Im Prinzip ist es immer eine Frage der richtigen Strömung. Zumindest, wenn es um die Effizienz in Industrieanlagen geht. Genau darauf hat sich das Ingenieurbüro Gridlab spezialisiert. Der Name des Unternehmens im SBC Graz-West ist ein Akronym von „Great Ideas Laboratory“ und somit Programm: egal, welche Industrieanlage, ob Raffinerie, Produktionsanlage für Lebensmittel oder Pharmazie, Herstellung hochreißfester Drähte oder Chemiefabrik – so gut wie überall, wo Gase oder Flüssigkeiten in Produktionsanlagen fließen, gibt es etwas zu optimieren oder die Effizienz zu steigern. Wie das geht? Mit Hightech-Simulation. Anlagen oder Teile davon werden vom Gridlab-Team virtuell nachgebaut und die Strömungsverhältnisse darin simuliert. So kann man Hindernisse für die optimale Strömung in der Anlage untersuchen, ohne diese gleich mit riesigem Aufwand auseinanderzunehmen oder umbauen zu müssen. Oft spielt es auch eine Rolle, eine geeignete Turbulenzbildung, also Verwirbelung, für die optimale Leistungsausbeute zu finden.
Wirkungsgrad – direkt und indirekt
Genau so eine Verwirbelung ist die Aufgabe von H¡M!X. So nennt sich der Hochtemperaturmischer von Gridlab. Er kommt in sogenannten 3-Zug-Industriekesseln zum Einsatz, wo schnell und effizient hohe Wärmemengen oder Dampf bereitgestellt werden müssen. Zum Beispiel in Fernheizkraftwerken oder in Industrieanlagen. Deren Prinzip ist immer das Gleiche: in den großen Behältern wird mit Hilfe eines Brenners Wasser erhitzt, um Wärme beziehungsweise Dampf zu erzeugen. Diese Anlagen haben meist einen errechneten Wirkungsgrad von 90 Prozent und mehr. Was soll es da also zu verbessern geben? Einiges, wie uns Gridlab-Geschäftsführer Hermann Maier erklärt. „Es ist auch eine Frage der Messmethode. Wenn man nur den Energiegehalt der Anlagenabgase misst und diesen Wert dann von 100 Prozent abzieht, kommt man zu diesen vermeintlich hohen Wirkungsgraden. Das Problem dabei: in solchen Anlagen gibt es auch andere Möglichkeiten, wie Energie verloren gehen kann.“, erklärt er. „Wir haben deshalb einen Weg gesucht, den direkten Wirkungsgrad effizient zu messen, also wieviel von der eingesetzten Energie wirklich für den eigentlichen Einsatzzweck nutzbar ist. Und plötzlich waren wir bei Werten um die 70 Prozent – bei älteren Anlagen oft sogar weniger.“
Wirbel im Kessel
Abhilfe schaffen hier Hochtemperaturmischer. Das sind Ringe aus feuerfestem Material, die im Flammrohr als sogenannte „statische Mischer“ fungieren. Dieses Prinzip findet in der Verfahrenstechnik häufig Verwendung. „Durch unsere Analysen sind wir zu dem Schluss gekommen, dass diese Hochtemperaturmischer eigentlich ein fehlendes Bauteil dieser Industriekessel sind, obwohl diese als Bauprinzip schon rund 100 Jahre existieren“ erklärt Hermann Maier. „Wenn sie optimal im Flammrohr platziert werden, sorgen sie für Verwirbelungen der heißen Brennluft und so für einen schnelleren Transport von Wärme in das Medium, das erhitzt werden soll, meist Wasser. Dieses Wasser wird dadurch an der ‚richtigen‘ Stelle schneller heiß, wodurch Energieverluste und sogar Überhitzungsschäden an anderen Stellen des Kessels vermieden werden.“
Patent und Startup
Die Grundzüge dieser Technik sind übrigens nicht neu und wurden in ähnlicher Form schon in kleineren Kesseln eingesetzt. Nur ging man bisher von falschen physikalischen Voraussetzungen aus und konnte sich deren Wirkung nicht erklären. Maier: „Wir konnten nun zeigen, dass eben dieser Effekt des statischen Mischers für die Effizienzsteigerung verantwortlich ist.“ Genau diese Erkenntnis wird vom Gridlab-Team umgesetzt, sodass es jetzt möglich ist, solche Hochtemperaturmischer in optimierter Form in Großanlagen einzubauen. Ein diesbezügliches Patent wurde erteilt, ein entsprechendes Startup ist in Gründung und die Gespräche mit der Steirischen Förderungsgesellschaft SFG laufen auf Hochtouren, um das Potenzial dieser Entwicklung noch besser heben zu können. Hermann Maier nicht ohne Stolz: „Mit unseren HiM!X-Hochtemperaturmischern sind wir in der Lage, je nach Anlage 5 bis 15 Prozent der eingesetzten Energie kurzfristig einzusparen, egal ob fossile oder erneuerbarer Energieträger. Das sind enorme Einsparpotenziale angesichts der Vielzahl an verbauten Industriekesseln und deren Bedeutung für die Energieversorgung weltweit. Ein echter Fortschritt in Zeiten knapper Ressourcen und steigender Energiepreise.“ Die Hochtemperaturmischer sind eine „zu Stein gewordene“ Musterlösung, wo durch eine strömungstechnische Optimierung oft mehrere entscheidende Verbesserungen zugleich erreicht werden können.
Gernot Zenz
