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Beheizungssystem für Industrieöfen, insbesondere Tunnelöfen der Seinkeramischen
Industrie Anwendungsgebiet der Erfindung Die Erfindung ist anwendbar für Industrieöfen,
insbesondere für kontinuierlich betriebene Tunnelöfen, in denen das Wärm- oder Brenngut
nach genau vorgegebener TemPeratur-Zeit-Kurve zu behandeln ist sowie gegebenenfalls
außerdem hohe Anforderungen an die Einhaltung bestimmter Ofenraumatmosphären gestellt
werden, Speziell ist die Erfindung in Glattbrandtunnelöfen der feinkeramischen Industrie
und der Sanitärkeraiiiikindustrie anwendbar.
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Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Zur Vergleichmäßigung
des Temperaturfeldes über den Tunnelofenquerschnitt in der Vorwärmzone ist es bekannt,
annähernd über die gesamte Länge der Vorwärmzone stufenweise das Abgas in den Puchs
zu saugen.
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Bekannt ist außerdem Ofengase aus dem heißeren Oberteil mittels Gebläse
abzusaugen und - über Rohrleitungen verteilt - an der Ofensohle wieder zuzufUhren.
Teilweise wird auch umgekehrt verfahren.
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Es wird auch Warmluft aus der Kühlzone des Ofens mittels Gebläse über
Rohrleitungen in die Vorwärmzone eingeblasen9 um das Volumen der die Vorwärmzone
durchströmenden Gase zu vergrößern und die TemPeratur-und Strömungsverhältnisse
über den Querschnitt zu vergleichmäßigen bzw. durch Erzeugung eines Strömungswiderstandes
an der Decke die Längsströmung der heißen Abgase nach unten abzulenken.
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Ferner werden bei direkt nit Gas bzwç Öl befeuerten Tunnelöfen zum
gleichen Zweck Hochgeschwindigkeitsbrenner im Bereich der Vorwärmzone eingesetzt,
deren mit hohem Impuls in den Ofenraum strömende Gase die Ofenatmosphäre umwälzen.
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Außerdem ist bekannt, daß durch z. Bo im Fuchs rhythmisch betätigte
Drosselorgane die gleichfömige Strömung der Ofenatmosphäre gestört u;d so ein Vermischungseffekt
erzielt werden kann9 Ferner ist bekannt, einen Mischungseffekt durch eine oder mehrere
der Längs- oder Haupt strömung überlagerte Pulsierende oder in der Richtung wechselnde
Zusatzströmungen zu erzielen, die mittels außen liegender Gebläse erzeugt werden.
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Die für den Glattbrandprozeß benötigten hohen Temperaturen können
durch direkte Beheizung der Tunnelöfen mittels Gas oder Öl erreicht werden0 Es ist
bekannt, zu diesem Zweck Brenner zu verwenden, deren Brennkammer in die Ofenwand
eingebaut wird, aus der die Abgase über eine cder mehrere Öffnungen in den Tunnel
gelangen. Es ist auch bekannt, Flammenbrenner zu verwenden, die als Verbrennungsraum
das zwischen Tunnelofenwagenplateau und Brenngutstapel ausgesparte sogenannte Hohlpodium
nutzen. Ferner ist bekannt, die gesamte Brennzone mit den bereits o, a. Hochgeschwindigkeitsbrennern
zu bestücken Aus der Metallurgie ist der Einsatz von Strahlungsbrennern für Erwärmungsprozesse
zur Intensivierung des Wärmeüberganges bekannt.
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Für den Betrieb der Kühlzone von Tunnelöfen ist bekannt, zur Verbesserung
des Kuhleffektes und zur Vermeidung der Abströmung von Verbrennungsabgasen aus der
Brenn- in die KEhlzone an der Ofenausfahrt sogenannte Schiebeluft einzublasen. Außerdem
ist bekannt, eventuell in die Kühlzone übertretende Verbrennungsabgase über sogenannte
Dunst- oder Entschwefelungskamine abzuleiten.
