EP1301442A1 - Nitrogen oxide reduced introduction of fuel in combustion air ports of a glass furnace - Google Patents

Nitrogen oxide reduced introduction of fuel in combustion air ports of a glass furnace

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Publication number
EP1301442A1
EP1301442A1 EP01951653A EP01951653A EP1301442A1 EP 1301442 A1 EP1301442 A1 EP 1301442A1 EP 01951653 A EP01951653 A EP 01951653A EP 01951653 A EP01951653 A EP 01951653A EP 1301442 A1 EP1301442 A1 EP 1301442A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
combustion air
gas
port
wall segment
fuel
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01951653A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Frank Hegewald
Peter Hemmann
Helmut Heelemann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Software & Technologie Glas Cottbus GmbH
Original Assignee
Software & Technologie Glas Cottbus GmbH
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Filing date
Publication date
Priority claimed from DE10044237A external-priority patent/DE10044237A1/en
Application filed by Software & Technologie Glas Cottbus GmbH filed Critical Software & Technologie Glas Cottbus GmbH
Publication of EP1301442A1 publication Critical patent/EP1301442A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23MCASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M9/00Baffles or deflectors for air or combustion products; Flame shields
    • F23M9/02Baffles or deflectors for air or combustion products; Flame shields in air inlets
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B5/00Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/16Special features of the melting process; Auxiliary means specially adapted for glass-melting furnaces
    • C03B5/235Heating the glass
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B5/00Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/16Special features of the melting process; Auxiliary means specially adapted for glass-melting furnaces
    • C03B5/235Heating the glass
    • C03B5/237Regenerators or recuperators specially adapted for glass-melting furnaces
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/50Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping

Definitions

  • the invention relates to a so-called primary measure for NOx reduction, in particular methods and associated devices for NOx reduction on flames from fossil-heated glass melting tanks.
  • simplification and in the narrower sense are measures that are used within the furnace to reduce the formation of NOx.
  • the invention relates to fire control measures for NOx reduction.
  • the suppression of NOx formation is essentially based on the fact that the combustion of atmospheric nitrogen and atmospheric oxygen to NOx that begins at high temperatures is reduced.
  • the local concentration product of oxygen and nitrogen, with which the NOx formation increases, is materially important.
  • Thermally the temperature of the flame is essential, especially at the flame root.
  • Starting points of the NOx reduction for the first aspect are the air preheating temperature of the combustion air, the cold "secondary air", the (local) fuel-air ratio, and the composition of the air, ie its exhaust gas, N2 and O2 content.
  • Exhaust gas recirculation also lowers the local concentration product of oxygen and nitrogen.
  • the second reduction aspect is used and the ignition is slowed down, which has a temperature-reducing influence.
  • the ignition is slowed down, which has a temperature-reducing influence.
  • the carburizing stage and cascade firing of the second generation have in common that fuel gas is introduced into the space of an air flow shadow of steps or thresholds, which is arranged on the step facing away from the air inflow side.
  • the level is marked as a negative Level jump of the port floor in the direction of air flow.
  • the main difference between the carburization stage and the second generation cascade is that all or only some of the fuel gas is used behind this threshold / stage.
  • Firing under bench with an increased distance between fuel and air intake is a professional measure that has been created by comparing different furnace designs.
  • the number of flames is often reduced, which proportionally reduces the space of particularly hot or even adiabatic flame zones, which are a major source of NOx.
  • Burner control actions have too little influence, both within the scope of common, as well as innovative and technologically sensible target parameters.
  • the device once carried out by furnace construction, is not very flexible.
  • the slant flame method according to DE 195 20 649 A1 which is effective for NOx reduction and increased performance, cannot be transferred to systems equipped in this way.
  • the object of the invention is therefore to develop methods and devices for an effective nitrogen oxide-reduced introduction of fuel gas into combustion air ports of glass melting furnaces, which largely solve the problems associated with the above-mentioned methods and devices and essentially for all types of furnaces, in particular also those relating to the NOx reduction critical cross flame pan with side burner arrangement are suitable and can be used effectively.
  • the object is achieved according to the invention by the method according to claim 1, 2 or 3 and associated devices according to claim 6, 15 and 20.
  • a gas jet is preferably introduced into the foot zone of a flow barrier or a flow obstacle exposed to the air flow in an amount that is between 1 and 5% of the fuel flow of the combustion air port in question.
  • a device relates to a protective device against combustion air flow in the immediate area of the introduction of fuel within a combustion air port of glass melting tanks, designed as a so-called flame root screen, and is characterized by a wall segment which blocks the air path and forms a solid angle closed on three sides with the port floor and a port side wall.
  • the wall segment according to the invention has a length which is significantly shorter than half the width of the port base, is arranged essentially perpendicular to the port side wall and points into the combustion air port, and its greatest height compared to the lower mat line of the idealized fuel gas free jet is approximately equal to or greater than the sum of the diameter of the fuel gas inlet and 1/3 the length of the wall segment.
  • the Wall segment is advantageously formed with a large wall thickness, the wide wall crown of the air segment blocking wall segment having a flat rise of approximately 10 °, which is measured in the air flow direction against the plane of the port floor.
  • the apex of the crown of the wall segment is modeled in the flow direction of the combustion air of a vertically flat projection of a gas free jet.
  • the apex preferably has a continuous or stepped increase of approximately 20 ° from the port side wall to its distal end.
  • the vertical end face of the wall segment facing the center of the port can have a calming surface at least over the greater part of its width, which is angled in the air flow direction by approximately 10 °, so that it forms a constriction with the equally angled end face of the opposite wall segment.
  • a gas-dynamic increase in the combustion air over the wall segment is achieved by refitting the side of the wall segment facing the air flow with refractory material, so that the incoming air initially rises by approximately 10 ° to 30 ° and on the way over the ramp in the end an increase of about 10 ° is forced.
  • the port floor can have a shaft that drops approximately 10 ° in the direction of flow of the combustion air and ends approximately at the wall segment.
  • the property right is also claimed for flame root shielding with gas-dynamic, turbulence-reducing raising of combustion air via a wall-shaped airway obstructing installation in the form of a wall segment within a combustion air port, which is characterized by the injection of recirculated or afterburned exhaust gas, preferably by means of a displacement lance according to the invention, into the Solid angle of the flame root screen formed by means of a wall segment on the side of the wall segment facing the air flow, in particular from the port side wall, the starting point of the injection being close to the spatial angle corner point, which is formed by the wall segment, port floor and port side wall on the combustion air flow side of the wall segment.
  • this exhaust gas injection forms the second gas dynamic component of the flame root shield according to the invention.
  • a preferred device for the turbulence-reducing raising of the combustion air via the combustion air flow barrier is characterized in that a displacement lance is arranged at the foot of the air flow side of the combustion air flow barrier.
  • the displacement lance is designed as a cylindrical lance lying approximately parallel to the port base, which has a feed for a gas mixture or a combustible gas on one end face and the other end face of which is closed and which is provided with at least one axial longitudinal slot for gas discharge.
  • the displacement lance and its gas discharge slots can be positioned and adjusted with respect to the combustion air flow barrier by means of axial displacement and radial rotation.
  • the displacement lance is a multi-walled tubular steel lance which is guided approximately perpendicularly through the port base, at least one coolant layer of circulating coolant being formed between two tubes of the lance, which has an outer gas supply jacket which is shortened compared to the lance and closed at the front and which is at the front closed end face has at least a radially oriented and radially widening gas outlet slot where the tubing of the coolant layer is interrupted.
  • the port base It is oriented and arranged essentially vertically through the port base in such a way that the fuel gas jet emerging from the lance emanates from the base of the combustion air flow barrier where the front edge of its end face in the air flow direction is directly exposed to the combustion air flow, the jet near the port base and is directed near the combustion air flow barrier to the port side wall to which the combustion air flow barrier has a connection.
  • the fuel is introduced within the combustion air port in the air-away flow shadow of the wall segment, in particular in the solid angle of the flame root screen, such that the fuel outlet is positioned so close to the origin of the space that starts from the flame root screen, that is open on three sides, that the circumference of the fuel jet is aligned Approximately touch the wall segment and the port floor.
  • a preferred device for the low-turbulence introduction of fuel gas to suppress intensive mixing of combustion air and fuel gas at the fuel gas inlet within the combustion air port is a gas burner, through which the gas jet is introduced into the combustion air port as a low-turbulence gas jet in itself by the outlet opening of the gas from the burner and / or burner nozzle block is designed in the form of a natural free jet, the burner and / or burner nozzle block continuously having the shape of a diffuser with an opening angle of approximately 20 ° as the gas outlet.
  • the outlet opening of the fuel in the solid angle lying in the flow shadow is preferably positioned and aligned in such a way that the circumferential line of the fuel jet at the entry into the combustion air port and / or the extended circumferential line of the outlet opening of the burner and / or burner nozzle block approximately affect the alignments of the wall segment and the port floor but do not overlap.
  • Suitable gas burners are preferably used to generate a free jet. These can be pure free-jet burners or gas burners which can be configured as free-jet or turbulence burners through actuating actions.
  • the latter gas burners are characterized in that the burner is provided with a cooling jacket and, in connection with a cylindrical gas supply pipe and forming the connection to the burner mouth, a long diffuser is arranged which has a free jet opening angle of 20 °, the burner having a minimum burner mouth diameter of approximately 50 mm open points, which is therefore much larger than the conventional burner, the burner is not followed by a nozzle block, but the direct fuel gas outlet into the furnace chamber is formed by the burner mouth itself.
  • the burner is preferably further characterized in that the gas supply to the long diffuser over a length of about five diameters of the gas supply pipe does not contain any fixtures or fittings introduced into this position by manipulations which would in particular impair the axis of the gas flow in the pipe.
  • the shield according to the invention is implemented in the most preferred embodiment by three elements.
  • the first is the mechanical flow protection through the wall segment, which radially completely covers the flame root, which in the axial course of the flame at the end of the wall segment abruptly releases the entire fuel jet for air mixing.
  • the second is the gas-dynamic elevation of the wall segment and the resulting horizontal leveling of the underside of the continuous air flow due to the preferably 10 ° increasing wall crown design.
  • the third is the turbulence suppression and turbulence-reducing increase of the combustion air by means of ramp-shaped wall segment components or exhaust gas filling of the vacuum chamber, which is formed by the solid angle on the air-flowing side of the wall segment, as a result of which the combustion air is smoothly and gas-dynamically lifted over the segment wall by the mechanically forced flow or by expanding exhaust gas ,
  • This exhaust gas can be supplied cold from the outside or formed in the port by fuel gas and air or exhaust gas.
  • the commercial application of the invention is particularly advantageous for those glass melting furnaces which have a lateral introduction of the fuel into the combustion air ports.
  • Such stoves certainly have advantages in their design, but have recently been put at risk because of their inferiority in primary NOx reduction as a promising solution.
  • the invention of the flame root screen is able to compensate for this disadvantage and also to make the advantages of the smaller number of burners of this type of furnace effective as a benefit of NOx reduction compared to the previously superior under bench-fired trays.
  • the device according to the invention has numerous advantages over the known prior art.
  • the carburizing effect of the flame root shielding according to the invention is small in comparison with carburization levels, a comparatively higher NOx reduction is achieved by the fact that the wall segment, which is kept small in terms of the design concept, for shielding the flame root in its construction without major side effects in all dimensions in a size appropriate to the needs, in particular higher, so that the shape of the flame root, which is understood as a free jet, is completely covered against direct air inflow.
  • the start reaction and mixing with air is only allowed completely at the end of the screen and not already partially in the upper areas of the flame root.
  • the fuel flow forms a sufficiently wide front, which is capable of exchanging enough heat by means of radiant heat to the environment due to the large surface area that the adiabatic temperatures usually caused by heat build-up are always avoided by conventional flame roots.
  • the wall crown rising according to the invention in the air flow direction forms an essential part Gas-dynamic contribution, because the air's demolition map favors its progressively horizontal plane spread.
  • the flame root shielding according to the invention at the root of the flame means that the construction of the flame is complete, but not complex, including the core of the flame, but at the same time only incompletely shielding, the mixing of fuel with air is effectively reduced and thereby Formation of a particularly hot or adiabatic temperature zone of the flame at the flame root is suppressed.
  • Adverse turbulence of the rise of air on the upstream side of the wall segment which is initially associated with the design of the wall as a result of the need to be retrofittable, becomes gas-dynamic through the introduction of recirculated, low-O2 exhaust gas or fuel gas in combination with exhaust gas or air into the upstream Vacuum area greatly reduced, so that the problem of this newly created second flow dead zone on the screen is mitigated by exhaust gas expanding there.
  • the amounts of fuel that may be used in advance for the purpose of exhaust gas production and air lifting, on the other hand are small and advantageously just large enough that the exhaust gas entrained by the air flow is continuously replaced in the vacuum chamber, which can be recognized by a minimum of NOx emissions.
  • An advantageous side effect of the third functional element is that exhaust gas is mixed in from the space in front of the wall segment by the suction effect of the air flowing over it into the lower layers of the combustion air before the air enters the reaction space after the screen.
  • the starting reaction is additionally reduced.
  • the exhaust gas filling of the inflow area at the flame root shield expediently only remedies a fluidic error in the already complete geometric protection of the entire flame root, which consists in the upstream, structurally caused, turbulence-causing inflow of the wall segment by continuously filling up the vacuum zone there and its gas dynamic influence Air flow diminishes.
  • the advantageous design of the displacement lance with axial gas outlet slots always ensures, even if it is operated with a small amount of fuel gas, relatively large and thus cold flame areas, so that little NOx is formed.
  • the low-pulse supply of exhaust gas takes place through the radial gas bursts directly into the vacuum zone in the foot area of the wall segment in a geometrically adapted form.
  • the fuel is injected by means of a free-jet burner in accordance with the invention at the flame root screen and turned away from the three space-forming walls at least about 10 ° in each case, the largest being the turning away from the port wall. Fluidically random ignitions at the flame root are particularly effectively avoided. It is advantageous that the wall segment does not require any ongoing operating expenses and that the flame root screen is functional even with this simple structure.
  • the device can be retrofitted to existing systems with little effort and that after its commissioning, additional NOx primary measures can also be used effectively for tubs with an intensive cross-mixing between fuel and combustion air.
  • additional NOx primary measures can also be used effectively for tubs with an intensive cross-mixing between fuel and combustion air.
  • other burners with a small gas pulse also have their NOx-reducing effect. Nozzle stone and burner are better thermally protected by the flame root shield.
  • FIG. 1 is a perspective view of a preferred embodiment of the mechanical flame root shield according to the invention.
  • Figure 2 is a perspective view of another preferred embodiment of the full flame root shield of the invention.
  • 3 shows the mechanical flame root shielding according to the invention with a combustion air lift with turbulence-reducing facing stone; 4 shows the introduction of exhaust gas into a wall segment according to the invention;
  • FIG. 5 shows an embodiment of a displacement lance according to the invention with a radially oriented fuel and air outlet
  • FIG. 6 shows another embodiment of a displacement lance with radial gas discharge and its arrangement on the wall segment
  • FIG. 1 shows a schematic perspective view of a combustion air port 1 of a float glass trough with the burners 3 arranged on the side.
  • the combustion air port 1 was equipped with a flame root shield according to the invention during operation.
  • stackable building blocks were arranged as wall segment 4 on the port floor 5 adjacent to the port side wall 11, which have a form-fitting profile on the inner bearing surfaces, transversely to the direction of the air flow 2 and in the air flow direction in front of the burner nozzle stones or the burner mouth 3a.
  • the burner 3 is arranged behind the wall segment 4 in the direction of combustion air flow.
  • the elongated axis of the burner nozzle stones or burner orifice 3a is turned away from the wall 4b of the wall segment 4, which is at the rear in the flow direction, in such a way that the plane angle is approximately 10 °, measured horizontally in the direction of the combustion air flow 2 against the wall 4b of the wall segment 4.
  • the same axis has a vertical rise of 10 °, measured against the level of the port floor 5.
  • So-called free jet gas burners can be used as the burner type, as disclosed in DE 19520650, or gas burners whose mouth itself forms the mouth instead of the burner nozzle bricks which are conventionally used subsequently on the burners. Such a burner is shown in Fig. 7 and will be described in more detail below.
  • the diameter of the opening 3a of the fuel is thus the opening of the burner.
  • its dimension is 95 mm
  • the width of the port is 1.5 m.
