Es ist nicht möglich, allein anhand seines stündlichen Brennstoffverbrauchs zu erkennen, ob ein Dampfkessel wirtschaftlich ist oder nicht. Der Druck des erzeugten Dampfes, die Temperatur des Speisewassers, der Kesselwirkungsgrad, die Kondensatrückführungsrate, die Abschlämmmenge und die Funktionsweise des Brenners unter Last sollten gemeinsam bewertet werden. Daher: „Wie viele Kubikmeter Erdgas werden für 1 Tonne Dampf benötigt?“ Es gibt keine einheitliche Antwort auf die Frage, die für jede Einrichtung gilt.
Der richtige Ansatz besteht darin, die Nettowärme zu ermitteln, die erforderlich ist, um eine Tonne Speisewasser mit dem gewünschten Druck in Dampf umzuwandeln, und diesen Wert durch den tatsächlichen Kesselwirkungsgrad zu dividieren. Wenn das Ergebnis durch den unteren Heizwert des Kraftstoffs dividiert wird, erhält man den ungefähren Kraftstoffverbrauch.
Schlüsselvariablen, die die Kosten der Dampfproduktion bestimmen
Dampfdruck
Mit zunehmendem Dampfdruck ändern sich die Temperatur und der Energiegehalt des gesättigten Dampfes. Bei der Berechnung sollte nicht nur „das Kochen einer Tonne Wasser“ berücksichtigt werden, sondern auch die Enthalpiedifferenz, die erforderlich ist, um das Speisewasser von seiner aktuellen Temperatur in Dampf mit dem gewünschten Druck umzuwandeln.
Speisewassertemperatur
Die Einspeisung von 20 °C warmem Wasser in den Kessel ist nicht dasselbe wie die Einspeisung von Wasser im Bereich von 90–105 °C mit heißem Kondensat und Entlüfterunterstützung. Der Kessel verbraucht weniger Energie für heißeres Speisewasser. Aus diesem Grund sind Kondensattank und Entlüftungstank nicht nur Hilfsgeräte, sondern Systemteile, die sich auf die Betriebskosten auswirken.
Tatsächlicher Kesselwirkungsgrad
Der Katalogertrag kann auf ideale oder definierte Testbedingungen hinweisen. Die tatsächliche Betriebseffizienz wird durch das Lastverhältnis, den Luftüberschuss, die Rauchgastemperatur, die Sauberkeit der Wärmeübertragungsflächen, die Brennstoffqualität und die Anzahl der Stopps und Starts beeinflusst. Der gemessene Brennstoffdurchsatz und die Dampfproduktion sollten als Grundlage für eine genaue Kostenberechnung herangezogen werden.
Kondensatrücklaufquote
Heißes Kondensat, das aus dem Prozess zurückfließt, gibt sowohl das Wasser als auch die darin enthaltene Wärme zurück. Mit zunehmender Kondensatrückführung kann der Bedarf an Nachspeisewasser, Wasseraufbereitungschemikalien und Kraftstoff sinken. Kondensat, bei dem die Gefahr einer Kontamination durch Öl oder Prozesschemikalien besteht, sollte jedoch nicht direkt zum Kessel geleitet werden. Es muss einer Qualitätskontrolle unterzogen werden.
Bluffen und Linienverluste
Hohe Abschlämmrate bedeutet Verlust an Warmwasser und Energie. Dampflecks, unzureichende Isolierung, fehlerhafte Ableiter und Entspannungsdampf, der in die Atmosphäre gelangt, führen ebenfalls dazu, dass die im Kessel erzeugte Energie verloren geht, bevor sie den Prozess erreicht.
Formel zur Berechnung des Kraftstoffverbrauchs
Eine ungefähre Berechnung kann mit folgender Energiebilanz erfolgen:
Erforderliche Brennstoffmenge = [Dampfdurchsatz × (Dampfenthalpie − Speisewasserenthalpie)] / [Kesselwirkungsgrad × Unterer Heizwert des Brennstoffs]
Hier:
- Dampfdurchsatz kg/h,
- Enthalpiewerte kJ/kg,
- Kesseleffizienz als Dezimalwert,
- Der untere Heizwert des Kraftstoffs wird als kJ/Nm³ oder kJ/kg angenommen.
Der tatsächliche untere Heizwert des Kraftstoffs sollte aus der Lieferantenanalyse ermittelt werden. Die Verwendung eines festen Internetwerts für Erdgas liefert nur eine vorläufige Schätzung, da sich die Gaszusammensetzung und die Abrechnungsbedingungen ändern können.
Beispiel: Erdgasberechnung für 1 Tonne/Stunde Dampf
Nehmen wir beispielsweise an, dass Sattdampf bei etwa 10 bar erzeugt wird, das Speisewasser eine Temperatur von 80 °C hat und der Kesselwirkungsgrad mit 90 Prozent angenommen wird. Die genauen zu verwendenden Enthalpiewerte sind der aktuellen Dampftabelle zu entnehmen. Ungefähr:
- Die Enthalpie des gewünschten Dampfes wird bestimmt.
- Die Enthalpie des 80 °C warmen Speisewassers wird extrahiert.
- Die Differenz wird mit dem Dampfdurchsatz von 1.000 kg/h multipliziert.
