DE3133467A1

DE3133467A1 - Verfahren und vorrichtung zum vorerhitzen von pulverfoermigen materialien vor deren einfuehrung in einen schmelzofen

Info

Publication number: DE3133467A1
Application number: DE19813133467
Authority: DE
Inventors: Frederick Justin Swanton Ohio Nelson; Raymond Sears Sylvania Ohio Richards; Robert Roy Toledo Ohio Rough sen.
Original assignee: Owens Illinois Inc
Current assignee: OI Glass Inc
Priority date: 1980-09-02
Filing date: 1981-08-25
Publication date: 1982-04-15
Also published as: FR2489295A1; ES8307671A1; AU527157B2; AU7426881A; MX159634A; FR2489295B1; GB2083018A; GB2083018B; IT8149211A0; DE3133467C2; ES505099A0; JPS5925730B2; IT1171498B; CA1173650A; ES515268A0; JPS5782126A; ES8301846A1; ZA815567B; IT8149211A1

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Vorerhitzen von pulverförmigen Materialien vor deren Einführung in einen Schmelzofen

Es sind verschiedenartige Typen von Herstellungsverfahren "bekannt, bei denen die sich im kalten Zustand oder auf Raumtemperatur befindlichen Ausgangsmaterialien durch den Einsatz von entweder kontinuierlich oder diskontinuierlich arbeitenden Vorrichtungen in einen Schmelzofen eingeführt werden. Derartige Vorrichtungen werden häufig durch eine hydraulische oder eine andere Kühlvorrichtung geschützt, die die Wärme vom Schmelzofen absorbiert und zusätzlich die Kühlung der in den Schmelzofen eingeführten Materialien intensiviert. Bei diesen Verfahren werden die Ausgangsmaterialien erst dann erhitzt, nachdem sie in den Schmelzofen eingeführt sind, wo sie dann bei hoher Temperatur die zur Vervollständigung der endothermischen Reaktionen erforderliche Wärmemenge empfangen und eine ausreichende Fluidität erhalten, die eine Homogenisierung und Läuterung der entstehenden geschmolzenen Glasmasse sichert. Bei der Glasherstellung wurde festgestellt, daß der größere ■ Teil der den Ausgangsmaterialien zugeführten Wärmeenergie zum Erhöhen der Temperatur der Ausgangsmaterialien benötigt wird und nicht zum Zustandekommen der Reaktionen. Bei den meisten bekannten Verfahren werden die Ausgangsmaterialien am oberen Ende des Schmelzbades angeordnet und der Strahlung der Flammen ausgesetzt, die mit großer Turbulenz über ihnen zirkulieren. Da die neu eingeführten Materialien schlechte Wärmeleiter sind, ist der Wärmeaustausch schlecht, wodurch der Schmelzvorgang verlangsamt wird.

Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere die Steigerung des Wirkungsgrades und der Leistung von Glasschmelz-30

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einrichtungen. Es werden Einrichtungen geschaffen, mit denen ein Glasschmelzofen mit voller Kapazität oder falls gewünscht darunter kontinuierlich und gleichmäßig betrieben werden kann. Es wird eine Vorrichtung zum Vorerhitzen der gründlich gemischten, glasbildender, Bestandteile geschaffen, bevor diese in den Schmelzofen eingegeben werden, wobei vorzugsweise die Wärme der Abgase vom Schmelzofen für ein derartiges Vorerhitzen des Glasgemisches nutzbar gemacht und ein kontinuierlicher Durchgang des Glasgemisches durch den Vorerhitzer zum Schmelzofen möglich gemacht wird.

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, um die vorstehend aufgezeigten Ziele zu erreichen. Es wird dabei eine verbesserte Vorrichtung zum Vorerhitzen des Glasgemisches und zur Nutzbarmachung der Abgase von Glasschmelzöfen oder der heißen vorerhitzten luft von derartigen Öfen geschaffen, wie in der nachfolgenden Beschreibung sowie den zugehörigen Patentansprüchen genauer ausgeführt ist.

Durch die Anordnung eines Vorerhitzers für das Glasgemisch kann die Wärmeenergie der Abgase vom Schmelzofen, die sonst durch den Kamin abgeführt würden, zum Erhitzen des Gemisches nutzbar gemacht werden. Obwohl die Verwendung von heißen Abgasen bevorzugt wird, um den Vorerhitzer zu betreiben, kann auch vorerhitzte Luft aus dem Wärmerückgewinnungs-■bereich, des Schmelzofens, die zur Verbrennung eingesetzt wird, oder auch eine zusätzliche Wärmequelle, wie beispielsweise ein Öl- oder Gasbrenner, allein oder in Kombination, zum Erhitzen der Luft oder der Abgase zum Betreiben des Vorerhitzers eingesetzt werden. Es kann auch atmosphärische Luft zum Betreiben des Vorerhitzers Verwendung finden. Durch die Anordnung des Vorerhitzers kann das Glasgemisch auf einer geeigneten vorgegebenen erhöhten Temperatur kontinuierlich einem Schmelzofen zugeführt werden, der entweder kontinuierlich oder Chargen-

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weise betrieben wird, wodurch eine gleichmäßigere Betriebsweise des Schmelzofens mit einem signifikanten Anstieg des Wirkungsgrades und der leitung erzielt werden kann. ■

Es existiert eine beträchtliche Anzahl von älteren US-Patenten, die sich mit dem Vorerhitzen eines Glasgemisches vor seiner Einführung in den Schmelzofen befassen. In der US-PS 3 607 170 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, gemäß dem bzw. der das Glasgemisch in einer nichtoxidierenden Atmopshäre vorerhitzt wird, während es in einer vorgegebenen Richtung durch eine Vorheizzone eines Tunnelofens befördert wird. Ein Gemisch aus Glaspulver und einem Schäummittel wird in einen Trichter eingeführt, der eine Reihe von Rohren besitzt, durch die das Gemisch hindurchläuft.

