DE2634035B2 - Vorrichtung zur Vorwärmung von pulverigen Rohstoffen für die Glasherstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vorwärmung von pulverigen Rohstoffen für die Glasherstellung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer solchen, aus der US-PS 31 90 625 bekannten Vorwärm-Vorrichtung strömen die Abgase aus dem Schmelzofen in einem kaminartigen Abgaskanal großen Querschnitts nach oben und werden an einem oberen Deckel des Abgaskanals seitlich abgeführt. Im oberen Deckel des Abgaskanals ist eine Zufuhröffnung für die Rohstoffe vorgesehen, die feinverteilt im Gegenstrom zu den Abgasen im Abgaskanal nach unten sinken und über horizontale Zwischenwände in die Schmelze des Schmelzofens absinken.

Da die Rohstoffe aus Partikeln unterschiedlicher Größe bestehen, ist die Auftriebswirkung der aufsteigenden Abgase auf die einzelnen Partikel je nach Partikelgröße unterschiedlich groß. Um eine ausreichende Verweilzeit und damit Vorwärmung der Partikel zu gewährleisten, muß die Abgasströmung im Abgaskanal durch entsprechende Bemessung des Kanalquerschnittes so ausgelegt werden, daß Partikel mit einer

mittleren Teilchengröße gerade langsamschwebend absinken. Dies bedeutet aber andererseits, daß kleinere Partikel, deren Oberfläche und damit Auftriebskräfte bezogen auf das Partikelgewicht relativ größer ist, von den aufsteigenden Abgasen mitgerissen und aus dem Wärmeaustauschteil des Abgaskanals herausgeführt werden. Da somit auch hinter dem Wärmeaustauschteil des Abgaskanals kleine Rohstoffpartikel in erheblicher Menge vorliegen, muß vor dem Austritt in die Umgebung aus Gründen der rationellen Rohstoffverwertung und insbesondere der Vermeidung einer übermäßigen Umweltverschmutzung eine leistungsfähige Abgasreinigungsanlage vorgesehen sein. Selbst diese aber wird bei einer auf eine mittlere Partikelgröße optimal abgestimmten Abgasgeschwindigkeit im Wärmeaustauschteil des Abgaskanals bald überlastet sein, so daß ein Austreten der kleinen Rohstoffpartikel in die Umgebung nicht sicher zu vermeiden sein dürfte. Mit den kleinen Rohstoffpartikeln setzt sich darüber hinaus ein nicht unerheblicher Anteil der Rohstoffe in der nachgeschalteten Abgasreinigungsvorrichtung ab. Diese Rohstoffteile können mit der bekannten Vorrichtung überhaupt keiner Vorwärmung vor der Einführung in die Schmelze unterzogen werden, da ihre erneute Einführung in den Wärmeaustauschteil des Abgaskanals lediglich zum erneuten Austrag in die Abgasreinigungsvorrichtung führen würde. Wird andererseits durch entsprechend große Bemessungen des Kanalquerschnittes die Strömungsgeschwindigkeit der Abgase so weit herabgesetzt, daß nur noch ein unwesentlicher Teil besonders kleiner Rohstoffpartikel zur Reinigungsvorrichtung mitgerissen wird, so läßt der Wärmetausch mit den Rohstoffpartikeln mittlerer und größerer Ausbildung zu wünschen übrig.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der aus der US-PS 31 90 625 bekannten und im Oberbegriff des Anspruchs ! umrissenen Gattung zu schaffen, bei der alle Rohstoffpartikel eine intensive Vorwärmung erfahren und die Anforderungen an eine nachgeschaltete Reinigungsvorrichtung bzw. die Umweltbelastung so gering als möglich gehalten sind.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1..

Die danach vorgesehene Verwendung eines stromab der Einführungsstelle für die Rohstoffe vorgesehenen Fliehkraftabscheiders setzt eine Einstellung der Abgasgeschwindigkeit voraus, in der bereits mittlere Größen der Rohstoffpartikel mit der Abgasströmung mitgerissen werden und in den nachgeschalteten Fliehkraftabscheider gelangen. Allenfalls besonders schwere Rohstoffpartikel fallen in Gegenrichtung zum Abgasstrom nach unten und gelangen beispielsweise unmittelbar in den Schmelzofen selbst hinein, wobei in diesem Falle für diese besonders großen Rohstoffpartikel eine Vorwärmung in einem reinen Gegenstrom stattfindet. Mittlere und kleinere Partikelgrößen hingegen werden von der Abgasströmung mitgerissen und gelangen in den Fliehkraftabscheider, wo sie aus dem Abgasstrom weitestgehend rückstandsfrei entfernt werden. Dabei erfolgt zwar der Wärmeübergang auf die mittleren und kleineren Partikel vorwiegend im Gleichstrom, jedoch kann die Berührungszeit der Partikel mit dem Abgasstrom problemlos durch entsprechende Dimensionierung der Kanallänge zwischen der Einführungsstelle und dem Fliehkraftabscheider optimiert werden und erfolgt eine Durchwärmung kleinerer Partikel schneller als im Falle von größeren Partikeln, so daß der

