Das Kesselhaus

Dampferzeuger

Bei vielen Anwendungen:

• Ist die erforderliche Dampfmenge zu gering, um einen Großraumwasserkessel zu rechtfertigen, d. h. bei weniger als 1.000 kg/h.
• Sind untergeordnete Prozess, für die Dampf erforderlich ist, nur tagsüber in Betrieb, was dazu führt, dass die Anlage jeden Morgen an- und jeden Abend abgefahren werden müsste. 
• Würden die Investitionskosten für einen Großraumwasserkessel die Wirtschaftlichkeit des Prozesses negativ beeinflussen.
• Ist das Fachwissen am Standort in Bezug auf Kessel nicht immer so vorhanden, wie es für ein großes Dampfsystem erforderlich wäre.

Um diesen speziellen Anforderungen gerecht zu werden, wurden zwei Kesselarten entwickelt.

Schnelldampferzeuger

Das ist eine Art Durchlaufwasserrohrkessel, welcher in machen Vorschriften auch als „Kessel ohne erkennbares Wasserniveau“ bezeichnet wird.

Die Wasserversorgung in den Kessel liegt normalerweise 10 bis 15 % über der Verdampfungsmenge:

• Damit sichergestellt ist, dass nicht das gesamte Wasser verdampft und damit kein überhitzter Dampf erzeugt wird.
• Und liefert damit ein Transportmedium, um die Salze im Speisewasser abzuführen. Wenn dieses Transportmedium nicht vorhanden wäre, würden sich die Salze aus dem Speisewasser auf der Innenseiten der Rohre ablagern und die Wärmeübertragung beeinträchtigen, was wiederum zu Überhitzung und eventuellem Versagen der Rohre führen kann. Natürlich ist ein Dampftrockner ein wesentlicher Bestandteil dieser Kesselart, um dieses verunreinigte Wasser abzuscheiden.

Da es sich um Wasserrohrkessel handelt, können sie Dampf mit sehr hohen Drücken erzeugen.

Zu den typischen Anwendungsbereichen für Schnelldampferzeuger gehören Wäschereien und Bekleidungshersteller, deren Bedarf gering ist und bei denen Lastwechsel langsam erfolgen.

Rohrloser Vertikaldampferzeuger

Hiervon gibt es verschiedene Ausführungen im Leistungsbereich von 50 bis 1 000 kg/h und Drücken bis zu 10 bar ü. Die Kesselhöhe variiert normalerweise zwischen 1,7 m bis 2,4 m für entsprechende Leistungen von ungefähr 100 kg/h bis 1 000 kg/h.

Eine Schnittdarstellung dieser Konstruktion ist in Abbildung 3.4.2 zu sehen. Beachten Sie den nach unten gerichteten Strom der Flamme und deren Verwirbelung. Die Wärmeströmung wird am Boden des Kessels umgelenkt und die heißen Gase steigen nach oben und geben ihre Wärme an die Heizrippen ab.

Beachten Sie auch die geringe Wassermenge im Kessel. Diese ermöglicht, dass der Kessel sehr schnell auf Betriebstemperatur gebracht werden kann, normalerweise innerhalb von 15 Minuten. Diese geringe Wassermenge führt jedoch dazu, dass nur eine geringe Energiemenge im Kessel gespeichert ist; demzufolge ist es nicht einfach, mit plötzlich auftretenden und anhaltenden Lastwechseln zurechtzukommen. Wenn der Lastwechsel schneller ist als der Kessel reagieren kann, dann wird der Druck im Kessel abfallen und dieser unweigerlich Speisewasser „spucken“. Dies wird durch die kleine Wasseroberfläche verschlimmert, welche hohe Dampfgeschwindigkeiten erzeugt. Die Dampfströmung ist jedoch vertikal nach oben und weg von der Wasseroberfläche gerichtet, im Gegensatz zu horizontal über die Wasseroberfläche (wie bei Großraumwasserkesseln), was diesen Effekt minimiert.

Economiser

Die bereits durch den Hauptkessel und den Überhitzer geströmten Rauchgase sind immer noch heiß. Diese Rauchgase können dazu genutzt werden, den thermischen Wirkungsgrad des Kessels zu verbessern. Um das zu erreichen, werden die Rauchgase durch einen Economiser geleitet.

Der Economiser ist ein Wärmetauscher, durch welchen das Speisewasser gepumpt wird. Somit erreicht das Speisewasser den Kessel mit einer höheren Temperatur als dies ohne einen eingebauten Economiser der Fall wäre. Somit ist weniger Energie erforderlich, um den Dampf zu erzeugen. Andernfalls wird mehr Dampf erzeugt, wenn die gleiche Energiemenge zugeführt wird. Daraus resultiert ein höherer Wirkungsgrad. Vereinfacht gesagt führt ein Anstieg der Speisewassertemperatur um 10 °C zu einer Verbesserung des Wirkungsgrads um 2 %.

Hinweis:

Da sich der Economiser auf der Hochdruckseite der Speisewasserpumpe befindet, sind Speisewassertemperaturen von mehr als 100 °C möglich. Die Niveausteuerung des Kesselwassers sollte modulierend arbeiten (d.h. nicht „An/Aus“), um einen kontinuierlichen Speisewasserdurchfluss durch den Wärmetauscher sicher zu stellen.

Der Wärmetauscher sollte nicht so groß ausgelegt sein, dass:

• Die Rauchgase unter ihren Taupunkt abgekühlt werden, da die entstehende Flüssigkeit säurehaltig und damit korrosiv sein kann.
• Das Speisewasser im Wärmetauscher siedet.

Überhitzer

Welcher Kesseltyp auch verwendet wird, der Dampf wird das Wasser immer von dessen Oberfläche verlassen und in den Dampfraum strömen. Dampf, der sich über der Wasseroberfläche in einem Großraumwasserkessel bildet, kann innerhalb des Kesselraumes nicht überhitzt werden, da er immer in Kontakt mit der Wasseroberfläche ist.

Ist überhitzter Dampf erforderlich, muss der Sattdampf durch einen Überhitzer geleitet werden. Das ist einfach ein Wärmetauscher, in welchem dem Sattdampf zusätzliche Energie zugeführt wird.

Bei Wasserrohrkesseln ist der Überhitzer eine zusätzlich in den Verbrennungsraum hängende Rohrschlange, in der die Rauchgase die erforderliche Überhitzung erzeugen (siehe Abbildung 3.4.4.). In anderen Fällen wie zum Beispiel in einem BHKW, in dem die Abgase der Turbine relativ kalt sind, ist ein separat befeuerter Überhitzer erforderlich, um die zusätzliche Wärme zu liefern.

Wenn eine genaue Regelung des Überhitzungsgrades erforderlich ist, wie bei Dampf, der für den Antrieb von Turbinen genutzt wird, ist ein Dampfkühler (Einspritzkühler) eingebaut. Das ist ein Apparat, der nach dem Überhitzer installiert ist, welcher Wasser in den überhitzen Dampf einsprüht, um seine Temperatur zu reduzieren.