DE2556867A1

DE2556867A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung geschmolzenen glases aus einem glasgemenge

Info

Publication number: DE2556867A1
Application number: DE19752556867
Authority: DE
Inventors: Clement V Fogelberg; Karl A Miller
Original assignee: COLUMBINE GLASS CO Inc
Current assignee: COLUMBINE GLASS CO Inc
Priority date: 1974-12-16
Filing date: 1975-12-15
Publication date: 1976-06-24
Also published as: BE836656A; FR2294989A1; US3969068A; AU8749875A; SE7514118L; JPS51102009A

Description

COLUMBINE GLASS COMPANY, INCORPORATED 10619 West 5Oth Avenue, Wheatridge, Colorado 80303,USA

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung geschmolzenen Glases aus einem Glasgemenge

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kohle-Befeuerung von Glaswannenöfen, und zwar insbesondere auf eine direkte Kohlebefeuerung, bei der pulverisierte Kohle in der unmittelbar über dem geschmolzenen Glas befindlichen Atmosphäre verbrannt wird,

Kohlebefeuerung an sich ist seit vielen Jahren bekannt. Indirekte Kohlefeuerung, bei der eine Wärmeaustauschfläche zum Schutz der zu erwärmenden Substanz benutzt wird, findet sich in Haushaltsöfen neuerer Art, Die bei der Kohlefeuerung anfallenden Verbrennungsprodukte werden natürlich getrennt von

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von der erwärmten Luft gehalten, Auf ähnliche Weise 1st eine Anzahl anderer Substanzen düch indirekte Kohlefeuerung erwärmt worden. Früher wurden Glasschmelzöfen zur Herstellung von handgeblasenea Glas mit indirekter Beheizung ausgestattet. Die automation in der Herstellung der Glasartikel führte dazu, daß die Glasfabriken an Orten angesiedelt wurden, an denen natürliches Gas zur Verfügung stand. So wurde seit vielen Jahren Gas und öl als Brennstof für Glas-Wannenöfen verwendet.

Eine Feuerung unter Verwendung pulverisierter Kohle wurde bisher in Verbindung mit geringer Anforderungen stellenden Prozessen verwendet, beispielsweise bei der Herstellung von Zement, in Ziegelbrennereien, zur Metallreduktion und zur Dampferzeugung, Pulverisierte Kohle wird in fließfähiger Form durch eine Düse geführt, die ähnlich wie ein Gasbrenne: arbeitet. Die zur Förderung der pulverisierten Kohle benötigte Luft bewirkt während der Verbrennung in der Hauptsache eine Oxidation der Kohle, Die entstehende Wärme kann entweder direkt oder indirekt angewendet werden. Es ist jedoch festzustellen, daß bisher die Kohlefeuerung ausschließlich für in geringem Maße empfindliche Prozesse, beispeilsweise für die ERzaufbereitung, in Zementöfen und dergleichen,Anwendung fand,

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Bisher war man einmütig und einhellig der Ansicht, daß die Herstellung von Glas in einem Glaswannenofen in zu hohem Maße von den Bedingungen der Ofenatmosphäre abhängig war, so daß eine direkte BEfeuerung mit pulverisierter Kohle als nicht verwendbar angesehen wurde, Beispielsweise wurde in einer Diskussion über den Einfluß der Ofenatmosphäre beim Schmelzen eines Soda-Ascheglases, Canadian Clay and Ceramics, Februar 1973 und in einem Aufsatz über die Einwirkung der Gasatmosphäre auf die Schmelzung von Glas bestimmenden Faktoren_f 33, Annual Conference on Glass Problems_f Ohio State, 1972, die kritische Bedeutung der über dem schmelzenden Glas befindlichen Atmosphäre festgestellt und hervorgehoben. Weiter ist bekannt, daß Kohle einen beträchtlichen Aseherückstand enthält, der, da er weder flüchtig, d.h, verdampfbar, noch verbrennbar ist, sich in der Glasschmelze absetzen müßte.

