Direkte tørring af tekstilbaner. Projektrapport Januar 1998

Transkript

1 Direkte tørring af tekstilbaner Projektrapport Januar 1998

2 Direkte tørring af tekstilbaner Paw Andersen og Asger N. Myken Dansk Gasteknisk Center a/s Hørsholm 1998

3 Ti tel Rapport kategori Forfatter Direkte tørring af tekstilbaner Pr~jektrapporl Paw Andersen og Asger N. Mykcn Dato for udgivelse Copyright Dansk Gasteknisk Center a/s Sagsnummer Sagsnavn Direkte tørring af tekstilbaner ISBN For ydelser af enhver art udført af Dansk Gasteknisk Center a/s (DGC) gælder: at DGC er ansvarlig i henhold til"almindelige bestemmelserfor teknisk rådgivning & bistand (ABR 89) ", som i øvrigt anses for vedtaget for opgaven. at erstatningsansvaretfor fejl, forsømmelser eller skader overfor rekvirenten eller tredjemand gælder pr. ansvarspådragende fejl eller forsømmeise og al rid begrænses til 100% af det vederlag, som DGC har modtaget for den pågældende ydelse. Rekvirenten holder DGC skadesløs for alle r ab, udgifter og erstatningskrav, der måue overstige DG C's hæftelse. at DGC skal - uden begrænsning - om levere egne ydelser i forbindelse med fejl og forsømmelser i DG C's materiale. Juli 1997

4 DG C-rapport 1 Indholdsfortegnelse Side l Indledning Konklusion Anlægsbeskrivelse l Anlæg inden konvertering Det nye anlæg Målinger Hedtolieru:llæg Nyt anlæg Resultater l O 5.1 Hedtolieanlæg lo 5.2 Det nye anlæg Sammenligning h:\717\38\rapport\kpn-direkte tørring af tekstilbaner.doc

5 DGC-rapport 2 1 Indledning Formålet med denne rapport er at dokumentere og informere om, at tørring med direkte gasfyring fungerer tilfredsstillende, og at der kan opnås væsentlige energibesparelser ved en konvertering fra damp-, varmtvands- eller hedtolieopvarmning. Projektet tager udgangspunkt i tekstilindustrien, men resultaterne er relevante for alle industrier, hvor energiforbruget til procesluftopvarmning delvist dækkes af centrale kedelanlæg. Pga. de mange forskellige vådbehandlinger i farverier og trykkerier benytter disse virksombedstyper også væsentlige energimængder til tørrings- og fikseringsprocesser. Tekstilbaner kan tørres mekanisk (presning mellem valser), ved centrifugering eller i vakuum, men ofte benyttes en recirkuleret procesluft, som kan være enten røggas fra en brænder eller indirekte opvarmet luft. Procesluften opvarmer tekstilbanen og vandet, og fører det fordampede vand bort. Direkte opvarmning med røggasser (opblandet med en passende mængde luft) er en mere effektiv varmeoverførsel end indirekte opvarmet luft. Med den decentrale opvarmning elimineres tab i transmissionssystemet tilknyttet et centralt kedelanlæg. Selv i tilfælde hvor direkte fyring med røggasser ikke er ønskeligt, kan man opnå en energibesparelse ved at varmeveksle procesluften med røggassen fra en decentralt placeret brænder. Processen vil blive uafhængig af kedelanlægget og opnå hurtigere reaktionstider samt bedre reguleringsmuligheder. Decentral anvendelse af naturgas til procesluftopvarmning anvendes allerede visse steder i industrien. Som eksempel benyttes en konvertering af en trykmaskine med tørreovn, som blev gennemført i juli 1997 på virksomheden Sodahl Design A/S, Brande. Virksomheden har konverteret fra et hedtoliebaseret system til direkte gasfyring. Rambøll har været rådgiver for Sodahl i forbindelse med konverteringen.

