Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schmelzen von Glas.The present invention relates to a method and an apparatus for melting glass.
Bisheriger Stand der TechnikPrevious state of the art
Es ist bekannt, Glas mit Hilfe eines Glasofens bzw. Glasschmelzofens zu schmelzen, wobei der Ofen über zwei stirnseitig angebrachte Brenner-Ports beheizt wird (Stirnbrenner oder U-Flammbrenner). In 6A und 6B sind die wesentlichen Bauelemente und Strömungsverläufe in einem U-Flammbrennerofen dargestellt. 6A ist eine schematisierte Draufsicht einer horizontal geschnittenen Anordnung eines Schmelzofens mit U-Flammenbrennerwanne 902 (für die Zwecke der vorliegenden Anmeldung können die Begriffe ”Schmelzwanne” und ”Ofen” synonym verwendet werden), und 6B ist eine entlang einer Linie VIB in 6A geschnittene Seitenansicht der Anordnung. Die Schmelzwanne 902 weist zwei seitliche Einlegevorbauten 903 auf, über welche das Schmelzgut zugeführt wird. Über einen endseitigen Durchlass 904 wird die fertige Schmelze (in 6B als ”S” bezeichnet und mit einer Schmelzenoberfläche 905 dargestellt) zur Weiterverarbeitung abgezogen. Durch den Durchlass 904 verläuft eine zentrale longitudinale Symmetrieachse, die den Ofen 902 in zwei Seiten ”A” und ”B” teilt. Sofern es im Rahmen dieser Anmeldung erforderlich ist, diese Seiten zu unterscheiden, werden entsprechende Bauteile mit dem jeweiligen Zusatz ”A” oder ”B” gekennzeichnet. In einer Stirnwand 906 sind zwei Brenner-Ports, von denen jeder über eine Luftöffnung 908 zum Zuführen vorerwärmter Frischluft (”FL”) und eine oder mehrere Brennerdüsen 909 zum Zuführen von Brenngas (”BG”, üblicherweise Erdgas) verfügt. Über einen Luftkanal 910 ist jede Luftöffnung 908 mit einem Wärmetauscher 912 verbunden, der jeweils einen Luftanschluss 911 und ein Netzwerk 913 aus in dem Strömungsweg des Wärmetauschers 912 angeordneten Wärmespeichersteinen aufweist. Die Brennerdüsen 909 jeder Seite werden über eine Brenngas-Zuleitung 954 mit Brenngas BG versorgt.It is known to melt glass with the aid of a glass furnace or glass melting furnace, wherein the furnace via two frontally mounted burner ports is heated (front burner or U-flame burner). In 6A and 6B The main components and flow patterns are shown in a U-flame burner oven. 6A is a schematic plan view of a horizontally cut arrangement of a melting furnace with U-flame burner pan 902 (For purposes of the present application, the terms "furnace" and "furnace" may be used interchangeably), and 6B is one along a line VIB in 6A cut side view of the arrangement. The melting tank 902 has two side insertion stems 903 on, over which the melt is supplied. Over an end-side passage 904 the finished melt (in 6B referred to as "S" and having a melt surface 905 shown) deducted for further processing. Through the passage 904 runs a central longitudinal axis of symmetry, which is the furnace 902 in two pages "A" and "B" shares. If it is necessary in the context of this application to distinguish these pages, corresponding components are marked with the respective suffix "A" or "B". In a front wall 906 There are two burner ports, each of which has an air vent 908 for supplying preheated fresh air ("FL") and one or more burner nozzles 909 for supplying fuel gas ("BG", usually natural gas). Via an air duct 910 is every air opening 908 with a heat exchanger 912 connected, each with an air connection 911 and a network 913 out in the flow path of the heat exchanger 912 having arranged heat storage stones. The burner nozzles 909 Each side will have a fuel gas supply line 954 supplied with fuel gas BG.
Zwischen den Seitenwänden 915 verläuft eine Zwischenwand 917 entlang dem Boden 919 des Ofens 902. Die Oberkante der Zwischenwand 917 liegt dabei unterhalb der Oberfläche 905 der Schmelze S und teilt den Ofenbereich in einen Aufschmelzbereich (in der Zeichnung links) und einen Läuterbereich (in der Zeichnung rechts. Im Boden 919 kann eine Reihe von Sprudlerdüsen 921 über die Breite des Ofens 902 verteilt sein.Between the side walls 915 runs an intermediate wall 917 along the ground 919 of the oven 902 , The upper edge of the partition 917 lies below the surface 905 the melt S and divides the furnace area in a melting area (left in the drawing) and a refining area (right in the drawing.) In the bottom 919 Can a number of bubbler nozzles 921 across the width of the oven 902 be distributed.
Luft und Brenngas verbrennen innerhalb des Ofens, um die erforderliche Wärme zum Aufrechterhalten der Glasschmelze zu erzeugen (das Ingangsetzen der Schmelze oder ”Antempern” erfolgt in der Regel langsam über Dieselbrenner oder dergleichen). Die Brenner-Ports werden dabei regenerativ im Wechsel betrieben, wobei eine Seite (die Brenner-Seite oder Flammseite, in der dargestellten Situation die Seite A) im Brenner-Betrieb arbeitet und die andere Seite (die Regeneratorseite oder Abgasseite, hier die Seite B) im Regeneratorbetrieb. D. h., dem Brenner-Port der Seite A werden Luft und Brenngas zugeführt, während die heißen Abgase über die Luftöffnung 908(B) des Brenner-Ports der Seite B abgeführt werden (dabei legen die Gase im Ofen 902 einen U-förmigen Weg zurück). Die in dem Wärmetauscher 912(B) befindlichen Wärmespeichersteine 913(B) auf der Regeneratorseite B werden von den ca. 1.500°C heißen Abgasen erwärmt, und die in dem Wärmetauscher 912(A) befindlichen Wärmespeichersteine 913(A) auf der Brennerseite A geben ihre Wärme an die zuströmende Frischluft FL, wodurch diesen auf die Eintrittstemperatur von ca. 1.200°C vorgewärmt wird. Nach ca. 20 Minuten wird die Strömungsrichtung umgekehrt. D. h., die Seite A wird dann Regeneratorseite und die Seite B wird dann Brennerseite. Dieser regenerative Wechselbetrieb (engl. ”swap”) der Brenner-Ports ist als Siemens-Martin-Verfahren bekannt und die Grundlage für viele Industrieöfen.Air and fuel gas burn within the furnace to produce the heat required to maintain the molten glass (start-up of the melt or "tempering" is typically slow over diesel burners or the like). The burner ports are operated regeneratively alternately, with one side (the burner side or flame side, in the situation illustrated, side A) operating in the burner mode and the other side (the regenerator side or exhaust side, here the side B). in regenerator mode. That is, the burner port side A, air and fuel gas are supplied, while the hot exhaust gases through the air opening 908 (B) of the burner port on side B (thereby placing the gases in the furnace 902 a U-shaped way back). The in the heat exchanger 912 (W) located heat storage stones 913 (B) on the regenerator side B are heated by the approximately 1,500 ° C hot exhaust gases, and in the heat exchanger 912 (A) located heat storage stones 913 (A) on the burner side A give their heat to the incoming fresh air FL, whereby this is preheated to the inlet temperature of about 1,200 ° C. After about 20 minutes, the flow direction is reversed. That is, the side A becomes the regenerator side and the side B becomes the burner side. This regenerative alternating operation (swap) of the burner ports is known as the Siemens-Martin process and forms the basis for many industrial furnaces.
Anhand der Seitenansicht von 6B wird nun der typische Strömungsverlauf in der Schmelze S beschrieben (sog. Doppelwalzenströmung). Im Bereich der Schmelzwanne 902 bildet sich unter der Wirkung der Flamme und ggf. zusätzlicher Heizelektroden (hier nicht näher dargestellt) eine Konvektionsströmung aus. An einer bestimmten Stelle innerhalb der Schmelze S ist die Temperatur am größten (sog. ”hot spot”). Dort ist die Strömung aufwärts gerichtet, und von dort aus strömt die Schmelze an der Oberfläche zu den Wänden, sinkt dort ab und strömt am Boden zu dem Hot Spot zurück. Durch den Einsatz der Trennwand 917, die sich an der Stelle des Hot Spot quer durch die Wanne 902 erstreckt, wird diese Konvektionsströmung unterstützt, stabilisiert und homogenisiert. Insbesondere bildet sich im Aufschmelzbereich vor der Trennwand 917 eine zu dem Einlegevorbau 903 hin gerichtete Oberflächenströmung und eine zu der Trennwand 917 hin gerichtete Bodenströmung, während im Läuterbereich die Strömungsrichtungen entgegengesetzt sind. Im Bereich der Stirnwand 906 wird das auf der Oberfläche 905 schwimmende kalte Schmelzgut 925 in Bruchstücken 927 mit nach unten gerissen, vermischt sich mit Schmelze S und schmilzt selbst auf. Der Einsatz der Heizelektroden (hier nicht näher dargestellt) unterstützt den Schmelzprozess, und die Sprudlerdüsen 921 unterstützen durch die aufsteigenden Blasen 923 die Konvektion im Bereich der Trennwand 917. Über den Durchlass 904 wird heiße Schmelze in eine außerhalb des Ofens 902 angeordnete Arbeitswanne (nicht näher dargestellt) abgezogen, wobei auch eine gewisse Rückströmung kühlerer Schmelze im Bodenbereich nicht ausgeschlossen ist.Based on the side view of 6B Now the typical flow pattern in the melt S is described (so-called double-roll flow). In the area of the melting tank 902 is formed under the action of the flame and possibly additional heating electrodes (not shown here) a convection. At a certain point within the melt S, the temperature is highest (so-called "hot spot"). There, the flow is directed upwards, and from there the melt flows on the surface to the walls, sinks there and flows back on the ground to the hot spot. By using the partition 917 that are at the site of the hot spot across the tub 902 extends, this convection flow is supported, stabilized and homogenized. In particular, forms in the melting area in front of the partition 917 one to the insertion stem 903 directed surface flow and one to the partition 917 directed bottom flow, while in the refining the flow directions are opposite. In the area of the front wall 906 it will be on the surface 905 floating cold melt 925 in fragments 927 with tearing down, mixes with melt S and melts on its own. The use of the heating electrodes (not shown here) supports the melting process, and the bubbler nozzles 921 assist by the rising bubbles 923 the convection in the area of the partition 917 , About the passage 904 gets hot melt in one outside of the furnace 902 arranged working tub (not shown in detail) withdrawn, with a certain backflow of cooler melt in the bottom area is not excluded.
