Forschungs- & Entwicklungsprojekte an der Hochschule Luzern Technik & Architektur

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1 Forschungs- & Entwicklungsprojekte an der Hochschule Luzern Technik & Architektur Christoph Vogel, Max Guntern, Dr. Beat Wellig Abteilung Maschinentechnik CC Thermische Energiesysteme & Verfahrenstechnik 4. Innovationsgruppe Wärmetauscher (AG WT) Aarau, 17. März 2009

2 CC Thermische Energiesysteme & Verfahrenstechnik Projektbeispiele Abwärmenutzung - Abwärmenutzung Backofen-Abluft (Hug) - Dampferzeugung aus Niedertemperaturabwärme (Tersuisse) - Optimierung Wärmerückgewinnung Batch- Polymerisation (Nexis Fibers) - Optimierung Wärmenutzung Batch- Polymerisation (Sika) - Abwärmenutzung Metallverarbeitungsbetrieb (Imbach) - Abwärmenutzung in Papierfabrik (Perlen) 2

3 Projektbeispiel 1 Optimierung Wärmerückgewinnung Batch-Polymerisation Nexis Fibres AG, Emmenbrücke Evatherm AG, Othmarsingen HSLU, CC TEVT Bundesamt für Energie 3

4 Ausgangslage - Massive Leistungsminderung der WRG durch Fouling - Umweltbelastung durch hohe Emissionen von organischen Schadstoffen - WRG kann bevorstehende Kapazitätserhöhung nicht bewältigen Hauptziel: Die WRG-Anlage soll ersetzt werden, um die Mängel zu beseitigen und die Anlage auf die zukünftigen Bedürfnisse auszurichten! 4

5 Ausgangslage Ansicht auf den Rohrboden eines von Fouling betroffenen Wärmetauschers Organische Bestandteile, die sich in den Wärmetauschern ablagern 5

6 Analyse Ist-Zustand Massenstrom [kg/h] Bedarf: Heizdampfmassenstrom ED Angebot: Brüdenmassenstom AK Zeit [min] 6

7 Auswirkungen Fouling Wärmestrom in Funktion der Foulingdicke 450 ϑ W ϑ W 2 ϑ W1 ϑ V Rohrwand Foulingschicht Kondensatfilm ϑ K Wärmestrom [kw] Foulingdicke [mm] - Reduktion der Leistungsfähigkeit bis zur Verstopfung der WRG-Anlage - Ausfall der WRG-Anlage während Reinigung 7

8 1. Konzept für die neue WRG Brüdenwäsche und Kondensation für Frischdampfproduktion 8

9 Definitive Lösung 9 Frischdampf (FD)

10 Einsparpotenzial Idealfall konservative Berechnung Eingesparte Frischdampfmenge t/a t/a Reduzierter CO 2 -Ausstoss 840 t/a 600 t/a Gesamteinsparung 470 kchf/a 340 kchf/a 10

11 Projektbeispiel 2 Wärmerückgewinnung Backofen-Abluft Hug AG, Malters HSLU, CC TEVT Ingenieurbüro Dolder, Buchrain (Realisierung) 11

12 Ausgangslage Die Abluft aus den Backofen-Anlagen wird ohne Wärmerückgewinnung an die Umgebung abgegeben. (Ablufttemperatur ca. 165 C, absolute Feuchte ca. 500 g/kg) Ziel des Projektes: - Potenzial einer Wärmerückgewinnung ermitteln - Möglichkeiten zur Nutzung der Abwärme aufzeigen 12

13 Versuch zum Foulingverhalten Versuchs-Lamellenwärmetauscher vor dem Einbau Versuchs-Lamellenwärmetauscher nach 250 Produktionsstunden 13

14 Lösung Notwendige Bypass-Schaltung zur Gewährleistung konstanter Betriebszustände 14

15 Projektbeispiel 3 Schmutzresistente Wärmeübertrager Thomas Bürki GmbH HSLU, CC TEVT Bundesamt für Energie 15

16 Ziel des Projektes Entwicklung von schmutzresistenten Wärmeübertragern für die Abwärmenutzung aus verschmutzten Abluft- und Abgasströmen. 16

17 Vorgehen - Analyse der Stoffströme in Unternehmen aus verschiedenen Sektoren - Aufnahme der Wärmesenken (Konzept zur Abwärmenutzung) - Charakterisieren der Fouling-Problematik - Formulierung der Anforderungen an die Wärmeübertrager - Entwicklung von Prototypen in enger Zusammenarbeit mit WÜ-Herstellern - Integration der Wärmeübertrager in die Prozesse (Unternehmen) - Verhalten der WÜ im Betrieb überprüfen und optimieren 17

18 Projektbeispiel 4 PinCH Bundesamt für Energie HSLU, CC TEVT Expertenteam - Raymond Morand, Florian Brunner, Helbling Beratung + Bauplanung AG - Dr. Pierre Krummenacher, BG Bonnard & Gardel, Ingénieurs Conseils SA - Dr. Thomas Bürki, Thomas Bürki GmbH 18

19 PinCH - Entwicklung eines anwenderfreundlichen Engineeringtools für klassische Pinch-Analysen - Software PinCH - Schulung, Support, Programm Pflege und Weiterentwicklung - Anwendung von PinCH in der Industrie (ab Mitte 2010) 19

20 Diskussion 20