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Text File | 1993-08-25 | 56KB | 1,192 lines

Anleitung ========= Kraftwerk - Simulator ===================== 1.0 Inhaltsverzeichnis ================== 1.0 Inhaltsverzeichnis 2.0 Vorher 3.0 Programmstart 4.0 Bedienelemente 4.1 Das Funktionsbild 4.2 Hilfe 4.3 Erfolg 4.4 Leitstand 4.5 Armaturen 4.6 Leitgeraete 4.7 Schalter 4.8 Datei 4.9 Verhalten der Anzeigen 5.00 Gas - Kraftwerk 5.01 Der Brennstoff 5.02 Die Verbrennungluft 5.03 Die Brenner 5.04 Das Rauchgas 5.05 Die Speisewasserversorgung 5.06 Der Economiser 5.07 Der Verdampfer und die Kesseltrommel 5.08 Die Ueberhitzer und der Einspritzkuehler 5.09 Der Luftvorwaermer 5.10 Das Anfahrventil 5.11 Die Ueberdrucksicherung 5.12 Die Dampfturbine 5.13 Die Hilfsoelpumpe 5.14 Das Wellendrehwerk 5.15 Der Schnellschluss 5.16 Der Generator 5.17 Der Kondensator und die Strahlwasserpumpe 5.18 Der Kuehlwasserkreislauf 5.19 Die Kondensatfoerderung 5.20 Der Speisewasserbehaelter 5.21 Der Eigenbedarf 6.0 Maschinen 6.1 Pumpen 6.2 Geblaese 6.3 Elektromotoren 7.0 Unterschiede zwischen Simulation und Realitaet 8.0 Betriebsanleitung 8.1 Kessel fuellen 8.2 Kessel vorbelueften 8.3 Kessel anfahren 8.4 Turbosatz anfahren 8.5 Block belasten 8.6 Betrieb 8.7 Turbosatz abstellen 8.8 Kessel abstellen 9.0 Schlusswort Anhaenge ======== 10.0 Grundlagen 10.1 Wasser und Wasserdampf 10.2 Verbbrennung von Koksgas 10.3 Verwendete Masseinheiten 10.4 Begriffe 11.0 Versuche 11.1 Versuch zur Sattdampftemperatur 11.2 Versuch zum Luftueberschuss 2.0 Vorher ====== Fertigen Sie bitte mindestens eine Arbeitskopie Ihrer Dis- kette an. Ausserdem legen Sie fuer spaetere Versuche wenigstens eine formatierte Diskette bereit. 3.0 Programmstart ============= Booten Sie mit hoechstens drei Accessories, wenn es mehr sind, geht die Welt auch nicht unter, Accessories sind ohnehin gesperrt. Starten Sie das Programm durch Doppelklick auf KRAFTW.PRG. Sie werden dann aufgefordert, die Uhr zu stellen. Falls Sie gleich "ok" anklicken oder "Return" druecken, zeigt die Kraftwerkuhr die Zeit ab Programmstart. Wenn Sie Protokoll fuehren moechten, ist das recht praktisch. Anschliessend sehen Sie sich dem Funktionsbild und der Menuezeile gegenueber. Sollten Sie jetzt keinen Hupenton gehoert haben, so stellen Sie bitte die Lautstaerke neu ein. 4.0 Bedienelemente ============== 4.1 Das Funktionsbild zeigt die symbolische Darstellung eines Kraftwerkblockes. Alle wichtigen Messwerte werden neben den Symbolen angezeigt. Am oberen Rand findet man die Menuezeile, mit deren Hilfe alle Eingriffe ausgefuehrt werden. 4.2 Hilfe In der Menuezeile rechts steht "Hilfe", dahin fahren Sie mit dem Mauszeiger und eine Auswahl wird Ihnen geboten. Da steht "Bezeichnungen", Sie zeigen darauf, "Bezeichnungen" erscheint weiss auf schwarzem Grund, einmal die linke Maustaste druecken und im Funktionsbild stehen die Namen aller Aggregate. Wenn Sie wissen wollen, was die Zahlen in den Kaestchen bedeuten, klappen Sie die Auswahl wieder heraus und klicken "Messtellen" an. Die Namen sind verschwunden, dafuer sind alle Messtellen bezeichnet. Wenn Sie "Hilfe aus" anklicken, sind Sie wieder bei der ursprueng- lichen Ansicht, dem Funktionsbild. Probieren Sie bitte noch "Grenzwerte" aus. Es erscheint eine weitere Auswahl, zeigen Sie mit dem Mauszeiger auf eine Zeile und druecken Sie die linke Maustaste, die Auswahl verschwindet, dafuer erscheint eine Box, sie zeigt den Grenzwert und die beim Erreichen automatisch aus- geloeste Aktion. Mit "ok" sagt man, dass man es verstanden hat und die Anzeige wird weggeraeumt. 