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Die Erfindung betrifft einen Industrieofen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein Verfahren nach Anspruch 7.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Arten von Industrieöfen bekannt, welche im Bereich der Glasindustrie oder der Aluminiumpresswerke eingesetzt werden, um Halbstücke zu erhitzen bzw. weiter zu bearbeiten. Diese Industrieöfen sind im Inneren mit entsprechenden Gasbrennern ausgestattet, welche über eine Gasleitung und/oder eine Frischluftleitung mit entsprechenden Brennmedien versorgt werden.
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Nachteilig an diesen Industrieöfen ist der Umstand, dass hier sehr viel Energie benötigt wird und dabei Abgase entstehen, die keine nennenswerte Verwendung finden. Sie werden in erster Linie als Schadstoff Emissionen abgeführt.
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Aufgabe der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es einen Industrieofen zur Verfügung zu stellen, welcher durch kleine Veränderungen eine Emissionsreduzierung erreicht.
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Lösung der Aufgabe
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Zur Lösung der Aufgabe führen die Merkmale nach Anspruch 1 und 7.
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Ein erfindungsgemässer Industrieofen dient zur Erwärmung von Halbstücken. Als Halbstücke werden hier Zwischenprodukte aus der Aluminium- oder Glasindustrie angesehen.
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Der erfindungsgemässe Industrieofen weist einen Brennraum auf, wobei in dem Brennraum ein Gasbrenner vorhanden ist. Vorzugsweise handelt es sich hier um eine Vielzahl von Gasbrennern. Die Anzahl der Gasbrenner richtet sich nach der Grösse und Dimension des Brennraums.
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Der Gasbrenner wird über eine Gasleitung mit einem ersten Brennmedium versorgt und über eine Frischluftleitung mit einem zweiten Brennmedium. Das Gemisch aus Gas und Frischluft dient als Brennmedium für den Gasbrenner.
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Das Gemisch aus Gas und Frischluft wird über einen zweiten Mischer zusammengeführt. Der zweite Mischer führt dann das Gemisch aus Frischluft und Gas an den Gasbrenner weiter. Dazu ist eine entsprechende Leitung vorgesehen.
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Neben dem Brennraum ist ein Vorwärmofen vorhanden, wobei der Vorwärmofen derart zu dem Brennraum angeordnet ist, dass die Halbstücke zunächst in den Vorwärmofen eingebracht werden, um anschliessend weiter in den Brennraum verbracht zu werden. Auf diese Weise werden die Halbstücke in dem Vorwärmofen vorbereitend erwärmt, um dann in einem nächsten Schritt in dem Brennraum auf die gewünschte Temperatur aufgeheizt zu werden.
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Weiter ist in dem Brennraum eine Abgasfortführung vorhanden. Die Abgasfortführung arbeitet entweder mit einem Überdruck im Brennraum oder einem Unterdruck an der Abgasfortführung und zieht entstandene Abgase, welche beim Brandvorgang des Gasbrenners entstehen, aus dem Brennraum ab. Die Abgase werden dabei in den Vorwärmofen gesogen.
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Erfindungsgemäss ist die Abgasfortführung anschliessend derart gestaltet, dass ein erster Teil des Abgases über ein Abzweigelement wieder dem Brennraum zugeführt wird. Dies kann beispielsweise dann geschehen, wenn einer der Gasbrenner mangels Notwendigkeit ausgeschalten ist. In so einem Fall dienen die in die Vorwärmzone eingesogenen und dann wieder zurück in den Brennraum geleiteten ersten Teil der Abgase dazu, dass die Halbstücke trotz abgeschalteter Gasbrenner weiter warm gehalten werden. Dazu ist der Brennraum mit dem Abzweigelement durch geeignete Leitungen verbunden.
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Das Abzweigelement kann hierbei entweder im Bereich des Brennraums oder im Bereich des Vorwärmofens angeordnet sein. Es ist auch denkbar, dass das Abzweigelement zwischen, also ausserhalb, des Vorwärmofens und des Brennraums angeordnet ist.
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Der weitere Teil des Abgases wird in der Abgasfortführung dem Vorwärmofen zugeführt. Aus dem Vorwärmofen wiederum wird der Schornstein unter Umständen abgeleitet. Der Schornstein dient dem Ablassen des weiteren Teils der Abgase aus dem System. Der Vorwärmofen kann entsprechend vorgeschaltet werden. Dort wird die Wärme des Abgases genutzt, um die zu bearbeitenden Halbstücke vorzuerwärmen.
