunkowany tak, aby kąt alfa (α na fig. 6) wynosił około 91° do około 135° w kierunku przepływu szkła 104 w piecu.

P r z y k ł a d 3. Palnik i blok palnika z zewnętrznym stopniowaniem tlenu.

W odniesieniu do fig. 7, wskazano, ż e palnik 122 z blokiem palnika 121 zamontowanym w stropie pieca do wytopu szkła 111 z 2-8 wtryskiwaczami tlenu 112 zewnętrznymi względem palnika 122 i bloku 121, moż e dawać wię ksze przenoszenie ciepł a niż bez palnik bez stopniowania. Palnik 122 jest korzystnie ukierunkowany od około 91° do około 135° w stosunku do powierzchni szkła i w kierunku przepływu szkła w piecu. Według tego przykładu, 0% do około 90% stechiometrycznie spalanego tlenu jest wtryskiwane poprzez podstawowy palnik tlenowy 133, a pozostałe 100% do około 10% wtórnie spalanego tlenu 134 jest wtryskiwane poprzez wtryskiwacze tlenu 112, które są ukierunkowane od około 0° do około 90° w stosunku do powierzchni szkła. Jak to mogą ocenić fachowcy w dziedzinie, liczba, kąt i ilość stopniowanych otworów przelotowych jest zaprojektowana specyficznie dla każdego pieca, w celu opóźnienia spalania paliwa 145 aż do chwili gdy oddziaływuje na lub blisko powierzchni surowych materiałów wsadowych szkła.

P r z y k ł a d 4. Współpalnikowe stopniowanie pomiędzy co najmniej dwoma zamontowanymi w stropie palnikami.

Stopniowanie spalania z wykorzystaniem palników tlenowo-paliwowych można przeprowadzić według wynalazku poprzez współpalnikowe stopniowanie, pomiędzy co najmniej dwoma zamontowanymi w stropie palnikami. Jeden spośród palników pracuje przy pod-stechiometrycznych zawartościach, to jest w trybie paliwa wzbogaconego, a drugi lub dodatkowy palnik (palniki) pracują w warunkach równowagi tlenu wymaganego dla całkowitego spalania, to jest w trybie paliwa niskokalorycznego. Doświadczenie prowadzono ze wspomaganiem typowego powietrzno-paliwowego regeneracyjnego pieca szklarskiego 110, w którym dwa z tylnych palników 162 pracowały w trybie paliwa niskokalorycznego, podczas gdy przeciwprądowo zamontowany w stropie palnik tlenowo-paliwowy 161 pracował w trybie paliwa wzbogaconego (fig 8). Ten tryb pracy stwarza tlenowo-paliwową niskokaloryczną strefę, sąsiadującą z tlenowo-paliwową wzbogaconą strefą, a następnie powietrzno-paliwową niskokaloryczną strefą. Efektem pracy pieca szklarskiego tym sposobem było zwiększenie wydajności pieca z jednoczesnym zmniejszeniem emisji tlenków azotu na tonę wsadu. Ten sposób współpalnikowego stopniowania można także stosować w połączeniu z dwoma opisanymi uprzednio szczegółowo rozwiązaniami stopniowanego spalania.

P r z y k ł a d 5. Stopniowanie spalanie w piecu do wytopu szkła z zastosowaniem bełkotek tlenu.

Jedna metoda stopniowania spalanie według wynalazku wymaga zastosowania bełkotek tlenu w połączeniu z co najmniej jednym zamontowanym w stropie palnikiem (fig. 9). Barbotowanie tlenu wykorzystuje się w kilku zastosowaniach przy wytwarzaniu szkła, takich jak mechaniczne wspomaganie prądów konwekcyjnych w stopionym szkle. Tlen ulega rozpuszczeniu w szkle i przy normalnych parametrach operacyjnych, tylko mała ilość (poniżej 5% ilości stechiometrycznej) tlenu jest wtryskiwana do szkła. Dzięki umieszczeniu co najmniej jednego zamontowanego w stropie palnika tlenowo-paliwowego 105 powyżej pojedynczej bełkotki tlenu 108, lub rzędu albo wiązki bełkotek, możliwa jest praca zamontowanego w stropie palnika tlenowo-paliwowego (paliwowych) 105 w stechiometrycznych lub pod-stechiometrycznych warunkach, oraz dostarczenie pozostającego do spalania tlenu 134 poprzez bełkotki 108 umieszczone w dnie 107 kotła do stapiania szkła 110. Zwiększa to dostępność tlenu przy powierzchni szkła 131 dla wtórnego spalania paliwa lub częściowo utlenionych produktów spalania lub reaktywnych związków pośrednich.