Alle Wandungen des Ofens 902 einschließlich der Stirnwand 906, der Seitenwände 915, des Bodens 919, einer Rückwand 929 und eines Deckengewölbes 931, der Durchlass 904, die Luftkanäle 910, die Wärmetauscher 912 und die Zwischenwand 917 sind mit einer feuerfesten Auskleidung versehen. Das Material der Auskleidung ist an das lokale Temperaturprofil innerhalb des Ofens angepasst. So finden in den Bereichen, in denen die Wände mit Schmelzgut in Berührung kommen, andere Materialien Anwendung als in Bereichen, in denen die Wände mit heißen Gasen in Berührung kommen. Die Auswahl der Materialien erfolgt nach wohlbekannten Gesichtspunkten, wie es in der Lehrliteratur wie etwa Reinhard Conrad, Werkstoffverarbeitung Glas, RWTH Aachen, Juli 2008 diskutiert wird. All walls of the oven 902 including the front wall 906 , the side walls 915 , of the soil 919 , a back wall 929 and a vaulted ceiling 931 , the passage 904 , the air ducts 910 , the heat exchangers 912 and the partition 917 are provided with a refractory lining. The material of the lining is adapted to the local temperature profile inside the furnace. For example, in the areas where the walls come into contact with molten material, other materials are used than in areas where the walls come into contact with hot gases. The materials are selected according to well-known criteria, as discussed in the teaching literature such as Reinhard Conrad, Werkstoffverarbeitung Glas, RWTH Aachen, July 2008.
In einer alternativen Bauform (Querbrenner) sind in den Seitenwänden des Ofens jeweils ein oder (meist) mehrere Brenner-Ports angeordnet, wobei die Brenner-Ports einer Seite jeweils über einen gemeinsamen Wärmetauscher verfügen. Es werden dabei immer nur die Brenner-Ports einer Seite befeuert, während die Abgase über die Luftöffnungen der anderen Seite abgeführt werden. Bei diesen Querbrennerwannen findet also (abgesehen von Verwirbelungserscheinungen) keine maßgebliche Strömungsumlenkung im Ofen statt.In an alternative design (cross burner), one or (usually) a plurality of burner ports are arranged in the side walls of the furnace, the burner ports of one side each having a common heat exchanger. Only the burner ports of one side are fired, while the exhaust gases are discharged through the air openings on the other side. With these transverse burner pans, therefore, there is no significant flow deflection in the furnace (apart from swirling phenomena).
Bei der Verbrennung können Stickoxide (NOx) entstehen. Es ist allgemeine Bestrebung, wenn nicht Vorschrift, Stickoxide im Abgas zu vermeiden. Eine Reduktion von Stickoxiden im Rahmen der Abgasnachbehandlung und -reinigung ist bekannt. Die Abgasreinigungseinrichtungen sind aber raum- und investitionsintensiv, ihre komplexen Prozesse bedingen hohe Betriebs- und Wartungskosten, und einige Prozesse in diesem Zusammenhang erfordern den Einsatz potentiell gefährlicher Chemikalien.During combustion, nitrogen oxides (NOx) can form. It is general aspiration, if not regulation, to avoid nitrogen oxides in the exhaust gas. A reduction of nitrogen oxides in the context of exhaust aftertreatment and purification is known. However, the waste gas treatment facilities are space- and investment-intensive, their complex processes require high operating and maintenance costs, and some processes in this context require the use of potentially hazardous chemicals.
Daher gibt es auch Bemühungen, den Stickoxidanteil im Abgas bereits bei der Verbrennung zu minimieren. Bekannt ist z. B. ein unterstöchiometrischer Betrieb derart, das Kohlenmonoxid (CO) erzeugt wird, was die Erzeugung von Stickoxiden verringert. Die Abgase müssen dann nachbehandelt werden, um das giftige und brennbare Kohlenmonoxid abzubauen. Dies geschieht typischerweise durch Nachverbrennung im Bereich der keramischen Wärmespeichersteine der Wärmetauscher; die dabei entstehenden, sehr hohen Temperaturen innerhalb der Wärmetauscher können die Wärmeschutzmaterialien beschädigen und zu außerplanmäßigen Betriebsunterbrechungen aufgrund erforderlicher Reparaturen führen.Therefore, there are also efforts to minimize the nitrogen oxide content in the exhaust gas already during combustion. It is known z. B. a substoichiometric operation such that carbon monoxide (CO) is generated, which reduces the production of nitrogen oxides. The exhaust gases must then be aftertreated to reduce the toxic and combustible carbon monoxide. This is typically done by post-combustion in the field of ceramic heat storage stones of the heat exchanger; the resulting very high temperatures inside the heat exchangers can damage the heat protection materials and lead to unscheduled downtime due to required repairs.
Aus Franz Meyer, ”Flammenlose Verbrennung”, projektinfo 07/06, BINE Informationdienst, FIZ Karlsruhe, Bonn ist die sog. FLOR®-Verbrennung oder flammenlosen Verbrennung bekannt, die vorzugsweise bei der Metallverhüttung oder in Wärmebehandlungsöfen eingesetzt wird. Dabei erfolgt eine interne Rezirkulation der Abgase in der Brennkammer und deren Vermischung mit der Verbrennungsluft. Hierdurch und durch die verzögerte Vermischung von Luft und Brenngas kann sich keine Flammenfront mehr ausbilden. Bei ausreichend hohen Temperaturen von mindestens ca. 800°C oxidiert der Brennstoff im gesamten Brennraumvolumen. Dadurch stellen sich sehr homogene Temperaturen ein. Die Bildung von Stickoxiden, die vor allem an der Flammengrenze mit ihren hohen Spitzentemperaturen stattfindet, wird vermieden. Bei der Glasproduktion und dessen Verarbeitung besteht aufgrund oft erheblicher Stickoxidbildung oft Interesse an emissionsarmen Produktionsprozessen. Die Einführung der flammlosen Verbrennung mit ihrer internen Rezirkulation stieß jedoch in der Vergangenheit auf Vorbehalte, von bewährten Produktionsverfahren abzuweichen, da viele Produktionsdetails auf empirischen Erfahrungen beruhen, die bei Veränderungen erst mühsam wieder erarbeitet werden müssten. Ähnliche Vorbehalte bestehen in der keramischen Industrie, wo gut eingeführte, hoch integrierte Prozesse vorhanden sind. Auch sind die bekannten FLOR®-Brenner konstruktiv von rekuperativen Brennern abgeleitet, bei denen die Abgase konzentrisch um die Brenneröffnung herum abgezogen werden und dann den zuströmenden Oxidator mantelförmig in Gegenrichtung umströmen. Die Anpassung solcher Düsen derart, dass der Oxidator einen Teil der Abgase mit sich reißt, ist vergleichsweise einfach, da Zuströmung und Abführung am gleichen Ort geschehen. Demgegenüber finden bei einer im regenerativen Wechselprozess arbeitenden Brenneranordnung Zuströmung der Verbrennungsgase und Abführung der Abgase an vergleichsweise weit voneinander entfernten Orten statt.From Franz Meyer, "flameless combustion", project info 07/06, BINE Information Service, FIZ Karlsruhe, Bonn, the so-called. FLOR ® combustion or flameless combustion is known, which is preferably used in metal smelting or in heat treatment furnaces. In this case, there is an internal recirculation of the exhaust gases in the combustion chamber and their mixing with the combustion air. This and the delayed mixing of air and fuel gas, no flame front can form more. At sufficiently high temperatures of at least 800 ° C, the fuel oxidizes in the entire combustion chamber volume. This sets very homogeneous temperatures. The formation of nitrogen oxides, which takes place mainly at the flame boundary with their high peak temperatures, is avoided. In glass production and its processing, there is often an interest in low-emission production processes due to often significant nitrogen oxide formation. However, the introduction of flameless combustion with its internal recirculation encountered reservations in the past to deviate from established production methods, since many production details are based on empirical experiences that would have to be painstakingly recaptured in the event of changes. Similar reservations exist in the ceramics industry where well-established, highly integrated processes are present. The known FLOR derived ® burner design of recuperative burners in which the exhaust gases are drawn off concentrically around the burner opening around and then flow around the inflowing oxidant jacket-shaped in the opposite direction. The adaptation of such nozzles in such a way that the oxidizer entrains a part of the exhaust gases is comparatively easy since inflow and outflow occur at the same location. In contrast, in a burner assembly operating in the regenerative change process, the combustion gases flow and the exhaust gases are exhausted at relatively widely separated locations.
Kurzfassung der ErfindungSummary of the invention
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Nachteile des Stands der Technik zu vermeiden. Insbesondere besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, einen Schmelzofen für Glas zu schaffen, bei dem auf einfache Art und Weise der Stickoxidanteil im Abgas verringert werden kann.The object of the present invention is to avoid the disadvantages of the prior art. In particular, it is an object of the invention to provide a melting furnace for glass in which the amount of nitrogen oxide in the exhaust gas can be reduced in a simple manner.
Wenigstens ein Teil der vorstehend genannten Aufgaben wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung, die spezielle Teilaufgaben lösen, bilden den Gegenstand der Unteransprüche.At least part of the above objects is solved by the features of the independent claims. Preferred embodiments and further developments of the invention, which solve specific subtasks, form the subject of the dependent claims.
Die erster Gesichtspunkt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmelzen von Glas, wobei einem Schmelzofen ein Brenngas und ein gasförmiger Oxidator über eine Brenneranordnung zugeführt werden, um innerhalb des Ofens zu verbrennen. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Abgasstrom außerhalb des Ofens ein Teilstrom entnommen wird und der Abgas-Teilstrom in den Ofen zurückgeführt wird.The first aspect of the invention relates to a method for melting glass, wherein a fuel gas and a gaseous oxidizer are fed to a melting furnace via a burner assembly to burn within the furnace. The method is characterized in that from the Off-gas flow outside the furnace, a partial flow is removed and the exhaust gas partial stream is returned to the furnace.
Durch diese Rezirkulation von Abgas werden die Verbrennungsgase durch das Abgas verdünnt, wodurch sich die Flamme auf einen größeren Bereich im Ofen verteilt. Hierdurch werden die Spitzentemperaturen verringert und wird die Erzeugung von thermischen Stickoxiden unterdrückt.By this recirculation of exhaust gas, the combustion gases are diluted by the exhaust gas, which spreads the flame over a larger area in the furnace. As a result, the peak temperatures are reduced and the generation of thermal nitrogen oxides is suppressed.
Vorzugsweise ist der Oxidator Luft oder weist Luft auf, wobei die dem Ofen zugeführte Luftmenge um eine Teil-Luftmenge reduziert ist gegenüber einer Gesamtluftmenge, die ohne Rückführung des Teil-Abgasstroms erforderlich wäre, um einen gewünschten Verbrennungszustand zu erreichen, wobei die durch Reduzieren um die Teil-Luftmenge fehlende Sauerstoffmenge durch Zusatz von reinem Sauerstoff ausgeglichen wird, wobei der Sauerstoffanteil des Abgases vorzugsweise korrigierend berücksichtigt wird.Preferably, the oxidizer is air or air, wherein the amount of air supplied to the furnace is reduced by a partial amount of air compared to a total amount of air that would be required without recycling the partial exhaust gas flow to achieve a desired combustion state, by reducing by Partial amount of air missing oxygen amount is compensated by the addition of pure oxygen, wherein the oxygen content of the exhaust gas is preferably taken into account corrective.
