DD260271A1 - Verfahren zum thermischen konditionieren einer silikatischen schmelze in einem speiserkanal - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum thermischen Konditionieren einer silikatischen Schmelze in Speiser- oder Zufuehrungskanaelen durch Kuehlen mit Luft, insbesondere in Kanaelen mit hohem Druchsatz, deren Breite mindestens das Dreifache der Schmelzenhoehe betraegt, wobei die Kuehlung am Kanalboden und im Oberbau erfolgt und die Kuehlluftmenge nach einer Schmelzentemperatur des Kuehlabschnittendes beeinflusst wird. Erfindungsgemaess wird die Kuehlluft durch einen Kuehlmodul am Boden geleitet, wodurch 80% der Bodenflaeche gekuehlt werden, dann wird sie durch Oeffnungen, beispielsweise verdrallt, in den Oberbau gefuehrt und durch mindestens eine Oeffnung in der Kanalabdeckung gelangt sie in einen Ableitungskanal zur Sekundaerwaermenutzung. Die Waermestroeme durch den Kanalboden und an der Schmelzenoberflaeche verhalten sich wie 1:1 bis 1:2. Figur

Description

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Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum thermischen Konditionieren einer silikatischen Schmelze in einem Speiser- oder Zuführungskanal durch Kühlen mit Luft, insbesondere in Kanälen mit hohem Durchsatz von größer 20t/d, deren Breite mindestens das Dreifache der Schmelzenhöhe im Kanal beträgt, wobei die Kühlung am Kanal boden und oberhalb der Schmelze erfolgt und die Kühlluftmenge nach einer am Ende des Kühlabschnittes des Kanals gemessenen Schmelzentemperatur beeinflußt wird.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Werden silikatische oder ähnliche Schmelzen, z. B. Glas, in einem Ofen geschmolzen und geläutert und anschließend einer Verarbeitung durch einen Speiser- oder Zuführungskanal zugeführt, ist es unumgänglich, die Temperatur der Schmelze auf die Verarbeitungstemperatur abzusenken. Bei hohem Schmelzendurchsatz durch den Kanal wird zur Unterstützung der Wärmeabfuhr durch das Feuerfestmaterial des Kanals eine Zwangskühlung mittels umgewälzter Luft oder durch Abstrahlung vorgesehen.

Die thermische Beeinflussung geschieht hierbei am vorteilhaftesten, wenn die Glasschmelze in möglichst dünner, breiter Schicht durch den Speiserkanal fließt. Die seitliche Kühlung entfällt dann, es ist eine gute seitliche Wärmeisolierung vorzusehen.

Der Abbau noch vorhandener oder entstehender Temperaturgradienten und die Angleichung an die Verarbeitungstemperatur wird nicht ohne zusätzliche Beheizung im Kanal erreicht. Zur Verminderung dieses Energieeinsatzes ist die Abkühlung also möglichst gleichmäßig, dosiert und steuerbar vorzunehmen.

Das Abkühlen der Schmelze durch Einblasen von Luft durch trompetenförmige Öffnungen mit einem Drallerzeuger in den Seitenwänden des Oberbaues des Kanals, ist aus DDR-WP 225125 bekannt. Strömungsleitflächen unterhalb der Öffnungen sollen eine direkte Einwirkung der Kühlluft auf die Schmelzenoberfläche verhindern. Am Ende des Kühlabschnitts entweicht die Luft durch Deckenöffnungen.

Um die direkte Einwirkung der Kühlluft auf die Schmelzenoberfläche zu verhindern, ist es aus DE-OS 3436976 auch bekannt, die Kühlluft durch keilförmige Ausschnitte zwischen in den Kanal ragenden Feuerblöcken und der Kanalabdeckung einzuführen. Sie entweicht durch eine Vielzahl von Deckenöffnungen, die mit steuerbaren Klappen versehen sind.

Eine weitere gezielte Kühlluftführung ist aus DE-PS 2410763 bekannt. Hierbei erfolgt eine Ventilation des Kanals in Längsrichtung, mittels eines entlang der Längsachse durch dessen Mittelteil geleiteten Luftstromes. Wiederum sollen Vorsprünge, in Längsrichtung an der Kanalabdeckung vorgesehen, die Kühlluft in gewünschter Weise leiten.

