Sauerstoffhilfsbrennerverfahren bei querbefeuerten Regenerativöfen zum Schmelzen von Glas
Erfindungsfeld
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Die Erfindung bezieht sich auf die Anwendung mindestens eines Sauerstoff-Brennstoff-
Brenners in bestimmter Weise in querbefeuerten Regenerativöfen zur Steigerung des
Wirkungsgrades der Glasschmelzung und somit der Zunahme der Produktionsrate von Glas.
Hintergrund der Erfindung
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Querbefeuerte Regenerativöfen werden in der Glasherstellung allgemein verwendet. Ein
üblicher querbefeuerter Regenerativofen weist eine Schmelzzone auf, in der glasbildende
Bestandteile wie Siliziumoxide, Boroxide und andere Zusätze einschließlich Stabilisatoren und
Flußmitteln durch Luft-Brennstoff-Brenner erhitzt werden, die entlang den Längsseiten der
Schmelzkammer angeordnet sind. Durch die Verbrennung von Brennstoff unter
Vorhandensein von mittels eines Regenerators vorgeheizter Luft, stellen die Luft-Brennstoff-Brenner der
Atmosphäre und den Wänden der Schmelzkammer Hitze zur Verfügung, welche wiederum
durch Konvektion und Bestrahlung die glasbildenden Bestandteile in der Schmelzkammer
erhitzen. Obwohl der thermische Nutzungsgrad dieses Heizprozesses relativ hoch ausfällt,
kann die Glasproduktionsrate wegen der abnehmenden Leistung der Regeneratoren und des
zunehmenden Energieverlusts der Wände über die Zeit hinweg abnehmen. Die
Regeneratorleistung kann sich beispielsweise dadurch verschlechtern, daß der Regenerator aufgrund des
Vorhandenseins chemischer Verunreinigungen in den sich ergebenden und durch den
Regenerator geleiteten Verbrennungsgasen sich zeitweise zusetzt oder teilweise zerstört wird.
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Zur Steigerung der Schmelzkapazität eines querbefeuerten Regenerativofens wurde ein
Verfähren zur Sauerstoffanreicherung vorgeschlagen. Das Verfahren beinhaltet die Einleitung von
Sauerstoff in ein Gebiet des Ofens, indem Brennstoff unter Vorhandensein von Luft verbrennt
wird. Dieses Verfahren weist jedoch einige Nachteile auf. Erstens hat die Hinzuführung von
Sauerstoff auf bestimmte Bereiche wie die Grenzfläche oder deren Nachbarschaft, wo hohe
Temperaturen für das Schmelzen einer Beschickung fließenden Festglases Bedingung sind,
keine konzentrierte Auswirkung. Der Sauerstoffverbrauch fällt daher für eine geringe
Zunahme der Glasproduktion hoch aus. Zweitens werfen die Luft-Flammen, die durch das
Vorhandensein von Sauerstoff von hoher Temperatur sind, mehr Hitze zum Dach der
Schmelzkammer,
das, wenn es diesen Bedingungen für einen langen Zeitraum ausgesetzt wird, in
seiner Lebensdauer reduziert werden kann.
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Die Verwendung von Sauerstoff-Brennstoff-Hilfsbrennern in einer Anzahl glaserzeugender
Öfen wurde ebenfalls vorgeschlagen. Beispielsweise sind Sauerstoff-Brennstoff-Hilfsbrenner
an den Wänden einer rechtwinkligen Schmelzkammer eines gewöhnlichen
U-Flammen-Regenerativ-Ofens zur Unterstützung des Schmelzprozesses verwendet worden. Jedoch wurden
Sauerstoff-Brennstoff-Hilfsbrenner nicht erfolgreich in einem querbefeuerten Regenerativ-
Ofen verwendet. Den Hauptgrund der Verhinderung ihres Gebrauchs in einem querbefeuerten
Regenerativ-Ofen bildet der schwierige und begrenzte Zugang zum Schmelzraum des Ofens.
Dieser Zugang besteht normalerweise aus einem kleinen (1 m breiten) Zugang zwischen den
Regeneratoren und dem Schmelzofen, der die gewöhnliche Installation von
Sauerstoff-Brennstoff-Hilfsbrennern verhindert. Dazu kann die Verwendung mindestens eines Sauerstoff-
Brennstoff-Brenners unökonomisch sein, da er einen weniger effizienten Brennstoffverbrauch
der luftgespeisten Brenner verursachen und die Lebensdauer eines Ofens durch Überhitzen
bewirken kann. Weiterhin können die für die Installation mindestens eines Sauerstoff-
Brennstoff-Brenners notwendigen Bohrlöcher in der feuerfesten Auskleidung des Ofens die
Lebensdauer des Ofens und der der angebrachten Sauerstoff-Brennstoff-Hilfsbrenner
nachteilig beeinflussen.