Der Zusatz-Sauerstoff kann einem Frischluftstrom zugeführt werden. Alternativ kann der Zusatz-Sauerstoff dem Ofen direkt durch eine Ofenwandung, vorzugsweise ein Deckengewölbe, zugeführt werden. Weiter alternativ kann der Zusatz-Sauerstoff dem Abgas-Teilstrom zugeführt werden.The additional oxygen can be supplied to a fresh air stream. Alternatively, the additional oxygen may be supplied to the furnace directly through a furnace wall, preferably a ceiling vault. Further alternatively, the additional oxygen can be supplied to the exhaust gas partial stream.
Vorzugsweise wird der Abgas-Teilstrom stromabwärts eines Wärmetauschers, der zum Vorerwärmen des Oxidatorstroms dient, dem Abgasstrom entnommen.Preferably, the exhaust partial flow is taken downstream of a heat exchanger, which serves to preheat the Oxidatorstroms, the exhaust gas stream.
Insbesondere sind zwei Wärmetauscher vorgesehen, die jeweils einer Brenneranordnung oder Gruppe von Brenneranordnungen zugeordnet sind, wobei die Wärmetauscher im Oxidatorweg der jeweiligen Brenneranordnung oder Gruppe von Brenneranordnungen angeordnet sind, wobei dann, wenn über eine der Brenneranordnungen oder Gruppen von Brenneranordnungen Brenngas und Oxidator zugeführt wird, die Abgase aus dem Ofen über den Oxidatorweg der anderen der Brenneranordnungen oder Gruppen von Brenneranordnungen abgeführt werden, wobei die Betriebsrichtung der Brenneranordnungen in einem vorbestimmten Takt, vorzugsweise etwa alle 20 Minuten, umgekehrt wird, wobei jeder der Wärmetauscher eine Anzahl von Wärmespeicherelementen aufweist, die je nach Betriebsrichtung von dem Oxidator oder dem Abgas um- und/oder durchströmt werden.In particular, two heat exchangers are provided, each associated with a burner assembly or group of burner assemblies, the heat exchangers being located in the oxidizer path of the respective burner assembly or group of burner assemblies, wherein when fuel gas and oxidizer are supplied via one of the burner assemblies or groups of burner assemblies, the exhaust gases are removed from the furnace via the oxidizer path of the other of the burner assemblies or groups of burner assemblies, the operating direction of the burner assemblies being reversed at a predetermined rate, preferably approximately every 20 minutes, each of the heat exchangers having a number of heat storage elements each according to operating direction of the oxidizer or the exhaust gas and / or flowed through.
Vorzugsweise wird der Abgas-Teilstrom mit dem Brenngasstrom oder einem Brenngas-Teilstrom kurz vor dem Eintritt in den Ofen vermischt.Preferably, the partial exhaust gas stream is mixed with the fuel gas stream or a fuel gas partial stream shortly before entering the furnace.
Dabei kann der Abgas-Teilstrom den Brenngasstrom oder den Brenngas-Teilstrom mantelförmig umströmen und von diesem mitgerissen werden, wobei der Brenngasstrom oder der Brenngas-Teilstrom vorzugsweise mit einem Überdruck von wenigstens 0,5 bar und einer Strömungsgeschwindigkeit von wenigstens 200 m/s in die Vermischungsstelle einmündet.In this case, the exhaust gas stream partial flow around the fuel gas stream or the fuel gas partial stream and be entrained by this, wherein the fuel gas stream or the fuel gas partial stream preferably with an overpressure of at least 0.5 bar and a flow rate of at least 200 m / s in the Merging point opens.
Es ist von Vorteil, wenn der Abgas-Teilstrom unterbrochen wird, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet.It is advantageous if the exhaust gas partial flow is interrupted when the oxygen concentration in the exhaust gas exceeds a predetermined limit.
Nach einer weiteren bevorzugten Variante wird der Abgas-Teilstrom mit dem Oxidatorstrom vor Eintritt in den Ofen vermischt.According to a further preferred variant, the waste gas partial stream is mixed with the oxidizer stream before entering the furnace.
Dabei kann der Abgas-Teilstrom dem Oxidatorstrom mittels eines Gebläses zugeführt werden, oder er kann den Zusatz-Sauerstoffstrom mantelförmig umströmen und von diesem mitgerissen werden, wobei der hieraus entstandene Mischstrom einem Frischluftstrom zugeführt wird.In this case, the exhaust partial stream can be supplied to the oxidizer stream by means of a blower, or it can flow around the additional oxygen stream in the form of a jacket and be entrained by it, wherein the mixed stream resulting therefrom is supplied to a fresh air stream.
Im letzteren Fall ist es von Vorteil, wenn ein Zurückströmen von Sauerstoff in den Abgasstrom durch eine Sperreinrichtung verhindert wird.In the latter case, it is advantageous if backflow of oxygen into the exhaust gas flow through a barrier device is prevented.
Ein zweiter Gesichtspunkt betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.A second aspect relates to an apparatus for carrying out the method.
Weitere Gesichtspunkte, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ersichtlich werden.Other aspects, advantages and features of the present invention will become apparent from the following description and the accompanying drawings of a particularly preferred embodiment of the invention.
Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
1 ist ein schematischer Grundriss einer Glasschmelzanlage nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 1 is a schematic plan view of a glass melting plant according to a first embodiment of the present invention;
2 zeigt eine Abwandlung der ersten Ausführungsform als Einzelheit der Anlage von 1; 2 shows a modification of the first embodiment as a detail of the plant of 1 ;
3 zeigt eine weitere Abwandlung der ersten Ausführungsform als Einzelheit der Anlage von 1 im Längsschnitt an der Stelle eines Brenner-Ports; 3 shows a further modification of the first embodiment as a detail of the plant of 1 in longitudinal section at the location of a burner port;
4 ist ein schematischer Grundriss einer Glasschmelzanlage nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 4 is a schematic plan view of a glass melting plant according to a second embodiment of the present invention;
5 zeigt eine Abwandlung der zweiten Ausführungsform als Einzelheit der Anlage von 4; und 5 shows a modification of the second embodiment as a detail of the plant of 4 ; and
6A und 6B sind schematische Ansichten einer Anordnung eines Schmelzofens mit U-Flammenbrennerwanne und Wärmetauschern nach dem Stand der Technik. 6A and 6B are schematic views of an arrangement of a melting furnace with U Flame burner pan and heat exchangers according to the prior art.
Ausführliche Beschreibung bevorzugter AusführungsformenDetailed description of preferred embodiments
Eine erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen erläutert werden. Dabei zeigt 1 einen Grundriss einer Glasschmelzanlage mit U-Flammenbrennerwanne nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.A first preferred embodiment of the invention will be explained below with reference to the accompanying drawings. It shows 1 a plan view of a glass melting plant with U-flame burner trough according to a first embodiment of the present invention.
Die dargestellte Glasschmelzanlage weist einen Schmelzwanne (Ofen) 2 mit zwei seitlichen Einlegevorbauten 3 auf. Über die Einlegevorbauten 3 wird die Schmelzwanne 2 mit Rohstoff beschickt. Über zwei Brenner-Ports mit je einer Warmluftöffnung 8 und einer Brennerdüse 9 wird die Schmelzwanne 2 beheizt (in der Regel sind mehr Brennerdüsen 9 vorhanden, was aber an der Erfindung nichts ändert). Über eine Warmluftleitung 10 ist die Warmluftöffnung 8 jeweils mit einem Wärmetauscher 12 verbunden, an den bodenseitig eine Wärmetauscherleitung 14 angeschlossen ist. Im Übrigen stimmen der Aufbau und die Einbauten des Ofens 2, dessen Funktions- und Betriebsweise sowie insbesondere der regenerative Wechselbetrieb der Wärmetauscher 12 mit dem in 6A und 6B gezeigten Beispiel des Stands der Technik grundsätzlich überein, sodass zur Vermeidung von Wiederholungen auf dessen Beschreibung in der Einleitung der vorliegenden Anmeldung vollumfänglich verwiesen wird. Ein konkreter konstruktiver Aufbau eines Brennerports ist in 3 im Längsschnitt dargestellt, hierauf wird im Zusammenhang mit einer Abwandlung weiter unten eingegangen werden.The illustrated glass melting plant has a melting tank (furnace) 2 with two side insertion stems 3 on. About the insertion stems 3 becomes the melting tank 2 charged with raw material. Over two burner ports each with a warm air opening 8th and a burner nozzle 9 becomes the melting tank 2 heated (usually more burner nozzles 9 available, but this does not change the invention). About a hot air line 10 is the warm air opening 8th each with a heat exchanger 12 connected to the bottom side, a heat exchanger line 14 connected. Incidentally, the structure and the internals of the furnace are correct 2 , its function and operation and in particular the regenerative alternating operation of the heat exchanger 12 with the in 6A and 6B shown in the prior art, so to avoid repetition of its description in the introduction of the present application is fully referenced. A concrete constructive structure of a burner port is in 3 shown in longitudinal section, will be discussed in connection with a modification below.
Eine Frischluftansaugleitung 16 weist ein Frischluftansauggebläse 18 auf und führt zu einer Frischluftumschaltklappe 20. Hier verzweigt sie sich in zwei Frischluftleitungen 22 der Seiten A und B, die jeweils ihrerseits zu einer Richtungsumkehrklappe 24 führen. Das Frischluftansauggebläse 18 saugt Frischluft FL aus der Umgebung an. Die Frischluftumschaltklappe 20 leitet den Frischluftstrom in die Frischluftleitung 22 derjenigen Seite des Ofens 2, die sich gerade im Brennerbetrieb befindet, hier also die Frischluftleitung 22(A). Auf dieser Seite A ist die Richtungsumkehrklappe 24(A) so gestellt, dass die Frischluftleitung 22(A) mit der Wärmetauscherleitung 14(A) verbunden ist. D. h., dem Wärmetauscher 12(A) der Seite A wird Frischluft zugeführt. Auf der Seite B, also derjenigen Seite des Ofens 2, die sich im Regeneratorbetrieb befindet, ist die Frischluftleitung 22(B) durch die Frischluftumschaltklappe 20 von der Frischluftansaugleitung 16 abgeschnitten, und die Richtungsumkehrklappe 24(B) ist so gestellt, dass die Frischluftleitung 22(B) von der Wärmetauscherleitung 14(B) getrennt ist. Dem Wärmetauscher 12(B) wird also keine Frischluft zugeführt.A fresh air intake pipe 16 has a fresh air intake fan 18 and leads to a Frischluftumschaltklappe 20 , Here it branches off into two fresh air pipes 22 the sides A and B, each in turn to a direction reversal flap 24 to lead. The fresh air intake fan 18 sucks in fresh air FL from the environment. The fresh air switchover damper 20 directs the fresh air flow into the fresh air line 22 that side of the furnace 2 , which is currently in the burner operation, here so the fresh air line 22 (A) , On this page A is the direction reversal flap 24 (A) placed so that the fresh air line 22 (A) with the heat exchanger line 14 (A) connected is. That is, the heat exchanger 12 (A) the side A is fed fresh air. On the side B, that side of the furnace 2 , which is in Regeneratorbetrieb, is the fresh air line 22 (B) through the fresh air switchover damper 20 from the fresh air intake line 16 cut off, and the direction reversal flap 24 (B) is set so that the fresh air line 22 (B) from the heat exchanger line 14 (B) is disconnected. The heat exchanger 12 (B) So no fresh air is supplied.
