DE3918746A1 - Tunnelofen - Google Patents
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Description
Zur Wärmebehandlung von Produkten, z.B. zum Brennen von
Ziegeln, haben sich Tunnelöfen durchgesetzt, die einen durchge
henden Behandlungskanal in Form eines Tunnels besitzen, wobei
sich im Behandlungskanal zwischen Ofeneinfahrt und Ofenausfahrt
eine Aufheizzone, eine Brennzone und eine Kühlzone befinden. Die
zu brennenden Gegenstände werden von der Ofeneinfahrt auf Wagen
mit feuerfester Plattform und Dichtung stehend zur Ofenausfahrt
transportiert, wobei in der Brennzone durch Energiezufuhr das für
den Ablauf des Verfahrens notwendige Temperaturniveau hergestellt
wird. Im Gegenstrom zu den Gegenständen wird ein an der Ofenaus
fahrt eingeblasener oder eingesaugter Luftstrom durch den Behand
lungskanal hindurchgeleitet, der einen Teil der Verbrennungsluft
liefert und in der Brennzone in einen Rauchgasstrom übergeht.
Dieser Rauchgasstrom erwärmt den zur Brennzone geführten Produkt
strom, wodurch sich innerhalb der Produkte von der Tunneleinfahrt
bis zur Brennzone eine stetig ansteigende Temperatur ergibt. Der
Luftstrom von der Ofenausfahrt zur Brennzone kühlt den ausgehen
den, also fertig gebrannten Produktstrom, stetig ab, wobei die
freiwerdenden Wärmemengen eine Vorwärmung dieses Luftstroms be
wirken. Ziel dieses Gegenlaufs von Produktstrom und Gasen ist es,
den Wärmeinhalt aus den gebrannten Produkten hinter der Brennzone
auf die ungebrannten Produkte vor der Brennzone zu übertragen, um
den erforderlichen Energieverbrauch des Ofens zu minimieren.
Dieses Ziel wird jedoch nur unvollkommen erreicht. Die
Praxis an solchen Gegenstrom-Tunnelöfen zeigt, daß etwa ein
Drittel der zugeführten Energie an der Ofeneinfahrt als Abgasver
lust entweicht und ein weiteres Drittel mit der Restwärme der ge
brannten Ware nach Verlassen der Ofenausfahrt verloren geht, so
daß nur etwa ein Drittel der Energie für den Prozeß nutzbar ist.
Zur Vermeidung dieser Verluste bei Gegenstrom-Tunnelö
fen mit einem Behandlungskanal sind Tunnelöfen mit zwei Behand
lungskanälen, sogenannte Gegenlauföfen, entwickelt worden
(DE-OS 25 51 811, DE-OS 30 42 708). Bei diesen Gegenlauföfen wer
den die beiden Behandlungskanäle nebeneinander so angeordnet, daß
die Aufheizzone des einen Behandlungskanals der Kühlzone des an
deren Kanals benachbart ist, wobei die in der Kühlzone des einen
Kanals freiwerdende Wärme in einem quer zur Längsachse der Kanäle
verlaufenden Strom auf die Aufheizzone des anderen Kanals über
tragen wird, so daß ein Großteil der zur Aufheizung auf die Be
handlungstemperatur innerhalb der Brennzone verwendeten Wärmemen
gen wiedergewonnen wird.
Gegenlauföfen sind jedoch nur dann wirtschaftlich sinn
voll, wenn eine entsprechende Auslastung möglich ist. Ist diese
nicht gegeben, lohnt sich nicht der Ersatz eines Einkanalofens
durch einen Gegenlaufofen. Ein Umbau eines Einkanalofens, selbst
wenn er sich noch in einem guten technischen und baulichen Zu
stand befindet, ist ohnehin nicht möglich.
Für den Betreiber eines Einkanal-Tunnelofens verbleibt
also das Problem der hohen Wärmeverluste.
