DE102022207858A1

DE102022207858A1 - Anlage zur Herstellung von Wellpappe sowie Verfahren zum Betrieb einer solchen Anlage

Info

Publication number: DE102022207858A1
Application number: DE102022207858.6A
Authority: DE
Inventors: Simon Huber; Dominic Meier; Julian Messer; Tim Slawik
Original assignee: BHS Corrugated Maschinen und Anlagenbau GmbH
Current assignee: BHS Corrugated Maschinen und Anlagenbau GmbH
Priority date: 2022-07-29
Filing date: 2022-07-29
Publication date: 2024-02-01
Also published as: WO2024023134A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betrieb einer Anlage (2) angegeben, wobei die Anlage (2) eine Wellpappenanlage (4) aufweist, zur Herstellung von Wellpappe (6), wobei die Anlage (2) eine Druckanlage (8) aufweist, zur Bedruckung einer Papierlage (10) mit einem Druck, wobei die Anlage (2) eine Wärmekraftmaschine (12) aufweist, zur Erzeugung von thermischer Leistung (Pth) und elektrischer Leistung (Pel), wobei die Wellpappenanlage (4) und die Druckanlage (8) einen Verbund bilden und somit gemeinsam von der Wärmekraftmaschine (12) mit thermischer Leistung (Pth) und mit elektrischer Leistung (Pel) versorgt werden. Weiter wird eine entsprechende Anlage (2) angegeben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Anlage, welche ausgebildet ist zur Herstellung von Wellpappe, sowie eine entsprechende Anlage.
Bei der Herstellung von Wellpappe werden mittels einer Wellpappenanlage mehrere Papierlagen zu einer Wellpappenbahn zusammengefügt und anschließend optional noch konfektioniert. Beispielsweise werden zur Herstellung von doppellagiger (auch: zweiteiliger) Wellpappe zwei Papierlagen jeweils mittels einer Riffelwalze gewellt und dann abwechselnd mit drei ungewellten Papierlagen zu einem Stapel verleimt. Die Wellpappenbahn wird abschließend konfektioniert und z.B. in einzelne Nutzen zertrennt. Bei der Herstellung von Wellpappe wird in den unterschiedlichen Bearbeitungsstationen der Wellpappenanlage entsprechend Energie benötigt. Einerseits wird zum Antrieb der Wellpappenanlage elektrische Leistung (Strom) benötigt und andererseits thermische Leistung (Wärme) für eine Trocknung oder Dampferzeugung an verschiedener Stelle, z.B. bei der Erzeugung einer gewellten Papierbahn mittels einer Riffelwalze. Dabei überwiegt der Bedarf an thermischer Leistung den Bedarf an elektrischer Leistung üblicherweise deutlich.
Grundsätzlich ist es wünschenswert, die Herstellung von Wellpappe möglichst energieeffizient und wirtschaftlich zu gestalten und hierfür die zum Betrieb der Wellpappenanlage genutzte Primärenergie möglichst vollständig zu nutzen. Das Konzept der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) oder sogar Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung (KWKK) bietet allgemein den Vorteil, dass in einem integrierten Prozess die eingesetzte Primärenergie (z.B. Erdgas) im Wesentlichen vollständig sowohl in Wärme als auch in Strom umgewandelt wird und entsprechend effizient nutzbar ist. Das hierbei erzielte Verhältnis von elektrischer Leistung zu thermischer Leistung ist jedoch nicht beliebig einstellbar, sondern durch den Umwandlungsprozess der Primärenergie vorgegeben, sodass eine KWK oder KWKK nicht unbedingt für jeden Prozess optimal geeignet ist.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, die Herstellung von Wellpappe energetisch möglichst effizient zu gestalten. Insbesondere soll hierbei ein KWK-Prozess oder sogar KWKK-Prozess genutzt werden. Hierzu sollen eine entsprechend verbesserte Anlage zur Herstellung von Wellpappe sowie ein Verfahren zu deren Betrieb angegeben werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Anlage mit den Merkmalen gemäß Anspruch 18. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Ausführungen im Zusammenhang mit dem Verfahren gelten sinngemäß auch für die Anlage und umgekehrt. Sofern nachfolgend Schritte des Verfahrens beschrieben sind, ergeben sich zweckmäßige Ausgestaltungen für die Anlage dadurch, dass diese ausgebildet ist, einen oder mehrere diese Schritte auszuführen. Hierzu weist die Anlage insbesondere eine entsprechend ausgebildete Steuereinheit auf.
Ein Kerngedanke der Erfindung ist insbesondere, eine Wellpappenanlage mit einer Druckanlage zu kombinieren und diese dann gemeinsam mit einer Wärmekraftmaschine zu betreiben. Mit anderen Worten: eine Wellpappenanlage, eine Druckanlage und eine Wärmekraftmaschine werden energetisch miteinander gekoppelt. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das Verhältnis von thermischer Leistung zu elektrischer Leistung (d.h. das Leistungsverhältnis) einer Wärmekraftmaschine besonders optimal den Gesamtbedarf an thermischer und elektrischer Leistung einer Wellpappenanlage im Verbund mit einer Druckanlage widerspiegelt. Demgegenüber ist eine Wärmekraftmaschine zur Versorgung lediglich einer Druckanlage oder lediglich einer Wellpappenanlage eher nicht geeignet, da deren jeweiliges Leistungsbedarfsverhältnis (Verhältnis von thermischem zu elektrischem Leistungsbedarf) im Einzelnen gerade nicht dem Leistungsverhältnis der Wärmekraftmaschine entspricht.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Betrieb einer Anlage. Die Anlage weist eine Wellpappenanlage auf, zur Herstellung von Wellpappe. Die Wellpappe wird beispielsweise als durchgängige Wellpappenbahn oder als konfektionierte Nutzen hergestellt. Zusätzlich weist die Anlage eine Druckanlage auf, zur Bedruckung einer Papierlage mit einem Druck, insbesondere mittels eines Druckkopfs. Die Druckanlage und die Wellpappenanlage werden insbesondere gleichzeitig betrieben. Die Papierlage wird vorzugsweise zur Herstellung der Wellpappe verwendet und hierzu von der Druckanlage an die Wellpappenanlage übergeben, dies ist aber an sich nicht zwingend. Die Bedruckung erfolgt vorzugsweise noch bevor die Papierlage weiterverarbeitet wird, insbesondere mit anderen Papierlagen zur Wellpappe verbunden wird. Alternativ wird die Papierlage bedruckt, wenn diese bereits mit einer oder mehreren anderen Papierlagen verbunden worden ist. Die Druckanlage ist vorzugsweise eine Digitaldruckanlage, hiervon wird nachfolgend auch ohne Beschränkung der Allgemeinheit ausgegangen, wenngleich auch andere Druckanlagen grundsätzlich geeignet sind.
Insgesamt dient die Anlage in einer vorteilhaften Ausgestaltung zur Herstellung von bedruckter Wellpappe. Die Druckanlage und die Wellpappenanlage werden bevorzugterweise inline betrieben (Inline-Betrieb), d.h. die Papierlage, welche bedruckt wird, durchläuft die Druckanlage und die Wellpappenanlage ohne dazwischen auf- und wieder abgewickelt zu werden. Hinsichtlich der Steuerung der Fördergeschwindigkeit folgt die Druckanlage vorzugsweise der Wellpappenanlage, d.h. die Wellpappenanlage gibt eine Fördergeschwindigkeit vor, welche dann von der Druckanlage übernommen wird. Die Fördergeschwindigkeit variiert insbesondere, je nach aktuellem Produktionsauftrag für die Anlage, sodass gegebenenfalls entsprechend auch der thermische und elektrische Leistungsbedarf in gewissen Grenzen variieren.
