Berechnungen zum Einfluß der Rohstoffvorwärmung auf den Wärmehaushalt von Glasschmelzöfen

Abstract

Ein Rechenmodell zur Beschreibung des Verbundes Glasschmelzofen/Rohstoffvorwärmer wird vorgestellt. Für die Beschreibung des Oberofens wird eine geschlossene Gleichung hergeleitet, die auf der Differentialgleichung für den Wärmeübergang zwischen Flamme und Umgebung beruht. Zur Beschreibung des Luft- und Rohstoffvorwärmers dienen die bekannten Rekuperatorformeln. Die einzelnen Anlagenteile werden mittels ihrer Wärmedurchgangszahlen charakterisiert, wobei für den Ofen eine für die Wärmeübertragung an das Wärmgut und eine für die Wärmeabgabe an die Umgebung eingeführt werden. Während durch Verbesserungen der Luftvorwärmung und der Wärmeisolation bei guten, dem Stand der Technik entsprechenden Wannen nur noch geringfügige Verbesserungen zu erwarten sind, bringt die Rohstoffvorwärmung noch deutliche Vorteile. Bei Einführung einer Rohstoffvorwärmung sind eine Parallel- und eine Serienschaltung von Luft- und Rohstoffvorwärmer denkbar. Hinsichtlich der Wärmeübertragungsbedingungen kann für beide Schaltungsarten die Existenz optimaler Parameterkonstellationen aufgezeigt werden. Bei der Parallelschaltung gibt es bezüglich der den einzelnen Anlagenteilen zugeführten Abgasteilströme ebenfalls ein Optimum. Die Parallelschaltung verspricht in wärmetechnischer Hinsicht größere Vorteile, wird aber wegen höherer Abgas- und Rohstoffvorwärmtemperaturen schwerer zu verwirklichen sein. Wichtig ist darüber hinaus, daß ein möglichst großer Rohstoffanteil vorgewärmt wird. Calculations of the influence of raw material preheating on the thermal balance of glass melting furnaces A quantitative model is proposed to describe the combined furnace/preheater unit. To describe the combustion space a closed equation is derived which is based on the differential equation for heat transfer between flame and surroundings. The well known recuperator formula is used to describe both air and raw material preheating. The individual parts of the installation are characterized by their heat transfer coefficients; for the furnace there is one for the heat transferred to the charge and one for heat lost to the surroundings. Although improvements to air preheating and heat insulation must be desirable the state of furnace technology means that only small improvements are to be expected, yet raw material preheating has significant advantages. By introducing raw material preheating either a parallel or a series linking of the air and batch preheating may be envisaged. According to the heat transfer conditions both kinds of link can be shown to exhibit optimum sets of parameters. For parallel connexion there is also an optimum distribution of waste gas flows between the individual units. Parallel connexion would have greater advantages in terms of thermal efficiency but, because of higher waste gas and batch temperatures, would be more difficult to realize in practice. It is consequently important to preheat as large a proportion of the batch materials as possible. Calculs pour déterminer l'influence du préchauffage des matières premières sur le bilan thermique des fours de fusion du verre On présente un modèle de calcul pour décrire l'association four de fusion du verre/préchauffage des matières premières. Pour décrire la superstructure du four, on établit une équation d'une intégrale définie, basée sur l'équation différentielle qui caractérise le transfert de chaleur entre la flamme et son environnement. On se sert des formules bien connues du récupérateur pour décrire le préchauffage de l'air et des matières premières. Chaque partie des installations prises individuellement est caractérisée par son coefficient de transmission thermique; on en introduit un pour la transmission de chaleur au matériau à chauffer et un pour les pertes de chaleur dans l'environnement du four. En améliorant le préchauffage de l'air et l'isolation thermique, on ne peut plus s'attendre, dans les bons fours à bassin actuels, qu'à de légères améliorations, alors que le préchauffage des matières premières offre, lui, des avantages appréciables. Un montage en parallèle ou en série des récupérateurs et des systèmes de préchauffage des matières premières est concevable lorsque l'on instaure un préchauffage des matières premières. En ce qui concerne les conditions de transmission de la chaleur, il est possible de mettre en évidence, pour les deux types de montage, un ensemble de paramètres optimaux. Lors du montage en parallèle, on obtient également un optimum en ce qui concerne les quantités de chaleur perdue qui parviennent à chaque partie des installations. Le montage en parallèle, du point de vue thermique, offre des avantages plus grands, mais il est plus difficile à réaliser à cause des températures plus élevées des fumées et du préchauffage des matières premières. En outre, il est important qu'une proportion de matières premières la plus grande possible soit préchauffée.