Regenerativheizungen

Verfahren und Einrichtung zur Verbesserung der

Leistungsfähigkeit der Regeneratoren bei Glasschmelz- und Leuterprozessen in Quer flammenwannen mit

Regenerativheizungen, insbesondere für die

Flachglasher Stellung .

Zur Flachglaser zeugung werden erdgasbefeuerte Schmelzwannen eingesetzt, die nach dem Quer flammenpr inzip arbeiten. Diese Art der Wärmeübertragung ist bei großen Wannen notwendig, aber extrem ineffizient. Zur Absenkung des Energiebedarfs werden heutzutage massiv dimensionierte Regeneratoren eingesetzt, die die Abgastemperatur von zwischen 1.200 und 1.300 Grad Celsius am Regeneratorköpf auf durchschnittlich 520 bis 550 Grad Celsius am Regenerator fuß herabsetzen. Die an der Gitterung der Regeneratoren in einer Zykluszeit von 20 Minuten abgegebene Wärmemenge beträgt ca. 30 bis 35 Gigajoule. Diese Energie wird zur Temperaturerhöhung der Verbrennungsluft genutzt. Diese Technologie reduziert die notwendige Erdgasmenge um etwa 33 Prozent. Trotzdem werden zur Herstellung der Glasmenge von beispielsweise 700

Tagestonnen je nach Ausführung und Alter der Schmelzwanne immer noch 45 bis 55 Megawatt

Wärmeleistung benötigt. Nur etwa ein Fünftel der zugeführten Wärmeleistung wird über das geschmolzene Glas an die Folge - Prozesse , wie die Abstehwanne bzw. Arbeitswanne weitergeleitet . Der Rest teilt sich auf und wird durch die Wannenhallenentlüftung freigesetzt bzw. über den Abgasstrom an die Abgasreinigung oder /und KWK- Anlage weitergeleitet . Die Überlegung, die Effizienz der Regeneratoren durch beliebige massive Dimensionierungen zu steigern, indem der Energieinhalt des Abgasstromes hinter den Regeneratoren praktisch beliebig reduziert werden kann, führt nicht zum gewünschten Ergebnis .

Vielmehr sind die Randbedingungen, wie eine symmetrische Absaugung, ein adiabates System, eine ideale Durchströmung der Regeneratoren und den angeschlossenen Zügen, eine ideale Wärmeleitfähigkeit in den Regeneratoren sowie der Wegfall von Verunreinigungen zu berücksichtigen.

Die Erfüllung der Randbedingungen gilt für ideale

Regeneratoren und wird in der Praxis jedoch nicht

eingehalten, da sich die Regeneratoren nicht ideal

verhalten.

Unter Berücksichtigung der Einhaltung einer Temperatur von 520 Grad Celsius an der Übergabestelle zur Abgasreinigung, sind zwei Zustände wahrscheinlich, bei welchen einzelne der Randbedingungen nicht eingehalten werden.

Ein Zustand ist, dass die Temperatur deutlich niedriger als 520 Grad Celsius ist. Hierbei ist anzunehmen, dass einer der Ports der Regeneratorenanordnung nicht die vollständige Abgasmenge absaugt, welche am gegenüberliegenden Port als Verbrennungsluft und Gas zugeführt wurde, was einer

asymmetrischen Betriebsweise entspricht. Weiterhin ist die Außenhaut schlecht isoliert, so dass viel Wärme an der Oberfläche des Regenerators abgegeben wird und durch

Undichtigkeiten Falschluft im Bereich des Regenerators oder /und in den Stichkanälen eindringt. Diese vermischt sich mit dem Abgasstrom und senkt die Abgastemperatur am Austritt erheblich. Zusätzlich wird durch das Eindringen von Feuchtigkeit dem Abgasstrom Wärme durch Verdampfung entzogen. Ein weiterer Zustand tritt ein, wenn die Temperatur

deutlich höher als 520 Grad Celsius ist. Die Ursache hierfür ist, dass der betrachtete Port der

Regeneratorenanordnung mehr Abgasmenge absaugt, als vom gegenüberliegendem Port durch die Verbrennung verursacht wird, sowie die Wärmeleitfähigkeit der Gittersteine der Regeneratoren zu gering ist, so dass der Wärmetransport innerhalb der Gittersteine nicht ideal ist. Zusätzlich ist es denkbar, dass die Gittersteine verstaubt oder gar verglast sind, wodurch sie keinen idealen Wärmeübergang mehr zulassen.

