WO2013034541A1 - Verfahren zum betrieb eines regenerativ beheizten industrieofens und regenerativ geheizter industrieofen - Google Patents

Verfahren zum betrieb eines regenerativ beheizten industrieofens und regenerativ geheizter industrieofen Download PDF

Info

Publication number
WO2013034541A1
WO2013034541A1 PCT/EP2012/067197 EP2012067197W WO2013034541A1 WO 2013034541 A1 WO2013034541 A1 WO 2013034541A1 EP 2012067197 W EP2012067197 W EP 2012067197W WO 2013034541 A1 WO2013034541 A1 WO 2013034541A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
furnace
heat storage
combustion air
exhaust gas
gas passage
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/067197
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Hemmann
Andreas Birle
Thomas Schulz
Helmut Heelemann
Original Assignee
Software & Technologie Glas Gmbh (Stg)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Software & Technologie Glas Gmbh (Stg) filed Critical Software & Technologie Glas Gmbh (Stg)
Publication of WO2013034541A1 publication Critical patent/WO2013034541A1/de

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/16—Special features of the melting process; Auxiliary means specially adapted for glass-melting furnaces
    • C03B5/235—Heating the glass
    • C03B5/237—Regenerators or recuperators specially adapted for glass-melting furnaces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L15/00—Heating of air supplied for combustion
    • F23L15/02—Arrangements of regenerators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D17/00—Regenerative heat-exchange apparatus in which a stationary intermediate heat-transfer medium or body is contacted successively by each heat-exchange medium, e.g. using granular particles
    • F28D17/02—Regenerative heat-exchange apparatus in which a stationary intermediate heat-transfer medium or body is contacted successively by each heat-exchange medium, e.g. using granular particles using rigid bodies, e.g. of porous material
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/50—Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1, for operating a regeneratively heated via at least one regenerative heat storage industrial furnace with a furnace chamber of a furnace, in particular with a melting tank for glass.
  • the invention also relates to an industrial furnace according to the preamble of claim 1 1, with a furnace chamber, in particular with a melting tank for glass, which is regeneratively heated via at least one regenerative heat storage.
  • the invention also relates to a use according to claim 17.
  • a regenerative industrial furnace of the type mentioned has proven particularly in glass production for melting glass. Basically, however, an industrial furnace of the type mentioned in the opening paragraph is not limited to use in glassmaking and can be used as an industrial high-temperature furnace, for example, in metal fabrication or the like.
  • the achievement of the highest possible preheat temperatures for the combustion air has usually priority, because this significantly fuel consumption and the achievable oven room temperatures determined.
  • the primary use of the exhaust gas ie the regenerative use of the amount of heat deposited by the exhaust gas in the regenerative heat storage for primary preheating of the combustion air in the foreground.
  • EP 0 137 059 A1 describes a method for melting glass with a preheating of the mixture to be dispensed onto the glass bath and an energy supply into the furnace by means of gas or oil burner, wherein combustion air preheated by the exhaust gas is supplied. A portion of the exhaust stream is used for the end vorer stiirm ung the supplied combustion air and the other part for batch preheating, the exhaust gas streams are then recombined and make the initial preheating of the combustion air together.
  • This concrete method is relatively complicated and requires a considerable secondary preheating of the combustion air to a range of 400 ° C to 425 ° C. Nevertheless, a further increase in the combustion air preheating temperature by the secondary waste heat utilization of the exhaust gas can not be achieved or only very slightly.
  • the achievable air preheating temperature, d. H. achievable achievable by primary and secondary preheating of the combustion air temperature of the combustion air at the furnace heat storage gas passage (exhaust gas inlet and combustion air outlet) is limited by the temperature gradient between exhaust inlet and outlet: As a result, the combustion air can not be hotter than entering the regenerator on the furnace heat storage gas passage exhaust. In fact, the air preheating temperature always remains well below the exhaust gas temperature entering the regenerative heat storage. The closer the temperature of the preheated combustion air on the one hand and the incoming exhaust gas on the other hand, the greater the effort to increase the combustion air preheating temperature.
  • DE 10 2005 019147 B4 describes a method for optimizing the combustion process for a melting furnace in glass production, in which a regenerative heat exchanger consisting of fireclay bricks is arranged on each side of the glass tank.
  • a regenerative heat exchanger consisting of fireclay bricks is arranged on each side of the glass tank.
  • Such a structure allows flue gases from the melting process to be cooled down to approx. 520 ° C.
  • a waste heat boiler for steam generation To be able to use even more energy from the flue gases, they went to install behind the heat exchanger, a waste heat boiler for steam generation. The steam thus generated is then used, for example, in a condensing turbine for the production of electrical energy.
  • the method described there seeks primarily to achieve a nearly constant temperature of the combustion air at the furnace-side heat storage gas passage. It is desirable not only to preheat the combustion air effectively, but also to effectively utilize a waste heat of the exhaust gas secondarily.
  • the invention begins, the object of which is to provide a method and an industrial furnace in which, in addition to an effective combustion air preheating especially an effective secondary use of the exhaust gas is possible following the ambient heat storage passage to the environment.
  • a device, a method and a use should be designed to make the secondary preheating of the combustion air as advantageous as possible.
  • the secondary preheating of the combustion air should be designed advantageously with regard to a high-temperature industrial process.
  • the method and the device should be designed with regard to a glass melting process.
  • the secondary preheating of the combustion air should be made available under synergy effect with the glass melting process.
  • the method provides for secondary preheating of the combustion air, primary use of the exhaust gas for primary preheating of the combustion air, and secondary use of the exhaust gas.
  • the secondary preheating of the combustion air is obtained from a waste heat of the furnace.
  • an exhaust gas outlet temperature at the ambient heat storage gas passage is therefore increased, among other things, compared to an exhaust gas outlet temperature at the ambient heat storage gas passage without secondary preheating of the combustion air.
  • the task concerning the industrial furnace is solved by an industrial furnace of claim 11.
  • the industrial furnace has, in principle, a regenerative heat accumulator with an oven-side heat storage gas passage to the oven space and an ambient heat storage gas passage to the environment, wherein in the regenerative heat storage with primary use of the exhaust gas, a primary preheating of the combustion air can be implemented.
  • a waste heat treatment plant of the industrial furnace is designed to cause a secondary preheating of the combustion air.
  • a supply is provided, by means of which the secondary preheated combustion air can be supplied to the regenerative heat storage.
  • An energy for secondary use of the exhaust gas following the ambient heat storage gas passage to the environment can in particular be such that during operation of the industrial furnace, an exhaust gas outlet temperature at the ambient heat storage gas passage is increased compared to an exhaust gas outlet temperature at the ambient heat storage gas passage without secondary preheating the combustion air.
  • the invention also leads to a use according to claim 17.
  • the invention is based on the consideration that the secondary waste heat utilization of the exhaust gas is all the more effective, the higher the remaining residual temperature of the exhaust gas after the regenerative heat storage, ie after a regenerator or recuperator.
  • the concept of the invention has recognized that, above all, a significantly improved efficiency of a downstream secondary utilization process of the exhaust gas waste heat can be achieved if the secondary preheating of the combustion air is designed effectively.
  • the concept of the invention has recognized that at the industrial furnace waste heat is available, which is -direkt- barely usable; This is due to the relatively low temperatures of the waste heat of the furnace.
  • the directly barely usable waste heat can be used after the realization of the invention, however, to make the secondary preheating of the combustion air particularly effective.
  • the concept of the invention has namely recognized that even at comparatively low temperatures of the low-value and directly hardly usable waste heat of the furnace, these can nevertheless be transmitted to a significantly higher temperature level via a combustion air preheated so far "externally" from comparatively low temperature level.
  • a higher residual heat is obtained in the exhaust gas for secondary use, which is much more effective for the secondary utilization process.
  • the method increases the effectiveness of a secondary use of waste heat after the regenerative heat storage, for example a regenerator or recuperator, of an industrial furnace by supplying preheated air to the heat storage for heating; this with the aim of reducing the cooling of the exhaust gas at the outlet of the heat accumulator and provide the secondary waste heat recovery in this way a higher usable exhaust heat available.
  • This is done without reducing or even slightly increasing the primary combustion air preheat temperature in the range of 1000 to 1200 ° C h.
  • no losses are made in the conventional furnace process, and yet the secondary use of the exhaust gas is substantially improved.
  • the concept of the invention achieves effective secondary preheating of the combustion air by the skillful use of waste heat from the furnace.
  • the concept of the invention not only synergistically uses waste heat processes of the furnace, but also focuses on the secondary use of the exhaust gas and secondary preheating of the combustion air. This is less the primary combustion air preheating in the foreground, as this - as recognized by the invention - already subject to a limited efficiency.
  • Under secondary use of the exhaust gas is basically any use of a heat content of the exhaust gas at the connection to the ambient heat storage gas passage, ie the residual heat of the exhaust gas to understand.
  • a secondary use may relate to the conversion of the residual heat into another form of energy, eg electrical energy.
  • a secondary use in the form of recycling the waste heat into the process of glass melting has proven to be particularly advantageous. It has been shown that the glass melting process, especially in the field of preheating, offers good feed-in possibilities even for heat quantities at a comparatively low temperature potential. This also improves the efficiency of secondary exhaust gas use in the overall process since the residual heat of the exhaust gas is advantageously reused within the melting process, in particular without being converted and / or leaving the melting process.
  • the use of residual heat has proven to preheat a glass batch or to preheat shards.
  • waste heat of a furnace is basically any waste heat to understand that is the environment of the furnace removed or the furnace chamber itself can be removed, but not the heat content of the exhaust gas.
  • a difference is made here between waste heat of the furnace and heat content, in particular residual heat, of the exhaust gas.
  • the concept of the invention also leads to a preferred heat exchange process in the regenerative heat storage.
  • the primary use of the exhaust gas in the regenerative heat storage for primary preheating the combustion air takes place while lowering the exhaust gas temperature of Abgasauseriestempe- temperature on furnace-side heat storage gas passage (exhaust gas inlet) to an exhaust gas outlet temperature at the ambient heat storage gas passage (exhaust gas outlet).
  • secondary preheated combustion air is not recovered as fresh air and heated from an initial temperature to a preheating temperature.
  • An initial temperature may be, for example, between 10 ° C and up to 60 ° C; usual way z. B. at an ambient temperature in the range between 15 ° C and 30 ° C.
  • the secondary preheated combustion air will have a preheating temperature above the initial temperature and up to 250 ° C. Depending on the available waste heat of the furnace, the secondary preheated combustion air can thus be raised to a suitably much higher temperature level.
  • an exhaust gas outlet temperature at the ambient heat storage gas passage is significantly increased compared to an exhaust gas outlet. Entering temperature at the ambient heat storage gas passage without secondary preheating the combustion air.
  • an exhaust gas outlet temperature at the ambient heat storage gas passage is increased by up to 150 ° C.
  • the exhaust gas outlet temperature is in the range between 400 ° C to 800 ° C.
  • waste heat-carrying furnace air is sucked out of the furnace chamber and with this not secondarily preheated combustion air, d. H. especially fresh air, secondarily preheated.
  • An industrial furnace preferably has a waste heat treatment plant in the form of a suction connected to the furnace chamber for exhaust air bearing furnace air.
  • a melting tank for glass is arranged in the furnace chamber of the furnace and is sucked for secondary preheating of the combustion air from waste heat of the furnace, waste heat-carrying air from a slosh edge of the melting tank.
  • waste heat is achieved at an outdoor area of a furnace by the blowing of cooling air, which is then discharged into the environment unused.
  • ambient air carrying waste heat in particular cooling air
  • ambient air carrying waste heat is obtained by cooling at an outer region of the furnace.
  • abebentragsagende cooling air is obtained by cooling at an outside of the furnace or other ambient air at an outdoor area.
