DE19801066C1

DE19801066C1 - Verfahren zur Neutralisation von in Heizkesselanlagen anfallenden Kondensatwässern und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE19801066C1
Application number: DE19801066A
Authority: DE
Inventors: Joerg Bachmann; Karl-Heinz Schelberg; Frank Milchsack; Werner Boehle
Original assignee: Viessmann Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Viessmann Werke GmbH and Co KG
Priority date: 1998-01-14
Filing date: 1998-01-14
Publication date: 1999-05-20
Anticipated expiration: 2018-01-15

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Neutralisation von in Heizkesselanlagen, insbesondere Brennwertanlagen anfallen den Kondensatwässern sowie Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens.

Beim Betrieb von Heizkesseln fällt bei niedrigen Abgas temperaturen an den Wärmetauschflächen der Heizgaszugrohre saures Kondensat an. Da dieses Kondensat gegenüber einigen Werkstoffen von Abwasserleitungen aggressiv sein kann, sollte es zunächst neutralisiert werden, ehe es dem nor malen Haushaltsabwasser zugeführt wird. Diese bekannte Zu gabe von Neutralisationsmittels zum Kondensat erfolgt dabei auf verschiedene Arten:

Nach der DE 34 27 036 C2 ist eine Neutralisations einrichtung bekannt, bei der das Kondensat zunächst in ein Sammelgefäß geleitet wird. Erreicht der Flüssigkeits spiegel einen oberen Füllstand, fördert eine Konden satpumpe das Kondensat gegen die Schwerkraft in einen Neutralisationsmittelbehälter. Dort wird es, solange die Kondensatpumpe in Betrieb ist, durch ein Neutralisations granulat gepumpt und verläßt den Neutralisationsmittel behälter neutralisiert durch einen oberen Auslauf. Schal tet die Kondensatpumpe bei Erreichen des unteren Füll standes des Flüssigkeitsspiegels im Kondensatsammelgefäß ab, läuft das noch im Neutralisationsmittelbehälter be findliche Kondensat aufgrund der Schwerkraft in das Kon densatsammelgefäß zurück. Es ergibt sich auf diese Weise ein von der anfallenden Kondensatmenge abhängiger Neu tralisationszyklus. Ein Zählwerk addiert die Anzahl der Volumenströme und gibt einen Hinweis, wann das Granulat aufgrund der inzwischen durchgeströmten Gesamtkondensat menge verbraucht ist und entsprechend neues Granulat nach gefüllt werden muß. Nachteilig an dieser Neutralisations einrichtung ist, daß das Neutralisationsmittel nicht be darfsangepaßt zugeführt, sondern nur periodisch voll ständig erneuert wird und somit in den Zwischenphasen vor allem gegen Phasenende nicht mehr die volle Neutra lisationswirkung besteht.

Ferner ist nach der DE 39 31 746 A1 eine weitere Neutralisationseinrichtung bekannt, bei der das Kondensat wie in der oben genannten DE 34 27 036 C2 gesammelt, diesem ein Neutralisationsmittel aus einer Vorratsmenge zudosiert und das neutralisierte Kondensat chargenweise abgeführt wird. Es ergeben sich die gleichen, oben ge nannten Nachteile.

Die gleichen Nachteile haben auch die nach der EP 0 567 838 A2 und der DE 43 39 225 A1 bekannten Neutralisations einrichtungen, bei denen in einer Reaktionskammer die zu neutralisierende Flüssigkeit bzw. das Kondensat chargen weise neutralisiert wird.

Nach der EP 0 076 683 B1 ist im Gegensatz zu den vier vorgenannten Einrichtungen ein System zur Kontrolle des pH-Wertes eines kontinuierlichen Prozeßstromes bekannt. Bei diesem System wird das bis zu diesem Zeitpunkt un verbrauchte Neutralisationsmittel stetig zugeführt, wobei die Dosierung mittels einer vom pH-Wert des Prozeßstromes abhängigen Regelung erfolgt. Nachteilig an diesem System ist, daß das erforderliche pH-Wert-Meßgerät im allgemeinen teuer in der Anschaffung und auch im Betrieb ist.

