Zero Waste Heat mit VarioVAP: Wärmerückgewinnung aus multiplen Abwärmequellen

Inhalte 

1.  VarioVAP – Eine zentrale Lösung für mehrere Abwärmequellen

2. Anwendungsgebiete der VarioVAP-Wärmerückgewinnung

3. VarioVAP: Mehrfache Wärmerückgewinnung in einem Apparat 

4. Abwärme optimal nutzen – im Prozess oder als Stand-Alone-Lösung

5. Wärmequellen und ihre Nutzung im VarioVAP-System

6. Die Vorteile im Überblick 

7. Fazit: Multiple Abwärmenutzung für Zero Waste Heat 

1. VarioVAP – Eine zentrale Lösung für mehrere Abwärmequellen

Das Herzstück des VarioVAP-Systems ist ein innovativer Plattenfallfilmverdampfer (Wärmetauscher), der für die gleichzeitige Nutzung mehrerer Abwärmequellen ausgelegt ist. Anstatt jede Quelle einzeln zu erschließen, werden große als auch kleine Abwärmeströme aus verschiedenen Prozessen zentral gesammelt und effizient verwertet. So lässt sich auch Energie aus Quellen nutzen, die bislang ungenutzt blieben.

1. Mehrere Wärmequellen – eine Wärmepumpe

Das VarioVAP-System kann sowohl als eigenständige Wärmetauscherlösung als auch in Kombination mit mechanischer Brüdenverdichtung (MBV) – einem offenen Wärmepumpensystem – als integrierte Prozesslösung eingesetzt werden. Im Gegensatz zu konventionellen Wärmepumpensystemen, die für jede Wärmequelle – etwa eine Destillationskolonne oder einen Flash-Tank – eine separate Wärmepumpe benötigen, ermöglicht das VarioVAP-System die Zusammenführung mehrerer Abwärmeströme in nur einer einzigen Wärmepumpe.

2. Zero Waste Heat durch zentrale Abwärmenutzung

Das VarioVAP-System schafft erstmals die Grundlage für die effiziente und wirtschaftliche Nutzung mehrerer Abwärmequellen in einer zentralisierten Lösung und setzt damit neue Maßstäbe in der industriellen Energieeffizienz:

• Effiziente Nutzung großer und kleiner Abwärmequellen: Einzelne kleine Quellen wären wirtschaftlich nicht verwertbar, doch gebündelt entsteht ein nutzbares Potenzial. 
• Höhere Effizienz durch Zentralisierung: Die Zusammenführung mehrerer Wärmequellen steigert die Wirtschaftlichkeit der Abwärmenutzung und erhöht die Anlageneffizienz signifikant. 
• Reduzierte Energieverluste: Überschüssige Wärme wird nicht ungenutzt abgeführt, sondern zur Dampferzeugung genutzt. 

Mit dem VarioVAP-System wird eine nahezu vollständige Abwärmenutzung („Zero Waste Heat“) realisierbar. Selbst niedrigwertige Abwärmeströme, die bisher ungenutzt blieben, können nun in Frischdampf umgewandelt werden. Die zugrundeliegende Technologie eröffnet damit völlig neue Möglichkeiten für eine nachhaltige und wirtschaftliche Energieverwertung.

2. Anwendungsgebiete der VarioVAP-Wärmerückgewinnung

Mit seiner flexiblen und effizienten Technologie ermöglicht das VarioVAP-System die Nutzung von Abwärme in unterschiedlichen Szenarien – von großen Industrieanlagen bis hin zu Industrieparks.

1. Industrieanlagen

Das größte Potenzial des VarioVAP-Systems liegt in großen Industrieanlagen, insbesondere dort, wo thermische Trenntechnik zum Einsatz kommt. Es kann branchenübergreifend genutzt werden, um Abwärme aus Prozessen wie Destillation, Verdampfung oder Trocknung in nutzbaren Dampf umzuwandeln. Besonders energieintensive Branchen, in denen große Mengen ungenutzter Abwärme anfallen – wie die Chemieindustrie, Getränke- und Lebensmittelindustrie, Papier- und Zellstoffindustrie oder die Metallurgie – profitieren von dieser innovativen Lösung.