Es ist ein Sauerstoffdruckbehälter 26 vorgesehen, der über eine durch ein Sauerstoffventil 28 regelbare Sauerstoffleitung 30 mit der Frischluftansaugleitung 16 verbunden ist. Über diese Anordnung kann die angesaugte Frischluft mit Sauerstoff angereichert werden.It is an oxygen pressure vessel 26 provided by an oxygen valve 28 adjustable oxygen line 30 with the fresh air intake line 16 connected is. About this arrangement, the sucked fresh air can be enriched with oxygen.
Die Richtungsumkehrklappen 24 verbinden die Wärmetauscherleitung 14 wahlweise mit der Frischluftleitung 22 oder einer Abgasleitung 32 der jeweiligen Seite A oder B. Die Abgasleitung 32 führt jeweils (über eine nicht näher dargestellte Abgasreinigungsanlage) ins Freie. Im hier dargestellten Zustand verbindet die Richtungsumkehrklappe 24 derjenigen Seite, die sich im Regeneratorbetrieb befindet, hier also die Richtungsumkehrklappe 24(B), die entsprechende Wärmetauscherleitung 14(B) mit der entsprechenden Abgasleitung 32(B), während auf der Seite A die Wärmetauscherleitung 14(A) von der entsprechenden Abgasleitung 32(A) getrennt ist.The direction reversal flaps 24 connect the heat exchanger line 14 optionally with the fresh air line 22 or an exhaust pipe 32 the respective side A or B. The exhaust pipe 32 leads in each case (via an emission control system, not shown) into the open. In the state shown here connects the direction reversal flap 24 the side that is in Regeneratorbetrieb, here's the direction reversal flap 24 (B) , the corresponding heat exchanger line 14 (B) with the appropriate exhaust pipe 32 (B) , while on the side A, the heat exchanger line 14 (A) from the corresponding exhaust pipe 32 (A) is disconnected.
In der Abgasleitung 32 jeder Seite befindet sich ein Hochtemperatursauerstoffsensor 34, der den Sauerstoffanteil in dem Abgas erfasst und an eine Steuerlogik (nicht näher dargestellt) übermittelt.In the exhaust pipe 32 Each side is a high-temperature oxygen sensor 34 that detects the oxygen content in the exhaust gas and transmits it to a control logic (not shown).
Von jeder Abgasleitung 32 zweigt eine Rezirkulationsleitung 36 ab, die durch ein Rezirkulationssperrventil 38 absperrbar ist. Die Rezirkulationsleitung 36 führt zu der jeweils anderen Seite und dient dazu, das Brenngas der jeweils anderen Seite mit Abgas aus dem Ofen 2 anzureichern, wie es nachstehend beschrieben ist. Das Brenngas BG (Erdgas) wird auf jeder Seite A und B über eine Brenngasleitung 40 einer Mischdüse 42 in der Rezirkulationsleitung 38 zugeführt. Die Mischdüse 42 ist ein Mantelrohr, in welchem ein konzentrisches Injektionsrohr 44 mit einem Außenanschluss angeordnet ist. An dem Außenanschluss des Injektionsrohres 44 ist die Brenngasleitung 40 angeschlossen. Die Mischdüse 42 mündet in einer Brenngasdüsen-Zuleitung 46, welche mit der Brenngasdüse 9 der jeweiligen Seite A, B verbunden ist.From every exhaust pipe 32 branches a recirculation line 36 off by a recirculation check valve 38 can be locked. The recirculation line 36 leads to the other side and serves to the fuel gas of the other side with exhaust gas from the oven 2 enriched as described below. The fuel gas BG (natural gas) is on each side A and B via a fuel gas line 40 a mixing nozzle 42 in the recirculation line 38 fed. The mixing nozzle 42 is a jacket tube, in which a concentric injection tube 44 is arranged with an external connection. At the external connection of the injection tube 44 is the fuel gas line 40 connected. The mixing nozzle 42 discharges into a fuel gas nozzle supply line 46 , which with the fuel gas nozzle 9 the respective side A, B is connected.
Im dargestellten Zustand (Seite A im Brennerbetrieb, Seite B im Regeneratorbetrieb) ist die Brenngasleitung 40(A) der Brennerseite A mit Brenngas BG beaufschlagt. Am Ausgang der Brenngasinjektordüse 44 ist ein Überdruck von wenigstens 0,5 bar erforderlich, um die gewünschte Austrittsgeschwindigkeit zu erzielen. Die Austrittsgeschwindigkeit liegt bei typischerweise etwa 200 m/s oder mehr. Der aus der Brenngasinjektionsdüse 44(A) austretende Hochgeschwindigkeits-Brenngasstrahl reißt das über die Rezirkulationsleitung 36(B) der Regeneratorseite B anstehende Abgas mit (vgl. Pfeile in der Mischdüse 42), vermischt sich mit diesem in der Brenngasdüsen-Zuleitung und führt so einen Teil des Abgases in den Ofen 2 zurück. Je nach Brenngas-Systemdruck, gewünschter Rezirkulierungsrate, Ofengegendruck und Druckverlust in der Brenngasdüsen-Zuleitung 46 kann sich der Wert der Austrittsgeschwindigkeit in gewissen Grenzen ändern. Die Geschwindigkeit muss in jedem Fall hoch genug sein, damit ein Rückwärtsbrennen der Flamme sicher vermieden wird. Die Brenngasleitung 40(B) der Regeneratorseite B ist in der dargestellten Situation abgesperrt (nicht näher dargestellt). Ein Ofen der gezeigten Art wird üblicherweise mit etw 200–300 m3 (Norm)/h befeuert. Eine noch sinnvolle unteren Grenze ist 50 m3 (Norm)/h. In the illustrated state (side A in burner operation, page B in regenerator) is the fuel gas line 40 (A) the burner side A with fuel gas BG applied. At the exit of the fuel gas injector nozzle 44 An overpressure of at least 0.5 bar is required to achieve the desired exit velocity. The exit velocity is typically about 200 m / s or more. The from the fuel gas injection nozzle 44 (A) Exiting high-speed fuel jet breaks that via the recirculation line 36 (B) the Regeneratorseite B pending exhaust with (see arrows in the mixing nozzle 42 ), mixes with this in the Fuel gas supply line and thus leads a portion of the exhaust gas into the furnace 2 back. Depending on the fuel gas system pressure, desired recirculation rate, furnace backpressure and pressure drop in the fuel gas nozzle supply line 46 The value of the exit velocity can change within certain limits. The speed must in any case be high enough to reliably prevent backward burning of the flame. The fuel gas line 40 (B) the regenerator B is shut off in the situation shown (not shown in detail). An oven of the type shown is usually fired with about 200-300 m 3 (standard) / h. A still reasonable lower limit is 50 m 3 (standard) / h.
Wenn sich die Betriebsrichtung des Ofens 2 umkehrt (swap), schaltet die Steuerlogik (nicht näher dargestellt) alle Klappen 20, 24 auf die jeweils andere Schaltstellung um und schaltet und die Brenngaszufuhr auf die andere Brenngasleitung 40 um. Auf diese Weise kehren sich alle Strömungsrichtungen gegenüber der in der Figur dargestellten Situation um.When the operating direction of the furnace 2 reverses (swap), the control logic (not shown) switches all flaps 20 . 24 to the other switching position and switches and the fuel gas supply to the other fuel gas line 40 around. In this way, all directions of flow reverse to the situation shown in the figure.
Durch die Rezirkulation wird das dem Ofen 2 zugeführte Brenngas BG durch das Abgas AG verdünnt, wodurch sich die Flamme F auf einen größeren Bereich im Ofen 2 verteilt und die Spitzentemperaturen der Flamme F abgesenkt werden. Bei den geringeren Spitzentemperaturen werden weniger Stickoxide gebildet, und der Stickoxidanteil im Abgas sinkt. Das in dem Abgas enthaltene Kohlendioxid und Wasser (Dampf) kann auch den Wärmeübergang aufgrund von Strahlung innerhalb des Ofens 2 vergrößern und hierdurch den Gesamtwirkungsgrad des Ofens 2 erhöhen. Diese Wirkungen sind nach der Erfindung möglich, ohne am Design des Ofens 2 selbst, an den Regeneratoren 12 oder den Brenner-Ports etwas zu ändern.The recirculation turns that into the oven 2 supplied fuel gas BG diluted by the exhaust AG, whereby the flame F to a larger area in the furnace 2 distributed and the peak temperatures of the flame F are lowered. At the lower peak temperatures less nitrogen oxides are formed, and the nitrogen oxide content in the exhaust gas decreases. The carbon dioxide and water (vapor) contained in the exhaust gas can also heat transfer due to radiation within the furnace 2 increase and thereby the overall efficiency of the furnace 2 increase. These effects are possible according to the invention, without the design of the furnace 2 even, at the regenerators 12 or change the burner ports.
Der Sauerstoffgehalt des Abgases wird über die Sauerstoffsensoren 34 laufend überwacht. Das Abgas enthält in der Regel 2% bis 5% Sauerstoff. Übersteigt der Sauerstoffgehalt des Abgases einen vorbestimmten Grenzwert, wird die Rezirkulationsleitung 36 durch Schließen des Rezirkulationssperrventils 38 unverzüglich abgesperrt, um die Bildung eines entflammbaren Gasgemischs in der Brenngasdüsen-Zuleitung 46 zuverlässig zu verhindern. Auch beim Hochfahren der Anlage muss das Rezirkulationssperrventil geschlossen sein, da sich im Abgas größere Mengen an Sauerstoff befinden.The oxygen content of the exhaust gas is via the oxygen sensors 34 constantly monitored. The exhaust gas usually contains 2% to 5% oxygen. If the oxygen content of the exhaust gas exceeds a predetermined limit, the recirculation line becomes 36 by closing the recirculation check valve 38 shut off immediately to the formation of a flammable gas mixture in the fuel gas jet line 46 reliably prevent. Even when starting up the system, the recirculation check valve must be closed because there are larger amounts of oxygen in the exhaust gas.
