DE3534447C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Brenn­ ofen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Ofen ist bekannt aus der DE-AS 24 57 152. Dort sind in den Seitenlängswänden unterhalb der Herd­ wagenoberfläche Düsen für die Einleitung von Heißgas vorgesehen. Das Heißgas wird in einem besonderen Brenner erzeugt, wobei zur Verbrennung auch Abgas beigemischt werden kann. Weiterhin ist Abgas in ein Wärmetauscher­ system abzweigbar, durch das dem Brenner zuzuleitende Frischluft vorgewärmt wird.

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit der Aufgabe, einen Ofen der genannten Art derart auszubilden, daß möglichst eine optimale Energieausnutzung und Verbren­ nung, und zwar gegebenenfalls auch in der Anheizphase, bei geringstmöglichen Wärmeverlusten, d. h. also z. B. geringe Wärmeabstrahlung, auftritt und niedrige Abgas­ temperaturen erreicht werden. Des weiteren sollen möglichst schadstoffreie Abgase erhalten werden.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Hierdurch werden die heißen Brenngase des unteren Brennofens zur Vorwärmung oder zum Brand von Brenngut im darüber befindlichen Ofen ausgenutzt. Die dabei erniedrigte Temperatur der Brenngase ist immer noch hoch genug, um die den Brennern des unteren Ofens zugeführte Brennerfrischluft über die Wärmetauscher vorzuwärmen. Hierdurch erhält man einen doppelten Energierückgewinnungseffekt durch zweimalige Ausnutzung eines Teils des Wärmeinhalts der Abgase.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und nachfolgend anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausfüh­ rungsbeispiele näher beschrieben. Dabei zeigt in vereinfachter schematischer Darstellung

Fig. 1 eine Seitenansicht und die

Fig. 2 und 3 je einen Frontansicht eines Herd­ wagenofens mit aufgebauten Rollenöfen.

Mit 1 ist ein als Herdwagenofen ausgebildeter Brennofen bezeichnet, der an den frontseitigen Enden 2, 3 je eine Tür 4 bzw. 5, z. B. eine Hub- oder Schwenk- oder Schiebe­ tür des Ofen- oder Brennraums 6 aufweist. In letzteren sind die Herdwagen 7 mit dem gestapelten zu brennenden oder in sonstiger Weise wärmezubehandelndem Gut 8 ein- und ausfahrbar.

An den Seitenlängswänden 9, 10 sind als Hochgeschwindig­ keitsbrenner ausgebildete Brenner 11 vorgesehen. Diese sind zu mehreren, beim Beispiel drei, übereinander, also in senkrechten oder wenigstens annähernd senkrechten Reihen 12, z. B. 12.1, 12.2, 12,3, angeordnet, und zwar so, daß der Einlaß einer Reihe 12.1 bzw. 12.3 unmittelbar hinter der Tür 4 bzw. 5 in den Brennraum 6 am Anfang und am Ende des darin befindlichen Herdwagenzuges mündet und die oder mehrere weitere Reihe(n) 12.2 die heißen Brenn­ gase in den Zwischenraum zwischen die Herdwagen 7 bzw. deren Brenngut 8 hineindrücken. Weiterhin sind aufein­ anderfolgende Reihen 12.1, 12.2, 12.3 in Richtung der Längsachse des Herdwagenofens 1 gesehen seitlich versetzt, so daß aufeinanderfolgend je einer Reihe 12 von Brennern auf einer Seitenlängswand 9 eine Reihe 12 von Brennern auf der anderen Seitenlängswand 10 folgt. Hierdurch erhält man eine Zwangsführung der heißen Brenngase und eine gute Zirkulation durch den Ofenbesatz, so daß eine schnelle gleichmäßige Erhitzung desselben erreicht wird.

Unmittelbar neben jeweils einer Reihe 12 und vorzugs­ weise unterhalb des untersten Brenners 11 ist in Höhe der Herdwagenoberfläche 13 je ein Abgaskanal 14 vom Brennraum 6 nach außen geführt. Dieser mündet in einen senkrechten, neben der zugehörigen Reihe 12 außen an der Seitenlängswand 9 bzw. 10 angeordneten Abgaskamin 15, z. B. 15.1, 15.2, 15.3. Dieser ist pro Brenner 11 mit einem Wärmetauscher bzw. -system 16 bestückt, indem beispielsweise eine Bündel von Rohren 17 quer durch diesen in Höhe des jeweiligen Brenners hindurchführen. Durch diese wird die kalte Frischluft aus einem Verteiler 18 zugeführt und jeweils zu einem am eingangsseitigen Ende der Rohre 12 vorgesehenen Kaltluftsammler 19 ge­ leitet. Die erhitzte Luft tritt am anderen Ende der Rohre 17 in einen Heißluftsammler 20 ein und wird dort direkt in den zugeordneten Brenner 11 gedrückt. Ober­ halb der Abgaskamine 15 ist je eine Abgashaube 21 ange­ bracht, die in einen Abgassammler 22 und von dort ins Freie führen.

