DE1508595B2 - Verfahren zur beheizung von oefen der keramischen industrie und einrichtung zur durchfuehrung desselben - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Beheizung von Brennöfen der keramischen Industrie mit Mischrohrbrennern, in denen der Brennstoff (Öl, Gas oder Kohlenstaub) vor seiner Einbringung in den Brennraum mit Luft gemischt und dieses Gemisch in einem Strahl mit zur Bildung eines wenigstens annähernd bis zum Boden reichenden Heißgasschleiers erforderlichem Strömungsimpuls in den Brennraum eingeblasen wird, wobei die Menge pro Zeiteinheit der durch Verbrennung entstehenden Heißgase variiert.

Ein solches Verfahren ist in der deutschen Auslegeschrift 1 178 767 als Sonderausführung des dort offenbarten Beheizungsverfahrens mit Mischrohrbrennern beschrieben. Die in der Zeiteinheit variierenden Brenngasmengen werden dadurch erreicht, daß die Brennstoffkonzentration im Luftstrom stetig wechselt, indem die Geschwindigkeit der Mischluft auf die Einspritzperiode des Brennstoffes in geeigneter Weise abgestimmt ist. In der Phase der größeren Brennstoffkonzentration wird also in den Brennraum eine größere Brennstoffmenge eingebracht als in der folgenden Phase. Da der eintretende Strahl sich in seinen Randzonen mit der Ofenatmosphäre sofort weitermischt und mit der größeren Brennstoffmenge zwangläufig eine höhere Temperatur in diesem Gesamtgemisch entstehen muß, wird zugleich das von der Decke nach abwärts sich bewegende Heißgasvolumen größer. Allein durch die wechselnde Brennstoffkonzentration werden aber die Druckverhältnisse über dem gesamten Ofenquerschnitt noch nicht stark verändert. Während der Einspritzperiode kann zwar durch die sich stärker ausdehnende Gasmenge teilweise ein Aufstau der den Ofen durchströmenden Atmosphäre eintreten, es setzt jedoch noch keine Rückströmung in nennenswertem Umfange ein. Die bekannte Verfahrensweise bietet vornehmlich eine erhöhte Sicherheit beim Brennen eines Besatzes, dessen Brenntemperatur über 1000° C liegt. Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, die Wirtschaftlichkeit eines Brennofens der keramischen Industrie durch Verringerung der Brennstoffmenge und der Brennzeit zu verbessern.

Das Einblasen von Zusatzluft durch die Mischrohrbrenner stellt zunächst in der Wärmebilanz eines solchen Brennofens einen Verlust dar. Die Zusatzluft nimmt zwar im Mischrohr, das überwiegend durch Strahlungshitze des Brennraumes aufgeheizt wird, Wärme auf. Diese Wärmemenge reicht jedoch nicht aus, um die Zusatzluft so stark aufzuheizen wie die an der Ofenöffnung einströmende und an dem gebrannten Gut durch Konvektion sich aufheizende Ofenluft. Die fehlende Enthalpie der Zusatzluft muß somit durch Brennstoffwärme kompensiert werden. Immerhin konnte mit den nach der deutschen Auslegeschrift 1 178 767 betriebenen Öfen der Nachweis erbracht werden, daß dieser Verlust nicht größer ist als derjenige durch unvollständige Verbrennung bei Direkteinspritzung des Brennstoffes. Da aber der Aufheizung des Mischrohres durch Brennraumhitze unter anderem auch vom Brennstoff her Grenzen gesetzt sind (Anwachsen von Ölkohle), wird mit zunehmender Zusatzluftmenge deren Aufheizung geringer, so daß die durch Brennstoffwärme auszugleichenden Verluste noch größer werden.

In den herkömmlichen Öfen der Grobkeramik strömt die Ofenatmosphäre stets in einer Richtung, nämlich entgegengesetzt zur Durchsatzrichtung des Brenngutes. Die Folge davon ist, daß der Ofenbesatz stets von einer Seite her stärker mit heißen Gasen beaufschlagt wird. Da aber auch die schwächer beaufschlagte Seite gargebrannt sein muß, ergibt sich hierdurch eine Verzögerung, die sich in einer Verlängerung der Brennzeit auswirkt.

