Für welche Zwecke wird ein Dampfkessel benötigt: Diagramm und Betrieb
Der Dampfkessel ist eine alte Erfindung, wird aber immer noch in der Industrie eingesetzt.Beispielsweise in Kraftwerken, wo die Dampferzeugungseinheit eines der Hauptelemente der Stromerzeugung ist. Dampfkessel sind auch in allen Kesselhäusern von Werken und Fabriken installiert. Heutzutage werden sie im Alltag nur noch selten verwendet, da sie durch sicherere und energieeffizientere Wasserkocher ersetzt wurden.
Der Inhalt des Artikels:
Klassifizierung von Dampfanlagen
Es gibt mehrere Skalen, nach denen die Klassifizierung durchgeführt wird. Die wichtigsten sind drei Skalen.
Wasserrohr
Sie wandeln Wasser schneller in Dampf um als Gasleitungen. Aufgrund der Konstruktionsmerkmale des Geräts weisen sie einen höheren Wirkungsgrad auf. Im Wesentlichen handelt es sich um ein Gehäuse, in dem sich eine große Anzahl von Rohren befindet. Wasser bewegt sich durch die Rohre und Kraftstoff verbrennt zwischen den Rohren.
Bei hohen Temperaturen verwandelt sich Wasser in Dampf. Und da es viele Rohre gibt, ist ihre Heizfläche entsprechend größer. Und je mehr Rohre im Kessel vorhanden sind, desto intensiver erfolgt der Übergang der Flüssigkeit in den Dampfzustand.
Wasserrohr Dampfkocher sind in zwei Untergruppen unterteilt:
- gerade durch;
- Trommeltyp.
Die ersten sind rohrförmige Strukturen, die oben erwähnt wurden. Letztere werden in zwei Positionen auf dem Markt angeboten – horizontal und vertikal. Das Funktionsprinzip dieses Gerätetyps ist jedoch dasselbe.
Zu seinem Design gehört eine Trommel, die nicht nur Dampf sammelt, sondern auch Kondensat daraus trennt. Letzteres wird in die Heizzone geleitet, d. h. die Wasserverluste werden reduziert.
Um in der Industrie Trockendampf mit hoher Temperatur zu gewinnen, werden mehrere Trommelkessel in Reihe geschaltet. Und dieser Dampf kann auf den maximalen Druck komprimiert werden, der in vielen technologischen Prozessen notwendig ist.
Kessel dieses Typs werden in zwei Positionen unterteilt: nichtflüchtiger Kessel und Umlaufkessel. Sie unterscheiden sich voneinander durch das Fehlen bzw. Vorhandensein einer Umwälzpumpe. Letzteres erhöht die Effizienz der Anlage. Die Sache ist, dass bei einer Umdrehung des Wassers im Kessel 10 % seines Volumens verdampfen. Das heißt, damit das gesamte Volumen verdampft, sind mindestens 10 Umdrehungen erforderlich.
Bei Schwerkraftbewegungen nimmt dies viel Zeit in Anspruch, wodurch die Effizienz sinkt. Die Umwälzpumpe bewegt die Flüssigkeit schnell, es werden im gleichen Zeitraum mehr Umdrehungen durchgeführt. Das bedeutet, dass die gesamte Wassermenge schnell in Dampf umgewandelt wird.
Bei Trommelkesseln muss jedoch ein Kondensatniveauregler in die Pumpe eingebaut werden. Einbauort: Dampfabscheider. Seine Aufgabe besteht darin, die Menge des gebildeten Kondensats zu kontrollieren.
Wenn beispielsweise wenig davon gebildet wird, werden die technischen Eigenschaften der Dampfanlage verringert. Wenn sich viel davon bildet, führt dies zu einem Druckabfall im Inneren des Geräts. Die Folgen sind schnelles Sieden und Explosion.
Der Dampfabscheider ist ein Rohr mit großem Querschnitt, das einer Trommel ähnelt. Daher der Name des Kessels. Dieses Rohr sammelt mit Dampf gesättigtes Wasser. Tatsächlich laufen zwei Prozesse (Erhitzen der Flüssigkeit und Verdampfen) getrennt voneinander ab. Daher die hohe Betriebssicherheit dieser Art von Geräten.
Gasleitung
Strukturell handelt es sich um einen Kessel, in dessen Inneren sich Rohre mit großem Durchmesser rund um den Feuerraum befinden.In ihnen bewegen sich heiße Gase und zwischen ihnen strömt Wasser. Das heißt, dies ist das Gegenteil von Wasserröhren-Analoga. Gasrohranlagen erzeugen Hochtemperaturdampf, der häufiger in Recyclingprozessen eingesetzt wird.
