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Die Erfindung betrifft einen Industrieofen, insbesondere eine Rollenofenanlage.
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In der keramischen Industrie werden vor allem aus energetischen Gründen häufig kontinuierliche Öfen zum Brennen der Erzeugnisse eingesetzt. Die kontinuierlichen Öfen werden üblicherweise in Form von Tunnel- oder Rollenöfen ausgeführt, jedoch sind auch andere Bauformen wie Monker- oder Durchschuböfen bekannt.
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Grundsätzlich wird bei einem Tunnelofen das zu brennende Gut auf Ofenwagen aufgesetzt und mit diesen Ofenwagen durch den Tunnel hindurchgeführt. Hierbei werden die Tunnelofenwagen üblicherweise auf Stoß aneinander am Ofeneingang in den Tunnelofen eingeführt, wobei die Tunnelofenwagen durch entsprechende Vorkehrungen gegeneinander und gegen den Ofenraum dicht abschließen. In dieser Weise wird das Brenngut kontinuierlich durch den Tunnelofen geführt, wobei das Brenngut vom Ofeneingang zunächst eine Vorwärmzone durchläuft, anschließend eine Brennzone durchläuft, anschließend üblicherweise mit einer sogenannten Sturzkühlung abgekühlt wird und anschließend aus dem Tunnelofen herausgefahren wird. Die aus dem Tunnelofen herausgefahrenen Wagen werden anschließend üblicherweise neben dem Tunnelofen auf einem Gleis abkühlen gelassen und dann entladen, um wieder beladen zu werden. Bei Rollenöfen wird anstelle von ofenwagen auf sich kontinuierlich drehenden, quer zur Durchfahrtsrichtung angeordneten Rollen bewegt.
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Herkömmliche Rollen- und Tunnelöfen arbeiten hierbei nach einem relativ einfachen Gegenstromwärmetauscher-Prinzip. Dies bedeutet, dass die Verbrennungsluft vom Ofenausgang her in den Ofen eingesaugt wird und zur Brennzone strömt, wo die angesaugte Luft für die Verbrennung verwendet wird. Während des Strömens der angesaugten Luft vom Ofenausgang zur Brennzone erhitzt sich diese an dem gebrannten Gut und den heißen Ofenwagen.
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Die heißen Brenngase werden in Richtung zum Ofeneingang gelenkt, wobei im Bereich des Ofeneingangs der Rauchgasabzug befindlich ist, so dass die in den Tunnelofen eingefahrenen Tunnelofenwagen zusammen mit dem darauf befindlichen Gut bzw. bei Rollenöfen das Brenngut auf dem Weg zur Brennzone von den heißen Gasen vorgeheizt wird.
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Dieses Prinzip des Gegenstromwärmetauschers bewirkt, dass diese Öfen energiesparender sind als periodische Öfen. Ein Nachteil ist jedoch, dass diese Öfen sehr lang gebaut werden müssen, was jedoch auch zu strömungstechnischen Nachteilen führen kann. Eine beliebige Verlängerung ist daher nicht möglich.
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Da kontinuierliche Öfen üblicherweise 60 bis über üblicherweise 200 Meter lang sind, ist ein großer Teil der Hallenfläche, in denen solche Anlagen untergebracht sind, ungenutzt. Unter anderem um diese ungenutzte Hallenfläche und insbesondere um die Baukosten der Rollenöfen selbst klein zu halten, besteht in der keramischen Industrie und in der Ofenbauindustrie der Trend Rollenöfen zu bauen, die möglichst kurz sind. Um dies verfahrenstechnisch überhaupt bewerkstelligen zu können, werden seit vielen Jahren Rollenöfen und auch andere oben erwähnte kontinuierliche Öfen mit einer sogenannten Sturz- oder Schnellkühlzone ausgestattet. In dieser Zone wird zur Kühlung der Ware eine große Menge Luft eingeblasen um zu gewährleisten, dass bei kurzer Ofenbauweise die Temperatur der Ware am Ofenausgang und damit der Energieverlust möglichst gering ist. Diese Kühlluft sowie die Kühlluft, die im Gegenstrom vom Ofenausgang in die Kühlzone geführt wird, werden üblicherweise abgesaugt und für die Trocknung der Ware verwendet. Zum Teil wird diese Luft auch in der Aufheizzone bzw. zur Vorwärmung des Brenngutes oder der Verbrennungsluft genutzt.
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Diese Sturzkühlzone beginnt in einem kontinuierlichen Ofen üblicherweise direkt im Anschluss an die Hauptbrennzone, in der je nach Produkttyp und Rohstoff Temperaturen von 900°C bis 1.200°C, teilweise auch deutlich darüber (bei der Erzeugung feuerfester Werkstoffe), herrschen. Durch die Kühlluft werden das Brenngut, die Ofenwagenaufbauten und gegebenenfalls die Brennhilfsmittel theoretisch auf bis zu 570°C, üblicherweise jedoch auf ca. 650°C abgekühlt. Die nach dieser Zone für die Trocknung oder Vorwärmung abgesaugte Luft kann ebenfalls solche Temperaturen haben. Da jedoch für die Trocknung nur Temperaturen von maximal 120°C erforderlich sind, wird diese Luft mit Frisch- oder Umluft der Trockner gemischt und entsprechend abgekühlt. Da die oben genannten kontinuierlichen Brennaggregate im Gegenstromprinzip arbeiten, steht die so entnommene Wärmeenergie nicht mehr für den Brennprozess zur Verfügung und muss in der Brennzone entsprechend zugeführt werden.
