Abgaswärmeübertrager in Industrie und Gewerbe

In zahlreichen Industrieunternehmen wird Prozesswärme in erheblichem Umfang erzeugt und eingesetzt. Beispiele finden sich in der Wärmebehandlung von Metallen, so etwa in Härtereibetrieben, in gewerblichen Trocknungsanlagen aller Art aber auch in der Kunststoff- und Lebensmittelindustrie. Über Abluft- und Abgasstrecken wird die Wärmeenergie, die dabei als Nebenprodukt entsteht, allzu häufig ungenutzt in die Atmosphäre abgegeben. Um diese latente Energiequelle sinnvoll zu nutzen, bietet der Markt umfassende Systemlösungen zur Wärmerückgewinnung aus industriellen Abgasen an.

Die Bereitstellung von Energie für den Produktionsprozess ist für die Industrie und das verarbeitende Gewerbe ein stetig steigender Kostenfaktor. Speziell in Betrieben mit energieintensiven Produktionsprozessen, wie die Metallindustrie, Großbäckereien oder andere Industriezweige, die Hochtemperaturöfen betreiben, lässt sich mittels Wärmerückgewinnung ein erhebliches Energiesparpotenzial realisieren. Beispielsweise durch die Rückführung der in den industriellen Abgasen enthaltenen Energie hin zur prozessinternen Nutzung oder zur betriebsinternen Verwendung, z. B. für die Warmwasserversorgung oder auch Kälteerzeugung, und schließlich durch die mögliche Abgabe an ein Nahwärmenetz.

Amortisation in kurzer Zeit
Bei der Installation beispielsweise eines Schräder-Systems mit einem Abgaswärmeübertrager der Bauart „AWT 20-6508S10R“ und einer auskoppelbaren Leistung von 55 kW, lassen sich laut Hersteller jährlich ca. 215 000 kWh – bei 365 Tagen Laufzeit – zurückgewinnen. Die Einsparung an Kohlendioxid betrage im selben Zeitraum ca. 53 t. Bei Investitionskosten von 28 650 Euro sowie 5000 Euro für eine im Vorfeld durchzuführende (externe) Energieberatung, liegt die errechnete Amortisationszeit bei 3 Jahren. Nach 5 Jahren beläuft sich die Ersparnis auf rund 20 826 Euro, nach 10 Jahren auf rund 68 732 Euro. Eine erhebliche finanzielle Einsparung, die zudem häufig durch öffentliche Förderprogramme (Infokasten) bezuschusst wird.

Beispiele aus der Praxis
Die Bulten GmbH, ein Hersteller von Schrauben im westfälischen Bergkamen, nutzt die in der Vergüterei aus der Abwärme der Glühöfen wiedergewonnene Energie für die Warmwasserversorgung der Waschanlage, eine Entphosphatisierungsanlage, in der die Schrauben gereinigt werden. Dazu wurden auf den Öfen je zwei Abgaswärmeübertrager des Typs „AWT-20-650-8S10R353“ aus dem Hause Schräder installiert und in die Abgasstrecke eingebunden. Sie bestehen aus Edelstahl der Werkstoff-Nr. 1.4571/1.4404 ohne Zusatzwerkstoffe. Diese Materialgüte findet aufgrund ihrer Qualitätseigenschaften bereits seit vielen Jahren in der Abgastechnik Verwendung. Bei besonders hohen Beanspruchungen lässt sich der Wärmeübertrager auch aus dem Werkstoff 1.4539 fertigen. Das Gleiche gilt bei extrem hohen Abgastemperaturen, wie z. B. Glüh- und Härteöfen. Hier kann der Werkstoff 1.4828 mit hohem Nickelanteil eingesetzt werden.
Aus Gründen der Anlagen- und Produktionssicherheit ist das System im westfälischen Bergkamen mit einem Bypass ausgestattet, sodass die Wärmeübertrager bei Bedarf umgangen werden können. Die Abgase durchströmen die Übertrager mit einer Temperatur von ca. 350 °C und geben einen Großteil ihrer Wärme an den Wasserkreislauf ab. Beim Verlassen beträgt die Abgastemperatur nur noch ca. 100 °C. Damit ergibt sich eine Wärmerückgewinnung von ca. 50 kW pro Abgaswärme­übertrager. Mit dem so gewonnenen Heißwasser wird ein 10 000 l fassender Pufferspeicher beschickt, der die Waschanlage versorgt. Diese benötigt daher praktisch keine Primärwärme mehr. Insgesamt ergibt sich so laut Unternehmen ein Einsparpotenzial von 38 000 Euro pro Jahr. Damit amortisiere sich der Einbau der Anlage bereits nach 3,3 Jahren. Für ihr innovatives System der Abgaswärmenutzung wurde das Unternehmen Bulten mit der Klimaschutzflagge der Landesarbeitsgemeinschaft Agenda 21 im Kreis Unna ausgezeichnet.
Bei der Firma Rokuplast in Steinhagen (Ostwestfalen-Lippe) werden Formguss­teile aus Kunststoff (beispielsweise WC-Kabinen oder Heuraufen für Viehweiden) produziert. Herzstück der Produktionsstätte ist eine Shuttle-Kunststoff-Rotationsmaschine, die durch einen Gasgebläsebrenner beheizt wird. Seine Leistungsabgabe beträgt 350 bis 2600 kW. Damit lässt sich die Produktionskabine auf ca. 200 bis 350 °C aufheizen. Je nach Arbeitsprozess entstehen Abgastemperaturen von 250 bis 320 °C. Die durch den Abgaswärmeübertrager des Typs „AWT-25-650-8S6R405“ aus dem Werkstoff 1.4571/1.4404 – ebenfalls mit Bypassleitung – wiedergewonnene Wärme wird in den Heizkreislauf geführt und dient zur Beheizung der Produktionshalle sowie der Verwaltungs- und Büroräume. Die übertragbare Wärmemenge beträgt unter Auslegungsbedingungen 130,6 kW. Geht man von einer Abgastemperatur von 300 °C aus, beträgt diese nach dem Abgaswärmeübertrager nur noch 170 °C. Die Wassertemperatur liegt wiederum vor dem Wärmeübertrager bei 70 °C, im Anschluss bei 90 °C. Um Schwankungen bei der Ausgangstemperatur zu vermeiden (bei Eintrittstemperaturen von 50 bis 60 °C), wurde bauseits ein Dreiwege-Ventil eingeplant. So kann die Wassertemperatur erhöht werden, bis die benötigte Speichertemperatur von 90 °C erreicht ist.
Ein weiteres Einsatzgebiet ist das Hotel- und Gastgewerbe. In einem Hotel in Höxter wird beispielsweise die Abwärme des Wäschetrockners in der hauseigenen Wäscherei sowie des Gasherdes in der Küche genutzt. Der Wäschetrockner wird in der Regel achtmal am Tag betrieben. Der Ener­gieverbrauch bei einer zu trocknenden Wäschemenge von 23 bis 29 kg beträgt laut Berechnung 15 kW/h. Je nach Füll- und Trocknungsgrad kann die Abwärme des Trockners bei ca. 80 °C liegen. Durch den nachgeschalteten Wärmeübertrager – hier vom Typ „SWT-21-650-7S8R“ (Schwadenwärmeübertrager) aus dem Werkstoff 1.4571/1.4404 – lässt sie sich sinnvoll zur Schwimmbeckenbeheizung nutzen.