Wärmeübergang auch bezüglich dieser kleineren Partikel ausreicht, um diese auf dieselbe Vorwärmtemperatur zu bringen wie die im Gegenstrom direkt in der Abgasströmung nach unten schwebenden besonders großen Partikel.

Etwa dennoch aus dem Fliehkraftabscheider austretende· Partikel, die infolge lokal ungünstiger Abscheidungsbedingungen wieder aus dem Fliehkraftabscheider mit dem Abgas mitgerissen werden, können in vorteilhafter Weiterbildung gemäß dem Anspruch 5 in einem Staubsammler geringer Leistung problemlos abgefangen und dem Prozeß wieder zugeführt werden. Da eine solche Abführung einzelner Partikel aus dem Fliehkraftabscheider nicht systembedingt ist, sondern von Zufälligkeiten der lokalen Strömungen abhängt, werden dieselben Partikel bei einer erneuten Einführung in der Regel sauber abgeschieden, so daß auch im Staubsammler gefangene Partikel letztlich einwandfrei vorgewärmt dem Schmelzprozeß problemlos zugeführt werden können.

In der bevorzugten Weiterbildung nach dem Anspruch 2 erfolgt die Überführung der im Fliehkraftabscheider abgeschiedenen Partikel nicht Vekt in den Schmelzprozeß, sondern zunächst in einer,·. :weiten, der Einführungsstelle für die Rohstoffe vo. geschalteten Fliehkraftabscheider, in den somit auch etwa im Gegenstrom herabsinkende schwere Rohstotfpartikel von der Einführungsstelle aus gelangen. Damit werden die vor dem ersten Fliehkraftabscheider in einer ersten Stufe von kühlerem Abgas vorgewärmten mittleren und kleinen Partikel in heißerem Abgas in einer zweiten Stufe nochmals vorgewärmt und dann im zweiten Fliehkraftabscheider abgeschieden. Wenn schwerere Partikel direkt von der Einführungsstelle zum zweiten Fliehkraftabscheider abgesunken sind, so erfolgt im zweiten Fliehkraftabscheider eine Vereinigung der leichteren mit den schwereren Partikeln, wobei die schwereren Partikel durch ihr allmähliches Absinken in eine immer heißere Abgasströmung etwa auf dieselbe Temperatur vorgewärmt sein können wie die auf dem Umweg über den ersten Fliehkraftabscheider mit erneuter Wiedereinführung in den Abgaskanal stromauf des zweiten Fliehkraftabscheiders eintretenden leichteren Partikel.

In der bevorzugten Ausführungsform nach dem Anspruch 3 kann zwischen den eigentlichen Schmelzofen und das Vorwärmsystem ein Hilfsschmelzofen geschaltet sein, in dem die entsprechend vorgewärmten Rohstoffpartikel vorgeschmolzen und bereits als Schmelze an den eigentlichen Schmelzofen weitergegeben werden. Der Hilfsschmelzofen ist direkt dem eigentlichen Schmelzofen nachgeschaltet und wird somit von sehr heißen Abgasen durchströmt. Ein nach der weiteren Aufheizung durch die extrem heißen Abgase verbleibender Wärmebedarf wird durch eine eigene Brennereinrichtung des Hilfsschmelzofens gedeckt. Neben einer Ermöglichung einer kompakteren Bauweise des eigentlichen Schmelzofens durch Verkürzung der darin anfallenden Schmelzzeit bewirkt die Verwendung eines solchen Hilfsschmelzofens, daß die aus dem eigentlichen Schmelzofen kommenden und Stickoxyde enthaltenden Abgase mit auf sehr hohe Temperaturen vorgewärmten Rohstoffen in Berührung gelangen und so dem Hilfsschmelzofen sowie zusätzlich im nachgeschalteten Wärmetauschsystem reduziert werden, so daß die Menge an Stickoxyden im Abgas und damit die Umweltbelastung wesentlich vermindert werden kann.