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Ein Verfahren zum Schmelzen von Glas, wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben, ist
aus WO-A-0 912 760 bekannt. In diesem Verfahren werden zwei
Sauerstoff-Brennstoff-Brenner auf jeder Seitenwand des Ofens verwendet. Einer dieser beiden Brenner ist am Einlaßende
des Ofens angebracht und schräg nach vorwärts und einwärts in Bezug auf die
Einspeisungsrichtung des Beschickungsmaterials gerichtet; dieser Brenner befeuert eine
Hochgeschwindigkeitsflamme in Richtung auf das noch feste Beschickungsmaterial. Das Auftreffen der
Hochgeschwindigkeitsflammen auf das feste Beschickungsmaterial verursacht das Problem,
daß das feste Beschickungsmaterial mit der Konsequenz einer ernsthaften Korrosion der
feuerfesten Wände der Schmelzkammer überall im Ofen umherzufliegen beginnt. Darüber
hinaus führt das Abfeuern der Flammen des Sauerstoff-Brennstoff-Brenners in einem Winkel
bezüglich der Flammen des Luft-Brennstoffbrenners dazu, den von den
Luft-Brennstoffbrennern ausgehenden Flammenimpuls zu unterbrechen. Die zwei weiteren Sauerstoff-Brennstoff-
Brenner werden auf den beiden Seitenwänden des Ofens parallel zu den Luft-Brennstoff-
Brennern angebracht, um Flammen auf die Oberfläche der geschmolzenen Glasschicht am
heißesten Bereich der geschmolzenen Schicht zu werfen. Beim Auftreffen der Flammen dieser
Sauerstoff-Brennstoff-Brenner auf den heißesten Bereich der geschmolzenen Schicht neigt die
sehr heiß strahlende Oberfläche dazu, das Dach zu sehr zu erhitzen, was möglicherweise die
Zerstorung des feuerfesten Materials zur Folge haben kann. Daher werden die Sauerstoff-
Brennstoff-Brenner in bekannten Verfahren nur zu einem begrenzten Grad zur zusätzlichen
Erhitzung eingesetzt.
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Ein Ofen der im Oberbegriff des Anspruchs 4 genannten Art und ein Verfahren zur
Nachrüstung der im Teil des Oberbegriffs des Anspruchs 6 genannten Art sind aus Glass Industry,
Vol 67, No. 4, 1986, Seite 14 bis 18, bekannt. Der bekannte Ofen ist ein direkt befeuerter
Ofen, und die dort verwendeten Sauerstoff-Brennstoff-Brenner umfassen einen feuerfesten
Block mit einem mehr oder weniger konvergierenden-divergierenden Durchlaß, der mit dem
Stahlrahmen des Ofens verbunden ist. Der feuerfeste Block ist mit seinem Durchlaß, der für
den Brenner eine Verbrennungskammer vorsieht, Teil des Sauerstoff-Brennstoff-Brenners.
Dieser Sauerstoff-Brennstoff-Brenner würde wahrscheinlich eine ausgedehnte Flamme
ähnlich derjenigen eines Luft-Brennstoff-Brenners in einem querbefeuerten Regenerativofen
erzeugten hervorbringen, weil dieser Sauerstoff-Brennstoff-Brenner ähnlich des
Luft-Brennstoff-Brenners Brennstoff in einem konvergierenden und divergierenden Durchlaß des
feuerfesten Blocks verbrennt. Im direkt befeuerten Ofen ohne Regeneratoren verursacht ein solcher
Brenner keine Temperaturprobleme und kann einfach an der verfügbaren Seitenwand
angebracht werden. In einem querbefeuerten Regenerativofen wird diese Ausführung eines
Sauerstoffbrenners jedoch das Dach der Schmelzkammer wahrscheinlich zur Überhitzung bringen,
da eine ausgedehnte Flamme ähnlich derjenigen eines Luft-Brennstoff-Brenners erzeugten das
Dach des querbefeuerten Regenerativofens zu sehr erhitzen würde. Ein ähnlicher direkt
befeuerter Ofen zum Schmelzen von Glas ist von US-A-4 909 733 bekannt. In diesem Ofen ist
jedem Luft-Brennstoff-Brenner eine unterhalb des jeweiligen Brenners angeordnete
Sauerstofflanze zugeordnet, die bei entsprechender Rate und ausreichender Nähe einen flachen
Sauerstoffstrahl oder sauerstoffangereicherten Luftstrahl auf die Luft-Brennstoff-Flamme abgibt,
um ein aerodynamisch vermindertes Druckfeld zu erzeugen, das die Flamme in Richtung der
Oberfläche des Glasmaterials hin verformt und verschiebt.
