DE3045106A1 - Temp. control of industrial esp. pusher-type ceramic furnace - uses variation in preheat of combustion air at constant flow rate - Google Patents

Abstract

If the temp. in the combustion zone falls below the set- point, the temp. of the combustion air is raised, instead of increasing the fuel supply and combustion air supply. Pref., the combustion air temperature in the recuperator and air preheater is increased and/or already preheated air or ambient air are supplied for regulating purposes. An additional air preheater is connected before or behind the recuperator for the furnace.Alternatively, the recuperator is in two parts, operating with different air temperature. Used in particular for industrial ceramic furnaces operating at 1200 deg.C and above. System avoids variation in heat transfer rates in the downstream zone of the furnace where in any case the temp. may be high enough; pressure fluctuations in the furnace; changes in the operation of the recuperator itself; and sluggishness in response of burners to the changes.

Description

Titel der ErfindungTitle of the invention

Verfahren und Anordnung zur Steuerung der Wärmebehandlungstemperatur in keramischen Industrieöfen Anwendungsgebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Steuerung der Wärmebehandlungstemperatur in keramischen Industrieöfen, insbesondere keramischen Tunnelöfen im Hochtemperaturbereich, die mit Prozeßtemperaturen von über 1200 °O betrieben werden und bei denen entweder die Wärmebehandlungstemperatur bei Leistungsschwankungen oder anderen Störgrößen konstant zu steuern ist, oder wo infolge von Brenngutwechsel rasch höhere Prozeßtemperaturen zu realisieren sind.Method and arrangement for controlling the heat treatment temperature In ceramic industrial furnaces Field of application of the invention The invention relates to a method and arrangement for controlling the heat treatment temperature in ceramic industrial furnaces, especially ceramic tunnel furnaces in the high temperature range, which are operated with process temperatures of over 1200 ° O and where either the heat treatment temperature in the event of power fluctuations or other disturbances is to be controlled constantly, or where rapidly higher process temperatures as a result of a change in the firing material are to be realized.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Bei Soliwertabweichungen der Temperatur nach unten, werden z. Z. grundsätzlich die Volumen- bzw. Enthalpieströme erhöht. Dies hat namentlic h bei den technisch üblichen Verbrennungstemperaturen folgende Nachteile: - Die Volumenstromänderungen wirken sich in Tunnelöfen enthalpiestrommäßig ungünstig auf die stromabwärts liegenden Zonen aus. Besonders ist dies'der Fall, wenn stromabwärts (also in der Vorwärmzone) die Solltemperatur vorliegt, oder bereits schon überschritten ist.Characteristics of the known technical solutions In the case of deviations from the target value the temperature down, z. Z. basically the volume or enthalpy flows elevated. This is particularly due to the technically customary combustion temperatures the following disadvantages: - The changes in volume flow have an enthalpy flow effect in tunnel kilns adversely affect the downstream zones. This is especially the case if the setpoint temperature is present downstream (i.e. in the preheating zone), or already has already been exceeded.

- Die Volumenstromanderung führt zu Druckänderungen im Ofen. Dadurch werden in der Vonsärmzone die Falschluftvolumenströme und in der Brennzone das Driften von Rauchgas in die Kühlzone unkontrollierbar verändert, so daß letztlich das gesamte Ofenregime außer Tritt geraten kann.- The change in volume flow leads to pressure changes in the furnace. Through this the false air volume flows in the Vonsärmzone and drifting in the combustion zone of flue gas in the cooling zone changed uncontrollably, so that ultimately the whole Oven regime can get out of step.

- Der höhere Volumenstrom hat Änderungen der Verbrennungslufttemperatur im Falle einer rekuperativen Vorwärmung zur Folge.- The higher volume flow has changes in the combustion air temperature in the case of recuperative preheating.

- Besonders bei Brennstoffen oder Brennersystemen, die eine relativ geringe Flammentemperatur erreichen lassen, erfolgt ein Temperaturanstieg durch höhere Beaufschlagung der Brenner sehr träge (zuweilen auch gar nicht), so daß die notwendige Stabilisierung der Solltemperatur nicht erzielt wird. Darüber hinaus entstehen durch o. g. Verhalten Energie- und Qualitätsverluste.- Especially with fuels or burner systems that have a relatively allow the flame to reach a low temperature, the temperature will rise higher admission to the burner very sluggish (sometimes not at all), so that the necessary stabilization of the target temperature is not achieved. Furthermore arise from the above Behavior loss of energy and quality.

Das os a. Verfahren zur Regelung ist z B. in DT 10055166 Kl. 24 m l/03r IP Kl. F 23 n beschrieben. Es sind aber auch Verfahren bekannt, wonach die Steuerung durch Ab- bzw.The os a. The procedure for regulation is e.g. in DT 10055166 cl. 24 m l / 03r IP class F 23 n. But there are also known methods according to which the Control by switching off or

Zuschalten von Brennern erfolgt (DD 150849, Kl. 31 a 1 9/40, IP Kl. F 27 d 9/40).Burners are switched on (DD 150849, Kl. 31 a 1 9/40, IP Kl. F 27 d 9/40).

Darüber hinaus gibt es eine Reihe spezieller Verfahren (z. B. gemäß DT 1083745 Kl. 80 c 5 IP KlX C04 c), denen aber vom Grundsatz her die gleichen Mängel wie oben dargestellt anhaften.In addition, there are a number of special procedures (e.g. according to DT 1083745 Kl. 80 c 5 IP KlX C04 c), but which basically have the same defects adhere as shown above.

Ziel der Erfindung Die Erfindung hat das Ziel, die o. a. technischen WIängel zu eliminieren und einen stabilen Prozeßbetrieb bei sparsamen Energieeinsatz zu sichern.Object of the invention The invention has the object of providing the o. technical Eliminate shortcomings and a stable process operation with economical use of energy to secure.

Darlegung des Wesens der Erfindung Die Wärmeübertragung erfolgt im wesentlichen im Hochtemperaturgebiet durch direkte Strahlung der Plamme an das Brenngut oder mittelbar über die Ofeninnenwände nach der bekannten Gleichung wobei A die Flächen-, K die Strahlungssituation beinhalten und die Indices S und E Sender und Empfänger bedeuten.Statement of the essence of the invention The heat transfer takes place essentially in the high temperature area by direct radiation of the flame to the material to be fired or indirectly via the inner walls of the furnace according to the known equation where A is the area, K is the radiation situation and the indices S and E mean sender and receiver.

Obwohl bei den praktisch eingesetzten Brennstoffen, Stadt-und Importerdgas, die theoretischen Flammentemperaturen bei über 2000 °C liegen, werden praktisch durch Mischung mit Umgebungsgas infolge des Strahlimpulses der Flamme, durch thermische Dissoziation und durch technologisch erforderliche Abweichungen vom stöchiometrischen Verbrennungs luftverhältnis nur erheblich niedrige Werte erreicht. Für Brennstoffe mit höherem Ballastanteil (Eigenerdgas, Generatorgas) ist die erreichbare Flammentemperatur von vornherein problematisch für Hochtemperaturprozesse. Bei Volumenstromänderungen bzw.Although the fuels used in practice, city and imported natural gas, The theoretical flame temperatures are above 2000 ° C, become practical by mixing with ambient gas as a result of the jet pulse of the flame, by thermal Dissociation and due to technologically required deviations from the stoichiometric Combustion air ratio only reached considerably low values. For fuels with a higher proportion of ballast (natural gas, generator gas) is the achievable flame temperature from the outset problematic for high-temperature processes. With changes in volume flow respectively.

Iiaststeigerungen der Brenner tritt praktisch durch o. a.Increases in load on the burner practically occur o. A.

