Betrachtungen zum Energieverbrauch in einem Aluminium-Schmelzwerk

Transkript

1 Betrachtungen zum Energieverbrauch in einem Aluminium-Schmelzwerk

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3 BMBF-Verbundprojekt Gestaltung ressourceneffizienter Prozessketten am Beispiel Aluminiumdruckguss - 2 -

4 Energieverbrauch in Druckgiessereien Vorteile der Großserienfertigung: hohe Auslastung geringer Anteil an Nebenzeiten Standardisierung ständige Prozessoptimierung Automatisierung - 3 -

5 Energiebedarf für den Gießprozess 40%-60% Bereitstellung der Schmelze Schmelzofen Warmhalteöfen Dosieröfen 40%-60% Gießprozess Druckgussanlage Formentemperierung Peripheriegeräte Wo liegen technische Lösungen zur Energieeinsparung? - 4 -

6 Leistungsaufnahme einer Strahlanlage in einer Anlagenverkettung - 5 -

7 Beispiele für Energieeinsparpotenziale im Schmelzbetrieb Temperaturführung von Schmelzöfen Beobachtungen zum Immissionsverhalten bei einem Schachtofen im Verlauf einer Schmelzreise - 6 -

8 Schmelzöfen in Aluminiumgießereien Ofentypen Tiegelofen Schachtschmelzofen Herd-/Wannenofen Fassungsvermögen in t 0,05 1,0 1, Schmelzleistung gering hoch mittel-hoch Chargierung diskontinuierlich kontinuierlich diskontinuierlich Brenner Kaltluftbrenner Kaltluftbrenner Kaltluftbrenner Rekuperationsbrenner Rekuperationsbrenner Regenerativbrenner Oxi-Brenner spez.schmelzenergie mit Kaltluftbrennern KWh/t spez.schmelzenergie mit ca. 800 Regeneratoren KWh/t - 7 -

9 Ofensysteme für sparsamen Energieeinsatz in Aluminium-Schmelzwerken Regenerativbrenner Strahlrohrbeheizung Schachtschmelzofen - 8 -

10 Energiebedarf beim Betrieb eines Schachtofen Q gesamt = Q fest + Q schmelzen + Q überhitzen Theoretisch benötigte Energie : kj/t ~ 32 m 3 /t Erdgas H Tatsächlich verbrauchte Energie über längere Zeiträume: kj/t ~ 70 m 3 /t Erdgas H Gesamtwirkungsgrad : 46 % - 9 -

11 anteiliger Energieverbrauch in einem Schachtofen Energiebedarf theoretisch 16,3 % 50,2 % 33,5 % Aufheizen Festmetall Schmelzwärme Überhitzen 760 C gesamt: kj Energiebedarf real 29,2 % Aufheizen Festmetall Schmelzwärme Überhitzen 760 C 56,7 % 14,1 % gesamt: kj

12 Erdgasverbrauch beim Überhitzen der Schmelze Mehrverbrauch Erdgas m3/t m3 Erdgas/t C

13 Ursachen für den hohen Energieverbrauch beim Überhitzen der Schmelze Die ruhende Schmelzbadoberfläche beträgt bei einem 10 t Ofen ca. 5 m 2 10 t Masseln besitzen hingegen bei loser Schüttung im Schacht eine Oberfläche von ca. 22 m 2 Krätze auf der Badoberfläche wirkt isolierend und verschlechtert den Wärmeübergang. Dieser erfolgt größtenteils durch Strahlung. Die Wärmeleitfähigkeit von Flüssigmetall ist schlechter als von Festmetall

14 Verlusttreppe Metalltransport - Beispiel - Schmelzetemperatur in der Gießschnauze des Ofens 735 C Schmelzetemperatur nach dem Abfüllen in den Fahrtiegel 728 C Nach der Impellerbehandlung 6min, 15l N 2 /min 699 C Ankunft an der Druckgussmaschine 693 C

15 Maßnahmen zur Energieeinsparung Erprobung einer unteren Grenze der Gießtemperatur und Festlegung von Toleranzen ausreichende Vorheizung der Fahrtiegel Transportwege und Behandlungszeiten minimieren Warmhaltetemperaturen im Schmelzofen exakt den Erfordernissen anpassen

16 Beispiele für Energieeinsparpotentiale im Schmelzbetrieb Temperaturführung von Schmelzöfen Beobachtungen zum Immissionsverhalten bei einem Schachtofen im Verlauf einer Schmelzreise

17 elektrischer Leistungsabruf einer Trockenentstaubungsanlage

18 Immissionsmessung vor Filtereintritt Abkrammen mit Salzpräparaten Schmelzen

19 Messung relevanter Verunreinigungen im Rohgas ( Halbstundenmittelwerte ) Messung Nr. C ges HF HCl Staub Betriebszustand mg/m 3 N,tr. mg/m 3 N.tr. mg/m 3 N,tr. mg/m 3 N,tr. 1 9,0 0,1 0,5 1,3 beschicken und schmelzen 2 11,2 0,4 0,4 2,7 beschicken und schmelzen 3 20,1 0,4 0,9 8,7 beschicken und schmelzen 4 8,2 0,6 0,3 3,9 beschicken und schmelzen 5 24,4 0,5 0,3 7,9 schmelzen und beschicken 6 19,3 0,3 0,4 3,6 schmelzen und beschicken 7 26,2 0,6 0,4 3,0 schmelzen und beschicken 8 5,2 0,2 0,8 6,5 schmelzen und beschicken ,2 0,6 34,2 abkrammen mit pulverigem Salz 10 9,6 0,5 0,9 10,6 abkrammen mit granuliertem Salz 11 8,1 0,4 0,2 3,1 abkrammen ohne Salz Grenzwert TA Luft

20 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Alle Ergebnisse des Forschungsvorhabens sind veröffentlicht in Energie- und ressourceneffiziente Produktion von Aluminiumdruckguss, Verlag Springer Vieweg