Energiebesparingen bij drogen van textielmaterialen

Energiebesparingen bij drogen van textielmaterialen Centexbel Frank Van Overmeire een gezamenlijk initiatief van:

met steun van:

Woord vooraf 90% van voorbeelden komt uit textielbedrijven, doch anoniem gemaakt, soms zelfs mix van gegevens van meerdere bedrijven en soms zelfs getruceerd

Woord vooraf Waar heb ik geleerd wat ik weet over drogen? Textielbedrijven en

DROGEN

Vochtige lucht en binding van water aan textiel Energiebalans van drogers Mechanisch ontwateren Continue convectiedrogers (drogen + fixeren) Discontinue convectiedrogers (kruisspoelen en andere) Contactdrogers (droogtrommels of cilinderdrogers Infrarooddrogers (IR-drogers) Hoogfrequente drogers Energiebesparen bij drogen 4

DROGEN Drogen of ontwateren = het onttrekken van een vloeistof (meestal water) uit het product Andere thermische behandelingen gebeuren op dezelfde machines Water mechanisch verwijderen vergt het minst energie Het aan het textielmateriaal gebonden water verwijderen kan alleen door thermisch drogen, waarbij het water verdampt wordt. 5

DROGEN In een productiecyclus versch. droogprocessen: Aantal % totaal energieverbr vezels en garens 1 1/3 weefsels en tapijten 3 tot 4 1/2 breisels 1 tot 2 1/4

6

DROGEN uitvoeringen: continue of discontinu, warmteoverdracht door convectie, contact, infrarood (IR) of hoogfrequent (HF) straling bij atmosferische druk, onder verhoogde druk of onder vacuum. Steeds lucht gebruikt om water af te voeren.

7

DROGEN convectiedrogers contactdrogers: voordrogen of drogen tussen verschillende processen, infrarooddroger: voordrogen voor spanramen of hotflues hoogfrequente drogers: specifiek voor drogen van bobijnen (kruisspoelen)

8

Karakteristieken vochtige lucht Relatief vochtgehalte (%): RV = PD / PS * 100 PD de waterdampdruk in de lucht PS de verzadigingsdampdruk PS bij omg.T.

Absolute vochtgehalte van de lucht (x) : g of kg waterdamp / kg droge lucht Vol % stoom = PD / P = PD / (PD + PL ) Het dauwpunt is de temperatuur waarbij de luchtvochtigheid begint te condenseren wanneer men de lucht afkoelt 9

Mollierdiagram voor vochtige lucht 200

5 %RV

180 160

10 %RV

Tdroog

20 %RV

140

50 %RV

T (°C)

120 100 80

100 %RV

TN

60 40

Dauwpunt

20 0 0,00

0,05

0,10

0,15

x (kg water / kg droge lucht)

0,20 10

Mollierdiagram voor vochtige lucht 140

5 %RV

120

10 %RV 20 %RV

Opgewarmde drooglucht

T (°C)

100

50 %RV 80 60

Drooglucht na vochtopname

40 20

100 %RV

Omgevingslucht

0 0,00

0,05

x (kg water / kg droge lucht)

0,10

Vochtgehalte textiel in functie van vochtgehalte lucht / stoom % vocht op textiel

Bij evenwicht is waterdampdruk in textiel = waterdampdruk omgeving 0%

RV lucht of stoom = PD / PS

100 %

12

Evenwichtsvochtgehalte textiel bij 20°C en 65% RV Wol

13 tot 16 %

Katoen

7-9%

Viscose

12 - 15 %

Polyester

0,4 %

Polyamide 6 en 6.6

4 - 4,5 %

Vlas

12 - 15 %

Polyacryl

1 - 1,9 %

Polypropyleen

0,05 %

DROGEN


Massa- en energiebalans droger Afgezogen lucht: debiet - temperatuur - vochtgehalte

Textiel + water kg/h

Verse lucht: debiet temperauur vochtgehalte

DROGER

energieinput

Textiel +water kg/h

omgevings -verliezen 15

Opstellen vd energiebalans Deelverbruiken kunnen dan berekend worden (MJ/h) Belangrijk : balansen moeten kloppen. Totaal IN = Totaal UIT

textielmateriaal water lucht energie

16

Energie- en massabalans in praktijk opstellen TEXTIELMATERIAAL: Snelheid Æ Textielproductie (kg/h) Vocht voor – na Æ hoeveelheid verdampt water

