Optimiertes Dampfnetz für die Zellstoffproduktion

Das Zellstoffwerk Stendal ist ein Schlüsselprojekt der kanadischen Mercer-Gruppe und gilt als eines der größten und modernsten Zellstoffwerke Europas. 2004 als Greenfield-Projekt in Betrieb genommen, hat sich der Standort kontinuierlich weiterentwickelt und beherbergt das größte Biomassekraftwerk Europas. Nach mehreren umfassenden Erweiterungsprojekten verfügt das Werk heute über eine Produktionskapazität von 740.000 t NBSK-Zellstoff (nordeuropäischer Langfaserzellstoff) sowie über eine moderne Extraktionsanlage für Biochemikalien wie Terpentin und Tallöl.

Neben der Zellstoffproduktion verfolgt das Werk ehrgeizige Ziele zur Dekarbonisierung und Förderung der Nachhaltigkeit. Im Sinn einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft verwertet Mercer die Bäume, die zur Zellstoffproduktion benötigt werden, möglichst vollständig und kann damit gleichzeitig den CO2-Fußabdruck der Produktion verringern. So werden alle organischen Reststoffe, einschließlich Rinde und der in der Zellstofflauge enthaltenen Biomasse, im Kraftwerk energetisch genutzt. Wie alle Zellstoffwerke von Mercer produziert das Werk Stendal dadurch genügend grüne Energie, um den internen Bedarf zu decken und zugleich Energie in das öffentliche Stromnetz einzuspeisen.

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Unabhängige Energie- und Dampferzeugung

Dampf spielt eine zentrale Rolle in den Produktionsprozessen des Werks. Von der Holzzerkleinerung und dem Kochprozess über die Zellstofftrocknung bis hin zur Energiegewinnung im Biomassekraftwerk ist Dampf der Antriebsmotor nahezu aller Vorgänge. Erzeugt wird er im eigenen Biomassekraftwerk, das über zwei Kessel verfügt: einen großen Kessel zur Verbrennung von Ligninlauge und einen kleineren Kessel für die Reststoffverwertung. Diese Kessel erzeugen 164 kg/s Dampf bei 85 bar und 485 °C, was im vergangenen Jahr eine Energieproduktion von über 1 TWh ermöglichte.

Um diesen Dampf optimal zu nutzen, sollte möglichst wenig davon in die Atmosphäre entweichen. Denn diese Dampfverluste sind gleichbedeutend mit einer Verschwendung von Energie. Kondensatableitern kommt hierbei eine Schlüsselrolle zu. Sie leiten das Kondensat aus den Dampfleitungen ab, das sonst die Effizienz des Systems negativ beeinflussen würde. „Wir haben im gesamten Werk bis zu 300 Kondensatableiter an verschiedenen Stellen verbaut, zum Beispiel an den Dampfleitungen, die den Dampf über das Gelände transportieren, sowie an den Wärmetauschern und zahlreichen anderen Verbrauchern. In der Vergangenheit hatten wir aber immer wieder Probleme mit den traditionellen mechanischen Kondensatableitern“, sagt Frank Wegener, Energiemanager von Mercer in Stendal.

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Herausforderungen mit mechanischen Kondensatableitern

Das Werk Stendal wurde ursprünglich mit einer Vielzahl unterschiedlicher Kondensatableiter ausgestattet, darunter thermodynamische Ableiter, Glockenschwimmer und Bimetallableiter. Diese Typenvielfalt führte laut Wegener nicht nur zu einem erheblichen Aufwand bei der Ersatzteilhaltung, sondern erschwerte auch die Wartung. „Bei einem Defekt mussten zunächst der Typ des defekten Ableiters bestimmt, die passenden Ersatzteile gesucht und oft mühsam nachbestellt werden. Das hatte längere Ausfallzeiten und hohe Reparaturkosten zur Folge“, so Wegener.

Auf der Suche nach einer effizienteren und robusteren Lösung stieß das Werk schließlich auf Venturidüsen-Kondensatableiter. „An kritischen Stellen, an denen ohnehin regelmäßig die Register kaputtgingen, bauten wir versuchsweise diese Technologie ein. Die Ergebnisse waren beeindruckend: Mit den neuen Ableitern treten keine problematischen Schwingungen mehr auf, die sonst regelmäßig zu Schäden führten“, berichtet Wegener.