Alle diese Lösungen können nicht vollständig vermeiden, daß Kühlluft in direktem Kontakt mit der Schmelzenoberfläche kommt und diese unerwünscht stark, bis zur Kalthautbildung, abkühlt.

Auch durch das Steuern der Kühlluftmenge in zwei Kanalabschnitten bei dem aus DE-OS 2340220 bekannten Verfahren zum Einstellen und Stabilisieren der Temperatur, sind diese Nachteile nicht zu beseitigen. Der Meßwert jeweils einer Schmelzentemperatur, nahe dem Kanalboden am Kanalabschnittende, wird je einem Kühlluftregler aufgeschaltet.

Die Kühlluft tritt durch in den Kanalwänden oberhalb der Brenner angeordnete Belüftungsdüsen ein und verläßt den Kanal durch eine Vielzahl von Abzügen im Inneren des Gewölbes. Es sind daher auch Bodenkühlungen in Gebrauch gekommen. So sind bei der aus DE-OS 3430916 bekannten Speiserrinne Kühlrohre in dem bzw. unter dem erhabenen, sich längs der Speiserrinne erstreckenden Mittelteil angeordnet. Durch die Verringerung der Schmelzenhöhe in der Speiserrinnenmitte, in Verbindung mit der gegebenenfalls vorhandenen Bodenkühlung, wird zwar eine Vergleichmäßigung des Temperaturprofils quer zur Fließrichtung erreicht, jedoch keine wirksame Kühlung der gesamten Schmelze auf die erforderliche Temperatur.

Die Verbindung einer Kanalbodenkühlung mit der Kühlung oberhalb der Schmelze ist aus DE-OS 3119816 bekannt.

Nach Passieren einer Schnellkühlzone tritt die Schmelze in eine Feinkühlzone ein, in der durch Kühlen, Heizen und Zwangsführung der Schmelze eine thermische Homogenisierung erreicht werden soll. Nach der in einer dritten, der Rührzone, gemessenen Schmelzentemperatur wird die Gesamtkühlluftmenge durch Beeinflussung der Ventilatordrehzahl gesteuert. Die Aufteilung der Kühlluft auf diemäanderförmigen Kühlkanäle im Kanalboden und in der Kanalabdeckung wird durch Drosselklappen manuell so eingestellt, daß am Kanalboden und an der Kanalabdeckung etwa gleiche Temperaturen gemessen werden.

Nachteilig ist hierbei die eingeschränkte Kühlwirkung, da der Kühlkanal nur auf einen Teil des Kanalbodens beschränkt ist und die Kühlung nur indirekt oberhalb der Schmelze wirkt, was zudem eine zeitverzögerte Beeinflussung bei der Steuerung der Temperatur der Schmelze bedeutet und einen hohen Energieaufwand für die Erzeugung großer Kühlluftmengen bedeutet.

Die gesamte Anordnung und Steuerung ist zudem sehr aufwendig.

Alle bekannten Kühlverfahren sind darüber hinaus insoweit energieaufwendig, weil die Temperatur der den Kanal verlassenden, erwärmten Kühlluft für eine Sekundärwärmenutzung wenig geeignet, da zu gering, ist.

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, das Verfahren zum thermischen Konditionieren einer silikatischen Schmelze in einem Speiser- oder Zuführungskanal ökonomischer zu gestalten.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei dem Verfahren zum thermischen Konditionieren der Schmelze durch Kühlen, wobei die Kühlung am Kanalboden und oberhalb der Schmelze erfolgt und die Kühl luftmenge nach einer Schmelzentemperatur gesteuert wird, die Kühlwirkung hinsichtlich der Intensität und dem Zeitverhalten ohne Nachteile für die thermische Homogenität zu verbessern sowie günstige Bedingungen für eine Sekundärwärmenutzung zu schaffen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kühlluft unterhalb der Schmelze, getrennt von dieser durch wärmeleitendes Material, durch einen Kühlmodul strömt, dabei längsachsensymmetrisch mindestens 80% der Bodenfläche der Schmelze im Kühlabschnitt des Kanals von der Kühlung erfaßt wird und daß die den Kühlmodul verlassende, erwärmte Kühlluft wärmeisoliert zum Oberbau des Kühlabschnittes des Kanals geleitet wird. Durch eine oder mehrere Öffnungen wird diese Kühlluft in den Raum zwischen Schmelze und Kanalabdeckung in an sich bekannter Weise, beispielsweise verdrallt, so eingeleitet, daß sie vornehmlich am Oberbau entlangströmt und diesen kühlt. Die Kühlluft gelangt durch mindestens eine Öffnung in der Abdeckung des Kühlabschnittes des Kanals in einen Ableitungskanal. Schließlich verhält sich der Wärmestrom durch den Kanalboden zu dem Wärmestrom an der Schmelzenoberfläche wie 1:1 bis 1:2.