LUCHTKARAKTERISTIEKEN (IN / UIT) Temperatuur vochtgehalte Debiet

Æ

massa lucht hoev. verd. water

17

Energie- en massabalans in praktijk opstellen ENERGIE-INPUT

gas stoom thermische vloeistoffen warm water onder druk elektriciteitsverbruik

OMGEVINGSVERLIEZEN

18

Gastellers correctiefactoren volgen uit de gaswet: PV = constante T met P = druk (Pa) V = volume (m³) T = temperatuur (K) VOORBEELD: herleiden van een gasverbruik naar Nm³ Gemeten gasverbruik: 5.000 m³ Ter plaatse van de meter is de overdruk 0,22 bar de temperatuur 27°C Wat is het gasverbruik uitgedrukt in norm kubieke meter (Nm³) Herleiding: 5000 m ³ ×

1,013 + 0,22 273 × ≅ 4662 Nm ³ 1,013 27 + 273

Stoomdebietsmetingen Meetflens ∆p = K . ρ . v² Men moet rekening houden met T – p voor omrekening naar kg’s!

Stoomdebietsmetingen vortex : echte volumemeting

Stoomdebietsmetingen Annubar

Stoomdebietsmetingen Hoe dan ook altijd corrigeren voor P + T Als P + T veel schommelen, ook meten en liefst met automatische correctie

Temperaturen Klassiek met thermokoppels of Pt 100 Normaal is dit probleemloze meting, wel rekening houden met reactietijd sonde IR-temperatuursmetingen: Rekening houden met emissie-coëfficiënt Men meet oppervlaktetemperatuur!

Luchtsnelheid

Luchtsnelheid

Anemometer Juist positioneren ! Meet m/s! Bij omrekenen rekening houden met T en P !

luchtsnelheidsmetingen Profiel luchtsnelheid over breedte 450 400

Snelheid (cm/s)

350 300 250 200 150 100 50 0 0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

Fractionele afstand van rand

0,7

0,8

0,9

1,0

Luchtsnelheid

Pitotbuis ∆p = K . ρ . v²

Luchtvochtgehalte Meetapparatuur voor luchtvochtgehalte reageert traag

Luchtvochtgehalte Temperatuur T D T N

Tijd

Meetapparatuur voor luchtvochtgehalte

Luchtkarakteristieken

Balans_droger_op_Basis_momentopname.XLS

Energiegebruik in de droger opwarmen van het textielmateriaal: φ m text * c p text * ΔT opwarmen en verdampen van het water: φ m w * (H v - H w ) opwarmen van de lucht: φ ma * ΔH a omgevingsverliezen van de droger: Opwarmen van de droger: m WM * c WM * ΔT – U * A * (T A - T S) met U ≅ 10 W/ (m² K) Vereenvoudigd: 1,1 * φ m a * (H a, out - H a, in) 35

Hoe de energiebalans van een droger in de praktijk opstellen energetische efficientie van de droger: het specifiek energieverbruik es = Eg / mw es = specifiek energieverbruik (kJ/kg verdampt water) Eg = totale hoeveelheid energie die wordt verbruikt in de droger (kJ of kJ/h) φ m w = hoeveelheid verdampt water (kg of kg/h) theoretisch is ongeveer 2,6 MJ / kg water nodig in de praktijk 3,5 tot meer dan 20 MJ/kg water 36

Opstellen vd energiebalans textielproductie: φm text = W * mt / 1000 * v * 60 hoeveelheid verdampt water uit textielvochtgehalte: φmw = 60 * v * mtext / 1000 * W * (Ri - Ruit) / 100 ( kg/h ) maar ook uit φmw = φma (xuit - xin ) (kg/h) Bij directe gasstook ook waterdamp afkomstig vd verbranding vh gas!

37

38

Typische balans spanraam

Textielmateriaal

Te verdampen water uit massabalans textiel

29,2

m/min

135 1,6 236 116

g/lm kJ/(kg.K) kg/h kg/h

Globaal 12.110 kg dr lucht/h 104 °C 27 g waterdamp/kg droge lucht 3,7 %RV 179 kJ/kg droge lucht Te verdampen water 182 kg/h uit massabalans lucht

Massa- en energiebalans

Textielmateriaal in 20 °C 50% H2O gehalte

Textielmateriaal uit 80 °C 1% H2O gehalte

luchttoevoer 10.899 20 12,1 83 51

gastoevoer 32,9 Nm³/h Verbrandingswaarde 38,3 MJ/Nm³ (onderste Verbr.W)

kg droge lucht /h °C g/kg droge lucht %RV kJ/kg droge lucht

ENERGIEVERBRUIK - opwarmen materiaal - verdampen water - opwarmen lucht - omgevingsverliezen TOTAAL ENERGIEVERBRUIK

