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BRANCHEN-ENERGIEKONZEPT

WELLPAPPE

Branchenenergiekonzept Wellpappe

ENTWICKLUNG VON MAßNAHMEN ZUR ENERGIEEFFIZIENZSTEIGERUNG FÜR EIN

BRANCHENENERGIEKONZEPT WELLPAPPE

PROJEKTLEITER Dipl.-Ing. (FH) Daniela Römer Dipl.-Ing. (FH) Andreas Well

FORSCHUNGSSTELLE: PTS-PTI LAUFZEIT: 01.04.2011 - 31.03.2012

Impressum Ansprechpartner Papiertechnische Stiftung (PTS)

Daniela Römer Heßstraße 134 80797 München www.ptspaper.de

Johannes Kappen Heßstr. 134 80797 München www.ptspaper.de

Redaktion Daniela Römer (PTS), Holger Jung (PTS), Johannes Kappen (PTS), Andreas Well (PTS) gefördert durch: Bayerischen Staatsministeriums für Wirtschaft, Infrastruktur, Verkehr und Technologie

unterstützt durch

FPS

Verband der Wellpappen-Industrie e.V. (VDW)

Verband der Bayerischen Papier, Pappe und Kunststoff verarbeitenden Industrie e.V.

KAESER KOMPRESSOREN GmbH

BHS Corrugated Maschinen- und Anlagenbau GmbH

Cargill Deutschland GmbH Bosch Industriekessel GmbH

P-Well GmbH Klingele Papierwerke GmbH & Co. KG

Wellpappenwerk Hilpoltstein

ROBA CORRUGATED GmbH & Co. KG

Zulieferer

WissenschaftErzeuger

FP

Verbände Fi360°

Bayerische StaatV

FPS

Seite 4 (95) Branchenenergiekonzept Wellpappe PTS-FB 04/12

PTS-Forschungsberichte

Inhaltsverzeichnis Seite

1 Zusammenfassung..........................................................................................................6

2 Bedeutung der Wellpappe..............................................................................................9

3 Struktur der deutschen Wellpappenindustrie............................................................10

4 Wellpappe.......................................................................................................................16 4.1 Verfahrenstechnik der Wellpappenherstellung ...............................................................16 4.2 Wellpappenklebstoffe ......................................................................................................20 4.3 Wellpappensorten............................................................................................................23

5 Branchenspezifische Kennzahlen der Wellpappenindustrie ...................................25 5.1 Einführung - branchenspezifische Kennzahlen ..............................................................25 5.2 Datenerhebung in der Wellpappenindustrie....................................................................27 5.3 Endenergieeinsatz in Wellpappenwerken.......................................................................29 5.4 Brennstoffeinsatz und Dampfbedarf in Wellpappenwerken ...........................................30 5.5 Stromeinsatz in Wellpappenwerken................................................................................34 5.6 Zusammenfassung – branchenspezifische Kennzahlen ................................................36

6 Bewertung und Optimierung der Energieeffizienz ....................................................37 6.1 Methodische Vorgehensweise ........................................................................................37 6.2 Dampferzeugung .............................................................................................................38 6.3 Klebstoffaufbereitung und Leimsysteme.........................................................................45 6.4 Wellpappenanlage Dampfbedarf.....................................................................................53 6.5 Wellpappenanlage Strombedarf......................................................................................63 6.6 Randbeschnitt, Schredder und Ballenpresse..................................................................68 6.7 Druckluft ...........................................................................................................................69 6.8 Beleuchtung.....................................................................................................................77 6.9 Hallenbeheizung..............................................................................................................81 6.10 Antriebe............................................................................................................................83

7 Innovationen – Chancen für eine nachhaltige Unternehmensentwicklung ...........85 7.1 Aktuelle Prozessneuheiten und Handlungsbedarf..........................................................85 7.2 Entwicklung von Innovationen (für den Branchenleitfaden) ...........................................86

PTS-FB 04/12 Branchenenergiekonzept Wellpappe Seite 5 (95)


8 Zusammenfassung und Ausblick................................................................................88

9 Abkürzungsverzeichnis ................................................................................................91

10 Literaturverzeichnis ......................................................................................................93



1 Zusammenfassung

Ausgangs-situation

Bayerische Wellpappenhersteller stehen in einem harten Wettbewerb unterein-ander und mit anderen deutschen und europäischen Unternehmen. Die Kosten für Papier, Leim und Energie haben sich in den vergangenen Jahren drastisch erhöht und belasten die Wertschöpfung bei gleichzeitig geringen Margen erheb-lich. Die Energiekosten lassen sich im Gegensatz zu den Papierkosten direkt beeinflussen, zum Beispiel durch einen optimierten Energieverbrauch im Pro-duktionsprozess.

Ziel Ziel des Projektes ist es, den Erzeugern von Wellpappe heute verfügbare und zukünftige Handlungsoptionen zur Reduzierung des Energiebedarfes in der Form eines Branchenenergiekonzeptes (BEK) zugänglich zu machen. Sie ge-winnen durch die in dem BEK enthaltenen Branchenkennwerte, "Best Practice"-Beispiele und Bewertungen von mittel- und langfristig verfügbaren Innovationen umfassende Handlungskompetenzen zur Reduzierung des Energiebedarfs.

Energiebedarf der Wellpappen-produktion

Die im Rahmen des Projektes ermittelten Werte zum spezifischen Gesamt-energieeinsatz liegen für das Jahr 2010 zwischen 120 und 247 kWh pro 1000 m² Bruttomaschinenerzeugnis. Wesentliche Ursachen für die ausgeprägte Schwankungsbreite der Werte sind:

Der unterschiedliche Grad der Weiterverarbeitung in den betrachteten Wer-ken und

die deutliche Abhängigkeit zwischen Energieeinsatz und Produktionsmen-ge. Als wesentliche Ursache für dieses Verhalten stehen die Wärmeverlus-te, die bei geringerer Produktionsmenge durch vermehrte An- und Abfahr-prozesse sowie das Warmhalten der Anlage entstehen.

Energiebedarfs-struktur

Energie wird bei der Wellpappenerzeugung zu 70 bis 85% in Form von Wärme (Dampf) und zu 15 bis 30 % in Form von Strom eingesetzt.

Der größte Wärmebedarf besteht bei der Formung der Welle und der (Leim)Trocknung sowie bei der Aufheizung der Papierbahnen vor den jeweili-gen Verklebeprozessen (87% des Dampfeinsatzes). Im Bereich der Weiterver-arbeitung von Wellpappe wird Dampf vorwiegend zur Luftaufwärmung für die Trocknung von Druckfarben benötigt (2%). Zusätzlich werden häufig die Behei-zung von Hallen, Lagern, Sozialräumen und die Warmwassererzeugung unter Verwendung von Dampf realisiert (11%).

Elektrische Energie wird hauptsächlich für Antriebe der Wellpappenanlage und das Transportsystem (34% des Stromeinsatzes), bei der Weiterverarbeitung - Formatzuschnitt, Bedrucken, Falten und Kleben - der Wellpappen (30%) und für Abfallhandling (8%), Drucklufterzeugung (15%) und Beleuchtung (9%) ver-braucht.



Branchen-kennwerte

Zur Beurteilung des Energieeinsatzes und zur Festlegung von Branchenkenn-werten in der Wellpappenindustrie können aus den Forschungsergebnissen fol-gende Schlüsse gezogen werden:

Der Energieeinsatz in einem Wellpappenwerk ist häufig nicht transparent, da in der Regel ein kontinuierliches Energie-Monitoring fehlt. Die in den Werken verfügbaren Energieverbrauchsdaten reduzieren sich meist auf ei-nen Gesamtwert für den Gasverbrauch und einen Stromverbrauchswert.

Ein valides Benchmarking kann nicht pauschal für die Gesamtanlage (Well-pappe und Weiterverarbeitung) erfolgen.

Einzelne Technologiebereiche wie Dampferzeugung, Druckluft, Beleuch-tung oder Hallenheizung lassen sich sehr gut hinsichtlich ihrer Energieeffi-zienz beurteilen.

Für Wellpappenanlagen (WPA) kann kein genereller Wert für optimalen Energieverbrauch gefunden werden, da die Produktqualität (Anzahl und Art der Welle, Grammatur und Qualität der verwendeten Papiere etc.) und die Häufigkeit der Qualitätswechsel einen starken Einfluss auf den Energiebe-darf der WPA haben.

Handlungs-optionen

Bei den durchgeführten Untersuchungen zur Energieeinsparung in Wellpap-penwerken lag der Anteil der ermittelten Gaseinsparungen bei 7 – 9 % bezogen auf den Gesamtgasbedarf. Der Anteil der möglichen Stromeinsparungen bezo-gen auf den Gesamtstrombedarf der Werke lag zwischen 1 und 4 %.

Dabei sind schnell erzielbare Einsparungen häufig in folgenden Bereichen zu realisieren:

Kompressoren (Leckagen, Leitungsnetz, Steuerung),

Beleuchtung (Einsatz effizienter Leuchtmittel, tageslichtabhängige Steue-rung),

Dampf- und Kondensatsystem (Isolationen),

und dem Ersatz von Altgeräten (Presse, Kompressoren, Trockner)

Hohe Einsparungen lassen sich durch folgende Maßnahmen erreichen:

Kesselhaus: Senkung der Abgastemperatur (Economizer)

Wesentliche Maschineneinheiten erneuern (Leimwerk, Dampf- und Kon-densatsystem, HZP) – Technologiesprung

Mit höherem finanziellen Aufwand erzielbare Einsparungen sind möglich durch:

Wärmerückgewinnung aus Abluft Schallkabine für Hallenheizung



Aktuelle Entwicklungs-arbeiten

Maschinentechnische Herausforderungen für die Wellpappenindustrie der Ge-genwart sind leichtere Papiere, kleinere Losgrößen und damit häufigere For-mat- und Qualitätswechsel, weniger Abfall, und die Reduzierung der Betriebs-kosten bei hoher Verfügbarkeit und höheren Produktionsgeschwindigkeiten. Ein weiterer Trend ist die steigende Produktion von Wellpappe mit sehr geringen Wellenhöhen. Wellpappen mit Wellenhöhen weniger als 0,5 mm (N-Welle) wer-den bereits hergestellt und haben eine beachtliche Marktposition eingenom-men. Sie bedeuten mehr Klebelinien und demnach auch mehr Klebstoff pro Flächeneinheit.

Um den genannten Anforderungen gerecht zu werden, fokussieren sich derzei-tige Arbeiten verstärkt auf die Entwicklung von Prozessüberwachungs- und Prozesssteuerungssystemen.

Wesentliche Anreize zur Einführung eines übergeordneten Systems sind:

Erzielung gleichbleibender Produktqualitäten (z. B. Planlageabweichungen)

Reduzierung des Personalaufwandes

Verringerung des Ressourceneinsatzes (Leim, Energie).

Zukünftige Entwicklungs-arbeiten

Mit den derzeit verfügbaren Technologien des Standes der Technik wird eine hohe Wärmemenge weitgehend ungenutzt an die Umgebung abgegeben. Chancen zur Reduzierung sind:

Reduzierung von Temperaturen bei der Produktion

Erhöhung der Leimtrockensubstanz

Nutzung von Wärmerückgewinnung

Entwicklung von wärmeeffizienter Anlagentechnik (Isolierung, Infrarot- bzw. Heißlufttrocknung)

Eine massive Reduktion im Energiebedarf kann nur durch Neugestaltung des Formgebungsprozesses (Wellenformung) sowie des Fügeprozesses (Verkleben von Welle und Decke) erfolgen.

Nutzen Die Wettbewerbsfähigkeit der bayerischen Wellpappehersteller hängt wesent-lich davon ab, Produkte mit hoher Qualität kostengünstig herstellen zu können. Ein Einflussfaktor zur Reduzierung der Kosten ist dabei der Energieeinsatz. Im Rahmen des Projektes konnten schnell umsetzbare Handlungsoptionen zur Reduzierung des Energieeinsatzes identifiziert werden.

Danksagung Das Forschungsvorhaben PTS-BAY 1103-0004 wurde mit finanziellen Mitteln des Bayerischen Staatsministeriums für Wirtschaft, Infrastruktur, Verkehr und Technologie gefördert. Für diese Förderung sei an dieser Stelle herzlich ge-dankt. Im Rahmen des Forschungsprojektes erfolgte eine enge Zusammenar-beiten mit allen beteiligten Industrieunternehmen, vielen Dank für diese Zu-sammenarbeit, die entscheidend für den Erfolg des Projektes war. Weiterhin gilt unser Dank allen Mitarbeitern der Wellpappenwerke, die sich in dem Projekt sehr engagiert und uns die für unsere Arbeit notwendigen Daten und Informationen zur Verfügung gestellt haben.



2 Bedeutung der Wellpappe

Anwendungs-bereiche

Wellpappe ist ein ganz besonderer Stoff – der wohl nachhaltigste und gleichzei-tig vielseitigste Packstoff überhaupt. Nahezu drei Viertel aller Waren in Deutsch-land, siehe Abbildung 1, von Geschenken über Handelswaren bis hin zu Indust-riegütern, werden in Versandverpackungen aus Wellpappe transportiert – Ten-denz steigend. Dies erfolgt nicht ohne Grund, denn ihre stabile und gleichzeitig leichte Wellenkonstruktion bildet ein schützendes Polster für Transportverpa-ckungen aller Art.

Wellpappe69%

Folien11%

Vollpappe8%

Holz7%

Verpackungs-mittel aus Kunststoff

5%

Abbildung 1: Marktstruktur der Transportverpackungen

Im Lebensmitteleinzelhandel übernimmt die Transportverpackung darüber hin-aus eine Verkaufsfunktion. Mit wenigen Handgriffen wird der Deckel entfernt und die Ware direkt aus der Verpackung heraus zum Kauf angeboten. Auch für Displays wird Wellpappe in Warenhäusern und Supermärkten eingesetzt, um die Aufmerksamkeit der Kunden gezielt auf ein bestimmtes Produkt zu lenken. Bei Designern ist das Material ebenfalls sehr beliebt, schon in den 60er Jahren wurden Möbel aus Wellpappe in Form von Stühlen, Tischen und Regalen ge-schaffen.

An der Umweltverträglichkeit des Packstoffes besteht kein Zweifel. Wellpappe besteht zu 100 Prozent aus nachwachsenden Rohstoffen und wird nach Gebrauch nahezu vollständig recycelt!



3 Struktur der deutschen Wellpappenindustrie

Papier verarbei-tende Industrie

Wellpappenhersteller werden gemäß der Klassifikation der Wirtschaftszweige von 2008 als „Hersteller von Waren aus Papier, Karton und Pappe“ zur Branche 17.2 gezählt. Diese Gruppe wird durch die amtliche Wirtschaftsstatistik wieder-um in fünf Klassen untergliedert, wie nachfolgende Auflistung zeigt.

Tabelle 1: Hersteller von Waren aus Papier, Karton und Pappe

17.2 Herstellung von Waren aus Papier, Karton und Pappe

17.21 Herstellung von Wellpappe sowie von Verpackungsmitteln aus Papier, Karton und Pappe

17.22 Herstellung von Haushalts-, Hygiene- und Toilettenartikeln aus Zellstoff, Papier und Pappe

17.23 Herstellung von Schreibwaren und Bürobedarf aus Papier, Karton und Pappe

17.24 Herstellung von Tapeten

17.29 Herstellung von sonstigen Waren aus Papier, Karton und Pappe

Trotz der Tatsache, dass die Papier verarbeitende Industrie überwiegend mit Papier und Pappe als gemeinsames Ausgangsmaterial arbeitet, ist der Wirt-schaftszweig durch eine signifikante Vielfalt gekennzeichnet. Wird der Begriff „Branche“ als eine „Gruppe von Unternehmen, die Produkte herstellen, die sich gegenseitig nahezu ersetzen können“ [1] formuliert, so kann die Papier verar-beitende Industrie kaum als in sich konsistente Branche verstanden werden. Damit können Tapeten keine Schreibwaren ersetzen oder Hygienepapiere kei-ne Wellpappekartons, auch wenn die Produkte materialtechnisch vorwiegend auf Papier basieren.

Der Großteil des für die Papierverarbeitung verfügbaren statistischen Datenma-terials ist ausschließlich in die genannten fünf Klassen gegliedert und damit nur begrenzt für die Wellpappenindustrie geeignet. Unternehmen der Gruppe 17.21 erwirtschafteten im Jahr 2010 einen Gesamtumsatz von 10,34 Mrd. €, bundes-weit waren in 305 Betrieben 46.668 Personen beschäftigt [2].



Wellpappen-industrie

Mit dem Beginn der Finanz- und Wirtschaftskrise im Herbst 2008 verzeichnete die Wellpappenindustrie erstmals nach 15 Jahren kontinuierlichem Wachstum einen Absatzrückgang [3]. 2009 musste die Wellpappenindustrie, wie die ge-samte deutsche Wirtschaft, einen der stärksten Konjunktureinbrüche bewältigen und einen Absatzrückgang in Quadratmetern von 4 % verkraften. Seit 2010 be-findet sich die Wellpappenindustrie wieder im Aufschwung. Im Vergleich zu 2009 erzielte die Branche einen Zuwachs um 8,4 %. Damit lag der Absatz für 2010 bei rund 9,1 Milliarden Quadratmetern Wellpappe, wie in Abbildung 2 dar-gestellt.

2,2%

0,9%

2,9% 3,2%

8,3%

4,5%

1,8%

-4,2%

8,4%

2

4

6

8

10

2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

Wellpappenabsatz in Mrd m²/a

-10%

-8%

-6%

-4%

-2%

0%

2%

4%

6%

8%

10%

Veränderung

Abbildung 2: Entwicklung des Wellpappenabsatz (2002 – 2010) [Fehler! Textmarke nicht definiert.,3,4,5]

Deutschland ist in Europa mit deutlichem Abstand führend in der Wellpappen-herstellung. Im internationalen Vergleich wird Deutschland nur noch von China, den USA und Japan übertroffen [6].

2011 waren insgesamt rund 18.000 Arbeitnehmer in den 114 Werken der 39 Wellpappenunternehmen beschäftigt [7,8]. Gegenüber anderen Industriezwei-gen weisen die Beschäftigtenzahlen der Wellpappenindustrie in den letzten zehn Jahren eine eindrucksvolle Konstanz auf.

Insgesamt befinden über 20 Werke in Bayern, davon 19 VDW-Mitgliedswerke, die rund ein Fünftel der deutschen Wellpappenproduktion herstellen und circa 20 % des Branchenumsatzes erwirtschaften. Die bayerische Wellpappenindust-rie beschäftigt circa 3.600 Mitarbeiter. Bayern stellt somit einen wichtigen Standort für die deutsche Wellpappenindustrie dar.

Auch die Umsätze erreichten deutliche Steigerungen. Sie wuchsen im Jahr 2011 durchschnittlich um 12,4 % auf knapp 5 Milliarden Euro.



Kostenstruktur Wellpappe

Die Kostenstruktur der Wellpappenindustrie wird sehr stark von den Investitio-nen für die Rohstoffe bestimmt. Die Beschaffung des Wellpappenrohpapiers macht dabei etwa die Hälfte der Rohstoffkosten aus. Die übrigen 50 % verteilen sich auf Energie, Transport, Personal und andere Produktionshilfsmittel wie zum Beispiel Leim.

Preisentwicklung Papier

Die Entwicklung des Papierpreises für Altpapier-Wellenstoff von September 2009 bis März 2011 zeigt Abbildung 3.

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

Sep 09 Dez 09 Mrz 10 Jun 10 Sep 10 Dez 10 Mrz 11

Kos

ten

in €

/t

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%Kostensteigerung AP-Wellenstoffprozentualer Anstieg(bezogen auf Sep 09)

Abbildung 3: Kostensteigerung des Altpapier-Wellenstoffs [7,9, 10, 11, 12, 13]

In diesem Zeitraum sind die Preise für Altpapier-Wellenstoff um etwa 80 % ge-stiegen. Betrachtet man die Papierverbraucherstruktur der Wellpappenerzeu-gung, so beträgt der Anteil an Altpapier-Wellenstoff für das Jahr 2010 etwa 36,8% (siehe Abbildung 4 [6]).

Wellenstoff37%

Schrenzpapier2%

Testliner39%

Halbzellstoff-papier

2%

Kraftliner, braun14%

Kraftliner, weiß, geflammt etc.

6%

Abbildung 4: Papierverbrauchsstruktur der Wellpappenerzeugung (2010)



Preisentwicklung Stärke

Für Stärke, die als Basis für den Leim eingesetzt wird, sind die Beschaffungs-kosten nach einem Preistief in 2009 seit etwa Mitte 2010 stark angestiegen. Bei der Kartoffelstärke hat sich der Preis um etwa 100 %, bei Mais und Weizenstär-ke um etwa 60 % angehoben (Stand April 2011 [7]). Der Trend seit dem dritten Quartal 2011 ist jedoch bereits wieder deutlich rückläufig.

Kartoffelstärke hat hierbei allerdings für die Wellpappenherstellung aufgrund der Preisentwicklung wegen des Wegfalls der EU Fördermittel heute ohnehin be-reits kaum noch Relevanz und wies im Vergleich zu Weizen und Mais in den vergangenen Jahren eine noch stärker ausgeprägte Volatilität auf.

Ungeachtet aller Preisentwicklungen am Markt ist in diesem Zusammenhang al-lerdings zu berücksichtigen, dass Stärke bei den variablen Kosten bezogen auf die Fläche hergestellter Wellpappe bei 2-3% der Gesamtkosten liegt.

Preisentwicklung Gas (2)

Der Gaspreis ergibt sich aus den Kosten für Beschaffung, den Aufwendungen für Transport, Verteilung und Vertrieb sowie den Steuern (Gassteuer, Mehr-wertsteuer) und Abgaben. Abbildung 5 zeigt die Entwicklung des Gaspreises von 2007 bis 2010 sowohl mit als auch ohne den Kostenanteil durch Steuern und Abgaben. Der Anteil für Steuern und Abgaben am Gesamtgaspreis ist in den Jahren zwischen 2007 und 2010 auf einem konstanten Niveau verblieben (etwa 24 %). In der zweiten Jahreshälfte von 2008 lag der Gaspreis bei etwa 59 €/MWh und stellt für den betrachteten Zeitraum das Maximum dar. Nach einer kurzen Entspannungsphase 2009 mit niedrigen Gaspreisen ist seit 2010 wieder ein kontinuierlicher Anstieg des Gaspreises zu beobachten.

