Система управления для управления подачей с сжиганием пылевидного топлива в стекловаренной печи

Система управления для управления подачей с сжиганием пылевидного топлива в стекловаренной печи

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предпосылки создания изобретения

Область изобретения

Настоящее изобретение относится к системе управления для управления подачей и сжиганием пылевидного топлива в стекловаренной печи и, более конкретно, к системе управления, которая подает распыленное топливо в стекловаренную печь.

Уровень техники

Стекло варят в печах разного типа и с помощью разных видов топлива, в зависимости от конечных характеристик изделия и с учетом тепловой эффективности процессов плавки и очистки. Ванные стекловаренные печи использовавшиеся для варки стекла (на газообразном топливе) имели несколько горелок, расположенных по бокам печи и вся установка выглядела как замкнутый короб с дымоходом, который мог размещаться в начале питателя или в самом конце печи, то есть внизу по потоку. Однако в стекле, выходящем из высокотемпературных печей, возникают огромные потери тепла. Например, при температуре 2500°F (~1371°C) для печи, работающей на природном газе, 62% от подаваемого в печь тепла уходит с топочным газом.

Для того чтобы использовать остающееся в топочном газе тепло, появились более сложные и дорогие конструкции, называемые регенеративными печами. Хорошо известно, что для эксплуатации регенеративной стекловаренной печи множество газовых горелок связывают с парой герметизированных регенераторов, расположенных рядом друг с другом. Каждый регенератор имеет нижнюю камеру, огнеупорную структуру над нижней камерой и верхнюю камеру, размещенную над этой структурой. Каждый регенератор имеет свой соответствующий канал, соединяющий соответствующую верхнюю камеру с плавильной и рафинирующей камерой печи. Горелки предназначены для сжигания топлива, например, природного газа, жидкой нефти, мазута или других видов газообразного или жидкого топлива, которое пригодно для использования в стекловаренной печи и, тем самым, для подачи тепла в камеру для плавления и рафинирования исходных материалов для получения стекла. В плавильную и рафинирующую камеру с одного ее конца, где расположен загрузочный карман, подают исходные материалы для получения стекла, а на другом конце камеры находится распределитель расплава, содержащий последовательность каналов, через которые расплав стекла можно выводить из плавильной и рафинирующей камеры.

Горелки могут устанавливаться в нескольких возможных конфигурациях, например в сквозной конфигурации, в боковой конфигурации или в нижней конфигурации. Топливо, например природный газ, подают из горелки во входящий поток предварительно подогретого воздуха, который называют "воздухом для горения", также приходящего от каждого регенератора во время цикла обжига или реверсной последовательности, и полученное пламя и продукты горения, получаемые в этом пламени, проходят над поверхностью расплава стекла в плавильной и рафинирующей камере.

При работе регенераторы выполняют последовательные циклы производства воздуха горения и отдачи тепла. Каждые 20-30 минут, в зависимости от конкретной печи, траектория пламени реверсируется. Задача каждого регенератора - запасти отходящее тепло, что позволяет достичь большей эффективности и более высокой температуры пламени, которую невозможно получить при обычном атмосферном воздухе.

Для работы стекловаренной печи топливо подают на горелки и подачей воздуха горения управляют, измеряя поток воздуха, генерируемый на выходе нагнетателя и в верхней части структуры, при этом количество кислорода и горючего материала поддерживают таким, чтобы в плавильной камере или в точках вдоль плавильной камеры воздух горения подавался в меньшем количестве, чем необходимо для полного сгорания подаваемого топлива.

В прошлом для выплавки стекла использовался мазут, являющийся продуктом перегонки нефти. Этот вид топлива использовался много лет, но ужесточение экологических требований привело к сокращению применения мазута, поскольку этот вид топлива имеет примеси, остающиеся от сырой нефти, такие как сера, ванадий, никель и некоторые другие тяжелые металлы. Сжигание мазута сопряжено с загрязняющими выбросами, такими как SOx, NOx и твердые частицы. Недавно в отрасли, производящей стекло, перешли на природный газ, как более чистое топливо. Все тяжелые металлы и сера, имеющиеся в жидких остаточных продуктах перегонки нефти, в природном газе отсутствуют. Однако высокая температура, даваемая пламенем природного газа, является очень эффективной средой для получения больше NOx, чем других загрязняющих веществ. В этом смысле предпринималось много усилий к разработке горелок, дающих низкое содержание NOx при сжигании природного газа. Дополнительно были разработаны различные технологии предотвращения образования NOx. Примером является технология Oxy-Fuel, где для процесса горения вместо воздуха используется кислород. Эта технология имеет неудобство, заключающееся в том, что она требует стекловаренную печь со специально подготовленными огнеупорами, поскольку необходимо предотвратить инфильтрацию воздуха. Использование кислорода также дает пламя с более высокой температурой, но при отсутствии азота образование NOx резко сокращается.

