Studie energie-efficiëntie gieterij Proferro
David Van de Velde
Promotoren: Frédéric Maes, dhr. Peter Danneels (Picanol-Proferro) Begeleider: Paul Vander Haeghen Masterproef ingediend tot het behalen van de academische graad van Master of Science in de industriële wetenschappen: elektromechanica
Vakgroep Industriële Technologie en Constructie Voorzitter: prof. Marc Vanhaelst Faculteit Ingenieurswetenschappen en Architectuur Academiejaar 2014-2015
Studie energie-efficiëntie gieterij Proferro
David Van de Velde
Promotoren: Frédéric Maes, dhr. Peter Danneels (Picanol-Proferro) Begeleider: Paul Vander Haeghen Masterproef ingediend tot het behalen van de academische graad van Master of Science in de industriële wetenschappen: elektromechanica
Vakgroep Industriële Technologie en Constructie Voorzitter: prof. Marc Vanhaelst Faculteit Ingenieurswetenschappen en Architectuur Academiejaar 2014-2015
"De auteur geeft de toelating deze masterproef voor consultatie beschikbaar te stellen en delen van de masterproef te kopiëren voor persoonlijk gebruik. Elk ander gebruik valt onder de bepalingen van het auteursrecht, in het bijzonder met betrekking tot de verplichting de bron uitdrukkelijk te vermelden bij het aanhalen van resultaten uit deze masterproef." David Van de Velde
Voorwoord Deze masterproef werd gerealiseerd als afsluiting van mijn opleiding als master in de elektromechanica aan de Universiteit Gent. Ik heb de unieke kans gekregen van Proferro om een paar interessante projecten te bestuderen, allen rond energie-efficiëntie. De keuze voor dit project is een zeer bewuste keuze geweest en gaf me dan ook veel voldoening. Het slagen van dit project was enkel mogelijk met de steun en hulp die ik kreeg van talloze werknemers binnen het bedrijf. Daarom zou ik graag een woord van dank willen betuigen aan al diegenen die bijgedragen hebben aan dit project. In het bijzonder gaat mijn oprechte dank uit naar mijn stagebegeleider Dhr. Danneels Peter voor de opgenomen verantwoordelijkheid, begeleiding en het vertrouwen tijdens het volbrengen van dit project, alsook naar de promotoren Dhr. Vander Haeghen Paul en Dhr Maes Frédéric voor de tijd en tips die zij me gaven. Vervolgens wil ik ook de 21 bedrijven die bijgedragen hebben aan deze studie bedanken. Deze zijn Blondeau Industrial Heating, Air liquide, Messer, Air Products, Linde, Kanthal, Promeos, Sirris, Swerea SWECAST, Erbeko, CEE, CUB Trading, CET motoren, ContiTech, Verfaille Elektro en Techniek, Callens & emk, Fito Electro, Beckhoff Automation, Lühr Filter, Thermibel, Ferrum, SVL metaalconstructie en Focquet. Ook de mensen van de afdeling onderhoud die mij met raad en daad bijstonden bij de problemen die zicht stelden tijdens de realisatie van deze masterproef, verdienen zeker mijn oprechte dank. Mijn laatste dankwoord gaat uit naar mijn ouders, zus en vriendin, voor de kans en steun die ze mij gaven bij mijn studies en bij deze masterproef.
David Van de Velde Gent Januari
2015
Abstract Het doel van deze masterproef is om onderzoek te verrichten op vijf thema’s binnen de gieterij van Proferro, zijnde:
zuurstof-toevoeging in de warmewindkoepeloven; verwarming en warmtebehoud van de warmewind; voorverwarming van gietpotten; optimalisatie van de werking van een afzuiginstallatie; haalbaarheidsstudie van warmterecuperatie met behulp van thermische olie.
Op dit moment is er niemand binnen Proferrro expliciet bezig met energie-efficiëntie. Dit gegeven is medebepalend dat de voornoemde topics tot op vandaag nooit op voldoende wijze zijn bestudeerd. Allereerst werd er een verkennend onderzoek verricht naar de werking van de verschillende installaties, want zonder een goede basiskennis van de installatie konden er geen goede optimalisatiekeuzes gemaakt worden. Door middel van meerdere meetinstrumenten werd het mogelijk om datacollecties en analyses uit te voeren om dan verbeterprojecten te definiëren gekoppeld aan hun potentiële besparing. Deze benadering laat uiteindelijk toe om voorstellen al dan niet te weerhouden ter uitvoering.
Inhoudsopgave Voorwoord ................................................................................................................................... Abstract ........................................................................................................................................ Extended abstract ......................................................................................................................... Inhoud........................................................................................................................................... Lijst van tabellen .......................................................................................................................... Lijst van nomenclatuur ................................................................................................................. 1
Inleiding ............................................................................................................................. 1
2
Bedrijfsvoorstelling ............................................................................................................ 3 2.1
Picanolgroup ................................................................................................................ 3
2.2
Proferro ........................................................................................................................ 4
2.2.1 3
Algemene werking productieproces ................................................................................... 5 3.1
4
Geschiedenis ......................................................................................................... 4
Warmewindkoepeloven ............................................................................................... 5
3.1.1
Zonering van de oven ........................................................................................... 6
3.1.2
Verbrandingskamer en recuperator ...................................................................... 7
3.1.3
Stoffilter en schoorsteen ....................................................................................... 9
3.2
Elektrische warmhoudovens ........................................................................................ 9
3.3
Vormlijnen en bijhorende gietpotten ......................................................................... 10
3.4
Uitbreken en ontzanding ............................................................................................ 11
3.5
Ontbraming en nabewerking ..................................................................................... 11
Zuurstofgebruik in de warmewindkoepeloven ................................................................. 12 4.1
Inbrengmogelijkheden ............................................................................................... 12
4.1.1
Diffuse verrijking ............................................................................................... 13
4.1.2
Directe injectie ................................................................................................... 13
4.1.3
Zuurstof/brandstof brander ................................................................................ 14
4.1.4
Zuurstof/brandstof/stof-brander ......................................................................... 15
4.2
Samenvatting ............................................................................................................. 15
4.3
Huidige installatie bij Proferro .................................................................................. 16
4.4
Zuurstofaanbieders .................................................................................................... 17
4.4.1
Messer ................................................................................................................ 17
5
4.4.2
Airproducts ......................................................................................................... 18
4.4.3
Linde................................................................................................................... 19
4.4.4
Airliquide ........................................................................................................... 19
4.5
Keuze leverancier ...................................................................................................... 20
4.6
Audit koepeloven → rendementsverhoging .............................................................. 21
Warmtebehoud en verwarming warmewind .................................................................... 22 5.1
6
5.1.1
Infraroodmeting .................................................................................................. 23
5.1.2
Eindresultaten ..................................................................................................... 28
5.2
Staalsoort huidige buizen........................................................................................... 29
5.3
Installatie van een bijstookbrander ............................................................................ 29
5.4
Conclusies .................................................................................................................. 31
Optimalisatie potbranders voor verwarming gietpotten ................................................... 32 6.1
Opstelling................................................................................................................... 32
6.2
Probleemstelling ........................................................................................................ 33
6.3
Verschillende opwarmmogelijkheden ....................................................................... 34
6.3.1
Voorverwarming door aardgas ........................................................................... 34
6.3.2
Voorverwarming door elektriciteit ..................................................................... 37
6.3.3
Conclusie ............................................................................................................ 38
6.4
Verbruik huidige branders ......................................................................................... 38
6.4.1
Muurbranders ..................................................................................................... 39
6.4.2
Tafelbranders ...................................................................................................... 41
6.4.3
Conclusies huidige branders en eventuele optimalisaties .................................. 41
6.5 7
Stralingswarmte warmewindkanaal ........................................................................... 23
Algemene conclusies ................................................................................................. 44
Afzuiginstallatie 021-24MAUS ....................................................................................... 45 7.1
V-riem aandrijving .................................................................................................... 45
7.1.1
Verkeerde afstelmogelijkheden V-riemen ......................................................... 45
7.1.2
Meetapparatuur ................................................................................................... 46
7.1.3
Meetresultaten .................................................................................................... 48
7.1.4
Conclusies .......................................................................................................... 50
7.1.5
Aanpassing op afzuiginstallatie 4 ....................................................................... 51
7.2
Afzuigcapaciteit ......................................................................................................... 52
7.2.1
Meetprincipe en plaatsbepaling meting.............................................................. 53
7.2.2
Meetresultaten .................................................................................................... 55
7.2.3
Debietverhoging door riemoptimalisatie ............................................................ 56
7.3
Werkpostbezetting ..................................................................................................... 57
7.3.1 7.4
Driefasige inductiemotoren ....................................................................................... 59
7.4.1
Meetapparatuur ................................................................................................... 60
7.4.2
Meetresultaten .................................................................................................... 61
7.4.3
Oplossingsmogelijkheden .................................................................................. 64
7.4.4
Conclusies .......................................................................................................... 67
7.5 8
Winst bij een optimale bezettingsgraad ............................................................. 57
Samenvatting conclusies afzuiginstallatie ................................................................. 68
Restwarmte benutting met thermische olie ...................................................................... 69 8.1
Verwarming gebouw kernmakerij en kernstockage .................................................. 69
8.1.1
Probleemstelling ................................................................................................. 70
8.1.2
Opstellen van een temperatuurregeling .............................................................. 71
8.1.3
Resultaten temperatuurregeling.......................................................................... 74
8.2
Uitrolling warmtenet.................................................................................................. 76
8.2.1
Intern gebruik van resterend vermogen .............................................................. 78
8.2.2
Extern gebruik van resterend vermogen ............................................................. 83
Algemeen besluit ...................................................................................................................... 85 Referenties ................................................................................................................................ 87 Bijlagen .................................................................................................................................... 89 Bijlage 1:thermische olie .......................................................................................................... 90 Bijlage 2:Dimensies en eigenschappen van de gietpotten ....................................................... 92 Bijlage 3: Contitech V-riemberekening ................................................................................... 93 Bijlage 4: Energieklem EL 3413 ............................................................................................. 94 Bijlage 5: Prijsofferte afsluitkleppen........................................................................................ 95 Bijlage 6: Prijsoffertes inductiemotoren .................................................................................. 98 Bijlage 7: Plattegrond Proferro .............................................................................................. 100 Bijlage 8: Ondergrondse leiding naar zwembad Ieper ........................................................... 101 Bijlage 9: Berekening toekomstig gasverbruik in functie van de graaddagen ....................... 102
Figuurlijst Figuur 1.1: Verdeling elektriciteitsverbruik (grafiek) ................................................................ 1 Figuur 1.2: verdeling aardgasverbruik ....................................................................................... 2 Figuur 2.1: Logo Picanol Group (Picanolgroup, 2013) ............................................................. 3 Figuur 2.2: Logo Proferro (Dedier, 2013) .................................................................................. 4 Figuur 3.1:Warmewindkoepeloven (Tihon, 2012) ..................................................................... 5 Figuur 3.2: zonering warmewindkoepeloven ............................................................................. 6 Figuur 3.3: Verbrandingskamer + recuperator (Tihon, 2012) .................................................... 8 Figuur 3.4: principeschema verticale en horizontale mouwfilter (mouwenfilter, 2013)............ 9 Figuur 3.5: Taccone vormlijn (Proferro, 2013) ........................................................................ 10 Figuur 3.6: HWS vormlijn (Proferro, 2013) ............................................................................ 10 Figuur 4.1: diffuse verrijking (Saha & Smith, 2010) ............................................................... 13 Figuur 4.3: Doorsnede inblaasmond met directe injectie (Saha & Smith, 2010)..................... 13 Figuur 4.2: vooraanzicht inblaasmond en zuurstoflans (Tihon, 2012) .................................... 13 Figuur 4.4: Laval Nozzle (Proferro) ......................................................................................... 14 Figuur 4.5: Oxy-fuel-dust brander (Saha & Smith, 2010) ....................................................... 14 Figuur 4.6: warmewindkoepeloven Proferro ........................................................................... 16 Figuur 4.7: inblaasmond met intrede zuurstoflans ................................................................... 16 Figuur 4.8: Zuurstof i.f.v. de tijd (grafiek) (Holleis & Schuddinck, 2014).............................. 17 Figuur 4.9: Logo Messer (Holleis & Schuddinck, 2014) ......................................................... 17 Figuur 4.10: logo Airproducts (Saha & Smith, 2010) .............................................................. 18 Figuur 4.11: lucht- vs. Zuurstofvlam (Glass Melting, 2014) ................................................... 18 Figuur 4.12: Logo Linde (HIGHJET®TDI, 2011).................................................................... 19 Figuur 4.13: Highjet TDI principe (HIGHJET®TDI, 2011)..................................................... 19 Figuur 4.14: Logo Air Liquide (Jarry, 2009) ........................................................................... 19 Figuur 4.15: Jungbluth diagram (Holleis & Schuddinck, 2014) .............................................. 21 Figuur 5.1: Fluke TI32 (fluke, z.j.) .......................................................................................... 23 Figuur 5.2: Linkerzijde warmewindkanaal .............................................................................. 24 Figuur 5.3: infrarood beeld linkerzijde warmewindkanaal (28/10/2014) ................................ 24 Figuur 5.4: infrarood beeld linkerzijde warmewindkanaal (07/01/2015) ................................ 24 Figuur 5.5: Overgang naar warmewindring (compensator) ..................................................... 25 Figuur 5.6: Infraroodbeeld overgang naar warmewindring (compensator) (28/10/2014) ....... 25 Figuur 5.7: Infraroodbeeld overgang naar warmewindring (compensator)( 07/01/2015) ....... 25 Figuur 5.8: voorzijde + rechterzijde warmewindkanaal ........................................................... 26 Figuur 5.9: Infraroodbeeld voorzijde + rechterzijde warmewindkanaal (28/10/2014) ............ 26 Figuur 5.10: Infraroodbeeld voorzijde + rechterzijde warmewindkanaal (07/01/2015) .......... 26 Figuur 5.11: Uitstekend element warmewindkanaal ................................................................ 27 Figuur 5.12: Infraroodbeeld uitstekend element warmewindkanaal (28/10/2014) .................. 27 Figuur 5.13: Infraroodbeeld uitstekend element warmewindkanaal (07/01/2015) .................. 27 Figuur 5.14: Totaalbeeld verticaal gedeelte warmewindkanaal ............................................... 28 Figuur 5.15: infraroodbeeld verticaal gedeelte warmewindkanaal .......................................... 28
Figuur 5.16: Incinistar Burner .................................................................................................. 29 Figuur 6.1: tekening gietpot ..................................................................................................... 32 Figuur 6.2: uitvoering poreuze brander (Promeos, 2012) ........................................................ 35 Figuur 6.3: aardgasverbruik poreuse- en conventionele branders (Pöschl & Lodde, 2011) ... 35 Figuur 6.4: warmtetransport in poreus materiaal (Wood & Harris, 2008) ............................... 36 Figuur 6.5: Tubothal verwarmingselementen + bescherming (Sandvik, 2013) ....................... 37 Figuur 6.6: Elektrische voorverwarmer (Sandvik, 2013) ......................................................... 37 Figuur 6.7: vlamkleur muurbranders ........................................................................................ 39 Figuur 6.8: Temperatuurmeting muurbranders (M1,M2 & M3) .............................................. 40 Figuur 7.1: Ventilatoraandrijving ............................................................................................. 45 Figuur 7.2: hoekscheefstelling (SKF, 2014) ............................................................................ 45 Figuur 7.3: parallelafwijking (SKF, 2014) ............................................................................... 46 Figuur 7.4: VSM-1 meettoestel ................................................................................................ 46 Figuur 7.5: ongelijke uitslijting riemschijf op aandrijving 1 ................................................... 50 Figuur 7.6: Werkpostverdeling per afzuiginstallatie ................................................................ 52 Figuur 7.7: Principe Pitot-buis (kimo, 2011) ........................................................................... 53 Figuur 7.8: Bemonsteringspunten volgens tangentiële regel in een buis (ISO 10780, 1994) .. 54 Figuur 7.9: Verhoging afzuigdebiet 4 na riemoptimalisatie (grafiek) ..................................... 56 Figuur 7.10: Besparingspotentieel bij optimale werkpostverdeling (grafiek) .......................... 57 Figuur 7.11: Besparingspotentieel per week (grafiek) ............................................................. 58 Figuur 7.12: Kentekenplaat bestaande motoren ....................................................................... 59 Figuur 7.13: stroomtransformator ............................................................................................ 60 Figuur 7.14: Beckhoff energieklemmen (EL 3413) ................................................................. 60 Figuur 7.15:Fluke 1735 (Fluke, z.j.) ........................................................................................ 61 Figuur 7.16: rendementsgrafiek 3-fasige inductiemotor van 75 kW........................................ 62 Figuur 7.17: Vermogendriehoek met compensatie .................................................................. 63 Figuur 7.18: U/f- instelling frequentieregelaar (pollefliet, 2011) ............................................ 66 Figuur 8.1: principeschema oliekoeler met de 4 drycoolers .................................................... 69 Figuur 8.3: Oliekoeler met duiventillen ................................................................................... 70 Figuur 8.2: Vierkant kanaal met kleppen N,O en P ................................................................. 70 Figuur 8.4: Temperatuurverloop kerndmakerij zonder regeling .............................................. 70 Figuur 8.5: Benuttigd vermogen thermische olie (grafiek) ...................................................... 72 Figuur 8.6: Test in- of uitgang lucht via kleppen N,O & P ...................................................... 73 Figuur 8.7:Temperatuurverloop Kernmakerij (KMK) en stockage (19-21/12/2014) .............. 74 Figuur 8.8:Temperatuurverloop Kernmakerij (KMK) en stockage (14-16/11/2014) .............. 74 Figuur 8.9:Vochtmeting kernmakerij (KMK) en stockage (14-16/11/2014) ........................... 75 Figuur 8.10:Vochtmeting Kernmakerij (KMK) en stockage (19-21/12/2014) ........................ 75 Figuur 8.11: Volumestroomschema thermisch olie (interne documentatie) ............................ 76 Figuur 8.12: Meetprincipe Volumedebiet thermische olie (eFunda, 2015) ............................. 77 Figuur 8.13: Beschikbaar en benuttigd vermogen thermische olie (grafiek) ........................... 78 Figuur 8.14: Basisprincipeschema restwarmtegebruik binnen Proferro .................................. 79 Figuur 8.15: Verbruik verwarming Proferro en gebruik van de restwarmte (grafiek) ............. 81 Figuur 8.16: Beschikbaar vermogen thermische olie en benodigd vermogen zwembad Ieper 83
Figuur 8.17: basisprincipeschema restwarmtegebruik voor zwembad Ieper ........................... 84
Lijst van tabellen Tabel 1: invloeden door zuurstoftoevoeging op verschillende wijzen (Saha & Smith, 2010) . 15 Tabel 2: Infraroodmeting linkerzijde warmewindkanaal ......................................................... 24 Tabel 3: Infraroodmeting overgang naar warmewindring (compensator) ............................... 25 Tabel 4: Infraroodmeting voorzijde + rechterzijde warmewindkanaal .................................... 26 Tabel 5: Infraroodmeting uitstekend element warmewindkanaal ............................................ 27 Tabel 6: voor- en nadelen van elektrische, gas en poreuze branders ....................................... 38 Tabel 7: Totaal gasverbruik gietpotten ..................................................................................... 38 Tabel 8: verbruik muurbranders ............................................................................................... 39 Tabel 10: verbruik tafelbranders .............................................................................................. 41 Tabel 11: Analyse riemaandrijving .......................................................................................... 49 Tabel 12: Waardes na riemoptimalisatie .................................................................................. 51 Tabel 13: Ventilatorgegevens................................................................................................... 52 Tabel 14: Ki-waardes ................................................................................................................ 54 Tabel 15: Afzuigcapaciteit filter 1 ........................................................................................... 55 Tabel 16: Afzuigcapaciteit filter 3 ........................................................................................... 55 Tabel 17: Afzuigcapaciteit filter 2 ........................................................................................... 55 Tabel 18: Afzuigcapaciteit filter 4 ........................................................................................... 55 Tabel 19: Motor gegevens afzuiginstallatie 1,2,3 en 4 ............................................................ 59 Tabel 20: Vermogenmeting afzuiginstallatie 1,2,3 en 4 .......................................................... 61 Tabel 21: Condensatorvermogen.............................................................................................. 63 Tabel 22: Vermogensmeting motor afzuiginstallatie 4 ........................................................... 64 Tabel 23: Motorgegevens motoren 75 kW ............................................................................... 64 Tabel 24: Motorgegevens motoren 55 kW ............................................................................... 65 Tabel 25: Meetprincipe vierkant kanaal (ISO 10780, 1994) .................................................... 71 Tabel 26: debietsmeting kanaal naar kernmakerij en kernstockage (m³/s) .............................. 71 Tabel 27: Toekomstig gasverbruik en gebruik van restwarmte ............................................... 82
Lijst van nomenclatuur 1 kJ/s = 1 kW 1 kWh= 3600 kJ 1 bar = 10^5 Pa 1 kW = 859,84 kCal/h 1 m/s = 3600 m/h 1 ha = 10 000 m² Calorische waarde gas: ±11,59 kWh/m³ (hoogcalorisch) Ovw: onderste verbrandingswaarde Bvw: bovenste verbrandingswaarde PCDD: PolyChlorinated Dibenzo-p-Dioxins PCDF: PolyChlorinated DibenzoFurans Cokes: koolstofhoudende grondstof die als brandstof dient in de warmewindkoepeloven Warmewind: luchtstroming die de warmte van de verbrandingslucht overneemt via een warmtewisselaar in de recuperator en deze naar de windring brengt. Windring: Ringvormige buis die zich rond de koepeloven bevindt en die de warmewind in de koepeloven brengt. Inblaasmonden: Via deze stroomt de warmewind naar de warmewindkoepeloven. Hierin zitten ook de zuurstoflansen centraal Cokes: koolstofhoudende grondstof die als brandstof dient in de warmewindkoepeloven
1
Inleiding
In de voorbije jaren werden op de vijf te onderzoeken onderwerpen bijna geen studies uitgevoerd. Binnen het bedrijf was iedereen tevreden zolang de installaties op een normale manier hun werk deden. Energie-efficiëntie was van ondergeschikt belang. Een tiental jaar geleden is er wel onderzoek verricht naar energierecuperatie van de restwarmte aanwezig in de thermische olie, wat toen resulteerde in het centraal inbrengen van warme lucht in de kernmakerij en kernstockage. Door de alsmaar stijgende energieprijzen is het van het grootste belang om zoveel mogelijk van de verbruiken te registreren, clusteren en te analyseren, zodat er op elk ogenblik geanticipeerd kan worden bij plots optredende verbruiksstijgingen van bepaalde installaties. Door de installaties en hun energie-efficiëntie nauwlettend in het oog te houden kunnen grote kosten vermeden worden.
