Abwärme oder überschüssige Wärme wird bei vielen industriellen Prozesse erzeugt. Wärmebehandlung, Gussabkühlung und Abgasprozesse in Gießereien erzeugen entsprechende Abwärme. Aufgrund steigender Energiepreise, gesetzlichen Gesetzgebungen der CO2 Reduzierung und der Komplexität dieser Thematik, sollte man sich von Experten, wie z. B. einem Berater von exodraft-systems, über Verbesserungspotential beraten lassen.
Im Metallgussverfahren wird zum Beispiel heißes, geschmolzenes Metall in Formen gegossen, diese findet bei extrem hohen Temperaturen statt. Gerade die Öfen für das Schmelzverfahren sind besonders energieintensiv und erzeugen erhebliche Mengen an Abwärme.
Die Energiemengen, die in diesen Schmelzprozessen benötigt werden, sind signifikant. Schmelzprozesse machen über 55 % der Energiekosten in der gesamten Industrie aus.
Beim Schmelzen wird der größte Teil der überschüssigen Wärme in die Atmosphäre abgeleitet. Diese Abwärme kann genutzt werden, um die Energiekosten über 20 % zu senken sowie die Emissionen zu reduzieren.
Die Energiekosten können deutlich gesenkt werden, wenn Maßnahmen ergriffen werden, um die Wärme im Gießprozess zurückzugewinnen. Eisen- und Aluminiumguss sind am gebräuchlichsten, allerdings gibt es viele weiter Möglichkeiten in Gießerei-Anlagen Ab-/Prozesswärme zu nutzen.
Einige Schritte, die unternommen werden können, um Wärmepotential zu untersuchen:
Zu den wichtigsten Faktoren, die die Rückgewinnung von Abwärme beeinflussen, gehören:
Die zurückgewonnene Wärme kann für viele Anwendungsfelder verwendet werden:
Typische Wärmerückgewinnungsoptionen
Überschüssige Abwärme wird häufig zur Vorwärmung von Verbrennungsluft oder zum Aufheizen der Gussformen verwendet. Des Weiteren kann sie auch zum Heizen von Räumen genutzt werden, was besonders in kälteren Gebieten nützlich ist, in denen die Kosten für die Gebäudebeheizung über 50 % der gesamten Stromrechnung in den Wintermonaten ausmachen kann.
Auch andere kreative Lösungen können eingesetzt werden. So installierte beispielsweise eine Metallgießerei ein innovatives System, das Abwärme zur Verdunstung von Abwasser nutzte. In der Vergangenheit hatte das Werk mehr als 20.000 € Entsorgungskosten pro Jahr für über 180 m3 Industrieabwässern, die aus 10% Öl und 90% Wasser bestanden. Sie erkannten, dass die Abluft eines bestimmten Härteofens zur Verdunstung des Wasseranteils verwendet werden konnte, was zu einer erheblichen Senkung der Entsorgungskosten führte.
Selbst danach kann es noch genug zurückgewonne Wärme für den Einsatz in bestimmten anderen Prozessen geben z.B.:
Mit anderen Worten, die zurückgewonnene Wärme kann verwendet werden, anstelle Geld für neue Energie auszugeben, was erhebliche Einsparungen sowohl im wirtschaftlichen Sinne als auch im Energieverbrauch darstellt. Die zurückgewonnene Wärme kann auch für Haushaltszwecke verwendet werden, wie z.B. zum Heizen von Räumen und für Wassererwärmung.
Aluminiumguss
Härteöfen sind die an den häufigsten verwendeten Schmelzöfen in Aluminiumgießereien (hohes Volumen). Diese werden zum Schmelzen von über 90% des gesamten in den Vereinigten Staaten produzierten Aluminiums verwendet. Bei Abgastemperaturen von ca. 1100°C bis 1300°C haben Aluminiumhärteöfen einen thermischen Wirkungsgrad von ca. 30-35%. Die sehr hohe Temperatur des Abgases macht es für viele Zwecke nutzbar. Die energieeffizienteste Wahl sind Rekuperation-Wärmetauscher, die Verbrennungsluft vorheizen und zu einer Reduzierung des Energieverbrauchs von über 30% beitragen können. Das zuzuführende Rohmaterial kann auch auf die gleiche Weise vorgewärmt werden, wie in einem Hochofen. Das Abgas kann außerdem zur Stromerzeugung in einem Rankine- oder Dampfkraftwerksprozess und zur Erzeugung von kalter Luft verwendet werden, wenn ein kühles Raumklima für einen reibungslosen Betrieb rund ums Jahr erforderlich ist.