  • inflowing fresh air can be sucked in, in particular freely or guided (for example via a ventilator or other positively-driven or naturally-circulated functionality), and conducted over the outside area of the furnace.
  • the furnace preferably has a waste heat treatment plant in the form of an extraction of fresh air connected to an oven outer area in order to provide cooling air carrying waste heat.
  • a waste heat treatment plant in the form of an extraction of fresh air connected to an oven outer area in order to provide cooling air carrying waste heat.
  • an exhaust gas outlet temperature at the ambient heat storage gas passage is regulated by means of the secondarily preheated combustion air as the manipulated variable, in particular from an actual value to a desired value.
  • the heating period-averaged exhaust gas exit temperature i. H. the exhaust gas temperature measured over a firing period
  • the proposed according to this development control concept uses in a preferred manner, the formation of secondary preheated combustion air to correct the fluctuations.
  • the heating period averaged desired value is a constant value, i. H. the aim of the control is to keep the averaged over a period exhaust gas temperature from period to period substantially constant or at least in a certain range. This advantageously leads to the fact that exhaust gas temperature averaged over at least one day or the like is largely constant, while the process is otherwise unchanged.
  • a preferred embodiment of the industrial furnace provides a control device which is designed to carry out the further processing steps.
  • a control device has proved to be advantageous, which is a module with a predictive control based on a mathematical model of heat transfer and heat storage in the regenerative heat storage is formed. Since the heat transfer and storage process in the regenerative heat storage is a comparatively slow process, the predictive control according to the development is particularly suitable. Obtaining a largely reliable, in particular constant, exhaust gas exit temperature at the ambient heat storage gas passage can advantageously take place in order to support the reliability of the secondary exhaust gas utilization.
  • Fig. 2 is a schematic representation of an industrial furnace with two regenerators, which are operated alternately, a furnace and a secondary
  • Fig. 1 illustrates schematically and generally a method for operating a at least one regenerative heat storage 10 regeneratively heated industrial furnace 100 with a furnace chamber 21 for the furnace 20.
  • the regenerative heat storage 10 has in this case a furnace-side heat storage gas passage 1 1 to the furnace chamber 21 of the furnace 20 and a ambient heat storage gas passage 12 to the environment.
  • the present case a regenerator or recuperator can be is the primary use of an exhaust gas AG for primary preheating of combustion air VL.
  • this is sequentially loaded once with exhaust gas AG and once with combustion air VL, ie flows one after another in predetermined periods in the reverse direction once with exhaust gas AG and once with combustion air VL.
  • a recuperator this is flowed through with exhaust gas AG and combustion air VL in the constant heat exchange.
  • the exhaust gas AG is a part of its heat energy to the combustion air VL under preheating of the same.
  • a lowering of the exhaust gas temperature T AG of an exhaust gas inlet temperature T AG -i n 1 at the furnace side heat storage gas passage is carried out 1 1 (exhaust gas inlet) to a flue gas outlet temperature T AG -in 2 on the first environment-side heat storage gas passage 12 (exhaust gas outlet).
  • exhaust gases of this temperature are optionally discharged into a chimney, so that the heat contained at the residual temperature of 400 ° C to 600 ° C remains unused.
  • combustion air in systems of the prior art with an initial temperature of the environment of about 30 ° C to 60 ° C directly enter the regenerative heat storage and after the primary preheating of the regenerative heat storage with a preheating temperature TvL-out of about 1000 ° C to 1200 ° C enter the furnace chamber 21.
  • secondary use of the exhaust gas AG is provided subsequent to the ambient heat storage gas passage 12 to the environment.
  • the secondary use 30 of the exhaust gas provides a steam generator 31 and a steam turbine 31 downstream of the steam generator 32.
  • a generator 33 is connected, which serves to generate electric current.
  • the secondary use of the exhaust gas 30 can also be realized in other ways, so that the present invention lowing embodiment, among other things, with regard to the secondary use of the exhaust gas 30 can be modified.
  • the exhaust gas AG can also be placed directly on an exhaust gas turbine and drive a generator under expansion.
  • the present embodiment provides, unlike the prior art, a secondary preheating 40 of the combustion air VL.
  • the combustion air enters the secondary preheating 40 as fresh air having an initial temperature T V i - in 2 of between about 15 ° C and 70 ° C.
  • the secondary preheated combustion air whose temperature is thus increased by a temperature amount of AT V L is the regenerative heat storage 10 is supplied. Ie.
  • T V i_-in ⁇ ⁇ ⁇ _- ⁇ + ⁇ ⁇ ⁇ -
  • this can increase the outlet temperature of the combustion air TvL out at the output of the heat accumulator 10; in any case slightly, for example to an air preheating temperature T V i_- 0 ut 1 in the range of about 1000 ° C to 1200 ° C.
  • the concept of the invention thus low-value and directly hardly usable heat AT V L is obtained in the range between 120 ° C and 90 ° C from a waste heat 50 of the furnace and used to raise the exhaust gas temperature at the entrance to the secondary exhaust gas utilization 30 to a much higher temperature level ;
  • the waste heat 50 of the furnace is presently represented with a first variant of an exhaust gas heat treatment plant 51 and a second variant of an exhaust gas heat treatment plant 52.
  • the second variant of an exhaust heat treatment plant uses waste heat from the interior of the furnace, ie waste heat from the furnace chamber 21.
  • the second exhaust heat treatment system uses waste heat from a furnace outer region 22.
  • the waste heat 50 for example, by a waste heat exchange AWA1, AWA2 for secondary preheating the combustion air VL in the combustion air VL are introduced.
  • a heat exchange WA or AWA1, ABA2 directly done, ie using the same flow paths of combustion air as a heat receiver and heat supplier (WA the exhaust AG and AWA1, AWA2 the waste heat 51, 52).
  • the heat exchange WA, AWA1, AWA2 can also be done indirectly using suitable heat exchanger units or the like.
  • FIG. 2 shows, in a simplified representation, a regeneratively heated industrial furnace 100, in which the same reference numerals are used to simplify the same or similar parts or parts of the same or similar function.
  • the industrial furnace 100 has a furnace space 21 with an upper furnace 20A and a glass melting tank 20B.
  • the glass melting tank containing glass G is heated above the furnace chamber 21 above the melting temperature and melted for the production of flat glass or the like and treated suitably.
  • the industrial furnace 100 is heated by injecting fuel into the upper furnace 20A via fuel injectors 23 arranged laterally in the form of fuel gas.
  • fuel injectors 23 presently a right fuel injector is shown symbolically.
  • the fuel injectors 23 are arranged (although not shown in detail) on both the left and right sides of the furnace space 21, for example, opposite to each other; For example, 21, three, four, five, six or more fuel injectors 23 may be disposed on each side of the furnace chamber.
  • FIG. 2 shows the industrial furnace 100 in the state of a regenerative firing via the left-hand regenerator 10 and the left injectors 23.
  • the injectors 23 and the furnace-side heat-storage gas passage 11 are designed in such a way that the liquid supplied via the injectors 23 Combustion gas is mixed in sufficient near or substoichiometric range with combustion air VL of the left regenerator in the upper furnace 20A.
  • the operating state of a left-side firing of the upper furnace 20A shown in Fig. 2 under injection of fuel gas via the left injectors 23 and the supply of combustion air VL via the left regenerator for a first period lasting, for example, in the range of 20 to 40 minutes can. During this first period, combustion air VL is supplied to the upper furnace 20A in the furnace room 21 separately from the fuel gas.
  • exhaust gas AG is supplied from the upper furnace 20A via a right furnace heat storage gas passage 1 1 'to the right-hand regenerator (not shown) and heats it up.
  • the firing of the top furnace 20A is reversed for a second period of similar length of time.
  • combustion air VL is then supplied to the upper furnace 20A together with fuel gas from the right-hand injectors 23 via a right regenerator (not shown); the combustion air VL then absorbs the heat deposited by the exhaust gas AG in the first period in the right regenerator.
  • exhaust gas AG is introduced during the second period in the left regenerative heat storage 10 and heats it up. This allows the heat exchange WA already shown in FIG. 1 for the primary preheating of the combustion air VL with heat of the exhaust gas AG.
  • the control of a fuel flow and / or a combustion air flow takes place basically via a not shown in detail temperature control module of a symbolically illustrated controller 200.
  • a PID controller can be used in the temperature control module, according to the increase of the fuel flow and / or the combustion air flow increases a furnace chamber temperature or ., Lowering a fuel flow and / or a combustion air flow, a furnace chamber temperature is lowered.
  • the controller 200 is supplied with temperature values of the regenerator head and / or the upper furnace chamber 20A. Corresponding temperature value lines 201, 202 and temperature probes T1, T2 are shown in FIG.
  • the temperature probes T1, T2 can also be combined with a suitable lambda probe for measuring a fuel air ratio in order to set it in a regulated manner.
  • the system of the concept of the invention is followed by a secondary preheating 40 of the combustion air VL.
  • the combustion air VL is supplied as fresh air FL with an initial temperature, such as in the range between 30 ° C to 60 ° C, the secondary preheating 40 of the combustion air (T V L-in 2 ) -
  • the combustion air VL leaves the secondary preheating 40 with an increased Temperature of T V i_-in + ATVL via the feed 43.
  • the secondary preheated combustion air VL is supplied to the regenerator 10 via the feed 43 and via the heat exchange WA this takes the cached waste heat of the exhaust gas AG in the primary preheating the combustion air VL on.
  • a waste heat treatment plant 51, 52 for waste heat 50 of the furnace 20 is provided in the industrial furnace 100. This serves to obtain waste heat (in this case from furnace air 51.1) from the furnace chamber 21 and / or to extract waste heat from an outer space of the furnace 20, in the present case a cooling air 52.1 at the furnace outer region 20C.
  • the waste heat treatment plant 51 provides a suction connected to the upper furnace chamber 20A and the sub-furnace chamber for waste heat-carrying furnace air; namely, by suction of waste heat carrying furnace air 51.1 from a sloshing edge of the melting tank 20B.
  • the intake of furnace air 51.1 from a slosh edge actively serves to reduce corrosion processes at the melting tank 20B.
  • the waste heat 50 of the waste heat treatment plant 51 according to the first variant can be supplied in a suitable manner via a waste heat pipe 51.2 of the secondary preheating 40.
  • a second waste heat treatment plant 52 for the recovery of waste heat 50 is formed in the form of a suction of fresh air FL connected to an oven outer region 20C in order to provide a waste heat-carrying cooling air 52.1.
  • the cooling is in the present case a suction cooling, in the present case freely incoming fresh air FL is sucked in and passed over the outside of the furnace 20.
  • the suction has proved to be advantageous in order to make the waste heat-carrying cooling air available for the further process.
  • the waste heat-carrying cooling air 52.1 can be provided via a suitable waste-heat line 52.2 of the secondary preheating 40 for combustion air VL available.
  • an exhaust gas exit temperature at the ambient heat storage gas passage 12 may be increased by up to 150 ° C., ie, in the range from 400 to 800 ° C., due to the secondary preheated combustion air VL. This is because the cooling of the exhaust gas AG is slowed as a result of reduced at elevated combustion air temperature heat exchange WA.
  • the controller 200 in the present case has a control module 210 which receives an exhaust gas actual temperature T AG ' st via a temperature probe T2 at the ambient heat storage gas passage 12 and an exhaust gas setpoint temperature T AG S0 "as the control input.
  • Temperature T AG S0 is presently a constant value, since a largely constant exhaust gas temperature for the energy production for secondary use 30 of the exhaust gas AG should be made available.
  • the control device 200 has a module 210 with a predictive control, which regulates the actual value temperature to setpoint temperature on the basis of a mathematical model of the heat transfer and heat storage WA in the regenerative heat storage 10.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Air Supply (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines über wenigstens einen regenerativen Wärmespeicher (10) regenerativ beheizten Industrieofens (100) mit einem Ofenraum (21) eines Ofens (20), insbesondere mit einer Schmelzwanne für Glas (20B), wobei der regenerative Wärmespeicher (10) einen ofenseitigen Wärmespeichergasdurchtritt (11, 11') zum Ofenraum (21) und einen umgebungsseitigen Wärmespeichergasdurchtritt (12) zur Umgebung hat, aufweisend die Schritte: sekundäre Vorwärmung der Verbrennungsluft und Zuführung der sekundär vorgewärmten Verbrennungsluft (VL) zum regenerativen Wärmespeicher (10); primäre Nutzung des Abgases in dem regenerativen Wärmespeicher (10) zur primären Vorwärmung der Verbrennungsluft (VL); sekundäre Nutzung (30) des Abgases im Anschluss an den umgebungsseitigen Wärmespeichergasdurchtritt (12) zur Umgebung. Erfindungsgemäss ist vorgesehen, dass die sekundäre Vorwärmung der Verbrennungsluft (VL) aus einer Abwärme des Ofens (20) gewonnen wird, und im Betrieb des Industrieofens (100) eine Abgas-Austrittstemperatur am umgebungsseitigen Wärmespeichergasdurchtritt (12) erhöht ist gegenüber einer Abgas-Austrittstemperatur am umgebungsseitigen Wärmespeichergasdurchtritt (12) ohne sekundäre Vorwärmung (40) der Verbrennungsluft (VL).

