DE102018005578A1

DE102018005578A1 - Thermodynamisch geregeltes Verfahren und thermodynamisch geregelte Trocknungsanlage zum Trocknen von Trocknungsgütern

Info

Publication number: DE102018005578A1
Application number: DE102018005578.8A
Authority: DE
Inventors: Franz Leers; Fokko Johann Crone; Andreas Schaake
Original assignee: Wenker GmbH and Co KG
Current assignee: Wenker GmbH and Co KG
Priority date: 2018-07-16
Filing date: 2018-07-16
Publication date: 2020-01-16
Anticipated expiration: 2038-07-17
Also published as: WO2020015846A1; US11940213B2; EP3824234A1; US20210293482A1; DE102018005578B4

Abstract

Trocknungsanlage (T) gemäß Figur 1 zur Trocknung von Trocknungsgütern (LTG), umfassend- einen Trocknungstunnel (TT)- eine Leitung (L) für das (VOC) enthaltende Abgas (AG) aus dem Trocknungstunnel (TT),- ein gesteuertes Gebläse (GBL) zum Weitertransport des Abgases (AG) zu einem Wärmetauscher (WT),- einen Wärmetauscher (WT) zum Aufheizen des Abgases (AG) durch das Reingas (RG),- eine Abgasleitung (L) nach dem Wärmetauscher (WT) zum Weitertransport des Abgases (AGwr) zu einem Brenner (BR) in einer Brennkammer (BK) einer thermischen Nachverbrennungsanlage (TNV),- einen den Wärmetauscher (WT) umgehenden kalten Bypass (BP), der mithilfe einer elektronisch gesteuerten Regelung (R) regelbar ist,- eine Brennstoffleitung (L) für einen Brennstoff (EG) zu dem Brenner (BER),- eine Reingasleitung (L) zum Transport des Reingases (RG) aus der Brennkammer (BK) zu dem Wärmetauscher (WT) zur Abkühlung des Abgases (AG),- eine Reingasleitung (L) zur Leitung des Reingases (RG) vom Wärmetauscher (WT) zu den Wärmeabnehmern (WA),- eine Heizung (HZ) zur Heizung der Trocknungszone (TT) durch die Wärmeabnehmer (WA) und- eine Reingasleitung (L) zur Leitung des Reingases (RGD) zu einem Kamin (K);sowie Trocknungsverfahren und Verfahren zur thermodynamischen Regelung (TDR).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein thermodynamisch geregeltes Verfahren zum Trocknen von Trocknungsgütern.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur thermodynamischen Regelung einer Trocknungsanlage zum Trocknen von Trocknungsgütern sowie der Regelung eines entsprechenden Trocknungsverfahrens.
Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung eine thermodynamisch geregelte Trocknungsanlage zum Trocknen von Trocknungsgütern.
Stand der Technik
Aus dem deutschen Patent DE 10 2008 034 746 B4 , Absätze [0008] und [0009], ist ein Verfahren zum Trocknen von lackierten Trocknungsgütern in einem Trockner bekannt, bei dem das aus einer thermischen Nachverbrennungsanlage austretende, heiße Reingas in einer Reingasleitung durch den Trockner geführt und einem ersten Umgasrekuperator zum Aufheizen des Umgases zugeführt wird, danach in einer weiteren Reingasleitung weiter durch den Trockner und sodann wenigstens einem zweiten Umgasrekuperator und schließlich einem Frischluftrekuperator zum Aufheizen der dem Trockner im Eintritts- und Austrittsbereich der Trocknungsgüter zuzuführenden Frischluft geführt wird. Dabei wird die Frischluft vor dem Eintritt in den Frischluftrekuperator durch einen zwischen der Außenhaut und einem äußeren Gehäuse der thermischen Nachverbrennungsanlage eingeschlossenen Ringspalt geführt.
Die abschnittsweise Führung der Reingasleitung durch den Trockner und die dabei erfolgende Wärmeabstrahlung tragen zum Aufheizen wesentlich bei. Bei Trocknungsanlagen dieser Art für Fahrzeugkarosserien hat die Reingasleitung hinter der Nachverbrennungsanlage eine Länge von etwa 100 m. Das Reingas hat bei Austritt aus der thermischen Nachverbrennungsanlage ein Temperaturniveau von etwa 400 °C. Diese Temperatur wird nun durch die abschnittsweise Wärmeabgabe in dem Trockner und in den Rekuperatoren so weit abgesenkt, dass sie nach dem Frischluftrekuperator nur noch bei etwa 180 °C liegt. Dabei hat das Reingas im Nutzungsbereich im Trockner eine Temperatur deutlich über dem Temperaturniveau des Trockners, weswegen es zur Aufheizung des Trockners verwendet werden kann. Werden die im Trockner verlaufenden Reingasleitungsabschnitte als breite Kanäle ausgebildet und unterhalb der Karosserie-Fördereinrichtung angeordnet, wird die Trocknungsqualität der viel Wärmeenergie benötigenden Bodengruppen der Karosserien verbessert. Des Weiteren wird bei diesem Verfahren die Frischluft vor dem Eintritt in den Frischluftrekuperator durch einen zwischen der Außenhaut und einem äußeren Gehäuse der thermischen Nachverbrennungsanlage eingeschlossenen Ringspalt geführt. Die hierin aufgeheizte Frischluft bedarf dann in den Frischluftrekuperator einer geringeren weiteren Aufheizung, wozu die am Ende der Reingasleitung noch vorhandene Reingastemperatur ausreicht.
Die Figur des deutschen Patents DE 10 2008 034 746 B4 zeigt eine Ausführungsform des Trockners.
Aus dem europäischen Patent EP 2 295 909 B1 , Absätze [0005] und [0006] ist ein Verfahren zur effizienten Nutzung der Heißluft-Ströme in einer Fahrzeug-Lackieranlage bekannt, bei dem die Abluft aus dem Trockner über eine Abluftventilatoreinheit einer thermischen Nachverbrennungsanlage zugeführt und in dieser erhitzt wird und mittels einer Reingasleitung als Reingas durch Umluftrekuperatoren und mindestens einen Frischluftrekuperator geführt wird, in denen die dem Trockner entnommene Umluft und die Frischluft aufgeheizt werden. Dabei wird die dem Frischluftrekuperator entnommene Frischluft der dem Trockner entnommenen Umluft beigemischt, und es wird das resultierende Umluft-Frischluftgemisch in den Umluftrekuperatoren erhitzt und dem Trockner wieder zugeführt. Dabei wird die Luftmengenbilanz im Trockner über feststehende Drosselklappen an den Abluftentnahmestellen des Trockners und an den einzelnen Frischluftzuführungen vor den Umluftrekuperatoren bei Inbetriebnahme einmalig eingestellt und arretiert.
Die Frischluft gelangt damit im Umluft-Frischluft-Gemisch direkt in die Aufheizzone und in die Haltezone des Trockners. Deswegen muss das Temperaturniveau der Frischluft nicht auf dem Temperaturniveau des Trockners liegen, sondern kann deutlich darunterliegen, weil die Umluftrekuperatoren den Frischluftanteil in dem Umluft-Frischluft-Gemisch auf das Temperaturniveau des Trockners anheben. Dadurch wird erreicht, dass die Reingastemperatur vor dem Frischluftrekuperator weit niedriger sein darf als die Trocknertemperatur.
Eine Ausführungsform des Trockners ist in der Figur des europäischen Patents EP 2 295 909 B1 wiedergegeben.
Wesentlich für diese bekannten Verfahren und Vorrichtungen ist, dass die Temperatur der thermischen Nachverbrennungsanlage stets konstant gehalten wird, weil die Austrittstemperatur einer thermischen Nachverbrennungsanlage stets ein unstetiges Verhalten bei der Regelung durch den Volumenstrom zeigt und damit als nicht regelbar gilt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung aufzuzeigen, die zusätzliche Möglichkeiten der Regelung einer Trocknungsanlage oder eines Trockners bieten und zu weiteren Energieeinsparungen führen.