Gleiches gilt auch für ein nach der DE 94 18 512 U be kanntes Neutralisationsgerät, das in dieser Form bisher nicht auf dem Markt gebracht wurde, da sich die einzuset zenden pH-Elektroden als teuer und störanfällig erwiesen haben.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, für Heizkesselanlagen, insbesondere Brennwertkessel das Neu tralisationsverfahren und die dazugehörige Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß die Zufuhrmenge des Neutralisationsmittels direkt bedarfsange paßt dosierbar ist, aber auf teuere Meßgeräte, wie pH- Wert-Meßgeräte oder dergleichen, verzichtet werden kann.

Diese Aufgabe ist mit einem Verfahren der eingangs ge nannten Art durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 genannten Merkmale gelöst.

Die Formulierung "in einem kondensatkritischen Bereich" soll zum Ausdruck bringen, daß nicht jede beliebige Tem peratur der Heizkesselanlage als Führungsgröße für die Mengendosierung geeignet ist, denn die Temperaturen im Heizsystem variieren zum Teil stark, so daß ein funk tionaler Zusammenhang zwischen Temperatur und Neutralisa tionsmittelzufuhrmenge eben nur in den kondensatkritischen Bereichen, also dort, wo tatsächlich Kondensat anfällt, besteht.

Versuche haben ergeben, daß die Rücklauftemperatur als kondensatkritische Temperatur besonders gut als Füh rungsgröße geeignet ist. Für die Anwendung des Verfahrens ist dabei wesentlich, den funktionalen Zusammenhang zwischen der Rücklauftemperatur und dem pH-Wert des Kondensats zu kennen, um die Neutralisationsmittelzu fuhrmenge bedarfsangepaßt bestimmen zu können. Versuche zur Bestimmung dieses Zusammenhanges haben ergeben, daß bei stationärem Anlagenbetrieb zwischen dem pH-Wert und der Rücklauftemperatur ein etwa linear verlaufender und umgekehrt proportionaler Zusammenhang besteht. Demzufolge ist der pH-Wert umso kleiner (das Kondensat also umso saurer) je höher die Rücklauftemperatur ist. Diese Feststellung ist zunächst insofern überraschend, als die anfallende Menge an Kondensat auch mit steigender Rück lauftemperatur abnimmt, d. h. auch wenn die anfallende Kondensatmenge bei einer höheren Rücklauftemperatur an sich geringer ist, so ist das Kondensat selbst jedoch insgesamt saurer. Die Erklärung hierfür ist darin zu sehen, daß bei höherer Rücklauftemperatur insgesamt weniger Feuchtigkeit an den Wärmetauschflächen auskonden siert und somit mehr saure Bestandteile des Abgases im anfallenden Kondensat zurückbleiben.

Andere kondensatkritische Temperaturen, die als Füh rungsgrößen in Betracht kommen, sind bspw. die Kesselwas sertemperatur nahe dem Rücklaufanschluß, die Wärmetausch flächentemperatur oder die Abgastemperatur.

Um die Zufuhr des Neutralisationsmittels bedarfsangepaßt ohne unmittelbare Kenntnis des pH-Wertes dosieren zu können, wird mit Hilfe von bei Versuchen ermittelten und in einer entsprechenden Regelvorrichtung gespeicherten Kennlinienverläufen aus der Führungsgröße Rücklauftem peratur unter Berücksichtigung der tatsächlich zu neutralisierenden Kondensatmenge (deren Säuregrad eine Funktion der Rücklauftemperatur ist) die für eine vollständige Neutralisation erforderliche Neutralisations mittelmenge errechnet.

Durch den Verzicht auf eine unmittelbare Messung des pH- Wertes ergeben sich eine ganze Reihe von Vorteilen: Eine pH-Wert-Elektrode, die zudem regelmäßig gewartet und aus getauscht werden muß, hat bei Zugrundelegung heutiger Marktpreise etwa den einhundertfachen Preis im Vergleich zu einem Thermoelementsensor für die Bestimmung der Rück lauftemperatur. Außerdem führen relativ große Trägheit und geringe Empfindlichkeit von pH-Wert-Sensoren zu ungenauen Meßwerten, während ein am Rücklauf angeordneter Thermo elementsensor hohe Empfindlichkeits- und geringe Träg heitseigenschaften hat.