PL 199 956 B1

P r z y k ł a d 6. Palniki tlenowo-olejowe.

Typowe palniki tlenowo-olejowe dla pieców do wytopu szkła polegają na spalaniu kropli oleju, który zatomizowano w albo dwukanałowych atomizerach płynu (stosując parę lub sprężony gaz) lub mechanicznych atomizerach (stosując albo ciśnienie albo wykorzystując energię obrotową). Kształt płomienia ustala siła wtrysku i wymiar kropli. Typowe palniki tlenowo-olejowe mogą uwalniać dużą część ciepła blisko pozycji stropowej.

Jak pokazano na fig. 10, w tym rozwiązaniu palnika tlenowo-olejowego, większość tlenu do spalania (powyżej około 60%) jest wtryskiwana przez co najmniej dwie dysze 136, lub wiele dysz aż do zestawu koncentrycznego pierścienia, z którego w zasadzie otaczają strumień oleju 137, do punktu poza początkową niewidzialną strefą spalania olejowego wtrysku, centryczna linia tych dysz jest korzystnie ukierunkowana około 45° do około 101° od poziomu. Takie stopniowanie tlenu daje reaktywne związki pośredni takie, jak opisano tu powyżej, i opóźnia całkowite spalanie aż do oddziaływania na lub blisko surowych materiałów wsadowych. Resztę tlenu można wstrzykiwać bezpośrednio w sąsiedztwie i koncentrycznie do strumienia oleju 137, na przykład poprzez ośrodek rozpylający 138, poprzez dodatkową koncentryczną rurę tlenu (nie pokazana), lub przez trzeciorzędny wtrysk w piecu taki jak poprzez lance tlenowe (nie pokazane), w celu osiągnięcia całkowitego spalania. Ten tlenowo-olejowy, stopniowany, zamontowany w stropie palnik minimalizuje uwalnianie ciepła do stropu podczas gdy maksymalizuje przenoszenie ciepła do surowca, a to z uwagi na dodatkowe przenoszenie ciepła przez konwekcję na powierzchnię. Palnik może być chłodzony przez płaszcz wodny posiadający wlot 139 i wylot 140 .

Pokazano atomizer olejowy powszechnie stosowany w przemyśle szklarskim dla typowych procesów stapiania, przez wykonane pomiary wymiaru cząstki kropli oleju z tego atomizera z zastosowaniem urządzenia Laser Doppler Annemometry, w celu uzyskania średniej średnicy cząstki około 50 mikrometrów (50 x 10E-06m) gdy atomizuje się stosując sprężone powietrze.

Stwierdzono, że w tej i w innych seriach palników, spalanie wtrysku olejowego jest opóźnione aż do chwili gdy olej napotka strumień tlenu. Obserwowany „brak płomienia można stwierdzać aż do odległości 45, 72 cm od końcówki atomizera. Podczas tej niewidzialnej fazy spalania w gorącym piecu do wytopu szkła, wymiar cząstek oleju zmniejsza się z uwagi na endotermiczne odparowanie. Gdy stosuje się w zamontowanym w stropie palniku, ta endotermiczna reakcja absorbuje radiacyjną energię cieplną z otaczającego środowiska i korzystnie zmniejsza ilość radiacyjnego ciepła przenoszonego do stropu pieca.

Niniejszy wynalazek obejmuje zastosowanie atomizera, który wytwarza cząstki o znacznie większym wymiarze, powyżej około 100 mikrometrów (100x10E-06m). Mniej energii jest wymagane do wytworzenia tej większej cząstki, i w efekcie, siła płomienia ulega zmniejszeniu. Częściowo zatomizowane duże krople oleju opadają swobodnie z zamontowanego w stropie palnika, i co najmniej częściowo odparowują w endotermicznej, niewidzialnej strefie spalania sąsiadującej ze stropem.

