СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА МИНЕРАЛЬНОЙ ВАТЫ
METHOD OF MAKING MINERAL COTTON

Изобретение относится к способу производства минеральной ваты, в котором минеральное сырье плавят в вагранке, при этом вагранка имеет шахту для размещения сырья, причем нижняя секция упомянутой шахты снабжена колосниковой решеткой, и под упомянутой колосниковой решеткой находится топочная камера, выполненная с выходным отверстием для удаления расплавленного сырья, при этом топочную камеру нагревают одной или несколькими горелками, горелка или горелки снабжают жидким или газообразным топливом, причем топливо конвертируют с кислородосодержащим газом.
Минеральную вату получают из сырья, содержащего кремний, которое сначала плавят и затем разделяют на волокна. В качестве сырья используют натуральные породы, такие как базальт, диабаз, известняк или доломит, например, искусственные камни, такие как фасонный кирпич, полученный из специального состава, например, стекла, металлического шлака или других минеральных материалов.
Термины минеральная вата и минеральные волокна далее используются, как синонимы и предназначены охватить все типы волокон, полученных из вышеупомянутого сырья.
Сырье плавят внизу в плавильной печи. Это обычно влечет за собой использование шахтной печи, в частности, вагранки. Конечный минеральный расплав затем подают на установку для разделения на волокна, которая разбивает расплав на тонкие минеральные волокна. Минеральные волокна смешивают главным образом со связующими веществами и добавками, затем обрабатывают, если это необходимо, таким образом, что, в конце концов, их превращают в звукоизоляционные плитки, теплоизоляционные плиты или треки, или пресс-формы. Поэтому изоляционные материалы, изготовленные из минеральной ваты, применяют известным путем для звуковой или тепловой изоляции, или в качестве пожаробезопасных материалов.
До настоящего времени минеральное сырье плавили в основном в коксовых вагранках. Вагранку сверху загружают топливом в виде кокса, минерального сырья и добавок. Воздух для сжигания вдувают в нижнюю часть печи. Конечный минеральный расплав собирается на полу вагранки и может быть откачан с помощью сифона наружу.
Однако традиционные коксовые вагранки такого типа производят большие выбросы окиси углерода, двуокиси углерода и пыли. Поэтому уже известны бескоксовые вагранки, в частности, для плавления металлов. Жидкие или газообразные источники энергии, такие как печное топливо или природный газ, например, используются в качестве топлива для «бескоксовых» вагранок.
Бескоксовые вагранки, известные из области производства железа, не могут быть просто использованы для производства минеральной ваты, поскольку в печи существуют совершенно другие энергия, тепло и химические условия.
Вагранка описана в документе DE 38 75 616 Т2 и специально предназначена для производства минеральной ваты. Сырье, которое подлежит плавлению внизу, размещают с керамическими веществами наполнителями на охлаждаемой водой колосниковой решетке. Под колосниковой решеткой находится топочная камера, которую нагревают с помощью основной горелки, поджигаемой газообразным или жидким топливом. В дополнение вспомогательные горелки, снабжаемые природным газом, расположены над колосниковой решеткой, чтобы гарантировать постоянный процесс плавления.
Задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованного способа производства минеральной ваты. В частности, действующий способ производства с использованием бескоксовой печи должен быть оптимизирован в связи со специальными требованиями, возникающими при плавлении минерального сырья для производства минеральной ваты.
Эта задача решена способом производства минеральной ваты, в котором минеральное сырье расплавляют в вагранке, вагранка имеет шахту для размещения сырья, причем нижняя часть шахты снабжена колосниковой решеткой, под упомянутой решеткой находится топочная камера, снабженная выходным отверстием для удаления расплавленного сырья, при этом топочную камеру нагревают одной или несколькими горелками, причем горелку или горелки снабжают жидким или газообразным топливом, и топливо конвертируют с кислородосодержащим газом, при этом способ отличается тем, что количество и содержание кислорода в кислородосодержащем газе регулируют в соответствии, по меньшей мере, с одним параметром, характеризующим процесс плавления, в частности, температурой топочного газа, составом топочного газа, температурой сырья, которое плавится, и/или сырья, которое было расплавлено, или интенсивностью пламени.