0

20

40

60

80

20071. Halbjahr

20072. Halbjahr

20081. Halbjahr

20082. Halbjahr

20091. Halbjahr

20092. Halbjahr

20101. Halbjahr

20102. Halbjahr

Ga

spre

is in

€/M

Wh

Gaspreis in €/MWh o. Steuern für (2,7 GWh < Verbrauch < 27,7 GWh)

Gaspreis in €/MWh inkl. Steuern für (2,7 GWh < Verbrauch < 27,7 GWh)

Abbildung 5: Entwicklung des Gaspreises von 2007 bis 2010 [14]



Preisentwicklung Gas (2)

Im Jahr 2010 betrug der Gaspreis in Deutschland nach EUROSTAT [14] für die Verbrauchergruppe von 10.000 bis 100.000 GJ etwa 48 €/MWh. Der Gaspreis für die Wellpappenindustrie lag zwischen 28 und 51 €/MWh und durchschnittlich bei 39 €/MWh.

0

20

40

60

80

0 5 10 15 20 25Erdgasbezug in GWh/a

Erd

gask

oste

n in

€/M

Wh

Abbildung 6: Gaspreise von Wellpappenherstellern (2010)

Preisentwicklung Strom

Der Strompreis setzt sich aus dem Stromkostenanteil (Erzeugung, Transport und Vertrieb), der EEG-Umlage, der KWKG-Umlage, der Stromsteuer sowie der Konzessionsabgabe zusammen. Die Entwicklung des Strompreises von 2007 bis 2010 sowohl mit als auch ohne den Kostenanteil durch Steuern und Abga-ben ist in nachfolgender Abbildung 7 dargestellt.

0

25

50

75

100

125

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175

200

225

250

20071. Halbjahr

20072. Halbjahr

20081. Halbjahr

20082. Halbjahr

20091. Halbjahr

20092. Halbjahr

20101. Halbjahr

20102. Halbjahr

Str

om

pre

is in

€/M

Wh

Strompreis in €/kWh o. Steuern für (500 MWh < Verbrauch < 2.000 MWh)

Strompreis in €/kWh inkl. Steuern für (500 MWh < Verbrauch < 2.000 MWh)

Strompreis in €/kWh o. Steuern für (2.000 MWh < Verbrauch < 20.000 MWh)

Strompreis in €/kWh inkl. Steuern für (2.000 MWh < Verbrauch < 20.000 MWh)

Abbildung 7: Entwicklung des Strompreises von 2007 bis 2010

Der reine Stromkostenanteil zeigt seit 2008 einen sinkenden Trend, der aller-dings durch den steigenden Anteil an Steuern und Abgaben nicht am Gesamt-strompreis zu erkennen ist. In dem Zeitraum von 2007 bis 2010 hat sich der Strompreis um etwa 29 % erhöht.



Preisentwicklung Strom

Für das Jahr 2010 lag nach EUROSTAT der Strompreis inklusive Steuern und Abgaben der Verbrauchergruppe „0,5 – 20 GWh“ bei durchschnittlich 137 €/MWh. Im Vergleich zu diesen Daten liegt der Strompreis der an der PTS-Umfrage beteiligten Unternehmen bei im Mittel 113 €/MWh siehe Abbildung 8.

0

40

80

120

160

0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0Fremdstrombezug in GWh/a

Str

omko

sten

in €

/MW

h

Abbildung 8: Strompreise von Wellpappenherstellern (2010)



4 Wellpappe

4.1 Verfahrenstechnik der Wellpappenherstellung

Wellenaggregat: Umformen des Wellenpapiers

Papiere für die Wellenlage sowie der Deckenbahnen werden mit Hilfe von ex-ternen Vorheizzylindern (Vorheizer = Deckenbahn, Vorbereiter = Wellenbahn) aufgewärmt. Das Papier für die Wellenlage wird häufig über ein angeschlosse-nes Sprühfeuchtwerk mit Nassdampf besprüht, um die notwendige Elastizität und Formbarkeit zu erreichen. Der Prägeprozess ist ein Warm-Umformprozess, bei dem die Außenflächen des Wellenpapiers über ihre Glasübergangstempe-ratur hinaus erwärmt werden. Die Erhöhung der Feuchte des Wellenpapiers senkt die Glasübergangstemperatur des Papiers, siehe Abbildung 9 [15].

,

Abbildung 9: Glasübergangstemperatur, [16]

Die Formung der Welle geschieht zwischen zwei beheizten Riffelwalzen des Wellpappenaggregates (einseitige Maschine), die auf etwa 180 °C erhitzt wer-den. Aufgrund enger Biegeradien ist eine plastische Verformung des Papiers nötig. Ursache für plastische Verformungen ist das irreversible Abgleiten ein-zelner Faserkreuzungen. Die Kraft-Verformungskurve ist nicht glatt, sondern durch spontane Kraftabfälle und Wiederaufbau der Kraft gekennzeichnet (Abbildung 10).

Abbildung 10: Kraft-Verformungskurve, [17]



Wellenaggregat: Ausformfaktor

Die Güte der Verformung wird durch den Ausformfaktor beschrieben. Der Aus-formfaktor ist der Quotient aus dem Wellenabstand der fertigen Welle und dem Wellenabstand auf den Riffelwalzen. Bei einem Ausformfaktor von 1 hat die ge-formte Welle exakt das Profil der Riffelwalze angenommen. Im Temperaturin-tervall von 23 °C bis 100 °C sinken die Ausformfaktoren schnell, erreichen aber nicht den Wert 1. Ausformfaktoren um den Wert 1 werden erst bei Temperatu-ren größer 160 °C und hohen Papierfeuchten erreicht. Eine Temperaturabsen-kung führt zu erhöhten Rückstellkräften im gewellten Papier, die durch die Ver-klebung aufgefangen werden müssen [18].

1,0

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

0 50 100 150 200

Riffelwalzentemperatur in °C

Au

sfo

rmfa

kto

r KL 145 (trocken)

KL 145 (feucht)

Abbildung 11: Ausformfaktor eines Kraftliners in Abhängigkeit von Temperatur und Feuchte, modifiziert nach [17]



Verkleben im Wellenaggregat

Konzept An-presswalze

Die Kombination des geriffelten Papiers mit einer ebenen Papierbahn, der In-nendecke, ist die einseitige Wellpappe. Zu ihrer Herstellung ist ein Klebepro-zess notwendig, der ebenfalls im Wellpappenaggregat durchgeführt wird. Die konventionelle Verfahrenstechnik dieser Verklebungsprozesse wird anhand Abbildung 12 erläutert, die den schematischen Querschnitt eines Wellpappen-aggregates zeigt.

Abbildung 12: Querschnitt durch ein Wellpappenaggregat [19 ]

Im Eingriff der beiden Riffelwalzen wird das Wellenpapier geprägt. Die geriffelte Papierbahn bleibt - gestützt durch Vakuum oder Überdruck - im Kontakt mit der unteren Riffelwalze. Nach einem Drehwinkel von etwa 90° wird mittels des Klebstoffauftragswerkes auf die Wellenspitze der geprägten Papierbahn Kleb-stoff aufgetragen. Nach einem weiteren Drehwinkel von etwa 90 ° wird die ebe-ne Papierbahn, das Deckenpapier, mit Hilfe einer Anpresswalze an das Wel-lenpapier gepresst und verklebt. Der erzeugte Verbund aus Wellenpapier und Liner muss unmittelbar nach dem Verlassen des Drucknips für den Weiter-transport innerhalb der WPA ausreichend belastungsfähig sein, denn die einsei-tige Wellpappe wird nun ohne Führung den nachfolgenden Verfahrensschritten zugeführt.



Verkleben im Wellenaggregat

Konzept der Bandanpressung

Bei der konventionellen Herstellungstechnik wirken sich die relativ hohen An-pressdrücke im Nip zwischen Riffelwalze und Anpresswalze nachteilig auf die Festigkeit der gefertigten Wellpappe aus. Um die Liniendrücke bei der Verkle-bung zu reduzieren und dadurch Schädigungen der Wellpappe bzw. der De-ckenbahn auf ein Minimum zu reduzieren, kann statt der Walze ein Band zum Verpressen von Welle und Liner verwendet werden. Der erforderliche Anpress-druck wird reduziert, indem die Deckenbahn entlang der Wellenbahn mit dem Band geführt wird. Hauptvorteile der Bandanpressung sind:

nahezu keine Prägelinien (Bedruckbarkeit),

deutlich geringerer Schallpegel der Maschine.

Das Anpressband besteht zur Vermeidung von Dampfblasen aus einem offen-porigen Metall- oder Kunststoffgewebe und wird über die Umlenkwalzen aufge-heizt. Vorteile dieses Systems sind, wie bereits erwähnt, die Verringerung des Liniendrucks und eine wesentlich länger Anpresszeit, in der die Verbundfestig-keit der einseitigen Wellpappe erreicht werden kann.

3-fach Vorheizer und Kaschier-werk

Der 3-fach Vorheizer erwärmt die einseitigen Bahnen und die letzte Kaschier-bahn noch einmal bevor im Kaschierwerk auf den Wellenköpfen der einseitigen Bahnen Leim aufgetragen wird. Er besteht aus aufeinander stehenden beheiz-baren Zylindern. Die Variation der Wärmeaufnahme der Papierbahnen auf den Zylindern erfolgt über die Änderung der Auflagefläche des Papiers, die mit Hilfe von Umschlingungsarmen angepasst werden kann.

Das Kaschierwerk besteht aus einzelnen Leimwerken – eines für jede einseitige Bahn – und benetzt die Wellenspitzen für den Verklebeprozess mit Leim.

Heiz- und Zugpartie

Im Einlauf der Heiz- und Zugpartie werden die einseitigen Bahnen mit der ab-schließenden Deckbahn zusammengeführt und unter Zufuhr von Wärme auf-einandergepresst.

In der anschließenden Trockengruppe wird die fertige Wellpappe mittels Gurten über Heizplatten geführt. Mit Belastungssystemen (z. B. Walzen) wird die Well-pappe gleichmäßig mit den Heizplatten in Kontakt gebracht, um eine gleichmä-ßige Aufwärmung und Verklebung sicherzustellen.

Für höhere mechanische Ansprüche können weitere Wellen- und Deckenbah-nen aufgebracht werden. So erhält man zwei- oder dreiwellige Wellpappe.

Es sind Produktionsgeschwindigkeiten von bis zu 400 m/min möglich. Die übli-chen Arbeitsbreiten liegen aktuell zwischen 250 und 280 cm. Darüber hinaus gib es eine Anlagenvariante mit der auch Arbeitsbreiten bis 330 cm produziert werden können.



Schema der WPA

[20]

4.2 Wellpappenklebstoffe

Einführung Das Eigenschaftsprofil für einen für das Wellpappenaggregat geeigneten Kleb-stoff stellt sich wie folgt dar:

hoher Feststoffgehalt

hohe Verfestigungsgeschwindigkeit

hohe Molmasse der makromolekularen Substanz

günstiger Preis.

Als Grundstoff von Wellpappenklebstoffen wird vorzugsweise native Stärke verwendet. Um sie im Prozess der Wellpappenerzeugung als Wellpappenleim oder Kaschierleim einsetzen zu können, muss die Stärke nach verschiedenen Verfahren aufbereitet werden. Die wichtigsten Verfahren werden nachfolgend kurz beschrieben.



Klebstoffe nach Stein-Hall-Verfahren

Stein-Hall-Klebstoffe sind klassische trägerbasierte-Systeme, bestehend aus einem Teil Stärke (nativ oder modifiziert), welcher unter Zugabe von Wasser, Natronlauge und Wärme vollständig verkleistert und den Primäransatz bildet, sowie einem weiteren Teil, meist nativer Stärkeslurry (Suspension aus Stärke und kaltem Wasser = Sekundäransatz).

Beide Komponenten werden gemischt, wobei das Mischungsverhältnis zwi-schen hochviskoser Trägerstärke (Primäransatz) und niederviskoser Stärke-suspension (Sekundäransatz) die Viskosität des Klebstoffes bestimmt. Für bei-de Ansätze wird in der Regel die gleiche Stärke (Weizen, Kartoffeln, Mais etc.) eingesetzt. Inzwischen werden Stein-Hall-Aufbereitungen wie auch die moder-neren Verfahren als Ein-Tank-Verfahren realisiert, wobei die Zutaten in chrono-logischer Folge dem Ansatz zugeführt werden, während dieser permanent mit einem starken Rührwerk gemischt bzw. dispergiert wird.

Üblicherweise enthalten die Mischungen bezogen auf die Stärke 12 % - 14 % Trägerstärke und 86 % - 88 % native Stärke, wobei der Gesamtfeststoffgehalt dabei etwa 25 % beträgt. Dem Primäransatz wird Alkali zugesetzt, was den Verkleisterungspunkt der nativen Stärke je nach Anwendung und Stärketyp auf circa 55 °C herabsetzt. Ein weiteres Additiv wie bei allen stärkehaltigen Kleb-stoffen ist Borax. Es wird dem Ansatz in der Regel im Sekundärteil zugefügt.

Borax wirkt hauptsächlich als Vernetzungsmittel zwischen benachbarten Stärkemolekülen des gelösten Stärkeanteils, wodurch der Viskositätssprung bei der Verkleisterung noch steiler verläuft. Allerdings fördert Borax bei zu hoher Dosierung auch die Versprödung des Klebstoffs, wodurch die Festigkeit von Wellpappenklebungen zurückgehen kann [21].

Klebstoffe nach dem No-Carrier-Verfahren

Bei diesem Verfahren wird die gesamte Stärke der entsprechenden Rezeptur in Wasser suspendiert. Anschließend wird der Slurry, nach Erwärmung auf etwa 25 – 30 °C, unter Zugabe von verdünnter Natronlauge gerührt bis eine Stein-Hall-Viskosität von etwa 50 bis 90 Sekunden erreicht wird. Dadurch wird die Stärke zu einem vergleichsweise geringen Maß angequollen, wobei nur sehr wenig Stärke (1-2%) vollständig verkleistert. Die Reaktion wird durch die Zuga-be von beispielsweise Borsäure gestoppt, was den pH Wert auf ein geringeres Niveau senkt. Dabei wirkt der darin enthaltene Boranteil, wie beim Stein-Hall- Verfahren, in gleicher Weise viskositätsanhebend wie das darin eingesetzte Bo-rax.



Klebstoffe nach dem „Minocar“-Verfahren und „VCC“-Verfahren

Die Herstellung eines Wellpappenklebstoffes nach dem „Minocar“-Verfahren stellt, ebenso wie das erst später entwickelte „VCC“-Verfahren (Viscosity Controled Carrier), eine Mischform aus dem No-Carrier und dem Stein-Hall-Verfahren dar.

Bei diesen beiden Verfahren wird ein bestimmter Mengenanteil (40 % - 60 %) der Primärstärke in Wasser (80 % - 90 %) suspendiert. Nach entsprechender Temperierung sorgt, wie im No-Carrier-Verfahren, die Zugabe von Alkali(NaOH) für das Anquellen der Stärkekörner und somit für eine Viskositätszunahme. Nach Erreichen einer vorgegebenen Soll-Viskosität werden dem so hergestell-ten Träger das restliche Wasser (Sekundärwasser 10 % - 20 %) sowie die Se-kundärstärke zugegeben, wodurch der Trägerquellprozess unterbrochen wird. Darauf folgt die Zugabe des Borax, das wie in anderen Verfahren durch eine einsetzende Vernetzung zu der gewünschten Viskositätszunahme führt (Abbildung 13). Der Klebstoff wird danach zur Fertigstellung auf das gewünsch-te Viskositätsniveau für die Verarbeitung auf der Wellpappenanlage herunter-geschert.

1

3

2

4

5

6

1: Eintrag von Primärstärke und NaOH 4: Zugabe von Boraxin Primärwasser 5: Beginn der Scherung

2: Zugabe von Sekundärwasser 6: Erreichen der Endviskosität durch 3: Zugabe von Sekundärstärke Scherung

0 500 1000 1500 2000 2500

Ansatzzeit (s)

Vis

kosi

tät

Endviskosität

1

3

2

4

5

6

1: Eintrag von Primärstärke und NaOH 4: Zugabe von Boraxin Primärwasser 5: Beginn der Scherung

2: Zugabe von Sekundärwasser 6: Erreichen der Endviskosität durch 3: Zugabe von Sekundärstärke Scherung

0 500 1000 1500 2000 2500

Ansatzzeit (s)

Vis

kosi

tät

Endviskosität

Abbildung 13: Viskositätsverlauf beim „Minocar“- und „VCC“-Verfahren [22, 23]

Fertigklebstoffe Diese Art von Wellpappenklebstoffe sind bereits vom Stärkehersteller vorgefer-tigte Mischungen (in Pulverform), in denen alle Bestandteile eines Stein-Hall ähnlichen Klebstoffs bereits enthalten sind. Diese Fertigmischungen werden in kaltem Wasser bei Raumtemperatur eingerührt und ergeben nach intensivem Rühren einen einsatzfähigen Wellpappenklebstoff. Vorteile dieser Fertigkleb-stoffe sind die einfache Handhabung in der Klebstoffaufbereitung und die schnelle, wenig aufwändige Zubereitung. Nachteile sind:

der relativ hohe Produktpreis, verglichen mit nativen Produkten und Chemi-kalien,

die eingeschränkte Flexibilität in der Klebstoffrezeptur, da Feststoffgehalt und Gehalt an NaOH sowie Borax anteilig festgelegt sind,

und eine begrenzte Lagerfähigkeit des Trockenproduktes.



4.3 Wellpappensorten

Wellensorten Die Ursache für die Stabilität der Wellpappe liegt in der Wellenform. Um allen Anforderungen gerecht zu werden, sind unterschiedliche Wellenformen ge-bräuchlich. Überwiegend wird einwellige Wellpappe hergestellt. Dabei ist die Wellenbahn mit einer Außen- und einer Innendeckschicht beklebt. Durch einen schichtartigen Aufbau können auch mehrere Wellenlagen, getrennt durch Zwi-schenlagen, zu einer zwei- oder auch dreiwelligen Wellpappe miteinander ver-klebt werden, um Schutz gegen hohe und höchste mechanische Belastungen zu bieten. Dabei werden unterschiedliche Wellenformen miteinander kombiniert, die sich in ihrer Wellenteilung (t) und Wellenhöhe (h) unterscheiden.

Die in Deutschland produzierte Form ist die Sinuswelle, auch „Rundriffelform“ genannt. Das sogenannte V-Profil ist kaum gebräuchlich.

In Tabelle 2 sind die Bezeichnungen für Wellpappen mit deren geometrischen Kenngrößen (angegeben sind Mittelwerte) dargestellt.

Tabelle 2: Bezeichnungen und geometrische Kenngrößen von Wellpappe, nach DIN 55468-1

A-Welle Grobwelle 4,75 8,80 114C-Welle Mittelwelle 3,66 7,59 126B-Welle 2,50 6,50 153D-Welle 2,10 4,50 222E-Welle 1,16 3,50 258F-Welle 0,75 2,40 415G-Welle 0,60 1,80 556N-Welle 0,55 1,80 555

Mikrowelle

Bezeichnung

Feinwelle

Höhe Ø[mm]TeilungØ[mm]

Wellen proØ lfd. Meter



Anteile Wellpap-pensorten in Deutschland

Überwiegend wird in Deutschland einwellige Wellpappe hergestellt, davon hauptsächlich B-, C- und E-Welle. Die mehrwelligen Wellpappen machen nur rund ein Drittel der Produktionsmenge aus. Hier überwiegen deutlich Kombina-tionen aus B- und C-Welle.

Tabelle 3: Anteile und Produktionsmenge der produzierten Wellpappesorten in Deutschland 2008 [24]

Wellpappensorte Produktionsmenge Produktionsmenge% Mio m²

Einwellige WP

A-Welle 0,1% 5,8 B-Welle 39,6% 3.443,6 C-Welle 14,2% 1.234,4 E-Welle 11,3% 980,6 F-Welle 0,8% 69,2 Einwellig Laminiert 0,3% 23,1 Einwellig Sonstige 0,1% 5,8 Anteil Einwellig 66,4% 5.762,4

Mehrwellige WP

BB 0,1% 8,2 CA/AC 0,4% 35,6 BC/CB 18,9% 1.641,8 BE/EB 8,5% 738,8 EC/CE 0,3% 27,4 EE 1,6% 139,6 Dreiwellig 0,6% 52,0 Mehrwellig Laminiert 0,1% 8,2 Mehrwellig Sonstige 1,0% 87,6 Anteil Mehrwellig 31,5% 2.739,1

Einseitige WP 2,1% 182,4

Summe total 100,0% 8.687,0



5 Branchenspezifische Kennzahlen der Wellpappenindustrie

5.1 Einführung - branchenspezifische Kennzahlen

Branchen-spezifische Kennzahlen

Für die Bewertung der Energieeffizienz eines Industriestandortes können ver-schiedenste Kennzahlen des Betriebes gebildet und miteinander verglichen werden. Diese Kennzahlen können beispielsweise aus den Energie- und Pro-duktionsdaten oder aus Energie- und Umsatzdaten eines Unternehmens ermit-telt werden. Im Folgenden sind Beispiele für produktionsbezogene Energie-kennzahlen aufgeführt:

[%]100enGesamtkost

tenEnergiekostenanteilEnergiekos

amodert

akWh

mengeroduktionsP

gieeinsatzGesamtenergieeinsatzGesamtenerspez Gesamt

/

/.

2

amodert

akWh

mengeroduktionsP

tzStromeinsatzStromeinsaspez Gesamt

/

/.

