Projekt 05913/01

Verfahren zur rationellen Energieanwendung und Abgasreinigung an einer Wirbelschichtröstanlage

Projektdurchführung

Röstfein Kaffee GmbH
Hafenstr. 9
39106 Magdeburg

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Beim Kaffeerösten entstehen geruchsintensive Abgase. An einer hocheffektiven Wirbelschichtröstanlage wurde durch eine thermische Nachverbrennung das Problem der Geruchsbelastung der Umwelt gelöst. Gleichzeitig wird die Verbrennungswärme für die Kaffeeröstung verwendet. Dazu wurde die elektrische Beheizung des Röstgases durch eine erdgasbefeuerte Brennkammer ersetzt. Der Energieträgerwechsel von Elektroenergie auf Erdgas minimiert die globale CO2-Emission bei der Beibehaltung der bewährten indirekten Beheizung des Röstgutes.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenAn einem Wirbelschichtchargenröster mit indirekter Beheizung und Kreislaufführung der Wasserdampf-Röstgas-Atmosphäre wurden Untersuchungen des ausgeschleusten Röstabgases durchgeführt. Die Eigenschaften des Röstabgases wurden zwecks Auswahl eines geeigneten Abgasreinigungsverfahrens untersucht. Die thermische Nachverbrennung ist für diese Anlagenkonfiguration die geeignetste Variante zur Abgasreinigung. Bei dieser Wirbelschichtröstanlage wird das Röstgas im Kreislauf geführt. Das Röstgas wurde ursprünglich in einem Elektrowärmeübertrager auf das erforderliche Temperaturniveau erwärmt. Durch einen Energieträgerwechsel wird das Röstgas nun indirekt mit Erdgas beheizt. Der dazu benötigte Rohrbündelwärmeübertrager trägt die Brennkammer huckepack. Das im Chargenröstprozeß diskontinuierlich anfallende Röstabgas wird in einem Pufferbehälter aufgefangen. Von hieraus wird dem erdgasbefeuerten Duobrenner Röstabgas kontinuierlich zur Nachverbrennung (ca.800°C) zugeführt. Die organischen aromatischen Verbindungen werden bei einem Luftverhältnis von l=1,4 gecrackt. Die Verbrennungswärme wird gleichzeitig zur Beheizung des Röstgases genutzt. Damit wird nicht nur die Geruchsemission stark gesenkt. Die Abgaswerte unterschritten die von der TA-Luft vorgeschriebenen Grenzwerte deutlich. Durch die dezentrale Energieerzeugung im Moment der Abnahme wird die globale CO2-Emission drastisch gesenkt. Mitte Mai 1997 begannen die Abrißarbeiten des alten Elektrowärmeübertragers. Die Lieferung und Montage der neuen Aus-rüstung war Mitte Juni 1997 abgeschlossen. Die Inbetriebnahme begann Ende Juni 1997.


Ergebnisse und Diskussion

Nach dem planmäßigen Umbau der Röstanlage und dem Energieträgerwechsel traten im Probebetrieb große Verunreinigungen im Bereich der thermischen Nachverbrennung (TNV) auf. Alle neuen Rohrleitungen, der Pufferbehälter, der Mischgaslüfter sowie der Brenner wurden durch sublimierende organische Verbindungen nach wenigen Betriebsstunden so stark zugesetzt, daß sich die transportierte Abluftmenge sehr stark reduzierte. Die TNV funktionierte nicht mehr wie vorgesehen. Erst nach umfangreichen Reinigungsarbeiten an den beschriebenen Stellen konnte der Versuchsbetrieb fortgeführt werden. Ein Brand der TNV zerstörte alle Kompensatoren und machte den Versuchsbetrieb unmöglich. Nach der Untersuchung der Sublimate stellte sich als Ursache der starken Ablagerungen eine unerwünschte Taupunktunterschreitung heraus. Durch eine Abgasrezirkulation wird dem Pufferbehälter nunmehr heißes Reingas direkt aus dem Schornstein zugeführt. Dadurch kann die Temperatur im Pufferbehälter und den angrenzenden Baugruppen über den kritischen Taupunkt angehoben werden.

Seit dem 20.01.1998 ist die Anlage offiziell in Betrieb. Erste Probemessungen wiesen eine deutliche Unterschreitung der relevanten Grenzwerte auf. Bei den geruchsbildenden organischen Verbindungen wird der Grenzwert um ca. 1/3 unterschritten. Der tatsächliche Erdgasverbrauch liegt je nach Röstregime bei 120 - 130 m³/h. Damit wird die Umwelt weit weniger belastet als in der überschläglichen Rechnung (135 m³/h) ausgelegt. Durch den Einbau einer temperaturabhängigen Zumischung von Frischluft in der Abgasrezirkulation konnten die Reinigungsintervalle des Brenners bedeutend verlängert werden. Damit stieg die Verfügbarkeit der Röstanlage. Auf-grund der guten Ergebnisse mit der umgebauten Anlage entschied man sich für den sofortigen Umbau der zweiten, fast baugleichen Röstanlage. Mit nur geringfügigen Änderungen aus den Erfahrungen mit der ersten Anlage wurde die zweite Anlage umgebaut.
Folgende Änderungen wurden bei der zweiten Anlage vorgenommen:
Wegen des größeren Mischgasvolumens wurde ein größerer Pufferbehälter ausgelegt. Um eine Temperaturschichtung zu vermeiden, sind andere Ein- und Ausströmrohre gewählt worden. Die gesamte Kondensateindüsung und Rohrleitungen vom Pufferbehälter konnten entfallen. Neue, bessere Kompensatoren sind im Testeinsatz.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Diese effizienten Röstanlagen wurden am 19.05.1998 im Rahmen des Firmenjubiläums der Öffentlichkeit vorgestellt. Breites Interesse fand die Wirbelschichtröstung allgemein, besonders auch die innovative Lösung der TNV.


Fazit

Für die Anwohner ist das Rösten des Kaffees nun keine Geruchsbelästi-gung mehr. Die Umwelt wurde durch die drastische Senkung der Emission stark entlastet. Die globale CO2-Emission konnte stark reduziert werden. Der ehemalige Elektroenergiegroßverbraucher Röstfein ist für die Städtischen Werke Magdeburg zu einem berechenbaren Normalverbraucher geworden. Das Vorhalten nicht speicherbarer Elektroenergie entfällt und entlastet die Kraftwerke. Energiesparen und Umweltentlastung beginnt bei der Wahl der Primärenergie.