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Tunnelofen zum Brennen von keramischen
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Rohlingen und Verfahren zum Betrieb eines solchen Tunnelofens Die
Erfindung betrifft einen im Tunnelofen zum Brennen von keramischen Rohlingen, die
im Ausgangsmaterial ausgasende Substanzen enthalten, mit einer Aufheizzone, die
aus einem Vorwärmabschnitt, einem Schwelabschnitt und einem Aufheizabschnit besteht,
und einer sich daran anschließenden Brennzone und Kühlzone, wobei die Wärme von
im Bereich der Brennzone angeordneten Heizbrennern erzeugt wird, deren Verbrennungsgase
im Gegenstrom zu den durchlaufenden Rohlingen geführt sind und am Einlauf des Tunnelofen
aus dem Tunnel abgezogen und einem Kamin zugeführt werden.
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Bei der Herstellung von porösen keramischen Formteilen, z. B. porosierten
Ziegeln, ist es üblich, in die Rohlinge beispielsweise eine Vielzahl von Kügelchen
aus geschäumtem Polystyrol einzubetten, die sich beim Brennen verflüchtigen und
in dem keramischen Material des Rohlings Porenräume hinterlassen. An die Stelle
von geschäumtem Polystyrol können selbstverständlich auch andere verbrennbare oder
vergasbare Substanzen treten, z.B. Holz.
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Beim Brennen von derartigem Material in einengt herkömmlichen Tunnelofen
der eingangs genannten Art treten Schwierigkeiten insoweit auf, als die am Eingang
des Tunnelofens abgezogenen Abgase häufig mit verhältnismäßig großen Mengen unverbrannter
Schwelgase beladen sind, die von den ausgasenden Substanzen in der Schwelzone an
das durchströmende Verbrennungsgas abgegeben werden. Die Emission dieser Schwelgase
ist nach den einschlägigen Vorschriften zur Luftreinhaltung auf sehr niedrige Werte
zu beschränken. Die Abgase müssen also vor dem Eintritt in den Kamin gereinigt werden,
was mit einem erheblichen technischen Aufwand verbunden ist. Außerdem geht die in
den Schwelgasen enthaltene Verbrennungswärme verloren.
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Nach dem Stande der Technik ( DE-PS 26 43 406 ) ist es auch bekannt,
die mit Schwelgasen beladenen Verbrennungsgase im Anfangsbereich der Aufheizzone
abzusaugen und dem Tunnelofen in der Brenn- oder Kühlzone wieder zuzuführen, damit
die Schwelgase bei hohen Temperaturen nachverbrannt werden. Dabei wird das dem Kamin
zuzuführende Abgas mit hoher Temperatur am Ende der Aufheizzone in unmittelbarer
Nähe der Brennzone abgezogen. Mit einem derartig ausgebildeten Tunnelofen ist es
zwar möglich, die Schwelgase zu unschädlichen Abgasen zu verbrennen und außerdem
den Heizwert der Schwelgase zu nutzen. Dennoch ist diese Ausbildung des Tunnelofens
energetisch ungünstig, weil mit dem sehr heißen Abgas viel Wärme abgeführt wird,
die entweder verloren geht oder umständlich mit einem
Wärmetauscher
zurückgewonnen werden muß, um anderswo außerhalb des Tunnelofens verwendet werden
zu können.
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Ein weiterer wesentlicher Nachteil dieses vorbekannten Tunnelofens
besteht darin, daß das heiße, dem Kamin zuzuführende Abgas bei den häufig eingesetzten
fluorhaltigen Rohstoffen unzulässig hohe Mengen an anorganischen gasförmigen Fluorverbindungen
enthält, die nur schwer aus dem Abgas wieder entfernt werden können. Diese Fluorverbindungen
sind sehr aggressiv und beschädigen die dem Kamin vorgeschalteten Wärmetauscher
und dergleichen. Außerdem dürfen sie natürlich nicht emittiert werden und müssen
deshalb weitgehend aus dem Abgas entfernt werden. Die Fluorverbindungen treten insbesondere
bei verhältnismäßig hohen Temperaturen, d. h. am Ende der Aufheizzone und in der
Brennzone aus dem Tonmaterial der Rohlinge aus und gelangen über den dort befindlichen
Abgang direkt in das Abgas.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, bei einem Tunnelofen der eingangs genannten
Art eine vollständige Verbrennung der Schwelgase zu ermöglichen, ohne daß große
Wärmeverluste auftreten und ohne daß erhöhte Mengen an anorganischen gasförmigen
Fluorverbindungen in die Abgase gelangen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von einem
Tunnelofen der eingangs genannten Art vor, daß in Durchlaufrichtung der Rohlinge
gesehen hinter dem Ende des Schwelabschnittes ein oder mehrere Abgänge für den Hauptstrom
der Verbrennungsgase angeordnet sind, an die sich ein Umgehungskanal anschließt,
der vor dem Anfang des Schwelabschnittes wieder in den Tunnel einmündet, und daß
am Anfang des Schwelabschnittes ein Abgang für den mit den Schwelgasen beladenen
verbleibenden Teilstrom der Verbren-
nungsgase angeordnet ist, an
den sich ein Verbindungskanal anschließt, der in die Kühlzone oder die Trennzone
des Tunnels oder eine externe Nachverbrennungsanlage einmündet.