Bezüglich der beiden vorerwähnten Möglichkeiten, das Kon densat entweder in einem Kondensatbehälter zu sammeln und diskontinuierlich zu neutralisieren oder das Kondensat frei abfließen zu lassen und das Neutralisationsmittel bedarfsangepaßt zuzudosieren, sei darauf hingewiesen, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beide Möglichkeiten realisierbar sind. Wesentlich bei einer diskontinuier lichen Neutralisationsmittelzufuhr ist allerdings, daß während des Kondensatzulaufes zum Kondensatbehälter die kondensatkritische Temperatur gemessen und gespeichert werden muß, um im Moment des Zusetzens des Neutralisa tionsmittels die zur Neutralisation erforderliche Menge mit Hilfe der Kennlinien für den betreffenden Kon densatsammelzeitraum errechnen zu können.

Die erfindungsgemäßen Verfahren mit ihren vorteilhaften Weiterbildungen, sowie die Vorrichtungen zur Durchführung der Verfahren und auch der vorerwähnte Kennlinienzu sammenhang werden nachfolgend anhand von Ausführungs beispielen näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 ein Schema einer Heizkesselanlage mit diskontinu ierlicher Kondensatneutralisation;

Fig. 2 ein Schema einer Heizkesselanlage mit kontinuier licher Kondensatneutralisation;

Fig. 3 einen schematisch dargestellten Kennlinienzusammen hang zwischen der Rücklauftemperatur und der an fallenden Kondensatmenge;

Fig. 4 einen schematisch dargestellten Kennlinienzusammen hang zwischen der Rücklauftemperatur und dem pH- Wert;

Fig. 5 ein Schema einer Heizkesselanlage mit einer Dosiervorrichtung für granulatförmiges Neutralisa tionsmittel;

Fig. 6 ein Schema einer weiteren Heizkesselanlage für granulatförmiges Neutralisationsmittel;

In Fig. 1 ist ein Anlagenschema dargestellt für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Neutra lisation von in Heizkessels HK mit Heizkreis-Vor- und -Rücklauf VL, RL und Abgaswärmetauscher, insbesondere Brennwertanlagen, anfallenden Kondensatwässern, wobei der anfallenden Kondensatmenge das Neutralisationsmittel NM diskontinuierlich zugeführt wird. Als flüssiges Neutra lisationsmittel eignet sich bspw. 30%ige Kaliumcarbonat lösung.

Wesentlich für das in Fig. 1 schematisch dargestellte Verfahren ist, daß die Rücklauftemperatur (kondensatkri tische Temperatur) des Heizkreises RL als Führungsgröße für die Mengendosierung des Neutralisationsmittels NM zum anfallenden Kondensat verwendet wird.

Im stationären Betrieb wird das im Heizkessel HK anfallende Kondensat in einen Kondensatbehälter KB ab geführt. Eine hier nicht besonders dargestellte, mit der Regeleinheit RE verbundene Pegelstandsabfrage im Konden satbehälter KB bewirkt bei Erreichen des oberen Füll standes, daß der Neutralisationsprozeß gestartet wird. Dazu wird zunächst die im vorangegangenen Zeitraum gemessene Rücklauftemperatur (gespeichert in der Speicher einheit SP) mit Hilfe der in den Fig. 3 und 4 dargestellten Kennlinien in Relation zur gemessenen Kondensatmenge und zum erwartbaren pH-Wert gebracht, um die zur vollständigen Neutralisation erforderliche Neutralisationsmittelmenge zu bestimmen. Daraufhin werden von der Regeleinheit RE die beiden Pumpen P1 und P2 in Gang gesetzt, um die errechneten Volumenströme miteinander zu vermischen, wobei die Kondensatgesamtmenge durch die Größe des Kondensatbehälters festgelegt ist. Die Neutra lisationsmittelmenge ist dagegen abhängig von der Be triebsweise des Heizkessels.

