Dampfkraftmaschinen

01. Welche physikalischen Vorgänge erfolgen bei der Dampferzeugung?

• Wasser wird aus einer Quelle entnommen (Fluss, Brunnen, öffentliches Versorgungsnetz usw.) und aufbereitet (z. B. Enthärtung; Deionat = voll entsalztes Wasser).

• Das Wasser wird im Speisewasserbehälter vorgewärmt und in den Dampferzeuger geleitet.

• Im Dampferzeuger (Dampfkessel = geschlossenes Gefäß) wird Wasser durch heiße Feuerungsgase erhitzt. Die für die Feuerung notwendige Verbrennungsluft wird ebenfalls vorgewärmt.

• Das Wasser verdampft: Es entsteht Sattdampf, der sich über dem siedenden Wasser bildet. Der Siedepunkt des Wassers ist abhängig vom Druckzustand im Inneren des Kessels.

• Der eingeschlossene Dampf hat Druckenergie, die umgewandelt werden kann.

• Bei weiter entwickelten Geräten wird der Sattdampf in mehrere Überhitzer geleitet: Es entsteht Heißdampf von mehreren 100 °C bei hohem Druckzustand.

02. Wie unterscheiden sich Nass-, Satt- und Heißdampf?

• Nassdampf: Der Dampf enthält noch kleine Wasserteilchen.

• Sattdampf: Die Flüssigkeit ist völlig verdampft.

• Heißdampf: Wird dem Sattdampf weitere Wärme zugeführt (bei gleichbleibendem Druck), so entsteht Heißdampf bzw. überhitzter Dampf; er beträgt z. B. bei der Dampflokomotive 300 – 400 °C und in Kesselanlagen bis zu 600 °C bei einem Druck von ca. 70 bar.

03. Aus welchen Bauteilen besteht eine Dampferzeugungsanlage?

Dampferzeugungsanlagen bestehen aus folgenden Bauteilen:

• Feuerung

• Dampferzeuger (Dampfkessel), Überhitzer und Heizwasserteil für Fernwärme (GuD)

• Rauchgasabführung

• Dampferzeugerhilfsanlagen und Zusatzaggregate:

  • Wasservorwärmer (Speisewasserbehälter)

  • Wasseraufbereitungsanlage (CWA = Chemische Wasseraufbereitung)

  • Sicherheitsventile

  • Luftvorwärmer

  • Druckmanometer

  • Kühlsysteme

  • Druckluftversorgungs-Anlage

  • Heizwasserrückkühlungs-Anlage.

04. Welche Stoffe können zur Befeuerung von Dampferzeugungsanlagen eingesetzt werden?

• Feste Brennstoffe: Steinkohle, Braunkohle, Holz, Torf

• Flüssige Brennstoffe: Erdöl, Pflanzenöl, leichtes Heizöl

• Gasförmige Brennstoffe: Stadtgas, Erdgas.

Bei der Verwendung fester Brennstoffe ist die Befeuerung mit einem Rost ausgestattet: Der Brennstoff kann mithilfe einer Fördereinrichtung in großen Mengen auf den Rost befördert werden. Die Rückstände (Asche) fallen durch den Rost und können entsorgt werden. Ein hoher Schornstein erbringt den für die Verbrennung notwendigen Zug. In Großanlagen wird der natürliche Zug des Schornsteins durch Gebläse- oder Sauganlagen erhöht. Bei der Verwendung flüssiger Brennstoffe gelangt das Öl zusammen mit der Verbrennungsluft über eine Düse fein zerstäubt in den Verbrennungsraum. Gasfeuerungsanlagen arbeiten z. B. mit atmosphärischen Brennern.

05. Welche Anlagenkomponenten beeinflussen bei Dampfkraftmaschinen die Nutzenergie?

• Die unvollständige Expansion des Dampfes

• der schädliche Raum

• die Varianten der Dampfdrosselung

• die Wandeinflüsse.

06. Welche Dampfkraftmaschinen lassen sich unterscheiden (Wirkungsweise und Nutzung)?

• Bei der Dampfmaschine wird die Brennstoffenergie indirekt über die Verwendung des erzeugten Dampfes genutzt.

• Beim Dampfmotor wird die Druckenergie des Dampfes (potenzielle Energie) auf einen Kolben gelenkt; die Bewegung des Kolbens leistet mechanische Arbeit.

• Bei der Dampfturbine wird die Druckenergie des Dampfes zunächst in Bewegungsenergie (kinetische Energie) umgesetzt; diese wird dann auf die Schaufeln eines Laufrades gelenkt, das mechanische Arbeit (mechanische Drehbewegung) verrichtet.