20 477 1.027 38 1.563

MJ/h MJ/h MJ/h MJ/h MJ/h

Thermisch energieverbruik: Elektriciteitsverb ruik

1.260 120

SPECIFIEK ENERGIEVERBRUIK 6.609 8.570

MJ/h kWh

(kJ/kg textiel) (kJ/kg verd.water)

Energiebalans droger op dag-, maand- of jaarbasis Als deze bilan een ander beeld geeft (meestal een hoger specifiek energieverbruik) kan dit aan twee zaken te wijten zijn: Energieverbruiken bij stilstand die hoger zijn dan ingeschat Productiesnelheden die in werkelijkheid niet overeenkomen met de theoretische

Kwaliteit Begintijd Eindtijd A 9:00 10:12 B 10:12 10:55 C 10:55 11:38 D 11:38 13:04 Stilstand 13:04 13:33 E 13:33 14:45 F 14:45 15:57 G 15:57 17:24 H 17:24 18:07 Stilstand 18:07 19:19 J 19:19 20:02 K 20:02 21:00

Textielproductie (m/min) 36,0 42,9 40,5 57,0 0,0 37,5 44,7 57,0 36,0 0,0 36,0 30,0

g/lm 150,0 145,0 130,0 95,0 150,0 120,0 90,0 145,0 140,0 220,0

Berekend TextielTe Te of gemeten productie verdampen verdampen verbruik (kg) water (%) water (kg) (MJ) 324 40% 130 1698 373 45% 168 1091 316 50% 158 1072 325 50% 162 2162 0 749 338 45% 152 1768 322 50% 161 1797 308 60% 185 2246 313 40% 125 1011 0 374 302 45% 136 1031 396 35% 139 1381

TOTAAL Effectief

16381 ??

Energieverbruik bepaald uit momentopname luchtkarakteristieken ENERGIEVERBRUIK - opwarmen materiaal 21 MJ/h - verdampen water 323 MJ/h voor - opwarmen lucht 1.015 MJ/h - omgevingsverliezen 38 MJ/h TOTAAL ENERGIEVERBRUIK 1.398 MJ/h Of

basis per verdampt water Bij stilstand

1.075 2,63 520

MJ/h verdampt water MJ/h

123

kg water/h

DROGEN


Mechanisch ontwateren Mechanisch ontwateren in de vorm van afpersen, vacuüm zuigen of centrifugeren vergt slechts enkele percenten van de energie die nodig is om dezelfde hoeveelheid water te verdampen In aantal gevallen niet “zuiver mechanisch ontwateren” doch opbrengen van producten !

44

Mechanisch ontwateren Welk restvochtgehalte men bereikt is afhankelijk van tal van factoren:

de de de de de

grondstof, structuur van het textielmateriaal, temperatuur, duur van de behandeling of snelheid, grootte van de ingezette mechanische krachten.

45

Restvochtgehalte na mechanisch ontwateren Weefsel

centrifugeren

Afpersen

Vacuum zuigen

Katoen

45 – 50

45 – 70

40 – 55

Viscose

80 – 100

60 – 100

60 – 80

Nylon 6.6

15 – 25

20 – 40

14 – 30

Polyester

12

20 – 30

10 – 16

Wol

42

58-60

35 - 85

DROGEN


Convectiedrogers Massa- en warmteoverdracht mtext ∗ swarmte textiel

mtext

dT = F * α * (T fl − Ttextiel ) * dt dx + mtext * * H verd dt

dx = F * β * ( Pfl − Ptextiel ) * dt x = f ( Ptextiel , T )

α , β zijn functie van luchtcircu latie ! 48

Droogcurve

Temperatuurinstellingen Periode van constante droogsnelheid: Ttextiel = natte bol temperatuur; niet gevaarlijk – dus luchttemperatuur mag hoog worden ingesteld Periode van afnemende droogsnelheid: textieltemperatuur stijgt (limiet = luchttemperatuur) – gevaarlijk – dus voorzichtig zijn Heeft men voldoende koelcapaciteit na oven? Bij afkoelen verdampt nog water! Extra probleem: backingovens tapijt wegens al of niet goed functioneren van splitovens

Algemeen schema van een spanraam

51

Droogkurven van verschillende type drogers

Energieverbruik van een convectiedroger Warmteverbruik op machineniveau: opwarmen van het textielmateriaal: onvermijdelijk, doch verwaarloosbaar de verliezen door de wanden van de droger; de (droge) warmte van de lucht die naar buiten wordt geblazen; de "nuttige warmte" gebruikt om het water te verdampen. 90 % op machineniveau 55

56

DROGEN


Discontinue convectiedrogers (bobijnen) Klassiek: centrifugeren / daarna kastdroger: veel handenarbeid, matige ventilatie langs compacte materialen, lange droogtijden.

