DE3516058C2

DE3516058C2 - Tunnelofen zum Brennen von keramischen Rohlingen und Verfahren zum Betrieb eines solchen Tunnelofens

Info

Publication number: DE3516058C2
Application number: DE3516058A
Authority: DE
Inventors: Kurt Dipl.-Ing. 8521 Spardorf Hamburger; Karsten Dr.-Ing. 4300 Essen Junge
Original assignee: Institut fur Ziegelforschung Essen Ev 4300 Essen De
Current assignee: Institut fur Ziegelforschung Essen Ev 4300 Essen De
Priority date: 1984-08-21
Filing date: 1985-05-04
Publication date: 1986-07-17
Also published as: DE3516058A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Tunnelofen herkömmlicher Bauart zum Brennen von keramischen Rohlingen, die im Ausgangsmaterial ausgasende Substanzen enthalten. Um bei einem derartigen Tunnelofen Schadstoffe in Form von Schwelgasen im am Einlauf des Tunnels (1) abgezogenen Abgas zu vermeiden, ohne damit gleichzeitig die Emission von anorganischen gasförmigen Fluorverbindungen zu erhöhen, schlägt die Erfindung vor, daß in Durchlaufrichtung der Rohlinge gesehen hinter dem Ende des Schwelabschnittes (A2) ein Abgang (4) für den Hauptstrom (5) der Verbrennungsgase angeordnet ist, an den sich ein Umgehungskanal (8) anschließt, der vor dem Anfang des Schwelabschnittes (A2) wieder in den Tunnel (1) einmündet, und daß am Anfang des Schwelabschnittes (A2) ein Abgang (9) für den mit den Schwelgasen beladenen verbleibenden Teilstrom (6) der Verbrennungsgase angeordnet ist, an den sich ein Verbindungskanal (10) anschließt, der in die Brennzone (B) oder die Kühlzone (K) des Tunnels (1) oder eine externe Nachverbrennungsanlage (16) einmündet.

Description

Die Erfindung betrifft einen im Tunnelofen zum Brennen von keramischen Rohlingen, die im Ausgangsmaterial ausgasende Substanzen enthalten, mit einer Auf-

65 heizzone, die aus einem Vorwärmabschnitt einem Schwelabschnitt und einem Aufheizabschnitt besteht, und einer sich daran anschließenden Brennzone und Kühlzone, wobei die Wärme von im Bereich der Brennzone angeordneten Heizbrennern erzeugt wird, deren Verbrennungsgase im Gegenstrom zu den durchlaufenden Rohlingen geführt sind und am Einlauf des Tunnelofens aus dem Tunnel abgezogen und einem Kamin zugeführt werden; des weiteren betrifft die ,Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Tunnelofens.

Bei der Herstellung von porösen keramischen Formteilen, τ. B. porosierten Ziegeln, ist es üblich, in die Rohlinge beispielsweise eine Vielzahl von Kügelchen aus geschäumtem Polystyrol einzubetten, die sich beim Brennen verflüchtigen und in dem keramischen Material des Rohlings Porenräume hinterlassen. An die Stelle von geschäumtem Polystyrol können selbstverständlich auch andere verbrennbare oder vergasbare Substanzen treten, z. B. Holz.

Beim Brennen von derartigem Material in einem herkömmlichen Tunnelofen der eingangs genannten Art treten Schwierigkeiten insoweit auf, als die am Eingang des Tunnelofens abgezogenen Abgase häufig mit verhältnismäßig großen Mengen unverbrannter Schwelgase beladen sind, die von den ausgasenden Substanzen in der Schwelzone an das durchströmende Verbrennungsgas abgegeben werfen. Die Emission dieser Schwelgase ist nach den einschlägigen Vorschriften zur Luftreinhaltung auf sehr niedrige Werte zu beschränken. Die Abgase müssen also vor dem Eintritt in den Kamin gereinigt werden, was mit ainem erheblichen technischen Aufwand verbunden ist Außerdem geht die in den Schwelgasen enthaltene Verbrennungswärme verloren.