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Aus der
DE 1 177 541 B sind ein Verfahren und ein Doppeltunnelofen zum Brennen keramischer Erzeugnisse, insbesondere Ziegel, bekannt. Bei diesem Verfahren soll die kreisförmige Bewegung der Gasströme durch bekannte mechanische Mittel erzwungen werden und in der oder den Brennzonen ein Überdruck gegenüber den an beiden Ofenenden herrschenden Drücken aufrecht erhalten werden, so dass sich von der oder den Brennzonen zu den Ofenenden eine spiralförmige Gasbewegung ergibt. Diese Druckschrift schlägt die Kombination zweier an sich bekannter Maßnahmen vor, nämlich die Verwendung eines Doppeltunnelofens mit gegenläufiger Gutbewegung und die Erzeugung eines mittels bekannter mechanischer Mittel erzwungenen Gasumlaufs quer durch die beiden Ofenkanäle und in Richtung von der Brennzone zu den Ofenenden. Hierdurch sollen die baulichen Maße des Tunnelofens reduziert werden können und der Brennvorgang besser beherrschbar sein. Die Querführung der Luft im Gegensatz zu herkömmlichen Tunnelöfen, bei denen längs im Gegenstrom umgewälzt wird, bedeutet, dass Kühlluft direkt in die Aufheizzone des in entgegengesetzter Richtung transportierten Warenstroms geblasen wird. Hierbei ist von Nachteil, dass die Kühl- und die Aufheizkurve gleich sind, was unpraktikabel ist.
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Aus der
DE 25 51 811 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Waren bekannt, wobei die Waren entlang einem wärmeisolierten Behandlungskanal transportiert werden und dabei zunächst eine Aufheizzone, in der sie bis etwa auf die Behandlungstemperatur aufgeheizt werden, dann eine Brennzone, in der sie auf der Behandlungstemperatur gehalten werden, und danach eine Kühlzone, in der sie wieder auf etwa ihre Ausgangstemperatur heruntergekühlt werden, durchlaufen werden, wobei eine Gasführung im Behandlungskanal derart durchgeführt wird, dass die Verbrennungsluft in der Brennzone zugeführt und die Rauchgase in der Brennzone abgezogen werden und dass in der Aufheizzone und in der Kühlzone eine in Kanallängsrichtung im Wesentlichen stationäre Atmosphäre eingestellt wird, welche abschnittsweise quer zur Kanallängsrichtung zwischen einem Abschnitt der Kühlzone und einem entsprechenden Abschnitt der Aufheizzone umgewälzt wird. Auch hier ist es vorgesehen, dass im Behandlungskanal auf mindestens einer Seite der Brennzone zwei einander parallele Transportbahnen für zwei im Gegenstrom geführte Warenströme vorgesehen sind, von denen der eine zur Brennzone hin eine Aufheizzone und der andere von der Brennzone weg eine Kühlzone durchläuft und dass im Behandlungskanal mehrere in Kühlkanallängsrichtung aufeinanderfolgende Ventilatoren angeordnet sind, deren Blasrichtung quer zur Kanallängsrichtung weist. Auch bei dieser Weise einen Tunnelofen zu betreiben und einem solchen Ofen ist von Nachteil, dass die Luft quer umgewälzt wird, was energetisch nicht sinnvoll ist, insbesondere da die heißen Rauchgase direkt aus der Brennzone abgezogen werden. Zudem müssen bei diesen gegenläufigen Tunnelöfen die Kühl- und die Aufheizkurve gleich sein, was keine keramische Ware wirklich gut verträgt, insbesondere da in der Brennzone in keramischen Artikeln Phasenumwandlungen stattfinden, die nachfolgend zu einer spezifischen Abkühlkurve führen müssen, da ansonsten mechanische Schäden des Gutes nicht ausgeschlossen werden können.
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Aus der
DE 39 18 746 A1 ist ein Tunnelofen bekannt, der der Wärmebehandlung von Produkten dienen soll, wobei sich im Behandlungskanal zwischen der Ofeneinfahrt und der Ofenausfahrt eine Aufheizzone, eine Brennzone und eine Kühlzone befinden und bei dem Transportwagen mit darauf gestapelten Produkten und die an der Behandlung beteiligten Gase den Behandlungskanal im Gegenstrom durchlaufen. Zur Vermeidung von Wärmeverlusten soll eine externe als Wärmetauscher ausgebildete Leitung vorgesehen sein, durch die Umwälzgase aus der Aufheizzone zur Kühlzone in einen Kreislauf rückführbar sind, wobei die Leitung in einem Trockner, den die Produkte als Rohling durchlaufen, bevor sie in den Behandlungskanal eintreten, so angeordnet ist, dass die Umwälzgase im Gegenstrom zu den Rohlingen verlaufen. Hierdurch sollen Abgaswärmeverluste und Wärmeverluste durch die den Behandlungskanal verlassenden Produkte erheblich vermindert werden. Jedoch ist hierbei auch von Nachteil, dass dem Ofen Wärme entzogen wird, die dann für die Trocknung anderweitig verwendet wird.
