Speisewasser für Dampferzeuger: Stationäre und mobile Wasseraufbereitung

Heißwasser- und Dampfkessel erhitzen großen Mengen Wasser, die unter Druck flüssig bleiben oder zu Dampf übergehen. Befinden sich Verunreinigungen im Wasser, können diese die Effizienz der Anlage stören oder sogar zur Korrosion metallischer Werkstoffe führen. Optimal aufbereitetes Speisewasser für Dampferzeuger verhindert das. Es ist frei von Verunreinigungen und sorgt für einen energiesparenden sowie zuverlässigen Betrieb. Welche Anforderungen an das Speisewasser bestehen und wie die stationäre sowie mobile Wasseraufbereitung für Dampfkessel funktioniert, erklärt deutsche-thermo.de im folgenden Ratgeber.

Die Themen im Überblick

Speisewasser für den Betrieb von Heißwasser- und Dampfkesseln

Speisewasser bezeichnet ein flüssiges Medium, das für den Betrieb von Dampfkesseln erforderlich ist. Es lagert in Speisewasserbehältern, bis Speisewasserpumpen die Flüssigkeit bedarfsgerecht zum Kessel fördern. In diesem steigen Temperatur und Druck unter dem Einfluss thermischer Energie an. Das Medium geht in den gasförmigen Zustand über und strömt in dieser Form in die Anlage ein. Maschinen und Prozesse nutzen das dampfförmige Medium dann direkt (Dampf strömt in den separaten Prozess ein) oder indirekt (Dampf gibt Energie am Wärmeübertrager ab). Im zuletzt genannten Fall entsteht Kondensat, das Anlagen dem Speisewasser je nach Zusammensetzung und Qualität wieder beimischen können.

Hohe Qualitätsanforderungen für effizienten und zuverlässigen Betrieb

Damit Dampfkessel und angeschlossene Prozesse zuverlässig sowie energiesparend funktionieren, muss das Speisewasser hohe Qualitätsanforderungen erfüllen. Diese beziehen sich in aller Regel auf den Salzgehalt, den pH-Wert und die Zusammensetzung des Mediums. Kommt ungeeignetes Speisewasser für Dampfkessel zum Einsatz, könnten Verunreinigungen zu einer reduzierten Wärmeübertragung oder zu Korrosionserscheinungen an metallischen Werkstoffen führen. Beides beeinflusst die Effizienz sowie die Zuverlässigkeit der Anlagen und ist daher zu verhindern.

Speisewasseraufbereitung besteht meist aus mehreren Schritten

Für einen sicheren und effizienten Betrieb von Dampf- und Heißwasserkesseln sorgen Sie mit einer optimalen Speisewasseraufbereitung (auch Kesselspeisewasseraufbereitung). Diese setzt sich aus verschiedenen Aufbereitungsstufen zusammen, die das Speisewasser für Dampfkessel Schritt für Schritt auf den geforderten Zustand bringen. Neben der einfachen Filtration gehören dazu auch Maßnahmen wie die Entsalzung, die Enthärtung oder die thermische Entgasung.

Normen und Richtlinie: Anforderungen an das Kesselspeisewasser

Welche Anforderungen das Speisewasser für Dampferzeuger erfüllen muss, hängt von der jeweiligen Dampfanlage ab. Entscheidend sind dabei Faktoren wie Leistung, Druck und Temperatur. Aber auch der Einsatz des Prozessdampfes spielt dabei eine wichtige Rolle. So muss das Speisewasser für Reindampferzeuger beispielsweise hygienisch einwandfrei sein, während das Medium für den Einsatz in konventionellen Kesseln meist weniger hohe Vorgaben erfüllen muss. Geht es um die Planung einer Anlage zur Kesselspeisewasseraufbereitung, beziehen sich technische Vorgaben im Allgemeinen auf folgende Größen:

• direkte Leitfähigkeit (in μS/cm)
• Säureleitfähigkeit (in μS/cm)
• pH-Wert (in —)
• Härte (in mmol/L, °dH und mg/L CaCO3)
• Eisen (in mg/L)
• Kieselsäure (in mg/L)
• Sauerstoff (in mg/L)
• Öle, Fette (in mg/L)
• TOC (Total Organic Carbon oder gesamter organischer Kohlenstoff) (in mg/L)

Wie hoch die Grenzwerte ausfallen, hängt dabei üblicherweise von der Art des Kessels (Großwasserraumkessel, Umlaufkessel, Durchlaufkessel) und dem Betriebsdruck der Anlage ab.

