Sammenligning af tørreteknologier. Projektrapport Februar 1999

Transkript

1 Sammenligning af tørreteknologier Projektrapport Februar 1999

2 Sammenligning af tørreteknologier Asger N. Myken Michael Andersen Dansk Gasteknisk Center a/s Hørsholm 1999

3 Titel Rapport kategori Forfatter Dato for udgivelse Copyright Sagsnummer Sagsnavn ISBN Sammenligning af tørreteknologier Projektrapport Asger N. Myken, Michael Andersen! Dansk Gasteknisk CenLer a/s ; H:\719\25\Rapport\Projektrapport-Sammenligning af tørreteknologier-ver.2.. doc Sammenligning af tørreteknologier For ydelser af enhver cm udført af Dansk Gasteknisk Center a/s (DGC) gælder: at DGC er ansvarlig i henhold til "Almindelige bestemmelser for teknl1 k rådgivning & bistand (ABR 89)", som i øvrigt anses for vedtaget for opgaven. ar erstatningsansvaretfor fejl, forsømmelser eller skader over for rekvirenten eller trecuemcmd gælder pr. cutsvarspådragendefejl ellerforsømmelse og a.ltid begrænses tilloo% af det vederlag, som DGC har modtagetfor den pilgældende ydelse. Rekvirenten holder DOG skadesløs for c1lle tab, udgifter og erstatningskrav, der måtte overstige DGC's hæftelse. at DGC skal- uden begræn.ming- omlevere egne ydelser i forbindelse medfejl og forsømmelser i DGC's materiale. Juli 1997

4 DGC-rapport 1 Indholdsfortegnelse Side l Forord Resume og konklusion Abstract Beskrivelse af tørreteknologier Tørring i overhedet damp Direkte gasfyret tørring... l l 3.3 Ga fyret IR-tørring Sammenligning at tørreteknologier Tørring af tekstilbaner Tørring af papir Referencer

5 DGC-rapport 2 1 Forord Energiforbruget i tørreprocesser udgør ca. 17% af industriens samlede energiforbrug (1995) /8/. Tidligere undersøgelser har peget på, at tørring med overhedet damp vurderes at have et stort potentiale og anvendelsen heraf forventes at vokse i fremtiden /8/. Tørring i overhedet damp er bl.a. interessant, fordi energiforbruget er lavt. Andre undersøgelser har dokumenteret, at der kan opnås væsentlige energibesparelser med direkte gasfyret tørring og gasfyret IR-tørring (infrarød stråling). Formålet med denne undersøgelse er at sammenligne de tre ovennævnte tørreteknologier med hensyn til: teknologiens udviklingsniveau økonomi energieffektivitet Der er ved sammenligningen taget udgangspunkt i tørring af tekstiler og papir, men resultaterne kan i vidt omfang overføres til andre tørreprocesser. Undersøgelsen er delvist finansieret af Energistyrelsen. Asger N. Myken Projektleder

6 DGC-rapport 3 2 Resume og konklusion Tre tørreteknologier er kort beskrevet og sammenlignet med hensyn til bl.a. energieffektivitet, teknologisk stade/tilgængelighed og økonomi. De tre teknologier er: Tørring i overhedet damp Direkte gasfyret tørring Gasfyret IR-tørring (infrarød stråling) I skemaet nedenfor er der foretaget en rangordning af teknologierne med hensyn til diverse egenskaber. Direkte gasfyring Investering 2 Driftsomk. l Energiomk. 3 Kompleksitet 2 Dominerende Komtørring anvendelsesom- Tekstiler råder *) Hvis energien 1 kondensatet kan anvendes. 1: mindstilavest 3: størstihøjest Gasfyret IR Overhedet damp l (> l 3 Termisk tørring Tørring af meget af overflader vandindhaldige Papir porøse emner Laktørring Tekstiler Træ Papir Foderstoffer Sukker Tørring i overhedet damp har følgende fordele og ulemper i forhold til alternative tørremetoder: Fordele Ingen oxidation, da der ikke er ilt i tørremediet Ingen brand/eksplosionsrisiko i tørringsprocessen Hurtigere tørrehastighed mulig Lavere energiforbrug ved udnyttelse af energimængden ved afdampens kondenseringstemperatur Meget begrænsede emissioner af støv og procesluft under tørringsprocessen