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Aus der
DE 195 03 128 A1 ist ein Verfahren für einen Wärmeverbund zwischen Trocknen und Brennen bekannt, wobei zum Trocknen von Rohlingen, insbesondere von keramischen Erzeugnissen, die erforderliche Kühlwärme aus dem im Ofen abzukühlenden Brenngut entnommen wird, wobei noch große Luftmengen mit hohem Wärmeinhalt den Trockner verlassen. Diese Wärmeverluste abzubauen soll dadurch gelingen, dass die Abluft der Trockenzone wieder in die Kühlzone zurückgeführt wird, wodurch ein Wärmekreislaufverbund geschaffen werden soll. Dieser Wärmekreislaufverbund umfasst Kreislaufzuführungen und eine Kreislaufrückführung zwischen dem Brennaggregat und dem Trockner, wobei mit einem Wärmeträgermedium die notwendige Wärmemenge zum Trocknen in den Trockner transportiert wird und dieses Wärmeträgermedium nach Abgabe von Wärmeenergie zum Trocknen der Rohlinge in die Kühlzone des Brennaggregats über die Kreislaufrückführung nicht nach außen sondern zur weiteren Kühlung und erneuter Wärmeaufnahme in die Kühlzone des Brennaggregats zurückgeführt wird. Ein solches Verfahren konnte sich nicht durchsetzen, denn in unsinniger Weise wird hierdurch feuchte Luft in den Ofen geführt, was zu Korrosion führt.
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Aus der
DE 34 20 147 C1 ist eine Schleuse an einem Tunnelofen zum Brennen von keramischen Erzeugnissen bekannt, wobei schienengebundene Ofenwagen taktweise vorgeschoben werden, wobei die Ofenwagen mittels einer Schiebebühne herantransportiert und in den Tunnelofen eingeschoben werden, wobei eine Schleuse die herantransportierten Ofenwagen vorübergehend aufnimmt, wobei die Schleuse auf der Schiebebühne fahrbar ausgebildet ist und eine durch ein Rolltor verschließbare Öffnung zur Durchfahrt der Ofenwagen besitzt. Der Ofen benötigt hierbei angeblich keine eigene Schleuse mehr, muss jedoch mit einem Tor ausgebildet sein, um den Ofeneingang zu verschließen. Hierdurch sollen insgesamt die im Endtrockner oder Vorwärmer befindlichen Ofenwagen ohne Wärmeverlust und ohne Gefahr der Wiederauffeuchtung vom Trockner zum Tunnelofen transportiert werden können.
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Insgesamt besteht bei der gesamten Technik ein Zielkonflikt, denn einerseits sollen die Öfen und Hallen möglichst kurz ausgebildet sein. Andererseits führen kurze Tunnelöfen oder Rollenöfen dazu, dass Energieverluste in Kauf genommen werden müssen.
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Umgekehrt kann man Rollenöfen nicht ohne Weiteres länger ausbauen, da die Strömungsverhältnisse in den einzelnen Abschnitten recht kompliziert sind und ein Rollenofen mit beliebiger Länger an strömungstechnische Grenzen stößt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Rollenofenanlage zu schaffen, der energiesparend betrieben werden kann, bei optimierten Baubedingungen, die auch die Realisierung in Bestandgebäuden ermöglicht.
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Die Aufgabe wird mit einer Rollenofenanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Erfindungsgemäß wird die Energie für die Trocknung in Abkehr üblicher Verfahren im Stand der Technik nicht oder nur zu einem ganz geringen Teil aus der Kühlzone des Ofens entnommen und sowohl die Brennguttemperatur am Ofenausgang als auch die Abgastemperatur am Ofeneingang möglichst gering gehalten. Voraussetzung hierfür ist, dass die Ofenlänge nach der Brennzone, d.h. die Kühlzone, so lang ist, dass bei reduzierter Sturzkühlung bzw. stark reduzierter Entnahme von Kühlluft eine hinreichend niedrige Temperatur des Brennguts am Ofenausgang erreicht wird, da sonst Energieverluste auftreten. Bei bestehenden Öfen ist eine Verlängerung der Kühlzone aus baulichen Gegebenheiten nicht ohne Weiteres möglich. Bei neuen Öfen ist eine verlängerte Kühlzone zwar an sich einfach umzusetzen, die ungenutzte Hallenfläche und damit die Baukosten werden jedoch sehr viel größer.
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Die Erfindung sieht vor einen Rollenofen dadurch zu verlängern, dass der Rollweg für das Gut verlängert wird. Der Rollweg für das Gut wird dabei derart verlängert, dass über und/oder unter und/oder neben dem Ofen das Gut auf einer verlängerten Rollbahn geführt wird.
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Die verlängerte Rollbahn kann dabei so ausgebildet sein, dass zunächst ein Ofentunnel parallel zum Rollenofen verlaufend derart angeordnet ist, dass dort die Bewegung des Brennguts entgegen der Bewegung im Rollenofen verläuft und anschließend, um die ursprüngliche Bewegungsrichtung wieder herbeizuführen, das Brenngut parallel zum ersten Ofentunnel und zum Rollenofen in Bewegungsrichtung des Rollenofens bewegt und ausgeführt wird.