Wichtig zu wissen: Da sich die Kesselspeisewasser Anforderungen von Anlage zu Anlage unterscheiden, sind pauschale Angaben an dieser Stelle nicht möglich. Wir empfehlen, diese im Zuge der Fachplanung herauszustellen und mit dem Anlagenhersteller bzw. der technischen Dokumentation abzustimmen.

Die wichtigsten Normen und Richtlinien für Speisewasser in Deutschland

Hierzulande sind die Kesselspeisewasser-Anforderungen in verschiedenen Normen und Richtlinien definiert. Im Folgenden stellen wir die wichtigsten im Überblick vor:

• EN 12952-12: Wasserrohrkessel – Anforderungen an die Speisewasser- und Kesselwasserqualität
• EN 12953-10: Großwasserraumkessel – Teil 10: Anforderungen an die Speisewasser- und Kesselwasserqualität
• TRD 611 (veraltet): Speisewasser und Kesselwasser von Dampferzeugern der Gruppe IV
• TRD 612 (veraltet): Wasser für Heißwassererzeuger der Kategorien II bis IV
• VdTÜV MB TECH 1453 (veraltet): Richtlinien für Speisewasser, Kesselwasser und Dampf von Dampferzeugern
• VGB-Richtlinien: Speisewasser-, Kesselwasser- und Dampfqualität für Kraftwerke / Industriekraftwerke (VGB-S-010-T-00, ehemals VGB-R 450 L)

Wichtig zu wissen: Parallel zu den allgemeingültigen Vorgaben haben verschiedene Kesselhersteller auch eigene Anforderungskataloge erstellt. Erfüllen Sie diese nicht, kann das zu einem Verlust von Garantie- und Gewährleistungsansprüchen führen.

Salzhaltig, salzarm, salzfrei: Verschiedene Fahrweisen der Dampferzeuger

Geht es um die Qualität des Speisewassers, spielt die elektrische Leitfähigkeit eine wichtige Rolle. Sie lässt Aussagen über das Vorhandensein verschiedener Inhaltsstoffe zu und galt daher lange als Kriterium für die Fahrweise von Dampfanlagen. Branchenexperten unterschieden dabei die folgenden Stufen:

• salzhaltige Fahrweise: direkte elektrische Leitfähigkeit > 30 μS/cm; erreichbar zum Beispiel mit einer Enthärtungsanlage
• salzarme Fahrweise: direkte elektrische Leitfähigkeit ≤ 30 μS/cm; erreichbar zum Beispiel mit einer Anlage zur Umkehrosmose
• salzfreie Fahrweise: Säureleitfähigkeit < 0,2 μS/cm; erreichbar zum Beispiel mit einer Anlage zur Elektrodeionisation sowie einem Ionenaustauschverfahren für vollentsalztes Speisewasser

Auch wenn die drei Stufen in aktuell gültigen Richtlinien nur noch sinngemäß enthalten sind, helfen die Informationen dennoch bei der passgenauen Auslegung der Speisewasseraufbereitung. Welche Fahrweise dabei zum Einsatz kommt, hängt von der Anwendung sowie der Herkunft des Rohwassers (auch Frischwasser) ab. Geht es um Speisewasser für einen Dampferzeuger mit Überhitzer, ist in der Regel eine salzarme Fahrweise zu erreichen. Andernfalls könnte eine steigende Absalzrate zu einem unwirtschaftlichen Betrieb führen.

Salzgehalt und Energieverbrauch sind bei der Planung zu berücksichtigen

Verdampft Wasser im Kessel, bleibt das Salz zurück und führt zu einer steigenden Salzkonzentration. Um dadurch gewünschte Grenzwerte nicht zu überschreiten, ist eine regelmäßige Entsalzung nötig. Diese geht wiederum mit Energieverlusten einher. Wie häufig zu entsalzen ist, hängt dabei von der Fahrweise der Dampfanlage ab. Ist diese salzhaltig, liegt die Absalzrate in der Regel bei 3 bis 10 %. Bei salzarmer Fahrweise beträgt sie 1 bis 2 % und bei salzfreier Fahrweise sind Werte von unter 1 % erreichbar.

