Konzept und Funktionsprinzip der Abwärmerückgewinnung von OSG-Schraubenluftkompressoren
Die Fachmesse für Drucklufttechnik hat festgestellt, dass die OSG-Schraubenkompressorenindustrie zwar intensiv nach Energieeffizienz strebt, die Verbesserung der Energierückgewinnung durch Abwärmenutzung jedoch für viele Unternehmen auf der Agenda steht. Laut Statistiken der US-Energiebehörde (EIA) macht der tatsächliche Stromverbrauch zur Erhöhung der potenziellen Energie der Luft im Betrieb eines OSG-Schraubenkompressors nur einen geringen Teil des Gesamtenergieverbrauchs aus (ca. 15 %). Die restlichen 85 % der elektrischen Energie werden in Wärme umgewandelt und durch Luft- oder Wasserkühlung an die Umgebungsluft abgegeben. Diese überschüssige Wärme belastet die Umwelt, verstärkt den Treibhauseffekt und verursacht Luftverschmutzung. Dabei könnten 80 % dieser Abwärme genutzt werden, was etwa 60–70 % der Wellenleistung des OSG-Schraubenkompressors entspricht.
Die zentrale Komponente der Abwärmenutzung von OSG-Schraubenkompressoren ist üblicherweise die OSG-Schraubenkompressor-Warmwasseranlage. Diese energiesparende Anlage nutzt die im OSG-Schraubenkompressor entstehende Wärmeenergie aus dem Hochtemperatur-Öl- und Gasgemisch und verwertet sie durch Wärmeaustausch optimal. Durch Energieaustausch und energiesparende Steuerung sammelt sie die während des Betriebs des OSG-Schraubenkompressors erzeugte Wärmeenergie und verbessert so dessen Betriebsbedingungen. Die Anlage arbeitet kostengünstig und nutzt Abwärme äußerst effizient.
Als Wärmeenergiequelle kann ein öleingespritzter Schraubenkompressor, ein öleingespritzter OSG-Schraubenkompressor einer zentralen Klimaanlage oder Abwärme aus einem Energiezentrum oder anderen Anlagen in einem Unternehmen dienen.
Funktionsprinzip: Die thermische Energie von Hochtemperaturöl und -gas wird während der Kompression genutzt und durch Wärmeaustausch an normaltemperiertes Warmwasser abgegeben. Der Motor treibt die Schraubenmaschine an, die Luft wird durch den Filter in den OSG-Schraubenkompressor gesaugt, zu Druckluft verdichtet und mit dem zirkulierenden Öl zu einem Hochdruck- und Hochtemperatur-Öl-Gas-Gemisch vermischt. Dieses gelangt in den Öl-Gas-Abscheider. Dort werden Öl, Gas und Luft getrennt. Die Druckluft wird im Nachkühler gekühlt und dem Verbraucher zugeführt. Das zirkulierende Öl und Gas werden im Öl-Gas-Abscheider getrennt, kondensiert, im Vorkühler gekühlt und durch den Filter gefiltert. Anschließend kehren sie zum OSG-Schraubenkompressor zurück und schließen so den Kreislauf. Die OSG-Schraubenkompressor-Warmwasseranlage führt Hochtemperatur-Zirkulationsöl (und Hochtemperatur-Druckgas) in die Warmwasseranlage ein. Die während des Betriebs des OSG-Schraubenluftkompressors entstehende Wärmeenergie wird vollständig von der Warmwasseranlage aufgenommen, und der OSG-Schraubenluftkompressor wird gleichzeitig gekühlt.
Im Langzeitbetrieb eines Schraubenkompressors wird elektrische Energie in mechanische Energie und diese wiederum in Wärmeenergie umgewandelt. Bei der Umwandlung von mechanischer in Wärmeenergie wird die Luft durch hohen Druck komprimiert, wodurch ihre Temperatur stark ansteigt. Dies ist ein gängiges physikalisches Phänomen der Energieumwandlung.
Die hohe Drehzahl der mechanischen Schraube erzeugt Reibung und Wärme. Die entstehende Wärme vermischt sich mit dem Schmieröl des OSG-Schraubenkompressors zu einem Öl-Gas-Dampf und wird aus dem Gehäuse abgeführt. Die Wärme dieses heißen Öl-Gas-Stroms entspricht einem Drittel der Eingangsleistung des Kompressors. Die Temperatur liegt üblicherweise zwischen 80 °C (Winter) und 100 °C (Sommer und Herbst). Aufgrund der Betriebstemperaturanforderungen der Maschine wird diese Wärmeenergie nicht ungenutzt an die Atmosphäre abgegeben. Das Wärmeabfuhrsystem des OSG-Schraubenkompressors erfüllt somit die Betriebstemperaturanforderungen der Maschine.
