It`s time for a H.E.R.O.

Sacmi Kiln Solutions
It’s time for a H.E.R.O.
High Efficiency Resource Optimizer
The reduced availability of traditional energy sources and
the resulting increase in their cost now make it vital, for the
strategic development of companies, to identify the best way
of managing production processes and optimising the use
of resources. To meet this growing need effectively, in both
environmental and economic terms, SACMI founded H.E.R.O.,
High Efficiency Resource Optimiser. This study and research
laboratory is dedicated to developing innovative technologies
for achieving the greatest possible resource savings in every
phase of the production process. The special applications
developed as part of the H.E.R.O. project enable the energy
consumption of the main machine in the installation to be
reduced by more than 20% on average, with a view to more
careful energy management. The economic benefits are
therefore reflected in the company’s profits right from the
first year of application, as part of a strategy of respect for
the environment and constant raising of quality standards.
La minore disponibilità delle fonti energetiche tradizionali,
con il conseguente aumento dei loro costi, rende oggi vitale
per lo sviluppo strategico delle aziende individuare la migliore
gestione dei processi produttivi e ottimizzare l’utilizzo delle
risorse. Per rispondere con efficacia a questa crescente
esigenza a livello ambientale ed economico, SACMI ha
fondato H.E.R.O. - High Efficiency Resource Optimizer,
un laboratorio di studi e ricerca dedicato allo sviluppo di
tecnologie innovative volte al massimo risparmio delle risorse
in tutte le fasi dei processi di produzione. Le applicazioni
speciali sviluppate all’interno del progetto H.E.R.O. permettono un contenimento medio dei consumi energetici delle
macchine principali dell’impianto di oltre il 20%, nell’ottica
di un più attento energy management. I vantaggi economici
si riflettono così sul conto profitti dell’impresa già dal primo
anno di applicazione, all’interno di una strategia che rispetta
l’ambiente ed eleva costantemente gli standard qualitativi.
The H.E.R.O. Project
The key phases of the improved process
Le fasi chiave del processo per l’intervento
For nearly 10 years many countries producing tiles have been affected
by a heavy increase in energy costs associated with significant legislative
restrictions on environmental issues (Kyoto Protocol).
The consequence is the inevitable increase in the price of the finished
product, especially for small and medium-sized companies. In designing
its kilns, Sacmi takes into account the new context in which its customers
operate by paying attention to two fundamental aspects:
• raising the efficiency of facilities, simultaneously reducing machinery
operating costs and waste production
• recovering heat from the kiln to lower overall energy consumption of
the productive process.
Da circa 10 anni molti Paesi produttori di piastrelle sono interessati da
un pesante aumento del costo dell’energia associato a significative
restrizioni legislative in materia ambientale (protocollo di Kyoto).
La conseguenza è l’inevitabile aumento del prezzo del prodotto finito,
in particolar modo per le aziende medio-piccole. Nella progettazione
delle proprie macchine termiche, Sacmi tiene in considerazione il nuovo
contesto in cui opera la propria clientela prestando attenzione a due
aspetti fondamentali:
• elevare l’efficienza degli impianti, diminuendo contemporaneamente
i costi di gestione delle macchine e gli scarti produttivi
• recuperare calore dal forno per abbassare i consumi energetici globali
del processo produttivo.
Innovation first and foremost
Quale principio innovativo
The kiln is one of the major items of expenditure, in terms of thermal
energy consumption, when compared to the entire ceramic production
process.
The quantity of a kiln’s waste energy is significant (related to large
quantities of smoke and hot air discharged into the atmosphere during
firing and cooling of the product). Unfortunately, the temperatures of
these energy flows are too low to be reused within the processes with
sufficient thermodynamic efficiency (see for example drying processes
where it is necessary to generate high temperature hot air).
For the combustion of the gas fuel (Natural gas or LPG), fixed quantities
of oxygen are necessary and therefore oxidizing air; consequently the
higher the heat content of the combustion air, mass remaining equal,
the greater the fuel savings.
This is why Sacmi has developed combustion air preheating systems
that allow increasingly high temperatures (BSR, MDR, SPR) to be
reached.
La macchina termica “FORNO” costituisce una delle voci di spesa
maggiori, in termini di consumo di energia termica, rispetto all’intero
processo produttivo ceramico.
La quantità di cascame energetico di un forno è importante (correlata
alle grandi quantità di fumi e di aria calda scaricati in atmosfera durante
cottura e raffreddamento del prodotto).
Purtroppo le temperature dei flussi energetici suddetti sono piuttosto
basse per essere riutilizzate all’interno dei processi con sufficiente
efficienza termodinamica (vedasi ad esempio i processi di essiccamento
ove è necessario produrre aria calda ad alta temperatura).
Per la combustione del combustibile gassoso (Natural gas o GPL),
sono necessari quantitativi fissi di ossigeno e quindi di aria comburente; ne consegue che tanto più alto è il contenuto termico dell’aria
comburente a parità di massa necessaria, tanto maggiore è il risparmio
di combustibile.
È per questo che Sacmi ha sviluppato nel tempo sistemi di preriscaldo
dell’aria di combustione che consentono di raggiungere temperature
sempre più elevate (BSR, MDR, SPR).
1 - BSR System (low-heated combustion air)
1 - Sistema BSR (Aria comburente basso–riscaldata)
The combustion air passes through a heat exchanger located in the
rapid cooling zone before being sent to the burners at a temperature
of approximately 100°C.