Die Absaugung gilt als symmetrisch, wenn zum Einen die Verbrennungsgase, verursacht durch die Brenner an einem Port vollständig vom gegenüberliegenden Port aufgenommen, also abgesaugt werden und zum Anderen die

Glühverlustmengen, die aus dem Aufschmelzen des Gemenges resultieren, von allen Ports zu gleichen Teilen aufgenommen werden. In der Praxis gelten diese beiden Bedingungen nicht. Durch unterschiedliche Druckverluste in den

einzelnen Ports, verursacht durch unterschiedliche

Ver staubungs - bzw. Verglasungseffekte sowie ungünstiger Abgasführung, werden die Abgasmengen asymmetrisch

abgesaugt. Im extremsten Fall werden die Abgase an den gegenüberliegenden Ports vorbeigeleitet. Da die

Verbrennungslufttemperatur nach oben mit etwa 50 bis 100 Kelvin niedriger als die Abgastemperatur begrenzt ist, kann die zusätzliche Wärmemenge in den überlasteten Ports nicht abgetragen werden. Die Folge ist eine deutliche Anhebung der mittleren Betriebstemperatur in diesen Ports. In den gewissermaßen unbelasteten Ports sinkt gleichzeitig die durchschnittliche Betriebstemperatur der Regeneratoren extrem. Die Konsequenz ist eine stark fallende

Austrittstemperatur der Verbrennungsluft an diesen Ports. Solche Fälle zeigen in nachvollziehbar erweise das Potenzial auf, welches durch die Sicherstellung der symmetrischen Fahrweise besteht. Durch die extrem asymmetrische Fahrweise liegt der Wirkungsgrad der Regeneratoren ohne weiteres bei 20 Prozent niedriger als im Idealfall. Bei einer 700

Tagestonnen -Wanne entspricht das einer Leistungsminderung von 5 Megawatt bzw. einer zusätzlichen Erdgasmenge von ca. 500 m ³ N/h. Dies bedeutet bei den derzeitigen Energiepreisen Mehrkosten in Höhe von 1,3 Mio. Euro pro Jahr.

So ist es von Nachteil, dass durch die Handhabung der

Abgasabführung von den Ports die asymmetrische

Betriebsweise nicht oder im zu geringen Maße zugunsten einer symmetrischen Betriebsweise der Regeneratoren

beeinflusst wird. Derzeit wird die Abgasmenge, welche durch die Ports und Regeneratoren geleitet wird, mittels manuell bedienbaren Handschiebern eingestellt und verbleibt in dieser Stellung während des Prozesses und wird nur selten nachgestellt. Eine permanente und dynamische Anpassung findet nicht statt. Die für eine hohe Produktionsqualität notwenige

Druckstabilität in der Schmelzwanne und im Hauptabgaskanal, stellt durch die bislang unvermeidbare asymmetrische

Betriebsweise ein großes Problem dar . Die DD 143 242 AI beschreibt ein Verfahren zur

Stabilisierung des Herdraumdruckes, vorzugsweise für regenerativ- und querbeheizte Glasschmelzwannen, bei dem der Druck in der Glasschmelzwanne an einer oder mehreren Stellen gemessen und die Messwerte jeweils einem Regler aufgeschaltet werden, der bei Abweichung vom Sollwert ein Stellglied im zugehörigen Abgaskanal betätigt und bei dem weiterhin die Abgasmenge in anderen Abgaskanälen durch einen oder mehrere Abgasmengenregelkreise reguliert wird. Hierdurch sollen günstige Strömungs- und Druckverhältnisse in der Ofenatmosphäre bei großen Glasschmelzwannen

geschaffen werden. Die Aufgabe, Druckschwankungen in den von den vorhandenen Messstellen entfernteren Gebieten zu vermindern, wird gelöst, indem ein aus dem Unterdruck im Abgassystem bzw. Schornsteinfuß, der Brennstoff- und

