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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Umluftkreisanordnung mit einem oder mit mehreren Umluftkreisen gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Bestimmte Produktionsprozesse benötigen große Luftmengen, insbesondere Trocknungsanlagen. Trocknungsanlagen kommen im Zusammenhang mit Beschichtungs-, Imprägnier- und Kaschierprozessen bei bahnförmigen Gut oder auch anderen oberflächenbehandelten Produkten zum Einsatz, bei denen ein zugeführter Stoff mit Lösemitteln beladen ist. Zumeist werden Kohlenwasserstoffe freigesetzt.
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Das Trocknen erfolgt üblicherweise bei gegenüber der Raumluft angehobenen Temperaturen. Um den Energieaufwand für die Trocknung zu begrenzen, wird meist mit Umluftkreisläufen gearbeitet, welche entsprechende Beheizungssysteme vorsehen. Die Beheizungssysteme können sein: Direktbeheizung mit Brennern, die mit Öl oder Gas betrieben werden, Wärmetauscher, die zum Beispiel mit Dampf, Öl oder Heißwasser betrieben werden, oder auch heiße Luft.
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Aus produktions-, konstruktions- und sicherheitstechnischen Gründen kann die Kohlenwasserstoffkonzentration in einem Trockner, der auch als Ofen bezeichnet werden kann, nur bis zu bestimmten Grenzkonzentrationen gefahren werden. Gemische aus brennbaren Gasen sind mit dem in Luft enthaltenen Sauerstoff bei bestimmten Mischungsverhältnissen explosionsfähig. Um die Konzentrationen nicht über die stoffspezifischen Explosionsgrenzen steigen zu lassen, muss dem Umluftsystem oder einem Trockner/Ofen Frischluft zugeführt werden. Hierzu sind z. B. im Bereich des Trockners oder Ofens Eintrittsöffnungen vorgesehen. Oder es wird an anderer Stelle im Prozess Frischluft zugeführt.
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Die Zufuhr einer Frischluftmenge bedeutet gleichzeitig, dass eine entsprechende Abluftmenge dem Trockner bzw. Ofen entnommen werden muss. Aufgrund der Schadstofflast kann die dem Trockner entnommene Umluft zumeist nicht unmittelbar an die Umgebung abgegeben werden, sondern muss einer Abluftreinigung zugeführt werden. Die Abluftreinigung kann z. B. thermisch oder thermisch-katalytisch erfolgen. Die bei der Abluftreinigung frei werdende Oxidationsenergie kann wiederum dem Trockner, d. h. dem Produktionsprozess, zugeführt werden.
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Wenn nun die Leistung des Produktionsprozesses erhöht werden soll, wobei sich die Leistung über die Produktionsgeschwindigkeit, das Maximum bzw. die Höhe des Schadstoffeintrags und die Änderung des Schadstoffeintrags definiert, führt dies dazu, dass gleichzeitig die Schadstoffkonzentration bei gleich bleibender Umluftmenge steigt. Um die Schadstoffgrenzwerte nicht zu überschreiten, muss der Luftaustausch (Zuluft/Abluft) erhöht werden. Dies hat wiederum zur Folge, dass der Energiebedarf des Trocknungsprozesses steigt, da die kalte Zuluft erwärmt werden muss. Durch den erhöhten Luftdurchsatz muss die Kapazität der Abluftreinigungsanlage insgesamt erhöht werden, was mit zusätzlichem Kostenaufwand verbunden ist.
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Durch die
DE 26 16 347 A1 ist ein Trockner für ein Verfahren zum Betreiben einer Umluftkreisanordnung bekannt. Die Umluftkreisanordnung ist innerhalb des Trockners angeordnet und setzt sich zunächst aus unteren sowie oberen Düsen und den Düsen Umluft zuführenden Gebläsen zusammen. Im Betrieb saugen die Gebläse Luft aus dem Inneren des Trockners an und führen sie über Düsen wieder dem Trockner zu. Die Umluft nimmt Schadstoffe aus dem Produktionsprozess innerhalb des Trockners auf. Um den Schadstoffanteil der Umluft zu begrenzen, wird der Umluftkreisanordnung über seitlich an dem Trockner angeordnete Luftkästen von außen Frischluft zugeführt. Gleichzeitig wird dem Trockner und somit der Umluftkreisanordnung über einen Abluftkanal Abluft entnommen und einer Abluftreinigungsanlage zugeführt. Es wird nur ein Teil der gereinigten Abluft über einen Kamin der Umgebungsluft zugeführt, während der verbleibende Teil über Heißgaskanäle, die mit den seitlich an dem Trockner angeordneten Luftkästen verbunden sind, der Umluftkreisanordnung erneut zugeführt.