Demgemäß wurde die Aufgabe durch die erfindungsgemäße Trocknungsanlage zur Trocknung von Trocknungsgütern gemäß Patentanspruch 1, das erfindungsgemäße Trocknungsverfahren gemäß Anspruch 9 und das erfindungsgemäße Verfahren zur thermodynamischen Regelung der erfindungsgemäßen Trocknungsanlage gemäß Patentanspruch 11 gelöst. Die hierauf direkt oder indirekt zurückbezogenen abhängigen Ansprüche richten sich auf vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Trocknungsanlage und der erfindungsgemäßen Verfahren.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet „variabel“ dass die betreffenden Temperaturen und Volumenströme bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Trocknungsverfahren und des erfindungsgemäßen thermodynamischen Regelungsverfahrens laufend an die jeweils gewünschten erforderlichen Verfahrensbedingungen angepasst sind oder angepasst werden.
Die erfindungsgemäße Trocknungsanlage ist hauptsächlich aus korrosionsfesten und hitzestabilen Materialien, vorzugsweise aus Metallen und insbesondere aus Edelstahl aufgebaut. Bei thermisch geringer belasteten oder unbelasteten Teilen der erfindungsgemäßen Trocknungsanlage werden auch andere Materialien wie Kunststoffe, Gläser oder Hölzer verwendet. Insbesondere werden thermisch stabile Kunststoffe wie Thermoplaste und Duroplaste, die mit Glasfasern, Stahlfasern, Basaltsfasern, Kohlefasern, textilen Fasern, Stahlmatten oder Glasmatten verstärkt sein können, verwendet. Des Weiteren können die Kunststoffe noch Flammschutzmittel enthalten. Beispiele thermisch stabiler Thermoplaste sind Polyamide, Polyimide, Polyamidimide, Polysulfone, Polyethersulfone, Polyketone und Polyetheretherketone.
Die erfindungsgemäße Trocknungsanlage umfasst mindestens einen, insbesondere einen, Trocknungstunnel, durch den die Trocknungsgüter in Förderrichtung gefahren werden.
Vorzugsweise handelt es sich bei den Trocknungsgütern um Formteile, die bevorzugt aus Hölzern, Kunststoffen, Gläsern, Metallen, Geweben und Kompositen aus mindestens zwei dieser Materialien aufgebaut sind.
Die Trocknungsgüter können Gegenstände aller Art sein. Beispiele für Trocknungsgüter sind Kunststoffformteile, die an ihrer Oberfläche angelöst und/oder angeschmolzen sind, geklebte Komposite aller Art, deren Klebschichten noch nicht getrocknet sind, durch Spritzlackierung, Pulverlackierung, Vorhanggießen, Elektrotauchlackieren und Rakeln lackierte und beschichtete, durch Siebdruck, Tiefdruck, Offsetdruck, Hochdruck und Flexodruck bedruckte sowie bemalte Formteile aller Art.
Beispiele geeigneter Gegenstände sind Bauteile für architektonische Zwecke wie Fensterrahmen, Gitter, Geländer, Türen, Treppen, Gestänge, Rohre und mobile Bauten, Bauteile und Karosserien von Fortbewegungsmitteln wie PKW, Lastwagen, Omnibusse, Baumaschinen, Motorräder, Mopeds, Quads, Motorroller, Tretroller, Fahrräder, Elektrofahrräder, Pedelecs, Hoverboards, Skateboards, Longboards, Zweirad-Windrunner, Lokomotiven, Zugwaggons, Flugzeugteile und Schiffsrümpfe, Weiße Ware, Heizungskörper, Radiatoren und Bauteile für sanitäre Zwecke. Insbesondere handelt es sich um Bauteile und Karosserien von PKW, Lastwagen und Omnibussen.
Die Trocknungsgüter werden auf Skids durch den mindestens einen, insbesondere einen, Trocknungstunnel transportiert.
Außerdem umfasst die erfindungsgemäße Trocknungsanlage mindestens eine, insbesondere eine, Leitung für flüchtige organische Verbindungen (VOC; Volatile Organic Compounds) enthaltende Abgas aus dem mindestens einen, insbesondere einen, Trocknungstunnel. Die mindestens eine Abgasleitung führt zu mindestens einem, insbesondere einem, Gebläse, das mithilfe mindestens eines, insbesondere eines, Frequenzumrichters gesteuert wird und das Abgas über eine weitere Abgasleitung zu mindestens einem, insbesondere einem, Wärmetauscher geregelt transportiert, worin das Abgas durch das Reingas, das aus mindestens einer, insbesondere einer, thermischen Nachverbrennungsanlage über mindestens eine, insbesondere eine, Reingasleitung ausgeleitet wird, variabel erhitzt wird.
Das auf variable Temperaturen erhitzte Abgas verlässt den mindestens einen, insbesondere einen, Wärmetauscher in variablen Mengen über mindestens eine, insbesondere eine, weitere Abgasleitung und tritt in mindestens einen, insbesondere einen, Brenner der mindestens einen, insbesondere einen, thermischen Nachverbrennungsanlage ein.
Dem mindestens einen, insbesondere einen, Brenner wird außerdem mindestens ein scheiß komplizierte Pin wieder los über mindestens eine, insbesondere eine, Brennstoffleitung in variablen Mengen zugeführt. Als Brennstoff kommen Gase wie Wasserstoff, Methan, Propan, Butan oder Gemische aus mindestens zwei dieser brennbaren Gase sowie flüssige Brennstoffe wie Heizöl, Kerosin, Benzin, Diesel und Schweröl sowie Gemische aus mindestens zwei dieser flüssigen Brennstoffe in Betracht. Insbesondere wird Erdgas verwendet.
Das resultierende Gasgemisch variabler Zusammensetzung wird in der mindestens einen, insbesondere einen, Brennkammer in mindestens einer Flamme, insbesondere aber in mindestens zwei und mehr Flammen verbrannt. Dadurch resultiert in der mindestens einen, insbesondere einen, Brennkammer der mindestens einen, insbesondere einen, thermodynamischen Nachverbrennungsanlage ein Reingas variabler Zusammensetzung und variabler Temperatur in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Gasgemischs und seine Temperatur, die in der Hauptsache von der Temperatur des aufgeheizten Abgases bestimmt wird.
Beispielsweise können thermische Nachverbrennungsanlagen verwendet werden, wie sie in dem deutschen Patent DE 10 2008 034 746 B4 , Absatz [0018], beschrieben werden. Es kommen indes auch kompakte thermische Nachverbrennungsanlagen in Betracht, bei denen die Wärmetauscher und die Brennkammern eine Einheit bilden. Kompakte thermische Nachverbrennungsanlagen dieses Typs sind bei der Firma Wenker GmbH & CO KG, Ahaus, erhältlich.
Die erfindungsgemäße Trocknungsanlage weist des Weiteren mindestens einen, insbesondere einen, kalten Bypass auf, der den mindestens einen, insbesondere einen Wärmetauscher umgeht, indem er die mindestens eine, insbesondere eine, Abgasleitung vor dem mindestens einen, insbesondere einen, Wärmetauscher mit der mindestens einen, insbesondere einen, Abgasleitung nach dem mindestens einen, insbesondere einen, Wärmetauscher verbindet. Der Abgasstrom durch den mindestens einen, insbesondere einen, kalten Bypass wird mittels eines, insbesondere eines, Steuerventils geregelt. Mit dem kalten Bypass der die Eintrittstemperatur des Abgases vor Eintritt in die Brennkammer auf eine konstante Temperatur geregelt. Die Regelung der Brennkammertemperatur erfolgt über das Steuerventil für den Brennstoff.
Das in der mindestens einen, insbesondere einen, Brennkammer entstehende Reingas wird über mindestens eine, insbesondere eine Reingasleitung zu dem mindestens einen, insbesondere einen, Wärmetauscher geleitet, worin es das Abgas aufheizt und dadurch abgekühlt wird. Nach dem einen, insbesondere einen, Wärmetauscher wird das Reingas zu mindestens einem, vorzugsweise mindestens zwei und insbesondere mindestens drei, Wärmeabnehmern geleitet. In den Wärmeabnehmern wird dem Reingas der Energiefluss Ė_WA entzogen. Der Energiefluss E ist die 1. Ableitung von E für Energie. Der Regelungsansatz des Energieflusses E muss mit absoluten Temperaturen erfolgen. Die Regelgrößen sind also auf dem absoluten Nullpunkt (-273 °C, 0 K) bezogen. Die aufzustellende Regelungsgleichung für die erste Messstelle hinter dem Wärmetauscher ist daher Gleichung I: ${\dot{E}}_{TNV} [W] + {\dot{E}}_{AG} [W] = {\dot{E}}_{WA} [W] + {\dot{E}}_{RGD} [W]$

mit:

Ė_RGD = Energiefluss des Reingases über Dach und
E = T_TNV × f(V̇) mit V = Volumenströme,
TNV = thermische Nachverbrennungsanlage,
AG = Abgas,
WA = Wärmeabnehmer,
RGD = Reingas über Dach.

Dadurch wird das Folgende erfasst:

„Erzeugte Energie der thermischen Nachverbrennungsanlage + vorhandene Energie im Abgas = verbrauchte Energie im Prozess + über Dach abgelassene Energie“.

Über die thermische Nachverbrennungsanlage betrachtet wird die Regelungsgleichungen zu Gleichung II: ${\dot{E}}_{TNV} [W] = {\dot{E}}_{WA} [W] + {\dot{E}}_{RGD} [W] + {\dot{E}}_{AG} [W]$
Daraus bildet sich die Regeldifferenz Δ vor dem Regler zu Gleichung III: $Δ = {{\dot{E}}_{WA} [W] + {\dot{E}}_{RGD} [W] - {\dot{E}}_{AG} [W]} - {\dot{E}}_{TNV} [W]$
mit Ė_WA [W] + Ė_RGD [W] - Ė_AG [W] = Sollwert und Ė_TNV [W] = Istwert.
Der Sollwert konnte wie folgt genauer definiert werden:

(i) Ė_WA [W] als auszugleichende Wärmeabnahme des Trockners T,
(ii) Ė_AG [W] als auszugleichenden/einzurechnenden Rückgewinnung von Wärme aus dem Trockner T und
(iii) Ė_RGD [W] als Energiegehalt des Reingases über Dach RGD, der mit dem Sollwert T_Kamin zum Berechnen des Energiegehaltes des RGD gebildet wurde.

Stellgröße ist der Volumenstrom V im Normzustand (i.N.: Temperatur = 273,15 K, Druck = 1013,25 mbar).
Der Term Ė_RGD [W] - Ė_AG [W] enthält noch die absolute Temperatur. Um exergetisch regeln zu können, muss eine Bezugstemperatur festgelegt werden. Üblicherweise nimmt man als Bezugspunkt die Celsiusskala. Sinnvoller legt man als Bezugsgröße den Sollwert über Dach fest. Dann wird der Term Ė_RGD [W] gleich 0 und geht unter. Dafür taucht der Sollwert über Dach Ė_RGD [W] in der Temperaturdifferenz wieder auf. Als Bezugstemperatur kann man auch jede beliebige Temperatur nehmen, als auch die Temperatur des Rohgases. Dann verschwindet der Term Ė_AG [W], und die Temperatur des Rohgases taucht in dem Term Ė_RGD [W] in der Temperaturdifferenz wieder auf.
Wird mindestens eine, insbesondere eine, kompakte thermische Nachverbrennungsanlage verwendet, so treten die mindestens eine, insbesondere eine, Brennkammer und der mindestens eine, insbesondere eine, Wärmetauscher gemeinsam als Energiebereitstellung Ė_TNV auf.
Die Energieabgabe über den mindestens einen, insbesondere einen, Wärmeabnehmer an den mindestens einen, insbesondere einen, Trocknungstunnel kann auch über den Umluftvolumenstrom berechnet werden. Die Kamintemperatur, d.h. Temperatur des Reingases in der mindestens einen, insbesondere einen, Reingasleitung nach dem mindestens einen, insbesondere einen, Wärmeabnehmer tritt nämlich auch als Sollwert in der Regelgleichung Ė_RGD auf.
Als Messgrößen braucht man also mindestens:

- Volumenstrom in der Anlage oder die Summe der Teilströme i.N. als variierbare Stellgröße,
- Temperaturdifferenz im Reingas über alle Wärmeabnehmer der einzelnen Volumenströme (vergleiche dazu 1, Messstellen 8 und 9),
- Temperaturdifferenz über die thermische Nachverbrennungsanlage, also Brennkammer und Wärmetauscher (vergleiche dazu 1, die Messstellen 8 und 1),
- Istwert für die Regelung der Brennkammertemperatur (vergleiche dazu 1, die Messstelle 11) und
- Istwert für die Regelung der Abgas- oder Rohgastemperatur in der Brennkammer (vergleiche dazu 1, die Messstelle 4).

Wird bei der Energieregelung das Regelziel erreicht, dass nämlich die verglichenen Energiemengen gleich sind und die Regeldifferenz somit 0 ist, ist auch der Sollwert über Dach erreicht.
Die Brennkammertemperatur wiederum folgt der Gleichung IV: $T_{BK} = f ({\dot{V}}_{variabel})$
worin V̇_variabel = Volumenstrom des Reingases RG in der Reingasleitung L_RG [m³/Stunde i.N.].
Mit Gleichung IV wird ein Einstellfenster definiert, bei dem die Brennkammertemperatur bei einem minimalen Volumenstrom zwischen 600 °C und 800 °C, vorzugsweise zwischen 650 °C und 720 °C und insbesondere zwischen 680°C bis 690 °C liegt und bei einem maximalen Volumenstrom zwischen 700 °C und 900 °C, vorzugsweise zwischen zwischen 700 °C und 750 °C und insbesondere 720 °C und 730 °C liegt, wobei die beiden Temperaturbereiche so gewählt werden, dass sie nicht überlappen.
Vorzugsweise liegen die Volumenströme in einem Bereich von 3000 m³/h i. N. und 30.000 m³/h i. N. und insbesondere 4000 m³/h i. N. und 20.000 m³/h i.N.
Die in den Wärmeabnehmern entnommene Wärmemenge bzw. das Reingas, das diese entnommene Wärmemenge bei der entsprechenden Reingastemperatur und Reingasmenge transportiert, dient der Heizung des mindestens einen, insbesondere einen, Trockentunnels der erfindungsgemäßen Trocknungsanlage, wodurch der gesamte Kreislauf der variablen geregelten Volumenströme geschlossen ist. Dabei kann die Energiemenge, die der Abgasstrom mit sich führt, bei Trocknungsanlagen für KTL (kathodische Tauchlackierung), die hohe Temperaturen erfordern, einen Rückgewinn bewirken.
Beispiele geeigneter Wärmeabnehmer sind Abhitzekessel, Rekuperatoren, Wärmetauscher und Gasleitungen. Eine besonders bevorzugte Kombination von Reingasleitungen, Umgasleitungen, Umgasrekuperatoren und Frischluftrekuperator, die einer thermischen Nachverbrennungsanlage nachgeschaltet sind, und Leitungen für das Abgas aus einem Trocknungstunnel, die der thermischen Nachverbrennungsanlage vorgeschaltet sind, gehen aus der Zeichnung des deutschen Patents DE 10 2008 034 746 B4 hervor.
Das restliche Reingas wird über mindestens eine, insbesondere eine, weitere Reingasleitung gegebenenfalls über mindestens einen Abhitzekessel oder mindestens einen Frischluftrekuperator in mindestens einen, insbesondere einen, Kamin geleitet und von dort in die Atmosphäre abgelassen. Durch die Festlegung der Energiemenge, die über Dach gehen soll, als Sollwert, kann das Niveau des Volumenstroms, also m³/h Luft pro Trocknungsgut wie zum Beispiel eine Karosserie beeinflusst werden. Je höher der Sollwert gesetzt wird, desto höher ist die Luftmenge pro Trocknungsgut.
Die erfindungsgemäße Trocknungsanlage und das erfindungsgemäße Trocknungsverfahren werden vorzugsweise durch mindestens eine, insbesondere eine, erfindungsgemäße thermodynamische Regelung bevorzugt elektronisch gesteuert. Zu Zwecken des erfindungsgemäßen thermodynamischen Regelungsverfahrens umfasst die erfindungsgemäße Trocknungsanlage

- mindestens eine Messstelle für die Abgastemperatur in der mindestens einen, insbesondere einen, Abgasleitung,
- mindestens eine Messstelle für den Volumenstrom des Abgases in der mindestens einen, insbesondere einen, Abgasleitung,
- mindestens einen, insbesondere einen, Aktuator für das mindestens eine, insbesondere eine, Gebläse,
- mindestens eine Messstelle für die Temperatur des Abgases in der mindestens einen, insbesondere einen, Abgasleitung nach dem mindestens einen, insbesondere einen, Wärmetauscher,
- mindestens ein, insbesondere ein, Steuerventil im mindestens einen, insbesondere einen, kalten Bypass, steuerbar von mindestens einer, insbesondere einer Regelung,
- mindestens einen, insbesondere einen, steuerbaren Aktuator für das mindestens eine, insbesondere eine, Steuerventil in der mindestens einen, insbesondere einen, Gasleitung für brennbare Gase,
- mindestens eine Messstelle für die Temperatur des Reingases in der mindestens einen, insbesondere einen, Reingasleitung nach dem mindestens einen, insbesondere einen, Wärmetauscher; diese kann entfallen, wenn die mindestens eine, insbesondere eine thermische Nachverbrennungsanlage mindestens eine, insbesondere eine Umlenkkammer aufweist,
- mindestens eine Messstelle für die Temperatur des Reingases in der mindestens einen, insbesondere einen, Reingasleitung nach dem mindestens einen, insbesondere einen, Wärmeabnehmer,
- mindestens eine Messstelle für die Temperatur des Reingases in der mindestens einen, insbesondere einen, Reingasleitung vor dem mindestens einen, insbesondere einen Wärmetauscher und
- mindestens eine Messstelle für die Temperatur in der mindestens einen, insbesondere einen, Brennkammer.

