Fabriek voor automobielglas – modulair HOC-luchtontvochtigersysteem levert meer dan 3 miljoen kWh jaarlijkse besparingen

Meta Beschrijving:  De grootste wereldwijde fabrikant van automobielglas, Fuyao Glass, heeft vier warmte-op-compressie-adsorptiedrogers met een capaciteit van 170 m³/min geïnstalleerd op zijn productielocatie in Fuqing, waardoor een stabiele dauwpunttemperatuur van -40 °C is bereikt, geen spoelverlies optreedt, modulaire redundantie is gewaarborgd, de jaarlijkse elektriciteitsbesparing meer dan 3 miljoen kWh bedraagt en de terugverdientijd ongeveer twee jaar is.

Cliëntachtergrond

Fuyao Glass Industry Group Co., Ltd.  is 's werelds grootste en meest geavanceerde leverancier van oplossingen voor automobielglas. Dit moderniseringsproject is gelegen op de locatie van Fuyao Glass in de Fuqing Rongqiao Economische en Technologische Ontwikkelingszone, Yangxia-straat, provincie Fujian . Deze locatie is Fuyao’s wereldwijde exportfabriek, met een oppervlakte van 627 mu (ongeveer 41,8 hectare), en is gericht op het worden van een wereldklasse slimme fabriek met een nul-koolstofvoetafdruk.

Fuyao Glass bevindt zich in een kritieke periode van capaciteitsuitbreiding, wat ongekende eisen stelt aan de betrouwbaarheid, energie-efficiëntie en schaalbaarheid van het persluchtsysteem. De totale persluchtbehoefte van de vestiging bedraagt ongeveer 550–600 m³/min (ongeveer 33.000–36.000 m³/uur)  , en werkt 24/7 om de gehele floatglasproductielijn en meerdere hoogwaardige automobielglaseindverwerkingslijnen te bedienen.

Toepassingen van perslucht in de productie van automobielglas

(Inhoud ongewijzigd – identiek aan de vorige versie)

Probleemgebieden

Het oorspronkelijke persluchtdroogsysteem van de vestiging bestond uit een combinatie van grote koeldrogers en verwarmde spoeladsorptiedrogers (micro-verwarmd type)  . Naarmate de productiecapaciteit snel uitbreidde en de proceskwaliteitsnormen strenger werden, vertoonde het oorspronkelijke systeem meerdere structurele problemen:

• Risico op condensafvoer bij koeldrogers:  Productielijnen voor drijfglas en gecoat glas hebben een uiterst lage tolerantie voor vocht. Koelgedroogde luchtontvochtigers condenseren en verwijderen water door afkoeling, waarbij ze vertrouwen op automatische afvoerkleppen om het condensaat af te voeren. De condensafvoerklep is echter het onderdeel met de hoogste foutfrequentie in elk koelgedroogd systeem – of het nu een drijfklep, een klep op basis van een tijdklok of een elektronische klep betreft, allemaal zijn gevoelig voor vastlopen, verstopping of elektrische storing tijdens langdurige continue bedrijfsvoering. Zodra een afvoerklep uitvalt, stroomt het condensaat direct naar de omliggende leidingen en apparatuur. Bij glasproductie zal vloeibaar water dat een adsorptietoren binnendringt, het droogmiddel snel vernietigen. Ernstiger nog: vocht dat de coatabelkamer of het PVB-montagegebied binnendringt, leidt tot afkeuring van hele productiegroepen, waarbij één enkel verlies miljoenen RMB kan bedragen. Bij Fuyao’s grootschalige continue productie vertegenwoordigt elke condensafvoerstoring een onaanvaardbaar kwaliteitsrisico.
• Aanzienlijk regeneratieverlies bij verwarmde regeneratiedrogers:  De verwarmde spoeldrogers verbruiken nog steeds 5–8% van hun nominaal debiet als regeneratiespoellucht. Bij een totale systeemcapaciteit van ongeveer 550–600 m³/min betekent dit ongeveer 28–48 m³/min droge perslucht die continu wordt afgevoerd  naar de omgeving – wat overeenkomt met het continu draaien van een extra grote compressor.
• Dauwpuntinstabiliteit:  Tijdens warme, vochtige zomeromstandigheden neemt het regeneratievermogen van verwarmde spoeldrogers af. Het drukdauwpunt varieert en stijgt soms boven de -30 °C, waardoor het moeilijk wordt om consistent het ontwerpdoel van -40 °C te behouden voor hoogwaardige producten.
• Verspreiding van apparatuur en zware onderhoudslast:  Meerdere eenheden verspreid over de technische ruimte leidden tot een lage ruimtebenutting en een zware onderhoudslast. Pneumatische kleppen moesten elke 12–18 maanden worden gerepareerd of vervangen, en de slijtage van het droogmiddel versnelde.
• Onvermogen om aan de behoeften voor capaciteitsuitbreiding te voldoen:  Het oorspronkelijke droogsysteem bevond zich al bijna op zijn capaciteitslimiet en kon geen toekomstige uitbreiding ondersteunen.
• Onverenigbaarheid met de doelstellingen van een CO₂-neutrale slimme fabriek:  De vestiging in Fuqing is gepositioneerd als een wereldklasse, CO₂-neutrale slimme fabriek. Het hoge energieverbruik en de hoge spuitverliezen van het oorspronkelijke droogsysteem waren sterk onverenigbaar met deze strategische doelstelling.