2

Betriebsintern dienen diese Kennzahlen in erster Linie der Kontrolle und Beo-bachtung des Energieeinsatzes über einen zeitlichen Horizont. Eine Positionie-rung innerhalb der Branche ist damit nur bedingt möglich, da diese globalen Kennwerte keinen Rückschluss auf Produktionsbedingungen oder Betriebs-strukturen der zu vergleichenden Betriebe erlauben. Variationen dieser Werte ergeben sich beispielsweise durch:

Produktionsmenge,

die erzeugte Wellenart bzw. Wellenkombination (Umstellung von BC-Welle auf BE-Welle ergibt eine Energieeinsparung von 7-8 %),

die Anzahl der Wellen,

die Eigenschaften des Rohpapiers (Grammatur, Rohpapierfeuchte, Trock-nungsverhalten des Papiers etc.),

die Anzahl der Sortenwechsel bzw. die Losgrößen,

die Art der Leimküche (Fertigpulver/angesetzter Leim),

das Anlagenalter

und Faktoren wie Schichtbetrieb bzw. Betriebsdauer

Ein Erfassen von allen Varianten wird im Rahmen des Projektes nicht möglich. Ziel ist es, geeignete Kenngrößen zu finden, die trotz unterschiedlicher Produk-tionseinstellungen miteinander vergleichbar sind.



Bezugsgrößen und Bilanzgren-zen

Der Energieverbrauch in der Wellpappenerzeugung ist sehr komplex und kaum homogen. Innerhalb eines Sortenbereiches [siehe Tabelle 4] gibt es Unter-schiede bezüglich des Rohstoffeinsatzes (Grammatur und Feuchte der Rohpa-piere, Leimsorten) und der Anlagentechnik. Für die Bewertung der Energiesi-tuation, das Aufstellen von Benchmarks und das Ableiten spezifischer Kennzah-len sind daher Systemgrenzen und Bezugsgrößen festzulegen und zu berück-sichtigen.

Tabelle 4: Systemgrenzen und Bezugsgrenzen

Systeme Beschreibung Bezugsgrößen

Gesamtwerk Gesamte Anlage mit al-len Hilfs- und Nebenbe-trieben

verkaufsfähige Produk-tion

Produktion Leimaufbereitung und WPA inklusive Hilfsan-lagen

Bruttoproduktion der Wellpappenanlage

Prozessschritt Aggregat (z. B. Druck-luft, Kälteerzeugung)

Druckluftmenge, Kälte-menge

Folgende Betrachtung soll die Vorteile der Abgrenzung von Systemen verdeut-lichen. In beiden Fällen, siehe Abbildung 14, ist jeweils der gleiche thermische Energieverbrauch der Wellpappenanlage (135 kWh/t) vorausgesetzt.

Dampferzeuger [η= 90 %]

WPA 1

inkl. Längs- und Querschneider,

Rillwerk

Leimküche

Dampfeinsatz135 kWh/t

Spez. Gasverbrauch150 kWh/t


WPA 2


Rillwerk

Leimküche




WPA 1


Rillwerk

Leimküche




WPA 2


Rillwerk

Leimküche



Abbildung 14: Abgrenzung von Technologiebereichen

Unterschiede im Gasbedarf resultieren hier aus dem Bereich der Dampferzeu-gung. Über den Weg der Abgrenzung können Verursacher höheren Energie-verbrauchs, in dem Beispiel der schlechte Wirkungsgrad des Dampferzeugers, schnell und sicher identifiziert werden.



Branchentypi-sche System-grenzen

Folgende branchentypischen Bereiche wurden im Rahmen dieses Projektes für die Erzeugung von Wellpappe definiert:

Dampferzeugung

Klebstoffaufbereitung (Leimküche)

Wellpappenanlage

Randstreifenabsaugung, Schredder und Ballenpresse

Druckluft

Beleuchtung

Hallenbeheizung

Weiterverarbeitungsmaschinen (Stanzen/Kleben, Bedrucken, Beschichten)

5.2 Datenerhebung in der Wellpappenindustrie

Umfrage Im Folgenden werden – unter Berücksichtigung ihrer eingeschränkten Aussa-gekraft - Energiekennzahlen für die Wellpappenindustrie dargestellt. Zur Erfas-sung der Daten zur Energiesituation in der deutschen Wellpappenindustrie im Jahr 2010 wurden die Verbandsmitglieder des VDW angeschrieben.

Beteiligung An der Umfrage beteiligten sich insgesamt 18 Werke, die im Jahr 2010 zusam-men 1.938.615.023 m² Wellpappe produzierten. Dies entspricht einem Anteil von 16 % der Verbandsmitglieder bzw. etwa 18 % der in Deutschland produ-zierten Menge an Wellpappe (siehe Abbildung 15).

18%82%

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

10,0

Pro

du

kti

on

smen

ge

in M

rd m

²/a

PTS Umfrage

WP-Produktion 2010 in D

Abbildung 15: Mit der Umfrage erfasste Produktionsmenge



Produktions-struktur der be-teiligten Unter-nehmen

Unter den befragten Unternehmen befinden sich insgesamt 15 Werke, die mit einer zweiwelligen WPA ausgestattet sind. Zwei Werke produzieren parallel auf zwei zweiwelligen Wellpappenanlagen und ein Werk unter den Befragten ist mit einer dreiwelligen Wellpappenanlage ausgerüstet. Der Vergleich zwischen den über die Umfrage und den jährlich durch den VDW erhobenen Daten im Hin-blick auf die produzierten Wellpappenarten ist in Tabelle 5 zusammengefasst.

Tabelle 5: Wellpappenarten – PTS - Umfrage vs. Deutschland 2008 - 2010

Wellpappenarten PTSUmfrage 2010 2009 2008

Einseitig 1,1% 2,0% 1,8% 3,8%Einwellig 69,5% 66,3% 67,4% 67,3%Mehrwellig 29,4% 31,7% 30,8% 28,9%

VDW

Bezogen auf die Produktionsstruktur liefert der über die Befragung erfasste Ausschnitt eine gute Übereinstimmung mit den Daten der Branche und die Um-frage kann somit als repräsentativ angesehen werden.

Schichtsysteme & Betriebsstun-den

Von den 18 Unternehmen haben 17 Unternehmen Angaben zur Arbeitszeit ge-macht. Im Hinblick auf die Arbeitstage in der Woche zeichnet sich für die Well-pappenindustrie das Modell der Fünf-Tage Woche ab. Lediglich ein Unterneh-men gibt eine 5,5 Tagewoche an.

Um eine Aussage über die Anlagenauslastung zu erhalten, wurden neben den Betriebsstunden der Anlage auch Informationen zum angewandten Schichtsys-tem abgefragt. Unter den befragten Unternehmen ist das Dreischichtsystem, mit einem Anteil von 76 % (Tabelle 6), das am stärksten verbreitete System.

Tabelle 6: Schicht-System und durchschnittliche Betriebsstunden Schicht Anzahl Anteil Ø Betriebsstunden

1-Schicht 0 0% -2-Schicht-System 2 12% 3.593

2,5 Schicht-System 2 12% 3.7373-Schicht-System 13 76% 4.800

Zusammen-fassung

Die über den Fragebogen erfassten Daten stehen damit vorwiegend für Stand-orte, die mit einer Wellpappenanlage (WPA) bestehend aus zwei Wellenaggre-gaten Wellpappe erzeugen.



5.3 Endenergieeinsatz in Wellpappenwerken

Spezifischer Endenergieein-satz des Werkes

Eine Übersicht über den spezifischen Energieeinsatz gibt Abbildung 16. Darge-stellt ist die Summe des Bezuges von Brennstoffen, Strom und Wärme bezogen auf die flächenbezogene sowie massenbezogene Bruttoproduktionsmenge.

Zur Beurteilung der Werte werden fünf Gruppen entsprechend der Jahrespro-duktionsmenge definiert. Die Werte für den flächenbezogenen Verbrauchswert zeigen deutliche Schwankungen und liegen zwischen 120 bis 247 kWh/ 1000 m² Bruttomaschinenerzeugnis. Werte für den massenbezoge-nen Kennwert reichen von 180 bis 320 kWh/t Bruttomaschinenproduktion. Bei-de Kennwerte ergeben tendenziell niedrigere Verbrauchswerte mit steigender Produktionsmenge.

0

100

200

300

400

500

600

55 - 75 75 - 95 95 - 115 115 - 135 135 - 155Produktionsmengen in [Mio m²]

spe

z. E

nd

en

erg

ieb

ed

ar

in [

kWh

/10

00

m²B

rutt

o]

spez. Endenergiebedarf kWh/1000m² Bruttospez. Endenergiebedarf kWh/t Brutto

spe

z. E

nd

en

erg

ieb

ed

arf

in

[kW

h/t]

Abbildung 16: Spezifischer Energiebedarf der befragten Unternehmen

Der Vergleich zwischen dem massenbezogenen und dem flächenbezogenen Kennwert zeigt ein ähnliches Verhalten. Der Korrelationskoeffizient, also Maß für den Grad des linearen Zusammenhangs zwischen dem massen- und flä-chenbezogenen Kennwert, liegt bei 0,85.



Gesamtenergie-aufteilung

Abbildung 17 zeigt die Verteilung des Strom- und Brennstoffeinsatzes exempla-risch für ein Werk mit und ein Werk ohne Weiterverarbeitung. Der Stromanteil steigt, je umfangreicher die Weiterverarbeitung im Werk ist.

Werk ohne Verarbeitung

Strom16%

Brennstoff84%

Werk mit Verarbeitung(4 Inliner, 3 Flachbettst., 1 Rotationsst., 2 FKM)

Strom26%

Brennstoff74%

Abbildung 17: Verteilung des Energieeinsatzes

5.4 Brennstoffeinsatz und Dampfbedarf in Wellpappenwerken

Spezifischer Brennstoff-einsatz des Wer-kes

Produktionsmen-ge

Untergliedert in fünf Produktionsgruppen charakterisiert nachfolgende Abbil-dung den Energieeinsatz des Brennstoffes (Gas/Öl) bezogen auf die produzier-te Wellpappenfläche.

0

50

100

150

200

55 - 75 75 - 95 95 - 115 115 - 135 135 - 155

Produktionsmengen in [Mio m²]

spe

z. B

ren

nst

offb

ed

arf

in

[kW

h/1

00

0 m

² Bru

tto]

spez. Brennstoffbedarf kWh/1000m² Brutto

Abbildung 18: spez. Brennstoffbedarf über der Produktionsmenge

Deutlich ist die Abhängigkeit zwischen Produktionsmenge und dem spezifi-schen Gas- bzw. Öleinsatz zu sehen und kann damit zur Festlegung von Benchmarkwerten nicht außer Acht gelassen werden. Mit sinkender Produkti-onsleistung steigt der spezifische Brennstoffbedarf. Als wesentliche Ursache für dieses Verhalten steht das erhöhte Potenzial an Wärmeverlusten bei geringer Produktionsmenge, welches durch vermehrte An- und Abfahrprozesse sowie das Warmhalten der Anlage entsteht.



Spezifischer Brennstoff-einsatz des Wer-kes

Betriebsdauer

Betrachtet man die Betriebsstunden, so ergeben sich niedrige Verbrauchswerte mit steigender Produktionsdauer (Abbildung 19).

0

50

100

150

200

250

300

350

0 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 7.000

Betriebsstunden in [h/a]

spez

. Bre

nnst

offb

edar

f in

[kW

h/10

00 m

²Bru

tto]

Abbildung 19: Abhängigkeit zwischen spez. Brennstoffbedarf und Betriebsdauer

Benchmarks

Spezifischer Brennstoffeinsatz des Werkes (1)

Die Benchmarks des spezifischen Brennstoffbedarfs zur Erzeugung von ein- und zweiwelliger Wellpappe in Werken mit einer WPA inklusive Weiterverarbei-tung listet Tabelle 7 für die verschiedenen Produktionsgruppen auf.

Tabelle 7: Benchmarks für Unternehmen mit einer WPA und Weiterverarbeitungsmaschinen

Bruttoproduktion[Anzahl Unternehmen]

Benchmark

[Weiterverarb. 1]Mittelwert

Toleranz (Standardabweichung)

Mio m²kWhBrennstoff

pro 1000 m² Brutto

kWhBrennstoff

pro 1000 m² Brutto

kWhBrennsto ff

pro 1000 m² Brutto

75 - 95 [3] 123 [8] 136 +/- 1395 - 115 [3] 119 [8] 133 +/- 22115 - 135 [5] 96 [8] 112 +/- 14135 - 155 [3] 88 [8] 102 +/- 14

1) Anzahl der Weiterverabreitungsmaschinen

Aufgrund der starken Unterschiede innerhalb der Produktsorten und der instal-lierten Anlagentechnik sind die angegebenen Benchmarks nicht geeignet, um den Prozess vergleichend zu beurteilen. Als bessere Orientierung sollten die Mittelwerte mit ihren Toleranzbereichen herangezogen werden.



Benchmarks

Spezifischer Brennstoffeinsatz des Werkes (2)

Da sich sowohl der Leimverbrauch als auch die aufzuwärmende Papierfläche bei zweiwelliger Produktion erhöhen, muss zur Festlegung von Benchmarks der Anteil an zweiwelliger Produktion mit berücksichtigt werden. Die Verknüpfung zwischen dem spezifischen Brennstoffbedarf und dem Anteil an zweiwelliger Produktion ist in Abbildung 20 dargestellt.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50Anteil zweiwelliger Produktion

spez

. B

renn

stof

fbed

arf

in k

Wh/

1000

m² B

rutt

o

< 100 Mio m²

> 100 Mio m²

Abbildung 20: Zusammenhang zwischen Brennstoffbedarf und Anteil an zweiwelliger Wellpappe

Im Rahmen der Datenauswertung konnte kein Zusammenhang zwischen der Anzahl der Weiterverarbeitungsmaschinen und dem spezifischen Brennstoffein-satz aufgedeckt werden.

Dampfeinsatz bei der Wellpappen-herstellung

Energie wird bei der Wellpappenerzeugung überwiegend in Form von Wärme (Dampf) eingesetzt. Der größte Wärmebedarf besteht bei der Formung der Wel-le und der (Leim)Trocknung sowie bei der Aufheizung der Papierbahnen vor den jeweiligen Verklebeprozessen. Im Bereich der Weiterverarbeitung von Wellpappe wird Dampf vorwiegend zur Luftaufwärmung für die Trocknung von Druckfarben benötigt. Zusätzlich werden häufig die Beheizung von Hallen, La-gern, Sozialräumen und die Warmwassererzeugung unter Verwendung von Dampf realisiert.



Aufteilung des Dampfbedarfs

Im Mittel werden nach Angaben der befragten Unternehmen 87% (75-98 %) des Dampfes für den Hauptprozess der Wellpappenerzeugung verwendet, etwa 11 % (0,1 – 23 %) des Dampfes werden zur Hallenbeheizung genutzt, die rest-lichen 2 % (0 – 10 %) werden im Bereich der Weiterverarbeitung eingesetzt, siehe Abbildung 21. Die Schwankungsbreite der Werte in den einzelnen Verbrauchergruppen ist durch die Gesamtanlagenkonfiguration (Anzahl der Weiterverarbeitungsmaschinen, Art der Hallenbeheizung, Grad der Abwärme-nutzung) des Werkes sowie durch die geographische Lage begründet.

WPA87%

Hallen-beheiz.

11%

Weiter-verar-

beitung2%

Abbildung 21: Aufteilung des Dampfbedarfs bei der Wellpappenerzeugung für Werke mit einer WPA und Weiterverarbeitung aus PTS-Umfrage



5.5 Stromeinsatz in Wellpappenwerken

Spezifischer Stromeinsatz des Werkes

Die Abhängigkeit zwischen der Produktionsmenge und dem spezifischen Strombedarf ist nicht so stark ausgeprägt wie beim Brennstoffbedarf. Betrachtet man die drei Produktionsbereiche zwischen 95 und 155 Mio. Quadratmetern Wellpappe, so ist ein Unterschied zwischen den drei Produktionsgruppen nicht erkennbar, siehe Abbildung 22. Die Schwankungen der Werte innerhalb der einzelnen Produktionsklassen, dargestellt als schwarze Striche, sind so stark, dass die Bereiche sich überlappen.

0

25

50

75

100

55 - 75 75 - 95 95 - 115 115 - 135 135 - 155


spez

. Str

om

beda

rf in

[kW

h/1

000

m² B

rutto

]

spez. Strombedarf kWh/1000m² Brutto

Abbildung 22: Spezifischer Strombedarf in Abhängigkeit der Produktionsmenge

Benchmarks

Spezifischer Stromeinsatz des Werkes (1)

Für die verschiedenen Produktionsgruppen sind in Tabelle 8 die Benchmarks des spezifischen Strombedarfs zur Erzeugung von ein- und zweiwelliger Well-pappe in Werken mit einer WPA inklusive Weiterverarbeitung zusammenge-fasst.

Tabelle 8: Benchmarks spezifischer Strombedarf für Unternehmen mit einer WPA und Weiterverarbeitungsmaschinen

Bruttoproduktion[Anzahl Unternehmen]

Benchmark

[Weiterverarb. 1]Mittelwert

Toleranz (Standardabweichung)

Mio m²kWhStrom

pro 1000 m² Brutto

kWhStrom

pro 1000 m² Brutto

kWhStrom

pro 1000 m² Brutto

75 - 95 [3] 43 [8] 53 +/- 1295 - 115 [3] 35 [4] 43 +/- 7115 - 135 [5] 41 [7] 45 +/- 5135 - 155 [3] 32 [8] 43 +/- 11

1) Anzahl der Weiterverabreitungsmaschinen

Aufgrund der starken Unterschiede innerhalb der Produktsorten und der Anla-gentechnik (Umfang der Weiterverarbeitungsmaschinen) sind die angegebenen Benchmarks nur bedingt geeignet, um den Prozess vergleichend zu beurteilen.



Benchmarks

Spezifischer Stromeinsatz des Werkes (2)

Um den Einfluss der zusätzlichen Anlagentechnik zu berücksichtigen, ist in Abbildung 23 der Zusammenhang zwischen Anzahl der Weiterverarbeitungs-maschinen und dem spezifischen Stromeinsatz dargestellt. Tendenziell sinkt der spezifische Stromeinsatz mit steigender Anzahl an Weiterverarbeitungsma-schinen.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 5 10 15

Anzahl der Weiterverarbeitungsmaschinen

spe

z. S

tro

mb

ed

arf

in

kW

h/1

00

0 m

² Bru

tto

< 100 Mio m²

> 100 Mio m²

Abbildung 23: Zusammenhang zwischen spez. Stromeinsatz und Anzahl an Weiterverarbeitungsmaschinen

Prozentuale Auf-teilung des Stromeinsatzes bei der Wellpap-penherstellung

Elektrische Energie wird hauptsächlich für Antriebe der Wellpappenanlage und dem Abtransportsystem, bei der Weiterverarbeitung der Wellpappen (Format-zuschnitt, Bedrucken, Falten und Kleben) und für Zwecke, wie z. B. Drucklufter-zeugung, Kältebereitstellung und Beleuchtung verbraucht. Die Aufteilung des Stromeinsatzes für Werke mit einer WPA (ein- und zweiwellige Produktion) und anschließender Weiterverarbeitung ist in nachfolgendem Tortendiagramm dar-gestellt.

WPA & Randstreifen-absaugung

34%

Schredder und Ballenpresse

8%

Druckluft15%

Beleuchtung9%

Sonstiges 4%

Weiterverarbei-tungsmaschinen

30%

Abbildung 24: Aufteilung des Strombedarfs bei der Wellpappenerzeugung für Werke mit einer WPA und Weiterverarbeitung aus PTS-Umfrage



Spezifischer Stromeinsatz bei der Wellpappen-herstellung

Entsprechend den prozentualen Angaben der Unternehmen zum Stromeinsatz wurden die spezifischen Stromverbrauchswerte für sechs Technologiebereiche ermittelt. Die schwarzen Balken stellen die Schwankungen der spezifischen Verbrauchswerte in den einzelnen Produktionsgruppen dar.

SonstigesWeiter-verarbeitung

Druckluft BeleuchtungSchredder & Ballenpresse

WPA & RSAbsaugung

0

5

10

15

20

25

30

35

spez

. Str

ombe

darf

in [

kWh/

100

0 m

² Bru

tto]

Abbildung 25: Spezifischer Strombedarf für Technologiebereiche

Die angegebenen Werte basieren zum Großteil auf Abschätzungen, da eine messtechnische Erfassung einzelner Verbrauchergruppen in der Regel vor Ort nicht gegeben ist. Dies begründet auch die großen Schwankungsbreiten inner-halb der betrachteten Technologiebereiche. Die Werte können im besten Fall zur groben Orientierung verwendet werden und sind nicht zur Festlegung von Benchmarkwerten geeignet.

5.6 Zusammenfassung – branchenspezifische Kennzahlen

Branchenspezifi-sche Kennwerte

Zur Beurteilung des Energieeinsatzes und zur Festlegung von branchen-spezifischen Kennwerten in der Wellpappenindustrie können, aus den Ergeb-nissen der durchgeführten Umfrage und den geführten Untersuchungen in ver-schiedenen Werken, folgende Schlüsse gezogen werden:

Der Energieeinsatz in einem Wellpappenwerk ist häufig nicht transparent, da in der Regel ein kontinuierliches Energie-Monitoring fehlt.

Ein valides Benchmarking kann nicht pauschal für die Gesamtanlage (Well-pappe und Weiterverarbeitung) erfolgen.

Für Wellpappenanlagen kann kein genereller Wert für optimalen Energie-verbrauch gefunden werden, da die Produktqualität (Anzahl und Art der Welle, Grammatur und Qualität der verwendeten Papiere etc.) und die Häu-figkeit der Qualitätswechsel einen starken Einfluss auf den Energiebedarf der WPA haben.

Einzelne Technologiebereiche wie Dampferzeugung, Druckluft, Beleuch-tung oder Hallenheizung lassen sich sehr gut hinsichtlich ihrer Energieeffi-zienz beurteilen.



6 Bewertung und Optimierung der Energieeffizienz

6.1 Methodische Vorgehensweise

Methodik Eine Energieuntersuchung gliedert sich inhaltlich in folgende Schritte, die auf-einander aufbauen und als Gesamtbild eine abschließende Beurteilung ermög-lichen:

Schritt A Systemaufnahme zur Bestimmung des Ist-Zustandes

Schritt B Bewertung

Schritt C Erstellung eines Maßnahmenkatalogs

Datenaufnahme Wesentlicher Bestandteil für die Betrachtung der Energieeffizienz von Prozes-sen ist das Wissen über den Einsatz und den Verbleib der einzelnen Energie-ströme. Dementsprechend ist der erste Schritt einer Energieeffizienzbetrach-tung die detaillierte Datenaufnahme zur Definition des Ist-Zustandes.

