Optimale Wassereigenschaften im Fernwärmenetz dank modernster Vakuumtechnologie

Die Elektrizitätswerk Mittelbaden AG & Co. KG versorgt mit ihren vier Standorten in Lahr, Offenburg, Hausach und Kehl fast 300.000 Einwohner mit Energie. Am Standort in Offenburg werden momentan auch Fernwärmenetze betrieben, über die bis zu 900 Haushalte versorgt werden. In die Fernwärmenetze wird als Wärmeträger Wasser eingespeist, das durch die Abwärme eines Blockheizkraftwerks auf knapp 80° C erwärmt wird. Die Fernwärmeversorgung wird momentan weiter ausgebaut. Bereits 2021 wird ein drittes Netz in Betrieb gehen, ein viertes befindet sich in der Planungsphase.

Die beiden bestehenden Fernwärmenetze sind zusammen knapp fünf Kilometer lang und bestehen aus wärmeisolierten Schwarzrohren. Um eine möglichst lange Lebensdauer der Rohre zu gewährleisten, wird in einem ersten Schritt in einer Enthärtungsanlage der PH-Wert des Wassers auf 0 gesenkt. Anschließend wird in einer Umkehrosmose-Anlage die elektrische Leitfähigkeit des Wassers auf den optimalen Wert von acht bis neun Mikrosiemens/Kubikzentimeter (µs/cm³) heruntergesetzt. In der Vergangenheit wurden die Wrasendämpfe, hauptsächlich Sauerstoff und geringe Mengen Kohlendioxid, über je eine Entgasungsanlage abgesaugt. Diese Anlagen waren mit Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen ausgestattet. Für den Technikverantwortlichen Tobias Friedemann stellte diese Art der Vakuumversorgung keine befriedigende Lösung dar. Die Vakuumpumpen benötigten als Betriebsmittel Wasser. Die Kosten für den Frischwasserbedarf beliefen sich dabei auf 3.000 Euro pro Jahr. Da der ehemalige Lieferant dieser Entgasungsanlagen keinen Service mehr anbot, schaute sich Tobias Friedemann nach Alternativen auf dem Markt um. Der Einsatz von Chemikalien zur Wasseraufbereitung stellte für das Elektrizitätswerk in Offenburg schon aus Umweltgründen keine wirkliche Alternative dar. Außerdem ist der Einsatz von Chemikalien kritisch, weil die Dosierung und Zusammensetzung der Chemikalien unerwünschte Reaktionen hervorrufen kann, die sich wiederum negativ auf die Wasserqualität auswirken können. 

Nach intensiver Recherche stieß Tobias Friedemann schließlich auf die Firma Busch Vacuum Solutions. Die Verfahrensingenieure von Busch entwickelten ein komplett neues thermischen Entgasungssystem, dessen Herzstück die neueste Generation der drehzahlgeregelten MINK Klauen-Vakuumpumpen darstellt.

Aus dem Kreislauf werden im 24-Stunden-Betrieb permanent 1000 Liter Wasser pro Stunde dem Entgasungssystem zugeführt. Dort wird das Wasser in einen Vakuumbehälter eingesprüht. Durch die Versprühung des Wassers und Füllkörper im Behälter wird eine möglichst große Wasseroberfläche geschaffen, so dass Wrasendämpfe durch die Vakuumpumpe effektiv abgesaugt werden können. Das so entgaste Wasser kann über die Steuerung entweder direkt oder über einen Bevorratungsbehälter wieder dem Kreislauf zugeführt werden. Eine Herausforderung für die Verfahrenstechniker waren die beengten Platzverhältnisse in einem Raum direkt neben dem Blockheizkraftwerk. Die Lösung ist ein kompaktes Entgasungssystem in einem Rahmen (Fig. 1), das alle Komponenten bis hin zur Steuerung auf engstem Raum beinhaltet. Die Anbindung an die Wärmeversorgung wurde so geregelt, dass das Entgasungssystem das Wasser beider sich in Betrieb befindlichen Fernwärmenetze abwechselnd aufbereitet.

Das Entgasungssystem von Busch wurde Anfang 2020 in Betrieb genommen und entgast seitdem rund um die Uhr zwei Fernwämenetze mit 1,8 und 2,8 Kilometern Länge mit einem Gesamtwasservolumen von 300 Kubikmetern Wasser. Für den Verantwortlichen Tobias Friedemann liegen die Vorteile seiner neuen Entgasungsanlage auf der Hand. Durch die Verwendung einer MINK Klauen-Vakuumpumpe benötigt er kein Frischwasser mehr als Betriebsmittel, spart sich also den Installationsaufwand zur Zu- und Abfuhr und vor allem die Kosten für das Betriebsmittel Wasser. MINK Klauen-Vakuumpumpen laufen trocken. Das heißt, sie benötigen weder Wasser noch ein anders Betriebsmittel zum Verdichten beziehungsweise zum Absaugen der Dämpfe. Außerdem generieren sie zuverlässig das gewünschte Vakuumniveau im Entgasungsbehälter. Dies unabhängig von der Wassermenge und -temperatur. Durch die Drehzahlregelung passt sich die Vakuumpumpe exakt den Wasserverhältnissen an und liefert genau und bedarfsabhängig das gewünschte Vakuumniveau. Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen hingegen können nicht so genau gesteuert werden, außerdem ist ihre Vakuumleistung von der Temperatur des Wassers abhängig. Die annähernd wartungsfreie MINK Klauen-Vakuumpumpe ersetzt zwei der früher verwendeten Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen, was mit der zusätzlichen Drehzahlregelung auch für ein Elektrizitätswerk eine erfreuliche Energiekostenreduzierung mit sich bringt. Die neue Entgasungsanlage wird über einen Modbus-RTU überwacht. Somit kann sie von extern bedient und gesteuert werden. Permanent überwacht werden der Wasserdurchfluss, die Wassertemperatur sowie die Leitfähigkeit des Wassers. Weicht einer der drei Parameter vom Soll ab, können sofort entsprechende Gegenmaßnahmen ergriffen werden.

Für Tobias Friedemann ist klar, dass dies die zukunftsträchtigste Lösung für die Entgasung des Wassers in Fernwärmenetzen darstellt. Das zweite Entgasungssystem von Busch hat er bereits für das neue im kommenden Jahr in Betrieb gehende Fernwärmenetz installiert. Auch die kommenden Netze sollen mit Entgasungssystemen von Busch Vacuum Solutions ausgestattet werden.