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Vorrichtung zum Erhitzen von zur Glasschmelze bestimmten
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Rohmaterialien Dic Erfindung betrifft eine Vorrichtun; zum Erhitzen
von zur Glasschmelze bestimmten Rohmaterialien, enthaltend einen Schmelzofen und
einen dem Schmelzofen vorgeschalteten Rohmaterial-Vorwärmer, an den-eine Zuführleitung
für Ofenabgase angeschlossen ist.
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In der Glas-Industrie wird für das Schmelzen von Glas-Rohmaterialien
in einem Schmelzofen verhältnismäßig viel Wärmeenergie verbraucht, wobei der Wirkungsgrad
der Schmelzöfen verhältnismäßig schlecht ist, d die Temperatur der Ofenabgase durch
die Schmelzterl:eratur des Glascs bzw. der Glas-Rohmaterialien bestimmt wird. Man
hat daher verschiedene Versuche unternonunen, den Gcsamtwirkungsgrad solcher Schmelzanlagen
zu verbessern.
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In der Praxis werden daher den Schmelzö@en beispielsweise Rekuperatoren
zuqeordnet, die meistens zwei Kammern mit entsprechend aufgestapelten warmespcichernden
Steinen umfassen, die periodisch abwechselnd so arbeiten, ca3 die eine Kammer während
eines bestimmten Zeitabschnittes von den zum Schornstein abzuführenden Ofenabgasen
durchströmt werden (und dabei die Steine aufheizen)/ während gleichzeitig kalte
Frischluft durch die andere zweite Kammer hindurchgeführt und als Verbrennungsluft.
für den Schmelzoten aufgewärmt wird; hierdurch wird somit periodisch abwechselnd
jeweils eine Rekuperatorkammer von den Ofenabgasen aufgeheizt,
wobei
die Ofenabgase dann einen Teil ihrer Wärmeenergie (an die Steine) abgeben und etwas
abgekühlt werden, während parallel dazu in der zweiten Kammer eine Abkühlung der
erhitzten Steine und eine gleichzeitige Erwärmung der Verbrennungsluft folgt. Abgesehen
davon, daß ein ständiges zyklisches Umschalten der Rekuperatorkammern die Brenntemperatur
im Schmelzofen verändert, hat es sich gezeigt, daß der Wärmewirkungsgrad nicht in
der gewünschten Weise erhöht werden kann.
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Bei anderen bekannten Vorrichtungen ist dem Schmelzofen ein Schachtvorwärmer
für Rohmaterial vorgeschaltet, in den vom Schmelzofen kommende Abgase eingeführt
und für die Vorwärmung von Rohmaterial ausgenutzt werden. Es hat sich jedoch auch
hier der Wärmewirkungsgrad als noch unzureichend erwiesen, wobei noch hinzukommt,
daß solche Vorwärmer bei unterschiedlicher Korngrößenverteilung unzureichend arbeiten,
indem insbesondere die feinen Staubteile abgezogen werden und die den Vorwärmer
verlassenden Rohmaterialien dann vielfach eine ganz andere Zusammensetzung besitzen
als beim Zulauf in den Vorwärmer. Diese bekannten Erhitzungsvorrichtungen sind daher
im Hinblick auf den erzielten, noch relativ niedrigen Wirkungsgrad verhältnísmäßig
teuer.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich gegenüber den bekannten Ausführungen
insbesondere durch ihre verbesserte Ausnutzung der Wärmeenergie der Ofenabgase und
durch einen günstigen Raumbedarf auszeichnet, wobei die den Vorwärmer verlassende
Rohmaterial-Zusammensetzung in ihrer Korngrößenverteilung weitgehend der des zugeführten
Rohmateriales entspricht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Rohmaterial-Vorwärmer
ein Fließbett-Vorwärmer mit einer Fließbett-Austragsschleuse vorgesehen ist und
daß an die Abgas leitung des Fließbett-Vorwärmers ein Hochleistungsstaubfilter angeschlossen
ist, dessen Staubaustragsstutzen mit der Fließbett-Austragsschleuse verbunden ist.
