Glasschmelzanlagen

Vorrichtung zum Vorwärmen von partikelförmigem Beschickungsgut für Glasschmelzanlagen mittels deren Abgase, mit einem senkrechten Vorwärmschacht, durch den sich ein Wärmetauscher erstreckt, durch den die Abgase geleitet werden, wobei die gegen das Eindringen von Partikeln geschützte Abgasdurchführung des Wärmetauschers entlang ihres Umfangs Öffnungen aufweist, und wobei das obere Ende des Vorwärmschachtes eine Beschickungsöffnung für das Beschickungsgut und das untere Ende eine Entladungsvorrichtung für das vorgewärmte Beschickungsgut aufweist, und wobei der Eingang der mindestens einen Abgasdurchführung des Wärmetauschers mit einer Zufuhrleitung und der Ausgang mit einer Abzugsleitung für die Abgase verbunden ist.

Das Vorwärmen von Beschickungsgut vor dem Einspeisen in Glasschmelzanlagen ist hinsichtlich ihrer Parameter und Geometrien ein schwierig zu beherrschender Komplex von Einflüssen aus den Bereichen der Chemie und der Physik. So kann das Beschickungsgut aus Komponenten mit sehr unterschied- liehen Partikelgrößen von Staub bis zu Briketts, mit sehr unterschiedlichen Schmelzpunkten und Mischungsverhalten reichen und unterschiedliche Mengen an freiem und gebundenem Wasser enthalten. Auch die Beheizung durch Heißgase, vorzugsweise durch Abgase von Brennern aus dem Schmelzbereich, zur Rückgewinnung von Wärme aus Temperaturbereichen bis zu 1600°C und ggfls. auch darüber, ist eine wichtige Voraussetzung zur Einsparung von Wärmeenergie und zur Entlastung der Atmosphäre von giftigen Gasen wie beispielsweise von giftigen CO- und Stickstoff-Verbindungen. Auch die Zurückhaltung von Stäuben aus Abgasen der Schmelzkammer und der Vorwärmzone ist von wachsender Bedeutung. Ferner kann Wasser bzw. Wasserdampf sowohl in der Schmelzkammer als auch in dem Vorwärmbereich gebildet und/oder freige- setzt werden, weil beispielsweise durch das Beschickungsgut freies und/oder gebundenes Wasser eingebracht werden kann. Die Folgen reichen von Verklebungen des Beschickungsguts bis zu schwer zu beseitigenden Prozess- Störungen. Ferner kann auch aus der Atmosphäre angesaugte Falschluft störend sein, weil sie beispielsweise die Wärmebilanz negativ beeinflusst oder die Freisetzung von Staub fördert und Entgasungen blockiert. Letztendlich spielen auch Wechselwirkungen zwischen den Glaskomponenten und den Baustoffen eine große Rolle, wobei wiederum Relativgeschwindigkeiten von Einfluss sind.

Aus der DE 40 071 15 C2 ist bekannt, Schüttgüter für Glasschmelzprozesse in senkrechten Schächten vorzuwärmen, durch die in mehreren Etagen waagrechte Heißgaskanäle hindurchgeführt sind, die nach unten hin offen sind. In diese wird das Abgas aus dem nachgeschalteten Schmelzprozess in gleichen Richtungen eingeführt. An der Unterseite der Heißgaskanäle tritt es wieder aus und wird nach dem Durchströmen des Schüttguts in die unteren Öffnungen der jeweils darüber liegenden Heißgaskanäle wieder eingeführt und in der gleichen Richtung wieder abgesaugt. Die Steigleitung für das Heißgas endet im Kopfbereich an Anschlüssen, die jedoch nicht mit Leitungen verbunden sind, so dass die Verteilung hauptsächlich den örtlichen Strömungswiderständen im Schüttgut entspricht, was im Übrigen auch für alle anderen Strömungswege zwischen den einzelnen Etagen gilt. Durch die Reihenschaltungen der Strömungswege und die Verwendung eines Sauglüfters wird im System ein Unterdruck erzeugt, durch den der unerwünschte Effekt des Einziehens von Falschluft noch verstärkt wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Vorwärmen von partikelförmigem Beschickungsgut für Glasschmelzanlagen der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der ein hoher Anteil der Wärme aus den Abgasen bei niedriger Bauhöhe und niedrigem Volumen zurückgewon- nen wird und bei der das Einsaugen von Umgebungsluft als Falschluft und eine Umweltverschmutzung auf ein Mindestmaß reduziert wird. Außerdem sollen bereits vorhandene Vorrichtungen dieser Art auf einfache Weise entsprechend nach- oder umgerüstet werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Zufuhrleitung für die Abgase mindestens einen Abzweig in Form einer Abzugsleitung für den Abzug einer Teilmenge der Heißgase aufweist und dass die Abzugsleitung mit mindestens einer nach unten offenen Sperrgasleitung verbunden ist, die in dem Bereich des Beschickungsguts oberhalb der mindestens einen Abgasdurchführung zur Abgabe der Heißgase in das Beschickungsgut angeordnet ist. Mittels des Sperrgases lässt sich das Einsaugen von Falschluft in das Beschickungsgut weitgehend verhindern. Dieser technische Effekt wird mit Hilfe der nachfolgend beschriebenen Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung noch verstärkt.

