DE10023702A1

DE10023702A1 - Brennofen und Verfahren zum Brennen keramischer Rohlinge

Info

Publication number: DE10023702A1
Application number: DE2000123702
Authority: DE
Inventors: Alfred Normann; Rita Knodt
Original assignee: FORSCH ANORGANISCHE WERKSTOFFE
Current assignee: FORSCH ANORGANISCHE WERKSTOFFE
Priority date: 2000-05-16
Filing date: 2000-05-16
Publication date: 2001-11-22

Abstract

Es wird ein diskontinuierlicher Brennofen vorgeschlagen, in dem das Ofengas direkt von der Brennkammer (1) in eine weitere Kammer (2) geleitet wird und ihm das in ihm enthaltene Fluorgas entzogen wird, indem es von noch nicht gebrannten keramischen Rohlingen absorbiert wird. Gleichzeitig wird das Ofengas zur Trocknung und Vortrocknung der keramischen Rohlinge verwendet.

Description

Stand der Technik

Beim Brand keramischer Produkte mit silikatischen Rohstoffen wird bei Temperaturen über 800°C in großen Mengen gasförmiges Fluor freigesetzt. Es gelangt mit dem Luftstrom, der beim Betrieb von Brennanlagen mit fossilen Brennstoffen entsteht, in die Abluft, aus der es durch Fluor-Absorptionsanlagen mit Kalkschüttungen, Kalkwäscher, Wabenkörpertauscher o. ä. weitgehend entzogen werden muß. Derartige Reinigungsvorrichtungen erfordern ständigen Wartungsaufwand verbunden mit hohen Kosten vor allem für Entsorgung und Ersatz der Filterfüllung.

In der Industrie werden zum Brand von Zierkeramik überwiegend diskontinuierlich arbeitende Brennöfen eingesetzt. Im Gegensatz zu kontinuierlichen Öfen, zum Beispiel Tunnelöfen, lassen sie sich flexibler betreiben und damit dem tatsächlichen Bedarf anpassen, insbesondere schwankendem Durchsatz oder stark unterschiedlichen oder häufig wechselden Brennprogrammen. Nachteilig wirkt sich bei ihnen der erhöhte Energiebedarf zum Anheizen und hohe Energieverlust während der Haltezeit und beim Abheizen der Brennkammern aus.

Es ist bekannt, den Energiebedarf für die Trocknung zu reduzieren, indem die Wärmeenergie der Ofengase aus dem Brennraum über einen Wärmetauscher einem Trockner zugeführt wird, bevor das Ofengas über Rauchreinigungsanlagen an die Umwelt abgegeben wird. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das Ofengas aus dem Brennraum sofort einem Trockner zuzuleiten. Beiden Möglichkeiten ist der Ansatz gemeinsam, dem heißen Ofengas die Wärme zu entziehen. Nachteilig wirkt sich bei diesem Verfahren der Fluorgehalt des heißen Ofengases aus, wenn sich über Kondensation an kalten Flächen aggressive Flußsäure bildet, die vor allem metallische Anlagenteile schädigt. Daher muß ein nicht unerheblicher Aufwand betrieben werden, um Kondensatbildung zu vermeiden.