Im Abgassammler 22 kann ein Abgaskatalysator an sich be­ kannter Bauart an einer Stelle vorgesehen sein, wo die Betriebstemperatur des Katalysators erreicht, jedoch nicht überschritten wird. Der Abgaskatalysator dient zur katalytischen Nachverbrennung der Abgase zwecks Beseiti­ gung oder erheblichen Verminderung der Summe noch brenn­ barer Bestandteile, wie z. B. Stickoxide und Kohlenmonoxid.

Anstelle eines gemeinsamen Abgaskatalysators kann jedem Abgaskamin ein eigener kleiner Abgaskatalysator zuge­ ordnet sein.

Schließlich kann im Abgassammler 22 ein weiterer Wärme­ tauscher für Heißwasser oder Heißluft vorgesehen sein.

Um in der Anheizphase eines schnelle Aufheizung der Frisch­ luft und eine Verbrennung etwaiger flüchtiger Bestandteile des zu erwärmenden oder zu erhitzenden Gutes 8 zu ermög­ lichen, kann in jedem Abgaskamin 15 unten ein Nachbrenner 25 (siehe Fig. 2) angeordnet sein. Hierbei können im Abgas noch enthaltene brennbare Bestandteile zur Energiegewinnung ausgenutzt werden. Gleichzeitig wird die zur thermischen Nachverbrennung nötige zusätzlich über den Nachbrenner eingebrachte Energie sofort wieder zu Erhitzung der Verbrennungsluft durch die sich darüber befindlichen Wärme­ tauscher rekuperiert. Abgassysteme in Form der Abgaskamine, Wärmetauschersysteme und thermisches Nachverbrennungssystem sind also räumlich pro Brennerreihe zu einer baulichen Einheit zusammengefaßt. Außerdem kann eine Frischluftzu­ fuhreinrichtung z. B. in Form von Schiebern vorgesehen sein. Wenn die Anheizphase oder die Entgasphase des Gutes 8 abgeschlossen ist, kann der Nachbrenner 25 abgeschaltet werden und die eventuell vorhandenen Schieber bei Bedarf geschlossen werden.

In der Decke 140 des unteren Ofens 1 sind gemäß Fig. 3 eine oder mehrere Abgasöffnungen 150 angeordnet. Diese münden in Einlaßöffnungen 151 des Bodens 152 eines oder mehrerer auf dem Ofen 1 angeordneter oberer Öfen 30, die als Durchlauf-, Herdwagen-, Kammer- oder insbesondere als Rollenofen ausgebildet sein können.

Die Abgasöffnungen 150 können längs der Ofendecke 140 in Reihen entsprechend der Anordnung der oberen Öfen 30, vorzugsweise in einer Vielzahl kleinerer Öffnungen vorge­ sehen sein. In der Decke 153 des oberen Ofens 30 sind Auslaßöffnungen 154 vorgesehen. Jeder Auslaßöffnung 154 kann ein Abgaskamin 115 mit einem Wärmetauscher 116 zu­ geordnet sein oder es können mehrere Auslaßöffnungen 154 in je einem gemeinsamen Abgaskamin 115 mit Wärmetauscher 116 münden.

In den Wärmetauscher 116 mündet ein Kaltluftsammler 119, der Luft von Umgebungstemperatur, z. B. 20°C, durch die Rohre 117 des Wärmetauschers 116 drückt. Diese wird dabei auf ca. 300°C bis 600°C erwärmt und wird durch den Heißluftsammler 120 zu den Brennern 11 des Ofens 1 ge­ leitet.

Die Auslaßöffnungen 154 können auch, gegebenenfalls zu­ sätzlich, an den Seitenwänden 109 und/oder 110 des bzw. der Öfen 30 angebracht sein.

Vorzugsweise sind die Abgasöffnungen 150, die Einlaß­ öffnungen 151 und die Auslaßöffnungen 154 derart ins­ besondere unsymmetrisch angeordnet, daß im oberen Ofen 30 eine gute Verwirbelung der heizenden Gase auf­ tritt und eine gleichmäßige Erhitzung des Brenngutes 8.1 erreicht wird.

Oberhalb der Abgaskamine 115 ist zweckmäßig eine Ab­ gashaube 121 vorgesehen, über die durch entsprechenden Abstand vom Abgaskamin und/oder durch Zugregler wie Klappen oder Schieber, dem Abgas Frischluft zugemischt werden kann. Schließlich gelangen die Abgase in einen Abgassammler 122. Schließlich kann auch bei dieser Lösung den Abgaskaminen 115 je ein Nachbrenner 125 zugeordnet sein, um eventuelle brennbare Rückstände in den Abgasen, insbesondere Restkohlenwasserstoffe, noch zu ver­ brennen und den NO _x -Gehalt stark zu verringern.

