Feuerungsseitige
Effizienzsteigerung

Den optimalen Wirkungs­gradgewinn erzielen dabei ungeregelte Economiser, da in Teillast die vorhandene Heizfläche optimal zur Abkühlung der Abgase ausgenutzt wird.

Info zu Economiser

Muss jedoch auf die zulässige minimale Temperatur des Kamins Rücksicht genommen werden, können Economiser individuell für die verschiedenen Abgasein- und Austritts­temperaturen ausgelegt werden.

Brennwert-Economiser

Bei der Brennwertnutzung wird dem Abgas nicht nur die fühlbare, direkt an die Temperatur gekoppelte Wärme, sondern auch die im Wasserdampf gebundene Kondensationswärme teilweise entzogen. Es entsteht flüssiges Abgaskondensat, das aus dem Abgasweg abgeführt, neutralisiert und in die Kanalisation eingeleitet werden muss.

Korrosionsbeständige Werkstoffe in Wärmetauschern, feuchteunempfindliche Abgassysteme und Kamine aus Edelstahl ermöglichen dies ohne langfristig Korrosionsschäden zu verursachen.

Unter den richtigen Rahmenbedingungen ist eine zusätzliche Wirkungs­gradverbesserung von bis zu 7 % möglich. Der Kondensations-Economiser wird dabei stets dem trockenen Economiser abgasseitig nachgeschaltet.

In der folgenden Grafik ist beispielhaft der Kesselwirkungs­grad über die Kessellast dargestellt.

Zum wirtschaftlichen Betrieb eines Brennwert-Economisers wird ein ausreichend großer (> 30 % der Kesseldampf­leistung) und kühler (Temperatur < 35 °C) Wasserstrom benötigt, welcher als Nieder­temperatur-Wärmesenke dient. Außerdem sollte dieser während des Betriebs des Dampfkessels zur Verfügung stehen.

Bei Dampfkessel­anlagen kann dies das Zusatzwasser zur Nachspeisung des Speisewasserbehälters sein.

Besonders gilt dies für Anlagen, bei denen durch direkte Dampfheizung kein oder nur wenig Kondensat (< 50 % der Dampfleistung) zurückgewonnen wird (z. B. bei der Herstellung von Styropor oder Brot sowie zur Luftbefeuchtung oder Trocknung). Zusätzlich sind die Wasserverluste durch Absalzung, Ab­schlammung, Nachverdampfung und Leckagen im Dampfsystem immer auszugleichen.

Diese Verlustmengen sind anlagenspezifisch sehr unterschiedlich. Sie können weit über der Hälfte der erzeugten Dampfmenge liegen und müssen ebenfalls durch Zusatzwasser ersetzt werden. Das Zusatz­wasser steht nach der Wasseraufbereitung meist mit maximal 15 °C zur Verfügung und eignet sich sehr gut für die Vorwärmung im Brennwertwärmetauscher.

Die geringe Wassereintritts­temperatur erlaubt eine weitgehende Abgas­kondensation und damit optimale Brennwertnutzung. Bei dieser Anwendung ist im Regelbetrieb ebenfalls der Gleichzeitigkeitsfaktor zwischen Abwärmeverfügbarkeit und Wärmebedarf vorhanden, so dass der Nutzen immer gegeben ist.

Bei hohen Kondensatrückflussraten ist der benötigte Zusatz­wasservolumenstrom jedoch klein, so dass ein Brennwert-Economiser nicht immer wirtschaftlich ist.

Sofern aber ein geeigneter Nieder­temperatur­wasserkreislauf zur Verfügung steht, kann die Brennwert­technik dennoch genutzt werden. Die frei werdende Kondensationswärme kann zum Beispiel zur Brauch­wassererwärmung, vor allem in der Lebensmittelindustrie, oder auch zur Heizungsunterstützung verwendet werden.

Im Gegensatz zu Gebäudeheizsystemen mit klar definierbaren System- und Rücklauftemperaturen finden sich in der Industrie die unterschiedlichsten Dampfanwendungs- und Beheizungssysteme. Dadurch kon­kurrieren die verschiedensten Energiespar- und Wärmerückgewinnungssysteme miteinander.

Eine gründliche Analyse aller Abwärmelieferanten und Wärmeverbraucher ist erforderlich, um die wirt­schaftlichste Lösung zu finden. Besonders für die optimale Nutzung der Brennwerttechnik ist ein enges Zusammenwirken zwischen Betreiber, Planer und Kesselbauer unerlässlich, um aus der Fülle von Möglichkeiten die effizientesten Maßnahmen herausfinden zu können.

Wenn in der Gesamtanlage jedoch Wärmeverbraucher mit einem Temperaturniveau unter 100 °C vor­handen sind, wie z. B. die Erwärmung des Zusatzwassers der Dampfkesselanlage, eine Gebäude­heizung oder die Brauchwassererwärmung, so kann mit einem einfachen, kostengünstigen Platten­wärmetauscher die Speise­wasser­temperatur von 103 °C auf bis zu 65 °C reduziert werden. Ohne zusätzliche Investition am Economiser kann durch die jetzt größere Temperaturspreizung zwischen Abgas- und Speise­wasser­temperatur auch das Abgas bis auf etwa 85 °C weiter abgekühlt werden. Dadurch erhöht sich der feuerungs­technische Wirkungsgrad und es können bis zu 1,8 % Brennstoffeinsparung erreicht werden.

Diese Maßnahme zur Effizienzsteigerung kann auch mit relativ geringem Investitionsaufwand als Nach­rüstung für bestehende Anlagen realisiert werden.

Zusammenfassung

Die Reduzierung von Abgasverlusten zu optimieren ist eine vorrangige Aufgabe in der Planung und auch beim Betrieb von Dampfkessel­anlagen. Dabei stellt sich oft die Frage:

Welche Maßnahme oder Maßnahmenkombinationen führen zur besten Wärmerückgewinnung?

In dem folgenden Diagramm werden die abgasverlust­reduzierenden Maßnahmen, welche in den vorherigen Abschnitten beschrieben wurden, an einem Dampfkessel beispielhaft dargestellt.

Die am besten geeignete Technologie für die optimale Wirtschaftlichkeit einer Dampfkesselanlage ist vom jeweiligen Einsatzfall abhängig. Insbesondere sind die „Größe“ und das Temperaturniveau einer Niedertemperatur-Wärmesenke entscheidend für die Auswahl der wirkungs­gradsteigernden Maßnahme.

Fallbeispiele für Maßnahmenkombinationen zur besten Wärmerückgewinnung

Die für den Brennwertwärmetauscher genutzten Senken sind in der Regel Zusatzwasser für die Dampf­produktion, Heizungsunterstützung oder Brauchwassererwärmung. Selbiges gilt für den Speise­wasser­kühler, welcher insbesondere dann eine äußerst günstige Alternative zum Brennwert-Economiser ist, wenn der aufzuheizende Wasserstrom relativ klein ist oder wie im Heizungsfall die Wärme nicht kontinuierlich das ganze Jahr über genutzt werden kann.

Ist keine (oder nur eine zeitlich stark schwankende) Wärmesenke vorhanden, ist der Einsatz einer Luft­vorwärmung sinnvoll.

Temperatur-Wirkungsgrad-Diagramm bei Dampfkessel­anlagen mit wirkungs­gradsteigernden Maßnahmen