Energieeffizienz bei Förderbandöfen: Zwölf Prozent Einsparungen in zwölf Monaten
Energie ist der größte beeinflussbare Kostenfaktor in einer Durchlaufofenanlage. Ein gut ausgelegter Ofen, der 6.000 Stunden pro Jahr läuft, verbraucht 4 bis 6 GWh Strom oder 200.000 bis 400.000 Kubikmeter Erdgas. Bei 0,08 USD pro kWh bzw. 0,40 USD pro Kubikmeter belaufen sich die jährlichen Energiekosten auf 300.000 bis 500.000 USD. Eine Reduzierung um 12 Prozent spart 40.000 bis 60.000 USD pro Jahr, ohne die Qualität oder den Durchsatz zu beeinträchtigen. Dieses Ziel ist in der Regel innerhalb von 12 Monaten bei bestehenden Durchlaufofenanlagen mit einem gezielten Verbesserungsprogramm erreichbar.
Die größten Energieverluste eines Drahtgitterofens sind: Wärmeverluste an Wänden und Dach, Wärmeverluste durch die Öffnungen (Kaltlufteintritt an Beschickungs- und Auslauf), Kühlverluste des Förderbandes (das Förderband selbst führt Wärme aus dem Ofen ab) und Kühlverluste des Produkts (das Produkt führt Wärme in die Abschreckanlage ein). Das Energieeffizienzprogramm berücksichtigt jeden dieser Verluste der Reihe nach.
Wärmeverluste von Wänden und Dach
Der Wärmeverlust über Wände und Dach beträgt typischerweise 30 bis 50 Prozent der zugeführten Energie, abhängig von der Betriebstemperatur und der Auskleidungskonstruktion. Bei einem 900 mm breiten Bandofen mit 880 °C liegt der Wärmeverlust der Wände im Dauerbetrieb bei 80 bis 150 kW. Verbesserungen an der Auskleidung (zusätzliche Dämmung, Keramikfasermodule) können den Wärmeverlust der Wände um 20 bis 40 Prozent reduzieren, mit einer Amortisationszeit von 18 bis 36 Monaten.
Eine gängige Verbesserungsmaßnahme ist das Aufbringen einer 50 bis 100 mm dicken Keramikfasermatte auf die Innenseite der bestehenden Ofenauskleidung. Die Installation erfolgt im Rahmen einer planmäßigen Wartungsstilllegung und kostet bei einem typischen Ofen 30.000 bis 60.000 US-Dollar. Die Energieeinsparung beträgt 20 bis 50 kW Dauerleistung, was 80.000 bis 200.000 kWh pro Jahr bzw. 6.000 bis 15.000 US-Dollar pro Jahr bei üblichen Strompreisen entspricht.
Anfangsverlust an Lade- und Entladeende
Die Be- und Entladeenden eines Drahtgewebe-Förderbandofens sind zur Atmosphäre hin offen, um den Durchlauf des Förderbandes zu ermöglichen. Kalte Luft strömt durch die offenen Enden ein, wobei die Infiltrationsrate vom Ofendruck und dem Auftrieb der darin befindlichen Heißluft abhängt. Der Infiltrationsverlust beträgt bei einem typischen 900-mm-Ofen 30 bis 80 kW im Dauerbetrieb, abhängig vom Ofendruck und der Ausführung der Enden.
Die gängigste Verbesserungsmaßnahme ist der Einbau eines Vorraums oder eines Luftschleiers an jedem offenen Ende des Ofens. Ein Vorraum ist ein kleiner, geschlossener Raum am Ende des Ofens, durch den das Förderband läuft, mit einem kleinen Abluftsystem zur Aufrechterhaltung eines leichten Unterdrucks. Der Vorraum reduziert den Infiltrationsverlust um 60 bis 80 Prozent und amortisiert sich innerhalb von 12 bis 24 Monaten.
Ein Luftschleier ist eine kostengünstigere Alternative. Er nutzt einen Hochgeschwindigkeitsluftstrom, der über die offene Seite strömt, um das Eindringen von Luft zu verhindern. Der Luftschleier ist wirksam gegen das Eindringen kalter Luft, jedoch weniger wirksam gegen den Auftrieb warmer Luft. Ein gut konzipierter Luftschleier reduziert den Infiltrationsverlust um 30 bis 50 Prozent und amortisiert sich innerhalb von 6 bis 12 Monaten.
Riemenkühlungsverlust
Das Förderband tritt kalt in den Ofen ein und verlässt ihn heiß, wobei es erhebliche Wärme aus der Heizzone abführt. Bei einem 900 mm breiten Band, das mit 0,3 m/min läuft, beträgt die Bandmasse 6 bis 10 kg pro Meter, und der kontinuierliche Kühlverlust liegt bei 30 bis 50 kW. Dieser Kühlverlust ist in einem Durchlaufofen unvermeidbar, kann aber durch die Bandkonstruktion (leichteres Band, größere offene Fläche) und die Gestaltung des Rücklaufwegs (der Rücklaufweg verläuft durch die Kühlzone, wodurch ein Teil der Wärme zurückgewonnen werden kann) reduziert werden.