Sneldrogers: volledige droogproces op dezelfde materiaaldrager droogtijd veel korter; bij drogers met sterke ventilatie erg belangrijk elektriciteitsverbruik. 58

Discontinue convectiedrogers (bobijnen)

Discontinue convectiedrogers (bobijnen) Drukdrogen: veel hogere droogsnelheden dan bij sneldrogen omdat warmte- en massaoverdrachtscoëfficiënten verhogen Mogelijkheid tot quasi volledige recuperatie energie doch wat doet men met die gerecupereerde warmte?

T in

T koeling T uit

61

DROGEN


Contactdrogers (droogtrommels) meest gebruikte: in weverijen, om gesterkte garens te drogen, in ververijen bij het drogen na het voorbehandelen, of na het verven, eens de kleurstoffen al gefixeerd zijn.

63

Contactdrogers (droogtrommels) Waarom niet meer gebruikt? het anders aanvoelen van de aldus gedroogde weefsels, bij stilstand neemt het textielmateriaal snel de trommeltemperatuur aan met de nadelige gevolgen vandien, men heeft op droogtrommels niet dezelfde mogelijkheden om het weefsel op breedte te trekken of te houden als op de spanramen. 64

Contactdrogers (droogtrommels) Twee belangrijke punten: grotere warmteoverdrachtscoëfficiënt lager energieverbruik. Drogers

Warmteoverdrachts coëfficiënt (W m-2 K-1) Contactdrogers 320 Hotflue (luchtsnelheid 6 m s-1) 40 Spanraam (luchtsnelheid 30 m s-1) 140 65

Contactdrogers (droogtrommels)

66

Gasgestookte droogtrommels

67

DROGEN


Infrarooddrogers (IR-drogers)

kortgolvig IR van 0,5 tot 2 µm middengolvig IR van 2 tot 4 µm langgolvig IR van 4 tot 10 µm Indringdiepte het grootst bij kortgolvige straling Hoge energiedensiteiten mogelijk

69

IR-verwarming

IR-verwarming

IR-verwarming Infrarood tot

kW/m2 80

1 MW/m2 Waarom INFRAROODSTRALING gebruiken ? short wave

60 40

medium wave

convectie

V 2= 10 m/s tot 40 kW/m V = 1 m/s

20 long wave

0 200

400

Temperatuur 600 °C

IR-verwarming

IR-verwarming

Typisch voor de meeste kunststoffen is de hoge absorptie in het middengolfgebied

IR-verwarming Reaktiesnelheid

ON / OFF tijd

Opwarming in % 100 wave emitter Short

100 90

90

80

80 Fast response medium wave emitter

70

70

Carbon emitter

60 50

60 50

40

40

30

30

20

Medium wave emitter

10 0

20 10 0

0

1

2

3

4

5

Opwarmtijd in sec

55

105

155

205

IR-verwarming

kortegolf IR-A 0,7 – 2 µm

middengolf IR-B 2 – 4 µm

langegolf

IR-C 4 – 10 µm

IR-verwarming

Verwarmen, voor- en naverwarmen Drogen van coatings, latex Drogen van garens, vezels, touw ..... Lamineren van allerlei weefsels en substraten Tussendroging op bedrukkingsmachines Embossing Thermofixeren Aansmelten en uitharden van poeders Aktiveren van lijmlagen

IR-verwarming

Droging van latex

Voordrogen van katoenweefsel

Aansmelten van vezels

Richten van de pool

Voordrogen van garens

IR oven Embossing rol

Substraat

Embossing van PVC vloerbekleding

Lijmapplicator Poederlijm, Hot Melt...... IR oven

Substraat

Lamineren van diverse weefsels met laagtemperatuurpoeders

Aansmelten van poederlijm

Energieverbruiken van IR-drogers per kg verdampt water elektrisch IR 4500 kJ/kg 1,25 kWh/kg 0,06 €/kWh

gas-IR 7000 kJ/kg 0,007 GJ/kg 3,0 €/MJ

Netto verbruik of Prijs van de energiedrager Energiekost 1,25 *0,06 0,007 * 3 ( €/kg) = 0,075 = 0,021 Belangrijk: de energietoevoer goed regelen. niet altijd eenvoudig.

