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Hintergrund
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a. Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Systeme zum Vorwärmen von Gemengestoffen vor dem Einbringen in einen Glasschmelzofen. Insbesondere bezieht sich die Offenbarung auf ein System zum Vorwärmen von Gemengestoffen, bei dem der Massestrom und/oder die Temperatur von abgeführten Fluiden durch den Vorwärmer und/oder den Ofenbeschicker hindurch gesteuert werden, um die Energieübertragung auf die Gemengestoffe zu maximieren, während gleichzeitig die zu dem Vorwärmer und zu anderen Komponenten und von diesen weg führenden Rohrleitungen geschützt werden.
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b. Technischer Hintergrund
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In einem Glasschmelzofensystem wird häufig ein Vorwärmer genutzt, um Gemengestoffe vorzuwärmen, die dann zusammen mit anderen nicht erhitzten Gemengestoffen einem Glasschmelzofen zugeführt werden. In dem Vorwärmer wird Wärme zumindest teilweise dadurch erzeugt, dass zumindest ein Teil der aus dem Ofen abgeführten Fluide durch Rohrleitungen zu dem Vorwärmer geleitet werden. Es ist sowohl wünschenswert, die Energieübertragung von dem abgeführten Fluid auf die Gemengestoffe zu maximieren als auch gleichzeitig die Rohrleitungen, die zu dem Vorwärmer und zu anderen Komponenten und von diesen weg führen, vor zu hohen Temperaturen zu schützen. Um diese Ziele zu erreichen, ist eine sorgfältige Steuerung erforderlich, da sich durch Änderungen in der Qualität (z.B. dem Feuchtigkeitsgehalt und/oder der Größe) der Gemengestoffe (insbesondere von Glasbruch) der Betrag des Wärmeübertrags auf die Gemengestoffe und infolgedessen die Temperatur von abgeführten Fluide erheblich ändern kann.
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Die Erfinder haben vorliegend einen Bedarf für ein Ofensystem erkannt, mit dem ein oder mehrere der oben genannten Mängel minimiert und/oder behoben werden.
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Kurze Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Offenbarung betrifft Systeme zum Vorwärmen von Gemengestoffen für Glasschmelzöfen. Insbesondere betrifft die Offenbarung ein System zum Vorwärmen von Gemengestoffen, bei dem der Massestrom und/oder die Temperatur von abgeführten Fluiden durch den Vorwärmer hindurch gesteuert werden, um die Energieübertragung auf die Gemengestoffe zu maximieren und die zu dem Vorwärmer und zu anderen Komponenten und von diesen weg führenden Leitungen zu schützen. Die Gemengestoffe können Rohstoffe wie Quarzsand, Kalkstein, Sodaasche oder andere Rohstoffe umfassen, sowie wiederverwertetes Glas (d.h. Glasbruch) oder auch Mischungen der Vorgenannten.
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Ein System zum Vorwärmen von Gemengestoffen vor der Abgabe an einen Glasschmelzofen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Lehren umfasst einen Vorwärmer, der dazu eingerichtet ist, nicht erwärmte Gemengestoffe aufzunehmen und erwärmte Gemengestoffe abzugeben. Der Vorwärmer weist einen primären Auslass auf, der dazu eingerichtet ist, Fluid aus dem Vorwärmer abzuführen, sowie einen primären Einlass, der dazu eingerichtet ist, von dem Glasschmelzofen abgeführte Fluide sowie abgeführte Fluide, die von dem primären Auslass des Vorwärmers rückgeführt werden, aufzunehmen. Das System umfasst ferner einen Zyklonabscheider mit einem Einlass in fluiddurchlässiger Verbindung mit dem primären Auslass des Vorwärmers und mit einem Auslass, der dazu eingerichtet ist, Fluide aus dem Zyklonabscheider abzuführen. Das System umfasst ferner ein Lüfter in fluiddurchlässiger Verbindung mit dem Auslass des Zyklonabscheiders. Das System umfasst ferner einen Drucksensor, der dazu eingerichtet ist, ein Drucksignal zu erzeugen, das einen Druckabfall zwischen dem Einlass und dem Auslass des Zyklonabscheiders angibt, und einen Temperatursensor, der dazu eingerichtet ist, ein Temperatursignal zu erzeugen, das eine Temperatur am Auslass des Zyklonabscheiders angibt. Das System umfasst ferner eine Zyklonströmungssteuerung, die dazu eingerichtet ist, in Ansprechen auf das Drucksignal und das Temperatursignal eine Drehzahl des Lüfters zu steuern.
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Ein System zum Vorwärmen von Gemengestoffen vor der Abgabe an einen Glasschmelzofen gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Lehren umfasst einen Vorwärmer, der dazu eingerichtet ist, nicht erwärmte Gemengestoffe aufzunehmen und erwärmte Gemengestoffe abzugeben. Der Vorwärmer weist einen primären Auslass auf, der dazu eingerichtet ist, Fluid aus dem Vorwärmer abzuführen, sowie einen primären Einlass, der dazu eingerichtet ist, von dem Glasschmelzofen abgeführte Fluide sowie abgeführte Fluide, die von dem primären Auslass des Vorwärmers rückgeführt werden, aufzunehmen. Das System beinhaltet ferner ein erstes Ventil, das dazu eingerichtet ist, eine erste Menge an abgeführtem Fluid von dem Vorwärmer zu regulieren, die an einen Abzug abgeführt wird, zur Zusammenführung mit abgeführtem Fluid aus dem Glasschmelzofen, sowie ein zweites Ventil, das dazu eingerichtet ist, eine zweite Menge an abgeführtem Fluid von dem Vorwärmer zu regulieren, das zu dem Einlass des Vorwärmers zurückgeführt wird. Das System umfasst ferner einen Temperatursensor, der dazu eingerichtet ist, ein Temperatursignal zu erzeugen, das eine Temperatur von Fluiden in einem mit dem Einlass des Vorwärmers gekoppelten Kanal angibt, sowie eine Einlasstemperatursteuerung, die dazu eingerichtet ist, in Ansprechen auf die Temperatur das erste Ventil und das zweite Ventil zu steuern.
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Ein System zum Vorwärmen von Gemengestoffen vor der Abgabe an einen Glasschmelzofen gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Lehren umfasst einen Vorwärmer, der dazu eingerichtet ist, nicht erwärmte Gemengestoffe aufzunehmen und erwärmte Gemengestoffe abzugeben. Der Vorwärmer weist einen primären Auslass auf, der dazu eingerichtet ist, Fluid aus dem Vorwärmer abzuführen, sowie einen primären Einlass, der dazu eingerichtet ist, von dem Glasschmelzofen abgeführte Fluide sowie abgeführte Fluide, die von dem primären Auslass des Vorwärmers rückgeführt werden, aufzunehmen. Das System umfasst ferner einen Beschicker, der dazu eingerichtet ist, die erwärmten Gemengestoffe von dem Vorwärmer aufzunehmen und die erwärmten Gemengestoffe dem Glasschmelzofen zuzuführen. Ein erster Rückführkanal liefert abgeführte Fluide von dem Beschicker an einen zweiten Rückführkanal, der mit dem Einlass des Vorwärmers verbunden ist und der die abgeführten Fluide aus dem Glasschmelzofen sowie die abgeführten Fluide, die von dem primären Auslass des Vorwärmers zurückgeführt werden, führt. Das System umfasst ferner einen ersten Temperatursensor, der dazu eingerichtet ist, ein erstes Temperatursignal zu erzeugen, das eine erste Temperatur von Fluiden in dem zweiten Rückführkanal angibt, und einen zweiten Temperatursensor, der dazu eingerichtet ist, ein zweites Temperatursignal zu erzeugen, das eine zweite Temperatur der Fluide in dem zweiten Rückführkanal angibt, und zwar an einer Stelle in dem Kanal, die in Strömungsrichtung der Stelle vorgeordnet ist, wo die erste Temperatur erhalten wird. Das System umfasst ferner ein Ventil, das dazu eingerichtet ist, eine Fluidmenge in dem zweiten Rückführkanal, die zu dem Beschicker umgelenkt wird, zu regulieren, sowie eine Beschickertemperatursteuerung, die dazu eingerichtet ist, in Ansprechen auf die erste und die zweite Temperatur das Ventil zu steuern.
