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Kältemittel Austieg Situation R22 Ozon Kyoto Verbot Schweiz Lebenszyklus Beispiel
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Kältemittel Austieg Situation R22 Ozon Kyoto Verbot Schweiz Lebenszyklus Beispiel
Guten Tag,
im Anhang Links und Text zu Ihrem Thema!
Gruss Karbikel
Die Basis/das Ziel:
Montrealer Umwelt-Protokoll von 1987:
Schutz der Ozonschicht
Totalverbot der ozonschichtabbauenden Stoffe in den Industriestaaten
Entwicklungsländer erhalten 10 Jahre Gnadenfrist
Kyoto Umwelt-Protokoll von 2001: Inkrafttretung 16.2.05
Begrenzung der synthetischen Treibhausgase nach Vorsorgeprinzip
Verpflichtung weltweit: Reduktion der Treibhausgas-Emisson bis 2010 (2008-2012)
um mind. 5%
Verpflichtung Schweiz und EU: Reduktion der Treibhausgas-Emisson bis 2010 (2008-2012)
um mind. 8%
Vernehmlassung der neuen Stoffverordnung des BUWAL in Zusammnenarbeit mit dem SVK/ASF:
Massgebende Änderungen der Stoffverordnung ab 1.1.2004 in Bezug auf Kälteanlagen und Geräte:
Wartungsverbot mit ozonabbaunden Kältemittel:
FCKW (R-12, R502,R13B1,R11) : 1. Januar 2003
H-FCKW (R-22, Blends=R22-haltige Mittel) 1. Januar 2010
Ausfuhrverbot von Geräten und Anlagen die mit ozonschichtabbauenden Kältemittel betreiben werden.
Klare Verbote für folgende neuen Geräte:
2003 - Kühl- und Gefriergeräte im Haushalt
2005 - Geräte zum Entfeuchten
2005 - Klimageräte
2008 - Autoklimaanlagen
Kantonale Bewilligung für stationäre Anlagen mit in der Luft stabilen Kältemittel:
Bau- und Betreibsbewilligungsverfahren für Anlagen mit mehr als 3kg Kältemittelinhalt.
Begründung für die Wahl des Kältemittels (Sicherheit, Stand der Technik, Wirtschaftlichkeit, etc.)
Nachweis der Emissions-Minimalisierung (gleich lange Spiesse für alle Kältemittel)
Kantonale Kataster für Anlagen mit mehr als 3 kg Kältemittel (Meldepflicht)
Jährliche Dichtheitskontrollen:
Geräte und Anlagen mit einer Füllmenge mehr als 3 kg Kältemittel
Autoklimaanlagen
Führen eines Wartungsheftes:
Für Betrieber von Geräten und Anlagen mit mehr als 3 kg Kältemittel.
Für unsere Kunden wird ein solches Kontrollblatt bereits geführt!
Kältemittel Stand 2005:
Langfristige Kältemittel
(FKW und natürliche,organische) KäLTEMITTEL EINSATZBEREICH Ersatz für:
ETHAN 35 Laborgeräte als Kaskade bis -90°C R13B1
R 507 Kühl-Tiefkühlanlagen bis -50°C R 502, R 22,
R 12
R 404A Kühl-Tiefkühlanlagen bis -40°C R 502, R 22,
R 12
R 134a Kühl- Klimaanlagen bis -5°C R 12
R 407C Klimaanlagen R 22
R 290 Kühl- Wärmepumpen- Kaltwasser
(Begrenzt einsetzbar) R 12
Übergangs- Service- Kältemittel
(H-FCKW und deren Gemische, Blends) KäLTEMITTEL EINSATZBEREICH
R 409A Notersatz für Kältemittel R-12
R 22 Notersatz für Kältemittel R-502
"Alte" Kältemittel
(FCKW verboten für Neuanlagen seit 1992/2002) KäLTEMITTEL EINSATZBEREICH
R 22 An Lager vorhanden (Verbot ab 1.1.2002 für Neuanlagen)
R 12 Ausstieg durch SKK erfolgt (Komplettverbot seit 1.1.2004)
R 502 nicht mehr Lieferbar , Ausstieg durch SKK erfolgt.
(Komplettverbot seit 1.1.2004)
R 13B1 nicht mehr Lieferbar, Ausstieg durch SKK erfolgt
R 11 nicht mehr Lieferbar, Ausstieg durch SKK erfolgt
Auszug aus:
http://www.cool-skk.ch/Pages/Kaeltemittel.html
HFCKW-Ausstieg
Umrüstung einer Industriellen Tieftemperaturkälteanlage von R22 auf
CO2/NH3-Kaskadensystem
Dipl.-Ing. Holm Gebhardt
Nestec, Engineering Department, Vevey/Schweiz
e-mail-Adresse: holm.gebhardt@nestle.com
A. Einleitung
Der folgende Beitrag ist eine Fortsetzung der Vorträge:
• DKV-Tagung Berlin 1999:
"Kältemittel - Strategie in der Nahrungsmittelindustrie (Nestlé)"
• DKV-Tagung Bremen 2000:
"Kälteanlagenumrüstung von R13B1 auf CO2/NH3: Kälteanlage des Tiefkühllagers
Beauvais, Nestlé-Frankreich"
Das zu beschreibende R22-Ausstiegsprojekt illustriert die konsequente
Kältemittelstrategie unserer Firma d.h. den bevorzugten Einsatz natürlicher Kältemittel.