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Insbesondere umfasst somit der Rollenofen einen Ofentunnel, wobei der Ofentunnel und der Rollenofen strömungstechnisch miteinander verbunden sind und zwischen den gegenläufigen Transportrichtungen je eine Versetzeinrichtung angeordnet ist, welche das Brenngut aufnimmt, verfährt und entgegen der ursprünglichen Transportrichtung dem jeweils nachfolgenden Aggregat aufgibt.
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Insbesondere ist die Versetzeinrichtung so ausgebildet, dass sich ihre Rollen bei der Aufnahme von Brenngut entsprechend der gewünschten Bewegungsrichtung des ersten Aggregats (Rollenofen oder Ofentunnel) drehen, wenn das Brenngut aufgenommen ist stoppen, das Gut auf Höhe der nächsten Transportrollen des nachfolgenden Aggregats (Ofentunnel oder Rollenofen) verfahren, dort reversierend gedreht werden, sodass das Brenngut dem weiteren Aggregat aufgegeben wird.
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Insbesondere ist der Ofentunnel unterteilt in mehrere übereinander oder untereinander liegende Ofentunnelabschnitte.
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Insbesondere wird hiermit ein s-förmiger Verlauf des Verfahrweges des Brennguts erzielt.
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Der oder die zusätzlichen Ofentunnel, der oder die einfach langgestreckt oder parallel mit Umleitung der Schubrichtung ausgebildet werden können, können auch bei stehenden Ofenanlagen nachgerüstet werden.
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Insbesondere bei bestehenden Ofenanlagen bietet es sich an, vor- oder nachgeordnete Ofentunnel vorzusehen.
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Darüber hinaus ist es auch möglich einen vorgeordneten und einen nachgeordneten Ofentunnel vorzusehen, welche beide gemeinsam die Rollbahn des Brennguts wirkungsvoll verlängern. Hierbei wird quasi ein Ringrollenofen gebildet, wobei die Einfahrt und die Ausfahrt der jeweiligen Ofentunnel benachbart zur Längsmitte des Rollenofens angeordnet sind.
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Hierbei kann dieser Ring einerseits so angeordnet sein, dass die Ofentunnel auf dem gleichen Niveau wie der Rollenofen, d. h. z. B. auf ebener Erde, neben dem Rollenofen angeordnet sind oder auf einem höheren Niveau angeordnet sind, d. h. über dem Rollenofen.
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Dementsprechend sind die Versetzeinrichtungen angepasst. Sind die Ofentunnel und der Rollenofen auf dem gleichen Niveau angeordnet, bietet es sich an das Brenngut mittels unterschiedlich orientierter Rollen umzulenken und insbesondere um 180° umzulenken, um vom Ofentunnel in den Rollenofen und vom Rollenofen in den nachgeschalteten Ofentunnel zu gelangen.
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Sind die Ofentunnel über oder unter dem Rollenofen angeordnet, sind dementsprechende Versetzeinrichtungen mit Rollen vorgesehen, welche das Brenngut entsprechend auf das untere Niveau absenken bzw. auf das obere Niveau anheben können.
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Durch die Ausbildung neben dem Rollenofen bzw. über oder unter dem Rollenofen, je nach baulichen Gegebenheiten, kann der vorhandene Bauraum ideal genutzt werden.
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Da keine Kühlluft aus dem Rollenofen abgezogen wird und auch keine Sturzkühlung durchgeführt wird, um heißes trockenes Gas zu erhalten, erreicht das Brenngut den Ofenausgang mit einer deutlich höheren Temperatur. Das heiße Gut wird mit verfahrbaren isolierten Versetzeinrichtungen in die Stockwerke verfahren und eingeschoben, wobei die Länge der nachgeschalteten Stockwerke, die mit Umgebungsluft versorgt werden, bzw. die installierte Ventilatorleitung (Luftmenge für den Gegenstrom) so gewählt wird, dass die Brennguttemperatur idealerweise bis nahe an die Umgebungstemperatur reduziert wird. Hierbei ist von Vorteil, dass die gesamte Wärme im Ofen bleibt. Beim Nachschalten bzw. Parallelschalten weiterer Ofenstockwerke werden diese so gestaltet, dass immer noch ein Überdruck im Ofenausgang besteht, damit sich die Luft im Ofen in die richtige Richtung bewegt.
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Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung beispielhaft erläutert. Es zeigen dabei:
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1: einen Tunnelofen nach dem Stand der Technik;
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2: eine erfindungsgemäße Rollenofenanlage in einem schematischen Querschnitt;
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3: eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Rollenofenanlage;
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4: eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Rollenofenanlage;
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5: eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Rollenofenanlage, bei der zwei Ofentunnel je vor und nach dem Rollenofen und darüber angeordnet sind;
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6: eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Rollenofenanlage, bei der die zusätzlichen Ofentunnel seitlich vom Rollenofen angeordnet sind.