Description

Verfahren zum Betrieb eines regenerativ beheizten Industrieofens
und regenerativ geheizter Industrieofen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , zum Betrieb eines über wenigstens einen regenerativen Wärmespeicher regenerativ beheizten Industrieofens mit einem Ofenraum eines Ofens, insbesondere mit einer Schmelzwanne für Glas. Die Erfindung betrifft auch einen Industrieofen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 1 , mit einem Ofenraum, insbesondere mit einer Schmelzwanne für Glas, der über wenigstens einen regenerativen Wärmespeicher regenerativ beheizbar ist. Die Erfindung betrifft auch eine Verwendung nach Anspruch 17.
Ein regenerativer Industrieofen der eingangs genannten Art hat sich besonders in der Glasherstellung zum Schmelzen von Glas bewährt. Grundsätzlich ist ein Industrieofen der eingangs genannten Art jedoch nicht auf die Verwendung bei einer Glasherstellung beschränkt und kann zum Beispiel als ein industrieller Hochtemperaturofen auch in der Metallherstellung oder dergleichen Verwendung eingesetzt werden.
Industrieöfen, die mit Gas oder Öl oder einem Gemisch aus diesen Brennstoffen beheizt werden, sind üblicherweise mit einer primären Abgaswärmenutzung mittels eines regenerativen Wärmespeichers, wie mittels einem Regenerator oder Rekuperator oder dergleichen, ausgestattet. Dadurch ist es möglich, einen vergleichsweise großen Anteil der aus dem Ofenraum des Ofens austretenden Abgaswärme auf die zum Eintritt in den Ofenraum vorgesehene Verbrennungsluft zu übertragen. Auf diese Weise kann ein Brennstoffverbrauch verringert werden und gleichzeitig können vergleichsweise hohe Prozesstemperaturen im Ofen von bis zu 1.650 °C ermöglicht werden. Auch wenn die tatsächlichen Temperaturen abhängig von der Größe eines Regenerators, Rekuperators oder sonstigen regenerativen Wärmespeichers am Ofen sowie von den tatsächlichen Volumenströmen des Abgases und der Verbrennungsluft sind, so hat üblicherweise die Erzielung höchstmöglicher Vorwärmtemperaturen für die Verbrennungsluft Vorrang, weil diese maßgeblich den Brennstoffverbrauch und die erreichbaren Ofenraumtemperaturen bestimmt. Dabei steht die primäre Nutzung des Abgases, d. h. die regenerative Verwen- dung der vom Abgas im regenerativen Wärmespeicher deponierten Wärmemenge zur primären Vorwärmung der Verbrennungsluft im Vordergrund. Beispielsweise ist in EP 0 137 059 A1 ein Verfahren zum Schmelzen von Glas mit einer Vorwärm ung des auf das Glasbad aufzugebenden Gemenges sowie einer Energiezuführung in den Ofen mittels Gas oder Ölbrenner beschrieben, wobei durch das Abgas vorgewärmte Verbren- nungsluft zugeführt wird. Ein Teil des Abgasstromes wird zur End vorerwärm ung der zugeführten Verbrennungsluft und der andere Teil zur Gemengevorwärmung genutzt, wobei die Abgasströme dann wieder zusammen geführt werden und die anfängliche Vorwärmung der Verbrennungsluft gemeinsam vornehmen.
Mittlerweile kann an einem Industrieofen der eingangs genannten Art zusätzlich eine sekundäre Abgasnutzung— d. h. Abwärmenutzung des Abgases nach dessen primärer Nutzung in dem regenerativen Wärmespeicher zur primären Vorwärmung der Verbrennungsluft- vorgesehen sein, um eine verbliebene Resttemperatur, d.h. die Abwärme, des Abgases als Energiequelle zu nutzen. Dazu ist neben der primären Nutzung des Abgases in dem regenerativen Wärmespeicher zu primären Vorwärmung der Verbrennungsluft auch eine sekundäre Nutzung des Abgases im Anschluss an den umgebungsseitigen Wärmespeichergasdurchtritt zur Umgebung vorgesehen.
Beispielsweise ist in US 4,528,012 ein Hochtemperatur-Industrieprozess für einen Glasschmelzofen mit zwei Generatoren beschrieben. Dabei wird das Abgas einem Wärmetauscher zugeführt, in dem verbleibende Restwärme des Abgases indirekt auf eine kom- primierte Verbrennungsluft übertragen wird, die danach in einer Hochleistungsturbine expandiert, wobei die Turbine wiederum einen Generator antreibt. Damit kann Verbrennungsluft -sekundär- auf 400 °C bis 450 °C vorgewärmt werden und dann zur primären Vorwärmung durch das Abgas einem Regenerator zugeführt werden. Der Regenerator speichert deshalb eine größere Wärmemenge, sodass die Abgasaustrittstemperatur aus dem Generator erhöht ist. Das System produziert sekundär vorgewärmte Verbrennungsluft und ist auch in der Lage über die Turbine elektrischen Strom mittels des Generators zu produzieren. Dieses konkrete Verfahren ist vergleichsweise aufwendig und setzt eine beträchtliche sekundäre Vorwärmung der Verbrennungsluft bis in einen Bereich von 400 °C bis 425 °C voraus. Dennoch kann eine weitere Erhöhung der Verbrennungsluft- Vorwärmtemperatur durch die sekundäre Abwärmenutzung des Abgases nicht oder nur sehr unwesentlich erzielt werden.
Die erzielbare Luftvorwärmtemperatur, d. h. die erzielbare durch primäre und sekundäre Vorwärmung der Verbrennungsluft erreichbare Temperatur der Verbrennungsluft am ofenseitigen Wärmespeichergasdurchtritt (Abgaseintritt und Verbrennungsluftaustritt) ist durch das Temperaturgefälle zwischen Abgaseintritt- und -austritt begrenzt: Im Ergebnis kann die Verbrennungsluft nicht heißer werden als das in den Regenerator am ofenseitigen Wärmespeichergasdurchtritt eintretende Abgas. Tatsächlich bleibt die Luftvorwärmtemperatur immer deutlich unter der in den regenerativen Wärmespeicher eintretenden Abgastemperatur. Je näher sich die Temperatur der vorgewärmten Verbrennungsluft einerseits und des eintretenden Abgases andererseits kommen, desto größer wird der Aufwand zur Erhöhung der Verbrennungsluft-Vorwärmtemperatur.
Der sekundären Abwärmenutzung der verbliebenen Restwärme des Abgases, d. h. die sekundäre Nutzung des Abgases im Anschluss an den umgebungseitigen Wärmespei- chergasdurchtritt zur Umgebung, kommt damit eine höhere Bedeutung zu.
DE 10 2005 019147 B4 beschreibt beispielweise ein Verfahren zur Optimierung des Verbrennungsprozesses für einen Schmelzofen bei der Glasherstellung, bei dem an beiden Seiten der Glaswanne jeweils ein aus Schamottesteinen bestehender regenerativer Wärmetauscher angeordnet ist. Durch einen solchen Aufbau können entstehende Rauchgase aus dem Schmelzprozess bis auf ca. 520 °C abgekühlt werden. Um noch mehr Energie aus den Rauchgasen nutzen zu können, ging man dazu über, hinter dem Wärmetauscher einen Abhitzekessel zur Dampferzeugung zu installieren. Der so erzeugte Dampf wird dann zum Beispiel in einer Kondensationsturbine zur Herstellung von elektrischer Energie genutzt. Das dort beschriebene Verfahren sucht primär eine nahezu konstante Temperatur der Verbrennungsluft am ofenseitigen Wärmespeichergasdurchtritt zu erreichen. Wünschenswert ist es, nicht nur die Verbrennungsluft wirksam vorzuwärmen, sondern auch eine Abwärme des Abgases effektiv sekundär zu nutzen.
An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist ein Verfahren und einen Industrieofen anzugeben, bei denen neben einer wirksamen Verbrennungsluftvorwärmung vor allem eine effektive sekundäre Nutzung des Abgases im Anschluss an den umgebungsseitigen Wärmespeicherdurchtritt zur Umgebung möglich ist. Insbesondere soll eine Vorrichtung, ein Verfahren und eine Verwendung ausgebildet sein, die sekundäre Vorwärmung der Verbrennungsluft möglichst vorteilhaft zu gestalten. Insbesondere soll die sekundäre Vorwärmung der Verbrennungsluft im Hinblick auf einen Hochtemperatur-Industrieprozess vorteilhaft ausgelegt sein. Insbesondere soll das Verfahren und die Vorrichtung im Hinblick auf einen Glasschmelzprozess ausgelegt sein. Vorteilhaft soll die sekundäre Vorwärmung der Verbrennungsluft unter Synergiewirkung mit dem Glasschmelzprozess zur Verfügung gestellt werden.
Die Aufgabe betreffend des Verfahren wird durch ein Verfahren des Anspruch 1 gelöst. Im Wesentlichen sieht das Verfahren eine sekundäre Vorwärmung der Verbrennungsluft, eine primäre Nutzung des Abgases zur primären Vorwärmung der Verbrennungsluft und eine sekundäre Nutzung des Abgases vor. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die sekundäre Vorwärmung der Verbrennungsluft aus einer Abwärme des Ofens gewonnen wird. Im Betrieb des Industrieofens ist eine Abgas-Austrittstemperatur am umgebungs- seitigen Wärmespeichergasdurchtritt unter anderem deshalb erhöht gegenüber einer Abgas-Austrittstemperatur am umgebungsseitigen Wärmespeichergasdurchtritt ohne sekundäre Vorwärmung der Verbrennungsluft.
Die Aufgabe betreffend den Industrieofen wird durch einen Industrieofen des Anspruchs 1 1 gelöst. Der Industrieofen weist im Prinzip einen regenerativen Wärmespeicher mit einem ofenseitigen Wärmespeichergasdurchtritt zum Ofenraum und einem umgebungsseitigen Wärmespeichergasdurchtritt zur Umgebung auf, wobei in dem regenerativen Wärmespeicher unter primärer Nutzung des Abgases eine primäre Vorwärmung der Verbrennungsluft umsetzbar ist.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine Abwärmebehandlungsanlage des Industrie- ofens ausgebildet ist, eine sekundäre Vorwärmung der Verbrennungsluft zu bewirken. Darüber hinaus ist eine Zuführung vorgesehen, mittels der die sekundär vorgewärmte Verbrennungsluft zum regenerativen Wärmespeicher zuführbar ist. Eine Energiegewinnung zur sekundären Nutzung des Abgases im Anschluss an den umgebungsseitigen Wärmespeichergasdurchtritt zur Umgebung kann insbesondere dadurch derart erfolgen, dass im Betrieb des Industrieofens eine Abgas-Austrittstemperatur am umgebungsseitigen Wärmespeichergasdurchtritt erhöhbar ist gegenüber einer Abgas-Austrittstemperatur am umgebungsseitigen Wärmespeichergasdurchtritt ohne sekundäre Vorwärmung der Verbrennungsluft.