Jednakże maksymalna prędkość spalania reagentów i produktów przy powierzchni surowca powinna wynosić poniżej 30 m/sekundę w celu uniknięcia przenoszenia przez powietrze surowych materiałów wsadowych.

Ponieważ strumień swobodny gazu (takiego jak tlen) rozszerza się około 11°, to wylot tlenu położony blisko wylotu paliwa spowoduje uderzanie tlenu na dyszę paliwa zbliżoną do punktu wylotowego. Dlatego korzystne jest stopniowanie tlenu, a zatem spalania, przez kąt zamontowania wylotów tlenu od około 45° zbieżnie do osi strumienia paliwa do około 11° rozbieżnie od osi strumienia paliwa. Można to osiągnąć stosując zewnętrznie stopniowane palniki, jak również integralnie stopniowane palniki, w których wyloty tlenu znajdują się w bloku palnika.

Możliwe jest ponadto zmniejszenie radiacyjnych strat z płomieni tlenowo-olejowych poprzez zmianę mechanizmów, które mogą prowadzić do bardzo radiacyjnych węglowych cząstek w płomieniu. Dwoma powszechnymi procesami prowadzącymi do powstawania tych cząstek są w fazie ciekłej kraking i reforming mniej lotnych składników kropli oleju i w fazie gazowej reakcje kondensacji prowadzące do powstawania sadzy. Ten pierwszy mechanizm jest zaostrzony przez krople o dużych wymiarach i występowanie związków aromatycznych na przykład asfaltenów. Drugiemu mechanizmowi sprzyjają wysokie temperatury i obszary wzbogaconego paliwa, w których częściowo nasycone reagenty fazy gazowej, na przykład acetylen, mogą reagować w wielu rozmaitych reakcjach z ewentualnym utworzeniem struktur aromatycznych i ewentualnie stałej sadzy.

W jednym rozwią zaniu, niniejszy wynalazek korzystnie wykorzystuje atomizację w duż ym stopniu dla wytworzenia małych kropelek oleju, wielkości rzędu około 5 do około 50 mikrometrów, korzystPL 199 956 B1 nie około 10 do około 50 mikrometrów, dzięki czemu czas spędzony w fazie ciekłej jest krótki. Tak więc, kraking fazy ciekłej jest zminimalizowany i jakakolwiek stała węglowa pozostałość jest silnie rozdrobniona i będzie zatem łatwiej utleniona ze względu na swą zwiększoną powierzchnię. Gwałtowne mieszanie z zastosowaniem środka do rozpylania w początkowym obszarze palnika, takiego jak wywołanie względnej różnicy prędkości pomiędzy zatomizowanym paliwem i strumieniami utleniacza w celu zwiększenia szybkoś ci ś cierania w fazie gazowej, szybko rozcień cza obszary wzbogaconego paliwa otaczające każdą kroplę oleju, a zatem stwarza znacznie bardziej homogeniczną mieszaninę zawierającą ogólnie odparowywane krople paliwa, utleniacz, ośrodek atomizacji i produkty częściowego spalania. Reakcje par paliwa z utleniającym ośrodkiem atomizacji stwarza częściowo palną mieszaninę, która daje mniej sadzy. Ilość ośrodka atomizacji wprowadzana do początkowego obszaru płomienia w bardzo dużej mierze zależy od zdolności samego paliwa do tworzenia sadzy, co jest silnie związane z jego charakterystyką chemiczną.

Wiadomo ogólnie, że stopień tworzenia sadzy związany jest ze stosunkiem C:H dla oleju, przy znacznie zmniejszonej tendencji do tworzenia sadzy przy większych stężeniach H. Jednakże ten trend staje się bardzo zawodny gdy aromatyczność paliwa zwiększa się, na przykład nafty wykazują silną tendencję do tworzenia sadzy. Tak więc sam ośrodek atomizacji można korzystnie wybrać w celu zmniejszenia tendencji do tworzenia sadzy poprzez zmianę stosunku C:H. Ośrodki atomizacji przydatne w hamowaniu tendencji do tworzenia sadzy obejmują powietrze, tlen, parę, gaz naturalny i wodór lub ich mieszaninę. Pierwsze dwa dają czysto utleniający efekt, ostatnie dwa mają wpływ na zmianę stosunku C:H w mieszaninie para paliwa/ośrodek atomizacji w pobliżu obszaru palnika tak, aby uniknąć warunków tworzenia sadzy. Para daje połączony efekt i razem z radiacyjnym ogrzewaniem z głównego pł omienia i/lub pieca, powoduje reakcje gazyfikacji dostarczają ce CO i H2 dla następnej reakcji.

