VE Wissenschaftlich-technischer Betrieb KeramikVE scientific-technical operation ceramics

825 Meißen» Ossietzkystraße 37a825 Meissen »Ossietzkystraße 37a

Titel der ErfindungTitle of the invention

Verfahren und Anordnung zur Steuerung der Wärmebehandlungs· temperatur in keramischen IndustrieöfenMethod and arrangement for controlling the heat treatment temperature in ceramic industrial furnaces

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Steuerung der Wärmebehandlungstemperatur in keramischen Industrieöfen, insbesondere keramischen Tunnelöfen im Hoch« temperaturbereich, die mit Prozeßtemperaturen von über 1200 ⁰C betrieben werden und bei denen entweder die Wärme-» behandlungstemperatur bei Leistungsschwankungen oder anderen Störgrößen konstant zu steuern ist, oder wo infolge von Brenngutwechsel rasch höhere Prozeßtemperaturen zu realisieren sind.The invention relates to a method and an arrangement for controlling the heat treatment temperature in ceramic industrial ovens, especially ceramic tunnel ovens in the high temperature range, which are operated at process temperatures of over 1200 ⁰ C and where either the heat treatment temperature at power fluctuations or other disturbances constant control is, or where quickly higher process temperatures can be realized as a result of Brenngutwechsel.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Bei Sollwertabweichungen der Temperatur nach unten, werden Z₄ Z₉ grundsätzlich die Volumen« bzw. Enthalpieströme er« höht. Dies hat namentlich bei den technisch üblichen Ver-» brennungstemperaturen folgende Nachteile:If setpoint deviations of the temperature are down, Z ₄ Z _{9 is in} principle increased in volume or enthalpy flows. This has the following disadvantages, especially at the technically usual combustion temperatures:

« Die Volumenstromänderungen wirken sich in Tunnelöfen enthalpiestrommäßig ungünstig auf die stromabwärts liegenden Zonen aus» Besonders ist dies der Fall, wenn stromabwärts (also in der Vorwärmzone) die Solltemperatur vorliegt,, oder bereits schon überschritten ist."The volume flow changes have an adverse effect on the downstream zones in tunnel kilns with enthalpy effects." This is particularly the case when the setpoint temperature is present downstream of the preheating zone, or has already been exceeded.

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- Die Volumenstromänderung führt ги Druckänderungen im Ofen. Dadurch werden in der Vorwärmzone die Falschluftvolumenströme und in der Brennzone das Driften von Rauch« gas in die Kühlzone unkontrollierbar verändert, so daß letztlich das gesamte Ofenregime außer Tritt geraten kann.- The flow rate change leads to pressure changes in the furnace. As a result, the false air volume flows in the preheating zone and the drifting of smoke gas into the cooling zone are changed uncontrollably in the firing zone so that ultimately the entire furnace regime can get out of step.

«- Der höhere Volumenstrom hat Änderungen der Verbrennungs« lufttemperatur im Falle einer rekuperativen Vorwärmung zur Folge.«- The higher volume flow causes changes in the combustion air temperature in the case of recuperative preheating.

« Besonders bei Brennstoffen oder Brennersystemen, die eine relativ geringe Flammentemperatur erreichen lassen, erfolgt ein Temperaturanstieg durch höhere Beaufschlagung der Brenner sehr träge (zuweilen auch gar nicht), so daß die notwendige Stabilisierung der Solltemperatur nicht erzielt wird. Darüber hinaus entstehen durch o. g. Verhalten Energie« und Qualitätsverluste."Particularly in the case of fuels or burner systems which allow a relatively low flame temperature to be attained, an increase in temperature due to a higher exposure of the burners is very sluggish (sometimes not at all) so that the necessary stabilization of the setpoint temperature is not achieved. In addition, due to o. G. Behavior energy «and quality losses.

Das o, a. Verfahren zur Regelung ist z. B. in DT 10055166 KIr 24 m 1/03, IP Kl. F 23 η beschrieben. Es sind aber auch Verfahren bekannt, wonach die Steuerung durch Ab- bzw. Zuschalten von Brennern erfolgt (DT 150849, Kl, 31 а 1 9/40_# IP Kl. F 27 d 9/40).The o, a. Method for regulating z. B. in DT 10055166 KIr 24 m 1/03, IP Kl. F 23 η described. But there are also known methods, according to which the control is done by switching off and on of burners (DT 150849, Kl, 31A 1 9/40 _# IP Kl. F 27 d 9/40).