6 DG C-rapport 3 For at kunne dokumentere den opnåede energibesparelse, er det nødvendigt at kende energiforbruget for både den nye og den gamle proces. For at kunne bestemme disse energiforbrug er der blevet gennemført målinger af l dags varighed under repræsentative betingelser på først det gamle an læg og dernæst på det nye anlæg, efter at dette var blevet indkørt. Resultaterne fra disse målinger vil blive præsenteret i denne rapport sammen med en beskrivelse af processen, virksomhedens vurdering af det nye udstyrs funktion og de faktisk opnåede energibesparelser. Ulemper og andre fordele ved processen gennemgås ligeledes. Personalet på Sodahl Design NS takkes for velvillig bistand i forbindelse med målingerne. Hørsholm, Januar P- Asger N. Myken ~s Projektleder n Afdelingschef

7 DGC-rapport 4 2 Konklusion Dansk Gasteknisk Center (DGC), RambøH og Sodahl Design NS har i samarbejde gennemført målinger på Sodahl Design NS's trykmaskine med tilhørende tørreovn før og efter konvertering fra hedtolieopvarmning til direkte fyring med naturgas. Målingerne er blevet gennemført for at kunne dokumentere, at direkte gasfyring fungerer tilfredsstillende, og at der opnås væsentlige energibesparelser. Det nye anlæg har ifølge Sodahl Design NS medført en række produktionsmæssige forbedringer. Reaktionstiden ved opstart og produktionsændringer er reduceret, og den maksimale produktionshastighed er forøget. Ved sammenligning af energiforbrugene for det gamle og det nye anlæg er elforbrug og varmetab fra hedtolierørene medtaget. Sammenligningen viser, at energiforbruget er reduceret med 30% ved konverteringen. Da produktionskapaciteten samtidig er øget, er energiforbruget pr. produceret enhed reduceret endnu mere, men der foreligger ikke tilstrækkelige driftsdata til at kvantificere denne produktionsforøgelse. F ør konverteringen blev tekstilbanerne fikseret i en separat proces efter trykmaskinen. Denne delproces foregår nu i den nye trykmaskine. Foruden en yderligere energibesparelse har det også reduceret den samlede produktionstid og ressourceforbruget til håndtering af tekstilerne. CO- og NOx -emissionerne er målt på det nye gasfyrede anlæg. COindholdet var i gennemsnit 699 ppm (korrigeret til 0% 0 2 ), mens den gennemsnitlige NOx -emission var 290 ppm (korrigeret til 0% 0 2 ).

8 DGC-rapport 5 3 Anlægsbeskrivelse I dette kapitel beskrives henholdsvis Sodahl Design AJS' s anlæg på hedtolie inden konverteringen og det nye anlæg for at forklare anlægsopbygningen og forskelle mellem det nye og gamle anlæg. 3.1 Anlæg inden konvertering Sodahl Design A/S havde inden konverteringen følgende maskiner på hedtolie: en trykmaskine med tørreovn en spændramme en fikseringsovn. På Figur 3.1 er vist en principskitse af hedtoliesystemet Hedtolien bliver opvarmet på to naturgasfyrede kedler. Kedlerne bliver styret efter den temperatur, som ønskes på hedtolien. Olien bliver cirkuleret af to pumper. Naturgas Målepunkt2 Spændramme Figur 3.1. Principskitse af hedtoliesystemet hos Sodahl Design AIS, og markeringer af hvor der er foretaget målinger.