Die US-PS 3 172 648 betrifft das Vorerhitzen von pulverförmigen Materialien, wobei sich die Rauchgase in der Vorheizzone in direktem Kontakt mit den glasbildenden Bestandteilen befinden. Dieser Kontakt bewirkt Jedoch ein Mitreißen von Staub in den austretenden Rauchgasen.

Die US-PS 4 045 197 betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Wiedergewinnung der Abgaswärme aus den Abgasen eines Glasschmelzofens, wobei diese Abgase über Heizrohre in eine Umfassung geleitet werden, in der die eingegebenen Glasmaterialien vorerhitzt werden, bevor sie einem Schmelzofen zugeführt werden. Die Heizrohre enthalten metallisches Natrium als Arbeitsmittel.

Die US-PSen 3 788 832 und 3 880 639 betreffen beide das Vorerhitzen von angesammelten Glasmaterialien durch direkten Kontakt mit einem Abgas, das von einem Glasschmelzofen abgegeben wird.

Die US-PS 3 185 554 betrifft ein Verfahren zum Vorerhitzen von Glasmaterialien durch von den Abgasen unabhängige Heizeinrichtungen, so daß keine unvorhersehbare Beziehung

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zwischen varrierenden Mengen an Abgaswärme und der zum Vorerhitzen der nicht geschmolzenen Materialien benötigten Wärmemenge existieren.

Eine beträchtliche Anzahl von anderen Patenten betrifft den direkten Wärmeaustausch zwischen den eingegebenen Chargenmaterialien und den Abgasen eines Glasschmelzofens ο Hierzu zählen die ÜS-PSen 3 607 190, 4 026 691, 3 526 492, 3 350 213, 1 543 770, 3 753 743, 1 610 377 und 4 099 953.

In· der Patentliteratur sind viele Techniken zur Durchführung eines direkten oder indirekten Wärmeaustausches zwischen den heißen Abgasen eines Glasschmelzofens und den eingegebenen Chargenmaterialien beschrieben. Keine dieser Techniken ist jedoch in der Lage, die mit der Erfindung erreichten Ergebnisse zu erzielen.

Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen beschrieben.

Es zeigen:
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Figur 1 eine perspektivische Ansicht, teilweise weggebrochen, einer Vorrichtung zum Vorerhitzen von Glasausgangsmaterialien; und

Figur 2 einen vergrößerten Teilvertikalschnitt durch

die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung.

In der Zeichnung ist ein Glasschmelzofen 10 vom fiegenerativtyp dargestellt, der einen Boden aus feuerfesten Steinen aufweist, auf dem die Schmelze aus den glasbildenden Bestandteilen angeordnet ist. Gas und Luft werden normalerweise gemischt und im Schmelzofen über den glasbildenden Materialien verbrannt. Durch die dabei entstehende Wärme wird das Materialgemisch in eine Masse geschmolzenen Glases überführt, die von einem Ende abgegeben oder zum Läutern weiterverarbeitet wird. Die Regenerativ- oder Wärmespeicherkammern oder Kanäle sind normalerweise

unterhalb der Schmelzkammer des Ofens angeordnet.

Gas und luft werden normalerweise durch die Regenerativkanäle unter dem Boden des Ofens zum Vorerhitzen und

• 5 durch Seitenöffnungen, die in die Schmelzkammer des Ofens führen, geführt, wo sie zum Schmelzen der glasbildenden Bestandteile verbrannt werden. Die heißen Abgase werdendanach durch gegenüberliegende Seitenöffnungen geschickt und dann durch die Regenerativkanäle zur Wärmewiedergewinnung und schließlich durch Abgaskanäle und einen Entleerungsschacht. Fach einer begrenzten Zeitdauer einer solchen Betriebsweise wird die Bahn des einströmenden Gases und der Luft durch geeignete Schieber und Zeitschalter umgelenkt, so daß die brennbaren Gase danach 5 aus gegenüberliegenden Öffnungen in die Schmelzkammer eindringen. Die heißen Abgase verlassen hierbei die Schmelzkammer durch gegenüberliegende Abgaskanäle, die zum Schacht bzw. Kamin führen. Durch diese alternierende Betriebsweise der Regenerativkanäle in bezug auf den eindringenden Brennstoff und die austretenden heißen Abgase wird der Brennstoff durch die feuerfesten Steine der Regenerativkanäle, die durch die austretenden Abgase, die die Kanäle vorher durchströmt haben, erhitzt worden sind, vorerhitzt. Die vorstehend wiedergegebene Beschreibung betrifft eine bekannte Konstruktion eines Glasschmelzofens und wird hier nur als Ausführungsbeispiel wiedergegeben. Zum Betreiben der Vorrichtung zur Vorerhitzung können nämlich sovohl die Abgase vom Schmelzofen als auch vorerhitzte Verbrennungsluft aus dem Schmelzofen oder zusätzliche at-nosphärische Luft, die in geeigneter Weise vorerhitzt worden ist, Verwendung finden.