Verdeling elektriciteitsverbruik 3%
3%
1% Machines Proferro koud 13%
4%
koepeloven Flemac
6% 6%
13%
afzuiging proferro koud warmhoudovens compressor
8% 12% 9%
montage overige verlichting
11%
11%
germac montage weefgetouwen
Figuur 1.1: Verdeling elektriciteitsverbruik (grafiek)
Een voorbeeld waarop dit toepasbaar is, het inefficiënt draaien van inductiemotoren, waardoor de cos’phi’ onder de 0,95 daalt en zo boetes moeten betaald worden op het te hoog verbruik aan reactief vermogen. Door de winsten die zullen gepaard gaan bij een efficiënter beleid zal Proferro meer concurrentiekracht kunnen bieden en stabieler op de markt staan en verder evolueren. Deze masterproef zal door zijn eerder korte doorlooptijd (6 maanden) weinig praktische implementaties in zich hebben. Het gros van deze masterproef zal bestaan uit haalbaarheidsstudies met bijhorende besluiten en adviezen die tot optimalisaties en kostenbesparingen zouden moeten leiden. 1
Bij elk thema werd er vooraleer aan datacollectie te beginnen, een grondig literatuurstudie gedaan zodat er op een goede manier besluiten konden gevormd worden. In deze masterproef zal gestart worden met een bedrijfsvoorstelling waar de stage plaats vond. Vervolgens zal de algemene werking van het productieproces uiteengedaan worden en zal op de delen die onderzocht dienden te worden, dieper ingegaan worden. In hoofdstuk 4 zal het zuurstofgebruik in de warmewindkoepeloven besproken worden. Hiervoor werden verschillende zuurstofleveranciers rond de tafel gevraagd om hun beste manier van zuurstofinjectie in de warmewindkoepeloven voor te stellen. Aansluitend zal een deel besteed worden aan de extra verwarming en warmtebehoud van de warmewind. Deze is ook mede verantwoordelijk voor het rendement van de warmewindkoepeloven. De isolatie van het kanaal zal herbekeken worden alsook de huidige toestand van het metaal waaruit het kanaal vervaardigd is. Voor de extra verwarming van de warmewind zal onderzocht worden op welke manier dit verwezenlijkt kan worden.
2%
1% 4%
Verdeling aardgasverbruik 0%
3%
2%
0% 0%
Verwarming Naverbrander Gietpotten Taccone
6%
Proferro-rest 8%
Gietplatform HWS 53% 21%
Transferpot HWS IVA-moffeloven Ballard Dürr wasmachine
Figuur 1.2: verdeling aardgasverbruik
Na dit gedeelte gaat het in hoofdstuk 6 over de voorverwarming van de gietpotten. Hier wordt er op zoek gegaan naar nieuwe technologieën en optimalisaties aan de huidige branders. In figuur 1.2 is te zien dat ‘gietpotten Taccone’ 8 % van het totale gasverbruik op zich nemen, niet tegenstaande dat deze maar 154 werkingsdagen hebben. In hoofdstuk 7 wordt elk onderdeel van de vier afzuiginstallaties onder de loep genomen. De V-riemen, motoren en de afzuigdebieten worden aan testen onderworpen. In dit hoofdstuk zal ook onderzoek verricht worden naar het efficiënter gebruiken van de afzuiginstallaties In het laatste hoofdstuk wordt onderzocht wat er kan gedaan worden met de restwarmte die nog aanwezig is in de thermische olie en die afkomstig is van de rookgaskoeling koepeloven. Want de verwarming van de gebouwen te zien in Figuur 1.2: verdeling aardgasverbruik is 53% van het totale gasverbruik.
2
Bedrijfsvoorstelling
2.1 Picanolgroup De Picanol Group is een internationale, beursgenoteerde groep die gespecialiseerd is in de ontwikkeling, productie en verkoop van weefmachines. De groep bestaat uit twee divisies:
Figuur 2.1: Logo Picanol Group (Picanolgroup, 2013)
1. Weaving o Picanol: ontwikkelt, produceert en verkoopt hoogtechnologische weefmachines waarbij de inslag gebeurt op basis van lucht- of grijpertechnologie. Picanol levert wereldwijd weefmachines aan weverijen, en biedt hun klanten ook producten en diensten zoals opleidingen, upgradekits, wisselstukken en servicecontracten aan. Picanol vervult al meer dan 75 jaar wereldwijd een pioniersrol en behoort vandaag tot de wereldtop van weefmachine producenten o GTP (Global Textil Partner): brengt accessoires voor weefmachines op de markt
2. Industries o Proferro: omvat de gieterij en de mechanische afwerkingen van de gietstukken van de groep. Het produceert gietijzeren onderdelen voor o.a. compressoren, pompen, landbouwmachines en onderdelen voor de weefmachines. o PsiControl: ontwerp, ontwikkeling, productie en ondersteuning van technologische componenten zoals controllers en elektronisch gestuurde motoren voor onder meer textielmachines en compressoren. o Melotte: ontwikkelt en produceert innovatieve productoplossingen met Direct Digital Manufacturing- (DDM) en Near-to-Net-Shape Manufacturing (NNSM)-technologieën.
3
2.2 Proferro Proferro is zoals eerder vermeld een van de dochterondernemingen van de Picanol Group en heeft meer dan 75 jaar ervaring. Het bedrijf volgt sinds 2003 een nieuwe strategie met als drie peilers het gieten, bewerken en monteren van gietstukken.
2.2.1
Figuur 2.2: Logo Proferro (Dedier, 2013)
Geschiedenis
De gieterij van Proferro is samen met het bedrijf Picanol in 1936 opgericht. In de beginjaren waren er een 50-tal mensen tewerk gesteld en werden er gietstukken gefabriceerd voor de Picanol-weefmachines. Na de oorlogsjaren werd de gieterij opnieuw ingericht met moderne schokmachines om de kernen –deze zorgen voor de holtes in de gietstukken- onder druk te kunnen produceren. Begin de jaren ’60 besliste men om te verhuizen naar een andere locatie in het industriegebied van Ieper en werd er groen licht gegeven voor het bouwen van een nieuwe gieterij. Vanaf de jaren ’70 werd niet enkel meer geproduceerd voor de weefmachines van Picanol, maar ook voor bedrijven zoals, Ford Tractor Antwerpen en het Duitse ZF. Halfweg de jaren ’70 werd er een nieuwe kernmakerij gebouwd in de Karel Steverlyncklaan. In de kernmakerij werden de kernen vervaardigd uit zand die de holtes voorstellen in de gegoten gietstukken. Een jaar later trok de gieterij in deze gebouwen. Vanaf 1980 groeide het bedrijf verder en werden er steeds meer gietstukken geproduceerd voor externe bedrijven. In 1989 splitst men de gieterijafdeling af van de andere activiteiten, vermits twee derde van de omzet voor externe bedrijven was. Er werd een aparte vennootschap opgericht: NV Proferro. Nadat ze het ISO:9002-certificaat gekregen hadden werd er een nieuwe smeltinstallatie in gebruik genomen en werd er ook nodulair gietijzer geproduceerd. Sinds begin 2010 is er een volledig nieuwe vormlijn (HWS), zodat Proferro kon inspelen op de vraag naar technisch moeilijkere en grotere stukken. In 2013 werd er een nieuwe kernschietmachine van Laempe geïnstalleerd om sneller en betere kernen te maken.
4
3
Algemene werking productieproces
Om een goed beeld te krijgen van het complete productieproces, gaande van schroot tot afgewerkt gietstuk, is het noodzakelijk om elk onderdeel te bespreken. In dit hoofdstuk zullen dan ook de onderdelen, waarop verder onderzoek verricht werd in deze masterproef, grondiger besproken worden. Proferro telt twee warmewindkoepelovens, waarvan één in gebruik en één in stand-by. Dit type oven geplaatst in 1993 zorgt voor het smelten van het ingebrachte schroot. Er wordt in een 2-ploegenstelsel gesmolten en dit in een 5/7-regime. De oven beschikt over een smeltcapaciteit van 18-27 ton/h en wordt telkens in lagen gevuld met opeenvolgend een laag schroot en cokes. De cokes dienen als brandstof voor de warmewindkoepeloven en zorgen voor de carburisatie van het metaal. Er wordt continu afgetapt in 2 elektrische warmhoudovens die ervoor zorgen dat het gietijzer op temperatuur blijft. Van de negen gietijzersoorten die gegoten worden, zijn er 5 types nodulair en 4 lamelair.
3.1 Warmewindkoepeloven De warmewindkoepeloven zoals in Figuur 3.1 weergegeven, is zal met zijn onderdelen (verbrandingskamer, recuperator, stoffilter en schoorsteen) hieronder besproken worden.
Figuur 3.1:Warmewindkoepeloven (Tihon, 2012)
5
3.1.1
Zonering van de oven
In Figuur 3.2 is een doorsnede van de warmewindkoepeloven te zien. Deze is ingedeeld in verschillende zones, zowel op het vlak van metaal als van gas.
Figuur 3.2: zonering warmewindkoepeloven
De warmewindkoepeloven wordt onderverdeeld in vier gaszones:
Haard: hierin bevindt zich het gesmolten gietijzer samen met de slakke, klaar om afgevoerd te worden; Verbrandingszone: Deze zone bevindt zich in de smeltzone langs de metaalzijde. Hier vindt volgende reactie plaats: .
Reductiezone: hier vindt de Boudouard reactie plaats:
hier wordt dus de gevormde CO2 uit de smeltzone terug omgezet naar CO door het aanwezige koolstof in de warmewindkoepeloven. Deze reactie neemt warmte op en zal stoppen wanneer de temperatuur lager is dan 1 000 °C. In deze zone vindt dus een vermindering plaats van CO2, zoals de naam al doet vermoeden. 6
Afkoelzone: hier koelen de verbrandingsgassen verder af om dan naar de verbrandingskamer te gaan.
De warmewindkoepeloven wordt ook onderverdeeld in vier metaal zones:
Haard: hierin bevindt zich het gesmolten gietijzer samen met de slakke, klaar om afgevoerd te worden; Oververhittingzone: Deze zone bevindt zich in de smeltzone en bevat de hoogste temperaturen in de oven. Smeltzone: Hier wordt alles geleidelijk gesmolten. Deze zone start ter hoogte van de inblaasmonden en stopt een paar meter hoger. Voorverwarmzone: De zone begint aan het einde van de smeltzone en gaat tot waar de oven geladen is. In deze zone neemt de lading die continu naar beneden zakt, de warmte op van de gassen die door de inblaasmonden ingeblazen zijn en dan verbrand werden door de cokes. De warmteopname gebeurt door conductie, convectie en straling.
Vuurvaste bekleding: Er wordt om de jaarlijks geshuttled van warmewindkoepeloven zodat het vuurvaste beton opnieuw kan aangebracht worden aan de binnenzijde van de oven. Verschillende types van vuurvast beton worden aangebracht binnen de oven in functie van de temperaturen die daar kunnen optreden. Mantel- en inblaasmondkoeling: Om de mantel te beschermen tegen de hitte van de smelt, wordt deze gekoeld met een continue stroom van water. De inblaasmonden worden eveneens met water gekoeld doordat deze zich in de smeltkroes bevindt en tevens een grote hoeveelheid warmewind van ± 580 °C moeten doorstaan.
3.1.2
Verbrandingskamer en recuperator
In de verbrandingskamer worden de verbrandingsgassen waarin de schadelijke stoffen (PCDD en PCDF) zich bevinden vernietigd door twee aardgasbranders. De vernietiging van deze schadelijke gassen vereist een:
minimale temperatuur van 850°C; minimale verblijftijd van twee secondes; minimale hoeveelheid zuurstof; turbulente stroming van de gassen; snelle afkoeling in de recuperator.
De eerste brander dient om de verbrandingskamertemperatuur bij opstartfase van de warmewindkoepeloven op niveau te krijgen. De tweede brander zorgt voor de verbranding van de verbrandingsgassen. Verder zijn er nog 3 luchtinlaten in de verbrandingskamer. De eerste primaire luchtinlaat wordt gebruikt om het zuurstofniveau in de verbrandingsgassen hoog genoeg te houden. De tweede secundaire luchtinlaat zorgt ervoor dat de verbrande gassen niet te warm worden en zo sintering zouden veroorzaken. Vooraleer de verbrande gassen naar de recuperator gaan, worden ze nog extra gekoeld door koellucht toe te voegen. (de zogenaamde tertiaire lucht) 7
Lucht/lucht warmtewisselaar
Lucht/thermische olie warmtewisselaar
Figuur 3.3: Verbrandingskamer + recuperator (Tihon, 2012)
De recuperator bevat twee types warmtewisselaars die achtereenvolgens de temperatuur van de verbrandingsgassen in hetzelfde of in een ander medium opneemt: 1. lucht/lucht warmtewisselaar neemt als eerste de temperatuur van de opgehitste verbrandingsgassen op. De lucht die deze warmte opgenomen heeft wordt terug naar de warmewindkoepeloven gestuurd door middel van een geïsoleerde buis. Deze warme luchtstroom die de warmewind genoemd wordt, zal verder besproken worden in hoofdstuk 4. 2. lucht/thermische olie warmtewisselaar zit direct onder de eerste. Deze 2de warmtewisselaar neemt de resterende warmte op van de verbrandingsgassen door middel van thermische olie zie Bijlage 1:thermische olie. Deze thermische olie wordt dan op zijn beurt van warmte onttrokken door 4 dry coolers. Deze uitstromende warme lucht kan dan eventueel gebruikt worden voor gebouwenverwarming. Dit zal verder besproken worden in hoofdstuk 7. Om de warmtewisselaars optimaal te benutten wordt er gebruik gemaakt van stalen kogels die ze aan de bovenzijde van de recuperator laten vallen om zo de warmtewisselaars van hun stof te ontdoen, zodat ze voor een optimale warmtewisseling kunnen zorgen.
8
3.1.3
Stoffilter en schoorsteen
Nadat de verbrandingsgassen voldoende zijn afgekoeld, kunnen ze door een stoffilter gehaald worden om gezuiverd te worden. De gassen komen binnen aan de onderzijde van de filter of voor de horizontale filter aan de bovenkant en komen zo terecht tegen de mouwen van de filter waar de stofdelen blijven hangen en de gezuiverde lucht zo naar buiten kan treden via de schoorsteen. Om de mouwen van de filter proper te houden worden ze op geregelde tijdstippen kortstondig opgeblazen door een persluchtstoot van 0,05-0,3 secondes. Zo valt het stof naar beneden en kan het opgevangen worden in één van de bigbags.
Figuur 3.4: principeschema verticale en horizontale mouwfilter (mouwenfilter, 2013)
3.2 Elektrische warmhoudovens Om de pieken –afhankelijk van het stukgewicht en het aantal stukken per uur- in de vraag van gietijzer op te vangen, wordt het gietijzer in twee elektrische warmhoudovens van elk 40 ton geplaatst voordat het in de gietpotten terechtkomt. De inductoren in de oven zijn spoelen en het gesmolten gietijzer dient als secundaire die de warmte opneemt. Deze ovens hebben een groot vermogen van elk 600 kW.