So sind erfindungsgemäß mehrere Abgasdurchführungen des Wärmetauschers parallel zueinander in einer oder mehreren waagrechten Etagen in dem Vorwärmschacht angeordnet. Auch hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass die mindestens eine Abgasdurchführung des Wärmetauschers auf ihrer Abfuhrseite an einen Saugzug angeschlossen ist, dessen Saugleistung durch einen Drucksensor geregelt wird. Dadurch können Druckverluste bei der Durchleitung der Heißgase durch den Wärmetauscher ausgeglichen werden.

In Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass die Abzugsleitung an die Zufuhrleitung für die Abgase zum Vorwärm Schacht angeschlossen ist. Damit herrscht in dem abgezweigten Teilstrom annähernd der gleiche Unterdruck wie in dem Abgasstrom in der Zuleitung zum Wärmetauscher. Um die Menge des abgezweigten Teilstroms einstellen zu können, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass in der Abzugsleitung eine Drossel angeordnet ist. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Sperrgasleitungen innerhalb des Vorwärmschachtes an ihren Enden verschlossen. Das ermöglicht einen gerichteten Austritt der Heißgase in das Beschickungsgut.

Um auch bei ungenügenden Druckverhältnissen eine sichere Einbringung der Abgase in das Beschickungsgut zu gewährleisten ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass in der Abzugsleitung ein Druckerzeuger angeordnet ist. Dieser kann zweckmäßigerweise ein Heißgasgebläse sein.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass zur Regelung der Abfuhr der Abgase über die unten offenen Sperrgasleitungen der Druckerzeuger an einen Drucksensor angeschlossen ist, der oberhalb der Sperrgasleitungen in das Beschickungsgut hineinragt.

Um innerhalb des Vorwärmschachtes ein konstantes Strömungs- und Druck- gleichgewicht zu ermöglichen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass mehrere Sperrgasleitungen über den Querschnitt verteilt angeordnet sind.

Die Erfindung und deren Vorteile werden nachfolgend anhand von zwei Ausführungsbeispielen sowie deren Wirkungsweisen und Vorteilen näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind.

Es zeigen: Figur 1 in einer schematischen Darstellung einen senkrechten Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Vorwärmen des Beschickungsguts von Glasschmelzanlagen, bestehend aus einem Vorwärm schacht mit zugeordneten Aggregaten,

Figur 2 eine Fig. 1 entsprechende Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Heißgasgebläse und Figur 3 einen Horizontalschnitt durch den Vorwärmschacht im Bereich der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Sperrgasleitungen.

In Figur 1 ist ein Vorwärmschacht 1 dargestellt, der am oberen Ende eine Beschickungsöffnung 2 für das Beschickungsgut 3 besitzt, das in dem Vor- wärmschacht 1 eine absinkende Säule bildet. Die Zufuhr des Beschickungsguts erfolgt über einen Bandförderer 4, dessen Förderleistung über einen Füllstandssensor 5 so geregelt wird, dass die Beschickungsöffnung 2 nicht verschlossen wird. Am unteren Ende befindet sich eine Entladungsvorrichtung 6 für das vorgewärmte Beschickungsgut 3. Diese besitzt eine Förderschnecke 7, die durch einen Motor 8 angetrieben wird. Dessen Drehzahl und damit die Fördermenge pro Zeiteinheit werden durch einen Sensor 9 gesteuert, der mit einem Füllstandsmesser an einer Wanne für die Glasschmelze verbunden ist, was nicht dargestellt ist. Der Vorwärmschacht 1 ist nach außen hin thermisch isoliert, so dass der größte Teil der zugeführten Wärmemenge an das Beschickungsgut 3 übertragen wird. Dessen Bewegung im Vorwärm schacht 1 erfolgt durch Schwerkraft.