Die Erfindung führt auch auf eine Verwendung nach Anspruch 17.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass die sekundäre Abwärmenutzung des Abgases um so effektiver ist, je höher die verbliebene Resttemperatur des Abgases nach dem regenerativen Wärmespeicher ist, d. h. nach einem Regenerator oder Rekuperator. Das Konzept der Erfindung hat erkannt, dass vor allem ein wesentlich verbesserter Wirkungsgrad eines nachgeschalteten sekundären Nutzungsprozesses der Abgasabwärme erreichbar ist, wenn die sekundäre Vorwärmung der Verbrennungsluft effektiv gestaltet ist. Darüber hinaus hat das Konzept der Erfindung erkannt, dass am Industrie- ofen Abwärme zur Verfügung steht, die -direkt- kaum nutzbar ist; dies aufgrund der vergleichsweise geringen Temperaturen einer der Abwärme des Ofens. Die direkt kaum nutzbare Abwärme kann nach der Erkenntnis der Erfindung jedoch genutzt werden, um die sekundäre Vorwärmung der Verbrennungsluft besonders effektiv zu gestalten. Das Konzept der Erfindung hat nämlich erkannt, dass -selbst bei vergleichsweise geringen Temperaturen der geringwertigen und direkt kaum nutzbaren Abwärme des Ofens- diese dennoch über eine insofern "extern" vorgewärmte Verbrennungsluft von vergleichsweise niedriger Temperaturstufe auf eine deutlich höhere Temperaturstufe übertragen werden kann. Dies führt bei der sekundären Nutzung des Abgases im Anschluss an den umgebungsseitigen Wärmespeichergasdurchtritt zur Umgebung zu einer wesentlich verbesser- ten Effektivität; zum Beispiel zu einer wesentlich verbesserten Effektivität einer Dampfund Elektroenergieerzeugung. Im Ergebnis wird im Abgas für die sekundäre Nutzung eine höhere Restwärme erhalten, die für den sekundären Nutzungsprozess wesentlich effektiver nutzbar ist. Anders ausgedrückt wird mit dem Verfahren eine Effektivität einer sekundären Abwärmenutzung nach dem regenerativen Wärmespeicher, z.B. ein Regene- rator oder Rekuperator, eines Industrieofens erhöht indem dem Wärmespeicher bereits vorab vorgewärmte Luft zur Erwärmung zugeführt wird; dies mit dem Ziel, die Abkühlung des Abgases am Austritt des Wärmespeichers zu verringern und der sekundären Abwärmenutzung auf diese Weise eine höhere nutzbare Abgaswärme zur Verfügung zu stellen. Dies erfolgt ohne Verringerung oder sogar mit geringfügiger Erhöhung der vorrangigen primären Verbrennungsluftvorwärmtemperatur im Bereich von 1.000 bis 1.200 °C. D. h. im Unterschied zum Stand der Technik werden beim üblichen Ofenprozess keine Einbußen gemacht und dennoch wird die sekundäre Nutzung des Abgases wesentlich verbes- sert.
Im Ergebnis erreicht das Konzept der Erfindung mittels der geschickten Nutzung der Abwärme des Ofens eine effektive sekundäre Vorwärmung der Verbrennungsluft. Damit wird nicht nur die sonst kaum genutzte Abwärme des Ofens verwertet, sondern es wird darüber hinaus für den sekundären Abgasnutzungsprozess ein höherer Wirkungsgrad erzielt. Damit nutzt das Konzept der Erfindung nicht nur in synergetischer Weise Abwärmeprozesse des Ofens, sondern setzt auch den Schwerpunkt auf die sekundäre Nutzung des Abgases bzw. sekundäre Vorwärmung der Verbrennungsluft. Damit steht weniger die primäre Verbrennungsluft-Vorwärmung im Vordergrund, da diese -wie von der Erfindung erkannt- ohnehin einem begrenzten Wirkungsgrad unterliegen muss. Unter sekundärer Nutzung des Abgases ist grundsätzlich jede Nutzung eines Wärmeinhalts des Abgases am Anschluss an den umgebungsseitigen Wärmespeichergasdurch- tritt, also die Restwärme des Abgases, zu verstehen. Insbesondere kann in einer ersten Nutzungsart eine sekundäre Nutzung die Umwandlung der Restwärme in eine andere Energieform, z.B. elektrische Energie, betreffen. Als besonders vorteilhaft hat sich auch, in einer zweiten Nutzungsart, eine sekundäre Nutzung in Form einer Rückführung der Abwärme in den Prozess des Glasschmelzens erwiesen. Es hat sich gezeigt, dass der Glasschmelzprozess, insbesondere im Bereich der Vorwärm ung, gute Einspeisungsmög- lichkeiten auch für Wärmemengen auf vergleichsweise niedrigem Temperaturpotenzial bietet. Auch dadurch wird die Effizienz einer sekundären Abgasnutzung im Gesamtpro- zess verbessert, da die Restwärme des Abgases innerhalb des Schmelzprozesses auf vorteilhafte Weise wiederverwendet wird, insbesondere ohne umgewandelt zu werden und/oder den Schmelzprozess zu verlassen. Insbesondere hat sich die Verwendung der Restwärme zur Vorwärmung eines Glasgemenges oder zur Vorwärmung von Scherben erwiesen. Unter Abwärme eines Ofens ist grundsätzlich jede Abwärme zu verstehen, die der Umgebung des Ofens entnehmbar ist oder dem Ofenraum selbst entnehmbar ist, nicht aber dem Wärmeinhalt des Abgases. Insofern wird vorliegend zwischen Abwärme des Ofens und Wärmeinhalt, insbesondere Restwärme, des Abgases unterschieden. Das Konzept der Erfindung führt auch zu einem bevorzugten Wärmeaustauschprozess im regenerativen Wärmespeicher. Insbesondere ist vorgesehen, dass die primäre Nutzung des Abgases in dem regenerativen Wärmespeicher zur primären Vorwärmung der Verbrennungsluft unter Absenkung der Abgastemperatur von einer Abgaseintrittstempe- ratur am ofenseitigen Wärmespeichergasdurchtritt (Abgaseintritt) auf eine Abgasaustrittstemperatur am umgebungsseitigen Wärmespeichergasdurchtritt (Abgasaustritt) erfolgt. Im regenerativen Gegenzug (im Regenerator periodisch danach; im Rekuperator gleichzeitig) erfolgt dies unter Anhebung der Verbrennungslufttemperatur von einer Verbrennungsluft-Anfangstemperatur am umgebungsseitigen Wärmespeichergasdurchtritt (Ver- brennungsluft-Eintritt und AbgasAustritt) auf eine Verbrennungsluftaustrittstemperatur am ofenseitigen Wärmespeichergasdurchtritt (Verbrennungsluftaustritt und Abgaseintritt).
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, dass oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren. Vorzugsweise wird nicht sekundär vorgewärmte Verbrennungsluft als Frischluft gewonnen und von einer Anfangstemperatur auf eine Vorwärmtemperatur erwärmt. Eine Anfangstemperatur kann beispielsweise zwischen 10 °C und bis zu 60 °C liegen; üblicher weise z. B. bei einer Umgebungstemperatur im Bereich zwischen 15 °C und 30 °C. Vorteilhaft wird die sekundär vorgewärmte Verbrennungsluft eine Vorwärmtemperatur oberhalb der Anfangstemperatur und bis zu 250 °C haben. Abhängig von der verfügbaren Abwärme des Ofens lässt sich somit die sekundär vorgewärmte Verbrennungsluft auf ein geeignetes deutlich höheres Temperaturniveau heben. Gleichwohl liegt das Temperaturniveau der sekundär vorgewärmten Verbrennungsluft gemäß dieser Weiterbildung deutlich unter einem korrespondierenden im Stand der Technik, z. B. in US 4,528,012, vorge- schlagenen Temperaturniveau. Zum einen liegt dies im Konzept der vorliegenden Weiterbildung begründet, Abwärme des Ofens zu nutzen, sodass damit ein gegenüber bekannten Maßnahmen vereinfachter sekundärer Vorwärm prozess für Verbrennungsluft erreicht wird, der zudem synergetisch die Abwärme des Ofens nutzt. Zum anderen ist der Prozess vor allem zur Nutzung eines niedrigeren Temperaturniveaus von bis zu 250 °C, gegebenenfalls bis zu 300 °C oder 350 °C, -abhängig von der Abwärme des Ofensausgelegt.
Dennoch ist in besonders bevorzugter Weise eine Abgasaustrittstemperatur am umgebungsseitigen Wärmespeichergasdurchtritt deutlich erhöht gegenüber einer Abgasaus- trittstemperatur am umgebungsseitigen Wärmespeichergasdurchtritt ohne sekundäre Vorwärmung der Verbrennungsluft. Bevorzugt ist eine Abgasaustrittstemperatur am umgebungsseitigen Wärmespeichergasdurchtritt um bis zu 150 °C erhöht. Vorteilhaft liegt die Abgasaustrittstemperatur im Bereich zwischen 400 °C bis 800 °C. Grundsätzlich hat die Weiterbildung erkannt, dass sich auch bereits vergleichsweise geringe Erhöhungen der Abgasaustrittstemperatur am umgebungsseitigen Wärmespeichergasdurchtritt eignen, um einen sekundären Prozess in seiner Effizienz wesentlich zu verbessern.
In einer besonders bevorzugten weiterbildenden ersten Variante ist vorgesehen, dass zur sekundären Vorwärmung der Verbrennungsluft aus einer Abwärme des Ofens, Abwärme tragende Ofenluft aus dem Ofenraum angesaugt wird und mit dieser nicht sekundär vorgewärmte Verbrennungsluft, d. h. insbesondere Frischluft, sekundär vorgewärmt wird. Ein Industrieofen weist dazu bevorzugt eine Abwärmebehandlungsanlage in Form einer am Ofenraum angeschlossenen Ansaugung für Abwärme tragende Ofenluft auf. In bevorzugter Weiterbildung dieser Maßnahme ist vorgesehen, dass im Ofenraum des Ofens eine Schmelzwanne für Glas angeordnet ist und zur sekundären Vorwärmung der Verbrennungsluft aus einer Abwärme des Ofens, Abwärme tragende Luft von einer Schwappkante der Schmelzwanne angesaugt wird. Dadurch wird zum Einen eine Kühlung der Schwappkante erreicht, was Korrosionsprozesse an der Schwappkante hemmt bzw. deutlich verringert. Zum Anderen wird die so gewonnene Abwärme des Ofens in einer den Wirkungsgrad verbesserten Weise zur sekundären Vorwärmung der Verbrennungsluft genutzt um damit insbesondere den Wirkungsgrad der sekundären Abgasnutzung zu erhöhen. Diese synergetische Wirkung der ersten Variante ist gleichermaßen vorteilhaft für den Glasschmelzprozess als auch die sekundäre Abgasnutzung.
Üblicherweise wird Abwärme an einem Außenbereich eines Ofens durch das Anblasen von Kühlluft erreicht, die dann ungenutzt in die Umwelt abgegeben wird. In einer bevorzugten zweiten weiterbildenden Variante ist vorgesehen, dass zur sekundären Vorwärmung der Verbrennungsluft aus einer Abwärme des Ofens, Abwärme tragende Umgebungsluft, insbesondere Kühlluft durch Kühlung an einem Außenbereich, des Ofens gewonnen wird. Vorzugsweise wird an einem Außenbereich besonders erhöhter, insbe- sondere größter, Außentemperatur abwärmetragende Kühlluft durch Kühlung an einem Außenbereich des Ofens oder sonstige Umgebungsluft gewonnen. In besonders bevorzugter Weise kann, insbesondere frei oder geführt (z. B. über einen Ventilator oder sonstige zwangsgeführte oder naturumlauf geführte Funktionalität), zuströmende Frischluft angesaugt werden und über den Außenbereich des Ofens geleitet werden. Ein Industrie- ofen weist dazu vorzugsweise eine Abwärmebehandlungsanlage in Form einer an einem Ofenaußenbereich angeschlossenen Absaugung von Frischluft auf, um eine Abwärme tragende Kühlluft zur Verfügung zu stellen. Damit lässt sich die Integrität des Ofens als solches erhalten und gleichzeitig die daraus gewonnene Abwärme zur sekundären Vorwärmung der Verbrennungsluft zur Verfügung stellen; dies wiederum um eine wirkungsgradverbesserte sekundäre Abgasnutzung zu erreichen.
Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass mittels der sekundär vorgewärmten Verbrennungsluft als Stellgröße eine Abgasaustrittstemperatur am umgebungsseitigen Wärmespeichergasdurchtritt geregelt wird, insbesondere von einem Ist-Wert auf einen Soll-Wert geregelt wird. Es hat sich gezeigt, dass die Heizperio- den-gemittelte Abgasaustrittstemperatur, d. h. die über eine Befeuerungsperiode gemit- telte Abgastemperatur von Periode zu Periode vergleichsweise großen prozessabhängigen Schwankungen unterliegen kann. Das gemäß dieser Weiterbildung vorgeschlagene Regelkonzept nutzt in bevorzugter Weise die Bildung von sekundär vorgewärmter Verbrennungsluft zur Behebung der Schwankungen. Vorzugsweise ist der Heizperioden- gemittelte Soll-Wert ein Konstant-Wert, d. h. das Ziel der Regelung ist es, die über eine Periode gemittelte Abgastemperatur von Periode zu Periode weitgehend konstant oder jedenfalls in einem bestimmtem Bereich zu halten. Dies führt vorteilhaft dazu, dass jedenfalls über einen Tag oder dergleichen Zeitraum gemittelte Abgastemperatur -bei sonst unverändertem Prozess- weitgehend konstant ist.
Eine bevorzugte Weiterbildung des Industrieofens sieht eine Steuereinrichtung vor, die zur Ausführung der weiterbildenden Verfahrensschritte ausgelegt ist. Insbesondere hat sich eine Steuereinrichtung als vorteilhaft erwiesen, die ein Modul mit einer prädiktiven Regelung auf Grundlage eines mathematischen Modells der Wärmeübertragung und Wärmespeicherung im regenerativen Wärmespeicher gebildet ist. Da es sich bei dem Wärmeübertragungs- und Speicherungsprozess im regenerativen Wärmespeicher um einen vergleichsweise langsamen Prozess handelt, eignet sich vor allem die prädiktive Regelung gemäß der Weiterbildung. Die Gewinnung einer insofern weitgehend verlässlichen, insbesondere konstanten, Abgasaustrittstemperatur am umgebungsseitigen Wär- mespeichergasdurchtritt kann vorteilhaft erfolgen, um die Verlässlichkeit der sekundären Abgasnutzung zu unterstützen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung im Vergleich zum Stand der Technik, welcher zum Teil ebenfalls dargestellt ist, beschrieben. Diese soll die Ausführungsbeispiele nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in' der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im folgenden gezeigten und- beschriebenen bevorzugten Ausführungsform oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte Offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines
Verfahrens zum Betrieb eines über wenigstens einen regenerativen Wärmespeicher regenerativ beheizten Industrieofens mit einem Ofenraum eines Ofens, der eine Schmelzwanne für Glas aufweist;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Industrieofens mit zwei Regeneratoren, die wechselseitig betrieben werden, einem Ofen sowie einer sekundären
Abgasnutzung und einer sekundären Vorwärmung der Verbrennungsluft - unterschiedliche Abwärmequellen des Ofens sind schematisch dargestellt.
Fig. 1 veranschaulicht schematisch und allgemein ein Verfahren zum Betrieb eines über wenigstens einen regenerativen Wärmespeicher 10 regenerativ beheizten Industrieofens 100 mit einem Ofenraum 21 für den Ofen 20. Der regenerative Wärmespeicher 10 hat vorliegend einen ofenseitigen Wärmespeichergasdurchtritt 1 1 zum Ofenraum 21 des Ofens 20 und einen umgebungsseitigen Wärmespeichergasdurchtritt 12 zur Umgebung. Im regenerativen Wärmespeicher 10, der vorliegend ein Regenerator oder Rekuperator sein kann, erfolgt die primäre Nutzung eines Abgases AG zur primären Vorwärmung von Verbrennungsluft VL. Im Falle eines Regenerators wird dieser sequentiell einmal mit Abgas AG und einmal mit Verbrennungsluft VL beladen, d. h. zeitlich hintereinander in vorbestimmter Perioden in Umkehrrichtung einmal mit Abgas AG und einmal mit Ver- brennungsluft VL durchströmt. Im Falle eines Rekuperators wird dieser mit Abgas AG und Verbrennungsluft VL im ständigen Wärmeaustausch durchströmt.
Im regenerativen Wärmespeicher 10 gibt das Abgas AG einen Teil seiner Wärmeenergie an die Verbrennungsluft VL unter Vorwärmung derselben ab. Konkret erfolgt dabei eine Absenkung der Abgastemperatur TAG von einer Abgaseintrittstemperatur TAG-in 1 am ofenseitigen Wärmespeichergasdurchtritt 1 1 (Abgaseintritt) auf eine Abgasaustrittstemperatur TAG-in2 am ersten umgebungsseitigen Wärmespeichergasdurchtritt 12 (Abgasaustritt). Aufgrund des mit strichpunktierten Pfeil dargestellten primären Wärmeaustausches WA zwischen Abgas AG und Verbrennungsluft VL erfolgt eine Anhebung der Verbrennungslufttemperatur, nämlich die Anhebung von einer Verbrennungslufteintrittstempera- tur TvL in am zweiten umgebungsseitigen Wärmespeichergasdurchtritt (Verbrennungslufteintritt) auf eine Verbrennungsluftaustrittstemperatur TVL-0ut am ofenseitigen Wärmespeichergasdurchtritt 1 1 (Verbrennungsluftaustritt und Abgaseintritt).
Vorliegend könne Abgase AG der Verbrennung aus dem Ofenraum 21 mit etwa TAG-in 1 im Bereich von 1400 °C bis 1550 °C in den regenerativen Wärmespeicher 10 eintreten und diesen mit einer Resttemperatur TAG.in 2 von etwa 400 °C bis 600 °C verlassen. Bei Anlagen des Standes der Technik werden Abgase dieser Temperatur gegebenenfalls in einen Schornstein abgeführt, so dass die bei der Resttemperatur von 400 °C bis 600 °C enthaltende Wärmemenge ungenutzt bleibt. Auch wird die Verbrennungsluft bei Anlagen des Standes der Technik mit einer Anfangstemperatur der Umgebung von etwa 30 °C bis 60 °C (TvL in ) direkt in den regenerativen Wärmespeicher eintreten und nach der primären Vorwärmung aus dem regenerativen Wärmespeicher mit einer Vorwärmtemperatur TvL-out von etwa 1000 °C bis 1200 °C in den Ofenraum 21 eintreten.
Bei der vorliegenden, das Konzept der Erfindung verwirklichenden Ausführungsform ist eine sekundäre Nutzung des Abgases AG im Anschluss an den umgebungsseitigen Wärmespeichergasdurchtritt 12 zur Umgebung vorgesehen. Die sekundäre Nutzung 30 des Abgases sieht einen Dampferzeuger 31 und eine dem Dampferzeuger 31 nachgeschaltete Dampfturbine 32 vor. An die Dampfturbine 32 ist ein Generator 33 angeschlossen, der zur Erzeugung von elektrischem Strom dient. Grundsätzlich kann die sekundäre Nutzung des Abgases 30 auch auf andere Weise realisiert werden, so dass die vorlie- gende Ausführungsform unter anderem hinsichtlich der sekundären Nutzung des Abgases 30 abgewandelt werden kann. Beispielsweise kann das Abgas AG auch direkt auf eine Abgasturbine gegeben werden und unter Expansion einen Generator antreiben.
Die vorliegende Ausführungsform sieht im Unterschied zum Stand der Technik eine sekundäre Vorwärmung 40 der Verbrennungsluft VL vor. Die Verbrennungsluft tritt als Frischluft mit einer Anfangstemperatur TVi_-in2 zwischen etwa 15 °C und 70 °C in die sekundäre Vorwärmung 40 ein. Die sekundär vorgewärmte Verbrennungsluft -deren Temperatur also um einen Temperaturbetrag von ATVL angehoben ist— wird dem regenerativen Wärmespeicher 10 zugeführt. D. h. die Zuführtemperatur der Verbrennungsluft beträgt TVi_-in = Τνι_-ίη+ΔΤνί- Zum Einen kann dies die Ausgangstemperatur der Verbrennungsluft TvL out am Ausgang des Wärmespeichers 10 erhöhen; jedenfalls geringfügig erhöhen, zum Beispiel auf eine Luftvorwärmtemperatur TVi_-0ut1 im Bereich von etwa 1000 °C bis 1200 °C. Gemäß dem Konzept der Erfindung wird vor allem eine höhere nutzbare Abgaswärme des Abgases, nämlich TAG-in 2 = TAG-0ut + ΔΤΑο zur Verfügung ge- stellt. Da die Abkühlung des Abgases AG gebremst wird erhöht sich die Resttemperatur des Abgases deutlich; vorliegend um beispielsweise ATAG = 50 °C.
Beispielsweise für eine regenerative Wärmenutzung bei einem Glasschmelzprozess kann eine Umsetzung wie folgt vorgenommen werden. Eine Verbrennungsluft wird bei normaler Umgebungstemperatur als Frischluft mit einer Anfangstemperatur TVi_-in2 im Bereich zwischen 30 °C bis 60 °C der sekundären Verbrennungsluft-Vorwärmung 40 zugeführt und auf eine Temperatur von TVi_-in von zum Beispiel 150°C erwärmt sowie bei dieser Temperatur TVi_-in in den regenerativen Wärmespeicher 10 eingebracht^ d. h. TVi_-in = TvL-in2+ATVL wobei ATVL= 120 °C - 90 °C). Zwar erhöht sich die Verbrennungsluftvorwärmung bei ofenseitigem Wärmespeichergasdurchtritt 1 1 in den Ofenraum 21 nur unwesentlich; im Beispiel um etwa 10 °C bis 20 °C. Jedoch wird die Abkühlung des Abgases AG wie erläutert abgebremst, so dass sich die Resttemperatur des Abgases um etwa ATAG = 50 °C erhöht.
Dem Konzept der Erfindung folgend wird damit geringwertige und direkt kaum nutzbare Wärme ATVL im Bereich zwischen 120 °C und 90 °C aus einer Abwärme 50 des Ofens gewonnen und zur Hebung der Abgastemperatur am Eintritt zur sekundären Abgasnutzung 30 auf eine deutlich höhere Temperaturstufe genutzt; damit wird die Effektivität der sekundären Abgasnutzung 30 wesentlich verbessert. Die Abwärme 50 des Ofens ist vorliegend mit einer ersten Variante einer Abgaswärmebehandlungsanlage 51 und einer zweiten Variante einer Abgaswärmebehandlungsanlage 52 dargestellt. Die erste Variante einer Abgaswärmebehandlungsanlage nutzt Abwärme aus dem inneren des Ofens, d. h. Abwärme aus dem Ofenraum 21. Die zweite Abgas- Wärmebehandlungsanlage nutzt Abwärme aus einem Ofenaußenbereich 22. Die Abwärme 50 kann beispielsweise durch einen Abwärmeaustausch AWA1 , AWA2 zur sekundären Vorwärmung der Verbrennungsluft VL in die Verbrennungsluft VL eingebracht werden. Grundsätzlich kann in der dargestellten Ausführungsform ein Wärmeaustausch WA oder AWA1 , ABA2 direkt erfolgen, d. h. unter Nutzung gleicher Strömungswege von Verbrennungsluft als Wärmeempfänger und Wärmelieferant (bei WA das Abgas AG und AWA1 , AWA2 die Abwärme 51 , 52). Der Wärmeaustausch WA, AWA1 , AWA2 kann auch indirekt unter Nutzung geeigneter Wärmetauscheraggregate oder dergleichen erfolgen.