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In einem aus US-A-3 592 623 bekannten regenerativen Ofen zum Schmelzen von Glas
werden ein Paar alternierend tätige Luft-Brennstoff-Brenner an der Rückwand des Ofens mit
jeweils einem Durchlaß angebracht, der mit jedem Regenerator in Verbindung steht. Die Luft-
Brennstoff-Brenner werfen eine buschige Flamme im wesentlichen horizontal in die vom
Ofen bestimmte Schmelzkammer. Der Ofen ist weiterhin mit einem Paar
Sauerstoff-Brennstoff-Brenner an jeder Seitenwand des Ofens ausgerüstet, die so ausgerichtet sind, daß die von
den Hochgeschwindigkeits-Sauerstoff-Brennstoff-Flammen ausgestrahlten
Verbrennungsprodukte derart ausgelenkt werden, daß sie das nichtgeschmolzene Rohmaterial berühren und
es zurück zur Rückwand treiben.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine derartige Anbringung von Sauerstoff-
Brennstoff-Hilfsbrennern in einem querbefeuerten Regenerativofen, um den von den
Regeneratoren auferlegten Beschränkungen Rechnung zu tragen.
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Eine andere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens und eines Ofens,
welche die Anbringung von Sauerstoff-Brennstoff-Hilfsbrennern in einem querbefeuerten
Regenerativofen gestatten, ohne jegliche Löcher in der feuerfesten Auskleidung des Ofens
bohren zu müssen.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens und eines Ofens,
welche die Erhaltung einer bestimmten Produktionsrate von Glas sogar dann gestatten, wenn
die Regeneratoren des Ofens teilweise zugesetzt oder zerstort sind bzw. repariert werden.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens und eines Ofens,
welche die Zunahme der Produktionsrate von Glas ohne übermäßigen Verbrauch von
Sauerstoff- und Brennstoffmengen und ohne Überhitzen des Ofendaches zu gestatten.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens und eines Ofens,
welche die Verwendung von nichtwassergekühlten Sauerstoff-Brennstoff-Hilfsbrennern
gestatten.
Zusammenfassung der Erfindung
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Entsprechend eines Aspekts der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Schmelzen von
Rohglas bildenden Bestandteilen in einem querbefeuerten Regenerativ-Ofen, der mindestens
zwei Regeneratoren aufweist, die mit einer mit einem Boden, einem Dach, Seitenwänden,
einer Einlaßanordnung und einer Auslaßanordnung versehenen Schmelzkammer über eine
Mehrzahl von Durchlässen entlang den lateralen Seitenwänden der Schmelzkammer in
Verbindung stehen, bei dem die Rohglas bildenden Bestandteile und die erhaltene Schmelze in
der Schmelzkammer erhitzt werden, indem alternierend Flammen von mindestens einem Luft-
Brennstoff-Brenner und mindestens einem Sauerstoff-Brennstoff-Hilfsbrenner an jeder
lateralen Seitenwand aktiviert werden, wobei der mindestens eine
Sauerstoff-Brennstoff-Hilfsbrenner parallel zu dem mindestens einen Luft-Brennstoff-Brenner angeordnet ist, dadurch
gekennzeichnet, daß die Flamme des mindestens einen Sauerstoff-Brennstoff-Hilfsbrenners an
der Grenzfläche der nicht geschmolzenen glasbildenden Bestandteile und des geschmolzenen
Glases unter Verwendung der gleichen Befeuerungsfolge wie bei dem mindestens einen Luft-
Brennstoff-Brenner so aktiviert wird, daß die Flamme von dem mindestens einen Sauerstoff-
Brennstoff-Hilfsbrenner auf die Grenzfläche der nicht geschmolzenen glasbildenden
Bestandteile
und des geschmolzenen Glases gerichtet wird, ohne den von dem mindestens einen Luft-
Brennstoff-Brenner emittierten Flammenimpuls zu unterbrechen.
