ENERGIEEINSPARUNG und LEISTUNGSSTEIGERUNG

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1 ENERGIEEINSPARUNG und LEISTUNGSSTEIGERUNG durch kostengünstige Brennermodifikation an einem Tunnelofen zur Herstellung von porisierten Hochloch-Ziegeln Ing. Peter Haiböck, EconGas GmbH, Technisches Büro für Maschinenbau und Thermische Verfahrenstechnik 4020 Linz, Honauerstraße 2, Ing. Franz Krennbauer, F. KRENNBAUER PROCESS ENGINEERING, 4060 Leonding, Zehetlandweg 60, Inhalt: Seite: 1. AUFGABENSTELLUNG MASSNAHMEN TEMPERATURVERLAUF ÜBER DIE OFENHÖHE WEITERE AUSWERTUNG DER MESSWERTE UND ENERGIEEINSPARUNG ENERGIEEINSPARUNG DURCH ANWENDUNGSSPEZIFISCHE ANALYSEN... 8 ZUSAMMENFASSUNG: Das Ingenieurbüro der EconGas konnte in Kooperation mit F. KRENNBAUER PROCESS ENGINEERING durch einfache Brennermodifikationen eine jährliche Erdgaseinsparung von rund 6 Mio. kwh erzielen. Die erzielte Betriebskostenreduktion und die verbesserten Produktionsbedingungen ermöglichen eine Amortisation der Kosten für die Ingenieurleistungen in kürzester Zeit.

2 1. AUFGABENSTELLUNG An einem Tunnelofen wurden unruhige Temperaturverläufe über die Schubintervalle festgestellt und es lagen folgende Erkenntnisse vor: a) Die Ofengasmenge muss hoch gehalten werden, um den Temperaturverlauf unter Kontrolle zu halten. b) Ein Androsseln der Verbrennungsluft für die Vormisch-Brenner senkt den Erdgasbedarf für den Tunnelofen. c) Über die Schürloch-Öffnungen konnte zeitweise eine Nachverbrennung in den Abgasen beim Hauptfeuer beobachtet werden. Messung vor Modifikation 900 Tmittig CO Brennergruppe 5 Temp (C) bzw. CO (ppm) Brennergruppe 1 Brennergruppe 2 Brennergruppe 3 Brennergruppe Abb. 1 : Temperaturen (Mitte Ofenhöhe ) u. CO über Zeit im Bereich der ersten 5 Deckenbrenner vor Brennermodifikation Eine Abgasmessung (Abb. 1) im Bereich der ersten fünf Brennergruppen (2 Gruppen HG- Brenner, 3 Gruppen Vormisch-Brenner) ergab zum Teil erhebliche CO-Werte und dies wurde als Ursache für die Unruhen vermutet. Bei der Brennergruppe 2 tritt am Beginn des Schubintervalls CO auf und die Temperatur hinkt nach bis ganz offensichtlich das CO (und weitere Gase aus den Porisierungsstoffen) entzünden und zu einem sofortigen Temperaturanstieg führen.

3 2. MASSNAHMEN Es wurde an allen 55 Stk. Premix-Brennern der Austrittsquerschnitt auf 39% reduziert und eines der beiden Kaltluftgebläse stillgelegt. Damit wurde der Kaltluftanteil in der Flamme halbiert (Luftzahl Lambda ca. 0,2). Im Betrieb wurde vom Ziegelwerk festgestellt, dass sich nicht nur der Temperaturverlauf stabilisiert hat, sondern auch eine Reduktion der Drehzahl für das Ofengas- Gebläse möglich ist. Bei einer weiteren Messung (Abb. 2) wurden die Basisdaten für eine vergleichende Auswertung zur Absicherung der Verbesserungen ermittelt. CO im Bereich des Hauptfeuers war kaum mehr feststellbar, was bedeutet, dass die Ausgasungen aus den Porisierungsstoffen unmittelbar verbrannt werden. Ein Versuch, die Ofentemperatur auch im unteren Bereich zu messen schlug fehl. 900 Messung nach Modifikation der Brenner Tmitte C Toben C Brennergruppe 5 Brennergruppe Brennergruppe 3 Brennergruppe Brennergruppe Abb. 2 : Temperaturen (oben u. Mitte Ofenhöhe ) u. CO über Zeit im Bereich der ersten 5 Deckenbrenner nach Brennermodifikation Die ersten beiden Messungen wurden bei gleichen Produktionsbedingungen (Schubzahl, Produkt) durchgeführt und ermöglichen somit direkte Rückschlüsse.