Zum Zwecke des Colorierens und zum »Flashen« des Brenngutes sind nun zwar schon Anordnungen

ίο zur Umkehrung der Strömungsrichtung bekannt. Die eine besteht in der Anordnung zweier zusätzlicher Kamine, die je am Anfang und am Ende dieser Zone angeordnet sind, wobei zusätzliche Treibdüsen die Umkehrung der Strömung bewirken sollen. Im anderen Falle ist ein Bypass-Kanal mit zusätzlichen Ventilatoren vorgesehen, welche wenigstens einen Teil der durch den Bypass strömenden Gase in rückwärtiger Richtung durch den Besatzstapel saugen sollen. Beide Anordnungen sind jedoch aufwendig und benötigen zusätzliche Energie.

Ausgehend von dem eingangs beschriebenen Verfahren mit periodisch variierenden Heißgasmengen pro Zeiteinheit besteht nun das Verfahren gemäß vorliegender Erfindung darin, daß die von den Mischrohren gelieferte Gasmenge durch Veränderung der Mischluftmenge und dementsprechend die durch Verbrennung im Ofen erzeugte Heißgasmenge periodisch so stark variiert, daß die Ofenatmosphäre über dem gesamten Ofenquerschnitt zeitweilig aufgestaut wird. Während bei den regulären Heißgasschleiern lediglich eine Drosselung der Strömung der Ofenatmosphäre eintritt, wird nach dem neuen Verfahren in der Brennzone des Ofens die Geschwindigkeit der Ofenatmosphäre periodisch kurzzeitig auf »null« gebracht oder sogar umgekehrt. Durch diesen Aufstau entsteht eine der Wellenbrandung ähnliche Bewegung, so daß in diesem Ofenbereich die Ofengase eine dem sogenannten Pilgerschrittverfahren ähnliche Fortschrittsbewegung ausführen. Wegen der Kompressibilität der Gase brauchen die so erzeugten Druckschwankungen (N. B. die Druckunterschiede z. B. längs eines Tunnelofens sind ohnehin nur in der Größenordnung einiger mm WS) sich nicht weit in die Abkühlzone fortzupflanzen, denn hier soll die für die Abkühlung des Brenngutes bzw. für die Aufheizung der am Austrittsende des Ofens einströmenden Ofenluft günstigste Strömungsgeschwindigkeit erhalten bleiben, die jedoch nach Maßgabe der Heißgaspulsationen reguliert werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren ruft dabei folgende Wirkungen hervor: Durch die Beaufschlagung des Brenngutes von beiden Seiten wird der Wärmeaustausch zwischen der Ofenatmosphäre und dem Besatz intensiviert, bei gleicher Güte der gebrannten Ware also die Brennzeit verkürzt. Mit dem Aufstau bzw. der Umkehrung der Strömungsrichtung wird vor allem die den thermischen Wirkungsgrad solcher Öfen maßgeblich beeinträchtigende Spaltströmung zwischen Ofenwand und Besatz stark verringert; es kann somit weniger Ofenwärme ungenutzt ins Freie entweichen. Schließlich kann dieses Verfahren mit einer Zusatzluftmenge durchgeführt werden, die im Durchschnitt kleiner ist als die zur vollständigen Verbrennung des eingebrachten Brennstoffes erfor-

65· derliche Luftmenge. Jede dieser Wirkungen trägt zur Verminderung des Brennstoffverbrauches bei, so daß insgesamt eine wesentliche Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades solcher Öfen erreicht wird.

Darüber hinaus hat das Verfahren gemäß der Erfindung auch eine qualitative Verbesserung des Brennergebnisses zur Folge, da das Brenngut gleichmäßiger durchgebrannt, sein Gefüge somit homogener wird.

Mit dem Verfahren nach der Erfindung ist es ferner leicht möglich, im Brennraum des Ofens sogenannte Reduktionszonen zu schaffen. Dies erreicht man dadurch, daß man in der Brandungszone, also im Bereich der Strömungsumkehr, die in der Zeiteinheit konstant gehaltene Brennstoffmenge mit etwas weniger als der zur vollständigen Verbrennung benötigten Luftmenge (λ < 1) einbläst. Dieser Brenngasstrahl mit Sauerstoffmangel vermischt sich dann im Brennraum mit der zurückflutenden Ofenatmosphäre, deren Sauerstoffgehalt ebenfalls gering ist. Dabei kommt es zu einer stärkeren Bildung von Kohlenmonoxyd (CO), also zu einer überwiegend reduzierenden Ofenatmosphäre, die etwa entstandene Oxydschichten auf dem Brenngut beseitigt. Um irgendwelche brennbaren Beständteile bis zum Ein-„ tritt in die Aufheizzone des Ofens zu beseitigen, \J wird das Vorfeuer hinsichtlich Brennstoff und Zusatzluft so eingestellt, daß alle Rückstände, vor allem Rußteilchen, vollständig verbrannt werden.

