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.
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.
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.
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.
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.
Selbstreinigungseffekt und Abplatzen des Gipsbelages beim Plattenfallfilmverdampfer © GIG Karasek
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:
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.
Das Hantieren mit Salpetersäure erfordert entsprechende Schutzkleidung und die genaue Einhaltung von Arbeitsanweisungen © Tanakorn / stock.adobe.com
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.
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.
Röhrenfallfilmverdampfer neigen bei verschmutzenden Medien zu Blockaden © weerapong/stock.adobe.com
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.
Die Begehbarkeit von Plattenfallfilmverdampfer erleichtert die Reinigung erheblich. © GIG Karasek
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:
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.
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.