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Entsprechend eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung ist ein zum Schmelzen von
glasbildenden Bestandteilen geeigneter Ofen, der eine Schmelzkammer mit einem Boden,
einem Dach, lateralen Seitenwänden, einer Einlaßanordnung und einer Auslaßanordnung;
mindestens einen Luft-Brennstoff-Brenner mit mindestens einem an jeder lateralen
Seitenwand angeordneten ersten feuerfesten Block; mindestens einen zweiten feuerfesten Block, der
mit mindestens einem Sauerstoff-Brennstoff-Hilfsbrenner ausgerüstet werden kann und der
parallel zu dem mindestens einen in einen Durchlaß des zweiten feuerfesten Blockes
eingesetzten Sauerstoff-Brennstoff-Hilfsbrenner aufweist, der mit einem Rohr zum Hindurchleiten
von Brennstoff versehen ist, das koaxial in einem zylindrischen Rohr zum Hindurchleiten von
Sauerstoff sitzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen ein querbefeuerter Regenerativ-Ofen
ist, der mindestens zwei Regeneratoren aufweist, die mit der Schmelzkammer über eine
Mehrzahl von Durchlässen entlang den lateralen Seitenwänden der Schmelzkammer in
Verbindung stehen; daß der erste feuerfeste Block einen konvergierenden und divergierenden
Durchlaß und eine in diesen eingesetzte Brennstofflanze aufweist und benachbart oder unter
der Mehrzahl von Durchlässen angeordnet ist; und daß der zweite feuerfeste Block mindestens
einen zylindrischen Durchlaß zur Aufnahme des Sauerstoff-Brennstoff-Hilfsbrenners
aufweist.
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Entsprechend eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum
Nachrüsten eines zum Schmelzen von glasbildenden Bestandteilen geeigneten Ofens, der eine
Schmelzkammer mit einem Boden, einem Dach, lateralen Seitenwänden, einer
Einlaßanordnung und einer Auslaßanordnung sowie mindestens einen Luft-Brennstoff-Brenner an jeder
lateralen Seitenwand aufweist, wobei der mindestens eine Luft-Brennstoff-Brenner mit einem
einen Durchlaß aufweisenden ersten feuerfesten Block versehen ist; wobei der Ofen
mindestens teilweise von Luft-Brennstoff-Brenner-Befeuerung auf
Sauerstoff-Brennstoff-Befeuerung unter Verwendung mindestens eines Sauerstoff-Brennstoff-Hilfsbrenners mit einem
zugeordneten zweiten feuerfesten Block umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum
Nachrüsten eines querbefeuerten Regenerativofens, bei dem mindestens zwei Regeneratoren
mit der Schmelzkammer über eine Mehrzahl von Durchlässen in Verbiundung stehen und bei
dem der mindestens eine Luft-Brennstoff-Brenner benachbart den oder unter den mehreren
Durchlässen angeordnet ist und eine in dem Durchlaß des ersten feuerfesten Blockes sitzende
Brennstofflanze aufweist, die Brennstofflanze und der erste feuerfeste Block aus den lateralen
Seitenwänden der Schmelzkammer herausgenommen werden; statt dessen ein zweiter
feuerfester Block mit einem Durchlaß angeordnet wird, der sich für das Einsetzen mindestens eines
Sauerstoff-Brennstoff-Hilfsbrenners eignet, und mindestens ein
Sauerstoff-Brennstoff-Hilfsbrenner in den Durchlaß des zweiten feuerfesten Blockes eingesetzt wird.
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Aktiviert der benachbart den oder unter den Durchlässen entlang den lateralen Seitenwänden
der Schmelzkammer angeordnete Sauerstoff-Brennstoff-Hilfsbrenner seine Flamme in der
gleichen Richtung wie die Luft-Brennstoff-Brenner, im wesentlichen parallel zu den Luft-
Flammen und entsprechend der Befeuerungsfolge der Luft-Brennstoff-Brenner wird der
Flammenimpuls der Luft-Brennstoff-Brenner nicht unterbrochen.
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Der Sauerstoff-Brennstoff-Hilfsbrenner wird vorzugsweise in mindestens einen Durchlaß des
zweiten feuerfesten Blockes eingesetzt; er stellt seine Flamme in einer örtlich beschränkten
Weise bereit, um eine bestimmte Fläche ohne Berührung der Wände zu erhitzen und wird
betrieben, um die Unterbrechung des Flammenimpulses der Luft-Brennstoff-Brenner zu
vermeiden. Der oder die derart angeordnete(n) Sauerstoff-Brennstoff-Brenner sind bei der Zunahme
der Produktionsrate von Glas ohne Überhitzung des Ofens sowie bei der Bereitstellung von
Flexibilität in einem Verfahren zur Herstellung von Glas vorteilhaft, indem der Ofen selbst
dann betrieben werden kann, wenn seine Regeneratoren nicht korrekt funktionieren.
