EP1353137B1 - Industrieofen - Google Patents

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EP1353137B1
EP1353137B1 EP03004044A EP03004044A EP1353137B1 EP 1353137 B1 EP1353137 B1 EP 1353137B1 EP 03004044 A EP03004044 A EP 03004044A EP 03004044 A EP03004044 A EP 03004044A EP 1353137 B1 EP1353137 B1 EP 1353137B1
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EP
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burners
kiln
industrial
auxiliary
furnace
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EP03004044A
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EP1353137A1 (de
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Jörg RIDDER
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Riedhammer GmbH
Riedhammer GmbH and Co KG
Original Assignee
Riedhammer GmbH
Riedhammer GmbH and Co KG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • F27D99/0001—Heating elements or systems
    • F27D99/0033—Heating elements or systems using burners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B9/00—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity
    • F27B9/30—Details, accessories or equipment specially adapted for furnaces of these types
    • F27B9/36—Arrangements of heating devices

Definitions

  • the invention relates to an industrial furnace with a furnace space for receiving firing tables, which have several Besatzebenen for kiln.
  • furnaces are both continuous and discontinuous furnaces, for example in the form of tunnel ovens (roller kilns), shuttle kilns or chamber furnaces, state of the art (Brunklaus "Industrieöfen” ISBN 3-8027-2906-4).
  • CH-352 272 describes an oven equipped with impulse burners firing in a kiln of a kiln serving as kiln furniture and having additional burners arranged in vertical rows and injecting into spaces between stock stacks of successive kilns. This should reduce the peak times.
  • US 4,480,992 A discloses a method for heating a furnace, wherein burners in different assignments can be activated.
  • the aforementioned furnaces are used, for example, for firing ceramic products or for heat treating steel. Since ceramic products can have completely different properties (for example, ferrites on the one hand and porcelain on the other hand), the furnaces must meet very different requirements.
  • a common criterion is the setting of a defined furnace atmosphere, for example to be able to burn certain glazes on a ceramic piece of glass at all.
  • the invention relates to an industrial furnace according to claim 1.
  • Some kiln burners operate in an area that is outside the firing level of the kiln.
  • direct burners such as gas burners, oil / kerosene burners or so-called low-gas burners are used due to the high performance targeted, but their flame in a space below the lowest level of occupation to be led.
  • this space communicates fluidically with the rest of the furnace space, so that the heat can then flow into the remaining furnace space through convection.
  • the burners will usually be aligned horizontally and accordingly their direction of action is horizontal in the space below the lowest level of occupation.
  • the burners can be arranged on opposite walls of the furnace chamber.
  • burners can also be provided in the area of the other kiln walls.
  • the burners can be placed offset in a horizontal plane or different horizontal planes.
  • An offset of the burners in the area of opposite wall surfaces means that the hot combustion air can "flow through” immediately below the corresponding filling level and rise in the area of the opposite wall.
  • auxiliary burners are provided above the lowest level of the firing tables but, as the name implies, merely have an "auxiliary function". By this is meant that the energy output of the auxiliary burners (within the furnace or furnace segment) is at most 30% of the total energy output of the burners, with a maximum auxiliary burner performance of 20% or 10%, even less.
  • the auxiliary burners can be arranged at different distances from the bottom of the furnace chamber.
  • auxiliary burner are arranged so that they fire in open spaces (lanes) between adjacent firing tables, so like the main burner, the firing material does not apply directly.
  • the firing tables are arranged symmetrically next to each other and one behind the other, resulting directly through gaps between opposite walls (open spaces), in the area of the auxiliary burner can be arranged.
  • the main burners may be taxable individually or in groups.
  • a batch furnace such as a hearth kiln, in which prevail at a given time in the entire furnace chamber more or less constant temperature and atmospheric conditions (should), it is advisable to always drive the burner or auxiliary burner in synchrony over the Furnace space as constant as possible to obtain conditions.
  • the main burners can be grouped into two control groups, for example such burners on one side and burners on the opposite side of the furnace.
  • the control can be done via thermocouples.
  • auxiliary burners are (analogously) grouped into control groups. Each auxiliary burner is assigned its own thermocouple. Any deviations from the setpoint temperature can be readjusted very precisely locally.