Um ein Verkleben der Kanäle und Fliehkraftabscheider sicher zu vermeiden, muß die Vorwärmtemperatur der Rohstoffe an jeder Stelle der Vorrichtung vor der Einleitung eines Schmelzprozesses unterhalb der Schmelztemperatur gehalten werden. Hierzu ist in bevorzugter Weiterbildung nach dem Anspruch 4 eine Regelvorrichtung vorgesehen, die in an sich bekannter Weise durch Sollwert-Istwert-Vergleich über die lokaie Abgastemperatur die sich ergebende Vorwärmtemperatur der Rohstoffe steuert. Eine solche Regelvorrichtung ist insbesondere bei Verwendung eines Hilfsschmelzofens von besonderem Wert, da dann gewährleistet werden kann, daß die Rohstoffe bei der Einführung in den Hilfsschmelzofen noch sauber körnig vorliegen und das Zuleitungssystem nicht mit Ablagerungen verstopfen, andererseits aber im Hilfsschmelzofen nur minimale zusätzliche Wärmezufuhr über die eigene Brennereinrichtung erforderlich ist, um die; Vorschmelze sicher zu erzeugen, die dann ebenfalls rückstandsfrei flüssig in den eigentlichen Schmelzofen abfließen kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsformen näher erläutert.

Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorwärm-Vorrichtung und

F i g. 2 eine abgewandelte Ausführungsform der Vorwärm-Vorrichtung in einer F i g. 1 entsprechenden Darstellung.

Die Rohstoffe, die zunächst Umgebungstemperatur aufweisen, werden in einen Schmelzofen 1 eingespeist und auf etwa 1500⁰C erhitzt, so daß sie schmelzen. In der Regel wird der Schmelzofen 1 mit Schweröl betrieben und wird die Verbrennungsluft in einem Regenerativvorwärmer 3 vorgewärmt. Bei einer solchen Schmelzanlage sind ohne ein Vorwärmsystem für die Rohstoffe für die Herstellung von 1 kg Glas etwa 0,2 kg an Schweröl erforderlich, wobei etwa 40% der bei der Verbrennung freigesetzten Wärme des Schweröls über Verbindungsöffnungen 2 in den Vorwärmern 3 zur Vorwärmung der Verbrennungsluft gespeichert und nutzbar gemacht werden, während etwa 30% der freigesetzten Energie als Wärmeverlust an Feuerungszügen 4, einer Luftklappe 5 und einem Schornstein 6 in die Umgebungsluft abgegeben werden. Diese etwa 30% der bei der Verbrennung des Schweröls freigesetzten Wärme werden auf die nachfolgend erläuterte Weise weitgehend zur Vorwärmung der Rohstoffe ausgenutzt, so daß der thermische Wirkungsgrad der Schmelzaniage wesentlich verbessert werden kann.

Hierzu ist zwischen den Schornstein 6 und die Luftklappe 5 ein Staubsammler 7, ein Hauptgebläse 12, eine Saugleitung 13 und ein hängendes Wärmetauschsystem vorgesehen, dessen oberer Fliehkraftabscheider 8 über einen Abgaskanal 10 mit einem unteren Fliehkraftabscheider 9 verbunden ist, der seinerseits über einen unteren Abgaskanal 11 mit der Luftklappe 5 in Verbindung steht. Eine erste, drehend angetriebene Einspeiseeinrichtung 14 dient zur Einführung von fein zerkleinerten Rohstoffen in den oberen Abgaskanal 10, der eine obere Wärmetauschzone bildet, während eine zweite, drehend angetriebene Einspeiseeinrichtung 15 zur Einführung der vorgewärmten zerkleinerten Rohstoffe, die im unteren Fliehkraftabscheider 9 gesammelt und aus diesem ausgetragen werden, in den Schmelzofen 1 über eine Schütte dient.

Eine Rückführleitung 16 ist zur Rückführung der im Staubsammler 7 zwischen der Saueleitung 13 und dem

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Schornstein 6 gesammelten, fein zerkleinerten Rohstoffe vorgesehen. Zur Einführung von Luft in den unteren Abgaskanal 11 durch eine Drosselklappe 21 hindurch ist ein Hilfsgebläse 20 vorgesehen. Ein Strömungsmesser 17 dient zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit ^r> der Abgase in dem unteren Abgaskanal 11 und ein Temperaturfühler 18 dient zur Messung der Temperatur der durch den Abgaskanal 11 strömenden Abgase. Die gemessene Temperatur wird mit einer Solltemperatur verglichen, die kleiner ist als der Schmelzpunkt der Rohstoffe, und wenn die Isttemperatur größer ist als die Solltemperatur, so erzeugt ein Differenzsignalgenerator 19 ein der Differenz zwischen Istwert und Sollwert entsprechendes Signal. Durch dieses Signal wird die Drosselklappe 21 gesteuert, die durch weitere öffnung \^r> das in den unteren Abgaskanal 11 eingeführte Luftvolumen erhöht.