Verbrennungsluftmenge der einzelnen Brenner, der

Ansaugtemperatur der Verbrennungsluft und der

Abgastemperatur durch ein Korrekturglied gewichteter

Mittelwert als Führungsgröße den Herdraumdruckregler und/oder den Abgasreglern aufgeschaltet werden. In der DE 42 36 677 AI werden ein Verfahren und eine

Vorrichtung zur Verbrennungsluftaufteilung an regenerativen Quer flammenwannenöfen beschrieben. An regenerativbeheizten Quer flammenwannenöfen besteht häufig das Erfordernis, über die für die einzelnen Flammen weitgehend konstruktiv festgelegte Brennluftaufteilung hinausgehend, oder

unabhängig von einer sektionsweisen Abgasdrosselung, eine bedarfsgerechte Brennluftaufteilung vorzunehmen, um

verbesserte Leistungs- und energieökonomische Parameter zu erzielen. Erfindungsgemäß werden in Regeneratoren oder Brennerkanälen Gasdrucklanzen und/oder Throughpor tbrenner so angeordnet, dass mittels ihres Gasdruckstrahls, im

Gegenstrom die gasdynamisch sperrende Drosselung und/oder im Gleichstrom nach dem Strahlpumpenprinzip die Verstärkung von Teilströmen der Verbrennungsluft mit Hilfe von

Stellgliedern im zuführenden Druckleitungssystem

eingestellt werden.

Weiterhin werden in der DE 31 07 270 AI ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zuführung von Verbrennungsluft zu den entgegengesetzten Enden der Regeneratoren eines

Regenerativ-Glasschmelzofens beschrieben, bei welchem zur Zuführung und Regulierung des Flusses der Verbrennungsluft zu den entgegengesetzten Enden von Regeneratoren eines Regenerativ-Glasschmelzofens nach dem Wannensystem, um ein stellenweises Überhitzen zu verringern und eine

gleichmäßigere Wärmeverteilung der Ziegelkonstruktionen der Regeneratoren zu erreichen und damit den Wirkungsgrad des Ofens zu erhöhen und die Lebensdauer der Regeneratoren zu verlängern. Um dies zu erreichen, wird ein größerer Anteil der Verbrennungsluft den Regeneratoren an ihren

stromabwärts liegenden Enden zugeführt, während ein

geringerer Teil der Verbrennungsluft den stromaufwärts liegenden Enden durch Leitungen zugeführt wird, die Ventile besitzen zur Umsteuerung und Dämpfung und zur Anpassung des Anteiles der Verbrennungsluft, die den entgegengesetzten Enden der Regeneratoren zufließt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine

Einrichtung zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit der Regeneratoren bei Glasschmelz- und Leuterprozessen in

Quer flammenwannen mit Regenerativheizungen zu schaffen, wobei die vorbeschriebenen nachteiligen Einflüsse der asymmetrischen Betriebsweise weitestgehend beseitigt werden und auf diese Weise neben der Steigerung der

Produktionsqualität auch der Energiebedarf erheblich gesenkt werden kann, ohne dabei die Funktionsfähigkeit der gesamten Anlage zu beinträchtigen.

Mit der Erfindung wird im angegebenen Anwendungsfall erreicht, dass ein Verfahren und eine Einrichtung zur

Verbesserung der Leistungsfähigkeit der Regeneratoren bei Glasschmelz- und Leuterprozessen in Quer flammenwannen mit Regenerativheizungen geschaffen werden, wobei je nach

Befeuerungsrichtung die Menge des abgeführten Abgases durch die Ports in den Regenerator füßen mittels antriebgeregelter Schieber angepasst wird und die Regelung der

antriebgeregelten Schieber über eine Regelungsvorrichtung erfolgt. Hierbei besteht die vorteilhafte Möglichkeit, die Menge des Abgases dynamisch so anzupassen, dass die