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Ein System zum Vorwärmen von Gemengestoffen gemäß den vorliegenden Lehren ist im Vergleich zu herkömmlichen Systemen vorteilhaft. Insbesondere ermöglicht das erfindungsgemäße System eine effiziente Übertragung von Energie von abgeführten Fluiden auf Gemengestoffe in dem Vorwärmer, während außerdem Rohrleitungen, die zu dem Vorwärmer hin und von diesem weg führen, vor übermäßigen Temperaturen geschützt werden.
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Die vorstehenden und weitere Aspekte, Merkmale, Details, Verwendungsmöglichkeiten und Vorteile des offenbarten Systems werden beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung und der Ansprüche und bei der Durchsicht der beigefügten Zeichnungen ersichtlich werden, die beispielhaft Merkmale dieses Systems veranschaulichen.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ofensystems, das ein System zum Vorwärmen von Glasbruch gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Lehren umfasst.
- 2 zeigt eine graphische Darstellung eines Steuerprofils mit geteilten Bereichen für die Soll-Strömungsrate und die Ventilstellung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Lehren.
- 3 zeigt eine graphische Darstellung eines Steuerprofils mit geteilten Bereichen für Ventilstellungen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Lehren.
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Detaillierte Beschreibung
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Es sei nun auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um identische Komponenten in den verschiedenen Ansichten zu bezeichnen, wobei 1 ein Ofensystem 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Lehren darstellt. Das System 10 ist dazu vorgesehen Rohstoffe zu schmelzen, die zur Ausbildung von Gegenständen oder Produkten verwendet werden. Das System 10 kann zum Beispiel ein Glasschmelzofensystem zur Verwendung beim Schmelzen von Quarzsand, Sodaasche (Natriumcarbonat), Kalkstein und anderen Gemengestoffen wie beispielsweise Bruchglas (wiederverwertetes gebrochenes Glas) zu Schmelzglas umfassen. Das System 10 kann einen Ofen 12 umfassen, eine Gemenge-Schneckenzuführung 14, einen Gemengestoff-Vorwärmer 16, einen Beschicker 18, einen Zyklonabscheider 20, ein Kanalsystem 22, eine Mehrzahl von Lüftern 24, 26, 28, 30 und eine Mehrzahl von Ventilen 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54, 56, 58, Drucksensoren 60, 62, Temperatursensoren 64, 66, 68 und verschiedenen Steuerungen 70, 72, 74, 76, 77.
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Der Ofen 12 ist dazu vorgesehen, Rohstoffe zu schmelzen. Der Ofen 12 kann einen Glasschmelzofen umfassen, der Gemengestoffe einschließlich Quarzsand, Sodaasche, Kalkstein und Bruchglas zu Schmelzglas aufschmilzt. Der Ofen 12 kann eine Betriebstemperatur von etwa 1565 Grad Celsius (2850 Grad Fahrenheit) aufweisen. Der Ofen 12 kann unter Nutzung von Erdgas und vorgewärmter Verbrennungsluft Wärme erzeugen. Der Ofen 12 kann die Wärme auch unter Verwendung eines elektrischen Verstärkungssystems verstärken. Überschüssige Wärme kann über das Kanalsystem 22 aus dem Ofen 12 abgeführt werden.
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Die Gemenge-Schneckenzuführung 14 ist vorgesehen, um Gemengerohstoffe (z.B. Quarzsand, Sodaasche und Kalkstein) in den Beschicker 18 zu leiten. Wenngleich in der dargestellten Ausführungsform eine Schneckenzuführung 14 gezeigt ist, versteht es sich, dass zusätzlich oder alternativ zu der Schneckenzuführung 14 auch eine Reihe von Mechanismen wie Rutschen, Förderer und andere Strukturen verwendet werden können, um Gemengestoffe von einem oder mehreren Silos (nicht gezeigt) zu dem Beschicker 18 zu liefern. Die Schneckenzuführung 14 und/oder andere Komponenten des Gemengezuliefersystems können mittels herkömmlicher elektromechanischer Steuerungen gesteuert werden, welche die Menge an Gemengestoffen, die dem Beschicker 18 zugeführt wird, basierend auf Rückkopplungssignalen von Sensoren regulieren, die verwendet werden, um verschiedene Zustände des Ofens 10, des Beschickers 18 oder anderer Strukturen in dem System 10 zu überwachen.
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Der Vorwärmer 16 ist dazu vorgesehen, Stoffe vorzuwärmen, bevor sie in den Ofen 12 eingebracht werden, um die Betriebseffizienz des Ofens 12 zu verbessern. Bei dem vorstehend erwähnten Glasschmelzofensystem umfasst der Vorwärmer 16 einen Gemengestoff-Vorwärmer, der dazu eingerichtet ist, nicht erwärmte Gemengestoffe aufzunehmen und die Gemengestoffe vorzuwärmen, bevor dem Ofen 12 erwärmte Gemengestoffe zugeführt werden. Der Gemengestoff-Vorwärmer 16 kann einen Direktkontakt-Regenbett-Gegenstrom-Vorwärmer umfassen, bei dem nicht erwärmte Gemengestoffe an einem Ende des Vorwärmers 16 eingebracht werden und unter Einfluss der Schwerkraft durch den Vorwärmer 16 wandern, wogegen am entgegengesetzten Ende des Vorwärmers 16 Wärme zugeführt wird und in der entgegengesetzten Richtung zu den Gemengestoffen strömt. Es versteht sich jedoch, dass alternativ auch andere herkömmliche Arten von Vorwärmern 16 für Bruchglas, Gemengerohstoffe oder dergleichen in Glasschmelzofensystemen verwendet werden können. Die Gemengestoffe können dem Vorwärmer 16 von einem oder mehreren Silos (nicht gezeigt) durch einen Gemengestoffeinlass 78 zugeführt werden und können ein entgegengesetztes Ende des Vorwärmers 16 durch einen Gemengestoffauslass 80 verlassen und dem Beschicker 18 zugeführt werden. Dazwischen strömen die Stoffe durch den Vorwärmer 16 um Ablenkplatten herum. Wärme in Form von abgeführten Fluiden aus dem Ofen 12, dem Vorwärmer 16 und dem Beschicker 18 kann durch einen primären Einlass 82 in den Vorwärmer 16 eingeführt werden und durch einen primären Auslass 84 abgeführt werden. Wie nachstehend erörtert wird, können abgeführte Fluide aus dem Ofen 12, dem Vorwärmer 16 und dem Beschicker 18 auch durch einen Umleitungseinlass 86 in den Vorwärmer 16 eingeführt werden, wobei der Umleitungseinlass 86 in Bezug auf die Strömungsrichtung der Gemengestoffe in dem Vorwärmer 16 zwischen dem primären Einlass 82 und dem primären Auslass 84 angeordnet ist.
