EWT Wassertechnik

thermische Entgasung

Rieselentgaser, Speisewasserbehälter

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Zusammenfassung:

Thermische Entgasung ist ein physikalisches Verfahren zur Entfernung von gelösten Gasen aus Wasser. Bei der thermischen Entgasung wird das zu entgasende Wasser durch Zufuhr von Wärme auf Siedetemperatur erhitzt.

Ein Rieselentgaser ist ein Apparat zur thermischen Entgasung von Wasser. Rieseltasseneinbauten im Inneren des Entgasers führen zur Oberflächenvergrößerung des durch den Entgaser strömenden Wassers, wodurch Wärme- und Stofftransport erleichtert werden. Einem Rieselentgaser ist üblicherweise ein Speisewasserbehälter zur Speicherung und Nachentgasung des Wassers nachgeschaltet.

Thermische Entgasung ist ein kontinuierlich ablaufendes Verfahren. Während des Betriebes strömen kontinuierlich Zusatzwasser, Kondensat und Wärme (i.d.R. durch Heizdampfzufuhr) ein, während kontinuierlich entgastes Kesselspeisewasser und eine kleine Menge Dampf, als Brüden bezeichnet, ausströmen.

Thermische Entgasung kann sowohl oberhalb bei Überdruck als auch bei Unterdruck (→ Vakuumentgasung) erfolgen, d.h. sowohl bei Siedetemperaturen größer als auch kleiner als 100 °C. Die nachfolgenden Angaben beziehen sich ausschließlich auf thermische Entgasung bei Überdruck.

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Ausführungsbeispiel:

thermischer Entgaser mit Speisewasserbehälter

Thermische Entgasungsanlage: Rieselentgaser mit Speisewasserbehälter, Armaturen und Meßtechnik.

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Verfahrensbeschreibung:

Bei der thermischen Entgasung wird die Abhängigkeit der Gaslöslichkeit in Wasser von Konzentrations- und Partialdruckgleichgewicht, Temperatur und Siedezustand ausgenutzt. Mit zunehmender Wassertemperatur sinkt die Löslichkeit von Gasen in Wasser; im Siedezustand geht die Löslichkeit theoretisch gegen Null.

Die erste der vorgenannten Abhängigkeiten ergibt sich aus dem in diesem Zusammenhang oft zitiertem Henry-Gesetz. Gemäß dem Henry-Gesetz ist der Partialdruck eines Gases über einer Flüssigkeit direkt proportional zur Konzentration des Gases in der Flüssigkeit. Durch Verringerung des Partialdrucks eines Gases über einer Flüssigkeit, z.B. durch Evakuierung oder Verdrängen mit einem anderen Gas, sinkt gleichzeitig die Löslichkeit des entsprechenden Gases in der Flüssigkeit.

Der zur Entgasung erforderliche Stoffaustausch erfolgt sowohl durch Diffusion an den Phasengrenzflächen, als auch konvektiv durch aus der Flüssigkeit austretende Gas- und Dampfblasen. Für die in der Kesselspeisewasseraufbereitung erforderlichen Entfernung kleinster Reste gelöster Gase ist ein möglichst vollständiges Sieden der zu entgasenden Flüssigkeit bei möglichst großen Phasengrenzoberflächen erforderlich, unter Berücksichtigung der Beeinflussung des Siedepunkts durch hydrostatischen Druck mit zunehmender Wassertiefe und Oberflächenspannungen an Phasengrenzflächen.

Detailliertere Beschreibungen dieses Verfahrens wurden Mitte des vorigen Jahrhunderts veröffentlicht (H. Tietz 1950, H. E. Hömig 1959, W. Bosselmann 1960, G. Ende 1964).

Ein Rieselentgaser ist üblicherweise als ein senkrecht stehender Druckbehälter mit innenliegenden Rieseltasseneinbauten ausgeführt, der direkt auf einem nachgeschalteten Speisewasserbehälter aufgebaut ist. Im Wasserraum des Speisewasserbehälters befindet sich eine Vorrichtung zur Wärmezufuhr, üblicherweise ein Düsenrohr zur direkten Eindüsung von Heizdampf.

Kondensat und Zusatzwasser strömen von oben nach unten durch den Entgaser, dabei erfolgt durch Verrieselung über die Rieseltasseneinbauten eine Erhöhung der Oberfläche zur Erleichterung von Wärme- und Stofftransportvorgängen. Dampf strömt von unten nach oben durch den Entgaser, und umströmt dabei im Kreuzgegenstrom das zu entgasende Wasser. Im oberen Teil des Entgasers kondensiert der Dampf zum größten Teil an dem eintretenden Wasser, und erwärmt dieses dabei bis auf Siedetemperatur. Der verbleibende Teil des Dampfes tritt oben als Brüden aus dem Entgaser aus, und nimmt dabei die in die Dampfphase übergegangenen aus dem Wasser entfernten Gase mit. Im Wasserraum des Speisewasserbehälters findet durch die kontinuierliche Wärmezufuhr eine kontinuierliche Umwälzung, Durchmischung und Nachentgasung des Wassers statt.

