Naturgasfyret IR-booster

Naturgasfyret IR-booster Projektrapport Oktober 1995 Dansk Gasteknisk Center a/s D r. Neergaards Vej SB 2970 Hørshom Tf. 2016 9600 Fax 4516 1199 www.dgc.dk dgc@dgc.dk

N a turgasfyret IR-boaster Oe H. Madsen Asger N. Myken Dansk Gasteknisk Center a/s Hørshom 1995

Tite Rapport kategori Forfattere Naturgasfyret IR-booster Projektrnpport Oe H. Madsen Asger N. Myken Dato for udgivese Oktober 1995 Copyright Dansk Gasteknisk Center a/s Sagsnummer 712.22 Sagsnavn Naturgasfyret IR-booster ISBN 87-7795-065-8 For ydeser af enhver art udført af Dcmsk Gasteknisk Center a/s (bgc) gæder: at DGC er ansvarig i henhod Ii "Amindeige bestemmeser for 1eknisk rådgivning & bistand (ABR 89) ". som i øvrig anses for vedaget for opgaven. at erstaingsansvaret forfej, forsømmeser eer skader over for rekvirenten eer tredjemand gæder pr. ansvarspådragende fej eer forsømmese og atid begrænses ri 100% af det vederag, som DGC hm modtaget for den pågædende ydese. Rekvirenten hoder DGC skadesøs for ae w b, udgifter og erstmningskrav, der måue overstige DGC's hæftese. a1 DGC sko - uden begrænsning - om Levere egne ydeser i forbindese med fej og forsømmeser i DGC's mmeriae. Juni 1992

DGC-rapport 1 INDHOLDSFORTEGNELSE SIDE Indedning............................................. 2 2 Sammenfatning og konkusion 4 3 Anægsbeskrivese........................................ 6 3. Proces- og anægsbeskrivese............................. 8 3.2 Gasfyrede IR-systemer................................. 9 3. 3 Indbygning i konvektionsovn hos SCAN COAT.................. 15 3.4 Styrings- og sikkerhedssystem............................. 17 4 Driftsstrategi for IR -boosteren................................. 20 4.1 Praktiske indkøringsprobemer............................. 20 4. 2 Beregninger af emnernes temperaturforøb..................... 20 4.3 Sammenigning af måte og beregnede data..................... 21 4.4 Data ti processtyring af IR-boosteren........................ 24 5 Forsøg og resutater....................................... 26 5. Opvarmningsforøb af emner.............................. 26 5.2 Produktionshastighed... 31 5. 3 Energiforbrug....................................... 34 5. 4 Overfadekvaitet..................................... 37 6 Investering og driftsøkonomi.................................. 39 6.1 Gasfyret IR-system... 39 6.2 Eektrisk IR-system........... 39 6.3 Sammenigning, gas vs. e....... 39 Referencer.............................................. 41 Biag. Fow sheet for IR-booster 2. Kvaitetsvurdering/Dansk Teknoogisk Institut 712.22 Naturgasfyret IR-booster OHM/jkt/RAP/IR-BOOSTER.R01 17.11.1995

DG C-rapport 2 1 Indedning Anvendese af naturgas i industrien er efterhånden udbredt ti traditionee opvarmningsformål En introduktion af nye speciaiserede naturgasteknoogier, hvor gassen bruges direkte i produktion, vi kunne give disse virksomheder nye muigheder, herunder kapacitetsforøgese samt procesforbedring på eksisterende anæg. Gasseskabernes Fagudvag 2 og DGC iværksatte et demonstrationsprojekt med gasfyrede IR-paneer i foråret 1994. Projektets formå er at fremme samt demonstrere anvendesen af naturgasdrevne IR-stråepaneer i forbindese med energibesparese/kapacitetsforøgese og forbedring af produktkvaitet på nye samt eksisterende maetørringsanæg. Demonstrationsprojektet er gennemført på virksomheden SCAN COAT, Tåstrup, som i forvejen anvendte naturgas i sin produktion. I øvrigt er projektet gennemført i samarbejde med idea-ine a/s, DTI (overfadeteknik), HNG samt Svenskt Gastekniskt Center (SGC). Mågruppen er i første omgang akeringsindustrien, men ved en succesfud gennemførese kan besægtede områder også drage nytte af projektet. De mest veegnede systemer er opvarmning af endeøse baner (papir, tapet, tæpper, pastik, teksti), samt tunneovne ti overfadebehanding (maing, im, emaje, coatings). Endvidere vi føgende generee resutater kunne opnås: - Et aternativt konkurrencedygtigt system ti eksisterende eektriske IR-anæg. - Fremtidige tørreovne kan bygges mindre ved at anvende et gasfyret IR-system i kombination med et traditionet varmuftsystem.

DG C-rapport 3 - Et demonstrationsanæg, som muiggør en udbredese af kendskabet ti IR-stråesystemer, er en metode ti at forøge produktionskapaciteten på eksisterende processer i og uden for akeringsbranchen.

DG C-rapport 4 2 Sammenfatning og konkusion Det er i dag muigt at få gasfyrede IR-systemer ti industriformå, som des er økonomisk konkurrencedygtige og som des kan eve op ti de samme tekniske krav som eektriske IR-instaationer. I fremtiden vi der bive udviket skræddersyede gasfyrede IR-paneer ti de individuee industriprocesser, som forventes at have op ti 20% højere stråingsvirkningsgrad. Succeskriterier Føgende primære må for anægget hos SCAN COAT bev opstiet: - En forøgese af produktionshastigheden gennem det eksisterende tørreanæg på op ti 25%, afhængig af emnetype. - Den samme eer forbedret overfadekvaitet. - En energibesparese på ca. 5-10% pr. produceret enhed. Resutater Resutaterne fra projektet kan summeres som føgende: Måinger og efterføgende anayser viser, at det er muigt at øge produktionshastigheden med ca. 31 % for typiske produkter. Der er foretaget en sammenignende kvaitetsvurdering for at dokumentere IR-systemets effekt på emnernes overfadekvaitet/fmish. Anayserne viste ingen markant effekt på emnernes ruhed ved at anvende IR-boosteren. Hærdningen bev forbedret ved at benytte IRboosteren. På baggrund af undersøgeserne konkuderes det, at driftparametrene ikke har været optimeret i forhod ti de anvendte forsøgspader. Det kan derfor ikke på grundag af de udførte forsøg fastsås, i hviken udstrækning anvendesen af en IR-booster vi kunne øge produktkvaiteten. Energibesparesen pr. produceret enhed er afhængig af produktionsforøgesen. En anayse af hee ovnens energiforbrug har gjort det muigt at opstie denne sammenhæng. I tifæde med 31% produktionsforøgese fås en energibesparese på 20% pr. produceret enhed.

DG C-rapport 6 På grund af de mange dagige driftsstop og varierende produktionsforhod har det ikke været muigt at gennemføre energiforbrugsmåinger.

DG C-rapport 6 3 Anægsbeskrivese Varmeoverføring med infrarød stråing kan med forde anvendes i en ang række industriprocesser, hvor man ønsker en hurtig opvarmning, vedefineret varmefux og temperaturprofi under procesforøbet samt en kompakt konstruktion. I dag er teknoogien mest anvendt inden for noge få områder, hvor der har været tradition for at benytte denne teknik, fx tørring af papir og ved opvarmning af store industriokaer. I tabe er der opstiet en oversigt for typiske anvendesesområder, hvor der kan anvendes infrarød stråing fordet på forskeige processer. Forvarmning Tørring Hærdning Genere opvarmning Meta Tekstier Emajer Overfadebehanding Gas Maing/ak Viny Kemisk procesindustri Pastik Papirffapet Pastik Varmebeh. af fødevarer Kæbemider Gas Stegning af fødevarer Beægninger Gasfiber Udgødning af materiaer Trykfarve Lim Træfmer Bejdset træ Fødevare Tæpper Tabe. IR-processer. Begrænsninger Fæes for disse processer er, at de er begrænset ti reativt ave temperaturer, sooc ti 400 C, hviket er en af de vigtigste begrænsninger ved anvendese af IR-paneer. Et andet forhod, som bør vurderes, er udformningen af det emne, som ska opvarmes. Infrarøde stråer emitteres fra varmekiden ti varmemodtageren i rette inier. Det betyder, at kun de overfader, som biver ramt af stråingen, vi bive opvarmet. Såedes vi et emne med en meget kompeks udformning være vanskeig at opvarme med infrarød stråing. Hvis emnet har en høj varmeedningsevne og ringe godstykkese, vi ikke-bestråede overfader dog bive opvarmet på grund af den indre varmeedning i emnet.