Die in Fig. 2 dargestellte Anlage unterscheidet sich von der in Fig. 1 dadurch, daß sie weder einen Kondensatbe hälter KB noch eine der Regeleinheit RE zugeordnete Speichereinheit SP aufweist. Bei dieser Anlage erfolgt die Neutralisation des anfallenden Kondensats kontinuierlich, d. h. mit Hilfe der Rücklauftemperatur und der Pumpe P1, die gleichzeitig als Volumenstrommesser dient, wird anhand der Kennlinien aus Fig. 3 und 4 die erforderliche Neu tralisationsmittelmenge errechnet und sofort mit der Pumpe P2 dem Kondensat zur vollständigen Neutralisation zuge führt.

Durch Berücksichtigung der bei Anlagenauslegung ermittel ten Kennlinien wird bei beiden Ausführungsformen (Fig. 1 und 2) sichergestellt, daß weder zu viel noch zu wenig Neutralisationsmittel für die Neutralisation des sauren Kondensats eingesetzt wird.

Die in Fig. 3 und 4 dargestellten Kennlinien zeigen schematisch den Zusammenhang einerseits zwischen Rück lauftemperatur und Kondensatmenge und andererseits zwi schen Rücklauftemperatur und pH-Wert des Kondensats. Diese Kennlinien müssen jeweils für jeden Heizkesseltyp er mittelt und in einer der Regeleinheit RE zugänglichen Form abgespeichert werden. Sollten sich diese Kennlinien laufzeitbedingt (z. B. wegen Umstellung der Anlage von Stadt- auf Erdgas) ändern, besteht eine vorteilhafte Wei terbildung der Anlage darin, daß diese hard- oder soft waremäßig austauschbar sind.

Bei allen zuvor beschriebenen Ausführungsformen wurde davon ausgegangen, daß das Neutralisationsmittel NM flüs sig vorliegt. Dies ist aber nicht zwingend. Denkbar (wie in Fig. 5 dargestellt) ist bspw. auch, daß die Regel einheit RE mit einer Dosiervorrichtung DV für granulat förmiges, mit dem Kondensat in Lösung gehendes Neutra lisationsmittel verbunden ist.

Eine weitere Ausführungsform für granulatförmiges Neutra lisationsmittel ist in Fig. 6 dargestellt. Das vom Heiz kessel HK kommende Kondensat läuft direkt in einen mit Neutralisationsmittel gefüllten Behälter B und wird, voll ständig neutralisiert, von dort mit der Pumpe P1 zum Abfluß A befördert. Die Pumpenleistung richtet sich nach der tatsächlich angefallenen Kondensatmenge, d. h., fällt nur wenig Kondensat an, fördert die Pumpe erst, wenn das Kondensat lange genug im Neutralisationsbehälter B gewesen ist.

Claims

1. Verfahren zur Neutralisation von in Heizkesselanlagen mit Heizkreis und Abgaswärmetauscher, insbesondere Brennwertanlagen, anfallenden Kondensatwässern, wobei der anfallenden Kondensatmenge wahlweise ein Neutra lisationsmittel kontinuierlich oder diskontinuierlich zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine in einem kondensatkritischen Bereich ge messene Temperatur als Führungsgröße für die Men gendosierung des Neutralisationsmittels zum anfallen den Kondensat verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer diskontinuierlichen Neutralisations mittelzufuhr zum Kondensat die gemessene Temperatur als Funktion der Zeit gespeichert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rücklauftemperatur als Führungsgröße verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauschflächentemperatur als Führungsgröße verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgastemperatur als Führungsgröße verwendet wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem kondensatkritischen Bereich der Heiz kesselanlage ein Temperatursensor (T) angeordnet ist, der mit einer das Mischungsverhältnis von angefallenen Kondensat zum zuzuführenden Neutralisationsmittel be rechnenden Regelelektronik (RE) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor (T) am Rücklauf (RL) des Heizkreises angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor (T) an einer Wärmetausch fläche des Heizkessels angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor (T) im Bereich des Abgasan schlusses des Heizkessels angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelelektronik (RE) mit einem die gemessene Temperatur als Funktion der Zeit speichernden Spei cherelement (SP) versehen ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der Regelelektronik (RE) gespeicherte Heiz kessel-Kennlinien wahlweise hard- oder softwaremäßig austauschbar sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinheit (RE) mit einer Dosiervorrichtung (DV) für granulatförmiges, mit dem Kondensat in Lösung gehendes Neutralisationsmittel verbunden ist.