Gemeinschaftliche Abwärmenutzung am Bosch-Standort in Lollar

Im mittelhessischen Lollar, nördlich von Frankfurt am Main, sind mehrere Unternehmen der Bosch-Gruppe am Standort der Bosch Thermotechnik GmbH angesiedelt. Insbesondere der Gießereibetrieb der Robert Bosch Lollar Guss GmbH mit seiner traditionsreichen Geschichte in Lollar, produziert heute in einem hochmodernen Werk.

Am Standort wird hocheffi­ziente Heiztechnik gefertigt. Neben der 2009 eröff­neten Buderus Akademie, in der jährlich rund 35.000 Handwerks­partner ge­schult werden, wurden in Lollar eine Regelgerätefertigung, die Forschung und Entwicklung von Systemelektronik, das Ersatzteil-Zentrallager für Bosch Thermotechnik und die Pro­duktion von Kaminöfen angesiedelt.

Schrottlieferanten aus ganz Deutschland liefern ihr Altmetall zur Gießerei nach Lollar, wo es per Spektralanalyse geprüft und schließlich in einem Kupolofen der Gießerei eingeschmolzen wird. Die hierfür notwendigen hohen Temperaturen bringen große Abwärmemengen mit sich, die von der Robert Bosch Lollar Guss GmbH teilweise bereits seit Jahren genutzt werden. Zukünftig soll nun ein leistungsfähigerer Abhitzekessel weitere Abwärmemengen für eine Nutzung erschließen und diese in das Heizungsnetz der benachbarten Bosch Thermotechnik GmbH einspeisen.

Öfen und Formanlagen bestimmen die zentralen Prozesse

In den Gebäuden der Gießerei befinden sich neben dem Kupolofen noch zwei Tiegelöfen und zwei Formanlagen. Diese sind die Hauptanlagen für das Aufschmelzen, Veredeln und Abgießen von Roheisen. Im ersten Schritt wird im Kupolofen Gusseisen hergestellt, indem eingeschichtetes Metall und Koks durch Glut geschmolzen wird. Das Flüssigeisen wird dann entweder direkt den Gießöfen an den Formanlagen zugeführt oder über die Tiegelöfen durch Zugabe von Legierungselementen veredelt und dann zu den Gießöfen der Formanlage gebracht.

Die Wärmeerzeugung für den gesamten Standort erfolgt derzeit zentral in einer Heizzentrale. Hier versorgen unter Erdgaseinsatz sieben Heizkessel den Gesamtstandort mit Wärme. Für die Bosch Thermotechnik GmbH werden ein zusätzliches Blockheizkraftwerk und ein Druckluft-Wärme-Kraftwerk genutzt.

Umgesetzte Maßnahmen des Unternehmens entsprechend der "Abwärmekaskade"

Projektübersicht

Unternehmen  
  • Bosch Thermotechnik GmbH
  • Robert Bosch Lollar Guss GmbH
 
Name des Abwärmeprojekts „Gemeinschaftliche Abwärmenutzung am Bosch Standort Lollar“
Projektstandort

Justus-Kilian-Straße 1

35457 Lollar

Deutschland
Jahr der Inbetriebnahme Anfang 2020
Branche Heizungstechnik
Technologien  
  • Abhitzekessel 
  • Wärmetauscher
  • systemische Maßnahmen
 
Energieeinsparung (Strom und Wärme) circa 6.090 MWh/a
CO2-Einsparung circa 1.500 t/a
Förderfähige Investitionskosten 2.000.000 Euro
Kosteneinsparungen circa 241.000 € pro Jahr

 

Die bisherige Abwärmenutzung

Beim Schmelzvorgang im Kupolofen entstehen große Mengen energiehaltigen Gichtgases. Dieses Gichtgas wird gereinigt, vorgewärmt und anschließend in einer Brennkammer verbrannt, wobei heißes Abgas entsteht. Ein Teil der im Abgas enthaltenden Wärme wird mit Hilfe eines Wärmetauschers (Rekuperator) zur Frischluftvorwärmung genutzt. Umgebungsluft niederer Temperatur wird so zu einem Heißwind aufgewertet, der in den Kupolofen zurückgeführt wird.
Das Abgas besitzt auch nach der Frischluftvorwärmung noch genug (Ab-)Wärmeenergie, um über einen weiteren Wärmetauscher das gereinigte Gichtgas vorzuwärmen, bevor dieses in der Brennkammer verbrannt wird. Bei beiden Prozessen wird Abwärme auf einem hohen Temperaturniveau prozessintern genutzt.

Ein kleiner Teil der Abwärme des Abgases wird über einen bestehenden Abhitzekessel der Bosch Thermotechnik GmbH zurückgewonnen und in das Heizungsnetz des Standortes eingespeist.

Eine weitergehende prozessinterne Nutzung der Abwärme aus dem Abgas ist allerdings nicht möglich. Dies liegt einerseits daran, dass die Heißwindtemperatur ein wesentlicher Parameter des Schmelzprozesses ist und nicht ohne weiteres erhöht werden kann. Anderseits ist die maximale Temperatur des Heißwindes auch durch die Werkstoffe und deren Festigkeitsgrenzen im Rekuperator begrenzt. Gleiches gilt für die Gichtgasvorwärmung.

So werden aktuell über 50 Prozent des Abgases nach der Brennkammer über einen Bypass am Rekuperator vorbei ungenutzt ins Freie geleitet. Ein Großteil dieser Abwärme soll mit den nachfolgend beschriebenen Maßnahmen unternehmensintern nutzbar gemacht werden.