Ein konkretes Beispiel zur Durchführung des Verfahrens ist in Fig. 2 an einem Industrieofen zum Glasschmelzen erläutert. Fig. 2 zeigt in vereinfachter Darstellung einen regene- rativ beheizten Industrieofen 100, bei dem zur Vereinfachung für gleiche oder ähnliche Teile oder Teile gleicher oder ähnlicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet sind.
Der Industrieofen 100 weist einen Ofenraum 21 mit einem Oberofen 20A und einer Glasschmelzwanne 20B auf. In der Glasschmelzwanne enthaltendes Glas G wird über den Ofenraum 21 über die Schmelztemperatur erwärmt und zur Herstellung von Flach- glas oder dergleichen aufgeschmolzen und geeignet behandelt. Der Industrieofen 100 wird vorliegend erwärmt, indem über mehrere seitlich angebrachte Brennstoffinjektoren 23 Brennstoff -vorliegend in Form von Brenngas- in den Oberofen 20A injiziert wird. Von den Brennstoffinjektoren 23 ist vorliegend ein rechter Brennstoffinjektor symbolisch dargestellt. Die Brennstoffinjektoren 23 sind (auch wenn nicht im Einzelnen dargestellt) sowohl auf der linken als auch auf der rechten Seite des Ofenraums 21 , zum Beispiel einander gegenüberliegend, angeordnet; beispielsweise können auf jeder Seite des Ofenraums 21 drei, vier, fünf, sechs oder mehr Brennstoffinjektoren 23 angeordnet sein.
In einer Befeuerungsperiode wird über einen Brennstoffinjektor 23 Brenngas in den Oberofen 20A praktisch ohne Verbrennungsluft injiziert. Oberhalb des Brennstoffinjektors 23 wird vorgewärmte -hier primär und sekundär vorgewärmte- Verbrennungsluft VL über einen dargestellten linken ofenseitigen Wärmespeichergasdurchtritt 1 1 dem Oberofen 20A zugeführt. Die Verbrennungsluft VL aus dem ofenseitigen Wärmespeichergasdurchtritt 1 1 vermischt sich im Oberofen 20A mit dem vom Brennstoffinjektor 23 injizierten Brenngas und führt zur Ausbildung einer den Unterofen mit Schmelzwanne 20B überdeckenden Flamme. Fig. 2 zeigt den Industrieofen 100 im Zustand einer regenerativen Befeuerung über den linken, als Regenerator ausgebildeten, Wärmespeicher 10 und die linken Injektoren 23. Die Injektoren 23 und der ofenseitige Wärmespeicher- gasdurchtritt 1 1 sind derart gestaltet, dass das über die Injektoren 23 gelieferte Brenngas in ausreichendem nah- oder unterstöchiometrischen Bereich mit Verbrennungsluft VL des linken Regenerators im Oberofen 20A vermischt wird. Der in Fig. 2 dargestellte Betriebszustand einer linksseitigen Befeuerung des Oberofens 20A unter Injektion von Brenngas über die linken Injektoren 23 und die Zufuhr von Verbrennungsluft VL über den linken Regenerator dauert für eine erste Periodendauer an, die zum Beispiels im Bereich von 20 bis 40 Minuten liegen kann. Während dieser ersten Periodendauer wird Verbrennungsluft VL zum Oberofen 20A im Ofenraum 21 separat vom Brenngas zugeführt. Während der ersten Periodendauer wird Abgas AG aus dem Oberofen 20A über einen rechten ofensei- tigen Wärmespeichergasdurchtritt 1 1 ' dem nicht näher dargestellten rechten Regenerator zugeführt und heizt diesen auf. In einem zweiten Betriebszustand wird für eine zweite Periodendauer ähnlicher zeitlicher Länge die Befeuerung des Oberofens 20A umgekehrt. Dazu wird dann Verbrennungsluft VL über einen nicht dargestellten rechten Regenerator dem Oberofen 20A zusammen mit Brenngas aus den rechten Injektoren 23 zugeführt; die Verbrennungsluft VL nimmt dann die vom Abgas AG in der ersten Periodendauer im rechten Regenerator deponierte Wärme auf. Des Weiteren wird Abgas AG während der zweiten Periodendauer in den linken regenerativen Wärmespeicher 10 eingebracht und heizt diesen auf. Dies ermöglicht den in Fig. 1 bereits dargestellten Wärmeaustausch WA zur primären Vorwärmung der Verbrennungsluft VL mit Wärme des Abgases AG.
Die Regelung eines Brennstoffstroms und/oder eines Verbrennungsluftstroms erfolgt grundsätzlich über ein nicht näher dargestelltes Temperaturregelmodul einer symbolisch dargestellten Steuerung 200. Grundsätzlich kann dazu ein PID-Regler im Temperaturregelmodul eingesetzt werden, gemäß dem unter Erhöhung des Brennstoffstroms und/oder des Verbrennungsluftstroms eine Ofenraumtemperatur erhöht bzw. unter Erniedrigung eines Brennstoffstroms und/oder eines Verbrennungsluftstroms eine Ofenraumtempera- tur erniedrigt wird. Dazu werden der Steuerung 200 Temperaturwerte des Regeneratorkopfes und/oder des Oberofenraumes 20A zugeführt. Entsprechende Temperaturwertleitungen 201 , 202 sowie Temperatursonden T1 , T2 sind in Fig. 2 dargestellt. Die Temperatursonden T1 , T2 können vorliegend auch mit einer geeigneten Lambda- sonde zur Messung eines Brennstoffluftverhältnisses kombiniert werden um dasselbe geregelt einzustellen. Im vorliegenden Fall eines Industrieofens 100 ist -der Systematik des Konzepts der Erfindung, wie sie anhand von Fig. 1 generell erläutert ist, folgend- eine sekundäre Vorwärmung 40 der Verbrennungsluft VL vorgesehen. Die Verbrennungsluft VL wird als Frischluft FL mit einer Anfangstemperatur, etwa im Bereich zwischen 30 °C bis 60 °C, der sekundären Vorwärmung 40 der Verbrennungsluft zugeführt (TVL-in2)- Die Verbrennungsluft VL verlässt die sekundäre Vorwärmung 40 mit einer erhöhten Temperatur von TVi_-in + ATVL über die Zuführung 43. Über die Zuführung 43 wird die sekundär vorgewärmte Verbrennungsluft VL dem Regenerator 10 zugeführt und über den Wärmeaustausch WA nimmt diese die zwischengespeicherte Abwärme des Abgases AG im Rahmen der primä- ren Vorwärmung der Verbrennungsluft VL auf.
Um eine sekundäre Vorwärmung 40 der Verbrennungsluft VL zu betreiben, ist beim Industrieofen 100 eine Abwärmebehandlungsanlage 51 , 52 für Abwärme 50 des Ofens 20 vorgesehen. Diese dient zur Gewinnung von Abwärme (hier aus Ofenluft 51.1 ) aus dem Ofenraum 21 und/oder zur Gewinnung von Abwärme aus einem Außenraum des Ofens 20, vorliegend einer Kühlluft 52.1 am Ofenaußenbereich 20C.
In einer ersten Variante sieht die Abwärmebehandlungsanlage 51 eine an den Oberofenraum 20A und den Unterofenraum angeschlossene Ansaugung für Abwärme tragende Ofenluft vor; nämlich durch Ansaugung von Abwärme tragender Ofenluft 51.1 von einer Schwappkante der Schmelzwanne 20B. Die Ansaugung von Ofenluft 51.1 von einer Schwappkante dient zudem aktiv dazu, Korrosionsprozesse an der Schmelzwanne 20B zu verringern. Die Abwärme 50 der Abwärmebehandlungsanlage 51 gemäß der ersten Variante kann in geeigneter Weise über eine Abwärmeleitung 51.2 der sekundären Vorwärmung 40 zugeführt werden.
Eine zweite Abwärmebehandlungsanlage 52 zur Gewinnung von Abwärme 50 ist in Form einer an einem Ofenaußenbereich 20C angeschlossenen Ansaugung von Frischluft FL gebildet, um eine Abwärme tragende Kühlluft 52.1 zur Verfügung zu stellen. Die Kühlung ist vorliegend eine Saugkühlung, bei der vorliegend frei zuströmende Frischluft FL angesaugt wird und über den Außenbereich des Ofens 20 geleitet wird. Die Ansaugung hat sich als vorteilhaft erwiesen, um die Abwärme tragende Kühlluft für den weiteren Prozess verfügbar zu machen. Die Abwärme tragende Kühlluft 52.1 kann über eine geeignete Abwärmeleitung 52.2 der sekundären Vorwärmung 40 für Verbrennungsluft VL zur Verfügung gestellt werden. Vorliegend kann eine Abgasaustrittstemperatur am umgebungsseitigen Wärmespeicher- gasdurchtritt 12 aufgrund der sekundär vorgewärmten Verbrennungsluft VL um bis zu 150 °C erhöht sein, d. h. bis in den Bereich von 400 bis 800 °C; dies weil die Abkühlung des Abgases AG in Folge des bei erhöhter Verbrennungslufttemperatur verringerten Wärmeaustausches WA gebremst ist.
Zusätzlich weist die Steuerung 200 vorliegend ein Regelmodul 210 auf, das eine Abgas- Istwert-Temperatur TAG'st über eine Temperatursonde T2 am umgebungsseitigen Wärme- speichergasdurchtritt 12 erhält und eine Abgas-Sollwert-Temperatur TAG S0" als Regelvorgabe. Die Sollwert-Temperatur TAG S0" ist vorliegend ein Konstantwert, da eine weitgehend konstante Abgastemperatur für die Energiegewinnung zur sekundären Nutzung 30 des Abgases AG zur Verfügung gestellt werden sollte. Entsprechend der Regelabweichung zwischen Sollwert-Temperatur TAG S0" und Istwert-Temperatur TAG lst werden die Drosseln 41 , 42 der Abwärmeleitungen 51.3, 52.2 eingestellt, um eine geeignete sekundäre Verbrennungsluftvorwärmung einzustellen, d. h. eine geeignete Erhöhung ΔΤνι_ der Verbrennungslufttemperatur in der sekundären Vorwärmung einzustellen. Die Steuereinrichtung 200 weist ein Modul 210 mit einer prädiktiven Regelung auf, die auf Grundlage eines mathematischen Modells der Wärmeübertragung und Wärmespeicherung WA im regenerativen Wärmespeicher 10 die Istwert-Temperatur auf Sollwert-Temperatur regelt.
Bezuqszeichenliste
10 Wärmespeicher
1 1 , 1 1 ' ofenseitiger Wärmespeichergasdurchtritt
12 umgebungsseitiger Wärmespeichergasdurchtritt 20 Ofen
20A Oberofen
20B Glasschmelzwanne
20C Ofenaußenbereich
21 Ofenraum
22 Ofenaußenbereich
23 Brennstoffinjektoren
30 sekundäre Nutzung
31 Dampferzeuger
32 Dampfturbine
33 Generator
40 sekundäre Vorwärmung
41 , 42 Drosseln
43 Zuführung
50 Abwärme
51 erste Variante einer Abwärmebehandlungsanlage
51.1 Ofenluft
51.2, 52.2 Abwärmeleitung
52 zweite Variante einer Abwärmebehandlungsanlage
52.1 Kühlluft
100 Industrieofen
200 Steuerung
201 , 202 Temperaturwertleitungen
210 Regelmodul
AG Abgas
FL Frischluft
G Glas
TAG Abgastemperatur TvL in2Verbrennungslufteintrittstemperatur
TvL-out Verbrennungsluftaustrittstemperatu
Figure imgf000020_0001
ATVL Erhöhung
ATAG Erhöhung
TAG-out Abgasaustrittstemperatur
T1 , T2 Temperatursonden
TAG St Abgas-Istwert-Temperatur
TAGs°" Abgas-Sollwert-Temperatur
VL Verbrennungsluft
WA, AWA1 , AWA2 Wärmeaustausch