Alternativ zu dem genannten Inline-Betrieb ist auch eine Ausgestaltung geeignet, bei welcher die Druckanlage und die Wellpappenanlage separat voneinander betrieben werden, d.h. die Papierlage wird gerade nicht unmittelbar an die Wellpappenanlage übergeben und in einer möglichen Ausgestaltung sogar anderweitig verwendet und nicht in der Wellpappenanlage weiterverarbeitet. Beispielsweise produzieren die Druckanlage und die Wellpappenanlage völlig unabhängig voneinander einerseits eine bedruckte Papierlage und andererseits eine Wellpappe. In einer geeigneten Ausgestaltung wird die Druckanlage in einem Rolle-zu-Rolle-Betrieb (roll-to-roll) betrieben, d.h. die Papierlage wird am Eingang der Druckanlage abgerollt, dann mit der Druckanlage bedruckt, und schließlich am Ende der Druckanlage wieder zu einer Rolle aufgerollt. Diese Rolle wird dann an die Wellpappenanlage übergeben und dort wieder abgerollt, um daraus Wellpappe herzustellen, oder die Rolle wird gänzlich anders verwendet, z.B. in einer anderen Wellpappenanlage. Alternativ oder zusätzlich wird analog die Wellpappenanlage in einem Rolle-zu-Bogen-Betrieb (d.h. roll-to-sheet) betrieben. In jedem Fall variiert auch hierbei regelmäßig die jeweilige Fördergeschwindigkeit der Druckanlage und/oder der Wellpappenanlage, je nach aktuellem Produktionsauftrag, sodass gegebenenfalls entsprechend auch der thermische und elektrische Leistungsbedarf in gewissen Grenzen variieren.
Die Anlage weist weiterhin eine Wärmekraftmaschine auf, zur Erzeugung von thermischer und elektrischer Leistung. Bevorzugterweise weist die Wärmekraftmaschine eine Gasturbine auf und weiter insbesondere auch einen Generator. Die Gasturbine wird mit Gas als Primärenergieträger (d.h. chemisch zugeführte Primärenergie) betrieben und erzeugt bei dessen Verbrennung einerseits überwiegend thermische Leistung und andererseits mechanische Leistung, mit welcher der Generator angetrieben wird, welcher dann elektrische Leistung erzeugt. Nachfolgend wird ohne Beschränkung der Allgemeinheit von einer Gasturbine mit Generator ausgegangen, andere Wärmekraftmaschinen sind aber grundsätzlich auch geeignet. Vorzugsweise wird für die gesamte Anlage lediglich eine einzelne Primärenergiequelle genutzt, mit möglichst geringer CO₂-Bilanz (z.B. SNG, Biogas oder grüner Wasserstoff).
Die Wellpappenanlage und die Druckanlage bilden nun einen Verbund und werden somit gemeinsam von der Wärmekraftmaschine mit thermischer Leistung und mit elektrischer Leistung versorgt, d.h. die thermische und die elektrische Leistung, welche mit der Wärmekraftmaschine erzeugt werden, werden auf die Wellpappenanlage und die Druckanlage verteilt. Dabei verbrauchen sowohl die Wellpappenanlage als auch die Druckanlage jeweils insbesondere sowohl thermische als auch elektrische Leistung. Wie bereits oben angedeutet wurde, ist es hierfür von untergeordneter Bedeutung, ob die Druckanlage und die Wellpappenanlage inline oder separat voneinander betrieben werden. Wesentlich ist zunächst nur, dass der Verbund aus Druckanlage und Wellpappenanlage gemeinsam von der Wärmekraftmaschine mit sowohl thermischer als auch elektrischer Leistung versorgt wird.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist, dass das Leistungsbedarfsverhältnis des Verbunds aus Wellpappenanlage und Druckanlage besonders gut dem Leistungsverhältnis der Wärmekraftmaschine entspricht. Beim gleichzeitigen Betrieb der Druckanlage und der Wellpappenanlage addieren sich deren thermische und elektrische Leistungsbedarfe und können dann wie beschrieben gemeinsam von einer einzigen Wärmekraftmaschine bedient werden. Durch die Kombination der Wellpappenanlage mit der Druckanlage wird vorteilhaft der Nachteil behoben, dass diese allein betrachtet nur schlecht einen KWK- oder KWKK-Prozess nutzen können. So wurde beobachtet, dass z.B. eine Gasturbine ein Leistungsverhältnis von ca. 2:1 (z.B. 3,7 MW thermisch und 1,8 MW elektrisch) aufweist, während eine Wellpappenanlage typischerweise ein Leistungsbedarfsverhältnis von ca. 10:1 (z.B. 2,5 MW thermisch und 250 kW elektrisch) aufweist und eine Druckanlage von ca. 1:1 (z.B. je 1 MW thermisch und elektrisch). In Kombination ergibt sich jedoch ein Leistungsbedarfsverhältnis von etwa 2,8:1, sodass bei einem Verbund aus Wellpappenanlage und Druckanlage die Nutzung eines KWK- oder KWKK-Prozesses besonders wirtschaftlich ist. Entsprechend weist die Wärmekraftmaschine ein entsprechendes Verhältnis von thermischer zu elektrischer Leistung auf, wobei eine geringe Abweichung vom idealen Verhältnis toleriert wird, insbesondere dann, wenn sich ein Überschuss an elektrischer Leistung ergibt, da diese besonders einfach in ein Netz abgeführt werden kann. Entsprechend ist eine Wärmekraftmaschine mit einem Leistungsverhältnis von 2:1 bis 3:1 (thermisch zu elektrisch) bereits vorteilhaft. Wie weiter unten noch näher ausgeführt wird, lässt sich das Leistungsbedarfsverhältnis des Verbunds in gewissen Grenzen noch einstellen, sodass eine weitere Optimierung und Annäherung an das Leistungsverhältnis der Wärmekraftmaschine möglich sind. Daraus ergibt sich eine deutliche Effizienzsteigerung gegenüber dem einzelweisen Betrieb von Wellpappenanlage und Druckanlage, da durch den KWK-/KWKK-Prozess eine maximale Nutzung der chemischen Primärenergie realisiert wird. Ebenso ergibt sich eine Reduktion der Betriebskosten beim Betrieb des Verbunds. Sofern ein CO₂-neutraler Primärenergieträger verwendet wird, verringert sich entsprechend die CO₂-Last bei der Herstellung von Wellpappe.
Für einen möglichst wirtschaftlichen Betrieb der Anlage ist diese insbesondere derart ausgelegt, dass für die thermische und elektrische Leistung der Wärmekraftmaschine jeweils möglichst viele simultane Verbraucher vorhanden sind (Bedarfsgleichzeitigkeitsfaktor). Dies ist im hier beschriebenen Verbund aus einer Wellpappenanlage und einer Druckanlage besonders optimal gegeben, sodass sich nicht nur ein wirtschaftliches, sondern auch ein mögliches CO₂-neutrales Verfahren zur Energieversorgung anbietet. Aber selbst bei der Nutzung von fossilem Erdgas in der Wärmekraftmaschine kommt es zu einer deutlichen Reduzierung der leistungsvergleichbaren CO₂-Emissionen.
Vorzugsweise stellt die Wärmekraftmaschine die thermische Leistung in Form eines Heißgases bereit, von welchem ein erster Heißgasanteil in der Druckanlage insbesondere direkt zur Trocknung der Papierlage und/oder des Drucks verwendet wird und ein zweiter Heißgasanteil zur Erzeugung von Prozessdampf für die Wellpappenanlage. Das Heißgas ist im Falle einer Gasturbine ein Rauchgas, welches bei der Verbrennung des Primärenergieträgers erzeugt wird. Dieses Rauchgas weist insbesondere eine Temperatur im Bereich von 500°C bis 600°C auf. Die thermische Leistung der Wärmekraftmaschine wird demnach auf zwei unterschiedliche Arten genutzt, d.h. die Anlage ist diesbezüglich ein bivalentes System: einerseits wird das Heißgas in der Druckanlage direkt zur Trocknung verwendet (direkte Wärmenutzung) sowie andererseits zur hierzu simultanen Prozessdampferzeugung für die Wellpappenanlage (indirekte Wärmenutzung). Stromab der Wärmekraftmaschine wird der Heißgasstrom in zwei Teilströme aufgeteilt, einer wird zur Druckanlage geführt, der andere zu einem Abhitzekessel, mit welchem Prozessdampf für die Wellpappenanlage erzeugt wird, insbesondere mittels der sensiblen Wärme im Abhitzekessel.