DG C-rapport 7 Der er mange fordee ved at bygge opvarmningssystemer, som er baseret på infrarød stråing. På grund af den effektive varmeoverføring er det muigt at konstruere kompakte og termisk ette ovnkonstruktioner, som er ette at integrere i nye eer eksisterende processer. I figur er vist forskeige typiske arrangementer af IR-paneer i forhod ti emnerne, som ska bestråes. Figur. Typiske IR-ovn arrangementer. De mest udbredte systemer er opvarmning af endeøse baner (papir, tapet, tæpper, pastik, teksti) samt tunneovne ti overfadebehanding (maing, im, emaje, coatings). I sidstnævnte type er der monteret IRpaneer på væggene, og emner transporteres igennem ovnen på et conveyor system. Den vigtigste begrænsning for IR-systemer er, at de ikke kan benyttes ti meget kompekse emner. Den infrarøde stråing rammer kun de overfader, som er synige fra IR-paneet. Områder, som er dækket af andre fader, opvarmes aene ved varmeedning i emnet.

DGC-rapport 8 3.1 Proces- og anægsbeskrivese SCAN COATer en moderne virksomhed, som fortrinsvis arbejder med puverakering. Maeprocessen starter med en forbehanding, hvor emnerne affedtes akaisk samt jernfosfateres for at sikre akken en bedre vedhæftning og modvirke korrosion. Derefter transporteres emnerne ind i en maekabine, hvor puveret påføres ved hjæp af en eektrostatisk teknik. Emnerne føres ind i en tørre-/hærdeovn, hvor puveret først fyder sammen og derefter hærder. SCAN COAT råder over en gasfyret ovn, som er everet af idea-ine a/s. I figur 2 er der vist grundpanen over maeanægget hos SCAN COAT. Den eksisterende ovn er monteret med 3 stk MAXON OVENp AK gasbrændere med en maksima mærkepadeydese på 210 kw - i at er brænderydesen på ovnen 630 kw. Iføge indregueringsrapporterne er den indfyrede effekt ti ovnen ca. 532 kw. Brænderne regueres efter et set-punkt, hvor set-punktet bestemmer den ønskede hærdetemperatur - typisk 180 C ti 200 C. Denne type reguering har den forde, at det ikke er muigt at overhede emner, sevom der skue opstå conveyor stop eer båndhastigheden reduceres kraftigt. Røggas fra IR paneer Gasbrænder 2 Gasbrænder 3 Hærdeovn []::f Emhætte 1 '-----------+----+---- Sprøjteboks Conveyor retning Figur 2. Grundpan over maeanægget hos SCAN COAT.

DGC-rapport 9 Puverakering IR-booster Ved puverakering er forøbet af fyde- og hærdningsprocesserne vigtige parametre for produktkvaiteten. I starten af tørreprocessen er det vigtigt, at emnerne hurtigt opvarmes ti ca. 0 C, som typisk er fydegrænsen for maepuver. Når denne temperatur er opnået, vi puveret smete/fyde sammen ti en gat homogen overfade, hvorefter hærdeprocessen forøber. Hvis opvarmningen er for angsom, vi hærdeprocessen starte, inden puveret er fudstændig fydt sammen, og resutatet vi være en meget ru overfade. V ed at etabere en zone med IR-paneer foran tørreovnen vi det være muigt at tiføre store energimængder ti emnerne og dermed en hurtig opvarmning. Dermed kan fydeprocessen forøbe ti ende, før hærdeprocessen starter, heraf navnet IR -booster. Resttørring og hærdning foregår i den eksisterende ovn. I det eksisterende anæg vi emnerne passere igennem en uftsuse på vej ind i ovnen. Både i konvektionsovnen og i susen vi der cirkuere store uftmængder med reativ høj hastighed, som vi kunne "bæse" noget af puveret af emnerne. IR-paneerne overfører varmen ved termisk stråing, og der er såedes ingen uftbevægese under fydeprocessen. Derved vi puveret bive fikseret på emnerne, inden hærdeprocessen starter, og det skue være muigt at opnå et bedre sutprodukt 3.2 Gasfyrede IR-systemer Eektriske IR-paneer har indti nu været dominerende i de kendte anvendesesområder. Dette skydes, des at de tidigere gasfyrede IRpaneer ikke var tistrækkeig påideige, og des at fabrikanterne af eektriske IR-paneer hævdede, at virkningsgraden på deres paneer var væsentigt højere, samt at de minimerede risikoen for brandfare. Overfadeforbrænding Inden for de sidste 5 ti 7 år er der udviket fere nye gasfyrede IRpaneer, der er baseret på overfadeforbrænding. Overfadeforbrænding er en fæes betegnese for premixede brændere, hvor forbrændingszonen enten er stabiiseret i et tyndt fiberag eer i en porøs skumpade. Ved fiberbrænderteknoogi anvendes der både kera-niisk:e og metaiske materiaer, hvorimod de porøse skumpader fremsties ude-

DG C-rapport 10 ukkende af højtemperatur keramik. Disse paneer er meget robuste og modstandsdygtige over for termiske og mekaniske påvirkninger. Endvidere er de konstrueret såedes, at der ikke forekommer tibagebrænding (fashback) i brænderen, hviket tidigere var et amindeigt probem. Support screen Vacuum-formed fibre ayer IR radiation Figur 3. Typisk IR-pane. Termisk stråing Brænderkonstruktionen kan have mange forskeige udformninger; på figur 3 er der vist et typisk IR-pane opbygget omkring en fiberbrænder. Som det er vist på figuren, sker en væsentig de af varmeovergangen ved termisk stråing (IR) fremfor konvektion. Princippet i forbrændingsprocessen er føgende: en forbandet massestrøm af uft/ gas tvinges igennem fibermateriaet Et stykke inde i fibermateriaet vi gasbandingen opnå antændesestemperaturen på grund af varmetransport imeem den "kode" brændbare gas/uft banding og de "varme" fibre. Varmetransporten sker hovedsageig ved konvektiv varmeovergang, men også ved termisk stråing. Det konvektive varme-

DG C-rapport 11 overgangsta imeem gassen og de meget tynde fibre er meget stort. Efter antændese af gassen er der en tynd forbrændingszone, hvor gas/uft-bandingens temperatur stiger på grund af reaktionsenergien, som biver frigivet ved forbrændingsprocessen. Temperaturen i reaktionsprodukterne er betydeigt højere end temperaturen af fibrene. Derfor er det nu fibrene, der modtager varme fra røggassen, som derved biver afkøet. Fammestabiisering De opvarmede fibre afgiver energi, des ved termisk stråing ti kode overfader (IR-proces, kedevæg) samt ti det meemiggende gasag, og des ved varmeedning ti de kode fibre, som igger før forbrændingszonen. Derved opstår der en igevægtstistand, hvor forbrændingszonen stabiiserer sig i de yderste miimeter af fiberpaden, og der opstår en form for "regueringssøjfe"/igevægt, hvori varmeedningen i fibrene virker som en tibagekobing. Forbrændingprincippet og varmetransmissionen i porøse skumpader er grundæggende det samme. Skumpaderne har den forde, at de kan produceres som en sandwich konstruktion, hvor de yderste ag har en betydeig højere porøsitet. Det er derved muigt at stabiisere forbrændingszonen inde i midten af paden og dermed øge IR-paneets stråingsvirkningsgrad betydeigt. Når energifrigiveseszonen er jævnt fordet i fibermateriaet, og fibrene borteder store mængder energi ved termisk stråing, vi resutatet være en tynd forbrændings-zone, hvori røggassen afkøes meget effektivt. Temperaturen vi være 600 o C ti 800 o C avere i forbrændingszonen i en fiberbrænder end i en traditione gasbæseuftbrænder. Den proces, der er skyd i dannese af kvæstofiter ved gasforbrænding, er primært styret af temperaturen - høje temperaturer giver store mængder af kvæstofoxider. Fiberbrændere giver en reduktion i mængden af kvæstofoxider på imeem 75% ti 95% i forhod ti traditionee gasbæsebrændere og atmosfæriske brændere.