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Beim Tunnelofen gemäß der Erfindung wird der Hauptstrom der Verbrennungsgase
um den Schwelabschnitt der Aufheizzone herumgeführt und dementsprechend nicht mit
dem Schwelgas beladen. Der strömungstechnisch von dem Hauptstrom der Verbrennungsgase
überbrückte Schwelabschnitt der Aufheizzone, in welchem die Temperatur der Rohlinge
beispielsweise zwischen 250 0C und 3500C liegt, wird nur von dem verbleibenden Teilstrom
der Verbrennungsgase durchströmt, der sich dort mit den Schwelgasen belädt und anschließend
in die Brennzone zurückgeführt oder einer Nachverbrennung zugeführt wird. Dort werden
die Schwelgase vollständig verbrannt. Da der Hauptstrom der Verbrennungsgase vor
dem Schwelabschnitt der Aufheizzone wieder in den Tunnel eingeführt wird, können
die Verbrennungsgase ihren Wärmeinhalt an die Formlinge abgeben, bevor sie in den
Kamin gelangen. Das hat wärmetechnisch den Vorteil, daß keine Wärme verloren geht
und eine umständliche Wärmerückgewinnung nicht notwendig ist.
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Außerdem schlagen sich beim Tunnelofen gemäß der Erfindung im Vorwärmabschnitt
der Aufheizzone die in den Verbrennungsgasen enthaltenen anorganischen gasförmigen
Fluorverbindungen zu großen Teilen auf den Rohlingen nieder und werden dort chemisch
gebunden.
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Diese erneute Bindung ist wesentlich temperaturbeständiger. Das Fluor
verbleibt daher auch beim Brennen in den Rohlingen. Auf diese Weise wird mit den
Rohlingen kontinuierlich das Fluor zu einem großen Teil in physiologisch unbedenklicher
Form aus dem Tunnel abgeführt, ohne in das Abgas zu gelangen. Die Erfindung beruht
auf der Erkenntnis, daß der Ablauf des zur Schadstoffemission führenden Schwelvorganges
von
organischen Tonbeimengungen sich auf einen relativ engen Temperaturbereich von beispielweise
250 - 375°C beschränkt. Hierdurch ist es auf elegante Art und Weise möglich, nur
die relativ kurz ausfallende Schwelzone aus dem über viele Jahrzehnte bewährten
und wärmetechnisch für derartige Brennprozesse optimalen Tunnelofenverfahren auszugrenzen
und einer gesonderten verfahrenstechnischen Behandlung zu unterziehen.
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Eine bevorzugte Ausführungsform des Tunnelofens gemäß der Erfindung
sieht vor, daß in dem Tunnel zwischen dem Vorwärmabschnitt und dem Schwelabschnitt
der Aufheizzone eine den Durchtritt von Gas verhindernde Absperrung vorgesehen ist.
Hierdurch wird zuverlässig vermieden, daß mit Schwelgas beladene Verbrennungsgase
in den Vorwärmabschnitt der Aufheizzone und damit in das Abgas gelangen.
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Um den Schwelabschnitt auch gegen den Aufheizabschnitt der Aufheizzone
gastechnisch abzugrenzen, kann auch zwischen dem Schwelabschnitt und dem Aufheizabschnitt
der Aufheizzone eine den Durchtritt von Gas verhinderde Absperrung vorgesehen sein,
die von einem Überbrückungskanal für den dem Schwelabschnitt zuzuführenden Teilstrom
der Verbrennungsgase über brückt ist.
