Viessmann Fachtagung 2011

8/18/2019 Viessmann Fachtagung 2011

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© V i e s s m a n n W e r k e

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G e e s t r a F a c h t a g u n g

V o r l a g e 1

Jörg Jungbluth

Viessmann Deutschland GmbH

Modernisierung inDampf- undKondensatanlagen

Gründe und RealisierungeinesDampfkesselaustausches


V o r l a g e

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Warum Dampfkesseltausch ?Der Kessel ist doch noch “gut”

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G e e s t r a

F a c h t a g u n g

Defekte/Havarien

Effizienzsteigerung /Kostenreduzierung wegen

hohem Verbrauch hohen Verlusten geändertem Nutzungsprofil


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Meilensteine in der Kessel-EntwicklungVon älter zu modern

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1962

2001

2011

Das System wird dem Kessel angepasst

Der Kessel wird passend zumSystem konstruiert mitmodernen Konstruktions- undFertigungsmethoden


Konstruktionsprinzipien Auslegung

Prüfstandversuche zur Absicherungder Auslegung

Simulation der Belastungen im Betriebszustand(Druck und Temperatur)

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V o r l a g e

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G e e s t r a

F a c h t a g u n g

Auslegung und Festigkeitsberechnung nach TRDund Verbändevereinbarungen

Anwendung anderer Regelwerke auf Kundenwunsch

ergänzend AD 2000


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KonstruktionsprinzipienGrundsätze

Eckankerberechnung nach Vereinbarung 2003/1

Eckanker sind immer paarweise angeordnet.Die zulässigen Spannungen liegen deutlich unter dennach der Vereinbarung Dampfkessel zulässigen Werten.

Niedrige Spannung im Bauteil=> erhöhte Lebensdauer.

Ein Reißen der Eckanker ist bei Vitomax Kesseln unbekannt.

Besichtigungsanforderungen nachVereinbarung 2003/1 / DIN EN 12953

Ausrüstung mit ausreichender Anzahl anBesichtigungs- und Befahröffnungen, um imRevisionsfall an alle wichtigen Stelleninnerhalb des Kessels heranzukommen.Das führt zu den längstmöglichen Prüffristenfür die innere Prüfung (innere Prüfung alle 3Jahre in DE).

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KonstruktionsprinzipienBetrieb

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G e e s t r a

F a c h t a g u n g

Großzügig dimensionierter Dampfraum mit niedriger Dampfraumbelastung undintegriertem Dampftrockner sorgt für hohe Dampfqualität.

Stutzenausrüstung auf jeweiligeEinsatzbedingungen abgestimmt

Großes Kesselvolumenfür guteEnergiespeicherung undweniger Brennerstarts


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KonstruktionsprinzipienKessel nur aus Stahl – keine Ausmauerungen

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Wassergekühlte hintere Wendekammer (Werden Schamottsteine verwendet, heizen diese sich bis zum Glühen auf und wirken durchihre Abstrahlung auf die Flamme ein und haben eine erhöhte Wärmeabstrahlung desKessels zur Folge. Schamottsteine sind Verschleißteile und müssen regelmäßig inspiziertund ggf. erneuert werden.)


KonstruktionBrennerdurchführung

Wassergekühlte Brennerdurchführung

Gleichbleibende Temperatur um Brennerkopf Dauerhaft niedrige NOx - Werte Keine Rückstrahlung, da keine Ausmauerung

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G e e s t r a

F a c h t a g u n g


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KonstruktionSchweißnahtvorbereitung und Rauchrohranordnung

Rauchrohranordnung:

spannungsarmraumoptimiertMindestabstände:Rohr/Rohr 25 mm

Rohr-Umlenkung 40 mm

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Hochdruck Dampferzeuger für Sattdampf mit ECO*

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G e e s t r a

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* Eco: wahlweise integriert, oben aufgesetzt, hinten angestellt

Vitomax 200-HSTyp M73

bis 25 bar (30 bar)0,5 – 4 t/h

Vitomax 200-HSTyp M75bis 25 bar5 – 26 t/h

Brennraumbelastung < 1,3 MW/m³

Kesselwirkungsgrad bis 95 % mit ECO

Großer Dampfraum, große Ausdampffläche, integrierter Tropfenabscheider für hoheDampfqualität

Weite Wasserwände und große Abständezwischen den Heizgasrohren

Mit belastbarer Kesselabdeckung

Mit wassergekühlter Vorderwand


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Abhitzekessel für z. B. Gasturbinen

Geeignet für Abgase aus

folgenden Brennstoffen: Heizöl EL und Erdgas.

Einsatz von anderen Brennstoffen wie z.B.

Tierfett, Festbrennstoffe und Abwärme ausbelasteter Abluft.

Leistungsanteil aus der Abhitzenutzung: 10...30 % der Gesamt-Kesselleistung

max. Abgastemperatur der Abgasquelle: ~ 600°C

min. Abgasmenge der Abgasquelle(n): 1.000 Nm3/h

max. Abgasmenge der Abgasquelle(n): 10.000 Nm3/h (Summe d. Abgasquellen)

max. Höhe der Druckstöße der Abgasquelle: 500 mbarmax. zul. wasser-/dampfseitige Druckbelastung: 25 bar

Anzahl der Abhitzequellen: 1 oder 2

Mindest.-RL-Temp. erforderlich ? ja, wie beim konventionellen Kessel


Dampfkesseltausch in einer Brauerei

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Beispiel: Brauerei

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Altanlage:

2 Dampfkessel mit 12 t/h bzw. 8 t/h

8 t/h-Kessel ohne ECO

Abgastemperaturen zwischen180°C - 200°C


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Dampfkesseltausch in einer Brauerei

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Beispiel: Brauerei

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Neuanlage:2 Vitomax 200 HS M235 243 6 t/h,16 bar mit integriertem ECO 200 zurSpeisewassererwärmung

Senkung der Abgastemperaturen um70°C - 80°CEntfall der Kompensationsschaltung

Für den Zeitraum 2009 wurdenfolgende Einsparungen gegenüber2007 erzielt:Brennstoff: 20,8 %Wasser: 30,3 %

Abwasser: 30,3 %Strom: 19,0 %


Optimierung peripherer Komponenten industrieller Dampferzeuger

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Optimierung von Komponenten bei industriellen DampfanlagenReduzierung von Verlusten

Dampfkessel

TWA

CWA

Kondensattank

Mischkühler Absalzentspanner

Dampf

Kühlwasser

Kondensat

Rohwasser

Abschlammventil

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Abstrahlverlust

Dampfverlust

Absalzverlust Abschlammverlust

Wasserverlust

Abgasverlust

Fegedampf / Wrasen

Brenner

Verschmutzung


Optimierung von Komponenten bei industriellen DampfanlagenVerlustgrößen mangels Wartung, Kontrollen etc. – subjektiv beeinflussbar

Dampfkessel

TWA

CWA

Kondensattank

Mischkühler

Absalzentspanner

Dampf

Kühlwasser

Kondensat

Rohwasser

Abschlammventil

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Dampfverlust

Verschmutzung Wasserverlust


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Optimierung von Komponenten bei industriellen DampfanlagenReduzierung von Verlusten durch anlagentechnische Maßnahmen

Dampfkessel

TWA

CWA

Kondensattank

Mischkühler Absalzentspanner

Dampf

Kühlwasser

Kondensat

Rohwasser

Abschlammventil

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Abstrahlverlust

Absalzverlust Abschlammverlust

Abgasverlust

Fegedampf / Wrasen

Brenner


Reduzierung von AbstrahlverlustenMögliche Maßnahme: Veränderung der Dicke der Wärmedämmung

Dampfkessel

Absalzentspanner

Dampf

Abschlammventil

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Abstrahlverlust

HD-Erzeuger 15 t/hp Absicherung 10 bar p Arbeit 8 bar η = 90 %6.000 Bh/a (75 % Teillast)Verbrauch 4.122 tHEL/a


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Wärmeverluste durch veränderte Wärmedämmung

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Mögliche Maßnahme: Erhöhung der Isolierung von 120 mm auf 160 mm

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80 mm

120 mm

160 mm

spez. Wärmeverlust

172 W/m²

122 W/m²

97 W/m²

Beispiel 8 bar

25 W/m²


Wärmeverluste durch veränderte Wärmedämmung

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Mögliche Maßnahme: Erhöhung der Isolierung von 120 mm auf 160 mm

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Mantelfläche Kessel 15 t/h: 73 m²Differenz Wärmeverlust: 25 W/m²

Energieeinsparung: 10.900 kWh/aEinsparung HEL: ca. 1 t/aEinsparung Kosten: ca. 500 €/a

Ergebnis:- geringere Isolierdicke möglich, aber Verbrennungsgefahr anMantelfläche

- Erhöhung der Isolierung möglich, aber mit geringem Nutzen, daMehrkosten beträchtlich sein werden:- größere Einbringmaße- Verlängerung aller Stutzen



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Reduzierung von AbsalzverlustenMögliche Maßnahme: Einsatz einer automatischen Absalzregelung

Dampfkessel

Absalzentspanner

Dampf

Abschlammventil

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Absalzverlust

HD-Erzeuger 15 t/hp Absicherung 10 bar p Arbeit 8 bar η = 90 %

6.000 Bh/a (75 % Teillast)Verbrauch 4.122 tHEL/a

Annahme: Absalzrate: 10% manuell Absalzrate: 5% automatisch


Reduzierung von Absalzverlusten

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Mögliche Maßnahme: Einsatz einer automatischen Absalzregelung

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Reduzierung der Absalzmenge durch automatische Absalzregelung :min. 750 kg/h (gegenüber manueller Absalzung)

mred x (h´9bar -h´SpW) x 6000 h/a x 0,75 750 kg/h x (762-420) kJ/kg x 6000 h/a x 0,75mB = -------------------------------------------------- = ------------------------------------------------------------ = 30035 kg/a

Hu x ήK 42700 kJ/kg x 0,9

Brennstoffeinsparung bei Einsatz einer autom. Absalzung: 30 tHEL /a

Mehrkosten autom. Absalzung ggü. manueller Absalzung: ca. 4.500 € (Brutto)

(Mehrkosten für Wasseraufbereitung unberücksichtigt)



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Reduzierung von Absalzverlusten

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Weitere mögliche Maßnahme: Einsatz einer Osmoseanlage

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HD-Erzeuger 15 t/hp Absicherung 10 bar p Arbeit 8 bar η = 90 %

6.000 Bh/a (75 % Teillast)Verbrauch 4.122 tHEL/a

Annahme: Absalzrate: 5% automatisch Absalzrate: 1 % mit Osmose

Weitere Brennstoffeinsparung bei Einsatz einer Osmoseanlage: 24 tHEL /a

Mehrkosten Osmoseanlage: ca. 15.000,- € (90 % Kondensatrücklauf)


Reduzierung von AbgasverlustenMögliche Maßnahme: Einsatz eines ECO

Dampfkessel

Absalzentspanner

Dampf

Abschlammventil

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Abgasverlust



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40 50 60 70 80 90 100 11089,0

89,5

90,0

90,5

91,0

91,5

92,0

92,5

93,0

93,5

94,0

94,5

95,0

95,5

96,0

Kesselleistung in %

K e s s e l w i r k u n g s g r a d i n %

Reduzierung von Abgasverlusten

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Mögliche Maßnahme: Einsatz eines ECO

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ohne ECO

ECO 200

ECO 100

Vergleich der Kesselwirkungsgradebei 8 bar Betriebsdruck mit integriertem ECO(Werte über alle Kesselgrößen gemittelt)

Einsparung ≈ 154 tHEL/a

Einsparung ≈ 207 tHEL/a


Reduzierung von FegedampfverlustenMögliche Maßnahme: Regelventil und O2 - Messung

TWA

CWA

Kondensattank

Mischkühler

Kühlwasser

Kondensat

Rohwasser

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Fegedampf / WrasenHD-Erzeuger 15 t/hp Absicherung 10 bar p Arbeit 8 bar η = 90 %6.000 Bh/a (75 % Teillast)Verbrauch 4.122 tHEL/a

Fegedampf ca. 1% derDampfleistung


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Reduzierung von FegedampfverlustenMögliche Maßnahme: Regelventil und O2 - Messung

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Fegedampf ca. 1% derDampfleistung

Reduzierung Fegedampf auf ca. 0,5% der Dampfleistungdurch Regelventil und kontinuierliche O2-Messung

0,005 x mD

x (h”105°C

-h´13°C

)m

B= 6000 x ----------------------------------------- = 20,7 tHEL /a

Hu x 0,9 x 0,75

Reduzierung Fegedampf bis auf 0 % der Dampfleistung möglich

41 tHEL/a


Reduzierung von Verlusten durch den Brenner Mögliche Maßnahme: Drehzahlregelung Gebläse und O2-Regelung

Dampfkessel

Absalzentspanner

Dampf

Abschlammventil

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Brenner


Verbesserung Wirkungsgrad durchO2-Regelung um ca. 1,25 % ca. 51 tHEL/a

Reduzierung Stromverbrauch durchDrehzahlregelung um ca. 40 % ca. 90.000 kWh/a (Strom)


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Dampfkesselaustausch – Optimierung der Komponenten

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Zusammenfassung für das Beispiel

V o r l a g e 2 9

Verlustart AbhilfeEinsparung ca. Kostenaufwand

ca. Amortisation

in tHEL/a in % in € in a

Abstrahlungbessere

Dämmung

1,0 0,02 nicht kalkulierbar ---

Absalzung

automatische Absalzung

30,0 0,73 4.500 0,4

Osmose 24,0 0,58 15.000 1,5

Abgas ECO 207,0 5,0 20.000 0,2

Fegedampf Regelung/O2 20,7 0,5 22.000 2,5

Brenner O2-Regelung 51,0 1,25 4.500 0,2

HD-Erzeuger 15 t/hp Absicherung 10 bar p Arbeit 8 bar η = 90 %6.000 Bh/a (75 % Teillast)Verbrauch 4.122 tHEL/aFazit: Es lohnt sich !


Dampfkesselaustausch – Möglichkeiten und Konsequenzen

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Zusammenfassung

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Mögliche Einsparungen für eineGesamtanlage (z.B. Brauerei):

bis 20 %

KesselleistungMögliche Investitionssumme für Amortisation von 3 a

Bei 10 % Einsparung Bei 20 % Einsparung

1 MW 65 T€ 130 T€

5 MW 330 T€ 660 T€

10 MW 650 T€ 1.300 T€

15 MW 980 T€ 1.960 T€

20 MW 1.300 T€ 2.600 T€


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Nur der Scheich wird reich …

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… wenn wir nichts tun

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F a c h t a g u n g

Wartung

IndustrieserviceIndustrieserviceGroGroßßkesselsystemekesselsysteme


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TRD Mit der Verordnung zur Änderung der Betriebssicherheits-verordnung vom 18. Dezember 2008 wurde festgelegt, dass

zum 31. Dezember 2012 alle Technischen Regeln Ihre Gültigkeit

verlieren. D. h. spätestens bis zu diesem Zeitpunkt müssten die

neuen TRBS die alten Technischen Regeln ersetzen.

1.BImSchV Die novellierte BImSchV ist seit dem 22.03.2010 in Kraft.Industrielle Prozesse fallen unter die allgemeingültige Aussage,dass die Abgasverluste


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Viessmann Pyromat

Alternativen:


Komplettprogramm für alle EnergieträgerÖl, Gas, Solar, Holz und Naturwärme


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Jörg Jungbluth

Viessmann Deutschland GmbH

[email protected]

Modernisierung inDampf- undKondensatanlagen

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