DG C-rapport 12 Temperature "F "C 1830 1 000...---.----r---.----.---, 1650 900 1470 800 1290 700 _ J -L - -- - -- T - r-t----- 1 ---T--- T -r-t - -- - -- 1 1 200 400 600 800 1000 Combusian intensity (kw/m 2 ) o 50 1 00 150 200 250 300 Combusian intensity (M8tu/h.ft 2 ) Surface temperature as a tunetion of combustion intensity. Open air firing. Horizonta burner position. Excess air 5%. Figur 4. Oveifadetemperatur som funktion af indfyret effekt. Moduering IR-brænderne kan modueres, idet overfadetemperaturen og dermed ståingsintensiteten varierer med den indfyrede effekt. Figur 4, der stammer fra firmaet ACOTECH /11, viser overfadetemperaturen for en etafiberbrænder som funktion af den indfyrede effekt. Brandfare De nye overfadebrændere reagerer meget hurtig på ændringer i den indfyrede effekt, og er kun ca. 10 sek. om at nå den operative overfadetemperatur efter opstart. I figur 5, som er fra 11, er temperaturforøbet under opstart og afbrydese af et gasfyret IR-pane vist. Afkøingen af brænder sker i øbet af noge få sek., hviket er en meget vigtig sikkerhedsmæssig parameter.

DG C-rapport 13 F c 1830 1000 e :::1 J.\ heaing n; id 1470 800 a. 11 cooing E 111 o 600 a 111 't: 750 400 :::1 Gi "' 390 200 E :::1 fi 32 o o 10 20 30 o 10 20 30 Time (sec) Heating!cooing dynamic of MFB in open air Figur 5. Opvarmning og afkøing af fiberbrænder. Mange ædre gasfyrede IR -paneer er termisk tunge konstruktioner og forbev varme i ang tid efter afbrydesen. For at undgå risikoen for brand under produktionsstop var det nødvendigt at ave en mekanisk anordning, som fx fyttede paneerne væk fra papirbanen ved et ukontroeret produktionsstop. Stråingsvirkningsgrad Der har i en årrække hersket en de forvirring omkring IR -paneers stråingsvirkningsgrad både for gas- og e-baserede paneer. Derfor har fere udenandske universiteter og forskningsaboratorier gennemført måinger af forskeige kommerciee IR-paneer for at bestemme stråingsvirkningsgrader og ave sammenigninger, se fx /2, 3/. Et IR-panes stråingsvirkningsgrad er defineret som forhodet imeem den energimængde, der udsendes fra IR-paneet som termisk stråing og den totae energimængde (gas eer e), der tiføres IR-paneet. Re-

DG C-rapport 14 sutatet af disse undersøgeser viser, at den nye generation af gasfyrede IR-paneer har samme stråingsvirkningsgrader som de eektriske, og at den i midde er omkring 45%..... 60----------------------1 ------r-------- 1 t Bekitherm 40 c: 30 c:.q." 20 a: -- ----- ---- - ---- ' ------L.:. AC 200 A ' 1 0 Bekiherm - - -- -- AC 200 P1 - -------------------------- 1 ------- 10 --- - --- 1 --- --- -- - - ------- ------- :! o+------+------4-----------------4 o 100 200 300 400 500 Combusian intensity (kw/m') o 50 100 150 Combusian intens1ty (MBiu/h.f 2 ) Radiation efficiency at MFB Figur 6. Stråingsvirkningsgraden som funktion af indfyret effekt. I figur 6, som stammer fra I, er stråingvirkningsgraden for et IRpane, der er opbygget af en metafiberbrænder, vist som funktion af indfyret effekt og forskeige paceringer. Det er endvidere vist i figuren, at stråingsvirkningsgraden kan forbedres ved at pacere et fintmasket net foran brænderen. Dette gør dog IR-paneet mere termisk tungt, og nedkøingstiden biver forøget væsentigt. Denne teknik er derfor ikke egnet i en række processer pga. brandsikkerheden. Procesvirkningsgrad Den totae procesvirkningsgrad for et IR-pane defineres som forhodet imeem den energimængde, der absorberes af emnet, som ska opvarmes, samt den totae energimængde (gas eer e), der tiføres IR-paneet. I angt de feste processer vi det være muigt at opnå højere

DGC-rapport 15 procesvirkningsgrader med gasfyrede IR-paneer end ved eektriske paneer. Dette er bandt andet dokumenteret ved forsøg med papir og tekstier /2, 3/. Bøgeængdeafuæ ngighed Forkaringen på dette fænomen er, at den udsendte energi kun vi bive optaget af det bestråede emne,-hvis stråingen er i et-bøge--- --- ængdeområde, som emnet er i stand ti at absorbere. Fx vi papir, poymerer og fødevarer bedst kunne absorbere meem- og angbøge IR-stråing, mens absorptionen af kortbøge stråing, som eektriske højtemperatur amper udsender, er ringe. Stråing ved bøgeængder, som ikke kan absorberes af emnet, refekteres eer transmitteres, og energien går dermed tabt. 3.3 Indbygning i konvektionsovn hos SCAN COAT I figur 7 er der et tværsnit af IR-ovnen, som er indbygget i fronten af den eksisterende varmuftovn. Ovnen er 2,4 m høj og 1,8 m bred. Længden af IR-sektionen er 1,6 m, og den efterføgende varmuftovn, figur 2, er ca. 34 m ang. IR-sektionen har 3 rækker af stråepaneer i hver side, hvert stråepane består af 8 metafiberbrænder-eementer. Hee IR-sektionen indehoder i at 48 brænder-eementer. -!. c:: r--? '-- -- / ry / "J i 1- ""' """ rr..- p r Figur 7. Tværsnit af IR-sektion.

DG C-rapport 16 Ti hvert stråepane, figur 8, er der en gasrampe og en forbrændingsuftforsyning, som sames i en gas/uft-mixer (102), der bestemmer bandingsforhodet og dermed uftoverskudstaet. Gas/uft-bandingen fordees ved hjæp af en manifod ti de 8 fiberbrænder eementer. Effektreguering Samtige 6 stråepaneer kan sukkes og tændes separat ved hjæp af en magnetventi (203). Ae gasramperne er forsynet med nutryks gasreguatorer (202), som sammen med en motorventi på hoveduftforsyningen gør det muigt at effektreguere ae paneer, som er i funktion i forhodet 1:2. Det totae regueringsområde for IR-ovnen biver såedes 1:6, da stråepaneerne styres parvis. I biag er der vist et fow sheet for IR-boosteren med samtige komponenter samt systemtegninger. IIi Figur 8. Tegning af en af de seks rækker af stråepaneer. Endvidere er der monteret en kontakt, som tænder og sukker IRovnen ved conveyor start og stop. Des for at spare energi, og des for at undgå overophedning af eventuee emner, som befinder sig i IRsektionen under conveyor stop. Indfyret effekt Hvert stråepane har en indfyret effekt på ca. 50 kw, dvs. at IRovnen har en tota indfyret effekt på 300 kw svarende ti 220 kw/m 2

DG C-rapport 17 Varmegenvinding Paneerne med tihørende regueringsudstyr er everet af Stordy Combustion Engineering. At efter fiberbrændernes indstiing vi ca. 40-50% af den indfyrede effekt omdannes ti infrarød stråing. Resten af energien er bundet i røggassen fra forbrændingsprocessen. For at undgå et stort røgtab, er der over hvert stråepane monteret udsugningssystem,-der- øpsamer- -een--var-m }-mgga-s-qg-føre.r-den-i.nd-i-den- - --- - eksisterende ovns gasfyrede uftvarmer. Derved fader gasforbruget tisvarende på varmuftovnen, og det totae energiforbrug forbiver tinærmesesvis konstant. I forbindese med noge af forsøgene, bev temperaturen af den fortyndede røggas i udsugningssystemet måt ved forskeige beastninger: 2 IR-paneer i drift 130 C 4 IR-paneer i drift 270 C 6 IR-paneer i drift 330 C 3.4 Styrings- og sikkerhedssystem Hee IR-systemet styres fra en centra kontrotave, som indehoder hovedafbryderen, styring af forbrændingsuft-bæseren, styring af hovedgasrampe samt 6 fyringsautomater, en for hver række af stråepaneer. Opstart Ved opstart aktiveres først forbrændingsuftbæseren, og samtidig starter røggas udsugningssystemet automatisk. Operatøren kan nu indkobe IR-paneerne ved at aktivere brænderreæet Før stråepaneerne tænder, vi hovedsystemet kontroere uftmangesikringen, som er en pressostat paceret i forbrændingsuftsystemet Endvidere vi minimum- og maksimum gaspressostaterne bive kontroeret. Når denne kontro er godkendt vi hovedgasventien bive åbnet efter en vis tidsforsinkese, som bruges ti at udufte systemet ved efterføgende starter. Nu kan de indkobede IR-paneer begynde deres opstartsprocedure. Gasventien og tændeektroden aktiveres samtidigt. De ses i figur 8 som henhousvis nr. 203 og 104. Tændeektroden er paceret midt i paneet, hvor gas/uft bandingen først strømmer ud og antændes. Fammen øber derefter ud i begge ender af paneet, og efter ca. 10 ti 15 sek. har paneerne opnået deres operative overfadetemperatur på