  • the other features of the furnace such as the transport of the firing tables (kiln cars) into the kiln and out of the kiln, the insulation of the kiln or other features, may be well known in the art.
  • the single FIGURE shows - in a schematic representation - provided for burning sanitary porcelain shuttle kiln in vertical longitudinal section.
  • the formed with a rectangular base furnace comprises a bottom 10, a ceiling 12 and three, bottom 10 and ceiling 12 respectively connecting walls, of which two walls, namely the walls 14 and 16 are visible in the figure.
  • an oven door 18 is arranged schematically, which can be guided from the illustrated open position into a closed position in order to complete the furnace chamber 20 on the circumference.
  • exhaust passages 22 are provided which open into a common flue gas duct 24, from which flue gas is discharged via a chimney 26.
  • kiln cars 30 are arranged one behind the other, the kiln cars are guided on rollers or balls.
  • a firing table assembly 32 with (here) four landing levels 32.1, 32.2, 32.3 and 32.4, the spacing of the landing levels being determined by the height of the sanitary objects 34 to be fired.
  • each lowermost coating level 32.1 which, like the other loading levels 32.2, 32.3 and 32.4, is formed by a refractory plate (a kiln furniture).
  • the free space 36 is bounded on the underside by a chassis 30 c of the associated kiln car 30.
  • recuperator gas burner 38, 40 In this free space 36 fire here a total of 16 recuperator gas burner 38, 40, wherein the burner 40 in the region of the wall 14 and the burner 38 in the (not shown) wall opposite the wall 14 are arranged.
  • the burners 38 are combined in separate control group. The same applies to the burners 40.
  • Temperature monitoring is carried out for each control group via a central temperature sensor.
  • a burner pair 38, 40 is associated with a combustion trolley 30 and a free space 36, the burner 38 fires in the direction of the wall 14 and the burner 40 in the direction of the (not shown) opposite wall.
  • the burners 38, 40 are each arranged at a distance from one another.
  • the power of the burners 38, 40 is about 90% of the total burning power of the furnace.
  • the remaining 10% energy is provided by so-called auxiliary torches 42 which are arranged on the wall side above the lowermost covering level 32.1 of the firing tables 32, and at different heights, as shown in the figure.
  • auxiliary burners 42 do not fire directly on the kiln 34, but only in lanes 44 between adjacent kiln cars 30.
  • the burner 42 are individually regulated / controlled.
  • a defined temperature and atmospheric profile can be set in the furnace, and also time-dependent.
  • recuperator gas burner instead of the mentioned recuperator gas burner other burner forms, such as tunnel burners, conventional gas burners or oil burners, impulse burners, high-speed burners or the like can find application.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Tunnel Furnaces (AREA)
  • Vertical, Hearth, Or Arc Furnaces (AREA)
  • Combustion Of Fluid Fuel (AREA)
  • Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)
  • Crucibles And Fluidized-Bed Furnaces (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Industrieofen mit einem Ofenraum zur Aufnahme von Brenntischen, die mehrere Besatzebenen für Brenngut aufweisen.
  • Solche Öfen sind sowohl als kontinuierliche wie diskontinuierliche Öfen, zum Beispiel in Form von Tunnelöfen (Rollenöfen), Herdwagenöfen oder Kammeröfen, Stand der Technik (Brunklaus "Industrieöfen" ISBN 3-8027-2906-4).
  • Die CH-352 272 beschreibt einen Ofen, der mit Impulsbrennern ausgerüstet ist, die in einen als Brennhilfsmittel dienenden hohlen Untersatz von Brennwagen feuern und zusätzliche Brenner aufweist, die in vertikalen Reihen angeordnet sind und in Zwischenräume zwischen Besatzstapeln aufeinander folgender Brennwagen einspritzen. Dadurch sollen die Stoßzeiten verkürzt werden. Die US 4,480,992 A offenbart ein Verfahren zum Beheizen eines Ofens, wobei Brenner in verschiedenen Zuordnungen aktiviert werden können.
