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Sulfitablauge verursacht als stark verschmutzendes Medium Ablagerungen und Verkrustungen bis hin zu Verschlüssen von Röhren und Plattenzwischenräumen.

Die regelmäßige Reinigung des Wärmetauschers sowohl im laufenden Betrieb als auch im Stillstand ist unabdingbar, um die Verdampferleistung aufrecht zu erhalten.

Beim Betrieb von Eindampfanlagen im Sulfitverfahren entstehen auf beiden Seiten des Wärmetauschers Ablagerungen von Substanzen, die den Betrieb der Anlage nachhaltig stören. Der Reinigung des Verdampfers kommt eine entscheidende Bedeutung zu, um eine zuverlässige Arbeitsweise zu erzielen und die Betriebsfähigkeit der Eindampfanlage langfristig sicherzustellen.

Gips- und Furfuralablagerungen im Sulfitverfahren

 

Beim Sulfitverfahren sind Verschmutzungen des Wärmetauschers ein wichtiges Thema. Schon dünne Schichten von unter 0,5 Millimeter können eine erhebliche Minderung der Wärmeübertragung und somit der Verdampferleistung zur Folge haben.


Auf der Wärmetauscherfläche des einzudampfenden Mediums, also der Sulfitlauge, sind dies hauptsächlich Gipsablagerungen. Auf der Fläche des Heizmediums (Brüdendampf) kommt es aufgrund des Chemismus zur Ablagerung von Furfural.


Um die negativen Effekte dieser Ablagerungen zu vermindern, müssen Eindampfanlagen mit hohem betrieblichen Aufwand regelmäßig gereinigt werden. Die Art der Reinigung erfolgt für die Medium- und Heizdampfseite unterschiedlich.

Reinigung der Mediumseite (Gips)

Gipsablagerungen, die sich auf der Laugenseite des Wärmetauschers bilden, können sich durch Restfasern in der Lauge zu Verkrustungen entwickeln, die großflächig am Wärmetauscher haften. Mit regelmäßigen Spülungen, die im Betriebsprogramm hinterlegt sind, sowie mechanischer Reinigung in den jährlichen Betriebsstillständen werden diese Verkrustungen entfernt.

 

1. Regelmäßige Waschzyklen

 

Um einen effizienten Betrieb und eine gleichmäßige Verdampfung zu gewährleisten, werden regelmäßige Waschzyklen mit Brüdenkondensat durchgeführt. Die Löslichkeit von Gips in Eigenkondensat wird hier zur Beseitigung der Gipsablagerungen ausgenutzt.


Die meisten Verdampfer haben zur Steuerung der Waschzyklen ein Cleaning-in-Place (CIP)-System installiert. Das zeitliche Intervall der Spülungen ist von der Konzentration in der jeweiligen Eindampfstufe abhängig. Hoch konzentrierte Eindampfstufen werden meist alle acht Stunden von Laugenbetrieb auf Spülbetrieb geschalten, für niedriger konzentrierte Stufen sind ein bis zwei Spülungen pro Monat ausreichend.


Anmerkung: Grundsätzlich ist auch die Anwendung von Spülchemikalien zur Reinigung der Laugenseite möglich, allerdings nur im Betriebsstillstand. Das herkömmlich angewandte Verfahren ist die Reinigung mit Eigenkondensat im laufenden Betrieb.

 

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2. Mechanische Reinigung im Stillstand


Nach längerer Betriebsdauer setzt sich auf der Verdampferoberfläche trotz regelmäßiger Spülungen ein Belag ab, der von Zeit zu Zeit entfernt werden muß. In regelmäßigen Stillständen wird daher eine mechanische Reinigung des Wärmetauschers mit Hochdrucksprühlanzen, Tankreinigungsequipment oder speziellen Wärmetauscher-Reinigungstools vorgenommen. Die Reinigungsarbeiten nehmen in der Regel mehrere Tage in Anspruch und sind im zeitlichen Rahmen des normalen jährlichen Betriebsstillstandes durchführbar.

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Selbstreinigungseffekt und Abplatzen des Gipsbelages beim Plattenfallfilmverdampfer © GIG Karasek


Reinigung der Heizdampfseite (Furfural)

 

Die Heizdampfseite wird im Betriebsstillstand chemisch mit Salpetersäure oder Wasserstoffperoxid gereinigt. Neben den üblichen Sicherheitsmaßnahmen, wie das Tragen von Schutzbekleidung, muß bei der Reinigung mit Salpetersäure oder Wasserstoffperoxid sichergestellt sein, dass die entstehenden Reaktionsgase abgeführt werden können, um einen unzulässigen Druckanstieg in der Anlage zu verhindern:

  • Bei der Reinigung mit Salpetersäure entstehen zudem giftige Nitrosegase, die über einen Kessel thermisch entsorgt werden müssen.
  • Die Reaktionsgase bei Wasserstoffperoxid sind unproblematisch und können in die Atmosphäre abgelassen werden.

Grundsätzlich kann die Heizdampfseite auch bei laufendem Betrieb chemisch gereinigt werden. Die Vorkehrungen dafür sind allerdings sehr aufwendig, da die Chemikalien aufgrund ihrer hohen Reaktivität keinesfalls direkt mit der Lauge in Berührung kommen dürfen. Die einzelnen Stufen müssen in solchen Fällen mit Blindscheiben oder Bleed- und Blockschaltungen getrennt werden, um Fehlschaltungen zu verhindern.

