DE3632918A1 - Tunnelofen mit nebenstrom-nachverbrennung - Google Patents

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Tun­ nelofens, bei dem das Ofengas im wesentlichen im Gegenstrom zum Brenngut geführt wird, jedoch in der Aufheizzone im Nebenstromverhältnis. Das Aufheizen des Brenngutes, insbe­ sondere von brennstoffhaltigen Besätzen erfolgt daher direkt oder indirekt von der Nebenstromleitung aus, aus der auch mindestens ein großer Teil des Abgasstromes, welcher in die Atmosphäre gelangt, entnommen wird.

Stand der Technik

Das Verfahren DE-OS 26 53 118 offenbart die Führung des Ofengases in der Anwärm- und Brennzone im Gleichstrom zum Brenngut mit Abfuhr des Ofengases nach der Brennzone. Die dort entnommenen Ofengase werden teilweise in die Gleich­ strombewegung der Anwärmzone eingespeist und teilweise unter Abkühlung in den Kamin geführt. Die Trennung von Rauchgas und Reinluft in der Kühlzone ist zu spät und läßt sich nicht sicherstellen, so daß Rauchgase in die Trockner­ leitung (11) gelangen können. Dem könnte nur entgegengewirkt werden durch Mitnahme erheblicher Kühlluftmengen in der Ab­ gasleitung (7), was aber die Abgasmenge unwirtschaftlich er­ höhen würde, infolge Sauerstoffanreicherung.

Sollen in diesem Ofen z. B. abwechselnd porosierte und nicht porosierte Erzeugnisse gebrannt werden, so entstehen bei ersteren ein ungeheuerer Brennstoffaufwand bei der Gleich­ stromaufheizung gegenüber der für solche Fälle üblichen Gegenstromerwärmung des Brenngutes. Schon alleine die gro­ ßen Brennerluftmengen hierzu im unteren Temperaturbereich des Ofens verschlingen unerträglich große Heizleistungen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik und noch nicht bekannt­ gewordener Verfahren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrun­ de, einen Tunnelofen und Brennverfahren so zu gestalten bzw. zu gliedern, daß eine möglichst variable Betriebsweise mög­ lich ist, unter höchster Wirtschaftlichkeit.

Es sollen mit dem erfindungsgemäßen Ofen sowohl brennstoff­ haltige Formlinge aus brennstoffhaltigen Tonen oder Tonmi­ schungen als auch nicht brennstoffhaltige Formlinge wirtschaft­ lich gebrannt werden können.

Bei ersteren Produkten erfolgt die Beheizung der Anwärmzone im Parallelstrom über eine Nebenstromleitung, bei letzteren ist ein Aufheizen des Brenngutes im Gegenstrom vorzuziehen.

Das erfindungsgemäße Verfahren mit Tunnelofen zur Durchfüh­ rung des Verfahrens soll wenigstens einige der nachfolgenden Eigenschaften aufweisen:

• 1. Der Ofen soll eine einfache Verfahrensführung ermög­ lichen.
• 2. Trennungsprobleme von Rauchgas und Reinluftbereichen im Ofen sollen nicht entstehen.
• 3. Das Abgas soll auch bei höchsten Formlings-Brennstoff- Gehalten thermisch gut gereinigt dem Ofen entnommen werden.
• 4. Das Abgas darf nur geringen Luftüberschuß aufweisen, um bei erforderlicher hoher Abgasentnahmetemperatur unnöti­ ges Abwärmeaufkommen daraus zu vermeiden.
• 5. Gas oder Ölbrennerbeheizung und Primärlufteinsatz über Brenner soll eingeschränkt werden zur Minimierung des Abgasvolumens.
• 6. Eine variable Anwärm- und Brennkurvengestaltung, insbe­ sondere Verlängerung oder Verkürzung dieser Zonen muß möglich sein durch Vermeidung fixierter Gasentnahmestel­ len am Ofen mit festen Temperaturpunkten.
• 7. Die in der Anwärmzone entstehenden Schwelgase lokal zur Verbrennung und Wärmewirksamkeit zu bringen, ohne sie in andere Ofenzonen führen zu müssen, wo dann eine Wärme­ überlastung eintreten könnte, etwa über ca. 750°C.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des Hauptanspruchs sowie der Unteransprüche.

