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Dampfverdichter

Aufgrund der einfachen und günstigeren Konstruktion einer offenen Kondensatrückführung herrscht in Kondensatsystemen zumeist ein annähernd atmosphärischer Druck. Wird diesem System Kondensat aus Verbrauchern mit mittlerem oder hohem Druck zugeführt, entsteht durch den Druckabfall in der Düse des Kondensatableiters oft eine große Menge Entspannungsdampf. Dieser Entspannungsdampf enthält wertvolle Wärmeenergie, die bei einer Nutzung die Energiebilanz einer Anlage verbessert und den Gesamtenergieverbrauch senkt. Aufgrund des offenen Systems wird dieser Entspannungsdampf jedoch oft "über Dach abgeblasen". Jedoch gibt es zwei Wege der Nutzung: Rückgewinnung mittels Entspanner und Dampfverdichtung.

Die gebräuchlichste Methode der Energierückgewinnung aus Entspannungsdampf ist die Installation eines Entspanners. Dieser bietet ausreichend Raum, damit sich Entspannungsdampf und Kondensat sauber voneinander trennen können. Das obere Ende des Entspanners wird mit einem Netz niedrigeren Drucks verbunden, in welches der Dampf einströmt.

Bei der Nutzung eines solchen Systems ist jedoch der erhöhte Gegendruck auf die vorgeschalteten Kondensatableiter zu berücksichtigen, um die ausreichende Druckdifferenz für eine sachgemäße Entwässerung weiterhin zu gewährleisten. In vielen Fällen ist der verfügbare Druck des Entspannungsdampfes jedoch unterhalb des technisch nutzbaren Niveaus der Anlage. Hier eignet sich der Dampfverdichter als effektive Lösung.

Der Druck des Entspannungsdampfes ist oft zu niedrig für eine weitere Nutzung.

Bei der Betrachtung des gesamten Dampfsystems ergibt sich vielerorts eine Diskrepanz zwischen dem Druckniveau des Entspannungsdampfes und dem benötigten Druck zur weiteren Nutzung. Der Druck des Entspannungsdampfes ist durch die minimale Druckdifferenz der Hochdruckkondensatableiter gegeben, bei welcher der benötigte Durchsatz noch möglich ist. Im folgenden Beispiel steht Nachdampf mit 1 bar ü zur Verfügung, für das Niederdrucknetz werden jedoch 2 bar ü benötigt. Der Entspannungsdampfdruck ist schlicht zu niedrig für eine technische Nutzung und wird dann oft abgeblasen. Könnte der Druck von 1 bar ü auf 2 bar ü erhöht werden, wäre das verlustreiche Abblasen unnötig.

Anheben des Dampfdrucks

Im Fall von Luft ist eine solche Druckerhöhung einfach mit Hilfe eines Standard-Druckluftkompressors möglich. Eine mechanische Dampfkompression hingegen ist aufgrund des Vorhandenseins von Kondensat und anderen physikalischen Gegebenheiten unüblich. Weiterhin ist eine Erhöhung des Drucks durch Wärmezufuhr nur in einem engen, geschlossenen Raum (wie in einem Dampfkessel) möglich. In einem Dampfleitungsnetz würde Wärmezufuhr lediglich zu einer oft unerwünschten Überhitzung führen. Wie ist es also möglich, den Dampfdruck anzuheben?

Die Lösung ist die Mischung von Dampf geringen Drucks mit Hochdruckdampf. Diese Mischung geschieht durch einen Ejektor. Eine einfache Verbindung von zwei Rohrleitungen hingegen würde nur zur Rückfluss des Dampfes hohen Druckes in die Leitung mit geringem Druck führen.

Verwendung eines Dampfejektors zur Mischung von Hochdruck- und Niederdruckdampf.

Ein Dampfejektor bringt den Niederdruckdampf in den Hochdruckdampf-Strom ein und vermeidet dabei gleichzeitig Rückfluss und Druckschwankungen. In den Ejektor strömt Hochdruckdampf durch eine Düse in eine Mischkammer, sodass der Strom beschleunigt und ein Unterdruck erzeugt. Dieser Unterdruck saugt den Niederdruckdampf an, der dadurch in die Mischkammer gelangt. Beide Ströme mischen sich, der erhöhte Massenstrom führt zu einer erhöhten Fließgeschwindigkeit. Im Diffusor wird die Bewegungsenergie wieder in Druck umgewandelt.

Funktionsweise eines Ejektors

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Mischen von Niederdruck- und Hochdruckdampfströmen

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Bezogen auf Dampf verwendet ein Dampfejektor somit die sogenannte Thermokompression, um zwei verschiedene Dampfströme unterschiedlichen Druckes zu einem Mitteldruckniveau zu mischen. Somit wird es möglich, Entspannungsdampf geringen Druckes auf ein technisch verwertbares Niveau anzuheben.

Effizienz von Dampfverdichtern

Die Effizienz des sogenannten Dampfverdichters kann durch das "Mischungsverhältnis" charakterisiert werden, welches das Verhältnis des benötigten Hochdruckdampfes und des angesaugten Niederdruckdampfes beschreibt, um das gewünschte Mitteldruckniveau zu erreichen. Werden zum Beispiel 4 Tonnen des Hochdruckdampfes benötigt um 1 Tonne Niederdruckdampf auf ein Mitteldruckniveau zu heben, so ist das Mischverhältnis 4:1 bzw. 4. Mit dem Ziel eines möglichst geringen Verbrauches an Hochdruckdampf steht ein niedriges Mischungsverhältnis für hohe Effizienz.

Ein größeres Mischungsverhältnis zeigt auf, dass mehr Hochdruckdampf benötigt wird, um den Mitteldampfdruck zu erzeugen. Daraus resultiert eine größere Gesamtaustrittsmenge des Dampfverdichters. Bei der Auslegung ist daher die Dampfbilanz des gesamten Systems zu berücksichtigen, ob auch ein ausreichender Bedarf vorliegt. Dies kann dazu führen, dass etwa bei einer großen Differenz zwischen Hoch- und Niederdruckdampf eine Verdichtung auf ein gewünschtes Mitteldruckniveau zwar technisch möglich, aber aufgrund der zu hohen Austrittsmenge für die Anlage nicht realisierbar ist.

Eine gute Datengrundlage über die Dampfverbräuche in der Anlage sowie eine sorgfältige Planung sind daher entscheidend für die erfolgreiche Implementierung eines Dampfverdichters. Der Einsatz eines Dampfverdichters kann jedoch zu signifikanten Einsparungen in Energiekosten und Dampferzeugung führen, mit zumeist attraktiven Amortisationszeiten. Reduziertes Abblasen von Entspannungsdampf sowie eine verminderte CO2 Produktion wirken sich zudem positiv auf die Umwelt aus.