  • the dimensions of the wall segment 4 of the flame root shielding according to the invention are in the example: length 500 mm, width 250 mm, height 300 mm.
  • the height was accordingly determined as the sum of the diameter of the burner orifice 3a and 1/3 of the length of the wall segment 4, in the present case the elevated position of the burner orifice 3a had to be taken into account when calculating the height of the wall segment 4, that is, in terms of construction to compensate for any errors in the position of the burner mouth 3a with respect to the origin 10 of the wall segment 4, since in the example the fuel jet 8 does not affect the port base 5, in contrast to the preferred positioning according to the invention.
  • the lower edge of the burner mouth is 40 mm above the port base 5 and the lower surface line of the successive beam, which is assumed to be a free jet, is parallel to the port base 5, raised by this amount, above it.
  • the area at the upper surface line of the fuel jet 8 would otherwise be exposed to premature air mixing.
  • the wall segment 4 was therefore expediently made 40 mm higher.
  • the wall segment 4 has over its entire width a wall crown 4c which rises by 10 ° in relation to the port base 5 in the direction of the air flow 2.
  • the short overall length of the wall segments 4 arranged symmetrically opposite one another leaves a large section on the port base 5 free of internals which obstruct air flow. This section is kept free of carbon deposits by an intensified combustion air flow. There is therefore no quality risk for the melt that goes beyond that of conventional ports that have no flow restricting internals.
  • the entire fuel jet at the combustion air passage 7 is abruptly released for the combustion air to be mixed in.
  • the side wall 11 of the port is opened laterally next to the burner nozzle block or the burner mouth 3a, in order to insert the components from the side and by stacking them Add layers to port 1.
  • the port base 5 is sawn from below.
  • the floor cutout is then lowered, cleared and discarded using a lifting platform.
  • a new floor segment is built up with the wall segment 4 of the flame root screen on the lifting platform and with the help of it is lifted back into port 1 slightly below the level of the old port floor 5, or sunk into the new port floor segment, in order to prevent the wall segment from slipping on the Avoid port bottom 5 safely.
  • the process of sawing up the port floor is advantageous in terms of labor costs and labor difficulties.
  • the NOx formation is reduced by approximately 50%.
  • the fuel consumption is reduced, the vaulting temperature of the furnace is reduced, and thus less corrosion of the refractory material is achieved.
  • An increase in the melting capacity of the tub is also significant.
  • FIG. 2 shows a further advantageous embodiment of the flame root shield and, in comparison with FIG. 1, additionally equipped with the second gas dynamic component of the flame root shield in the form of turbulence-reducing combustion air elevation by introducing gas in front of the wall segment 4.
  • the wall segment located on the opposite port side wall has been omitted.
  • the device is expertly supplemented by a facing stone 13 on the lower layer of the wall segment 4, which is intended to reduce exhaust gas which draws off deeply and ineffectively and redirects it to the more effective upper paths. Furthermore, the firing jet side on the rear wall alignment 4b of the wall segment 4 is carried out in a professional manner.
  • FIG 3 a wall segment 4 is shown, in which the combustion air lift instead of the gas dynamic component by means of a mechanical device, e.g. turbulence-reducing facing stones 12 is realized, which are arranged in the flow direction of the air from the port base 5 continuously and continuously increasing by about 10 ° to the crown 4c of the wall segment 4.
  • a mechanical device e.g. turbulence-reducing facing stones 12
  • this solution has the disadvantages that no cheap concept or simple technology has yet been found for retrofitting the ports during operation, which means that it can only be used when the tub is new or cold repaired and is hardly accessible for simple repairs is.
  • FIG. 4 shows the introduction of exhaust gas into the wall segment 4 for the inventive gas dynamic combustion air lift.
  • the wall segment 4 is formed from suitably shaped wall segment modules 14, the upper wall segment module 14 being modified in such a way that its support web 14a is shortened on the side of the front wall surface 4a and does not rest positively on the lower wall segment module 14 and thus one Forms gas outlet slot 15 for the exhaust gas introduced through the wall through an exhaust gas supply 6.
  • the internal structure can be seen in FIG. 4 through a section of the wall segment 4, but the refractory layer of the wall segment 4 which closes at the end is not shown.
  • the exhaust gas is introduced into the upper wall segment module 14 of the wall segment 4 from the port side wall 11 by means of a configuration known per se, consisting of exhaust gas supply 6 and a known burner for flameless oxidation (not shown) with a ceramic burner tube.
  • a configuration known per se consisting of exhaust gas supply 6 and a known burner for flameless oxidation (not shown) with a ceramic burner tube.
  • An alternative to this is not shown, in which a compact wall segment is provided with a blind hole which has a lateral slot in a similar position to that shown in FIG. 4. During the fire period, fuel gas, exhaust gas or a combustible gas mixture is injected into the blind hole.
  • FIG. 5 shows the possible and advantageous embodiment of a displacement lance according to the invention with a radially oriented fuel and air discharge in a sectional view, the cold end 27 being shown rotated clockwise by 90 degrees in relation to the hot end 26 which is essential for the implementation of the method and the device.
  • An outer water circuit is fed via a cooling water inlet 20, which near the end plate 22 at the hot end 26 has a semi-cylindrical outer interruption in the tubing of the water cooling jacket. This interruption releases a radial fuel gas outlet 16 and a radial air outlet 17. In a plan view, not shown, these exits would be approximately semicircular.
  • the cooling water circuit is separated from the fuel gas outlet 16 by the jacket of a truncated cone segment 23, which at the same time characterizes the upper flank of the gas jet by deflecting the axial flow in the radial direction by approximately 50 °.
  • a diffuser segment 24 which in turn has a radial deflection of approximately 70 °, an exit angle is forced on the gas jet at the fuel gas outlet, which has an increase of 30 ° against the radial plane.
  • the slit-shaped opening itself has an opening angle of 20 ° and thus, if only partially, fulfills the criteria for forming a natural free jet in a section plane.
  • the radial air outlet 17 is also shaped according to the partial free jet criterion mentioned above through the underside of the diffuser segment 24 and a disk segment 25 downwards.
  • an air-free jet is layered under the gas-free jet, the lower jacket of which is parallel to the radial plane runs. This is essential for the process because in the installation situation the port floor also runs parallel to the radial plane and so the air is not directed against the port floor.
  • the flame that forms is calmed as best as possible by both free jets and at the same time is as close as possible to the port floor without being directed against it.
  • the cold end 27 has the fuel gas connection 18, the air connection 19, the cooling water supply 20 and the cooling water return 21 as media connections.
  • Cooling water supply and return are designed in the form of a half-shell in order to avoid high construction costs, which is disadvantageous in the case of an alternatively multi-jacket design.
  • the lance is preferably operated with similar gas pressures for fuel gas and atomizing air.
  • the air outlet in the example is shown to be of a similar size relative to the gas outlet. It is customary for carrying out the method that the smallest slit dimension of the air, which determines the passage, is several times larger than that of the fuel gas.
  • FIG. 6 shows the simple and descriptive illustration of a displacement lance 28 with axial slots 30 in a horizontal installation situation in the solid angle of the foot of a wall segment 4 on its side 4a exposed to the flow of combustion air 2.
  • the displacement lance 28 has two axial slots 30, which are directed against the incoming combustion air in such a way that the exhaust gas emerging from the slots 30 forms a gas-dynamic exhaust gas spoiler through the input pulse and the thermal gas expansion, which reduces the combustion air via the flow obstacle in the form of the turbulence Wall segment 4 lifts.
  • the setting of the lance position is simple because the lance is arranged so that it can be moved and rotated through the wall bore 29 on the cold side of the port side wall 11 (not shown).
  • FIG. 7 shows a possible embodiment of a burner for generating a fuel gas free jet, as is preferably used.
  • the technology of the combustion process also has a major impact on product quality, energy economy, life expectancy and the production capacity of industrial furnaces. However, this influence is particularly strong on the formation of NOx.
  • a particularly effective method for gas burners for glass melting furnaces has been named free jet gas burner, in which there is a very high reduction in nitrogen oxide formation.
  • the burner used according to the invention is preferably a configuration-modifiable burner that does not require a nozzle block, but is designed to be completely metallic and cooled, with a long diffuser forming the gas flow space externally and an axially displaceable cylindrical gas supply pipe being arranged therein and the cooling air having an adjustable cooling air current redirection of the burner mouth can be supplied as an enveloping combustion primary air stream.
  • the flame can largely be adjusted in the range of the characteristics of conventional burner designs.
  • old experience of quality assurance can be used with known means and attitudes. All that is then required is the adjustment of the burner with positioning of the central nozzle in the vicinity of the diffuser root.
  • a well-known, highly turbulent flame is formed in this way, which can optionally be modified further by means of primary air by a quick start reaction. Old notes on quality-assuring kiln procedures can thus be used.
  • the effective burner mode of operation in free jet mode can thus be set step by step, starting from the conventional flame jet.
  • the burner is described in its configuration as a free jet burner, as it is preferably used in combination with the wall segments according to the invention and the gas dynamic combustion air lift.
  • the cylindrical central nozzle pipe 35 was completely withdrawn from the long diffuser 33 and positioned in the gas supply pipe 32 with the nozzle orifice 36 of the central nozzle pipe 35 five times the diameter of the cylindrical gas supply pipe 32 from the root 37 of the long diffuser 33.
  • the cooling air flow deflection 41 blocks the path of the combustion primary air flow 40 between the cooling jacket 31 and the burner receiving stone 39 into the free space of the burner insert bore 38.
  • a low-turbulent gas-free jet emerges at the burner mouth 34.
  • the weakened interference of air from the environment, the subsequent carbonation of the Fuel gas with high proportions of carbon particles and the ignition of the flame only in an area with a large surface area of the flame, i.e. with good heat radiation conditions, are the causes of the low NOx emission of the burner in this setting, in which the usual high or even adiabatic flame temperatures are reliably avoided ,

Abstract

The invention relates to an NOx reduced firing of glass furnaces, with preferably lateral fuel introduction by means of the combustion air ports thereof, whereby, by means of wall segments arranged in the combustion air port, cross-currents of combustion air and fuel gas are reduced. Air turbulence on the wall sections is reduced, by means of exhaust filling of low pressure regions and a primary turbulence-free flame root is generated by means of a free-stream injection of fuel gas. Wall segment and exhaust filling together form a so-called flame root shield. Furthermore, the free-stream is maintained, whereby the fuel gas stream is introduced in the core shadow of the flame root shield. The wall segment preferably has the form of the idealised projection of a free-stream of gas, viewed in the direction of the incoming combustion air. The exhaust filling in the turbulent volume is achieved by means of introduction of exhaust gas or fuel gas, preferably by means of a displacement lance and forms a gas dynamic exhaust gas spoiler in front of the wall segment, which lifts the incoming combustion air over the wall segment and reduces turbulence. The displacement lance preferably comprises at least one axial gas exit slot, lies horizontally on the air inlet side at the foot of the wall segment and may be positioned radially and axially relative to the wall segment.

Description

STICKOXIDGEMINDERTE BRENNGASEINBRINGUNG IN BRENNLUFTPORTS NITROGEN-REDUCED COMBUSTION GAS INLAY IN COMBUSTION AIR PORTS
VON GLASSCHMELZWANNENFROM GLASS MELTING TUBS
Die Erfindung betrifft eine sogenannte Primärmassnahme zur NOx- Minderung, insbesondere Verfahren und zugehörige Vorrichtungen zur NOx- Minderung an Flammen von fossil beheizten Glasschmelzwannen.The invention relates to a so-called primary measure for NOx reduction, in particular methods and associated devices for NOx reduction on flames from fossil-heated glass melting tanks.
Als Primärmassnahmen werden hierbei vereinfachend und im engeren Sinne solche Massnahmen aufgefasst, die innerhalb des Ofens angewendet werden, um die Entstehung von NOx zu vermindern. Noch enger gefasst, betrifft die Erfindung Massnahmen der Feuerführung zur NOx-Minderung.As primary measures, simplification and in the narrower sense are measures that are used within the furnace to reduce the formation of NOx. To put it more narrowly, the invention relates to fire control measures for NOx reduction.
Im Vergleich mit Sekundärmassnahmen sind Primärmassnahmen in der Regel mit niedrigerem Aufwand verbunden. Allerdings erreichen Primärmassnahmen oft nicht das gewünschte Minderungspotenial. Querflammen-Glasschmelzwannen mit seitlicher Brenneranordnung sind besonders problematisch, da sie ein besonders hohes Ausgangsniveau des NOx haben und die bekannten Pri- märmassnahmen wenig wirksam sind. Beispielsweise wird bei Einsatz von NOx- mindernden Brennern, die in Anwendungen mit unterportbefeuerten Wannen hohe Effektivität aufweisen, an diesen Wannen kein nennenswerter Effekt erzielt.Compared to secondary measures, primary measures are usually associated with less effort. However, primary measures often do not achieve the desired reduction potential. Cross-flame glass melting furnaces with a burner arrangement on the side are particularly problematic because they have a particularly high starting level of NOx and the known pri- measures are not very effective. For example, when using NOx-reducing burners, which are highly effective in applications with underport-fired trays, no significant effect is achieved on these trays.
Die Unterdrückung der NOx- Bildung beruht bezüglich des thermischen NOx im wesentlichen darauf, dass die bei hohen Temperaturen einsetzende Verbrennung von Luftstickstoff und Luftsauerstoff zu NOx gemindert wird. Stofflich wesentlich ist dabei das örtliche Konzentrationsprodukt von Sauerstoff und Stickstoff, mit dem die NOx- Bildung steigt. Thermisch ist die Temperatur der Flamme, insbesondere an der Flammenwurzel wesentlich. Ansatzpunkte der NOx- Minderung zum ersten Aspekt sind die Luftvorwärmtemperatur der Verbrennungsluft, die kalte „Nebenluft", das (lokale) Brennstoff-Luftverhältnis, sowie die Zusammensetzung der Luft, d.h. deren Abgas-, N2-und O2-Gehalt. Diesbezüglich wurden eine Reihe von Verfahren entwickelt, wie z.B. das Oxyfuel-Verfahren, bei dem der Ersatz von Brennluft durch nahezu reinen Sauerstoff erfolgt, oder die nahstöchiometrische Ofenbetriebsweise u.a. nach WO 98/02386, bei der alle überschüssige Luft vermieden wird.With regard to thermal NOx, the suppression of NOx formation is essentially based on the fact that the combustion of atmospheric nitrogen and atmospheric oxygen to NOx that begins at high temperatures is reduced. The local concentration product of oxygen and nitrogen, with which the NOx formation increases, is materially important. Thermally, the temperature of the flame is essential, especially at the flame root. Starting points of the NOx reduction for the first aspect are the air preheating temperature of the combustion air, the cold "secondary air", the (local) fuel-air ratio, and the composition of the air, ie its exhaust gas, N2 and O2 content. In this regard, a number developed by processes such as the oxyfuel process, in which the combustion air is replaced by almost pure oxygen, or the near-stoichiometric furnace operation, inter alia according to WO 98/02386, in which all excess air is avoided.
Weitere Massnahmen sind technische Veränderungen an den Öfen, wie die Anordnung von Abdichtplatten an Düsensteinen zur Vermeidung von Injektorluft aus der Umgebung, oder die Abdichtung gegen Falschlufteinbrüche am Ofen. Ein „Luftstufungsverfahren" nach DE 43 01 664 A1 vermeidet örtlich hohe Konzentrationsprodukte an der kritischen Flammenwurzel.Other measures include technical changes to the furnace, such as the arrangement of sealing plates on nozzle stones to avoid injector air from the environment, or sealing against ingress of false air on the furnace. An "air grading method" according to DE 43 01 664 A1 avoids locally high concentration products at the critical flame root.
Auch Modifikationen an Brennern oder neue Brennertypen werden für den Zweck der NOx-Minderung eingesetzt.Modifications to burners or new types of burners are also used for the purpose of NOx reduction.
Abgasrückführung senkt ebenfalls das örtliche Konzentrationsprodukt von Sauerstoff und Stickstoff, gleichzeitig wird dabei, wie auch bei anderen Verfahren, der zweite Minderungsaspekt genutzt und die Zündung gebremst, was einen temperatursenkenden Einfluss hat. Z.B. soll flammenlose Oxidation im Brenner NOx vermeiden und allein das Abgas soll die Wärmeübertragung leisten.Exhaust gas recirculation also lowers the local concentration product of oxygen and nitrogen. At the same time, as with other processes, the second reduction aspect is used and the ignition is slowed down, which has a temperature-reducing influence. For example, is intended to avoid flameless oxidation in the burner NOx and only the exhaust gas is to provide heat transfer.