Zur thermodynamischen Regelung werden

- von mindestens einer der Messstellen mindestens ein Input der Messwerte der Temperatur des Abgases in der mindestens einen, insbesondere einen, Abgasleitung nach dem mindestens einen, insbesondere einen, Wärmetauscher,
- von mindestens einer der Messstellen mindestens ein Input der Messwerte der Abgastemperatur in der mindestens einen, insbesondere einen, Abgasleitung vor dem mindestens einen, insbesondere einen, Wärmetauscher,
- von der mindestens einer der Messstellen mindestens ein Input für die Messwerte der mindestens einen, insbesondere einen, Brennkammertemperatur,
- von mindestens einer der Messstellen mindestens ein Input für die Messwerte der Temperatur des Reingases in der mindestens einen, insbesondere einen, Reingasleitung nach den Wärmeabnehmern,
- von mindestens einer der Messstellen mindestens ein Input für die Messwerte des Volumenstroms des Reingases in der mindestens einen, insbesondere einen, Reingasleitung nach der mindestens einen, insbesondere einen, Brennkammer und
- von mindestens einer der Messstellen mindestens ein Input der Messwerte der Temperatur des Reingases in der mindestens einen, insbesondere einen, Reingasleitung nach dem mindestens einen, insbesondere einen, Wärmetauscher eingegeben werden und mittels eines Algorithmus verarbeitet werden, wonach
- der mindestens eine, insbesondere eine, Aktuator durch mindestens einen Output der Sollwerte für die Brennkammertemperatur,
- die mindestens eine, insbesondere eine, Regelung des mindestens einen, insbesondere einen, Steuerventils in dem mindestens einen, insbesondere einen, kalten Bypass durch mindestens einen Output der Sollwerte der Abgastemperatur vor der mindestens einen, insbesondere einen, Brennkammer und
- der mindestens eine, insbesondere eine, steuerbare Aktuator für das mindestens eine, insbesondere eine, Gebläse, durch mindestens einen Output der Sollwerte des Volumenstroms des Reingases in der mindestens einen, insbesondere einen, Reingasleitung gesteuert werden.

Das erfindungsgemäße thermodynamische Regelungsverfahren steuert die erfindungsgemäße Trocknungsanlage derart, dass die Volumenströme in der erfindungsgemäßen Trocknungsanlage stets innerhalb der von dem Explosionsgutachten bestimmten Grenzwerten bleiben und dass keine Kondensation von Gasen eintreten kann.
Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Trocknung lackierter Trocknungsgüter in mindestens einer, insbesondere einer, erfindungsgemäßen Trocknungsanlage, bei dem die Trocknungsgüter durch mindestens einen, insbesondere einen, Trocknungstunnel in Förderrichtung gefahren und dabei getrocknet werden, durchgeführt indem

(i) das dabei erzeugte, flüchtige organische Verbindungen enthaltende Abgas über mindestens eine, insbesondere eine, Abgasleitung aus dem mindestens einen, insbesondere einen, Trocknungstunnel abgesaugt wird,
(ii) mithilfe mindestens eines, insbesondere eines, über mindestens einen, insbesondere einen, Aktuator geregeltes Gebläse zu mindestens einem, insbesondere einem, Wärmetauscher weiter transportiert wird, wodurch die Menge des abgesaugten Abgases geregelt wird,
(iii) in dem mindestens einen, insbesondere einen, Wärmetauscher zumindest zeitweise durch das Reingas aus der mindestens einen, insbesondere einen, thermischen Nachverbrennungsanlage in der mindestens einen, insbesondere einen, Reingasleitung auf Abgastemperaturen aufgeheizt wird,
(iv) über mindestens einen, insbesondere einen, den mindestens einen, insbesondere einen, Wärmetauscher umgehenden und die mindestens eine, insbesondere eine, Abgasleitung vor und hinter dem mindestens einen, insbesondere einen, Wärmetauscher fluidmäßig verbindenden kalten Bypass geleitet wird, der mittels mindestens eines, insbesondere eines, von mindestens einer, insbesondere einer, Regelung geregelten Steuerventils zeitweise oder während des ganzen Trocknungsverfahrens teilweise oder ganz geöffnet wird und/oder verschlossen bleibt, wodurch die Abgastemperatur konstant gehalten oder im Bedarfsfall variiert wird,
(v) durch mindestens eine, insbesondere eine, weitere Abgasleitung von dem mindestens einen, insbesondere einen, Wärmetauscher zu dem mindestens einen, insbesondere einen, Brenner weiter transportiert wird und
(vi) darin mit einem Brennstoff, der über mindestens eine, insbesondere eine, Brennstoffleitung in variablen Mengen zugeführt wird, vermischt wird, und
(vii) in dem mindestens einen, insbesondere einen, Brenner in der mindestens einen, insbesondere einen, Brennkammer der mindestens einen, insbesondere einen, thermischen Nachverbrennungsanlage in mindestens einer Flamme, insbesondere in zwei oder mehr Flammen, bei variablen Brennkammertemperaturen verbrannt wird, wobei
(viii) das resultierende Reingas RG einer variablen Temperatur aus der mindestens einen, insbesondere einen, Brennkammer über mindestens eine, insbesondere eine, Reingasleitung zu dem mindestens einen, insbesondere einen, Wärmetauscher geleitet wird, worin es das abgesaugte Abgas zumindest zeitweise variabel aufheizt,
(ix) das den mindestens einen, insbesondere einen, Wärmetauscher verlassende Reingas über mindestens eine, insbesondere eine, weitere Reingasleitung zu mindestens einem, bevorzugt mindestens zwei, insbesondere mindestens drei, Wärmeabnehmern geleitet wird, worin dem Reingas eine variable Wärmemenge entnommen wird, die zur variablen Heizung des mindestens einen, insbesondere einen, Trocknungstunnels verwendet wird, wonach
(x) das Reingas über Dach in die Atmosphäre abgelassen wird.

Bevorzugt wird das Reingas im Verfahrensschritt (x) entweder direkt über mindestens einen Kamin oder mindestens einen, insbesondere einen, dem Kamin vorgeschalteten Abhitzekessel in die Atmosphäre abgelassen. Gegebenenfalls kann vor dem Kamin noch Frischluft zugeführt werden, um das Reingas auf eine unbedenkliche Temperatur weiter abzukühlen.
Die erfindungsgemäße Trocknungsanlage, das erfindungsgemäße Trocknungsverfahren und das erfindungsgemäße thermodynamische Regelungsverfahren weisen zahlreiche Vorteile auf.
So wird die gesamte erfindungsgemäße Trocknungsanlage mit Normvolumenströmen berechnet und geregelt, sodass an jeder beliebigen Stelle die variierenden Volumenströme und der Energiebedarf unabhängig von Druck und Temperatur bestimmt werden können.
Es können zuverlässige und erprobte Messsysteme wie zum Beispiel Venturi-Messungen und Temperaturmessfühler wie PT 100 verwendet werden, sodass die Betriebssicherheit gewährleistet ist und die Verfügbarkeit der Gesamtanlage erhalten bleibt.
Es kann eine Ersatzregelung eingefügt werden, die bei Ausfall zusätzlicher Messgeräte einen Notbetrieb der erfindungsgemäßen Trocknungsanlagen gewährleistet. Die Einstellwerte der Ersatzregelung können aus dem laufenden Betrieb abgelesen werden.
Durch die Ausnutzung von Reserveauslegung und/oder einer Vergrößerung der Wärmetauscher können an allen Stellen der erfindungsgemäßen Trocknungsanlagen bei allen Betriebszuständen die geforderten Prozessparameter eingehalten werden.
Durch die Dynamisierung der Brennkammertemperatur in Abhängigkeit vom Volumenstrom werden die Schadstoffemissionswerte durch das erfindungsgemäße Trocknungsverfahren und das erfindungsgemäße Regelungsverfahren konstant gehalten und können auf einen niedrigen Wert eingestellt werden.
Außerdem kann die Spreizung der regelbaren Volumenströme durch das erfindungsgemäße Trocknungsverfahren und das erfindungsgemäße thermodynamische Regelungsverfahren vergrößert werden. Dadurch wird die regelbare Leistungsabgabe der thermischen Nachverbrennungsanlage signifikant vergrößert.
Bei kompakten thermischen Nachverbrennungsanlagen wird durch die Regelung der Abgastemperatur vor dem Eintritt in die Brennkammer bei einem minimalen Volumenstrom, wenn die thermische Nachverbrennungsanlage am heißesten wird, ein höherer Volumenstrom durch die Außenhautkühlung geleitet, wodurch die Außenhaut der Brennkammer genau dann gekühlt wird, wenn dies notwendig ist.
Die Dynamisierung bzw. Variation der Brennkammertemperaturen führen zu einem automatischen Übergang in den Pausenbetrieb. Der Übergang in den Pausenbetrieb braucht nicht mehr geschaltet zu werden. Dadurch tritt auch keine Überhitzung der erfindungsgemäßen Trocknungsanlage bei Leerlauf mehr ein und der Betrieb der Trocknungsanlage ist von den Ereignissen in den Lackierkabinen unabhängig.
Die Fahrweise mit angepassten optimalen Volumenströmen senken den elektrischen Energieverbrauch der Abgasgebläse. Es sind des Weiteren keine Energie verbrauchenden Drosselklappen oder anderer den Druckverlust erhöhende Maßnahmen notwendig.
Die Möglichkeit der einfachen Anpassung der Volumenströme pro Trocknungsgut eröffnet die Möglichkeit einer Optimierung zwischen Energieverbrauch und Reinigungsaufwand wegen Kondensat.
Insgesamt wird gegenüber herkömmlichen Trocknungsanlagen eine signifikante Energieeinsparung erzielt, sodass auch besonders flexibel auf steigende Energiepreise reagiert werden kann.
Figurenliste
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren werden nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 näher erläutert. Die 1 bis 3 dienen der Veranschaulichung des Prinzips und der Funktionen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, des erfindungsgemäßen Verfahrens und müssen deshalb nicht maßstabsgetreu ausgeführt werden.
Es zeigen:

1 das Fließschema einer thermodynamisch geregelten erfindungsgemäßen Trocknungsanlage T zur Trocknung von lackierten Trocknungsgütern TG;
2 das detailliertere Fließschema der Regelung R des kalten Bypasses BP aus der 1 und
3 das Emissionseinstellfenster ESF = Brennkammertemperatur T_BK [°C] als Funktion des Volumenstroms V̇_variabel [m³/h i. N.] des Reingases RG in der Reingasleitung L_RG.

In den 1 bis 3 haben die Bezugszeichen die folgende Bedeutung:

1: Messstelle für die Abgastemperatur TAG [°C] in der Abgasleitung LAG
2: Messstelle für den Volumenstrom V [m³/h i. N.] des Abgases AG in der Abgasleitung LAG
3: Aktuator für das Gebläse GBL
4: Messstelle für die Temperatur T_WT [°C] des Abgases AGwr vor der Brennkammer BK
5: Steuerventil im kalten Bypass BP, gesteuert von der Regelung R
6: Aktuator für das Ventil 7 in der Erdgasleitung L_EG
7: Steuerventil für das Erdgas EG
8: Messstelle für die Temperatur T_NWA [°C] des Reingases RG in der Reingasleitung L_RG nach dem Wärmetauscher WT und vor dem Wärmeabnehmer WA
9: Messstelle für die Temperatur T_Kamin des Reingases RG in der Reingasleitung L_RG nach dem Wärmeabnehmer WA
10: Messstelle für die Temperatur T_BK [°C] des Reingases RG in der Reingasleitung L_RG vor dem Wärmetauscher WT
11: Messstelle für die Temperatur T_BK [°C] des Reingases RG in der Brennkammer BK
a: Stellung „auf“
AG: Abgas aus dem Trocknungstunnel TT
AG_WT: Abgas in der Abgasleitung LAG nach dem Wärmetauscher WT
BK: Brennkammer
BP: Kalter Bypass
BR: Brenner
Ė_AG: Energiefluss Abgas [W]
Ė_RGD: Energiefluss Reingas über Dach [W]
Ė_TNV: Energiefluss thermischen Nachverbrennungsanlage [W]
Ė_WA: Energiefluss Wärmeabnehmer [W]
EG: Brennstoff
ESF: Emissionseinstellfenster
FL: Flamme
FU: Frequenzumrichter
GBL: Gebläse oder Abgasventilator
HZ_TT: Heizung des Trocknungstunnels TT durch den oder die Wärmeabnehmer WA
in1: Input der Messwerte der Temperatur T_WT des Abgases AG_WT in der Abgasleitung LAG nach dem Wärmetauscher WT (Messstelle 4)
in2: Input der Messwerte T_AG der Temperatur [°C] des Abgases AG in LAG vor WT (Messstelle 1)
in3: Input der Messwerte der Brennkammertemperatur T_BK [°C] (Messstelle 11)
in4: Input der Messwerte der Temperatur T_Kamin [°C] (Messstelle 9)
in5: Input der Messwerte des Volumenstroms V̇_variabel [m³/h i. N.] von AG in LAG (Messstelle 2)
in6: Input der Messwerte der Temperatur T_R [°C] des Reingases RG in der Reingasleitung L_RG nach dem Wärmetauscher WT (Messstelle 8)
i. N.: Im Normzustand: Temperatur = 273,15 K, Druck = 1013,25 mbar
K: Kamin
L_AG: Leitung für das Abgas AG
L_EG: Leitung für den Brennstoff EG
L_RG: Leitung für das Reingas RG
LTG: Lackierte Trocknungsgüter
out1: Output der Sollwerte für T_BK [°C] zur Steuerung des Aktuators 6
out2: Output der Sollwerte T_wt [°C] an die Regelung R
out3: Output der Sollwerte für den Volumenstrom V̇_variabel[m³/h i. N.] des Abgases AG in der Abgasleitung LAG an den Aktuator 3
R: Regelung im kalten Bypass BP
RGD: Reingas über Dach
SK: Skid
T: Trocknungsanlage
T_AG: Abgastemperatur [°C] (Messstelle 1)
T_Kamin: Temperatur [°C] des Reingases RG in der Reingasleitung L_RG nach dem Wärmeabnehmer WA (Messstelle 9)
T_BK: Temperatur [°C] der Brennkammer BK (Messstelle 11)
T_NWA: Temperatur [°C] des Reingases RG in der Reingasleitung L_RG nach dem Wärmetauscher WT und vor dem Wärmeabnehmer WA (Messstelle 8)
T_RG: Temperatur [°C] des Reingases RG in der Reingasleitung L_RG nach der Brennkammer BK [°C] (Messstelle 10)
T_WT: Temperatur des Abgases AG_WT in der Abgasleitung LAG nach dem Wärmetauscher WT [°C] (Messstelle 4)
TDR: Thermodynamischen Regelung
TNV: Thermische Nachverbrennung
TT: Trocknungstunnel
V̇: Volumenstrom [m³/h i. N.]
V̇_variabel: Volumenstrom des Reingases RG in der Reingasleitung L_RG [m³/h i. N.]
V̇_min.: Minimaler Volumenstrom des Reingases RG in der Reingasleitung L_RG [m³/h i. N.]
V̇_max.: Maximaler Volumenstrom des Reingases RG in der Reingasleitung L_RG [m³/h i. N.]
VFR: Verfahrrichtung oder Förderrichtung
VOC: Flüchtige organische Verbindungen (Volatile Organic Compounds)
W: Leistung in Watt
WA: Wärmeabnehmer
z: Stellung „zu“
↑T_RG: Temperatur des Reingases RG (Messstelle 8) steigt
↓T_RG: Temperatur des Reingases RG (Messstelle 8) sinkt

Ausführliche Beschreibung der Figuren
Figuren 1 bis 3
Die erfindungsgemäße Trocknungsanlage T war für minimale Volumenströme V̇_min. von 5000 m³/h und für maximale Volumenströme V̇_max. von 10.000 m³/h ausgelegt. Das Emissionseinstellfenster ESF wurde durch die korrespondierenden Eckpunkte von 680 °C und 690 °C sowie 720 °C und 730 °C festgelegt. Thermisch besonders belasteten Anlagenteile waren hauptsächlich aus Edelstahl aufgebaut. Thermisch weniger belastete Anlagenteile waren im Wesentlichen durch schlagzähe, gegebenenfalls flammfest ausgerüstete, temperaturbeständige Kunststoffe aufgebaut. Die Trocknungsanlage T wurde durch eine thermodynamische Regelung elektronisch gesteuert. Die Trocknungsanlage T unterlag einem Explosionsgutachten.
Die erfindungsgemäße Trocknungsanlage T zur Trocknung lackierter Trocknungsgüter LTG, insbesondere von Automobilkarosserien, umfasste

