DE19520649A1 - Stickoxidmindernde Schrägpflammenbeheizung von Wannenöfen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und die verfahrensreali­ sierende Vorrichtung zur Leistungssteigerung und zur stickox­ idmindernden Beheizung von Glasschmelzwannen, insbesondere von sogenannten Querflammenwannenöfen, wobei mit mehreren, neuartig schräg angeordneten Flammen eine fächerförmige Flammenanord­ nung für hohen Flammenbedeckungsgrad der Glasbadoberfläche eingestellt wird und verminderte Temperaturen der Flammen sowie eine gesenkte Gewölbetemperatur erzielt werden, die eine besonders kleine Temperaturdifferenz zum Glasbad aufweist.

Es ist bekannt, daß beim Schmelzen von Glas in Wannenöfen, das Glasbad und speziell dessen Oberfläche, einschließlich des aufliegenden Rohstoffgemenges, die dominierende Wärmesenke im Ofenraum bildet. Die gesamte Nutzwärme nimmt den Weg über diesen Wärmetauschpartner und zwar vorwiegen über Strah­ lungswärmeübertragung, sofern der betreffende Ofen ein flam­ menbeheizter Ofen ist. Feuerungstechnisch ist effektive Wärme­ einbringung in das Glas eine Hauptaufgabe. Das technologi­ sche Qualitätsziel des Glasschmelzens kann sogar in erster Nä­ herung als eine repräsentative, leistungsabhängige Glasbadtem­ peratur (etwa am sogenannten Quellpunkt) aufgefaßt werden. In Relation zu den umgebenden Ofeninnenwandflächen ist die Tempe­ ratur der "Nutzwärmesenke" Glasbad, stets deutlich kleiner. Üblicherweise liegt die qualitätsbestimmende Temperatur des Glases bei großen, hochbelasteten Glasschmelzwannen in der Größenordnung von 100°C unter der gewöhnlich zur Temperaturre­ gelung des Ofens genutzten Gewölbetemperatur. Technologisch ist die relative Absenkung letztgenannter Temperatur wünschenswert, wobei die qualitätsbestimmende Glastemperatur konstant bleiben soll. Dafür gibt es zahlreiche Gründe. Zum einen bedeuten hohe Wandtemperaturen hohe Wärmewandverluste, zum anderen stehen ho­ he Wandtemperaturen ausschlaggebend einer langen Lebenserwar­ tung des Ofens entgegen und darüber hinaus wird die Schmelz­ leistung von Glasschmelzwannen zumeist von der zulässigen Gewölbetemperatur nach oben hin begrenzt. Der letztgenannte As­ pekt ist zugleich, neben den Investitionskosten, auch ein ener­ gieökonomischer Gesichtspunkt, da mit steigender spezifischer Schmelzleistung der spezifische Energieverbrauch stark fällt. Über die energetischen- und die Investkostenaspekte hinaus, ist die dominierende Ofenraumtemperatur ausschlaggebend für das Umweltproblem primärer Stickoxidemmission. Die Bildung von thermischem Stickstoffmonoxid findet oberhalb 1600°C statt, und gerade in diesem Bereich liegen die Oberofentemperaturen hochproduktiver und moderner Schmelzwannen. Thermische Primär­ verfahren zur Stickoxidminderung setzen hier an und damit ver­ stärkt sich die Abhängigkeit des erreichbaren Niveaus von der Temperatur des Ofenraums. Um 1600°C mindern schon 10 Grad Absen­ kung und deren Wechselwirkung mit der Flammentemperatur deut­ lich die Bildung des thermischen- oder "Zeldovich"-Stickoxid. Es besteht nebenher auch ein regelungstechnischer Vorteil, wenn die übliche Regelgröße"Gewölbetemperatur" und die qualitätsbe­ stimmende Glasbadtemperatur deutlich näher beieinander liegen. Unter all diesen Aspekten ist die Bedeutung der Stickoxidemis­ sion erst in jüngster Vergangenheit erkannt worden und dann stark gewachsen. Die Aufgabe der Emissionsminderung trat bald in den Vordergrund technologisch innovativer Arbeit an Glas­ wannen. Zunächst entstand damit, durch Entzug eines technolo­ gischen Freiheitsgrades in Form der bislang nach oben offenen Flammentemperatur als Intensivierungsparameter, ein scheinbarer Widerspruch zum bislang üblichen Weg der Intensivierung des Glasschmelzprozesses. Dieser Weg schien damit nunmehr zu einer Sackgasse geworden zu sein. Ausdruck dafür ist das zeitweilig verstärkte Aufkommen von systemfremden Lösungen, wie Luftspalt­ anlagen zur Gewinnung von Sauerstoff als Verbrennungslufter­ satz Abgaswaschvorrichtungen, nachgeordnete Ammoniakreaktoran­ lagen zur Abgasentstickung, massiver, zusätzlicher Brennstoff­ einsatz am Abgasaustritt des Ofenraums in die abgasseitigen Regeneratoren und verstärkte Anwendung teurer Elektroenergie, (Mixtmelter etc.) bis hin zur Rückkehr von Öfen mit niedrigen, historisch schon als überholt geltenden, spezifischen Schmelz­ leistungen. Gelänge es, die Produktivität moderner Schmelzwan­ nen bei relativer und deutlicher Absenkung der Oberofentempe­ raturen zu erhalten oder zu erhöhen und damit gleichzeitig dem gesetzgeberisch massiv geforderten Umweltschutz verstärkt zu entsprechen, kann der durch akute Not entstandene Trend auf­ wendiger Verkomplizierung und Minderung der Effektivität des Glasschmelzprozesses, rechtzeitig aufgehalten werden. Der Hand­ lungsdruck könnte dann wirtschaftlich vorteilhaft und auf art­ verwandtem Weg in leistungssteigernd hochproduktive, umweltver­ trägliche Technologie umgesetzt werden. Im Ziel der Technik geht es dabei, wohlverständlich nicht einfach um die Absenkung der Gewölbetemperaturen, denn der Weg erhöhter Gewölbetempera­ turen (mit dem eigentlichen Zweck der Erhöhung der Glasbadtem­ peratur) wurde in den letzten Jahren ja gerade erfolgreich zur Intensivierung von Schmelzwannen beschritten. Vielmehr besteht die erfinderische Zielstellung darin, gleich hohe Glasbadtempe­ raturen weiterhin zu realisieren, jedoch bei gleichzeitiger Senkung der Gewölbe- und Flammentemperaturen, zum gemeinsamen Vorteil von Schmelzleistungspotential und NO Minderung.