7 DGC-rapport 4 Ulemper Højere termisk belastning på produktets overflade Højere anlægspris samt mere komplekse anlæg Lille erfaringsgrundlag, da der er et lille antal tørringsanlæg af denne type i industrien Det lave energiforbrug forudsætter, at fordampningsvarmen indeholdt i det afdampede vand udnyttes ved varmeveksling med andre processer. Dette kan være en begrænsning for visse processer. Ved damptørring optages emissioner i stor udstrækning i kondensatet. En håndtering og rensning af dette kan derfor blive nødvendigt. Der er ved sammenligningen specielt fokuseret på anvendelser i papir- og tekstilindustrien: Tørring af tekstilbaner er typisk en mindre batchproces. Tørring i overhedet damp vurderes at være mindre velegnet til dette formål, sammenlignet med alternativerne, pga. anlægskompleksibiliteten, kapitalomkostningerne og nødvendigheden af at integrere udnyttelsen af kondensationsvarmen fra det afdampede vand i andre processer. Tørring i overhedet damp vurderes at være en realistisk og energieffektiv teknologi til tørring af papirbaner, som især bør tages i betragtning i forbindelse med udskiftning eller etablering at nyt produktionsudstyr. Direkte tørring og IR-tørring kan betragtes som supplement til nyt eller eksisterende produktionsudstyr. Fordele og ulemper for direkte tørring og IR-tørring er angivet henholdsvis på side 12 og 16.

8 DGC-rapport Abstract Three drying technologies arebriefly deseribed and compared with respect to energy efficiency, technologicallevellavailability and economy. The three technologies are: Drying in superheated steam Direct gas fired drying Gas fired IR (infrared radiation) drying Superheated steam drying features the foliowing advantages and disadvantages compared to alternative drying technologies: Advantages: No oxidation, since the drying atmosphere is oxygen free No fire/explosion hazard Improved drying speed Energy efficient, when the latent heat of the evaporated water can be exploited Low emissions of dust and procesair from the drying process Disadvantages: Higher thermal stress of produet surface Higher equipment costs and more complex system Low industrial experience In order to achieve the high energy efficiency, the latent heat of the evaporated water must be exploited in anether process, which may be a barrier in some cases Emissions from the drying process can be absorbed by the steam condensate. Clearungmay be necessary. The comparison focuses on applications in paper and textile production: Drying of textiles is typically a small batch process. Drying in superheated steam is assessed as less suitable for this purpose, compared to the alternative technologies, due to the complexibility of the system, high capital costs

9 DG C-rapport 6 and the need af integration with other processes in arder to achi.eve high energy efficiencies. Superheated steam clrying is seen as a realistic and energy efficient technology for drying of paper, in particular when a new produetion line is constructed. Direct gas fired drying and infrared drying can be added to new or existing produetions lines.

10 DGC-rapport 7 3 Beskrivelse af tørreteknologier 3.1 Tørring i overhedet damp Historie Damptørring som teknik til industrielle anlæg startede allerede i 1920'erne, og anvendelsen er steget siden. Efter energikrisen (1973) er damptørring med overtryk blevet mere anvendt og rentabelt, da kondensationstemperaturen for den fjernede vandmængde er tilstrækkeligt høj til at kunne anvendes i procesindustrien eller i fjernvarmenet /1/. /12/ angiver, at anvendelse af overhedet damp som et tørringsmedium ikke kun fjerner behovet for opvarmning af store mængder tørreluft, men også tillader, at det fordampede vand kan bruges som varmekilde for andre processer. Anvendelse af overhedet damp til tørringsformål giver 20% lavere energiforbrug i forhold til en konventionellufttørring. I 112/ angives tillige, at denne tørringsteknik anvendes i den keramiske industri og vaskeriindustrien. I andre referencer angives følgende processer, hvori anvendelse af overhedet damp med fordel kan anvendes: Træflis /2/ Kvægfoder (fx lucerne) /3/ Sukkermasse /4/ Papir /6/, 171, 110/,/11/ Træ /8/ I /9/ angives, at den første succesfulde og kornmercielle installation til tørring med overhedet damp var i 1970'erne, ved "Rockhammerars Bruk". Senere er flere nye kendte anlæg kommet til i 1985, 1987, 1988 og Mange videnskabelige artikler omkring damptørring i papirindustrien specielt fra Canada (McGill University) og Finland (Malinen) er kommet til efter Papir Teknik 151 beskriver en model for anvendelse af overhedet damp til papirtøtting, og nogle af resultaterne heraf er, at kun ved temperaturer højere end 245 C giver overhedet damp en større tørringseffektivitet end luft. Endvidere er der

