Projekt 09470/01

Wärmerückgewinnung aus Ziegelei-Abgasen zur Nutzung in einem Fernwärmenetz

Projektträger

TEN Teutoburger Energie Netzwerk eG
Höhenweg 14
49170 Hagen

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Zielsetzung des Vorhabens ist die Demonstration der Auskopplung von Wärme aus dem Abgas eines Ziegelofens und Einspeisung in das Fernwärmenetz der Gemeinde Bad Laer. Hierzu ist der Einsatz eines Wärmetauschers erforderlich, der den besonders aggressiven Ziegeleiabgasen standhält.
Anlass war der Bau eines neuen Riemchenwerkes bei der Fa. Feldhaus und die Erweiterung des Fernwärmenetzes. Die Wärme kann so ganzjährig ausgekoppelt und abgenommen werden. Durch diese Art der Wärmenutzung aus ungenutzten Abgasen kann ein Beitrag zur Primärenergie, Einsparung und zum Klimaschutz geleistet werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDa die Wärmerückgewinnung aus dem Brennofen des Riemchenwerkes wesentlich in die Abgasreinigung und Abgasführung eingreift, wurde:
1. Kontakt mit der Fa. Feldhaus aufgenommen und das Projekt besprochen. In diesen Gesprächen wurde auf die jahrzehntelange Erfahrung der Fa. Feldhaus bei der Abgasführung und Abgasreinigung zurückgegriffen. Die Fa. Feldhaus wurde während des gesamten Projekte in alle Schritte eingebunden.
2. In Zusammenarbeit mit der Fachhochschule Bielefeld, Fachbereich Maschinenbau, wurde im Rahmen einer Diplomarbeit die Grundlagenermittlung durchgeführt, insbesondere für die Feststellung der Gaszusammensetzung und der Taupunktfeststellung. Der Taupunkt des Abgases spielt bei der Ab-gaskühlung eine besondere Rolle und gibt letztendlich das Temperaturniveau vor.
3. Auf Grund dieser Untersuchungsergebnisse erfolgte die Auslegung des Wärmetauschers und des Temperaturniveaus sowie anderer wichtiger technischer Daten. Um die Produktionssicherheit mit der Fa. Feldhaus zu gewährleisten, wurden Bypassklappen und Umgehungsmöglichkeiten vorgesehen.
4. Danach erfolgte die Ausschreibung und die Bestellung sowie der Einbau des Wärmetauschers, der Rohrleitungen, Wärmeübertrager, Armaturen, Pumpen, Luftkanäle, Isolierungen und der Sicherheitstechnik. Die Inbetriebnahme der Anlage und die Überwachung und Visualisierung wurde in enger Zusammenarbeit bei der Fa. Feldhaus durchgeführt.
5. In dem dann folgenden Dauerbetrieb und Einspeisung der Wärme in das Fernwärmenetz erfolgte die Feineinstellung der Regelung.
6. Nach Ablauf einer ersten Erprobungsphase von ca. 6 Monaten wurden noch einige Änderungen an Bauteilen vorgenommen.
Eingebaut wurde ein Rohrwärmetauscher als Rohrpaket ohne Lamellen. Der Rohrwärmetauscher befindet sich in einem Isoliergehäuse und wird von dem Abgas waagerecht durchströmt. Das Abgas wird, bevor es zum Wärmetauscher geleitet wird, gereinigt. Hierzu durchströmt es einen Fluor-Kaskadenabsorber, indem der Schwefelgehalt, der CO-Gehalt und der NOx-Gehalt reduziert wird. Der Abgaswärmetauscher besitzt auf der Ein- und Austrittsseite Absperrklappen und eine Bypassklappe, um den Tauscher im Havariefall oder für Wartungszwecke vom Abgasstrom trennen zu können. Das Abgas wird von 200°C auf ca. 140°C abgekühlt. Die dabei anfallende Wärmeleistung beträgt ca. 150 kW. Ausgekoppelt wird über ein Heißwassersystem, mit einer Temperatur von 110/100°C als Zwischenkreislauf und Übertragung über einen Plattenwärmetauscher in das Fernwärmenetz.


Ergebnisse und Diskussion

Durch den Einbau des Abgaswärmetauschers werden die Abgase des Brennofens von 200°C auf 140°C abgekühlt. Eine tiefere Abkühlung ist auf Grund des Schwefeltaupunktes nicht möglich, ohne die nachfolgenden Bauelemente, wie Abgasventilator und Kaminkopf, zu schädigen. Im Wasserzwischenkreislauf werden Temperaturen von 110/120°C gefahren. Der Plattenwärmetauscher zwischen Fernwärmenetz und Zwischenkreislauf wird mit einer Temperatur von primär 110/120°C und sekundär von 80/90°C betrieben. Der Taupunkt des Abgases wurde nach eingehender Untersuchung und auf Grund seiner Zusammensetzung mit ca. 130°C festgestellt. Die festgelegte Temperatur im Primärwasserkreislauf von 110/120°C hat sich als ausreichend hoch herausgestellt, eine Kondensation und Schäden an dem Wärmetauscher sind nicht aufgetreten. Der Wärmetauscher ist aus Normalstahl ST 35.8 Glattrohr hergestellt worden.
Anfällig für Korrosion zeigte sich allerdings das Gehäuse an den nur schlecht zu isolierenden Trägerkonstruktionen. Hier entstanden Kältebrücken und als Folge Korrosionserscheinungen. Nach einer Betriebszeit von ca. 5 Jahren ist der Wärmetauscher ohne Korrosionsschäden, das Gehäuse muss jedoch an einigen Stellen erneuert bzw. auch umkonstruiert werden. Zukünftig ist darauf zu achten, dass keine Kältebrücken oder auch Undichtigkeiten entstehen. Der Wärmetauscher muss im halbjährlichen Rhythmus gereinigt werden, da aus dem vorgeschalteten Fluorkaskadenabsorber Staubpartikel mitgerissen werden und sich auf den Wärmetauscherrohren ablagern.
Die vorausberechnete Wärmemenge konnte auf Grund von betriebsbedingten Temperatur- und Abgasmengenschwankungen nicht erreicht werden. Erst ab dem 2. Betriebsjahr konnte die volle, theoretisch berechnete Wärmeleistung von ca. 140 kW bei einer Betriebszeit von 8.000 Stunden erreicht werden. Im Wesentlichen wurde der Wärmetauscher ab 1997 störungsfrei betrieben. Ausgetauscht wurden während dieser Zeit ein Plattenwärmetauscher wegen starker Verkalkung sowie zwei Nassläuferheizungspumpen gegen Trockenläuferpumpen.


Fazit

Auf Grund der günstigen Standortbedingungen, Abwärme aus einer Ziegelei in Verbindung mit einem in der Nähe befindlichen Nahwärmenetzes, hat sich trotz der sehr schwierigen Betriebsverhältnisse der Einbau gelohnt. Die unter sorgfältiger Planung und Ausführung vorbestimmte Technik hat sich bewährt und kann für vergleichbare Anlagen so wieder eingesetzt werden. Die dabei rückgewonnene Abwärme von ca. 100 - 150 kW bei 8.000 Jahresbetriebsstunden ergibt eine so große Wärmemenge, dass dieses auch der Umweltentlastung wesentlich zu Gute kommt.