In vielen Wäschereibetrieben stellt ich die Frage nach den Möglichkeiten der Kostenreduzierung in Verbindung mit der Dampfkesselanlage. Wesentliche Kostenfaktoren für den Betrieb eines Dampferzeugungsanlage sind Brennstoff- und Stromkosten sowie Kosten für die Versorgung der Anlage mit Wasser und Entsorgung von Abwasser.
Für die Versorgung der Maschinen in einer Wäscherei werden in der Regel Dampfdrücke von 10 bis 14 bar benötigt. Die entsprechenden Dampftemperaturen liegen im Bereich von 185 bis 200 °C. Diese Tatsache führt dazu, dass die Dampferzeuger mit Abgastemperaturen von bis zu 260 °C betrieben werden. Solche Anlagen trifft man immer wieder. Der erste Schritt ist die Nachrüstung der Kesselanlage mit einem Economiser (ECO). In diesem Wärmetauscher wird die Energie der heißen Abgase für die Vorwärmung des Speisewassers genutzt. Diese Lösung erlaubt es, die Temperatur der Abgase von ca. 250 bis 260°C auf das Niveau von 140 bis 150 °C zu reduzieren. Somit werde der feuerungstechnische Kessel-Wirkungsgrad um ca. 4 Prozent verbessert.
Um noch höhere Wirkungsgrade erreichen zu können, werden die Kessel mit der zweiten ECO-Stufe ausgerüstet. Hier arbeitet man mit der Kondensation. Diese ECO-Stufe wird aus Edelstahl gefertigt und widersteht somit dem Sauerstoff im Wasser als auch dem aggressiven Kondensat. Je nach der Menge des kalten Wassers, das durch das Register strömt, lassen sich Abgastemperaturen um 50 °C erreichen. Diese Maßnahme erbringt eine zusätzliche Wirkungsgraderhöhung von ca. 6 Prozent. In vielen Fällen lassen sich solche Um- bzw. Nachrüstungen technisch umsetzen.
Richtige Wasseraufbereitung
Ein wichtiger Aspekt beim Betrieb eines Dampferzeugers ist die richtige Wasseraufbereitungsanlage. Diese muss richtig gewählt werden. Je nach Qualität des Ausgangswassers muss mehr oder weniger unternommen werden, um die optimale Wasserqualität zu erreichen. Die Wasserhärte wird in Deutschland in Grad deutscher Härte angegeben. Die Bandbreite der Wasserhärte reicht dabei von 8 °dH in Bremen oder Dresden über 19 °dH in Mannheim und Berlin bis 41 °dH in Würzburg.
Die einfachste Art der Wasserenthärtung erfolgt durch Kationenaustauscher. Dabei werden die Ionen von Härtebilder Kalzium Ca2+ und Magnesium Mg2+ gegen Ionen von Natrium Na+ getauscht. Dabei wird Kalzium und Magnesium verdrängt. Im Gegenzug wird das Wasser mit Natrium-Ionen gesättigt. Diese Aufbereitungsmethode funktioniert bei weichem Wasser. Bei Rohwasser mit mittlerer und hoher Härte führt diese Art der Aufbereitung zu sehr hohen Absalz- und Abschlamm-Mengen.
Der Betrieb einer Dampfkesselanlage bei Rohwasser mit 40°dH und nur einer Enthärtungsanlage bringt Absalzraten in Höhe von 40 bis 50 Prozent mit sich und verursacht enorme Kosten. Nicht nur Wasser an sich geht verloren. Wichtig zu wissen ist, dass das Kesselwasser im Siede-Zustand aus dem Kessel abgeleitet wird und somit eine beachtliche Energie aus dem Dampferzeuger ableitet.
Umkehr-Osmose
Um die Verluste durch die Absalzung und Abschlammung des Dampferzeugers auf das Niveau von 1 bis 2 Prozent zu reduzieren, empfiehlt sich die Verwendung einer Umkehr-Osmose-Anlage. Dadurch wird das Wasser durch spezielle Membranen gefiltert. Die Wassermoleküle H2O gehen durch, die Salze werden dagegen zurückgehalten. Man erhält praktisch demineralisiertes (entsalztes) Wasser. Die Betriebskosten sinken enorm. Es gibt Betriebskostenrechner, die unter der Heranziehung der Wasser- und Brennstoff-Preise die Amortisationsdauer
einer solchen Anlage kalkulieren.