Aus diesen Gründen erschien es bisher abwegig, den Versuch zu unternehmen, eine direkte Kohleb efeuerung zur ERzielung oder zur Unterstützung der bei Glasschmelzöfen aufzubringenden Wärmeleistung zu benutzen. Die Glasindustrie war in Gebieten angesiedelt, in denen Naturgas zur Verfugung stehti Neuerdings werden als Brennstoff 01 und Elektrizität verwendet, um die erforderliche Energie zur Verfügung zu stellen,

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Die vorliegende Erfindung überwindet dieses bis heute bestehende Vorurteil gegen die Anwendung direkter Kohlebefeuerung bei -Glasschmelzöfen und erschließt zusätzlich zu den früher verwendeten Energiequellen eine bisher nicht für anwendbar gehaltene Energiequelle, Die Erfindung umfa£t ein Verfahren und eine Vorrichtung zur direkten Befeuerung von Glasschmelzöfen unter Verwendung pulverisierter Kohle, die in einem Luftstrom getragen wird· Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtungⁿaurchaus verträglich mit den extremen, bei Glas-Schmelzöfen gegebenen Bedingungen und Anforderungen, und sie können daher entweder kontinuierlich oder diskontinuierlich zusammen mit den üblichen Erhitzungsmitteln, wie öl, Gas und/oder elektrischer Beheizung verwendet werden. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verbrannte Kohle bildet eine vorteilhafte leuchtende Flamme sogar unter reduzierenden Bedintmgen,

Demzufolge ist die Erfindung gerichtet auf ein Verfahren zur Herstellung von geschmolzenem Glas aus einem Glasgemenge, bei dem eine bestimmte Menge des Glasgemenges in einen Glas-Wannenofen eingegeben wird, und pulverisierte fließfähige, in einem Luftstrom getragene Kohle in den Glas-Mannenofen unmittelbar oberhalb des Gemengematerials und des sich ergebenen geschmolzenen Glases

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- 5 tinter Bildung einer Flamme verbrennt.

Die Erfindung bezieht sich auch auf einen Glas-Wannenofen, der einen Raum zur Aufnahme des geschmolzenen Glases und eine unmittelbar über diesem Raum angeordnete Atmosphäre besitzt, und bei dem in einer Wandung des Wannenofens oberhalb des der Aufnahme des geschmolzenen Glases dienenden Raumes Brenner angeordnet sind, die in die Atmosphäre oberhalb des Aufnahmeraumes für die Glasschmelze gerichtet sind, und bei dem Vorrichtungen zur Zuführung der pulverförmigen, fließfähigen von einem LUftst rom getragenen Kohle zu den Brennern vorgesehen sind.

Der Vorteil der Erfindung liegt in der Anwendung eines neuen verbesserten Verfahrens und einer Vorrichtung zur direkten Kohle-Befeuerung, die bei üblichen zur Herstellung von Glas dienenden Wannenöfen verwendbar ist, wobei die Qualität des Glases auf der erforderlichen üblichen Höhe gehalten wird.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt in einer solchen direkten Befeuerung von Glas-Wannenöfen, bei der abwechselnd Kohle und eine andere bequem zur Verfügung stehende Energiequelle Anwendung findet.

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Ein anderer Vorteil der Erfindung liegt darin_r daß bei der Kohle-Befeuerung eine leuchtende Flamme entsteht, die der wirksameren Beheizung der Glasschmelze dient.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der weiteren Beschreibung,

Die Zeichnungen zeigen eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung, und es bedeutet;

Fig, I Schnitt durch einen schematisch dargestellte^ Wannenofen;

Fig, 2 teilweise schematische Schnittdarstellung einer Brenneranordnung nach der Erfindung; und

Fig, 3 schematische Darstellung einer der Kohle-Befeuerung dienenden Vorrichtung,

Bei den Zeichnungen sind gleiche Bestandteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figur 1 zeigt in vereinfachter Darstellung einen Wannenofen 10, Unterhalb des Schmelzabschnittes des Ofens 10 sind Stützen 12 angeordnet.

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Die Schmelzung erfolgt in dem durch den Ofenboden 13 und die Pegellinie 14 des geschmolzenen Glases begrenzten Raum. Am Umfang des Ofens 10 sind oberhalb der Pegellinie 14 Brenner 15 und Beobachtungsfenster 16 angeordnet Der aus den Brennern 15 austretende Brennstoff wird unmittelbar oberhalb der Pegellinie 14 des Glases verbrannt , wobei durch direkte Befeuerung eine Wärme erreicht wird_r die zur Schmelzung des Gemengematerials und zur Aufrechterhaltung des Glases im geschmolzenen Zustand ausreicht.