Durch diese Anordnung wird eine besonders gute Er­ hitzung der oberen Öfen 30 erreicht. Außerdem wird durch die erst dann anschließenden Wärmetauscher 116 eine noch bessere Kühlung der Abgase erreicht und damit das Abgas­ volumen stark verringert. Dies wiederum erfordert klei­ nere Filteranlagen zur Einhaltung der Umweltschutz- Bedingungen. So werden z. B. wesentlich kleinere Kata­ lysatoren zur Verringerung der NO _x -Anteile benötigt und auch die Filter für die Fluoremissionen beim Brand von entsprechender Keramik können verkleinert werden.

Unabhängig von der Art der Öfen 1 und/oder 30 und der Art der Anordnung derselben oder der Abgaskamine 11 bzw. 115 kann gemäß der Erfindung ein Ofen, der einen Abgaskamin 15 bzw. 115 und einen darin befindlichen Wärmetauscher 16 bzw. 116 und einen den Abgaskaminen 15 bzw. 111 zugeordneten Nachbrenner 25 bzw. 125 aufweist, ein besonders schonender Brand von empfindlichem Brenn­ gut dadurch erreicht werden, daß beim Anfahren, d. h. bei Beginn des Brennprozesses eines Erhitzungsprozesses zuerst eine allmähliche Aufheizung vorgenommen wird. Diese erfolgt z. B. von Raum- oder Umgebungstemperatur auf etwa 200-300°C. Dies geschieht durch Anschalten der Nachbrenner 25 bzw. 125 und Eingabe der Frischluft über die Wärmetauscher 16 bzw. 116 zu den Brennern 11, ohne jedoch die Brenner 11 zuzuschalten. Hierdurch wird eine indirekte Aufheizung des Ofens 1 oder beider Öfen 1 und 30 durch die über die Wärmetauscher 16 bzw. 116 erhitzte Frischluft erreicht. Diese Erwärmung kann leicht gesteuert werden, so daß z. B. noch feuchtes oder organische Bindemittel enthaltendes Brenngut langsam getrocknet und von Bindemittel befreit wird. Das Brenngut kann daher nicht reißen oder zerspringen. Erst wenn dieser "Trocknungsprozeß" und gegebenenfalls ein Vorbrand bei niedriger Temperatur durchgeführt ist, werden die Brenner 11 gezündet und dann entsprechend einem gewünschten Temperaturprofil der Ofen 1 und/oder 30 hochgefahren. Der Garbrand etc. und Abkühlung er­ folgen danach ebenfalls nach gewünschten Temperatur­ profilen.

Claims (7)

1. Brennofen wie Kammerofen, Herdwagenofen oder Rollen­ ofen, insbesondere zum Brennen von Keramik, mit zumindest in den Längsseiten vorgesehenen Erhitzern zur Zufuhr von Energie in den Ofenraum, wenigstens einem Abgasabzug und einem vom Abgas durchströmten Wärmetauscher zur Aufheizung der Frischluft für wenigstens einen dem Ofen zugeordneten Brenner, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Ofen (1) wenigstens ein weiterer Ofen (30), insbesondere wenigstens ein Rollenofen (30), vorgesehen ist, und daß in der Decke (140) des unteren Ofens (1) wenigstens eine Abgasöffnung (150) vorgesehen ist, die in Einlaßöffnungen (151) im Boden (152) des oberen Ofens (30) übergeht oder mit dieser korre­ spondiert bzw. korrespondieren, daß der die oberen Öfen (30) wenigstens je eine Abgasauslaßöffnung (154) aufweisen, die in einen bzw. je einen mit einem Wärmetauscher (116) versehenen Abgaskamin (115) münden und durch den Wärmetauscher (116) dem bzw. den Brenner(n) 11) zuzufüh­ rende Frischluft erwärmbar ist.

2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Längsrichtung mehrere Auslaßöffnungen (154) in der Decke (153) des oberen Ofens (30) vorgesehen sind und jeder ein Abgaskamin zugeordnet ist.

3. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Längsrichtung mehrere Auslaßöffnungen (154) in der Decke (153) des oberen Ofens (30) vorgesehen sind und meh­ reren Auslaßöffnungen (154) ein gemeinsamer Abgaskamin (115) zugeordnet ist.

4. Ofen nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Abgasöffnungen (150), die Einlaßöffnungen (151) und Auslaßöffnungen (154) derart angeordnet sind, daß im oberen Ofen (30) eine Verwirbelung der Abgase des unteren Ofens (1) eintritt.

5. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abgaskamine (115) in einen Abgassammler (122) münden.

6. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß oberhalb der Abgaskamine (115) eine Abgashaube (12) vorgesehen ist, über die dem Abgas Frischluft zuführbar ist.

7. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß den Abgaskaminen (115) ein Nachbrenner (125) zugeordnet ist.