Regeneratoren in Abhängigkeit einer statischen Abgasabfuhr oder Verbrennungsluftzufuhr ihre maximale Leistungsfähig erzielen. Zusätzlich ist es möglich, die im Hauptabgaskanal bestehenden Druckverhältnisse zu stabilisieren. Neben den Einzelströmen der durch die Ports oder Kammern geleiteten Abgase ist es notwendig, den gesamten Massenstrom

zuverlässig abzuführen. Dieser kann durch die

verlustbehafteten Regeneratoren von der Summe der

eingeleiteten Einzelströme der Verbrennungsluft abweichen. Durch die Regelung der Schieber wird zusätzlich eine

Gleichbeaufschlagung der Regeneratoren je Port begünstigt. So lassen sich die ungünstigen Asymmetrien reduzieren und ein symmetrischer Betrieb wird ermöglicht. Zusätzlich wird der Energiebedarf stark gesenkt, da das Abgas in dem Maße abgeführt wird, wie auch für den Wärmetausch durch die Ports oder Kammern in den Regeneratoren nach der

Verbrennung benötigt wird. Auftretende Schwächen an den Regeneratoren durch Verschmutzung oder Verglasung sowie durch Wärmeverluste können weitestgehend ausgeglichen werden .

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 und 3 und der Einrichtung in den Ansprüchen 4 bis 7 dargestellt. Das Verfahren erfährt eine Weiterbildung nach Anspruch 2 wird der Druck im Hauptabgaskanal gemessen. Auftretende Druckschwankungen werden durch die Anpassung des Öffnungsgrades der antriebgeregelten Schieber

ausgeglichen. Die derzeitigen konstruktiven Verhältnisse führen dazu, dass der im Hauptabgaskanal herrschende Druck mit den nebeneinander liegend angeordneten Ports oder

Kammern im Verlauf der Anordnung variiert. Dies bedeutet, dass an den zu der nachgeschalteten Abgasreinigung näher gelegenen Ports oder Kammern die Druckverhältnisse

günstiger sind als an den zur nachgeschalteten

Abgasreinigung entfernteren Ports oder Kammern. Dieses Ausgleichen und Anpassen des Druckes erfolgt durch die Regelungseinrichtung mittels der Verstellung des

Öffnungsgrades der Schieber dynamisch und sehr schnell. Der Schmelzprozess läuft in einer höheren Qualität ab. Die symmetrische Betriebsweise wird weiter begünstigt. Einer ungleichen Belastung der Regeneratoren an den jeweiligen Ports oder Kammern kann somit noch besser entgegengewirkt werden. Nach Anspruch 3 wird die Temperatur im

Regenerator fuß gemessen und anhand dieser werden die

Schieber im Öffnungsgrad verändert. Somit werden deutliche Überhitzungen oder Unterkühlungen vermieden. Deutliche Abweichungen der für die Weiter leitung der Abgase an die Abgasreinigung angestrebten Temperatur werden erkannt und anhand der Änderung des Öffnungsgrades der Schieber

dynamisch angepasst. Hierbei gilt ebenfalls, dass die symmetrische Betriebsweise weiter begünstigt wird. Der extreme Fall, das ein Port oder eine Kammer keine Abgase abführt, lässt sich somit erkennen. Durch die Anpassung der Schieber lassen sich schlechter durchströmte Ports oder Kammern gezielt mit Abgasen beaufschlagen.

Bei der Einrichtung nach Nebenanspruch 4 ist bei

Quer flammenwannen mit Regenerativheizungen im

Regenerator fuß ein antriebgeregelter Schieber je nach

Befeuerungsrichtung zur Anpassung der Abgasmenge vorhanden und mit einer Regelungsvorrichtung verbunden. Durch den geregelten Zugriff sind die Schieber dynamisch so

einstellbar, dass negative Einflüsse der Asymmetrie

weitestgehend ausgeglichen werden und somit einen

symmetrischen Betrieb der Regeneratoren erreichen.

Nach Anspruch 5 wird die Einrichtung weiter verbessert, indem im Hauptabgaskanal Drucksensoren vorhanden sind.