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Durch die Verwendung des Fließbett-Vorwärmers läßt sich das dem Vorwärmer
zugeführte Rohmaterial unter günstiger Ausnutzung der Wärmeenergie der zugeführten
Ofenabgase äußerst gleichmäßig erhitzen. Die mit den Abgasen des Fließbett-Vorwärmers
mitgerissenen feinen Staubteilchen lassen sich mit Hilfe des Hochleistungs-Staubfilters
praktisch restlos wieder auffangen, wobei diese aus den Vorwärmer-Abgasen abgeschiedenen
feinen Staubteile dann aufgrund der erfindungsgemäßen Ausführung direkt der Fließbett-Austragsschleuse
zugeleitet werden, die die Abdichtung des Fließbettes gegenüber dem Rohmaterialaustrag
sicherstellt. Bei dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung gehen somit praktisch keinerlei
Teile der Rohmaterial-Zusammensetzung, wie sie dem Fließbett zugeführt wird, verloren
und das Rohmaterial wird beim Verlassen des Vorwärmers weitgehend die gleiche Korngrößen-Zusammensetzung
besitzen wie am Einlauf des Fließbett-Vorwärmers.
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Es sei an dieser Stelle noch erwähnt, daß die dem Rohmaterial-Vorwärmer
aufzugebenden Rohmaterialien zuvor zweckmäßig noch einer Sortierung unterworfen
werden, um beispielsweise den relativ groben Glasbruch sowie andere nicht vorzuwärmende
Komponenten abzusondern und separat dem Schmelzofen zuzuführen, wie es auch bereits
bisher in der Praxis durchgeführt wird.
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Bei einer Erhitzungsvorrichtung, die einen von den Ofenabgasen durchströmten,
Verbrennungsluft für den Schmelzofen vorwärmenden Rekuperator umfaßt, ist es erfindungsgemäß
besonders vorteilhaft, wenn die Zuführleitung für Ofenabgase den Fließbettvorwärmer
mit dem Rekuperator verbindet. Hierdurch werden die aus dem Schmelzofen kommenden
heißen Ofenabgase, die für eine Vorwärmung der Rohmaterialien im allgemeinen noch
zu heiß sind, zunächst in dem Rekuperator für die Vorwärmung von Verbrennungsluft
für den Schmelzofen ausgenutzt und erst dann dem Fließbett-Vorwärmer zugeführt,
so daß sich eine besonders große Ausnutzung der Wärmeenergie der Ofenabgase und
somit ein gegenüber bekannten Ausführungen ganz erheblich verbesserter Wärmewirkungsgrad
für die erfindungsgemäße Vorrichtung ergibt.
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Im folgenden sei die Erfindung anhand zweier in den Zeichnungsfiguren
1 und 2 veranschaulichter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Das in Fig. 1 veranschaulichte erste Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Erhitzungsvorrichtung enthält einen Schmelzofen 1 für Rohmaterialien zur Glasherstellung,
ferner einen von Ofenabgasen durchströmten, Verbrennungsluft für den Schmelzofen
vorwärmenden Rekuperator 2, einen Fließbett-Vorwärmer 3, der durch eine Zuführleitung
4 für Ofenabgase angeschlossen ist, sowie einen Hochleistungsstaubfilter 5, der
durch die Abgasleitung 6 des Fließbett-Vorwärmers 3 mit letzterem verbunden ist.
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Für das dem Fließbett-Vorwärmer 3 zuzuführende kalte Rohmaterial ist
ein Vorratsbunker 7 vorgesehen, unter dem sich eine geeignete Dosiereinrichtung
8 (in diesem Falle beispielsweise ein Dosierförderband) befindet, das mit der Rohmaterial-Einlaufschleuse
9 (z. B. eine Doppelklappenschleuse
) des Fließbett-Vorwärmers 3
in Verbindung steht.
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Der Materialauslauf des Fließbett-Vorwärmers 3 wird erfindungsgemäß
durch eine Fließbett-Austragsschleuse 10 gebildet, die über eine Verbindungsleitung
11 mit einem Zwischenbehälter 12 für vorgewärmtes Rohmaterial verbunden ist, unter
dessen Auslauf eine vorzugsweise für eine Rohmaterial-Dosierung geeignete Abzugseinrichtung
13 vorgesehen ist, die durch eine Förderrinne, Förderschurre oder dgl. 14 an den
Schmelzofen 1 angeschlossen ist.