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Die grundsätzliche Wirkungsweise gegenüber kontinuierlichen Öfen nach dem Stand der Technik wird anhand einer konventionellen Tunnelofenanlage (1) erläutert. Ein Tunnelofen 100 nach dem Stand der Technik besteht aus einem Ofenraum 101 mit einem Ofeneingang 102 und einem Ofenausgang 103. Der Ofen bzw. Ofenraum 101 wird von einem Führungsgleis 104 durchzogen, auf dem Ofenwagen 105 hindurchgeführt werden können. Parallel zum Ofen 101 verläuft ein paralleles Gleis 106, wobei die Gleise 104, 106 an beiden Enden 102, 103 des Ofens 101 durch Verbindungsgleise 107 am Ofeneingang 102 und Verbindungsgleise 108 am Ofenausgang 103, die quer zu den Gleisen 104, 106 verlaufen, verbunden sind. Im Bereich des Gleises 106 sind eine Ablagestation 109 und eine Beladestation 110 angeordnet.
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Zusätzlich ist ein Trockner 111 vorhanden, in dem das Gut vor dem Brennen getrocknet werden kann. Der Trockner ist üblicherweise (mit wenigen Ausnahmen) separat angeordnet und wird mit eigenen Trocknerwagen betrieben.
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Entlang der Durchschubrichtung 112 der Wagen 105 ist in der Nähe des Ofeneingangs 102 ein Rauchgasabzug 113 vorhanden, der die Rauchgase absaugt und in eine Kaminanlage 114 einbläst.
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Die Ofenwagen 105 gelangen von dem quer verlaufenden Gleis 107 auf das Gleis 104 und werden im Bereich des Ofeneingangs 102 üblicherweise mit einer Schleuse in den Ofenraum 101 eingeschleust und in Richtung der Brennzone 115 verfahren. Die für die Verbrennung notwendige Luft wird beim Ofenausgang 103 angesaugt und am Ofenausgang eingeblasen und durchströmt den Ofen entsprechend der Durchströmungsrichtung 116. In Bewegungsrichtung 112 der Wagen 105 ist der Brennzone 115 eine Sturzkühlzone 117 nachgeordnet, in der Kühlluft in den Ofen eingeblasen wird. Die Kühlluft wird über einen Kühlluftabzug 118 abgezogen und über eine Leitung 119 dem Trockner zur Verfügung gestellt.
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Betrachtet man die Brennkurve 120, erkennt man, dass bis zur Brennzone 115 die Temperatur des zu brennenden Gutes von einem Ausgangswert 121 mit einer stetigen Steigung 122 bis zur Brennzone 115 hin angehoben wird, wobei in der Brennzone 115 die Temperatur 123 gehalten wird und nach der Brennzone 115 abfällt, wobei im Bereich der Sturzkühlzone 117 mit einer großen Abkühlrate 124 und danach mit einer geringeren Abkühlrate 125 abgekühlt wird. Wie bereits ausgeführt, wird die starke Abkühlrate 124 auch dadurch bewirkt, dass die Kühlluft, die in der Sturzkühlzone 117 eingeblasen wird, über die Absaugung 118 und 119 dem Trockner 111 zugeführt wird, so dass hiermit Wärme aus dem Ofen ausgeführt wird.
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Wie man erkennt, sind die erforderlichen Strecken für das Beladen 110 und Entladen 109 der Ofenwagen 105 relativ kurz, was bedeutet, dass die erforderliche Strecke zum Be- und Entladen nur wenige Meter beträgt. Da die keramischen Tunnelöfen üblicherweise über 80 Meter lang sind, bleibt hierdurch ein großer Teil der Hallenfläche, in denen solche Anlagen untergebracht sind, ungenutzt. Auch bei dem gezeigten Ofen mit einer Sturzkühlung, der die Ofenlänge etwas reduziert, verbleibt viel ungenutzter Raum.
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Die Sturzkühlzone 117 beginnt bei den üblichen kontinuierlichen Öfen direkt im Anschluss an die Hauptbrennzone 115, in der je nach Produkttyp und Rohstoff Temperaturen von ca. 900°C bis 1.200°C herrschen. Bei der Herstellung von feuerfesten Steinen, z.B. Magnesiastein, können noch erheblich höhere Temperaturen notwendig sein, die dann auch zu einer weiteren Verlängerung des Ofens führen. Durch die Kühlluft werden das Brenngut, die Ofenwagenaufbauten und gegebenenfalls auch vorhandene Brennhilfsmittel auf bis zu 570°C, üblicherweise jedoch auf ca. 650°C abgekühlt. Bei allen keramischen Materialien, die Quarz enthalten, ist die Umwandlung vom β- zum α-Quarz sehr kritisch, weil sie bei ca. 570°C mit einer starken Volumenänderung, dem sogenannten Quarzsprung, einhergeht. Diese Volumenänderung führt bei ungünstigen Kühlkurven zu Kühlrissen und damit zu Bruch, deswegen darf die Sturzkühlung nicht zu weit in diesen Temperaturbereich hineingeführt werden.
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Bei herkömmlichen Rollenöfen wird nach dem gleichen Prinzip verfahren, wobei selbstverständlicherweise Ofenwagen verwendet werden.
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Ein erfindungsgemäßer Rollenofen bzw. eine erfindungsgemäße Rollenofenanlage 1 besitzt den eigentlichen Rollenofen 2, der einen Rollenofeneingang 3 und einen Rollenofenausgang 4 besitzt. Vom Rollenofeneingang 3 zum Rollenofenausgang 4 entsprechend einer Bewegungsrichtung 5 wird das Brenngut mit drehenden Rollen 6 durch den Rollenofen 2 geführt. Die Strömungsrichtung der Luft verläuft dementsprechend in der Gegenrichtung 7.
