Der Energieträger Dampf ist eine der wichtigsten Energiequellen für industrielle Prozesswärme. In der modernen Milchtrocknungsanlage Neumünster lag der Fokus daher auf einer effizienten und nachhaltigen Erzeugung und Nutzung des Dampfs. Das bundesweit größte und modernste Milchtrocknungswerk steht im Schleswig-Holsteinischen Neumünster. Die Produktionsstätte liegt zwischen Hamburg und Kiel – mitten im Zentrum einer der größten Milcherzeugungs- und Milchwachstumsregionen Deutschlands.

Rund 600 Millionen Kilogramm Milch werden dort pro Jahr zu Magermilchpulver für die internationale Lebensmittelindustrie verarbeitet. Um Milchpulver herzustellen, wird der Milch das Wasser durch Verdampfung entzogen. Während die flüssige Trinkmilch zu 87,5 % aus Wasser besteht, enthält Milchpulver nur noch ungefähr 3 %. Für den ausgefeilten Prozess zur Herstellung von 60.000 t Milchpulver pro Jahr wird somit sehr viel Energie in Form von Dampf benötigt.

Das Ingenieurbüro DIHH von Herbert Hannemann hat gemeinsam mit dem Anlagenbauer Georg Hagelschuer und dem Industriekesselhersteller Viessmann Industriesysteme GmbH ein Energiekonzept für das komplette Werk ausgearbeitet, mit dem Ziel, einer hohen Energie- und Ressourceneffizienz. So wird etwa ein Teil der für die Erhitzung der Milch aufgewendeten Energie zurückgewonnen. Der Frischwassereinsatz ist ebenfalls durch optimierte Prozesse und eine Kondensatrückgewinnung deutlich reduziert.
Die Eigentümer, neben der Uelzena eG, die Meierei Barmstedt eG, die Meierei Wasbek eG und die Meierei-Genossenschaft Schmalfeld-Hasenmoor eG, haben insgesamt 64 Mio. € in die Anlage investiert, die 2014 in Betrieb genommen wurde. Das Milchtrockenwerk achtet nicht nur bei dem Rohstoff Milch, der in erster Linie direkt aus der umliegenden Region stammt, sondern auch beim Energieverbrauch auf Nachhaltigkeit.

Zuverlässige Dampfversorgung

Für das Milchtrocknungswerk Neumünster lag das Hauptkriterium bei der Wahl der Kessel und Feuerungstechnik auf einer sicheren, wirtschaftlichen und umweltfreundlichen Dampferzeugung für den energieintensiven Trocknungsprozess. In der neu installierten Dampfkesselanlage erzeugen zwei Hochdruck-Dampferzeuger vom Typ Vitomax HS Dampf mit einem Druck von 16 bar und einer Leistung von zweimal 10 t pro Stunde. Die beiden Hochdruck-Dampferzeuger mit einem integrierten Economiser erfüllen alle neuen gesetzlichen Forderungen nach einer besonders emissionsarmen Verbrennung. Der Wirkungsgrad der Kessel mit Economiser liegt bei 96 % – und das auch bei Volllast.

Zwei Weishaupt-Gasbrenner mit digitalem Feuerungsmanagement und einer Drehzahl- und Sauerstoff-Regelung, sorgen für eine effiziente Ausnutzung des Brennstoffes. Modernste Mess- Steuer- und Regelungstechnik in Verbindung mit einer SPS-Kesselsteuerung garantieren für einen zuverlässigen, effizienten und wirtschaftlichen Betrieb der Dampfkesselanlage. Der Einsatz dieser modernen Techniken war auch eine wichtige Voraussetzung für die Zertifizierung nach ISO 50001.

