CN118076850A - 用于制造金属罐的生产系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于制造金属罐(3)的生产系统(1)，包括用于利用热能和/或电能来制造罐(3)的生产系统(2)和用于产生电能和热能的能量产生装置(4)，其中制造系统(2)热耦接和电耦接到能量产生装置(4)，以向制造系统(2)提供热能(14、46)和电能(30)，从而提高制造系统的效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于制造金属罐的生产系统和方法。
背景技术
用于制造金属罐的生产系统基本上是已知的。通常，这种生产系统包括顺序地布置在一条生产线中的多个制造装置。例如，在一条生产线中布置有用于罐体成型的罐成型装置、用于涂覆罐的印刷装置、用于干燥外涂层的销钉炉、内部涂料器、罐内干燥器(也被称为IBO)以及多个清洁装置和用于干燥包含清洁流体的罐的干燥装置。
此外，这种生产系统可以具有用于对所产生的溶剂进行热转化的废气净化单元，该废气净化单元也被称为蓄热式热氧化器或简称为RTO。废气净化单元的过程温度约为900℃。如果废气净化单元包括催化器，则过程温度约为500℃。此外，进入废气净化单元的过程流体可以被预浓缩，使得废气净化单元中的过程可以是自动保持的，即无需额外的外部加热。
这种生产系统需要使用大量的热能和电能。例如，罐涂层在约200℃的温度下干燥。此外，在清洁装置中使用温度约为60-80℃的清洁流体，或者还在罐成型装置中使用温度为80℃的油。废气净化单元中的温度将达到500-900℃。
为了设定所使用流体的高温，通常使用燃气燃烧器，该燃气燃烧器通常会排放CO2。加热盘管可用于设定所使用流体的更低温度。此外，生产系统内的大量驱动器需要电能。
通常，热能消耗基本上对应于电能消耗。特别是考虑到全球主要由煤炭和石油产生的目前可用能源，这种生产系统的CO2平衡是不够的。还应考虑到这种生产系统的效率较低，例如约为30％。
工业界和政治界都要求提高罐制造的能效。特别地，目标是减少并在必要时避免CO2排放。此外，由于能源成本不断增加，期望的是进一步减少能源消耗，以降低金属罐的制造成本。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于制造金属罐的生产系统和方法，该生产系统和方法减少或消除了一个或多个上述缺点。特别地，本发明的目的是提供一种能够以减少CO2或无CO2排放的方式制造金属罐的解决方案。
该目的通过根据独立权利要求的特征的生产系统和方法来实现。这些方面的其他有利实施例在各从属权利要求中给出。权利要求和说明书中单独列出的特征可以以任何技术上合理的方式相互组合，其中示出了本发明的其他变形实施例。
根据第一方面，该目的通过一种用于制造金属罐，特别是两件式罐的生产系统来实现，该生产系统包括用于利用热能和/或电能制造罐的制造系统和用于产生电能和热能的能量产生装置，其中，制造系统热耦接和电耦接到能量产生装置，以向制造系统提供热能和电能，从而提高制造系统的效率。
本发明基于以下认知：通过将制造系统耦接到能量产生装置能够提高制造系统的效率。特别地，通过使用能量产生装置的热能来提高效率。
本发明还基于以下认知：这种能量产生装置通常提供具有不同能量水平的热能的能量载体，使得可以将这些不同的能量载体(例如，废气和冷却流体)专门用于制造系统的不同制造装置，以优化效率。初级能源向热能和电能的转换应在空间上靠近制造系统的位置处进行，否则在热能传递时会产生相对较高的损失。
制造系统被布置和设计为用于制造罐。为此，制造系统优选地包括至少一个制造装置。特别优选地，制造系统包括两个以上的制造装置。能量产生装置被布置和设计为用于产生电能和热能。例如，将初级能源转换为电能和热能。例如，能量产生装置可被设计为热电联产机组。
制造系统和能量产生装置相互热耦接和电耦接。例如，制造系统与能量产生装置的热耦接可以经由基本上流体密封的管线(例如，管道)形成。例如，电耦接可以通过电导体形成。
生产系统的一优选变形实施例的特征在于，能量产生装置具有被配置为提供热能的热机和被配置为提供电能的发电机。
