UA72758C2 - The regenerator of glass-melting furnace - Google Patents

Description

Опис винаходу

Винахід стосується регенераторів скловарних печей, які з метою зменшення виділення пилу одночасно 2 виконують функцію очищення газових виділень від домішок.

Більшість скловарних печей, які називають полуменевими, тобто в яких джерелом енергії є газові чи мазутні пальники, обладнано регенераторами. Ці регенератори являють собою послідовність камер з насадками утвореними керамічними елементами і дозволяють накопичувати та повертати тепло при циклічній роботі. Гарячі гази чи дим, що виходять з печі під час роботи, надходять до насадки регенератора через його верхню частину і 70 вивільняють свою теплову енергію у насадці. У цей самий час, для відновлення теплової енергії, холодне повітря вводиться в нижню частину іншої насадки, нагрітої в попередньому циклі; це повітря виходить нагрітим з верхньої частини насадки і подається до пічних пальників для забезпечення найкращих умови згоряння палива.

Функціонування скловарних печей суттєво залежить від того, яку увагу приділяють газам, що вивільняються. 12 Під час охолодження цих газів між входом і виходом регенераторів у них утворюється пил. Термін "пил", зокрема, означає будь-які органічні чи неорганічні тверді (без обмеження розмірів) або рідкі (крапельки) субстанції.

Цей пил з'являється, головним чином, завдяки конденсації хімічних сполук, що виникають в процесі переробки при сублімації та рекомбінації складових компонентів зі скловарної ванни. Він також зумовлений наявністю у пальному домішок. Меншою мірою він також виникає завдяки вилітанню вихідних матеріалів в твердому стані.

Спеціалістам відомо, що в залежності від умов функціонування печі, більша чи менша частка цього пилу може осісти під час проходження через регенератори. Це осадження заважає проходженню диму та повітря крізь канали. Тому завжди, і до сьогоднішнього дня, намагалися розробити таку конструкцію насадки, яка б дозволила с 22 зменшити закупорювання пилом. Го)

У патенті ЕК-А-2756820 запропоновано спосіб вибіркового прогріву класичних насадок з метою прочищення їх частин, закупорених осадами пилу.

Існуючі сьогодні в багатьох країнах норми дозволених виділень вимагають усе більш суворої регламентації та зменшення викидів. со 30 Тому фахівці-скловари вимушені вивчати нові засоби зменшення можливих викидів з печей в процесі ю скловарного виробництва.

Зараз для цього застосовують кілька шляхів. в

Найбільш розповсюдженим є електростатичний осаджувач. Пристрій такого типу дозволяє збирати Га переважну кількість виділених часток, але в той же час має великий недолік. Річ у тому, що значну роль у цій 3о справі відіграє не тільки вартість виготовлення такого устаткування, а й витрати на його експлуатацію. До в того ж, кислотні гази швидко пошкоджують устаткування, і тому рекомендують попередньо пропускати ці гази через фільтр, що викликає додаткові утруднення.

Використовують рукавні фільтри або, кажучи взагалі, фільтри з пористою перегородкою. Вони дозволяють « збирати переважну кількість виділених часток, але мають недоліки, притаманні описаним вище пристроям. Крім З 40 того, фільтри такого типу функціонують в обмеженому діапазоні температур, що потребує попереднього с охолодження газу перед його пропусканням через фільтр. Нарешті, застосування фільтраційних пристроїв

Із» призводить до ускладнень у роботі печі, зумовлюючи зменшення її завантаження.

Таким чином, існує потреба в устаткуванні, яке б дозволяло зменшувати кількість пилу, що виділяється з димом у скловарних печах, і не викликало б незручностей для функціонування сучасних систем. 45 Винахід спрямований на задоволення цієї потреби запровадженням регенератора, який з метою зменшення 7 утворення пилу одночасно виконує роль пристрою для перехоплення забруднень, присутніх у газових викидах ка скловарних печей, виконуючи таким чином роль пристрою додаткової фільтраційної системи.

Цю потребу задовольняють за допомогою регенераційної насадки, конструкція якої сприяє накопиченню і основної маси сполук на поверхні вогнетривких деталей насадки, оптимізує і контролює цей процес. Цілком с 20 очевидно, що насадка продовжує виконувати свою роль теплообмінника.