Другим недостатком процесса Oxy-fuel является стоимость самого кислорода. Для того, чтобы его удешевить, необходимо разместить установку по производству кислорода рядом с печью, чтобы подавать требуемый для плавки кислород.

Однако растущая стоимость энергии (в первую очередь, природного газа) вынуждает основных производителей флоат-стекла требовать дополнительную плату за листовое стекло. В этом году цены на природный газ выросли на 120% (только в Мексике или везде), что значительно превышает прежние прогнозы.

Среди производителей стекла бытует общее мнение, что дистрибуторы будут вынуждены внимательно рассмотреть новые надбавки к цене и, скорее всего, они будут введены.

Учитывая предшествующий уровень техники, настоящее изобретение направлено на применение других технологий для снижения стоимости выплавки с использованием твердого топлива, полученного как остаточные материалы от перегонки нефти, такого как нефтяной кокс, при производстве стекла экологически чистым способом.

Главным отличием этого типа топлива по сравнению с топочным мазутом и природным газом является его физическое состояние, так как мазут находится в жидкой фазе, а природный газ - в газовой фазе, в отличие от нефтяного кокса, который является твердым веществом. Топочный мазут и нефтяной кокс имеют одинаковые виды примесей, поскольку и тот и другой являются продуктом, полученным при перегонке сырой нефти, но отличаются количеством примесей. Нефтяной кокс производят по трем разным процессам, которые называются "отложенный", "жидкий" и "гибкий". Остаточные продукты процесса перегонки помещают в барабаны и нагревают до 900-1000°F (~482-537°C) в течение 36 часов для удаления из них большинства летучих веществ. Летучие вещества удаляют из верхней части барабанов коксования, а оставшийся в барабанах материал представляет собой твердый камень, состоящий приблизительно из 90% углерода, а остальное - примеси от использовавшейся сырой нефти. Камень извлекают из барабанов с помощью гидравлических сверл и водяных насосов.

Типичный состав нефтяного кокса таков: углерод - прибл. 90%, водород - прибл. 3%, азот - прибл. 2-4%, кислород - прибл. 2%, сера прибл. от 0,05 до 6%, остальное - прибл. 1%.

Использование нефтяного кокса

Твердое топливо на основе нефти уже использовалось при производстве цемента и в тепловых электростанциях. ПО данным Расе Consultants Inc. использование нефтяного кокса в 1999 году в цементной и электроэнергетической отраслях составило 40% и 14% соответственно.

В обеих отраслях сжигание нефтяного кокса происходит в системе открытого пламени, где атмосфера, создаваемая сжиганием топлива, находится в прямом контакте с продуктом. При производстве цемента необходима вращающаяся печь, создающая тепловой профиль, требуемый продуктом. В этой вращающейся печи постоянно образуется оболочка из расплавленного цемента, предотвращающая прямой контакт горячих газов и пламени с огнеупорами печи, не допуская их коррозии. В этом случае кальцинированный продукт (цемент) поглощает газы, образующиеся при горении, не допуская эрозионного и абразивного влияния ванадия, SO₃ и NOx на вращающуюся печь.

Однако из-за высокого содержания серы и ванадия использование нефтяного кокса не распространено в стекловарении, поскольку они оказывают негативное влияние на структуру огнеупоров и создают экологические проблемы.

Проблемы огнеупоров

В стекловарении используется несколько видов огнеупорных материалов и большинство из них применяется для выполнения нескольких функций, не только для создания тепловых условий, но и для противодействия химическим реакциям и механической эрозии, которые вызываются примесями, содержащимися в ископаемом топливе.

Применение ископаемого топлива в качестве основного источника энергии приводит к попаданию в печь разного рода тяжелых металлов, содержащихся в этом топливе, таких как пентоксид ванадия, оксид железа, оксид хрома, кобальт и пр. В процессе сжигания большая часть тяжелых металлов испаряется из-за низкого давления насыщенного пара оксида металла и высокой температуры в плавильной печи.

