In vielen gewerblichen und industriellen Anwendungen mit Heiz- und Prozesswärmebedarf gehen erhebliche Wärmemengen über den Kamin verloren. Eine Möglichkeit, die physikalisch bedingten Abgasverluste von Dampf- und Heißwassererzeugern zu reduzieren, ist die Anwendung der Brennwerttechnik. Dabei amortisieren sich die Mehrkosten oft innerhalb von zwei bis drei Jahren. Mit der Brennwertnutzung verbessern die Unternehmen die Energieeffizienz, produzieren ressourcenschonender und schützen die Umwelt nachhaltig.
Den Energieinhalt im Wasserdampf der Abgase lässt sich mit der Brennwerttechnik nutzbar machen. Um das Potenzial voll auszuschöpfen, sind die Abgase aus der Verbrennung unter den Abgastaupunkt abzukühlen, bis eine Kondensation einsetzt. Erforderlich sind korrosionsbeständige Werkstoffe wie Edelstahl in Wärmetauschern sowie feuchteunempfindliche Abgassysteme und Kamine.
Dampferzeuger mit Mediumtemperaturen, meist zwischen 150 und 200 °C, werden mit entgastem Speisewasser und Mediumstemperaturen zwischen 85 und 105 °C gespeist. Die Abgastemperaturen dieser Dampfkessel liegen physikalisch bedingt etwa 80 °C über der Kesseltemperatur. Das sind erhebliche Wärmemengen, die ohne Abgas- oder Brennwerttechnik ungenutzt über Dach gehen. Eine wesentliche Reduzierung der Abgasverluste erzielt ein Abgaswärmetauscher (auch Economiser genannt), der das Speisewasser als Wärmesenke nutzt. Die Abgase kühlen sich bis auf rund 130 °C ab – noch deutlich im „trockenen“ Bereich über dem Taupunkt liegend.
Mit dem Einsatz einer zweiten Wärmetauscherstufe mit Niedertemperaturverbrauchern lässt sich auch bei Hochdruck-Dampferzeugern eine Brennwertnutzung erzielen. Dieser Abgaskondensator ist wie alle nachgeschalteten Abgaswege und Entwässerungsleitungen aus korrosionsbeständigem Edelstahl ausgeführt.
Bei Dampfversorgungsanlagen gilt es, möglichst viel Kondensat zurückzugewinnen, um dieses wieder der Speisewasserversorgung des Kessels zuzuführen. Jedoch gibt es Prozesse, die durch direkte Dampfbeheizung eine Kondensat-Rückgewinnung ausschließen. Ebenso betrifft das fremdstoffbelastetes, nicht wiederverwendungsfähiges Kondensat. Zusätzlich gibt es Verluste durch Absalzung, Abschlammung, Nachverdampfung und Leckage. Die Verlustmengen sind anlagenspezifisch sehr unterschiedlich. Sie können weit über der Hälfte der erzeugten Dampfmenge liegen und sind durch Zusatzwasser zu ersetzen. Dieses steht nach der Wasseraufbereitung meist mit maximal 15 °C zur Verfügung und eignet sich sehr gut für die Vorwärmung im Abgaskondensator. Die geringe Wassereintrittstemperatur erzielt eine weitgehende Abgaskondensation und sehr hohe Brennwertnutzung. Bei dieser Anwendung ist höchster Gleichzeitigkeitsfaktor zwischen Abwärmeverfügbarkeit und Wärmebedarf vorhanden (siehe Abbildung 1 – Variante A).
Als Beispiel nutzt die Firma Hans Henglein und Sohn GmbH aus dem fränkischen Wassermungenau für ihre Kartoffelverarbeitung einen Bosch-Dampfkessel mit zwei Abgaswärmetauscherstufen (Abbildung 2), um zuerst mit dem heißen Abgas Speisewasser vorzuwärmen und im zweiten Schritt kaltes Zusatzwasser mithilfe der Kondensationswärme aufzuheizen. Die eingesetzten Komponenten sind auf die kundenseitigen Gegebenheiten optimiert und wirken effektiv zusammen. Auf sehr niedrige 55 °C reduziert sich letztendlich die Abgastemperatur. Gegenüber der vorherigen Anlage mit einem Wirkungsgrad von 85 %, erzielt die neue Kesselanlage mit Abgas- und Brennwerttechnik eine Effizienz von über 100 %. Das spart entsprechend Brennstoffkosten und tonnenweise CO2 ein.
Gleichermaßen besteht in vielen Industriebetrieben, insbesondere in der Nahrungsmittelindustrie, großer Brauchwassermengenbedarf. In diesen Fällen ist das härtefreie Brauchwasser ein optimales Medium, um es mit einem Abgaskondensator vorzuwärmen. Die erreichten Wassertemperaturen liegen bei ca. 50–70 °C. Eine weitere Erwärmung des Brauchwassers auf höhere Entnahmetemperatur kann mithilfe eines nachgeschalteten, dampfbeheizten Wärmetauschers erfolgen (siehe Abbildung 1 – Variante B). Die Abbildung 3 zeigt beispielhaft die Wärmebilanz eines Hochdruckdampferzeugers mit integriertem Abgaswärmetauscher zur Speisewasservorwärmung und nachgeschaltetem Abgaskondensator zur Brauchwasser- oder Zusatzwasservorwärmung bei hohem Gleichzeitigkeitsfaktor.
Die Brennwertnutzung bei Hochdruck-Dampferzeugern verbessert die Wirtschaftlichkeit und reduziert den CO2-Fußabdruck nachhaltig. Bewährte, ausgereifte Technik ist längst verfügbar. Eine breite Anwendung in der Industrie ist realisierbar, wenn die Wärmeverbraucher bereits in der Planungsphase eingehend analysiert werden und die gestufte Aufheizung mit Niedertemperatur-Heizkreisen Berücksichtigung findet. Die Mehrinvestitionen für die Brennwerttechnik lassen sich durch die hohen Brennstoffeinsparungen von bis zu 7 % finanzieren. In vielen Fällen bereits innerhalb von zwei bis drei Jahren. Der reduzierte Schadstoffausstoß entlastet die Umwelt enorm und ist ein weiterer Baustein, das Klima nachhaltig zu schützen.
Weitere Details zur Brennwertnutzung finden Sie im Fachbeitrag Brennwertnutzung.
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