DE19619919A1 - Glass furnace fuel and oxygen introduced in alternating pulses - Google Patents

Glass furnace fuel and oxygen introduced in alternating pulses

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Abstract

Molten glass (12) is held in a continuously-operated glass-melting furnace(1) and heated. Fuel, and gases containing at least 50% oxygen by volume, are introduced in pulsating cycles into the combustion chamber (8,28) above the hot melt. The quantity integers of the fuel and oxidation gas are roughly stoichiometric with respect to the combustion chamber (8, 28). The novelty is that the fuel and oxidation gases are introduced to the combustion chamber with a pulsating action and at different times from each other. The oxidation gas is at least 80% pure technical oxygen by volume. During the cycle periods T in which fuel and oxygen are respectively introduced, the ratio may be adjusted of the impulse periods Ti to the intervals between pulses Tp. The frequency of the fuel and oxidation impulses is between 1 and 10 Hz. A suitable arrangement makes use of a coaxial burner (7) with a central pipe (9) through which fuel is introduced and an outer pipe (10) for the oxidation gas. The fuel and gas are introduced in approx. alternating cycles.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beheizen einer Glasschmelze in einem von der Glasschmelze durchströmten Gefäß aus der Gruppe Schmelzwanne, Arbeitswanne und Speiser mittels pulsierend in einen Feuerraum eingeleiteter Brennstoffe und Oxidationsgase mit mindestens 50 Vol.-% Sauerstoff, wobei die Mengenintegrale von Brennstoff und Oxidationsgas in Bezug auf den Feuerraum zumindest im wesentlichen stöchiometrischen Verhältnissen entsprechen. The invention relates to a method for heating a glass melt in a vessel from the group through which the glass melt flows Melting tub, working tub and feeder pulsating into one Combustion chamber with fuel and oxidizing gases with at least 50 vol .-% oxygen, the quantity integrals of fuel and Oxidation gas with respect to the furnace at least essentially correspond to stoichiometric conditions.  

Das Oxidationsgas kommt bei Glas-Schmelzöfen üblicherweise aus soge­ nannten Regeneratoren, durch die alternierend mit dem Oxidationsgas die Ofenabgase geleitet werden, um einen Teil der Abgaswärme zurück zu ge­ winnen. Das Oxidationsgas ist also sehr stark aufgeheizt und kann in der Regel nicht Brennern zugeführt werden, in denen es mit Brennstoff gemischt würde.The oxidation gas in glass melting furnaces usually comes from so-called called regenerators, which alternate with the oxidizing gas Furnace exhaust gases are conducted to return some of the exhaust heat win. The oxidizing gas is therefore very strongly heated and can in the Usually not to be fed to burners where it is mixed with fuel would.

Die gestiegenen Anforderungen an die Reinhaltung der Luft und die zu­ nehmend herabgesetzten Grenzwerte für die Emission von NOx verlangen insbesondere in der Glasindustrie erhebliche Entwicklungsanstrengungen um die NOx-Anteile in den Verbrennungsgasen von Glas-Schmelzöfen zu reduzieren.The increased requirements for keeping the air clean and the increasingly lower limit values for the emission of NO x require, especially in the glass industry, considerable development efforts to reduce the NO x content in the combustion gases of glass melting furnaces.

Beim Schmelzen von Glas handelt es sich um einen Hochtemperaturprozeß, bei dem das Glas und die Glasbildner relativ hohe Temperaturen erreichen müssen. Dies zwingt dazu, daß die Temperaturen über der Glasschmelze sowohl in der Flamme als auch im Oberofen um mehrere 100°C über den Temperaturen der Glasschmelze liegen müssen. Dies führt zwangsläufig zur Bildung von Stickoxiden, und zwar insbesondere dann, wenn die Verbrennungslufttemperaturen sehr hoch sind, wie dies bei sogenannten Regenerativwannen üblich ist.Melting glass is a high temperature process at which the glass and the glass formers reach relatively high temperatures have to. This forces the temperatures above the glass melt both in the flame and in the upper furnace by several 100 ° C above the Temperatures of the glass melt must be. This inevitably leads to Formation of nitrogen oxides, especially if the Combustion air temperatures are very high, as is the case with so-called Regenerative tubs is common.

Die größte Zahl der Glas-Schmelzöfen, die derzeit in Betrieb sind, sind derartige Regenerativwannen, so daß hierbei große Anstrengungen unter­ nommen werden müssen, um die NOx-Emissionen zu reduzieren. Die Hauptursache für die Bildung von Stickoxiden ist die Anwesenheit von Stickstoff innerhalb des Glas-Schmelzofens.The largest number of glass melting furnaces that are currently in operation are such regenerative tanks, so that great efforts have to be made to reduce the NO x emissions. The main cause of nitrogen oxide formation is the presence of nitrogen within the glass melting furnace.

Durch eine ganze Anzahl von Primärmaßnahmen, wie Abdichtung des Dog- Houses, Abdichtung des Brennermundes und die Reduzierung der Luftzahl auf ein Mindestmaß sowie durch eine Abdichtung des Glas-Schmelzofens gegen Falschluft ist es bereits gelungen, die NOx-Werte erheblich zu redu­ zieren.A large number of primary measures, such as sealing the dog house, sealing the burner mouth and reducing the air ratio to a minimum, as well as sealing the glass melting furnace against false air, have already significantly reduced the NO x values.

Dennoch war es bisher nicht möglich, die Forderung nach einem Grenzwert, der in Zukunft bei 500 mg/Nm³ bei 8% Sauerstoff liegen wird, bei Regenerativwannen zu erfüllen, ohne daß erhebliche CO-Konzentrationen im Abgas auftreten.However, it has never been possible to meet the requirement for a limit, which will be 500 mg / Nm³ with 8% oxygen in the future Regenerative tanks to meet without significant CO concentrations in the Exhaust gas occur.

