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Ofen mit fortlaufender Beschickung, insbesondere Emailbrennofen Vorliegende
Erfindung bezieht sich auf die Ausgestaltung und den Betrieb von Ofen mit flaminengasfreiem
Nutzraum und fortlaufender Beschickung, insbesondere Emailbrennöfen, nach Patent
656 618.
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Es soll durch vorliegende Erfindung die Wärmeübertragung von dem Ofen
auf das zu erwärmende Gut, wie z. B. das Brenngut bei Emaillieröfen, verstärkt und
beschleunigt- sowie die Wärmeverluste vermindert werden, besonders durch Wärmerückgewinnung
und Verminderung von nutzlosem Austritt warmer Luft aus dem Ofen. Der Vernichtung
der der Hitze ausgesetzten Ofenteile soll nicht nur entgegengewirkt werden, sondern
die zerstörende Wirkung der Hitze in nutzbringende verwandelt werden. Durch die
Erfindung soll aber nicht nur eine Erhöhungdes Wirkungsgrales und der- Lebensdauer
des Ofens sowie eine Verbesserung der Arbeitsbedingungen erreicht werden, sondern
es soll auch eine bessere Ware und günstigere Wirtschaftlichkeit bei kürzeren undbilligeren
Ofen erreicht werden. Es 'sollen Baustoffe und besonders ausländische Rohstoffe
gespart werden. Auch soll die Leistung, Dauerliaftiglceit und Betriebssicherheit
der Wärmerückleiter (der Rekuperatorcn) erhöht werden: Dies wird erfindungsgemäß
durch ein oder mehrere Gebläse ro erreicht, welche so angeordnet sind, daß Wärme
von Ofenteilen, die ihre Wärme nicht auf das Brenngut ausstrahlen, 16 und 2r, auf
das einfahrende Gut im Vorraum des Ofens übertragen wird, wobei gegebenenfalls der
Gebläsewind im Nutzraum des Ofens einen derartigen Dauerumlauf der Luft bewirkt,
daß dieser den Auftriebsströmungen, insbesondere beim Fahrschlitz, in der Ofendecke,
entgegenwirkt. Bei Ofen mit flammengasfreiem Nutzraum wird in diesem die Wärme von
den Heizkörpern, Heizplatten oder Muftelwänden vorwiegend durch Strahlung auf das
zu erwärmende Gut übertragen. Besonders 'bei feuerbeheizten Öfen treten aber außer
an diesen Heizflächen auch anderweitig hohe Temperaturen auf. ohne daß von diesen
Stellen die Wärme auf das Brenngut gestrahlt wird, sei es, daß die Lage es nicht
zuläßt oder daß die Temperatur daselbst geringer ist als die Brenntemperatur. Von
derartigen Stellen wird nun erfindungsgemäß durch Gebläsewind die Warme auf das
Brenngut übertragen. Durch Luftunrspülung wird besonders bei Temperaturen, die unter
der Brenntemperatur liegen, die Wärmeübertragung sehr gefördert sowohl an den wärmeabgebenden
Ofenteil als auch bei der Übertragung auf das Brenngut. 1,etzteres erfolgt entsprechend
der vorliegenden Erfindung in einem Abschnitt des Vorraumes, in
dem
das einfahrende Brenngut noch nicht bis zu dieser Temperatur vorgewärmt ist.