Більш конкретно, винахід стосується регенератора скловарної печі, який містить насадку, складену з со багатьох рядів вогнетривких елементів з утвореними в ній багатьма каналами, яка відрізняється тим, що для проходження нагрітих газів насадка має першу зону для швидкого охолодження нагрітих газів, розташовану на вході цих газів; другу, або центральну зону для конденсації та захоплення хімічних сполук, здатних утворювати пил; і третю зону, розташовану на виході охолоджених газів і призначену для видалення конденсату; причому

ГФ) ряди вогнетривких елементів насадок, що утворюють вищеназвану центральну зону, містять принаймні два юю суміжних ряди, канали яких мають проекційну площу внутрішньої поверхні щонайменше 2095 від аналогічної площі каналів першої та третьої зон.

Під "проекційною поверхнею каналів" розуміють найбільшу поверхню, обмежену вогнетривкими стінками при 60 виді зверху. Наприклад, звуження каналів або їх перестановка у два послідовних ряди призводить до зменшення проекційної поверхні каналів. Щоб отримати суттєвий ефект, зменшення проекційної поверхні повинно становити щонайменше 20965.

Під "рядом" розуміють ярус або шар складених у насадці елементів.

Насадку такого регенератора, принаймні його частину, переважно виготовляють з насадочних елементів бо хрестоподібної форми, отриманих методом електроплавлення.

З дослідницькою метою ми розробили пристрій, який дозволяє оцінювати кількість пилу, що міститься в димі промислового підприємства. У ньому використовується трубка для відбору зразка диму з наступним його охолодженням у воді. Пристрій дозволяє робити ізокінетичний відбір репрезентативних проб диму, що циркулює в насадках. Тверді частки збираються фільтром, а газові потоки проходять Через ряд колб-промивників, які містять відповідні поглинаючі розчини. Аналізи фільтрату і промиваючих розчинів дозволяють визначити як концентрацію пилу, що вже виник, так і хімічних сполук у пароподібному стані, здатних утворювати пил.

Пристрій може використовуватися в широкому діапазоні температур і швидкостей газових потоків, характерних для насадок, і дозволяє, таким чином, відстежувати зміну умов від ; верхньої до нижньої частини 70 регенераційної камери.

Вивчення пилу, зібраного фільтром, дозволило визначити, що пил скловарних печей являє собою частки дуже малого розміру (менше мікрометра) і складається переважно із сульфату натрію (особливо, при виготовленні натрій-кальцієвого скла). Цей сульфат натрію утворюється в реакції між пароподібним Ма2О (який виникає завдяки сублімації часток на рівні шару сировини та над самою скловарною ванною) і ЗО», джерелом /5 якого є мазут і сировина. Він конденсується при температурах нижче приблизно 1100 290 і потім, при охолодженні диму до приблизно 9002С, переходить у тверду фазу. Ці стадії дим проходить у процесі охолодження, а отже, це саме відбувається з ним і в регенераторі.

На вході насадки і 505, і оксид натрію знаходяться в газоподібному стані. Завдяки циклічності режиму роботи насадок температура вогнетривких матеріалів нижче температури диму. Отже, між димом у центрі каналу і димом, який контактує з вогнетривкими стінками, встановлюється градієнт температури. Як тільки температура елементів насадки стає нижчою температури конденсації сульфату натрію, розпочинається конденсація на поверхні вогнетривких елементів. Потім, коли температура диму стає приблизно рівною температурі конденсації сульфату натрію, в центрі каналу спостерігається його спонтанна конденсація у вигляді туману. Частина крапельок, які складають цей туман, осідає на вогнетривких стінках. Коли температура диму знижується нижче с температури переходу сульфату натрію у тверду фазу, крапельки переходять з рідкого стану в твердий.

Здійснені нами вимірювання на різних промислових печах дозволили встановити цей механізм утворення о пилу і довести його реальність.

Надалі ми цікавитимемося, головним чином, пилом сульфату натрію; для інших сполук (сульфатів, хлоратів, боратів лужних та лужноземельних металів) описані явища спостерігаються також, але при суттєво інших ее) температурах.

Таким чином, виявилося, що для зменшення вмісту пилу, який виділяється при використанні насадок що регенераторів, потрібно, щоб ці насадки були здатними максимально збільшити конденсацію відповідаючих за /-|я« утворення пилу хімічних сполук на вогнетривких елементах насадок.

