Ob Granulate gefördert oder Klärbecken belüftet werden müssen: Wird nur ein geringer Überdruck benötigt, lohnt sich der Einsatz spezieller Niederdruckanlagen. Zur Verfügung stehen Drehkolbengebläse, Schraubengebläse und Turbokompressoren. Welche Maschinen sich am besten rechnen, zeigt erst eine genaue Bedarfsanalyse. Nicht selten punktet dabei das in der Anschaffung, auf den ersten Blick, teurere System aufgrund seiner besseren Energieeffizienz.
Thorsten Poggenmöller
Granulate lassen sich mit gering verdichteter Druckluft leicht kühlen, trocknen und fördern. Solche Niederdruckanwendungen, die mit kleineren Druckerhöhungen bis 1600 mbar auskommen, finden sich zahlreich auch in Belüftungs-, Gär- und Mischprozessen sowie beim Transportieren von Schüttgütern. Oftmals kommt es hier hauptsächlich auf einen sauberen und pulsationsfreien Luftstrom an – also qualitativ hochwertige Druckluft. Angesichts steigender Energiepreise spielt jedoch die Energieeffizienz bei der Verdichterwahl eine wichtige Rolle. Über die gesamte Lebensdauer einer Anlage machen die Energiekosten schließlich bis zu 80 % der Gesamtkosten (Life-Cycle-Costs) solcher Systeme aus.
Die Essener Atlas Copco Kompressoren und Drucklufttechnik GmbH bietet verschiedene Systeme für Niederdruckanwendungen an: ZL-Drehkolben- und ZS-Schraubengebläse sowie ZB-Turbokompressoren. Vor der Entscheidung für ein System sollte eine genaue Bedarfsanalyse erfolgen. Sowohl Volumenstrom als auch Druck beeinflussen direkt die zu installierende Leistung und damit den Energieverbrauch. Kann etwa die Druckerhöhung um 100 mbar geringer ausfallen, reduziert sich die Leistungsaufnahme um rund 15 %. Schwankt darüber hinaus der Volumenstrom bedarfsabhängig, lohnt sich eine Drehzahlregelung (Variable Speed Drive, VSD), mit deren Hilfe die Gebläse beziehungsweise Kompressoren stets nur exakt den Volumenstrom liefern, der auch abgenommen wird.
Welche der drei unterschiedlichen Niederdruckbauarten überhaupt infrage kommt, lässt sich zunächst anhand der möglichen maximalen Druckerhöhung entscheiden:
- Drehkolbengebläse des Typs ZL ermöglichen bis zu 1000 mbar Überdruck bei Ansaugvolumenströmen zwischen 31 und 10 200 m³/h.
- Bis zu 1200 mbar liefern Schraubengebläse (ZS) bei einem Volumenstrom von 525 bis 2330 m³/h. Bedingt durch die innere Verdichtung und ein effektiveres Antriebskonzept, ergeben sich deutlich bessere Wirkungsgrade als beim Drehkolbengebläse. So liegen die Leistungsaufnahmen von Schraubengebläsen um bis zu 30 % unter denjenigen von vergleichbaren Drehkolbengebläsen.
- Turbokompressoren (ZB) schließlich erzeugen bis zu 1600 mbar Überdruck bei einem Volumenstrom bis zu 6500 m³/h. Die kontaktlose elektromagnetische Lagerung des Motors zusammen mit dem Laufrad direkt auf der Motorwelle erhöht den Wirkungsgrad im Vergleich zu ähnlichen Geräten deutlich. Hier kann die Leistungsaufnahme sogar bis zu 60 % unter dem eines Drehkolbengebläses liegen. Ein weiterer Vorteil dieses Konzepts ist das verschleißfreie Verdichtungsprinzip, das auch die Wartungskosten niedrig hält. Ein wartungsintensiver und störanfälliger Eintrittsleitapparat zur Regulierung des Volumenstromes ist ebenfalls nicht vorhanden – die Regelung erfolgt ausschließlich über die Drehzahl.
Kommen mehrere oder alle Bauarten für die jeweilige Anwendung infrage, dann – so zeigt die Erfahrung der Essener – findet man die Ideallösung nur über den tatsächlichen Bedarf. Denn ob sich ein Drehkolben- oder Schraubengebläse oder gar ein Turbokompressor empfiehlt, lässt sich pauschal nicht beantworten. Wichtig ist zu wissen, dass sich eine vermeintlich teurere Anlage bei langfristiger Betrachtung als die wirtschaftlichere herausstellen kann. Mehrinvestitionen rechnen sich üblicherweise meist binnen eines oder zweier Jahre – danach profitiert der Betreiber Jahr für Jahr von den niedrigeren Betriebskosten.
Beispielhaft lässt sich das für die folgende Situation zeigen. Dabei soll der Luftbedarf 5900 m³/h betragen, die erforderliche Druckerhöhung 600 mbar. Vorausgesetzt werden ferner eine Auslastung von 8760 h/a sowie ein Energiepreis von 0,1 Euro/kWh. Für diesen Fall bieten sich drei Varianten an:
- zwei Drehkolbengebläse,
- drei Schraubengebläse, davon eines drehzahlgeregelt (VSD), oder
- ein drehzahlgeregelter Turbokompressor, ergänzt um ein Schraubengebläse.
Bezüglich des Anlagenpreises ist System 2 fast doppelt so teuer wie System 1, die Kombination mit dem drehzahlgeregelten Turbo sogar rund zweieinhalb Mal so teuer. Schon bei der zu installierenden Leistung begnügt sich System 3 aber mit 155 kW – gegenüber 185 kW bei den beiden anderen. Bezüglich der tatsächlich aufgenommenen Leistung punkten zwar auch die Schraubengebläse aufgrund ihres besseren Wirkungsgrades vor den Drehkolbengebläsen, noch günstiger arbeitet aber der Turbo. Auch unter Berücksichtigung der Servicekosten verursacht System 3 deswegen die niedrigsten Betriebskosten pro Jahr.
Gegenüber der vermeintlich günstigsten Lösung mit Drehkolbengebläsen kann der Betreiber in diesem Fall jährlich rund 25 000 Euro Betriebskosten einsparen, sobald sich die höhere Investition nach maximal 2,3 Jahren amortisiert hat. Betont sei aber noch einmal: Allgemein gültige Lösungen gibt es nicht, jede Niederdruckan-wendung muss für sich betrachtet werden.
Übergeordnete Steuerung optimiert den Energieverbrauch
Hinsichtlich der Energieeffizienz ist auch ein weiterer Aspekt zu beachten: Sobald mehrere Verdichter – mit fester und/oder variabler Drehzahl – zusammen betrieben werden, lohnt sich der Einsatz eines Energiesparsystems. Diese übergeordnete Regelung, die sich auch in bestehenden Anlagen nachrüsten lässt, ist vor allem im Zusammenspiel mit der Drehzahlregelung interessant, wie das Beispiel der Leverkusener Currenta GmbH & Co. OHG zeigt. Das Unternehmen installierte in einer seiner Industriekläranlagen ein neues Belüftungssystem, in dessen Zusammenhang auch eine neue Gebläseluftstation notwendig wurde. Hier entschied sich Currenta für die ZB-Turboverdichter.
Da rund 60 % des Energiebedarfs einer Kläranlage auf die biologische Reinigung entfallen, spielt hier der Energieverbrauch eine zentrale Rolle. Fast die Hälfte des Gesamtenergiebedarfs wird von den Gebläsen der Belebungsanlage benötigt, um die Bakterien in den Becken mit Sauerstoff zu versorgen. Die Beckenbiologie in Leverkusen musste nach 40 Jahren Betrieb von Grund auf erneuert werden. Da im Rahmen der Instandsetzung zwei neue Kaskadenbecken mit einer Tiefe von 8 m gebaut wurden, entschied man sich aufgrund des erforderlichen Überdrucks für vier einstufige, drehzahlgeregelte Turbokompressoren des Typs ZB 160 VSD von Atlas Copco. Zwei oder drei laufen in Abhängigkeit vom Verschmutzungsgrad des Abwassers rund um die Uhr, während der vierte als Sicherheitsreserve dient. Die Zuverlässigkeit der Maschinen spielte bei der Entscheidung eine große Rolle, denn Verfügbarkeit war Currenta besonders wichtig: Die Anlagen sind an 365 Tagen im Jahr 24 Stunden am Tag in Betrieb und die Bakterien können ihre Aktivität nur wenige Stunden ohne Sauerstoff aufrechterhalten.
Alle vier Kompressoren werden energieoptimiert über das Energiesparsystem AirOptimizer ES 130 T geregelt – und zwar aktiv über den internen CAN-Bus. Der Vorteil: Da das System auf relevante regelungstechnische Parameter eingehen kann, lassen sich auch bei mehreren Verdichtern die Betriebspunkte jeweils so wählen, dass die Maschinen so effizient wie möglich arbeiten – eine Besonderheit des Atlas-Copco-Systems. Außerdem können die Leverkusener damit die Verfügbarkeit der Anlage optimieren. Über das Fernwartungssystem Air-Connect werden etwaige Störungen an der Anlage sofort an die Zentrale bei Atlas Copco übermittelt. Sie kann von außen auf die Steuerung zugreifen und schickt bei Bedarf umgehend einen Techniker in die Anlage.
Online-Info www.cav.de/0310455
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