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Der Hochleistungs-Staubfilter 5 wird durch einen Schlauchfilter oder
durch einen anderen geeigneten Filter gebildet, durch den eine praktisch vollkommene
Abscheidung von mitgerissenen Feinteilen aus den Vorwärmerabgasen sichergestellt
ist. Für die abgeschiedenen Feinteile besitzt der Filter 5 eine Sammelschnecke 15,
deren Staubaustragsstutzen 15a über eine Anschlußleitung 16 mit der Fließbett-Austragsschleuse
10 verbunden ist. Die Abgasleitung 6 des Fließbett-Vorwärmers 3 besitzt einen einstellbaren
Anschluß 6a für die Zuführung von Kaltluft.
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Bei diesem ersten Ausführungsbeispiel (Fig. 1) ist der dem Schmelzofen
1 unmittelbar nachgeschaltete Rekuperator 2 durch einen herkömmlichen Zwei-Kammer-Rekuperator
gebildet, dessen zwei Kammern 2a und 2b jeweils periodisch abwechselnd von den heißen
Ofenabgasen und Verbrenngsluft durchströmt, die über ein Zuführanschlußrohr 17 -
als Kaltluft - herangeführt und in der jeweils entsprechenden Kammer 2a oder 2b
vorgewärmt wird, bevor sie dem Ofen bzw.
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Ofenbrenner zugeleitet wird. Zum periodischen Umschalten der Ofenabgas-
und Verbrennungsluftströme ist in der Verbindungsleitung zwischen den beiden Rekuperatorkammern
2a und 2b ein Mehrwegeventil 18 angeordnet, an das außerdem das Zuführ-Anschlußrohr
17 sowie das eine Ende 4a der Ofenabgas-Zuführleitung 4 angeschlossen sind.
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Am Ende 4a der Ofenabgas-Zuführleitung 4 befindet sich außerdem zweckmäßig
eine Abzweigleitung 19, die an einen zur Atmosphäre führenden Schornstein 20 angeschlossen
ist.
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Um gegebenenfalls eine einstellbare Menge der Ofenabgase zur Atmosphäre
abführen zu können, sind in der Abzweigleitung 19 und in der Ofenabgas-Zuführleitung
4 an geeigneten Stellen Drosselklappen 21, 21a angeordnet.
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Da bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform die Ofenabgase
durch den Rekuperator 2 bereits eine gewisse Abkühlung erfahren haben, kann in die
Ofenabgas-Zuführleitung 4 ein Ventilator 22 eingesetzt werden, durch den die Ofenabgase
mit dem notwendigen Druck dem Rost 23 des Fließbett-Vorwärmers 3 sowie außerdem
der Fließbett-Austragsschleuse 10 zugeführt werden kann.
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Was die Ausführung des Fließbett-Vorwärmers 3 anbelangt, so sei noch
ergänzt, daß dieser vorzugsweise mit nur einer Fließbettkammer 3a sowie in Form
einer Rinne ausgeführt ist, durch die das vorzuwärmende Rohmaterial in entsprechend
fluidisiertem Zustand vom Einlauf bis zum Auslauf gleichförmig hindurchgefördert
wird. Erfindungsgemäß ist es llatürlich auch möglich, geeignete Fließbett-Einrichtungen
anderer Formen zu verwenden, wobei gegebenenfalls auch Ausführungen mit mehreren
Fließbettkammern eingesetzt werden können.
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Die Funktion dieser zuvor beschriebenen Ausführungsform der Erhitzungsvorrichtung
ist folgendermaßen: Die zur Glasschmelze bestimmten Rohmaterialien werden vom Vorratsbunker
7 dosiert dem Fließbett-Vorwärmer zugeführt und bewegen sich während ihrer Vorwärmung
- wie weiter oben bereits erwähnt - im Fließzustand gleichförmig vom Einlauf zum
Auslauf, in dem sie durch die Fließbett-Austragsschleuse
10 aus
dem Vorwärmer ausgetragen werden, ohne daß dabei Falschluft in den Fließbett-Vorwärmer
3 eindringen kann. In dieser Fließbett-Austragsschleuse werden auch gleichzeitig
die von den Vorwärmerabgasen mitgerissenen und im Filter 5 abgeschiedenen Feinteile
gleichmäßig wieder mit den übrigen Rohmaterialien vermischt, so daß das in den Zwischenbehälter
12 gelangende vorgewärmte Rohmaterial im wesentlichen die gleiche Korngrößen-Zusammensetzung
besitzt, wie sie dem Fließbett-Vorwärmer 3 aufgegeben ist. Von diesem Zwischenbehälter
12 aus kann das vorgewärmte Rohmaterial dann über die Abzugseinrichtung 13 gleichmäßig
dosiert dem Schmelzofen 1 zugeleitet werden.