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Es ist auch denkbar, dass der weitere Teil der Abgase nicht aus dem Schornstein abgelassen werden, sondern der weitere Teil der Abgase mit dem ersten Teil der Abgase in einem nahezu geschlossenen Prozess umgewälzt werden.
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In einem erfindungsgemässen Industrieofen ist eine Rechnersteuerung vorhanden, welche über ein Bedienpaneel vorprogrammiert oder direkt gesteuert werden kann. So kann beispielsweise durch die Rechnersteuerung vorgesehen sein, dass bei Abschaltung von beispielsweise 25% der Gasbrenner eine Umluftschaltung zwischen dem Vorwärmofen und dem Brennraum eingestellt wird. Auf diese Weise würde dann kein Abgas mehr durch den Schornstein abgegeben, sondern der weitere Teil des Abgases in den Brennraum geleitet wird, um die Halblinge in dem Bereich des Brennraums zu erwärmen, in dem die Gasbrenner abgeschaltet sind. Auf diese Weise würde vorteilhaft erreicht, dass im Inneren des Brennraums keine Wärmelücke durch die abgeschaltenen Gasbrenner entsteht, sodass die Qualität der Halblinge verbessert wird.
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Die im Abgas gespeicherte Wärme wird dabei auf die Halbstücke abgegeben. Anschliessend wird das Abgas dann wiederum dem Schornstein zugeführt und abgeleitet. Der erste Teil des Abgases, welcher über das Abzweigelement dem Gasbrenner wieder zugeführt wird, führt hier zu einer Emissionsreduzierung, da die in dem Abgas vorhandene Wärme und die chemischen Elemente nochmals verwandt werden können, um eine Emissionsreduzierung zu erreichen.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist eine Transportleitung nach dem Abzweigelement vorhanden, welche die Abgasfortführung nach dem Abzweigelement verlängert und mit dem ersten Mischer verbindet, welcher wiederum mit der Frischluftleitung zusammenwirkt bzw. verbunden ist.
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Das Abgas wird in dem ersten Mischer mit der Frischluft vermischt und anschliessend an den zweiten Mischer weitergegeben, in welchem dann das zu verbrennende Gas zugeführt wird. Bei dem zu verbrennenden Gas handelt es sich regelmässig um Erdgas. Zwischen dem ersten Mischer und dem zweiten Mischer ist eine erste Weiterleitung vorhanden, in welcher dann das Gemisch aus Frischluft und Abgas transportiert wird. Im zweiten Mischer wird dann, wie oben bereits erwähnt, noch Gas hinzugeführt. Nach dem zweiten Mischer wird hin zum Gasbrenner eine zweite Weiterleitung eingesetzt, um das Gemisch aus Gas, Frischluft und Abgas dem Gasbrenner zur Verbrennung zuzuführen.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der erste Mischer und/oder der zweite Mischer rechnergesteuert. Das bedeutet, dass das Gemisch im ersten Mischer und auch im zweiten Mischer entsprechend eingestellt werden kann. Hierzu kann ein Bedienerpanel vorgesehen sein, in welchem der Nutzer einfach eingeben kann, zu welchen prozentualen Anteilen im ersten Mischer die Frischluft mit dem Abgas gemischt werden soll und zu welchen Anteilen dann das Gemisch aus Frischluft und Abgas mit dem Gas gemischt werden soll.
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Besonders bevorzugt soll in dem Gemisch aus Frischluft und Abgas ein Anteil von 1% bis 30% Abgas vorhanden sein. Noch bevorzugter soll ein Anteil von Abgas in Höhe von 10% bis 20% in der Frischluft vorhanden sein. Eine besonders effektive Emissionsreduzierung ergibt sich bei einem Anteil von Abgas in Höhe von 20% bis 25% in der Frischluft.
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Weiter ist ein erfindungsgemässes Verfahren beansprucht. Es handelt sich hierbei um ein Verfahren zu Betreiben eines Industrieofens bestehen aus einem Brennraum, einem im Brennraum angeordneten Gasbrenner, wobei der Gasbrenner durch eine Frischluftleitung und eine Gasleitung mit Brennmedium versorgt wird, wobei ein Abgas über eine Abgasfortführung aus dem Brennraum abgeführt wird und dabei in besonderer Weise das Abgas zu einem ersten Teil durch ein Abzweigelement dem Gasbrenner wieder zugeführt wird. Diese Abgasrückgewinnung führt zu einer Emissionsreduzierung.
