DE102008034746A1

DE102008034746A1 - Verfahren zur Energieeinsparung in einem Lacktrocknungssystem für Lackierereien, insbesondere Fahrzeug-Lackierereien

Info

Publication number: DE102008034746A1
Application number: DE200810034746
Authority: DE
Inventors: Klaus Dieter Strohschnieder; Ludger Alerich Wahrheit; Fokko Johann Crone
Original assignee: CRONE WAERMETECHNIK GmbH; Crone Warmetechnik GmbH
Current assignee: Crone Waermetechnik 26817 Rhauderfehn De GmbH; Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2008-07-24
Filing date: 2008-07-24
Publication date: 2010-02-04
Anticipated expiration: 2028-07-25
Also published as: DE102008034746B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Energieeinsparung in einem Lacktrocknungssystem für Lackierereien, insbesondere Fahrzeuglackierereien. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lacktrocknungssystem der vorbezeichneten Gattung zu schaffen, das zu wesentlichen Energieeinsparungen führt. Gemäß einer ersten Lösung der Aufgabe ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß im Trocknerraum die Schadstoffkonzentration gemessen wird und auf eine entsprechende Regelgröße eingestellt wird und von einem PID-Regler überwacht wird und von diesem ausgehend die Frequenzumrichter der Elektromotoren der Abluft- und Frischluft-Ventilatoren so geregelt werden, daß mit Änderungen der Drehzahlen der Elektromotoren die Regelgröße der Schadstoffkonzentration eingeregelt wird. Gemäß einer zweiten Lösung der Aufgabe wird der den Trocknungsraum zuzuführende Frischluftstrom als Wärmeisolator für die Außenhaut der thermischen Nachverbrennungsanlage genutzt. Gemäß der dritten Lösung der gestellten Aufgabe wird das aus der thermischen Nachverbrennungsanlage austretende heiße Reingas vor der Einleitung in die verschiedenen Umgas-Rekuperatoren und Frischluft-Rekuperatoren jeweils abschnittsweise durch den Trocknungsraum geführt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Energieeinsparung in einem Trocknungssystem für Lackierereien, insbesondere Fahrzeug-Lackierereien, mit einem Trockner-Raum, der eine Eintrittsschleuse, eine Aufheizzone, eine Haltezone und eine Austrittsschleuse hat, mit einer Frischluft-Zufuhr für den Trockner, mit einer thermischen Nachverbrennungsanlage zur oxidativen Umsetzung der organischen Substanzen in der dem Trockner entnommenen mit Lösungsmitteln kontaminierten Abluft, und mit einer Nutzung der Wärmeenergie des aus der thermischen Nachverbrennungsanlage austretenden Reingases in mehreren Rekuperatoren, in denen die Abluft vor der Nachverbrennung vorgeheizt und die Beheizungsluft und die Frischluft für den Trockner aufgeheizt wird, sowie mit Abluft- und Frischluftventilatoren und mit Regeleinrichtungen.
In einer Auto-Lackiererei werden nach dem Stand der Technik die frisch lackierten Karossen auf einem Tragrahmen, SKID genannt, in den Trockner gefahren, wobei sich die organischen Lösungsmittel in dem frischen Lack der Karossen befinden. Nach der Aufheizung in der Aufheizzone gelangen die Karossen in die Haltezone mit einer Temperatur von etwa 140–180°C, in der der eigentliche Trocknungsvorgang erfolgt. Danach verlassen die Karossen den Trockner. Die bei dem Trocknungsvorgang im Trockner freigesetzten, gasförmigen, organischen Stoffe werden abgesaugt und als Abluft (Rohgas) einer thermischen Nachverbrennungsanlage (TNV) zur oxidativen Umsetzung der organischen Substanzen in die nicht toxischen Verbindungen Kohlendioxid und Wasserdampf zugeführt. Die Abluft wird vor der TNV zunächst in einem Abluftrekuperator vorgewärmt, bevor sie in die Brennkammer geleitet wird. Der Brennkammer wird als Brennstoff z. B. Erdgas zugeführt. Das aus der Verbrennung resultierende Reingas wird zunächst durch den Abluftrekuperator geführt und anschließend Umgasrekuperatoren zugeführt, welche die dem Trockner entnommene Luft wieder aufheizen. Schließlich wird das Reingas durch einen Frischluftrekuperator geführt, in dem die dem Trockner zuzuführende Frischluft aufgeheizt wird.
