Automobilglasfertigungsstandort – Modulares HOC-Trocknersystem erzielt jährliche Einsparungen von über 3 Millionen kWh

Meta-Beschreibung:  Der weltweit größte Hersteller von Automobilglas, Fuyao Glass, setzte vier Adsorptionstrockner mit Wärmerückgewinnung aus der Kompression (HOC) mit einem Volumenstrom von jeweils 170 m³/min in seiner Produktionsstätte Fuqing ein und erreichte dabei einen stabilen Taupunkt von -40 °C, keine Spüluftverluste, modulare Redundanz, jährliche Stromersparnisse von über 3 Millionen kWh sowie eine Amortisationsdauer von rund zwei Jahren.

Kundenhintergrund

Fuyao Glass Industry Group Co., Ltd.  ist der weltweit größte und technologisch fortschrittlichste Anbieter von Lösungen für Automobilglas. Dieses Modernisierungsprojekt befindet sich in der Fuqing Rongqiao Economic and Technological Development Zone, Yangxia Street, Provinz Fujian . Diese Produktionsstätte ist Fuyaos globales Exportprojekt und umfasst eine Fläche von 627 mu (ca. 41,8 Hektar); sie ist als weltweit führende intelligente Null-Kohlenstoff-Fabrik konzipiert.

Fuyao Glass befindet sich in einer kritischen Phase der Kapazitätserweiterung, was unvorhergesehene Anforderungen an die Zuverlässigkeit, Energieeffizienz und Skalierbarkeit des Druckluftsystems stellt. Der gesamte Druckluftbedarf des Werks beträgt etwa 550–600 m³/min (ca. 33.000–36.000 m³/h)  , wobei das System rund um die Uhr betrieben wird, um die gesamte Floatglas-Produktionslinie sowie mehrere hochwertige Automotive-Glas-Nachbearbeitungslinien zu versorgen.

Druckluftanwendungen in der Automobilglasfertigung

(Inhalt unverändert – identisch mit der vorherigen Version)

Schmerzpunkte

Das ursprüngliche Drucklufttrocknungssystem des Werks bestand aus einer Kombination aus großen Kältetrocknern und beheizten Regenerations-Adsorptionstrocknern (Mikro-Wärme-Typ)  . Da die Produktionskapazität rasch zunahm und die Qualitätsanforderungen an die Fertigungsprozesse stiegen, zeigte das ursprüngliche System mehrere strukturelle Probleme:

• Kondensatableitungsrisiko bei Kältetrocknern:  Die Produktionslinien für Floatglas und beschichtetes Glas haben eine extrem geringe Toleranz gegenüber Feuchtigkeit. Kältetrockner kondensieren und entfernen Wasser durch Abkühlung und verlassen sich dabei auf automatische Ablaufventile, um den Kondensat abzuleiten. Das Kondensatablaufventil ist jedoch die Komponente mit der höchsten Ausfallrate in jedem Kältetrocknersystem – egal ob schwimmertypbasiert, zeitschaltgesteuert oder elektronisch gesteuert: Alle Varianten neigen bei langfristigem Dauerbetrieb zum Verklemmen, Verstopfen oder zu elektrischen Ausfällen. Sobald ein Ablaufventil ausfällt, fließt der Kondensat direkt in die nachgeschalteten Rohrleitungen und Geräte. Für die Glasfertigung zerstört flüssiges Wasser, das in einen Adsorptionsturm eindringt, das Trockenmittel rasch. Noch gravierender ist, dass Feuchtigkeit, die in die Beschichtungskammer oder den PVB-Montagebereich gelangt, zur Ablehnung ganzer Chargen führt; ein einziger Schaden kann mehrere Millionen RMB betragen. Bei Fuyaos groß angelegter kontinuierlicher Produktion stellt jeder Ausfall eines Kondensatablaufventils ein inakzeptables Qualitätsrisiko dar.
• Erhebliche Spüluverluste bei beheizten Spültrocknern:  Die beheizten Regenerations-Trockner verbrauchen weiterhin 5–8 % ihres Nennvolumenstroms als Regenerations-Abblasluft. Bei einer Gesamtsystemkapazität von etwa 550–600 m³/min bedeutet dies etwa 28–48 m³/min trockene Druckluft werden kontinuierlich in die Atmosphäre abgeblasen  – vergleichbar mit dem ständigen Betrieb eines zusätzlichen Großkompressors.
• Taupunkt-Unstabilität:  Bei heißen, feuchten Sommerbedingungen nimmt die Regenerationseffizienz beheizter Regenerations-Trockner ab. Der Drucktaupunkt schwankt und steigt gelegentlich über −30 °C an, wodurch es schwierig wird, den für Hochleistungsprodukte vorgesehenen Design-Zielwert von −40 °C konstant einzuhalten.
• Geräteverstreutung und hoher Wartungsaufwand:  Mehrere Einheiten, die im Versorgungsraum verteilt waren, führten zu einer geringen Raumausnutzung und einem hohen Wartungsaufwand. Pneumatische Ventile mussten alle 12–18 Monate repariert oder ausgetauscht werden, und der Desiccant-Verschleiß beschleunigte sich.
• Unfähigkeit, die Anforderungen einer Kapazitätserweiterung zu erfüllen:  Das ursprüngliche Trocknungssystem war bereits nahe seiner Kapazitätsgrenze und konnte eine zukünftige Erweiterung nicht unterstützen.
• Nichtausrichtung mit den Zielen einer null-Kohlenstoff-intelligenten Fabrik:  Der Standort Fuqing ist als weltweit führende null-Kohlenstoff-intelligente Fabrik positioniert. Der hohe Energieverbrauch und der hohe Spülluftverlust des ursprünglichen Trocknungssystems standen in deutlichem Widerspruch zu diesem strategischen Ziel.

