Papierfabrik Palm/Eltmann: Freistrom-Plattenwärmetauscher von GEA Ecoflex kühlen Prozessabwässer verlässlich
Die Papiererzeugung ist wasserintensiv. Bei der Papierfabrik Palm in Eltmann werden die Produktionsabwässer in der werkseigenen Kläranlage biologisch behandelt und teilweise dem Prozess wieder zugeführt. Dadurch reduziert sich der tägliche Frischwasserbedarf am Standort Eltmann um gut 40 Prozent. Nicht unproblematisch dabei ist, dass Temperaturen und Abwasservolumenströme schwanken. Um hier auf der sicheren Seite zu sein, installierte das Werk Eltmann 2007 im Klärwerk drei Freistrom-Plattenwärmetauscher Typ FA 192 von GEA Ecoflex. Die Apparate sind der Kläranlage vorgeschaltet und kühlen die Prozessabwässer verlässlich auf 35 °C herunter, damit die Biologie stabil und zuverlässig arbeiten kann.
Eltmann liegt am Main und hat eine direkte Autobahnanbindung. Die infrastrukturellen Argumente überzeugten Palm, hier zu investieren. Das Werk in Eltmann wurde 1994 mit einer Papiermaschine in Betrieb genommen. 1999 wurde eine zweite, leistungsstärkere Papiermaschine mit einer Nettobreite von 8,12 Meter gebaut. Bei der Herstellung setzt Palm konsequent auf den Rohstoff Altpapier.
„In engen Wasserkreisläufen und speziell bei der Verarbeitung von Altpapier ist die organische Belastung des Abwassers hoch. Um die emittierten Restverunreinigungen zu minimieren, ist ein optimierter Anlagenbetrieb nötig.“, sagt Dipl.-Ing. Roland Schirm, Leiter der Abwasserbehandlung und Entsorgung im Werk Eltmann.
Palm ist einer der Papierhersteller, die gereinigtes Abwasser wieder dem Prozess zuführen – aus unternehmerischer Verantwortung für die Umwelt. Für die aerobe biologische Reinigung des Abwassers muss die Abwassertemperatur konstant unter 38 °C liegen. Bei dem ursprünglichen Kühlkonzept wurde gereinigtes Abwasser über einen Verdunstungskühlturm abgekühlt, direkt mit dem Prozessabwasser gemischt und in das Belebungsbecken geleitet.
„Das Problem war, dass Volumenströme und Temperaturen des Prozessabwassers und des Kühlwassers schwankten, somit ständig unterschiedliche hydraulische Bedingungen herrschten“, sagt Schirm. Die Folge: Durch die zusätzliche hydraulische Beaufschlagung des Systems durch das Kühlwasser wurden das Sedimentationsverhalten in der Nachklärung und der Abbaugrad der Anlage negativ beeinflusst.
Palm beauftragte die Firma Siemens mit der grundlegenden Überarbeitung der Abwasserkühlung. Die Experten planten ein indirektes Kühlsystem. Dabei wird das Prozessabwasser im Gegenstrom zu einem Kühlwasserstrom mittels Plattenwärmetauscher abgekühlt. Für die Sekundärkühlung des Kühlwassers wird der vorhandene Verdunstungskühlturm weiterhin genutzt. Das Produktionsabwasser wird vor dem Eintritt in die biologische Stufe auf die Idealtemperatur von 35°C herab gekühlt. Dafür installierte Palm drei Freistrom-Plattenwärmetauscher Typ FA 192 von GEA Ecoflex GmbH. Die Freiströmer sind eigens für große Volumenströme von viskosen und abrassiven Medien entwickelt worden. Die Apparate bestechen durch eine innovative Strömungsgeometrie und einen blockagefreien Betrieb dank konstant breiter Spalte. Dadurch werden Ablagerungen verlässlich verhindert.
Der Fließspalt auf der Abwasserseite beträgt 12 Millimeter. Lange Fasern, fester Bestandteil im Abwasser der Papierindustrie, fließen bei einer Spaltgeschwindigkeit von 0,5 Meter pro Sekunde ungehindert durch den Plattenwärmetauscher. Bis zu einem Feststoffgehalt von 2000 mg (ppm) gewährleisten die Freiströmer absolute Prozesssicherheit.
Die Apparate arbeiten im Gegenstromprinzip. Das einströmende Abwasser wird von 43°C auf 35 °C herab gekühlt. Die Wärme wird mittels der Edelstahlplatten auf das Kühlwasser übertragen, welches so von 28°C auf 38°C Grad erhitzt wird. Bei hohen Außentemperaturen steigt der Kühlwasserbedarf auf bis zu 800 m3/h, um die 700 m3/h Prozessabwässer zu kühlen.