Dieses bekannte Trocknungsverfahren ist aufgrund der steigenden Primärenergiegreise als nicht mehr effizient zu bewerten. Der verfahrenstechnische Wärmebedarf für den Trockner und der reale Primärenergieverbrauch liegen nicht im Gleichgewicht, weil die projektierte Reingastemperatur von 160–180°C nicht der realen Reingastemperatur entspricht. Erfahrungen haben gezeigt, daß die realen Reingastemperaturen zumeist zwischen 280–320°C liegen. Trocknertemperatur und Brennkammertemperatur werden geregelt, jedoch bleiben die Trocknerbeladung und die Schadstoffkonzentration im Trockner unberücksichtigt. Die Elektromotoren der großen Ventilatoren für Frischluft und Rohgas laufen oft mit der gleichen Drehzahl, was bedeutet, daß die Luftmassen ungeregelt bleiben.
Des weiteren betragen die Transmissionsverluste über die Wärmeabstrahlung der thermischen Nachverbrennung (Oberfläche der technischen Nachverbrennung z. B. ca. 90 m² mit ca. 55°C) und der Rohrleitungen (Oberfläche der Rohrleitungsaußenhaut z. B. ca. 500 m² mit ca. 45°C) ungefähr 18% der eingebrachten Brennstoffmenge (Quelle: Institut CUTEC), was somit bei einer mittleren Anlagengröße ca. 28 m³/h Erdgas oder entsprechend 278 KW entspricht. Diesem Wärmeeintrag in den Aufstellungsort der Trocknungsanlage muß wiederum mit hohen Hallenlüftungs- bzw. Kühlleistungen entgegengewirkt werden, um ein vertretbares Arbeitsklima einzuhalten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lacktrocknungssystem der vorbezeichneten Gattung zu schaffen, das zu wesentlichen Energieeinsparungen führt.
Gemäß einer ersten Lösung der Aufgabe ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß die im Trockner gemessene Schadstoffkonzentration C-Gesamt an organischen Lösungsmitteln (CnHm) auf eine entsprechende Regelgröße eingestellt und von einem PID-Regler überwacht wird, daß der PID-Regler bei steigenden C-Gesamtwerten eine Stellgröße an die Frequenzumrichter der Elektromotoren der Abluft- und Frischluft-Ventilatoren gibt, wodurch eine Änderung der Drehzahlen der Elektromotoren erfolgt und die gewünschte C-Gesamt-Konzentration im Trockner wieder eingeregelt wird.
Die Schadstoffkonzentration C-Gesamt an organischen Lösemitteln (CnHm) wird in der Mitte des Trockners kontinuierlich gemessen und auf eine entsprechende Regelgröße – z. B. 8 g/m³ im Normzustand – eingestellt. Bei zunehmender Konzentration wird die Frischluftzufuhr dementsprechend erhöht und gleichzeitig wird auch das zu reinigende (mit Lösemitteln kontaminierte) Rohgas dem Trockner entnommen und der TNV zugeführt.
Der C-Gesamt PID-Regler gibt bei steigenden C-Gesamtwerten eine Stellgröße an die Frequenzumrichter der beiden Elektromotoren der Rohgas- bzw. Abluftventilatoren, die die Drehzahl entsprechend senken. Es wird sich somit die gewünschte C-Gesamtkonzentration im Trockner von 8 g/m³ einstellen. Gleichzeitig erhöht sich mit zunehmender C-Gesamtkonzentration die Energiezufuhr in der Brennkammer der TNV, denn 8 g/m³ Kohlenwasserstoffe bedeuten eine Wärmeenergie von ca. 640 KW (Rohgasvolumenstrom 8000 m³/h. i. N.) bei der Verbrennung in der Brennkammer. Somit steigt die Brennkammertemperatur und der Brennkammertemperaturregler wird die Brennstoffzufuhr um den gleichen Betrag senken. Mit zunehmender Konzentration sinkt demzufolge auch der Volumenstrom des Rohgases, so daß der Volumenstrom der zu reinigenden Abluft (Rohgas) in der Brennkammer der TNV im gleichen Maße abnimmt. Dies hat ebenfalls eine Brennstoffeinsparung zur Folge.
Im Pausenbetrieb oder im Teillastbetrieb des Trockners nimmt somit der Energiebedarf aufgrund der C-Gesamtregelung erheblich ab.