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Mindestens ein Sauerstoff-Brennstoff-Hilfsbrenner weist allgemein ein in einem zylindrischen
Rohr koaxial angeordnetes Rohr auf. Die einen Enden der Rohre münden in einer
Düsenspitze, während die anderen Enden der Rohre an eine Anordnung zur Brennstoffversorgung
bzw. zur Sauerstoffversorgung angeschlossen sind und mit dieser in Verbindung stehen. Der
Sauerstoff-Brennstoff-Hilfsbrenner kann gekrümmt oder angewinkelt sein, um seine Flamme
auf einen bestimmten Bereich in der Schmelzkammer zu richten, insbesondere auf die
Grenzfläche.
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Der zweite (oder modifizierte) feuerfeste Block und der Sauerstoff-Brennstoff-Hilfsbrenner
werden vorzugsweise unterhalb des oder in der Nachbarschaft eines Durchlasses angeordnet,
der nahe bei der Grenzfläche liegt. Die Anzahl der zweiten oder modifizierten feuerfesten
Blöcke entspricht der Anzahl der verwendeten Sauerstoff-Brennstoff-Hilfsbrenner; die Anzahl
der verwendeten Sauerstoff-Brennstoff-Hilfsbrenner kann so gewählt werden, daß der Ofen
vollständig mit Sauerstoff-Brennstoff-Brennern betrieben werden kann.
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Der hier verwendete Begriff "Grenzfläche" bezieht sich auf die Grenzfläche der
nichtgeschmolzenen glasbildenden Bestandteile im festen Aggregatzustand und dem geschmolzenen
Glas in der Schmelzkammer.
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Der hier verwendete Begriff "Flammenimpuls" bezieht sich auf die Richtung, Bewegung oder
Folge einer Flammenströmung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Figur 1 stellt eine laterale Querschnittsansicht einer Ausführung eines querbefeuerten
Regenerativofens der vorliegenden Erfindung dar.
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Figur 2 ist eine Draufsicht einer Ausführung eines querbefeuerten Regenerativofens der
vorliegenden Erfindung und stellt die rechtsseitigen Durchlässe während ihrer
Befeuerungsperiode sowie die linksseitigen Durchlässe während ihrer Auslaßperiode oder
nicht befeuerten Periode dar.
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Figur 3 ist eine Querschnittsansicht eines gewöhnlichen feuerfesten Blockes für die Luft-
Brennstofflanze.
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Figur 4 ist eine Querschnittsansicht eines modifizierten feuerfesten Blockes für den in der
Erfindungsanwendung gebräuchlichen Sauerstoff-Brennstoff-Hilfsbrenner.
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Figur 5 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführung eines modifizierten feuerfesten
Blockes mit dem darin eingesetzten Sauerstoff-Brennstoff-Brenner.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung von Sauerstoff-Brennstoff-Hilfsbrennern mit
einem in der Glasherstellung benutzten querbefeuerten Regenerativofen zur Bereitstellung
von Hitze, um glasbildende Bestandteile einer Rohglasbeschickung effizienter zu schmelzen.
Die Erfindung sieht ferner vor, mindestens einen modifizierten feuerfesten Block zur
verbesserten Wirksamkeit von Sauerstoff-Brennstoff-Hilfsbrennern zu verwenden.
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Unter Bezug auf Figuren 1 und 2 wird ein querbefeuerter Regenerativofen (1) mit einer von
einem Paar Regeneratoren (3 und 4) flankierten Schmelzkammer (2) in Querschnittsansicht
und Draufsicht dargestellt. Jeder Regenerator (3 und 4) weist ein feuerfestes Gehäuse (5) auf,
das gitterartig gestapelte feuerfeste Werkstoffe (6) enthält, um einen alternierenden Durchfluß
von Luft und Abgasen zu ermöglichen. Jeder Regenerator (3 und 4) steht über eine Mehrzahl
von Luftdurchlässen (7 und 8) mit der Schmelzkammer (2) in Verbindung. Unterhalb den
Durchlässen oder in den den Durchlässen benachbarten Seitenwänden sind mindestens ein
erster feuerfester Luft-Brennstoffblock (9) und mindestens ein zweiter feuerfester Block (18)
vorgesehen. Mindestens eine Brennstofflanze ist in mindestens einem ersten feuerfesten Luft-
Brennstoffblock (9) vorgesehen und mindestens ein Sauerstoff-Brennstoff-Hilfsbrenner (20)
ist in mindestens einen Durchlaß mindestens eines zweiten feuerfesten Blockes (18)
eingesetzt.