Im neuen Abwärmekonzept steht das heiße Rauchgas im Mittelpunkt

Ein neuer und größer dimensionierter Abhitzekessel soll die Abwärmequelle der Robert Bosch Lollar Guss GmbH zukünftig in deutlich größerem Umfang erschließen. So wird der für die Heißwinderzeugung und Gichtgasvorwärmung erforderliche Teil des Abgases auch weiterhin in die oben beschriebene Abwärmenutzungsvorrichtung geleitet. Neu ist hingegen, dass der bislang ungenutzte Teil des Abgases zukünftig über Regelklappen gemeinsam mit der restlichen Abwärme nach der prozessinternen Abwärmenutzung zum neuen Abhitzekessel geführt und dort für die Warmwassererzeugung genutzt wird. Besteht auf der Abnahmeseite kein Bedarf, beziehungsweise werden hier die maximalen Temperaturen des Wasserkreises überschritten, schließen die Regelklappen und das Abgas mit der überschüssigen Abwärme wird ins Freie geleitet.

Die nutzbare Wärme vom neuen Abhitzekessel wird zunächst auf einen mit einem Wasser-Glykol-Gemisch betrieben Primärkreis übertragen. In der Heizzentrale wird anschließend die Wärme vom primären in den sekundären Heizwasserkreislauf mittels eines ebenfalls neuen Wärmetauschers übertragen. Die thermische Leistung des neuen Wärmetauschers entspricht mit 7 MW genau der Leistung des neuen Abhitzekessels. Für den Primärkreis werden zwei Pumpen im Wechselbetrieb und eine dieselbetriebene Pumpe für den Notbetrieb installiert. Zu der hydraulischen Anbindung gehören weiterhin entsprechende Rohrleitungen inklusive Mess- und Regeleinrichtungen, Druckhaltung, Isolierung etc.

Für die Nutzung der Abwärme ist der zeitliche Verlauf der Abwärme-Verfügbarkeit auf der einen und der Wärmebedarf des Heizsystems auf der anderen Seite entscheidend. Eine optimale Abwärmenutzung liegt vor, wenn der Wärmebedarf und die verfügbare Abwärme übereinstimmen.

In Lollar wird der Kupolofen werktags und bei zusätzlichem Bedarf auch am Wochenende betrieben. In diesem Zeitraum fällt also kontinuierlich Abwärme an. Da sowohl tagsüber als auch nachts ein ausreichend hoher Bedarf an Heizwärme vorhanden ist, deckt sich der Heizwärmebedarf dadurch zeitlich relativ gut mit dem Angebot an Abwärme.

Aus prozesstechnischen Gründen kann der Kupolofen bei bestehenden Freischichten am Wochenende nicht komplett ausgeschaltet werden. Er läuft dann jedoch nur im Warmhaltebetrieb, also in minimaler Teillast und liefert dabei keine verwertbare Abwärme.

Da im Sommer nur ein Teil der Heizwärme benötigt wird, kann die Abwärme im Sommer nicht vollständig genutzt werden.

Durch die neuen technischen Maßnahmen können in Zukunft circa 85 Prozent der gesamten im Abgas enthaltenen Abwärme genutzt werden. Um eine nochmals vergrößerte Ausbeute zu erreichten, müsste die Temperatur im Heizungsnetz deutlich abgesenkt werden, was aufgrund der daran angeschlossenen Prozesse nicht möglich ist.

Förderung

Die verbleibende Abwärme aus dem Kupolofen soll bei der Bosch Thermotechnik GmbH durch Nutzung einer KfW-Förderung erschlossen werden. Das KfW-Energieeffizienzprogramm – Abwärme bietet grundsätzlich die Förderung systemischer Maßnahmen und ist nicht auf Einzeltechnologien wie beispielsweise den Abhitzekessel beschränkt. Dies bietet den Vorteil, dass auch an bestehenden Systemen weitere Optimierungen zur Abwärmenutzung möglich sind, wie im Falle der Bosch Thermotechnik GmbH durch die zusätzliche innerbetriebliche Abwärmenutzung. Für die Investitionsmehrkosten der Abwärmemaßnahme in Höhe von etwa 2 Millionen Euro werden über das KfW-Energieeffizienzprogramms 494 „Abwärme“ bis zu 30 Prozent Zuschuss in Aussicht gestellt.

Informationen zu aktuellen Fördermöglichkeiten von Energieeffizienzmaßnahmen finden Sie hier.

Auswahl als Leuchtturm für energieeffizente Abwärmenutzung

Das Projekt wurde aufgrund seines Vorbildcharakters durch die dena zum Leuchtturm für energieeffiziente Abwärmenutzung erklärt. Die Erfahrungen des Projektes zeigen, dass auch bei bestehender Abwärmenutzung weitere Potenziale erschlossen werden können. Der Bosch Thermotechnik GmbH gelingt dies in Zusammenarbeit mit der Robert Bosch Lollar Guss GmbH am Standort Lollar auf beeindruckende Art und Weise: Durch die zusätzliche Wärmenutzung, können zukünftig 60 Prozent des Heizwärmebedarfs am Standort aus Abwärme gedeckt werden. Dies entspricht einer Steigerung der Abwärmenutzung für Heizzwecke um rund 38 Prozent. Gleichzeitig werden dadurch etwa 8 GWh Erdgas eingespart, was einer jährlichen CO2-Einsparung von gut 1.500 t entspricht.

Wirtschaftlich ist die Maßnahme mittel- bis langfristig lohnend. Bei einer jährlichen Kosteneinsparung von 241.000 Euro und einem Zuschuss in Höhe von 30 Prozent aus Mitteln des BMWi sinkt die Amortisationszeit bei gleichleibendem Gaspreis auf unter 6 Jahre.