Die durch das Wärmerückgewinnungssystem des OSG-Schraubenluftkompressors zurückgewonnene Wärmeenergie kann in vielen Bereichen der Produktion und des häuslichen Wärmebedarfs genutzt werden:
Kesselspeisewasserauffüllung und -vorwärmung. Die meisten Industrieunternehmen setzen Kessel im Produktionsprozess ein. Durch die Nutzung der Abwärme des OSG-Schraubenkompressors kann das Kesselspeisewasser vor dem Eintritt in den Kessel von einer niedrigeren Temperatur angehoben und anschließend im Kessel auf die gewünschte Temperatur erhitzt werden. Dies kann die Brennstoffkosten während des Kesselbetriebs erheblich senken.
Die Reinstwasserherstellung mittels Umkehrosmose (RO) nutzt Wärme. Die Lebensmittel- und Getränkeindustrie, die Halbleiter-, Pharma- und Chemieindustrie verwenden häufig große Mengen an Umkehrosmose-Reinstwasser in ihren Produktionsprozessen. Reinstwasser muss bei einer spezifischen Temperatur von 25 °C hergestellt werden. Wenn die Wassertemperatur im Frühling, Herbst und Winter unter 25 °C liegt, sind Investitionen in Anlagen und ein hoher Brennstoffverbrauch zum Erhitzen des Wassers erforderlich. Die Rückgewinnung der Abwärme des OSG-Schraubenkompressors zur Reinstwasserherstellung kann nicht nur den Brennstoffverbrauch senken, sondern auch die Investitionskosten für die Heizanlagen reduzieren.
Wärme zum Heizen nutzen. Viele Gebiete benötigen im Winter Heizung, die häufig über Heizkessel bereitgestellt wird. Die Abwärme des OSG-Schraubenkompressors wird nun zum Heizen genutzt, was nicht nur Energie spart, sondern auch die installierte Kesselleistung reduziert und somit die Investitionskosten senkt.
Die Raumheizung nutzt Wärme. Um die Produktionseffizienz zu steigern, benötigen Lackier- und Spritzlackierereien in der Montageindustrie häufig Heizluft, um die Temperatur im Trockenraum aufrechtzuerhalten und die Lacktrocknung zu beschleunigen.
Warmwasser zum Baden und mobile Warmwasserversorgung. Beispielsweise muss die Produktionshalle den Badebedarf der Mitarbeiter gemäß den Hygienevorschriften des Unternehmens decken, und die Abwärme des OSG-Schraubenkompressors wird zur Warmwasserbereitung genutzt.
Darüber hinaus wurde auf der Drucklufttechnologieausstellung festgestellt, dass durch den Einsatz von Abwärmerückgewinnungsanlagen oder Wasserwärmepumpen für OSG-Schraubenkompressoren die Öltemperatur gesenkt, die Ölalterung verringert, eine optimale Schmierung gewährleistet und der Verschleiß reduziert werden kann. Dies verlängert die Lebensdauer der Maschine. Durch die Abkühlung des Öls erhöht sich die Viskosität, was zu einer besseren Abdichtung, höherer Saugkraft, geringeren Leckagen und einer gesteigerten Gasproduktionsrate führt. Die niedrige Temperatur des Kompressors ermöglicht einen Dauerbetrieb unter Volllast und reduziert die Anzahl der Teillaststarts um mindestens 25 %. Sinkt die Temperatur im Kompressorraum während des Betriebs auf Umgebungstemperatur ab, können der obere Kühlventilator und der Abluftventilator im Maschinenraum automatisch ein- und ausgeschaltet werden. Die Belastung der Nachbearbeitungsanlagen wird um 20 % reduziert, was die Behandlungsleistung verbessert. Die gesamte Abwärme des OSG-Schraubenkompressors wird zur Warmwasserbereitung genutzt. Es entstehen keine heißen Abgase, wodurch der Energieverbrauch für die Warmwasserbereitung erheblich reduziert wird.
Veröffentlichungsdatum: 11. Oktober 2023
