Cle­ve­re klei­ne Anla­ge ermög­licht gro­ßen Zuwachs an Ener­gie­ef­fi­zi­enz und Betriebs­si­cher­heit

29.04.2014

Wär­me­über­tra­ger sorgt für zuver­läs­si­ge Funk­ti­on von Abwas­ser­an­la­gen plus Rück­ge­win­nung von Wär­me aus dem Abwas­ser­strom

Wär­me­rück­ge­win­nung aus Abwas­ser

Vie­le Unter­neh­men benö­ti­gen in ihrer Pro­duk­ti­on war­mes Pro­zess­was­ser. Ein inno­va­ti­ver Wär­me­tau­scher der Dresd­ner DAS Envi­ron­men­tal Expert GmbH ermög­licht nun eine Wär­me­über­tra­gung vom Abwas­ser zum Pro­zess­was­ser. Das hilft, die Tem­pe­ra­tu­ren der Was­ser­strö­me zu opti­mie­ren, wodurch sowohl der Ener­gie­ein­satz als auch die Abwas­ser­be­hand­lung selbst deut­lich an Effi­zi­enz gewin­nen.  

Ver­pa­ckungs­spe­zia­list ver­traut auf Pro­zess­was­ser­lö­sung der DAS EE GmbH

Erfah­run­gen mit einem sol­chen Wär­me­tau­scher hat die Schu­ma­cher Pack­a­ging GmbH in ihrem Werk in Schwar­zen­berg gesam­melt. Das inha­ber­ge­führ­te mit­tel­stän­di­sche Unter­neh­men hat sich auf maß­ge­schnei­der­te Ver­pa­ckungs­lö­sun­gen aus Well- und Voll­pap­pe spe­zia­li­siert. Es beschäf­tigt 2.200 Mit­ar­bei­ter und erwirt­schaf­tet knapp 400 Mil­lio­nen Euro Jah­res­um­satz. Das Stamm­haus des 1948 gegrün­de­ten Unter­neh­mens befin­det sich in Ebers­dorf bei Coburg. In Schwar­zen­berg im Erz­ge­bir­ge stellt die Schu­ma­cher Pack­a­ging GmbH Pap­pe her. Dazu wird Alt­pa­pier auf­be­rei­tet. „Für die­sen Pro­zess wird sehr viel Was­ser benö­tigt“, berich­tet Bernd Dzed­zig, ver­ant­wort­li­cher Pro­jekt­lei­ter bei der DAS Envi­ron­men­tal Expert GmbH. „Es wird aus einem Fluss, der Gro­ßen Mitt­wei­da, ent­nom­men. Die­ses Was­ser kommt beson­ders im Win­ter rela­tiv kalt an, mit Tem­pe­ra­tu­ren um die fünf Grad Cel­si­us. Es wird vor­ge­r­ei­nigt und muss­te bis­her mit Hil­fe von Dampf oder ande­ren exter­nen Wär­me­quel­len auf­ge­wärmt wer­den.“

Die Her­aus­for­de­rung: Bio­lo­gi­sche Abwas­ser­be­hand­lung trotz hoher Pro­zess­tem­pe­ra­tu­ren Die Schu­ma­cher Pack­a­ging GmbH hat nun die Kapa­zi­tät der Papier­ma­schi­ne erhöht. Damit ver­bun­den war eine Anhe­bung der Pro­zess­tem­pe­ra­tur auf bis zu 55 Grad Cel­si­us – viel zu viel für die nach­fol­gen­de bio­lo­gi­sche Abwas­ser­auf­be­rei­tung. Denn die Mikro­or­ga­nis­men ster­ben ab, wenn das Was­ser zu heiß ist. Das Resul­tat: „Die Klär­an­la­ge wür­de bei die­sen Tem­pe­ra­tu­ren nicht mehr funk­tio­nie­ren“, erläu­tert Dzed­zig. Um eine Schä­di­gung des Flus­ses zu ver­mei­den, gilt zudem für die Ein­lei­tung von Abwäs­sern eine behörd­lich fest­ge­leg­te Tem­pe­ra­tur-Ober­gren­ze von 30 Grad Cel­si­us.

Die Lösung: Der Wär­me­über­tra­ger der Dresd­ner Umwelt­tech­nik­spe­zia­lis­ten

Aus die­sem Grun­de such­te die Schu­ma­cher Pack­a­ging GmbH nach einer Mög­lich­keit, das Abwas­ser über ein mög­lichst pfif­fi­ges Kon­zept zu küh­len, damit die bio­lo­gi­sche Abwas­ser­auf­be­rei­tung wei­ter­hin zuver­läs­sig arbei­tet. Die DAS Envi­ron­men­tal Expert GmbH konn­te mit ihrem Anla­gen­kon­zept über­zeu­gen: Der Wär­me­über­tra­ger nutzt das Was­ser, das zu warm aus dem Pro­zess kommt, um damit das kal­te Frisch­was­ser zu erwär­men. Erfreu­li­cher Zusatz­ef­fekt: Die Schu­ma­cher Pack­a­ging GmbH kann damit sogar ihren Ener­gie­ver­brauch redu­zie­ren: Durch den Ein­satz des Wär­me­über­tra­gers kann die Fabrik 40% des bis­her benö­tig­ten Erd­ga­ses ein­spa­ren. Die Inves­ti­ti­on amor­ti­siert sich so bereits im ers­ten Jahr.