11 DG C-rapport 8 ved temperaturer lavere end 160 C en større varmeovergangskoefficient ved lufttørring. 161 behandler tørring af papir ved "impingement jets". Resultaterne fra notatet er, at ved samme masseflux er damptørring hurtigere end lufttørring over inverteringstemperaturen på 175 C, som er fundet gældende for denne tørringsteknik. I notatet er angivet en liste over disse inverteringstemperaturer fra forskellige teoretiske og eksperimentelle forsøg. Der er angivet en inverteringstemperatur i området C. Denne temperatur er afhængig af den specifikke tørringsmetode, flowforhold etc. 17 l behandler et modelforsøg for tørring af papir ved "impinging jet" af overhedet damp og luft. Resultaterne heraf viser, at det er muligt at lave en komplet tørring af papir med damp, når bare damptemperaturen er nogle få grader over den mættede damptemperatur. Papirkvalitet /10/ og 111/ angiver samstemmende, at følgende værdier ændres ved damptørring i forhold tillufttørret papir: Højere Brudstyrke (20-30%) Antal bindinger ( amount o f bon ding) Lavere Glans (5% lavere) /11/ angiver følgende papirtemperaturer ved forskellige tørringsmetoder: Papirtemperatur start slut o c o c Cylindertørring Impulstørring Dam_ptørring

12 DG C-rapport g Driftsøkonomi I litteraturen er der ikke fundet nogle driftstal for hverken papir eller textilindustrien, men derimod for foderstof og sukkerindustrien, som kort omtales nedenstående. I /3/ er der beskrevet et demonstrationsanlæg om tørring af kvægfoder med overhedet damp. Anlægget har en kapacitet på 5,9 T!h af færdigt produkt og fjerner hermed en vandmængde 18,8 T /h. Nedenstående tabel viser driftsomkostninger (energi) samt anlægsomkostninger ved denne og andre anlægstyper. Dampmed Kulfyret Oliefyret mekanisk rekompress ion Anlægs- Mio. FRF omkostning Energi- Mio. FRF /år 4,04 7,26 9,71 omkostning (l FRF =kr. 1,13) Ovenstående værdier giver for en tvungen udskiftning en tilbagebetalingstid på 5,0 år i forhold til et kulfyret anlæg og 3,5 år i forhold til et oliefyret anlæg. For en forceret udskiftning bliver tilbagebetalingstiden henholdsvis 8,7 år og 4,9 år I /4/ behandles en gennemregning med udskiftning af et eksisterende tørreanlæg med en alder på 30 år i sukkerindustrien med et nyt anlæg (af mærket NIRO) der anvender overhedet damp. Pulptørrer meddamp Pulptørring med varme gasser Anlægs- Mio. GRD omkostning Energi- GRD/kg 3,2 7,5 omkostning Mio. GRD/år (l GRD =kr. 0,023) Kapacitet tons/år.