9
3.3 Vormlijnen en bijhorende gietpotten Proferro beschikt over twee vormlijnen. Ze onderscheiden zich van elkaar door het gewicht van de gietstukken.
Taccone: Dit is de oudste vormlijn en deze produceert stukken van 5-100 kg. De gietpotten die hier gebruikt worden hebben een inhoud van 800-1 000 kg. Deze zullen besproken worden in hoofdstuk 5. Het gieten gebeurt halfautomatisch en de gietpotten worden door vorkheftrucks aangebracht.
Figuur 3.5: Taccone vormlijn (Proferro, 2013)
HWS (Heinrich Wagner Sinto): Deze nieuwe vormlijn kan stukken produceren van 100-500 kg. Hier zijn de gietpotten groter en hebben een inhoud tot 2 000 kg gietijzer. Hier wordt er volledig automatisch gegoten.
Figuur 3.6: HWS vormlijn (Proferro, 2013)
10
3.4 Uitbreken en ontzanding Als de stukken voldoende afgekoeld zijn in de vormkasten kunnen ze uitgebroken worden. Nadat dit gebeurd is, kunnen ze ontzand worden door twee straalmachines: 1. Trommelpangborn: Ontzandt kleine of massieve gietstukken die niet gevoelig zijn aan barsten en vervorming. De gietstukken rollen in een trommel op een tapijt waar ze bestraald worden met stalen straalkorrels door middel van 2 turbines 2. Hangpangborn: Ontzandt grote of dunne gietstukken. De gietstukken hangen aan haken en worden door een tunnel gestuurd, waar ze bekogeld worden met stalen straalkorrels zodat de gietstukken volledig ontzand worden met behulp van 4 turbines
3.5 Ontbraming en nabewerking Als laatste deel in het productieproces van een gietstuk, moet het nog ontbraamd en eventueel nabewerkt worden. Ontbraming: De ongewenste bramen die tijdens het gieten zijn ontstaan, worden om esthetische en praktische redenen weggenomen. Over deze afdeling zal in hoofdstuk 6 de afzuiging van de ontbraamafdeling besproken worden. Nabewerking: Om de gietstukken binnen de gewenste maattoleranties en nauwkeurigheden te laten vallen, worden ze nog bewerkt met één van de CNC-machines (draaien, slijpen, vertanden, thermische behandeling, lassen).
11
4
Zuurstofgebruik in de warmewindkoepeloven
Door het gebruik van zuurstof in de warmewindkoepeloven kan het rendement ervan verhoogd worden. Het gebruik hiervan is al lang gekend in de gietijzerindustrie, maar kende een grote evolutie in de laatste decennia door de steeds stijgende cokes- en energieprijzen. Er zijn verschillende elementen die zuurstofverrijking aantrekkelijk maken:
verlaging van het cokesverbruik; verlaging van de CO2 en SO2 uitstoot; verhoging van de smelttemperatuur; verhoging van het ovenrendement; verlaging van de prijs/ton afgewerkt gietijzer; boosting van de warmewindkoepeloven bij een receptovergang.
Onze omgevingslucht is samengesteld uit 21% zuurstof (O2) en 79% stikstof (N2). Door zuurstof toe te voegen aan de omgevingslucht, zal het zuurstofgehalte stijgen en logischerwijs het niet-bruikbare stikstof dalen. Door verhoging van het zuurstofgehalte in de warmewindkoepeloven wordt een snellere en betere verbranding verkregen.
4.1 Inbrengmogelijkheden Zuurstof kan in de warmewindkoepeloven gebracht worden via de inblaasmonden. Hier bestaan echter verschillende mogelijkheden voor. Om een goed overzicht te bieden zullen volgende mogelijkheden met voor- en nadelen hier verder besproken worden: 1. 2. 3. 4.
diffuse verrijking; directe injectie; zuurstof/brandstof brander; zuurstof/brandstof/stof brander.
12
4.1.1
Diffuse verrijking
Bij diffuse verrijking wordt zuurstof al in de warmewindring bijgevoegd. Dit zorgt ervoor dat de zuurstof zich al kan mengen met de warmewind voor ze de inblaasmonden binnenkomt. Ze bevindt zich dus al homogeen in de warmewind en wordt daarna via de inblaasmonden in de oven geblazen. Deze methode is hooguit de meest eenvoudige en goedkoopste, want het vraagt geen enkele verandering aan de warmewindkoepeloven zelf. Het nadeel echter is, dat bij aanwezige lekken tussen de warmewindring en de koepeloven er dus ook duur zuurstof weglekt en het mengsel het midden van de oven niet bereikt.
Figuur 4.1: diffuse verrijking (Saha & Smith, 2010)
4.1.2
Directe injectie
Bij directe injectie wordt de zuurstofverrijking bekomen door injectie van zuurstof in de inblaasmonden door middel van een zuurstoflans die continu/discontinu en/of supersonisch zuurstof zal injecteren (zie Figuur 4.3 en Figuur 4.2). Hoe hoger de zuurstofsnelheid, hoe dieper men in de oven kan injecteren. Dit is zeker belangrijk bij de grotere warmewindkoepelovens, zodat ook in het midden van de koepeloven alles optimaal verhit wordt. Deze snelheid kan bereikt worden door een Laval nozzle die hierna besproken zal worden.
Figuur 4.3: vooraanzicht inblaasmond en zuurstoflans (Tihon, 2012)
Figuur 4.2: Doorsnede inblaasmond met directe injectie (Saha & Smith, 2010)
13
4.1.2.1 Laval Nozzle De laval nozzle te zien in Figuur 4.4 eveneens de convergent-divergente nozzle genoemd, geeft de zuurstof een snelheid hoger dan de geluidssnelheid de zogenaamde supersonische injectie. De zuurstof komt de nozzle binnen in de convergerende zone en gaat buiten in de divergerende zone. Het komt binnen aan gewone snelheid en zal bij goede dimensies zijn geluidssnelheid bereiken op het smalste stuk. Vanaf daar zal het door expansie van de zuurstof een snelheid krijgen hoger dan de geluidssnelheid krijgen. Zo komt de zuurstof in de warmewindkoepeloven terecht aan een hoge snelheid waarmee hij tot in het midden van de warmewindkoepeloven kan geraken. Zuurstof heeft een geluidssnelheid van 327m/s in de lucht.
Figuur 4.4: Laval Nozzle (Proferro)
4.1.3
Zuurstof/brandstof brander Het gebruik van zuurstof is essentieel in dit type brander. Een brander die met omgevingslucht werkt kan een vlamtemperatuur van 1 900°C bereiken. Deze temperatuur kan te laag zijn voor een goede werking in de koepeloven. Wanneer de brander te zien in Figuur 4.5 gebruik maakt van zuurstof kan de vlam een temperatuur bereiken van 2 900 °C. Door deze manier van smelten kan men veel meer kiezen met welke brandstof men werkt (cokes of aardgas).
Figuur 4.5: Oxy-fuel-dust brander (Saha & Smith, 2010)
14
4.1.4
Zuurstof/brandstof/stof-brander
Door toevoeging van stof/additieven bij de verbranding kan nog een hogere verbrandingstemperatuur bereikt worden. Het stof kan afkomstig zijn van de oven of stof van cokes, silicium, kolengruis…. Hierbij bestaat de kans dat door het geïnjecteerde stof, de inblaasmonden verstopt raken. Dit kan op zijn beurt voor grote onderhoudskosten zorgen en een lagere productiviteit veroorzaken.
4.2 Samenvatting In Tabel 1 zijn de invloeden van het zuurstofgebruik weergegeven. Bij diffuse en directe injectie zijn de verlagingen in cokes, verhoging van uitgangstemperatuur en smeltcapaciteit en de verlaging van het brandstofverbruik bepaald in vergelijking wanneer geen zuurstof wordt toegevoegd. Bij de zuurstof/gas brander is de vergelijking gemaakt met directe injectie. Tabel 1: invloeden door zuurstoftoevoeging op verschillende wijzen (Saha & Smith, 2010)
type zuurstofverrijking Cokes Smeltcapaciteit uitgangstemperatuur brandstofbesparing
Diffuse verrijking - 4-15% + 10-25% + 14-42°C - 11-20%
directe injectie - 8-20% + 30% + 28-56°C - 11-20%
Zuurstof/gas brander - 5% + 21% Geen gegevens + 7,10%
15
4.3 Huidige installatie bij Proferro Bij Proferro wordt zuurstof supersonisch geïnjecteerd door laval nozzles die in lansen bevestigd zijn, die dan op hun beurt centraal in de inblaasmonden gemonteerd zijn. De installatie zorgt ervoor dat de warmewind maximaal met 4-6 % zuurstof verrijkt kan worden. Dit wil dus zeggen dat de warmewind maximaal 25% zuurstof bevat. De inblaasmonden worden constant gekoeld met water omdat deze opwarmen door wrijving met de warmewind. Er zijn 6 inblaasmonden die op 1 horizontale rij bevestigd zijn, die elk hetzelfde debiet van zuurstof (O2)-warmewind mengsel inblazen en die symmetrisch over de ovendiameter verdeeld zijn. Warmewindring
Figuur 4.6: warmewindkoepeloven Proferro
Inblaasmond
Zuurstoflans
Vroeger werden in Figuur 4.7: inblaasmond met intrede zuurstoflans
16
de oven al bepaalde stofsoorten geïnjecteerd zoals grafiet en coal maar dit zonder de verbranding ervan. Dit leidde tot een daling van de oventemperatuur en soms ook tot verstoppingen van de lansen. Mede door de verandering in de metallurgie en de problemen die optraden om de samenstelling van het gietijzer terug in orde te krijgen, zijn ze gestopt met het injecteren van deze stofsoorten.
4.4 Zuurstofaanbieders Er zijn verschillende spelers op de markt die zuurstof samen met een injectietechniek aanbieden. De hoofdtaak van deze bedrijven is echter het verkopen van gassen, en in mindere mate het vermarkten van hun technologieën hieromtrent. Er zijn dan ook bedrijven die enkel procesondersteuning geven, wanneer ze hun gassen mogen leveren. Elk bedrijf is afzonderlijk gecontacteerd en heeft hun zuurstofsysteem voorgesteld.
4.4.1
Messer
Een betrouwbare speler op de markt met mooie referenties. Messer heeft behalve de gewone injectie technologie, een nieuw gepatenteerde technologie (Hamberger, 2001), namelijk het pulsating oxijet® system. Dit systeem werkt met de laval-nozzle en de zuurstof wordt er gepulseerd doorgestuurd, waardoor men dieper en dus centraler in de warmewindkoepeloven kan injecteren.
Figuur 4.8: Logo Messer (Holleis & Schuddinck, 2014)
Figuur 4.9: Zuurstof i.f.v. de tijd (grafiek) (Holleis & Schuddinck, 2014)
Dit systeem heeft volgende voordelen:
Betere regeling van de hoeveelheid zuurstof die ingebracht wordt; Hogere inbreng van zuurstof levert een beter penetratie in het cokes bed; Homogenere en hogere temperatuur in de smeltzone.
17
4.4.2
Airproducts
Airproducts is een belangrijke speler waarbij hun kennis over zuurstofinjectie zich in Tsjechië bevindt. Ze hebben als belangrijkste troef een gepatenteerd brandersysteem dat Figuur 4.10: logo Airproducts geïntegreerd wordt in de lansen. Deze branders worden maar (Saha & Smith, 2010) in de helft van de lansen geïmplementeerd of een paar worden tegenover elkaar geplaatst afhankelijk van de grootte van de koepeloven, vermits dit kan zorgen voor een te grote hoeveelheid aan energie. Hun systeem noemt Apcos en heeft verschillende voordelen: Wanneer na een langere stilstand de temperatuur in de oven sterk gedaald is en de hoeveelheid cokes(brandstof) drastisch verlaagd is, zal het enkel met zuurstoftoevoeging moeilijk worden de oven terug op temperatuur te krijgen. Zuurstof zorgt enkel voor een betere verbranding maar dient niet als brandstof. Met een brander is het dus eenvoudiger de oven terug op temperatuur te krijgen door de gebruikte brandstof (vb. gas), zuurstof en eventueel stof( Ferrosilicium, Ferromagnesium, Coal,….)
Figuur 4.11: luchtvs. Zuurstofvlam (Glass Melting, 2014)
plaatsvindt want dit warmewindkoepeloven.
Verbranding van een brandstof met gewone lucht geeft een korte dikke vlam. Wanneer zuurstof samen met brandstof vermengd en verbrand wordt geeft dit een langere vlam die pas dikker wordt op een verdere afstand van het begin van de vlam. Wanneer dit nu bekeken wordt om zuurstof toe te voegen aan de koepeloven levert dit als voordeel op dat het vuurvast beton niet zo snel beschadigd wordt omdat het breedste deel van de vlam zich verder van de wand van de koepeloven bevindt (zie Figuur 4.11). Volgens andere leveranciers dient erop gelet te worden dat er aan de rand van de koepeloven geen totale verbranding van de cokes heeft een slecht effect op het koolstofgehalte in de
Gebruik van Antraciet als te injecteren stof kan enkel gebruikt worden wanneer de oven 24/24 gebruikt wordt. Coal dust is goedkoper dan het gebruik van cokes en de thermische efficiëntie is veel beter dan deze van gas.
18
4.4.3
Linde
Linde is een zeer gekende gasleverancier met veel referenties over hun geïnstalleerde injectiesystemen. Als voorbeeld is er de Duitse M. Busch gieterij in Bestwig. Hier installeerde Linde hun HIGHJET® TDI zuurstof technologie. Verschillend van de andere 4.12: Logo Linde leverancier injecteert Linde zuurstof vroeger in de warmewind. Ze Figuur (HIGHJET®TDI, 2011) injecteren dit al in een bepaalde hoeveelheid warmewind vooraleer het zich kan mengen met de resterende warmewind zoals te zien is in Figuur 4.13. Dit zorgt voor een grotere inbrengsnelheid van de warmewind en zorgt voor een daling van de rookgassnelheid.
Figuur 4.13: Highjet TDI principe (HIGHJET®TDI, 2011)
Dit systeem heeft volgende voordelen:
4.4.4
lager energieverbruik; vermindering van de uitlaatgassen en het bijhorende stof; eenvoudig regelbaar met hun visualisatie software; snel optimaal werkingspunt vinden en gebruiken door tactwerking.
Airliquide
Airliquide is de huidige leverancier van alle gassen en dus ook van zuurstof bij Proferro. Ze verzorgen dus ook de procesondersteuning van het huidige injectiesysteem. Zij hebben echter geen nieuwe injectiesystemen ontworpen die beter zijn dan het huidige injectiesysteem dat Proferro momenteel hanteert.
Figuur 4.14: Logo Air Liquide (Jarry, 2009)
19
4.5 Keuze leverancier Een leverancier van gassen levert zijn gassen enkel in zijn eigen flessen en tanks en brengt ze met hun eigen koppelingen over op de leidingen en apparaten. Doordat een omschakeling op andere tanks, flessen en koppelingen veel tijd en ook een te groot budget zou vragen is er besloten om bij dezelfde gasleverancier(Airliquide) te blijven. Concreet voor de zuurstofinjectie houdt dit in, dat het onderzoek naar de toepassing van systemen van Airproducts volledig stopgezet is, daar zij enkel procesondersteuning bieden samen met aankoop van zuurstof. Voor het verdere onderzoek is er gekozen om met Linde en Messer verdere besprekingen te voeren met als doel besparingspotentiëlen te verkrijgen die garanties bieden op lagere exploitatiekosten.
20
4.6 Audit koepeloven → rendementsverhoging Om een idee te krijgen van de warmtebalans van de warmewindkoepeloven is er in de toekomst een audit gepland om een volledig zicht te krijgen op de warmtebehoeftes en de verliezen van de oven. Het Jungbluth diagram zoals in Figuur 4.15 te zien, is een diagram waarin de relatie gelegd wordt tussen de ingangsvariabelen, warmewinddebiet en cokeshoeveelheid en de uitgangsvariabelen, smelttemperatuur en smeltcapaciteit. Deze grafiek is voor elke warmewindkoepeloven verschillend en moet dus voor iedere gieterij opnieuw opgesteld worden. Op deze figuur zijn twee curves te zien. De onderste curve (oranje) is zonder zuurstoftoevoeging en de rode curve is met zuurstoftoevoeging. De grijze lijn in de grafiek is de optimale gebruikslijn. Hieronder een verduidelijkend voorbeeld. 1) Bij een warmewind van 110 m³/(m² min) en een cokesgehalte van 10%. Wanneer er afgetapt wordt aan 1 435 °C is er een aftapdebiet van 9,8 ton/ (m²/h). 2) Wanneer dezelfde waardes aangenomen worden van warmewind, cokesgehalte en aftaptemperatuur maar bij een toevoeging van 3% zuurstof aan de warmewind wordt er een aftapdebiet van 11,5 ton/ (m²/h) verkregen aan een aftaptemperatuur van 1 475 °C.
Figuur 4.15: Jungbluth diagram (Holleis & Schuddinck, 2014)
21
5
Warmtebehoud en verwarming warmewind
Volgens Tihon (2012) heeft een stijging van de temperatuur van de warme wind hetzelfde effect als zuurstofverrijking. De term warmewind: verse omgevingslucht wordt onttrokken door een ventilator en wordt in een lucht/lucht warmtewisselaar gebracht in de recuperator (zie Figuur 3.3). In deze recuperator wordt de temperatuur verhoogd van omgevingstemperatuur tot ± 560 °C. Deze warmewind gaat dan naar de oven, om samen geïnjecteerd te worden met zuurstof. Een temperatuurverhoging van deze warmewind heeft volgende voordelen:
verhoging van de temperatuur in de oven; verlaging van het verbruik aan cokes; verlaging van warmteverliezen; verhoogde carburisatie.
Om het warmteverlies tussen recuperator en de warmewindring zo minimaal mogelijk te houden, worden volgende pistes onderzocht:
stralingswarmte; staalsoort buizen; bijstookbrander.
22
5.1 Stralingswarmte warmewindkanaal Om er voor te zorgen dat de warmewind met de hoogst mogelijke temperatuur de koepeloven bereikt, moet de leiding op een goede manier geïsoleerd zijn en moet deze een zo hoog mogelijke isolatiewaarde hebben. Om dit te controleren moet er een infrarood warmteanalyse uitgevoerd worden op het kanaal vertrekkend vanaf de recuperator tot aan de windring.
