In der Kläranlage der Stärkefabrik erzeugt ein Turbogebläse die Grundlast, eine neue kleinere Anlage mit einer Maximalleistung von 5.000 Nm³/h die Spitzenlast.

Pumpen & Kompressoren Abwasserspitzen zur Kampagne

27.03.2014

Wie lässt sich für eine biologisch arbeitende, industrielle Kläranlage eine bedarfsgerechte Prozessluft-Versorgung realisieren? Besonders groß ist die Herausforderung, wenn zugleich die Auslastungsbandbreite sehr groß ist: typisch für Kampagnenproduktion. Dass das mit höchster Energie-Effizienz machbar ist, beweist das Konzept eines holländischen Stärkeproduzenten.

Ab August geht es rund bei Stärkeherstellern. Mit der Kartoffelernte fällt der Startschuss für die Produktionskampagne, die in der Regel bis März dauert. Ein niederländisches Unternehmen, das neben Kartoffelstärke auch so genannte Derivate herstellt, verarbeitet in diesen Monaten pro Woche 25.000 t Kartoffeln zu circa 9.000 t Kartoffelstärke. Ein Drittel wird sofort an Kunden in der Lebensmittel-, Tierfutter- oder Textilindustrie geliefert. Der Rest wird getrocknet, in Silos zwischengelagert und in einem zweiten Unternehmen auf dem Gelände weiterverarbeitet. Sowohl bei der Herstellung der Stärke als auch bei deren Weiterverarbeitung fallen erhebliche Mengen an Schmutzwasser an, die in einer Kläranlage auf dem Werksgelände aufbereitet werden. Dort erzeugt ein Turbogebläse mit einer Maximalleistung von 10.000 Nm³/h die Grundlast, eine neue kleinere Anlage mit einer Maximalleistung von 5.000 Nm³/h die Spitzenlast. Bei weiter steigendem Bedarf werden zwei Drehkolbengebläse mit einer Maximalleistung von je 5.000 Nm³/h zugeschaltet. Alle vier Anlagen der Aerzener Maschinenfabrik sind drehzahlgeregelt. Die drehzahlgeregelten AT-Turbogebläse sind die idealen Grundlast-Erzeuger. Und für die Abdeckung der Spitzenlast sind die Drehkolbengebläse der Baureihe Delta Blower oder die Drehkolbenverdichter Delta Hybrid prädestiniert.

Die Kläranlage ist zweigleisig aufgebaut: Die Aufbereitungsschiene 1 verarbeitet während der Kampagne von August bis März das bei der Stärkeproduktion anfallende weniger belastete Abwasser, das in einem Belüftungsbecken lediglich bewegt und in geringem Umfang durch von außen zugeführte Luft belüftet wird. Die Aufbereitungsschiene 2 reinigt ganzjährig nach dem Prinzip einer biologisch arbeitenden Kläranlage das stärker belastete Abwasser aus der Weiterverarbeitung der Kartoffelstärke in der chemischen Fabrik. In diesem Bereich ist eine intensive bedarfsabhängige Prozessluft-Versorgung der drei Belebungsbecken für eine zuverlässige Aufbereitungsarbeit durch die Bakterien unerlässlich.

In den drei Belebungsbecken der Aufbereitungsschiene 2 wird der Sauerstoffgehalt über Sensoren ermittelt. Bei Unterschreitung des Sollwerts wird Sauerstoff eingeleitet. Gleichzeitig wird über einen Drucksensor die Prozessluft-Erzeugung aktiviert. Aerzener Drehkolbengebläse des Typs GMb 16f13 (max. Leistung je 5.000 Nm³/h) hatten die Prozessluft-Versorgung seit mehr als 20 Jahren sichergestellt. Da die Motoren mit zwei Geschwindigkeiten gefahren werden konnten, waren die Zustände Stillstand, 50 Prozent und 100 Prozent möglich. Zwei Anlagen wurden inzwischen abgebaut und durch zwei Drehkolbengebläse des Typs GM 90 S mit einem Volumenstrom von ebenfalls je 5.000 Nm³/h ersetzt.