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Die mit der Mehrzahl von Durchlässen (7 und 8) und den feuerfesten Blöcken (9 und 18) in
Verbindung stehende Schmelzkammer (2) weist einen feuerfesten Boden (10), ein feuerfestes
Dach (11), feuerfeste Seitenwände (12), ein feuerfestes Auslaßgebiet (13) und eine feuerfeste
Rückwand (14) auf. Glasbildende Bestandteile werden durch eine Einlaßanordnung (15) in
die Schmelzkammer (2) eingeleitet. Die glasbildenden Bestandteile werden mit in den
Durchlässen angeordneten Brennern geschmolzen und dann durch das Auslaßgebiet (13) abgegeben.
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Die glasbildenden Bestandteile bestehen aus einer in der Glasherstellung verwendeten
Mischung aus bei hohen Temperaturen schmelzenden Ausgangsmaterialien. Der
Mischungsansatz ist von der Art des herzustellenden Glases abhängig. Normalerweise enthält die
Mischung unter anderem Siliziumoxid enthaltende Materialien einschließlich Ausschußglas und
wird als Bruchglas bezeichnet. Andere glasbildende Materialien wie Feldspat, Kalkstein,
Dolomit, wasserfteies Natriumkarbonat, Pottasche, Borax und Aluminiumoxid können ebenfalls
verwendet werden. Um die Eigenschaften des Glases zu verändern, kann eine geringe Menge
Arsen, Antimon, Sulfat und/oder Fluorid hinzugefügt werden. Dazu können farbbildende
Metalloxide dazugegeben werden, um die gewünschte Farbe zu erhalten.
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Der Innenraum der Schmelzkammer (2) wird zum Teil durch die Verbrennung von Brennstoff
unter Vorhandensein von vorgeheizter Luft erhitzt. Verschiedene Brennstoffe wie gasförmige,
flüssige und pulverisierte Brennstoffe können durch mindestens eine in einem Durchlaß
konvergierender-divergierender Form mindestens eines ersten feuerfesten Blockes (9)
angeordnete Brennstofflanze eingeführt werden, wie in Figur 3 dargestellt. Während einer
anfänglichen Verbrennungsperiode wird Luft von dem linken Regenerator (3) durch eine Mehrzahl
an Durchlässen (7) eingeleitet und tritt in die Schmelzkammer (2) ein, während die
Verbrennungsprodukte (Gase) durch eine Mehrzahl an Durchlässen (8) in den rechten Regenerator (4)
abgezogen werden, in dem Hitze von den Verbrennungsprodukten mittels einer im
Regenerator (4) untergebrachten feuerfesten gitterartigen Anordnung (6) wiedergewonnen wird. Bei der
nächsten Verbrennungsperiode wird der Betrieb umgekehrt, indem Luft vom rechten
Regenerator (4) durch eine Mehrzahl an Durchlässen (8) in die Schmelzkammer (2) geleitet und die
Verbrennungsprodukte durch eine Mehrzahl an Durchlässen (7) in den linken Regenerator (3)
abgezogen werden, wo die Hitze mittels einer im Regenerator (3) untergebrachten feuerfesten
gitterartigen Anordnung (6) wiedergewonnen wird. Die Luft wird bei der Durchleitung durch
die erhitzte feuerfeste gitterartige Anordnung (6) vorgeheizt. Die Luftstromung (die Verbren
nungsrichtung) wird periodisch, beispielsweise alle 30 Minuten mit z.B. (nicht dargestellten)
Ventilen nach obigem Verfahren umgekehrt.
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Der Innenraum der Schmelzkammer (2) wird zum Teil auch durch mindestens einen
Sauerstoff-Brennstoff-Hilfsbrenner (20) erhitzt. Die unterhalb oder benachbart der Mehrzahl an
Durchlässen (7 und 8) angeordneten Sauerstoff-Brennstoff-Hilfsbrenner (20) werden
alternierend
und parallel zu den Luft-Flammen entsprechend der Befeuerungsfolge der unterhalb oder
benachbart den Durchlässen (7 und 8) angeordneten Luft-Brennstoffbrenner betrieben. Wenn
beispielsweise die Luft-Brennstoff-Brenner auf der linken Seite aktiviert werden, wird
mindestens ein Sauerstoff-Brennstoff-Brenner (20) auf der gleichen Seite betrieben.
