DE2905089A1

DE2905089A1 - Verfahren und vorrichtung zur energierueckgewinnung beim schmelzen von glas

Info

Publication number: DE2905089A1
Application number: DE19792905089
Authority: DE
Inventors: R Dipl Ing Pelzer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-02-10
Filing date: 1979-02-10
Publication date: 1980-08-28

Description

-Beschreibung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Energierückgewinnung beim Schmelzen von Glas, bei dem die Schmelzwärme für die Glasrohstoffe durch die Verbrennung von Öl, Gas o. ä. unter fortwährender Luftzuführung erzeugt wird sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Beim Schmelzen von Glas ist es üblich, die in den Abgasen des Schmelzofens enthaltene Wärmeenergie dadurch ausiunutzen, daß die Abgase einem regenerativ arbeitenden Wärmetauscher zugeführt werden, in dem die für die Verbrennung benötigte Luft aufgeheizt wird. Bei diesem üblichen Verfahren zur Energierückgewinnung beim Schmelzen ze n von Glas bleibt jedoch trotz des Wärmeaustausches die Austrittstemperatur der Abgase relativ hoch.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Energierückgewinnung beim Schmelzen von Glas zu verbessern und die Abgastemperatur zu senken. Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung auch die Schadstoffemission durch die Abgase zu verringern. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Abgase zunächst $rekuperativ die Verbrennungsluft und dann durch direkten Wärmeaustausch die Glas rohstoffe vorwärmen. Durch die Kombination dieser Verfahrensschritte kann vorteilhaft eine wesentlich bessere Ausnutzung der in den Abgasen enthaltenen Wärmeenergie erfolgen. Dabei sind die Gesamtanlagekosten im Verhältnis zur üblichen rekuperativen Vorwärmung sogar kleiner. Im Rekuperator gibt das Abgas zunächst die Wärmemenge ab, die für eine hohe Vorwärmung der Verbrennungsluft notwend-igl ist-. Anschließend wird dann in einem niedrigeren Temperaturbereich bei vorteilhaft günstiger direkter Erwärmung der Glas rohstoffe die restliche verwertbare Wärme abgegeben. Die Abgavaustrittstemperatur kann so bis auf 2000 C bis 3000 C gesenkt werden.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Warmeaustausch zwischen den Abgasen und den Glasrohstoffen im Gegenstrom erfolgt und daß die Glas rohstoffe vorher kompaktiert, insbesondere brikettiert werden. Durch diese Verfahrensstufen wird das erfindungsgemaße Verfahrens vorteilhaft ausgestaltet, da durch den Gegenstromwärmeaustausch zwischen den Abgasen und den Glas rohstoffen die Austrittstemperatur auch bei relativ kurzen Wärmetauschern auf den gewünschten Wert gesenkt werden kann. Hierbei ist es von besonderem Vorteil, die Glasrohstoffe zunichst zu kompaktieren, insbesondere zu brikettieren, da man so im Wärmetauscher ein gut durchströmbares, loses Haufwerk erhält, das einen intensiven Wärmeaustausch bei relativ hohen Gasgeschwindigkeiten erlaubt.
In weiterer Ausgestaltung es Verfahrens ist vorgesehen, daß die kompaktierten Glasrohstoffe während des Wärmeaustausches, insbesondere nur unter Schwerkraftwirkung, abwärts bewegt werden. Hierdurch wird eine besonders günstige, einfache Vorwärmerausführung erreicht, in der es zu einer Kondensation der vom Verbrennungsgas mitgeführten Schadstoffe am Glasrohstoff kommen kann, ohne daß bewegliche, insbesondere metallische, Teile im Inncren des Vorwärmers mit den Schadstoffen in Berührung kommen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Wärmeaustausch zwischen den Abgasen und den Verbrennungsgasen im Gegenstrom erfolgt. Durch diese Naßnahme kann auch der Rekuperator besonders klein aixsgeführt und in seiner Gasführung dem Rohstoffvorwärmer günstig angepaßt werden.
In Ausgestaltung des Verfahrens ist weit-erhin-vorgesehen, daß die Abgase im Saugzug durch den Rekuperator und den Wärmetauscher bewegt werden Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, die für die Abgasförderung notwendige Fördervorrichtung so anzuordnen, daß das Abgas bereits soweit abgekühlt ist wenn es in die Fördervorrichtung gelangt9 daß. als Eördervorrichtung ein handelsübliches normales, ungekühltes Gebläse verwendet werden kann Des weiteren wird durch diese Art der Gasführung erreicht, daß Schadstoffe, die in der Fördervorrichtung Inkrustierungen oder Korrosionsschaden verursachen kõnnten, durch Unterschreiten des Taupunktes vorher aus den Abgasen ausscheiden.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Energierückgewinnung,sverfahrens ist eine Vorrichtung vorgesehen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Glasschmelzofen zumindest einen Rekuperator und zumindest einen Glasrohstoffvorwärmer aufweist. Hierdurch steht eine Vorrichtung zur Verfügung, in der die erfindungsgemäße Energierückgewinnung erreicht werden kann.
In Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorgesehen, daß der Rekuperator und der Vorwärmer gemeinsam an der Rohstoffeintragsseite des Glasschmelzofens angeordnet sind, vorzugsweise der Vorwärmer neben dem Rekuperator. Hierdurch ergeben sich v-orteilhafterweise kurze Gas- und Rohstoffwege und eine kostengünstige kompakte Bauweise der gesamten Energierückgewinnungsvorrichtung.
In weiterer Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorgesehen, daß der Vorwärmer als senkrechtstehender,vorzugsweise runder Schacht ausgebi-ldet ist, dessen Boden Gasdurchlaßöffnungen sowie Austragsorgane für die Glasrohstoffe aufweist. Ein derart ausgebildeter Vorwärmer ist eine besonders günstige, einfache und ohne mechanische Teile, die von den aggressiven Abgasbestandteilen angegriffen werden könnten, arbeitende Vorrichtung. Die Zuführung der Glasrohstoffe zur Schmelzwanne ist dabei ebenso einfach wie bei den bekannten Verfahren ohne Vorwärmung der Glasrohstoffe möglich.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Boden des Schachtes mit den Gasdurchlaßöffnungen eine dachförmige Ausbildung aufweist und die Austragsorgane für die Glasrohstoffe an den tiefsten Stellen der Dachseiten angeordnet sind, wobei der dachförmig ausgebildete Boden aus hochhitzebeständigem Material, vorzugsweise aus einer hochhitzbeständigen Metallegierung, besteht. Hierdurch ergibt sich eine einfache Ausbildung der Schachtunterseite, die sowohl einen ungestörten günstigen Eintritt für das Abgas über nahezu den gesamten Schachtquerschnitt erlaubt als auch einen ungehinderten Austrag der vorgewärmten Glasrohstoffe ohne mechanische Vorrichtungen im Gasstrom ermöglicht.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß im Inneren des Schachtes Materialleitvorrichtungen insbesondere über den Austragsorganen angeordnet sind, die ebenfalls Dachform aufweisen. Durch die Materialleitvorrichtungen ergibt sich eine Schachtverengung etwa auf den Austrittsquerschnitt der heißen Gase im Boden. So ist vorteilhaft sichergestellt, daß tatsächlich das gesamte Rohmaterial von den heißen Gasen durchströmt wird. Zusätzlich zur Gaseinführung durch den Boden kann auch noch eine Gaseinführung in den Raum unterhalb der Materialleitvorrichtungen erfolgen. So kann die Verteilung der Heizgase in der Schüttgutsäule weiter verbessert werden.
In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß unter den Austragsorganen zumindest ein Glasrohstoffsammelraum angeordnet ist und daß der Glasrohstoffsammelraum ein Sammel- und Abzugs organ für den Feinanteil aufweist, das als Rücktransportanlage ausgebildet ist. Auf diese Art und Weise wird erreicht daß im unteren Teil des Vorwärmers die getrennt abgezogenen Rohmaterialteilströme wieder vereinigt werden und daß der erwärmte Glasrohstoff für einen gleichmäßigen Abzug in gewisser Weise zwischengespeichert wird. Des weiteren wird erreicht, daß sich hier der Feinanteil absetzt, der durch das Sammel- und Abzugsorgan ausgetragen und der erneuten Kompaktierung oder Brikettierung zugeführt werden kann-. So werden tatsächlich nur kompaktierte oder brikettierte Glasrohstoffteile in die Schmelzwanne eingelegt, so daß vorteilhaft der Staubanteil in den Abgasen weiter gesenkt wird.
In Ausgestaltung des Vorwärmers ist vorgesehen, daß die Dachneigung des Vorwärmerbodens und der Materialleiteinrichtungen größer als der Schüttwinkel des brikettierten Glasrohstoffes ist. Hierdurch wird vorteilhaft erreicht, daß Verstopfungen in dem Vorwärmer mit Sicherheit vermeiden werden und daß stets ein einwandfreier Durchlauf der Glasrohstoffes durch den Vorwärmer erreicht wird-.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß strömungsmäßig hinter dem Vorwärmer ein Saugzuggebläse angeordnet ist-und daß das Saugzuggebläse regelbar ausgebildet und mit Einrichtungen zur Messung des Unterdrucks im Einströmteil des Vorwärmers und des Rekuperators verbunden ist.
Auf diese Art und Weise wird'vör'teilhaft die Durchströmung des Rekuperators und des-Vorwärmers durch nur eine Vorrichtung erriecht, die zudem nur abgekühlte und weitgehend staubfreie Gase zu transportieren hat. Das Gebläse ist vorteilhaft mit Meß- und Regelgeräten verbunden, die dafür sorgen, daß der Druck im Vorwärmer oder im-'Rekuperator stets dem optimalen Wert entspricht.
Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen näher erläutert, aus denen weitere Einzelheiten zu entnehmen sind.
Es zeigen im einzelnen: Fig. 1 eine Schmelzwanne mit Rekuperator und Vorwärmer schematisch in der Aufsicht sowie Fig. 2 eine Schmelzwanne mit Rekuperator und Vorwärmer entsprechend Fig. 1 schematisch in der Seitenansicht, Fig. 3 eine schematische Seitenansicht einer alternativen Aufstellung des Vorwärmers und Rekuperators sowie rig. 4 einen Längsschnitt durch den Vorwärmer.
In Figur 1 bezeichnet 1 den Glasschmelzofen, an dessen Stirnseite der Rekuperator 2 mit dem neben ihm stehenden Vorwärmer 3 angeordnet ist. Zwischen Vorwärmer 3 und Glasschmelzofen 1 ist die Einlegevorrichtung 4 angeordnet. 9 bezeichnet den Abzug und das Gebläse für die Verbrennungsgase, der beliebig, etwa auch direkt über dem Vorwärmer 3,angeordnet sein kann.
Der Weg der Verbrennungsluft ist durch den dreifachen Linienzug 5 dargestellt. Die Verbrennungsluft 5 gelangt erst in den Rekuperator 2, durchströmt diesen vorteilhaft der Länge nach und gelangt dann etwa in der Mitte der Stirnwand des Schmelzofens 1 zu den an der Stirnwand angeordneten Brennern. Nach einem U-förmigen Weg über die Oberfläche des geschmolzenen Glases werden die Verbrennungsgase dann ebenfalls an der Stirnwand des Schmelzofens 1 wieder abgezogen, durchströmen den Rekuperator 2 im Gegenstrom zu der Verbrennungsluft 5 horizontal und gelangen schließlich vom Ende des Rekuperators 2 in den Rohmaterialvorwärmer 3, durehströmen diesen vertikal und gelangen schließlich durch den Abzug 9 in die Atmosphäre.
Wie aus der Seitenansicht in Figur 2 ersichtlich, sind der Rekuperator 2 und der Vorwärmer 3 höhenversetzt angeordnet.
Diese Anordnung ermöglicht es, die für die Energierückgewinnung notwendigen Aggregate, nämlich den Rekuperator p und den Vorwirmer 3 in besonders vorteilhaft platzsparender und günstige Gas- und Gutwege ergebender Anordnung aufzustellen. Eine kürzere Gasführung ist nicht erreichbar.
figur 3 zeigt eine alternative Aufstellung von Rekuperator und Vorwärmer, die gewählt wird, wenn die Brenner, die die im Sckuperator erwärmte Verbrennungsluft erhaLten, an der Seitenwand der Schmelzwanne angeordnet sind Hier wird der Rekuperator 12 seitlich neben der Schmelzwanne 11 angeordnet und der Vorwärmer 13 an der Stirnseite. Auf diese Art und Weise ergibt sich wiederum ein kreuzungsfreier kurzer Verlauf der Verbrennungsluft zwischen den entsprechend höhenversetzt angeordneten Aggregaten. Die Einströmung der Verbrennungsgase erfolgt an der Stelle, die durch den Pfeil 15 gekennzeichnet ist. 17 bezeichnet die Materialzuführung zum Vorwärmer 13 und 14 die Einlegemaschine für das Einlegen der Glasrohstoffe in die Schmelzwanne 11, die in üblicher Art und Weise arbeitet.
Der nähere Aufbau des Vorwärmers ist in Figur 4 gezeigt.
Hier bezeichnet 20 die Außenwand des vorzugsweise zylindrischen Vorwärmerschachtes, auf dessen Mittelteil die Haube 21 mit dem Materialzufiihrungsstutzen 22 angeordnet ist. Der Piaterialzuführungsstutzen 22 ist mit einem Verschlußorgan 33, vorzugsweise einer Doppelpendelklappe, ausgerüstet um Falschluftzutritt zu verhindern. Im Vorwärmermittelteil bildet das durch die Material zuführung 22 zugegebene kompaktierte Material, das vorteilhaft durch Walzen-Brikettpressen kompaktiert ist, einen Schüttkegel 23, dessen Neigung etwas geringer ist als der Neigungswinkel des dachförmigen Bodens 24. Durch die Wahl des größeren Bodenneigungswinkels ist sichergestellt, daß sich das Material selbsttätig fließend zu den tiefsten Stellen 25 des sattelförmigen oder insbesondere bei größeren Vorwärmern kegeligen Bodens 24 bewegt, von wo aus es sich durch Abzugsorgane 26, die vorzugsweise als Rohre ausgebildet sind, ohne bewegte Austragsorgane zu benötigen, in den Bodenteil 27 bewegt, der als Sammelraum ausgebildet ist. Direkt unter dem Boden des Sammelraumes 27 ist in nicht gezeigter Weise die Einlegevorrichtung für das vorerwärmte Gemenge angeordnet. Im Sammelraum 27 befindet sich weiterhin im Unterteil eine Feingutsammelvorrichtung 28, in der sich das Feingut sammelt, abgezogen und wieder der Kompaktiervorrichtung zugeführt wird.
Die aus dem Rekuperator kommenden heißen Abgase, deren Temperatur noch ca. 7500 beträgt, werden durch das Zuführungsorgan 29 in den Raum 30 unterhalb des Daches 24 eingeführt. Von hieraus gelangen sie durch Öffnungen 31 in das kompaktierte Gemenge 23a. Dort strömen sie aufwärts, um anschließend aus der Haube 21 des Vorwärmers durch das Sauguggebläse abgezogen zu werden.
Die Öffnungen 31 im dachförmigen oder kegeligen Boden 24 sind vorzugsweise als konische Schlitze ausgebildet, die sich nach oben hin verengen und erstrecken sich über die gesamte Oberfläche des Bodens 24, so daß dieser als Rost wirkt. Die Spaltweite beträgt vorzugsweise etwa 5 mm. Der dachförmige Boden 24 besteht vorzugsweise aus hochlegiertem Guß, kann aber ebenso aus Feuerfestmaterial ausgeführt sein.
Uber den Materialabzugsöffnungen 25 befinden sich Materie leiteinrichtungen 32, deren Oberseiten ebenfalls eine Neigung aufweisen, die größer als der Böschungswinkel des Gemenges ist. Auf diese Art und Weise wird vorteilhaft erreicht, daß in die Austragsorgane 26 durch die Öffnungen 25 nur Gut gelangen kann, das vorher in ausreichender Weise von heißen Gasen durchströmt worden ist.
Der in Figur 4 dargestellte Vorwärmer ist zwar insbesondere zur Vorwärmung von Glasrohstoffen geeignet. Er kann jedoch ebenso zur einfachen Vorwärmung aller stückigen Rohstoffe, wie Kalk, Eisenerzpellets etc. eingesetzt werden.