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Zweckmäßig wird nun die Luft zwischen den wärmeabgebenden Ofenteilen
und den wärmeaufnehmenden, vorzuwärmenden Brenngutteilen in tunlichst schnellem,
dauerndem Umlauf erhalten, z. B. durch Strahlwirkung, und'es wird dadurch ein weitgehender
Wärmeausgleich zwischen beiden bewirkt. Dabei wird man den Gebläsewind tunlichst
so führen, daß die Luft, die die heißesten Ofenteile bespült, auch das am weitesten
vorgewärmte Brenngut bespült und diejenige Luft, die weniger heiße Ofenteile bespült,
auch mit weniger vorgewärmtem Brenngut zusammentrifft. ' Im Vorraum findet bei Ofen
mit umkehrendem Brennweg bekanntlich auch durch das ausfahrende Brenngut eine Vorwärmung
des einfahrenden statt. Von dem ausfahrenden Gut geht aber nur ein kleiner Teil
auf das vorzuwärmende Gut und die einfahrenden Brennroste über. Ein Teil verläßt
mit dem gebrannten Gut und den Rosten den Vorraum, ein sehr bedeutender Teil wird
zur Heizung der Wände des Vorraumes, der in den Vorraum eindringenden und warm entweichenden
Luft und zu' den sonstigen Wärmeverlusten, wie Strahlungsverlusten, der Wände des
langen Vorraumes verbraucht, besonders auch dann, wenn diese Wärmeübertragung durch
Gebläsewind gefördert wird.
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Der vorliegenden Erfindung gemäß wird Gebläsewind vor seinem Auftreffen
auf das einfahrende Brenngut durch einen oder mehrere als -Rekuperatoren ausgebildete
Lufterhitier geleitet und somit aus sehr ergiebigeren Quellen in hohem Maße Wärme
auf das vorzuwärmende Gut übertragen, und es findet bei dauerndem, genügend schnellem
Umlauf der Luft auch ein guter Temperaturausgleich zwischen Abgasen und. einfahrendem,
vorzuwärmendem Gut statt.
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Wärmerückgewinnung durch Wärmerückleiter (Rekuperatoren) ist an sich
bekannt, erfolgte aber bei den bisherigen Ofen auf dem Umwege über die Verbrennungsluft,
über den Verbrennungsraum mit seinen hohen Strahlungsverlusten und durch- die Muffelwandungen
hindurch in den Nutzraum des Ofens, in dem sich das zu erwärmende Gut bewegt. Demgegenüber
wird bei Ofen nach vorliegender Erfindung die im Wärmerückleiter (Rekuperator) auf
die Luft übergegangene Wärme unmittelbar an das zu erwärmende Gut herangebracht,
das durch diese Luft umspült wird. Diese Art der Wärmeübertragung hat gegenüber
der Übertragung durch den Verbrennungsraum und durch die Muffelwandung hindurch
außer besserem Wirkungsgrad noch verschiedene Vorteile. Der Flammenraum und die
Muffelheizflächen werden weniger belastet und halten länger. Bei sonst gleichen
Verhältnissen wird die Wärmeübertragung 'durch die Luftumspülung je Quadratmeter
größer, auch kann die wärmeleitende Wandung im Wärmerückleiter dünner sein, ihre
Lebensdauer ist trotzdem größer als die der viel teuereren der Muffelwandung. Auch
kann ' man in einem Kubikmeter viel mehr O_uadratmeter Rekuperatorheizfläche unterbringen
als Muffelheizfläche. Somit sind auch die Umfassungswandungen und die Einbaukosten
für einen Wärmerückleiter verhältnismäßig gering, und durch Isolierung kann das
Entweichen von Wärme durch seine Außenwandungen leicht vermindert werden; erfindungsgemäß
können die Wärmerückleiter auch unisoliert bleiben und in den Vorraum des Ofens
eingebaut werden. Dadurch trägt die aus ihnen entweichende Wärme zur Vorwärmung
des Brenngutes bei. Auch können die Wärmerückleiter gleichzeitig Luft erhitzen,
die zur Aufrechterhaltung der Verbrennung in den Flammenraum geleitet wird.
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Die Hitze im Innern des Ofennutzrautnes, vor allem im heißesten Teil
desselben, lm Brennraum, bewirkt durch Wärmeauftriel? Strömungen der Luft. Der Auftrieb
drängt trotz Abdeckung heiße Luft aus dem Fahrschlitz der Decke hinaus und aus dem
oberen Teil der Ein- und. Ausfahrtöffnungen. Kalte Luft strömt dafür durch die unteren
Teile dieser Öffnungen nach. Gegen diese Durchzugverluste, die der Wärmeauftrieb
bewirkt, wurden schon besondere Gebläse aufgestellt, die unter einer besonderen
Haube einen künstlichen Überdruck über dem Fahrschlitz und seiner Abdeckung erzeugten,
außerdem wurde durch eine Reihe vieler feiner Luftstrahlen, die die aus den Ein-
und Ausfahrtöffnungen austretende warme Luft wegblasen, scheinbar ein Abschluß gebildet.