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Der erfindungsgemäße Rollenofen 2 besitzt einen parallel zum Rollenofen 2 ausgebildeten parallelen Ofentunnel 15, der s-förmig über dem Rollenofen 2 angeordnet sein kann.
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Der Ofentunnel 15 besitzt hierbei eine erste Durchschubrichtung 16 für Brenngut die der Bewegungsrichtung 5 entgegen verläuft.
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Der Ofentunnel 15 kann hierbei verfahrenstechnisch nach dem Ende 4 des Rollenofens 2 angeordnet sein (2) oder logisch verfahrenstechnisch vor dem Eingang 3 des Rollenofens 2 (4).
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In dem einen Fall (2) bedeutet dies, dass die Einfahrt 19 des Ofentunnels 15 dem Rollenofen 2 bzw. dessen Ausfahrt 4 nachgeschaltet ist und die Ausfahrt 20 die Ausfahrt ist, bei der das Brenngut mit niedriger Temperatur nach dem Brand den Gesamtofen verlässt.
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In dem anderen Fall (4) bedeutet dies, dass die Ausfahrt 20 des Ofentunnels 15 der Einfahrt 3 des Rollenofens 2 vorgeschaltet ist und die Einfahrt 19 des Ofentunnels 15 diejenigen Brenngüter aufnimmt, die dem Brand zugeführt werden sollen und noch Trockner- oder Raumtemperatur haben.
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Im ersten Fall (2), in dem der Ofentunnel 15 dem Rollenofen 2 nachgeordnet ist, muss dafür Sorge getragen werden, dass das heiße Brenngut, das zur Ausfahrt 4 des Rollenofens 2 hinausgeführt wird, thermisch isoliert auf einer Versetzeinrichtung 21 quer zur Einfahrt 19 des Ofentunnels 15 verfahren und in diesen eingefahren wird.
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Im zweiten Fall (3) muss dafür Sorge getragen werden, dass das bereits im Ofentunnel 15 vorgewärmte Brenngut 14 von der Ausfahrt 20 des Ofentunnels 15 mit einer Versetzeinrichtung 22 zur Einfahrt 3 des Rollenofens 2 verfahren und dort eingebracht wird.
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Die beiden Bestandteile des Ofens bzw. der Ofenanlage 1 sind strömungstechnisch miteinander verbunden. Im Fall des nachgeschalteten Ofentunnels 15 (2) wird im Bereich der Einfahrt 19 die Verbrennungsluft angesaugt.
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Bei der zweiten Variante wird das im Bereich des Eingangs 19 des Rollenofens 15 vorhandene und durch die Brennzone 18 geströmte Verbrennungsabgas mit einem entsprechenden Lüfter 26 abgezogen.
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Die Versetzeinrichtungen 21, 22 sind in den s-förmigen Verlauf integriert.
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Die Versetzeinrichtungen 21, 22 sind als Rollbahnabschnitte ausgebildet, wobei die Rollbahnabschnitte eine Mehrzahl von angetriebenen Rollen 21a, 22a besitzen und diese angetriebenen Rollen gemeinsam quer, und insbesondere auf und ab bezogen auf die Rollbahnen des Rollenofens bzw. der Ofentunnel verfahrbar sind. Vorzugsweise verfahren dabei die Versetzeinrichtung in Endanschläge, bei denen ihre Rollen 21a, 22a bezüglich der Transportrichtung fluchtend mit den Rollen bzw. Rollbahnen des Rollenofens und des Ofentunnels ausgebildet sind.
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Um einen Wechsel der Bewegungsrichtung des Brennguts auf den rollen zu gewährleisten, sind die Rollen entgegengesetzt antreibbar, sodass zunächst durch Drehung in eine Richtung Brenngut aufgenommen werden kann und nach dem Versetzen auf die Ebene der nachfolgenden Rollenbahn eine entgegengesetzte Rollbewegung möglich ist, um das Brenngut der nachfolgenden Rollenbahn aufzugeben.
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Insbesondere bei der Errichtung von Neuanlagen ist es auch möglich einen Rollenofen mittels eines vorgeschalteten Ofentunnels 15 und eines nachgeschalteten Ofentunnels 15 zu verlängern, wobei die Ofentunnel 15 über dem Rollenofen 2 (5) oder neben dem Rollenofen 2 (6) angeordnet sein können.
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Selbstverständlich sind auch Mischformen möglich, bei denen ein Ofentunnel neben und ein Ofentunnel über dem Rollenofen angeordnet ist, darüber hinaus können die Ofentunnel auch unter dem Rollenofen angeordnet sein. Hierbei sind bei über bzw. unter dem Rollenofen 2 angeordneten Ofentunnel 15 (5) Versetzeinrichtungen 21 vorgesehen, welche das Brenngut von einem unteren auf ein oberes Niveau bzw. umgekehrt versetzen können.
