HVAC / District Heating

Küttner GmbH & Co. KG

Heizen mit thermischer Energie aus dem Abgasstrom. Industrielle Abwärme für die örtliche Fernwärme nutzbar machen – so lautete ein wichtiges Ziel bei der Neukonzeption der Sinterentstaubungsanlage eines bedeutenden Grobblechwerks. Hier wird auf diese Weise Wärme des 350 °C heißen Abgases nutzbar gemacht und kommt als Fernwärme den benachbarten Haushalten und einem Krankenhaus zugute.

Leiser Betrieb bei hoher Leistung gefordert
Die Nachbarschaft zu den Wohnungen und dem Krankenhaus brachte aber auch eine Herausforderung mit sich. Denn im Sommer, wenn weniger Wärme benötigt wird, muss diese überschüssige thermische Energie an die Luft abgeführt werden. Aufgrund der Nähe zum Wohngebiet muss der dafür vorgesehene Kühler strenge Auflagen erfüllen und besonders leise arbeiten – zudem ist der verfügbare Bauraum im Werk eng begrenzt. Sprich: Der Notkühler musste kompakt, leise und besonders effizient designt werden.

Zielkonflikt durch Sonderkonstruktion gelöst
Dass sich die an sich widersprüchlichen Anforderungen – leistungsstark, kompakt und leise – dennoch vereinen ließen, beweist die Konstruktion von Kelvion. Im März 2020 wurden die Komponenten, ein Economizer in Sonderausführung und ein ebenfalls individuell ausgelegter Air Fin Cooler, gefertigt und ausgeliefert. Die Komponenten werden von dem in Essen ansässigen Anlagenbauer Küttner GmbH & Co. KG um Filter, Verrohrung, Pumpen, Ventile etc. ergänzt; noch in diesem Jahr soll die Entstaubungsanlage mit der Abwärmenutzung in Betrieb gehen.

Langlebig dank laserverschweißtem Wärmetauscher
Bei dem Economizer, der dem 350 °C heißen Abgas die Wärme entzieht und an einen Wasserkreislauf übergibt, handelt es sich um einen Standard-Wärmetauscher in Sonderausführung. Konzipiert ist er für die Auskopplung von 46.200 kW Wärme aus einem Abgasstrom von 500.000 m³/h. Sein laserverschweißtes Rippenrohr ist sehr robust, damit es den abrasiven Partikeln im Abgasstrom langfristig standhält. Zudem sorgt die durchgehende Schweißnaht zwischen Rohr und Rippe für eine optimale Verbindung mit bestem Wärmeübergang. Ähnliche Anlagen arbeiten zum Beispiel mit einem elliptischen Rippenrohr mit Zink-Oberfläche, was effizienter und kleiner wäre. Dieses schied jedoch wegen des zu erwartenden Verschleißes aus.

Aufgrund des Gesamtgewichts ist der Economizer für einen Zusammenbau vor Ort ausgelegt. Zehn große Wärmetauscher mit einem Einzelgewicht von über zwölf Tonnen müssen vor Ort als Einheit verbunden werden. Da die Wärmetauscher nicht eingehängt, sondern seitlich in den Abgaskanal eingeschoben werden, werden hierzu Rollen-Seitenwände montiert, sodass die zehn Wärmetauscher von der Seite eingezogen werden können. Zu Wartungszwecken hilft dies ebenfalls, da so ein Wärmetauscher einzeln auch wieder aus dem Abgaskanal herausgelöst werden kann.

Air Fin Cooler mit großen Wärmetauschern
Um Wärme im Sommer abzuführen, wenn das Fernwärmenetz sie nicht aufnehmen kann, wäre Flusswasserkühlung sicherlich die leiseste Alternative, schied aber mangels eines fließenden Gewässers aus. Ein Kühlturm wiederum wäre zu voluminös und kostspielig, zumal diese Kühlung ja nicht ganzjährig genutzt wird. Also galt es, einen Notkühler auf Basis von Lamellenwärmetauschern für etwa 36.000 kW zu konzipieren, der leise arbeitet und sich in die vorhandene Industrieanlage einfügt.

Wegen der hohen wasserseitigen Temperaturen ist der gelieferte Air Fin Cooler in Tischbauweise komplett aus Stahl gefertigt. Er besteht aus vier Modulen mit Ventilatoren, die auch bei Nennleistung geringe Geräuschemissionen verursachen. Dazu tragen einerseits die speziellen Ventilatorflügel bei, andererseits die geringen Drehzahlen bzw. Luftgeschwindigkeiten. Letztere erfordern entsprechend große Wärmetauscher.

Leiser und effizienter durch untenliegende Ventilatoren
Um den Zielkonflikt leise vs. kompakt zu erfüllen, platzierten die Kelvion-Konstrukteure die Ventilatoren unter den Wärmetauschern. Diese drückende Ausführung bietet gegenüber oben montierten, saugenden Ventilatoren einen minimalen Effizienzvorteil, da hierbei kühlere Luft mit einer etwas höheren Dichte gefördert wird. Außerdem schirmen die Wärmetauscher die Ventilatoren akustisch ab, sodass die Schallemissionen ohnehin geringer ausfallen. Ein angenehmer Nebeneffekt der unten installierten, drückenden Ventilatoren ist, dass sich die Wärmetauscher leichter reinigen lassen.

Sonderlösungen sind der neue Standard
Die Sinterentstaubungsanlage des Grobblechwerks ist nur eins von vielen Beispielen, bei denen sich der Wunsch nach hoher Energieeffizienz, Langlebigkeit sowie Umwelt- und Schallemissionsauflagen nicht mit Standardlösungen erfüllen lassen. Kelvion bietet daher ein breit gefächertes Programm modularer Wärmetauscher für die Industrie. Mit ihnen lassen sich Anpassungen an den verfügbaren Raum, Sonderwünsche bzgl. der Materialwahl oder die Integration in vorhandene Anlagen bewerkstelligen, ohne dass hierfür die Kosten einer Einzelanfertigung anfallen.

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