PL B1. BULGA ZBIGNIEW PRZEDSIĘBIORSTWO BUDOWY PIECÓW, AUTOMATYKI I OCHRONY ŚRODOWISKA SZKŁO-PIEC, Kraków, PL

Transkrypt

1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (51) Int.Cl. C03B 5/04 ( ) C03B 5/237 ( ) F23L 15/04 ( ) F27B 14/08 ( ) (54) Regeneracyjny piec szklarski o obniżonej emisji NO x w gazach odlotowych (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 14/11 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 08/14 (73) Uprawniony z patentu: BULGA ZBIGNIEW PRZEDSIĘBIORSTWO BUDOWY PIECÓW, AUTOMATYKI I OCHRONY ŚRODOWISKA SZKŁO-PIEC, Kraków, PL (72) Twórca(y) wynalazku: ZBIGNIEW BULGA, Kraków, PL ROMAN MĄCZEK, Kraków, PL ŁUKASZ BULGA, Kraków, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Michał E. Bartula

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest regeneracyjny piec szklarski o obniżonej emisji ΝΟ x w gazach odlotowych, z U-płomiennym lub poprzeczno-płomiennym przepływem gazów spalinowych przez basen topliwny. Znanych jest wiele rozwiązań pieców szklarskich, w których zastosowane środki techniczne zapewniają obniżenie zawartości ΝΟ x 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. Przykładowo, piec przedstawiony w europejskim opisie patentowym EP 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. W rozwiązaniu według międzynarodowego zgłoszenia wynalazku WO 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. 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. Zadaniem niniejszego wynalazku jest opracowanie pieca o niskiej emisji tlenków azotu i wyższej efektywności energetycznej. 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. 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. 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. 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. Celowym jest także, gdy palniki komory basenu wyrobowego połączone są przez zawór regulacyjny z rekuperatorem. Rozwiązanie według wynalazku przybliżone jest opisem dwóch przykładowych wykonań regeneracyjnych pieców szklarskich, pokazanych na załączonych rysunkach w ujęciu schematycznym.

3 PL B1 3 Figura 1 rysunku przedstawia piec z U-płomiennym przepływem gazów spalinowych przez basen topliwny, a Fig. 2 piec poprzeczno-płomienny. 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. 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. 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 emisji ΝΟ x do 30%.

4 4 PL B1 Zastrzeżenia patentowe 1. Regeneracyjny piec szklarski o obniżonej emisji ΝΟ x w gazach odlotowych, z U-płomiennym lub poprzeczno-płomiennym przepływem gazów spalinowych, posiadający basen topliwny (1) połączony przepustem (2) z basenem wyrobowym (3), w którym basen topliwny (1) połączony jest poprzez usytuowane z obu stron osi podłużnej przeloty palnikowe (4a, 4b) lub komplety przelotów palnikowych, na podgrzaną palną mieszankę gazową lub ciekłą, z regeneratorami (5a, 5b), przy czym basen topliwny (1) wyposażony jest w dysze podgrzanego powietrza wtórnego (14a, 14b) z rekuperatora (10) ciepła spalin z komory basenu wyrobowego (3), znamienny tym, że dysze powietrza wtórnego (14a, 14b) zabudowane są w ścianach nadbudowy komory basenu topliwnego (1), wzdłuż strefy końcowej strumienia gazów wylotowych z tej komory, oraz przyłączone są do dwóch zespołów kolektorów podgrzanego powietrza (12a, 12b), prowadzonych równolegle do bocznych ścian nadbudowy i połączonych końcami przez zawory odcinające (9a, 9b) z rekuperatorem (10) ciepła spalin z komory basenu wyrobowego (3). 2. Piec szklarski według zastrz. 1, znamienny tym, że dysze powietrza wtórnego (14a, 14b) zabudowane są w bocznych ścianach i/lub w stropie nadbudowy basenu topliwnego (1) z możliwością zmiany kąta ustawienia. 3. Piec szklarski według zastrz. 1 albo 4, znamienny tym, że każda z dysz powietrza wtórnego (14a, 14b) połączona jest z kolektorem podgrzanego powietrza (12a, 12b) przez regulowany zawór dławiący (13a, 13b). 4. Piec szklarski według zastrz. 1, znamienny tym, że palniki komory basenu wyrobowego (3) połączone są przez zawór regulacyjny (11) z rekuperatorem (10).

5 PL B1 5 Rysunki

6 6 PL B1 Departament Wydawnictw UPRP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)