DG C-rapport 18 850 C ti 900 C. Fammeovervågningen foregår ved hjæp af en ioniseringseektrode, som er paceret ud for det nederste brændereement, ses i figur 8 som nr. 05. Tændeektroden er aktiv i 4 sek., og fammeovervågningssystemet yderigere sek., hvorefter der ska være konstateret et stabit fammesigna, for ikke at gasventien biver afurudldelyilsige, atden samede sikkerhedstid for systemet er 5 sek. Fyringsautomaten vi i tifæde af fammefej yse rødt, og det er muigt at genstarte IR-paneet manuet ved reset af fyringsautomaten. Probemer Erfaringerne fra forsøgsperioden har vist, at systemet generet fungerer godt. Under indkøringsfasen var de væsentigste probemer korrekt positionering af ioniserings- og tændeektroderne. Afstanden imeem IR-paneerne er 150 mm og er udfydt af en 1600 mm ang rustfri ståpade, der fungerer som refektor for den indfadende stråing. I paden er der boret huer ti gennemføring af eektroderne. Under drift bev paderne reativ varme, og på grund af termisk udvidese forskubbede paden sig og dermed også eektroderne. Dette gav anedning ti drift forstyrreser og probemer ved opstart. Løsningen var en ophængt pade, der kun var fikseret i toppen, og som frit kunne ekspandere i ængderetningen uden nogen spændinger. Endvidere bev gennemføringerne ti eektroderne udvidet, såedes at paden ikke kom i kontakt med eektroderne under den termiske ekspansion. Denne øsning gjorde det muigt at ave en korrekt pacering af eektroderne under drift. Tændeektroderne er monteret såedes, at der er en kraftig gnist imeem eektroden og kanten af rammen, som omgiver meta fiberpaden. Joniseringseektroderne er bøjet 90 ind over fiberpaden, se figur 8 nr. 105. Afstanden imeem eektroden og paden ska være så stor som muigt, i praksis omkring 25 mm. Dette er nødvendigt for at undgå en kortsutning under drift, hvor fiberpaden udvider sig på grund af termisk ekspansion. Indreguering Indreguering af brænderne foregår i fere trin. Først foretages en grov indstiing udfra de data, som opgives fra everandøren. Det vi sige forbrændingsufttryk, gastryk og trykket i manifoden. Derefter kan brænderne_tændes. Nu indsties gas/uft andigfrhodet (uftoverskudstaet A) ved at justere mixeren. I første trin gøres det visuet ved at vurdere farven og dermed temperaturen af IR-paneet. Når dette er gennemført på ae 6 paneer, er det nødvendigt at finjustere ae

DG C-rapport 19 gennemført på ae 6 paneer, er det nødvendigt at finjustere ae paneer, idet trykkene i den først indstiede brænder kan have ændret sig på grund af kraftige justeringer af trykket i de efterføgende brændere. Under finjusteringen kontroeres den indfyrede effekt samt uftoverskudstaet, og eventuee justeringer foretages på mixeren. Indstiingen foretages ud fra måinger af røggassammensætnin=-=ge::-:n=-=o-=g----- overfadetemperaturen. Leverandøren anbefaer et uftoverskudsta A.= 1,2 (3,8 % 0 2 ) ti A.= 1,3 (5,2 % 0 2 ), der med en korrekt indfyret effekt giver en overfadetemperatur af paneerne på 900 C ti 870 C.

DG C-rapport 20 4 Driftsstrategi for IR-boosteren 4.1 Praktiske indkøringsprobemer Efter opstart og indreguering af IR -ovnen bev der hurtigt konstateret væsentige probemer med at få processen ti at forøbe tifredsstiende JiÆ.n dagig.e drift. Hoved robernet var at indstie effekten å stråepaneerne korrekt. I fere tifæde var emner misfarvede på grund af for høje temperaturer i IR-ovnen. I den dagige produktion varierer procesbetingeserne meget på grund af veksende godstykkese, vægt og conveyor-hastighed i de forskeige produktionsserier. Dette stiede store krav ti ovnoperatøren, som øbende skue ændre den indfyrede effekt ti IR-sektionen, og i mange tifæde bev der skønnet en at for høj effekt med misfarvning ti føge. Typiske conveyer-hastigheder på det eksisterende anæg er meter pr. minut. Beregninger viser, at det er muigt at opvarme maingen ti smetepunktet i IR-sektionen aene ved conveyer-hastigheder på 1112 meter pr. minut. 4.2 Beregninger af emnernes temperaturforøb DGC har fere andre aktiviteter i gang inden for IR-teknoogi, b.a. et stort projekt der har fået beviiget forskningsmider fra EU' s JOULE II program. Den know-how, der er opbygget igennem disse aktiviteter, har været brugt ti design og dimensionering af anægget hos SCAN COA T. Bandt andet har beregningsmodeen RAD EX, som er udviket under disse projekter, været brugt ti at dimensionere IRovnen. Samtidig har de efterføgende forsøg været brugt ti at verificere modeen. RADEX-modeen er beskrevet detajeret i /4, 7/. RADEX-modeen bev brugt ti at designe IR-ovnen og beregne procesdata. En af de vigtigste systemparametre i styringen af opvarmningsprocessen er sammenhængen imeem conveyor-hastighed og overfadetemperaturen. Figur 9 viser den beregnede overfadetemperatur for forskeige conveyor-hastigheder. I dette tifæde var massestrømmen gennem.._m.r,nen.j 162JcgLs,..og_denndfy.r.e.de_gasmængd_e 300 kw med en stråingsvirkningsgrad på 40%. Som forventet, fader udøbstemperaturen med stigende conveyor-hastighed.

DG C-rapport 21 u..._. o J,.., = J,.., J s J J '"d J,.., J ;;.. o 140 130 120 Conveyorhastighed J =,2 m/min. 181 U= 3m/min. 110 -- o---- g- u= rn /mir. b. U =!i m/min. 90 80 70 60 50 40 30 20---L -100-50 o 50 100 X= O [cm] : Indøb af IR-ovn Figur 9. Beregnede temperaturprofier i IR-sektion som funktion af conveyor-hastighed. 4.3 Sammenigning af måte og beregnede data Figur 10 viser to forsøg med en 2,18 kg tung og 4 mm tyk auminiumspade, som er paceret og fasthodt midt i IR-sektionen. I det ene tifæde er paden maet sort, og i det andet tifæde er det en bank auminiumspade. Opvarmningsprofien iustrerer tydeigt indfydesen af overfadens stråingsegenskaber. Den sorte fade absorberer stråingen godt og opnår en igevægtstemperatur på 380 C i øbet af 7-8 minutter. Hvorimod den banke auminiumspade er en god refektor. Efter 14 minutter er temperaturen kun 140 C og stadigvæk stigende imod igevægtstemperaturen. I det samme diagram vises de beregnede temperaturprofier med RADEX, og der er en udmærket overensstemmese imeem måinger og beregninger.

DG C-rapport 22 u 400 350... o 300 = 25_Q s 200 ISO "'C t: 100 7 1" t > j o so "' & v --... r\ Overfade egenskaber for auminium pade. -tr- Sort puver - Absorber -o- Bank auminium -Refektor -RADEX o o 100 200 300 400 500 600 700 800 900 Opvarmningstid [sek.] Figur 10. Sammenigning imeem måinger og beregninger. I ovennævnte forsøg var conveyor-systemet stoppet, og paden paceret i midten af IR-sektionen.,..., u... o :s Qj s Qj... Qj "'C = Qj > o 180 160 140 120 100 80 60 40 f-- r Forsøgs betingeser: Sort A Pade 2.18 kg 1111 - Hastighed 1.85 m/min. Indfyret effekt 267 kw 1--- T IR-Paneer 890 oc.- -... / / /.!" v Kurve symboer: -o- Måinger 1- -RADEX 20-1500 -1000-500 o 500 1000 1500 2000 2500 Pade position X [mm] X = O mm : Indøb af IR-ovn. Figur 11. Temperatuiforøbet igennem IR-sektionen.