Den Zweck der Abkühlung der Flammenwurzel verfolgen auch solche Verfahren, bei denen die Mischung von Brennstoff und Luft verzögert wird. Dazu sind als Lösungen besonders die „Kaskadenbefeuerung" nach DE 34 41 675 A1 und DE 44 15902 C1 und Karburierungsstufen bekannt geworden.The purpose of cooling the flame root is also pursued by processes in which the mixture of fuel and air is delayed. These are as Solutions especially the "cascade firing" according to DE 34 41 675 A1 and DE 44 15902 C1 and carburization stages have become known.
Generell wird dabei die Zündung der Flamme oder der Hauptflamme verzögert. Abgas wird der Brennluft zugesetzt oder den Brennstoffstrahl umhüllend eingebracht. Die Flammenwurzel wird mit Wasserdampf gekühlt. Die geometrische Gestaltung der Lufteinbringung in den Ofen für niedrigturbulenten Luftstrom wurde als „Freistrahlport" bekannt. Dieser mindert Turbulenzen der Luft und frühzeitige zufällige Vermischung von Brennstoff und Luft. Für Heizöl wurden Brenner bekannt, die sehr feine Tropfen bei der Ölzerstäubung vermeiden. Heiße Flammenwurzeln vermeiden auch Gasbrenner, die das Brenngas mit niedrigturbulentem Strahl in den Ofen einbringen. Diese sind als Freistrahlbrenner bekannt geworden.Generally the ignition of the flame or the main flame is delayed. Exhaust gas is added to the combustion air or the fuel jet is enveloped. The flame root is cooled with water vapor. The geometric design of the introduction of air into the furnace for low-turbulent air flow was known as the "free jet port". This reduces turbulence in the air and premature random mixing of fuel and air. For heating oil, burners have been known which avoid very fine droplets during oil atomization. Avoid hot flame roots also gas burners that bring the fuel gas into the furnace with a low-turbulent jet, which have become known as free-jet burners.
Auch in den USA sind zur Energieeinsparung seit längerer Zeit gleichartige Schwellenlösungen bekannt und angewendet, siehe z.B. „Melting Furnace Design in the Glass Industry", Alexis G. Pincus, 1976. Aber auch hier treten die gleichen Probleme auf. Von dieser Lösung unterscheidet sich die „Kaskadenbefeuerung" positiv dadurch, dass durch eine kleine Vorflamme eine 02- verarmte Gassträhne über die in Unterbankbefeuerung angeordneten Hauptbrenner gelegt wird, wodurch dieses Risiko hierbei kleiner ist.Similar threshold solutions have also been known and used for energy saving in the USA for a long time, see e.g. "Melting Furnace Design in the Glass Industry", Alexis G. Pincus, 1976. But the same problems also occur here. The "cascade firing" differs positively from this solution in that a small pre-flame causes a 02-depleted gas stream over the main burner arranged in the under bench lighting is placed, whereby this risk is less.
Neuerdings wird bei einer Weiterentwicklung des Kaskadenverfahrens die Anordnung einer Schwelle im Port ähnlich dem vorgenannten Verfahren angewendet. Das wurde bekannt als: „Kaskadenbefeuerung zweiter Generation mit integrierter Bufflewall-Technologie" (Glasingenieur 5/98). Nachteilig ist daran, dass die durch die Kaskadeneindüsung zu bildende Abgasschicht zunächst selbst durch eine Flamme produziert wird und diese selbst zu einer starken Emissionsquelle für NOx wird. Darunter leidet die Minderungseffektivität. Das Verfahren ist zudem für Wannen mit seitlich befeuerten Ports nicht anwendbar.Recently, in the case of a further development of the cascade method, the arrangement of a threshold in the port is used similarly to the aforementioned method. This became known as: "Second generation cascade lighting with integrated bufflewall technology" (glass engineer 5/98). The disadvantage of this is that the exhaust gas layer to be formed by the cascade injection is first produced by a flame itself and this itself becomes a strong emission source for NOx This reduces the effectiveness of the reduction, and the method cannot be used for tubs with side-fired ports.
Karburierungsstufe und Kaskadenbefeuerung der zweiten Generation haben gemeinsam, dass Brenngas in den Raum eines Luftströmungsschattens von Stufen oder Schwellen eingebracht wird, der von der Luftanströmungsseite abgewandt an der Stufe angeordnet ist. Die Stufe ist gekennzeichnet als ein negativer Niveausprung des Portbodens in Luftströmungsrichtung. Der Unterschied zwischen Karburierungsstufe und Kaskade zweiter Generation besteht im wesentlichen darin, dass das gesamte Brenngas oder nur Anteile davon hinter dieser Schwelle/Stufe eingesetzt werden.The carburizing stage and cascade firing of the second generation have in common that fuel gas is introduced into the space of an air flow shadow of steps or thresholds, which is arranged on the step facing away from the air inflow side. The level is marked as a negative Level jump of the port floor in the direction of air flow. The main difference between the carburization stage and the second generation cascade is that all or only some of the fuel gas is used behind this threshold / stage.
Unterbankbefeuerung mit vergrößertem Abstand von Brennstoff- und Lufteinbringung ist eine fachmännische Massnahme, die aus Vergleichen verschiedener Ofenkonstruktionen entstanden ist. Die Anzahl der Flammen wird häufig gesenkt und damit wird proportional der Raum besonders heißer oder gar adiabatischer Flammenzonen gesenkt, die eine Hauptquelle des NOx sind.Firing under bench with an increased distance between fuel and air intake is a professional measure that has been created by comparing different furnace designs. The number of flames is often reduced, which proportionally reduces the space of particularly hot or even adiabatic flame zones, which are a major source of NOx.
Der Stand der Technik, der dem erfinderischen Anliegen am nächsten steht, ist seit einigen Jahren an einer U-Flammenwanne für Behälterglas realisiert. Diese Lösung besteht im wesentlichen in der Anordnung einer Karburierungsstufe im Verbrennungsluftport, wobei in den Strömungsschatten der Verbrennungsluft von beiden Portseitenwänden her, mit je einem herkömmlichen Gasbrenner, der Brennstoff so eingetragen wird, dass sich die Impulse der beiden aufeinander gerichteten Gasstrahlen mindestens teilweise kompensieren. Der entscheidende Gedanke für die Anwendung dieser Lösung zur NOx-Minderung beruhte auf einer Kalkulation der NOx- Bildung für diese Anordnung auf Grundlage der aus alten Literaturstellen und eigenen Versuchen bekannten Verbesserung des Wärmeabstrahlungsverhaltens der Flammen durch Karburierung von Brenngasen, bei Eigen- und Fremdkarburierung, die dem späteren Anwender zur Kenntnis gegeben und deren Anwendung danach empfohlen wurde. Bei der Risikoabschätzung wurde auf das extrem veränderte Flammenbild und Rußbildung hingewiesen. Messergebnisse zur NOx- Bildung lagen dafür jedoch nicht vor, da Karburierungsstufen lange Zeit vor der ökologischen Aufwertung der NOx- Problematik ausschließlich für energiewirtschaftliche Zwecke angewendet wurden. In der folgenden praktischen Anwendung des Verfahrens zur NOx-Minderung durch eine deutsche Glasofenbaufirma hat sich die Kalkulation auch quantitativ über mehrere Jahre inzwischen bestätigt. Der Betreiber bezeichnet Anordnung und Verfahren insbesondere hinsichtlich der NOx- Minderung als erfolgreich im Vergleich mit dem obengenannten Stand der Technik. Das Problem der Bildung von Kohlenstoffablagerungen im Port wird aber nicht beherrscht und kann in anderen Fällen leicht kritisch werden. Dann sind unproduktive Kompensationsmassnah- men, wie hohe Luftfaktoren der Verbrennung, erforderlich. Die Ausbildung der Flammenform und die Lage der Flammen im Ofenraum sind nahezu ausschließlich von der Bauform der Schwelle und des Ports abhängig. Brennerstellhandlungen haben zu geringe Einflussmöglichkeiten, sowohl im Rahmen üblicher, wie innovativer und technologisch sinnvoller Zielparameter. Die Vorrichtung ist, wenn vom Ofenbau einmal ausgeführt, wenig flexibel. Beispielsweise lässt sich das für NOx- Minderung und Leistungssteigerung effektive Verfahren zur Schrägflammenbefeuerung nach DE 195 20 649 A1 nicht auf derart ausgestattete Anlagen übertragen.The state of the art which is closest to the inventive concern has been realized on a U-flame trough for container glass for several years. This solution essentially consists in the arrangement of a carburizing stage in the combustion air port, the fuel being introduced in the flow shadows of the combustion air from both port side walls, each with a conventional gas burner, so that the impulses of the two gas jets directed towards one another are at least partially compensated for. The decisive idea for the application of this NOx reduction solution was based on a calculation of the NOx formation for this arrangement on the basis of the improvement in the heat radiation behavior of the flames by carburization of fuel gases, with internal and external carburization, which is known from old literature and own experiments given to the subsequent user and their use was then recommended. During the risk assessment, attention was drawn to the extremely changed flame pattern and soot formation. However, measurement results for NOx formation were not available, since carburization stages were used for energy management purposes long before the ecological upgrading of the NOx problem. In the following practical application of the NOx reduction process by a German glass furnace construction company, the calculation has also been confirmed quantitatively over several years. The operator describes the arrangement and method, in particular with regard to NOx reduction, as being successful in comparison with the above-mentioned prior art. The problem of the formation of carbon deposits in the port is not mastered and can easily become critical in other cases. Then unproductive compensation measures are such as high combustion air factors. The shape of the flame and the position of the flames in the furnace chamber depend almost exclusively on the design of the threshold and the port. Burner control actions have too little influence, both within the scope of common, as well as innovative and technologically sensible target parameters. The device, once carried out by furnace construction, is not very flexible. For example, the slant flame method according to DE 195 20 649 A1, which is effective for NOx reduction and increased performance, cannot be transferred to systems equipped in this way.
Das Problem besteht nun darin, dass sich viele der genannten Methoden nur mit hohem Aufwand anwenden lassen, sich für bestimmte Ofenkonstruktionen gar nicht eignen oder nur mit geringem Effekt dort einsetzen lassen. Als Beispiel dafür sei die häufig angewandte Konstruktion einer Querflammenwanne mit seitlicher Brenneranordnung am Brennluftport genannt. Dabei werden Verbrennungsluft und Brennstoff unmittelbar nach Brennstoffaustritt aus dem Düsenstein im Querstrom miteinander gemischt. Hohe NOx- Bildung ist die Folge. Alle obengenannten Verfahren einschließlich der aussichtsreichen Portstufe zur Gaskarburierung lösen dieses grundsätzliche Problem nicht oder weisen negative Nebenwirkungen auf. Die bezüglich der NOx- Minderung an sich effektive Karburierungsstufe verlangt für eine deutliche NOx- Minderung eine große Bauhöhe, was als Nebenwirkung eine unerwünscht starke Drosselung der Brennluftzufuhr bewirkt. Außerdem werden an Querflammenwannen dann, wenn nur ein Teil der vorhandenen Ports so ausgerüstet sind, Abgas und Luft relativ stark auf andere Ports umverteilt. Auch die bauliche Veränderung der Ports zur Berücksichtigung dieser Effekte hat negative Nebenwirkungen, da mindestens recht aufwendig die Baugröße der Ports erhöht werden muss.The problem now is that many of the methods mentioned can only be applied with great effort, are not suitable for certain furnace designs or can only be used there with little effect. An example of this is the frequently used design of a cross flame trough with a burner arrangement on the side of the combustion air port. Combustion air and fuel are mixed with one another in cross flow immediately after fuel emerges from the nozzle block. The result is high NOx formation. All of the above-mentioned methods, including the promising port stage for gas carburizing, do not solve this fundamental problem or have negative side effects. The carburization stage, which is effective in terms of NOx reduction, requires a large overall height for a significant NOx reduction, which, as a side effect, results in an undesirably strong restriction of the combustion air supply. In addition, if only some of the existing ports are equipped in this way, flue gas and air are relatively strongly redistributed to other ports on cross-flame tanks. The structural modification of the ports to take these effects into account also has negative side effects, since the size of the ports has to be increased, at least in a very complex manner.
Ganz wesentlich wird aber die Anwendung des Verfahrens für Wannen mit hohen Qualitätsansprüchen dadurch eingeschränkt, dass die Bildung von elementarem Kohlenstoff, was zwingende Verfahrensgrundlage der Karburierungsstufe ist, nicht sicher auf die Feinverteilung der Kohlenstoffpartikel begrenzt werden kann, sondern dass größere Graphitablagerungen im Schatten der Stufe entstehen, die auch ins Glas gelangen können. Das ist ein hohes Gefährdungspotential für die Glasproduktion. Die Erfindung hat sich deshalb die Aufgabe gestellt, Verfahren und Vorrichtungen für eine effektive stickoxidgeminderte Brenngaseinbringung in Brennluftports von Glasschmelzwannen zu entwickeln, die die mit den obengenannten Verfahren und Vorrichtungen verbundenen Probleme weitestgehend lösen und im wesentlichen für alle Ofentypen, insbesondere auch für die in Bezug auf die NOx- Minderung kritische Querflammenwanne mit seitlicher Brenneranordnung geeignet und effektiv einsetzbar sind.However, the application of the process for tanks with high quality requirements is very significantly restricted by the fact that the formation of elemental carbon, which is the mandatory process basis of the carburization stage, cannot be limited to the fine distribution of the carbon particles, but rather that larger graphite deposits occur in the shadow of the stage that can also get into the glass. This is a high risk potential for glass production. The object of the invention is therefore to develop methods and devices for an effective nitrogen oxide-reduced introduction of fuel gas into combustion air ports of glass melting furnaces, which largely solve the problems associated with the above-mentioned methods and devices and essentially for all types of furnaces, in particular also those relating to the NOx reduction critical cross flame pan with side burner arrangement are suitable and can be used effectively.
Überraschend wurde gefunden, dass durch die Nachrüstung eines Brennluftpor- tes mit einem erfindungsgemäßen Wandsegment, das kombiniert ist mit einer erfindungsgemäßen gasdynamischen Brennluftanhebung, als Hauptkomponenten einer Flammenwurzelabschirmung alle Nebenwirkungen von Karburierungsstufen im wesentlichen vermieden oder unterdrückt und eine effektive NOx- Minderung erreicht werden kann.Surprisingly, it was found that by retrofitting a combustion air port with a wall segment according to the invention, which is combined with a gas-dynamic combustion air lift according to the invention, as main components of flame root shielding, all side effects of carburization stages can be substantially avoided or suppressed and effective NOx reduction can be achieved.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Verfahren gemäß Anspruch 1, 2 oder 3 und zugehörige Vorrichtungen gemäß Anspruch 6, 15 und 20 gelöst.The object is achieved according to the invention by the method according to claim 1, 2 or 3 and associated devices according to claim 6, 15 and 20.