Die Fördervorrichtung wird aber durch die $aube, die den Druckraum über dem Fahrschlitz
umschließt, unzugänglich, und die weggeblasene warme Luft wird nur wenig ausgenutzt.
Nach vorliegender Erfindung kann demgegenüber die wärmeübertragende, umlaufende
Luft im Innern des Nutzraumes so geführt werden, claß sie dem Austritt warmer Luft
entgegenwirkt. Dabei kann auch daselbst vorgewärmte Luft zur Ausnutzung, z. B. zu
Trockenzwecken, aus dem Ofen fortgeleitet werden.
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Zweckmäßig wird nach vorliegender Erfindung der Gebläsewind so geleitet,
daß dein einfahrenden Gut im Vorraum warmer Wind entgegenströmt, der seine Wärme
nach dein Gegenstromverfahren an das vorzuwärmende Gut abgibt, während im Innern
des Ofens (lauernd Luft umläuft, dabei auch Wärme
überträgt, und
Luft deni aus dein Vorraum hinauswandernden Gut entgegenfließt und dabei nach dein
Gegenstromverfahren Wärme atifniinnit.
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In Abb. i bis 6 sind von vielen Ausführungsmöglichkeiten einige Beispiele
näher dargestellt.
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In Abb-i ist als Beispiel ein Vorraum eines Doppeltunnelofens zum
Einbrennen von lrmail dargestellt. Der Ofen hat zwei Brenntunnel 2 und 2a, von :denen
jeder eine Muffel i und ja hat. Diese werden durch die Feuerzüge 3 und
3' geheizt, die durch das Mauerwerk q., q.a, ,4b und ¢a begrenzt sind. Das
Brenngut wird auf Rosten 17 gesetzt, die durch eine geschlossene Förderbahn bei
5 in den Vorraum 6 bewegt werden und von dort durch :den Vorraum 8 in den Brennraum
2 gelangen. Am anderen Ende dieses tunnelförmigen Brennraumes wenden die Roste mit
dem Gut um und kommen durch den zweiten tunnelförmigen Brennraum 2a zurück, wandern
auf der anderen Seite durch den Vorraum 8 und verlassen den Nutzraum des Ofens durch
den Vorraum 7 bei g. io ist ein Gebläse, das durch die Saugleitung ii und die Ansaug-,
öftnung 12 unten Luft aus dem Vorraum 6 ansaugt und bei 15 oben in den Vorraum 7
bläst sowie durch die Druckleitung 13a in den Zwischenraum 16 zwischen dem tragenden
Mauerwerk 4.a und q. b- bläst, dieses kühlt und vor der Vernichtung schützt. Die
Wärme, die die Luft dabei aufnimmt," wird erfindungsgemäß mit hoher Temperatur möglichst
unmittelbar dem Brenngut und den einfahrenden Rosten zugeführt und bei 25 auf das
einfahrende Brenngut geblasen.
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In A11.2 wird der Erfindung gemäß die Verwendung eines Wärmerückleiters
zum Vorwärmen des einfahrenden Gutes gezeigt. Auch zeigt die Abb. 2, wie Strahlungsverluste
des Ofens. vermieden werden können und, die entweiehende Wärme trotz geringerer
Temperatur erfindungsgemäß dem Ofen wieder nutzbringend zugeführt werden kann. Die
Abbildung zeigt als Beispiel den Grundriß eines Ofens mit umkehrendem Brennweg.