DGC-rapport 23 I figur 11 er der vist et måt og beregnet temperaturprofi, når paden bevæger sig igennem IR-sektionen med en conveyor-hastighed på 1,85 m/ min. Sutningen af IR-ovnen svarer ti X= 1200 mm, hvorefter paden bevæger sig ind i uftsusen. På dette punkt er overfadetemperaturen nået op på 20 C, såedes at puveret er smetet. Endvidere ------==--------- kan det ses, at paden a soroerer energiime før og e fer IR-se nonen. Opvarmningshastigheden kan kontroeres ved at tænde/sukke stråepaneerne parvis, og eventuet ændre den indfyrede effekt. IR-P(1,0,1) indikerer, at det midterste par af stråepaneer er sukket, og de to yderste par er tændte. Effekten er vist i figur 12, hvor temperaturprofien igennem IR-sektionen er vist for forskeige stråepanekonfigurationer. I dette tifæde er conveyor-hastigheden 1,5 m/min, og en tistrækkeig udøbstemperatur kan opnås ved at sukke det midterste par af stråepaneerne. 160----------------,---------.--------- IR-pane konfiguration T' :IR;P(O,,O) Q.g=43kW Q 181 2:1R-P(1,0,1) Q.g=84kW 3:1R-P(I,,J) Q.g=34kWI-I-- - ----t-- - "7""'". i --1 ol-_j -100-50 o 50 100 X= O [cm]: Indøb af IR-ovn Figur 12. Fifeareguering af IR-sektionen.

DG C-rapport 24 4.4 Data ti processtyring af IR-boosteren For at øse probemet med overophedning og misfarvning, bev det besuttet at ave noge simpe diagrammer, som ovnoperatøren kunne bruge ti at indstie den indfyrede effekt. Endvidere besuttede man, at effektregueringen kun skue foregå ved at tænde og sukke stråepa- ===================.- e tændte stråepaneer. Dette bev gjort for at forenke proceduren mest muig. Med baggrund i de beregninger, som er vist i figur 11 og 12, bev der avet et parameterstudium med RADEX-modeen, og resutatet er vist i figur 13. 8 7,... E 6 E... Q) m Q) z. Q) 5 4 r:: E 3 w i!::.j 2. 0.5 1.5 2 2.5 Conveyerhastighed [m/min] 3 Figur 13. Diagram ti procesreguering. Ved norma drift er de typiske procesparametre, som er kendte, emnets tykkese og conveyor-hastigheden, der er bestemt af puve_rtypen og kapaciteten i maekabinen. Med disse to parametre kan operatøren bestemme et punkt i diagrammet og dermed antaet af stråepaneer, som ska være i funktion uden risiko for overophedning af

DG C-rapport 25 puveret. Det sorte område i det nederste venstre hjørne indikerer procesbetingeser, hvor ae stråepaneerne ska være sukkede for at undgå overophedning. Diagrammet, der er vist i figur 13, er for kuørt puver. Et tisvarende diagram bev avet for hvidt puver, der er en god refektor og dermed dårigere ti at optage energien. Der -=====btw=i4itjavet=b.d iagrammei=foi=auminium somxe -LtypiskJnateri.Ct:-=- e i produktionen. Beregningerne er avet for pader. I tifæde af proftemner kan operatøren gange den karakteristiske emnetykkese med 2 og anvende diagrammer på sædvanig vis:

DGC-rapport 26 5 Forsøg og resutater 5.1 Opvarmningsforøb af emner DGC har måt temperaturforøbet for en række testpader ved for- Figur 14 og 15 viser padetemperaturens variation gennem IR-boosteren. Konvektionsovnen er sukket ved disse forsøg, så temperaturen fader ud ved afsutningen af IR-sektionen (position = 1,6 m) i stedet for at fortsætte stigningen. Forsøgene er udført med kuørt puver på 4 mm auminiumspader, som vejer 2,18 kg. Udgangstemperaturen stiger med antaet af tændte IR-paneer og fader med båndhastigheden. 180.0 ScanCoat- Line speed 1.30 [m/min] u <U =... ""' <U ""' e <U...... =... Ø-c 160.0 140.0 120.0 100.0 80.0 60.0 40.0 20.0 IR-Burner Configuration + :IR-P(O,,O) -+- :IR-P(I,O,) J:IR-P(I,I,I) 0.0 o 10-1.4-1.2 ' ' ' ' 1 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 Tie,sec.!. 1-1 -0.6-0.2 0.2 0.6 1.4-0.8 0.4 o 0.4 0.8 1.2 1.6 2 Sampe position reated to inet of IR-sectiom m] 1.8 _ Eigur_L4._M.åte_oJ_vammJngs]2r.oji}e.r_ v4 cp_nvey! -hastighe!j!'!, 30 mmin.

DG C-rapport 27 120 1... 100 u e... QJ o-o... = o-o QJ e QJ......... c 90 80 70 ' 60 50 40 ScanCoat- Line speed 2.14 [m/min] IR-Burner Configuration -+- I:IR-P(O,I,O) --+-- 2:1R-P(I,O,I) :IR-P(I,I,I) ---21.85 30 20 o 10-1.4-1 -1.2 20 30 40 50 60 70 BO 90 100 110 120 j Time J ec. 1 ), ' -0.6-0.2 0.2 0.6 1.4 1.8 2.2 2.6-0.8-0.4 o 0.4 0.8 1.2 1.6 2 2.4 Sampe position reated to inet of IR-sectiom )m J Figur 15. Måte opvarmningsprofier i IR-sektion ved conveyor-hastigheden 2,14 mmin. Ti måingerne af forøbet gennem hee hærdeovnen er benyttet ideaine's måeudstyr, som anvendes af firmaets teknikere ti indreguering og eftersyn af de idriftsatte ovne. En termoføer monteres i et hu i det undersøgte emne og tisuttes en dataopsamingsenhed. Der vi ikke være nogen forske af betydning meem den måte temperatur og overfadetemperaturen, da Bi«for paden (Bi er forhodet meem den indre termiske edningsmodstand og den konvektive eer ydre termiske edningsmodstand). En uftføer ti registrering af ovnufttemperaturen paceres nær den ophængte pade og tisuttes igeedes dataopsamingsenheden. Seve dataopsamingsenheden beskyttes mod varmepåvirkning i en isoerende boks, som ophænges i nærheden af ------------t,ermoføerne.-testpaden-hænges op på.-en gondolved...siden alde. øvrige emner og køres sammen med disse gennem maekabinen. Termoføeren monteres efter maekabinen.

DG C-rapport 28 Dataregistreringen startes automatisk, når temperaturen på en af føerne når en vis grænse. Udstyret opsamer og agrer de måte størreser i en periode inden dette tidspunkt. Forsøg og beregninger viser, at når IR-paneerne er tændt, starter emneopvarmningen pga. udstråingen, aerede inden emnerne kommer ind i IR-sektionen. Dette er også i mindre grad tifædet ved ren konvektion, da uften foran ovnen i ae tifæde er varm. Da måingerne startes ved en given temperatur, svarer de måte tider atså ti forskeige positioner. Ved forsøgene er noteret, hvomår paden bevæger sig ind i ovnen. Måeresutaterne kan såedes modificeres, så tidsforøbet fra denne position benyttes som fæes tidsangivese. Dette er dog ikke en brugbar fremgangsmåde, idet måingerne uden tændte IR-paneer vi have en kunstigt stor tidsforsinkese, da paden først ska passere den inaktiveir-booster samt uftsusen. Som føge heraf, er de originae data benyttet, og ved sammenigningen af måingerne i det føgende burde de måte tider med IRpaneer derfor være korrigeret med en (ukendt) negativ værdi. Resutatet er, at reduktionen i opvarmningstiden ved at bruge IR-paneer undervurderes. Der er med andre ord tae om en konservativ vurdering. Når testpaden og boksen har passeret IR-sektion og konvektionsovn, afmonteres udstyret, og måingen standses ved at afbryde forbindesen fra føerne ti dataopsamingsenheden. Denne tisuttes derefter en udskrivningsenhed, som printer de måte temperaturforøb ud. Antaet af anvendeige måinger er bevet begrænset pga. probemer med måeudstyret og udskrivningsenheden. Der er foretaget måinger på auminiumspader med vægt og tykkese på henhodsvis 2,18 kg og 4 mm. Det har ikke i ae tifæde været muigt at udføre måingerne under ensartede driftsbetingeser, da disse er styret af produktionen.

