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Fr Dampfkessel

Date post: 02-Aug-2015
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56
Fachreihe Dampfkessel
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Page 1: Fr Dampfkessel

Fachreihe

Dampfkessel

Page 2: Fr Dampfkessel

2

Pharmawerk L.I.F.E. der B. Braun

Melsungen AG

Zwei Hochdruck-Dampferzeuger Vitomax 200 HS liefern bis zu 40 Tonnen Dampf pro Stunde zurHerstellung von Infusionslösungen.

Page 3: Fr Dampfkessel

Inhaltsverzeichnis

3

Seite

1 Einleitung 41.1 Ziel der Fachreihe1.2 Wasserdampf in der Geschichte

2 Allgemeine Grundlagen 52.1 Wärmeinhalt von Dampf2.2 Anwendungsgebiete von Dampf2.3 Was ist Dampf?

3 Dampferzeugung 93.1 Dampfkessel3.2 Rechtliche Grundlagen3.3 Bestandteile eines Kesselhauses

4 Komponenten einer Dampfkesselanlage 154.1 Dampferzeuger4.2 Brenner4.3 Speisewasservorwärmer/Eco4.4 Abgassystem4.5 Wasseraufbereitung4.5.1 Chemische Wasseraufbereitung4.5.2 Osmoseanlagen4.5.3 Thermische Wasseraufbereitung4.6 Kondensatbehandlung4.7 Steuer- und Schaltanlage

5 Auslegung 345.1 Druck und Leistung5.2 Eigenenergiebedarf einer Dampferzeugeranlage5.3 Kesselspeisewasserniveauregelung5.4 Erlaubnisverfahren für Dampfkesselanlagen in Deutschland5.5 Mehrkesselanlagen

6 Aufstellung 416.1 Aufstellraum6.2 Schallemission6.3 Transport6.4 Einbringung

7 Betrieb 467.1 Betriebsarten7.2 Normen und Vorschriften für den Betrieb7.3 Service

8 Sonderbauarten 508.1 Abhitzekessel8.2 Dampfkessel mit Überhitzer

9 Referenzanlagen 51

10 Moderne Konstruktions- und Fertigungsmethoden sichern hohe Qualität 54

Page 4: Fr Dampfkessel

4

1 Einleitung

Bild 1: Stationäre Dampfmaschine

1.2 Wasserdampf in der Geschichte

Wasserdampf ist seit der Nutzbar-machung des Feuers bekannt; er entstand und entsteht unbeabsichtigtbeim Löschen der Feuerstelle mitWasser oder beim Kochen.

Erste Überlegungen zur technischen Nutzung von Wasserdampf werden Archimedes (287 bis 212 v. Chr.) zu-geschrieben, der eine Dampfkanonekonstruierte. Leonardo da Vinci (1452bis 1519) stellte zu diesem Thema erste Berechnungen an, nach der eine 8 Kilogramm schwere Kugel auseiner solchen Kanone verschossenetwa 1250 Meter weit fliegen würde.

1.1 Ziel der Fachreihe

Ziel der vorliegenden Fachreihe istes, Grundzüge zur Nutzung von Wasserdampf und zu dessen Erzeu-gung in Dampfkesseln zu vermitteln. Da sich die Eigenschaften von Dampferheblich von denen des sonst in derHeiztechnik üblichen Wärmeträger-mediums Wasser unterscheiden,sind einige grundsätzliche Betrach-tungen zum Medium „Dampf“ undzur Dampferzeugung vorangestellt,bevor die einzelnen Komponenten einer Dampfkesselanlage vorgestelltwerden und Hinweise zu Auslegung,Aufstellung und Betrieb erfolgen.

Die Fachreihe beschäftigt sich aus-schließlich mit der Erzeugung vonDampf und geht nicht auf „Heißwas-serkessel“ ein. Die Inhalte beziehensich auf „Landdampf“, also auf diestationäre Dampferzeugung (Bild 1),und klammern Besonderheiten der mobilen Erzeugung, z. B. auf Schif-fen, bewusst aus. Sofern Normenund Gesetze angesprochen sind, liegen europäische Regelungen zu-grunde. Beispielhaft fließen auch Betrachtungen ein, die auf deutschenVorschriften beruhen und nicht ohneweiteres auf andere Länder über-tragen werden können.

Bild 2: Gysire und Vulkane sind natürliche Erzeuger von Wasserdampf

Auf Denis Papin geht die praktischeAusführung des Schnellkochtopfes(um 1680) zurück. Dieser erste Druck-behälter wurde bereits mit einem Sicherheitsventil ausgerüstet, nach-dem ein Prototyp bei den ersten Versuchen explodiert war.

Die Nutzung der Dampfmaschine ab etwa 1770 machte es notwendig,das Arbeitsmittel Wasserdampf theoretisch und praktisch näher zuuntersuchen. Zu den Praktikerngehören James Watt und Carl GustavPatrik de Laval, die beide durch dieVermarktung ihrer Maschinen zuwohlhabenden Männern wurden.

Page 5: Fr Dampfkessel

5

2 Allgemeine Grundlagen

Wärmeinhalt Wasser: 417,5 kJ

(1 kg, 100 °C)

Wärmeinhalt Wasserdampf: 2675,4 kJ

(1 kg, 100 °C, 1 bar)

Wärmeinhalt [kJ]

Bild 3: Wärmeinhalt von Wasser und Wasserdampf

Bild 4: Wasserkochen

2.1 Wärmeinhalt von Dampf

Der Vorteil von Dampf als Wärme-trägermedium liegt darin, dass er imVergleich zu Wasser eine deutlichhöhere Wärmekapazität besitzt (Bild 3).

Bei gleicher Masse und Temperaturist die im Dampf enthaltene Wärme-menge mehr als 6-mal so groß wiebei Wasser. Dies liegt daran, dass fürdie Verdampfung von Wasser eineerhebliche Verdampfungsenergieaufgewendet werden muss, die dannim entstandenen Dampf enthalten istund bei der Kondensation wieder freiwird.

Bekannt ist dieses Verhalten z. B.vom Wasserkochen (Bild 4): Um den Inhalt eines Topfes zu verdamp-fen, ist eine erhebliche Zeit für dieWärmeaufnahme über die Herdplatteerforderlich. Die in dieser Zeit zu-geführte Energie dient einzig der Verdampfung, die Temperatur vonWasser bzw. Dampf bleibt gleich (100 °C bei Normaldruck) (Bild 5).

Daraus ergibt sich ein wesentlicherVorteil von Dampf als Wärmeträger:Zur Übertragung der gleichen Wär-memenge muss im Vergleich mitWasser nur ein Sechstel der Massebewegt werden.

Zeit

Te

mp

era

tur

sieden

Siedetemperatur

x = 0 x = 1

Bild 5: Siedeverhalten

Page 6: Fr Dampfkessel

6

Allgemeine Grundlagen

2.2 Anwendungsgebiete von Dampf

Wasserdampf wird in vielen Berei-chen der industriellen Produktion als Energieträger und als Träger chemischer Substanzen eingesetzt.Typische Einsatzfelder sind unter anderem die Papier- und Baustoff-industrie, Raffinerien, die pharma-zeutische Industrie sowie die Ver-arbeitung von Lebensmitteln im industriellen Maßstab. Dampf treibtTurbinen zur Stromerzeugung an,vulkanisiert Gummiprodukte und sterilisiert Verpackungen.

Typische Einsatzgebiete für stationär

erzeugten Dampf:

– Dampfturbinen,– Dampfheizungen (Träger der

Wärmeenergie),– chemische Prozesse: als Energie-

träger sowie als Träger der Reagenzien,

– Lebensmittelindustrie (Fruchtsaft-herstellung, Brauereien, Nudel-und Käseherstellung, Molkereien,Großbäckereien), auch zu Sterili-sationszwecken

– Düngemittelindustrie,– Vulkanisierung von Gummi-

produkten,– pharmazeutische Industrie zu

Sterilisationszwecken sowie alsTräger therapeutischer Stoffe,

– Baustoffindustrie,– Papierindustrie,– Raffinerien (Crackverfahren von

Rohöl),– Holzverarbeitung (Verformung

von Holz),– zum Erzeugen eines Vakuums

durch Verdrängung der Luft undanschließende Kondensation.

Die Erzeugung von Wasserdampf fürdie industrielle Nutzung und seine„Handhabung“ unterscheiden sich in einigen Punkten erheblich von derüblichen Wärmeerzeugung in derHeiztechnik mit Wasser als Wärme-trägermedium. Insbesondere dieHochdruck-Dampferzeugung imgrößeren Leistungsbereich erforderteine besondere Ausstattung der Anlagen.

2.3 Was ist Dampf?

Im Zusammenhang mit dieser Fach-reihe geht es nicht um Mischungenvon Luft und Wasserdampf, sondernausschließlich um trockenen Dampf,der in geschlossenen Systemen(Dampfkesseln) erzeugt wird.

Dampf entsteht aus der flüssigenbzw. festen Phase durch Verdamp-fung bzw. Sublimation.

Im physikalischen Sinne ist Wasser-dampf gasförmiges Wasser.

Mit der Zeit stellt sich bei der Ver-dampfung von Wasser ein dynami-sches Gleichgewicht ein, bei dem genauso viele Teilchen der flüssigenbzw. festen Phase in die gasförmigePhase übertreten wie umgekehrt ausdem Gas zurückwechseln. Der Dampfist dann gesättigt. Wieviele Teilchenvon der einen in die andere Phasewechseln, hängt stark von Druck und Temperatur des betrachteten Systems ab.

Bild 6: Stoffwerte

Temperatur [°C]

Normal-

Siedepunkt

Kritischer

Punkt

Dru

ck [

bar] 0,006

1

221,2

100 374,150,01

Verflüssigung

von Eis unter

Druck

Tripelpunkt

Schmelzpunkt

Kritische Isotherme

Stoffwerte (Bild 6):

Dichte bei 100 °C und 1,01325 bar:0,598 kg/m3

Spez. Wärmekapazität:cp= 2,08 kJ/(kg·K)

Wärmeleitfähigkeit: > 0,0248 W/(m·K)

Tripelpunkt: 0,01 °C entspricht 273,165 K bei 0,00612 bar

Kritischer Punkt: 374,15 °C bei221,2 bar

Page 7: Fr Dampfkessel

7

Allgemeine Grundlagen

Nassdampf, Heißdampf, Sattdampf

Wenn man Wasser in einer kälterenUmgebung unter Zufuhr von Wärmeverdampft, kondensieren Teile desgasförmigen Wassers wieder zu fein-sten Tröpfchen. Der Wasserdampfbesteht dann aus einer Mischungvon feinsten Tröpfchen und gasför-migem, unsichtbarem Wasser. DieseMischung bezeichnet man als Nass-dampf (Bild 7).

Im T-s-Diagramm (Bild 8) erstrecktsich der Bereich des Nassdampfesbis zum Kritischen Punkt bei 374 °Cund 221,2 bar.

Oberhalb dieser Temperatur sindWasserdampf und flüssiges Wasserin ihrer Dichte nicht mehr voneinan-der zu unterscheiden, weshalb mandiesen Zustand „überkritisch“ nennt.Dieser Zustand ist für die Anwen-dung von Dampfkesseln nicht rele-vant. Überkritisches Wasser hat che-misch gesehen besonders aggres-sive Eigenschaften. Unterhalb deskritischen Punktes ist der Wasser-dampf folglich „unterkritisch“, wobeier sich in einem Gleichgewicht mitdem flüssigen Wasser befindet. Wirder in diesem Bereich nach dem voll-ständigen Verdampfen der Flüssig-keit über die zugehörige Verdamp-fungstemperatur weiter erwärmt, so entsteht „überhitzter Dampf“ oder „Heißdampf“. Diese Form desDampfes beinhaltet keinerlei Wasser-tröpfchen mehr und ist in seinemphysikalischen Verhalten ebenfallsein Gas und nicht sichtbar.

Der Grenzbereich zwischen Nass-und Heißdampf heißt „Sattdampf“oder in Abgrenzung zum Nassdampfgelegentlich auch „Trockendampf“.Auf diesen Zustand sind die meistenTabellenwerte über Wasserdampf bezogen.

Wasser Nassdampf Dampf

Behälter-sieden

Wärmezufuhr

Konvektion imDampfkessel

x = 0 x > 0 x = 0,2 x = 0,8 x < 1 x = 1

z. B.: x = 0,8 heißt: 80 % des Wassers liegen als Dampfmenge vor

Bild 7: Nassdampf, Heißdampf, Sattdampf

Bild 8: T-s-Diagramm für Wasser

Te

mp

era

tur

[°C

]

0,0 2,0 4,0 6,0 8.0 10,0

100

0

–100

–200

–273

200

300

400Kritischer Punkt

Entropie [kJ/(kg · K)]

x = Masseanteil Dampf [%]

Zustandsänderung von Wasser bei 100 °C und 1 bar Druck

Verdampfungswärme: 2250 kJ/kg

x = 0

%

x =

20 %

x =

40 %

x = 60 %

x = 80 %

x = 100 %

Page 8: Fr Dampfkessel

8

Kondensation und Siedeverzug

Kühlt man Dampf ab, wird irgend-wann die Taupunkttemperatur er-reicht, bei der der Dampf wieder ge-sättigt ist und bei weiterer Kühlungerneut zu einer Flüssigkeit konden-siert. Im Falle des direkten Übergan-ges vom gasförmigen zum festen Zu-stand, also bei einer Resublimation,nennt man diesen Punkt Frostpunkt.Wird der Dampf unter den Taupunktabgekühlt, ohne dass dabei Konden-sation eintritt, kommt es zu einerÜbersättigung. Grund hierfür ist dasFehlen von Kondensationskeimen, z. B. Staub- oder Eispartikel.

In „Gegenrichtung“ kann der Siede-verzug auftreten: Wasser ohneStaubpartikel oder Gasbläschen lässtsich auch über die Siedetemperaturhinaus erwärmen, ohne dass es zumSieden kommt. Kleinste Störungen,wie zum Beispiel Erschütterungen,die eine Durchmischung nach sichziehen, können zu einer explosions-artigen Trennung der flüssigen vonder Dampfphase führen, was man als Siedeverzug bezeichnet.

Gefahren durch Wasserdampf

Geringe Mengen Wasserdampf können große Mengen Wärme unddamit Energie transportieren. Ausdiesem Grund ist das zerstörerischePotenzial von dampfführenden Apparaturen wie Dampferzeuger und Rohrleitungen erheblich.

Ein üblicher Dampfkessel für indus-trielle Anwendungen ist ein ge-schlossenes Gefäß. Das heißt, derDampf steht in der Regel unter einemDruck, der höher ist als der atmo-sphärische Druck. Während bei Umgebungsdruck aus einem LiterWasser etwa 1700 Liter Dampf werden, reduziert sich das Volumenbei 7 bar Überdruck auf 240 Liter.

Allgemeine Grundlagen

Bild 9: Siedepunktkurve von Wasserdampf

Temperatur [°C]

üb

erh

itzte

r D

am

pf

0 100 200 300 400

Dru

ck [

bar]

0,01

1

100

Tripelpunkt

Kritischer Punkt

Dampf

Flüssigkeit

Leicht nachzuvollziehen ist, dass beieiner Öffnung des Behälters schlag-artig eine Volumenausdehnung statt-findet, die entsprechende Gefahrenmit sich bringt.

Der mit hoher Temperatur und hohem Druck aus einer defektenRohrleitung frei austretende Was-serdampf (im Zustand des „Heiß-dampfes“) ist unsichtbar und kanneinen Strahl von erheblicher Längebilden. Ein großflächiger Kontakt mitdiesem Strahl ist wegen der augen-blicklich eintretenden Verbrühungentödlich.

Page 9: Fr Dampfkessel

9

3 Dampferzeugung

Bild 11: Vitomax 200 HS – Hochdruck-Dampferzeuger

3.1 Dampfkessel

Ein Dampfkessel ist ein geschlos-senes Gefäß, das dem Zweck dient,Dampfdruck von höherem als atmo-sphärischem Druck zu erzeugen.Durch das „Einsperren“ des Damp-fes steigt der Druck und damit dieSiedetemperatur an. Damit wirdauch der Energieinhalt des entste-henden Dampfes größer (Bild 10).

Die verschiedenen Kesseltypen kannman entweder nach der Bauformoder der Feuerungs- bzw. der Brenn-stoffart unterscheiden.

Dampferzeuger werden neben derBauart durch ihre Dampfleistung undihren zulässigen Betriebsüberdruckdefiniert. Zur Hochdruck-Dampfer-zeugung im größeren Leistungsbe-reich stehen im wesentlichen zweiBauformen zur Verfügung: der Was-serrohrkessel und der Flammrohr-Rauchrohr-Kessel (auch als Groß-wasserraumkessel bezeichnet). Beiersterem befindet sich das Wasser in den Rohren, die vom Heizgas umströmt werden. Diese Bauformkommt üblicherweise als Schnell-dampferzeuger bis ca. 30 bar oderaber als Wasserrohrkessel bis etwa300 bar vor.