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Der Beschicker 18 ist dazu vorgesehen, eine Mischung aus Gemengerohstoffen und Glasbruch in den Ofen 12 einzuspeisen. Der Beschicker 18 kann einen Trichter 88 und eine Beschickungskammer 90 umfassen. Der Trichter 88 ist vorgesehen, um Ströme von Gemengerohstoffen von der Gemenge-Schneckenzuführung 14 und Gemengestoffe von dem Vorwärmer 16 zusammenzuführen und den zusammengeführten Strom in die Beschickungskammer 90 zu leiten. Die Beschickungskammer 90 weist ein Einlassende auf, das mit dem Auslassende des Trichters 88 gekoppelt ist. Das Einlassende ist dazu eingerichtet, den zusammengeführten Strom aus Gemengerohstoffen und erwärmten Gemengestoffen aus dem Trichter 88 aufzunehmen. Die Beschickungskammer 90 weist außerdem ein Auslassende auf, durch das eine Mischung aus den Gemengerohstoffen und den erwärmten Gemengestoffen aus der Beschickungskammer 90 in ein Schmelzbad in dem Ofen 12 abgegeben wird, beispielsweise durch Vibrationsbewegungen oder eine hin- und hergehende Schubbewegung.
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Der Zyklonabscheider 20 ist dazu vorgesehen, Feinpartikel einschließlich Glasstaub aus den durch den Vorwärmer 16 erzeugten abgeführten Fluiden abzuscheiden. Der Zyklonabscheider 20 hat einen Einlass 92, der dazu ausgebildet ist, abgeführte Fluide von dem Primärauslass 84 des Vorwärmers 16 aufzunehmen. Der Zyklonabscheider 20 weist ferner Auslässe 94, 96 an entgegengesetzten Enden eines zylindrischen Behälters 98 auf, die dazu eingerichtet sind, Partikel bzw. gereinigte abgeführte Fluide abzuführen. Durch die Konfiguration des Einlasses 92 und die Form des Behälters 98 wird eine mit hoher Geschwindigkeit rotierende Luftströmung innerhalb des Behälters 98 erzeugt, die bewirkt, dass in dem abgeführten Fluid enthaltene Partikel aus der Luftströmung entfernt werden und auf den Boden des Behälters fallen, wo sie durch den Auslass 94 entfernt werden können, während reinere Luft aus dem Auslass 96 ausgestoßen wird. Die aus dem Auslass 94 austretenden Partikel können einem Einlass der Gemenge-Schneckenzuführung 14 zugeleitet werden, um mit den Gemengerohstoffen vermischt zu werden.
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Das Kanalsystem 22 ist vorgesehen, um Fluide zwischen dem Ofen 12, dem Vorwärmer 16, dem Beschicker 18 und anderen (nicht gezeigten) Komponenten des Systems 10 sowie der Atmosphäre (zum Einlass von Luft und Ausstoß von Nebenprodukten) zu leiten. Das Kanalsystem 22 besteht aus Materialien, die hinreichend beständig gegenüber den in den Komponenten des Systems 10 zu erwartenden Betriebstemperaturen sind und kann in einigen Ausführungsformen aus Stahl hergestellt sein. Ventilatoren, darunter die Lüfter 24, 26, 28, 30, können verwendet werden, um Fluide in Kanäle innerhalb des Kanalsystems 22 einzuleiten oder um Fluide innerhalb des Kanalsystems 22 zu bewegen. Mechanisch oder elektrisch gesteuerte Ventile, darunter die Ventile 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54, 56, 58 können innerhalb des Kanalsystems 22 angeordnet sein, um die Fluidmenge zu steuern, die zu den verschiedenen Komponenten des Ofensystems 10 und von diesen weg strömt. In der dargestellten Ausführungsform umfasst das Kanalsystem 22 einen Abzugskanal 100, einen Ofenabgaskanal 102, einen Lufteinlasskanal 104, einen Vorwärmer-Abführkanal 106, einen Zyklonabscheider-Abführkanal 108, Beschicker-Abführkanäle 110, 112, Rückführkanäle 114, 116, 118, 120, 122, 124 und Umleitungskanäle 126, 128. Es versteht sich jedoch, dass ein Teil des Kanalsystems 22 durch zusätzliche Kanäle gebildet sein kann.
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Der Abzugskanal 100 ist vorgesehen, um Abgase aus dem Ofen 12 und dem Vorwärmer 16 aufzunehmen. Der Abzugskanal 100 führt einen Teil der Abgase der Wiederverwertung in Bereichen des Systems 10 zu, wie beispielsweise zum Vorwärmen von Gemengestoffen in dem Vorwärmer 16 oder von Stoffen in dem Beschicker 18. Der Abzugskanal 100 bietet auch eine Möglichkeit zum Kühlen der Abgase vor deren Wiederverwendung in dem System 10 und/oder zur Behandlung durch nachgeschaltete Filter, Wäscher und andere Energierückgewinnungseinrichtungen und Einrichtungen zur Kontrolle der Umweltverschmutzung vor dem Ablassen der verbleibenden Fluide an die Atmosphäre.
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Der Ofenabgaskanal 102 ist vorgesehen, um abgeführte Fluide von dem Ofen 10 zu dem Abzugskanal 100 zu transportieren. Der Kanal 102 ist mit dem Abzugskanal 100 in der Nähe eines Endes des Abzugskanals 100 verbunden. Der Abzugskanal 102 kann eine andere Zusammensetzung, was die Materialzusammensetzung betrifft, eine andere Form (z.B. Dicke) oder andere Eigenschaften als die anderen Kanäle in dem Kanalsystem 22 aufweisen, um die aus dem Ofen 12 abgeführten Fluide, die eine relativ hohe Temperatur haben, angemessen zu handhaben.
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Der Lufteinlasskanal 104 ist vorgesehen, um Umgebungsluft oder ein anderes Fluid in den Abzugskanal 100 einzuführen, zum Mischen mit Abgasen von dem Ofen, um die Abgase zu kühlen. In der dargestellten Ausführungsform ist der Lufteinlasskanal 104 mit dem Rückführkanal 114 verbunden und nimmt Fluide aus diesem auf und kann daher in Abhängigkeit von der Stellung der Ventile 32, 34 Umgebungsluft, rückgeführte Fluide oder eine Mischung dieser beiden bereitstellen.
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Der Vorwärmer-Abführkanal 106 und der Zyklonabscheider-Abführkanal 108 sind vorgesehen, um Fluide aus dem Vorwärmer 16 bzw. dem Zyklonabscheider 20 abzuführen. Der Kanal 106 erstreckt sich zwischen dem primären Auslass 84 des Vorwärmers 16 und dem Einlass 92 des Zyklonabscheiders 20. Der Kanal 108 erstreckt sich zwischen dem Auslass 96 des Zyklonabscheiders 20 und dem Lüfter 30.
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Die Beschicker-Abführkanäle 110, 112 sind vorgesehen, um abgeführte Fluide aus dem Trichter 88 bzw. der Beschickungskammer 90 des Beschickers 18 abzuführen. Der Kanal 110 erstreckt sich von dem Trichter 88 zu dem Lüfter 28. Der Kanal 112 erstreckt sich von der Beschickungskammer 90 und trifft zwischen dem Trichter 88 und dem Lüfter 28 auf den Kanal 110.