Химические характеристики топочного газа, выходящего из печи, в большинстве случаев являются кислотными из-за высокого содержания серы в ископаемом топливе. Кроме того, пентоксид ванадия также показывает кислотное поведение, как и сера в топочном газе. Оксид ванадия представляет собой источник повреждений основных огнеупоров в связи кислотным поведением этого оксида в газообразном состоянии. Хорошо известно, что пентоксид ванадия сильно реагирует с оксидом кальция, образуя при 1275°С двухкальциевый силикат.

Этот двухкальциевый силикат продолжает разрушения, образуя фазу мервинита, затем монтичеллита и, наконец, форстерит, который реагирует с пентоксидом ванадия, образуя трехкальциевый ванадат с низкой температурой плавления.

Единственным способом снизить ущерб, наносимый основным огнеупорам, является снижение количества оксида кальция в основном огнеупоре во избежание образования двухкальциевого силиката, который продолжает реагировать с пентоксидом ванадия до разрушения огнеупора.

С другой стороны, основная проблема использования нефтяного кокса связана с высоким содержанием серы и ванадия, которые оказывают негативное влияние на структуру огнеупоров в печи. Первейшим требованием к характеристикам огнеупора является способность выдерживать высокие температуры в течение длительного времени. Кроме того, он должен выдерживать резкие перепады температур, сопротивляться эрозионному воздействию расплава стекла, коррозионному воздействию газов и абразивному воздействию частиц, находящихся в атмосфере.

Влияние ванадия на огнеупоры изучено в различных статьях, например, Roy W. Brown and Karl H. Sandmeyer "Sodium Vanadate's effect on superstructure refractories". Part II, The Glass Industry Magazine, November and December 1978. В этой статье исследователи тестировали различные литые огнеупоры, которые предназначались для противодействия атакам ванадия в литых композициях, таких как оксид алюминия - оксид циркония - оксид кремния (AZS), альфа-бета оксид алюминия, альфа оксид алюминия и бета оксид алюминия, которые широко используются в верхней обвязке ванны для варки стекла.

J.R. Mclaren и H.M.Richardson в статье "The Action of Vanadium Pentoxide on Aluminum Silicate Refractories" описали серию экспериментов, в которых проводилась коническая деформация образцов из блоков с содержанием оксида алюминия 73%, 42% и 9%, при этом в каждом образце имелись примеси пентоксида ванадия, одного или в комбинации с оксидом натрия или оксидом кальция.

Обсуждение результатов было сосредоточено на воздействии пентоксида ванадия, воздействии пентоксида ванадия с оксидом натрия и воздействии пентоксида ванадия с оксидом кальция. Они пришли к выводу, что

1. Муллит устойчив к воздействию пентоксида ванадия при температурах до 1700°С.

2. Не обнаружено доказательств образования кристаллических соединений или твердых растворов пентоксида ванадия и оксида алюминия или пентоксида ванадия и окиси кремния.

3. Пентоксид ванадия может действовать как минерализатор во время зашлаковывания алюмосиликатных огнеупоров мазутной золой, но она не является основным зашлаковывающим агентом.

4. Пентоксид ванадия образует с оксидами натрия и кальция, особенно с первым, соединения с низкой точкой плавления.

5. В реакциях между ванадатами натрия или кальция и алюмосиликатами шлаки с низкой точкой плавления больше образуются в блоках с высоким содержанием оксида кремния, чем в блоках с высоким содержанием оксида алюминия.

Т.S. Busby и М. Carter в статье "The Effect of SO₃, Na₂SO₄ and V₂O₅ on the bonding minerals of basic refractories", Glass Technology Vol.20 No. April 1979 испытали несколько шпинелей и силикатов, связующих минералов в основных огнеупорах, в серосодержащей атмосфере между 600°С и 1400°С как с добавками Na₂SO₄ и V₂O₅, так и без них. Было обнаружено, что часть MgO или СаО в этих минералах преобразуются в сульфаты. Скорость реакции увеличивалась в присутствии Na₂SO₄ или V₂O₅. Полученные результаты указывают, что СаО и MgO в основных огнеупорах могут переходить в сульфат, если они применяются в печи, где в отходящих газах присутствует сера. Сульфат кальция образуется при температуре ниже 1400°С, а сульфат магния образуется при температуре ниже 1100°С.

Однако, как было описано выше, влияние ванадия на огнеупоры создает множество проблем в стекловаренных печах, которые полностью не решены.

