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Tuning von Wärmetauschern

Klärschlamm muss auf jeder Kläranlage mit Faulung aufgeheizt werden. Die Wärmetauscher, die hierfür zum Einsatz kommen sind in der Regel Doppelrohrwärmetauscher. Diese einfache Bauart ist sehr servicefreundlich, durch die Demontage der Umlenkbögen können die Schlammführenden Innenrohre leicht gereinigt werden.

Da durch den Betrieb feste Bestandteile des Schlamms an den heissen Rohrwänden anbacken, werden bei der Dimensionierung Minderungsfaktoren berücksichtigt.

Ein neuer, oder frisch gereinigter Wärmetauscher kann die erforderliche Wärmeleistung normalerweise leicht übertragen, aber es gibt Ausnahmen:

Die Wärmeübertragung des Wärmetauschers der ARA Sihltal war nach deren Umbau nicht mehr ausreichend, um die beiden Faultürme auch in der kühleren Jahreszeit auf der Solltemperatur zu halten. Bereits in den ersten kühlen Herbsttagen viel die Faulraumtemperatur.

Eine Überprüfung ergab, dass nur noch 50-60 kW (10 – 15%) der dimensionierten Leistung (ca. 400 kW) übertragen wurden, trotz der Berücksichtigung der üblichen Minderungsfaktoren.

Auch eine Reinigung des Wärmetauschers konnte diesen Leistungsmangel nicht beheben.

Das Auftreten des Leistungsmankos fiel zeitlich mit der Ausserbetriebnahme der Vorklärung zusammen. Recherchen ergaben, dass Ähnliches auch auf anderen Kläranlagen ohne Vorklärung beobachtet worden ist.

Solche in der Praxis auftretenden Phänomene haben immer eine physikalische Erklärung. Während das Fliessverhalten von Wasser, oder andere newtonsche Flüssigkeiten, mit der Viskosität ausreichend charakterisiert wird, muss bei Gemischen mit Anomalien gerechnet werden.

Reiner Überschussschlamm, der bei Kläranlagen ohne Vorklärung anfällt, hat eine spezielle Konsistenz und ein stark von „normalen“ Flüssigkeiten abweichendes Fliessverhalten.

In einem graden Rohr bildet sich an der Rohrwand eine sehr dünne Schicht, auf der die Kernströmung wie ein Geschoss im Blasrohr gleitet. Eine Vermischung der extrem dünnflüssigen Aussenschicht und der eher zähflüssigen Kernströmung findet nicht statt. Die Aussenschicht wird zwar erwärmt, verhindert aber gleichzeitig den Wärmetransport zur Kernströmung hin.

Durch gezielte Massnahmen hat die Bontec AG in enger Zusammenarbeit mit der ARA Sihltal die Leistungsfähigkeit des vorhandenen Wärmetauschers wieder auf ca. 140-165 kW gesteigert.

Der getunte Wärmetauscher der ARA Sihltal hat ein vervielfachtes Leistungspotential um die Faultürme auch im Winter auf Solltemperatur zu halten. In der übrigen Zeit kann mit geringeren Temperaturen im Heizungskreislauf, z. B. durch Nutzung der Abwärme des Blockheizkraftwerks Energie gespart werden.

Die Anwendung der hier gewonnenen Erkenntnisse bei der Neukonstruktion von Wärmetauschern ergibt leistungsfähigere Wärmetauscher, die auch unter erschwerten Bedingungen sicherer ihre geforderten Leistungen erfüllen.

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