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Bei der Brenngutkühlung werden zur Intensivierung des konvektiven
Wärmeüberganges Dichteunterschiede genutzt zwischen der Luft in den Brenngutstapel
und in den mit Kühlrohren bestückten Hohlräumen der doppelwandig ausgeführten Seitenwände
Allen bisher bekannten Beheizungssystemen von Tunnelöfen haften wesentliche Nachteile
an. Zum optimalen Tunnelofenbetrieb gehört die.möglichst weitgehende Ausnutzung
der fühlbaren Wärme des Abgases.
Speziell im Porzellanglattbrandtunnelofen
muß außerdem das Brenngut möglichst gleichmäßig vorgewärmt werden, um die im jeweiligen
Temperaturbereich zulässigen Temperaturgradienten nicht zu überschreiten, da insbesondere
die Brennhilfsmittel (dp he teilweise bis 90 % des Besatzes) hiergegen sehr emPfindlich
sind (sie halten s. T. weniger als 10 Ofenreisen).
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Die bisherigen Lösungen werden diesen Forderungen nur ungenügend gerecht.
Die Deckengängigkeit der Abgase wird nur wenig gemindert; das Abziehen heißer Abgase
vergrößert den Abgaswärmeverlust; die Praktisch über die gesamte Vorwärmzone anliegende
Saugung in Höhe des Hohlpodiums führt zu starken Falschlufteinbrüchen. Auch den
bisher effektivsten Lösungen, den außenliegenden Gebläsen sowie den Hochgeschwindigkeitsbrennern
haften wesentliche Nachteile an. uebliche Heißgasgebläse sind nur bis zu mittleren
Temperaturen einsetzbar. Sie sowie die teuren Spezialanfertigungen für höhere TemPeraturen
sind sehr störanfällig und haben nur geringe Laufzeiteno Sie verursachen durch das
Gebläse selbst und durch die erforderlichen Rohrleitungen zudem trotz Isolierung
zusätzliche Wärmeverluate. Die in der Vorwärmzone angeordneten Hoohgeschwindigkeitsbrenner
bringen Wärme in den Ofen hinein, wo die Nutzung der bereits vorhandenen fühlbaren
Wärme des Abgases schon Schwierigkeiten bereitet, und verursachen durch die Vergrößerung
des Abgassolumens weitere Abgaswärmeverluste.
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Bei Verwendung von Flammenbrennern, die im HohlPodium ausbrennen,
wird die Wärme an Stellen entbundens wo sie nur zu einem Teil benötigt wird. Das
führt zu starker thermischer Beanspruchung der Tunnelofenwagenplateaus, weswegen
deren Haltbarkeit gering und die Wärmeverluste (sowohl in form von Speicherverlusten
im Plateau als auch von Durchgangsverlusten) groß sind. Gleiches gilt bei Verwendung
von Hochgeschwindigkeitsbrennern über die gesamte Brennzone von Glattbrandtunnelöfen.
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Bei Brennern mit in der Wand befindlicher Verbrennungskammer wird
die Wärme weitgehend in der Wand entbunden, wodurch ein wesentlicher Teil des Mauerwerkes
für die Isolierung unwirksam wird> zur ausreichenden Isolierung also enorme Wanddicken
nötig sind.
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Xlt den in der neutralen und in der Reduktionszone foinkeramischer
Glattbrandtunnelöfen bisher eingesetzten Brennern ist im
Hochtemperaturbereich
nur ein verhältnismäßig geringer Wårmeübergang zu erreichen, weswegen nur weit kleinere
Aufheizgeschwindigkeiten möglich sind, als sie von den Materialeigenschaften des
Brenngutes und der Brennhilfsmittel her oberhalb 1100 °C zulässig wären.