Нефтяной кокс и окружающая среда

Другая проблема, связанная с использованием нефтяного кокса, связана с окружающей средой. Высокое содержание серы и таких металлов, как никель и ванадий в продуктах сгорания нефтяного кокса провоцирует экологические проблемы. Однако уже существуют разработки, направленные на сокращение содержание серы или на обессеривание нефтяного кокса, имеющего высокое содержание серы (более 5% по весу). Например, патент США №4389388, выданный Чарльзу П. Гофорту 21 июня 1983 года, направлен на десульфуризацию нефтяного кокса. Нефтяной кокс обрабатывают для снижения содержания серы. Молотый кокс вводят в контакт с горячим водородом под давлением на 2-60 с. Обессеренный кокс пригоден для использования в металлургии и в электродах.

Патент США №4857284, выданный Ральфу Хауку 15 августа 1989 года относится к процессу обессеривания отходящих газов восстановительной шахтной печи. В этом патенте описан новый процесс удаления серы, содержащейся в газообразной составляющей путем абсорбции по меньшей мере из части отходящего газа восстановительной шахтной печи для железной руды. Отходящий газ сначала очищают в скруббере и охлаждают, после чего обессеривают и во время этого процесса материал, абсорбирующий серу, частично образован губчатым железом, полученным в восстановительной шахтной печи. Обессеривание преимущественно происходит при температуре в диапазоне от 30°С до 60°С. Процесс предпочтительно проводят в атмосфере CO₂, полученной из дутьевого газа, и часть дутьевого газа используют в качестве транспортного газа.

Патент США №4894122, выданный Артуро Лацкано-Наварро и др. 16 января 1990, относится к процессу обессеривания остаточных продуктов перегонки нефти в форме частиц кокса, имеющих первоначальное содержание серы более чем прибл. 5% по весу. Обессеривание осуществляют непрерывным электротермическим процессом, основанным на множестве последовательно соединенных псевдоожиженных слоев, куда последовательно поступают частицы кокса. Тепло, необходимое для обессеривания частиц кокса, получают используя частицы кокса как электрическое сопротивление в каждом псевдоожиженном слое, используя пару электродов, введенных в псевдоожиженные частицы кокса, и пропуская электрический ток через электроды и через псевдоожиженные частицы кокса. Последний псевдоожиженный слой не имеет электродов для охлаждения обессеренных частиц кокса после того, как содержание серы упадет до менее 1% по весу.

Патент США №5259864, выданный Ричарду Б. Гринволту 9 ноября 1993 г., направлен на способ удаления экологически нежелательных материалов, содержащихся в нефтяном коксе, а также серы и тяжелых металлов, содержащихся в нем; и, кроме того, на обеспечение топлива для процесса получения расплавленного железа или стальных полупродуктов и восстановительного газа в плавильной печи-газификаторе, имеющей верхний конец загрузки топлива, конец выпуска восстановительного газа, нижний конец сбора расплавленного металла и шлака и средство для загрузки черных металлов в печь-газификатор; при этом подают нефтяной кокс в печь-газификатор с верхнего конца для загрузки топлива, вдувают газ, содержащий кислород в нефтяной кокс для получения по меньшей мере первого псевдоожиженного слоя частиц кокса, подают черные металлы в печь-газификатор через средство загрузки, проводят реакцию нефтяного кокса, кислорода и частиц черных металлов для сжигания основной части нефтяного кокса для получения восстановительного газа и расплава железа или стальных полупродуктов, содержащих тяжелые металлы, высвобожденные при сжигании нефтяного кокса, а также шлака, содержащего серу, высвобожденную при сжигании нефтяного кокса.

В стекловарении следует учитывать дополнительный фактор, которым является в основном загрязнение воздуха. Плавильная печь создает более 99% всех газообразных и твердых выбросов от всех выбросов стекольного завода. Отходящий газ стекловаренной печи состоит в основном из двуокиси углерода, азота, водяного пара, оксидов серы и оксидов азота. Отходящие газы, выбрасываемые плавильными печами, состоят в основном из газообразных продуктов сгорания топлива, и из газов, возникающих при плавлении шихты, которые в свою очередь зависят от химических реакций, происходящих в это время. Доля газов шихты в печах, нагреваемых только пламенем, составляет 3-5% от общего объема газов.

Доля компонентов, загрязняющих воздух в отходящих газах зависит от типа сжигаемого топлива, его теплотворной способности, температуры воздуха для горения, конструкции горелки, конфигурации пламени и избытка подаваемого воздуха. Источником оксидов серы в отходящих газах стекловаренной печи является сжигаемое топливо, а также газы плавящейся шихты.

Предлагались различные механизмы, включающие придание свойств летучести этим оксидам металлов и перевод их в гидроксиды. В любом случае, из химических анализов реальных частиц хорошо известно, что более 70% этих материалов являются соединениями натрия, около 10-15% - соединениями кальция и остальное - главным образом магний, железо, оксид кремния и оксид алюминия.