Wichtig zu wissen: Da die Kosten der Speisewasseraufbereitung mit der Reinheit des Wassers zunehmen, geht es bei der Planung um einen optimalen Kompromiss aus Aufwand bei der Aufbereitung und Einsparung durch eine niedrige Absalzrate.

Kesselspeisewasseraufbereitung bringt Nutzern zahlreiche Vorteile

Bereiten Sie das Speisewasser für Dampferzeuger optimal auf, profitieren Sie von zahlreichen Vorteilen. So sinkt zum einen die beschriebene Absalzrate, was mit geringeren Energieverlusten einhergeht. Zudem bleiben die Wärmeübertrager frei von Ablagerungen. Das sorgt für eine effektive Wärmeübertragung bei geringem Brennstoffeinsatz und schützt vor mechanischen Beschädigungen. Zu diesen könnte es kommen, wenn die Temperatur der Wärmetauscherflächen unter den Ablagerungen lokal stark ansteigt. Hinzu kommt die Tatsache, dass weniger Verunreinigungen im Umlauf sind. Sie beugen der Korrosion vor und sorgen insgesamt für einen effizienten sowie störungsfreien Betrieb.

Die folgende Übersicht fasst die wichtigsten Vorteile der Aufbereitung von Speisewasser für Dampferzeuger zusammen:

• Schutz vor mechanischen Schäden an Wärmetauscherflächen (Spannungsrisse)
• geringere Wärmeverluste durch niedrige Absalzrate bei mind. salzarmem Betrieb
• effiziente Wärmeübertragung ohne Ablagerungen an Wärmeübertrager-Wandungen
• zuverlässiger Anlagenbetrieb durch geringe Verschmutzung des Speisewassers
• Schutz vor Korrosion und Beschädigung metallischer Werkstoffe in der Anlage

Kurz gesagt: Die optimale Kesselspeisewasseraufbereitung sorgt also für niedrige Betriebskosten und eine hohe Ausfallsicherheit der Dampfanlage.

Verschiedene Lösungen zur Aufbereitung von Kesselspeisewasser

Enthärtung, Umkehrosmose oder thermische Entgasung von Speisewasser: Geht es um die Aufbereitung des Mediums, kommen verschiedene Lösungen infrage. Diese bauen häufig auf eine Vorbehandlung mit Filtern oder Membranen auf und eignen sich für verschiedene Fahrweisen sowie Einsatzgebiete. Die folgende Übersicht stellt die wichtigsten Verfahren zur Wasseraufbereitung für Dampfkessel vor.

Enthärtungsanlage für Kesselspeisewasser zur salzhaltigen Fahrweise

Enthärtungsanlagen entziehen dem Speisewasser für Dampferzeuger Härtebildner, die bei Erwärmung Ablagerungen bilden. Konkret geht es dabei um Kalzium- sowie Magnesiumsalze, die sich mit dem Ionenaustauschverfahren entfernen lassen. Das aufzubereitende Wasser strömt dabei durch einen speziellen Behälter. Dieser beinhaltet das Austauscherharz, welches Kalzium- sowie Magnesiumionen aus dem Rohwasser aufnimmt und durch Natriumionen ersetzt. Letztere senken den Salzgehalt nicht. Sie rufen jedoch keine Steinbildung hervor und sorgen somit für einen schonenden Anlagenbetrieb.

Wichtig zu wissen ist, dass sich die Natriumionen mit der Zeit verbrauchen. Ist das der Fall und die Enthärtungsleistung geht zurück, müssen Betreiber die Austauscherharze mit Kochsalzlösung regenerieren. Dabei geben die Harze Kalzium- sowie Magnesiumionen ab, um neue Natriumionen aufnehmen zu können.

Kurz und knapp: Die Enthärtung von Rohwasser tauscht Härtebildner durch Natriumionen aus. Das verhindert die Steinbildung, ändert den Salzgehalt des Speisewassers aber nicht. Die Maßnahme kommt daher für den salzhaltigen Betrieb oder in Kombination mit anderen Lösungen infrage.