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Die
DE 25 36 935 A1 zeigt ein Verfahren zum Betreiben einer Umluftkreisanordnung, bei welchem die Umluft Schadstoffe aus einem Produktionsprozess innerhalb eines Trockners aufnimmt. Zur Begrenzung des Schadstoffanteils kann der Umluft Frischluft über eine Leitung zugeführt werden. Die Abluft wird über eine Leitung einer Reinigungsanlage zugeführt. Von der Reinigungsanlage aus wird ein Teil der gereinigten Abluft über einen Kamin in die Umgebung abgegeben. Der verbleibende Teil der gereinigten Abluft wird erneut dem Produktionsprozess innerhalb des Trockners zugeführt.
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Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Umluftkreisanordnung aufzuzeigen, mit welchem es entweder möglich ist, bestehende Trocknungsanlagen einfach zu erweitern, ohne die Kapazität der nachgeschalteten Abluftreinigung erhöhen zu müssen, oder bei gleichbleibender Produktion die Abluftmenge zu verringern.
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Diese Aufgabe ist bei einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Umluftkreisanordnung sieht vor, die Umluft aus einem Produktionsprozess aufzunehmen, wobei der Umluft zur Begrenzung des Schadstoffanteils im Bereich des Umluftkreises oder des Produktionsprozesses, d. h. insbesondere in dem Bereich eines Trockners, Frischluft zugeführt wird. Der Umluftkreisanordnung oder dem Produktionsprozess, d. h. dem Trockner, wird Abluft entnommen und einer Abluftreinigungsanlage zugeführt, von welcher die gereinigte Abluft der Umgebungsluft zugeführt wird.
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Das Besondere bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist, dass innerhalb der Umluftkreisanordnung ein Teilstrom der schadstoffbeladenen Abluft entnommen und zur Oxidation der Schadstoffe einer Oxidationsstufe zugeführt wird und anschließend gereinigt wieder in die Umluftkreisanordnung eingespeist wird. Alternativ kann der Teilstrom unmittelbar aus dem Produktionsprozess entnommen werden. Die Oxidationsstufe ist nicht Bestandteil der Abluftreinigungsanlage, die der Abgabe der Abluft an die Umgebungsluft vorgeschaltet ist. Aus der Oxidationsstufe austretende Umluft wird ausschließlich wieder in die Umluftkreisanordnung oder direkt in den Produktionsprozess, insbesondere einen Trockner, eingespeist.
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Eine Umluftkreisanordnung kann einen einzelnen oder mehrere parallel geschaltete Umluftkreise umfassen. Als Umluftkreis im Sinne der Erfindung wird eine Kreislaufanordnung verstanden, die Abluft direkt aus einem Produktionsprozess aufnimmt und die Abluft zumindest teilweise unmittelbar wieder in den Produktionsprozess, z. B. einem Trockner/Ofen, einbringt. Ein einzelner Umluftkreis kann als Bypass dieses Umluftkreises einen Leitungsstrang mit der Oxidationsstufe aufweisen. Der Umluftkreis und der Bypass bilden in diesem Fall die Umluftkreisanordnung. Alternativ ist ein zusätzlicher, parallel geschalteter Umluftkreis mit integrierter Oxidationsstufe vorgesehen, wobei dieser zweite Umluftkreis nicht an den ersten Umluftkreis angeschlossen ist.
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Die Oxidationsstufe, die im Rahmen der Erfindung thermisch oder thermisch-katalytisch erfolgen kann, hat den Vorteil, dass die Schadstoffkonzentration bereits innerhalb der Umluftkreisanordnung sinkt und dadurch weniger Frischluft aufgenommen werden muss. Dadurch kann gleichzeitig die Abluftmenge des Prozesses reduziert werden. Modifikationen an der Abluftreinigungsanlage können im Idealfall vermieden werden, da das gesamte System durch das erfindungsgemäße Teil-Oxidationssystem keine höhere Schadstoffkonzentration hat, obwohl die gesamte Leistung, d. h. der Schadstoffeintrag angehoben wird.