Другим важным соображением, относящимся к стекловаренной печи, являются выбросы SO₂. Выброс SO₂ является функцией серы, содержащейся в сырье и топливе. Во время разогрева печи, например, до рабочей температуры, происходит существенное выделение SO₂. Количество выбросов SO₂ составляет от 2,5 фунтов (-1,1 кг) до 5 фунтов (~2,2 кг) на тонну выплавленного стекла. Концентрация SO₂ в отходящих газах по существу составляет 100-300 частей на миллион при плавке на природном газе. При использовании топлива с высоким содержанием серы добавляется примерно 4 фунта (~1,8 кг) SO₂ на тонну стекла на каждый 1% содержания серы в топливе.

С другой стороны, многими авторами изучалось и описывалось образование NO_x в результате процессов горения (Zeidovich, J. The oxidation of Nitrogen in Combustion and explosions. Acta Physiochem. 21(4) 1946; Edwards, J.B. Combustion: The formation and emission of trace species. Ann Arbor 3cience Publishers, 1974, p-39).

Это было признано и Отделом стандартов на выбросы Департамента по планированию и стандартам по качеству воздуха (USEPA) в их отчете "NOx Emossions from glass manufacturing", куда вошли сообщения Зельдовича о гомогенном образовании NOx и эмпирические уравнения Эдвардса. Зельдович разработал коэффициенты кинетики для образования NO и NO₂ в результате процессов высокотемпературного сгорания.

Наконец, в нормальных рабочих условиях, когда пламя правильно отрегулировано и печи хватает воздуха для горения, в выхлопных газах образуется очень мало СО или других остатков неполного сгорания ископаемого топлива. Концентрации этих веществ в газе составляют менее 100 частей на миллион, возможно, менее 50 частей на миллион при производственном соотношении 0,2% на тонну. Управлять количеством таких загрязняющих веществ можно, просто правильно настроив горение.

Технологии снижения газообразных выбросов по существу ограничиваются правильным выбором сжигаемого топлива и сырья, а также конструкцией и эксплуатацией печи. В патенте США №5053210, выданном Майклу Бакселю и др. 1 октября 1991 года описаны способ и устройство для очистки отходящих газов, в частности для обессеривания и удаления NOx из отходящего газа путем многоступенчатой абсорбции и каталитической реакции в текущем под воздействием силы тяжести слое гранулированных содержащих углерод материалов, с которыми контактирует поперечный поток газа, где минимум два подвижных слоя размещают последовательно относительно пути газа так, что устранение NOx происходит во втором или любом последующем подвижном слое. Там, где нужно очищать большие объемы отходящих газов от промышленных печей, на такую очистку сильно влияют образующиеся полосы газа с меняющимися в широких пределах концентрациями двуокиси серы. Этот недостаток устраняется за счет того, что очищенный газ, выходящий из первого подвижного слоя и имеющий локально меняющийся градиент концентрации двуокиси серы, повторно перемешивают перед тем, как добавить аммиак как реагент для удаления NOx.

Патент США №5636240, выданный Дженг-Сяну и др. 3 июня 1997 года, относится к процессу и устройству для управления загрязнением воздуха для стекловаренных печей, применяемых в выходном канале для отходящих газов печи, при которых пропускают газы через нейтрализующую градирню распылительного типа для удаления сульфатов из отходящих газов путем распыления абсорбента (NaOH) для понижения задымления отработанного газа и применяют пневматическое устройство для периодической подачи зольной пыли или гироксида кальция в канал между нейтрализующей градирней распылительного типа и пылеуловительной камерой с рукавными фильтрами для поддержания нормальной работы рукавных фильтров в пылеуловительной камере.

Учитывая все вышеизложенное, заявка на патент США SN 09/816254 того же заявителя, что и по настоящему изобретению, относится к способу и системе для подачи и сжигания пылевидного нефтяного кокса в стекловаренной печи. В этом изобретении пылевидный нефтяной кокс, относящийся к типу, содержащему углерод, серу, азот, ванадий, железо и никель, сжигают в стеколоваренной печи с боковым расположением каналов для плавления исходным материалов для получения стекла для производство стеклянных листов или контейнеров. Имеется средство для подачи пылевидного топлива в по меньшей мере одну горелку, которая расположена у каждого из множества первых и вторых боковых каналов участка плавления стекла указанной стекловаренной печи для сжигания пылевидного топлива во время циклов выплавки стекла, при этом стекловаренная печь содержит огнеупорное средство в регенеративных камерах стекловаренной печи для противодействия эродирующему воздействию расплава стекла, коррелирующему воздействию газов, образующихся в результате горения и абразивных сил частиц, содержащихся в атмосфере, возникающих при сжигании указанного пылевидного топлива в этой печи. Наконец, имеется средство для управления загрязнением воздуха в выходном канале для отходящих газов, образующихся после сжигания пылевидного топлива в стекловаренной печи, при этом указанное средство управляет загрязнением воздуха, уменьшая выбросы соединений серы, азота, ванадия, железа, и никеля в атмосферу.