Nach dem Stand der Technik sind dazu mehrere Maßnahmen bekannt geworden. Darunter ist besonders die Anwendung von direkt ins Glasbad eingebrachter Energie ein wirksamer Weg zur leistungs­ steigernden, relativen Senkung der Gewölbetemperaturen. Dazu besteht anderenorts die Auffassung, daß die Intensivierung der Unterofenströmung selbst, die hierdurch ebenfalls stattfindet, einen ähnlich hohen Beitrag zur Leistungssteigerung liefern kann. Für solche Glasbadzusatzheizungen wird überwiegend Elek­ troenergie angewendet. (Elektroboosting) Diese ist jedoch sehr kostenintensiv, so daß sie vorwiegend zur Erzielung besonders hoher Schmelzleistungen angewendet wird, die oberhalb der pro­ jektierten Normalschmelzleistung liegen. Zumindest ist dieses Verfahren, wenn es in die Projektierung einbezogen wird, im Zu­ sammenhang mit der Minderung der Baugröße des Ofens besonders rationell und auch häufig anzutreffen. Andere Energieträger, zur Beheizung des Glasbades mittels Tauchbrenner und dgl. sind zwar erfinderisch seit langem bekannt, aber in der Praxis unbe­ deutend geblieben. Hohe spezifische Gemengebedeckungsgrade, Dünnschichteinlage oder oberflächenvergrößernde Gemengeeinlage Bubbling, Strömungswall, Dünnschichtläuterung, glasnahe Lage, langer Flammen, nahstöchiometrische Verbrennung, Flammenkarbo­ rierung und teilweise auch erhöhte Emissionskoeffizienten des Glases sind weitere, wesentliche Maßnahmen, im Sinne der erfin­ derischen Zielstellung. Diese Maßnahmen sind aber andererseits auch schon weithin ausgeschöpft, ohne das kritisierte Niveau in dem Maße zu verbessern, wie es als erfinderische Zielstellung angestrebt wird. Bei sogenannten Umlenkflammenwannenöfen tref­ fen vorteilhaft die wärmeintensiven Wurzeln der Flammen stets mit der höchsten Gemengebedeckung zusammen. Damit ist auf Grund der guten Wärmeabführung zwar ein besseres Ausgangs­ niveau dieser Wannen bezüglich des spezifischen Energiever­ brauchs und der NOx-Emission gegeben, die technologische Fle­ xibilität des Ofens und Leistungssteigerung im Einklang mit NOx-mindernden Maßnahmen, ist jedoch stärker eingeschränkt. Die bisher günstigen Prognosen für diesen Ofentyp, sich gegen Quer­ flammenwannen gänzlich durchzusetzen, werden aber insbesondere dadurch relativiert, daß sich bei ihnen ein neuer Widerspruch zwischen Energieverbrauch, Leistung und der fortschrittlichen Technologie primärer NOx-Minderungsmaßnahmen mit kalten Flam­ menwurzeln auftut, die für U-Flammen nachteilig sind. Im Gegen­ satz dazu sind kalte Flammenwurzeln auch strömungstechnisch für Querflammenwannen günstig, da sie die Querströmung des Gla­ ses im Unterofen stärken. Bei sogenannten Gegenstrom-U-Flammen­ wannen hingegen, die zur Leistungssteigerung und Energieeinspa­ rung projektiert und gebaut wurden, ist der intensivste Teil der Flamme, gleichermaßen unvorteilhaft für Energieverbrauch und NOx-Minderung, an die heißere Läuterzone des Glasbades ge­ bunden. Im Gegensatz zum Namen des Ofens ist damit, bezüglich des Wärmetransportes das unvorteilhafte Gleichstromprinzip neu eingeführt worden. Noch stärker ist bei der, als Low-NOx-Mel­ ter bekanntgewordenen Bauweise von Wannenöfen die hocheffekti­ ve Strahlungswärmeübertragung von Flammen in der Schmelzzone unterdrückt. Diese Bauweise geht von dem, eingangs als histo­ risch fortschrittlich geschilderten Weg der Intensivierung von Glasschmelzwannen mit spezifisch hoher Schmelzleistung, d. h. relativer Energie- und Investkostensenkung ab und ermög­ licht um den Preis übergroßer Bauweise, großer Glasbadoberflä­ che und zunächst auch technologisch unabdingbarem Elektro­ energieeinsatz für die Grundtechnologie, sowie geringer Verbrennungsluftvorwärmung, die Senkung von Ofenraumtemperatur und NOx-Emission. Die Kombination mit energetisch vorteilhaf­ ter, unabhängig davon bekannt gewordener Gemengevorwärmung so­ wie Dünnschichtläuterung kompensiert teilweise die Nachteile des Verfahrens, allerdings verbunden mit weiter erhöhtem anla­ gentechnischen Aufwand. Die Rückbesinnung auf die geringe Ofen­ produktivität der Vergangenheit, zum Vorteil der NOx-Minderung, erscheint aber nur dadurch akzeptabel, daß bislang kein Verfah­ ren bekannt geworden ist, das die hohe Ofenproduktivität moder­ ner Öfen widerspruchsfrei und in ausreichendem Maße mit primä­ rer NOx-Minderung vereint. Im Gegensatz zum letztgenannten Ofentyp, der zudem die NOx-Problematik nicht grundsätzlich lösen kann, wird im Sinne der erfinderischen Zielstellung mit der NOx-Minderung gleichzeitig eine erhöhte Ofenproduktivität angestrebt. Mit weiterführenden Erfindungen zum Low-NOx-Mel­ ter, unter anderem gemäß DE 43 27 237 C1 und DE 44 15 902 C1, wurde der Ofen mit verfahrensfremden, an sich bekannten Elemen­ ten angereichert, ohne das kritisierte, grundlegende Verfahren wesentlich zu verbessern. Besonders nachteilig ist hierbei, daß eine höhere Akzeptanz von Kompromissen der genannten Art damit entstehen kann, die jedoch zum Nachteil konsequenten