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18.11.2017

Umwelttechnik

Umwelttechnik: 04.05.2017

Die Abluftreinigung, die sich bezahlt macht

Anlage reinigt die Lösemittel der Abluft und generiert so die für die Grundlast des Unternehmens benötigte Energie

Ein Hersteller von Verbundteilen macht mit einer neuen Abluftreinigung aus der Not eine Tugend. Die Anlage reinigt die Lösemittel in der Abluft und generiert daraus den für die Grundlast des Unternehmens benötigte Energie in Form von Strom, Prozesskälte und –wärme.

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Die Tabelle zeigt die Anlagenmerkmale der neuen Abluftreinigung im Vergleich zu einer auf dem Markt üblichen Abluftreinigung bezogen auf diesen Anwendungsfall. Quelle (Tabelle und Grafik): AWS

Die Wilhelm Kächele GmbH in Weilheim/Teck entwickelt und fertigt Verbundteile für unterschiedliche Industriezweige weltweit. Die Teile erhalten am Ende der Produktionskette eine spezielle Oberflächenveredelung. Bei diesem Prozessschritt werden Lösemittel freigesetzt, gefasst und über eine Absaugung abgeführt. Die zu installierende Abluftreinigung muss 35.000 Nm³/h Abluft mit einer mittleren Konzentration von ca. 300 mgC/Nm³ reinigen können.

Effiziente Aufkonzentration der VOCs

Bei der Abluftreinigung wird die mit Lösemittel beladene Abluft zunächst auf ein Adsorptionsrad geführt. In diesem werden die VOCs an einem Zeolith abgeschieden und die Abluft auf eine Konzentration von kleiner 50 mgC/Nm³ gereinigt. Das mit den VOCs angereicherte Zeolith dreht sich weiter zum Desorptionssegment, in welchem das Zeolith mit etwa 200 °C heißer Desorptionsluft beaufschlagt wird. Die VOCs werden dadurch aus dem Zeolith ausgetrieben und liegen in einer Konzentration von ca. 4.500 mgC/ Nm³ in der Desorptionsluft vor. Bei den auf dem Markt üblichen Verfahren würde diese Desorptionsluft in der Regel auf eine thermische Abluftreinigung geleitet werden, in welcher die VOCs auf den vorgegebenen Grenzwert von kleiner 20 mgC/Nm³ mit möglichst geringem Energieeinsatz reduziert werden.

Die Grafik zeigt eine 3D-Skizze der installierten Abluftanlage. Bei diesem Verfahren wird die mit VOCs angereicherte Desorptionsluft auf die Verbrennungsluft von zwei Mikrogasturbinen verteilt. In den Turbinen werden die VOCs zusammen mit Erdgas verbrannt und als Brennstoff zur Stromerzeugung genutzt.

Die Grafik zeigt eine 3D-Skizze der installierten Abluftanlage. Bei diesem Verfahren wird die mit VOCs angereicherte Desorptionsluft auf die Verbrennungsluft von zwei Mikrogasturbinen verteilt. In den Turbinen werden die VOCs zusammen mit Erdgas verbrannt und als Brennstoff zur Stromerzeugung genutzt.

Geschäftsführer Bruno Kächele war jedoch der Meinung, dass die auf dem Markt üblichen Verfahren zu ineffektiv sind und keinen Mehrwert für den Endverbraucher erzielen. Aus diesem Grund hat die Wilhelm Kächele GmbH gemeinsam mit AWS ein neues Verfahren zur VOC-Verwertung entwickelt. Bei diesem Verfahren wird die mit VOCs angereicherte Desorptionsluft auf die Verbrennungsluft von zwei Mikrogasturbinen verteilt. In den Turbinen werden die VOCs zusammen mit Erdgas verbrannt und somit als Brennstoff zur Stromerzeugung genutzt. 

Mehrwert durch neue VOC-Verwertung

Der erzeugte Strom beläuft sich auf 65 kW pro Mikrogasturbine. Mit dem erzeugten Strom kann das Unternehmen seinen gesamten Grundbedarf an Strom abdecken. Dies kann auch dann gewährleistet werden, wenn die Oberflächenveredelung nicht betrieben wird und somit auch keine VOCs in der Abluft vorhanden sind.

Fazit
Die gemeinsam entwickelte und installierte Ablauft­reinigung der "WtE"-Serie nahm das Unternehmen im Februar 2016 in Betrieb. Die erzeugte Energie in Form von 130 kW Strom, 190 kW Warmwasser und 40 kW Kaltwasser stehen der Wilhelm Kächele GmbH zur eigenen Nutzung zur Verfügung. Das Unternehmen spart somit durch den Betrieb der Abluftreinigung Geld ein. Bilanziert man das bei der Energieversorgung eingesparte Geld über die Investitionssumme der Abluftreinigungsanlage, beträgt die Amortisationszeit circa 5 Jahren. Eine konventionelle Abluftreinigungsanlage ohne Stromerzeugung amortisiert sich hingegen nie.

In diesem Fall könnend die Mikrogasturbinen als reines Blockheizkraftwerk (BHKW) mit Erdgas betrieben werden. Die Luft am Ausgang der Gasturbinen besitzt eine Konzentration von kleiner 300 mgC/Nm³ und ein Temperaturniveau von circa 310 °C. Von dort wird die Luft auf einen Katalysator geleitet. Das Temperaturniveau ist ausreichend, um ohne zusätzlichen Brenner einen Katalyse-Prozess zu generieren, bei dem die Konzentration auf unter 20 mgC/Nm³ reduziert und das Temperaturniveau auf Grund des exothermen Prozesses auf 350 °C erhöht wird. Somit wird die Abluft auf die geforderten Werte abgereinigt und kann über das Dach ge­leitet werden. Zur energetischen Optimierung wird die 350 °C heiße Abluft zunächst auf einen Wärmetauscher geführt, mit welchem die Desorptionsluft des Adsorptionsrades auf rund 200 °C erhitzt wird. Im Anschluss wird die Abluft auf einen weiteren Wärmetauscher geleitet, um Warmwasser zu generieren. Das Warmwasser wiederum wird zum Teil über eine Absorptionskältemaschine in Kaltwasser umgewandelt. Der restliche Teil des Warmwassers wird in das Versorgungsnetz des Unternehmens eingespeist.

AWS GmbH, Heilbronn, Robert Klamser, Tel +49 7131 79788 220, robert.klamser@aws-systems.com, www.aws-systems.com

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