Die Luftmenge kann zur Kompensation der zusätzlichen Abgasmenge reduziert werden. Hierzu kann eine Verkleinerung des Querschnitts der Warmluftöffnungen 8 sinnvoll sein, um die erforderliche Warmluftaustrittsgeschwindigkeit aufrechtzuerhalten. Das erfordert lediglich geringfügige Änderungen im Randbereich der Warmluftöffnungen B. Es wird z. B. eine Abgasmenge von 1000 m3/h zurückgeführt. Etwa um die gleiche oder eine ähnliche Menge muss die zugeführte Luft vermindert werden und der Luftsauerstoff durch reinen Sauerstoff ersetzt werden, um den Sauerstoffgehalt in den Verbrennungsgasen z. B. auf das für eine stöchiometrische Verbrennung erforderliche Niveau zu bringen. Der im Abgas enthaltene Sauerstoffs ist dabei korrigierend zu berücksichtigen. Auch ohne Rezirkulation kann unter voller Last die Strömungsgeschwindigkeit im Ofen kontrolliert werden, wenn ein Teil der Verbrennungsluft durch Sauerstoff ersetzt wird, da dann der Gesamtvolumenstrom reduziert werden kann. Bei luftbefeuerten Öfen ist es z. B. vorteilhaft, eine Sauerstoffmenge von 100–200 m3 (Norm)/h zuzuführen.The amount of air can be reduced to compensate for the additional amount of exhaust gas. For this purpose, a reduction of the cross section of the hot air openings 8th be useful to maintain the required hot air outlet speed. This requires only minor changes in the edge region of the hot air openings B. It is z. B. an amount of exhaust gas of 1000 m 3 / h returned. About the same or a similar amount, the supplied air must be reduced and the oxygen in the air to be replaced by pure oxygen to the oxygen content in the combustion gases z. B. to bring to the level required for a stoichiometric combustion. The oxygen contained in the exhaust gas is to be considered corrective. Even without recirculation, the flow rate in the furnace can be controlled under full load when a part of the combustion air is replaced by oxygen, since then the total volume flow can be reduced. For air-fired stoves it is z. B. advantageous to supply an amount of oxygen of 100-200 m 3 (standard) / h.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird Sauerstoff aus dem Sauerstoffdruckbehälter 26 über die in die Frischluftleitung 16 mündende Sauerstoffleitung 30 direkt in den Frischluftstrom stromaufwärts der Frischluftumschaltklappe eingebracht. So kann sich die Frischluft gründlich mit dem Sauerstoff vermischen, ohne dass ein Umschalten der Sauerstoffzufuhr mit dem Takt des Siemens-Martin-Prozesses erforderlich wäre. Es ist jedoch auch möglich, den Sauerstoff an anderen Stellen in den Luftstrom einzuleiten. Der erforderliche Sauerstoffgehalt der Luft kann über den durch die Sauerstoffsensoren 34 gelieferten Sauerstoffgehalt des Abgases errechnet werden, und auf dieser Grundlage kann die Steuerlogik (nicht näher dargestellt) das Sauerstoffventil 28 ansteuern.In the present embodiment, oxygen is removed from the oxygen pressure vessel 26 over the into the fresh air line 16 opening oxygen line 30 introduced directly into the fresh air flow upstream of the Frischluftumschaltklappe. Thus, the fresh air can mix thoroughly with the oxygen, without switching the oxygen supply would be required with the clock of the Siemens Martin process. However, it is also possible to introduce the oxygen in other places in the air flow. The required oxygen content of the air can be exceeded by the oxygen sensors 34 supplied oxygen content of the exhaust gas can be calculated, and on this basis, the control logic (not shown), the oxygen valve 28 drive.
In der ersten Ausführungsform nach 1 ist je Brenner-Port nur eine Brenngasdüse 9 dargestellt. Es ist möglich und durchaus üblich, dass jeder Brenner-Port mehrere, häufig vier oder dergleichen, Brenngasdüsen 9 aufweist, die nebeneinander unterhalb der Warmluftöffnung 8 angeordnet sind. Dabei fächert sich die Brenngasdüsen-Zuleitung 46 entsprechend der Anzahl der Brenngasdüsen 9 auf.In the first embodiment according to 1 each burner port is only one fuel gas nozzle 9 shown. It is possible and quite common for each burner port to have multiple, often four or the like, fuel gas nozzles 9 which is adjacent to each other below the hot air opening 8th are arranged. At the same time the fuel gas nozzle feeds 46 according to the number of fuel gas nozzles 9 on.
2 zeigt eine Abwandlung der Schmelzofenanlage von 1. Dabei zeigt 2 einen Ausschnitt, der einen Teil der Rückwand 6 und einen der Brenner-Ports in 1 (ohne Beschränkung der Allgemeinheit denjenigen auf der Seite A) bis zu einem Teil des zugehörigen Wärmetauschers 12(A) umfasst. Die Abwandlung betrifft das Design der Brenngaszufuhr. 2 shows a modification of the furnace of 1 , It shows 2 a section that forms part of the back wall 6 and one of the burner ports in 1 (without limiting the generality of those on the side A) to a part of the associated heat exchanger 12 (A) includes. The modification relates to the design of the fuel gas supply.
Der Brenner-Port weist in dieser Abwandlung vier Brenngasdüsen 9 auf. Eine für beide Seiten gemeinsame Brenngaszuleitung 50 endet an einer Brenngasumschaltklappe 52, welche im Takt des Siemens-Martin-Prozesses von Seite A nach Seite B umschaltet und umgekehrt. Von der Brenngasumschaltklappe 52 aus führt je eine Brenngasstammleitung 54(A) bzw. 54(B) zu der jeweiligen Seite des Ofens 2. Von der Brenngasstammleitung 54 aus führt je eine Brenngasverteilerleitung 56 zu drei der vier Brenngasdüsen 9. Eine weitere Brenngasverteilerleitung 56a, die der Brenngasleitung 40 in 1 entspricht, mündet in dem Injektionsrohr 44 der Mischdüse. Von dort führt die Brenngasdüsen-Zuleitung 46 zu der letzten der Brenngasdüsen 9.The burner port has four fuel gas nozzles in this modification 9 on. A common fuel gas supply for both sides 50 ends at a fuel gas switchover damper 52 , which switches from side A to side B to the beat of the Siemens Martin process and vice versa. From the fuel gas switching door 52 out leads ever a Brenngasstammleitung 54 (A) respectively. 54 (B) to the respective side of the oven 2 , From the fuel gas trunk line 54 out leads ever a fuel gas distribution line 56 to three of the four fuel gas nozzles 9 , Another fuel gas distribution line 56a that of the fuel gas line 40 in 1 corresponds, flows into the injection tube 44 the mixing nozzle. From there leads the fuel gas nozzle supply line 46 to the last of the fuel gas nozzles 9 ,
Mit dieser Anordnung können konstruktive Anpassungen an bestehenden Anlagen auf nur eine der Brenngasdüsen 9 und der zugehörigen Zuleitung 56 je Seite beschränkt werden.With this arrangement, constructive adjustments to existing systems on only one of the fuel gas nozzles 9 and the associated supply line 56 each page will be limited.
In einer weiteren Alternative können auf die gleiche Weise mehrere oder alle der Brenngasdüsen 9 mit abgasangereichertem Brenngas versorgt werden.In a further alternative, several or all of the fuel gas nozzles may be used in the same manner 9 be supplied with exhaust-enriched fuel gas.
3 zeigt eine weitere Abwandlung der ersten Ausführungsform als Längsschnitt der Einzelheit von 2 durch eine der ”normalen”, also nicht angereicherten Brennerdüsen 9. Die Abwandlung betrifft die Anreicherung der Verbrennungsluft mit Sauerstoff. Die Figur zeigt auch Details im konstruktiven Aufbau der Brenner-Ports, die grundsätzlich für alle Ausführungsformen der Erfindung und ihre Abwandlungen gelten und die daher zuerst beschrieben werden. 3 shows a further modification of the first embodiment as a longitudinal section of the detail of 2 through one of the "normal", ie not enriched burner nozzles 9 , The modification relates to the enrichment of the combustion air with oxygen. The figure also shows details in the structural design of the burner ports, which basically apply to all embodiments of the invention and their modifications and are therefore described first.
Jeder Brenner-Port ist wie eine in der Stirnwand 6 eingelassene Toröffnung gestaltet. Hier münden jeweils der im Querschnitt annähernd rechteckige Luftkanal 10 in der Luftöffnung 8 und die darunter angeordneten, im Querschnitt annähernd runde Brenngasdüsen 9 (im Schnitt nur eine dargestellt). Über den sich zunächst deutlich verjüngenden, weiter stromabwärts nach einer Knickstelle nahezu querschnittskonstant verlaufenden Luftkanal 10 wird Warmluft WL aus dem Wärmetauscher 12 zugeführt. An seiner Mündung weist der Luftkanal 10 eine schräg nach unten gerichtete Strömungsrichtung auf. Über die Brenngasverteilerleitung 56 wird Brennstoff der sich im Querschnitt erweiternden Brenngasdüse 9 zugeführt. Die Strömungsrichtung in der Brenngasdüse 9 ist schräg nach oben gerichtet, sodass die Luftströmung und die Brennstoffströmung unter einem Winkel zusammentreffen, um sich zu vermischen und zu entzünden.Each burner port is like one in the bulkhead 6 recessed gate opening designed. Here in each case open the approximately rectangular cross-section air duct 10 in the air opening 8th and arranged below, in cross-section approximately round fuel gas nozzles 9 (only one shown on average). About the first clearly tapered, further downstream after a kink almost constant cross-section running air duct 10 is hot air WL from the heat exchanger 12 fed. At its mouth points the air duct 10 an obliquely downward flow direction. About the fuel gas distribution line 56 becomes fuel of the cross-section expanding fuel gas nozzle 9 fed. The flow direction in the fuel gas nozzle 9 is directed obliquely upwards so that the air flow and the fuel flow meet at an angle to mix and ignite.
Im Unterschied zur ersten Ausführungsform erfolgt keine Anreicherung der angesaugten Frischluft mit Sauerstoff. Stattdessen erfolgt die Zuführung von Sauerstoff über das Deckengewölbe 31 des Ofens 2. Hierzu führen mehrere Sauerstoffdüsen 57, die mit der Sauerstoffleitung 30 verbunden sind, durch die Wandung des Gewölbes 31 direkt in den Brennraum des Ofens 2.In contrast to the first embodiment, there is no enrichment of the sucked fresh air with oxygen. Instead, the supply of oxygen via the ceiling vault takes place 31 of the oven 2 , For this lead several oxygen nozzles 57 that with the oxygen line 30 connected by the wall of the vault 31 directly into the combustion chamber of the furnace 2 ,
Durch einen geeigneten Umschaltmechanismus wird sichergestellt, dass Sauerstoff nur auf der Seite A oder B über die Sauerstoffdüsen 57 eingeleitet wird, der sich im Brennerbetrieb befindet, während die Sauerstoffdüsen 57 auf der anderen Seite (Regeneratorseite) von der Sauerstoffversorgung abgetrennt sind.A suitable switching mechanism ensures that oxygen is only present on side A or B via the oxygen nozzles 57 is initiated, which is in the burner operation, while the oxygen nozzles 57 on the other side (regenerator side) are separated from the oxygen supply.