Durch die DE 42 18 702 C2 und die DE 42 22 863 C2 ist es bekannt, eine unterstöchiometrische und eine überstöchiometrisch gespeiste Flamme, die beide im Flammenkern relativ kalt sind, parallel zueinander anzuordnen, wo­ bei der Ausgleich der Stöchiometrie-Differenzen sich im späteren Verlauf des Ausbrandes ergibt. Diese Methode hat sich durchaus als brauchbar erwiesen, reicht jedoch allein nicht aus, um zusammen mit den genannten Primärmaßnahmen den genannten Grenzwert ständig einzuhalten. Außerdem werden hierbei in enger Nachbarschaft jeweils zwei Brenner benötigt, die kontinuierlich betrieben werden.It is known from DE 42 18 702 C2 and DE 42 22 863 C2, a substoichiometric and an overstoichiometrically fed flame, the both are relatively cold in the flame core, to be arranged parallel to each other where when the stoichiometry differences are equalized later on of the burnout results. This method has proven to be useful proven, however, is not enough to work with the above Primary measures to keep to the mentioned limit value. In addition, there are two burners in close proximity needed that are operated continuously.

Durch die DE 40 14 506 C2 ist es bekannt, den Massenstrom von Ver­ brennungsgasen eines unstetig betriebenen Brenners bei Tunnelöfen zu modulieren, um den Wärmeübergang auf das Brenngut zu verbessern und die Reichweite der von dem Brenner ausgehenden Flamme zu variieren. Hierbei wird jedoch sowohl das Brenngas als auch das Oxidationsgas moduliert. Eine Veränderung der stöchiometrischen Verhältnisse ist ebenso wenig angesprochen, wie eine Verminderung der NOx-Werte im Abgas. Die Veränderung des Massenstromes um einen Mittelwert herum erfolgt dabei nach Art einer Sinus-Kurve, d. h. die einzelnen Impulse haben eine nur ge­ ringe Flankensteilheit. Die Modulation der Brenngasmenge wird durch elek­ tronisch gesteuerte Stellventile erreicht, die Modulation des Oxidationsgases durch drehzahlgeregelte Verdichter. Die Drehzahländerung der Verdichter verläuft aufgrund von deren Massenträgheit entsprechend langsam, wodurch sich der vorstehend beschriebene sinusförmige Verlauf der Modulationen erklärt.From DE 40 14 506 C2 it is known to modulate the mass flow of combustion gases from a discontinuously operated burner in tunnel kilns in order to improve the heat transfer to the material to be burned and to vary the range of the flame emanating from the burner. Here, however, both the fuel gas and the oxidizing gas are modulated. A change in the stoichiometric conditions is just as little addressed as a reduction in the NO x values in the exhaust gas. The change in the mass flow around a mean value takes place in the manner of a sine curve, ie the individual pulses have only a slight slope. The modulation of the fuel gas quantity is achieved by electronically controlled control valves, the modulation of the oxidizing gas by speed-controlled compressors. The speed change of the compressors is correspondingly slow due to their inertia, which explains the sinusoidal course of the modulations described above.

Durch die EP 0447 300 B1 und die ihr entsprechende US 5 158 590 C ist es gleichfalls nur bekannt, die Mengen von Oxidationsgas und Brenngas gleichzeitig zu verändern, um eine pulsierende Verbrennung zu erreichen. Dies soll dazu dienen, die Reichweite der Flammen zu verändern und mechanische Impulse auf Materialien auszuüben, die auf der Glasschmelze schwimmen, wie beispielsweise Beschickungsgut oder Schaum. Es wird an­ gegeben, daß durch die pulsierende Verbrennung auch die Menge der Stick­ oxide in den Abgasen verringert werden kann, wobei allerdings eine Ver­ änderung der stöchiometrischen Verhältnisse nicht angesprochen wird. Die Taktzeit soll 60 Sekunden betragen, wovon die Brenndauer zwischen 20 und 40 Sekunden und die Pausendauer zwischen 10 und 20 Sekunden liegen soll. Um die Beheizung nicht zu unterbrechen, werden zwei gegenüber­ liegende Brenner innerhalb der Taktzeiten alternierend betrieben.It is through EP 0447 300 B1 and the corresponding US 5 158 590 C. also only known the amounts of oxidizing gas and fuel gas change simultaneously to achieve pulsating combustion. This is to serve to change the range of the flames and to exert mechanical impulses on materials that melt on the glass swim, such as load or foam. It's going on given that by the pulsating combustion also the amount of stick oxide in the exhaust gases can be reduced, although a Ver Change in stoichiometric conditions is not addressed. The Cycle time should be 60 seconds, of which the burn time between 20 and 40 seconds and the pause between 10 and 20 seconds should. In order not to interrupt the heating, two are opposite horizontal burner operated alternately within the cycle times.

In letzter Zeit werden erhebliche Anstrengungen unternommen, die Stickoxidbildung dadurch zu verringern, daß man Glasschmelzöfen mit Oxidationsgasen versorgt, die einen deutlich geringeren Stickstoffanteil und einen deutlich größeren Sauerstoffanteil als Luft besitzen und beispielsweise 50 bis 100 Volumensprozent an Sauerstoff enthalten. Dadurch können auch die Ofenabmessungen und die Wärmeverluste durch die Abgase verringert werden. Dies führt jedoch ohne besondere Maßnahmen nicht uneingeschränkt zu Vorteilen.Considerable efforts have recently been made to: To reduce nitrogen oxide formation by using glass melting furnaces with Oxidation gases supplied, which have a significantly lower nitrogen content and have a significantly larger proportion of oxygen than air and for example, contain 50 to 100 percent by volume of oxygen. As a result, the oven dimensions and heat losses can also be reduced the exhaust gases are reduced. However, this leads to no particular Measures do not fully benefit.