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Die Rückführkanäle 114, 116, 118, 120, 122, 124 sind vorgesehen, um abgeführte Fluide von dem Ofen 12, dem Vorwärmer 16, dem Beschicker 18 und von dem Zyklonabscheider 20 innerhalb des Systems 10 zurückzuführen. Der Rückführkanal 114 transferiert einen Teil der abgeführten Fluide aus dem Vorwärmer 16 (über den Zyklonabscheider 20) und durch den Lufteinlasskanal 104 zu dem Abzugskanal 100. Der Rückführkanal 116 transferiert einen weiteren Teil der abgeführten Fluide von dem Vorwärmer 16 (über den Zyklonabscheider 20) zu dem Rückführkanal 120. Der Rückführkanal 118 transferiert noch einen weiteren Teil der abgeführten Fluide von dem Vorwärmer 16 (über den Zyklonabscheider 20) direkt zu dem Vorwärmer 16 und erstreckt sich von dem Lüfter 30 zu dem Umleitungseinlass 86 des Vorwärmers 16. Der Rückführkanal 120 transferiert einen Teil der gemischten Abgase von dem Ofen 12 und dem Vorwärmer 16 (zusammen mit Umgebungsluft) zur Verwendung in dem Vorwärmer 16 und dem Beschicker 18. Der Kanal 120 erstreckt sich von einem Auslass des Abzugskanals 100 zu dem Primäreinlass 82 des Vorwärmers 16. Der Rückführkanal 122 trifft zwischen dem Auslass des Abzugskanals und dem primären Einlass 82 des Vorwärmers 16 auf den Kanal 120 und leitet einen Teil des Fluidgemischs in dem Rückführkanal 120 zu der Beschickungskammer 90 des Beschickers 18. Der Rückführkanal 124, schließlich, trifft auch auf den Kanal 120 zwischen dem Auslass des Abzugskanals und dem primären Einlass des Vorwärmers 82 und leitet abgeführte Fluide aus dem Trichter 88 und der Mischkammer 90 des Beschickers 18 zu dem Kanal 120.
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Die Umleitungskanäle 126, 128 sind vorgesehen, um einen Teil der Fluide aus den Rückführkanälen 122 bzw. 120 für spezielle Verwendungen umzuleiten. Der Umleitungskanal 128 erstreckt sich zwischen den Rückführkanälen 118, 120 und leitet einen Teil des in dem Rückführkanal 120 vorhandenen Fluidgemischs zu dem Rückführkanal 118. Der Umleitungskanal 128 ist zwischen dem Auslass des Abzugskanals und dem primären Einlass 82 des Vorwärmers 16 mit dem Rückführkanal 120 verbunden und ist zwischen dem Lüfter 30 und dem Umleitungseinlass 86 des Vorwärmers 16 mit dem Rückführkanal 118 verbunden. Der Umleitungskanal 126 erstreckt sich zwischen dem Rückführkanal 122 und dem Beschicker-Abführkanal 112 und leitet einen Teil der in dem Rückführkanal 122 vorhandenen Fluidmischung zu dem Beschicker-Abführkanal 112, um die Temperaturen in den Beschicker-Abführkanälen 110, 112 auf einem vorgegebenen Niveau zu halten, um Kondensation in den Kanälen 110, 112 zu vermeiden.
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Die Lüfter 24, 26, 28, 30 sind vorgesehen, um Fluide von einem Ort abzuziehen und diese Fluide zu einem anderen Ort innerhalb des Systems 10 zu leiten. Die Lüfter 24, 26 sind vorgesehen, um Umgebungsluft aus der Atmosphäre in den Lufteinlasskanal 104 einzuführen, zur Mischung mit den vom Ofen abgeführten Fluiden in dem Abzugskanal 100. Der Lüfter 28 ist vorgesehen, um aus dem Trichter 88 und der Beschickungskammer 90 des Beschickers 18 abgeführte Fluide abzuziehen und diese Fluide in den Rückführkanal 124 zu transferieren, zur Mischung mit anderen abgeführten Fluide aus dem Ofen 10 und von dem Vorwärmer 16, die zum Vorwärmen von Gemengestoffen in dem Vorwärmer 16 verwendet werden. Der Lüfter 30 ist vorgesehen, um abgeführte Fluide aus dem Vorwärmer 16 (durch den Zyklonabscheider 20) abzuziehen und diese Fluide den Rückführkanälen 114, 116, 118 zuzuleiten. Gemäß einem nachstehend erörterten Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann die Drehzahl des Lüfters 30 gesteuert werden, um den Massestrom des abgeführten Fluids und die Temperaturen innerhalb des Systems 10 zu steuern.
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Die Ventile 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54, 56, 58 sind vorgesehen, um die Fluidströmung innerhalb der Kanäle des Kanalsystems 22 zu steuern. Die Ventile 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54, 56, 58 können Schmetterlingsventile umfassen, und die Stellung des jeweiligen Ventils kann mittels herkömmlicher elektromechanischer Steuereinrichtungen unter der Leitung von Steuerungen wie etwa den Steuerungen 70, 72, 74, 76, 77 geändert werden. Das Ventil 32 ist vorgesehen, um die Menge an Umgebungsluft zu regulieren, die in den Lufteinlasskanal 104 (und letztendlich in den Abzugskanal 100) eingeführt wird. Das Ventil 34 ist vorgesehen, um die Menge an von dem Vorwärmer 16 (über den Zyklonabscheider 20) abgeführten Fluiden zu regulieren, die aus dem Rückführkanal 114 in den Lufteinlasskanal 104 (und letztendlich den Abzugskanal 100) eingeführt wird. Das Ventil 36 ist vorgesehen, um die Fluidmenge aus dem Lufteinlasskanal 104 zu regulieren, die in den Abzugskanal 100 eingeführt wird. Das Ventil 38 ist vorgesehen, um die Fluidmenge zu regulieren, die aus dem Abzugskanal 100 in den Rückführkanal 120 eingeführt wird. Das Ventil 40 ist vorgesehen, um die Menge der aus dem Vorwärmer 16 (über den Zyklonabscheider 20) abgeführten Fluide zu regulieren, die aus dem Rückführkanal 116 in den Rückführkanal 120 eingeführt wird. Das Ventil 42 ist vorgesehen, um die Menge an Fluiden zu regulieren, die aus dem Abzugskanal 100 und dem Rückführkanal 116 in den Rückführkanal 120 eingeführt wird und in Strömungsrichtung zu Vorrichtungen wie dem Vorwärmer 16 und dem Beschicker 18 transferiert wird. Das Ventil 44 ist vorgesehen, um die Menge an Fluiden zu regulieren, die aus dem Rückführkanal 120 in Strömungsrichtung durch den Rückführkanal 122 zu dem Beschicker 18 transferiert wird. Die Ventile 46, 48 sind vorgesehen, um die Menge an Fluiden zu regulieren, die von dem Rückführkanal 122 zu der Beschickungskammer 90 des Beschickers 18 und über den Umleitungskanal 126 zu dem Rückführkanal 120 transferiert wird. Die Ventile 50, 52 sind vorgesehen, um die Menge an abgeführten Fluiden zu regulieren, die von dem Trichter 88 bzw. der Beschickungskammer 90 des Beschickers 18 in den Rückführkanal 110 eingeführt werden. Das Ventil 54 ist vorgesehen, um die Menge an abgeführten Fluiden zu regulieren, die aus dem Rückführkanal 124 in den Rückführkanal 120 eingeführt werden. Das Ventil 56 ist vorgesehen, um die Fluidströmung von dem Lüfter 30 zu dem Umleitungseinlass 86 des Vorwärmers 16 zu regulieren, und insbesondere die Menge der von dem Vorwärmer 16 (über den Zyklonabscheider 20) abgeführten Fluide, die zu dem Umleitungseinlass 86 des Vorwärmers 16 geleitet wird. Schließlich ist das Ventil 58 vorgesehen, um die Menge des Abgasfluidgemischs in dem Rückführkanal 120 zu regulieren, das von dem Primäreinlass 82 des Vorwärmers 16 zu dem Umleitungseinlass 86 des Vorwärmers 16 umgeleitet wird. Gemäß verschiedener nachstehend erörterter Aspekte der vorliegenden Offenbarung können die Stellungen eines oder mehrerer der Ventile 34, 40, 44, 56 und 58 gesteuert werden, um den Massestrom an abgeführtem Fluid und die Temperaturen innerhalb des Systems 10 zu steuern.