Vorzugsweise wird in die der Luftanströmung ausgesetzte Fußzone einer Strömungssperre oder eines Strömungshindernisses ein Gasstrahl in einer Menge eingetragen, die zwischen 1 und 5 % des Brennstoffstromes des betreffenden Brennluftports beträgt.A gas jet is preferably introduced into the foot zone of a flow barrier or a flow obstacle exposed to the air flow in an amount that is between 1 and 5% of the fuel flow of the combustion air port in question.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung betrifft eine Schutzvorrichtung gegen Brenn- luftdurchströmung des unmittelbaren Gebiets der Brennstoffeinbringung innerhalb eines Brennluftports von Glasschmelzwannen, ausgebildet als sogenannter Flammenwurzelschirm, und ist gekennzeichnet durch ein luftwegversperrendes Wandsegment, das mit dem Portboden und einer Portseitenwand einen dreiseitig geschlossenen Raumwinkel bildet. Das erfindungsgemäße Wandsegment hat eine Länge, die deutlich kürzer als die halbe Breite des Portbodens ist, ist im wesentlichen senkrecht zur Portseitenwand in den Brennluftport hinein weisend angeordnet und seine grösste Höhe gegenüber der unteren Matellinie des idealisierten Brenngasfreistrahles ist etwa gleich oder grösser als die Summe aus dem Durchmesser des Brenngaseintritts und 1/3 der Länge des Wandsegmentes. Das Wandsegment ist vorteilhaft mit großer Wandstärke ausgebildet, wobei die breite Mauerkrone des luftwegversperrenden Wandsegments einen flächigen Anstieg von ca. 10° aufweist, der gemessen ist in Luftströmungsrichtung gegen die Ebene des Portbodens.A device according to the invention relates to a protective device against combustion air flow in the immediate area of the introduction of fuel within a combustion air port of glass melting tanks, designed as a so-called flame root screen, and is characterized by a wall segment which blocks the air path and forms a solid angle closed on three sides with the port floor and a port side wall. The wall segment according to the invention has a length which is significantly shorter than half the width of the port base, is arranged essentially perpendicular to the port side wall and points into the combustion air port, and its greatest height compared to the lower mat line of the idealized fuel gas free jet is approximately equal to or greater than the sum of the diameter of the fuel gas inlet and 1/3 the length of the wall segment. The Wall segment is advantageously formed with a large wall thickness, the wide wall crown of the air segment blocking wall segment having a flat rise of approximately 10 °, which is measured in the air flow direction against the plane of the port floor.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Scheitel der Krone des Wandsegmentes in Anströmungsrichtung der Brennluft einer vertikal ebenen Projektion eines Gasfreistrahles nachgebildet. Vorzugsweise weist der Scheitel von der Portseitenwand zu seinem distalen Ende einen kontinuierlichen oder gestuften Anstieg von etwa 20° auf.In a further preferred embodiment of the invention, the apex of the crown of the wall segment is modeled in the flow direction of the combustion air of a vertically flat projection of a gas free jet. The apex preferably has a continuous or stepped increase of approximately 20 ° from the port side wall to its distal end.
Desweiteren kann die der Portmitte zugewandte senkrechte Stirnfläche des Wandsegmentes mindestens über den größeren Teil ihrer Breite eine Beruhigungsfläche aufweisen, die in Luftströmungsrichtung um etwa 10° angewinkelt ist, so dass sie mit der gleichermaßen angewinkelten Stirnfläche des gegenüberliegenden Wandsegmentes eine Einengung bildet.Furthermore, the vertical end face of the wall segment facing the center of the port can have a calming surface at least over the greater part of its width, which is angled in the air flow direction by approximately 10 °, so that it forms a constriction with the equally angled end face of the opposite wall segment.
In einer weiteren Ausführungsform wird eine gasdynamische Anhebung der Brennluft über das Wandsegment durch eine rampenförmige Ausrüstung der der Luftanströmung zugewandten Seite des Wandsegmentes mit Feuerfestmaterial erreicht, so dass der anströmenden Luft auf dem Weg über die Rampe anfänglich ein Anstieg von etwa 10° bis 30° und am Ende ein Anstieg von etwa 10° aufgezwungen ist. Der Portboden kann etwa in seiner Mitte einen in Strömungsrichtung der Brennluft um etwa 10° abfallenden Schacht aufweisen, der in etwa am Wandsegment endet.In a further embodiment, a gas-dynamic increase in the combustion air over the wall segment is achieved by refitting the side of the wall segment facing the air flow with refractory material, so that the incoming air initially rises by approximately 10 ° to 30 ° and on the way over the ramp in the end an increase of about 10 ° is forced. The port floor can have a shaft that drops approximately 10 ° in the direction of flow of the combustion air and ends approximately at the wall segment.
Weiterhin wird das Schutzrecht beansprucht für eine Flammenwurzelabschir- mung mit gasdynamischer, turbulenzmindernder Anhebung von Verbrennungsluft über einen wandförmigen luftwegversperrenden Einbau in Form eines Wandsegmentes innerhalb eines Verbrennungsluftports, der gekennzeichnet ist durch die Eindüsung von rückgeführtem oder nachverbranntem Abgas, vorzugsweise mittels einer erfindungsgemäßen Verdrängungslanze, in den mittels Wandsegment gebildeten Raumwinkel des Flammenwurzelschirmes auf der der Luftanströmung zugewandten Seite des Wandsegmentes, insbesondere von der Portseitenwand her, wobei der Ausgangspunkt der Eindüsung nahe an dem Raum- winkeleckpunkt liegt, der vom Wandsegment, Portboden und Portseitenwand auf der der Verbrennungsluftanströmung zugewandten Seite des Wandsegmentes gebildet wird.The property right is also claimed for flame root shielding with gas-dynamic, turbulence-reducing raising of combustion air via a wall-shaped airway obstructing installation in the form of a wall segment within a combustion air port, which is characterized by the injection of recirculated or afterburned exhaust gas, preferably by means of a displacement lance according to the invention, into the Solid angle of the flame root screen formed by means of a wall segment on the side of the wall segment facing the air flow, in particular from the port side wall, the starting point of the injection being close to the spatial angle corner point, which is formed by the wall segment, port floor and port side wall on the combustion air flow side of the wall segment.
Diese Abgaseindüsung bildet nach der ansteigenden Mauerkrone die zweite gasdynamische Komponente der erfindungsgemäßen Flammenwurzelabschir- mung.After the rising wall crown, this exhaust gas injection forms the second gas dynamic component of the flame root shield according to the invention.
Eine bevorzugte Vorrichtung zur turbulenzmindernden Anhebung der Verbrennungsluft über die Brennluft-Strömungssperre ist dadurch gekennzeichnet, dass auf der luftangeströmten Seite der Brennluft-Strömungssperre an ihrem Fuss eine Verdrängungslanze angeordnet ist.A preferred device for the turbulence-reducing raising of the combustion air via the combustion air flow barrier is characterized in that a displacement lance is arranged at the foot of the air flow side of the combustion air flow barrier.
Die Verdrängungslanze ist in einer Ausführungsform als etwa parallel zum Portboden liegende zylindrische Lanze ausgebildet, die an ihrer einen Stirnseite eine Zuführung für ein Gasgemisch oder ein brennbares Gas besitzt und deren andere Stirnseite geschlossen ist und die mit mindestens einem axialen Längsschlitz zum Gasaustrag versehen ist. Die Verdrängungslanze und ihre Gasaustrags- schlitze sind durch axiale Verschiebung und radiale Drehung in Bezug auf die Brennluft-Strömungssperre positionier- und einstellbar.In one embodiment, the displacement lance is designed as a cylindrical lance lying approximately parallel to the port base, which has a feed for a gas mixture or a combustible gas on one end face and the other end face of which is closed and which is provided with at least one axial longitudinal slot for gas discharge. The displacement lance and its gas discharge slots can be positioned and adjusted with respect to the combustion air flow barrier by means of axial displacement and radial rotation.
In einer anderen Ausführungsform ist die Verdrängungslanze eine in etwa senkrecht durch den Portboden geführte mehrmantelige Stahlrohrlanze, wobei zwischen zwei Rohren der Lanze mindestens eine Kühlmittelschicht aus umlaufendem Kühlmittel gebildet wird, die einen äußeren, gegenüber der Lanze verkürzten und stirnseitig verschlossenen Gaszuführungsmantel besitzt, der an der geschlossenen Stirnseite mindestens dort einen radial orientierten und sich radial aufweitenden Gasaustrittschlitz aufweist, wo die Umrohrung der Kühlmittelschicht unterbrochen ist. Sie ist durch den Portboden im wesentlichen senkrecht so orientiert und angeordnet, dass der aus der Lanze austretende Brenngasstrahl vom Fuss der Brennluft-Strömungssperre dort ausgeht, wo die in Luftströmungsrichtung vordere Kante ihrer Stirnfläche direkt der Verbrennungsluftanströmung ausgesetzt ist, wobei der Strahl nahe des Portbodens und nahe der Brennluft- Strömungssperre auf die Portseitenwand gerichtet ist, zu der die Brennluft- Strömungssperre Anschluss hat. Die Brennstoffeinbringung innerhalb des Brennluftports wird im luftabgewandten Strömungsschatten des Wandsegmentes getätigt, insbesondere im Raumwinkel des Flammenwurzelschirmes dergestalt, dass die Einmündung des Brennstoffs so nahe am Ursprungspunkt des vom Flammenwurzelschirm ausgehenden, 3- seitig geöffneten Raumes positioniert ist, dass die Umfanglinie des Brennstoffstrahls die Fluchten des Wandsegmentes und des Portbodens annähernd tangieren.In another embodiment, the displacement lance is a multi-walled tubular steel lance which is guided approximately perpendicularly through the port base, at least one coolant layer of circulating coolant being formed between two tubes of the lance, which has an outer gas supply jacket which is shortened compared to the lance and closed at the front and which is at the front closed end face has at least a radially oriented and radially widening gas outlet slot where the tubing of the coolant layer is interrupted. It is oriented and arranged essentially vertically through the port base in such a way that the fuel gas jet emerging from the lance emanates from the base of the combustion air flow barrier where the front edge of its end face in the air flow direction is directly exposed to the combustion air flow, the jet near the port base and is directed near the combustion air flow barrier to the port side wall to which the combustion air flow barrier has a connection. The fuel is introduced within the combustion air port in the air-away flow shadow of the wall segment, in particular in the solid angle of the flame root screen, such that the fuel outlet is positioned so close to the origin of the space that starts from the flame root screen, that is open on three sides, that the circumference of the fuel jet is aligned Approximately touch the wall segment and the port floor.
Eine bevorzugte Vorrichtung zur turbulenzarmen Einbringung von Brenngas zur Unterdrückung intensiver Mischung von Brennluft und Brenngas am Brenngaseintritt innerhalb des Brennluftports ist ein Gasbrenner, durch den der Gasstrahl als an sich selbst niedrigturbulenter Gasstrahl dadurch in den Brennluftport eingetragen wird, dass die Austrittsöffnung des Gases aus dem Brenner und/oder Brennerdüsenstein in Form eines natürlichen Freistrahles ausgebildet ist, wobei der Brenner und/oder Brennerdüsenstein als Gasaustritt durchgängig die Form eines Diffusors mit einem Öffnungswinkel von etwa 20° besitzt.A preferred device for the low-turbulence introduction of fuel gas to suppress intensive mixing of combustion air and fuel gas at the fuel gas inlet within the combustion air port is a gas burner, through which the gas jet is introduced into the combustion air port as a low-turbulence gas jet in itself by the outlet opening of the gas from the burner and / or burner nozzle block is designed in the form of a natural free jet, the burner and / or burner nozzle block continuously having the shape of a diffuser with an opening angle of approximately 20 ° as the gas outlet.
Die Austrittsöffnung des Brennstoffes in den im Strömungsschatten liegenden Raumwinkel ist vorzugsweise so positioniert und ausgerichtet, dass die Umfanglinie des Brennstoffstrahles am Eintritt in den Brennluftport und/oder die verlängerte Umfanglinie der Austrittsöffnung des Brenners und/oder Brennerdüsensteines die Fluchten des Wandsegmentes und des Portbodens annähernd tangieren, aber nicht überschneiden.The outlet opening of the fuel in the solid angle lying in the flow shadow is preferably positioned and aligned in such a way that the circumferential line of the fuel jet at the entry into the combustion air port and / or the extended circumferential line of the outlet opening of the burner and / or burner nozzle block approximately affect the alignments of the wall segment and the port floor but do not overlap.
Bevorzugt zum Einsatz kommen zur Erzeugung eines Freistrahles geeignete Gasbrenner. Dieses können reine Freistrahlbrenner sein oder Gasbrenner, die durch Stellhandlungen als Freistrahl- oder Turbulenzbrenner konfigurationsmodi- fizierbar sind.Suitable gas burners are preferably used to generate a free jet. These can be pure free-jet burners or gas burners which can be configured as free-jet or turbulence burners through actuating actions.
Die letztgenannten Gasbrenner sind dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner mit einem Kühlmantel versehen ist und im Anschluss an ein zylindrische Gaszuführungsrohr und die Verbindung zur Brennermündung bildend, ein Langdiffusor angeordnet ist, der einen Freistrahlöffnungswinkel um 20° aufweist, wobei der Brenner einen minimalen Brennermündungsdurchmesser von etwa 50 mm auf- weist, der damit sehr viel größer ist als der herkömmlicher Brenner, wobei dem Brenner kein Düsenstein nachgeordnet ist, sondern der unmittelbare Brenngasaustritt in den Ofenraum von der Brennermündung selbst gebildet wird. Der Brenner ist vorzugsweise weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszuführung zum Langdiffusor auf einer Länge von etwa fünf Durchmessern des Gaszuführungsrohres keine festen oder durch Stellhandlungen in diese Position eingebrachten Einbauten enthält, die insbesondere die Achse der Gasströmung im Rohr beeinträchtigen würden.The latter gas burners are characterized in that the burner is provided with a cooling jacket and, in connection with a cylindrical gas supply pipe and forming the connection to the burner mouth, a long diffuser is arranged which has a free jet opening angle of 20 °, the burner having a minimum burner mouth diameter of approximately 50 mm open points, which is therefore much larger than the conventional burner, the burner is not followed by a nozzle block, but the direct fuel gas outlet into the furnace chamber is formed by the burner mouth itself. The burner is preferably further characterized in that the gas supply to the long diffuser over a length of about five diameters of the gas supply pipe does not contain any fixtures or fittings introduced into this position by manipulations which would in particular impair the axis of the gas flow in the pipe.
Die erfindungsgemäße Abschirmung wird in der am meisten bevorzugten Ausführung durch drei Elemente realisiert. Das erste ist der die Flammenwurzel radial geometrisch komplett überdeckende mechanische Strömungsschutz durch das Wandsegment, das im axialen Verlauf der Flamme am Ende des Wandsegmentes abrupt den gesamten Brennstoffstrahl für die Lufteinmischung freigibt. Das zweite ist die gasdynamische Überhöhung des Wandsegmentes und die daraus folgende horizontale Einebnung der Unterseite des fortfolgenden Luftstroms durch die vorzugsweise 10° ansteigende Mauerkronengestaltung. Das dritte ist die Turbulenzunterdrückung und turbulenzmindernde Anhebung der Verbrennungsluft durch rampenförmige Wandsegmentbauelemente oder Abgasauffüllung des Unterdruckraums, der gebildet ist vom Raumwinkel an der luftangeströmten Seite des Wandsegmentes, wodurch durch die mechanisch erzwungene Strömung oder mittels expandierenden Abgases die Brennluft gleitend und gasdynamisch über die Segmentwand gehoben wird. Dabei kann dieses Abgas kalt von außen zugeführt oder im Port durch Brenngas und Luft oder Abgas gebildet werden.The shield according to the invention is implemented in the most preferred embodiment by three elements. The first is the mechanical flow protection through the wall segment, which radially completely covers the flame root, which in the axial course of the flame at the end of the wall segment abruptly releases the entire fuel jet for air mixing. The second is the gas-dynamic elevation of the wall segment and the resulting horizontal leveling of the underside of the continuous air flow due to the preferably 10 ° increasing wall crown design. The third is the turbulence suppression and turbulence-reducing increase of the combustion air by means of ramp-shaped wall segment components or exhaust gas filling of the vacuum chamber, which is formed by the solid angle on the air-flowing side of the wall segment, as a result of which the combustion air is smoothly and gas-dynamically lifted over the segment wall by the mechanically forced flow or by expanding exhaust gas , This exhaust gas can be supplied cold from the outside or formed in the port by fuel gas and air or exhaust gas.
Die gewerbliche Anwendung der Erfindung ist besonders für solche Glasschmelzöfen von Vorteil, die eine seitliche Einbringung des Brennstoffs in die Brennluftports aufweisen. Solche Öfen haben durchaus Vorzüge in der Konstruktion, sind aber in letzter Zeit wegen ihrer Unterlegenheit bei der primären NOx- Minderung als zukunftsträchtige Lösung in Gefahr geraten. Die Erfindung des Flammenwurzelschirms ist geeignet, diesen Nachteil wettzumachen und zudem die Vorzüge der geringeren Anzahl von Brennern an diesem Ofentyp als Vorzug der NOx- Minderung gegenüber den bislang überlegenen unterbankbefeuerten Wannen wirksam zu machen. Die Betreiber solcher Öfen kommen in die Lage, den für die Glasfertigung bewährten Ofentyp beibehalten zu können, nicht zu aufwendigen systemfremden Sekundärmassnahmen oder „3R" nach PL 922 48 52 gezwungen zu sein und den Ofentyp im laufenden Betrieb auf Bestwerte der NOx- Minderung umstellen zu können.The commercial application of the invention is particularly advantageous for those glass melting furnaces which have a lateral introduction of the fuel into the combustion air ports. Such stoves certainly have advantages in their design, but have recently been put at risk because of their inferiority in primary NOx reduction as a promising solution. The invention of the flame root screen is able to compensate for this disadvantage and also to make the advantages of the smaller number of burners of this type of furnace effective as a benefit of NOx reduction compared to the previously superior under bench-fired trays. The operators of such stoves are able to To be able to maintain the furnace type that has been tried and tested for glass production, not to be forced to undertake complex non-system secondary measures or “3R” according to PL 922 48 52 and to be able to switch the furnace type during operation to the best NOx reduction values.