2. Industrieparks

Ein besonders spannendes Anwendungsgebiet sind Industrieparks, in denen mehrere Unternehmen ihre Abwärme gemeinsam nutzen können. Das VarioVAP-System erlaubt es, unterschiedliche Abwärmeströme zu bündeln und entweder zurück in die Produktionsprozesse der Unternehmen zu führen oder in kommunale Fernwärmenetze einzuspeisen.

Vorteile für den Industriepark:

• Gemeinschaftliche Nutzung: Unternehmen unterschiedlicher Branchen profitieren gemeinsam von der zentralen Abwärmenutzung.
• Wirtschaftlichkeit: Die Betriebe sparen Energiekosten und generieren zusätzliche Einnahmen durch die Einspeisung von Dampf in das Fernwärmenetz.
• Flexibilität: Das System lässt sich erweitern, wenn weitere Betriebe dem Industriepark beitreten oder zusätzliche Abwärmequellen erschlossen werden.
• Nachhaltigkeit: Die Abwärmenutzung reduziert den CO₂-Fußabdruck des Industrieparks und trägt zur Erreichung von Zero Waste Heat bei.

Abbildung 1: Exemplarisches Schaubild einer VarioVAP-Wärmerückgewinnung © GIG Karasek

3. VarioVAP: Mehrfache Wärmerückgewinnung in einem Apparat

Das neuartige Wärmerückgewinnungssystem vereint mehrere Wärmequellen in einem einzigen, kompakten Apparat. Jede Wärmequelle wird in separaten, vollständig verschweißten Lamellen geführt – so bleiben Dämpfe und Kondensate getrennt, und die Produktreinheit bleibt erhalten. Dank seines geschlossenen, dichtungs- und verschlussfreien Designs können sogar explosionsfähige Dämpfe sicher verarbeitet und mit nicht-explosiven Medien kombiniert werden. Die vertikale Bauweise minimiert zudem den Platzbedarf und ermöglicht eine flexible Integration in bestehende Anlagen.

Im Vergleich zur konventionellen Bauweise bietet das System drei wesentliche Vorteile:

• Geringere Investitionskosten: Kompakte Bauweise und Skaleneffekte reduzieren die Capex-Kosten pro kg Stahl.
• Weniger Komponenten: Nur ein Apparat, nur eine Umwälzpumpe, weniger Instrumentierung und Armaturen.
• Einfache Wartung: Weniger Ersatzteile und schnellere Wartungsarbeiten.

Abbildung 2: VarioVAP-Wärmerückgewinnung für vier Wärmequellen © GIG Karasek

4. Abwärme optimal nutzen – im Prozess oder als Stand-Alone-Lösung

Das VarioVAP-System bietet eine flexible und wirtschaftliche Lösung für die industrielle Abwärmenutzung – sowohl als integrierte Prozesslösung als auch als eigenständiger Wärmetauscher. Es reduziert den Verbrauch von Primärenergie, steigert die Energieeffizienz und reduziert Betriebskosten.

1. VarioVAP-System mit Prozessfunktion 

In dieser Variante wird das VarioVAP-System nahtlos in bestehende Prozesse integriert, ohne deren Ablauf zu beeinträchtigen. Während der übergeordnete Prozess wie gewohnt weiterläuft, nutzt das System die anfallende Abwärme und wandelt sie in nutzbare Energie um.

Einfache Integration

Der Installationsaufwand beschränkt sich im Wesentlichen auf die Verlegung einer Zuleitung (Rohr- oder Brüdenleitung) zum VarioVAP-System sowie den Anschluss an die bestehende Anlagentechnik.

