Mit kleinen Investitionen Energiekosten senken und CO2-Fußabdruck minimieren

Abwärme in Nutzwärme verwandeln

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Geringere Energiekosten und weniger CO2-Emissionen – das machen die beiden Wärmeübertrager Ecomi und EGHE von Kelvion möglich, indem sie aus Abwärme im Abgas Nutzwärme machen. Dabei werfen sie keinen hohen Kosten auf: Oft amortisiert sich die Investition in die Abwärmenutzung bereits nach ein bis zwei Jahren.

Durch Abwärmenutzung könnten viele Betreiber ihre Energiekosten erheblich senken – und zugleich den CO2-Fußabdruck verkleinern. Bei einem Chemiewerk typischer Größe sind Energieeinsparungen in Höhe von etwa einem Drittel Peta-Joule pro Jahr durchaus realistisch. Dennoch entweicht in vielen Chemiebetrieben immer noch einige Abwärme ungenutzt in die Umgebung – meistens, weil sich eine Wärmerückgewinnung in der Vergangenheit nicht wirtschaftlich darstellte. Einer der Gründe war, dass Abgaswärmeübertrager früher in der Regel individuell entworfen und aufwendig auftragsbezogen gefertigt werden mussten.

Kelvion hat die Investitionshürde nun gesenkt, indem das Unternehmen zwei neue Wärmeübertrager auf den Markt gebracht hat: den modularen Economiser Ecomi und den Abgaswärmetauscher EGHE (Exhaust Gas Heat Exchanger). Beide sind speziell für die effiziente Wärmeauskopplung aus dem Abgas optimiert und bieten aufgrund ihres modularen Konzepts bzw. ihrer Kompaktheit Kostenvorteile gegenüber herkömmlichen Lösungen.

Modular und effizient

Vorwärmer (Economiser) haben sich bei der Abwärmeauskopplung bewährt, ihre Anwendung scheiterte jedoch oft an den Investitionskosten. Hier schafft das Design des Ecomi Abhilfe: Der mehrstufige Economiser wird aus einem Komponentenbaukasten zusammengestellt, sodass die Planungs-, Projekt- und Fertigungskosten geringer ausfallen als bei seinen konventionellen, auftragsbezogen gefertigten Pendants.

Beim Ecomi fallen dementsprechend auch die Lieferzeiten geringer aus, da viele Planungsschritte wie das thermische Design oder Festigkeitsberechnungen nicht auf dem weißen Blatt Papier beginnen müssen. Der Ecomi ist somit schneller verfügbar, die Einsparungen durch die Abwärmenutzung werden früher wirksam und – der wichtigste Aspekt von allen – die Investition rechnet sich dank des modularen Designs zu einem früheren Zeitpunkt. In günstigen Fällen ist der Payback bereits vor Ablauf eines Jahres erreicht.

Wärme aus dem Abgasstrom

Der Ecomi koppelt Restwärme von gas-, öl- oder holzgefeuerten Kesseln aus und macht sie zum Beispiel für den chemischen Prozess verfügbar – ob zum Aufheizen von Wasser oder zur Dampferzeugung. Das spart Primärenergie und steigert die Gesamteffizienz des Werkes. Auch die Energieerzeugung kann von der Wärme eines selbst erzeugten Abgases profitieren, wenn sie einer Verbrennungsluft-Vorwärmung zugeführt wird. Je effektiver die Auskopplung der Wärme aus dem Abgas geschieht, desto besser ist es für den Wirkungsgrad. Aber desto größer ist auch die Wahrscheinlichkeit, dass die Abgastemperatur in einer der Wärmeübertragerstufen den Taupunkt unterschreitet und sich Kondensat bildet. Korrosionsbeständige Edelstahlkomponenten ermöglichen es, auch im kondensierenden Betrieb noch Wärme zu entziehen und so den möglichen Wirkungsgrad auszuschöpfen.

Gezielte Materialauswahl

Damit die Kosten durch den Edelstahleinsatz nicht in die Höhe schnellen, wird genau errechnet, wo unter welchen Bedingungen Kondensation stattfinden wird. Die „trockenen” Zonen können dann aus herkömmlichem Karbonstahl gefertigt werden und nur die korrosionsgefährdeten Stufen werden in Edelstahl ausgeführt. Das erlaubt eine hohe Wärmeauskopplung mit kondensierendem Betrieb zu moderaten Kosten. Der mehrstufige Aufbau bietet nicht zuletzt den Vorteil, die Flussrichtungen zu beeinflussen und das besonders wirkungsvolle Gegenstromprinzip anzuwenden.