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Um eine Überhitzung der Rohlinge am Ende des Vorwärmabschnittes und
eine damit evtl. verbundene vorzeitige Ausgasung der in den Rohlingen enthaltenen
ausgasenden Substanzen zu vermeiden, ist schließlich vorgesehen, daß am Ende des
Vorwärmabschnittes und/oder an den dort einmündenen Umgehungskanal eine Zuführung
für Kühlluft angeordnet ist. Mit dieser Kühlluft kann der Hauptstrom der Verbrennungsgase
soweit herunterge-
kühlt werden, daß eine zu starke Erwärmung defflr
Rohlinge am Ende des Vorwärmabschnittes nicht austreten kann.
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Das Verfahren für den Betrieb eines Tunnelofens gemäß der Erfindung
sieht vor, daß der durch den Schwelabschnitt geführte Teilstrom bis zu 35 l/o der
von der Brennzone zuströmenden Verbrennungsgase umfaßt. Ein solcher Teilstrom reicht
aus, die für den Schwelvorgang erforderliche Wärmemenge zuzuführen. Vorteilhaft
an einem verhältnismäßig kleinen Teilstrom in diesem Bereich ist, daß verhältnismäßig
kleine Gasmengen umgewälzt werden müssen und die Schwelgaskonzentration in dem zurückgeführten
Teilstrom verhältnismäßig groß ist, was wiederum die Verbrennung der Schwelgase
erleichtert.
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Weiterhin sieht das Verfahren für den Betrieb des Tunnelofens vor,
daß dem Hauptstrom der Verbrennungsgase am Ende des Vorwärmabschnittes und/oder
in dem Umgehungskanal so viel Kühlluft zugeführt wird, daß die Temperatur der Verbrennungsgas
am Ende des Vorwärmabschnittes nicht wesentlich über der Temperatur der Rohlinge
liegt. Hierdurch wird ein vorzeitiges Ausgasen der in den Rohlingen enthaltenen
ausgasenden Substanzen zuverlässig vermieden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der
Zeichnung näher erläutert, in der oben schematisch ein Tunnelofen gemäß der Erfindung
in Seitenansicht und unten das zugehörige Temperaturverlaufsdiagramm dargestellt
ist, welches die Temperaturen der Rohlinge und der verschiedenen Gasströme darstellt
und die Massenverhältnisse angibt.
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In der Zeichnung ist der Tunnel des Tunnelofens mit dem Bezugszeichen
1 bezeichnet. Durch den Tunnel 1 werden die Rohlinge kontinuierlich in Richtung
der Pfeile 2 geführt. In Durchtrittsrichtung der Rohlinge gesehen gliedert sich
der Tunnel in eine Aufheizzone A, eine sich daran anschließende Brennzone B und
eine sich wiederum daran anschließende Kühlzone K. Die Aufheizzone A ist untergliedert
in einen Anwärmabschnitt A1, eine Schwelabschnitt A2 und einen Aufheizabschnitt
A3.
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In dem Diagramm unter der Darstellung des Tunnelofens sind die Temperaturen
t der Rohlinge und der Gasströme über der Länge x der Aufheizzone A dargestellt.
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Wie sich aus dem Diagramm ergibt, erwärmen sich die Rohlinge im Anwärmabschnitt
A1 der Aufheizzone A von 200C auf 2500C. Bei der zuletzt angegebenen Temperatur
beginnt in der Regel die Entstehung der Schwelgase aus den ausgasenden Substanzen.
Im Schwelabschnitt A2 der Aufheizzone A erwärmen sich die Rohlinge langsam weiter
bis auf 3500C. Bei dieser Temperatur ist der Schwelvorgang in der Regel abgeschlossen.
Im sich dann anschließenden Aufheizabschnitt A3 der Aufheizzone A erwärmen sich
die Rohlinge auf über 80000, d. h.
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also bis auf die Temperatur, mit der sie in die Brennzone B einfahren.
Der Temperaturbereich des Schwelabschnittes A2 der Aufheizzone A muß natürlich den
verwendeten ausgasenden Substanzen angepaßt werden. Wesentlich ist, daß vor dem
Schwelabschnitt A2 die Temperatur noch so niedrig sein muß, daß keine Verschwelung
der Substanzen auftritt und am Ende der Schwelabschnittes A2 alle Schadstoffe emittierenden
Schwelvorgänge abgeschlossen sind.
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Die Wärme für den Tunnelofenprozeß wird im wesent-
lichen
von in der Brennzone B angeordneten Heizbrennern 3 erzeugt, deren Verbrennungsgase
zusammen mit in der Kühlzone K erwärmter Luft im Gegenstrom zu den Rohlingen durch
den Tunnel 1 strömen. Der Gesamtstrom der Verbrennungsgase ist in der Zeichung mit
dem Bezugszeichen 4 bezeichnet.