Однако для управления подачей и сжиганием пылевидного топлива в стекловаренной печи в время циклов выплавки стекла, настоящее изобретение относится к системе управления для управления подачей и сжиганием распыленного топлива в стекловаренной печи. Управление осуществляется через непрерывный мониторинг различных переменных или параметров, связанных с процессом, таким как расход газа на каждой горелке, скорость подачи пылевидного топлива, скорость нагнетателя, давление на нагнетателе, расход транспортного воздуха, внутреннее давление в печи, скорость отвода газов в дымоходе, давление газов на выходе и на входе системы экологического контроля, температура печи, температура в камерах сгорания, и температурный профиль в печи, для того чтобы анализировать поведение печи, в которой применяется нефтяной кокс. Все эти факторы отслеживаются и синхронизируются посредством программируемого контроллера для проведения циклов подачи воздуха для горения и отходящего тепла в печи, которые чередуются каждые 20-30 минут в зависимости от конкретной печи. Также могут осуществляться автоматические циклы посредством мониторинга температуры в печи в соответствии с заранее созданными температурными циклами в программируемом контроллере.

Краткое описание изобретения

В соответствии с настоящим изобретением его первой целью является создание системы управления для подачи пылевидного топлива в стекловаренную печь, которая автоматически управляет подачей пылевидного топлива в печь.

Другой целью настоящего изобретения является создание системы управления для подачи пылевидного топлива в стекловаренную печь, которая отслеживает все переменные процессы стекловарения и управляет ими для выполнения синхронизированных циклических операций подачи топлива, воздуха для горения и выпуска отработанных газов в стекловаренной печи.

Другой целью настоящего изобретения является создание системы управления для подачи пылевидного топлива в стекловаренную печь, которая позволяет координировать последовательность работы всех различных систем, которые взаимодействуют на протяжении всего процесса хранения, погрузочно-разгрузочных работ, транспортировки, подачи, сжигания и удаления пылевидного топлива в процессе варки стекла. Система управления обеспечивает взаимодействие между системой управления сгоранием и системой управления подачей, системой управления плавкой, системой экологического контроля, системой управления удалением отходов, и системой управления хранением и транспортировкой для осуществления обмена данными обо всех переменных, регулируемых и отслеживаемых на различных этапах процесса и на разных элементах оборудования и для подачи пылевидного топлива на множество горелок, которые связаны с парой герметизированных регенераторов регенеративной стекловаренной печи.

Другой целью настоящего изобретения является создание системы управления для подачи пылевидного топлива в стекловаренную печь, где в камере плавления могут быть размещены горелки для сжигания нефтяного кокса, газа или топочного мазута.

Эти и другие цели настоящего изобретения будут очевидны специалистам из нижеследующего подробного описания, иллюстрируемого прилагаемыми чертежами.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - вид сверху стекловаренной печи регенеративного типа.

Фиг.2 - схематический продольный вид печи по фиг.1.

Фиг.3 - схематический вид системы для подачи и сжигания пылевидного топлива по настоящему изобретению.

Фиг.4 - вид сбоку системы для подачи и сжигания пылевидного топлива в комбинации со стекловаренной печью регенеративного типа.

Фиг.5 - детальный вид расположения горелки для подачи и сжигания пылевидного топлива по настоящему изобретению.

Фиг.6 - блок-схема основных частей системы управления, построенной по настоящему изобретению.

Фиг.7 - блок-схема, поясняющая работу системы управления по фиг.6.