88

Infrarooddrogers (IR-drogers) Motivatie voor de keuze van de techniek toename van de productiviteit snel en gelijkmatig drogen! invloed van absorptiecapaciteiten van het te behandelen materiaal temperatuurstijging aan het oppervlak van het product wat bij stilstand / starten ? 89

DROGEN


Hoogfrequente drogers voor hoogfrequente toepassingen: 13,56 40,68 MHz (golflengte 7,5 - 22 m) voor microgolven: 433 - 915 - 2450 MHz (golflengte 12 - 69 cm) Energie wordt geabsorbeerd door water en andere polaire materialen

91

Hoogfrequent drogers

Voordelen hoogfrequente drogers Gelijkmatiger drogen Opwekken van de energie direct in het product korte droogtijden Flexibele procesvoering op eenzelfde droger zowel strengen als bobijnen van verschillende afmetingen Verminderd risico van overdrogen Kwaliteit van de gedroogde producten opgelet met polaire textielstoffen, bv acryl! 93

Energetisch rendement HF-drogers rendement van ongeveer 60% om geproduceerd vocht af te voeren heeft men lucht nodig (voldoende hoeveelheid en temperatuur) om ongewenste condensaties te vermijden praktijkmetingen tonen een specifiek verbruik van 1,2 tot ongeveer 1,8 kWh/kg water-verdamping (thermisch equivalent van 4,3 tot 6,5 MJ/kg waterverdamping); in €/MJ duur! combineren van HF-drogen met warme lucht biedt interessante perspectieven! (vb: Fastran ) 94

Bepaling van het nodige HFvermogen Bepaal hoeveel HF-vermogen moet geïnstalleerd worden voor het drogen van 100 kg wol/h. Na mechanisch ontwateren is het vochtgehalte 65% en we wensen na drogen een restvochtgehalte van 13% te bekomen. Neem aan dat de droger 6 MJ verbruikt per kg verdampt water.

95

DROGEN


Energiebesparen bij drogen / thermofixeren

Optimalisatie mechanisch ontwateren Droog niet verder dan het gewenste restvochtgehalte Beperk het debiet van de extractielucht en verhoog het luchtvochtgehalte Optimaliseer ventilatie in de droger Beheers het temperatuur-tijdsprofiel bij fixatieprocessen. Benut drogers zoveel mogelijk op hun volle capaciteit. Door directe gasstook schakelt men de energieverliezen van ketel en distributie uit. Isoleer de drogers. Beperk de energieverliezen bij stilstand. Bij investering in HF-drogers, kies er één waar de generatorwarmte gebruikt wordt om de lucht voor te verwarmen. Overweeg warmteherwinning.

Optimalisatie mechanisch ontwateren



Optimaal restvochtgehalte na drogen Wat is volgende productiestap? Wordt textielmateriaal gestockeerd? Hoe? Kunnen verschillen in restvochtgehalte uitgemiddeld worden? Is het laatste productiestap? Wat is basis van verkoopprijs: m² of kg?

Vermijden van overdrogen; werken aan optimale productiesnelheden

101

Textielvochtgehalte

Belang van restvocht

Mess- und Regeltechnik bei Trocknungs-und Wärmebehandlungsprozessen - Pleva



Energiebesparing door werken aan optimaal restvochtgehalte Als men luchtvochtgehalte optimaal instelt, blijft specifiek energieverbruik (kJ/kg verdampt water) hetzelfde, Enige energiebesparing is dan feit dat men x % minder water moet verdampen

Als men luchtvochtgehalte niet optimaal instelt, zorgt vermijden van overdrogen voor betere benuttiging droger dus beetje meer kg water verdampt voor zelfde luchtextractie → belangrijker energiebesparing



Optimaliseren luchtvocht Optimaliseren van luchtvochtgehalte = belangrijkste punt voor de optimalisatie van het energieverbruik van een droger Gedetailleerde berekeningen ivm invloed luchtkarakteristieken hebben slechts zin als men restvochtgehalte al goed kent/beheerst Enerzijds is invloed op snelheid gering, doch als men alle kosten in rekening brengt ..