Согласно настоящему изобретению процесс плавления в вагранке регулируют с помощью концентрации кислорода в кислородосодержащем газе и с помощью количества упомянутого газа. За счет увеличения концентрации кислорода могут быть значительно увеличены интенсивность пламени и температура. Передача тепла сырью, которое плавится, увеличивается, и увеличивается способность к плавлению. Во время сжигания не требуется удаления или уменьшения азота, при этом сокращены и количество топочного газа, а также потребление топлива. За счет более высокой температуры пламени передача тепла путем излучения приобретает большее значение.
Если, наоборот, концентрация кислорода в кислородосодержащем газе уменьшена, тогда как общее количество кислорода остается тем же, это означает, что количество газа, активно не участвующего в сжигании, обычно это азот, увеличивается. В этом случае, соответственно, большие количества газа перемещаются в вагранке. Передача тепла сырью, которое плавится, будет происходить главным образом за счет конвекции. Газ, нагретый горелками, в частности, азот, проходит через вагранку, освобождая, таким образом, тепло для сырья.
Наконец, за счет увеличения общего количества кислорода и, соответственно, регулирования количества топлива производительность горелки и, следовательно, общее количество тепла, введенное в вагранку на единицу времени, увеличивается.
Согласно изобретению, не только отдача тепла, подаваемого в печь, может быть затронута этим, но также и преобладающий тип передачи тепла, а именно, конвекция или тепловое излучение. Это означает, что с помощью соответствующего регулирования, пока механизм передачи тепла остается тем же, отдача подаваемого тепла может быть изменена или, пока подача тепла остается той же, можно влиять на природу основного вида передачи тепла. Оба параметра - отдача подводимого тепла и механизм передачи тепла - можно регулировать независимо друг от друга. Поэтому процесс плавления можно контролировать со значительно большей точностью. Согласно изобретению, механизм передачи тепла и общая отдача подведенного тепла устанавливаются в соответствии с одним или более параметром, характеризирующим процесс плавления, в частности, температурой топочного газа, составом топочного газа, температурой сырья, которое плавится, и/или температурой сырья, которое было расплавлено, или интенсивностью пламени.
Кислородосодержащий газ предпочтительно подают в вагранку во время фазы нагревания, когда никакое из расплавленного сырья не может быть удалено через выходное отверстие, сырье имеет содержание кислорода меньше, чем кислородосодержащий газ, подаваемый в вагранку на фазе плавления, когда расплавленное сырье может быть удалено через выходное отверстие.
Когда вагранка начинает нагреваться или нагрета, как только печь загружают сырьем, желательным является наиболее возможное равномерное нагревание всего сырья. Поэтому является предпочтительным, чтобы содержание кислорода в кислородосодержащем газе было уменьшено, что, наоборот, вызывает увеличение содержания газов, не содержащих кислород. Например, воздух подают в вагранку во время фазы нагревания, при этом воздух обогащен до содержания кислорода, равного 25%, т.е. приблизительно 75% подаваемого кислородосодержащего газа является азотом, который не вовлечен в сжигание топлива. Азот или бескислородные части кислородосодержащего газа в общем случае должны быть удалены из вагранки через трубопровод топочных газов. Это влечет прохождение газов через сырье и его нагрев за счет конвекции.
Эта фаза нагревания, вызывающая конвекцию, как преобладающий механизм теплопередачи, предпочтительно продолжается, пока по существу не установится рабочая температура в вагранке. Это характеризуется тем фактом, что жидкий материал вытекает из выходного отверстия или летки в вагранке.
На этой фазе особенно благоприятной является такая работа горелки или горелок, чтобы сжигание происходило без пламени.
Поскольку в вагранке преобладает эксплуатационная температура, и расплавленное сырье может быть удалено наружу как жидкая среда, является предпочтительным перейти на действующий способ эксплуатации, при котором излучение тепла является основной частью или, по меньшей мере, большей частью передачи тепла сырью, которое плавится. Чтобы этого достигнуть, содержание кислорода в кислородосодержащем газе, подаваемом в вагранку, увеличивают, вызывая значительное увеличение интенсивности пламени и усиление излучения тепла. Интенсивность пламени можно контролировать, например, с помощью ультрафиолетового датчика.
Кислородосодержащий газ, подаваемый в вагранку для сжигания топлива, может быть подан непосредственно к горелке и/или в любую другую точку вагранки. Кислородосодержащий газ предпочтительно подают к горелке или горелкам во время фазы нагревания, при этом он имеет меньшее содержащие кислорода, чем кислородосодержащий газ, подаваемый к горелке или горелкам во время фазы плавления.