Nach weiteren Merkmalen der Erfindung wird die Schmelzentemperatur nahe der Oberfläche der Schmelze in einer Tiefe von höchstens einem Drittel der Schmelzenhöhe im Kanal gemessen. Die Kühlluft verläßt den Kühlabschnitt durch Öffnungen an einem oder beiden Enden des Kühlabschnittes und/oder der Mitte des Kühlabschnittes. Wärmeisoliert wird sie durch den Ableitungskanal einer Sekundärwärmenutzungseinrichtung, beispielsweise einem Wärmetauscher, zugeleitet. Das Verhältnis der Wärmeströme ist, beispielsweise durch konstruktive Maßnahmen, fest eingestellt.

Der Vorteil einer solchen Kühlung besteht in der Kombination von indirektem Wärmeentzug am Kanalboden mit dem direkten Entzug von Wärme im Oberbau des Kanals ohne aufwendige Regeleinrichtungen. Dabei ist gewährleistet, daß keine zu schroffe Abkühlung der Schmelzenoberfläche erfolgt; Kalthautbildung und das Entstehen ungünstiger Temperaturgradienten werden verhindert. Im nachfolgenden Kanalabschnitt werden keine komplizierten Beheizungs- und Regeleinrichtungen und weniger Energieaufwand zur Temperaturhomogenisierung benötigt. Qualitätsminderungen der Schmelze durch zeitverzögertes Einwirken auf deren Temperatur unterbleiben.

Die den Kühlabschnitt des Kanals verlassende Kühlluft weist eine genügend hohe Temperatur für eine effektive Sekundärwärmenutzung auf.

Ausführungsbeispiei

Die Erfindung wird anhand der schematischen Darstellung des Querschnittes eines Speiserkanals beispielsweise erläutert. Die Schmelze 1 strömt durch einen Speiserkanalabschnitt — den Kühlabschnitt—,der aus den relativ dünnen, gut wärmeleitenden Bodenplatten 3, den Kanalseitenwänden 2 und dem aus den Oberbauseitenwänden 15 und der Kanaldecke 6 bestehenden Oberbau gebildet wird. Der gesamte Speiserkanal ist von Wärmedämmstoff 5 umgeben.

Die Kühlluft wird in einem Gebläse 12 verdichtet und strömt durch ein Stellventil 13 und die Rohrleitung 9'in den Kühlmodul 4, durch den sie in geeigneter Weise hindurchgeleitet wird und Wärme aus dem unteren Teil des Schmelzenstromes aufnimmt.

Symmetrisch zur Kanallängsachse werden mindestens 80% der Bodenfläche des Schmelzenstromes im Kühlabschnitt des Speiserkanals gekühlt.

Die erwärmte Külluft strömt aus dem Kühlmodul 4 durch eine Rohrleitung 9, die von der Isolierung 10 umgeben ist, in die Kühllanze 8, aus der sie verdrallt ausströmt und dabei den Kühldüsenstein 7 und die angrenzenden Kanaldecken- und Oberbauseitenwandflächen abkühlt. Dabei nimmt sie weitere Wärme auf, die aus den oberen Schichten der strömenden Schmelze 1 auf den Oberbau abgestrahlt wird. Entlang des Kühlabschnittes des Speiserkanals sind abhängig von der Kühlleistung mehrere Kühldüsensteine 7 angeordnet. Auch die bekannte Anordnung solcher Kühlöffnungen in der Oberbauseitenwand 15 ist anwendbar.

Die so zweifach erwärmte Kühlluft verläßt den Speiserkanal durch mindestens eine, nicht dargestellte Öffnung in der Kanaldecke 6, um in einem Ableitungskanal einem Wärmetauscher zugeführt zu werden. Wiederum abhängig von der Speiserkanalgröße und somit dem Schmelzendurchsatz wird die Kühlluftaustrittsöffnung in der Kanaldecke an einem Ende, an beiden Enden oder in der Mitte des Kühlabschnittes angeordnet bzw. eine kombinierte Anordnung dieser Öffnungen vorgesehen.