Wegen der hohen entwickelten Temperaturen besteht die Ofendecke 17, ebenso wie die anderen inneren, diesen Temperaturen ausgesetzte Teile aus einem feuerfesten Material, Das geschmolzene Glas wird aus dem Ofen durch die Öffnung 18 entnommen, um aus ihr Glasartikel herzustellen. Die Verbrennungsgase werden aus dem Ofen durch den Schornsteinauslas 30 entfernt, Gemengemateriali|en werden dem Ofen durch nicht dargestellte Öffnungen zugeführt, die benachbart zum Schornsteinauslaß 20 liegen.

Die Figur 2 zeigt eine gemäß der Erfindung ausgebildete als Brenner 15 in dem Wannenofen 16 dienende Brenneranordnung, Ein Luftförderrohr 25, das mit einem

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Brennerabschnitt 26 verbunden ist, schneidet ein der Förderung der Kohle dienendes Rohr 27 an der Stelle zwischen dem Luftförderrohr 25 und dem Brennerabschnitt 26, Das Ende des Brennerabschnittes 26 besitzt einen kegelförmig abgeschrägten Teil 28, der so ausgebildet ist, das in den Flanschteil 36 berührend eingeführt werden kann, um den Brenner 26 an der Ofenwand 53 zu befestigen.

Ein als Drossel wirkender Ring 31 ist im Inneren des Luftförderrohres 25 angeordnet, um die Vermischung und das Ansaugen des aus dem Förderrohr 25 tretenden Strahles mit dem in dem Luftförderrohr 25 befindlichen Luftstrahl zu begünstigen.

Die Anordnung gemäß Figur 2 wird in ihrer Wirkung durch die Darstellung gemäß Figur 3 erläutert. Wie die Figur 3 erkennen läßt, ist das Luftförderrohr 25 über eine Leitung 34 an ein Gebläse 33 angeschlossen. Ein Thermometer 36 und ein Pitot-Manometer 37 sind vorgesehen zur Beobachtung der Bedingungen des durch das Rohr 25 geförderten Luftstromes ,

Ein Gebläse 40 dient der Luftförderung in dem die Kohle fördernden System, Das Pitot-Manometer 41 überwacht die Geschwindigkeit in dem ersten Rohr 42, Pulverisierte Kohle

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wird aus einem Vorratstrichter in das erste Rohr 42 mittels einer Schnecke 45 gefördert, die durch einen Motor 46 mit unterschiedlicher Geschwindigkeit angetrieben werden kann. Ein Absperrventil 48 dient dazu, den Fluß der pulverisierten Kohle bei vorübergehenden Arbeitsbedingungen oder im Gefahrenfalle zu unterbrechen. Ein mit einem Thermometer 51 ausgestattetes Rohr 50 verbindet das Absperrventil 48 mit dem der förderung der Kohle dienenden Rohr 27, Auf diese Weise wird die reiche Kohlemischung in Luft aus dem Förderrohr 27 in den Luftstrom des Luftförderrohres 25 injiziert. Die zugegebene Mischung wird dann mit relativ hoher Geschwindigkeit durch den Brennerabschnitt 26 und die Ofenwandung 53 in die Atmosphäre oberhalb der Glasschmelze 55 gefördert, wo die in Luft befindliche pulverisierte Kohle direkt verbrannt wird, um die Schmelzbedingungen in den Inneren des Wannenofens 10 aufrechtzuerhalten ,

Der Brennerabschnitt 26 ist mit der Ofenwandung 53 durch einen Flansch 30 verbunden, der in üblicher Weise an der Wandung des Ofens durch Befestigungsmittel 57 gehalten ist. Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß der Brenner und die Fördervorrichtung der pulverisierten Kohle derjenigen ähnlich ist, wie sie bei Zementöfen verwendet wir ja

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Das nachfolgende Beispiel zeigt jedoch, den überraschenden und nicht zu erwartenden Vorteil bei der Verwendung pulverisierter Kohle zum Zwecke der Herstellung von glashoher Qualität,