Abbildung: 170 Nm³/min Wärme-der-Kompression-Trockner mit Adsorptionsmittel

Unsere Lösung

Erfüllung der Kernanforderungen von Fuyao Glass an sehr große Kapazität, keinerlei Risiko flüssigen Wassers, keinen Spülluftverlust, hohe Energieeffizienz, geringen Wartungsaufwand sowie modulare Redundanz , und unter Berücksichtigung der Tatsache, dass der Standort Fuqing über mehrere große ölfreie Zentrifugalverdichter  verfügt, die rund um die Uhr betrieben werden, haben wir ein modulares Wärme-der-Kompression-(HOC)-Adsorptionstrocknersystem  bestehend aus vier HOC-Trockner  parallel betrieben, wodurch eine N+1- (oder sogar N+2-) Redundanz gewährleistet wird.

Kerntechnologie: Wärme der Kompression (HOC)

Die HOC-Technologie nutzt die bei der Kompression entstehende Wärme von vorgeschalteten ölfreien Radialverdichtern (Austrittstemperatur typischerweise 120–160 °C), um das Trockenmittel zu regenerieren; dabei wird weder zusätzliche elektrische Heizenergie noch Druckluft für die Spülung benötigt.

Warum HOC statt Gebläse-Spülung?  Für die Fuyao-Fuqing-Basis – eine sehr groß angelegte Anwendung mit mehreren ölfreien Radialverdichtern, die rund um die Uhr und mit Volllast laufen – bietet die HOC-Technologie unübertroffene Vorteile:

Die ölfreien Radialverdichter am Standort Fuqing weisen stabile Austrittstemperaturen zwischen 120–150 °C auf und erfüllen damit vollständig die Anforderungen an die Wärmequelle für die HOC-Regeneration.

Schlüsselausrüstung

• Trockner:  Vier HOC-Dry 170  wärme-der-Kompression-Adsorptionstrockner, jeweils mit einer Kapazität von 170 m³/min (10.200 m³/h)  . Sie sind parallel installiert und können flexibel als drei betriebsbereite + eine Reserveeinheit  (Gesamtkapazität 510 m³/min) oder als vier betriebsbereite Einheiten  (Gesamtkapazität 680 m³/min) konfiguriert werden, um sowohl aktuelle als auch zukünftige Erweiterungsanforderungen zu erfüllen.
• Regenerationsverfahren:  Ein kleiner Teil der heißen Druckluft (Temperatur ca. 120–150 °C) wird vom Austritt des Radialverdichters entnommen vor dem Nachkühler  und zur Turbine geleitet, die regeneriert werden muss. Die Wärme desorbiert Feuchtigkeit aus dem Trockenmittel, und die feuchte Luft wird in die Atmosphäre abgeleitet. Der gesamte Regenerationsprozess verbraucht weder Druckluft als Spülluft noch elektrische Heizenergie  – die Regenerationsenergie stammt vollständig aus Abwärme, die andernfalls ungenutzt verloren gehen würde.
• Konstruktion mit null Risiko für flüssiges Wasser:  HOC-Trockner arbeiten nach dem Prinzip der adsorption  adsorption statt Kondensation – während des Trocknungsprozesses entsteht keine flüssige Kondensatmenge, daher besteht kein Risiko einer Mitführung von flüssigem Wasser infolge eines Ausfalls des Kondensatableiterventils . Zusätzlich ist das HOC-System mit einem hochwirksamen Einlassabscheider ausgestattet, der zufällig aus der vorgelagerten Rohrleitung eintretendes flüssiges Wasser abfängt.
• Steuerungssystem:  Ein Siemens S7-1500-SPS-Mastercontroller koordiniert die vier Trockner, wobei die Laufzeiten anhand der Online-Taupunktmessung ausgeglichen und fehlerhafte Einheiten automatisch mit Alarmmeldung ausgeschaltet werden. Ein 15-Zoll-industrieller Touchscreen-HMI zeigt Echtzeit-Betriebsparameter sowie historische Trends an. Das System ist in das zentrale DCS von Fuyao für Fernüberwachung und Alarmmanagement integriert.
• Filtrationspaket:  Vorfilter (1 µm) entfernt Partikel aus der Leitung; Nachfilter (0,01 µm) fängt mögliche Trockenmittel-Feinanteile ab; ein hochwirksamer Einlassabscheider stellt sicher, dass versehentlich eindringendes flüssiges Wasser vor Erreichen der Adsorptionstürme abgefangen wird.