Für die Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung bieten sich alle bekannten Möglichkeiten zur Mengenregelung des die Zusatzluft liefernden Gebläses an, wie z. B. Drehzahl- oder Drosselregelung. Zusätzlich kann dabei auch die Brennstoffmenge entsprechend der variierenden Luftmenge geregelt werden.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Drosselregelung erläutert. Die Zeichnungen zeigen in

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Tunnelofen mit Mischrohrbrennern,

F i g. 2 die Draufsicht auf die Decke des Ofens nach F i g. 1 und

Fig. 3 eine Anordnung zur intermittierenden Steuerung der Drosselklappe.

In den Darstellungen bezeichnet 1 den Tunnelofen mit der Decke 2, dem Tunnel 3 und dem Brennherd f oder Boden 4. Der umstochene Pfeil 5 zeigt die *' Hauptströmungsrichtung der Ofenatmosphäre und der volle Pfeil 6 die Fortschrittrichtung des Ofenbesatzes an.

Über den verschiedenen Feuerstellen zwischen den Besatzstapeln 7 sind die Schürlöcher 8 in Vierer-Gruppen angeordnet, in welche die Mischrohrbrenner 9 eingesetzt sind. Die Brenner von je zwei Feuerstellen sind dabei jeweils zu einer Batterie I, II, III, IV, V zusammengefaßt, wobei jede Batterie von je einem Brennstoff-Luft-Aggregat 11, 12, 13, 14, 15 über die Leitungen 21, 22, 23, 24, 25 mit Brennstoff und über die Verteiler 16, 17, 18, 19, 20 mit Zusatzluft in bestimmtem Mengenverhältnis versorgt wird. ; Die Batterie I liegt dabei im Bereich des Vorfeuers,

die Batterien II, III, IV liegen im Bereich des Hauptfeuers, und Batterie V liegt im Bereich des Nachfeuers.

Die Batterien I, III und V bzw. die zugehörigen Aggregate 11,13 und 15 sind auf ein im wesentlichen konstantes Brennstoff-Luft-Verhältnis eingestellt, und zwar das Aggregat 15 derart, daß die aus der Abkühlzone kommende, von dem gebrannten Gut aufgeheizte Atmosphäre auf die erforderliche Brenntemperatur gebracht wird, und Batterie I bzw. Aggregat 11 derart, daß in der in die anschließende Aufheizzone eintretenden Atmosphäre etwa noch enthaltene brennbare Bestandteile vollständig verbrannt werden.

In den zu den Batterien II und IV gehörenden Feuerstellen wird dagegen die von den Mischrohren 9 gelieferte Gasmenge durch Veränderung der Mischluftmenge und dementsprechend die durch Verbrennung im Ofen erzeugte Heißgasmenge periodisch so

ίο stark verändert, daß die Ofenatmosphäre über dem gesamten Tunnelquerschnitt zeitweilig aufgestaut oder zur Umkehrung gezwungen wird. Diesem Zwecke dienen die am Eintritt der Luftverteiler 17 und 19 angeordneten Drosselklappen 26 und 27, die mit einer Phasenverschiebung von 90° kontinuierlich oder intermittierend gedreht werden. Der Antrieb hierfür erfolgt durch den Motor 28 über das Reduktionsgetriebe 29 und die Wellenleitungen 30 und 31. Für intermittierende Steuerung der Drehbewegung zeigt Fig. 3 ein Malteserkreuz-Getriebe mit der Steuerscheibe 32 und dem mit diesem zusammenwirkenden Schalthebel 33.

F i g. 3 läßt zugleich erkennen, daß die Drosselklappe 26 bzw. 27 gegenüber der Nennweite D des Rohres 17 bzw. 19 einen kleineren Durchmesser ti hat. Der frei bleibende Ringquerschnitt bestimmt dabei die zum Einblasen des Brennstoffes erforderliche Mindest-Luftmenge.