In einer weiteren, figürlich nicht dargestellten Abwandlung wird Sauerstoff anstelle des Gewölbes durch die Wandung der Warmluftleitung 10 oder des Wärmetauschers 12 dem Warmluftstrom zugeführt.In another, figuratively not shown modification oxygen instead of the vault through the wall of the hot air line 10 or the heat exchanger 12 fed to the hot air stream.
4 ist ein schematischer Grundriss einer Glasschmelzanlage mit Querbrennerwanne nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 4 is a schematic plan view of a glass melting plant with Querbrennerwanne according to a second embodiment of the present invention.
Die Glasschmelzanlage der zweiten Ausführungsform weist eine Schmelzwanne (Ofen) 102 mit einem stirnseitigen Einlegevorbau 103 und einem endseitigen Durchlass 104 auf. Über den Einlegevorbau 103 wird die Schmelzwanne 102 mit Rohstoff beschickt; die durchmischte und geläuterte Schmelze verlässt die Schmelzwanne 102 über den Durchlass 104. Hilfseinrichtungen zur Beeinflussung der Schmelze wie eine Trennwand zwischen Schmelz- und Läuterbereich, Sprudlerdüsen, Heizelektroden oder dergleichen sind hier nicht näher dargestellt, was ihre Verwendung jedoch nicht ausschließt.The glass melting plant of the second embodiment has a melting tank (furnace) 102 with a front insertion stem 103 and an end passage 104 on. About the insertion stem 103 becomes the melting tank 102 charged with raw material; the mixed and refined melt leaves the melting tank 102 over the passage 104 , Auxiliary devices for influencing the melt such as a partition between the melting and refining, bubbler, heating electrodes or the like are not shown here, but this does not preclude their use.
In jeder Seitenwand 105 sind zwei Brenner-Ports vorgesehen mit je einer Luftöffnung 108 und zwei Brenngasdüsen 109. Die Luftöffnungen 108 jeder Seite A und B sind jeweils über einen Luftkanal 110 mit einem Wärmetauscher 112(A) bzw. 112(B) verbunden, die entlang den Seitenwänden 105 angeordnet sind. Im Übrigen entsprechen die Konstruktions- und Funktionsprinzipien der Brenner-Ports und Wärmetauscher der ersten Ausführungsform bzw. dem in 6A, 6B beschriebenen Stand der Technik. Insbesondere arbeiten die Brenner-Ports und Wärmetauscher im regenerativen Wechselbetrieb, wie vorstehend beschrieben.In every sidewall 105 Two burner ports are provided with one air opening each 108 and two fuel gas nozzles 109 , The air openings 108 each side A and B are each via an air duct 110 with a heat exchanger 112 (A) respectively. 112 (B) connected along the side walls 105 are arranged. Incidentally, the construction and operation principles of the burner ports and heat exchangers of the first embodiment and in 6A . 6B described prior art. In particular, the burner ports and heat exchangers operate in regenerative alternating mode as described above.
Eine Frischluftansaugleitung 116 weist ein Frischluftansauggebläse 118 und führt zu einer Frischluftumschaltklappe 120. Das Frischluftansauggebläse weist eine Rückschlagklappe 118a, einen Eingangsfilter 118b und einen Ventilator 118c auf. Von der Frischluftumschaltklappe 120 zweigen zwei Frischluftleitungen 122 der Seiten A und B ab, die jeweils ihrerseits zu einer Richtungsumkehrklappe 124 führen.A fresh air intake pipe 116 has a fresh air intake fan 118 and leads to a Frischluftumschaltklappe 120 , The Frischluftansauggebläse has a check valve 118a , an input filter 118b and a fan 118c on. From the fresh air switchover damper 120 branch two fresh air pipes 122 the sides A and B, each in turn to a direction reversal flap 124 to lead.
Das Frischluftansauggebläse 118 saugt Frischluft FL aus der Umgebung an. Die Frischluftumschaltklappe 120 leitet den Frischluftstrom in die Frischluftleitung 122 derjenigen Seite des Ofens 102, die sich gerade im Brennerbetrieb befindet, hier also die Frischluftleitung 122(A). Auf dieser Seite A ist die Richtungsumkehrklappe 124(A) so gestellt, dass die Frischluftleitung 122(A) mit der Wärmetauscherleitung 114(A) verbunden ist. D. h., dem Wärmetauscher 112(A) der Seite A wird Frischluft zugeführt. Auf der Seite B, also derjenigen Seite des Ofens 102, die sich im Regeneratorbetrieb befindet, ist die Frischluftleitung 122(B) durch die Frischluftumschaltklappe 120 von der Frischluftansaugleitung 116 abgeschnitten, und die Richtungsumkehrklappe 124(B) ist so gestellt, dass die Frischluftleitung 122(B) von der Wärmetauscherleitung 114(B) getrennt ist. Dem Wärmetauscher 112(B) wird also keine Frischluft zugeführt.The fresh air intake fan 118 sucks in fresh air FL from the environment. The fresh air switchover damper 120 directs the fresh air flow into the fresh air line 122 that side of the furnace 102 , which is currently in the burner operation, here so the fresh air line 122 (A) , On this page A is the direction reversal flap 124 (A) placed so that the fresh air line 122 (A) with the heat exchanger line 114 (A) connected is. That is, the heat exchanger 112 (A) the side A is fed fresh air. On the side B, that side of the furnace 102 , which is in Regeneratorbetrieb, is the fresh air line 122 (B) through the fresh air switchover damper 120 from the fresh air intake line 116 cut off, and the direction reversal flap 124 (B) is set so that the fresh air line 122 (B) from the heat exchanger line 114 (B) is disconnected. The heat exchanger 112 (B) So no fresh air is supplied.
Die Richtungsumkehrklappen 124 verbinden die Wärmetauscherleitung 114 wahlweise mit der Frischluftleitung 122 oder einer Abgasleitung 132 der jeweiligen Seite A oder B. Im hier dargestellten Zustand verbindet die Richtungsumkehrklappe 124 derjenigen Seite, die sich im Regeneratorbetrieb befindet, hier also die Richtungsumkehrklappe 124(B), die entsprechende Wärmetauscherleitung 114(B) mit der entsprechenden Abgasleitung 132(B), während die Richtungsumkehrklappe 124(A) auf der Brennerseite A die Wärmetauscherleitung 114(A) von der entsprechenden Abgasleitung 132(A) trennt.The direction reversal flaps 124 connect the heat exchanger line 114 optionally with the fresh air line 122 or an exhaust pipe 132 the respective side A or B. In the state shown here connects the direction reversal flap 124 the side that is in Regeneratorbetrieb, here's the direction reversal flap 124 (B) , the corresponding heat exchanger line 114 (B) with the appropriate exhaust pipe 132 (B) while the direction reversing flap 124 (A) on the burner side A, the heat exchanger line 114 (A) from the corresponding exhaust pipe 132 (A) separates.
Die Abgasleitungen 132(A), 132(B) führen zu einer Abgasumschaltklappe 158, von welcher eine Abgassammelleitung 164 abgeht. Die Abgasumschaltklappe 158 ist so eingestellt, dass sie die Abgasleitung 132 derjenigen Seite des Ofens 102, die sich gerade im Brennerbetrieb befindet, hier also der Abgasleitung 132(A), mit der Abgassammelleitung 164 verbindet.The exhaust pipes 132 (A) . 132 (B) lead to a Abgasumschaltklappe 158 of which an exhaust manifold 164 going on. The exhaust switchover flap 158 is set to the exhaust pipe 132 that side of the furnace 102 , which is currently in the burner operation, here so the exhaust pipe 132 (A) , with the exhaust manifold 164 combines.
Die Abgassammelleitung 164 führt zu einer Abgasreinigungsanlage 166, von welcher aus das gereinigte Abgas AG über einen Kamin 168 ins Freie entlassen wird. Die Abgasreinigungsanlage 166 weist eingangs einen Lufterhitzer/-kühler 166a z. B. zur rekuperativen Wärmerückgewinnung und einen Filter 166b auf. Mehrere weitere Abgasreinigungsstufen 166c sind vorgesehen, in welchen das Abgas schrittweise von verschiedenen Schadstoffen befreit wird, wobei die abgeschiedenen Schadstoffe gegebenenfalls einer Wiederverwertung zugeführt werden können. In der Abgassammelleitung 164 befindet sich ein Sauerstoffsensor 134, der den Sauerstoffanteil in dem Abgas erfasst und an eine Steuerlogik (nicht näher dargestellt) übermittelt.The exhaust manifold 164 leads to an emission control system 166 , from which the purified exhaust gas AG via a chimney 168 is released to the outside. The emission control system 166 has an air heater / cooler at the beginning 166a z. B. for recuperative heat recovery and a filter 166b on. Several more emission control stages 166c are provided, in which the exhaust gas is gradually released from various pollutants, the deposited pollutants may optionally be recycled. In the exhaust manifold 164 there is an oxygen sensor 134 that detects the oxygen content in the exhaust gas and transmits it to a control logic (not shown).
Eine Rezirkulationsleitung 160 verbindet die Abgassammelleitung 164 mit der Frischluftansaugleitung 116. Ein in der Rezirkulationsleitung 160 angeordnetes Rezirkulationsgebläse 162 führt einen Teil des Abgasstroms aus der Abgassammelleitung 164 in die Frischluftansaugleitung und dient dazu, die Frischluft FL der jeweils anderen Seite mit Abgas AG aus dem Ofen 102 anzureichern.A recirculation line 160 connects the exhaust manifold 164 with the fresh air intake line 116 , One in the recirculation line 160 arranged recirculation fan 162 carries a portion of the exhaust stream from the exhaust manifold 164 in the Frischluftansaugleitung and serves to fresh air FL the other side with exhaust AG out of the oven 102 to enrich.
Eine für beide Seiten gemeinsame Brenngaszuleitung 150 endet an einer Brenngasumschaltklappe 152, welche im Takt des Siemens-Martin-Prozesses von Seite A nach Seite B umschaltet und umgekehrt. Von der Brenngasumschaltklappe 152 aus führt je eine Brenngasstammleitung 154(A) bzw. 154(B) zu der jeweiligen Seite A, B des Ofens 102. Von der Brenngasstammleitung 154 aus werden die jeweils zwei Brenngasdüsen 109 der zwei Brenner-Ports der jeweiligen Seite A, B mit Brenngas BG versorgt.A common fuel gas supply for both sides 150 ends at a fuel gas switchover damper 152 , which switches from side A to side B to the beat of the Siemens Martin process and vice versa. From the fuel gas switching door 152 out leads ever a Brenngasstammleitung 154 (A) respectively. 154 (B) to the respective side A, B of the furnace 102 , From the fuel gas trunk line 154 out are the two fuel gas nozzles 109 the two burner ports of the respective side A, B supplied with fuel gas BG.