Ausgehend von einem Tunnelofen zur Wärmebehandlung von
Produkten, bei dem sich im Behandlungskanal zwischen Ofeneinfahrt
und Ofenausfahrt eine Aufheizzone, eine Brennzone und eine Kühl
zone befinden, und bei dem Transportwagen mit darauf gestapelten
Produkten und die an der Behandlung beteiligten Gase den Behand
lungskanal im Gegenstrom durchlaufen, liegt der Erfindung die
Aufgabe zugrunde, einen Tunnelofen zu schaffen, der sich nicht
nur durch eine optimale Wärmeausnutzung, sondern auch durch gute
Abgaswerte auszeichnet.
Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch
gelöst, daß eine externe, als Wärmetauscher ausgebildete Leitung
vorgesehen ist, über die Umwälzgase aus der Aufheizzone zur Kühl
zone in einem Kreislauf rückführbar sind, und daß die Leitung in
einem Trockner, den die Produkte durchlaufen, bevor sie in den
Behandlungskanal eintreten, so angeordnet ist, daß die Umwälzgase
im Gegenstrom zu den Rohlingen verlaufen.
Die erfindungsgemäße Maßnahme hat den Vorteil, daß ein
großer Teil der sonst verlorenen Energie zum Trocknen der Rohlin
ge eingesetzt werden kann und damit Energie eingespart wird, die
man sonst zusätzlich zum Trocknen der Rohlinge zuführen müßte.
Dadurch, daß den zurückgeführten Umwälzgasen ein großer Teil
ihrer Wärme im Wärmetauscher entzogen wird, ist ihre Temperatur
erheblich niedriger als die der Gegenstände in der Kühlzone, so
daß sie als Kühlmedium auf die Gegenstände wirkt und entsprechend
weniger Frischluft für die Kühlung der den Behandlungskanal ver
lassenden Gegenstände benötigt wird.
Durch die Rückführleitung bleiben die Umwälzgase von
der Atmosphäre im Trockner getrennt. Hierdurch wird vermieden,
daß Volumen und Zusammensetzung der Umwälzgase durch Wasserdampf
oder Warmluft aus dem Trockenprozeß verfälscht werden, oder daß
Schadstoffe aus den Umwälzgasen sich durch Kondensation auf der
nassen, kalten Oberfläche der Rohlinge absetzen können. Die im
Trockenkanal liegende Umwälzgas-Rückführleitung wirkt ferner wie
eine Innenheizung, bei der also die zur Trocknung erforderliche
Energie ganz oder teilweise im Inneren des Trockners erzeugt
wird. Eine solche Innenheizung hat den Vorteil, daß dann die
Trocknung sehr energiesparend verläuft und besonders gut geregelt
werden kann.
Ein sehr wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt aber
darin, daß die Umwälzgase in einem Kreislauf zurückgeführt wer
den, so daß nur ein Bruchteil der Umwälzgase als Abgas an die
Atmosphäre abgegeben wird und durch eine entsprechend geringere
Menge an Frischluft ersetzt werden muß.
Dabei ist es zweckmäßig, Ventilationsmittel vorzusehen,
mit denen die rückführbare Gasmenge so einstellbar ist, daß etwa
90% der Gasmenge in die Kühlzone gelangen und etwa 10% der Gas
menge hinter dem Wärmetauscher und vor Erreichen der Kühlzone aus
dem Kreislauf als Abgas austreten. Im Durchschnitt wird somit je
der Kubikmeter Gas zehnmal im Kreislauf umgewälzt, bevor er als
Abgas abfließt. Das Abgas wird ferner an der kühlsten Stelle des
Kreislaufs abgeführt, so daß auch die Abgaswärmeverluste klein
gehalten werden.
Wenn dann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung in
der Zuführung vor der Aufheizzone in die externe Leitung noch
eine Rauchgas-Reinigungsvorrichtung angeordnet wird, passiert das
Umwälzgas auch zehnmal vor dem Austritt die Abgasreinigung, so
daß die emittierte Schadstoffmenge extrem reduziert wird und ohne
Schwierigkeiten die behördlichen Abgasvorschriften eingehalten
werden können.
