Kraftwerke wandeln Energie aus verschiedenen Quellen in elektrischen Strom um. Möglich ist das durch die Verbrennung fossiler Energieträger wie Gas oder Kohle. Aber auch mit atomaren Prozessen und regenerativen Energien lässt sich in Kraftwerken Strom erzeugen. Damit das zuverlässig funktioniert, müssen verschiedene Medien und Anlage gekühlt oder erhitzt werden. Möglich ist das mit Wärmetauschern für Kraftwerke oder sogenannten Kraftwerkswärmetauschern. Warum sich diese maßgebend auf den Betrieb, die Effizienz sowie die Wirtschaftlichkeit auswirken und wie Sie den richtigen Wärmetauscher für die Industrie finden, darüber informieren wir in den folgenden Abschnitten.
Die Themen im Überblick
Ob Kohle, Gas oder erneuerbare Energien: Wärmetauscher für Kraftwerke
Wie einleitend beschrieben, geht es in der Kraftwerkstechnik an vielen Stellen darum, thermische Energie von einem Medium auf ein anderes zu übertragen. Ein einfaches Beispiel ist die Abgaskühlung mit einem Abgaswärmetauscher. Auf diese Weise lässt sich Energie zurückgewinnen, die ansonsten ungenutzt in die Umgebung entweichen würde. Ein so eingesetzter Kraftwerkswärmetauscher ist für die Funktion der Stromerzeugung zwar nicht relevant, er verbessert aber die Effizienz und die Wirtschaftlichkeit. Denn die zurückgewonnene Wärme lässt sich an anderer Stelle in das System einbinden, um Primärenergie zu sparen. Auch das funktioniert in der Regel mit einem Wärmetauscher für Kraftwerke. Dieser überträgt thermische Energie zum Beispiel auf Wasser, um dieses zu verdampfen und im Folgenden eine stromerzeugende Turbine anzutreiben.
Im Überblick: Anwendungen für Kraftwerkswärmetauscher in der Industrie
Wie im obigen Beispiel beschrieben, gibt es zahlreiche Einsatzbereiche und Anwendungen, für die Sie als Betreiber einen Wärmetauscher im Kraftwerk benötigen. Wir geben einen Überblick:
- Kühlturm zum Rückkühlen von Prozesswasser
- Kühler zur Wärmeübertragung auf andere Prozesse
- Kondensator zur Verflüssigung von Arbeitsdampf
- Vorwärmer für Speisewasser vor Dampferzeugern
- Reaktorkühler zur Wärmeabfuhr aus Atomreaktoren
- Ölkühler zum Kühlen von Schmierölen im Kraftwerk
- Ladeluftkühler zur Effizienzsteigerung von BHKWs
- Rekuperatoren zur Lüftungs-Wärmerückgewinnung
- Wärmeübertrager zur Trennung mehrerer Systeme
- Verdampfer für Klimaanlagen und andere Prozesse
- Überhitzer für Dampf vor dem Eintritt in die Turbine
- Durchlauferhitzer zur bedarfsgerechten Erwärmung
- Economiser für die Rückgewinnung von Abwärme
- Heizregister zum Beheizen von Luft und Gasen
Generell gilt: Überall dort, wo Energie von einem Medium auf ein anderes zu übertragen ist, kommen Wärmetauscher im Kraftwerk zum Einsatz. Ganz gleich, ob es sich um ein BHKW, ein GuD-Kraftwerk, ein Kohlekraftwerk oder sogar ein Atomkraftwerk handelt.
Typische Arten der Kraftwerkswärmetauscher: Finden Sie den richtigen
Benötigen Sie einen Wärmeübertrager im Kraftwerk für einen Aus- oder Umbau? In diesem Fall oder dann, wenn Sie einen alten Kraftwerkswärmetauscher austauschen müssen, kommt es auf die richtige Wahl an. Relevant sind dabei folgende Eigenschaften:
- Leistung: Welche Leistung muss der Wärmeübertrager für die Industrie aufweisen?
- Aggregatzustände: Welche Medien strömen durch den Wärmeübertrager (gasförmig, flüssig, fest)
- Beschaffenheit: Sind die eingesetzten Medien aggressiv oder setzen Sie spezielle Materialien heraus?
- Strömungsart: Wie strömen die Medien aneinander vorbei? (Gegenstrom, Gleichstrom, Kreuz-Gegenstrom)
- Platzverhältnisse: Wie groß ist der Platz am Einsatzort und welche Bauform sollte der Kraftwerkswärmetauscher haben? (Abmessungen)
- Medienstrom: Wie groß ist der Medienstrom auf beiden Seiten des Wärmetauschers im Kraftwerk?