Доказана полезность эксплуатации горелки или горелок во время фазы нагревания с кислородосодержащим газом, в котором содержание кислорода меньше 30%, предпочтительно, от 21% до 30%, и работы горелки или горелок во время фазы плавления с кислородосодержащим газом, в котором содержание кислорода составляет больше 30%. Кислородосодержащий газ либо подают непосредственно к горелке (горелкам), или вводят где-то в другом месте в вагранку, при этом начинается реакция с топливом. Следовательно, топливо сжигается во время фазы нагревания с кислородосодержащим газом с содержанием кислорода меньше 30% и во время фазы плавления с кислородосодержащим газом, в котором содержание кислорода больше 30%. Все содержания газа приведены в данном описании в объемных процентах.
Доказана полезность эксплуатации горелок таким образом, чтобы длина пламени, возникающего во время сжигания топлива с кислородосодержащим газом, составляла от 60% до 100%, предпочтительно, от 65% до 95% от диаметра топочной камеры.
Если пламя не проходит вдоль диаметра топочной камеры, была доказана полезность задания длины пламени таким образом, чтобы оно составляла от 65% до 95% свободного расстояния пламени в топочной камере, другими словами, от 65% до 95% зазора между выходным отверстием горелки и противоположной стороной топочной камеры по направлению пламени.
Было показано, что длина пламени в топочной камере имеет решающее влияние на процесс плавления и передачи тепла расплавленному материалу. Обе длины пламени, и маленькая и большая, приводят к неравномерному нагреву топочной камеры и сырья, которое подлежит плавлению, и, следовательно, часто к неадекватному, а в некоторых случаях к невоспроизводимому качеству расплавленного продукта.
Поэтому, например, если длина пламени является слишком короткой, кирпичная кладка печи подвергается излишней термической нагрузке и может быть повреждена. Это же применимо, если пламя является слишком длинным и непосредственно контактирует с противоположной стенкой топочной камеры. Согласно изобретению, длину пламени поэтому задают таким образом, чтобы достичь равномерной термической нагрузки по всей топочной камере.
Способ согласно изобретению применяют предпочтительно в вагранке, в которой содержание кокса в топливе составляет меньше чем 20% веса. Изобретение, в частности, предпочтительно используется в бескоксовых вагранках, т.е. в вагранках, в которых кокс не используется в качестве топлива. Тепло к вагранке предпочтительно подводят исключительно с помощью горелок, т.е. за счет сжигания топлива с кислородосодержащим газом. Когда вагранка работает, согласно изобретению, в вагранке преобладает окисляющая атмосфера в противоположность с восстановительной работой вагранки, сжигающей кокс. Поэтому устранена выработка водорода и наносящих вред окружающей среде топочных газов, и отработавший газ может быть выпущен в атмосферу без дорогостоящей вторичной обработки.
Состав сырья выбирают таким образом, что полученная минеральная вата имеет конкретный различимый цвет; другими словами, получают, например, минеральную вату черного, желтого или белого цвета. Это требует, чтобы было выбрано сырье с содержанием железа или двуокиси железа, соответственно, или систематически в сырье добавляют химические примеси или добавки.
Горелки предпочтительно снабжают воздухом, обогащенным кислородом, в качестве кислородосодержащего газа. Была доказана полезность того, чтобы содержание кислорода в кислородосодержащем газе соответствовало значению от 21% до 50%. В частности, предпочтительно, чтобы воздух для сжигания, подаваемый к горелкам, был обогащен кислородом до содержания кислорода от 25% до 40%. Однако также возможно, чтобы горелки работали как горелки на чистом кислороде, другими словами, чтобы снабжать горелки технически чистым кислородом в качестве окисляющего вещества.
Согласно настоящему изобретению, предпочтительно используется жидкое или газообразное топливо, при этом особенно предпочтительно используется природный газ. Однако другие горючие газы, такие как, например, пропан, бутан и т.п., или жидкое топливо, такое как нефть или печное топливо, например, могут быть в принципе пригодными. Кроме длины пламени, конфигурация и выравнивание пламени, создаваемого горелками, также влияют на процесс плавления.
Топочную камеру нагревают предпочтительно 2-8 горелками, в частности, предпочтительно, 3-5 горелками. Горелки направлены в топочную камеру с боковой стороны. Это требует того, чтобы боковые стенки топочной камеры были снабжены средством опоры для горелок или еще отверстиями, чтобы просунуть горелки через них.
