Thema des Monats September: Erhebliche Steigerung der Produktivität bei der Glasschmelze

COROX®-CGM Convective Glass Melting:
Erhebliche Steigerung der Produktivität bei der Glasschmelze

Die Linde AG, Geschäftsbereich Linde Gas, hat mit der BOC Gruppe eine Lizenzvereinbarung über die Vermarktung der von der BOC entwickelten Convective Glass Melting (CGM) Technologie getroffen. CGM ist ein Warenzeichen der BOC Gruppe. Linde wird diese neue Technologie unter dem Warenzeichen COROX®-CGM weltweit der Glasindustrie anbieten.

COROX®-CGM Oxy-Fuel Brenner werden im Gewölbe eines Glasschmelzofens eingebaut, wobei sich gleichzeitig die Flammenrichtung - von horizontal in Richtung vertikal - ändert, was schematisch in den Abbildungen 1 und 2 dargestellt ist.

Abbildung 1: Installation eines herkömmlichen Brenners - horizontal


Abbildung 2: Installation eines COROX®-CGM-Brenners - vertikal

Die übertragene Gesamtwärme ist gleich der Summe aus der Strahlungswärme und der Konvektionswärme (1).

Die Wärmeübertragung durch Strahlung und Konvektion kann durch die bekannten Gesetze von Stefan-Boltzmann (2) und Newton (3) beschrieben werden.

Der konvektive Wärmeübergangskoeffizient a ist eine Funktion der Nußelt-Zahl Nu, die wiederum eine Funktion der Reynolds-Zahl Re und der Prandtl-Zahl Pr ist (4, 5).

Da die Gasgeschwindigkeit in der Nähe der Gemenge/Glas-Oberfläche bei COROX®-CGM-Brennern größer ist als bei Horizontalbrennern (6), ist die Reynolds-Zahl bei COROX®-CGM-Flammen ebenfalls höher (7), sodass auch der Wärmeübergangskoeffizient wesentlich größer ist (8).

COROX®-CGM-Brenner sind so ausgelegt, dass sich eine intensive Flamme ausbildet, die über die Oberfläche des Glasbades oder -gemenges unterhalb des Brenners streicht. Dadurch entstehen in Oberflächennähe extrem hohe Temperaturen, die die Wärmeübertragung sowohl durch Konvektion als auch durch Strahlung weiter verbessern. Die Konvektion wird durch die steigende Temperaturdifferenz DT zwischen Gas und Oberfläche sowie durch die exotherme Rekombination dissoziierter Gasbestandteile an der relativ kalten Badoberfläche gefördert. Der Strahlungsmechanismus wird lokal verbessert, weil die Strahlung aufgrund der geringeren Entfernung weniger stark durch die Ofenatmosphäre geschwächt wird. Beobachtungen haben gezeigt, daß die verbesserten Wärmeübertragungsmechanismen sowohl durch Konvektion als auch durch Strahlung bei COROX®-CGM-Brennern zu einer Verdoppelung der effektiven Wärmeübertragung im Vergleich zu herkömmlichen Brennern führen, wie in Abbildung 3 dargestellt.

Abbildung 3: Wärmeübertragung auf das Gemenge bei vertikal auftreffender CGM-Flamme

Diese verbesserte Wärmeübertragung, zusätzlich zur normalen Übertragung der Strahlungswärme aus der Ofenatmosphäre und von den Ofenwänden, bedeutet, daß mehr Energie an die Glasschmelze übertragen wird.

Wegen der veränderten Anordnung der Brenner wird ihre Anzahl nicht durch beengte Platzverhältnisse an den Seitenwänden beschränkt.

Diese Vorteile führen zu einer wesentlich besseren Schmelzleistung und/oder höheren Glasqualität im Vergleich zu herkömmlichen Oxy-Fuel-Brennern und gegenüber herkömmlichen Brennern, die mit einem Luft/Brennstoff-Gemisch betrieben werden, sowieso.

Mit der COROX®-CGM-Schmelztechnologie lassen sich folgende Ziele verwirklichen:

Ziel
Höhere Produktionsleistung

Verwirklichung
CGM-Oxy-Fuel-Brenner zu den Air Fuel-Brennern zuschalten Rückgang der Gemengelinie beobachten Produktion erhöhen, bis sich die Gemengelinie wieder an der ursprüngliche Stelle befindet

Ziel
Bessere Produktqualität

Verwirklichung
CGM-Oxy-Fuel-Brenner zu den Air Fuel-Brennern zuschalten Gemengelinie nach hinten verlagern, um eine Verbesserung in der Läuterzone zu erreichen

Ziel
Längere Standzeit des Ofens - durch Verstopfen der Regeneratoren - indem verhindert wird, daß die Regeneratoren verstopfen

Verwirklichung
CGM-Oxy-Fuel-Brenner zuschalten Air Fuel-Energie um das 1,3-fache der Oxy-Fuel-Energie verringern Leichte Änderung des Temperaturprofils zulassen

Die CGM-Technologie ist bereits in 20 Öfen für Float-, Behälter- und Spezialglas erfolgreich eingeführt worden. Es konnte gezeigt werden, daß sowohl Air Fuel-Öfen als auch Oxy-Fuel-Öfen durch die Einführung der COROX®-CGM-Technologie weiter optimiert werden können.

Quelle: OGIS GmbH, glassglobal.com in Zusammenarbeit mit: Linde AG, Linde Gas Division, Unterschleissheim (Germany)

Autoren: Hans Mahrenholtz, Linde AG, Linde Gas Division, Unterschleissheim (Germany) Richard Marshall und Andrew Richardson, The BOC Group, Murray Hill (USA)