Leistungsspezifikationen

Abbildung: 170 Nm³/min Wärme-kompensierende Trockner mit Trockenmittel

Lieferung & Installation

Das Projekt wurde während geplanter Wartungsstillstandszeiten am Standort Fuqing umgesetzt:

• Konstruktion & Werksabnahmeprüfung (6 Wochen):  Detaillierte Systemkonstruktion, Materialauswahl, Entwicklung der SPS-Steuersoftware. Durchführung einer vollständigen Werksabnahmeprüfung (FAT) aller vier Wärme-kompensierenden Trockner mit Trockenmittel im Fertigungswerk unter Simulation der tatsächlichen Verdichteraustrittsbedingungen.
• Lieferung und Standortvorbereitung (2 Wochen):  Vier große, auf Schlitten montierte Trockner (jeder mit einem Gewicht von ca. 18 Tonnen) wurden an die Fuqing-Basis geliefert. Die alten Trocknungsanlagen wurden entfernt, die Fundamente vorbereitet und Anschlüsse für Rohrleitungen reserviert.
• Installation (3 Wochen):  Die vier Trockner wurden auf kompakten Schlitten positioniert. Die gesamte Grundfläche betrug ca. 40 m² (30 % weniger als beim ursprünglichen System). Die Druckluft-Hauptleitungen wurden neu konfiguriert, um die Hochdruck-Druckluftversorgung der Basis mit dem Einlass jedes Trockners zu verbinden. Die Heißgas-Umgehungsleitung des Verdichters wurde modifiziert, um Regenerationswärme zuzuführen. Die Installation der Strom- und Steuerkabel wurde abgeschlossen.
• Inbetriebnahme und Validierung (1 Woche):  Das System wurde gespült und auf Dichtheit geprüft; die Taupunktsensoren wurden kalibriert. Bei einem 72-stündigen Dauerbetrieb lag der Taupunkt stabil zwischen −42 °C und −44 °C. Die Bediener erhielten eine Schulung zum Steuerungssystem; sämtliche technische Dokumentation sowie die IQ-/OQ-Validierungsdokumente wurden übergeben.

Es kam zu keiner ungeplanten Ausfallzeit; alle Arbeiten wurden innerhalb der vorgesehenen Wartungsfenster abgeschlossen.

Ergebnisse und Nutzen (12 Monate nach Inbetriebnahme)

Der Spülluftverlust von 28–48 m³/min erfordert zusätzliche Verdichterleistung. Die spezifische Leistungsaufnahme eines ölfreien Zentrifugalverdichters beträgt ca. 6 kW/(m³/min) → Einsparung an Verdichterleistung von 170–290 kW.

Berechnet auf der Grundlage eines Dauerbetriebs (24/7/365). Äquivalente Leistung des ursprünglichen Systems: 350 kW (mittlerer Bereich), neue Anlage: 3 kW. Jährliche Einsparung ≈ (350–3) kW × 8.760 h ≈ 3.040.000 kWh. Bei einem industriellen Strompreis von ¥ 0,70/kWh betragen die jährlichen Stromkosteneinsparungen ca. ¥ 2,13 Mio. Unter Einbeziehung der Wartungseinsparungen belaufen sich die gesamten jährlichen Vorteile auf ca. ¥ 2,46 Mio.