Мета винаходу - запропонувати різні рішення, які дозволяють досягти цього. На відміну від класичних с регенераторів, де вся насадка реалізує одну єдину задачу - передачу тепла, усі варіанти насадок за винаходом /-|че мають три різні зони, кожна з яких виконує свою особливу роль. Задача першої зони, крізь яку проходить дим, підготувати цей дим таким чином, щоб ефективність центральної зони була максимальною. Зрештою, мова, зокрема, йде про те, щоб підтримувати сполуки, здатні утворювати пил, у пароподібному стані і доводити дим до « вищої температури, але близької до температури конденсації цих сполук. Ця швидка термічна підготовка повинна дозволити надати найбільшу площу для центральної зони, де якраз і відбуваються явища захоплення. - с Різні можливі конфігурації цієї центральної зони насправді призначені для підсилення конденсації, а потім - і ц осаджування крапельок на поверхні елементів насадки. "» Третя і остання зона призначена для того, щоб полегшити природне і примусове виведення конденсату та інших осаджень, які виникають завдяки звичайному витіканню з попередніх зон.

Запропоновані у винаході насадки можна складати з вогнетривких елементів будь-якого типу, виготовлених -І шляхом випалу або виливання, які звичайно використовуються. В прикладах, наведених в даній заявці, маються на увазі отримані шляхом електроплавлення різні елементи хрестоподібної форми для складання о регенераційних камер, які виготовляє і постачає на ринок Європейське товариство вогнетривких продуктів -І (ЄТВП). Ці продукти, дійсно, підходять для такого застосування найкращим чином, оскільки дуже слабко взаємодіють з присутніми в димі лужними парами і дуже добре витримують високі температури і циклічний

Мн нагрів, характерні для роботи регенераторів. До того ж, суттєвою є питома поверхня термічного обміну таких с деталей, бо вона сприяє термічному обміну і дозволяє досягати дуже високої ефективності регенерації. З іншого боку, виготовлені електроплавленням вогнетривкі матеріали у вигляді елементів хрестоподібної форми, які надає ЄТВП, особливо добре пристосовані для проведення операцій очищення насадок шляхом термічної обробки.

Наведені далі опис і різні схеми дозволять краще зрозуміти суть винаходу. о Фіг.1 - схема вертикального розрізу насадки регенератора згідно з винаходом. ко Фіг.2 - вид розрізу вздовж лінії 1-1 фігури 1 частини центральної зони насадки регенератора згідно з винаходом. 60 Фіг.3 - вид подібний до виду фігури 2, але для варіанту реалізації насадки регенератора згідно з винаходом.

Фіг.4 - схематичний вид вертикального розрізу, який ілюструє інший варіант реалізації центральної зони насадки згідно з винаходом.

Фіг.5 - схематичний вид розрізу, який ілюструє ще один варіант реалізації центральної зони насадки згідно з винаходом. 65 На всіх фігурах масштаб ширини каналів однаковий. На Фіг.1 зображено насадку з трьома зонами А, В і С.

У гарячій зоні А, тобто першій із зон, в яку потрапляє дим, використовують вогнетривкі елементи хрестоподібної форми 1, які являють собою перешкоди або зморшки 2, подібні до тих, що описані в патенті

ЕР-В-354844. Дійсно, їх термічна ефективність є дуже значною. Різниця температур між димом і вогнетривкими стінками велика. Тож ця зона дозволяє швидко знижувати температуру диму до температури початку конденсації. Для цієї зони може підходити будь-який елемент або комбінація елементів, що мають дуже високу термічну ефективність. Потрібно також, щоб як і для випадку звичайних насадок, елементи були стійкі щодо дуже високих температур і атмосфери, насиченої агресивними хімічними сполуками. Висота цієї зони А залежить від режиму роботи печі (витяжки, надлишку повітря, ...) і, зокрема, від температури; та складу диму, який надходить до насадки. 70 У центральній зоні В використовують гладенькі елементи хрестоподібної форми З, типів "3" та "6" за номенклатурою ЄТВП. В усій зоні вдавалися до різних комбінацій встановлення елементів рядами таким чином, аби створити численні перехідні зони. Переходи можуть бути зумовлені зміною типу елементів (тип "3" чи тип "6"), зміщенням елементів того самого типу або ж присутністю перешкод на стінках з вогнетривких елементів.

