SIMPLE HEAT 1
Robert Pretzl
HEGER EDELSTAHL Ges.m.b.H
SIMPLE HEAT –
op>mierte Werkstoffwahl für effiziente
Wärmerückgewinnung aus Abgasströmen bei Biomassefeuerungen
Heizwerke-Betreibertag
Windischgarsten, 15.11.2017
Heger Edelstahl GesmbH Zauner Straße 16 A-4784 Schardenberg
Tel.: +43/7713/50260 Fax: DW 15 office@heger-edelstahl.at www.heger-edelstahl.at
Heizwerke-Betreibertag 2017
• Firmensitz in Schardenberg, OÖ, Nähe Passau
• 1989 gegründet, 40 Mitarbeiter
• Eigenständige Firma, zu 100% in Privatbesitz
• KEIN UNNÖTIGER OVERHEAD
• Feragung ausschließlich in Schardenberg
• Kunde und Marktanforderungen tägliche Arbeit Innovaaonen
• kein Konzern rasche Entscheidungen rasche Reakaon
• Kernkompetenz: Verarbeitung von Edelstahl
• Seit 6 Jahren wurde eigene Engineering- und Feragungs-Kompetenz sukzessive erhöht und ausgebaut
HEGER EDELSTAHL Ges.m.b.H
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SIMPLE HEAT
SIMPLE HEAT
• Kooperaaonsprojekt zwischen:
Stadtwärme Lienz Produkaons- und Vertriebs-GmbH Bioenergie Kufstein GmbH
BIOS BIOENERGIESYSTEME GmbH
Technische Universität Graz, Insatut für Werkstojunde und Schweißtechnik / IWS
HEGER EDELSTAHL Ges.m.b.H.
• FFG-PROJEKT 848863
• Projektdauer 01.04.2015 bis 31.03.2017
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LEITGEDANKEN SIMPLE HEAT
• Je weiter ein Abgasstrom abgekühlt wird, desto mehr Primärenergie kann eingespart werden.
• Je geringer der Aufwand und je einfacher die installierte Technik, desto wirtschaklicher ist das System.
• Beschränkung auf rein metallische Glamrohr-
Wärmetauscher.
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Vorteil metallischer Rohrwerkstoffe
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• Fesagkeit
• Temperaturbeständigkeit
• Verformbarkeit
• Schweissbarkeit
• Verfügbarkeit
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RISIKEN beim Abkühlen
• Versomung der Wärmetauscherflächen durch Kondensat + Staub + kondensierbare CxHy
• Auskondensieren von Säuren oder
hygroskopischen Salzen, welche den
Werkstoff schädigen können
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Einsatzgrenzen verschiedener metallischer Rohrwerkstoffe
SIMPLE HEAT
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Eingesetzte metallische Rohrwerkstoffe
Werkstoff-Nr. PREN Dimension [mm] Mikrostruktur
1.0345 P235GH
(St 35.8) - n.a. 25 x 2,00 α-MK + Fe 3 C
(Ferrit + Perlit) 1.4571 Cr-Ni-Stahl
(V4A)
X6CrNiMoTi
17-12-2 ≥ 23,1 18 x 1,00 γ-MK
(Austenit)
1.4462 Duplex X2CrNiMoN
22-5-3 ≥ 30,9 18 x 1,04 γ-MK + δ-MK
(Austenit + Delta-Ferrit) 1.4539 Cr-Ni-Stahl X1CrNiMoCu
25-20-5 ~36 18 x 1,58 γ-MK
(Austenit) 1.4529 Cr-Ni-Stahl X2NiCrMoCuN
25-20-6 ~43 18 x 0,97 γ-MK
(Austenit)
2.4602 Ni-Basis alloy C-22 n.a. 18 x 1,56 γ-MK
(Austenit) PREN … Pitting Resistance Equivalent Number; Maß für Korrosionsbeständigkeit von Werkstoffen
Bezeichnung
PREN = 1 x %Cr + 3,3 x ( %Mo + 0,5 x %W ) + 16 x %N
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TESTWÄRMETAUSCHER
Betriebsopamierung durch Nachrüstung innovaaver Wärmerückgewinnungsanlagen
• Geschweisst aus Wärmetauscherrohren verschiedener Stahlqualitäten
(Schwarzstahl P235GH, einfacher Edelstahl 1.4571, Duplexstahl 1.4462, Superaustenit 1.4539, Superaustenit 1.4529, Ni-
Basislegierung 2.4602)
• Werkstoffe unterscheiden sich in den Legierungselementen (unterschiedliche PREN-Zahl)
• Abnehmbare Segmente für einfachen Ausbau nach verschiedenen
