Referenzobjekte

Die 4-MW-Hochtemperatur-Wärmepumpe nutzt Niederdruckdampf aus dem letzten Verdampfer der Zuckerproduktion (80 °C, 550 mbar absolut), um Prozessdampf mit Temperaturen von bis zu 138 °C zu erzeugen. Dieser Dampf wird dann für die Kristallisation des Zuckers verwendet.

Die Wärmepumpe senkt die Energiekosten der Fabrik und vermeidet außerdem jährlich rund 4.000 Tonnen CO2 – das entspricht der Emission von über 3.600 Benzinfahrzeugen. Damit deckt die Wärmepumpe von GEA rund 5 Prozent des gesamten Prozesswärmebedarfs.

Die Wärmepumpe besteht aus vier zentralen Komponenten. Das Herzstück bildet der 1 MW starke Verdichter, der den Druck und die Temperatur des Kältemittels Pentan erhöht. Nach dem Kompressor strömt das unter hohem Druck stehende gasförmige Pentan zum Kondensator, wo es teilweise abkühlt und kondensiert.

Die bei der Kondensation des Pentans abgegebene Wärme wird auf das durchströmende Heißkondensat aus dem ersten Verdampfer des Zuckerherstellungsprozesses übertragen. Dabei geht es in Hochdruckdampf mit 138 °C über, der im Produktionsprozess wiederverwendet wird.

Das Expansionsventil entspannt anschließend das gasförmige Pentan, wodurch dessen Druck und Temperatur absinken.

Nach dem Expansionsventil fließt das Pentan wieder durch den Verdampfer, wo es die Wärme des Niederdruckdampfes (80 °C und 550 mBar) aufnimmt. Sobald das Pentan vollständig verdampft ist, ist der Kreislauf geschlossen, und das Pentan kehrt zum Kompressor zurück.

Es ist wichtig, dass der Kompressor nur gasförmiges Pentan erhält. Deshalb misst das Expansionsventil die Temperatur nach dem Verdampfer. Weicht die Temperatur ab, regelt das Expansionsventil den Pentanfluss zum Verdampfer, um sicherzustellen, dass der Verdichter nur überhitztes Pentan erhält.

Beim Anfahren wird ein Anfahrüberhitzer aktiviert, der mit Hochdruckdampf das Pentan erhitzt und überhitzt. Sobald das System einen stabilen Betrieb erreicht, übernimmt ein interner Wärmetauscher diese Aufgabe und hält die für den Zyklus erforderliche Temperatur aufrecht. Eine Überhitzung von 20 K ist notwendig, um sicherzustellen, dass das Pentan nach der Verdichtung im überhitzten Zustand verbleibt und keine Flüssigphase entsteht.

Zum Projektvideo: https://www.youtube.com/watch?v=6opq5-K5fRE

Die Entwicklung und Integration der Wärmepumpe erfolgte im Rahmen von SPIRIT, einem von der Europäischen Kommission kofinanzierten Horizont Europa Projekt.

Mehr zu SPIRIT: https://spirit-heat.eu/

SPIRIT Horizon Europe Project auf LinkedIn: https://www.linkedin.com/company/spiritproject/