Innovative Lösungen zur Wärmerückgewinnung - HST

Lösungsinformation Nr.3
GEWUSST WIE . . .
Mit System zur perfekten Lösung
Innovative Lösungen zur
Wärmerückgewinnung
Energieoptimierung im Abwassernetz
© HST
1

Innovative Lösungen zur Wärmerückgewinnung
Energieoptimierung im Abwassernetz
Steigende Energiepreise und der geforderte sparsame
Umgang mit natürlichen Ressourcen rückt für die Betreiber von
Kläranlagen das Thema Energieeffizienz immer stärker in den
Vordergrund. Erhöhter Kostendruck und die angestrebte CO2-
Reduktion erfordern eine Verringerung des Energieeinsatzes
auf Kläranlagen. Eine Möglichkeit zur Steigerung der
Energiegewinnung aus dem ‚nachwachsenden Rohstoff‘
Abwasser stellt der Wärmeaustausch zwischen dem kalten
Rohschlamm und dem warmen ausgefaultem Klärschlamm dar.
Eine weitere Energiequelle, die zunehmend Beachtung findet,
ist die bisher weitestgehend ungenutzte Wärme aus Abwasser
von privaten Haushalten, öffentlichen Einrichtungen und der
Industrie. „Das Potenzial dieser erneuerbaren Energiequelle ist
sehr groß, mit der Abwasserwärme könnten – vom Angebot
her – 10 % aller Gebäude in Deutschland beheizt werden.“
Quelle: DWA-Regelwerk, Merkblatt DWA-M 114 (Energie aus
Abwasser, Wärme und Lageenergie).
Für die unterschiedlichen Möglichkeiten der Wärmerückgewinnung
aus dem Kanal- und Kläranlagenbetrieb bietet HST
innovative Wärmetauschersysteme, die – je nach Anforderung
– mit IT-Applikationen ausgestattet werden, um die Prozesseffizienz
zu überwachen und zu optimieren.
Lösungen mit System für die Wärmerückgewinnung im
Überblick:
••
Schlamm-Rekuperator – Energieoptimierung bei der
Schlammbehandlung (S. 3)
••
Rohrwärmetauscher Pure flux P – Ergänzung von
SOWIESO-Rohren zur Wärmeaustauschfunktion (S. 4/5)
••
Rohrwärmetauscher Pure flux P2 – Ausstattung mit Spülund
CIP-Einrichtungen zum Einsatz für fetthaltige und
Sielhaut bildende Medien (S. 5)
••
Nützliche Ergänzungen zu Wärmetauschersystemen (S. 6)
––
TeleMatic zur zentralen Datenerfassung, Aufbereitung,
Archivierung und Fernüberwachung
––
SCADA V10 / SCADA.web für die Überwachung,
Analyse der Wärmeübertragung, Kennwertermittlung
und Bilanzierung des Prozesses
––
KANiO / KANiO.web zur Instandhaltung und
digitalen Anlagendokumentation
––
Energiebilanzierung
––
Condition Monitoring
––
Service & Dienste
2 © HST

Schlamm-Rekuperator in Modulbauweise *
Ein einfaches und effizientes Verfahren zur
Energieoptimierung für Kläranlagen mit Faulung
Beim Betrieb kommunaler Kläranlagen stellen die Energiekosten
bis zu 15 % der Gesamtbetriebskosten dar. Je Einwohner
werden ca. 35 kWh/a benötigt. Deshalb werden Kläranlagen
in vielfältiger Weise energetisch optimiert. Bislang wird jedoch
eine beachtliche Energieressource - das Wärmepotenzial
des aufgeheizten Klärschlamms - kaum genutzt, obwohl
dies insbesondere bei kleinen und mittleren Kläranlagen mit
Faulräumen und Blockheizkraftwerken bedeutsam ist. Denn dort
entstehen oft Energielücken für die Rohschlamm-Aufheizung,
die durch Wärmeaustausch geschlossen werden könnten. In
dieser Tatsache begründet liegt die Entwicklung des Schlamm-
Rekuperators in Modulbauweise. Die Wärmetauscher-Module
(„Rekuperatoren“) übertragen auf physikalisch-mechanischem
Weg die Wärme des ca. 37,5°C warmen ausgefaulten
Schlamms, indem dieser im Gegenstrom über eine Kontaktfläche
am kalten Rohschlamm vorbeigeführt wird. Dies erschließt ein
Temperaturübertragungspotential von deutlich über 10°C und
macht in diesem Umfang extern zugeführte Energie entbehrlich.