Autoklaven sind auch viel dichter als Härteöfen und verwenden heiße Rauchgase für die Vorwärmung der Metallladungen, was bedeutet, dass ihr Wirkungsgrad zwischen 40% und 45% liegt. Diese Anlagen tragen auch zur Wärmerückgewinnung bei. Die durch die Schmelzöfen eingeleiteten Abgase haben Temperaturen zwischen 120°C und 200°C. Diese niedrige Temperatur schränkt jedoch die Wärmerückgewinnungsmöglichkeiten erheblich ein.
Wärmebehandlung für Stahlguss
Wärmebehandlungsprozesse im Stahlguss emittieren Abgase, die normalen Verbrennungsabgasen ähnlich sind. Sie haben jedoch eine höhere Temperatur als die Abgase, die aus den Schmelzöfen für Aluminium kommen. Diese Prozesse finden in der Regel auf zwei Temperaturniveaus statt, die zu unterschiedlichen Zeiten während des Produktionszyklus auftreten. Diese Temperaturniveaus liegen bei 500°C und 1000°C.
Elektrische Induktionsöfen
Induktionsofen
In Induktionsöfen wird zur Kühlung oft Wasser verwendet, um die Spulen auf einer angemessenen Betriebstemperatur zu halten. Dieses Wasser (manchmal auch eine Mischung aus Glykol und Wasser) wird dabei erhitzt und absorbiert etwa 20 % – 30 % der gesamten Energie, die durch das System fließt, und reduziert die Temperatur unter 100°C. Die dabei aufgenommene Wärme muss über Luftkühler außerhalb der Anlage abgeführt werden, ein Prozess, der wiederum Strom benötigt. Das Warmwasser kann in den Wintermonaten zur Beheizung von Gebäuden verwendet werden. So kann beispielsweise ein Induktionsofen mit einer Leistung von 500 kW, der etwa 20 % der Energie verliert, etwa 100 kW überschüssige Wärme erzeugen. In der Regel sind nur Kanäle erforderlich, die im Winter heiße Luft in die Fabrik oder im Sommer in die Atmosphäre leiten.
Eisenguss
Für die Eisengussindustrie gehören Kupolöfen, Lichtbogenöfen und Induktionsöfen zu den an den häufigsten verwendeten Schmelzöfen.
Die Kupolöfen können mit Erdgas oder Koks betrieben werden. Allerdings wird in der Regel Koks in Kupolöfen bevorzugt. Dadurch kann die aus diesen Öfen entweichende Verbrennungsluft jedoch mit bestimmten Partikeln verunreinigt sein, die für fortschrittliche Wärmerückgewinnungseinrichtungen und -Anlagen problematisch sein können.
Laut einer Analyse der Energieeffizienz bestimmter Kupolöfen durch Kuttner LLC in Port Washington verlieren die meisten “niedrigeffizienten” Kupolöfen etwa 50% der Wärme bei der Ableitung von Rauchgasen. Aber neuere “hocheffiziente” Kupolöfen haben eingebaute Rekuperatoren für die Vorwärmung der Luft, ein Prozess, der den Wärmeverlust durch den Schornstein auf etwa 37% reduziert. Die Temperatur der Abluft aus den Kupolöfen liegt in der Regel zwischen 800°C und 1000°C. Im Vergleich dazu liegt die Temperatur der Abluft aus dem Rekuperator in der Regel bei etwa 20°C.
Dies bedeutet, dass weniger effiziente, ältere Kupolöfen zur Wärmerückgewinnung verwendet werden können, wenn Lufterhitzer mit Rekuperator-Technologie im Stil der neueren Modelle installiert werden.
Mehrere Gießereien nutzen die verschmutzten, aber relativ kühlen (ca. 250°C – 500°C) Abgase zur Erzeugung von Hochtemperatur-Gasströmen (900°C), indem diese Wärme für die Vorwärmung der Strahlluft des Kupolofens verwendet wird. Genauso werden mehrere andere Prozesse mit zusätzlicher Wärme versorgt. Nach der Rückgewinnung dieser Wärme kann eine weitere Kühlung der Abgase vor dem Entfernen bestimmter unerwünschter Komponenten mit Beutelfiltern oder anderen innovativen Reinigungstechnologien durchgeführt werden.