5.1.1
Infraroodmeting
Er is een infraroodbeeld genomen van het volledige kanaal vertrekkend vanaf de recuperator tot aan de windring met de infraroordcamera TI32 van Fluke. Daar de beelden vertrekkend vanaf de recuperator tot aan het verticaal gedeelte een goede isolatie hadden zijn deze niet opgenomen in deze masterproef. De infraroodmeting heeft twee maal plaatsgevonden:
28/10/2014: basis infraroodmeting bij een temperatuur bij de recuperator van 611 °C en 584 °C in de warmewindring. 07/01/2014: infraroodmeting bij een temperatuur van 614 °C bij de recuperator en 594 °C in de warmewindring. Deze meting vond plaats na volgende optimalisaties: o o o o
dichtmaken van een open spleet in het kanaal; verwijderen van uitstekende elementen; aanbrengen van nieuwe isolatie; aanbrengen nieuw gegalvaniseerd plaatwerk buitenschild.
als
Figuur 5.1: Fluke TI32 (fluke, z.j.)
23
Tabel 2: Infraroodmeting linkerzijde warmewindkanaal
Figuur 5.2: Linkerzijde warmewindkanaal
Figuur 5.3: infrarood beeld warmewindkanaal (28/10/2014)
linkerzijde
Figuur 5.4: infrarood beeld warmewindkanaal (07/01/2015)
linkerzijde
Bij Figuur 5.2 zien we dat er uitstekende elementen zijn uit het verticaal gedeelte van het warmewindkanaal. Er is op Figuur 5.3 duidelijk te zien dat deze elementen een grote warmteoverdracht hebben. Om deze warmteoverdracht te elimineren werden deze delen verwijderd. Na deze optimalisaties zien we een duidelijk verbetering. De maximale stralingstemperatuur is nog 99°C daar dit op Figuur 5.4 nog boven de grenzen van het meettoestel ging (270°C). Op de 2de foto zien we dat er veel warmtedoorlatende plekken zijn. Het warmteverlies is hier zelfs zo groot dat dit buiten het bereik van het meettoestel valt. De grootste warmtestraling vindt in Figuur 5.4 nog plaats op het einde van de vernieuwde isolatie. Dit kan eventueel verholpen worden door hierop een L-ijzer te monteren.
24
Tabel 3: Infraroodmeting overgang naar warmewindring (compensator)
Figuur 5.5: Overgang naar warmewindring (compensator)
Figuur 5.6: Infraroodbeeld overgang warmewindring (compensator) (28/10/2014)
naar
Figuur 5.7: Infraroodbeeld overgang naar warmewindring (compensator)( 07/01/2015)
Op Figuur 5.5 zien we de overgang van het verticale kanaal naar de warmewindring. De overgang gebeurt hier door een compensator bevestigd op flensen. Op Figuur 5.6 zien we vooral warmteverlies aan de binnendiameter en de sluiting van de ommanteling. Op de compensator is een op maat gemaakt isolatiedeken aangebracht en er zijn vernieuwde sluitelementen voorzien op het buitenschild voor een betere sluiting. Op Figuur 5.7 is er verbetering ter hoogte van de sluiting aan buiten en binnendiameter. Er is wel nog altijd een groot verlies dat geconcentreerd is aan de overgaan van het verticale gedeelte naar de compensator. Op Figuur 5.13 is de isolatieverbetering op de compensator nog beter te zien
25
Tabel 4: Infraroodmeting voorzijde + rechterzijde warmewindkanaal
Figuur 5.8: voorzijde warmewindkanaal
+
rechterzijde
Figuur 5.9: Infraroodbeeld voorzijde + rechterzijde warmewindkanaal (28/10/2014)
Figuur 5.10: Infraroodbeeld voorzijde + rechterzijde warmewindkanaal (07/01/2015)
Op Figuur 5.9 is er een groot warmteverlies op de hoek van het kanaal te zien. Nadat de uitstekende petrail verwijdert is en nieuwe isolatie is aangebracht zien we een grote daling in het warmteverlies van dit gedeelte. Ook hier gingen we buiten het bereik van het meettoestel voor de aangebrachte optimalisatie werden uitgevoerd. Juist ter hoogte van een drukmeter is er nog een hotspot, maar deze is van veel kleinere grootorde. Dit zal dus niet zo’n groot verlies betekenen.
26
Tabel 5: Infraroodmeting uitstekend element warmewindkanaal
Figuur 5.11: Uitstekend element warmewindkanaal
Figuur 5.12: Infraroodbeeld uitstekend element warmewindkanaal (28/10/2014)
Figuur 5.13: Infraroodbeeld uitstekend element warmewindkanaal (07/01/2015)
Op Figuur 5.11 zien we een uitstekend gedeelte die ook voor een warmteverlies zorgt. Na isolatie zien we een grote verbetering op Figuur 5.13. We zien hier wel nog een hotspot van de vroegere isolatie waar er niets aan veranderd is. De warmtestraling van het hitteschild is ook verbeterd zoals besproken bij Figuur 5.7. Hier kunnen we nogmaals uit concluderen dat er vooral verlies is aan de zijkanten en sluitingsstukken van het hitteschild.
27
5.1.2
Eindresultaten
Op Figuur 5.14 en Figuur 5.15 is een totaalbeeld te zien van het verticaal gedeelte van het warmewindkanaal. Hiervan is vooraf geen infraroodbeeld genomen, maar uit de vorige figuren kan men al besluiten dat er enorm veel warmteverlies was verdeeld over het volledige kanaal. Door de volgende maatregelen is er een lager warmteverlies in dit kanaal:
Figuur 5.14: Totaalbeeld verticaal gedeelte warmewindkanaal
1) Het dichtmaken van een open spleet in het kanaal. Hierdoor kwam er een grote hoeveelheid warmewind tussen de isolatie terecht 2) Het verwijderen van uitstekende elementen die voor warmteoverdracht zorgden 3) Aanbrengen van nieuwe isolatie. Op sommige plaatsen werden verzakkingen van de isolatie vastgesteld. 4) Aanbrengen van nieuwe gegalvaniseerd plaatwerk als buitenschild
Figuur 5.15: infraroodbeeld verticaal gedeelte warmewindkanaal
28
Nadat deze optimalisaties uitgevoerd werden is er een temperatuurswinst van 3-5 °C genoteerd. Deze temperatuurswinst zal bijdragen aan een hogere oventemperatuur en misschien ook en hogere aftaptemperatuur wat dan weer kan leiden tot een verlaging in het verbruik van de 2 elektrische warmhoudovens.
5.2 Staalsoort huidige buizen Doordat het warmewindkanaal op sommige plaatsen begint te corroderen is er op deze plaatsen ook sterke warmtestraling naar buiten toe, wat bijgevolg een verliesfactor is. De staalsoort van de warmewindkanaal is volledig uit 13CrMo44 staal en is bestand tegen ± 600 °C. Na onderzoek en vraag naar een meer hittebestendig staal, is het materiaal X5NiCr32-21 gekozen. Dit materiaal is bestand tegen 1 100 °C. De kostprijs van dit materiaal is 16,25 €/kg. Doordat er circa 10 000 kg nodig is, komt dit op € 162 500. Deze prijs is enkel voor de materiaalkost en houdt geen rekening met bewerkingskosten (rollen, laseren, lassen,…) en installatiekosten. Daarom is er dan ook besloten om nog niet te investeren in nieuwe buizen. Dit zou immers betekenen dat er overal nieuwe isolatie moet bevestigd worden wat ook weer voor een grotere meerprijs zou zorgen.
5.3 Installatie van een bijstookbrander Om de warmewind afkomstig van de recuperator extra te kunnen verhitten is er onderzocht of de temperatuur nog kan opgedreven worden met behulp van een brander. Hierbij kwam de Incinistar brander van Eclipse naar boven. Dit is een gasbrander die de temperatuur van de warmewind met een maximaal debiet van 10 000 Nm³/h eenvoudig kan verhogen van 560°C tot 800 °C. Dit wordt verwezenlijkt met 3 modules die in de buis van de warmewind worden geplaatst. De vlamlengte kan tot ± Figuur 5.16: Incinistar Burner 2,5m lang zijn, waardoor er een voldoende lang recht deel van de leiding dient gebruikt te worden. Er is maar 1 vereiste en dat is dat de snelheid van de warmewind groot genoeg is voor een goede verbranding en voor de opwarming van de warmewind. 10 000 Nm³/h aan 560°C: 10 000 Nm³/h aan 800°C: De verbranding geeft een extra volumedebiet van 94 Nm³/h aan de warmewind.
29
Voor een goede verbranding van de toegevoerde lucht, moet de snelheid van de warmewind voldoende hoog zijn bij intrede van de brander. Daarom zal de huidige diameter van 900 mm moeten verkleind worden om zo de snelheid van het volumedebiet te verhogen. De leverancier van de branders (Blondeau Industrial Heating) vraagt een snelheid van ± 18 m/s:
Om de snelheid van 18 m/s te halen moet de diameter van de buis kleiner zijn dan 774 mm voor de ingang van de brander. Dit kan verwezenlijkt worden door een trechtervormige buis in de leiding te plaatsen juist voor de ingang van de brander.
De snelheid na de brander is 17,32 m/s. De gasbrander heeft echter een groot nadeel en dit is dat het een zuurstof verlagend effect heeft op de warmewind. Wanneer de temperatuur opgehitst wordt tot 800 °C heeft dit een zuurstofdaling van 2,25 % tot gevolg. Op een debiet van 10 000 m³/h is dit 225 m³/h die verdwijnt en dus weer dient toegevoegd te worden om hetzelfde zuurstofniveau te verkrijgen in de warmewindkoepeloven. Doordat de installatie beperkt is tot een debiet van 600 m³/h, is een bijkomende zuurstofverhoging van 4% niet meer mogelijk en zou het werkingsproces van de warmewindkoepeloven ook gewijzigd zijn. De gasbrander heeft tevens een hoog gasverbruik van 110 Nm³/h wat voor een bijkomende exploitatiekost zorgt. Kostprijs:
de brander samen met alle toebehoren komt neer op een prijs van € 34 364 inclusief btw. Deze prijs omvat de installatie kost niet; een gasverbruik van 110 Nm³/h kost €/h 38,35; de zuurstoftoevoeging van 225 m³/h kost €/h 24,20.
Volgende elementen geven een negatieve indruk en doen besluiten om met deze werkwijze geen rekening meer te houden:
de verbrandingsvlam heeft een grote warmtestraling, waardoor het huidige buizennetwerk hiervoor niet meer geschikt is; Hoge exploitatiekost van €/h 62,55; Grote onzekerheid op vlak van energetische en budgetwinsten (geen enkele gieterij gebruikt deze techniek).
30
5.4 Conclusies
Isolatiewaarde warmewindkanaal: het verticale gedeelte naar de warmewindring is hersteld (scheuren zijn dicht gemaakt) en opnieuw geïsoleerd met een nieuwe bekleding er rond. Hier is er veel minder warmtestraling dan vroeger en dit levert een 3-5 °C temperatuurswinst op aan de blaasgaten. Staalsoort huidige buizen: Door de hoge kostprijs van nieuw staal dat tegen een hogere warmte kan, is er besloten om deze piste niet verder te volgen zolang de buizen geen grote verliezen veroorzaken. Bijstookbrander: Door de hoge aankoopprijs, onzekerheid in de winsten die hiermee bereikt kunnen worden, de hoge exploitatiekost en de verlaging in het zuurstofgehalte in de warmewind is deze manier om de temperatuur van de warme wind te verhogen volledig afgewezen.
31
6
Optimalisatie
potbranders
voor
verwarming gietpotten Nadat het gietijzer gesmolten is in de warmewindkoepeloven, wordt het zoals besproken in hoofdstuk 2 in één van de elektrische warmhoudovens warm gehouden. Wanneer de vormlijn Taccone in werking is, komt de gietoperator met een vorkheftruck het gesmolten gietijzer ophalen in een voorverwarmde gietpot op ongeveer 800°C. Het gietijzer wordt indien gewenst nog genoduleerd met de toevoegstoffen magnesium en silicium zodat de goede samenstelling bekomen wordt voor het benodigde gietijzer. De optimalisatie van de potbranders zal onderzocht worden op volgende mogelijkheden: -
plaatsen van nieuwe branders; optimaal regelen van de regeling lucht/brandstof; bypass installeren voor werking in deellast.
6.1 Opstelling De gebruikte gietpotten hebben de vorm van een theepot zoals te zien is in Figuur 6.1. De lichtgrijze lijn te zien op deze figuur is een schot, die ervoor zorgt dat door schokken afkomstig van het kantelen van de gietpot, het gietijzer er gelijkmatig uitloopt. Er zijn 2 soorten gietpotten waarvan er één gebruikt wordt voor lamellair en één voor nodulair gietijzer. Hun afmetingen en eigenschappen zijn uitgebreid te vinden in Bijlage 2:Dimensies en eigenschappen van de gietpotten. De gietpot is vervaardigd uit metaal die bekleed wordt met Figuur 6.1: tekening gietpot vuurvaste beton. Door dit vuurvaste beton is de gietpot niet enkele resistent tegen de hoge temperaturen van het gesmolten gietijzer maar houden ze ook de warmte langer vast. Door gebruik van de gietpot slijt de dikte van de vuurvaste beton. Om de thermische conductiviteit op een acceptabel niveau te houden, wordt dit op regelmatige basis gecontroleerd door middel van thermografie. De potbranders worden voor 2 doeleinden gebruikt. Enerzijds voor de droging en anderzijds voor de voorverwarming van de gietpotten.
Droging: Wanneer een nieuwe laag vuurvast beton aangebracht wordt op de gietpot, moet de droging van het vuurvaste beton op de pot progressief gebeuren. Eerst wordt gestart met de gietpot te laten drogen met de omgevingstemperatuur. Daarna plaatsen ze de gietpot bij de brander en verhogen ze geleidelijk de temperatuur tot 800°C. Hierbij mag enkel aardgas gebruikt worden en mag er zeker geen extra zuurstof toegevoegd worden, daar dit voor een te felle en snelle opwarming zou zorgen en dit 32
dan beschadigingen en scheurtjes aan het vuurvast beton zou kunnen veroorzaken. Door het gecontroleerd drogen, wordt een langere levensduur van het vuurvast beton bekomen.
Voorverwarming: Voor een zo laag mogelijk temperatuurverschil tussen gietpot en gesmolten gietijzer worden de gietpotten voorverwarmd, zodat het gietijzer niet te fel schrikt wanneer het in de gietpot terechtkomt. Door een laag temperatuurverschil wordt natuurlijk ook een laag energieverlies bekomen bij het transport tot aan de vormlijn. Door het voorverwarmen verlaagt ook de kans op explosies die kunnen ontstaan doordat water dat nog in het vuurvast beton zit, dat tot ontploffing kan komen bij het vullen van de gietpot.
Zoals hierboven al vermeld werd, worden de gietpotten voorverwarmd voor ze in gebruik genomen worden. In totaal worden 6 gietpotten gelijktijdig voorverwarmd, waarvan er 5 in gebruik genomen worden bij opstart van de Taccone vormlijn en 1 als stand-by op een brander blijft staan. Er zijn 2 verschillende type branders.
Muurbranders: dit zijn branders waar de vlam horizontaal gericht is en de pot dus ook gekanteld dient te worden. Hiervan zijn er 3 geïnstalleerd bij Proferro. Ze hebben elk een vermogen van 120 kW en kunnen ingesteld worden op de gewenste temperatuur. Deze branders zullen naar een lager verbruik gaan wanneer de ingestelde temperatuur van 800°C bereikt is. Vroeger werd er voorverwarmd tot 1 000°C, maar om energie te besparen is deze temperatuurinstelling verlaagd tot 800°C. Tafelbranders: deze branders hebben een verticaal gerichte vlam en staan opgesteld op een stoel. Hiervan zijn er ook 3 geïnstalleerd met een individueel vermogen van 70 kW. Hierbij kan de pot normaal of op zijn kop geplaatst worden ten opzichte van de brander. Dit type brander heeft een betere warmteverdeling in de pot in vergelijking met de horizontale branders waarvan de warmte van de vlam meer naar de bovenste zijde van de gietpot gaat dan naar de onderzijde van de gietpot. Deze branders hebben geen enkele vorm van afstelling en draaien continu in vollast.
6.2 Probleemstelling De gietpotten worden momenteel opgewarmd en gedroogd door een brander op aardgas. Niet alleen de pot wordt opgewarmd maar ook de omgevingslucht en dit vooral in de verticale opwarmwijze. Door de vrije vorm van voorverwarmen is er ook veel luchtvervuiling en stofvorming in het gebouw. Het is dus duidelijk dat er veel energie verloren gaat. Er zal bepaald moeten worden hoeveel het huidig energieverbruik is tot een gietpot volledig opgewarmd is. Dit kan men evolueren en dan op zoek gaan naar betere systemen voor opwarming van de gietpotten. Men kan het verder bekijken en nagaan of er alternatieve mogelijkheden zijn om de pot op een goede en economisch verantwoorde manier voor te verwarmen.
33
6.3 Verschillende opwarmmogelijkheden De gietpotten kunnen door verschillende mediums voorverwarmd worden. In deze masterproef zal de voorverwarming op basis van aardgas en elektriciteit bestudeerd worden.
6.3.1
Voorverwarming door aardgas
De voorverwarming met aardgas is wijdverspreid in de gieterijwereld. Maar dit is niet de meest ecologische en economische manier om de gietpotten voor te verwarmen. Hieronder zullen er 3 type branders besproken worden. 6.3.1.1
Gasbranders op lucht
Naast 21% zuurstof die in de lucht aanwezig is bevindt er zich ook ongeveer 79% stikstof die ook dient opgewarmd te worden zonder dat het iets bijbrengt aan de verwarming van de gietpotten. De beste verhouding van aardgas en lucht is respectievelijk 1 en 10 zoals te zien is in onderstaand formule (Moran, 2012). Hiermee kunnen temperaturen bereikt worden van 900-1 000°C.
6.3.1.2
Gasbranders op zuurstof
Door extra zuurstoftoevoeging is er een beter verbrandingsproces en is er een hogere temperatuur mogelijk. De verhouding aardgas en zuurstof is respectievelijk 1 en 2 zoals te zien is in onderstaande formule (Moran, 2012). Temperaturen van 1 200-1 500°C kunnen bereikt worden en afhankelijk van de grootte van de gietpot in een tijd van 50-60 min. Deze branders kunnen eventueel ook gebruikt worden om het vloeibaar gietijzer op temperatuur te houden. De verbrandingsvlam is veel kleiner dan wanneer gebrand wordt met gewone omgevingslucht. Ze is ook vele malen sterker, waardoor er moet op gelet worden dat er geen vroegtijdige beschadiging optreedt aan het vuurvast beton dat aan de gietpotten is aangebracht, (scheuren, zwakke plekken,…).