Nach der erfindungsgemäßen Lehre ist ein Vorerhitzer in der Nähe des Materialeingabeendes des Glasschmelzofens auf einer Höhe angeordnet, die über der normalen Höhe der Beschickungsvorrichtungen 12 des Ofens liegt. Die glasbildenden Bestandteile werden in einem in geeigneter Weise vermischten Zustand über geeignete Einrichtungen, bei-

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spielsweise einen Vertikalförderer 32, dem oberen Ende des Vorerhitzers 11 zugeführt. Bei dem Vertikalförderer kann es sich um irgendeine übliche Konstruktion eines Endlosketten- oder Eimerförderers handeln, die in der lage ist, das Materialgemisch von einem Haufen oder einem Bunker aufzunehmen und dieses auf eine Sinne zu geben, durch die es in das obere Ende des Vorerhitzers einströmt. Das glasbildende Gemisch umfaßt die normalen miteinander vermischten Chargenbestandteile und kann oder kann auch nicht Glasbruch zur Bildung der Schmelze enthalten. Der Glasbruch besitzt normalerweise eine Größe von etwa i/2 bis 1 Zoll U.S. mesh size, wobei die kleinere Größe bevorzugt wird, um einen Durchgang durch den Vorerhitzer ohne Brückenbildung zu ermöglichen.

Der Vorerhitzer umfaßt typischerweise eine vertikale Kammer 13 niit einem rechteckigen Querschnitt, die mit einer pyramidenstumpfförmigen oberen Abdeckung 14 versehen ist. Die Hauptmasse des Glasmaterials wird durch eine Rinne 15 in den Bodenbereich eines Vertikalförderers 32 eingeführt, um zum oberen Ende des Vorerhitzers 11 gefördert zu werden. Zwischen der umschlossenen oberen Abdeckung und dem Hauptabschnitt des Vorerhitzers ist eine innere horizontale obere Platte 16 angeordnet, in die eine Vielzahl von offenendigen Rohren 17 an ihren oberen Enden eingeführt ist. Die Rohre sind im Abstand voneinander und parallel zueinander in vertikaler Ausrichtung montiert, so daß das Glasmaterial durch die Rohre hindurchgeführt werden kann. Sie weisen vorzugsweise einen Innendurchmesser von etwa 4 Zoll auf und erstrecken sich über den mittleren Abschnitt des Vorerhitzers bis zu einer inneren unteren Horizontalplatte 18, in die sie in ähnlicher Weise eingeführt sind. Somit umfaßt der mittlere Abschnitt des Vorerhitzers ein Gehäuse mit einer Rohranordnung. Die Anzahl der Rohre und die Abmessungen des Vorerhitzers hängen von der Größe des Glasschmelzofens ab, mit dem der Vorerhitzer zusammen verwendet wird, und den gewünschten Betriebsbedingungen.

Die Rohre sind an Mittelpunkten von etwa 6 bis 8 Zoll Entfernung montiert, wenn Rohre mit einem Innendurchmesser von 4 Zoll Verwendung finden, und die Eckrohre werden normalerweise weggelassen, wenn der Vorerhitzer eine rechteckige oder quadratische Querschnittsform besitzt. Die Rohre bestehen vorzugsweise aus Kohlenstoffstahl oder rostfreiem Stahl, so daß sie ohne Rosten oder Korrosion über einen längen Zeitraum benutzt werden können. Sie sind normalerweise in gleichen Abständen angeordnet, um einen optimalen Durchfluß des partikelförmigen Glasmaterials zu ermöglichen.

Der untere Abschnitt des Vorerhitzers umfaßt einen pyramidenstumpf förmigen Bodentrichter 20, in den die offenendigen Rohre 17 das erhitzte Glasmaterial abgeben. Der Bodentrichter endet an seinem unteren Ende in einer Abgabekammer 21 mit einem Schneckenförderer, welche mit einem Verteilerventil 22 in Verbindung steht. Das Verteilerventil weist einen Y-förmigen Ausgangsabschnitt auf, um den größeren Anteil des erhitzten Glasmaterials durch eine Rinne 23 einer Beschickungsvorrichtung 24 zuzuführen. Die Beschickungsvorrichtung ist in der Lage, das erhitzte Glasmaterial über ein mit einer Schnecke versehenes Beschickungselement oder andere bekannte Einrichtungen in den Schmelzofen 10 einzuführen.

Unmittelbar über dem am Boden des Vorerhitzers angeordneten inneren Verteilerelement 18 ist ein Abgaskanal 25 zum Einleiten von heißen Abgasen in den unteren Bereich des Vorerhitzers montiert. Der Kanal ist so ausgebildet, daß er sich in einen relativ flachen, breiten Kanaleinlaß öffnet, der eine der Breite des Vorerhitzers vergleichbare Breite aufweist, um die heißen Abgase über die volle Breite des Vorerhitzers einführen zu können.

