Das Kesselhaus

Abschlammung

Schwebstoffe können im Kesselwasser solange in Lösung gehalten werden, solange dieses bewegt wird, aber sobald diese Durchmischung aufhört, sinken sie an den Kesselboden ab. Wenn sie von dort nicht entfernt werden, sammeln sie sich an und verhindern mit der Zeit die Wärmeübertragung über die Kesselflammrohre, die dadurch übehitzen und sogar ausfallen können. 

Das empfohlene Verfahren zur Entfernung dieses Schlamms besteht aus kurzen, starken Ausblasevorgängen über ein relativ großes Ventil am Boden des Kessels. Ziel ist es, dem Schlamm Zeit zu geben, sich neu zu verteilen, so dass beim nächsten Abschlammen mehr entfernt werden kann. 

Aus diesem Grund ist eine einzige, vier Sekunden dauernde Abschlammung alle acht Stunden viel effektiver als eine Abschlammung für zwölf Sekunden in den ersten acht Stunden einer Schicht, und dann keine weitere für den Rest des Tages. 

Das Abschlammwasser wird entweder in eine unterirdische, gemauerte Abschlammgrube oder in einen überirdischen Abschlammbehälter aus Stahl geleitet. Die Größe des Behälters wird durch die Menge an Abschlammwasser und Entspannungsdampf bestimmt, welche beim Öffnen des Abschlammventils in den Behälter einströmen. 

Die wesentlichen Einflussgrößen auf die Abschlammmenge sind: 

• Der Kesseldruck.
• Der Größe der Abschlammleitung.
• Die Länge der Abschlammleitung zwischen dem Kessel und dem Abschlammbehälter.

In der Praxis beträgt die Mindestlänge der Abschlammleitung 7,5 m, und die meisten Abschlammbehälter werden auf dieser Basis dimensioniert. Abschlammleitungen beinhalten Bögen, Rückschlagventile und das Abschlammventil selbst – und diese Armaturen erhöhen den Druckabfall über die Abschlammleitung. Sie können als „äquivalente gerade Leitungslänge“ ausgedrückt und zur Leitungslänge addiert werden, um eine äquivalente Gesamtlänge zu erhalten. Die Tabelle 3.14.1 stellt äquivalente Längen verschiedener Ventile und Armaturen dar.

In dem unwahrscheinlichen Fall, dass die gesamte äquivalente Länge weniger als 7,5 m beträgt, sollte der Behälter auf einen höheren Durchsatz ausgelegt werden. Multiplizieren Sie in diesen Fällen den Kesseldruck mit 1,15, um die Abschlammmenge aus Abbildung 3.14.1 zu bestimmen. Abschlammleitungen über 7,5 m können direkt aus dieser Grafik abgelesen werden.

Beispiel 3.14.1 Bei einem Kesseldruck von 10 bar ü wird eine äquivalente Länge einer DN 40 Abschlammleitung von 10 m berechnet, so dass die Abschlammmenge 6,2 kg/s beträgt (siehe Abbildung 3.14.1).

Es gibt zwei wichtige Faktoren, die man bei der Abschlammung berücksichtigen sollte:

Energiegehalt der Abschlammung

Die im abgeschlammten Wasser enthaltene Energie ist die Enthalpie des Wassers bei Sättigungstemperatur des Kesseldrucks. In Beispiel 3.14.1 beträgt der Kesseldruck 10 bar ü und gemäß der Dampftafel beträgt h_f =782 kJ/kg. Somit beträgt die aus dem Kessel freigesetzte Energiemenge:

782 kJ/kg x 6,2 kg/s = 4,85 MW

Volumenänderung

Wenn die Abschlammzeit 3 Sekunden dauert, dann beträgt die abgeschlammte Wassermenge:

6,2 kg/s x 3 Sekunden = 18,6 kg

Das Volumen des abgeschlammten Wassers beträgt: 18,6 kg x 0,001 m³/kg = 0,018 6 m³

Gemäß Nachdampfberechnung werden 16 % des Wassers bei 10 bar ü Sättigungstemperatur in Dampf übergehen, wenn der Druck auf Atmosphärendruck reduziert wird. Dampf bei Atmosphärendruck hat ein deutlich größeres Volumen als Wasser, und jedes Kilogramm nimmt ein Volumen von 1,673 m³ ein.

Das resultierende Volumen des Nachdampfs aus den 18,6 kg Kesselwasser beträgt:

(18,6 kg x 16 %) x 1,673 m3/kg = 4,98 m³

Zum Vergleich: Das Volumen des Wassers reduziert sich auf:

(18,6 kg x 84 %) x 0,001 m_³/kg = 0,015 6 m³

Der sehr hohe Energiedurchsatz und die große Volumenänderung zwischen der Vor- und Nachdruckseite des Abschlammventils führen dazu, dass erhebliche Reaktionskräfte entstehen und die Abschlammung des Kessels sicher gehandhabt werden muss.

