Projekt 15590/01

Untersuchungen zur Möglichkeit der Reduzierung von Fegedampfverlusten bei der thermischen Entgasung von Kesselspeisewasser

Projektträger

ESI GmbHEnergiesparende Investitionen
Maximilianstr. 28 b
85399 Hallbergmoos
Telefon: 0811/1422

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Ziel ist die Reduzierung von Fegedampfverlusten bei der thermischen Entgasung von Kesselspeisewasser durch Einsatz von Messtechnik (gelöste Gase, Durchsatz, Wasseranalytik) und zugehöriger Regeltechnik. Bisher wird das Fegedampfventil empirisch fest eingestellt, wodurch Dampfverluste in Höhe von 0,5 - 1 % der installierten Kesselleistung entstehen. Durch das Verfahren sollen die Verluste um mehr als 90 % verringert werden. Zunächst werden die Verluste an unterschiedlichen Praxisanlagen messtechnisch überprüft.
An einer Pilotanlage wird die erforderliche Technik installiert und optimiert. Die Zuverlässigkeit der Regelung hinsichtlich der Speisewasserqualität wird unter Variation der Einflussparameter nachgewiesen. Das Verfahren wird bis zur Marktreife entwickelt, wobei auch mögliche Vereinfachungen realisiert werden sollen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden1. Messtechnischer Nachweis der Verluste im Istzustand
An verschiedenen Kesselanlagen in der Praxis werden die tatsächlichen Fegedampfverluste messtechnisch ermittelt und Verhältniszahlen aufgestellt. Die Messung des Istzustandes ist unabdingbar für den Nachweis der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens.
2. Planung der Pilotanlage und Aufbau der Mess- und Regeltechnik
Der Auswahl und Dimensionierung der Einzelkomponenten kommt eine erhebliche Bedeutung zu. Bereits bei der Projektierung der Pilotanlage wird auf Anforderungen an eine zukünftige Fertigung Rücksicht genommen.
3. Versuchsbetrieb an der Pilotanlage
Durch umfangreiche Messungen können alle Einflussparameter untersucht und die Auswirkungen auf die Speisewasserqualität dokumentiert werden.
4. Vereinfachungen und alternative Techniken
Wenn eine ausreichende Reproduzierbarkeit erreicht wird, kann die Anlagentechnik dahingehend vereinfacht werden, dass insbesondere auch für kleinere Kesselanlagen eine Wirtschaftlichkeit erzielt wird.