Po początkowo bliskim obszarze palnika, oryginalny ciekły strumień paliwa staje się w istocie gazowym strumieniem paliwa i oddziaływuje wzajemnie z otaczającymi wtórnymi strumieniami tlenu w taki sam sposób jak omówiono powyżej dla zastosowania stopniowanych palników gazu.

P r z y k ł a d 7. Palnik tlenowo-paliwowy ze stopniowaniem paliwa.

Palnik tlenowo-paliwowy 150 pokazany schematycznie na fig. 11 zaprojektowano do zastosowania po zamontowaniu w stropie pieca do wytopu szkła, stosując zasadę stopniowania paliwa, z jednego zewnę trznego wtryskiwacza utleniacza (tlenu) i dwóch wewnę trznych wtryskiwaczy paliwa. Jeden centralny wtryskiwacz paliwa jest przystosowany do wtrysku o dużej prędkości i jeden pierścieniowy wtryskiwacz paliwa jest przystosowany do wtrysku o małej prędkości. Wtryskiwacze korzystnie obejmują co najmniej trzy koncentryczne rury. Długość płomienia z palnika i mieszanie utleniacza z paliwem jest kontrolowane przez centralną wysokociśnieniową dyszę paliwa 142, którą zasila się poprzez rury 152 z pierwszego zasilacza paliwa 147, wykorzystując około 10-90% strumienia paliwa. Raczej ta duża prędkość i duży pęd przepływu wpływają na kształt płomienia i mieszanie niż gazowe paliwo o niższym pędzie z osłony 143. Ten przepływ gazu jest także większy niż przepływ tlenu, a to w celu regulacji mieszania. Pozostał e paliwo 143 (okoł o 90-10%) jest dostarczane z drugiego zasilacza paliwa 148 koncentrycznie poprzez co najmniej jeden pierścieniowy wtryskiwacz paliwa utworzony przez rury 152 i rury 153, a tlen do spalania 141 jest dostarczany z zasilacza tlenu 146 poprzez zewnętrzny pierścieniowy wtryskiwacz utworzony przez rury 151 i rury 153. Wymiar centralnego wysokociśnieniowego wtryskiwacza wpływa na szybkość mieszania z uwagi na duży pęd z dyszy. Centralna dysza jest stopniowana z uwagi na osłanianie wtórnych strumieni gazu. Takie rozmieszczenie zapewnia mieszanie gazowego paliwa, takiego jak gaz naturalny, i umożliwia wzajemne oddziaływanie gazowego paliwa z surowcem i tlenem w sposób stopniowany, blisko powierzchni wsadu w piecu szklarskim. Ewentualnie, centralny strumień paliwa o dużej prędkości można mieć mniejszą masę niż strumień paliwa o małej prędkość, dopóki pęd centralnego strumienia jest większy.

W jednym rozwiązaniu, centralny strumień o duż ej prędkość moż e zawierać raczej ciekłe paliwo dostarczone przez palnik ciekłego paliwa, taki jak palnik olejowy, niż paliwo gazowe, i osłona paliwa o mniejszej prędkości może zawierać paliwo gazowe.

Opisane tu patenty i dokumenty załącza się niniejszym na zasadzie odsyłacza.

Chociaż wynalazek opisano szczegółowo w odniesieniu do pewnych specyficznych rozwiązań, to fachowcy w dziedzinie rozpoznają, że występują inne rozwiązania w ramach myśli przewodniej i zakresu zastrzeżeń patentowych. Należy zatem zdawać sobie sprawę , że niniejszy wynalazek nie jest ograniczony do tych opisanych powyżej specyficznych rozwiązań lecz obejmuje zmiany, modyfikacje i rozwiązania równoważne określone następującymi zastrzeżeniami patentowymi.