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Bei neben dem Rollenofen 2 angeordneten Ofentunnels 15 können anstelle von Versetzeinrichtungen die Bewegungsrichtungen der Rollen bzw. die räumliche Orientierung der Rollen 6 so geändert sein, dass das Brenngut mit diesen unterschiedlich räumlich orientierten Rollen von einem ersten Ofentunnel 15 in den Rollenofen 2 um 180° umgelenkt und eingeführt werden und aus dem Rollenofen 2 über Rollen 6 um 180° in den nachgeschalteten Ofentunnel 15 umgelenkt werden. In 6 sind hierbei jeweils nur die Rollen gezeigt, die für das Umlenken benötigt werden. Selbstverständlich sind über den gesamten Bereich Rollen 6 vorhanden, welche das Brenngut führen.
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Das Rauchgas kann nach dem Verlassen der Ofenanlage über einen Wärmetauscher geführt und stark abgekühlt werden, wobei der Wärmetauscher auch ein Kondensator sein oder einen solchen umfassen kann, in dem die Rauchgase bzw. die enthaltenen Flüssigkeiten kondensiert werden. Die Kondensationswärme wird dann mit dem Wärmestrom dem Trockner zugeführt, während das Kondensat, welches gegebenenfalls korrosiv ist, entsprechend behandelt werden muss.
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Durch den Wegfall der Sturzkühlung fallen auch die Absaugungen weg, die hinter der Sturzkühlung angeordnet sind und die Kühlluft zum Trockner oder in den Ofeneingang befördern. Hierdurch ändert sich auch der Luftstrom in die Brennzone und wird sich in der Regel erhöhen, da auch mehr Energie aus der Kühl- in die Brennzone geführt wird. Dies bedeutet, dass sich der Energieeintrag in der Brennzone durch Kühlluft erhöht und sich der Rauchgasvolumenstrom in der Brennzone reduziert. Insgesamt kann sich damit der Volumenstrom aus der Brennzone (bestehend aus Rauchgas und Kühlluft) ändern. Sollte sich hieraus ein zu großer Gasvolumenstrom ergeben, kann durch die Nutzung von Abwärme von Blockheizkraftwerken der Gasvolumenstrom in der Aufheizzone reduziert werden, da weniger Energie in der Brennzone zugeführt werden muss und sich damit die Rauchgasmenge reduziert, die in die Aufheizzone geleitet wird.
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Das heißt, dass zur Erhöhung der Luftmenge in der Aufheizzone erhitzte Abluft einer Kraftwärmekopplung (Blockheizkraftwerk) oder beispielsweise von Brennstoffzellen zugeführt wird. Hierdurch reduziert sich der Energieeintrag und die zugeführte Gasmenge in der Brennzone. Auf diese Weise kann die Gasmenge, die die Brennzone verlässt und durch den erhöhten Luftmengenstrom aus der Kühlzone erhöht wird, wieder reduziert werden.
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Grundsätzlich kann somit die Abwärme aus der Gewinnung elektrischer Energie noch sinnvoll eingesetzt werden, nicht nur durch die Zuführung von Wärmeenergie in die Aufheizzone, sondern auch indem die Abwärme eines Blockheizkraftwerkes oder einer Brennstoffzelle für den Trockner verwendet wird. Somit kann die bei der elektrischen Energieerzeugung anfallende Wärme aus Blockheizkraftwerken oder Brennstoffzellen sowohl dem Trockner als auch dem Rollenofen zugeführt werden.
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Darüber hinaus ist von Vorteil, dass durch die Unterteilung des Ofens in den Rollenofen 2 und den Ofentunnel 15, egal ob der Ofentunnel 15 vor oder hinter dem Rollenofen 2 angeordnet ist (in Durchschubrichtung des Brennguts), keine strömungstechnische Unterbrechung erfolgt. Vorzugsweise wird die Temperatur bzw. die Brennkurve so gefahren, dass bei einem nachgeschalteten Ofentunnel die Temperatur des ausgefahrenen Brennguts unterhalb 570°C beträgt, um zu verhindern, dass die Umwandlung von Hoch- zu Tiefquarz außerhalb des Ofens stattfindet.
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Die Größe des nachgeschalteten Ofentunnels, der mit Umgebungsluft versorgt wird, bzw. die installierte Ventilatorleistung kann so gewählt werden, dass die Brennguttemperatur idealerweise bis nah an die Umgebungstemperatur reduziert wird.
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Bei der Erfindung ist somit von Vorteil, dass mit einer relativ kompakten Bauweise der Hallenraum optimal genutzt werden kann, was insbesondere die Nachrüstbarkeit von bestehenden Anlagen verbessert. Häufig ist es so, dass Öfen in baulichen Beständen nicht verlängert werden können, z.B. wegen dahinter liegender Grundstücksgrenzen.
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Von Vorteil ist, dass eine Nachrüstung ohne ein Versetzen bestehender Anlagen möglich ist, so dass bestehende Anlagen weiter genutzt werden können. Auch bei einem Neubau ist die Erfindung von Vorteil, denn im Vergleich zu einem längeren Ofen kann der Platzbedarf, d.h. die Hallenfläche reduziert werden.