Fort­ schritts, die Gefahr birgt, daß die Kompromißlösung insgesamt längerfristig an- und hingenommen wird. Andererseits ist abseh­ bar, daß der technische Kompromiß nur zeitweilig mit dem zeit­ gemäßen Produktivitätsniveau vergleichbar bleibt, zumal dieses derzeit noch von Öfen repräsentiert wird, die u. a. keine vor­ teilhafte Gemengevorwärmung aufweisen. Insbesondere ist am Stand der Technik, der zur NOx-Minderung betriebene, übermäßig steigende, anlagentechnische Aufwand zu kritisieren, wobei zu­ meist die NOx-Minderungsmaßnahmen zu Lasten anderer Parameter gehen oder diesbezüglich neutral sind. Das Denken: "Um­ weltschutz ist teuer", oder sogar: "Echter Umweltschutz muß teuer sein"! konstatiert unakzeptabel eine technische Ausweg­ losigkeit der neuen, so nicht gegebenen Situation zum Nachteil, des ebenfalls ökologisch berechtigten, zunächst aber rein öko­ nomisch anmutenden Anliegens von hochproduktiven Öfen. Im Sinne der erfinderischen Zielstellung ist dagegen höchster Bewertung der Ofenökonomie das Anliegen der NOx-Minderung beizustellen, indem neue Lösungen zur Verbesserung der Ofenökonomie disponi­ bel oder verstärkt NOx-mindernd genutzt werden. Keinesfalls kann die technische Aufgabenstellung dann produktiv bearbeitet werden, wenn ein fataler Widerspruch zwischen den erhöhten An­ forderungen zur NOx-Minderung und dem bisherigen Produktivi­ tätsniveau vorausgesetzt wird. Nicht hohe Schmelzleistungen und hohe Glasbadtemperaturen stehen technisch im Widerspruch zur NOx-Minderung, sondern die häufig mißverständlich dazu zwin­ gend für erforderlich gehaltenen Gewölbe- und Flammentempe­ raturen. Für U-Flammenwannen ist zur Feuerführung eine prakti­ zierte Lösung bekanntgeworden, bei der an Ports mit mehreren Brennern, der jeweils zur Ofenseitenwand hin angeordnete, äuße­ re Brenner aus der Achse der Verbrennungsluft zur Wannenmitte hin ausgelenkt ist. Mit dieser Anordnung wird eine Minderung der Leistungsparameter des Ofens durch Verkleinerung der Flammenfläche bewirkt. Zweck des Verfahrens ist es aber, die bei U-Flammenwannenöfen bedenkliche Flammennähe, zur dadurch korroßiv bedrohten Oberofenseitenwand zu vermeiden. Ähnliche Funktionen erfüllt die Erfindung gemäß DE 42 22 863 A1. Dabei wird zusätzlich durch zahlreiche, einzeln regelbare Düsen im Brennermaul, große Flexibilität bei der Gestaltung von Flammen­ länge, Emmissionsvermögen und Startreaktion angestrebt. Entge­ gen der erfinderischen Aufgabenstellung der Anordnung bewirkt dabei aber die intensive Luft- Brennstoffmischung ein hohes Grundniveau der thermischen NOx-Bildung. Mit den Erfindung ge­ mäß DE 42 25 257.1 und DE 42 44 068 C1, die eine Reflexions­ flamme bzw. eine günstige Kaskadenflammengestaltung beinhalten, wurden Verfahren zur Intensivierung der Wärmeübertragung an das Glasbad bekannt, die einen Beitrag zur Lösung der Problem­ stellung durch besonders nahe Lage, langgestreckter Flammen am Glasbad, leisten können und zusätzlich die Startreaktion der Flamme unterdrücken. Für die erfinderische Zielstellung geht die thermische Effektivität aber nicht weit genug, da sich die bessere Durchwärmung des Glasbades nur auf einen sehr be­ grenzten Bereich der Glasbadoberfläche und die Querachse be­ zieht, jedoch zur Vergrößerung der Flammenfläche, insbesondere in das Gebiet der, in der ebenen Draufsicht auffälligen und bislang stets flammenfrei bleibenden Fläche, zwischen den Flam­ menbändern, kein Beitrag geliefert wird. Die Effektivität der Anwendung von NOx-mindernden Brennern, die gleichzeitig hohe Wärmeübertragungsleistung sichern, ist derzeit sehr stark in Entwicklung begriffen und damit schwer zu beurteilen. Es wird jedoch insbesondere von sogenannten Regellanzen, die das bis­ lang bekannte Spektrum der Zerstäubung und der Flammengestal­ tung nicht wesentlich erweitern, häufig zuviel erwartet. So­ lange die Wärmeentbindung im bekannten technischen Rahmen der verfügbarer Ausbrandlänge des Ofens eingeschränkt ist und die bekannte Freistrahlgestalt des Flammenkörpers mit herkömmlicher Lage der Flamme bei üblichen (Wärmestrahlungs-) Emissionsko­ effizienten im Ofenraum vorausgesetzt werden kann, ist im Sinne der erfinderischen Zielstellung mit derartigen Brennern eine Minderung der Temperaturdifferenz zwischen Gewölbe und Glasbad über den bekannten Stand hinaus, nicht erkennbar. Brenner mit extrem durch hohen Luftüberschuß gekühlten, NOx-armen Flam­ men sind für Hochtemperaturöfen nicht leistungsgerecht anwend­ bar. Besonders für Querflammenwannen wird verstärkt eine effek­ tive Methode zur Regelung der Luftverhältniszahlen der einzel­ nen Flammen angewendet. Dazu werden insbesondere sogenannte In-situ-Lambdasonden und on-line Verbrennungsrechnung mit da­ rauf beruhenden zuverlässigkeitsgeprüften und anspruchsvollen Regelalgorithmen angewendet. Teilweise erfolgt die Luftzu- oder Umverteilung für die einzelnen Flammen zusätzlich mittels neu­ artiger Stellglieder in Form von sogenannten Sperrluftlanzen.