Textielmateriaal


18 4 450 1,6 1944 1030

Globaal 35.800 kg dr lucht/h 103 °C 39 g waterdamp/kg droge lucht 5,3% RV 209 kJ/kg droge lucht

m/min m breed g/m² kJ/(kg.K) kg/h kg/h


Optimalisatie luchtvocht 14.719 kg dr lucht/h 103 °C 80 g waterdamp/kg droge lucht 10,3% RV 320 kJ/kg droge lucht Dit geeft een daling op thermisch energieverbruik van 1767 MJ/h 30%


luchttoevoer 32.220 20 10,0 68% 46

kg droge lucht /h °C g/kg droge lucht RV kJ/kg droge lucht

Specifiek warmteverbruik van een droogproces 10000

specifiek warmteverbruik (kJ/kg verdampt water)

9000

80°C 120°C 160°C

8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 0

0,05

0,1

0,15

absoluut vochtgehalte (kg water/kg droge lucht)

0,2





Droogsnelheid De droogsnelheid voor bepaalde luchtkarakteristieken kan dan berekend worden als ( TD − TN ) v = v ref . ( TD,ref − TN,ref ) met v : de productie snelheid bij TD en TN vref : de productiesnelheid bij TD,ref en TN,ref TD : de (droge) luchttemperatuur TN : de natteboltemperatuur In feite enkel juist voor periode constante droogsnelheid!

Drijvende kracht drogen

°C 200 160 120 80 40 0 0

20

40

60

80

100

luchtvochtgehalte (g water/kg droge lucht)

120

140 117

m/min

Droogsnelheid in functie van luchtkarakteristieken 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0

160 °C

120 °C

0

20

40

60

80

100

Luchtvochtgehalte (g water/kg droge lucht)

120

140 118

Droogkosten in functie van luchtvochtgehalte

119

Optimalisatie luchtvochtgehalte De droogkosten werden berekend op volgende basis : 25 €/h machinetijd voor andere kosten (loon, afschrijvingen, ..) 5 €/GJ 0,05 €/kWh Elekticiteitsverbruik droger 120 kWh

Optimalisatie luchtvochtgehalte HUIDIGE SITUATIE Luchtkarakteristieken: luchtvocht: extractiedebiet:

27 12.110

NA OPTIMALISATIE

g water/kg droge lucht kg droge lucht/h

42 6090

g water/kg droge lucht kg droge lucht/h

506

MJ/h

27,3

m/min

3.561 5.743 1.378 7.554

uren € € €

Besparing op thermisch energieverbruik:

Droogsnelheid:

29,2

Droogtijd Extra droogkosten Extra elektriciteitskosten Besparing thermische energie

3.331

Netto besparing

m/min

uren

433

€

Optimaliseren luchtvocht Optimaal in de buurt van: 10 m³ lucht / kg verdampt water, 100 gram water per kg droge lucht.

In de praktijk lagere luchtvochtgehaltes omdat men nominale verdampingscapaciteit niet haalt: smallere weefselbreedte W dan nominaal; te lage productiesnelheid v, ---> textielmateriaal te droog men werkt bij lagere temperaturen dan deze waarvoor de droger ontworpen is. 121

Optimaliseren luchtvocht Hoe meten? Zirkoniumoxide sensor (zuurstofgehalte) Meting van de snelheid van het geluid van de lucht (voorbeeld Ecomat-Mahlo) meting met LiCl-cel (dauwpunt) enthalpie-meting: afkoeling van lucht en meten van bekomen DT, psychrometer met continue bevochtiging (droge / natte bol)

122

Automatische regeling van luchtvochtgehalte? een eenmalige goede dimensionering van het luchtdebiet geeft de grootste besparing; men werkt zelden op automatisch onjuiste meting door vervuiling van de meetsonde Commentaar op invloed van breedte op droogsnelheid: Grotere breedte Æ meer verdampt water Æ hoger luchtvochtgehalte Æ klein beetje trager drogen

124

Optimaliseren van het luchtvochtgehalte en van het restvochtgehalte vh textielmateriaal luchtvochtgehalte geoptimaliseerd ---> niet zo veel energiewinst uit optimalisatie van het restvochtgehalte van het textielmateriaal wel belangrijk voor productiviteit

125

Optimalisatie per schouw Indien er verschillende schouwen zijn, dan per schouw optimaliseren! Bij splitoven soms een aparte luchtafvoer voor onder- en bovenzone (bij de onderste zone speelt ook de problematiek dat men de temperatuur wil beperken)