Er hat Muffelwände i, die einen Brennraum einschließen und von Feuerzügen beheizt
werden, die nach außen durch das Mauerwerk 4 begrenzt sind. Es ist einfachheitshalber
nur äußere Beheizung gezeichnet. Die Bahn des mechanisch bewegten Gutes ist im Ofen
U-förmig und wird durch die strichpunktierte Linie 5-g angedeutet; außerhalb des
Ofens wird sie zu einer Ringbahn geschlossen. io stellt ein Gebläse dar, das durch
die Saugleitung i i und die Ansaugöffnung 12 Luft aus dein Raum 7 ansaugt und diese
durch die Druckleitung 13 von unten her in den Rekuperator 2o befördert, der unterhalb
des Vorraunies 8 im Rauchabzugkanal 22 so angeordnet ist, daß die Rekuperator r
ohre 2 1 die unten zugeführte Luft erwärmen und nach oben leiten ünd in den Raum
8 unter der Fahrbahn 5 ausströmen lassen. Diese ausströmende heiße Luft trägt sehr
zur Vorwärmung des Brenngutes bei. Der Abzugkanal22 ist punktiert dargestellt und
führt die heißen Abgase des Ofens zum Kamin. Durch das Druckrohr 13a wird Luft in
den Zwischenraum 16 geleitet und aus diesem durch die Druckleitung 13b zu den beiden
Steigrohren 1.4. Sie tritt durch die Öffnungen 15, den Querschnitt des Raumes 6
versperrend, aus.. Hierbei kann durch sachgemäße Schrägstellung der Ausströmdüsen
15 im Raum 8 und 2 ein Unterdruck erzeugt werden, der den Wärmeauftrieb aufhebt,
wozu auch der Sog bei 12 und der Widerstand, den die einströmende Luft im Raum 7
findet, mit beiträgt. Durch die Lage der Ansaugöffnung 12 am Boden des Vorraumes
ist bewirkt, daß die unten eintretende kalte Luft nicht weiter als bis zu dieser
Einsaugöffnung in den Ofennutzraum eindringt. Bei 13a ist ein Stutzen gezeigt, durch
den warme Luft zu anderen Ausnutzungsplätzen, wie Trockenanlagen oder: Feuerungen,
geleitet werden kann. Bei der hier gezeigten Anordnung läßt sich ein großer Wärmeverlust
durch austretende warme Luft mittels richtiger Einstellung der Gebläseanlage verhindern
und austretende Wärme zurückgewinnen. Die bewegte Luft wird im Raum 7 dem ausfahrenden
bewegten Gut entgegengetrieben und nimmt durch Umspülung desselben Wärme auf, die
sonst entweichen würde. Weitere Wärmeaufnahme erfolgt noch im Wärmerückleiter (Rekuperator)
2o aus den Abgasen. Diese Wärme von höherer Temperatur wird auf das Gut kurz vor
seinem Eintritt in den Brennraum geleitet, während die durch das Mauerwerk 4 entweichende
Wärme von geringerer Temperatur bei 15 auf das .einfahrende Gut geleitet wird und
ihm die erste Vorwärmung erteilt. Dabei wird jedes Stück selbständig abgeblasen.
Dies hat vor der bisherigen Arbeitsweise den Vorzug, daß kein Stück vergessen und
mit Staub eingebrannt wird. Außerdem wird an Arbeitskraft gespart.
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In Abb.3 ist als Beispiel einer Ausführungsmöglichkeit ein Querschnitt
durch den Vorraum 8 eines Ofens mit umkehrendem Brennweg dargestellt. Es wird gezeigt,
wie ein Wä rmerückleiter (Rekuperator) mit dein Raum vereinigt ist, durch den das
einfahrende Gut in den heißesten Teil des Ofennutzraumes, in den Brennraum, gelangt.
