Hohe Abwärmenutzung, niedrige Amortisationszeiten

Industriebetriebe, in deren Produktionsprozess große Mengen an Abwärme anfallen, bieten ein erhebliches Energieeinsparpotenzial. Die Wärme, die häufig ungenutzt mit den Abgasen oder der Abluft entweicht, ist ein energetischer Schatz, den es zu heben gilt. Möglich ist dies mit Abgaswärmetauschern, wie sie die Firma Schräder aus Kamen anbietet. Die Firma Bulten, Hersteller von Schrauben, nutzt diese Technologie, um die so gewonnene Wärme erneut dem Produktionsprozess zuzuführen.

Die Bulten GmbH produziert und vertreibt Verbindungselemente für die Auto­mobilindustrie. Bereits 1970 wurde die Produktionsstätte in Bergkamen Rünthe – ursprünglich unter dem Namen KHS – gegründet. Nach einem nahezu kompletten Verlust der Gebäudesubstanz durch einen Brand im Jahr 1992 sowie einer darauf folgenden wirtschaftlich schwierigen Phase übernahm der schwedische Schraubenproduzent Bulten das Unternehmen. Die nach dem Brand neu aufgebauten Produktionsstraßen zählen noch heute zu den modernsten Anlagen ihrer Art in Europa. Hier entstehen Kaltumformteile sowie spezielle Schrauben und Verbindungs­elemente, die bei diversen Automobilherstellern zum Einsatz kommen. Mithilfe spezieller Maschinentechnik entstehen Schrauben mit den Abmessungen von M 8 bis M 16 in Längen von bis zu 120 mm. Nach dem Kaltumformprozess werden die Schrauben in speziellen Waschanlagen von Ölen und Phosphat befreit, bevor in der Vergütungsanlage die Wärmebehandlung zur Erlangung verschiedener Härtegrade erfolgt. Dieser Prozess findet bei hohen Temperaturen statt und ist daher sehr energieintensiv. An dieser Stelle setzten die Firmenbetreiber mit ihrem Konzept zur Energierückgewinnung mittels Abgaswärmetauscher an.

50 kW Energieausbeute pro Abgaswärmetauscher
Ausschlaggebend für das Projekt war der Austausch zweier Waschanlagen in der Vergüterei. Ziel war es, die hohe Abwärmeleistung der Härteöfen mit je 1000 kg/h Durchsatz für die Warmwasserversorgung der Vorwaschmaschinen nutzbar zu machen. Man wandte sich an Schräder, der mit seinem Abgaswärmetauscher AWT ein Produkt im Portfolio führt, das bereits häufig im industriellen Einsatz zu finden ist. Der Kamener Hersteller konzipierte als Generalunternehmer in ­enger Zusammenarbeit mit dem Waschanlagenhersteller Ilvet und Bulten die neuen Anlagen.
Die Abgaswärmetauscher wurden auf den Härteöfen des Herstellers Aichelin installiert. Beide Öfen werden mit jeweils 15 Gasbrennern à 31 kW Nennheizleistung befeuert. Dabei entstehen Abgastemperaturen von ca. 350 °C. Um die hohen Temperaturen im AWT nutzen zu können, wurden die Falschluftansaugungen verschlossen. Zudem wurde die Ventilatorentechnik angepasst und mit einer Konstantdruckregelung ausgestattet, sodass zu jeder Zeit der notwendige Unterdruck im nun geschlossenen Abgassystem gewährleistet ist. Die Brennereinstellungen wurden zwecks Einhaltung der BImSchV angepasst. Die Gase durchströmen die Wärmetauscher und geben dabei einen Großteil ihrer Wärme an einen Wasserkreislauf ab. Beim Verlassen des AWT beträgt die Abgastemperatur nur noch ca. 100 °C. Die maximale Wärmerückgewinnung wird pro Abgaswärmetauscher mit 50 kW angegeben. Mit der Energie wird ein 10 000 l fassender Pufferspeicher beladen. Von dort aus werden die beiden neuen Waschmaschinen der Firma Ilvet über Verteiler und je fünf Rohrbündelwärmetauscher auf verschiedenen Temperaturniveaus und mit verschiedenen Leistungen mit Warmwasser versorgt.
Die gesamte Anlage wurde redundant geplant, d. h. nach der Umsetzung der Baumaßnahme sollten zwei Abgänge für das Rauchgas vorhanden sein. Es wurde daher für beide Öfen je eine neue doppelwandige Abgasleitung aus Edelstahl installiert, die senkrecht über das Dach geführt wird. In beide Abgasleitungen wurde ein Bypass installiert, der das Abgas mithilfe eines Stellmotors, der die Klappen öffnet oder schließt, in Richtung Wärmetauscher leitet. Normalerweise ist diese Funktion in den AWT integriert. In der vorliegenden Größenordnung wurde der Bypass aus konstruktiven Gründen extern ausgeführt. Die Steuerung der Wärmetauscher erfolgt über ein Touchscreen-Display, auf dem sich die aktuellen Betriebszustände ablesen lassen. Sie wurde von Schräder zusammen mit der Firma EGA Automation installiert.

Kurze Amortisationszeit
Betrachtet man die Investitionskos­ten von 125000 Euro (170000 reine An­schaffungskos­ten, abzüglich 45000 Euro Förderung) und nimmt man einen Energiebedarf der Waschmaschinen von 1000000 kWh pro Jahr an, bei einem Energiepreis von 0,038 Euro/kWh, ergibt sich ein Einsparpotenzial von 38000 Euro. Laut Frank Welzel, projektverantwortlicher Leiter bei der Bulten GmbH, beläuft sich die Amortisationszeit damit auf unter 3,3 Jahre. Darüber hinaus wird mit der CO₂-Einsparung auch die Umwelt deutlich entlastet. Die Firma Bulten wurde als „nicht KMU“ im Rahmen der Fördermaßnahme „Energieeffiziente und klimaschonende Produktionsprozesse“ des PTKA¹) gefördert.

¹) Projektträger Karlsruhe – PTKA – am Karlsruher Institut für Technologie (KIT), siehe auch www.ptka.kit.edu