Die Anwendung dieser Verfahrenskombination erfordert den Ein­ satz moderner Prozeßleitsysteme. Deren Einsatz ermöglicht wie­ derum vorteilhaft weitere Verfahren zur Leistungssteigerung und primären NOx-Minderung. Darunter ist ein sogenanntes BTR-Verfahren (P 3610365.9) besonders erwähnenswert, das ursprünglich zur Erhöhung der langfristigen thermischen Ofenstabilität ein­ geführt wurde, aber im Zusammenhang mit der einhergehenden Anlagenlaufruhe, zunehmend zur ofenleistungsabhängigen Glas­ qualitätssicherung und NOx-Minderung angewendet wird. Die kurzfristigen thermischen Instabilitäten beim Wechselvorgang von regenerativen Öfen unterdrückt ein Differenztemperaturre­ gelungsverfahren gemäß P 42 31 889.0. Dieses ist besonders vor­ teilhaft mit dem vorgenannten Verfahren zu kombinieren. Diese Lösungen sind im Sinne der erfinderischen Zielstellung sowohl vorteilhaft für die Schmelzleistung von Wannenöfen wie für die primäre NOx-Minderung. Aber auch diese Kombination vorteil­ hafter Lösungen genügt nicht zur Erreichung des zeitgemäßen Forderungsniveaus, beispielsweise von Behälterglaswannen, das ausgehend vom erzielten technischen Stand, zusätzlich von der perspektivischen Zielsetzung für NOx-Grenzwerte bestimmt wird. Danach sind mindestens folgende Parameter anzustreben: 500 mg NOx-Emission bei spezifischen Schmelzleistungen oberhalb von 3,6 t/ m² d mit gleichzeitig kleinem oder ohne Einsatz von elektrischer Zusatzbeheizung, noch ohne Gemengevorwärmung und bei einem Energieverbrauch um 4 MJ/kg Glas, unterhalb von 60% Scherbeneinsatz. Abschließend ist weiterhin ein Luftstufungs­ verfahren gemäß DE 43 01 664 A1 erwähnenswert. Es hat jedoch ein ungünstiges Verhältnis von Effekt zu Aufwand und Nebenwir­ kungen. Sekundäre NOx-Minderungsverfahren werden hier nicht zum Verfahrensvergleich herangezogen. Sie liegen der Diskussion inhaltlich fern.