Besonderer Vorteil:

• Keine Modifikation der Produktionsanlagen erforderlich
• Keine dezentralen Wärmepumpen an einzelnen Quellen nötig
• Prozesskontinuität während der Installation

Das Funktionsprinzip 

• Wärmequellen mit unterschiedlichen Zusammensetzungen, Temperaturen, Drücken oder aus explosionsfähigen Dämpfen werden über getrennte Leitungen in den Plattenfallfilmverdampfer geleitet.
• Im Verdampfer wird die Abwärme in Dampf umgewandelt, wobei jede Wärmequelle in separaten Lamellen oder Bündeln geführt wird.
• Das Kondensat wird getrennt gesammelt und kann als Reflux zurück in den Prozess geleitet werden.
• Der Dampf wird durch mechanische Brüdenverdichter auf ein höheres Energieniveau gebracht und kann anschließend für anlageninterne oder externe Prozesse genutzt werden.

Wirtschaftlichkeit

Die MBV-Kosten pro Tonne Dampf sinken mit zunehmendem Durchfluss, da die Verdichtung größerer Mengen effizienter ist als bei kleinerern Mengen. Durch die Bündelung mehrerer Wärmequellen in einem System wird der Wirkungsgrad gesteigert und damit die Wirtschaftlichkeit weiter verbessert.

Abbildung 3: Das Funktionsprinzip von VarioVAP als Multi-Source-Wärmerückgewinnungssystem. © GIG Karasek

2. VarioVAP als Stand-Alone-Wärmetauscher Lösung

Der VarioVAP lässt sich auch ohne Verdichter einsetzen und fungiert dann ausschließlich als hocheffizienter Wärmetauscher. Die Stand-Alone-Lösung eignet sich ideal für Kunden, die keine Dampferzeugung benötigen, aber dennoch Abwärme aus mehreren Quellen nutzen möchten, um ein Medium zu erwärmen. Anstatt drei separate Wärmetauscher zu installieren, bündelt der VarioVAP alle drei Quellen in einem einzigen System, spart Platz, Kosten und vereinfacht die Anlage.

5. Wärmequellen und ihre Nutzung im VarioVAP-System

Damit das VarioVAP-System Abwärme optimal nutzen kann, sind einige Anforderungen in Hinblick auf die Wärmequellen zu beachten.

• Art der Wärmequellen: Das VarioVAP-System nutzt primär Dampf zur Dampferzeugung. Flüssige Wärmequellen (z. B. Abwasser) erfordern als zusätzliche Prozessstufe einen Flash-Tank, um die Flüssigkeit in Dampf umzuwandeln.
• Mindestgröße der Wärmequellen: Damit der Einsatz des VarioVAP-Systems wirtschaftlich sinnvoll ist, sollte die Gesamtleistung aller Wärmequellen mindestens 1 Megawatt (MW) betragen.
• Anzahl der Wärmequellen: Die Anzahl der nutzbaren Wärmequellen hängt von der Größe des Verdampfers ab. Ist die maximale Größe des Verdampfers erreicht, kann ein zweiter Verdampfer parallel geschaltet werden.

Ein besonderer Vorteil des VarioVAP-Systems ist seine Zuverlässigkeit im Teillastbetrieb. Selbst wenn eine Wärmequelle ausfällt, können die verbleibenden Abwärmeströme weiter genutzt werden.

6. Die Vorteile im Überblick

Abbildung 4: Die wichtigsten Vorteile des VarioVAP-Systems im Überblick. © GIG Karasek

Fazit: Multiple Abwärmenutzung für Zero Waste Heat

Das VarioVAP-System ist eine innovative und zukunftsweisende Lösung für die industrielle Abwärmenutzung. Es verwandelt Abwärme in eine wertvolle Ressource und eignet sich ideal für große Industrieanlagen oder ganze Industrieparks. Durch die Bündelung mehrerer Wärmequellen minimiert es Energieverluste und unterstützt die Umsetzung von Zero Waste Heat.

Die Vorteile sind überzeugend: Die Nutzung von Abwärme reduziert den Verbrauch von Primärenergie und senkt dadurch die CO₂-Emissionen. Gleichzeitig verringert sich der Bedarf an Frischdampf und Kühlwasser, was wiederum Ressourcen schont und Betriebskosten deutlich reduziert.

Kurz gesagt: Das VarioVAP-System verbindet Nachhaltigkeit, Effizienz und Wirtschaftlichkeit auf einzigartige Weise und setzt damit neue Maßstäbe für die energieeffiziente Industrie der Zukunft.