DE4329789A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Verbrennung von Schwelgasen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbrennung von Schwelgasen, die innerhalb eines Brennkanals eines Ofens aus einem vorzugsweise kontinuierlich durch den Brennkanal bewegten Brenngut ausgetrieben werden, wobei die Schwelgase aus dem Brennkanal abgezogen und in einer Verbrennungskammer unter Luftzufuhr verbrannt werden, und wobei mindestens ein Teil der da­ bei entstehenden Verbrennungsgase zum Aufheizen des Brennguts in den Brennkanal zurückgeführt wird.

Verfahren und Vorrichtungen der eingangs genannten Art werden un­ ter anderem beim Brennen von Ziegeln sowie bei der Produktion von Kohlenstofformsteinen, von Anoden für die Aluminium-Industrie und von Graphiterzeugnissen eingesetzt, bei denen während eines Auf­ heizens des Brenngutes Schwelgase entstehen. Diese Schwelgase kön­ nen beim Brennen von Ziegeln natürlichen Ursprungs sein und durch das Erhitzen von im Grubenrohstoff enthaltenen bituminösen Kohlen- Torf- oder Holzbeimengungen entstehen. Sie können jedoch auch beim Verschwelen von Zuschlagstoffen, vorzugsweise Sägemehl und/oder Styropor entstehen, deren Zumischung beispielsweise erfolgt, um poröse Leichtziegel mit hoher Wärmedämmung herzustellen. Während die entstehende Schwelgasmenge beim Brennen von Ziegeln in der Re­ gel nicht ausreichend ist, um die gesamte zum Brennen erforderli­ che Energiemenge zu liefern, erfolgt bei der Produktion der ge­ nannten Kohlenstofformsteine, Anoden und Graphiterzeugnisse ein extrem hoher Schwelgasaustritt, wobei der Energiegehalt häufig zum Brennen dieser Produkte ausreicht.

Aus der US-A-4,846,678 ist bei einem Gegenlaufofen zur Wärmebe­ handlung "grüner" Formkörper bereits eine Vorrichtung und ein Ver­ fahren bekannt, bei denen die Schwelgase aus dem Brennkanal abge­ saugt, unter Luftzufuhr in einer Verbrennungskammer nachverbrannt und die entstehenden Verbrennungsgase in den Brennkanal zurückge­ führt werden. Das Absaugen der Schwelgase aus dem Brennkanal er­ folgt dort mit Hilfe von Ventilatoren, die in einem zwischen dem Brennkanal und der Verbrennungskammer angeordnet Schwelgaskanal angeordnet sind. Da die Atmosphäre im Brennkanal neben den Schwel­ gasen auch Sauerstoff enthält, kann ein explosives Gemisch entste­ hen, so daß die Ventilatoren zur Vermeidung einer Explosionsgefahr explosionsgeschützt und somit verhältnismäßig teuer sein müssen. Wegen der verhältnismäßig hohen Temperatur der durch den Ventila­ tor hindurchgeführten Schwelgase treten zudem Probleme bei der Schmierung auf.

Weiter werden die heißen Verbrennungsgase dort über einen verhält­ nismäßig großen Bereich in die Brennkanäle zurückgeführt, ohne daß eine Möglichkeit besteht, die Verbrennungsgase bedarfsgerecht so in den Brennkanal einzubringen, daß ein optimales Temperaturprofil über dessen Längserstreckung ausgebildet wird.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahinge­ hend zu verbessern, daß der Ofenbetrieb optimiert wird.

Diese Aufgabe wird im Hinblick auf das Verfahren gemäß einer er­ sten erfindungsgemäßen Alternative dadurch gelöst, daß die Schwel­ gase durch einen beim Ausströmen eines gasförmigen Mediums in die Verbrennungskammer entstehenden Unterdruck aus dem Brennkanal in die Verbrennungskammer angesaugt werden.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß minde­ stens Verbrennungsluft in die Verbrennungskammer injiziert wird. Der bei der Injektion der Verbrennungsluft um das Mundstück einer als Brenner ausgebildeten Einlaßöffnung herum entstehende Unter­ druck führt zu einem Ansaugen von Schwelgasen aus dem Brennkanal, die dann vor dem Mundstück verbrannt werden, wobei die Verbren­ nungsluft die Schwelgase thermisch oxidiert.

Je nach der Menge der aus dem Brenngut ausgetriebenen Schwelgase und der zum Aufheizen des Brenngutes erforderlichen Energie kann bei einem zusätzlichen Energiebedarf, sowie insbesondere zum Ein­ leiten des Verbrennungsvorgangs beim Anfahren des Ofens ein Ge­ misch aus Verbrennungsluft und einem brennbaren gasförmigen Medium in die Verbrennungskammer injiziert werden. Dabei sieht eine vor­ teilhafte Ausgestaltung der Erfindung vor, daß das Gemisch beim Eintreten in die Verbrennungskammer entzündet wird, und daß die der Verbrennungsluft zudosierte Menge an brennbarem Medium in Ab­ hängigkeit von der Temperatur der entstehenden Verbrennungsgase und/oder der Temperatur im Brennkanal geregelt wird.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der Strahl des Brenners in Richtung der Mitte der Verbrennungskam­ mer gerichtet, so daß die heißen Verbrennungsgase nach einer Ver­ wirbelung und einer Vergleichmäßigung im Hinblick auf ihre Tempe­ ratur in den Brennkanal zurückgeleitet werden können.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß den Verbrennungsgasen ein Inertgas zugemischt wird. Die Zumischung des Inertgases, das vorteilhafterweise aus abgekühltem Ofenabgas besteht, erfolgt gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung in der Nähe der Brenner. Dabei wird der Strom des in die Verbrennungskammer eintretenden Inertgases zweckmäßig so ge­ führt, daß er den Strahl der Verbrennungsluft in Richtung der Mitte der Verbrennungskammer und den zum Ansaugen der Schwelgase dienenden Unterdruck verstärkt.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Verbrennungsgase nach ihrem Austritt aus der Verbrennungs­ kammer durch einen Teil des Brennkanals hindurchgeleitet und zweckmäßig einer weiteren Nachoxidation unterzogen werden, bevor sie durch einen Abgaskamin austreten.

Um die Temperatur im Brennkanal unabhängig von der Menge der aus­ getriebenen Schwelgase einstellen zu können, sieht eine weitere erfindungsgemäße Variante alternativ oder zusätzlich vor, daß die Temperatur und/oder Menge der in den Brennkanal zurückgeführten Verbrennungsgase in Abhängigkeit von der Temperatur der Verbren­ nungsgase und/oder der Temperatur im Brennkanal geregelt wird. Dies erfolgt bevorzugt dadurch, daß die Temperatur der Verbren­ nungsgase gemessen und der Anteil des brennbaren gasförmigen Medi­ ums in dem in die Verbrennungskammer injizierten Gemisch ver­ größert wird, wenn eine vorgegebene Soll-Temperatur unterschritten wird, während der Anteil verkleinert wird, wenn eine vorgegebene Soll-Temperatur überschritten wird. Falls der Anteil des brennba­ ren gasförmigen Mediums beim Überschreiten der Soll-Temperatur im Brennkanal bereits Null oder nahezu Null beträgt, wird gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ein Teil der Verbrennungsgase aus der Verbrennungskammer über einen Bypass un­ mittelbar einem Abgaskamin zugeführt. Die Menge der abgeführten Verbrennungsgase kann zweckmäßig dadurch verändert werden, daß ein Öffnungsquerschnitt des Bypass in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur verändert wird.

Um die heißen Verbrennungsgase dem Brennkanal genau dort zuzufüh­ ren, wo sie gebraucht werden und um einen optimalen Temperaturver­ lauf in Längsrichtung des Brennkanals zu gewährleisten, sieht eine dritte erfindungsgemäße Variante vor, daß das Verbrennungsgas dem Brennkanal in einer Garbrandzone zugeführt wird, die maximal 25% von dessen Gesamtlänge aufweist.