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Der Einsatz von Strahlungsbrennen im Hochtemperaturbereich von Glattbrandtunnelöfen
war bisher nicht möglich, da infolge des fehlenden Strahlimpulses der Flamme die
Vergleichmäßigung der Ofenatmosphäre nicht gewährleistet werden konnte.
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Zur Abgasabdämmung von der Kühlzone mittels Schiebeluft sind enorme
Luftmengen nötig, da ein großer Anteil über Undichtigkeiten Cvor allem an den Sandtassen
und den Wagenstößen) ungenutzt entweicht und so hohe Wärmeverluste verursacht werden.
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Ziel der Erfindung Ziel der Erfindung ist es, die Ofenleistung zu
steigern bei gleichzeitiger starker Senkung des sPezifischen Wärmebedarfes, den
Anteil fehlerhaften Brenngutes graduell zu verbessern, die Laufzeit der Brennhilfsmittel
und der TunnelofenwagenPlateaus wesentlich zu vergrößern und die spezifische Ofenmasse
zu vermindern.
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Darlegung des Wesens der Erfindung Die Erfindung stellt sich die Aufgabe,
das Beheizungssystem für Tunnelöfen der feinkeramiachen Industrie so zu gestalten,
daß eine bessere Ausnutzung der fühlbaren Abgasvorwärme durch Erhöhung der Relativgeschwindigkeit
des Abgases zum Brenngut in der Vorwärmzone eintritt sowie ein intensives Durchmischen
der Ofenatmosphäre mit der Verbrennungsluft in der Oxydatienazone erfolgt und daß
in der Reduktionszone und in der neutralen Zone der Wärmeübergang verbesser, die
Aufheizzeit verkürzt und die Oberflächenwärmeverluste vermindert werden sowie ein
Maximum an fühlbarer Wärme aus der Kühlzone zur Verbrennungsluftvorwärmung und Trocknerlufterzeugung
genutzt wird.
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Das neue Bcheizungssystem ist gekennzeichnet dadurch9 - daß in der
Vorwärmzone mit Hilfe von in der Decke angeordneten kontinuierlich bzwO pulsierend
betriebene Druckluft düsen die heißen Gase aus der oberen Ofenzone beidseitig durch
die Seitenwandspalte sowie durch gegebenenfalls zusätzlich in den Seitenwänden dafür
angeordnete nischenförmige Erweiterungen nach unten gedrückt werden (aerodynamische
Abgasumwälzung) @ wodurch die durch den thermischen Auftrieb verursachte Schichtung
der Ofengase beseitigt und die Gasgeschwindigkeit relativ zum Brenngut vergrößert
wird, damit das Brenngut gleichmäßig erwärmt und die fühlbare Wärme des Abgases
weitgehend ausgenutzt wird, - daß in der Oxydationszone Hochgeschwindigkeitsbrenner
in der Decke beidseitig über den SeitensPalten angeordnet sind, die im mittlcren
TemPeraturbereich eine Vergleichmäßigung der Temperatur und der Zusammensetzung
der OfenatmosPhäre über den Ofenquerschnitt bei gleichzeitiger Vertesserung des
konvektiven Wärmeüberganges gewährleisten; zur ungehinderten Strahlausbreitung in
den Seitenspalten können diese nischenförmig erweitert sein, in Hohe des HohlPodiums
können die Nischen zum Schutz des Labyrinths vor thermischer Uberlastung mit Umlenkvorrichtungen
versehen sein, - daß im Bereich der neutralen und der Reduktionszone Strahlungsbrenner
eingesetzt werden, die von der Decke und/oder von beiden Ofenwänden aus das Brenngut
im wesentlichen durch Strahlung erhitzen, wobei die Warme dort entbunden wird, wo
man sie benötigt und eine unnötige Aufheizung der Ofenwand und des unnelofenwagen-Plateaus
vermieden und ein guter Wärmeübergang und folglich hohe Aufheizgeschwindigkeiten
realisiert werden können, wobei sie kombiniert werden mit deckenseitig über den
Seitenspalten angeordneten Hochgeschwindigkeitsbrennern, damit eine weitgehend homogene
OfenatmosPhäre in diesem Bereich gewährleistet wird, daß in der Kühlzone oberhalb
der mit Kühlluftrohren bestückten Hohlraume der doppelwandig ausgeführten Seitenwände
Druckluftdüsen den konvektiven Wärmeaustausch zwischen Brenngut und aufzuwGrmender
Luft intensivieren und
- daß durch dei mittels vorgenannter Düsen
in die Kühlzone eingebrachte Druckluft und durch bei Bedarf zusätzlich in den Kühlzonenanfang
eingeblasene Heißluft das Einströmen von Brennzonenabgas in die Kühlzone verhindert
wird.
