Entgasung von Wässern
Wasser enthält - je nach Druck und Temperatur - unterschiedliche Mengen an Sauerstoff (O2) und Kohlenstoffdioxid (CO2). Beide Gase fügen metallischen Kesselwerkstoffen auf spezifische Art Schäden zu: Sauerstoff wirkt oxidativ, Kohlenstoffdioxid (Kohlensäure) aggressiv.
Problemlösung durch Entgasung
Mittels spezieller Entgasungsmethoden können Gase aus dem Wasser entfernt bzw. unter die jeweils geforderte Restkonzentration (Garantiewert) abgesenkt werden.
Der Garantiewert ist als diejenige restliche Sauerstoff- oder Kohlenstoffdioxidmenge definiert, welche eine Entgasung dauerhaft erreicht bzw. unterschreitet.
Verfahren zur Entgasung
Gängige Verfahren zur Entgasung sind:
- Thermische Entgasung (Druckentgasung, Vakuumentgasung)
- Membranentgasung
- Chemische Entgasung
Thermische Entgasung
Die thermische Entgasung (Druckentgasung) von Kesselspeisewasser setzt den Siedezustand des Wassers voraus. Das Gemisch aus Kondensat und Frischwasser wird oben in den Entgaserdom eingeleitet. Die Aufheizung auf Siedetemperatur erfolgt durch Heizdampf, welcher unten in den Entgaser einströmt und diesen nach oben im Gegenstrom durchströmt. Die dabei ausgetriebenen Gase werden mit dem Brüdendampf über den Brüdenabgang im Entgaserdom abgeführt. Das entgaste Wasser wird im Speisewasserbehälter gesammelt.
Die thermische Entgasung arbeitet bei Temperaturen von knapp über 100 °C und Betriebsdrücken um 0,2 bis 0,3 bar. Damit sind Sauerstoffgehalte im Speisewasser unter 0,02 mg O2/l und Kohlenstoffdioxidgehalte von weniger als 1 mg CO2/l erreichbar.
Mittels Vakuumentgasung kann Wasser auch unterhalb 100°C durch Sieden entgast werden. Durch Anlegen eines entsprechenden Unterdruckes (Teilvakuum) im Entgaser kann der Siedepunkt schon im Bereich von 30-80°C erreicht werden. Die Entgasung erfolgt dabei in einem Riesler mit Sprüheinrichtung, Füllkörpern und Vorratsteil. Die Gase werden mit dem entstehenden Wasserdampf über eine Vakuumpumpe abgeführt. Vorzugsweise wird ein Brüdenkondensator eingesetzt, um den Ansaugvolumenstrom der Vakuumpumpe gering zu halten. Der Restsauerstoffwert von 0,02 mg/l kann hier ebenfalls erreicht werden. Die Vakuumentgasung kommt bei der Aufbereitung von Zusatzwasser für Heizsysteme zum Einsatz.
Brüdenkondensator
Durch einen Brüdenkondensator kann ein großer Teil der Wärmeenergie der Brüden zurückgewonnen werden. Üblicherweise wird diese Wärmeenergie für die Aufheizung von Zusatzwasser verwendet, was zu einem verringerten Heizdampfbedarf führt. Bei der thermischen Druckentgasung ist dieser Wärmeübertrager nicht zwingend erforderlich, allerdings ab einer bestimmten Größe der Entgasungsanlage aus wirtschaftlichen Gründen empfehlenswert. Bei der Vakuumentgasung ist der Brüdenkondensator vor allem für die wirtschaftliche Dimensionierung der Vakuumpumpe von großer Bedeutung.
Membranentgasung
Mittels Membranentgasung kann gelöstes Kohlendioxid (CO2) im reinen Strippluftbetrieb bis < 2 mg/l (ppm) bzw. in Kombination mit einer Vakuumpumpe bis < 1 mg/l (ppm) aus dem Wasser entfernt werden. Bei Einsatz von technischem Stickstoff als Strippmedium und in Kombination mit einer Vakuumpumpe kann Sauerstoff auf Werte von < 1 µg/l (ppb) reduziert werden.
Durch Schaffung eines entsprechenden Partialdruckgefälles als Triebkraft (Strippung mit Luft/Gas und/oder Schaffung eines Vakuums), diffundieren die Gase durch mikroporöse, hydrophobe (wasserundurchlässige) Hohlfasermembranen aus der Flüssigkeit in die gasführende Membranfaser und werden mit dem Strippgas abtransportiert.
Die einzelnen Hohlfasermembranen werden in Modulen (sogenannte Membrankontaktoren) zusammengefasst.
Die Membranentgasung dient zur Unterstützung von Entsalzungsprozessen. Bei der Vollentsalzung mit lonenaustauschern kann durch Membranentgasung der Anionenaustauscher entlastet werden, mit der Folge einer deutlichen Senkung des Bedarfes an erforderlichen Regenerierchemikalien (meist Natronlauge). Damit ist die Membranentgasung eine gute Alternative zum CO2-Riesler, jedoch mit den Vorteilen eines deutlich geringeren Platz- und Energiebedarfs (z.B. keine Druckerhöhung erforderlich).
Die Membranentgasung bietet sich ferner zwischen EDI (Elektrodeionisation) und Umkehrosmose an.
Chemische Entgasung
Die chemische Entgasung bzw. Nachentgasung erfolgt durch Zugabe von Chemikalien. Diese Chemikalien werden in Verdünnungswasser (mindestens Weichwasserqualität) gelöst und sind geeignet, den im Wasser enthaltenen Sauerstoff abzubinden bzw. umzusetzen. Die Reaktionszeit ist bei den verschiedenen verwendbaren Chemikalien unterschiedlich. Sie ist im allgemeinen um so kürzer, je höher die Wassertemperatur ist.
Die chemische Entgasung ist - aufgrund des hohen Chemikalienaufwands - nur bei niedrigen Kesseldrücken und geringer Anlagenleistung interessant. Bei mittleren und großen Anlagen wird die chemische Entgasung ausschließlich dann eingesetzt, wenn Restsauerstoffgehalte von < 10 µg/l erreicht werden müssen.
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