Report Das Bild 1 zeigt in der oberen Hälfte eine Zusammen fassung der Studie. Die oberste Li nie beginnt ganz links mit dem Ener gie ver brauch für 110 mm Rund ma te rial in einem für diesen Quer schnitt opti mierten In duk tor. Möchte man im gleichen In duk tor Ma te rial mit nur 100 mm Durch messer erwärmen, steigt der Energiever brauch bereits um 3 Prozent an. Werden die zu er wär men den Werk stücke noch mals kleiner, ergibt sich für 90 mm Durch messer schon ein um 8 Prozent höherer Energieverbrauch und für 85 mm Material sind mehr als 12 Prozent zusätzliche Energie auf zu wenden. Ähnlich verhält es sich bei einem Ver gleich für einen Induktor der für 100 mm Material ausgelegt wurde (blaue Linie). Ver glichen mit einer Erwärmung in einem Induktor für 110 mm kann der Energie ver brauch bereits um mehr als 3 Prozent gesenkt werden. Der größte Unterschied im Rahmen dieses Vergleichs ergibt sich bei der Erwärmung von 85 mm Material in einem für 110 mm ausgelegten Induktor. Dieses Verhältnis erscheint groß, wird aber im industriellen Alltag häufi g so eingesetzt. Eine Abweichung von mehr als 30 Prozent vom Nenndurchmesser sollte unter keinen Umständen betrieben werden, da hier die Energieverbräuche nochmals empfi ndlich ansteigen. Was diese Ver bräuche in Kosten be deuten, zeigt die Hoch rech nung in Tabelle 1. In der obe ren Zei le sind die ver glichenen Nenn durch - mes ser der Induk toren an ge ge ben. Da runter ist der Durch messer des er wärmten Ma terials an - ge ge ben. Die je weiligen Ener gie ver bräuche und die ab so lute Ein sparung je Tonne so wie die re la tive Ein spa rung fol gen in den näch sten Zei len. Für einen an genom menen Zweischicht betrieb mit 50 Arbeits wochen pro Jahr er geben sich die jähr lichen Durchsätze für der artige An lagen. Bei einem beispiel - haften Ener gie preis von 10 Cent pro kWh kommt bereits beim ersten Ver gleich ein beacht liches Er spar nis poten zial he raus. Je nach ver glichener Si tu a tion er ge ben sich Ein spa run gen in einer Hö he von mehr als 26 SchmiedeJOURNAL September 2012 100.000 Euro, so dass drin gend empfoh len wird, je de An lage auf ein mög liches Op ti mierungs poten zial zu überprü fen. Nutzung der Wär me aus dem Kühl kreislauf von Induk tionserwärmern Gegenstand der hier durchgeführten Unter - suchungen war, im Rahmen der engen Ko ope ration mit einem Anlagen hersteller, die Wär me aus dem Kühl kreis lauf von Induktionserwärmungsanlagen zu nutzen. Die Nutzung der ther mischen Energie auf niedrigem Tem peratur niveau ist meist sehr auf wen dig, und ein Aus gleich stark schwankender Ener gie men gen ist im All ge mei nen nur mit gro ßen Energie spei chern mög lich. Durch eine ge än der te Kühl strate gie ist es mög lich, die Rück lauf tem pe ra tur der Induk to ren zu erhö hen und dauer haft zu sta bili sie ren. Eine Nut zung wird hier durch prin zi piell ver ein - facht. Feldver suche zeigen, dass 30 Prozent der ein ge stell ten Anlagenleis tung nutz bar gemacht werden können. Dies betrifft im Wesent lichen die Verlustleistung im Wasser des Induktors. Über geeignete Maßnahmen kann die Auslauftemperatur des Induktors auch dauerhaft bei 60 °C gehalten werden, ohne den Induktor zu schädigen. Bei dieser Temperatur ist die Wärme wirt schaftlich für die Raumbeheizung und die Warm wasserbereitung nutzbar. Wie groß das Potenzial einer solchen Rückgewinnung ist, zeigt folgendes Beispiel: Bei 4.000 Jahresbetriebsstunden und einer Verfügbarkeit der Gesamtlinie von 75 Prozent ergeben sich 3.000 Jahresnutzungsstunden. Von der Anlagenleistung gelangen 432 kW ins Kühlwasser. Dieser Wasserkreis kann nicht direkt genutzt werden, sodass weitere Verluste durch einen zusätzlichen Wärmetauscher zu berücksichtigen sind. Bei einer Aus lauftemperatur von 60 °C erhöht sich auch die Temperatur des Kupfer wickels gegenüber dem Normalbetrieb. Der Widerstand der Spule steigt und der elektrische Wirkungsgrad sinkt. Zur Kom pen sation sind zusätzlich etwa 17 kW elektrische Energie notwendig, die in der Berech nung Berücksichtigung fi nden. In der Regel ist die zurückgewonnene Wärme nur in der kalten Jahres zeit vollständig nutzbar. Bei diesem Bei spiel wurde eine Heizperiode von 7 Monaten angesetzt. Ein höheres Potenzial ergibt sich, falls die Energie ganzjährig genutzt werden kann. Die jährliche Ersparnis bewegt sich im Bereich zwischen 20.000 Euro und 35.000 Euro (Tabelle 2). Rückführung der Umformwärme in den Produktionsprozess Gegenstand dieses Teils der Unter su chun gen war, ein Konzept zu entwickeln, zu er pro ben und zu bewerten, um die Prozesswärme nach der Warmumformung dem zu erwär menden Vor material zumindest teilweise wieder zuzu führen und danach mittels Induktions erwärmung auf Umformtemperatur zu erwärmen (Bild 2). Für die Über tra gung der Pro zess wärme auf das Vor ma te rial wur den drei ver schiedene Va - rianten the o retisch un ter sucht und hin sicht lich Tabelle 2: Einsparmöglichkeiten durch Wärmerückgewinnung. Bild 2: Nutzung der Prozesswärme zur Vormaterialerwärmung. Heizperiode pro Jahr Monate 7 Arbeitswochen pro Jahr 50 Arbeitstage pro Woche 5 Schichten pro Tag 2 Stunden pro Schicht 8 Jahrestonnage t/a 12.000 Relation zum Heizwert des Erdgases kWh/(m3) 10,6 Effi zienz des Wärmetauschers 0,8 Energiepreis Gas /kWh 0,04 Strom /kWh 0,10 Jahresbetriebsstunden h/a 4.000 Verfügbarkeit % 75 Mittlere Tonnage t/h 4,00 Jahresnutzungsstunden h/a 3.000 Leistung des Umrichters kW 1.440 nutzbare Leistung im Kühlwasser kW 432 nutzbare Leistung zur Wärmerückgewinnung kW 345,6 zusätzliche elektrische Energie kW 17,28 Einsparung für den Teillastbereich /h 12,10 Jährliche Ersparnis für Ganzjahresbetrieb /a 36.288 Jährliche Ersparnis für die Heizperiode /a 21.168
2012-09-Schmiede-Journal
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