In der Regel wird der Faulschlamm vor dem Trocknen in einem
Eindicker gesammelt und kühlt während der Verweilzeit im
Eindicker auf die Umgebungstemperatur ab. Anschließend
wird der Klärschlamm entwässert. Die Abkühlung durch den
Rekuperator wirkt sich daher nicht auf den nachfolgenden
Trocknungsprozess aus. Die zurückgewonnene Wärme kann
so ohne nachteilige Auswirkungen auf den Gesamtprozess
genutzt werden.
Durch die Modulbauweise und die dadurch ermöglichte
einfache Anpassung der Wärmeaustauschfläche an die zu
berücksichtigenden Schlammmengen und Ausgangstemperaturen
kann das zur Verfügung stehende Wärme-Delta optimal ausgenutzt
werden.
Die im ausgefaulten Schlamm enthaltene Wärme wird durch
den Rekuperator in erheblichem Umfang zurückgewonnen . Der
Schlamm-Rekuperator in Modulbauweise arbeitet dabei nach
dem Prinzip eines Wärmetauschers, bietet jedoch deutliche
Verbesserungen. Das Prinzip des Schlamm-Rekuperators basiert
auf einem rein mechanischen Weg zur Wärmegewinnung:
• Ausgefaulter, noch warmer Schlamm fließt durch
Kastenprofile innerhalb des Rekuperators.
• Kalter Rohschlamm wird im Gegenstrom durch benachbarte
Kammern gepumpt.
Aufgrund der Modulbauweise können auch Kläranlagen mit
geringem verfügbaren Bauraum ausgerüstet werden. Der
Schlamm-Rekuperator wird als ganzheitliche Lösung mit IT &
Automation von HST so ausgestattet, dass er optimal in die
vorhandenen Anlagenprozesse integriert werden kann.
Vorteile
• Optimierung der Energiesituation von Kläranlagen
• große Oberfläche bei kompakter Bauweise
• innovative Systembauweise
• HydroMatic-Prozesssteuerung
* Der Schlamm-Rekuperator ist ein Lizenzprodukt der RWG – Ruhr-
Wasserwirtschafts-Gesellschaft mbH.
X
Schlamm -
Rekuperator
© HST
Der Verfahrensablauf ohne (links) und mit Schlammrekuperator (rechts)
3

HST Wärmetauschersystem
Pure flux P
Die speziellen Rohrwärmetauscher werden im Zwischenkreis
zur Optimierung der Wärmeübertragung mit einer Spirale
angefertigt. Sie sind eine ideale Ergänzung von SOWIESO-
Rohren zur Wärmeaustauschfunktion. Wärmetauscher nach
diesem Prinzip eignen sich auch für große Nennweiten
und zur Nachrüstung bzw. Integration in bestehende
Rohrleitungen, z. B. zur Beheizung und Luftentfeuchtung von
Betriebsgebäuden, in Pumpwerken und Abflussregelstrecken in
Regenbecken. Pure flux P eignet sich ebenfalls zur Kühlung von
Dieselmotoren an Hochwasserpumpwerken. Mit spezifischen
Bemessungswerkzeugen wird die ideale Konfiguration
errechnet.