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Die vom Schmelzofen 1 kommenden Ofenabgase werden zunächst in der
bereits weiter oben geschilderten Weise periodisch abwechselnd durch eine der beiden
Kammern 2a bzw. 2b des Rekuperators 2 hindurchgeleitet, wo sie einen ersten Teil
ihrer Wärmeenergie für die Vorwärmung von Verbrennungsluft für den Schmelzofen abgeben.
Durch die Ofenabgas-Zuführleitung 4 (unterstützt vom Ventilator 22) werden dann
die zur Vorwärmung der Rohmaterialien benötigten Ofenabgase dem Fließbett-Vorwärmer
3, und zwar in dessen unter dem Rost 23 befindliche Druckkammer 3b, zugeführt, um
das auf dem Rost 23 befindliche Rohmaterial in Fließzustand zu versetzen, dem Auslauf
10 zuzufördern und dabei das Rohmaterial in der gewünschten Weise zu erwärmen. Die
in der Fließbettkammer 3a nach oben ausströmenden Abgase werden dann in der bereits
geschilderten Weise zum Filter 5 geleitet, wobei gegebenenfalls noch Kaltluft über
den Anschlußstutzen 6a in die Vorwärmerabluft eingeleitet werden kann (insbesondere
dann, wenn aufgrund der Temperatur dieser Abluft eine Beschädigungsgefahr für Teile
des Filters 5 besteht).
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Bei bekannten Ausführungsformen mit Zwei-Kammer-Rekuperatoren ergeben
sich durch das periodische Umschalten der beiden Kammern zwangsläufig zyklische
Temperaturschwankungen für die Verbrennungsluft für den Schmelzofen, wobei auch
gleichzeitig entsprechende Temperaturschwankungen bei den die Kammern verlassenden
Ofenabgasen auftreten.
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Wenn man nun den Ventilator 22 in der Ofenabgas-Zuführleitung 4 unverändert
arbeiten läßt, dann stellt sich die Erhitzungstemperatur der Rohmaterialien entsprechend
der Temperatur der zugeführten Ofenabgase ein, und es kommt dazu, daß die Rohmaterialien
dann beispielsweise entsprechend heißer dann in den Schmelzofen gelangen, wenn die
Verbrennungstemperatur verhältnismäßig niedrig ist, was bedeutet, daß eine vorübergehend
geringere Vorwärmung der dem Schmelzofen zuzuführenden Verbrennungsluft (und somit
eine vorübergehend niedrigere Verbrennung) durch eine erhöhte Vorwärmung der Rohmaterialien
kompensiert wird, so daß dadurch der Betrieb des Schmelzofens - weitgehend selbsttätig
- geregelt wird.
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In Fig. 2 ist eine gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel (Fig.
1) in einigen Punkten leicht abgewandelte zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Erhitzungsvorrichtung veranschaulicht. In dieser Fig. 2 sind Teile, die mit denen
der Fig. 1 identisch sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen, so daß zur Vermeidung
von Wiederholungen auf eine Erläuterung dieser identischen Teile weitgehend verzichtet
wird.
