Projekt 14377/01

Entwicklung eines Heißdampf-Fasertrockners zur Trocknung von Holzfasern zur Herstellung von mitteldichten Faserplatten

Projektträger

Schenkmann & PielVerfahrenstechnik GmbH & Co. KG
Bürgerbuschweg 1
51381 Leverkusen
Telefon: 02171/3996-0

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Es soll anhand einer Versuchsanlage in unserem Hause die Trocknung von Holzfasern mit Heißdampf untersucht werden. Hierbei sollen Erfahrungswerte aufgenommen werden bezüglich des Verhaltens der Faser, tatsächlicher Energieeinsparung, Verhalten des Leimes, konstruktive Merkmale des Trockners und dessen Komponenten, Festigkeitseigenschaften der anschließend gepressten MDF-Platte sowie die Festlegung der optimalen Betriebsparameter hinsichtlich Temperatur und Druck. Ziel des Projektes ist es, einen umweltfreundlicheren Trockner zu entwickeln, der ein geringeres Abgasvolumen und eine erhebliche Energieeinsparung durch Rückführung des Trocknungsmediums vorzuweisen hat. Ein sicherheitstechnischer Aspekt ist durch das inerte System (im Gegensatz zu herkömmlichen Fasertrocknern) gegeben.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie empirischen Untersuchungen des Trocknungsprozesses und dessen Auswertung sollen in einer halbjährigen Versuchsreihe durchgeführt werden.
Im ersten Arbeitsschritt soll die Anlage konstruiert, gefertigt, montiert und in Betrieb genommen werden. Nach der Inbetriebnahme können bereits Rückschlüsse auf die Funktion der einzelnen Anlagenkomponenten getroffen werden. Der nächste Schritt ist die Aufgabe der Holzfaser (zunächst ohne Leimzugabe) um die Endfeuchte, die Qualität und das Verhalten der Faser beurteilen zu können. Dann erfolgt die Trocknung der Holzfasern mit Zugabe von Leim, um den Leim dem Verfahren entsprechend zu modifizieren. Während dieser Phase der anstehenden Versuchsreihen werden die tatsächliche Energieeinsparung mit Hilfe eines Kondensators und die Festigkeitseigenschaften der anschließend gepressten MDF-Platten ermittelt. Ferner werden die Betriebsparameter in Bezug auf Druck- und Temperaturniveau optimiert.