Nach dem Stand der Technik (DE-PS 26 43 406) ist es auch bekannt, die mit Schwelgasen beladenen Verbrennungsgase im Anfangsbereich der Aufheizzone abzusaugen und dem Tunnelofen in der Brenn- oder Kühlzone wieder zuzuführen, damit die Schwelgase bei hohen Temperaturen nachverbrannt werden. Dabei wird das dem Kamin zuzuführende Abgas mk hoher Temperatur am Ende der Aufheizzone in unmittelbarer Nähe der Brennzone abgezogen. Mit einem derartig ausgebildeten Tunnelofen ist es zwar möglich, die Schwelgase zu unschädlichen Abgasen zu verbrennen und außerdem den Heizwert der Schwelgase zu nutzen. Dennoch ist diese Ausbildung des Tunnelofens energetisch ungünstig, weil mit dem sehr heißen Abgas viel Wärme abgeführt wird, die entweder verloren geht oder umständlich mit einem Wärmetauscher zurückgewonnen werden muß, um anderswo außerhalb des Tunnelofens verwendet werden zu können. Außerdem enthält das heiße, dem Kamin zuzuführende Abgas dieses vorbekannten Tunnelofens bei den häufig eingesetzten fluorhaltigen Rohstoffen unzulässig hohe Mengen an anorganischen gasförmigen Fluorverbindungen, die nur schwer aus dem Abgas wieder entfernt werden können. Diese Fluorverbindungen sind sehr aggressiv und beschädigen die dem Kamin vorgeschalteten Wärmetauscher und dergleichen. Außerdem dürfen sie natürlich nicht emittiert werden und müssen deshalb weitgehend aus dem Abgas entfernt werden. Die Fluorverbindungen treten insbesondere bei verhältnismäßig hohen Temperaturen, d. h. am Ende der Aufheizzone und in der Brennzone aus dem Tonmaterial der Rohlinge aus und gelangen über den dort befindlichen Abgang direkt in das Abgas.

Es ist Aufgabe der Erfindung, bei einem Tunnelofen der eingangs genannten Art eine vollständige Verbrennung der Schwelgase zu ermöglichen, ohne daß große

Wärmeverluste auftreten und ohne daß erhöhte Mengen an anorganischen gasförmigen Fluorverbindungen in die Abgase gelangen.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von einem Tunnelofen der eingangs genannten Art vorrichtungsmäßig vor, daß in Durchlaufrichtung der Rohlinge gesehen hinter dem Ende des Schwelabschnittes ein oder mehrere Abgänge für den Hauptstrom der Verbrennungsgas angeordnet sind, an die sich ein Umgehungskanal anschließt, der vor dem Anfang des Schwelabschnittes wieder in den Tunnel einmündet, und daß am Anfang des Schwelabschnittes ein Abgang für den mit den Schwelgasen beladenen verbleibenden Teilstrom der Verbrennungsgase angeordnet ist, an den sich ein Verbindungskanal anschließt, der in die Kühlzone oder die Brennzone des Tunnels oder eine externe Nachverbrennungsanlage einmündet

Beim Tunnelofen gemäß der Erfindung wird der Hauptstrom der Verbrennungsgase um den Schwelabschnitt der Aufheizzone herumgeführt und dementsprechend nicht mit dem Schwelgas beladen. Der strömungstechnisch von dem Hauptstrom der Verbrennungsgase überbrückte Schwelabschnitt der /vufheizzone, in welchem die Temperatur der Rohlinge beispielsweise zwischen 250° C und 350° C liegt, wird nur von dem verbleibenden Teilstrom der Verbrennungsgase durchströmt, der sich dort mit den Schwelgasen belädt und anschließend in die Brennzone zurückgeführt oder einer Nachverbrennung zugeführt wird. Dort werden die Schwelgase vollständig verbrannt Da der Hauptstrom der Verbrennungsgase vor dem Schwelabschnitt der Aufheizzone wieder in den Tunnel eingeführt wird, können die Verbrennungsgase ihren Wärmeinhalt an die Formlinge abgeben, bevor sie in den Kamin gelangen. Das hat wärmetechnisch den Vorteil, daß keine Wärme verloren geht und eine umständliche Wärmerückgewinnung nicht notwendig ist Außerdem schlagen sich beim Tunnelofen gemäß der Erfindung im Vorwärmabschnitt der Aufheizzone die in den Verbrennungsgasen enthaltenen anorganischen gasförmigen Fluorverbindungen zu großen Teilen auf den Rohlingen nieder und werden dort chemisch gebunden. Diese erneute Bindung ist wesentlich temperaturbeständiger. Das Fluor verbleibt daher auch beim Brennen in den Rohlingen. Auf diese Weise wird mit den Rohlingen kontinuierlich das Fluor zu einem großen Teil in physiologisch unbedenklicher Form aus dem Tunnel abgeführt, ohne in das Abgas zu gelangen. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß der Ablauf des zur Schadstoffemission führenden Schwelvorganges von organischen Tonbeimengungen sich auf einen relativ engen Temperaturbereich von beispielsweise 250—375°C beschränkt. Hierdurch ist es möglich, nur die relativ kurz ausfallende Schweizone aus dem über viele Jahrzehnte bewährten und wärmetechnisch für derartige Brennprozesse optimalen Tunnelofenverfahren auszugrenzen und einer gesonderten verfahrenstechnischen Behandlung zu unterziehen.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Tunnelofens gemäß der Erfindung sieht vor, daß in dem Tunnel zwischen dem Vorwärmabschnitt und dem Schwelabschnitt der Aufheizzone eine den Durchtritt von Gas verhindernde Absperrung vorgesehen ist. Hierdurch wird zuverlässig vermieden, daß mit Schwelgas beladene Verbrennungsga.se in den Vorwärmabschnitt der Aufheizzone und damit in da; Abgas gelangen.

