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Energieeffiziente Ziegeltrocknung mit dem KELLER HCW – "Paraflow"-Trockner

[November 2010] Die Firma KELLER HCW setzt seit Anfang der neunziger Jahre erfolgreich Ecorapid-Trockner ein. Der Name steht dabei für Economic und Rapid, also eine wirtschaftliche Schnelltrocknung. In Zeiten explosionsartig steigender Energiepreise und erhöhtem Qualitätsanspruch sowie dem Streben nach höherer Wirtschaftlichkeit und umweltschonenden Prozessen hat die Firma KELLER HCW hier wie auch bei anderen Trocknertypen nach Verbesserungspotential gesucht und ist dabei zu einem neuen Trocknertyp gelangt – dem Paraflow-Trockner. Der Name ist abgeleitet aus den Worten Parallel und Flow (Strömung). Also Parallelströmung. Hiermit wird die parallele Strömung aus Umwälzluft und Längsströmung innerhalb des Besatzes beschrieben.

Eingesetzt wurde dieser Trockner beispielsweise im Jahr 2009 im Ziegelwerk Heluz im tschechischen Hevlin. Die Leistung des neuen Hintermauerziegelwerkes beträgt bis zu 1000 to pro Tag gebrannter Ware bei einer Ziegelrohdichte von 0,7 kg/dm³. Durch den verstärkten Einsatz von Porosierungsmitteln können in dieser Anlage Produkte mit einer Ziegelrohdichte von bis zu 0,6 kg/dm³ produziert werden.

Aufbau des Paraflow-Trockners

Der Paraflow-Trockner besteht im Wesentlichen aus folgenden Komponenten (s. Bild 1 und 2):

1. Fundament mit Schienen und "Sandrinne".

2. Außenwände in ein- oder mehrschaliger Ausführung, im Naßbereich mit zusätzlicher Abdichtung auf der Innenseite.

3. Betondecke mit Isolierung und Estrich mit den notwendigen verfahrenstechnischen Öffnungen.

4. Zwischendecke aus Metall, Nichtmetall, Kunststoff oder Beton mit einer anlagenspezifischen Anzahl von Absaug- und Einblasschlitzen.

5. Trennwände für die Umwälzsysteme aus Metall, Nichtmetall, Kunststoff, Beton oder in gemauerter Ausführung.

6. Umwälzventilatoren aus Metall oder Nichtmetall, bei Bedarf mit speziellem Korrosionschutzüberzug.

7. Luftversorgungssystemen, bestehend aus Heiß- oder Sekundärluftrohrleitungen.

8. Wagen: Beim Direktsetzverfahren ist der Betrieb mit Ofenwagen möglich, ansonsten werden Trocknerwagen mit isoliertem Wagendeck und Sandschürze eingesetzt.

9. Paletten: Als Paletten kommen bevorzugt Groß- oder Stapelpaletten zum Einsatz.

Die sehr intensive Mischung der Längsströmung mit der Umwälzströmung im Besatz sowie das Wissen über die Dimensionierung der notwendigen freien Strömungsquerschnitte führen zu einem opitmalen Strömungsergebnis mit sehr hoher Qualtiät der Luftverteilung über Besatzhöhe und –breite. Diese optimierte Strömung führt einerseits zu einer homogenen Trocknung und andererseits zu einem hohen Sättigungsgrad der Luft mit optimaler energetischer Nutzung. Saugseitig der Umwälzventilatoren wird dem Prozeß die notwendige Heiß- bzw. Sekundärluft zugeführt und somit optimal eingemischt. Die Menge der zugeführten Luft wird über feuchte- bzw. temperaturgeregelte Motorklappen, die sich in der Rohrleitung befinden, geregelt.