9 DGC-rapport 6 I trykmaskinen bliver transportbåndet kontinuert påført lim for at binde tekstilbanen. Efter at tekstilbanen er blevet trykt, fortsætter den til tørreovnen. Transportbåndet bliver renset for overskydende lim og farve. Inden der igen bliver påført lim, bliver transportbåndet tørret med varm luft, som produceres ved varmeveksling med hedtolien. I tørreovnen bliver tekstilbanen tørret. Ovnen bliver opvarmet af hedtolieradiatorer. Luften bliver cirkuleret med elektrisk drevne ventilatorer. Der foretages varmeveksling mellem indsugning og udsugning. Hedtoliesystemet i tørreovnen er opdelt i to sektioner (se Figur 3.1), som er temperaturregulerede. Hedtolietemperaturerne bliver målt før og efter de to kedler. Der er ikke andre steder i anlægget, hvor hedtolietemperaturen bliver målt. Der er ingen flowmålere på systemet, men pumperne antages at køre konstant ved fuld belastning. 3.2 Det nye anlæg Den nye trykmaskine er opbygget efter samme princip som den tidligere. Tørringen af transportbåndet efter rensning for overskydende lim og farve, som tidligere var med varm luft produceret ved varmeveksling med hedtolien, bliver i den nye maskine foretaget elektrisk. Den nye tørreovn er på nogle punkter væsentligt forskellig fra den tidligere ovn, som blev opvarmet af hedtolieradiatorer. Tørringen i den nye ovn foretages ved direkte opvarmning med røggasser, opblandet med en passende mængde luft. På den nye ovn er der monteret fem brændere. Brænderne på ovnen er MAXON brændere model "OVENPAK" type 415, som har en maksimal ydelse på 363 kw/stk. Der kan altså maksimalt indfyres 1815 kw i ovnen. Endnu en væsentlig forskel mellem den nye og gamle tørreovn er, at hvor der før kun blev foretaget tørring af tekstilbanen i den gamle ovn, bliver der også foretaget fiksering i den nye tørreovn. I bunden af den nye ovn findes et

10 DGC-rapport 7 separat transportbånd, hvorpå tekstilbanen bliver lagt i slag. Da dette transportbånd kører langso:tnt, opnås en lang opholdstid for tekstilbanen i bunden af ovnen. Den ekstra varmebehandling, der opnås herved, kaldes fiksering. Den nye udformning af ovnen har betydet, at den fiksering der tidligere blev foretaget efterfølgende nu kan spares. Tekstilbanens temperatur bliver målt med pyrometer umiddelbart inden fikseringen, d. v.s. efter tørreproces sen. Brænderne på ovnen bliver styret efter ovntemperature~ sorn overvåges flere steder. Afkastventilatorerne på ovnen styres efter fugtigheden i ovnen og belastningen på brænderne. Der foretages ikke varmeveksling mellem indsugning og udsugning på den nye tørreovn.

11 DGC-rapport 8 4 Målinger For at kunne dokumentere den opnåede energibesparelse er det nødvendigt at kende energiforbruget for både den nye og den gamle proces. I dette kapitel beskrives, hvilke målinger der er blevet foretaget på henholdvis det nye og det gamle anlæg. 4.1 Hedtolieanlæg For at bestemme energiforbruget for de enkelte sektioner er det nødvendigt at kende elforbruget til pumper og ventilatorer. Ligeledes skal retur- og fremløbstemperaturerne samt flowet af hedtolien kendes. Da der ikke er mulighed for direkte at måle hedtolietemperaturerne, måles overfladetemperaturerne på rørene. Ud fra disse temperaturer kan der foretages et skøn vedr. oliens temperatur. Når flowet kendes, kan energiforbruget beregnes. Anlæggets opbygning giver ikke mulighed for at overvåge flowet af hedtolie i delstrømmen eller til de enkelte sektioner i tørreovnen, men inden målingerne blev foretaget, blev det oplyst, at disse flow var kendt. Det viste sig senere, at disse flow var estimater behæftet med stor usikkerhed (se kapitel 5). Elforbruget til pumper, ventilatorer m.m. er ikke direkte aflæseligt, men de årlige forbrug er blevet oplyst (se kapitel 5). På Figur 3.1 er angivet fem målepunkter, hvor overfladetemperaturerne på hedtolierørene er blevet målt. Grunden til at der ikke kun måles ved tørreovnene er, at ved at måle på hele delstrømmen kan der også foretages en vurdering af varmetabet fra delstrengen. Målingerne på anlægget blev foretaget om eftermiddagen, da der hele formiddagen blev kørt prøvetryk. Da målingerne blev foretaget, var produktet en satin med en vægt på 120 g/m 2 og en bredde på 145 cm. 4.2 Nyt anlæg For at bestemme energiforbruget for det nye anlæg er det nødvendigt at kende gasforbruget, og ligesom for hedtolieanlægget er det nødvendigt at kende anlæggets elforbrug.