Darüber hinaus gibt es eine Reihe spezieller Verfahren (z. B. gemäß DT 1083745 Kl. 80 с 5 IP Kl. C04 с), denen aber vom Grundsatz her die gleichen Mängel wie oben dargestellt anhaften.In addition, there are a number of special methods (eg according to DT 1083745 class 80 с 5 IP class C04 с), but in principle the same shortcomings as shown above adhere.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Die Erfindung hat das Ziel, die о. а, technischen Mängel zu eliminieren und einen stabilen Prozeßbatrieb bei sparsamen Energieeinsatz zu sichern.The invention has the goal of the о. To eliminate technical defects and to ensure a stable process with economical use of energy.

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Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Die Wärmeübertragung erfolgt im wesentlichen im Hochtemperaturgebiet durch direkte Strahlung der Flamme an das Brenngut oder mittelbar über die Ofeninnenwände nach der bekannten GleichungThe heat transfer takes place substantially in the high temperature region by direct radiation of the flame to the kiln or indirectly via the furnace inner walls according to the known equation

wobei A die Flächen--, K die Strahlungssituation beinhalten und die Indices S und E Sender und Empfänger bedeuten.where A is the area--, K the radiation situation and the indices S and E mean transmitter and receiver.

Obwohl bei den praktisch eingesetzten Brennstoffen, Stadt- und Importerdgas, die theoretischen Flammentemperaturen bei über 2000 C liegen, werden praktisch durch Mischung mit Umgebungsgas infolge des Strahlimpulses der Flamme, durch thermische Dissoziation und durch technologisch erforderliche Abweichungen vom stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis nur erheblich niedrige Werte erreicht. Für Brennstoffe mit höherem Ballastanteil (Eigenerdgas, Generatorgas) ist die erreichbare Flammentemperatur von vornherein problematisch für Hochtemperaturprozesse. Bei Volumenstromänderungen bzw» Laststeigerungen der Brenner tritt praktisch durch о. а. Faktoren keine oder eine nicht ausreichend wirksame Steigerun von T trotz erhöhtem Enthalpiestrom ein, so daß die Steuer rung der Wärmebehandlungstemperatur nicht ausreichend funktio niert. Die erwünschte, zur Temperaturerhöhung erforderliche, Steigerung von Q infolge Ansteigens von T wird beim praktischen Betrieb noch dadurch beeinträchtigt, daß mit stei« gendem Volumenstrom am Brenner der Strahlimpuls steigt, wodurch eine höhere Zumischung von Umgebungsgas erfolgt und sich T dadurch mindert.Although in the case of the practically used fuels, urban and imported gas, the theoretical flame temperatures are above 2000 C, substantially only low values are achieved by mixing with ambient gas due to the beam pulse of the flame, thermal dissociation and technologically required deviations from the stoichiometric combustion air ratio. For fuels with a higher ballast content (natural gas, generator gas), the achievable flame temperature is problematic from the outset for high-temperature processes. With volume flow changes or »increases in load the burner practically occurs by о. а. Factors no or insufficiently effective Steigerun of T despite increased enthalpy, so that the control tion of the heat treatment temperature is not sufficient func tioned. The desired increase in Q required for increasing the temperature due to the increase in T is impaired in practical operation by the fact that the jet pulse increases with increasing volume flow at the burner, whereby a higher admixing of ambient gas takes place and T is thereby reduced.

Erfindungsgemäß wird nun die Steuerung von T_E dadurch gelöst, daß nicht die Massenströme der Brenner, gassaitig (m^.) verbrenr.ungsluftseitig (т..,), beeinflußt werden, sondernAccording to the invention, the control of T _E is now solved in that not the mass flows of the burner, gas-side (m ^.) Verbrenr.ungsluftseitig (т ..,), are affected, but

konstant bleiben und T dadurch erhöht wird, wenn T^ unterhalb des Sollwertes liegt, indem die Temperatur der Verbrennungsluft gesteigert und wenn T_E oberhalb des Sollwertes liegt die Verbrennungslufttemperatur gesenkt wird.remain constant and T is thereby increased when T ^ is below the setpoint by increasing the temperature of the combustion air and when T _{E is} above the set point, the combustion air temperature is lowered.

