Ingenieure. Energieeffiziente Planung von Belüftungssystemen am Beispiel des VKW Erdinger Moos

Transkript

1 Ingenieure Energieeffiziente Planung von Belüftungssystemen am Beispiel des VKW Erdinger Moos Dr. Born - Dr. Ermel GmbH - Ingenieure Dipl.-Ing. Oliver Fricke 25. September 2012

2 Überblick Definition: Energieeffiziente Belüftung Randbedingungen energieeffizienter Planung Vorstellung VKW Erdinger Moos Grundlagenermittlung Ermittlung des Sauerstoffbedarfs Verfahrenstechnik Maschinentechnik MSR-Technik Ergebnis VKW Erdinger Moos Fazit 2

3 Energetische Kennwerte der Abwassertechnik Einwohnerspezifischer Stromverbrauch für die Belüftung 1996, Ist- Wert GK 4 5: 15,9 kwh/ew a 1997, Soll- Wert Handbuch NRW: 13,7 kwh/ew a 2008, Soll- Wert DWA: 10,0 kwh/ew a 3

4 VKW Erdinger Moos 2009 (I) Ausbaugröße: EW (Winter) Auslastung: EW Nitrifikation, Denitrifikation und Phosphatelimination Starke saisonale Belastungsunterschiede durch Anbindung des Flughafens 4

5 VKW Erdinger Moos 2009 (II) 5

6 VKW Erdinger Moos 2009 (III) 4 Turboverdichter mit je m 3 /h Stromverbrauch Belüftung: 13 kwh/ew a Aufteilung DN / N = 30 / 70 Direktregelung für Sauerstoffeintrag 6

7 VKW Erdinger Moos 2009 (IV) Betriebsprobleme der Belebung Druckanstieg durch gealterte Belüfter Regelverhalten der Turbogebläse Dimensionierung und Abstufung der Gebläse (Minimallastbetrieb) 7

8 Grundlagenermittlung (I) Erfassen der Bestandslage Systemgrenzen (Vorklärung bis Nachklärung) Betriebstagebuchdaten NK Hydraulische Belastung VK BB Güte der Dokumentation VKW Erdinger Moos 8

9 Grundlagenermittlung (II) Saisonale Einflüsse beachten VKW Erdinger Moos: Enteisungsmittel vom Flughafen Flughafen macht 2/3 bis 3/4 der Belastung im Winter aus! 9

10 Grundlagenermittlung (III) Ermittlung der Belastung nach DWA A-198 Gesucht: gleitendes 2-Wochenmittel der CSB-Fracht Zuflüsse und CSB-Frachten Mengenproportionale 24-Std-MP, viermal wöchentlich, 3 Jahre B d,csb,zb [kg/d] Oder: 85-Perzentil, mind. 40 Messungen/Jahr Temperaturganglinie C CSB [mg/l] Q d [m³/d] 10

11 Grundlagenermittlung (IV) Leitparameter CSB: EW (Winter), EW (Sommer) 11

12 Grundlagenermittlung (V) T [ C] 24,0 22,0 20,0 18,0 16,0 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 T (biol. Reaktor) T (2-Wochenmittel) Jahresgang Temperatur 2,0 0, Zeitraum ( ) 12

13 Grundlagenermittlung (VI) Tagesganglinien Stoßfaktor für Stickstoff f N : Ableitung aus Messwerten Minimum: 14-Tagemessung bei Trockenwetter Bei unzureichender Datendichte: f N und f C aus ATV-DVWK A

14 Ermittlung des Sauerstoffbedarf (I) Nachrechnung bestehender Systeme nach DWA A-131 Volumina sind fix Variabel: Rückführrate Sauerstoffsollwert TS-Gehalt (Schlammalter) 14

15 Ermittlung des Sauerstoffbedarfs (II) Abgleich Modell und Praxis bei mittlerer Last und Temperatur Lastfälle aus Grundlagenermittlung Randbedingungen Nachrechnung im Modell Iteration Vergleich des Ergebnisses mit Schlammanfall/ Sauerstoffbedarf/ Ablaufwerte/ Fällmittelbedarf Abweichung Ende 15

16 Verfahrenstechnik (I) Anpassen von Volumen und/oder Schlammalter 16

17 Verfahrenstechnik (II) Aufteilung in oxische / anoxische Volumina Wechselzonen für flexible Anpassung an die Belastung Zonierung wird entsprechend den Lastfällen angepasst Zukünftiges System ANAEROB WECHSELND OXISCH ANOXISCH 17

18 Verfahrenstechnik (III) 18

19 Verfahrenstechnik (IV) Flexibilisierung Wechselzonen müssen mit Belüftern und Rührwerken ausgestattet werden Anpassung der Messsonden (O 2, NO 3 -N, NH 4 -N) und Stellglieder (Luftklappen, Blendenregulierschieber) 19

20 Verfahrenstechnik (V) Optimierung des Gesamtsystems BB/NK Vorklärbetrieb (Bypass) Hydraulik nachrechnen Fließverluste vermindern Anordnung der Rezirkulationspumpe Rückführrate 20

21 Maschinentechnik (I) Anzahl und Abstufung der Gebläse Vorhanden: 4 x m 3 /h Bedarf: m 3 /h Einsatz: x m 3 /h 21

22 Maschinentechnik (II) Dimensionierung von Rohrleitungen / Armaturen Ziel: Fließverluste verhindern Realität: vorhandene Rohrleitungen / Armaturen sind überdimensioniert Folge: veränderter Regelcharakter 22

23 Maschinentechnik (III) Auswahlkriterien des Belüftungssystems Standzeit des vorhandenen Systems Materialauswahl: HD-PU Einsatz von Plattenbelüftern Es gibt kein wartungsfreies System (Säuern, Säubern, Druckentlastung) 23

24 MSR-Technik (I) Regelung der Gebläse Direktregelung Konstantdruckregelung Gleitdruckregelung 24

25 VKW Erdinger Moos 2011 (I) ,7 kwh/ew a 9,1 kwh/ew a Ersparnis: kwh/a = /a 25

26 VKW Erdinger Moos 2011 (II) Unterschiede bei den Regelungsstrategien? 26

27 VKW Erdinger Moos 2011 (III) Keine Unterschiede im Monatsgang erkennbar : e ges = f( VK )! 27

28 VKW Erdinger Moos 2011 (IV) Anteil an Energieersparnis Opimierung Biologie - Flexibilisierung / Zonierung - Senkung des TS BB - Hydraulik - Rezirkulation Neue Verdichter - Anzahl und Größe - Energieeffiziente Aggregate 35 % 35 % Neue Belüfter 20 % Umstellung Verdichterregelung 10 % 28

29 Fazit Ganzheitliche Betrachtung Grundlagenermittlung Abgleich Modell / Praxis Energieeffiziente Gebläse / Belüfter Neuer Sollwert Belüftung: 10 kwh/ EW a 29

30 Kontakt Dr. Born Dr. Ermel GmbH - Ingenieure - Herr Oliver Fricke Finienweg 7, Achim Telefon: Abwasserzweckverband Erdinger Moos Herr Michael Wrobel Hofmarkplatz 2, Erding Telefon: Verbandsklärwerk Erdinger Moos Herr Wolfgang Pfanzelt Am Isarkanal 1, Eitting Telefon: