Wasseraufbereitung für Kühltürme

Hier eine vollständige Anleitung zur Auswahl eines optimalen Wasseraufbereitungssystems für Kühlturme.

Was ist das Ziel eines automatischen Nachfüllsystems? Welche Rolle spielt eine angemessene chemische Aufbereitung? Wie kann das zirkulierende Wasser an den optimalen Betriebsgrenzen gehalten werden? Ihr Berater für Prozesskühlung kann alle Fragen beantworten.

Lassen Sie uns zunächst sehen, wie ein Kühlturm betrieben wird.

1. Eine kurze Einführung in den Kühlturmbetrieb

Die Wasserkühlung durch die Verdampfungstürme ist ein System mit sehr hoher Energieeffizienz. Indem Sie das Verdampfen einer kleinen Menge Wasser erzwingen, senken Sie die Temperatur des Rests der zirkulierenden Wassermasse.

Die verdampfte Wassermenge beträgt bei maximaler Leistung ungefähr 2 % der gesamten zirkulierenden Menge. Die Ausnutzung der latenten Verdampfungswärme ermöglicht es daher, bei Temperaturen in der Nähe der Feuchtkugeltemperatur zu arbeiten und damit im Vergleich zur Kühlung mit Kältemaschinen oder fließendem Wasser sehr niedrige Betriebskosten zu erzielen.

2. Was passiert mit dem zirkulierenden Wasser?

Ein System mit einem Kühlturm kann nicht als vollständig geschlossener Kreislauf betrachtet werde, da ein direkter Austausch mit der Luft stattfindet, aber auch kein vollständig offener Kreislauf weil der größte Teil des Wassers im Kreislauf geführt wird.

Aufgrund der Verdampfung ist es notwendig, ein automatisches Nachfüllsystem vorzusehen, das den korrekten Wasserstand aufrechterhält.

Im Vergleich zum Nachfüllwasser beeinflussen folgende Hauptfaktoren die Anfangsqualität des Umlaufwassers:

• Verschmutzung und Verunreinigung durch den Kontakt mit der Luft: um die Verdampfung zu erreichen, werden große Luftmassen in die Austauscherfläche gedrückt und der Verdampfungsturm fungiert daher als Wäsche und Reinigung der angesaugten Luft, die Staub, organisches Material, oder eine eventuelle Verunreinigung enthält.
• Verschmutzung und Verunreinigung aufgrund des Kontakts mit der Kühlanlage und eventuell mit der direkten Kühlung von Werkstücken.
• Andauernd Erhöhung der Salzkonzentration von Wasser, einschließlich der zuvor genannten Schadstoffe: aufgrund der Verdampfung eines Teils des Wassers, das als destilliert betrachtet werden kann, und der anschließenden Nachfüllung würde der Salzgehalt des zirkulierenden Wassers weiter steigen, wenn keine angemessene Reinigung erfolgt.
• Erhöhung der Bakterienbelastung und Wachstum von Algen/ Biofilm aufgrund günstiger Bedingungen (Licht, organisches Material, Temperatur, Sauerstoffzufuhr).

3. Vorteile der Verwendung eines automatischen Wasseraufbereitungssystems

Aufgrund der vorherigen Überlegungen zum Wasserumlauf, würde es ohne angemessene Anleitung und chemische Behandlung in kurzer Zeit negative Folgen auf das Kühlsystem haben und einen Verlust von Wärmeaustausch, sowohl auf den Turm als auch auf den gesamten Kreislauf hervorrufen.

Diese negativen Folgen sind hauptsächlich:

• Verkrustung,sowohl im Allgemeinen als auch speziell auf Austauschflächen. Es ist anzumerken, dass die Bildung eines kleinen Verkrustungsfilms die beteiligten Austauschflächen (die eine hohe Wärmeleitfähigkeit haben) isoliert und die Effizienz des System schnell senkt. Mit der Zeit würde die fortgesetzte Verkrustung den Film vergrößern, bis er zu einer dicken und isolierenden Schicht wird, die die Kühl- und Turmaustauschflächen verstopfen würde.
• Korrosion, lokal oder generell. Neben dem direkten Kontakt mit dem Kühlwasser kann es auch zu Korrosion unter den Schmutzablagerung kommen. Dieses Phänomen ist für die Anlage sehr gefährlich, da es die Apparaturen beschädigen und daher zum Ausfall des Kühlsystems führen kann.
• Entwicklung von Algen und Biofilmen, die die Wärmeaustauscheffizienz verringern. Dies kann die Durchgänge verstopfen und Auswirkungen auf die Gesundheitssicherheit bedingen. Derzeit wird in den Richtlinien ausdrücklich empfohlen, das System bezüglich der Kontrolle der bakteriellen Proliferation optimal zu verwalten.