热机是将热能转化为机械能的机器。例如，热机可以是或包括内燃机、活塞式蒸汽机、斯特林发动机或燃气轮机。此外，所有其他已知的热机基本上都适合用于与发电机耦接。能量产生装置还可以具有燃料电池。此外，优选地，发电机被配置为提供热能或部分热能。
生产系统的一优选改进示例的特征在于，能量产生装置的功率在0.1MW和10MW之间，特别地在2MW至5MW之间，例如为3MW。
特别地，功率应理解为通常由能量产生装置的制造商指定的总输出功率。这种能量产生装置产生用于制造罐的制造系统所必需的电能和热能。因此，可以实现生产系统的紧凑设计，并且特别是在偏远地区，还可以特别实现生产系统的基本上自主的操作。
生产系统的另一优选变形实施例的特征在于，能量产生装置和制造系统相互耦接，使得热能的能量载体可以从能量产生装置传递到制造系统，并且制造系统被布置和设计为将能量载体用作制造系统中的过程流体。此外，优选地，制造系统被布置和设计为将能量载体的热能传递到过程流体。
在将能量载体用作制造系统中的过程流体的情况下，例如可以将热机的冷却水用作制造系统的清洁装置中的清洁流体。此外，例如可以将来自热机的废气用作销钉炉中的干燥流体，在该销钉炉中，罐的外涂层在约180℃的温度下干燥。
将能量载体的热能传递到过程流体具有的优点是，在能量产生装置和制造系统之间的传输过程中能够实现更高的能量密度，并因此简化能量产生装置和制造系统之间的管线隔离。此外，还可以减少损失。
另外，通过这种传递，可以有针对性地控制所传递的热能的量，从而只传递罐的制造过程实际需要的热能的量。此外，将能量载体的热能传递到过程流体还具有的优点是，提供了基本上不含水蒸气的过程流体。因此，例如可以在销钉炉中实现更好的干燥。
在生产系统的另一优选改进示例中，能量产生装置具有用于控制能量载体的温度的加热单元，以便增加热能。因此，可以达到过程流体的温度，例如在废气净化设备中达到900℃。
在能量载体的热能不足以用于制造系统中罐的特定制造步骤的情况下，可以利用加热单元(例如，加热盘管)来增加热能。由于加热单元可以设计得比传统生产系统所需的更小，因此提高了能效。
此外，优选地，生产系统包括废气净化单元，该废气净化单元被布置和设计为净化来自能量产生装置和加热单元的废气。这种布置方式的优点是只需要一个废气净化设备来净化来自能量产生装置和加热单元的废气。
生产系统的另一优选改进示例包括：第一热交换器，其被布置和设计为将热能从能量载体传递到传输介质；以及传输单元，其用于将传输介质传递到第二热交换器，其中，第二热量交换器被布置和设计为将所传递的热能传递到制造系统的过程流体。
能量产生装置的优点是提高了分散和整体的能量供应以及能效，并且为此，优选的是能量产生装置在空间上靠近制造系统。特别优选地，将制造系统和能量产生装置设计为一个单元。
优选地，第一热交换器包括在能量产生装置中。优选地，第二热交换器包括在制造系统中，特别是包括在下面将更详细说明的制造装置中。
热交换器的使用使得能够如上所述地将能量载体的热能传递到过程流体。此外，第一和第二热交换器的布置方式使得热能能够特别有效地从能量产生装置传递到制造系统。制造系统的过程流体通常可以是空气、水或油。
生产系统的另一优选变形实施例的特征在于，能量产生装置被布置和设计为提供作为具有第一热能水平的第一热能和作为具有与第一热能水平不同的第二热能水平的第二热能的热能，以将制造系统的过程流体调温到不同的温度。
一方面，在将第一热能和第二热能的能量载体直接用作过程流体的情况下，这种温度控制是指借助于热交换器的间接温度控制或直接温度控制。
提供具有不同能量水平的第一热能和第二热能具有的特别优点在于，这些能量可以专门用于制造系统的不同制造装置，其中考虑到不同制造装置的不同温度要求。因此，进一步提高了生产系统的能效。
在生产系统的另一优选变形实施例中，第一热能的第一能量载体是或包括来自热机的废气，且/或第二热能的第二能量载体是或包括热机和/或发电机的冷却流体。
来自热机的废气的温度通常很高，例如为500℃。冷却流体的温度可以例如为80℃。