DG C-rapport 29 or",.h of TEt1PEAATVRe (O ABANS'T THE. (MNS;SEts> 208 Ovnuft 25 30 Figur 16. Temperaturforøb for testpade gennem ovn. Hvidt puver, Vbdnd = 2, 7 mmin. (0, O, 0). Figur 16 viser et temperaturforøb for testpaden med sukkede IRpaneer. Opvarmningen af paden starter aerede inden ovnen (efter ca. 4,5 min.), og nedkøingen begynder også før paden når den yderste kant, idet paden passerer uftsusen for enden af ovnen. Når paden er ude af ovnen, køes den ned ti omgivesernes temperatur. Temperaturkurven knækker på det tidspunkt, hvor termoføeren tages ud af paden. Padetemperaturen når kun ige op på 200 C, inden den kører ud af ovnen. Der er atså i dette tifæde ikke nogen hærdetid for maingen. Hærdetiden er den tid, som paden ska fasthodes ved på hærdetemperaturen for at opnå en fudstændig hærdning. Hærdetiden er typisk ca. 10 min. og afuænger af ovntemperatur samt puvertype. Den måte ufttemperatur stiger ned gennem ovnen med et enket udsving, hvor paden passerer en brænder.

DG C-rapport 30 Figur 17 viser en måing med samme puver og omtrent samme conveyer-hastighed, men i dette tifæde er 4 af de 6 IR-paneer tændte. ORA DF TEERATURE {C sainsf TJHE (MNSSECS) i 't""' ' 1 25 Figur 17. Temperatuforøb for testpade. Hvidt puver, Vbånti = 2,6 mmin. 4 af 6 IR-paneer er tændte (, O, 1). Pga. IR-boosteren stiger padetemperaturen hurtigt i starten, hvorefter resten af opvarmningsforøbet sker ved konvektion som i figur 16. Med conveyer-hastigheden 2,6 m/min. ophoder paden sig kun ca. 30-40 sek. i den 1,6 m ange IR-sektion. Ved sammenigning med figur 16 ses, at IR-boosteren har medført, at paden nu får en vis hærdetid. Hærdetiden er at for ie, fordi forsøgene er udført ved produktion af mindre emner, som opvarmes hurtigere end testpaden, og dermed opnår tistrækkeig hærdetid. I figur 18 ses en måing med 6 tændte IR-paneer, avere conveyerhastighed og en anden hvid farve. I dette tifæde får paden en passende hærdetid på ca. 10 min.

DG C-rapport 31 arafh OF TEM!='RAT 1 JRE C) -"131\'T TIME NIN9SE'CS) -Tj Ovnuft \ r',ti jv" j i i ' ' ' ' ' J J j.. / Pade 8 t i ' i J c i i i 1P.J t '5 113 25 Figur 18. Temperatuforøb for testpade. Hvidt puver, Vbånd =, 7 mmin. 6 tændte IR-paneer (1,, 1). 5.2 Produktionshastighed Anvendesen af IR-paneer forkorter tiden, der går ti at smete puveret og opvarme det ti hærdetemperaturen. Derefter ska paden ophodes ved denne temperatur i den påkrævede hærdeperiode. Ved at nedsætte opvarmningstiden kan produktionshastigheden øges ti et nyt niveau, som begrænses af kravet ti hærdetiden. Hvis man under givne produktionsforhod tænder for IR-sektionen uden at ændre conveyerhastigheden, fås en hurtigere opvarmning ti hærdetemperaturen og dermed en ængere hærdeperiode. Ved at øge conveyerhastigheden, nedsættes emnernes ophodstid i såve IR-sektionen som i konvektionsovnen. Begge dee nedsætter hærdeperioden, da den kortere ophodstid i IR -boosteren mindsker den opnåede forvarmning i denne, se figur 9, hviket øger den nødvendige opvarmningstid i konvektionsovnen.

DG C-rapport 32 Den maksimae bånd-hastighed for en pade ved en given puverkuør og effekt i IR-sektionen kan findes ved at ave en række forsøg, hvor hastigheden øges, indti padens overfadekvaitet er for dårig. Dette kan dog ikke ade sig gøre i praksis af hensyn ti produktionen på SCAN COAT, hvor emnestørrese, produktionshastighed osv. hee tiden varierer. En praktisk metode ti at vurdere de muige kapacitetsforøgeser er at opstie et beregningsudtryk Ved at anaysere padens temperaturforøb i måingen uden tændte IRpaneer, kan den konvektive opvarmningsprofi bestemmes. Forskeen meem padetemperaturen og ovnufttemperaturen aftager eksponentiet med tiden med en tidskonstant, som afhænger af padestørresen, dvs. T = T - (T - T ' e -w (1-1.) pade ovn ovn o hvor Tovn er ovnufttemperaturen, To er padetemperaturen efter IR-sektionen, og t-to er tiden fra paden forod IR-sektionen. er tidskonstanten for varmeoverførsen: w w= h er det konvektive varmeovergangsta, mens A, M og CP er henhodsvis overfadearea, masse og varmekapacitet for paden. Padens principiee temperaturforøb er iustreret i figur 19.

DG C-rapport 33 20 o 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Tid [min] Figur 19. Principiet opvarmningsforøb. Med kendskab ti w kan opvarmningstiden beregnes som funktion af padens temperatur T 0, når den kører ind i konvektionsovnen. T, 0 som er den temperatur paden opnår i IR-boosteren, er fundet for kuørt puver ved forsøg med testpader, se figur 14 og 15, som funktion af conveyer-hastigheden: ved en padetemperatur på 25 C inden opvarmning og ae IR-paneer tændt. Ud fra den beregnede opvarmningstid, ovnængde og conveyer-hastigheden kan den resterende tid ti hærdning beregnes. Sådanne beregninger er vist i figur 20 med henhodsvis O og 6 tændte IR-paneer. Ved beregningerne uden IR-paneer er indgangstemperaturen ti konvektionsovn en sat ti 25 o C.

DG C-rapport 34 20.------.------------------------------ 15 ----fr- 6 IR-paneer -- --- i i _.. _.! "r-- - r --..---- - ---.. - - -----r--- 1,---+-- -t---- -+---1-... o -L-L 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 v bånd [m/min] Figur 20. Beregnede hærdetider med henhodsvis O og 6 tændte IRpaneer. Den maksimae conveyer-hastighed øges fra 1,25 m/min. uden IRpaneer ti 1,63 m/ min., når ae 6 IR-paneer er tændt. Dette svarer ti en forøgese i produktionskapaciteten på 31 % for denne type pader. 5.3 Energiforbrug En væsentig de af energiforbruget ti tørreovnen tabes ved varmeafgivese ti omgiveserne samt ventiationstab, da der suges store mængder uft ud fra ovnen. Disse tabskider er praktisk taget uafhængige af produktionen. En forøgese af produktionshastigheden nedsætter derfor energitabet pr. produceret enhed og dermed det totae energiforbrug pr. produceret enhed. Det totae energiforbrug indehoder ud over de nævnte tabskider opvarmning af emner, conveyer og gondoer.

DG C-rapport 35 For at vurdere størresesordenen af de nævnte tabskider, er energibaancen for ovnen uden IR-paneer anayseret ud fra måinger d. 27.10. 1994. I perioden 12.06-12.44 er der afæst et gasforbrug på 18,6 m 3 n svarende ti en indfyret effekt på 320 kw. Emne: Farve: Vægt: Anta emner/gondo: Vægt/gondo: Båndhastighed: Længde/ gondo ink. meemrum: it : Gondo vægt: Conveyervægt: Au-pade med bukket kant RAL 6021 (grøn) 6,6 kg 5 33 kg 1,4 m/min 8m ca. 200 C-25 C = 175 C ca. 60-70 kg ca. 12 kg/m Effektforbrug ti emneopvannning: Massefow = 33 ; 4 kg/min = 5,78 kg/min. 5 78 Q = rh C It == =-'- kg/s 930 JkgK 175K = 16 kw emner emner p,emner 60 Effektforbrug ti opvarmning af gondo: 65 Q. - rh C It -. 1 4 kg/s 510 JkgK 175K == 17 kw gon gon p,gon 8. 60 Effektforbrug ti opvarmning af conveyer: Qcon == rhcon Cp,con it = 12. 4 ' kg/ s 510 JkgK 175K = 25 kw 60 Idea-Line skønner, at overfadetabet, Q 0 T, fra ovnen er ca. 350-550 W/m 2 Ydre area = 2 (h+b) L =:: 2 (2,8 + 2,0) 34m 2 = 326m 2