Faktoren keine oder eine nicht ausreichend wirksame Steigerung von T trotz erhöhtem Enthalpiestrom ein, so daß die Steue-5 rung der Wärmebehandlungstemperatur nicht ausreichend funktioniere Die erwünschte, zur Temperaturerhöhung erforderliche, Steigerung von Q infolge Ansteigens von T9 wird beim praktischen Betrieb noch dadurch beeinträchtigt, daß mit steigendem Volumenstrom am Brenner der Strahlimpuls steigt, vjodurch eine höhere Zumischung von Umgebungsgas erfolgt und sich T dadurch mindert.Factors no or insufficiently effective increase of T despite increased enthalpy flow, so that the control of the heat treatment temperature does not work sufficiently The desired, required to increase the temperature, An increase in Q as a result of an increase in T9 is still a result of this in practical operation affects the fact that the jet pulse rises with increasing volume flow at the burner, vjodurch a higher admixture of ambient gas takes place and T is reduced as a result.

5 Brfindungsgemäß wird nun die Steuerung von TE dadurch gelöst, daß nicht die Massenströme der Brenner, gasseitig (mG) und verbrennungsluftseitig (mv) beeinflußt werden, sondern konstant bleiben und T dadurch erhöht wird, wenn TE 5 unterhalb des Sollwertes liegt, indem die Temporatur der Verbrennungsluft gesteigert und wenn TE oberhalb des Sollwertes liegt die Verbrennungslufttemperatur gesenkt wird Erfindungsgemäß erfolgt dabei die Erhöhung der Verbrennungslufttemperatur durch einen gesonderten Luftvorwärmer oder durch Nutzung von Anfallenorgie, die beim Prozeß selbst anfällt. Dabei steigt bei z. B. Stadtgas die Flammentemperatur etwa nach folgender Relation (bei stöchiometrischer Verbrennung): Somit ergibt sich für die ISärmeübertragung Für praktische Verhältnisse wie sie z. B. an einem Porzellanglattbrandofen vorliegen, wo die Flammentemperaturen maximal bei 1500 °C liegen, bedeutet eine Erhöhung von T um z0 B. 70 K eine Steigerung der Wärmeübertragung um ca.5 According to the invention, the control of TE is now achieved in that the mass flows of the burners, gas side (mG) and combustion air side (mv) are not influenced, but remain constant and T is increased when TE 5 is below the setpoint by changing the temp the combustion air is increased and when TE is above the setpoint the combustion air temperature is lowered. It increases at z. B. town gas the flame temperature according to the following relation (with stoichiometric combustion): This results in heat transfer for the I For practical conditions such as B. in a porcelain burnout furnace, where the flame temperatures are a maximum of 1500 ° C, an increase in T by e.g. 70 K means an increase in heat transfer by approx.

50 r eine Erhöhung von 28-0 um z. B. 18 K ergibt eine Steigerung von Q um ca. 15 %. Dadurch wird bei annähernd gleichen Druck- und Volumenverhältnissen im Ofen eine wirksame Temperaturbeeinflussung, und zwar an der Stelle erzielt, wo sie erfolgen soll.50 r an increase of 28-0 by e.g. B. 18 K results in an increase of Q by approx. 15%. This means that the pressure and volume ratios are approximately the same in the furnace an effective temperature control is achieved at the point where it should take place.

Ausführungsbeispiel Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel näher erläutern In der zugehörigen Zeichnung wird ein Horizontalschnitt durch einen Tunnelofen dargestellt.Exemplary embodiment The invention is based on an exemplary embodiment explain in more detail In the accompanying drawing is a horizontal section through a Tunnel furnace shown.