Solche Drücke können von Flamm-rohr-Rauchrohr-Kesseln prinzipbe-dingt nicht bereitgestellt werden. Bei ihnen strömt das Heizgas (Rauch-gas) durch Rohre, die von Wasserumgeben sind (Bild 11). Je nachGröße haben diese Kessel einenzulässigen Betriebsdruck bis etwa 25 bar und liefern z. B. 25 TonnenDampf pro Stunde. Mit der Bauformdes Flammrohr-Rauchrohr-Kesselskann die überwiegende Zahl der inindustriellen Produktionsprozessenan die Dampferzeugung gestelltenAnforderungen – insbesondere hin-sichtlich Druck und Dampfmenge –sicher und wirtschaftlich erfüllt wer-den. Auch zur Erzeugung von Nieder-druckdampf (bis 1 bar) kommt dieseBauform üblicherweise zum Einsatz.

Wärmeinhalt Wasserdampf: 2777,0 kJ

(1 kg, 180°C, 10 bar)

Wärmeinhalt Wasserdampf: 2675,4 kJ

(1 kg, 100°C, 1 bar)

Wärmeinhalt [kJ]

Bild 10: Wärmeinhalt von Wasserdampf

Bild 13: Vitomax 200 HS – Hochdruck-Dampferzeuger Typ M235,Dampfleistung: 4,0 bis 25,0 t/h

Bild 12: Vitomax 200 HS – Hochdruck-Dampferzeuger Typ M237, Dampfleistung: 0,5 bis 3,8 t/h

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10

Dampferzeugung

3.2 Rechtliche Grundlagen

Bereits 1985 entstand die Forderungnach einheitlichen technischen Rege-lungen, um einen europaweiten Bin-nenmarkt ohne Handelshemmnissezu erreichen. Bis zum Jahr 1997 aller-dings galten in den Ländern der Europäischen Union noch separate Vorschriften für die Herstellung vonDruckgeräten und damit auch fürDampferzeuger.

Für Druckgeräte trat am 29. Mai 1997die „Richtlinie 97/23/EG des Europäi-schen Parlaments und des Ratesvom 29. Mai 1997 zur Angleichungder Rechtsvorschriften der Mitglieds-staaten über Druckgeräte“ (DGRL)mit einer Übergangsfrist von 5 Jah-ren für die Mitgliedsstaaten in Kraft.

Die DGRL gilt für alle Dampfkesselmit einem zulässigen Betriebsdruckvon mehr als 0,5 bar oder einer Betriebstemperatur von mehr als 110 °C und einem Volumen von mehrals 2 Litern. Bei den Inhaltsangabenist zu beachten, dass immer das Gesamtvolumen des Dampfkesselsbetrachtet werden muss.

Für Dampfkessel, deren Betriebs-druck unter 0,5 bar liegt und derenBetriebstemperatur 110 °C unter-schreitet, wird die DGRL nicht ange-wendet. Für diese Anlagen gilt z. B.die Gasgeräte-Richtlinie.

In der DGRL werden alle Verfahrenbis zum Inverkehrbringen des Druck-gerätes geregelt. Neben dem Druck-gerät selbst fallen auch alle Ausrüs-tungsteile mit Sicherheitsfunktionenund druckhaltende Ausrüstungsteilein den Geltungsbereich dieser Richt-linie.

In der Anlage II der DGRL sind diebefeuerten Druckgeräte (Dampf-kessel) in Kategorien unterteilt (Bild 14).

0,5

1

3

10

100

1000

2532

0,1 1 26,25

10 100 400 1000 10 000 V [Liter]

PS = 32

PS[bar]

IVIIIIII

PS · V

= 3000

PS · V

= 200

PS · V

= 50

V =

10

00

PS = 0,5

Art

ikel

3, A

bsa

tz 3

Bild 14: Nach EHI (Association of the European Heating Industry, Leitfaden zur Anwendung derDruckgeräte-Richtlinie 97/23/EG) modifiziertes Diagramm der DGRL

Die Hochdruck-Dampfkessel der Viessmann Serie Vitomax 200 HS sowie die Niederdruck-DampfkesselVitomax 200 LS fallen auf Grund derFormel:

Druck • Inhalt

in die Kategorie IV des Diagramms.

Nur die Kessel der Serie Vitoplex 100LS (Dampferzeuger mit einem zuläs-sigen Betriebsdruck von 1 bar) mit einem Inhalt von weniger als 1000 Litern fallen in die Kategorie III.

Aus den Kategorien III bzw. IV leitensich die nach der DGRL möglichenModulkategorien ab.

Mit den Modulkategorien wird gere-gelt, welche Prüfungen der Herstellerselbst durchführen kann und welchePrüfungen durch eine unabhängigePrüfstelle („Benannte Stelle“ nachDGRL) durchzuführen sind.

Viessmann Hochdruckdampferzeu-ger der Kategorie IV werden bevor-zugt nach dem Modul G geprüft. Dasheißt, dass eine durch den Herstellerbeauftragte „benannte Stelle“ allePrüfungen am Kessel durchführt. Die Prüfungen bestehen aus der Entwurfsprüfung (Prüfung der Druck-teilberechnung und der Konstruktionentsprechend der Normvorgaben),der Kontrolle der Fertigungsver-fahren, der Bauüberwachung, der Festigkeitsprüfung (Druckprüfung)und einer Schlussprüfung.

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11

Dampferzeugung

Bild 16: Vitoplex 100 LS Niederdruck-Dampf-erzeuger, 260 bis 2200 kg/h

Die mit der Prüfung beauftragte Stelle fertigt nach erfolgreich abge-schlossener Schlussprüfung nachModul G eine Konformitätsbeschei-nigung aus.

In der Konformitätserklärung (Bild17) wird durch den Hersteller erklärt,dass der Dampferzeuger die gelten-den Anforderungen der DGRL oderggf. andere relevante Richtlinien erfüllt. Zum Zeichen der Erfüllungdieser Anforderungen bringt der Hersteller an dem Kessel die CE-Kennzeichnung an.

Für Serienkessel ist eine Fertigungnach Modul B (EG-Baumusterprü-fung) möglich. Bei diesem Modulführt der Hersteller die Prüfungen anjedem Serienkessel selbst durch.Voraussetzung ist, dass der Herstel-ler ein zugelassenes Oualitätssiche-rungssystem für die Herstellung, dieSchlussprüfung und alle anderen mitder Herstellung verbundenen Prüfun-gen besitzt und einer Überwachungdurch eine benannte Stelle unter-liegt.

Mit der Anbringung des CE-Kenn-zeichens, der Erstellung der Konfor-mitätserklärung durch den Herstellerund dem Nachweis der Prüfungenentsprechend dem aus dem Bild 14abzuleitenden Modul kann der Kesselohne jegliche Handelshemmnisse imBereich der EU-Mitgliedsstaaten inVerkehr gebracht werden. Die EU-Mitgliedsstaaten müssen davon ausgehen, dass der Kessel sämtlicheBestimmungen der geltenden Richt-linien, z. B. der DGRL, erfüllt (Konfor-mitätsvermutung).

Für Staaten, die nicht zur EU gehörenund auch nicht die DGRL anerken-nen, müssen zwischen dem Herstel-ler und der in dem Land zuständigenÜberwachungsbehörde gesonderteVereinbarungen getroffen werden.

Bild 15: Anlage mit drei Vitoplex – ein Niederdruckdampferzeuger und zwei Warmwassererzeuger

Bild 17: Konformitätserklärung für Kessel

Page 12: Fr Dampfkessel

Dampferzeugung

12

3.3 Bestandteile eines Kesselhauses

Eine funktionsfähige Kesselanlagebesteht neben dem Dampferzeugermit seinen Sicherheits-, Regel-, Anzeige- und Absperrarmaturen auszusätzlichen Baugruppen, die für den Betrieb notwendig sind (sieheBild 63, Seite 32/33).In diesem Abschnitt soll ein Über-blick gegeben und das Zusammen-wirken der Baugruppen dargestelltwerden. Details zu den Baugruppenwerden in den nachfolgenden Ab-schnitten detailliert beschrieben.Eine typische Kesselanlage bestehtaus nachfolgenden Hauptkompo-nenten:

1. Kesselhaus/Kesselaufstellraum

Die bauliche Ausführung des Kessel-hauses richtet sich nach den Bau-ordnungen der Bundesländer. DieAnforderungen an die Aufstellungder Kessel im Raum und in Verbin-dung mit den umgebenen Räumenund deren Nutzung sind in der TRD403 (Technische Regeln Dampf) ge-regelt.

Bild 18: Bestandteile einer Dampfkesselanlage

Bild 19: Vitomax 200 HS Hochdruck-Dampferzeuger Typ M237, Dampfleistung: 0,5 bis 3,8 t/h

Bild 20: Vitomax 200 HS Hochdruck-Dampferzeuger Typ M235, Dampfleistung: 4,0 bis 25,0 t/h

Page 13: Fr Dampfkessel

13

Dampferzeugung

Zum Kesselhaus gehören ebenfallsdie für die Verbrennungsluftversor-gung notwendigen Be- und Entlüf-tungsöffnungen, Einrichtungen fürdie Beleuchtung der Kesselanlageund auch Möglichkeiten für eineKommunikation nach außen.

2. Dampferzeuger

Der Dampferzeuger wird neben derBauart durch seine Dampfleistungund seinen zulässigen Betriebsüber-druck definiert. Zum Dampferzeuger gehören die Sicherheits-, Regel-, Anzeige- und Absperrarmaturen, dasSpeisewasserpumpenmodul, dieFeuerung (Brenner) und die Schalt-anlage. Die Auswahl der Einzelkom-ponenten richtet sich nach der vomBetreiber gewünschten Betriebs-weise der Anlage und den Brenn-stoffen.

3. Economiser

Zur Erhöhung des Kesselwirkungs-grades wird dem Dampferzeuger ein Speisewasservorwärmer (Econo-miser – ECO) in Form einer integrier-ten oder nachgestellten Baugruppenachgeschaltet. Im ECO wird dasSpeisewasser durch das Abgas er-wärmt und das Abgas dadurch ab-gekühlt (Bild 21).

4. Brennstoffversorgung

In Deutschland und seinen Anrainer-staaten werden seit Jahren Heizöl ELund Erdgas als Hauptbrennstoffe eingesetzt. Andere Brennstoffe wieSchweröl, Abfallöle, Flüssiggas, Biogase, Gichtgas etc. bleiben nurauf Einzelfälle beschränkt.Zur Brennstoffversorgung bei Heizölgehören die Lagertanks, Fülleinrich-tungen, Zwischentanks, Heizölpum-pen (Bild 22), Heizölleitungen mitden Ölarmaturen und Sicherheits-absperrarmaturen.Bei Gasfeuerungen zählen Gebäude-schnellschlussventil, Gasleitungenim Kesselaufstellungsraum, Be- und Entlüftungsleitungen und dieBrennergasrampe zur Brennstoff-versorgung (Bild 23).

Bild 21: Vitomax 200 HS Öl-/Gas-Hochdruck-Dampferzeuger mit in der Abgaskammer integriertem ECO, Dampfleistung: 4,0 bis 25,0 t/h

Bild 22: Doppelpumpenölaggregat (Quelle: Weishaupt)

Bild 23: Gasrampe

Page 14: Fr Dampfkessel

Dampferzeugung

14

Bild 24: Abgasanlage(Quelle: ASETEC)

5. Abgassystem

Dazu zählen die Abgasleitungen zwischen Kessel / Economiser undSchornstein, Abgasschalldämpferund der Schornstein.

6. Chemische Wasseraufbereitung

Die Art der Aufbereitungsverfahrenrichtet sich nach folgenden Punkten:

– chemische Zusammensetzung desRohwassers

– Qualität des Kondensates– Menge des zurückgeführten

Kondensates– Anforderungen an die Dampf-

qualität– Absalzrate des Dampferzeugers

Auf Basis dieser Kriterien wird dasnotwendige Verfahren für die Was-seraufbereitung ausgewählt.Zum Bereich der Wasseraufbereitunggehören auch die Einrichtungen zurKonditionierung des Speisewassers.

7. Thermische Wasseraufbereitung

Für die Entfernung der im Speise-wasser für den Kesselbetrieb schäd-lichen gelösten Gase, wie Sauerstoffund Kohlendioxid, sind Einrichtun-gen zur thermischen Entgasung notwendig. Durch die Temperatur-erhöhung nimmt die Löslichkeit desWassers für diese Gase ab, dadurchwird der Gasgehalt im Speisewasserreduziert.

8. Thermische Apparate

Zur thermischen Wasseraufbereitungzählen Einrichtungen zum Austreibender im Wasser befindlichen Gase wie z. B. eine Vollentgasungsanlage,Behälter für die Abkühlung der Abschlamm- und Absalzwasser desDampferzeugers, Wärmetauscher für die Energiegewinnung aus dem Wasser der Absalzung und Konden-satsammelbehälter einschließlichder dazugehörigen Kondensat-pumpen.

Bild 25: Schornsteinfuß

9. Überhitzer

Überhitzer dienen der Überhitzungdes Dampfes über die Sattdampf-temperatur hinaus (siehe auch Seite 50 Punkt 8.2 Dampfkessel mitÜberhitzer).

10. Rohrleitungen

Alle für die Weiterleitung der Medienerforderlichen Rohrleitungen, Arma-turen, Dampfverteiler und Entwäs-serungsleitungen sind ebenfalls als Kesselhauskomponenten zu betrachten.

Alle genannten Komponenten wer-den durch die Überwachungsbe-hörden bei der Beurteilung einerKesselanlage betrachtet.

Page 15: Fr Dampfkessel

4 Komponenten einer

Dampfkesselanlage

15

4.1 Dampferzeuger

In Deutschland sind mehr als 50%der in Betrieb befindlichen Hoch-druckdampferzeuger Großwasser-raumkessel der Bauart Dreizug, soauch die HochdruckdampferzeugerVitomax 200 HS (Bild 26 und 27).

Mit der Dreizugbauweise lässt sicheine besonders schadstoffarme unddamit umweltschonende Verbren-nung erzielen. Die Heizgase strömenam Brennkammerende über einewassergekühlte Wendekammer inden zweiten Zug. In einer weiterenWendekammer im Bereich der vorderen Kesseltür gelangen dieHeizgase in den dritten Zug, der alsKonvektionsheizfläche ausgebildetist. Da die Heizgase den Brennraumdurch die hinten liegende Wende-kammer verlassen und keine rück-strömenden Heizgase den Flammen-kern umschließen, kann die Flammemehr Wärme abgeben und wird da-durch besser gekühlt. Dieser Um-stand, sowie die kürzere Verweilzeitder Heizgase in der Reaktionszonereduzieren die Stickoxidbildung.

Das Konstruktionsprinzip Großwas-serraumkessel zeichnet sich durch einen großen Wasserinhalt, einengroßen Dampfraum und daraus resultierend ein gutes Speicherver-mögen aus. Der Kessel gewährleistetdamit eine stabile Dampfversorgungauch bei starken und kurzfristigenLastschwankungen.

Die große Ausdampfoberfläche inVerbindung mit dem günstig gestal-teten Dampfraum und dem einge-bauten Tropfenabscheider (Demister)sichern trocknen Dampf.

Aufgrund der drei Züge lässt sich eine hohe Dampfleistung bei ge-ringen Anheizzeiten garantieren.

Bild 26: Vitomax 200 HS Öl-/Gas-Hochdruck-Dampferzeuger mit in der Abgaskammer integriertem ECO, Dampfleistung: 4,0 bis 25,0 t/h

Bild 27: Dreizugkessel Vitomax 200 HS

1. Zug – Brennraum

2. Heizgaszug

3. Heizgaszug

Page 16: Fr Dampfkessel

16

Komponenten einer

Dampfkesselanlage

Bild 28: Stabile Kesselabdeckung – im Lieferumfang der Vitoplex Heizkessel ab 575 kW und der Vitomax Kessel

Bild 29: Dampfkesselanlage

Die Wärmeübertragung teilt sich innerhalb der Züge wie folgt auf:

– 1. Zug und Wendekammer ca. 35 %

– 2. und 3. Zug/Rauchrohrzug ca. 65 %.