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Ein weiterer Teil des Abgases aus dem Brennraum kann nach dem Abzweigelement entweder einem Schornstein oder einem Vorwärmofen zugeführt werden.
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Der erfindungsgemässe Industrieofen, welcher die erfindungsgemässen Verfahrensschritte durchführen kann wird in der Regel als ein Bolzenofen oder einen Warmauslagerungsofen oder ein Werkzeugofen in Aluminiumpresswerken oder der Glasindustrie eingesetzt.
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In diesen Bereichen ist bisher keinerlei Anhaltspunkt für die Nutzung der Emissionsrückführung zur Emissionsreduzierung vorhanden gewesen. Vielmehr herrscht in diesen Bereichen das Vorurteil, dass eine Emissionsrückführung zum Gasbrenner keinerlei nennenswerten Effekt hätte. Selbst in diesen Hochtemperaturgasbrennern kann eine Emissionsrückführung vorteilhaft eingesetzt werden.
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Vorteilhaft an dem erfindungsgemässen Verfahren führt zu dem Vorteil, dass je nach Bedarf Teile des Brennraums als zusätzlicher Vorwärmofen dienen können. Durch die intelligente Rechnersteuerung wird tonnageabhängig die Funktion geregelt. Die Funktion ist derart gestaltet, dass ein Teil des Brennraums als zusätzlicher Vorwärmofen genutzt werden kann. Ausserdem kann die Umwälzfunktion beispielsweise für Werkzeugwechsel in der Rechnersteuerung vorgesehen sein, sodass bei notwendigen Werkzeugwechseln automatisch der weitere Teil der Abgase nicht aus dem Schornstein abgeleitet wird, sondern in den Brennraum zurückgeleitet wird, um selbst bei komplett abgeschalteten Gasbrennern eine Restwärme für die Dauer des Werkzeugwechsels zu erhalten.
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Im Teillastbetrieb der Brennkammer, das heisst, wenn nur ein Teil der Gasbrenner in der Brennkammer aktiviert sind, wirken die Zonen der abgeschalteten Gasbrenner als zusätzlicher Vorwärmofen, da sie ebenfalls mit den Abgasen aus dem Brennraum versorgt werden, ohne dass der erste Teil der Abgase oder der weitere Teil der Abgase beispielsweise aus dem Schornstein abgelassen werden. Dies führt zu einem optimierten Gasverbrauch bei Teillastbetrieb. Der Teillastbetrieb ist in der Praxis keine Ausnahme, sondern der Regelzustand.
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Figurenbeschreibung
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Figuren. Diese zeigen in
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1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Ausführungsbeispiels;
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2 eine schematische Darstellung eines weiteren erfindungsgemässen Ausführungsbeispiels.
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In 1 ist ein Brennraum 31 gezeigt. Weiter ist ein Vorwärmofen 32 zu erkennen. Daneben ist ein Halbstück 33 zu erkennen, welches im Vorwärmofen 32 und dem anschliessenden Brennraum 31 angeordnet. Weiter sind im Bereich der Brennraums 31 fünf Gasbrenner 34 bis 38 angeordnet. Dabei sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Gasbrenner 37 und 38 ausgeschaltet. Der Vorwärmofen 32 weist eine Unterdruckquelle 39 auf. Die Gasbrenner 34 bis 36 erzeugen Abgase 40.1 bis 40.3. Diese Abgase 40.1 bis 40.3 werden über die Unterdruckquelle 39 in den Vorwärmofen 32 hineingesogen. Dort wird ein erster Teil der Abgase 41 wieder über nicht näher beschriebene Leitungen in den Brennraum 31 geleitet. Dabei wird der erste Teil der Abgase 41 bevorzugt im Bereich der abgeschalteten Gasbrenner 37, 38 zurück in den Brennraum 31 geleitet. Sobald der erste Teil der Abgase 41 wieder im Brennraum 31 eingeleitet ist wird der erste Teil der Abgase 41 durch die Unterdruckquelle 39 in den Vorwärmofen 32 zurückgezogen. Dieser Vorgang ist durch die Pfeile 42.1, 42.2 schematisch dargestellt. Dabei vermischt sich der erste Teil des Abgases 41 mit den Abgasen 40.1 bis 40.3 der Gasbrenner 34 bis 36. Ausserdem ist ein weiterer Teil der Abgase 43 in der 1 gezeigt, welcher im Vorwärmofen 21 umgewälzt wird und/oder über einen Schornstein 44 abgesogen werden. Der Richtungspfeil 45 zeigt mit dem Richtungspfeil schematisch die Richtung der Abgase 40.1 bis 40.3 im Inneren des Brennraums 31.