Im Rahmen einer Diplomarbeit wurde bei der Firma KELLER HCW eine CFD (Computational Fluid Dynamics) Strömungsuntersuchung des Paraflow-Trockners durchgeführt. Hierbei wurde zunächst ein Trocknersegment durch einen repräsentativen Versuchsstand nachgebaut und durch Erfassung der Messgrößen Druck und Geschwindigkeit strömungstechnisch vermessen. Im nächsten Schritt wurde ein auf das experimentelle Modell angepasstes numerisches Modell mithilfe des Softwarepakets FLUENT nachgebildet. Auf dessen Basis wurde das sich im Trocknungsbetrieb einstellende Strömungsbild gänzlich simuliert (s. Bild 4). Da die Längsströmung, anders als die Menge an Umwälzluft, in jedem Trocknerabschnitt unterschiedlich ausfällt, herrschen in jeder Trocknerzone folglich unterschiedliche statische Druckverluste. Diese variablen Druckverluste wurden im Rahmen der CFD-Untersuchung simuliert. Dabei wurden verschiedene Fälle durchgerechnet: Beginnend bei der Simulation mit reiner Umwälzströmung wurden in kleinen Schritten sukzessive die Längsströmungsanteile erhöht und separat ausgewertet. Das Ziel hierbei sollte sein, durch die simulierten Druckverluste, Vorhersagen über die später im Trocknungsbetrieb entstehenden statischen Druckverluste über die gesamte Trocknerlänge machen zu können.

Nach Abschluss der Diplomarbeit und nach der erfolgreichen Inbetriebnahme des Werkes Heluz wurden die simulierten Ergebnisse mit den realen Ergebnissen im Trockner verglichen. Hierzu wurde im Werk Heluz eine umfangreiche Messreihe durchgeführt. Der Vergleich der Ergebnisse zeigt eine über den Erwartungen liegende hohe Übereinstimmung, was die Firma KELLER HCW bekräftigt, auch in Zukunft weitere CFD Simulationen durchzuführen und für zukünftige Anlagen weiteres Optimierungspotential hinsichtlich der energetischen Systemeffizienz herauszuarbeiten.

 

Charakteristische Merkmale des Trockners

Was sind die charakterischen Merkmale des Paraflow-Trockners?

Der Paraflow-Trockner:


• ist geeignet für eine hohe Produktvielfalt wie z.B. Hintermauerziegel, Vormauerziegel, Pflasterklinker, Spaltplatten, Riemchen

• ist geeignet für trockenempfindliche Produkte

• ist geeignet für variable Trockenzeiten (produktabhängig 4 bis 32 Stunden)

• ist geeignet für hohe Trocknerleistungen (100 bis 1600 Tonnen gebr. pro Tag)

• ist geeignet für Besatzbreiten zwischen 5 und 10 Metern je Besatzgang

• ist geeignet für hohe Betriebstemperaturen

• hat einen niedrigen spez. elektrischen Energieverbrauch (8,5 kWh/t gebr.)

• hat einen niedrigen thermischen Energieverbrauch (820 kcal/kg H2O)

• hat einen wartungsfreundlichen Aufbau (keine beweglichen Teile im Trockner)

• hat eine sehr gleichmäßige Strömungsverteilung im Besatz bei gleichzeitiger optimaler Nutzung der Längsströmung

• bietet eine sehr gute Zugänglichkeit zum Besatzraum (Probenentnahme)

• erreicht eine sehr hohe Produktqualität durch eine homogene Trocknung

• benötigt keine gesonderte TTW-Schiebebühnentechnik

• ermöglicht einen minimierten Maschinenpark

Der Paraflow-Trockner von KELLER HCW erfüllt nicht nur den Anspruch einer energieeffizienten Ziegeltrocknung und den Wunsch nach umweltschonenden Trocknungsprozessen sondern ist ein wirtschaftlicher Trockner mit vielen konstruktiven Vorteilen, der dem hohen Qualtiätsanspruch unserer Kunden gerecht wird. Die wartungsfreundliche Gestaltung ist dabei ebenso wichtig wie die Zugangsmöglichkeit zum Beatzraum während des laufenden Trocknungsprozesses, um den Fortschritt der Trockung visuell überprüfen zu können.

Die durchgeführte CFD Simulation, die sich nicht auf einen einzelnen Umwälzkreis beschränkt, sondern die Strömung über die gesamte Länge des Trockners erfasst, erzielt sehr gute Ergebnisse über die sich im realen Trockner einstellenden Strömungsverhältnisse und Druckverluste. Dieses Wissen bietet einen entscheidenen Vorteil bei der Dimensionierung der verfahrenstechnischen Aggregate. Die Simulationsergebnisse konnten durch umfangreiche Messungen im realen Trockner bestätigt werden. Das schafft Vertrauen in die Simulationsprogramme und die Möglichkeit, auch weitere strömungstechnische Prozesse vorab CFD-technisch zu erfassen. Die Firma KELLER HCW wird im Sinne ihrer Kunden diese Möglichkeit nutzen und weiteres Optimierungspotential herausarbeiten. 



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