Um den Schwelabschnitt auch gegen den Aufheizabschniu der Aufheizzon«; gastechnisch abzugrenzen, kann auch zwischen dem Schwelabschnitt und dem Aufheizabschnitt der Aufheizzone eine den Durchtritt von Gas verhindernde Absperrung vorgesehen sein, die von einem Oberbrückungskanal für den dem Schwelabschnitt zuzuführenden Teilstrom der Verbrennungsgase überbrückt ist

Um eine Überhitzung der Rohlinge am Ende des Vorwärmabschnittes und eine damit evtl. verbundene vorzeitige Ausgasung der in den Rohlingen enthaltenen

ίο ausgasenden Substanzen zu vermeiden, ist schließlich vorgesehen, daß am Ende des Vorwärmabschnittes und/ oder an den dort einmündenden Umgehungskanal eine Zuführung für Kühlluft angeordnet ist Mit dieser Kühlluft kann der Hauptstrom der Verbrennungsgase soweit gekühlt werden, daß eine zu starke Erwärmung der Rohlinge am Ende des Vorwärmabschnittes nicht auftreten kann.

Beim Verfahren für den Betrieb eines Tunnelofens gemäß der Erfindung wird zur Lösung der gestellten Aufgabe erfindungsgemäß vorgesehen, daß der durch den Schwelabschnitt geführte Teilstr.rm bis zu 35% der von der Brennzone zuströmenden Verbrennungsgase umfaßt Ein solcher Teilstrom reicht aus, die für den Schwelvorgang erforderliche Wärmemenge zuzuführen. Vorteilhaft an einem verhältnismäßig kleinen Teilstrom in diesem Bereich ist, daß verhältnismäßig kleine Gasmengen umgewälzt werden müssen und die Schwetgaskonzentration in dem zurückgeführten Teilstrom verhältnismäßig groß ist, was wiederum die Verbrennung der Schwelgase erleichtert

Weiterhin sieht das Verfahren für den Betrieb des Tunnelofens vor, daß dem Hauptstrom der Verbrennungsgase am Ende des Vorwärmabschnittes und/oder in dem Umgehungskanal so viel Kühlluft zugeführt wird, daß die Temperatur der Verbrennungsgase am Ende des Vorwärmabschnittes nicht wesentlich über der Temperatur der R.ohlinge liegt Hierdurch wird ein vorzeitiges Ausgasen der in den Rohlingen enthaltenen ausgasenden Substanzen zuverlässig vermieden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert, in der oben schematisch ein Tunnelofen gemäß der Erfindung in Seitenansicht und unten das zugehörige Temperaturverlaufsdiagramm dargestellt ist, welches die Temperatüren der Rohlinge und der verschiedenen Gasströme darstellt und die Massenverhältnisse angibt.

In der Zeichnung ist der Tunnel des Tunnelofens mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet Durch den Tunnel 1 werden die Rohlinge kontinuierlich in Richtung der

so Pfeile 2 geführt. In Durchtrittsrichtung der Rohlinge gesehen gliedert sich der Tunnel in eine Aufheizzone A, eine sich daran anschließende Brennzone B und eine sich wiederum daran anschließende Kühlzone K. Die Aufhriz;?one A ist untergliedert in einen Anwärmabschnitt A\, eine Schwelabschnitt Aj und einen Aufheizabschnitt A3.