Hierdurch ist es möglich, unmittelbar auf Druckschwankungen zu reagieren, indem durch die Regelungseinrichtung Einfluss auf den Öffnungsgrad der Schieber genommen wird. Der angestrebte symmetrische Betrieb wird weiter begünstigt. Nach Anspruch 8 ist im Regenerator fuß ein Temperatur sensor vorgesehen. Somit ist die Abgastemperatur messbar. Großen Abweichungen von Solltemperaturen etwa den 520 Grad

Celsius, ist entgegenwirkbar, indem aufgrund der Messung der Temperatur über die Regeleinrichtung die Schieber Stellung verändert wird. Somit wird der symmetrische Betrieb weiter begünstigt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur 1 dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Sie zeigt eine Schnittdarstellung einer Quer flammenwanne mit Regenerativheizungen mit den erfindungsgemäßen

antriebgeregelten Schiebern. In Figur 2 ist schematisch der asymmetrische Betrieb sowie in Figur 3 schematisch der symmetrische Betrieb dargestellt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit der Regeneratoren 7 bei Glasschmelz- und Leuterprozessen in Quer flammenwannen 8 mit

Regenerativheizungen werden in Regenerator füßen 1 an den Ports 12a, 12b oder Kammern 12a, 12b befindliche Schieber als antriebsgeregelte Schieber 2 mittels einer

Regelungseinrichtung 3 in ihrem Öffnungsgrad eingestellt. Diese Regelung beeinflusst die Menge der Abgase und erfolgt unter Berücksichtigung der Befeuerungsrichtung sowie unter Berücksichtigung des Druckes im Hauptabgaskanal 5 sowie der Temperatur im Regenerator fuß 1 an den Ports 12a, 12b oder Kammern 12a, 12b. Die Temperatur wird mittels

Temperatur sensoren 6 und der Druck im Hauptabgaskanal 5 mittels Drucksensoren 4 gemessen und von der

Regelungseinrichtung 3 erfasst. Mit den Wechselschiebern 9 wird je nach Befeuerungsrichtung die Verbindung von den Ports 12a, 12b oder Kammern 12a, 12b zum Hauptabgaskanal geöffnet oder geschlossen. Bei den üblicherweise

eingesetzten Quer flammenwannen 8 sind an den beiden

gegenüberstehend seitlich der Quer flammenwanne angeordneten Regeneratoren 7 jeweils vier oder sechs Ports 12a, 12b vorhanden, durch welche je nach Befeuerungsrichtung die Verbrennungsluft 10 zu den Brennern geführt wird und die Abgase 11 an den gegenüberliegenden Ports 12b wieder abgeführt wird. Hierbei besteht die Möglichkeit, dass die Abgase 11 durch die jeweils gegenüberliegenden Ports 12b nicht oder nur teilweise geleitet werden. Es kommt zu einer Ungleichbelastung der Regeneratoren 7, wobei es zu einer Überhitzung bzw. zu einer Unterkühlung kommt, da sich die angesaugte Verbrennungsluft 10 nur bis zu einer maximalen Temperatur erwärmt und die zur Verfügung stehende Wärme in den Regeneratoren 7 nicht vollständig entzieht und die Abgase 11 den Regenerator weiter erhitzen. Hingegen wird bei einem schlecht durchströmten Regenerator 7 die kalte Verbrennungsluft 10 den Regenerator 7 in diesem Bereich weiter auskühlt. Als Ursache kann die Verschmutzung der Gitterung 13 der Regeneratoren 7 genannt werden. Weiterhin sind verlustbringende Einflüsse wie Falschluft oder

Feuchtigkeit zu nennen. Hierdurch ist es möglich, dass sich der Strom der Abgase nicht zwischen zwei gegenüberliegenden Ports 12 oder Kammern 12 die Quer flammenwanne 8 passiert und sich auf jeweils benachbarte Ports 12a, 12b oder

Kammern 12a, 12b verteilt. Dieses Verhalten ist in Figur 2 dargestellt. Diese störenden Faktoren oder Effekte

verursachen eine asymmetrische Betriebsweise der

Regeneratoren 7 und sorgen für einen hohen Energiebedarf. Zur Vermeidung dieser Asymmetrien werden mit diesem

