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Abwärme nutzen im Plattenwärmetauscher

Wärmerückgewinnung spart Primärenergie und reduziert CO2-Fußabdruck
Abwärme nutzen im Plattenwärmetauscher

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In der Prozessindustrie ist der Energieeinsatz einer der großen Kostenverursacher. Energie einzusparen steht daher auf der Prioritätenliste vieler Unternehmen ganz oben. Mithilfe des vollverschweißten Plattenwärmetauschers K°Bloc lässt sich Abwärme geschickt nutzen, wodurch der Einsatz fossiler Energieträger und damit die Kosten, die CO2-Emissionen und der Ausstoß an Schadstoffen vermindert werden.

Potenziale für die Wärmerückgewinnung schlummern auch heute noch in vielen Produktionsstätten. Möglich ist zum Beispiel das Auskoppeln thermischer Energie aus Brüden oder Abdampf, um die Wärme an anderer Stelle sinnvoll einzubringen, anstatt sie als Abwärme abzuführen. Selbst wenn die Wärmerückgewinnung nur auf einem niedrigen Temperaturniveau Nutzwärme liefert, eröffnen sich Chancen: Oft lassen sich damit Medien vorwärmen, sodass der Energiebedarf zum Erreichen der Zieltemperatur geringer ausfällt, oder die Wärme kann für Nah- oder Fernwärme eingesetzt werden.

Hier spielt der vollverschweißte Plattenwärmetauscher K°Bloc von Kelvion seine Stärken aus. Er ist für Medientemperaturen bis 400 °C und Drücke bis 50 bar geeignet. Die Wärmetauscherplatten sind in verschiedenen Materialien und in zwei unterschiedlichen Plattenprägungen erhältlich. Den K°Bloc zeichnet seine stabile und kompakte Konstruktion aus: Dank des effizienten Plattendesigns lassen sich deutlich kleinere Wärmeübertragerflächen realisieren, als bei einem Rohrbündelwärmetauscher erforderlich sind. Das ermöglicht den Einsatz eines besonders kompakten Apparats bei gleicher Wärmeleistung. Die schlanke Bauweise des K°Bloc trägt zusätzlich zu einem geringen Stellflächenbedarf bei, weswegen die Integration des Plattenwärmeübertragers in Bestandsanlagen leicht gelingt.

Auf Langlebigkeit getrimmt

Seine Eignung für hohe Temperaturen und Drücke verdankt der K°Bloc unter anderem der speziellen Kamm-Technologie sowie den verstärkt ausgeführten Ecken. Die geprägten, nur 0,8 bis 1,2 mm starken Platten werden um 90° verdreht aufeinandergelegt und an den Kanten mittels WIG-Schweißverfahren zum Plattenpaket zusammengeschweißt. Das besondere Merkmal des K°Bloc ist das Eckdesign mit einem 3 mm starken Liner, dem sogenannten Kamm. Das Eckdesign entsteht so ohne eine Materialschwächung. Das heißt, es findet keine unnötige Verformung statt und die Anwendung eines Schweißzusatzwerkstoffs sichert eine hohe Materialgüte. Zudem weist der K°Bloc keine sich kreuzenden Schweißnähte an kritischen Bereichen auf, was zu seiner Robustheit beiträgt.

Wirkungsvolle Wärmeübertragung

Die Platten werden von den Medien quer durchströmt. Diese Kreuzstromorientierung kann durch die Medienführung mittels Baffles in einen Gegenstrom gewandelt werden. Dabei ist die Hauptstromrichtung des einen Mediums von oben nach unten, das zweite Medium wird entgegengesetzt geführt. Das Kreuzgegenstrom-Prinzip führt zu einer sehr wirkungsvollen Wärmeübertragung. Der Druckbehälter besteht aus vier Tragsäulen, einer oberen und unteren Endplatte und vier Druckplatten. Diese vier Druckplatten können entfernt werden, um sowohl die Reinigung des Plattenpakets (mechanisch oder zum Beispiel mit Chemikalien) als auch Inspektionen und Wartungsarbeiten leicht durchführen zu können. Die Plattenprägung gestattet eine lange Standzeit zwischen den Reinigungszyklen, denn die Wärmeübertragerplatten sind derart gewellt, dass sie hohe Turbulenzen erzeugen und somit einen Selbstreinigungseffekt hervorrufen: Die Medienströmung spült Ablagerungen und Fouling von der Wärmeübertragungsfläche. Die dadurch gestreckten Intervalle bis zur Reinigung sparen Wartungszeiten und -kosten.

Material und Prägung nach Wunsch

Für den K°Bloc sind zwei verschiedene Plattenprägungen erhältlich:

  • Die Chevron-Prägung ist dann empfehlenswert, wenn ein möglichst effektiver Wärmeübertrag im Vordergrund steht.
  • Die Double-Dimple-Prägung ist erste Wahl bei hochviskosen oder feststoffhaltigen Medien sowie für die Vakuumkondensation. Bei der Double-Dimple-Prägung ist das Reinigen aufgrund des durchgängigen Spalts besonders einfach.

Welches Material für die Platten zum Einsatz kommt, hängt von den Medien ab, genauer gesagt von dem Korrosionsschutz, den ihr Einsatz erfordert. Neben Edelstahl stehen zum Beispiel SMO254 und Nickel-Basislegierungen oder Titan zur Auswahl.

CO2-Fußabdruck minimieren

Wie sehr der K°Bloc zur Energieeffizienz und zum Klimaschutz beitragen kann, zeigt ein Anlagenbeispiel, bei dem das Kondensieren von Kolonnenabdampf zur Erwärmung eines Glykol-Wasser-Gemisches dient. Bei diesem Fall beträgt die Temperatur auf der Primärseite (Gas) 95 °C beim Eintritt und 70 °C beim Austritt. Das Glykol-Wasser-Gemisch wird beim Durchströmen des Wärmetauschers von 63 auf 89 °C erwärmt, erreicht also eine Temperatur, die deutlich über der Austrittstemperatur der Primärseite liegt. Diese Temperaturüberschneidung zwischen Primär- und Sekundärseite ist nur mit einem Wärmetauscher machbar, der nach dem Gegenstromprinzip arbeitet.

Die gute Annäherung der Temperaturen auf ca. 6 bis 7 K Differenz ist der Prägung zu verdanken: Die in den Fließkanälen entstehenden Turbulenzen verbessern die Wärmeübertragung, sodass bei dieser speziellen Anwendung und einem Durchsatz von 40 t/h mit nur 80 m2 Wärmetauscherfläche rund 1,1 MW Wärmeleistung übertragen werden. Die beim Kondensieren des Kolonnendampfs nutzbar gemachte Wärmeenergie entspricht einer so hohen Erdgaseinsparung, dass der durchgängige Betrieb der Anlage jährlich den Ausstoß von 1,5 Mio. kg CO2 verhindert.

Kelvion Holding GmbH, Bochum


Autorin: Gesa Asshauer

Director Global Sales and Solutions PHE Industrial,

Kelvion PHE



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