Im Hinblick auf die Vorrichtung sieht eine erste erfindungsgemäße Alternative vor, daß die Verbrennungskammer mindestens eine Ein­ laßöffnung für ein gasförmiges Medium aufweist, die derart ange­ ordnet ist, daß das einströmende gasförmige Medium im Bereich min­ destens eines zwischen dem Brennkanal und der Verbrennungskammer angeordneten Schwelgasdurchlasses einen Unterdruck erzeugt.

Durch den im Schwelgasdurchlaß entstehenden Unterdruck wird Schwelgas aus der Verbrennungskammer angesaugt und kann unter thermischer Oxidation mit Bestandteilen des gasförmigen Mediums vor der Einlaßöffnung verbrannt werden. Eine bevorzugte Ausgestal­ tung der Erfindung sieht dabei vor, daß die Einlaßöffnung vom Schwelgasdurchlaß weg und vorzugsweise auf die Mitte der Verbren­ nungskammer zu gerichtet ist. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestal­ tung der Erfindung ist die Einlaßöffnung durch einen in die Ver­ brennungskammer überstehenden Brenner gebildet. Der Brenner ist mit seiner Längsachse bevorzugt unter einem spitzen Winkel zur Ofenlängsachse auf die Mitte der langgestreckten Verbrennungskam­ mer ausgerichtet, während der Schwelgasdurchlaß bevorzugt hinter dem Brenner oder seitlich desselben angeordnet ist.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Brenner mindestens eine Zufuhrleitung für Verbrennungs­ luft sowie mindestens eine weitere Zufuhrleitung für ein brennba­ res gasförmiges Medium auf. Eine weitere vorteilhafte Ausgestal­ tung der Erfindung sieht vor, daß der Brenner einen Haupt- und einen Zündbrenner aufweist, wobei dem Hauptbrenner wahlweise ein Gemisch aus Verbrennungsluft und einem brennbaren gasförmigen Me­ dium oder nur Verbrennungsluft zuführbar ist.

Eine weitere zusätzliche oder alternative Ausgestaltung der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung sieht mindestens einen im Brennkanal und/oder zwischen der Verbrennungskammer und dem Brennkanal ange­ ordneten Temperatursensor sowie eine Regeleinrichtung zur Regelung der Temperatur und/oder der Menge der zurück in den Brennkanal ge­ führten Verbrennungsgase in Abhängigkeit von der vom Temperatur­ sensor gemessenen Temperatur vor. Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht dabei vor, daß die Menge des dem Brenner zuge­ führten brennbaren Mediums in Abhängigkeit von der vom Temperatur­ sensor gemessenen Temperatur steuerbar ist. Weiter ist bevorzugt der Öffnungsquerschnitt eines zwischen der Verbrennungskammer und dem Brennkanal angeordneten, zu einem Abgaskamin führenden Bypass veränderbar, so daß durch Öffnen dieser Durchlaßöffnung die Tempe­ ratur im Brennkanal selbst dann noch gesenkt werden kann, wenn dem Brenner bereits kein brennbares gasförmiges Medium mehr zugeführt wird.

Zusätzlich kann vorteilhafterweise noch eine vom Abgaskamin in die Verbrennungskammer führende Inertgasleitung vorgesehen sein, durch die zur Senkung der Temperatur in der Verbrennungskammer dieser abgekühltes Ofenabgas zugeführt werden kann.

Eine dritte erfindungsgemäße Variante sieht im Hinblick auf die Vorrichtung vor, daß von der Verbrennungskammer in den Brennkanal führende Heißgaskanäle in einer Garbrandzone des Brennkanals mün­ den, deren Länge maximal 25% der Gesamtlänge des Brennkanals be­ trägt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen bekannten Gegenlaufofen;

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Gegenlaufofen mit einer er­ findungsgemäßen Vorrichtung zur Verbrennung von Schwelga­ sen mit einer in der Mittelwand des Ofens angeordneten Verbrennungskammer;

Fig. 3 einen Querschnitt durch den Ofen aus Fig. 2 im Bereich einer Garbrand-Zone mit Durchtrittsöffnungen für Verbren­ nungsgas zwischen der Verbrennungskammer und den Brennkanälen;

Fig. 4 einen Längsschnitt durch die Mittelebene des Ofens;

Fig. 5 einen Querschnitt durch einen weiteren Ofen mit externer Verbrennungskammer;

Fig. 6 einen Querschnitt durch die Garbrandzone des Ofen der Fig. 5;

Fig. 7 einen Längsschnitt durch den Aufheizbereich des Ofens der Fig. 4 und 5;

Fig. 8 eine teilweise geschnittene Draufsicht auf die Verbren­ nungskammer der Fig. 5 bis 7;

Fig. 9 einen Querschnitt durch einen weiteren als Gewölbeofen ausgebildeten Ofen;

Fig. 10 einen Querschnitt durch den Gewölbeofen;

Fig. 11 einen Längsschnitt durch den Gewölbeofen;

Fig. 12 eine teilweise geschnittene Draufsicht auf eine Verbren­ nungskammer des Gewölbeofens und

Fig. 13 eine Tabelle 1 über den Schwelgasaustritt über die Länge der Aufheizzone.

Der in der Zeichnung dargestellte Gegenlaufofen besteht im wesent­ lichen aus zwei nebeneinander in einem Ofenkörper (10) angeordne­ ten Brennkanälen (6, 7), durch die das Brenngut (24) gegenläufig, das heißt jeweils in entgegengesetzter Richtung hindurchgeführt wird. Die Brennkanäle (6, 7) sind an ihren Enden durch Tore ver­ schlossen und werden durch Schleusen in einzelne Zonen unterteilt. Das Brenngut (24) ist auf Ofenwagen (2) aufgestapelt, welche auf Gleisen (18) in Längsrichtung der Brennkanäle (6, 7) durch diese hindurch verfahren werden. Der Ofen arbeitet als Gegenstrom-Wärme­ tauscher, wobei für beide Brennkanäle (6, 7) der Gegenstrom je­ weils aus dem durch den Nachbarkanal transportierten Brenngut (24) besteht. Die Wärmeübertragung erfolgt von dem in einer hinteren Kühlzone (7a) des Brennkanals (7) angeordneten, bereits gebrannten heißeren Kühlgut unmittelbar auf das Aufheizgut in einer daneben angeordneten vorderen Aufheizzone (6a) des benachbarten Brennka­ nals (6). Zur Wärmeübertragung ist die zwischen den beiden Brennkanälen (6, 7) angeordnete Mittelwand (22) des Ofens oberhalb und unterhalb des auf den Wagen (2) angeordneten Brenngutes (24) mit Durchtrittsöffnungen (4 bzw. 5) versehen. Aufgrund des Tempe­ raturunterschieds zwischen dem heißeren Kühlgut und dem kühleren Aufheizgut entsteht eine natürliche Querkonvektionsströmung durch diese Durchtrittsöffnungen (4, 5) hindurch, die den Wärmetransport besorgt.

Die beim Aufheizen des Brenngutes (24) entstehenden Schwelgase werden aus den Brennkanälen (6, 7) in eine Verbrennungskammer (9, 15) abgezogen und dort unter Zufuhr von Luftsauerstoff verbrannt. Die bei der Verbrennung erzeugten heißen Verbrennungsgase werden zur Wärmerückgewinnung durch eine an die Verbrennungskammer (9, 15) anschließende Heißgasleitung (25) in eine hinter der Aufheiz­ zone angeordnete Garbrandzone des Ofens eingeleitet, wo sie zum Aufheizen des Brenngutes (24) auf eine Endtemperatur von 800 bis 900°C dienen. Die Verbrennungskammer (9, 15) kann wie in den Fig. 2 bis 4 dargestellt in der Mittelwand (22), wie in den Fig. 5 bis 12 dargestellt oberhalb der Brennkanäle (6, 7) oder seitlich neben der Schwelgasentstehungszone angeordnet sein. Die Verbren­ nungskammer (9, 15) erstreckt sich in Längsrichtung des Ofens min­ destens über die gesamte Schwelgasentstehungszone, wobei zwischen der Verbrennungskammer (9, 15) und den Brennkanälen (6, 7) mehrere Schwelgasdurchlässe (11) vorgesehen sind, durch die das Schwelgas aus der Aufheizzone (6 a) des Brennkanals (6) in die Verbrennungs­ kammer (9, 15) abgesaugt werden kann. Bei der in der Mittelwand (22) des Ofens angeordneten Verbrennungskammer (9) kann jeweils die der Kühlzone (7 a) zugewandten Wand (8) mit einer zusätzlichen Isolierschale (16) versehen sein.

In den Verbrennungskammern (9, 15) sind jeweils mehrere Hochge­ schwindigkeitsbrenner (12) angeordnet, denen von außen her Ver­ brennungsluft und ein brennbares Gas, beispielsweise Erdgas zuge­ führt werden kann, das mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit aus dem Brennermundstück austritt, wodurch aufgrund des Impulses des injizierten Gasgemischs durch die hinter und/oder neben dem Brennermundstück angeordneten Schwelgasdurchlässe (11) hindurch Schwelgas aus dem oder den Brennkanälen (6, 7) angesaugt wird, das zusammen mit der Verbrennungsluft und dem dem Brenner (12) zuge­ führten brennbaren Gas vor dem Brennermundstück verbrennt.

Die Brenner (12) haben die Aufgabe, zunächst die Verbrennungskam­ mer (9, 15) auf die notwendige Zündtemperatur der Schwelgase auf­ zuheizen, z. B. auf 800°C. Da die Schwelgase bereits eine Tempera­ tur von etwa 400°C aufweisen, die der Temperatur im Brennkanal (7) im Bereich der Schwelgasdurchlässe (11) entspricht, ist für das Aufheizen der Schwelgase kein großer Energieaufwand erforderlich. Nach einem Zünden der Schwelgase werden diese durch Luftüberschuß am Hochgeschwindigkeitsbrenner (12) verbrannt. Dessen Gaszufuhr wird abhängig von der Temperatur der Verbrennungsgase geregelt, während die dem Brenner (12) zugeführte Verbrennungsluftmenge in der Regel konstant bleibt. Das heißt, daß mit wachsender Energie­ ausbeute aus der Verbrennung der Schwelgase die Gaszufuhr zum Brenner (12) abgeregelt wird, indem das Verhältnis zwischen Erdgas und Verbrennungsluft verkleinert wird.

Die Brenner (12) sind unter einem spitzen Winkel zur Ofen­ längsachse angeordnet, so daß der dem Brennerstrahl innewohnende Impuls für den Transport der heißen Verbrennungsgase in Richtung der Mitte der Verbrennungskammer (9, 15) genutzt wird. Die Brenner (12) weisen fest in die Ofenwand eingebaute Schutzrohre auf, las­ sen sich jedoch im übrigen von außen demontieren und warten. Das aus SiC, SiSiC oder einem anderen geeigneten Material bestehende Brennermundstück ist lösbar am Brenner (12) befestigt, so daß es ausgetauscht werden kann.

Das bei der Verbrennung erzeugte Verbrennungsgas erreicht Tempera­ turen, die oberhalb der Garbrandtemperatur liegen. Das Verbren­ nungsgas wird vom Impuls des Brennerstrahls in Richtung der Mitte der Verbrennungskammer (9, 15) getrieben, wodurch der zum Ansaugen der Schwelgase dienende Unterdruck verstärkt und die Verbrennungs­ gase verwirbelt und dabei homogenisiert werden. Von der Verbren­ nungskammer (9, 15) aus werden die Verbrennungsgase in eine Gar­ brandzone des Brennkanals (6, 7) geführt, wo sie dazu dienen, das Brenngut (24) auf seine Garbrandtemperatur aufzuheizen. Der Ein­ tritt der heißen Verbrennungsgase aus dem Heißgaskanal (25) in den Brennkanal (6, 7) erfolgt über eine Mehrzahl schlitzförmiger Durchtrittsöffnungen (14), vorzugsweise in einen ungeteilten Hohl­ raum zwischen der Decke des Brennkanals (6, 7) und dem Brenngut (24).

Die Garbrandzone ist im wesentlichen in der Mitte des Ofens ange­ ordnet, so daß bei einer in der Mittelwand (22) des Ofenkörpers (10) angeordneten Verbrennungskammer (9) die Durchtrittsöffnungen (14) im wesentlichen oberhalb der Verbrennungskammer (9) angeord­ net und nach beiden Brennkanälen (6, 7) hin offen sein können (siehe auch Fig. 3). Bei oberhalb der Brennkanäle (6, 7) angeord­ neten Verbrennungskammern (15) erfolgt die Ansaugung der Schwel­ gase jeweils über aufwärtsführende Schwelgasdurchlässe (11), wäh­ rend die Rückführung der heißen Verbrennungsgase aus dem Heißgas­ kanal (25) in die Brennkanäle (6, 7) jeweils über abwärtsführende Stutzen erfolgt (Fig. 5 und 6). Bei einem als Gewölbeofen aus­ gebildeten Gegenlaufofen (Fig. 9 bis 12) ist die Verbrennungs­ kammer (15) und der Heißgaskanal (25) unmittelbar über der Ge­ wölbedecke des Brennkanals (6, 7) angeordnet. Die Rückführung der heißen Verbrennungsgase erfolgt dort bevorzugt über einen Spalt zwischen zwei übereinander angeordneten Gewölben, und von dort durch Perforationen, Schlitze oder sonstige Öffnungen des unteren Gewölbes (16) in den Brennkanal (6, 7).

Ein ungeteilter Hohlraum zwischen dem Brenngut (24) und der Decke des Brennkanals (6, 7) stellt eine gleichmäßige Verteilung der heißen Verbrennungsgase in der Garbrandzone sicher. Oberhalb des Brenngutes (24) von der Decke des Brennkanals (6, 7) herabhängende Leitmatten (37) dienen dabei dazu, die Verbrennungsgase in der Garbrandzone zu halten.

Die Durchtrittsöffnungen (14) enthalten Regelorgane, z. B. von außen bedienbare Schamotteschieber, die es ermöglichen, die Menge der Verbrennungsgase sowie die Stellen, an welchen sie in die Brennkanäle (6, 7) eingebracht werden, gezielt zu steuern, so daß ein vorgegebenes Temperaturprofil entlang der Brennkanäle (6, 7) entsteht. Um den verhältnismäßig geringen Strömungsgeschwindigkei­ ten der heißen Verbrennungsgase Rechnung zu tragen, müssen die Durchtrittsöffnungen (14) für die Verbrennungsgase relativ groß sein und relativ geringe Strömungswiderstände aufweisen.

Nach Durchströmen der Garbrandzone der Brennkanäle (6, 7) werden die Verbrennungsgase, die einen Teil ihrer Wärme an das Brenngut (24) abgegeben haben und nunmehr eine Temperatur von etwa 750°C aufweisen, über einen Wärmetauscher geführt, um einen Teil der Restwärme rückzugewinnen, beispielsweise in Form von Heißwasser zum Heizen. Ein Austritt der Verbrennungsgase in die Atmosphäre erfolgt über jeweils einen am Ende der Garbrandzone angeordneten Abgaskamin (nicht dargestellt). Um zu verhindern, daß unverbrannte Kohlenwasserstoffe (Schwelgase) aus den Brennkanälen (6, 7) mit austreten, ist jeweils der untere Teil der Abgaskamine als Na­ choxidationszone ausgebildet.

Ein unmittelbar zwischen dem Abgaskamin und der Verbrennungskammer (9, 15) angeordneter verschließbarer Bypass mit regelbarem Öff­ nungsquerschnitt dient dazu in bestimmten Fällen einen Teil der heißen Verbrennungsgase aus der Verbrennungskammer (9, 15) unmit­ telbar in den Abgaskamin abzuführen. Weiter ist eine vom Abgaska­ min zur Verbrennungskammer (9, 15) führende Inertgasleitung vorge­ sehen, die in der Nähe der Brenner (12) in die Verbrennungskammer (9, 15) mündet, und durch die der Verbrennungskammer (9, 15) im Bedarfsfall inertes Ofenabgas zugeführt werden kann. Die Funktion von Bypass und Inertgasleitung wird weiter unten näher erläutert.

Im folgenden wird der Betrieb eines Gegenlaufofens beschrieben, bei dem die Schwelgase erfindungsgemäß verbrannt werden.

Ausführungsbeispiel

In einem Gegenlaufofen werden Kohlenstofformsteine, die mit Pech gebunden sind (Brenngut (24)), bei 900°C wärmebehandelt. Ein der­ artiges Brenngut (24) gibt während des Aufheizvorgangs Schwelgas ab. Dessen Menge hängt ab von der Ofenbetriebsart und Produktart. In diesem Ausführungsbeispiel wird mit 150 Kg/h gerechnet. Der Schwelgasaustritt beginnt spürbar bei einer Aufheiztemperatur von etwa 200°C im Brennkanal (6, 7), erreicht bei etwa 600°C ein Maxi­ mum und ist im wesentlichen bei einer Temperatur von 800°C been­ det. Tabelle 1 zeigt die Verteilung der Austrittsintensität der Schwelgase in einem Brennkanal (6, 7) mit einer Aufheizzone von 47,5 Metern Länge. Die Ofenatmosphäre im Brennkanal (6, 7) soll durchgehend nahezu inert sein, so daß kein explosives Gemisch ent­ steht. Dies bedeutet, daß die Ansammlung größerer Mengen unver­ brannter Schwelgase ebenso vermieden werden muß, wie ein höherer, etwa 2% übersteigender Sauerstoffgehalt.

Bezugnehmend auf Tabelle 1 (Fig. 13) sind bei einem geplanten Ab­ gasvolumen des Ofens von etwa 2000 Nm³/h und einem O₂-Gehalt von durchgehend 2% im Abgas 40 Nm³ freier Sauerstoff enthalten, das heißt etwa 190 Nm³ Luft/h. Dies sind je Aufheizzone 95 Nm³. Die Teilmenge von 4 Nm³/h Schwelgas für die lfd. m 10-12 und von 12 Nm³/h Schwelgas für die lfd. m 12-14 können ohne Schwierigkeiten aus der Ofenatmosphäre entnommen und unmittelbar in Brennkanal (6, 7) verbrannt werden. Diese Verbrennung erfolgt selbsttätig, da die der Aufheizzone (6a) des Brennkanals (6) mit einer Temperatur von 280°C benachbarte Kühlzone (6a) des anderen Brennkanals (6) eine Temperatur von 400 bis 480°C aufweist, so daß die in der Aufheiz­ zone (6a) entstehenden Schwelgase durch die Konvektion der Kühl­ zone (7a) des anderen Brennkanals (7) zugeführt werden und dort an den großen Reaktionsoberflächen des Kühlguts aufbrennen. Die dabei freigesetzte Energie von insgesamt 59 900 KJ/h wird zwar nicht als Prozeßwärme genutzt, jedoch rechtfertigt diese geringe, den Ofen­ betrieb nicht weiter störende Wärmemenge keinen technischen Auf­ wand, um sie einer Nutzung zuzuführen.

Im Bereich von lfd. m 14 bis zum lfd. m 36, also über eine Länge von 22 m, wird das erfindungsgemäße Verfahren angewandt. Dabei er­ streckt sich die Verbrennungskammer (9, 15) über die gesamte Länge dieses Bereichs. An die Verbrennungskammer (9, 15) schließt sich ein Heißgaskanal (25) von 9 m Länge an und an diesen eine etwa 10 m lange Wärmeübertragungszone, die in den Brennkanal (6, 7) füh­ rende schlitzförmige Durchtrittsöffnungen (14) für das Verbren­ nungsgas aufweist.

Beginnend vom lfd.m. 36 ist eine Zone erreicht, in der bei einem Brenngut ohne Schwelgasaustritt Brenner eingebaut sein müßten, da von dort an die Zufuhr von Wärmeenergie aus dem benachbarten Brennkanal (6) nachläßt. Hier begänne somit bei einem herkömmli­ chen Ofen die sogenannte "Feuerzone". Das von hier an aus dem Brenngut (24) austretende Schwelgas wird durch seitlich im Brenn­ kanal (6, 7) angeordnete nicht dargestellte Brenner unmittelbar im Brennkanal (6, 7) verbrannt, welche bei Anfahren des Ofens, d. h. vor einem Schwelgasaustritt den Vorfeuerbereich unter Zufuhr von brennbarem Gas und Verbrennungsluft aufheizen.

Bei Zunahme des Schwelgasaustritts wird die Menge des brennbaren Gases abgeregelt, während die Zufuhr von Verbrennungsluft konstant bleibt. Der in dieser Zone aus dem Brenngut (24) austretende An­ teil von 8,5 kg Schwelgas mit einer Wärmeenergie von 72 200 kcal wird direkt im Brennkanal (6, 7) nachverbrannt, so daß die Wärme­ energie vollständig als Prozeßwärme ausgenutzt werden kann.

Insgesamt werden zur Aufrechterhaltung des Ofenbetriebs etwa 6 240 000 KJ/h benötigt, d. h. 3 120 000 KJ/h je Brennkanal (6, 7). Um das gewünschte optimale Temperaturprofil in den Brennkanälen (6, 7) zu erhalten, muß diese Wärmemenge dem Ofen im Tempera­ turbereich von 800 bis 900°C, d. h. zwischen dem lfd. m 42 und dem lfd. m 57 zugeführt werden. Bei einer Gesamtlänge der Brennkanäle (6, 7) von jeweils 95 m (Aufheizzone + Kühlzone) beträgt der Be­ reich, in welchem die bei der Verbrennung der Schwelgase entste­ hende Wärmemenge dem Brenngut (24) zugeführt wird hier etwa 16% der Gesamtlänge des Brennkanals (6, 7).

Die im Vorfeuerbereich (etwa 800°C) seitlich am Brennkanal (6, 7) angeordneten Brenner zur unmittelbaren Verbrennung der in diesem Bereich aus dem Brenngut (24) austretenden Schwelgase sind jeweils für eine Leistung von 624 000 KJ/h je Brennkanal (6, 7) ausgelegt, obwohl in diesem Bereich im Normalbetrieb nur 300 000 KJ/h an Schwelgasen zu verbrennen sind. Damit bei einem höheren Schwel­ gasanfall, z. B. bei höheren Mengenleistungen des Ofens ein saube­ rer Ausbrand gewährleistet ist, muß jedoch für die Verbrennungs­ luftzufuhr eine hohe Reserve vorhanden sein.

Aus den genannten Zahlen ergibt sich, daß im Normalbetrieb 3 120 000 KJ/h-300 000 KJ/h = 2 819 600 KJ/h aus der Verbren­ nungskammer (9, 15) zugeführt werden müssen. Um zu gewährleisten, daß auch hier bei größerem Schwelgasanfall ausreichende Reserven an Verbrennungsluft vorhanden sind, werden die in der Verbren­ nungskammer (9, 15) angeordneten Hochgeschwindigkeitsbrenner (12) auf eine Leistung von 5,0 Mio. KJ/h je Brennkanal (6, 7) ausge­ legt. Im vorliegenden Beispiel werden dazu 16 Brenner jeweils mit einem Abstand von etwa 1,37 m über die 22 m lange Verbrennungskam­ mer (9, 15) verteilt angeordnet, wobei jeder Brenner (12) auf eine Leistung von 312 000 KJ/h ausgelegt ist. In den Aufheizzonen jedes Brennkanals (6, 7) werden insgesamt 75 kg Schwelgase mit einem Heizwert von 3 536 000 KJ/Kg freigesetzt, deren Verbrennungswärme zusammen etwa 2 652 000 KJ/h beträgt. Bei Wärmeübertragungsverlu­ sten von 59 000 KJ/h können etwa 2 592 000 KJ/h für das Aufheizen des Brennguts genutzt werden, davon 300 000 KJ/h durch unmittel­ bare Verbrennung im Vorfeuerbereich des Brennkanals (6, 7) und 232 500 KJ/h durch Verbrennung in der Verbrennungskammer (9, 15). Um die erforderliche Menge von 2 816 000 KJ/h zu erreichen, muß dort somit noch Erdgas zugeführt werden, und zwar mit einer Wärme­ menge von 237 000 KJ/h, um die Differenz zwischen der erforderli­ chen Prozeßwärme und dem Heizwert des Schwelgases abzudecken.

Bei schwelgasfreiem Betrieb, z. B. beim Anfahren des Ofens, arbei­ tet jeder Brenner (12) in Abhängigkeit von der Temperatur im Brennkanal (6, 7) mit einer Heizleistung bis zu 312 000 KJ/h, wo­ bei in diesem Fall im Brenner etwa 8,8 Nm³/h Erdgas mit etwa 90 Nm³/h Verbrennungsluft verbrannt werden. Während die anfänglich z. B. von Hand eingestellte Verbrennungsluftmenge konstant bleibt, wird die Menge an zugeführtem Erdgas in dem Maße, in dem Schwelgas aus dem Brennkanal (6, 7) angesaugt wird, abgeregelt. Die konstant bleibende Verbrennungsluftmenge wird benötigt, um das angesaugte Schwelgas und das weiter zugeführte Erdgas zu verbrennen. Im Nor­ malbetrieb wird jedem Brenner (12) durchschnittlich 0,32 Nm³/h Erdgas zugeführt. Um zu vermeiden, daß dabei am Mundstück des Brenners (12) ein hoher Überschuß an Verbrennungsluft und damit eine zu niedrige Flammentemperatur auftritt, sind die Hochge­ schwindigkeitsbrenner (12) zweiteilig als Haupt- und Zündbrenner ausgeführt, so daß sowohl beim Anfahren als auch im Normalbetrieb eine sichere Brennerfunktion aufrechterhalten werden kann. Während bei schwelgasfreiem Betrieb, z. B. beim Anfahren des Ofens sowohl dem Zünd- als auch Hauptbrenner Erdgas zugeführt wird, wird im Normalbetrieb die dem Hauptbrenner zugeführte Erdgasmenge zunächst abhängig von der Temperatur der Verbrennungsgase kontinuierlich abgeregelt, und dann vollständig abgeschaltet, wenn die für ein sicheres Funktionieren des Brenners (12) erforderliche minimale Gasmenge erreicht ist. Danach werden die im Normalbetrieb erfor­ derlichen 0,32 Nm³/h Erdgas über den Zündbrenner zugeführt, wäh­ rend über den Hauptbrenner nur noch Verbrennungsluft in die Ver­ brennungskammer (9, 15) injiziert wird. Das Verbrennungsluftver­ hältnis des Zündbrenners ist dann derart, daß dieser stabil brennt (Luftfaktor 1,5-2).

Zur Erzeugung einer Wärmemenge von insgesamt 2 820 000 KJ/h aus Schwelgas und Erdgas bei einem Restsauerstoffgehalt von 2% mit Verbrennungsgas, welchen man durch einen Luftüberschuß von etwa 10% bei der Verbrennung erhält, müssen 820 Nm³/h Verbrennungsluft zugeführt werden, d. h. jedem Brenner (12) im Durchschnitt 52 Nm³/h. Bei Verwendung eines Verbrennungsluftzufuhrgebläses mit ei­ nem Arbeitsdruck von 800 mm WS steht am Brennermundstück noch ein verfügbarer dynamischer Druck von etwa 500 mm WS zur Verfügung.

Bei schwelgasfreiem Betrieb und voller Heizleistung der Brenner liegt die Flammentemperatur am Austritt des Mundstücks bei etwa 1500°C. Die Austrittsgeschwindigkeit kann dann maximal 230 m/s betragen, was bei der genannten Verbrennungsluftmenge einem Mund­ stückdurchmesser etwa 24 mm entspricht.

Bei Normalbetrieb unter Verbrennung von Schwelgas im Hauptbrenner und einer Zufuhr von 0,32 Nm³/h Erdgas zum Zündbrenner ergibt sich bei einer Verbrennungslufttemperatur von 20°C eine Austritts- Mischtemperatur am Brennermundstück von 162,5°C. Bei unveränderter Verbrennungsluftzufuhr (52 Nm³/h) ergibt sich an der Brennerdüse eine Ausströmgeschwindigkeit des Erdgas/Verbrennungsluft-Gemischs von 51,8 m/s; dies entspricht einem dynamischen Druck von 103 mm WS, der sich über die Länge der Schwelgasdurchlässe (11) auf etwa 20 mm WS vermindert, jedoch im Bereich der Durchlässe (11) ein ausreichend starkes Ansaugen der Schwelgase gewährleistet. Grund­ sätzlich sind hierfür 10 mm WS ausreichend.

Der erforderliche Vordruck beträgt im Normalbetrieb etwa 150 mm WS. Unter Ausnutzung der vollen Leistung des Verbrennungsluftzu­ fuhrgebläses ist eine maximale Zufuhr von 140 Nm³/h je Brenner verfügbar. Damit könnte maximal die 2,7-fache Schwelgasmenge, d. h. 378 Nm³/h verbrannt werden.

Die Temperatur der heißen Verbrennungsgase, die der Garbrandzone des Brennkanals (6, 7) aus der Verbrennungskammer (9, 15) über den Heißgaskanal (25) und die Durchtrittsöffnungen (14) zugeführt wer­ den, liegt bei etwa 1400°C. Bei einer Temperatur der Garbrandzone von 900°C entsteht damit einerseits ein ausreichendes Temperatur­ potential zur Wärmeübertragung und damit zur Aufheizung des Brenn­ guts (24), andererseits lassen sich Verbrennungsgase mit einer Temperatur von 1400°C noch mit normalen feuerfesten Bau- und Iso­ lierstoffen beherrschen.

Würde man die gesamte bei der Verbrennung der Schwelgase entste­ hende Wärme auf ein Verbrennungsgasvolumen aus etwa 75 Nm³ Schwel­ gas und etwa 820 Nm³ Verbrennungsluft übertragen, so würde dies eine Verbrennungsgastemperatur von etwa 2350°C ergeben, die mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand nicht beherrschbar wäre. Des­ halb wird den Verbrennungsgasen in der Verbrennungskammer (9, 15) über die Inertgasleitung abgekühltes Inertgas aus dem Ofenabgas zugemischt. Die Zumischöffnung für das Inertgas sind so ange­ ordnet, daß die Ansaugung der Schwelgase nicht behindert und der Impuls der Verbrennungsgase in Richtung der Mitte der Verbren­ nungskammer (9, 15) verstärkt wird. Bei einer Temperatur der In­ ertgase von beispielsweise 200°C müssen etwa 688 Nm³ Inertgas zu­ gemischt werden, um die oben genannte Verbrennungsgastemperatur von etwa 1400°C zu erhalten.

Das in der Verbrennungskammer (9, 15) erzeugte Verbrennungsgas mit einem Volumen von etwa 1580 Nm³/h und der genannten Temperatur strömt durch den Heißgaskanal (25) und die schlitzförmigen Durch­ trittsöffnungen (14) des Wärmeübertragungsteils in den Brennkanal (6, 7). Dort muß das Verbrennungsgas gegen den Schornsteinauftrieb von oben nach unten in die 900°C heiße Garbrandzone gedrückt wer­ den.

Während die wirksame Schornsteinhöhe bei der in den Fig. 9 bis 12 dargestellten Ausführungsform etwa 0.5 m und der zu überwin­ dende Schornsteinauftrieb somit 0,042 mm WS beträgt, muß bei dem in den Fig. 5 bis 8 dargestellten Ofen mit externer Verbren­ nungskammer (15) und Heißgasleitung (25) wegen der notwendigen Isolierschichten mit einer wirksamen Schornsteinhöhe von etwa 1,70 m gerechnet werden. Hier müssen die Verbrennungsgase gegen einen Auftrieb von 1,42 mm WS eingeblasen werden, wobei jedoch dieser Widerstand ebenso wie der zuvorgenannte vom Brennerimpuls überwunden wird. Demgegenüber ist bei einer Unterbringung der Ver­ brennungskammer (9) und der Heißgasleitung (25) im Inneren der Mittelwand (Fig. 1 bis 4) kein Austrittswiderstand zu überwin­ den.

Bei sämtlichen Ausführungsbeispielen weisen die Brennkanäle (6, 7) jeweils zwei Abgaskamine auf, die an den beiden Enden der Gar­ brandzone im Temperaturbereich von 750 bis 800°C jeweils oberhalb der Vorfeuerzone angeordnet sind. Dadurch wird im Gegensatz zu ei­ nem in der Ofenmitte angeordneten Abgaskamin vermieden, daß ein Teil der der Garbrandzone zugeführten Verbrennungsgase ohne aus­ reichende Wärmeabgabe in Abgaskamin verschwindet. Demgegenüber le­ gen die Verbrennungsgase im vorliegenden Fall einen für einen vollständigen Wärmeaustausch ausreichend langen Weg zurück, bevor sie den Brennkanal (6, 7) verlassen.

Die in der Vorfeuerzone bei Temperaturen von 700 bis 800°C aus dem Brenngut (24) freigesetzten Schwelgase besitzen eine ausreichend hohe Temperaturen und erhalten über die seitlich an den Brennkanä­ len (6, 7) angeordneten Seitenbrenner ausreichend Luft, so daß auch dieser Schwelgasanteil vollkommen verbrannt wird, bevor er in den Abgaskamin eintritt.

Sicherheitshalber wird jedoch der untere Teil des Abgaskamins als Nachoxidationszone ausgebildet, wo durch Luftzufuhr evtl. vorhan­ dene unverbrannte Verbrennungsgasbestandteile nachverbrannt wer­ den. Eine Beheizung ist nicht erforderlich, da die aus dem Ofen austretenden Verbrennungsgase mit einer Temperatur von etwa 800°C ausreichend heiß sind. Oberhalb der Nachoxidationszone wird ein Teil des inerten Ofenabgases (2×688 Nm³/h) abgezogen und nach einer Abkühlung den Verbrennungskammern (9, 15) als Inertgas zuge­ führt. Die emittierte Abgasmenge beträgt in jedem Kamin in etwa 1000 Nm³/h.

Die Regelung der Zufuhr der Verbrennungsgase in die Brennkanäle (9, 12) erfolgt in zwei Stufen. Zunächst werden die Hochgeschwin­ digkeitsbrenner (12) in den beiden Schwelgaszonen zu je 8 Regel­ gruppen zu zwei Brennern (12) zusammengefaßt. Zu jeder Regelgruppe gehört ein im Heißgaskanal (25) zwischen der Verbrennungskammer (9, 15) und dem Brennkanal (12) angeordneter PID-Regler, an dem ein Soll-Wert von beispielsweise 1400°C eingestellt wird. Beim Anfahren des Ofens arbeiten die Hochgeschwindigkeitsbrenner (12) zunächst mit Erdgas und Luft und saugen dabei zunehmend Schwelgas an, welches aufgrund des Luftüberschusses im Brenner (12) mitver­ brannt wird. Sobald sich die Temperatur des Verbrennungsgases dem Soll-Wert nähert, wird zunächst die Erdgaszufuhr zu den Hauptbren­ nern zurückgeregelt und dann bei Erreichen eines einstellbaren Mini­ malwerts abgeschaltet. Steigt die Temperatur in der Verbren­ nungskammer (9, 15) weiter an, so wird in einer zweiten Stufe vom Abgaskamin zurückgeführtes, abgekühltes Inertgas in die Verbren­ nungskammer (9, 15) zugeführt. Für den Fall, daß die Menge des zu­ geführten Inertgases einen einstellbaren Maximalwert überschrei­ tet, wird auch die Erdgaszufuhr zum Zündbrenner abgestellt, z. B. mittels eines Magnetventils am Regelventil.

Mit einer derartigen Regelung wird sichergestellt, daß immer Ver­ brennungsgase mit einer Temperatur von 1400°C zur Garbrandzone gelangen. Die Zufuhr der Verbrennungsgase in den Brennkanal (6, 7) erfolgt, wie bereits beschrieben, über Schlitze (14), die gleich­ mäßig über die etwa 6 m lange Garbrandzone verteilt sind. Durch Konvektion im Brennkanal (6, 7) verteilen sich die Verbrennungs­ gase derart, daß Bereiche mit niedriger Temperatur wegen des hö­ heren Temperaturunterschieds durch eine stärkere Konvektionsströ­ mung bevorzugt mit Wärme beliefert werden, während in Bereiche mit höherer Temperatur keine oder nur eine geringe Zufuhr von Verbren­ nungsgasen erfolgt. Wegen des zwischen der Decke des Brennkanals (6, 7) und dem Brenngut (24) in der Garbrandzone angeordneten Hohlraumes ergibt sich erfahrungsgemäß eine gleichmäßig verteilte Temperatur in dieser Zone. Sollte die Schwelgasmenge stark nach oben oder unten vom Energiebedarf des Ofens abweichen, so kann es sinnvoll sein, parallel zu der im vorherigen Absatz beschriebenen Regelung die Temperatur in der Brennzone auch direkt zu regeln und dabei wie folgt zu verfahren: Die Garbrandzonen beider Brennkanäle (6, 7) sind in je zwei Regelgruppen unterteilt, die Thermoelemente zur Messung der Temperatur und PID-Regler zur Verarbeitung der ge­ messenen Temperaturen aufweisen. Liegt ist der Ist-Wert der Tempe­ ratur niedriger als der Soll-Wert, so wird die Garbrandzone über seitlich angeordnete Erdgasbrenner zusätzlich aufgeheizt und die erforderliche Menge an brennbarem Medium geregelt zugeführt. Liegt der Ist-Wert höher als der Soll-Wert, so wird ein zwischen dem Heißgaskanal und dem Abgaskamin angeordneter Bypass geöffnet, bzw. dessen Öffnungsquerschnitt über einen an einem Schamotteschieber angreifenden Stellmotor verändert, so daß ein Teil der Verbren­ nungsgase unmittelbar in den Abgaskamin abgeführt wird.

Die Temperatur in der Vorfeuerzone wird von je einem weiteren Tem­ peraturregler durch Abregeln der Menge an brennbarem Medium ge­ steuert, die den seitlich angeordneten Brennern zugeführt wird.

Um zu gewährleisten, daß die Ofenatmosphäre bei 2% Sauerstoff und abgesehen von den kurzen Weg zwischen der Schwelgaszone und der Verbrennungskammer (6, 7) frei von unverbrannten Bestandteilen ist, wird der Sauerstoffanteil am Übergang zwischen der Verbren­ nungskammer (9, 15) und dem Heißgaskanal (25) gemessen und dient zur Regelung der Verbrennungsluftmenge, die den Hochgeschwindig­ keitsbrennern (12) zugeführt wird.

Zusätzlich wird der Sauerstoffgehalt an den beiden Ofenenden, an in der Nähe der Tore in den Brennkanälen (6, 7) vorgesehenen Schleusen (zur Überwachung der Schleusenspülung beim Wagenwech­ sel), in der Garbrandzone und in den Abgaskaminen gemessen. Diese Messungen dienen nur zur Kontrolle und lösen bei Überschreiten eingestellter Grenzwerte einen Alarm aus.

Im Bereich der Schwelgaszone wird weiter der Gehalt an unverbrann­ ten Bestandteilen gemessen, beispielsweise mit einem Meßgerät, wie es im Bergbau zur Messung des Methangehaltes verwendet wird. Diese Gerät kann bei Erreichen des eingestellten Grenzwertes einen Alarm auslösen und vorzugsweise bei einem weiteren Anstieg des Schwelgasgehaltes den Wagenvorschub unterbrechen.

Zwar hätte ein Anstieg des Schwelgasgehaltes im Bereich der Schwelgaszone keine Explosion zur Folge, da das Schwelgas bei Vor­ handensein von Sauerstoff in der Schwelgaszone wegen der hohen, oberhalb der Zündtemperatur liegenden Temperatur teilweise unter Verbrennung mit diesem reagieren würde. Vorzugsweise ist in diesem Bereich der Schwelgaszone jedoch kein Restsauerstoff vorhanden, weil sonst dort zuviel Energie freigesetzt würde, die den Ofenbe­ trieb stören und keine Nutzwärme liefern würde.

Der Austritt der Schwelgase aus der Schwelgaszone erfolgt nach oben aus Brennhilfsmitteln, den sogenannten Saggern, d. h. in un­ mittelbarer Nachbarschaft der Schwelgasdurchlässe (11) . Dadurch wird sichergestellt, daß die Schwelgase auf kürzestem Weg aus dem Brennkanal (6, 7) abgesaugt werden. Da jedoch eine Trennvorrich­ tung zwischen der normalerweise vorhandenen inerten Ofenatmosphäre und dem Schwelgasbereich nicht möglich ist, müssen von den Hochgeschwindigkeitsbrennern (12) mehr als 75 Ncm³/h angesaugt werden, um die Schwelgase möglichst vollständig zu erfassen. Da dies mehr ist, als die Menge der ausgetrieben Schwelgase, wird zu­ sätzlich inertes Ofengas angesaugt, das einen Teil der aus dem Ab­ gaskamin zurückgeführten Abgasmenge ersetzen kann. Die Intensität der Ansaugung kann durch die Ausströmgeschwindigkeit der Hochge­ schwindigkeitsbrenner (12) optimiert werden. Hierzu werden die Brennermundstücke gegen solche mit größeren oder kleineren Aus­ trittsquerschnitten ausgewechselt. Da die Brenner (12) mit den daran befestigten, normalerweise aus SiC bestehenden Mundstücken ohne eine Unterbrechung des Ofenbetriebs von außen herausnehmbar sind, können die Mundstücke problemlos ausgetauscht werden.

Claims (49)

1. Verfahren zur Verbrennung von Schwelgasen, die innerhalb eines Brennkanals eines Ofens aus einem vorzugsweise kontinuierlich durch den Brennkanal bewegten Brenngut ausgetrieben werden, wobei die Schwelgase aus dem Brennkanal abgezogen und in einer Verbrennungskammer unter Luftzufuhr verbrannt werden, und wo­ bei mindestens ein Teil der dabei entstehenden Verbrennungs­ gase zum Aufheizen des Brenngutes in den Brennkanal zurückge­ führt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwelgase durch einen beim Ausströmen eines gasförmigen Mediums in die Ver­ brennungskammer (9, 15) entstehenden Unterdruck aus dem Brenn­ kanal (6, 7) in die Verbrennungskammer (9, 15) angesaugt wer­ den.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Ver­ brennungsluft in die Verbrennungskammer (9, 15) injiziert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemisch aus Verbrennungsluft und einem brennbaren gasför­ migen Medium in die Verbrennungskammer (9, 15) injiziert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ge­ misch beim Eintreten in die Verbrennungskammer (9, 15) entzün­ det wird.

5. Verfahren zur Verbrennung von Schwelgasen, die innerhalb eines Brennkanals eines Ofens aus einem vorzugsweise kontinuierlich durch den Brennkanal bewegten Brenngut ausgetrieben werden, wobei die Schwelgase aus dem Brennkanal abgezogen und in einer Verbrennungskammer unter Luftzufuhr verbrannt werden, insbe­ sondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Temperatur und/oder Menge der in den Brennkanal (6, 7) zurückgeführten Verbrennungsgase in Abhängigkeit von der Temperatur der Verbrennungsgase und/oder der Temperatur im Brennkanal (6, 7) geregelt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Anteil eines gasförmigen brennbaren Mediums in einem in die Verbrennungskammer (9, 15) injizierten Gemisch aus Verbrennungsluft und einem gasförmigen brennbaren Medium in Abhängigkeit von der Temperatur der Verbrennungsgase und/oder der Temperatur im Brennkanal (6, 7) geregelt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu­ fuhr des brennbaren Mediums beim Überschreiten einer vorgege­ benen Soll-Temperatur auf einen vorgegebenen Wert gedrosselt oder abgestellt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei ei­ nem weiteren Anstieg der Temperatur ein Inertgas in die Ver­ brennungskammer (9, 15) zugeführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die In­ ertgaszufuhr in der Nähe der Stelle erfolgt, an der die Ver­ brennungsluft oder ein Gemisch aus der Verbrennungsluft und dem brennbaren Medium in die Verbrennungskammer (9, 15) inji­ ziert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß abgekühltes Ofenabgas als Inertgas in die Verbrennungskammer (9, 15) zugeführt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zufuhr des brennbaren Mediums abgestellt wird, wenn die Inertgaszufuhr in die Verbrennungskammer (9, 15) einen vorgegebenen Wert übersteigt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Teil der Verbrennungsgase über einen Bypass in einen Abgaskamin abgeführt werden.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der abgeführten Verbrennungsgase durch Veränderung eines Öffnungsquerschnitts des Bypass verändert wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Temperatur der Verbrennungsgase nach ihrem Austreten aus der Verbrennungskammer (9, 15) gemessen wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Temperatur in einer Garbrandzone des Brenn­ kanals (6, 7) gemessen wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Menge der Verbrennungsluft in Abhängigkeit vom Sauerstoffgehalt der Verbrennungsgase geregelt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoffgehalt der Verbrennungsgase nach ihrem Austritt aus der Verbrennungskammer (9, 15) gemessen wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verbrennungsluft oder das Gemisch aus der Verbrennungsluft und dem brennbaren Medium durch das Mundstück eines Brenners (12) in die Verbrennungskammer (9, 15) inji­ ziert wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus dem Brennermundstück austretender Brennerstrahl auf die Mitte der Verbrennungskammer (9, 15) zu gerichtet wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennerstrahl unter einem spitzen Winkel zu einer Ofen­ längsachse in die Verbrennungskammer (9, 15) gerichtet wird.