13 DG C-rapport 10 På baggrund af ovenstående tabel kan tilbagebetalingstiden for det nye anlæg beregnes til 7 år, og levetiden for dette damptørringsanlæg er angivet til 15 år. Fordeler man anlægsomkostningerne jævnet ud på anlæggets levetid svarer dette til, at den samlede omkostning bliver 5,2 GRD/kg for damptørring mod 7,5 GRD/kg for det eksisterende anlæg Anvendelse af damptørring i Danmark Et eksempel på afdampning af vand er sukkerfremstilling, hvor tyndsaften med en sukkerkoncentration på ca. 13% koncentreres til ca. 70%. Til dette anvendes allerede nu i industrien et fordamperapparat med op til 5 trin. Afdampningen styres ved at fastholde kogetemperaturen på tyndsaften inden for få grader i de enkelte trin i fordamperapparatet Da opvarmningsmediet er damp, skal det sikres, at dampen i de enkelte trin tilføres med den korrekte temperatur (tryk). Dette er et eksempel på, at man allerede nu i industrien anvender tørring med damp. Og med hensyn til trætørring er der i /8/ angivet, at der i Danmark er 9 større anlæg med damptørrer fra firmaet Iwotech AJS Brande. Konklusion Tørring med overhedet damp kan med fordel bruges i specielle processer, fx ved fødevarer, samt ved store anlæg med tørring af meget vandholdige porøse produkter, fx papir, sukker, foderstoffer, grønttørring, træ og træflis. I flere af disse brancher anvendes allerede tørring i overhedet damp. Damptørring har visse fordele og ulemper i forhold til tørring med opvarmet luftlrøggas. Fordele Ingen oxidation, da der ikke er ilt i tørremediet Ingen brand/eksplosionsrisiko i tørringsprocessen Hurtigere tørrehastighed mulig Lavere energiforbrug ved udnyttelse af energimængden ved afdampens kondenseringstemperatur Meget begrænsede emissioner af støv og procesluft i under tørringsprocessen

14 DG C-rapport 11 Ulemper og begrænsninger Højere termisk belastning på produktets overflade Højere anlægspris samt mere komplekse anlæg Lille erfaringsgrundlag, da der er et lille antal tørringsanlæg af denne type i industrien Det lave energiforbrug forudsætter, at fordampningsvarmen indeholdt i det afdampede vand udnyttes ved varmeveksling med andre processer. Dette kan være en begrænsning for visse processer. I damptørærer optages ernisioner i stor udstrækning i kondensatet. En håndtering og rensning af dette kan derfor blive nødvendigt. Hvis der ikke er tilstrækkelig (evt. slet ingen) dampproduktionskapacitet til rådighed, vil etableringen af denne kunne hæve anlægsomkostningerne markant. 3.2 Direkte gasfyret tørring I mange tørreprocesser føres emnet kontinuert igennem en tørreovn med opvarmet tørreluft Tørreluften opvarmer emnet og fugtindholdet ved konvektion, og transporterer det fordampede vand bort. Tørreluften er ofte opvarmet ved varmeveksling med damp, hedtolie eller varmtvand. Disse medier opvarmes i centralt placerede kedler, og distribueres gennem ledningsnet til forskellige processer i virksomheden. Som alternativ hertil kan tørreluften opvarmes ved direkte gasfyring, dvs. ved opblanding med røggassen fra en brænder placeret ved tørreovnen. Fordelen er, at der elimineres en række tabskilder, som er forbundet med kedelanlæg: Stråling og konvektion fra kedel Stråling og konvektion fra fødevandstank Distributionstab (tab fra ledningsnettet) Kondensattab (damp) Flashtab (damp) Bundudblæsning (damp) Pumpeeffekt (hedtolie, varmtvand)

15 DGC-rapport 12 Der vil være tale om røggastab både ved direkte gasfyring og fra kedelanlæg. Røggastabet fra kedler kan minimeres ved anvendelse af economizer og luftforvarmer. Den energimæssige fordel er anlægsspecifik, men det samlede energiforbrug er typisk ca. 30% lavere ved direkte tørring i forhold til dampbaseret tørring /12/. Da røggassen kommer i direkte kontakt med produkt og tørremaskine, kræves der rene brændsler med lavt indhold af fx svovl og partikler. Derfor anvendes primært naturgas som brændsel til direkte tørreprocesser. Da røggassens indhold af nitrogenoxider (NOx) i visse processer kan have indflydelse på produktkvaliteten, kan det være nødvendigt at anvende low-noxbrændere 112/. Direkte tørring kan enten indføres ved konvertering af en indirekte opvarmet tørremaskine, eller som en helt ny tørremaskine. Konverteringsarbejdet kan variere fra det helt simple (og billige) til det mere komplicerede. Fordele og ulemper Fordelene ved anvendelse af direkte tørring i forhold til fx traditionel dampbaseret tørring er typisk: Reduceret energiforbrug Mindre vedligeholdelse Nem installation Præcis/hurtigere temperaturkontrol Mere homogen opvarmning Produktionsforøgelse Mulighed for integration i eksisterende kontrolsystem Standardteknologi, stor erfaring Begrænsningerne og ulemperne er: Ved tørring af letantændelige materialer er det vigtigt at kontrollere røggassens iltindhold Røggasudsugning ved den enkelte tørreproces, i stedet for en central udsugning fra en kedel

