DE3133467C2 - Verfahren zum Vorerhitzen von Glasgemenge in einem Wärmetauscher - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, mittels dem bzw. der eine Verbesserung des Vorerhitzens von pulverförmigen Materialien, des Einführens derselben in die Schmelzöfen und des Schmelzvorganges in den Öfen erzielt wird. Es wird dabei ein Teil der verglasbaren Ausgangsmaterialien, die einem Schmelzofen zur Glasherstellung zugeführt werden, im Kreislauf geführt, um deren Eintrittstemperatur in den Schmelzofen zu erhöhen. Die im folgenden beschriebene Erfindung ist besonders nützlich für die Glasindustrie, kann jedoch auch bei anderen Arten von Schmelzöfen Verwendung finden.

Description

45

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vorerhitzen von Glasgemenge in einem Wärmetauscher mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.

Die Anordnung eines Wärmetauschers für das Glasgemenge zum Nutzbarmachen der Wärmeenergie der Abgase von Schmelzofen ist bekannt. Das Glasgemenge wird in dem Wärmetauscher auf eine vorgegebene Temperatur erhitzt und dem Glasschmelzofen zugeführt. Allerdings können die Rohre des Wärmetauschers von dem Glasgemenge verstopft werden, da das zugeführte Glasgemenge zum Anhaften an den Rohrflächen und zur Brückenbildung neigt, so daß der glatte Durchfluß gestört ist.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, das Verstopfen der Rohre des Wärmetauschers durch das von oben nach unten durchströmende Glasgemenge zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale gelöst

Durch das Abzweigen des kleineren Anteils des im Wärmetauscher erhitzten Glasgemenges und Rückführen des Anteils in das dem Wärmetauscher zugeführte Glasgemenge läßt sich die Temperatur des dem Wäimetauscher insgesamt zugeführten Glasgemenge so hoch halten, daß ein Anhaften des Glasgemenges sowie eine Brückenbildung im Wärmetauscher vermieden wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht, teilweise weggebrochen, einer Vorrichtung zum Vorerhitzen von Glasausgangsmaterialienjund

Fig.2 einen vergrößerten Teilvertikalschnitt durch die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung.

In der Zeichnung ist ein Glasschmelzofen 10 vom Regenerativtyp dargestellt, der einen Boden aus feuerfesten Steinen aufweist, auf dem die Schmelze aus den glasbildenden Bestandteilen angeordnet ist Gas und Luft werden normalerweise gemischt und im Schmelzofen über den glasbildenden Materialien verbrannt. Durch die dabei entstehende Wärme wird das Materialgemisch in eine Masse geschmolzenen Glases überführt, die von einem Ende abgegeben oder zum Läutern weiterverarbeitet wird. Die Regenerativoder Wärmespeicherkammern oder Kanäle sind normalerweise unterhalb der Schmelzkammer des Ofens angeordnet

Gas und Luft werden normalerweise durch die Regenerativkanäle unter dem Boden des Ofens zum Vorerhitzen und durch Seitenöffnungen, die in die Schmelzkammer des Ofens führen, geführt, wo sie zum Schmelzen der glasbildenden Bestandteile verbrannt werden. Die heißen Abgase werden danach durch gegenüberliegende Seitenöffnungen geschickt und dann durch die Regenerativkanäle zur Wärmewiedergewinnung und schließlich durch Abgaskanäle und einen Entleerungsschacht Nach einer begrenzten Zeitdauer einer solchen Betriebsweise wird die Bahn des einströmenden Gases und der Luft durch geeignete Schieber und Zeitschalter umgelenkt, so daß die brennbaren Gase danach aus gegenüberliegenden öffnungen in die Schmelzkammer eindringen. Die heißen Abgase verlassen hierbei die Schmelzkammer durch gegenüberliegende Abgaskanäle, die zum Schacht bzw. Kamin führen. Durch diese alternierende Betriebsweise der Regenerativkanäle in bezug auf den eindringenden Brennstoff und die austretenden heißen Abgase wird der Brennstoff durch die feuerfesten Steine der Regenerativkanäle, die durch die austretenden Abgase, die die Kanäle vorher durchströmt haben, erhitzt worden sind, vorerhitzt. Die vorstehend wiedergegebene Beschreibung betrifft eine bekannte Konstruktion eines Glasschmelzofens und wird hier nur als Ausführungsbeispiel wiedergegeben. Zum Betreiben der Vorrichtung zur Vorerhitzung können nämlich sowohl die Abgase vom Schmelzofen als auch vorerhitzte Verbrennungsluft aus dem Schmelzofen oder zusätzliche atmosphärische Luft, die in geeigneter Weise vorerhitzt worden ist, Verwendung finden.

Ein Wärmetauscher 11 ist in der Nähe der Beschickungsöffnung des Glasschmelzofens auf einer Höhe angeordnet, die über der normalen Höhe der Beschickungsvorrichtungen des Ofens liegt. Die glasbil-

denden Bestandteile werden in einem in geeigneter Weise vermischten Zustand über geeignete Einrichtungen, beispielsweise einen Vertikalförderer 32, dem oberen Ende des Wärmetauschers 11 zugeführt. Bei dem Vertikalförderer kann es sich um eine übliche Konstruktion eines Endlosketten- oder Eimerförderers handeln, der in der Lage ist das Macerialgemisch von einem Haufen oder einem Bunker aufzunehmen und dieses auf eine Rinne zu geben, durch die es in das obere Ende des Wärmetauschers 11 einströmt Das glasbildende Gemisch umfaßt die normalen miteinander vermischten Chargenbestandteile und kann Glasbruch zur Bildung der Schmelze enthalten. Der Glasbruch besitzt normalerweise eine Größe von etwa 13 bis 25 mm, wobei die kleinere Größe bevorzugt wird, um einen Durchgang durch den Vorerhitzer ohn Brückenbildung zu ermöglichen.

Der Wärmetauscher umfaßt eine vertikale Kammer 13 mit einem rechteckigen Querschnitt, die mit einer pyramidenstumpfförmigen oberen Abdeckung 14 versehen ist Die Hauptmasse des Glasgemenges wird durch eine Rinne 15 in den Bodenbereich des Vertikalvörderers 32 eingeführt Zwischen der Abdeckung und dem Hauptabschnitt des Wärmetauschers ist eine horizontale Platte 16 angeordnet in der offenendige Rohre 17 befestigt sind, die im Abstand voneinander und parallel zueinander in vertikaler Ausrichtung montiert sind, so daß das Glasmaterial durch die Rohre hindurchgeführt werden kann. Sie weisen vorzugsweise einen Innendurchmesser von etwa 10 cm auf und erstrecken sich nach unten zu einer Platte 18, in der sie befestigt siyid. Die Rohre sind mit ihrer Mitte etwa 15 bis 20 cm voneinander montiert, wenn Rohre mit einem Innendurchmesser von 10 cm Verwendung finden, und die Eckrohre werden normalerweise weggelassen, wenn der Wärmetauscher eine rechteckige oder quadratische Querschnittsform besitzt. Die Rohre sind normalerweise in gleichen Abständen angeordnet, um einen optimalen Durchfluß des partikelförmigen Glasmaterials zu ermöglichen.

Der untere Abschnitt des Wärmetauschers umfaßt einen pyramidenstumpfförmigen Bodentrichter 20, in den die Rohre 17 das erhitzte Glasgeinenge abgeben. Der Bodentrichter endet an seinem unteren Ende in einer Abgabekammer 21 mit einem Schneckenförderer, welche mit einem Verteilerventil 22 in Verbindung steht. Das Verteilerventil weist einen Y-förmigen Ausgang auf, um den größeren Anteil des erhitzten Glasgemenges durch eine Rinne 23 einer Beschickungsvorrichtung 24 zuzuführen. Die Beschickungsvorrichtung ist in der Lage, das erhitzte Glasgemenge über ein mit einer Schnecke versehenes Beschickungselement oder andere bekannte Einrichtungen in den Schmelzofen 10 einzuführen.

Unmittelbar über der am Boden des Wärmetauschers angeordneten Platte 18 ist ein Kanal 25 zum Einleiten von heißen Abgasen in den unteren Bereich des Wärmetauschers montiert. Der Kanal ist so ausgebildet, daß er sich in einen relativ flachen, breiten Kanaleinlaß öffnet, der eine der Breite des Wärmetauschers vergleichbare Breite aufweist, um die heißen Abgase über die volle Breite des Wärmetauschers einführen zu können.

Unmittelbar unter der Platte 16 am oberen Ende ist ein Kanal 26 zum ableiten der heißen Abgase aus dein oberen Bereich des Wärmetauschers montiert. Der Kanal besteht aus einem relativ flachen, breiten Kanalauslaß, der eine mit der Breite des Vorerhitzers vergleichbare Breite aufweist um die heißen Gase über die vollständige Breite des Wärmetauschers entfernen zu können.

Das in dem Wärmetauscher befindliche Glasgemenge wird durch die heißen Abgase, die von dem Schmelzofen vor ihrem Eintritt in den Kamin abgezogen werden, indirekt erhitzt

Eine Vielzahl von Leitwänden 27 ist versetzt zueinander und im Abstand voneinander zwischen den Platten 16 und 18 montiert Die Leinwände 27 sind mit Öffnungen versehen, durch die sich die Rohre 17 erstrecken. Sie sind des weiteren in der Lage, die nach oben strömenden heißen Abgase abzulenken, um die Gasströmung turbulent zu machen und dadurch die Wärmeübertragung auf die Rohre und das sich durch diese durch Schwerkraftwirkung nach unten bewegende Glasgemenge zu verbessern.

Die Kanäle 25 und 26 können mit Schiebern versehen sein, so daß die Strömung genau reguliert werden kann. Infolge der Gegenstromausführung wirken die heißesten Gase auf den heißesten Teil der glasbildenden Bestandteile im unteren Bereich des Wärmetauschers ein und erhitzen die Bestandteile um eine weitere Stufe, bevor sie in den Schmelzofen eingegeben werden. Wie bereits vorher erwähnt, können die heißen Gase aus Abgasen aus der Heizzone des Schmelzofens oder vorerhitzter Luft aus dem Gitterbereich des Ofens oder vorerhitzter Außenluft bestehen, die vor der Abgabe an den Vorerhitzer zusätzlich erhitzt worden ist.

Durch richtige Ausbildung der oberen und unteren Trichterabschnitte des Wärmetauschers, die wie erwähnt kegelstumpfförmig ausgebildet sind, wird ein relativ gleichmäßiger und glatter Durchfluß der Materialien über die gesamte Höhe erreicht. Somit werden Durchflußgeschwindigkeiten durch alle Wärmetauscherrohre erzielt, mittels denen diese zu allen Zeiten gefüllt gehalten werden können, was eine gleichmäßige Vorerhitzung möglich macht. Die bevorzugte Konstruktion weist einen geraden Abschnitt mit abgerundeten Ecken am oberen Bereich oberhalb der Rohre und einen keilförmigen Trichter mit abgerundeten Ecken am Boden an den unteren Rohrenden auf, so daß eine kontinuierliche Bewegung des heißen und trockenen Materials möglich ist. Damit wird eine ausreichende Druckhöhe über den Rohren aufrechterhalten, um einen derartigen Durchfluß sicherzustellen. Desweiteren findet eine geeignete Beschickungseinheit Verwendung, um das vorerhitzte Material vom Boden des Trichters entfernen zu können.

Das Verteilerventil 22 dient dazu, das abwärts strömende Materialgemenge in einen größeren und kleineren Teil aufzuteilen. Der größere Teil wird über die Rinne 23 in die Beschickungsvorrichtung 24 abgegeben, während der kleinere Teil in eine Rinne 30 eingeführt wird, in der er mit dem eingeführten kalten Material von der Materialquelle vermischt wird. Das heiße und kalte Material wird dann nach unten zum Boden des Vertikalförderers 32 transportiert, der die Aufwärtsförderung des Materials übernimmt und dieses über die Einlaßrinne 33 dem oberen Ende des Wärmetauschers zuführt.

Durch richtige Dosierung und gründliches Mischen des umgewälzten heißen Materialanteiis und des neu eingeführten kalten Materialanteils kann eine gleichmäßige und kontinuierliche Betriebsweise aufrechterhalten werden. Dies kann erreicht werden, wenn die Temperaturbedingungen und die Strömungsparameter der Gase und des Auseanesmaterials richtig eingestellt werden.

Eine derartige gleichmäßige Betriebsweise ermöglicht das Aufrechterhalten von im wesentlichen konstanten Bedingungen im Wärmetauscher, so daß merklich heißeres Material dem Schmelzofen zugeführt werden kann, wodurch dessen Wirkungsgrad wesentlich verbes- => sert wird.

Die Temperatur der Kamingase, die in den Wärmetauscher treten, ändern sich naturgemäß mit den Schmelzofenbedingungen. Die Temperatur beträgt jedoch normalerweise 480 bis 600°C und befindet sich häufig über beträchtliche Zeitperioden auf dem Durchschnittswert von etwa 540°C. Die den Wärmetauscher verlassenden Gase besitzen eine Temperatur von etwa 200⁰C bis 300⁰C, wobei der Durchschnittswert bei etwa 26O⁰C liegt.

Das Glasgemenge tritt normalerweise in das obere Ende des Wärmetauschers mit einer Temperatur von etwa 120⁰C ein und tritt am Verteilerventil 22 mit einer Temperatur von etwa 427⁰C bis 538°C aus. Die vorstehend genannten Temperaturen können mit einer Menge an wieder umgewälztem Material erreicht werden, die von etwa 25 bis 30Gew.-% reicht. Derartige Temperaturen sind mit einem Glasschmelzofen möglich, der in der Lage ist, etwa 240 Tonnen pro Tag herzustellen.

