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Schraubengebläse in der Abwasseraufbereitung

Hoher Wirkungsgrad durch spezielle Geometrie der Verdichterrotoren
Schraubengebläse in der Abwasseraufbereitung

Drehkolben- oder Schraubengebläse? Diese Frage mussten die Verantwortlichen der Käserei Goldsteig beantworten, als es um die Modernisierung der biologischen Abwasseraufbereitung ging. Warum sich der Milchverarbeiter für moderne Schraubengebläse von Kaeser entschied, lesen Sie hier.

Bei der industriellen Herstellung von Käse wird viel Wasser benötigt – sei es als Bestandteil des Produktionsprozesses oder für Reinigungszwecke. Das ist auch bei der Käserei Goldsteig der Fall. Dort wird das Abwasser in großen Tanks gesammelt und soweit aufbereitet, dass es in die Kanalisation geleitet werden kann. Die Reinigung selbst erfolgt – wie in der biologischen Wasseraufbereitung üblich – mithilfe von geeigneten Bakterienstämmen, die auf ausreichende Sauerstoffzufuhr angewiesen sind. Der lebensnotwendige Sauerstoff für die Bakterien wird von Gebläsen bereitgestellt, die Druckluft in die Wasserbecken oder -tanks einblasen. Da die Maschinen nahezu ständig im Einsatz sind, beanspruchen sie in der Regel auch rund die Hälfte des Energiebedarfs der Wasseraufbereitung.