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Der Drucksensor 60 umfasst einen Differenzdrucksensor und ist vorgesehen, um den Druckabfall zwischen dem Einlass 92 und dem Auslass 96 des Zyklonabscheiders 20 zu messen. Der Drucksensor 62 ist vorgesehen, um den Druck in dem Rückführkanal 114 zu messen. Die Sensoren 60, 62 können einen beliebigen aus einer Reihe von herkömmlichen Drucksensoren umfassen, darunter einen piezoresistiven, piezoelektrischen, kapazitiven, resonanten Sensor oder andere Sensoren. Der Drucksensor 60 erzeugt ein Drucksignal, das einen Druckabfall zwischen dem Einlass 92 und dem Auslass 96 des Zyklonabscheiders 20 angibt, und liefert dieses Signal an die Steuerung 70. Der Drucksensor 62 erzeugt ein Drucksignal, das den Druck in dem Kanal 114 angibt, und liefert dieses Signal an die Steuerung 76. Wenngleich die dargestellte Ausführungsform ausgewählte Drucksensoren zeigt, die für die vorliegende Offenbarung relevant sind, versteht es sich, dass in dem gesamten System 10 auch andere Drucksensoren angeordnet sein können und in verschiedenen Steuerprozessen verwendet werden können.
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Die Temperatursensoren 64, 66, 68 sind vorgesehen, um die Temperatur von Fluiden an verschiedenen Stellen innerhalb des Kanalsystems 22 zu messen. Die Sensoren 64, 66, 68 können beliebige Sensoren aus einer Reihe von herkömmlichen Temperatursensoren umfassen, darunter Thermistoren oder Thermoelemente. Der Sensor 64 misst die Fluidtemperatur der abgeführten Fluide unmittelbar in Strömungsrichtung hinter dem Auslass 96 des Zyklonabscheiders 20. Der Sensor 64 erzeugt ein Temperatursignal, das eine Temperatur am Auslass 96 des Zyklonabscheiders 20 angibt, und liefert dieses Signal an die Steuerungen 70, 72, 74. Die Temperatursensoren 66, 68 sind dazu vorgesehen, die Temperatur von Fluiden an zwei Stellen innerhalb des Rückführkanals 120 zu messen. Der Temperatursensor 66 misst die Temperatur von Fluiden in dem Kanal 120 an einer in Strömungsrichtung dem Temperatursensor 68 vorgeordneten Stelle. Die Temperatursensoren 66, 68 erzeugen Temperatursignale, die Temperaturen von Fluiden innerhalb des Kanals 120 angeben, und liefern diese Signale an die Steuerungen 76, 77.
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Wenngleich die dargestellte Ausführungsform ausgewählte Temperatursensoren zeigt, die für die vorliegende Offenbarung relevant sind, sollte wiederum klar sein, dass in dem gesamten System 10 auch andere Temperatursensoren angeordnet sein können und in verschiedenen Steuerprozessen verwendet werden können.
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Die Steuerungen 70, 72, 74, 76, 77 sind dazu eingerichtet, verschiedene Komponenten innerhalb des Systems 10 zu steuern. In den dargestellten Ausführungsformen werden bestimmte Steuerungen zur Verwendung beim Steuern des Lüfters 30 und der Ventile 34, 40, 44, 56, 58 beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass in dem System 10 zusätzliche Steuerungen zur Steuerung weiterer Systemkomponenten verwendet werden können. Wenngleich die Steuerungen 70, 72, 74, 76, 77 in der dargestellten Ausführungsform als getrennte Steuerungen dargestellt sind, versteht es sich ferner, dass eine oder mehrere der Steuerungen 70, 72, 74, 76, 77 auch in einer einzigen Steuerung integriert sein können und dass eine oder mehrere der Steuerungen 70, 72, 74, 76, 77 auch in zusätzliche Steuerungen unterteilt sein können, die für eine Teilmenge der Aufgaben verantwortlich sind, die einer bestimmten Steuerung zugeordnet sind. Die Steuerungen 70, 72, 74, 76, 77 können programmierbare Mikroprozessoren oder anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs) umfassen. Die Steuerungen 70, 72, 74, 76, 77 können zentrale Verarbeitungseinheiten (CPUs) und Ein-/Ausgabe-(E/A)-Schnittstellen umfassen, über welche die Steuerungen 70, 72, 74, 76, 77 Eingangssignale empfangen können, darunter Signale, die von den Sensoren 60, 62, 64, 66, 68 erzeugt werden, und Ausgangssignale erzeugen können, darunter solche, die zum Steuern des Lüfters 30 und der Ventile 34, 40, 44, 56, 58 genutzt werden. Gemäß den vorliegend offenbarten Lehren können die Steuerungen 70, 72, 74, 76, 77 mit Sätzen von ausführbaren Anweisungen von einem Computerprogramm (d.h. Software) konfiguriert (codiert) werden, um Verfahren zum Steuern des Massestroms und der Temperatur von abgeführten Fluiden in Bereichen des Systems 10 auszuführen, und insbesondere zum Steuern des Lüfters 30 und der Ventile 34 40, 44, 56, 58, um eine Steuerung des Massestroms und der Temperaturen zu erreichen.
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Die Zyklonströmungssteuerung 70 ist dazu vorgesehen, den Lüfter 30 und insbesondere die Drehzahl des Lüfters 30 zu steuern, um den Massestrom der abgeführten Fluide durch den Vorwärmer 16 und den Zyklonabscheider 20 hindurch zu steuern. Die Steuerung 70 ist dazu eingerichtet, Eingangssignale von dem Drucksensor 60, dem Temperatursensor 64 und von dem Temperaturregler 72 zu empfangen. Die Steuerung 70 ist ferner dazu eingerichtet, ein Ausgangssignal zu erzeugen, das verwendet wird, um in Ansprechen auf das Drucksignal von dem Drucksensor 60 und das Temperatursignal von dem Temperatursensor 64 den Lüfter 30 zu steuern. Insbesondere ist die Steuerung 70 dazu eingerichtet, in Ansprechen auf das Drucksignal (das einen Druckabfall über den Zyklonabscheider 20 anzeigt) und das Temperatursignal (wobei Temperaturerhöhungen auf Erhöhungen des Massestroms hinweisen) eine aktuelle Strömungsrate durch den Zyklonabscheider 20 zu bestimmen. Die Steuerung 70 ist ferner dazu eingerichtet, ein Strömungsrate-Sollsignal von der Temperatursteuerung 72 zu empfangen, das eine gewünschte Fluidströmungsrate durch den Zyklonabscheider 20 angibt. Das Strömungsrate-Sollsignal soll die Gemengestoff-Durchsatzrate (Ofenzugrate multipliziert mit Stoffverhältnis des Bades) und die Gemengestoffqualität (z.B. Größe und Feuchtigkeitsgehalt) widerspiegeln. Die Soll-Strömungsrate kann von einem Bediener des Systems 10 eingestellt werden. Wie hier nachstehend noch ausgeführt wird, kann die Temperatursteuerung 72 jedoch auch dazu eingerichtet sein, die Soll-Strömungsrate basierend auf einer oder mehreren Variablen im System 10 festzulegen. Die Steuerung 70 ist ferner dazu eingerichtet, die Drehzahl des Lüfters 30 einzustellen, wenn die aktuelle Strömungsrate eine vorgegebene Bedingung in Bezug auf die Soll-Strömungsrate erfüllt. Wenn zum Beispiel die aktuelle Strömungsrate die Soll-Strömungsrate übersteigt, kann die Steuerung 70 ein Steuersignal erzeugen, das dazu eingerichtet ist, die Drehzahl des Lüfters 30 zu reduzieren. Wenn die aktuelle Strömungsrate geringer ist als die Soll-Strömungsrate, kann die Steuerung 70 ein Steuersignal erzeugen, das dazu eingerichtet ist, die Drehzahl des Lüfters 30 zu erhöhen. Die Steuerung 70 kann zu diesem Zweck einen Proportional-Integral-Differential-(PID)-Regelalgorithmus implementieren. Schließlich kann die Steuerung 70 auch dazu eingerichtet sein, während vordefinierter Ereignisse, darunter dem Hochfahren und Herunterfahren des Systems 10 und während Notfällen, vorgegebene Drehzahlen für den Lüfter 30 einzustellen.
