Der Einbau von Dampf-Wasser-Wärmeübergabestationen von Bälz führt bei der Verwendung von Dampf im Produktionsprozess zu enormer Energieeinsparung.

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Dampf-Wasser-Übergabestation Dampf in der Edelstahlproduktion sparen

04.06.2019

Ein weltweit vertretenes Unternehmen setzt bei der Produktion von Edelstahl enorm viel Energie ein. Ein Großteil entfällt auf die Erzeugung von Dampf, der für die benötigten hohen Temperaturen im Herstellungsprozess unentbehrlich, aber gleichzeitig sehr kostenintensiv ist. Entscheidend ist also sparsamer Einsatz und die Vermeidung von Überschüssen.

Die bisherigen, veralteten Dampf-Wasser-Übergabestationen im Werk leiteten das hochtemperierte Kondensat in offene Kondensatsammelbehälter. Der dabei entstehende Brüdendampf gelangte über Abdampfleitungen ungenutzt ins Freie. Dampf-Wasserschläge, heftige Geräusche, Materialverschleiß, Korrosion durch Luftsauerstoff in den Kondensatleitungen und riesiger Energieverlust waren die Folge.

Hier empfahl sich die Dampf-Wasser-Wärmeübergangstation von Bälz, ein geschlossenes Dampf-Kondensatsystem ohne Kondensatbehälter. In zwei stehenden Wärmeübertragern mit jeweils 6 MW wird die Wärme des überschüssigen Dampfes auf Wasser übertragen, das dann als Heißwasser zu weiterer Verwendung bereit ist. Zusätzlich zu der Wärme des Dampfes wird jedoch auch die des Kondensats im Wärmeübertrager genutzt, was zu einer maximalen Auskühlung des Kondensats mit gleichzeitiger Nutzung seiner Wärme führt.

Die enorme Energieeinsparung zeigt der Vergleich der alten und der neuen Anlage: Der bisher vorhandene liegende Wärmeübertrager ohne Kondensatauskühlung führt zu Kondensat mit etwa 170 °C; die verwendete Dampfmenge liegt bei 10.529 kg/h. Der neu installierte stehende Wärmeübertrager mit Kondensatauskühlung führt zu Kondensat mit 90 °C; die verwendete Dampfmenge liegt hier nur bei 9.051 kg/h, da die Wärme aufgrund der größeren Heizfläche besser ausgenutzt wird und daher weniger Dampf nötig ist.

Die Differenz ergibt eine eingesparte Dampfmenge von 1.488 kg/h, also etwa 1,5 t Dampf pro Stunde. Bei einer Betriebszeit von 5.000 h sind das 7.500 t Dampf pro Jahr; bei 30 Euro pro Tonne Dampf erbringt das eine Einsparung von 225.000 Euro pro Jahr.

Kurzschlusspumpe noch nie in Betrieb

Um eine stabile Regelung bei diesen großen Wärmeübertragern (6 MW) auch im unteren Lastbereich zu erzielen, erfolgt die Regelung der jeweiligen sekundären Vorlauftemperatur über zwei Kondensatregelventile in Sequenz; hierbei deckt das kleinere Regelventil einen Leistungsbereich von 0 bis 20 Prozent ab, das größere den von etwa 20 bis 100 Prozent. Um auch Laständerungen auf der Sekundärseite sicher aufzufangen, wurde großen Wert darauf gelegt, dass die Regelung auf der Primärseite schneller ist und die Sekundärseite sehr langsame Laständerungen vornimmt.

Auch bei Abschaltung der Sekundärseite (0-Last) muss zuerst die Primärseite geschlossen werden und erst dann kann die Last auf der Sekundärseite gegen Null fahren. Es wird eine konstante stabile sekundärseitige Vorlauftemperatur von 106 °C über die beiden Kondensatregelventile erreicht.

Eine ursprünglich vorgesehene Kurzschlusspumpe auf der Sekundärseite, die Übertemperaturen bei Nulllast verhindern sollte, wurde auf bauseitigen Wunsch zwar eingebaut, jedoch ist diese Pumpe von Anbeginn noch nie in Betrieb gewesen. Jedem Wärmeübertrager wurde ein eigener Schaltschrank zugewiesen mit jeweils einem großen Display (Touchscreen), auf dem die aktuellen Werte wie Temperaturen, Durchflussmengen und Drücke abgelesen werden können.

Richtige Entwässerung

Beim An- und Abfahren wie auch im laufenden Betrieb gibt es keine Dampfschläge. Wenn die Wärmeerzeugung nicht mehr gebraucht wird, wird sie durch Schließen der Kondensatventile abgeschaltet. Das Dampfventil bleibt jedoch immer geöffnet und die Wärmeübertrageranlage überwacht sich durch die Steuerung im Schaltschrank selbst. Bei Dampf-Wasser-Wärmeübergabestationen ist auf die richtige Entwässerung der Dampf-Zuleitung besonderer Wert zu legen. Nur so können die bekannten Anfahrgeräusche durch Wasserschläge verhindert werden, die sich auch negativ auf die Lebensdauer der Anlage auswirken.

Die Entwässerung der Rohrleitung erfolgt vor dem Schnellschlussventil durch Gefälle zu der nächsten Entwässerung im Dampf-Versorgungsnetz. Hinter dem Schnellschlussventil sorgt der Niveaubegrenzer für den Kondensatabfluss. Bei Niveauüberschreitung fließt durch einen kurzen Öffnungsimpuls auf das Kondensatöffnungsventil das überschüssige Kondensat mittels Dampfdruck geräuscharm in das Kondensatnetz ab. Damit wird vermieden, dass bei Stillstand Kondensat in die waagrechte Dampfleitung kommen kann, was beim Anfahren zu Dampfschlägen führen könnte.

Investition amortisiert sich nach kürzester Zeit

Der Einbau von Dampf-Wasser-Wärmeübergabestationen von Bälz führt bei der Verwendung von Dampf im Produktionsprozess zu enormer Energieeinsparung. Das geschlossene Dampf-Kondensatsystem verhindert die Verschwendung überschüssigen Dampfs. Seine Energie wird bewahrt und steht nach Umwandlung als Heißwasser zur weiteren Verwendung bereit. Die energetische und damit auch finanzielle Einsparung führt dazu, dass sich die Investition in ein geschlossenes Dampf-Kondensatsystem innerhalb kürzester Zeit amortisiert.

Bildergalerie

  • Mit einer geschlossenen Dampf-Wasser-Wärmeübergabestation lassen sich hier innerhalb eines Jahres 7.500 t Dampf sparen.

    Bild: W. Bälz & Sohn

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