Um den schwankenden Abwasservolumenstrom aus der Produktion auszugleichen, haben die Anlagenbauer einen zusätzlichen Wasserkreislauf angelegt. Eine Pumpe rezirkuliert gekühltes Abwasser wieder vor die Plattenwärmetauscher und gewährleistet so die konstante Überströmung der Apparate.
Ein entscheidender Vorteil des FA 192 ist, dass er kurzzeitig von Gegenstrom auf Gleichstrom umgeschaltet werden kann und damit im laufenden Prozess gespült wird. „Alle zwei Stunden schalte ich die Fließrichtung für kurze Zeit um. Das ist rein prophylaktisch und soll mögliche Ablagerungen ausspülen, bevor sie sich absetzen könnten.“, sagt Schirm.
Anfang 2008 wurden die Plattenwärmetauscher einmal komplett zerlegt und gereinigt. „Wir hatten Probleme auf der Kühlwasserseite aufgrund von „Altablagerungen“ aus dem Verdunstungskühler, welche die Einlaufspalte verstopften. Ablagerungen auf der Abwasserseite gab es absolut keine“, sagt Schirm, der mit den Plattenwärmetauschern von GEA Ecoflex sehr zufrieden ist. „Die Anlage läuft störungsfrei, es gab bislang keine weiteren Blockagen. Die Kühlleistung ist konstant. Eine optimale Voraussetzung für den Betrieb der Biologie. Somit haben wir das gewünschte Mehr an Prozesssicherheit“, sagt Schirm.
Das ist auch der Grund, weshalb Palm beim Werkneubau in King’s Lynn/England gleich Freiströmer von GEA Ecoflex mit eingeplant und das bewährte Kühlkonzept übernommen hat. 150 km nördlich von London, auf dem Gelände einer ehemaligen Zuckerfabrik, entsteht hier momentan die modernste Papierfabrik Europas für Zeitungsdruckpapiere. Die Papiermaschine (PM 7) verfügt über eine Nettoarbeitsbreite von 10,6 Metern und eine Kapazität von 400.000 Tonnen pro Jahr.
Die Produktion basiert vollständig auf Altpapier. Die im Bau befindliche Papiermaschine soll im 3. Quartal 2009 anlaufen und im wesentlichen Kunden im heimischen Markt bedienen. In King’s Lynn kommt mit dem NF 350 die neueste Plattenwärmetauscher-Generation von GEA Ecoflex zum Einsatz.
Der NF 350 spielt seine Stärken in der Zellstoffproduktion und bei der Wärmerückgewinnung in der Abwasseraufbereitung aus. Die konstant breiten Spalten verhindern Ablagerungen. Die beidseitig 10 mm breiten Fließkanäle garantieren freien Durchfluss für faser- und feststoffhaltige Medien und sorgen für verlässliche Sicherheit im Prozess. Das spezielle Plattendesign verursacht ein hochturbulentes Fließverhalten und ermöglicht so den optimalen Wärmeübertrag und reduziert den Energiebedarf spürbar. Die Wärmeübertragungsfläche von 2 m2 pro Edelstahlwärmetauscherplatte minimiert die energetischen Kosten.
In den drei deutschen Werken in Aalen-Neukochen, Eltmann und Wörth produziert Palm jährlich ca. 1,4 Millionen Tonnen Papier. Das 1872 gegründete Unternehmen hat sich auf die Herstellung von Zeitungsdruck- und Wellpappenpapiere spezialisiert. Der Mittelständler befindet sich nun in vierter Generation in Familienbesitz.
Das Unternehmen GEA Ecoflex GmbH
Innerhalb der GEA Process Equipment Division der internationalen GEA Group ist GEA PHE Systems verantwortlich für die Plattenwärmetauscher - Technologie. Starke Einzelgesellschaften: GEA Ecoflex, GEA ViEX, GEA WTT, GEA Ecobraze und GEA PHE Systems NA mit Produktionsstandorten in Deutschland, Schweden, USA, Kanada und Indien fertigen für den weltweiten Vertrieb gedichtete, vollverschweißte und gelötete Plattenwärmetauscher für nahezu alle industriellen Applikationen.
GEA EcoServe - die Serviceorganisation von GEA PHE Systems - leistet mit Kundendienstzentren in vielen Ländern einen weltweit schnellen und kompetenten Wartungs- und Ersatzteildienst.
Mit ca. 1.000 Mitarbeitern erwirtschaftet GEA PHE Systems einen Gruppenjahresumsatz mit Plattenwärmetauschern im deutlich dreistelligen Millionen Euro Bereich.