21. Verfahren zur Verbrennung von Schwelgasen, die innerhalb eines Brennkanals eines Ofens aus einem vorzugsweise kontinuierlich durch den Brennkanal bewegten Brenngut ausgetrieben werden, wobei die Schwelgase aus dem Brennkanal abgezogen und in einer Verbrennungskammer unter Luftzufuhr verbrannt werden, und wo­ bei mindestens ein Teil der dabei entstehenden Verbrennungs­ gase zum Aufheizen des Brennguts in den Brennkanal zurückge­ führt wird, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsgase dem Brennka­ nal (6, 7) in einer Garbrandzone zugeführt werden, die sich über höchstens ein Viertel der Gesamtlänge des Brennkanals (6, 7) erstreckt.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsgase durch die Garbrandzone hindurch zu einem je­ weils am Ende der Garbrandzone angeordneten Abgaskamin geführt werden.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verbrennungsgase nach ihrem Austritt aus dem Brennkanal (6, 7) einer Nachoxidation unterzogen werden.

24. Vorrichtung zur Verbrennung von Schwelgasen, die innerhalb ei­ nes Brennkanals eines Ofens aus einem vorzugsweise kontinuier­ lich durch den Brennkanal bewegten Brenngut ausgetrieben wer­ den, wobei die Schwelgase aus dem Brennkanal abziehbar und in einer Verbrennungskammer unter Luftzufuhr verbrennbar sind, und wobei mindestens ein Teil der dabei entstehenden Verbren­ nungsgase zum Aufheizen des Brennguts in den Brennkanal zu­ rückführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungs­ kammer mindestens eine Einlaßöffnung für ein gasförmiges Me­ dium aufweist, die derart angeordnet ist, daß das einströmende gasförmige Medium im Bereich mindestens eines zwischen dem Brennkanal (6, 7) und der Verbrennungskammer (9, 15) angeord­ neten Schwelgasdurchlasses (11) einen Unterdruck erzeugt.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung vom Schwelgasdurchlaß (11) weg gerichtet ist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung auf eine Mitte der Verbrennungskammer (9, 15) zu gerichtet ist.

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Einlaßöffnung unter einem spitzen Winkel zu einer Längsachse des Ofens ausgerichtet ist.

28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Einlaßöffnung durch ein Mundstück eines Brenners (12) gebildet ist.

29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 28, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Schwelgasdurchlaß (11) hinter oder seit­ lich des Brennermundstücks angeordnet ist.

30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 29, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Schwelgasdurchlaß (11) die Verbrennungs­ kammer (9, 15) und den Brennkanal (6, 7) auf kürzestem Wege verbindet.

31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 28 bis 30, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Brenner (12) mindestens eine Zufuhrlei­ tung für Verbrennungsluft und mindestens eine weitere Zufuhr­ leitung für ein brennbares gasförmiges Medium aufweist.

32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 28 bis 31, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Brenner (12) einen Haupt- und einen Zündbrenner aufweist.

33. Vorrichtung zur Verbrennung von Schwelgasen, die innerhalb ei­ nes Brennkanals eines Ofens aus einem vorzugsweise kontinuier­ lich durch den Brennkanal bewegten Brenngut ausgetrieben wer­ den, wobei die Schwelgase aus dem Brennkanal abziehbar und in einer Verbrennungskammer unter Luftzufuhr verbrennbar sind, und wobei mindestens ein Teil der dabei entstehenden Verbren­ nungsgase zum Aufheizen des Brennguts in den Brennkanal zu­ rückführbar ist, insbesondere nach einem der Ansprüche 24 bis 32, gekennzeichnet durch mindestens einen die Temperatur der Verbrennungsgase und/oder im Brennkanal (6, 7) messenden Tem­ peratursensor, sowie eine Regeleinrichtung zur Regelung der Temperatur und/oder der Menge der in den Brennkanal (6, 7) zu­ rückführbaren Verbrennungsgase in Abhängigkeit von der vom Temperatursensor gemessenen Temperatur.

34. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung die einem in der Verbrennungskammer (9, 15) angeordneten Brenner (12) zugeführte Menge eines brennbaren Mediums regelt.

35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 35, gekennzeichnet durch mindestens eine einen Abgaskamin des Ofens mit der Ver­ brennungskammer (9, 15) verbindende Inertgasleitung.

36. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 35, gekennzeichnet durch mindestens einen zwischen der Verbrennungskammer (9, 15) und dem Brennkanal (6, 7) angeordneten, zu einem Abgaskamin führenden Bypass.

37. Vorrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß ein Öffnungsquerschnitt des Bypass veränderbar ist.

38. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 37, gekennzeichnet durch einen zwischen der Verbrennungskammer (9, 15) und dem Brennkanal (6, 7) angeordneten Sauerstoffsensor.

39. Vorrichtung nach Anspruch 38, gekennzeichnet durch eine mit einem Meßwert des Sauerstoffsensors beaufschlagte, die Menge der in die Verbrennungskammer (9, 15) zugeführten Verbren­ nungsluft ändernde Regeleinrichtung.

40. Vorrichtung zur Verbrennung von Schwelgasen, die innerhalb ei­ nes Brennkanals eines Ofens aus einem vorzugsweise kontinuier­ lich durch den Brennkanal bewegten Brenngut ausgetrieben wer­ den, wobei die Schwelgase aus dem Brennkanal abziehbar und in einer Verbrennungskammer unter Luftzufuhr verbrennbar sind, und wobei mindestens ein Teil der dabei entstehenden Verbren­ nungsgase zum Aufheizen des Brennguts in den Brennkanal zu­ rückführbar ist, gekennzeichnet durch mit der Verbrennungskam­ mer (9, 15) verbundene Durchtrittsöffnungen (14) für die Ver­ brennungsgase, die in einer Garbrandzone des Brennkanals (6, 7) angeordnet sind, welche sich über maximal ein Viertel der Gesamtlänge des Brennkanals (6, 7) erstreckt.

41. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 40, gekennzeichnet durch jeweils einen am Ende einer Garbrandzone angeordneten Abgaskamin.

42. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 41, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Ofen als Gegenlaufofen ausgebildet ist.

43. Vorrichtung nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungskammer in einer Mittelwand (22) des Gegenlaufofens angeordnet ist.

44. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 43, gekennzeichnet durch einen an die Verbrennungskammer (9, 15) anschließenden Heißgaskanal (25).

45. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 42, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verbrennungskammer (15) oberhalb einer Ofendecke angeordnet und in der Schwelgaszone durch aufwärts führende Schwelgasdurchlässe (11) und in der Garbrandzone durch abwärts führende Heißgaskanäle (25) mit dem Brennkanal (6, 7) verbunden ist.

46. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 42, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verbrennungskammer (15) bei einem Ofen mit Gewölbedecke unmittelbar über dem Gewölbe angeordnet ist, daß die Verbrennungskammer (15) durch Schwelgasdurchlässe (11) im Gewölbe mit der Schwelgaszone verbunden ist, und daß die Zufuhr der Verbrennungsgase zur Garbrandzone durch einen Spalt zwischen zwei übereinander angeordneten Gewölben erfolgt, wo­ bei das untere Gewölbe (16) perforiert, geschlitzt oder unter­ brochen ist.

47. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 28 bis 46, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Mundstücke des Brenners (12) lösbar mit dem Brenner (12) verbunden sind.

48. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 47, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im Bereich der Garbrandzone zwischen dem Brenngut (14) und der Decke des Brennkanals (6, 7) ein unge­ teilter Hohlraum angeordnet ist, der eine gleichmäßige Vertei­ lung der Verbrennungsgase im Brennkanal sicherstellt.

49. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 48, gekennzeichnet durch einen Wärmetauscher, durch den die Verbrennungsgase nach dem Durchströmen des Brennkanals (6, 7) geführt werden.