Claims (52)

1. Sposób stapiania materiał u tworzą cego szk ł o w piecu do wytopu szkł a, który to piec ma od strony dopływu ściankę końcową w strefie dopływu, ścianki boczne oraz ściankę końcową w strefie przepływu przyłączone do stropu, w którym co najmniej jedno urządzenie załadowcze wsadu do wprowadzania materiału wsadowego tworzącego szkło jest zawarte w strefie dopływu, znamienny tym, że umieszcza się co najmniej jeden palnik tlenowo-paliwowy w stropie tego pieca nad tym materiałem wsadowym, przy czym ten co najmniej jeden palnik tlenowo-paliwowy jest przystosowany do stopniowanego spalania, doprowadza się przepływające paliwo do tego co najmniej jednego palnika tlenowo-paliwowego, zapewnia się przepływ gazowego utleniacza w połączeniu z tym co najmniej jednym palnikiem tlenowo-paliwowym, wtryskuje się paliwo i utleniacz do pieca, wtryskiwany strumień paliwa i wtryskiwany strumień utleniacza oddziela się i skierowuje się pod kątem w stosunku do siebie, w ilości wystarczającej do spowodowania odpowiednich przepływów zbież nych w pobliżu do lub przy powierzchni materiału tworzącego szkło, a paliwo spala się z co najmniej jednego palnika tlenowo-paliwowego tak, aby co najmniej część spalania przebiegała w otoczeniu tego materiału tworzącego szkło w celu wzmożenia konwekcyjnego i radiacyjnego przenoszenia ciepła do tego materiału tworzącego szkło bez istotnego naruszenia tego materiału tworzącego szkło.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, ż e mieszanie tego paliwa i utleniacza opóźnia się w celu zlokalizowania spalania w pobliżu lub przy powierzchni tego materiału tworzącego szkło.

3. Sposób wedł ug zastrz. 1, znamienny tym, ż e strumień paliwa zawiera tylko jeden strumień paliwa i mieszaninę paliwo-utleniacz wzbogaconą paliwem, i strumień utleniacza zawiera tylko jeden strumień utleniacza i mieszaninę paliwo-utleniacz z paliwem niskokalorycznym.

4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że strumień paliwa i utleniacz oddziela się i skierowuje się w stosunku do siebie pod kątem od 0° do 90°.

5. Sposób wedł ug zastrz. 1, znamienny tym, ż e barbotaż uje się utleniacz poniż ej powierzchni materiału tworzącego szkło.

6. Sposób wedł ug zastrz. 1, znamienny tym, ż e zawiera całkowicie palne reaktywne zwią zki pośrednie w pobliżu lub przy powierzchni materiału tworzącego szkło.

7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że palnik tlenowo-paliwowy znajduje się w bloku palnika, a przepływ gazowego utleniacza zawiera integralne stopniowanie tego utleniacza poprzez wtrysk z takiego samego bloku palnika tlenowo-paliwowego.

8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że palnik tlenowo-paliwowy znajduje się w bloku palnika, a przepływ gazowego utleniacza zawiera zewnętrzne stopniowanie tego utleniacza poprzez wtrysk z takiego samego bloku palnika tlenowo-paliwowego.

9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że umieszcza się co najmniej jeden wtórny wtryskiwacz utleniacza w stropie tego pieca w celu uzyskania dodatkowego utleniacza do zakończenia spalania w pobliżu lub przy powierzchni tego materiału tworzącego szkło.

10. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że wtryskuje się od 0 do 90% stechiometrycznej ilości utleniacza poprzez blok palnika tlenowo-paliwowego i wtryskuje się od 100% do około 10% stechiometrycznej ilości utleniacza poprzez co najmniej jeden wtórny wtryskiwacz utleniacza oddzielony od bloku palnika tlenowo-paliwowego.

11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że materiał tworzący szkło wchodzi do pieca poprzez co najmniej jedno urządzenie załadowcze, a co najmniej jeden palnik tlenowo-paliwowy umieszcza się w stropie pieca w pobliżu co najmniej jednego urządzenia załadowczego powyżej materiału tworzącego szkło.

12. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że palnik jest zamontowany prostopadle do powierzchni materiału tworzącego szkło.

13. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że palnik jest zamontowany pod kątem do 45 stopni od prostopadłej końcowej ścianki i w kierunku przepływu do końcowej ścianki pieca.

14. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że palnik jest zamontowany pod kątem nie większym niż 10 stopni od prostopadłej końcowej ścianki i w kierunku przepływu do końcowej ścianki pieca.

15. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że utleniacz wybiera się z grupy obejmującej powietrze wzbogacone tlenem, nie w pełni czysty tlen i przemysłowo czysty tlen.

16. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stopniuje się przepływ paliwa z palnika tlenowo-paliwowego.

PL 199 956 B1

17. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że paliwo stanowi gaz wybrany z grupy obejmującej metan, gaz naturalny, gaz ciekły naturalny, propan, ciekły propan, butan, gazy o niskiej wartości ciepła, gaz świetlny, gaz generatorowy i ich mieszaniny.

18. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że paliwo stanowi ciecz wybrana z grupy obejmującej ciężki olej opałowy, średni olej opałowy, lekki olej opałowy, naftę i olej napędowy.

19. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że co najmniej jeden palnik tlenowo-paliwowy umieszcza się w stropie w pobliżu końcowej ścianki w kierunku przepływu.

20. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że materiał tworzący szkło jest materiałem wybranym z grupy składającej się ze stłuczki, krzemionki, kalenia, nefelitu, sjenitu, kamienia wapiennego, dolomitu, sody kalcynowanej, potasu, boraksu, glinki kaolinowej, tlenku glinu, arsenu, antymonu, siarczanów, siarczków, węgla, tlenku baru, tlenku strontu, tlenku cyrkonu, tlenku ołowiu, tlenków metali barwiących szkło, i ich mieszanin.

21. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że umieszcza się wszystkie palniki pieca jako palniki tlenowo-paliwowe.

22. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że umieszcza się wszystkie palniki pieca w stropie.

23. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że prowadzi się co najmniej jeden zamontowany w stropie palnik tlenowo-paliwowy w trybie pracy paliwa wzbogaconego i co najmniej jeden zamontowany w stropie palnik tlenowo-paliwowy w trybie pracy paliwa niskokalorycznego.

24. Sposób stapiania materiału tworzącego szkło w piecu do wytopu szkła, który to piec ma od strony dopływu ściankę końcową w strefie dopływu, ścianki boczne oraz ściankę końcową w strefie przepływu przyłączone do stropu, w którym co najmniej jedno urządzenie załadowcze wsadu do wprowadzania materiału wsadowego tworzącego szkło jest zawarte w strefie dopływu, znamienny tym, że umieszcza się co najmniej jeden palnik tlenowo-paliwowy przystosowany do stopniowanego spalania w stropie tego pieca nad tym materiałem wsadowym, zapewnia się przepływ ciekłego paliwa do tego co najmniej jednego palnika tlenowo-paliwowego, zapewnia się przepływ gazowego utleniacza w połączeniu z tym co najmniej jednym palnikiem tlenowo-paliwowym, wtryskuje się paliwo i gazowy utleniacz do pieca, obejmujące wtryskiwanie większości utleniacza osobno i znaczne otoczenie strumienia ciekłego paliwa do punktu poza początkową niewidzialną strefą spalania i spala się to paliwo tak, aby co najmniej część spalania przebiegała w otoczeniu tego materiału tworzącego szkło w celu wzmoż enia konwekcyjnego i radiacyjnego przenoszenia ciepł a do tego materiału tworzą cego szkło bez istotnego naruszenia tego materiału tworzącego szkło.

25. Sposób według zastrz. 24, znamienny tym, że palnik tlenowo-paliwowy znajduje się w bloku palnika, a przepływ gazowego utleniacza zawiera integralne stopniowanie tego utleniacza poprzez wtrysk z takiego samego bloku palnika tlenowo-paliwowego.

26. Sposób według zastrz. 24, znamienny tym, że palnik tlenowo-paliwowy znajduje się w bloku palnika, a przepływ gazowego utleniacza zawiera zewnętrzne stopniowanie tego utleniacza poprzez wtrysk z takiego samego bloku palnika tlenowo-paliwowego.