- einen Trocknungstunnel TT, durch den die Automobilkarosserien LTG in Förderrichtung VFR auf Skids SK transportiert wurden,
- eine Leitung LAG für das flüchtige organische Verbindungen VOC enthaltende Abgas AG aus dem einen Trocknungstunnel TT,
- ein über einen Aktuator 3 gesteuertes Gebläse GBL zum geregelten Weitertransport des Abgases AG zu einem Wärmetauscher WT,
- einen Wärmetauscher WT, in dem das Abgas AG durch das Reingas RG in der einen Reingasleitung L_RG variabel aufgeheizt wurde,
- eine Abgasleitung LAG nach dem Wärmetauscher WT, durch die das auf variable Temperaturen TAG aufgeheizte Abgas AG_WT in variablen Mengen zu dem Brenner BR transportiert wurde,
- einen den Wärmetauscher WT umgehenden und die eine Abgasleitung LAG vor dem einen Wärmetauscher WT mit der einen Abgasleitung LAG nach dem Wärmetauscher WT verbindenden kalten Bypass BP, der mithilfe einer elektronisch gesteuerten Regelung R geregelt wurde,
- eine Gasleitung L_EG , durch die der Brennstoff EG, hier Erdgas EG, geregelt zu dem Brenner BR transportiert wurde,
- einen Brenner BR in der Brennkammer BK der thermischen Nachverbrennungsanlage TNV,
- eine Reingasleitung L_RG , durch die das Reingas RG aus der Brennkammer BK mit variablen Temperaturen T_BK zu dem Wärmetauscher WT geleitet wurde, worin es durch das Abgas AG variabel abgekühlt wurde,
- eine Reingasleitung L_RG , durch die das variabel abgekühlte Reingas RG von dem Wärmetauscher WT zu einem Wärmeabnehmer WA geleitet wurde,
- eine Heizung HZ_TT , durch die der Trocknungszone TT durch den Wärmeabnehmer WA variabel beheizt wurde, und
- eine Reingasleitung L_RG , durch die das weiter abgekühlte Reingas RG zu einem Kamin K geleitet wurde, von wo aus das Reingas RGD über Dach in die Atmosphäre abgelassen wurde.

Zu Zwecken der elektronischen Steuerung wies die erfindungsgemäße Trocknungsanlage T

- eine Messstelle 1 für die Temperatur TAG [°C] des Abgases AG,
- eine Messstelle 2 für den Volumenstrom V des Abgases AG in der mindestens einen Abgasleitung LAG,
- einen steuerbaren Aktuator 3 für das Gebläse GBL,
- eine Messstelle 4 für die Temperatur T_WT des Abgases AG_WT in der Abgasleitung LAG nach dem Wärmetauscher WT und vor der Brennkammer BK,
- ein Steuerventil 5 im kalten Bypass BP, das von einer Regelung R gesteuert wurde,
- einen steuerbaren Aktuator 6 für das Steuerventil 7 in der Brennstoffleitung L_EG ,
- ein Steuerventil 7 für den Brennstoff EG, hier Erdgas EG,
- eine Messstelle 8 für die Temperatur T_RG des Reingases RG in der Reingasleitung L_RG nach dem Wärmetauscher WT,
- eine Messstelle 9 für die Temperatur T_Kamin des Reingases RGD in der Reingasleitung L_RG nach dem mindestens einen Wärmeabnehmer WA,
- eine Messstelle 10 für die Temperatur T_RG des Reingases RG in der Reingasleitung L_RG vor dem Wärmetauscher WT und
- eine Messstelle 11 für die Temperatur T_BK in der Brennkammer BK auf

Als Messgeräte wurden übliche und bekannte Geräte zur Messung von hohen Temperaturen und heißen Gasströmen verwendet.
Zu Zwecken der elektronischen Steuerung der Trocknungsanlage T erhielt die thermodynamische Regelung TDR

- einen Input in1 der Messwerte der Temperatur T_WT des Abgases AG_WT in der Abgasleitung LAG nach dem Wärmetauscher WT von der Messstelle 4,
- einen Input in2 der Messwerte der Temperatur TAG [°C] des Abgases AG von der Messstelle 1,
- einen Input in3 für die Messwerte der Brennkammertemperatur T_BK von der Messstelle 11,
- einen Input in4 für die Messwerte der Temperatur T_Kamin von der Messstelle 9,
- einen Input in5 für die Messwerte des Volumenstroms V̇_variabel des Reingases RG in der Reingasleitung L_RG von der Messstelle 2,
- einen Input in6 der Sollwerte der Temperatur T_RG des Reingases RG in der Reingasleitung L_RG nach dem Wärmetauscher WT von der Messstelle 8.

Nach der Berechnung gab die thermodynamische Regelung TDR zur Steuerung

- einen Output out1 der Sollwerte für T_BK an den Aktuator 6,
- einen Output out2 der Sollwerte T_WT an die Regelung R und
- einen Output out3 der Sollwerte des Volumenstroms V̇_variabel [m³/h i. N.] des Abgases AG in der Abgasleitung L_AG an den Aktuator 3 ab.

Dem Steueralgorithmus lagen die folgenden mathematischen Zusammenhänge zu Grunde:
Regelungsgleichung für die Messstelle 8 hinter dem Wärmetauscher WT war Gleichung I: ${\dot{E}}_{TNV} [W] + {\dot{E}}_{AG} [W] = {\dot{E}}_{WA} [W] + {\dot{E}}_{RGD} [W]$
Über die thermische Nachverbrennungsanlage betrachtet wurde die Regelungsgleichungen zu Gleichung II: ${\dot{E}}_{TNV} [W] = {\dot{E}}_{WA} [W] + {\dot{E}}_{RGD} [W] - {\dot{E}}_{AG} [W]$
Daraus folgte die Regeldifferenz Δ vor dem Regler zu Gleichung III: $Δ = {{\dot{E}}_{WA} [W] + {\dot{E}}_{RGD} [W] - {\dot{E}}_{AG} [W]} - {\dot{E}}_{TNV} [W]$
mit Ė_WA [W] + Ė_RGD [W] - Ė_AG [W] = Sollwert und Ė_TNV [W] = Istwert.
Der Sollwert konnte wie folgt genauer definiert werden:

Stellgröße war der Volumenstrom V im Normzustand (i.N.: Temperatur = 273,15 K, Druck = 1013,25 mbar).
Die Brennkammertemperatur T_BK wiederum folgte der Gleichung IV: $T_{BK} = f ({\dot{V}}_{variabel})$
worin V̇_variabel = Volumenstrom des Reingases RG in der Reingasleitung L_RG [m³/Stunde i.N.] war.
Zur Heizung HZ_TT der Trocknungszone TT wurde den Wärmeabnehmern WA die thermische Leistung Ė_WA [W] entnommen.
Die erfindungsgemäße Trocknungsanlage T konnte beispielsweise mit der in der Zeichnung des deutschen Patents DE 10 2008 034 746 B4 im Detail beschriebene Konfiguration kombiniert werden. Die folgenden kursiven Bezugszeichen beziehen sich auf die genannte Figur. In der Trocknungsanlage verließ das Reingas die thermische Nachverbrennungsanlage TNV 9 über die Reingasleitung 24, 24a, 24b und 24c. Die drei letztgenannten Abschnitte der Reingasleitung wurden streckenweise am Boden am Boden des Trocknungstunnels verlegt, sodass die Trocknungsgüter besonders gut von unten erwärmt werden konnten. Die Reingasleitungen traten wieder aus dem Boden des Trocknungstunnels aus und das darin enthaltene Reingas erwärmte in den Umgasrekuperatoren 10 und 12 das Umgas, das ihnen über die Umgasleitungen 17 aus dem Trocknungstunnel zugeführt und wieder in den Trocknungstunnel zurückgeführt wurde. Das abgekühlte Reingas wurde in einem Frischluftrekuperator 14 vor der Ausleitung in die Atmosphäre weiter abgekühlt, und die so erwärmte Frischluft wurde wieder über die Frischluftleitungen 15a und 15b in die Trocknungsanlage zurückgeleitet.
In dieser Weise konnten nicht nur die signifikanten Vorteile der erfindungsgemäßen Trocknungsanlage T mit den Vorteilen der Trocknungsanlage gemäß dem deutschen Patent DE 10 2008 034 746 B4 verbunden werden, wodurch sich neue besondere Vorteile ergaben, sondern es wurde auch eine signifikante Energieersparnis und eine deutliche Reduzierung der Emission von NOx, Gesamtkohlenstoff, Kohlenmonoxid und Formaldehyd erzielt. Bei einer Feuerung mit Öl war auch Schwefeldioxid SO₂ zu beachten.
Bei einer Kombination der erfindungsgemäßen Trocknungsanlage T mit einer kompakten thermischen Nachverbrennungsanlage TNV der Firma Wenker GmbH & Co. KG, Ahaus, konnte die thermische Nachverbrennungsanlage TNV mit signifikant stabileren Emission betrieben und der regelbare Leistungsbereich der TNV deutlich vergrößert werden, wenn man die Abgastemperatur T_WT vor der Brennkammer BK mithilfe des Reglers R des kalten Bypasses BP konstant hielt und die Brennkammertemperatur T_BK in Abhängigkeit vom Volumenstrom V̇_min. zu V̇_max. in den Grenzen
„minimale Brennkammertemperatur T_BK zu maximale Brennkammertemperatur T_BK“
änderte.
Die Möglichkeit der Umgehung der Pausenschaltung bewirkte außerdem, dass der erfindungsgemäße Trockner T auch bei niedriger Brennkammertemperatur T_BK Trocknungsgüter LTG, insbesondere Kfz-Karosserien, einfahren lassen konnte. Die minimale Luftmenge konnte deshalb maximal genutzt werden, um die Karosserien zu trocknen, was bei Trocknungsverfahren des Standes der Technik insbesondere bei der Nutzung der Pausenschaltung nicht möglich war.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008034746 B4 [0004, 0006, 0024, 0041, 0077, 0078]
EP 2295909 B1 [0007, 0009]

