Drehkolbenverdichter Delta Hybrid : Pneumatischer Transport von Granulaten & staubförmigen Gütern

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  • Norbert Barlmeyer, Presse-Arbeit für die Drucklufttechnik, Bielefeld
  • Abb. 1: Im Industriepark Rudolstadt produziert die BASF Performance Polymers GmbH seit 2003 Polyamid-Granulat als Basismaterial für die Produktion von Compounds und für die Herstellung von Verbundfolien für Lebensmittel-Verpackungen. Die Produkte werden u.a. in der Spritzguß-Verarbeitung im Automobilbau, in der Elektro- und Elektronik-Industrie, in Sport- und Freizeit-Artikeln eingesetzt.
  • Abb. 2: Gebläsestation mit DeltaBlower
  • Abb. 3: Gebläsestation mit Delta-Hybrid

CITplus - Druckluft für den pneumatischen Transport von Granulaten und staubförmigen Gütern kann nur dann mit höchstmöglicher Wirtschaftlichkeit und Zuverlässigkeit produziert werden, wenn ihre Erzeugung maßgeschneidert auf den jeweiligen Einsatzfall abgestimmt wird. Das beweisen auch die zwei unterschiedlichen Versorgungskonzepte bei der BASF Performance Polymers im thüringischen Rudolstadt. Einerseits wird hier die benötigte Transportluft durch ölfrei arbeitende Schraubenkompressoren, andererseits durch ölfrei verdichtende Drehkolbengebläse erzeugt. Seit 2007 ist auch ein Aggregat der neuen Aerzener Drehkolbenverdichter-Baureihe Delta Hybrid im Einsatz.

Die Aggregate der neuen Baureihe Delta Hybrid brauchen nicht nur bis zu 15% weniger elektrische Energie als die Anlagen der Vorgänger-Baureihe. Sie überzeugen u.a. auch durch ein besonders günstiges Preis-Leistungs-Verhältnis deutlich unter den Investitions-, Energie- und Wartungskosten für einen vergleichbaren Turbo- oder Schraubenkompressor und einen sehr hohen Regelbereich von 25-100%.

Im Industriepark Rudolstadt ca. 35 km südlich von Weimar produziert die BASF Performance Polymers GmbH seit 2003 Polyamid-Granulat als Basismaterial für die Produktion von Compounds und für die Herstellung von Verbundfolien für Lebensmittel-Verpackungen. Anschließend werden die Granulate in der Weiterveredelung aufgeschmolzen, eingefärbt, mit Zuschlagstoffen versehen, verfestigt und erneut granuliert. Zentrale Aufgabe erfüllt dabei Druckluft als Transportmedium für den gesamten Fertigungsablauf.

Zunächst werden die Granulate pneumatisch in einem 450 m langen Rohrleitungssystem von Produktionsbereich 1 zu Produktionsbereich 2 transportiert. Im Produktionsbereich 2 werden Granulate dann pneumatisch aus Silos zu Verpackungsanlagen transportiert.

„Für diese Transportaufgaben benötigen wir unterschiedliche Drücke. Deshalb arbeiten wir in beiden Bereichen mit maßgeschneiderten Erzeugungskonzepten", betont Anlagenmeister Stefan Ortschig.

Konzept 1: Förderluft mit Höchstdruck...bar

Im Produktionsbereich 1 werden Granulate in einem geschlossenen System zunächst aus Silos über Zellenradschleusen in eine Rohrleitung eingetragen und dann pneumatisch über eine Strecke von 450 m zum Produktionsbereich 2 transportiert.

Dort wird das Granulat in Zyklonabscheidern von der Förderluft getrennt und vor der anschließenden Weiterverarbeitung erneut in Silos zwischengelagert. Die in den Zyklonabscheidern gereinigte Förderluft ist aber nicht verloren. Sie wird anschließend über eine zweite Rohrleitung zum Produktionsbereich 1 zurückgeführt, wo sie erneut als Förderluft in den Kreislauf eingeleitet wird. Für diese Transportaufgabe erzeugen zwei ölfrei verdichtende Aerzener Schraubenverdichter (Typ..., Förderleistung...m³/min) die benötigte Förderluft mit Höchstdruck...bar und ergänzen kontinuierlich die im System auftretenden Verlustmengen. Ein dritter baugleicher Aerzener Schraubenverdichter wird als Redundanz-Anlage vorgehalten. Zwischen allen drei Verdichtern erfolgt ein regelmäßiger Wechsel.

Konzept 2: Förderluft mit Höchstdruck 0,95 bar

Ein weiteres - in diesem Fall jedoch ‚offenes‘ - pneumatisches Fördersystem arbeitet im Produktionsbereich 2. Hier transportiert die Förderluft Granulate aus Silos über Zellenradschleusen und Wiegeeinrichtungen zu Verpackungsanlagen. Allerdings wird für diesen pneumatischen Transport lediglich ein Druck von 0,95 bar (Mindestdruck 0,5 bar) benötigt. Er wird deshalb nicht von Aerzener Schraubenverdichtern sondern von Aerzener Drehkolbengebläsen erzeugt. Dafür standen bis 2007 drei Aggregate mit folgenden Leistungen zur Verfügung, die seit ihrer Inbetriebnahme 1992 im Verbund gefahren wurden:
Ein größeres Aggregat des Typs...mit einer konstanten Liefermenge von...m³/min und zwei kleinere Aggregate des Typs...mit einer konstanten Liefermenge von jeweils...m³/min.

Mit der Anforderung von Förderluft startete zunächst das große Aggregat. Bei nicht ausreichender Leistung wurde über Druckschalter mit versetzten Schaltgrenzen zusätzlich ein kleines Aggregat und bei weiter steigendem Bedarf auch noch das zweite kleine Aggregat zugeschaltet. Mit diesem Konzept konnten bis 2007 jeweils zwei der drei vorhandenen Förderstrecken versorgt werden.

Drehkolbenverdichter mit deutlich größerer Leistung

Dieses Erzeugungskonzept besteht zwar im Prinzip noch heute - allerdings mit einem gravierenden Unterschied: 2007 wurde ein zusätzliches Aerzener Aggregat aus der neuen Baureihe Delta Hybrid (Typ G13S) installiert und auch sofort als überwiegend alleiniger Förderluft-Lieferant in Betrieb genommen. „Durch die deutlich größere Leistung dieses Drehkolbenverdichters von...m³/min konnten wir seit der Inbetriebnahme dieses Aggregates jetzt erstmalig alle drei Förderstrecken gleichzeitig mit Druckluft versorgen. Dieses neue Delta Hybrid-Aggregat hat bei uns kurze Zeit als Versuchsanlage gearbeitet. Das Aggregat hat uns aber sofort überzeugt, so dass wir den Drehkolbenverdichter bereits nach ca. sechs Monaten gekauft haben", bestätigt Betriebsingenieur Jörgfried Heise.
Seit der Inbetriebnahme 2007 deckt dieses neue Delta Hybrid-Aggregat den Bedarf im Betriebsbereich 2 nahezu ausschließlich alleine ab. Nur in Ausnahmefällen wird das Aggregat von einem kleinen Aggregat aus dem alten Konzept unterstützt. Das alte große, ebenfalls ca. 19 Jahre alte Gebläse wird seit der Installation des Delta Hybrid-Aggregates im Jahr 2007 nur noch als Redundanz-Anlage und während Wartungsarbeiten am Delta Hybrid-Aggregat eingesetzt, damit für den Rund-um-die-Uhr-Betrieb immer eine ausreichende Förderluft-Versorgung sichergestellt ist.

Bedarfsabhängige Betriebsweise möglich

Das Delta Hybrid-Aggregat bei BASF in Rudolstadt wurde zwar - genau wie das alte Gebläse - mit einem Frequenzumrichter für bedarfsabhängig drehzahlgeregelten Betrieb ausgerüstet. Es wird aber ebenfalls im Dauerbetrieb gefahren. Der Grund liegt in der Kombination aus einem kontinuierlichen Transportzyklus und einem sehr kurz getakteten Verwiegezyklus, der wie folgt arbeitet: die Förderluft transportiert mit kurzer Taktung das Granulat aus einem Silo über eine Zellenradschleuse in eine Rohrleitung zu einer Waage. Nach deren Befüllung wird dieser Fördervorgang kurzzeitig gestoppt, der Inhalt der Waage wird über eine Zellenradschleuse und ein Rohrleitungssystem zur Abfüllstation transportiert. Gleichzeitig beginnt wieder der Befüllungsprozeß der Waage. Daraus folgt:
der Förderluft-Bedarf für den Transport des Granulates von der Waage zur Abfüllstation steht kontinuierlich als Grundlast-Bedarf an;
der Förderluft-Bedarf für den Befüllungsprozeß der Waage entsteht jedoch intermittierend als kurzfristiger Spitzenlast-Bedarf mit einer Taktung von nur ca. 20 Sekunden.

Kontinuierlich schwankende Bedarfsmenge

Die Erfahrung bei der BASF in Rudolstadt hat gezeigt, daß diese zwischen dauerndem Grundlast- und sehr kurzfristigem Spitzenlast-Bedarf kontinuierlich schwankende Bedarfsmenge optimal nur mit einem Gebläse abgedeckt werden kann, welches konstant durchläuft und auf den Maximalbedarf ausgerichtet ist. „Eine drehzahlgeregelte oder intermittierend arbeitende Maschine könnte diese Aufgabe nicht erfüllen. Das Aggregat arbeitet mit einem Höchstdruck von 0,95 bar. Nach Erreichen dieses Druckes wird die Überschußmenge kurzzeitig abgeblasen. Eine zwischenzeitliche Stillsetzung oder eine bedarfsabhängige Betriebsweise ist nach unserer Erfahrung nicht sinnvoll", erläutert Betriebsingenieur Heise.

