Einführung
Dieser Artikel bietet eine Einführung in Kessel. Es werden gängige Kesseldesigns, ihre Funktionsweise und Anwendungen besprochen.
Zweck eines Kessels
Kessel werden zur Bereitstellung von heißem Wasser oder Dampf eingesetzt. Ein Kessel, der heißes Wasser liefert, wird technisch gesehen nicht als Kessel bezeichnet, da das Wasser unter seinem Siedepunkt liegt. Dennoch werden Warmwasserbereiter umgangssprachlich oft als Kessel bezeichnet.
Unabhängig davon, ob ein Kessel heißes Wasser oder Dampf liefert, besteht der Zweck eines Kessels darin, Wärme bereitzustellen, die für einen bestimmten Zweck genutzt werden kann. Die Bereitstellung der Wärme, die zum Heizen eines Gebäudes oder Raumes erforderlich ist (auch Raumheizung genannt), ist eine häufige Aufgabe eines Kessels. Eine typische Systemkonfiguration für die Raumheizung mit heißem Wasser ist unten dargestellt.
Typisches Heißwassersystem
Eine typische Systemkonfiguration für die Raumheizung mit Dampf ist unten dargestellt.
Typisches Dampfsystem
Befeuerte und Unbefeuerte
Offene Kesselgefäße werden aufgrund ihrer Ineffizienz nicht verwendet, stattdessen kommen geschlossene Gefäße zum Einsatz. Geschlossene Gefäße mit einem internen Ofen sind das häufigste industrielle Kesseldesign. Ein unter Druck stehendes geschlossenes Gefäß wird als unbefeuertes Druckgefäß bezeichnet.
Druckluftsystem Unbefeuertes Druckgefäß
Ein geschlossenes Gefäß, das ein Brennstoff zur Erzeugung von Druck innerhalb des Gefäßes nutzt, wird als befeuertes Druckgefäß bezeichnet. Die Verbrennung erfolgt normalerweise innerhalb des Druckgefäßes, d.h. ein intern befeuertes Druckgefäß, oder außerhalb des Druckgefäßes, d.h. ein extern befeuertes Druckgefäß.
Rauchrohrkessel (Intern Befeuertes Druckgefäß)
Rauchrohr- und Wasserrohr
Es gibt zwei Haupttypen von Kesseln, die in der industriellen Ingenieurwelt verwendet werden: der Rauchrohrkessel und der Wasserrohrkessel. Der Unterschied zwischen den beiden Kesseltypen liegt in der Anordnung der Verbrennungsgase und des Wassers relativ zu den Kesselrohren.
Wasserrohrkessel haben Wasser in den Rohren und Verbrennungsgase außerhalb der Rohre.
Rauchrohrkessel haben Verbrennungsgase in den Rohren und Wasser außerhalb der Rohre.
Die Brennkammern von Wasserrohrkesseln sind von wassergefüllten Rohren umgeben, was eine schnelle Wärmeübertragung von der Verbrennung auf die Rohre ermöglicht.
Die Brennkammern von Rauchrohrkesseln befinden sich normalerweise innerhalb des Druckgefäßes, können aber auch außerhalb des Druckgefäßes sein. Die Abgase der Verbrennung strömen durch von Wasser umgebene Rohre.
Richtung der Wärmeübertragung
Fast alle großen Industrieanlagen verfügen über einen Kessel vor Ort. Die meisten Industriekessel sind vom Rauchrohrdesign, während Wasserrohrkessel in der Stromerzeugungsindustrie bevorzugt werden. Große und sehr große Dampfkessel sind immer Wasserrohrkessel.
Wasserrohrkesselrohre
Vergleich von Wasser- und Rauchrohrkesseln
Ein detaillierter Überblick über Wasserrohr- und Rauchrohrkessel ist im Rahmen dieses Kurses nicht möglich, aber die folgende Tabelle hebt einige der Hauptunterschiede zwischen den beiden Designs hervor.
|
Wasserrohr |
Rauchrohr |
|
Wasser in den Rohren. |
Verbrennungsgase in den Rohren. |
|
Verbrennungsgase umgeben die Rohre. |
Wasser umgibt die Rohre. |
|
Maximal zulässiger Arbeitsdruck (MAWP) über 2.900 psi (200 bar). |
Maximal zulässiger Arbeitsdruck (MAWP) bis zu 362 psi (25 bar). |
|
Sehr hohe Dampferzeugungsrate. |
Vergleichsweise niedrige Dampferzeugungsrate. |
|
Effizienter als ein Rauchrohrkessel (typischerweise über 90%). |
Weniger effizient als ein Wasserrohrkessel (typischerweise 80-85%). |
|
Explosionsrisiko ist höher aufgrund des höheren MAWP. |
Explosionsrisiko ist niedriger aufgrund des niedrigeren MAWP. |
|
Geeignet für die Stromerzeugungsindustrie. |
Nicht geeignet für die Stromerzeugungsindustrie. |
Vergleich von Wasserrohr- und Rauchrohrkesseln
Für einen detaillierten Blick auf Rauchrohr- und Wasserrohrkessel, siehe die zugehörigen saVRee-Kurse.
Elektrokessel
Es gibt zwei gängige Arten von Elektrokesseln: den Elektrodenkessel und den Widerstandskessel. Beide Kesseldesigns sind relativ einfach, da sie kein Verbrennungssystem benötigen.
Elektrodenkessel erzeugen elektrische Lichtbögen, die das Wasser erhitzen, bis Dampf entsteht. Die Anzahl der Elektroden pro Kessel, der MAWP und die Dampferzeugungsraten variieren je nach Kesseldesign.
Elektrodenkessel
Widerstandskessel leiten elektrischen Strom durch untergetauchte Widerstandselemente, um Wärme zu erzeugen. Die Wärme der Elemente wird auf das umgebende Wasser übertragen, das allmählich zu Dampf wird. Widerstandskessel werden häufig für Anwendungen zur Warmwasserbereitung verwendet.
Widerstandskessel
Elektrokessel sind emissionsfrei (keine Verbrennungsgase) und vergleichsweise klein im Vergleich zu Verbrennungskesseln. Der größte Nachteil von Elektrokesseln sind die höheren Betriebskosten im Vergleich zu Verbrennungskesseln.
Kesselwiderstandselemente
Kompakt- und Vor-Ort-Montagekessel
Kompaktkessel werden als schlüsselfertige Lösungen verkauft, sie werden komplett montiert an den Standort geliefert und müssen nur an die verschiedenen Systeme angeschlossen werden, die sie zum Betrieb benötigen (Speisewasser, Dampf, Brennstoff, Abgas usw.).
Ein großer Vorteil von Kompaktkesseln ist, dass sie vom Originalgerätehersteller (OEM) im Werk vor dem Versand vollständig getestet werden können und schnell durch dasselbe (oder ein ähnliches) Modell ersetzt werden können.
Vor-Ort-Montagekessel sind zu groß, um als einzelnes Produkt versendet zu werden, und müssen vor Ort montiert werden. Wasserrohrkessel, die in der Stromerzeugungsindustrie verwendet werden, sind Beispiele für Vor-Ort-Montagekessel.
Zusätzliche Ressourcen
https:/de.wikipedia.org/wiki/Kessel
https://www.heat-timer.com/domestic-hot-water-systems
https://mirmarine.net/stati-na-anglijskom/marine-boiler/692-types-and-working-of-marine-boiler