Projekt 15558/01

Senkung des Elektroenergieverbrauchs für die Schnittholztrocknung im Sägewerk Fa. Heidrich als Musterbeispiel für weitere KMUs der holzverarbeitenden Industrie

Projektträger

Technische Universität DresdenFakultät MaschinenwesenInstitut für Verfahrenstechnik und UmwelttechnikLehrstuhl für Thermische Verfahrenstechnik
Mommsenstr. 13
01062 Dresden
Telefon: 0351/463-33513

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die technische Schnittholztrocknung wird von schädlichen Einflüssen auf die Umwelt begleitet. Durch ökologische und ökonomische Optimierung sollen diese Einflüsse vermindert werden. Dazu werden Konzepte untersucht und Lösungen implementiert, die zu einer Senkung des Elektroenergiebedarfs füh-ren. Die verbesserte Modellierung des Trocknungsprozesses soll zu einer Verkürzung der Trocknungszeiten und in der Folge zur Einsparung von Elektroenergie führen. Qualitätssicherungsmaßnahmen sollen zur Minimierung von fehlerhaften Produkten beitragen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenMit fortgeschrittenen Methoden der Prozessanalyse werden die relevanten Einflussgrößen auf den Elektroenergieverbrauch in den einzelnen Bereichen des Sägewerkes ermittelt. Auf der Grundlage der gewonnenen Erkenntnisse und der am Lehrstuhl erarbeiteten Simulationswerkzeuge werden die Trock-nungspläne optimiert. Probetrocknungen vor und nach der Optimierung zeigen den Erfolg der Maßnahmen.
Durch strömungstechnische Simulation der Trocknungskammern werden Schwachstellen aufgedeckt. Maßnahmen zu deren Beseitigung werden aufgezeigt und soweit an bestehenden Anlagen möglich implementiert.
Mit der Nutzung von Prozessabwärme zur Vortrocknung soll die Trocknungsdauer verringert werden. Entsprechende Einrichtungen werden projektiert und implementiert. Die Sicherung der Qualität wird dabei besonders berücksichtigt.
Die schon jetzt zur Wärmeversorgung eingesetzte Hackschnitzelverbrennung soll hinsichtlich ihrer Eignung für die Eigenerzeugung von Elektroenergie durch Wärme-Kraft-Kopplung untersucht werden. Damit könnte ein Teil des bisher von außen bezogenen Elektroenergiebedarfs durch den Einsatz nachwachsender Rohstoffe gedeckt werden.