Rieselentgaser der oben beschriebenen Bauart können über einen weiten Lastbereich betrieben und für beliebig hohe Aufwärmspannen ausgelegt werden, also z.B. auch für kaltes und nicht vorgewärmtes Zusatzwasser. Abhängig von der konstruktiven Ausführung des Aufheizsystems sind bei Entgasern dieser Bauart ca. 80 bis 95% des Gesamtvolumens des nachgeschalteten Speisewasserbehälters als Vorratsvolumen nutzbar.

In der Regel werden thermische Entgasungsanlagen als gleichzeitiger Speisewasservorwärmer in die wärmetechnische Auslegung eines Wasser-Dampf-Kreislaufs integriert; die dem Kesselspeisewasser zur thermischen Entgasung zugeführte Wärme strömt wieder in den Dampferzeuger zurück. Die Wärmezufuhr in das Kesselspeisewasser erfolgt üblicherweise durch Heizfdampf, andere Aufheizungskonzepte, z.B. zur Wärmerückgewinnung, sind jedoch technisch möglich und werden auch vereinzelt umgesetzt.

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Häufige Anwendungen:

Kesselspeisewasseraufbereitung, →Entgasung von Zusatzwasser und Kondensat

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Technische Daten:

Massenstrom Kesselspeisewasser	Liefermöglichkeit von ca. 1 500 bis 350 000 kg/h ≈ 0,5 ... 100 kg/s je Straße
Anzahl der Straßen	üblicherweise 1x100 %
Kesselspeisewasserqualität	Sauerstoff	< 20 μg/L O₂ (Standard) < 50 μg/L O₂ (Option) < 10 μg/L O₂ (Option) ≤ 7 μg/L O₂ (Option)
	freie Kohlensäure	< 1 mg/L CO₂
Betriebsdruck, absolut	> 1 bar, üblicherweise entweder ca. 1,2 bar oder ca. 3,6 bar
Betriebstemperatur	> 100 °C, üblicherweise entweder ca. 105 °C oder ca. 140 °C
minimale Temperaturdifferenz *	ca. 10 K
maximale Temperaturdifferenz *	beliebig (bzw. nur begrenzt für eine gegebene Auslegung)
minimale Druckdifferenz Heizdampf	ca. 1 bar
Massenstrom Brüden	üblicherweise ca. 0,1 ... 1,0 % des Kesselspeisewassermassenstroms
Massenstrom Heizdampf	üblicherweise ca. 2 ... 20 % des Kesselspeisewassermassenstroms
Vorratszeit Speisewasserbehälter	bei kleineren Anlagen üblicherweise 30 ... 120 Minuten bei größeren Anlagen üblicherweise 15 ... 30 Minuten
Nutzvolumen Speisewasserbehälter	üblicherweise ca. 75 ... 95 % des Gesamtvolumens
Regelwerk für die Druckbehälterherstellung	• nicht definiert, „gute Ingenieurpraxis“ • EN 13445 • AD 2000 • VGB-S-110-R-00 (Ersatz für VGB-R 110 L) • GOST R (Exportzertifikat für die Russische Föderation)
Werkstoffoptionen	Entgaser	• nichtrostender Stahl (z.B. 1.4301, 1.4571)
	Speisewasserbehälter	• unlegierter Stahl (z.B. S235JR, P265GH) • niedrig legierter Stahl (z.B. 16Mo3) • nichtrostender Stahl (z.B. 1.4301, 1.4571)
	Rohrleitungen	• unlegierter Stahl (z.B. P235GH) • niedrig legierter Stahl (z.B. 16Mo3) • nichtrostender Stahl (z.B. 1.4541, 1.4571)
	Armaturen	• Grauguss (z.B. 5.1301) • Sphäroguss (z.B. 5.3103) • Stahlguss (z.B. 1.0619) • nichtrostender Stahl (z.B. 1.4408) • warmfester Stahl (z.B. 1.7335, 1.7357)
	Dichtungen	• Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) • Polytetrafluorethylen (PTFE) • NBR-Verbundwerkstoff • Grafit-Verbundwerkstoff
Automatisierungsoptionen	Druckregelung	• mechanisch, kontinuierlich (P-Regler) • elektronisch, intermittierend (2-Punkt-Regler, nur bei Kleinstanlagen) • elektronisch, kontinuierlich (PI-, PID- oder 3-Punkt-Schritt Regler)
	Temperaturregelung	• nicht empfohlen
	Füllstandregelung	• mechanisch, kontinuierlich (P-Regler) • elektronisch, intermittierend (2-Punkt-Regler) • elektronisch, kontinuierlich (PI-, PID- oder 3-Punkt-Schritt Regler)
* Bezogen auf die Differenz zwischen der Betriebstemperatur und der Mischtemperatur des eintretenden Zusatzwassers und Kondensats.

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Downloads:

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