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Gebläsetechnik

Mit smarter Verbundsteuerung die Energieeffizienz von Kläranlagen erhöhen

| Autor/ Redakteur: Thorsten Sienk / Jörg Kempf

Im niedersächsischen Bomlitz produziert Dow chemische Grundstoffe auf Cellulose-Basis. Die Gemeinschaftskläranlage am Standort ist entsprechend auf die Reinigung von Chemieabwässern ausgerichtet. Eine Modernisierung der Biologie hat der Chemiekonzern genutzt, bei der Gebläsetechnik einen intelligenten, vollautomatischen Verbund aus Strömungs- und Verdrängermaschinen von Aerzen einzusetzen.

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Ein starkes Team, das sich perfekt ergänzt: Aerzen Turbo (rechts) und Delta Hybrid (links), der im Schwachlastbereich übernimmt.
Ein starkes Team, das sich perfekt ergänzt: Aerzen Turbo (rechts) und Delta Hybrid (links), der im Schwachlastbereich übernimmt.
(Bild: Aerzen; ©adimas, Rynio Productions, Aliaksei Smalenski, Pixxs, samopauser, jecula - stock.adobe.com; [M]Grimm)

Cellulose ist der Hauptbestandteil pflanzlicher Zellwände und wird aus Holz oder Baumwolle gewonnen. Die Grundeigenschaften der Cellulose macht sich Dow im Industriepark Walsrode (Heidekreis) zu Nutzen und stellt Derivate her, die je nach Zusammensetzung und Verarbeitung verschiedenste Eigenschaften haben und begehrte Ausgangsstoffe für eine Vielzahl an Produkten sind. Einige gelieren bei hohen oder niedrigen Temperaturen, andere bilden Filme oder kleben, einige machen Flüssigkeiten unterschiedlich zähflüssig. In der Lebensmittel- und Pharmaindustrie ersetzen sie beispielsweise Gluten in Backwaren, tragen dazu bei, den Fettgehalt in Lebensmitteln zu senken und ermöglichen in Medikamenten die zeitverzögerte Abgabe von Wirkstoffen. Im Bausektor sorgt Methylcellulose für die richtigen Eigenschaften in Fliesenklebern, Wandputzen oder Mörtel.

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Die während der Produktion anfallenden Abwässer werden in der etwa 1,5 Kilometer vom Werk entfernten Kläranlage gereinigt. Dow betreibt die 350.000-EWG-Anlage als Gemeinschaftskläranlage – nimmt damit also auch die kommunalen Abwässer der Stadt Bomlitz samt umliegender Ortschaften auf. Im Zuge kontinuierlicher Modernisierungen tauschte der Betrieb 2017 drei magnetgelagerte Turbogebläse aus, die mehr und mehr Servicekosten verursachten. Heute versorgt ein Verbund aus zwei Aerzen-Turbogebläsen mit Luftlagerung sowie ein Delta Hybrid-Aggregat die Belebungsbecken der Biologie.

Die beiden Turbogebläse vom Typ AT200 liefern mit einer Motornennleistung von jeweils 150 kW ein Ansaugvolumen von 5340 m3/h bei einer maximalen Druckdifferenz von 1 bar. Beide Aggregate decken in der Gemeinschaftskläranlage die Grundlast ab und fahren nach Auskunft des stellvertretenden Betriebsmeisters Sebastian Göritz mit einem durchschnittlichen Differenzdruck von 0,8 bis 0,9 bar. Beide Turbos werden über einen integrierten Frequenzumrichter betrieben, so dass der geförderte Volumenstrom mit einem Regelbereich von 40 bis 100 Prozent dem Lastbetrieb entsprechend angepasst werden kann. Bei sinkendem Sauerstoffbedarf werden die beiden Grundlastmaschinen schrittweise abgeschaltet, da der Wirkungsgrad von Turbos mit niedrigen Drehzahlen stark abnimmt.

„In diesem Fall übernimmt der Delta Hybrid die Luftversorgung“, erklärt Göritz. Im Gegensatz zum Strömungsprinzip bei den Turbos sei der Drehkolbenverdichter durch sein Verdrängungsprinzip im Teillastbetrieb und durch seinen hohen Regelbereich von 25 bis 100 Prozent im niedrigen Volumenstrombedarf entsprechend effizienter. Der installierte Delta Hybrid des Typs D98S fördert einen maximalen Volumenstrom von 5800 m3/h bei 200 kW Motornennleistung.

Das Beste aus zwei Welten im Hybrid

Aerzen verbindet beim Delta Hybrid die Arbeitsprinzipien von Drehkolbengebläsen und Schraubenverdichtern zu einer energieeffizienten Lösung. Die Maschine nutzt in niedrigen Druckbereichen das Roots-Prinzip der Volldruckverdichtung und in höheren Druckbereichen das Schraubenverdichter-Prinzip mit innerer Verdichtung. Im Vergleich zu herkömmlichen Kompressoren senkt dieser Zweiklang den Energieverbrauch um rund 15 Prozent.

Die Gemeinschaftskläranlage in Bomlitz geht allerdings noch einen großen Schritt weiter in puncto Energieeffizienz – und kombiniert Turbogebläse und Drehkolbenverdichter zu einem Gesamtsystem, das sich dank der Verbundsteuerung Aersmart eigenständig optimiert. „Das ist schon eine innovative Sache“, meint Göritz. Die Verbundsteuerung ist dafür konzipiert, die von der Leitwarte angeforderte Luftmenge optimal auf die angeschlossenen Aggregate zu verteilen. Diese Verteilung erfolgt anhand der vorhandenen Technologien und den damit verbundenen Kennlinien und Wirkungsgraden. „Die Steuerung entscheidet, welche Maschinen aus dem Pool mit welchen Leistungsdaten zur Erreichung der besten Gesamteffizienz betrieben werden“, meint der Abwassermeister bei Dow. Aersmart geht damit weit über eine Kaskadierung mit Drehzahlsteuerung hinaus und fährt den installierten Maschinenpark immer am energetischen Gesamtoptimum.

Ausgestattet ist die Verbundsteuerung als abgesetztes Terminal mit einer Visualisierung auf einem Touch-Display. Das Betriebspersonal sieht vor Ort sofort den herrschenden Betriebszustand und kann die aktuellen Kennzahlen der angeschlossenen Aggregate ablesen bzw. in die Leitwarte übertragen. Göritz rechnet fest damit, dass Anlagenmodernisierungen in dieser intelligenten Form weiter zunehmen werden. „Maschinen, die über einen idealen Drehzahlbereich verfügen, sollte man auch dort betreiben.“ Einsparungen im Energieverbrauch von wenigstens 15 Prozent sprechen eine deutliche Sprache, zumal mit Abstand der meiste Strom in der Biologie verbraucht wird.

Ausblick

Mit Blick auf die neuen Möglichkeiten, welche die Industrie 4.0 der Abwasserreinigung an Effizienzverbesserungen bietet, will Dow in Bomlitz in Zukunft die Teilströme kontinuierlicher überwachen. Gerade die Onlineanalytik biete sehr gutes Entwicklungspotenzial. „Bei den Kohlenstofflieferanten müssen wir dort die Messungen durchführen, wo der Kohlenstoff anfällt und nicht erst in der Kläranlage. Wir sind so in der Lage zu agieren, statt nur zu reagieren“, macht Göritz deutlich. Die Anbindung der Aersmart-Steuerung an die Leitebene ist in diesem Zusammenhang genauso der richtige Weg wie die Steuerung von Frachtmengen auf Basis von Ist-Werten.

* Der Autor arbeitet als freier Fachredakteur.

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Über den Autor

Jörg Kempf

Jörg Kempf

Chefredakteur, PROCESS - Chemie | Pharma | Verfahrenstechnik