Dampfbehandlung, -verteilung und -speicherung

Dampftrocknung

Die sogenannte Dampfqualität wird durch die im Dampfstrom enthaltene Restfeuchtigkeit bestimmt. Möglichst kleine Wasseranteile sind dabei von Vorteil. Dampftrockner können die im Dampf mitgerissenen kleinen Wassertröpfchen abscheiden. Dadurch werden auch die darin enthaltenen Salze oder Verschmutzungen aus dem Dampf entfernt.

Dampfkessel sind hierfür bereits am Dampfentnahmestutzen mit einem Dampfprallblech ausgerüstet. Durch die Umlenkung des Dampfstroms werden die Wassertröpfchen abgeschieden und fallen zurück in den Wasserraum. Damit wird die Restfeuchte im Normalbetrieb bereits auf 1 ... 3 % reduziert. Für die meisten Anwendungen ist dies ausreichend.

Nur bei sehr schnellen Lastschwankungen auf der Verbraucherseite oder dem Einsatz eines Überhitzermoduls ist eine weitere Reduzierung der Dampfnässe notwendig. Dies kann durch einen Demister, der mit einem speziellen Drahtgestrick versehen und ebenfalls unterhalb des Dampfentnahmestutzens angeordnet ist, erreicht werden. Die Restfeuchtigkeit lässt sich dann auf etwa 0,1 % reduzieren.

Durch Wärmeverluste in der Dampfleitung erhöht sich die Dampfnässe entlang der Rohrleitung, weshalb auch direkt vor Dampfverbrauchern, insbesondere bei Dampfeinsatz zu Trocknungszwecken, ein Dampftrockner eingesetzt werden kann. Im Dampftrockner wird der nasse Dampf tangential in den Trockner geleitet und durch die Zentrifugalkräfte die schwereren Tröpfchen nach außen gedrückt und an der Wand abgeschieden. Im unteren Bereich erfolgt dann eine Umlenkung um 180°, wobei die kleineren Wassertröpfchen abgeschieden werden und Dampf mit einer Restfeuchte von < 0,5 % ausströmt.

Ein Demister, wie er unter der Dampfentnahme im Dampfkessel angeordnet wird

Dampfdruckreduzierung

Eine Dampfdruckreduzierung kann aus mehreren Gründen erfolgen:

Ausgleich der Druckschwankungen im Dampfkessel und damit sehr konstantes Druckniveau für die Dampfverbraucher
Trennung von starken Lastsprüngen am Verbraucher von der Kesselleistungsregelung
Verbraucher benötigen unterschiedliche Druckniveaus
Verbraucher mit geringerem maximal zulässigem Überdruck als der Dampfkessel

Die Dampfdruckreduzierung erfolgt über sogenannte Druckreduzierstationen, welche entweder motorisch, pneumatisch oder mediumsgesteuert sind. Mediumsgesteuerte Reduzierstationen kommen ohne Hilfsenergie und elektrische Komponenten aus, haben aber mitunter eine schlechtere Regelgüte als motorisch oder pneumatisch gesteuerte Ventile.

Dampfdruckreduzierstation (pneumatisch, motorisch, mediumsgesteuert)

	Absperrventil (Vordruckseite)
	Schmutzfänger
	Druckanzeiger (Vordruckseite)
	Regelventil (pneumatisch)
	Regelventil (motorisch)
	Regelventil (mediumsgesteuert)
	Absperrventil (Hinterdruckseite)
	Sicherheitsventil
	Druckanzeiger (Hinterdruckseite)
	Druckaufnehmer

Dampfverteilung

Dampfverteiler werden eingesetzt, um an einer zentralen Stelle (meist im Kesselhaus) den durch einen oder mehrere Kessel erzeugten Dampf zu bündeln und anschließend auf die verschiedenen Verbraucher des Betriebs, sowie die Aufheizung des Speisewassers, aufzuteilen.

Durch die 180°-Umlenkung des Dampfs vom Erzeuger zum Verbraucher wird der Dampf zudem noch getrocknet, also die Restfeuchte reduziert.

Üblicherweise wird am Dampfverteiler auch der Druck zur druckgesteuerten Kesselfolgesteuerung gemessen.

Vorteile:

Bündelung des Dampfs von den Dampferzeugern
Verteilung auf die Verbraucher
Regelung der Kesselfolgesteuerung
Dampftrocknung und Entwässerung

Schematische Darstellung eines Dampfverteilers

	Zuführende Dampfleitung von Kessel 1			Abführende Dampfltg. zur Speisewasserentgasung
	Zuführende Dampfleitung von Kessel 2			Reservestutzen für weiteren Verbraucher
	Reservestutzen für weiteren Kessel			Manostatrohr mit Druckanzeiger (PI) und Druckmessumformer (PIC)
	Abführende Dampfltg. zum Verbraucher 1			Kondensatleitung zum Kondensatbehälter
	Abführende Dampfltg. zum Verbraucher 2			Entleerung

Dampfspeicherung

Der Dampfspeicher dient der Speicherung eines begrenzten Energieinhalts, der bei Druckabsenkung als Entspannungsdampf zur Verfügung steht.