16 DG C-rapport 13 Tørring af tekstilbaner Direkte tørring af tekstilbaner er en velkendt teknologi, såvel i udlandet som i Danmark. I en international undersøgelse af erfaringer med direkte tørring, var tørring af tekstilbaner den proces, som der fandtes flest eksempler på. Erfaringerne er positive. Tilbagebetalingstiden for en konvertering af to spændrammer og en trykmaskine er 3 år (der er ikke angivet yderligere eksempler på tilbagebetalingstider) /12/. I J a p an findes der også mange eksempler på direkte tørring af tekstilbaner, og undersøgelser har dokumenteret, at der ved konvertering fra traditionel damptørring til direkte gasfyret tørring kan opnås energibesparelser mellem 30-60% samt en forøgelse af produktionshastigheden på %/13/. Sodahl Design A/S, Brande, udskiftede i 1997 en hedtolieopvarmet trykmaskine med en direkte gasfyret maskine, hvor tørresektionen opvarmes med fem gasfyrede brændere. Det årlige energiforbrug er reduceret med ca. 30%, hvoraf de 20% skyldes reduceret varmeforbrug, mens l 0% skyldes besparelser i elforbruget, se tabel Samtidigt er produktionskapaciteten øget, så energibesparelsen pr. produceret enhed er endnu større, men det har ikke været muligt at kvantificere dette. Reaktionstiden ved opstart og regulering af processen er nedsat væsentligt l 14/. MWh Varme El I alt Arligt energiforbrug, hedtoliebaseret op varmning Arligt energiforbrug, direkte gasfyring Besparelse Besparelse [%] Tabel Energibesparelse ved konvertering aftrykmaskinefra hedtolieopvarmning til direkte gasfyring. Tørring af papirbaner Tørring af papirbaner består af en række forskellige trin, hvor papirmassen afvandes og tørres ved hjælp af bl.a. tørrecylindre og tørresektioner med enten indirekte opvarmet tørreluft (ofte dampopvarmet) eller tørreluft opvarmet ved direkte gasfyring. Tendensen går mod en stigende anvendelse af

17 DG C-rapport 14 direkte naturgasfyrede tørresektioner. Det skyldes fordele som forøget energieffektivitet, hurtig opstart, samt at der i visse tilfælde kræves temperaturer (større end 200 C), som er vanskelige at opnå med dampopvarmning /15/. I et case studie beskrives et eksempel, hvor en spansk producent af toiletpapir har suppleret sin tørremaskine med en direkte gasfyret tørresektion. Der er tale om en Yankee-maskine med følgende data /15/: Arbejds bredde: 2.644mm Båndhastighed: m/min Papirvægt 12,5-25 g/m 2 Daglig produktion: 40 tons De energimæssige og økonomiske nøgletal er angivet til: Energiforbrug, dampopvarmet tørresektion: Energiforbrug, direkte gasfyret tørresektion: Årlig energibesparelse (varme): Årlig energibesparelse (el): Værdi af energibesparelser: Total investering: Tilbagebetalingstid *): 996 kj/kg fordampet vand 840 kj/kg fordampet vand GJ 5.800MWh ECU (ca. 3,5 mio. kr.) ECU (ca. 13,7 mio. kr.) 3,9 år *):Der er ikke angivet oplysninger om forskellen i drift- og vedligeholdelsesomkostningerne for de to systemer. I en anden international undersøgelse er der for et enkelt tilfælde angivet en tilbagebetalingstid på 4 år 112/. 3.3 Gasfyret IR-tørring Teknik Figur viser den principielle opbygning af en typisk gasfyret IRbrænder. En forblandet gas/luft-blanding ledes ind i et fordelingskammer, hvorefter den strømmer gennem en porøs matrix. Blandingen antændes uden for brænderen med en gnisttænder, hvorefter forbrændingen stabiliseres i de

