EP2504287A2 - Verfahren und vorrichtung zum entwässern und vorwärmen von gemenge für glasschmelzanlagen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum entwässern und vorwärmen von gemenge für glasschmelzanlagen

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Publication number
EP2504287A2
EP2504287A2 EP10803223A EP10803223A EP2504287A2 EP 2504287 A2 EP2504287 A2 EP 2504287A2 EP 10803223 A EP10803223 A EP 10803223A EP 10803223 A EP10803223 A EP 10803223A EP 2504287 A2 EP2504287 A2 EP 2504287A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heating elements
container
mixture
glass melting
heating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10803223A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Lindig
Lothar Rott
Karl Bonfig
Volker Müller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beteiligungen Sorg GmbH and Co KG
Original Assignee
Beteiligungen Sorg GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beteiligungen Sorg GmbH and Co KG filed Critical Beteiligungen Sorg GmbH and Co KG
Publication of EP2504287A2 publication Critical patent/EP2504287A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B3/00—Charging the melting furnaces
    • C03B3/02—Charging the melting furnaces combined with preheating, premelting or pretreating the glass-making ingredients, pellets or cullet
    • C03B3/023—Preheating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/50—Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping

Definitions

  • the invention relates to a method for the thermal dewatering and preheating of water-containing mixture for the feeding of glass melting plants during passage through a shaft-shaped container, which is provided with stacked heating elements arranged one above the other for the supply of heat.
  • the feed contains calcined soda. Below 32 ° C the decahydrate (Na 2 CO 3 10H 2 O) is stable.
  • the monohydrate gives off the water of crystallization again and turns z.T. at least into another crystal structure (cubic).
  • the formation of hydrate is exothermic, the release again endothermic.
  • the exothermic conversion can be clearly measured during the mixing process.
  • the temperature in the mixer increases with the addition of about 18% soda and 10% water from about 25 ° C to about 40 ° C.
  • the heating is contrary to the hydration.
  • the re-emerging moisture from the batch mixture is tangible and can be considered as a cause for the sticking of the batch.
  • a shaft-shaped heat exchanger for the preheating of particulate glass batch for glass melting furnace is known to be passed through the flue gases from the Ofenbesammlungung in alternating and meandering horizontally right flue gas ducts.
  • the heat exchanger has numerous vertical and rectangular in cross-section Schmelzgutkanäle that - cross-intersect - with the flue gas channels and are connected by openings in the channel walls such that water vapor sucked from the vertical Schmelzgutkanälen in the transverse direction and the entry of flue gases are prevented in the Schmelzgutkanäle should.
  • the invention is therefore based on the object to provide a method and an apparatus with which it is possible to heat the feed of glass melting plants by means of the usual exhaust gases in preheaters with separate guides of exhaust gases and feed without the feed material glued in the preheaters or agglomerated.
  • the top-level heating elements are closed to the batch and kept at temperatures of at least 100 ° C,
  • the mixture is brought on its way through the container by further heating elements to temperatures up to the vicinity of the feed temperature for the glass melting plant.
  • the mixture is applied in the region of the uppermost heating elements and kept in a free-flowing state by movement in a temperature range between 30 ° C and 100 ° C,
  • the mixture is distributed over an area that is at least approximately equal to the total available cross-sectional area of the container,
  • the mixture is passed through a tiered array of polygonal heating elements
  • the heating elements are flowed through in at least part of the floors in opposite directions from the exhaust gases.
  • the invention also relates to a device for the thermal dewatering and preheating of water-containing mixture for the feeding of glass melting plants while passing through a shaft-shaped container which is provided with heating elements arranged on top of each other for the supply of heat.
  • such a device is characterized in that
  • top heating elements are connected to a regulator for maintaining temperatures between 30 ° C and 100 ° C,
  • a part of the heating elements located in the following floors is designed to be open at the bottom, at least the heating elements of the upper floors have a polygonal cross section, the longest axes of this cross section are vertically aligned, the heating elements lower levels have a roof-shaped cross-section and are open at the bottom, above the top floor of the heating elements, a sensor is arranged by the charging process is controllable for the mixture, for the emptying process at the lower end of the container a metering device is arranged in the container an inner support is angeodnet in which the heating elements are mounted rigidly and sealed, and when the inner support is connected to a vibrator through which the heating elements be suspended relative to the container in vibration, the inner support is suspended from a horizontal cross member, which is supported at both ends on springs, above the container a storage silo is arranged, in which the mixture can be metered, and from which it via a metering device in the Container for Dewatering and heating can be drained, the metering of the storage silo
  • Figure 2 is a section along a vertical center plane
  • Figure 3 is an enlarged view similar to Figure 2, in the
  • Figure 4 is a representation analogous to Figure 3, in addition
  • FIG. 5 shows a further development according to FIG. 1 without a mixture
  • FIG. 6 shows a section analogous to FIG. 5 at right angles thereto
  • Figure 7 shows a detail enlargement of Figure 5 with the
  • FIG. 9 shows different cross-sectional shapes of heating elements
  • Figure 10 is a modular arrangement of three stacked
  • Figure 1 1 a vertical section through the device according to
  • Figure 12 shows a combination of Figure 1 with an attached
  • FIG. 1 shows a section through a shaft-shaped container 1 along its vertical center plane, in which the axes of a plurality of horizontal heating elements 2 extend, which are connected in the form of meanders by U-shaped connecting pieces.