Removing heat from the rapid cooling zone, the exchanger also
decreases the volumes needed to cool the material. The energy savings
compared to cold air operation is in the order of 5%.
L’aria di combustione passa attraverso uno scambiatore di calore posto
nel raffreddamento rapido prima di essere inviata ai bruciatori ad una
temperatura di circa 100°C.
Sottraendo calore al raffreddamento rapido, lo scambiatore consente
anche di diminuire la quantità di volumi necessari per il raffreddamento
del materiale. La riduzione del consumo specifico rispetto al funzionamento ad aria fredda è dell’ordine del 5%.
2 - MDR System (medium-heated combustion air)
2 - Sistema MDR (Aria comburente medio-riscaldata)
In order to obtain further energy savings with respect to the BSR system,
the kiln’s final cooling system can be modified.
The volumes of air collected by slow and final cooling and evacuated
from the chimney at a temperature of 100-120°C are intercepted, sent
to the heat exchanger in the rapid cooling zone and then used as
combustion air at a temperature of approximately 170°C.
It is believed that the increase in energy savings can be in the order
of 5% more than the consumption value achievable by installing the
exchanger only.
Al fine di consentire un ulteriore risparmio energetico rispetto al sistema
BSR, è possibile modificare il sistema di raffreddamento finale del
forno.
I volumi di aria raccolti dal raffreddamento lento e finale ed evacuati dal
camino ad una temperatura di 100-120°C vengono intercettati, mandati
allo scambiatore di calore nel raffreddamento rapido e quindi utilizzati
come aria comburente ad una temperatura di 170°C circa.
Si ritiene che l’incremento del risparmio energetico possa essere
dell’ordine di un 5% in più rispetto al valore di consumo ottenibile con
l’installazione del solo scambiatore.
The H.E.R.O. Project
3 - SPR System (super-heated combustion air)
3 - Sistema SPR (Aria comburente super-riscaldata)
To obtain additional energy savings with respect to the MDR system,
it is possible to duplicate the air expulsion chimneys in the kiln’s slow
and final cooling zones. The combustion air temperature is raised to
a maximum of approximately 220°C. It is believed that the increase
in energy savings can be in the order of 5% more than the savings
achievable by installing the MDR system.
Per ottenere un ulteriore risparmio energetico rispetto al sistema MDR,
è possibile sdoppiare i camini di espulsione aria nel raffreddamento
lento e finale del forno. La temperatura dell’aria di combustione viene
innalzata fino ad un max di 220°C circa. Si ritiene possibile un incremento
del risparmio energetico dell’ordine di un 5% in più rispetto al valore di
consumo ottenibile con l’installazione del sistema MDR.
AVANFORNO
COTTURA
RAFFR. RAPIDO
RAFFR. LENTO
RCC
RAFFR. FINALE
FOREKILN
FIRING
RAPID COOLING
SLOW COOLING
RCC
FINAL COOLING
Energy and economic benefits
Benefici energetici ed economici
ENERGY BENEFITS
With the SPR combustion air preheating system, the fuel saving is
around 15%.
BENEFICI ENERGETICI
Con il sistema di preriscaldo dell’aria di combustione SPR, il risparmio
sul combustibile si attesta attorno al 15%.
ECONOMIC BENEFITS
Example of annual savings.
FMS 2850/151standard kiln, 2m. for production of 10,200 m2/day of
Technical Porcelain Granite (400x400 Format 9.0 mm thick - Fired
weight 20.7 kg/mg), firing temperature 1220°C, specific consumption
with combustion air 30°C of 500 kcal/kg of incoming fired product
(production without any retrieval system).
BENEFICI ECONOMICI
Esempio di risparmio annuale.
Forno standard FMS 2850/151,2 m. per produzione di 10˙200 m2/giorno
di Granito Porcellanato Tecnico (Formato 400x400 spessore 9,0 mm –
Peso cotto 20,7 kg/mq), temperatura di cottura di 1˙220°C, consumo
specifico con aria comburente a 30°C di 500 kcal/kg di prodotto cotto
entrante (caso di produzione senza alcun sistema di recupero).
Daily output by weight = 211,140 [kg/days]
Daily thermal consumption = 105,570 [Mcal/days]
Produzione in massa giornaliera = 211˙140 [kg/gg]
Consumo termico giornaliero = 105˙570 [Mcal/gg]
With the SPR system the daily energy savings amount to: 105,570
[Mcal/days] x15% = 15,835.5 [Mcal/days]
Con sistema SPR il risparmio sul consumo giornaliero ammonta a:
105˙570 [Mcal/gg]x15% = 15˙835,5 [Mcal/gg]
Considering an average cost of gas of € 0.33/Sm3, daily gas savings
in Euros are € 668/day
Based on an average of 330 days a year of continuous operation of the
kiln, the savings amount to: € 220,500/year.
Considerando un costo medio del gas di 0,33 €/Sm3, il risparmio
giornaliero di gas in Euro è di 668 €/g
Sulla base media di 330 giorni all’anno di funzionamento continuo del
forno, il risparmio ammonta a: 220˙500 €/anno.
ENVIRONMENTAL BENEFITS
Decreased levels of greenhouse gas linked to combustion. Decreased
heat content released into the atmosphere.
BENEFICI AMBIENTALI
Diminuzione del tenore di gas serra legati alla combustione.
Diminuzione dell’entalpia liberata in atmosfera.
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