Brüdendampf nutzen
Eine weitere Möglichkeit der Energie- und somit Kosteneinsparung ist die Nutzung des Brüdendampfes. Ein Abdampfstrom, der normalerweise aus dem Entgaser einfach in die Atmosphäre abgeleitet wird. So rechnet man pro Tonne Speisewasser mit 1,5 kg Brüdendampf. Dies sind bei einem Dampferzeuger von 1.500 kg/h und 9 Betriebsstunden pro Tag 20,25 kg Dampf, die einfach verlorengehen. Würde man mit einem Wärmetauscher diese Energie nutzen, käme man auf ca. 6.000 kWh pro Jahr, die eingespart werden könnten. Diese Energiemenge steckt in etwa 620 m3 Erdgas.
Nicht nur Wasser- und Brennstoff-, sondern auch die Stromkosten zählen zu den wesentlichen Posten in der Betriebskostenstruktur einer Dampfanlage. Die größten Stromverbraucher in einer Kesselanlage sind dabei die Pumpenantriebe und das Brennergebläse.
Eine Anpassung der Förderleistung der Speisewasserpumpe mithilfe der Drehzahlregelung über einen Frequenzumrichter reduziert die Wellenlast der Pumpe. Die angepasste Leistungsaufnahme hat direkten Einfluss auf die Energiekosten. Je nach Anwendung und Pumpentyp sind Einsparungen von bis zu 50 Prozent und mehr realistisch.
Durch die Drehzahlregelung der Pumpe wird eine kontinuierliche Niveau-Regelung des Kesselwassers möglich. Das bringt eine stetige Nachspeisung mit sich und eine Vermeidung der Druckschwankungen und somit Belastungen des Kesselkörpers. Die Pumpe wird nicht ständig ein- und ausgeschaltet, wodurch sich die Lebensdauer der Speisepumpe, der Armaturen und Pumpendichtungen erhöht. Ferner verbessert sich die Effektivität der Wärmeabnahme im Economiser durch den ständigen (nicht zyklischen), an die momentane Leistung angepassten Durchfluss des Speisewassers durch das Register.
Drehzahlregelung des Brennergebläses
Ähnlichen Einfluss auf die Energiekosten hat auch die Drehzahlregelung des Brennergebläses. Bei konventionellen Brennerregelungen läuft das Gebläse mit voller Drehzahl. Die erzeugte Pressung und die Luftmenge entsprechen der Volllast der Feuerungsanlage. Es ist aber offensichtlich, dass der Brenner nicht die ganze Zeit bei 100 Prozent seiner Leistungsfähigkeit läuft. Die Luftmenge, die in den Brennraum gelangt, wird mithilfe der Luftdrossel geregelt. Somit wird ein Teil der Energie, eben über den Elektromotor erst hineingebracht, an der Drossel wieder vernichtet. Es ist offensichtlich, dass eine Anpassung der Förderleistung des Brennergebläses mithilfe eines Frequenzumrichters erhebliches Strom-Einsparpotenzial mit sich bringt. Ferner bietet digitales Feuerungsmanagement der Brenneranlage weitere Einsparmöglichkeiten.
Um diese Möglichkeiten zu verdeutlichen, ein Bespiel: Jeder hat schon davon gehört, dass die Brenner mit einem Luftüberschuss gefahren werden. Die modernen Gebläsebrenner kommen bei Volllast mit λ = 1,2. Sprich es werden 20 Prozent mehr Luft in den Feuerraum hineingefördert, als für die eigentliche Verbrennung notwendig ist.
Um die Größenordnung des Prozesses begreiflich zu machen, muss gesagt werden, dass für die Erzeugung von 1,5 t/h Sattdampf bei 10 bar eine Wärmeleistung von etwa 1.000 kW erforderlich ist. Dafür müssen 103 m3N/h Erdgas verbrannt werden. Für die Verbrennung dieser Gasmenge mit einem Luftüberschuss λ = 1,2 erfordert eine Luftmenge von 1.315 m3N/h. Davon werden die 219 m3N/h Luft einfach als Sicherheitszuschlag durch den Kessel gejagt und im erwärmten Zustand durch den Kamin in die Atmosphäre ausgeblasen. Diese Luft „spühlt“ die Energie aus dem Kessel. Modernes Feuerungsmanagement unter der Verwendung der O2 oder CO-Regelung erlaubt eine sehr genaue Anpassung der Verbrennungsluft-Menge an die tatsächlich notwendige und reduziert somit die Abgasverluste auf ein Minimum.
Betriebskostenrechner: Maßnahmen kalkulieren
Natürlich unterliegen die Investitionsentscheidungen in Verbindung mit oben beschriebenen Ansätzen einer betriebswirtschaftlichen Prüfung. Niemand würde nach dem Motto „Wir müssen sparen, koste es was es wolle“ vorgehen. Es gibt Betriebskostenrechner, die unter der Heranziehung der Wasser-, Brennstoff- und Strom-Preise die Amortisationsdauer solcher Maßnahmen kalkulieren.
Autor: Rudolf Schwarzenberger, BBS GmbH