RU2016852C1

RU2016852C1 - Cyclone glass furnace

Info

Publication number: RU2016852C1
Authority: RU
Inventors: Вадим Александрович Чубинидзе
Original assignee: Вадим Александрович Чубинидзе
Priority date: 1991-05-28
Filing date: 1991-05-28
Publication date: 1994-07-30

Abstract

FIELD: glass manufacture. SUBSTANCE: furnace has stock delivery means and a vertically disposed cyclone chamber which upper part accommodates burners for introducing fuel-oxidizer mixture. The bottom part of the chamber has pinch converting to vertically mounted diffuser. Below the chamber fitted is a tank with at least two smoke-discharging channels positioned in a symmetric relation to the chamber. EFFECT: simpler construction, easy in operation. 2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для варки силикатных расплавов и может применяться в производстве различных стекол, а также в металлургической и химической промышленности. The invention relates to a device for cooking silicate melts and can be used in the manufacture of various glasses, as well as in the metallurgical and chemical industries.

Преимущество циклонного способа термической переработки шихты заключается в большой интенсивности тепло- и массообменных процессов, происходящих в циклонной камере и расположенном под ней бассейне. Однако высокие скорости дымовых газов и их температурный уровень предъявляют повышенные требования к стойкости огнеупорной футеровки бассейна. Поэтому основным направлением усовершенствования циклонной установки являются поиски такой конструкции, при которой высокая интенсивность процесса сочеталась бы с большой длительностью рабочей кампании. The advantage of the cyclone method of thermal processing of the charge lies in the high intensity of the heat and mass transfer processes occurring in the cyclone chamber and the pool located below it. However, the high speeds of the flue gases and their temperature level impose increased requirements on the resistance of the refractory lining of the pool. Therefore, the main direction of improving the cyclone installation is the search for a design in which a high process intensity would be combined with a long working campaign.

Наиболее близким решением к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является циклонная стекловаренная печь, включающая вертикально установленную циклонную камеру с гарниссажной футеровкой и расположенный над ней бассейн, футерованный огнеупорным припасом. The closest solution to the invention in terms of technical nature and the achieved result is a cyclone glass melting furnace comprising a vertically mounted cyclone chamber with a skull lining and a swimming pool lined with refractory material located above it.

В нижней части циклонная камера имеет сужение (пережим), переходящее в вертикально расположенный, соосный с циклонной камерой диффузор, через который дымовые газы и расплав поступают в бассейн. In the lower part, the cyclone chamber has a constriction (pinch), turning into a vertically arranged diffuser coaxial with the cyclone chamber through which flue gases and the melt enter the pool.

Циклонная камера установлена на продольной оси бассейна и удалена от торцевой стены бассейна на растояние, равное примерно половине ширины бассейна, а выходное сечение диффузора направлено на расплав для максимального использования кинетической энергии газового потока с целью интенсификации тепло- и массообменных процессов в расплаве. The cyclone chamber is mounted on the longitudinal axis of the pool and is approximately half the width of the pool from the end wall of the pool, and the outlet cross section of the diffuser is directed to the melt to maximize the kinetic energy of the gas stream in order to intensify heat and mass transfer processes in the melt.

Однако рабочая кампания такой печи составила всего несколько месяцев из-за быстрого разъедания свода и стен пламенного пространства и торцевой части печи. However, the working campaign of such a furnace was only a few months due to the rapid erosion of the arch and walls of the flame space and the end part of the furnace.

Основной причиной ускоренного разъедания огнеупорной футеровки в головной части бассейна (между торцевой стеной и осью циклонной камеры) является образование в ней области высокого давления газов с интенсивной их циркуляцией. The main reason for the accelerated erosion of the refractory lining in the head of the pool (between the end wall and the axis of the cyclone chamber) is the formation of a high-pressure gas region with intensive circulation.

При вертикальном расположении диффузора около половины выходящих из него дымовых газов движется в сторону головной части печи, выходу из которой к выработочному концу препятствуют снизу - динамическая преграда в виде высокоскоростного потока газов, выходящих из диффузора, а сверху - находящийся в пламенном пространстве бассейна диффузор, наружный диаметр которого составляет около половины ширины бассейна. В результате свободное сечение, по которому дымовые газы из головной части печи проходят к выработочной, составляет около 30% всего поперечного сечения пламенного пространства бассейна. With a vertical arrangement of the diffuser, about half of the flue gas leaving it moves towards the head of the furnace, the exit from which to the production end is obstructed from below - a dynamic barrier in the form of a high-speed flow of gases leaving the diffuser, and above - the diffuser located in the flame space of the pool, the outside whose diameter is about half the width of the pool. As a result, the free section through which the flue gases from the head of the furnace pass to the production one is about 30% of the total cross section of the flame space of the pool.