27. Sposób według zastrz. 24, znamienny tym, że umieszcza się co najmniej jeden wtryskiwacz utleniacza w stropie tego pieca w celu uzyskania dodatkowego utleniacza do zakończenia spalania na lub w pobliżu powierzchni tego materiału wsadowego.

28. Sposób według zastrz. 24, znamienny tym, że kieruje się wtryskiwane paliwo i wtryskiwany utleniacz pod kątem 45° do 101° od poziomu.

29. Sposób według zastrz. 24, znamienny tym, że wtryskuje się pozostałości utleniacza w pobliżu i koncentrycznie do wtryskiwanego paliwa.

30. Sposób według zastrz. 24, znamienny tym, że wtryskuje się pozostałości utleniacza poprzez trzeciorzędny wtrysk do pieca.

31. Sposób według zastrz. 24, znamienny tym, że stopniuje się przepływ paliwa z palnika tlenowo-paliwowego.

32. Sposób według zastrz. 24, znamienny tym, że ciekłe paliwo wybiera się z grupy obejmującej ciężki olej opałowy, średni olej opałowy, lekki olej opałowy, naftę i olej napędowy.

33. Sposób według zastrz. 32, znamienny tym, że wtryskiwane ciekłe paliwo ma wymiar kropel powyżej około 100 mikrometrów.

34. Sposób według zastrz. 24, znamienny tym, że palnik jest zamontowany prostopadle do powierzchni materiału wsadowego.

35. Sposób według zastrz. 24, znamienny tym, że palnik jest zamontowany pod kątem do 45 stopni od prostopadłej końcowej ścianki i w kierunku przepływu do końcowej ścianki pieca.

PL 199 956 B1

36. Sposób według zastrz. 24, znamienny tym, że palnik jest zamontowany pod kątem nie większym niż 10 stopni od prostopadłe końcowej ścianki i w kierunku przepływu do końcowej ścianki pieca.

37. Sposób według zastrz. 24, znamienny tym, że prowadzi się atomizację ciekłego paliwa w celu wytworzenia kropli o wymiarze w zakresie 5 mikrometrów do 50 mikrometrów.

38. Sposób według zastrz. 37, znamienny tym, że szybko miesza się krople z ośrodkiem atomizacji w początkowym obszarze palnika z wytworzeniem homogenicznej mieszaniny.

39. Sposób według zastrz. 37, znamienny tym, że atomizuje się ciekłe paliwo z zastosowaniem utleniającego ośrodka atomizacji w celu wytworzenia częściowo palnej mieszaniny.

40. Sposób według zastrz. 37, znamienny tym, że prowadzi się atomizację ciekłego paliwa z zastosowaniem ośrodka atomizacji wybranego z grupy obejmującej powietrze, tlen, parę, gaz naturalny i wodór lub ich mieszaniny, w celu zmniejszenia stosunku C:H w mieszaninie paliwo/ośrodek atomizacji.

41. Sposób stapiania materiału tworzącego szkło w piecu do wytopu szkła, który to piec ma od strony dopływu ściankę końcową w strefie dopływu, ścianki boczne oraz ściankę końcową w strefie przepływu przyłączone do stropu, w którym co najmniej jedno urządzenie załadowcze wsadu do wprowadzania materiału wsadowego tworzącego szkło jest zawarte w strefie dopływu, znamienny tym, że umieszcza się co najmniej jeden palnik tlenowo-paliwowy w stropie tego pieca nad tym materiałem wsadowym, przy czym ten co najmniej jeden palnik tlenowo-paliwowy jest przystosowany do stopniowanego spalania paliwa i zawiera co najmniej jeden zewnętrzny wtryskiwacz utleniacza i dwa wewnętrzne wtryskiwacze paliwa, przy czym najbardziej wewnętrzny wtryskiwacz paliwa jest przystosowany do wtryskiwania paliwa z dużą prędkością i drugi wtryskiwacz paliwa, umieszczony pomiędzy tym najbardziej wewnętrznym wtryskiwaczem paliwa i zewnętrznym wtryskiwaczem utleniacza, jest przystosowany do wtryskiwania paliwa z mniejszą prędkością, doprowadza się przepływające paliwo do tego co najmniej jednego palnika tlenowo-paliwowego, w którym strumień przepływającego paliwa poprzez najbardziej wewnętrzny wtryskiwacz paliwa ma większy pęd niż strumień przepływającego paliwa poprzez inny wtryskiwacz paliwa, zapewnia się przepływ gazowego utleniacza do zewnętrznego wtryskiwacza utleniacza, mającego mniejszy pęd niż strumień przepływającego paliwa poprzez najbardziej wewnętrzny wtryskiwacz paliwa, spala się to paliwo z co najmniej jednego palnika tlenowopaliwowego tak, aby co najmniej część spalania przebiegała w otoczeniu tego materiału tworzącego szkło w celu wzmożenia konwekcyjnego i radiacyjnego przenoszenia ciepła do tego materiału tworzącego szkło bez istotnego naruszenia tego materiału tworzącego szkło.