In der Regel werden in Wellpappenwerken folgende energierelevante Daten kontinuierlich erfasst:

Gesamtstromverbrauch

Brennstoffverbrauch

Frischwasserverbrauch

Produktionsdaten

Das Wissen über den Energieverbrauch von Einzelverbrauchern (Druckluftsys-tem, Kälteerzeugung, Dampfverbrauch in der Heiz- und Zugpartie) ist zum Großteil nicht gegeben. An dieser Stelle müssen Momentan- bzw. Langzeit-messungen eingesetzt werden. Der zeitliche Aspekt der erhobenen Daten hat einen wesentlichen Einfluss auf die Ergebnisse. Kurzzeitmessungen bieten ei-nen kurzen Einblick in den Prozess und können damit u. U. nicht den sonst üb-lichen Bedingungen entsprechen. Besonders bei großen Varianzen des Ener-gieverbrauchs sind Langzeitmessungen zu empfehlen. Nur so lassen sich die möglichen Energieeinsparungen genau quantifizieren.

• Momentan- messungen

• PLS Daten

• Informationen v. WP-Verarbeiter

• Vergleich mit Ausle-gungsdaten, vergleich-baren Anlagen, typi-schen Richtwerten

• Fahrweise

• Wärmerückgewinnung

Ist-Zustand Bewertung

• Potenzialberechnung anhand eingesparter Leistung und Produk-tionszeit

• Abschätzung der Investi-tion

Maßnahmenentwicklung



Bewertung Für die Bewertung des Ist-Zustandes können unterschiedlichste Methoden ver-wendet werden. Naheliegend ist der Vergleich mit den Auslegungsdaten des Aggregats bzw. Anlagenteils. Weiterhin kann der Vergleich mit ähnlichen Anla-gen einen Aufschluss über die Effizienz geben. Im einfachsten Falle existieren Richtwerte zur Einordnung des Energieverbrauchs.

Maßnahmenent-wicklung und -bewertung

Aus der Bewertung der Ist-Situation lassen sich durch Abweichungen vom op-timalen Zustand Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz ableiten. Be-sonders bei einer umfassenden und ganzheitlichen Analyse können Synergieef-fekte sichtbar werden. Eine Energieeffizienzanalyse endet mit der Bewertung der Maßnahmen. Diese Bewertung des wirtschaftlichen Potenzials ist zentraler Punkt, da eine Investitionssicherheit gegeben sein muss.

6.2 Dampferzeugung

Allgemein Etwa 89 % der befragten Unternehmen betreiben eine Anlage zur Prozess-dampferzeugung, zwei Werke erhalten Fremddampf. Erdgas wird mit einem An-teil von 89 % als Hauptenergieträger zur Prozessdampferzeugung verwendet. Alternativ zu Erdgas wird Leichtöl eingesetzt.

Werke mit Anlagen zur Eigenstromerzeugung waren unter den befragten Un-ternehmen nicht anzutreffen. Dabei liegt das Verhältnis zwischen dem Strom- und Wärmebedarf für die Wellpappenerzeugung in einem für Kraft-Wärmekopplung idealen Bereich. Das Verhältnis von Strom- zum Gesamtener-giebedarf der befragten Unternehmen liegt zwischen 19 und 38 %, im Mittel bei 26 %. Dem Potenzial der Kraftwärmekopplung stehen bei der Wellpappener-zeugung die hohen Investitionskosten sowie die zum Teil sehr geringen Anla-genlaufzeiten gegenüber.

Kennwerte Dampferzeu-gungsanlage

Zur Bewertung der Energieeffizienz der Dampferzeugung können folgende Kennwerte herangezogen werden:

Feuerungstechnischer Wirkungsgrad / Kesselwirkungsgrad

Abgastemperatur

Kondensatrücklaufrate

Absalzmenge

Isolierungsgrad der Anlage / Dampf- und Kondensattemperatur

Dampf- und Kondensatdrücke

Fahrweise (salzarm)

Brenner und Brennerregelung (CO2-Gehalt, O2)



Feuerungstech-nischer Wir-kungsgrad

Der feuerungstechnische Wirkungsgrad (ηF) eines Kessels errechnet sich aus der Ausnutzung des Brennstoffes unter Berücksichtigung des Verlustes durch das Abgas. Strahlungsverluste des Kessels bleiben bei dieser Betrachtung un-berücksichtigt.

)()( 0...0

....''

ttcmttcmHm

hmhmhm

AbgAbgpAbgLLpLUB

SpWSpWAbschlAbschlDampfDampfF

(Gl. 1)

Im Rahmen des Fragebogens wurde der feuerungstechnische Wirkungsgrad abgefragt. Die Werte für den Wirkungsgrad liegen zwischen 88 bis 95 % und im Mittel bei etwa 91,5 %.

Abgastemperatur Nach [25] liegen typische Abgastemperaturen bei Großfeuerungen zwischen 120 und 160 °C. Zur Reduzierung der Abgastemperatur wird dem Dampferzeu-ger ein Economizer, kurz ECO, nachgeschaltet. Im ECO wird das Speisewas-ser durch das Abgas erwärmt und das Abgas dadurch abgekühlt.

Im Rahmen der Befragung gaben 67 % der Unternehmen an, das Speisewas-ser vorzuwärmen. Werden die Unternehmen aus der Bilanz herausgenommen, die keine Angaben gemacht haben, so steigt der Anteil der Unternehmen mit Speisewasservorwärmung auf 75 %.

k.A.11%

Nein22%

Ja67%

Abbildung 26: Anteil der Unternehmen mit und ohne Speisewasservorwärmung

Wird das Abgas deutlich abgekühlt (Luftvorwärmung, Brennwertwärmetau-scher), besteht bei schwefelhaltigen Brennstoffen die Gefahr, dass der Säure-taupunkt unterschritten und dabei H2SO4 gebildet wird. Dies führt an Kessel und Schornstein zu Korrosions- und Materialschäden.



Kondensatrück-laufrate

Die Zusatzwassermenge errechnet sich aus der Differenz zwischen der Spei-sewassermenge und dem Rücklauf aus dem Kondensatnetz. Eine hohe Kon-densatrücklaufquote ist anzustreben, um den Energieaufwand für das Aufhei-zen des Zusatzwassers zu reduzieren. Darüber hinaus können die Kosten zur Aufbereitung des Kesselspeisewassers erheblich reduziert werden.

Die über den Fragebogen erfassten Kondensatrücklaufraten liegen zwischen 75 und 100 %, wie nachfolgende Abbildung 27 zeigt.

0

1

2

3

4

5

66 - 70 71 - 75 76 - 80 81 - 85 86 - 90 91 - 95 96 - 100

Kondensatrücklaufrate [%]

An

zahl

de

r W

erk

e

Abbildung 27: Häufigkeitsverteilung der Kondensatrücklaufrate

Der direkte Dampfverbrauch im Produktionsprozess kann grob über die Rück-laufrate des Kondensats charakterisiert werden. Die beiden wesentlichen Verbraucher sind Sprühdampfeinrichtungen zur Aufheizung und Befeuchtung der Papierbahnen sowie der Dampfeinsatz im Bereich der Leimküche. Unver-meidbare Kondensatverluste ergeben sich im Bereich der Dampferzeugungsan-lage durch Abschlämm- und Absalzungsprozesse sowie durch entweichenden Brüdendampf (Entgaser). Undichte Kondensat- bzw. Dampfleitungen führen zu einer weiteren Reduzierung der Rücklaufrate.

Abschlammung und Absalzung

Abschlammung und Absalzung sind erforderlich, um einen dauerhaft zuverläs-sigen Betrieb des Dampfkessels sicherzustellen. Bei der Dampferzeugung blei-ben die im Wasser gelösten Salze zurück und erhöhen die Salzkonzentration des Kesselwassers. Eine zu hohe Salzkonzentration führt zur Bildung einer Feststoffkruste, verschlechtert damit den Wärmeübergang und sorgt für Kessel-korrosion sowie Schaumbildung. Die negativen Folgen sind feuchter Dampf, Wasserschläge, Korrosion, Salzablagerungen und undichte Armaturen im nachgeschalteten Dampf- und Kondensatnetz.

Die Absalzmenge ist abhängig von der Kesselbauart und liegt bezogen auf die Speisewassermenge bei Großraumwasserkesseln zwischen 2,5 bis 10% und bei Wasserrohrkesseln bei etwa 1 %. Der Einsatz einer automatisierten Absalz-regelung, die über die Leitfähigkeit des Kesselwassers gesteuert wird, ist zu empfehlen. Die Brennstoffeinsparung durch eine automatisierte und kontinuier-liche Wasseranalyse liegt bei etwa 0,5 % [26].



Fahrweise Im Gegensatz zu Wasserrohrkesseln können Großwasserraumkessel auch mit salzhaltiger Fahrweise (Leitfähigkeit kleiner gleich 6.000 µS/cm) betrieben wer-den. Wegen der wirksamen Absalzungsmöglichkeiten ist eine Beeinträchtigung der Heizflächen durch Versalzung nicht gegeben.

Ist der Einsatz einer höherwertigen Aufbereitungsanlage nicht rentabel, sollte durch Einsatz von Laugenkühler (Aufheizung Kesselzusatzwasser) und Absalz-entspanner (Einleitung des Entspannungsdampfes in die thermische Speise-wasserentgasungsanlage) die jeweils mit der Kesselabsalzung „ausgeschleus-te“ Wärmemenge wieder zurückgewonnen werden.

Dampf- und Kondensatdrü-cke

Entsprechend den Werten aus dem Fragebogen werden an den Wellpappenan-lagen der befragten Unternehmen Dampfdrücke zwischen 11 und 16 barabsolut gefordert, im Mittel liegt der Dampfdruck an den Maschinen bei 13 barabsolut.

Bei etwa 78% der Dampfkesselanlagen wird das Kondensat über ein Hoch-druckkondensatsystem zurückgeführt. Vorteile von Hochdruckkondensatsyste-men liegen darin, dass keine oder wesentlich geringe Verluste durch Nachver-dampfung entstehen. Gleichzeitig wird das Eindringen von Luftsauerstoff in das Kondensatsystem verhindert. Die Kondensatdrücke liegen im Mittel bei 6,5 ba-rabsolut.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Werk

Da

mp

f- u

nd

Ko

nd

en

satd

ruck

[ba

r ab

solu

t]

Dampfdruck Kondensatdruck

kein Eco

kein Eco

kein Eco

kein Eco

Abbildung 28: Gegenüberstellung Dampf- und Kondensatdruck

Wichtig ist die Anpassung des Betriebsdruckes an die tatsächlichen betriebli-chen Anforderungen. Höhere Dampfdrücke und damit höhere Temperaturen als erforderlich verursachen entsprechend größere Verluste in den Dampfleitungen.

Spez. Energiege-halt von Dampf bei unterschied-lichen Konden-satdrücken

Bei Anfall von großen Mengen an Hochdruckkondensat sollte dies mittels eines Hochdruckkondensatsystems auf Druck und Temperatur gehalten werden. Da-durch treten keine Entspannungsdampfverluste auf. Weichwasser- und chemi-sche Dosiermengen bleiben sehr gering und decken lediglich Leckagen und Di-rektdampfverbrauchsmengen ohne Kondensatrückfluss ab. Mit diesem System können gegenüber offenen Kondensatsystemen hohe Einsparungen erzielt werden. Durch Umstellung auf ein Hochdruckkondensatsystem (Beispiel von 1 bar auf 6 bar) können Einsparungen von etwa 10% realisiert werden.



Isolierung der Anlagen

Leitungen, die heiße Medien transportieren, geben an die Umgebung Wärme ab. Dieser Wärmeverlust ist permanent vorhanden und lässt sich durch geeig-nete Isolierungsmaßnahmen stark vermindern, aber nicht vollständig beseiti-gen. Die wirtschaftliche Isolierdicke liegt je nach Leitungsgröße, Temperatur und örtlichen Verhältnissen (Wind, Umgebungstemperatur) bei 3 bis 10 cm [27]. Der Wärmeverlust von Rohrleitungen kann anhand folgender Formel nähe-rungsweise berechnet werden:

)(2 UmgebungDampfRohrRohrV TTlrkQ (Gl. 2)

Der k-Wert ist der Wärmedurchgangskoeffizient in W/m²K. Er ist von den Be-dingungen in- und außerhalb der Leitungen und den Rohr- und Isolierungsma-terialien abhängig. Je höher der k-Wert, desto schlechter ist die Wärmedämmeigenschaft eines Stoffs.

Wärmeverlust in Abhängigkeit vom k-Wert

In nachfolgender Abbildung sind die Wärmeverluste einer Rohrleitung (DN100) in Abhängigkeit von verschiedenen Dampfdrücken und k-Werten dargestellt.

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 5 10 15 20Dampfdruck in bar

Wä

rme

ve

rlu

st

in W

/m R

oh

r

20 W/m² K

15 W/m² K

10 W/m² K

5 W/m² K

1 W/m² K

Abbildung 29: Wärmeverluste in Rohrleitung (DN100) in Abhängigkeit vom k-Wert und Dampfdruck

Der Wärmeverlust durch ein Rohr (DN100) mit einer Innentemperatur von 192 °C (13 barabs) und einer Länge von etwa 15m beträgt bei einer Umge-bungstemperatur von 20 °C etwa 8,2 kW (k = 9,8 W m² K). Eine Isolierung der Dampfleitung mit einer Dicke von 50 mm reduziert den Wärmeverlust auf etwa 1,0 kW. Bei 5.000 Betriebsstunden im Jahr und einen Dampfpreis von 30 €/t können durch die Isolierung 1.920 €/a eingespart werden.



Brenner & Bren-nerregelung

Bei einer idealen stöchiometrischen Verbrennung ( = 1) wird der Anlage genau so viel (Luft) Sauerstoff zugeführt, wie für eine vollständige Verbrennung des Brennstoffes benötigt wird. D. h. im Abgas befindet sich kein Restsauerstoff mehr und die Anlage arbeitet mit maximalem Wirkungsgrad. Weniger Sauer-stoff führt zu Wirkungsgradverlusten durch eine unvollständige Verbrennung bei gleichzeitig hohen Emissionen. Ein Luftüberschuss führt zu Abgaswärmeverlus-ten, da die nicht an der Verbrennung beteiligte Luft als „Ballast“ mitgeführt wird.

Abbildung 30: Verbrennungscharakteristik [28]

Ziel ist die Verringerung des Abgaswärmeverlustes durch die Absenkung der Luftzahl möglichst nah zur CO-Emissionskante. Dies ist mithilfe eines CO-Sensors möglich. Zusätzlich wird der O2-Anteil erfasst. Erreichbar sind mit die-ser Anordnung Restsauerstoffgehalte von unter 1%. Die Reduzierung des Sau-erstoffwertes einer Gasfeuerung von 3,5% auf 1% bringt bei einer Abgastempe-ratur von etwa 150 °C eine Verbesserung des Wirkungsgrades von etwa 0,8%. Bei einer Abgastemperatur von 240°C liegt die Wirkungsgradverbesserung be-reits bei 1,25%.



Zusammenfas-sung Handlungs-optionen

Energiesparmaßnahme Einsparpotenzial

Economizer Bis zu 7% Brennstoffeinsparung

Brennwertwärmetauscher Bis zu 5% Brennstoffeinsparung

Luftvorwärmung Bis zu 5% Brennstoffeinsparung

Laugenentspanner und Wärme-rückgewinnung

Bis zu 2% Brennstoffeinsparung, Frisch-wassereinsparung, Abwasserreduzierung

Sauerstoff- und/oder CO-Brennerregelung

Bis zu 2% Brennstoffeinsparung

Drehzahlsteuerung Gebläse Bis zu 75% Stromkosteneinsparung

Brüdenwärmetauscher Bis zu 0,5% Brennstoffeinsparung

Hochdruckkondensatsystem Bis zu 12% Brennstoffeinsparung

Automatisierte und kontinuierli-che Wasseranalyse

Bis zu 0,5% Brennstoffeinsparung, Che-mikalieneinsparung

Fallbeispiel Eco-nomizer

Zur Erhöhung des Kesselwirkungsgrades wurde empfohlen dem Dampferzeu-ger ein Economizer nachzuschalten. Im Economizer wird das Speisewasser durch das Abgas erwärmt und das Abgas dadurch abgekühlt.

Die wirtschaftliche Bewertung dieser Maßnahme ist im Rahmen des Projektes für zwei unterschiedliche Werke durchgeführt worden, siehe nachfolgende Ta-belle:

Tabelle 9: Wirtschaftliche Bewertung Economizer

Werk 1 Werk 2

Betriebsstunden > 6.500 h/a < 4.500 h/a

Gaskosten > 50 €/MWh < 35 €/MWh

Gaseinsparung* 4,5 % 2,7 %

Investition 60 T€ 40 T€

Payback 1 - 2a 3,9 a

*bezogen auf Gesamtgasbedarf des Werkes

Wesentlich für die Verkürzung der Paybackzeiten sind hohe Jahresproduktions-stunden.



6.3 Klebstoffaufbereitung und Leimsysteme

Verfahren der Klebstoffaufbe-reitung

In Kapitel 4.2 sind die verschiedenen Aufbereitungsverfahren beschrieben. Bei den an der Umfrage beteiligten Unternehmen werden mit einem Anteil von 83 % Klebstoffe auf Basis des Stein-Hall-Verfahrens eingesetzt. Betrachtet man die verwendeten Stärketypen, so ist mit 60 % Weizenstärke der stärkste Vertre-ter gefolgt von Maisstärke mit 16 % und Blends mit 6 %. Weiterhin werden auch Kombinationen aus Mais-, Weizen- und Kartoffelstärke eingesetzt.

Kennwerte der Leimaufbereitung

Zur Bewertung der Energieeffizienz der Klebstoffaufbereitung können folgende Kennwerte und Informationen herangezogen werden:

Feststoffgehalt des Leimes

Spezifischer Energiebedarf

Gestaltung des Leimkreislaufes

Energieträger im Leimkreislauf

Kühlung des Leimkreislaufes

Leimverbrauch/Leimspalt <-> Leimauftragsaggregat

Feststoffgehalt Im Rahmen des Fragebogens wurden Angaben zur Feststoffkonzentration des Leimes gemacht. Dieser liegt im Mittel bei etwa 25 % und ist über alle verwen-deten Stärkesorten sehr ähnlich. Die höchste Feststoffkonzentration (Stein-Hall-Klebstoff auf Weizenbasis) liegt bei 29 % und stellt damit den Benchmark dar. Im Zusammenhang mit dem Energiebedarf sind höhere Feststoffkonzentratio-nen anzustreben, da mit steigendem Feststoffgehalt die Wassermenge sinkt, die durch thermische Trocknung (Verdampfung) entfernt werden muss.

Spezifischer Energiebedarf

Der spezifische Energiebedarf für die Aufbereitung des Leimes wird bestimmt vom eingesetzten Klebstoffverfahren, der Gestaltung der Leimkreisläufe, den verwendeten Pumpen im Leimkreislauf sowie der Kühlung des Leimsystems. Typische Energieverbrauchswerte für die Leimaufbereitung konnten im Rah-men der Projektbearbeitung nicht ermittelt werden.

Gestaltung des Leimkreislaufes

Leimkreisläufe in der Wellpappenerzeugung werden unterschieden in große und kleine Kreisläufe. Gemäß den Ergebnissen der Umfrage sind beide Typen etwa gleich verteilt.

Kleine Kreisläufe zeichnen sich durch geringere Fördermengen und damit we-niger Förderenergie aus. Durch die reduzierte Zirkulation können damit auch deutlich geringe Scherkräfte auf den Leim wirken, was der Viskositätsstabilität und somit der Konstanz des Leimauftrages zugute kommt. Dem gegenüber stehen allerdings der höhere Automatisierungsaufwand, die Systemkomplexität, das erhöhte Investment, der größere Platzbedarf an der WPA sowie der poten-zielle Bedarf einer effizienteren Kühlung des Klebstoffes in der Nähe der WPA.



Energieträger für Leimpumpen

Druckluftmembranpumpen zeichnen sich im Leimsystem durch eine schonende (scherarme) Förderung des Mediums und einfaches Handling (trockenlauffähig) aus. Dennoch muss berücksichtigt werden, dass als Energieträger Druckluft verwendet wird. Während ein Pneumatikantrieb 5 bis 10 kW Kompressorleis-tung benötigt, beansprucht ein gleichstarker Hydraulikantrieb 3 kW, ein Elektro-antrieb etwa 1,5 kW.

Über die Umfrage wurden Daten zum Energieträger der Leimpumpen erhoben. Etwa zwei Drittel (63 %) der Unternehmen setzen Druckluft als Energieträger ein. Eine Kombination aus Druckluft und elektrischer Energie verwenden circa 21 % der Wellpappenwerke. Der Anteil, der elektrische Energie als alleinigen Energieträger einsetzt, liegt bei 16%.

Eine Alternative zu Druckluftmembranpumpen stellen elektrisch angetriebene Exzenterschneckenpumpen dar. Die auftretenden Scherkräfte sind hier eben-falls gering, sodass keine Viskositätsschwankungen im Leim zu befürchten sind. Allerdings sind besondere Vorkehrungen gegen Trockenlauf bzw. Über-druck vorzusehen, welche sich zusätzlich nachteilig auf die ohnehin deutlich höheren Beschaffungskosten auswirken.

Kühlung des Leimkreislaufes

In der Regel werden zur Kühlung des Leimsystems (Leimwannenkühlung) Käl-temaschinen eingesetzt, die einem geschlossenen Wasserkreislauf permanent Wärme entziehen.

Während auf der einen Seite kontinuierlich Wärme aus dem System entnom-men wird, steht im Bereich der Leimaufbereitung ein diskontinuierlicher Wär-mebedarf an. Ein Ansatzpunkt zur Reduzierung des Wärmebedarfs besteht dar-in, Frischwasser (mit einer Zulauftemperatur von 10 °C) nach dem Durchlaufen der Leimwannen über einem Wasserpuffer zu speichern und anschließend als warmes Ansatzwasser für den Leim zu verwenden. Da die anfallenden Kühl-wassermengen über dem Wasserbedarf in der Leimaufbereitung liegen, kann auf eine externe Kühlung nicht vollständig verzichtet werden.