Unmittelbar unter dem inneren Verteilerelement 16 am oberen Ende des Vorerhitzers ist ein Abgaskanal 26 zum Herausleiten der heißen Abgase aus dem oberen Bereich des Vorerhitzers montiert. Der Kanal besteht aus einem relativ flachen, breiten Kanalauslaß, der eine mit der Breite des Vorerhitzers vergleichbare Breite aufweist, um die heißen Gase über die vollständige Breite des Vorerhitzers entfernen zu können.

Eine Vielzahl von flachen Leitplatten 27 ist versetzt zueinander und im Abstand voneinander zwischen der oberen 16 und der inneren 18 Innenplatte des Vorerhitzers montiert. Die Leitplatten 27 sind mit Öffnungen versehen, durch die sich die Rohre 17 zwischen ihrem oberen und unteren Ende erstrecken. Sie sind desweiteren in der Lage, die nach oben strömenden heißen Abgase in einer kreisförmigen Bahn zu leiten, um die Gasströmung turbulent zu machen und dadurch die Wärmeübertragung auf die Rohre und das sich durch diese durch Schwerkraftwirkung nach unten bewegende Glasmaterial zu verbessern.

Das Materialgemisch verläuft allmählich und kontinuierlich vom oberen Ende zum unteren Ende des Vorerhitzers. Es wird dann in einem gleichmäßig erhitzten und gut gemischten Zustand vom Bodentrichter des Vorerhitzers der Beschickungsvorrichtung 24 des Schmelzofens zugeführt. Das Glasmaterial wird somit langsam und kontinuierlich nach unten in den Schmelzofenbereich gefördert, um dort geschmolzen zu werden.

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Das in dem Vorerhitzer befindliche Glasmaterial wird durch die heißen Abgase, die von dem Schmelzofen vor ihrem Eintritt in den Kamin abgezogen werden, indirekt erhitzt. Wie man der Darstellung entnehmen kann, dringen die heißen Gase in den unteren Bereich des Vorerhitzers in der Nähe des unteren Endes der Rohre und über der unteren Platte 18 in diesen ein, strömen in einer serpentinenförmigen

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Bahn um die Leitplatten 27 herum bis zum oberen Ende des Vorerhitzers an der oberen Platte 16 und verlassen danach den Vorerhitzer durch den Kanal 26. Die Ein- und Auslaßkanäle 25 und 26 können mit Schiebern versehen sein, so daß die Strömung der heißen Gase durch den Vorerhitzer genau reguliert werden kann. Die sich im Gegenstrom zu den nach unten innerhalb der Rohre geförderten glasbildenden Materialien strömenden Gase bewegen sich zwischen den Rohren und um diese herum, wobei sie die Rohre und das darin enthaltene Glasmaterial indirekt erhitzen. Die heißesten Gase wirken somit auf den heißesten Teil der glasbildenden Bestandteile im unteren Bereich des Vorerhitzers ein und erhitzen die Bestandteile somit um eine weitere Stufe, bevor sie in den Schmelzofen eingegeben werden. Wie bereits vorher erwähnt, können die heißen Gase aus Abgasen aus der Heizzone des Schmelzofens oder vorerhitzter Luft aus dem Gitterbereich des Ofens oder vorerhitzter Außenluft bestehen, die vor der Abgabe an den Vorerhitzer zusätzlich erhitzt worden ist.

Durch richtige Ausbildung der oberen und unteren Trichterabschnitte des Vorerhitzers, die wie erwähnt kegelstumpfförmig ausgebildet sind, wird ein relativ gleichmäßiger und glatter Durchfluß der Materialien über die gesamte Vertikalhöhe des Vorerhitzers erreicht. Somit werden Durchflußgeschwindigkeiten durch alle Wärmetauscherrohre erzielt, mittels denen diese zu allen Zeiten gefüllt gehalten werden können, was eine gleichmäßige Vorerhitzung möglich macht. Die bevorzugte Konstruktion weist einen geraden Abschnitt mit abgerundeten Ecken am oberen Bereich oberhalb der Rohre und einen keilförmigen Trichter mit abgerundeten Ecken am Boden an den unteren Rohrenden auf, so daß eine kontinuierliche Bewegung des heißen und trockenen Materials möglich ist. Damit wird eine ausreichende Druckhöhe über den Rohren aufrechterhalten, um einen derartigen Durchfluß sicherzustellen. Desweiteren findet eine geeignete Beschickungseinheit Verwendung, um das vorerhitzte Material vom Boden des Trichters entfernen zu können.

Das Verteilerventil 22 dient dazu, das abwärts strömende Materialgemisch in einen größeren und kleineren Teil aufzuteilen. Der größere Teil wird über die Rinne 23 in die Beschickungsvorrichtung 24 abgegeben, während der kleinere Teil in eine Rinne 30 eingeführt wird, in der er mit dem eingeführten kalten Material von der Materialquelle vermischt wird. Das heiße und kalte Material wird dann nach unten zum Boden des Vertikalförderers 32 transportiert, der die Aufwärtsförderung des Materials übernimmt und dieses über die Einlaßrinne 33 dem oberen Ende des Vorerhitzers zuführt.