12 DG C-rapport 9 Gasforbmget kan aflæses på den gasmåler, som er opsat ved det nye an læg. De aflæste værdier korrigeres efterfølgende for tryk og temperatur. Det nye anlægs elforbrug er ikke nøjagtigt kendt, og der var ikke direkte mulighed for at registrere det i forbindelse med målingen. Det antages, at det nye anlægs elforbrug til ventilation m.m. er i samme størrelsesorden som det var for hedtolieanlægget For i øvrigt at kunne beskrive det nye anlæg foretages også røggasmålinger på anlægget. Røggasmålingerne foretages henholdsvis i det for de fem brændere fælles afkast og direkte under en af brænderne.

13 DG C-rapport 1 o 5 Resultater Som tidligere beskrevet er formålet med målingerne at dokumentere de opnåede energibesparelser. I dette kapitel vil måleresultaterne b li ve behandlet og sammenlignet. 5.1 Hedtolieanlæg Ved vurdering af energiforbruget for det oprindelige anlæg er kun medregnet de tabskilder, som elimineres ved konverteringen. Det betyder, at varmetabet fra delstrengen til trykmaskinen og trykmaskinens andel af røggastabet medtages. Derimod ses der bort fra varmetabet i hedtolieledningen frem til delstrengen samt kedeltab, da disse tab kun i begrænset omfang påvirkes af en belastningsreduktion. I de efterfølgende beregninger er hedtoliens egenskaber ved 200 C anvendt: Varmefylde Cphedtolie = Massefylde P hedtolie = 2,5 kj/kg K 768 kg/m 3 Fra Rambøll, som har været rådgiver for Sodahl i forbindelse med konverteringen, blev det oplyst at flowet i tørreovnen tidligere er blevet estimeret til følgende: Maks. flow i forovn (del1) ca. 1,5 m 3 /h Maks. flow i hovedovn (del2) ca. 4,2 m 3 /h Fra Sodahl Design AIS blev der oplyst følgende data for det årlige energiforbrug på trykmaskine og ovn: Årligt elforbrug til pumpning/cirkulation af hedtolie til trykmaskine og ovn ca kwh Årligt elforbrug til ventilation på trykmaskine og ovn ca kwh Årligt elforbrug i øvrigt til trykmaskine og ovn ca kwh Årligt varmeforbrug på trykmaskine ca kwh Årlig driftstid (ca. 12 timer pr. dag 220 dage om året) ca h Røggastabet reduceres proportionalt med belastningsreduktionen på kedlerne, da den fyringstekniske virkningsgrad kan antages at være uændret. Det gennemsnitlige røggastab fra kedlerne som opvarmer hedtolien, er målt til

14 DG C-rapport 11 12%. Ved at reducere procesvarmebehovet med ca MWh, mindskes kedelbelastningen altså med ca MWh. Det samlede årlige energiforbrug til trykmaskine og ovn kan således beregnes til ca kwh. Den første måling blev foretaget kl , hvor produktionshastigheden var ca rn/min. Målingen blev foretaget ved tørreovnen (målepunkt 3, 4 og 5) hvor der blev målt følgende: T rum Trrem3 Trrem4 Tretur 5 = = = = 26,9aC C ac 172 C Mellem kl og blev der målt på hele delstrømmen (målepunkt l og 2) med følgende resultat: Produktionshastighed = ca. 39 rn/min T rum 26,9 C ae Trrem l Tretur2 = = = C I samme tidsrum blev frem- og tilbageløbstemperaturerne for hedtolien aflæst i kedelhuset: T frem kedel l = 245 C T retur kedel l = 235 C T frem kedel 2 = 242 C T retur kedel 2 = 232 C Den første måling viser, at fremløbstemperaturen til forovnen er mindre end den fælles returløbstemperatur. Pga. den forskellige afkøling af hedtolie og det fælles returløb, er det ikke muligt at sige noget konkret om energiforbruget i ovnen med baggrund i den første måling.