Claims

Trocknungsanlage (T) zur Trocknung von Trocknungsgütern (LTG), umfassend - mindestens einen Trocknungstunnel (TT), durch den die Trocknungsgüter (LTG) in Förderrichtung (VFR) verfahrbar sind, - mindestens eine Leitung (L_AG) für das flüchtige organische Verbindungen (VOC) enthaltende Abgas (AG) aus dem mindestens einen Trocknungstunnel (TT), - mindestens ein über mindestens einen Frequenzumrichter (FU) gesteuertes Gebläse (GBL) zum geregelten Weitertransport des Abgases (AG) zu mindestens einem Wärmetauscher (WT), - mindestens einen Wärmetauscher (WT), in dem das Abgas (AG) durch das Reingas (RG) in der mindestens einen Reingasleitung (L_RG) variabel aufheizbar ist, - mindestens eine Abgasleitung (L_AG) nach dem mindestens einen Wärmetauscher (WT), durch die das auf variable Temperaturen (T_AG) aufheizbare Abgas (AG_WT) in variablen Mengen zu mindestens einem Brenner (BR) in mindestens einer Brennkammer (BK) mindestens einer thermischen Nachverbrennungsanlage (TNV) transportierbar ist, - mindestens einen den mindestens einen Wärmetauscher (WT) umgehenden und die mindestens eine Abgasleitung (L_AG) vor dem mindestens einen Wärmetauscher (WT) mit der mindestens einen Abgasleitung (L_AG) nach dem mindestens einen Wärmetauscher (WT) verbindenden kalten Bypass (BP), der mithilfe mindestens einer elektronisch gesteuerten Regelung (R) regelbar ist, - mindestens eine Leitung (L_EG), durch die ein Brennstoff (EG) geregelt zu dem mindestens einen Brenner (BR) transportierbar ist, - mindestens eine Reingasleitung (L_RG), durch die das Reingas (RG) aus der mindestens einen Brennkammer (BK) mit variablen Temperaturen (T_BK) zu dem mindestens einen Wärmetauscher (WT) leitbar ist, worin es durch das Abgas (AG) variabel abkühlbar ist, - mindestens eine Reingasleitung (L_RG), durch die das variabel abgekühlte Reingas (RG) von dem mindestens einen Wärmetauscher (WT) zu mindestens einem Wärmeabnehmer (WA) leitbar ist, - mindestens eine Heizung (HZrr), durch die die mindestens einen Trocknungszone (TT) durch den mindestens einen Wärmeabnehmer (WA) variabel beheizbar ist, und - mindestens eine Reingasleitung (L_RG), durch die das weiter abgekühlte Reingas (RG) zu mindestens einem Kamin (K) leitbar ist, von wo aus das Reingas (RG) in die Atmosphäre ablassbar ist.
Trocknungsanlage (T) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie - mindestens eine Messstelle (1) für die Abgastemperatur (T_AG) in der mindestens einen Abgasleitung (L_AG), - mindestens eine Messstelle (2) für den Volumenstrom (V) des Abgases (AG) in der mindestens einen Abgasleitung (L_AG), - mindestens einen Aktuator (3) für das mindestens eine Gebläse (GBL), steuerbar durch mindestens einen Frequenzumrichter (FU), - mindestens eine Messstelle (4) für die Temperatur (T_WT) des Abgases (AG_WT) in der mindestens einen Abgasleitung (L_AG) nach dem mindestens einen Wärmetauscher (WT), - mindestens ein Steuerventil (5) im mindestens einen kalten Bypass (BP), steuerbar von einer Regelung (R), - mindestens einen Aktuator (6) für das mindestens eine Steuerventil (7) in der mindestens einen Leitung (L_EG), - mindestens ein dem Brenner (BR) vorgeschaltetes Steuerventil (7) für den Brennstoff (EG), - mindestens eine Messstelle (8) für die Temperatur (T_NWA) des Reingases (RG) in der mindestens einen Reingasleitung (L_RG) nach dem mindestens einen Wärmetauscher (WT), - mindestens eine Messstelle (9) für die Temperatur (T_Kamin) des Reingases (RG) in der mindestens einen Reingasleitung (L_RG) nach dem mindestens einen Wärmeabnehmer (WA), - mindestens eine Messstelle (10) für die Temperatur (T_RG) des Reingases (RG) in der mindestens einen Reingasleitung (L_RG) vor dem mindestens einen Wärmetauscher (WT) oder alternativ mindestens eine Messstelle (8) nach dem mindestens einen Wärmetauscher (WT) oder - alternativ mindestens eine Messstelle (8) nach dem mindestens einen Wärmetauscher (WT), wenn die mindestens eine Brennkammer (BK) und der mindestens eine Wärmetauscher (WT) bei der mindestens einen thermischen Nachverbrennungsanlage (TNV) mindestens eine kompakte Einheit bilden, und - mindestens eine Messstelle (11) für die Temperatur (T_BK) in der mindestens einen Brennkammer (BK) der mindestens einen Nachverbrennungsanlage (TNV).
Trocknungsanlage (T) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Wärmeabnehmer (WA) als Heizung (HZ_TT) für den mindestens einen Trocknungstunnel (TT) fungiert.
Trocknungsanlage (T) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie mithilfe mindestens einer thermodynamischen Regelung (TDR) elektronisch steuerbar ist.
Trocknungsanlage (T) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine thermodynamische Regelung (TDR) - mindestens einen Input (in1) der Messwerte der Temperatur (T_WT) des Abgases (AGwr) in der mindestens einen Abgasleitung (L_AG) nach dem Wärmetauscher (WT) von der mindestens eine Messstelle (4), - mindestens einen Input (in2) der Abgastemperatur (T_AG) in der mindestens einen Abgasleitung (L_AG) von der mindestens einen Messstelle 1, - mindestens einen Input (in3) für die Messwerte der Brennkammertemperatur (T_BK) von der mindestens einen Messstelle (11), - mindestens einen Input (in4) für die Messwerte der Temperatur (T_Kamin) von der mindestens einen Messstelle (9), - mindestens einen Input (in5) für die Messwerte des Volumenstroms (V̇_variabel) des Abgases (AG) in der Abgasleitung (L_AG) von der mindestens einen Messstelle 2 und - mindestens einen Input (in6) der Messwerte der Temperatur (T_RG) des Reingases (RG) in der mindestens einen Reingasleitung (L_RG) nach dem mindestens einen Wärmetauscher (WT) von der mindestens einen Messstelle (8) sowie - mindestens einen Output (out1) der Sollwerte für (T_BK) zur Steuerung des mindestens einen Aktuators (6), - mindestens einen Output (out2) der Sollwerte (T_RG) an die mindestens eine Regelung (R) und - mindestens einen Output (out3) der Sollwerte des Volumenstroms (V̇_variabel) des Reingases (RG) in der Reingasleitung (L_RG) zur Steuerung des mindestens einen Aktuators (3) umfasst.
Trocknungsanlage (T) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Wärmeabnehmer (WA) aus der Gruppe, bestehend aus Abhitzekesseln, Rekuperatoren, Wärmetauschern und Gasleitungen, ausgewählt ist.
Trocknungsanlage (T) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknungsgüter (LTG) Kunststoffformteile, die an ihrer Oberfläche angelöst und/oder geschmolzen sind, geklebte Komposite aller Art, deren Klebschichten noch nicht getrocknet sind, durch Spritzlackierung, Pulverlackierung, Vorhanggießen, Elektrotauchlackieren und Rakeln lackierte und beschichtete, durch Siebdruck, Tiefdruck, Offsetdruck, Hochdruck und Flexodruck bedruckte sowie bemalte Formteile aller Art sind.
Trocknungsanlage (T) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknungsgüter (LTG) Bauteile für architektonische Zwecke wie Fensterrahmen, Gitter, Geländer, Türen, Treppen, Gestänge, Rohre und mobile Bauten, Bauteile und Karosserien von Fortbewegungsmitteln wie PKW, Lastwagen, Omnibusse, Baumaschinen, Motorräder, Mopeds, Quads, Motorroller, Tretroller, Fahrräder, Elektrofahrräder, Pedelecs, Hoverboards, Skateboards, Longboards, Zweirad-Windrunner, Lokomotiven, Zugwaggons, Flugzeugteile und Schiffsrümpfe, Weiße Ware, Heizungskörper, Radiatoren und Bauteile für sanitäre Zwecke sind.