Durch richtige Dosierung und gründliches Mischen des umgewälzten heißen Materialanteils und des neu eingeführten kalten Materialanteils kann eine gleichmäßige und kontinuierliche Betriebsweise des Vorerhitzers aufrechterhalten werden. Dies kann erreicht werden, wenn die Temperaturbedingungen und die Strömungsparameter der Gase und des Ausgangsmaterials richtig eingestellt werden= Eine derartige gleichmäßige Betriebsweise ermöglicht das Aufrechterhalten von im wesentlichen konstanten Bedingungen im Vorerhitzer, so daß merklich heißeres Material dem Schmelzofen zugeführt werden kann, wodurch dessen Wirkungsgrad wesentlich verbessert wird.

Die Temperatur der Kamingase, die in den Vorerhitzer eindringen, ander¹¹ sich naturgemäß mit den Schmelzofenbedingungen. Die Temperatur beträgt jedoch normalerweise 900 bis 1100⁰P und befindet sich häufig über beträchtliche Zeitperioden auf einem Durchschnittswert von etwa 1000 P. Die den Vorerhitzer verlassenden Gase besitzen eine Temperatur von etwa 400 P bis 600 F, wobei der Durchschnittswert bei etwa 500⁰P liegt.

Offensichtlich können zusätzliche Heiζeinrichtungen für den Vorerhitzer vorgesehen werden, falls dies gewünscht wird, obwohl die Abgase des Schmelzofens normalerweise für die wirtschaftlichste Betriebsweise vollständig

ausreichen. Die Abgase oder die Heißluft dringen normalerweise in den Vorerhitzer mit einer Temperatur von etwa 90O⁰P bis 1100°F ein, nachdem sie den Verbrennungs- oder Gitterbereich des Schmelzofens verlassen haben. Wie erwähnt, kann auch vorerhitzte Verbrennungsluft, die den Wärmerückgewinnungsbereich des Schmelzofens durchströmt hat, zum Erhitzen des Materials im Vorerhitzer verwendet werden, oder es kann eine getrennte zusätzliche Wärmequelle, wie beispielsweise ein Brenner, Verwendung finden. Die Abgase oder die Heißluft verlassen normalerweise den Vorerhitzer mit einer Temperatur von etwa 400⁰P bis 60O⁰F.

Das Materialgemisch dringt normalerweise in. das obere Ende des Vorerhitzers bei einer Temperatur von etwa

•j 5 25O°F ein und verläßt den Vorerhitzer am Verteilerventil 22 bei einer Temperatur von etwa 800⁰F bis 1000⁰F. Die vorstehend genannten Temperaturen können mit einer Menge an wieder umgewälztem Material erreicht werden, die von etwa 25 bis 30 Gewi.-^ reicht. Derartige Temperaturen sind mit einem Glasschmelzofen möglich, der in der,Lage ist, etwa 240 Tonnen pro Tag herzustellen.

Der erfindungsgemäß ausgebildete Vorerhitzer ist in der Lage, kontinuierlich zu arbeiten, wenn das Glasmaterial · im kühleren oberen Bereich des Vorerhitzers über der Siedetemperatur von Wasser gehalten wird. Wenn die Materialtemperatur in diesem Bereich unter den Siedepunkt von Wasser fallen kann, kann die Restfeuchtigkeit innerhalb des Materials in den Rohren und innerhalb der oberen Abdeckung 14 des Vorerhitzers kondensieren» was ein Verstopfen der Rohre und Brückenbildungen bei der normalerweise strömenden Masse hervorruft. Ein derartiges Verstopfen verhindert eine optimale Betriebsweise des Vorerhitzers und kann über eine längere Zeitdauer nicht toleriert werden. Indem alle Flächen des Vorerhitzers, die mit dem Material in Kontakt treten, über der Taupunkt- oder Siedetemperatur des im Material enthaltenen

Wassers gehalten werden, kann ein Anhaften des Materials an den Flächen verhindert und ein glatter Durchfluß aufrechterhalten werden.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Wechselwirkung zwischen einem Vorerhitzer und einem Schmelzofen, wobei der Vorerhitzer mit heißen Gasen in Verbindung steht, die zu einem Kamin geführt werden, beschränkt. Falls dies wünschenswert ist, kann ein Vorerhitzer an eine Reihe von Schmelzöfen angeschlossen werden, oder eine Reihe von Vorerhitzern kann einem Schmelzofen und den davon herrührenden Abgasen zugeordnet werden.

Die vorliegende Erfindung kann auch zum Erhitzen von einzelnen Glasmaterialbestandteilen, wie beispielsweise Sand, Kalkstein, Sodaasche etc.,verwendet werden, um beispielsweise von diesen BestandteileⁿFeuchtigkeit vor der Einführung in einen Schmelzofen zu entfernen. Darüber hinaus können auch Glasbruch oder Mischungen aus Glasbruch und glasbildenden Materialien in einem breiten Bereich von Verhältnissen in der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung und durch das erfindungsgemäße Verfahren erhitzt werden, solange wie das partikelförmige Material einen oder mehrere flüchtige Bestandteile auf- .

weist, der innerhalb der Heizvorrichtung kondensiert.