Die Aufgabenstellung wird nunmehr dadurch gelöst, daß an Quer­ flammenwannenöfen, in der ebenen Draufsicht, teilweise die Orientierung der Brennerlanzen und der jeweils zugehörigen Brennerdüsensteine von der derzeitig durchweg senkrechten Aus­ richtung gegenüber der Wannenlängsachse und der angenommenen mittleren Strömungsrichtung des Glases, vorzugsweise mit 2 oder mehr Flammenachsen schräg gestaltet wird. Vorteilhaft entsteht, bei der divergierenden Auslenkung beider äußerer Brenner eines Ports gegenüber der Achse der Lufteinbringung, eine fächerför­ mige Flammenanordnung. Im Ergebnis wird ein hoher Flammenbe­ deckungsgrad erzielt, der sich insbesondere in die bislang flammenfreien Gebiete der Glasbadoberfläche zwischen den Ports der Querflammenwanne erstreckt. Der Strahlungsweg zu noch ver­ bleibenden Restflächen wird verkürzt. Der höhere Flammenbe­ deckungsgrad ermöglicht seinerseits die Gestaltung einer kälteren Flamme bei gleicher Wärmeübertragungsleistung. Die Gestaltung der kälteren Flamme wird dabei ebenso durch die Auslenkung der Flamme erzielt, da der Brennstoffstrom aus dem beibehaltenen und weiterhin senkrecht (quer) orientierten Strahl der Ver­ brennungsluft ausgelenkt ist. Vorteilhaft wird die Startreak­ tion der Flamme geschwächt sowie frühes Einsetzen der Ketten­ reaktion der Verbrennung durch die verringerte Einmischung von Luft unterdrückt. Der deutlich verstärkte Karborierungseffekt der Flamme intensiviert vorteilhaft deren Wärmeabgabe, verbun­ den mit der Senkung der mittleren Flammentemperatur und insbe­ sondere ihrer Spitzenwerte. Die ebene Lage der Flamme, flach über dem Glas wird ebenso begünstigt, da die Luft diese nicht mit hohem Impuls auf das Glasbad drängt und zudem lokal auf­ wirbelt. Die Gestaltung einer somit vergrößerten und kälteren Flamme, relativ nahe am Glas und zugleich mit verringerter Ge­ fahr örtlich begrenzt, starker Überhitzung desselben, hat wie erwünscht, ein relatives Sinken der Gewölbetemperatur zur Fol­ ge. Das resultiert zum kleineren Teil aus der größeren Entfer­ nung der Flamme zum Gewölbe durch deren glasbadnahe Lage und die verringerte Turbulenzeinwirkung der Luft. Überwiegend ist es vielmehr darauf zurückzuführen, daß bei sinkender Temperatur der Wärmequelle, stets die heißeren Wärmesenken stärker bei der Wärmezufuhr benachteiligt werden, als kältere Senken, die hier von Glasbad gebildet werden. Die Wärmeaufteilung verschiebt sich vorteilhaft zur kälteren Senke. Bei dominierender Wärme­ übertragung durch Strahlung unterliegt diese Verschiebung den außerordentlich stark wirksamen Delta-T-hoch-4-Gesetzen des Strahlungswärmetauschs (Stefan-Boltzmannsches Gesetz). Grund­ sätzlich werden jedoch beide Wärmesenken unter der Voraussetz­ ung sonst gleichbleibender Strahlungsaustauschflächen weniger stark wärmebelastet. Deshalb müssen ausgleichend, wie es durch die erfinderische Schrägflammenführung auch eingestellt wird, Fläche und Emissionsvermögen der wärmeabstrahlenden Flamme er­ höht werden und die Distanz zu der im Wärmeaustausch liegenden Glasbadoberfläche verringert werden. Herkömmliche Mittel sind dafür nicht geeignet. Bekanntlich ist ja die Ausstrahlung eines Körpers der abstrahlenden Fläche nur einfach proportional. So sind erst solch deutliche Flächenvergrößerungen des Flammen­ körpers, wie sie mit vorliegender Erfindung erzielt werden, in der Lage, reale Flammentemperaturabsenkungen nach dem gleichen Verfahren kompensieren zu können. Eine vergleichende Messung des feuerungstechnischen Wirkungsgrades, mit dem Schwerpunkt der Abgastemperatur (wahre Gastemperatur) am abziehenden Port, gibt im jeweils praktizierten, konkreten Fall, Aufschluß darü­ ber, ob dieser Wirkungsgrad durch die kompensierenden geometri­ schen- und Emissionseinflüsse mindestens konstant gehalten wurde. Die Gewölbetemperatur fällt deutlich und die Glasbadtem­ peratur an der Oberfläche steigt an. Damit ist Anlaß gege­ ben, den Brennstoffeinsatz zu reduzieren und neue, niedrigere Sollwertvorgaben für die Gewölbetemperatur zu tätigen. Das ist mit erheblicher Energieeinsparung und weiterer NOx-Minderung verbunden. Die erhöhte potentielle Schmelzleistung der Schmelz­ wanne zeigt sich augenfällig in den Gewölbetemperaturreserven. Die einhergehende Minderung der NOx-Emission ist, bei gleich­ bleibender Schmelzleistung und schmelztechnologisch sachge­ recht umgestellten Ofenregime, höher als bei bislang bekannten Primärmaßnahmen.