Leichte Wartung und bessere Energieeffizienz

Angesichts dieser Resultate entschied sich der Betreiber, während eines regulären Stillstands, bei dem umfangreiche Wartungsarbeiten durchgeführt werden, insgesamt 80 alte Kondensatableiter gegen Ecoflow-Venturidüsen-Kondensatableiter des Essener Unternehmens EBE Engineering auszutauschen. Der Vorteil dieser Technologie zeigte sich laut Wegener schon gleich zu Beginn: „Beim Anfahren haben wir wie in der Vergangenheit mit vielen Ausfällen bei den Kondensatableitern gerechnet – aber das war nicht der Fall. Alle Venturidüsen-Kondensatableiter hielten den Belastungen beim Anfahren problemlos stand.“ Seit der Installation dieser Ableiter sind an den betroffenen Stellen keine Ausfälle mehr aufgetreten, und auch die problematischen Spannungsrisse in den Registern gehören der Vergangenheit an.

Ein zentraler Vorteil der neuen Venturidüsen-Kondensatableiter liegt in ihrer modularen Bauweise. „Dadurch kann der Ableiter eine Vielzahl von Kapazitäten abdecken – von minimalem Kondensatdurchfluss in Leitungsentwässerungs- und Begleitheizungssystemen bis hin zur Bewältigung hoher Durchflussmengen und variabler Lasten in Prozessheizungsanwendungen“, erklärt Nigel Egginton, Geschäftsführer von EBE Engineering. Das erleichtert auch die Wartung, zum Beispiel bei Verstopfungen durch Partikel im Dampfsystem, die sich im Kondensatableiter verfangen. Dies führt zu einer Verstopfung, die einen Effizienzverlust im System zur Folge hat, da der Dampf nicht richtig kondensiert und abgeleitet wird. Um dieses Problem zu vermeiden, sind diese Kondensatableiter mit einem Filter ausgestattet. „Die Reinigung der Filter bei unseren regulären Wartungsgängen dauert nur wenige Minuten und ist mit wenigen Handgriffen erledigt“, berichtet Energiemanager Wegener.

Energieeffizienz ist für Wegener allerdings der wichtigste Aspekt. Und gerade hier können die jüngst installierten Venturidüsen-Kondensatableiter punkten. „Vor der Umstellung auf die neue Technologie gingen aufgrund kaputter Kondensatableiter große Mengen des Dampfes ungenutzt in die Atmosphäre verloren. Mit den neuen Ableitern konnten diese Verluste nahezu vollständig beseitigt werden“, sagt Wegener.

Amortisierung in unter einem Jahr

Das physikalische Funktionsprinzip der Venturidüse entfernt Kondensat aus dem Dampfsystem, ohne dass Frischdampf entweichen kann. Dies bedeutet, dass der Dampf im gesamten System effektiver genutzt wird und somit Energieverluste reduziert werden. Die Dampfverluste konnten in Stendal dank der neuen Ableiter so um bis zu 30 % reduziert werden. „Die Einsparungen sind so groß, dass sich die Investition in die neuen Kondensatableiter innerhalb von weniger als einem Jahr amortisierte“, resümiert Wegener.

Auch die Ersatzteilhaltung wurde durch die Einführung der neuen Ableiter drastisch vereinfacht. Während früher eine Vielzahl unterschiedlicher Ersatzteile für die verschiedenen Ableitertypen vorgehalten werden musste, benötigt das Werk jetzt nur noch wenige Standardkomponenten, die in einer kleinen Box Platz finden.

Insgesamt konnte das Werk durch die Einführung der Venturidüsen-Kondensatableiter nicht nur den Energieverbrauch senken, sondern auch die Wartungskosten und Ausfallzeiten erheblich reduzieren. „Bisher mussten wir jedes Jahr mit Kosten im sechsstelligen Bereich für kaputte Ableiter ausgegeben. Dieser Posten fällt mit den Venturidüsen-Kondensatableitern weg“, bilanziert Wegener.

Die Zusammenarbeit mit dem Anbieter verlief nach den Worten von Wegener reibungslos und das gesamte Unternehmen ist mittlerweile von den Vorteilen der neuen Technologie überzeugt. „Beim nächsten großen Wartungsstillstand wollen wir nahezu alle verbleibenden alten Kondensatableiter durch die Venturidüsen-Ableiter ersetzen“, sagt der Energiemanager. Die Reduzierung der Dampfverluste und die verbesserte Energieausnutzung sind ein entscheidender Schritt in Richtung Nachhaltigkeit.