Die Wärmeströme von der Schmelze durch den Kanalboden und an der Schmelzenoberfläche zum Oberbau stehen in einem vorbestimmten, festen Verhältnis von 1:1 bis 1:2. Aufwendige Einstellvorrichtungen und -vorgänge werden vermieden, indem durch entsprechende Bemessung der Speiserkanal- und Kühlmodulteile dieses Verhältnis eingestellt wird.

Eine Anpassung der Kühlwirkung wird durch die Steuerung der Kühlluftmenge vorgenommen. Ein an der Abströmseite des Kühlabschnittes vorgesehener Temperaturmeßwertgeber 11 bestimmt die Schmelzentemperatur in Oberflächennähe. Wird eine Schmelzentemperatur aus dem oberen Drittel der Schmelzenhöhe im Speiserkanal gemessen und zur Steuerung des Stellventils 13 benutzt, werden optimale Kühl- und Homogenisierungswirkungen erreicht. Der Kühlabschnitt des Speiserkanals wird vervollständigt durch Öffnungen 14 in den Oberbauseitenwänden 15. Zum Anfahren des Aggregates oder für den Haltebetrieb ohne Schmelzendurchsatz durch den Speiserkanal werden die in diesen Öffnungen 14 installierten, nicht dargestellten Hilfsbrenner gezündet.

Der besondere Vorteil des Verfahrens kommt bei Speiserkanälen mit hohem Durchsatz zur Wirkung. Wird bei einem Speiserkanal mit einem Durchsatz von 75t/d die Temperatur der mit 1 250⁰C aus dem Schmelzofen kommenden Schmelze auf die Verarbeitungstemperatur von 1100°C abgesenkt, so fällt eine Kühlleistung von etwa 175 kW an. Statt bisher auf ca. 500⁰C, wird die Kühlluft nunmehr auf etwa 75O⁰C erwärmt.

Claims (5)

1. Verfahren zum thermischen Konditionieren einer silikatischen Schmelze in einem Speiser- oder Zuführungskanal durch Kühlen mit Luft, insbesondere in Kanälen mit hohem Durchsatz von größter 20t/d, deren Breite mindestens das Dreifache der Schmelzenhöhe im Kanal beträgt, wobei die Kühlung am Kanalboden und oberhalb der Schmelze erfolgt und die Kühlluftmenge nach einer am Ende des Kühlabschnittes des Kanals gemessenen Schmelzentemperatur beeinflußt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlluft unterhalb der Schmelze, getrennt von dieser durch wärmeleitendes Material, durch einen Kühlmodul strömt und dabei längsachsensymmetrisch mindestens 80% der Bodenfläche der Schmelze im Kühlabschnitt des Kanals von der Kühlung erfaßt wird, daß die den Kühlmodul verlassende, erwärmte Kühlluft wärmeisoliert zum Oberbau des Kühlabschnittes des Kanals geleitet wird und durch eine oder mehrere Öffnungen in den Raum zwischen Schmelze und Kanalabdeckung in an sich bekannter Weise, beispielsweise verdrallt, so eingeleitet wird, daß sie vornehmlich am Oberbau entlangströmt und diesen kühlt, daß die Kühlluft durch mindestens eine Öffnung in der Abdeckung des Kühlabschnittes des Kanals in einen Ableitungskanal gelangt und daß sich der Wärmestrom durch den Kanalboden zu dem Wärmestrom an der Schmelzenoberfläche wie 1:1 bis 1:2 verhält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzentemperatur nahe der Oberfläche der Schmelze in einer Tiefe von höchstens einem Drittel der Schmelzenhöhe im Kanal gemessen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlluft den Kühlabschnitt durch Öffnungen an einem oder beiden Enden des Kühlabschnittes und/oder der Mitte des Kühlabschnittes verläßt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Wärmeströme fest, beispielsweise durch konstruktive Maßnahmen, eingestellt ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlluft durch den Ableitungskanal wärmeisoliert zu einer Sekundärwärmenutzungseinrichtung, beispielsweise einem Wärmetauscher, geleitet wird.