Druckluft – Grundlagen und Technologien, Frank Pottgießer, Atlas

Druckluft – Grundlagen und Technologien
Energieeffiziente Lösungen rund um Ihre Druckluftversorgung
Frank Pottgießer
Atlas Copco in Deutschland
stellt sich vor
Dem Kundennutzen
verpflichtet
2
Atlas Copco auf einen Blick
Stand 2010
 Hauptsitz:
Stockholm, Schweden,
börsennotiert in Stockholm
 Gründung:
1873 (in Deutschland seit 1952)
 Umsatz:
7,3 Mrd. Euro (655 Mio. Euro in Deutschland)
 Mitarbeiter:
ca. 32.790 (1.838 in Deutschland)
 Geschäftsbereiche: Kompressoren und Drucklufttechnik,
Industrietechnik, Bau- und Bohrtechnik
 Standorte:
 Unsere Vision:
3
rund 170 Länder mit mehr als 30 Marken,
11 Gesellschaften in Deutschland
Innovative Lösungen
Kompressortechnik
Industrietechnik
Bergbautechnik
Bautechnik
Interaktion
Engagement
Fachwissen
4
Industriekompressoren
Kompressortechnik
5
Fahrbare Kompressoren
und Generatoren
Kompressortechnik
6
Gas- und Prozesskompressoren
Kompressortechnik
7
Quality Air Solutions™ –
Druckluftaufbereitung
Kompressortechnik
8
Industrievermietung und
Spezialanwendungen
Kompressortechnik
9
Die richtige Wahl spart Energie
und schont die Umwelt
Energieeffiziente
Kompressoren
10
Spezifische Energieaufnahme [J/l]
Die richtige Technologie
für Ihre Ansprüche
Scroll
Drehzahn
18 kW
Schraube
55 kW
Turbo
750 kW
Volumenstrom [m3/s]
Die richtige Wahl der Verdichtungstechnologie
spart Ihnen eine Menge Energiekosten!
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Die richtige Technologie
für Ihre Ansprüche
bar
40
Hochdruckkompressoren
Kolbenkompressoren
13
7
Öleingespritzte & ölfrei verdichtende Kompressoren
Turbokompressoren
2
1
Niederdruckgebläse / - kompressoren
1.000
2.000
3.000
5.000
(m³/h)
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Niederdruckturbokompressoren
10.000
Lastlauf / Leerlauf-Aussetzregelung
13
Kompressoren mit fester Drehzahl
führen zu Verlusten
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Vergleich der Energieeffizienz
(Drehzahlregelung gegen Last-/Leerlauf)
Energieeinsparung von 38 %
15
Kostenmodell eines Kompressors
über die gesamte Lebensdauer
LCC eines drehzahlgeregelten
Kompressors
LCC eines Standardkompressors
Energiebedarf
77 %
41 %
Investition
35 %
Wartung
12 %
Installation
9%
2%
2%
9%
13 %
Einsparung
 Die richtige Wahl der Kompressortechnologie ist der einfachste Weg
die Kostenbilanz zu verbessern!
 Drehzahlgeregelte Kompressoren von Atlas Copco sparen im
Durchschnitt 35 % im Vergleich zu Standardkompressoren!
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Schlussfolgerung für
Last-/Leerlauf-Kompressoren
 Die Effizienz der Last-/Leerlauf-Kompressoren
ist bestimmt durch:
– eine übergeordnete Steuerung, die die Kompressoren
mit fester Drehzahl in Betrieb nimmt oder abschaltet.
– und ist somit als Grundlastmaschine einsetzbar.
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Schlussfolgerung für
VSD-Kompressoren
 Großer Regelbereich, zw. min. und max. Volumenstrom.
 Keine Leerlaufzeiten.
 Start / Stopp Regelungen bei geringster Last.
 VSD spezifische Motoren mit
– spez. Stahlankerblechpaket: dünner/bessere Qualität.
– Motorventilator optimiert auf die min. Drehzahl.
– Isolierte Lager.
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Entscheidend ist, was am
Ende übrig bleibt
Druckluftverteilung
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Leckagen
Kleine Ursache – große Wirkung
z. B.:
 Leckage DL-Kupplung
Leckage: 281 l/h
 Kosten pro Jahr 297 Euro
z. B.:
 Leckage Winkelverschraubung
Leckage: 216 l/h
 Kosten pro Jahr 229 Euro
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Leckagen
Kleine Ursache – höhere Energiekosten
Höherer Druckluftbedarf
 Leckageverluste betragen 10 – 30 % des erzeugten Volumens.
Leckagebedingte Energiekosten
 zusätzlicher Energiebedarf.
 Leckagenvolumenstrom ist proportional zum Druck.
 Leckagevolumenstrom steigt quadratisch zum Lochdurchmesser.
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Leckagen
Druckluftverteilungssystem
 Die Druckluftverteilung hat die Aufgabe, den Energieträger
Druckluft mit geringstmöglicher Beeinflussung.
- der Luftqualität (durch Rost, Wasser, Schweißzunder etc.),
- des Fließdrucks (aufgrund unwirtschaftlicher Druckverluste) und
- der Menge (durch unnötig hohe Leckagen)
zu transportieren.
 Einer EU-Studie zur Folge („Compressed Air Systems
In The European Union“), sind in 80 % aller Betriebe die
Druckluftverteilsysteme das schwächste Glied innerhalb
der Drucklufttechnik.
Somit werden jährlich Tausende Euro an Energiekosten
im wahrsten Sinne des Wortes verblasen.
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Qualitätsluft dort, wo Sie
sie brauchen – verlustfrei
Druckluftverteilungssystem
 Ein gutes Rohrleitungssystem sollte Ihnen entscheidende
Vorteile für Ihre Produktionsprozesse bieten:
- Einfach und schnell zu installieren.
- Kompatible mit bestehenden Netzen.
- Einfach zu erweitern.
- Keine Korrosionsgefahr.
- Keine Energieverluste.
weniger Druckverlust = weniger Energieverlust
Druckverluste können mehr als 75 % der
Lebensdauerkosten eines
Druckluftnetzes ausmachen!
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Die Dimensionierung
Druckluftverteilungssystem
Die wichtigsten Auslegungskriterien
für das Druckluftnetz sind:
 Rohrdurchmesser
 Volumenstrom
 Reibungsbeiwert
 Länge des Netzwerkes
 Struktur des Netzwerkes (Ring-/Stichleitung)
 Arbeitsdruck
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Der Druckluftbehälter
Mehr als nur ein Speicher
Der Druckluftbehälter
… hat die Aufgabe das Regelverhalten
des Kompressors zu stabilisieren.
… ist nur im Sonderfall als Speicher
anzusehen – um sehr kurze Verbrauchsspitzen zu bedienen.
(z. B.: Filterabreinigung, Papierabriss bei Papiermaschine)
Kompressoren, abgesehen von einigen
Ausnahmen (ausgelegter Prozessverdichter),
benötigen einen Behälter!
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Gewinnen Sie neue Einblicke
in Ihre Druckluftversorgung
Die energetische
Erfassung verbrauchsrelevanter Daten
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Machen Sie sich ein Bild
Ihrer Druckluftanlage
 Aufnahme der Anlagen,
Raum- und Rohrschemata
 Katalogisierung der Druckluftkomponenten
– Anzahl der Verbraucher
– Druckluftqualität
 Erstellung eines Katasters
 Auflistung der Druckluftverbrauchsinformationen
 …
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Machen Sie sich ein Bild
Ihrer Druckluftanlage
Kennen Sie Ihre Druckluftstation und Ihre -verbraucher?
 Wie viele Maschinen verbrauchen Druckluft?
 Welche Drücke sind erforderlich?
 Wo befinden Sich diese Geräte?
 …
Checkliste
Drucklufteffizient
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Inventarliste
Bedarfsanalyse
Berechnung bei Neuanlagen
Messung bei bestehenden Anlagen
- Druckluftbedarf bei Dauerbetrieb
- Analyse des Druckluftbedarfs
- Einschaltdauer
- Energiemessung
- Gleichzeitigkeitsfaktor
- Leckageprüfung
- Werkzeugverschleiß
- Analyse der Druckluftqualität
- Leckage
- SPM-Schwingungsmessung
- Druckluftspitzenbedarf
Kurz- und mittelfristige Betriebserweiterungen
Resultat: Druckluftbedarf
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Methoden der Bedarfsanalyse
bei bestehenden Anlagen
1. Behältermessung
Verbrauch = Behältervolumen x Druckabfall/Zeiteinheit
2. Blende nach DIN 1952
3. Kalorisches Massenstrommessverfahren
(beheizter Fühler)
4. Messung durch den Kompressorenhersteller
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Ein typisches Druckluftbedarfsprofil
l/s
250
Montag
Dienstag
100 %
Mittwoch
Donnerstag
Freitag
200
Samstag
150
Sonntag
Durchschnittliche
Nutzung 50 %
100
50
0
6
12
18
24 Std.
Mess- und Simulationstools, um präzise Berechnungen von Energieeinsparungen
in einer realen Umgebung darzustellen stehen zur Verfügung.
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Air-Audit
Prüfung der bestehenden Druckluftanlage
auf Herz und Nieren
 Eine komplette Analyse Ihres Druckluftnetzes,
die Energiekosten reduziert.
 Ein Air-Audit beinhaltet ein objektives Diagnosesystem. Es überprüft schnell und sicher Ihr Druckluftsystem nach eventuell vorhandenen Schwachstellen und zeigt Energieeinsparpotenziale auf.
Leckageortung:
eine Lösung eines
umfassenden Air-Audits
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Air-Audit
Typische Messpunkte
Restölgehalt- und
Taupunktmessung:
eine Lösung eines
umfassenden Air-Audits
Energiemessung:
eine Lösung eines
umfassenden Air-Audits
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Volumenstrommessung:
eine Lösung eines
umfassenden Air-Audits
Air-Audit
Flexibilität durch modularen Einsatz
 Analyse des Druckluftbedarfs,
bestehend aus:
 Leckageprüfung
mit Ultraschall-Detektor
- Dokumentation des Energieeinsparpotenzials pro Leckage
- Volumenstrommessung
- Druckmessung
 Energiemessung,
bestehend aus:
 Analyse Druckluftqualität:
- Gesamtenergiebedarf
der Kompressorinstallation
- Energiebedarf der
einzelnen Komponenten
- Drucklufttemperatur
- Partikelmessung
- Drucktaupunktmessung
- Restölgehaltmessung
 SPM-Schwingungsmessung
Durch das AIR-Audit
wird Ihre Produktion
nicht beeinträchtigt!
34
!
Air-Audit
Systemanalyse
 Aufzeichnung der relevanten
Funktionswerte in hoher Auflösung
über 7 Tage
 Messdaten werden EDV-unterstützt
in Tages- und Wochenverläufe
umgewandelt
 Simulationen bewerten Einfluss von
Maßnahmen unterschiedlichster Art
 Konsolidierung von Messdaten und
Besichtigungsinformationen
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Das Ergebnis –
Ein objektiver Maßnahmenplan
 Detailliert
 Umfassend
 Aufbereitet zur Vorlage und
Abstimmung für Management
und Geschäftsführung
36
Holen Sie sich einfach
Ihre Energie zurück
Wärmerückgewinnung
37
Wärmerückgewinnung
Anwendungen
Heißwasser
Duschen
Heizung
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Wärmerückgewinnung
Anwendungen
Saisonale Nutzung
 Heizen – in der Regel zeitweise Nutzung und saisonal.
 Duschen – in der Regel zeitweise Nutzung.
Kontinuierliche Nutzung
 Prozesswasser – wie z. B.
in der Textilfärberei
(kontinuierlicher Bedarf).
 Prozess Kesselspeisewasser
meist kontinuierlicher Bedarf
für die Dampferzeugung.
Warmwasser bringt in der Regel eine Einsparung
bei den Primärenergien!
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Energierückgewinnung an
öleingespritzten Kompressoren
Begriffbestimmung
 Bei der Verdichtung von Luft wird der überwiegende Teil der
elektrischen Energie in Wärme umgewandelt.
 Durch Rückgewinnung der im Verdichtungsprozess erzeugten
Wärme kann jeder Anwender Energie einsparen!
Definition Wärmerückgewinnung:
Wärmerückgewinnung (WRG) ist ein Sammelbegriff für Verfahren
zur Wiedernutzbarmachung der thermischen Energie eines den
Prozess verlassenden Massenstromes.
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Energierückgewinnung an
öleingespritzten Kompressoren
Möglichkeiten und Verfahren
Rotationskompressoren
luftgekühlt
Nutzung der Abluft
über Kanalsystem
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wassergekühlt
Vorbereitete WRGSysteme der Hersteller
Nutzung der Abwärme
des Kühlwassers
Energierückgewinnung an
öleingespritzten Kompressoren
Aufbau der Anlagen
5
1 By-pass Ventil 1 der WRG (BV1)
4
2 Wärmetauscher der WRG
3 Ölseparator
6
4 By-pass Ventil (BV2) im
Ölfiltergehäuse
1
7
5 Ölkühler
3
2
6 Ölfilter
7 Verdichterstufe
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Umgebungsluft
Öl
Druckluft
Luft-/Ölgemisch
Luft
warmes Wasser
Energieeinsparpotentiale
Bei vorbereiteten Wärmerückgewinnungssystemen
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KompressorNennleistung
[kW]
Nutzbare Wärme über
Rückgewinnungs-Systeme
ca.-Werte [kW]
11
15
18,5
22
30
37
45
55
75
90
110
132
160
9
12
15
18
24
30
36
44
60
72
88
106
125
Jährliche Öleinsparung
bei 4.000 Bh/a
[l/a]
4.820
6.430
8.040
9.640
12.860
16.070
19.280
23.570
32.130
38.560
47.130
56.770
68.550
Jährliche Ersparnis
bei 0,23 EURO/l
[EURO/a]
1.110
1.483
1.851
2.219
2.960
3.702
4.438
5.425
7.393
8.876
10.845
13.064
15.773
Energierückgewinnung an
öleingespritzten Kompressoren
Arten der Energierückgewinnung
 Nutzung der erwärmten Kühlluft
Fabrikhalle
Eine einfache Möglichkeit der
Wärmerückgewinnung besteht
darin, die erwärmte Kühlluft
Kompressorraum
in benachbarte Räume zu leiten.
Büro
Umgebungsluft
Erwärmte Luft
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Energierückgewinnung an
öleingespritzten Kompressoren
Energierückgewinnung durch erwärmte Kühlluft
Vorteile:
- Einfache Realisierung.
- Kostengünstig.
Nachteile:
- Keine größeren Entfernungen überbrückbar.
- Meist zusätzlicher Ventilator erforderlich.
- Keine Nutzungsmöglichkeit in der warmen Jahreszeit.
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Energierückgewinnung an
öleingespritzten Kompressoren
Arten der Energierückgewinnung
 Erzeugung von warmen Wasser für ...
- Beheizung von Lagerhallen, Werkstätten … .
- Industrielle Prozesswärme.
- Warmwasserbereitung für Wäschereien, industrielle
Reinigung und sanitäre Anwendungen.
- Kantine oder Großküche.
- Nahrungsmittelindustrie.
- Chemische und pharmazeutische Industrie.
- Trocknungsprozesse.
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Energierückgewinnung an
öleingespritzten Kompressoren
Berechnungen und Beispiele
 Lohnt sich eine WRG?
Beispiel:
Vorgaben:
250 KW Kompressor
Betriebsstunden = 4.000 h/a
Kosten der WRG = 8.900 € Auslastung = 70 %
Energiekosten = 0,10 €/kWh
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Energierückgewinnung an
öleingespritzten Kompressoren
Berechnungen und Beispiele
 Beispiel: GA 250 (Kosten der WRG = ca. 8.900 €)
4.000 h/a x 0,7 = 2.800 h/a (Laststunden pro Jahr)
167 kW x 2.800 h/a = 467.600 kWh/a
467.600 kWh/a x 0,10 €/kWh = 46.760 €/a
Kostenersparnis: 46.760 €/a
Amortisationzeit = ca. 2,5 Monate
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Fazit
 Die Investition in ein Wärmerückgewinnungssystem
amortisiert sich nach wenigen Monaten.
 Wärmerückgewinnungssysteme von Atlas Copco
sind optimal auf die Kompressoren abgestimmt.
 Die Zuverlässigkeit der Kompressoren wird
nicht beeinträchtigt.
 Je Energierückgewinnung ist ein Beitrag zum
Umweltschutz, und vermindert den CO2-Ausstoß.
49
Wir bringen
nachhaltige Produktivität.
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