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Bei dem eingangs als bekannt vorausgesetzten Verfahren zum Betreiben
eines Durchlaufofens, insbesondere eines Tunnelofens für das Brennen von keramischen
Formlingen (DE-PS 2643 406), wird das Rauchgas an zwei Stellen vor der Brennzone
aus dem Ofen abgeführt Zum einen wird nämlich ein Teil des Rauchgases bei hoher
Temperatur, also kurz vor der Brennzone, abgezogen, während der verbleibende Anteil
durch den davorliegenden Bereich der Anwärmzone geführt und erst bei niederer Temperatur
aus dem Ofen abgeleitet wird. Ziel dieses Verfahrens ist es, die Abgasqualität so
zu verbessern, daß sie den kritischen Bestimmungen zur Reinhaltung der Luft standhält,
wobei eine wirtschaftliche Betriebsweise der Gesamtofenanlage gewährleistet sein
soll. Dazu erfolgt die Entnahme eines Anteils des Rauchgases mit hoher Temperatur,
weil dieses Rauchgas praktisch keine vergasbaren und brennbaren Substanzen enthält
und es also eine chemische Zusammensetzung besitzt, welche den kritischen Bestimmungen
zur Reinhaltung der Temperatur standhält.
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Hingegen wird bezüglich des Rauchgases mit niedriger Temperatur die
Auffassung vertreten, daß entnommenes Rauchgas mit niedriger Temperatur eine wirtschaftliche
Wärmerückgewinnung aus dem Rauchgas nicht ermögliche, weil dies aufwendige und teure
Wärmetauscher erfordere, die nicht rentabel arbeiteten und zudem starker Korrosion
ausgesetzt seien.
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Während bei dem bekannten Verfahren bezüglich des Rauchgases hoher
Temperatur eine Wärmerückgewinnung vorgeschlagen wird, wobei offengelassen wird,
wie diese Wärme hohen Temperaturniveaus genutzt werden soll, wird das Rauchgas niedriger
Temperatur dazu genutzt, entweder in der Brennzone oder in der Kühlzone wieder in
den Ofen eingespeist zu werden. Dadurch soll ersichtlich der Kühlluft Wärme zugeführt
werden, die dann in der Brennzone bzw. Anwärmzone des Ofens zur Nutzung gelangt.
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Die Verwendung von Rauchgas, das u. a. mit aggressiven Fluor und
mit Kohlendioxid beladen ist, führt bei dem bekannten Verfahren allerdings zu erhöhten
Korrosionsproblemen in der -Abgasführung und zu Qualitätseinbußen des Brenngutes
einerseits sowie zur Beeinträchtigung der Verbrennungsatmosphäre andererseits.
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Darüber hinaus ist das sogenannte niedere Temperaturniveau doch noch
vergleichsweise hoch, weil es oberhalb des Taupunkts der aggressiven Gase liegen
muß, da anderenfalls diese aggressiven Gasbestandteile sofort niedergeschlagen werden.
Von einer Nutzung von Wärme bei tatsächlich niedriger Temperatur kann also beim
bekannten Verfahren keine Rede sein.
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Es sind ferner Verfahren bekannt (DE-OS 23 37 460, DE-OS 2934420),
bei denen die Abluft aus Trocknern für das Brenngut als Kühlluft für den Ofen verwendet
wird. Diese Trocknerabluft ist natürlich in großem Maße wasserdampfgesättigt. Als
vorteilhaft wird dabei der Energiegehalt dieser feuchten Luft aufgrund der großen
Verdampfungsenthalpie bezeichnet Tatsächlich verbessert aber die Energie des Wasserdampfes
die Wärmebilanz in keiner Weise, da dieser zusätzliche Wasserdampf direkt die Abgasverluste
vergrößert. Im Gegenteil erhöht nämlich dies die erforderliche Mindestabgastemperatur,
weil einmal durch einen größeren Wasserdampfpartialdruck mehr Schadstoffe wie Fluor
und Schwefelsäure entwickelt werden und zusätzlich der Wasserdampf unmittelbar den
Säuretaupunkt in unerwünschter Weise anhebt. Nur die sogenannte fühlbare Wärme -
ein Maß hierfür ist die Ablufttemperatur -trägt aber tatsächlich positiv zur Energieeinsparung
bei.