4 Vergleich Messung (T1 grün) vor und nach Modifikation (T2) 900 Brennergruppe 4 Brennergruppe 5 T2 mittig T2oben T1 mittig SOLL Brennergruppe Brennergruppe Brennergruppe Abb. 3 : Vergleich Temperaturen u. CO über Zeit im Bereich der ersten 5 Deckenbrenner vor u. nach Brennermodifikation Zwischenzeitlich vom Ziegelwerk durchgeführte Tests in Kaltluft mit unterschiedlichen Austrittsdurchmessern an den Vormisch-Brennern ergaben keine eindeutigen Erkenntnisse. Da aus Erfahrungen bei anderen Anwendungen und am Prüfstand bekannt war, dass der Verbrennungsverlauf in einer Kaltluftatmosphäre ganz erheblich von dem in heißer sauerstoffreicher Ofenatmosphäre abweicht, wurde ein Messbaum hergestellt, mit dem über die gesamte Ofenhöhe der Temperaturverlauf erfasst werden kann. Die Messergebnisse sind aus Abb. 4 ersichtlich.

5 TEMPERATURVERLAUF ÜBER DIE OFENHÖHE Messung : Gemischdüsen 10mm ; mittige Brenner angedrosselt 50mbar,Randbrenner 70mbar Brennergruppe T oben T mittig T unten SOLLWERTE Brennergruppe 6 Brennergruppe Temperatur ( C ) 800 Brennergruppe 2 Brennergruppe 3 Brennergruppe 4 Brennergruppe De 1 De 2 De 3 De 4 De 5 De 6 De 7 Abb. 4 : Temperaturen u. CO über Zeit im Bereich aller Deckenbrenner nach Brennermodifikation u. bei verkürztem Schubintervall Die unteren Temperaturen steigen über die Gesamtlänge des Hauptfeuers stärker als in den höheren Zonen und damit kann ein, auch über die Ofenhöhe homogener Brand erzielt werden. Ab Brennergruppe 3 (Beginn Vormischbrenner) war als Messort kein Schürloch verfügbar und die Sonde musste über das Brennerschauloch eingeführt werden. Dabei ist nicht auszuschließen, dass der Temperaturfühler in der Flamme liegt wie z.b. bei der letzten Brennergruppe 7. In solchen Fällen müssen die niedrigsten Temperaturwerte (bei Brennerstillstand) miteinander verglichen werden. Bei der untersten Messstelle im Bereich der 2. Brennergruppe (letzte HG-Gruppe) erkennt man noch einen Temperaturanstieg bis ca. 1/3 der Schubdauer, welcher auch mit einem geringem CO-Wert korreliert. Der oberste Temperaturfühler war knapp an der Decke positioniert und daher hinkt dieser Messwert teilweise etwas nach, da nicht immer der Fühler in den Ofen ragte. DER MESSBAUM ERMÖGLICHT, MIT EINFACHEREN MITTELN UND RELATIV RASCH ERKENNTNISSE ÜBER DEN TEMPERATURVERLAUF UND DIE AUSWIRKUNG VON MODIFIKATIONEN.

6 4. WEITERE AUSWERTUNG DER MESSWERTE UND ENERGIEEINSPARUNG Mittels eines dafür entwickelten Rechenmodells wurde eine vergleichende Betrachtung des Abgas- und CO-Verlaufs über die Ofenlänge durchgeführt. Mit den Abgasmesswerten, dem Einsatz an Erdgas und Porisierungsmittel ist eine rechnerische Abschätzung der Abgasmengen und des CO-Verlaufs entlang des Ofens möglich. Die Änderungen bei den Volumensströmen über die Ofenlänge sind aus Abb. 5 ersichtlich und man erkennt, dass eine erhebliche Reduktion der spezifischen Ofenabgasmenge (und damit der Abgasverluste) möglich wurde. Die Ausgasungen im Bereich des Hauptfeuers können nunmehr gleich verbrannt (und die Wärme genutzt) werden. g/kg Z bzw. nm3/kg Z 3,0 2,8 2,6 2,4 2,2 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0, Wagenfeld CO g/kgz nach Modifikation spezifische feu Abgasmenge nm3/kgz (2) nach Mod. g/kg nm3/kg Abb. 5 : CO und spezifische Abgasmenge vor u. nach Brennermodifikation Die reduzierte spezifischen Abgasmenge entspricht einer errechneten Erdgaseinsparung von ca. 124 kj/kg Ziegel (Tab. 1). Durch den reduzierten Kaltlufteintrag über die Brenner errechnen sich weitere 106 kj/kg Ziegel Erdgaseinsparung (Tab. 2) und in Summe ergeben sich mindestens 230 kj/kg Ziegel. Ein Vergleich des gestoppten Erdgasverbrauchs während der Messungen ergibt eine noch höhere Einsparung von 293 kj/kg (70 kcal/kg).