Figuur: 170 Nm³/min warmte-gebaseerd adsorptiedroger voor perslucht

Onze oplossing

Voldoen aan de kernvereisten van Fuyao Glass voor zeer grote capaciteit, nul risico op vloeibaar water, nul spuitverlies, hoge energie-efficiëntie, lage onderhoudsbehoeften en modulaire redundantie , en rekening houdend met het feit dat de vestiging in Fuqing meerdere grote olievrije centrifugaalcompressoren heeft  die 24/7 in bedrijf zijn, ontwierpen we een modulair, op compressiewarmte gebaseerd (HOC) adsorptiedroogsysteem  bestaande uit: vier HOC-drogers  die parallel werken en N+1 (of zelfs N+2) redundantie bieden.

Kerntechnologie: Warmte van compressie (HOC)

De HOC-technologie maakt gebruik van de warmte van compressie van stroomopwaartse olievrije centrifugaalcompressoren (afvoertemperatuur meestal 120–160 °C) om het droogmiddel te regenereren, zonder extra elektrische verwarmingsenergie of perslucht voor spoelen te verbruiken.

Waarom HOC in plaats van blower-spoeling?  Voor de Fuyao-fabriek in Fuqing – een zeer grote toepassing met meerdere olievrije centrifugaalcompressoren die 24/7 volledig belast draaien – biedt HOC ongeëvenaarde voordelen:

De olievrije centrifugale compressoren op de Fuqing-basis hebben stabiele afvoertemperaturen tussen 120 en 150 °C, wat volledig voldoet aan de eisen voor de warmtebron bij HOC-regeneratie.

Belangrijke apparatuur

• Drogers:  Vier HOC-Dry 170  adsorptiedrogers op basis van compressiewarmte, elk met een capaciteit 170 m³/min (10.200 m³/u)  . Ze zijn parallel geïnstalleerd en kunnen flexibel worden geconfigureerd als drie in bedrijf + één reserve  (totale capaciteit 510 m³/min) of vier in bedrijf  (totale capaciteit 680 m³/min), waardoor aan zowel de huidige als toekomstige uitbreidingsbehoeften wordt voldaan.
• Regeneratiemethode:  Een kleine stroom heet perslucht (temperatuur ca. 120–150 °C) wordt afgetapt van de afvoer van de centrifugaalcompressor vóór de nakoeler  en wordt naar de toren geleid die regeneratie nodig heeft. De warmte onttrekt vocht aan het droogmiddel, en de vochtige lucht wordt afgevoerd naar de atmosfeer. Het gehele regeneratieproces verbruikt geen perslucht als spoelgas en geen elektrische verwarmingsenergie  – de regeneratie-energie komt volledig uit afvalwarmte die anders zou worden afgestoten.
• Ontwerp zonder risico op vloeibaar water:  HOC-drogers werken volgens het principe van adsorptie  adsorptie in plaats van condensatie – er wordt tijdens het droogproces geen vloeibare condensaat gevormd, dus bestaat er geen risico op meeneming van vloeibaar water door een storing van de condensafvoerklep . Bovendien is het HOC-systeem uitgerust met een hoogwaardige inlaatscheider om eventueel per ongeluk uit de stroomopwaartse leidingen vrijkomend vloeibaar water op te vangen.
• Besturingssysteem:  Een Siemens S7-1500 PLC-hoofdcontroller coördineert de vier drogers, waarbij de bedrijfstijd wordt gebalanceerd op basis van online dauwpuntbewaking en eventuele defecte eenheden automatisch worden uitgeschakeld met een alarm. Een 15-inch industriële touchscreen-HMI toont real-time bedrijfsparameters en historische trends. Het systeem is geïntegreerd in het centrale DCS-systeem van Fuyao voor afstandsmonitoring en alarmbeheer.
• Filtratiepakket:  Voorfilter (1 µm) verwijdert pijpleidingdeeltjes; nafilter (0,01 µm) vangt mogelijke desiccantfijndeeltjes op; een hoogwaardige inlaatscheider zorgt ervoor dat eventueel per ongeluk aanwezig vloeibaar water wordt afgevangen voordat het de adsorptietorens bereikt.

