Welche Folgen hat die Steuerung des Kesselwasserspiegels?

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Welche Folgen hat die Steuerung des Kesselwasserspiegels? Dampfkessel tragen die wichtige Aufgabe, den Dampfgeräten hochwertigen Dampf zur Erfüllung der Produktionsanforderungen zu liefern. Sie müssen sicher und effizient arbeiten, dabei muss sowohl der Druck des ausgestoßenen Dampfs als auch seine Trockenheit auf einem stabilen Niveau bleiben. Im Laufe des ständigen Dampferzeugungsprozesses verdunstet das Wasser im Kessel kontinuierlich. Der Kessel muss daher regelmäßig mit Wasser aufgefüllt werden, um den Wasserspiegel aufrechtzuerhalten. Bei schwerer Wasserknappheit kann der Kessel erheblich beschädigt werden – es kann sogar zu einer Explosion kommen. Die Steuerung des Wasserspiegels in dem Kessel erfolgt entweder durch Schaltersteuerung oder durch Regelungsteuerung. Die Schaltersteuerung startet die Pumpe bei niedrigem Wasserstand; die Pumpe bleibt in Betrieb, bis der Wasserstand im Ofen einen hohen Wert erreicht hat, an dem sie dann stoppt. Dank ihrer einfachen Struktur und geringen Kosten werden Schalter zur Steuerung des Wasserspiegels in Kesseln weit verbreitet eingesetzt. Allerdings verursachen diese Lösungen viele Probleme, die den Unternehmen große Schwierigkeiten bereiten. In einigen Fällen beeinträchtigt das die Produktion erheblich – es können sogar Unfallgefahren entstehen. Welche Schäden können durch die Steuerung des Kesselwasserspiegels entstehen? Wie entstehen sie eigentlich? Hier möchte ich mit Ihnen darüber kurz sprechen. I. Die Steuerung durch den Wasserspiegelschalter der Kessel kann dazu führen, dass im Dampf erhebliche Mengen an Wasser enthalten sind. Während des Heizvorgangs entstehen an den Heizeflächen Damptblasen. Diese Blasen steigen durch das Kesselwasser nach oben und verlassen schließlich die Oberfläche des Kesselwassers, um in das Dampfsystem zu gelangen. Da der Druck an der Heizfläche des Kessels etwas höher ist als der Druck auf der Wasseroberfläche, verlassen die an der Heizfläche entstehenden Blasen entweder mit einer geringen Übertemperatur die Wasseroberfläche des Kessels – oder sie werden während ihres Aufstiegs vom Wasser im Kessel auf die entsprechende Sättigungstemperatur abgekühlt. In der Regel tritt Letzteres ein. Beim Nachfüllen des Kessels gelangt das zugeführte Wasser in den Bereich zwischen der Heizfläche des Kessels und der Wasseroberfläche. Obwohl das Wasser vor dem Eintreten in den Kessel bereits erhitzt wird, liegt seine Temperatur dennoch unter der des Wassers im Inneren des Kessels. Dadurch entsteht eine Kühlschicht im Wasser des Kessels. Wenn die in der Heizfläche des Kessels entstehenden Blasen nach oben steigen und durch diese Kühlschicht gelangen, werden die Blasen abgekühlt, wodurch der Dampf innerhalb der Blasen kondensiert. Dieser Prozess führt zu zwei Problemen: Erstens bringen die Blasen, wenn sie die Flüssigkeitsoberfläche verlassen und in das Dampfsystem gelangen, Wasserdampf mit sich. Wenn große Mengen an Nachfüllwasser in den Kessel gelangen, wird der Dampfraum über der Wasseroberfläche mit Wasserdampf gefüllt. Der Dampf, der am Ausgang des Kessels austritt, enthält viel Wasser und ist von schlechter Qualität – bis das Wasser