- Das Ergebnis wird durch 90 Prozent Effizienz dividiert.
- Die gewonnene Brennstoffenergie wird durch den unteren Heizwert von Erdgas dividiert, der die Grundlage für die Abrechnung bildet.
Diese Methode zeigt deutlich die Annahmen und nicht nur den theoretischen Verbrauch des Kesselkörpers. In der tatsächlichen Anlage sollten zu den Tonnendampfkosten auch Ventilatoren, Pumpen, Wasseraufbereitung, Chemikalienverbrauch, Strom, Personal, Wartung und ungeplante Ausfallkosten hinzugerechnet werden.
Wie ermittelt man die tatsächlichen Kosten einer Tonne Dampf?
Die zuverlässigste Methode ist die Verwendung von Daten, die über einen bestimmten Zeitraum gemessen wurden:
| Zu messender Wert | Warum ist es notwendig? |
|---|---|
| Gesamtdampfproduktion | Nenner der Produktstückkosten |
| Kraftstoffverbrauch und Stückpreis | Zeigt die größten variablen Kosten |
| Zusatzwasser- und Kondensatrücklauf | Zeigt Wasser-, Chemikalien- und Wärmeverlust an |
| Abschlämmmenge | Zeigt Warmwasser- und Energieverlust an |
| Stromverbrauch | Beinhaltet Ventilatoren, Pumpen und Hilfssysteme |
| Wartungs- und Chemikalienkosten | Ergänzt die Gesamtbetriebskosten |
| Betriebsstunden und Lastrate | Zeigt Teillastverluste an |
Tonnen Dampfkosten = Gesamtkosten des Dampfsystems für den Zeitraum / Netto-Dampftonne, die im Zeitraum produziert wurde
Es ist wichtig, dass die Zähler im gleichen Zeitintervall abgelesen werden. Wenn der Kraftstoff monatlich und der Dampf täglich gemessen wird, kann der Vergleich irreführend sein.
Wo sollten wir anfangen, den Kraftstoffverbrauch zu senken?
Der erste Schritt besteht nicht darin, einen neuen Heizkessel zu kaufen, sondern darin, den Ort des Verlusts zu vermessen. Eine hohe Rauchgastemperatur weist auf verschmutzte Wärmeübertragungsflächen oder Möglichkeiten zur Wärmerückgewinnung hin; Ein hoher Sauerstoffwert bedeutet mehr Luft; Ein geringer Kondensatrücklauf kann auf Verluste auf der Prozessseite hinweisen.
Die Hauptbereiche für Verbesserungen sind:
- Brenner-Luft-Kraftstoff-Einstellung und Lastmodulation,
- Regelmäßige Reinigung der Wärmeübertragungsflächen
- Bewertung der Rauchgaswärme mit Economizer,
- Kondensat- und Entspannungsdampfrückgewinnung,
- Korrekte Isolierung von Dampf- und Kondensatleitungen
- Defekte Fallen und Lecks entfernen
- Verhinderung einer Produktion mit unnötig hohem Druck
- Kontrollierte Verwaltung der Wasserqualität und Abschlämmrate.
Welche Verbrauchsinformationen sollten beim Angebotsvergleich abgefragt werden?
Zwei Kessel sollten nicht nur anhand ihres Nennwirkungsgrads verglichen werden. In den Angeboten sollte klar abgefragt werden, unter welchen Bedingungen Dampfleistung, Arbeitsdruck, Speisewassertemperatur, Brennstoff-Heizwert, Prüfnorm, Mindestlast, Brennermodulationsbereich und Hilfsstromverbrauch gegeben sind.
Die Dampfkesselmodelle von Hisarmak werden nach Kapazität, Druck und Brennstoffstruktur der Anlage bewertet. Prozessdaten können im Dampfkessel-Anfrageformular zur Vorauswahl freigegeben werden.
Häufig gestellte Fragen
Gibt es eine genaue Menge Erdgas für 1 Tonne Dampf?
Nein. Druck, Speisewassertemperatur, Kesselwirkungsgrad, niedrigerer Heizwert des Gases, Abschlämmung und Systemverluste verändern das Ergebnis.
Ist die Katalogeffizienz ausreichend für die Kostenberechnung?
Kann zur vorläufigen Berechnung verwendet werden; Vor Ort gemessene Brennstoff-, Dampf- und Rauchgaswerte sind zuverlässiger für Budget- und Sparentscheidungen.
Warum ist die Kondensatrückführung so wichtig?
Kondensat ist heißes und gereinigtes Wasser. Durch das Recycling in angemessener Qualität können Kraftstoff-, Wasser-, Chemikalien- und Abwasserkosten gesenkt werden.
Sorgt der Economizer in jeder Anlage für die gleichen Einsparungen?
Nein. Das genaue Verhältnis sollte nicht ohne Berücksichtigung der Abgastemperatur, der Betriebsstunden, des Lastprofils, der Speisewassertemperatur und der Kondensations-Korrosions-Grenzwerte angegeben werden.
Technische Ressourcen
- T.R. Ministerium für Energie und natürliche Ressourcen, Optimierung in Industriesystemen – Dampfsysteme.
- T.R. Ministerium für Energie und natürliche Ressourcen, energieeffiziente Technologien in der Industrie.