Die Vorwärmung des Beschickungsguts 3 erfolgt durch sehr heiße Abgase aus der Schmelzkammer, auch Heiz- oder Heißgase 13 genannt, die über ein nachstehend beschriebenes Leitungssystem durch den Vorwärmschacht 1 hindurch- geführt werden. In dem Vorwärm Schacht 1 befinden sich bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel in drei Etagen E1 , E2 und E3 als Wärmetauscher dienende röhrenförmige Abgasdurchführungen 10, von denen in jeder Etage wenigstens zwei Abgasdurchführungen 10 angeordnet sind, deren Achsen in jeweils einer waagrechten Ebene angeordnet sind. Diese Abgasdurchführungen 10 sind innerhalb des Vorwärmschachtes 1 nach unten hin mit Öffnungen 10a versehen, die einen Austritt der heißen Abgase erlauben. Bei der Anzahl der Etagen kann es sich um eine, zwei oder mehr Etagen handeln. Anstatt eines röhrenförmigen Querschnitts können die Abgasdurchführungen auch ein kasten- förmiges oder rautenförmiges Profil haben oder einen sonstigen Querschnitt aufweisen.

Die aus der nicht dargestellten Schmelzanlage kommenden heißen Abgase treten auf der Zufuhrseite 10b des Vorwärmschachtes 1 in die mindestens eine Abgasdurchführung 10 ein und werden zuerst der untersten Etage E1 zugeführt und durchströmen den Wärmetauscher im Gleichstrom, Gegenstrom, Kreuzgegenstrom oder einfachen Kreuzstrom. Das Abgas verlässt die Abgasdurchführung 10 auf deren Abfuhrseite 10c, von wo das Abgas an ein dargestelltes Reinigungssystem und schließlich an einen Kamin weitergeleitet wird. Die bei der Durchleitung der Abgase durch den röhrenförmigen Wärmetauscher durch Reibung entstehenden Druckverluste werden durch einen Saugzug 1 1 ausgeglichen, dessen Saugleistung durch einen Drucksensor 12 geregelt wird, der den Druck im Beschickungsgut 3 am oberen Ende des Vorwärmschachtes 1 ermittelt. Damit ist gewährleistet, dass in der Abgasdurchführung 10 bzw. im Heißgas 13 ständig ein leichter Unterdruck herrscht.

Aus der Abgasdurchführung 10 wird über eine Abzugsleitung 13a eine Teilmenge des Heißgases 13 abgezweigt und einer Sperrgasleitung 16 zugeführt, die sich oberhalb der Abgasdurchführung 10 befindet. Auf der Unterseite der an ihren Enden verschlossenen Sperrgasleitung 16 sind Öffnungen ausgebildet, durch die das Abgas in das Beschickungsgut 3 ausgeblasen wird, was durch vier Pfeile angedeutet ist. Dieser Gasaustritt wird auch als Sperrgas bezeichnet. Die Menge des zur Sperrgasleitung 16 abgezweigten Teilstroms V4 kann über eine Drossel 18 eingestellt werden.

Die im dargestellten Ausführungsbeispiel röhrenförmigen Abgasdurchführungen 10 sind so ausgelegt und der Saugzug 1 1 wird so gesteuert, dass oberhalb der Sperrgasleitung 16 gegenüber dem von außen anliegenden Atmosphärendruck P3 kein Unterdruck entsteht, damit keine Falschluft V3 durch die Beschickungs- Öffnung 2 angesaugt wird. Die Abgasdurchführungen 10 und die Sperrgasleitungen 16 können, wie in Figur 3 dargestellt, auch mehrfach nebeneinander in waagrechten Ebenen angeordnet sein, die senkrecht zur Zeichenebene verlaufen. Durch diese Ausgestaltungen wird gewährleistet, dass innerhalb des Vorwärmschachtes 1 ein konstantes Strömungs- und Druckgleichgewicht besteht, was ein Ansaugen von kalter Falschluft durch die Beschickungsöffnung 2 weitgehend verhindert. Sollte der in der Abzugsleitung 13a anliegende Unterdruck nicht ausreichend sein, kann der Zug in der Abzugsleitung durch ein zusätzlich vorgesehenes Heißgasgebläse 14 verändert, insbesondere erhöht werden. Aus Figur 3 ist zu ersehen, dass in dem dargestellten Ausführungsbeispiel drei Sperrgasleitungen 16 in Form einer waagrechten Gabel an eine Hauptleitung 17 angeschlossen sind. Die Sperrgasleitungen 16 sehr dabei gleichmäßig über den quadratischen Querschnitt des Vorwärm Schachtes 1 verteilt. Nachfolgend wird die Funktionsweise der Vorrichtung näher beschrieben:

Der heiße Abgasstrom V1 aus der nicht dargestellten Glasschmelzanlage wird in der Abgaszuführung 10b zur Vorrichtung zum Vorwärmen des Beschickungsguts 3 geleitet. Dabei herrscht auf der Zufuhrseite 10b des Vorwärmschachtes 1 ein Unterdruck P1 . Die Abgasdurchführungen 10 des Wärmetauschers selbst stellen einen Strömungswiderstand dar. In dem System von Abgasdurchführungen baut sich daher ein weiterer Druckverlust auf. Auf der Abfuhrseite 10c des Wärmetauschers weist der Abgasstrom V2 einen Unterdruck P2 auf, der größer ist als der Unterdruck P1 . Der in den Abgasdurchführungen 10 des Wärme- tauschers herrschende Unterdruck kann durch den Saugzug 1 1 verändert werden.