Vorschriften und Richtlinien

In Großbritannien wird die Abschlammung eines Kessels aufgrund der damit verbundenen Kräfte und des Verletzungspotenzials für Personal und Umwelt in einer Reihe von Vorschriften und Richtlinien der Health & Safety Executive geregelt.

Die folgenden Bestimmungen gelten in Großbritannien und haben lokale Pendants in vielen anderen Teilen der Welt:

• Factories Act (1961).
• Health and Safety at Work Act (1974).
• Public Health Act (1936).
• Health and Safety Guidance Notes PM60, BG01 and INDG436.
• Pressure Systems and Transportable Gas Containers Regulations (1989).
• Die Europäische Druckgeräterichtlinie (DGRL).

Deren Einhaltung kann vorgeschrieben sein oder auch nicht, aber ein Vorfall in einer Anlage oder eine Verletzung von Mitarbeitern wird sicherlich Betriebsprüfer auf den Plan rufen und mögliche Rechtsstreitigkeiten mit sich bringen.

Bitte beachten Sie: Die Abbildungen in diesem Modul sind schematisch und einige wesentliche Kesselarmaturen wie z. B. Schaugläser wurden zur Vereinfachung weggelassen.

In anderen Länder als Großbritannien sollten die lokalen Äquivalente der oben genannten Vorschriften eingehalten werden, aber auf jeden Fall sind die folgenden Punkte zu beachtet:

• Gesunder Menschenverstand.
• Gute Ingenieurs- und Installationspraxis.
• Sicherheit

Auf alle Fälle ist es wichtig, genügend Absperrmöglichkeiten für Wartungszwecke und die Vermeidung von Rückströmungen sicherzustellen. Die Installation von Absalzeinrichtungen in Mehrkesselanlagen sollte ein Rückschlagventil und ein Absperrventil beinhalten, um zu verhindern, dass Druck/ Durchsatz von einem Kessel auf einen anderen übertragen wird. Dies ist besonders wichtig, wenn ein Kessel abgeschaltet wird, da das Absalzventil möglicherweise nicht dicht gegen den Druck auf der stromabwärts gelegenen Seite schließen kann. Gute Ingenieurspraxis wird immer berücksichtigen, was passieren würde, wenn das Ventil Wasser oder Dampf durchlassen würde. Im schlimmsten Fall kann das Fehlen eines Rückschlag-und eines Absperrventils das Personal gefährden, das an oder in dem abgeschalteten Kessel arbeitet.

Abschlammventil

Im Großbritannien wird diese Art von Ventil im Factories Act (1961) geregelt. Abschnitt 34 verbietet es Personen, in einzelne Kessel zu gehen, es sei denn:

• Alle Einlässe, durch die Dampf oder Heißwasser aus einem anderen Teil des Systems in den Kessel gelangen könnten, sind von diesem Teil getrennt; oder
• Alle Ventile oder Ableiter, die den Eintritt von Dampf oder Wasser regeln, sind abgesperrt und sicher verriegelt. Wenn es eine gemeinsame Abschlammleitung oder einen gemeinsamen Behälter gibt, ist das Abschlammventil so konstruiert, dass es nur mit einem Handhebel geöffnet und dieser erst nach Schließen des Abschlammventils wieder abgezogen werden kann, und dass dies der einzige Handhebel ist, der im Kesselhaus verwendet wird.

Zeitgesteuerte automatische Abschlammung

Es ist heutzutage möglich, das Abschlammventil zu automatisieren, indem eine eigens dafür entwickelte Programmsteuerung mit einem pneumatisch betriebenen Kugelhahn gekoppelt wird.

Die Steuerung sollte in der Lage sein, das Ventil zu einem bestimmten Zeitpunkt zu öffnen, und dann eine bestimmte Zeitspanne offen zu halten.

Der Einsatz einer automatischen Abschlammung stellt sicher, dass diese wichtige Maßnahme regelmäßig durchgeführt wird, und entlastet den Kesselwärter für andere Aufgaben.

Bei Mehrkesselanlagen ist es notwendig, die Ventile so zu verriegeln, dass nicht mehr als eines gleichzeitig geöffnet werden kann, da dies den Abschlammbehälter überlasten würde. Dies kann am einfachsten durch Staffelung der Einstellzeiten der einzelnen Abschlammtimer oder durch sequentielle Einstellung der einzelnen Abschlammzeiten erfolgen.

Abschlammbehälter, wie sie die britische Norm fordert

Abschlammbehälter sind eine bevorzugte Alternative zu Abschlammgruben. Die folgenden Informationen stammen aus dem HSE Guidance Note PM60 und enthalten Informationen, die auch in anderen Ländern als Großbritannien nützlich sein können.

Traditionell hatten Abschlammbehälter tangential angeordnete Einlässe. Dies hat jedoch dazu geführt, dass die Behälter an der Stelle, an der der Einlass angebracht war, eine konstruktive Schwäche aufwiesen.