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Diese ist bei thermodynamisch gut arbeitenden Trocknern jedoch relativ
gering.
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Es gibt ferner bereits eine Vielzahl industriell arbeitender Anlagen
im grobkeramischen Bereich, bei denen rückgewonnene Wärme wieder verwendet wird,
jedoch bisher nur als Warmluft den Trocknern oder als Verbrennungsluft den Brennern
der Öfen zugeführt wird.
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Diese Anlagen nutzen aber die wiedergewonnene Wärme nicht optimal.
Zum einen ist das Temperaturniveau der Wärme für eine wirkungsvolle Trocknung häufig
zu niedrig. Des weiteren ist der Warmluftbedarf der Trockner meist schon gedeckt
durch andere Warmluftquellen am Ofen, wie Absaugung von überschüssiger erwärmter
Kühlluft aus der Kühlzone oder von erwärmter Luft, die der Kühlung von Wänden, Decken
und anderen baulichen Einrichtungen dient. Zum anderen ist der Bedarf der Brenner
an den Öfen an Warmluft sehr beschränkt.
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Der des weiteren in der DE-OS 29 34420 beschriebene angebliche Vorteil
einer verbesserten Wärmeleitung feuchter Luft im Bereich der Endkühlzone ist tatsächlich
nicht
gegeben, wie eine Gegenüberstellung der für den Wärmetausch relevanten Stoffgrößen
zeigt. Zwar verbessert der höhere Wasserdampfpartialdruck die Strahlungsfähigkeit
von Gasen, was aber für den Wärmetausch und die Temperaturkonstanz über den Ofenquerschnitt
nur bei sehr hohen Temperaturen, vornehmlich also im Bereich der Brennzone, von
Bedeutung ist; hier bestehen aber in der Regel ohnehin diesbezüglich keinerlei Probleme.
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Gegenüber diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung,
die Energie aus dem aus dem Ofen abgeführten Rauchgas, insbesondere auch bei Niedertemperatur-Niveau,
einer unmittelbaren Nutzung beim Ofenbetrieb zuzuführen, ohne die Nachteile bei
einem direkten Einsatz der korrosionsbedingenden Rauchgase in Kauf zu nehmen.
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Diese Aufgabe wird bei dem eingangs als bekannt vorausgesetzten Verfahren
dadurch gelöst, daß dem Rauchgas Wärme bis auf Niedertemperatur entzogen und diese
auf Umgebungsluft übertragen wird und dann diese angewärmte Umgebungsluft in den
Endkühlbereich der Kühlzone eingeführt wird.
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Durch die Erfindung wird also ein Großteil der Abgaswärme zurückgewonnen
und diese Wärme im Endkühlbereich des Brenngutes dem Ofen wieder zugeführt. Dabei
erfolgt die Übertragung der Wärme mittels geeigneter Wärmetauscher-Geräte an angesaugte
Umgebungsluft. Diese angewärmte Umgebungsluft kann ohne Korrosionsprobleme und ohne
Beeinträchtigung der Verbrennungsatmosphäre in den Ofen eingeleitet werden.
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Auf praktische Erfahren und Gesetzmäßigkeiten der Wärmeübertragungstheorie
fundierte Berechnungen zeigen, daß mit der Verwendung vorgewärmter Kühlluft zwar
die Ausfahrverluste etwas steigen, jedoch in weitaus geringerem Maße als die Verluste
der ins Freie übergehenden Abgase sinken.