Eine stetige sicherheitstechnische Messung der C-Gesamtkonzentration im Trockner gewährleistet einen gefahrlosen Betrieb der Trockneranlage, so daß die Gefahr eines explosiven Gemisches ausgeschlossen wird. Es werden die Meßgrößen des C-Gesamtreglers und der C-Gesamtüberwachung stetig miteinander verglichen. Sollte eine Abweichungstoleranz überschritten werden, so schaltet die Sicherheit-C-Gesamtüberwachung sofort auf den ungeregelten Modus, d. h. die beiden Elektromotoren werden direkt mit voller Netzfrequenz angesteuert und laufen auf maximale Drehzahl, weil im Störmodus (oder bei negativer Plausibilitätsprüfung) die Frequenzumrichter umgangen werden.
Gemäß einer zweiten Lösung der Aufgabe, für die auch selbstständiger Schutz beansprucht wird, ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß der Frischluftstrom als Wärmeisolator für die Außenhaut der thermischen Nachverbrennungsanlage eingesetzt wird.
Dazu wird die heiße Oberflächenhaut der TNV (Temperatur max. 500°C) von einem Gehäuse umschlossen, das einen allseitigen Ringspalt freiläßt. In diesen Ringspalt wird das Rohgas aus dem Trockner mit einer Temperatur von 140–180°C geführt. Mit einem weiteren äußeren Gehäuse wird ein Ringspalt für die Frischluft geschaffen, die aus der Halle angesaugt eine Raumtemperatur von ca. 25°C aufweist. Die Frischluft wird tangential an der Stirnseite der thermischen Nachverbrennungsanlage (Brennerseite) eingeführt und strömt entlang des gesamten TNV-Zylinders zur Rückseite der TNV und umschließt somit die gesamte thermische Nachverbrennungsanlage. Die Temperatur der Frischluft wird auf ihrem Wege vom Eintritt bis zum Austritt aus der TNV-Außenhülle um ca. 25 K ansteigen, so daß die zu isolierende Außenhülle lediglich noch 50°C beträgt. Bei einer 100 mm starken Isolierung beträgt die Temperatur dann auf der Isolierung noch ca. 4 K über Raumtemperatur.
Gemäß einer dritten Lösung der Aufgabe, für die auch selbstständiger Schutz beansprucht wird, ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß das aus der thermischen Nachverbrennungsanlage austretende heiße Reingas abschnittweise durch den Trockner geführt wird, danach einem ersten Umgasrekuperator zum Aufheizen der Trocknerluft zugeführt wird, danach wieder durch den Trockner geführt und wenigstens einem zweiten Umgas-Rekuperator zum Aufheizen der Trocknerluft zugeführt wird und danach wieder durch den Trockner geführt und einem Frischluft-Rekuperator zum Aufheizen der Frischluft zugeführt wird.
Erfindungsgemäß wird also vorgeschlagen, die Reingasleitung abschnittsweise durch den Trockner zu führen um damit den Trockner zusätzlich aufzuheizen. Die Reingasleitung für das aus der thermischen Nachverbrennungsanlage austretende Reingas hat bei herkömmlichen Auto-Trocknungsanlagen eine Länge von ca. 100 m. Hinter der thermischen Nachverbrennungsanlage hat das Reingas ein Temperaturniveau von ca. 400°C, die nach dem letzten Frischluft-Rekuperator bei ca. 180°C liegt. Damit hat das Reingas auf seiner ganzen Länge eine Temperatur über dem Trocknertemperaturniveau.
Gemäß einer vierten Lösung der Aufgabe, für die auch selbstständiger Schutz beansprucht wird, ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß in der Eintrittsschleuse und in der Austrittsschleuse des Trockners ein definierter leichter Unterdruck erzeugt wird und dieser Unterdruck über eine gegenüberliegende Absaugvorrichtung mit einer unterdruckgesteuerten Regelklappe aufrechterhalten wird.
Bisher wurde in den Schleusen allein heiße Sperrluft (Frischluft) eingesetzt. Erfindungsgemäß wird den Schleusen nun definierte Frischluft zugeführt, wobei eine gegenüberliegende Absaugvorrichtung mit einer unterdruckgesteuerten Regelklappe vorgesehen ist, so daß der Unterdruck in der Ein- und der Auslaufschleuse konstant bleibt und folglich zu viel „Falschluft” vermieden wird. Vorzugsweise wird ein leichter Unterdruck von ca. 10 pascal (Pa) erzeugt, der das Austreten von kontaminierter Trockenluft (Abluft) in die Aufstellungsräume verhindert. Daraus ergibt sich eine weitere Energieeinsparung.
Das Schema der erfindungsgemäßen Ausbildungen ist in der Zeichnung dargestellt.