DG C-rapport 36 Det vi sige Q 0 T = 114-180 kw. Resten af energiforbruget skydes ventiationstab. Oversigt kw % Opvarmning af emner 16 5 Opvarmning af gondo 17 5 Opvarmning af conveyer 25 8 Overfadetab 114-180 36-56 Ventiationstab 82-148 26-46 Sum 320 100 Tabe 2. Energiforbrug for tørreovn uden IR-paneer. Med udgangspunkt i tabe 2 beregnes energibesparesen ved den muige produktionsforøgese, som bev bestemt i afsnit 5.2. Det ses, at de ovennævnte tabskider (overfade- og ventiationstab) udgør 82% af det totae energiforbrug, dvs. det produktionsafuængige forbrug udgør 18%. Overfade- og ventiationstabet antages at være konstant ved produktionsforøgesen, og hvis denne er 31%, biver det nye energiforbrug pr. produceret enhed i forhod ti det oprindeige: (1,31. 0,18 + 0,82 )/1,31 = 0,80. Ved en produktionsforøgese på 31% reduceres energiforbruget pr. produceret enhed atså med 20%. Generet fås, ved en produktionsforøgese på x %, en energibesparese på: x 82. ----:--- %. 100 +x

DG C-rapport 37 I beregningerne ovenfor er det antaget, at produktionen er optimeret både før og efter produktionsforøgesen, dvs. emnerne forader ovnen netop i det øjebik, hvor hærdeperioden er overstået. På grund af IR-brænderne er ovnens samede instaerede effekt øget væsentigt, og ovnen er derfor angt hurtigere operationskar ved opstart end før IR-boosteren bev monteret. Dette medfører også en energibesparese, da "tomgangstabet" i forbindese med, at ovnen startes op, reduceres. 5.4 Overfadekvaitet Den hurtige emneopvarmning som opnås ved anvendese af IR-booster, forventes at have en positiv effekt på overfadekvaiteten af de akerede emner. SCAN COAT's umiddebare vurdering er da også, at der generet kan opnås mere gatte overfader, når IR-boosteren anvendes. For at vurdere effekten mere objektivt, er der foretaget egentige måinger af overfadekvaiteten. SCAN COAT har gennemført en række tests for at vurdere effekten på emnernes overfadekvaitet/finish ved at anvende IR-booster. Forsøgene er udført med og uden IR-boosteren tændt med føgende parametre: Padetykkeser: 2/6 mm; kuører: sort/hvid; materiaer: auminium/stå. Efter akeringen er der foretaget en sammenignende kvaitetsvurdering af DTI Pastteknoogi, Sek. for Overfadeteknik. Der er måt føgende: Lagtykkese, gans, kuør, hvidheds- og guningsindex, sagfasthed og ruhed. Hovedresutaterne fremgår af biag 2. Måingerne viste, at der ikke er markant forske på ruheden, hvadenten emnerne er forvarmet med IR-boosteren, eer udeukkende er hærdet i konvektionsovnen. Der er derimod opnået en bedre hærdning, når IR-boosteren er anvendt. På baggrund af undersøgeserne konkuderes det, at ovntemperatur, ovntid samt IR-forvarmning ikke har været optimeret i forhod ti padetykkeserne. Årsagen er, at forsøgene er udført i forbindese med produktionen, hvorfor driftparametrene ikke er tipasset prøvepaderne. Det kan derfor ikke på grundag af de udførte forsøg fastsås, i hviken udstrækning anvendesen af en IR-booster vi kunne øge kvaiteten b.a. mht. puverfimens

DG C-rapport 38 fydning og fimdannese. Det er dog DTI's erfaring, at ved optima udnyttese af IR-buosteren vi der kunne opnås en væsentigt bedre fmish samt en øget sagfasthed.

DG C-rapport 39 6 Investering og driftsøkonomi 6.1 Gasfyret IR-system Udgifterne ti den instaeredeir-booster er vist i tabe 3: kr. Hardwarepris: IR-system 245.000 IR-ovn 100.000 I at 345.000 Tabe 3. Pris for instaeret IR-booster. Hovedparten af hardware-beøbet, nemig 67%, udgøres af udgifterne ti IR-paneer, manifods, mixere og eektroder. Ca. 13% af beøbet er gået ti gasramper, uftsystem og bæser, mens styre- og kontrotaven står for ca. 20% af udgifterne. Udgifterne ti IR-ovnen fordeer sig igeigt på henhodsvis ovnkonstruktion og montage. Med en instaeret effekt på 300 kw er prisen 1150 kr./kw. Energiprisen er i det aktuee tifæde ca. O, 12 kr./kwh. I modsætning ti rene IR-processer udnyttes røggassernes varmeindhod, idet røgen edes ind i konvektionsovnen. 6.2 Eektrisk IR-system Totaprisen for en eektrisk IR-booster er af everandører ansået ti ca. 1200-2500 kr./kw for et typisk anæg med en effekt på 120-280 kw. NESA ansår en vejedende pris ti ca. 3000-4000 kr./kw. Der er såedes stor variation i de ansåede priser omkring gennemsnittet på ca. 2400 kr./kw. Energiprisen for eektriciteten er ca. 0,38 kr./kwh. 6.3 Sammenigning, gas vs. e De gasfyrede IR-paneer står stærkt i konkurrenceforhodet over for eektriske IR-paneer, hvad angår driftsudgifter ti energi. Typisk er

DG C-rapport 40 prisen pr. kwh tre gange dyre for eektricitet end for naturgas, og hvis man antager, at totavirkningsgraden er den samme for begge typer af IR-paneer, vi driftsudgifterne ti energi for et gasfyret system være ca. en tredjede af udgifterne ti et eektrisk anæg. Det er vanskeigt at give noge generee prissammenigninger, og anægsinvesteringen må bedømmes i hvert enket tifæde. Føgende overordnede sammenhæng kan dog gives; for små anæg ( kw ti 50 kw) uden reguering vi et eektrisk IR-system være biigst at anskaffe. For meemstore anæg (50 kw ti 100 kw) er priserne i samme størresesorden. For store anæg (100 kw ti 1000 kw) er et gasbaseret IR-system biigst. Det er speciet transformeren ti de eektriske anæg, der er en dyr komponent, hviket gør det biigere at investere i et system, der er baseret på naturgas. V ed sammenigning af kapitaomkostningerne for de to typer anæg er foruden investeringen også evetiden reevant. V ed puverakering og andre processer, hvor der kan være støv i uften, kan e-fyrede IRpaneers evetid nedsættes markant. Det skydes, at puver og støv sætter sig fast og smeter på paneerne. Med gasfyrede paneer hoder den udstrømmende røggas evt. puver/støv væk fra paneernes overfade, hvorved disse probemer undgås. Beægninger på IR-paneerne nedsætter endvidere stråevirkningsgraden. Da investeringen er mindre, og evetiden er ængere for et gasfyret anæg sammenignet med et e-anæg, er kapitaomkostningerne derfor avere for gasfyrede anæg i denne størrese. Af afsnit 6.1 og 6.2 fremgår det, at e koster over 3 gange så meget som gas pr. kwh, og da totavirkningsgraden skønnes at være sammenigneige for den betragtede anægstype, er energiudgifterne ved anvendese af gas atså også kun ca. 113 af omkostningen ved et tisvarende e-anæg. På baggrund af ovenstående kan det derfor konkuderes, at for anæg, som er sammenigneige med SCAN COAT's, er det økonomisk fordeagtigt at anvende gasfyrede IR-boostere frem for e-boostere.

DGC-rapport 41 Referencer. ACOTECH,-Radation characteristics uf Læ Meta Fibre Burner. Doc 09/01 200193. Begium, 1993. 2. Person. P. Papperstorkning med gas-ir. Sammenfatning avettanta FUD-projekt. Rapport SGC 025, September 1992. 3. Yetman. M. E. Evauation of Infrared Generators. Internationa Gas Research Conference, vo II, p. 2401, Orando, U.S.A., 1992. 4. Madsen. O. H. et a.infrared Fux Matching for Improved Radiant Heating. Internationa Gas Research Conference, vo II, p. 2025, Orando, U.S.A., 1992. 5. Gas-fueed Infrared Heaters, Natura gas and the Textie Industry. Gas de France, 1987. 6. Ruiz. R. et a. Enhanced Infrared Burner System. Internationa Gas Research Conference, vo II, p. 2410, Orando, U.S.A., 1992. 7. Madsen O. H.; Numerica modeing of infrared heating processes, 3rd european conference on industria furnaces and boiers, IN FDB, 18-21 Apri 1995, Lisbon, Portuga.