  • Die vorgenannten Öfen werden beispielsweise zum Brennen keramischer Produkte oder zur Wärmebehandlung von Stahl verwendet. Da keramische Erzeugnisse völlig unterschiedliche Eigenschaften haben können (beispielsweise Ferrite einerseits und Porzellan andererseits), müssen die Öfen ganz unterschiedliche Anforderungen erfüllen. Ein häufiges Kriterium ist die Einstellung einer definierten Ofenatmosphäre, beispielsweise um bestimmte Glasuren auf einem keramischen Scherben überhaupt brennen zu können.
  • Obwohl das Brennen von Keramik seit vielen tausend Jahren bekannt ist, besteht ein ständiges Bedürfnis, die Brennbedingungen im Sinne einer optimierten Steuerung/Regelung zu definieren.
  • Die Erfindung betrifft einen Industrieofen nach Anspruch 1.
  • Einige Ofenbrenner sind in einem Bereich wirksam, der außerhalb der Besatzebenen für das Brenngut liegt. Im Gegensatz zu der bekannten Verwendung indirekt wirkender Brenner, beispielsweise von Strahlungsbrennern, werden aufgrund der hohen Leistung gezielt direkte Brenner, beispielsweise Gasbrenner, Öl/Kerosinbrenner oder sogenannte Schwachgasbrenner eingesetzt, deren Flamme jedoch in einen Raum unterhalb der untersten Besatzebene geführt wird. Dieser Raum steht selbstverständlich mit dem übrigen Ofenraum strömungstechnisch in Verbindung, so dass durch Konvektion die Wärme anschließend in den übrigen Ofenraum strömen kann. Gerade hierin liegt der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung, weil die heiße Ofenluft nunmehr das Brenngut gleichmäßig über den gesamten Ofenquerschnitt erwärmen kann.
  • Die Brenner werden üblicherweise horizontal ausgerichtet sein und entsprechend ist ihre Wirkrichtung horizontal in den Raum unterhalb der untersten Besatzebene.
  • Die Brenner können auf gegenüberliegenden Wänden des Ofenraums angeordnet sein. Bei einem diskontinuierlichen Ofen, wie einem Herdwagenofen, können Brenner auch im Bereich der weiteren Ofenwände vorgesehen werden.
  • Die Brenner können versetzt in einer horizontalen Ebene oder unterschiedlichen horizontalen Ebenen platziert werden. Ein Versatz der Brenner im Bereich gegenüberliegender Wandflächen führt dazu, dass die heiße Verbrennungsluft unmittelbar unterhalb der entsprechenden Besatzebene "durchströmen" und im Bereich der gegenüberliegenden Wand aufsteigen kann.
  • Zusätzliche Hilfsbrenner sind oberhalb der untersten Besatzebene der Brenntische vorgesehen, die aber, wie der Name schon sagt,
    lediglich eine "Hilfsfunktion" haben. Hierunter wird verstanden, dass die Energieleistung der Hilfsbrenner (innerhalb des Ofens oder Ofensegments) maximal 30 % der Gesamt-Energieleistung der Brenner ausmacht, wobei eine maximale Leistung der Hilfsbrenner von 20 % oder 10 %, ja sogar noch weniger, eher vorteilhaft ist.
  • Die Hilfsbrenner können in unterschiedlichen Abständen vom Boden des Ofenraums angeordnet werden.
  • Auch hier ist es von Vorteil, wenn die Hilfsbrenner so angeordnet werden, dass sie in Freiräume (Gassen) zwischen benachbarten Brenntischen feuern, also, wie die Hauptbrenner, das Brenngut nicht unmittelbar beaufschlagen.
  • Da die Brenntische (Brennwagen) in der Regel symmetrisch nebeneinander und hintereinander angeordnet werden, ergeben sich unmittelbar zwischen gegenüberliegenden Wänden durchgehende Gassen (Freiräume), in deren Bereich die Hilfsbrenner angeordnet werden können.
  • Die Hauptbrenner können einzeln oder in Gruppen steuerbeziehungsweise regelbar sein. Insbesondere im Fall eines diskontinuierlichen Ofens, wie eines Herdwagenofens, bei dem zu einem bestimmten Zeitpunkt im gesamten Ofenraum mehr oder weniger konstante Temperatur- und Atmosphärenbedingungen herrschen (sollen), bietet es sich an, die Brenner beziehungsweise Hilfsbrenner stets synchron zu fahren, um über den Ofenraum möglichst konstante Bedingungen zu erhalten.