Der Trockner 1 hat eine Eintrittschleuse 2, eine Aufheizzone 3, eine Haltezone 4 und eine Austrittsschleuse 5. Der Pfeil 6 symbolisiert das Einbringen der Karossen, die sich auf SKIDs befinden. Der kleine Pfeil 7 symbolisiert die Lösungsmittel, die mit den Farbbeschichtungen der Karossen in den Trockner eingebracht werden. Der Pfeil 8 symbolisiert die den Trockner verlassenden Karossen und SKIDs. Die thermische Nachverbrennungsanlage TNV ist mit 9 bezeichnet. 10 und 12 sind Umgas-Rekuperatoren. 14 ist ein Frischluft-Rekuperator. Die Frischluftleitungen sind mit 15 bezeichnet. Die Abluftleitungen sind mit 16 bezeichnet. 18 ist eine Pumpeneinheit für die Frischluft mit Elektromotor und Frequenzumrichter. 19 ist eine Pumpeneinheit für die Abluft mit Elektromotor und Frequenzumrichter.
Die dem Trockner über die Abluftleitung 16 entnommene Abluft (Rohgas) wird über die Pumpeneinheit 19 der thermischen Nachverbrennungsanlage 9 zugeführt und dort dem Oxidationsvorgang unterworfen. Die damit durch Umwandlung gesäuberte Abluft verläßt die thermische Nachverbrennungsanlage als Reingas in der Reingasleitung 24. Der Aufheizzone 3 und der Haltezone 4 des Trockners 1 wird über Umgas-Leitungen 17 abgekühlte Heizluft (Umgas) entnommen, die in den Umgas-Rekuperatoren 10 und 12 aufgeheizt und in die Aufheizzone und die Haltezone zurückgeführt wird.
Daß die technische Nachverbrennung verlassende Reingas wird über einen Abschnitt 24a der Reingasleitung 24 durch die Aufheizzone 3 des Trockners 1 geführt und gelangt dann in den ersten Umgas-Rekuperator 10. Diesen verlassend wird die Heizluft über einen Reingas-Leitungsabschnitt 24b durch die Aufheizzone 3 und die Haltezone 4 des Trockners 1 hindurchgeführt und dann dem zweiten Umgas-Rekuperator 12 zugeführt. Diesen verlassend wird das Reingas über einen Reingas-Rohrleitungsabschnitt 24c wieder durch die Haltezone 4 des Trockners 1 geführt und dann durch den Frischluft-Rekuperator 14 geleitet, worauf es in die Atomsphäre austritt.
Die Frischluft wird über die Frischluftleitung 15 und über die Pumpeneinheit 18 dem äußeren Gehäuse-Ringspalt 22 der thermischen Nachverbrennungsanlage zugeführt, wo sie aufgeheizt wird. Den Ringspalt 22 verlassend, gelangt die Frischluft über eine Frischluftleitung 15a in den Frischluft-Rekuperator 14, wo sie durch das Reingas weiter aufgeheizt wird. Angedeutet ist hier eine Umgehungsleitung des Frischluft-Rekuperators und eine zugehörige Regelungseinheit. Die aus dem Frischluft-Rekuperator austretende heiße Frischluft wird über eine Frischluftleitung 15b sowohl der Eintrittschleuse 2 als auch der Eintrittschleuse 5 des Trockners 1 zugeführt. Aus den Schleusen 2 und 5 wird die Frischluft mit Absaugvorrichtungen 25 mit Regelklappen abgesaugt und in die Frischluftleitung 15 eingeführt, in die außerdem Frischluft aus der Atmosphäre eingespeist werden kann.

Claims

Verfahren zur Energieeinsparung in einem Trocknungssystem für Lackierereien, insbesondere Fahrzeug-Lackierereien, mit einem Trockner-Raum, der eine Eintrittsschleuse, eine Aufheizzone, eine Haltezone und eine Austrittsschleuse hat, mit einer Frischluft-Zufuhr für den Trockner, mit einer thermischen Nachverbrennungsanlage zur oxidativen Umsetzung der organischen Substanzen in der dem Trockner entnommenen mit Lösungsmitteln kontaminierten Abluft, und mit einer Nutzung der Wärmeenergie des aus der thermischen Nachverbrennungsanlage austretenden Reingases in mehreren Rekuperatoren, in denen die Abluft vor der Nachverbrennung vorgeheizt und die Beheizungsluft und die Frischluft für den Trockner aufgeheizt wird, sowie mit Abluft- und Frischluftventilatoren und mit Regeleinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß die im Trockner gemessene Schadstoffkonzentration C-Gesamt an organischen Lösungsmitteln auf eine Regelgröße eingestellt und von einem PID-Regler überwacht wird, daß der PID-Regler bei steigenden C-Gesamtwerten eine Stellgröße an die Frequenzumrichter der Elektromotoren der Abluft- und Frischluft-Gebläse gibt, wodurch eine Änderung der Drehzahlen der Elektromotoren erfolgt und die gewünschte C-Gesamt-Konzentration im Trockner wieder eingeregelt wird.