Подробное описание настоящего изобретения

Ниже следует описание конкретного варианта настоящего изобретения, где одинаковые части обозначены одинаковыми позициями и где фиг.1 и 2 представляют вид сверху стекловаренной печи регенеративного типа, которая содержит плавильную камеру 10, осветляющую камеру 12, кондиционирующую камеру 14 и проток 16 между осветляющей камерой 12 и кондиционирующей камерой 14. На переднем конце 18 осветляющей камеры 12 имеется последовательность каналов питателя 20, сквозь которые расплавленное стекло выходит из осветляющей камеры 12. Задний конец 22 плавильной камеры 10 содержит загрузочный карман 24, через который загрузчик 26 шихты подает сырье для производство стекла. С каждой стороны от плавильной камеры 10 расположены пара регенераторов 28, 30. Регенераторы 28, 30 оснащены пламенными каналами 32, 34, которые соединяют каждый регенератор 28, 30 с плавильной камерой 10. Регенераторы 28, 30 оснащены газовой регенерирующей камерой 36 и воздушной регенерирующей камерой 38. Обе камеры 36, 38 соединены с нижней камерой 40, которая выполнена с возможностью сообщения с туннелем 44 и дымоходом 46 через заслонки 42. Горелки 48а, 48b, 48с, 48d, 48e, 48f, 48g и 48h, а также горелки 50а, 50b, 50 с, 50d, 50e, 50f, 50g и 50h установлены у каждого канала 32, 34 в участке горловины 52, 54 каждого пламенного канала для сжигания топлива, например, природного газа, нефтяного кокса или других видов топлива, применяемого в стекловаренной печи.

Таким образом, когда сырье для получения стекла засыпают через загрузочный карман 24 в заднем конце плавильной камеры 10, стекло плавится горелками 48a-h, 50a-h и течет в переднем направлении, пока не расплавится полностью и не вытечет из плавильной камеры 10 в кондиционирующую камеру 14. При работе печи регенераторы 28, 30 совершают чередующиеся циклы подачи воздуха для горения и приемы отработанных газов. Каждые 20-30 минут, в зависимости от конкретной печи, траектория пламени последовательности горелок 48a-h или 50a-h реверсируется. Таким образом, полученное пламя и продукты сгорания, возникающие на каждой горелке 48a-h, 50a-h проходят через поверхность плавящегося стекла и отдают тепло этому стеклу в плавильной камере 10 и осветляющей камере 12.

Подача пылевидного топлива

Как показано на фиг.3, 4 и 5, система подачи и сжигания пылевидного топлива в стекловаренной печи содержит первые бункеры или баки 56 и 58 для хранения пылевидного топлива или топлива другого типа, применяемого в стекловаренной печи. Бункеры 56, 58 заполняются из вагона или состава вагонов 60 через первую впускную трубу 62, соединяющую вагон 60 и бункеры 56, 58. Первая главная труба 62 имеет первые отводные трубы 64, 66, которые соединены соответственно с каждым бункером 56, 58 для заполнения каждого бункера 56, 58. С каждой из первых отводных труб соединены вентили 68, 70 для регулирования заполнения каждого бункера 56, 58. Каждый бункер 56, 58 заполняется посредством эффекта разрежения, создаваемого вакуумным насосом 71 через первую выпускную трубу 72. Первая выпускная труба 72 имеет вторые отводные трубы 74, 76, соединенные с каждым бункером 56, 58. Вентили 78, 80 соединены с каждой второй отводной трубой 74, 76 для регулирования разрежения, создаваемого вакуумным насосом 71 при заполнении каждого бункера 56, 58.

На дне каждого бункера 56, 58 имеется конический участок 82, 84 и гравиметрическая система 86, 88 подачи топлива для псевдоожижения и обеспечения постоянного выходного расхода пылевидного топлива через вторую выпускную трубу 90, по которой пылевидный материал транспортируется к системе 3D-5, SD-6 и 3D-7 подачи твердого топлива. Бункеры 56, 58 содержат датчики S для определения концентрации угарного газа в пылевидном топливе для включения нейтрализатора для защиты внутренней среды в каждом бункере. Вторая выпускная труба 90 содержит третьи отводные трубы 92, 94, соединенные с днищем каждого конического участка 82, 84 каждого бункера или бака 56, 58. Вентили 96, 98 прикреплены к каждой третьей отводной трубе 92, 94 для регулирования потока пылевидного топлива во второй выпускной трубе 90.