Im Rahmen der Vor-Ort-Untersuchungen konnte durch Einbindung der Abwär-me in die Leimküche eine Brennstoffeinsparung von 0,2 % ermittelt werden.



Leimverbrauch Je nach produzierter Wellenart ergeben sich typische Leimverbrauchsmengen, die in Tabelle 10 zusammenfassend dargestellt sind.

Tabelle 10: Leimverbrauch in Abhängigkeit von der Wellenart

Profil Wellen

pro m

Einzugsfaktor Innendecke

g/m2

Außendecke

g/m2

Gesamt

g/m2

A ca. 110 1,50 – 1,55 3,0 – 4,5 4,0 – 5,5 7 - 10

C ca. 128 1,40 – 1,45 3,5 – 5,0 4,5 – 6,0 8 - 11

B ca. 154 1,30 – 1,35 4,0 – 5,5 5,0 – 6,5 9 - 12

E ca. 315 1,15 – 1,25 6,5 – 7,5 7,5 – 9,0 14 – 16,5

F, G, N 1,15 – 1,25 9,0 – 11,0

Bei einseitigen Maschinen ist die Wegstrecke vom Zeitpunkt des Leimauftrages bis zur eigentlichen Verklebung sehr kurz. Der Druck, der zur Verklebung ein-gesetzt werden kann, ist hoch. Daraus resultiert an einseitigen Maschinen, im Vergleich zum Leimauftragswerk (Kaschierwerk), die Möglichkeit, mit entspre-chend weniger Leim bereits eine gute Verklebung zu erzielen. Beim Kaschier-werk muss vom Auftrag des Leimes bis zur Verklebung eine relative lange Wegstrecke zurückgelegt werden. Darüber hinaus kann nur ein geringer Ver-klebedruck genutzt werden. Deshalb wird meist ein höheres Leimvolumen am Kaschierwerk benötigt.

Mögliche Handlungsoptionen zur Verringerung der Leimauftragsmengen sind:

die Optimierung bzw. Erneuerung des Leimauftragssystems

der Einsatz von Rheologiemodifizierern und

die Prozessüberwachung.



Reduzierung der Leimauftrags-menge: Walzen-Leimwerke

Ein 2-Walzen-Leimwerk besteht aus einer Leim-Auftragswalze, die mit ihrem unteren Bereich in eine Leimwanne eintaucht. Etwa in horizontaler Ebene mit der Achse der Leim-Auftragswalze ist eine Leim-Abquetschwalze angebracht, die oberhalb des Leimspiegels über der Leimwanne angeordnet ist.

Die Dosierung des Leims und die Dicke der Leimschicht werden über den Spalt zwischen den Walzen bestimmt. Bei einem konventionellen Leimwerk wird ein Spalt zwischen 0,1 und 0,2 mm eingestellt. Aufgrund von Lagerspiel, Rundlauf-toleranzen und Durchbiegen beider Walzen, können sich die Leimmengen ver-größern. Die Leimfilmdicke variiert somit von 0,3 bis 0,5 mm auf Grund der Va-riation in der Rundlaufgenauigkeit und dem Durchbiegen. Es sind außerdem 5 bis 7 Wellen in Kontakt, die Leim aufnehmen und die Wellenspitzen durchnäs-sen. Bei hohen Geschwindigkeiten kommt Leimspritzen hinzu.

Auftrags-

walze

Abstreif-

walze

Auftrags-

walze

Abstreif-

walze

Abstreif-

walzeAuftrags-

walze

Dosier-

walze

Abstreif-

walzeAuftrags-

walze

Dosier-

walze

Abstreif-

walzeAuftrags-

walze

Dosier-

walze

Abbildung 31: 2-Walzen-Leimwerk (links), 3-Walzen-Leimwerk (rechts)

Ein geringerer Leimauftrag kann mit einem 3-Walzen-Leimwerk erzielt werden. Unterhalb der Auftragswalze ist eine Leim-Vordosierwalze angeordnet. Weiter-hin ist eine als Leim-Nachdosierwalze dienende Abquetschwalze installiert. Durch diese dritte Walze wird der Leimfilm vor dem Auftragen auf das Papier zweimal aufgeteilt So kann ein Leimauftrag bis 0,08 mm erreicht werden.



Reduzierung der Leimauftrags-menge: Cooler Corrugating

Bei dieser Dünnfilmtechnologie definiert ein Rollrakel, der mit Druck an die Leimauftragswalze gestellt wird, über seine unterschiedliche Teilung die Leim-filmdicke (geringe Teilung <-> dünner Auftrag, große Teilung <-> dicker Auf-trag). Mit dieser Auftragstechnologie können Leimlinien mit einer Dicke von we-niger als 0,013 mm über die gesamte Arbeitsbreite aufgetragen werden. Des Weiteren sind weniger Wellenspitzen mit der Auftragswalze in Kontakt. Dies führt zusätzlich zu einem geringeren Leimauftrag, da die Verweildauer kürzer und somit die Penetration des Leimes geringer ist.

Abbildung 32: ISOBAR TFM® - Thin film metering (links), Rollrakel (rechts)

Der Grad der erzielbaren Leimreduktion ist stark von der Ausgangslage abhän-gig und kann ab einen gewissen Punkt nicht ohne weitere Maßnahmen betrie-ben werden. Bei sehr geringen Leimdicken besteht schnell die Gefahr, dass die für die Gelierung des Klebstoffes notwendige Wassermenge durch Migration in das Papier oder durch Verdampfung nicht mehr zur Verfügung steht. Bei unzu-reichender Wassermenge erhält man ein partielles Bonding, d.h. Teilbereiche der Stärke gelieren, aber der Großteil der Stärke kristallisiert. Besonders stark ist dieser Effekt an den Randbereichen der Papierbahnen zu beobachten. Für die vollständige Gelierung von 1 g Stärke werden mindestens 2,2 g Wasser be-nötigt.

Folgende Maßnahmen können einzeln oder parallel durchgeführt werden, um die Gefahr einer unzureichenden Verklebung zu vermeiden:

Senkung des Feststoffgehaltes im Leim

Senkung der Papiertemperatur durch Reduzierung der Vorheizertemperatur (Senkung des Dampfdruckes)

Senkung des Dampfdruckes in der Heizpartie

Gezielter Wassereintrag in das Papier (Wasserdecks)

Es ist zu berücksichtigen, dass zum Teil aufwendige Umbauarbeiten am Dampf- und Kondensatsystem durchgeführt werden müssen, um die notwendi-ge Regelbarkeit zu erzielen.

Laut Herstellerangaben lässt sich der Dampfdruck in der Trockenpartie für ein-seitige Wellpappe (F- bis C-Welle) auf 0,5 bis 2 bar absenken. Für doppelseiti-ge Produkte beträgt der notwendige Dampfdruck etwa 2 bis 6 bar. Der Leim-verbrauch liegt zwischen 3,4 und 5 g/m². Investitionen für Cooler Corrugating ergeben sich durch ein neues Kaschierwerk und durch die Dampfkontrolle in der Heizpartie. Nach Herstellerangaben ist ein ROI von zwei bis drei Jahren er-reichbar. [29].



Reduzierung der Leimauftrags-menge: Lineatur von Leimwalzen

Ein geringerer Leimauftrag wird durch Rasterung oder Strukturierung der Leim-walzen erzielt. Gerastete Walzen besitzen im Vergleich zu strukturierten Leim-walzen den Vorteil, definierte Leimmengen aufzutragen, haben dafür aber ein extrem hohes Volumen. Die höheren Anschaffungskosten der gerasterten Wal-zen werden durch eine längere Lebensdauer kompensiert. Bei einem Standard-raster von 8 L/cm ergibt allein das Zellvolumen von 120 cm³/m² eine Leim-schichtdicke von etwa 0,12 mm. In der Praxis tragen mindesten 30% des Zell-volumens zur Dicke des Leimfilms bei, die dem eigentlichen Leimfilm auf der Walzenoberfläche hinzugerechnet werden müssen. Eine feinere Lineatur bietet das Potenzial, bei gleichem Leimspalt den Leimauftrag um 10 - 20% zu verrin-gern.

Nach [30] werden am Leimwerk einseitiger Maschinen für die A-, B-, C-Wellen Leimwalzen mit 30 Linien/cm (60 cm³/m²) und für E-, F-Wellen Walzen mit 50 Linien/cm (35 cm³/m²) verwendet.

Beim Kaschierwerk wird nach [30] ein Wechsel vom Standardraster 7 - 10 Li-nien/cm zu einem 15 Linien/cm Raster empfohlen.

Reduzierung der Leimauftrags-menge: Raster & Winkelung von Leimwalzen

Um eine gleichmäßige Leimverteilung zu erzielen, wird die Winkelung des Ras-ters verändert. Bei einem Raster im 60° Winkel (Kalottenform) stehen bei glei-cher Lineatur im Vergleich zum 45° Raster (Stumpfpyramidenform) etwa 17 % mehr Zellen zur Verfügung. Betrachtet man Verschleiß und mechanische Be-anspruchung, so zeigen 60° Raster deutlich bessere Ergebnisse. Aktuelle Ent-wicklungen konzentrieren sich auf die Umkehrung des Rasters. Was bei der herkömmlichen Rasterform vorher ein Näpfchen mit geschlossenen Zellen dar-stellte, ist bei dem neuen Raster ein hochstehender Punkt mit freien Kanälen. Während bei der Näpfchenform konstant Luft in den Leim transportiert werden kann, ist die Erscheinung beim „Positiv-Raster“ ausgeschlossen, da sich Luft frei in den Kanälen bewegen kann.

Durch Umstellung einer klassischen Näpfchen-Leimauftragswalze (45° und 10 l/cm) mit Negativ Rasterung auf eine Leimauftragswalze mit Positivraster 60° und 50 L/cm kann der Leimverbrauch auf rund 0,5 g/m² reduziert werden [31].



Reduzierung der Leimauftrags-menge: Rheolo-gisches Verhal-ten von Leim

Das rheologische Verhalten von Klebstoffen wird sowohl durch den Rohstoff (Mais, Weizen, Kartoffeln) als auch durch die Rezeptur bzw. das Aufbereitungs-verfahren bestimmt.

Ein Rheologiemodifizierer verändert das Filmabrissverhalten des Klebstoffes dahingehend, dass bei gleicher Leimspalteinstellung von den Wellenspitzen weniger Leim von der Leimwalze mitgenommen wird. Besser gesagt, beein-flusst ein Rheologiemodifizierer das Spritzverhalten des Leimes. Spritzen verur-sacht einen unnötigen Feuchteeintrag und erhöht damit gleichzeitig die Gefahr des Waschbretteffekts. Weiterhin führt das Spritzen des Leims zu einem höhe-ren Leimverbrauch ohne zusätzlichen Verklebungseffekt. Demzufolge erhöht sich auch die zur Trocknung des Klebstoffes benötigte Energiemenge. Der Ein-satz von Rheologiemodifizierer kann neben der Redzierung des Leim-verbrauchs auch zu einer erheblichen Reduzierung des Energieverbrauchs füh-ren.

Nach Cargill [32] kann durch den Einsatz von rheologischen Modifizierern der Brennstoffbedarfs um bis zu 10 % reduziert werden. Weitere Vorteile sind ge-ringerer Stärkeverbrauch (20 % Reduktion), verbesserte Planlage, weniger Waschbrett-Effekt, verbesserte Bedruckbarkeit, Reduzierung des kontrollierba-ren Ausschusses. Die Erhöhung der spezifischen Stärkekosten (€/tStärke) muss bei der Gesamtkostenbetrachtung mit berücksichtigt werden.

Abbildung 33: Beispiel Stärkeeinsparung und Verdampfungsenergie

Eigens zu diesem Zweck entwickelte Simulations-Tools helfen bereits im Vor-feld. vorhandene Einsparpotenziale aufzudecken und sogar mit sehr guter Nä-herung (über 90% Genauigkeit) zu beziffern.



Simulationstool

Abbildung 34: Simulationstool der Firma Cargill

Online Tempera-tur und Feuchte Kontrolle

Neben der Maschine, der Stärke, dem Papier hat die optimale Temperatur ent-scheidenden Einfluss auf die Verklebung und somit auf Produktionsergebnisse. An modernen Anlagen werden durch Einsatz von Sensoren an entscheidenden Stellen im Prozess Papiertemperaturen und Papierfeuchten gemessen. Durch intelligente Regelsysteme kann so schneller auf Veränderungen im Prozess re-agiert werden. Bei Qualitätswechsel können alle relevanten Daten wie Leim-spalte und Vorgabetemperaturen an die Maschinen übermittelt werden. Für ei-nen energieeffizienten Betrieb sollten die Parameter nahe am Optimum liegen. Vergleich dazu in Kapitel 6.4.


Energiesparmaßnahme Einsparpotenzial Pay-back

Bemerkung

Erhöhung der Leimtro-ckensubstanz von 25% auf 30%

Bis zu 7% Brenn-stoffeinsparung

k. A. 600 g/m², Leim 8 g/m²

Einsatz von rheologischen Modifizierern

Brennstoffeinsparung bis zu 10 %

k. A.

Ersatz von DL-Membranpumpen durch elektrisch betriebene Pum-pen

Stromeinsparung bis zu 3%

1,5 – 7

Abwärme Leimsystem für Leimansatz verwenden

Bis zu 0,2% Brenn-stoffeinsparung

0 – 3,5 Wasserpuffer erforderlich

Optimierung der Lineatur, Raster und Winkelung

k. A. k. A.



6.4 Wellpappenanlage Dampfbedarf

Kennwerte WPA - Wärmebedarf

Zur Bewertung der Energieeffizienz der Wellpappenanlage hinsichtlich des Wärmebedarfs können folgende Kennwerte verwendet werden:

Spezifischer Brennstoffbedarf der WPA

Feststoffgehalt des Leimes

Effizienz der Wärmeüberträger (Riffelwalzen, Vorheizer, Heizplatten)

Abwärmenutzung

Isolierungsgrad der Anlage

Automatisierung der Anlage

Dampf- und Kondensatdrücke (siehe Kapitel 6.2)

Spezifischer Brennstoffbedarf

Werden aus dem Fragebogen die Angaben zum prozentualen Dampfeinsatz als Grundlage für den Einsatz des Brennstoffes an der Wellpappenanlage heran-gezogen, ergeben sich für die verschiedenen Verbrauchergruppen folgende auf die Bruttoproduktion bezogene Kennwerte. Der spezifische Brennstoffbedarf für die Wellpappenanlage liegt in Abhängigkeit von der Produktionsmenge zwi-schen 82 und 170 kWh pro 1000 Quadratmeter Bruttoproduktionsfläche.

0

50

100

150

200

55 - 75 75 - 95 95 - 115 115 - 135 135 - 155


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WP

A

in [k

Wh

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m² B

rutto

]

spez. Brennstoffbedarf kWh/1000m² Brutto

Abbildung 35: Spezifischer Brennstoffbedarf der WPA gruppiert in Produktionsklassen

Die Werte präsentieren den Jahresdurchschnittsverbrauch. Der Einfluss des Energiebedarfs durch das Klima ist demnach im Wert enthalten.



Jahresgang Wärmebedarf

Nachfolgende Abbildung stellt beispielhaft den Einfluss der Jahreszeit auf den Energiebedarf der Wellpappenproduktion dar.

-100

-75

-50

-25

0

25

50

75

100

125

150

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Jan. Feb. Mrz. Apr. Mai Jun. Jul. Aug. Sep. Okt. Nov. Dez.

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130

Tem

per

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in °

C

spez. Gasbedarf

Auslastung der Maschine

Temperatur

Abbildung 36: Jahresgang spez. Wärmebedarf, Beispielwerk

In den warmen Sommermonaten liegt der Gasbedarf des Beispielwerkes zwi-schen 80 und 90 kWh/1000 m². Im Vergleich dazu steigt im Januar der Wärme-bedarf auf etwa 150 kWh/1000 m². Der Großteil des zusätzlichen Gasbedarfs im Winter geht in den Bereich der Hallenheizung.

Jahresgang: Ein-fluss auf die Aufwärmung des Papiers

Der Energieanteil zur Aufwärmung des Papiers ist dabei vergleichsweise ge-ring. Abbildung 37 zeigt für unterschiedliche Ausgangstemperaturen des Pa-piers den spezifischen Wärmebedarf. Die Zieltemperatur des Papiers lag bei dieser Betrachtung bei 100 °C. Der klimatische Einfluss auf die Papiertempera-tur kann durch Einbindung vorhandener Abwärmequellen (z. B. Schallkabinen-abluft, Kompressorabluft) in das Rollenlager verringert werden.

0

5

10

15

20

25

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0 5 10 15 20 25 30

Ausgangstemperatur des Papiers in °C

Wär

meb

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kW

h/10

00m

²

1000 g/m²

750 g/m²

500 g/m²

250 g/m²

Abbildung 37: Energiebedarf in Abhängigkeit von der Papiertemperatur



Theoretischer Wärmebedarf

Energie in Form von Wärme wird bei der Wellpappenproduktion zur Erwär-mung, Gelierung und Trocknung des Leims sowie zur Formung des Papiers benötigt. Darüber hinaus geht durch Strahlung und Konvektion unvermeidbar Wärme über die beheizten Flächen der Anlage verloren.

Die Aufteilung des Energiebedarfs einer Wellpappenanlage ist damit von vielen Faktoren abhängig. Wesentlichste Einflussgrößen sind Eigenschaften des Roh-papiers (Temperatur, Feuchte, Grammatur), die erzeugte Wellenart bzw. Wel-lenkombination sowie der aufgetragene Leim (Temperatur, Feststoffgehalt, Trä-germenge und Gelierungsgrad). Unter Berücksichtigung der genannten Größen ist in Abbildung 38 der theoretische Energiebedarf einer B-Welle (Decke 1: 200 g/m², Wellenstoff: 125 g/m², Decke 2: 200 g/m²) in Abhängigkeit von Auftrags-gewicht und Feststoffgehalt des Klebstoffes dargestellt.

Verluste, die durch den Prozess der Dampferzeugung sowie durch Abwärme-strahlung und Konvektion entstehen, wurden bei der theoretischen Betrachtung nicht berücksichtigt.

70 kWh/1000m²

40 kWh/1000m²

50 kWh/1000m²

60 kWh/1000m²

80 kWh/1000m²

0

5

10

15

20

25

30

15% 20% 25% 30%

Feststoffgehalt des Leimes in %

Lei

mg

ewic

ht

in g

atr

o/m

²

Abbildung 38: Theoretischer Energiebedarf für B-Welle (525 g/m² ohne Leim)

Für den Fall der betrachteten B-Wellenproduktion führt die Anhebung des Fest-stoffgehaltes von 22 % auf 27 % bei einer Leimauftragsmenge von 16 g/m² zu einer theoretischen Energieeinsparung von etwa 10 kWh/1000 m². Weitere Energieeinsparungen ergeben sich durch die notwendige Anpassung der Pro-zesstemperaturen. Gerechnet wurde mit einer Prozesstemperatur von 135 °C.



Wärmeverlust WPA (1)

Der Wärmeverlust wird in erster Linie von den Prozesstemperaturen und dem Isolierungsgrad der Anlage bestimmt. Darüber hinaus treiben die Häufigkeit der An- und Abfahrvorgänge bzw. produktionslose Zeiten den Wärmeverlustanteil einer WPA in die Höhe. Nach [33] liegt der Wärmeverlust einer Wellpappenan-lage mit einer Breite von 2,5 m und einer Oberflächentemperatur von etwa 200 °C (entspricht einem Dampfdruck von etwa 15,5 barabsolut) bei 600 kW. Durch Senkung der Prozesstemperatur auf 120 °C (Dampfdruck 2 barabsolut) re-duzieren sich die Verluste durch Wärmestrahlung und Konvektion um 50% auf 300 kW [33].

Wärmeverlust WPA (2)

Nachfolgende Grafik zeigt den Wärmeverlust bezogen auf die freie Oberfläche der Wärmetauscher einer Wellpappenanlage.

Abbildung 39: spez. Wärmeverlust WPA, nach [33]

Wesentliche Maßnahmen zur Reduzierung des Wärmeverlusts sind:

Senkung der Prozesstemperaturen

Nutzung der Abwärme aus der Schallkabine

Reduzierung der An- und Abfahrvorgänge bzw. Stillstandszeiten

Erhöhung des Isolationsgrades



Aufteilung des Wärmebedarfs

Unter Berücksichtigung des Wärmeverlustes ist in nachfolgender Grafik die Auf-teilung des Wärmebedarfs für ein BC-Wellpappenprodukt dargestellt.

Leim erwärmen, verkleistern &

trocknen36%

Wärmeverlust 20%

Papier erwärmen & trocknen

44%

Abbildung 40: Aufteilung des Wärmebedarfs (B/C-Welle, 621 g/m², Leim 28%, 17 g/)

Riffelwalzen Die Vorheizer, Riffelwalzen und Heizplatten sind die Wärmetauscher der WPA und Teil des Dampf- und Kondensatsystems. Bei dem System peripher gebohr-ter Walzen sind in dem äußeren Umfang der Walze Löcher gebohrt. Der Dampf wird zuerst über die obere Riffelwalze eingeführt, gelangt dann zur unteren Rif-felwalze und schließlich in den Vorheizer, wo das Kondensat beseitigt wird. Die peripher gebohrten Riffelwalzen sorgen bei geringem Dampfvolumen für einen effektiven Wärmeübergang. Darüber hinaus zeichnen sie sich durch kurze Auf-heizzeiten, größere Heizfläche, geringere Biegung und Vibration aus. Nachfol-gende Abbildung 41 zeigt den Aufbau eines konventionellen und peripheren Systems sowie die erzielbare Beschleunigung des Aufheizvorganges.

