VOC: Abluft effizient reinigen

Vor der Entscheidung für eine Abluftreinigungsanlage ist es notwendig, unterschiedliche Systeme miteinander zu vergleichen. Dabei muss jede Lackiererei individuell betrachtet werden, denn die Anlage ist auf die zu behandelnden Luftmengen, Lösemittel- und Staubfrachten sowie die Betriebszeiten abzustimmen.

Zu den Komponenten einer Regenerativen Verbrennungsanlage können der Abluftfilter -

Eine moderne Anlage zur Reinigung VOC-haltiger Abluft kann aus folgenden Komponenten bestehen: Abluftfilter, Aufkonzentrationsrotor, einer Verbrennungsanlage sowie einem optional erhältlichen Luft-Luft-Wärmetauscher zur Wärmerückgewinnung. Für die Reinigung durchströmt die VOC-beladene Abluft zunächst den 3-Stufen-Filter und gelangt dann zum Rotor, der die drei Prozessschritte Adsorption, Desorption und Kühlung vereinigt. „Im ersten Schritt drückt ein Prozessventilator die Luft durch das Adsorptionssegment“, erklärt Christoph Osten, Prokurist bei Venjakob Umwelttechnik. Das Adsorptionssegment hat die Aufgabe, die Lösemittel zurückzuhalten, während die gereinigte Abluft zum Kamin strömt. Im nächsten Segment des Rotors werden die Lösemittel mit einem kleinen, rund 200 °C heißen Luftstrom wieder ausgetrieben (desorbiert). Damit dieses Rotor-Teilstück nachfolgend wieder Lösemittel aufnehmen kann, wird es in einem dritten Segment gekühlt. Die Kühlung erfolgt wiederum mit einem Teilstrom aus der Prozessabluft. Die kontinuierliche Drehbewegung des Rotors ermöglicht, dass die Prozessschritte Adsorption, Desorption und Kühlung zeitgleich ablaufen. Das Verhältnis der Menge der Lackieranlagenabluft zur Desorptionsluftmenge bestimmt das sogenannte Aufkonzen­trationsverhältnis. Dieses kann zwischen 5:1 und 25:1 betragen. Durch eine Kreislaufführung kann auch ein noch höheres Verhältnis erreicht werden. Der mit Lösemitteln aufgeladene Konzentratluftstrom gelangt anschließend zur Regenerativen Verbrennungsanlage (RVA), wo er rückstandsfrei abgereinigt wird. Alternativ ist hier der Einsatz einer Thermischen (TVA) oder Katalytischen Verbrennungsanlage (KVA) möglich. Die Verbrennungswärme der Lösemittel reicht häufig aus, den Reinigungsprozess ohne Stützbrenner aufrecht zu erhalten und gleichzeitig die Energie zur Erhitzung des Desorptionsluftstroms zu liefern (autothermer Betrieb). Optional kann die Restwärme aus der gereinigten Abluft genutzt werden, um die Zulufteinheiten an den Lackieranlagen mit vorgewärmter Umgebungsluft zu versorgen.

Weiterentwicklungen

„Durch stetige Weiterentwicklung bietet Venjakob Umwelttechnik heute eine ganze Reihe unterschiedlicher Technologien zur Verringerung der Betriebskosten“, berichtet Christoph Osten. Dazu zählen u.a. der Stützbrennerbetrieb mit flammenloser Gaseindüsung, die Anpassung der Konzentratluftmenge an die Prozessluftmenge zur Aufrechterhaltung eines gleichbleibend hohen Aufkonzentrationsverhältnisses bei geringeren Prozessluftmengen sowie die Anpassung des Aufkonzentrationsverhältnisses an die jeweiligen Lacksysteme (z.B. bei Hydrolacken mit Restlösemittelanteilen).

FALLBEISPIELE

Betriebswerte eines industriellen Lackierbetriebes mit mehreren automatischen Lackieranlagen

  • Abluftmenge: 80.000 m³/h mit 400 mg VOC/m3
  • Aufkonzentrationsverhältnis: 15:1
  • 3-Schicht-Betrieb: mit 6000 h/a

Investitions- und Betriebskosten

  • Komplette Anlage mit Staubfilter:  600.000 Euro
  • Strombedarf: 450.000 kWh/a (= 60.000 Euro/a)
  • Erdgasbedarf: 180.000 kWh/a (7500 Euro/a)
  • Druckluftbedarf: 37.800 Nm³/h (1200 Euro/a)
  • Filterwechselkosten: 25.000 Euro/a
  • Wöchentliches Anfahren: 1500 Euro/a
  • Gas für 1h/Tag Standby: 25.000 kWh/a = 1025 Euro/a
  • Einsparpotenzial über optionale WRG: 43.200 Euro/a

Gesamtkosten bei Volllast im 3-Schicht-Betrieb:ca. 96.000 Euro/a
Gesamtkosten mit Wärmerückgewinnung: ca. 52.800 Euro/a

Betriebskosten

Um bei der Ermittlung der Betriebskosten zu praxisnahen Ergebnissen zu kommen, ist es empfehlenswert, sich auf messtechnisch ermittelte Daten zu stützen oder sogar noch ungünstigere Betriebsdaten – spricht geringere Lösemittelbeladungen – anzunehmen. Einem Fallbeispiel (Kasten) liegen die Betriebswerte eines industriellen Lackierbetriebes mit mehreren automatischen Lackieranlagen zugrunde. Die Verbrauchsdaten für Gas, Druckluft und Elektroenergie lassen sich verlässlich abschätzen. Bei den Kosten für die erforderliche Filtration muss man von Erfahrungswerten ausgehen, da hier u.a. durch Lacksystem und Art der Vorabscheidung in der Lackieranlage Varianzen auftreten können. Bei dem Fallbeispiel liegt das Potenzial der Wärmerückgewinnung bei ca. 360 kW bei einer Investition von rund 60.000 Euro. Da diese Option nur jahreszeitlich begrenzt nutzbar ist, sei ein Nutzungsfaktor von 0,5 zugrunde gelegt. Damit errechnet sich im 3-Schicht-Betrieb eine jährliche Einsparung von 1,08 Mio. kWh thermisch bzw. eine Kostenreduzierung von 43.200 Euro. Der Platzbedarf für diese komplexe Anlage beträgt nur rund 150 m² und kann je nach Örtlichkeiten eher quadratisch oder auch als „langer, schmaler“ Streifen, z.B. entlang einer Hallenwand, ausgeführt werden.

Fazit

„Moderne technische Anlagen sind längst keine ‚Gasfresser‘ mehr“, erläutert Christoph Osten. Im Einschicht- oder Zweischichtbetrieb werden weitere Vorteile ersichtlich, weil die Anlage nach Schichtende einfach abgeschaltet wird und somit annähernd keine Betriebskosten mehr verursacht. Dies gilt auch für längere Stillstandszeiten bei kalter Witterung. Schließlich kann durch eine sorgfältig geplante Wärmenutzung ein weiterer positiver Effekt mit einem kurzen ROI erzielt werden. Zu den Anwendern dieser Technik zählen Automobilhersteller und -zulieferer, Lackhersteller, Flugzeugteilelackierer sowie die Halbleiterindustrie.

Venjakob Umwelttechnik, Sarstedt, Christoph Osten, Tel. +49 5066 980624, christoph.osten@venjakob-ut.de, www.venjakob-umwelttechnik.de

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