34
6.3.1.3
Gasporeuze branders
Bij een gasporeuze brander is er geen open vlam meer aanwezig maar zit de vlam in een poreus keramisch materiaal dat bestand is tegen hoge temperaturen. Doordat de vorm van het poreus materiaal dat te zien is op Figuur 6.2 kan aangepast worden aan de gietpot en er geen rechtstreeks vlamcontact is, wordt er op een homogene manier voorverwarmd en is er een lager risico op verzwakte/verbrande plekken. Bovendien levert het een veel lager aardgasverbruik(- 65 %) (Pöschl & Lodde, 2011) dan de gewone aardgasbranders zoals te zien is in Figuur 6.3 waar het jaarverbruik vergeleken wordt tussen een poreuze brander en een conventionele Figuur 6.2: uitvoering poreuze brander aardgasbrander. De prijs voor dit type brander bevindt (Promeos, 2012) zich tussen € 40 000-50 000.
aardgasverbruik (m³/jaar)
Aardgasverbruik poreuse- en conventionele brander 94640
100000 80000 60000 40000
33200
20000 0
Figuur 6.3: aardgasverbruik poreuse- en conventionele branders (Pöschl & Lodde, 2011)
35
In Figuur 6.4 staat het warmtetransport in het poreus materiaal uitgebeeld. De onderste pijlen stellen het gasmengsel voor die voorverwarmd wordt in zone A tot het de ontstekingstemperatuur bereikt. Zone A heeft de kleinste poriën waardoor het mengsel goed voorverwarmd wordt. Deze voorverwarming kan plaatsvinden doordat het gasmengsel in
Figuur 6.4: warmtetransport in poreus materiaal (Wood & Harris, 2008)
regio C zijn warmte overzet op het poreus materiaal en zo naar de buitenzijde van de poreuze kern en een deel terug naar regio A via conductie. Doordat in zone A de temperatuur van het gasmengsel lager is dan dat van het poreus materiaal vindt er warmtetransport plaats van het poreus materiaal naar het gasmengsel via convectie en radiatie.
36
6.3.2
Voorverwarming door elektriciteit
Een tweede manier van voorverwarming is doormiddel van elektrische stralingselementen. In Figuur 6.5 zijn de verwarmingselementen te zien die zich in de metalen bescherming van de
Figuur 6.5: Tubothal verwarmingselementen + bescherming (Sandvik, 2013)
Figuur 6.6: Elektrische (Sandvik, 2013)
voorverwarmer
voorverwarmer (Figuur 6.6) bevinden. Voor de gietpotten bij Proferro is het voldoende om 3 elementen van elk 12 kW te installeren. De stralingselementen zijn beschermd door een buis bestaande uit een FeCrAl legering die bestand is tot 1250°C. De totale kostprijs voor deze drie verwarmingselementen en hun bescherming is € 5430. Deze prijs is exclusief sturing, omkasting en isolatie. Om te weten hoeveel elektrische energie (kWh) er verbruikt wordt, moet er geweten zijn of er hoog- of laagcalorisch aardgas geleverd wordt. Dit is terug te vinden op de aardgasfactuur. Deze waarde is natuurlijk elke maand anders door een druk- of temperatuurwijziging van het aangeleverde gas. Door deze calorische factor nu te vermenigvuldigen met het verbruikt volume aardgas, is de verbruikte hoeveelheid elektrische energie geweten.
De prijs/kWh van aardgas en elektriciteit liggen ver uiteen. Voor dezelfde energie wordt er 2,31 kWh aardgas verbruikt ten opzichte van 1 kWh elektriciteit, Dit soort branders geeft enorm veel voordelen t.o.v. gasbranders die hieronder opgesomd worden:
Homogenere opwarming Minder CO2-uitstoot Geen geluidsoverlast Zuiverdere omgevingslucht 3,5 maal energie-efficienter dan aardgasbrander
37
6.3.3
Conclusie
Het is duidelijk dat bij de verschillende branders er voor- en nadelen zijn. In combinatie met de terugverdientijd en de benodigde aanpassingen zal later beslist worden voor welk type brander er gekozen wordt. In Tabel 6 zijn alle voor- en nadelen nog eens opgesomd. Tabel 6: voor- en nadelen van elektrische, gas en poreuze branders
Elektrisch
Gas
Poreus
+ Minder CO2 uitstoot + Minder geluidsoverlast + Minder stof + Homogenere opwarmtemperatuur + Goedkoper
+ Minder onderhoud + In combinatie met zuurstof minder CO2 en hoger rendement dan met lucht
+ Langere levensduur vuurvaste beton (x2) + 75% minder warmteoverdracht + 63% minder gasverbruik dan conventionele brander
Korte verwarmingselement
levensduur - Lagere efficiëntie
- Breuk gevoeliger
6.4 Verbruik huidige branders Om een goed beeld te krijgen van het verbruik van de branders is er een logging gebeurd over een periode van 20 werkingsdagen. In Tabel 7 staan deze waarden opgelijst. Op dag 4 is er een hoge uitschieter te zien. Dit kan betekenen dat er die dag een gietpot met nieuwe vuurvaste beton in gebruik is genomen en dat de brander een volledige dag heeft gewerkt om de gietpot trapsgewijs te drogen. Op dag 16 is er een lage waarde te zien. Die kan toegeschreven worden aan een defect aan 1 van de branders of aan een lagere productie. Tabel 7: Totaal gasverbruik gietpotten
V(m³)
V(m³)
V(m³)
V(m³)
dag 1
910,1
dag 6
796,8
dag 11
dag 2
823,8
dag 7
674,1
dag 12
677,7
dag 17
828
dag 3
953,6
dag 8
758,3
dag 13
609,5
dag 18
908,6
1 552,6 dag 9
865,4
dag 14
758,7
dag 19
674,5
661,2
dag 15
806,5
dag 20
1 055,8
Gemiddelde
832,495
dag 4 dag 5
708,7
dag 10
1 083,5 dag 16
542,5
38
6.4.1
Muurbranders
Het verbruik van de 3 muurbranders bij vollast en deellast is bekomen via notatie van de gasmeterstand zoals te zien is in Tabel 8. Hieruit blijkt nog maar eens dat het zeer belangrijk is om een goede temperatuurmeting te hebben van de gietpot. Want bij omschakeling naar deellast kunnen de branders 320-570% besparen. Er is tevens ook duidelijk te zien dat de middelste brander een veel lager verbruik heeft dan de andere twee. Tabel 8: verbruik muurbranders
Vollast Deellast
M1 (m³/h) 27,1 4,75
M2 (m³/h) 15,95 5
M3 (m³/h) 27 5
Dit is ook te merken aan de vlamkleur van de branders in Figuur 6.7. De buitenste muurbranders hebben een duidelijk vollere oranje vlamkleur in vergelijking met de middelste brander die een blauwere vlam en dus een warme vlam heeft.
Figuur 6.7: vlamkleur muurbranders
39
In Figuur 6.8 is de temperatuurmeting van de muurbranders te zien. Op 16 december zijn de muurbranders in werking geplaatst rond 7 uur en rond 14 uur werden ze stilgelegd. Dit gebeurde eveneens op 17 december. Op dag twee zijn de dieptes van de thermokoppels op muurbrander M1 en M2 verwisseld, wat duidelijk zichtbaar is in Figuur 6.8. Dit betekent dat de diepte van de thermokoppels van cruciaal belang is om de brander in deellast te laten treden! Tevens is muurbrander M2 met het laagste gasverbruik de brander die de hoogste temperatuur bereikt. Het kan tot 200°C verschil leiden met de muurbranders M1 en M3 die bijna het dubbele verbruiken. Op 17 december treedt muurbrander M2 in deellastwerking rond 12 uur. Er is een lichte daling in de temperatuur waarneembaar.
Temperatuurmeting muurbranders
1000 900 800 700 T (°C)
600 500 400
M1
300
M2
200
M3
100 17/12/2014 21:36
17/12/2014 16:48
17/12/2014 12:00
17/12/2014 7:12
17/12/2014 2:24
16/12/2014 21:36
16/12/2014 16:48
16/12/2014 12:00
16/12/2014 7:12
0
Figuur 6.8: Temperatuurmeting muurbranders (M1,M2 & M3)
40
6.4.2
Tafelbranders
Het verbruik van de 3 tafelbranders bij vollast is verkregen door notatie van de gasmeterstand en de resultaten staan vermeld in Tabel 9. Tabel 9: verbruik tafelbranders
Vollast
T1 (m³/h) 22,56
T2 (m³/h) 27,1
T3 (m³/h) 23,15
Op deze tafelbranders zijn dezelfde temperatuurmetingen uitgevoerd gedurende 14-dagen. De resultaten hiervan zijn onduidelijk en onverklaarbaar en worden daarom niet in deze masterproef opgenomen.
6.4.3 Conclusies huidige branders en eventuele optimalisaties Het zou een hele verbetering betekenen indien men de huidige branders beter zou onderhouden en de afstelling brandstof/lucht beter afregelen. De positie van het thermokoppel bij de muurbranders is tevens van cruciaal belang om op het juiste moment naar deellast werking over te gaan. 6.4.3.1
Kostenverlaging en CO2-reductie door een goed gas/luchtmengsel
Wanneer de meest gunstige brander en zijn verbruik gevolgd wordt van 16 m³/h – brandstof/lucht verhouding 1/10- en dit verbruik gehanteerd wordt voor alle zes branders die allen in hetzelfde regime werken als nu (7h) gedurende 154 werkdagen (14 dagen in een maand), plus een brander die een gietpot stand-by op temperatuur bewaart tijdens de productie (8h), dan komt dit uit op het volgende:
Wanneer er op jaarbasis 5 929 m³ gas (= 83,24 MWh) uitgespaard wordt betekent dit natuurlijk een prijsdaling. Dit bedrag houdt geen rekening met de deellastwerking van de drie muurbranders en bevat ook niet de besparing die kan bekomen worden door de stand-by gietpot niet meer voor te verwarmen. Het besparingspotentieel is hier dus vrij groot, zonder enige kosten van nieuwe toestellen of fysieke aanpassingen van de huidige potbrander.
41
Door het reduceren van het aardgasverbruik is er niet enkel een prijsdaling op de factuur mogelijk, maar ook een daling in CO2-emissie. Dit levert bijkomend dan een aankoopdaling in CO2-emissie rechten.
Emissiefactor: 56,1 ton CO2/TJ (verordening, 2012, 21 juni) Oxidatiefactor: 1
Een CO2-emissie van 1 261 600 ton per jaar staat gelijk aan wat 8 410 hectare bos per jaar aan CO2 kan opnemen (Polfliet, 2013). Dit wil zeggen dat één hectare bos, 150 ton aan CO2emissie kan opnemen. Concreet wil dit zeggen dat 324,32 ton CO2-emissie nood heeft aan 2,16 ha bos om de installatie CO2-neutraal te maken.
Door de 15,18 ton CO2 die niet uitgestoten worden door de branders op een optimaal werkingspunt te brengen, staat gelijk aan wat 0,1 hectare oftewel 1 000 m² bos kan opnemen. 6.4.3.2 Stand-by brander voor productiegarantie Als stand-by brander wordt meestal T3 gebruikt. Deze heeft een verbruik van 16 m³/h als hij goed afgeregeld is en deze is in vollast gedurende de productie van 8h. Een totaal verbruik van 128 m³ wordt dus geconsumeerd, wat overeenkomt met een dagelijkse kost van € 54,77. Op jaarbasis komt dit neer op € 8 434,58. (berekend met de formules uit 6.4.3.1). Samen met de verliesprijs die men heeft bij een volledige gietstilstand bij vormlijn Taccone van 1 767 €/h kan de keuze gemaakt worden of het stand-by houden van één gietpot
42
gedurende de productie wel nuttig is. De vormlijn Taccone valt natuurlijk niet volledig stil bij het wegvallen van één gietpot. Wanneer we deze gietpotten helemaal niet meer opwarmen kan dit zelfs tot € 15 815 opleveren. Vb. wanneer gedurende de productie vijf gietpotten in gebruik zijn, en door breuk valt één gietpot weg. Dit wil zeggen dat er 1/5 van de productie wegvalt en dit dus 1/5 van de stilstandprijs van de vormlijn Taccone zal kosten.
Als dit dus vergeleken wordt met de prijs die het kost om deze gietpot gedurende het volledige jaar stand-by te houden dan mag er drie maal een gietpot wegvallen gedurende de volledige productie op een jaar tijd. Deze drie maal houdt geen rekening met volgende kansen:
Als de gietpot in het midden van de productie defect is
dan is er maar 4 uur
productieverlies.
Als de gietpot in het begin van de productie defect is, waardoor er gestart kan worden om een nieuwe gietpot op te warmen en deze na 4-5 uur in productie genomen kan worden.
6.4.3.3 Besparingen bij het plaatsen van een bypass bij de tafelbranders Het installeren van een bypass is zeer nuttig doordat er besparingen te bereiken zijn van 300% ten opzichte van het normaal verbruik van de branders (16 m³/h) bij deellastwerking. De bypass moet natuurlijk in werking treden bij een betrouwbaar gemeten temperatuur. Mijn ervaring heeft geleerd dat voor een correcte meting de temperatuursonde nooit in het vlamfront mogen komen.
43
6.5 Algemene conclusies
Het installeren van nieuwe technologieën is door de dure aankoopprijs onmogelijk. € 8 434 is de kostprijs per jaar voor het stand-by houden van een opwarmpot. Dit wil zeggen dat er gedurende drie volle productiedagen één gietpot mag defect zijn om evenveel te kosten voor de gietpotten een volledig jaar stand-by te houden. € 15 814 is de kostprijs per jaar voor het voorverwarmen en stand-by houden van een opwarmpot. Dit wil dus zeggen dat er zes volle productiedagen één gietpot mag defect zijn om evenveel te kosten voor de gietpotten een volledig jaar voor te verwarmen en stand-by te houden. € 2 537,04 is het minimale besparingspotentieel per jaar bij een goede afregeling van het lucht/brandstof mengsel. Een CO2-emissie verlaging van 15,18 ton wordt eveneens bekomen met een goede afregeling van het gas/lucht mengsel. Het plaatsen van een bypass is pas haalbaar bij een trouwbare meting van de temperatuur
44
7
Afzuiginstallatie 021-24MAUS
Er is gekozen om één bepaalde afzuiginstallatie binnen Proferro volledig onder de loep te nemen. Deze installatie bestaat uit een groep van 4 afzonderlijke filtereenheden met elk een radiaalventilator(1) aangedreven door een 3-fasige inductiemotor(3) van 75kW met behulp van een riemaandrijving(2). Aan deze filtereenheden(besproken in 3.1.3) zijn de afzuigingen van de ontbraamafdeling gekoppeld. In deze afdeling worden de afgekoelde gietstukken Figuur 7.1: Ventilatoraandrijving van hun bramen ontdaan op een automatische ontbraammachine of in één van de compartimenten(werkposten) waar er manueel ontbraamd wordt zoals besproken in 3.5. In dit hoofdstuk zal het rendement van de motor, riemafstelling, afzuigcapaciteit en bezettingsgraad van de werkposten besproken worden.
7.1 V-riem aandrijving De juiste riemspanning en uitlijning van de V-riemen is van essentieel belang voor een goede overbrenging van motor naar ventilator. Anders kan dit in de eerste plaats al zorgen voor belangrijke rendementsverliezen. De bestudeerde overbrengingen zijn voorzien van 6 afzonderlijke V-riemen.
7.1.1
Verkeerde afstelmogelijkheden V-riemen Hoekscheefstellingen: Een vuistregel die gehanteerd wordt is een maximale scheefstelling van 0,25 °/m(asafstand).
Figuur 7.2: hoekscheefstelling (SKF, 2014)
45
Parallelafwijking: Ook hier wordt een vuistregel gehanteerd, het mag maximaal 0,5 % van de asafstand zijn.
Figuur 7.3: parallelafwijking (SKF, 2014)
Volgende problemen kunnen optreden wanneer één of meerdere van bovenstaande afwijkingen zich voordoen:
7.1.2
Vroegtijdige uitval riemen; Ongelijke lagerbelasting en extra belasting assen; Slippen van riemen; Slaan van riemen; Ongelijkmatig uitslijten riemschijven Extra geluidsontwikkeling.
Meetapparatuur
Om de statische voorspankracht van de riemen te bepalen wordt er gebruik gemaakt van een trillingsmeter van Contitech type VSM-1, zie Fout! Verwijzingsbron niet gevonden.. Dit apparaat is uiterst eenvoudig in gebruik. De rode led dient loodrecht op de riem gericht te zijn en dan wordt de riem licht naar beneden getrokken om vervolgens losgelaten te worden. Het is deze gemeten frequentie van de riem die gebruikt wordt om dan via onderstaande formule de statische voorspankracht te berekenen
Fstat= statische voorspankracht [N] m: massa [kg/m] f: eigenfrequentie [Hz] Lf: asafstand [m]
Figuur 7.4: VSM-1 meettoestel
46
7.1.3
Meetresultaten
Elke riemaandrijving werd volledig geanalyseerd (scheefstelling en conditie riemschijven, riemspanning,…). Op de 4 overbrengingen bevinden zich 2 riemsoorten die vergelijkbaar zijn. Deze riemsoorten zijn zelfs gecombineerd op eenzelfde riemschijf. Doordat 2 riemen nooit identiek zijn en zeker niet als ze door een andere constructeur gefabriceerd worden, is dit als niet ideaal te beschouwen.
Optibelt-SK S C-PLUS 3000 Lw Contitech SPB 3000Lw/5V 1180 L=L EL
In Tabel 10: Analyse riemaandrijving, zijn de afwijkingen op parallelafwijking en hoekverdraaiing weergegeven. Deze zijn gemeten door een rechte lat op een van de riemschijven te plaatsen, om zo de afwijking met de andere riemschijf te zien. In deze tabel is ook de statische voorspankracht weergegeven van iedere riem, berekend met de formule uit 7.1.2 De maximale hoekverdraaiing is:
De parallelafwijking is maximaal 0,5% van de asafstand:
48
Tabel 10: Analyse riemaandrijving
f (Hz)
m (kg/m) Lf (m)
Fstat (N)
Aandrijving 1 (7286)
Hoekverdraaïng (°)
riem1 0,88 riem2 Parallelafwijking (mm) riem3 0 riem4 riem5 riem6 Aandrijving 2 (7287) Hoekverdraaïng (°) riem1 0,33 riem2 Parallelafwijking (mm) riem3 0 riem4 riem5 riem6 Aandrijving 3 (7288) Hoekverdraaïng (°) riem1 0,22 riem2 Parallelafwijking (mm) riem3 0 riem4 riem5 riem6 Aandrijving 4 (7289) Hoekverdraaïng (°) riem1 0,44 riem2 Parallelafwijking (mm) riem3 8 riem4 riem5 riem6
17 18 19 17 19 18
0,178 0,178 0,178 0,178 0,178 0,178
1,07 1,07 1,07 1,07 1,07 1,07
236 264 294 236 294 264
19 19 20 21 21 17
0,178 0,178 0,178 0,178 0,178 0,178
1,07 1,07 1,07 1,07 1,07 1,07
294 294 326 359 359 236
21 21 22 26 24 20
0,178 0,178 0,178 0,178 0,178 0,178
1,07 1,07 1,07 1,07 1,07 1,07
359 359 395 551 470 326
17 26 10 11 14 14
0,178 0,178 0,178 0,178 0,178 0,178
1,07 1,07 1,07 1,07 1,07 1,07
236 551 82 99 160 160
Bij aandrijving 4 is in Tabel 10 een groot verschil in voorspankracht tussen de verschillende riemen te lezen. Dit komt doordat de as van de ventilator een radiale slag heeft. Wanneer tijdens de meting de riem 180° verdraaid wordt , is er te zien dat de andere riemen nu sterker aangespannen zijn.
