Blei-Recycling mit volumenstromgeregelter Druckluftstation

Mit einer neuen Niederdruck-Druckluftstation, in der sechs drehzahlgeregelte, ölfrei verdichtende Turbo-Kompressoren arbeiten, spart die Bleihütte der Weser-Metall GmbH in Nordenham jährlich bis zu 600 000 € an Energie-kosten. Die Kompressoranlage zeichnet sich durch eine regelungstechnische Finesse aus: Als Führungsgröße zieht die Steuerung den Volumenstrom heran und nicht, wie sonst üblich, den Druck.

Weser-Metall ist auf das Recycling von Blei vor allem aus Akkumulatorenschrott und Batteriepaste spezialisiert. Clou der Druckluftstation mit insgesamt sechs neuartigen ölfreien Niederdruck-Turbokompressoren der drehzahlgeregelten Bauart ZB VSD (Variable Speed Drive) von Atlas Copco ist ihre Betriebsweise. Denn anstatt druckgeregelt, wie normalerweise üblich, funktioniert sie volumenstromgeregelt. Und das in einem Bereich zwischen 1 500 und 10 000 Nm³/h mit bis zu 1,95 bar Betriebsüberdruck.

Die Luft der Turbos wird in der Bleihütte dreischichtig rund um die Uhr als Prozess- und Nachverbrennungsluft benötigt. Die Prozessluft wird zusammen mit Erdgas und Sauerstoff durch eine in die Schmelze eingetauchte Lanze geblasen und hält den metallurgischen Prozess im Badschmelzofen in Gang (Bild 1). Parallel dazu wird noch sogenannte Nachverbren-nungsluft in den Ofenraum über dem Schmelzbad eingeleitet, um sicherzustellen, dass keine reaktiven Komponenten – wie z. B. unverbranntes Erdgas – ins Abgas gelangen.

Als die Nordenhamer Bleihütte 1996 vom bis dato praktizierten koksbefeuerten Schachtschmelzofenverfahren auf das wesentlich umweltfreundlichere erdgasbefeuerte Bad-schmelzofenverfahren umstieg, wurde zunächst ein zweistufiger Turboverdichter (1. Stufe 0,82 bar; 2. Stufe 2,8 bar) für die Prozess- und Nachverbrennungsluft installiert. Die Re-gelung über Abblaseventil verbrauchte jedoch zuviel Energie. Trotz fehlender Referenzen für die neuen ZB-Turbokom-pressoren mit VSD-Direktantrieb von Atlas Copco, entschied man sich für diese Lösung, da die drehzahlgeregelten Niederdruck-Kompressoren die mit Abstand besten Mög-lichkeiten zur Energieeinsparung boten.

Die Projektingenieure von Atlas Copco erarbeiteten gemeinsam mit den Weser-Metall-Verantwortlichen das Konzept für den Aufbau der neuen Druckluftstation. Dabei sei die größte Herausforderung gewesen, eben den Volumenstrom – und nicht den Druck – als Führungsgröße für die Steuerung der Kompressoren zu nehmen. Auch galt es, die übergeordnete, autark als Insellösung funktionierende Steuerung der gesamten Druckluftstation so mit den Elektronikon-Steuerungen der einzelnen Kompressormodule zu verknüpfen, dass diese problemlos funktionieren und miteinander kommunizieren. Oberste Priorität bei allen Betriebszuständen sollte haben, den jeweils energetisch optimalen Betriebspunkt anzusteuern. Dazu müssen die einzelnen Module auf intelligente Weise rechtzeitig zu- und abgeschaltet werden.

Das Resultat ist die heutige Druckluftstation mit ausschließlich drehzahlgeregelt arbeitenden Kompressoren. Die Pro-zessluft liefern jetzt vier Turbos der Bauart ZB 160 mit
je einem Volumenstrom von maximal 3 350 Nm³ und bis
zu 1,95 bar Überdruck; die Nachverbrennungsluft kommt von zwei Turbos ZB 100 VSD, die jeweils einen Volumen-strom von bis zu 4 650 Nm³ liefern können und einen Überdruck von maximal 0,8 bar erreichen. Das Zusammen-spiel der Turbos regelt eine übergeordnete Steuerung, die auch einen ausgeglichenen Betrieb der Maschinen sicherstellt und an das Prozessleitsystem des Badschmelzofens angebunden ist.

Befragt nach den größten Vorteilen, welche die neuen ZB-Kompressoren gegenüber der Vorgängeranlage bieten, die (noch) als Notfallreserve installiert ist, nennt Dipl.-Ing. Timo Tesch, Leiter Konstruktion/Verfahrenstechnik/Nebenbe-triebe bei der Weser-Metall GmbH, die folgenden vier Punkte:

• Drastische Energieeinsparungen, die sich jährlich auf
500 000 bis 600 000 € belaufen

• Kompakte Modulbauweise der gesamten Anlage (Bild 2), deren Installation auf einer Bühne in 14 m Höhe über der alten Kompressoranlage innerhalb eines Tages möglich war

• Verschleißarmer, ölfreier Betrieb der Kompressoren

• Geringe Lärmentwicklung.