4. ist das umschließende Mauerwerk aus wärniesperrendein Baustoff, welches oben
in der
Decke 2 Schlitze 18 und 18a hat, durch die die Stangen 1g
und iga wandern, an denen die sol;enannten Etagenroste 17 und 17" hängen. Die Schlitze
sind durch Bleche =6 und 2614 abgedeckt, die in bekannter Weise mit den Stangen
1g und iga gleichlaufend fortbewegt werden. 2o und 2oa sind Wärmerückleiter, die
im gleichen Raum angeordnet sind, so daß die aus ihnen entweichende Wärme noch dem
einfahrenden, vorzuwärmenden Brenngut zugute kommt. 21 und 21a sind Rohre, durch
die Verbrennungsluft bzw. Brenngas geleitet werden, bevor sie zur Feuerung des Ofens
gelangen. 22 und 22a sind von Abgasen in entgegengesetzter Richtung durchflossene
Räume der Wärmerückleiter. 11 ist das Saugrohr eines in der Zeichnung nicht angegebenen
Gebläses und 13 das vom Gebläse' kommende Druckrohr. Das Saugrohr hat auf seiner
Länge verteilt viele Ansaugöffnungen 12 und das Druckrohr Austrittsdüsen 15. Die
aus diesen ausgeblasene Luft reißt die Luft durch den Schacht zwischen den beiden
Wärmerückleitern mit sich und befördert sie durch die Kanäle 26 und 27. nach oben,
wobei sich die Luft an den durch die Abgase erhitzten Wärmerückleitern erwärmt und
bei 28 und 29 nach unten auf die einfahrenden, vorzuwärmenden Roste abgelenkt wird.
Diese und die darauf befindliche Ware wird dabei umspült und erwärmt. Ein Teil der
Luft wird . durch die Ansaugöffnungen rd vom Gebläse angesogen, der größere Teil
aber durch die Strahlwirkung der bei 15 austretenden Luft zu weiterem Umlauf mitgerissen.
Es entstehen bei dieser Anordnung im Gegensatz zu dem später gezeigten Querschnitt
(Abb.4) zwei dauernd umlaufende Wirbel nebeneinander. Der natürliche Wärmeauftrieb
durch die heißen Waren und Roste 17a und andererseits der bei 26 und 27 wird als
bewegende Kraft mit ausgenutzt, und es erfolgt eine Vergrößerung -des Umlaufes dort,
wo der größte Wärmeunterschied auftritt.
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Abb. q. zeigt ein Beispiel einer Ausführungsmöglichkeit und den Querschnitt
eines Ofenvorraumes. Das wärmesperrende Mauerwerk .4 schließt den Vorraum 8 ein,
durch den die Etagenroste 17 in den Brennraum des Ofens wandern und die Etagenroste
17a, aus dein Brennraum des Ofens kommend, den Nutzraum des Ofens verlassen. Ihre
Bewegung erfolgt wie bei dem vorhergehenden Beispiel und ebenso die Abdeckung des
Fahrschlitzes. Das Gebläse 1o saugt durch das Saugrohr r1 Luft aus dem Vorraum 8
an und drückt sie durch (las Druckrohr 13 in die Rohre 13a, 13b, 13c und 13d. 13b
und 13c leiten die Luft durch den Rauchgaskana122 zur Feuerung des Ofens, also in
entgegengesetzter Richtung zu den Rauchgasen, die von dort kommen. Die Rohre 13a
und 13d führen Luft, die auch durch die Rauchgase erwärmt wird. Auf ihnen sind,
auf der Rohrlänge verteilt, mehrere Ausblasrohre 1.4 und 14' aufgesetzt. Die Rohre
1,4 münden oben, die Rohre 1.4a unten in je einer waagerechten Ebene bei 15 und
15a. Dadurch wird sowohl oben wie auch unten Luft aus dem Raum 8 mitgerissen und
die gesamte Luft des Vorraumes in umlaufende Bewegung gesetzt, so daß sie in ständiger
Folge die heißen ausfahrenden und die vorzuwärmenden einfahrenden Roste und Waren
bespült sowie vor allen Dingen die heißen Ofenteile, wie die gußeisernen Abdeckplatten
des Rauchkanals 2o und die Heizrohre 31, die mit ihrem unteren Ende im Rauchgaskanal
und mit ihrem oberen im Vorraum 8 stehen. Diese Rohre sind unten mit Wasser gefüllt