49
Op Figuur 7.5 is een riemschijf te zien waarop de linkerzijde van de riemschijf meer uitgesleten is dan het middengedeelte van de riemschijf. Dit is het gevolg van de grote hoekverdraaiing die te zien is in de meetresultaten van Tabel 10. Figuur 7.5: ongelijke uitslijting riemschijf op aandrijving 1
In Bijlage 3: Contitech V-riemberekening is de berekening van de statische voorspankracht van de aandrijfriemen weergegeven. Deze werd berekend via de software van Contitech genaamd “Contitech Suite 7.2”. De statische voorspankracht moet ongeveer 569,25 N zijn, wat overeenstemt met een trilling van 26,4 Hz.
7.1.4
Conclusies
Om een goede overbrenging tussen motor en ventilator te bekomen en te behouden moeten volgende punten aangepast/verholpen worden: 1. Hoekverdraaiing op de riemschijven van aandrijving 1,2 en 4 moet verkleind worden; 2. parallelafwijking op 4de aandrijving moet binnen de tolerantie gebracht worden; 3. Verschillende riemsoorten op 1 riemschijf moeten vervangen worden door een eenduidig type; 4. Uitgesleten riemschijven moeten vervangen worden; 5. Slag op de riemschijf van aandrijving 4 moet verholpen worden; 6. Statische voorspankracht moet op elke aandrijving opnieuw ingesteld worden, want bijna alle V-riemen waren te laag voorgespannen; 7. Stofvrij maken van de omgeving in de buurt van de V-riem aandrijving, zodat een langere levensduur van de riemen en de riemschijven bekomen kan worden.
50
7.1.5
Aanpassing op afzuiginstallatie 4
Er is gekozen om op afzuiginstallatie 4 de riemschijven en riemen te vervangen en volledig uit te lijnen. De optimalisatie gebeurde maar op 1 afzuiging om de kosten te beperken. De kostprijs bedroeg € 780,52 waarvan € 366,96 materiaalkosten en € 413,56 arbeidskosten. Tabel 11: Waardes na riemoptimalisatie
f (Hz)
m (kg/m) Lf (m)
Fstat (N)
Aandrijving 4 (7289)
Hoekverdraaïng (°)
riem1 0 riem2 Parallelafwijking (mm) riem3 0 riem4 riem5 riem6
27 26 26 25 26 26
0,178 0,178 0,178 0,178 0,178 0,178
1,07 1,07 1,07 1,07 1,07 1,07
594 551 551 509 551 551
Daling van 15% in riemspanning na 30 draaiuren. De riemen werden heraangespannen en nadien nogmaals gecontroleerd op uitlijning. Een daling van 2,33% op het actiefvermogen werd gerealiseerd. Zie ook 7.2.3 voor het gestegen afzuigdebiet door deze riemoptimalisatie
51
7.2 Afzuigcapaciteit In opdracht van Proferro is de afzuigcapaciteit van de ontbraamafdeling in het verleden onder de loep genomen door een extern bedrijf. Maar omdat er hier verschillende hiaten in de meetgegevens geslopen zijn, is er besloten om de meting te hernemen op de verschillende afzuigingen van de ontbraming. In Tabel 12 zijn de gegevens van de ventilatoren in nominale werking bij een temperatuur van 20 °C weergegeven. Tabel 12: Ventilatorgegevens
Ventilatoren 1-4 V: 46 000 m³/h
Pw: 61 kW
nw: 1 658 tr/min
Δpt: 41 mbar
In Figuur 7.6 is de werkpostverdeling per afzuiginstallatie te zien. De afzuiging bestaat uit 4 takken met elk een motor die een bijhorende ventilator aandrijft. Voor de ventilator is er telkens een filtergroep voorzien die het schadelijke stof uit het afgezogen debiet haalt. Het gezuiverde afgezogen debiet wordt daarna naar buiten geloodst.
Figuur 7.6: Werkpostverdeling per afzuiginstallatie
52
7.2.1
Meetprincipe en plaatsbepaling meting
Om de afzuigsnelheid te meten is er gebruik gemaakt van een manometer met geïntegreerde software die via een drukverschilmeting de afzuigsnelheid en het afzuigdebiet berekent. In dit toestel zit ook een thermokoppel die de temperatuur van de stroming meet. Deze werkt volgens het drukverschilmeting principe. De pitotbuis wordt volgens de richting van de stroming in de afzuigingbuis geplaatst, waardoor de stroming recht in de pitotbuis kan stromen en zo een drukmeting kan gegenereerd worden. Op de pitotbuis wordt ook de statische druk gemeten. Om de dynamische druk te weten, dient de totale druk verminderd te worden met de statische druk. Het toestel berekent vanuit dit drukverschil de afzuigsnelheid en/of het afzuigdebiet wanneer de diameter van de afzuigingbuis ingeven is. p1= totale druk
p2=statische druk
v1=snelheid totale druk
v2=snelheid statische druk
h1= hoogte totale druk
h2=hoogte
statische
druk
De meting met de pitotbuis steunt op het principe van Bernouilli. De basisformule kan verder afgeleid worden tot onderstaande formule (Moran, 2012):
De snelheid, gemeten waar de meting van de druk gebeurt is 0 omdat er op dit punt geen stroming is, maar enkel druk wordt gezet op de drukmeter.
Figuur 7.7: Principe Pitot-buis (kimo, 2011)
53
Om een representatieve meting te verkrijgen, wordt de meting op acht verschillende punten in de leiding uitgevoerd. Deze punten worden bepaald door onderstaande formule. In Tabel 13 staan de Ki-waardes in % uitgedrukt en worden ze volgens de tangentiële regel in een ronde leiding vermeld in de ISO 10780 norm.
Tabel 13: Ki-waardes
Meetpunt Ki (%)
Figuur 7.8: Bemonsteringspunten volgens tangentiële regel in een buis (ISO 10780, 1994)
1
3,3
2
10,5
3
19,4
4
32,3
5
67,7
6
80,6
7
89,5
8
96,7
54
7.2.2
Meetresultaten Tabel 16: Afzuigcapaciteit filter 2
Tabel 14: Afzuigcapaciteit filter 1
Afzuiginstallatie 1 (7286) werkpost 7280 D (mm): 400 T (°C):22,8 werkpost 7251 D (mm): 400 T (°C):22,8 werkpost 7252 D (mm): 400 T (°C):22,8 werkpost 7253 D (mm): 400 T (°C):22,8
Δp (Pa) v (m/s) V (m³/h)
325,44 23,33 10 553
Δp (Pa) v (m/s) V (m³/h)
180,05 16,61 7 512
Δp (Pa) v (m/s) V (m³/h)
157,23 15,10 6 832
Δp (Pa) v (m/s) V (m³/h) totaal:
152,33 15,75 7 126 32 022
Tabel 15: Afzuigcapaciteit filter 3
Afzuiginstallatie 3 (7288) werkpost 7257 D (mm): 400 Δp (Pa) 203,7 T (°C):22,9 v (m/s) 18,5 V (m³/h) 8 373 werkpost 7256 D (mm): 400 Δp (Pa) 177,4 T (°C):22,98 v (m/s) 17,3 V (m³/h) 7 807 werkpost 7255 D (mm): 400 Δp (Pa) 147,6 T (°C):22,8 v (m/s) 15,7 V (m³/h) 7 116 werkpost 7254 D (mm): 400 Δp (Pa) 137,4 T (°C):22,8 v (m/s) 15,1 V (m³/h) 6 838 totaal: 30 134
Afzuiginstallatie 2 (7287) werkpost 7282 D (mm): 400 Δp (Pa) 185,14 T (°C):19,8 v (m/s) 17,32 V (m³/h) 7 837 werkpost 7281 D (mm): 400 Δp (Pa) 205,50 T (°C):20,3 v (m/s) 18,51 V (m³/h) 8 375 totaal: 16 211
Tabel 17: Afzuigcapaciteit filter 4
Afzuiginstallatie 4 (7289) Maus 1 D (mm): 250 Δp (Pa) 53,26 T (°C):23 v (m/s) 9,27 V (m³/h) 1 638 Maus 2 D (mm): 250 Δp (Pa) 119,50 T (°C):24,7 v (m/s) 14,14 V (m³/h) 2 499 Maus 3 D (mm): 300 Δp (Pa) 45,61 T (°C):22,3 v (m/s) 8,58 V (m³/h) 2 184 werkpost 7260 D (mm): 400 Δp (Pa) 199,31 T (°C):22,8 v (m/s) 18,19 V (m³/h) 8 230 werkpost 7259 D (mm): 400 Δp (Pa) 191,49 T (°C):22,4 v (m/s) 17,87 V (m³/h) 8 084 werkpost 7258 D (mm): 400 Δp (Pa) 147,60 T (°C):22,7 v (m/s) 15,72 V (m³/h) 7 113 totaal: 29 748
55
De meting is gebeurd onder constante omstandigheden. Een goede afzuigsnelheid voor het metaalhoudende stof is tussen 18 en 22 m/s. We zien dat dit op de meeste plaatsen niet gehaald word.
Tabel 14: hier wordt enkel werkpost 1 goed afgezogen. Bij werkpost 2, 3 en 4 liggen de afzuigsnelheden net onder de optimale snelheid. Door een kleine verhoging van het afzuigdebiet door nieuwe motoren en een goede riemafstelling zullen de goede afzuigsnelheden hoogstwaarschijnlijk behaald zijn. Tabel 15: hier zijn dezelfde conclusies als uit Tabel 14 te trekken. Tabel 16: hier wordt elke werkpost goed afgezogen. Hier zijn ook maar 2 werkposten aangesloten. Tabel 17: hier worden werkpost 1 en 2 goed afgezogen. De afzuigsnelheid bij werkpost 3 is net iets onder het optimale. Bij de afzuiging van de automatische ontbraam-machine is de afzuigsnelheid velen keren kleiner dan het optimale. Dit is door de kleinere diameters van deze afzuigleidingen (250 mm en 300 mm). Door het vergroten van deze leidingen zou de afzuigsnelheid verhoogd kunnen worden.
7.2.3
Debietverhoging door riemoptimalisatie
Zoals in 7.1.5 besproken is, werden er op afzuiginstallatie 4, nieuwe riemen en riemschijven geplaatst, zodat er energiebesparingen bereikt werden. Maar dit was niet het enige resultaat van deze optimalisatie. Door een verhoogde efficiëntie van de overbrenging, is er ook een stijging in afzuigcapaciteit gemeten, die vooral toe te wijzen is aan de slipverlaging van de 6 V-riemen. In Figuur 7.9 is de afzuigcapaciteit te zien die gestegen is tot 28 240 m³/h. Dit is een stijging van 1 502 m³/h of 5,6 %.
Verhoging afzuigdebiet 4 na riemoptimalisatie Afzuigdebiet (m³/h)
30000 25000 20000 15000 10000 5000 0
Figuur 7.9: Verhoging afzuigdebiet 4 na riemoptimalisatie (grafiek)
56
7.3 Werkpostbezetting Doordat iedere ontbramer een eigen werkpost heeft en hier niet van afwijkt, wordt er momenteel niet efficiënt omgesprongen met de energie die de afzuigingen vragen. Zoals te zien is in Figuur 7.6 heeft niet elke afzuiging evenveel werkposten. Hierdoor moet er gekeken worden naar het aantal werkende afzuigingen in functie van het aantal actieve werkposten. Vb. Wanneer 3 werkposten actief zijn, wat betekent dat 3 ontbramers aan het werk zijn, bestaat de kans dat deze 3 werkposten aangesloten zijn op 3 verschillende afzuiginstallaties. Dit geeft natuurlijk een hoge exploitatiekost tot gevolg. Mochten deze 3 ontbramers gecentraliseerd worden naar dezelfde afzuiginstallatie, betekent dit een energiebesparing van 2 afzuiginstallaties.
7.3.1
Winst bij een optimale bezettingsgraad
In Figuur 7.10 is het besparingspotentieel bij een optimale werkpostverdeling weergegeven. Er is gekozen om een week als referentie te kiezen, deze van 24-28 november 2014. In de grafiek zijn blauwe en rode balken weergegeven. De blauwe balk stelt het minimale besparingspotentieel voor per shift door de actieve werkposten te groeperen naar een minimum aan afzuiginstallaties. De rode balk stelt de bijkomende winst voor wanneer er gekeken wordt om de meest efficiënte afzuiginstallatie in werking te stellen (sommige
Besparingspotentieel bij optimale werkpostverdeling € 30 € 25 € 20 € 15 € 10 €5
24/nov
25/nov
26/nov
minimale besparing
27/nov
nacht
laat
vroeg
nacht
laat
vroeg
nacht
laat
vroeg
nacht
laat
vroeg
nacht
laat
vroeg
€-
28/nov
maximale besparing
Figuur 7.10: Besparingspotentieel bij optimale werkpostverdeling (grafiek)
afzuiginstallaties hebben 2 werkposten andere hebben er 4). De onderverdeling per shift is gemaakt omdat de elektriciteitsprijs (€/kWh) verschilt in de dal- en piekuren. Op de grafiek is duidelijk te zien dat de grote besparingen tijdens de nacht te rapen vallen.
57
Wanneer deze bedragen opgeteld zijn, is er in Figuur 7.11 te zien dat dit in week 48 minimaal € 148,02 opbrengt en wanneer er gelet wordt op welke afzuiginstallatie in werking gesteld wordt dit nog eens bijkomend € 61,97 opbrengt. In week 49 zijn er ongeveer dezelfde winsten te zien. Als er aangenomen wordt dat er gemiddeld € 200 per week bespaard kan worden op de elektriciteitsfactuur, dan levert dit per jaar € 8 800 (44 werkweken). Bijkomend voordeel bij het groeperen van ontbramers op de afzuiginstallaties is, dat er in de winter minder gestookt moet worden doordat er minder lucht uit de hal onttrokken wordt.
Besparingspotentieel per week € 250,00 € 200,00 € 61,97 € 150,00
€ 54,63
€ 100,00 € 148,02
€ 135,67
week 48
week 49
€ 50,00 €Figuur 7.11: Besparingspotentieel per week (grafiek)
58
7.4 Driefasige inductiemotoren De motor is de basis van het volledige afzuigsysteem. Deze maakt namelijk de overbrenging naar de ventilator mogelijk. Wanneer de motor overgedimensioneerd is of niet optimaal werkt kan dit hoge exploitatiekosten opleveren. Tabel 18: Motor gegevens afzuiginstallatie 1,2,3 en 4
Driefasige asynchrone motor Frame: 280S/M
P: 75kW
U: 500V
I: 106A
Cosφ:0,88
f: 50Hz
IP55
Duty Cycle: S1
Figuur 7.12: Kentekenplaat bestaande motoren
Isolatie klasse: F n:1 470 tr/min
Het vermogen dat de motor moet leveren aan de as is vroeger bepaald via volgende formule :
Het volumedebiet en drukval van de ventilator in vorige formule komen van de kentekenplaat en zijn te zien in Tabel 12 in 7.2. Daar het rendement bij 100% belasting niet op het kentekenplaatje staat, is het motorrendement berekend via de basisformule.
59
7.4.1
Meetapparatuur
Om een goed beeld te krijgen op vlak van energie-efficiëntie van de motoren, is er besloten om gedurende een langere periode metingen uit te voeren op de 4 motoren. Hiervoor zijn 2 verschillende meettoestelen gebruikt die hier verder uitgelegd zullen worden. 7.4.1.1 Beckhoff energieklemmen (EL 3413) Door het constant loggen van de motor, is er de mogelijkheid om bij optimalisatie van de aandrijving(V-riemen), de energetische winsten te observeren. Er is gekozen om dit te doen met de energieklemmen van Beckhoff, namelijk de EL 3413 –Figuur 7.14-. Deze kan alle benodigde gegevens voor een goede analyse bezorgen zie Bijlage 4: E. Omdat de nominale stroom kan oplopen tot 106 A is er gebruik gemaakt van een stroomtransformator -zie Figuur 7.13- die de stroomwaarde transfereert tot maximaal 5A. Deze stroomwaarde gaat dan naar de energieklem. Elke motor heeft zijn eigen energieklem die voor de datalogging zorgt. Deze energieklem meet alle gegevens waardoor het elektrische verbruik berekend kan worden. Er is beslist om de meting telkens om het half uur te herhalen. Deze tijd is gekozen omdat de belasting van de ventilator nooit wijzigt, en er dus weinig schommelingen kunnen zijn in het elektrisch verbruik.
Figuur 7.13: stroomtransformator
Figuur 7.14: Beckhoff energieklemmen (EL 3413)
60
7.4.1.2 Fluke 1735 (Controlemeting) Het verkrijgen van betrouwbare resultaten is niet altijd vanzelfsprekend. Daarom is er gekozen om een 2de bijkomende controlemeting op de motoren te plaatsen. De Fluke 1735 te zien op Figuur 7.15 is hiervoor een uitstekend meettoestel. Dit toestel is eenvoudig in gebruik en maakt een snelle omwisseling op één van de 4 motoren mogelijk. Door de ‘spookwaarden’ die te zien waren op de energieklemmen, was het noodzakelijk om met dit meettoestel de verkregen waarden te controleren. Figuur 7.15:Fluke 1735 (Fluke, z.j.)
7.4.2
Meetresultaten
7.4.2.1 Basismeting Tabel 19: Vermogenmeting afzuiginstallatie 1,2,3 en 4
I (A) U (V) Cos 'φ' P (kW) Q (kVar)
aandrijving 1 (7286) 44,04 508,58 0,4877 18,896 33,972
Aandrijving 2 (7287) 32,82 511,65 0,3989 11,584 26,575
Aandrijving 3 (7288) 41,56 510,13 0,4688 17,213 32,423
Aandrijving 4 (7289) 40,86 508,92 0,4471 16,075 31,311
61
Uit Tabel 19: Vermogenmeting afzuiginstallatie 1,2,3 en 4 kan er besloten worden dat alle motoren heel slecht zijn. De cos”φ” haalt maximaal 0,48 terwijl dit rond 0,9 zou moeten zijn voor een goed draaiende motor. Deze slechte cos”φ” zorgt voor een hoog reactief verbruik. Zoals aangeduid is op Figuur 7.16, kan door de slechte cos“φ” van de motor, deze slechts een kleine stroom trekken. Met een gemeten cos”φ” van 0,45 op 1 van de motoren heeft deze slechts 20% van zijn vermogen, ±18 kW en een stroom van ±40 A, wat in Tabel 19 bevestigd is.
Figuur 7.16: rendementsgrafiek 3-fasige inductiemotor van 75 kW
62
Doordat de energieleverancier boetes oplegt voor verbruikers met een cos ‘phi’ < 0,95, is het noodzakelijk om condensatorbatterijen te installeren. Om het condensatorvermogen te berekenen is er beroep gedaan op de meetgegevens van Tabel 19.