Die Konstruktion der Vitomax 200 HSzeichnet sich durch nachstehendeBesonderheiten aus:

– schadstoffarme Verbrennung mitniedriger Stickoxid-Emission durchniedrige Brennraumbelastung

– großer Dampfraum und großeAusdampffläche sowie ein inte-grierter Tropfenabscheider er-höhen die Dampfqualität

– hohe Servicefreundlichkeit durchwassergekühlte hintere Wende-kammer ohne Ausmauerung

– große Reinigungstür– stabile Abdeckung auf der Ober-

seite des Kessels (gehört zum Lieferumfang) – erleichtert die Montage und schützt die Wärme-dämmung vor Beschädigungen(Bild 28)

– hohe Betriebssicherheit und langeNutzungsdauer durch weite Was-serwände und große Abständezwischen den Heizgasrohren

– große Wasserinhalte sorgen fürgute Eigenzirkulation und sichereÜbertragung der Wärme

– geringe Abstrahlungsverlustedurch 120 mm Verbund-Wärme-dämmung und wassergekühlteVorderwand

– niedriger heizgasseitiger Wider-stand durch Konvektionsheiz-flächen mit großen Heizgasrohren.

Die maximalen Leistungen derDampferzeuger werden durch die europäische Norm EN 12953 be-stimmt und sind für die Herstellerbindend.

Die Kessel können bei der Verfeue-rung von Gas bis zu einer Leistungvon 25 t/h und bei Betrieb mit Heizölbis 19 t/h gefertigt werden. Die zu-lässigen maximalen Betriebsdrückekönnen je nach Leistungsgröße derKessel bis zu 25 bar betragen.

In einigen Ländern werden durch Zulassungsbehörden ab Kesselleis-tungen von 12 MW bei Ölbetrieb undvon 15,6 MW bei Gas Messstellen zurFlammrohrtemperaturüberwachunggefordert. Diese Messstellen könnenbei den Vitomax 200 HS problemlosintegriert werden.

Bild 30: Dampfverteilung

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Komponenten einer

Dampfkesselanlage

Bild 32: Absalzventil

Bild 31: Automatisches Ventil zum periodischen Abschlammen des Kessels

Zum Dampferzeuger gehören die Sicherheits-, Regel-, Anzeige- undAbsperrarmaturen, das Speisewas-serpumpenmodul, die Feuerung(Brenner) und ein Schaltschrank zurAnsteuerung aller kesselspezifischenRegel- und Steuerungseinrichtungen.Die Auswahl dieser, dem Dampf-erzeuger zuzurechnenden Einzelkom-ponenten, richtet sich nach der vomBetreiber gewünschten Betriebswei-se der Anlage und den Brennstoffen.

Von besonderer Bedeutung sind Abschlamm- und Absalzventile amDampferzeuger. Sie sind erforderlich,um einen dauerhaft zuverlässigenBetrieb des Dampfkessels sicherzu-stellen. Im Betrieb bilden sich imKessel Schlammablagerungen, dieperiodisch entfernt werden müssen.Hierzu dient ein so genanntes Ab-schlammventil (Bild 31), mit dessenHilfe Kesselwasser aus der unterenKesselzone abgelassen wird. Wirddieses schlagartig geöffnet, so ent-fernt das schnelle Ausströmen vonWasser wirksam den Schlamm ausder unteren Kesselzone.

Bei der Dampferzeugung bleiben diedurch die Dosierung im Wasser ge-lösten Salze zurück und erhöhen dieSalzkonzentration des Kesselwas-sers. Eine zu hohe Salzkonzentrationführt zur Bildung einer Feststoff-kruste, verschlechtert damit den Wär-meübergang und sorgt für Kessel-korrosion sowie Schaumbildung, wobei der Schaum mit Wasser in dieDampfanlage gelangen kann. Damitsinkt die Dampfqualität und die ent-stehenden Wasserstaus belasten dieArmaturen. Außerdem werden dieWasserstandsregler, die einen aus-reichenden Wasserstand im Kesselsichern, in ihrer Funktion beeinträch-tigt. Absalzventile haben deshalb dieAufgabe, ein Überschreiten derzulässigen Salzkonzentration zu ver-hindern. Über eine im Kessel mon-tierte Absalzelektrode wird der Salz-gehalt gemessen und bei Überschrei-ten eines vorgegebenen Sollwertesdes Absalzventil geöffnet (Bild 32).

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Komponenten einer

Dampfkesselanlage

Bild 34: Schnitt durch einen Druckzerstäuber (Quelle: Weishaupt)

Bild 33: Druckzerstäuber-Brenner(Quelle: Weishaupt)

4.2 Brenner

Brenner haben die Aufgabe, den Energieinhalt von Brennstoffen alsWärme nutzbar zu machen. Üblicher-weise werden in Großwasserraum-Kesseln flüssige und/oder gasförmi-ge Brennstoffe verfeuert. In seltenenFällen wird auch Kohlestaub oderHolz verbrannt, dieses wird aber aufGrund der geringen Verbreitung hiernicht näher betrachtet.

Verbrennungsluft

Verbrennen lassen sich Gas oder Ölnur unter Zugabe von Sauerstoff(Luft). Aus diesem Grunde ist jedemBrenner ein Verbrennungsluftgebläsezugeordnet. Je nach Anbringungunterscheidet man zwischen Mono-oder Duoblockbrenner. (Monoblock:Gebläse am Brenner angebaut, Duoblock: Gebläse separat stehend).

Das Verbrennungsluftgebläse hat dieAufgabe, die stöchiometrisch erfor-derliche Luftmenge zuzüglich despraktisch erforderlichen etwa zehn-prozentigen Zuschlags zu liefern unddie anlagenbedingten Widerständezu überbrücken. Dies sind u. a. derWiderstand des Kessels, des Bren-ners, des Economisers und des Ab-gasschalldämpfers.

Um eine schadstoffarme Verbren-nung und eine lange Lebensdauervon Kessel und Brenner zu sichern,sollte die Temperatur der angesaug-ten Verbrennungsluft zwischen 5 °Cund 40 °C liegen. Außerdem solltedie Luft frei von korrosiven Bestand-teilen wie Chlor- oder Halogenver-bindungen sein.

– Heizöl

Heizöle werden in folgende Kate-gorien aufgeteilt:HEL: Heizöl Extra Leicht

Hu = 42,7 MJ/kgS-Öl: Schweröl

Hu = 40,2 MJ/kg

Länderabhängig gibt es Unterschie-de in der Zusammensetzung der Öle.

Bild 35: Drehzerstäuber (Quelle: Saacke)

Die DIN 51603 T1 und T3 beschreibtdie Mindestanforderungen der obengenannten Heizöle. Darüber hinausgibt es vor allem in außereuropäi-schen Ländern Öle, die nicht in obigeKategorien einzuteilen sind, aber üblicherweise verbrannt werden. Je nach Art des Öls gibt es unter-schiedliche Brennervarianten. Manunterscheidet zwischen Druckzer-stäubern, Dampfdruckzerstäubernund Drehzerstäubern.

Druckzerstäuber

Hierbei wird das Öl mittels Pumpen-druck durch eine Düse in einen Öl-nebel zerstäubt. Diese Brenner wer-den überwiegend zur Zerstäubungvon Leichtöl verwendet (Bild 33 und 34).

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Dampfkesselanlage

19

Dampfdruckzerstäuber

Unter Zuhilfenahme von Dampf wirddas Öl im Brennerkopf zerstäubt. Dieses Verfahren wird üblicherweiseerst in sehr großen Leistungsberei-chen eingesetzt.

Drehzerstäuber

(auch Rotationszerstäuber genannt)

Hierbei wird das Öl in einen sehrschnell rotierenden Becher aufge-geben. Durch die Rotation und diekonische Innenkontur des Becherswandert das Öl in Richtung Brenn-raum und wird an der Becherkantedurch Zentrifugalwirkung und durchdie mit hoher Geschwindigkeit aus-tretende Zerstäuberluft fein zer-stäubt. Drehzerstäuber werden be-vorzugt bei der Schwerölverbren-nung eingesetzt (Bild 35). Sie sindauch geeignet für die Verbrennungvon Leichtöl, Öl-Reststoffen wie Öl-Fettgemischen oder Entfettungs-rückständen, für Tier- und Frittierfettesowie Rapsöl (RME).

– Gasförmige Brennstoffe

In Betracht kommt hier die Familieder Erdgase. Flüssiggase und Stadt-gase werden hier auf Grund ihrer geringen Bedeutung nicht näher betrachtet.

Erdgas ist ein Naturgas welcheshauptsächlich aus Methan (CH4) be-steht. Je nach Fundort sind die Zu-sammensetzungen unterschiedlich. Üblicherweise beinhaltet Erdgas u.a. inerte Gase (nicht brennbare Bestandteile) sowie evtl. schwerereKohlenwasserstoffe. Erdgas istschwerer als Stadtgas jedoch leichterals Luft.

Erdgas H: Hu = 36 MJ/kgErdgas L: Hu = 32 MJ/kg

Die Zumischung von Bio- und Klär-gas ist vielfach möglich, häufig kön-nen beide Gase auch ohne Erdgas-zumischung verbrannt werden. Zubeachten ist die Veränderung desHeizwertes bei Zumischungen, so

– Zweistoffbrenner

Hierbei handelt es sich üblicherweiseum Brenner, die mit Gas oder Öl be-trieben werden können. Die Umstel-lung erfolgt manuell oder automa-tisch, z. B. auf Basis von Sperrzeiten,die der Gasversorger vorgibt und dieeine zeitweise Umstellung auf Öl erfordern. Diese Variante trifft manvorzugsweise bei größeren Anlagen,um die Versorgung abzusichern.

Bild 36: Gasbrenner(Quelle: Weishaupt)

Bild 37: Zweistoffbrenner (Quelle: Weishaupt) Bild 38: Zweistoffbrenner für Öl und Gas am Vitomax 200 HS

dass eine Brenneranpassung bzw.der Einsatz eines Sonderbrennersnotwendig ist. Generell sollte bei derAnlagenausführung der Schwefel-gehalt der eingesetzten Gase berück-sichtigt werden, da ggf. besondershochwertige Materialien wie Edel-stahl für die gasberührten Armatureneingesetzt werden müssen.

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Dampfkesselanlage

20

4.3 Speisewasservorwärmer/Eco

Ein Economiser ist ein Abgas-/Was-ser-Wärmetauscher, der im Dampf-erzeuger integriert (Bild 26, Seite 15)oder als separate Baugruppe hinterdem Kessel angeordnet ist. BeiDampfkesseln werden solche Eco-nomiser zur Vorerwärmung des Speisewassers genutzt.

Die Abgastemperaturen am Kessel-austritt liegen ca. 50 K über der Satt-dampftemperatur. Dieser Wert ist aufGrund der physikalischen Gesetz-mäßigkeiten bei der Wärmeüber-tragung mit akzeptablem Aufwandnicht weiter zu verringern. Aus dieservergleichsweise hohen Abgastempe-ratur errechnet sich ein feuerungs-technischer Wirkungsgrad von 89 bis 91%. Der Abgasverlust kann so-mit bis 11% betragen. Die Bundes-Immissionsschutzverord-nung (BImSchV) fordert einen maxi-malen Abgasverlust von 9%. Zur Unterschreitung dieses Grenz-wertes werden deshalb bei Dampf-erzeugern in vielen Fällen Speise-wasservorwärmer (Economiser –ECO) eingesetzt.

Die ECO werden grundsätzlich dem3. Zug bei Großwasserraumkesselnnachgeschaltet. Dort erfolgt dann dieweitere Abkühlung der Abgase durchdas Kesselspeisewasser im Gegen-strom. Die wärmetechnische Aus-legung erfolgt nach den gegebenenParametern Abgasmenge und -temperatur, Speisewassermengeund -temperatur und der gewünsch-ten Abgastemperatur nach dem ECO.Je nach Größe der Heizfläche erfolgtdie Abkühlung der Abgase bis auf ca. 130 °C.

Im Lieferprogramm sind für die Vitomax Dampferzeuger zweiGrößen von Economisern für eineAbkühlung der Abgase auf 180 °Cbzw. 130 °C Standard. Das Speise-wasser erwärmt sich von 102 °C (Eintrittstemperatur) auf ca. 135 °C (bei 130 °C Abgastemperatur).Auf Kundenwunsch werden andereWerte ausgelegt und angeboten. Damit ist ein feuerungstechnischerWirkungsgrad von 95% erreichbar.

Kesselleistung [%] bezogen auf die Nennleistung

A Betriebsdruck 5 bar

B Betriebsdruck 7 bar

C Betriebsdruck 9 bar

D Betriebsdruck 12 bar

E Betriebsdruck 15 bar

F Betriebsdruck 17 bar

G Betriebsdruck 19 bar

H Betriebsdruck 21 bar

I Betriebsdruck 24 bar

Ke

sse

lwir

ku

ng

sg

rad

[%

]

Bild 39-1: Kesselwirkungsgrad in Abhängigkeitvom Betriebsdruck ohne Economiser(Werte über alle Kesselgrößen gemittelt, Restsauerstoffgehalt im Abgas 3 %, Speise-wassertemperatur 102 °C)

Vitomax 200 HS

Entleerung

Speisewasser

PI

TI

TI

Au

sb

lase-

leit

un

gS

ich

erh

eit

s-

ven

til

En

tlü

ftu

ng

üb

er

Dach

Bild 40: Schaltschema für einen absperrbaren ECO mit Armaturen und Bypass

Kesselleistung [%] bezogen auf die Nennleistung

A Betriebsdruck 5 bar

B Betriebsdruck 7 bar

C Betriebsdruck 9 bar

D Betriebsdruck 12 bar

E Betriebsdruck 15 bar

F Betriebsdruck 17 bar

G Betriebsdruck 19 bar

H Betriebsdruck 21 bar

I Betriebsdruck 24 bar

Ke

sse

lwir

ku

ng

sg

rad

[%

]

Bild 39-2: Kesselwirkungsgrad in Abhängigkeitvom Betriebsdruck mit Economiser 200(Werte über alle Kesselgrößen gemittelt, Restsauerstoffgehalt im Abgas 3 %, Speise-wassertemperatur 102 °C)

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Komponenten einer

Dampfkesselanlage

21

Die Abgastemperatur nach dem ECOkann bei dieser Ausführung auchüber die Bypassstellung geregeltwerden.

Der nachgestellte ECO benötigt zusätzlich Absperrventile für den Speisewasserein- und -austritt, Entleerungsventil, Sicherheitsventil und Manometer und ist nach DGRLals ein gesondertes Bauteil zu be-trachten.

Zur optimalen Ausnutzung der Wärmeenergie der Abgase solltenbei Dampferzeugern mit ECO auchmodulierende Brenner und eine stetige Speisewasserregelung einge-setzt werden. Hierdurch wird sicher-gestellt, dass die im Brennerbetriebanfallende Wärmeenergie der Ab-gase permanent zur Speisewasser-vorwärmung genutzt werden.

Unter Beachtung der mit dem ECOerreichbaren Verbesserung des Wirkungsgrades der Kesselanlageund der damit verbundenen Brenn-stoffkosteneinsparungen solltenNeuanlagen immer mit einem ECOausgerüstet werden.

Bild 43: Dampfkessel Vitomax 200 HS mit nachgeschaltetem Economiser (rechts)

Bild 41: Vollständige Einbindung der Rippe undWärmeübergang (Quelle: Rosink)

Aufgrund der Erfahrungen mit Eco-nomisern kann davon ausgegangenwerden, dass eine Senkung der Abgastemperatur um 20 °C den Wirkungsgrad um etwa 1% erhöht.

Der integrierte ECO besteht ausStahlrohren, die z. B. mit einer spiral-förmig vollverschweißten Rippe versehen sind (Bild 41 und 42). Die volle Anbindung der Rippe andas Rohr gewährleistet einen opti-malen Wärmeübergang zwischenAbgas und Speisewasser und führtgleichzeitig zu einer kompakten ECO-Baugruppe.

In der Praxis haben sich zwei Varian-ten der Anordnung der ECO durch-gesetzt. Die Vorzugsvariante ist der„integrierte ECO“. Hier wird der ECOin den Abgassammelkasten des Kes-sels schon fertig im Herstellerwerkeingebaut. Der ECO ist dabei überdie Speiseleitung unabsperrbar mitdem Kessel verbunden. Kessel undECO sind somit ein gemeinsamesBauteil, mit Abnahme und Zulassungals Gesamtbaugruppe, es werdenkeine zusätzlichen Absperr- undSicherheitseinrichtungen benötigt.

Auf dem ECO ist eine Abgashaubeaufgesetzt, die entsprechend derKundenanforderung mit dem Ab-gasanschluss und Reinigungsöff-nungen für das ECO-Rohrpaket versehen ist.

Die zweite Variante ist ein nachge-stellter ECO (Bild 43), der entspre-chend dem im Kesselhaus vorhan-denen räumlichen Gegebenheitenaufgestellt werden kann. Dieser ECO ist grundsätzlich wasserseitigabsperrbar ausgeführt und kann mit einem eingebauten abgasseitigenBypass ausgerüstet werden.