Verfahren die antriebgeregelten Schieber 1 so eingestellt, dass die abgeführten Masseströmen der Abgase 11 durch die Ports 12a, 12b oder Kammern 12a, 12b gleich den bekannten Massenströmen der zugeführten Verbrennungsluft 10 sind, wodurch die Symmetrie hergestellt ist. Je nach

Befeuerungsrichtung wird mit der Einstellung der

antriebgeregelten Schieber 2a, 2b der Abgasstrom der jeweiligen Ports 12a, 12b so eingestellt, dass die

Druckverhältnisse entlang der Zugänge der Ports 12a, 12b zum Hauptabgaskanal 5 weitestgehend konstant sind. Mit den antriebgeregelten Schiebern 2a, 2b lassen sich die

Masseströme der Abgase 11 so leiten, dass die Regeneratoren gleichmäßig belastet werden. Je nach Notwendigkeit werden durch die antriebgesteuerten Schieber 2 Staudrucke durch einen geringen Öffnungsgrad erzeugt oder die Abgase 10 passieren bei vollständig geöffneten antriebgesteuerten Schiebern 2 diese nahezu ungehindert. Die Zufuhr der

Verbrennungsluft erfolgt unabhängig vom Öffnungsgrad der antriebgeregelten Schieber 2a, 2b, da hierfür Gebläse im Einsatz sind, welche sich in ihrer Leistung anpassen lassen. Somit werden die oben beschriebene Überhitzungen oder Unterkühlungen vermeiden. Durch die genannten

Maßnahmen wird eine symmetrische Betriebsweise je Portpaar, wie in Figur 3 dargestellt, erreicht. Neben der Steigerung der Produktionsqualität ergibt sich hierdurch auch ein Kostenersparnis .

Bei der erfindungsgemäße Einrichtung zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit der Regeneratoren 7 bei Glasschmelz- und Leuterprozessen in Quer flammenwannen 8 mit

Regenerativheizungen sind, wie in Figur 1 dargestellt, in Regenerator füßen 1 an den jeweiligen Ports 12a, 12b oder einer Kammern 12a, 12b antriebgeregelte Schieber 2

vorhanden mit welchen der Strom der Abgase 11 regelbar ist. Diese antriebgeregelte Schieber 2 sind mit einer

Regelungseinrichtung 3 verbunden. Die antriebgeregelten Schieber 2 lassen sich in ihrem Öffnungsgrad einstellen. Hierdurch wird die Menge der Abgase beeinflusst. Zur

Erfassung des Druckes im Hauptabgaskanal 5 sind im

Hauptabgaskanal 5 Drucksensoren 4 vorhanden. Zur

Temperaturmessung im Regenerator fuß 1 an den jeweiligen Ports 12a, 12b oder Kammern 12a, 12b sind

Temperatur sensoren 6 angeordnet. Diese Sensoren 4, 6 sind mit der Regelungseinrichtung 3 verbunden. Die

Wechselschieber 9 sind ebenfalls mit der

Regelungseinrichtung 3 verbunden. Die Wechselschieber 9 trennen der Regenerator fuß 1 vom Hauptabgaskanal 5, damit je nach Befeuerungsrichtung keine Verbrennungsluft 10 direkt in diesen gelangt. Mit diesem Verfahren und der Einrichtung lassen sich alle Ports 12a, 12b oder Kammern 12a, 12b individuell so einstellen, das unabhängig von der Befeuerungsrichtung der symmetrische Betrieb möglich ist.

Zusammenstellung der Bezugszeichen

1 - Regenerator fuß

2 - antriebgeregelter Schieber

3 - Regelungsein ichtung

4 - Drucksensor

5 - Hauptabgaskanal

6 - Temperatur sensor

7 - Regenerator

8 - Schmelzwanne, Quer flammenwannen 9 - Wechselschieber

10 - Verbrennungsluft

11 - Abgas

12 - Port, Kammer

13 - Gitterung