In dem Diagramm unter der Darstellung des Tunnelofens sind die Temperaturen t der Rohlinge und der Gasströme über der Länge χ der Aufheizzone A dargestellt. Wie sich aus dem Diagramm ergibt, erwärmen sich die Rohlinge im Anwärmabschnitt Αχ der Aufheizzone A von 20°C auf 250°C. Bei der zuletzt angegebenen Temperatur beginnt in der Regel die Entstehung der Schwelgase aus den ausgasenden Substanzen. Im Schwelabschnitt A2 der Aufheizzone A erwärmen sich die Rohlinge langsam weiter bis auf 350° C. Bei dieser Temperatur ist der Schwelvorgang in der Regel abgeschlossen. Im sich dann anschließenden Aufheizab-

schnitt Ai der Aufheizzone A erwärmen sich die Rohlinge auf über 800° C, d. h. also bis auf die Temperatur, mit der sie in die Brennzone B einfahren. Der Temperaturbereich des Schwelabschnittes A₂ der Aufheizzone A muß natürlich den verwendeten ausgasenden Substan- s zen angepaßt werden. Wesentlich ist, daß vor dem Schwelabschnitt Aj die Temperatur noch so niedrig sein muß, daß keine Verschwelung der Substanzen auftritt und am Ende des Schwelabschnittes Ai alle Schadstoffe emittierenden Schwelvorgänge abgeschlossen sind. ι ο

Die Wärme für den Tunnelofenprozeß wird im wesentlichen von in der Brennzone B angeordneten Heizbrennern 3 erzeugt, deren Verbrennungsgase zusammen mit in der Kühlzone K erwärmter Luft im Gegenstrom zu den Rohlingen durch den Tunnel 1 strömen. Der Gesamtstrom der Verbrennungsgase ist in der Zeichnung mit dem Bezugszeichen 4 bezeichnet.

Der Gesamtstrom 4 der Verbrennungsgase wird in Durchlaufrichtung der Rohlinge gesehen unmittelbar hinter dem Schwelabschnitt A2 in einen Hauptstrom 5 und einen Teilstrom 6 unterteilt. Der Hauptstrom 5, der den größten Teil der Verbrennungsgase umfaßt, wird über einen Abgang 7 in einen Umgehungskanal 8 geleitet, der den Schwelabschnitt A7 überbrückt und vor Beginn des Schwelabschnittes Ai wieder in den Tunnel 1 einmündet

Der Teilstrom 6, der den verbleibenden Rest der Verbrennungsgase umfaßt, wird direkt in den Schwelabschnitt Ai geleitet und belädt sich dort mit den aus den ausgasenden Substanzen entstehenden Schwelgasen. Der mit den Schwelgasen beladene Teilstrom 6 wird über einen im Anfangsbereich des Schwelabschnittes Ai befindlichen Abgang 9 vollständig aus dem Tunnel 1 abgesaugt und in einen Verbindungskanal 10 gegeben, der in der Brennzone B im Bereich der Heizbrenner 3 wieder in den Tunnel 1 einmündet Dort werden die im Teilstrom 6 enthaltenen Schwelgase vollständig verbrannt

Dem Hauptstrom 5 kann vor oder am Wiedereintritt in den Tunnel 1 über eine Gaszuführung 11 Kühlluft -to zugeführt werden, durch welche der Hauptstrom soweit heruntergekühlt wird, daß seine Temperatur nicht allzu hoch über der Temperatur der Rohlinge am Ende des Anwärmabschnittes A\ liegt. Auf diese Weise wird eine Überhitzung der Rohlinge in diesem Bereich vermieden, die zu Aufheizschäden oder zu einer vorzeitigen Ausgasung der ausgasenden Substanzen führen könnte.

Wie aus der Zeichnung weiterhin ersichtlich ist kann zwischen dem Anwärmabschnitt A\ und dem Schwelabschnitt Ai der Aufheizzone A eine gasdichte Absperrung 12 vorgesehen sein, die den Durchtritt von Gas verhindert den Durchtritt der Rohlinge allerdings zuläßt

Eine ähnliche Absperrung 13 kann zwischen dem Ende des Schwelabschnittes Ai und dem Anfang des Aufheizabschnittes A₃ der Aufheizzone A angeordnet sein. In diesem Falle ist für den Teilstrom 6 der Verbrennungsgase ein Überbrückungskanai 14 vorgesehen, der diese Absperrung 13 überbrückt

In dem Diagramm sind außer den Temperaturen auch die Massenverhältnisse UZ des pro Zeiteinheit durchtretenden Gases und der pro Zeiteinheit durchtretenden Formlinge angegeben. Dieses Massenverhältnis liegt bei dem gewählten Beispiel in der Brennzone und im Aufheizabschnitt Az der Aufheizzone bei 1. Im Schwelabschnitt Ai beträgt es vorzugsweise etwa 0,3- Im Anwärmabschnitt A\ beträgt es aufgrund der hier vorgenommenen Zumischung der Kühlluft vorzugsweise etwa 13.