Die erfinderische Lösung ist im Wesentlichen dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Richtung des Brennstoffeintrags, sowie die Richtung des Verbrennungslufteintrags durch den zugeordneten Luftport in der ebenen Draufsicht mindestens teilweise vonein­ ander abweichen, indem vorzugsweise die Achsen der jeweils äußeren Brennerlanzen und Düsensteine des Ports zur Achse der Luft im divergierenden Winkel von 5 bis 20 Grad, vorzugsweise um 10 Grad angeordnet sind.

In einem Ausführungsbeispiel wurde eine ölbeheizte Querflam­ menwanne mit jeweils ursprünglich 2-3 Brennerlanzen pro Port, an den mit Brennstoff höher belasteten Ports der sogenannten Schmelzzone, die im Beispiel von den Ports 1 bis 3 gebildet wird, so umgerüstet, daß die beiden äußeren Düsensteine jeweils um 12° aus der ursprünglich zur Wannenlängsachse senkrechten Orientierung ausgelenkt wurden, wobei ihre vertikale Richtung beibehalten wurde. Diese relativ starke Auslenkung konnte al­ lein mit einer veränderten Brennerbockgestaltung und gleich­ zeitig schräger Ausrichtung der Brennerdüsensteine darum nicht realisiert werden, weil die rückwärtige Bewegungsfreiheit zum Ein- und Ausbau der Brennerlanzen dann nicht mehr gegeben war. Ohne dazu erfinderisch tätig werden zu müssen und obwohl neu­ heitlich, so doch im Rahmen sachgerechten ingenieurmäßigen Handelns, wurden deshalb Brennerlanzen mit einem, in der Ebene abgewinkelten Brennerlanzenkopf zu diesem Zweck entwickelt und eingesetzt. Es wurde so, bei an sich ungünstiger Ofengeometrie diesbezüglich, eine Erhöhung des Flammenbedeckungsgrades von ca. 40% auf etwa 60% vorgenommen. Im Ergebnis der Maßnahme wurde die vorab unbefriedigende Schmelzleistung der Wanne, die nicht die Verarbeitungskapazität der Folgetechnik zu decken vermochte, auf ein Niveau gehoben, das offensichtlich selbst dann noch deutliche Leistungsreserven aufweist, wenn die Ver­ arbeitungskapazität der Folgetechnik voll ausgeschöpft wird. Dies wird unter anderem daran erkennbar, daß die technologisch zulässigen Grenzwerte der Gewölbetemperatur nach Einführung des Verfahrens und der verfahrensrealisierenden Vorrichtung, nun an der neuartig mit Schrägflammen beheizten Wanne, stets unterschritten werden wobei der Einsatz von elektrischer Zu­ satzbeheizung sehr klein gehalten werden kann. Die gleichzeitig erzielte Verbesserung der Glasqualität läßt auf eine erhöh­ te, qualitätsbestimmende Glasbadtemperatur schließen, die im Ausführungsbeispiel jedoch nicht direkt vergleichend gemessen wurde. Da eine Rückrüstung aus Gründen der Ofenökonomie auch kurzfristig nicht mehr in Frage kommt, kann diese Aussage am ersten Ausführungsbeispiel auch zukünftig nicht exakt quanti­ fiziert nachgeliefert werden. Die Senkung der Gewölbetempera­ tur, deren technologische Reserven ein Maß für die potentielle Schmelzleistung bildet, beträgt im Ausführungsbeispiel, pau­ schal bei gleicher Schmelzleistung, etwa 15 Grad.

