Benötigen Verbraucher oder Prozesse besonders viel Wärme, kommen häufig Dampfanlagen zum Einsatz. Diese verdampfen Wasser und ermöglichen es, bei gleichem Massenstrom die sechsfache Energiemenge zu transportieren. Während sich der prinzipielle Aufbau einer Dampfanlage immer ähnelt, stehen heute verschiedenste mobile Dampferzeuger zur Auswahl. Welche das sind, was diese auszeichnet und wann es sich lohnt, eine solche Lösung zu mieten, erklären wir in den folgenden Abschnitten.
Die Themen im Überblick
Aufgabe und Einsatzbereiche der Anlagen
Dampfanlagen bringen Wasser zum Sieden. Sie erzeugen Dampf, der sich in verschiedensten Prozessen nutzen lässt. So kann er entweder große Energiemengen über einen Wärmeübertrager abgeben oder selbst als sogenannter Prozessdampf zum Einsatz kommen. Grundsätzlich lassen sich dabei verschieden Formen unterscheiden. Darunter Heißwasser, Sattdampf und überhitzter Dampf.
- Bei Heißwasser handelt es sich um ein Medium mit sehr hoher Temperatur, das bei dem vorherrschenden Druck noch nicht zum Sieden gebracht wurde.
- Sattdampf entsteht beim Sieden von Wasser. Seine Temperatur hängt von den Druckverhältnissen in der Dampfanlage ab. Kühlt sich der Dampf nur etwas ab, bilden sich sofort kleine Wassertröpfchen. Es handelt sich dann um Nassdampf, der zu Wasserschlägen und zur schlechteren Wärmeübertragung führen kann.
- Um überhitzten Dampf zu erhalten, erwärmen Dampfanlagen Sattdampf noch weiter. Dieser kondensiert später und sorgt beispielsweise für einen höheren Wirkungsgrad von Dampfturbinen. Um überhitzten Dampf zu erzeugen, ist ein zusätzlicher Wärmeübertrager nötig.
In der Praxis kommt sehr häufig Sattdampf zum Einsatz. Dieser speichert im Vergleich zu flüssigem Wasser deutlich mehr Wärme, was kleinere Rohr- und Armaturennennweiten ermöglicht.
Dampfanlagen kommen in vielen Bereichen zum Einsatz
Die Einsatzbereiche der Dampfanlagen sind besonders breit gefächert. Während kleinere Lösungen zum Beispiel in Laboren, Forschungszentren oder Wäschereien zu finden sind, gibt es leistungsstarke Systeme in vielen weiteren Industriebereichen. Die folgende Liste gibt einen Überblick:
- Lebensmitteltechnik
- Getränkeindustrie
- Bierbrauereien
- Pharmabetriebe
- Kosmetikindustrie
- Chemische Industrie
- Krankenhaus
- Medizintechnik
- Forschungseinrichtungen
- Textiltechnik und -reinigung
- Anlagen- & Maschinenbau
- Automobil-, Luft- und Schifffahrt
- Oberflächenbearbeitung
Darüber hinaus kommen Dampfanlagen auch bei der Stromerzeugung oder in Fernwärme-Netzen zum Einsatz. Ein besonderer Anwendungsfall ist die Kanalsanierung. Hier ermöglicht das energiereiche Medium die schnelle Aushärtung verschiedener Harze, was die Sanierung unterirdischer Kanäle besonders schnell und effizient macht.
Aufbau einer Dampfanlage: Die Funktion einfach erklärt
Um die Versorgung mit Dampf zuverlässig sicherstellen zu können, bestehen Dampfanlagen aus verschiedenen Komponenten. Neben dem Dampferzeuger sind dabei auch der Speisewasserbehälter samt Pumpe und Wasseraufbereitung, die Dampf-/Kondensatleitungen sowie die Regelungstechnik zu nennen. Darüber hinaus gibt es auch Überhitzer, Economizer und Abgaswärmeübertrager. Das folgende Schema zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Dampfanlage.