Der erste Heißgasanteil wird bevorzugterweise zumindest teilweise einem Vortrockner der Druckanlage zugeführt, zur Trocknung der Papierlage vor der Bedruckung, insbesondere um die Papierbahn für einen stabileren Prozess vorzukonditionieren. Alternativ oder zusätzlich wird der erste Heißgasanteil zumindest teilweise einem Heißlufttrockner der Druckanlage zugeführt, zur Trocknung des Drucks, d.h. zur Trocknung nach der Bedruckung. Der Vortrockner und der Heißlufttrockner werden allgemein jeweils auch als Trockner bezeichnet. Die Trockner sind vorzugsweise jeweils als Konvektionstrockner ausgebildet, d.h. diese strömen warme Trocknungsluft aus, welche unmittelbar mit der Papierlage und gegebenenfalls dem Druck in Kontakt kommt (Direktgastrocknung). Das Heißgas der Wärmekraftmaschine eignet sich in besonderem Maße zu einer solchen direkten, thermischen Konvektionstrocknung in der Druckanlage, da das Heißgas prinzipbedingt frei von Partikeln oder ähnlichen Schadstoffen ist. Das Heißgas ist zudem steril und enthält im Wesentlichen CO₂, N₂ und Wasserdampf. Bei dieser Direktgastrocknung ist vorteilhaft kein Wärmeübertrager erforderlich, welcher Wärmeübertragungsverluste erzeugen würde, auf einen solchen wird geeigneterweise verzichtet. Ein weiterer Vorteil der Direktgasnutzung ist, dass auf einen internen Umluftbetrieb aus Gründen der Energieeffizienz verzichtet werden kann und zweckmäßigerweise auch verzichtet wird. In der Umluft würden Wasserdampfpartialdruck und relative Feuchte zunehmen, wodurch die Trocknung/Verdunstung von Lösemitteln im Druck prinzipiell gehemmt würde. Ein Verzicht auf einen Umluftbetrieb der Trockner spart zudem komplexe Rohrleitungssysteme sowie Radialventilatoren für die Zu- und Umluft. Weiterhin weist die Trocknungsluft eine nahezu konstante Feuchtebeladung auf, welche sich positiv auf die Trocknungscharakteristik des Drucks auswirkt.
Vorzugsweise basiert die Bedruckung in der Druckanlage auf einem Inkjet-Verfahren. Zweckmäßigerweise verwendet die Druckanlage zur Bedruckung der Papierlage insbesondere ausschließlich eine oder mehrere wasserbasierende Tinten.
Dadurch werden zündfähige Lösemittelgemische in Kombination mit dem Heißgas vermieden, was zum Explosionsschutz beiträgt.
Die Temperatur der jeweiligen Trocknungsluft, d.h. die Trocknungstemperatur, im jeweiligen Trockner ist insbesondere einstellbar und wird je nach Bedarf zweckmäßigerweise im Bereich von 100°C bis 600°C eingestellt. Vorzugsweise wird die Trocknungstemperatur durch Beimischung von Frischluft eingestellt. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird die Trocknungstemperatur im Heißlufttrockner abhängig von einer Fördergeschwindigkeit der Papierlage durch die Druckanlage gesteuert oder sogar geregelt. Dem liegt die Überlegung zugrunde, dass bei veränderter Fördergeschwindigkeit sich auch der Zeitraum ändert, über welchen die Papierlage und der Druck mit der Trocknungsluft in Berührung sind. Für ein gleichbleibendes Trocknungsergebnis wird dann zweckmäßigerweise die Trocknungstemperatur entsprechend angepasst, d.h. bei geringerer Fördergeschwindigkeit verringert und umgekehrt bei höherer Fördergeschwindigkeit erhöht.
In einer geeigneten Ausgestaltung wird ein Abluftstrom des Heißlufttrockners dem Vortrockner zugeführt, zur Trocknung der Papierlage vor der Bedruckung. Die Trocknungsluft wird im Heißlufttrockner auf die Papierlage geführt und danach als Abluftstrom abgeführt. Da die Trocknungsluft unter Umständen nicht ihre gesamte Wärme an die Papierlage mit Druck abgibt, weist der Abluftstrom eine entsprechende Restwärme auf (z.B. eine Temperatur im Bereich von 100°C bis 200°C), welche nun noch im Vortrockner genutzt wird. Alternativ oder zusätzlich wird der Abluftstrom des Heißlufttrockners je nach dessen Temperatur zweckmäßigerweise entweder in einem Abluftrekuperator (insbesondere Luft/Luft-Rekuperator) bei einer hohen Temperatur insbesondere im Bereich von 200°C bis 400°C genutzt und/oder zur Erzeugung von Prozesskälte, z.B. in einer Absorptionskältemaschine, bei einer geringen Temperatur insbesondere im Bereich von 100°C bis 200°C. Gleiches gilt analog für einen entsprechenden Abluftstrom des Vortrockners, sofern ein solcher vorhanden ist.
Zusätzlich zum ersten Heißgasanteil für die Direktgasnutzung wird der zweite Heißgasanteil insbesondere dem genannten Abhitzekessel (auch als Teilstrom-Abhitzekessel bezeichnet) zugeführt, geeigneterweise über einen geregelten Heißgas-Bypass, welcher z.B. mit einem Ventil zum Aufteilen des Heißgases auf die beiden Heißgasanteile ausgebildet ist (mit dem Ventil wird dann die Direktgasnutzung „umgangen“ und das Heißgas stattdessen dem Abhitzekessel zugeführt oder umgekehrt). Die Aufteilung des Heißgases auf die beiden Heißgasanteile, d.h. ein Verhältnis von erstem zu zweitem Heißgasanteil, wird zweckmäßigerweise geregelt, insbesondere mit dem Heißgas-Bypass. Geeigneterweise wird dabei nach dem Medium der höchsten Wertschöpfung geregelt. Dies ist insbesondere der Prozessdampf. Zweckmäßigerweise wird bei Inbetriebnahme der Anlage eingemessen, welcher Volumenstrom an Heißgas (erster Heißgasanteil) maximal für die Direktgasnutzung zur Trocknung in der Druckanlage abgezweigt werden muss. Das restliche Heißgas wird in den Abhitzekessel gespeist (zweiter Heißgasanteil). Die Auslegung erfolgt im Rahmen einer Prozessbilanzierung. Die Wärmekraftmaschine wird dann vom Leistungsverhältnis her entsprechend ausgelegt. Wenn der jeweilige thermische Leistungsbedarf der Wellpappenanlage und der Druckanlage schwanken, wird die Aufteilung des Heißgases auf den ersten und den zweiten Heißgasanteil vorzugsweise derart geregelt, dass die Wellpappenanlage insbesondere immer mit ausreichend thermischer Leistung versorgt wird und somit Vorrang hat vor der Versorgung der Druckanlage mit thermischer Leistung. Mit anderen Worten: vorrangig wird der thermische Leistungsbedarf der Wellpappenanlage bedient und dieser hat somit Vorrang vor dem thermischen Leistungsbedarf der Druckanlage. Ein mögliches Defizit bei der Versorgung der Druckanlage mit thermischer Leistung wird geeigneterweise dadurch ausgeglichen, dass zusätzliche thermische Leistung zugeführt wird, welche separat von der thermischen Leistung der Wärmekraftmaschine erzeugt wird, insbesondere mit einem Heizelement, z.B. ein Gasbrenner oder ein Elektroheizregister oder dergleichen. Letzteres hat den Vorteil, dass zweckmäßigerweise elektrische Leistung der Wärmekraftmaschine verwendet wird, welche gegebenenfalls ohnehin mit leichtem Überschuss vorhanden ist. Der Bedarf der Wellpappenanlage an Prozessdampf hat somit insgesamt Vorrang, d.h., falls plötzlich mehr Leistung für die Erzeugung von Prozessdampf benötigt wird, wird entsprechend der erste Heißgasanteil gegenüber dem zweiten Heißgasanteil reduziert, d.h. es wird weniger Heißgas zur Trocknung in die Druckanlage gefördert. Die Reduzierung des ersten Heißgasanteils wird geeigneterweise wie beschrieben durch zusätzliche thermische Leistung kompensiert.