Vorteile
• Funktionsintegration in Rohren
• große Nennweiten möglich
• Einsatz an Normbauteilen
• rationell und präzise durch Laserzuschnitt
• niedrigste Betriebs- und Wartungskosten
Anwendung
• Pumpwerke, insbesondere mit wassergekühlten Motoren
• Abflussregelungen in Regenbecken
• Prozesswasseranlagen
Bemessung / Leistung
Diagramm zur Vordimensionierung
Übertragungsleistung in kW
60
50
40
30
20
10
Randbedingungen:
Baulänge: 6,0 m
Abwassertemp.: 12 °C
Zwischenkreistemp.: 6/10 °C
Biofilmeinfluss: 20 %
DN150/DN200
DN300/DN350
DN500/DN600
Beispiel Pumpwerk:
gepumpte Abwassermenge: 50 l/s
Übertragungsleistung: 28 kW
Beispiel Düker:
Trockenwetterabfluss: 200 l/s
Übertragungsleistung: 41 kW
0
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
Ausführung / Optionen
••
Verschmutzungsdetektion
••
Revisionsöffnungen / Mannloch
••
Condition Monitoring
••
smartSCADA/smartKANiO
Abwassermenge in l/s
Standard Spezifikation und Technische Daten
Rohrdimensionen: DN150 – DN800 (Innenrohr)
Wassermenge: 10 – 1000 l/s
Übertragungsleist.: 10 – 70 kW (Quelle: 12 °C)
Werkstoff:
Edelstahl
Sonderausführung und -abmessungen auf Anfrage
4 © HST

HST Wärmetauschersystem
Pure flux P2
Das effiziente System für die Abwasserwärmenutzung:
Abwasser bietet mit seinen hohen Temperaturen eine ideale
Wärmequelle für Wärmepumpen und steht als alternative
Energiequelle der Geothermie oder Grundwassernutzung in
nichts nach. Mit Hilfe des in Systembauweise entwickelten
Wärmetauschers wird dem Abwasser so die Wärme entzogen,
die durch die vorherige Nutzung ohnehin eingebracht wurde.
PureFlux P2 Rohrwärmetauscher eignen sich für hohe
Wärmeleistung und Kaskadierung. Der Wärmetauscher
verfügt über Spül- und CIP-Einrichtungen und ist damit auch für
fetthaltige und Sielhaut bildende Medien geeignet.
Vorteile
••
innovative Systembauweise
••
fertigungsoptimiertes Design
••
große Oberfläche bei kompakter Bauweise
••
Trockenaufstellung
••
Spül- und CIP-Betrieb
••
Auto-Servicefunktion
Anwendung
••
Pumpwerke
••
Druckleitungen
••
Schwimmbäder
••
Industrieanlagen
••
Wäschereien/Großküchen
Bemessung / Leistung
Diagramm zur Vordimensionierung
spezifische Übertragungsleistung in kW/m
3,50
3,00
2,50
2,00
1,50
1,00
0,50
Randbedingungen:
Abmessungen: DN150/DN200
Abwassertemp.: 12 °C
Zwischenkreistemp.: 6/10 °C
Biofilmeinfluss: 20 %
Q = 15 l/s
Q = 75 l/s
Q = 50 l/s
Q = 30 l/s
Beispiel:
geforderte Übertragungsleistung: 280 kW
techn. verfügbare Abwassermenge: 30 l/s
benötigte Wärmetauscherlänge:
280 kW / 1,7 kW/m = 165 m
0,00
0 100 200 300 400 500 600
Ausführungsarten / Optionen
••
Verschmutzungsdetektion
••
Revisionsöffnungen
••
Reinigungsautomatik
••
Condition Monitoring
••
smartSCADA/smartKANiO
Übertragungsleistung kW
Standard Spezifikation und Technische Daten
Rohrdimensionen: DN50 – DN200 (Innenrohr)
Wassermenge: 3,5 – 90 l/s
Übertragungsleist.: 20 – 500 kW (Quelle: 12 °C)
Werkstoff:
Edelstahl
Sonderausführung und -abmessungen auf Anfrage
© HST
5

Nützliche Ergänzungen zu Wärmetauschersystemen
Pure flux
Systeme
Schlamm-
Rekuperator
Vernetzung
Wahrscheinlichkeit des Eintrittes
KANiO
KANiO.web
Konsequenz bei Eintritt
Condition Monitoring
Wärmetauschersysteme – Intelligent vernetzt zur
HST-Lösung mit System
Durch die intelligente Vernetzung einzelner Systemkomponenten
entsteht eine vollständige und effiziente Lösung. Neben der
permanenten Funktionsüberwachung bietet die Vernetzung zu
den SCADA-Systemen von HST weitere Funktionen zur Analyse
und Bilanzierung des Prozesses. Die Integration in das SCADA-
System SCADA V10 oder in die Portallösung SCADA.web
ermöglicht eine präzise Ermittlung der Wärmetauscherleistung.