Warmte-uitwisseling en verdamping van water worden positief beïnvloed door luchtsnelheid, maar ventilatie vergt elektrische energie Een passage van lucht over te drogen materiaal volstaat niet om lucht voldoende vochtig te maken; dus RECYCLEREN VAN LUCHT is noodzakelijk

Invloed ventilatie op droogsnelheid Toerental circulatieventilator

100

80

67

50

33

Elektriciteitsverbruik

100

51

30

13

4

Circulatiedebiet

100

80

67

50

33

Droogvermogen

100

84

72

57

41

Energiebesparing door verminderd toerental Besparing op elektrische energie P1/P2 ~ (n1/n2)3 Vb drogen en fixeren van weefsel van 245g/m² (195°C & 10s), ingangsvochtgehalte 80% na Veld 5 is weefsel droog Veld 6, 7 en 8 kunnen met half toerental functioneren P2 = P1 x (0,5)3 = 16kW x 0,125 = 2kW per veld Ptot = 5 x 16kW + 3 x 2kW = 86 kW ipv 8 x 16 kW = 128 kW of een besparing van 33% op elektrisch energieverbruik

Tegenstroom of gelijkstroom op spanramen

Econ-Air = gelijkstroom

Bij gelijkblijvende natte bol-temperatuur kan men luchttemperatuur in eerste velden verhogen

Resultaten van tapijtdroger met tegenstroom DRMOMOPName_Bruckner.XLS Besluit: METEN IS WETEN



Vermijden van overdrogen; werken aan optimale productiesnelheden Meten Temperatuur-tijdsprofiel: meten van de weefseltemperatuur in enkele velden met IR - temperatuursondes, uit ΔT - meting (het temperatuur-verschil tussen lucht voor en na contact met het textielmateriaal) in de verschillende velden.

135

Brückner



Vermijden van overdrogen; werken aan optimale productiesnelheden 2 mogelijkheden om het restvochtgehalte op convectiedrogers te regelen: inwerken op de textieltoevoer van de droger inwerken op de energietoevoer. Opgelet: door afkoelen textielmateriaal droogt het nog verder!

140

Vermijden van overdrogen; werken aan optimale productiesnelheden In de praktijk wordt de regelapparatuur voor het restvochtgehalte te weinig effectief op automatisch gebruikt wordt. Waarom? beperkingen van de regelaar starten / stoppen (kleine productie-partijen) kent men normale productie-snelheden en restvochtgehaltes (voor alle kwaliteiten!) voldoende? niet voldoende tijd om apparatuur te leren kennen/ optimaal te gebruiken.

141



Benut drogers zoveel mogelijk op hun volle capaciteit Vooral als er geen regeling is van luchtvochtgehalte is energiekost van niet 100% beladen droger groot Hoe dan ook zijn er altijd de omgevingsverliezen, verbruiken ventilatoren ..



Directe gasstook zonder problemen bij temperaturen van 160 tot 220°C, terwijl men met stoom beperkt is tot temperaturen van hoogstens 150°C. laat decentralisatie energievoorziening toe winst op de energierekening: rendement van een ketel 75% (Hb) distributierendement 75% globaal rendement 56% versus 90 % (Hb)

145

Directe gasstook wanneer er producten vrijkomen komen deze stoffen langs de gasvlam positieve effecten (verbranden van reukstoffen) negatieve effecten (slechte verbranding, vorming van verbrandingsproducten); wanneer er chloorverbindingen vrijkomen van het textielmateriaal, geven die bij pyrolyse aanleiding tot een zure atmosfeer in de droger.

146

Voorbeeld : Optimalisatie van het energieverbruik Spec. verbruik Hoog Verlaagd Regeling in MJ/kg verd. Luchtdebiet luchtvocht water (a1) (a2) (a3) indirecte verwarming (b1) η = 60% 12,5 8,7 7,9 η= 75 % 10 7 6,3 η = 85 % 8,8 6,1 5,6 directe verwarming (b2) 7,5 5,6 5 147


Optimalisatie mechanisch ontwateren Droog niet verder dan het gewenste restvochtgehalte Beperk het debiet van de extractielucht en verhoog het luchtvochtgehalte Optimaliseer ventilatie in de droger Beheers het temperatuur-tijdsprofiel bij fixatieprocessen. Benut drogers zoveel mogelijk op hun volle capaciteit. Door directe gasstook schakelt men de energieverliezen van ketel en distributie uit. Isoleer de drogers Beperk de energieverliezen bij stilstand. Bij investering in HF-drogers, kies er één waar de generatorwarmte gebruikt wordt om de lucht voor te verwarmen. Overweeg warmteherwinning.