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Das Hantieren mit Salpetersäure erfordert entsprechende Schutzkleidung und die genaue Einhaltung von Arbeitsanweisungen © Tanakorn / stock.adobe.com

 

Reinigbarkeit von Röhren- und Plattenfallfilmverdampfer im Vergleich


Im Sulfitverfahren sind vor allem Röhren- und Plattenfallfilmverdampfer im Einsatz. In Hinblick auf die Reinigbarkeit bestehen erhebliche Unterschiede, auf die wir hier kurz eingehen möchten.

 

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1. Röhrenfallfilmverdampfer


Sobald sich Verkrustungen in den Röhren bilden, lassen sich diese nicht mehr einfach wegspülen, da die Rohre verstopfen und das Spülmedium das Rohr nicht durchströmt. Eine optimale Reinigung über die gesamte Heizfläche hinweg ist zeitaufwendig, da sehr viele Rohre einzeln mechanisch zu reinigen sind.

 

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Röhrenfallfilmverdampfer neigen bei verschmutzenden Medien zu Blockaden © weerapong/stock.adobe.com 

 

2. Plattenfallfilmverdampfer


Der wesentliche Vorteil des Plattenfilmverdampfers besteht darin, dass sich die Lauge an der Aussenseite des Wärmetauschers befindet. Durch die Begehbarkeit des Verdampfers und die großen Plattenzwischenräume sind die verschmutzten Flächen sehr gut zugänglich und lassen sich sowohl mittels Kondensat als auch mechanisch und chemisch effizient abreinigen.

Die Platten verfügen außerdem über einen Selbstreinigungseffekt. Sobald der Verdampfer in Spülung geschalten wird, kommt es zu einer Änderung der Heizflächentemperatur und durch die damit verbundene Längenänderung erfolgt ein Abplatzen der Gipsbeläge. Der im Verdampfer integrierte Tropfenabscheider wird mit geringen Anströmgeschwindigkeiten betrieben und läßt sich sehr gut reinigen, wodurch eine hohe Kondensatqualität gewährleistet ist.

 

 

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Die Begehbarkeit von Plattenfallfilmverdampfer erleichtert die Reinigung erheblich. © GIG Karasek

 

Richtige Auslegung des Verdampfers verringert Ablagerungen

 

Mit der richtigen Auslegung von Fallfilmverdampfern lassen sich Verschmutzungen durch Sulfitlaugen zwar nicht unterbinden, sie können jedoch minimiert werden. Insbesondere drei Faktoren spielen diesbezüglich eine wesentliche Rolle:

  1. Temperatur: Verschmutzungen auf der Laugenseite können minimiert werden, indem die Temperatur in den hochkonzentrierten Stufen auf etwa 125 Grad Celsius begrenzt wird. Grund dafür ist, dass bei höheren Temperaturen Ablagerungen und Verkrustungen massiv zunehmen.
  2. Beaufschlagung: Verschmutzungen auf der Laugenseite können durch richtige Wahl der Umwälzraten (= gute Benetzung) minimiert werden.
  3. Heizflächen: Ein weiterer Ansatzpunkt besteht darin, die Heizfläche so zu dimensionieren, dass ihre Belastung nicht zu hoch wird und pro Quadratmeter Heizfläche nicht zu viel abgedampft wird. Dementsprechend sind größere Heizflächen von Vorteil, um mit kleinen Temperaturdifferenzen Ablagerungen zu verringern. Das kostet Geld und führt zu einer Kompromisslösung in Abwägung der Investitionskosten und Betriebskosten.

Gänzlich vermeiden lassen sich Ablagerungen bei Sulfitlaugen letztlich nicht, jedoch bestehen Möglichkeiten, durch Berücksichtigung der Temperatur, der Beaufschlagung und der Heizflächengröße die Verschmutzung zu minimieren.

 

Fazit: Reinigung von Eindampfanlagen im Sulfitverfahren


Die Ablagerungen in Eindampfanlagen der Sulfitzellstoffindustrie müssen durch regelmäßige Reinigungen entfernt werden, um die Eindampfkapazität aufrecht zu erhalten.


Dieser Anforderung wird bei Plattenfallfilmverdampfern insofern konstruktiv Rechnung getragen, als die Platten über einen Selbstreinigungseffekt verfügen die eine Abreinigung durch Brüdenkondensat erleichtern. Darüber hinaus verbessert die Begehbarkeit des Plattenfallfilmverdampfers die Möglichkeiten der mechanischen Reinigung erheblich im Vergleich zum Röhrenfallfilmverdampfer.


Egal um welchen Verdampfertyp es sich handelt – letztlich ist wichtig, dass die Verdampfer regelmäßig mit Brüdenkondensat und mindestens einmal pro Jahr im Stillstand gründlich mechanisch oder chemisch gereinigt werden. Bleibende Ablagerungen sind infolge der reduzierten Anlagenkapazität sehr kostspielig.

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Whitepaper: Eindampftechnologien in der Zellstoffindustrie im Sulfitverfahren