Кроме того, разъеданию футеровки способствует и непосредственное воздействие дымовых газов, выходящих из диффузора с большой скоростью и растекающихся при прямом соударении с поверхностью расплава равномерно во все стороны. In addition, the lining is corroded by the direct effect of flue gases exiting the diffuser at high speed and spreading in a direct collision with the melt surface uniformly in all directions.

Целью изобретения является продление рабочей кампании печи, повышение ее производительности и снижение удельного расхода топлива. The aim of the invention is to extend the working campaign of the furnace, increasing its productivity and reducing specific fuel consumption.

Сущность изобретения заключается в следующем. The invention consists in the following.

Как было сказано выше, при вертикальной установке диффузора (при прямом соударении газов, выходящих из циклонной камеры, с расплавом) и одностороннем выводе газов (один дымоотводящий канал) в головной части бассейна, противоположной дымоотводящему каналу, образуется зона высокого давления газов с интенсивной их циркуляцией, что ведет к ускоренному разъеданию огнеупорной кладки верхнего строения бассейна в этой области. Известное решение, предотвращающее это явление с однонаправленным движением дымовых газов в сторону выработки за счет соответствующего разворота диффузора, приводит к существенному снижению интенсивности тепло- и массообменных процессов в бассейне. Поэтому для того, чтобы предотвратить образование зоны высокого давления газов в торцевой части бассейна при сохранении интенсивности тепло- и массообменных процессов в печи, в торцевой части печи необходимо предусмотреть как минимум один дополнительный дымоотводящий канал. As mentioned above, with the vertical installation of the diffuser (with direct collision of the gases leaving the cyclone chamber with the melt) and the unilateral exhaust of gases (one smoke exhaust channel) in the head part of the pool, opposite the smoke exhaust channel, a zone of high gas pressure with intensive circulation , which leads to accelerated erosion of the refractory masonry of the upper structure of the pool in this area. A well-known solution that prevents this phenomenon with the unidirectional movement of flue gases towards the production side due to the corresponding turn of the diffuser leads to a significant decrease in the intensity of heat and mass transfer processes in the pool. Therefore, in order to prevent the formation of a zone of high gas pressure in the end part of the pool while maintaining the intensity of heat and mass transfer processes in the furnace, at least one additional smoke exhaust channel must be provided in the end part of the furnace.

В зависимости от производительности и выбранной схемы теплоиспользования дополнительный отвод может быть осуществлен через отдельный газоход, а может быть совмещен с параллельным отводом стекломассы. В последнем случае печь будет состоять как бы из одного приемного бассейна и двух (или больше) выработочных бассейнов с двумя (или больше) выработочными устройствами, расположенными симметрично относительно циклонной камеры. Depending on the performance and the selected heat management scheme, an additional outlet can be carried out through a separate gas duct, and can be combined with a parallel removal of the glass melt. In the latter case, the furnace will consist of one receiving pool and two (or more) development pools with two (or more) development devices located symmetrically relative to the cyclone chamber.

В любом случае при вертикальном расположении диффузора наличие двух или более газоотводящих каналов в бассейне, расположенных симметрично относительно циклонной камеры, предотвращает образование области высокого давления газов в бассейне при высокой интенсивности тепло- и массообменных процессов. In any case, with a vertical arrangement of the diffuser, the presence of two or more gas outlet channels in the pool, located symmetrically with respect to the cyclone chamber, prevents the formation of a region of high gas pressure in the pool at high intensities of heat and mass transfer processes.

На фиг. 1 показана циклонная стекловаренная печь, продольный разрез; на фиг. 2 - план печи с двумя выработочными бассейнами. In FIG. 1 shows a cyclone glass furnace, a longitudinal section; in FIG. 2 is a plan of a furnace with two production basins.