Die im Aufheizabschnitt A3 und der Brennzone entstehenden anorganischen gasförmigen Fluorverbindungen schlagen sich im Anwärmabschnitt A] auf den noch kühlen Rohlingen nieder und gehen dort zu einem großen Teil relativ temperaturbeständige und physiologisch unbedenkliche Verbindungen ein. Auf diese Weise werden ausreichend große Mengen der Fluorverbindungen kontinuierlich aus den Verbrennungsgasen entfernt.

Im Einlaufbereich des Tunnels werden die dort ankommenden auf etwa 150°C abgekühlten Verbrennungsgase abgezogen und über einen Kanal 15 einem nicht dargestellten Kamin zugeführt.

Alternativ kann der mit Schwelgasen beladene Teilstrom 6 auch über den in F i g. 1 in gestrichelten Linien dargestellten Kanal 10a einer Nachverbrennungsanlage 16 zugeführt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Tunnelofen zum Brennen von keramischen Rohlingen, die im Ausgangsmaterial ausgasende s Substanzen enthalten, mit einer Aufheizzone (A), die aus einem Vorwärmabschnitt (A\), einem Schwelabschnitt (A2) und einem Aufheizabschnitt (A3) besteht, und einer sich daran anschließenden Brennzone (B) und Kühlzone (K), wobei die Wärme im wesentlichen von im Bereich der Brennzone angeordneten Heizbrennern erzeugt wird, deren Verbrennungsgase im Gegenstrom zu den durchlaufenden Rohlingen geführt sind und am Einlauf des Tunnelofens aus dem Tunnel abgezogen und einem Kamin zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß in Durchlaufrichtung der Rohlinge gesehen hinter dem Ende des Schwelabschnittes (A2) ein oder mehrere Abgänge (J) für den Hauptstrom (5) der Verbrennungsgase angeordnet sind, an die sich ein Umge- hungskanpi (8) anschließt, der vor dem Anfang des Schwelabschnittes (A2) wieder in den Tunnel (1) einmündet, und daß am Anfang des Schwelabschnittes (A₂) ein Abgang (9) für den mit den Schwelgasen beladenen verbleibenden Teilstrom (6) der Verbrennungsgase angeordnet ist, an den sich ein Verbindungskanal (10, iOa) anschließt, der in die Kühlzone (K) oder die Brennzone (B) des Tunnels (1) oder eine externe Nachverbrennungsanlage (16) einmündet

2. Tunnelofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Tunnel (1) zwischen dem Vorwärmabsctu.itt (A\) und dem Schwelabschnitt (A₂) der Aufheizzone (A) eine dra Durchtritt von Gas verhindernde Absperrung (12) vorgesehen ist

3. Tunnelofen nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Schwelabschniti (Ä2) und dem Aufheizabschnitt (A3) der Aufheizzone (A) eine den Durchtritt von Gas verhindernde Absperrung (13) vorgesehen ist, die von einem Oberbrückungskanal (14) für den dem Schwei- abschnitt (A) zuzuführenden Teilstrom (6) der Verbrennungsgase überbrückt ist

4. Tunnelofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 —3, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende des Vorwärmabschnittes (At) und/oder an dem dort einmündenden Umgehungskanal (8) eine Zuführung

(11) für Kühlluft angeordnet ist

5. Verfahren für den Betrieb eines Tunnelofens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 —4, dadurch gekennzeichnet, daß der durch den Schwelab- ύ> schnitt in (At) geführte Teilstrom bis zu 35% der von der Brennzone fS,} zuströmenden Verbrennungsgase umfaßt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Hauptstrom (5) der Verbren- nungsgase am Ende des Vorwärmabschnittes (A\) und/oder in dem Umgehungskanal (8) soviel Kühlluft zugeführt wird, daß die Temperatur der Verbrennungsgase am Ende des Vorwärmabschnittes (A\) nicht wesentlich über der Temperatur der Rohlinge liegt.