Es ist anzumerken, dass die oben beschriebenen Phänomene ihre Wirkung verstärken, wenn sie gleichzeitig auftreten. Um eine sichere und effiziente Führung über die Zeit zu gewährleisten, ist es daher wichtig, die Anlage in Bezug auf alle Parameter optimal zu betreiben.

4. Wie man eine richtige Wasserbehandlung ausführt

Ziel dieser Behandlung ist daher, das zirkulierende Wasser an den optimalen Betriebsgrenzwerten zu halten, und den besten Kompromiss zwischen Leistung, Sicherheit und Betriebskosten zu erzielen. Es gibt jedoch kein „universelles“ Behandlungssystem, sondern viele Konfigurationen und Komplexitätsgrade sind möglich:

• Grӧße und Potential der Anlage. Im Allgemeinen erfordern kleine Anlage einfachere Systeme, während große Anlagen komplexere benötigen.
• Erforderlicher Automatisierungsgrad, um die Arbeit der involvierten Teams zu minimieren.
• Notwendigkeit der automatischen Einstellung an Änderungen der thermischen Belastung.
• Budget für das Behandlungssystem und dessen Betrieb erforderlich: im Allgemeinen beteiligen komplexere und vollständigere Systeme mit geringeren Betriebskosten, wodurch sie für mittlere und große Anlagen mit einer beachtlichen Anzahl von Arbeitsstunden pro Jahr besser geeignet sind. Umgekehrt haben einfachere Systeme geringere Anfangskosten und eignen sie für Anlagen mit geringer Kapazität oder für Anlagen, die nur gelegentlich verwendet werden.
• Prozesstyp, Betriebsbedingungen und Qualität des Versorgungswassers.
• Spezifische Notwendigkeiten (z. B. vom Prozess oder vom Hersteller zu kühlende Maschine vorgeschrieben).

Um eine vollständige Kontrolle der Anlage zu erreichen, muss das Behandlungssystem hauptsächlich die folgenden Aufgaben ausführen:

• Kontrolle und Aufrechterhaltung der richtigen Salzkonzentration im Wasser. Zu diesem Zweck muss ein automatisches Reinigungssystem installiert werden. Es sollte mit unterschiedlichen Betriebsstrategien entsprechend den unterschiedlichen Anforderungen und Betriebsbedingungen implementiert werden. Dabei muss die Wasserkonzentration innerhalb der Grenzen gehalten werden, die durch die Behandlung leitbar sind.
• Kontrolle und Minimierung der Verkrustungsgefahr. Um den Schutz vor Verkrustung zu erhalten, ist es wichtig, Synergien zwischen dem automatischen Reinigungssystem, dem chemischen Konditionierungsprodukt und dem Wasser-Vorbehandlungssystem, falls vorhanden, anzunehmen und zu erzielen.
• Kontrolle und Minimierung der Korrosionsrisiken. Um den Schutz vor Korrosion zu erhalten, ist es wichtig, Synergien zwischen dem automatischen Reinigungssystem, dem chemischen Konditionierungsprodukt zu erzielen und die Baumaterialien des Systems angemessen auszuwählen.
• Kontrolle des Bakterienwachstums. Zum Schutz vor Algen- und Biofilmwachstum und zur Aufrechterhaltung akzeptabler Betriebsbedigungen, ist es wichtig, dass die Verwendung des Desinfektionsprodukts durch Materialien und konstruktive Auswahl unterstützt wird, um dieses Phänomen zu minimieren.

Wie oben erwähnt, ist es möglich und oft ratsam, dem System eine Wasservorbehandlung wie Enthärtungs- oder Osmosesprozess hinzuzufügen.

Normalerweise wird der beste Kompromiss zwischen Ergebnissen, Betriebskosten und Ressourceneinsparung durch den Einsatz eines geeigneten Enthärtungssystems erreicht, das die Wasserhärte ganz oder teilweise reduzieren kann und tiefere Konzentrationszyklen ermöglicht. Auf diese Weise ist es möglich, den Wasser- und Produkteinsatz zu verringern und gleichzeitig durch die höhere Konzentration das System wirksamer zu schützen und die Sicherheit vor den negativen Auswirkungen eines Ausfalls eines Teils der Behandlung zu erhöhen.

5. Hinweise zur Vorbehandlung und resultierende Konzentrationsfaktor

Das folgende Diagramm vergleicht die Wassernutzung bei hartem, enthärtetem oder osmotisiertem Wasser Vergleichsdiagramm: Wassernutzung bei unterschiedlicher Vorbehandlung Verdampft – Gereinigt – Eingeschaltet (Enthärter/Osmose) Hartes Wasser – Enthärtetes Wasser – Osmotisiertes Wasser.

Die Grafik zeigt deutlich, dass die Verwendung von weichem Wasser zu einem geringeren gesamten Wassereinsatz führt. Dies ist auf das gute Konzentrationsverhältnis zurückzuführen, das erreicht werden kann, sowie auf den geringen Wasserbedarf für die Harzregeneration.

Umgekehrt ist die Lösung der Osmose-Wasserversorgung theoretisch optimal, wenn nur die Wassermengen im Kühlturm betrachtet werden. Die erhebliche Belastung des Abwassers durch den Osmoseprozess bringt jedoch die Gesamtressourcennutzung in die Nähe derjenigen, die mit hartem Wasser erreicht werden kann.

Bei der Bereitstellung von osmotischem Wasser sollte auch der erhebliche Strom- und Brennstoffeinsatz berücksichtigt werden. Daher ist die Verwendung von osmotisiertem Wasser im Kühlturm nur dann ratsam, wenn sie technisch notwendig und unerlässlich ist.

Der Konzentrationsfaktor des Kreislaufwassers (Verhältnis zwischen dem Nachfüllwasser und dem vom System aufbereiteten Wasser) hängt von mehreren Faktoren ab und wirkt sich direkt auf die Wasserqualität im Kreislauf, seine Nutzung und die chemischen Produkte aus. Die wichtigsten sind sicherlich die Qualität des Speisewassers (stark beeinflusst durch die Vorbehandlung), die Betriebsbedingungen und die Art/Qualität/Menge der verwendeten Aufbereitungsprodukte. Im Allgemeinen muss der Konzentrationsfaktor, wenn der Anlage keine spezifischen Grenzwerte auferlegt werden, es ermöglichen, die vorhandenen Salze in Lösung zu halten und ihre Ausfällung zu verhindern, wobei die oben genannten Faktoren zu berücksichtigen sind.

Zur Information: die erreichbaren Konzentrationsfaktoren liegen unter mittleren Bedingungen von Temperatur und Wasserqualität für hartes Wasser zwischen dem 1,5 und dem 2,0-fachen, für enthärtetes Wasser zwischen dem 2,5- und dem 3,2-fachen, für osmotisiertes Wasser zwischen dem 5,0- und dem 8,0-fachen.

Da das verfügbare Wasser je nach Gegend unterschiedlich ist, kann kein eindeutiger Managementprozess definiert werden. Daher muss eine Gesamtbewertung des Systems durchgeführt werden, um den besten Ansatz zu ermitteln.

Ein Aspekt, der bei der Wahl der Versorgungsart berücksichtigt werden muss, ist auch die Verwendung von Konditionierungsprodukten, die sich erheblich auf die Betriebskosten der Anlage auswirkt. Nachstehend finden Sie eine vergleichende Grafik zu den verschiedenen Lösungen.

Die Grafik zeigt deutlich, dass die Verwendung von enthärtetem oder osmotisiertem Wasser im Vergleich zur Verwendung von hartem Wasser eine beachtliche Ersparnis von Gesamtmengen an chemischen Produkt bewirkt. Für den Fall, dass hartes Wasser im Kreislauf verwendet wird, konzentriert sich das gesamte Behandlungssystem mehr auf die Begrenzung des Verkrustungsaspekts als auf den korrosiven Aspekt des Kreislaufwassers und umgekehrt bei Verwendung von enthärtetem oder osmotischem Wasser.

6. Abschluss

Die Installation und die ordnungsgemäße Verwaltung eines geeigneten Aufbereitungssystems gewährleisten stabile Betriebsbedingungen für das Kühlsystem und einen hohen Wirkungsgrad über die Zeit. Automatische Systeme können Türme optimal bedienen und erfordern nur begrenzte Betriebsarbeiten.

Durch geeignete Bewertung der spezifischen Anforderungen jedes Systems ist es möglich, das richtige Managementsystem mit unterschiedlichem Komplexitätsgrad zu identifizieren, um die erforderliche Leistung zu akzeptablen Betriebskosten sicherzustellen.

Trotz der höheren Anfangskosten werden durch die Einführung umfassender Behandlungs- und Vorbehandlungssysteme die Betriebskosten des Systems gesenkt. Diese sind daher immer dann zu empfehlen, wenn die durchschnittliche Wärmekapazität der Anlage einen hohen Einfluss hat.