Wärmerückgewinnung aus BHKW-Abgasen

05.09.2016 | Veröffentlicht in Ausgabe 09-2016

<p>
</p>

<p>
</p> - © Schräder Abgastechnologie — © Schräder Abgastechnologie

Bei der Erweiterung der Heizzentrale durch ein zweites BHKW hat das Celler Badeland einen Abgas-Wärmeübertrager zur bestmöglichen Ausnutzung der aufgewendeten Energie installiert.

Kompakt informieren

Die Ertüchtigung der Heizzentrale im Celler Badeland zeigt, dass sich mit moderner Heiztechnik der Energieverbrauch deutlich senken lässt.
Durch den Einbau eines Abgas-Wärmeübertragers konnte der Gesamtnutzungsgrad des zusätzlichen BHKW-Moduls von 90,6 auf ca. 97,3 % gesteigert werden.

Was 1962 als einfaches städtisches Schwimmbad begann, hat sich inzwischen zu einer vielseitigen Wellness-Oase entwickelt. Bereits in den 1980er-Jahren erkannte die Stadt Celle die Zeichen der Zeit und erweiterte das Bad zu einem Freizeitbad mit viel Platz zum Schwimmen und Tummeln und einem großzügigen Saunabereich. Heute verfügt das Celler Badeland über einen Indoorbereich mit fünf verschiedenen Becken, Whirlpools und Solebad.

Seit Mai 2016 können die Gäste das angeschlossene Freibad nutzen, das mit seinem 50-m-Becken auch für ambitionierte Schwimmer keine Wünsche offenlässt. Für den Spaßfaktor sorgt eine Riesenrutsche mit 86 m Länge. Entspannung verspricht schließlich die Saunaanlage, die mit Blockhaus und Erdsauna, Feuchtraumsauna und Dampfbad für jeden Wärmetyp das Passende bietet.

Neue Wege beim Energiekonzept

Der Energieverbrauch, der für Heizung und Warmwasserbereitung in einem großen Schwimmbad mit Sauna anfällt, ist enorm. Die Stadtwerke Celle überlegten daher als Betreiber, wie der Betrieb durch den Einsatz modernster Technik möglichst effizient gestaltet werden kann. Zunächst wurde ein energiewirtschaftliches Gutachten erstellt, das als Grundlage einer integralen kommunalen Bäderstrategie diente. Als Ergebnis kristallisierte sich die Erweiterung der bereits bestehenden Energiezentrale des Badelands heraus.

Vor dem Beginn der energetischen Optimierung umfasste das Energiekonzept ein BHKW mit 405 kW elektrischer und 540 kW thermischer Leistung sowie zwei Gas-Brennwertheizkessel mit je 1078 kW Heizleistung. Man entschloss sich daher, nicht nur die bestehende Anlage zu modernisieren, sondern auch um ein weiteres BHKW-Modul zu ergänzen. Teil dieses Konzepts war die Integration eines Abgaswärmetauschers in der Abgasleitung des neu installierten BHKW. Damit lassen sich die hohen Abgastemperaturen effizient nutzen. Die so zusätzlich gewonnene Wärme dient der Vortemperierung der Wasserkreisläufe für das Freibad und das Spielbecken.

Die neue BHKW-Anlage

Die neue BHKW-Anlage besteht aus zwei Modulen, die beide in der bestehenden Heizzentrale untergebracht werden konnten Abb. 2. Zur Neuinstallation wurde Anlage 1 zunächst demontiert und eine Stahlträgerkonstruktion zur gleichmäßigen statischen Verteilung der neuen Gewichtslasten eingebaut. Im Anschluss wurden sowohl das bereits bestehende als auch das neue Modul in das Heizungssystem eingebunden.

Für die nun deutlich gesteigerte elektrische Leistung wurde eine neue Niederspannungsverteilung einschließlich Zuleitung erstellt. Auch die Niederspannungshauptverteilung des Badelandes wurde umgebaut und optimiert. Auf diese Weise wird die Eigenstromversorgung mit Überschusseinspeisung und Reststrombezug ermöglicht. Zusammen mit den beiden Gas-Brennwertheizkesseln Abb. 3 verfügt die Heizzentrale nun über eine Feuerungswärmeleistung von 1,71 MW.

Effizienzsteigerung mit AWT

Um den Brennstoffeinsatz der neuen BHKW-Anlage bestmöglich ausnutzen zu können, entschloss man sich, das neu eingebaute Modul mit einem Abgas-Wärmeübertrager zu kombinieren. Der Gesamtnutzungsgrad des neuen Moduls wurde damit von 90,6 auf ca. 97,3 % gesteigert. Insgesamt ergibt sich aus dem erweiterten BHKW-Konzept gegenüber öffentlichem Strombezug und Vor-Ort-Wärmeerzeugung eine Einsparung von 1500 t/a an CO₂-Emissionen und 3,1 GWh/a an Primärenergie.

Der Abgas-Wärmeübertrager AWT-D Abb. 4 wurde speziell an die Anforderungen für den Einsatz an Blockheizkraftwerken angepasst. Für den Betrieb im Überdruck konzipierte Schräder ein verstärktes Gehäuse, das sich für bis zu 5000 Pa (50 mbar) eignet. Ein Bypass erlaubt die sichere Vorbeileitung des Abgasstroms am Wärmetauscher, falls einmal keine Wärme abgenommen werden kann. Dieser wurde mit einer externen Bypassbox ausgeführt. Der Abgasstrom wird über eine Klappe gesteuert, die mit einer druckfesten Wellendichtung ausgestattet ist.

Kundenspezifische Auslegung

Die Bypassbox ist für die Druckklasse H1 (5000 Pa) und die Temperaturklasse T600 mit abgasseitig 600 °C Betriebstemperatur ausgelegt. Vorbedingung für den Einsatz des AWT-D ist die Kombination mit einem gasbetriebenen Verbrennungsmotor. Die Bypassbox lässt sich auch bei anderen Brennstoffarten einsetzen. Die kundenspezifische Auslegung ist wirtschaftlich sinnvoll, weil mit dem AWT-D-Konzept Lösungen für Druckbereiche bis zu 30 000 Pa realisiert werden können. Im wasserführenden Wärmeübertrager gewährleisten lasergeschweißte Rippenrohre einen hohen Wirkungsgrad.

Der AWT-D besteht aus Edelstahl (1.4571 / 1.4404) ohne Zusatzwerkstoffe. Diese Werkstoffgüte findet aufgrund ihrer hervorragenden Qualitätseigenschaften bereits seit vielen Jahren in der Abgastechnik Verwendung. Bei besonders hohen Beanspruchungen erweitert der Werkstoff 1.4539 das Einsatzfeld des AWT-D. Mit einer optimierten Rauchgasführung zeichnet sich der AWT zudem durch seine geringen Strömungswiderstände aus.

Muss der Abgas-Wärmeübertrager gereinigt werden, lässt sich das Rippenrohrregister seitlich aus dem Gehäuse ziehen und außerhalb der Abgasstrecke oder auch abseits reinigen. Dies ist auch während des Betriebs durch die externe Umleitung der Bypassbox vor dem AWT-D möglich. Durch das Ausziehen der Rohrpakete ist eine vollkommene Reinigung gewährleistet. Bei anspruchsvollen Anwendungen kann der AWT mit einer automatischen Reinigung ver-sehen werden.