MAT Dania, Teil der MAT Foundry Group, ist eine dänische Gießerei in Aars bei Aalborg. Die Gießerei ist spezialisiert auf Gesamtlösungen in Eisenguss, Maschinenbearbeitung und Montage.
MAT Dania kontaktierte Exodraft Systems im Jahr 2017, um die Abwärme des Unternehmens besser zu nutzen, insbesondere die Abwärme, die von den Gasbrennern in den Glühöfen der Gießerei erzeugt wird.
Exodraft Systems kam nach Aars, um die Anlagen von MAT Dania zu besichtigen und die notwendige Datenerfassung der bestehenden Systeme der Gießerei durchzuführen. Vor diesem Hintergrund hat Exodraft Systems ein Angebot für ein Wärmerückgewinnungssystem erstellt, dessen vorrangiges Ziel darin bestand, die Abwärme aus dem Glühofenprozess zurückzugewinnen und zentral zur Erzeugung von Zentralheizwasser für die Heizung und zur Verwendung in der Produktion zu nutzen.
Das System hatte für MAT Dania folgende Vorteile:
Eine Energiemenge zur Erzeugung von Zentralheizwasser von 1.450.000 kWh pro Jahr, was einer Reduzierung des Gasverbrauchs um ca. 155.000 m3 Gas (Kesselwirkungsgrad 85%) entspricht. Die jährliche Produktion von Zentralheizwasser macht 191% der bisher im Kessel zentral erzeugten Energie aus, wobei der Kessel als Back-up Lösung fungiert und somit eine längere Lebensdauer erreichen kann.
Reduzierung des bestehenden Rauchgasverlusts um 91 %
Mechanische Schornsteinzugkontrolle, die für einheitliche Bedingungen an den Hauben sorgt und somit die Kontrolle über den Kühlprozess verbessert.
Beseitigung von Rauchgasproblemen in der Produktion. Mit dem bestehenden System war MAT Dania nicht in der Lage, den Abzug zu kontrollieren, was bedeutete, dass Überdruck an der Haube entstand, wenn die Gasbrenner über längere Zeit stark heizten. Dadurch entwich Rauchgas in die Produktionshallen, was zur Gefährdung der Mitarbeiter führte. Die mechanische Schornsteinzugkontrolle von exodraft systems sorgt für einen stabilen und steuerbaren Druck an der Haube und das Problem des Rauchgases wurde eliminiert.
Die Flexibilität des Systems in Bezug auf Leistung und Steuerung sorgt für eine maximale Einsparung unter Berücksichtigung von Produktion und Qualität.
Die Wärmerückgewinnungsanlage von Exodraft Systems wurde als Gesamtlösung konzipiert und in Betrieb genommen, wobei Exodraft den gesamten Projektverlauf von der ersten Datenerfassung bis zur endgültigen schlüsselfertigen Installation betreut hat.
Mit einer zentralen SPS kann das gesamte System betrieben und überwacht werden. Die SPS ist auch mit exodraft trendlog verbunden – einer Cloud-basierten Trendlog-Plattform, die kontinuierlich alle Daten aus dem System zur Dokumentation von Betrieb und Energieeinsparungen speichert.
Wir beraten Sie während des gesamten Prozesses und bevor Sie eine Entscheidung treffen, haben Sie einen vollständigen Überblick über das Investitionsvolumen und den Rückzahlungshorizont sowie das erreichbare Wärmerückgewinnungspotenzial.
Mit unserer einzigartigen Software HR OptiCalc erhalten Sie einen umfassenden Bericht, der alle Daten enthält, die Sie benötigen, um die richtige Entscheidung zu treffen.
Dies bietet gute Möglichkeiten für Einsparungen bei den Energiekosten, verringerte CO2-Emissionen und geringere Umweltbelastung.
Kontaktieren Sie uns für weitere Informationen. Gerne erstellen wir Ihnen einen unverbindlichen Kostenvoranschlag für das Potenzial Ihrer Anlage.