Wahrenddessen werden alle auf der rechten Durchlaßseite angeordneten Brenner (luft- und
sauerstoffgespeiste) geschlossen. Dieses Befeuerungsverfahren ermöglicht es neben einer bestimmten
Anordnung der Sauerstoff-Brennstoff-Flamme, Hitze wirkungsvoll bereit zu stellen, ohne den
Flammenimpuls der Luft-Brennstoff-Flammen zu unterbrechen, und somit den verwendeten
Brennstoffverbrauch zu minimieren.
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Der Sauerstoff-Brennstoff-Hilfsbrenner (20) kann ebenfalls als einzige Quelle zur Erhitzung
des Innenraums der Schmelzkammer verwendet werden. Sind die Luft-Brennstoff-Brenner
über längere Zeit nicht wirksam oder betriebsbereit, sollte eine ausreichende Anzahl von
Sauerstoff-Brennstoff-Brennern verwendet werden, um die Glasschmelzrate eines
querbefeuerten Regenerativofens aufrecht zu erhalten. Durch die Anwendung von
Sauerstoff-Brennstoff-Brennern anstatt der vorhandenen Brennstofflanze kann eine ausreichende Anzahl von
Sauerstoff-Brennstoff-Hilfsbrennern verwendet werden. Ebenfalls können die Sauerstoff-
Brennstoff-Hilfsbrenner ähnlich wie die Luft-Brennstoff-Brenner angewendet werden, da sie
an einer ähnliche Stelle wie die zuvor betriebenen Luft-Brennstoff-Brenner angeordnet sind.
Der Ofen muß daher nicht still gelegt werden, wenn die Regeneratoren repariert werden, um
die Luft-Brennstoff-Brenner in ihren ursprünglichen betriebsbereiten Zustand zurück zu
versetzen.
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Die vom Sauerstoff-Brennstoff-Hilfsbrenner erzeugte Flammentemperatur ist üblicherweise
von der Qualität des Brennstoffes und dem Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis abhängig. Der
verwendete Sauerstoff kann in Form von sauerstoffangereicherter Luft mit einem
Sauerstoffgehalt von mehr als 21 % oder vorzugsweise von wenigstens 50% oder als technisch reiner
Sauerstoff mit einem Sauerstoffgehalt von 99,5 % oder mehr vorliegen. Die
Flammentemperatur eines Sauerstoff-Brennstoff-Hilfsbrenners beträgt allgemein etwa 2780 ºC. In einigen
Anwendungen können ebenso Sauerstoff-Brenner mit geringerer Flammentemperatur zum
Einsatz kommen.
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Wie in Figur 5 dargestellt, weist der Sauerstoff-Brennstoff-Hilfsbrenner (20) ein zylindrisches
Rohr (21) auf, das durch eine Kupplungsanordnung (22) mit einer (nicht dargestellten)
Sauerstoffquelle verbunden ist. Das zylindrische Rohr (21) mündet in einer Düsenspitze (23), von
der der Sauerstoff abgegeben wird. Ein Rohr (24) ist innerhalb des Rohres (21) koaxial
angeordnet. Eine (nicht dargestellte) Brennstoffquelle wird durch eine Kupplungsanordnung (22)
mit dem Rohr (24) verbunden, so daß der in das Rohr (24) eingeleitete Brennstoff von der
Düsenspitze (23) abgegeben werden kann. Die Kupplungsanordnung (22) weist zwei
getrennte Kammern (22-a) und (22-b) auf, die durch eine Verbindungsanordnung bestehend aus
einer Dichtung (22-c) und Schrauben (22-d) verbunden sind. Die mit dem Rohr (21) in
Verbindung stehende Kammer (22-a) ist mit der Kammer (22-b) ausgerichtet und bildet die
zylindrisch geformte Kupplungsanordnung (22). Ein (nicht dargestellter) Wassermantel kann zur
Kühlung oder Temperaturabsenkung des Sauerstoff-Brennstoff-Hilfsbrenners verwendet
werden. Sowohl das zylindrische Rohr (21) wie das Rohr (24) des Brenners können schräg
gestellt, angewinkelt oder geradlinig angeordnet werden, um in einen modifizierten feuerfesten
Block (18) mit einem geneigten oder geraden Durchlaß eingepaßt werden zu können.
