Weg mit Abluft, her mit Wärme!

Mithilfe einer Nachverbrennungsanlage heizen, trocknen und das Klima schonen

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17.07.2014 Ein Mensch atmet täglich mindestens 10.000 l Luft ein und aus. Da die Luft aber ein Trägermedium ist, können neben den notwendigen Bestandteilen wie Sauerstoff auch schädliche Verbindungen in den Körper gelangen. Unter anderem belasten Kohlenwasserstoff-Verbindungen aus Lösemitteln oder anderen Quellen Organismen. Um sowohl seine Mitarbeiter als auch bei einem Freisetzen der Abluft andere Lebewesen sowie die Umwelt vor verunreinigter Abluft zu schützen, muss ein Anlagenbetreiber diese Luft aufbereiten und von schädlichen Verbindungen säubern.

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Entscheider-Facts Für Planer und Betreiber

  • Flüchtige Kohlenwasserstoffe, die als Lösemittel während der Produktion in die Abluft geraten, muss der Anlagenbetreiber grenzwertkonform abscheiden. Möglich ist dies mit einer thermischen Nachverbrennungsanlage.
  • Eine solche Anlage benötigt Energie, um zu funktionieren. Die in den Lösemitteln enthaltene Energie kann der Anwender mithilfe von Wärmeübertragern nutzen, um den Trockner der Beschichtungsanlage zu betreiben.
  • Einen Teil der Wärme kann der Betreiber außerdem für die Vorbehandlung und zum Heizen seiner Produktionshallen verwenden. 
Einen Link zur 31. Bundesimmisionsschutzverordnung finden Sie hier.

Krantz Abluftreinigung befasst sich mit umwelttechnischen Verfahren, insbesondere dem Reinigen von kohlenwasserstoffbelasteter Produktionsabluft. Grundlage der Anlagentechnik ist die thermische Nachverbrennung von Kohlenwasserstoffen zu CO2 und Wasser. Die Firma Hühoco Metalloberflächenveredelung aus Wuppertal greift auf diese Technik zurück.  

Die Flucht der Lösemittel verhindern
Das Unternehmen stellt beschichtete Bänder aus Stahl und Aluminium her. In den verarbeiteten Beschichtungsstoffen sind Lösemittel sowie organische Additive enthalten. Diese sind unter anderem für eine ausreichende Viskosität beim automatisierten kontinuierlichen Auftrag der Beschichtungsstoffe verantwortlich und beeinflussen die Trocknungs- und Vernetzungseigenschaften. Die Lösemittel und Additive verdampfen zum Teil bereits beim Auftragen oder im Trockner, in dem sich die Beschichtungsstoffe vernetzen. Abluft erfasst die Lösemittel, und der Betreiber ist verpflichtet, diese Abluft den gesetzlichen Vorgaben entsprechend zu reinigen. In der Regel treffen hierbei die Vorgaben der 31. Bundesimmissionsschutzverordnung  zu. Ein intelligentes Erfassen der Lösemittel mittels Abluft direkt an den Emissionsquellen gewährleistet das Einhalten des Grenzwertes für die diffusen Emissionen.

Nachverbrennungsanlagen zum
Reinigen der Abluft

Zum Erfüllen der in der Richtlinie verordneten Grenzwerte für die Emissionen für gefasste behandelte Abluft eignen sich thermische Nachverbrennungsanlagen, da sie im Reingas den verschärften Grenzwert von 20 mg/Nm³ einhalten. Nachteil solcher Nachverbrennungsanlagen ist, dass sie Energie benötigen, um Brennkammertemperaturen zwischen 750 °C für die klassische rekuperative Nachverbrennung und 850 °C für die regenerative Nachverbrennung zu erzeugen. Ein Teil der Energie steht zwar für ein internes Vorwärmen der Abluft zur Verfügung, aber ein anderer Teil geht immer mit dem Reingasstrom „verloren“. Andererseits enthalten Lösemittel Energie. Und je nachdem wie viel Lösemittel in der Abluft enthalten sind, kann das mehr als genug sein, um den Energiebedarf der thermischen Nachverbrennungsanlage zu decken.
Aufgabe des Herstellers von thermischen Nachverbrennungsanlagen ist es, das Nachverbrennungsverfahren auszuwählen, welches optimal für den anfallenden Abluftstrom und die Produktion passt. Für den Oberflächenveredler ist dies eine rekuperative Nachverbrennungsanlage (TNV), ergänzt durch eine Reingasrückführung und eine zweistufige Wärmerückgewinnung.