Derartige Bestandteile können einzeln oder in Verbindung mit anderen Bestandteilen auf Temperaturen erhitzt werden, die von etwa 600⁰F bis 800⁰F reichen. Wenn Glasbruch allein erhitzt wird, so können noch höhere Temperaturen Verwendung finden.

Das Gemisch aus Glasbruch und glasbildenden Materialien kann durch Recycling bis auf einen Gewichtsprozentsatz von etwa 70$ Glasbruch oder höher erhitzt werden, wobei durch das Recycling ein Verstopfen der Rohre in den kühleren Bereichen derselben aufgrund von Feuchtigkeitskondensation verhindert wird. Nahezu alle Bereiche der

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Rohre, insbesondere deren obere Bereiche, werden auf einer Temperatur über dem Siedepunkt von Wasser, d.h. 212⁰P, gehalten. Sas zu erhitzende partikelförmige Material kann einen flüchtigen Bestandteil, wie beispielsweise Wasser, oder einen zersetzbaren Bestandteil enthalten, der Wasser bei seiner Zersetzung erzeugt. Diese Bestandteile können beim Erhitzen ohne weiteres entfernt werden, ohne den . durch Schwerkraft verursachten kontinuierlichen Durchfluß des partikelförmigen Materials durch die Heizvorrichtung zu stören.

L θ e r s e i t e

Claims

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Patentansprüche

1. Verfahren zum Vorerhitzen von Glasmaterialien vor deren Einführung in einen Glasschmelzofen, gekennzeichnet durch die nachfolgenden Schritte: Einführen der vollständig miteinander vermischten Bestandteile der Glasmaterialien in den oberen Bereich eines rohrförmigen Wärmetauschers, Strömenlassen der Glasmaterialien aufgrund von Scherkraftwirkung durch eine Vielzahl von offenendigen Rohren des Wärmetauschers, Schicken von heißen Gasen in Aufwärtsrichtung durch den Wärmetauscher um die offenendigen Rohre herum, um die darin enthaltenen Glasmaterialien durch im Gegenstrom erfolgende indirekte Wärmeübertragung zu erhitzen, Abtrennen eines kleineren Teiles der erhitzten Glasmaterialien von dem Rest derselben in der Nähe des Bodens des Wärmetauschers, Zurückführen des kleineren Anteiles zum oberen Bereich des Wärmetauschers im Kreislauf und Einführung des größeren Anteiles der erhitzten Glasmaterialien vom Boden des Wärmetauschers in den Glasschmelzofen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heißgase von dem Glasschmelzofen durch eine Reihe von voneinander beabstandeten leitwänden in einer kreisförmigen Bahn im Gegenstrom um die offensndigen Rohre herumgeführt werden, um eine größere indirekte Wärmeübertragung zu erreichen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein kleinerer Anteil von etwa einem Drittel der Masse der Glasmaterialien durch den Wärmetauscher im Kreislauf geführt wird, um Kondensation der Restfeuchte in oder über den Rohren durch Halten der Temperatur der durch den Wärmetauscher geschickten Glasmaterialien über dem Siedepunkt von Wasser auszuschalten.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kleinere Anteil der erhitzten Glasmaterialien durch ein Verteilerventil, das in der Nähe des unteren Bereiches des Wärmetauschers angeordnet ist, einem Vertikalförderer ' zur Rückführung zugeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der größere Anteil der erhitzten Glasmaterialien einer mit dem Glasschmelzofen verbundenen Beschickungsvorrichtung zugeführt wird, wobei die Aufteilung von einem Verteilerventil übernommen wird, das in der Nähe des unteren Bereiches des Wärmetauschers angeordnet ist»

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Glasmaterialien innerhalb^ des Wärmetauschers über der Siedetemperatur der Restfeuchte in dem Glasmaterial gehalten wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Glasmaterial auf eine Temperatur erhitzt wird, die von etwa 800 bis 1000 F reicht, um den größeren Anteil dem Glasschmelzofen zuzuführen und den kleineren Anteil im Kreislauf durch den Wärmetauscher zu führen.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kleinere Anteil der Glasmaterialien mit einer Eintrittstemperatur über 212 F zu einem oberen Bereich des Wärmetauschers zurückgeführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasmaterialien durch offenendige Rohre des Wärmetauschers geschickt werden, die einheitliche Abmessungen mit einem Innendurchmesser von etwa 4 Zoll aufweisen.

