Projekt 14494/01

Betriebsübergreifender Wärmeverbund am Beispiel des Landeskrankenhauses Osnabrück und der Firma KM Europa Metal AG – Demonstrationsvorhaben

Projektträger

Niedersächsisches Landeskrankenhaus
Knollstr. 31
49088 Osnabrück
Telefon: 0541/313-0

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Anlass dieses Vorhabens war eine Anregung des Runden Tisches CO2 der Stadt Osnabrück. Der Runde Tisch CO2 sucht nach Möglichkeiten, den immer weiter steigenden Energieverbrauch und den damit verbundenen Ausstoß von Kohlendioxid zu senken. Hier stand die Überlegung im Raum, nicht weiter ausgenutzte Wärmequellen einer sinnvollen wirtschaftlichen Nutzung zuzuführen.
In der Firma KM Europa Metal AG in Osnabrück wurde an dem vorhandenen Kupferschmelzofen eine geeignete Wärmequelle gefunden. Das Staatliche Baumanagement Osnabrück, das auch mit am Runden Tisch CO2 vertreten ist, untersuchte daraufhin die Möglichkeit, aus dem Produktionsprozess zur Kupfergewinnung Wärme auszukoppeln. Die Wärme sollte dem in der Nähe befindlichen Landeskrankenhaus Osnabrück, das vom Staatlichen Baumanagement Osnabrück in Energiefragen beraten wird, zugeführt werden.
Ziel des Projektes ist es, die bei der Firma KM Europa Metal AG nicht verwendete Abwärme, die bei der Schmelze von Kupfer entsteht, über einen Wärmetauscher und einer Fernwärmeleitung in das Versorgungsnetz des Landeskrankenhauses Osnabrück einzuspeisen. Diese Einsparungen an Energie und somit an CO2 sollen 25 % der Gesamtenergie des Landeskrankenhauses Osnabrück betragen. Dies entspricht einer Energieeinsparung von 2.800 MWh oder 570 t CO2 pro Jahr.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenWärmetauscher:
Bei der Produktion von Kupfer entsteht am Kupferschmelzofen prozessbedingt eine größere Flamme. Diese Flamme musste auf Ihre Eignung bezüglich der Wärmeauskopplung untersucht werden. Die Abgasmenge und somit die verfügbare Abwärmeleistung wurde gemessen, bzw. soweit wie möglich errechnet. Die Prognose für die zur Verfügung stehende Leistung lag bei ca. 515 KW an der Heizflamme.
Die im Landeskrankenhaus Osnabrück ankommende Leistung wurde mit ca. 470 KW berechnet.
Eine Analyse der Abgase wurde durchgeführt, um die Materialverträglichkeit der einzusetzenden Werkstoffe mit den Abgasen festzustellen. Die Analyse der Abgase ergab, dass neben einigen materialproblematischen Stoffen sehr hohe Konzentrationen an Staub vorhanden sind. Um genauere Aussagen über die thermischen und mechanischen Belastungen des Wärmetauschers zu erhalten, wurde über der Flamme ein Versuchswärmetauscher installiert. Der Wärmetauscher zeigte nach ca. drei Wochen eine in diesem Umfang nicht vermutete Verschmutzung an Staub und anderen Bestandteilen. Die Ablagerungen hafteten jedoch nur locker an den ausgewählten hochwertigen Materialien des Versuchswärmetauschers. Das ausgewählte Material hielt den thermischen und mechanischen Belastungen stand und war somit für diese Anwendung geeignet. Auf Grund der hohen Verschmutzung durch den Staub musste das Planungskonzept überarbeitet werden. Es wurde, nach einigen planerischen Zwischenlösungen, ein neben der Flamme stehender Luft/Wasserwärmetauscher mit pneumatischem Staubbläser und Zellradschleuse vorgesehen. Bei dieser Ausführung werden die Ablagerungen auf den Tauscherflächen zeitgesteuert vollautomatisch mittels Druckluft gereinigt und der vorhandenen Filteranlage der Firma KME zugeführt.
Fernleitung:
Bei der Verlegung der ca. 1.000 m langen Fernleitung, die zu zwei Drittel im Erdreich verlegt wurde, war die Unterquerung eines Naturdenkmals eine besondere Herausforderung und nicht unproblematisch. Die Verlegung der Fernleitung auf dem Gelände der Firma KME war ursprünglich auf den vorhandenen Rohrtrassen in den Werkhallen vorgesehen. Diese waren jedoch nach genauerer statischer Berechnung aus-gelastet. Es wurde ein neuer Trassenweg über die Hallendächer gefunden. Diese Trassenführung erfor-derte eine zusätzliche ca. 15 m lange Rohrbrücke zwischen zwei Werkhallen.