  • the heating elements 2 form a three-dimensional structure, in which three heating elements are arranged in five levels in the form of gratings one above the other.
  • At the upper end of the container 1 has a feed opening 3 and at the lower end of a metering device 4 with a cell wheel 4a. Subsequently, the feed is fed to a glass melting plant, which is not shown here.
  • the horizontal cross section of the container 1 may be cylindrical, but also polygonal, for example in the form of a square or rectangle.
  • a charging device 5 with a discharge element 5a is arranged, the delivery rate of which is regulated by a sensor 6.
  • the following is important here.
  • the sticking of the feed is prevented by the fact that this is applied above the top floor of the heating elements 2 in its largest cross-sectional area up to the container 1 maximum only up to the respective uppermost lines of the top heating elements 2. This ensures that the particles of the feed are kept in a constant relative movement in the downward movement in the critical temperature range between 30 ° C and 100 ° C to each other.
  • the feed material may advantageously also contain broken glass, preferably limited to a maximum of 50% by weight. Further details will be explained below with reference to Figures 3 and 4 in more detail.
  • the sensor 6 can be supplied with the following signals: Known are mechanical and piezoelectric level indicators and those that operate on the basis of a radar measurement. Depending on the setting of upper and lower limits for these measurements, the call to the charging device 5 takes place either to operate or to end the charging.
  • FIGS. 3 and 4 show heating elements 2 with a circular cross section and FIG. 4 shows heating elements with a rhombic cross section.
  • the load is shown by rough hatching for the sake of simplicity.
  • the interfaces G show surface profiles between the bed of the feed fed in the direction of the upper arrows B and the gas or vapor atmosphere above.
  • the feed can be carried out stationary or by alternating transverse movements of the charging device 5.
  • the uppermost lines of the heating elements lie in a virtual horizontal and flat envelope surface H, and the interface G lies below. This explains the relative spatial position of the top particles or granules of the feed, which is predetermined by a predetermined ratio of feed amount and withdrawal amount per unit time - also constructive by control mechanisms - in the direction of the arrows T.
  • the traverse 8 is supported at both ends on springs 9.
  • the inner support 7 and with it the heating elements 2 are connected to a vibrator 10, by means of which the lattice structure of all heating elements 2 can be put into vibration.
  • the vibration frequency can be selected between 500 and 3000 Hz and continues to counteract adhesion.
  • FIG. 7 shows an enlargement of the detail from FIG. 5 with the representation of additional details while continuing the previous numbering.
  • the heating elements 2 are fixedly and gastightly connected to the cage 7, but elastically and gas and dust-tight by means of elastic sealing elements 14 passed through an additional inner wall 1 a of the container 1.
  • the gap 1 b ensures a parallel and uniform supply of the heating elements 2 with the fuel gas from the furnace.
  • FIG. 9 shows different cross-sectional shapes of heating elements 2 and 11.
  • the heating elements 2 In the upper area, the heating elements 2 have a closed diamond-shaped cross-section, in which the longest symmetry axes are perpendicular.
  • the heating elements 2 receive the dissipative effect of roofs. They are closed on the circumference to prevent the entry of water vapor from the combustion exhaust gases into the feed at this point.
  • the following dimensions have proved suitable:
  • A 100 to 400 mm
  • the heating elements 1 1 can be open at the bottom.
  • the following dimensions have proved suitable:
  • ß 20 to 40 degrees (so-called roof angle).
  • the number depends on the size of the container. 1
  • Figures 10 and 1 1 show a modular arrangement of three stacked containers 1 according to the upper part of Figure 9.
  • a vertical section through the device of Figure 10 is shown at right angles thereto.
  • the leadership of the hot gases changes after flowing through each of three floors, each with twelve closed on the circumference of heating elements 2, which is indicated by arrows.
  • the uppermost module contains the so-called drying area, the two lower modules are used for preheating up to the feed temperature of the subsequent glass melting furnace.
  • FIG. 12 shows again a combination of FIG. 1 with an attached storage section 12, once again updating the previous reference symbols.
  • This is loaded in an analogous manner from a charging device 5 with a discharge element 5a, as shown in FIG a sensor 6 controlled, but with a different timing: So the Stützssiio 12 can be charged at intervals up to hours.
  • the storage compartment 12 also has at its lower end a metering device 13 with a cell wheel 13a. This is also controlled by a sensor 6 in an analogous manner as the subject matter of Figures 1 and 2. In the reliesssiio 12 can also be carried out a preheating of the batch.
  • An essential element of the invention is the extremely thin, distributed over a large cross-sectional area layer of the mixture in the region of the uppermost heating elements.
  • the subsequent drying area may extend over 0.2 m to 0.5 m into the depth. This is followed by further heating up to the charging temperature for the Melting furnace.
  • the said cross-sectional area extends over the entire inner cross-section of the container 1.
  • Exemplary embodiment With a production quantity of 300 tons of glass per day, there is a demand for raw materials of 326 tons per day with a shard addition of 50%.
  • the raw material requirement amounts to 176 tons per day.
  • the contents of the storage silo 12 here is 150 tons, and its loading takes place every 2 hours.
  • the waste of the silo content after 2 hours is 27 tons, the bulk density of the raw materials 1, 1 tons / m 3 .
  • the silo height is 13 m
  • the silo surface is 10 m 2 .
  • the drop in the fill level in the silo is 2.5 m after 2 hours.
  • the storage silo 12 may also be referred to as a "buffer silo", and its capacity may, for. B. reduced to 50 tons. The feed is then every 2 hours after a drop in the content of 27 tons.
  • the particles of the batch may be agglomerates and / or granules.
  • the agglomerates are a technically produced aggregation of individually present grains.
  • the granules are generally a powdery, easily pourable solid.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)
  • Glass Melting And Manufacturing (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum thermischen Entwässern und Vorwärmen von wasserhaltigem Gemenge für die Beschickung von Glasschmelzanlagen während des Durchleitens durch einen schachtförmigen Behälter (1), der mit etagenweise übereinander angeordneten Heizelementen (2) für die Zufuhr von Wärme versehen ist. Zur Lösung der Aufgabe, das Beschickungsgut mittels der üblichen Abgase in Vorwärmern mit getrennten Führungen von Abgasen und Beschickungsgut aufzuheizen, ohne dass das Beschickungsgut in den Vorwärmern verklebt bzw. agglomeriert, wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass a) die in der obersten Etage liegenden Heizelemente (2) gegenüber dem Gemenge geschlossen sind und auf Temperaturen von mindestens 100°C gehalten werden, b) die Grenzfläche (G) zwischen der Schüttung des Gemenges und der Atmosphäre über der Schüttung durch die in der obersten Etage angeordneten Heizelemente (2) derart profiliert und beheizt wird, dass ein Teil der Wärmeleistung an die Atmosphäre über der Schüttung abgegeben wird, und dass c) das Gemenge auf seinem weiteren Wege durch den Behälter (1) durch weitere Heizelemente (2) auf Temperaturen bis in die Nähe der Beschickungstemperatur für die Glasschmelzanlage gebracht wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Entwässern und Vorwärmen von Gemenge für Glasschmelzanlagen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum thermischen Entwässern und Vorwärmen von wasserhaltigem Gemenge für die Beschickung von Glasschmelzanlagen während des Durchleitens durch einen schachtförmigen Behälter, der mit etagenweise übereinander angeordneten Heizelementen für die Zufuhr von Wärme versehen ist.
Auf dem Gebiet der Gasschmelztechnik wird bereits seit langer Zeit danach gesucht, das Verkleben von Beschickungsgut, meist in Form von Glasgemenge und Glasscherben, bei der Vorwärmung durch die Abgase der Glasschmelzanlage zu verhindern. Es hat sich jedoch gezeigt, dass spätestens nach einiger Betriebsdauer ein solches Verkleben eintritt, wodurch der kontinuierliche Betrieb unterbrochen wird. Man hat dabei durch die Führung der Rauchgase und des Beschickungsguts in getrennten Schächten oder Rohren dafür gesorgt, dass das wasserhaltige Rauchgas nicht in Berührung mit dem Beschickungsgut kommen kann. Dabei sind Schächte oder Rohre auch in parallelen oder sich kreuzenden Gitterstrukturen verwendet worden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass es auch hierbei immer wieder zu Verklebungen des Beschickungsguts gekommen ist.
Es hat sich bei Untersuchungen gezeigt, dass das Verkleben oder Agglomerieren des Beschickungsguts bei hohen Schüttungen über dem Bereich der obersten Rauchgasführung dort und ausgehend von der Behälterwand des Vorwärmers erfolgt. Offensichtlich war hierfür immer wieder in den Vorwärmer eingedrungenes und/oder durch das Beschickungsgut eingeschlepptes Wasser verantwortlich, sei es durch die mitgeschleppte feuchte Luft im Beschickungsgut, sei es durch freies oder gebundenes Wasser im Beschickungsgut, das mindestens teilweise auch hygroskopische Eigenschaften hat.
Eine häufig verwendete Komponente Im Beschickungsgut ist kalzinierte Soda. Unterhalb von 32°C ist das Dekahydrat (Na2CO3 10H2O) stabil.
Oberhalb von 32°C geht das Dekahydrat in Heptahydrat (Na2CO3 7H2O) und Abgabe von 3H2O über. Oberhalb von 35°C geht das Heptahydrat in
Monohydrat (Na2CO3 1 H2O) unter Abgabe von 6H2O über. Oberhalb von
105°C gibt das Monohydrat das Kristallwasser wieder ab und wandelt sich z.T. zumindest in eine andere Kristallstruktur (kubisch) um. Die Hydratbildung (Anlagerung von Kristallwasser) ist exotherm, die Abgabe wieder endotherm. Die exotherme Umwandlung lässt sich deutlich während des Mischvorganges messen. Die Temperatur im Mischer steigt bei Zugabe von ca. 18% Soda und 10% Wasser von ca. 25°C auf ca. 40°C an. Die Erwärmung steht dabei der Hydratation entgegen. Die wieder austretende Feuchte aus der Gemengemischung ist fühlbar und kann als eine Ursache für das Verkleben des Gemenges angesehen werden.
