Publications / Results
(German)
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Es soll ein EDV Tool geschaffen werden, dass es ermöglicht, den Produktionsprozess für Backsteine in Abhängigkeit relevanter Parameter unter Berücksichtigung anlagenspezifischer Gegebenheiten zu simulieren, um daraus technische als auch betriebswirtschaftliche Optimierungsansätze abzuleiten. Das Projektteam, bestehend aus den Herren Gubler (fachliche Unterstützung), Prof. Dr. Kopp (Experte Thermodynamik), Wurche (Projektleiter) hat zunächst gemeinsam mit den Industriefirmen Innovatherm Prof. Dr. Leisenberg GmbH (D, Spezialfirma für Backsteintrocknung) und Keller HCW GmbH (D, Spezialfirma für Tunnelofenbau) die gesamte Prozesskette analysiert. Parallel dazu wurde im Rahmen einer Semesterarbeit an der Hochschule für Technik (Rapperswil) ein Messkonzept erarbeitet und in der Ziegelei Fisibach (AG) intensiv getestet. Die Prozesskette bei der Backsteinproduktion setzt sich aus den wesentlichen Hauptkomponenten: Rohstoffgewinnung/- aufbereitung – Formgebung – Trocknung – Brennen zusammen. Die Analyse hat ergeben, dass der Energieverbrauch der Ziegelproduktion primär vom Teilprozess Brennen (im Tunnelofen ablaufend) abhängt. Die Backsteine speichern nach ihrer Fertigstellung im Tunnelofen noch eine grosse Wärmemenge, durch deren maximale Rückgewinnung und prozessinterne Nutzung sich die Energieeffizienz der Gesamtanlage optimieren lässt. Weiterhin ist es vom Rohmaterial (Ton) abhängig, auf welchem Temperaturniveau (Brennkurve) das Brenngut den Tunnelofen passieren muss. Aus der theoretischen Analyse konnten folgende wesentliche Erkenntnisse für die Erreichung einer optimalen Energieeffizienz gewonnen werden:
•Die Optimierung muss im Tunnelofen ansetzen. Der zweite wesentliche Wärmeverbraucher einer Ziegelproduktionsanlage, der Trockner, kann mit der Abwärme des Tunnelofens betrieben werden (Stand der Technik).
•Die Brennkurve (das Temperaturniveau in den verschiedenen Zonen des Tunnelofens) kann optimiert (Wahl minimaler Temperaturen) werden, wenn das Rohmaterial in gleichmässiger und bekannter Zusammensetzung zugeführt wird.
•Im Teillastbereich sollten die Betriebsparameter (Brennkurve, Vorschubgeschwindigkeit, Schubluftmenge) den Erfordernissen angepasst werden, um einen energieeffizienten Betrieb zu erreichen. Im Produktionsverbund FBB bestätigt sich die Vermutung, dass es notwendig ist, zukünftig die Produktionssteuerung so vorzunehmen, dass immer eine Anlage in Maximallast fährt, während die zweite Anlage (innerhalb des gleichen Absatzgebietes) auf Teillast optimiert werden sollte.
•Die im Trockner erforderliche Prozesswärme kann unter optimalen Verhältnissen nahezu vollständig aus der Abwärme des Tunnelofens zurück gewonnen werden. Es hat sich gezeigt, dass bei der messtechnischen Untersuchung einer Ziegelei mit einer Vielzahl von Schwierigkeiten zu kämpfen ist, die im Rahmen einer Semesterarbeit nicht vollständig gelöst werden können. Die durchgeführten Messungen wurden einer Plausibilitätsprüfung (Massenbilanz) unterworfen, die zutage förderte, dass eine deutliche Verfeinerung des Messkonzeptes notwendig ist, um für das geplante Simulationsmodell belastbare Daten zu generieren. Das Projektteam hat sich deswegen dazu entschlossen, ab Mitte Oktober 2005 Spezial-Messungen am Tunnelofen durch die Firma Keller HCW GmbH durchführen zu lassen. Die Ergebnisse dieser Analyse müssen ausgewertet werden, ehe ein allgemein gültiges Simulationsmodell erarbeitet werden kann. Aus diesem Grund kann sich der Abschluss des Forschungsprojektes leicht verzögern, was jedoch im Hinblick auf die Qualität der Ergebnisse als das kleinere Übel angesehen wird.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Ziegelei Fisibach AG
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Wurche,Jörg-Peter
Gubler,Christian
Related documents
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Final report
(German)
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Im Rahmen des hier vorgestellten Forschungsprojektes wurden drei Hauptziele verfolgt:
- Erarbeitung eines möglichst allgemeinen Konzepts für die Analyse älterer Backsteinproduktionsanlagen hinsichtlich noch nicht genutzter Einsparpotenziale;
- Untersuchung der Fragestellung, inwieweit sich durch einen Anlagenverbund im gleichen Marktgebiet ein energetischer Nutzen ergibt;
- Schaffung eines EDV-Tools, mit dessen Hilfe die energetischen Auswirkungen von effizienzsteigernden Massnahmen vorgängig abgeschätzt werden können.
