Drehkolbenverdichter? Bei diesem Begriff stutzt selbst der Druckluftfachmann, kannte er doch bisher bei korrekter Definition nur Drehkolbengebläse und Schraubenver- dichter. Was hinter diesem Begriff steckt und welche Vorteile diese Technologie bietet, erläutert der Artikel.
Die Antwort ist genau so einfach wie einleuchtend: den Begriff Drehkolbenverdichter hat die Aerzener Maschinenfabrik ganz bewusst für ihre Baureihe Delta Hybrid geprägt. Er definiert eine Synthese aus den zwei ölfrei verdichtenden Systemen Drehkolbengebläse und Schraubenverdichter. Denn mit den ölfrei arbeitenden Drehkolbenverdichtern der Baureihe Delta Hybrid haben die Druckluftspezialisten erstmals die Vorteile beider Erzeugungssysteme in einem konstruktiven Konzept vereinigt. Dessen größter Vorteil: Mit der Baureihe Delta Hybrid lassen sich jetzt Höchstdrücke bis max. 1,5 bar im Dauerlauf gegen Last erzielen. Herkömmliche Drehkolbengebläse lieferten bisher nur Höchstdrücke bis max. 1,0 bar. Diese Technologie wurde inzwischen in mehrjährigen Feldversuchen in den unterschiedlichsten Industriezweigen unter harten Praxisbedingungen erfolgreich getestet, wie ein Beispiel aus der Lebensmittelindustrie zeigt.
Ein Delta Hybrid arbeitet seit Mitte 2009 als Alleinerzeuger in der Abwasseraufbereitungsanlage eines Lebensmittelherstellers und ersetzt hier drei acht Jahre alte Aerzener Dreh-kolbengebläse. Das Unternehmen verarbeitet und veredelt flüssige Speiseöle, die in der Lebensmittelindustrie zur Herstellung von Endprodukten weiterverarbeitet werden. Das während der Verarbeitung und Veredelung des Speiseöls anfallende Abwasser wird in einer biologisch arbeitenden Abwasseraufbereitungsanlage gereinigt, bevor es in das benachbarte Gewässer eingeleitet werden darf. Nach Auskunft des Unternehmens spart der Drehkolbenverdichter gegenüber den drei bisher aktiven Drehkolbengebläsen rund 40 % elektrische Energie.
Mehrstufige Abwasseraufbereitung
Das Abwasser ist zunächst ca. +60 °C warm, sauer (pH-Wert 1,5 bis 2,0) und mit Speisefett belastet. Die Fettbestandteile oder CSB-Stoffe müssen vor der Einleitung in das Gewässer aus dem Abwasser entfernt werden. Der anfängliche CSB-Wert des Abwassers von 3000 bis 5000 mg/l sinkt dabei vor der Einleitung in das Gewässer auf maximal 300 mg/l. Zu diesem Zweck wird das Abwasser in einer dreistufigen, chemisch-biologischen Kläranlage aufbereitet.
Die in den Stufen 1 und 3 in geringer Menge benötigte Druckluft wird mit Höchstdruck 6 bis 7 bar durch kleine Schraubenkompressoren erzeugt. Dagegen wurde die Druckluft für die Becken A und B der 2. Stufe (biologische Aufbereitung) seit der Inbetriebnahme der Kläranlage im Jahr 1992 durch drei baugleiche, drehzahlgeregelte Drehkolbengebläse der Aerzener Maschinenfabrik produziert. Ein Gebläse war jeweils einem Becken zugeordnet. Das dritte Aggregat wurde als Redundanzanlage vorgehalten. Diese drei Aggregate mit Antriebsleistungen von je 15 kW arbeiteten mit dem bisher für Drehkolbengebläse möglichen Höchstdruck von 1,0 bar. Allerdings hatte sich nach der Inbetriebnahme der Kläranlage gezeigt, dass der geforderte Sauerstoffgehalt von 2 mg/l in beiden Becken der 2. Stufe mit diesen Gebläsen nicht erreicht werden konnte. Als Behelf wurde das erste Becken mit dem größeren Bedarf dann dauerhaft durch zwei Gebläse, das zweite Becken mit dem kleineren Bedarf durch ein Gebläse versorgt. Daraus ergaben sich jedoch zwei Probleme:
Weil beide Gebläse das Becken A über eine gemeinsame, zu kleine Leitung versorgten, stieg der Druck in dieser Leitung unerwünscht an. Als Folge erreichten diese zwei Gebläse nicht mehr den geforderten Druck von max. 1,0 bar und lieferten damit auch nicht die geforderte Luftmenge. Außerdem fehlte jetzt eine Redundanzanlage.
Mit Höchstdruck 1,3 bar
Abhilfe brachte erst Mitte 2009 ein zusätzlicher Delta-Hybrid-Drehkolbenverdichter. Das Aggregat mit einer Motornennleistung von 37 kW kann ebenfalls ohne zusätzlichen Wetterschutz im Freien aufgestellt werden. Alle vier Aggregate wurden deshalb aus Platzersparnisgründen auf einem geschlossenen Vorratsbehälter innerhalb der Kläranlage montiert. Das Delta-Hybrid-Aggregat ermöglicht jetzt einen Höchstdruck von 1,5 bar, wird aber mit 1,3 bar knapp unter dem möglichen Maximaldruck gefahren.
Das Aggregat versorgte zunächst Becken A und übernahm damit die Aufgaben von zwei alten Aggregaten, die nur noch als Redundanz vorgehalten wurden. Das Ergebnis war sofort positiv: Durch den höheren Druck von 1,3 bar wurde Becken A trotz des nach wie vor engen Leitungsquerschnitts sofort mit einer ausreichenden Sauerstoffmenge versorgt. Becken B wurde zunächst weiterhin durch ein altes Gebläse bedient. Man erkannte jedoch schnell, dass das Delta-Hybrid-Aggregat nur mit einer Auslastung von ca. 50 % im Bereich der Minimumleistung arbeitete. Deshalb entschloss sich das Unternehmen, das Becken B durch den Drehkolbenverdichter zusätzlich versorgen zu lassen und das bisher noch aktive dritte Gebläse aus der alten Versorgung stillzulegen.
Messsonden in beiden Becken steuern die Menge des einzuleitenden Sauerstoffs für einen konstanten Sollwert von 2 mg/l. Da der CSB-Wert in Becken A höher ist als in Becken B, wird in Becken A eine entsprechend größere Sauerstoffmenge eingeleitet.
Deutliche Energieersparnis
Die drei Aerzener Drehkolbengebläse der acht Jahre alten Vorgängerlösung (Antriebsleistung je 15 kW) liefen mit einer durchschnittlichen Auslastung von ca. 70 %. Demgegenüber arbeitet der Drehkolbenverdichter aus der Baureihe Delta Hybrid (Antriebsleistung 37 kW) nur mit einer Leistungsbandbreite zwischen 50 und 70 %. Durch seine durchschnittliche Auslastung von ca. 60 % ergibt sich eine wesentliche Einsparung an elektrischer Energie, die der zuständige Projektingenieur mit ca. 40 % beziffert. Der Delta Hybrid arbeitet seit seiner Inbetriebnahme absolut problemlos und zur vollsten Zufriedenheit des Betreibers. Zu Beginn waren lediglich geringe Feinregulierungen erforderlich.
Für die Zukunft gibt es für die Versorgung der Kläranlage mit Sauerstoff drei Möglichkeiten: Entweder wird das Delta-Hybrid-Aggregat als einziger Hauptversorger eingesetzt und die nicht mehr benötigten Drehkolbengebläse verbleiben als Redundanzanlagen. Oder man baut diese drei Anlagen ab und verzichtet auf eine Redundanzleistung. Als dritte Lösung bleibt die Installation eines zweiten Drehkolbenverdichters für eine ausreichende Redundanz und Betrieb beider Anlagen im Wechsel.
prozesstechnik-online.de/dei1211410
Drehkolbenverdichter sparen Energie
» Vorteile im Überblick «
Die Delta-Hybrid-Anlagen wurden für alle Einsatzfälle geschaffen, bei denen Luft und neutrale Gase im Druckbereich bis 1,5 bar gefördert werden müssen. Sie stehen für Volumenströme von 10 bis 70 m³/min (600 bis 4200 m³/h) zur Verfügung und eignen sich für Über- und Unterdruck im Druckbereich von 0 bis 1,5 bar und im Saugbereich bis -0,7 bar. Die Baureihe zeichnet sich durch folgende Vorteile aus:
- Drehkolbenverdichter liegen deutlich unter den Investitions-, Energie- und Wartungskosten für einen vergleichbaren Turbo- oder Schraubenkompressor.
- Sie besitzen eine signifikant verbesserte Energieeffizienz und erzielen dadurch Energieeinsparungen bis zu 15 % gegenüber herkömmlichen Anlagen.
- Die robuste Lagerkonstruktion ermöglicht eine Lebensdauer bis 60 000 Betriebsstunden, auch bei maximaler Belastung.
- Weitere Vorteile sind niedrige Druckluftaustrittstemperaturen dank hervorragender thermischer Haushalte, kompakte Bauweise, Riemenantrieb, Riemenspannung durch Motorwippe, Side-by-Side-Aufstellung, Frontseitenbedienung, Ölkontrolle und Nachfüllen im Betrieb, niedriger Schallpegel, optionale Steuerung AS300 AERtronic, für Außenaufstellung geeignet.
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