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Der zweite feuerfeste Block (18) in den Figuren 2, 4 und 5 kann im wesentlichen die Gestalt
einer rechtwinkligen Form oder die parallel verlaufender Rohre annehmen. Seine Größe und
Form hängt im allgemein aber von der äußeren Größe und Form eines für Luft-Brennstoff-
Brenner geeigneten gewöhnlichen feuerfesten Blockes ab (wie der in Figur 3 dargestellte), um
an die Stelle eines gewöhnlichen feuerfesten Blockes angeordnet werden zu können. Der
zweite feuerfeste Block weist üblicherweise Wände (33 und 34), eine Vorderseite (30), eine
Rückseite (32), eine Oberseite (31) und eine Unterseite (35) auf. Im unteren Teil der
Vorderseite (30) ist ein Durchlaß (19) vorhanden. Der Durchlaß (19) erstreckt sich in schräg
aufsteigender Weise von der Vorderseite (30) zur gegenüber liegenden Oberfläche, der Rückseite
(32). Die Anordnung des Durchlasses (19) ist so bestimmt, daß ein Sauerstoff-Brennstoff-
Hilfsbrenner darauf abgestimmt werden kann, seine Flamme auf einen bestimmten Bereich,
beispielsweise die Grenzfläche zu richten. Die Form, Größe und der Neigungswinkel des
Durchlasses werden so bestimmt, daß die Flamme des Sauerstoff-Brennstoff-Brenners darauf
ausgerichtet werden kann, einen bestimmten Bereich zu erhitzen, der hoch temperiert werden
muß, ohne aber die feuerfeste Seitenwand zu berühren, und dadurch die in einem Verfahren
zum Schmelzen von Glas notwendige Menge an Sauerstoff und Brennstoff sowie die Verluste
durch die feuerfeste Wand zu minimieren. Der Durchlaß kann zylindrisch angeordnet sein.
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Das folgende Beispiel dient zur Darstellung der Erfindung. Es wird wegen illustrativer
Zwecke angeführt, stellt aber keine Erfindungseingrenzung dar.
Beispiel
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Ein ausschließlich mit Luft-Brennstoff-Brennern betriebener querbefeuerter Regenerativofen
mit einer Kapazität von über 154 t/d (170 short tons pro Tag) wurde in der Herstellung von
Flaschenglas verwendet. Aufgrund abnehmender Regeneratorleistung sank die
Produktionsrate von Glas allmählich. Unter Verwendung einer 3 %-igen Sauerstoffanreicherung,
360 m³/O&sub2;/Std bei Normaldruck und -temperatur, nahm die maximale Produktion um 18 t/d
(20 short tons pro Tag) zu. Durch die zunehmende Verschlechterung des Regenerators konnte
die notwendige Produktionsrate jedoch nicht aufrecht erhalten werden. Dieser querbefeuerter
Regenerativofen wurde mit Sauerstoff-Brennstoff-Brennern versehen, um eine Erhitzung ohne
die Unterbrechung der Impulse der Luft-Flammen zu ermöglichen. Für die Erfüllung dieser
Aufgabe wurden Brenner und Brennerblöcke, wie sie in Figuren 4 und 5 dargestellt sind, im
Ofen angeordnet.
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Zwei gewöhnliche Ölbrenner-Blöcke (an jeder Ofenseite einer) wurden durch zwei neue, in
Figuren 4 und 5 dargestellte modifizierte Blöcke ersetzt. Die Sauerstoff-Brennstoff-Brenner
mit jeweils einer Kapazität von etwa 100 m³ Erdgas/Std bei Normaldruck und -temperatur
wurden anschließend in die mit der Schmelzkammer in Verbindung stehenden Durchlässe in
den modifizierten Blöcken eingesetzt. Die Brenner wurden intensiv betrieben und mehrfach
überprüft. Nach einem Monat wurden zwei weitere, in Figur 5 dargestellte
Sauerstoff-Brennstoff-Brenner (an jeder Ofenseite einer) eingesetzt, so daß die gesamte Befeuerung etwa
200 m³ Erdgas/Std bei Normaldruck und -temperatur erreichen konnte. Eine Zunahme der
Produktionsrate um 18 t/d (20 short tons pro Tag) wurde mit einem Gasfluß von etwa
140 m³/Std bei Normaldruck und -temperatur und 260 m³/Std bei Normaldruck und
-temperatur unter Verwendung von handelsüblich hergestelltem Sauerstoff erreicht.