Ergebnisse und Diskussion

Während der Durchführung des Projektes wurde der Energieverbrauch des gesamten Prozesses der Holzaufbereitung beginnend bei der Lagerung des Rundholzes, über den Zuschnitt, die Zwischenlagerung, die Trocknung und die Endlagerung untersucht. Dabei konnten für den Betrieb Maßnahmen abgeleitet werden, die zu einer Senkung des Elektroenergieverbrauchs und zu einer Verkürzung der Trocknungszeiten bei gleichzeitiger Sicherung der Produktqualität führten. Damit verbunden ist eine Verringerung der Betriebskosten sowie eine Senkung der Investitionskosten durch effektivere Auslastung der vorhandenen Anlagen.
Die Untersuchungen ergaben, dass bei einem gut geführten Produktionsregime, die größten Möglichkeiten zur Einsparung von Elektroenergie in der unmittelbaren Trocknung liegen. Dies ist der zeitaufwändigste Prozessschritt, der die Qualität der Endprodukte am nachhaltigsten verändert. Die Trockendauer ist von mehreren Faktoren abhängig, die nicht alle aktiv beeinflusst werden können. Außerdem ist Holz ein Naturprodukt, dessen Eigenschaften vielfältigen Schwankungen unterliegen. Die Trocknung ist ein komplizierter Prozess, der trotz eines hohen Automatisierungsgrades immer noch von den Erfahrungen des Betreibers abhängt. Die Kenntnisse der Betreiber und Hersteller von Trockenkammern flossen und fließen in die Gestaltung der Apparate, die Festlegung von Trocknungsplänen und die Umsetzung in der alltäglichen Praxis ein.
Es sind mehrere Varianten der Energieeinsparung untersucht worden. Die Vortrocknung bewirkt eine Absenkung der Eingangsfeuchte, erhöht aber auch die Gefahr einer Qualitätsminderung. Die Modifizierung der Trockenpläne führt unmittelbar zu einer Verringerung der Trockenzeit, muss aber den aktuellen Zustand des Holzes einbeziehen. Die Art der Stapelung und Luftführung im Trockner effektiviert den Umsatz der zugeführten Energie, ist aber auch vom Zuschnitt der zu trocknenden Ware abhängig. Die Regelung der Lüfterdrehzahlen minimiert unnötigen Energieeinsatz und die Vergleichmäßigung der Feuchteunterschiede im Stapel bewirkt eine Verbesserung der Qualität des Schnittholzes und eine Verkürzung der Trockenzeit.
Durch die Umsetzung der Ergebnisse konnte das Ziel der Senkung des Elektroenergieverbrauches erreicht werden. Allerdings bleibt festzustellen, dass im industriellen Maßstab keine Trocknung wie die andere verläuft. Dies und die dynamische Entwicklung des Sägewerkes, verbunden auch mit einer neu eingeführten, auf Energieeinsparung zielenden Prozesssteuerung, erschwerte die exakte Quantifizierung der Energieeinsparung. Neben den oben aufgeführten ökologischen Vorteilen sind folgende ökonomische Effekte eingetreten, teilweise mit bedingt durch steuerungstechnische Verbesserungen außerhalb des Projekts:
- Verringerung der Betriebskosten durch Elektroenergieeinsparung
- Verringerung der Investitionskosten durch die effektivere Auslastung der vorhandenen Anlagen (Senkung der Trocknungszeiten um ca. 20%)
- Verringerung der Verluste durch Trocknungsfehler durch Prozessanalyse und -optimierung bezüglich der Kriterien Energieverbrauch, Kosten und Qualität
In der Antragsphase waren Arbeiten geplant, die wegen der zwischenzeitlichen Beschaffung neuer Steuerungstechnik durch das Sägewerk nicht mehr erforderlich bzw. nur noch eingeschränkt sinnvoll waren. Um den Energieverbrauch weiter als mit konventionellen Methoden senken zu können, wurden Trocknungsversuche mit einer Vakuummikrowellenanlage durchgeführt, durch die die Dauer der Trocknung um Größenordnungen (von Wochen und Monaten auf Minuten) verkürzt werden. Es konnte gezeigt werden, dass Vakuum-Mikrowellentrocknung von Laubholz einen Weg zu nochmaliger nachhaltiger Reduzierung des Strombedarfs der Trockner ermöglicht.
Zur weiteren Verifizierung der Ergebnisse und für die Anwendung neuerer Forschungsergebnisse werden die Projektpartner auch in Zukunft zusammenarbeiten.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Das Projekt wurde auf der internationalen Fachmesse Ligna 2000 im Verbund mit der Dresdner Interessengemeinschaft Holz vorgestellt. Teilaspekte des Projektes zur Strömungssimulation sind auf dem 1. Holztrocknungsseminar Biel 2000 vorgetragen worden. Der Teilaspekt Vakuum-Mikrowellentrocknung wurde auf der 8th IUFRO WOOD DRYING CONFERENCE, BRASOV, ROMANIA, 24 - 29 AUGUST 2003 vorgestellt.


Fazit

Die Zusammenarbeit des Lehrstuhles Thermische Verfahrenstechnik und Umwelttechnik der TU Dresden mit dem Sägewerk Fa. Heidrich, Deutscheinsiedel, hat sich für beide Seiten als fruchtbar erwiesen. Eine weiterführende Zusammenarbeit findet bei einem gegenwärtigen und einem zukünftigen Projekt statt. Die Aufgabe der Senkung des Energieverbrauchs ist noch nicht endgültig abgeschlossen, Teilaspekte dieser Problematik werden in den nächsten Jahren Gegenstand einer Forschungskooperation sein. Insbesondere sollen Qualitätsfragen der Vakuum-Mikrowellentrocknung näher untersucht werden.