此外，优选地，生产系统包括两个热交换系统。第一热交换系统可以具有用于将第一热能从第一能量载体传递到第一传输介质的第一热交换器和用于将第一热能从第一传输介质传递到具有高温的第一过程流体的第二热交换器。
第二热交换系统可以具有用于将第二热能从第二能量载体传递到第二传输介质的第三热交换器和用于将第二热能从第二传输介质传递到具有比第一过程流体的温度更低的温度的第二过程流体的第二热交换器。
生产系统的另一优选变形实施例的特征在于，制造系统具有第一制造装置和第二制造装置，并且第一制造装置和第二制造装置热耦接到能量产生装置，使得将第一热能提供给第一制造装置，并且将第二热能提供给第二制造装置。
特别优选地，第一热能水平高于第二热能水平，并且第一制造装置是销钉炉、罐内干燥器和/或热废气净化器，且/或第二制造装置是罐成型装置、用清洁流体清洁罐的清洁装置和/或用于干燥包含清洁流体的罐的干燥装置。
因此，第一制造装置需要使用具有高温的过程流体，该高温过程流体是通过使用具有更高的第一热能水平的第一热能提供的。此外，第二制造装置需要具有更低温度的过程流体，该更低温度的过程流体是通过使用具有更低热能水平的第二热能提供的。
生产系统的另一优选变形实施例包括控制装置，该控制装置被配置为控制能量产生装置，使得根据制造系统对热能和电能的需求来提供热能和电能。
例如，制造系统对热能和电能的需求可能取决于罐穿过第一和/或第二制造装置的传输密度。此外，罐的罐特性也可能导致对热能和电能的不同需求。
此外，优选地，控制装置被配置为控制通过第一热交换器和/或第二热交换器的流量，以便设定过程流体的温度。将通过第一热交换器和/或第二热交换器的流量设定得越低，所传递的热能通常就越低。因此，生产系统可以具有更高的效率。
例如，流量可以是每单位时间的体积流量和/或流过量。此外，流量可以是流速。特别地，温度可以是预定义的温度或预定义的温度范围。
此外，优选地，传输介质是高温油。
在生产系统的另一优选变形实施例中，热机被设计为利用氢气和/或生物气体来驱动。以此方式设计的热机使得生产系统能够实现基本上完全无CO2排放的罐制造。
生产系统的另一优选变形实施例包括用于从特别是太阳光的辐射能产生电能的光伏单元，其中，能量产生装置根据由光伏单元产生的能量提供电能。
生产系统的环境通常都装有空调，因为操作员通常至少部分时间在生产系统的环境中工作。这种情况通常发生在白天。因此，在白天，光伏单元可被配置为驱动空调设备。在夜间，光伏单元基本上不产生能量，但这不是必需的，因为夜间通常不需要空调设备。
优选地，生产系统具有用于检测电功率的传感器。用于检测电功率的传感器可以例如检测电流、电压和/或相位。
此外，优选地，生产系统具有用于检测热功率(例如，流量和/或温度)的传感器。例如，可以通过压差、叶轮或热风速计来检测流量。通过一个、两个或多个传感器检测的数据可用于确定节能情况。可以通过显示装置向操作员显示节能情况。
根据另一方面，上述目的通过一种用于制造金属罐的方法来实现，该方法包括以下步骤：通过能量供应装置产生热能和电能；将热能和/或电能传递到制造系统以制造罐；以及利用所供应的热能和/或电能制造罐。
该方法及其可能的改进示例具有使它们特别适合用于生产系统及其改进示例的特征和方法步骤。
对于其他方面及其可能改进示例的其他优点、变形实施例和实施例细节，还可以参考生产系统的对应特征和改进示例的上述说明。
附图说明
根据附图，示例性地说明了优选的示例性实施例。
图1示出了生产系统的示例性实施例的示意性二维视图。
图2示出了方法的示意图。
在附图中，相同或基本功能相同或相似的元件用相同的附图标记表示。
具体实施方式
图1示出了用于制造金属罐3的生产系统1。生产系统1包括用于利用热能和电能制造罐的制造系统2。制造系统2包括第一制造装置24，该第一制造装置24被设计为罐内干燥器(即，所谓的IBO)，该罐内干燥器利用过程流体22干燥罐3。此外，制造系统2包括第二制造装置32，该第二制造装置32被设计为用清洁流体36清洁罐3的清洁装置。