Выходное отверстие горелки или наконечник горелки находится предпочтительно вровень с соответствующей боковой стенкой, которая удерживает горелку, или через которую горелка проходит.
Чтобы защитить наконечник горелки, может быть также предпочтительным, чтобы горелка была утоплена в боковой стенке. В этом случае выходное отверстие горелки не находится вровень с внутренней боковой стенкой, но смещено наружу.
Чтобы обеспечить наиболее возможное равномерное нагревание, горелки предпочтительно распределены равномерно по периферии топочной камеры. Так, например, когда используют три горелки, они расположены на вершинах воображаемого равностороннего треугольника. Взяв за основание центр топочной камеры, угловое расстояние между отверстиями горелок в данном случае составляет 120°. Таким же образом четыре горелки размещены в углах воображаемого квадрата. Если, например, топочная камера является квадратом, применяется предпочтительно вариант осуществления изобретения с четырьмя горелками.
Топочная камера предпочтительно является круглой в сечении таким образом, что ни одно пространственное направление не является предпочтительным. Способ, согласно изобретению, однако также может быть применен в вагранке с топочной камерой, которая в сечении является квадратом, как упомянуто выше, такой как если бы существующая печь была адаптирована к способу согласно изобретению.
Топочная камера является предпочтительно цилиндрической или продолжается в виде конуса сверху вниз. В последнем случае поверхность сечения топочной камеры предпочтительно постоянно и равномерно увеличивается сверху вниз. Предпочтительными вариантами осуществления топочной камеры в этой степени являются усеченный конус или усеченная пирамида. Топочная камера может, однако, также продолжаться сверху вниз в одну или несколько секций или ступеней.
Согласно изобретению, пламя горелок, используемое для нагрева сырья, адаптировано к топочной камере путем выбора его длины, чтобы она соответствовала размеру и форме упомянутой топочной камеры. Было показано, что выравнивание пламени горелок и их равномерное горение имеют значительное влияние на процесс плавления. Поэтому центральные оси горелок расположены под углом, находящимся в диапазоне от 5° до 15°, в частности, предпочтительно, между 8° и 12°, относительно горизонтали.
В этом случае центральные оси горелок предпочтительно наклонены вниз, и пламя, выходящее из горелок, направлено вниз под соответствующим углом таким образом, что наружный вытекающий расплавленный материал быстро и эффективно перегревается. Правильная температура и поэтому вязкость расплава имеют решающее влияние на результат плавления.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления изобретения каждая из горелок расположена таким образом, что проекция центральной оси горелки и проекция диаметра топочной камеры, проходящие через выходное отверстие горелки, составляют угол от 3° до 20°, предпочтительно, от 5° до 15° в горизонтальной плоскости. Продолжения центральных осей горелок поэтому не пересекаются со срединным перпендикуляром топочной камеры. Пламя не направлено точно в сторону центра топочной камеры, но слегка смещено наружу, в зависимости от заданного угла, при этом все горелки предпочтительно расположены под одним и тем же углом или смещены в зависимости от числа горелок. В зависимости от скорости потока топлива и кислородосодержащего газа из горелки в топочной камере создается вращающееся движение горячих горючих газов, что приводит к дополнительной сбалансированности подачи энергии.
Предпочтительно используется горелка с внешним перемешиванием, т.е. горелка, в которой горючий газ и кислородосодержащий газ подают отдельно к головке горелки, и они смешиваются только после того, как находятся снаружи горелки. Особенно предпочтительной является горелка, по меньшей мере, с одним подводящим трубопроводом горючего газа, по меньшей мере, одним подводящим трубопроводом для первого кислородосодержащего газа и, по меньшей мере, одним подводящим трубопроводом для второго кислородосодержащего газа. В этом случае головка горелки имеет отдельные выходные отверстия для горючего газа и для двух кислородосодержащих газов. Предпочтительно в качестве одного кислородосодержащего газа используют воздух и воздух, обогащенный кислородом, или чистый кислород в качестве другого кислородосодержащего газа.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления изобретения горелка или горелки снабжены независимой системой охлаждения сжатым воздухом в случае повреждения системы. Если прекращается подача энергии, то оба, и вентилятор, направляющий воздух к горелке, и канал управления кислород-природный газ, который управляет подачей кислорода и природного газа к горелке, выключаются. Другими словами, в случае прекращения подачи энергии горелка обычно не снабжается ни воздухом, ни кислородом, ни смесью горючий газ/природный газ. Вагранка сама по себе еще остается горячей, однако это означает, что горелки будут повреждены в самый ближайший период времени, если нет каких-то других средств их охлаждения.
