Brenner-Innovation für die Glasschmelze

Blick in eine Glasschmelzwanne
Bild: Glaverbel

Durch den Einsatz flammenloser Brenner kann bei der Glasschmelze Energie eingespart und die Entstehung von Stickoxiden erheblich reduziert werden. Dies belegt ein aktuelles Praxisprojekt des Gaswärme-Instituts e. V. Essen.

Bei der Glasherstellung werden in der Schmelzwanne sehr hohe Temperaturen von mehr als 1.500° Celsius benötigt, um das Gemenge zu verflüssigen. Die dauerhafte Aufrechterhaltung dieses Temperaturniveaus verursacht einen erheblichen Energieverbrauch, und zum andern kommt es bei den hohen Temperaturen verstärkt zur Bildung von Stickoxiden. Angesichts steigender Preise für Öl und Gas sowie der strengen gesetzlichen Emmissions-Vorgaben veranlassen beide Faktoren die Glasindustrie, die Effizienz ihrer hochtechnisierten Schmelzwannen weiter zu erhöhen.

Erfolgreiches Projekt

Um Lösungen für eine Reduzierung des Energieverbrauchs und des Stickoxidausstoßes zu finden, hat das Gaswärme-Institut e.V., Essen, in einem vom Bundeswirtschaftsministerium geförderten Projekt flammenlose Brenner (FLOXÒ-Brenner) auf die Erfordernisse der Glasproduktion ausgelegt und gemeinsam mit Industriepartnern in einer Glasschmelzwanne getestet. Die Ergebnisse des im April 2008 abgeschlossenen Projekts sind vielversprechend. Die Essener Forscher konnten belegen, dass durch den Einsatz der in der Metallindustrie bereits verwendeten Brennertechnologie der Energieverbrauch von Glasschmelzwannen reduziert und ihr Stickoxid-Ausstoß um nahezu die Hälfte reduziert werden kann.

Innovative Brennertechnologie

Da die nach dem Prinzip der flammenlosen Oxidation arbeitenden Glas-FLOXÒ-Brenner die Abgaswärme für die Vorwärmung der Verbrennungsluft nutzen, arbeiten sie sehr effizient. Anders als konventionelle Brenner erreichen sie eine gleichmäßige Temperaturverteilung im Brennraum. Dadurch sinken die Stickstoffoxid-Emmissionen, und es lässt sich eine höhere mittlere Brennraumtemperatur aufrechterhalten. Bei flammenlosen Brennern strömen Brenngas und Verbrennungsluft unvermischt mit hoher Strömungsgeschwindigkeit in die Brennkammer. Der wesentliche Unterschied zu bisher verwendeten Brennern ist die starke interne Rezirkulation der Abgase im Brennraum und ihre Vermischung mit der Verbrennungsluft. Hierdurch und durch die verzögerte Vermischung von Luft- und Brenngas „verbrennt“ das Gasgemisch im gesamten Brennraumvolumen bei mindestens 800° Celsius, ohne dass sich noch eine sichtbare Flammenfront ausbildet. Im Gegensatz dazu werden bei der bisher eingesetzten Schmelztechnologie durch die Verbrennung von Öl oder Gas im Schmelzraum stark leuchtende Flammen erzeugt, deren Energie tief in das Schmelzgut eindringt. Die Spitzentemperaturen, vor allem an den Flammenspitzen, verursachen dabei eine erhöhte Bildung von Stickstoffoxiden.

Positiver Praxistest

Im Praxistest erwies sich der Betrieb einer vollständig auf die flammenlosen Brenner umgerüsteten Glasschmelzwanne als weitgehend problemfrei. Im Vergleich zur klassischen Befeuerung halbierte sich der Stickoxidausstoß nahezu und der Energieverbrauch ging leicht zurück. Die Luftvorwärmung stieg um annähernd 80°C an. Aus Kostengründen wurden die flammenlosen Brenner im Praxistest in der Schmelzwanne an den Einbauorten der alten Brenner eingebaut. Trotz leichter Verdrehung konnte die Überdeckung des Glasbades nicht in idealer Weise erfolgen. Die Forscher des Gaswärme-Instituts sind jedoch der Überzeugung, dass man bei künftigen Wannenneubauten durch eine kämmende Anordnung der Brenner die Überdeckung der Glasbades verbessern und einen noch gleichmäßigeren Wärmefluss erreichen kann. Damit würde sich der Wirkungsgrad nochmals erhöhen und der Energieverbrauch weiter sinken. Vorteilhaft ist auch der geringere Staubaustrag durch die Abgase. Die dadurch verlängerten Reinigungsintervalle der Wärmetauscheroberflächen tragen ebenfalls zur Reduzierung der Kosten bei.
Mittlerweile sind die Brenner bereits seit mehr als einem Jahr ohne übermäßigen Verschleiß im Einsatz. Befürchtungen, die nicht leuchtende Flamme könnte sich nachteilig auf die Produktion auswirken, haben sich nicht bestätigt.

Marktfähige Brenner verfügbar

Glasproduzenten, die flammenlose Brenner einsetzten, können nach Einschätzung der Forscher einer Verschärfung der Emmissionsgrenzwerte gelassen entgegensehen. Die Anwendung der Technologie ist nicht nur auf Unit-Melter beschränkt. Auch für Oxy-Fuel-Wannen, bei denen Erdgas mit reinem Sauerstoff umgesetzt wird, eignen sich die flammenlosen Brenner. Der Brennerhersteller Hotwork International GmbH bietet mittlerweile marktfähige Produkte an. Betreiber und Hersteller von Glasschmelzwannen, die sich für die innovative Brennertechnologie interessieren, können auf die Forschungsergebnisse des Essener Gaswärme-Instituts zugreifen.


Flammenlose Brenner im Flammenbetrieb und mit flammenloser Qxidation
Bild: BINE Informationsdienst


Querschnitt Strömungsverteilung in der Wanne mit konventionellen Brennern (links) und mit flammenlosen Brennern (rechts)
Bild: Gaswärme-Institut e.V

Ausführliche Informationen über das Projekt gibt es auch bei BINE, dem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie geförderten Informationsdienst des FIZ Karlsruhe. Im projektinfo 05/08 hat der BINE Informationsdienst unter dem Titel „Glas herstellen – energieeffizient und schadstoffarm“ die Technologie aufgearbeitet und den Projektablauf sowie die Forschungsergebnisse auf wenigen Seiten zusammengefasst. Die Info-Schrift kann im Internet unter www.bine.info /„Industrie und Gewerbe“ / „Prozesswärme“ / kostenlos als PDF-Datei heruntergeladen werden.

Umfassende Infos auf der glasstec 2008

Vom 21. bis zum 25. Oktober 2008 präsentiert die internationale Glasbranche auf der wichtigsten Glasmesse der Welt ihre aktuellen Innovationen. Im Fokus stehen dabei auch die neuesten Glasherstellungs- und -verarbeitungstechnolgien.