Positive Nebenwirkungen sind bei sachgerechter Ausführung: Energieeinsparung, Ofenraumtemperaturabsenkung, Leistungssteigerung und Ofenlaufzeitverlängerung. Vorteilhaft wirkt sich auf die Einstellbarkeit der Lage der Flammen die Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung nahe dem Brennermaul des Verbrennungsluftports aus.If carried out properly, there are positive side effects: energy saving, lowering the furnace chamber temperature, increasing the output and extending the furnace runtime. The arrangement of the device according to the invention close to the burner mouth of the combustion air port has an advantageous effect on the adjustability of the position of the flames.
Im Unterschied zu Schwellen oder Stufen kann ohne Nachteile auf einen größeren Weg von Gaseindüsung bis Brennermaul verzichtet werden, so dass eine Veränderung der Brennerauswinklung einen deutlichen Einfluss auf die Lage der Flamme hat und die Feuerführung damit technologisch flexibel ist.In contrast to thresholds or steps, there is no disadvantage in going a long way from gas injection to the burner mouth, so that changing the burner angle has a significant influence on the position of the flame and the fire control is therefore technologically flexible.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist gegenüber dem bekannten Stand der Technik weitere zahlreiche Vorzüge auf.The device according to the invention has numerous advantages over the known prior art.
Obwohl der Karburierungseffekt der erfindungsgemäßen Flammenwurzelab- schirmung im Vergleich mit Karburierungsstufen klein ist, wird eine vergleichsweise höhere NOx-Minderung dadurch eingestellt, dass das vom Gestaltungskonzept her klein gehaltene Wandsegment zur Abschirmung der Flammenwurzel in seiner Bauausführung ohne große Nebenwirkungen in allen Dimensionen in bedarfsgerechter Größe, insbesondere höher, ausgeführt werden kann, so dass die als Freistrahl aufgefasste Gestalt der Flammenwurzel komplett gegen direkte Lufteinströmung abgedeckt ist. Die Startreaktion und Vermischung mit Luft wird erst am Ende des Schirmes komplett und nicht schon partiell in oberen Bereichen der Flammenwurzel zugelassen. Dort aber bildet der Brennstoffstrom eine ausreichend breite Front, die durch große Oberfläche in der Lage ist, mittels Strahlungswärmeabgabe an die Umgebung soviel Wärme zu tauschen, dass die üblicherweise durch Wärmestau bedingten adiabatischen Temperaturen von herkömmlichen Flammenwurzeln stets vermieden werden. Die erfindungsgemäß in Luftströmungsrichtung ansteigende Mauerkrone bildet dabei einen wesentlichen gasdynamischen Beitrag, weil vorteilhaft an der Abrisskarte der Luft deren fortfolgend horizontal ebene Ausbreitung begünstigt wird.Although the carburizing effect of the flame root shielding according to the invention is small in comparison with carburization levels, a comparatively higher NOx reduction is achieved by the fact that the wall segment, which is kept small in terms of the design concept, for shielding the flame root in its construction without major side effects in all dimensions in a size appropriate to the needs, in particular higher, so that the shape of the flame root, which is understood as a free jet, is completely covered against direct air inflow. The start reaction and mixing with air is only allowed completely at the end of the screen and not already partially in the upper areas of the flame root. There, however, the fuel flow forms a sufficiently wide front, which is capable of exchanging enough heat by means of radiant heat to the environment due to the large surface area that the adiabatic temperatures usually caused by heat build-up are always avoided by conventional flame roots. The wall crown rising according to the invention in the air flow direction forms an essential part Gas-dynamic contribution, because the air's demolition map favors its progressively horizontal plane spread.
Im Gegensatz dazu wird bei einer Karburierungsstufe an der horizontal zum Portboden parallel geführten Bank, die mit der Abrisskante endet, die Ausbreitung der Verbrennungsluft danach in einem absteigenden Winkel von etwa 10° begünstigt, wodurch die bekanntgewordenen Karburierungsstufen (einschließlich der Kaskadenstufen) strömungstechnisch die gedachte Funktion fälschlich nur eingeschränkt erfüllen und im Verlauf der Flammenentwicklung den an sich hinter der Schwelle liegenden Portboden zufallsabhängig und stark thermisch belasten.In contrast to this, with a carburization step on the bank that runs horizontally parallel to the port floor and ends with the tear-off edge, the spreading of the combustion air is then promoted at a descending angle of approximately 10 °, which means that the carburization steps (including the cascade steps) that have become known become the function of flow in terms of flow technology erroneously fulfill only to a limited extent and, in the course of the flame development, subject the port floor lying behind the threshold to a random and strong thermal load.
Im Vergleich mit Karburierungsstufen wird durch die erfindungsgemäße Flam- menwurzelabschirmung an der Wurzel der Flamme mit kleinem baulichen Aufwand komplett, nicht aber aufwendig, den Kern der Flamme mit einschließend, aber zugleich nur unvollständig abschirmend, die Vermischung von Brennstoff mit Luft effektvoll gemindert und dadurch die Bildung einer besonders heißen oder adiabatischen Temperaturzone der Flamme an der Flammenwurzel unterdrückt. Nachteilige Turbulenzen des Aufstiegs der Luft an der Anströmseite des Wandsegmentes, was zunächst durch die mit dem Anliegen der Nachrüstbarkeit erzwungene Gestaltung als Wand einhergeht, werden gasdynamisch durch die Einbringung von rückgeführtem, O2-armen Abgas oder Brenngas in Kombination mit Abgas oder Luft in das vorgelagerte Unterdruckgebiet stark gemindert, so dass das Problem dieser neu entstandenen zweiten Strömungstotzone am Schirm durch dort expandierendes Abgas entschärft ist. Die gegebenenfalls vorab zum Einsatz kommenden Brennstoffmengen zwecks Abgasproduktion und Luftanhebung sind hingegen klein und vorteilhaft gerade so groß, dass das vom Luftstrom mitgerissene Abgas bilanzdeckend im Unterdruckraum kontinuierlich ersetzt wird, was an einem Minimum der NOx- Emission erkennbar ist. Das Problem eines Wärmestaus und adiabatischer Temperaturen tritt hierbei nicht auf, da die zugeführte Brennstoffmenge überwiegend oder vorzugsweise vollständig extern, mit Abgasbeimischung und durch die Lokalität kälter als üblich im Ofen verbrennt. Eine zusätzliche NOx- Quelle durch in den Ofen eingeschleppte Brenngasreste bleibt unmerklich klein. Die Flammenwurzelabschirmung ist als Primärmassnahme z. B. im Vergleich mit Karburierungsstufen leicht nachrüstbar, hat kompromißhaft funktionsoptimierte Baugröße und ist sowohl strömungstechnisch als auch gasdynamisch optimierbar.In comparison with carburizing stages, the flame root shielding according to the invention at the root of the flame means that the construction of the flame is complete, but not complex, including the core of the flame, but at the same time only incompletely shielding, the mixing of fuel with air is effectively reduced and thereby Formation of a particularly hot or adiabatic temperature zone of the flame at the flame root is suppressed. Adverse turbulence of the rise of air on the upstream side of the wall segment, which is initially associated with the design of the wall as a result of the need to be retrofittable, becomes gas-dynamic through the introduction of recirculated, low-O2 exhaust gas or fuel gas in combination with exhaust gas or air into the upstream Vacuum area greatly reduced, so that the problem of this newly created second flow dead zone on the screen is mitigated by exhaust gas expanding there. The amounts of fuel that may be used in advance for the purpose of exhaust gas production and air lifting, on the other hand, are small and advantageously just large enough that the exhaust gas entrained by the air flow is continuously replaced in the vacuum chamber, which can be recognized by a minimum of NOx emissions. The problem of heat build-up and adiabatic temperatures does not arise here, since the amount of fuel supplied burns predominantly or preferably completely externally, with the addition of exhaust gas and, due to the locality, colder than usual in the furnace. An additional source of NOx from fuel gas residues carried into the furnace remains imperceptibly small. The flame root shield is a primary measure z. B. Easily retrofitted compared to carburization levels, has a functionally optimized size and can be optimized both in terms of fluid dynamics and gas dynamics.
Vorteilhafte Nebenwirkung des dritten Funktionselementes ist es, dass aus dem Raum vor dem Wandsegment durch die Sogwirkung der darüber strömenden Luft in die unteren Schichten der Verbrennungsluft Abgas eingemischt wird, bevor die Luft in den Reaktionsraum nach dem Schirm eintritt. Im oberen Bereich der Flamme oder präziser an der Grenzschicht zwischen Brennstoff und Luft wird so die Startreaktion zusätzlich stofflich gemindert. Eine erhöhte Einbringung von Brennstoffen, mit dem Ziel eine starke Abgastrennschicht zu produzieren, wie sie von Kaskadenbefeuerungen bekannt ist, ist am Flammenwurzelschirm unproduktiv, da der bekannte Nachteil, am Vorfeuer eine neue NOx- Quelle zu bilden, durch Abgasauffüllung bei Überschuss an Brennstoff ebenfalls nachteilig werden kann. Zweckmäßig behebt die Abgasauffüllung des Anströmungsgebiets am Flammenwurzelschirm lediglich einen strömungstechnischen Fehler des an sich bereits vollständigen geometrischen Schutzes der gesamten Flammenwurzel, der in der vorgelagerten, baulich bedingten, turbulenzauslösenden Anströmung des Wandsegmentes besteht, indem er die dortige Unterdruckzone kontinuierlich auffüllt und deren gasdynamischen Einfluss auf die Luftströmung mindert.An advantageous side effect of the third functional element is that exhaust gas is mixed in from the space in front of the wall segment by the suction effect of the air flowing over it into the lower layers of the combustion air before the air enters the reaction space after the screen. In the upper area of the flame or more precisely at the interface between fuel and air, the starting reaction is additionally reduced. An increased introduction of fuels, with the aim of producing a strong exhaust gas separation layer, as is known from cascade firing, is unproductive on the flame root screen, since the known disadvantage of forming a new NOx source at the pre-fire is also disadvantageous due to exhaust gas filling with excess fuel can be. The exhaust gas filling of the inflow area at the flame root shield expediently only remedies a fluidic error in the already complete geometric protection of the entire flame root, which consists in the upstream, structurally caused, turbulence-causing inflow of the wall segment by continuously filling up the vacuum zone there and its gas dynamic influence Air flow diminishes.
Die vorteilhafte Ausführung der Verdrängungslanze mit axialen Gasaustrittsschlitzen sichert, selbst wenn sie mit kleiner Brenngasmenge betrieben wird, stets relativ große und somit kalte Flammenflächen, so dass wenig NOx gebildet wird. Die impulsarme Zufuhr von Abgas erfolgt durch die radialen Gasaufbrüche unmittelbar in die Unterdruckzone im Fussbereich des Wandsegmentes in geometrisch angepasster Form.The advantageous design of the displacement lance with axial gas outlet slots always ensures, even if it is operated with a small amount of fuel gas, relatively large and thus cold flame areas, so that little NOx is formed. The low-pulse supply of exhaust gas takes place through the radial gas bursts directly into the vacuum zone in the foot area of the wall segment in a geometrically adapted form.
Die kurze Baulänge der üblicherweise symmetrisch gegenüberliegend angeordneten Wandsegmente lässt am Portboden einen großen Abschnitt frei von luft- strömungsbehindernden Einbauten. Dadurch wird dieser Abschnitt, der bei Schwellen oder Stufen besonders durch Kohlenstoffablagerungen gekennzeichnet ist, durch einen intensivierten Verbrennungsluftstrom von Kohlenstoffablagerungen frei gehalten. Es besteht damit kein Qualitätsrisiko für die Schmelze, das über das von herkömmlichen Ports hinausgeht, die keine Strömungsbeengenden Einbauten aufweisen.The short overall length of the wall segments, which are usually arranged symmetrically opposite one another, leaves a large section on the port floor free of internals that obstruct air flow. As a result, this section, which is particularly characterized by carbon deposits in thresholds or steps, is kept free of carbon deposits by an intensified combustion air flow. There is therefore no quality risk for the melt goes beyond that of conventional ports that have no flow restricting internals.
In einer vorteilhaften Ausführung wird der Brennstoff mittels eines Freistrahlbrenners erfinderisch am Flammenwurzelschirm und von den drei raumbildenden Wänden mindestens jeweils etwa 10° abgewendet, eingedüst, wobei die Abwendung von der Portwand die größte ist. Strömungstechnisch zufällige Zündungen an der Flammenwurzel werden dabei besonders effektiv vermieden. Vorteilhaft ist, dass das Wandsegment keine laufenden Aufwendungen für den Betrieb erfordert und der Flammenwurzelschirm schon mit diesem einfachen Aufbau funktionstüchtig ist.In an advantageous embodiment, the fuel is injected by means of a free-jet burner in accordance with the invention at the flame root screen and turned away from the three space-forming walls at least about 10 ° in each case, the largest being the turning away from the port wall. Fluidically random ignitions at the flame root are particularly effectively avoided. It is advantageous that the wall segment does not require any ongoing operating expenses and that the flame root screen is functional even with this simple structure.
Weitere Vorteile bestehen darin, dass die Vorrichtung an bestehenden Anlagen mit geringem Aufwand nachgerüstet werden kann und dass nach ihrer Inbetriebnahme auch für Wannen mit intensiver Quermischung zwischen Brennstoff und Brennluft weitere NOx- Primärmassnahmen effektiv anwendbar sind. Beispielsweise entfalten dann neben den vorzugsweise anwendbaren Freistrahlbrennem auch andere Brenner mit kleinem Gasimpuls ihre NOx- mindernde Wirkung. Düsenstein und Brenner werden durch den Flammenwurzelschirm besser thermisch geschützt.Further advantages are that the device can be retrofitted to existing systems with little effort and that after its commissioning, additional NOx primary measures can also be used effectively for tubs with an intensive cross-mixing between fuel and combustion air. For example, in addition to the preferably usable free-jet burners, other burners with a small gas pulse also have their NOx-reducing effect. Nozzle stone and burner are better thermally protected by the flame root shield.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden, in denen:The invention will be explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings, in which:
Fig.1 eine perspektivische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen mechanischen Flammenwurzelabschirmung ist;1 is a perspective view of a preferred embodiment of the mechanical flame root shield according to the invention;
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer anderen bevogzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen vollständigen Flammenwurzelabschirmung ist;Figure 2 is a perspective view of another preferred embodiment of the full flame root shield of the invention;
Fig. 3 die erfindungsgemäße mechanische Flammenwurzelabschirmung mit einer Verbrennungsluftanhebung mit turbulenzminderndem Vorsatzstein zeigt; Fig. 4 die Einbringung von Abgas in ein erfindungsgemäßes Wandsegment hinein zeigt;3 shows the mechanical flame root shielding according to the invention with a combustion air lift with turbulence-reducing facing stone; 4 shows the introduction of exhaust gas into a wall segment according to the invention;
Fig. 5 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verdrängungslanze mit radial ausgerichtetem Brennstoff- und Luftaustritt zeigt;5 shows an embodiment of a displacement lance according to the invention with a radially oriented fuel and air outlet;
Fig. 6 eine andere Ausführungsform einer Verdrängungslanze mit radialem Gasautritt und ihre Anordnung am Wandsegment zeigt;6 shows another embodiment of a displacement lance with radial gas discharge and its arrangement on the wall segment;
Fig. 7 einen vorteilhaften luftgekühlten Freistrahlgasbrenner zeigt.7 shows an advantageous air-cooled free jet gas burner.