Eine bevorzugte Alternative ist es, die Abschlammleitung radial einzubringen, um einen konstruktiv stabileren Behälter zu bekommen und dann einen Diffuser im Inneren des Behälters anzubringen. Diese Anordnung reduziert auch die Erosion, die in einem Behälter mit tangentialem Einlass auftreten kann.

Baunorm

Der Behälter muss der europäischen Druckgeräterichtlinie für Fluide der Gruppe 2 entsprechen. Diese Richtlinie verpflichtet den Hersteller, die Auslegungs- und Fertigungsstandards einzuhalten. Da es sich um eine Druckbehälterspezifikation handelt, muss der Behälter auch Vorkehrungen für eine Inspektion aufweisen, einschließlich einem Handloch und einem Entleerungsstutzen.

Auslegungstemperatur und -druck

Der Auslegungsdruck des Abschlammbehälters sollte mindestens 25 % des maximalen Betriebsdrucks des Kessels betragen, und die Auslegungstemperatur sollte größer oder gleich der Sättigungstemperatur für den Kesselauslegungsdruck sein.

Größe

Diese hängt vom Kesseldruck und der Nennweite der Abschlammleitung ab, jedoch sollte:

• Die Entlüftung groß genug sein, so dass der Druck im Behälter 0,35 bar ü nicht übersteigt.
  
  
• Die Menge des im Behälter stehenden Wassers muss sicherstellen, dass die Temperatur des austretenden Wassers 43 °C nicht überschreitet.

Betrieb

Der Behälter sollte mit einer stehendem Wassermenge betrieben werden und diese sollte mindestens doppelt so hoch sein wie die Menge an Abschlammwasser. Etwa die Hälfte des Tankvolumens sollte mit stehendem Wasser gefüllt sein und der Rest als Luftraum zu Verfügung stehen.

Entlüftung

Die Entlüftung sollte sicherstellen, dass der Nachdampf sicher abgeleitet wird und es zu keinem nennenswerten Wasseraustritt am Austritt der Entlüftungsleitung kommt. Die Entlüftungsleitung sollte so gerade wie möglich verlaufen und idealerweise mit einer Wrasenabzugshaube ausgestattet sein.

Anschluss für ein Manometer

Der Behälter muss über eine Anschlussstelle für ein Manometer verfügen, da der Behälter nach einer Druckbehälterspezifikation hergestellt wird und regelmäßige Prüfungen und Inspektionen erforderlich sind.

Kühlsystem

Es sollte eine Kühlvorrichtung im Behälter angebracht werden, wenn die Temperatur des heißen Wassers dazu führt, dass die Austrittstemperatur bei der Abschlammung die zulässige Grenze überschreitet. Die kostengünstigste Lösung für diese Aufgabe ist ein Regelventil ohne Hilfsenergie. Wenn die Temperatur die eingestellte Solltemperatur überschreitet, öffnet sich das Ventil und lässt kaltes Leitungswasser in den Behälter.

Mehrkesselanlage

Die Rohrleitungsführung für Mehrkesselanlagen ist in der UK HSE Guidance Note (PM60) geregelt, wobei die folgenden Punkte angesprochen werden:

Betrieb

Es kann jeweils immer nur ein Kessel abgeschlammt werden. Die Auslegung des Abschlammbehälters basiert auf dem Kessel mit dem höchsten Druck und der größten Abschlammleitung. Es wird auch auf den UK Factories Act (1961) verwiesen, welcher dasselbe fordert. 

Verrohrung

Abbildung 3.14.5 zeigt die empfohlene Anordnung für Mehrkesselanlagen, bei denen die Absalz- und Abschlammleitungen getrennt zum Abschlammbehälter zurückgeführt werden. Der entsprechende Sammler sollte sich am Behälter und nicht am Kessel befinden. Für die Rückführleitungen der Absalzung und Abschlammung sind separate Anschlüsse am Behälter erforderlich.

Es ist zudem ein dritter Anschluss am Behälter erforderlich, um die UK Guidance Notes (BG01 and INDG436) zur Wasserstandsregelung in Dampfkesseln zu erfüllen. Dies erfordert einen Anschluss für die Abschlammung der Messkammern und Wasserstandsanzeiger.

Ventiltechnik

Dort wo Abschlammleitungen in einen Einlasssammler am Behälter münden, muss jede dieser Leitungen mit einem absperrbarem Rückschlagventil oder einem Rückschlagventil und einem Absperrventil ausgestattet sein. Dadurch wird verhindert, dass während einer Wartung Dampf und heißes Druckwasser von einem in Betrieb befindlichen Kessel in einen anderen (in dem möglicherweise Personal arbeitet) geblasen werden.

Es werden vorzugsweise zwei getrennte Ventile verwendet. Das Rückschlagventil wird regelmäßig betätigt, daher ist ein Verschleiß des Sitzes unvermeidlich.