Wärme aus Rauchgas

Industriebetriebe haben fast immer ein individuelles Energiebedarfsprofil, das sich nicht mit dem anderer Betriebe vergleichen lässt. Veränderungen oder Ausbau stellen deshalb auch für erfahrene Ingenieurdienstleister eine Herausforderung dar.

In der BMW-Leichtmetallgießerei in Landshut wird mit Hilfe von Gasbrennern in insgesamt sechs Öfen das angelieferte Aluminium-Festmaterial geschmolzen. Dabei laufen für gewöhnlich drei Öfen im Schmelz- und drei im Warmhalte-Betrieb. Das dabei austretende Rauchgas hat eine Temperatur von etwa 640 °C. Ursprünglich wurde angenommen, dass eine Abkühlung erforderlich wäre, um den nachgeschalteten Feinstaubfilter nicht zu schädigen. Dieser stellte sich jedoch als überflüssig heraus, so dass auch die Temperatur-Reduzierung entfallen konnte. Das machte es möglich, die heißen Abgase anderweitig zu nutzen.

Lösung bezieht gesamtes Werk mit ein

Siemens, Müller und Gammel konzentrierten sich bei der Planung zunächst auf eine lokale Lösung. „Erst war eine reine, direkte Organic-Rankine-Cycle (ORC)-Verstromung im Gespräch, später die Überlegung, die Energie lokal für die Kühlung der direkt neben der Schmelzerei liegenden Leichtmetallgießerei zu nutzen“, erklärt Projektleiter Florian Prantl von Gammel. Schließlich betrachteten die beteiligten Unternehmen nicht nur die Leichtmetallgießerei, sondern bezogen den Energiebedarf des gesamten Werkes in ihre Berechnungen mit ein. Dabei wurde explizit der Kältebedarf in der Produktion betrachtet, der vor allem dann ansteigt, wenn höhere Außentemperaturen herrschen. „Bisher wurde Kälte mit Kompressoren erzeugt, das bedeutete erheblichen Stromeinsatz“, so Prantl.

Als Lösung bot sich an, die Abwärme aus den Schmelzöfen in das bereits bestehende Heißwassernetz einzuspeisen. Berechnungen ergaben, dass die Abwärme zudem ausreicht, um die Kompressionskältemaschinen durch mit Heißwasser betriebene Absorptionskältemaschinen zu ersetzen. Deshalb wurden zwei Kälteanlagen bei der Energiezentrale im Zentrum des Werks errichtet, um den gesamten Betrieb mit Klima- und Prozesskälte zu versorgen. In Reihe geschaltet gewährleisten sie die geforderte Spreizung von 60 K im Heißwassernetz: Die erste Maschine nimmt 130 °C auf und gibt etwa 100 °C an die zweite ab, die dann mit 70 °C in den Rücklauf einspeist. Bei niedrigeren Außentemperaturen wie etwa im Winter wird weniger Kälte, dafür aber mehr Prozess- und vor allem Heizwärme benötigt, so dass eine der beiden Maschinen heruntergefahren oder kurzfristig abgeschaltet werden kann. Durch die Wärme-Kälte-Kopplung geht keine Energie aus dem System verloren. „Mit den Absorptionskältemaschinen kann sich das Energiesystem dynamisch an Schwankungen bei Produktion oder Außentemperatur anpassen“, sagt Prantl.

Die Nutzung der Aluminiumschmelzerei als zweiten Einspeisungspunkt erhöht zudem die Kapazität des Wärmenetzes. „Damit wurde eine flexible Energielösung gefunden, mit der sich möglichst viele Produktions- und Funktionseinheiten versorgen lassen“, so Prantl weiter.

Planung durch Simulationen optimieren

Auch beim Wärmeaustauscher wurde eine unkonventionelle Lösung realisiert, wie der Projektleiter erklärt: „Wir haben uns nach Simulationen für Gleich- statt Gegenstrom entschieden: Wasser und Rauchgas durchströmen den Wärmetauscher in gleicher Richtung. Damit geht zwar minimal Effizienz verloren, doch wir vermeiden eine Taupunktunterschreitung und minimieren damit das Korrosionsrisiko durch aggressives Rauchgaskondensat.“

Ein zusätzliches Blockheizkraftwerk mit einer Leistung von 2,4 MW(thermisch) und 2,6 MW(elektrisch) ergänzt das neue Energiekonzept. „Mit den neuen Einrichtungen und den bereits vorhandenen Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen wird die Grundlast praktisch vollständig abgedeckt“, sagt Prantl. „Die bestehenden Kesselanlagen ergänzen lediglich bei Mittel- und Spitzenlasten.“ Die Projektingenieure simulierten durch Messungen an der ursprünglichen Anlage ein Lastgangprofil für die neue. Es zeigte sich, dass der Plan, die Energie in den Kreislauf zurückzuführen und somit Primärenergie und Emissionen einzusparen, auf ging. Nach rund zwei Jahren durchgehender Aktivität sind die Verantwortlichen immer noch zufrieden. Inzwischen wurde eine siebte Schmelzwanne mit Masselvorwärmung in Betrieb genommen. Deren Abwärme wird etwas vermindert und ebenfalls über den Sammelkanal in die Wärmerückgewinnung eingeleitet.