Im dargestellten Zustand (Seite A im Brennerbetrieb, Seite B im Regeneratorbetrieb) ist die Brenngasumschaltklappe 152 so eingestellt, dass sie die Brenngaszuleitung 150 mit der Brenngasstammleitung 154(A) der Brennerseite A verbindet, und die Brenngasstammleitung 154(B) der Regeneratorseite B verschlossen ist.In the illustrated state (page A in burner mode, page B in Regeneratorbetrieb) is the fuel gas changeover 152 adjusted so that they are the fuel gas supply 150 with the fuel gas trunk line 154 (A) the burner side A connects, and the Brenngasstammleitung 154 (B) the regenerator side B is closed.
Wenn sich die Betriebsrichtung des Ofens 102 umkehrt (swap), schaltet die Steuerlogik (nicht näher dargestellt) alle Klappen 120, 124, 152, 158 auf die jeweils andere Schaltstellung um. Auf diese Weise kehren sich alle Strömungsrichtungen gegenüber der in der Figur dargestellten Situation um.When the operating direction of the furnace 102 reverses (swap), the control logic (not shown) switches all flaps 120 . 124 . 152 . 158 to the other switching position. In this way, all directions of flow reverse to the situation shown in the figure.
Die Wirkungen dieser Anordnung entsprechend denjenigen der ersten Ausführungsform. Durch die Rezirkulation wird die dem Ofen 102 zugeführte Luft durch das Abgas AG verdünnt, wodurch sich die Flamme F auf einen größeren Bereich im Ofen 102 verteilt und die Spitzentemperaturen der Flamme F abgesenkt werden. Bei den geringeren Spitzentemperaturen werden weniger Stickoxide gebildet, und der Stickoxidanteil im Abgas sinkt. Das in dem Abgas enthaltene Kohlendioxid und Wasser (Dampf) kann auch den Wärmeübergang aufgrund von Strahlung innerhalb des Ofens 102 vergrößern und hierdurch den Gesamtwirkungsgrad des Ofens 102 erhöhen. Diese Wirkungen sind nach der Erfindung möglich, ohne am Design des Ofens 2 selbst, an den Regeneratoren 112 oder den Brenner-Ports etwas zu ändern. In der zweiten Ausführungsform ergeben sich noch weitere Vorteile. Die Zuführung des Abgases im Niedrigtemperaturbereich mit dem Luftstrom ist wesentlich einfacher als im Hochtemperaturbereich nach dem Regenerator. Aufgrund der längeren Wege ist eine bessere Durchmischung als bei Beimischung erst kurz vor dem Ofen gegeben. Schließlich wird das gesamte Gas über den Regenerator geführt, sodass auch der Abgasanteil vorgewärmt wird.The effects of this arrangement corresponding to those of the first embodiment. The recirculation turns the stove 102 supplied air through the exhaust AG AG diluted, causing the flame F to a larger area in the oven 102 distributed and the peak temperatures of the flame F are lowered. At the lower peak temperatures less nitrogen oxides are formed, and the nitrogen oxide content in the exhaust gas decreases. The carbon dioxide and water (vapor) contained in the exhaust gas can also heat transfer due to radiation within the furnace 102 increase and thereby the overall efficiency of the furnace 102 increase. These effects are possible according to the invention, without the design of the furnace 2 even, at the regenerators 112 or change the burner ports. In the second embodiment, there are still further advantages. The supply of the exhaust gas in the low temperature range with the air flow is much easier than in the high temperature region after the regenerator. Due to the longer distances a better mixing than with admixture is given just before the oven. Finally, the entire gas is passed through the regenerator, so that the exhaust gas is preheated.
Eine Sauerstoffanreicherung ist in der dargestellten Ausführungsform nicht näher dargestellt, kann aber mit den gleichen Überlegungen ebenso sinnvoll sein wie bei der ersten Ausführungsform. Für die möglichen Zuleitungsorte gilt das für die erste Ausführungsform und ihre Abwandlungen Gesagte. Für die Zwecke der Sauerstoffanreicherung kann der Sauerstoffgehalt des Abgases über den in der Abgassammelleitung 164 angeordneten Sauerstoffsensoren 134 überwacht werden. Der Sauerstoffgehalt des Abgases ist aber bei Zuleitung in den Luftstrom nicht so kritisch wie bei Einleitung in den Brenngasstrom, da die Bildung eines brennbaren Gemisches in der zugeführten Luft nicht zu erwarten ist.An oxygen enrichment is not shown in detail in the illustrated embodiment, but may be as meaningful with the same considerations as in the first embodiment. For the possible feed locations, what has been said for the first embodiment and its modifications applies. For the purpose of oxygen enrichment, the oxygen content of the exhaust gas may be greater than that in the exhaust manifold 164 disposed oxygen sensors 134 be monitored. However, the oxygen content of the exhaust gas is not as critical when it is introduced into the air stream as when it is introduced into the fuel gas stream, since the formation of a combustible mixture in the supplied air is not to be expected.
Eine Abwandlung der zweiten Ausführungsform ist in 5 gezeigt. Die Abwandlung betrifft die Initiierung der Rezirkulationsströmung unter Einbeziehung einer Sauerstoffanreicherung. In der Figur ist nur der Bereich der Frischluftansaugleitung 116 bis zum Frischluftumschaltventil 120 und den davon abgehenden Frischluftleitungen 122(A), 122(B), die Abgasleitungen 132(A), 132(B) im Bereich der Abgasumschaltklappe 158 und Abgassammelleitung 164 sowie die Rezirkulationsleitung 160 zwischen der Abgassammelleitung 164 und der Frischluftansaugleitung 116 dargestellt.A modification of the second embodiment is in 5 shown. The modification relates to the initiation of the recirculation flow involving oxygenation. In the figure, only the area of the Frischluftansaugleitung 116 to the fresh air switching valve 120 and the outgoing fresh air ducts 122 (A) . 122 (B) , the exhaust pipes 132 (A) . 132 (B) in the area of the exhaust gas switchover flap 158 and exhaust manifold 164 and the recirculation line 160 between the exhaust manifold 164 and the fresh air intake pipe 116 shown.
Im Unterschied zur Ausführungsform ist in der Rezirkulationsleitung 160 kein Gebläse, sondern eine Mischdüse 170 mit einem Injektionsrohr 171 vorgesehen. Das Injektionsrohr 171 ist mit einer Sauerstoffleitung 130 verbunden, welche über ein Sauerstoffventil 128 mit einem Sauerstoffdruckbehälter 126 verbunden ist. Der zugeführte Sauerstoff verlässt das Injektionsrohr 171 mit hoher Geschwindigkeit, reißt das in dem Mantelrohr vorliegende Abgas mit sich und vermischt sich im weiteren Verlauf mit ihm. Das Gemisch aus Sauerstoff und rezirkuliertem Abgas wird an der Einmündungsstelle der Rezirkulationsleitung 160 der Frischluftansaugleitung 116 zugeführt und vermischt sich dort mit der angesaugten Frischluft.In contrast to the embodiment is in the recirculation line 160 no fan, but a mixing nozzle 170 with an injection tube 171 intended. The injection tube 171 is with an oxygen line 130 connected via an oxygen valve 128 with an oxygen pressure vessel 126 connected is. The supplied oxygen leaves the injection tube 171 at high speed, the exhaust gas present in the jacket tube ruptures with it and mixes with it in the further course. The mixture of oxygen and recirculated exhaust gas is at the point of confluence of the recirculation line 160 the fresh air intake line 116 fed and mixed there with the sucked fresh air.
Bei einer Sauerstoffmenge von z. B. 100 m3(Norm)/h mit einem Überdruck von etwa 5 bar kann eine Abgasmenge von etwa 1000 m3(Norm)/h mitgeführt werden.At an oxygen level of z. B. 100 m 3 (standard) / h with an overpressure of about 5 bar, an amount of exhaust gas of about 1000 m 3 (standard) / h are carried.
Stromaufwärts der Mischdüse 170 ist ein Rezirkulationssperrventil 172 angeordnet, das gegebenenfalls automatisch schließt, wenn der Sauerstoffgehalt im Abgas zu hoch wird, um die Bildung eines zu hohen Sauerstoffgehalts in der Rezirkulationsleitung 160 zu verhindern. Die Ausströmgeschwindigkeit an der Sauerstoffinjektionsdüse 171 ist so hoch gewählt, dass eine Rückströmung von Sauerstoff stromaufwärts in die Rezirkulationsleitung 160 unterbleibt. Zur Sicherheit kann zusätzlich ein Rückschlagventil vorgesehen sein (nicht näher dargestellt).Upstream of the mixing nozzle 170 is a recirculation check valve 172 optionally automatically closes when the oxygen content in the exhaust gas is too high to the formation of an excessive oxygen content in the recirculation line 160 to prevent. The outflow velocity at the oxygen injection nozzle 171 is chosen so high that a backflow of oxygen upstream into the recirculation line 160 omitted. For safety, a check valve may additionally be provided (not shown in detail).
Zusammenfassend wird durch den Einsatz der vorliegenden Erfindung eine wirksame Reduktion von Stickoxid-Emissionen erreicht. Der Betrieb ist einfach zu steuern und ist sicher. Die erforderlichen Einrichtungen sind einfach installierbar, selbst im laufenden Betrieb des Ofens. Die Investitions-, Wartungs- und Betriebskosten sind vergleichsweise gering. Der Wärmeübergang in das Schmelzbad kann vergleichmäßigt und intensiviert werden; der Gesamtwirkungsgrad einer mit der Erfindung ausgestatteten Anlage steigt.In summary, the use of the present invention achieves an effective reduction of nitrogen oxide emissions. The operation is easy to control and is safe. The required facilities are easy to install, even while the stove is in operation. The investment, maintenance and operating costs are comparatively low. The heat transfer into the molten bath can be made uniform and intensified; the overall efficiency of a system equipped with the invention increases.
Die Anpassungen bestehender luftbefeuerte Anlagen sind geringfügig. Ein mit Sauerstoff befeuerter Ofen muss zur Anwendung der Erfindung neu ausgelegt werden, die Umsetzung ist aber möglich. Die Umrüstung alter, mit Sauerstoff befeuerter Öfen kann schwierig sein, da hier keine Möglichkeit der Anpassung des Volumenstroms besteht. Im Normalbetrieb wird bei mit Luft befeuerten Glasöfen somit ein Teil des Oxidationsmittels in Form von Sauerstoffgas zugeführt. Bei geringer Last ist es möglich, ohne zusätzliches Sauerstoffgas auszukommen. Bei geringer Nachfrage kann z. B. die Last bis auf 60% heruntergefahren werden. Hier ist es kein Problem, Abgas zuzuführen, ohne dass die maximalen Strömungsgeschwindigkeiten im Ofen überschritten werden.The adjustments to existing air-fired plants are minor. An oxygen-fired furnace must be redesigned for use with the invention, but implementation is possible. It may be difficult to retrofit old, oxygen fired ovens because there is no way to adjust the volumetric flow. In normal operation, a portion of the oxidizing agent is thus supplied in the form of oxygen gas in air-fired glass furnaces. At low load, it is possible to manage without additional oxygen gas. For low demand z. B. the load can be shut down to 60%. Here it is no problem to supply exhaust gas without exceeding the maximum flow velocities in the furnace.