Dies wird in folgenden Fällen ange-wendet:– Vermeidung von Taupunktunter-

schreitung– Einsatz von mehreren Brenn-

stoffen mit unterschiedlichen Zusammensetzungen (z. B. Erdgasund S-Öl mit Schwefel)

Bild 42: Eco-Rohre mit verschweißten Stahlrippen (beispielhafte Darstellung)

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Dampfkesselanlage

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4.4 Abgassystem

Wesentliche Bestandteile von flüs-sigen und festen Brennstoffen sindKohlenstoff und Wasserstoff. Bei einer vollkommenen Verbrennungenthalten die entstehenden AbgaseKohlendioxid (CO2), Stickstoff (N2)und Wasser (H2O).

Bauarten

Für die Abführung der Abgase gibtes zwei unterschiedliche Druckzu-stände. Danach unterscheidet sichauch die Bauart der Abgasanlagen. Bei der Abführung im Überdruckdrückt der Brenner die Abgase durchden Dampfkessel und das Abgas-system bis zur Mündung. Bei der Abführung im Unterdruck reicht derDruck des Brenners nur bis zum Ab-gasstutzen. Danach übernimmt derSchornstein die Abführung der Ab-gase, im Abgassystem herrscht einUnterdruck. Dieser Unterdruck ent-steht durch den thermischen Auftriebder warmen Abgase und der stati-schen Höhendifferenz zwischen Ein-tritt und der Mündung, da der Luft-druck mit steigender Höhe abnimmt.Dem Auftrieb entgegen stehen dieRohrreibung und die Widerständeder eingebauten Komponenten wieBögen und Schalldämpfer. Aus die-sem Grund muss jede Abgasanlagein der Rohrdimensionierung nachEN13384 ausgelegt werden.

Dimensionierung

Grundsätzlich gilt, dass bei der Ab-führung der Abgase im Überdruckkleinere Rohrquerschnitte benötigtwerden als im Unterdruckbetrieb.Wird die Abgasanlage im Überdruckbetrieben, muss sie druckdicht her-gestellt werden. Dieses wird mit Hilfe von geschweißten Leitungenoder Stecksystemen mit Dichtungenrealisiert, vorrangig bei „alten“Schornsteinanlagen bzw. bei Brenn-wertnutzung.

Bild 44: Abgasschalldämpfer

Bei Abgasleitungen im Unterdruck-betrieb genügt ein kondensatsiche-res System, welches nicht überdruck-dicht sein muss, da die Abgase anden Stößen aufgrund des Unter-druckes nicht entweichen können.

Die Abgasanlage muss mindestens ein Meter über Dach und bei Anlagenüber 1 MW mindestens zehn Meterüber Flur und drei Meter über Firstausgeführt werden. Grundsätzlichsollte die Umgebungsbebauung beachtet werden, um schädliche Einflüsse durch die Abgasanlage zuvermeiden. Außerdem ist die Vorbe-lastung durch bereits vorhandeneAbgasleitungen hinsichtlich allerEmissionen, also auch Lärm zu be-rücksichtigen.

Details sind häufig auch regional geregelt, Ansprechpartner sind diejeweiligen Gewerbeaufsichtsämter.

Bild 45: Abgasanlage(Quelle: ASETEC)

Werkstoffe

Für den senkrechten Teil der Abgas-anlage kommt heutzutage üblicher-weise Edelstahl zur Anwendung. Invereinzelten Fällen wird bei Dampf-kesselanlagen auch Schamotte ein-gesetzt. Die Abgasverbindungslei-tungen (zwischen Schornstein undDampferzeuger) werden ebenfallsmeist in Edelstahl, seltener in Nor-malstahl (St 37.2) ausgeführt. Kunst-stoffabgasleitungen sind bei Groß-kesselanlagen unüblich.

Brandschutz beachten

Der statisch tragende Außenmantelkann aus verschiedenen Werkstoffenbestehen. Er muss nur den stati-schen Erfordernissen und bei An-lagen innerhalb von Gebäuden denbrandschutztechnischen Anforderun-gen genügen. So muss der Schorn-stein im Gebäude in F90-Qualitätausgeführt sein. Bei Schornsteinenaußerhalb des Gebäudes hat derAußenmantel nur die Aufgabe, dasabgasführende Rohr zu tragen. Hier-bei wird meistens Stahl mit einerOberflächenbeschichtung oder auchMauerwerk und Beton eingesetzt.

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Dampfkesselanlage

23

4.5 Wasseraufbereitung

Das reinste in der Natur vorkommen-de Wasser ist Regenwasser. DiesesWasser enthält jedoch aus der Atmosphäre aufgenommene gas-förmige (gelöste) Elemente, im wesentlichen Sauerstoff, Stickstoffund Kohlendioxid, zunehmend auchSchwefelverbindungen („saurer Regen“). Bei der Versickerung imErdreich kommen weitere Stoffe wiez. B. Eisen und Kalk hinzu. Die Be-schaffenheit des Wassers ist somitauch davon abhängig, welchen Weges im Erdreich „durchlaufen“ hat.

Die TRD und die EN 12953 fordernfür den Betrieb von Dampfkesseln„eine zweckmäßige Aufbereitungund Überwachung des Speise- undKesselwassers“.

In der EN 12953 Teil 10, der TRD 611und in der Viessmann-Planungs-unterlage „Wasserqualitäten“ sinddie Anforderungen an das Speise-und Kesselwasser definiert (Bild 46und 47).

Ziel der Wasseraufbereitung ist es,aufbereitetes Wasser für einen unbe-denklichen Kesselbetrieb bereitzu-stellen. Dies bedeutet, dass störendeBestandteile des Wassers entfernt,bzw. durch Zugabe von Chemikaliengebunden werden müssen.

Als Rohwasser (für den Kesselbetriebunaufbereitetes Wasser) kann Ober-flächen-, Brunnenwasser oder schonaufbereitetes Trinkwasser zum Ein-satz kommen. Oberflächen- undBrunnenwasser kann Bestandteile,wie z. B. Schwebstoffe, Trübstoffe,organische Verunreinigungen, Eisen-und Manganverbindungen enthalten,die in Wasseraufbereitungsvorstufenentfernt werden müssen. Bei Einsatzvon Trinkwasser sind diese Vorbe-handlungen nicht notwendig.

In Kesselanlagen mit Großwasser-raumkesseln werden in den meisten Fällen zwei verschiedene Aufbe-reitungsverfahren nebeneinandereingesetzt (z. B. Ionenaustausch undthermische Wasseraufbereitung).

Bild 46: Tabelle 5-1 der EN 12953-10 Speisewasser für Dampfkessel

Bild 47: Tabelle 5-2 der EN 12953-10 Kesselwasser für Dampfkessel und Heißwassererzeuger

Page 24: Fr Dampfkessel

Komponenten einer

Dampfkesselanlage

24

Ist der Ionenaustauscher erschöpft,d. h. alle Natriumionen sind durchCalcium- und Magnesiumionen aus-getauscht, wird er mit einer Natrium-chloridlösung (Steinsalz) regeneriert.Die Natriumionen werden im Über-schuss über die Ionenaustauscher-masse geleitet und verdrängen dieangelagerten Härtebildner. Danachist der Ionenaustauscher wieder be-triebsbereit. Dieser Vorgang lässtsich uneingeschränkt wiederholen.

Beladung:

2R – Na+ + Ca++/Mg++ ---> R2 – Ca++/Mg++ + 2 Na+

Regeneration:

R2 – Ca++/Mg++ + 2 Na+ ---> 2 R – Na+ + Ca++/Mg++

R...Ionenaustauscher (Radikale)

Grundsätzlich wird zwischen drei Betriebsweisen unterschieden:

– zeitgesteuert: arbeitet nach festeingestellten Zeiten

– mengengesteuert: arbeitet nach fest eingestellten Liefermengen

– qualitätsgesteuert: überwacht kontinuierlich die Qualität desSpeisewassers.

Ausgeführt werden diese Anlagenals Einzel- oder Doppelanlage.Einzelanlagen sind für diskontinuier-lichen Betrieb ausgelegt. D. h. in derRegenerationsphase (mehrere Stun-den) steht kein Reinwasser zur Ver-fügung. Für kontinuierlichen Betriebsind Doppel-Pendel-Enthärtungs-anlagen zwingend.

Bild 48: Doppel-Pendel-Enthärtungsanlage vonViessmann

4.5.1 Chemische Wasseraufbereitung

Enthärtung über Ionenaustausch

Im Wasser sind die Erdalkalien Kalzium und Magnesium in Ionen-form gelöst. Diese Elemente werdenals Härtebildner bezeichnet. Im Kes-selbetrieb unter Wärmeeinwirkungwürden diese Verbindungen als„Kesselstein“ ausfallen und sich aufden Heizflächen als fester Belag ab-lagern. Dieser Belag verhindert denWärmeübergang von der Feuerungs-zur Wasserseite. Anfänglich würdedas zu höheren Abgastemperaturenund damit zu einer Wirkungsgradver-schlechterung führen. Bei weiteremAnwachsen der Kesselsteindickekommt es auf Grund der fehlendenKühlung der Heizflächen zu einerZerstörung derselben.

Aus diesem Grunde fordern die Wassernormen ein härtefreies Speisewasser.

Vorgang der Kesselsteinbildung CaCO3 unter Wärmeeinwirkung:

Ca(HCO3)2 ----> CaCO3 + H2O + CO2

Zur Enthärtung werden Anlagen mitIonenaustauscherharz eingesetzt. Ionenaustauscher sind kugelförmigeKunstharze mit angelagerten aktivenGruppen.

Ionenaustauscher für die Enthärtunghaben als aktive Gruppe Natrium-ionen angelagert. Läuft nun das Hart-wasser über den Ionenaustauscher,werden die angelagerten Natrium-ionen gegen Calcium- und Magne-siumionen, die im Wasser gelöstsind, ausgetauscht. Die für den Kesselbetrieb störenden Härtebildnerwerden damit aus dem Wasser ent-fernt.

Viessmann hat diese mengenge-steuerte Doppel-Pendel-Enthärtungs-anlage in verschiedenen Leistungs-größen im Lieferprogramm. Das Enthärtungsmodul besteht aus einerkomplett montierten Anlage mit zweiIonenaustauschersäulen, einem Salz-löser, der Steuerung und ist ohneweitere Montage einsetzbar (Bild 48und 49).

Die Weichwasserleistung zwischenzwei Regenerationen wird bei der Inbetriebnahme eingestellt und er-gibt sich aus der Anlagengröße undder Rohwasserhärte.

Die Anlage arbeitet voll automatischund es ist nur das Steinsalz für dieRegeneration nachzufüllen. Da zweiIonenaustauschersäulen vorhandensind, steht immer ein Austauscherzur Verfügung. Die zweite Säule wird regeneriert, bzw. steht dann in Reserve.

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Dampfkesselanlage

25

Dosierung von Korrekturchemikalien

Zur Einhaltung der Alkalität des Spei-sewassers, zur Resthärtebindungund zur Bindung des Restsauerstof-fes werden dem Speisewasser nachder Ionenaustauschung oder der Osmose Korrekturchemikalien zuge-geben. Hier gibt es von den Wasser-aufbereitungsfirmen eine Vielzahlvon Produkten. Die Einsatzbedin-gungen sollten immer mit einer Wasseraufbereitungsfirma abge-stimmt werden.

4.5.2 Osmoseanlagen

In den letzten Jahren werden zur Entsalzung vermehrt Osmosean-lagen eingesetzt. Die Osmose ist einphysikalisches Verfahren, arbeitetohne Chemikalien und ist damit sehrumweltfreundlich. Die Ausbeute anentsalztem Wasser (Permeat) beträgtca. 80% des eingesetzten Wassers(Bild 50).

Bei der Osmose wird das Rohwassermit einem Druck von ca. 30 bar durcheine Membran gedrückt. Die Porender semipermeablen (halbdurchläs-sigen) Membran lassen die Wasser-moleküle durch (Diffusion), die ge-lösten Salze bleiben auf der Eintritts-seite und werden aus der Anlageausgeschleust.

Zu beachten ist, dass das Rohwasservor der Osmoseanlage keine Fest-stoffe enthalten darf und die Härte-bildner vorher stabilisiert werden(über Feinfilter und Dosierung). Die Feststoffe würden die Poren derMembran verkleben und die Leistungder Anlage würde sich schnell ver-ringern.

Osmoseanlagen sollten möglichstkontinuierlich betrieben werden undsind deshalb üblicherweise mit einem Puffertank für das Permeatausgerüstet.

Bild 50: Osmoseanlage

Bild 49: Parametrierung der Ionenaustauscheranlage

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Dampfkesselanlage

26

4.5.3 Thermische Wasseraufbe-

reitung

Wasser kann Gase nicht in beliebigerMenge speichern. Die Speicherfähig-keit ist nach dem Gesetz von WilliamHenry (englischer Chemiker, 1775 bis1836) in Abhängigkeit vom Partial-druck des Gases und von der Tempe-ratur des Wassers berechenbar. Soenthält Wasser bei einer Temperaturvon 25 °C ca. 8 mg O2/kg.

Wird das Wasser erwärmt, nimmtdas Lösungsvermögen für Gase ab.Im Extremfall, wenn das Wasser ver-dampft (Situation im Dampfkessel),werden sämtliche gelösten Gase abgegeben. Die Gase gehen häufigandere Verbindungen ein. Der freieSauerstoff z. B. kann sich mit ferriti-schem Stahl des Kessels verbinden.Bei Dampfkesseln führen diese Ver-bindungen zu dem gefürchtetenLochfraß. Besonders im Bereich derSpeisewasseraufgabe kann es in kürzester Zeit zu punktförmigen Abtragungen kommen.

Deshalb ist es wichtig, dem Kessel-speisewasser die gelösten Gase zuentziehen. Ein bewährtes Mittel fürdiesen Zweck ist die thermischeSpeisewasser-Entgasung.

In der Entgasungsanlage wird dasSpeisewasser durch Erwärmen bisnahe an die Siedetemperatur von allen Gasen weitgehend befreit. Parallel zur Entfernung der gelöstenGase wird das Wasser gleichzeitigmit einem geringen Dampfauflast-druck auf eine Temperatur von 80 bis105 °C (je nach Apparateauswahl) gehalten, um die erneute Aufnahmevon Gasen zu vermeiden.

Zu beachten ist, dass neben Frisch-wasser auch Kondensat zurückge-führt werden kann, was ebenfalls derEntgasung zu unterziehen ist.

Je nach den Anforderungen an dieQualität des Speisewassers kommenunterschiedliche Bauarten von ther-mischen Entgasern zum Einsatz.

Hinweise zur Beschaffenheit vonKesselwasser sind in der TRD 611,der EN 12953 und den Merkblätterndes VdTÜV enthalten. Die Einhaltungder dort angegebenen Grenzwertesind Voraussetzung für den zuver-lässigen und wirtschaftlichen Betriebeiner Kesselanlage.

Für Großwasserraumkessel wirdempfohlen, Speisewasser mit einem O2-Gehalt < 0,05 mg/kg zu verwenden.

Die Teilentgasung

Mit Teilentgasung bezeichnet manEntgasungen, die bei atmosphäri-schem Druck betrieben werden. Teilentgaser sind über die Entlüf-tungsleitung ständig mit der Atmo-sphäre verbunden.

Teilentgasung ist die einfachste Formeiner thermischen Speisewasserauf-bereitung.

Der Teilentgaser ist mit Einbauten zur Verteilung und Verrieselung deszugeführten Frischwassers und deszurückgeführten Kondensates aus-gerüstet.

Die Versorgung mit Heizdampf zumAustreiben der Gase erfolgt über eine zentral im unteren Bereich desBehälters eingebaute Lanze. DieDampfzufuhr wird im einfachstenFall durch einen mechanischen Temperaturregler angepasst und aufgrößer 90 °C geregelt. Die Frisch-wassernachspeisung erfolgt über eine elektrische Niveauregelung.

Teilentgaser kommen in erster Liniein Kesselanlagen mit kleiner Leistungund niedrigen Drücken zum Einsatz.Der bei diesem Entgaser etwas höhere Bedarf an Sauerstoffbinde-mitteln (siehe Kapitel 4.5.1 – Chemi-sche Wasseraufbereitung) wird inKauf genommen.

Bild 51: Dampfkessel mit thermischen Apparaten

Dampferzeuger

mit Brenner

Kondensatbehälter

Thermische

Wasseraufbereitung

Mischkühler

Absalzentspanner

Kesselspeise-

pumpe

Reinwasser

KanalisationKühlwasser

Dampf zum

Verbraucher

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Dampfkesselanlage

27

Die Vollentgasung

Die thermische Vollentgasung ist daseffektivste Verfahren zur Entfernungder im Speisewasser gelösten Gase.Man unterscheidet Hochdruck-, Nie-derdruck- und Vakuum-Entgasungen.