Eine vorzuziehende Ausführungsform des Erfindungsgedankens zielt darauf ab, in der Anwärmzone des Ofens auf seither übliche Primärluft verbrauchende Hochgeschwindigkeitsbrenner weitgehend zu verzichten, um ein kleinstmögliches Abgas­ volumen zu erzielen.

Ferner soll die Brennguterwärmung möglichst weit vorange­ trieben werden, ohne dabei das Abgasvolumen erhöhen zu müssen.

Ein weiteres Ziel ist eine gegenüber Gegen- oder Gleichstrom in der Anwärmzone erweiterte Möglichkeit der Anwärmkurven­ gestaltung bei variablen Brenngutbesätzen und unterschied­ lichen und auch besonders hohen Brennstoffgehalten der Brenn­ besätze.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt dadurch, daß vom Hochtem­ peraturbereich des Ofens eine isolierte, beheizbare oder kühlbare Leitung parallel zum Ofenkanal in Richtung Ofenein­ gang geführt wird.

Diese Leitung wird mit heißem Ofengas vorzugsweise aus der Brennzone oder auch anderer genügend hoch temperierter Ofen­ zonen gespeist. Mit diesen heißen Ofengasen (Nebenstrom) werden im Anwärmzonenbereich der Brennbesatz zonenweise im Parallelstromverfahren hochgeheizt. Im Endbereich der Neben­ stromleitung sind Wärmetauscher angeordnet, welche das Ab­ gas vor Austritt in die Atmosphäre abkühlen. Ferner werden die Wärmetauscher zweckmäßig dazu eingesetzt, um auf indi­ rekte Weise die erste Erwärmungsstufe des Brenngutes vorzu­ nehmen, damit bei hoher Erwärmung gleichzeitig jeglicher Schwelgasverlust vermieden wird.

- Kurzbeschreibung der Zeichnungsabbildungen -

Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfin­ dung anhand der Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen sind gleiche Teile im wesentlichen mit gleichen Bezugs­ zeichen versehen, die sich untereinander nur durch Hoch­ striche unterscheiden. Es zeigt

Fig. 1 das Schema einer Ausführungsform mit Verfahrens­ weise beim Einsatz für das Brennen von brennstoff­ haltigen Formlingen oder Brennbesätzen,

Fig. 1a zugehörige Brennkurve als Beispiel,

Fig. 2 das Schema einer Ausführungsform mit Verfahrens­ weise beim Einsatz für das Brennen von im wesent­ lichen nicht brennstoffhaltigen Besätzen,

Fig. 2a zugehörige Brennkurve als Beispiel,

Fig. 3 beispielhaft die möglichen Temperaturverlaufs­ kurven des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung

Zunächst die Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 1a:

