Wärmeübertragungsanlagen mit Wasser oder Thermoöl als Wärmeträger sind weit verbreitet. Anders verhält es sich mit Anlagen, in denen Salzschmelzen als Wärmeträger verwendet wird. Eigentlich schwer verständlich, bieten die Salzgemische doch Betriebstemperaturen weit jenseits der 500°C im drucklosen Betrieb bei guten Wärmeübertragungseigenschaften.
Klassische Wärmeträger: Wasser und Thermoöl
In Wärmeübertragungsanlagen können verschiedene Wärmeträger zum Einsatz kommen, die im Betriebszustand flüssig oder dampfförmig sind. Im Temperaturbereich von 10 bis 150°C wird überwiegend Wasser als Wärmeträgermedium verwendet, denn in diesem Temperaturbereich verfügt Wasser über sehr gute Wärmeübergangswerte, eine niedrige Viskosität und eine hohe Verfügbarkeit und Wirtschaftlichkeit.
Steigen jedoch die Anforderungen an die Betriebstemperatur, so werden für Heizprozesse bis 400°C Thermoöle (auch „Thermalöle„, „Wärmeträgeröle“ oder „Heißöle“ genannt) als Wärmeträger eingesetzt. Im Gegensatz zu Heißwasser- oder Dampfanlagen zeichnen sie sich insbesondere dadurch aus, dass sie Prozesswärme in einem sehr weiten Temperaturbereich nahezu drucklos bereitstellen können (vgl. hierzu auch unseren Beitrag „Welche Vorteile bietet Thermoöl eigentlich gegenüber Dampf?„).
Salzschmelzen – Alternative für hohe Temperaturen
Werden noch höhere Temperaturen gefordert, werden Wärmeübertragungsanlagen mit Salzschmelzen als Wärmeträger eingesetzt. Salzschmelzen bestehen aus einem eutektisch schmelzendem Gemisch von zwei oder drei Salzen mit einer Schmelztemperatur von 142°C, das über eine gute Wärmeleitfähigkeit und Beständigkeit gegenüber Zersetzung verfügt. Diese Salze werden bei Betriebstemperatur flüssig und verfügen dann über sehr gute Wärmeübertragungseigenschaften bei drucklosem Betrieb und Temperaturen bis rund 550°C. Zudem weisen sie eine hohe Standfestigkeit und Wirtschaftlichkeit auf.
Ausführung und Aufstellung
Aufgrund der hohen Schmelztemperatur werden Salzschmelzanlagen selbstentleerend über einen tiefliegenden, beheizten Bodentank ausgeführt. Bei einem Abschalten der Anlage wird das Salz in den Bodentank abgeführt, um ein Erstarren der Schmelze innerhalb der Anlage zu vermeiden. Innerhalb des Tanks befindet sich eine Tauchpumpe, die den Wärmeträger vom Erhitzer zum jeweiligen Verbraucher befördert. Da sie sich im beheizten Bodentank befindet, braucht sie praktischerweise nicht separat beheizt zu werden.
Die befeuerten Erhitzer sind klassischerweise als Zwei- oder Dreizugkessel in vertikaler Bauweise ausgeführt, da sie sich beim Abschalten der Anlage selbst entleeren müssen. Wie bei klassischen Thermoölerhitzern lässt sich ihr Wirkungsgrad durch den Einsatz von Vorwärmern der Verbrennungsluft deutlich verbessern. Zur Senkung der NOX-Emissionen kann eine Abgasrezirkulation eingesetzt werden. Die hohe Schmelztemperatur der Salzgemische führt zu besonderen Anforderungen an die Ausführung und das Anfahren der Anlage. Mit Begleitheizungen und besonderen Anfahrprozeduren wird ein „Einfrieren“ des Wärmeträgers z. B. während der Inbetriebnahme verhindert.
Anwendungen
Klassische Anwendungsfelder von Salzschmelzeanlagen sind die Ammoniakerwärmung und Harnstoffzersetzung bei der Melaminherstellung. Aber auch bei der Laugenkonzentration oder dem Aufschluss von Bauxit zur Aluminiumgewinnung werden Wärmeübertragungsanlagen mit Salzschmelzen eingesetzt.
Dieser Artikel ist eine Zusammenfassung eines Aufsatzes von Dipl.-Ing. Klaus Albrecht. Eine Einführung in unterschiedliche Wärmeträgermedien bietet das Buch „Wärmeträgertechnik mit organischen Fluiden“ von Walter Wagner (Vogel Verlag).
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