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20. December 2017

ZPF: Prozessoptimierung bei Aluminiumschmelzofen

Steigerung der Energieeffizienz beim Aluminiumschmelzen: Brennerluftvorwärmung mittels Wärmetauscher senkt Gasverbrauch erheblich. Erhöhte Flammentemperatur ermöglicht Prozesszeitreduktion und Weiterverwertung der Abgaswärme – ein Plus für die Umwelt.


Im Jahr 2016 wurde im Rahmen eines BMWi-geförderten Verbundprojektes von Industrie und Wirtschaft der Prototyp einer optimierten Aluminiumschmelzanlage realisiert. Das EDUSAL II-Projekt ermöglicht es, das Energiesparpotential beim Schmelzprozess zu ermitteln und gleichzeitig den entstandenen Abbrand möglichst gering zu halten. Um die Verbrauchswerte einer solchen Anlage noch weiter zu senken und damit sowohl die Energieeffizienz als auch die Ressourcenschonung zusätzlich zu erhöhen, hat der Schmelzofenbauer ZPF GmbH sein Konzept nun um zusätzliche Komponenten erweitert: Durch die Einbindung einer so genannten Brennerluftvorwärmung, bei der der warme Abgasvolumenstrom über ein Rohrsystem auf einen Wärmetauscher geleitet wird, entsteht für den Anlagenbetreiber ein größerer Handlungsspielraum – und das bei geringerem Schadstoffausstoß und weniger Gasverbrauch. Dieses neue System kann – nach entsprechenden Anpassungen – als Nachrüstsatz für bereits bestehende ZPF-Schmelzanlagen eingesetzt werden.

„Im letztjährigen Projekt wurden zahlreiche nachhaltige Verbesserungen erzielt, die das frühere Ofensystem optimiert haben“, erzählt Sven-Olaf Sauke, bei ZPF verantwortlich für F+E. „Das Hauptaugenmerk lag dabei auf der Weiterentwicklung der Messtechnik zu einer sensorischen Erfassung des Schmelzschachtes, wodurch im Laborbetrieb nun sowohl die Lage des Restmaterials auf der Schmelzbrücke als auch seine Menge genau bestimmt werden können. Außerdem wurde ein spezieller Auswertungsalgorithmus entwickelt, der den Prozess soweit verbesserte, dass eine Steigerung der Schmelzleistung von bis zu 15 Prozent erzielt werden kann.“

Ein weiterer Schwerpunkt der EDUSAL II-Anlage war die Erprobung der Brennerluftvorwärmung. Die Idee, eine Brennerluftvorwärmung zu integrieren, die den Wärmestrom der Anlage effizient nutzt, gab es schon lange. Da jedoch am Markt befindliche Lösungen mit teils utopischen Kennwerten und Versprechungen angeboten werden, wurde zunächst eine elektrische Vorwärmung installiert. Diese erlaubt eine überaus exakte Energie- und damit auch Wirtschaftlichkeitsbilanz der Maßnahme. Die daraus gewonnenen Kennwerte wurden zur Konzipierung einer Brennerluftvorwärmung aus dem Abgasstrom der Schmelzanlage eingesetzt. „Bei dieser Variante wird der bereits aufgeheizte Abgasvolumenstrom über ein passendes Rohrsystem auf einen Wärmetauscher geleitet“, führt Sauke weiter.

Ausgeklügeltes System ermöglicht schonenden Umgang mit Gas
Die Primärluftseite (Heißgasseite), welche dem Wärmetauscher vorangestellt ist, bedingt weitere Komponenten: beispielsweise eine Steuereinheit, die den Abgasvolumenstrom entsprechend der Anforderung zu dem Wärmetauscher leitet, und zusätzliche Messstellen, die eine sichere Prozessführung gewährleisten. Bei einem Ausfall des Wärmetauschers oder einer der Komponenten muss die Steuereinheit den Abgasvolumenstrom durch eine Bypass-Funktion am Wärmetauscher vorbei direkt in das weiterführende System leiten, um den Wärmetauscher und seine Komponenten zu schützen. Im Wärmetauscher wird die Energie an die sekundäre Luftseite (Brennerluft) abgegeben – das abgekühlte Abgas wird im weiteren System entweder direkt in die Atmosphäre oder zur Vorwärmung des Schmelzgutes in eine entsprechende Kammer abgeleitet.

