Wasserdampf für Wellpappeproduktion heizt auch Werkshallen

Als Folge der Corona-Pandemie und den daraus resultierenden Kontakteinschränkungen hatten und haben Lieferdienste Hochkonjunktur. Daraus resultiert ein riesiger Bedarf an umweltfreundlichem Verpackungsmaterial wie Kartons und Schachteln sowie Spezialverpackungen, oder auch Schwerlast- und Gefahrgutverpackungen – alles aus Wellpappe. Kunststoffverpackungen werden schon seit einiger Zeit aus Umweltschutzgründen mehr und mehr vermieden. So ist Wellpappe aus unserer modernen Art zu leben und einzukaufen nicht mehr wegzudenken. Wellpappe ist prinzipiell umweltfreundlich, da ihr Hauptbestandteil Altpapier aus Recyclingprozessen ist, dem zusätzlich Halbzellstoff aus Altholz und Durchforstungsholz beigemischt wird. Die Kartons können also mit gutem Gewissen verwendet und nach Gebrauch wiederum dem Recyclingprozess zugeführt werden.

Dampf macht Wellen

Ausgangsmaterial für die Herstellung von Wellpappe ist Rohpapier, das in Papierfabriken aus den genannten Materialien hergestellt und dem Werk in großen Rollen für die Produktion angeliefert wird. Je nach benötigter Stabilität besteht die Wellpappe aus mehreren Lagen. Zwischen den glatten Bahnen innen und außen liegen eine oder mehrere Wellenbahnen. Um aus glattem Papier die passenden Lagen zu fertigen, wird es entsprechend bearbeitet. Wellenbahnen werden unter Druck mittels Riffelwalzen unter 180 °C heißem Wasserdampf in Form gebracht und anschließend mit den anderen Bahnen verklebt.

Obwohl 180 °C heißer Dampf für die Herstellung der Wellpappe unausweichlich ist, soll der Herstellungsprozess möglichst energiesparend und umweltschonend erfolgen. Bei Kunert in Biebesheim wird der Dampf mit Gas selbst erzeugt und in riesigen Kesseln für die Produktion bereitgestellt (Bild 1).

Bereits seit Anfang der 1980er Jahre wurde der für die Produktion erzeugte Dampf in der Wellpappefabrik teilweise in energiesparenden Dampf-Wärmeübergabestationen kondensiert, um das Heizungswasser über Wärmeübertrager zu erwärmen und damit die Hallenheizung zu betreiben. Der kondensierte Dampf gibt so seine Wärme und die darin enthaltene Energie an die Sekundärseite, also die Heizungsseite ab.

Das Kondensat der Dampfübergabestation wird mittels Dampfdruck direkt zum Entgaser gedrückt und läuft von dort zum Dampfkessel zur erneuten Dampferzeugung zurück. Dampfübergabestationen sind geschlossene Dampfkondensatsysteme, ohne Kondensatbehälter /1, 2/. Die seit 1984 verwendeten stehenden Stationen (im Bild 2 links), mit einem Mantel aus Stahl und innenliegenden gewendelten Kupferrohren, ermöglichen eine größtmögliche Wärmeübertragung bei vergleichsweise geringem Platzbedarf. Der Dampf wird zur Kondensation oben in den Behälter gepresst und kondensiert entlang der Kupferrohre unter hohem Druck, bis er den Behälter als Kondensat wieder verlässt. Aus diesem Grund mussten an den Stationen alle fünf Jahre TÜV-Prüfungen stattfinden. Sie sind aufwändig und kostspielig, da die Station für die Zeit der Prüfung abgeschaltet und komplett ausgebaut werden muss.

2 – links eine bisherige Dampf-Wärmeübergabestation, die noch in Betrieb ist, und dahinter die neue modulare Station mit Isolierung Bild: Bälz

Neue moderne Dampf-Wärmeübergabestation

Die Stationen erfüllten bis jetzt ihren Zweck. Um jedoch die zeitlichen und finanziellen Nachteile der TÜV-Prüfungen zu vermeiden, entschied man sich jetzt für ein moderneres, flexibleres System: eine modulare Dampf-Wärmeübergabestation „Modulo“ mit einem so genannten Klarinettensystem (Bild 3). Die Station mit zehn Modulen ersetzt nun eine der bisher in Betrieb befindlichen beiden Stationen (Bilder 2 und 3).