Grundsätzlich ist es vorteilhaft, das Heißgas für die Direktlufttrocknung in einem Durchlaufbetrieb einem oder mehreren Trocknern zuzuführen und von dort aus als Abluft wieder abzuführen und gegebenenfalls an anderer Stelle noch eventuelle Restwärme zu verwenden. Vorteilhaft ist aber auch eine Variante, bei welcher ein oder mehrere Trockner der Druckanlage zumindest zeitweise oder sogar dauerhaft in einem Umluftbetrieb betrieben werden, d.h. das zugeführte Heißgas wird gerade nicht nur einfach durchgeleitet und dann als Abluft abgeführt, sondern fortlaufend umgewälzt, zumindest teilweise. Ein Umluftbetrieb ist besonders vorteilhaft, wenn wie oben beschrieben ein Defizit bei der thermischen Leistung für die Druckanlage kompensiert wird, indem zusätzliche thermische Leistung mit einem Heizelement (z.B. Gasbrenner, Elektroheizregister oder dergleichen) zugeführt wird. Durch den Umluftbetrieb wird somit der zugeführte Heißgasstrom vorteilhaft reduziert, da die Umlufttemperatur, welche sich durch Wärmeverluste abkühlt, nur konstant gehalten werden muss. Insgesamt sind zumindest die folgenden zwei Varianten vorteilhaft. In einer ersten Variante erfolgt eine Trocknung im Durchlaufbetrieb. Im Vergleich zum Umluftbetrieb ist hierbei der erforderliche Heißgasstrom höher aber die erforderliche Temperatur geringer, da der Volumenstrom vergleichsweise groß sein muss, um am Auslass (z.B. Trocknerdüsen) des Trockners eine bestimmte, erforderliche Ausblasgeschwindigkeit zu erreichen (im Umluftbetrieb wird dies mit einem eigenen Umluftventilator realisiert). In einer zweiten Variante erfolgt ein teilweiser Umluftbetrieb (Mischbetrieb). Im Vergleich zum Durchlaufbetrieb ist nun der erforderliche Heißgasstrom deutlich geringer, jedoch muss die Temperatur höher sein, um die Wärmeverluste aus dem Umluftbetrieb zu kompensieren. Das Heizelement wird insbesondere lediglich zur Kompensation im Falle des genannten Defizits verwendet und stellt dann insofern eine Backuplösung dar, um je nach Bedarf etwaige Spitzen beim thermischen Leistungsbedarf zu kompensieren.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Umluftbetrieb jedoch alternativ oder zusätzlich wie folgt auf andere Weise genutzt: da das Heißgas aus der Wärmekraftmaschine regelmäßig eine deutlich höhere Temperatur aufweist als zur Trocknung erforderlich ist, lässt sich auch dieses Heißgas über einen gewissen Zeitraum oder sogar dauerhaft im Umluftbetrieb nutzen, bevor die Temperatur unter eine zur Trocknung erforderliche Minimaltemperatur abgesunken ist. In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird daher einem Heißlufttrockner (vorzugsweise dem weiter oben bereits genannten Heißlufttrockner) der Druckanlage zumindest ein Teil des Heißgases der Wärmekraftmaschine zugeführt und der Heißlufttrockner dann damit im Umluftbetrieb betrieben Die Minimaltemperatur ist insbesondere eine wenigstens zur Trocknung erforderliche Temperatur und liegt vorzugsweise im Bereich von 200 °C und 300 °C. Demgegenüber weist das Heißgas von der Wärmekraftmaschine eine deutlich höhere Temperatur auf, vorzugsweise im Bereich von 500 °C bis 600 °C oder ist um 200 °C bis 400 °C heißer als die Minimaltemperatur, sodass sich eine entsprechend große Wärmemenge zur Nutzung für den Umluftbetrieb ergibt. Wenn die Temperatur des Heißgases im Heißlufttrockner die Minimaltemperatur erreicht, wird das nun sozusagen „verbrauchte“ Heißgas als Abluft abgeführt und der Prozess je nach Bedarf wieder von vorn gestartet.
Als Umluftbetrieb ist auch ein teilweiser Umluftbetrieb (auch als Mischbetrieb bezeichnet) geeignet, bei welchem lediglich ein Teil des Heißgases im Heißlufttrockner umgewälzt wird und ein anderer Teil als Abluft abgeführt und dann zweckmäßigerweise durch frisches Heißgas ersetzt wird. Ein 100%-iger (vollständig geschlossener) Umluftbetrieb ist typischerweise gar nicht möglich, da sich hierbei Lösemittel (hauptsächlich Wasserdampf) in der Umluft aufkonzentrieren würde. Daher wird auch im Umluftbetrieb zweckmäßigerweise kalte, unbelastete Frischluft zugeführt und belastete, heiße Abluft abgeführt, beide Volumenströme werden jedoch so wenig wie möglich gehalten. Vorzugsweise dann, wenn zu wenig Heißgas für die Trocknung in der Druckanlage vorhanden ist, wird auf den teilweisen Umluftbetrieb umgestellt. In diesem Betrieb sind dann auch zusätzliche Heizelemente wie Gasbrenner usw. in der Umluft nutzbar und werden vorzugsweise auch genutzt, was bei einer direkten Durchlauftrocknung nicht möglich wäre.
Der Abhitzekessel erzeugt insbesondere Sattdampf, z.B. bei 16 bar, und bedient damit vorteilhafterweise den kompletten Prozessdampfbedarf der Wellpappanlage und damit insbesondere auch deren kompletten thermischen Leistungsbedarf. Dieser zweite Teil der bivalenten Wärmenutzung erhöht den Gesamtwirkungsgrad der Anlage deutlich.
Der Prozessdampf für die Wellpappenanlage wird geeigneterweise zunächst vom Abhitzekessel zu einem Dampfverteiler geführt, welcher den Prozessdampf dann mit einem jeweils geeigneten Druck zu einer jeweiligen Bearbeitungsstation der Wellpappenanlage weiterleitet. Die Wellpappenanlage weist insbesondere eine oder mehrere der folgenden Bearbeitungsstationen auf: einen Vorheizer, zum Vorheizen einer oder mehrerer Papierlagen z.B. vor einem Verleimen; ein Kaschierwerk und/oder eine Heiz- und Zugpartie, jeweils zum Verleimen mehrerer Papierlagen miteinander; einen Modul Facer (z.B. mit Riffelwalze), zur Wellung einer Papierlage. Eine oder mehrere der vorgenannten Bearbeitungsstationen weisen eine Beheizeinrichtung und/oder eine Befeuchtungseinrichtung auf, welche Prozessdampf benötigen, z.B. eine Heizplatte oder einen Sprühbalken.
Wie eingangs bereits angedeutet, ergibt sich gegebenenfalls abhängig vom aktuellen Produktionsauftrag eine Variation des thermischen Leistungsbedarfs des Verbunds. Daher weist die Anlage geeigneterweise einen Dampfspeicher auf, mit welchem ein zeitlich variierender thermischer Leistungsbedarf des Verbunds ausgeglichen wird. Mit anderen Worten: die Wärmekraftmaschine erzeugt insbesondere eine überwiegend jeweils konstante Menge an thermischer und elektrischer Leistung, wohingegen der Verbund je nach Produktionsauftrag einen jeweils variierenden thermischen und elektrischen Leistungsbedarf aufweisen kann. Etwaige überschüssige thermische Leistung wird dann in den Dampfspeicher umgeleitet oder bei umgekehrt wird diesem thermische Leistung entnommen, wenn der thermische Leistungsbedarf des Verbunds die thermische Leistung der Wärmekraftmaschine übersteigt (bezüglich der elektrischen Leistung wird analog z.B. mit dem öffentlichen Netz anstelle des Dampfspeichers verfahren). Im Dampfspeicher wird Heißgas (genauer: Heißgas aus dem zweiten Heißgasstrom) aus der Wärmekraftmaschine gespeichert und bei Bedarf für die Druckanlage oder die Wellpappenanlage oder beide abgerufen. In einer zweckmäßigen Ausgestaltung wird bei Bedarf aus dem Abhitzekessel oder aus dem Dampfspeicher Heißwasser oder Heißdampf ausgekoppelt und zur Erzeugung von Prozesskälte verwendet. In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Heißdampf als Sattdampf für eine Rückbefeuchtung und/oder für eine Justierung eines Feuchtquerprofiles in der Druckanlage verwendet.
In einer geeigneten Ausgestaltung beträgt das Verhältnis der thermischen Leistungen des ersten und des zweiten Heißgasanteils 3:4 bis 1:4, d.h. der größere Teil der thermischen Leistung wird dem Abhitzekessel und/oder Dampfspeicher zugeführt und insbesondere als Prozessdampf für die Wellpappenanlage verwendet, während nur etwa 20% bis 45% der thermischen Leistung für die Druckanlage verwendet werden. Beispielsweise beträgt die thermische Leistung der Direktgasnutzung (erster Heißgasstrom) 1,6 MW und die verbleibende thermische Leistung (zweiter Heißgasstrom) 2,5 MW, was einem Verhältnis von ca. 2:3 entspricht.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Anlage ausgebildet zur Erzeugung von Prozesskälte und weist hierzu insbesondere eine Absorptionskältemaschine und/oder eine Kompressionskältemaschine auf. Die Prozesskälte wird zweckmäßigerweise zur Kühlung eines oder mehrerer Bauteile der Druckanlage und/oder der Wellpappenanlage verwendet, z.B. zum Betrieb einer Kühlwalze zur Kühlung der Papierlage in der Druckanlage. Die Prozesskälte wird z.B. mittels Kühlwasser zugeführt, welches mit Absorptionskältemaschine und/oder eine Kompressionskältemaschine gekühlt wird.