Die im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform und ihren Abwandlungen angestellten Überlegungen und vorgeschlagenen Lösungen hinsichtlich der Behandlung und Führung von Frischluft, Brenngas und Abgas sind ohne Weiteres auch auf einen Querbrennerofen anwendbar. Umgekehrt sind die im Zusammenhang mit der zweiten Ausführungsform und ihren Abwandlungen angestellten Überlegungen und vorgeschlagenen Lösungen ohne Weiteres auch auf einen U-Flammbrennerofen 2 anwendbar. Insbesondere soll keine Präferenz für die Anwendung der in der ersten oder zweiten Ausführungsform vorgeschlagenen Rezirkulationssysteme und -einrichtungen auf eine bestimmte Ofenart unterstellt werden.The considerations and proposed solutions made in connection with the first embodiment and its modifications with regard to the treatment and guidance of fresh air, fuel gas and exhaust gas are readily applicable to a Querbrennerofen. Conversely, the considerations and proposed solutions made in connection with the second embodiment and its modifications are also readily applicable to a U-flame furnace 2 applicable. In particular, no preference should be given to the application of the recirculation systems and devices proposed in the first or second embodiment to a particular type of furnace.
Bei einer sorgfältigen Auswahl der Strömungsgase, der Anordnung der Strömungsgasdüsen und der Prozessparameter können auch Glasöfen anderer Bauarten von der Erfindung profitieren. So kann die Erfindung auch auf Öfen ohne Regenerationsbetrieb eingesetzt werden. Auch andere Hochtemperaturprozesse wie etwa bei Flammöfen und Wärmöfen für Aluminium oder Kupfer oder in der Stahlindustrie auf Luftbasis sind als Einsatzgebiete denkbar.With a careful selection of the flow gases, the arrangement of the flow gas nozzles and the process parameters also glass furnaces of other types can benefit from the invention. Thus, the invention can also be used on ovens without regeneration operation. Other high-temperature processes such as flame furnaces and heating furnaces for aluminum or copper or in the steel industry based on air are conceivable as applications.
Anstelle eines Sauerstoffdruckbehälters kann auch eine Sauerstoffversorgung über Flüssigsauerstoff vorgesehen sein. Die Wärme zur Verdampfung des Flüssigsauerstoffs könnte z. B. rekuperativ aus dem Abgasstrom gewonnen werden (vgl. Bauteil 166a in 4).Instead of an oxygen pressure container, an oxygen supply via liquid oxygen can also be provided. The heat for the evaporation of the liquid oxygen could z. B. recuperatively recovered from the exhaust stream (see 166a in 4 ).
Jeder Brenner-Port mit einer Warmluftöffnung 8, 108 und einer oder einer Mehrzahl von Brennstoffdüsen 9, 109 ist eine Brenneranordnung im Sinne der vorliegenden Erfindung. Der U-Flammenbrennerofen 2 und der Querbrennerofen 102 sind jeweils ein Schmelzofen im Sinne der vorliegenden Erfindung. Die in den Wärmetauschern 12, 112 vorerwärmte Luft, mit oder ohne zusätzlichen Sauerstoff ist ein Oxidator im Sinne der vorliegenden Erfindung. Auch Sauerstoff allein oder ein sonstiges sauerstoffhaltiges Gas kann ein Oxidator im Sinne der vorliegenden Erfindung sein. Der Strömungsweg der zugeführten Luft, insbesondere von den Wärmetauscherleitungen 14, 114 über die Warmluftkanäle 10, 110 bis zur Warmluftöffnung 8, 108, ist ein Oxidatorweg im Sinne der vorliegenden Erfindung. Die Austrittsöffnung der Injektionsdüse 44 ist eine Vermischungsstelle im Sinne der vorliegenden Erfindung. Jede der in 1 bis 6 gezeigten und vorstehend beschriebenen Anlagen und Abwandlungen davon ist eine Vorrichtung zum Schmelzen von Glas im Sinne der Erfindung.Each burner port with a warm air opening 8th . 108 and one or a plurality of fuel nozzles 9 . 109 is a burner assembly according to the present invention. The U-flame burner oven 2 and the cross burner oven 102 are each a melting furnace in the context of the present invention. The in the heat exchangers 12 . 112 preheated air, with or without additional oxygen, is an oxidizer in the sense of the present invention. Oxygen alone or another oxygen-containing gas may also be an oxidizer in the sense of the present invention. The flow path of the supplied air, in particular from the heat exchanger lines 14 . 114 over the warm air channels 10 . 110 until the warm air opening 8th . 108 , is an oxidizer route in the sense of the present invention. The outlet opening of the injection nozzle 44 is a mixing point in the sense of the present invention. Each of the in 1 to 6 shown and described above and modifications thereof is a device for melting glass in the context of the invention.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
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22
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Schmelzofen mit U-FlammenwanneMelting furnace with U-flame sump
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33
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Einlagevorbauinsert stem
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44
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Durchlasspassage
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66
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Stirnwandbulkhead
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88th
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WarmluftöffnungWarm air opening
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99
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Brennerdüseburner
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1010
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WarmluftkanalWarm air duct
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1212
-
Wärmetauscherheat exchangers
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1414
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Wärmetauscherleitungheat exchanger conduit
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1616
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FrischluftansaugleitungFrischluftansaugleitung
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1818
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FrischluftansauggebläseFrischluftansauggebläse
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2020
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FrischluftumschaltklappeFrischluftumschaltklappe
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2222
-
FrischluftleitungFresh air line
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2424
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RichtungsumkehrklappeReversing flap
-
2626
-
SauerstoffdruckbehälterOxygen pressure vessel
-
2828
-
Sauerstoffventiloxygen valve
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3030
-
Sauerstoffleitungoxygen line
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3131
-
GewölbewandungGewölbewandung
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3232
-
Abgasleitungexhaust pipe
-
3434
-
Sauerstoffsensoroxygen sensor
-
3636
-
Rezirkulationsleitungrecirculation
-
3838
-
RezirkulationssperrventilRezirkulationssperrventil
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4040
-
BrenngasleitungFuel gas line
-
4242
-
Mischdüsemixing nozzle
-
4444
-
BrenngasinjektionsdüseBrenngasinjektionsdüse
-
4646
-
Brenngasdüsen-ZuleitungFuel gas supply nozzle
-
5050
-
BrenngaszuleitungFuel gas supply line
-
5252
-
BrenngasumschaltklappeBrenngasumschaltklappe
-
5454
-
BrenngasstammleitungFuel gas trunkline
-
56, 56a56, 56a
-
BrenngasverteilerleitungFuel gas distribution line
-
5757
-
Sauerstoffdüseoxygen nozzle
-
102102
-
Schmelzofen mit QuerbrennerwanneMelting furnace with cross burner pan
-
103103
-
Einlagevorbauinsert stem
-
104104
-
Durchlasspassage
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108108
-
WarmluftöffnungWarm air opening
-
109109
-
Brennerdüseburner
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110110
-
WarmluftkanalWarm air duct
-
112112
-
Wärmetauscherheat exchangers
-
114114
-
Wärmetauscherleitungheat exchanger conduit
-
116116
-
FrischluftansaugleitungFrischluftansaugleitung
-
118118
-
FrischluftansauggebläseFrischluftansauggebläse
-
118a118a
-
Ansaugklappeaspiration flap
-
118b118b
-
Filterfilter
-
118c118c
-
Ventilatorfan
-
120120
-
FrischluftumschaltklappeFrischluftumschaltklappe
-
122122
-
FrischluftluftleitungFresh air air line
-
124124
-
RichtungsumkehrklappeReversing flap
-
126126
-
SauerstoffdruckbehälterOxygen pressure vessel
-
128128
-
Sauerstoffventiloxygen valve
-
130130
-
Sauerstoffleitungoxygen line
-
132132
-
Abgasleitungexhaust pipe
-
134134
-
Sauerstoffsensoroxygen sensor
-
150150
-
BrenngaszuleitungFuel gas supply line
-
152152
-
BrenngasumschaltklappeBrenngasumschaltklappe
-
154154
-
BrenngasstammleitungFuel gas trunkline
-
158158
-
AbgasumschaltklappeAbgasumschaltklappe
-
160160
-
Rezirkulationsleitungrecirculation
-
162162
-
Rezirkulationsgebläserecirculation
-
164164
-
AbgassammelleitungExhaust manifold
-
166166
-
Abgasreinigungsanlageemission control system
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166a166a
-
Wärmetauscherheat exchangers
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166b166b
-
Filterfilter
-
166c166c
-
Abgasreinigungsstufenemission levels
-
168168
-
Kaminfireplace
-
170170
-
Mischdüsemixing nozzle
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171171
-
SauerstoffinjektionsdüseSauerstoffinjektionsdüse
-
172172
-
RezirkulationssperrventilRezirkulationssperrventil
-
902902
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Schmelzofen mit U-FlammenwanneMelting furnace with U-flame sump
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903903
-
Einlagevorbauinsert stem
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904904
-
Durchlasspassage
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905905
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Schmelzen-OberflächeMelt surface
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906906
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Stirnwandbulkhead
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908908
-
WarmluftöffnungWarm air opening
-
909909
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Brennerdüseburner
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910910
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WarmluftkanalWarm air duct
-
911911
-
Luftanschlussair connection
-
912912
-
Wärmetauscherheat exchangers
-
913913
-
Kammergitterung aus WärmespeichersteinenChamber lattice from heat storage stones
-
915915
-
SeitenwandSide wall
-
917917
-
Trennwandpartition wall
-
921921
-
SprudlerreiheSprudlerreihe
-
925925
-
Ungeschmolzenes Schmelzgut (kalt)Unmelted melted material (cold)
-
927927
-
Bruchstücke von SchmelzgutFragments of melted material
-
929929
-
Rückwandrear wall
-
931931
-
Gewölbevault
-
954954
-
Brenngas-ZuleitungFuel gas supply line
-
A, BA, B
-
Seiten der AnlageSides of the plant
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AGAG
-
Abgasexhaust
-
BGBG
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Brenngasfuel gas
-
FF
-
Flammeflame
-
FLFL
-
Frischluftfresh air
-
O2 O 2
-
Sauerstoffoxygen
-
SS
-
Schmelzemelt
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WLWL
-
Warmlufthot air
Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die vorstehende Bezugszeichen- und Abkürzungsliste integraler Bestandteil der Beschreibung ist.It is expressly understood that the foregoing reference and abbreviation list is an integral part of the specification.
