DD227783A1

DD227783A1 - Verfahren und vorrichtung zur waermerueckgewinnung aus rauchgasen von gasbeheizten glasschmelzoefen

Info

Publication number: DD227783A1
Application number: DD84268679A
Authority: DD
Inventors: Rupert Malcher; Wolfgang Hertel
Original assignee: Glasindustrie Waermetech Inst
Priority date: 1984-10-25
Filing date: 1984-10-25
Publication date: 1985-09-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Waermerueckgewinnung aus Rauchgasen von gasbeheizten Glasschmelzoefen, bei dem Rauchgas nacheinander durch einen primaeren und einen sekundaeren Waermetauscher geleitet wird. Das Ziel, eine erhoehte Ausnutzung des Waermeinhalts des Rauchgases, ist durch Ausnutzung der Rauchgaswaerme bis zur Taupunktunterschreitung fuer den Schmelzprozess ohne Ueberhitzung oder negative Beeintraechtigung zu erwaermender Medien zu erreichen. Die Aufgabe wird dadurch geloest, dass die gesamte Rauchgasmenge im primaeren Waermetauscher die Verbrennungsluft und eine veraenderliche Rauchgasmenge im sekundaeren Waermetauscher kontinuierlich den gasfoermigen Brennstoff, vorzugsweise Erdgas, direkt oder ueber einen Zwischenwaermetraeger erwaermt. Mindestens die Temperatur des Brennstoffs am Austritt des sekundaeren Waermetauschers beeinflusst durch einen Verteiler die Aufteilung des Rauchgases im Sinne einer Temperaturstabilisierung oder Grenzwerteinhaltung der Brennstofftemperatur. Die Erfindung ist bei gasbeheizten Glasschmelzoefen anwendbar. Figur

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmerückgewinnung aus Rauchgasen von gasbeheizten Glasschmelzofen, bei dem Rauchgas nacheinander durch einen primären und einen sekundären Wärmetauscher geleitet wird sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Glasschmelzofen sind zur Rückführung der im Rauchgas enthaltenen Wärmeenergie in den Schmelzprozeß mit Einrichtungen zur Erwärmung der Verbrennungsmedien ausgerüstet. Die Rauchgase verlassen den Ofen mit einer Temperatur bis 1 35O¹³C und werden in alternierend betriebenen, parallel vom Rauchgas durchströmten Regeneratoren oder in einem Rekuperator auf etwa 500⁰C bzw. auf etwa 1 000⁰C abgekühlt.

Zur Verbesserung des energetischen Wirkungsgrades eines Glasofens werden die diesen primären Wärmetauscher verlassenden Rauchgase einem weiteren Wärmetauschprozeß zugeleitet. Der in nachgeordneten Abhitzekesseln erzeugte Dampf oder das darin erwärmte Wasser kann zumeist in Glaswerken nur ungenügend genutzt werden. Eine Möglichkeit zur Rückführung dieser Sekundärwärme in den Hochtemperatur-Schmelzprozeß besteht nicht.

Es ist aus DE-OS 2852840 bekannt, in einer Kammer Pellets aus Einiegegut durch direkten Kontakt mit dem Rauchgas vorzuwärmen und in dem Pelletbrett einen weiteren Wärmetauscher anzuordnen, dessen Wärmetauschmedium einer nutzbringenden Verwendung zugeleitet wird.

Da die Vorwärmung von Einlegegut oder Pellets aber einen sehr hohen apparativen und bedienungstechnischen Aufwand erfordert, kommt sie nur in ausgewählten Fällen zur Anwendung. Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht auch darin, daß bei der Gemengevorwärmung eine Sekundärwärmenutzung mit Taupunktunterschreibung des Rauchgases nicht erfolgen darf.