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betrieb eines über wenigstens einen regenerativen Wärmespeicher (10) regenerativ beheizten Industrieofens (100) mit einem Ofenraum (21 ) eines Ofens (20), insbesondere mit einer Schmelzwanne für Glas (20B), wobei der regenerative Wärmespeicher (10) einen ofenseitigen Wärmespeichergasdurchtritt (1 1 , 1 1 ') zum Ofenraum (21 ) und einen umgebungsseitigen Wärmespeichergasdurchtritt (12) zur Umgebung hat, aufweisend die Schritte: sekundäre Vorwärmung der Verbrennungsluft und Zuführung der sekundär vorgewärmten Verbrennungsluft (VL) zum regenerativen Wärmespeicher (10);
- primäre Nutzung des Abgases in dem regenerativen Wärmespeicher (10) zur primären Vorwärmung der Verbrennungsluft (VL);
- sekundäre Nutzung (30) des Abgases im Anschluss an den umgebungsseitigen Wärmespeichergasdurchtritt (12) zur Umgebung; dadurch gekennzeichnet, dass die sekundäre Vorwärmung der Verbrennungsluft (VL) aus einer Abwärme des Ofens (20) gewonnen wird, und im Betrieb des Industrieofens (100) eine Abgas-Austrittstemperatur am umgebungsseitigen Wärmespeichergasdurchtritt (12) erhöht ist gegenüber einer Abgas- Austrittstemperatur am umgebungsseitigen Wärmespeichergasdurchtritt (12) ohne sekundäre Vorwärmung (40) der Verbrennungsluft (VL).
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die nicht sekundär vorgewärmte Verbrennungsluft (VL) als Frischluft (FL) gewonnen wird und von einer Anfangstemperatur auf eine Vorwärmtemperatur erwärmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass eine nicht sekundär vorgewärmte Verbrennungsluft (VL), insbesondere Frischluft (FL), eine Anfangstemperatur zwischen 10 °C und bis zu 60 °C hat.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass eine sekundär vorgewärmte Verbrennungsluft (VL) eine Vorwärmtemperatur oberhalb einer Anfangstemperatur hat, und die Vorwärmtemperatur bis zu 250 °C, vorzugsweise bis zu 350 °C, beträgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Abgas-Austrittstemperatur am umgebungsseitigen Wärmespeichergasdurchtritt (12) um bis zu 150 °C erhöht ist, insbesondere im Bereich von 400 °C bis 800 °C liegt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass zur sekundären Vorwärmung (40) der Verbrennungsluft (VL) aus einer Abwärme des Ofens (10), Abwärme tragende Ofenluft (51.1 ) aus dem Ofenraum (21 ) angesaugt wird und mit dieser nicht sekundär vorgewärmte Verbrennungsluft (VL), insbesondere Frischluft (FL), sekundär vorgewärmt wird.
7. Verfahren nach Ansprüche 6 dadurch gekennzeichnet, dass im Ofenraum (21 ) eines Ofens (10) eine Schmelzwanne für Glas (20B) angeordnet ist und zur sekundären Vorwärmung (40) der Verbrennungsluft (VL) aus einer Abwärme des Ofens(10) Abwärme tragende Ofenluft (51.1 ) von einer Schwappkante der Schmelzwanne (20B) angesaugt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass zur sekundären Vorwärmung (40) der Verbrennungsluft (VL) aus einer Abwärme des Ofens (10), Abwärme tragende Umgebungsluft, insbesondere Kühlluft (52.1 ) durch Kühlung an einem Außenbereich des Ofens (20C), gewonnen wird, insbesondere an einem Außenbereich größter Außentemperatur.
9. Verfahren nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung eine Saugkühlung ist, insbesondere Umgebungsluft oder zuströmende Frischluft (FL) angesaugt und über den Außenbereich des Ofens (20C) geleitet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass mittels sekundär vorgewärmter Verbrennungsluft (VL) als Stellgröße eine Abgas-Austrittstemperatur am umgebungsseitigen Wärmespeichergasdurchtritt (12) von einem Istwert auf einen Sollwert geregelt wird, insbesondere der Sollwert ein Heizperioden-gemittelter Konstantwert ist.
1 1. Industrieofen mit einem Ofenraum (21 ) , insbesondere mit einer Schmelzwanne für Glas (20B), der über wenigstens einen regenerativen Wärmespeicher (10) regenerativ beheizbar ist, wobei der regenerative Wärmespeicher (10) einen ofenseitigen Wärmespeichergasdurch- tritt (1 1 , 1 1 ') zum Ofenraum (21 ) und einen umgebungsseitigen Wärmespeichergasdurch- tritt (12) zur Umgebung hat, wobei in dem regenerativen Wärmespeicher (10) unter primärer Nutzung des Abgases eine primäre Vorwärmung der Verbrennungsluft (VL) umsetzbar ist, weiter aufweisend: eine Abwärmebehandlungsanlage des Industrieofens (20), insbesondere des Ofenraums (21 ), die ausgebildet ist, eine sekundäre Vorwärmung (40) der Verbrennungsluft (VL) zu bewirken;
- eine Zuführung (41 ) mittels der die sekundär vorgewärmte Verbrennungsluft (VL) zum regenerativen Wärmespeicher (10) zuführbar ist;
- eine Energiegewinnung zur sekundären Nutzung (30) des Abgases im Anschluss an den umgebungsseitigen Wärmespeichergasdurchtritt (12) zur Umgebung, wobei
- im Betrieb des Industrieofens (100) eine Abgas-Austrittstemperatur am umgebungsseitigen Wärmespeichergasdurchtritt (12) erhöhbar ist gegenüber einer Abgas- Austrittstemperatur am umgebungsseitigen Wärmespeichergasdurchtritt (12) ohne sekundäre Vorwärmung (40) der Verbrennungsluft (VL).
12. Industrieofen (20) nach Anspruch 1 1 dadurch gekennzeichnet, dass der regenerative Wärmespeicher 10) ein Regenerator oder ein Rekuperator ist, der einen ofenseitigen Wärmespeichergasdurchtritt (1 1 , 1 1 ') als Abgaseintritt und Verbrennungsgasaustritt zum Ofenraum (21 ) hat, und der einen umgebungsseitigen Wärmespeichergasdurchtritt als Verbrennungslufteintritt und Abgasaustritt zur Umgebung hat.
13. Industrieofen (20) nach Anspruch 1 1 oder 12 dadurch gekennzeichnet, dass die Abwärmebehandlungsanlage in Form einer am Ofenraum (21 ) angeschlossenen Ansaugung für Abwärme tragenden Ofenluft (51.1 ) gebildet ist.
14. Industrieofen (20) nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass die Abwärmebehandlungsanlage in Form einer an einem Ofenaußenbereich (20C) angeschlossenen Ansaugung von Frischluft (FL) gebildet ist, um eine Abwärme tragende Kühlluft (52.1 ) zur Verfügung zu stellen.
15. Industrieofen (20) nach einem der Ansprüche 1 1 bis 14 gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
16. Industrieofen (20) nach Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung ein Modul mit einer prädiktiven Regelung auf Grundlage eines mathematischen Modells der Wärmeübertragung und Wärmespeicherung im regenerativen Wärmespeicher aufweist.
17. Verwendung einer sekundären Vorwärmung der Verbrennungsluft und Zuführung der sekundär vorgewärmten Verbrennungsluft (VL) zu einem regenerativen Wärmespeicher (10), wobei die sekundäre Vorwärmung der Verbrennungsluft (VL) aus einer Ab- wärme des Ofens (20) gewonnen wird;
- zum Betrieb eines über den wenigstens einen regenerativen Wärmespeicher (10) regenerativ beheizten Industrieofens (100) mit einem Ofenraum (21 ) eines Ofens (20), insbesondere mit einer Schmelzwanne für Glas (20B), wobei der regenerative Wärmespeicher (10) einen ofenseitigen Wärmespeichergasdurchtritt (1 1 , 1 1 ') zum Ofenraum (21 ) und einen umgebungsseitigen Wärmespeichergasdurchtritt (12) zur Umgebung hat; und wobei beim Betrieb:
- eine primäre Nutzung des Abgases in dem regenerativen Wärmespeicher (10) zur primären Vorwärmung der Verbrennungsluft (VL), und
- eine sekundäre Nutzung (30) des Abgases im Anschluss an den umgebungssei- tigen Wärmespeichergasdurchtritt (12) zur Umgebung, erfolgt; und wobei
- im Betrieb des Industrieofens (100) eine Abgas-Austrittstemperatur am umgebungsseitigen Wärmespeichergasdurchtritt (12) erhöht ist gegenüber einer Abgas- Austrittstemperatur am umgebungsseitigen Wärmespeichergasdurchtritt (12) ohne sekundäre Vorwärmung (40) der Verbrennungsluft (VL).
PCT/EP2012/067197 2011-09-06 2012-09-04 Verfahren zum betrieb eines regenerativ beheizten industrieofens und regenerativ geheizter industrieofen WO2013034541A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011082205.4 2011-09-06
DE102011082205A DE102011082205A1 (de) 2011-09-06 2011-09-06 Verfahren zum Betrieb eines regenerativ beheizten Industrieofens und regenerativ geheizter Industrieofen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013034541A1 true WO2013034541A1 (de) 2013-03-14