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Läuft ein Trockenprozess beispielsweise mit 100% Leistung, muss der Prozess demzufolge mit 100% Nenn-Abluft gefahren werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren der Teil-Oxidation im Umluftkreis kann ein Teil der Schadstoffe, zum Beispiel 20%, oxidiert werden. Folglich kann auch die Abluftmenge um bis zu 20% reduziert werden.
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Soll andererseits bei einer Leistungserhöhung des Trockners bzw. Ofens um 20% auf 120% auf eine Teil-Oxidation, wie sie erfindungsgemäß vorgeschlagen wird, verzichtet werden, müsste die Abluftmenge, bzw. die Leistung der Abluftreinigungsanlage, um 20% erhöht werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann bei entsprechender Auslegung der Luftmenge auf die ursprünglichen 100% die Möglichkeit geschaffen werden, 20% der Schadstoffe zu oxidieren mit der Folge, dass trotz gesteigerter Produktionsleistung die Peripherie und insbesondere die abschließende Abluftreinigung unverändert gelassen oder verkleinert werden kann.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Teiloxidationssystem bzw. die Oxidationsstufe des erfindungsgemäßen Verfahrens in erster Linie über die Temperatur geregelt wird. Gleichzeitig erfolgt bevorzugt eine Verknüpfung (Kaskade) zwischen der in der Regel vorgesehenen Grundbeheizung des Umluftkreises und der der Oxidationsstufe zugeführten Energie.
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Zudem kann die Regelung über die Schadstoffkonzentration, die CO-Konzentration oder auch über eine Sauerstoffmessung der Umluft vor Einspeisung in den Trockner/Ofen erfolgen.
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In vielen technischen Trocknungssystemen, zum Beispiel bei der Trocknung von Stahl- oder Aluminiumbändern, hat der Umluftkreis schon Temperaturen größer als z. B. 300°C. In diesem Temperaturbereich kann die Oxidation im Bereich der erfindungsgemäß vorgesehenen zusätzlichen Oxidationsstufe rein katalytisch erfolgen, d. h. ohne dass Primärenergie zugeführt wird.
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Wenn die Temperatur des Umluftkreises kleiner als z. B. 300°C ist, kann die Temperatur gezielt im Teilstrom durch Einsatz von Primärenergie auf die Arbeitstemperatur einer katalytischen Oxidationsstufe angehoben werden. In der Energiebilanz ergibt sich der Vorteil, dass der Energieeintrag auf die gesamte Umluftmenge verringert wird. Die Oxidationsenergie wird unabhängig davon, ob die Temperatur prozessbedingt über z. B. 300°C liegt oder auf über z. B. 300°C angehoben worden ist, in vollem Umfang frei und kann für die anschließende Trocknung genutzt werden. Bei richtiger Wahl der Prozessparameter der Oxidationsstufe kann zudem eine entsprechende Qualität der Oxidation erreicht werden. Zudem kann bei kritischen Prozessen eine CO-Regelung eingesetzt werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:
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1 eine erste Umluftkreisanordnung mit nur einem Umluftkreis und
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2 eine Umluftkreisanordnung mit zwei parallelen Umluftkreisen.
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Die Figur zeigt einen Trockner 1 zum Trocknen eines nicht näher dargestellten Produktes, das den Trockner 1 durchläuft. Zum Trocknen wird dem Trockner 1 Umluft 2 über einen Ventilator 3 zugeführt. Während des Trocknungsprozesses nimmt die Umluft 2 Schadstoffe, insbesondere Kohlenwasserstoffe, zum Beispiel aus einer Lösemittelfracht, auf. Die schadstoffbeladene Abluft 4 wird im weiteren Umluftkreis U1 einem Erhitzer 5 zugeführt, um sie anschließend über den Ventilator 3 wieder in den Trockner 1 einzublasen. Damit die Schadstofffracht nicht zu groß wird, wird dem Prozess gleichzeitig Frischluft 6 zugeführt, die sich mit der schadstoffbeladenen Umluft 2 vermischt. In gleichem Umfang wie dem Prozess Frischluft 6 zugeführt wird, muss Abluft 7 entnommen werden, welche einer nicht näher dargestellten Abgasreinigungsanlage zugeführt wird.