Figur 1 zeigt in schematischer perspektivischer Ansicht einen Brennluftport 1 einer Floatglaswanne mit seitlicher Anordnung der Brenner 3. Der Brennluftport 1 wurde im laufenden Betrieb mit einer erfindungsgemäßen Flammenwurzelabschirmung ausgerüstet. Dazu wurden quer zur Richtung der Luftströmung 2 und in Luftströmungsrichtung vor den Brennerdüsensteinen bzw. der Brennermündung 3a stapelbare Bausteine als Wandsegment 4 auf dem Portboden 5 angrenzend an die Portseitenwand 11 aufgeschichtet angeordnet, die formschlüssige Profilierung an den inneren Auflageflächen aufweisen. Der Brenner 3 ist in Brennluftströmungsrichtung hinter dem Wandsegment 4 angeordnet. Die verlängerte Achse der Brennerdüsensteine bzw. Brennermündung 3a ist von der in Strömungsrichtung hinteren Wandflucht 4b des Wandsegmentes 4 so abgewendet, dass die ebene Auswinkelung etwa 10° beträgt, horizontal gemessen in Richtung der Verbrennungsluftströmung 2 gegen die Wandflucht 4b des Wandsegmentes 4. Die gleiche Achse weist einen vertikalen Anstieg von 10° auf, gemessen gegen die Ebene des Portbodens 5.FIG. 1 shows a schematic perspective view of a combustion air port 1 of a float glass trough with the burners 3 arranged on the side. The combustion air port 1 was equipped with a flame root shield according to the invention during operation. For this purpose, stackable building blocks were arranged as wall segment 4 on the port floor 5 adjacent to the port side wall 11, which have a form-fitting profile on the inner bearing surfaces, transversely to the direction of the air flow 2 and in the air flow direction in front of the burner nozzle stones or the burner mouth 3a. The burner 3 is arranged behind the wall segment 4 in the direction of combustion air flow. The elongated axis of the burner nozzle stones or burner orifice 3a is turned away from the wall 4b of the wall segment 4, which is at the rear in the flow direction, in such a way that the plane angle is approximately 10 °, measured horizontally in the direction of the combustion air flow 2 against the wall 4b of the wall segment 4. The same axis has a vertical rise of 10 °, measured against the level of the port floor 5.
Als Brennertyp können sogenannte Freistrahlgasbrenner eingesetzt werden, wie sie in der DE 19520650 offenbart sind oder Gasbrenner, deren Mündung anstelle der herkömmlicherweise anschließend an die Brenner angewendeten Brennerdüsensteine selbst die Mündung bildet. Ein derartiger Brenner ist in Fig. 7 dargestellt und wird weiter unten ausführlicher beschrieben.So-called free jet gas burners can be used as the burner type, as disclosed in DE 19520650, or gas burners whose mouth itself forms the mouth instead of the burner nozzle bricks which are conventionally used subsequently on the burners. Such a burner is shown in Fig. 7 and will be described in more detail below.
Im letzteren Fall ist der Durchmesser der Einmündung 3a des Brennstoffs damit die Öffnung des Brenners. Deren Maß ist im Beispiel 95 mm, die Breite des Ports beträgt 1,5 m. Die Maße des Wandsegmentes 4 der erfindungsgemäßen Flammenwurzelabschirmung sind im Beispiel: Länge 500 mm, Breite 250 mm, Höhe 300mm. Die Höhe wurde dementsprechend bestimmt als Summe des Durchmessers der Brennermündung 3a und 1/3 der Länge des Wandsegmentes 4, wobei im vorliegenden Fall die erhöhte Lage der Brennermündung 3a bei der Berechnung der Höhe des Wandsegmentes 4 mit zu berücksichtigen war, d.h., um den baulich bedingten Fehler der Lage der Brennermündung 3a in Bezug zum Ursprungspunkt 10 des Wandsegmentes 4 auszugleichen, da der Brennstoffstrahl 8 im Beispiel von der bevorzugten erfindungsgemäßen Positonierung abweichend den Portboden 5 nicht tangiert.In the latter case, the diameter of the opening 3a of the fuel is thus the opening of the burner. In the example, its dimension is 95 mm, the width of the port is 1.5 m. The dimensions of the wall segment 4 of the flame root shielding according to the invention are in the example: length 500 mm, width 250 mm, height 300 mm. The height was accordingly determined as the sum of the diameter of the burner orifice 3a and 1/3 of the length of the wall segment 4, in the present case the elevated position of the burner orifice 3a had to be taken into account when calculating the height of the wall segment 4, that is, in terms of construction to compensate for any errors in the position of the burner mouth 3a with respect to the origin 10 of the wall segment 4, since in the example the fuel jet 8 does not affect the port base 5, in contrast to the preferred positioning according to the invention.
Im Beispiel liegt der untere Rand der Brennereinmündung 40 mm über dem Portboden 5 und die untere Mantellinie des fortfolgenden Strahls, der als Freistrahl angenommen wird, liegt parallel zum Portboden 5, um dieses Maß angehoben, über diesem. Das Gebiet an der oberen Mantellinie des Brennstoffstrahles 8 wäre ansonsten frühzeitiger Lufteinmischung ausgesetzt. Das Wandsegment 4 wurde deshalb zweckmäßig 40 mm höher ausgeführt.In the example, the lower edge of the burner mouth is 40 mm above the port base 5 and the lower surface line of the successive beam, which is assumed to be a free jet, is parallel to the port base 5, raised by this amount, above it. The area at the upper surface line of the fuel jet 8 would otherwise be exposed to premature air mixing. The wall segment 4 was therefore expediently made 40 mm higher.
Das Wandsegment 4 weist über seine gesamte Breite eine gegenüber dem Portboden 5 in Richtung der Luftströmung 2 um 10° ansteigende Mauerkrone 4c auf.The wall segment 4 has over its entire width a wall crown 4c which rises by 10 ° in relation to the port base 5 in the direction of the air flow 2.
Die kurze Baulänge der symmetrisch gegenüberliegend angeordneten Wandsegmente 4 lässt am Portboden 5 einen großen Abschnitt frei von luftströmungs- behindemden Einbauten. Dadurch wird dieser Abschnitt durch einen intensivierten Verbrennungsluftstrom von Kohlenstoffablagerungen frei gehalten. Es besteht damit kein Qualitätsrisiko für die Schmelze, das über das von herkömmlichen Ports hinausgeht, die keine Strömungsbeengenden Einbauten aufweisen. Am distalen Ende des Wandsegmentes 4 wird der gesamte Brennstoffstrahl am Brennluftdurchlass 7 abrupt für die Einmischung der Verbrennungsluft freigegeben.The short overall length of the wall segments 4 arranged symmetrically opposite one another leaves a large section on the port base 5 free of internals which obstruct air flow. This section is kept free of carbon deposits by an intensified combustion air flow. There is therefore no quality risk for the melt that goes beyond that of conventional ports that have no flow restricting internals. At the distal end of the wall segment 4, the entire fuel jet at the combustion air passage 7 is abruptly released for the combustion air to be mixed in.
Für den Einbau des erfindungsgemäßen Wandsegmentes 4 haben sich zwei Methoden als praktikabel erwiesen. Bei der ersten wird die Portseitenwand 11 seitlich neben dem Brennerdüsenstein bzw. der Brennermündung 3a eröffnet, um die Bauelemente durch Einschieben von der Seite her und durch Stapeln der Schichten in den Port 1 einzubringen. Bei der zweiten Methode wird der Portboden 5 von unten aufgesägt. Der Bodenausschnitt wird dann mit einer Hubbühne abgesenkt, abgeräumt und verworfen. Ein neues Bodensegment wird mit dem Wandsegment 4 des Flammwurzelschirmes auf der Hubbühne aufgebaut und mit deren Hilfe wieder in den Port 1 geringfügig unter das Niveau des alten Portbodens 5 eingehoben, bzw. in das neue Portbodensegment eingesenkt angeordnet, um somit das Verrutschen des Wandsegmentes auf dem Portboden 5 sicher zu vermeiden. Das Verfahren durch Aufsägen des Portbodens ist vorteilhaft bezüglich der Arbeitsaufwendungen und der Arbeitserschwernisse.Two methods have proven to be practical for installing the wall segment 4 according to the invention. In the first case, the side wall 11 of the port is opened laterally next to the burner nozzle block or the burner mouth 3a, in order to insert the components from the side and by stacking them Add layers to port 1. In the second method, the port base 5 is sawn from below. The floor cutout is then lowered, cleared and discarded using a lifting platform. A new floor segment is built up with the wall segment 4 of the flame root screen on the lifting platform and with the help of it is lifted back into port 1 slightly below the level of the old port floor 5, or sunk into the new port floor segment, in order to prevent the wall segment from slipping on the Avoid port bottom 5 safely. The process of sawing up the port floor is advantageous in terms of labor costs and labor difficulties.
Im Ergebnis des beschriebenen Ausführungsbeispiels wird eine Absenkung der NOx- Bildung von etwa 50 % erzielt. Es treten für den Ofenbetrieb gleichzeitig weitere vorteilhafte Nebenwirkungen auf. Insbesondere wird der Brennstoffverbrauch gesenkt, die Gewölbetemperatur des Ofens gesenkt und damit eine geringere Korrosion des Feuerfestmaterials erzielt. Eine Steigerung der Schmelzleistung der Wanne ist ebenfalls signifikant.As a result of the exemplary embodiment described, the NOx formation is reduced by approximately 50%. At the same time, there are other advantageous side effects for the furnace operation. In particular, the fuel consumption is reduced, the vaulting temperature of the furnace is reduced, and thus less corrosion of the refractory material is achieved. An increase in the melting capacity of the tub is also significant.
In Figur 2 ist eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Flammenwurzel- schirms dargestellt und im Vergleich mit Figur 1 zusätzlich ausgestattet mit der zweiten gasdynamischen Komponente des Flammenwurzelschirmes in Form einer turbulenzmindernden Verbrennungsluftanhebung durch Gaseinbringung vor dem Wandsegment 4. Zur Vereinfachung der Zeichnung ist nur ein Wandsegment dargestellt, das an der gegenüberliegenden Portseitenwand angeordnete Wandsegment wurde weggelassen. Darüberhinaus sind bei dieser Ausführung des erfindungsgemäßen Wandsegmentes spezielle Bauelemente eingesetzt, die abweichend von üblichen Steinformaten einen zusätzlichen Anstieg der Mauerkrone 4c des Wandsegmentes 4 von der Portseitenwand 11 zum zur Portmitte hin gelegenen distalen Ende des Wandsegmentes 4 um etwa 20° bilden und damit die äußere Geometrie des Wandsegmentes 4 der Gasstrahlenform 8 eines natürlichen Freistrahles besser anpassen und bei weiter verbesserter Abschirmung der Flammenwurzel wegen ihrer kleineren Baugröße zugleich geringe Sperrwirkung in der Abgasperiode und geringe Luftverteilungsnebenwirkungen bei Querflammenwannen haben. Die NOx- wirksame größte Höhe des Wandsegmentes nach Anspruch 7 bleibt erhalten. Als brennertechnische Vorrichtung zur Einbringung von Abgas wird im vorliegenden Beispiel ein an sich bekannter Brenner für flammenlose Oxidation vorgeschlagen, der zur Beheizung von Glasschmelzwannen in seinen bekannten Ausführungen bisher nicht eingesetzt werden konnte. Seine Anwendungseinschränkung beruht auf der zu niedrigen Abgastemperatur und der vollständigen Verbrennung im Brenner, was hier aber vorteilhaft dadurch ist, dass durch ihn nunmehr in den Ofen lediglich Abgas eingetragen wird und der von zusätzlichen Flammen bekannte Effekt einer zusätzlichen NOx- Quelle nicht mehr auftritt. Der Brenner wird von der Portseitenwand 11 her eingesetzt und sein Strahl 9 entlang des Wandsegmentes 4, auf der Seite der vorderen Wandfläche 4a, schräg aufwärts Richtung Portmitte geführt. Die erforderlichen Abgasmengen liegen in der Größenordnung von ein bis wenigen Prozenten des Gesamtaufkommens an Abgas. Fachmännisch ergänzt ist die Vorrichtung durch einen Vorsatzstein 13 an der unteren Schicht des Wandsegmentes 4, der tief und wirkungslos abziehendes Abgas mindern soll und auf die wirkungsvolleren oberen Wege umleitet. Weiterhin ist fachmännisch die Brennstrahlseite an der hinteren Wandflucht 4b des Wandsegmentes 4 konkav ausgeführt.FIG. 2 shows a further advantageous embodiment of the flame root shield and, in comparison with FIG. 1, additionally equipped with the second gas dynamic component of the flame root shield in the form of turbulence-reducing combustion air elevation by introducing gas in front of the wall segment 4. To simplify the drawing, only one wall segment is shown, the wall segment located on the opposite port side wall has been omitted. In addition, in this embodiment of the wall segment according to the invention, special components are used which, in contrast to conventional stone formats, form an additional increase in the wall crown 4c of the wall segment 4 from the port side wall 11 to the distal end of the wall segment 4 located towards the center of the port by approximately 20 ° and thus the external geometry of the wall segment 4 of the gas jet shape 8 of a natural free jet better adapt and with further improved shielding of the flame root because of their smaller size have at the same time little blocking effect in the exhaust gas period and little air distribution side effects in transverse flame troughs. The NOx effective maximum height of the wall segment according to claim 7 is retained. As a burner-technical device for introducing exhaust gas, a known burner for flameless oxidation is proposed in the present example, which previously could not be used for heating glass melting tanks. Its application restriction is based on the exhaust gas temperature being too low and the complete combustion in the burner, which is advantageous here, however, because only exhaust gas is now introduced into the furnace and the effect of an additional NOx source known from additional flames no longer occurs. The burner is inserted from the port side wall 11 and its jet 9 is guided obliquely upwards along the wall segment 4, on the side of the front wall surface 4a, towards the center of the port. The required amounts of exhaust gas are in the order of one to a few percent of the total amount of exhaust gas. The device is expertly supplemented by a facing stone 13 on the lower layer of the wall segment 4, which is intended to reduce exhaust gas which draws off deeply and ineffectively and redirects it to the more effective upper paths. Furthermore, the firing jet side on the rear wall alignment 4b of the wall segment 4 is carried out in a professional manner.
In Figur 3 ist ein Wandsegment 4 dargestellt, bei dem die Verbrennungsluftanhebung anstelle der gasdynamischen Komponente mittels einer mechanischen Einrichtung, z.B. turbulenzmindernder Vorsatzsteine 12, realisiert wird, die in Strömungsrichtung der Luft vom Portboden 5 stetig und stufenlos um etwa 10° ansteigend bis zur Krone 4c des Wandsegmentes 4 angeordnet sind. Diese Lösung hat jedoch gegenüber der gasdynamischen Komponente die Nachteile, dass für die Nachrüstung der Ports im laufenden Betrieb noch kein günstiges Konzept oder eine einfache Technologie gefunden wurde und er somit nur bei Neubau oder Kaltreparatur der Wanne eingesetzt werden kann und für eine einfache Reparatur kaum zugänglich ist.In Figure 3 a wall segment 4 is shown, in which the combustion air lift instead of the gas dynamic component by means of a mechanical device, e.g. turbulence-reducing facing stones 12 is realized, which are arranged in the flow direction of the air from the port base 5 continuously and continuously increasing by about 10 ° to the crown 4c of the wall segment 4. However, compared to the gas-dynamic component, this solution has the disadvantages that no cheap concept or simple technology has yet been found for retrofitting the ports during operation, which means that it can only be used when the tub is new or cold repaired and is hardly accessible for simple repairs is.