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Durch die Erfindung wurde also das in der eingangs genannten DE-PS
2643406 geäußerte Vorurteil überwunden, wonach die Entnahme von Rauchgas mit niedriger
Temperatur bedeutet, daß eine wirtschaftliche Wärmerückgewinnung aus dem Rauchgas
nicht möglich sei. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nämlich tatsächlich
dem Rauchgas Wärme bis zu einer sehr niedrigen Temperatur entnommen und diese Wärme
mittelbar benutzt, indem sie auf Umgebungsluft übertragen wird und dann diese angewärmte
Umgebungsluft in den Endkühlbereich der Kühlzone eingeführt wird. Hingegen geht
der Vorschlag nach der DE-PS 26 43 406 gerade den gegenteiligen Weg, indem das Rauchgas
niedriger Temperatur direkt in die Kühlzone des Ofens eingespeist wird und dabei
der gravierende Nachteil in Kauf genommen wird, daß die korrosiven Gase sowohl die
Ofenteile beschädigen als auch die Qualität des Brenngutes erniedrigen.
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Erfindungsgemäß kann ferner die dem Ofen zur Endkühlung eingebrachte
Kühlluft ausschließlich oder nur teilweise aus der vorgewärmten Kühlluft bestehen.
Die erwärmte Kühlluft kann im Falle weiterer Kühlluftströme mit diesen außerhalb
des Ofens gemischt oder von diesen getrennt separat zugeführt werden.
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Bezogen auf die Brennguttemperatur liegt die Einspeisestelle der
erwärmten Umgebungsluft im untersten Bereich, jedenfalls unterhalb des Punktes der
Quarzumwandlung keramischen Materials (573C C) und hinter eventuell vorhandenen
oder vorzusehenden Warmluftabsaugungen. Die erwärmte Umgebungsluft weist also Temperaturen
von niedriger als ca. 550"C, vorzugsweise
niedriger als ca. 1000
C und bis ca. 30"C auf.
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Bei der Umrüstung bestehender Anlagen auf das erfindungsgemäße Verfahren
steigt das Temperaturniveau der Kühlluft etwas an. Entsprechend höher ist die Temperatur
der ggf. in der Kühlzone abgesaugten Warmluft. Da nun aber wegen der erforderlichen
Wärmeäquivalenz etwas mehr Warmluft zur Brennzone strömen muß, reduziert sich in
entsprechendem Maße die Menge abgezogener Warmluft. Der entnommene Wärmemengenstrom
aus der Kühlzone bleibt nahezu konstant Dies hat zur Folge, daß mehr Wärme in die
Brennzone transportiert wird und hier somit ein geringerer Brennstoff- und Luftbedarf
besteht, ohne daß der Verlauf der Brennkurve des Brennguts zwischen seinem Eintritt
und der Stelle der Warmluft-Absaugung nachteilig beeinflußt werden muß. Lediglich
hinter der Einblasstelle der erwärmten Umgebungsluft verläuft die Brennguttemperatur
etwas höher, und es ist eine entsprechend höhere Ausfahrtemperatur in Kauf zu nehmen.
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Dabei bewirkt der erhöhte Impulsaustausch durch die eingeblasene
erwärmte Umgebungsluft grundsätzlich in der Umgebung dieser Stelle eine Verbesserung
des Wärmeaustausches und der Temperaturvergleichmäßigung über dem Querschnitt des
Ofens, also der Verbesserung der Effizienz der davorliegenden Kühlzone.
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Gegenüber einem bestehenden Ofen, der bisher nicht mit Tor und Schiebelufteinblasung
ausgestattet war, I;ann dadurch sogar der Ausfahrverlust sinke.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens ist
dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmetauscher vorgesehen ist, dem das Rauchgas aus
dem Ofen und Umgebungsluft zur Übertragung der im Rauchgas enthaltenen Wärme auf
diese Umgebungsluft über entsprechende Leitungen zugeführt werden, und daß eine
Leitung für die erwärmte Umgebungsluft von dem Wärmetauscher in den Endkühlbereich
der Kühlzone des Ofens verläuft.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung hierzu werden
anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine schematische Darstellung
eines Tunnelofens mit den wesentlichen Stoffströmen und Fig.2 ein Diagramm mit den
Brennkurven gemäß dem Stand der Technik und Gegenüberstellung dazu nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren.