Ein Gasrohrdampfkessel hat einen wesentlichen Nachteil – den hohen Druck des Endprodukts. Letzteres ist in der Anlage in großen Mengen vorhanden. Dies führt zu einer Verringerung der Sicherheit der Anlage. Daher sind Heizkessel mit einem teuren und komplexen Sicherheitssystem ausgestattet. Darüber hinaus bestehen sowohl das Gehäuse als auch die Rohre aus dickem Stahl, was die Kosten der Ausrüstung erhöht.
Ein markanter Vertreter des Gasrohrtyps ist der Lokomotivkessel.
Beide Anlagen (Wasserrohr und Gasrohr) können unterschiedliche Arten von Dampf erzeugen:
- gesättigt;
- überhitztes Wasser.
Das erste ist ein Medium, das sich bei einer Temperatur von +100°C bildet. Es kühlt schnell unter Bildung von Kondensat ab, das wieder in die Heizzone gelangt. Derartige Anlagen werden zur häuslichen Beheizung eingesetzt. Der Druck in einem Dampfkessel dieses Typs überschreitet 100 kPa nicht.
Das zweite ist ein Medium, das bei einer Temperatur von +500°C gewonnen wird. Daher bilden sich darin niemals Wassersuspensionen und -tropfen. Bei allmählicher Erwärmung kann sich Wasser bilden, zu diesem Zweck ist jedoch in der Anlagenkonstruktion ein Abscheider eingebaut.
Der wissenschaftliche und technische Fortschritt steht nicht still. Heutzutage bieten Hersteller Wasserrohrinstallationen an, die sich hinsichtlich Effizienz und Sicherheit nicht von Gasrohrinstallationen unterscheiden. Zunächst werden sie mit Wärmedämmmaterial ummantelt. Zweitens ist die Innenseite mit Infrarotmaterial ausgekleidet, das als Reflektor für Wärmeenergie fungiert.
Und da Wasserrohrgeräte um ein Vielfaches günstiger sind als Trommelgeräte und zudem einfach zu bedienen sind, ist ihre Beliebtheit und Nachfrage heute stark gestiegen.
Auch die Effizienz steigt durch modernste Stahllegierungen, aus denen Geräteteile gefertigt werden. Außerdem wurde eine neue Heiztechnologie eingeführt, bei der zwei gegenüberliegende Brenner zum Einsatz kommen. Die Technologie nennt sich „entgegenkommende Fackeln“.
Mit ihrer Hilfe erreicht die Heiztemperatur 1800-1900°C. Normalerweise überschreitet sie 1200°C nicht. Dementsprechend liegt der Wirkungsgrad solcher Anlagen bei mindestens 90 %.
Haushaltskessel
Das Interesse an diesen Einheiten ist heute groß. Aber auch Anforderungen für sie beträchtlich:
- Kompaktheit;
- geringes Gewicht, um kein Fundament darunter zu gießen;
- hoher Sicherheitsfaktor;
- Möglichkeit der Wartung durch unqualifiziertes Personal;
- minimale Anlaufzeit und Aufheizzeit.
Heutzutage bieten Hersteller zwei Arten von Haushaltsinstallationen an: Spulen, auch als klassische Wirbelmantelanlagen bekannt.
Das erste ist ein spiralförmig aufgerolltes Rohr. Wasser bewegt sich daran entlang und verwandelt sich in Dampf. Die Dampfkapazität des Geräts ist gering. In diesem Fall spielt dies jedoch nicht die wichtigste Rolle, da ein Haushaltskessel Dampf mit geringem Potenzial erzeugen muss.
Auch die Betriebseffizienz ist gering, dies kann jedoch durch häufiges Anordnen von Spiralen korrigiert werden. Aber ein solcher Kessel hält einen Rekord für die Aufheizzeit – 3 Minuten nach dem Einschalten des Brenners.
Das zweite ist ein völlig einzigartiges Dampfkesseldesign. Ein Körper aus zwei Schalen, zwischen denen Wasser geleitet wird. Im Inneren befindet sich ein Feuerraum, und beim Brennen dreht sich der Brenner spiralförmig, wodurch die Wärmeübertragung erhöht wird. Keine Rohre.
Andere Vorteile:
- vertikale Anordnung, dadurch erhöhte Kompaktheit;
- Effizienz, wie Trommeln;
- Aufheizzeit – 5 Minuten.
Drei Minuspunkte:
- die Ausrüstung ist teuer;
- das Design ist komplex;
- völlige Energieabhängigkeit – das Gebläse, ohne das das Gerät nicht funktioniert, benötigt eine Stromversorgung.