Різні частини зони В демонструють ці можливості. Ці переходи порушують плавне протікання диму і завдяки 7/5 цьому підсилюють масоперенос між димом і деталями насадки. Початок центральної зони В. складається з двох послідовних рядів, для яких повна проекційна поверхня каналів (тобто, з урахуванням обох рядів) зменшена порівняно з гарячою зоною А. В кінці центральної зони розташовані два послідовних ряди, для яких повна проекційна поверхня дорівнює, або перевищує відповідну поверхню гарячої зони. Всередині цієї центральної зони можна періодично повертатись (або ні) до каналів такої самої ширини, як і в гарячій зоні, саме для сприяння дії переходів. Отже, для одного ряду можна мати проекційну поверхню, рівну поверхні гарячої зони, але для сукупності рядів, що утворюють центральну зону, проекційна поверхня буде менше, ніж для гарячої зони. Насадка регенератора за винаходом характеризується найменшим локальним звуженням каналів центральної зони. Віддають перевагу випадку, коли половина рядів центральної зони бере участь у зменшенні повної проекційної поверхні центральної зони. Ці "активні" ряди повинні мати мінімальну сумарну висоту 1 с метр, щоб результат були суттєвими. Для цієї центральної зони В могли б також підійти і зовсім інші конструкції, які були б здатні підсилити механізми переносу речовин, що утворюють пил, до стінок і, зокрема, о всі конструкції, які дозволяють створити перехідні зони для сприяння масопереносу (деталі зі зморшками, зміщення каналів, установка перешкод тощо).

У холодній зоні С використовували ті ж самі елементи, що і в центральній В, але з більш широкими со зо каналами, аби сприяти витіканню конденсату. Таким чином уникають проблеми закупорювання, яка виникає завдяки накопиченню застигаючого конденсату. Міг би підійти інший елемент чи конструкція з елементів, які б юю дозволили природне витікання конденсату. че

Згідно з варіантом винаходу можна вважати, що зона С складена з елементів, які добре витримують термічні цикли і різкі зміни температури (завдяки формі та конструкції. В цьому випадку можна було б виводити с

Конденсат шляхом прогріву насадки, використовуючи відому спеціалістам методику. При постійному че спостереженні, можна було б починати термічне очищення саме тоді, коли накопичення конденсату або пилу починає заважати проходженню диму. Звичайно, термічне очищення можна замінити на хімічне чи механічне.

Ясна річ, що методи, які сприяють природному витіканню і термічному відкупорюванню, можна поєднувати.

На Фіг.2 показана реалізація насадки з меншими каналами, ніж канали зони А на Фіг.1. Заштрихована зона 4 « на Фіг2 являє собою проекційну поверхню каналу. Насправді, корисно мати менші канали, оскільки це дуже шщ с суттєво збільшує поверхню обміну дим-елементи насадки. Це виявляється можливим завдяки використанню й подвійних хрестоподібних елементів 11, які, до речі, отримують шляхом з'єднання крил двох простих "» хрестоподібних елементів, і завдяки новому способу встановлення цих подвійних хрестоподібних елементів у ряд, при якому елементи двох сусідніх рядків даного ряду зсунуті один відносно іншого на половину довжини.

Використання подвійних хрестоподібних елементів надає, до того ж, інші переваги: воно збільшує міцність -і насадки і полегшує переходи між різними зонами. кю Фіг.3 демонструє варіант реалізації, в якому канали 4! є прямокутними завдяки використанню хрестоподібних елементів 21, в яких два протилежних крила коротші за два інших. Завдяки цьому збільшують, в порівнянні з -І каналами квадратного перерізу Фіг.2, поверхню обміну дим-елементи насадки, що дозволяє підсилити явище сл 50 конденсації. Будь-який інший елемент чи конструкція з елементів, що дозволяє збільшити поверхню осадження речовин, здатних утворювати пил, задовольняє вимогам центральної зони В і також є предметом даного со винаходу.

Фіг.А4 демонструє ще один приклад реалізації, згідно якому канали 14 сусідніх рядів зсунуті один відносно іншого. Цей тип рішення, завдяки зсуву каналів, дозволяє збільшити різницю температур між димом і вогнетривкими елементами. Збільшення цієї різниці температур сприяє масопереносу до стінок і дозволяє, таким чином, інтенсифікувати осадження речовин, що утворюють пил.

ІФ) До того ж, ця конструкція із зсувом каналів підвищує рівень турбулентності, що також призводить до ко інтенсифікації процесу осадження.