Es ist weiter aus DE-OS 3043804 bekannt, einen Hochtemperatur- und einen Mitteltemperaturwärmetauscher nacheinander vom Rauchgas durchströmen zu lassen und die Verbrennungsluft zuerst im Mitteltemperaturwärmetauscher auf 200 bis 250°C und danach im Hochtemperaturwä.rmetauscher auf etwa 750⁰C zu erwärmen. Die Rauchgase verlassen den sekundären Mitteltemperaturwärmetauscher auch hierbei noch immer mit einer Temperatur von etwa 600⁰C.

Der weiteren Ausnutzung der Rauchgaswärme sind bei diesem Verfahren Grenzen gesetzt. Eine Erhöhung der Temperatur der Verbrennungsluft über die angegebene Grenze hinaus verbietet sich wegen der einzuhaltenden Grenznutzungstemperatur und der geforderten Lebensdauer des Hochtemperaturwärmetauschers.

Darüber hinaus ist es aus DE-PS 1905489 auch bekannt, die Rauchgase durch einen Steinrekuperator und danach durch einen Stahlrekuperator zu leiten. Das zu erwärmende Medium für die Brenner, Luft oder Gas wird parallel in beiden Rekuperatoren eingeleitet, wobei die beiden Medienströme in den beiden Rekuperatoren unter verschiedenem Druck stehen.

Hinter den Rekuperatoren werden die, verschiedene Temperatur aufweisenden und unter verschieden hohem Druck stehenden Medienströme, z.B. Luft, in einem Brenner zusammengeführt und dort mit dem zugeführten Gasstrom vermischt.

Diese Lösung ist ausschließlich darauf abgestellt, dem Nachteil des Undichtwerdens des Steinrekuperators im Verlaufe der Betriebsdauer zu begegnen.

Wärmetechnische Nachteile werden bewußt in Kauf genommen. Gleichgültig, ob mit dem Verfahren Luft oder Gas erwärmt wird, kann eine optimale Wärmerückgewinnung aus dem Rauchgas nicht erreicht werden.

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, eine erhöhte Ausnutzung des Wärmeinhalts des Rauchgases von gasbeheizten Glasschmelzofen zu erreichen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren zur Wärmerückgewinnung aus Rauchgasen von gasbeheizten Glasschmelzöfen anzugeben, bei dem Rauchgas nacheinander durch einen primären und einen sekundären Wärmetauscher geleitet wird, mit dessen Anwendung die bessere Ausnutzung der Rauchgaswärme für den Schmelzprozeß, gegebenenfalls bis zur Taupunktunterschreitung des Rauchgases, ohne Überhitzung oder negative Beeinträchtigung zu erwärmender Medien möglich ist. Weiterhin ist eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die gesamte Rauchgasmenge in dem primären Wärmetauscher die Verbrennungsluft und eine veränderliche Menge des Rauchgases in dem sekundären Wärmetauscher kontinuierlich den gasförmigen Brennstoff, vorzugsweise Erdgas, direkt oder über einen Zwischenwärmeträger erwärmt, während die übrigen Rauchgase zum Schornstein geleitet werden. Mindestens die Temperatur des gasförmigen Brennstoffs am Austritt aus dem sekundären Wärmetauscher beeinflußt die den sekundären Wärmetauscher durchströmende Rauchgasmenge, z. B. im Sinne einer Stabilisierung dieser Temperatur und/oder der Verhinderung des Überschreitens einer vorgegebenen Grenztemperatur.