Zunehmende Sauerstoffanteile im Oxidationsgas führen zu einer Verkürzung der Flammen und dadurch zu einer hohen Energiekonzentration mit höheren Temperaturen im Flammenbereich, die wiederum die Bildung von Stickoxiden begünstigen, da die Anwesenheit von Stickstoff auch bei bester Abdichtung des Ofens nie ganz zu vermeiden ist, zumal wenn, wie beim Einsatz von Erdgas, erhebliche Mengen von Stickstoff im Brennstoff vorhanden sind.Increasing oxygen levels in the oxidizing gas lead to a shortening of the flames and thereby to a high energy concentration with higher ones Temperatures in the flame area, which in turn the formation of Nitrogen oxides favor, because the presence of nitrogen even with the best Sealing of the furnace can never be completely avoided, especially if, as with  Use of natural gas, significant amounts of nitrogen in the fuel available.

Durch die HVG-Mitteilung Nr. 1173, August 3171, Seiten 1 bis 16, "Ergebnisse eines Versuchs mit O₂-Zusatz zur Verbrennung an einer U-Flammenwanne", basierend auf einem Vortrag von R. Meister im Fachausschuß II der DGG am 20. April 1971 in Frankfurt am Main, ist es bekannt, die Schmelzleistung von Glasöfen durch erhöhten Sauerstoffanteil im Oxidationsgas zu vergrößern, wobei auch die Ausbreitung der Flammen verbessert wird. Die alternierende Umsteuerung von Oxidationsgas und Brennstoff (Öl) von einer Ofenseite auf die andere, die bekanntermaßen im Minutenabstand erfolgt und dabei nicht als Pulsationsbetrieb bezeichnet werden kann, geschieht durch sogenannte Schnellschlußventile und synchron, d. h. Oxidationsgas- und Brennstoffschübe von verhältnismäßig sehr langer Dauer werden einer Ofenseite stets gleichzeitig zugeführt (Seite 4, Absatz 3), wodurch das damals nicht in dem heutigen Umfange bestehende Problem heißer Flammen und der Bildung hoher NOx-Anteile im Abgas nicht gelöst werden kann.Through the HVG communication No. 1173, August 3171, pages 1 to 16, "Results of a test with O₂ additive for combustion on a U-flame trough", based on a presentation by R. Meister in the expert committee II of the DGG on 20. April 1971 in Frankfurt am Main, it is known to increase the melting capacity of glass furnaces by increasing the oxygen content in the oxidizing gas, whereby the spread of the flames is also improved. The alternating reversal of oxidizing gas and fuel (oil) from one side of the furnace to the other, which is known to take place every minute and cannot be called pulsating operation, is done by so-called quick-closing valves and synchronously, i.e. oxidizing gas and fuel spurts of a relatively very long duration become one furnace side always fed simultaneously (page 4, paragraph 3), whereby at that time non-existent in the current extent problem of hot flame and the formation of high nO x components in the exhaust gas can not be solved.

Durch die HVG-Mitteilung Nr. 1847, Seiten 1847-1 bis 1847-16, "Sauerstoff- Erdgasbefeuerung für Glasschmelzöfen - Erfahrungen aus der Praxis", basierend auf einem Vortrag von R. Berkens im Fachausschuß VI der DGG am 19. Oktober 1994 in Würzburg, ist es bekannt, daß bei Sauerstoffanwendung eine hohe thermische Belastung der Feuerfestmaterialien, insbesondere des Gewölbes -und des Brennermauls und angrenzender Wandteile des Ofens durch die sehr kurze und wenig leuchtende Flamme auftritt. Es wird daher dort auch vorgeschlagen, nur einen Teil des Sauerstoffs koaxial zur Flamme und den übrigen Teil des Sauerstoffs an weiter entfernten Stellen in den Feuerraum des Ofens einzuleiten, wodurch örtlich Zonen mit unterstöchiometrischer und Zonen mit überstöchiometrischer Verbrennung gebildet werden. Durch den Ausbrand über die Flammenlänge ergibt sich letztendlich eine stöchiometrische Verbrennung. Die Flammenlänge ist aber auch hierbei noch unbefriedigend, und der Verfasser gibt an, daß noch eine weitere Reduzierung der Stickoxidbildung nötig und möglich ist. Ferner ist das Problem der örtlichen Überhitzung der Glasschmelze und das Ausdampfen von Glaskomponenten bei bestimmten Gläsern, beispielsweise von NaOH bei Natronkalkgläsern nicht gelöst.Through the HVG Notice No. 1847, pages 1847-1 to 1847-16, "oxygen Natural gas firing for glass melting furnaces - practical experience ", based on a lecture by R. Berkens in the Committee VI of the DGG on October 19, 1994 in Würzburg, it is known that at Oxygen application a high thermal load on the Refractory materials, especially the vault and the burner mouth and adjacent wall parts of the oven due to the very short and little glowing flame occurs. It is therefore also suggested there, only part of the oxygen coaxial with the flame and the rest of the Oxygen in distant places in the furnace of the furnace initiate, thereby localizing zones with substoichiometric and zones with superstoichiometric combustion are formed. Due to the burnout In the end, the flame length gives a stoichiometric one  Combustion. The flame length is still unsatisfactory, and the author states that a further reduction in the Nitrogen oxide formation is necessary and possible. Furthermore, the problem is local Overheating of the glass melt and the evaporation of glass components for certain glasses, for example NaOH for soda-lime glasses unsolved.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Beheizungsverfahren der ein­ gangs beschriebenen Gattung anzugeben, bei dem die Bildung von Stick­ oxiden noch weiter verringert wird, ohne daß dadurch die CO-Konzentrationen im Abgas ansteigen, und bei dem die Flammenlänge zwecks besserer Energieverteilung und der Gefahr örtlicher Überhitzungen deutlich vergrößert wird.The invention has for its object a heating method Specify the type described above, in which the formation of stick oxides is reduced even further without the CO concentrations in the exhaust gas increase, and at which the flame length for better energy distribution and the risk of local overheating is significantly enlarged.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs angegebenen Beheizungsverfahren erfindungsgemäß dadurch, daß sowohl die Brennstoffe als auch die Oxidationsgase unabhängig voneinander pulsierend zugeführt werden, wobei die Impulsfolgen zeitlich gegeneinander verschoben sind.The solution to the problem is the one specified at the beginning Heating process according to the invention in that both Fuels as well as the oxidation gases independently of each other are supplied pulsating, the pulse sequences against each other in time are moved.