Umkehr-Osmose zur Speisewasseraufbereitung für salzarme Fahrweise

Die Umkehr-Osmose entzieht dem Wasser zahlreiche Inhaltsstoffe, um es für den Einsatz in Dampferzeugern vorzubereiten. Möglich ist das in einem Behälter, den eine semipermeable Membran in zwei Bereiche separiert. Im ersten strömt das salzhaltige Rohwasser unter Druck ein. Es diffundiert durch die Membran, die Salze und andere Inhaltsstoffe jedoch nicht hindurchlässt. Das führt dazu, dass sich auf der einen Seite der Membran Salze aufkonzentrieren, während auf der anderen Seite Reinwasser abströmen kann. Abhängig vom gewünschten Grad der Kesselspeisewasseraufbereitung arbeiten Umkehr-Osmoseanlagen in mehreren Stufen, wobei der nötige Druck sukzessive zunimmt.

Anders als bei Enthärtungsanlagen ist hier keine Regeneration nötig. Die Umkehr-Osmose arbeitet kontinuierlich und Speicher für belastete Abwässer sind nicht erforderlich. Zum Schutz der Membran kommt es jedoch auf eine optimale Vorreinigung des Roh- oder Frischwassers mit Filtern und/oder Ionenaustauschern an.

Kurz und knapp: Die Umkehr-Osmose zur Aufbereitung von Speisewasser für Dampferzeuger und Heißwasserkessel entfernt Salze mit einer semipermeablen Membran. Sie arbeitet kontinuierlich ohne Regeneration und benötigt weder Tanks noch Tankcontainer für Salzsäure oder Laugen. Insgesamt kommt die Maßnahme in Kombination mit anderen oder für den salzarmen Betrieb infrage.

Elektrodeionisation (EDI) für Dampferzeuger mit salzfreier Fahrweise

Sind die Anforderungen an das Speisewasser wie bei Reindampferzeugern sehr hoch, kommt unter anderem die Elektrodeionisation zur Aufbereitung infrage. Das Verfahren kombiniert die Elektrolyse mit dem Ionenaustauschverfahren und ermöglicht die salzfreie Fahrweise nachfolgender Anlagen.
Damit das funktioniert, bestehen EDI-Systeme aus zwei Elektroden und mehreren Anionen-Austauscher-Membranen. Zwischen diesen befinden sich wechselweise Mischbettaustauscher sowie Konzentrator-Kammern. Geht die Anlage in Betrieb, liegt zwischen den elektrischen Leitern eine Spannung an. Diese spaltet das Wasser in Wasserstoff- (H+) und Hydroxidionen (OH-) auf. Anschließend wandern Anionen (OH-) in Richtung Pluspol und Kationen (H+ oder Na+) in Richtung Minuspol, wobei sie jeweils nur kationen- bzw. anionenpermeable Membranen passieren. Spezielle Mischbettaustauscher nehmen die zu entfernenden Salze auf und werden kontinuierlich von den hindurchwandernden Wasserionen regeneriert. Während das Reinwasser aus der Anlage abfließt, sammelt sich das abgeschiedene Konzentrat in sogenannten Konzentratorkammern, aus denen es automatisch ausgespült und abgeschieden wird.

Das mit der Elektrodeionisation aufbereitete Speisewasser steht ohne Unterbrechung in hoher Reinheit zur Verfügung. Es eignet sich für medizinische oder pharmazeutische Anwendungen sowie Reindampferzuger und erfordert keine Chemikalien. Das Verfahren selbst ist dabei zuverlässig und wartungsarm.

Kurz und knapp: Die Elektrodeionisation (EDI) zur Kesselspeisewasseraufbereitung entfernt sämtliche Salze sehr zuverlässig. Sie eignet sich für Reindampferzeuger mit salzfreier Fahrweise und kommt häufig als Endstufe der Speisewasseraufbereitung (zum Beispiel zur Restentsalzung nach einer Umkehr-Osmose) zum Einsatz.

Thermische Entgasung für die Aufbereitung von Speisewasser

Während die vorgenannten Verfahren vor der Steinbildung schützen, dient die thermische Entgasung von Speisewasser dem Korrosionsschutz. Das Ziel der Lösung ist es dabei, den Sauerstoff- und Kohlensäuregehalt des Kesselspeisewassers zu reduzieren.

