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Wärmerückgewinnung aus Rauchgasen und Abluft
Die Rationalisierung und Automatisierung von Produktionsabläufen ergibt normalerweise eine Erhöhung des Energiebedarfs. Das Ziel der Verbesserung sollen jedoch niedrigere Kosten und eine möglichst geringe Umweltbelastung resp. geringer Energieverbrauch sein. In vielen Fällen kann diesen teils gegensätzlichen Forderungen mit einer effizienteren Nutzung der Prozessenergie Rechnung getragen werden. Einerseits soll die eingesetzte Energie möglichst gut d.h. mit geringen Verlusten für den einzelnen Teilprozess genutzt werden und andererseits kann die entstande (meist) Abwärme für weitere Prozesse ``aufbereitet" und weiterverwendet werden. Für die Wärmerückgewinnung werden industrielle Wärmeaustauscher mit sehr unterschiedlichen Anforderungen bezüglich Korrossionsbeständigkeit, Temperatur, Druck, Effizienz, usw. eingesetzt. Um keine unliebsamen Überaschungen zu erleben ist eine gute Planung und Dimensionierung unerlässlich. Ein entscheidendes Kriterium für den Entscheid zu Gunsten einer Wärmerück-gewinnung ist die Witschaftlichkeit. Pay-back-Zeiten von 3 bis 5 Jahren sind die Regel.

Abwärmenutzung aus unbelasteter Abluft
Bei der Produktion von Alumiumbändern entstehen grosse Abluftmengen mit Temperaturen von 170° bis 200°C. Die Nutzung resp. Übertragung der Energie zur Aufheizung eines Heizkreises mit Wasser oder Thermoöl auf ein Temperaturniveau von 130°C ist in einem einzigen Wärmaustauscher möglich. Für diesen Zweck können kostengünstige Lamellen- Wärme- austauscher oder Rippenrohrregister in Stahl verzinkter Ausführung einge- setzt werden. Mit einer Grösse von 3.5x1.5x0.45m und einem Abluftstrom von 70000Nm3/h werden knapp 1 MW Wärme zurückgewonnen.

Gas-Gas-Wärmerückgewinnungsregister
Schadstoffbelastete Abluft z.B. aus Druckereien, Beschichtungsanlagen, usw. werden vielfach mittels einer thermischen oder katalytischen Nachverbrennung gereinigt. Bei hohen Temperaturen werden die Schadstoffe eliminiert. Ein nachgeschaltetes Rückgewinnungs-register gibt die Wärme der gereinigten Abluft an die kalte ungereinigte Abluft ab. Dadurch kann der Energiebedarf je nach Dimensionierung um max. 80% reduziert werden.

Abgas-Wärmenutzung beim BHKW
Ein klassischer Fall der Abwärmenutzung zur Steigerung des Wirkungsgrades besteht bei einem Blockheizkraftwerk. Die heissen Abgase werden in einem Rohrbündel-Wärmeaus-tauscher (siehe Bild) zur Erwärmung des Heizkreises genutzt. Je nach nutzbarem Temperaturniveau kann nicht nur das Rauchgas
abgekühlt sondern auch zusätzlich die Kondensationswärme genutzt werden. Bedingt durch die Russpartikel und damit notwendige gute Reinigbarkeit wird der Gasstrom innerhalb der Rohre geführt. Durch einfaches Durchstossen mit einem Putzstock wird der Russ entfernt. Bei einer Kondensationswärmenutzung
werden die Anforderungen an den verwendeten Werkstoff wesentlich erhöht. Beim Anfall von sauren
Kondensat werden in der Regel hochwertige rostfreie Stähle eingesetzt.

Verbrennungsgase mit hohem Staubanteil
Eine besondere Herausforderung an den Wärmetauscher-Bauer stellen Verbrennungsgase mit hohem Anteil an Feststoffpartikeln dar. Beispielsweise enthalten Verbrennungsgase aus Klärschlamm bis zu 100g/Nm3 Staub.

