Kundenspezifischer Rippenrohrwärmetauscher für die Abwärmenutzung von Luftkompressoren
In vielen Fabriken läuft der Luftkompressor täglich stundenlang und verrichtet leise seine Arbeit in einer Ecke der Fabrik. Es liefert Druckluft für Ventile, Werkzeuge, Verpackungslinien und Produktionsanlagen, setzt aber auch überraschend viel Energie in Form von Wärme frei. Aus diesem Grund erhält die Wärmerückgewinnung durch Kompressoren immer mehr Aufmerksamkeit. Atlas Copco stellt fest, dass mehr als 90 % der von einem Kompressor verbrauchten elektrischen Energie in Kompressionswärme umgewandelt werden, während Kaeser angibt, dass im Wesentlichen 100 % der in einen industriellen Luftkompressor eingespeisten elektrischen Energie irgendwo im System als Wärme endet und ein sehr großer Teil dieser Wärme für nützliche Zwecke rückgewonnen werden kann.
Hier ist ein Rippenrohrwärmetauscher eine sehr praktische Lösung. Die Idee ist einfach: Anstatt die Kompressorwärme in die Atmosphäre entweichen zu lassen, überträgt das System diese Wärme auf einen anderen Luft- oder Flüssigkeitsstrom, der tatsächlich in der Anlage genutzt werden kann. Eine Rippenrohrkonstruktion funktioniert besonders gut, wenn Luft eines der Medien ist, da die Rippen die Wärmeübertragungsoberfläche vergrößern und dabei helfen, die Wärme effektiver zwischen der rohrseitigen Flüssigkeit und der umgebenden Luft zu transportieren. In den Referenzen des US-Energieministeriums zu Dampf und Prozesserwärmung wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass Rippenrohrwärmetauscher häufig zum Erhitzen von Luft in Trocknungs- und Raumheizungsanwendungen eingesetzt werden, weshalb sie sich so gut in Projekte zur Wärmerückgewinnung durch Kompressoren einfügen.
Im realen industriellen Einsatz kann die Wärme eines Luftkompressors auf zwei gängige Arten zurückgewonnen werden. Die erste besteht darin, die warme Abluft eines luftgekühlten Kompressors zu erfassen und sie an einen anderen Bereich zu leiten, der Wärme benötigt. Kaeser beschreibt dies als eine unkomplizierte Methode zur Raumheizung, bei der Rohrleitungen und Steuerungen verwendet werden, um die erwärmte Luft in Werkstätten, Lagerhallen oder umliegende Räume zu leiten. Die zweite Methode besteht darin, Wärme in einen Wasser- oder Prozessflüssigkeitskreislauf zurückzugewinnen und diese heiße Flüssigkeit dann für einen anderen nützlichen Zweck durch einen Wärmetauscher zu leiten. Atlas Copco erklärt, dass wassergekühlte Kompressorsysteme Wärme in Warmwasserkreisläufe zurückgewinnen können, und Kaeser weist darauf hin, dass die Flüssigkeitserwärmung von Kompressoren für Anwendungen wie Kesselzusatzwasser, Prozessflüssigkeitserwärmung, Lebensmittel- und Getränkeprozesse und Warmwasserbereitung genutzt werden kann.
Für viele Anlagen ist ein Rippenrohrwärmetauscher attraktiv, weil er die zurückgewonnene Energie in etwas sofort Nützliches umwandelt: erwärmte Luft. Beispielsweise kann eine Fabrik Wärme aus dem Kompressorölkühler oder dem Kühlwasserkreislauf zurückgewinnen, die heiße Flüssigkeit durch eine Rippenrohrschlange leiten und mithilfe eines Ventilators Umgebungsluft über die Rippen blasen. Das Ergebnis ist warme Luft, die in den kälteren Monaten einer Werkstatt, einem Trockenraum, einer Frischluftaufbereitungseinheit-oder einem Produktionsbereich zugeführt werden kann. Dadurch wirkt das System weniger wie ein Energieeffizienz-Add-on-, sondern eher wie ein funktionierendes Anlagengerät, das jeden Tag, an dem der Kompressor läuft, anderen Heizbedarf ausgleicht. In den Leitlinien des DOE zu Kompressorsystemen heißt es, dass die Abwärme des Kompressors effektiv für die Raumheizung und die Prozesswassererwärmung genutzt werden kann, oft mit einer attraktiven Amortisation, da die Wärme ohnehin bereits erzeugt wird.
Was den Rippenrohrtyp besonders geeignet macht, ist die Beschaffenheit der Luft selbst. Luft ist im Vergleich zu Wasser ein relativ schlechtes Wärmeübertragungsmedium, sodass blanke Rohre allein oft nicht ausreichen, wenn Sie eine kompakte, effektive Spule wünschen. Durch das Hinzufügen von Rippen erhält der Wärmetauscher eine viel größere Kontaktfläche auf der Luftseite, was die Leistung verbessert, ohne das Gerät übermäßig groß zu machen. Aus diesem Grund werden Rippenrohrschlangen so häufig in Lufterhitzern, Kanalerhitzern, Frischluftgeräten und Trocknungsgeräten eingesetzt. In einem Kompressor-Wärmerückgewinnungssystem trägt dasselbe Prinzip dazu bei, kostengünstige Abwärme in einen stabilen und nutzbaren Strom warmer Prozessluft umzuwandeln.
Bei einem guten Kompressor-Wärmerückgewinnungsdesign geht es nicht nur um den Wärmetauscher selbst. Das Gesamtsystem muss richtig aufeinander abgestimmt sein. Kaeser betont die Bedeutung einer thermischen Abstimmung zwischen der vom Kompressor bereitgestellten Wärme und der tatsächlich vom Prozess benötigten Wärme. Dieser Punkt ist wichtiger, als vielen Menschen bewusst ist. Wenn der Kompressor nur zeitweise läuft, der Wärmebedarf jedoch kontinuierlich ist, reicht die zurückgewonnene Wärme allein möglicherweise nicht aus. Wenn die verfügbare Wassertemperatur zu niedrig ist, ist die aus dem Rippenrohrregister austretende Luft möglicherweise nicht warm genug für die Anwendung. Und wenn die Spule nur durch Vermutungen ausgewählt wird, kann das Ergebnis ein großer Druckabfall, ein schwacher Luftstrom oder eine enttäuschende Auslasstemperatur sein. Ein gut{7}}konstruiertes System muss die Betriebsstunden des Kompressors, die verfügbare Wärme, die Flüssigkeitstemperatur, den Luftstrom und die Soll--Ausschaltbedingungen ausgleichen.
Ein weiterer Grund, warum diese Systeme Aufmerksamkeit verdienen, ist das Ausmaß der Einsparungen. Atlas Copco sagt, dass bis zu 94 % der Kompressionswärme zurückgewonnen werden können, und Kaeser sagt, dass bis zu 96 % der Wärme unter den richtigen Bedingungen genutzt werden können. Das sind keine Versprechen für jede Installation, aber sie zeigen, warum die Wärmerückgewinnung aus Kompressoren oft eines der praktischeren Energieprojekte in einer Fabrik ist. Anstatt für jede Heizaufgabe neuen Brennstoff zu verbrennen oder Elektroheizungen hinzuzufügen, kann die Anlage die bereits bezahlte Wärme einmalig durch den Stromverbrauch des Kompressors wiederverwenden.
Aus Sicht des Anlagenbetreibers ist das tatsächlich das stärkste Argument für einen Rippenrohrwärmetauscher in einem solchen System. Es ist keine glamouröse Ausrüstung. Normalerweise steht es nicht im Rampenlicht. Aber es trägt dazu bei, einen Kompressor vom reinen Stromverbraucher zur Teilenergiequelle zu machen. Dadurch können die Heizkosten gesenkt, die Gesamtsystemeffizienz verbessert und Geräte, die bereits täglich in Betrieb sind, besser genutzt werden. In vielen Fällen ist die intelligenteste Wärme in einer Fabrik überhaupt keine neue Wärme. Es ist die Wärme, die bereits vorhanden war und darauf wartete, wiedergewonnen und richtig genutzt zu werden.