此外，生产系统1包括能量产生装置4，该能量产生装置4具有热机6和发电机8。热机6被设计为用于产生动能，以驱动发电机8。发电机8产生电能。此外，能量产生装置4借助于热机6，特别是通过废气16和加热的冷却流体47产生热能。制造系统2通过第一传输单元10、第二传输单元42和电导体28热耦接和电耦接到能量产生装置4。因此，向制造系统2提供热能和电能，从而提高制造系统2的效率。例如，能量产生装置4可以具有3MW的功率。
能量产生装置4被布置和设计为提供作为具有第一热能水平的第一热能14和作为具有与第一热能水平不同的第二热能水平的第二热能46的热能，以将制造系统2的过程流体22、36调温到不同的温度。这是特别有利的，因为罐内干燥器24需要的过程流体22的温度例如为200℃并且清洁装置32需要的过程流体36的温度为60-80℃。
生产系统1还包括两个热交换系统。第一热交换系统具有第一热交换器18和第二热交换器20。在第一热交换器18中，废气16的第一热能14传递到第一传输介质12。借助于第一传输介质12，使用第一传输单元10将第一热能14传输到第二热交换器20。在第二热交换器20中，第一热能传递到第一制造装置24的过程流体22。过程流体22可以从第二热交换器通过第一流体装置27(例如，第一风机)流入第一制造装置24的干燥室26，并且在干燥室内干燥罐3。
第二热交换系统包括第三热交换器40和第四热交换器48。第三热交换器40被配置为将热机6的冷却流体47的第二热能46传递到第二传输介质44，第二热能46通过该第二传输介质44传递到第四热交换器48。第四热交换器48被布置和设计为将第二热能46传递到第二制造装置32的过程流体36。过程流体36从第四热交换器48通过第二流体装置38(例如，泵)流入清洁装置32的清洁室34，以便在该清洁室34内清洁罐3。
此外，布置有加热单元50，其被设计为控制冷却流体47的温度。因此，可以进一步提高冷却流体47的温度，以便能够对过程流体36进行相应的温度控制。加热单元50还可被布置和设计为调节废气16的温度。
发电机8耦接到电导体28，以将电能30传递到制造系统2。此外，生产系统1可以具有也向制造系统1提供电能的光伏单元56。
此外，优选地，生产系统包括废气净化单元52，该废气净化单元52被布置和设计为净化能量产生装置4和加热单元50的废气16。
此外，生产系统1包括控制装置54，该控制装置54被配置为控制能量产生装置4，使得根据制造系统2对热能和电能的需求提供热能14、46和电能30。此外，控制装置54可被配置为控制流过第一热交换器18、第二热交换器20、第三热交换器40和/或第四热交换器48的流量，以便设定过程流体22、36的温度。
图2示出了方法的示意图。在步骤100中，通过能量供应装置4产生热能14、46和电能30。在步骤102中，将热能14、46和/或电能30传递到制造系统2以制造罐3。在步骤104中，利用所供应的热能14、46和/或电能30制造罐3。
上述生产系统1的特征在于提高了效率。该生产系统的效率约为80％，因此实现了约50％的提高。这种生产系统1能够以减少的CO2足迹或无CO2排放的方式实现罐3的制造。考虑到全世界每年要制造数千亿个罐，上述生产系统1能够使CO2排放量减少数百万吨。
附图标记列表
1生产系统
2制造系统
3金属罐
4能量产生装置
6热机
8发电机
10第一传输单元
12第一传输介质
14第一热能
16第一能量载体、废气
18第一热交换器
20第二热交换器
22过程流体
24第一制造装置
26干燥室
27第一流体装置
28电导体
30电能
32第二制造装置
34清洁室
36过程流体
38第二流体装置
40第三热交换器
42第二传输单元
44第二传输介质
46第二热能
47第二能量载体、冷却流体
48第四热交换器
50加热单元
52废气净化单元
54控制装置
56光伏单元
Claims (17)
1.一种用于制造金属罐(3)的生产系统(1)，其包括：
-制造系统(2)，其用于利用热能(14、46)和/或电能制造所述罐(3)；以及
-能量产生装置(4)，其用于产生所述电能(30)和所述热能(14、46)，
-其中，所述制造系统(2)热耦接和电耦接到所述能量产生装置(4)，以向所述制造系统(2)提供所述热能(14、46)和所述电能(30)，从而提高所述制造系统的效率。