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Weiter ist in 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt. Dort ist ein Brennraum 1 gezeigt, welcher eine Abgasfortführung 5 aufweist. Weiter ist in dem Brennraum 1 ein Gasbrenner 2 angeordnet, welcher durch den Brennvorgang ein Abgas 10 erzeugt. Dieses Abgas 10 wird über die Abgasfortführung 5 aus dem Brennraum 1 abgeleitet.
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Hierzu ist bspw. eine nicht näher gezeigte Unterdruckquelle in der Abgasfortführung 5 vorsehbar. Weiter wird dieses Abgas 10 an dem Abzweigelement 6 in einen ersten Teil 11 und einen weiteren Teil 12 aufgeteilt.
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Der weitere Teil 12 des Abgases 10 wird über einen Schornstein 9 freigegeben. Der erste Teil 11 des Abgases 10 wird über eine Transportleitung 13 zu einem ersten Mischer 7 geleitet.
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Die Transportleitung 13 umfasst hierbei eine Durchflussbegrenzerklappe 14. Der erste Mischer 7 führt den ersten Teil 11 des Abgases 10 der Transportleitung 13 und Frischluft der Frischluftleitung 4 zusammen. Nach dem ersten Mischer 7 wird das Gemisch aus dem ersten Teil 11 des Abgases 10 und der Frischluft aus der Frischluftleitung 4 durch einen erste Weiterleitung 15 zu einem zweiten Mischer 8 geleitet.
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Die erste Weiterleitung 15 umfasst eine Lambda-Messeinrichtung 16. Die Lambda-Messeinrichtung 16 steht über einen Rechner 17 mit der Durchflussbegrenzerklappe 14, dem ersten Mischer 7 und dem zweiten Mischer 8 in Funktionsverbindung.
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D. h., dass der Rechner 17 auf Grund der Messergebnisse der Lambda-Messeinrichtung 16 den ersten Mischer 7 und/oder die Durchflussbegrenzerklappe 14 und/oder den zweiten Mischer 8 derart steuert, dass das gewünschte Gemisch aus Frischluft, Gas und dem ersten Teil 11 des Abgases 10 erreicht wird.
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Dazu besteht zwischen der Lambda-Messeinrichtung 16 und dem Rechner 17 eine erste Datenleitung 18. Weiter besteht eine zweite Datenleitung 19 zwischen dem Rechner 17 und der zweiten Messeinrichtung 8. Ausserdem besteht eine dritte Datenleitung 20 zwischen dem Rechner 17 und der Durchflussbegrenzerklappe 14. Zuletzt besteht eine Datenleitung 21 zwischen dem Rechner 17 und dem ersten Mischer 7.
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Der zweite Mischer 8 umfasst neben der ersten Weiterleitung 15 eine Gasleitung 3. Diese Gasleitung führt Gas, bspw. Erdgas in den zweiten Mischer 8 ein. In dem zweiten Mischer 8 wird das gewünschte Mischverhältnis zwischen dem Gas aus der Gasleitung 3 und dem Gemisch aus dem ersten Teil 11 des Abgases 10 und der Frischluft hergestellt, bevor über eine zweite Weiterleitung 22 das Gemisch aus dem zweiten Mischer 8 in den Gasbrenner 2 zur Verbrennung geleitet wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Brennraum
- 2
- Gasbrenner
- 3
- Gasleitung
- 4
- Frischluftleitung
- 5
- Abgasfortführung
- 6
- Abzweigelement
- 7
- Erster Mischer
- 8
- Zweiter Mischer
- 9
- Schornstein
- 10
- Abgas
- 11
- erster Teil
- 12
- weiterer Teil
- 13
- Transportleitung
- 14
- Durchflussbegrenzerklappe
- 15
- Erste Weiterleitung
- 16
- Lambda-Messeinrichung
- 17
- Rechner
- 18
- Erste Datenleitung
- 19
- Zweite Datenleitung
- 20
- Dritte Datenleitung
- 21
- Vierte Datenleitung
- 22
- Zweite Weiterleitung
- 31
- Brennraum
- 32
- Vorwärmofen
- 33
- Halbstück
- 34–38
- Gasbrenner
- 39
- Unterdruckquelle
- 40
- Abgas
- 41
- 1. Teil des Abgases
- 42
- Richtungspfeil
- 43
- weiterer Teil des Abgases
- 44
- Schornstein
- 45
- Richtungspfeil