Von dem Abgasstrom V1 , der dem Wärmetauscher zugeführt wird, wird über die Abzugsleitung 13a ein Teilstrom V4 abgezweigt. Dieser Teilstrom hat annähernd den gleichen Unterdruck wie der Abgasstrom V1 in der Abgaszuführung 10b. Die Druckdifferenz zwischen P1 und P2 reicht normalerweise aus, dass der Teilstrom V4 angesaugt wird.

Aufgrund der natürlichen Druckdifferenz in dem Teilstrom V4 gegenüber dem Abgasstrom entweicht das Heißgas 13 in der obersten Ebene des Vorwärmschachtes 1 über die Sperrgasleitungen 16 aus dem Wärmetauscher in das Beschickungsgut 3. Der in das Beschickungsgut abgegebene Abgasstrom steht auf dem Unterdruckniveau von P2. Der Teilstrom V4 steht mangels zusätzlicher Druckverluste auf dem Niveau P1 . Die Menge des Teilstroms V3 kann, wie oben ausgeführt, über die Drossel 18 eingestellt werden.

Zur Erhöhung des Unterdrucks in der Abzugsleitung 13a kann zusätzlich ein Heißgasgebläse 14 in der Abzugsleitung angeordnet sein. Die Menge des Teilstroms V4 lässt sich damit so regeln, dass sich über den Sperrgasleitungen 16 ein Druck einstellt, der annähernd dem Umgebungsdruck (Atmosphärendruck) P3 entspricht. Durch das Heißgasgebläse 14 und die Sperrgasleitungen 16 wird ein noch nicht wesentlich abgekühlter Teilstrom V3 der Heißgase 13, der beispielhaft 10% der Gesamtmenge der zugeführten Heißgase betragen kann, auf einen geringeren Unterdruck im Vergleich zum Abgasstrom 13 gebracht. Durch die Druckverhältnisse in der Schüttung gelangt der Teilstrom V4 aus den Sperrgasleitungen 16 in Richtung der Pfeile nach unten zu den Abgasdurchführungen 10, durch die die Hauptmenge der Heißgase 13 geleitet wird. Dadurch wird das Ansaugen von Falschluft V3 durch die Beschickungsöffnung 2 weitgehend verhindert, und auch die Schütthöhe über den Sperrgasleitungen 16 kann deutlich verringert werden, so dass sich das Volumen und die Bauhöhe des Vorwärmschachtes 1 und damit dessen Baukosten entsprechend verringern.

Insbesondere können bereits vorhandene Vorwärmanlagen durch den nachträglichen Einbau derartiger Sperrgasleitungen 16 auf einfache Weise und kostengünstig umgerüstet werden, wodurch deren Betriebskosten gesenkt werden können. Der wesentliche Vorteil der Erfindung liegt darin, den Anteil von Falschluft klein zu halten, so dass a) die Schütthöhe des Beschickungsguts 3 über dem Wärmetauscher gering gehalten werden kann, was die Bauhöhe und damit auch die Kosten reduziert, b) ein Teilstrom des vorhandenen Heißgases dazu verwendet wird, als Sperrgas einen Einzug von Falschluft zu verhindern, und c) der Wirkungsgrad der Glasschmelzanlage erhöht und die Umwelt geschont wird. Bezugszeichenliste:

1 Vorwärm schacht E1 Etage

2 Beschickungsöffnung E2 Etage

3 Beschickungsgut E3 Etage

4 Bandförderer

5 Füllstandssensor P1 Unterdruck

6 Entladungsvorrichtung P2 Unterdruck

7 Förderschnecke P3 Atmosphärendruck

8 Motor

9 Sensor

10 Abgasdurchführung (Wärmetauscher)

10a Öffnung

10b Zufuhrseite (Abgaszuführung)

10c Abfuhrseite

1 1 Saugzug

12 Drucksensor

13 Heißgase (Abgasstrom)

13a Abzugsleitung (Abzweigleitung)

14 Heißgasgebläse

15 Drucksensor

16 Sperrgasleitungen

17 Hauptleitung für 16

18 Drossel

V1 Abgasstrom in Zuleitung zum Wärmetauscher

V2 Abgasstrom nach Wärmetauscher

V3 Falschluft

V4 Teilstrom