Циклонная стекловаренная печь состоит из циклонной камеры 1, приемного 2, осветлительных 3 и выработочных 4 бассейнов, сообщающихся между собой по расплаву через проточные устройства 5 и 6, а также из системы теплоиспользования 7, которая может включать рекуператоры для подогрева воздуха и подогреватель шихты. A cyclone glass melting furnace consists of a cyclone chamber 1, a receiving 2, clarifying 3 and production 4 pools, connected to each other by melt through flowing devices 5 and 6, as well as a heat management system 7, which may include recuperators for air heating and a charge heater.

Циклонная камера 1 представляет собой вертикальный водоохлаждаемый цилиндр, закрытый крышкой 8, в которой установлен патрубок 9, через который шихта с помощью инжектора (не показан) подается в объем циклонной камеры. The cyclone chamber 1 is a vertical water-cooled cylinder, closed by a cover 8, in which a nozzle 9 is installed, through which the charge is fed through an injector (not shown) into the volume of the cyclone chamber.

В верхней части циклонная камера 1 оборудована горизонтально расположенными горелками 10, установленными тангенциально к внутренней поверхности камеры 1. In the upper part, the cyclone chamber 1 is equipped with horizontally located burners 10 installed tangentially to the inner surface of the chamber 1.

В нижней части циклонная камера имеет пережим (сужение) 11, к которому снизу примыкает диффузор 12, соединяющий циклонную камеру 1 с пламенным пространством 13 приемного бассейна 2. Диффузор 12 представляет собой расширяющийся книзу патрубок, соосный с циклонной камерой 1, а выходное сечение его параллельно поверхности расплава. In the lower part, the cyclone chamber has a pinch (narrowing) 11, which is adjacent to the bottom of the diffuser 12, connecting the cyclone chamber 1 with the flame space 13 of the receiving pool 2. The diffuser 12 is a pipe expanding downward, coaxial with the cyclone chamber 1, and its output section is parallel melt surface.

С внутренней (огневой) стороны циклонная камера 1, пережим 11 и диффузор 12 футеруются огнеупорной обмазкой 14 на основе фосфатной связки. On the inner (fire) side, the cyclone chamber 1, pinch 11 and diffuser 12 are lined with a phosphate bond based on refractory coating 14.

Циклонная камера 1 с пережимом 11 и диффузором 12 устанавливается на оси приемного бассейна 2 через свод 15 так, что нижняя часть диффузора находится в пламенном пространстве 13 бассейна. The cyclone chamber 1 with a pinch 11 and a diffuser 12 is mounted on the axis of the receiving pool 2 through the arch 15 so that the lower part of the diffuser is in the flame space 13 of the pool.

Приемный бассейн 2 в плане представляет собой окружность, центр которой лежит на продолжении оси циклонной камеры и диффузора. The receiving pool 2 in plan is a circle whose center lies on the continuation of the axis of the cyclone chamber and the diffuser.

Свод 15 и стены 16 верхнего строения печи выложены из высокоглиноземистого огнеупора, а стены всех бассейнов и проточные устройства - из электроплавленого огнеупора "бакор-33" или "бакор-41". Arch 15 and walls 16 of the furnace upper structure are made of high-alumina refractory, and the walls of all pools and flow-through devices are made of electrofused Bakor-33 or Bakor-41 refractory.

Дно 17 бассейнов выложено из шамотного огнеупора, при этом дно приемного бассейна 2 сверху покрыто бакоровой плиткой. Стены и дно всех бассейнов, а также стены и свод пламенного пространства покрыты слоем тепловой изоляции 18. The bottom of the 17 pools is laid out of fireclay refractory, while the bottom of the receiving pool 2 is covered with bakor tiles from above. The walls and bottom of all pools, as well as the walls and arch of the fiery space, are covered with a layer of thermal insulation 18.

По стекломассе все бассейны разделены между собой проточными устройствами 5 и 6, выполненными из электроплавленого огнеупора. According to the glass mass, all pools are separated by flowing devices 5 and 6, made of electrofused refractory.

Описанная выше конструкция печи работает следующим образом. The above-described furnace design works as follows.

В циклонную камеру 1 через тангенциальные горелки 10 вводится смесь топлива с окислителем, которая сгорает в верхней части циклонной камеры и образует за счет тангенциального ввода газовый вихрь, который через пережим 11 и диффузор 12 поступает в пламенное пространство 13 приемного бассейна 2. A mixture of fuel with an oxidizer is introduced into the cyclone chamber 1 through the tangential burners 10, which burns up in the upper part of the cyclone chamber and forms a gas vortex due to the tangential entry, which through pinch 11 and the diffuser 12 enters the flame space 13 of the receiving pool 2.