Isoleer de drogers Bij hoge temperaturen en gebruiksduur altijd DOEN



Stilstand – voorlopers.. Als maar belangrijker: beperken energieverbruik bij stilstand / voorlopers …



Energieverbruik HF-drogers praktijkmetingen tonen een specifiek verbruik van 1,2 tot ongeveer 1,8 kWh/kg water-verdamping Wat (anders) doen met koelwarmte generatoren ? Voorverwarmen drooglucht is de beste oplossing Productie warm water weinig zinvol



Warmterecuperatie

Warmterecuperatie

Warmterecuperatie op oven Fixatieprocessen bij hoge temperatuur (190°C), dus interessant WRG-concept Fase 1: opgewarmde lucht naar spanraam Fase 2: warm water gaat naar ververij

Maar … Fase 1: verse lucht hooguit 60% extractielucht Fase 2: concurrent voor warmterecuperatie op afvalwater !

Warmterecuperatie

Warmteherwinning Nagenoeg alle toegevoerde energie kan teruggevonden worden in de extractielucht. Nadat het energieverbruik van de droger geoptimaliseerd werd, kan men warmteherwinning overwegen, wanneer: de temperatuur van de extractielucht voldoende hoog is, het debiet van de extractielucht voldoende hoog is, de droger voldoende tijd gebruikt wordt.

159

Warmteherwinning Men moet ook rekening houden met: de gebruikskosten van de installatie: elektriciteit, onderhoud, vervuiling van de warmtewisselaar, als men de warmte recupereert onder de vorm van warm water moet men er een toepassing voor hebben.

160

161

Warmteherwinning Uitgewisselde energie: lucht/lucht: φ m in * c p in * ΔT in = φ m

out

lucht/water: φ m a * c p a * ΔT a = φ m

* c p w * ΔTw

w

* c p out * ΔT out

162

Warmteherwinning belangrijk bij warmterecuperatie op convectieve drogers: de verhouding debiet verse lucht tov debiet extractielucht: R= φ fm in * c p in / ( φ m out * c R liefst ongeveer 65%

p out

),

temperatuurrendement van een warmtewisselaar η T : η T = (T 2 - T 1) / (T 3 - T 1 )

163

4

3

Filter

1

2 164

Luchtintredes

Textielmateriaal


18 4 450 1,6 1944 1030

Globaal 35.800 103 39 5,3% 209

m/min m breed g/m² kJ/(kg.K) kg/h kg/h

kg dr lucht/h °C g waterdamp/kg droge lucht RV kJ/kg droge lucht


Extractielucht na warmterecuperatie 35.800 kg dr lucht/h 69 °C 39 g waterdamp/kg droge lucht 30,9% RV 172 kJ/kg droge lucht Dit geeft een daling op thermisch energieverbruik van 1229 MJ/h 21%


luchttoevoer 12.530 20 10,0 68% 46

luchttoevoer via warmterecuperatie 23.270 kg droge lucht /h 78 °C 10,0 g/kg droge lucht

kg droge lucht /h °C g/kg droge lucht RV kJ/kg droge lucht

ENERGIEVERBRUIK - opwarmen materiaal - verdampen water - opwarmen lucht - omgevingsverliezen TOTAAL ENERGIEVERBRUIK

136 2.675 3.001 38 5.850

MJ/h MJ/h MJ/h MJ/h MJ/h

Thermisch energieverbruik: Elektriciteitsverb ruik

5.548 120

SPECIFIEK ENERGIEVERBRUIK 3.009 5.678

MJ/h kWh

(kJ/kg textiel) (kJ/kg verd.water)

bemerkingen bij het voorbeeld Heeft men een afgezogen luchtdebiet van 35800 kg/h nodig ? Indien ja, zorg er voor dat verse lucht ~ 65 % van de afgezogen lucht bedraagt Vergeet onderhoudskosten warmterecuperatie niet

166

Zuivering van extractielucht van spanramen een aantal technieken: afkoelen en condenseren van onzuiverheden, thermische en katalytische oxidatie, verbranden van de vervuilde lucht in een ketel

steeds onder een of andere vorm warmterecuperatie Probleem: wat doen met de bekomen warmte? Zorg er voor dat debieten corresponderen!

167

Besluit Op drogers kan er NOG ALTIJD veel geoptimaliseerd worden! Nog vragen? altijd welkom bij [email protected] of [email protected]

168

Energiebesparingen bij drogen van textielmaterialen

Recommend Documents