Eine gängige Verbesserungsmöglichkeit ist die Einführung einer Bandvorwärmzone am Beschickungsende. Diese Vorwärmzone nutzt die Abwärme des Ofenabgases, um das Band und die Werkstücke vor dem Eintritt in die Hochtemperaturzone zu erwärmen. Dadurch wird der Energiebedarf für die Hochtemperaturzone um 10 bis 15 Prozent gesenkt, was sich innerhalb von 18 bis 30 Monaten amortisiert.
Produktkühlungsverlust
Das Produkt verlässt die Hochtemperaturzone mit 850 bis 880 Grad Celsius und gelangt in die Abschreck- oder die Langsamkühlzone. Die vom Produkt aufgenommene Wärme wird an die Abschreckzone abgegeben oder in die Langsamkühlzone abgestrahlt. Die Abschreckwärme wird üblicherweise im Abschreckwassersystem zurückgewonnen, die Wärme der Langsamkühlzone geht jedoch häufig verloren.
Die Verbesserung besteht darin, einen Abhitzekessel an den Abgaskreislauf der Langsamkühlzone anzuschließen oder die Abwärme der Langsamkühlzone zur Vorwärmung der Verbrennungsluft zu nutzen. Ein Abhitzekessel erzeugt 5 bis 15 kW Warmwasser oder Niederdruckdampf mit einer Amortisationszeit von 24 bis 48 Monaten. Das Warmwasser kann zur Gebäudeheizung oder für die Teilewaschanlage verwendet werden.
Prozessparameteroptimierung
Der Energieverbrauch eines Drahtgitterofens wird auch von den Prozessparametern beeinflusst: Bandgeschwindigkeit, Zonentemperaturen, Atmosphärendurchfluss und Abschreckmitteltemperatur. Jeder Parameter hat einen optimalen Wert, der den Energieverbrauch minimiert und gleichzeitig die Qualität aufrechterhält. Das Optimum wird durch statistische Versuchsplanung (DoE) oder durch ein gezieltes Energieaudit ermittelt.
MONTE INTELLIGENCE bietet einen Energieaudit-Service an, der 3 bis 5 Tage vor Ort stattfindet und alle Energieeinsätze, Prozessparameter und Qualitätskennzahlen kontinuierlich erfasst. Das Ergebnis ist ein Bericht mit priorisierten Empfehlungen, Energieeinsparungsprognosen und Amortisationsberechnungen. Das typische Audit identifiziert Energieeinsparungen von 8 bis 15 Prozent mit einer Amortisationszeit von 6 bis 18 Monaten für die erzielten Verbesserungen.
Modernisierung des Steuerungssystems
Ein älterer Förderbandofen mit analoger oder digitaler Steuerung der ersten Generation arbeitet typischerweise 5 bis 15 Prozent weniger effizient als ein moderner, SPS-gesteuerter Ofen. Die Gründe hierfür sind die präzisere Temperaturregelung, die bessere Atmosphärenregulierung und die modellbasierte Sollwertoptimierung.
Die Modernisierung der Steuerungsanlage eines bestehenden Durchlaufofens kostet je nach Umfang 40.000 bis 100.000 US-Dollar. Die Energieeinsparung liegt typischerweise zwischen 5 und 12 Prozent, die Amortisationszeit beträgt 12 bis 24 Monate. Die Modernisierung umfasst außerdem die Datenerfassung und Fernüberwachung, die die meisten modernen Qualitätssicherungssysteme benötigen.
MONTE INTELLIGENCE bietet die Nachrüstung von Steuerungssystemen für alle gängigen Ofenmarken an. Das neue Steuerungssystem kommuniziert mit den vorhandenen Thermoelementen, Aktoren und Atmosphärensensoren. Die Installation erfolgt im Rahmen einer geplanten Abschaltung; die Ausfallzeit beträgt in der Regel 3 bis 5 Tage.
Zusammensetzen
Ein gezieltes Energieeffizienzprogramm für eine Förderbandanlage erzielt typischerweise Einsparungen von 12 bis 20 Prozent innerhalb von 12 bis 18 Monaten, wobei sich die Gesamtinvestitionen innerhalb von 12 bis 18 Monaten amortisieren. Das Programm sollte von einem eigens dafür zuständigen Energiebeauftragten geleitet werden, der von den Teams für Instandhaltung, Produktion und Qualitätssicherung unterstützt wird. Sofortmaßnahmen (z. B. Luftschleier, Brenneroptimierung) bringen bereits nach 3 bis 6 Monaten einen Mehrwert, während größere Projekte (z. B. Sanierung der Auskleidung, Modernisierung der Steuerungstechnik) 12 bis 18 Monate für die Umsetzung benötigen.
Sprechen Sie mit MONTE INTELLIGENCE über Energieaudits
Für Käufer, die an einer Energieeffizienzbewertung einer bestehenden Förderband-Heizanlage interessiert sind, bietet MONTE INTELLIGENCE Engineering eine einwöchige Standortanalyse mit anschließendem schriftlichen Bericht und priorisierten Empfehlungen an. Besuchen Sie uns.www.cnlymonte.com/products-mesh-belt-furnace.html Fallstudien zur Energieeffizienz finden Sie hier. Für eine Anfrage zur Besichtigung vor Ort senden Sie bitte eine E-Mail an helenxu@cnlymonte.com mit dem Betreff „Energieaudit für Förderbänder“ und Angaben zu Ihrer Ofengröße, Auslastung und Ihren aktuellen Energiekosten.