BEISPIEL

Ein großer Brenner eines Glas-Wannenofens mit einer täglichen Kapazität von 112 t, wie er in Figur 1 gezeigt ist, und der 39 Monate lang zur kontinuierlichen Herstellung von gelbfarbigem Soda-Kalk-Silika Glas gefahren wurde, wurde durch einen Brenner gemäß Figuren 2 und 3 ersetzt. Zwölf größere Brenner und zehn kleinere Brenner, die neunzehn großen Brennern entsprachen, wurden zur Aufrechterhaltung der geeigneten Temperatur in dem Ofen benutzt. Der mit pulverisierter Kohle betriebene Brenner wurde in Tätigkeit gesetzt und arbeitete vier Tage lang zur Herstellung einer Glasschmelze, die in einer getrennten Formmaschine zu Glasbehältern verarbeitet wurde. Die Glasbehälter wurden in einem laufenden Test einer sorgfältigen Prüfung unterzogen und besaßen die handelsübliche Qualität, Während des Testes wurde das Kohle-Luftverhältnis verändert von einem übersbhuß 10 VoI,% Kohle bis zu einem Überschuß von 50 VoI,% Luft,

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Die Geschwindigkeit an der Düse wurde verändert von 2650 bis zu 3050 m/sec. Es wurden Kohlepartikeln unterschiedlicher Korngröße verwendet. Bei all diesen Änderungen wurde die Glasqualität auf gleicher Höhe gehalten, und es wurde eine hochleuchtende Flamme beobachtet, die sich eindeutig von den relativ unsichtbaren Flammen der üblichen Brenner unterschied. Wie die folgenden Tabellen zeigen, wurden der Glas/Stein-Gehalt die Dichte und die Lichtdurchlässigkeit sorgfältig ermittelt. Es wurden auch die Temperatur der Ofenwandung und die Schornstein-Emission geprüft. Schließlich wurde der Ofen stillgelegt und auf abnormale Abnützung in der Nähe des mitjpulverisierter Kohle beschickten Brenners überprüft, wobei jedoch keine unterschiedlichen Bedingungen gegenüber den anderen üblichen Brennern ermittelt wurden,

TABELLE I - Kohle-Analyse

näherungsweise Analyse (Pct)	wie geliefert	Trocken basis
Feuchtigkeit	2.92	-
Asche	9,74	10,04
flüchtige Bestand« teile	40,21	41,42
feste Kohle	47,13	48,54
	100,00	100,00
kalorischer Wert (Btu/16) Schwefel (Pct)	12,657 0,49	13,038, 0.50

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endgültige Analyse (Pet)	wie geliefert
Feuchtigkeit	2,92
Kohlenstoff	69,97
Wasserstoff	5.20
Stickstoff	1.41
Schwefel	0,49
Asche	9,74
Sauerstoff (durch Abweichung)	10.27

Trockenbasis

100.00 Siebgröße (Masche)

72,08 5.36 1.45 0.50

10,04

10.57 100,00

Durchgang	Rückstand	feine KOhIe wt%	grobe Kohle wt%
	20	.0	.1
20	28	.0	.3
28	35	.2	.7
35	48	1,2	1.8
48	65	44,0	3,9
65	100	10,4	9,6
100	150	13.7	13,7
150	200	16,1	16,0
200		54.5	54.3

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TABELLE II - Kontrolle der Glasqualität (täglicher Durchschnitt

Tag	Dichte g/cm³	Stein Zahl Ausschuß %	Lichtdurch lässigkeit %
Specs,	2,5OO-PO2O	15	15,5 bis 30.0
X, Tag	2,5033	5	19
2. Tag	2.5012	7	20
3. Tag	2,5016	10	21
4. Tag	2.5009	7	25