Der Kern der Erfindung besteht also darin, daß dem Feuerraum über- und unterstöchiometrische Gasstöße im zeitlichen Wechsel zugeführt werden. Mit der Taktfrequenz wechseln sich Perioden von Brennstoffüberschuß und Brennstoffunterschuß ständig ab. Im Idealfall entstehen pulsierende Flammen, die in dem Augenblick, in dem sie brennen, sehr stark unterstöchiometrisch arbeiten, was zu einer sehr starken Reduzierung der NOx-Bildung führt. Das dabei unverbrannt gebliebene Gas mischt sich mit dem im Feuerraum befindlichen Oxidationsgas aus der Zeit, in der kein Brenngas in den Glas-Schmelzofen eingebracht wurde. Die Taktzeit ist dabei so einzustellen, daß gerade eben keine nennenswerten Mengen an CO im Abgaskanal gemessen werden. The essence of the invention is therefore that the combustion chamber is supplied with gas bursts that are over- and under-stoichiometric in alternation over time. Periods of excess fuel and excess fuel constantly alternate with the clock frequency. Ideally, pulsating flames arise which work very sub-stoichiometrically the moment they burn, which leads to a very strong reduction in NO x formation. The unburned gas mixes with the oxidizing gas in the combustion chamber from the time in which no fuel gas was introduced into the glass melting furnace. The cycle time should be set so that no significant amounts of CO are measured in the exhaust gas duct.

Die Flammenlänge nimmt dabei erheblich zu, so daß eine bessere Reichweite, Energieverteilung und -ausnutzung eintreten und die Glasschmelze und Feuerfestbauteile des Ofens örtlich weniger stark thermisch belastet sind.The flame length increases considerably, so that a better one Range, energy distribution and utilization occur and the Glass melt and refractory components of the furnace are not as strong locally are thermally stressed.

Es ist daher mit besonderem Vorteil möglich, ein Oxidationsgas mit mindestens 80 Vol.-% Sauerstoff, insbesondere technisch reinen Sauerstoff zu verwenden, ohne daß sich die Verhältnisse wieder verschlechtern.It is therefore particularly advantageously possible to use an oxidizing gas at least 80 vol .-% oxygen, especially technically pure oxygen to be used without the conditions deteriorating again.

Es ist dabei besonders vorteilhaft, wenn:It is particularly advantageous if:

  • - innerhalb einer Taktzeit der Brennstoffzufuhr, das Verhältnis von Impulszeit zu Pausenzeit einstellbar ist,- within a cycle time of the fuel supply, the ratio of Pulse time can be set at break time,
  • - innerhalb einer Taktzeit der Oxidationsgaszufuhr das Verhältnis vom Impulszeit zu Pausenzeit einstellbar ist,- Within a cycle time of the supply of oxidizing gas, the ratio of Pulse time can be set at break time,
  • - die Frequenz der Brennstoff- und der Oxidationsgasimpulse zwischen 0,1 und 20 Hz gewählt wird, insbesondere wenn die Frequenz der Brennstoff- und der Oxidationsgasimpulse zwischen 1 und 10 Hz gewählt wird, und wenn- the frequency of the fuel and oxidizing gas pulses between 0.1 and 20 Hz is selected, especially if the frequency of the Fuel and oxidizing gas pulses between 1 and 10 Hz is chosen and if
  • - die zeitliche Verschiebung der Impulsfolgen von Brennstoff und Oxidationsgas einstellbar ist.- The time shift of the pulse trains of fuel and Oxidation gas is adjustable.

Wird die Taktzeit zu lang gewählt, dann würden sich ständig ein Überschuß eines der Gase mit einem Überschuß des jeweils anderen Gases abwechseln. Wird die Taktzeit zu kurz gewählt dann durchläuft die Flammenbildung zu oft den stöchiometrischen Bereich, was wiederum zu einem Anstieg des NOx-Gehaltes führt. If the cycle time is chosen too long, an excess of one of the gases would alternate with an excess of the other gas. If the cycle time is chosen too short, the flame formation too often passes through the stoichiometric range, which in turn leads to an increase in the NO x content.

Da die Feuerräume bzw. Ofenräume unterschiedliche Geometrien haben und sich auch unterschiedliche Gasmengen durch die Flammenwege ergeben und unterschiedliche Gasmengen durchgesetzt werden, muß die Taktzeit für jede Geometrie eines Feuerraums empirisch ermittelt werden.Because the fireboxes or furnace rooms have different geometries and also different amounts of gas through the flame paths result and different gas quantities are enforced, the Cycle time for each geometry of a combustion chamber can be determined empirically.