Durch die DE 10 2008 030 161 B3 ist ein schachtförmiger Wärmetauscher für die Vorwärmung von partikelförmigem Glasgemenge für Glasschmelzöfen bekannt, durch den Rauchgase aus der Ofenbeheizung in alternierenden und mäandrierenden waag rechten Rauchgaskanälen geleitet werden. Der Wärmetauscher besitzt zahlreiche senkrechte und im Querschnitt rechteckige Schmelzgutkanäle, die sich - querverschoben - mit den Rauchgaskanälen kreuzen und durch Öffnungen in den Kanalwänden derart miteinander verbunden sind, dass Wasserdampf aus den senkrechten Schmelzgutkanälen in Querrichtung abgesaugt und der Eintritt von Rauchgasen in die Schmelzgutkanäle verhindert werden soll. Dabei ist jedoch nicht auszuschliessen, dass durch die Abstände der besagten Öffnungen in den Schachtwänden und durch die langen horizontalen Strömungswege innerhalb des Schmelzguts darin Feuchtigkeit zurückbleibt, die zu einem Verkleben der Partikel des Schmelzgutes und zu einer Blockierung des Nachschubs führt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen es möglich ist, das Beschickungsgut von Glasschmelzanlagen mittels der üblichen Abgase in Vorwärmern mit getrennten Führungen von Abgasen und Beschickungsgut aufzuheizen, ohne dass das Beschickungsgut in den Vorwärmern verklebt bzw. agglomeriert.
Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs angegebenen Verfahren erfindungsgemäss dadurch, dass
a) die in der obersten Etage liegenden Heizelemente gegenüber dem Gemenge geschlossen sind und auf Temperaturen von mindestens 100°C gehalten werden,
b) die Grenzfläche zwischen der Schüttung des Gemenges und der Atmosphäre über der Schüttung durch die in der obersten Etage angeordneten Heizelemente derart profiliert und beheizt wird, dass ein Teil der Wärmeleistung an die Atmosphäre über der Schüttung abgegeben wird, und dass
c) das Gemenge auf seinem weiteren Wege durch den Behälter durch weitere Heizelemente auf Temperaturen bis in die Nähe der Beschickungstemperatur für die Glasschmelzanlage gebracht wird.
Durch diese Lösung wird erreicht, dass das Beschickungsgut von Glasschmelzanlagen mittels der üblichen Abgase in Vorwärmern mit getrennten Führungen von Abgasen und Beschickungsgut aufgeheizt wird, ohne dass das Beschickungsgut in den Vorwärmern verklebt bzw. agglomeriert. Etwa mitgeschleppte Feuchtigkeit wird weitgehend von Anfang an nach oben hin aus dem Behälter ausgetrieben und kann auch nicht in das Abgas aus der Ofenbeheizung eindringen. Das gilt z.B. auch für von Glasscherben mitgeschlepptes Regen- oder Waschwasser. Insbesondere wird die früher übliche Säule aus Beschickungsgut über den obersten Heizeleementen vermieden, die auch durch Gravitationskräfte ein Verkleben begünstigte. Es ist im Zuge weiterer Augestaltungen des Verfahrens besonders vorteilhaft, wenn - entweder einzeln oder in Kombination - :
* zumindest der überwiegende Teil der Grenzfläche unterhalb einer virtuellen waagrechten Hüllfläche gehalten wird , die die Heizelemente auf ihren Oberseiten berührt,
* das Gemenge im Bereich der obersten Heizelemente aufgebracht und durch Bewegung in einem Temperaturbereich zwischen 30°C und 100°C in rieselfähigem Zustand gehalten wird,
* das Gemenge so über eine Fläche verteilt wird, die zumindest annähernd der gesamten verfügbaren Querschnittsfläche des Behälters entspricht,
* das Gemenge durch eine etagenförmige Anordnung von polygonalen Heizelementen hindurch geleitet wird,
* der Chargiervorgang für das Gemenge durch einen Sensor gesteuert wird, dessen Wirkung auf die freie Oberfläche des Gemenges innerhalb des Behälters ausgerichtet ist,
* der Entleerungvorgang des Behälters durch eine Dosiervorrichtung gesteuert wird,
* das Gemenge durch einen Innenträger geleitet wird, in dem die Heizelemente starr und abgedichtet gelagert sind, und dass der Innenträger durch einen Rüttler relativ zum Behälter in Vibrationen versetzt wird,
* das Gemenge zuerst in ein Vorratssilo eindosiert wird, aus dem es über eine Dosiervorrichtung in den Behälter zur Entwässerung und Aufheizung abgelassen wird, * die Dosiervorrichtung des Vorratssilos durch den Sensor für die Beschickung des Behälters gesteuert wird,
* durch die Heizelemente Abgase aus Heizbereichen der Glasschmelzanlage hindurch geleitet werden, und/oder, wenn:
* die Heizelemente in mindestens einem Teil der Etagen in Gegenrichtungen von den Abgasen durchströmt werden.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum thermischen Entwässern und Vorwärmen von wasserhaltigem Gemenge für die Beschickung von Glasschmelzanlagen während des Durchleitens durch einen schachtför- migen Behälter, der mit etagenweise übereinander angeordneten Heizelementen für die Zufuhr von Wärme versehen ist.
Zur Lösung der gleich Aufgabe und zur Erzielung der gleichen Vorteile ist eine solche Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass
a) zumindest die in der obersten Etage liegenden Heizelemente auf ihrem Umfang geschlossen ausgebildet sind und
b) mit ihren Querschnittsflächen in einer waagrechten Ebene liegen, die eine konstruktiv vorgegebene Grenzfläche zwischen dem Gemenge und der Atmosphäre über dem Gemenge schneidet, und dass c) diese obersten Heizelemente ausser mit dem Gemenge mit einem Teil ihrer Oberflächen in Wärmekontakt mit der Atmosphäre über dem Gemenge stehen.