Для этого преимущественно применяется независимая система охлаждения сжатым воздухом. На питающем трубопроводе выполнен патрубок, ведущий к горелке, для первого кислородосодержащего газа и/или на питающем трубопроводе для второго кислородосодержащего газа, который соединен с резервуаром сжатого воздуха. В трубопроводе имеется соленоидный клапан, соединяющий резервуар сжатого воздуха с соединительным патрубком, который закрыт в рабочем состоянии и открыт в тупиковом состоянии. Поэтому соленоидный клапан закрыт во время обычной работы, при этом резервуар сжатого воздуха отсоединен от горелок. В случае отключения энергии соленоидный клапан автоматически открывается, и сжатый воздух может вытекать из резервуара сжатого воздуха к горелкам и охлаждать их. Это дает оператору горелок больше времени, чтобы исправить повреждение системы или включить другую систему охлаждения в работу.
Горелки, такие как описаны в DE 100 46 569 A1, являются, в частности, предпочтительными. В этом типе горелки выходные отверстия в головке горелки расположены таким образом, что газы выходят из горелки по существу в осевом направлении, тогда как выходные отверстия всех питающих трубопроводов горючих газов размещены в направлении потока к выходным отверстиям первого и второго питающих трубопроводов.
В топочной камере горелки создают температуру между 1200°С и 1800°С. В частности, предпочтительной в топочной камере является температура, заданная между 1350°С и 1650°С. Точный температурный диапазон в этом случае зависит от природы и состава сырья, подаваемого в печь для плавления.
Удельная мощность горелки предпочтительно составляет от 1000 до 1500 кВт (kW) на тонну расплавленного материала. Кроме того, мощность горелки предпочтительно выбирают в диапазоне от 1100 до 1200 кВт/час (kWh).
В одном варианте осуществления изобретения содержание кислорода в кислородосодержащем газе, подаваемом к горелкам при температуре в печи ниже 800°С, другими словами, во время фазы нагревания, составляет от 21% до 30%, предпочтительно от 25% до 28%. Начало работы должно быть медленным таким образом, чтобы избежать больших температурных градиентов в печи, которые могли быть повредить вагранку.
Поэтому, в частности, является предпочтительным, чтобы вагранка не нагревалась сразу всеми горелками во время этой фазы, но предпочтительно только одной горелкой.
После того как печь была нагрета в первое время до температур выше 800°С, энергия, подаваемая в печь с помощью горелок, может быть увеличена. Затем является предпочтительным использовать все горелки, установленные в печи. Содержание кислорода в кислородосодержащем газе, который подают к горелкам, увеличено по сравнению с фазой нагревания предпочтительно до значений в диапазоне от 32% до 35%, в частности, 35%. Это высокое содержание кислорода предпочтительно удерживается, пока температура в вагранке не достигнет 1350°С.
При температурах выше 1350°С энергия, подводимая к печи через горелки, может быть снова уменьшена. Была доказана полезность уменьшения содержания кислорода в кислородосодержащем газе, который подают к горелкам, до диапазона от 28% до 30%.
В соответствии с процессом сжигания топлива различают три фазы в варианте осуществления изобретения:
- при Т<800°C - подача малого количества энергии и малое содержание кислорода от 25% до 28% в кислородосодержащем газе, подаваемом к горелкам;
- при 800°C<Т<1350°C горелки работают с высоким содержанием кислорода, составляющим от 32% до 37%, например, 35%, и
- при температурах Т>1350°C содержание кислорода уменьшают снова до диапазона от 28% до 30%.
Дополнительно было доказано, что предпочтительным является, чтобы топочная камера сжигания была снабжена одной или несколькими фурмами. В этом случае горелка или горелки предпочтительно работают при субстехиометрических условиях, и кислородосодержащий газ, предпочтительно воздух, обогащенный кислородом, или технически чистый кислород подводят в топочную камеру через фурмы. За счет этого достигается ступенчатое сжигание топлива. Часть топлива сначала сжигают при субстехиометрических условиях с кислородосодержащим газом, подводимым через горелку. Полученную смесь продуктов реакции и не сожженного топлива затем сжигают с кислородосодержащим газом, подаваемым через фурмы.