42. Sposób według zastrz. 41, znamienny tym, że 10% do około 90% przepływu paliwa wykorzystuje się przez najbardziej wewnętrzny wtryskiwacz paliwa.

43. Sposób według zastrz. 41, znamienny tym, że ilość przepływającego paliwa najbardziej wewnętrznego wtryskiwacza paliwa jest mniejsza niż ilość przepływającego paliwa innego wtryskiwacza paliwa.

44. Sposób według zastrz. 41, znamienny tym, że ilość przepływającego paliwa najbardziej wewnętrznego wtryskiwacza paliwa jest większa niż ilość przepływającego paliwa innego wtryskiwacza paliwa.

45. Sposób według zastrz. 41, znamienny tym, że ciekłe paliwo doprowadza się do najbardziej wewnętrznego wtryskiwacza paliwa, i gazowe paliwo doprowadza się do innego wtryskiwacza paliwa.

46. Sposób według zastrz. 45, znamienny tym, że ciekłe paliwo jest wybrane z grupy obejmującej ciężki olej opałowy, średni olej opałowy, lekki olej opałowy, naftę i olej napędowy, a gazowe paliwo jest wybrane z grupy obejmującej metan, gaz naturalny, gaz ciekły naturalny, propan, ciekły propan, butan, gazy o niskiej wartości ciepła, gaz świetlny, gaz generatorowy i ich mieszaniny.

47. Sposób według zastrz. 41, znamienny tym, że paliwo jest gazem wybranym z grupy obejmującej metan, gaz naturalny, gaz ciekły naturalny, propan, ciekły propan, butan, gazy o niskiej wartości ciepła, gaz świetlny, gaz generatorowy i ich mieszaniny.

48. Sposób według zastrz. 41, znamienny tym, że utleniacze są wybrane z grupy obejmującej powietrze wzbogacone tlenem, nie w pełni czysty tlen i przemysłowo czysty tlen.

49. Palnik tlenowo-paliwowy, znamienny tym, że ma co najmniej jeden zewnętrzny wtryskiwacz utleniacza i dwa wewnętrzne wtryskiwacze paliwa, przy czym najbardziej wewnętrzny wtryskiwacz paliwa jest przystosowany do wtryskiwania paliwa z dużą prędkością i inny wtryskiwacz paliwa jest przystosowany do wtryskiwania paliwa z mniejszą prędkością.

PL 199 956 B1

50. Palnik według zastrz. 49, znamienny tym, że najbardziej wewnętrzny wtryskiwacz paliwa jest przystosowany do dostarczania centralnego wysokociśnieniowego strumienia paliwa, a inny wtryskiwacz paliwa jest przystosowany do dostarczania niskociśnieniowego paliwa w zewnętrznej, pierścieniowej, koncentrycznej osłonie do centralnego strumienia paliwa, i wtryskiwacz utleniacza jest przystosowany do dostarczania strumienia utleniacza w pierścieniowej, zewnętrznej, koncentrycznej względem osłony paliwa, przy czym strumień utleniacza jest dostarczany z mniejszym pędem niż centralny strumień paliwa.

51. Palnik według zastrz. 49, znamienny tym, że wtryskiwacze paliwa są przystosowane do paliw gazowych.

52. Palnik według zastrz. 49, znamienny tym, że najbardziej wewnętrzny wtryskiwacz paliwa jest przystosowany do płynnego paliwa, a inny wtryskiwacz paliwa jest przystosowany do gazowego paliwa.