Nach weiteren Merkmalen der Erfindung wird die den sekundären Wärmetauscher durchströmende Rauchgasmenge vorrangig beeinflußt vom Auftreten von Komponenten des gasförmigen Brennstoffs am Austritt des Rauchgases aus dem sekundären Wärmetauscher. Das Rauchgas wird vorteilhaft bis unter die Taupunkttemperatur am Austritt aus dem sekundären Wärmetauscher abgekühlt.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß der primäre Wärmetauscher, der dem Glasschmelzofen zugehörige Regenerator oder Rekuperator und der sekundäre Wärmetauscher vorzugsweise ein senkrecht angeordneter Gegenstrom-Röhrenwärmetauscher ist. Zwischen dem Ausgang des primären und dem Eingang des sekundären Wärmetauschers sowie dem Schornstein ist im Rauchgaskanal ein Verteiler angeordnet, der eine beliebige Rauchgasverteilung in seine beiden Abgänge gestattet. Der Verteiler wird mindestens von einem im Austritt des gasförmigen Brennstoffs aus dem sekundären Wärmetauscher angeordneten Thermoelement unter Zwischenschaltung geeigneter Glieder gesteuert. Die Vorrichtung besitzt weiter eine Meßeinrichtung zur Feststellung von Komponenten des gasförmigen Brennstoffs im Austritt des Rauchgases aus dem sekundären Wärmetauscher, deren Ausgang über geeignete, ihren Vorrang vor der Temperatur des gasförmigen Brennstoffs sichernde Glieder mit dem Verteiler verbunden ist und den Verteiler steuert.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird an Hand einer schematischen Zeichnung beispielsweise erläutert.

In den Glasschmelzofen 1 wird an einer Längsseite Gemenge 2 eingelegt, mittels U-förmiger Flamme geschmolzen und das Glas über den Auslaß 3 abgezogen. Stirnseitig angebrachte Brenner 4 beheizen wechselseitig den Glasschmelzofen 1, während das Rauchgas durch einen der beiden primären Wärmetauscher 5 — eine Regeneratorkammer — strömt. Die Verbrennungsluft 7 wird, durch die Wechseleinrichtung 6 gesteuert, alternierend in einen der primären Wärmetauscher 5 eingeleitet, vorgewärmt und strömt zum jeweiligen Brenner 4.

Im Rauchgaskanal hinter der Wechseleinrichtung 6 ist der Verteiler 8 angeordnet. Der Rauchgasstrom kann mit dem Verteiler 8 beliebig auf seine beiden Abgänge zum Schornstein 11 und zum sekundären Wärmetauscher 9 aufgeteilt werden. In jeden der beiden Abgänge kann je nach Verteilersteilung der gesamte Rauchgasstrom geleitet werden.

Der sekundäre Wärmetauscher 9 ist vorzugsweise ein Röhrenwärmetauscher, den der gasförmige Brennstoff 10, insbesondere Erdgas, ebenfalls vorzugsweise im Gegenstrom zum Rauchgas durchströmt und sich erwärmt. Über die Wechseleinrichtung S', die mit der Wechseleinrichtung 6 synchronisiert ist, gelangt der vorgewärmte Brennstoff 10 zum jeweilig betriebenen Brenner 4.

Die bereits im primären Wärmetauscher S auf 500 bis 600°C abgekühlten Rauchgase können somit in einem sekundären Wärmetauscher 9 geeigneter Größe bis unter den Taupunkt abgekühlt werden. Hierzu sind sekundäre Wärmetauscher 9 aus besonderen Werkstoffen, z. B. Borosilikatglas, mit Sammeleinrichtungen für Kondensate geeignet. Die den sekundären Wärmetauscher 9 durchströmenden und die je nach Stellung des Verteilers 8 daran vorbeiströmenden Rauchgase werden zum Schornstein 11 geleitet, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von Ventilatoren.

Ein stabiler Ofenbetrieb macht es wünschenswert, die Vorwärmtemperatur des gasförmigen Brennstoffs 10 in einem bestimmten Bereich konstant zu halten und/oder eine von dem verwendeten Brennertvp bzw. den Eigenschaften des Brennstoffs 10 abhängige Grenztemperatur nicht zu überschreiten. Ein im Austritt des Brennstoffs 10 aus dem sekundären Wärmetauscher 9 angeordneter Temperaturmeßfühler 13 steuert daher über geeignete Regelglieder 14 die Rauchgasstromverteilung im Verteiler 8.

