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Ausgeglichene Bilanz

Kompressoren (Chemie)
Ausgeglichene Bilanz

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Die ölfrei verdichtenden, wassergekühlten Kompressoren der Baureihe ZR („Carbon Zero“) von Atlas Copco verbrauchen unter bestimmten Einsatzbedingungen rechnerisch keine Energie: Durch die integrierte Wärmerückgewinnung können die Maschinen ebenso viel Wärme für Heizzwecke bereitstellen, wie sie an elektrischem Strom benötigen. Das lohnt sich vor allem für Betriebe, die einen kontinuierlich hohen Bedarf an Warmwasser oder Dampf haben.

Reimund Scherff

Betriebe mit hohem Warmwasser- und Dampfverbrauch, etwa in der chemischen und petrochemischen Industrie, der Pharmaindustrie oder in Kraftwerken, können ab sofort ihre Heizkosten erheblich senken. Dazu müssen sie nur einen der neuen Carbon-Zero-Kompressoren von Atlas Copco in ihre Druckluftversorgung einbinden und die Abwärme des Kühlwassers über einen Wärmetauscher für die Erwärmung des Wassers nutzbar machen.
Diese wassergekühlten, ölfrei verdichtenden Schraubenkompressoren ZR 55-750 verfügen über ein integriertes Wärmerückgewinnungssystem. In den meisten Fällen können Anwender damit 80 bis 95 % der elektrischen Energie für die Drucklufterzeugung, die auf diese Kompressoren entfallen, in Form von Wärme zurückgewinnen. Unter bestimmten Bedingungen sind sogar Werte von 100 % und mehr möglich. Das hat der TÜV Atlas Copco schriftlich gegeben. Die Kunden des Unternehmens können ihre Druckluft daher anteilig quasi zum Nulltarif erzeugen. Zwar muss die Stromrechnung für den Betrieb des Kompressors trotzdem bezahlt werden; dagegen steht aber eine ähnlich hohe Ersparnis bei den Heizkosten.
Unglaublich aber wahr
Was unglaublich klingt, wird weniger verwundern, wenn man sich das Wärmerückgewinnungssystem näher anschaut. Die Kompressoren verfügen über einen Kühlwasserkreislauf, in dem die Wärme, die bei der Verdichtung in großem Umfang entsteht (und bei anderen Kompressoren meistens ungenutzt entweicht), aufgenommen und zur Erzeugung von +90 °C warmem Wasser verwendet wird.
Die rückgewinnbare Wärmemenge des Kompressors ist dabei abhängig von den Temperaturbedingungen der Wärmenutzung. Damit exakt 100 % der aufgewendeten elektrischen Energie zurückgewonnen werden können, muss die angesaugte Luft laut TÜV +40 °C warm sein, eine relative Feuchtigkeit von 70 % aufweisen und auf 10 bar verdichtet werden. Diese Bedingungen geben einen Hinweis darauf, wie das Ergebnis zustande kommt; denn um die verdichtenden Schrauben anzutreiben, wird ja auf jeden Fall Energie aufgewendet. Doch in das ganze System muss man das Energiepotenzial der zu verdichtenden Luft in Form von Wärme und Feuchtigkeit einbeziehen: Weil die Luft im Kompressor gekühlt werden muss, wird Wärme frei; außerdem kondensiert die zuvor in der Luft enthaltene Feuchtigkeit. Beide – die Kondensationswärme ebenso wie die Wärme der Luft – machen sich die Carbon- Zero-Kompressoren neben der reinen Verdichtungswärme zunutze.
Am effizientesten funktioniert die Wärmerückgewinnung, wenn ein ZR-Kompressor mit Drehzahlregelung eingesetzt wird. Denn dieser arbeitet ohne Leerlaufphasen und erzeugt also immer Wärme. Anwender sollten sich auch klarmachen, wie viel Wärme sie nutzen können. Unter Umständen rechnet es sich schnell, einen vorhandenen Warmwassertank durch einen größeren zu ersetzen, damit man kein erwärmtes Wasser verwerfen muss. Den größten Nutzen haben daher Branchen und Betriebe, deren Fertigungsprozesse kontinuierlich Warmwasser oder Dampf erfordern. Typische Beispiele finden sich in Lebensmittelverarbeitende Betriebe und Molkereien (Erhitzen, Reinigen, Sterilisieren, Schmelzen), in der Zellstoff- und Papierindustrie (bei Kochern und Verdampfern sowie beim Bleichen und Aufschluss), in der Textilindustrie (Färben, Stabilisieren künstlicher Fasern), in der Pharmaindustrie (Fermentieren und Sterilisieren) sowie in Raffinerien, chemischen und petrochemischen Anlagen (Dampfdestillation, verbesserte Rückgewinnung, Abscheidung, Begleitheizung).
Businesses with a high hot water and steam consumption, for example in the chemical and petrochemical industries, the pharmaceutical sector or power stations, can in future lower their heating costs substantially. All they have to do is integrate one of the new Carbon Zero compressors from Atlas Copco into their compressed air supply and use the waste heat from the cooling water to heat fresh water with the help of a heat exchanger.
The water-cooled, oil-free screw compressors known as ZR 55-750 have an integrated heat recovery system. In most cases, users can recover between 80 and 95 % of the electricity for the compressed air supply that is accounted for by these compressors in the form of heat. Even values of 100 % or more are possible under certain conditions. This has meanwhile been confirmed to Atlas Copco in writing by TÜV (German technical inspection association). The company’s customers can thus produce part of their compressed air virtually for free. Although the electricity bill still has to be paid for operating the compressor, heating costs are simultaneously cut by a comparable amount.
Unbelievable but true
What might at first sound unbelievable appears less surprising if we take a closer look at the heat recovery system. The compressors have a cooling water circuit, where the large amounts of heat produced during the compression process (which with conventional compressors mostly escape unused) are absorbed and reused for the production of +90 °C hot water.
The recoverable quantity of compressor heat depends on the temperature at which the heat is used. According to TÜV, to enable exactly 100 % of the electricity used to be recovered, the air must be drawn in at +40 °C, have a relative humidity of 70 % and be compressed to 10 bar. These conditions provide clues as to how the result is achieved; energy is always essential to drive the compressing screws, regardless. However, the energy potential of the air to be compressed needs to be taken into account in the overall system in the form of heat and humidity: since the air must be cooled in the compressor, heat is set free; in addition, the humidity previously contained in the air condenses. Both the condensation heat and the heat of the air are utilised by the Carbon Zero compressors over and above the mere heat of compression.
Heat recovery works most efficiently with a variable-speed ZR compressor, which operates without idle phases and therefore produces heat continuously. Users moreover need to be clear about how much heat they can actually use. It may be worthwhile to replace an existing hot water tank with a larger one so that not a drop of heated water is wasted. The greatest benefit is consequently reaped by industries and companies whose manufacturing processes require a continuous supply of hot water or steam. Food processing and dairies (heating, purifying, sterilising, melting), pulp and paper (for digesters and evaporators as well as for bleaching and pulping), textiles (dyeing, stabilisation of artificial fibres), pharmaceuticals (fermenting and sterilising), refineries and chemical or petrochemical plants (steam distillation, improved recovery, separation, trace heating) are merely a few typical examples.
Online-Info www.cav.de/1409###
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