Heizen (fast) zum Nulltarif

Abluftreinigung und Gebäudeheizung

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09.04.2013 Wärme ungenutzt in die Umwelt auszustoßen ist für Anlagenbetreiber gleichzusetzen mit dem Sprichtwort „Geld zum Fenster hinaus werfen“. Denn die in der Abluft befindliche Energie birgt ein nicht zu unterschätzendes Einsparpotenzial für die Gebäudeheizung.

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Entscheider-Facts Für Betreiber

  • Betreiber können bei der Abluftreinigung frei werdende Prozessenergie durch Wärmerückgewinnung zum
  • Heizen von Gebäuden nutzen.
  • Ab einer Reingastemperatur von 120 °C kann das Erzeugen von Warmwasser für Betreiber wirtschaftlich sein. Beim Vorwärmen von Frischluft lässt sich Reingas ab einer Temperatur von 30 °C nutzen.
  • Gute Planung und Kenntnis der Produktionsprozesse sind Voraussetzung, um möglichst viel Energie wirtschaftlich nutzen zu können.

„Geld zum Fenster hinauswerfen“ – das ist für Anlagenbetreiber gleichzusetzen mit Prozessen, die Abwärme ungenutzt in die Umwelt ausstoßen. Denn die in der Abluft befindliche Energie birgt ein nicht zu unterschätzendes Einsparpotenzial für die Gebäudeheizung. In vielen industriellen Produktionen setzen Anwender organische Lösemittel ein, die den Prozess – beispielweise das Lackieren, Drucken, Laminieren und Kleben – erst ermöglichen. Auch bei der Produktion von Kunststoffen, Schleif- und Bremsscheiben kommen sie zum Einsatz. Typisch für die Lösemittel ist, dass sie bei verschiedenen Produktionsschritten verdampfen. Damit sie nicht in die Atemluft der Beschäftigten oder in die Atmosphäre gelangen, müssen sie erfasst und ab einem bestimmten Massenstrom abgeschieden werden. Um die vom Gesetzgeber geforderten Grenzwerte einzuhalten, verwenden Betreiber oftmals thermische Abluftreinigungsanlagen. Diese oxidieren die Lösemittel bei Temperaturen bis zu 950 °C. Die dazu erforderliche Energie deckt der Heizwert der Lösemittel zum Teil oder ganz, den Rest führen Anwender beispielsweise über Erdgas zu. Die im Reingas enthaltene Wärme wird in der Regel in der Abluftreinigungsanlage genutzt, um die lösemittelbeladene Abluft vorzuheizen. Nach dem internen Nutzen der Wärme des Reingases kann es wirtschaftlich sein, die restliche Wärme zu verwerten, beispielsweise für das Heizen von Gebäuden. Hier gibt es verschiedene Möglichkeiten der Übertragung. Im Folgenden zeigen Beispiele zwei der vielen Optionen.

Produktion von faserverstärkten Bauteilen
Die Produktion von faserverstärkten Sandwichplatten, oder Lichtkuppeln für den industriellen und privaten Gebrauch setzt in verschiedenen Produktionsschritten das Lösemittel Styrol frei. Es wird mit der Abluft erfasst und einer thermischen Reinigungsanlage zugeführt. Bei der hier vorgestellten Anlage handelt es sich um eine sogenannte zweistufige Anlage, die vor dem Verbrennen der Lösemittel den Abluftstrom erst aufkonzentriert. Das verkleinert den zu verbrennenden Volumenstrom und vergrößert die Lösemittelkonzentration. Das führt dazu, dass der Heizwert der Lösemittel nahezu den gesamten thermischen Energiebedarf der Abluftreinigungsanlage abdecken kann. Im Reingas der zweistufigen Anlage befindet sich ein Rotationswärmeübertrager, der im Gegenstrom die Frischluft für die Produktionshalle vorwärmt. Ein Standardlüftungsgerät übernimmt die Frischluft und konditioniert diese entsprechend den Anforderungen aus der Produktionshalle. Der Wärmeübertrager hat einen Wirkungsgrad von 60 % und liefert 500 kW. Der Betreiber der Abluftreinigungsanlage hat inzwischen drei Anlagen für verschiedene Produktionen. Eine davon erhielt 2007 den Umweltinnovationspreis der Industrievereinigung Verstärkte Kunststoffe AVK.

Produktion von Folien für die Photovoltaik
Bei der Produktion von Folien, die primär für die Herstellung von Photovoltaikanlagen zum Einsatz kommen, werden die häufig verwendeten Lösemittel Ethlyacetat, MEK (Methylethylketon), Aceton sowie Iso-Propanol eingesetzt, mit der Abluft erfasst und einer thermischen Reinigungsanlage zugeführt. Die Konzentrationen der Lösemittel in der Abluft sind so hoch, dass Wärme direkt aus der Brennkammer ausgeschleust werden muss, damit die Anlage nicht überhitzt. Mit dieser Wärme kann der Betreiber 55 % der für die Produktionsanlage benötigten Energie über ein Thermalölsystem erzeugen. Ein Wärmeübertrager erwärmt im Reingas der Anlage zusätzlich Wasser, welches ein Standardlüftungsgerät zum Erwärmen der Produktionshalle nutzt.

Kosten/Nutzen für Anwender
Wann lohnt sich das Heizen einer Abluftreinigungsanlage mit Reingas? Die Investition für ein Wärmerückgewinnungssystem amortisiert sich durch das Einsparen von Energieträgern, die sonst für die Heizung nötig sind. So lässt sich durch das Einbinden eines mit Reingas durchströmten Wärmeübertragers im Rücklauf eines Warmwasserkessels das Temperaturniveau des Wassers gegebenenfalls bis zur Solltemperatur anheben. Der Brenner des Kessels muss nur laufen, wenn die Temperatur des Wassers noch nicht den gewünschten Wert erreicht. Das gilt im Prinzip auch für die Kombination mit Standardlüftungsgeräten, wenn mit dem Reingas der Anlage zuerst die Frischluft erwärmt wird, bevor sie durch das Lüftungsgerät strömt. Ab einer Reingastemperatur von 120 °C kann das Erzeugen von Warmwasser wirtschaftlich sein. Beim Vorwärmen von Frischluft lässt sich Reingas ab einer Temperatur von 30 °C nutzen. Zu den Investitionskosten für den zusätzlichen Wärmeübertrager fallen noch die Kosten für die Leistung der Ventilatoren und Pumpen an, die den Druckverlust auf der Luft- und der Wasserseite überwinden müssen.
Auch Adsorptionskälteanlagen lassen sich als sekundäre Wärmerückgewinnung im Reingas von Reinigungsanlagen betreiben. In der Regel ist es damit aber schwieriger, einen wirtschaftlichen Betrieb zu erreichen. Ist ausreichend Platz vorhanden, können Anwender bestehende Reinigungsanlagen mit einer sekundären Abwärmenutzung nachrüsten. Gute Planung und Kenntnisse der Produktion, des Produktionsgebäudes und der Reinigungsanlage sind Voraussetzung, um möglichst viel Wärme wirtschaftlich zu nutzten, die ursprünglich nur für das Verbrennen der im Produktionsprozess benötigten Lösemittel benötigt wurde.

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Heftausgabe: April 2013

Über den Autor

Philip Bittermann, Redaktion
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