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09 | 2018

Special Strom- und

Special Strom- und Wärmeerzeugung Miele setzt auf Wärmerückgewinnung Abgaswärme doppelt genutzt Bilder (3): Raab / NET Backöfen und Zubehör wie Backbleche werden bei Miele in einem energieintensiven Vorgang hergestellt. WÄRMERÜCKGEWINNUNG | Backöfen sowie Zubehör, etwa Backbleche, werden bei Miele im Werk Oelde bei hohen Temperaturen gebrannt. Dieser energieintensive Vorgang zieht eine Abwärme mit Temperaturen von bis zu 250 °C nach sich. Ein großer Teil davon wird durch zwei Abgaswärmeübertrager der NET – Neue Energie-Technik GmbH, Maisach, genutzt und der Produktion beziehungsweise der Gebäudeerwärmung zugeführt. Um eine möglichst große Energieeinsparung zu erreichen, wurde zunächst eine Datenerfassung an den vorhandenen Abgas anlagen der Einbrennöfen durchgeführt und analysiert. Anhand der Werte eigneten sich die NET-Wärmeübertrager vom Typ Thermojekt mit 97 beziehungsweise 50 kW am besten für die Durch zwei NET-Abgaswärmeübertrager kann Energie aus dem Abgas wieder dem Produktionsprozess zugeführt werden. Wärmerück gewinnung. Ein solches Bauteil enthält als wichtigste Komponente ein hochlegiertes Stahl-Register (1.4571/ 1.4404) aus 12,5 mm hohen Rippenrohren, die eine Stärke von 0,5 mm und einen Abstand von 4,23 mm zueinander haben. Abhängig von der Größe des Thermojekt variiert die Anzahl der Rippenrohre im Register. Dieses lässt sich für die Reinigung und Wartung leicht aus dem Gehäuse herausziehen. Am Register sind Wasserein- und -austritt von 1,5 " definiert, außerdem sitzt hier ein Temperaturfühler. Der Durchmesser des Abgasein- und -austritts wurde an die Bestandsanlage im Miele-Werk Oelde angepasst. Hier kamen Anschlüsse in DN 300 und 350 zum Einsatz. Zudem wurden zwei Bypass-Umschaltboxen installiert, die einen Stellantrieb für die Umschaltklappe enthalten. Damit kann das Abgas in jedem Fall ungehindert über das Dach abgeleitet Der Bypass dient der Sicherheit der Anlage – das Abgas kann auch bei Wartungen am Wärmeübertrager ausströmen. werden, selbst wenn der Wärmeübertrager beispielsweise während einer Wartung kurzfristig außer Betrieb ist. Für die Anbindung mit dem Bestand wurden doppelwandige Edelstahl-Schornsteine aus der Raab-Serie DW in entsprechender Nennweite genutzt. Außerdem kam ein Rauchsauger Diajekt RSD 350 aus dem Hause Kutzner + Weber zum Einsatz. Er bewirkt den zuverlässigen Zug in der Abgasanlage. Nach dem Durchströmen der Wärmeübertrager sinkt die Abgastemperatur von 250 auf etwa 115 °C. Der Energiegewinn wird etwa zur Hälfte den zum Emaillierprozess gehörenden Tauchbecken zugeführt. Vier davon werden auf 60 und zwei auf 30 °C erwärmt. Hier ersetzt die Wärmerückgewinnung die energieintensive Beheizung mittels Heizstäben. Die andere Hälfte der Wärme fließt in die Gebäude - beheizung. So wurden Betriebskosten in Höhe von 43 000 €/a eingespart sowie der prognostizierte Energiegewinn erreicht. Dadurch amortisiert sich die Anlage nach rund 3,5 Jahren. Positiver Nebeneffekt: Bei Miele wird die Umwelt zusätzlich zur Wärmerückgewinnung noch durch eine erhebliche CO 2 -Einsparung geschont. i www.netenergie.de 6 BWK Bd. 70 (2018) Nr. 9

Strom- und Wärmeerzeugung Special Überschüssigen Niederdruckdampf energetisch nutzen Pilotanlage zur Abdampfaufbereitung Enthalpie [kJ/kg] 3 050 3 000 2 950 2 900 2 850 2 800 2 750 2 700 2 650 240 °C 255 °C 180 °C DAMPFVERSORGUNG | Die Anlage von Dow Benelux B. V. am Standort Terneuzen (Niederlande) produziert viele chemische Produkte und Halbfabrikate. Der Dampfdruck dieser Anlage liegt zwischen 3 und 80 bar(g). Verschiedene Anlagenteile haben einen kontinuierlichen Überschuss von Niederdruckdampf, zum Beispiel auf einem Druckniveau von 3 bar(g). Dieser Dampf wird kondensiert, jedoch bleibt dadurch die enthaltene Abwärme ungenutzt. In diesem Beitrag wird das Prinzip einer Pilotanlage erklärt, die die Kondensation dieses Überschussdampfes vermeidet und wertvollen Dampf auf hohem Druckniveau generiert. Dieser Dampf kann wiederum als Prozessdampf oder zum Antrieb von Dampfturbinen verwendet werden. Aus einem Abfallprodukt wird somit ein wertvoller Energieträger. Dampf ist weiterhin einer der wich - tigsten Hochtemperaturenergieträger in der Industrie (Petrochemie, Chemie, Papier, Pharma, Nahrungsmittel und Stahl). Dampf kann auf allen Druckniveaus erzeugt und verwendet werden. Je höher die Temperatur (Druck), desto Kondensationslinie 272 °C 170 °C 248 °C 2 600 6,6 6,7 6,8 6,9 7 7,1 7,2 Autoren Dipl.-Ing. Egbert Klop, Jahrgang 1960, studierte Maschinenbau an der Fachhochschule in Eindhoven / NL. Seit 2015 Managing Director bei BlueTerra Energy Experts in Veenendaal / NL. i egbert.klop@blueterra.nl Dipl.-Ing. Dirk Eschweiler, Jahrgang 1973, studierte Maschinenbau an der Fachhochschule Aachen. Seit 2006 Sales Manager Germany & Benelux bei Atlas Copco Energas GmbH, Köln. Entropie [kJ/kg K] höher der Mehrwert. Beispielsweise als Prozessdampf, zum Betrieb von Dampfturbinen oder für Heizprozesse. Dampf mit niedrigem Druck, beispielsweise unter 5 bar, hat oft keinen oder nur einen geringen Wert, da er wegen der niedrigen Temperatur und des niedrigeren Drucks schwieriger zu verwenden ist. Viele Industrieunternehmen sind mit diesem Problem konfrontiert. Durch die Verdichtung des Dampfes erfolgt eine effiziente Aufwertung. Ein Restprodukt wird zu einem wertvollen Wärmeträger. Die dafür verwendete Technik wird Dampfrückverdichtung genannt. Diese bewährte Technik ist eine Variante der mechanischen Dampf - verdichtung (Mechanical Vapour Recompression, MVR). Die Technik ist sowohl energetisch als auch wirtschaftlich sehr interessant. Bild 1 Thermodynamischer Prozess des Pilotprojektes im h-s-Diagramm. Thermodynamische Grundlagen MVR ist ein offenes Wärmepumpen - system und kann für viele Arten von Dämpfen verwendet werden, zum Beispiel Toluol, Propan oder Butan, und natürlich auch wie in diesem Fall für Wasserdampf. Durch die Kompression steigen Druck und Temperatur und somit auch die entsprechende Sättigungstemperatur des Dampfes an. Dies erfordert einen relativ kleinen Anteil Verdichtungsenergie bezogen auf den Anteil an latenter Wärmeenergie, die in dem rückgeführten Dampf bereits vorhanden ist. Das System wirkt als Wärmetransformator, der die Qualität der Wärme (das Temperaturniveau) verbessert. Die Anlage besteht aus einem Kompressor, der in den Dampfstrom eingebracht wird. Auf diese Weise kann aus gesättigtem Niederdruckdampf ein überhitzter Dampf auf einem wesentlich höheren Druckniveau generiert werden. Im h-s-Diagramm (Bild 1) werden diese Schritte gezeigt: > 1. Stufe der Kompression, > direkte Zwischenkühlung nach der 1. Kompressionsstufe (Mengenvergrößerung um rund 10 %), > 2. Stufe der Kompression. Aufgrund der Kompression tritt eine Überhitzung des Dampfes auf. Sollte dies nicht erforderlich sein, so kann leicht durch die Einspritzung von zum Beispiel Kesselspeisewasser ein Sattdampf auf einem gewünschten Temperaturniveau generiert werden. Auf diese Weise wird die Überhitzungsenergie des Dampfes in zusätzliche Dampfproduktion umgewandelt. Der „Trick“ im gesamten Prozess besteht darin, eine Kondensation des Dampfes zu verhindern und die latente Wärme zu erhalten; Bild 2 zeigt das prinzipielle Diagramm der Dampfverdichtung mit Wassereinspritzung (Enthitzung) eines zweistufigen Verdichters. Eingesetzte Verdichtertechnologie Grundsätzlich steht eine breite Palette von Kompressoren zur Dampfverdichtung zur Verfügung. Die Art des Kompressors hängt unter anderem vom Medium, der gewünschten Druck- und Temperaturerhöhung und dem Volumenstrom ab. BWK Bd. 70 (2018) Nr. 9 7

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