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Die erfindungsgemäße Umluftkreisanordnung UA1 sieht nunmehr vor, dass ein Teilstrom 8 der Umluft 2 über einen Bypass B im Anschluss nach dem Erhitzer 5 entnommen wird und einer Oxidationsstufe 9 zugeführt wird. Die Oxidationsstufe 9 wird katalytisch, thermisch, oder wie hier thermisch-katalytisch, betrieben. Ist die Temperatur der Umluft im Teilstrom 8 niedrig, wird ein weiterer Erhitzer 10, welcher der Oxidationsstufe 9 vorgeschaltet ist, derart angesteuert, dass die Temperatur des Teilstroms 8 auf die Arbeitstemperatur des Katalysators, d. h. der Oxidationsstufe 9, angehoben wird. Hierzu wird die Temperatur x vor dem Eintritt in die oder nach Austritt aus der Oxidationsstufe 9 (gestrichelte Linie) gemessen und mit einer Führungsgröße w verglichen. Die Stellgröße y beeinflusst den Erhitzer 10 zum Beispiel hinsichtlich der Zufuhr von Primärenergie.
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Die Führungsgröße w wird von einer Steuereinheit 11 bereitgestellt, welche zudem weitere Parameter des Produktionsprozesses berücksichtigt. Hierzu zählt insbesondere die Messgröße x1. Bei dieser Messgröße kann es sich um die Temperatur der Umluft 2 zum Trockner 1 handeln. Ebenso kann die Schadstoffkonzentration CnHm sowie die Konzentration eines brennbaren Stoffes innerhalb der Luft (% der unteren Explosionsgrenze), sowie der Sauerstoffgehalt innerhalb des Prozesses berücksichtigt werden.
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Die vorgegebene Führungsgröße, die aus konstruktions-, produktions- oder sicherheitstechnischen Gründen gewählt wird, ist abhängig von dem Parameter, welcher bei der Umluft 2 gemessen wird. Selbstverständlich können auch mehrere dieser Parameter erfasst werden und als Stellgrößen y1 der Steuerungseinheit 11 übermittelt werden. Entsprechende Führungsgrößen w1 werden vorgegeben. Über Stellorgane 12 kann gesteuert werden, wie groß der Teilstrom 8 im Bereich des Bypasses B ist.
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Mit gestrichelter Linie sind verschiedene Möglichkeiten eingezeichnet, an denen Abluft 7 aus dem Prozess entnommen werden kann und wo Frischluft 6 zugeführt werden kann. Frischluft kann beispielsweise vor dem Erhitzer 5 im Umluftkreis U1 oder im Bypass B vor dem Erhitzer 10 zugeführt werden. Abluft 7 kann ebenso vor dem Erhitzer 10 im Bypass B entnommen werden. Auch eine Entnahme von Abluft 7 direkt aus dem Trockner 1 ist möglich, ohne dass die Abluft den Umluftkreis U1 passiert.
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Die Ausführungsform der 2 unterscheidet sich vor derjenigen der 1 dadurch, dass zwei Umluftkreise U1 und U2 in Parallelschaltung vorgesehen sind. Gemeinsam bilden sie die Umluftkreisanordnung UA2. Die Oxidationsstufe 9 ist nur im zweiten Umluftkreis U2 angeordnet. Der Teilstrom 8 wird anders als bei der Bypass-Lösung gemäß 1 direkt wieder in den Ofen 1 eingespeist. Im Übrigen wird auf die Beschreibung zur 1 Bezug genommen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Trockner
- 2
- Umluft
- 3
- Ventilator
- 4
- Abluft
- 5
- Erhitzer
- 6
- Frischluft
- 7
- Abluft
- 8
- Teilstrom
- 9
- Oxidationsstufe
- 10
- Erhitzer
- 11
- Steuereinheit
- 12
- Stellorgan
- B
- Bypass
- UA1
- Umluftkreisanordnung
- UA2
- Umluftkreisanordnung
- U1
- Umluftkreis
- U2
- Umluftkreis
- w
- Führungsgröße
- w1
- Führungsgröße
- x
- Temperatur
- x1
- Messgröße
- y
- Stellgröße
- y1
- Stellgröße