15 DG C-rapport 12 Af den anden måling, på hele delstrømmen, ses, at forskellen mellem overfladetemperaturen på frem- og returløbsrørerne er ~T overflade= 39 C. Hvis det antages, at flowet i delstrømmen er l,5 m 3 /h + 4,2 m 3 /h = 5, 7 m3/h, og hvis det ligeledes antages, at de registrerede ændringer i overfladetemperatur også er et billede på, hvor meget hedtolien er blevet afkølet, kan den afsatte energimængde i form af varme i delstrømmen beregnes: Qdel.vtrØm =V hedtolie Cphedtolie Phedtolie ~Thedtoli e Qde[., trøm = 57 - l m? h 3600 sek h [kw] kj kg 2, K=119kW kg K m 3 Hvis det så antages, at dette energiforbrug er et udtryk for det gennemsnitlige varmeforbrug på trykmaskine og ovn, kan det årlige varmeforbrug beregnes til 313 MWh. Det ses, at dette er ca. 1/3 af, hvad det samlede varmeforbrug er blevet oplyst til. De angivne hedtolieflow skønnes derfor ikke at være repræsentative for de udførte målinger. 5.2 Det nye anlæg I beregningerne på det nye anlæg er det forudsat, at naturgassens nedre brændværdi Hnnaturgas = 39,9 MJ/m 3 n. I Figur 5.1 er afbildet, hvorledes den indfyrede effekt varierede i måleperioden. I Tabel 5.1 findes bemærkninger/forklaringer til produktionsforløbet med angivelse af tidspunkter, hvor der blev foretaget ændringer i produktionen.

16 DG C-rapport ~ 500 ~ l<.. ffi '-- - ~ r- j- Bfekt j '- 100 '- - o 14:45 15:14 15:43 16:12 16:40 17:09 17:38 t 18:07 Klokkeslæt Figur 5.1. Variation af indfyret effekt i målingsperioden. Af kurven i Figur 5.1 ses, at den indfyrede effekt ved stabil produktion er mellem ca kw. Stilstandsforbruget ses at variere mellem kw. Den gennemsnitlige indfyrede effekt i måleperioden er fundet til 334 kw. Med en årlig driftstid på 2640 timer kan det samlede gasforbrug findes, når måleperioden antages at repræsentere et gennemsnitsbillede af produktionen til kwh eller ca m 3 n gas. Som beskrevet i kapitel 4 er det nye anlægs elforbrug ikke nøjagtigt kendt, og der var ikke direkte mulighed for at registrere det i forbindelse med målingen. I stedet antages, at det nye anlægs elforbrug til ventilation m.m. er i samme størrelsesorden, som det var for hedtolieanlægget Det der spares på elsiden, er elforbruget til pumpning/cirkulation af hedtolie, altså ca. 62 MWh. Det samlede årlige energiforbrug på det nye anlæg anslås altså til 882 MWh varme og ca. 6 MWh el til ventilation m.m., i alt 888 MWh.

17 DGC-rapport 14 Tidspunkt Bemærknin~er 14:51 Måling startet. Produktion satin, A=0,3 mm. Bredde=1530 mm 14:55 Serie slut 15:24 Ny serie. Produkt satin, A=0,3 mm. Bredde=1530 mm. Tilpasning/kontrol af produktion 15:27 Produktion slap 15:28 Produktion start 15:56 Serie slut, produceret ca m. Indstilling til ny serie. Produkt Acryl, A=0,3 mm. Bredde=l480 mm. 16:01 Måling afbrudt for at ændre opsætning til også at måle temperatur i maskinen (ca. 1,5 m under en af brænderne) 16:07 Måling genoptaget nu med røggasmåling i maskinen 16:17 Produktion af tryk på acryl startet langsomt op. Tilpasning/kontrol af produkti o n 16:23 Produktion rigtigt i gang 16:36 Røggasmåling skiftet tilbage til skorsten 16:46 Produktionsstop 16:49 Produktion genoptaget 16:52 Produktionsstop 16:55 Produktion genoptaget 17:24 Serie slut. Indstilling til ny serie. Produkt bred tern, A=0,3 mm. Bredde=l680 mm. 17:30 Produktion af ny serie startet op 17:49 ProduktionsstoQ 17:51 Produktion genqpjaget 17:55 Produktionsstop, fejl på skabelon, ca. 800 m Jlroduceret. TabelS. l. Bemærkningeriforklaringer til produktionsforløbet i måleperioden. Ovntemperaturen og temperaturen af tekstilbanen inden den lægges i slag, måles kontinuert. Disse temperaturer kan aflæses på kontrolpanelet til ovnen. I Figur 5.2 er vist variationerne under målingen. Det ses, at ovntemperaturen er meget stabil, mens temperaturen af tekstilbanen er mere varierende. I slutningen af måleperioden var der flere længerevarende produktionsperioder med enkelte små stop, som påvirker temperaturen af tekstilban en. I Figur 5.3 er vist, hvorledes temperaturen varierede i skorstenen og ca. 1,5 m under en af brænderne i den samme periode. Det ses, at der er god sammenhæng mellem temperaturen under brænderen og temperaturen i skorstenen. Sammenholdes Figur 5.1 og Figur 5.3 ses som forventet, at temperaturen i skorstenen falder, når der er produktionsstop.