  • Alternativ können die Hauptbrenner in zwei Regelgruppen zusammengefasst werden, beispielsweise solche Brenner auf der einen und solche Brenner auf der gegenüberliegenden Ofenseite. Die Steuerung/Regelung kann über Thermoelemente erfolgen.
  • Die Hilfsbrenner sind (analog) in Regelungsgruppen zusammengefasst. Jedem Hilfsbrenner ist ein eigenes Thermoelement zugeordnet. Etwaige Abweichungen von der Solltemperatur lassen sich sehr präzise lokal nachregeln.
  • Die weiteren Merkmale des Ofens, beispielsweise der Transport der Brenntische (Brennwagen) in den Ofen und aus dem Ofen heraus, die Isolierung des Ofens oder andere Merkmale können dem Stand der Technik entsprechen.
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche sowie den sonstigen Anmeldungsunterlagen.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher beschrieben.
  • Die einzige Figur zeigt - in schematisierter Darstellung - einen zum Brennen von Sanitärporzellan vorgesehenen Herdwagenofen im vertikalen Längsschnitt.
  • Der mit rechteckiger Grundfläche ausgebildete Ofen umfaßt einen Boden 10, eine Decke 12 und drei, Boden 10 und Decke 12 jeweils verbindende Wände, von denen zwei Wände, nämlich die Wände 14 und 16 in der Figur erkennbar sind.
  • Gegenüber der Wand 16 ist schematisch ein Ofentor 18 angeordnet, welches von der dargestellten geöffneten Position in eine Schließposition geführt werden kann, um den Ofenraum 20 umfangsseitig abzuschließen.
  • In der Decke 12 sind Abgaskanäle 22 vorgesehen, die in einen gemeinsamen Rauchgaskanal 24 münden, von dem aus Rauchgas über einen Kamin 26 abgeleitet wird.
  • Im Ofenraum 20 sind acht Ofenwagen 30 hintereinander angeordnet, wobei die Ofenwagen auf Rollen oder Kugeln geführt sind. Auf jedem Ofenwagen befindet sich ein Brenntischaufbau 32 mit (hier) vier Besatzebenen 32.1, 32.2, 32.3 und 32.4, wobei der Abstand der Besatzebenen durch die Höhe der zu brennenden Sanitärgegenstände 34 bestimmt ist.
  • Zu erkennen ist jeweils ein Freiraum 36 unterhalb jeder untersten Besatzebene 32.1, die wie die anderen Besatzebenen 32.2, 32.3 und 32.4 von einer feuerfesten Platte (einem Brennhilfsmittel) gebildet wird. Der Freiraum 36 wird unterseitig von einem Chassis 30c des zugehörigen Ofenwagens 30 begrenzt.
  • In diese Freiräume 36 feuern hier insgesamt 16 Rekuperator-Gasbrenner 38, 40, wobei die Brenner 40 im Bereich der Wand 14 und die Brenner 38 in der (nicht dargestellten) Wand gegenüber der Wand 14 angeordnet sind. Die Brenner 38 sind in eigener Regelungsgruppe zusammengefasst. Ebenso die Brenner 40. Die Temperaturüberwachung erfolgt für jede Regelungsgruppe über einen zentralen Temperaturfühler.
  • Jeweils ein Brennerpaar 38, 40 ist einem Brennwagen 30 beziehungsweise einem Freiraum 36 zugeordnet, wobei der Brenner 38 in Richtung auf die Wand 14 feuert und der Brenner 40 in Richtung auf die (nicht dargestellte) gegenüberliegende Wand. Die Brenner 38, 40 sind jeweils im Abstand zueinander angeordnet.
  • Auf Grund der Platzierung unterhalb der untersten Besatzebene 32.1 kommt es zu keiner unmittelbaren Flammbeaufschlagung des Brenngutes 34. Die Brenngase strömen jedoch aus den Freiräumen 36 in den Ofenraum 20 und verteilen sich dort gleichmäßig unter gleichmäßiger Erwärmung des Brenngutes 34.