18 DG C-rapport 15 yderste millimeter af brændermaterialet Dermed opvarmes brænderoverfladen til mellem C, og den udsender derfor termisk stråling i det infrarøde område. Brænderoverfladen er rødlig ved denne temperatur. Porøst brændermateriale Premixet gas/luftblan mg ~._... Infrarød strålin g Figur Principfor typisk gasfyret IR-brænder Gassen forbrændes fuldstændigt inde i brændermaterialet, og der er således ingen synlige flammer. Brænderoverfladen virker som flammeholder, fordi der trækkes energi ud af forbrændingszonen. Forbrændingstemperaturen er derfor relativ lav, hvilket betyder, at NOx-emissionerne fra denne type brændere også er lave. Typisk udsendes mellem 30-50% af den indfyrede effekt som infrarød stråling, mens resten af energien er indholdt i de varme røggasser. Selv om røggasserne eventuelt også bidrager til opvarmnings- eller tørreprocessen, er det dog oftest nødvendigt at udnytte røggassernes energiindhold for at opnå en tilfredsstillende totalvirkningsgrad. I mange processer indgår en IRsektion i kombination med en anden gasfyret delproces, fx en konvektiv tørresektion, hvori røggasserne fra IR-panelerne kan udnyttes. Strålingen fra IR-panelet overføres direkte til tørreemnet og vandindholdet i dette, og der er dermed tale om en effektiv og indirekte proces (ingen røggaskontakt). Ofte bidrager røggasserne fra brænderne dog også til tørreprocessen.

19 DG C-rapport 16 IR-stråling er en meget intensiv energioverførsel sammenlignet med konvektiv opvarmning, og der kan derfor konstrueres meget kompakte IRsektioner. Derfor er det ofte muligt at etablere IR-sektioner i, eller i forbindelse med, eksisterende produktionsudstyr. Som følge af den intensive opvarmning og tørring kan produktionshastigheden ofte øges væsentligt ved anvendelse af IR-tørring. Dermed opnås også en indirekte forbedring af energieffektiviteten, idet tab, som er forholdsvis uafhængige af produktionshastigheden ( overfladetab fra produktionsudstyr, distributionstab, opstartsog tomgangstab osv.), dermed udgør et mindre energiforbrug pr. produceret enhed. Moderne IR-paneler har typisk reaktionstider under IO sek. Derfor kan de fx ved batchprocesser slukkes og tændes efter behov, hvorved tomgangstag elimineres. Fordele og ulemper Typiske fordele ved anvendelse af gasfyret IR-tørring er: Billig metode til forøgelse af produktionskapaciteten Nemt at indbygge i eksisterende produktionsudstyr Forbedring af energieffektivitet Forbedring af produktkvalitet Bedre styringsmuligheder Ulemper: Mere kompliceret produktionsudstyr i forhold til traditionelle tørremaskiner Ikke egnet til tørring af emner med kompliceret udformning, som betyder, at IR-strålingen ikke når alle emnets flader. IR-tørring af tekstilbaner Tørring af tekstilbaner med infrarød stråling er en energieffektiv teknologi, som ofte anvendes i kombination med en traditionel konvektiv tørreproces. IR-tørring af tekstilbaner anvendes i stort omfang i udlandet, men metoden har ikke vundet indpas i Danmark. IR-tørring anvendes hovedsageligt som fortørring af tekstilbaner, inden disse ledes ind i en efterfølgende tørremaskine. Figur viser et eksempel, hvor tekstilbanen først ledes gennem et farvebad, derefter passerer lodret gennem IR-sektionen, inden den sluttørres i en konvektiv tørremaskine og rulles op.

20 DG C-rapport 17,., Figur Eksempel på IR-fortørring i farveproces IR-tørringen benyttes til at øge produktionskapaciteten og til nedsættelse af det sarnlede energiforbrug. I visse tilfælde kan der også opnås en forbedret produktkvalitet samt besparelser på farveforbruget Rapporterede forøgelser i produktionskapaciteten varierer mellem 22-80% med en middelværdi på ca. 40%. Energibesparelsen ved at anvendeir-fortørring afhænger af anlægsudformningen, og kan variere mellem 6-30%, med en middelværdi omkring 15-20%. IR-fortørringsenheder er i USA standardudstyr på mange nye tørremaskiner til tekstilindustrien /20/. IR-tørring af papirbaner Tørring af papirbaner er en af de hyppigste anvendelser for IR-tørring. IRtørringen kan anvendes til forskellige formål /15/-/18/: Forøgelse af produktionshastigheden Fuglighedsregulering (profilering) Reduktion af energiforbruget Forbedring af produktkvalitet ved coating IR-stråling er velegnet til fugtighedsprofilering, dvs. udjævning af fugtighedsvariationer over papirbanen. Det skyldes, at strålingen udsendes jævnt i alle retninger, samt at vand i høj grad absorberer strålingen (især fra gasfyret IR). Dermed absorberes strålingen bedre i relativt fugtige områder end i mere tørre områder. I den danske papirindustri findes der primært elektriske IR-systemer. Skjern Papirfabrik installerede i 1996 en gasfyret IR-sektion med en kapacitet på