Figur 4 zeigt die Einbringung von Abgas für die erfinderische gasdynamische Verbrennungsluftanhebung in das Wandsegment 4 hinein. Das Wandsegment 4 wird aus geeignet geformten Wandsegmentbausteinen 14 gebildet, wobei der obere Wandsegmentbaustein 14 dahingehend modifiziert ist, dass sein Auflage- steg 14a an der Seite der vorderen Wandfläche 4a verkürzt ist und nicht formschlüssig auf dem unteren Wandsegmentbaustein 14 aufliegt und somit einen Gasaustrittsschlitz 15 für das durch eine Abgaszuführung 6 durch die Wand eingebrachte Abgas bildet. In der Figur 4 ist durch Schnitt des Wandsegmentes 4 der innere Aufbau erkennbar, jedoch ist die stirnseitig verschließende Feuerfestschicht des Wandsegmentes 4 nicht dargestellt. Die Abgaseinbringung in den oberen Wandsegmentbaustein 14 des Wandsegmentes 4 erfolgt von der Portseitenwand 11 her mittels einer an sich bekannten Konfiguration, bestehend aus Abgaszuführung 6 und an sich bekanntem Brenner für flammenlose Oxidation (nicht dargestellt) mit keramischem Brennerrohr. Nicht dargestellt ist eine Alternative dazu, bei der ein kompaktes Wandsegment mit einer Sacklochbohrung versehen ist, die einen seitlichen Schlitz in ähnlicher Position aufweist, wie er in Figur 4 dargestellt ist. In das Sackloch wird in der Feuerperiode Brenngas, Abgas oder ein brennbares Gasgemisch eingedüst.FIG. 4 shows the introduction of exhaust gas into the wall segment 4 for the inventive gas dynamic combustion air lift. The wall segment 4 is formed from suitably shaped wall segment modules 14, the upper wall segment module 14 being modified in such a way that its support web 14a is shortened on the side of the front wall surface 4a and does not rest positively on the lower wall segment module 14 and thus one Forms gas outlet slot 15 for the exhaust gas introduced through the wall through an exhaust gas supply 6. The internal structure can be seen in FIG. 4 through a section of the wall segment 4, but the refractory layer of the wall segment 4 which closes at the end is not shown. The exhaust gas is introduced into the upper wall segment module 14 of the wall segment 4 from the port side wall 11 by means of a configuration known per se, consisting of exhaust gas supply 6 and a known burner for flameless oxidation (not shown) with a ceramic burner tube. An alternative to this is not shown, in which a compact wall segment is provided with a blind hole which has a lateral slot in a similar position to that shown in FIG. 4. During the fire period, fuel gas, exhaust gas or a combustible gas mixture is injected into the blind hole.
Figur 5 zeigt die mögliche und vorteilhafte Ausführung einer erfindungsgemäßen Verdrängungslanze mit radial ausgerichtetem Brennstoff- und Luftaustrag in einer Schnittdarstellung, wobei das Kaltende 27 in der Abbildung gegen das für die Verfahrensrealisierung und die Vorrichtung wesentliche Heißende 26 im Uhrzeigersinn um 90 Grad gedreht dargestellt ist. Über einen Kühlwasservorlauf 20 wird ein äußerer Wasserkreislauf gespeist, der nahe der Stirnplatte 22 am Heißende 26 eine halbzylindrische äußere Unterbrechung der Umrohrung des Wasserkühlmantels aufweist. Diese Unterbrechung gibt einen radialen Brenngasaustritt 16 und einen radialen Luftaustritt 17 frei. In einer nicht dargestellten Draufsicht wären diese Austritte etwa halbkreisförmig. Der Kühlwasserkreis wird gegen den Brenngasaustritt 16 durch den Mantel eines Kegelstumpfsegmentes 23 getrennt, wobei dieser zugleich die obere Flanke des Gasstrahls etwa 50° von der axialen Anströmung in radiale Richtung auslenkend prägt. Gemeinsam mit einem Diffusorsegment 24, das seinerseits eine radiale Auslenkung von etwa 70° hat, wird dem Gasstrahl am Brenngasaustritt ein Austrittswinkel aufgezwungen, der einen Anstieg gegen die radiale Ebene von 30° hat. Die spaltförmige Öffnung selbst hat einen Öffnungswinkel von 20° und erfüllt damit, wenn auch nur partiell, in einer Schnittebene die Kriterien zur Formierung eines natürlichen Freistrahls. Der radiale Luftaustritt 17 ist ebenso nach dem erwähnten, teilweisen Freistrahlkriterium nach oben durch die Unterseite des Diffusorsegments 24 und ein Scheibensegment 25 nach unten geformt. Im Ergebnis ist dem Gasfreistrahl ein Luftfreistrahl unterschichtet, dessen unterer Mantel parallel zur radialen Ebene verläuft. Das ist deshalb für das Verfahren wesentlich, weil in der Einbausituation der Portboden, ebenfalls parallel zur radialen Ebene verläuft und so die Luft nicht gegen den Portboden gerichtet ist. Die sich ausbildende Flamme ist durch beide Freistrahlen bestmöglich beruhigt und hat zugleich größtmögliche Nähe zum Portboden, ohne gegen diesen gerichtet zu sein. Das Kaltende 27 weist als Medienanschlüsse den Brenngasanschluss 18, den Luftanschluss 19, den Kühlwasservorlauf 20 und den Kühlwasserrücklauf 21 auf. Kühlwasservorlauf und - rücklauf sind aus Gründen der Vermeidung hohen Bauaufwandes, der bei alternativ mehrmanteliger Ausführung nachteilig ist, halbschalenförmig gestaltet. Die Lanze wird vorzugsweise mit ähnlichen Gasdrücken bei Brenngas und Zerstäuberluft betrieben. Lediglich aus Gründen der Anschaulichkeit des Funktionsprinzips ist der Luftaustritt im Beispiel relativ zum Gasaustritt ähnlich groß dargestellt. Üblich zur Verfahrensdurchführung ist, dass das durchlassbestimmende kleinste Schlitzmaß der Luft mehrfach größer ist als das des Brenngases.FIG. 5 shows the possible and advantageous embodiment of a displacement lance according to the invention with a radially oriented fuel and air discharge in a sectional view, the cold end 27 being shown rotated clockwise by 90 degrees in relation to the hot end 26 which is essential for the implementation of the method and the device. An outer water circuit is fed via a cooling water inlet 20, which near the end plate 22 at the hot end 26 has a semi-cylindrical outer interruption in the tubing of the water cooling jacket. This interruption releases a radial fuel gas outlet 16 and a radial air outlet 17. In a plan view, not shown, these exits would be approximately semicircular. The cooling water circuit is separated from the fuel gas outlet 16 by the jacket of a truncated cone segment 23, which at the same time characterizes the upper flank of the gas jet by deflecting the axial flow in the radial direction by approximately 50 °. Together with a diffuser segment 24, which in turn has a radial deflection of approximately 70 °, an exit angle is forced on the gas jet at the fuel gas outlet, which has an increase of 30 ° against the radial plane. The slit-shaped opening itself has an opening angle of 20 ° and thus, if only partially, fulfills the criteria for forming a natural free jet in a section plane. The radial air outlet 17 is also shaped according to the partial free jet criterion mentioned above through the underside of the diffuser segment 24 and a disk segment 25 downwards. As a result, an air-free jet is layered under the gas-free jet, the lower jacket of which is parallel to the radial plane runs. This is essential for the process because in the installation situation the port floor also runs parallel to the radial plane and so the air is not directed against the port floor. The flame that forms is calmed as best as possible by both free jets and at the same time is as close as possible to the port floor without being directed against it. The cold end 27 has the fuel gas connection 18, the air connection 19, the cooling water supply 20 and the cooling water return 21 as media connections. Cooling water supply and return are designed in the form of a half-shell in order to avoid high construction costs, which is disadvantageous in the case of an alternatively multi-jacket design. The lance is preferably operated with similar gas pressures for fuel gas and atomizing air. For reasons of clarity of the functional principle, the air outlet in the example is shown to be of a similar size relative to the gas outlet. It is customary for carrying out the method that the smallest slit dimension of the air, which determines the passage, is several times larger than that of the fuel gas.
Figur 6 zeigt die einfache und anschauliche Darstellung einer Verdrängungslanze 28 mit Axialschlitzen 30 in waagerechter Einbausituation im Raumwinkel des Fußes eines Wandsegmentes 4 auf dessen der Anströmung der Verbrennungsluft 2 ausgesetzten Seite 4a.FIG. 6 shows the simple and descriptive illustration of a displacement lance 28 with axial slots 30 in a horizontal installation situation in the solid angle of the foot of a wall segment 4 on its side 4a exposed to the flow of combustion air 2.
Die Verdrängungslanze 28 weist im Beispiel zwei Axialschlitze 30 auf, die gegen die anströmende Verbrennungsluft so gerichtet sind, dass das aus den Schlitzen 30 austretende Abgas durch den Eintragsimpuls und die thermische Gasexpansion einen gasdynamischen Abgasspoiler bildet, der die Verbrennungsluft turbulenzmindernd über das Strömungshindernis in Form des Wandsegmentes 4 hebt. Die Einstellung der Lanzenposition ist deshalb einfach, weil die Lanze durch die Wandbohrung 29 auf der kalten Seite der Portseitenwand 11 (nicht dargestellt) verschieblich und drehbar angeordnet ist.In the example, the displacement lance 28 has two axial slots 30, which are directed against the incoming combustion air in such a way that the exhaust gas emerging from the slots 30 forms a gas-dynamic exhaust gas spoiler through the input pulse and the thermal gas expansion, which reduces the combustion air via the flow obstacle in the form of the turbulence Wall segment 4 lifts. The setting of the lance position is simple because the lance is arranged so that it can be moved and rotated through the wall bore 29 on the cold side of the port side wall 11 (not shown).
Figur 7 zeigt eine mögliche Ausführungsform eines Brenners zur Erzeugung eines Brenngasfreistrahles, wie er bevorzugt zum Einsatz kommt. Auch die Technologie des Verbrennungsprozesses hat grossen Einfluss auf die Produktqualität, die Energieökonomie, die Laufzeiterwartung und die Produktionskapazität von Industrieöfen. Besonders stark ist dieser Einfluss aber auf die Bildung von NOx. Als besonders effektiv hat sich bei Gasbrennern für Glasschmelzwannen ein so- genannter Freistrahlgasbrenner erwiesen, bei dem eine sehr hohe Minderung der Stickoxidbildung eintritt.FIG. 7 shows a possible embodiment of a burner for generating a fuel gas free jet, as is preferably used. The technology of the combustion process also has a major impact on product quality, energy economy, life expectancy and the production capacity of industrial furnaces. However, this influence is particularly strong on the formation of NOx. A particularly effective method for gas burners for glass melting furnaces has been named free jet gas burner, in which there is a very high reduction in nitrogen oxide formation.
Der erfindungsgemäß eingesetzte Brenner ist vorzugsweise ein konfigurations- modifizierbarer Brenner, der keinen Düsenstein erfordert, sondern geschlossen ganzmetallisch und gekühlt ausgeführt ist, wobei ein Langdiffusor den Gasströmungsraum äußerlich bildet und in diesem ein axial verschiebliches zylindrisches Gaszuführungsrohr angeordnet ist und die Kühlluft mit einer stellbaren Kühlluft- stromumlenkung der Brennermündung als umhüllender Verbrennungsprimärluft- strom zugeführt werden kann. Dadurch kann die Flamme weitgehend im Bereich der Charakteristik herkömmlicher Brennerkonstruktionen eingestellt werden. Im Falle von Qualitätsstörungen mit unklarer Ursache kann auf alte Erfahrungen der Qualitätssicherung mit bekannten Mitteln und Einstellungen zurückgegriffen werden. Dazu ist dann lediglich die Einstellung des Brenners mit Positionierung der Zentraldüse in der Umgebung der Diffusorwurzel erforderlich. Es wird so eine altbekannte, stark turbulente Flamme gebildet, die wahlweise noch mittels Primärluft um eine flinke Startreaktion weiter modifiziert werden kann. Alte Mitschreibungen zu qualitätssichernden Ofenfahrweisen sind damit nutzbar. Die effektive Brennerbetriebsweise im Freistrahlbetrieb kann so, ausgehend von dem herkömmlichen Brennstrahl, schrittweise eingestellt werden.The burner used according to the invention is preferably a configuration-modifiable burner that does not require a nozzle block, but is designed to be completely metallic and cooled, with a long diffuser forming the gas flow space externally and an axially displaceable cylindrical gas supply pipe being arranged therein and the cooling air having an adjustable cooling air current redirection of the burner mouth can be supplied as an enveloping combustion primary air stream. As a result, the flame can largely be adjusted in the range of the characteristics of conventional burner designs. In the case of quality disturbances with an unclear cause, old experience of quality assurance can be used with known means and attitudes. All that is then required is the adjustment of the burner with positioning of the central nozzle in the vicinity of the diffuser root. A well-known, highly turbulent flame is formed in this way, which can optionally be modified further by means of primary air by a quick start reaction. Old notes on quality-assuring kiln procedures can thus be used. The effective burner mode of operation in free jet mode can thus be set step by step, starting from the conventional flame jet.
Nachfolgend wird der Brenner in seiner Konfiguration als Freistrahlbrenner beschrieben, wie er bevorzugt in Kombination mit den erfindungsgemäßen Wandsegmenten und der gasdynamischen Verbrennungsluftanhebung zum Einsatz kommt.In the following, the burner is described in its configuration as a free jet burner, as it is preferably used in combination with the wall segments according to the invention and the gas dynamic combustion air lift.
Dazu wurde das zylindrische Zentraldüsenrohr 35 vollständig aus dem Langdiffusor 33 zurückgezogen und mit der Düsenmündung 36 des Zentraldüsenrohres 35 um das Fünffache des Durchmessers vom zylindrischen Gaszuführungsrohr 32 von der Wurzel 37 des Langdiffusors 33 entfernt im Gaszuführungsrohr 32 positioniert. Die Kühlluftstromumlenkung 41 versperrt den Weg des Verbren- nungsprimärluftstroms 40 zwischen dem Kühlmantel 31 und dem Brenneraufnahmestein 39 in den Freiraum der Brennereinsatzbohrung 38 hinein. An der Brennermündung 34 tritt ein niedrigturbulenter Gasfreistrahl aus. Die geschwächte Einmischung von Luft aus der Umgebung, die nachfolgende Karborierung des Brenngases mit hohen Anteilen an Kohlenstoffpartikeln und die Zündung der Flamme erst in einem Gebiet großer Oberfläche der Flamme, also mit guten Wärmeabstrahlungsbedingungen sind die Ursachen der niedrigen NOx- Emission des Brenners in dieser Einstellung, bei der die üblichen hohen oder gar adiabatischen Flammentemperaturen sicher vermieden werden. For this purpose, the cylindrical central nozzle pipe 35 was completely withdrawn from the long diffuser 33 and positioned in the gas supply pipe 32 with the nozzle orifice 36 of the central nozzle pipe 35 five times the diameter of the cylindrical gas supply pipe 32 from the root 37 of the long diffuser 33. The cooling air flow deflection 41 blocks the path of the combustion primary air flow 40 between the cooling jacket 31 and the burner receiving stone 39 into the free space of the burner insert bore 38. A low-turbulent gas-free jet emerges at the burner mouth 34. The weakened interference of air from the environment, the subsequent carbonation of the Fuel gas with high proportions of carbon particles and the ignition of the flame only in an area with a large surface area of the flame, i.e. with good heat radiation conditions, are the causes of the low NOx emission of the burner in this setting, in which the usual high or even adiabatic flame temperatures are reliably avoided ,
Liste der verwendeten BezugszeichenList of the reference symbols used
1 Brennluftport1 combustion air port
2 Brennluft2 combustion air
3 Brenner3 burners
3a Brennerdüsenstein/Brennermündung3a burner nozzle / burner mouth
4 Wandsegment4 wall segment
4a Vordere Wandfläche 4b Hintere Wandfläche 4c Mauerkrone4a front wall surface 4b rear wall surface 4c wall crown