In der in F i g. 1 und 2 dargestellten Steuerstellung ist die Drosselklappe 26 geöffnet und Klappe 27 geschlossen. Dadurch stellen sich im Tunnel folgende Strömungszustände ein:

Im Bereich des Vorfeuers (Batterie I) wird die Strömung zwar gedrosselt, die Ofengase ziehen jedoch in Richtung zum Kamin durch die Aufheizzone.

In den Feuerstellen der Batterie II wird durch die eingeblasene große Luftmenge, die durch Erhitzung in beiden Tunnelrichtungen expandiert, ein starker Aufstau erzielt, der die im Bereich der Batterie III befindliche Atmosphäre zur Umkehrung zwingt. Dieser Vorgang wird noch dadurch unterstützt, daß im Bereich der Batterie IV die Mindestluftmenge eingeblasen wird.

Nach der Umsteuerung der Klappen 26 und 27 spielt sich der gleiche Vorgang in den Feuerstellen der Batterien IV und V ab.

Die Ofengase im Bereich der Batterie III werden hingegen schneller in Richtung zum Kamin hin verdrängt. Auf diese Weise bewegt sich die Ofenatmosphäre etwa im Pilgerschrittverfahren durch die gesamte Brennzone.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind jeweils zwei Gruppen mit je vier Brennern zu einer Batterie zusammengefaßt. Es dürfte ohne weiteres einleuchten, daß hierzu verschiedenste Variationsmöglichkeiten gegeben sind, etwa derart, daß nur eine oder drei oder gar vier Gruppen zu einer Batterie gehören. Ferner können die Gruppen bzw. Batterien mit alternierend variierenden Heißgasmengen auch unmittelbar hintereinanderliegend angeordnet werden, wodurch die Bildung einer überwiegend reduzierenden Atmosphäre noch stärker wird, da in den unmittelbar zuvor liegenden Feuerstellen die geringstmögliche Luftmenge eingeblasen wird.

Das Rückströmen der Ofengase kann ferner durch eine den Pulsationen der Brenner mit variierenden Heißgasmengen synchrone Regelung des Kaminzuges

gefördert werden. Dabei empfiehlt es sich, daß die Synchronisierung mit den letzten Pulsationsbrennern, also denen der Batterie II erfolgt.

Claims (9)

5 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Beheizung von Brennöfen der keramischen Industrie mit Mischrohrbrennern, in denen der Brennstoff (öl, Gas, staubförmige oder körnige Brennstoffe) vor seiner Einbringung in einem Strahl mit zur Bildung eines wenigstens annähernd bis zum Boden reichenden Heißgasschleiers erforderlichen Strömungsimpuls in den Brennraum eingeblasen wird, wobei die Menge pro Zeiteinheit der durch Verbrennung entstehenden Heißgase variiert, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Mischrohren (9) gelieferte Gasmenge durch Veränderung der Mischluftmenge und dementsprechend die durch Verbrennung im Ofen erzeugte Heißgasmenge periodisch so stark variiert, daß die Ofenatmosphäre über dem gesamten Ofenquerschnitt zeitweilig mindestens aufgestaut wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß — wie an sich bekannt — die in das Mischrohr (9) eingebrachte Brennstoffmenge periodisch verändert wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur zeitweiligen Anreicherung der Ofenatmosphäre mit Kohlenmonoxyd vor einer Feuerstelle mit variierenden Heißgasmengen ein fetteres Brennstoff-Luft-Gemisch eingeblasen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß über die Brennzone verteilt an mehreren Feuerstellen variierende Heißgasmengen alternierend erzeugt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zug des Ofens (Kamin- oder Saugzug) synchron zu den Pulsationen der in der Hauptströmungsrichtung zuletzt liegenden Brenner (Batterie II) geregelt wird.

6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Eingang zum Luftverteiler (17,19) ein periodisch auf- und zusteuerbares Drosselorgan angeordnet ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch die Anordnung eines Motors (28), eines Reduziergetriebes (29) und Wellenleitungen (30, 31) für den Antrieb der Drosselklappen (26, 27).

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselklappen (26, 27) intermittierend (Malteserkreuz-Getriebe 32/33) und alternierend steuerbar sind.

9. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anordnung drehzahlregelbarer Motoren für die Brennstoff-Luft-Aggregate (12,14).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen