Kombination von Kältetrockner und Adsorber verbessert ...
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PRODUKTION DRUCKLUFTTECHNIK<br />
Die <strong>Kombination</strong>strockner<br />
der Serie<br />
Hybritec bestehen<br />
aus <strong>Kältetrockner</strong>n<br />
(l.), in die warmregenerierende<br />
Adsorptionstrockner<br />
eingebaut sind.<br />
Dadurch ergeben<br />
sich deutlich höhere<br />
Einsparpotenziale<br />
als bei der Serienschaltung<br />
der beiden<br />
Geräte.<br />
DRUCKLUFTTROCKNUNG<br />
<strong>Kombination</strong> <strong>von</strong> <strong>Kältetrockner</strong> <strong>und</strong><br />
<strong>Adsorber</strong> <strong>verbessert</strong> Energieeffizienz<br />
ENERGIE<br />
EFFIZIENZ<br />
DRUCKLUFTTECHNIK<br />
ERWIN RUPPELT UND MICHAEL BAHR<br />
Die üblichen Verfahren<br />
der Drucklufttrocknung<br />
wieAdsorptions-, KälteoderMembrantrocknung<br />
haben einen ganz unterschiedlichen<br />
Energiebedarf.<br />
Beiden meisten industriellen Anwendungenwirdein<br />
Drucktaupunkt<br />
(Trockenheitsgrad) <strong>von</strong> bis zu 3°C<br />
benötigt. Er sollte so energiesparend<br />
wie möglich erreicht werden. Dafür<br />
bietet sich die Kältetrocknung als<br />
effizienteste Methode an. Moderne<br />
<strong>Kältetrockner</strong> kommen mit sehr<br />
56 MM Das IndustrieMagazin · 14/2009<br />
Druckluftversorgung ist zwar energieaufwendig, aber<br />
sie ermöglicht auch, auf vielfältige Weise Energie einzusparen.<br />
Effiziente Drucklufttrocknung ist ein Beispiel<br />
dafür: Mit Hilfe moderner <strong>Kältetrockner</strong> <strong>und</strong> intelligent<br />
kombinierter Kälte-/Adsorptionstrocknung lassen sich<br />
hohe Einspareffekte erzielen.<br />
Dipl.-Ing.(FH) ErwinRuppeltist leitender<br />
Projektingenieur der Kaeser Kompressoren<br />
GmbH in 96450 Coburg; Michael Bahr ist<br />
Pressereferent im selben Unternehmen.<br />
WeitereInformationen: Tel. (09561) 640-0,<br />
info@kaeser.com<br />
niedrigem Differenzdruck aus. Sie<br />
arbeiten zudem mit energiesparenden<br />
Aussetzsteuerungenoder (für<br />
höheren Luftdurchsatz) mit Kältemittelkompressoren,<br />
die ihre elektrische<br />
Leistungsaufnahme dem jeweiligen<br />
Durchsatzvolumen anpassen.<br />
Daraus resultieren Energieeinspareffekte<strong>von</strong><br />
biszu60% gegenüber<br />
herkömmlichen <strong>Kältetrockner</strong>n<br />
mit Heißgas-Bypass-Regelung<br />
(Bild1). Kaltregenerierende Adsorptionstrockner<strong>und</strong><br />
Membrantrockner<br />
haben dagegen eine 12- bis 16-mal<br />
höhere spezifischeLeistungsaufnahme.<br />
Werden hingegen niedrigere<br />
Drucktaupunkte unter 3°Cgefordert,<br />
wie etwa infrostgefährdeten<br />
Bereichenoder oftinder Verfahrens-<br />
Bild: Kaeser Kompressoren<br />
technik, dann kommen kalt- oder<br />
warmregenerierende Adsorptionstrockner<br />
zum Einsatz. Letztere sind<br />
zwarinder Anschaffungteurer <strong>und</strong><br />
benötigenzudem mehrWartung als<br />
Erstere,verursachen aber wegenihres<br />
geringeren Energiebedarfs vergleichsweise<br />
niedrige Gesamtbetriebskosten.<br />
Sie sind abVolumenströmen<br />
<strong>von</strong> etwa 15 m 3 /min wirtschaftlicheinsetzbar.<br />
Kombiniertes Verfahren für<br />
niedrige Drucktaupunkte<br />
Niedrige Drucktaupunkte bis<br />
-40 °C lassen sichabernochdeutlich<br />
energieeffizienter durch ein kombiniertes<br />
Verfahren aus Kälte- <strong>und</strong><br />
Adsorptionstrocknung erreichen.<br />
Dabei handelt es sich nicht um eine<br />
simple Serienschaltung <strong>von</strong> Kälte<strong>und</strong>Adsorptionstrockner.Vielmehr<br />
istinder zweistufigen Trockneranlage<br />
ein warmregenerierender <strong>Adsorber</strong>inden<br />
zugehörigen<strong>Kältetrockner</strong><br />
gleichsam eingebaut: Zunächst entfeuchtet<br />
der <strong>Kältetrockner</strong> die<br />
Druckluftenergiesparend aufDrucktaupunkt-Werte<br />
<strong>von</strong>bis zu 3°C. Die<br />
feuchteLuftgelangtdabei durchden
Luft-Luft-Wärmetauscher in den<br />
Luft-Kältemittel-Wärmetauscher<br />
<strong>und</strong> wird dort auf 3°Cabgekühlt.<br />
Nach dem Entfernendes kondensiertenWassers<br />
durcheinen Kondensatabscheider<br />
strömtsie durchden Luft-<br />
Luft-Wärmetauscher, kühlt dort die<br />
vomKompressor kommende feuchte<br />
Luft vor <strong>und</strong> verlässt den Trockner.<br />
Die Schnittstelle zwischen Kälte<strong>und</strong><br />
Adsorptionstrockner liegt zwischen<br />
Kondensatabscheider <strong>und</strong><br />
Luft-Luft-Wärmetauscher.ImKombibetrieb<br />
wird dort der Luftstrom<br />
zum Einlass des Adsorptionstrockners<br />
umgeleitet. Um den Drucktaupunkt<strong>von</strong><br />
-40 °C zu erreichen, muss<br />
der <strong>Adsorber</strong> nurnochr<strong>und</strong>15% der<br />
ursprünglichenFeuchteaus der Luft<br />
entfernen; etwa 85% dieser Arbeit<br />
hat der <strong>Kältetrockner</strong> bereits getan<br />
(Bild 2). Dazu durchströmt die Luft<br />
abwechselnd einen der beiden Adsorptionsbehälter<strong>und</strong>gibtihreRestfeuchteandas<br />
Trockenmittel (Adsorbens)<br />
ab. Danach gelangt sie über<br />
einen Staubfilterzum Luft-Luft-Wärmetauscher<br />
des <strong>Kältetrockner</strong>s <strong>und</strong><br />
schließlichzum Auslass.Gleichzeitig<br />
saugt ein Gebläse über einen Filter<br />
Umgebungsluft an. Sie wird aufgeheizt<br />
<strong>und</strong>durch dasvom letzten TrockenzykluswasserbeladeneTrockenmittelbett<br />
des zweiten Adsorptionsbehälters<br />
geleitet. Der warme Luft-<br />
DRUCKLUFTTECHNIK<br />
PRODUKTION<br />
Bild 1: Durch<br />
Einsatz moderner<strong>Kältetrockner</strong><br />
mit Aussetzregelung<br />
lassen<br />
sich erhebliche<br />
Energieeinsparpotenzialeerschließen.<br />
Sie<br />
betragen bis zu<br />
60% gegen-über<br />
herkömmlichen<br />
Kälte-trocknern<br />
mit Heißgas-Bypass-Regelung.<br />
Bild 2: Bei der Kälte-/Adsorptionstrocknung im <strong>Kombination</strong>sverfahren übernimmt der<br />
energieeffiziente <strong>Kältetrockner</strong> bis zu 90% der Druckluft-Entfeuchtung.
Bilder: Kaeser Kompressoren<br />
PRODUKTION DRUCKLUFTTECHNIK<br />
strom lässt das Wasser aus dem<br />
Trockenmittel desorbieren <strong>und</strong> entferntesaus<br />
dem Behälter.Sobalddas<br />
Adsorbens fast trocken ist, wird der<br />
Bild 3: Ein Praxisbeispiel<br />
zeigt<br />
auf, dass Kältetrocknung<br />
für<br />
Drucktaupunkte<br />
bis 3°Cam<br />
wirtschaftlichsten<br />
ist. Für niedrigereDrucktaupunkte<br />
bis -<br />
40 °C empfiehlt<br />
sich Kälte-/Adsorptionstrocknung<br />
im Kombiverfahren.<br />
Heizluftstrom gestoppt <strong>und</strong>stattdesseneinegeringe<br />
Menge getrockneter<br />
Druckluftdurch den Behälter geleitet.<br />
Siesolldas Trockenmittel abküh-<br />
len, damit esgleich wieder einsatzbereit<br />
ist, wenn der andere Behälter<br />
mit Warmluft regeneriert werden<br />
muss.<br />
Absorber kann mit einem<br />
Bypass umgangen werden<br />
Der ohnehin stark reduzierte Arbeitsanteil<br />
des <strong>Adsorber</strong>s kann oft<br />
aufnull gesenktwerden, wenn keine<br />
Frostgefahr besteht. Moderne Kombitrocknerbieten<br />
dazu die Möglichkeit,den<br />
Adsorptionsteil perBypass<br />
zu umgehen, so dass nur noch der<br />
energieeffizientere <strong>Kältetrockner</strong>aktivist.<br />
Durchbloße Serienschaltung<strong>von</strong><br />