Wenn die im Schmelzofen 1 bei etwa 1500⁰C geschmolzenen Abgase durch den Regenerativ-Vorwärmer 3 strömen, so fällt deren Temperatur auf etwa 500⁰C bis 600°C ab. Nach dem Durchtritt durch die Luftklappe 5 werden die Abgase vom Hauptgebläse 12 angesaugt und strömen dabei durch den unteren Abgaskanal 11, den unteren Fliehkraftabscheider 9, den oberen Abgaskanal 10 und den oberen Fliehkraftabscheider 8 in der angegebenen Reihenfolge. Die Rohstoffe, die bis auf eine Partikelgröße in der Größenordnung von 300 Mikrometern bis 1 Millimeter zerkleinert sind, werden aus der Einspeiseeinrichtung 14 in den oberen Abgaskanal 10 eingegeben und schweben in den durch den Abgaskanal 10 nach oben strömenden Abgasen. Dadurch liegt zwischen den Rohstoffen und den Abgasen eine Gegenströmung vor und erfolgt ein Wärmetausch im Gegenstrom. In entsprechender Weise werden fein zerkleinerte Rohstoffe in dem Abgaskanal t^r> 10 im Gegenstrom den aus dem unteren Fliehkraftabscheider 9 kommenden Abgasen zugesetzt und von diesen vorgewärmt. Die so vorgewärmten Rohstoffe werden durch die zweite Einspeiseeinrichtung 15 über eine Schütte in geeigneter Menge dem Schmelzofen 1 zugeführt. Die in dem unteren Fliehkraftabscheider 9 gesammelten Rohstoffe sind auf etwa 300⁰C bis 400° C durch Wärmetausch mit den Abgasen vorgewärmt worden. Umgekehrt fällt die Temperatur der durch die Saugleitung 13 durch den oberen Fliehkraftabscheider 8 4ί hindurch in Richtung auf das Hauptgebläse 12 strömenden Abgase auf etwa 200⁰C oder weniger ab. Diese Temperaturwerte können natürlich schwanken, je nach dem Volumen und der Temperatur der Abgase, nach der Menge und der Partikelgröße der Rohstoffe w und nach der konstruktiven Anordnung der Schmelzanlage.

Bevor die Abgase in die Umgebungsatmosphäre über den Schornstein 6 ausgetragen werden, werden die staubförmigen, feinen Rohstoffe, die von den Abgasen ϊΐ mitgerissen worden sind, im Staubsammler 7 gesammelt und durch die Rückführleitung 16 dem oberen Abgaskanal 10 zugeführt. Fast 100% des im Staubsammler 7 gesammelten Staubes besteht aus diesen Rohstoffen. i>"

Wenn die Temperatur der Abgase beim Austritt aus dem Wärmetauscher 3 höher liegt als 60O⁰C, so werden die fein zerkleinerten Rohstoffe in merklichem Umfange erweicht oder angeschmolzen und haften an den inneren Oberflächen der Fliehkraftabscheider und der 1 ■ Kanäle an. Um dies zu vermeiden, sind erfindungsgemäß der Strömungsmesser 17 und der Temperaturfühler 18 vorgesehen, welche die Strömungsgeschwindigkeit bzw. die Temperatur der durch den unteren Abgaskanal 11 fließenden Abgase messen. Wie weiter oben bereits erläutert ist, erzeugt der Differenzsignalgenerator 19 bei einer die Solltemperatur übersteigenden Temperatur der Abgase ein Steuersignal, welches die Drosselklappe 21 zur entsprechenden Einstellung der in den Abgaskanal 11 eingeführten Luftmenge steuert.

Das hängende Wärmetauschsystem besteht in der in F i g. 1 veranschaulichten Weise aus zwei getrennten Fliehkraftabscheidern 8 und 9, wobei jedoch klar ist, daß das System auch nur aus einem einzigen Fliehkraftabscheider oder aus mehreren, gegebenenfalls sogar mehr als drei Fliehkraftabscheidern, bestehen kann. Das Hilfsgebläse 20 zur Zuführung von Luft in den unteren Abgaskanal 11 kann auch weggelassen werden. Darüber hinaus kann jegliche verfügbare Abwärme zur Vorwärmung der fein zerkleinerten Rohstoffe verwendet werden. Anstelle der Drosselklappe 21 kann auch jede geeignete Steuereinrichtung wie etwa ein Schieber od. dgl. zur Regulierung der zugeführten Luft verwendet werden.