Figuur 7.17: Vermogendriehoek met compensatie
Vb. motor van afzuiginstallatie 4: Door de cos‘φ’ van 0,45 is er een actiefvermogen van 16,08 kW en een reactief vermogen van 31,31 kVar. Om de cos‘φ’ naar 0,95 te brengen met behoud van het huidig actief vermogen (P=16,08 kW) hebben we een condensatorvermogen nodig van:
In Tabel 20 is voor iedere afzuiginstallatie het benodigde condensatorvermogen te zien. Wanneer deze gesommeerd worden, is er een totaal van 104,08 kVAr aan condensatievermogen nodig voor de volledige afzuiginggroep. Tabel 20: Condensatorvermogen
afzuiginstallatie
1
2
3
4
QC (kVAr)
27,62
22,82
26,77
26,87
totaal 104,08
63
7.4.2.2 Meting na riemoptimalisatie Tabel 21: Vermogensmeting motor afzuiginstallatie 4
Kolom1 I (A) U (V) Cos 'φ' P (kW) Q (kVar)
aandrijving 4 (voor) Aandrijving 4 (na) Winst (%) -1 40,86 40,18 -1,3 508,92 502,24 +0,2 0,4471 0,448 - 2,33 16,075 15,70 -0,25 31,311 31,23
Door het plaatsen van nieuwe riemschijven en nieuwe riemen en de uitlijning daarvan optimaal te verzorgen (zie 7.1.5) zijn er belangrijke winsten bekomen! Een actief vermogensdaling van 2,33% is bereikt. Door de kleine stijging van de cos’phi’ is tevens een lichte daling in het reactief vermogen waargenomen. Deze waardes zijn bekomen door het gemiddelde van een werkdag te nemen. Op andere dagen zien we ook altijd een vermogensdaling gaande van 0,25 tot 3,5 %.
7.4.3
Oplossingsmogelijkheden
7.4.3.1 Motor met dezelfde dimensies Om de terugverdientijd te kunnen berekenen is er een prijsaanvraag aangevraagd bij CETmotoren: (Bijlage 6: Prijsoffertes inductiemotoren) IE3-motor:€ 4 344,22 IE4-motor:€ 5 140,97
Wanneer de huidige motoren vervangen worden door deze hoogrendementmotoren zonder revisie van de oude motoren, kan de terugverdientijd berekend worden. Het rendement van de nieuwe motor is bij IE3 en IE4 respectievelijk 95,2% en 96,2% en dit in vollast. Tabel 22: Motorgegevens motoren 75 kW
Driefasige asynchrone motor IE3
Driefasige asynchrone motor IE4
P= 75kW
=95,2
P= 75kW
=96,2
U= 500V
I= 107A
U= 500V
I= 106A
Cosφ=0,85
f= 50Hz
Cosφ=0,85
f= 50Hz
64
Het rendement van 88 komt uit de grafiek in Figuur 7.16. 7.4.3.2 Motor met aangepaste dimensies Uit de resultaten van de logging op de motoren bleek dat de motoren overgedimensioneerd zijn. Daarom is het best om een motor te kiezen met een aangepast vermogen, aangepast met het huidig afzuigdebiet. Uit de debietmetingen van 7.2.2 is gebleken dat er een debiet is van 32 000 m³/h in de hoofdleiding van afzuiging 1. Om een optimale afzuigsnelheid in alle werkposten te bekomen is er gekozen om de motor te berekenen op een afzuigdebiet van 35 000 m³/h. Ook op afzuiginstallatie 2 wordt een motor geplaatst met deze dimensie met het oog op een eventuele uitbreiding.
Tabel 23: Motorgegevens motoren 55 kW
Driefasige asynchrone motor IE3
Driefasige asynchrone motor IE4
P= 55 kW
= 94,7
P= 55 kW
= 95,7
U= 500 V
I= 76,6 A
U= 500 V
I= 80 A
Cosφ= 0,85
f= 50 Hz
Cosφ= 0,83
f= 50 Hz
65
7.4.3.3 Installatie van een frequentiesturing en kleppenafsluitsysteem Wanneer de motoren, zoals gekozen in 7.4.3.2, geregeld worden met een frequentiesturing en een bijhorend kleppenafsluitsysteem kan hier nog extra energie bespaard worden. Doordat de afzuigcapaciteit per werkpost gegarandeerd moet worden, zullen de werkposten die niet actief zijn, afgesloten worden met afsluitkleppen om zo samen met de frequentiesturing een betere regeling te bekomen. Er is een prijsofferte gevraagd aan SVL metaalconstructie met volgende aanbiedingen (voor details zie bijlage 5) Afsluitkleppen gestuurd door een elektromotor heeft een totale kostprijs van € 22 008
Afsluitkleppen gestuurd door een actuator heeft een totale kostprijs van € 18 857.
De 3de machtswortel komt er door de formules die hieronder zijn weergegeven. Doordat het koppel het kwadraat is van het toerental. En het vermogen, het koppel vermenigvuldigd is met het toerental. Vb. Als men de frequentie de helft laat dalen, dan zal het vermogen 8 maal kleiner zijn.
Figuur 7.18: U/f- instelling frequentieregelaar (pollefliet, 2011)
Om met de frequentieregelaar het opgenomen vermogen gelijk te stellen aan het huidig opgenomen vermogen, moet de frequentie dalen tot 30 Hz. Dit levert dan volgende terugverdientijd voor de frequentieregelaar + motor:
Plaatsen van bewegingssensoren zodat er gedetecteerd kan worden of er zich iemand op de werkpost bevindt en zo de afzuiging in deellastwerking kan treden samen met de verlichting. Wanneer de afzuiginstallatie in verschillende deellasten is, moeten het vermogen van de motor geregeld kunnen worden. Mocht er enkel gewerkt worden met een frequentiesturing 66
zou dit er voor kunnen zorgen dat de afzuigsnelheid te laag wordt wanneer alle werkposten nog in gebruik zijn. Daarom zal het nodig zijn om op alle werkposten een stuurbare klep te plaatsen zodat wanneer een werkpost niet in gebruik is deze volledig afgeschakeld kan worden. 7.4.3.4 Terugverdientijd totaalconcept Aankoop van: 1. 2. 3. 4.
4 inductiemotoren 55 kW: € 14 400 16 klepafsluiters: € 18 857 4 frequentiesturingen: € 24 000 Installatiekosten: € 20 000
Besparing op: 1. 2. 3. 4.
Aantal werkende afzuigingen: 150 €/week * 44 = € 6 600 Motorverbruik: € 2 075,67 * 4 motoren= € 8 302,68 Verwarmingskosten: ??? Warmteontwikkeling in de kabels door verlaging reactief vermogen: ???
Terugverdientijd van:
7.4.4
Conclusies Het plaatsen van motoren van 75 kW is onaanvaardbaar wegens de lange terugverdientijd; Een motor van 55 kW met bijhorende frequentiesturing is terugbetaald op 4,11 jaar; 4 motoren van 55 kW samen met een frequentiesturing en bijhorende klepafsluiters is terugbetaald op 5,18 jaar wat al beter is dan 16 jaar bij een motor van 75 kW.
67
7.5 Samenvatting conclusies afzuiginstallatie - meer aandacht voor periodieke reiniging van de aan stof blootgestelde installaties; - meer preventieve controle uitvoeren op correcte aanspanning en uitlijning van riemen en riemschijven; - controle op de efficiëntie van de huidige motoren (overgedimensioneerd, te zwaar belast,…); - Integratie van frequentiesturing in combinatie met modulerende klepwerking zodat ze samen het afzuigdebiet kunnen garanderen.
68
8
Restwarmte benutting met thermische olie
Zoals in hoofdstuk 2 is uitgelegd, komt de thermische olie van de lucht/thermische olie warmtewisselaar die zich in de recuperator bevindt. Om de warmte van deze thermische olie te onttrekken, zijn er 4 drycoolers voorzien die de omgevingslucht door een netwerk van kleine buizen stuurt waarin de thermische olie vloeit. Deze warme lucht wordt dan voor een deel gebruikt om in het gebouw van de kernmakerij en kernstockage binnengebracht. Het overige debiet wordt momenteel gedissipeerd naar de buitenlucht.
8.1 Verwarming kernstockage
gebouw
kernmakerij
en
Voor de droging van de inlegkernen is het van cruciaal belang om warme en zo droog mogelijke lucht in het gebouw binnen te brengen. Om deze reden is er vroeger beslist om een deel van de warmte van de thermische olie te gebruiken om de hal te verwarmen en zo de kernen te drogen. In Figuur 8.1 is het principeschema te zien van de oliekoeler. Hierop zijn de 4 drycoolers te zien die de warmte van de thermische olie ontnemen. De omgevingslucht die
Figuur 8.1: principeschema oliekoeler met de 4 drycoolers
nu een deel van de warmte van de thermische olie heeft opgenomen, gaat nu in het gebouw naar de kernmakerij en kernstockage. De buis richting vormlijn Taccone is uit dienst genomen, waardoor de helft van de warme lucht rechtstreeks naar buiten geleid wordt en dus nutteloos is. De andere helft wordt dus voor een vierde via kleppen A en B binnengebracht 69
plus een vierde via de kleppen C en D om vervolgens via het afleidingskanaal naar kleppen N,O en P te lopen en vervolgens naar de 23 ventilatoren, die beneden de warme lucht binnen blazen. De letters die op het schema staan, staan voor de jaloeziekleppen. De rode kleppen zijn analoog gestuurd en de groene zijn digitaal gestuurd, maar staan momenteel volledig open.
Figuur 8.3: Vierkant kanaal met kleppen N,O en P
Figuur 8.2: Oliekoeler met duiventillen
Op Figuur 8.2 is de buitenzijde van de oliekoeler te zien. Op deze drycooler zijn de duiventillen geplaatst die de warme lucht desgewenst naar binnen of naar buiten loodsen. Op Figuur 8.3 is het vierkante kanaal te zien met de kleppen N,O,P. Onderaan deze foto zijn de kernen te zien die hier gestockeerd staan om te drogen.
8.1.1
Probleemstelling
Om een goede klimaatregeling te verkrijgen in de kerndrogerij is er beslist om de jaloeziekleppen door middel van een PID-regeling te gaan sturen. Op de grafiek weergegeven door Figuur 8.4, is te zien dat wanneer de temperatuur van de thermische olie -weergegeven op de rechtse verticale as- daalt, ook de temperatuur in de kernmakerij bijna gelijktijdig daalt en dat de vochtigheid op dat moment ook toeneemt. Dit is duidelijk te zien bij het stilleggen van de warmewindkoepeloven rond 21:00 en rond 13:00 is er ook een lichte daling van de
70
Figuur 8.4: Temperatuurverloop kerndmakerij zonder regeling
olietemperatuur. Om deze temperatuursvallen en vochtigheidsstijgingen te voorkomen zal er onderzocht worden om een temperatuurregeling te ontwerpen om het gebouw op de gewenste temperatuur en vochtigheid te houden, ook bij een daling van de temperatuur van de thermische olie (door recirculatie).
8.1.2
Opstellen van een temperatuurregeling
8.1.2.1 Debietmeting vierkant kanaal Om een temperatuurregeling op te stellen dient het debiet van de ingeblazen warme lucht geweten te zijn. De debietmeting vond plaats volgens de ISO 10780 norm voor vierkante kanalen. De buis werd verdeeld in 16 gelijke delen waar telkens een meting plaatsvond. Hiervan werd dan het gemiddelde genomen. Tabel 24: Meetprincipe vierkant kanaal (ISO 10780, 1994)
1
5
9
13
2
6
10
14
3
7
11
15
4
8
12
16
De meting vond plaats in volgende omstandigheden:
Kleppen E,F,G & H gesloten; Kleppen A,B,C & D open; Kleppen N,O & P gesloten; 4 drycoolers in werking; 23 ventilatoren in werking.
Tabel 25: debietsmeting kanaal naar kernmakerij en kernstockage (m³/s)
15,3 15,3 15,6 15,1
15
14,8 14,4
14
14,7 15,3 15
13,8 11,8 12,5
15,3 14
De gemeten temperatuur was gemiddeld 65 °C met een uitgemiddeld debiet van 14,5 m³/s. Dit is een zesde van hetgeen de 4 drycoolers theoretisch gezien geven. Dit wil zeggen dat er 1/12 langs kleppen G en H ontglipt naar de buitenlucht. Het te verwarmen volume in de kernmakerij en kernstockage is samen ± 10 000 m³. Dit wil zeggen dat met het gemiddelde inblaasdebiet van 14,5 m³/s, het 11,5 minuten duurt om het gebouwenvolume van verse warmere lucht te voorzien.
71
Verder diende er natuurlijk ook gekeken worden naar het benuttigd vermogen van de thermische olie, die als verwarming voor de kernmakerij en kernopslag dient.
Qlucht : Ventilatordebiet drycooler (meting van 8.1.1.1) [m³/s] TL: Temperatuur luchtstroming na drycooler (gemeten in de duiventil) [K] Tb: Buitentemperatuur [K] ρ: dichtheid lucht [kg/m³] cv: Soortelijke warmte bij constant volume van lucht [kj/kg*K]
Deze berekeningen die gemaakt zijn via de data van 8-12 december 2014 bekomen we de grafiek die we zien in Figuur 8.5.
Figuur 8.5: Benuttigd vermogen thermische olie (grafiek)
Er is te zien dat er gemiddeld 2 000 kW aan warmte onttrokken wordt om de kernmakerij en kernstockage op te warmen gedurende de werking van de warmewindkoepeloven.
72
8.1.2.2 Recirculatie via kleppen N,O en P Om zeker te zijn dat via kleppen N,O en P lucht kan gerecirculeerd worden tijdens stilstand van de warmewindkoepeloven is er met een eenvoudige test bepaald of er lucht in de leiding getrokken wordt vanuit het gebouw of dat er lucht uitgeblazen wordt in het gebouw. Deze test vond plaats onder volgende omstandigheden:
Kleppen N,O & P open Kleppen C,D open 4 drycoolers in werking
Dit leverde volgende resultaten op: 1. Ventilatorengroep 1 in werking: er blies lucht via de kleppen N,O en P naar binnen waardoor het vlagje weg van de kleppen bewoog; 2. Ventilatorengroepen 1 & 2 in werking: het vlagje stond stil wat wil zeggen dat er geen luchtverplaatsing plaatsvond 3. Ventilatorengroepen 1,2 & 3 in werking: het vlagje stond naar binnen toe zoals te zien in Figuur 8.6. Dit wil zeggen dat er op deze manier lucht kan gerecirculeerd worden.
Figuur 8.6: Test in- of uitgang lucht via kleppen N,O & P
Door bovenstaande resultaten is het mogelijk om bij een temperatuursval van de thermische olie de lucht die bovenaan in het gebouw warmer is dan beneden te recirculeren en zo de koudere periode van de thermische olie te overbruggen.
73
8.1.3
Resultaten temperatuurregeling
Figuur 8.8:Temperatuurverloop Kernmakerij (KMK) en stockage (14-16/11/2014)
Figuur 8.7:Temperatuurverloop Kernmakerij (KMK) en stockage (19-21/12/2014)
In Figuur 8.8 is het temperatuurverloop van de kernmakerij en de kernstockage te zien voor plaatsing van de temperatuurregeling. In Figuur 8.7 is het temperatuurverloop van de kernmakerij en de kernstockage te zien wanneer de temperatuurregeling in de PLC geplaatst werd. Deze 2 weken zijn uitgekozen omdat ze een ongeveer gelijke buitentemperatuur hebben. In Figuur 8.8 zien we dat na het stilleggen van de oven op vrijdag 14/11/2014 de temperatuur in de kernmakerij daalt tot ± 15 °C bij een buitentemperatuur van 10 °C. Op Figuur 8.7 is te zien dat met de temperatuurregeling en de recirculatie via kleppen N,O & P de temperatuur veel langzamer daalt en op het einde van het weekend de temperatuur niet onder de 18 °C gaat, nochtans is het buiten net iets kouder dan op 17/11/2014. De temperaturen van de kernstockage zijn tevens ook gestegen door de temperatuurregeling. Deze heeft een schommelend effect omdat in de buurt van de meting een verwarmingstoestel staat. 74
Figuur 8.9:Vochtmeting kernmakerij (KMK) en stockage (14-16/11/2014)
Figuur 8.10:Vochtmeting Kernmakerij (KMK) en stockage (19-21/12/2014)
In Figuur 8.9 zien we de vochtmeting op dezelfde tijdstippen als de temperatuurmetingen op p84. We zien hier dat de vochtigheid in de kernmakerij tot 60 % stijgt en dat deze na de temperatuurregeling in de PLC op Figuur 8.10 tot maximaal 45 % stijgt. Dit is een daling van 15 %. Ook in de ruimte van de kernstockage is een vochtigheidsdaling van 15-20 % te zien. Deze betere temperatuurregeling levert niet alleen een aangename werktemperatuur maar leidt nu al tot kwaliteitsstijgingen van de kernen. Dit doordat de vochtigheid daalde en de temperatuur stijgde.
75
8.2 Uitrolling warmtenet Om te weten hoeveel vermogen er effectief aanwezig is in de thermische olie is er besloten om dit te berekenen via de in- en uitgangstemperatuur van de warmtewisselaar in de recuperator (zie 3.1.2). Deze berekening verliep via de volgende formule:
Qolie : Pompdebiet thermische olie [m³/h] ΔTolie: Temperatuursverschil in- en uitgang warmtewisselaar [K] ρ: dichtheid thermische olie [kg/m³] cv: Soortelijke warmte bij constant volume van de thermische olie [kj/kg*K]
Om een goed en betrouwbaar beeld te krijgen van het vermogen beschikbaar in de thermische olie zijn de berekeningen gemaakt over een volledige werkweek. Hieronder een uitgewerkt voorbeeld:
De dichtheid en soortelijke warmte van de thermische olie zijn afhankelijk van de temperatuur en worden weergegeven in Bijlage 1:thermische olie. Het debiet van 140 m³/h komt uit Figuur 8.11. Op de drukmeter in de leiding was er een drukverschil van 0,3 bar bij een temperatuur van 100 °C met bijhorende relatieve dichtheid van ± 800 kg/m³. Dit zorgt ervoor dat het pompdebiet 100 % is
76 Figuur 8.11: Volumestroomschema thermisch olie (interne documentatie)
De werking van de verschildrukmeting wordt uitgelegd door de wet van Bernoulli
Figuur 8.12: Meetprincipe Volumedebiet thermische olie (eFunda, 2015)
(eFunda,2015)
De bovenstaande vergelijking houdt nog geen rekening met de turbulentie en met de kinetische energie die omgezet wordt in warmte door wrijving, daarom wordt Cd als verminderingscoëfficiënt ingevoegd.
Omdat de volumestroom net na de orifice zéér complex is en de oppervlakte A2 onzeker is door de stroming wordt de stromingscoëfficiënt Cf ingevoegd.