Kälte- <strong>und</strong>Adsorptionstrockner ließe<br />
sichkein vergleichbarer Einspareffekt<br />
erzielen: Im Kombitrockner<br />
tritt die Druckluftmit einer Temperatur<strong>von</strong><br />
3°C<strong>und</strong> 100% Feuchtesättigung<br />
inden Adsorptionstrockner<br />
ein. Beinachgeschaltetem separatem<br />
Adsorptionstrockner dagegen beträgt<br />
die Eintrittstemperatur der
Druckluft nach ihrer WiedererwärmungimLuft-Luft-Wärmetauscher<br />
etwa 28 °C. Beigleichbleibender<br />
absoluter Feuchteergeben<br />
sich am<strong>Adsorber</strong>-Eingang 20%<br />
relativerFeuchte. Dieseniedrigere<br />
Eintrittsfeuchte <strong>und</strong> die höhere<br />
Eintrittstemperaturverringern die<br />
Kapazität des Trockenmittels um<br />
bis zu80%. Die nötigen Gegenmaßnahmen<br />
(Einsatz <strong>von</strong> mehr<br />
Trockenmittel <strong>und</strong> größeren Behältern<br />
sowie Verkürzen der Zykluszeiten)<br />
führen zu höheren<br />
Anschaffungs-, Installations-<strong>und</strong><br />
Energiekosten.<br />
Kälte-Adsorptionstrocknungim<br />
Kombiverfahren ist auch dann<br />
wirtschaftlichsinnvoll, wenn ganzjährig<br />
Drucktaupunkte unter3°C<br />
erreicht werden sollen. Verglichen<br />
miteinem einzelnen Adsorptionstrockner<br />
erlauben es die niedrigere<br />
Eintrittstemperatur bei Sättigung<br />
<strong>und</strong>die geringere Wasserbeladung,<br />
dasTrockenmittel optimal auszunutzen<br />
<strong>und</strong>den Trockenmittelbedarf<br />
zu reduzieren. Kombitrockner<br />
können einen Drucktaupunkt<strong>von</strong><br />
-40 °C beivoller Auslastungineiner<br />
Gesamtzykluszeit <strong>von</strong> 16 h<br />
erreichen. EinstufigeAdsorptionstrockner<br />
haben oft einen Sechs-<br />
St<strong>und</strong>en-Zyklus. Das bedeutet<br />
mehrUmschaltvorgänge zwischen<br />
den Trockenmittelbehältern.<br />
Energiekosten sinken<br />
um bis zu zwei Drittel<br />
Außerdem liegt die Regenerationstemperatur<br />
der Kombitrockner<br />
um biszu50°Cunter der<br />
einstufiger Adsorptionstrockner<br />
<strong>und</strong> sie muss weniger lang aufrechterhalten<br />
werden. Somit lässt<br />
sicherheblichHeizenergieeinsparen.<br />
Im Vergleich zueinstufigen<br />
warmregenerierenden Adsorptionstrocknern<br />
kann dasKombiverfahren<br />
die Energiekostenbei viermonatigen<br />
Frostperioden um bis<br />
zu 67% verringern.Bei ganzjährig<br />
erforderlichem Drucktaupunkt<br />
<strong>von</strong> -40 °C lassen sich immerhin<br />
noch biszu50% Kosteneinsparen.<br />
Außerdem kann der Energiebedarf<br />
mit Teillastregelungen weiter gesenktwerden.<br />
Der Kostenvergleich anhand eines<br />
Praxisbeispiels (Bild3)bestätigt: Kältetrocknung<br />
ist als Standardverfahrenfür<br />
Drucktaupunkte bis3°Cam<br />
wirtschaftlichsten. Für niedrigere<br />
Drucktaupunkte bis-40 °C empfiehlt<br />
sichKälte-Adsorptionstrocknungim<br />
Kombiverfahren. Entsprechende<br />
Trockner gibt es fürVolumenströme<br />
ab 20 m 3 /min. Sie sind zwar konstruktivanspruchsvoller<br />
<strong>und</strong>teurer in<br />
DRUCKLUFTTECHNIK<br />
der Anschaffungals einstufigewarmregenerierende<br />
Adsorptionstrockner,<br />
doch die Investitionlohnt sichwegen<br />
höhererEffizienz <strong>und</strong>sie amortisiert<br />
sich rasch: bei einem mittleren<br />
Strompreis <strong>von</strong> 0,15 Euro pro Kilowattst<strong>und</strong>e<br />
<strong>und</strong>8760 jährlichenBetriebsst<strong>und</strong>en<br />
zum Beispiel innerhalb<br />
eines knappen Jahres. (Die Daten<br />
beziehensichauf einen Betrieb nach<br />
ISO 7183, Option A). MM<br />
PRODUKTION<br />
MM Das IndustrieMagazin · 14/2009 59
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