Immer mehr Betreiber von Fernwärmeanlagen setzen auf salzarmes Wasser. Dies minimiert die Korrosionsgefahr und schützt Kessel. Eine praktikable Lösung sind stationäre oder auch mobile Aufbereitungssysteme, wie im Folgenden Dr. Steffen Orben von Orben Wasseraufbereitung erläutert.
Nicht aufbereitetes Wasser enthält neben Eisen- und Manganverbindungen zahlreiche Gase, Erdalkalisalze, Kieselsäure und verschiedene Feststoffe. Die Erdalkalisalze wie beispielsweise Magnesium oder Calzium fördern die Kalkbildung (Kesselstein). Natrium oder Chlor tragen zur Korrosion bei, Kieselsäure führt zu Ablagerungen von Silikatstein. In Publikationen weist der Energieeffizienzverband für Wärme, Kälte und KWK e. V. (AGFW) daher auf die Gefahren des Einsatzes von unaufbereitetem Wasser in Fernwärme- oder Fernkälteanlagen hin.
In Fernwärmenetzen unterliegt die Wasserqualität strengen Anforderungen. Die AGFW-Richtlinie FW 510 gibt die Rahmenbedingungen für die in Deutschland installierten Anlagen vor. Die Gründe für diese Sorgfalt: Die im Wasser gelösten Salze und andere Inhaltsstoffe tragen maßgeblich zur Korrosion an metallischen Komponenten bei. Doch im Zuge der Versorgungssicherheit ist ein störungsfreier Betrieb der Anlagen vom Betreiber permanent zu gewährleisten.
Bei großen Kraftwerksanlagen ist die salzfreie Betriebsart ein Muss. Hier können schon kleinste Mengen an gelösten Salzen schwere Schäden an Hochleistungsturbinen oder anderen Bauteilen verursachen. Bei kleinen Anlagen wird dagegen hauptsächlich enthärtetes Trinkwasser eingesetzt. „Bei mittleren Anlagen- beziehungsweise Netzgrößen stellen wir allerdings eine zunehmende Umstellung auf salzarme Fahrweise fest“, sagt Ulrike Wagner, Fachreferentin Wasserchemie und Alternative Wärmetechnik des AGFW in Frankfurt.
Vor allem im Zuge von Sanierungsmaßnahmen bei Bestandsnetzen seien die Betreiber immer häufiger bereit, im Anschluss salzarmes Kreislaufwasser zu verwenden. Die salzarme Fahrweise minimiere auch noch die Restrisiken von Korrosionsschäden. Dies habe bei zahlreichen Netzbetreibern dazu geführt, die in der FW 510 genannten Richtwerte einzuhalten.
Auch die Hersteller von Kesselanlagen raten zu einer salzarmen Fahrweise oder schreiben sie mittlerweile vor. Die Anforderungen an Kesselanlagen sind höher als die für Fernwärmenetze. „In kleinen Fernwärmesystemen mit direkt durchströmten Kesseln findet man deshalb häufig salzarme Fahrweise“, sagt Wagner. „Von diesen Anlagen werden uns äußerst selten Schäden durch Innenkorrosion gemeldet.“
Heikel: salzarmes Wasser nur auf- und nachfüllen
Die Orben Wasseraufbereitung GmbH & Co. KG liefert Systeme für vollentsalztes (VE-)Wasser. „Den Trend zur salzarmen Fahrweise bemerken auch wir“, sagt Guido Rothe, unser Vertriebsleiter Reinstwassersysteme. Das Umstellen funktioniere nicht immer so einfach wie erhofft, nennt er seine Erfahrungen. „Die Nutzung von VE-Wasser stellt die Betreiber zunächst vor große praktische Herausforderungen, zum einen bei der Erstbefüllung, zum anderen bei der Nachspeisung des Ergänzungswassers, denn der Kauf und die Lieferung von VE-Wasser von externen Anbietern ist alleine aufgrund der Logistik teuer.“ Zudem kann in einem Leckagefall oder bei einer außerplanmäßigen Teilbefüllung des Netzes nicht immer zeitnah das VE-Wasser geliefert werden.
Viele Betreiber gerade von kleineren Blockheizkraftwerken oder Biogasanlagen befüllen ihre Anlagen deshalb mit normalem Trinkwasser aus der Leitung. Meist wird es nur durch stationäre Filteranlagen von den gröbsten Verunreinigungen befreit oder auch enthärtet, in der Fehlannahme, damit die salzarme Betriebsweise zu erfüllen.