10". Kombinierte Vorrichtung zum Vorerhitzen von ßeschikkungsmaterial für Glasschmelzofen, gekennzeichnet durch einen länglichen, vertikal montierten Wärmetauscher mit einer Vielzahl von offenendigen Bohren, die sich über einen größeren Abschnitt seiner Höhe erstrecken, Einrichtungen zur Zuführung des Beschikkungsmaterials im vollständig vermischten Zustand zu einem oberen Bereich des Wärmetauschers, damit dieses durch Schwerkraftwirkung durch die offenendigen Rohre strömen kann, Einrichtungen zum Einführen von heißen Gasen aus dem Glasschmelzofen in einen unteren Abschnitt des Wärmetauschers zur Aufwärtsführung zwischen den offenendigen Rohren, Leiteinrichtungen, die um die Rohre herum montiert sind, um die heißen Gase in einer kreisförmigen Bahn um die Rohre herum und außer Kontakt mit dem Beschikkungsmaterial zur Durchführung eines indirekten Wärmeaustausches zu führen, und Einrichtungen zur Abtrennung eines kleineren Anteils des Beschickungsmaterials von dem restlichen Anteil desselben und zur Rückführung des kleineren Anteils zum oberen Bereich des Wärmetauschers, während der größere Anteil einer Beschickungsvorrichtung für den Glasschmelzofen zugeführt wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet ₉ daß die Einrichtungen zum Einführen der heißen Gase in einen unteren Abschnitt des Wärmetauschers einen Kanal umfassen, der von der Brennkammer des Schmelzofens zum Wärmetauscher führt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Abtrennen eines kleineren Anteils des Beschickungsmaterials ein Verteilerventil umfassen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiteinrichtungen eine Reihe von Leitplatten umfassen, die im Abstand voneinander und versetzt zueinander in Horizontallage als vertikale Anordnung in dem Wärmetauscher um die offenendigen Rohre herum montiert sind.

14. Kombinierte Vorrichtung zum Vorerhitzen der Besehikkungsmaterialbestandteile bei der Herstellung von Glas, gekennzeichnet durch einen Glasschmelzofen, einen Kanal zum Abführen der heißen Gase, einen länglichen Vorerhitzer für die Beschickungsmaterialbestandteile, der vertikal in der Nähe des Glasschmelzofens an einer höheren Stelle als der Schmelzofen montiert ist, offenendige Rohre, die sich über den mittleren Abschnitt des Vorerhitzers erstrecken und durch die die Beschickungsmaterialbestandteile durch Schwerkraft hindurchgeführt werden, wobei der Kanal mit einem unteren Bereich des Vorerhitzers verbunden ist, um die heißen Gase dort einzuführen, damit diese aufwärts um die Rohre strömen können, Leiteinrichtungen, die um die Rohre herum montiert sind und dazu dienen, die heißen Gase in einer kreisförmigen Bahn im Gegenstrom um die Rohre zu führen, so daß eine indirekte Wärmeübertragung auf die Beschickungsmaterialbestandteile stattfindet, und Einrichtungen zum Abtrennen einer größeren und kleineren Menge der erhitzten Beschickungs-' materialbestandteile an einem unteren Bereich des Vorerhitzers, wobei die kleinere Menge zu einem oberen Bereich des Vorerhitzers zurückgeführt wird, um wieder durch den Vorerhitzer geführt zu werden, und die größere Menge einer Beschickungsvorrichtung für den Glasschmelzofen zugeführt wird.

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15. Vorrichtung nach Anspruch 14» dadurch gekennzeichnet, daß die Leiteinrichtungen eine Vielzahl von flachen Platten umfassen, die sich im Abstand voneinander und versetzt zueinander in Horizontallage innerhalb des Vorerhitzers um die offenendigen Rohre herum erstrecken, um eine serpentinenförmige Gasströmung im Gegenstrom vorzusehen.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,, daß die offenendigen Rohre eine einheitliche Länge und einen einheitlichen Innendurchmesser aufweisen, der nicht kleiner ist als etwa 2 Zoll.

17· Vorrichtung nach Anspruch 14» dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Abtrennen eines größeren und kleineren Anteils der erhitzten Beschickungsmaterialbestandteile ein Verteilerventil umfassen, das eng benachbart zu dem unteren Bereich des Vorhitzers angeordnet ist.
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16. Vorrichtung nach Anspruch 14» dadurch gekennzeichnet^ daß der längliche Vorerhitzer einen rechteckfö'rmigen Querschnitt aufweist und daß die offenendigen Rohre in gleichen Abständen in vertikalen Reihen in einer Gehäuse-Rohr-Einheit angeordnet sind, um die Beschikkungsmaterialbestandteile durch Schwerkraft abwärts zu befördern.

19. Verfahren zum Erhitzen von partikelförmigern Materials, wie beispielsweise Glasbeschickungsraaterial, einzelne Glasbeschickungsmaterialbestandteile, Glasbruch, Mischungen dieser Materialien u.a., die einen flüchtigen kondensierbaren Bestandteil enthalten, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Einführen des partikelförmigen Materials in den oberen Bereich eines länglichen, in Vertikalrichtung montierten, hohlen, umschlossenen, rohrförmigen Wärmetauschers, Strömen-

lassen des partikelförmigen Materials durch Schwerkraft durch eine Vielzahl von offenendigen Rohren des Wärmetauschers nach unten, Leiten von heißen Gasen durch den Wärmetauscher um die offenendigen Rohre herum nach oben, um das darin befindliche partikelförmige Material durch indirekten Wärmeaustausch im Gegenstrom zu erhitzen, Abtrennen eines kleineren Anteils des erhitzten partikelförmigen Materials von dem Rest desselben in der Nähe eines unteren Bereiches des Wärmetauschers, Zurückführen des kleineren Anteils zum oberen Bereich des Wärmetauschers zur widerumwälzung und Abgeben des größeren Anteils des partikelförmigen Materials vom unteren Abschnitt des Wärmetauschers im erhitzten Zustand und: im wesentlichen frei von dem flüchtigen kondensierbaren Bestandteil.