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Die Temperatursteuerung 72 ist dazu vorgesehen, die Temperatur der abgeführten Fluide durch die Kanäle 106, 108 hindurch zu regulieren, um die Kanäle, den Zyklonabscheider 20 und den Lüfter 30 zu schützen und die Energieübertragung auf die Gemengestoffe in dem Vorwärmer 16 zu optimieren. Die Steuerung 72 ist dazu eingerichtet, ein Eingabesignal von dem Temperatursensor 64 zu empfangen (die Steuerung 72 kann auch eine Eingabe des Bedieners empfangen, die eine gewünschte Soll-Strömungsrate angibt). Die Steuerung 72 ist dazu eingerichtet, Ausgangssignale in Form eines Strömungsrate-Sollsignal zu erzeugen, das eine gewünschte Soll-Strömungsrate angibt, sowie in Form eines Ventilsteuersignals, das eine angewiesene Stellung für das Ventil 56 angibt. Wie vorstehend bereits erwähnt kann das Strömungsrate-Sollsignal unter bestimmten Umständen eine Reaktion auf eine Bedienereingabe darstellen, die basierend auf solchen Faktoren wie der Durchsatzrate der Gemengestoffe und der Qualität der Gemengestoffe gewählt wird. Die Steuerung 72 weist jedoch auch einen Betriebsmodus auf, bei dem sie dazu eingerichtet ist, in Ansprechen auf die Temperatur, die von dem Sensor 64 in der Nähe des Auslasses 96 des Zyklonabscheiders 20 gemessen wird, eine Soll-Strömungsrate zu erzeugen. Die Steuerung 72 kann dazu eingerichtet sein, unter einer Reihe von Umständen den Modus zu implementieren, bei dem die Soll-Strömungsrate in Ansprechen auf die von dem Sensor 64 gemessene Temperatur erzeugt wird, im Gegensatz zur Verwendung der Eingabe des Bedieners, darunter beispielsweise, wenn die gemessene Temperatur um mehr als einen vorbestimmten Betrag von einer gewünschten Temperatur abweicht oder Anzeichen einer schnellen Veränderung im Zeitverlauf zeigt. Die Steuerung 72 ist außerdem dazu eingerichtet, ein Ventilsteuersignal zum Steuern einer Stellung des Ventils 56 in Ansprechen auf das Temperatursignal zu erzeugen. Das Ventil 56 kann genutzt werden, um die Temperatur in den Kanälen 106, 108 zu steuern, indem die Menge der abgeführten Fluide aus dem Vorwärmer 16 reguliert wird, die zu dem Umleitungseinlass 86 des Vorwärmers 16 zurückgeführt wird. Da der Lüfter 30 die Strömungsgeschwindigkeit durch den Vorwärmer 16 steuert und die Strömung bei einer konstanten Lüfterdrehzahl konstant ist, wird eine Änderung der Stellung des Ventils 56, um den Durchfluss durch den Umleitungseinlass 86 des Vorwärmers 16 zu erhöhen oder zu verringern, eine entsprechende Verringerung bzw. Erhöhung der Menge an Abgasen bewirken, die aus dem Rückführkanal 120 in den Vorwärmer 16 gezogen werden. Auf diese Weise wird durch das Öffnen des Ventils 56 zum Erhöhen der Strömung durch den Kanal 118 zu dem Umleitungseinlass 86 des Vorwärmers 16 die Strömung aus dem Kanal 120 zu dem Einlass 82 und die Temperatur der aus dem Auslass 84 des Vorwärmers 16 austretenden abgeführten Fluide verringert. Umgekehrt wird durch das Schließen des Ventils 56 zum Verringern der Strömung durch den Kanal 118 zu dem Umleitungseinlass 86 des Vorwärmers 16 die Strömung aus dem Kanal 120 zu dem Einlass 82 und die Temperatur der aus dem Auslass 84 des Vorwärmers 16 austretenden abgeführten Fluide erhöht. In einer alternativen Ausführungsform könnte die Steuerung 72 dazu eingerichtet sein, ein (nicht gezeigtes) Ventil zu steuern, das Umgebungsluft in den Massestrom leitet, der in den Vorwärmer 16 eintritt, in diesem vorhanden ist oder aus diesem austritt, um die Temperatur zu steuern. Nehmen wir Bezug auf 2, so kann die Steuerung 72 gemäß einiger Ausführungsformen dazu eingerichtet sein, das Strömungsrate-Sollsignal und das Ventilsteuersignal gemäß einem vordefinierten, in Bereiche unterteilten Steuerprofil zu erzeugen. Die Verwendung eines Steuerprofils mit geteilten Bereichen ermöglicht eine glatte, buckelfreie Manipulationsübertragung sowohl der Soll-Strömungsrate als auch der Ventilstellung, indem eine mathematische Beziehung zwischen den beiden Werten hergestellt wird. In dem dargestellten Profil wird das Ventil 56 in Abhängigkeit von dem Ausmaß des gewünschten Temperaturanstiegs in den Kanälen 106, 108 von einer vollständig geöffneten Stellung in eine geschlossene Stellung bewegt. An einem bestimmten Punkt stellt das Profil eine minimale Öffnungsstellung her (etwa 20 % geöffnet), trotz gewünschter weiterer Temperaturerhöhungen, so dass stets etwas Fluid durch den Kanal 118 strömt, um Kondensation in dem Kanal 118 zu verhindern. Die Soll-Strömungsrate nimmt einen vorgegebenen minimalen Wert an (der begründet ist, um die erforderliche Luftströmung zum Abscheiden von Partikeln in dem Zyklonabscheider 20 zu erzeugen), bis die angewiesene Temperaturerhöhung einen vorgegebenen Wert überschreitet, ab welchem Punkt die Soll-Strömungsrate allmählich, in Abhängigkeit von der gewünschten Temperaturerhöhung, bis auf eine vorgegebene maximale Strömungsrate ansteigt. In dem dargestellten Profil beginnt die Soll-Strömungsrate an der gleichen Stelle, an der das Ventil 56 die minimale Öffnungsstellung erreicht, von der minimalen Strömungsrate aus anzusteigen. Es versteht sich jedoch, dass das Profil auch dahingehend variieren kann, dass sich sowohl die Soll-Strömungsrate als auch die Ventilstellung gleichzeitig über einen gewissen Bereich von Temperaturwerten hin ändern. Schließlich kann die Steuerung 72 dazu eingerichtet sein, während vordefinierter Ereignisse wie dem Hochfahren und Herunterfahren des Systems 10 und während Notfällen vorgegebene Stellungen für das Ventil 56 einzustellen.