Im Brennkanal (1) des Tunnelofens laufen Brennwagen ( 2) oder andere Fördermittel in Richtung des Pfeiles (3). Dem Tunnel­ ofen ist ein Vorwärmer (4) vorgeschaltet, der vorzugsweise indirekt beheizt wird, und zwar vom Wärmetauscher (5) der von Ofenabgas durchströmt wird. Der am Ausgang des Tunnelofens in diesen zur Brenngutkühlung eintretende Kühlluftstrom (6) gelangt in die Hauptbrennzone (7) und wird mindestens teil­ weise als heißer Nebenstrom (8) dem Brennkanal entnommen und entlang des Ofens in einer Nebenstromleitung (9) in Richtung Ofeneingang geführt. Zweckmäßig wird das heiße Nebenstromgas über einen Wärmetauscher (5) geführt, mittels dem über Heiz­ kreise (10) das Brenngut im Vorwärmer und dem ersten Ab­ schnitt der Anwärmzone des Ofens erwärmt wird. Die Beheizung des übrigen, wärmeren Teils der Anwärmzone wird über Quer­ stromleitungen (11) aus der Nebenstromleitung (9) über För­ dereinrichtungen (12) vorgenommen. Durch Querstromrücklei­ tungen (13) werden die im Ofen entstehenden Schwelgase in die Nebenstromleitung überführt und im wesentlichen dort auch verbrannt. Durch die so gebildeten Querstromumläufe dient die hochtemperierte Nebenstromleitung als Nachverbren­ nungsraum für die in der jeweiligen Anwärmzone entstehenden Schwelgase, die im Ofen selbst nicht zünden, weil das Brenn­ gut noch nicht heiß genug ist. Die Fördereinrichtungen (12) werden zweckmäßig mit Umwälzkanälen (14) aus dem Brennkanal verbunden, um Umwälzeffekte zu erreichen und die Temperatur der Fördereinrichtungen (12) nach oben zu begrenzen. Es ist vorgesehen, die Nebenstromleitung mittels Brennstofflanzen oder Brennern (15) zu beheizen oder mit Luft oder abgekühltem Abgas von hinten den Wärmetauscher erforderlichenfalls zu kühlen. Die aus dem Hochtemperaturbereich des Ofens mit heißem Ofengas versorgte Nebenstromleitung wird vorzugs­ weise mit einer Temperatur von über 700°C betrieben, um die Verbrennung der im Querstrom aus den einzelnen Anwärmzonen­ abschnitten in diese eintretenden Schwelgase sicherzustellen. Die reichlich bemessene Nebenstromleitung weist heiße Innen­ wandungen auf und sichert damit eine genügende Verweilzeit und damit eine gute thermische Reinigung der im Brennkanal nicht verbrannten Schwelgase. Das aus dem Hochtemperaturbereich in die Nebenstromleitung eintretende heiße Ofengas enthält noch reichlich Sauerstoff, so daß zur Aufheizung dieses Gases nur wenig Verbrennungsluft über die Brennstofflanzen (15) zuge­ setzt werden muß. Bei einem Nebenstromheißgas von z. B. 1100°C ist auch gering temperiertes Schwelgas in der Neben­ stromleitung gut zu verbrennen. Eine Temperaturverminderung von dem Wärmetauschereintritt auf etwa 800 bis 850°C genügt im allgemeinen für ein organisch sauberes Abgas. Durch das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich in der Anwärmzone des Ofens abschnittsweise Gleichstrom, Gegenstrom oder stagnie­ render Längsstrom einstellen. Daraus resultiert ein sehr breites Spektrum bezüglich Gestaltung der Anwärmkurve für das Brenngut im Ofen, wie dies bei Gegenstrom unter starker Porosierung überhaupt nicht und bei Gleichstrom schwer er­ reichbar ist.

Fig. 1 zeigt eine Anwärmkurve mit abschnittsweise verlang­ samter Anwärmung des Brenngutes, wie es oft wünschenswert ist, um Anwärmschäden zu vermeiden (Kristallwasserausteilung, Quarzsprungbereich). Vorteilhaft gegenüber allen Rauchgas­ rückführsystemen ist die unbehinderte Kühlluftentnahme (16) aus der Kühlzone des Ofens sowie die sauerstoffreiche Haupt- und Endbrennphase, welche ein reinfarbiges Brenngut ergibt.

In Fig. 1a bedeuten beispielhaft:

• 17 = Vorwärmerbereich
  18 = Anwärmzone
  19 = Hauptbrennzone
  20 = Kühlzone

Der erfindungsgemäße Universalofen eignet sich wegen des je­ derzeitig möglichen teilweisen oder völligen Stillsetzung oder Zuschalten seiner Nebeneinrichtungen, wie Nebenstromlei­ tung, Wärmetauscher, Querstromleitungen, Fördereinrichtungen, zum Brennen von unporosierten Erzeugnissen, wobei die Anwärm­ zone dann vorzugsweise im Gegenstrom in konventioneller Art durchströmt wird.