Der Ecomi fügt sich leicht in bestehende Anlagen ein. Er ist sowohl für die horizontale als auch die vertikale Installationen oder für einen Übergang von der Waagerechten in die Senkrechte (oder umgekehrt) erhältlich. Es gibt den Economiser in zehn verschiedenen Baugrößen, die ein breites Spektrum an Gas-Durchflussmengen abdecken.

Aufgrund der Auswahl zwischen vielen Rohr- und Blechvarianten lässt er sich an die jeweiligen Einsatzbedingungen und -temperaturen anpassen. Eine robuste, geschweißte Konstruktion von Wärmeübertrager und Gehäuse sorgt nicht nur für Langlebigkeit, sondern verhindert auch einen Übertritt des Gases in das flüssige Medium, das die Wärme dem Prozess zuführt.

Klein, aber wirkungsvoll

Der EGHE (Exhaust Gas Heat Exchanger) ist für die Auskopplung von Wärme aus den Kaminen von Ofenanlagen, Energieerzeugungsanlagen und Verbrennungsmotoren konzipiert und überträgt die thermische Energie auf einen Flüssigkeitskreislauf. Typische Einsatzgebiete sind Dampfkessel (Heißdampf, Sattdampf), BHKWs und KWK-Anlagen, Fern- und Nahwärmenetze. Damit sich der EGHE leicht in Bestandsanlagen einfügt, ist er sehr kompakt konstruiert. Dies begünstigt zugleich einen geringen Materialeinsatz, was die Anschaffungskosten gering hält.

Der Abgaswärmeübertrager wird aus einem hochlegierten Edelstahl gefertigt, der Temperaturen bis zu 550 °C standhält. Widerstandsfähig ist seine Konstruktion auch gegen dauerhafte mechanische Einflüsse wie Vibrationen und Pulsation. Die Berippung des Wärmetauschers (ebenfalls aus korrosionsbeständigem Edelstahl) vergrößert die im Gasstrom befindliche Fläche im Vergleich zum nackten Rohr um den Faktor 7, was einen hocheffizienten Wärmeübertrag ermöglicht – Voraussetzung für
die hier realisierten, kompakten Gehäuseabmessungen.

Die kompakte Bauweise führt zu Gewichtsvorteilen und die Edelstahl-Rippenrohre haben zudem den Vorteil, dass sie Schmutz wenig Haftgrund bieten und ohne großen Aufwand mit einem Hochdruckreiniger oder marktüblichen Reinigungsmitteln zu reinigen sind. Der Wärmetauschereinschub ist außerdem einfach zu wechseln.

Stets das richtige Rohr

Um den Einsatzbedingungen bestmöglich zu entsprechen, bietet Kelvion auch andere Wärmeübertragerrohre an. Bei einem sauberen Gasstrom ist in der Regel der Einsatz der Rippenrohre empfehlenswert; klassische Rohre ohne Rippen kommen hingegen zum Einsatz, wenn wegen einer hohen Schmutzbelastung ein leichtes Reinigen gefragt ist. Spielen Verunreinigungen keine Rolle, soll aber ein guter Wärmeübertrag bei geringen Druckverlusten erzielt werden, erfüllen elliptische Rippenrohre diese Aufgabe. Trockene Stufen (in denen also kein Kondensat anfällt) können in kostengünstigen Karbonstahl gefertigt werden; wo Korrosionsgefahr besteht, kommt Edelstahl zur Anwendung.

Damit die Investition in Edelstahlkomponenten nachhaltig ist, fertigt bzw. montiert Kelvion sie in einem abgetrennten Bereich mit speziellen Werkzeugen. Das sorgt für eine höchstmögliche Reinheit des Edelstahls und somit für Korrosionsbeständigkeit über viele Jahre. Falls die Umstände es erfordern, ist auch eine Oberflächenbehandlung oder Lackierung möglich.

Beitrag zum Klimaschutz

Abgasabwärme in Nutzwärme zu verwandeln, ist ideal, um Primärenergie zu sparen und einen Beitrag zum Klimaschutz zu leisten. Moderne Abgaswärmeübertrager und Economiser tragen durch ihre niedrigen Investitionskosten dazu bei, dass sich die Abwärmenutzung in angemessen kurzer Zeit amortisiert. Zudem gestatten modulare und kompakte Systeme, entsprechende Wärmeübertrager ohne großen Aufwand auch in Bestandsanlagen zu integrieren.

www.prozesstechnik-online.de

Suchwort: cav0719kelvion


Autor: Michael Münch

Market Communication,

Kelvion



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