Für diesen speziellen Fall können zwei Probleme auf einmal gelöst werden.
Einerseits müssen für die nachfolgende Abscheidung der Festpartikel in
einem Filter die heissen Gase in mehreren Stufen auf 170 bis 190°C abgekühlt werden und ander- seits kann die Abwärme zur Aufheizung von Thermooel verwendet werden. Bei der Konstruktion und Dimensionierung ist besonders
dem Ablagern von Staub Rech- nung zu tragen. Überall wo geringe Gasge- schwindigkeiten auftreten entstehen Staubablagerungen, welche aufgrund der Verschmutzung zu Minderleistungen führen und die Oberfläche korrosiv angreifen. Zusätzlich darf der Taupunkt in keinem Betriebspunkt unterschritten werden,
da vielfach mit einem Anteil an Salzsäure zu rechnen ist. Dies würde die Anfor- derungen an die Korrossionsbeständigkeit und damit die Kosten drastisch erhöhen. Mit einem speziellen Betriebskonzept in dem die Temperaturen innerhalb der Wärmetauschers nie unter den Taupunkt sinken, kann dies erreicht werden.
Im vorliegenden Fall wurden zwei senkrechte Rohrbündel- Wärmetauscher
von je 4m Länge und einem Durchmesser von je 1m verwendet. Die senkrecht
in den Rohren geführten Gase geben die Wärme an das mantelseitig geführte Thermooel ab. Die Temperatur des Thermooels wird in jedem Betriebspunkt min. 10°C über dem Taupunkt gehalten, so dass eine Kondensation der Gase ausgeschlossen bleibt. Damit kann normaler Stahl als Werkstoff verwendet werden.

Kondensationswärmenutzung an rostfreien Lamellen-Wärmetauschern
In speziellen Fällen können auch Abgase direkt unter den Taupunkt abgekühlt werden. Damit wird der grosse Anteil an Kondensationswärme ebenfalls genutzt. Wenn die Vermutzung durch Festpartikel gering ist, können Lamellen-Wärmetauscher eingesetzt werden. Durch die grosse aktive Lamellenoberfläche sind die Abmessungen und auch die Kosten erheblich niedriger als anderen Bauarten. Als Werkstoff für Lamellen und Rohre wird meist hochwertiger rostfreier Stahl eingesetzt. Damit jährliche Reinigungen durch geführt werden können, kann die gesamte Einheit als Einschub konzipiert werden. Das Lamellenpaket wird mit einen normalen Hochdruckreiniger abgespritzt.

Zusammenfassung
Es gibt verschiedenste Möglichkeiten der effizenteren Nutzung resp. der Wärmerück-gewinnung. Für eine optimale Dimensionierung und damit tiefe Kosten ist ein guter Kenntnisstand der Prozesse und eine sorgfältige Dimensionierung notwendig. Viele Unternehmen und Anlagenbauer messen diesem Aspekt auch immer mehr Gewicht bei. Durch die höhere Umweltsensibilität und auch durch den Rationalisierungsdruck ergeben sich zusätzliche Möglichkeiten. Gute und intelligente Lösungen zu finden ist die Herausforderung von Wärmetauscher-Hersteller und Planer zusammen. Dies reduziert den Primärenergiebedarf bei gleichem Nutzen und schont die Umwelt mit geringerer Schadstoffbelastung.

ETS Energie-Technik-Systeme AG, Tübach
baut seit vielen Jahren industrielle Wärmeaustauscher für verschiedenste Anwendungen z.B. hohe Betriebsüberdrücke (bis 800 bar), hohe Einsatztemperaturen, hohe Korrosionsbeständigkeit, usw.

Produktionsprogramm:

- Lamellen-Wärmetauscher
- Rohrbündel-Wärmetauscher
- Platten-Wärmetauscher
- Spezial-Wärmetauscher
- Kühl-/Heizapparatebau
- Reparaturen / Nachbauten

Die Auslegung und Dimensionierung erfolgt mit firmeneigener dokumentierter Software. Auch spezielle Gas- und Flüssigkeitzusammensetzungen können damit zuverlässig berechnet werden. Optimierungsmodule ermöglichen zusätzliche Material- und Kostenein-sparungen.

ETS besitzt Verfahrensprüfungen und Herstellerzulassungen verschiedener Abnahmegesellschaften für die Herstellung von abnahmepflichtigen Apparaten und Druckbehältern. Entsprechende Wärmeaustauscher stehen in Ländern der EU, Japan, China, Russland, Nord- und Südamerika, Australien,..

Einsatzgebiete:

- Verfahrenstechnik
- Chemische Industrie
- Kraftwerkstechnik
- Energie- und Umwelttechnik
- Papierindustrie
- Maschinenindustrie
- Heizungs-, Lüftungstechnik
- Kälte-, und Klimatechnik