2011 wurde die Prozessluft-Erzeugung modernisiert. Bei der Planung hatte man zunächst an zwei neue Drehkolbengebläse des bereits vorhandenen Typs GM 90 S gedacht. Aerzener empfahl jedoch, stattdessen zwei neue AT-Turbogebläse mit unterschiedlichen Leistungen zu wählen und mit den zwei vorhandenen Drehkolbengebläsen zu verbinden. Der Produktionsleiter des Stärkeherstellers erinnert sich: „Ein externes Beratungsunternehmen hat die vorgelegten Wirtschaftlichkeitsberechnungen geprüft und bestätigt, dass wir mit der empfohlenen Lösung ein sehr energieeffizientes Konzept erhalten und die gesetzlichen Auflagen für den besonders sparsamen Einsatz elektrischer Energie hervorragend erfüllen.“

ROI in weniger als fünf Jahren

Die Ergebnisse waren überzeugend. Die Investitionen amortisierten sich über die Energiekosten bereits innerhalb des werksinternen Limits in weniger als fünf Jahren. Das gilt als um so bemerkenswerter, als bei dieser Berechnung nur ein kWh-Preis von 6 Cent statt der üblichen 10 bis 13 Cent eingesetzt wurde. Zu den zwei Drehkolbengebläsen GM 90 S wurden statt zusätzlicher baugleicher Anlagen zwei neue AT-Turbogebläse mit Liefermengen von je 5.000 und 10.000 Nm³/h angeschafft.
Alle Anlagen werden mit einem konstanten Druck von 0,6 bar gefahren. Das Turbogebläse AT 300-0,8T fährt dabei die Grundlast. Bei nicht ausreichender Leistung wird das zweite, kleinere Turbogebläse des Typs AT 150-0,8S als erste Spitzenlast-Anlage zugeschaltet. Beide Anlagen sind innerhalb eines neuen Gebäudes installiert. Bei weiter steigendem Bedarf können die zwei älteren Drehkolbengebläse zugeschaltet werden, die neben dem Gebäude im Freien aufgestellt wurden. Da die Schmutzwasser-Einleitungsmenge produktionsabhängig erheblich schwankt und demzufolge auch der Prozessluft-Bedarf, wird die installierte Kapazität voll genutzt. „Reserven halten wir nicht vor", erläutert der Produktionsleiter. „Im Notfall wird eine Aerzener Mietmaschine die ausgefallene Kapazität ersetzen.“

Die einstufigen, radialen AT-Turbogebläse verdichten absolut ölfrei. Ein integrierter Frequenzumrichter passt den Volumenstrom stufenlos an den aktuellen Bedarf an. Man bedient die Anlage über ein wasser- und staubgeschütztes Touchscreen-Bedienfeld und Taster für Start/Stop/Notaus. Die Anlagen können nach Anschluss von Druckluftleitung und Elektroversorgung sofort in Betrieb genommen werden.

AT-Turbogebläse werden ohne Getriebe durch luftgekühlte Hochgeschwindigkeits-Permanentmagnetmotoren bedarfsabhängig drehzahlgeregelt gefahren. In den Permanentmotoren wird der Elektromagnetismus mit einem Permanent-Magnetismus des Rotors kombiniert. Dieser Rotor benötigt für seine Magnetisierung keine Energie. Da nur der Stator elektrisch magnetisiert wird, weisen Permanentmagnetmotoren im Vergleich zu konventionellen Motoren einen höheren Wirkungsgrad auf. Verdichter- und Ventilatorlaufrad sind direkt auf die Motorwelle montiert. Die kompakte, stufenlos regelbare Einheit arbeitet wartungsfrei. Die schmierstofffreien Luftlager versprechen einen wirtschaftlichen, zuverlässigen und wartungsfreien Betrieb und die Erzeugung absolut ölfreier Druckluft ohne Leckage-Risiko und ohne zusätzliche Altöl-Entsorgungskosten.

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