Family

ID=46763114

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2012/067197 WO2013034541A1 (de) 2011-09-06 2012-09-04 Verfahren zum betrieb eines regenerativ beheizten industrieofens und regenerativ geheizter industrieofen

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102011082205A1 (de)
WO (1) WO2013034541A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110220391A (zh) * 2019-07-05 2019-09-10 宝钢工程技术集团有限公司 废气利用系统及热风熔炼设备
CN111964459A (zh) * 2020-08-28 2020-11-20 大连新瑞晨环保科技有限公司 一种预热式合金烘烤装置

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1811459A (en) * 1928-05-01 1931-06-23 Blaw Knox Co Regenerative heating system
AT233029B (de) * 1960-11-18 1964-04-25 Waagner Biro Ag Verfahren und Einrichtung zur Rationalisierung des Betriebes von Industrieöfen
GB974863A (en) * 1959-12-01 1964-11-11 Waagner Biro Ag Improvements relating to industrial furnaces
US3764259A (en) * 1972-06-16 1973-10-09 Morgan Construction Co Gas treating apparatus
JPS589829A (ja) * 1981-07-07 1983-01-20 Asahi Glass Co Ltd ガラス「鎔」融炉の熱回収方法の改良
EP0137059A1 (de) 1983-10-07 1985-04-17 Sorg GmbH & Co. KG Verfahren zum Schmelzen von Glas mit Gemengevorwärmung sowie Glasschmelzofen zur Durchführung dieses Verfahrens
US4528012A (en) 1984-01-30 1985-07-09 Owens-Illinois, Inc. Cogeneration from glass furnace waste heat recovery
DE4219176A1 (de) * 1992-06-09 1993-12-16 Software & Tech Glas Gmbh Verfahren zur Erhöhung des Anfallenergieniveaus der zweiten Stufe eines dreistufigen Wärmerückgewinnungssystems
EP1239250A2 (de) * 2001-03-06 2002-09-11 ANSALDO RICERCHE S.r.l. Verfahren und Vorrichtung zur Rückgewinnung von Verbrennungsgasen eines Industrieofens, insbesondere eines Glasschmelzofens
DE102005019147B4 (de) 2005-04-25 2009-01-15 Siemens Ag Verfahren zur Optimierung des Verbrennungsprozesses für einen Schmelzofen bei der Glasherstellung
US20100081103A1 (en) * 2008-09-26 2010-04-01 Hisashi Kobayashi Furnace with multiple heat recovery systems
US20110011555A1 (en) * 2008-01-24 2011-01-20 Stara Glass S.P.A. Heat exchanger assembly for preheating comburent air for a glass furnace

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4481024A (en) * 1982-10-22 1984-11-06 M. H. Detrick Company Heat recovery system for glass tank furnaces

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1811459A (en) * 1928-05-01 1931-06-23 Blaw Knox Co Regenerative heating system
GB974863A (en) * 1959-12-01 1964-11-11 Waagner Biro Ag Improvements relating to industrial furnaces
AT233029B (de) * 1960-11-18 1964-04-25 Waagner Biro Ag Verfahren und Einrichtung zur Rationalisierung des Betriebes von Industrieöfen
US3764259A (en) * 1972-06-16 1973-10-09 Morgan Construction Co Gas treating apparatus
JPS589829A (ja) * 1981-07-07 1983-01-20 Asahi Glass Co Ltd ガラス「鎔」融炉の熱回収方法の改良
EP0137059A1 (de) 1983-10-07 1985-04-17 Sorg GmbH & Co. KG Verfahren zum Schmelzen von Glas mit Gemengevorwärmung sowie Glasschmelzofen zur Durchführung dieses Verfahrens
US4528012A (en) 1984-01-30 1985-07-09 Owens-Illinois, Inc. Cogeneration from glass furnace waste heat recovery
DE4219176A1 (de) * 1992-06-09 1993-12-16 Software & Tech Glas Gmbh Verfahren zur Erhöhung des Anfallenergieniveaus der zweiten Stufe eines dreistufigen Wärmerückgewinnungssystems
EP1239250A2 (de) * 2001-03-06 2002-09-11 ANSALDO RICERCHE S.r.l. Verfahren und Vorrichtung zur Rückgewinnung von Verbrennungsgasen eines Industrieofens, insbesondere eines Glasschmelzofens
DE102005019147B4 (de) 2005-04-25 2009-01-15 Siemens Ag Verfahren zur Optimierung des Verbrennungsprozesses für einen Schmelzofen bei der Glasherstellung
US20110011555A1 (en) * 2008-01-24 2011-01-20 Stara Glass S.P.A. Heat exchanger assembly for preheating comburent air for a glass furnace
US20100081103A1 (en) * 2008-09-26 2010-04-01 Hisashi Kobayashi Furnace with multiple heat recovery systems

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DATABASE WPI Week 198309, Derwent World Patents Index; AN 1983-20839K, XP002686336 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110220391A (zh) * 2019-07-05 2019-09-10 宝钢工程技术集团有限公司 废气利用系统及热风熔炼设备
CN111964459A (zh) * 2020-08-28 2020-11-20 大连新瑞晨环保科技有限公司 一种预热式合金烘烤装置

Also Published As

Publication number Publication date
DE102011082205A1 (de) 2013-03-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102018201172A1 (de) Verbrennungsanlage mit Restwärmenutzung
DE3503103A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur waermerueckgewinnung
DE102009048360A1 (de) Anordnung für eine Backstube mit Wärmerückgewinnung
DE60122829T2 (de) Müllverbrennungsanlage mit Abgasrückführung
EP1794495A1 (de) Fossil beheizter durchlaufdampferzeuger
WO2013034541A1 (de) Verfahren zum betrieb eines regenerativ beheizten industrieofens und regenerativ geheizter industrieofen
EP0955271A2 (de) Verfahren und Anordnung zum Schmelzen von Glas in U-Flammen- und Querflammen-Wannenöfen unter Reduzierung der Gehalte an NOx und CO in den Abgasen
DE3225140C2 (de)
DE3118046A1 (de) Verfahren zur herstellung von betonteilen
WO2014056576A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur erzeugung einer mehrzahl an dampf- oder heisswasserströmen in einer koksofenbank
DE3248623C1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Vorwaermen der Verbrennungsmedien,insbesondere fuer die Beheizung von Winderhitzern fuer Hochoefen
EP2011972B1 (de) Anlage, Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines überhitzten Mediums
DE3228885A1 (de) Anlage zur rueckgewinnung von energie aus abgasen von aus feuerungseinrichtungen austretenden rauchgasen und zur abgasreinigung
DE102010063839A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Ofens in einer Anlage zur Metallverarbeitung und Anlage zur Metallverarbeitung
DE102016202259A1 (de) Hochtemperatur-Elektrolysevorrichtung sowie Verfahren zum Durchführen einer Hochtemperatur-Elektrolyse
DE1426890A1 (de) Kraftwerk mit Muellverbrennung
DE3725450A1 (de) Winderhitzeranlage
DE202013102653U1 (de) Anlassofen
EP3904764B1 (de) Kesselsystem zur behandlung von abgasen
DE1300120B (de) Verfahren zum Betrieb von Abhitzekesseln hinter Huettenoefen
WO2009046757A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur nutzung der abwärme eines anoden-ringofens
DE1291046B (de) Verbrennungsofen fuer minderwertige Brennstoffe, z. B. Muell, mit Waermetauscher zur Rauchgasabkuehlung
DE102016012419A1 (de) Verfahren zur Wärmerückgewinnung aus einem von einem Brenner erzeugten Rauchgas und entsprechendes Wärmerückgewinnungssystem
DE3603095C2 (de)
AT406165B (de) Vorrichtung zur kontinuierlichen destillativen auftrennung von rohöl

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12753508

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 12753508

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1