5 Portboden5 port floor
6 Abgaszuführung6 exhaust gas supply
7 Brennluftdurchlaß7 combustion air outlet
8 Brennstoffstrahl8 fuel jet
9 Abgasstrahl9 exhaust gas jet
10 Ursprungspunkt10 point of origin
11 Portseitenwand11 port side wall
12 Turbulenzmindernder Vorsatzstein12 Turbulence-reducing facing stone
13 Vorsatzstein13 facing stone
14 Wandsegmentbaustein 14a Auflagesteg.14 wall segment block 14a support web.
15 Gasaustrittsschlitz15 gas outlet slot
16 Radialer Brenngasaustritt16 Radial fuel gas outlet
17 Radialer Luftaustritt17 Radial air outlet
18 Brenngasanschluß18 Fuel gas connection
19 Luftanschluß19 air connection
20 Kühlwasservorlauf20 cooling water flow
21 Kühlwasserrücklauf21 Cooling water return
22 Stirnplatte22 end plate
23 Mantel des Kegelstumpfsegmentes23 Mantle of the truncated cone segment
24 Diffusorsegment24 diffuser segment
25 Scheibensegment25 slice segment
26 Heißende26 Hot ends
27 Kaltende27 Cold ends
28 Verdrängungslanze mit Axialschlitzen Wandbohrung Axialschlitz Kühlmantel Gaszuführungsrohr Langdiffusor Mündung des Brenners Zentraldüsenrohr Düsenmündung des Zentraldüsenrohres Wurzel des Langdiffusors Brennereinsatzbohrung Brenneraufnahmestein Verbrennungsprimärluftstrom Kühlluftzstromumlenkung 28 Displacement lance with axial slots Wall bore Axial slot Cooling jacket Gas supply pipe Long diffuser Mouth of the burner Central nozzle pipe Mouth of the central nozzle pipe Root of the long diffuser Burner insert hole Burner receiving stone Combustion primary air flow Cooling air flow deflection

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Stickoxidminderung in Brennluftports von Glasschmelzwannen, dadurch gekennzeichnet, dass zum Schutz gegen Verbrennungsluftdurch- strömung des unmittelbaren Gebietes der Einmündung des Brennstoffstrahles innerhalb des Brennluftportes mittels einer dieses Gebiet radial geometrisch komplett überdeckenden, mechanischen Brennluft-Strömungssperre ein Strömungsschatten gebildet wird, der sich in Luftströmungsrichtung im An- schluss an die Brennluft-Strömungssperre als zum Portboden im wesentlichen paralleler Strömungsschatten fortsetzt, wobei der gesamte Brennstoffstrahl am distalen Ende der Brennluft-Strömungssperre am Brennluftdurch- lass abrupt für die Lufteinmischung freigegeben wird1. A method for nitrogen oxide reduction in combustion air ports of glass melting tanks, characterized in that a flow shadow is formed to protect against combustion air flow through the immediate area of the confluence of the fuel jet within the combustion air port by means of a mechanical combustion air flow barrier that completely radially covers this area continues in the air flow direction following the combustion air flow barrier as a flow shadow essentially parallel to the port base, the entire fuel jet at the distal end of the combustion air flow barrier at the combustion air passage being abruptly released for air mixing
2. Verfahren zur Stickoxidminderung in Brennluftports von Glasschmelzwannen, dadurch gekennzeichnet, dass in den Verwirbelungsraum vor Strömungshindernissen mindestens ein Gasstrahl so eingedüst wird, dass der dort befindliche Unterdruckraum aktiv und dynamisch mit Gas in so grosser Menge aufgefüllt wird, dass einschliesslich der thermischen Gasexpansion in diesem Gebiet überwiegend im wesentlichen ein kleiner Überdruck besteht.2. A method for reducing nitrogen oxide in combustion air ports of glass melting tanks, characterized in that at least one gas jet is injected into the swirling space in front of flow obstacles in such a way that the vacuum space located there is actively and dynamically filled with gas in such a large quantity that including the thermal gas expansion therein The area predominantly has a slight overpressure.
3. Verfahren zur Stickoxidminderung in Brennluftports von Glasschmelzwannen, gekennzeichnet durch die Kombination der Verfahren nach Anspruch 1 und 2.3. A method for nitrogen oxide reduction in combustion air ports of glass melting tanks, characterized by the combination of the method according to claim 1 and 2.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrahl vorzugsweise als Gasschicht in die der Luftanströmung ausgesetzte Fußzone der Strömungssperre/des Strömungshindernisses in einer Menge eingetragen wird, die zwischen 1 und 5 % des Brennstoffstromes des betreffenden Brennluftports beträgt.4. The method according to claim 2 or 3, characterized in that the gas jet is preferably entered as a gas layer in the exposed to the air flow foot zone of the flow barrier / the flow obstacle in an amount that is between 1 and 5% of the fuel flow of the combustion air port in question.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Brenngas als vorgeformter natürlicher Freistrahl in den der Brennluft- Strömungssperre nachgeordneten, dreiseitig geschlossenen Raumwinkel eingedüst wird. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the fuel gas is injected as a preformed natural free jet into the three-sided solid angle downstream of the combustion air flow barrier.
6. Vorrichtung zur Formierung eines Strömungsschattens zum Schutz gegen Verbrennungsluftdurchströmung des unmittelbaren Gebietes des Brennstoffstrahles innerhalb eines Brennluftportes zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 , 3, 4 oder 5, gekennzeichnet durch ein luftwegversperrendes Wandsegment (4), das mit dem Portboden (5) und einer Portseitenwand (11) einen dreiseitig geschlossenen Raumwinkel bildet.6. Device for forming a flow shadow for protection against combustion air flow through the immediate area of the fuel jet within a combustion air port for carrying out the method according to claim 1, 3, 4 or 5, characterized by an air-blocking wall segment (4) which with the port floor (5) and a port side wall (11) forms a solid angle closed on three sides.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Wandsegment (4) eine Länge hat, die deutlich kürzer als die halbe Breite des Portbodens (5) ist, das Wandsegment (4) im wesentlichen senkrecht zur Portseitenwand (11) in den Brennluftport (1) hinein weisend angeordnet ist und seine grösste Höhe gegenüber der unteren Mantellinie des idealisierten Freistrahles (8) etwa gleich oder grösser als die Summe aus dem Durchmesser des Brenngaseintritts (3a) und 1/3 der Länge des Wandsegmentes (4) ist.7. The device according to claim 6, characterized in that the wall segment (4) has a length which is significantly shorter than half the width of the port base (5), the wall segment (4) substantially perpendicular to the port side wall (11) in the combustion air port (1) is arranged facing inwards and its greatest height compared to the lower surface line of the idealized free jet (8) is approximately equal to or greater than the sum of the diameter of the fuel gas inlet (3a) and 1/3 the length of the wall segment (4).
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Krone (4c) des Wandsegmentes (4) mindestens über einen Teil ihrer Länge und mindestens über den größeren Teil ihrer Breite mit einer in Strömungsrichtung der Verbrennungsluft (2) flächig ansteigenden Luftleitfläche mit scharfer Abrisskante versehen ist.8. The device according to claim 6 or 7, characterized in that the crown (4c) of the wall segment (4) at least over part of its length and at least over the greater part of its width with a flat in the direction of flow of the combustion air (2) rising air guide surface sharp tear-off edge is provided.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der flächige Anstieg in einem Winkel von etwa 10° gegenüber dem nachfolgenden Portboden ausgebildet ist.9. The device according to claim 8, characterized in that the flat rise is formed at an angle of about 10 ° with respect to the subsequent port floor.
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Scheitel der Krone (4c) des Wandsegmentes (4) in Anströmungsrichtung der Brennluft (2) einer vertikal ebenen Projektion eines Gasfreistrahles nachgebildet ist.10. The device according to one or more of claims 6 to 9, characterized in that the apex of the crown (4c) of the wall segment (4) in the flow direction of the combustion air (2) is simulated a vertically flat projection of a gas jet.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Scheitel der Krone (4c) von der Portseitenwand (11) zu seinem distalen Ende einen kontinuierlichen oder gestuften Anstieg von etwa 20° aufweist. 11. The device according to claim 10, characterized in that the crown of the crown (4c) from the port side wall (11) to its distal end has a continuous or stepped increase of approximately 20 °.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die der Portmitte zugewandte senkrechte Stirnfläche des Wandsegmentes (4) mindestens über den größeren Teil ihrer Breite eine Beruhigungsfläche aufweist, die in Luftströmungsrichtung um etwa 10° angewinkelt ist, so dass sie mit der gleichermaßen angewinkelten Stirnfläche eines gegenüberliegenden Wandsegmentes (4) eine Einengung bildet.12. Device according to one of claims 6 to 11, characterized in that the vertical end face of the wall segment (4) facing the center of the port has at least over the greater part of its width a calming surface which is angled in the air flow direction by approximately 10 °, so that it forms a constriction with the equally angled end face of an opposite wall segment (4).
13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die der Luftanströmung zugewandte Seite der Brennluft- Strömungssperre rampenförmig so mit Feuerfestmaterial (12) ausgerüstet ist, dass der anströmenden Luft auf dem Weg über die Rampe anfänglich ein Anstieg von etwa 10° bis 30° und am Ende ein Anstieg von etwa 10° aufgezwungen ist.13. The device according to one or more of claims 6 to 12, characterized in that the side facing the air flow side of the combustion air flow barrier is equipped in a ramp-like manner with refractory material (12) that the incoming air on the way over the ramp initially has an increase of about 10 ° to 30 ° and in the end an increase of about 10 ° is forced.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Rampe waagerecht eben ausgeführt ist und dass auf der Länge der Rampe und fortfolgend der Portboden etwa 10° gegen die waagerechte Ebene in Luftströmungsrichtung abfällt.14. The apparatus according to claim 13, characterized in that the ramp is horizontally flat and that the length of the ramp and subsequently the port floor drops approximately 10 ° against the horizontal plane in the air flow direction.
15. Vorrichtung zum Eindüsen eines Gasstrahls zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf der luftangeströmten Seite der Brennluft-Strömungssperre an ihrem Fuss eine Verdrängungslanze zur Zuführung mindestens eines Gasstrahles angeordnet ist.15. Device for injecting a gas jet for carrying out the method according to claim 2, 3 or 4, characterized in that a displacement lance for supplying at least one gas jet is arranged on the air-flowed side of the combustion air flow barrier at its foot.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrängungslanze als etwa parallel zum Portboden liegende zylindrische Lanze ausgebildet ist, die an ihrer einen Stirnseite mindestens eine Zuführung für ein Gasgemisch oder ein brennbares Gas besitzt und deren andere Stirnseite geschlossen ist, und die mit mindestens einem axialen Längsschlitz zum Gasaustrag versehen ist.16. The apparatus according to claim 15, characterized in that the displacement lance is designed as a cylindrical lance lying approximately parallel to the port bottom, which has at least one inlet for a gas mixture or a combustible gas on its one end and the other end of which is closed, and which is closed with at least one axial longitudinal slot is provided for gas discharge.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrängungslanze und ihre Gasaustragsschlitze durch axiale Verschiebung und radiale Drehung in Bezug auf die Brennluft-Strömungssperre dadurch positionier- und einstellbar ist, dass sie durch eine Bohrung in der Portseitenwand in den Port etwa waagerecht hineinragt und außerhalb des Ports der Schaft der Verdrängungslanze in mindestens einer Rohrschelle aufgenommen ist.17. The apparatus according to claim 16, characterized in that the displacement lance and its gas discharge slots can be positioned and adjusted by means of axial displacement and radial rotation with respect to the combustion air flow barrier, in that it is in through a bore in the port side wall the port protrudes approximately horizontally and outside the port the shaft of the displacement lance is received in at least one pipe clamp.
18. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrängungslanze eine in etwa senkrecht durch den Portboden geführte mehrman- telige Stahlrohrlanze ist, wobei zwischen zwei Rohren der Lanze mindestens eine Kühlmittelschicht aus umlaufendem Kühlmittel gebildet wird, die einen äußeren, gegenüber der Lanze verkürzten und stirnseitig verschlossenen Gaszuführungsmantel besitzt, der an der geschlossenen Stirnseite mindestens dort einen radial orientierten und sich radial aufweitenden Gasaustrittschlitz aufweist, wo die Umrohrung der Kühlmittelschicht unterbrochen ist.18. The apparatus according to claim 15, characterized in that the displacement lance is a multi-walled steel tube lance which is guided approximately perpendicularly through the port base, wherein between two tubes of the lance at least one coolant layer of circulating coolant is formed, which shortened an outer, opposite the lance and has a gas supply jacket which is closed on the end face and which has a radially oriented and radially widening gas outlet slot on the closed end face at least where the piping around the coolant layer is interrupted.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die verdrän- gungs-lanze durch den Portboden im wesentlichen senkrecht so orientiert und angeordnet ist, dass der aus der Lanze austretende Brenngasstrahl vom Fuss der Brennluft-Strömungssperre vorzugsweise dort ausgeht, wo die in Luftströmungsrichtung vordere Kante ihrer Stirnfläche direkt der Verbrennungsluftanströmung ausgesetzt ist, wobei der Strahl nahe des Portbodens und nahe der Brennluft-Strömungssperre auf die Portseitenwand gerichtet ist, zu der die Brennluft-Strömungssperre Anschluss hat.19. The apparatus according to claim 18, characterized in that the displacement lance is oriented and arranged essentially vertically through the port base in such a way that the fuel gas jet emerging from the lance preferably emanates from the base of the combustion air flow barrier where it is in the air flow direction leading edge of its end face is directly exposed to the flow of combustion air, the jet being directed near the port bottom and near the combustion air flow barrier to the port side wall to which the combustion air flow barrier has a connection.
20. Vorrichtung zur turbulenzarmen Einbringung von Brenngas in Brennluftports von Wannenöfen zur Unterdrückung intensiver Mischung von Brennluft und Brenngas am Brenngaseintritt innerhalb des Brennluftports zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrahl des brenngaseintragenden Brenners in einen Brennluftport als an sich selbst niedrigturbulenter Gasstrahl dadurch in den Brennluftport eingetragen wird, dass die Austrittsöffnung des Gases aus dem Brenner und/oder Brennerdüsenstein in Form eines natürlichen Freistrahles ausgebildet ist, wobei der Brenner und/oder Brennerdüsenstein als Gasaustritt durchgängig die Form eines Diffusors mit einem Öffnungswinkel von etwa 20° besitzen, und die Länge des Diffusors grösser ist als sein kleinster Durchmesser.20. Device for the low-turbulence introduction of fuel gas in combustion air ports of furnace furnaces to suppress intensive mixing of combustion air and fuel gas at the fuel gas inlet within the combustion air port for carrying out the method according to claim 5, characterized in that the gas jet of the fuel gas-carrying burner into a combustion air port is itself less turbulent Gas jet is introduced into the combustion air port by designing the outlet opening of the gas from the burner and / or burner nozzle block in the form of a natural free jet, the burner and / or burner nozzle block continuously having the shape of a diffuser with an opening angle of approximately 20 ° as the gas outlet , and the length of the diffuser is greater than its smallest diameter.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung des Brennstoffes in den im Strömungsschatten liegenden Raumwin- kel so positioniert und ausgerichtet ist, dass die Umfanglinie des Brennstoffstrahles am Eintritt in den Brennluftport und/oder die verlängerte Umfanglinie der Austrittsöffnung des Brenners und/oder Brennerdüsensteines die Fluchten des Wandsegmentes und des Portbodens annähernd tangieren, aber nicht überschneiden. 21. The apparatus according to claim 20, characterized in that the outlet opening of the fuel in the space lying in the flow shadow is positioned and aligned in such a way that the circumferential line of the fuel jet at the entry into the combustion air port and / or the extended circumferential line of the outlet opening of the burner and / or burner nozzle block affect the alignments of the wall segment and the port base approximately, but do not overlap.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007044043B4 (en) 2007-09-14 2011-06-09 Beteiligungen Sorg Gmbh & Co. Kg Glass melting plant and method of operation
DE102008050599B3 (en) * 2008-10-09 2010-07-29 Uhde Gmbh Apparatus and method for distributing primary air in coke ovens
JP6149316B2 (en) * 2012-11-30 2017-06-21 コーニング インコーポレイテッド Swirl burner and process for combustion melting in liquid
CN113932613A (en) * 2021-10-29 2022-01-14 咸宁南玻玻璃有限公司 Connecting structure of kiln nozzle brick and kiln nozzle

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3441675A1 (en) * 1984-11-15 1986-05-22 L. & C. Steinmüller GmbH, 5270 Gummersbach METHOD FOR REDUCING NO (ARROW DOWN) X (ARROW DOWN) CONTENT IN COMBUSTION GASES
DE4225257B4 (en) * 1992-07-28 2006-03-16 Software & Technologie Glas Gmbh (Stg) Process and apparatus for nitrogen oxide reducing operation of industrial furnaces
DE4236677A1 (en) * 1992-10-30 1994-05-05 Software & Tech Glas Gmbh Control of combustion air flow in cross-flame furnaces e.g. for melting glass - air flow is slowed or accelerated in burner port or chamber inlet by stream of gas of cross-section equal to or less than that of air flow duct
GB9224852D0 (en) * 1992-11-27 1993-01-13 Pilkington Glass Ltd Flat glass furnaces
MX9404701A (en) * 1993-06-22 1995-01-31 Praxair Technology Inc RADIATION OVEN SYSTEM.
US5823769A (en) * 1996-03-26 1998-10-20 Combustion Tec, Inc. In-line method of burner firing and NOx emission control for glass melting
FR2750977B1 (en) * 1996-07-11 1998-10-30 Saint Gobain Vitrage METHOD AND DEVICE FOR REDUCING NOX EMISSIONS IN A GLASSWARE OVEN

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO0202468A1 *

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