Zeit (min)Zeit (min)

Abbildung 41: Schema und Aufheizverhalten peripher gebohrter Riffelwalzen



Heiz- und Zug-partie

In der Heiz- und Zugpartie (HZP) hat es in den vergangenen Jahren viele Neu-entwicklungen gegeben. Im Bereich des Gurtsystems konnte durch die Entwick-lung eines speziellen Obergurtes (Siebgurt), der durch seine offenporige Struk-tur die Feuchtigkeitsabfuhr nicht beeinträchtigt, das Ausdampfen verbessert werden.

Vorteile peripherer Heizsysteme sind das deutlich höhere Leistungspotenzial sowie die Möglichkeit, höhere Prozessgeschwindigkeiten zu erzielen. Konventi-onelle Heizplatten reagieren durch ihre massive Konstruktion und das hohe Dampfvolumen sehr träge auf Änderungen des Dampfdrucks und weisen eine relativ hohe Wärmeabstrahlung auf. Des Weiteren haben Vierkantrohrplatten oft Leckagen an den Schweißnähten.

0

5

10

15

20

25

30

0 2 4 6 8 10 12 14 16Druck in [bar]

Le

istu

ng

in [

kW]

Gussheizplatten - Leistung Stahlheizplatten - Leistung

Gussheizplatten - Verlust Stahlheizplatten - Verlust

Abbildung 42: Vergleich Gussheizplatten und Stahlheizplatten, nach [33]

Dünnwandige Heizplatten werden aus einem wärmebeständigen Spezialstahl mit durchgehend gebohrtem Dampfraum hergestellt. Der geringe Abstand des Dampfraums zur Wellpappenoberfläche erzielt einen guten Wärmeübergang und führt zu höheren Temperaturen. Weiterhin reduzieren sich die Zeiten für das Aufheizen bzw. das Anpassen der Prozesstemperaturen bei Produktions-umstellung. Durch die hohe Dampfgeschwindigkeit wird die Kondensatan-sammlung verhindert und gewährleistet damit einen guten Übergang der Wär-me.



Schallkabine Durch eine Schallkabine können bei einer einseitigen Maschine Energiekosten durch Verminderung der Abstrahlungsverluste gesenkt werden. Eine weiterfüh-rende Nutzung der Abluft entspricht dem Stand der Technik. Beispiele für eine weitere Nutzung sind:

Hallenbeheizung (nur wirksam im Winter)

Aufwärmung von Prozesswasser (z.B. Leimansatzwasser, ganzjährig mit dem Bedarf eines Wasserspeichers)

Aufheizung von Heizwasser (Aufbau eines Pumpenwarmwassersystems, bessere Ausnutzung im Winter)

Vorwärmung von Papierbahnen durch Einblasung ins Rollenlager (vorwie-gend wirksam im Winter)

Im Rahmen der geführten Untersuchungen der PTS wurde das Potenzial aus der Schallkabinenabluft bestimmt. Im Mittel lag die Temperatur der Abluft bei 45°C. Aus dem gemessenen Abluftvolumenstrom ergibt die Abkühlung um 20 K auf 25°C einen nutzbaren Wärmeinhalt von 250 kW. Bezogen auf eine Produk-tionsmenge von 40.000 m²/h ergibt sich eine spezifische Wärme von etwa 6,4 Wh/m², die in den Prozess oder in Nebenanlagen eingebunden werden kann.

Schichtbetrieb Der Dreischichtbetrieb bietet gegenüber dem Zweischichtbetrieb, unter energe-tischen Gesichtspunkten den Vorteil geringerer Abwärmeverluste durch redu-zierte An- und Abfahrvorgänge (Abbildung 43). Auf der anderen Seite führen längere Produktionszeiten zu größeren Produktionsmengen, die einen entspre-chend höheren Bedarf an Lagerkapazität erfordern. Aus energetischer Sicht steigt damit der Bedarf für Beleuchtung und Hallenheizung. Dieser energetische Mehrbedarf ist im Vergleich zu den Abwärmeverlusten gering.

2-Schicht-Betrieb;520.000

3-Schicht-Betrieb;104.000

0 200.000 400.000 600.000 800.000

Wärmeverluste in kWh

Abbildung 43: Anfahrverluste, Vergleich 2- mit 3-Schicht-Systeme, nach [33]

An- und Abfahr-vorgänge

Kürzere Rüstzeiten bei Qualitätswechsel erhöhen die Produktivität der Anlage und reduzieren den Wärmeverlust. Neue Anlagen werden daher mit mindestens drei verschiedenen Fluten je Wellenaggregat ausgerüstet. Moderne Maschinen ermöglichen den Wechsel auf ein neues Profil innerhalb von drei Minuten [34].



Erhöhung des Isolationsgrades

Standardmäßig werden Dampf- und Kondensatleitungen zur WPA bzw. zum Kessel isoliert. Isolierungen unterhalb der WPA sind bei älteren Anlagen (siehe Abbildung 44), meist nicht vorzufinden.

Abbildung 44: Thermografieaufnahme unterhalb der WPA

Der Wärmeverlust in dem dargestellten Bildausschnitt liegt bei etwa 1,5 kW. Neuanlagen sind heute mit vollständig eingehausten Heiz- und Zugpartien aus-gerüstet. Weitere Informationen zur Isolierung sind im Kapitel 6.2 zusammen-gestellt.

Prozessleitsys-tem: Allgemein

Die meisten Wellpappenanlagen sind dadurch gekennzeichnet, dass viele Pro-zesse und Parameter unabhängig voneinander bedient werden, obgleich sie sich gegenseitig beeinflussen [35]. Nach [36,37] werden derzeit Prozessteue-rungsmaßnahmen vorwiegend genutzt, um Planlageabweichungen gegenzu-steuern und beruhen auf Erfahrungen bzw. Kenntnissen aus der Praxis.

In der maximalen Ausbaustufe eines Prozessleitsystems werden an allen wich-tigen Stellen der WPA die Temperatur, die Bahnspannung und die Feuchte er-fasst und optimal geregelt. Weiterhin ermöglicht die Regelung der Produktions-geschwindigkeit im Nass- und Trockenende einen zügigen Auftragswechsel mit reduziertem Abfall durch Regelung der Brückenmenge und Synchronisation der Spleißstellen.

Zukünftig wird ein Prozessleitsystem die Basis von Produktivitäts- und Quali-tätsverbesserungen bilden, die letztendlich den spezifischen Energiebedarf der Produktion positiv beeinflussen.



Prozessleitsys-tem: Voraus-setzung

Um Prozesssteuerungssysteme an der WPA zu nutzen, müssen an der Ma-schine Voraussetzungen geschaffen werden. Dazu gehören u. a.:

die Einstellbarkeit der Umschlingung am Vorheizer - bei sehr leichten Pa-pieren bis hin zur Nullumschlingung

die Regelbarkeit des Dampfsystem, bei dem der Dampfdruck auch bis auf unter 2 bar geregelt werden kann

regelbares Belastungssystem (Belastungsschuhe)

schnell regelbare Wärmetauscher (Vorheizer, Riffelwalzen, Heizplatten)

die Möglichkeit, einen minimalen und gleichmäßigen Leimauftrag zu erzeu-gen.

Prozessleitsys-tem: weitere Vorteile

Ein Kontrollsystem bietet die Möglichkeit, sich den Grenzbereichen von Behei-zung und Leimauftrag zu nähern. Nach [36] konnten bei den Wellpappenanla-gen mit Prozesssteuerung im Verlauf der Zeit die Prozesstemperaturen gesenkt werden. Eine Verminderung der Leimspalte und damit Auftragsmengen konnte ebenfalls beobachtet werden. Der Einfluss auf den Energiebedarf durch Anpas-sung der Temperatur ist in nachfolgender Abbildung 45 dargestellt.

Abbildung 45: Energiereduzierung durch Absenkung der Vorheizertemperatur, [39]

Um die Übertrocknung des Papiers zu vermeiden, wurde in diesem Beispiel die Temperatur am Vorheizzylinder von 180 auf 120°C reduziert. Der Dampfbedarf sinkt dabei von 18 auf 9 kJ/m² bzw. von 5 auf 2,5 W/m². Für einen 3-Schicht-Betrieb mit einer Jahresbruttoproduktionsmenge von 100 Mio. m² ergibt sich daraus eine Einsparung von circa 500 MWh/a bzw. 20 k€/a bei einem ange-setzten Brennstoffpreis von 40 € / MWh und dem Einsatz von zwei Vorheizzy-lindern.



Prozessdaten-analyse

Mit Hilfe der Prozessdatenanalyse können alle Informationen, die über das Pro-zessleitsystem erfasst werden, in die Optimierung des Prozesses einfließen. So kann eine über einen längeren Zeitraum geführte Verbrauchsdatenanalyse an einer auserwählten Qualität folgende Hinweise auf Einsparpotenziale liefern:

Schicht A produziert mit geringeren Temperaturen an der WPA

Schicht B zeichnet sich durch geringere Stromspitzen aus

Schicht C benötigt weniger Druckluft

Dampfsprühein-richtung

Zur Papierkonditionierung und Gurtbefeuchtung sind an der WPA Dampfsprüh-einrichtungen installiert. Zur Optimierung des Dampfeinsatzes können folgende Ansatzpunkte betrachtet werden:

Regelung der Dampfmenge über die Feuchtigkeit des Papiers nach der Konditionierung

Dampf nur für Papier bzw. Gurt nutzen (u. U. entweicht Dampf in den Randbereichen der Sprüheinrichtungen ungenutzt in die Umgebung)

Im Rahmen der durchgeführten Vor-Ort-Untersuchungen der PTS konnte in ei-nem Werk ein Potenzial von etwa 2 % zur Dampf- bzw. Brennstoffeinsparung ermittelt werden. In diesem Fall wurde Dampf ungenutzt über die Randbereiche des Papiers in die Produktionshalle entlassen.



Zusammenfas-sung Hand-lungsoptionen WPA

Energiesparmaßnahme Einsparpoten-zial*

Payback Bemerkung

Schallkabine Nut-zung der Abluftabwärme

Bis zu 2,5% Brennstoffein-sparung

3 – 4,5 Nutzbarer Wärmein-halt 250 kW pro Schallkabine

Optimierung des direk-ten Dampfeinsatzes zur Papierkonditionierung bzw. Gurtbefeuchtung

Bis zu 2 % Brennstoffein-sparung

0 – 0,5 PTS Messung

Isolierung der HZP Bis zu 0,5 % Brennstoffein-sparung

0,3 – 1,5 Payback nach [38]

Einsatz effizienter Wär-metauscher

k. A. k. A.

Prozessleitsystem zur Überwachung und Steuerung der Prozess-parameter

k. A. k. A. Temperatur, Feuch-te, Dampfdruck, Produktionsge-schwindigkeit, Spli-cesteuerung

Reduzierung der Still-standzeiten und der An- und Abfahrvorgänge

Bis zu 3 % Brennstoffein-sparung

k. A.

*Einsparpotenzial bezieht sich auf den durchschnittlich Brennstoffeinsatz an der WPA

6.5 Wellpappenanlage Strombedarf

Bewertung des Strombedarfs ei-ner WPA

Zur Bewertung der Energieeffizienz der Wellpappenanlage hinsichtlich des Strombedarfs können folgende Kennwerte verwendet werden:

Spezifischer Strombedarf der WPA

Effizienz der installierten Motoren (siehe Abschnitt Antriebe)



Spezifischer Strombedarf

WPA

Wie bereits im Kapitel 5.5 formuliert, basieren die Werte zum prozentualen Stromeinsatz zum Großteil auf Abschätzungen. Daraus resultieren innerhalb der Produktionsgruppen extreme Schwankungen für die Verbrauchswerte der WPA inkl. Randstreifenabsaugung, wie Abbildung 46 verdeutlicht. Die Werte sind deshalb zur Festlegung von Benchmarkwerten ungeeignet

0

10

20

30

40

55 - 75 75 - 95 95 - 115 115 - 135 135 - 155


spe

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arf

WP

A &

RS

in [

kWh

/10

00

m²B

rutt

o]

spez. Strombedarf kWh/1000m² Brutto WPA

Abbildung 46: Spez. Strombedarf WPA & RS gruppiert in Produktionsklassen

Aufteilung des Strombedarfs

Eine detaillierte Aufteilung des Leistungsbedarfs einer Wellpappenproduktion ohne Weiterverarbeitung ist in nachfolgender Abbildung 47 auf Basis von Er-gebnissen eines Maschinenlieferanten dargestellt.

Abbildung 47: Typische Leistungsverteilung einer Wellpappenfabrik [39]

Als wesentliche Hauptstromverbraucher zeichnen sich die HZP mit 23%, die einseitige Maschine mit 18% sowie die Beleuchtung mit etwa 14% ab.



Produktionsge-schwindigkeit und Qualität

Wesentlich für die Beurteilung des Energieverbrauchs und letztendlich für den Vergleich mit anderen Wellpappenanlagen sind die Produktionsbedingungen. Die Gegenüberstellung des Strombedarfs bei der Produktion von EB-Flute und B-Flute zeigt beispielsweise, dass der Strombedarf bei einwelliger Produktion um 15% geringer ist, siehe Abbildung 48. Darüber hinaus beeinflusst neben der Qualität auch die Produktionsgeschwindigkeit den Energiebedarf.

Produktionsgeschwindigkeit in m/min

Wir

klei

stu

ng

in

kW


Wir

klei

stu

ng

in

kW

Abbildung 48: Energiebedarf in Abhängigkeit von produzierter Qualität und Produktionsgeschwindigkeit, nach [39]

Der energetische Grundbedarf der dargestellten WPA liegt bei etwa 50 kW. Dieser Wert entspricht der Leerlaufleistung der Anlage und kann umso stärker kompensiert werden, je höher die Produktionsmenge bzw. die Produktionsge-schwindigkeit ist. Eine Energieeffizienzerhöhung ohne Umsetzung von Maß-nahmen stellt die Erhöhung der Anlagenauslastung dar.

Hauptantrieb Trockenpartie

Der Hauptantrieb der Heizpartie ist der größte Antrieb in der Wellpappenanlage (bis zu 260 kW). Einsparpotenziale bestehen in der Verringerung der Reibungs-verluste durch Beschichtung der Heizplatten. Weitere Einsparungen sind durch eine leistungsabhängige Belastungssteuerung des Hauptantriebes erzielbar [Fehler! Textmarke nicht definiert.]. Nachfolgende Abbildung stellt den Ein-fluss unterschiedlicher Belastungssysteme der Firma BHS auf den Energie-verbrauch an der Heiz- und Zugpartie dar. Das Platerol-System hat gegenüber dem Chaintrol-System bei einer Produktionsgeschwindigkeit von 400 m/min ei-nen um bis zu 20% verringerten Energiebedarf.


Wir

klei

stu

ng

in k

W


Wir

klei

stu

ng

in k

W

Abbildung 49: Belastungssystem vs. Energieverbrauch, nach [40]



Rückspeisung Bremsenergie

Energie durch Abbremsvorgänge zurückzugewinnen, wird in der Wellpappenin-dustrie von Herstellern bereits angeboten und installiert. Als wesentliche Einsatzbereiche sind hier Abroller und Querschneider zu benennen.

Blindstromkom-pensationsanla-gen

Induktive (Asynchronmotoren, Frequenzumrichter, Vorschaltgeräte etc.) oder kapazitive Verbraucher (Kondensatoren) im Stromnetz verursachen eine Pha-senverschiebung von Strom und Spannung. Bei induktiver Last eilt der Strom der Spannung nach. Die Wirkleistung errechnet sich wie folgt:

cos IUP (Gl. 3)

Beträgt die Phasenverschiebung φ 45° so entspricht dies einem induktiven cosφ von 0,707.

Die Bildleistung errechnet aus:

sin IUQ (Gl. 4)

Entscheidend für die Auslegung des elektrischen Versorgungsnetzes ist die Scheinleistung, die sich aus der geometrischen Addition von Wirkleistung und Blindleistung ergibt:

22 QPS (Gl. 5)

Nach [41] wird in der Regel ein gewisser Anteil an Blindstrom (bei Abnahme- Leistung größer 1 MW cos φ kleiner 0,96 induktiv) über die Dienstleistung des Energieversorgungsunternehmens abgedeckt. Durch Installation einer Kom-pensationsanlage können die Kosten für Blindstrom gespart werden.




Energiesparmaß-nahme

Einsparpoten-zial*

Pay-back

Bemerkung

Einsatz von Blind-stromkompensati-onsanlagen

2-3%** 1,5 - 3 Ø cos φ = 0,83

** Stromkostenersparnis

Einsatz beschichte-ter Heizplatten und leistungsabhängige Steuerung des Be-lastungssystems

Bis zu 20% Stromeinspa-rung

k. A. Stromeinsparung des Hauptantriebes, nach [Fehler! Textmarke nicht definiert.]

Gewichtseinspa-rung beim Quer-schneider


k. A. z. B. leichtere Messerbalken am CFK-Querschneider, Ab-lage mit Gegengewichten [Fehler! Textmarke nicht definiert., 40]

Gewichtseinspa-rung an der Ablage durch Einsatz von Gegengewichten


Reduzierung der installierten Leistung, nach [40]

Bewusstes Ab-schalten von Anla-genteilen

k. A. 0 Abschalten von Anlagentei-len (Stellantrieben) zur Re-duzierung des Grundbedarfs

Ersatz pneumati-scher Bremsen durch elektromoto-rische in Verbin-dung mit Energie-rückgewinnung

k. A. k. A. Nutzung der Bremsenergie bis zu 20.000 kWh/ a Stromeinsparung

*Einsparpotenzial beziehen sich auf einzelnen Antriebe der WPA



6.6 Randbeschnitt, Schredder und Ballenpresse

Abfall Wenn man den Energieeinsatz einer Anlage analysiert, so muss der Abfall bzw. die Abfallmenge mit betrachtet werden. Unter energetischem Gesichtspunkt sollte das Ziel sein, den Abfall minimal zu halten oder gar zu eliminieren. Kein Abfall spart Energie am Zerreißventilator, bei der Beförderung sowie am Schredder- und der Ballenpresse, darüber hinaus erhöht sich die Produktivität der Anlage. Der Begriff Abfall entspricht in diesem Kontext der Differenz aus Brutto- und Nettoproduktion und fasst damit die Mengen aus Randbeschnitt, Staubabsaugungen sowie aus fehlerbehafteter Produktion zusammen.

Gemäß den Daten der Umfrage liegt der Abfallanteil im Durchschnitt bei 5,6 %. Der minimale Wert und damit Benchmark der Umfrage liegt bei 2,8 %.

Randstreifenab-saugung

Nach [42] sollte der Abfallanteil des Randbeschnitts an der WPA nicht höher als 2,5% sein.

Standardmäßig wird der Randbeschnitt über Zerreißventilatoren abgeführt. Da-bei übernehmen diese sowohl die Funktion als Zerkleinerungsaggregat als auch die eines Förderaggregates. Ansaugen, Zerkleinern und pneumatischer Transport müssen darüber hinaus mit der Geschwindigkeit der Maschine und dem jeweiligen Material korrespondieren. Auf Grund der Vielzahl an Funktionen ist der Wirkungsgrad eines Zerreißventilators viel geringer, als der eines Venti-lators zur Luftbeförderung.

Schredder und Ballenpresse

Als spezifischer Verbrauchswert wurde der Energiebedarf für Schredder und Presse auf die errechnete Abfallmenge definiert. Im Mittel liegt der spezifische Energieverbrauch der befragten Unternehmen bei 87 kWh/1000 m²Abfall. Da der Strombedarf auf Abschätzungen der Unternehmen basiert, kann dieser spezifi-sche Wert nur als Anhaltswert und nicht als Benchmark verwendet werden.

Handlungsoptio-nen


Einsparpoten-zial*

Pay-back

Bemerkung

Leerlaufanteil an Schredder- und Ballenpresse redu-zieren

k. A. k. A. gerade bei älteren Pressen ist der Anteil an Leerlaufleis-tung hoch

Abfall vermeiden k. A. k. A.



6.7 Druckluft

Druckluft in der Wellpappener-zeugung

Druckluft ist eine Energieform, die ein breites Spektrum für Anwendungen auf-weist und dabei Faktoren wie Arbeitsgeschwindigkeit, Kraft, Präzision und ge-fahrloses Handling miteinander verbindet.

Bei der Herstellung und Weiterverarbeitung von Wellpappe wird Druckluft in erster Linie als Regel- und Steuerluft verwendet. Weiterhin wird sie als Trans-portmedium (Leimpulver) sowie zum Freiblasen der Maschinen eingesetzt.

In der industriellen Praxis findet man vorwiegend Kolben-, Schrauben- und Tur-bokompressoren im Einsatz. Die an der PTS-Umfrage beteiligten 18 Unterneh-men setzen alle Schraubenkompressoren zur Drucklufterzeugung ein.

Kostenstruktur der Drucklufter-zeugung

Druckluft ist ein universeller, aber auch teurer Energieträger. Abbildung 50 stellt die Zusammensetzung der Kosten einer optimierten Druckluftversorgung mit luftgekühlten Kompressoren dar. Den Löwenanteil der Druckluftkosten (69 %) beansprucht dabei die Energieversorgung für Kompressoren und Aufberei-tungsgeräte.

Investitionen inkl. Installation und Schulung

26%

Wartungs-kosten

4%

Kondensatauf-bereitung

1%Energiekosten

69%

Abbildung 50: Kostenstruktur in optimierten Druckluftstationen [43]



Energiekosten Drucklufterzeu-gung

In Abhängigkeit von dem anzusetzenden Strompreis, der Effizienz der Druck-lufterzeuger und Aufbereitung sowie dem benötigten Druckniveau können die Energiekosten pro Kubikmeter erzeugter Druckluft stark variieren. Abbildung 51 gibt einen Überblick über die Schwankungsbreite der Energiekosten. Basierend auf einer adiabaten Zustandsänderung für die Verdichtung der Luft, dem benö-tigten Druck sowie den anzusetzenden Stromkosten errechnet sich das Kos-tenminimum. Da der Verdichtungsvorgang mit Verlusten verbunden ist, können in der Praxis diese minimalen Werte nicht erreicht werden. Werte, die ca. 45 % über den theoretisch möglichen der adiabaten Verdichtung liegen, werden noch als gut bezeichnet.