Ergebnisse und Diskussion

Die Anlage ist fertiggestellt und umfasst die Verfahrenschritte der Vorbehandlung, Zerfaserung, Beleimung und Trocknung, sowie der Dampferzeugung und Beheizung. Die Anlage ist mit einer kompletten Steuerung und Automatisierung ausgestattet. Im Hinblick auf die konstruktiven Merkmale eines Heißdampf-Fasertrockners (HDFT) konnten schon bei Konstruktion und Bau der Versuchsanlage wichtige Erkenntnisse für die spätere industrielle Umsetzung gewonnen werden. Dabei ist es gelungen, einige HDFT-spezifischen Probleme ausfindig zu machen und zu lösen.
Nach der Fertigstellung des Trockners ist es gelungen, trotz der immer noch vorhandenen Probleme, Holzfasern zu erzeugen und mittels Heißdampf auf eine Endfeuchte von unter 12 % atro zu trocknen.
Versuche ohne Material, mit einer Blindscheibe unter dem Abscheider, haben bewiesen, dass der Trockner als geschlossenes System betrieben werden kann und der zusätzlich eingetragene Prozessdampf aus dem Kocher zur Energierückgewinnung über den Kondensator zur Verfügung steht. Aufgrund der zuvor beschriebenen Probleme mit der Zellenradschleuse konnte dieser Punkt noch nicht ausreichend mit Material untersucht werden. Bisherige Untersuchungen mit der provisorisch eingesetzten Schleuse haben ergeben, dass 80 % der in die Anlage eingetragenen Heizenergie im Dampf stecken, und über die Schleuse unterhalb des Abscheiders verloren geht. Bei der Annahme, dass mit der neuen Schleuse immer noch 20 % des Abdampfes verloren gehen, könnte immer noch über 60 % der eingetragenen Heizenergie wiedergewonnen werden. Dabei handelt es sich nicht nur um die in Dampf umgesetzte Holzfeuchte, sondern dazu kommt der Prozessdampf aus dem Kocher, der auch in herkömmlichen Frischlufttrocknern mit der Abluft ausgetragen wird.
Eine Beleimung der Fasern hat bisher nicht stattgefunden, weshalb hierzu noch keine Ergebnisse vorliegen. Die Einrichtungen für eine Blowline-Beleimung sind aber installiert, und in Zusammenarbeit mit einem Leimhersteller wurde bereits ein Leim für Testzwecke ausgewählt. Des Weiteren arbeitet die Firma SPV zusammen mit dem WKI-Institut an der Entwicklung eines Trockenbeleimungsverfahrens, welches sich an den Trocknungsprozess anschließen soll.
Ohne die Durchführung einer Beleimung war es bisher nicht möglich, Probeplatten zu pressen und auf ihre Festigkeitseigenschaften zu untersuchen.
Durch die zahlreichen, in Kapitel 3.3 beschriebenen Probleme hat sich der Zeitplan der Untersuchungen stark verschoben und die Versuchsreihen werden noch über einen größeren Zeitraum fortgesetzt werden müssen. Die beschriebenen Schwierigkeiten sind aber bis auf die Zellenradschleuse anlagenspezifisch und im industriellen Maßstab längst Stand der Technik. Sie haben keinen Einfluss auf den grundsätzlichen Erfolg des Verfahrens.
Die bis zum heutigen Zeitpunkt ermittelten Ergebnisse zeigen, dass durch die Trocknung im weitgehend geschlossenen Heißdampfkreislauf in der Praxis verwertbare Trocknungsergebnisse erbracht werden.
Die Energieersparnis lässt sich nur theoretisch ermitteln, da die Dampfleckage durch die Schleuse noch zu hoch war. Das Ziel, keine gasförmigen Emissionen in die Atmosphäre abzuleiten, wurde erreicht. Die hergestellten Fasern entsprechen von der Optik sowohl in Farbe als auch von der Form her üblichen MDF-Fasern. Das Schüttgewicht liegt ebenfalls zwischen 15 und 20 kg Atro/m³.
Der apparative Aufwand ist wesentlich größer als erwartet als von uns ursprünglich geschätzt. Die Einzelkomponenten müssen weiter entwickelt werden; dies gilt insbesondere für die Schleuse nach dem Abscheider.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die theoretischen Grundlagen der Heißdampffasertrocknung und der Stand der Entwicklung wurden auf folgenden Veranstaltungen interessierten Kunden präsentiert:
· LIGNA 1999 / Hannover
· Xylexpo 2000 / Mailand
· LIGNA 2001 / Hannover
· WOODMAC ASIA 1999 / Singapur
· WOODMAC ASIA 2001 / Singapur
· Vortrag K. Radzimanowski am 14.09.2001 auf dem 3rd European Wood-Based Panel Symposium in Hannover


Fazit

Die Entwicklung eines neuen Trocknungsverfahrens, das energiesparend ist und die in die Umwelt emittierten Schadstoffe stark reduziert, sollte mit dem Bau der Versuchsanlage und den durchzuführenden Versuchsreihen bis zur industriellen Anwendungsreife gebracht werden. Der eingeschlagene Weg hat sich nach unserer Meinung als richtig und gangbar erwiesen.
Der Aufbau der Versuchsanlage ist bis auf die beschriebenen Modifizierungen abgeschlossen. Die bis zum heutigen Zeitpunkt durchgeführten Versuche belegen, dass Faserherstellung und Trocknung grund-sätzlich funktionieren. Zur Ermittlung aller Parameter sind jedoch weitere umfangreiche Versuchsreihen erforderlich. Außerdem gibt es bereits Überlegungen, dieses Verfahren nicht nur für Holzfasern sondern auch für andere Trocknungsgüter zu nutzen. Dies bedeutet, dass jedem Versuchsgut das Verfahren entsprechend angepasst werden muss.
Die industrielle Anwendungsreife ist noch nicht endgültig erreicht; wir bieten jedoch bereits Anlagen nach dem Verfahren HDFT an. Es gibt Betreiber, die aufgrund des hohen Einsparpotentials sehr interessiert sind; jedoch hat sich noch kein Bedarfsfall konkretisiert.