  • Die Leistung der Brenner 38, 40 beträgt ca. 90 % der Gesamt-Brennleistung des Ofens. Die restlichen 10 % Energie werden durch sogenannte Hilfsbrenner 42 bereitgestellt, die oberhalb der untersten Besatzebene 32.1 der Brenntische 32 wandseitig angeordnet sind, und zwar in unterschiedlichen Höhen, wie in der Figur dargestellt.
  • Auch diese Hilfsbrenner 42 feuern nicht direkt auf das Brenngut 34, sondern ausschließlich in Gassen 44 zwischen benachbarten Brennwagen 30. Die Brenner 42 sind individuell regel-/steuerbar.
  • Auf diese Weise läßt sich je nach Anwendungsbereich ein definiertes Temperatur- und Atmosphärenprofil im Ofen einstellen, und zwar auch zeitabhängig.
  • Anstelle der genannten Rekuperator-Gasbrenner können andere Brennerformen, beispielsweise Tunnelbrenner, konventionelle Gasbrenner oder auch Ölbrenner, Impulsbrenner, Hochgeschwindigkeitsbrenner oder dergleichen Anwendung finden.

Claims (13)

  1. Industrieofen mit einem Ofenraum (20) zur Aufnahme von Brenntischen (32), die eine oder mehrere Besatzebenen (32.1, 32.2, 32.3, 32.4) für Brenngut (34) aufweisen sowie
    a) mit Brennern (38, 40), die so angeordnet sind, dass sie in einen Raum (36) unterhalb der untersten Besatzebene (32.1) der Brenntische (32) feuern und
    b) mit zusätzlichen Hilfsbrennern (42), die in Regelungsgruppen zusammengefasst so angeordnet sind, dass sie in einen Raum (44) oberhalb der untersten Besatzebene (32.1) der Brenntische (32) feuern, wobei jedem Hilfsbrenner (42) ein Thermoelement zugeordnet ist und
    c) die Energieleistung der Hilfsbrenner (42) an der Gesamtenergieleistung des Industrieofens weniger als 30% beträgt.
  2. Industrieofen nach Anspruch 1, bei dem die Brenner (38, 40) auf gegenüberliegenden Wänden (14) des Ofenraums (20) angeordnet sind.
  3. Industrieofen nach Anspruch 1, bei dem die Brenner (38, 40) auf sämtlichen Wänden (14, 16, 18) des Ofenraums (20) angeordnet sind.
  4. Industrieofen nach Anspruch 1, bei dem die Brenner (38, 40) auf gegenüberliegenden Wänden (14) wechselweise horizontal versetzt zueinander angeordnet sind.
  5. Industrieofen nach Anspruch 1, bei dem die Hilfsbrenner (42) in unterschiedlichen Abständen vom Boden (10) des Ofenraums angeordnet sind.
  6. Industrieofen nach Anspruch 1, bei dem die Energieleistung der Hilfsbrenner (42) an der Gesamtenergieleistung des Industrieofens weniger als 20% beträgt.
  7. Industrieofen nach Anspruch 1, bei dem die Energieleistung der Hilfsbrenner (42) an der Gesamtenergieleistung des Industrieofens weniger als 10% beträgt.
  8. Industrieofen nach Anspruch 1, bei dem die Hilfsbrenner (42) so angeordnet sind, dass sie in Freiräume (44) zwischen benachbarten Brenntischen (32) feuern.
  9. Industrieofen nach Anspruch 1, bei dem die Brenner (38, 40) einzeln oder in Gruppen steuer- beziehungsweise regelbar sind.
  10. Industrieofen nach Anspruch 1, bei dem die Brenner (38, 40) und/oder Hilfsbrenner (42) Gasbrenner sind.
  11. Industrieofen nach Anspruch 1, bei dem die Brenner (38, 40) und/oder Hilfsbrenner (42) Rekuperator-Gasbrenner sind.
  12. Industrieofen nach Anspruch 1, bei dem die Brenner (38, 40) und/oder Hilfsbrenner (42) so angeordnet sind, dass keine unmittelbare Flammbeaufschlagung des Brenngutes (34) erfolgt.
  13. Industrieofen nach Anspruch 1 in Form eines Herdwagenofens.
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