Одновременно через патрубок 9, установленный в крышке 8, в циклонную камеру 1 поступает шихта. В объеме циклонной камеры частицы шихты нагреваются, оплавляются и центробежными силами газового вихря отбрасываются на стенки, где завершается плавление легкоплавких соединений и значительная часть растворения тугоплавких компонентов. Образовавшийся расплав стекает через пережим 11 и диффузор 12 в приемный бассейн 2. At the same time, through the pipe 9 installed in the cover 8, the mixture enters the cyclone chamber 1. In the volume of the cyclone chamber, the batch particles are heated, melted, and are thrown by the centrifugal forces of the gas vortex onto the walls, where the melting of low-melting compounds and a significant part of the dissolution of refractory components are completed. The resulting melt flows through pinch 11 and the diffuser 12 into the receiving pool 2.

Выходящий из циклонной камеры 1 газовый вихрь активно взаимодействует с расплавом, находящимся в приемном бассейне 2, приводя его во вращательное движение с большим градиентом скоростей, что значительно ускоряет процессы растворения зерен и гомогенизации расплава за счет резкого возрастания в нем конвективной составляющей массопереноса. The gas vortex emerging from the cyclone chamber 1 actively interacts with the melt located in the receiving pool 2, bringing it into rotational motion with a large velocity gradient, which significantly accelerates the dissolution of grains and the homogenization of the melt due to a sharp increase in the convective mass transfer component in it.

Отдав значительную часть своей тепловой и кинематической энергии расплаву в приемном бассейне, дымовые газы поступают в расположенные по разные стороны от циклонной камеры осветлительные бассейны 3. Благодаря двустороннему отводу газов из приемного бассейна в нем не образуется зона высокого давления газов, что существенно улучшает условия службы огнеупоров верхнего строения приемного бассейна и обеспечивает многократное увеличение рабочей кампании печи по сравнению с известной печью. Having given a significant part of its thermal and kinematic energy to the melt in the receiving pool, the flue gas enters the clarification pools located on opposite sides of the cyclone chamber 3. Due to the two-sided gas removal from the receiving pool, a zone of high gas pressure is not formed in it, which significantly improves the service conditions of refractories the upper structure of the receiving pool and provides a multiple increase in the working campaign of the furnace compared to the known furnace.

Отдав часть тепла в осветительных 3 и выработочных 4 бассейнах, дымовые газы поступают в систему теплоиспользования 7, где нагревают воздух, поступающий на горение, и, пройдя систему газоочистки, дымососом через дымовую трубу удаляются в атмосферу. Having given part of the heat in the lighting 3 and production 4 pools, the flue gas enters the heat management system 7, where the air supplied to the combustion is heated, and, after passing through the gas cleaning system, the smoke exhauster is exhausted through the chimney into the atmosphere.

Полностью проваренная стекломасса из приемного бассейна 2 через проточные устройства 5 и 6 поступает в бассейны 3, где завершаются процессы дегазации, и затем в бассейны 4, откуда через сливные каналы 19 подается в выработочные устройства. Fully boiled glass from the receiving pool 2 through the flow devices 5 and 6 enters the pools 3, where the degassing processes are completed, and then into the pools 4, from where it is fed through the drain channels 19 to the production devices.

Данная конструкция циклонной стекловаренной печи благодаря многостороннему отводу дымовых газов обеспечивает многократное увеличение длительности рабочей кампании печи при максимальной интенсификации тепло- и массообменных процессов в приемном бассейне. This design of a cyclone glass melting furnace thanks to the multilateral exhaust of flue gases provides a multiple increase in the duration of the working campaign of the furnace with the maximum intensification of heat and mass transfer processes in the receiving pool.

Claims

CYCLONE GLASS FURNACE, comprising a vertically mounted cyclone chamber, equipped in the upper part with burners for introducing a mixture of fuel and oxidizer, a device for introducing a charge, and in the lower part made with a pinch turning into a vertically located diffuser and a pool located under the cyclone chamber, characterized in that, in order to extend the working campaign of the furnace, increase its productivity and reduce specific fuel consumption, the pool is made with at least two smoke channels, located symmetrically cyclone chamber.