Es ist dabei weiterhin von Vorteil, wenn die Steilheit der Flanken der Gasimpulse größtmöglich gewählt wird. Dadurch wird der Betrieb der Flammen im stöchiometrischen Bereich auf ein Mindestmaß verringert. Auf die hierfür vorgeschlagenen Mittel wird weiter unten noch eingegangen werden.It is also advantageous if the steepness of the flanks of the Gas impulses are chosen as large as possible. This will make the operation of the Flames reduced to a minimum in the stoichiometric range. On the means proposed for this will be discussed below will.

Es ist nicht unbedingt erforderlich, daß die Zufuhr von Oxidations- und Brenngas vollständig unterbrochen wird, um einen nicht-stöchiometrischen Betrieb der Flammen zu ermöglichen; es reicht hierfür aus, die Zufuhr der Gase alternierend erheblich zu drosseln, um nicht-stöchiometrische Mischungsverhältnisse zu erzeugen. Es ist jedoch besonders vorteilhaft, wenn die Zufuhr der Gase intermittierend vollständig unterbrochen wird.It is not absolutely necessary that the supply of oxidation and Fuel gas is completely interrupted to a non-stoichiometric To allow operation of the flames; it is sufficient to supply the Gases alternately throttled significantly to non-stoichiometric To create mixing ratios. However, it is particularly advantageous when the supply of the gases is completely interrupted intermittently.

Durch die Verschiebung der Impulszeiten gegenüber den Pausenzeiten wird eine optimale Betriebsweise ermöglicht. Während der Impulszeiten einerseits und der Pausenzeiten andererseits sind die Gasgeschwindigkeiten im Feuerraum sehr unterschiedlich. Während der Pausenzeiten für die Brennstoffzufuhr wird nur Oxidationsgas in den Feuerraum geleitet, wobei die Strömungsgeschwindigkeit relativ niedrig ist. In dem Augenblick, in dem ein Verbrennungsimpuls einsetzt, ergibt sich eine sehr starke Volumensvergrößerung und damit eine sehr viel höhere Strömungsgeschwindigkeit der Gase im Feuerraum. Durch entsprechende Anpassung der Verhältnisse von Impulszeiten zu Pausenzeiten können die Brennbedingungen den Feuerraumbedingungen angepaßt werden, um eine maximale Herabsetzung des NOx-Gehalts in den Abgasen zu gewährleisten. By shifting the pulse times compared to the break times, an optimal mode of operation is made possible. During the pulse times on the one hand and the pause times on the other hand, the gas speeds in the combustion chamber are very different. During the pause for the fuel supply, only oxidizing gas is fed into the combustion chamber, the flow rate being relatively slow. At the moment when a combustion pulse starts, there is a very large increase in volume and thus a much higher flow velocity of the gases in the combustion chamber. The combustion conditions can be adapted to the combustion chamber conditions by appropriately adapting the ratios of pulse times to pause times in order to ensure a maximum reduction in the NO x content in the exhaust gases.

Zusätzlich zur Minimierung der NOx-Emission ist auch die Möglichkeit ge­ geben, die Flamme bei unterschiedlichem Energiebedarf des Glas-Schmelz­ ofens, d. h. bei unterschiedlichen Durchsätzen an Glasmengen, in ihrer Länge konstant zu halten. Dies geschieht dadurch, daß bei schwankender Last das Verhältnis der Impulszeiten zu den Pausenzeiten derart variiert wird, daß die während der Impulszeiten durchgesetzte Menge an Brennstoff pro Zeiteinheit konstant bleibt.In addition to minimizing the NO x emission, there is also the possibility of keeping the length of the flame constant with different energy requirements of the glass melting furnace, ie with different throughputs of glass quantities. This is done in that the ratio of the pulse times to the break times is varied in such a way that the quantity of fuel per unit time passed through during the pulse times remains constant.

Hiermit ist der Vorteil verbunden, daß die Flammenlänge auf einfache Weise den Erfordernissen im Feuerraum angepaßt werden kann, d. h. die Ausbrandzone der Flamme kann an eine Stelle gelegt werden, an der sie erwünscht ist und wo die höchste Temperatur im Glas-Schmelzofen erreicht werden soll.This has the advantage that the flame length in a simple manner can be adapted to the requirements in the furnace, d. H. the Burnout zone of the flame can be placed in a place where it is desired and where the highest temperature in the glass melting furnace is reached shall be.

Die Maßnahmen und Mittel zur Veränderung der Verhältnisse von Impuls­ zeiten zu Pausenzeiten werden weiter unten noch im einzelnen beschrieben.The measures and means of changing the proportions of impulse times at break times are described in more detail below.

Die Erfindung betrifft auch eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens mit einem Brennraum mit Brennern und/oder Lanzen und Leitungen für die Zufuhr von Brennstoffen und Oxidationsgasen zu den Brennern und/oder Lanzen und mit in den Leitungen angeordneten Ventilen, die an eine Steuerschaltung zum impulsförmigen Öffnen und Schließen der Ventile angeschlossen sind.The invention also relates to an arrangement for carrying out the method with a combustion chamber with burners and / or lances and lines for the Supply of fuels and oxidizing gases to the burners and / or Lances and with valves arranged in the lines that connect to a Control circuit for pulsed opening and closing of the valves are connected.

Zur Lösung der gleichen Aufgabe ist eine solche Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung einstellbare Signalgeber besitzt, durch die die Taktzeit, die Impulszeit, die Pausenzeit und die Zeitfolge der Impulse für die Brennstoffe und die Oxidationsgase unabhängig voneinander einstellbar sind.Such a device is used to solve the same problem characterized in that the control circuit has adjustable signal generator, through which the cycle time, the pulse time, the Pause time and the time sequence of the impulses for the fuels and the Oxidation gases can be set independently of one another.