20. Verfahren nach Anspruch 19» dadurch gekennzeichnet, daß ein kleinerer Anteil von etwa einem Drittel der Masse des partikelförmigen Materials durch den Wärmetauscher wieder umgewälzt wird, um eine Kondensation von Restfeuchte in den Rohren oder oberhalb von diesen zu verhindern, indem das durch den Wärmetauscher hindurchgeführte partikelförmige Material auf einer Temperatur gehalten wird, die über dem Siedepunkt von Wasser liegt.

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2I.Verfahren nach Anspruch 19» dadurch gekennzeichnet, daß der kleinere Anteil des partikelförmigen Materials in den oberen Bereich des Wärmetauschers mit einer Eintrittstemperatur von etwa 212°F zurückgeführt wird.

22. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das partikelförmige Material durch eine Vielzahl von offenendigen Rohren des Wärmetauschers geführt wird, die einheitliche Abmessungen mit einem Innendurchmesser von etwa 4 Zoll aufweisen.

23· Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das partikelförmige Material auf eine Temperatur erhitzt wird, die von etwa 800 bis 100O⁰F reicht, wobei der größere Anteil des partikelförmigen Materials einem Schmelzofen zugeführt und der kleinere Anteil durch den Wärmetauscher wieder umgewälit wird.

24. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das partikelförmige Material in dem Wärmetauscher auf einer Temperatur gehalten wird, die über dem Siedepunkt der Restfeuchte in dem Material liegt.

25· Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die heißen Gase von einem Glasschmelzofen mittels einer Reihe von im Abstand voneinander angeordneten Leitplatten in einer kreisförmigen Bahn im Gegenstrom nach oben um die offenendigen Rohre herum geleitet werden, um einen besseren indirekten Wärmeaustausch zu erzielen.

26. Wärmetauscher zum Erhitzen von partikelförmigen Material, wie beispielsweise Glasbeschickungsmaterial, einzelnen Glasbeschickungsmaterialbestandteilen, Glasbruch, Mischungen dieser Materialien u.a., welche einen flüchtigen kondensierbaren Bestandteil enthalten, gekennzeichnet durch eine längliche, vertikal montierte, hohle, umschlossene Kammer mit einer Vielzahl von offenendigen hohlen Rohren, die sich über einen größeren Teil ihrer Höhe erstrecken, Einrichtungen zur Zuführung des partikelförmigen Materials zu einem oberen Bereich des Wärmetauschers, damit dieses durch Schwerkraft durch die offenendigen Rohre strömen kann, Einrichtungen zum Einführen von heißen Gasen in einen unteren Bereich des Wärmetauschers, damit diese zwischen den offenendigen Rohren nach oben zirkulieren können, Leiteinrichtungen, die um die Rohre herum zwischen deren Enden montiert sind, um die heißen Gase in einer kreisförmigen Bahn um die Rohre herum und außer Kontakt mit dem

partikelförmigen Material zur Durchführung eines indirekten Wärmeaustausches zu führen, und Einrichtungen zum Abtrennen eines kleineren Anteils des erhitzten partikelförmigen Materials von dem restlichen Teil an einem unteren Bereich des Wärmetauschers, Einrichtungen zum Zurückführen des kleineren Anteils zum oberen Bereich des Wärmetauschers und Einrichtungen zur Abgabe des größeren Anteils des partikelförmigen Materials an einem unteren Bereich des Wärmetauschers im erhitzten Zustand und im wesentlichen frei von dem flüchtigen kondensierbaren Bestandteil.

27. Wärmetauscher nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiteinrichtungen eine Reihe von Leitplatten umfassen, die sich im Abstand voneinander und versetzt zueinander in Horizontalläge als vertikale Reihe im Wärmetauscher um die offenendigen Rohre herum erstrecken.

2b. Wärmetauscher nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Abtrennen eines kleineren Anteils des partikelförmigen Materials ein Verteilerventil umfassen.

29. Wärmetauscher nach Anspruch 26_t dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtlangen zum Einführen der heißen Gase in einen unteren Bereich des Wärmetauschers einen Kanal umfassen, der von einem Schmelzofen zu dem Wärmetauscher führt.

30. Wärmetauscher nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Zurückführen des kleineren Anteils des erhitzten partikelförmigen Materials zum oberen Bereich des Wärmetauschers einen Eimerförderer und Verbindungskanäle umfassen.

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3-1. Wärmetauscher nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet ₉ daß die offenendigen hohlen Rohre eine einheitliche Länge und einen einheitlichen Innendurchmesser aufweisen, der nicht kleiner als etwa 2 Zoll ist. '

32. Wärmetauscher nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die längliche umschlossene Kammer einen rechteckigen Querschnitt aufweist und daß die offenendigen Rohre in gleichen Abstanden in vertikalen Reihen in einer Gehäuse-Rohr-Einheit angeordnet sind, um das partikelförmige Material durch Schwerkraft abwärts zu transportieren.