Die Senkung der NOx-Emmission beträgt etwa 25-30%.

Die Abbildung, Fig. 1, zeigt eine Querflammenwanne mit 2 Ports. Pro Port sind 3 Brennerlanzen (2) angeordnet. Davon ist die jeweils mittlere in konventioneller Richtung, das heißt in der Achse der Verbrennungslufteintragung (5) orientiert, wobei im Beispiel wegen der mittigen Anordnung der 2. Brennerlanze diese Achsen zusammenfallen. Der zugehörige Düsenstein ist des­ halb in Bezug zur Achse der Verbrennungslufteintragung (5) als achsgleicher Brennerdüsenstein (4) bezeichnet. Die neuartig an­ geordneten Brennerlanzen sind je an einem erfinderisch ausge­ winkelten Brennerdüsenstein (1) angeordnet und ihr zerstäubter Brennstoffstrahl bildet, weitgehend von der Verbrennungsluft unbeeinträchtigt, eine zu deren Achse auswärtsgerichtete, also divergierende Flammenachse (3), wodurch die bislang üblichen, flammenfernen Gebiete zwischen den Ports durch die Schrägflam­ menführung (8) überdeckt werden. Die Anordnung der 3 Flammen eines Portes bilden nunmehr, anstelle einer Flamme mit über­ lagerten Flammenrändern, eine dreiteilig fächerförmige Flam­ me (6) mit kälteren Flammenwurzeln und ebenfalls kälteren Flam­ menenden. Die Überschneidung von Teilflächen benachbarter Flam­ men wird sicher vermieden. Die verbleibenden flammenunbedeckten Restflächen von Glasbadoberfläche und Gemengedecke, insbeson­ dere in der Schmelzzone sind klein und bilden durch geringeren seitlichen Abstand von der nächstgelegenen Flamme ebenfalls noch intensive Wärmesenken für die Flammenabstrahlung. Der ver­ fügbare Ausbrandweg der Schrägflammen ist gegenüber herkömm­ lich orientierten Flammen vorteilhaft verlängert. Eine erhöhte Quermischung am Ende der Flammen ist meßtechnisch sicher er­ kannt worden. Diese hat vermutlich ebenfalls Vorteile bezüg­ lich des gleichmäßigen und in Summe vollständigeren Ausbrandes beim Austritt der Abgase aus dem Ofen. Die geringe Entfernung der Schrägflammen zum Glasbad wird durch die örtliche Vermei­ dung des Zusammentreffens mit der schräg abwärts gerichteten Verbrennungsluft relativ gleichmäßig einhaltbar und kann durch einfache, an sich bekannte und vorzugsweise waagerechte Bren­ nereinstellung vorgenommen werden. Das bedeutet gleichzeitig eine vorteilhaft gleichmäßige und größere Entfernung zwischen der schon kälteren Flamme und dem Gewölbe. Gegenüber den Obero­ fenseitenwänden erfolgt eine Wärmeentlastung einerseits durch die kalten Flammenwurzeln und auf der abziehenden Seite wirken in diesem Sinn die Flammenvergrößerung, unterstützt durch die Erhöhung des verfügbaren Ausbrandweges sowie der erhöhte Emissionskoeffizient der Flammen, infolge vermindert intensi­ ver Luftzumischung in der Startreaktionszone und dem daraus folgenden Karborierungseffekt der Flamme sowie die besseren örtlichen Wärmetauschverhältnisse gegenüber dem Glas. Die Wär­ meentlastung an der Oberofenseitenwand leistet im Zusammenhang mit der mehr zur Wannenmitte und zum Glasbad hin verstärkten Wärmeentbindung einen deutlichen "boosting"-Beitrag zur Erhö­ hung der Querströmungen im Unterofen. Damit wird von der erfin­ derischen Schrägflammenführung, systemstimmig aus der Feuerung heraus, auch ein strömungsintensivierender Beitrag erbracht, wie er von vorteilhaften, aber aufwendigen Elektrozusatzbehei­ zungen bekannt ist. Die Lösung erfordert bei ihrer Einführung große technologische Sorgfalt und spezifische meßtechnische Überwachung, um ein verbleibendes technisches Risiko aus dem sich stark ändernden technologischen Regime zu vermeiden. Ins­ gesamt ist sie durch relativ kleinen Gesamtaufwand und hohen Nutzeffekt gekennzeichnet. Schon die Anreicherung oder Um­ rüstung von Hochleistungsquerflammenwannen zur Schrägflammen­ beheizung ist mit entsprechender Betreung eine durchgängig positive, hochwirksame und nebenwirkungsfreie Lösung zur Leistungssteigerung und primären NOx-Minderung.