18 DGC-rapport r-----~----~----~--~----~----~-----,.. * - k t & l..... t l "'.... l l ' ~- 11!'1. ~ ' u.,._ - ~ ' ' :-... :. ---.:. L -.: -- :. ~ --.. ["C) : : : : - ~. -.. ~ e- T -ovn ~T-bane l l l l ' l '... ' "' l l , '...,......,...,.... r r---~r---~----~----~----~ 14:45 15:14 15:43 16:12 16:40 17:09 17:38 18:07 Klokkeslæt Figur 5.2. Variation af ovn- og tekstilbanetemperatur. 170 r-----~----~----~----~--~ , l e-t-skorsten --e- T rraskine , '; ' l l ~----r-----~--~r---~r---~ 14:45 15:14 15:43 16:12 16:40 17:09 17:38 1 8:07 Klokkeslæt Figur 5.3. Variation af temperaturen i skorstenen (T-skorsten) og ca. 1,5 m under en af brænderne (T-maskine). Målingen af temperatur under en af brænderne startede først kl

19 DGC-rapport 16 I forbindelse med målingerne af energiforbruget på det nye anlæg blev der som tidligere beskrevet også foretaget røggasmålinger. I Figur 5.4 er vist, hvorledes CO og NOx emissionerne varierede igennem måleperioden. Emissionerne af CO og NOx er korrigeret til en iltprocent på 0% r---:--..--~--~--~--.---~----, l ' l C0(02=<J%) - NOx (02=0%) ~-~~--+--~--+---~-~--~ 14:45 15:14 15:43 16:12 16:40 17:09 17:38 18:07 Klokkeslæt Figur 5.4. Målte NOx og CO emissioner. I tidsrummet mellem kl. 16:07 og kl. 16:36 blev målingenforetaget ca. 1,5 m under en af brænderne. Middelværdien for CO og NOx er bestemt til henholdsvis 699 ppm og 290 ppm. Størrelsesordenen på de målte emissioner er som forventet og i størrelsesorden med, hvad der er set andre steder med tilsvarende processer. 5.3 Sammenligning Det samlede årlige energiforbrug på trykmaskinen og ovn opvarmet med hedtolie er blevet beregnet til ca MWh. Fordelingen mellem elforbrug og varme er fundet til henholdsvis ca. 128 MWh og ca MWh. Under den antagelse at den foretagne måling på det nye anlæg repræsenterer et gennemsnitsbillede af produktionen, er det årlige gasforbrug blevet beregnet til 882 MWh. Det nye anlægs årlige elforbrug er blevet anslået til 6 MWh, og det samlede årlige energiforbrug på det nye anlæg anslås altså til at blive 888 MWh. Umiddelbart opnås der altså en energibesparelse på 376 MWh eller 30 %. Hertil skallægges de produktionsforbedringer, der er ved det nye anlæg. Som beskrevet i kapitel 3 sker der også fiksering i den nye ovn, som betyder, at denne proces kan spares i den efterfølgende behandling af det

20 DG C-rapport 17 trykte stof. Fra personalet hos Sohahl Design A/S forl yder li geledes, at med den nye ovn er der opnået hurtigere reaktionstider, og at produktionsbastigheden kan være højere end på den gamle maskine.