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Der Gesamtstrom 4 der Verbrennungsgase wird in Durchlaufrichtung der
Rohlinge gesehen unmittelbar hinter dem Schwelabschnitt A2 in einen Hauptstrom 5
und einen Teilstrom 6 unterteilt. Der Hauptstrom 5, der den größten Teil der Verbrennunggase
umfaßt, wird über einen Abgang 7 in einen Umgehungskanal 8 geleitet, der den Schwelabschnitt
A2 überbrückt und vor Beginn des Schwelabschnittes A2 wieder in den Tunnel 1 einmündet.
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Der Teilstrom 6, der den verbleibenden Rest der Verbrennungsgase umfaßt,
wird direkt in den Schwelabschnitt A2 geleitet und belädt sich dort mit den aus
den ausgasenden Substanzen entstehenden Schwelgasen.
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Der mit den Schwelgasen beladene Teilstrom 6 wird über einen im Anfangsbereich
des Schwelabschnittes A2 befindlichen Abgang 9 vollständig aus dem Tunnel 1 abgesaugt
und in einen Verbindungskanal 10 gegeben, der in der Brennzone B im Bereich der
Heizbrenner 3 wieder in den Tunnel 1 einmündet. Dort werden die im Teilstrom 6 enthaltenen
Schwelgase vollständig verbrannt.
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Dem Hauptstrom 5 kann vor oder am Wiedereintritt in den Tunnel 1 über
eine Gaszuführung 11 Kühl luft zugeführt werden, durch welche der Hauptstrom soweit
heruntergekühlt wird, daß seine Temperatur nicht allzu hoch über der Temperatur
der Rohlinge am Ende des Anwärmabschnittes A1 liegt. Auf diese Weise wird eine
Überhitzung
der Rohlinge in diesem Bereich vermieden, die zu AufheizschLiden oder zu einer vorzeitigen
Ausgasung der ausgasenden Substanzen führen könnte.
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Wie aus der Zeichnung weiterhin ersichtlich ist, kann zwischen dem
Anwärmabschnitt A1 und dem Schwelabschnitt A2 der Aufheizzone A eine gasdichte Absperrung
12 vorgesehen sein, die den Durchtritt von Gas verhindert, den Durchtritt der Rohlinge
allerdings zuläßt.
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Eine ähnliche Absperrung 13 kann zwischen dem Ende des Schwelabschnittes
A2 und dem Anfang des Aufheizabschnittes A3 der Aufheizzone A angeordnet sein. In
diesem Falle ist für den Teilstrom 6 der Verbrennungsgase eine Uberbrückungskanal
14 vorgesehen, der diese Absperrung 13 überbrückt.
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In dem Diagramm sind außer den Temperaturen auch die Massenverhältnisse
L/Z des pro Zeiteinheit durchtretenden Gases und der pro Zeiteinheit durchtretenden
Formlinge angegeben. Dieses Massenverhältnis liegt bei dem gewählten Beispiel in
der Brennzone und im Aufheizabschnitt A3 der Aufheizzone bei 1. Im Schwelabschnitt
A2 beträgt es vorzugsweise etwa 0,3. Im Anwärmabschnitt A1 beträgt es aufgrund der
hier vorgenommenen Zumischung der Kühlluft vorzugsweise etwa 1,3.
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Die im Aufheizabschnitt A3 und der Brennzone entstehenden anorganischen
gasförmigen Fluorverbindungen schlagen sich im Anwärmabschnitt A1 auf den noch kühlen
Rohlingen nieder und gehen dort zu einem großen Teil relativ temperaturbeständige
und physiologisch unbedenkliche Verbindungen ein. Auf diese Weise werden ausreichend
große Mengen der Fluorverbindungen
kontinuierlich aus den Verbrennungsgasen
entfernt.
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Im Einlaufbereich des Tunnels werden die dort ankommenden auf etwa
150 0C abgekühlten Verbrennungsgase abgezogen und über einen Kanal 15 einem nicht
dargestellten Kamin zugeführt.
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Alternativ kann der mit Schwelgasen beladene Teilstrom 6 auch über
den in Fig. 1 in gestrichelten Linien dargestellten Kanal 10a einer Nachverbrennungsanlage
16 zugeführt werden.
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- Ansprüche -
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