Ergebnisse und Diskussion

Durch den messtechnischen Nachweis der Dampfverluste im Istzustand an verschiedenen Anlagen konnten einerseits die Literaturangaben größenordnungsmäßig bestätigt werden, es zeigte sich jedoch eine sehr breite Streuung der gefundenen Werte. Auch bewegte sich ein Teil der Messergebnisse deutlich außerhalb des in der Literatur dargestellten Bandes. Die unterschiedlichen Einstellungen hängen ab von den tatsächlichen Betriebsbedingungen, wie installierte Kesselleistung, Weichwasseranteil bzw. Kondensatrückführungsquote, Sauerstoffgehalt des Weichwassers und Rücklauftemperatur des Kondensates. Unabhängig von diesen Parametern wurden deutlich abweichende Dampfvolumenströme ermittelt, die auf eine unsachgemäße Einstellung des Abdampfventils zurückzuführen sind. Es zeigte sich, dass eine Anlagenbeurteilung aus der Ferne so gut wie ausgeschlossen ist, eine Messung vor Ort ist somit unabdingbar zur Abschätzung von Einsparpotenzialen.
Beim Aufbau der Pilotanlage und der Mess- und Überwachungstechnik stellten sich immer wieder Anforderungen an die Ausstattung, die nicht vorhersehbar waren. Auf diese Situationen wurde spontan eingegangen und eine rasche, allgemeinverwendbare Lösung gesucht. Insgesamt konnte ein Konzept entwickelt werden, welches die Praxistauglichkeit der Oxytherm-Anlage auch für zukünftige Fertigungen sicherstellt. Die Anfangs gestellten Forderungen nach Funktionalität und Klarheit im Aufbau wurden nach einigen Anpassungen in vollem Umfang erreicht.
Während des Versuchsbetriebes der Pilotanlage wurden die unterschiedlichsten Betriebszustände ermittelt und definiert gefahren, wobei stets eine Überwachung der relevanten Parameter erfolgte. Die Auswirkungen auf das System und insbesondere auf die Qualität des Speisewassers wurden kausal erfasst. Besonders interessant sind die ermittelten Ergebnisse deshalb, da in dieser Richtung bislang auch in der Fachliteratur keinerlei Angaben gemacht werden konnten. Die erforderlichen Parameter zur praxisnahen Fahrweise des Systems konnten ermittelt werden, ebenso konnte die Funktionalität des Systems durch den Betrieb der Pilotanlage nachgewiesen werden. Das primäre Ziel - Energieeinsparung bei gleichzeitig konstanter Speisewasserqualität - wurde erreicht.
Zunächst angedachte Ansätze zur Vereinfachung der Anlage mussten teilweise aufgegeben werden, da die daraus resultierenden Sicherheitsaufschläge zu einer starken Schmälerung der Einsparungsrate geführt hätten. Eine Fahrweise des Systems ohne Online-Sauerstoffmessung hingegen ist weiterhin denkbar, die Investitionskosten könnten dadurch deutlich gesenkt werden. Die Schmälerung des Einsparpotenzials durch diese Fahrweise wird scheinbar bei kleineren Dampfkesselanlagen gerechtfertigt durch eine insgesamt dennoch kürzere Amortisationszeit. Allerdings spricht die Kapitalwertentwicklung zu Gunsten der ursprünglichen Anlagenversion mit Sauerstoffmessung. Dennoch soll die Weiterentwicklung in dieser Richtung vorangetrieben werden und ggf. ebenfalls zur Serienreife entwickelt werden.
Die durch den Einsatz von Oxytherm erzielbaren Einsparungsraten sind abhängig von den jeweiligen Betriebszuständen. Bei ausreichender Entgasung ist jedoch von einer Quote zwischen 70 und 95 % auszugehen. Hochgerechnet auf das bundesdeutsche Potenzial (Dampfkessel der Gruppe IV) könnte durch diese Maßnahme der Energiebedarf um rund 22 TWh und somit die CO2-Emission um ca. 0,5 - 1,2 Mio. t/a gesenkt werden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Um das Verfahren einer breiten Öffentlichkeit zu präsentieren, nahm der Patentinhaber an der Auslobung des Bayerischen Energiepreises 2000 teil und wurde von einer Fachjury als einer der Preisträger ausgezeichnet. In entsprechenden Veröffentlichungen von Bayern Innovativ, der Fachpresse und der örtlichen Presse wurde auf die Preisverleihung hingewiesen und das Verfahren erläutert.
Zur Präsentation des entwickelten Verfahrens nahm die ESI als Aussteller auf dem Gemeinschaftsstand von Bayern Innovativ bei der ENKON 2000 in Nürnberg teil. Es konnte ein großes Interesse des Fachpublikums und von potenziellen Anwendern an dem Verfahren festgestellt werden.


Fazit

Mit Hilfe der Förderung durch die DBU ist es in einem Zeitraum von Juli 1999 bis November 2001 gelungen, eine Pilotanlage zu entwickeln und über einen längeren Versuchszeitraum zu betreiben. Die Ergebnisse führten zu einem sicheren Anlagenbetrieb bei einer optimalen Energieeinsparung. Die Erkenntnisse aus der Pilotanlage sind in die Weiterentwicklung des Verfahrens und in das Design des heute marktfähigen Produktes eingeflossen.