Die Absorptionskältemaschine wird mit thermischer Leistung betrieben, z.B. wie weiter oben bereits beschrieben mit einem Abluftstrom der Druckanlage oder mit Heißwasser oder Heißdampf aus dem Abhitzekessel oder dem Dampfspeicher oder auch direkt mit Heißgas der Wärmekraftmaschine. Die Kompressionskältemaschine wird hingegen mit elektrischer Leistung betrieben, welche insbesondere direkt von der Wärmekraftmaschine stammt. Entsprechend lässt sich Prozesskälte je nach Angebot von thermischer und elektrischer Leistung flexibel auf unterschiedliche Weise erzeugen. Entsprechend weist die Anlage in einer vorteilhaften Ausgestaltung zur Erzeugung von Prozesskälte sowohl eine Absorptionskältemaschine auf, welche mit thermischer Leistung betrieben wird, als auch eine Kompressionskältemaschine, welche mit elektrischer Leistung betrieben wird, und eine jeweilige Leistungsaufnahme der Absorptionskältemaschine und der Kompressionskältemaschine wird derart gesteuert, dass der thermische Leistungsbedarf und der elektrische Leistungsbedarf des Verbunds möglichst optimal an die elektrische Leistung und die thermische Leistung der Wärmekraftmaschine angepasst werden. Mit anderen Worten: eine gegebene Menge an Prozesskälte wird jeweils anteilig mittels der Absorptionskältemaschine und der Kompressionskältemaschine derart erzeugt, dass die thermische und die elektrische Leistung der Wärmekraftmaschine möglichst optimal genutzt werden. Die Leistungsaufnahme der Absorptionskältemaschine und der Kompressionskältemaschine wird demnach abhängig davon gesteuert, welche Art von Leistung zu einem gegebenen Zeitpunkt noch verfügbar ist, sodass das Leistungsbedarfsverhältnis des Verbunds insgesamt optimiert wird. Dem liegt die Überlegung zugrunde, dass es für die Verwendung der Prozesskälte irrelevant ist, auf welche Weise diese erzeugt wird. Falls beispielsweise zu einem gegebenen Zeitpunkt keine thermische Leistung zur Erzeugung von Prozesskälte verfügbar ist, jedoch elektrische Leistung, wird die Prozesskälte mit der Kompressionskältemaschine erzeugt. Umgekehrt wird bei einem Überangebot an thermischer Leistung die Prozesskälte mit der Absorptionskältemaschine erzeugt. Dabei bleibt die Menge an erzeugter Prozesskälte vorzugsweise konstant. Auch ein Mischbetrieb ist möglich und je nach Angebot an jeweiliger Leistung vorteilhaft.
Solange eine ausreichende Menge an thermischer Leistung zur Verfügung steht, wird die Absorptionskältemaschine vorzugweise als Durchlaufkühler betrieben, welcher auf eine möglichst hohe Betriebsstundenzahl ausgelegt ist. Die Kompressionskältemaschine wird vorzugsweise nur zur Deckung einer Kälte-Spitzenlast aktiviert und bleibt ansonsten inaktiv. Die Kompressionskältemaschine ist demnach eine Art Notaggregat und wird nur ausnahmsweise aktiviert, um eine Spitzenlast zu bedienen, während die Absorptionskältemaschine insbesondere durchgängig eine Grundlast bedient.
Ebenso wie die thermische Leistung wird auch die elektrische Leistung der Wärmekraftmaschine sowohl von der Druckanlage als auch von der Wellpappenanlage verwendet. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird die elektrische Leistung zum Betrieb zumindest eines IR-Trockners (d.h. Infrarot-Trockner) der Druckanlage, zumindest eines Antriebs der Druckanlage und/oder der Wellpappenanlage (d.h. zur Förderung einer oder mehrerer Papierlagen, der Wellpappe oder Zwischenprodukten davon) und zumindest einer Bearbeitungsstation verwendet, z.B. eines Wet-Ends oder eines Dry-Ends der Wellpappenanlage. Das Dry-End weist vorzugsweise eine oder mehrere der folgenden Bearbeitungsstationen auf: Querschneider, Längsschneider, Schlitzvorrichtung, Rillvorrichtung. Das Dry-End schließt sich an das Wet-End der Wellpappenanlage an und bezeichnet jenen Teil der Wellpappenanlage, welchem die zu einer Wellpappenbahn zusammengefügten Papierlagen zur weiteren Verarbeitung, insbesondere Konfektionierung, zugeführt werden, d.h. die Papierlagen liegen im Dry-End nicht mehr einzeln vor, sondern sind zur Wellpappenbahn verbunden.
Der IR-Trockner in der Druckanlage dient insbesondere zur Trocknung des Drucks. Gegenüber einer Konvektionstrocknung hat ein IR-Trockner den Vorteil, dass dieser speziell das noch frische Druckbild nicht verwischt. Daher wird ein IR-Trockner bevorzugt unmittelbar stromab eines Druckkopfs der Druckanlage angeordnet. Nachteilig bei einem IR-Trockner ist jedoch dessen hoher elektrischer Leistungsbedarf (regelmäßig im Bereich von ca. 500 kW bis 1000 kW), dessen eher geringe Lebenszeit (begrenzte Lebenszeit z.B. der Carbon-Filamente) sowie die Tatsache, dass die Effektivität der Trocknung vom Absorptionskoeffzienten der aufgedruckten Farbe abhängig ist und daher mitunter farbabhängig ist. Um die genannten Nachteile eines IR-Trockners zu beheben und darüber hinaus eine zusätzliche Wärmesenke in die Anlage zu integrieren ist es vorteilhaft, in der Druckanlage einen IR-Trockner mit einem Heißlufttrockner zu kombinieren. Anstelle zur Trocknung ausschließlich eine IR-Trockner zu verwenden, wird dieser geringer dimensioniert und mit einem Heißlufttrockner kombiniert, um in Summe wenigstens die benötigte Trocknungsleistung zu erzielen. In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist daher die Druckanlage zumindest einen IR-Trockner und zumindest einen Heißlufttrockner auf (insbesondere wie weiter oben bereits beschrieben), zur Trocknung des Drucks, und der IR-Trockner ist bezüglich einer Förderrichtung der Papierlage, welche bedruckt wird, stromauf des Heißlufttrockners angeordnet. Auf diese Weise wird der Druck mittels des IR-Trockners vorgetrocknet, bevor dann mit dem Heißlufttrockner die nötige, verbleibende Trocknung erfolgt. Durch die Vortrocknung mit dem IR-Trockner wird ein Verwischen des Drucks bei der Trocknung im Heißlufttrockner vorteilhaft vermieden. Der Heißlufttrockner reduziert zudem den Bedarf an elektrischer Leistung der Druckanlage und weist gegenüber dem IR-Trockner auch einen geringeren Wartungsaufwand auf.
Vorzugsweise weist die Druckanlage wenigstens zwei IR-Trockner auf, nämlich einen ersten IR-Trockner stromauf und einen zweiten IR-Trockner stromab (bezüglich der Förderrichtung der Papierlage) des Heißlufttrockners.
