Technologien der Abwärmenutzung - Abwärmeatlas Sachsen

6.3 Verbrennungsluftvorwärmung
Die Verbrennungsluftvorwärmung ist eine Form der direkten
Wärmenutzung, bei der erhebliche Mengen Primärenergie
eingespart werden können. Dabei wird die Abgastemperatur
reduziert und die dem Abgas entzogene Wärme durch die
Verbrennungsluft dem Prozess wieder zur Verfügung gestellt.
Sie ist vor allem bei Industrieöfen mit hohen Temperaturen
interessant, da das Einsparpotenzial mit der Prozesstemperatur
steigt. Der Einsatz an den etwa 70.000 Industrieöfen in
Deutschland ist unproblematisch möglich, da die Brennertechnologien
bereits ausgereift sind und die Maßnahmen sich in
kürzester Zeit amortisieren.
Dämmung
Ofenraum
Wärmegut
(z.B. Keramik, Mosaik)
Brenner
Energieträger
Verbrennungsluft
Ofenabgase
Abb. 50: Schema Verbrennungsluftvorwärmung
Wärmetauscher
Verbrennungsluft
Abgas
Bei der Verbrennungsluftvorwärmung wird mit der Abwärme
der Prozessabgase über einen Wärmetauscher die Verbrennungsluft
erwärmt, welche den Sauerstoff für die Verbrennung
zur Verfügung stellt. Bei der Verbrennung erwärmen sich als
erstes die Reaktionsprodukte der Verbrennung und die mit der
Verbrennungsluft mitgeführten Gase. Zu diesen gehört auch
der in der Luft vorhandenene Stickstoffanteil (80 %), welcher
nicht an der Reaktion teilnimmt, aber miterwärmt werden
muss.
35
Diese Erwärmung ist vergleichbar mit einem beträchtlichen
Falschluftstrom, der miterwärmt wird, aber keinen Nutzen
bringt. Wird die Verbrennungsluft vorgewärmt, muss weniger
Energie zur Erwärmung dieser Luft aufgewendet und damit
auch weniger Brennstoff bereitgestellt werden. Gleichzeitig
mit der Reduzierung des Brennstoffs verringert sich auch die
eingesetzte Verbrennungsluftmenge und damit wiederum die
Abgasmenge, mit der Wärme aus dem Prozess ausgetragen
wird.
Das Einsparpotenzial der Verbrennungsluftvorwärmung ist
wesentlich von der aus der Thermoprozessanlage austretenden
Abgastemperatur abhängig. Abbildung 51 zeigt das
Einsparpotenzial der Verbrennungsluftvorwärmung in Abhängigkeit
von der Ofentemperatur und der Reduzierung der
Abgastemperatur.
Die über einen externen Luftvorwärmer versorgten Brenner
erreichen Luftvorwärmtemperaturen von ca. 400 °C.
Bei den Rekuperator- sowie den Regeneratorbrennern bilden
die Luftvorwärmer zusammen mit den Brennern eine Baueinheit.
Hier werden noch höhere Temperaturen erreicht. Durch
den Verzicht auf Zuleitungen und die kompaktere Bauform
können beim Rekuperatorbrenner Temperaturen zwischen
500–700 °C und beim Regeneratorbrenner Temperaturen von
800–1.000 °C erreicht werden.
Erdgaseinsparung in %
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0
100 200 300 400 500 600
700
Senkung der Abgastemperatur in K
Ofenraumtemp. 1.000 °C
Ofenraumtemp. 1.100 °C
Ofenraumtemp. 1.200 °C
Ofenraumtemp. 1.300 °C
Abb. 51: Energieeinsparung durch Senkung der Abgastemperatur