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

80€/MWh

120€/MWh

80€/MWh

120€/MWh

80€/MWh

120€/MWh

6 bar_ü 8 bar_ü 10 bar_ü

spez

. DL-

Kos

ten

in [

Eur

o-ce

nt/m

³]

guter Bereich

Stromkosten

Überdruck

Abbildung 51: Energiekosten für Drucklufterzeugung

Bewertung des Druckluftsystems

Für den Bereich der Drucklufterzeugung können zur Bewertung der Energieeffi-zienz folgende Kennwerte herangezogen werden:

- Druckniveau

- Spezifischer Stromverbrauch

- Druckverlust

- Nutzung der Kompressorenabwärme

- Leckagerate

- Art der Druckluftaufbereitung

- Steuerung und Regelung



Druckniveau Das Druckniveau ist in vielen Unternehmen häufig eine "historische" Größe, die schon immer so eingestellt war. Allerdings geht jedes Bar Druckerhöhung mit einer um 6 bis 10% höheren Energieaufnahme der Kompressoren einher. Die Druckabsenkung von 8 auf 7 barÜ führt bei einem spezifischen Druckluft-verbrauch von 65 Nm³DL pro 1000 m² Bruttoerzeugnis (Werte schwanken zwi-schen 25 und 125 Nm³DL/1000 m² Wellpappe) und einer Jahresproduktion von 100 Mio. m² zu einer Stromersparnis von 50 bis 70 MWh/a – Ersparnis ist von der Leckagesituation im Werk abhängig. Aus diesem Grund sollte gut abgewo-gen werden, welcher Ausgangsdruck an der Druckluftstation eingestellt wird bzw. notwendig ist.

Bei den an der PTS-Umfrage beteiligten Unternehmen liegt der Druck an der Druckluftstation bei durchschnittlich 8,2 bar. Das im Netz benötigte Druckniveau erreicht Durchschnittswerte von 6,8 bar.

0

2

4

6

8

10

12

14

1 (3)

2 (1)

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10 (5)

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14 (3)

15 (1)

16 (3)

17 (2)

18 (4)

Werknr. (Anzahl der install. Kompressoren)

Dru

ck in

[bar

_ü]

Druck am KompressorNetzdruckDifferenz

Abbildung 52: Druckniveau am Kompressor und im Netz

Wie Abbildung 52 zeigt, variiert je nach Unternehmen die Differenz zwischen erzeugtem Druck an der Kompressorstation und dem am Endverbraucher be-nötigten Druck stark.



Energiebedarf bezogen auf Druckluftmenge

Die spezifische Leistung, ausgedrückt in elektrischer Leistung pro Kubikmeter Druckluft und Minute [kW/(m³/min)], ist für die Beurteilung von Kompressorstati-onen sehr geeignet. Aufgrund der Abhängigkeit zwischen spezifischen Strom-verbrauch und Druckniveau sind die Kennwerte der befragten Unternehmen in einem Leistungskennfeld dargestellt. Errechnet wurde der spezifische Wert aus folgenden Angaben:

Liefermenge der Kompressoren in m³/min

Laststunden der Kompressoren in h/a (Leerlaufstunden nicht berücksichtigt, da keine Drucklufterzeugung stattfindet)

jährlicher Energieverbrauch der Drucklufterzeuger in MWh/a

Etwa 70 % der Kompressoren weisen gute Verbrauchswerte auf.

Abbildung 53: Leistungsdiagramm von Kompressoren

Druckverlust Bei optimal ausgelegten Druckluftnetzen sollten folgende Druckverluste nicht überschritten werden [44]:

Bereich im Druck-luftnetz

Druckverlust ∆p [bar]

Anmerkung

Hochleistungsfilter 0,1 – 0,3 Bei ∆p = 0,35 wechseln Aktivkohlefilter 0,1 – 0,3 Mit Hochleistungsfilter wechseln Vorfilter 0,1 – 0,3 Bei ∆p = 0,35 wechseln Trockner 0,5 Druckverlust je Trockner (ohne Filter) Rohrleitungsnetz 0,1 Hauptleitung: 0,03 bar

Verteilerleitung: 0,03 bar Anschlussleitung: 0,04 bar

Anschlusszubehör 0,3 Wartungseinheit, Schlauch, Schnell-schlusskupplung

Zu klein dimensionierte Rohrquerschnitte führen zu hohen Strömungsge-schwindigkeiten und damit zu hohen Druckverlusten in der Leitung. Die Strö-mungsgeschwindigkeit sollte möglichst kleiner 6 m/s sein [45].



Nutzung der Kompressoren-abwärme

Von den befragten Unternehmen geben sieben Werke an, die Abwärme aus dem Bereich der Drucklufterzeugung teilweise bzw. ganz zu nutzen. Die Ab-wärme wird in folgenden Bereichen verwendet:

Prozesswasseraufwärmung (Waschwasser bzw. Brauchwasser)

Büro- und Hallenheizung (Werkstatt, Produktion, Logistik)

Abbildung 54: Nutzung der Kompressorenabwärme

0

2

4

6

8

10

12

Ja Teilweise Nein



Regelung und Steuerung

Durchschnittlich bestehen Druckluftstationen in Wellpappenwerken aus drei Kompressoren. Bei etwa 65 % der Unternehmen ist davon ein Kompressor fre-quenzgesteuert, die verbleibenden werden wahlweise über Volllast-Leerlaufregelung bzw. über Volllast-Leerlauf-Aussetzregelung gesteuert. Be-trachtet man die Angaben zu den einzelnen Kompressoren ist gemäß der Um-frage die am häufigsten eingesetzte Regelung die Volllast-Leerlauf-Aussetzregelung mit 39 %, gefolgt von der Frequenzregelung mit 31 % und der Volllast-Leerlaufregelung mit 24%.

keine Regelung

6%

Volllast-Leerlauf-regelung

24%

Frequenz-regelung

31%

Volllast-Leerlauf-Aussetz-regelung

39%

Abbildung 55: Regelung der Kompressoren

Aus den Daten der Umfrage geht hervor, dass etwa zwei Drittel der Unterneh-men über eine übergeordnete Steuerung verfügen. Eine übergeordnete Steue-rung sorgt für effiziente Regelung, einen minimalen Netzdruck und überwacht die einzelnen Anlagen mit integrierter Visualisierung. Gemäß einer EU-weiten Studie aus dem Jahr 2001 ist durch den Einsatz einer effizienten und überge-ordneten Steuerung ein Einsparpotenzial von 20% realisierbar [45].

Die Einbindung der Drucklufterzeugung in ein bestehendes Prozessleitsystem ist entsprechend der Umfrage nicht typisch. Lediglich ein Unternehmen verfügt über diese Art der Verknüpfung.



Kältetrockner Durch hocheffiziente Luft/Luft-Wärmetauscher und Luft/Kältemittel-Wärmetauscher sind moderne Kältetrockner in der Lage, den Energiebedarf für den Trocknungsvorgang auf ein Minimum zu begrenzen. Da über Druckluftan-lagen schwankende Luftmengen und damit unterschiedliche Kälteleistungen abgerufen werden, benötigen Kältetrockner eine Regelvorrichtung. Als Energie-verschwender erweisen sich Kältetrockner mit Heißgas-Bypass-Regelung, die ständig den gleichen Energieverbrauch aufweisen – ob sie Druckluft nun trock-nen oder nicht. Im Vergleich dazu benötigen effiziente Kältetrockner nur dann elektrische Energie, wenn auch tatsächlich Druckluft zu trocknen ist, und dann lediglich proportional zur erforderlichen Trocknungsleistung [46], vergleiche da-zu nachfolgende Abbildung 56.

Abbildung 56: Einsparpotenzial effizienter Kältetrockner, Beispiel Kaeser [43]

Kompressorenal-ter

Es empfiehlt sich ältere Kompressoren (> 60.000 – 80.000 Bh) durch neue wirt-schaftlichere und energieeffiziente Kompressoren zu ersetzen. Mit modernen Schraubenkompressoren lassen sich bessere spezifische Leistungswerte errei-chen und somit Energie- und Wartungskosten einsparen.





Einsparpotenzi-al*

Pay-back

Bemerkung

Betriebsdruck von 8,2 auf 7,5 bar re-duzieren (Bench-mark bei 6,5 bar)

Stromeinsparung 3-4 %

0 Druckreduzierung um 0,2 bar führt zu einer Absen-kung von 1% im Last-verbrauch

Reduzierung von DL-Leckagen auf 50%


0 – 0,2 PTS-Messung

ungeregelte Kälte-trockner durch ge-regelte Trockner ersetzen

Stromeinsparung bis zu 60 %

1,5 – 2 PTS-Messung

Abwärmenutzung der Kompressoren

Brennstoffeinspa-rung bis zu 4 %1

1,5 – 2 Einbindung der Abwärme in bestehendes PWW-System1, Direktnutzung Hallenheizung, Vorwär-mung Verbrennungsluft

Übergeordnete Re-gelung/Steuerung


0,5 – 1 PTS-Messung

Substitutionspoten-ziale erkennen

k.A. k.A. Einsatz effizienter End-geräte (geringeres Druckniveau, geringere Druckluftmenge)

Schulung der Ener-gie- bzw. Druckluft-verantwortlichen

k.A. k.A. Ausschalten der Kom-pressoren bei Stillstand, regelmäßige Wartung der Anlagen, Absperren von Anlagenbereichen ohne Betrieb

Ansaugfilter regel-mäßig reinigen

k.A. k.A. Druckverlust durch ver-schmutzte Filter reduzie-ren

* bezogen auf den Stromeinsatz im Bereich der Drucklufterzeugung



6.8 Beleuchtung

Kennwerte Zur groben Bewertung von Beleuchtungsanlagen können folgende Kenngrößen verwendet werden [47]:

dringender Sanierungsbedarf 4 W / (m²•100 lx)

optimierbar 2,5 W / (m²•100 lx)

gute Neuanlage 2 W / (m²•100 lx)

Der Kennwert für die installierte Leistung ist abhängig von der geforderten Be-leuchtungsstärke und der Raumgröße. Gemäß der Arbeitsstättenrichtlinie für künstliche Beleuchtung (ArbStätt 5.007.3) werden Nennbeleuchtungsstärken für verschiedene Arbeitsbereiche angegeben, vgl. Tabelle 11 .

Tabelle 11: Nennbeleuchtungsstärke für verschiedene Innenräume

Art des Innenraumes Nennbeleuch-tungsstärke En

Spez. Strom-bedarf (gute Anlage)

Spez. Strom-bedarf (opti-mierbare An-lage)

Büroräume 500 lx 10 W/m² 12,5 W/m²

Büroräume mit tages-lichtorientierten Ar-beitsplätzen

300 lx 6 W/m² 7,5 W/m²

Verkehrswege im Ge-bäude, Treppen, Fahr-treppen und geneigte Verkehrswege

100 lx 2 W/m² 2,5 W/m²

Papier- und Wellpap-penmaschinen, Karto-nagenfabrikation

200 lx 4 W/m² 5 W/m²

Vergolden, Prägen, Arbeiten an Druckma-schinen

500 lx 10 W/m² 12,5 W/m²

Automatische Hochre-gallager - Gänge

20 lx 0,4 W/m² 0,5 W/m²

Automatische Hochre-gallager - Bedienungs-stand

200 lx 4 W/m² 5 W/m²

Entsprechend dem Mix aus verschiedenen Innenraumarten eines Wellpappen-werkes ergibt sich für jedes Werk ein individueller Wert. Zur groben Orientie-rung sollte der Wert nicht größer als 12,5 W/m² sein



Bewertung der Beleuchtungssi-tuation

Anhand des Strombedarfs für die Beleuchtung, die beheizten Büro- und Hallen-flächen sowie der Betriebsstunden der Anlage wurde aus der Umfrage der spe-zifische Strombedarf für die Beleuchtung von 14 Werken ermittelt.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Werk

spez

. Str

ombe

darf

in [W

/m²]

Abbildung 57: Spezifischer Strombedarf - Ergebnisse der PTS-Umfrage

Werte für die Werke 8, 10, 11, 13 sind nicht plausibel. Im Mittel liegt der spezifi-sche Strombedarf bei 4,9 W/m².

Branchenkenn-zahlen

Der weitaus größte Teil der Beleuchtungsanlagen im Industriebereich ist mit Leuchtstofflampen ausgestattet, die sich durch hohe Effizienz, lange Lebens-dauer und gute bis sehr gute Farbwiedergabe auszeichnen. Diese Bild kann auch auf die Wellenpappenindustrie übertragen werden. Gemäß den Angaben aus der Umfrage werden Leuchtstofflampen vorwiegend in den Bereichen Pro-duktionshalle, Büro sowie Flure/Gänge/Treppenhäuser eingesetzt.

0

2

4

6

8

10

12

14

EV

G &

T

LS

EV

G

VV

G

HQ

L

Ha

log

en

En

erg

ie-

spa

rla

mp

e

LE

D

Leuchtstofflampen

An

zah

l d

er

Un

tern

eh

me

n Produktionshallen

Flure/Gänge/Treppenhäuser

Bürobereiche

Außenanlagen

Sonstige

Abbildung 58: Eingesetzte Leuchtmittel – Ergebnisse der PTS-Umfrage



Leuchtstofflam-pen

Äußerlich unterscheiden sich Leuchtstofflampen durch ihre Baugröße. Gängige Größen sind T12, T8 und T5 mit Durchmessern von 36, 26 und 16 mm. Ent-scheidender ist allerdings der Unterschied in der Energieausbeute. T12-Leuchstoffröhren sollten mit Ausnahme von Einzelanwendungen (z.B. Außen-beleuchtung) nicht mehr verwendet werden. Mit dem Wechsel von T12 auf kon-ventionelle T8-Leuchstoffröhren lassen sich bereits 10 % Energie einsparen. Der Austausch konventioneller T8-Leuchtstoffröhren mit konventionellem Vor-schaltgerät durch T8-Dreibanden-Leuchtstoffröhren mit elektronischem Vor-schaltgerät (EVG) führt zu einer weiteren Energieersparnis in der Größenord-nung von 20 bis 25 %. Weiterhin ist eine Steigerung der Lampenlebensdauer auf bis zu 20.000 Stunden möglich und die Farbwiedergabe verbessert sich. Ei-ne Verlängerung der Lebensdauer lässt sich auch durch den Einsatz elektroni-scher Starter erreichen. Dreibanden-Leuchtstofflampen garantieren einen 95%-igen Lichtstromerhalt über die gesamte Lebensdauer.

Durch die Verwendung moderner T5-Leuchtstoffröhren ergibt sich eine weitere Steigerung der Effizienz und Lebensdauer. Laut Herstellerangaben sind 24.000 Stunden Lebensdauer bei fast konstantem Lichtstrom erreichbar. T5-Röhren werden generell mit EVG betrieben.

Lichtregelung und -steuerung

Selbst in einer optimierten Beleuchtungsanlage lassen sich noch bis zu 50 % Energie einsparen mittels Lichtregelung und -steuerung. Gänge oder Flure im Bürogebäude sind häufig Bereiche, in denen das Licht eingeschaltet ist, sich aber niemand mehr aufhält. In den Betriebsruhezeiten lassen sich mit Hilfe von Zeitschaltuhren Bereiche gezielt abschalten. In wenig frequentierten Räumen kann der Einsatz von Bewegungsmeldern das Licht bei Bedarf zu- oder ab-schalten. Diese Melder können entweder auf optische Impulse oder auf Infra-schall reagieren.

Sonnenlicht & Dimmen

Das Sonnenlicht lässt sich durch die Verwendung einer tageslichtabhängigen Beleuchtungssteuerung gewinnbringend in die Beleuchtungsanlage einbinden. Durch stufenloses Dimmen der Lampen entsprechend der Tageslichtsituation lassen sich die besten Erfolge hinsichtlich der Energieeinsparung erzielen. Die Energieeinsparung pendelt gegenüber einer ungeregelten Anlage zwischen 5 % bei Maximallicht und bis zu 40 % bei Minimallicht. Bei Maximallicht lässt sich eine Energieeinsparung schon dadurch erzielen, dass der Anteil der Über-dimensionierung, der in jeder Anlage schon als fester Planungsfaktor vor-kommt, heruntergedimmt werden kann.





Einsparpotenzi-al*

Pay-back

Bemerkung

Einsatz effizienter Leuchtmittel (V1)

10 % 1 – 4 Umstellung von T12 auf T8

Einsatz effizienter Leuchtmittel (V2)

15 – 25% 2 – 4,5 Umstellung von T12 auf T8 Dreibanden-Leuchtstoffröhren mit elektronischem Vor-schaltgerät (EVG)

Einsatz effizienter Leuchtmittel (V2) + tageslichtabhängige Steuerung

38 – 45 % 2,4 - 3 PTS-Messung

*Einsparung bezieht sich auf den Technologiebereich Beleuchtung

Entwicklungsbe-darf

Derzeit sind LED-Leuchtmittel, mit wenigen Ausnahmen, industriell in Produkti-onshallen durch die geringe Lichtausbeute und Ausleuchtung wirtschaftlich noch nicht wettbewerbsfähig. LED-Lösungen verfügen aber über das größte Entwicklungspotenzial.

Fallbeispiel Zur Reduzierung des Energieaufwandes für die Beleuchtung wurde in zwei Werken der Wechsel von T12-Leuchtstoffröhren auf ein Lichtbandsystem T5 mit EVG inklusive einer tageslichtabhängigen Regelung vorgeschlagen. Die wirtschaftliche Bewertung dieser Maßnahme ist in nachfolgender Tabelle für beide Werke zusammenfassend dargestellt.

Tabelle 12: Wirtschaftliche Bewertung Beleuchtung

Werk 1 Werk 2

Betriebsstunden > 6.500 h/a < 4.000 h/a

Stromkosten > 100 €/MWh > 130 €/MWh

Stromeinsparung* 3,1 % 3,9 %

Investition 70 T€ 55 T€

Payback 3 a 2,3 a

* bezogen auf Gesamtstrombedarf des Werkes



6.9 Hallenbeheizung

Spezifischer Wärmebedarf

Im Rahmen der Branchenumfrage wurden Daten zum Energieverbrauch der Hallenheizung und der zu beheizenden Fläche (Büro und Hallenfläche) abge-fragt. Der berechnete spezifische Wärmebedarf zur Hallenbeheizung liegt bei den befragten Unternehmen zwischen 34 und 130 kWh pro m² Hallenfläche und Jahr. Wesentlich für den Benchmark ist hier die Abhängigkeit zwischen dem spezifischen Wert und der zu beheizenden Fläche. Mit steigender Fläche sinkt der spezifische Verbrauchswert.

0

20

40

60

80

100

120

140

5-20 20-50 50-80

Fläche in [1000 m²]

0

20

40

60

80

100

120

140

0 50 100

Fläche (Halle + Büroräume) in [1000 m²]

spe

z. W

ärm

eb

ed

arf

in

[kW

h/m

² Flä

chea

]

Abbildung 59: Spezifischer Wärmebedarf zur Hallenbeheizung

Faktoren, die bei der Beurteilung des Wärmebedarfs für Heizzwecke in Betracht gezogen werden müssen, sind insbesondere das Hallenheizsystem (gas-/ dampf-/ warmwasserbeheizte Warmlufterzeuger, Strahlungsheizung etc.), die geographische Lage des Unternehmens (Heiztage im Jahr), die Hallengröße sowie Wärmeverluste der Produktionsanlagen.



Hallenklima Im Verlauf der wärmeintensiven Wellpappenproduktion entstehen große Men-gen an Wasserdampf, die bis zu einem bestimmten Umfang über die Lüftungs-anlage der Halle abtransportiert werden müssen. Raumklimamessungen an verschiedenen Stellen eines Produktionsbetriebes ergaben folgende Werte, siehe Tabelle 13. Die Messungen wurden im November 2011 durchgeführt, die Außentemperatur lag zu diesem Zeitpunkt bei -1°C.

Tabelle 13: Raumklimamessungen an verschiedenen Stellen eines Werkes

Temperatur Feuchtigkeit Wasserbeladung°C % gW / kgtr.L.

Produktionshalle(ältere WPA) 21,8 44% 6,2Produktionshalle(neue WPA) 18,0 49% 5,9Dreifachvorheizer

24,6 37% 6,8Kesselhaus (gut isoliert) 20,9 39% 6,0Leimküche

15,4 48% 5,1Verarbeitungshalle

21,6 43% 6,8

Je nach Standort in der Produktionshalle ergeben sich unterschiedliche Werte für Temperatur und Feuchtigkeit, im Mittel lag die Temperatur bei etwa 20°C in der Produktionshalle.

Abwärme-nutzung

An den Maschinen (WPA und Weiterverarbeitung) entstehen durch Schneid- und Rillvorgänge große Mengen feinster Stäube, die über Absaugungen erfasst und geeigneten Filtern zugeführt werden. Dies gilt für die Staubentwicklung an den Längs- und Querschneidern sowie auch für die Randstreifenentsorgung.

Potenziale zur Brennstoffeinsparung ergeben sich im Winter durch Rückführung der entstaubten, warmen Luft in die Hallenbereiche der Produktion.

Zusammenfas-sung Hand-lungsoptionen


Einsparpotenzi-al

Pay-back

Bemerkung

Einbindung der Schallkabinenab-wärme

Bis zu 2,5% Brennstoffeinspa-rung

3 – 4,5 Siehe Kapitel 6.4, bezo-gen auf den Brennstoff-einsatz an der WPA

Einbindung der Kompressorenab-wärme

Brennstoffeinspa-rung bis zu 4 %1

1,5 – 2 Siehe 6.7

Abwärme Weiter-verarbeitungsma-schinen nutzen

k. A. k.A.



6.10 Antriebe

Antriebe Etwa 70 Prozent des Stromverbrauchs von Industrie und produzierendem Ge-werbe entfallen auf elektrisch angetriebene Systeme [48]. Aufgrund des hohen Anteils am Stromverbrauch ist die Überprüfung der elektrischen Antriebe im ge-samten Unternehmen eine wesentliche Aufgabe.

Seit 2008 wurden durch die IEC 60034-30 drei neue IE-Effizienzklassen defi-niert, die gegenüber der Klassifizierung nach CEMEP (EFF-Klassen) einen er-weiterten Bereich an Netzfrequenzen, Motordrehzahlen und Leistungsberei-chen umfasst. Im Rahmen des Fragebogens wurden die Unternehmen hinsicht-lich der Energieeffizienzklassen der verbauten Antriebe befragt.