Die wichtigen Informationen aus dem Prozess werden über
Sensoren hochgenau über das HST-TeleMatic-System erfasst,
vorverarbeitet und dokumentiert. Auch der Verschmutzungsgrad
des Wärmetauschers kann genau ermittelt und - falls erforderlich
- rechtzeitig eine Reinigung durchgeführt werden, um die
Wärmequalität im Zwischenkreis auf dem Maximum zu halten.
Das Betriebsführungssystem KANiO übernimmt die digitale
Anlagendokumentation und sichert durch das integrierte
Instandhaltungsmanagement den störungsfreien Betrieb des
Wärmetauschers.
Bestandteile der HST-Gesamtlösung
Wärmetauschersysteme
+ + TeleMatic zur zentralen Datenerfassung, Aufbereitung,
Archivierung und Fernüberwachung
+ + SCADA V10 / SCADA.web für die Überwachung,
Analyse der Wärmeübertragung, Kennwertermittlung und
Bilanzierung des Prozesses
+ + KANiO / KANiO.web zur Instandhaltung und digitalen
Anlagendokumentation
Wärmedurchgang durch die Trennwand eines Wärmetauschers
6 © HST

Referenzen
Hochwasserpumpwerk Rheinberg - Wärmetauscher
Pure flux P für Rückkühlung von Antriebsaggregaten
Auftraggeber: LINEG, Kamp-Lintfort
Das Hochwasserpumpwerk in Rheinberg ist eines der größten
Pumpwerke in Nordrhein-Westfalen. Insgesamt sind vier
Pumpen für den Hochwasserschutz im Einsatz. Drei dieser
Pumpen sind mit Dieselantrieben ausgerüstet. Die Kühlung
der Motoren erfolgte bisher über Grundwasser. Aufgrund
des hohen Wartungsaufwands ist die Entscheidung auf ein
geschlossenes System gefallen. Das von HST entwickelte und
installierte Wärmetauscher-System dient zur Rückkühlung der
Motoren durch das von den Pumpen geförderte Hochwasser.
Somit konnte auf eine aufwändige Außenmontage von
Rückkühlern verzichtet werden.
HST-Demonstrations- und Versuchsanlage mit Wärmetauscher
Pure flux P2 für Wärmegewinnung aus Molkereiabwassser
Auftraggeber: Stadt Aurich
Zu Versuchs- und Demonstrationszwecken stattete HST
eine Wärmeübertragerstation der Stadt Aurich mit
dem Wärmetauschersystem Pure flux P2 aus, um die
Auswirkungen des Molkereiabwassers auf die Oberfläche des
Wärmetauschersystems und den Einfluss der Biofilmbildung
(Fouling) auf die Wärmeübertragung zu untersuchen. Für die
Testanlage der Stadt Aurich wurde zudem eine HST TeleMatic
Prozessdatenüberwachung inklusive SCADA.web-Portal für
die Wärmeübertragung zwischen Molkereiabwasser und dem
kalten Nahwärmenetz installiert. Die Übertragungsleistung
konnte aufgrund der Prozessdatenüberwachung gemessen,
verifiziert, ausgewertet und optimiert werden.