Prestatiespecificaties

Figuur: 170 Nm³/min drooginstallaties met warmte-afvoer via compressie

Levering & Installatie

Het project werd uitgevoerd tijdens geplande onderhoudsstilstandvensters op de Fuqing-basis:

• Ontwerp en fabrieksacceptatietest (6 weken):  Gedetailleerd systeemontwerp, materiaalkeuze en ontwikkeling van de PLC-besturingslogica. Volledige FAT-test van alle vier de HOC-drogers in de productiefaciliteit is voltooid, waarbij de werkelijke afgiftetoestanden van de compressoren werden gesimuleerd.
• Levering en locatievoorbereiding (2 weken):  Vier grote, op sleetjes gemonteerde drogers (elk ongeveer 18 ton zwaar) geleverd aan de Fuqing-basis. Oude droogapparatuur verwijderd, funderingen voorbereid en leidingaansluitingen gereserveerd.
• Installatie (3 weken):  De vier drogers op compacte sleetjes geplaatst. Totale vloeroppervlakte ongeveer 40 m² (30% minder dan het oorspronkelijke systeem). Persluchtverdeelbuizen heringericht om de hogedrukpersluchtlevering van de basis aan te sluiten op elke drogerinlaat. De warmegasbypassleiding van de compressor aangepast om regeneratiewarmte toe te voeren. Installatie van stroom- en besturingskabels voltooid.
• Inbedrijfstelling en validatie (1 week):  Systeem gespoeld en op lekkage getest; dauwpunt-sensoren gekalibreerd. Gedurende 72 uur continu bedrijf bleef het dauwpunt stabiel tussen -42°C en -44°C. Operatortraining gegeven over het besturingssysteem; volledige technische documentatie en IQ/OQ-validatiedocumenten geleverd.

Er trad geen ongeplande stilstand op; alle werkzaamheden werden binnen de geplande onderhoudsvensters voltooid.

Resultaten en voordelen (12 maanden na inbedrijfstelling)

Verlies door spoelen van 28–48 m³/min vereist extra compressorvermogen. Het specifieke vermogen van olievrije centrifugale compressoren bedraagt ongeveer 6 kW/m³/min → besparing van 170–290 kW aan compressorvermogen.

Berekend op basis van 24/7/365-bedrijf. Equivalente vermogensbelasting van het oorspronkelijke systeem: 350 kW (gemiddeld), nieuw systeem: 3 kW. Jaarlijkse besparing ≈ (350 – 3) kW × 8.760 h ≈ 3.040.000 kWh. Bij een industrieel elektriciteitstarief van ¥ 0,70/kWh bedragen de jaarlijkse elektriciteitskostenbesparingen ≈ ¥ 2,13 miljoen. Inclusief onderhoudsbesparingen bedraagt het totale jaarlijkse voordeel ≈ ¥ 2,46 miljoen.