2.根据权利要求1所述的生产系统(1)，其中，所述能量产生装置(4)具有被配置为提供所述热能的热机(6)和被配置为提供所述电能的发电机(8)。
3.根据前述任一项权利要求所述的生产系统(1)，其中，所述能量产生装置(4)的功率在0.1MW和10MW之间，特别地在2MW至5MW之间，例如为3MW。
4.根据前述任一项权利要求所述的生产系统(1)，其中，
-所述能量产生装置(4)和所述制造系统(2)相互耦接，使得所述热能的能量载体(16、47)能够从所述能量产生装置(4)传递到所述制造系统(2)，并且所述制造系统(2)被布置和设计为：
-将所述能量载体用作所述制造系统(2)中的过程流体(22、36)，且/或
-将所述能量载体的所述热能传递到过程流体(22、36)。
5.根据前述任一项权利要求所述的生产系统(1)，其中，
-所述能量产生装置(4)具有用于控制所述能量载体的温度的加热单元(50)，以便增加热能。
6.根据前述任一项权利要求所述的生产系统(1)，其包括：
-废气净化单元(52)，其被布置和设计为净化所述能量产生装置(4)和所述加热单元的废气。
7.根据前述任一项权利要求所述的生产系统(1)，其包括：
-第一热交换器(18)，其被布置和设计为将所述热能从所述能量载体(16、47)传递到传输介质(12、44)；以及
-传输单元(19、42)，其用于将所述传输介质传递到第二热交换器(20)，
-其中，所述第二热交换器被布置和设计为将传递的所述热能传递到所述制造系统的过程流体(22、36)。
8.根据前述任一项权利要求所述的生产系统(1)，其中，所述能量产生装置(4)被布置和设计为提供作为具有第一热能水平的第一热能(14)和作为具有与所述第一热能水平不同的第二热能水平的第二热能(46)的所述热能，以将所述制造系统的过程流体(22、36)调温到不同的温度。
9.根据前述任一项权利要求所述的生产系统(1)，其中，
-所述第一热能的第一能量载体(16)是或包括所述热机的废气，且/或
-所述第二热能的第二能量载体(47)是或包括所述热机和/或所述发电机的冷却流体。
10.根据前述任一项权利要求所述的生产系统(1)，其中，
-所述制造系统(2)具有第一制造装置(24)和第二制造装置(32)，并且
-所述第一制造装置和所述第二制造装置热耦接到所述能量产生装置(4)，使得将所述第一热能提供给所述第一制造装置，并且将所述第二热能提供给所述第二制造装置。
11.根据前述任一项权利要求所述的生产系统(1)，其中，
-所述第一热能水平高于所述第二热能水平，并且
-所述第一制造装置(24)是销钉炉、罐内干燥器和/或热废气净化器，且/或
-所述第二制造装置(32)是罐成型装置、用清洁流体清洁所述罐(3)的清洁装置和/或用于干燥包含清洁流体的所述罐(3)的干燥装置。
12.根据前述任一项权利要求所述的生产系统(1)，其包括控制装置(54)，所述控制装置(54)被配置为控制所述能量产生装置(4)，使得根据所述制造系统对所述热能和所述电能的需求来提供所述热能和所述电能。
13.根据前述任一项权利要求所述的生产系统(1)，其中，所述控制装置(54)被配置为控制通过所述第一热交换器(18)和/或所述第二热交换器(20)的流量，以便设定所述过程流体的温度。
14.根据前述任一项权利要求所述的生产系统(1)，其中，所述传输介质(12、44)是高温油。
15.根据前述任一项权利要求所述的生产系统(1)，其中，所述热机(6)被设计为利用氢气和/或生物气体来驱动。
16.根据前述任一项权利要求所述的生产系统(1)，其包括用于从辐射能，特别是从太阳光产生电能的光伏单元(56)，其中，所述能量产生装置(4)根据由所述光伏单元产生的所述能量提供所述电能。
17.一种用于制造金属罐(3)的方法，其包括以下步骤：
-通过能量产生装置产生热能和电能；
-将所述热能和/或所述电能传递到制造系统(2)以制造所述罐(3)；以及
-利用供应的所述热能和/或所述电能制造所述罐(3)。
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