Von Vorteil ist es ferner, wenn der Rauchgas-Reinigungs
vorrichtung vor dem Eingang in die externe Leitung eine Nachver
brennungskammer nachgeschaltet wird. Normalerweise wird nämlich
der Abgasstrom auf dem Weg von der Brennzone bis zum Kamin mit
Schadstoffen, die beim Brennen aus organischen und anorganischen
Stoffen der Gegenstände entstehen, und in der Aufheizzone mit
flüchtigen brennbaren Anteilen, wie Kohlenwasserstoffen, angerei
chert, so daß die Atmosphäre entsprechend belastet wird und dem
Ofen potentielle Verbrennungsenergie verloren geht. Nicht nur
dies wird durch die Nachverbrennungskammer verhindert, sondern es
wird zusätzlich dafür gesorgt, daß die bei der Nachverbrennung
freiwerdende Wärme dem Trockenprozeß zugeführt wird.
Ein vorhandener Tunnelofen läßt sich ohne Schwierigkei
ten in der erfindungsgemäßen Weise nachrüsten. Dabei kann der
Trockner als Tunneltrockner mit einem oder mehreren Kanälen oder
als Kammertrockner mit mehreren Kammern ausgebildet sein. Die als
Wärmetauscher ausgebildete Leitung sollte dann so geführt werden,
daß sie alle Kanäle bzw. Kammern beheizt, wobei die Führung zick
zackförmig in einer Linie erfolgen kann oder die Leitung in meh
rere Stränge aufgeteilt wird.
Vorzugsweise werden Tunnelofen und Trockner in einem
gemeinsamen Baukörper angeordnet. Daraus ergeben sich als zusätz
liche Vorteile ein geringerer Wandverlust, ein niedrigerer Wärme
verbrauch bei beiden Einheiten, kürzeste Wege für den Wärmetrans
port vom Ofen zum Trockner, ein geringstmöglicher Platzbedarf und
niedrige Baukosten für beide Einheiten.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der
Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher
erläutert.
Der dargestellte Tunnelofen 1 enthält einen Behand
lungskanal 2, der zwischen der Ofeneinfahrt 3 und der Ofenaus
fahrt 4 eine Aufheizzone A, eine Brennzone B und eine Kühlzone K
enthält. Die zu behandelnden Produkte werden auf zu Produktsta
peln zusammengefaßten Einheiten auf Transportwagen 5 von der
Ofeneinfahrt 3 in Richtung des Pfeiles 6 zur Ofenausfahrt beför
dert. Im Gegenstrom zu den Transportwagen verlaufen in Richtung
der Pfeile 9 Umwälzgase, die in der Kühlzone durch einen Ventila
tor 7 angesaugt und in der Aufheizzone durch einen Ventilator 8
abgesaugt werden.
Während bei einem üblichen Gegenlauf-Tunnelofen die
abgesaugten Umwälzgase in den Kamin geleitet werden und dadurch
mit verhältnismäßig hoher Temperatur in die Atmosphäre entwei
chen, sieht die Erfindung vor, diese Umwälzgase aus der Aufheiz
zone über eine Leitung 10 zur Kühlzone K in einem Kreislauf über
den Ventilator 7 zurückzuführen, wobei nicht dargestellte Ein
stellmittel vorgesehen sind, mit denen die rückführbare Gasmenge
so einstellbar ist, daß etwa 90% der Gasmenge in die Kühlzone
gelangen und etwa 10% vor Eintritt in die Kühlzone aus dem
Kreislauf als Abgas abgeführt wird, was durch den Pfeil 15 ange
deutet ist. Die Leitung 10 ist als Wärmetauscher ausgebildet und
befindet sich in einem Trockner 11, durch dessen Trockenkanal 12
die mit nassen Rohlingen bestückten Transportwagen 5 von rechts
nach links befördert werden, von wo sie in die Aufheizzone des
Tunnelofens 1 überführt werden. Der Wärmetauscher gibt die Rest
wärme der Umwälzgase durch Strahlung und Konvektion an den Trock
ner ab. Die Heizfläche des Wärmetauschers kann durch bekannte
Mittel, wie Rippen, Nadeln, Noppen, Sicken und dergl. vergrößert
werden. Durch die Rohrleitung bleiben die Umwälzgase von der
Trockneratmosphäre getrennt.