Meetbare voordelen

• Opmerkelijke energiebesparingen:  HOC-technologie bereikt bijna nul elektriciteitsverbruik voor het droogproces – de besturing van vier drogers verbruikt slechts ca. 3 kW. Ten opzichte van de oorspronkelijke verwarmde spoeldrogers is het regeneratie-energieverbruik met ca. 97% gedaald. Door het spoelverlies te elimineren hoeven de compressoren geen extra lucht meer te produceren om dit te compenseren. Jaarlijkse elektriciteitsbesparingen overschrijden 3 miljoen kWh , wat overeenkomt met een vermindering van de CO₂-uitstoot met ongeveer 1.670 ton/jaar (op basis van de Chinese stroomnet-emissiefactor van 0,55 kg CO₂/kWh). Dit sluit sterk aan bij de ESG-klimaatneutraliteitsdoelstellingen van Fuyao Group.
• Risico van vloeibaar water volledig geëlimineerd:  HOC-drogers werken op basis van het adsorptieprincipe – tijdens het droogproces wordt geen vloeibare condensaat geproduceerd, waardoor het catastrofale risico op meeneming van vloeibaar water door een storing van de condensaatafvoerklep fundamenteel wordt uitgesloten.
• Jaarlijks stabiel dauwpunt:  Online bewaking toont een constante drukdauwpunttemperatuur tussen -42 °C en -44 °C gedurende het hele jaar; zelfs onder warme, vochtige zomeromstandigheden wordt -40 °C nooit overschreden. Er zijn geen vochtgerelateerde gebreken gemeld bij gecoat glas of gelamineerd glas.
• Modulaire redundantie en toekomstige uitbreiding:  Met vier drogers geconfigureerd als drie in bedrijf + één reserve kan elke afzonderlijke eenheid zonder invloed op de productie worden uitgeschakeld voor onderhoud – de overige drie leveren nog steeds 510 m³/min, wat volledig voldoet aan de piekvraag van de locatie van 550–600 m³/min. Wanneer toekomstige capaciteitsuitbreiding meer debiet vereist, kan de reserve-eenheid worden ingeschakeld om te werken in de modus met vier drogers in bedrijf (680 m³/min), zonder dat extra apparatuur hoeft te worden aangeschaft.
• Aanzienlijk gereduceerd onderhoud:  HOC-drogers hebben lange cyclustijden (6–8 uur), wat resulteert in een zeer lage frequentie van klepbediening. Geen stroomverbruik door elektrische verwarming, geen hoogfrequente schakelkleppen, geen risico op olievergiftiging van het droogmiddel. De levensduur van het droogmiddel wordt geschat op meer dan 5 jaar.
• Rendement op investering:  Totale geïnstalleerde kosten ≈ ¥ 5,2 miljoen  (vier drogers en accessoires). Jaarlijkse elektriciteitsbesparingen ≈ ¥ 2,13 miljoen , onderhoudsbesparingen ≈ ¥ 0,33 miljoen , totaal jaarlijks voordeel ≈ ¥2,46 miljoen . Terugverdientijd ≈ 2,1 jaar .
• Ondersteuning van de bouw van een slimme fabriek met nul koolstofuitstoot:  Het gebruik van restwarmte voor regeneratie door de HOC-droger – zonder extra elektriciteitsverbruik – minimaliseert de koolstofvoetafdruk van het droogproces en ondersteunt daarmee krachtig het initiatief van Fuyao voor een slimme fabriek met nul koolstofuitstoot.

Klantgetuigenis

„Ons oorspronkelijke droogsysteem op de Fuqing-locatie kende meerdere problemen: risico op storing van de condensafvoer bij koeldrogers, hoog blaspverlies, onstabiele dauwpunttemperatuur en een gebrek aan afstemming met onze doelstellingen voor nul koolstofuitstoot. Het nieuwe vier-eenheid HOC-droogsysteem met modulaire redundantie in een 3+1-configuratie lost al deze knelpunten fundamenteel op – geen vloeibaar water, geen blaspverlies, bijna nul elektriciteitsverbruik en een stabiel dauwpunt onder de -40 °C gedurende het hele jaar. De jaarlijkse besparing op elektriciteit bedraagt meer dan 3 miljoen kWh, met een terugverdientijd van ongeveer twee jaar. Deze oplossing is uitgegroeid tot een referentiepunt voor technologische upgrades van persluchtdrogers binnen de Fuyao Group.“

— Utilitymanager, Fuyao Glass Fuqing-base