Das Prin­zip: Effek­ti­ve Ther­mo­plat­ten mit effek­ti­vem Rei­ni­gungs­sys­tem

Der Wär­me­über­tra­ger der DAS Envi­ron­men­tal Expert GmbH beruht auf dop­pel­wan­di­gen Plat­ten („Ther­mo­plat­ten“), die durch ein ein­fa­ches Rei­ni­gungs­sys­tem stän­dig sau­ber gehal­ten wer­den (sie­he Info­gra­fik). Das Kühl­was­ser wird gleich­mä­ßig auf alle Ther­mo­plat­ten ver­teilt und strömt ring­för­mig ein­mal durch den Wär­me­über­tra­ger. Das Abwas­ser wird von unten in den Wär­me­über­tra­ger gelei­tet und strömt auf­wärts durch den Behäl­ter, um an der Ober­sei­te abge­lei­tet zu wer­den. Im Inne­ren der Ther­mo­plat­ten fließt also das kal­te Fluss­was­ser, und auf der Außen­sei­te das hei­ße Abwas­ser.

Der Wär­me­über­tra­ger besteht aus Edel­stahl. Im Kon­takt mit dem Abwas­ser ver­schmut­zen Metall­flä­chen rela­tiv schnell, erklärt Dzed­zig: „Es bil­det sich rasch ein Bio­film, der rapi­de wächst, wenn Wär­me­tau­scher nicht gerei­nigt wer­den. In der Fol­ge sinkt die Über­tra­gungs­leis­tung.“ Nor­ma­ler­wei­se ist es daher not­wen­dig, die Sys­te­me regel­mä­ßig aus­ein­an­der­zu­bau­en und manu­ell zu säu­bern. Die Dresd­ner Umwelt­ex­per­ten fan­den auch dafür eine cle­ve­re tech­ni­sche Lösung: Durch ein kon­ti­nu­ier­lich rotie­ren­des Bürs­ten­sys­tem wird die Ver­schmut­zung auf ein Mini­mum redu­ziert und die Wär­me­über­tra­gung opti­miert. Die rotie­ren­den Bürs­ten sor­gen nicht nur für die per­ma­nen­te Rei­ni­gung der Wär­me­über­tra­ger­flä­chen, son­dern auch für eine hohe Strö­mungs­ge­schwin­dig­keit und damit ver­bun­den eine höhe­re Wär­me­über­tra­ger­leis­tung. Durch die Dreh­be­we­gung der Bürs­ten wird das Abwas­ser zudem in einen spi­ral­för­mi­gen Umlauf gebracht. Dadurch wird der Effekt eines Gegen­strom-Wär­me­über­tra­gers erzielt. Die­ses Kon­struk­ti­ons­prin­zip erlaubt eine Instal­la­ti­on im Ablauf bestehen­der Abwas­ser­rei­ni­gungs­an­la­gen ohne den Ein­satz zusätz­li­cher Druck­erhö­hungs­pum­pen. Auch auf­wen­di­ge Mess- und Regel­tech­nik ist dazu nicht erfor­der­lich.

Zuver­läs­si­ge Sys­te­me für hohes Durch­lauf­vo­lu­men

Im Moment wird mit dem Wär­me­über­tra­ger kal­tes Fluss­was­ser von fünf auf 20 Grad Cel­si­us vor­ge­wärmt. „Das ist sehr viel für ein der­ar­tig gro­ßes Volu­men“, betont Dzed­zig. „Die Anla­gen in Schwar­zen­berg bewäl­ti­gen jeweils 65 Kubik­me­ter Abwas­ser pro Stun­de, also 1.560 Kubik­me­ter Was­ser am Tag.“ Instal­liert wur­den zwei Sys­te­me. Sie kön­nen ein­zeln oder aber par­al­lel betrie­ben wer­den. Dadurch lässt sich der Wär­me­aus­tausch beein­flus­sen. Das ist wich­tig, denn wenn das Abwas­ser zu kalt wird, dann beein­träch­tigt das eben­falls den Stoff­wech­sel der Mikro­or­ga­nis­men in der bio­lo­gi­schen Abwas­ser­auf­be­rei­tung.

Effi­zi­en­te Lösung für alle Indus­trien mit hei­ßem Pro­zess­was­ser

Für die Wär­me­über­tra­ger sieht DAS-Geschäfts­be­reichs­lei­ter René Rei­chardt einen gro­ßen Markt: „Es ist in der Indus­trie sehr oft der Fall, dass Abwäs­ser zu warm sind. Und der spar­sa­me Ein­satz von Ener­gie ist über­all ein wich­ti­ges The­ma.“ Nicht nur Papier­fa­bri­ken haben Pro­ble­me mit der Was­ser­tem­pe­ra­tur am Aus­lauf. Auch bei­spiels­wei­se für Betrei­ber von Bio­gas-Anla­gen, Gie­ße­rei­en und Här­te­rei­en, Fär­be­rei­en, Groß­wä­sche­rei­en oder aber für die Lebens­mit­tel­in­dus­trie dürf­te sich daher eine sol­che Anla­ge loh­nen. „Inter­es­sant ist das für alle, die mit hei­ßem Was­ser arbei­ten“, meint Rei­chardt. Der Wär­me­über­tra­ger der DAS Envi­ron­men­tal Expert GmbH gestat­tet es, Tem­pe­ra­tur-Grenz­wer­te ein­zu­hal­ten und zugleich Wär­me aus dem Abwas­ser zurück­zu­ge­win­nen – effek­tiv und mit wenig Betriebs­auf­wand.