– Die Hochdruckentgasung

Die Hochdruckentgasung wird in Prozessen mit der Forderung nachhohen wärmetechnischen Anlagen-Wirkungsgraden eingesetzt. Wegender hohen Investitionskosten kommtsie jedoch selten zur Anwendung.

– Die Niederdruckentgasung

Die Niederdruckentgasung hat sichin den weitaus meisten Bedarfsfällenals die beste Lösung erwiesen. Mitder Bezeichnung Vollentgasung istdeshalb auch immer eine Entgasunggemeint, die mit einem geringenÜberdruck (ca. 0,1 bis 0,3 bar) arbei-tet. Der Begriff „Niederdruck“ be-schreibt also einen Prozess, der beigeringfügig höherem Druck als in derUmgebung abläuft. Der Betrieb mitÜberdruck gewährleistet, dass Kon-takte des Speisewassers mit der Atmosphäre und die Rücklösung vonGasen ausgeschlossen sind.

Die Vollentgasung setzt sich aus denBaugruppen Entgaser und Speise-wasserbehälter zusammen. Der Ent-gaser wird in Form eines Domes direkt auf dem Speisewasserbehältermontiert (Bild 52 und 53).

Bild 52: Entgaser der Niederdruckentgasung aufeinem Speisewasserbehälter

Bild 53: Rieselentgaser (Quelle: Powerline GmbH)

Bild 54: Löslichkeit von Sauerstoff in Abhängigkeit von der Temperatur bei 1 bar in reinem Wasser

16

14

12

10

8

6

4

2

00 20 40 60 80 100Temperatur [°C]

O2 [

mg

/l]

Bild 55: Löslichkeit von Kohlendioxyd in Abhängigkeit von der Temperatur bei 1 bar in reinem Wasser (Quelle: TÜV Nord)

3500

3000

2500

2000

1500

1000

500

00 20 40 60 80 100Temperatur [°C]

CO

2 [

mg

/l]

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Komponenten einer

Dampfkesselanlage

28

– Die Vakuumentgasung

Die Vakuumentgasung ist wie dieHochdruckentgasung ein Mittel, umden wärmetechnischen Wirkungs-grad einer Anlage zu optimieren. Der Vorteil – Betrieb mit niedrigenTemperaturen – kommt jedoch beiKesselanlagen, die in der Regel mitWasser- und Dampftemperaturendeutlich über 100 °C arbeiten, nichtzum Tragen.

Die verbreiteste Entgaserbauart istder Rieselentgaser. Im Rieselentga-ser wird das zurückgeführte Konden-sat und das zugesetzte Frischwasserüber sogenannte Tassen fein verteiltund über die Verrieselung (daher dieBezeichnung Rieselentgaser) stufen-weise mit dem Heizdampf zusam-mengeführt. Die Erwärmung desWassers und die Abgabe der frei-gesetzten Gase erfolgt ebenfalls inStufen.

Als besonders effektiv hat sich eineWeiterentwicklung dieses Entgaserszu einem Rieselentgaser mit einer integrierten Nachkocheinrichtung erwiesen (2-stufige Entgasung).

Zur Vermeidung von Korrosionensind Entgaser heute komplett ausEdelstahl hergestellt.

Der Speisewasserbehälter dient zurBevorratung des Kesselspeisewas-sers in der erforderlichen Menge. DerBehälter ist über den sogenanntenHalsstutzen mit dem Entgaser ver-bunden.

Zur Aufnahme und zur Verteilung desHeizdampfes ist der Speisewasser-behälter mit einer Heizlanze aus-gestattet. Hierdurch wird eine Tem-peratur von 102 °C gewährleistet. DieLanze ist zentral im unteren Bereichdes Behälters fest eingebaut. Bei dereinstufigen Entgasung ist die Lanzefür den Durchsatz des gesamtenHeizdampfes dimensioniert.

Bei der zweistufigen Entgasung dientdie Lanze zur Warmhaltung des Wasservorrates.

Bei beiden Varianten ist eine partielleAbkühlung des Speisewassers unddie damit verbundene Rücklösungvon Gasen ausgeschlossen.

Der Speisewasserbehälter (Bild 56)ist mit Armaturen für die Regelungdes Heizdampfes, des Füllstandesund für die Sicherheit sowie mit Anzeigen für die Bedienung undÜberwachung ausgerüstet.

Bild 56: Speisewassergefäß mit thermischer Entgasung

Page 29: Fr Dampfkessel

Komponenten einer

Dampfkesselanlage

29

4.6 Kondensatbehandlung

Je nach den technologischen Pro-zessen im Bereich der Dampfan-wendung kann der Dampf direkt indas Produkt oder den Prozess einge-leitet werden. In diesen Fällen wirdkein Kondensat zurückgeführt. Beider größten Anzahl der Anwendun-gen gibt der Dampf seine Wärme allerdings über eine Heizfläche weiter und kondensiert dabei. Das Kondensat wird der Kessel-anlage zur weiteren Verwendungzurückgeführt. Technologisch wer-den zwei Arten der Kondensatrück-führung unterschieden.

1. Niederdruckkondensat

Bei 90% aller Dampfkesselanlagenwird das Kondensat über offene Kon-densatbehälter zurückgeführt. Bei einer Betriebstemperatur von mehrals 100 °C kommt es dabei zu einerNachverdampfung. Es entstehen ca.5 bis 15 Gewichts-% in Abhängigkeitvon der Druckstufe als Nachdampfaus der Kondensatmenge. Nebendem Energieverlust treten dabeinatürlich auch Wasserverluste auf,die durch die Zuführung von Frisch-wasser mit entsprechender Wasser-aufbereitung ersetzt werden müssen.Neben diesen Verlusten nimmt dasKondensat bei offenen Anlagen auchSauerstoff aus der Atmosphäre auf,der dann zu Sauerstoffkorrosionenim Bereich der Kondensatanlageführen kann.

2. Hochdruckkondensat

Bei Hochdruckkondensatanlagenwird das Kondensat in einem ge-schlossenen System zurückgeführt(ca. 10% der Anwendungsfälle vonDampfkesseln). Unter diesen Bedin-gungen können keine Verluste durchNachverdampfung entstehen. Gleich-zeitig wird das Eindringen von Luft-sauerstoff in das Kondensatsystemverhindert.

Bild 58: Kondensat-Sammelbehälter

Derartige Anlagen sind dann sinn-voll, wenn sie mit einem Überdruckvon mindestens 5 bar arbeiten. Zubeachten ist, dass alle Rohrleitungen,Armaturen, Pumpen und Behälter fürdiesen Druck auszulegen sind. DieBehälter (z. B. Kondensatsammel-behälter, Speisewasserbehälter) sindüberwachungsbedürftige Druckge-fäße nach DGRL und unterliegen damit der Überwachung durch einezugelassene Überwachungsstelle(ZÜS).

Bei der Planung von Neuanlagenbzw. auch bei einer energetischenBeurteilung von vorhandenen An-lagen ist zu entscheiden, welches System eingesetzt werden soll.Durch eine optimale Kondensatwirt-schaft und auch durch eine Nutzungdes Nachdampfes lassen sich erheb-liche Betriebskosten einsparen.

Bild 57: Kondensatüberwachung (Gestra-Leitfähigkeitsmesszelle)(Quelle: Gestra)

Kondensat überwachen auf Leitfähigkeitseinbruch

Alarmausgang

LRT 1-..

URS 2

Dreiwege-

Umschaltventil

Page 30: Fr Dampfkessel

Komponenten einer

Dampfkesselanlage

30

Kondensataufbereitung

Kondensate können auf Grund dertechnologischen Prozesse und durchKorrosionsprodukte mit Fremdstof-fen belastet sein. Da das Kondensatwieder als Speisewasser verwendetwird, müssen die Anforderungen andie Wasserqualität eingehalten werden.

Als typische Kondensatverunreini-gungen können auftreten:

– mechanische Verunreinigungen(Korrosionsprodukte)

– Härteeinbrüche (Trink- oderBrauchwasserleckagen bei Wärme-tauschern)

– Säuren und Laugeneinbrüche (ungewollte Vermischungen beider Beheizung von Säure- oderLaugebädern)

– Öle und Fette (Lebensmittelindus-trie, Ölvorwärmer).

Je nach Verunreinigung werden dieerforderlichen Wasseraufbereitungs-verfahren z. B. Filtration, Entölung,Enthärtung, Vollentsalzung vorge-sehen. Bei der Planung ist zu beach-ten, dass die Kesselvorschriften beieinem Betrieb ohne Beaufsichtigungautomatische Analysengeräte zurKondensatüberwachung vorsehen.

Bei der Feststellung von Verunreini-gungen im Kondensat ist das verun-reinigte Kondensat aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf auszuschleusen. Die Probeentnahmestellen müssenimmer im Zulauf der Kondensate vordem Sammelbehälter angeordnetwerden, damit das verunreinigteKondensat nicht in den Behälterfließen kann. Das Kondensat ist überDreiwegeventile auszuschleusen.

Bild 59: Öleinbruchüberwachung (Quelle: Gestra)

Bild 60: Öleinbruchüberwachung(Quelle: Gestra)

Kondensat überwachen auf Öleinbruch

Verzögerter Alarmausgang

4 – 20 mA

CANopen (option)

Messumformer

ORT 6

Messwertgeber

ORG 12, 22

Dreiwege-

Umschaltventil

Page 31: Fr Dampfkessel

Komponenten einer

Dampfkesselanlage

31

4.7 Steuer- und Schaltanlage

In der Steuer- und Schaltanlage, z. B. dem Schaltschrank Vitocontrol(Bild 61), befinden sich alle Kompo-nenten zur Ansteuerung der kessel-spezifischen Regel- und Steuerungs-einrichtungen von Dampfkessel-anlagen.

Darüber hinaus befinden sich imSchaltschrank auch die Komponen-ten, die für den beaufsichtigungs-freien vollautomatischen Betrieb der Kessel mit 24- oder 72-Stunden-Überwachung nach TRD 604 not-wendig sind.Dazu zählen alle Bauteile „Besonde-rer Bauart“*, die für den Betrieb einer Dampfkesselanlage erforder-lich sind.

Die Ansteuerung der Steuer- und Regelgeräte erfolgt idealerweiseüber eine Speicher-ProgrammierbareSteuerung (SPS). Bedienung und Parametrierung des Kessels erfolgenüber ein zentrales vollgrafischesFarbdisplay (Touch-Panel) (Bild 62).

Mittels dieses Displays werden auchalle Funktionen mit den dazuge-hörenden Betriebszuständen, Soll-und Istwerten dargestellt.

Die Erfassung der Betriebsstundenfür den Brenner und die Speisewas-serpumen erfolgt ebenfalls über dieSPS.

Bei Zweistoffbrennern geschieht dieAufzeichnung der Betriebsstundendes Brenners und die Anzahl derBrennerstarts getrennt nach Brenn-stoff. Alle Störmeldungen werdenmit Datum und Uhrzeit erfasst undprotokolliert. Die Störmeldungenwerden zusätzlich als Historie ge-speichert, so dass das Auftreten vonStörungen, deren Quittierung unddie Beseitigung der Störung doku-mentiert sind.

* Besondere Bauart liegt vor, wenn im elektri-schen und mechanischen Teil in jedem Geräteine regelmäßig ablaufende Prüfung selbst-ständig erfolgt (z. B. bei Elektrodenwasser-standgeräten die Überwachung des Isolati-onswiderstandes, bei Tauchkörpergeräten die automatische Funktionsprüfung, beiaußenliegenden Geräten das Durchblasender Verbindungsleitungen).

Bild 61: Schaltschrank Vitocontrol

Hauptfunktionen:

Brenner-Leistungsregelung

Der Druck des Kessels wird mit einerSonde gemessen und als analogesSignal zur SPS übertragen. Die SPSregelt den Druck auf einen vom Bediener vorgegebenen Sollwert.Aus der Abweichung Solldruck –Istdruck ermittelt der Leistungsreglerden Modulationsgrad des Brennersoder die jeweilige Brennerstufe, abhängig von der Konfiguration.

Wasserstand-Niveauregelung

Die in der SPS hinterlegte Niveau-regelung des Dampfkessels kann als 2-Punkt-Regelung über das Zu- undAbschalten der Speisewasser-pumpen oder als kontinuierliche Regelung über ein Speisewasser-ventil realisiert sein.

Durch das Zu- und Abschalten derSpeisewasserpumpe(n) bzw. zusätz-lich durch die Stellung des Speise-wasserventils wird dem Kessel dieMenge an Speisewasser zugeführt,die benötigt wird, um den Sollwas-serstand des Kessels zu halten. BeiVorhandensein von zwei Speise-wasserpumpen erfolgt turnusmäßigbzw. bei Störung einer Pumpe einePumpenumschaltung.

Bild 62: Display

Leitfähigkeit Kesselwasser-

Absalzregelung

Die Funktion „Absalzung“ wird optional durch eine kontinuierlicheRegelung in der SPS realisiert.Die Leitfähigkeit des Wassers wirdmittels Sonde gemessen und alsanaloges Signal auf die SPS geschal-tet. Der Sollwert „Salzgehalt“ unddie Regelparameter werden über dasBedienteil vorgegeben. Bei zu hohemSalzgehalt öffnet das Absalzventil, eswird salzhaltiges Wasser abgelassen.

Abschlammsteuerung

Die Ansteuerung des Abschlamm-ventils kann optional durch die SPSin Abhängigkeit von den hinterlegten Werten für Intervalllänge zwischenzwei Abschlämmungen und der Dauer der Ansteuerung des Ventilserfolgen.

Weitere Funktionen, wie z. B. die Ansteuerung einer Abgasklappe, Ansteuerung einer Bypassklappe,Umschaltung auf zweiten Sollwert(Druck) sind ebenfalls in der SPS integriert.

Page 32: Fr Dampfkessel

32

Rohwasser

Au

sbla

sele

itu

ng

W

asse

rsta

nd

san

zeig

er

Ab

sch

lam

mu

ng

8.0

Ab

salz

un

g

Dampfleitungzum Verbraucher

Au

sbla

se-

leit

un

g S

IV

11.0

TC

Dampfleitungzur Entgasung

En

tlü

ftu

ng

ü

ber

Dac

h

8.2 MPI

7.2

12.0

6.10

PI

8.1

Vitocontrol

Entlüüber

En

tlü

ftu

ng

ü

ber

Dac

h b

ei

Ho

chd

ruck

gas

-le

itu

ng

Oelarmaturenstrecke

Probeentnahmekühler

8.2

6.10

Schaltschrank7.2

Dampfleitung

Ausblaseleitung

Speisewasser

Steuerleitung

Gasleitung

Oelleitung

Abwasser

Kondensat

Dosierung

ECONOMISER

KESSEL3.0

4.0

8.0

9.0

10.0

Doppelpendelenthärtungsanlage10.1

Härtestabilisierung10.2

Sauerstoffbinder10.3

Gasarmaturenstrecke8.1

Weichwasser

Rohwasser

FEUERUNG

CHEMISCHE WASSERAUFBEREITUNG

THERMISCHE WASSERAUFBEREITUNG

NummerierungLeitungsarten

MISCHKÜHLER11.0

ABSALZENTSPAN12.0

KONDENSATSTAT13.0

M

QC

LCLZL LZL

LSH

LI

TI

PZL

PI

PC

3.0

Vitomax 200 HS

PS

Bild 63: Bestandteile einer Dampfkesselanlage

Page 33: Fr Dampfkessel

33

Projekt

Plan-Inhalt

Datum Name

MaßstabZ.-Nr.

Soleansetzbehälter

zum Kanal

C TI

Rohwasser

Kondensat

Wei

chw

asse

r

Do

sier

leit

un

g

En

tlee

run

g

10.0QZ

Dosieranschluss

LS

LC

LIS 9.0TI

PC

Überlauf

PI

Ro

hw

asse

r

Kondensatrückflußvom Verbraucher

LS

LA

LI

LA

LS

LC

13.0

Überlauf

PI

PI

Entlüftung über Dach

Entlüftung über Dach

Entlüftung über Dach

üftung r Dach

Dampfkesselanlage mit

Dualbrenner und integriertem Eco 1

Diese Zeichnung dient nur zur Information. Die Anordnung von nicht direkt am Kessel befestigten Komponenten, von Komponenten, die nicht zum Lieferumfang von Viessmann gehören sowie der Leitungsverlauf sind nur informativ dargestellt.Die Zeichnung stellt kein RI-Schema dar und kann als solches nicht verwendet werden. g

Motor

Z

Manuell

Füllstand

Druck

M

P

H

L

I

C

TemperaturT

Qualität, AnalyseQ

S

V

sicherheitsrelevanter Steuereingriff

selbsttätige Regelung

High

Low

Anzeige

Schaltung, Steuerung

Ventil

als Erstbuchstabe als Folgebuchstabe

Kenn-buch-stabe

Grundlagenschema Vitomax 200 HS

10.2

10.1

10.3

NNER

TION

Page 34: Fr Dampfkessel

34

5 Auslegung

Druckgeräterichtlinie, die Auslegungerfolgt nach „Guter Ingenieurpraxis“.Größer 0,5 bar bis 1 bar erfolgt dieAuslegung nach Druckgeräterichtli-nie jedoch mit geringeren Anforde-rungen als Hochdruck-Dampfkesselgrößer 1 bar.

Für die Ausrüstung und Aufstellungkönnen ebenfalls erleichterte Bedin-gungen gelten.

Einsatzgebiete für Niederdruck-Dampfkessel sind beispielsweise:– Großbäckereien– Fleischereien– Dampfheizungen

Hochdruck-Dampferzeuger werdenals Großwasserraumkessel mit einem zulässigen Betriebsüberdruckgrößer 1 bis 25 bar gebaut. Einsatz-gebiete für Hochdruck-Dampfkesselsind beispielsweise:– Lebensmittelindustrie (Brauereien,

Molkereien)– Papierindustrie– Pharmazeutische Industrie – Baustoffindustrie

Bild 65: Typenschild

5.1 Druck und Leistung

Bei der technischen Anwendung desDampfes werden Drücke allgemeinals Überdruck in bar angegeben.Die Leistung des Dampfkessels wirdin kg/h oder t/h angegeben. Sie stelltdie maximal mögliche Dauerleistungdes Kessels dar und wird auf dem Typenschild (Bild 65) vermerkt. DasZubehör wird auf diese Leistung abgestimmt. Die minimal möglicheDauerleistung des Kessels wirddurch die minimale Brennerleistungbestimmt.

Arbeitsdruck

Als Arbeitsdruck wird der am Kessel-stutzen zur Verfügung stehendeDruck bezeichnet. Wie hoch diesersein muss, wird durch die zu versor-genden Abnehmer und die Gestal-tung des zur Verteilung notwendigenDampfnetzes bestimmt. Der Druckam Kesselstutzen muss also immerhöher sein als der am Verbraucherbenötigte.

Zulässiger Betriebsüberdruck

Der zulässige Betriebsüberdruck istgleich dem Ansprechdruck des Si-cherheitsventiles und wird auf demTypenschild dokumentiert. Er gibtden maximal möglichen Druck an,mit dem der Kessel betrieben wer-den darf. Um einen möglichststörungsfreien Betrieb des Dampf-kessels zu ermöglichen, muss dieDifferenz zwischen Arbeitsdruck undzulässigem Betriebsüberdruck beiNiederdruck-Dampfkesseln mindes-tens 0,2 bis 0,3 bar und bei Hoch-druck-Dampfkesseln mindestens 1,5 bar betragen.

Einteilung in Niederdruck- und

Hochdruck-Dampfkessel

Als Niederdruck-Dampfkessel wer-den Dampferzeuger mit einem zu-lässigen Betriebsüberdruck kleinergleich 1 bar bezeichnet. Bis 0,5 barfallen diese Kessel nicht unter die

Bild 64: Hochdruck-Dampferzeuger Vitomax 200 HS (4 t/h, Gärtnerei)

Page 35: Fr Dampfkessel

35

Auslegung

Festlegung der Dampfleistung

Wird dem Kessel durch die Verbrau-cher mehr Dampf als die maximalmögliche Dauerleistung entzogen,werden verstärkt Wassertröpfchenaus dem Kessel mitgerissen. Das beeinträchtigt nicht nur die Dampf-qualität sondern hat auch Verkrus-tungen an Armaturen und sonstigenEinbauten in der Dampfleitung zurFolge. Außerdem sinkt der Dampf-druck und damit die Temperatur imKessel, was unter Umständen dieausreichende Versorgung der Ver-braucher gefährden kann.

Deshalb ist es wichtig zu wissen, welche Verbraucher durch den Kes-sel versorgt werden müssen und wiehoch der jeweilige Dampfbedarf ist.Dabei muss beachtet werden, dassneben dem zu Produktionszweckenbenötigten Dampf auch der Eigenbe-darf z. B. für die thermische Wasser-aufbereitung oder den Heizdampf erfasst wird. Aus der Addition derTeilleistungen, ggf. unter Berücksich-tigung eines Gleichzeitigkeitsfaktors,ergibt sich die mindestens zu instal-lierende Dampfleistung (Bild 66).

Ebenso sollten mit dem zukünftigenBetreiber Fragen zur Verfügbarkeitbzw. Besicherung (Sicherung einerGrundversorgung bei Störung oderWartung, Reservekessel) besprochenwerden. Damit kann eine sinnvolleAufteilung auf mehrere Kesselein-heiten erfolgen.

5.2 Eigenenergiebedarf einer

Dampferzeugeranlage

Der Eigenenergiebedarf einer Dampf-erzeugeranlage wird im wesentlichendurch die elektrische Leistung derAntriebe der einzelnen Hauptkom-ponenten bestimmt. Die Hauptver-braucher sollen nachfolgend kurz beschrieben werden.

Bild 66: Faktor zur Ermittlung der Feuerungswärmeleistung mittels der Dampfleistung

Feuerungsleistung in kW = Faktor F • Dampfleistung in kg/h

Beispiel:

Dampfleistung: 10000 kg/h, Betriebsdruck: 12 bar

Betrieb ohne Economiser: Faktor F = 0,732 (siehe Diagramm) ergibt eine Feuerungswärmeleistung von 7320 kWBetrieb mit Economiser (Kesselwirkungsgrad 94%): Faktor F = 0,697 (siehe Diagramm) ergibt eine Feuerungswärmeleistung von 6970 kW

Betriebsüberdruck [bar]

Fa

kto

r F

ohne Abgas-/Wasser-Wärmetauscher (Economiser)

mit Abgas-/Wasser-Wärmetauscher (Economiser), Kesselwirkungsgrad: 94%

Kesselspeisepumpen zur Versorgung

der Dampferzeuger mit Speise-

wasser

Je nach zulässigem Betriebsdruckdes Dampferzeugers und der zu fördernden Wassermenge wird dienotwendige Antriebsleistung desPumpenmotors bestimmt.

Der elektrische Eigenbedarf der Pumpe richtet sich dann nach derDampfleistung und dem Betriebs-überdruck des Dampferzeugers zu einem bestimmten Zeitpunkt.Er wird nach folgender Gleichung bestimmt:

ρ · g · H · V P = ––––––––––––

η

P = Leistungsbedarf [W]V = Förderstrom [m3/s] ist aus der

Heizleistung und dem Tempe-raturunterschied Δt zwischenVor-/Rücklauf zu bestimmen

ρ = Dichte des Wassers [kg/m3]H = Förderhöhe [m]η = Wirkungsgrad der Pumpe

Daraus ist zu entnehmen, dass derLeistungsbedarf der Pumpe sowohlzur Förderhöhe als auch zur Förder-menge direkt proportional ist.

Page 36: Fr Dampfkessel

36

Auslegung

Weitere elektrische Verbraucher sinddie chemische Wasseraufbereitung,Stellantriebe von Absperrarmaturenund Regelventilen, Ringleitungs-pumpen im Heizölsystem, Magnet-ventile zur Zusatzwasserregelungund Kleinverbraucher wie Schalt-schrankbeleuchtung, Notbeleuch-tung des Kesselhauses und Anlagen-beleuchtung.

Um den elektrischen Eigenbedarf zuminimieren, werden häufig elektri-sche Antriebe mit Frequenzumrich-tern ausgerüstet. Halbiert man zumBeispiel die Drehzahl einer Pumpe,um die halbe Fördermenge zu reali-sieren, dann beträgt die zugehörigeAntriebsleistung für die Pumpe nurnoch ein Achtel.

Im Rahmen der Planung ist die Analyse der Abnehmeranlage einewichtige Voraussetzung für den Ein-satz von Frequenzumrichtern.

Eigenbedarf an Dampf

Als Eigenbedarf zählt auch der Ver-brauch von Heizdampf zur Versor-gung der thermischen Wasseraufbe-reitung. Das Zusatzwasser aus derchemischen Wasseraufbereitung mit einer Temperatur von ca. 10 °Csowie das Abnehmerkondensat mitca. 85 °C werden mittels Dampf auf102 °C aufgeheizt, um über den Ent-gaser die ursprünglich im Wassergelösten Gase an die Atmosphäreabzuleiten.

Das Zusatzwasser aus der chemi-schen Wasseraufbereitung gleichtdie Wasserverluste des Systems aus,also die Absalz- und Abschlämmver-luste sowie die Kondensatverlustebei den Dampfabnehmern. Je höher der Zusatzwasseranteil ist,desto höher ist also auch der Eigen-bedarf an Dampf zur Aufwärmung. Die abgeleiteten Brüden sind eben-falls Verluste und werden mittels Zusatzwasser ausgeglichen.

Zusammengefasst kann gesagt

werden:

Für die Bestimmung des Eigenbe-darfs einer Anlage ist immer die ent-sprechende Anlagenleistung und deraugenblickliche Anlagenzustand zudefinieren!

Brenneranlage des Dampferzeugers

Je nach Brennstoffart sind unter-schiedliche Verbraucher enthalten:

– Das Verbrennungsluftgebläsesaugt die Verbrennungsluft ausdem Kesselaufstellraum oder direkt über ein Kanalsystem vonaußerhalb des Kesselhauses anund versorgt damit den Brenner.

– Bei flüssigen Brennstoffen (z. B.HEL – leichtes Heizöl) sind außer-dem die Hochdruckölpumpen desBrenners elektrisch zu versorgen.

Weitere elektrische Verbraucher

Wenn die Kesselanlage außer Betriebgeht, wird von einer Reihe von Anlagenbetreibern gefordert, denAbgaskanal mit Hilfe einer elektrisch angetriebenen Abgasklappe abzu-sperren. Mit dieser Maßnahme wird die Auskühlung des Kessels gemindert.

Der Dampf aus dem Dampferzeugerwird zur Versorgung von technischenVerbrauchern und zu Heizzweckengenutzt. Das Kondensat wird in denmeisten Fällen in Kondensatbehäl-tern in der Abnehmeranlage gesam-melt und dann mit elektrisch betrie-benen Kondensatpumpen zurück zurDampferzeugeranlage gefördert.

Die elektrische Leistung der Konden-satpumpe berechnet sich ebenfallsnach der Formel auf Seite 35.

Page 37: Fr Dampfkessel

37

Auslegung

5.3 Kesselspeisewasserniveau-

regelung

Die Kesselspeisepumpen versorgenden Dampferzeuger entsprechendder geforderten Dampfleistung mitSpeisewasser. Man unterscheidet diediskontinuierliche und die kontinuier-liche Niveauregelung. Die Regel-größe ist dabei der Füllstand desDampferzeugers.

Diskontinuierliche Niveauregelung

Der Wasserstand wird zwischen zweifest einstellbaren Schaltpunkten„Pumpe aus“ und „Pumpe ein” gesteuert. Das Signal der Niveau-elektrode wirkt auf die Pumpe (Bild 67).

Kontinuierliche Niveauregelung

mittels Speisewasserregelventil

Ziel der Regelung ist es, das Niveauim Kessel auf einem festgelegtenSollwert nahezu konstant zu halten.Der Istwert wird kontinuierlich übereine Niveausonde erfasst und in einem Regler mit dem Sollwert ver-glichen. Bei Lastschwankungen wirddann durch Öffnen bzw. Schließendes Speisewasserregelventils auf das gewünschte Sollniveau geregelt.Mit einer drosselbaren Mindestmen-genleitung wird eine bestimmteMenge zum Speisewasserbehälterzurückgefördert. Die Mindestförder-menge gewährleistet die Kühlungder Pumpe (Bild 68).

Bild 67: Diskontinuierliche Niveauregelung

Bild 68: Kontinuierliche Niveauregelung mittels Speisewasserregelventil

Page 38: Fr Dampfkessel

38

Auslegung

Kontinuierliche Niveauregelung

mittels Speisewasserregelventil

mit Freilauf

Sobald der Hauptförderstrom einebestimmte Fördermenge unterschrei-tet, öffnet das Freilauf-Rückschlag-ventil (Bypass) so weit, dass stets dieerforderliche Pumpenmindestmenge(zwecks Kühlung) abgeführt werdenkann (Bild 69).

Kontinuierliche Niveauregelung

mittels Drehzahlregelung der Pumpe

Ziel der Regelung ist es, das Niveauim Kessel auf einen festgelegtenSollwert nahezu konstant zu halten.Bei Lastschwankungen wird zur Er-reichung des Sollniveaus die Förder-leistung der Pumpe durch stufenloseDrehzahlverstellung (hier durch auf-gesetzten Frequenzumrichter) demveränderten Bedarf angepasst. Durchdiese bedarfsabhängige Drehzahl-optimierung wird elektrische Energieeingespart. Zusätzlich können somitRegelarmaturen vor dem Kessel ein-gespart werden (Bild 70).

Bild 69: Kontinuierliche Niveauregelung mittels Speisewasserregelventil mit Freilauf

Bild 70: Kontinuierliche Niveauregelung mittels Drehzahlregelung der Pumpe

Page 39: Fr Dampfkessel

39

Auslegung

5.4 Erlaubnisverfahren für Dampf-

kesselanlagen in Deutschland

Als rechtliche Grundlage „im Bereichder Sicherheit und des Arbeits-schutzes bei der Bereitstellung vonArbeitsmitteln und deren Benutzung,der Sicherheit beim Betrieb überwa-chungsbedürftiger Anlagen und derOrganisation des betrieblichen Arbeitsschutzes“ gilt die Betriebs-sicherheitsverordnung (BetrSichV).

Im § 13 sind die maßgeblichenSchritte zur Erlangung der Erlaubnisverankert. Die BetrSichV konkretisiertdie grundlegenden Anforderungenaus Europa für das nationale deut-sche Recht.

Für die Kessel der Kategorie IV nachdem Diagramm der DGRL (siehe Bild 14, Seite 10) ist eine Erlaubnisfür die Montage, die Installation undden Betrieb erforderlich. Als erstenSchritt muss bei einer zugelassenenÜberwachungsstelle (ZÜS) nachWahl des Betreibers (noch bis zum31.12.2007 sind dies die für den Auf-stellungsort der Anlage zuständigenTechnischen Überwachungsvereine)eine gutachterliche Äußerung bean-tragt werden. Dazu ist zu empfehlen,dass im Voraus ein Vorortgesprächmit dem Sachverständigen beimTÜV geführt wird, um schon vor derBeantragung alle technischen Fragenzu klären. Dadurch kann das Verfah-ren verkürzt und eventuell auch Kosten eingespart werden.

Für die gutachterliche Äußerungwerden mindestens nachstehendeUnterlagen gefordert:

– Aufstellungszeichnung der Kessel-anlage

– Lageplan mit Kesselaufstellungs-raum – aus dem Lageplan mussdie Zweckbestimmung der benach-barten Räume erkennbar sein

– Formblatt Beschreibung der Kesselanlage

– Beiblätter zur Beschreibung derKesselanlage– Aufstellung– Gasversorgung– Öllagerung– Abgas-Wärmetauscher– Feuerung– Betrieb ohne Beaufsichtigung

– Elektroschaltpläne für die Sicher-heitstechnik und Feuerung

Nach Vorliegen der gutachterlichenÄußerung durch die ZÜS ist durchden Betreiber bei der für den Auf-stellungsort zuständigen Behörde(Gewerbeaufsichtsämter) der Antragauf Erlaubnis zu stellen. Mit dem Antrag sind die Unterlagen für diegutachterliche Äußerung und diedurch die ZÜS erstellte Äußerungmit einzureichen.

Die Behörde muss innerhalb von dreiMonaten über den Antrag entschei-den. Die Erlaubnis kann mit Auflagenverbunden sein, die bei der Montagezu berücksichtigen sind. Nach Ertei-lung der Erlaubnis durch die Behördekann erst mit der Montage und In-stallation begonnen werden.

Page 40: Fr Dampfkessel

40

Auslegung

wird der Führungskessel und die Reihenfolge der weiteren Folgekesselfestgelegt. Kessel die z. B. in Revisi-on sind oder auf Grund eines länger-fristigen geringeren Dampfbedarfsnicht benötigt werden, deshalb kon-serviert wurden, müssen aus der Folgeschaltung herausgenommenwerden. Der Führungskessel wirdentsprechend der Programmierungder SPS nach einem festgelegtenZeitraum und einer festgelegten Rei-henfolge automatisch gewechselt.Die Zuschaltung eines Reservekes-sels erfolgt dann, wenn der Kessel,der in Betrieb ist über einen vorge-gebenen Zeitraum mit einer Leistungvon z. B. 80% fährt. Die Feuerung des Folgekessels geht in Betrieb undnach Erreichen des Systemdruckesöffnet das Motordampfventil und derKessel speist in die Dampfsammel-leitung mit ein.