Die Umwälzgase, die den Trockner im Gegenstrom zu den
Transportwagen durchlaufen, werden beim Durchgang durch den
Trockner abgekühlt, so daß sie anschließend durch den Ventilator
7 als wirksames Kühlmedium in die Kühlzone K nahe der Ofenaus
fahrt eingeblasen werden können.
Vor dem Eintritt in den Trockner 11 passieren die Um
wälzgase eine Rauchgasreinigung 13, z.B. einen Kalk-Schüttschicht-
Filter. Die Reinigung vor dem Eintritt in den Trockner vermeidet
die Kondensatbildung aggressiver Stoffe wie Schwefelsäure,
schweflige Säure, Flußsäure und das Auftreten von Korrosions
schäden an der Leitung 10 und den Ventilatoren bei der Abkühlung
der Umwälzgase während des Durchgangs durch den Trockner. Ferner
enthalten die an der Ofenausfahrt als Kühlmedium wieder eingebla
senen Umwälzgase keine Bestandteile, die sich auf der Oberfläche
der gebrannten Ware niederschlagen und diese verfärben oder be
schädigen könnten. Durch die Kreislaufbewegung der Umwälzgase und
die Abführung nur jeweils des zehnten Teils in den Kamin passiert
das Rauchgas im Durchschnitt zehnmal die Rauchgasreinigung, bevor
der Austritt erfolgt. Damit wird die emittierte Schadstoffmenge
extrem reduziert.
Die Abgasmenge ergibt sich aus der zugeführten Brenn
stoffmenge, der hierfür notwendigen Verbrennungsluftmenge und der
erzeugten Verbrennungsprodukte. Ein Luftüberschuß ist nicht not
wendig. Im Gegensatz dazu erfordert das Gegenstromverfahren in
normalen Tunnelöfen einen ca. sechsfachen Luftüberschuß. Dort er
gibt sich nämlich der Luftdurchsatz nicht aus der zu verbrennen
den Brennstoffmenge, sondern aus der für den Gegenstrom-Wärme
tausch notwendigen Wärmetransportkapazität der Luft. Da die
spezifischen Wärmen von Luft und Keramik etwa gleich sind, müssen
theoretisch je kg Brenngut ein kg Luft im Gegenstrom bewegt wer
den. In der Praxis werden wegen der unvermeidlichen Falschluft
zwei und mehr kg durchgesetzt. In der gleichen Größenordnung
strömt im erfindungsgemäßen Ofen das Umwälzgas als Gegenstrom-
Wärmetauschermedium, hier aber nicht vorn herein und hinten her
aus, sondern im geschlossenen Kreislauf. Dadurch ergibt sich eine
Abgasmenge, die etwa einem Zehntel der Abgasmenge eines normalen
Tunnelofens entspricht. Entsprechend niedrig ist der Abgasver
lust. Beim normalen Tunnelofen gehen ca. 35% der eingebrachten
Energie verloren. Beim erfindungsgemäßen Ofen sind es 3,3%, wenn
man von gleichen Abgastemperaturen von ca.150°C ausgeht. Da
durch, daß die Abgase an der kältesten Stelle des Kreislaufs,
also nach Passieren des Trockners und vor Wiedereintritt in den
Ofen entnommen werden, wo die Abgastemperatur bei etwa 30°C
liegt, beträgt der Abgasverlust dann weniger als 1% der einge
setzten Energie und ist damit außergewöhnlich niedrig.
Vorzugsweise wird der Rauchgasreinigung 13 noch eine
Nachverbrennungskammer 14 nachgeschaltet, die zwei Funktionen
ausübt, nämlich einmal die im Umwälzgas vorhandenen unverbrannten
Bestandteile, die normalerweise mit dem Abgas den Ofen verlassen,
nachzuverbrennen, und zum anderen die durch die Verbrennung ge
wonnene Energie im Wärmetauscher als Trockenwärme nutzbar zu ma
chen.