Der Industrieofen besteht aus Vorwärmzone 2, Brennzone 3 und Kühlzone 4. Die Brenner 5 der zu steuernden Brennergruppe 5.1 erhalten über die Zuführung Gas 6 und über die Zuführung Verbrennungsluft 7. Die Verbrennungsluft 7 wird in einem Rekuperator 8 vorgewärmt, von einem Lüfter 9, der auf konstanten Förderstrom geregelt wird, gefördert und bei Bedarf im Luftvorwärmer 10, der mit Brenngas 11 beheizt wird, nachgeheizt. Die Verbrennungsluft 12 des Luftvorwärmers 10 wird separat gefördert. Das Abgas 13 des Luftvorwärmers 10, dessen Enthalpie durch Sekundärverbraucher genutzt werden kann, wird im üblichen Sinne abgeführt. Anstelle der Nachheizung der Verbrennungsluft 7 durch den Luftvorwärmer 10 kann auch von Lüfter 9 an Stelle Umgebungsluft 14 durch Umschaltung auf bereits vorgewärmte Luft 15 umgestellt werden, was ebenfalls zu einer Erhöhung der Temperatur tVL führt. Diese vorgewärmte Luft 15 steht an Tunnelöfen am Ende der Kühlzone 4 ohnehin als klfallenergie an.The industrial furnace consists of a preheating zone 2, a burning zone 3 and a cooling zone 4. The burners 5 of the burner group 5.1 to be controlled receive via the feed Gas 6 and combustion air 7 via the supply. The combustion air 7 is in a recuperator 8 preheated by a fan 9, the constant flow rate is regulated, promoted and, if necessary, in the air preheater 10, which is supplied with fuel gas 11 is heated, reheated. The combustion air 12 of the air preheater 10 is separated promoted. The exhaust gas 13 of the air preheater 10, its enthalpy through secondary consumers can be used is discharged in the usual sense. Instead of reheating the combustion air 7 through the air preheater 10 can also from the fan 9 in place Ambient air 14 can be switched over to air 15 that has already been preheated, which also leads to an increase in the temperature tVL. This preheated air 15 is already available as waste energy in tunnel ovens at the end of cooling zone 4.

Claims (5)

Erfindungs ansprüche 1. Verfahren zur Steuerung der Wärmebehandlungstemperatur in Industrieöfen, insbesondere keramischen Tunnelöfen im Hochtemperaturbereich dadurch gekennzeichnet, daß bei Sollwertunterschreitungen der Temperatur in der Brennzone an Stelle der Erhöhung der Brennstoffzufuhr und Verbrennungsluftzufuhr die Temperatur der Verbrennungsluft gesteigert wird.Invention claims 1. A method for controlling the heat treatment temperature in industrial furnaces, especially ceramic tunnel furnaces in the high temperature range characterized in that when the temperature in the combustion zone falls below the setpoint value instead of increasing the fuel supply and combustion air supply, the temperature the combustion air is increased. 2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungslufttemperatur im Rekuperator und im Luftvorwärmer erhöht und/oder durch Zufuhr bereits vorgewärmter Luft und/oder durch Umgebungsluft geregelt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the combustion air temperature in the recuperator and in the air preheater increased and / or by supplying already preheated Air and / or is regulated by ambient air. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsluft aus zwei Teilströmen mit unterschiedlicher Temperatur besteht und die Steuerung durch Einflußnahme auf das Mischungsverhältnis erfolgt.3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the Combustion air consists of two partial flows with different temperatures and the control takes place by influencing the mixing ratio. 4. Anordnung zur Durchfahrung des Verfahrens nach Anspruch 1, 2 und 3 dadurch gekennzeicHnet, daß dem Rekuperator (8) ein weiterer Luftvorwärmer (10) vor- oder nachgeschaltet ist.4. Arrangement for carrying out the method according to claim 1, 2 and 3 characterized in that the recuperator (8) has a further air preheater (10) upstream or downstream. 5. Anordnung zur Durchfahrung des Verfahrens nach Anspruch 1, 2 und 3 dadurch gekennzeichnet, daß der Rekuperator (8) aus zwei Teilen besteht, die unterschiedliche Lufttemperaturen erwirken.5. Arrangement for performing the method according to claim 1, 2 and 3 characterized in that the recuperator (8) consists of two parts, which are different Bring about air temperatures.