Um eine Kontaminierung der hygroskopischen Produkte mit Feuchtigkeit wirksam zu verhindern, durchströmt die zu verdichtende Luft bereits vor der Verdichtung in den Drehkolbengebläsen zunächst einen Adsorptionstrockner mit einem Drucktaupunkt von -40°C. Dieser Trockner arbeitet mit einem sehr langsam drehenden Silikagelrad, das in einem Teilbereich kontinuierlich Feuchtigkeit aus der eintretenden Ansaugluft adsorbiert, während der übrige Teil des Silikagelrades durch getrocknete Luft für die erneute Adsorption regeneriert wird. Nach der Vortrocknung tritt die Ansaugluft mit einer Restfeuchte von nur noch 0,117 g/m³ in die Gebläse ein. Da die Druckluft die Verdichter mit einer Temperatur von ca. 120°C verläßt, wird sie in einem wassergekühlten Nachkühler auf ca. 25°C zurückgekühlt, in zwei Pufferbehältern zwischengespeichert und erst dann als Förderluft eingesetzt.

Überzeugendes Konzept

„Der Delta Hybrid-Drehkolbenverdichter wurde im Jahr 2007 zunächst als Versuchsanlage installiert. Wir haben das Aggregat aber bereits nach wenigen Monaten fest übernommen. Zum einen bietet uns das neue Aggregat bei einer identischen Motorstärke von 70 kW eine deutlich höhere Leistung, arbeitet also wesentlich energieeffizienter. Außerdem hat uns das konstruktive Konzept der neuen Delta Hybrid-Anlage überzeugt. Das Aggregat arbeitet seit seiner Inbetriebnahme vor ca. drei Jahren mit Ausnahme von einer täglichen Schwachlast-Zeit von ca. vier Stunden im Dauerlauf rund um die Uhr. Das Aggregat hat sich aber nicht nur als sehr zuverlässig und energiesparend, sondern auch als sehr wartungsarm erwiesen. Unsere Wartungsarbeiten beschränken sich nur noch auf die Kontrolle des Ölstandes", resümiert Anlagenmeister Stefan Ortschig.

Vorteile

  • besonders günstiges Preis-Leistungs-Verhältnis deutlich unter den Investitions-, Energie- und Wartungskosten für einen vergleichbaren Turbo- oder Schraubenkompressor;
  • signifikant verbesserte Energie-Effizienz durch Energie-Einsparungen bis zu 15% gegenüber herkömmlichen Anlagen;
  • niedrige Wartungs- und Servicekosten; Zuverlässigkeit und Langlebigkeit
  • robuste Lagerkonstruktion (Lebensdauer 60.000 Bh auch bei maximaler Belastung);
  • Niedrige Druckluft-Austrittstemperaturen dank hervorragender thermischer Haushalte, kompakte Bauweise, Riemenantrieb, Riemenspannung durch Motorwippe, Side-by-Side-Aufstellung, Frontseitenbedienung, Ölkontrolle und Nachfüllen im Betrieb, niedriger Schallpegel, optionale Steuerung AS300 Aertronic, für Außenaufstellung geeignet;
  • sehr hoher Regelbereich (25-100%), einfach zu bedienen und zu warten.


Delta Hybrid: Symbiose aus Gebläse du Schraubenverdichter

Die Delta Hybrid-Baureihe ist eine weltweit einmalige Neukonzeption. Mit herkömmlichen Drehkolbengebläsen ließen sich bisher nur Drücke bis 1 bar erzielen. Darüber mussten Schraubenkompressoren eingesetzt werden, die einstufig aber für deutlich höhere Drücke von 2 bzw. 3,5 bar ausgelegt sind. Sie sind damit für sehr niedrige Drücke bauartbedingt „viel zu schade“ und deshalb in der Investition zu teuer. Mit den neuen ölfrei verdichtenden Delta Hybrid-Aggregaten wurde eine Symbiose geschaffen, welche die Vorteile beider Systeme in idealer Weise vereinigt. Dabei tendieren die Anlagen für niedrigere Drücke eher zu einem Gebläse, für höhere Drücke eher zu einem Schraubenverdichter.

Die Delta Hybrid-Anlagen eignen sich für alle Einsatzfälle, bei denen Luft und neutrale Gase im Druckbereich bis 1,5 bar gefördert werden müssen, wie z.B. in Kläranlagen, in der chemischen Industrie, der Kraftwerkstechnik oder zum Transport und zum Entladen staubförmiger Güter. Diese neue Drehkolbenverdichter-Baureihe wurde drei Jahre lang in einem groß angelegten Feldversuch in verschiedensten Branchen unter härtesten Praxisbedingungen getestet und zur Marktreife entwickelt.

Leistungsbereiche:

  • Volumenströme: 10 bis 70 m³/min (600–4.200 m³/h)
  • Einsatzbereiche: für Luft- Über- und Unterdruck
  • Druckbereich: 0–1,5 bar
  • Saugbereich: bis –0,7 bar

 

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Aerzener Maschinenfabrik GmbH
Reherweg 28
31855 Aerzen
Germany
Telefon: +49 5154 810
Telefax: +49 5154 8119 1

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