Zwei Ausführungsbeispiele von Anordnungen für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nachstehend anhand der Fig. 1 bis 5 in sehr schematischer Weise näher erläutert.Two exemplary embodiments of arrangements for carrying out the method according to the invention are explained in greater detail below with reference to FIGS. 1 to 5.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 einen teilweisen Vertikalschnitt durch einen Glasschmelzofen und einen Brenner sowie eine Steuerschaltung für die Gasversorgung, Fig. 1 is a partial vertical section through a glass melting furnace and a burner and a control circuit for the gas supply,

Fig. 2 einen teilweisen Horizontalschnitt durch eine Seitenwand eines Ofenoberbaus und durch die Achsen von Brennern und Lanzen sowie eine Steuerschaltung für die Gasversorgung und Fig. 2 is a partial horizontal section through a side wall of a furnace superstructure and through the axes of burners and lances and a control circuit for the gas supply and

Fig. 3, 4 und 5 Impulsfolgen der Zufuhr von Brenn- und Oxidationsgasen. Fig. 3, 4 and 5, pulse trains of the supply of fuel and oxidizing gases.

In Fig. 1 ist eine Wanne 1 mit einem Boden 2 und einer Seitenwand 3 dargestellt, auf der ein Ofenoberbau 4 mit einer Seitenwand 5 und einem Gewölbe 6 ruht. In der Seitenwand 5 ist eine Reihe von Brennern 7 angeordnet, von denen nur einer sichtbar ist, und die in einen Feuerraum 8 münden. Die Brenner 7 sind als Koaxialbrenner ausgeführt, d. h. ein Zentralrohr 9 für Brenngas ist konzentrisch von einem Außenrohr 10 für die Zufuhr von Oxidationsgas umgeben. Der Brenner 7 ist in einem Düsenstein 11 angeordnet. Eine Glasschmelze 12 reicht bis zu einem Schmelzenspiegel 13. Es können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren aber auch andere Brennerbauarten eingesetzt werden.In Fig. 1, a tub 1 is shown with a bottom 2 and a side wall 3 , on which a furnace upper structure 4 with a side wall 5 and a vault 6 rests. A series of burners 7 , of which only one is visible, and which open into a combustion chamber 8 are arranged in the side wall 5 . The burners 7 are designed as coaxial burners, ie a central tube 9 for fuel gas is surrounded concentrically by an outer tube 10 for the supply of oxidizing gas. The burner 7 is arranged in a nozzle block 11 . A glass melt 12 extends up to a melt level 13 . However, other types of burners can also be used in the method according to the invention.

In einer Brenngasleitung 14, die zum Zentralrohr 9 führt, ist ein Ventil 15 angeordnet, das über eine Steuerleitung 16 mit einer Steuerschaltung 20 verbunden ist. In einer Oxidationsgasleitung 17, die zum Außenrohr 10 führt, ist ein weiteres Ventil 18 angeordnet, das über eine Steuerleitung 19 mit der Steuerschaltung 20 verbunden ist.In a fuel gas line 14 , which leads to the central tube 9 , a valve 15 is arranged, which is connected to a control circuit 20 via a control line 16 . In an oxidizing gas line 17 , which leads to the outer tube 10 , a further valve 18 is arranged, which is connected to the control circuit 20 via a control line 19 .

Die Steuerschaltung besitzt einstellbare Signalgeber 21 und 22 für die Ansteuerung der Ventile 15 und 18, und zwar hinsichtlich der Taktzeit, der Impulszeit, der Pausenzeit und der Zeitfolge für die Impulse der Brenngase und der Oxidationsgase. Durch alternierendes impulsweises Öffnen der Ventile 15 und 18 läßt sich der gewünschte Pulsationsbetrieb der Brenner 7 erreichen.The control circuit has adjustable signal transmitters 21 and 22 for the control of the valves 15 and 18 , specifically with regard to the cycle time, the pulse time, the pause time and the time sequence for the pulses of the fuel gases and the oxidation gases. The desired pulsation operation of the burners 7 can be achieved by alternately opening the valves 15 and 18 in pulses.

In Fig. 2 ist in ein- und derselben Seitenwand 5 des Ofenoberbaus 4 eine alternierende Reihe von Brennern 25 und Lanzen 23 angeordnet, letztere für die Zufuhr von Oxidationsgas. Sämtliche Brenner 25 sind parallel an eine gemeinsame Brenngasleitung 24 angeschlossen, sämtliche Lanzen 23 an eine gemeinsame Oxidationsgasleitung 27. Die Ventile 15 für das Brenngas sind über eine gemeinsame Steuerleitung 26 an die Steuerschaltung 30 angeschlossen. Die Ventile 18 für das Oxidationsgas sind über eine gemeinsame Steuerleitung 29 an die Steuerschaltung 30 angeschlossen, die - wie in Fig. 1 - entsprechende Signalgeber 31 und 32 mit analogen Funktionen besitzt.In Fig. 2, in one and the same side wall 5 of the furnace superstructure 4 is disposed an alternating series of burners 25 and tuyeres 23, the latter for the supply of oxidizing gas. All burners 25 are connected in parallel to a common fuel gas line 24 , all lances 23 to a common oxidizing gas line 27 . The valves 15 for the fuel gas are connected to the control circuit 30 via a common control line 26 . The valves 18 for the oxidizing gas are connected via a common control line 29 to the control circuit 30 , which - as in FIG. 1 - has corresponding signal transmitters 31 and 32 with analog functions.

