Effiziente Drucklufterzeugung in der Getränkeindustrie

Dickes Plus in der Energiebilanz

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Wer Bier braut, braucht Druckluft höchster Qualität. Für diesen Anwendungsbereich sind trockenverdichtende Kompressoren – sogenannte Trockenläufer – eine gute Lösung. Wenn diese dann noch mit modernster Technik ausgestattet sind und auch die Druckluftaufbereitung nach neuesten Methoden erfolgt, dann kann sich jeder Betreiber auch über eine insgesamt gute Energiebilanz freuen.

Die Autoren: Erwin Ruppelt leitender Projektingenieur, Kaeser Kompressoren Daniela Koehler Pressesprecherin, Kaeser Kompressoren

Seit mehr als 150 Jahren wird im Duisburger Stadtteil Beek „das König der Biere“ gebraut. Hier ist die König Brauerei ansässig, die nunmehr zur Bitburger-Gruppe gehört. Allen Bitburger-Marken gemeinsam ist nach Unternehmensangaben die höchste Qualität. Dies gilt besonders für die einzelnen Produkte und deren Herstellung.
Der gesamte Brauprozess des Bieres hängt von der Druckluft ab: Von der Nutzung als Fördermedium über die Belüftung der Würze am Beginn der Gärung bis hin zur Abfüllung in Flaschen und Fässern. Zudem werden für die vielen Ventile und Stellvorrichtungen große Mengen Steuerluft benötigt. Für all diese Anwendungen muss die Druckluft lebensmittelgerecht sein, was im Fall von König Pilsener mit trocken verdichtenden Kompressoren im Verbund mit Sterilfiltration gewährleistet wird.
Die Erzeugung von Druckluft mit Trockenläufern hat zunächst nichts mit trockener Druckluft zu tun hat. Die Bezeichnung „trockenverdichtend“ bezieht sich lediglich auf den Verdichtungsprozess, der im Inneren des Kompressorblocks ohne Kühlmedium stattfindet. Wer Trockenläufer einsetzt, kommt nicht um eine eventuell erforderliche nachfolgende Aufbereitung der Druckluft herum.
Eine Eigenschaft der Trockenläufer ist, dass durch die nahezu kühlungsfreie Verdichtung sehr hohe Temperaturen im Verdichterblock erzeugt werden. Bei einem Verdichtungsverhältnis der Luft von 1 zu 4 können diese pro Verdichtungsstufe leicht bis auf +240 °C ansteigen. Da deswegen in einer Stufe nur bis auf maximal 3,5 bar Überdruck verdichtet werden kann, reicht eine Verdichtungsstufe alleine nicht aus. Um höhere Drücke von 8 bis 10 bar Überdruck zu erzeugen, ist der Einsatz einer zweiten Stufe erforderlich. Bei Trockenläufern führte diese Besonderheit in der Vergangenheit zunächst zu einem höheren Energieaufwand.
Steuerungen optimieren
Dank der konsequenten Weiterentwicklung einiger anderer in den Maschinen enthaltenen Komponenten und durch technische Neuentwicklungen konnte insgesamt die Energieausbeute der Trockenläufer in den letzten Jahren gesteigert werden. Häufig wird in Druckluftstationen mehr Druckluft erzeugt, als tatsächlich abgenommen wird, da die Endverbraucher ein unterschiedliches Nutzungsverhalten an den Tag legen. Erzeugung und Verbrauch stimmen somit nicht immer überein. Im Hinblick auf die Energieeffizienz leisten sowohl kompressorinterne als auch maschinenübergreifend Steuerungen einen wertvollen Dienst, wenn es darum geht, die Drucklufterzeugung zu optimieren und effizient zu gestalten.
In die Kompressoren integrierte Kontroll- und Regelgeräte ermöglichen die Auswahl zwischen bis zu fünf Steuerungsmodi. Diese sorgen dafür, dass Leerlauf- und Schaltverluste minimiert werden – abhängig davon, ob ein Kompressor zur Deckung der Grund- oder Spitzenlast eingesetzt wird.
Bei großen Druckluftstationen tragen darüber hinaus übergeordnete Verbundsteuerungen mit Managementfunktion, wie zum Beispiel die SAM 2, dazu bei, dass die einzelnen Kompressoren optimal zusammenspielen und ideal an den Druckluftverbrauch angepasst arbeiten.
Zusätzlich stehen inzwischen auch trockenverdichtende Schraubenkompressoren mit Drehzahlregelung über einen Frequenzumrichter zur Verfügung. Werden diese Anlagen im Verbund mit Kompressoren mit konstanter Drehzahl betrieben, sind Energieeinsparungen von bis zu 25 % und mehr erreichbar.
Eine weitere Steigerung der Energieeffizienz ist durch den Einsatz moderner IE3-Motoren gewährleistet. Diese weisen von vornherein eine viel bessere Energiebilanz auf als ältere Motorenmodelle. IE3 bezeichnet die derzeit höchste Wirkungsgradklasse von Elektromotoren, die in der internationalen Norm IEC 60034-30 festgelegt ist. Ab 2015 werden diese Motoren für Antriebe mit Leistungen von 7,5 bis 375 kW Pflicht.
Einsparungen bei der Aufbereitung
Nicht nur bei der Drucklufterzeugung gibt es einiges zu beachten, wenn es um Energieeffizienz geht, auch bei der anschließenden Aufbereitung sorgen brandneue Entwicklungen für eine deutliche Verbesserung der Energiebilanz und damit geringere Kosten.
i.HOC heißt der neue integrierte Anbaurotationstrockner von Kaeser für trockenverdichtende Schraubenkompressoren. Er liefert sicher und stabil selbst unter ungünstigen Umgebungsbedingungen Druckluft mit Drucktaupunkten bis -40 °C und spart dabei auch noch Energie. i.HOC steht für „integrated heat of compression dryer“. Das bedeutet, dass die Wärme, die bei der Druckluftverdichtung ohnehin entsteht, für die Regeneration des Trockenmittels genutzt wird. Die Wärmemenge steht quasi kostenfrei zur Verfügung, ein zusätzlicher Aufwand an Energie für den Trocknungsprozess ist nicht nötig. Das Ergebnis ist höchste Effizienz bei sicherer Trocknung und gleichzeitig geringeren Energiekosten. Auch bei variablen Liefermengen.
Die Vollstromregeneration und ein weiteres patentiertes Verfahren gewährleistet ein sicheres Trocknen ohne elektrische Zusatzheizungen oder Kaltwassersätze, auch bei Umgebungstemperaturen von bis zu +45 °C.
Als zusätzlicher Vorteil des Systems i.HOC können dank der Vollstromregeneration bei wassergekühlten, trockenverdichtenden Schraubenkompressoren hohe Wärmerückgewinnungsraten erzielt werden, weil der Kompressorkühler zu diesem Zweck genutzt werden kann. Die bei bisherigen Systemen auftretenden Verluste an Wärmemenge durch separate Zusatzkühler werden vollständig vermieden. Das spart zusätzlich Energiekosten, die sonst eventuell für die Erzeugung von Prozesswärme oder Heizung aufgewendet werden müssten.
Königs Pilsener hat sich in der Vergangenheit für den Einsatz eines frequenzgeregelten Trockenläufers entschieden, der im Verbund mit drei weiteren Trockenläufern die führende Rolle spielt und damit gute Erfahrungen gemacht. Der Bierhersteller konnte den Leerlaufanteil der vorhandenen Anlage von 25 auf 2 % senken und dadurch und durch die Nutzung moderner Kompressorentechnik den Energieverbrauch im Vergleich zur davor installierten Lösungen deutlich senken.
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