Es ist im Zuge weiterer Augestaltungen der Vorrichtung besonders vorteilhaft, wenn - entweder einzeln oder in Kombination - :
* die obersten Heizelemente an einen Regler für die Einhaltung von Temperaturen zwischen 30°C und 100°C angeschlossen sind,
* ein Teil der in den nachfolgenden Etagen liegenden Heizelemente auf ihrem Umfang nach unten offen ausgebildet ist, zumindest die Heizelemente der oberen Etagen einen einen polygonalen Querschnitt haben, die längsten Achsen dieses Querschnitt senkrecht ausgerichtet sind, die Heizelemente unterer Etagen einen dachförmigen Querschnitt haben und nach unten geöffnet sind, über der obersten Etage der Heizelemente ein Sensor angeordnet ist, durch den der Chargiervorgang für das Gemenge steuerbar ist, für den Entleerungvorgang am unteren Ende des Behälters eine Dosiervorrichtung angeordnet ist, im Behälter ein Innenträger angeodnet ist, in dem die Heizelemente starr und abgedichtet gelagert sind, und wenn der Innenträger an einen Rüttler angeschlossen ist, durch den die Heizelemente relativ zum Behälter in Vibrationen versetzbar sind, der Innenträger an einer waagrechten Traverse aufgehängt ist, die sich an beiden Enden auf Federn abstützt, über dem Behälter ein Vorratssilo angeordnet ist, in den das Gemenge eindosierbar ist, und aus dem es über eine Dosiervorrichtung in den Behälter zur Entwässerung und Aufheizung ablassbar ist, die Dosiervorrichtung des Vorratssilos durch einen Sensor für die Beschickung des Behälters steuerbar ist, die Heizelemente an Abgasleitungen der Glasschmelzanlage für die Durchleitung von Abgasen aus Heizbereichen der Glasschmelzanlage angeschlossen sind, und/oder, wenn mehrere Gehäuse in Modulbauweise übereinander angeordnet sind. Ausführungsbeispiele und Weiterentwicklungen des Erfindungsgegenstandes und deren Wirkungsweisen und weitere Vorteile werden nachfolgend anhand der schematischen Figuren 1 bis 12 näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 einen Schnitt durch einen Behälter mit Gemenge entlang
einer senkrechten Mittenebene, in der die Achsen
mehrerer waagrechter Heizelemente verlaufen,
Figur 2 einen Schnitt entlang einer senkrechten Mittenebene, die
senkrecht zu derjenigen nach Figur 1 ausgerichtet ist,
Figur 3 eine vergrösserte Darstellung analog Figur 2, in der
zusätzlich Geometrien und Funktionen im Umfeld
zylindrischer Heizelemente dargestellt sind,
Figur 4 eine Darstellung analog Figur 3, in der zusätzlich
Geometrien und Funktionen im Umfeld rautenförmiger Heizelemente dargestellt sind,
Figur 5 eine Weiterentwicklung nach Figur 1 ohne Gemenge,
bei der die Heizelemente in analoger Raumlage in
einem beweglichen Innenträger gelagert sind,
Figur 6 einen Schnitt analog Figur 5 im rechten Winkel hierzu,
Figur 7 eine Ausschnittvergrösserung aus Figur 5 mit der
Darstellung zusätzlicher Details,
Figur 8 die Strömungswege im oberen Teil eines nicht mit
Gemenge gefüllten Behälters,
Figur 9 unterschiedliche Querschnittsformen von Heizelementen, Figur 10 eine Modulanordnung von drei aufeinander gestellten
Behältern gemäss dem oberen Teil von Figur 9,
Figur 1 1 einen senkrechten Schnitt durch die Vorrichtung nach
Figur 10 im rechten Winkel hierzu, und
Figur 12 eine Kombination von Figur 1 mit einem aufgesetzten
Vorratssilo.
In Figur 1 ist ein Schnitt durch einen schachtförmigen Behälter 1 entlang seiner senkrechten Mittenebene gezeigt, in der die Achsen mehrerer waagrechter Heizelemente 2 verlaufen, die in Form von Mäandern durch U-förmige Verbindungsstücke miteinander verbunden sind. Wie die Figuren 1 und 2 zeigen, bilden die Heizelemente 2 eine dreidimensionale Struktur, bei der jeweils drei Heizelemente in fünf Etagen in Form von Gittern übereinander angeordnet sind. Am oberen Ende besitzt der Behälter 1 eine Beschickungsöffnung 3 und am unteren Ende eine Dosiervorrichtung 4 mit einem Zellrad 4a. Anschliessend wird das Beschickungsgut einer Glasschmelzanlage zugeführt, die hier jedoch nicht dargestellt ist. Der waagrechte Querschnitt des Behälters 1 , kann zylindrisch, aber auch polygonal ausgebildet sein, beispielsweise in Form eines Quadrats oder Rechtecks. über der Beschickungsöffnung 3 ist eine Chargiereinrichtung 5 mit einem Austragselement 5a angeordnet, deren Förderleistung über einen Sensor 6 geregelt wird. Hierbei ist folgendes von Bedeutung. Das Verkleben des Beschickungsguts wird dadurch verhindert, dass dieses über der obersten Etage der Heizelemente 2 in dessen grösster Querschnittsfläche bis zum Behälter 1 hin maximal nur bis zu den jeweils obersten Linien der obersten Heizelemente 2 aufgetragen wird. Dadurch ist gewährleistet, dass die Partikel des Beschickungsguts bei dessen Abwärtsbewegung im kritischen Temperaturbereich zwischen 30°C und 100°C in einer ständigen Relativbewegung zu einander gehalten werden. Das Beschickungsgut kann hierbei vorteilhaft auch Glasscherben enthalten, vorzugsweise auf maximal 50 Gewichts-% begrenzt. Weitere Einzelheiten werden nachstehend anhand der Figuren 3 und 4 noch näher erläutert. Der Sensor 6 kann mit folgenden Signalen versorgt werden: Bekannt sind mechanische und piezoelektrische Füllstandsmelder und solche, die auf der Basis einer Radarmessung arbeiten. Je nach Einstellung von Ober- und Untergrenzen für diese Messungen erfolgt der Aufruf an die Chargiereinrichtung 5 entweder zum Betrieb oder zum Beenden der Chargierung.