Um das zu erreichen, zerstäuben Anlagen das aufzubereitende Medium über eine Rieselanlage oder feine Sprühdüsen, bevor sie es mit Dampf beaufschlagen. Die im Wasser gelösten Gase wollen sich daraufhin gleichmäßig in beiden Medien verteilen und gehen auf den Dampfstrom über. Sauerstoff und Kohlensäure verlassen die Anlage anschließend mit dem Brüdendampf, während das aufbereitete Speisewasser zum Dampferzeuger strömt.

Abhängig von der Art der Wasserzerstäubung unterscheiden Experten dabei Sprühentgaser, Rieselentgaser sowie Teilentgaser. Während erste besonders leistungsfähig sind, arbeiten Letztere mit verminderter Temperatur und reduzierter Entgaser-Leistung.

Kurz und knapp: Mit der thermischen Entgasung von Speisewasser ist es möglich, Sauerstoff und Kohlensäure (O2 und CO2) aus dem nachströmenden Wasser für Dampferzeuger zu entfernen. Gute Anlagen erreichen dabei einen O2-Gehalt von weniger als 0,02 Milligramm pro Liter (mg/l). Sie mindern die Korrosionsgefahr und tragen zum Schutz der Dampf- oder Heißwasseranlage bei.

Chemische Konditionierung als Teil der Speisewasseraufbereitung

Abhängig von den individuellen Anforderungen der Heißwasser- oder Dampfanlage kann es nötig sein, dem Speisewasser verschiedene Korrekturchemikalien hinzuzugeben. Ist das der Fall, kommen Dosieranlagen zum Einsatz. Diese bestehen in der Regel aus einem Chemikalientank, einer Pumpe und der nötigen Regelungstechnik. Letztere überwacht den Zustand des Speisewassers und lässt die Dosierpumpe sehr genaue Mengen der nötigen Chemikalien beimischen.

Die Speisewasser-Aufbereitung Schritt für Schritt individuell planen

Für ein optimales Kosten-Nutzen-Verhältnis ist es wichtig, die Kesselspeisewasseraufbereitung an den individuellen Bedürfnissen auszurichten. Dabei ist es grundsätzlich das Ziel, die Technik so gut wie nötig und so sparsam wie möglich zu konzipieren. Der nachfolgend vorgestellte Ablauf ermöglicht das:

• Schritt 1 – Bestandsaufnahme: Im ersten Schritt geht es darum, die Dampfanlage aufzunehmen und herauszustellen, welche Anforderungen diese hat. Entscheidend ist dabei vor allem der Einsatz. Denn es macht einen großen Unterschied, ob es um die Bereitstellung von Prozessdampf zur Holzverformung oder um Reindampf für Medizin und Pharmazie geht.
• Schritt 2 – Frisch-/Rohwasser: Stehen die Anforderungen fest, folgt eine Analyse des zur Verfügung stehenden Frisch- oder Rohwassers. Abhängig von der chemischen Beschaffenheit des Mediums lässt sich ein Konzept zur Aufbereitung von Speisewasser aufstellen.
• Schritt 3 – Planung der Anlage: Im dritten Schritt geht es um die Planung der Anlage. Experten konzipieren dabei die Kesselspeisewasseraufbereitung auf Basis der vorliegenden Daten. Gleiches erledigen sie für Zusatzwasser und Kondensat, sofern dieses für die Dampferzeugung geeignet ist.

Auf Basis der individuellen Planung lässt sich ein Angebot kalkulieren, das transparent über die Kosten der Wasseraufbereitung von Dampfanlagen informiert. Ohne genaue Kenntnis von der benötigten Anlagentechnik ist das nicht möglich.