Verfahren zur Energieeinsparung in einem Trocknungssystem für Lackierereien, insbesondere Fahrzeug-Lackierereien, mit einem Trockner-Raum, der eine Eintrittsschleuse, eine Aufheizzone, eine Haltezone und eine Austrittsschleuse hat, mit einer Frischluft-Zufuhr für den Trockner, mit einer thermischen Nachverbrennungsanlage zur oxidativen Umsetzung der organischen Substanzen in der dem Trockner entnommenen mit Lösungsmitteln kontaminierten Abluft, und mit einer Nutzung der Wärmeenergie des aus der thermischen Nachverbrennungsanlage austretenden Reingases in mehreren Rekuperatoren, in denen die Abluft vor der Nachverbrennung vorgeheizt und die Beheizungsluft und die Frischluft für den Trockner aufgeheizt wird, sowie mit Abluft- und Frischluftventilatoren und mit Regeleinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Frischluftstrom als Wärmeisolator für die Außenhaut der thermischen Nachverbrennungsanlage eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Frischluftstrom über die Außenhaut der thermischen Nachverbrennungsanlage tangential geführt wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Nachverbrennungsanlage einen inneren, durch ein inneres Gehäuse eingeschlossenen Ringspalt für die Abluft (Rohgas) aufweist und einen äußeren durch ein äußeres Gehäuse eingeschlossenen Ringspalt für den Frischluftstrom aufweist, und daß das äußere Gehäuse von einer Außenisolierung umschlossen ist.
Verfahren zur Energieeinsparung in einem Trocknungssystem für Lackierereien, insbesondere Fahrzeug-Lackierereien, mit einem Trockner-Raum, der eine Eintrittsschleuse, eine Aufheizzone, eine Haltezone und eine Austrittsschleuse hat, mit einer Frischluft-Zufuhr für den Trockner, mit einer thermischen Nachverbrennungsanlage zur oxidativen Umsetzung der organischen Substanzen in der dem Trockner entnommenen mit Lösungsmitteln kontaminierten Abluft, und mit einer Nutzung der Wärmeenergie des aus der thermischen Nachverbrennungsanlage austretenden Reingases in mehreren Rekuperatoren, in denen die Abluft vor der Nachverbrennung vorgeheizt und die Beheizungsluft und die Frischluft für den Trockner aufgeheizt wird, sowie mit Abluft- und Frischluftventilatoren und mit Regeleinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der thermischen Nachverbrennungsanlage austretende heiße Reingas abschnittsweise durch den Trockner geführt wird, danach einem ersten Umgas-Rekuperator zum Aufheizen der Trocknerluft zugeführt wird, danach wieder durch den Trockner geführt und wenigstens einem zweiten Umgas-Rekuperator zum Aufheizen der Trocknerluft zugeführt wird und danach wieder durch den Trockner geführt und einem Frischluft-Rekuperator zum Aufheizen der Frischluft zugeführt wird.
Verfahren zur Energieeinsparung in einem Trocknungssystem für Lackierereien, insbesondere Fahrzeug-Lackierereien, mit einem Trockner-Raum, der eine Eintrittsschleuse, eine Aufheizzone, eine Haltezone und eine Austrittsschleuse hat, mit einer Frischluft-Zufuhr für den Trockner, mit einer thermischen Nachverbrennungsanlage zur oxidativen Umsetzung der organischen Substanzen in der dem Trockner entnommenen mit Lösungsmitteln kontaminierten Abluft, und mit einer Nutzung der Wärmeenergie des aus der thermischen Nachverbrennungsanlage austretenden Reingases in mehreren Rekuperatoren, in denen die Abluft vor der Nachverbrennung vorgeheizt und die Beheizungsluft und die Frischluft für den Trockner aufgeheizt wird, sowie mit Abluft- und Frischluftventilatoren und mit Regeleinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß in der Eintrittsschleuse und in der Austrittsschleuse des Trockners ein definierter leichter Unterdruck erzeugt wird und dieser Unterdruck über eine gegenüberliegende Absaugvorrichtung mit einer unterdruckgesteuerten Regelklappe aufrechterhalten wird.