Этот способ имеет несколько преимуществ. Во-первых, достигают большего пространственного расширения и поэтому более однородного нагревания вагранки. Во-вторых, низкие температуры пламени возрастают тогда, когда весь кислородосодержащий газ, требуемый для сжигания топлива, подают непосредственно к горелке. За счет этого выбросы NOX могут быть эффективно уменьшены.
Этот вариант является предпочтительным, в частности, на фазе плавления, т.е. когда расплавленный материал может быть удален через выходное отверстие или летку в вагранке.
При использовании фурм для подведения кислородосодержащего газа в вагранку, максимум 30%, предпочтительно от 5% до 20%, от общего количества кислородосодержащего газа, подаваемого в вагранку, направляют через фурмы.
Фурмы предпочтительно устанавливают над горелками в стенках вагранки. Горизонтальное расположение по прямой линии фурм может быть наклонено слегка вниз, точно также как в случае горелок; другими словами, центральные оси фурм наклонены вниз к горизонтали под углом от 5° до 15°, в частности, предпочтительно между 8° и 12°. Кислородосодержащий газ, выходящий из фурм, соответственно, течет вниз по направлению к пламени, создаваемому горелками.
С целью сбалансировать сжигание, фурмы также выравнены таким образом, что проекция центральной оси фурмы и проекция диаметра топочной камеры, проходящие через выходное отверстие фурмы, составляют угол между 10° и 30°, предпочтительно между 16° и 24°, в горизонтальной плоскости. Поэтому проекции центральных осей фурм не пересекаются со срединным перпендикуляром топочной камеры. Потоки газа, выходящие из фурм, не направлены прямо в центр топочной камеры, но слегка смещены наружу, в зависимости от заданного угла, и все фурмы предпочтительно расположены под одним и тем же углом. Однако угол наклона фурм является предпочтительно больше, чем соответствующий угол наклона горелок. Например, было доказано, что является предпочтительным, чтобы угол наклона фурм был в два раза больше, чем угол наклона горелок.
В зависимости от скорости, при которой кислородосодержащий газ выходит из фурм, в топочной камере создается вращательное движение горючих газов, которое влечет за собой дополнительное выравнивание подачи энергии. Было показано, что скорость выходящего потока из фурм для кислородосодержащих газов, находящаяся в диапазоне от 100 м/с (m/s) до 200 м/с (m/s), дает хорошие результаты.
Чтобы минимизировать потери тепла через топочные газы, предпочтительно замеряют температуру топочных газов, выходящих из вагранки, и задают содержание кислорода в кислородосодержащем газе таким образом, чтобы температура топочного газа, находящаяся в диапазоне от 80°С до 250°С, предпочтительно от 100°С до 140°С, повышалась.
Термопару устанавливают, например, в трубопроводе топочного газа и используют для определения температуры топочного газа. На основе этого измерения регулируют процесс плавления таким образом, чтобы передача тепла к сырью, которое расплавляют в вагранке, была оптимизирована. Механизм передачи тепла, т.е. изменение между конвекцией и тепловым излучением, и общую подачу энергии в вагранку регулируют таким образом, чтобы температура топочного газа упала в пределах требуемого целевого диапазона.
Изобретение и дополнительные детали изобретения пояснены более детально ниже на основе приведенных в качестве примеров вариантов осуществления изобретения, представленных на чертежах. На чертежах:
фиг.1 представляет собой вагранку для осуществления способа согласно изобретению, и
фиг.2 представляет собой конфигурацию горелки согласно изобретению.
На фиг.1 показана вагранка, которая предназначена для плавления сырья для производства минеральной ваты. Вагранка имеет цилиндрический кожух 15, который закрывает шахту 11. Под шахтой 11 размещена топочная камера 2. Топочная камера 2 имеет круглое сечение и продолжается вниз в форме конуса, другими словами, топочная камера 2 имеет по существу форму усеченного конуса. Ссылочная позиция 1 обозначает навесной пол печи.
Заливное отверстие 12, в которое выходит выходное отверстие воздушного трубопровода 14, показано в области входного отверстия шахты 11 на фиг.1. Процесс тепла, удаляемого через выходное отверстие воздушного трубопровода 14, осуществляют через теплообменник 13 для дальнейшего использования. Опоры 17 применяют для механического крепления вагранки.