TABELLE III - Ofenwand-Temperaturen

Vor Kohlebefeuerung

l.Tag

2, Tag

3, Tag

4, Tag

Temperatur OC	10
1438 +	15
1443 +	15
1421 +

Bei Kohlebefeuerung

Temperatur

1440 + 10 1438 + 10 1440 + 15 1443 + 5

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Aus den Tabellen ergibt sich, daß bei Verwendung eines Brenners zur direkten Befeuerung mit pulverisierter Kohle der mehr als 5% der erforderlichen Heizleistung vier Tage lange übernahm, keinerlei nachteiligen Einfluß auf deji Qualität des Glases oder auf die Arbeitsbedingungen in dem Glasofen hatte. Während dieser vier Tage zeigten sich keine nachteiligen Auswirkungen, wie beispielsweise eine Erosion der Ofenwand nach Stillegung des Ofens. Angesichts der weit verbreiteten Ansicht über die Bedeutung der Atmosphäre in einem Glasofen für die Glasherstellung und angesichts der Tatsache, daß Kohle nicht vollständig und sauber verbrennt, insbesondere hinsichtlidh des Aschegehaltes, wie es bei üblicher Kohle der FAIl ist, ist festzustellen, daß durch die Erfindung ein überraschender, nicht zu erwartender und bisher nicht erreichbar scheinender Vorteil erzielt wird.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß durch die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung aufgezeigt wird zur Verwendung pulverisierter Kohle für die direkte Befeuerung eines Glas-Wannenofens, Im Gegensatz zu demjenigen, was an sich zu erwarten war, beeinträchtigt die leuchtende Kohleflamme unmittelbar über dem Glasgemenge und der Glasschmelze in keiner Weise die Qualität des produzierter

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Glases nachteilig. Somit zeigt die Erfindung eine neue und bisher nicht verwendbar scheinende Energiequelle zur direkten Befeuerung von Glas-Öfen auf.

Das Ausführungsbeispiel zeigt lediglich eine Ausführungsform der Erfindung, und es ist klar, daß verschiedene Abwandlungen und Modifizierungen vorgenommen werden können, ohne daß das Gebiet der Erfindung verlassen wird.

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Claims

- 16 Ansprüche

1, Verfahren zur Herstellung von geschmolzenem Glas aus einem Glasgemenge, bei dem eine bestimmte Menge des Gemengematerials in einen Wannenofen eingegeben, und oberhalb des Gemengematerials ein Brennstoff verbrannt wird, dadurch gekennzeichnet , daß als Brennstoff eine pulverisierte, fließfähige, in dem Ofen unmittelbar über dem Gemengematerial, in einer Flamme verbrennend^ der Schmelzung des Glasgemenges dienende Kohle verwendet wird,

2, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pulverisierte Kohle zunächst in einen in einem ersten Rohr geführten ersten Luftstrom eingegegeben wird, darauf in einen zweiten Luftstrom eines Luftförderrohres eingesaugt und durch einen Brenner in den Ofen zwecks Verbrennung in einer leuchtenden Flamme eingeblasen wird.

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3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der erste in dem ersten Rohr befindliche Luftstrom durch ein erstes Gebläse erzeugt wird, daß pulverisierte Kohle mittels einer Schnecke aus einem Vorratsbehälter in das erste Rohr eingetragen wird, daß der zweite in dem Luftförderrohr befindliche Luftstrom durch ein zweites Gebläse erzeugt wird, daß der erste Luftstrom den zweiten Luftstrom unmittelbar benachbart zum Brenner schneidet, und daß die in dem ersten Luftstrom getragene pulverisierte Kohle durch die vereinigten Luftströme über den Brenner in den Ofen eingetragen wird,

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme in dem Ofen durch zusätzliche Verbrennung von anderen Brennstoffen als Kohle erzeugt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das der vollständigen Verbrennung der Kohle dienende Verhältnis von Kohle zu Luft in einem Bereich zwischen einem 10%igen Kohleüberschuß und einem 50%igen Luftüberschuß liegt.

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6, Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftgeschwindigkeit beim Eintritt in den Ofen in einem Bereich zwischen 2700 und 3050 m/sec liegt.

7. Wannenofen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 6 mit einem Aufnahmeraum für das geschmolzene Glas, einer unmittelbar oberhalb des Aufnahmeräumes liegenden Atmosphäre und mit in der Wandung des Ofens oberhalb des Aufnahmeraumes angeordneten, in die Atmosphäre gerichteten Brennern, dadurch gekennzeichnet , daß den Brennern Vorrichtungen zur Zufuhr von pulverisierter, fließfähiger, in einem Luftstroijn getragener Kohle zugeordnet sind.

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