Die Brenner 25 können den Brennern 7 in Fig. 1 entsprechen. In diesem Fall müßten die Brenner 25 noch über - nicht dargestellte - Abzweigleitungen für Teilmengen des Oxidationsgases zusätzlich an die Oxidationsgasleitung 27 angeschlossen werden. Die Summe aller Teilmengen des Oxidationsgases entspricht dann in Bezug auf den Feuerraum 28 dem stöchiometrischen Verhältnis. Durch alternierendes impulsweises Öffnen der Ventile 15 und 18 läßt sich auch hier der Pulsationsbetrieb von Brennern 25 und Lanzen 23 erreichen.The burners 25 can correspond to the burners 7 in FIG. 1. In this case, the burners 25 would also have to be connected to the oxidizing gas line 27 via branch lines (not shown) for partial quantities of the oxidizing gas. The sum of all subsets of the oxidizing gas then corresponds to the stoichiometric ratio in relation to the combustion chamber 28 . The pulsed operation of burners 25 and lances 23 can also be achieved here by alternately opening the valves 15 and 18 in pulses.

In den Fig. 3, 4 und 5 ist auf den Abszissen maßstabslos die Zeit "t" aufgetragen, auf den Ordinaten sind die Mengen M₁ für das Brenngas und die Mengen M₂ für das Oxidationsgas bzw. die Summe der Teilmengen an Oxidationsgas aufgetragen. Die Mengen werden im wesentlichen durch die Ventilquerschnitte und die Druck- und Strömungsverhältnisse in den Leitungen bestimmt, die Lagen der idealisiert dargestellten Impulsflanken durch die Signalgeber 21 und 22 bzw. 31 und 32 bzw. deren variable Einstellungen. In Fig. 3 sind die Taktzeit "T", die Impulsdauer "Tl" und die Pausendauer "Tp" dargestellt. Die -Begriffe gelten für alle Diagramme.In Figs. 3, 4 and 5, the "t" time is plotted on the abscissa without scale, on the ordinates the quantities M₁ for the fuel gas and the amounts M₂ for the oxidizing gas or the sum of the partial amounts of oxidizing gas are plotted. The quantities are essentially determined by the valve cross sections and the pressure and flow conditions in the lines, the positions of the ideally represented pulse edges by the signal transmitters 21 and 22 or 31 and 32 or their variable settings. In Fig. 3 the cycle time "T", the pulse duration "T l " and the pause duration "T p " are shown. The terms apply to all diagrams.

Bei dem Beispiel nach Fig. 3 sind Impulsdauer und Pausendauer gleich lang, und die Impulse für das Brenngas und das Oxidationsgas sind genau zeitlich versetzt. Bei dem Beispiel nach Fig. 4 überwiegt die Impulsdauer der Brenngasimpulse gegenüber der Pausendauer, und die gleichlangen Impulse für das Oxidationsgas überschneiden sich teilweise mit den Impulsen für das Brenngas.In the example according to FIG. 3, the pulse duration and pause duration are of the same length, and the pulses for the fuel gas and the oxidizing gas are exactly offset in time. In the example according to FIG. 4, the pulse duration of the fuel gas pulses outweighs the pause duration, and the pulses of the same length for the oxidizing gas partially overlap with the pulses for the fuel gas.

Bei dem Beispiel nach Fig. 5 ist die Impulsdauer für das Brenngas kürzer als die Pausendauer. Das Gleiche gilt für die Impulsdauer für das Oxidationsgas, und dessen Impulse liegen mit beiderseitigen Abständen zwischen den Impulsen für das Brenngas.In the example according to FIG. 5, the pulse duration for the fuel gas is shorter than the pause duration. The same applies to the pulse duration for the oxidizing gas, and its pulses lie with mutual distances between the pulses for the fuel gas.

Fig. 5 zeigt noch eine weitere Variationsmöglichkeit: Die Mengen M₁ für das Brenngas und M₂ für das Oxidationsgas müssen nicht auf Null zurückgenommen werden, sondern können den strichpunktierten Linien 33 bzw. 34 entsprechen, so daß Mengendifferenzen ΔM₁ und ΔM₂ gebildet werden. Diese können durch By-pass-Ventile 35 und 36 eingestellt werden, die in Fig. 5 nur teilweise eingezeichnet sind, aber für alle Abzweigleitungen gelten, die von der Brenngasleitung 24 und der Oxidationsgasleitung 27 zu den Brennern 25 bzw. zu den Lanzen 23 führen. Fig. 5 shows yet another variation: the quantities M₁ for the fuel gas and M₂ for the oxidizing gas do not have to be taken back to zero, but can correspond to the dash-dotted lines 33 and 34, respectively, so that quantity differences ΔM₁ and ΔM₂ are formed. These can be set by by-pass valves 35 and 36 , which are only partially shown in FIG. 5, but apply to all branch lines which lead from the fuel gas line 24 and the oxidation gas line 27 to the burners 25 and to the lances 23 , respectively .

Die Fig. 3 bis 5 zeigen, in welcher Weise die Brennbedingungen im Feuerraum 8 bzw. 28 eingestellt werden können, um die erfindungsgemäße Aufgabe zu lösen die Ventile 15 und 18 können als Magnetventile mit schnellem Schaltverhalten ausgebildet sein, da bei Oxidationsgasen mit einem höheren Sauerstoffanteil als Luft wesentlich kleinere Gasmengen benötigt werden. Es sind jedoch auch mechanisch steuerbare Ventile einsetzbar, die kontinuierlich angetrieben werden und pulsierende Gasströme erzeugen. FIGS. 3 to 5 show the manner in which the firing conditions in the combustion chamber 8 and 28 can be adjusted to the invention to achieve the object, the valves 15 and 18 may be formed as solenoid valves with fast switching characteristics, since oxidation gases with higher oxygen content much smaller amounts of gas are required than air. However, mechanically controllable valves can also be used, which are continuously driven and generate pulsating gas flows.

An die Stelle der Brenngase können jedoch flüssige Brennstoffe treten, die mit bekannten Maßnahmen und Mitteln zerstäubt werden, oder staubförmige Brennstoffe, wobei die Brennstoffströme in analoger Weise pulsierend gesteuert werden.However, liquid fuels can take the place of the fuel gases be atomized with known measures and means, or dusty Fuels, the fuel flows pulsating in an analogous manner being controlled.