Zur Vermeidung möglicher Gefährdungen durch die Brennstoffvorwärmung ist nach einem vorteilhaften Merkmal der Erfindung im Austritt des Rauchgases aus dem sekundären Wärmetauscher 9 eine Meßeinrichtung 12 zur Feststellung von übergetretenen explosiblen Komponenten des Brennstoffes 10 vorgesehen. Ihr Ausgangssignal bei Auftreten entsprechender Konzentrationen steuert über Regelglieder 14 ebenfalls den Verteiler 8, jedoch derart, daß vorrangig vor der Brennstofftemperatur die Zufuhr von Rauchgas zum sekundären Wärmetauscher 9 rasch unterbrochen wird. Das Schmelzaggregat weist darüber hinaus in bekannterWeise Brennstoff-Konstantregelungen und Brennstoff-Luft-Verhäitnisregelungen auf.

In einer Ausführungsform der Erfindung wird die Wärme des Rauchgases im sekundären Wärmetauscher 9 auf einen Zwischenwärmeträger übertragen, der seinerseits den gasförmigen Brennstoff 10 vorwärmt.

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird die im Rauchgas von Glasschmelzöfen enthaltene Wärmeenergie in hohem Maße auf die Verbrennungsmedien übertragen, so wieder in den Schmelzprozeß eingebracht und eine Senkung des Schmelzenergiebedarfs erreicht.

Claims

Erfindungsansprüche:

1. Verfahren zur Wärmerückgewinnung aus Rauchgasen von gasbeheizten Glasschmelzofen, bei dem Rauchgas nacheinander durch einen primären und einen sekundären Wärmetauscher geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Rauchgasmenge in dem primären Wärmetauscher die Verbrennungsluft und eine veränderliche Menge des Rauchgases in dem sekundären Wärmetauscher kontinuierlich den gasförmigen Brennstoff, vorzugsweise Erdgas, direkt oder über einen Zwischenwärmeträger erwärmt, während die übrigen Rauchgase zum Schornstein geleitet werden und mindestens die Temperatur des gasförmigen Brennstoffes am Austritt aus dem sekundären Wärmetauscher, die den sekundären Wärmetauscher durchströmende Rauchgasmenge, z. B. im Sinne einer Stabilisierung dieser Temperatur und/oder der Verhinderung des Überschreitens einer vorgegebenen Grenztemperatur, beeinflußt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den sekundären Wärmetauscher durchströmende Rauchgasmenge vom Auftreten von Komponenten des gasförmigen Brennstoffs am Austritt des Rauchgases aus dem sekundären Wärmetauscher vorrangig beeinflußt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rauchgas am Austritt aus dem sekundären Wärmetauscher bis unter die Taupunkttemperatur des Rauchgases abgekühlt wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3 zur Wärmerückgewinnung aus Rauchgasen von gasbeheizten Glasschmelzofen, mit einem primären und einem sekundären Wärmetauscher, durch die nacheinander Rauchgas geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der primäre Wärmetauscher (5), der dem Glasschmelzofen (1) zugehörige Regenerator oder Rekuperator und der sekundäre Wärmetauscher (9) vorzugsweise ein Gegenstrom-Röhrenwärmetauscher ist, zwischen dem Ausgang des primären Wärmetauschers (5) und dem Eingang des sekundären Wärmetauschers (9) sowie dem Schornstein (11) ein Verteiler (8) im Rauchgaskanal angeordnet ist, der eine beliebige Rauchgasverteilung in seine beiden Abgänge gestattet und daß der Verteiler (8) mindestens von einem im Austritt des gasförmigen Brennstoffes (10) aus dem sekundären Wärmetauscher (9) angeordneten Temperaturmeßfühler (13) unter Zwischenschaltung geeigneter Regelgiieder (14) gesteuert wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, eine Meßeinrichtung (12) zur Feststellung von Komponenten des gasförmigen Brennstoffes (10) im Austritt des Rauchgases aus dem sekundären Wärmetauscher (9), deren Ausgang über geeignete, ihren Vorrang von der Temperatur des gasförmigen Brennstoffes (10) sichernde Regelglieder (14) mit dem Verteiler (8) verbunden ist und den Verteiler (8) steuert.

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