4.3 Erfolg Neben "Hilfe" steht "Erfolg". Unter "Abrechnung" finden Sie 6 Zaehler. Am Anfang ist nur der unten rechts interessant, er zeigt einen negativen Gewinn an, also den Verlust, den Sie bis jetzt erzielt haben, weil die Festkosten ja auch entstehen, wenn das Kraftwerk nicht betrieben wird. Spaeter sollten Sie sich auch mit den anderen Zaehlern beschaeftigen, um den Kraftwerkblock moeglichst wirtschaftlich zu betreiben. Bei "Anlage" werden die Restlebensdauern der wichtigsten Aggregate angezeigt, da sollten immer und ueberall 100% stehen, sonst haben Sie schwerwiegende Fehler gemacht. 4.4 Leitstand Mit Hilfe dieser Auswahl koennen Sie sich im Leitstand umsehen. "Funktionsbild" duerfte klar sein. "Kesselschreiber" erlaubt einen Blick auf drei dem Dampferzeuger zugeordnete Punktschreiber. Jeder Punkt repraesentiert den Durchschnitt eines Messwertes ueber 24 Sekunden. "Maschinenschreiber" zeigt drei der Turbine zugeordnete Schreiber. Unter "Meldungen" sollten Sie drei Eintragungen finden. Die Hupe vorhin sollte Sie darauf aufmerksam machen, dass mindestens eine Meldung eingegangen ist, die eine Gefahr anzeigt. Sie sollten dann entsprechend reagieren und nacheiniger Zeit ist der Zustand wieder normal. Wieder wird eine Meldung ausgegeben, sie wird von einem hellen Glockenton begleitet, wie auch andere Mel- dungen, die Sie erwartet haben sollten. Bitte zurueck zum Funktionsbild. 4.5 Armaturen Hier finden Sie verschiedenen Aggregaten zugeordnete Schalter. Sehen Sie sich bitte alles an, die Bedeutungen werden erst spaeter erlaeutert. 4.6 Leitgeraete Waehlen Sie bitte "Zusatzwasserventil", das zweite von unten. Im schwarzen Balken finden Sie ganz links ein kleines weisses Feld, zeigen Sie mit der Maus darauf, druecken Sie die linke Maustaste und halten Sie sie gedrueckt. Wenn Sie jetzt die Maus nach rechts bewegen, folgt Ihnen das weisse Feld, gleichzeitig zeigt die Prozentanzeige, wieweit Sie verstellt haben und auf dem Funktionsbild unten rechts sehen Sie, wieviel Zusatzwasser in den Hotwell stroemt und wie da der Wasserstand steigt. Jetzt wissen wir beide, was ein Leitgeraet ist. Dass man es mit "ok" wieder loswird, braucht man nicht erklaeren. 4.7 Schalter Fuer jeden Motor, der im Funktionsbild dargestellt ist, gibt es hier einen Schalter, der mit dieser Funktion gewaehlt werden kann um ihn zu betaetigen. Auch der Generator - Leistungschalter und das Synchronisiergeraet werden von hier aus bedient. 4.8 Datei Mit "Zustand sichern" koennen Sie den gegenwaertigen Zustand des Kraftwerkblockes auf Diskette sichern, falls Sie eine forma- tierte Diskette haben. Waehlen Sie einen passenden Namen fuer den oder das File und haengen Sie bitte ".INF" an. Mit "Zustand laden" koennen Sie diesen oder von der Arbeits- diskette einen anderen Zustand laden, wie waere es mit "GEFUELLT.INF" ? Mit "Ende" verlassen Sie das Programm und alles bis dahin geleistete ist unwiderbringlich verloren, ohne Sicherheitsabfrage, falls Sie nicht eben den Zustand gesichert haben. Wenn Sie bei einem realen Kraftwerk auf "Not aus" druecken, gibt es auch keine Sicherheitsabfrage, dann ist alles aus, ok ? 4.9 Verhalten der Anzeigen Das einzige, was waehrend des Betrachtens aktualisiert wird, ist das Funktionsbild. Alles andere zeigt den Zustand, den es hatte, als es aufgerufen wurde. Wenn Sie also das Weiterlaufen von Schreibern beobachten wollen, muessen Sie sie alle 24 Sekunden wieder aufrufen. Wenn Sie z.B. unter "Armaturen" "Sperrdampf" eingeschaltet haben und Sie wollen wissen, ob es geklappt hat, so klicken Sie "ok" an und waehlen anschliessend neu, Sie sehen dann den aktualisierten Zustand. Wenn ein Aggregat ausfaellt, wird allerdings eine Meldung ausgegeben und die Hupe ertoent. Die Anzeiger sind