Energieeffizienzverbesserung in der keramischen Industrie

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1 Energieeffizienzverbesserung in der keramischen Industrie Hartmut Weber, Matthias Uhl, RIEDHAMMER GMBH

2 Abstrakt Steigende Energiekosten und die Notwendigkeit zur nachhaltigen Minderung M der CO 2 -Emissionen zwingen die keramische Industrie alle vorhandenen Potentiale zur Energieeinsparung auszunutzen. Trotz einer Vielzahl an Brennprozessen und daraus resultierenden Ofensystemen werden grundsätzliche Konzepte und beispielhafte Maßnahmen zur Verbesserung der Energieeffizienz aufgezeigt. Insbesondere der Wärmenutzung W im Verbund von Brennofen und Trockner bietet dabei ein großes Energieeinspar- und CO 2 - Minderungspotential. 2

3 Energiesituation Übersicht Ofen-Prozesse in der keram.. Industrie Energieeinsatz in der Silikat-Keramik Maßnahmen zur Energieeffizienzverbesserung Energieeffizientes Anlagen Engineering (EAE) Energie-Management Management-System (EMS) Integrierte Prozessführung Interne WärmenutzungW Wärmenutzung im Verbund Zusammenfassung 3

4 Energiesituation Endenergie nach Anwendungsbereich Stand 2007 Im Industriesektor werden ca. 60% der Endenergie für Prozesswärme aufgewendet 4

5 Energiesituation Entwicklung der Energieintensität Im Industriesektor wurde der Energieverbrauch pro 1000 Brutto-Produktions-Wert um ca. 35% seit 1991 bis heute gesenkt. Im wesentlichen erfolgte die Einsparung durch eine Reduzierung des Wärmeverbrauchs (Gas/ Öl) 5

6 Energiesituation Energiekosten in der Industrie In 2008 überstiegen die Kosten für Energie 35 Mrd.. Trotz erheblicher Energieeinsparung steigt der Anteil der Energiekosten an der Bruttowertschöpfung Die Steigerung der Energieeffizienz ist weiterhin 1. Priorität in der Industrie 6

7 Ofen-Prozesse in der keram. Industrie Ceramics Composites Powder Metals Silicate Ceramics Oxide Ceramics Non-Oxide Ceramics Ceramic Carbon Carbon Carbon Metal Matrix Structural Part Main Technologies Gas-fired or electrically heated Open air design Temperature up to 1850 C Oxygen-based atmosphere Electrically heated Gas-tight design Temperature up to 2000 C or higher Reactive process gas or inert gas based atmosphere Vacuum Temperature up to 1300 C 7

8 Auswahl typischer Produkte 8

9 Prozess-Öfen der keram. Industrie Rollenofen (TR) Tunnelofen (TW) Hubbodenofen (EHB) Herdwagenofen (HW) 9

10 Energieeinsatz in der Silikat-Keramik STROM Aufbereitung 10% ERDGAS Aufteilung der Energieträger nach Produktionsbereichen Formgebung 10% 1% Trocknung 17% 6% Brennen/Sintern 50% 79% Endbearbeitung 5% Verpackung 1% sonstiges Gebäude, Heizung 7% 14% 10

11 Energieeinsatz in der Silikat-Keramik 11

12 Maßnahmen zur Energieeffizienzverbesserung Steigende Energiekosten Klimaerwärmung Umweltschutz Erfordern die effiziente Nutzung der Resource ENERGIE In guter Näherung gilt: Einsparung von 1 m³ Erdgas Emissionsminderung von 2 kg CO 2 12

13 Maßnahmen zur Energieeffizienzverbesserung Energieeffizientes Anlagen Engineering (E.A.E.) Schlüsselmerkmale von E.A.E. sind: Minimierung der prozessabhängigen Transmissionsverluste bei Konti-Öfen Hot-spots vermeiden Minimierung der Wärmespeicherverluste bei diskontinuierlichen Öfen Maximierung der prozessabhängigen internen Wärmenutzung Lösungen zur Wärme-Nachnutzung anbieten 13