und oben während des Betriebes mit hochgespanntem, also heißem Sattdampf. Dadurch
geben sie ganz besonders gut Wärme ab und leiten sehr viel Wärme aus dem Rauchkanal
22 in den Vorraum 8 hinein. Dadurch, daß sie sich gut umspülen lassen, wird auch
die Übertragung der Wärme auf das Brenngut eine möglichst vollständige. Die Umspülung
im Vorraume 8 wird durch den dauernden Umlauf besonders wirkungsvoll. Während beim
Gegenstromverfahren höchstens eire Teil, die hauchdünne berührende Schicht der strömenden
Flüssigkeit, die Flächen nur einmal bespült und sodann die Wärme durch Vermischung
an die übrigen Luftschichten weitergibt, wird hier beim Dauerumlaufverfahren durch
oftmalige Wiederholung des Auftreffens der verschiedenen Luftteilchen auf die Flächen
ein viel größerer Wirkungsgrad erzielt. Die Ausblasöffnungen 15 und 15a können eine
Neigung nach dem Ein- und Ausgang zu haben. Dadurch erzeugen sie einen Unterdruck
im Brennraum, der dem Entweichen von heißer Luft aus dem Fahrschlitz in der Decke
entgegenwirkt. Auch der Umlauf des Luftstromes wirkt dem Entweichen heißer Luft
aus dem Schlitz durch Strömungswirbel an den inneren Schlitzkanten entgegen. Wenn
man den Umlauf nicht, wie in Abb.4 gezeigt, im Sinne des Uhrzeigers, sondern im
entgegengesetzten Sinne erfolgen ließe, so müßte die Schräge des mittleren Deckenteiles
4a nach der anderen Seite verlaufen.
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Abb. 5 zeigt als Beispiel den Querschnitt durch den Vorraum 8 eines
Brennofens mit umkehrenden Brenngut, und Abb. 6 zeigt den dazugehörigen Grundriß
im Schnitt 6-6 der Abb. 5. Die Bezugszeichen haben für beide Abbildungen gleiche
Bedeutung. Es ist die Rostbahn durch die strichpunktierte Linie 5-9 angegeben. Die
Roste 17 mit dein Brenngut
wandern darauf durch den Vorratun 8 in
den Brennraum 2, in dem sie am anderen, nicht gezeichneten Ende umkehren und auf
der .Bahn 9 aus dem Brennraum 2 durch den Vorraum 8 aus dein Ofennutzrauni heraus.
Bei 22 ist durch gestrichelte Linie der Rauchabzug aus den Feuerzügen 3 angegeben,
der bei 23 in den Steigschacht 2.4 mündet. Aus diesem ziehen die Rauchgase durch
ein Rohrbündel 20 zu dem auf dem Fuchs 26 stehenden Fallschacht 27. io stellt ein
Gebläse dar, welches Luft aus dem Raum 8 durch die Ansaugöffnung i2 und die Saugleitung
i i ansaugt und sodann durch die Druckrohre 13 und zum Teil 13a in die Blasrohre
i4a und 14b befördert. Diese Rohre liegen wenig über dem Boden des Raumes 8 unter
jenen Teilen, die Wärme abgeben sollen. Auf ihre Länge verteilt haben sie Blasöffnungen
15, durch die Luft ausgeblasen wird, die Luft aus dem Raum 8 mit sich nach oben
reißend: Diese Luft umspült das Rauchi-ohrbündel 2o sowie auch die ausfahrenden
Roste 17a, sie erwärmt sich während des Aufsteigens, wird oben bei 33.34 und bei
35, 36 wieder nach unten gelenkt, durchströmt die einfahrenden Roste 17 mit dem
vorzuwärmenden Gut, gibt Wärme an diese ab und wird am Boden des Raumes 8 bei 37
wieder abgelenkt und tritt wieder in die Nähe der kreisenden Luftstrahlen aus den
Blasrohren i4a und 1411 und wird so dauernd- im Umlauf gehalten. Im Innern der Blasrohre
können noch Heizrohre 2oa und 2o1 angeordnet werden.
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Die Entziehung der Wärme aus den Abgasen .ist bei dieser Anordnung
besonders groß und wird nicht nur auf das einfahrende Gut übertragen, sondern es
ist bei 40 eine Saugöffnung, durch die die erhitzte Luft für die Feuerung des Ofens
abgesogen wird.