Dampferzeuger verdampfen Wasser unter Druck
Dampfkessel beziehungsweise Dampferzeuger sind das Herzstück einer Dampfanlage. Denn sie nutzen elektrische Energie oder thermische Energie aus einer Verbrennung, um Wasser stark zu erhitzen. Das flüssige Medium verdampft dabei und strömt über ein Rohrsystem zu den Verbrauchern. Abhängig davon, bei welchem Druck das geschieht, lassen sich unter anderem Niederdruck- und Hochdruck-Dampfanlagen voneinander unterscheiden. Die Grenze bildet ein Betriebsüberdruck von etwa einem bar.
Speisewasseranlagen versorgen den Kessel mit Wasser
Damit der Kessel Dampf erzeugen kann, benötigt er Wasser. Dieses kommt bei einer Dampfanlage aus einer sogenannten Speisewasseranlage, die neben einem Tank aus einer Pumpe und einem System zur Wasseraufbereitung besteht. Letztere ist besonders wichtig, da es bei den hohen Temperaturen im Dampferzeuger sonst zur Ausfällung von Stoffen wie Kalk kommen kann. Diese stören die Wärmeübertragung. Sie setzen die Leistung herab und sorgen so auch für einen geringeren Wirkungsgrad. Speisewasserpumpen leiten das aufbereitete Wasser bedarfsgerecht zum Dampferzeuger.
Dampf- und Kondensatleitungen in der Dampfanlage
Dampfleitungen bestehen aus isolierten Stahlrohren, die das Medium zu den Verbrauchern leitet. Da Wasser bereits auf dem Weg dahin kondensieren kann, installieren Fachhandwerker die Leitungen mit Gefälle vom Dampferzeuger zum Verbraucher. Kommt der Dampf selbst nicht als Prozessmedium zum Einsatz, kühlt er sich an einem Wärmeübertrager ab. Er geht in den flüssigen Zustand über und strömt als Kondensat über Kondensatleitungen zurück zum Speisewasserbehälter.
Regelungs- und Sicherheitstechnik für zuverlässigen Betrieb
Dampfanlagen stehen teilweise unter sehr hohem Druck. Damit es dabei nicht zu gefährlichen Situationen kommt, sind spezielle Sicherheitsarmaturen vorhanden. Außerdem gibt es eine übergeordnete Regelung. Diese überwacht die einzelnen Komponenten und stellt sicher, dass alle reibungslos und bedarfsgerecht zusammenarbeiten.
Überhitzer zur Produktion von überhitztem Dampf
Benötigen industrielle Prozesse überhitzten Dampf, kommen auch sogenannte Überhitzer zum Einsatz. Dabei handelt es sich um Wärmeübertrager, die den Sattdampf aus dem Dampferzeuger mit zusätzlicher Energie versorgen.
Economizer heizen das Speisewasser vor und sparen Energie
Arbeiten Dampferzeuger mit einer Verbrennung, strömen sehr heiße Abgase aus der Anlage in die Umgebung. Ein Economizer entzieht diesen Wärme, die er dann auf das Speisewasser überträgt. Die Vorwärmung dient zum einen der thermischen Desinfektion. Zum anderen reduziert sie aber auch den Energiebedarf des Dampferzeugers selbst. Mithilfe der Abwärme lässt sich auf diese Weise also viel Energie einsparen.
Abgaswärmeübertrager zur Brennwertnutzung
Auch nach dem Economizer befindet sich viel Wärme im Abgas. Nutzt ein zusätzlicher Wärmeübertrager diese aus, sodass das im Abgas enthaltene Wasser kondensiert, lässt sich noch mehr Energie einsparen. Aufgrund des geringeren Temperaturniveaus ist die Wärme für den technischen Prozess selbst aber meist unbrauchbar. Sie kann allerdings die Heizung und/ oder die Brauchwasserbereitung im Gebäude unterstützen.