На Фіг.5 показано насадку з розташованими під кутом каналами, які характеризуються зміною напрямку 15 60 витікання. Для реалізації такої конструкції можна використовувати елементи хрестоподібної форми з двома нахиленими крилами. У відповідності з кутом нахилу цих крил, а отже - і з кутом злому насадки, можна очікувати збільшення поверхні обміну між димом і елементами насадки від 4 до 1395 (для кута 45 2). Таке збільшення площі обміну дозволяє збільшити конденсацію на стінках. Такий тип конструкції і особливо нерівномірність площі каналів також надає перевагу - можливість перемішувати дим, який протікає, що також 65 призводить до більш сильного переносу маси диму до елементів насадки.

Ці способи реалізації демонструють різні принципи, що дозволяють максимально збільшити перенос хімічних речовин, здатних утворювати пил, до вогнетривких стінок, і робиться це з метою підсилення осадження цих часток на стінках елементів, з яких складено насадку. Ці способи реалізації дозволяють також мінімізувати ризик закупорювання і зберегти хорошу термічну ефективність. Такі насадки дозволяють до того ж проводити - чистку шляхом термічної обробки.

Винахід не обмежений наведеними конкретними прикладами, до цього винаходу належать також комбінації реалізацій, наведених у прикладах, або інші аналогічні конструкції чи реалізації. 1 .

Й зе усаттю жк чи льна жи

М а! |з й ІА й

Фіг ЕЕ нн ' ШІ Не иа ший найк ші ніш МО

НЯ

60000 з ши З му.

І -- шшй --Н ши --- І . і не ЕТ ши ша М Я

ЕР 1 ш ЩЕ шк ше

ГІ УГТ р ЕС СС ув лин вищі ВИНО Ли 1 ши нин па пи ВК

АС 17 -А--Ж-- шк ши ші с шк ши Др щі й о ши

Я ь со

Фіг. 2 щ й г нити то с и і - ; й

Фіг. З « ц й . и? в Фіг. 4 ь -І т с й

ІЧ е) :

Фіг. 5 15 '

Ф) іме) во --

Claims (9)

1. Формула винаходу бо 1. Регенератор скловарної печі, який містить насадку, виготовлену з багатьох рядів вогнетривких елементів, які утворюють численні канали, який відрізняється тим, що для проходження гарячих газів насадка має три зони: першу зону, розташовану на вході гарячих газів і призначену для їх швидкого охолодження, другу або центральну зону - для конденсації та захоплення хімічних речовин, здатних утворювати пил, і третю зону - для відводу конденсатів, розташовану на виході охолоджених газів, причому ряди вогнетривких елементів насадки, які утворюють вищевказану центральну зону, містять принаймні два суміжні ряди, канали яких мають проекційну площу, яка принаймні на 2095 менша від відповідної площі каналів першої і третьої зон.
2. 2. Регенератор за п. 1, який відрізняється тим, що вогнетривкі елементи насадки, які утворюють першу зону, мають поверхню з перешкодами. 70
3. 3. Регенератор за п. 1, який відрізняється тим, що центральна зона складена з рядів, вогнетривкі елементи яких зсунуті ряд від ряду таким чином, щоб збурювати протікання газів.
4. 4. Регенератор за п. 1, який відрізняється тим, що більше половини рядів центральної зони беруть участь у зменшенні загальної проекційної площі центральної зони.
5. 5. Регенератор за п. 1, який відрізняється тим, що канали центральної зони мають щонайменше одну зміну /5 напрямку.
6. 6. Регенератор за п. 1, який відрізняється тим, що канали третьої зони мають поперечну частину принаймні такого ж розміру, як аналогічна частина центральної зони.
7. 7. Регенератор за п. 1, який відрізняється тим, що поверхні вогнетривких елементів, які складають ряди центральної зони і які призначені для контактування з гарячими газами, в основному є гладкими.
8. 8. Регенератор за будь-яким з пунктів 1-7, який відрізняється тим, що вогнетривкі елементи насадки мають хрестоподібну форму.
9. 9. Регенератор за будь-яким з пунктів 1-8, який відрізняється тим, що вогнетривкі елементи насадки виготовлені з вогнетривких матеріалів шляхом електроплавлення. тріїгя я " : " " : : пов с Офіційний бюлетень "Промислоава власність". Книга 1 "Винаходи, корисні моделі, топографії інтегральних мікросхем", 2005, М 4, 15.04.2005. Державний департамент інтелектуальної власності Міністерства освіти і і) науки України. (ее) ів) у с і -

   - . и? -і іме) -і 1 ІЧ е) іме) 60 б5