Info zu Entspannungsdampf

Der Einsatzbereich des Dampfspeichers ist:

Die Deckung von Spitzenlasten bei kurzzeitiger Überschreitung der Kapazität installierter Dampfer-zeuger (z. B. bei Anfahrprozessen von Verbrauchern, Autoklaven, wenigen großen Chargenprozessen)
Die Dämpfung von schnellen Lastschwankungen bei Verbrauchern mit starkem zyklischem Dampfbedarf (z. B. bei kurzen wiederkehrenden Dampf-Verbrauchsspitzen, vielen kleinen Chargenprozessen)

Abbildung eines Dampfspeichers

Rohrleitungsschema Dampfspeichermodul SAM

LI

Niveauanzeiger

PI

Druckanzeiger

TI

Temperaturanzeiger

Speiseleitung	Anfahrleitung	Chemikaliendosierung
Dampfleitung zu den Verbrauchern	Entlüftungsleitung	Probewasserentnahmeleitung
Aufheizdampfleitung	Überdruckabsicherungsausblaseleitung	Ablassleitung und Überlauf

Durch den korrekten Einsatz eines Dampfspeichers ergeben sich folgende Vorteile:

Für den Kessel:

Reduzierte Kesseldruckschwankung. Dadurch verringerte mechanische Belastung und höhere Lebensdauer des Kesselkörpers
Reduzierung der Schalthäufigkeit der Feuerungsanlage. Dadurch verringerte Vorlüftverluste und erhöhte Lebensdauer des Kessels

Für die Verbraucher:

Abdeckung besonders hoher Lastspitzen. Dadurch kleinerer Dampfkessel möglich
Weniger Wassermitriss. Dadurch bessere Dampfqualität

Der Dampfspeicher ist ein dickwandiger, speziell auf die starke Druckwechselbeanspruchung ausgelegter Behälter. Wie der Dampfkessel unterliegt er auch der regelmäßigen Überwachung und Druckprüfung durch die zugelassene Überwachungsstelle.

Der Dampfspeicher ist zu etwa 50 % mit siedendem Wasser gefüllt und wird mit dem Dampf aus dem Kessel auf den Ladedruck aufgeheizt.

Durch das Öffnen verbraucherseitiger Absperreinrichtungen wird der Speicher entladen. Dabei reduziert sich der Druck im Speicher. Durch die Druckreduzierung verdampft ein Teil des siedenden Wassers, es entsteht also sogenannter Entspannungsdampf. Die Menge ist dabei umso größer, je größer der Wasserinhalt des Speichers ist und je tiefer die Druckabsenkung erfolgt.

Info zu Entspannungsdampf

Beim erneuten Aufheizen wird dem Speicher die gleiche Dampfmenge zugeführt die zuvor entnommen wurde. Damit ist es im Regelfall nicht erforderlich, dem Dampfspeicher während des Betriebs zusätzliches Speisewasser zuzuführen.

Die Möglichkeit des Einsatzes eines Dampfspeichers kann bereits bei der Neuplanung von Kesselanlagen aber auch als Nachrüstung zur Verbesserung in bestehenden Prozessen geprüft werden. Beim Einsatz von Dampfspeichern ist die Einbindung in das gesamte Dampfsystem vom Dampfkessel bis zum Verbraucher besonders wichtig, da nur bei einem optimalen Zusammenspiel aller Komponenten die Vorteile richtig zur Geltung kommen. Die für den Dampfspeicher entscheidenden Parameter des Prozesses und der Anlage sind in der nachfolgenden Abbildung dargestellt.

Einflussparameter für die Planung und Dimensionierung eines Dampfspeichers

Überschreitung der installierten Leistung der Dampferzeuger (Beispiel 1)	Dämpfung eines zyklischen Dampfbedarfs (Beispiel 2)
Kessel 9 000 kg/h	Kessel 9 000 kg/h
Verbraucherpeak 15 000 kg/h, insgesamt etwa 350 kg über 260 s	Verbraucherpeak 11 500 kg/h, insgesamt etwa 28 kg pro Peak über 51 s, wiederholt alle 92 s
Dampfspeicher 20 m³ mit 65 % Wasserfüllung	Dampfspeicher 5 m³ mit 50 % Wasserfüllung
Restfeuchte im Dampf bis zu 5 % erlaubt	Restfeuchte im Dampf < 2 %
Speicher geladen nach 700 s	–
Speicherladedruck 13 bar und Entladung ≤ 9,3 bar	Speicherladedruck 12 bar und Entladung ≤ 10,5 bar

Beispielhafte Einsatzfälle eines Dampfspeichers (Vereinfachte und idealisierte Berechnung)

Druckverlauf in einem Dampfspeicher (Beispiel 1)

	Druck im Dampfspeicher
	Verbraucherdampfabnahme
	Kesseldampfleistung

Druckverlauf in einem Dampfspeicher (Beispiel 2)

	Druck im Dampfspeicher
	Verbraucherdampfabnahme
	Kesseldampfleistung