Digitalanzeiger, sie koennen nur ganze Zahlen anzeigen. Wird 17 angezeigt, so kann der wahre Wert sowohl 17 als auch 17,999... betragen, oder jeder beliebige Wert zwischen diesen beiden Grenzen. Schreiber sind Analoganzeiger, hier werden sie allerdings auch zu Digitalanzeigern, ein Punkt muss schliesslich durch ein Pixel repraesentiert werden und die sind abzaehlbar, in der Reali- taet sind aber die moeglichen Oerter der Punkte die ein Schreiber drucken kann, nicht abzaehlbar. Sollte Ihnen irgendwann einmal ein Aggregat im Funktionsbild fehlen, dann haben Sie es kaputtgemacht. Dann gibt es nur noch eins, die Simulation ueber "Ende" verlassen und neu starten. 5.00 Gas - Kraftwerk =============== Waermekraftwerke wandeln Waermeenergie in elektrische Ener- gie um. Waermeenergie gewinnt man in Kernkraftwerken durch Umwandeln von Atomkernen oder in Kraftwerken fuer fossile Energie durch Verbrennen von Kohle, Oel oder Gas. Als Brenngase kommen Erdgas und Nebenprodukte aus der Industrie, wie Gichtgas vom Hochofenprozess oder Koksgas von der Kokserzeugung in Frage. 5.01 Der Brennstoff. Das Koksgas wird in einem Dampferzeuger, landlaeufig Kessel genannt, verbrannt. Vorher passiert es eine Regelklappe, mit der der Brennstoffzufluss eingestellt wird. Im Falle von Gefahr wird die Gaszufuhr unterbunden. Die Gasmenge wird in Nm³/h (Normkubik- meter pro Stunde) gemessen. Der Heizwert von Koksgas ist nicht konstant, er kann sich geringfuegig aendern. 5.02 Die Verbrennungsluft. Die Verbrennungsluft wird durch das Frischluftgeblaese, kurz Frischluefter genannt, zu den Brennern befoerdert. Die Luftmenge wird mit Hilfe einer Regelklappe eingestellt. Je Kubikmeter Koksgas werden etwa vier Kubikmeter Luft benoetigt. Wird den Brennern zuwenig Luft zugefuehrt, so wird das Koksgas unvollstaendig verbrannt und im Rauchgas wird CO, Kohlenmonoxyd, gemessen. CO im Rauchgas kann zu Schaeden an Verdampferrohren fuehren, mit Sicher- heit bringt es Aerger mit dem Gewerbeaufsichtsamt wegen der Schae- digung unserer Umwelt. Ist die Luftmenge zu gross, wird unnoetig viel Rauchgas Waermeenergie aus dem Kessel in die Umwelt transportieren, der Wirkungsgrad sinkt. Man erkennt es daran, dass die O2 - Messung mehr als 2% anzeigt. Wird eine Luftmenge von 15000 Nm³/h unter- schritten, so wird durch eine Sicherung das Koksgas abgesperrt. Wenn die optimale Luftmenge wesentlich ueberschritten wird, kann die Flamme am Brenner ausgeblasen werden, auch in diesem Falle beendet eine Sicherung die Brennstoffzufuhr. 5.03 Die Brenner. An den Brennern werden Koksgas und Luft gemischt und entzuendet. Um zu vermeiden, dass die Brenner beschaedigt werden, darf die Koksgasmenge je Brenner nur zwischen 1500 Nm³/h und 5000 Nm³/h betragen, andernfalls wird der Brenner automatisch abgeschaltet. Bei zu kleiner Koksgasmenge laege die Flamme zu dicht vor dem Brennermund und dieser wuerde zu warm, bei zu grosser Koksgasmenge wuerde der Brenner ueberlastet. Manchmal fallen Brenner auch ohne ersichtlichen Grund aus. 5.04 Das Rauchgas. Das bei der Verbrennung entstehende Rauchgas kann eine Temperatur von maximal 2000 °C erreichen. Vor allem durch Waerme- strahlung gibt es Energie an die mit Wasser gefuellten Verdampfer- rohre ab. Durch Strahlung und durch Waermeleitung wird auf die dampfgefuellten Ueberhitzerrohre Waerme uebertragen, durch Leitung werden die Verbrennungsluft und das Speisewasser vorgewaermt. Bei jedem dieser Schritte sinkt die Temperatur des Rauchgases. Je tiefer die Temperatur des Rauchgases am Kesselaustritt, je hoeher ist der Wirkungsgrad des Kessels. Unterschreitet die Abgas- temperatur jedoch 130°C, so kommt es zu Taupunktunterschreitungen. Im Rauchgaskanal kondensiert z.B. schweflige Saeure aus dem Schwefelgehalt des Koksgases und es kommt zu Schaeden. 