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In den Zeichnungen bedeuten die einzelnen Abkürzungen folgendes:
RG - Rauchgas FL - Falschluft VL - Verbrennungsluft UA - untere Absaugung KL - Kühlluft
ZE - Ziegel, ein ZA - Ziegel, aus UL - Umgebungsluft WL - Warmluft = erwärmte Umgebungsluft
Das bei ZE in den Ofen einfahrende, durch die Anwärmzone 1, Brennzone II und Kühlzone
III transportierte Brenngut erfährt über diese Strecke den in dem Diagramm nach
Fig.2 gezeigten Temperaturverlauf.
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Nur im hintersten Bereich, kurz vor der Ausfahrt, unterscheidet sich
der Verlauf zwischen dem erfindungsgemäßen (gestrichelt gezeichnet) und dem auf
herkömmliche Art (durchgezogene Linie) gekühlten Brenngut.
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Bei alleiniger Verwendung von im Gegenstrom zum
Brenngut hinten am
Ofen angesaugter Umgebungsluft ergibt sich üblicherweise der im Diagramm nach F
i g. 2 durchgezogene Temperaturverlauf: progressiv steigend bis zur Absaugstelle
UA, weil bis hier der Mengenstrom an Kühlluft meist erheblich größer ist als der
an Brenngut. Die Steigung der Brennguttemperatur ist folglich entsprechend groß.
Die von der Absaugstelle UA bis zur Brennzone II strömende Kühlluftmenge ist meist
kleiner als der Brenngutstrom. Es ergibt sich somit in diesem Bereich ein flacherer
Temperaturverlauf für das Brenngut und ein steilerer für die Kühlluft.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Teil oder die gesamte
Kühlluft KL durch Warmluft WL ersetzt, wozu durch einen Ventilator 1 Umgebungsluft
UL angesaugt und in einen geeigneten Rauchgas-Wärmetauscher 2 eingeführt wird, in
dem die im Abgas RG enthaltene Wärme auf die angesaugte Umgebungsluft UL übertragen
wird. Die derart erwärmte Umgebungsluft WL wird über die Leitung 3 dem Endkühlbereich
der Kühlzone III zugeführt.
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Die in F i g. 2 gestrichelt gezeichnete Temperatur der erfindungsgemäß
reduzierten Kühlluftmenge KL vom Ofenende sowie die der Mischluft von der Einblasstelle
WL der erwärmten Umgebungsluft bzw. Warmluft bis zur Absaugung UA liegt über jener
bei ausschließlicher Kühlung durch Umgebungsluft KL. Da jedoch an der Absaugstelle
UA nunmehr in dem Maße weniger Warmluft abgezogen wird, wie die Temperatur höher
ist, strömt eine größere Menge zur Brennzone II, und folglich ist der Temperaturanstieg
kleiner (gestrichelter Verlauf in Fig. 2).
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Die Verbrennungsluftmenge VL ist im Falle des erfindungsgemäßen Verfahrens
gerade um jene Mengendifferenz kleiner, die mehr aus der Kühlzone III zur Brennzone
II übergeht. Dadurch ändern sich die Verhältnisse bis hin zur Zuführstelle VL eigentlich
nicht. Wegen des Abgasabzuges durch den Ventilator 4 nimmt der Unterdruck im Ofen
nach vorne hin immer mehr zu, und Falschlufteinbrüche FL sind unvermeidlich. Jedoch
werden sich im Vergleich zu dem herkömmlichen Betrieb ohne Schiebelufteinrichtung
durch das beschriebene Verfahren die Druck- und Falschluft-Verhältnisse, insbesondere
im Hinblick auf den Energieverbrauch, sogar noch weiter verbessern.