Innerbetriebliche Abwärmenutzung durch Automatisierung und EnMS im Fahrzeugbau

Die Gießerei der Daimler Truck AG im Mercedes-Benz Werk Mannheim ist für rund 50 % des Energiebedarfs am Standort verantwortlich. Davon entfällt rund die Hälfte auf das Erschmelzen, Warmhalten und Abgießen von Gußeisen (Grauguss) in den dafür installierten Öfen. Bei einem der Schmelzöfen handelt es sich um einen Heißwind-Kupolofen für die Herstellung von Motorenblöcken und Zylinderköpfen. Die Einsatzmaterialien im Kupolofen sind im wesentlichem Stahlschrott und Kreislaufmaterialien. Der Kupolofen selbst hat eine Schmelzleistung von bis zu 30 t Eisen (Fe)/h, als Hauptenergieträger dient Gießereikoks.

Bei der Heißwinderzeugung für den Kupolofen gibt es drei Wärmeüberträger, den Rekuperator, den Luftvorwärmer und einen Economizer (ECO). Aus dem ECO gelangt die Abwärme in Form von Heißwasser in das werkseigene Wärmenetz und wird dort u. a. in der Raumwärmeversorgung (Heizungen, Warmwassererzeugung) genutzt. Jedoch ist aufgrund der geänderten Fahrweise des Kupolofens und geänderten Rahmenbedingungen im Wärmenetz die Abwärmenutzung im Verlauf der letzten Jahre signifikant zurückgegangen.

Um die Abwärmenutzung zu steigern, wurde in der Gießerei der Wärmeübertrager ECO des Heißwind-Kupolofens energetisch optimiert. Durch die Optimierung der vorhandenen Wärmerückgewinnungsanlagen ist es möglich, mehr Abwärme des Kupolofens ins Raumwärmenetz einzuspeisen.

Drei Maßnahmen wurden dafür umgesetzt:

• Automatisierung der An- und Abschaltung der Ansteuerung des Wärmeübertragers ECO
• Umbaumaßnahme an den Ventilsteuerungen der Wärmerückgewinnungsanlage mit Überwachung, Visualisierung und Monitoring durch ein neu entwickeltes Messkonzept
• Optimierung der Fahrweisen der für die Wärmerückgewinnung verantwortlichen Wärmeübertrager unter Nutzung o.g. Maßnahmen sowie Berücksichtigung des aufgestellten MSR-Konzeptes

Durch die Automatisierung ihrer An- und Abschaltung wird eine drastische Steigerung der Abwärmenutzung erzielt. Die spezifische Wärmeeinspeisung konnte von 16 kWh/t Fe im Jahr 2020 auf heute 116 kWh/t Fe gesteigert werden. Die Einführung des Messkonzepts erlaubt eine Visualisierung sowohl im Prozessleitstand als auch in dem im Werk genutzten Energiemanagementsystem. Daraus können Monitoringstrategien, sowie weitere Optimierungspotenziale abgeleitet werden. Das Erreichen des Zielwerts einer spezifischen Wärmeeinspeisung von 250 kWh/t Fe bedeutet, bezogen auf das Mercedes-Benz Werk Mannheim, eine Einsparung von ca. 6 Prozent der Wärmeenergie.