Der Wärmetauscher ist in der Lage, kontinuierlich zu arbeiten, wenn das Glasmaterial im kühleren oberen Bereich über der Siedetemperatur von Wasser gehalten wird. Wenn die Materialtemperatur in diesem Bereich unter den Siedepunkt von Wasser fallen kann, kann die Restfeuchtigkeit innerhalb des Materials in den Rohren und innerhalb der oberen Abdeckung 14 kondensieren, was ein Verstopfen der Rohre und Brückenbildungen bei der normalerweise strömenden Masse hervorruft. Ein derartiges Verstopfen verhindert eine optimale Betriebsweise des Wärmetauschers und kann über eine längere Zeitdauer nicht toleriert werden. Indem alle Flächen des Wärmetauschers die mit dem Material in Kontakt treten, über der Taupunkt- oder Siedetemperatur des im Materia! enthaltenen Wassers gehalten werden, kann ein Anhaften des Materials an den Flächen verhindert und glatter Durchfluß aufrechterhalten werden.

Das Verfahren kann auch zum Erhitzen von einzelnen Glasmaterialbestandteilchen, wie beispielsweise Sand, Kalkstein, Sodaasche etc., verwendet werden, um beispielsweise von diesen Bestandteilen Feuchtigkeit vor der Einführung in einen Schmelzofen zu entfernen. Darüber hinaus können auch Glasbruch oder Mischungen aus Glasbruch und glasbildenden Materialien in einem breiten Bereich von Verhältnissen in der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung und durch das erfindungsgemäße Verfahren erhitzt werden, solange wie das partikelförmige Material einen oder mehrere flüchtige Bestandteile aufweist, der innerhalb der Heizvorrichtung kondensiert. Derartige Bestandteile können einzeln oder in Verbindung mit anderen Bestandteilen auf Temperaturen erhitzt werden, die von etwa 316°C bis 427°C reichen. Wenn Glasbruch allein erhitzt wird, so können noch höhere Temperaturen Verwendung finden.

Das Gemisch als Glasbruch und glasbildenden Materialien kann durch Recycling bis auf einen Gewichtsprozentsatz von etwa 70% Glasbruch oder höher erhitzt werden, wobei durch das Recycling ein Verstopfen der Rohre in den kühleren Bereichen derselben aufgrund von Feuchtigkeitskondensation verhindert wird. Nahezu alle Bereiche der Rohre, insbesondere deren obere Bereiche, werden auf einer Temperatur über dem Siedepunkt von Wasser gehalten. Das zu erhitzende partikelförmige Material kann einen flüchtigen Bestandteil, wei beispielsweise Wasser, oder einen zersetzbaren Bestandteil enthalten, der Wasser bei seiner Zersetzung erzeugt. Diese Bestandteile können beim Erhitzen ohne weiteres entfernt werden, ohne den durch Schwerkraft verursachten kontinuierlichen Durchfluß des partikelförmigen Materials durch die Heizvorrichtung zu stören.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Vorerhitzen von Glasgemenge in einem Wärmetauscher, dessen Rohre von dem Glasgemenge unter Schwerkraftwirkung von oben s nach unten durchströmt werden, bevor es einem Glasschmelzofen zugeführt wird, und der mit heißen Gasen im Gegenstrom beschickt wird, die das Glasgemenge durch indirekte Wärmeübertragung erhitzen, dadurch gekennzeichnet, daß ein kleinerer Anteil des erhitzten Glasgemenges abgetrennt und dem oberen Bereich des Wärmetauschers im Kreislauf wieder zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der abgetrennte kleinere Anteil des >5 Glasgemenges etwa 'Λ der Gesamtmasse des Glasgemenges beträgt und das Glasgemenge durch das Zuführen des kleineren Anteils im Kreislauf auf eine Temperatur oberhalb des Siedepunktes von Wasser erwärmt wird, bei der eine Kondensation der Restfeuchte an oder über den Rohren des Wärmetauschers vermieden wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Glasgemenge im Wärmetauscher auf eine Temperatur von etwa 427 bis -5 538° C erwärmt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß der abgetrennte kleinere Anteil des Glasgemenges beim Zurückführen in den Wärmetauscher eine Eintrittstemperatur von über 100° C besitzt.

5. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 —4 mit einem rohrförmigen Wärmetauscher, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher im unteren Bereich ein Verteilerventil (22) aufweist, über das der abgetrennte kleine Anteil des Glasgemenges einem Senkrechtförderer (32) zuführbar ist

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher mit Leitwänden (27) versehen ist, von denen die heißen Gase mäanderförmig im Gegenstrom um die Rohre geführt werden.