- Temperaturverhältnisse: Welche Temperaturen haben die Stoffe, die das Bauteil durchströmen?
Antworten auf diese Fragen helfen dabei, Wärmetauscher für Kraftwerke richtig auszuwählen und passgenau auszulegen. Unterstützung bekommen Sie dabei von Planern, Vermietern und Verkäufern der technischen Lösungen.
Unser Tipp:
Sie benötigen einen neuen Kraftwerkswärmetauscher? Lassen Sie sich bei der Auslegung unterstützen und fordern gleich ein unverbindliches Angebot an. Ganz gleich, ob Sie die Technik vorübergehend mieten oder für den dauerhaften Einsatz kaufen wollen.
Die richtige Bauart der Wärmetauscher für Kraftwerke auswählen
Platten-, Rohrbündel- oder Lamellenwärmetauscher: Abhängig vom jeweiligen Einsatzgebiet kommen in der Industrie und im Kraftwerk verschiedene Wärmeübertrager zum Einsatz. Die folgende Tabelle gibt einen Überblick.
| Kraftwerks-wärmetauscher | Wärmeüber-tragung 1 | Medien | Beschreibung |
|---|---|---|---|
| Platten-wärmetauscher | indirekt (Rekuperator) | flüssig/ flüssig; Gas/ flüssig; Gas / Gas | Die Medien strömen in parallel angeordneten Platten aneinander vorbei. Die Strömung ist günstig für den Wärmeübergang und die Leistung ist auch bei kompakten Abmessungen hoch. Herstellen lassen sich die Kraftwerkswärmetauscher gelötet, geschweißt oder geschraubt. Durch unterschiedliche Plattenmaterialien sind die Wärmeübertrager vielseitig nutzbar. |
| Rohrbündel-wärmetauscher | indirekt (Rekuperator) | flüssig/ flüssig; Gas/ flüssig; Gas / Gas | Ein Bündel aus Rohren befindet sich in einem größeren Mantelrohr. Die Medien strömen in gleiche oder entgegengesetzte Richtung durch die Rohre (Medium 1) und den Mantel (Medium 2). Der größere Querschnitt beugt Verschmutzungen vor und erleichtert die Reinigung. Die Abmessungen sind größer. |
| Rippenrohr-wärmetauscher | indirekt (Rekuperator) | Gas/ flüssig | Ein Medium strömt durch ein Rohr mit aufgesetzten Lamellen. Letztere sorgen für eine größere Übertragungsfläche und damit für eine effiziente Funktion. Beispiele sind Rohrheizkörper und Heizregister. |
| Spiral-wärmetauscher | indirekt (Rekuperator) | flüssig/ flüssig; Gas/ flüssig; | Dieser Kraftwerkswärmetauscher besteht aus einem aufgewickelten Rohr, das sich in einem Speicher oder in einem anderen Behälter befindet. |
| Doppelrohr-wärmetauscher | indirekt (Rekuperator) | flüssig/ flüssig | Doppelrohrwärmetauscher für Kraftwerke lassen sich als Rohr- in Rohr-System beschreiben. Während ein Medium durch das innere Rohr strömt, befindet sich das andere im Ringspalt zwischen beiden Rohren. Rippen an den außen- und/oder Innenseiten steigern die Übertragungsfläche und damit auch die Leistung bei gleicher Baugröße. |
| Rotations-wärmetauscher | halb indirekt | Gas/ Gas | Hier dreht sich ein Rohr mit speicherfähigen Medien oder kleinen Kanälen. Es durchläuft den Medienstrom 1, wobei es Wärme und Stoffe aufnimmt. Anschließend bewegt sich der beladene Teil des Rades durch den Medienstrom 2, wobei der Übertrager Wärme und Stoffe abgibt. |
| Kühlturm | direkt | flüssig/ Gas | Bei diesem typischen Kraftwerkswärmetauscher strömt heißes, nicht mehr nutzbares Wasser durch einen Turm, wobei es Energie an die aufsteigende Luft und/oder das herunterrieselnde Wasser abgibt. |
1) Wärmeübertragung: Die indirekte Wärmeübertragung (Rekuperatoren) funktioniert mit stofflicher Trennung. Bei der direkten Übertragung mischen sich beide Medien und bei der halb indirekten Wärmeübertragung werden nur einige Stoffe übertragen – eine komplette Vermischung bleibt jedoch aus.
Unser Tipp:
Sie sind unsicher, welcher Wärmetauscher für Ihr Kraftwerk der richtige ist? Lassen Sie sich von erfahrenen Spezialisten beraten. Holen Sie außerdem ein individuelles Angebot ein, um die Kosten der Kraftwerkswärmetauscher abschätzen zu können.