Sofern der Trockenwärmebedarf aus dem Umwälzgas nicht
ausreichen sollte, kann das noch bestehende Wärmedefizit durch
Zufuhr von Heißluft von außen, z.B. von einer Zusatzheizung,
durch eine Innenheizung im Trockner oder durch Einspeisen eines
oder mehrerer Heizgasströme aus der Brennzone oder den heißen
Bereichen des Ofens gedeckt werden.
Zweckmäßig ist es jedoch, am Ende der Kühlzone K Venti
lationsmittel 16 vorzusehen, mit denen dort Frischluft eingebla
sen wird, so daß dort die gebrannten Produkte weiter abgekühlt
werden und die zugeführte Frischluft erwärmt wird. Durch Ventila
tionsmittel 17 wird ferner aus dem Bereich der zugeführten
Frischluft am Ofenausgang 4 die erwärmte Ofenluft in Richtung des
Pfeils 18 abgesaugt und in den Ausgang des Trockners 11 eingelei
tet, dessen Kanal 12 sie im Gegenstrom zu den Transportwagen 5 in
Richtung der Pfeile 19 durchläuft, um so beim Trocknen der Roh
linge entstandenen Wasserdampf abzuführen. Ventilationsmittel 19
sorgen dafür, daß die mit Wasserdampf angereicherte Luft am
Trocknereingang aus dem Behandlungskanal 12 abgesaugt und an die
Umwelt abgegeben wird.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel verläuft der
Trockner 11 parallel zum Tunnelofen 1, wobei beide Einheiten in
einem gemeinsamen Baukörper angeordnet werden, um Wärmeverluste
zu vermeiden.
Die zu trocknenden Rohlinge können schon bei der Form
gebung an der Presse auf Ofenwagen gesetzt werden und sodann den
Trockner und den Ofen ohne Umladung durchfahren. Dabei entfallen
die Transport-, Umsetz- und Stapelautomaten, die man normalerwei
se zwischen Trockner und Ofen einsetzen muß. Diese Maschinen sind
teuer, kompliziert und störanfällig.
Claims (5)
1. Tunnelofen zur Wärmebehandlung von Produkten, bei dem
sich im Behandlungskanal zwischen Ofeneinfahrt und Ofenausfahrt
eine Aufheizzone, eine Brennzone und eine Kühlzone befinden, und
bei dem Transportwagen mit darauf gestapelten Produkten und die
an der Behandlung beteiligten Gase den Behandlungskanal im Gegen
strom durchlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß eine externe, als
Wärmetauscher ausgebildete Leitung (10) in einem Trockner (11),
den die Produkte als Rohlinge durchlaufen, bevor sie in den Be
handlungskanal (2) eintreten, so angeordnet ist, daß die Umwälz
gase im Gegenstrom zu den Rohlingen verlaufen.
2. Tunnelofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
Ventilationsmittel (7, 8) vorgesehen sind, mit denen die rück
führbare Gasmenge so einstellbar ist, daß etwa 90% der Gasmenge
in die Kühlzone (K) gelangen und etwa 10% der Gasmenge hinter
dem Wärmetauscher (10) vor Erreichen der Kühlzone (K) aus dem
Kreislauf als Abgas austreten.
3. Tunnelofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß in der Zuführung zu der externen Leitung (10) eine
Rauchgasreinigungsvorrichtung (13) angeordnet ist.
4. Tunnelofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Rauchgasreinigungsvorrichtung
(13) vor dem Eingang in die externe Leitung (10) eine Nachver
brennungskammer (14) nachgeschaltet ist.
5. Tunnelofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Tunnelofen (1) und der Trockner
(11) in einem gemeinsamen Baukörper angeordnet sind.
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DE3918746A1 true DE3918746A1 (de) | 1990-12-20 |
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DE (1) | DE3918746A1 (de) |
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1990
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- 1990-06-08 DD DD34146890A patent/DD295013A5/de not_active IP Right Cessation
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: RIEDEL, RUDOLF, 21227 BENDESTORF, DE |
|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |