PL217850B1

PL217850B1 - Regenerative glass furnace with reduced emissions of NOx in waste gases

Info

Publication number: PL217850B1
Application number: PL392777A
Authority: PL
Inventors: Zbigniew Bulga; Roman Mączek; Łukasz Bulga
Original assignee: Bulga Zbigniew Przedsiębiorstwo Budowy Pieców
Priority date: 2010-10-28
Filing date: 2010-10-28
Publication date: 2014-08-29
Also published as: PL392777A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest regeneracyjny piec szklarski o obniżonej emisji NO_x w gazach odlotowych, z U-płomiennym lub poprzeczno-płomiennym przepływem gazów spalinowych przez basen topliwny.The subject of the invention is a regenerative glass furnace with reduced NO _x emission in waste gases, with U-flame or cross-flame flow of flue gases through the melting pool.

Znanych jest wiele rozwiązań pieców szklarskich, w których zastosowane środki techniczne zapewniają obniżenie zawartości ΝΟ_Χ i CO w gazach odlotowych. Rozwiązania te realizują dwustrefowy proces spalania, polegający na spalaniu w pierwszej strefie mieszanki o składzie podstechiometrycznym, bliskim jedności, a w strefie drugiej, w wyniku doprowadzenia dodatkowej ilości utleniacza, dopalenie tlenków węgla i innych produktów niezupełnego spalania ze strefy pierwszej, w warunkach nadstechiometrycznych.There are many solutions of glass furnaces in which the applied technical measures ensure the reduction of the content of _{Χ Χ} and CO in the waste gases. These solutions implement a two-zone combustion process, consisting in combustion in the first zone of a mixture with a sub-stoichiometric composition close to one, and in the second zone, due to the addition of an additional amount of oxidant, afterburning of carbon oxides and other incomplete combustion products from the first zone, in over-stoichiometric conditions.

Przykładowo, piec przedstawiony w europejskim opisie patentowym EP 0577881 posiada standardowy układ z basenem topliwnym połączonym przez przepust z basenem wyrobowym. Basen topliwny połączony jest przez usytuowane po obu stronach osi podłużnej tego basenu przeloty palnikowe, które zasilane są cyklicznie i naprzemiennie mieszanką gazowego lub ciekłego paliwa kopalnego z powietrzem podgrzanym w regeneratorze. W przelocie palnikowym tworzona jest mieszanka o składzie podstechiometrycznym - spalana w strefie górnej, a poniżej nad zwierciadłem basenu topliwnego mieszanka o składzie nadstechiometrycznym, wprowadzana palnikami usytuowanymi bezpośrednio pod przelotem palnikowym.For example, the furnace described in EP 0577881 has a standard arrangement with a melting basin connected via a culvert to a production basin. The fusible pool is connected by burner passages situated on both sides of the longitudinal axis of this pool, which are fed cyclically and alternately with a mixture of gaseous or liquid fossil fuel with air heated in the regenerator. A sub-stoichiometric mixture is created in the burner passage - it is burned in the upper zone, and below, above the melting pool mirror, an over-stoichiometric mixture is introduced, introduced with burners located directly under the burner passage.

W rozwiązaniu według międzynarodowego zgłoszenia wynalazku WO 2009036837 piec wyposażony jest w dysze powietrza wtórnego, zasilane powietrzem podgrzanym w rekuperatorze drugiego stopnia depta. spalin z basenu topliwnego. Powietrze wtórne wprowadzane jest dyszami w strumień gazów wylotowych z basenu topliwnego, poprzez dysze zabudowane w przelotach palnikowych i ukierunkowane prostopadle do osi przelotów.In the solution according to the international patent application WO 2009036837, the furnace is equipped with secondary air nozzles fed with air heated in the depta second stage recuperator. fumes from the fusible pool. Secondary air is introduced through nozzles into the stream of exhaust gases from the melting pool, through nozzles installed in the burner passages and directed perpendicular to the axis of the passages.

Powszechnie znanymi są również rozwiązania pieców szklarskich, w których odpadowe ciepło gazów wylotowych z basenu topliwnego odzyskiwana jest dwustopniowo- w regeneratorze i w rekuperatorze podgrzewającym powietrze utleniacza lub materiały wsadowe.There are also commonly known solutions for glass furnaces in which the waste heat of exhaust gases from the melting pool is recovered in two stages in a regenerator and in a recuperator heating up the oxidant air or charge materials.

Zadaniem niniejszego wynalazku jest opracowanie pieca o niskiej emisji tlenków azotu i wyższej efektywności energetycznej.It is an object of the present invention to provide a furnace with low nitrogen oxide emissions and higher energy efficiency.

W regeneracyjnym piecu szklarskim według niniejszego wynalazku również wykorzystywane jest dwustopniowe podawanie powietrza do komory basenu topliwnego. Oprócz powietrza doprowadzonego z regeneratora do przelotu palnikowego w celu wytworzenia mieszanki o składzie podstechiometrycznym, bliskim jedności lub stechiometrycznym, piec wyposażony jest w dysze powietrza wtórnego zabudowane w ścianach nadbudowy basenu topliwego, wzdłuż strefy końcowej strumienia gazów wylotowych z tej komory. Dysze powietrza wtórnego przyłączone są do dwóch zespołów kolektorów podgrzanego powietrza, prowadzonych równolegle do bocznych ścian nadbudowy i połączonych końcami przez zawory odcinające z rekuperatorem ciepła spalin z komory basenu wyrobowego.The regenerative glass furnace of the present invention also utilizes a two-stage air supply to the hot melt pool chamber. In addition to air supplied from the regenerator to the burner passage to produce a mixture with a sub-stoichiometric, close to unity or stoichiometric composition, the furnace is equipped with secondary air nozzles built into the walls of the hot-melt pool superstructure along the end zone of the exhaust gas stream from this chamber. Secondary air nozzles are connected to two sets of heated air collectors, led parallel to the side walls of the superstructure and connected at their ends by shut-off valves with the exhaust heat recuperator from the production pool chamber.

Redukcja emisji tlenków azotu osiągnięta jest poprzez zastosowanie strefowego podawania powietrza spalania, wykorzystującego znaną zależność miedzy ilością formowanych tlenków azotu a współczynnikiem nadmiaru powietrza. Wprowadzenie powietrza wtórnego do komory basenu topliwnego, o temperaturze korzystnie nie mniejszej od 450°C, w strefę końcową płomienia zapewnia dopalenie tlenku węgla i innych produktów niezupełnego spalania, a jednocześnie z uwagi na niższą temperaturę płomienia, bardzo ograniczone tworzenie się tlenków azotu.The reduction of nitrogen oxides emission is achieved through the use of zone combustion air supply, which uses the known relationship between the amount of nitrogen oxides formed and the excess air ratio. The introduction of secondary air into the chamber of the melting pool, at a temperature preferably not less than 450 ° C, into the end zone of the flame ensures the combustion of carbon monoxide and other products of incomplete combustion, and at the same time, due to the lower flame temperature, a very limited formation of nitrogen oxides.

Korzystnym jest, gdy dysze powietrza wtórnego zabudowane są w bocznych ścianach i/lub stropie nadbudowy basenu topliwnego z możliwością zmiany kąta ustawienia. Ilość, usytuowanie i rozstaw dysz powietrza wtórnego umożliwiają nieturbulencyjne wmieszanie się utleniacza w gazy spalinowe.It is advantageous if the secondary air nozzles are built into the side walls and / or the roof of the hot melt pool superstructure, with the possibility of changing the angle of setting. The number, positioning and spacing of the secondary air nozzles enable a non-turbulent mixing of the oxidant into the flue gas.

Korzystnym jest również, gdy każda z dysz powietrza wtórnego połączona jest z kolektorem podgrzanego powietrza przez regulowany zawór dławiący, co umożliwia profilowane wzdłużnie wprowadzanie ilości powietrza wtórnego dostosowane do temperatury płomienia, homogenizację mieszaniny oraz możliwie laminarny przepływ - czyli tworzenie warunków niesprzyjających powstawaniu tlenków azotu.It is also advantageous if each of the secondary air nozzles is connected to the heated air collector through an adjustable throttle valve, which enables longitudinally profiled secondary air introduction adjusted to the flame temperature, homogenization of the mixture and possibly laminar flow - i.e. creating conditions unfavorable to the formation of nitrogen oxides.

Celowym jest także, gdy palniki komory basenu wyrobowego połączone są przez zawór regulacyjny z rekuperatorem.It is also expedient when the burners of the production pool chamber are connected to the recuperator through a control valve.

Rozwiązanie według wynalazku przybliżone jest opisem dwóch przykładowych wykonań regeneracyjnych pieców szklarskich, pokazanych na załączonych rysunkach w ujęciu schematycznym.The solution according to the invention is approximate by the description of two exemplary regenerative embodiments of glass furnaces, shown in the attached drawings in a schematic view.

PL 217 850 B1PL 217 850 B1

Figura 1 rysunku przedstawia piec z U-płomiennym przepływem gazów spalinowych przez basen topliwny, a Fig. 2 piec poprzeczno-płomienny.Figure 1 of the drawings shows a furnace with a U-flame flow of flue gas through the melting basin, and Fig. 2 a cross-fired furnace.

Regeneracyjny piec U-płomienny według Fig. 1 składa się z elementów standardowych dla tego typu pieców: basenu topliwnego 1, przepustu 2, basenu wyrobowego 3, dwóch przelotów palnikowych 4a i 4b, dwóch regeneratorów 5a i 5b, dwóch indywidualnych kanałów spalinowych 6a i 6b, urządzenia rewersyjnego 7 oraz zbiorczego kanału spalinowego 8 odprowadzającego spaliny do układu kominowego. Piec pracuje w cyklu przemiennym: przepływu podgrzanego w regeneratorze 5a powietrza, tworzenia w przelocie palnikowym 4a mieszanki z paliwem gazowym o składzie podstechiometrycznym lub stechiometrycznym, dwustrefowego spalania w komorze basenu topliwnego 1 i nawrotnym wypływie strumienia gazów spalinowych przez drugi przelot palnikowy 4b, regenerator 5b, indywidualny kanał spalinowy 6b, urządzenie rewersyjne 7 i zbiorczy kanał spalinowy 8 do układu kominowego. Druga strefa spalania usytuowana jest na powrotnym, po nawrocie, odcinku strumienia gazów spalinowych w kierunku przelotu palnikowego 4b, pełniącego w tym cyklu funkcje odciągowe. Do końcowego odcinka strumienia gazów spalinowych wprowadzane jest przez dysze 14a, w sposób nieturbulencyjny, powietrze podgrzane w rekuperatorze 10 ciepłem gazów odlotowych z komory basenu wyrobowego 3. Dysze powietrza wtórnego 14a i 14b - zabudowane wzdłuż ścian bocznych oraz równolegle do ścian bocznych w stropie basenu topliwnego 1 - zasilane są przez zawory dławiące 13a, 13b z kolektorów 12a i 12b, których końce połączone są z rekuperatorem 10 przez zawory odcinające 9a i 9b. Zawory dławiące 13a i 13b umożliwiają regulację ilości wprowadzanego powietrza wtórnego podgrzanego do temperatury korzystnie nie mniejszej niż 450 °C wzdłuż odcinka końcowego strumienia gazów odlotowych, w sposób zapewniający dopalenie produktów niepełnego spalania ze strefy pierwszej, a jednocześnie w ilości minimalizującej tworzenie nowych tlenków azotu. W kolejnym cyklu następuje rewersyjna zmiana funkcji. Wymaganą temperaturę masy szklanej w basenie wyrobowym 3 zapewniają palniki zasilane przez zawór regulacyjny 11 powietrzem podgrzanym w rekuperatorze 10.The regenerative U-flame furnace according to Fig. 1 consists of standard elements for this type of furnace: fusing basin 1, culvert 2, production basin 3, two burner passages 4a and 4b, two regenerators 5a and 5b, two individual flue gas channels 6a and 6b , a reversing device 7 and a collective flue gas conduit 8 discharging the fumes to the chimney system. The furnace operates in an alternating cycle: the flow of air heated in the regenerator 5a, the formation of a mixture with gaseous fuel in the burner passage 4a with a sub-stoichiometric or stoichiometric composition, two-zone combustion in the fusible pool chamber 1 and a reverse outflow of the flue gas stream through the second burner passage 4b, regenerator 5b, individual flue gas conduit 6b, reversing device 7 and collective flue conduit 8 to the chimney system. The second combustion zone is located on the return, after the return, section of the exhaust gas stream towards the burner passage 4b, which in this cycle has exhausting functions. Non-turbulent air heated in the recuperator 10 by the heat of exhaust gases from the production basin chamber 3 is introduced to the final section of the flue gas stream through nozzles 14a. Secondary air nozzles 14a and 14b - built along the side walls and parallel to the side walls in the ceiling of the melting basin 1 - are supplied by throttle valves 13a, 13b from collectors 12a and 12b, the ends of which are connected to the recuperator 10 through shut-off valves 9a and 9b. The throttle valves 13a and 13b make it possible to regulate the amount of secondary air introduced heated to a temperature preferably not less than 450 ° C along the section of the final waste gas stream, in a manner ensuring the afterburning of incomplete combustion products from the first zone, while at the same time minimizing the formation of new nitrogen oxides. In the next cycle, there is a reverse function change. The required temperature of the glass mass in the production basin 3 is provided by burners supplied by the control valve 11 with air heated in the recuperator 10.

Regeneracyjny piec poprzeczno-płomienny według Fig. 2 składa się z elementów standardowych dla tego typu pieców; basenu topliwnego 1, przepustu 2, basenu wyrobowego 3, dwóch kompletów przelotów palnikowych 4a i 4b, dwóch regeneratorów 5a i 5b, dwóch indywidualnych kanałów spalinowych 6a i 6b, urządzenia rewersyjnego 7 oraz zbiorczego kanału spalinowego 8 odprowadzającego spaliny do układu kominowego. Piec pracuje w cyklu przemiennym: przepływu podgrzanego w regeneratorze 5a powietrza, tworzenia w przelotach palnikowych 4a mieszanki z paliwem gazowym o składzie podstechiometrycznym lub stechiometrycznym, dwustrefowego spalania w komorze basenu topliwnego 1 i wypływie strumienia gazów spalinowych przez drugi komplet przelotów palnikowych 4b, regenerator 5b, indywidualny kanał spalinowy 6b, urządzenie rewersyjne 7 i zbiorczy kanał spalinowy 8 do układu kominowego. Druga strefa spalania usytuowana jest na końcowym odcinku strumieni gazów spalinowych w kierunku kompletu przelotów palnikowych 4b, pełniących w tym cyklu funkcje odciągowe. Do końcowego odcinka strumienia gazów spalinowych wprowadzone jest przez dysze 14a, w sposób nieturbulencyjny, powietrze podgrzane w rekuperatorze 10 ciepłem gazów odlotowych z komory basenu wyrobowego 3. Dysze powietrza wtórnego 14a i 14b - zabudowane wzdłuż ścian bocznych oraz w stropie basenu topliwnego 1 - zasilane są przez zawory dławiące 13a, 13b z kolektorów 12a i 12b, których końce połączone są z rekuperatorem 10 przez zawory odcinające 9a i 9b. Zawory dławiące 13a i 13b umożliwiają regulację ilości wprowadzanego powietrza wtórnego podgrzanego do temperatury korzystnie nie mniejszej niż 450°C wzdłuż odcinka końcowego strumienia gazów odlotowych, co zapewnia dopalenie produktów niepełnego spalania ze strefy pierwszej, a jednocześnie minimalizuje tworzenie nowych tlenków azotu. W kolejnym cyklu następuje rewersyjna zmiana funkcji. Wymaganą temperaturę masy szklanej w basenie wyrobowym 3 zapewniają palniki zasilane przez zawór regulacyjny 11 powietrzem podgrzanym w rekuperatorze 10.The cross-fired regenerative furnace according to Fig. 2 consists of standard components for this type of furnace; fusible basin 1, culvert 2, production basin 3, two sets of burner passages 4a and 4b, two regenerators 5a and 5b, two individual flue gas channels 6a and 6b, a reversible device 7 and a collective flue gas channel 8 discharging fumes to the chimney system. The furnace operates in an alternating cycle: the flow of air heated in the regenerator 5a, creating a mixture with gaseous fuel in the burner passages 4a with a sub-stoichiometric or stoichiometric composition, two-zone combustion in the fusible pool chamber 1 and the outflow of the flue gas stream through the second set of burner passages 4b, regenerator 5b, individual flue gas conduit 6b, reversing device 7 and collective flue conduit 8 to the chimney system. The second combustion zone is located at the end section of the exhaust gas streams towards the set of burner passages 4b, which in this cycle perform exhausting functions. Non-turbulent air heated in the recuperator 10 by the heat of exhaust gases from the production basin chamber 3 is introduced to the final section of the flue gas stream through nozzles 14a. Secondary air nozzles 14a and 14b - built along side walls and in the ceiling of the melting basin 1 - are supplied through throttle valves 13a, 13b from collectors 12a and 12b, the ends of which are connected to the recuperator 10 through shut-off valves 9a and 9b. The throttle valves 13a and 13b make it possible to regulate the amount of secondary air introduced heated to a temperature preferably not less than 450 ° C along the section of the final exhaust gas stream, which ensures the afterburning of incomplete combustion products from the first zone, while minimizing the formation of new nitrogen oxides. In the next cycle, there is a reverse function change. The required temperature of the glass mass in the production basin 3 is provided by burners supplied by the control valve 11 with air heated in the recuperator 10.

Prototypowy piec z wprowadzonymi rozwiązaniami według cech wynalazku wykazał w eksploatacji próbnej obniżenie zużycia paliwa w basenie topliwnym o około 3 do 5% oraz zmniejszenie emisjiThe prototype furnace with implemented solutions according to the features of the invention showed, in a trial operation, a reduction in fuel consumption in the melting pool by about 3 to 5% and a reduction in emissions

ΝΟχ do 30%.ΝΟχ up to 30%.

Claims

1.Regenerative glass furnace with reduced NO _x emissions in the waste gases, with U-flame or cross-flame flue gas flow, having a fusible pool (1) connected by a culvert (2) with a production pool (3), in which a fusible pool (1 ) is connected by burner passages (4a, 4b) or sets of burner passages on both sides of the longitudinal axis, for a heated flammable gas or liquid mixture, with regenerators (5a, 5b), while the fusible pool (1) is equipped with heated nozzles secondary air (14a, 14b) from the exhaust heat recuperator (10) from the production pool chamber (3), characterized in that the secondary air nozzles (14a, 14b) are built in the walls of the melting pool chamber superstructure (1) along the end zone of the stream exhaust gases from this chamber, and are connected to two sets of heated air collectors (12a, 12b), run parallel to the side walls of the superstructure and connected at their ends by shut-off valves (9a, 9b) with the recuperator the exhaust gas heat (10) from the production pool chamber (3).

2. The glass furnace according to claim A method as claimed in claim 1, characterized in that the secondary air nozzles (14a, 14b) are built into the side walls and / or in the ceiling of the melting pool superstructure (1) with the possibility of changing the angle of setting.

3. The glass furnace according to claim A method as claimed in claim 1 or 4, characterized in that each of the secondary air nozzles (14a, 14b) is connected to a heated air collector (12a, 12b) through an adjustable throttle valve (13a, 13b).

4. The glass furnace according to claim 1 The process as claimed in claim 1, characterized in that the burners of the production pool chamber (3) are connected via a control valve (11) with a recuperator (10).