Die Erfindung und ihre Vorteile

Der erfindungsgemäße Brennofen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber neben dem Wärmegewinn beim Betrieb einer diskontinuierlichen Anlage den Vorteil einer deutlichen Reduktion der Fluoremission und damit die weitgehende Entlastung der Rauchgasreinigungsanlage, verbunden mit einer deutlichen Kostensenkung beim Betrieb der Gesamtanlage. Er erreicht dies, indem er den Fluoranteil im heißen Ofengas im Ofen selbst vor Austritt aus dem Ofen reduziert, und gleichzeitig die Wärmeenergie des Ofengases weiterverwendet.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Ofengase aus der Brennkammer nach Durchleitung durch eine weitere Kammer in eine dritte Kammer geführt, die ebenfalls mit fluorabsorbierendem Material bestückt ist. Dadurch wird eine weitere Reinigung der Ofengase von Fluorgas erreicht.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dienen die zu brennenden keramischen Rohlinge als fluorabsorbierendes Material. Der Vorteil diese Fahrweise liegt darin, daß die keramischen Rohlinge nach jedem Brand ausgetauscht werden und somit die fluoraufnehmende Eigenschaft nicht verloren geht.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die mit der Brennkammer verbundene weitere Kammer als Trocknungskammer, die dritte Kammer demzufolge als Vortrocknungskammer für Rohlinge verwendet. Damit wird energetisch vorteilhaft das Trocknen der Rohlinge mit der Reinigung des Ofengases von Fluor verbunden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die vorher beschriebene Trocknungskammer als weitere Brennkammer dient. Damit wird der Arbeitsschritt des Entladens der Trocknungskammer und Beladens der Brennkammer eingespart.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besitzen zwei sowohl zum Trocknen als auch zum Brennen verwendbare und nebeneinander liegende Kammern in ihrer gemeinsamen Trennwand eine verschließbare Öffnung. Durch sie kann das Ofengas der zum Brennen verwendeten Kammer in die benachbarte Trocknungskammer gelangen.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind alle Kammern miteinander steuerbar verbunden. Dadurch kann der Trocknungs- oder Vortrocknungsprozeß nach Bedarf durch Zuleitung von Ofengas aus der Brennkammer beeinflußt werden.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden vier Brennkammern für einen Brennzyklus verwendet. Dieser besteht aus folgenden vier Schritten:

- Abkühlen der Brennkammer, Entladen der gebrannten Keramik und Neubeladen mit Rohlingen
- Vortrocknen von Rohlingen, im wesentlichen mit dem Ofengas aus der Trocknungskammer
- Trocknen von Rohlingen, im wesentlichen mit dem Ofengas aus der Brennkammer
- Brennen der Keramik.

Nach Abschluß des ersten Brennzyklus übernimmt jede Brennkammer die Funktion der ihr im letzten Zyklus vorangegangenen Brennkammer. So wird aus der Kammer, die beladen wurde, im nächsten Zyklus die Vortrocknungskammer, aus der Vortrocknungskammer die Trocknungskammer, aus der Trocknungskammer die neue Brennkammer, und die Brennkammer wird abgekühlt, entladen und neu beladen. Dieses Verfahren erspart unnötigen Be- und Entladeaufwand, da für die Vorgänge Vortrocknen, Trocknen und Brennen im Gegensatz zum Stand der Technik nur ein Be- und Entladevorgang notwendig ist.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beispielbeschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.

Zeichung

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch einen Brennofen mit drei Brennkammern

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die Zeichnung zeigt einen Brennofen mit einer Brennkammer 1, einer weiteren Kammer 2 und einer dritten Kammer 3, wobei die weitere Kammer 2 und die dritte Kammer 3 ebenfalls als Brennkammern ausgebildet sind. Jede dieser Brennkammern besitzt an ihrer Oberseite eine Gasauslaßöffnung 4 bzw. 5 und 6, die mit einem Schieber 7 bzw. 8 und 9 verschlossen werden kann. Ofengas, das durch diese Gasauslaßöffnung 4 bzw. 5 und 6 austritt, gelangt über einen Wärmetauscher 11, einen Ventilator 12 und einen nicht dargestellten Kamin in die Umgbungsluft. Jede Brennkammer verfügt zudem über Brenner 13 und eine durch einen Schieber 14 verschließbare Verbindung 15 zu der neben ihr liegenden Brennkammer. Jede Brennkammer besitzt darüber hinaus eine weitere Gasauslaßöffnung 16 bzw. 17 und 18 im Bodenbereich, die in einen Ofengaskanal 19 mündet. Auch diese Gasauslaßöffnung 16 bzw. 17 und 18 ist verschließbar durch einen Schieber 21 bzw. 22 und 23.