Versuchsdauern
• Tests liefen von Okt.2015 bis Juli 2016
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Einpauposi>on Grossanlagen
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Mobiler Kühler zur Einstellung der Betriebsbedingungen
• Flexible Verbindung mimels
temperaturbeständiger Schläuche
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VISUALISIERUNG, PROTOKOLLIERUNG
• Einstellung der Solltemperatur über Mischerreglung (Phase 1: T,Soll=55°C; Phase 2: T,Soll=65°C)
• Datenprotokollierung aller relevanten Parameter
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Demontage // Weitergehende Untersuchungen
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Während UND nach Versuchsende
• Proben werden herausgeschni]en
• Untersuchung durch Werkstofflabor und Vergleich mit
Originalrohren
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Lichtmikroskopische Untersuchungen
P235GH
(2mm) 1.4571
(1mm) 1.4462
(1mm) 1.4539
(1,5mm) 1.4529
(1mm) 2.4602
(1,65mm)
Muldenkorrosion Abschätzung Standzeit ca. 1 – 2,5 Jahre
Grübchenkorrosion Abschätzung Standzeit ca. 3 – 6 Jahre
Grübchenkorrosion Abschätzung Standzeit ca. 9 – 25 Jahre
Grübchenkorrosion Abschätzung Standzeit ca. 12 – 40 Jahre
Keine Korrosion feststellbar Standzeit > 20-40 Jahre
Keine Korrosion feststellbar
Standzeit >> 40 Jahre
SIMPLE HEAT
Erkenntnisse SIMPLE HEAT
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• TESTWÄRMETAUSCHER sind KEINE Momentaufnahme, sondern liefern eine repräsentaave Bewertung über die gesamte Heizperiode
• Neue Erkenntnisse bezüglich NT-Korrosion: nicht
Säuretaupunktsunterschreitungen, sondern viel mehr Deliqueszenzkorrosion (Korrosion durch hygroskopische Salze – KCl, K2CO3, NaCl) als maßgebender Faktor
• Handling der NT-Korrosionssonden und Ergebnis-Interpreta>on kompliziert
• Minimale Oberflächentemperatur zur Vermeidung von NT-Korrosion bei 15 Vol
%H20 im Rauchgas: ca. 70°C
• Minimale Oberflächentemperatur zur Vermeidung von NT-Korrosion bei 20-25 Vol%H20 im Rauchgas: ca. 85-90°C
• Je höherwer>ger der Werkstoff, desto weniger Korrosion trim auf (NoNa!)
• Nicht nur der Grundwerkstoff des Wärmetauscherrohres ist maßgebend, sondern auch die Art der Herstellung (z.B.: nahtloses Rohr, Schweissverfahren bei
geschweissten Rohren)
• Auch minderwer>gere WT-Materialien sind denkbar, wenn ein periodischer
Austausch wirtschaklich darstellbar ist
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Wirtschadliche Bewertung
• Beispiel: Q,Kessel = 25MWth, w45, 5% Rest-O2, 150°C, 3000 Vollaststunden, Netzdurchsatz 60m³/h
Normaler ECO SIMPLE HEAT ECO
Werkstoff 1.4571 1.4529
Rücklaukemperatur 85°C 60°C
Q,ECO 915 kW 1265 kW
Q,Rück (3000h) 2745 MWh 3795 MWh
Jährl. Einsparung (30€/MWh) € 82.350 € 113.850 Investkosten (Anlage,
Isolierung, Rauchgasleitung) € 350.000 € 435.000
ROI (Jahre) 4,25 3,82
Mehrertrag Simple HEAT - ECO € 31.500
Mehrkosten Simple HEAT - ECO € 85.000
ROI SIMPLE HEAT - ECO (Jahre) 2,70
SIMPLE HEAT
FAZIT - Anlagenbeispiele
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ü ECO 715 kW mit WT-Rohren aus 1.4529
ü ECO 380 kW mit WT-Rohren aus 1.4462 ü KONDENSATOR 1006 kW mit WT-Rohren aus 1.4571
ü KONDENSATOR 183kW mit WT-Rohren aus 1.4462
ü ENERGY-BOOSTER 50.0:
ECO 640 kW mit WT-
Rohren aus 1.4571 ü ECO 2600 kW mit
WT-Rohren aus P235GH
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