3 – Dampf-Wärmeübergabestation Modulo mit 10 isolierten Kupfermodulen. Diese sehen ohne Isolierung aus, wie im Ausschnitt an drei Modulen, die an den Klarinetten befestigt sind, gezeigt. Ganz rechts das Schema des inneren Aufbaus der Röhren mit gewendelten Spiralrohren - Bild: Bälz

Das technische Prinzip der Dampfkondensation entspricht exakt dem bisherigen /1, 2/, findet aber nun in wesentlich kleinerem Maßstab statt. In jeder der drei einzelnen Kupferröhren pro Modul befinden sich im Inneren ebenfalls Kupfer-Spiralrohre zur optimalen Wärmeübertragung für die Kondensation (Bild 3). Der große Vorteil dieser Anlage ist jedoch, dass die Module sehr klein sind und der Druck/Wasser-Inhalt der Kupferröhren sehr gering ist. Deshalb fällt die sonst gesetzlich vorgeschriebene und für den Betreiber sehr aufwändige TÜV-Prüfung weg.

Die für die bisherige Station benötigten 2,4 MW reduzieren sich durch die besonders niedrigen Wärmeverluste der neuen Anlage auf 2 MW Primärenergieverbrauch. Sie ist also auch energetisch deutlich günstiger. Modulo ist außerdem sehr kompakt, hat geringere Abmessungen und ein geringeres Gewicht.

Die Praxis zeigt einen weiteren sehr großen Vorteil: Die Module sind einzeln und schnell bei laufendem Betrieb austauschbar. Beispielsweise für die Wartung sind sie in sehr kurzer Zeit einzeln entnehmbar; dies führt zu einer optimalen Verfügbarkeit der Anlage. Die Zahl der Module kann aber auch jederzeit dem aktuellen Bedarf angepasst werden: Die Leistung ist durch Entnehmen oder Hinzufügen von Modulen veränderbar.

Diese positiven Eigenschaften der Dampf-Übergabestation Modulo führten dazu, dass auch die zweite, in Bild 2 gezeigte ältere Station, durch eine neue Station Modulo ersetzt wird. Bild 4 zeigt das Anlagenschema der beiden Modulo Stationen, die demnächst beide in Betrieb sein werden. Die Hallenheizung ist so sehr viel energiesparender.

4 – Vereinfachtes Anlagenschema mit zwei Modulo-Stationen Bild: Bälz

Fazit

Die Dampfkondensation in der neuen vollautomatischen, modular aufgebauten Dampf-Wärmeübergabestation Modulo spart durch die besonders geringen Wärmeverluste noch mehr Energie ein als die bisherigen, aus den 1980er Jahren stammenden Anlagen. Modulo ist kompakt, kleiner und leichter als die bisherige Station und hat den großen Vorteil, dass sie aus einer flexibel in der Zahl veränderbarer Module besteht. So kann die Größe bzw. die Leistung der Anlage je nach Bedarf verändert werden. Einzelne Module können sogar bei laufendem Betrieb entnommen und gewartet werden. Für den Betreiber besonders erfreulich ist, dass die Anlage durch den geringen Druck/Wasser-Inhalt der sehr kleinen Kupferröhren keiner aufwändigen TÜV-Prüfung mehr unterliegt.

Eine Information der W. Baelz & Sohn GmbH & Co., Heilbronn

Literaturhinweise

• /1/ Bälz, U.; Kilpper, R.: Energieeinsparung durch effiziente Dampf-Kondensat-Systeme. In: Moderne Gebäudetechnik 3/2013

• /2/ Kilpper, R.; Wintgens, C.: Dampfenergie optimal ausgenutzt. In: Die Kälte und Klimatechnik 7/2020