Verschiedene Dampferzeuger sind verfügbar
Geht es um die Funktion einer Dampfanlage, kommen verschiedene Dampferzeuger infrage. Neben elektrischen Lösungen sind das unter anderem Schnelldampferhitzer oder Großraumwasserkessel.
Elektrische Dampferzeuger für geringe Dampfmengen
Elektrische Dampferzeuger nutzen Heizwiderstände beziehungsweise Heizstäbe, um Wasser zu erhitzen. Die Anlagen erzeugen bis zu 600 Kilogramm Dampf in der Stunde. Durch den Betrieb mit teurem Netzstrom eignen sie sich dabei vor allem für den sporadischen Einsatz. Besonderer Vorteil: Elektrische Dampferzeuger kommen ohne Abgassystem aus. Sie beinhalten außerdem alle benötigten Bauteile wie auch den Speisewasserbehälter und sind besonders kompakt. Gründe, aus denen sie als mobile Dampferzeuger auch zum Mieten infrage kommen.
Schnelldampferhitzer sind besonders energieeffizient
Schnelldampferhitzer kommen in stationären oder mobilen Dampfanlagen zum Einsatz. Sie bestehen aus einem Brenner, der Wasser in einer Rohrschlange erhitzt. Durch den geringen Wasservorrat sind die Systeme nach einem Kaltstart in wenigen Minuten voll einsatzbereit. Sie benötigen außerdem nur 25 Prozent des Platzes, der für einen Großwasserraumkessel vonnöten ist. Die geringe Wassermenge hat aber auch weitere Vorteile: Sie erleichtert den Genehmigungsprozess (oft nicht erforderlich) und ermöglicht teilweise sogar die Aufstellung direkt im Arbeitsraum. Die Dampfleistung ist mit bis zu 20 Tonnen pro Stunde höher. Sie liegt allerdings unter den Möglichkeiten großer Dampfkessel.
Konventionelle Dampfkessel mit größerem Wasservorrat
Leistungsstärker als Schnelldampferhitzer sind Großwasserraum- und Wasserrohrkessel, die als sogenannte Container Dampfanlagen auch mobil einsetzbar sind. Großwasserraumkessel bestehen einfach beschrieben aus einem großen Tank, der von einem Brenner erhitzt wird. Das führt dazu, dass das Wasser verdampft und in die Anlage strömt. Wasserrohrkessel bestehen aus Rohrbündeln, in denen sich das Speisewasser befindet. Der Brenner erhitzt die Rohre von außen und es entsteht Dampf. Kommt es bei größeren Dampfanlagen auf höhere Dampfmengen und Druckwerte an, sind Wasserrohrkessel häufig die erste Wahl. Sie eignen sich außerdem für Biomassewärmeerzeuger. Mit über 50 Tonnen Dampf pro Stunde ist die Leistung der großen Kessel am höchsten.
Dampfanlage mieten oder kaufen: Was ist besser?
Soll die Dampfanlage große Industrieanlagen auf Dauer mit viel Dampf erzeugen, kommen Betreiber um den Kauf oft nicht herum. Die Höhe der Investitionen richtet sich dabei neben den örtlichen Gegebenheiten vor allem auch nach der Leistung. Aufschluss über die Kosten gibt jedoch nur ein individuelles Angebot.
Bei einer Störung, bei geplanten Wartungsarbeiten oder zur Überbrückung kurzfristiger Produktionsspitzen können Betreiber eine mobile Dampfanlage mieten. Erhältlich sind dabei elektrische Dampferzeuger, Schnelldampferzeuger auf Anhängern oder Wasserrohrkessel in Form einer Container Dampfanlage. Auch hier hängen die Kosten sehr stark von den örtlichen Gegebenheiten, den individuellen Voraussetzungen und den geplanten Mietzeiten ab. Aufschluss über die entstehenden Ausgaben liefert ein individuelles Angebot.