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Die Umleitungsventil-Steuerung 74 ist dazu vorgesehen, die Wärme in Kanälen innerhalb des Kanalsystems 22, darunter den Kanälen 106, 108, während des Anfahrens des Vorwärmers 16 zu erhöhen, um das Kanalsystem vor Kondensation zu schützen. Die Steuerung 74 ist dazu eingerichtet, ein Eingangssignal von dem Temperatursensor 64 zu empfangen. Die Steuerung 74 ist ferner dazu eingerichtet, ein Ausgangssignal zu erzeugen, das genutzt wird, um in Ansprechen auf das Signal von dem Temperatursensor 64 das Ventil 58 zu steuern. Das Ventil 58 ist dazu eingerichtet, die Fluidströmung aus dem Rückführkanal 120 zu regulieren, der abgeführte Fluide aus dem Glasschmelzofen führt, die durch den Abzugskanal 100 zu dem Umleitungseinlass 86 des Vorwärmers 16 geschickt werden. Durch das Leiten dieser abgeführten Fluide zu dem Umleitungseinlass 86 umgehen die Fluide einen Teil der Gemengestoffe und die Wärme wird stattdessen direkt durch den Auslass 84 des Vorwärmers 16 geleitet, anstatt auf die Gemengestoffe übertragen zu werden. Auf diese Weise werden sich verschiedene Kanäle in dem Kanalsystem 22, einschließlich der Kanäle 106, 108, schneller erwärmen. Wenn die von dem Temperatursensor 64 angezeigte Temperatur am Auslass 96 relativ niedrig ist, ist die Umleitungssteuerung 74 also dazu eingerichtet, das Ventil 58 zu öffnen. Während die Temperatur ansteigt, kann das Ventil 58 in eine geschlossene Stellung bewegt werden oder vollständig geöffnet bleiben, in Abhängigkeit von der genutzten Steuerungsstrategie. Sobald die Temperatur jedoch einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht, ist die Steuerung 74 dazu eingerichtet, ein Steuersignal für das Ventil 58 zu erzeugen, durch welches das Ventil 58 geschlossen wird. Diese Schwellentemperatur kann niedriger sein als die Temperatur, bei der die Temperatursteuerung 72 die Steuerung der Soll-Strömungsrate und des Ventils implementiert. Beispielsweise kann die Umleitungsventil-Steuerung 74 bei Temperaturen unter 120 Grad Celsius auf das Ventil 58 einwirken, während die Temperatursteuerung 72 einzuwirken beginnt, wenn die Temperaturen 150 Grad Celsius übersteigen. Die Steuerung 74 kann wiederum dazu eingerichtet sein, während vordefinierter Ereignisse wie dem Hochfahren und Herunterfahren des Systems 10 und während Notfällen vorbestimmte Stellungen für das Ventil 58 einzustellen.
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Die Einlasstemperatursteuerung 76 ist dazu vorgesehen, die Temperatur des Fluidgemischs in dem zum Einlass 82 des Vorwärmers 16 führenden Rückführkanal 120 zu regulieren, um die Energieübertragung von den Fluiden auf die Gemengestoffe in dem Vorwärmer 16 zu optimieren und den Kanal 120 zu schützen. Die Einlasstemperatursteuerung 76 ist dazu eingerichtet, Eingangssignale von den Temperatursensoren 66, 68 zu empfangen und Ausgangssignale zu erzeugen, die zum Steuern der Ventile 34, 40 verwendet werden. Das Ventil 34 steuert die Menge an abgeführten Fluiden von dem Vorwärmer 16, die zu dem Abzugskanal 100 transferiert wird, zum Mischen mit abgeführten Fluiden aus dem Ofen 12, um die Temperatur des Gemischs in dem Abzugskanal 100 zu regulieren und die in Strömungsrichtung nachgeordneten Energierückgewinnungs- und Emissionsminderungsvorrichtungen zu schützen. Das Ventil 40 steuert die Menge an abgeführten Fluiden von dem Vorwärmer 16, die in den Rückführkanal 120 eingeführt werden, um die Temperatur des Fluidgemischs in dem Kanal 120 zu steuern. Bezug nehmend auf 3, kann die Steuerung 76 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung Ventilsteuersignale für die Ventile 34, 40 gemäß einem vordefinierten, in Bereiche unterteilten Steuerprofil erzeugen. Mit der Verwendung eines Steuerprofils mit getrennten Bereichen wird eine mathematische Beziehung zwischen der Stellung der beiden Ventile 34, 40 hergestellt, die verhindert, dass die Bewegung eines der Ventile 34, 40 die Stellung des anderen der Ventile 34, 40 beeinflusst, und dadurch wird die geteilte Strömung von Abgasen in den Kanälen 114, 116 unabhängig von dem Plenumdruck in Strömungsrichtung hinter dem Lüfter 30. Gemäß dem dargestellten Profil wird, wenn sich die gemessene Temperatur ändert, die Steuerung 76 Steuersignale ausgeben, um die Öffnung eines der Ventile 34, 40 zu erhöhen, während die Öffnung des anderen der Ventile 34, 40 reduziert wird. Durch das Vergrößern der Öffnung des Ventils 40 wird ein größerer Teil der abgeführten Fluide von dem Vorwärmer 16 in den Rückführkanal 120 geleitet, anstatt in den Abzugskanal 100. Da die abgeführten Fluide von dem Vorwärmer 16 kühler sind als die abgeführten Fluide, die den Abzugskanal 100 verlassen, wird durch diesen Vorgang die Temperatur des Fluidgemisches in dem Rückführkanal 120 und am Einlass 82 zu dem Vorwärmer 16 verringert. Umgekehrt wird beim Vergrößern der Öffnung des Ventils 34 ein größerer Teil der abgeführten Fluide von dem Vorwärmer 16 in den Abzugskanal 100 geleitet, anstatt in den Rückführkanal 120. Durch diesen Vorgang wird sich die Temperatur des Fluidgemischs in dem Rückführkanal 120 und am Einlass 82 zu dem Vorwärmer 16 erhöhen. Sobald die gemessene Temperatur einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, wird also gemäß dem dargestellten Profil jede weitere Erhöhung zu einer proportionalen Vergrößerung der Öffnung des Ventils 40 führen, von einer minimalen Öffnungsstellung bis zu einer vollständig geöffneten Stellung. Umgekehrt wird, wenn die Temperatur zunimmt, die Öffnung des Ventils 34 proportional verringert, von einer vollständig geöffneten Stellung bis dieses eine minimale Öffnungsstellung erreicht. Die Ventile 34, 40 haben jeweils eine minimale Öffnungsstellung (d.h. sie sind niemals vollständig geschlossen), so dass stets zumindest eine gewisse Abgasfluidströmung durch die Rückführkanäle 114, 116 besteht, um eine unerwünschte Abkühlung und Kondensation in den Kanälen 114, 116 zu verhindern. Es versteht sich, dass das dargestellte Profil nur beispielhafter Natur ist und dass die minimalen und maximalen Öffnungsstellungen, Vergrößerungs-Nerkleinerungsraten und Stellungen der Ventile 34, 40 relativ zueinander variiert werden können. Die Steuerung 76 kann auch dazu eingerichtet sein, während vordefinierter Ereignisse wie dem Hochfahren und Herunterfahren des Systems 10 und während Notfällen vorbestimmte Stellungen für die Ventile 34, 40 einzustellen.