N.N.(EFF3)

28%

IE1(EFF 2)

38%

IE2 (EFF 1)

32%

IE3 (neu)2%

Abbildung 60: Energieeffizienzklassen elektrischer Antriebe

Wirkungsgrad von Motoren (1)

Die gemäß IEC 60034-30 festgelegten Mindestwirkungsgrade der Motorenklas-se sind nachfolgend dargestellt

70

75

80

85

90

95

100

0 1 10 100 1000Leistung in kW

Min

de

stw

irku

ng

sg

rad

* in

%

IE3 50 Hz, 4-polig

EFF1IE2 50 Hz, 4-poligEFF2IE1 50 Hz, 4-polig

Abbildung 61: Mindestwirkungsgrade für 4-polige 50 Hz Motoren



Wirkungsgrad von Motoren (2)

Im Sinne möglichst optimaler Energieausnutzung ist ein hoher Wirkungsgrad anzustreben. Dies bedingt bei der Herstellung die Verwendung von mehr Mate-rial (vor allem Kupfer) und die Einhaltung engerer Fertigungstoleranzen. Effi-zientere Motoren kosten deshalb in der Anschaffung mehr Geld. Die Investitio-nen für energieeffiziente Antriebe liegen in der Regel 15 bis 30% oberhalb der Kosten von Standardantrieben [49]. Der Einsatz von Premium-Effizienzmotoren (IE3) ist in der Regel bei Antrieben mit einer Betriebszeit von mehr als 4.000 h sinnvoll.

Antriebs-technologie

Flachriemenantriebe haben gegenüber Keilriemen durch die nicht vorhandene Flankenreibung sowie die geringeren Biegewechselverluste einen erheblich besseren Wirkungsgrad. Die Antriebsverluste können bis über 15 % der für die Luftförderung benötigten Leistung betragen, vergleiche dazu Abbildung 62.

Abbildung 62: Gegenüberstellung von Flachriemen und Keilriemen, aus [50]


Bei Neuanschaffungen sollten Motoren der höchsten Effizienzklasse gewählt werden. Vor allem bei kleineren Antrieben < 75 kW Nennleistung treten deutli-che Unterschiede im elektrischen Nutzungsgrad von Antriebsmotoren auf. Durch geeignete Motoren können mehrere Prozent elektrischer Leistung einge-spart werden. Die mittlere Effizienzsteigerung von IE1 IE2 beträgt: 3 %.

Wird nicht die maximale Leistung eines elektrischen Antriebs während der ge-samten Nutzungszeit benötigt, sollte die Leistung von Elektromotoren über Fre-quenzumrichter an die tatsächlich benötigte Leistung angepasst werden.



7 Innovationen – Chancen für eine nachhaltige Unternehmensentwicklung

7.1 Aktuelle Prozessneuheiten und Handlungsbedarf

Aktuelle Pro-zessneuheiten und Prozessent-wicklungen

Entsprechend der PTS-Umfrage sind aktuell folgende Bereiche, Prozessneu-heiten und Prozessentwicklungen von besonderem Interesse:

Bereiche Prozessneuheiten Prozessentwicklungen

Dampferzeugung k. A. k A.

Leimauftrag Cooler Corrugating (weni-ger Leim, Grammatur, Wasser)

Glueless Production

WPA niedrigere Prozesstempe-raturen

Prozessleitsystem

Wärmerückgewinnung

Papiervorbereitung (er-wärmen/befeuchten)

Druckluftregelung k. A. k .A.

Beleuchtungstechnik k. A. k. A.

Stromspitzenlastrege-lung

k. A.

Erneuerbare Energien - Solartechnik

k .A. k. A.

Lufttechnik Minimierung von Luft-verbräuchen

k. A.

Antriebe Reduktion der Motorleis-tung

k. A.

Handlungsbedarf Aktueller Forschungs- und Entwicklungsbedarf wird in folgenden Bereichen ge-sehen.

Energieverbrauch (Saugluft) bei Vakuumtransportsystemen

Wärmereduzierung beim WPA-Klebeprozess

Energieeinsparung für IR-Trockner in Druckwerken

Reduzierung der Antriebs- / Servomotoren

Leimlose Produktion

Reduzierung Energieverbrauch Antriebstechnik

Wärmerückgewinnung aus den Schallkabinen

Temperaturreduzierung an den Maschinen - Ziel Warmwassertemperatur

Eliminierung der Randstreifenabsaugung

Anpassung der Wechselgeschwindigkeiten an der WPA



7.2 Entwicklung von Innovationen (für den Branchenleitfaden)

Innovations-workshop

Die Erzeugung von Wellpappe basiert unter verfahrenstechnischen Gesichts-punkten auf folgenden Prozessschritten:

1. Formgebungsprozess (Wellenformung)

2. Fügeprozess (Verkleben von Welle und Decke)

Gemäß dieser Unterscheidung wurden im Rahmen eines Innovationswork-shops Ansatzpunkte erarbeitet, diese Prozesse unter dem Fokus des vermin-derten Energiebedarfs neu zu gestalten. An dem Workshop waren sowohl Well-pappenhersteller als auch Unternehmen aus der Zulieferindustrie beteiligt.

SWOT-Analyse der Workshop-ergebnisse

Die Ergebnisse lassen den Handlungsbedarf für Weiterentwicklungen innerhalb der Branche erkennen. In der folgenden Darstellung sind neugestaltete Füge- und Formgebungsprozesse sowie neue Trocknungsverfahren als auch Optimie-rungsmaßnahmen der bestehenden Anlagentechnik gemäß einer Bewertung nach Risiko und Einsparpotenzial zusammengefasst.

neues Fügeverfahren

neues Trocknungsverfahren

neues Formgebungsverfahren bzw. neue Form

Optimierung der bestehenden Anlagentechnik

Abbildung 63: Risiko und Einsparpotenzial neuer Verfahren zur Wellpappenherstellung



Berechnungs-basis und Vorge-hen

Basis der Berechnungen ist eine Wellpappenproduktion mit folgenden Randbe-dingungen:

- Durchschnittliches Produktgewicht 527 g/m²

- Anteil einwellig/zweiwellig 55%/ 45%

- Leimgewicht 6 g/m²

- Feststoffgehalt Leim 23%

- Wärmebedarf, gesamt 110 kWh/1000m²

- Wärmebedarf, Heizung 15 kWh/1000m²

- Strombedarf 30 kWh/1000m²

Der Wärmebedarf für das Aufwärmen von Papier und Leim, das Gelatinieren des Leims und das Trocknen von Papier und Leim wurden für den heutigen Stand der Technik theoretisch berechnet. Änderungen an Produktionsschritten wurden darauf aufbauend ebenfalls theoretisch berechnet. Einsparpotenziale wurden in Relation zum Gesamtenergiebedarf (140 kWh/1000 m²) gesetzt.

Zusammenfas-sung der Work-shopergebnisse

Im Wesentlichen ergeben sich besonders hohe Einsparpotenziale bei Prozes-sen, die auf Wärme (zur Wellenformung und Klebung) verzichten können, wie die „kalte Leimung und kalte Formung“ sowie das „Ultraschallschweißen“.

Bei dem Prozess der „kalten Leimung und kalten Formung“ wurde für die Be-rechnung des Einsparpotenzials der vollständige Wegfall des Wärmebedarfs angenommen. Nicht berücksichtigt wurden der verringerte Strombedarf durch den Wegfall von Antrieben und der erhöhte Heizbedarf durch Reduzierung der Wärmeverluste der WPA in die Halle. Das Risiko dieser "kalten Leimung und kalten Formung" besteht darin, dass geeignete Papiere und Klebstoffe noch entwickelt werden müssen.

Beim "Ultraschallschweißen" wurde bei der Berechnung der Wegfall des Wär-mebedarfs von zwei Wellenaggregaten mit Leimwerk sowie der Wegfall von An-trieben berücksichtigt. Das Risiko besteht darin, dass ausreichende Festigkei-ten bisher nur für einseitige Wellpappen erzielt worden sind.



8 Zusammenfassung und Ausblick

Gasein-sparungen

Im Rahmen der Vor-Ort-Untersuchungen der PTS in verschiedenen Wellpap-penwerken wurden folgende Ansatzpunkte zur Gaseinsparung vorgeschlagen:

Kesselhaus: Speisewasservorwärmung, Vorwärmung Verbrennungsluft, Brüdenkühler, Laugenkühler

Dampf- und Kondensatsystem: Isolierungsgrad verbessern

WPA: Reduzierung des Sprühdampfeinsatzes, Single Facer-Abluft zur Hal-lenbeheizung nutzen

Leimaufbereitung: Erhöhung der Ansatzwassertemperatur durch optimierte Abwärmenutzung

Druckluft: Kompressorabluft als Verbrennungsluft, Einbindung der Abwärme in bestehendes Pumpenwarmwasser-System

Stromein-sparungen

Im Rahmen der Vor-Ort-Untersuchungen der PTS in verschiedenen Wellpap-penwerken wurden folgende Maßnahmen zur Reduzierung des Stromeinsatzes empfohlen:

Druckluft: Betriebsdruck reduzieren, Leckagen minimieren, Einbau einer übergeordneten Steuerung, ungeregelte durch geregelte Kältetrockner er-setzen

Druckluftmembranpumpen durch elektrisch betriebene Pumpen ersetzen (Exzenterschneckenpumpen)

Teilabschaltung von Anlagen der WPA

Beleuchtung, (Einsatz effizienter Leuchtmittel (T5), Vorschaltgeräte und ta-geslichtabhängige Steuerung installieren)

Ballenpresse (alte Presse durch effiziente Ballenpresse ersetzen)

Best Practice (1) Die folgenden Regeln dienen dazu, den Energieeinsatz der Wellpappenanlage zu minimieren.

WPA

Einsatz von Prozessüberwachungssystemen zur Abstimmung von Tempe-ratur und Papierfeuchte

Leimspalt minimieren

Maximalen Feststoffgehalt des Leimes nutzen

Einsatz effizienter Wärmeüberträger

Wärmeüberträger und Belastungsgurte regelmäßig säubern, um maximalen Wärmeübergang zu garantieren

Maximale Anlagenauslastung nutzen

Abwärme der einseitigen Maschinen in das Werk einbinden



Best Practice (2) Druckluftsystem

Druckniveau nicht höher als 8,2 bar (lassen sich Verbraucher mit hohem Druckniveau substituieren?)

Regelmäßige Überprüfung des Systems nach Leckagen (z. B. bei Produkti-onsstillstand am Wochenende den Betrieb der Kompressoren dokumentie-ren)

Effiziente Kompressoren und Trockner mit übergeordneter Steuerung ver-wenden

Abwärmenutzung für Warmwassersystem oder Hallenheizung

Dampferzeuger / Dampf- Kondensatsystem

Das am Dampferzeuger bereitgestellte Dampfdruckniveau mit dem benötig-ten Dampfdruck an der WPA abgleichen

Isolierung aller Dampf- und Kondensatleitungen sicherstellen

Minimierung der Wärmeverluste (Ecomiser, Brüdenkühler, Laugenkühler)

Beleuchtung

Einsatz effizienter Leuchtmittel

Tageslichtnutzung

Lichtsteuerung

Antriebe

Bei Neuanschaffungen Energieeffizienz der Motoren beachten

Zusammen-fassung

Bei den von der PTS geführten Untersuchungen zur Energieeinsparung in Wellpappenwerken lag der Anteil der ermittelten Gaseinsparungen zwischen 7 – 9 % bezogen auf den Gesamtgasbedarf. Der Anteil der möglichen Strom-einsparungen bezogen auf den Gesamtstrombedarf der Werke lag zwischen 1 und 4%.

Dabei sind schnell erzielbare Einsparungen häufig in folgenden Bereichen zu erzielen:

Kompressoren (Leckagen, Leitungsnetz, Steuerung)

Tageslichtabhängige Beleuchtung

Isolationen

Ersatz von Altgeräten (Presse, Kompressoren, Trockner)

Hohe Einsparungen lassen sich durch folgende Maßnahmen erreichen:

Kesselhaus: Senkung der Abgastemperatur (Economizer)

Wesentliche Maschineneinheiten erneuern (Leimwerk, D&K, HZP) - Tech-nologiesprung

Mit höherem finanziellen Aufwand erzielbare Einsparungen sind möglich durch:

Wärmerückgewinnung aus Abluft Schallkabine für Hallenheizung



Ausblick Mit den derzeit verfügbaren Technologien des Standes der Technik wird weiter-hin eine hohe Wärmemenge weitgehend ungenutzt an die Umgebung abgege-ben. Chancen zur Reduzierung sind:

Reduzierung von Temperaturen / Erhöhung der Leimtrockensubstanz

Nutzung von Wärmerückgewinnung

Entwicklung von wärmeeffizienter Anlagentechnik (Isolierung, Infrarot-/Heißlufttrocknung)

Entwicklung von anderen Formgebungsverfahren

Chance: Nutzung radikal neuer Ansätze zur Reduzierung des Energieeinsatzes

Neue Fügeverfahren

Neue Konstruktionsprinzipien für Wellpappe



9 Abkürzungsverzeichnis

Abkürzungen

DL Druckluft

EEG Erneuerbare – Energien – Gesetz

KWKG Kraft – Wärme – Kopplungsgesetz

WPA Wellpappenanlage

HZP Heiz- und Zugpartie

Lateinische Formelzeichen

Dampfm Dampfmassenstrom [t/h]

.Abgpc Mittlere spezifische Wärmekapazität Abgas [kWh/kg K]

Lpc Mittlere spezifische Wärmekapazität Verbrennungsluft [kWh/kg K]

.Abschlh Energiegehalt Abschlämmwasser [kWh/t]

''Dampfh Energiegehalt Sattdampf [kWh/t]

.SpWh Energiegehalt Speisewasser [kWh/t]

UH Heizwert Brennstoff [kWh/kg] bzw. [kWh/Nm³]

I Stromstärke [A]

k Wärmedurchgangskoeffizient [W/m²K]

Rohrl Rohrlänge [m]

.Abgm Abgasmassenstrom [kg/h]

.Abschlm Abschlämmwasser in [t/h]

Bm Brennstoffmassenstrom [kg/h] bzw. [Nm³/h]

Lm Verbrennungsluftmassenstrom [kg/h]

.SpWm Speisewassermassenstrom [t/h]

P Wirkleistung [VA]



Q Blindleistung [VA]

Rohrr Rohrdurchmesser [m]

S Scheinleistung [VA]

0t Bezugstemperatur [°C]

.Abgt Abgastemperatur [°C]

DampfT Dampftemperatur [°C]

Lt Verbrennungslufttemperatur [°C]

UmgebungT Umgebungstemperatur [°C]

U Spannung [V]

φ Winkel der Phasenverschiebung [°]



10 Literaturverzeichnis

1 M. Porter: Wettbewerbsstrategie, Methoden zur Analyse von Branchen und Konkurrenten,

Frankfurt am Main / New York, 1999

2 Statisches Bundesamt: Fachserie 4, Reihe 4.1.1, Produzierendes Gewerbe - Beschäftigung und Umsatz der Betriebe des Verarbeitenden Gewerbes sowie des Bergbaus und der Gewinnung von Steinen und Erden, Wiesbaden 2011

3 Verband der Wellpappen-Industrie e. V. (Hrsg.) Jahresbericht 2009, Beziehungskiste – Handel setzt auf Wellpappe, Darmstadt, 2010

4 Verband der Wellpappen-Industrie e. V. (Hrsg.) Zahlen und Fakten, Die wichtigsten Zahlen für die Wellpappenindustrie, Darmstadt, 2009



7 apr Extraheft Wellpappe, 2 April 2011

8 Verband der Wellpappen-Industrie e. V. (Hrsg.) Jahresbericht 2010, Wellpappe im Aufschwung, Darmstadt, 2011

9 apr Extraheft Wellpappe, 1 Februar 2010

10 apr Extraheft Wellpappe, 2 April 2010

11 apr Extraheft Wellpappe, 4 August 2010

12 apr Extraheft Wellpappe, 5 Oktober 2010

13 apr Extraheft Wellpappe, 1 Januar 2011

14 http://epp.eurostat.ec.europa.eu, Stand Januar 2012

15 N. L. Salmen, E. L. Back: Moisture-dependent thermal softening of paper, evaluated by its elastic modulus, TAPPI 63, 117-120 (1980) Nr. 6

16 Back E.L., N. L. Salmen: Glass transition of wood components hold implications for moulding and pulping processes, Tappi Journal 65, 144 – 154 (1989) Nr. 4

17 R. Wilken: Wellpappe, Vortrag auf dem Innovationsworkshop, PTS-BAY 1103-0004 „BEK Wellpappe“, München 2011

18 R.Wilken, B.Hartmann: Untersuchungen der Verformbarkeit von Wellpappenrohpapieren als Grundlage für die Optimierung des Riffelprozesses. Forschungsvorhaben AiF 9654B

19 N.N.: Werksinformation der BHS Corrugated GmbH, Weiherhammer

20 http://www.wellpappe-wissen.de/

21 R. McPherson: Preparation and use of corrugating adhesives made without borax, TAPPI 72, 135-138 (1989) Nr. 5

22 J. Anic: Zur Entwicklung der Wellpappenklebstoffe, Papier + Kunststoffverarbeiter -, 34-38 (1996) Nr. 12



23 N.N: Super-Glue - Anlage zur Aufbereitung von Wellen- und Kaschierleim, Firmenschrift der

Bauer-Verfahrenstechnik-GmbH, Greifenberg, www.bvg-gr.de

24 PTS Wellpappensymposium 2010, München, 16./17.03.2010

25 K. Langeheinecke, P. Jany, G. Thieleke: Thermodynamik für Ingenieure, überarbeitete und erweiterte Auflage 2011, Vieweg + Teubner Verlag, Wiesbaden 2011

26 M. Tuffner: Bosch Industriekessel GmbH 2011, Vortrag auf dem Innovationsworkshop, PTS-BAY 1103-0004 „BEK Wellpappe“, München 2011

27 http://www.spiraxsarco.com/de/pdfs/grundlagen/kapitel-04.pdf

28 http://www.lamtec.de/v2/Datenblatt/TD-CO-Regelung-DLT5014-06-aD-0001.pdf

29 N.N.: Water Deck: Weniger Leim und Energie = bessere Qualität – Wie eine Fabrik weniger Leim und Energie verbraucht, APR Extra Wellpappe, Nr. 01/2012, S. 27

30 Apex Group of Companies, Leimauftrag in der WPA (Teil 2), http://www.apex-groupofcompanies.com

31 Apex-Group of companies: Wellpappe Hanau dosiert Leimauftrag mit 60° Positiv-Reverse-Raster – Praktische Erfahrungen nach einem Jahr Einsatz, http://www.apex-groupofcompanies.com

32 M. Stratemann: Wie kann ein Stärkelieferant dazu beitragen ihre komplette Wellpappenherstellung zu optimieren, Vortrag auf dem Innovationsworkshop, PTS-BAY 1103-0004 „BEK Wellpappe“, München 2011

33 T. Pinnington: Saving energy in a box plant, In: International Paper and Board Industry, Januar 2009

34 www.bhs-world.de, Stand 2012

35 EL Corrugated GmbH: EL CorruMatic®, http://www.web.erhardt-leimer.com, Stand 2012

36 H. Kraus: Prozessregelung am Single Facer, apr Wellpappe, 18 – 20,,Nr. 3, 2011

37 Roier P., Mensing H.: Plananlage in der Wellpappe, Allgemeine Papier Rundschau, 16 – 26, Nr. 4, 2004

38 S.Chow; Ahmad R. Ganji; B. Hackett: Opportunities for energy efficiency and demand response in corrugated cardboard manufacturing facilities; Industrial Energy Technology Conference; New Orleans, Louisiana, May 11-12, 2005

39 N. Städele, B. Aumüller: Ausgangslage und Herausforderungen zum Thema Energie, Vortrag, Innovationsworkshop BEK Wellpappe, PTS-BAY 1103-0004 „BEK Wellpappe“, München 2011

40 A. Helgert: Energiesparmaßnahmen an einer WPA, Vortrag, PTS Wellpappensymposium, München 2008

41 N.N.: Einsatz von Blindstromkompensationsanlagen im Unternehmen, www.energieagentur.nrw.de, Stand Januar 2012

42 H. Mensing, K. Ruhland: Die neue Maschinengeneration in der Wellpappenindustrie und deren Anforderung an die Rohpapiere, Wochenblatt für Papierfabrikation 131, 523 – 529, Nr. 9, 2003

43 E. Ruppelt: Muss Druckluft teuer sein?, Vortrag auf dem Innovationsworkshop, PTS-BAY 1103-0004 „BEK Wellpappe“, München 2011

44 Bayrisches Landesamt für Umwelt: Effiziente Druckluftnutzung – Energieverbrauch und Kosten senken bei Druckluftanlagen, http://www.lfu.bayern.de, Stand 2012



45 P. Radgen, E.Blaustein: Compressed air systems in European Union – Energy, Emissions,

Saving Potential and Policy Actions, SAVE programme project XVII/4.1031/Z/98-266, Karlsruhe 2001

46 E. Ruppelt; M. Bahr: Druckluftqualität sichern und Energie einsparen - Kältetrocknung im Zeichen des Klimawandels; IN: Energy 2.0, Februar 2008

47 J. Buschmann: Energieeffiziente Beleuchtung in Unternehmen, Energie-Agentur.NRW

48 Ratgeber Elektrische Motoren in Industrie und Gewerbe: Energieeffizienz und Ökodesign-Richtlinie, Deutsche Energie-Agentur, 2010

49 M. Vogt, O. Blum, S. Kirschbaum, B. Meyer, J. Meyer, A. Schubert: Branchenleitfaden für die Papierindustrie. München, Duisburg, Aachen: Papiertechnische Stiftung, Institut für Energie- und Umwelttechnik e.V., RWTH Aachen, EUtech Energie & Management GmbH 2008

50 J. Anschütz: Vergleich der Wirtschaftlichkeit verschiedener Ventilatorensysteme, Vortrag auf dem KLIMA-FORUM, Frankfurt, 15. – 19.03.2005

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