Analog zur Kombination von Absorptionskältemaschine und Kompressionskältemaschine zur Erzeugung von Prozesskälte ermöglicht auch die Kombination eines IR-Trockners und eines Trockners vorteilhaft eine Optimierung des Leistungsbedarfsverhältnisses des Verbunds und somit eine Anpassung des thermischen und elektrischen Leistungsbedarfs an die tatsächlich verfügbare thermische und elektrische Leistung, gegebenenfalls auch in Reaktion auf einen veränderten Betrieb z.B. durch eine Änderung des Produktionsauftrags für die Anlage. Die obigen Ausführungen zur Erzeugung von Prozesskälte gelten analog auch für das Trocknen und umgekehrt. In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Druckanlage zur Trocknung des Drucks einen IR-Trockner auf, welcher mit elektrischer Leistung betrieben wird, und einen Trockner (Heißlufttrockner), welcher mit thermischer Leistung betrieben wird. Der IR-Trockner und der Trockner entsprechen vorzugsweise dem weiter oben bereits beschriebenen IR-Trockner beziehungsweise Heißlufttrockner. Eine jeweilige Leistungsaufnahme des IR-Trockners und des Trockners wird nun derart gesteuert, dass ein thermischer Leistungsbedarf und ein elektrischer Leistungsbedarf des Verbunds an die elektrische Leistung und die thermische Leistung der Wärmekraftmaschine angepasst werden. Beispielsweise wird bei einem Überangebot von thermischer Leistung der Leistungsbedarf des Trockners erhöht und der Leistungsbedarf des IR-Trockners reduziert (entsprechend umgekehrt bei einem Überangebot an elektrischer Leistung), geeigneterweise derart, dass die Trocknungsleistung der Kombination aus Trockner und IR-Trockner konstant bleibt. Analog zur Kombination aus Absorptionskältemaschine und Kompressionskältemaschine ist auch eine Ausgestaltung vorteilhaft, bei welcher einer der Trockner, insbesondere der Heißlufttrockner, eine Grundlast hinsichtlich der Trocknung bedient und der andere Trockner, insbesondere der IR-Trockner, lediglich bedarfsweise eine Spitzenlast bedient. Im Detail ist die Steuerung der unterschiedlichen Trockner jedoch abhängig von der Auslegung der gesamten Anlage (Anzahl, Art und Leistung der diversen Trockner) und der Prozessbilanzierung (Aufteilung der thermischen und elektrischen Leistung auf die Wellpappenanlage und die Druckanlage).
Nachfolgend wird zusammenfassend zur Illustration ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für die Anlage beschrieben. Der Druckanlage wird eine Papierlage zugeführt, z.B. von einem Abroller ausgehend. Die Papierlage wird zunächst optional mit einem Vortrockner vorgetrocknet. Danach wird die Papierlage mit einer Anzahl von Druckköpfen bedruckt, d.h. mit einem Druck versehen, welcher nachfolgend zuerst mit einem IR-Trockner und daran anschließend mit einem Heißlufttrockner getrocknet wird. Daran schließt sich optional ein weiterer IR-Trockner als Booster an, um in Summe gegebenenfalls eine besonders hohe Trocknungsleistung zu erzielen, z.B. bei einer besonders hohen Fördergeschwindigkeit. Die bedruckte und getrocknete Papierlage wird schließlich noch mittels einer oder mehrerer Kühlwalzen gekühlt und dann insbesondere direkt an die Wellpappenanlage übergeben. Darin wird die Papierlage mit weiteren Papierlagen im Wet-End zu einer Wellpappenbahn verleimt und anschließend im Dry-End gegebenenfalls konfektioniert. Die fertige Wellpappe wird dann von der Wellpappenanlage entweder als Endlosware oder als mehrere Nutzen ausgegeben. Die thermische Leistung der Wärmekraftmaschine wird dabei aufgeteilt auf den Vortrockner und den Heißlufttrockner einerseits sowie andererseits auf einen Abhitzekessel und optional auch einen Dampfspeicher. Aus dem Abhitzekessel werden diverse Bearbeitungsstationen der Wellpappenanlage zum Zusammenfügen der Papierlagen zur Wellpappe mit Prozessdampf versorgt. Optional werden ein Teil der thermischen Leistung und/oder ein oder mehrere Abluftströme der Druckanlage zur Erzeugung von Prozesskälte genutzt und/oder einem Abluftrekuperator zugeführt, zur Vorwärmung von Frischluft für die Wärmekraftmaschine. Die abgekühlte, jedoch noch warme Abluft des Abluftrekuperators wird z.B. zur Erzeugung von Prozesskälte genutzt. Die elektrische Leistung der Wärmekraftmaschine wird aufgeteilt auf die IR-Trockner der Druckanlage sowie ein oder mehrere Antriebseinheiten der Druckanlage und der Wellpappenanlage. Außerdem wird das Dry-End mit elektrischer Energie versorgt, um dort die Wellpappenbahn zu konfektionieren, z.B. zu Schneiden und/oder zu Rillen. Überschüssige elektrische Leistung wird gegebenenfalls ins öffentliche Netz eingespeist.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen jeweils schematisch:

1 ein Prozessschema zum Betrieb einer Anlage,
2 eine Prozessbilanzierung für die Anlage aus 1.

Die in 1 gezeigte Anlage 2 weist eine Wellpappenanlage 4 auf, zur Herstellung von Wellpappe 6, welche beispielsweise als durchgängige Wellpappenbahn oder als konfektionierte Nutzen hergestellt wird. Zusätzlich weist die Anlage 2 eine Druckanlage 8 auf, hier eine Digitaldruckanlage, mit einer Anzahl an nicht explizit dargestellten Druckköpfen zur Bedruckung einer Papierlage 10 mit einem Druck. Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Inline-Betrieb realisiert, bei welchem die bedruckte Papierlage 10 von der Druckanlage 8 aus unmittelbar an die Wellpappenanlage 4 übergeben wird, um die Papierlage 10 bei der Herstellung der Wellpappe 6 zu verwenden. In einer nicht explizit gezeigten, alternativen Ausführungsform werden die Druckanlage 8 und die Wellpappenanlage 4 hingegen separat voneinander betrieben und die Druckanlage 8 wird beispielsweise in einem Rolle-zu-Rolle-Betrieb betrieben. Unabhängig davon, ob die Druckanlage 8 und die Wellpappenanlage 4 inline oder separat betrieben werden, werden diese jedenfalls gleichzeitig betrieben.
Die Bedruckung erfolgt im gezeigten Ausführungsbeispiel noch bevor die Papierlage 10 mit anderen Papierlagen zur Wellpappe 6 verbunden wird. Insgesamt dient die Anlage 2 somit zur Herstellung von bedruckter Wellpappe 6. Die Druckanlage 8 und die Wellpappenanlage 4 werden inline betrieben, d.h. die Papierlage 10, welche bedruckt wird, durchläuft die Druckanlage 8 und die Wellpappenanlage 4 ohne dazwischen auf- und wieder abgewickelt zu werden. Falls die Papierlage 10 nicht zur Herstellung von Wellpappe 6 mit der Wellpappenanlage 4 verwendet wird, so dient die Anlage 2 jedenfalls zur Herstellung von einer bedruckten Papierlage 10 einerseits und von Wellpappe 6 andererseits.
Die Anlage 2 weist weiterhin eine Wärmekraftmaschine 12 auf, zur Erzeugung von thermischer Leistung Pth und elektrischer Leistung Pel aus einer zugeführten chemischen Leistung Pchem. Die Wärmekraftmaschine 12 weist im gezeigten Ausführungsbeispiel eine nicht explizit gezeigte Gasturbine und einen ebenfalls nicht explizit gezeigten Generator auf. Die Gasturbine wird mit Gas als Primärenergieträger 14 betrieben
Die Wellpappenanlage 4 und die Druckanlage 8 bilden nun einen Verbund und werden somit gemeinsam von der Wärmekraftmaschine 12 mit thermischer Leistung Pth und mit elektrischer Leistung Pel versorgt, d.h. die thermische und die elektrische Leistung Pth, Pel, welche mit der Wärmekraftmaschine 12 erzeugt werden, werden auf die Wellpappenanlage 6 und die Druckanlage 8 verteilt, welche jeweils sowohl thermische als auch elektrische Leistung verbrauchen. Eine mögliche Prozessbilanzierung zur Verteilung der thermischen und elektrischen Leistung Pth, Pel ist in 2 gezeigt. Im Ausführungsbeispiel der 2 beträgt die elektrische Leistung Pel 1,9 MW und die thermische Leistung Pth 4,1 MW, sodass das Leistungsverhältnis der Wärmekraftmaschine 12 in etwa 2:1 beträgt. Die thermische Leistung Pth wird dann wiederum beispielhaft im Verhältnis 2:3 auf die Druckanlage 8 und die Wellpappenanlage 6 aufgeteilt, wobei die Wellpappenanlage 6 den größeren Anteil erhält. Je nach konkreter Auslegung der gesamten Anlage 2 können die genannten Werte und Verhältnisse jedoch abweichen.
