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Effizientere Dampferzeugung durch Venturidüsen-Kondensatableiter

Industriellen Gasverbrauch drastisch reduzieren 

Durch den Überfall Russlands auf die Ukraine hat sich die Energie- und Rohstoffversorgung Europas drastisch verschärft. Die Abkehr von russischen Gasimporten hat zu großen Verwerfungen geführt. 2020 war Deutschland noch zu 55 Prozent von russischem Erdgas abhängig – inzwischen kommt kaum noch russisches Erdgas in Deutschland an.

Lieferstopps und angebliche Wartungsarbeiten haben bereits letztes Jahr für steigende Preise gesorgt. Als Großverbraucher von Erdgas reagieren Chemie- und Pharmaunternehmen besonders empfindlich auf Unsicherheiten und steigende Preise. Jede Einsparmaßnahme ist daher willkommen: Eine effiziente und einfache Möglichkeit besteht in der Optimierung von Dampfversorgungssystemen mit modernen Kondensatableitern, wie den modularen ECOFLOW Venturidüsen-Kondensatableiter von EBE Engineering

Für die Unternehmen der Prozessindustrie, die Erdgas und Strom nach wie vor als wichtigste Energieträger nutzen, ist die Situation existenzgefährdend. So macht in der Chemie- und Pharmaindustrie Erdgas 43,6 Prozent am Gesamtenergieverbrauch von 215 TWH 43,6 Prozent aus. Vergleicht man sämtliche Industriesektoren des verarbeitenden Gewerbes in Deutschland miteinander, so ist die Chemie- und Pharmaindustrie mit 99 TWH für 31,4 Prozent (2020) des gesamten Erdgasverbrauchs verantwortlich. Die wichtigsten Anwendungsbereiche für Erdgas im Industriesektor ist die Bereitstellung von Prozesswärme in Industrieöfen mit rund 90 TWh/a und die Dampferzeugung mit rund 95 TWh/a Erdgasbedarf. Hinzu kommen weitere 30 TWh/a in der stofflichen Nutzung

Aktuell entspannen sich die Märkte dank voller Gasspeicher, milder Witterung, erreichter Einsparungen und der Einigung auf eine Preisbremse zwar wieder. Doch die Unsicherheiten bestehen weiter und die Unternehmen sind angehalten, ihren Verbrauch dauerhaft zu reduzieren. Das gilt ganz besonders mit Blick auf das übergeordnete Ziel des Klimaschutzes.

Dampf als Energieträger

Um größere Verluste zu vermeiden und um Energie – insbesondere Gas – einzusparen, haben viele Hersteller dem Verband der Chemischen Industrie (VCI) zufolge ihre Produktion schon gedrosselt. Viele von ihnen sahen sich in den vergangenen Wochen und Monaten bereits dazu gezwungen, ihre Produktion zurückzufahren. Andere wiederum sind auf andere Brennstoffe wie Heizöl umgestiegen. Diese drastischen Schritte gefährden die Wettbewerbsfähigkeit und die Zukunft der Unternehmen.

Da Gas als Grundstoff für die Produktherstellung unverzichtbar ist, gilt es alle Möglichkeiten zur Einsparung von Erdgas in der Energieerzeugung voll auszuschöpfen. Mit der Dampferzeugung als großem Verbraucher steht in vielen Betrieben dabei eine wichtige Stellschraube zur Einsparung von Gas zur Verfügung.

Gemäß den ASME-Dampftabellen werden 2.500 kJ Energie benötigt, um 1 kg 1.000 kPa Sattdampf zu erzeugen. Das entspricht 722 kWh pro Tonne erzeugtem Dampf. Je nach Dampfsystem wird der erzeugte Dampf ganz oder teilweise über die Kondensatableiter in das Kesselhaus zurückgeführt. Der zurückgegebene Prozentsatz spiegelt die Gesamteffizienz des Systems wider. Wenn das System geschlossen, d. h. das gesamte Kondensat wird über Kondensatableiter in den Kessel zurückgeführt, und perfekt effizient ist, wird eine 100-prozentige Rückführung des gesammelten Kondensats erwartet. Doch Systemverluste führend dazu, dass während des gesamten Prozesses Dampf verloren geht. Einer der Hauptfaktoren für Dampfverluste sind ausgefallene Kondensatableiter.

Kondensatableiter als Schlüsselkomponente 

Ein Kondensatableiter ist ein selbständiges Ventil, das zum Ableiten von Kondensat unter Abdämmung des Frischdampfes in einem Dampfsystem verwendet wird. Ziel ist es, Kondensat, Luft und nicht kondensierbare Gase aus dem Dampfsystem in das Kondensatsystem zu leiten und gleichzeitig das Austreten von Frischdampf zu verhindern. Nur so ist sichergestellt, dass das Dampfsystem effizient und damit energiesparend arbeitet.

Mechanische Kondensatableiter sind in einer Dampfanlage oft ein Schwachpunkt. Sie sind die Schnittstelle zwischen der Dampf- und der Kondensatschiene. Etwa drei bis fünf Prozent Frischdampf und damit wertvolle Energie kann über diese Armaturen schon im Neuzustand entweichen. 

Venturidüsen-Kondensatableiter, wie die modularen ECOFLOW Venturidüsen-Kondensatableiter von EBE Engineering, arbeiten nach einem anderen Prinzip. Im Gegensatz zu herkömmlichen Kondensatableitern leitet der Venturidüsen-Kondensatableiter kontinuierlich ab und nicht in Intervallen. Diese kontinuierliche Ableitung wird lediglich durch Entspannungsdampf gedrosselt, wenn sich der Dampf der Düse nähert und das extrem heiße Kondensat hinter der Düse entspannt und einen Gegendruck erzeugt. Wenn sich dann Kondensat staut, kühlt es sich etwas ab und der Entspannungsdampf bzw. Gegendruck verringert sich, das Kondensat fließt wieder normal ab. 

Im Betrieb schaltet der Ableiter kontinuierlich zwischen unter Dampfdruck strömendem (ähnlich wie Wasser aus einem Wasserhahn) Kondensat und durch Entspannungsdampf gebremstem Kondensat hin und her. Entspannungsdampf reduziert die Geschwindigkeit des abfließenden Kondensats extrem und verhindert effektiv den Austritt von Frischdampf in die Kondensatleitung. Dieser Prozess ist selbstregelnd und passt sich dem Hauptdampfdruck automatisch an. Durch sein Funktionsprinzip erhöht der Venturidüsen-Kondensatableiter also die Effizienz des gesamten Dampfsystems.

Einsparungen von bis zu 30 Prozent 

​Da der Venturidüsen-Kondensatableiter rein physikalisch arbeitet, hat er keine mechanische Wirkung und somit auch keinen mechanischen Einfluss auf das Dampfregelsystem. Er folgt den Regelanforderungen des Dampfregelventils und wirkt nicht gegen dieses, wie es bei mechanischen Kondensatableitern der Fall ist. Dies führt bei Batch-Verfahren zu einem kürzeren Heizzyklus. Außerdem weist er einen kontinuierlichen Kondensatfluss auf, d. h. einen konstanten Kondensatfilm an der Wärmetauscherwand. Durch den gleichmäßigen Betrieb ist die Wärmeübertragung konstant und die Solltemperatur wird schnell erreicht. Das besondere Funktionsprinzip kann die Gesamtzykluszeiten der Chargen verringern und die Produktionskapazität steigern.

Bei Unternehmen, die unterschiedliche Produkte herstellen, fallen auch unterschiedliche Massenströme an Kondensat an. Neben der Dampf- und Zeiteinsparung ist deshalb auch die Flexibilität der Venturidüsen-Kondensatableiter ein Vorteil. Ihr Einsatzbereich deckt sämtliche Bedingungen für industrielle Anwendungen ab. Obwohl die Betriebsbereiche für Venturidüsen-Einsätze kleiner sind als bei herkömmlichen Schwimmer- oder Glockentypen, hat die praktische Erfahrung gezeigt, dass diese Ableiter in den meisten Fällen nur zehn oder 20 Prozent des Bereichs benötigen. Ein entsprechend ausgelegter Venturidüsen-Kondensatableiter arbeitet über 70 bis 80 Prozent seines Betriebsbereichs, deckt aber 100 Prozent der Prozessbedingungen ab. Das macht ihn wesentlich effizienter.

Die Hersteller selbst schätzen, dass bis zu zehn Prozent aller installierten mechanischen Ableiter jährlich ausfallen. Erfahrungen und praktische Tests haben gezeigt, dass Venturidüsen-Kondensatabscheider die Dampfverluste im Vergleich zu mechanischen Ableitern komplett eliminieren und somit Energie von zehn bis 30 Prozent einsparen. Mit Blick auf die Gaspreiskrise und immer dringlicher werdende Klimaschutzmaßnahmen ist das ein bedeutender Beitrag für die Zukunftsfähigkeit – nicht nur von Unternehmen in der Prozessindustrie.

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