7 nach Brennermodifikation am vor Ofen-AG-Messung A1 A2 A3 A4 A5 Modifikation Abgas trocken 0,808 0,772 0,784 0,756 0,809 1,260 nm3/kg Abgas feucht 0,868 0,833 0,845 0,816 0,869 1,336 nm3/kg Temperatur C CO 1,63 1,78 1,91 1,93 1,92 2,25 g/kg Z mg/nm3 O2 15,58 15,33 15,42 15,21 15,59 16,35 % ABGASVERLUSTE Abgas Bezug 20 C 93,1 90,7 91,3 89,4 93,8 210,8 kj/kg CO 16,5 18,0 19,3 19,6 19,5 22,8 kj/kg ABGASVERLUSTE TOTAL 109,6 108,7 110,6 108,9 113,3 233,6 kj/kg Reduktion 124,0 124,9 123,0 124,7 120,3 kj/kg Stoppung Erdgasbedarf Ofen 670 kj/kg 963 kj/kg Reduktion 293 kj/kg 70 kcal/kg 81,4 kwh/t Tab.1: Ofenabgas vor u. nach Brennermodifikation, Erdgasverbrauch Ofen nach vor Brennermodifikation Querschnitt Vormisch-Brenner-Austritt 39% 100% Drehzahl Ofenabgas-Gebläse 68% 100% Kaltluft über Vormisch-Brenner 0,060 0,176 nm3/kg Heißluft aus Kühlzone 0,625 0,797 nm3/kg Errechnete Erdgaseinsparung 106 kj/kg Tab.2: Querschnitte und Kaltluft über Premix-Brenner und Heißluft aus Kühlzone Der Ofenbetrieb ist mit weniger Heißluft aus der Kühlzone möglich, sodass auch die erforderliche Erdgaszufeuerung beim Trockner geringer ist. Auch der Strombedarf sinkt und in Tab. 3 ist die minimale (rechnerische) Jahreseinsparung für 340 Produktionstage ersichtlich. Die Betriebserfahrungen des Ziegelwerks sind positiv. für Betriebszeit von 7680 h/a Reduktion Erdgas 54,9 kcal/kg 230 kj/a 5,316 Mio kwh/a.. Heizwert 63,9 kwh/t 5,895 Mio kwh/a.. Brennwert Reduktion CO t/a Stromreduktion Brennerluft-Gebläse 4 kw Stromreduktion Ofenabgas-Gebläse 7 kw Stromeinsparung total 11 kw kwhele/a Tab.3: Errechnete Energieeinsparung Die tatsächlich erzielte Erdgaseinsparung von ca. 80 kcal/kg liegt über dem Rechenwert, da durch die Optimierung auch eine Produktionssteigerung möglich wurde.

8 5. ENERGIEEINSPARUNG DURCH ANWENDUNGSSPEZIFISCHE ANALYSEN Das Ingenieurbüro der EconGas verfügt über langjährige Erfahrung bei der optimalen Erdgasnutzung und die wichtigsten Messgeräte zur Analyse und Optimierung. Je nach Aufgabestellung wird im Bedarfsfall auch mit Spezialisten anderer Ingenieurbüros zusammengearbeitet. Eine Erstbesprechung zur Erhebung der Aufgabestellung wird von ECONGAS für den Kunden kostenlos angeboten. In diesem Fall wurde mit F. KRENNBAUER PROCESS ENGINEERING, 4060 Leonding, kooperiert. Die dabei eingesetzten Messgeräte sind in Abb. 6 u. 7 ersichtlich. Abb. 6 : Temperatur-Messbaum mit Datenlogger Abb. 7 : Mobile Abgasanalyser mit integrierten Datenloggern