Das Abschalten eines Kessels erfolgtdann, wenn die Leistung z. B. unter35% fällt. Der Folgekessel geht dannaußer Betrieb und das Motordampf-ventil schließt.

Die in Reserve stehenden Kesselwerden über einen zweiten Regel-druck, der tiefer als der benötigteDampfsystemdruck liegt, unter Druckgehalten. Mit dieser Schaltung ist eine schnelle Verfügbarkeit des Kessels bei Anforderung gesichertund der Druckkörper wird vorStillstandskorrosionen geschützt. Alle konkreten Einstellwerte für dieFolgeschaltung sind für jede Anlagegesondert festzulegen und über dieSPS vorzugeben.

5.5 Mehrkesselanlagen

Aus Gründen der Versorgungssicher-heit der Dampfkesselanlage, z. B. inKrankenhäusern für die Sterilisationoder aus unterschiedlichem Dampf-bedarf über einen bestimmten Zeit-raum (Tag/Nacht, Sommer/Winter)werden Mehrkesselanlagen einge-setzt. Die Frage, wie viele Kessel ineiner Anlage und mit welcher Leis-tung aufgestellt werden sollen istkein sicherheitstechnischer Aspekt,sondern nur von der Versorgungs-sicherheit unter Beachtung der geringsten Betriebskosten zu be-trachten.

Bei einer Einkesselanlage ist zu be-rücksichtigen, dass der Leistungs-bereich des Kessels nur von dem Regelbereich der Feuerung abhängt.Moderne Gasbrenner können bis aufca. 10% der Kesselleistung geregeltwerden. Fällt der Dampfbedarf nochunter diesen Regelbereich geht derKessel in Aussetzbetrieb. Eine be-darfsgerechte Dampfversorgung istdamit gesichert.

Anlagen mit mehreren Kesseln wer-den überwiegend mit einer Folge-schaltung betrieben. Die Folgeschal-tung gestattet einen dem Dampfbe-darf entsprechenden Kesselbetriebunter der Sicht einer kostengünsti-gen Betriebsweise und auch unterdem Aspekt einer hohen Versor-gungssicherheit. Die kostengünstigeBetriebsweise resultiert aus den verminderten Brennerstartvorgän-gen und dem Betrieb der Kessel immittleren Lastbereich mit geringenAbgasverlusten.

Jeder Kessel hat grundsätzlich seineeigene Kesselsteuerung und kannüber diese Steuerung autark gesteu-ert und betrieben werden. Als Steue-rung sollte eine SPS vorgesehenwerden. Die Folgeschaltung, eben-falls über eine SPS, ist den einzelnenKesselsteuerungen übergeordnet.Über die SPS der Folgesteuerung

Bild 71: Dampfversorgung im Krankenhaus AMH Chorzow Polen – drei Hochdruck-Dampferzeuger Vitomax 200 HS mit 2,4 t/h (8 bar) versorgen die Heizung, Wäscherei und Sterilisation mit Dampf

Page 41: Fr Dampfkessel

41

6 Aufstellung

6.1 Aufstellraum

Grundsätzliche Anforderungen

Kesselanlagen sollten in Gebäudenfrei von Frost, Staub und Tropfwas-ser aufgestellt werden. Die Tempe-ratur im Aufstellraum sollte zwischen5 und 40 °C betragen. Für eine aus-reichende Belüftung (Verbrennungs-luftzufuhr) ist zu sorgen. Hierbei istdarauf zu achten, dass keine korro-siven Bestandteile (z. B. Chlor- oderHalogenverbindungen) angesaugtwerden.

Der Boden ist ausreichend tragfähigund eben auszuführen. Bei der Trag-fähigkeit ist das max. Betriebsge-wicht, also sowohl die Wasserfüllungals auch angebaute Komponenten,zu berücksichtigen. Die Kessel kön-nen ohne Fundament aufgestelltwerden. Wegen der Reinigung desAufstellraumes ist ein Fundament jedoch zweckmäßig.

Vorschriften

In der DDA-Information (DeutscherDampfkessel Ausschuss) Ausgabe2.2002 wird die „Aufstellung und Be-trieb von Landdampfkesselanlagenmit CE-Kennzeichnung“ beschrieben.Die Regeln wurden im wesentlichenaus der TRD 403 bzw. in Abhängig-keit vom Wasserinhalt und zuläs-sigem Betriebsdruck für erleichterteAufstellung aus der TRD 702 über-nommen. Außerdem sind die jewei-ligen Bauvorschriften der Länder und die Feuerungs-Verordnung zubeachten.

Bild 72: Beispiel für einen Kesselaufstellraum

1 Hochdruck-Dampferzeuger 2 Brenner 3 Schaltschrank 4 Abschlammung 5 Speisepumpe (erforderliche Zulauf- höhe bei Aufstellung berücksichtigen) 6 Abgasrohr 7 Abschlammbehälter 8 Speisewasserbehälter im Entgaser (Thermische Wasseraufbereitung) 9 Dampfverteiler10 Dosierung11 Chemische Wasseraufbereitung12 Abgasanlage13 Abluftöffnung14 Zuluftöffnung891011

12

13

14

6

7

31

4 5

2

Neben Mindestanforderungen anFreiräume zur Bedienung und War-tung, Rettungswege, Abgasführung,Brennstofflagerung und elektrischenEinrichtungen wird festgelegt, in welchen Räumen Dampfkessel auf-gestellt werden dürfen.

Hochdruck-Dampfkessel (der Gruppe IV nach TRD) dürfen nichtaufgestellt werden:

– in, unter, über und neben Wohn-räumen,

– in, unter und über Sozialräumen(das sind u. a. Wasch-, Umkleide-und Pausenräume) und Arbeits-räumen.

In den Vorschriften werden erleich-terte Aufstellbedingungen in Abhän-gigkeit des Produktes aus Wasser-inhalt und zulässigem Betriebsdruckunter Beachtung einer maximalenDampfleistung aufgeführt. Die Regel-werke benennen dazu jedoch unter-schiedliche Anforderungen, weshalbfür den konkreten Fall eine Vor-klärung mit den örtlich zuständigenBehörden empfohlen wird.

Page 42: Fr Dampfkessel

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Bild 73: Körperschalldämmung

Aufstellung

6.2 Schallemission

Geräuschquellen

Unter Schall versteht man mechani-sche Schwingungen und Wellen inelastischen Medien, wie festen Kör-pern (Körperschall), Luft (Luftschall)und Flüssigkeiten. Diese Schwingun-gen treten in bestimmten Frequen-zen (= Anzahl der Schwingungen proSekunde) auf. Durch das menschli-che Ohr werden Schwingungen vonca. 16 Hz (tiefe Töne) bis ca. 16000 Hz(hohe Töne) wahrgenommen.

Jede Art von Schall, durch den Men-schen gestört und belästigt werden,wird als Lärm bezeichnet. Um Beläs-tigungen durch Lärm zu vermeiden,wurden vom Gesetzgeber Vorschrif-ten zum Schutz gegen Lärm erlassen.Beispielsweise BImSchG, TA-Lärm,DIN 4109, DIN 45 680, VDI-Richtlinie2058. In Abhängigkeit von unter-schiedlichen Umgebungen und Tageszeiten werden hier Grenzwerte,Mess- und Bewertungsverfahrenfestgelegt.

Die von Kesselanlagen ausgehendenGeräusche werden im wesentlichenverursacht durch:

– Verbrennungsgeräusche– Brenner-Gebläsegeräusche– Körperschallübertragung

Der überwiegend durch den Verbren-nungsvorgang entstehende Luft-schall wird durch die Abstrahlungvon Brenner, Kessel und Abgaswegübertragen.

Körperschall entsteht durch mecha-nische Schwingungen der Kessel-anlage und wird vorwiegend überFundamente, Wände und Wandun-gen der Abgasanlage übertragen.Hierbei können Schalldruckpegel inder Größenordnung von 50 bis 140 dB(A) je nach Frequenz ent-stehen.

Ausgewählte Lärmschutzmaß-

nahmen

Schalldämmunterlagen können nurbis zu einer begrenzten Belastbarkeitgeliefert werden. Darüber hinauskann eine Entkopplung nur über bau-seitige Maßnahmen, wie z. B. einschwingungsentkoppeltes Funda-ment, erreicht werden.

1. Körperschalldämmung

Schalldämmende Kesselunterlagenvermindern die Übertragung vonKörperschallschwingungen auf dieAufstellfläche (Bild 73).

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Bild 77: Zuluftöffnung des Aufstellraumes mitSchalldämpfer

Aufstellung

2. Abgasschalldämpfer

Abgasschalldämpfer werden zurDämpfung der Verbrennungsge-räusche verwendet (Bild 74). Um dieWirksamkeit zu gewährleisten muss die Ausführung sorgfältig auf dieKessel/Brenner-Kombination, dasAbgassystem und den Schornsteinabgestimmt werden.

Bei der Planung der Größe des Auf-stellraumes sollte beachtet werden,dass Abgasschalldämpfer erheb-lichen Platzbedarf haben.

3. Abgasrohrkompensatoren

Abgasrohrkompensatoren verhin-dern, dass Körperschallschwingun-gen von der Kessel-Brennereinheitüber den Abgasweg auf den Baukör-per übertragen werden. Sie könnenaußerdem die Wärmedehnung derAbgasrohre aufnehmen (Bild 75).

4. Brennergebläse – Schalldämm-

hauben

Schalldämmhauben werden zurDämmung von Brenner-Gebläse-geräuschen verwendet. Sie dienenalso hauptsächlich der Lärmminde-rung im Aufstellungsraum (Bild 76).

5. Zu- und Abluftführung

Zu- und Abluftführung mit Schall-dämpfer versorgen die Brenner gezielt mit Verbrennungsluft und verhindern, dass die im Heizraumentstehenden Geräusche über dieLüftungsöffnungen nach außen über-tragen werden (Bild 77).Um aufwändige Nachrüstungen zuvermeiden, empfehlen wir bereits inder Planungsphase Lärmschutzmaß-nahmen vorzusehen. Voraussetzungfür eine optimale Lösung ist dabeidie enge Zusammenarbeit zwischenArchitekten, Bauherren, Planer undFachfirmen.

Ansprechpartner zur Klärung derEmissionsvorgaben ist das Gewerbe-aufsichtsamt.

Bild 74: Abgasschalldämpfer

Bild 75: Abgasrohrkompensator Bild 76: Brennergebläse-Schalldämmhaube

Page 44: Fr Dampfkessel

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Aufstellung

6.3 Transport

Großwasserraumkessel können aufder Straße oder der Schiene sowieauf dem Wasser transportiert wer-den. Den Bedingungen des Trans-portmittels entsprechend ist die Verpackung zu gestalten, ggf. erfolgtein Transport ohne die besondersempfindliche Wärmedämmung.

Um das Zubehör wie Brenner, Rege-lungstechnik und Armaturen vorTransportschäden zu schützen, wirddieses separat verpackt und trans-portiert. Ein weiterer Vorteil dieserVerfahrensweise sind minimal mög-liche Transportabmessungen. Mon-tiert wird das Zubehör üblicherweiseerst nach erfolgter Aufstellung desDampfkessels am Einsatzort.

Je größer die Dampfleistung ist, des-to aufwendiger ist auch der Trans-port. Unter Umständen müssen dieSpeditionen geeignete Fahrtrouten(z. B. eingeschränkte Straßenbreitenoder Brückendurchfahrten, Trag-fähigkeit von Verkehrswegen) undpolizeiliche Begleitung (Spezialtrans-porte) berücksichtigen.

Am Aufstellungsort ist durch denBauherren dafür Sorge zu tragen,dass die Zufahrt bis zum Aufstel-lungsort gewährleistet ist. Der Trans-portweg muss ausreichend tragfähig(z. B. keine Erdtanks oder Tiefgara-gen) und befestigt sein. Darüber hi-naus werden genügend Bewegungs-und Rangierfreiheit benötigt.

Zum Abladen von Kessel und Zube-hör und zum Bewegen von schwerenGeräten (z. B. Brenner, Pumpen, Armaturen, Schaltanlage) im Kessel-haus sind geeignete Hebezeuge vor-zusehen.

Bild 78: Transport eines Dampfkessels

Bild 79: Transport auf der Schiene ohne Wärmedämmung

Page 45: Fr Dampfkessel

Aufstellung

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Bild 81: Einbringung ist oft Maßarbeit

6.4 Einbringung

Zur Einbringung des Kessels und derweiteren Komponenten ist eine ge-nügend große Öffnung vorzusehen.Diese Öffnung kann auch im Dachdes Kesselhauses oder ein Schachtsein.

Zur Kostenminimierung sollten dieEinbringwege möglichst kurz undnicht durch störende Einbauten ein-geengt werden. Auch hier ist aufgenügende Tragfähigkeit zu achten. Hebezeuge sollten möglichst dichtam Einsatzort aufgestellt werdenkönnen. Sie müssen ausreichend fürdie zu hebenden Lasten und zu über-windenden Höhen bzw. Weiten be-messen sein. Sie benötigen ausrei-chend feste Stellfläche. Unter Um-ständen kann es notwendig werden,Zufahrtsstraßen oder Straßenab-schnitte zeitweilig zu sperren.

Bild 82: Einbringung ohne Wärmedämmung

Bild 83: Einbringung eines Kessels durch dasDach

Bild 80: Die Einbringung eines Großkessels erfordert Erfahrung und Fingerspitzengefühl

Bild 84: Einbringung eines Vitomax 200 HS (Typ M237) in Estland

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7 Betrieb

46

7.1 Betriebsarten

Je nach Ausrüstung unterscheidetdie TRD mehrere Möglichkeiten desBetriebes von Hochdruckdampf-anlagen.

1. Betrieb mit ständiger unmittel-

barer Beaufsichtigung

Bei dieser Betriebsart ist es erforder-lich, dass der Kessel unter ständigerBeaufsichtigung einer Bedienpersonsteht. Automatische Einrichtungenfür die Wasserstands- und Druckre-gelung werden dabei nicht gefordert.Diese Handlungen können durch dieBedienperson durchgeführt werden.

2. Betrieb mit eingeschränkter

Beaufsichtigung

Die Bedienperson muss sich allezwei Stunden vom ordnungsge-mäßen Zustand der Kesselanlageüberzeugen. Der Kessel muss mit Regeleinrichtungen für den Wasser-stand und den Druck ausgerüstetsein.

3. Zeitweiliger Betrieb mit herab-

gesetzten Betriebsdruck ohne

Beaufsichtigung

In der beaufsichtigungsfreien Be-triebsart wird der Dampferzeuger miteinem Absicherungsdruck von 1 barbetrieben. Für diese Betriebsweisemüssen zusätzliche Einrichtungen(Sicherheitsventil, Druckregler,Druckbegrenzer, Manometer) amKessel installiert sein.

4. Berieb ohne ständige Beaufsichti-

gung über 24 Stunden (BOSB 24h)

Der Dampferzeuger muss vollauto-matisch arbeiten und mit zwei selbst-überwachenden Sicherheitseinrich-tungen für die Wasserstandsbegren-zung bei niedrigsten Wasserstandausgerüstet sein. Die Feuerung mitzusätzlichen Sicherheitseinrichtun-gen muss ebenfalls für den BOSB zugelassen sein.

5. Betrieb ohne ständige Beaufsichti-

gung über 72 Stunden (BOSB 72h)

Hier sind zusätzlich zum 24-StundenBetrieb der Hochwasserstand übereinen gesonderten Schaltverstärkerzu begrenzen. Dazu kommen Begren-zer für die maximale Leitfähigkeit desKesselwassers, Einrichtungen zurÜberwachung der Wasserqualitäten(Zusatzwasser, Kondensat) und zu-sätzliche Anforderungen an denSchaltschrank.

Für Neuanlagen werden, auf Grunddes heutigen Standes der Sicher-heitstechnik und der Zuverlässigkeitder Geräte, die Kessel für einenBOSB über 24 bzw. 72 Stunden aus-gerüstet. Wobei der Trend zu den An-lagen für den BOSB über 72 Stundengeht.

Die Betriebsarten, wie unter 1 bis 3beschrieben, haben heute so gut wiekeine Bedeutung mehr. Als Bedin-gungen für einen BOSB sind nach-stehende Hinweise zu beachten.

Die Bedienperson muss die in denBetriebsvorschriften festgelegtenPrüfvorgänge durchführen und diesein das Betriebsbuch eintragen undmit ihrer Unterschrift bestätigen. Eine Zeitschaltuhr für die Einhaltungder Prüfintervalle ist nicht vorge-schrieben.