Um die Ziele erreichen zu können, war eine theoretische Auseinandersetzung mit den Prozessen erforderlich. Um die theoretischen Überlegungen absichern zu können wurde nach einem auf die Bedürfnisse der mittelständisch geprägten Schweizer Backsteinindustrie abgestimmten Messkonzepts gesucht. Beide Aufgabengebiete wurden massgeblich durch Studierende der HSR Hochschule für Technik Rapperswil bearbeitet. Der Brennprozess von Backsteinen lässt sich in der Theorie auf instationäre Wärmeleitungsvorgänge zurückführen. Deren mathematische Modellierung ist äusserst kompliziert und während des Projektes aus zeitlichen Gründen nur im Ansatz gelungen. Breiten Raum nahmen die Bemühungen ein, für die Verifikation theoretischer Aussagen ein überzeugendes Messkonzept zu entwickeln. Auch dabei stiess das Projektteam auf erhebliche praktische Schwierigkeiten. Die wesentliche Erkenntnis bei dieser Teilaufgabe bestand darin, dass die gut reproduzierbare Messung von Gasgeschwindigkeiten, aus denen sich Energieströme errechnen lassen in existierenden Produktionsanlagen der Backsteinindustrie absolut nicht trivial ist. Insgesamt konnten daher die formulierten Projektziele nicht erreicht werden. Allerdings wurden durch die intensive Auseinandersetzung mit der Thematik sehr wertvolle Optimierungsansätze gefunden, die erhebliche Einsparpotenziale versprechen. Es wird empfohlen, die diesbezüglichen Forschungsaktivitäten in die folgende Richtung zu lenken:
- Hinterfragung des heute gängigen Wärmeverbunds Tunnelofen – Trockner und Entwicklung von Analyseinstrumenten, mit denen es vor Ort einfach möglich wird, zu überprüfen, ob tatsächlich nur die unbedingt notwendige Wärmemenge vom Tunnelofen in den Trockner fliesst.
- Untersuchung, ob sich die Nachteile bei der energetisch vorzuziehenden Nutzung der Abwärme des Tunnelofens zur Verbrennungsluftvorwärmung mit moderner Prozessleittechnik neutralisieren lassen.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Ziegelei Fisibach AG
Kiefer + Partners AG
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Gubler,Christian
Wurche,Jörg-Peter
Related documents
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Final report
(English)
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The main goals of this research project were:
- Definition of a universal valid concept for the systematically analysis of potentials for reduction of the energy consumption of older production devices for bricks.
- Discussion of the question, in how far the coordination of production devices, that deliver into one and the same geographical segmented market, results in an energetically advantage;
- Creation of an IT-tool, that enables the simulation of the effect, new actions in order to save energy provide.
One important element of the project was the theoretical penetration of the production processes. In order to underpin theoretical conclusions it became necessary, to develop a concept for measuring energy flows, that takes into consideration the needs of the small scaled Swiss industry for brickwork. Both mentioned tasks were mainly handled by students of technical sciences at the HSR Hochschule für Technik Rapperswil (Switzerland). From the theoretical point of view the burning-process of brickwork bases on unsteady heat transport mechanism. Due to the fact that the mathematical modelling of this is very complicate the project team succeeded only partly on this field. The most time was consumed by developing a concept for repeatable measures. These tasks also offered many practical problems to the project team. It is absolutely not trivial, to measure in existing older production devices velocities of gases, which are essential for the calculation of energy flows. Generally speaking it was not possible, to cope with the project-goals. On the other hand due to the intensive penetration of the processes, some important approaches for energetically optimization in the small scaled brickwork industry could be found. The project-team advices the federal administration of Switzerland, to put more emphasis on the following aspects:
- Analysis of the today broadly used heat-pipe (tunnel furnace / dryer) and the development of tools, which enable an easy on-site-check, whether really only the necessary mount of heat is transferred between the two components of the installation.
- Research concerning the question, whether the disadvantages incorporated in the internal use of recovered heat in the tunnel furnace can be neutralised by modern process control systems.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Ziegelei Fisibach AG
Kiefer + Partners AG
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Gubler,Christian
Wurche,Jörg-Peter
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