Käranlage Bestwig-Velmede (47.500 EW)
Schlamm-Rekuperator in Modulbauweise
Auftraggeber: Ruhrverband
Der Rohschlammanfall der Kläranlage Bestwig-Velmede
liegt im Jahresmittel bei 54 m³/d (ca. 0,63 l/s). Bei einer
angestrebten Temperaturerhöhung um 10°K ergibt sich eine
Nennwärmeleistung von 26,2 KW. Die Rekuperatoren-Leistung
liegt bei ca. 0,5 KW/m², so dass eine Austauschfläche zur
Übertragung der Wärme von 52,4 m² benötigt wird. Unter
Berücksichtigung der örtlichen Bedingungen im Gebäude
der Kläranlage und zur Abdeckung der notwendigen
Austauschfläche wurde ein 4er Paket bestehend aus jeweils
6 Rekuperator-Modulen vom Typ I R2500 mit einer Gesamtaustauschfläche
von ca. 67,2 m² eingebaut.
© HST
7

Innovative Lösungen zur Wärmerückgewinnung
Sie möchten mehr Informationen zum Thema oder zu HST?
Anforderung unter www.hst.de/produkte oder
Fax an +49 291 7691
Die HST-Produkte für die Wärmerückgewinnung:
Pure flux
––
Wärmerückgewinnung, Kläranlage
––
Abwasserdruckleitung, kommunal
––
Rückkühlung, Hochwasserpumpwerk
––
Wärmenutzung aus Sickerwasseranlagen/
Sümpfungswasseranlagen, Industrie, Nahwärme
Pure flux P2
––
Abwasserwärmenutzung (AWN) kommunal
––
AWN Industrieabwasser
Schlamm-Rekuperator
––
Kläranlage mit Faulung
Ihr Ansprechpartner:
Christian Hellwig
Produkt- u. Projektingenieur Maschinen & Anlagen
E-Mail: christian.hellwig@hst.de
Telefon: 0291 9929 - 37
Ich wünsche eine persönliche Beratung und
bitte um Ihren Anruf.
Meine Kontaktdaten:
Name
Vorname
Unternehmen
Straße / Postfach
Darüber hinaus bitte ich um weitere
Informationen zu:
Maschinen & Anlagen
Klappen und Wehre, Tauchwände
Rechen und Siebe
Schwallspülungen
Jets und Belüfter
Abflusssteuerungen
Klarwasserabzüge
Schwimmschlammabzüge
Flotationsanlagen
Ab- und Prozesswasserbehandlung
IT & Automation
Betriebsführung: KANiO
Webbasierte Betriebsführung: KANiO.web
Leittechnik: SCADA V10
Portal Leittechnik: SCADA.web
Software für SMART Machines: smartKANiO
Software für SMART Machines: smartSCADA
Steuerung und Überwachung: HydroMatic
Steuerung und Überwachung: TeleMatic
Überwachung: TeleCam
Datenerfassung und Webportal: SensoMatic-
EMA
Datenerfassung und Webportal: NiRA.web
Service & Dienste
Instandhaltung & Revision - Maschinen & Anlagen
Betrieb & Dienste - Dienstleistungen
Entlastungsmengenmessung - Dienstleistung
Assistenz & Support - IT & Automation
PLZ / Ort
Telefon / Fax
E-Mail
HST-Leistungsmarken
Bitte nehmen Sie meine E-Mail Adresse in
den HST-Praxistipp-Verteiler auf
Wasser
Energie
Infrastruktur
HST Systemtechnik
GmbH & Co. KG
Sophienweg 3
59872 Meschede
Tel.: +49 291 99290
Fax.: +49 291 7691
info@hst.de
www.hst.de
8 © HST