Mobile Speisewasseraufbereitung mieten: Flexibel und zuverlässig

Geht es um den Betrieb stationärer Anlagen, kommen in der Regel fest installierte Lösungen zur Wasseraufbereitung zum Einsatz. Es gibt jedoch Fällen, für die sich eine mobile Speisewasseraufbereitung lohnt. So zum Beispiel bei:

• dem Betrieb mobiler Dampfanlagen
• dem Austausch defekter Komponenten
• der Überbrückung langer Lieferzeiten
• dem Abdecken kurzfristiger Bedarfe

Trifft einer dieser Punkte zu, können Sie eine mobile Wasseraufbereitung mieten und schnell für Abhilfe sorgen. Verfügbar sind dabei Enthärtungsanlagen, Umkehrosmoseanlagen, EDI-Systeme, Entgaser sowie Dosieranlagen zum Ausleihen. Die Kosten der Mietlösungen sind vergleichsweise niedrig und an Ihren Bedarf angepasst. Von Vorteil ist darüber hinaus die schnelle Lieferbarkeit. Rund um die Uhr erreichbare Techniker garantieren einen zuverlässigen Betrieb und kümmern sich zudem um sämtliche Wartungs- und Prüfpflichten.

FAQ: Häufig gestellte Fragen zur Kesselspeisewasseraufbereitung

Was ist Speisewasser für Dampferzeuger und warum ist es aufzubereiten?

Bei Speisewasser handelt es sich um das Arbeitsmedium von Dampferzeugern und Heißwasserkesseln. Es wird an Wärmeübertragern stark erwärmt und verdampft oder bleibt unter hohem Druck flüssig. Ohne Aufbereitung des Kesselspeisewassers kann es zur Steinbildung kommen. Die Ablagerungen stören die Wärmeübertragung und führen zu verstopften Leitungen sowie Armaturen. Der Salzgehalt bedingt eine hohe Absalzrate und Sauerstoff im Speisewasser begünstigt die Korrosion.

Wo sind die Anforderungen an Speisewasser für Dampferzeuger zu finden?

Die Anforderungen ergeben sich immer aus den vorliegenden Betriebsparametern. Sie hängen unter anderem vom Druck ab und sind in den Normen EN 12952-12 sowie EN 12953-10 zu finden. Darüber hinaus definieren auch Kesselhersteller Anforderungen an das Speisewasser. Deren Einhaltung ist meist wichtig, um keine Garantie- oder Gewährleistungsansprüche zu verlieren.

Welche Fahrweisen von Dampf- und Heißwasseranlagen lassen sich unterscheiden?

Abhängig vom Salzgehalt des Speisewassers unterscheiden Experten die salzhaltige (el. Leitfähigkeit > 30 μS/cm), die salzarme (el. Leitfähigkeit ≤ 30 μS/cm) und die salzfreie Betriebsweise (Säureleitfähigkeit < 0,2 μS/cm). Die Begrifflichkeiten sind in aktuell geltenden Normen nicht mehr wörtlich enthalten, für die Planung von Anlagen und die Einhaltung von Aufbereitungsverfahren aber nach wie vor sehr gut geeignet.

Wie funktioniert die Kesselspeisewasseraufbereitung in der Praxis?

Nach einer optionalen Vorreinigung mit Filtern oder Membranen folgen in der Praxis verschiedene, teilweise aufeinander aufbauende Aufbereitungsverfahren. Für eine salzhaltige Fahrweise eignet sich dabei die Enthärtung mit Ionenaustauscher. Diese entzieht dem Speisewasser Härtebildner, ohne den Salzgehalt zu verändern. Ist eine salzarme Fahrweise gewünscht, folgt die Umkehr-Osmose, die Wasser unter Druck durch semipermeable Membranen leitet, um Verunreinigungen abzuspalten. Für eine Nachentsalzung eignet sich die Elektrodeionisation (EDI), die unter anderem bei Reindampferzeugern wichtig ist. Mit einer thermischen Entgasung sinkt im Speisewasser der Sauerstoffgehalt zum Korrosionsschutz und Dosieranlagen fügen bei Bedarf Korrekturchemikalien hinzu.

Wann kommen mobile Wasseraufbereitungsanlagen zum Einsatz?

Geht es um den Betrieb mobiler Dampfanlagen, den Austausch defekter Komponenten oder das Abdecken kurzfristiger Bedarfe, kommen auch mobile Anlagen zur Wasseraufbereitung zum Einsatz. Von Vorteil ist, dass Sie diese schnell und günstig mieten können, um längere Ausfälle zu vermeiden. Die Kosten richten sich dabei nach dem eigenen Bedarf und sind vergleichsweise niedrig.