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Wie bereits ausgeführt ist die Umwandlung von β- zum α-Quarz in der Kühlphase kritisch, da sie mit einer starken Volumenänderung einhergeht. Diese Volumenänderung führt bei ungünstigen Kühlkurven zu Kühlrissen und Bruch im Gut. Mit dem erfindungsgemäß geteilten Ofen in den Rollenofen und den Ofentunnel, der nach- oder vorgeschaltet ist, kann die Kühlkurve in dem gesamten Bereich sehr gut geregelt werden, eine Sturzkühlung ist nicht notwendig. Im Ofen wird die Temperatur bis ca. 500°C geregelt und erst dann verlassen die Wagen den Ofen und werden dem nachgeschalteten Ofentunnel zugeführt.
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Insgesamt ist es durch den erfindungsgemäßen nach- bzw. vorgeschalteten Ofentunnel möglich, weniger Energie für die Trocknung aus dem Ofen zu entnehmen oder gar keine Energie für die Trocknung aus dem Ofen zu entnehmen und dadurch den Energieverbrauch des Ofens um einen entsprechenden Betrag zu reduzieren. Damit besteht die Möglichkeit die für die Trocknung erforderliche Energie ganz oder teilweise aus anderen Quellen als der Ofenkühlung bereitzustellen.
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Erfindungsgemäß besonders vorteilhaft ist es, die Trocknerenergie über Kraftwärmekoppelung bzw. durch Wärmerückgewinnung aus den Ofenabgasen zu gewinnen. Dabei kann in den Abgasstrom ein Wärmetauscher integriert werden. Erfindungsgemäß ist es dabei besonders günstig das Abgas soweit abzukühlen, dass der im Rauchgas befindliche Wasserdampf kondensiert und auch die dabei frei werdende Wärmeenergie genutzt wird. Dies kann in einem Abgaskondensator erfolgen. Da die Ofenabgase den Ofen mit einer Temperatur von in der Regel über 120°C verlassen, kann diese Wärmerückgewinnung außerhalb des Ofens erfolgen und damit ausgeschlossen werden, dass durch die Kondensation von Abgasbestandteilen wie Fluor-, Chlor- oder Schwefelverbindungen eine Schädigung des Ofenkörpers bzw. des Brenngutes auftritt. Ein Vorteil dabei ist auch, dass unter Umständen eine Rauchgasreinigung (Fluoradsorber) nicht mehr erforderlich wäre, da der Gehalt an schädlichen Komponenten im Abgas reduziert wird. Die rückgewonnene Wärme kann für die Trocknung aber auch für die Vorwärmung z.B. von Verbrennungsluft oder die Warmwasserversorgung verwendet werden. Das anfallende Kondensat kann in der Aufbereitung bzw. Formgebung als Anmachwasser Verwendung finden. Je nach Zusammensetzung des Kondensats kann das Wasser chemisch behandelt oder gefiltert werden. Sinnvoll kann es dabei sein den pH-Wert durch Zugabe von Kalkmilch einzustellen oder Schwefelverbindungen durch die Zugabe von Bariumkarbonat auszufällen bzw. schwerlöslich zu machen.
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Erfindungsgemäß ist es ferner vorteilhaft, die Trocknungs-Energie, die nicht aus dem Ofenabgas zurückgewonnen werden kann, durch Kraftwärmekoppelung z.B. durch ein Blockheizkraftwerk zu erzeugen und damit den elektrischen Energiebedarf zu decken. Dabei ist es besonders günstig, den gesamten elektrischen Energiebedarf über Kraftwärmekoppelung zu erzeugen und gegebenenfalls in der Trocknung nicht nutzbare Wärme z.B. zur Vorheizung der Verbrennungsluft zu verwenden.
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Erfindungsgemäß betrifft die Trocknung nicht nur Formkörper, sondern auch die Trocknung von nass aufbereiteten keramischen Massen, wie dies z.B. in Sprühtürmen bei der Herstellung von trockengepressten Fliesen Anwendung findet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rollenofenanlage
- 2
- Rollenofen
- 3
- Rollenofeneingang
- 4
- Rollenofenausgang
- 5
- Bewegungsrichtung
- 6
- Rollen
- 7
- Gegenrichtung
- 14
- Brenngut
- 15
- Ofentunnel
- 16
- Durchschubrichtung
- 18
- Brennzone
- 19
- Einfahrt
- 20
- Ausfahrt
- 21
- Versetzeinrichtung
- 21a
- Rolle
- 22
- Versetzeinrichtung
- 22a
- Rolle
- 26
- Lüfter
- 100
- Tunnelofen
- 101
- Ofenraum
- 102
- Ofeneingang
- 103
- Ofenausgang
- 104
- Führungsgleis
- 105
- Ofenwagen
- 106
- Gleis
- 107
- Verbindungsgleis
- 108
- Verbindungsgleis
- 109
- Ablagestation
- 110
- Beladestation
- 111
- Trockner
- 112
- Durchschubrichtung
- 113
- Rauchgasabzug
- 114
- Kaminanlage
- 115
- Brennzone
- 116
- Durchströmungsrichtung
- 117
- Sturzkühlzone
- 118
- Kühlluftabzug
- 119
- Leitung
- 120
- Brennkurve
- 121
- Ausgangswert
- 122
- Steigung
- 123
- Temperatur
- 124
- Abkühlrate
- 125
- Abkühlrate
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 1177541 B [0009]
- DE 2551811 A1 [0010]
- DE 3918746 A1 [0011]
- DE 19503128 A1 [0012]
- DE 3420147 C1 [0013]