Verfahren zur Trocknung von Trocknungsgütern (LTG) in mindestens einer Trocknungsanlage (T) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Trocknungsgüter (LTG) durch mindestens einen Trocknungstunnel (TT) in Förderrichtung (VFR) gefahren und dabei getrocknet werden, dadurch gekennzeichnet, dass (i) dass das dabei erzeugte, flüchtige organische Verbindungen (VOC) enthaltende Abgas (AG) über mindestens eine Abgasleitung (L_AG) aus dem mindestens einen Trocknungstunnel (TT) abgesaugt wird, (ii) mithilfe mindestens eines über mindestens einen Frequenzumrichter (FU) geregeltes Gebläse (GBL) zu mindestens einem Wärmetauscher (WT) weiter transportiert wird, wodurch die Menge des abgesaugten Abgases (AG) geregelt wird, (iii) in dem mindestens einen Wärmetauscher (WT) zumindest zeitweise durch das Reingas (RG) aus der mindestens einen thermischen Nachverbrennungsanlage (TNV) in der mindestens einen Reingasleitung (L_RG) auf variable Temperaturen (T_AG) aufgeheizt wird, (iv) über mindestens einen den mindestens einen Wärmetauscher (WT) umgehenden und die mindestens eine Abgasleitung (L_AG) vor und hinter dem mindestens einen Wärmetauscher (WT) fluidmäßig verbindenden kalten Bypass (BP) geleitet wird, der mittels mindestens eines von mindestens einer Regelung (R) geregelten Steuerventils (7) zeitweise oder während des ganzen Verfahrens teilweise oder ganz geöffnet wird und/oder verschlossen bleibt, wodurch die Abgastemperatur (T_AG) variiert wird, (v) durch mindestens eine weitere Abgasleitung (L_AG) von dem mindestens einen Wärmetauscher (WT) zu dem mindestens einen Brenner (BR) in der mindestens einen Brennkammer (BK) in der mindestens einen thermischen Nachverbrennungsanlage (TNV) in variablen Mengen weiter transportiert wird und (vi) über die mindestens eine Leitung (L_EG) ein Brennstoff (EG) dem mindestens einen Brenner (BR) in variablen Mengen zugeführt wird, (vii) der Brennstoff (EG) in dem mindestens einen Brenner (BR) in der mindestens einen Brennkammer (BK) der mindestens einen thermischen Nachverbrennungsanlage (TNV) in mindestens einer Flamme (FL) bei variablen Brennkammertemperaturen (T_BK) verbrannt wird, wobei (viii) das resultierende Reingas (RG) einer variablen Temperatur (T_RG) aus der mindestens einen Brennkammer (BK) über mindestens eine Reingasleitung (L_RG) zu dem mindestens einen Wärmetauscher (WT) geleitet wird, worin es das abgesaugte Abgas (AG) zumindest zeitweise variabel aufheizt, (ix) das den mindestens einen Wärmetauscher (WT) verlassende Reingas (RG) über mindestens eine weitere Reingasleitung (L_RG) zu mindestens einem Wärmeabnehmer (WA) geleitet wird, worin dem Reingas (RG) die variable thermische Leistung Ė_WA [W] entnommen wird, die zur variablen Heizung (HZ_TT) des mindestens einen Trocknungstunnels (TT) verwendet wird, wonach (x) das Reingas (RG) in die Atmosphäre abgeblasen wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Reingas (RG) im Verfahrensschritt (x) entweder direkt über mindestens einen Kamin (K) oder mindestens einen vorgeschalteten Abhitzekessel abgeblasen wird.
Verfahren zur thermodynamischen Regelung (TDR) des Verfahrens gemäß Anspruch 9 oder 10 zur Trocknung von Trocknungsgütern (TG) in mindestens einer Trocknungsanlage (T), dadurch gekennzeichnet, dass der Algorithmus der mindestens einen thermodynamischen Regelung (TDR) folgende Beziehungen zu Grunde liegen: Gleichung I: Regelungsgleichung für die Messstelle 8 hinter dem Wärmetauscher (WT): ${\dot{E}}_{TNV} [W] + {\dot{E}}_{AG} [W] = {\dot{E}}_{WA} [W] + {\dot{E}}_{RGD} [W]$
Gleichung II: Regelungsgleichung I über die thermische Nachverbrennungsanlage betrachtet: ${\dot{E}}_{TNV} [W] = {\dot{E}}_{WA} [W] + {\dot{E}}_{RGD} [W] - {\dot{E}}_{AG} [W]$
Gleichung III: Regeldifferenz Δ vor dem Regler: $Δ = {{\dot{E}}_{WA} [W] + {\dot{E}}_{RGD} [W] - {\dot{E}}_{AG} [W]} - {\dot{E}}_{TNV} [W]$
mit Ė_WA [W] + Ė_RGD [W] - Ė_AG [W] = Sollwert und Ė_TNV [W] = Istwert, wobei der Sollwert wie folgt definiert ist: (i) Ė_WA [W] als auszugleichende Wärmeabnahme des Trockners (T), (ii) Ė_AG [W] als auszugleichenden/einzurechnenden Rückgewinnung von Wärme aus dem Trockner (T) und (iii) Ė_RGD [W] als Energiegehalt des Reingases über Dach (RGD), der mit dem Sollwert T_Kamin zum Berechnen des Energiegehaltes des (RGD) gebildet wird; Stellgröße: Volumenstrom V im Normzustand (i.N.: Temperatur = 273,15 K, Druck = 1013,25 mbar); Gleichung IV: Brennkammertemperatur (TBK): $T_{BK} = f ({\dot{V}}_{variabel})$
worin V̇_variabel = Volumenstrom des Reingases (RG) in der Reingasleitung (L_RG) [m³/Stunde i.N.].
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mit Gleichung IV ein Einstellfenster (ESF) definiert wird, bei dem (T_BK) bei einem minimalen Volumenstrom (V̇_min.) zwischen 600 °C und 800 °C und bei einem maximalen Volumenstrom (V̇_max.) zwischen 700 °C und 900 °C liegt, wobei die beiden Temperaturbereiche so gewählt werden, dass sie nicht überlappen.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Volumenströme (V) in einem Bereich von 3000 m³/h i. N. und 30.000 m³/h i. N. liegen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei der mindestens einen thermodynamischen Regelung (TDR) - von der mindestens einen Messstelle (4) mindestens einen Input (in1) der Messwerte der Temperatur (T_WT) des Abgases (AG_WT) in der mindestens einen Abgasleitung (L_AG) nach dem mindestens einen Wärmetauscher (WT) und dem kalten Bypass (BP), - von der mindestens einen Messstelle (2) mindestens einen Input (in2) der Messwerte der Temperatur TAG [°C] des Abgases AG über, - von der mindestens einen Messstelle (11) mindestens ein Input (in3) der Messwerte der mindestens einen Brennkammertemperatur (T_BK), - von der mindestens einen Messstelle (9) mindestens ein Input (in4) für die Messwerte der Temperatur (T_Kamin), - von der mindestens einen Messstelle (F) mindestens ein Input (in5) für die Messwerte des Volumenstroms (V̇_variabel) des Reingases (RG) in der mindestens einen Reingasleitung (L_RG) und - von der mindestens einen Messstelle (8) mindestens ein Input (in6) der Messwerte der Temperatur (T_RG) des Reingases (RG) in der mindestens einen Reingasleitung (L_RG) nach dem mindestens einen Wärmetauscher (WT) eingegeben werden, wobei - der mindestens eine Aktuators (6) durch den mindestens einen Output (out1) der Sollwerte für (T_BK), - die mindestens eine Regelung (R) durch den mindestens einen Output (out2) der Sollwerte (T_RG) und - Aktuator (3) durch den mindestens einen Output (out3) der Sollwerte des Volumenstroms (V̇_variabel) des Reingases (RG) in der mindestens einen Reingasleitung (L_RG) gesteuert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass einer thermischen Nachverbrennungsanlage (TNV) zwei oder mehr Trocknungsanlagen (T) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 zugeordnet sind, wobei der Energiegehalt des Reingases über (RGD) Dach mit einer Sollwertvorgabe für die Temperatur (T_Kamin) des Reingases (RG) in der Reingasleitung (L_RG) nach dem Wärmeabnehmer (WA) an der Messstelle (9) geregelt wird.