Die hier gezeigte Wärmekraftmaschine 12 stellt die thermische Leistung Pth in Form eines Heißgases mit z.B. 550 °C bereit, von welchem ein erster Heißgasanteil 16 in der Druckanlage 8 direkt zur Trocknung der Papierlage 10 und/oder des Drucks verwendet wird. Ein zweiter Heißgasanteil 18 des Heißgases wird zur Erzeugung von Prozessdampf 20 für die Wellpappenanlage 6 verwendet. Die thermische Leistung Pth wird auf zwei unterschiedliche Arten genutzt, nämlich einerseits zur Trocknung in der Druckanlage 8 (direkte Wärmenutzung) sowie andererseits zur hierzu simultanen Prozessdampferzeugung für die Wellpappenanlage 4 (indirekte Wärmenutzung). Stromab der Wärmekraftmaschine 12 wird der Heißgasstrom mit einem Heißgas-Bypass 21 (hier mit einem Ventil realisiert) in die beiden Teilströme 16, 18 aufgeteilt, einer wird zur Druckanlage 8 geführt, der andere zu einem Abhitzekessel 22, mit welchem der Prozessdampf 20 für die Wellpappenanlage 4 erzeugt wird.
Der erste Heißgasanteil 16 wird teilweise einem Vortrockner 24 zugeführt, zur Trocknung der Papierlage 10 vor der Bedruckung. Zusätzlich wird in 1 der erste Heißgasanteil 16 auch teilweise einem Heißlufttrockner 26 zugeführt, zur Trocknung des Drucks, d.h. zur Trocknung nach der Bedruckung. Der Vortrockner 24 und der Heißlufttrockner 26 werden allgemein jeweils auch als Trockner bezeichnet. Die Trockner 24, 26 sind hier jeweils als Konvektionstrockner ausgebildet, d.h. diese strömen warme Trocknungsluft aus, welche unmittelbar mit der Papierlage 10 und gegebenenfalls dem Druck in Kontakt kommt (Direktgastrocknung). Die Temperatur der jeweiligen Trocknungsluft, d.h. die Trocknungstemperatur, im jeweiligen Trockner 24, 26 ist einstellbar und wird im gezeigten Ausführungsbeispiel je nach Bedarf im Bereich von 100°C bis 600°C eingestellt, vorliegend durch Beimischung von Frischluft 28, z.B. mit einer Temperatur von 20 °C.
Nachfolgendes Rechenbeispiel soll grob die Auslegung der Anlage 2 verdeutlichen: die Wärmekraftmaschine 12 stellt Heißgas mit einem Massestrom im Bereich von 5 bis 10 kg/s bereit, dieser wird wie in 2 etwa im Verhältnis 2:3 auf die Druckanlage 8 und die Wellpappenanlage 6 aufgeteilt. In Kenntnis der Temperatur des Heißgases kann der entsprechende Volumenstrom errechnet werden und auf die diversen Aufgaben aufgeteilt werden, darunter vor allem die Trockner 24, 26. Der Volumenstrom für die Druckanlage 8 und dessen Temperatur werden über die Frischluft 28 eingestellt, welche entsprechend den konkreten Anforderungen dimensioniert wird. Beispielsweise wird als Temperatur für die Trockner 24, 26 etwa die halbe Heißgastemperatur gewählt und hierzu der erste Heißgasanteil 16 etwa im Verhältnis 3:1 (Volumenstromverhältnis) mit Frischluft 28 gemischt, um eine ausreichende Menge an Heißluft mit hinreichender Temperatur für die Trocknung zu erhalten.
Zudem wird in 1 ein Abluftstrom 30 des Heißlufttrockners 26 dem Vortrockner 24 zugeführt, zur Trocknung der Papierlage 10 vor der Bedruckung. Die Trocknungsluft wird im Heißlufttrockner auf die Papierlage geführt und danach als Abluftstrom 30 abgeführt. Alternativ oder zusätzlich wird der Abluftstrom 30 in einer nicht gezeigten Ausgestaltung je nach dessen Temperatur entweder in einem Abluftrekuperator und/oder zur Erzeugung von Prozesskälte 44 genutzt. Gleiches gilt analog für einen entsprechenden Abluftstrom des Vortrockners 24, sofern ein solcher vorhanden ist.
Zusätzlich zum ersten Heißgasanteil 16 für die Direktgasnutzung wird der zweite Heißgasanteil 18 vorliegend dem Abhitzekessel 22 zugeführt. Dieser erzeugt Sattdampf und bedient damit den kompletten Prozessdampfbedarf der Wellpappanlage 4. Der Prozessdampf 20 für die Wellpappenanlage 4 wird zunächst vom Abhitzekessel 22 zu einem Dampfverteiler 32 geführt, welcher den Prozessdampf 20 dann mit einem jeweils geeigneten Druck zu einer jeweiligen Bearbeitungsstation der Wellpappenanlage 4 weiterleitet. Die hier beispielhaft gezeigte Wellpappenanlage 4 weist folgende Bearbeitungsstationen auf: einen Vorheizer 34, zum Vorheizen einer oder mehrerer Papierlagen; einen Modul Facer 36, zur Wellung einer Papierlage; ein Kaschierwerk 38 sowie eine Heiz- und Zugpartie 40, jeweils zum Verleimen mehrerer Papierlagen miteinander.
Abhängig vom aktuellen Produktionsauftrag ergibt sich möglicherweise eine Variation des thermischen Leistungsbedarfs des Verbunds. Daher weist die Anlage 2 in 1 zusätzlich einen Dampfspeicher 42 auf, mit welchem ein zeitlich variierender thermischer Leistungsbedarf des Verbunds ausgeglichen wird. Im Dampfspeicher 42 wird Heißgas gespeichert und bei Bedarf abgerufen. In der hier gezeigten Ausgestaltung wird sogar bei Bedarf aus dem Abhitzekessel 22 oder aus dem Dampfspeicher 42 Heißwasser oder Heißdampf ausgekoppelt und zur Erzeugung von Prozesskälte 44 verwendet. In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Heißdampf als Sattdampf für eine Rückbefeuchtung und/oder für eine Justierung eines Feuchtquerprofiles in der Druckanlage verwendet.
Wie bereits angedeutet ist die hier gezeigte Anlage 2 zur Erzeugung von Prozesskälte 44 ausgebildet und weist hierzu vorliegend eine Absorptionskältemaschine 46 und eine Kompressionskältemaschine 48 auf. Die Prozesskälte 44 wird zur Kühlung eines oder mehrerer Bauteile der Druckanlage 8 und/oder der Wellpappenanlage 4 verwendet, in 1 speziell zum Betrieb einer Kühlwalze 50 zur Kühlung der Papierlage 10 in der Druckanlage 8. Die Prozesskälte 44 wird z.B. mittels Kühlwasser 52 zugeführt, welches mit der Absorptionskältemaschine 46 und der Kompressionskältemaschine 48 gekühlt wird.
Die Absorptionskältemaschine 46 wird mit thermischer Leistung Pth betrieben, die Kompressionskältemaschine 48 hingegen wird mit elektrischer Leistung Pel betrieben. Entsprechend lässt sich Prozesskälte 44 je nach Angebot von thermischer und elektrischer Leistung Pth, Pel flexibel auf unterschiedliche Weise erzeugen. Entsprechend wird vorliegend eine jeweilige Leistungsaufnahme der Absorptionskältemaschine 46 und der Kompressionskältemaschine 48 derart gesteuert, dass der thermische Leistungsbedarf und der elektrische Leistungsbedarf des Verbunds möglichst optimal an die elektrische Leistung Pel und die thermische Leistung Pth der Wärmekraftmaschine 12 angepasst werden. Die Leistungsaufnahme der Absorptionskältemaschine 46 und der Kompressionskältemaschine 48 wird demnach abhängig davon gesteuert, welche Art von Leistung Pth, Pel zu einem gegebenen Zeitpunkt verfügbar ist, sodass das Leistungsbedarfsverhältnis des Verbunds insgesamt optimiert wird.
Ebenso wie die thermische Leistung Pth wird auch die elektrische Leistung Pel sowohl von der Druckanlage 8 als auch von der Wellpappenanlage 4 verwendet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird die elektrische Leistung Pel zum Betrieb zweier IR-Trockner 54, 56 (d.h. Infrarot-Trockner) der Druckanlage 8 verwendet sowie zum Betrieb eines jeweiligen Antriebs 62 der Druckanlage 8 und der Wellpappenanlage 4 sowie weiterhin auch zum Betrieb zumindest einer Bearbeitungsstation eines Dry-Ends 58 der Wellpappenanlage 4. Das Dry-End 58 weist eine oder mehrere der folgenden Bearbeitungsstationen auf: Querschneider, Längsschneider, Schlitzvorrichtung, Rillvorrichtung. Diese sind der Einfachheit halber hier nicht explizit dargestellt. Das Dry-End 58 schließt sich an das Wet- End 60 der Wellpappenanlage 4 an.