Der Brennerluftventilator fördert kalte Brennerluft aus der Umgebung in den Wärmetauscher, die dort bei den ZPF-Schmelzanlagen auf etwa 200 °C erwärmt wird. Das Rohrsystem nach dem Wärmetauscher ist isoliert und mit entsprechenden Stellklappen, Messgeräten und Anzeigen ausgerüstet. Ein Luftsammler, der direkt nach dem Wärmetauscher installiert ist, hilft dabei, das erwärmte Medium gleichmäßig über die Rohrleitungen auf das gesamte Brennersystem zu verteilen. So steigt die Flammentemperatur deutlich an, was einen höheren Energieeintrag sowie einen geringeren Gasverbrauch zur Folge hat. „Auf diese Weise können nicht nur Betriebs- und Energiekosten gespart werden, es wird auch ein schonender Umgang mit der wertvollen Ressource Gas ermöglicht“, berichtet Sauke. „Die Effizienz der gesamten Anlage wird gesteigert, die Schadstoffemissionen sinken.“ Diese Wärmetauschervariante eignet sich für alle gasbeheizten Aluminiumschmelz- und -warmhalteöfen von ZPF, welche über eine Anschlussleistung von mehr als 300 kW sowie einen hohen Schmelzanteil an der Gesamtlaufzeit der Ofenanlage verfügen. Die festgelegten Grenztemperaturen für die Feuerfestzustellung der Ofenanlagen müssen allerdings unbedingt eingehalten werden.

Brennerluftvorwärmung mittels Wärmetauscher als Nachrüstsatz für bestehende Schmelzanlagen
Die Erweiterung um die energieeffiziente Brennerluftvorwärmung mit einem integrierten Wärmetauscher lässt sich auch bei einer bestehenden Schmelzanlage vornehmen, bedingt jedoch einige Änderungen laut Sauke: „Bei einer Nachrüstung in bestehenden ZPF-Anlagen müssen neben dem Wärmetauscher auch eine Entnahmestelle für das Heißgas, passende Rohrleitungen und temperaturbeständige Regel- sowie Stellklappen integriert werden. Die Anpassungen hinsichtlich der Steuerung sowie der Bedienoberfläche müssen ebenfalls beachtet werden.“ Alle elektrisch betriebenen Komponenten beispielsweise der Regelklappen und der Messtechnik sind in die Steuerung und in den Schaltschrank miteingebunden, um die Bedienung der Anlage zu vereinfachen.

Sämtliche Änderungen und Nachrüstungen der Anlage werden von ZPF direkt beim Kunden vorgenommen – zuvor erfolgt eine umfassende Bestandserfassung, beratende Gespräche und eine eingehende Konzeption. Sauke erläutert abschließend: „Der Bedarf an Rohrleitungen, Trassen und Isolationsmaterial muss projektspezifisch berechnet werden. Der Vorteil bei dem entwickelten System liegt darin, dass alle Komponenten direkt an der Anlage verbaut werden und somit kein weiterer Platzbedarf in der Schmelzerei entsteht.“ Darüber hinaus wird bei ZPF intensiv an weiteren Maßnahmen zur Verbesserung der Effizienz der Aluminiumschmelzanlagen gearbeitet.

Company Info

ZPF GmbH

Petersäcker 4-6
74936 Siegelsbach

Phone: +49 (0) 7264 / 9597-0
Fax: +49 (0)7264 / 9597-19

E-Mail:info@zpf-gmbh.de

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