Claims (11)

1. Verfahren zum Beheizen einer Glasschmelze (12) in einem von der Glasschmelze durchströmten Gefäß aus der Gruppe Schmelzwanne (1), Arbeitswanne und Speiser mittels pulsierend in einen Feuerraum (8, 28) eingeleiteter Brennstoffe und Oxidationsgase mit mindestens 50 Vol.-% Sauerstoff, wobei die Mengenintegrale von Brennstoff und Oxidationsgas in Bezug auf den Feuerraum (8, 28) zumindest im wesentlichen stöchiometrischen Verhältnissen entsprechen, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Brennstoffe als auch die Oxidationsgase unabhängig voneinander pulsierend zugeführt werden, wobei die Impulsfolgen zeitlich gegeneinander verschoben sind.1. A method for heating a glass melt ( 12 ) in a vessel through which the glass melt flows and from the group melting furnace ( 1 ), work pan and feeder by means of fuels and oxidizing gases which are introduced into a combustion chamber ( 8 , 28 ) and pulsate with at least 50% by volume oxygen , wherein the quantity integrals of fuel and oxidizing gas with respect to the combustion chamber ( 8 , 28 ) correspond at least substantially to stoichiometric ratios, characterized in that both the fuels and the oxidizing gases are supplied in a pulsating manner independently of one another, the pulse sequences being shifted in time with respect to one another. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxidationsgas zu mindestens 80 Vol.-% aus Sauerstoff besteht.2. The method according to claim 1, characterized in that the Oxidation gas consists of at least 80 vol .-% of oxygen. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxidationsgas technisch reiner Sauerstoff ist.3. The method according to claim 2, characterized in that the Oxidizing gas is technically pure oxygen. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb einer Taktzeit "T" der Brennstoffzufuhr, das Verhältnis von Impulszeit "Tl", zu Pausenzeit "Tp" einstellbar ist.4. The method according to claim 1, characterized in that the ratio of pulse time "T l " to pause time "T p " is adjustable within a cycle time "T" of the fuel supply. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb einer Taktzeit "T" der Oxidationsgaszufuhr das Verhältnis von Impulszeit "Tl" zu Pausenzeit "Tp" einstellbar ist.5. The method according to claim 1, characterized in that the ratio of pulse time "T l " to pause time "T p " is adjustable within a cycle time "T" of the oxidizing gas supply. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Brennstoff- und der Oxidationsgasimpulse zwischen 0,1 und 20 Hz gewählt wird. 6. The method according to claim 1, characterized in that the Frequency of the fuel and oxidizing gas pulses between 0.1 and 20 Hz is selected.   7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Brennstoff- und der Oxidationsgasimpulse zwischen 1 und 10 Hz gewählt wird.7. The method according to claim 5, characterized in that the Frequency of fuel and oxidizing gas pulses between 1 and 10 Hz is selected. 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche Verschiebung der Impulsfolgen von Brennstoff und Oxidationsgas einstellbar ist.8. The method according to claim 1, characterized in that the temporal shift of the pulse sequences of fuel and Oxidation gas is adjustable. 9. Verfahren nach Anspruch 1 unter Verwendung eines Koaxialbrenners (7) mit einem Zentralrohr (9) für die Zufuhr eines gasförmigen Brennstoffs und einem Außenrohr (10) für die Zufuhr des Oxidationsgases, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsfolgen des Brennstoffs und des Oxidationsgases zumindest im wesentlichen alternierend eingestellt werden.9. The method according to claim 1 using a coaxial burner ( 7 ) with a central tube ( 9 ) for the supply of a gaseous fuel and an outer tube ( 10 ) for the supply of the oxidizing gas, characterized in that the pulse trains of the fuel and the oxidizing gas at least in can be set essentially alternately. 10. Verfahren nach Anspruch 1 unter Verwendung einer alternierenden Reihenanordnung von Brennern (7, 25) und Lanzen (23) für die Zufuhr des Oxidationsgases, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsfolgen des Brennstoffs und des Oxidationsgases zumindest im wesentlichen alternierend eingestellt werden.10. The method according to claim 1 using an alternating row arrangement of burners ( 7 , 25 ) and lances ( 23 ) for the supply of the oxidizing gas, characterized in that the pulse trains of the fuel and the oxidizing gas are set at least substantially alternately. 11. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit Leitungen (14, 17; 24, 27) für die Zufuhr von Brennstoffen und Oxidationsgasen zum Brennraum (8, 28) und mit den Leitungen (14, 17; 24, 27) zugeordneten Ventilen (15, 18), die an eine Steuerschaltung (20, 30) zum impulsförmigen Öffnen und Schließen der Ventile (15,18) angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (20, 30) einstellbare Signalgeber (21, 22; 31, 32) besitzt, durch die die Taktzeit "T", die Impulsdauer "Tl", die Pausendauer "Tp" und die Zeitfolge der Impulse für Brennstoffe und Oxidationsgase unabhängig voneinander einstellbar sind.11. Arrangement for performing the method according to claim 1 with lines ( 14 , 17 ; 24 , 27 ) for the supply of fuels and oxidizing gases to the combustion chamber ( 8 , 28 ) and with the lines ( 14 , 17 ; 24 , 27 ) associated valves (15, 18), characterized by a control circuit (20, 30) are provided for pulsed opening and closing of the valves connected (15,18), that the control circuit (20, 30) adjustable signal transmitter (21, 22; 31, 32 ), by means of which the cycle time "T", the pulse duration "T l ", the pause duration "T p " and the time sequence of the pulses for fuels and oxidizing gases can be set independently of one another.
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