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In der Vorwärmzone, der KEhlzone und dem mit Hochgeschwindigkeitsbrennern
bestückten Teil der Brennzone wird durch einen beim Regalbau und beim Besetzen freizulassenden
MittellängssPalt im BesatzstaPel die Zirkulation der Ofenatmosphäre (in den Seitenspalten
abwärts, im HohlPodium von beiden Seiten zur Mitte, im Mittelspalt aufwärts und
im DeckensPalt in beiden Richtungen nach außen) unterstützt Ausführungsbeispiel
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden In
der zugehörigen Zeichnung zeigen: Fig 1: längsschnitt durch einen Glattbrandtunnelofen
Fig. 2: Schnitt A-A der Vorwärmzone nach Fig. 1, Fig. 3: Schnitt B-B der Oxydations-
und der Reduktionszone nach Fig. 1 Fig. 4: Schnitt C-C der Kühlzone nach Fig. 1
In der Vorwärmzone wird durch Druckluft düsen 1, die in der Decke beidseitig über
dem Deckenspalt angeordnet sind1 mit einem Strahlimpuls im Seitenspalt bzw. dafür
im Seitenspalt vorgesehenen Nischen heißes Abgas nach unten gerührt und in das HohlPodium
2 eingeblasen, um die TemPeratur über den Ofenquerschnitt zu vergleichmäßigen, den
konvektiven Wärmeübergang zu verbessern und die fühlbare Wärme des Abgases besser
zu nutzen. Etwa 6 m3/h Luft Je Düse werden bei Umgebungstemperatur und ca. 6 kPa
Überdruck eingesetzt.
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In der Ofendecke der Oxydationszone sind Hochgeschwindigkeitsbrenner
3 derart angeordnet, daß sie in beiden Seitenspalten abwärts brennen, bzw. in dafür
vorgesehenen Erweiterungen der Seitenspalten abwärts brennen, wobei ihre Abgase
aus dem DeckensPalt Abgas ansaugen, sich mit diesem innig vermischen, für eine Nachverbrennung
der reduzierenden KomPonenten des Abgases aus dem DeckensPalt sorgen und einen intensiven
konvektiven Wa'rmeübergang ermöglichen.
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Die Reduktions- und die neutrale Zone sind beidseitig mit Strahlungsbrennern
4 ausgerüstet, deren strahlende Flächen oberhalb des HohlPodiums angeordnet sind,
wobei die Wärmeentbindung dort erfolgt, wo sie benötigt wird0 Einander gegenüberliegende
Brenner werden versetzt angeordnet. Deckenseitig über den Seitenspalten sind Hochgeschwindigkeitsbrenner
3 zur Vergleichmäßigung der OfenatmosPhäre eingebauto In die Decke der Ktüiizone
sind oberhalb der mit KEhlluftrohren bestückten Hohlräume der doppelwandig ausgeführten
Seitenwände Druckluftdüsen 1 installiertg die durch ihren ImPuls die durch Temperaturunterschiede
der als Wärmeübertragungsmedium dienenden Luft verursachte Zirkulation und damit
den konvektiven Wärmeaustausch intensivieren.