Anhand der Figuren 3 und 4 werden die funktionalen Zusammenhänge mit den geometrischen Vorrichtungselementen näher erläutert, wobei die Figur 3 Heizelemente 2 mit Kreisquerschnitt und die Figur 4 Heizelemente mit Rautenquerschnitt zeigt. Das Beschickungsgut ist der Einfachheit halber durch grobe Schraffierung dargestellt.
Die Grenzflächen G zeigen Oberflächenprofile zwischen der Schüttung des Beschickungsguts, das in Richtung der oberen Pfeile B zugeführt wird, und der Gas- oder Dampfatmosphäre darüber. Die Beschickung kann stationär oder durch alternierende Querbewegungen der Chargiereinrichtung 5 erfolgen. Die obersten Linien der Heizelemente liegen in einer virtuellen waagrechten und ebenen Hüllfläche H, und die Grenzfläche G liegt darunter. Dies erläutert die relative Raumlage der obersten Partikel oder Granulate des Beschickungsguts, die durch ein vorgegebenes Verhältnis von Beschickungsmenge und Abzugsmenge pro Zeiteinheit - auch konstruktiv durch Regelmechanismen - in Richtung der Pfeile T vorgegeben ist.
Das Gemenge gleitet von den obersten Flächenelementen oder Kanten der Heizelemente 2 zunächst in Querrichtung ab und erzeugt eine Profilierung und ggf. auch eine Unterbrechung der Grenzfläche G. Diese Profilierung und die sich daraus ergebende relative Lage von Grenzfläche G zur Hüllfläche H ist die Voraussetzung dafür, dass die oberen Teilflächen aller oberen Heizelemente 2 in der Lage sind, einen Teil ihres gesamten Wärmeeintrages durch Konvektion in die Gas- oder Dampfatmosphäre des Behälters 1 einzubringen. Die Folge ist ein Fernhalten von Wasserdampf vom Eindringen in das Gemenge und das Aufsteigen von Wasserdampf, der durch das Gemenge eingeschleppt werden könnte. Die Figuren 5 und 6 zeigen eine Weiterentwicklung des Gegenstandes nach den Figuren 1 und 2, bei der die Heizelemente 2 in analoger Raumlage in einem Innenträger 7 gelagert sind. Dieser ist mit radialen Abständen in dem Behälter 1 an einer stabilen Traverse 8 aufgehängt und nach unten hin offen. Die Traverse 8 stützt sich an beiden Enden auf Federn 9 ab. Gemäss Figur 6 ist der Innenträger 7 und mit ihm die Heizelemente 2 mit einem Rüttler 10 verbunden, durch den die Gitterstruktur aller Heizelemente 2 in Vibration versetzbar ist. Die Schwingungsfrequenz kann zwischen 500 und 3000 Hz gewählt werden und wirkt auch weiterhin einer Verklebung entgegen.
Die Figur 7 zeigt unter Fortschreibung der bisherigen Bezifferung eine Ausschnittvergrösserung aus Figur 5 mit der Darstellung zusätzlicher Details. Die Heizelemente 2 sind fest und gasdicht mit dem Käfig 7 verbunden, aber elastisch sowie gas- und staubdicht mittels elastischer Dichtungselemente 14 durch eine zusätzliche Innenwand 1 a des Behälters 1 hindurchgeführt. Der Zwischenraum 1 b sorgt für eine parallele und gleichmässige Versorgung der Heizelemente 2 mit dem Heizgas aus der Ofenanlage.
Die Figur 8 zeigt - durch Pfeile angedeutet - die Strömungswege für das Beschickungsgut im oberen Teil eines hier nicht mit Gemenge gefüllten Behälters 1 . Die Figur 9 zeigt dagegen unterschiedliche Querschnittsformen von Heizelementen 2 und 11. Im oberen Bereich haben die Heizelemente 2 einen geschlossenen rautenförmigen Querschnitt, bei dem die längsten Symmetrieachsen senkrecht verlaufen. Dadurch erhalten die Heizelemente 2 die ableitende Wirkung von Dächern. Sie sind auf dem Umfang geschlossen, um an dieser Stelle den Eintritt von Wasserdampf aus den Verbrennungsabgasen in das Beschickungsgut zu verhindern. Folgende Abmessungen haben sich als geeignet erwiesen:
A = 100 bis 400 mm,
B = 50 bis 400 mm
C = 50 bis 400 mm
D = 50 bis 400 mm
α = 20 bis 40 Grad (sog. Dachwinkel) . Im unteren Bereich, in dem Verklebungen nicht zu befürchten sind, sind können die Heizelemente 1 1 nach unten hin offen sein. Folgende Abmessung haben sich als geeignet erwiesen:
E = 50 bis 250 mm
F = 50 bis 400 mm
G = 50 bis 400 mm
ß = 20 bis 40 Grad (sog. Dachwinkel) .