Es sind auch alle Arten von Mischbetrieb möglich, je nachdem, wie weit die thermische Abgasreinigung erforderlich ist.

In Fig. 2 ist ein Ofen vorgenannter Betriebsweise darge­ stellt, wobei die Länge der Strömungspfeile 30 und 31 bei­ spielsweise die Größe der Förderströme im Ofen und in der Nebenstromleitung darstellen. Eine Umgehungsleitung 32 führt das Abgas in die Abgasleitung hinter dem Wärmetauscher (5) wieder ein. Die übrigen Nebeneinrichtungen sind der Über­ sichtlichkeit wegen in die Fig. 2 nicht eingezeichnet.

Fig. 2a stellt eine beispielhafte Brennkurve zur Betriebs­ weise nach Fig. 2 dar.

In Fig. 3 sind einige Brennkurven dargestellt, um die Brenn­ kurvenvariabilität der Neuerung zu erkennen, welche durch die wechselweise Querstromeinspeisung und Entnahme von Ofengas bzw. Gas aus der Nebenstromleitung gegründet ist, und das Erübrigen einer fixierten Abgasentnahmestelle aus dem Ofen.

Es bedeuten

• a, b, c = verschiedene mögliche Brennkurven
  41 = symbolisch die Nebenstromleitung

Claims (11)

1. Verfahren zum Betrieb eines Tunnelofens, bei dem das Ofengas mindestens in der Kühlzone im Gegenstrom zum Brenngut ge­ führt wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der An­ wärmzone eine mit heißem Ofengas versorgte Nebenstromleitung angeordnet wird, aus der über Fördereinrichtungen die Anwärm­ zone beheizt wird und Ofengas aus der Anwärmzone in umge­ kehrter Richtung in die Nebenstromleitung zur thermischen Nachreinigung geführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ofengas in der Anwärmzone des Ofens im wesentlichen im Quer­ strom, teilweise im Gegen- und/oder Gleichstrom strömt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 + 2, dadurch gekennzeichnet, daß das in die Atmosphäre gelangende Ofenabgas mindestens teilweise aus der Nebenstromleitung entnommen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das der Nebenstromleitung entnommene in die Atmosphäre abzuführen­ de Abgas vorher über Wärmetauscher geführt und dort abgekühlt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Abschnitt der Brennguterwärmung mittels Wärme aus den Wärmetauschern versorgt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenstromleitung mit Brennstofflanzen oder Brennern ganz oder abschnittsweise beheizbar ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenstromleitung ganz oder abschnittsweise mit Luft oder ab­ gekühltem Abgas von nach dem Wärmetauscher gekühlt wird.

8. Verfahren zur Durchführung nach Anspruch 1-7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine mindestens im Bereich der Anwärmzone geführte Nebenstromleitung für heißes Ofengas am Hochtem­ peraturbereich des Ofens angeschlossen ist und daraus mit heißem Ofengas gespeist wird.

9. Tunnelofen nach Anspruch 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende des Wärmetauschers mindestens ein Wärmetauscher (Rauchgas - Lufterhitzer und/oder Heizkessel) angeordnet ist und in Fortsetzung davon die Abgase in die Atmosphäre geführt werden, erforderlichenfalls über Filtereinrichtungen.

10. Tunnelofen nach Anspruch 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß Querstromleitungen zwischen Nebenstromleitungen und der An­ wärmzone angeordnet sind, die mindestens teilweise mit För­ dereinrichtungen sowie Umwälzeinrichtungen ausgestattet sind zur Gasförderung.

11. Tunnelofen nach Anspruch 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß alle Einrichtungen, Einführungen, Anschlüsse, Leitungen mehrfach vorhanden sind.