Technologische Anwendung von Kesseldampfanlagen
Es gibt mehrere Branchen, in denen Dampfkessel ständig eingesetzt werden:
- Der erste Wirtschaftszweig ist die thermische Energietechnik. Mit Dampf werden große Werkstätten beheizt, beispielsweise in der Automobilindustrie. Der Dampf erhitzt das Wasser auf die erforderliche Temperatur, die dann von Pumpen durch Heizungsleitungen zu mehrstöckigen Gebäuden und anderen Objekten gefördert wird.
- Die zweite Branche ist Energie. Dabei wird mit Dampf eine Turbine angetrieben, die elektrischen Strom erzeugt.
- Der dritte Wirtschaftszweig ist die Herstellung von Baustoffen. Beispielsweise werden Betonprodukte mit Dampf getrocknet.
In vielen Branchen sind Dampfkessel ein fester Bestandteil der Technik. Dazu gehören Desinfektion, Trocknung von Lebensmitteln, kulinarische Verarbeitung, Konservierung usw.
Bei der Entsorgung gasförmiger Abfälle kommen auch Dampfanlagen zum Einsatz. Dabei wirken sie als Kühler. Ein solcher Kessel gewinnt Wärmeenergie aus Gasen, die beispielsweise aus Hochtemperaturöfen austreten.
Funktionsprinzip und Design
Ihr Hauptzweck besteht darin, den Aggregatzustand von Wasser zu verändern, also mit den erforderlichen Parametern vom flüssigen in den gasförmigen Zustand zu überführen. Der Prozess läuft so ab:
- Der Kessel wird durch Schwerkraft oder mithilfe einer Pumpe mit Wasser gefüllt.
- das Heizsystem schaltet sich ein;
- Dampfbildung beginnt;
- der Flüssigkeitsstand sinkt allmählich und erreicht den Mindeststand;
- der Füllstandsensor reagiert und schaltet die Pumpe ein;
- Wasser füllt die Rohre.
Wir können sagen, dass Dampfkessel nach einem zyklischen Prinzip arbeiten.
Struktur
Dampfkessel bestehen aus Haupt- und Nebenaggregaten und -teilen sowie einer Automatisierung.
Die Hauptanforderung an Stahlprodukte besteht darin, dass sie aus hitzebeständigen Legierungen bestehen. Nur so kann ein Höchstmaß an sicherem Betrieb der Kesselanlagen erreicht werden.
Eine wichtige Rolle spielt das Sicherheitssystem. Dabei handelt es sich nicht nur um Temperatur- und Drucksensoren. Das System umfasst mechanische Sicherheit. Es umfasst Rückschlagventile, elektrische Ventile und andere Absperrventile. Dieser doppelte Schutz sorgt für maximale Sicherheit, insbesondere bei einem Ausfall der Elektronik. Zu diesem Zeitpunkt übernimmt die Mechanik sämtliche Funktionen.
An die Wasseraufbereitungsanlage werden besondere Anforderungen gestellt. Wasser muss bestimmte Standards erfüllen. Diese Standards unterscheiden sich für Direktfluss- und Trommeleinheiten. Bei letzterem muss die Flüssigkeit vollkommen sauber, nahezu destilliert sein. Schließlich verschwindet es in solchen Geräten nirgendwo. Das heißt, füllen Sie den Kessel einmal und er wird viele Jahre lang funktionieren.
Wenn das Wasser hart und verunreinigt ist, dann alles Rohre nach einiger Zeit verstopfen sie durch Ablagerungen und Rost. Ihr Durchmesser nimmt ab, die Wärmeleitfähigkeit nimmt ab, was zu einer Verringerung des Wirkungsgrades führt. Der Dampf entspricht nicht den Anforderungen (Temperatur, Luftfeuchtigkeit).
Trotz ihrer komplexen Konstruktion und geringen Sicherheit sind Dampfkessel nach wie vor gefragt. Besonders auf Schiffen, in der Kraftwerkstechnik, Fabriken, wo hohe Kühlmitteltemperaturen erforderlich sind. Daher tun die Hersteller alles, um die Betriebssicherheit zu erhöhen, die Gerätekosten und den Wartungsaufwand zu senken.
Wenn Sie Fragen haben, stellen Sie diese in den Kommentaren.Wenn Ihnen der Artikel gefallen hat, teilen Sie ihn in sozialen Netzwerken, damit andere sich mit dem Thema vertraut machen können. Speichern Sie den Link in Ihren Lesezeichen.
Wir empfehlen Ihnen außerdem, sich ausgewählte Videos zu unserem Thema anzusehen.
Wie funktioniert ein Dampfkessel?
Dampfkessel – Aufbau und Wartung, detaillierte Übersicht.
Informationsquellen:
- https://pechiexpert.ru/parovoj-kotel
- https://clubpechnikov.ru/parovoj-kotel
- https://kotle.ru/parovye-kotly/ustrojstvo-parovyh-kotlov