Ergebnisse und Diskussion

Nach der Inbetriebnahme der Abgaswärmeanlage wurden die berechneten und der Auslegung zu Grunde liegenden Leistungswerte von 470 KW bis zu ca. 20 % überschritten. Der hohe Leistungswert ging je-doch nach einiger Zeit unter die berechnete Leistung zurück. Es zeigte sich dabei, dass die Leistung der Flamme stark von der Fahrweise des Kupferschmelzofens abhängt und sehr schwankend ist. Der tägliche Maximalwert bewegte sich nach einem halben Jahr und durchschnittlicher Fahrweise in der Größen-ordnung von 400 KW. Der durchschnittliche Wärmegewinn von ca. 35 MWh pro Woche liegt jedoch unter den berechneten und erwarteten Wert von 53 MWh in der Woche.
Auf Grund der hohen Umgebungstemperaturen und des hohen Staubgehaltes versagten einige kleinere Anlagenkomponenten. Dieses Versagen hatte in der Regel einen längeren Ausfall der gesamten Anlage zur Folge, da nur hitzebeständige Anlagenkomponenten verwendet werden, die vom Standard abweichen und somit meist längere Lieferzeiten haben. Erschwerend kam hinzu, dass direkt am Wärmetauscher nur sonntags, wenn die Anlage stillgelegt und abgekühlt ist, gearbeitet werden kann.
Die auf dem Markt erhältlichen Anlagenkomponenten mussten zusätzlich vor der Wärme und dem Staub geschützt werden, um eine entsprechende Standzeit zu erhalten. Die Störungen an der Abgaswärmeanlage wurden, da eine detaillierte Fernüberwachung nicht vorgesehen war, zum Teil nicht sofort erkannt. Eine genauere und verbesserte Fernüberwachung der Anlage, insbesondere der Stoßbläseranlage, erscheint sinnvoll um Zeiten mit vermeidlichen Minderleistungen schneller und besser zu erkennen.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

In der örtlichen und überregionalen Presse wurde mehrfach über dieses Projekt berichtet. Neben einigen kleineren Veröffentlichungen und Bekanntmachungen wurde am 09.11.1999 ein längerer Artikel in der Neuen Osnabrücker Zeitung Das LKH lässt sich für glühendes Kupfer erwärmen und am 20.05.2000 wurde ein weiterer Artikel ebenfalls in der Neuen Osnabrücker Zeitung KME liefert seine Abwärme kos-tenlos an das LKH veröffentlicht. Die Presse wurde zu einer Informationsveranstaltung und bei der Inbe-triebnahme eingeladen. Im Rundblick vom 16.11.1999 Nr. 220 wurde über dieses Projekt berichtet. In der Fachliteratur der Niedersächsischen Hochbauverwaltung wurden Berichte in den Jahresbericht 2000, Energie- und Gebäudemanagement des Landes Niedersachsen und in dem Buchband Der Staat baut, Staatliches Baumanagement Niedersachsen Seite (106) veröffentlicht.


Fazit

Die Abgaswärmeanlage wird nach dem Wärmeschutz von Teilen der Anlage und dem Austausch kleinerer nicht für diesen extremen Betrieb geeigneten Anlagenkomponenten störungsfreier und kontinuierlicher laufen. Mit einer besseren und intensiveren Fernüberwachung lassen sich Ausfallzeiten und Störungen vermeiden bzw. schneller erkennen. Der Betrieb der Anlage kann hierdurch optimiert und verbessert werden, so dass der Wärmegewinn gesteigert wird und die berechneten Werte in etwa erreicht werden. Ökologisch und ökonomisch betrachtet ist dieses Projekt sicherlich ein Gewinn. Mit diesem Projekt werden bei einem störungsfreien Betrieb jährlich ca. 375 Tonnen CO2 und andere im Erdgas bzw. Erdöl enthaltene Immissionen vermieden und ein jährlicher Wärmegewinn von 1.677 MWh erzielt. Der Kapitaleinsatz je gewonnener Megawattstunde ist bei anderen regenerativen Wärmeerzeugungsanlagen um ein Vielfaches höher.