Wärmerückgewinnung auch für BHKWs
Auch für die Nutzung der Abgaswärme eines BHKWs bietet der Markt Lösungen. Mit dem Schräder-Abgaswärmeübertrager „AWT-D“ beispielsweise wurde eine Variante speziell für den Einsatz an Blockheizkraftwerken entwickelt. In diesem Zusammenhang ist für den Betrieb im Überdruck speziell das verstärkte Gehäuse zu nennen, das sich für die maximale Anwendung von 5000 Pa/50 mbar eignet. Ein Bypass erlaubt auch hier die sichere Vorbeileitung des Abgasstroms am Wärmeübertrager, falls dieser einmal nicht in Betrieb sein sollte. Möglich sind Lösungen für kundenspezifische Anwendungen für Druckbereiche bis zu 30 000 Pa/300 mbar.

Fazit
Durch den Einsatz von Abgaswärme­übertragern werden die Betreiber von Feuerungsanlagen mit hohen Abgastemperaturen in die Lage versetzt, den Wirkungsgrad ihrer Anlagen zu verbessern. Die wiedergewonnene Wärme kann in Produktions-, Fertigungs- oder Reinigungsprozessen zum Einsatz kommen. Ebenso lassen sich Produktionshallen oder Büroräume beheizen. Zusätzliche Optionen sind die Abgabe an ein Wärmenetz, die Nutzung zur Wärme- und Kälteerzeugung oder auch die Wandlung in elektrische Energie. So kann nicht nur bares Geld gespart, sondern auch die CO₂-Bilanz verbessert werden.

Bilder: Schräder

www.schraeder.com

Infokasten: Fördermittel
Bund und Länder unterstützen Unternehmen, die industrielle Abwärme nutzen wollen: Im Mai 2016 haben sowohl die KfW als auch das BAFA Programme vorgestellt, die Förderungen für Investitionen in Maßnahmen zur Wärmerückgewinnung vorsehen.
Das „KfW-Energieeffizienzprogramm Abwärme“ ist Bestandteil der Offensive Abwärmenutzung im Rahmen des Nationalen Aktionsplans Ener­gieeffizienz (NAPE) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie. Investitionen in Maßnahmen zur Wärmerückgewinnung werden über zinsgünstige Kredite mit Tilgungszuschüssen von 30 bis 50 % gefördert. Das BAFA-Programm „Förderung von hocheffizienten Querschnittstechnologien“ sieht Zuschüsse von bis zu 30 % der Investitionskosten vor. Detaillierte Informationen – auch zu regionalen Fördermitteln – finden sich unter: foerdermittel@schraeder.com oder www.foerderdatenbank.de.