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Gemäß einem Aspekt der Temperatursteuerung in dem Kanal 120 kann die Steuerung 76 Steuersignale für die Ventile 34, 40 in Ansprechen auf die von einem der Temperatursensoren 66, 68 erzeugten Temperatursignale erzeugen. Der Temperatursensor 68 misst die Temperatur des Fluidgemischs in dem Kanal 120 in der Nähe des Einlasses 82 des Vorwärmers 16, und die Steuerung 76 wird typischerweise Steuersignale für die Ventile 34, 40 in Ansprechen auf die von dem Temperatursensor 68 angezeigte gemessene Temperatur erzeugen, um die Energieübertragung auf die Gemengestoffe in dem Vorwärmer 16 zu optimieren. Der Temperatursensor 66 misst die Temperatur des Fluidgemischs in dem Kanal 120 an einer dem Temperatursensors 68 in Strömungsrichtung vorgeordneten Stelle und näher an der Eintrittsstelle der abgeführten Fluide aus dem Abzugskanal 100 in den Kanal 120. Die Steuerung 76 kann dazu eingerichtet sein, in Ansprechen auf die von dem Sensor 66 gemessene Temperatur Steuersignale für die Ventile 34, 40 zu erzeugen, wenn die gemessene Temperatur eine relativ hohe Temperatur angibt, bei der die Gefahr einer Beschädigung des Kanals 120 und nahe gelegener Ventile besteht. Die Steuerung 76 kann dazu eingerichtet sein, eines der Temperatursignale von den Sensoren 66, 68 zur Nutzung beim Erstellen von Steuersignalen für die Ventile 34, 40 basierend auf verschiedenen Steuerstrategien auszuwählen. Gemäß einer Ausführungsform erzeugt die Steuerung 76 Steuersignale für die Ventile 34, 40 in Ansprechen auf das Temperatursignal von dem Sensor 68, es sei denn, die von dem Sensor 66 angezeigte Temperatur erfüllt eine vorbestimmte Bedingung. Insbesondere erzeugt die Steuerung 76 Steuersignale für die Ventile 34, 40 in Ansprechen auf das Temperatursignal von dem Sensor 68, es sei denn, die von dem Sensor 66 angezeigte Temperatur übersteigt die von dem Sensor 68 angezeigte Temperatur um mehr als einen vorbestimmten Betrag. Da die von dem Sensor 66 gemessene Temperatur immer höher sein sollte als die von dem Sensor 68 gemessene Temperatur (aufgrund der Anordnung der Sensoren relativ zueinander im Strom der abgeführten Fluide), kann die Steuerung 76 die von den Sensoren 66, 68 gemessenen Temperaturen vergleichen, unter Nutzung eines vorbestimmten Versatzes, und eine Basissteuerung der Ventile 34, 40 anhand der von dem Sensor 68 gemessenen Temperatur vornehmen, es sei denn, die Temperatur am Sensor 66 übersteigt die Temperatur am Sensor 68 um mehr als diesen Versatz. Sobald die Steuerung 76 ein Temperatursignal von den Sensoren 66, 68 zur Verwendung beim Steuern der Ventile 34, 40 auswählt, kann die Steuerung 76 dazu eingerichtet sein, eine PID-Regelung zu implementieren, um die gemessene Temperatur mit einer gewünschten Temperatur zu vergleichen und einen Wert zu erzeugen, der die Differenz angibt, die beim Erzeugen der Steuersignale für die Ventile 34, 40 gemäß dem vorstehend erwähnten vordefinierten Profil verwendet werden kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Lehren kann die Einlasstemperatursteuerung 76 dazu eingerichtet sein, durch Steuern der minimalen Öffnungsstellung der Ventile 34, 40 den Druck in dem Rückführkanal 114 zu regulieren. Wie vorstehend bereits erwähnt haben die Ventile 34, 40 vorzugsweise jeweils eine minimale Öffnungsstellung, um jeweils eine gewisse Strömung an abgeführten Fluiden durch die Kanäle 114, 116 zu ermöglichen, um die Temperaturen innerhalb der Kanäle über einem vorgegebenen Niveau zu halten, um Kondensation in den Kanälen 114, 116 zu verhindern. Gemäß einer Ausführungsform können die Ventile 34, 40 jeweils eine minimale Öffnung von mindestens zwanzig Prozent (20 %) relativ zu einer vollständig geöffneten Stellung aufweisen. Die Steuerung 76 kann dazu eingerichtet sein, die minimalen Öffnungsstellungen der Ventile 34, 40 in Ansprechen auf das Drucksignal von dem Drucksensor 62 anzupassen, um die Fluidströmung durch die Kanäle 114, 116 zu erhöhen oder zu verringern. Gemäß einer Ausführungsform kann die Steuerung 76 dazu eingerichtet sein, den von dem Drucksensor 62 angezeigten Druck in dem Kanal 114 mit einem vorgegebenen Schwellendruck zu vergleichen und die minimale Öffnung der Ventile 34, 40jeweils zu erhöhen, wenn der Druck in dem Kanal 114 eine vorbestimmte Bedingung bezüglich des vorgegebenen Schwellendrucks erfüllt (z.B. wenn der Druck in dem Kanal 114 den vorgegebenen Schwellendruck übersteigt).
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Die Beschickertemperatursteuerung 77 ist dazu vorgesehen, die Temperaturen in dem Beschicker 18 und in dem Beschicker-Abführkanal 112 zu steuern, um Kondensation in dem Beschicker 18 und in dem Kanal 112 zu verhindern. Die Beschickertemperatursteuerung 77 ist dazu eingerichtet, Eingangssignale von den Temperatursensoren 66, 68 zu empfangen und Ausgangssignale zu erzeugen, die zur Steuerung des Ventils 44 verwendet werden. Das Ventil 44 steuert die Menge an abgeführten Fluiden aus dem Ofen 12 und dem Vorwärmer 16, die aus dem Rückführkanal 120 in den Rückführkanal 122 umgeleitet wird, um die Temperaturen des Beschickers 18 und des Beschicker-Abführkanal 112 zu steuern. Da der Temperatursensor 66 die Temperatur des Fluidgemischs in dem Kanal 120 in Strömungsrichtung vorgeordnet der Stelle misst, an welcher der Rückführkanal 124 in den Rückführkanal 120 mündet, und der Temperatursensor 68 die Temperatur des Fluidgemischs in dem Kanal 120 in Strömungsrichtung nachgeordnet der Stelle misst, an welcher der Kanal 124 in den Kanal 120 mündet (d.h. nach dem Einleiten von abgeführten Fluiden aus dem Trichter 88 und der Beschickungskammer 90 des Beschickers 18 über den Kanal 124), zeigt die von den Sensoren 66, 68 gemessene Temperaturdifferenz die Temperatur der aus dem Trichter 88 und der Beschickungskammer 90 des Beschickers 18 abgeführten Fluide und daher die Temperatur des Beschickers 18 an. Die Steuerung 77 kann dazu eingerichtet sein, die Stellung des Ventils 44 in Ansprechen auf die Temperaturmesswerte von den Sensoren 66, 68 zu steuern, um die Temperaturen in dem Beschicker 18 und in dem Beschicker-Abführkanal 112 zu regulieren (z.B. um die Temperatur des Beschickers 18 und/oder des Kanals 112 oberhalb vorgegebener Temperaturen zu halten, um Kondensation in dem Beschicker 18 und/oder in dem Kanal 112 zu verhindern).
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Ein System zum Vorwärmen von Gemengestoffen gemäß den vorliegenden Lehren ist im Vergleich zu herkömmlichen Systemen vorteilhaft. Insbesondere ermöglicht das erfindungsgemäße System eine effiziente Energieübertragung von abgeführten Fluiden auf Gemengestoffe in dem Vorwärmer 16, während gleichzeitig auch die Kanäle in dem Kanalsystem 22, die zu dem Vorwärmer 16 und zu anderen Komponenten und von diesen weg führen, vor übermäßigen Temperaturen geschützt werden.
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Die Erfindung wurde in Verbindung mit mehreren veranschaulichenden Ausführungsformen präsentiert, und zusätzliche Modifikationen und Varianten wurden diskutiert. Weitere Modifikationen und Varianten werden für den Durchschnittsfachmann anhand der vorstehenden Diskussion offensichtlich sein. Beispielsweise sei hiermit zweckmäßigerweise der Gegenstand der jeweiligen Ausführungsformen durch Bezugnahme in jede andere der Ausführungsformen mit aufgenommen. Die Erfindung soll alle derartigen Modifikationen und Varianten umfassen, die unter den schöpferischen Gedanken und den breiten Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fallen.