14 Maßnahmen zur Energieeffizienzverbesserung Einführung von Energie-Management-System (E.M.S.) Schlüsselmerkmale von E.M.S. sind: Optimierung der Verbrennungstechnik, Nutzung vorgewärmter Verbrennungsluft Verwendung von Rekuperator-Brennern Optimierung des Energieeintrages anhand produktspezifischer Brennkurven Nachnutzung der Abwärmeströme Wärmenutzung im Energieverbund Energie-Einsparpotential bis zu 25% Potential zur CO2-Minderung bis zu 30% 14

15 Maßnahmen zur Energieeffizienzverbesserung Integrierte Prozessführung Schlüsselmerkmale sind: Entbinderungsprozess und Sinterung finden gleicher Ofenanlage statt Rezirkulierung von TNV-Abgasen zur Ofenerwärmung und Atmosphärenkontrolle Nachnutzung der Abwärmeströme Steuerung des Entbinderprozesses am produktspezifischen Reaktionsoptimum Einsatz von Hochgeschwindigkeits-Impuls-Brennern Energie-Einsparpotential bis zu 12% Verkürzung der Prozesszeit bis zu 50% 15

16 Maßnahmen zur Energieeffizienzverbesserung Interne Wärmenutzung Schlüsselmerkmale sind: Verbrennungsluftvorwärmung ( 210 C) durch Heißluft und Heißluftrückführung Energie-Einsparpotential bis zu 10% 16

17 Maßnahmen zur Energieeffizienzverbesserung Interne Wärmenutzung bei Hochtemperaturöfen > 1400 C Schlüsselmerkmale sind: Verbrennungsluftvorwärmung ( 450 C) durch Heißluft und Heißluftrückführung Auslegung der Ofenkühlzone als Gegenstrom-Wärmetauscher Reduzierung des Brennhilfsmittel- Anteils am Besatzgewicht Integration des Trockners in den Ofen Energie-Einsparpotential bis zu 15% 17

18 Maßnahmen zur Energieeffizienzverbesserung Interne Wärmenutzung bei periodischen Hochtemperatur-Öfen > 1400 C Schlüsselmerkmale sind: Verbrennungsluftvorwärmung bis 450 C über Wärmetauscher aus dem Ofenabgas Zustellung der Ofenanlagen, soweit prozesstechnisch möglich mit HT-Wolle Einsatz von Hochgeschwindigkeits- Impuls-Brennertechnologie Energie-Einsparpotential bis zu 30 % 18

19 Maßnahmen zur Energieeffizienzverbesserung Wärmenutzung im Verbund Schlüsselmerkmale sind: Nachnutzung der Ofenheißluft ( 250 C) z.b. im Multi-Level Trockner Nachnutzung der Ofenwarmluft (70 C) z.b. als vorgewärmte Verbrennungsluft in der 1. Stufe eines Vertikaltrockners Wärme-Rückgewinnungspotential bis zu 50% 19

20 Maßnahmen zur Energieeffizienzverbesserung Wärmenutzung im Verbund Schlüsselmerkmale sind: Nachnutzung der heißen Ofenabgase ( 250 C) z.b. als Reingas zur Wasserverdampfung im Sprühturm Nachnutzung der Ofenwarmluft (70 C) z.b. über Wärmetauscher zur Schlickervorwärmung von 38 C auf 58 C vor dem Versprühen. Energie-Einsparpotential von bis zu 29% bzw zusätzlich 7 % 20

21 Zusammenfassung Enorm gestiegene Energiekosten und Umweltschutzverpflichtungen fordern Hersteller und Betreiber gleichermassen die Energieeffizienz von Ofenanlagen zu steigern. Energieeffizienz ist bei Neuanlagen Hauptauswahlkriterium für Investitionen. Die vorgestellten Maßnahmen können bei Altanlagen nachgerüstet werden. Energieeffiziente Ofenanlagen sind ein Verkaufskriterium. Verantwortungsvolle Hersteller bieten entsprechende Innovationen, technische Lösungen und wärmetechnische Beratung an. 21

22 Herzlichen Dank für r Ihre Aufmerksamkeit! 22

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