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Der wesentliche Unterschied dieser zweiten Ausführungsform ist zunächst
darin zu sehen, daß der von den Ofenabgasen durchströmte und die Verbrennungsluft
für den Schmelzofen 1 vorwärmende Rekuperator 30 als indirekt wirkender Rohr-Wärmetauscher
ausgeführt ist, durch den die vom Schmelzofen 1 kommenden heißen Abgase stets gleichmäßig
(ohne
irgendwelche Umschaltung) hindurchströmen und dabei an einem Rohrsystem 31 vorbeigeleitet
werden, durch das frische bzw. kalte Verbrennungsluft hindurchgeleitet und dabei
indirekt durch die Ofenabgase erwärmt wird, bevor sie durch eine Leitung 32 dem
Schmelzofen bzw. den Ofenbrennern (nicht näher dargestellt) zugeleitet wird. Der
Rekuperator 30 ist dann durch eine Zuführleitung 33 für Ofenabgase direkt (ohne
Zwischenschaltung eines Ventilators) mit dem Fließbett-Vorwärmer 3 bzw.
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dessen Druckkammer 3b' (unterhalb des Rostes 23) verbunden.
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Da die Ofenabgase im Verhältnis zur Ausführungsform der Fig. 1 in
diesem Falle noch verhältnismäßig heiß sein können, empfiehlt es sich im allgemeinen,
die Ofenabgas-Zuführleitung 33 hitzebeständig auszukleiden, wie es in der teilweise
geschnittenen Darstellung der Fig. 2 zum Teil angedeutet ist.
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Um ferner im Fließbett-Vorwärmer 3 eine tfberhitzung und somit gegebenenfalls
eine unerwünschte Reaktion der Rohmaterialien durch zu heiße Ofenabgase zu vermeiden,
kann ein entsprechender Anteil der Ofenabgase durch eine Abzweigleitung 34 der Zuführleitung
33 zur Atmosphäre (gegebenenfalls über einen Schornstein) abgeleitet werden, wobei
in der Ofenabgas-Zuführleitung 33 gleichzeitig ein Frischluft-Zuführanschluß 35
im Bereich vor dem Fließbett-Vorwärmer 3 (in jedem Falle im Bereich zwischen der
Abzweigleitung 34 und dem Vorwärmer 3) vorgesehen ist, damit die dem Rohmaterial
im Fließbett-Vorwärmer 3 zuströmenden Ofenabgase unter Zumischung von Kaltluft auf
die erforderliche Temperatur gebracht werden können.
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Der notwendige Druck, mit dem die Ofenabgase durch den Fließbett-Vorwärmer
hindurchgeführt werden, wird in diesem Falle durch eine entsprechende Auslegung
des dem Hochleistungsstaubfilter 5 nachgeordneten Ventilator 36 erzeugt.
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Auch bei dieser zweiten Ausführungsform wird der Auslauf des Fließbett-Vorwärmers
3 durch eine Fließbett-Austragsschleuse 37 gebildet, die in gleicher Weise wie beim
vorhergehenden Ausführungsbeispiel durch eine Verbindungsleitung 16 mit der Staubsammelschnecke
15 des Filters 5 einerseits sowie über die Verbindungsleitung 11 mit dem Zwischenbehälter
12 andererseits in Verbindung steht. Da bei dieser Ausführungsform gemäß Fig. 2
der Fließzustand des Rohmateriales in der Fließbettkammer 3a durch den Unterdruck
des Ventilators 36 aufrechterhalten wird, ist es erforderlich, die Fließbett-Austragsschleuse
27 an eine gesonderte Druckluftquelle anzuschließen. Zu diesem Zweck ist eine Druckluft-Anschlußleitung
38 für die Fließbett-Austragsschleuse 37 vorgesehen, die an eine nicht näher veranschaulichte
Druckluftquelle (z.B. an ein vorhandenes Preßluftsystem oder an einen kleinen Zusatzventilator)
angeschlossen werden kann.
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Bei dieser baulich etwas vereinfachten Ausführungsform der Erfindung
werden zweckmäßigerweise nicht näher veranschaulichte Steuereinrichtungen vorgesehen,
die auf Drosselklappen 39, 39a, 39b, welche in der Ofenabgas-Zuführleitung 33, der
Abzweigleitung 34 und dem Frischluft-Zuführanschluß 35 vorgesehen sind, derart einwirken,
daß jeweils die optimale Abgastemperatur zur Erhitzung der Rohmaterialien im Vorwärmer
3 eingestellt werden kann; es läßt sich auf diese Weise auch eine annähernd konstante
Temperatur im Schmelzofen erzielen.