Wichtig: Bei der Auswahl auf die Materialien der Wärmeübertrager achten
Wenn Sie einen Kraftwerkswärmetauscher auswählen möchten, spielt auch das Material eine große Rolle. Üblich sind dabei Bauteile aus Metallen wie Kupfer oder Aluminium, die Wärme sehr gut leiten. Kommt es auf eine höhere Beständigkeit an, kommen darüber hinaus auch aus Edelstahl oder anderen Metallen gefertigte Wärmetauscher im Kraftwerk zum Einsatz.
Wärmetauscher für Industrie und Kraftwerk: Selbst kaufen oder mieten?
Benötigen Sie die Kraftwerkswärmetauscher vorübergehend oder doch dauerhaft? Eine Antwort auf diese Frage hilft dabei, sich für eine Miet- oder eine Kauflösung zu entscheiden. Beim Mieten bekommen Sie die nötige Technik mit Zubehör vorübergehend. Sie zahlen einen bedarfsgerechten und vergleichsweise niedrigen Preis und profitieren von einer sehr schnellen Lieferung und Montage (Verfügbarkeit vorausgesetzt).
- Einen Kraftwerkswärmetauscher mieten: Das lohnt sich also immer, wenn es um die Überbrückung von Bauarbeiten oder Ausfällen geht. Aber auch dann, wenn Sie neue Lösungen testen oder langfristig hohe Einmalkosten sparen möchten, profitieren Sie von den Vorteilen der Mietwärmetauscher.
- Einen Wärmetauscher für Kraftwerke kaufen: Das lohnt sich bei dauerhaften Einsätzen. Also zum Beispiel dann, wenn Sie ein Kraftwerk auf- bzw. ausbauen oder einen bestehenden Kraftwerkswärmetauscher ersetzen. Vor allem der Einbau von Economisern und Abgaswärmetauschern gilt als günstig, da Sie damit sonst nicht genutzte Abwärme zurückholen und den Primärenergieverbrauch senken.
Übrigens:
Sie möchten die Effizienz steigern, Ihre Kosten senken und die der Anlage Wirtschaftlichkeit erhöhen? Dann lohnt es sich, alte Kraftwerkswärmetauscher austauschen oder neue Wärmetauscher im Kraftwerk nachrüsten zu lassen.
FAQ: Häufige Fragen zum Wärmetauscher für den Einsatz im Kraftwerk
Wie funktioniert ein Kraftwerkswärmetauscher?
Ein Wärmetauscher besteht aus zwei Bereichen, die unterschiedliche Medien beinhalten. An der Trennwand kommt es zur Wärmeübertragung. Dabei geht thermische Energie von einem Medium auf ein anderes über. Sind die Bereiche komplett getrennt, spricht man von Rekuperatoren. Daneben gibt es auch direkte (Vermischung beider Medien) und halb indirekte Wärmeübertrager wie Rotationswärmetauscher (Übertragung von Wärme und Stoffen ohne komplette Mischung).
Was beeinflusst die Effizienz der Wärmeübertrager?
Ausschlaggebend ist die Wärmeübertragerfläche. Deren Größe, Beschaffenheit und Material wirkt sich auf die Effizienz aus. Letztere sinkt beispielsweise durch schlecht wärmeleitende Stoffe oder bei Ablagerungen (Kalk, Schmutz etc.) durch eine überfällige Wartung und Reinigung. Entscheidend ist außerdem die Strömung. Strömen die Medien turbulent (Reynolds-Zahl ≥ 3.000), lässt sich mehr Wärme übertragen als bei gleichmäßiger, laminarer Strömung (Reynolds-Zahl ≤ 2.300).
Wie ist ein Wärmetauscher für Kraftwerke zu dimensionieren?
Die Dimensionierung hängt von der benötigten Leistung, den vorherrschenden Temperaturen und Medienmassenströmen ab. Relevant sind außerdem die Strömungsrichtung (Gegenstrom: hohe Leistung und Temperaturwechsel; Gleichstrom: geringere Leistung und Temperaturangleichung; Kreuz-Gegenstrom: Mittelweg) sowie die chemische Zusammensetzung der Medien (aggressiv etc.). Einen Überblick geben wir im Abschnitt „Wärmetauscher berechnen“ unsere Überblicksartikels zum Thema Wärmeübertrager.
Wie viel kann ein Kraftwerkswärmetauscher kosten?
Wie viel Wärmetauscher im Kraftwerk kosten, lässt sich nicht pauschal beurteilen. Entscheidend sind Faktoren wie die Bauart, die Leistung, die Baugröße und die Materialzusammensetzung. Stehen diese Eigenschaften fest, können Anbieter einen individuellen Preis kalkulieren.