Die Anzahl richtet sich nach der Grösse des Behälters 1.
Die Figuren 10 und 1 1 zeigen eine Modulanordnung von drei aufeinander gestellten Behältern 1 gemäss dem oberen Teil von Figur 9. In Figur 1 1 ist ein senkrechter Schnitt durch die Vorrichtung nach Figur 10 im rechten Winkel hierzu dargestellt. Die Führung der Heizgase wechselt nach dem Durchströmen von jeweils drei Etagen mit je zwölf auf dem Umfang geschlossenen Heizelementen 2 ab, was durch Pfeile angedeutet ist. Das oberste Modul enthält den sog. Trocknungsbereich, die beiden unteren Moduln dienen der Vorwärmung bis hin zur Beschickungstemperatur des jeweils nachfolgenden Glasschmelzofens.
Die Figur 12 zeigt, wiederum unter Fortschreibung der bisherigen Bezugszeichen, eine Kombination von Figur 1 mit einem aufgesetzten Vorratssiio 12. Dieses wird in analoger Weise - wie in Figur 1 oben gezeigt - aus einer Chargiereinrichtung 5 mit einem Austragselement 5a beschickt, und zwar gleichfalls durch einen Sensor 6 gesteuert, allerdings mit einer anderen Zeitenfolge: So kann das Vorratssiio 12 in Zeitabständen bis zu Stunden beschickt werden. Das Vorratssiio 12 besitzt an seinem unteren Ende gleichfalls eine Dosiervorrichtung 13 mit einem Zellrad 13a. Auch dieses wird durch einen Sensor 6 in analoger Weise geregelt wie der Gegenstand der Figuren 1 und 2. In dem Vorratssiio 12 kann auch bereits eine Vorwärmung des Gemenges durchgeführt werden.
Wesentliches Element der Erfindung ist die äusserst dünne, über eine grosse Querschnittsfläche verteilte Schicht des Gemenges im Bereich der obersten Heizelemente. Der nachfolgende Trocknungsbereich kann sich je nach Grösse der Vorrichtung über 0,2 m bis 0,5 m in die Tiefe erstrecken. Danach folgt die weitere Aufheizung bis zur Chargiertemperatur für den Schmelzofen. Die besagte Querschnittsfläche erstreckt sich über den gesamten Innenquerschnitt des Behälters 1.
Ausführungsbeispiel: Bei einer Produktionsmenge von 300 Tonnen Glas pro Tag besteht ein Rohstoffbedarf von 326 Tonnen pro Tag mit einem Scherbenzusatz von 50 %. Der Rohgemengebedarf beträgt dabei 176 Tonnen pro Tag. Der Inhalt des Vorratssilos 12 beträgt hier 150 Tonnen, und seine Beschickung erfolgt alle 2 Stunden. Der Abfall des Siloinhalts nach 2 Stunden beträgt 27 Tonnen, die Schüttdichte der Rohstoffe 1 , 1 Tonnen/m3. Die Silohöhe beträgt 13 m, die Silogrundfläche 10 m2. Der Abfall des Füllstandes im Silo beträgt nach 2 Stunden 2,5 m.
Das Vorratssilo 12 kann auch als "Puffersilo" bezeichnet werden, und seine Kapazität kann z. B. auf 50 Tonnen reduziert werden. Die Beschickung erfolgt dann alle 2 Stunden nach einem Abfall des Inhalt von 27 Tonnen.
Die Partikel des Gemenges können Agglomerate und/oder Granulate sein. Bei den Agglomeraten handelt es sich um eine technisch hergestellte Zusammenballung von einzeln vorliegender Körnern. Bei den Granulaten handelt es sich im allgemeinen um einen pulverförmigen, leicht schüttbaren Feststoff.
Erfolgreiche Gemenqemischunq: Einwaage 1500 kg.
Komponente Formel prozentualer Anteil
(Gew.-%
Quarzsand Si02 57,221
Natriumcarbonat Na2C03 18,282
Feldspat 900S Na2O Al203 6Si02 5,667
Kalkstein Ca2032 4,022
Dolomit CaC03 MgC03 14,260
Natriumsulfat Na2SO4 0,548 Bezuqszeichenliste:
1 Behälter
1 a Innenwand
1 b Zwischenraum
2 Heizelemente
3 Beschickungsöffnung
4 Dosiervorrichtung
4a Zellrad
5 Chargiereinrichtung
5a Austragselement
6 Sensor
7 Innenträger
8 Traverse
9 Federn
10 Rüttler
11 Heizelemente
12 Vorratssilo
13 Dosiervorrichtung
13a Zellrad
14 Dichtungselemente
B Pfeile
G Grenzfläche
H Hüllfläche
T Pfeile

Claims

Patentansprüche:
Verfahren zum thermischen Entwässern und Vorwärmen von wasserhaltigem Gemenge für die Beschickung von Glasschmeizanlagen während des Durchleitens durch einen schachtförmigen Behälter (1 ), der mit etagenweise übereinander angeordneten Heizelementen (2) für die Zufuhr von Wärme versehen ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
a) die in der obersten Etage liegenden Heizelemente (2) gegenüber dem Gemenge geschlossen sind und auf Temperaturen von mindestens 100°C gehalten werden,
b) die Grenzfläche (G) zwischen der Schüttung des Gemenges und der Atmosphäre über der Schüttung durch die in der obersten Etage angeordneten Heizelemente (2) derart profiliert und beheizt wird, dass ein Teil der Wärmeleistung an die Atmosphäre über der Schüttung abgegeben wird, und dass
c) das Gemenge auf seinem weiteren Wege durch den Behälter (1 ) durch weitere Heizelemente (2) auf Temperaturen bis in die Nähe der Beschickungstemperatur für die Glasschmelzanlage gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der überwiegende Teil der Grenzfläche (G) unterhalb einer virtuellen waagrechten Hüllfläche (H) gehalten wird, die die Heizelemente (2) auf ihren Oberseiten berührt.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gemenge im Bereich der obersten Heizelemente (2) aufgebracht und durch Bewegung in einem Temperaturbereich zwischen 30°C und 100°C in rieselfähigem Zustand gehalten wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gemenge so über eine Fläche verteilt wird, die zumindest annähernd der gesamten verfügbaren Querschnittsfläche des Behälters (1 ) entspricht.
5. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gemenge durch eine etagenförmige Anordnung von rohrförmigen Heizelementen (2) hindurch geleitet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Chargiervorgang für das Gemenge durch einen Sensor (6) gesteuert wird, dessen Wirkung auf die freie Oberfläche des Gemenges innerhalb des Behälters (1 ) ausgerichtet ist.
7. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Entleerungvorgang des Behälters (1 ) durch eine Dosiervorrichtung (4) gesteuert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gemenge durch einen Innenträger (7) geleitet wird, in dem die Heizelemente (2) starr und abgedichtet gelagert sind, und dass der Innenträger (7) durch einen Rüttler (10) relativ zum Behälter (1 ) in Vibrationen versetzt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gemenge zuerst in ein Vorratssilo (12) eindosiert wird, aus dem es über eine Dosiervorrichtung (13) in den Behälter (1 ) zur Entwässerung und Aufheizung abgelassen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiervorrichtung (13) des Vorratssilos (12) durch den Sensor (6) für die Beschickung des Behälters (1 ) gesteuert wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass durch die Heizelemente (2) Abgase aus Heizbereichen der Glasschmelzanlage hindurch geleitet werden.
12. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente (2) in mindestens einem Teil der Etagen in Gegenrichtungen von den Abgasen durchströmt werden.
13. Vorrichtung zum thermischen Entwässern und Vorwärmen von wasserhaltigem Gemenge für die Beschickung von Glasschmelzanlagen während des Durchleitens durch einen schachtförmigen Behälter (1 ) , der mit etagenweise übereinander angeordneten Heizelementen (2) für die Zufuhr von Wärme versehen ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
a) zumindest die in der obersten Etage liegenden Heizelemente (2) auf ihrem Umfang geschlossen ausgebildet sind und b) mit ihren Querschnittsflächen in einer waagrechten Ebene liegen, die eine konstruktiv vorgegebene Grenzfläche (G) zwischen dem Gemenge und der Atmosphäre über dem Gemenge schneidet, und dass
c) diese obersten Heizelemente (2) ausser mit dem Gemenge mit einem Teil ihrer Oberflächen in Wärmekontakt mit der Atmosphäre über dem Gemenge stehen.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die obersten Heizelemente (2) an einen Regler für die Einhaltung von Temperaturen zwischen 30°C und 100°C angeschlossen sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der in den nachfolgenden Etagen liegenden Heizelemente auf ihrem Umfang nach unten offen ausgebildet sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Heizelemente (2) der oberen Etagen einen polygonalen Querschnitt haben.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die längsten Achsen dieses Querschnitts senkrecht ausgerichtet sind.
18. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente (2) unterer Etagen einen dachförmigen Querschnitt haben und nach unten geöffnet sind.
19. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass über der obersten Etage der Heizelemente (2) ein Sensor (6) angeordnet ist, durch den der Chargiervorgang für das Gemenge steuerbar ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass für den Entleerungvorgang am unteren Ende des Behälters (1 ) eine Dosiervorrichtung (4) angeordnet ist.
21 . Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Behälter (1 ) ein Innenträger (7) angeordnet ist, in dem die Heizelemente (2) starr und abgedichtet gelagert sind, und dass der Innenträger (7) an einen Rüttler (10) angeschlossen ist, durch den die Heizelemente (2) relativ zum Behälter (1 ) in Vibrationen versetzbar sind.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass der Innenträger (7) an einer waagrechten Traverse (8) aufgehängt ist, die sich an beiden Enden auf Federn (9) abstützt.
23. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass über dem Behälter (1 ) ein Vorratssilo (12) angeordnet ist, in den das Gemenge eindosierbar ist, und aus dem es über eine Dosiervorrichtung (13) in den Behälter (1 ) zur Entwässerung und Aufheizung ablassbar ist.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiervorrichtung (13) des Vorratssilos (12) durch einen Sensor (6) für die Beschickung des Behälters (1 ) steuerbar ist.
25. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente (2) an Abgasleitungen der Glasschmelzanlage für die Durchleitung von Abgasen aus Heizbereichen der Glasschmelzanlage angeschlossen sind.
26. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Gehäuse (1 ) in Modulbauweise übereinander angeordnet sind.
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