Kompressor-Abwärme nutzen: Effizienz steigern & CO₂-Emissionen senken

Der folgende Auszug stammt aus dem Artikel „Wärmerückgewinnung bei der Luftverdichtung“ von Deepak Vetal, Produktmarketingmanager für ölfreie Schrauben-, Zentrifugal- und Hochdruckluft bei Atlas Copco Compressors. Die Vollversion ist online oder in der September-Ausgabe von „Chemical Processing“ lesbar.

Hersteller stehen vor strengeren Vorgaben zur CO₂-Reduktion. Die Rückgewinnung der Abwärme aus der Luftverdichtung ist ein Schritt, den Prozessanlagen gehen können, um CO₂-Emissionen und Strafrisiken bei Nichteinhaltung neuer Umweltstandards zu verringern. Gleichzeitig sinken die Gesamtlebenszykluskosten.

Bei der Luftverdichtung wird die elektrische Energie, die zur Verdichtung verwendet wird, in Wärme umgewandelt. Doch sie ist nicht die einzige Energiequelle. Eine weitere wichtige Quelle ist die in der Ansaugluft enthaltene Feuchtigkeit. Nach der Verdichtung kondensiert diese Feuchtigkeit beim Abkühlen in Zwischen- und Nachkühler zu Flüssigkeit. Dabei wird die latente Kondensationswärme an das Kühlwasser abgegeben. (Die Menge der latenten Kondensationswärme hängt von Temperatur und relativer Feuchte der Ansaugluft ab.)

Der Verdichtungsprozess umfasst mehrere Stellen, an denen Wärme erzeugt und an das Kühlwassersystem übertragen wird. Ein Teil der Verdichtungswärme gelangt über die Kühlmäntel der Verdichtungselemente ins Kühlwasser; ein signifikanter Teil wird an das Kühlwassersystem der Kühler abgegeben. Zusätzlich wird die dem heißen Öl im Ölkühler entzogene Wärme in das Kühlwassersystem eingeleitet.

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

Energie geht durch Motorenwirkungsgradverluste, Strahlung von Komponenten wie Element und Kühler, sowie Restwärme und Kondensationswärme in der Auslassluft verloren.

Fasst man alle Faktoren zusammen (Abbildung 1), ergibt sich für typische Industriebedingungen eine Rückgewinnung von 90–95 % der elektrischen Eingangsenergie. Unter spezifischen Bedingungen sind sogar über 95 % möglich. Ein Wärmerückgewinnungssystem nutzt diese Energie zur Erzeugung von Heißwasser.

Grundlagen der Wärmerückgewinnung

Kompressoren mit Wärmerückgewinnungstechnologie verfügen über einen modifizierten Kühlwasserkreislauf, der die größtmögliche Energierückgewinnung bei höchstmöglicher Temperatur garantiert. Der Kühlkreislauf durchläuft den Ölkühler, dann die Kühlmäntel der Verdichtungselemente und schließlich die Kühler. Das Wasser, das einen Kompressor mit Wärmerückgewinnung verlässt, kann bis zu 90 °C heiß sein; die Temperatur ist regelbar für Prozessanforderungen.

Eine speziell für Wärmerückgewinnungssysteme entwickelte Steuereinheit (Abbildung 2) kann die rückgewonnene Energie übertragen und bietet optimalen Kompressorschutz. Die Steuereinheit wird zwischen Luftkompressor und separatem Kühlwasserkreislauf installiert und schafft einen vollständig unabhängigen, geschlossenen Wärmerückgewinnungskreislauf.

Die Wärmerückgewinnungs-Steuereinheit kann die rückgewinnbare Energie und den Wasserfluss mehrerer Kompressoren managen – bis zu ihrem maximalen Energieversorgungslimit. Die Einheit verfügt oft über mehrere Sicherheitsfunktionen, eine Entlüftung, ein Sicherheitsventil und ein Expansionsventil zur Druckregelung im Wassersystem.

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Den vollständigen Artikel zum Prozess und den Vorteilen der Wärmerückgewinnung bei Kompressoren finden Sie hier. Für mehr Informationen zu Atlas Copcos Kompressorpalette und deren Energieeinsparungen kontaktieren Sie unsere Experten oder hinterlassen Sie einen Kommentar.