Dampf als wichtigste Energiequelle im Trocknungsprozess
 
Der Energieträger Dampf ist nach wie vor einer der wichtigsten Energiequellen für industrielle Prozesswärme. Dampf eignet sich für die Milchwirtschaft sehr gut als Energie-Transportmedium, da durch die Nutzung der Kondensationswärme eine hohe Energiedichte im Verhältnis zur Transportmenge erreicht wird. Die massenbezogene Energiedichte des Dampfes ist also wesentlich höher als die von flüssigen Wärmeträgermedien. Aus der Darstellung in Abbildung 2 ist zu erkennen, dass im Verlauf des Trocknungsprozesses an zahlreichen Stellen Dampf benötigt wird.

Milchpulver für die Lebensmittelindustrie

Das Milchtrockenwerk in Neumünster sorgt mit einem der größten Sprühtürme Europas (Abb. 1), modernster Technik, vollautomatisierten Prozessen und einem ausgefeilten Hygienekonzept für Milchpulver mit gleichbleibender Qualität auf höchstem Niveau. Milchpulver wird zur Herstellung von Käse, Joghurt sowie Süß- und Backwaren eingesetzt und ist auch ein Grundstoff für Instant-Babynahrung.
Herzstück des Werks ist der 50 m hohe Sprühturm, in dem die Magermilch über diverse mit Dampf beheizte Lufterhitzer getrocknet wird. Für die Herstellung von einem Kilogramm Milchpulver werden etwa 6-7 l Rohmilch benötigt.

In den vorgeschalteten Bereichen der Milchbehandlung wird ein Warmwasserkreis über Dampf-Wärmetauscher aufgeheizt, der wiede­rum die Milch auf die erforderliche Temperatur erhitzt. In weiteren Prozessschritten, Herstellung von Vor- und Hochkonzentrat in Eindampfungsanlagen, wird ebenfalls unter Verwendung von Dampf der Anteil an Trockensubstanz erhöht.

Die dadurch eingedickte Milch wird von der Decke des Turms als Konzentrat über Düsen eingesprüht. Eine ca. 220 °C heiße Luftströmung, die den feinen Milchnebel in einer Wendelbewegung nach unten führt, entzieht der Milch das Wasser. Die Milch darf dabei nicht überhitzt werden, da Vitamine und weitere Inhaltsstoffe verloren gehen können. Schwankungen bei der Dampftemperatur müssen deshalb vermieden werden.
Für die Reinigung der Produktionsanlagen werden sogenannte CIP (cleaning in place)-Anlagen betrieben. In diesen Anlagen wird die jeweilige Reinigungsflüssigkeit (sauer bzw. alkalisch) erwärmt und während der Reinigung nachgeheizt. Zwei redundante Speise-Systeme (Sprühlanzen-Systeme) erlauben die Reinigung bei ununterbrochenem Betrieb.

Ein großer Teil der für die Erhitzung und Verdampfung der Milch aufgewendeten Energie, wird durch Dampf-Wärmetauscher in Form von Kondensat zurückgewonnen. Die Kondensatrückführung beträgt bei diesem Prozess über 90 %. Dieses Kondensat wird gesammelt und wieder der thermischen Vollentgasung zugeführt. Das Speisewasser wird dann über hocheffiziente und drehzahlgeregelte Speisewasserpumpen dem Dampfkessel zugeführt. Über den integrierten Economiser wird die Speisewassertemperatur erhöht und im Gegenzug das heiße Abgas auf ca. 125 °C heruntergekühlt. Das erhöht den Wirkungsgrad der Anlage und reduziert deutlich die Brennstoffkosten.

Über Viessmann Industriesysteme
Unter dem Dach der Viessmann Industriesysteme GmbH sind die Aktivitäten für kom­plexe Anlagen zur Prozesswärme-, Dampf-, und Stromerzeugung gebündelt. Zielgruppen sind Industrieunternehmen, Anlagenbauer, Planer, Ingenieurbüros und Kommunen, die energieeffiziente Systemlösungen oder Komplettanlagen aus einer Hand erwarten.
Den Kunden wird ein umfangreiches Portfolio aus Produkten und Dienstleistungen rund um die industrielle Energieversorgung angeboten. Die Großkessel sind als Einzelkessel, Kesselsysteme oder Komplettanlagen lieferbar.