In den siebziger und achtziger Jahren wurde der selbstreinigende Wärmetauscher mit zirkulierender Wirbelschicht für stark verschmutzende Flüssigkeiten entwickelt und in den neunziger Jahren perfektioniert. Diese Anlagen finden vorzugsweise zur Aufkonzentrierung von Abwässern Verwendung, aber auch bei der Kühlung oder Kristallisation von Stoffen oder bei der Rohsafterhitzung sind sie im Einsatz.
Das Prinzip des selbstreinigenden Wärmetauschers ist in Abbildung 1 dargestellt. Flüssigkeit, die auf den Heizflächen eines konventionellen Wärmetauschers starke Verschmutzungen hervorruft, tritt über den Einlaßkanal ein. Ein Verteilsystem sorgt für eine gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit auf die Rohre des Rohrbündels. Gleichzeitig kommen Festkörperteilchen im Kreislauf hinzu, die zusammen mit der Flüssigkeit die Rohre durchlaufen und eine scheuernde und polierende Wirkung auf die Rohrwände ausüben. Diese Teilchen bestehen aus gehacktem Stahldraht, Glas oder keramischen Stoffen. Ihre Größe variiert von 1 bis 3mm. Vom Auslaßkanal werden die Festkörperteilchen zu einem Abscheider transportiert, wo sie von der Flüssigkeit getrennt und durch ein externes Fallrohr über einen Kontrollkanal zum Einlaßkanal zurückgeleitet werden.
Hohes selbstreinigendes Potential
Dieses Verfahrensprinzip besitzt ein hohes selbstreinigendes Potential für stark verschmutzende Flüssigkeiten. Eine Umrüstung bestehender Wärmeaustauschanlagen in eine Anlage mit selbstreinigender Technologie ist möglich. Die Selbstreiniung kann dabei intermittierend oder kontinuierlich angewandt werden. Auch neue Wärmetauscher herkömmlicher Bauart können so konstruiert werden, daß die selbstreinigenden Anlagenkomponenten später zuschaltbar sind. Dies ist beispielsweise dann notwendig, wenn sich herausstellt, daß die Verschmutzung größer ist als ursprünglich angenommen.
Effizienter Einsatz der Wärmeenergie
Eine der ersten Anlagen wurde an einen Betrieb der japanischen Nahrungsmittelindustrie verkauft. In dieser Anlage wird die selbstreinigende Wärmeaustauschtechnologie in einem Verdampfer mit Zwangsumwälzung für die Aufkonzentrierung von Abwasser angewandt (Arbeitstemperatur ca. 75°C). Es zeigte sich in Vorversuchen, daß bei dieser niedrigen Temperatur ein herkömmlicher Wärmetauscher aufgrund der starken Verschmutzung der Austauschfläche nicht ökonomisch betrieben werden konnte. Im August 1997 wurde die Anlage mit Erfolg in Betrieb genommen (Abb. 2).
Mit Hilfe der selbstreinigenden Wärmeaustauschtechnologie können auch stark verschmutzende Abwässer in einem einstufigen Zwangsumlaufverdampfer bei viel höheren Temperaturen, z.B. 150 bis 200°C, und Drücken von 6 bis 15bar aufkonzentriert werden. Der Brüdendampf des Verdampfers läßt sich dabei direkt als Prozeßdampf einsetzen. Die Wärmeenergie für die Erhitzung des Dampfes aus Speisewasser steht bei dieser Applikation sowohl für die Dampfproduktion als auch für die Aufkonzentrierung von Abwasser zur Verfügung. In den meisten Fällen kann ein Verdampfer mit einem herkömmlichen Wärmetauscher diesen Dampf nur bei niedrigen Temperaturen und Drücken produzieren, um eine sehr starke Verschmutzung der Austauschfläche zu vermeiden.
Selbstreinigende Wärmetauscher finden auch in vielen anderen Bereichen ihre Anwendung, zum Beispiel bei der Kühlung, Kristallisation oder Rohsafterhitzung.
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