Вместо или в дополнение к порционной подаче сырья в вагранку, может быть выполнено конвейерное устройство 19 таким образом, чтобы сырье непрерывно поступало в вагранку. В частности, в этом случае и также в случае порционной загрузки является предпочтительным, чтобы заливное отверстие 12 в шахте 11 было закрыто крышкой 20.
В области соединения шахты 11 и топочной камеры 2 на фиг.1 можно видеть колосниковую решетку 7, установленную под некоторым углом и через которую расплав падает в топочную камеру 2 во время работы. В области пола топочной камеры 2 имеется сифон 3 с отводным отверстием 4. Топочная камера 2 снабжена полом, который наклонен под некоторым углом, между 0° и 5°, предпочтительно, между 2° и 5° таким образом, что конечный расплав течет к сифону 3.
Топочная камера 2 снабжена тремя газовыми горелками 6. Газовые горелки 6 выполнены в форме горелок внешнего смешивания с отдельными газовыми подводами для горючего газа, воздуха и кислорода. Горючий газ, воздух и кислород соединяются вместе только снаружи головки горелки, т.е. в топочной камере 2. Выходное отверстие горючего газа предпочтительно размещено выше по течению выходных отверстий для воздуха и для кислорода. Эта конфигурация дает возможность сначала смешивать вместе воздух и кислород и создавать их вихревое движение перед взаимодействием с горючим газом. Находящаяся в вихревом движении смесь воздуха и кислорода затем более эффективно смешивается с горючим газом, и достигается более стабильное горение.
Газовые горелки 6 расположены под углом от 3° до 20° к горизонтали в боковых стенках топочной камеры 2 таким образом, что направление выхода газов из газовых горелок 6 направлено вниз под некоторым углом. В дополнение продольные оси горелок 6 не направлены прямо к вертикальной симметричной оси топочной камеры 2, но отклоняются под углом 18 от 4° до 15° от нее (фиг.2). Таким образом, вращательный проток создается в топочной камере 2, который приводит к более стабильному процессу сжигания и равномерному нагреванию.
Над газовыми горелками 6 несколько фурм 22 установлены в топочной камере 2. Фурмы 22 равномерно распределены по периферии топочной камеры 2 и наклонены вниз по углом 5°, например. Как и в случае с газовыми горелками 6 фурмы 22 не направлены к центральной оси топочной камеры 2. Расположение фурм 22 отклоняется от перпендикуляров к стенкам камеры сжигания под углом от 10° до 30°. Этот угол предпочтительно в два раза больше, чем соответствующий угол наклона газовых горелок 6. На виде сверху фурмы 22 предпочтительно расположены в зазорах между газовыми горелками 6, хотя газовые горелки и фурмы 22 не находятся на одном уровне.
Чистый кислород может быть впрыснут в топочную камеру 2 со скоростью от 100 м/с (m/s) до 200 м/с (m/s) через фурмы 22. Установка под углом фурм 22 и высокая скорость потока кислорода вызывает вращательное движение атмосферы в топочной камере 2, что приводит к уравновешенному вводу тепла.
Горючий газ, например природный газ, сжигают предпочтительно поэтапно. Горючий газ и воздух, обогащенный кислородом, подают через газовые горелки 6 при субстехиометрических условиях, и между ними начинается реакция. Конечную газовую смесь затем сжигают с кислородом, впрыскиваемым через фурмы 22. Таким путем создают пламя с большим пространственным расширением и относительно низкой температурой таким образом, чтобы минимизировать выбросы NOX.
Термопару 21 устанавливают в трубопроводе 14 топочного газа для измерения температуры. Температура топочного газа должна идеально оставаться в температурном диапазоне от 100°С до 140°С. Чтобы этого достичь, горючий газ и кислород или воздух подают к газовым горелкам 6, при этом подачу кислорода к фурмам 22 регулируют в зависимости от температуры топочного газа. Изменяя подачу горючего газа или воздуха и/или подачу кислорода, можно влиять и на общую отдачу тепла, подаваемого в вагранку, и на основной механизм теплопередачи, причем независимо друг от друга. Увеличивая количество подаваемого воздуха с соответствующим снижением количества кислорода, подаваемого через фурмы 22, может увеличить передачу тепла за счет конвекции и уменьшить за счет излучения, например, в то время как тепловая отдача остается той же. В дополнение можно использовать другие параметры, такие как: состав топочного газа, интенсивность пламени, размер пламени, температуру материала, который плавится или который расплавлен, и т.п., чтобы контролировать процесс плавления в вагранке.