21 DG C-rapport kw. Som følge af IR-sektionens kompakte udformning, var det muligt at indbygge den i selve papirmaskinen. IR-sektionen er skitseret i figur Figur Skitse af gasfyret IR-sektion på Skjern Papirfabrik. Udover den udsendte stråling fra IR-panelerne bidrager røggasserne også til tørringen i IR-sektionen. Afkastluften fra sektionen varmeveksles med tørreluft, som tilføres andetsteds i papirmaskinen, hvorved der opnås en høj energiudnyttelse af den indfyrede effekt. Målinger har vist, at produktionshastigheden er øget med ca. 19%, mens det samlede energiforbrug til produktionen er reduceret med ca. 6,4% /16/. IR-sektionen har været i drift i ca. 2Yz år, og fungerer stadig tilfredsstillende. Andre undersøgelser har dokumenteret produktionsforøgelser på 5-11%. På basis af forsøgsresultater er produktivitetsforbedringen ved installation af en gasfyret IR-sektion i den pågældende proces vurderet til ca. 40%, og tilbagebetalingstiden til ca. 80 dage 119/.

22 DGC-rapport 19 4 Sammenligning af tørreteknologier 4.1 Tørring af tekstilbaner Tabellen nedenfor opsummerer og sammenligner de betragtede tørreteknologiers egenskaber i forbindelse med tørring af tekstil baner: Tørring i overhedet Direkte gasfyret tørring Gasfyret IR-tørring damp Teknologiens udvik- Dårlig God God lingsniveau Driftserfaringer Ingen Gode Gode Energieffektivitet i Ingen erfaringer. God. God. forhold til traditionel Vurderes at kunne blive Besparelser mellem 30- Besparelser mellem 6- dampbaseret tørring høj, hvis kondensati- 60%. 30%, med en middelorrsvarmen kan udnyt- vrordi omkring LStes. 1 l 20%?> Økonomi/tilbage- Ingen erfaringer. God. God betalingstid ved kon- Økonomidata fra andre Ca. 3 år. vertering fra traditionel, processer angiver tilbadampbaseret tørring gebetalingstider mellem 5-9 år. Investeringsniveau Højt Lavt Lavt/middel Mulighed for konverte- Nej Ja Ja ring/supplement af eksisterende tørremaskiner Noter: 1): Det kræver imidlertid en vis integration med en anden proces, hvilket kan mindske fleksibiliteten og øge anlægsomkostningerne. 2): Den høje effektivitet forudsætter, at røggassernes energiindhold udnyttes. Dette sker ofte i den samme tørremaskine, da en supplerende tørring efter IR-tørringen under alle omstændigheder er nødvendig. Tørring af tekstilbaner er typisk en mindre batch proces. Tørring i overhedet damp vurderes at være mindre velegnet til dette formål, sammenlignet med alternativerne, på grund af anlægskompleksiteten, kapitalomkostningerne og nødvendigheden af at integrere udnyttelsen af kondensationsvarmen fra det afdampede vand i andre processer.