Der IR-Trockner 54 ist unmittelbar stromab eines Druckkopfs der Druckanlage 8 angeordnet. Dieser ist in der Druckanlage 8 mit dem Heißlufttrockner 26 als eine zusätzliche Wärmesenke kombiniert. Dabei ist der IR-Trockner 54 bezüglich einer Förderrichtung der Papierlage 10, welche bedruckt wird, wie in 1 gezeigt stromauf des Heißlufttrockners 26 angeordnet. Auf diese Weise wird der Druck mittels des IR-Trockners 54 vorgetrocknet, bevor dann mit dem Heißlufttrockner 26 die verbleibende Trocknung erfolgt. Zusätzlich weist die hier gezeigte Druckanlage 8 noch den zweiten IR-Trockner 56 auf stromab des Heißlufttrockners 26.
Analog zur Kombination von Absorptionskältemaschine 46 und Kompressionskältemaschine 48 zur Erzeugung von Prozesskälte 44 ermöglicht auch die Kombination eines IR-Trockners 54, 56 und eines Trockners 24, 26 eine Optimierung des Leistungsbedarfsverhältnisses des Verbunds und somit eine Anpassung des thermischen und elektrischen Leistungsbedarfs an die tatsächlich verfügbare thermische und elektrische Leistung Pth, Pel. Die Ausführungen zur Erzeugung von Prozesskälte 44 gelten entsprechend analog auch für das Trocknen und umgekehrt. Eine jeweilige Leistungsaufnahme der IR-Trockner 54, 56 und der Trockner 24, 26 wird nun derart gesteuert, dass ein thermischer Leistungsbedarf und ein elektrischer Leistungsbedarf des Verbunds an die elektrische Leistung Pel und die thermische Leistung Pth der Wärmekraftmaschine 12 angepasst werden.
Überschüssige elektrische Leistung Pel wird gegebenenfalls ins öffentliche Netz 64 eingespeist.
Bezugszeichenliste

2: Anlage
4: Wellpappenanlage
6: Wellpappe
8: Druckanlage
10: Papierlage
12: Wärmekraftmaschine
14: Primärenergieträger
16: erster Heißgasanteil
18: zweiter Heißgasanteil
20: Prozessdampf
22: Abhitzekessel
24: Vortrockner, Trockner
26: Heißlufttrockner, Trockner
28: Frischluft
30: Abluftstrom
32: Dampfverteiler
34: Vorheizer
36: Modul Facer
38: Kaschierwerk
40: Heiz- und Zugpartie
42: Dampfspeicher
44: Prozesskälte
46: Absorptionskältemaschine
48: Kompressionskältemaschine
50: Kühlwalze
52: Kühlwasser
54: IR-Trockner
56: IR-Trockner
58: Dry-End
60: Wet-End
62: öffentliches Netz
Pchem: chemische Leistung
Pel: elektrische Leistung
Pth: thermische Leistung

Claims

Verfahren zum Betrieb einer Anlage (2), - wobei die Anlage (2) eine Wellpappenanlage (4) aufweist, zur Herstellung von Wellpappe (6), - wobei die Anlage (2) eine Druckanlage (8) aufweist, zur Bedruckung einer Papierlage (10) mit einem Druck, - wobei die Anlage (2) eine Wärmekraftmaschine (12) aufweist, zur Erzeugung von thermischer Leistung (Pth) und elektrischer Leistung (Pel), - wobei die Wellpappenanlage (4) und die Druckanlage (8) einen Verbund bilden und somit gemeinsam von der Wärmekraftmaschine (12) mit thermischer Leistung (Pth) und mit elektrischer Leistung (Pel) versorgt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Wärmekraftmaschine (12) die thermische Leistung (Pth) in Form eines Heißgases bereitstellt, von welchem ein erster Heißgasanteil (16) in der Druckanlage (8) zur Trocknung verwendet wird und ein zweiter Heißgasanteil (18) zur Erzeugung von Prozessdampf (20) für die Wellpappenanlage (4).
Verfahren nach Anspruch 2, wobei, wenn ein jeweiliger thermischer Leistungsbedarf der Wellpappenanlage (6) und der Druckanlage (8) schwanken, die Aufteilung des Heißgases auf den ersten und den zweiten Heißgasanteil (16, 18) derart geregelt wird, dass die Wellpappenanlage (6) mit ausreichend thermischer Leistung (Pth) versorgt wird und somit Vorrang hat vor der Versorgung der Druckanlage (8) mit thermischer Leistung (Pth), wobei ein mögliches Defizit bei der Versorgung der Druckanlage (8) mit thermischer Leistung dadurch ausgeglichen wird, dass zusätzliche thermische Leistung zugeführt wird, welche separat von der thermischen Leistung (Pth) der Wärmekraftmaschine (12) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei der erste Heißgasanteil zumindest (16) teilweise einem Vortrockner (24) der Druckanlage (8) zugeführt wird, zur Trocknung der Papierlage (10) vor der Bedruckung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der erste Heißgasanteil (16) zumindest teilweise einem Heißlufttrockner (26) der Druckanlage (8) zugeführt wird, zur Trocknung des Drucks.
Verfahren nach Anspruch 4 und nach Anspruch 5, wobei ein Abluftstrom (30) des Heißlufttrockners (26) dem Vortrockner (24) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei eine Trocknungstemperatur im Heißlufttrockner (26) abhängig von einer Fördergeschwindigkeit der Papierlage (10) durch die Druckanlage (8) gesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei einem Heißlufttrockner (26) der Druckanlage (8) zumindest ein Teil des Heißgases der Wärmekraftmaschine (12) zugeführt wird und der Heißlufttrockner (26) dann damit in einem Umluftbetrieb betrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Anlage (2) einen Dampfspeicher (42) aufweist, mit welchem ein zeitlich variierender thermischer Leistungsbedarf des Verbunds ausgeglichen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Anlage zur Erzeugung von Prozesskälte (44) eine Absorptionskältemaschine (46) aufweist, welche mit thermischer Leistung (Pth) betrieben wird, und eine Kompressionskältemaschine (48), welche mit elektrischer Leistung (Pel) betrieben wird, wobei eine jeweilige Leistungsaufnahme der Absorptionskältemaschine (46) und der Kompressionskältemaschine (48) derart gesteuert wird, dass ein thermischer Leistungsbedarf und ein elektrischer Leistungsbedarf des Verbunds an die elektrische Leistung (Pel) und die thermische Leistung (Pth) der Wärmekraftmaschine (12) angepasst werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die elektrische Leistung (Pel) verwendet wird zum Betrieb - zumindest eines IR-Trockners (54, 56) der Druckanlage (8), - zumindest eines Antriebs der Druckanlage (8) und/oder der Wellpappenanlage (4) und - zumindest einer Bearbeitungsstation der Wellpappenanlage (4).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Druckanlage (8) zumindest einen IR-Trockner (54) und zumindest einen Heißlufttrockner (26) aufweist, zur Trocknung des Drucks, wobei der IR-Trockner (54) bezüglich einer Förderrichtung der Papierlage (10) stromauf des Heißlufttrockners (28) angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Druckanlage (8) zur Trocknung des Drucks einen IR-Trockner (54, 56) aufweist, welcher mit elektrischer Leistung (Pel) betrieben wird, und einen Trockner (24, 26), welcher mit thermischer Leistung (Pth) betrieben wird, wobei eine jeweilige Leistungsaufnahme des IR-Trockners (54, 56) und des Trockners (24, 26) derart gesteuert wird, dass ein thermischer Leistungsbedarf und ein elektrischer Leistungsbedarf des Verbunds an die elektrische Leistung (Pel) und die thermische Leistung (Pth) der Wärmekraftmaschine (12) angepasst werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 wobei die Wärmekraftmaschine (12) eine Gasturbine aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 wobei die Druckanlage (8) eine Digitaldruckanlage ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Druckanlage (8) und die Wellpappenanlage (4) inline betrieben werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Druckanlage (8) und die Wellpappenanlage (4) separat voneinander betrieben werden. wobei die Druckanlage (8) und/oder die Wellpappenanlage (4) insbesondere in einem Rolle-zu-Rolle-Betrieb und/oder einem Rolle-zu-Bogen-Betrieb betrieben wird/werden.
Anlage (2), welche ausgebildet ist zum Betrieb gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17