im Kessel einen isotermen Zustand erreicht hat. Insbesondere bei hohem Dampfbedarf führt eine schwankende Dampfbelastung zu einem erhöhten Wassergehalt im Dampf, was wiederum zu größeren Schwankungen des Wasserstands führt. In schweren Fällen kann dies zu Alarmsignalen wegen niedrigen Wasserstands sowie zum Risiko eines automatischen Stillstands des Kessels führen. Wenn Dampf Wasser mit sich führt, wird die Lebensdauer von Rohrleitungen, Ventilen und Geräten erheblich beeinträchtigt, was Sicherheitsrisiken erhöht. Bei hochgeschwindigkeitsweise fließendem Dampf sind die darin enthaltenen Wassertropfen genauso rau und zerstörerisch wie Sandkörner; sie führen zu erheblicher Abnutzung von Rohrbiegungen und Ventilsitzen. Das in den Rohren angesammelte Wasser wird durch den Hochdruckdampf mit großer Geschwindigkeit gegen die nachfolgenden Rohrbiegungen, T-Verbindungen, Ventile sowie andere Komponenten gedrückt, die seinen Vorwärtsstrom behindern. Dadurch entstehen Abtrag, starke Vibrationen und Wasserkrafterscheinungen. Wasserschläge können die Verbindungen und Halterungen in den Rohrleitungen lockern und verformen. Bei Rohrleitungen und Anlagen, die durch jahrelange Korrosion stark beschädigt sind, können dadurch katastrophale Unfälle eintreten. Dampf, der Wasser enthält, führt zu Kalkablagerungen auf den Wärmeaustauschoberflächen der Anlagen, verringert die Produktivität und die Qualität des Produkts und beeinträchtigt außerdem die Genauigkeit der Messgeräte. Zweitens: Die Abnutzung der Brenner und der Wasserpumpen nimmt zu. Wenn die Wasserpumpe in Betrieb geht, sinkt aufgrund des hohen Wassereinsatzes der Druck im Kessel – dadurch steigt die Verbrennungsrate. Und wenn der Wasserspiegel ansteigt und die Pumpe stillsteht, sinkt wieder die Verbrennungsrate des Brennstoffs. Zum Beispiel liegt die Verbrennungsrate, wenn die Wassertemperatur bei 80 °C ist und die Pumpe in Betrieb ist, um 40 % höher als bei ausgeschalteter Pumpe. Da der Betrieb der Wasserpumpe intermittierend und regelmäßig stattfindet, nimmt die Abnutzung des Brennersteuergeräts zu, was auch eine verstärkte Abnutzung der Wasserpumpe zur Folge hat. Drittens: Die Druck Schwankungen am Dampfausgang sind groß. Im Moment des Starts der Wasserpumpe steigt die Menge an zugeführtem Wasser stark an. Das Verbrennungssystem des Kessels kann die erforderliche Wärmeenergie zur Verdampfung des Wassers nicht schnell genug liefern. Dadurch sinkt der Druck im Kessel erheblich. Dieses Phänomen tritt in Abständen auf, je nachdem, ob die Wasserpumpe gestartet oder gestoppt wird. Daher schwanken der Dampfdruck am Ausgang der Heizung stark, wenn der Wasserspiegelschalter gesteuert wird. Wenn die Last stark schwankt, wird das Problem noch gravierender. Die Regelungsmethode für den Wasserspiegel im Kessel kann die oben genannten Probleme gut lösen, da durch eine kontinuierliche, schrittweise Zufuhr von Wasser die Temperatur des Wassers im Kessel relativ konstant gehalten wird. Die Steuerung des Wasserspiegels im Kessel sorgt dafür, dass der Kessel innerhalb seiner Leistungsgrenzen eine konstante Dampfdruck- und -menge liefern kann. Dadurch wird vermieden, dass Wasser mit dem Dampf ausgestoßen wird, und es wird die Abnutzung der Brenner sowie der Pumpen verringert.