Brennstoffe und Prozesswärmeerzeugug

Die gängigen Brennstoffe zur Prozesswärmeerzeugung sind Pellets, Öl oder Erdgas.

Pelletkessel
  • Höhere Investitionskosten: teurer Kessel, Pelletlager, Transportvorrichtung
  • Lagerkosten und Lagerflächenbedarf zur Bevorratung der Pellets
  • Entsorgungsaufwand und -kosten für Asche
  • Hoher Strombedarf (Hilfsenergie) zum Hochfahren der Anlage nötig
  • Relativ gute Regelungsmöglichkeit
  • Heizwert: 4,8 kWh/kg
  • Preis: ca. 230 €/t bzw. ca. 0,046 €/kWh (Stand 2017, carmen-ev.de)
  • Nachwachsender Rohstoff, genormter Brennstoff
Ölkessel
  • Lagerkosten für Öltanks
  • Leistungsanpassung an den Wärmebedarf nur eingeschränkt möglich, oft nur ein- oder zweistufige Ausführungen
  • Heizwert: ca. 10 kWh/l
  • Preis: ca. 0,57 €/Liter bzw. ca. 0,057 €/kWh (Stand 2017, große Preisschwankungen)
Erdgaskessel
  • Vorteil gegenüber Ölkessel: Brennwerttechnologie besser nutzbar. Die Brennwerttechnologie nutzt den im Abgas enthaltenen Wasserdampf durch Kondensation. Bei der Kondensation werden große Energiemengen freigesetzt (ca. 2.500 kJ/kg ohne Temperaturverlust, „latente Wärme“), die dem Speisewasser zugeführt werden können. Dazu ist bei Dampfkesseln ein für die Kondensation zugelassener Wärmetauscher nötig. Bei Wärmetauschern, bei denen die Abluft nur geringen Anteil an flüssigem Wasser enthält, wird lediglich die durch Luftabkühlung mögliche, geringere Wärme übertragen („fühlbare Wärme“). Das entstehende Kondensat hat einen pH-Wert unter 6,5 und kann damit ungeeignete Rohre (z.B. aus Stahl, Kupfer) angreifen. Bei Anlagen mit einer Feuerungsleistung über 200 kW muss das Kondensat vor der Einleitung neutralisiert werden.
  • Monatliche Abrechnung, während bei Pellets und Öl auf Vorrat gekauft werden muss
  • Heizwert, üblich: 10,1 kWh/m³ (Erdgas H, Stand 2017)
  • Brennwert, üblich: ca. 11,3 kWh/m³ (Erdgas H, Stand 2017)
  • Maximale Einsparung bei Umstellung von Heizwert auf Brennwert ca. 11 %
  • Preis: ca. 0,04 €/kWh (Stand 2017)
  • Stufenlose Modulation zwischen ca. 30 und 100 % der Nennleistung

Dampferzeuger sind oft überdimensioniert. In vielen Fällen zeigen die Brenner dies durch häufige Start/Stopp-Zyklen an. Durch das Lüften des Brennraums und instabile Flamme beim Brennerstart wird dabei viel Energie ungenutzt durch den Kamin an die Umwelt abgegeben.

Aus diesem Grund sollte der Dampferzeuger über die gesamte Arbeitszeit hinweg kontinuierlich arbeiten. Ist dies nicht der Fall, empfiehlt sich eine Kontrolle nach folgender Vorgehensweise:

  • Überprüfen, ob sich der Brenner öfter abschaltet, auch bei normalem Arbeitsbetrieb
  • Erfassung der Abgastemperatur über einen typischen Arbeitstag (Thermometer bis 300 °C, mit Speicherfunktion ab ca. 300 € am Markt erhältlich)
  • Erfassung des Erdgasverbrauchs (Erdgaszähler) für 1 - 2 Stunden, am besten mit Serienfoto einer Digitalkamera, z.B. 30 s-Takt oder 1-min-Takt
  • Ideal: Erfassung des Dampfverbrauchs, erfordert jedoch den Einbau eines Dampfmengenzählers in die Hauptdampfleitung

Was kann man aus den Daten ablesen:

  • Brennerabschaltung im laufenden Betrieb: zu geringe Abnahme bzw. zu große Brennerleistung (ein-/zweistufig) bzw. zu große Minimalleistung bei modulierenden Brennern
  • Abgastemperatur:
    • Temperaturen über 200 °C à Optimierungspotenzial durch bessere Brennereinstellung und Einsatz von Abgaswärmetauschern
    • Bei Brennerstopp und Neustart treten Spitzen in den Temperaturwerten auf. Die Anzahl der Spitzen bzw. Täler im zeitlichen Verlauf der Temperatur zeigt die Anzahl der Start/Stopp-Zyklen
  • Erdgasverbrauch: Der Erdgasverbrauch am Zähler in m³ muss ggfs. in kWh umgerechnet werden. Zur groben Abschätzung kann zur Umrechnung der abgelesene m³-Wert mit 11 multipliziert werden. Der Erdgasverbrauch in m³ geteilt durch die Messzeit (zwischen zwei Aufnahmen; z.B. zwischen einer Stunde oder einem Tag Messdauer) ergibt die jeweilige mittlere Feuerungsleistung. Dieser Wert sollte größer als 50 % der Nennleistung, aber unbedingt immer größer als die Modulationsgrenze (ca. 30 % der Nennleistung) des Brenners sein. Das Verhältnis des Erdgasverbrauchs pro Tag zur z.B. getrockneten Wäschemenge liefert den spezifischen, thermischen Energiebedarf. Dieser Kennwert kann zum Vergleich mit anderen Betrieben dienen.
  • Dampfverbrauch: Mit Hilfe eines Dampfmengenzählers können einerseits der Gesamtdampfbedarf des Betriebs als auch der Dampfbedarf eines einzelnen Verbrauchers bei Alleinbetrieb ermittelt werden. Bei gleichzeitig ermitteltem Brennstoffbedarf des Dampferzeugers kann der Nutzungsgrad (Verhältnis von eingesetztem Brennstoff zur Dampfmenge) ermittelt werden.

MERKE: Dampferzeugungsanlagen sollten einen Nutzungsgrad über 90 % erreichen. Betriebe mit einem Nutzungsgrad unter 70 % haben deutlichen Optimierungsbedarf.

Allgemeine Verluste im Kessel und deren Einsparmaßnahmen und –potentiale:

Abgasverluste
  • Einsatz eines Economisers, Verbrennungsluftvorwärmer, Brennwerttechnik
  • 3 - 15 % Einsparpotenzial
Oberflächenverluste
  • durch Dämmen minimieren, Absenken des Kesseldrucks, warme Verbrennungsluft aus Deckenhöhe ansaugen
  • 0,3 – 1,0 % Einsparpotenzial
Kesselstein
  • Durch die Ablagerungen an der Dampfkesselinnenwand können Spannungen im Kessel entstehen. Dadurch besteht erhöhte Gefahr der Rissbildung.
    • Korrekte Wasseraufbereitung, Kesselreinigung
    • Unterschiedliche Ablagerungen verursachen folgende Energieverluste:
  • Calciumcarbonat 7,5 %
  • Silikat 6,8 %
  • Calciumphosphat 2,2 % (Werte für Krustendicke von 0,5 mm)
Abschlämm- und Absalzverluste
  • Absalzregelung, Absalzventil korrekt einstellen, Laugenkühler optimieren bzw. Ersetzen durch Wärmerückgewinnung
  • 0,5 – 5,0 % Einsparpotenzial
  • Absalzen nicht nach Zeitsteuerung, sondern nach Leitfähigkeitsmessung
  • Anstelle eines Laugenkühlers, welcher das Abschlämm- und Absalzwasser ohne weitere Nutzung der enthaltenen Wärme durch Frischwasser im Mischkühler von ca. 170 auf ca. 35 °C abkühlt, kann ein Economiser angewendet werden, der zum Beispiel das Speisewasser vorwärmt.
Wrasendampf
  • Wrasendampfkondensator, Entgasungsregelung, Magnetventil nachrüsten
  • 0,3 - 4 % Einsparpotenzial

MERKE: Kompakte Schnelldampferzeuger werden heute als Komplettmodul einschließlich Speisewasseraufbereitung, Wrasendampfkondensator, Abschlämmwasserwärmerückgewinnung und Economiser angeboten. Der Planungsaufwand für einzeln zusammengestellte Komponenten entfällt. Für vorhandene Schnelldampferzeuger können diese Anlagenteile individuell ausgelegt und nachgerüstet werden.