Zusätzlich ist halbjährlich durch eineFachfirma, z. B. durch den Service-dienst von Viessmann, eine Über-prüfung der Regel- und Begrenzer-einrichtungen durchzuführen, dienicht der regelmäßigen Überprüfungdurch die Bedienperson unterliegen.Das Aufgabengebiet der Bedien-person erweitert sich bei diesen Anlagen auf die Wartung und stelltdamit auch höhere Anforderungenan das Fachwissen, das gegenüberder Bedienung einfacher Anlagen erforderlich ist.

In Verbindung mit modernen Schalt-anlagen (z. B. SPS) ist eine Übertra-gung der Kesseldaten an eine Leit-warte möglich. Von dieser Leitwartekönnen auch Regelfunktionen aus-gelöst werden. Weiterhin ist auch beiZweistofffeuerungen eine automati-sche Brennstoffumstellung möglich.Ein Entriegeln des Kessels nach An-sprechen einer Sicherheitsabschal-tung muss immer am Kessel direkterfolgen.

Page 47: Fr Dampfkessel

Betrieb

47

7.2 Normen und Vorschriften für den

Betrieb

Die grundlegende Vorschrift für den Betrieb ist in Deutschland die BetrSichV. Im § 12 ist verankert, dassdie Anlagen entsprechend der vomAusschuss für Betriebssicherheitbeim Bundesministerium für Arbeit(BMA) erstellten Regeln (TechnischeAnleitungen Betriebssicherheit –TABS) zu betreiben sind.

Diese Regeln liegen aber zum jetzi-gen Zeitpunkt noch nicht vollständigvor und daher gelten entsprechendder Übergangsvorschrift noch fürDampfkessel die TRD.

Bei Neuanlagen ist der Betrieb nurnach erfolgter „Prüfung vor Inbe-triebnahme“ statthaft. Bei den Kesseln der Kategorie III und IV mussdiese Prüfung durch die ZÜS (Zu-ständige Überwachungsstelle) durch-geführt werden und der ordnungs-gemäße Zustand bescheinigt werden.

Zur Inbetriebnahme gehört, dass fürdas Bedienen der Kessel ausgebilde-tes Personal zur Verfügung steht. Bei Hochdruckanlagen sind das aus-gebildete Kesselwärter, die nach einem vom BMA bestätigten Ausbil-dungslehrgang (Durchführung in denmeisten Fällen bei den TÜV) geschultwurden. Gleich zu setzen sind Perso-nen, die auf Grund ihrer Ausbildungebenfalls das notwendige Fachwis-sen besitzen.

Zum Betreiben gehört auch die Nut-zung der Betriebsanleitung. Diesemuss alle für den Betrieb, die War-tung und den Revisionen notwendi-gen Informationen für die Bedienper-son enthalten. Dazu zählt ebenfallseine Auflistung, welche Handlungenan den einzelnen Kesselausrüstungs-teilen in welchen Zeiträumen durchdas Bedienpersonal durchzuführensind (Bild 85).

Bild 85: Auszug aus der Checkliste für eine Dampfkesselanlage (Dampf- und Heißwassererzeuger)

Page 48: Fr Dampfkessel

Betrieb

48

Für jeden Kessel muss ein Betriebs-buch vorhanden sein, in dem allePrüfungen eingetragen und durchden Durchführenden mit Unterschriftbestätigt werden. Das Buch dientzum Nachweis der ordnungsge-mäßen Bedienung und Wartung derKesselanlage und ist auf Verlangendem Sachverständigen und der zuständigen Aufsichtsbehörde vor-zulegen.

Im § 3 der BetrSichV wird der Arbeit-geber verpflichtet eine Gefährdungs-beurteilung zu erstellen. Bei der Er-stellung sind alle Gefährdungen zuermitteln, die im Bereich der Dampf-kesselanlage auftreten können, mitdem Ziel, eine gefahrlose Bereitstel-lung und Bewertung der Arbeits-mittel sicherzustellen.

Hochdruck-Dampfkessel der Katego-rie III (bei einem Produkt aus Volu-men in Litern und dem maximalzulässigen Druck in bar von mehr als1000) und IV unterliegen wiederkeh-renden Prüfungen durch die ZÜS.

Der Betreiber hat entsprechend § 15der BetrSichV die Pflicht, die von ihmermittelten Prüffristen innerhalb vonsechs Monaten nach Inbetriebnahmeder zuständigen Behörde mitzuteilen.Die ZÜS hat die ermittelten Prüffris-ten zu überprüfen. Bei Unstimmig-keiten zu den Fristen zwischen Be-treiber und ZÜS entscheidet dieBehörde endgültig.

Als Anhaltspunkt für die Prüffristengelten die Vorgaben des Kesselher-stellers, der in der Konformitäts-erklärung dazu Vorschläge gibt.

Die maximalen Fristen entsprechendder Vorgabe in der BetrSichV betra-gen für die: – äußere Prüfung 1 Jahr – innere Prüfung 3 Jahre – Festigkeitsprüfung 9 Jahre.

Diese Fristen dürfen nicht über-schritten werden.

Bild 86: Betriebsbericht

7.3 Service

Der Bereich Großkessel von Viessmann bietet einen umfangrei-chen Service auf dem Gebiet derDampferzeuger und dem dazugehörenden Umfeld an. Der Servicebeginnt mit der Bereitstellung vonTechnischen Dokumentationen, wieFachreihen, Datenblätter, Planungs-anleitungen, Konservierungshin-weise und Betriebsbücher.

Bild 87: Planungsanleitung zum Vitomax 200 HS

Viessmann Projektingenieure, diedeutschlandweit ihren Sitz in denVerkaufsniederlassungen haben, undDampfkesselspezialisten im VertriebGroßkesselsysteme in Berlin stehenden Planern, Investoren und Betrei-bern zu fachlichen Beratungen zurVerfügung.

Die Beratung für Neuanlagen kannbeim Planungsbüro, beim Betreibervor Ort oder mit der Abnahmeorga-nisation vor Ort (ZÜS – zuständigeÜberwachungsorganisation) er-folgen.

Bild 88: Viessmann Prospekte und Datenblätter Bild 89: Beratungsgespräch

Page 49: Fr Dampfkessel

Betrieb

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Über das Ergebnis wird ein Protokollmit den festgestellten Messdatenund eventuellen Hinweisen überge-ben. Im Betriebsbuch wird ebenfallsdie erfolgte Prüfung bestätigt.

– Wartungsarbeiten

Ein weiteres umfassendes Aufgaben-gebiet des Technischen DienstesGroßkessel ist die Durchführung vonWartungsarbeiten, wie Vorbereitungdes Kessels für die wiederkehrendenPrüfungen (innere Prüfung und Festigkeitsprüfung – Wasserdruck-prüfung) durch die ZÜS, Störungs-beseitigung und Erneuerung vonBaugruppen. Die Wartungsaufgabenbeziehen sich nicht nur auf den Kes-sel mit seiner Ausrüstung, sondernauch auf die Schaltanlage bzw. sons-

Bild 90: Funktionsprüfung nach EN 12953-6

tige Baugruppen des Kesselhauses.Durch den Schaltschrankbau könnenfür bestehende Kessel moderneSchaltschränke mit der neusten Re-gel- und Sicherheitstechnik gefertigtwerden. Sollten wesentliche Ände-rungen durchgeführt werden, gehörtzum Lieferumfang auch die Erstel-lung der notwendigen Erlaubnis-unterlagen nach BetrSichV.

– Reparaturen

Bei Mängeln am Druckteil werden inAbstimmung mit der ZÜS erforder-liche Reparaturen durchgeführt. Die notwendigen Zulassungen fürSchweißarbeiten am Druckteil, alsVoraussetzung für die Reparatur, sindbeim Technischen Dienst Großkesselvorhanden.

Viessmann Mitarbeiter erstellen fürdas Erlaubnisverfahren die notwen-digen Formulare für die Beschrei-bung der Anlage.

Ein weites Feld ist die Beratung zubestehenden Anlagen wie z. B. zuFragen der Senkung der Betriebs-kosten, Verbesserung des Anlagen-wirkungsgrades, Modernisierung derAnlage und Brennstoffumstellung.Mitarbeiter des Technischen Dienstesfür Großkesselanlagen stehen fürvielfältige Aufgaben im Rahmen desServiceangebotes zur Verfügung.

– Inbetriebnahmen

Bei der Inbetriebnahme durch Viessmann werden alle Regel- undBegrenzungseinrichtungen der Kes-selanlage justiert und geprüft. DieFeuerung wird so eingestellt, dassoptimale Verbrennungswerte erreichtwerden und die garantierten Emis-sionswerte eingehalten sind. Im Rahmen der Inbetriebnahme er-folgt die Einweisung des Bedienper-sonals. Auf Kundenwunsch wird die Anlage im Rahmen der Prüfun-gen zur Inbetriebnahme nach derBetrSichV der ZÜS vorgefahren.Über die durchgeführte Inbetrieb-nahme erhält der Betreiber ein Messprotokoll mit allen ermitteltenMessdaten.

– Überprüfung der Anlage nach

TRD 604

Eine wichtige Aufgabe ist die Durch-führung der in der TRD 604 geforder-ten halbjährlichen Überprüfung derHochdruckdampfkessel, die ohne Beaufsichtigung über 24 oder 72 Stunden betrieben werden. Beider Überprüfung werden die Regel-und Begrenzungseinrichtungen, dieFeuerung, die Wasseraufbereitung,die Qualität des Speise- und Kessel-wassers und der Allgemeinzustandder Anlage geprüft. Dem Betreiberund dem Kesselwärter werden sofort Hinweise gegeben, die sich aus derÜberprüfung der Anlage ergeben.

Page 50: Fr Dampfkessel

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8 Sonderbauarten

Bild 91: Vitomax 200 HS Dampferzeuger mit Abhitzenutzung im Krankenhaus in Maribor, Slowenien(6 t/h, 13 bar Sattdampf)

8.1 Abhitzekessel

Abhitzekessel nutzen die Abwärmevon Abgasen aus Verbrennungs-prozessen oder von heißen Abluft-strömen aus industriellen Prozessenzur Erzeugung von Sattdampf.

Es gibt grundsätzlich zwei Arten vonAbhitzekesseln

– Abhitzekessel (AHK) ohne Zusatz-feuerung:Hierbei werden ausschließlich dieAbgase/Abluftströme zur Erzeu-gung von Sattdampf genutzt.

– Heißwasser- oder Dampferzeugermit Abhitzenutzung:Hierbei handelt es sich um einenkonventionell befeuerten Kesselmit zusätzlicher Abhitzenutzung.

8.2 Dampfkessel mit Überhitzer

Viele industrielle Anwendungen stellen spezifische Anforderungen an die Dampfparameter.

Bei einigen Verfahrensprozessenwird Dampf mit höheren Tempera-turen verwendet, als sie sich ausdem Sättigungsdruck ergeben. Diesmacht eine Überhitzung von Dampferforderlich. Dazu hat Viessmannspezielle Dampfüberhitzer gebaut,die zwischen dem zweiten und drit-ten Abgaszug des Vitomax 200 HS installiert werden.

Bei einer solchen Lösung kann derÜberhitzer Dampf mit einer Tempe-ratur von ca. 50 K über der Satt-dampftemperatur erzeugen.

Bild 93: Vitomax 200 HS mit Überhitzer, 22 t/hbei 10 bar, während der Fertigung, eingesetztbei Klaipedos Kartons AB (Wellpappenher-stellung in Klaipeda, Litauen)

Bild 92: Vitomax 200 HS mit Überhitzer

Page 51: Fr Dampfkessel

51

9 Referenzanlagen

Beta Sentjernej

Slowenien

Vitomax 200 HS Hochdruck-Dampferzeuger, Typ M237, 10 bar,Dampfleistung: 1,15 t/h

Sanovel

Istanbul

Drei Vitomax 200 HS Hochdruck-Dampferzeuger, Typ M235, 10 bar,Dampfleistung: je 7 t/h

Page 52: Fr Dampfkessel

Referenzanlagen

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General Hospital of the Peoples

Liberation Army

Peking

China

Sechs Vitomax 200 HS mit jeweils16 t/h, 10 bar

Denkmalgeschütztes Krankenhaus

im polnischen Chorzów

Drei Vitomax 200 HS Hochdruck-Dampferzeuger versorgen das Krankenhaus mit Wärme, Warm-wasser und Prozessdampfje 2,4 t/h, 8 bar

Page 53: Fr Dampfkessel

Referenzanlagen

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Emmi Molkerei

Luzern

Schweiz

Vitomax 200 HSHochdruck-Dampferzeuger10 t/h, 13 bar

Fiat

Modena

Vitomax 200 HS Dampfkesselanlage2,9 t/h, 10 bar

Textil-Industrie

Rivolta Carmignani

Mailand

Italien

Zwei Vitomax 200 HS Hochdruck-Dampferzeuger4 t/h, 13 bar

Page 54: Fr Dampfkessel

10 Moderne Konstruktions- und

Fertigungsmethoden sichern

hohe Qualität

Die Viessmann Mittel- und Großkes-sel werden mit modernsten Verfah-ren entwickelt. Mit der Methode derFinite-Element-Berechnung werdenSpannungsverläufe analysiert undzum Beispiel Rohranordnungen oderSchweißverbindungen optimiert.

Die Vitoplex Kessel werden in Serienmit hohem Automatisierungsgradgefertigt.

Die Vitomax Großkessel werden inKleinserien gefertigt bzw. auftrags-bezogen hergestellt. Am Ende derFertigung werden die Heizkessel einer Druckprobe mit dem minde-stens 1,57-fachen Betriebsüberdruckgemäß Druckgeräterichtlinie unter-zogen. Bei Hochdruckdampf- undHochdruck-Heißwassererzeugernwerden die Schweißnähte gemäßder länderspezifischen Vorschriftenmit Ultraschall und Röntgenverfah-ren geprüft.

Baugruppenfertigung

Verschweißen desDruckkörpers in optimaler Schweiß-position

UP-Schweißanlage

Kesselmontage

54

Unterpulver-Schweißen (UP)

Page 55: Fr Dampfkessel

Zusammenbau Kesselmantel mitFlammrohr

Kesselisolierung im Werk

Siederohrein-schweißung mit mechanischen Einschweißgeräten

Verladung im Werkmit mobilen Auto-drehkranen

CNC-gesteuerteBrennschneid-maschinen mit Fasenschnitt

Moderne Konstruktions- und

Fertigungsmethoden sichern

hohe Qualität

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Serienmäßige Trans-portverpackung

Page 56: Fr Dampfkessel

Großkesselfertigung im Werk Mittenwalde

Stammsitz Allendorf (Eder)

Wärme komfortabel, wirtschaftlichund umweltschonend zu erzeugenund sie bedarfsgerecht bereitzu-stellen, dieser Aufgabe fühlt sich dasFamilienunternehmen Viessmannbereits seit drei Generationen ver-pflichtet. Mit einer Vielzahl heraus-ragender Produktentwicklungen undProblemlösungen hat Viessmann immer wieder Meilensteine geschaf-fen, die das Unternehmen zum tech-nologischen Schrittmacher und Impulsgeber der gesamten Branchegemacht haben.

Mit dem aktuellen Komplettpro-gramm bietet Viessmann seinenKunden ein mehrstufiges Programmmit Leistungen von 1,5 bis 20000 kW:bodenstehende und wandhängendeHeizkessel für Öl und Gas in Heiz-wert- und Brennwerttechnik sowieregenerative Energiesysteme wieWärmepumpen, Solarsysteme undHeizkessel für nachwachsende Roh-stoffe. Komponenten der Regelungs-technik und Daten-Kommunikationsind ebenso im Programm wie die gesamte Systemperipherie bis hin zu Heizkörpern und Fußbodenhei-zungen.

Mit 10 Werken in Deutschland, Frank-reich, Kanada, Polen und China, mitVertriebsorganisationen in Deutsch-land und 34 weiteren Ländern sowieweltweit 112 Verkaufsniederlassun-gen ist Viessmann international aus-gerichtet.

Verantwortung für Umwelt und Ge-sellschaft, Fairness im Umgang mitGeschäftspartnern und Mitarbeiternsowie das Streben nach Perfektionund höchster Effizienz in allen Ge-schäftsprozessen sind für Viessmannzentrale Werte. Das gilt für jeden ein-zelnen Mitarbeiter und damit für dasgesamte Unternehmen, das mit allseinen Produkten und flankierendenLeistungen dem Kunden den beson-deren Nutzen und den Mehrwert einer starken Marke bietet.

Viessmann Werke35107 Allendorf (Eder)Telefon 06452 70-0Telefax 06452 70-2780www.viessmann.com

Viessmann Werke BerlinKanalstraße 1312357 BerlinTelefon +49 30 6602-300E-Mail: [email protected]

Technische Änderungen vorbehalten9448 089 D 09/2006


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