Wanneer nu (2) in (1) geplaatst wordt, staat de formule op punt.
77
8.2.1
Intern gebruik van resterend vermogen
Figuur 8.13: Beschikbaar en benuttigd vermogen thermische olie (grafiek)
78
Doordat momenteel 50% van de capaciteit van de restwarmte gebruikt wordt voor de droging van de kernen, is slechts de helft van de capaciteit over om een warmtenet te ontplooien binnen Proferro..
Figuur 8.14: Basisprincipeschema restwarmtegebruik binnen Proferro
In Figuur 8.14 zie je een basisprincipeschema waarmee we de warmte van warmtewisselaar (WW1) kunnen benutten. De thermische olie gaat van WW1 naar WW2 om zijn warmte af te geven voor het warmtenet of enkel naar de drycooler via de 2-weg kraan (K1) en de 3-weg kraan (K2) indien er te weinig warmte in de thermische olie aanwezig is om te gebruiken in het te ontplooien warmtenet. Wanneer de temperatuur van de thermische olie te laag wordt zorgt K2 ervoor dat de thermische olie gewoon rondgepompt wordt en niet in de drycooler terechtkomt. 8.2.1.1 Huidige situatie De hallen worden momenteel opgewarmd door centrale verwarmingseenheden en infrarode warmtestralers die beiden gestookt worden op aardgas. In totaal staan er in de hallen die extra warmte kunnen gebruiken een warmtecapaciteit aan verwarmingstoestellen van ± 5 790 kW. De plaats en het vermogen van deze verwarmingstoestellen staan afgebeeld op de plattegrond in Bijlage 7: Plattegrond Proferro Alle zones werden gevraagd naar hun persoonlijke warmtebehoefte in de koudere periodes van het jaar. De bevolkingsdichtheid in de gebouwen werd door middel van gekleurde bollen op schaal uitgezet voor alle ploegen (vroege ploeg, late ploeg en nachtploeg). Verder werd er 79
een onderscheid gemaakt in ruimtes die de warmte procesmatig het volledige jaar nodig hebben (kernmakerij, kernstockage en doucheruimte) en ruimtes die enkel in de winter verplicht warmte nodig hebben (verfbad). Op basis van de zonering en plaatsbepaling van de huidige verwarmingstoestellen kon er dan op het grondplan een warmtenetwerk uitgerold worden. 8.2.1.2 Uitbreidingsmogelijkheden Op het grondplan in Bijlage 7: Plattegrond Proferro is de uitrolling van het warmtenet te zien. Deze wordt zoals te zien is langs de grootst behoevende zones geleid. Op dit plan zijn ook de plaatsen te zien waar er luchtgordijnen geplaatst kunnen worden. Deze luchtgordijnen zorgen voor een grote energiebesparing doordat er geen koude wind van buiten naar binnen kan komen en zal tevens ook het warmtegevoel in het gebouw sterk verhogen. De luchtgordijnen voor de poorten treden in werking wanneer de poort opent totdat ze volledig gesloten is. Het vermogen van deze luchtgordijnen is geschat op 180 kW. Dit wil zeggen dat er 540 kW aan luchtgordijnen geplaatst wordt. Deze 540 kW wordt dus niet constant afgenomen, maar enkel wanneer de poort open is. Een extra voordeel is dat er met de resterende warmte op het einde van het warmtenet op de verwarmingsinstallatie van het sanitaire water kan overgegaan worden om het water nog eens te verhitten om een laatste verwarmingstoestel te voorzien van warmte. Men kan hier ook zijn warmte kwijt aan het sanitaire water. Dit gebeurt nu ook al door de restwarmte van de compressoren. 8.2.1.3 Terugverdientijd installatie De kostprijs van dit project om het getekende warmtenet in Bijlage 7: Plattegrond Proferro te ontplooien met een totale leidinglengte van 700 m (1 400 m met retourleiding) en de bijhorende toestellen staan hieronder samengevat en zijn bekomen tijdens een bespreking met Callens & emk maar zonder verbintenissen:
warmtewisselaar: € 15 000 waterpomp: € 5 000 expansie systeem: € 5 000 3 – wegkraan: € 4 000 leidingnetwerk (DN 100): €/m 70 => € 100 000 15 luchtverhitters van elk 100 kW: € 15 000 3 luchtgordijnen: 3 * € 2 500= € 7 500 installatiekost: € 20 000
€ 180 000-200 000
Om de terugverdientijd te kunnen bereken moet natuurlijk ook de winsten benaderd worden wanneer we de restwarmte uit de thermische olie benutten. In Bijlage 9: Berekening toekomstig gasverbruik in functie van de graaddagen staan de tabellen en de grafiek waaruit we het toekomstig aardgasverbruik schatten. Eerst is er als referentiejaar 2013 gekozen en is er het gasverbruik uitgezet ten opzichte van de graaddagen. Door in deze grafiek een regressielijn te tekenen tussen de verschillende punten kon het toekomstig verbruik bepaald 80
worden in functie met de toekomstige graaddagen per maand. Dit verbruik is in Figuur 8.15: Verbruik verwarming Proferro en gebruik van de restwarmte (grafiek) te zien in de grijze kleur.
Figuur 8.15: Verbruik verwarming Proferro en gebruik van de restwarmte (grafiek)
Doordat er uit Figuur 8.15 kan afgeleid worden dat er nog minstens 1 500 kW aan restwarmte over is na het verbruik aan warmte in de kernmakerij en kernstockage kunnen we dit gebruiken in de schatting die we maken om de restwarmte te gebruiken. Om er zeker van te zijn dat er niet teveel gerekend wordt, is er besloten om met 1 200 kW aan restwarmte te rekenen en dit 20 dagen per maand aan een gemiddelde van 16 h per dag. Er wordt aangenomen om van mei tot september geen gebruik te maken van de restwarmte. De maanden januari en februari tellen maar 15 werkdagen door het kerstverlof en zijn hier in deze berekening ook al meegerekend die te zien zijn int Tabel 26: Toekomstig gasverbruik en gebruik van restwarmte
81
Tabel 26: Toekomstig gasverbruik en gebruik van restwarmte
toekomst januari februari maart april mei juni juli augustus september oktober november december Totaal
Graaddagen verbruik (synergrid, 2015) (Nm³)
verbruik restwarmte (MWh) (MWh)
410 363 304 204 104 44 13 14 61 166 289 391
73855 60395 45329 24447 9419 3212 831 899 4757 18047 41823 68258
856 700 525 283 109 37 10 10 55 209 485 791
288 384 384 200 0 0 0 0 0 150 384 288
2363
351272
4071
2078
Uit bovenstaande tabel blijkt dat er naar schatting jaarlijks ± 2 078 MWh aan aardgas kan bespaard worden. Dit komt overeen met een jaarlijkse besparing van ± € 63 300. Dit komt neer op volgende terugverdientijd:
Deze terugverdientijd is heel aantrekkelijk om tot uitvoering over te gaan.
82
8.2.2
Extern gebruik van resterend vermogen
Figuur 8.16: Beschikbaar vermogen thermische olie en benodigd vermogen zwembad Ieper
83
In Figuur 8.17 is op het basisprincipeschema te zien hoe met de restwarmte het stedelijk zwembad van Ieper opgewarmd kan worden. Hier gaat de thermische olie via WW1 naar WW2 om zijn warmte af te geven aan water die rondgepompt wordt. Dit water zal dan de straat oversteken via een ondergrondse geïsoleerde leiding tot bij het zwembad. Daar zal het via een 3de warmtewisselaar (WW3) zijn warmte overzetten op het water van het zwembad. De reden waarom hier gewerkt wordt met een 3de warmtewisselaar is enkel om geen risico te lopen dat bij een lek in de warmtewisselaar thermische olie in het zwembadwater zou terechtkomen. Wanneer Proferro te weinig warmte kan leveren om het zwembad op te warmen kan de huidige brander die nu het water opwarmt, het zwembadwater opwarmen. Het zou natuurlijk ideaal zijn om de resterende warmte die na gebruik voor de kernmakerij en kernopslag en de verwarming van het zwembad om te kunnen gebruiken in de gebouwen van Proferro.
Figuur 8.17: basisprincipeschema restwarmtegebruik voor zwembad Ieper
Om de restwarmte naar het zwembad te krijgen zal er een ondergrondse geïsoleerde buis naar het zwembad gelegd moeten worden. In Bijlage 8: Ondergrondse leiding naar zwembad Ieper is de afstand uitgetekend tot aan het zwembad. De totale lengte van deze leiding is ± 500 m. Wanneer de leiding goed geïsoleerd is zal het warmteverlies via deze leiding vrij beperkt blijven.
84
Algemeen besluit Zuurstofinjectie in de warmewindkoepeloven is een noodzaak geworden voor een optimale werking ervan. Door zuurstof op een constantere en beter geregelde manier in de oven te brengen kan er een diepere en betere penetratie van de zuurstof bekomen worden. Dit kan het cokesverbruik verder verlagen. De zuurstoftoevoeging in de warmewindkoepeloven gebeurt momenteel door deze te injecteren op supersonische wijze met een convergente-divergente nozzle. Het gebruik van een vernieuwd systeem wordt niet op één dag gekozen. Er is gekozen om een thermische balans van de volledige warmewindkoepeloven te maken. Hierover zijn de besprekingen gaande bij het einde van deze masterproef. Het totaal vernieuwen van de potbranders voor het voorverwarmen van de gietpotten is financieel niet haalbaar. Wat belangrijker is dan het totaal vernieuwen van de potpranders, is het goed afregelen van het brandstof/lucht mengsel. Dit kan al grote besparingen op het gasverbruik opleveren. De overweging om de reserve gietpot niet voor te verwarmen kan genomen worden vermits het breken van een gietpot slechts zéér zelden voorkomt. Bij het warmhouden van de warmewind is het onbetaalbaar om het volledige kanaal te vernieuwen in een metaal dat meer bestand is tegen de hitte van de warme wind. Het opnieuw isoleren en herstellen van het verticale kanaal heeft een temperatuursstijging van de warmewind van 3-5°C wat zeker tot rendementswinsten zal leiden. Het extra verwarmen van de warmewind via een gasbrander is zowel op exploitatie- als op aankoopvlak onhaalbaar. Door het extra vernietigen van zuurstof in de warmewind moet er ook extra zuurstof bijgevoegd worden om op het zelfde zuurstofniveau te komen. De vier afzuiginstallaties die bestudeerd zijn werkten verre van efficiënt. Om te beginnen werden de aandrijvingen één voor één bekeken. Hieruit bleek al snel dat bijna geen enkele riemschijf en/of V-riem in goede conditie was of op een correcte manier geplaatst werd. Door een efficiëntere uitvoering van de preventieven moet dit vermeden worden. Door riemoptimalisatie kunnen er niet enkel energetisch winsten bekomen worden (daling van 2,33 % van het opgenomen vermogen van de motor), maar daarmee kan ook het afzuigdebiet vergroot worden, wat dan weer een beter werkklimaat oplevert. De werkpostbezetting werd ook bekeken. Hierop zijn er vooral tijdens de nachtshifts grote besparingsmogelijkheden. Dan zijn minder werkposten actief en kunnen er afzuiginstallaties afgeschakeld worden. Het kiezen van een inductiemotor in combinatie met een frequentiesturing en afsluitkleppen is beter bespreekbaar dan enkel het plaatsen van nieuwe motoren zonder frequentiesturing. Om een goed beeld te krijgen over de effectieve verbruiken van alle afzuiginstallaties, zouden deze gelogd moeten worden zodoende goede beslissingen te kunnen nemen.
85
De restwarmte die zich in de thermische olie bevindt, is voldoende om een deel van de gebouwen te verwarmen. De grote vraag blijft nog altijd of dit financieel haalbaar is. Het gebruik van de restwarmte voor de verwarming van het stedelijk zwembad in Ieper is een dankbare afnemer van deze restwarmte. Het zwembad is zowel in de winter als zomer een constante afnemer van warmte. Want bij het gebruik voor de verwarming van de gebouwen is deze warmte enkel bruikbaar gedurende de winter. Momenteel wordt ongeveer 50% van de restwarmte gebruikt om de kernmakerij en kernstockage te verwarmen. Door een goede regeling van de temperatuur hier, is het mogelijk om de kernen op een constantere manier te drogen. De resultaten uit deze masterproef zullen gebruikt worden in kader van verdere studies voor het EBO (energiebeleidsovereenkomst). Deze resultaten en bevindingen zullen eventueel ook verder onderzocht worden binnen het bedrijf om zo tot praktische realisaties over te gaan en zo energie-efficiënter te worden op zoveel mogelijk vlakken.
86
Referenties 1735 Power Logger [brochure]. (z.j.). Fluke. (1946). Handbook of cupola operation. Chicago (Ill.): American foundrymen's society. SKF Maintenance and lubrication products. (2014). Geraadpleegd op 12 december 2014 via http://www.skf.com/binary/21-163650/03000EN.pdf Goovaerts, L., Veys, Y., Meulepas, P., Vercaemst, P. & Dijkmans, R. (2001). Best beschikbare technieken voor gieterijen. Geraadpleegd op 12 september 2014 via http://emis.vito.be/sites/emis.vito.be/files/pages/1125/2013/gieterijen.pdf Dedier, W.,Gryson, R. (2012). Ontwerp van een hotbox [masterproef]. Katholieke Hogeschool Sint-Lieven, Elektromechanica. eFunda. (2015). Orifice Flowmeter. Geraadpleegd op 10 januari 2015 via http://www.efunda.com/formulae/fluids/calc_orifice_flowmeter.cfm Fluke-warmtebeeld-camera’s voor industriële toepassingen [Brochure]. (z.j.). Fluke. Glass Melting. (2014). Geraadpleegd op 17 oktober 2014 via http://www.lindeus.com/en/processes/melting_and_heating/glass_melting/index.html Graaddagen. (2013). Geraadpleegd op 13 november 2014 via http://www.synergrid.be/index.cfm?PageID=17601&language_code=NED Hamberger, R., Schmidt, J. & Von Hoessling, G. (2001). EP 0946848 B1. Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines schachtofens. HIGHJET®TDI Oxygen Technologies. (2011). Geraadpleegd op 21 november 2014 via http:// http://www.linde-gas.nl Holleis, B. & Schuddinck, G. (2014). Pulsating Oxijet®-System for cupola furnace. Gumpoldskirchen: Messer. Hurst, J.E. (1929). Melting iron in the cupola. Cleveland: The Penton Publishing Co. ISO 10780. (1994) Stationary source emissions – Measurement of velocity and volume flowrate of gas streams in ducts. Genève: International Organization for Standardization. Jarry, L. (2009). BoostAL Ladle Heating: Solution for metal transportation. Air Liquide. Kanthal electrical ladle heaters [brochure]. (2013). Sandvik Ladle heating systems [brochure]. (2012). Promeos
87
Moran, J., Shapiro, N., Boettner, D. & Bailey, B. (2012, zevende druk). Principles of engineering thermodynamics. Asia: John Wiley & Sons. Mouwenfilter. (2012). Geraadpleegd op 20 november 2014 via http://www.emis.vito.be/node/19308 Picanolgroup. (2013). Http://www.picanolgroup.com. Geraadpleegd op 5 november 2014 Pollefliet, A. (2013) Donkere wolken over Belgische zonnepanelensector. Energymag. Pollefliet, J. (2011, zevende druk). Elektronische vermogencontrole: Dl. 2. Elektronische motorcontrole. Pöschl, M. & Lodde, M. (2011). Einsatzeiner energieeffizienten pfannenaufheizstat ion bei der herstellung von edelstahl. Geraadpleegd op 15 september 2014 via http://www.umweltinnovationsprogramm.de/sites/default/files/benutzer/36/dokumente/schme es_abschlussbericht_final.pdf Proferro. (2013). Http://www.proferro.be. Geraadpleegd op 4 november 2014 Saha, D. & Smith, S.P. (2010). Oxygen-a versatile tool to enhance cupola operations. Allentown: Air Products. Tension gauge for drive belts VSM-1 [brochure]. (2005). ContiTech Thermo-Anemo-Manometer MP200 [brochure]. (2011). Kimo Tihon, G. (2012). Le cubilot. Sevres Cedex: Ctif. Verordening (EU) Nr. 601/2012. (2012). De monitoring en rapportage van de emissies van broeikasgassen overeenkomstig richtlijn 2003/87/EG van het Europees parlement en de raad. Geraadpleegd op 19 november 2014 via http://emis.vito.be/sites/emis.vito.be/files/legislation/1332/2012/pbl120712-1.pdf Wood, S. & Harris, A. T. (2008). Progress in energy and combustion Science: Dl. 34. Porous burners for lean-burn applications
88
Bijlagen
89
Bijlage 1:thermische olie
90
91
Bijlage 2:Dimensies en eigenschappen van Company: Name: Street/No.: Zip Code: Country:
Proferro David Van de Velde Steverlyncklaan 15 8900/ Ypres Belgium
email: phone:
Ladle 1 Da: Di: hi: ha: Diu: Capacity: Material:
ladle 2 940 mm Da: 620 mm Di: 700 mm hi: 850 mm ha: 560 mm Diu: 800 kg Capacity: EN-GJL 150-200-250-300 Material:
[email protected] +32477585275
de gietpotten
Current used heaters Heating system type Installed capacity gas consumption/day Current target temperature detecting temperature warm-up time based on room temperature number of warm-up cycles/day Total warm-up cycles/month Are delivered ladles dried inside Energy gas pressure New heaters new target temperature ladle heating time Control of ladle temperature
970 mm 740 mm 1000 mm 1100 mm 560 mm 1000 kg EN-GJS 400-450-500-600-700
gas burner 3 vertical, 3 horizontal 3*120+3*70=570 kW 830 m³/day 800 °C in the ladle/automatic 300 min 1 ± 14 No natural gas 300 mbar
92 1000°C …. automatic
Bijlage 3: Contitech V-riemberekening
93
Bijlage 4: Energieklem EL 3413
94
Bijlage 5: Prijsofferte afsluitkleppen
95
96
97
Bijlage 6: Prijsoffertes inductiemotoren
98
99
Bijlage 7: Plattegrond Proferro
100
Bijlage 8: Ondergrondse leiding naar zwembad Ieper
101
Bijlage
9:
Berekening
toekomstig
gasverbruik in functie van de graaddagen
2013 graaddagen verbruik (Nm³) januari 446 82732 februari 420 63677 maart 417 82242 april 229 30556 mei 167 10001 juni 49 2112 juli 2 0 augustus 2 0 september 68 6945 oktober 113 7481 november 300 50303 december 391 68258 Totaal 2604 404307
toekomst graaddagen verbruik (Nm³) januari 410 73855 februari 363 60395 maart 304 45329 april 204 24447 mei 104 9419 juni 44 3212 juli 13 831 augustus 14 899 september 61 4757 oktober 166 18047 november 289 41823 december 391 68258 Totaal 2363 351272
102