In F i g. 2 ist eine abgewandelte Ausführungsform veranschaulicht, wobei entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Die Ausführung gemäß F i g. 2 entspricht im Prinzip derjenigen gemäß Fig. 1, wobei jedoch ein Hilfsschmelzofen 22 zwischen das Vorwärmsystem und die Luftklappe 5 sowie den Schmelzofen 1 eingesetzt ist.

Der Hilfsschmelzofen 22 ist mit einer eigener Brennereinrichtung 25 versehen, welche eine Lufteinlaßleitung 23 mit einer Drosselklappe 24 besitzt und se eine vom Schmelzofen 1 unabhängige Wärmequelle aufweist. Der Hilfsschmelzofen 22 kann als hängender Wirbelschichtofen ausgebildet sein, in dem turbulente Wirbelströmungen erzeugt werden. Die vorgewärmten fein zerkleinerten Rohstoffe aus dem Wärmetauschsystem oder der zweiten Einspeiseeinrichtung 15 werden in den Hilfsschmelzofen 22 eingeführt und vor der Einführung in den Schmelzofen 1 granuliert und von Kohlensäure befreit. Da die mit einer Temperatur von ca. 1400⁰C aus dem Schmelzofen 1 kommenden Abgase im Hilfsschmelzofen 22 als zusätzliche Wärmequelle verwendet werden, können die Innenwände des Hilfsschmelzofens 22 auf eine Temperatur entsprechend wenigstens dem Schmelzpunkt der Rohstoffe gehalten werden, so daß eine Abkühlung und nachfolgende Anhaftung der Rohstoffe an den Innenflächen vermieden werden kann. Die Abgase gelangen aus derr Hilfsschmelzofen 22 in das Vorwärmsystem, und zwat zunächst in den unteren Abgaskanal 11, so daß die weitere Vorwärmung der Rohstoffe wie bei dei Ausführungsform gemäß Fi g. 1 erfolgt.

Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 2 wird ein Tei der Wärmeenergie der aus dem Schmelzofen 1 kommenden Abgase im Hilfsschmelzofen 22 umgesetzt so daß die Schmelzzeit im Schmelzofen 1 erheblich vermindert werden kann und der Schmelzofen 1 gegenüber bekannten öfen erheblich kompakter gebaui werden kann. Da das aus dem Schmelzofen 1 kommende und Stickoxyde enihallende Abgas durch den Hilfsschmelzofen und/oder das Wärmetauschsy· stern mit hohen Temperaturen geleitet werden unc dabei mit den Rohstoffen für das Glas in Berührung gelangen, können die Stickoxyde im Hilfsschmelzofer reduziert werden, so daß die Menge an Stickoxyden irr Abgas wesentlich vermindert ist.

Hierzu 1 Blnll Zi'ichnuncen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Vorwärmung von pulverigen Rohstoffen für die Glasherstellung, mit einem als Wärmetauscher dienenden Abgaskanal des Schmelzofens, wobei die pulverigen Rohstoffe in den Abgaskanal in Gegenrichtung zur Abgasströmung einführbar und nach Wärmetausch mit dem Abgas in den Schmelzofen überführbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß stromab der Einführungsstelle für die Rohstoffe in den Abgaskanal (10) ein Fliehkraftabscheider (8) zur Abscheidung der Rohstoffe aus dem Abgas vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Fliehkraftabscheider (8) abgeschiedenen Rohstoffe an einer stromauf eines zweiten, der Einführungsstelle füi die Rohstoffe vorgeschalteten Fliehkraftabscheiders (9) in den Abgaskanal (11) einführbar und aus dem zweiten Fliehkraftabscheider (9) in den Schmelzprozeß überführbar sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die im Fliehkraftabscheider (9) abgeschiedenen Rohstoffe einen im Abgaskanal (10, 11) dem Fliehkraftabscheider (8) oder den Fliehkraftabscheidern (8, 9) vorgeschalteten Hilfsschmelzofen (22) mit eigener Brennereinrichtung (25) und von diesem als Schmelze dem Schmelzofen (1) zuführbar sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regelvorrichtung (17 bis 21) für eine Aufrechterhaltung einer unterhalb der Schmelztemperatur der Rohstoffe liegenden Vorwärmtemperatur der Rohstoffe vor dem Eintritt in den Schmelzofen (1) bzw. den Hilfsschmelzofen (22) vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß stromab des in Strömungsrichtung der Abgase hintersten Fliehkraftabscheiders (8) ein Staubsammler (7) vorgesehen ist, aus dem die gesammelten Rohstoffpartikel in den Abgaskanal (10) rückführbar sind.