Im Gegensatz zum enthärteten Wasser sind bei vollentsalztem Wasser sämtliche Ionen ersatzlos entfernt. Orben-Ionenaustauscher-Patronen produzieren VE-Wasser mit 0,1 mg/l Restsalzgehalt entsprechend einer Leitfähigkeit von etwa 0,2 μS/cm. Zum Vergleich: Bei einem Härtegrad von durchschnittlich 20°dH liegt der Anteil des CaCO3 im Wasser bei cirka 370 g/m3 und die Leitfähigkeit bei 700 μS/cm. Rothe: „Damit sind die Betreiber in der Lage, ihre Anlagen dauerhaft vor Korrosion und kostenintensiven Folgeschäden zu sichern.“ Das einzuspeisende VE-Wasser wird just-in-time produziert. Es ist keine Zwischenspeicherung nötig, die Aufbereitung funktioniert in der Regel ungeachtet der Qualität des Einspeisewassers.
Die Patronen sind mit Kationen- und Anionenaustauscherharz gefüllt, über welche das Wasser von oben nach unten durchgeführt wird. Die Leitfähigkeit des Wassers wird dabei gegen Null abgesenkt. Mit dieser Methode werden Calcium, Natrium, Magnesium, Chloride usw. vollständig entfernt. Erreichen die Harze ihren Sättigungsgrad, werden einfach die Patronen ausgetauscht. Orben bietet dafür einen bundesweiten Service an. Die gesättigten Harze werden in einer eigenen Regenerierstation aufbereitet, so dass sie unbegrenzt wieder verwendbar sind.
Mit Gesamtkapazitäten von 3 bis 100 m3 steht für jeden Bedarf eine passende Patronengröße zur Verfügung. Orben bietet darüber hinaus auch Anlagen für größere Volumen.
So können auch Kraftwerke für die Wärmeerzeugung VE-Wasser in Kesselspeisewasserqualität mit Leih-Anlagen von Orben erzeugen. Für Gerold Kraschon, Leiter Labor/Wassergewinnung Stadtwerke Flensburg GmbH, ein Glücksfall: „Wir haben zwar für unseren Bedarf eine eigene Wasseraufbereitungsanlage, aber als wir die Steuerungstechnik daran im Jahr 2011 erneuern mussten, war unsere VE-Wasserversorgung unterbrochen. Orben hat uns dann mit einer mobilen Aufbereitungsanlage geholfen.“
Zum Einsatz kam hier die mobile Wasseraufbereitung Orben TR-30 mit einer kontinuierlichen Leistung von 30 m3 VE-Wasser/h. Die auf dem Sattelanhänger installierten Anlagen sind mit hochmodernen Komponenten der Wasseraufbereitung ausgestattet, wie Ultrafiltration, Konditionierung, Umkehrosmose und Membranentgasung. Nachgeschaltete Mischbetten gewährleisten einen Leitwert unter 0,2 µS/cm.
„Entscheidend für uns war die Gewährleistung der hohen Qualität und die schnelle Verfügbarkeit“, sagt Kraschon. „Und natürlich der Preis. Wir nutzen das VE-Wasser für die eigentliche Fernwärmeversorgung in Flensburg und als Kesselspeisewasser. Da setzen wir selbst eine Leitfähigkeit des Wassers von 0,06 bis 0,07 µS/cm voraus, um unsere Anlagen bestmöglich vor Schäden durch Korrosion zu schützen.“ Das Rohwasser stellten die Stadtwerke Flensburg aus einem eigenen Brunnen zur Verfügung. Nach einer herkömmlichen Enteisenung soll dieses Brunnenwasser bereits Trinkwasserqualität besitzen.
Durch die Kombination der verschiedenen Systeme im TR-30 hat das VE-Wasser am Ende die geforderte Obergrenze für die Leitfähigkeit unterschritten. Dazu wurde das Rohwasser in einem Vorfilter von groben Partikeln und in einem nachgeschalteten Ultrafilter von Mikropartikeln befreit.
Über die Umkehrosmose, bei der unter hohem Druck das Wasser durch eine halbdurchlässige Membran gepresst wird, wurden dem Rohwasser fast 97 % der Calzium-Ionen entzogen und die Leitfähigkeit auf 8 bis 10 µS/cm abgesenkt. Eine Entgasungseinrichtung entzog dem Wasser die Kohlensäure. Zwei nachgelagerte Mischbettfilter mit Ionenaustauscherharzen zogen dann die restlichen Fremdstoffe aus dem Rohwasser und lieferten am Ende der Leitung hochreines Wasser. Das bei der Umkehrosmose anfallende Restkonzentrat konnte für die Einleitung in die Kanalisation freigegeben und so der normalen Abwasserreinigung der Stadt Flensburg zugeführt werden.
Mit einem Fassungsvolumen von mehr als 28 000 m³ zählt das Fernwärmenetz Flensburg zu den größten Deutschlands.
Je nach Beschaffenheit der örtlichen Versorgungsstrukturen lassen sich die Orben-Wasseraufbereitungssysteme direkt an den Wasserkreislauf einer Anlage anbinden und liefern so vollentsalztes Wasser in jeder gewünschten Menge. Eine Investition, die sich angesichts kostenintensiver Folgeschäden bei Korrosion durch unaufbereitetes Wasser sehr schnell rechnen kann.
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