23 DGC-rapport Tørring af papir Tabellen nedenfor opsummerer og sammenligner de betragtede tørreteknologiers egenskaber i forbindelse med tørring af papirbaner: Tørring i overhedet Direkte gasfyret tørring Gasfyret IR-tørring damp Teknologiens udvik- Dårlig/middel God God lingsniveau Driftserfaringer Få Gode Gode Energieffektivitet i God God God. forhold til traditionel Besparelser på ca. 6%. dampbaseret tørring Økonomi/tilbage- Ingen erfaringer. God. God. betalingstid ved kon- Økonomidata fra andre Ca. 4 år. vertering fra traditionel, processer angiver tilbadampbaseret tørring gebetalingstider mellem 5-9 år. Investeringsniveau Højt Lavt Lavtimiddel Mulighed for konverte- Ja Ja Ja ring/supplement af eksisterende tørremaskiner Tørring i overhedet damp vurderes at være en realistisk og energieffektiv teknologi til tørring af papirbaner, som især bør tages i betragtning i fol bindelse med udskiftning eller etablering at nyt produktionsudstyr. Direkte tørring og IR-tørring kan betragtes som supplement til nyt eller eksisterende produktionsudstyr.

24 DGC-rapport 21 5 Referencer 111 Wimmerstedt, Roland, Linde, Bjørn: Analys av det tekniska och ekonomiska Higet for torkning av biobranslen. Varmeforsk.Juli /2/ Johansson, Anders; Fyhr, Christian; Rasmuson, Anders: High temperature convective drying of wood chips with air and superheated steam. International Journal of Heat and Mass Traqnsfer, 12, , /3/ Marcotte, J.L.B.; Lenglet, E: Sechoir a pulpes de betterave et luzerne a vapeur surchauffee et recompression mecanique de vapeur. Projet de demonstration. 39 P. ISBN EUR , /4/ Exergy balance of a pulp drier utilizing superheated steam. Drying '98 - Proceedings of the 11th International Crying Symposium (IDS '98) Halkidiki, Greece, Vol C, pp l,August 19-22, Tarnawski, W.Z.; Mitera, J.; Klepaczka, P.. Energy analysis on use of air and superheated steam as drying media. Drying Technology, pp , Bond, J. F.; Mujumdar, A. S.; van Heiningen, A. R. P.; Douglas, W. J. M.. Drying paper by Impinging Jets of Superbeated Steam. Part 2: Compaison of Steam and Air as Drying Fluids. Chemical Engineering Department, McGill University. The Canadian Journal of Chemical Engineering, Volume 72, June, Bond, J. F.; Crotogino, R. H.; van Heiningen, A. R. P.; Douglas, W. J. M. An experimental study of the falling rate period of superheated steam impingement drying of paper. Department of Chemical Engineering, McGill University. Drying Technology, pp , /8/ Draborg, S. m.fl.; Energieffektivisering af industrielle tørreprocesser. Dansk Energi Analyse NS, COWINS. April1998.

25 DGC-rapport Hager, Jorgen. S team drying of porous media. Department of Chemical Engineering I, Lund University, Sweden. ISBN October Poirier, N. A.; Crotogino, R. H.; Mujumdar, A. S.; Douglas, W. J. M. The Effect of Superbeated S team Drying on the Properties of TMP Paper. Journal ofpulp and paper Science. Vol20, No 4. April1994. /11/ Poirier, N. A.; Pikulik, l. l. The effect of drying temperature in the quality of paper. Pulp and Paper Research Institute of Canada. Drying Technology, 15,pp /12/ Mercer, A.; Learning from experiences with Industrial Drying Technologies. CADDET, Analyses series no. 12, ISBN July /13/ Tago, Y., Ichiraku, Y.; Recent research, development and engineering activities of gas utilization with Osaka Gas. GASW ÅRME International, 43 (1994) Heft 6 Juni. /14/ Andersen, P., Myken, AN.: Direkte tørring af tekstilbaner. Dansk Gasteknisk Center a/s. Hørsholm, Drying in the Paper Industry. THERMIE Programme Action No European Communities, /16/ Andersen, P., Myken, AN.: Energiforbrug ved fremstilling af papir hos Skjern Papirfabrik. Dansk Gasteknisk Center a/s. Hørsholm, /17/ Pettersson, M.: Drying using infrared radiators- A litterature review. Lund Tekniske Højskole. Lund, /18/ Bean, C.E.: lnfrared Burner Market Study. Gas Research Institute. Chicago, /19/ Taylor, G.: Infra-Red, Metal Fiber Burner Produet Evaluation. Gas Research Institute. Chicago, 1995.

26 DG C-rapport Myken, A.N.: IR-tørring af tekstilbaner. Dansk Gasteknisk Center a/s. Hørsholm, 1998.