Quantifizierbare Vorteile

• Bemerkenswerte Energieeinsparungen:  Die HOC-Technologie ermöglicht einen nahezu nullstrombetriebenen Trocknungsprozess – die gesamte Steuerung für vier Trockner verbraucht nur etwa 3 kW. Im Vergleich zu den ursprünglichen beheizten Spültrocknern sank der Regenerationsenergieverbrauch um ca. 97 %. Durch die Eliminierung des Spülluftverlusts müssen die Verdichter keine zusätzliche Luft mehr erzeugen, um diesen Verlust auszugleichen. Die jährliche Stromersparnis übersteigt 3 Millionen kWh , was einer Reduktion der CO₂-Emissionen um ca. 1.670 Tonnen/Jahr entspricht (basierend auf dem chinesischen Stromnetz-Emissionsfaktor von 0,55 kg CO₂/kWh). Dies steht in starkem Einklang mit den ESG-Zielen der Fuyao Group zur Kohlenstoffneutralität.
• Risiko durch flüssiges Wasser vollständig eliminiert:  HOC-Trockner arbeiten nach dem Adsorptionsprinzip – während des Trocknungsprozesses entsteht keine flüssige Kondensatmenge, wodurch das katastrophale Risiko einer Mitnahme flüssigen Wassers infolge eines Ausfalls des Kondensatableiterventils grundsätzlich ausgeschlossen wird.
• Ganzjährig stabiler Taupunkt:  Die Online-Überwachung zeigt einen Drucktaupunkt, der das ganze Jahr über konstant zwischen −42 °C und −44 °C liegt und selbst unter heißen, feuchten Sommerbedingungen niemals −40 °C überschreitet. Es wurden keinerlei feuchtebedingte Fehler bei beschichteten oder Verbundglaslinien gemeldet.
• Modulare Redundanz und zukünftige Erweiterung:  Mit vier Trocknern, die in einer Konfiguration von drei betriebsbereiten Einheiten plus einer Reserveeinheit ausgeführt sind, kann jede einzelne Einheit für Wartungsarbeiten außer Betrieb genommen werden, ohne die Produktion zu beeinträchtigen – die verbleibenden drei liefern weiterhin 510 m³/min und decken damit vollständig die Spitzenlast der Anlage von 550–600 m³/min ab. Wenn bei einer zukünftigen Kapazitätserweiterung ein höherer Durchsatz erforderlich ist, kann die Reserveeinheit in Betrieb genommen werden, um den Vier-Betriebs-Modus (680 m³/min) zu erreichen, ohne zusätzliche Geräte beschaffen zu müssen.
• Drastisch reduzierter Wartungsaufwand:  HOC-Trockner weisen lange Zyklenzeiten (6–8 Stunden) auf, was zu einer sehr geringen Schaltfrequenz der Ventile führt. Es entsteht kein Stromverbrauch durch elektrische Heizungen, es gibt keine hochfrequent schaltenden Ventile und kein Risiko einer Ölvergiftung des Trockenmittels. Die Lebensdauer des Trockenmittels wird auf über fünf Jahre geschätzt.
• Investitionsertrag:  Gesamtkosten der Installation ≈ 5,2 Millionen ¥  (vier Trockner und Zubehör). Jährliche Stromkosteneinsparung ≈ 2,13 Millionen ¥ , Einsparung bei Wartungskosten ≈ 0,33 Millionen ¥ , gesamter jährlicher Nutzen ≈ 2,46 Millionen ¥ . Amortisationsdauer ≈ 2,1 Jahre .
• Unterstützung beim Aufbau einer kohlenstofffreien intelligenten Fabrik:  Die Nutzung von Abwärme zur Regeneration durch den HOC-Trockner – ohne zusätzlichen Stromverbrauch – minimiert die CO₂-Bilanz des Trocknungsprozesses und leistet damit einen starken Beitrag zur Initiative von Fuyao für eine kohlenstofffreie intelligente Fabrik.

Kundenmeinung

„Unser ursprüngliches Trocknungssystem am Standort Fuqing war mit mehreren Problemen behaftet: Risiko eines Kondensatableitungsversagens bei Kältemittel-Trocknern, hoher Spüluverlust, instabiler Taupunkt sowie eine fehlende Ausrichtung auf unsere kohlenstofffreien Ziele. Das neue viereinheitliche HOC-Trocknersystem mit modularem Redundanzkonzept (3+1) löst grundsätzlich alle diese Schwachstellen – kein flüssiges Wasser, kein Spüluverlust, nahezu kein Stromverbrauch und ein das ganze Jahr über stabiler Taupunkt unter -40 °C. Die jährliche Stromersparnis übersteigt 3 Millionen kWh, die Amortisationsdauer beträgt etwa zwei Jahre. Diese Lösung ist mittlerweile zum Benchmark für Modernisierungen der Drucklufttrocknungstechnik innerhalb der Fuyao Group geworden.“

— Betriebsleiter, Fuyao Glass-Standort Fuqing