Lösungsmittel runter –
Wirkungsgrad hoch

Die rekuperative Nachverbrennungsanlage übernimmt die Abluft aus dem Trockner mit einer Temperatur von rund 250 °C. Ein im Anlagenkörper integrierter Rohrbündelwärmeübertrager wärmt die Abluft im Gegenstrom mit dem heißen Reingas auf 605 °C vor. Danach gelangt sie in einen Erdgaskonusbrenner. Der Rohrbündelwärmeübertrager hat einen Wirkungsgrad von 76 %. Bei einer Brennkammertemperatur von 750 °C oxidieren die in der Abluft enthaltenen Lösemittel, wobei sich deren Heizwert freisetzt.
Ein Teil des Reingases gelangt nach der Brennkammer über eine Schleuse mit einer Temperatur von rund 500 °C in den Trockner. Der andere Teil durchströmt den Wärmeübertrager und wärmt dabei die Abluft vor. Danach durchströmt dieser Teil einen Luft-Luftwärmeübertrager. Im Kreuzgegenstrom erwärmt sich die aus dem Bereich des Auftrages (Coaterbereich) abgesaugte Abluft auf ein Temperaturniveau von etwa 270 °C und gelangt ebenfalls in den Trockner der Beschichtungsanlage. Die beiden Luftströme transportieren die gesamte Wärme, die der Trockner während allen Produktionsbedingungen benötigt. Nach der Station im Luft-Luftwärmeübertrager durchströmt das Reingas einen Warmwasser-Wärmeübertrager und gibt dabei rund 100 kW an den Warmwasserkreislauf ab. Dieser beheizt die Vorbehandlungsprozesse und stellt außerdem Wärme für die Hallenheizung bereit. Ein Kamin leitet das noch etwa 120 °C warme Reingas ab.  
Das gereinigte Reingas verlässt die komplette Abluftreinigung um rund 130 °C kühler, als die Abluft zu Beginn eintritt. Es bleiben demnach nicht nur 76 % der Wärme in der TNV, sondern ein Teil der in der Abluft bereits enthaltenen Wärme geht auf die Trocknerzuluft und das Warmwasser über. Die Wärme, die die Oxidation der Lösemittel freisetzt, überträgt die Reinigungsanlage zu 100 %. Bei einer mittleren Lösemittelkonzentration von 5 g/Nm³ benötigt die TNV zusätzlich etwa 12 Nm³/h Erdgas und 100 kW elektrische Leistung für den Abluftventilator. Um die Brennerleistung der TNV überhaupt so weit reduzieren zu können, ist ein zweistufiger Brenner in die Anlage eingebaut. Damit reduziert sich der für den Aufwärmprozess der TNV und des Trockners benötigte große Gasvolumenstrom auf ein Minimum.

Trockner umbauen und Umwelt
schonen

Das Konzept ermöglicht es, mit wenig zusätzlicher Energie lösemittelhaltige Abluft grenzwertkonform zu reinigen und die im Trockenprozess notwendige Wärme zu liefern. Darüber hinaus stellt das System Wärme für die Vorbehandlung und die Hallenbeheizung zur Verfügung; anfallende Emissionen und kontinuierlicher Wärmebedarf sind miteinander kombiniert. Ein Umbau des Trockners auf direkte Beheizung durch rückgeführtes Reingas und vorgewärmte Zuluft aus dem Coaterbereich macht dies möglich. Zusätzlich haben die Verantwortlichen die Leistung der Ofenanlage deutlich erhöht, sodass sie auch den Energieverbrauch pro Tonne reduzieren konnten.
Ein solcher Umbau lohnt sich aufgrund eingesparter Betriebskosten und einer höheren Produktionsleistung. Das Müllheimer Unternehmen Envpro hat mit der Betreiberfirma den kompletten Umbau des Trockners konzipiert sowie die Steuerung modifiziert und rechnet mit jährlichen Energieeinsparungen von etwa 25 % der bisherigen Betriebskosten für Erdgas.
Die Zusammenarbeit zwischen Hühoco, Envpro und Krantz Abluftreinigung ermöglichte den Aufbau eines energieeffizienten Gesamtkonzeptes zum Heizen, Trocknen und zur Emissionsminderung. Eine Zusammenarbeit, die sich auch durch die zusätzlich geminderten CO2-Emissionen für das Klima rechnet.

Heftausgabe: Juli 2014

Über den Autor

Jutta Denneberg, Forschung und Entwicklung, Vertrieb, Caverion Krantz Abluftreinigung
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