Der Prozessluftbedarf einer biologisch arbeitenden Kläranlage in der Industrie schwankt mit den Parametern Uhrzeit und Tag, aber auch mit dem Verschmutzungsgrad und der Abwassermenge. Die benötigte Prozessluft kann allerdings nur dann energieeffizient erzeugt werden, wenn das gewählte Konzept über eine ausreichende variable Leistungsbandbreite verfügt. Mit dem Turbogebläse der Generation 5 hat Aerzener jetzt sein Kompressorenprogramm für die Abwassertechnik komplettiert.
Der Autor: Norbert Barlmeyer Freier Journalist
Eine unverzichtbare Voraussetzung für die optimale Funktion einer biologisch arbeitenden Kläranlage ist die bedarfsabhängige Einleitung von Sauerstoff in die Belebungsbecken – und zwar in allen Belastungssituationen und in genau dosierter Menge. Denn für die optimale Arbeit der Bakterien ist ein zu viel an Prozessluft genau so unerwünscht wie ein zu wenig. Deshalb sind für eine energieeffiziente Prozesslufterzeugung zwei Voraussetzungen unverzichtbar:
- Die Gesamtleistung aller installierten Prozesslufterzeuger muss den Maximalbedarf an ölfreier Prozessluft decken und außerdem eine ausreichende Redundanzleistung enthalten.
- Die Technik der installierten Anlagen muss eine flexible Anpassung der Prozesslufterzeuger an stark schwankenden Bedarf kontinuierlich, vollautomatisch, mit minimalem Wartungsaufwand und mit minimalen Leerlaufzeiten ermöglichen.
Heute werden in biologisch arbeitenden Kläranlagen für die Bereitstellung von Sauerstoff ölfrei arbeitende Turboverdichter, Drehkolbengebläse und Drehkolbenverdichter eingesetzt. Zwischenzeitlich verwendete ölfrei arbeitende Schraubenverdichter oder öleingespritzte Anlagen mit anschließender ölfreier Aufbereitung der erzeugten Prozessluft sind heute nur noch in Ausnahmefällen in Betrieb. Aktuell sind hauptsächlich Turboverdichter in biologisch arbeitenden Großkläranlagen verbreitet, weil sich dieses Verdichtersystem durch große Fördermengen auszeichnet, wobei der maximale Höchstdruck von 1,0 bar hier völlig ausreicht.
Die ursprünglich eingesetzten Turboverdichter in gleit- oder wälzgelagerter Bauform mit mechanischer Steuerung entsprechen wegen ihrer gravierenden Nachteile schon lange nicht mehr dem aktuellen Stand der Technik. Diese Turbos arbeiten mit einem vorgeschalteten Getriebe und einem klassischen Drehstrom-Asynchronmotor mit fester Drehzahl. Die Anlagen bauen sehr groß und verursachen durch ihre umfangreiche Steuerungsmechanik einen hohen Wartungsaufwand.
„Wir haben in den 1980er-Jahren selbst Turboverdichter für große Kläranlagen mit hohem Volumenstrombedarf geliefert. Deshalb kennen wir deren gravierende energetische und technische Nachteile sehr genau. Unsere umfangreichen Erfahrungen mit dieser Technologie boten uns jetzt eine gute Basis für die Konzeption luftgelagerter Turbogebläse wie unserer Generation 5“, erläutert Stephan Brand, Marketingleiter der Aerzener Maschinenfabrik.
Luftgelagerte Turbogebläse
Die Aerzener-AT-Turbogebläse arbeiten mit Hochgeschwindigkeits-Permanentmagnetmotoren (PM-Motoren) und können über einen Frequenzumrichter ohne zusätzliche mechanische Verstelleinrichtungen stufenlos zwischen 40 und 100 % an schwankende Prozessluftbedarfe angepasst werden. Frequenzumrichter und Netzdrossel mit RFI-Filter sind anschlussfertig in den Anlagen integriert. In den luftgekühlten PM-Motoren wird der Elektromagnetismus, wie er auch in herkömmlichen Elektromotoren angewendet wird, mit dem Permanentmagnetismus des Rotors kombiniert. Der Rotor benötigt für seine Magnetisierung deshalb keine Energie. Nur der Stator wird elektrisch magnetisiert. Deshalb zeichnen sich PM-Motoren gegenüber konventionellen Motoren durch einen höheren Wirkungsgrad aus.
Weil auch das Turbolaufrad direkt auf der Motorwelle montiert ist, ergibt sich eine stufenlos regelbare, wartungsarme Kompakteinheit. Bei Stillstand liegt die Welle auf einer durch Federn gespannten Folie. Sofort nach dem Start baut sich zwischen Folie und Welle ein Luftpolster auf, das jedoch nicht durch zugeführte Druckluft, sondern durch die Rotation der Welle erzeugt wird. Das System arbeitet absolut ölfrei. Deshalb gibt es in diesen Anlagen als einziges Medium nur die zu verdichtende Luft, die hier außer zur Lagerung der Welle auch zur Kühlung des Systems eingesetzt wird.
Weitere Charakteristiken der Aerzener Turbogebläse sind das Laufrad aus Edelstahl, das nicht nur korrosionsbeständig und robust ist, sondern vor allem durch seine hohe Festigkeit dünnere Wandstärken und damit eine bessere Aerodynamik und höhere Wirkungsgrade aufweist sowie der eigengefertigte Frequenzumrichter. Dieser verhindert bei unvorhergesehenen Druckschwankungen durch die permanente Überwachung des Volumenstromes ein unkontrolliertes Herunterfahren der Maschine in die Pumpgrenze. Der Aerzener-Frequenzumrichter ist in seinen Eigenschaften direkt auf den sicheren Betrieb von Turbogebläsen ausgelegt und abgestimmt. Damit ist er Standardumrichtern sowohl in Fragen des Betriebsverhaltens als auch in punkto Wirkungsgrad einen großen Schritt voraus.
Mit den Turbogebläsen der Generation 5 hat Aerzener die energieeffiziente Erzeugung von Prozessluft für biologisch arbeitende Kläranlagen realisiert. Brand erläutert die Ideologie hinter dieser Entwicklung: „Nach unserer langjährigen Erfahrung lässt sich der Prozessluftbedarf einer Kläranlage vor allem dann mit höchstmöglicher Energieeffizienz erzeugen, wenn er durch ein Verbundkonzept mit verschiedenen Maschinentypen mit unterschiedlichen Leistungen realisiert wird, die sich entsprechend ihren konstruktiven Eigenarten und Leistungsbereichen als ideale Grundlast- und Spitzenlastanlagen definieren lassen. So können die physikalischen Vorteile einer Strömungsmaschine – die hohe Energieeffizienz im Auslegungspunkt – mit den besonderen Vorteilen von Drehkolbenmaschinen – der hohen Regelbarkeit und der guten Wirkungsgrade auch im Teillastbetrieb – ideal vereinigt werden.“
Mit ihren drei Baureihen Turbogebläse AT Turbo Generation 5, Drehkolbengebläse Delta Blower und Drehkolbenverdichter Delta Hybrid liefert Aerzener dazu jetzt die optimalen Voraussetzungen.
Halle 8.0, Stand D38
prozesstechnik-online.de/cav0612405
Turbogebläse der 5. Generation
Im Überblick
Die Turbogebläse zeichnen sich durch folgende Vorteile aus:
- Verbesserte Energieeffizienz durch den Einsatz eines zusätzlichen Kühlluftturbos und eine verbesserte Kühlluftführung innerhalb des Aggregates
- Niedrige Wartungs- und Servicekosten; Zuverlässigkeit und Langlebigkeit durch absolut ölfreie, berührungs- und vibrationsfreie Luftspaltlagerung
- Reduzierte Schallpegel durch neuartige Schallhaube und verbesserte Schalldämmung
- Platzsparende Installation durch unmittelbare Side-by-Side-Aufstellung
Weitere Vorteile sind die hohe Bedienerfreundlichkeit, einfache Installation und Inbetriebnahme, gute Zugänglichkeit zu allen elektronischen Komponenten durch ausziehbares Schubladenkonzept, integrierte Steuerung mit Touchscreen und komplett anschlussfertige Lieferung.
Zusätzlich bläst der AT Turbo die Abwärme nicht einfach in die Umgebung, sondern stellt die Abluft in einem gesonderten Flansch für eine weitere Nutzung dem Betreiber zur Verfügung.
Die Turbogebläse Aerzen stehen in folgenden Leistungsbereichen zur Verfügung:
- Volumenströme: 17 bis 220 m³/min (1000 bis 13 200 m³/h)
- Druckbereich: 400 bis 1000 mbar, höhere Drücke auf Anfrage
- regelbare Drehkolbengebläse der Baureihe Delta Blower (verfügbare Volumenströme 100 bis 14 400 m³/h, Druckbereich 0 bis 1000 mbar, Regelbereich 25 % bis 100 %).
- regelbare Drehkolbenverdichter der Baureihe Delta Hybrid (verfügbare Volumenströme 670 bis 5900 m³/h, Druckbereich 0 bis 1500 mbar, Regelbereich 25 % bis 100 %).
Lösung aus einer Hand
Dreierpack
Mit seinem Drei-Produkt-Programm bietet Aerzener gute Voraussetzungen für die Realisierung einer sehr energieeffizient arbeitenden Prozessluftstation. Das Programm umfasst für die maßgeschneiderte Prozesslufterzeugung:
Zur Erzeugung des Grundlast-Bedarfs
regelbare Aerzener Turbogebläse der Baureihe AT Turbo Generation 5 (verfügbare Volumenströme von 1000 bis 13 200 m³/h, Druckbereich 400 bis 1000 mbar, Regelbereich 40 bis 100 %).
Zur Erzeugung von Spitzen- oder Schwachlastbedarfen
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