TOREtech Entwicklung eines innovativen Tunnelofen-Energiekonzeptes mit „Reingasbrenner“ und Energieeffizienter Prozesstechnik

Die Herstellung grobkeramischer Baustoffe (Mauer-, Dach- u. Vormauerziegel, Pflasterklinker und Fassadenplatten) ist energieintensiv und es bestehen große Energie Einsparpotentiale. Wie Messungen zeigen sind Trocknen (~1.000 kJ/kg Ziegel) und Brennen (1.280 kJ/kg Ziegel) die hierbei relevanten Prozesse. Derzeit sind diese Prozesse über einen thermischen Ofen-Trockner Verbund (=Heißluftleitung) miteinander verquickt . D.h., um den Energiebedarf einer Ziegelproduktion zu senken, muss gleichzeitig der Energiebedarf von Ofen UND Trockner gesenkt werden. Ist das nicht der Fall, muss entweder am Trockner ein Nachheizen erfolgen oder vom Ofen Energie abgeblasen werden. Gegenständliches Projekt zielt auf die Optimierung des Ofens ab, da am Trockner durch den Einsatz von Wärmepumpen bereits Einsparungen realisiert werden können.
Ziel von TOREtech ist die gesamtheitliche Analyse von Tunnelöfen unter dem Fokus der Entwicklung eines neuartigen, speziell für Tunnelöfen zu entwickelnden Strahlpumpen-Reingasbrenners, einem Brenner der ohne externe Verbrennungsluftzufuhr funktioniert. Marktverfügbare „Reingasbrenner“ sind als Gaslanzen ausgeführt und generieren nicht den erforderlichen Impuls, der nötig ist, um im Ofenraum gleichmäßige Temperaturen zu garantieren. Die Herausforderungen der Entwicklung liegen darin, dass je nach Position im Tunnelofen (TO) unterschiedliche Bedingungen vorherrschen hinsichtlich Temperatur und Sauerstoffangebot unter welchen der Brenner funktionieren muss. Ganz wesentliche Kriterien sind hierbei die schadstoffarme Verbrennung und der benötigte Strahlimpuls. Voruntersuchungen mit der bei WB und DrS3 entwickelten Simulationssoftware „EcoKiln“ zeigen, dass das rechnerische Einsparpotential am Tunnelofen von 15 % – 25 % ökonomisch realisiert werden kann, sofern es gelingt einen atmosphärisch brennenden „Reingasbrenner“ zu entwickeln der allein mit dem im TO vorhandenen Sauerstoff funktioniert und als „Austauschbrenner“ in den bestehenden TO eingesetzt werden kann.
Die Modellierung der Reaktionskinetik der dem Rohstoff beigemengten Porosierungsstoffe sowie die Simulation von Brenner, Umwälzdüsen und der Gesamtsituation Brennschlitz sind essentiell
für die Entwicklung der besagten Reingasbrenner wie auch für den energieeffizienten Betrieb eines Tunnelofens.

Ausgangssituation

In Tunnelöfen zur Ziegelherstellung beobachtet man eine ausgeprägte Temperaturschichtung. D.h. an der Ofendecke strömen heiße Gase mit vergleichsweise hoher Sauerstoffkonzentration von der Kühlzone des Ofens (=Ofenausfahrt) bis zum Einfahrtsbereich wo sich die Rauchgasabsaugung befindet. TOREtech hat zum Ziel diese Deckenströmung als Verbrennungsluft eines zu entwickelnden Strahlpumpen-Reingasbrenners zu nutzen und mithilfe dieser Strahlpumpe die heiße Deckenströmung mit den kälteren Schichten zu vermischen.