Aehnlich wie beim Projekt "Beauvais" wurde die kombinierte Verwendung der Kältemittel
NH3(R717) und CO2(R744) in Kaskadenschaltung gewählt.
Bei der zu diskudierenden Anlage handelt es sich um eine typische Kälteanwendungen
in der Nahrungsmittelindustrie: Gerfriertrocknung von Kaffee.
Die folgende Tabelle gibt eine Uebersicht der für Nestlé typischen Kälteanwendungen
mit üblichen Verdampfungstemperaturen To und Kälteleistungen Qo.
Kälteanwendung To (°C) Qo (kW)
• Industrieklimatisierung +/- 0 300 ... > 1000
• Milchverarbeitung - 5 300 ... > 1000
• Süsswaren - 5 300 ... > 1000
• Frischprodukte - 25 500 ... >1000
• Tiefkühlkost - 40 500 ... n x 1000
• Eiskrem - 40 500 ... >1000
• Kaffee-Gefriertrocknung - 50 500 ... n x 1000
Alle To-Werte gelten +/- 5K.
Prinzip für Bau & Betrieb unserer Kälteanlagen: Sicher - Zuverlässig - Wirtschaftlich !
B. Hauptteil
1. Geschichte der Kaffeefabrik "Hayes, Nestlé UK" in Stichworten
• Um 1900:
Fabrik erbaut, ursprünglich als Schokoladefabrik. Gebäude stehen heute unter
Denkmalschutz.
• Um 1947:
Start der Nescafé-Produktion(Sprühtrocknung!)
• Ab 1963:
Start Kaffeegefriertrocknung(Chargenbetrieb)
• Ab 1968/1969:
Start Kaffeegefriertrocknung(kontinuierliches Verfahren) mittels
R22-Kälteanlage
• Heute(November 2001):
Kaffeegefriertrocknung mittels CO2/NH3-Kaskadenanlage
2. Typische Kältebedarfszahlen für Kaffee-Gefriertrocknung(GT)
• Eine typische Produktionslinie benötigt: ca 1200 kW bei -45/-55 °C
• Dieser Gesamtkältebedarf verteilt sich auf folgende 3 Kälteverbrauchergruppen:
Qo kW To °C
(1) Extrakt-Vorkühler(Kratzkühler) 60 - 15/-25
(2) Extrakt-Gefrieren(Luftkühler) 400 - 50/-55
(3) Extrakt-GT("Eiskondensatoren") 800 - 45/-50
• Typische Betriebsweise(Produktionsprogramm)
• 24 h/d; 7 d/Woche, 7000-8000 h/a
• Qo-Variation während Normalbetrieb: 80/100 %
3. Das Umrüstungsobjekt : Die R22 Kälteanlage "Hayes"
(1) Seit 1968/1969
• R22-Turbokälteanlage 2500 kW bei -50°C/+35°C
• 4 Niederdruckmaschinen, 4 Hochdruckmaschinen
• 15 t R22
(2) Seit 1991
• Anlage wie unter (1) beschrieben
• Zusätzlich: R22 Schraubenverdichteranlage
• 750 kW bei -56°C & 200 kW bei -23°C
• 3 Niederdruckmaschinen, 3 Hochdruckmaschinen
• 10 t R22
3. (3) Situation/Probleme um 1994
• Verschmutzter Kältemittelkreislauf auf R22 Niederdruck(-55°C/ 0.66 bar)
(Oel & Wasser in R22-Flüssigkeit !!)
• Konsequenz: Kälteanlagenbetrieb unzuverlässig & unwirtschaftlich
• Relativ hohe Kältemittelverluste
• Konzernstrategie (!!) ----> Natürliche Kältemittel !
• Notwendigkeit des R22-Ausstiegs in Sicht !!
4. RR-22 Ausstieg: Der Weg zur Lösung in Stichworten
• 1994/1995
Machbarkeitsstudie CO2/NH3-Kaskade
• 1995
Budget für CO2-Ausstiegsprojekt: NH3.......oder ????
• 1998
Vergleichsstudie: (1)NH3 (2)HFKW (3)CCAR* (4)KW **(5)CO2/NH3
• Januar 1999
Entscheidung für CO2/NH3-Kaskade
als technisch-ökonomisch beste Lösung
• Juni 1999
Demonstrations CO2-Luftkühler: 100kW, To -54°C !, Luft -42/-48°C
• August 1999
Start Projektrealisierung
CCAR* = Closed Cycle Air Refrigeration
KW** = Kohlenwasserstoff
5. Projektrealisierung der CO2/NH3-Kaskadenanlage
(1) Technische Daten der installierten Hauptkomponenten
• 3 CO2-Pumpbehälter für -45/-54°C, 6 Zentrifugalpumpen
• 4 CO2-Kolbenverdichter(1x Reserve);
je 800 kW bei – 54°C(6bar) /-18°C(22bar), ölfrei, n-variabel
• 4 NH3-Schraubenverdichter(1 x Reserve); je 1130 kW
bei -23°C(1,7bar) / +35 °C(13,8bar)
• 2 CO2/NH3-Kaskaden -Wärmeübertrager (2x 50%);
Röhrenkesselkonstruktion
• 3 NH3-Verdunstungsverflüssiger; je 1340 kW bei Tc +35°C/ Tfk +22 °C
• 2 Extrakt Kratzkühler
• 8 Luftkühler
• 13 Eiskondensatoren
• Maximaler CO2-Systembetriebsdruck: 31 bar (-5°C), Luftkühler 48 bar
(+12,5°C)
• KM-Füllmengen: 23 t CO2; 4,3t NH3 (nicht im Produktionsbereich !!)
(2) Meilensteine & Status
• August 1999: Start Detail-Engineering
• Mai 2000: Montagebeginn
• August 2000: Beginn neue CO2 Verdampfer zu installieren
• Dezember 2000: Beginn der Inbetriebnahme:
nur CO2/NH3-Kompressorraum
• April 2001: Schrittweise Inbetriebnahme CO2 Verdampfer
• September 2001: 100% Kaffeeproduktion mit CO2-Kälte !
• Status(November2001):
1. Planmässige Umstellung von R22- auf CO2/NH3-Kälte
----> Ohne Produktionsunterbrechung
----> Gemäss Timing und Budget
2. Volle Produktion mit neuer CO2/NH3-Anlage
3. Bisherige Leistungstests sind befriedigend
(Ergebnisse besser als spezifiziert !)
(3) Projekterfahrungen
GUT SCHLECHT
- CO2-Betrieb wie geplant: - CO2-Kolbenverdichter
- Verbesserte Betriebssicherheit - Kolbenringverschleiss
- Leistung besser als erwartet - Schwingungsprobleme
- Gute Akzeptanz durch Betriebspersonal
(Wechsel R22--->CO2/NH3 !!)
-Verdampferleistung - CO2-Pumpe
- CO2-seitiger Wärmeübergang ! - Lagerproblem
- Geringe NH3- Füllung: < 5t ! - NH3-Kompressor
- Oelabscheiderproblem
(exzessiver Oelverlust)
I C. Schlussfolgerungen und Ausblick
(1) Das gewählte technisches Konzept hat sich bislang bestätigt/bewährt
(2) Erfassung, Auswertung & Optimierung der Betriebsparameter sind noch über
längere Dauer erforderlich zwecks:
-----> Langzeitbestätigung der positiven Betriebsdaten
-----> Identifizierung möglicher Verbesserungen für zukünftige Projekte ?
(3) Was würden wir zukünftig anders machen ?
-----> CO2-Schraubenverdichter (Oel !!)
------> Kaskadenwärmeübertrager " Shell & Plate " (Kältemittelfüllung !!)
(4) Strategie der natürlichen Kältemittel CO2/NH3 ist zukunftsicher !!
(5) Weitere CO2/NH3-Projekte werden folgen !
(6) Der Zug "CO2/NH3 für Industriekälteanlagen der Nahrungsmittelindustrie"
ist abgefahren !!
Autorenhinweise
(1) W.R. Kitzmiller: "Advantages of CO2-Ammonia System for Low-Temperature
Refrigeration", Power, January 19, 1938, 92-95
(2) C. Svarregaard: "CO2 as a refrigerant - Status as well as future Perspectives within
Industry and Commerce", Sabroe Refrigeration A/S, September 1996
(3) International Institute of Refrigeration: 15th Informatory Note on Refrigerants - "Carbon
Dioxide as a Refrigerant", February 2000
(4) H. Renz: "Halbhermetische Hubkolben- und Schraubenverdichter für CO2-
Kaskadensysteme", KI Luft- und Kältetechnik 9/2000, S 409/412
(5) T.M. Hansen, K.G. Christensen, G. Minds, S. Tanderup: "CO2 as Refrigerant in new and
existing Plate Freezers", IIF-IIR-Commission C2-Bristol, UK-2001
(6) H. König: "CO2 als Kältemittel - erste Erfahrungen bei tiefen Temperaturen", FKWSeminar,
21. Juni 2001
(7) H. Gebhardt : "Umrüstung der Kälteversorgung eines Grosstiefkühllagers vom FCKW
R 13 B1 auf natürliche Kältemittel", Die Kälte & Klimatechnik 11/2001, S 50/55
Stichworte
• Nahrungsmittelindustriekälte
• Kälteversorgung Gefriertrocknung
• HFCKW-Ausstieg
• Natürliche Kältemittel R744, R717
• CO2 Kaskadenkälteanlage
II: C.
Auszug aus:http://www.guentner-online.de/service/artikelhtml/fachartikel-2002-05-08-d.pdf
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13 May 2005
15:40:25 |
Karbikel |
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