Um die im heißen Ofengas befindlichen Fluorgase zu absorbieren und gleichzeitig die Wärme weiterzuverwenden, wird heißes Ofengas aus der im Betrieb befindlichen Brennkammer 1 über die Gasauslaßöffnung 16 vorbei am offenen Schieber 21 in den Ofengaskanal 19 und von dort durch den offenen Schieber 22 und die Gasauslaßöffnung 17 in die weitere Kammer 2 geführt, die als Trocknungskammer für die bereits vorgetrockneten keramischen Rohlinge dient. In der weiteren Kammer 2 findet durch die Absorption von Fluor im noch nicht gebrannten keramischen Scherben ein erster Entzug von Fluorgas aus dem Ofengas statt.

Von der weiteren Kammer 2 gelangt das inzwischen leicht abgekühlte Ofengas durch die Verbindung 15 zwischen den Kammern 2 und 3 in die weitere Kammer 3, die ebenfalls mit keramischen Rohlingen bestückt ist und somit als Vortrocknungkammer dient. Auch hier wird die fluorabsorbierende Eigenschaft des nicht gebrannten Scherbens genutzt, um Fluorgas aus dem Ofengas zu entziehen; außerdem die im Ofengas vorhandene Wärme, um den nicht gebrannten Scherben zu trocknen. Nach der dritten Kammer 3 verläßt das Ofengas den Ofen durch die Gasauslaßöffnung 6, die durch den Schieber 9 freigegeben wird, durchläuft den Wärmetauscher 11, indem dem Ofengas die verbleibende Restwärme entzogen wird, und gelangt über den Ventilator 12 und eventuell eine Rauchgasreinigungsanlage in die Umgebungsluft.

Nachdem der Brennvorgang in der Brennkammer 1 und damit der erste Brennzyklus abgeschlossen ist, übernimmt nun die weitere Kammer 2 die Funktion des Brennens. Es erweist sich als vorteilhaft, daß sowohl die zu brennenden Rohlinge als auch die weitere Kammer 2 durch den Trocknungprozeß bereits vorgeheizt sind, sodaß weniger Energie erforderlich ist, um die Brenntemperatur zu erreichen. Außerdem kann mit dem Brennvorgang begonnen werden, ohne daß ein zusätzlicher Arbeitsgang zwischengeschaltet werden muß, in dem die auf einen bestimmten Restfeuchtegehalt getrockneten Rohlinge in den Brennraum umgeladen werden müssen.

Das jetzt in der weiteren Kammer 2 entstehende, fluorhaltige Ofengas gelangt bei geschlossenem Schieber 22 durch die Öffnung 15 in die weitere Kammer 3, die nun als Trocknungskammer dient. Sobald die Brennkammer 1 abgekühlt, entladen und neu beladen ist, wird durch den Schieber 9 die Gasauslaßöffnung 6 der weiteren Kammer 3 geschlossen, um das Ofengas durch die Gaseintrittsöffnung 18 vorbei am geöffneten Schieber 23 durch den Ofengaskanal 19 und die Gaseintrittsöffnung 16 in die Brennkammer 1 zu leiten. Diese dient in diesem Zyklus also als Vortrocknungskammer und gibt das Ofengas durch die Gasauslaßöffnung 4 bei geöffnetem Schieber 7 über den Wärmetauscher 11, den Ventilator 12, eventuell einer Rauchgasreinigungsanlage und einen Kamin in die Umgebungsluft ab.

Sinngemäß wird nach Abschluß des zweiten Brennzyklus verfahren, wenn in einem dritten Brennzyklus die weitere Kammer 3 als Brennkammer dient, die Brennkammer 1 zur Trocknungskammer wird und die weitere Kammer 2 die Vortrocknung übernimmt.

Es wird deutlich, daß in der beschriebenen Vorrichtung und bei Verwendung eines derartigen Verfahrens das heiße Ofengas durch seine vorteilhafte Leitung auf günstige Weise zunächst vom Fluorgehalt befreit wird und dadurch seine Wärmeenergie in einfacher Weise gewonnen werden kann. Außerdem lassen sich vereinfachte Arbeitsabläufe für Vorbereitung und Brennen der keramischen Rohlinge erzielen, sodaß die bedarfsorientierte Steuerbarkeit einer diskontinuierlichen Ofenanlage mit einer nahezu kontinuierlichen Verarbeitungsweise der keramischen Produkte verbunden werden kann.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln, als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Bezugszahlenliste

1

Brennkammer

2

weitere Kammer

3

dritte Kammer

4

Gasauslaßöffnung

5

Gasauslaßöffnung

6

Gasauslaßöffnung

7

Schieber für Gasauslaßöffnung

4

8

Schieber für Gasauslaßöffnung

5

9

Schieber für Gasauslaßöffnung

6

10

-

11

Wärmetauscher

12

Ventilator

13

Brenner

14

Verbindungsöffnung zwischen zwei Brennkammern

15

Schieber für Verbindungsöffnung

14

16

Gaseintrittsöffnung

17

Gaseintrittsöffnung

18

Gaseintrittsöffnung

19

Ofengaskanal

20

-

21

Schieber für Gaseintrittsöffnung

16

22

Schieber für Gaseintrittsöffnung

17

23

Schieber für Gaseintrittsöffnung

18

Claims

1. Brennofen zum Brennen von Keramik
mit mindestens einer Brennkammer, die
mit Brennern ausgestattet ist, die
mit fossilen Brennstoffen betrieben werden,
mit jeweils mindestens einer Gasauslaßöffnung pro Brennkammer, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Brennkammer (1) und einer weiteren Kammer (2), die mit fluorabsorbierendem Material besetzt ist, eine Verbindung (19) besteht, sodaß Ofengase aus der Brennkammer (1) direkt und unmittelbar in die weitere Kammer (2) gelangen.

2. Brennofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ofengase aus der Brennkammer (1) nach Einleitung in die weitere Kammer (2) in eine dritte Kammer (3) geleitet werden, die ebenfalls mit fluorabsorbierendem Material bestückt ist.

3. Brennofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als fluorabsorbierendes Material keramische Rohlinge dienen.

4. Brennofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Trocknungskammer für keramische Rohlinge die mit der Brennkammer (1) verbundene weitere Kammer (2) vorgesehen ist.

5. Brennofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Brennkammern als weitere Kammer (2) und die dritte Kammer (3) vorgesehen sind.

6. Brennofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der gemeinsamen Trennwand benachbarter Kammern verschließbare Öffnungen (14) angeordnet sind.

7. Brennofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle Kammern miteinander steuerbar verbunden sind.

8. Verfahren zum Trocknen und Brennen von Keramik mittels eines Brennofens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Ofengas aus der Brennkammer (1) zur Anlagerung des im Ofengas gelösten Fluor und zum Ausnutzen der im Ofengas enthaltenen Wärmeenergie direkt und unmittelbar in eine weitere Kammer (2) geleitet wird, die mit fluorabsorbierendem Material besetzt ist.

9. Verfahren zum Trocknen und Brennen von Keramik nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ofengas aus der weiteren Kammer (2) in eine dritte Kammer (3) geleitet wird, die mit fluorabsorbierendem Material besetzt ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Ofengas über Verbindungen steuerbar in eine oder mehrere Kammern geleitet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in vier Brennkammern gleichzeitig folgende vier Verfahrensschritte stattfinden:

a) Abkühlen, Entladen der gebrannten Keramik und Neubeladen mit Rohlingen
b) Vortrocknen von Rohlingen im wesentlichen mit dem Ofengas aus der Trocknungskammer
c) Trocknen von Rohlingen im wesentlichen mit dem Ofengas aus der Brennkammer
d) Brennen der Keramik

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Brennkammern in der Art einer Rotation nach Abschluß eines Vorgangs der nächstfolgende durchgeführt wird.