Claims

Verfahren und Vorrichtung zur Energierückgewinnung beim Schmelzen von Glas Patentansprüche 1. Verfahren zur Energierückgewinnung beim Schmelzen von Glas, bei dem die Schmelzwärme für die Glasrohstoffe durch die Verbrennung von Öl, Gas o. a. unter fortwährender Luftzuführung erzeugt wird, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Abgase zunächst rekuperativ die Verbrennungsluft und dan durch direkten Wärmeaustausch die Glasrohstoffe vorwärmen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustausch zwischen den Abgasen und den Glasrohstoffen im Gegenstrom erfolgt und daß die Glas rohstoffe vorher kompaktiert, insbesondere brikettiert, werden.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kompaktierten Glasrohstoffe während des Wärmeaustausches, insbesondere nur unter Schwerkraftwirkung abwärts bewegt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Warmeaustausch zwischen den Abgasen und den Verbrennungsgasen im Gegenstrom erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase im Saugzug durch den Rekuperator und den Wärmetauscher bewegt werden.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Energierückgewinnungsverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Glasschmelzofen (1, 11) zumindest einen Rekuperator (2, 12) und zumindest einen Glasrohstoff-Vorwärmer (3, 13) aufweist.

7- Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rekuperator (2, 12) und der Vorwärmer (3, 13) gemeinsam an der Rohstoffeintragsseite des Glasschmelzofens (1, 11) angeordnet sind, vorzugsweise der Vorwärmer (3,13) neben dem Rekuperator (1, 11).

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwärmer (3, 13) als senkrechtstehender, vorzugsweise runder Schacht (20) ausgebildet ist, dessen Boden (24) Gasdurchlaßöffnungen (31) sowie Austragsorgane (25,26) für die Glas rohstoffe aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (24) des Schachtes (20) mit den Gasdurchlaßöffnungen (31) eine dachförmige Ausbildung aufweist und die Austragsorgane (25, 26) für die Glasrohstoffe an den tiefsten Stellen der Dachseiten angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der dachförmig ausgebildete Boden (24) aus hochhitzebeständigem Material, vorzugsweise aus einer hochhitzebeständigen Metallegierung besteht.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere über den Austragsorganen (25, 26) im Inneren des Schachtes (20) Naterialleitvorrichtungen (32) angeordnet sind, die ebenfalls Dachform aufweisen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß unter den Austragsorganen (25, 26) zumindest ein Glasrohstoffsammelraum (27) angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Glasrohstoffsammelraum ein Sammel- und Abzugsorgan für den Feinanteil aufweist, das als Rücktransportanlage ausgebildet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 8, 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Dachneigung des Vorwärmerbodens (24) und der Materialleiteinrichtungen (32) größer als der Schüttwinkel des brikettierten Glasrohstoffes ist.

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß strömungsmäßig hinter dem Vorwärmer (3, 13) ein Saugzuggebläse (9) angeordnet ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Saugzuggebläse (9) regelbar ausgebildet und mit Einrichtungen zur Messung des Unterdrucks im Einströmteil des Vorwcrmers (3, 13) und des Rekuperators (2, 12) verbunden ist.

- Beschreibung -