Erfindungsgemäß erfolgt dabei die Erhöhung der Verbrennungslufttemperatur durch einen gesonderten Luftvorwärmer oder durch Nutzung von Anfallenergie, die beim Prozeß selbst anfällt. Dabei steigt bei z, B. Stadtgas die Flammentemperatur etwa nach folgender Relation (bei stöchiometrischer Verbrennung) :In accordance with the invention, the combustion air temperature is increased by a separate air preheater or by the use of accumulation energy, which accumulates during the process itself. At z, B. town gas, the flame temperature rises approximately according to the following relation (with stoichiometric combustion):

Somit ergibt sich für die WärmeübertragungThus results for the heat transfer

_ _ _mh_ _ H _m

Wo ,(top Where , ( top

Für praktische Verhältnisse wie sie z. B. an einem Porzellanglattbrandofen vorliegen, wo die Flammentemperaturen maximal bei 1500 C liegen, bedeutet eine Erhöhung von T₀ um z. B. 70 K eine Steigerung der Wärmeübertragung um ca. 50 %_t eine Erhöhung von T um z. B. 18 K ergibt eine Steigerung von 6 um ca. 15 %, Dadurch wird bei annähernd gleichen Druck- und Volumenverhältnissen im Ofen eine wirksame Temperaturbeeinflussung,und zwar an der Stelle erzielt, wo sie erfolgen soll.For practical conditions as z. B. present at a porcelain tile firing furnace, where the flame temperatures are a maximum of 1500 C, means an increase of T ₀ by z. B. 70 K, an increase in heat transfer by about 50 % _t an increase of T by z. B. 18 K gives an increase of 6 by about 15 %, This is achieved at approximately the same pressure and volume ratios in the oven effective temperature control, namely at the point where it should take place.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel näher er» läutert.The invention will be explained in more detail with reference to an exemplary embodiment.

In der zugehörigen Zeichnung wird ein Horizontalschnitt durch einen Tunnelofen dargestellt.In the accompanying drawing, a horizontal section through a tunnel furnace is shown.

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Der Industrieofen besteht aus Vorwärmzone 2, Brennzone 3 und Kühlzone 4, Die Brenner 5 der zu steuernden Brennergruppe 5,1 erhalten über die Zuführung Gas 6 und über die Zuführung Verbrennungsluft 7, Die Verbrennungsluft 7 wird in einem Rekuperator 8 vorgewärmt, von einem Lüfter 9, der auf konstanten Fördarstrom geregelt wird, gefördert und bei Bedarf im Luftvorwärmer 10, der mit Brenngas 11 beheizt wird, nachgeheizt. Die Verbrennungsluft 12 des Luft« Vorwärmers 10 wird separat gefördert. Das Abgas 13 des Luftvorwärmers 10, dessen Enthalpie durch Sekundärverbraucher genutzt werden kann, wird im üblichen Sinne abgeführt. Anstelle der Nachheizung der Verbrennungsluft 7 durch den Luftvorwärmer 10 kann auch von Lüfter 9 an Stelle Umgebungsluft 14 durch Umschaltung auf bereits vorgewärmte Luft 15 umgestellt werden, was ebenfalls zu einer Erhöhung der Temperatur ty. führt. Diese vorgewärmte Luft 15 steht an Tunnelöfen am Enda der Kühlzone 4 ohnehin als Anfallenergie an.The industrial furnace consists of preheating zone 2, combustion zone 3 and cooling zone 4, the burner 5 to be controlled burner group 5.1 receive via the supply of gas 6 and the supply of combustion air 7, the combustion air 7 is preheated in a recuperator 8, from a fan. 9 , which is controlled at a constant Fördarstrom, promoted and reheated if necessary in the air preheater 10, which is heated with fuel gas 11. The combustion air 12 of the air preheater 10 is conveyed separately. The exhaust gas 13 of the air preheater 10, whose enthalpy can be used by secondary consumers, is discharged in the usual sense. Instead of the reheating of the combustion air 7 through the air preheater 10, ambient air 14 can also be switched over from fan 9 to switch over to already preheated air 15, which likewise leads to an increase in the temperature ty. leads. This preheated air 15 is at tunnel ovens at the end of the cooling zone 4 anyway as an attack energy.