DGC-Biag 1 Fowsheet for IR-booster

O 110 o IO IO CO. 302 J. 302.

307 Nm3/hr 35 mbor y A 403 3" i i i i 103/1 NATURAL GAS 31 Nm3/hr 100 mbar r 1 2 J i. DAUM FLOWSHEET MFE 2015 iw.o.g:t ' ID.t:77J...U.II. DANISH GAS TECHNOLOGY CENTER HøRSHOLM DENMARK BEARB. RN GEPR. DA U M 09-03-94 BLATT 1 AUS A3-94.135-1

Ui N a:> N u SNIT IR-SEKTION.._ L-. o o N a:>- r-- JL r --/ v - f IR-PANELER.. "'r- ' 1i t f! ;! 1 J 1 1... "' m o N m o N m o N m o N - m o ' N m o "J m o N v ' ;:d : 2000 HORISONT ALSNIT NY SEKTION g L "'..., L s; rnj 9()7 - r--- Wc::!b - c:= b - L -,M t 3U2 T 3U2 i-61-.: r- i r-1-- --1--- 536 s t- r - AFSUG!R-R0R --.., h-=; - :=? - :=?, :.._ 900 - SLUSEKANAL _ ---=-USERIST - J SLUSEKANAL 73!! 9.,., i H <- ' -- ----- 927

J C 11 TOP NY SEKTION HORISONT ALSNIT NY SEKTION o N 536.5 963 5 i : i -- 11 1!1 h h h! T L -1 -' t-. -i!- i - -,- - 1----------i fl--_, LI,...-./ "' 7 - f--------------1 / ; AFSUG IR-RØR y i- I - -. - ' ' \-LJ------riW.,I----;1 SLUSECIRKULA TOR 1- -r Jd. -JJ.. 2000 o Li JT) o JT) o f1 JT) - _,.J - c:: - "" b,... \wj- m t m T '' 1- :---- - 907 f-- 900 ---- --- SLUSEKANAL SLUSERIST ---, - ---- - - --- --- - - 536 5 - - r - AFsUG IR-WR - j - 'i? - c;;;? -?r E 927, ' -{t SLUSEKANAL 927 - -- - ----- - - -

DGC-Biag 2 Kvaitetsvurdering/Dansk Teknoogisk Institut

C:\ETA\SBE\GASTE-O.BRV DTI Dansk Gasteknisk Center a/ s Att. : Oe H. Madsen Naturgassens Hus Dr. Neergaards Vej 5A 2970 Hørshom Demonstrationsprojekt. N-gasopvarmet IR-Booster. r.. -- -- 1995.09.21 sbe-mn/eta 320-53489/60 --.......... " -- -----..... - --- -: - -... f"\,... L....-.. -. i 'J ;:, J - ---. 1!1 i........ :. ---- --.._-.............. ---.: - - - ---- ; -- - '-- - - ---- '" - - -.. :, Efter aftae har Dansk Teknoogisk Institut gennemført en sammenignende kvaitetsvurdering af puverakerede prøveemner, hærdet henhodsvis med og uden anvendese af IR-Booster. Modtagne prøveemner Underagsmateriae: Stå og auminium Forbehanding: Stå: Zinkfosfatering Auminium: Chromatering Emnetykkese: 2 og 6 mm Hærdet i ovn: Top, midt og bund Hærdemetode: Konvektionsovn og IR+ konvektionsovn Behanding: I sort og hvid kuør Hærdebetingeser, herunder tid og temperatur er ikke opyst. Opyst behanding SORT BEHANDLING Type: Poyester, PE-F kvaitet Gans: 30 ± 7 Sagfasthed: 0,46 kg m ved fimagtykkese på 50-60 -tm Dansk Teknoogisk Institut Gregersensvej Postboks 141 DK-2630 Taastrup Teefon 43 50 43 50 Teefax 43 50 72 50 Giro 4 65 65 63 Teknoogiparken DK-8000 Århus C Teefon 89 43 89 43 Teefax 89 43 89 89 Giro 4 65 65 63

2. HVID BEHANDLING Type: Poyester, PE-F kvaitet Gans: 77 ± 7 Sagfasthed: 0,46 kg m ved fimagtykkese på 50-60 -tm Gennemførte undersøgeser ISO 2808:1991 ISO 2813:1994 DS/ISO 7724:1986 ASTM E 313-73 (1987) ISO 6272:1993 DS/ISO 4287:1986 Måing af agtykkese Måing af gans, 60 vinke Måing af kuør Hvidheds- og guningsindex Sagfasthed R uh ed Resutater Detairesutater fremgår af vedagte biag ti 4 Kommentarer ti de opnåede resutater Generet er der ikke forske på den opnåede kvaitet, hvad enten emnerne er hærdet i ovn: Top, midt eer bund. De måte agtykkeser svinger meget fra emne ti emne, men de opnåede resutater kan ikke reateres ti forskee i agtykkeseme. På de hvide emner er der udregnet hvidheds- og guningsindex, og resutatet er stort set ens for samtige emner.

3. Resutatoversigt, gennemsnitsværdier Sorte emner Hvide emner Sagfasthed, Sagfasthed, Emnetyk- Gans bagside Gans bagside Underag kese, mm (23-37) Ruhed, R. 0,36 kg m (70-84) Ruhed, R. 0,36 kg m K IR+K K IR+K K IR+K K IR+K K IR+K K IR+K Stå 2 29 29 0,8 0,8 80 82 0,2 0,3 6 72 60 0,5 0,5 91 57 0,2 0,3 Aurni- 2 32 33 0,7 0,6 81 80 0,2 0,2 nium 6 32 27 1,0 0,8 63 75 0,3 0,1 + + K: Konvektionsovn IR+ K: IR+ konvektionsovn Sagprøve: + = Karer testen uden revner = Karer ikke testen, der observeres revner Af resutaterne fremgår det, at gansen er uden for det specificerede på 6 mm ståpade i såve sort som hvid kuør. Endvidere er gansen uden for det specificerede på 6 mm auminium i hvid kuør, hærdet i konvektionsovn. Generet er der sket en mangefud hærdning på emner i 6 mm tykkese. Der er ikke markant forske på ruheden, hvadenten emnerne er hærdet i konvektionsovn eer IR+ konvektionsovn. Den hvide behanding har en mindre ru overfade end den sorte behanding, men forskeen i ruhed kan med stor sandsynighed henføres ti forskee i de fimdannende egenskaber for de respektive puvermateriaer. Såve sorte som hvide emner kan på forsiden kare en sagenergi på O, 73 kg m. På bagsiden kan sorte emner ikke kare en sagenergi på O, 18 kg m, mens hvide emner kan kare en sagenergi på O, 73 kg m, når de er hærdet ved IR+ konvektionsovn. Bagsider på hvide emner kan ikke kare en sagenergi på 0,36 kg m, når de er hærdet i konvektionsovn. Konkusion Ud fra resutatet af undersøgeserne kan vi konkudere føgende: Ved fremstiing af prøvepaderne har hverken ovntemperatur hhv. ovntid samt IRforvarmningen været optimeret i forhod ti aktuee padetykkeser. Ved både konvektionshærdning og ved IR-konvektion udviste de 6 mm sorte emner en højere gans end specificeret af puvereverandøren, hviket er sikkert tegn på, at puvermaingen er mangefudt udhærdet.

4. Ligeedes viser de 2 mm prøvepader generet mangefud sagfasthed vurderet på bagsider. Hvide emner hærdet ved IR + konvektion karer det specificerede krav både på for- og bagsider. På grundag af den mangefude optimering af hærdeparametrene er det ikke muigt ; fastså, i hviken udstrækning anvendesen af en IR-booster vi kunne øge kvaitete0 b.a. mht. puverfimens fydning og fimdannese. Det er dog vor erfaring, at udnyttes en IR-booster optimat, vi der kunne opnås en væsentigt bedre finish mht. fimdannese samt en øget sagfasthed, end der normat kan opnås i en traditione konvektionsovn. Vi drøfter gerne de opnåede resutater nærmere. Med venig hisen DTI Pastteknoogi Sek. for Overfadeteknik nd Ingeniør Teefon: 43 50 42 44 (direkte) Teefax: 43 50 72 23 UM!f/Å1M-t, M(n Nissen Akademiingeniør Teefon: 43 50 42 44 (direkte)