Drucklufterzeugung unter der Lupe
Vor diesem Hintergrund lohnt sich ein genauerer Blick auf die Drucklufterzeugung zur Belüftung der biologischen Reinigung, denn hier kann sich ein sehr hohes Einsparpotenzial verstecken. Besonders dann, wenn durch technischen Fortschritt energieeffizientere Maschinen auf den Markt kommen
Die Käserei Goldsteig plante eine Modernisierung der Belüftung. Das war eine gute Gelegenheit, die Anlage insgesamt auf den Prüfstand zu stellen und auch im Hinblick auf mögliche Energiekosteneinsparungen im Gebläsebereich etwas zu tun.
Bisher war in der Käserei ein klassisches Drehkolbengebläse im Einsatz. Aus verschiedenen Gründen fiel die Wahl 2015 auf ein brandneues Schraubengebläse. Zum einen weist die Abwasseraufbereitung der Käserei eine relativ hohe Einblastiefe auf, bei der Drehkolbengebläse an ihre thermischen Belastungsgrenzen kommen. In einem solchen Fall sind Schraubengebläse von Vorteil, weil sie durch den Einsatz einer wesentlich effizienteren Verdichtungstechnologie deutlich niedrigere Betriebstemperaturen als Drehkolbengebläse aufweisen, sodass auch bei einem Betriebsdruck von rund 1000 mbar Überdruck, der sich durch die bei Goldsteig vorhandene hohe Einblastiefe ergibt, ein zuverlässiger Betrieb auf Dauer sichergestellt ist und weniger Wärme in die Bioreaktoren eingetragen wird.
Zum anderen konnte durch den Umstieg auf Schraubengebläse der Leistungsbedarf für die Drucklufterzeugung um 28 % gesenkt werden. Schraubengebläse sind zwar in der Anschaffung etwas teurer, amortisieren sich aber aufgrund ihrer erheblichen Energieeinsparungen bereits in einem Zeitraum von 1,5 bis 2 Jahren.
Doch wie unterscheiden sich Schrauben- und Drehkolbengebläse unter konstruktiven und thermodynamischen Gesichtspunkten?
Unterschiedliche Rotorgeometrien
Der wesentliche Unterschied zwischen beiden Verdichtertechnologien liegt in der Geometrie der Rotoren. Bei den Drehkolbengebläsen ist der Querschnitt der Haupt- und Nebenrotoren gleich, zum Beispiel sind beide dreiflügelig und verlaufen in Längsrichtung geradlinig. Die Größe des zwischen Zylinder und den Rotorflügeln eingeschlossenen Volumens bleibt während der Rotordrehung bzw. des Verdichtungsvorgangs konstant. In der Thermodynamik wird dies als isochore Verdichtung bezeichnet. Der Druck baut sich nach dem Verdichter in der Prozessleitung durch stetiges Nachschieben von Luftmolekülen gegen die dort herrschenden Widerstände auf.
Schraubenverdichter, die auch als Schraubengebläse bezeichnet werden, haben schraubenförmige Rotoren, die ineinandergreifen. In den Nuten beider Rotoren wird die Ansaugluft eingeschlossen, das Volumen im Laufe der Rotordrehung stetig reduziert und zuletzt durch das sogenannte Auslassfenster ausgeschoben. Es findet somit bereits im Inneren des Verdichters eine Volumenverringerung und damit eine Druckerhöhung statt. Das Verhältnis von Eintritts- zu Austrittsvolumen wird durch die Geometrie der Rotoren und des Auslassfensters bestimmt, der Verdichtungsvorgang erfolgt isentrop. Der Vorteil: Das Ausschieben eines bereits verkleinerten Luftvolumens gegen den in der Prozessleitung vorherrschenden Druck erfordert weniger Verdrängungsarbeit und spart somit – gerade bei höheren Drücken – Energie.
Im Vergleich zu Schraubengebläsen der ersten Generation zeichnen sich die in der Käserei Goldsteig zum Einsatz kommenden Schraubengebläse durch eine sehr hohe Effizienz aus, die sich u. a. aus der besonders geschickt gestalteten Geometrie der Verdichterrotoren, wie zum Beispiel das Sigma-Profil, ergibt. Letzteres stellt einen besonders hohen Liefer- bzw. volumetrischen Wirkungsgrad sicher.
Schmier- und Kühlkonzept
Darüber hinaus weisen die bei Goldsteig installierten Schraubengebläse ein intelligentes Schmier- und Kühlkonzept auf, das sowohl einen externen Ölkühler als auch eine Öldruckschmierung samt Ölpumpe, Öldruckleitungen und Ölfilter überflüssig macht. Zusätzlich ist der Verdichterblock mit einem wirkungsvollen Dichtungskonzept versehen, das auch ohne Evakuierung der Ölräume durch eine zusätzliche Vakuumpumpe zuverlässig abdichtet und nicht die Gefahr von Öleintrag in sich birgt. Der Verzicht auf unnötige Hilfsaggregate senkt nicht nur den Energieverbrauch der Maschine, sondern erhöht zusätzlich deren Langlebigkeit.
Eine weitere Besonderheit der hauptsächlich für den Druckbereich von 400 bis 1100 mbar Überdruck vorgesehenen Schraubengebläse ist ihre Konzeption als anschlussfertige Komplettanlage. Das vereinfacht den konstruktiven und planerischen Aufwand, Einzelkomponenten zu verbinden und erspart unliebsame Überraschungen bei der Inbetriebnahme.
Konkrete Anwendung beachten
Ob Schrauben- oder Drehkolbengebläse zum Einsatz kommen sollten, hängt von verschiedenen anwendungsspezifischen Kriterien ab, die im Einzelfall geprüft werden müssen. So spielt die bereits erwähnte Einblastiefe und somit der Druck genauso eine Rolle wie die Nutzungsdauer des Gebläses. Ist das Gebläse im Dauereinsatz – was bei der Wasseraufbereitung und ähnlichen Anwendungen häufig der Fall ist –, dann ist die Entscheidung für ein modernes Schraubengebläse der richtige Weg. Goldsteig jedenfalls ist auch zwei Jahre nach der Modernisierung sehr zufrieden, da sich die prognostizierten Energieeinsparungen bei reibungslosem Betrieb tatsächlich eingestellt haben.
Halle 27, Stand E18

Marcus Jungkunst Daniela Koehler
Produktsupport,Kaeser Kompressoren
Pressesprecherin,Kaeser Kompressoren


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