Bezugszeichenliste

1 Ausgewinkelter Brennerdüsenstein
2 Brennerlanze
3 divergierende Flammenachse
4 Achsgleicher Brennerdüsenstein
5 Achse der Verbrennungslufteintragung
6 dreiteilig fächerförmige Flamme
7 schwenkbarer Düsenstein
8 Schrägflammenführung

Claims (7)

1. Verfahren zur leistungssteigernden und stickoxidmindernden Beheizung, insbesondere von sogenannten Querflammenwannenöfen, bei denen der Brennstoffeintrag außerhalb oder unterhalb der Mündung des jeweils zugehörigen Verbrennungsluftports erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß in ebener Draufsicht die Richtung des Brennstoffeintrags von der herkömmlich quer orientierten und zugeordneten Achse der Verbrennungslufteintragung (5) min­ destens teilweise divergierend abweichend als Schrägflammen­ führung (8) eingerichtet ist.

2. Vorrichtung zur leistungssteigernden und stickoxidmindern­ den Beheizung, insbesondere von Querflammenwannenöfen, bei de­ nen der Brennstoffeintrag außerhalb oder unterhalb der Mündung des jeweils zugeordneten Verbrennungsluftports erfolgt, beste­ hend aus Verbrennungsluftport, Brennerdüsenstein und Brenner­ lanze, dadurch gekennzeichnet, daß in ebener Draufsicht die Richtung der Symmetrieachse der Ausströmungsöffnung mindestens eines in äußerer Position am Port angeordneten, ausgewinkelten Brennerdüsensteins (1) von der Achse der Verbrennungsluftein­ tragung (5) um mehr als 5° auswärts divergierend eingerichtet ist.

3. Verfahrensrealisierende Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Brennerlanze (2) und der zugehörige Düsenstein zur Symmetrieachse des zugehörigen Ver­ brennungsluftports im divergierenden Winkel von 5 bis 20 Grad, vorzugsweise mit 10 Grad als Schrägflammenführung (8) angeord­ net ist, wobei diese durch eine divergierende Flammenachse (3) gekennzeichnet ist.

4. Vorrichtung zur leistungssteigernden, stickoxidmindernden Beheizung, insbesondere von Querflammenwannenöfen, bei denen der Brennstoffeintrag außerhalb oder unterhalb der Mündung des jeweils zugeordneten Verbrennungsluftports erfolgt, bestehend aus Verbrennungsluftport, Brennerdüsensteinen und Brennerlan­ zen, wobei ein Brennerdüsenstein mit einem an sich bekannten Öffnungswinkel der Ausströmöffnung von mehr als 30° versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der ebenen Draufsicht des Ofens, eine Brennerlanze an der Portmündung in äußerer Position angeordnet ist und dort an einem Düsenstein mit großem Öff­ nungswinkel der Ausströmöffnung angeordnet ist, wobei die Rich­ tung der Brennerlanze und insbesondere die Richtung ihrer Brennstoffausbringung von der Mittelachse des Verbrennungs­ luftports und der Ausströmöffnung des Brennerdüsensteins um mehr als 5° auswärts divergierend eingestellt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenstein ein in ebener Draufsicht schwenkbarer Düsenstein (7) ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der schwenkbare Düsenstein in Einbaulage eine äußere Form aufweist, die vom Kubus mindestens durch einen offenen Keilabschnitt ab­ weicht, wobei dessen abweichende Flanke zur Symmetrieachse der Ausströmöffnung des Düsensteins, ofenauswärts gerichtet und in ebener Draufsicht um mehr als 6° konvergiert.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3, besonders geeignet für die hochbelasteten Ports einer unterbankbefeuerten, Querflammen­ wanne, die mit je 3 Brennerlanzen bestückt sind, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die jeweils mittlere Brennerdüsensteinkom­ bination, wie herkömmlich und an sich bekannt in der Achse des Verbrennungslufteintrags orientiert ist, indem der mittlere Düsenstein als achsgleicher Düsenstein (4) ausgerichtet ist, die beiden äußeren Brennerdüsensteinkombinationen dazu aber konvergierend ausgewinkelt sind und so eine dreiteilig fächer­ förmige Flamme (6) gebildet ist.