Wärme aus Luftkompression zurückgewinnen

Das Folgende ist ein Auszug aus dem Artikel Wärme aus Luftkompression zurückgewinnen von Deepak Vetal, Produktmarketingmanager, ölfreie Schrauben-, Zentrifugal- und Hochdruckluft, Atlas Copco Compressors. Die vollständige Version kann online oder in der September-Ausgabe von gelesen werden Chemische Verarbeitung .

Hersteller sehen sich strengeren Auflagen zur Begrenzung der Kohlendioxidemissionen gegenüber. Die Rückgewinnung des Wärmenebenprodukts von Druckluft ist ein Schritt, den Prozessanlagen unternehmen können, um CO2-Emissionen und das Risiko von Strafen für die Nichteinhaltung neuer Umweltstandards zu reduzieren. Dadurch werden auch die Gesamtlebenszykluskosten gesenkt.

Bei der Luftkompression wird die zum Komprimieren von Luft aufgewendete elektrische Energie in Wärme umgewandelt. Es ist jedoch nicht die einzige Energiequelle bei der Luftkompression. Eine weitere wichtige Quelle ist die Feuchtigkeit, die in der Luft enthalten ist, die in den Kompressoreinlass eintritt. Nach der Kompression wird diese Feuchtigkeit zu Flüssigkeit kondensiert, wenn die Luft im Zwischenkühler und Nachkühler gekühlt wird. Beim Abkühlen dieser Luft wird die latente Kondensationswärme an das Kühlwasser abgegeben. (Die Menge an latenter Kondensationswärme hängt von der Temperatur und der relativen Feuchtigkeit der Ansaugluft ab.)

Der Prozess des Komprimierens der Luft umfasst mehrere Fälle, in denen Wärme erzeugt und an das Kühlwassersystem übertragen wird. Ein Teil der Kompressionswärme gelangt über die Elementkühlmäntel an das Kühlwasser um die Kompressionselemente herum; eine beträchtliche Wärmemenge wird an das Kühlwassersystem der Kühler abgegeben. Zusätzlich wird die dem heißen Öl im Ölkühler entzogene Wärme an das Kühlwassersystem abgegeben.

Der Prozentsatz der rückgewinnbaren elektrischen Energie hängt von den Betriebsbedingungen des Kompressors ab. Ansauglufttemperatur, relative Luftfeuchtigkeit, Wassertemperatur und -druck spielen alle eine Rolle.

Ein Teil der Energie geht durch Motorineffizienzen, durch Strahlung von Komponenten wie dem Element und dem Kühler und durch Restwärme und Kondensationswärme verloren, die in der Abluft verbleiben.

Wenn wir all diese Faktoren in einer Gesamtbetrachtung kombinieren (Abbildung 1), lautet das Nettoergebnis, dass wir unter typischen Industriebedingungen 90–95 % der elektrischen Eingangsenergie zurückgewinnen können. Und unter bestimmten Bedingungen ist eine Wiederherstellung von mehr als 95 % möglich. Ein Energierückgewinnungssystem nutzt diese Energie zur Warmwasserbereitung.

Grundlagen der Energierückgewinnung

Kompressoren mit Energierückgewinnungstechnologie verfügen über einen modifizierten Kühlwasserkreislauf, um die Rückgewinnung einer größtmöglichen Energiemenge bei höchstmöglicher Temperatur zu gewährleisten. Der Kühlkreislauf fließt durch den Ölkühler, dann durch die Mäntel der Kompressionselemente und schließlich durch die Kühler. Das Wasser, das einen Kompressor mit Energierückgewinnung verlässt, kann bis zu 194 °F heiß sein; die Temperatur kann geregelt werden, um die Prozessanforderungen zu erfüllen.

Eine speziell für Energierückgewinnungssysteme konzipierte Steuereinheit (Bild 2) kann die zurückgewonnene Energie übertragen und bietet gleichzeitig einen optimalen Schutz des Kompressors. Die Steuereinheit wird zwischen dem Luftkompressor und dem separaten Kühlwasserkreislauf installiert, wodurch ein vollständig unabhängiger und geschlossener Energierückgewinnungskreislauf entsteht.

Die Energierückgewinnungs-Steuereinheit kann die rückgewinnbare Energie und den Wasserdurchfluss mehrerer Kompressoren verwalten – bis zu ihrer maximalen Grenze für die zugeführte Energie. Das Gerät ist oft mit mehreren Sicherheitsfunktionen ausgestattet, einem Entlüftungssystem, einem Druckentlastungsventil und einem Expansionsventil, das den Druck im Wassersystem regelt.

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Den vollständigen Artikel über den Prozess und die Vorteile der Wärmerückgewinnung aus Kompressoren können Sie hier lesen. Um mehr über die Kompressoren von Atlas Copco und die damit verbundenen Energieeinsparungen zu erfahren, wenden Sie sich noch heute an unsere Experten oder hinterlassen Sie unten einen Kommentar.