Система подачи пылевидного топлива

Что касается системы подачи по настоящему изобретению, пылевидное топливо поступает на каждую систему 3D-5, 3D-6 и 3D-7 подачи пылевидного топлива по второй выпускной трубе 90. Четвертые отводные трубы 100, 102, 104 соединены со второй отводной трубой 90 для транспортировки пылевидного топлива из первых бункеров или баков 56, 58 к системам 3D-5, SD-6 и 3D-7 подачи пылевидного топлива. Каждая система 3D-5, SD-6 и SD-7 подачи пылевидного топлива содержит вторую последовательность бункеров или баков 106, 108, 110. Бункеры 106, 108, 110 второй последовательности содержат конические участки 112, 114, 116; систему 118, 120, 122 гравиметрической подачи, включая загрузочные ячейки, являющиеся частью гравиметрической системы подачи, для взвешивания пылевидного топлива; систему 124, 126, 128 аэрации, питатель 130, 132, 134; пылесборник 136, 138, 140. Указанные пылесборники 136, 138 и 140 содержат датчики DC для отслеживания неблагоприятных состояний пыли. Каждая система SD-5, 3D-6 и SD-7 подачи пылевидного топлива выполнена с возможностью обеспечивать соответствующий расход пылевидного топлива, а также подавать нужное количество пылевидного топлива/воздуха, необходимое для процесса, к каждой из горелок 48f, 48g, 48h и к каждой из горелок 50f, 50g, 50h, как будет описано ниже.

Воздушный компрессор 142 и ресивер 144 для сжатого воздуха соединены второй основной трубой 146. Первые впускные отводные трубы 148, 151, 152 соединены со второй основной трубой 146 для подачи отфильтрованного (через фильтры 136, 138, 140) воздуха для транспортировки пылевидного топлива внутрь каждого бункера или бака 106, 108, 110. Вторая основная труба 146 также содержит первые возвратные отводные трубы 154, 156, 158, которые соединены с каждой системой 124, 126, 128 аэрации для обеспечения адекватного потока пылевидного топлива к третьим выпускным трубам 160, 162, 164, как будет описано ниже. Дополнительно, вторая впускная труба 166 соединена со второй основной трубой 146 (после воздушного ресивера 144), которая включает вторые впускные отводные трубы 168, 170, которые соединены с верхней частью каждого бункера или бака 56, 58 для подачи воздуха внутрь каждого бункера или бака 56, 58.

Системы SD-5, SD-6 и SD-7 содержат четвертые выпускные трубы 172, 174, 176, соединенные под каждым питателем 130, 132, 134. Трехходовые перепускные клапаны 178, 180, 182 соединены первым портом соответственно с четвертыми выпускными трубами 172, 174, 176, второй порт соединен с первыми возвратными трубами 179, 181, 183 для возврата пылевидного топлива к каждому из второй последовательности бункеров или баков 196, 108, 110 во время обратного цикла, который соответствует времени, в течение которого в печи не происходит горения; и наконец, третий порт соединен с третьими выпускными трубами 160, 162, 164, которые используются для подачи топливовоздушной смеси к конструкции четырехсторонней трубы 184, 186 и 188, связанно с системой сжигания, которая описана ниже.

Система сжигания

Система сжигания соединена с каждой из систем SD-5, SD-6 и SD-7 подачи пылевидного топлива через первый порт четырехсторонних труб 184, 186, 188, которые соединены с каждой из третьих выпускных труб 160, 162, 164 каждой системы SD-5, SD-6 и SD-7 подачи пылевидного топлива. Второй порт соединен соответственно с четвертыми выпускными трубами 190, 192, 194 для подачи топливовоздушной смеси к горелкам 48h, 48g и 48f. Третий порт четырехсторонней трубы 184, 186, 188 соединен соответственно со вторыми возвратными трубами 202, 204, 206 для возврата пылевидного топлива, в каждый из второй последовательности бункеров или баков 106, 108, 110.

Четырехсторонняя труба 184, 186, 188 имеет шаровые клапаны 208А-С, 210А-С, 212А-С или любой другой набор клапанов, который позволяет порту перенаправлять смесь транспортирующего воздуха и пылевидного топлива с левой стороны на возвратную линию, а также на правую сторону печи, между соединительным участком четырехсторонней трубы 184, 186, 188 и четвертой выпускной трубой 190, 192, 194, пятыми выпускными трубами 196, 198, 200; и вторыми возвратными трубами 202, 204, 206.

Таким образом, во время работы печи, горелки 48a-h или 50a-h поочередно переключаются между циклами сжигания и простоя. Каждые 20-30 минут, в зависимости от конкретной печи, траектория пламени последовательности горелок 48a-h или 50a-h реверсируется. Топливовоздушная смесь, приходящая по третьим выпускным трубам 160, 162, 164, регулируется четырехсторонней трубой 184, 186, 188 и шаровыми клапанами 208 А-С, 210А-С, 212А-С для чередования подачи топливовоздушной смеси между горелками 48a-h и 50a-h. Когда осуществляется чередование цик