5.05 Die Speisewasserversorgung. Aus dem Speisewasserbehaelter foerdert die Speisepumpe Wasser in den Kessel, um das verdampfte Wasser zu ersetzen. Es muss im Mittel genau soviel Wasser gefoerdert werden, wie verdampft wird. Die Wassermenge wird mit dem Speisewasserventil eingestellt. Da nur Wasser verdampft, nicht aber in ihm eventuell geloeste Salze, muss das Wasser vollentsalzt sein. Leitungswasser ist ungeeignet, teilentsalztes ( destiliertes ) Wasser erfordert besondere Verfahren. 5.06 Der Economiser. Nach dem Speisewasserventil erreicht das Speisewasser den Speisewasservorwaermer, kurz Eco genannt. Er besteht aus etlichen parallelgeschalteten Rohren. Der Eco wird vom Rauchgas umstroemt, nachdem dieses den Luftvorwaermer verlassen hat und bevor es den Kessel verlaesst. Der Eco nimmt als letzte Heizflaeche Waerme aus dem Rauchgas auf. 5.07 Der Verdampfer und die Kesseltrommel. Das im Eco vorgewaermte Wasser gelangt in die Kesseltrommel. Sie ist ein waagerecht liegender, dickwandiger Behaelter, der nicht mit dem Rauchgas in Beruehrung kommt, also nicht beheizt wird. Nach unten fuehren die, ebenfalls nicht beheizten, Fallrohre das Wasser aus ihr heraus in die beheizten Verdampferrohre. In diesen steigt ein Wasser - Dampf - Gemisch nach oben. Da die Verdampferrohre in den oberen Teil der Trommel muenden, trennen sich an dieser Stelle Wasser und Dampf. Kessel, bei denen nur die Gewichtsdifferenz zwischen kaelterem und waermerem Wasser dafuer sorgt, dass die Ver- dampferrohre durchstroemt werden, nennt man Naturumlaufkessel, wenn dazu eine Pumpe eingesetzt wird, spricht man von einem Zwangsum- laufkessel und Kessel ohne Trommel, bei denen das Wasser von der Speisepumpe durch ein Rohrsystem gedrueckt wird in dem der Ver- dampfungspunkt nicht festgelegt ist, heissen Zwangsdurchlaufkessel. Bei unserem Naturumlaufkessel muss der Wasserstand in der Trommel in halber Trommelhoehe gehalten werden, also zwischen -5 und +5 cm. Wenn der Wasserstand zu tief ist, wird ein Teil der Verdampferrohre nicht mit Wasser versorgt und ueberhitzt, bei zu hohem Wasserstand kann der Dampf Wassertropfen mitreissen und Rohre beschaedigen. Ueber das Trommelablassventil kann Wasser abgelassen werden. Wenn der Wasserstand zu weit faellt, wird die Brennstoffzufuhr unterbrochen. 5.08 Die Ueberhitzer und der Einspritzkuehler. Um den Wirkungsgrad der Gesamtanlage zu steigern und die Bildung von Wassertropfen im Dampf zu vermeiden, wird dem Dampf in den Ueberhitzern Energie zugefuehrt, dabei steigt die Dampf- temperatur. Sie sollte am Ende des ersten Ueberhitzers 480°C keinesfalls ueberschreiten, um Rohrschaeden zu vermeiden. Am Ende des zweiten Ueberhitzers sollte die Temperatur im Betrieb 500°C betragen, 505°C duerfen nicht ueberschritten werden. Um die Tem- peratur in diesen Grenzen zu halten, befindet sich zwischen den Ueberhitzerstufen der Einspritzkuehler. Mit dem Einspritzventil wird Speisewasser dosiert und im Einspritzkuehler in den Dampf ein- gesprueht. Dieses Wasser verdampft zuverlaessig im zweiten Ueber- hitzer. Rohrschaeden koennen ihre Ursache auch in zu schnellen Temperaturaenderungen haben. Sie fuehren zu sogenannten Rohrblaesern oder Rohrreissern. Kesselrohre werden undicht oder reissen auf und ein Teil des Dampfes stroemt in den Rauchgasraum. Oft bemerkt man sie nur durch Vergleich der Summe aus Speisewasser und Einspritz- wasser mit der Dampfmenge. Es duerfte klar sein, dass Dampf- temperaturen um 600°C schwere Schaeden nach sich ziehen, bei dieser Dampftemperatur wird daher das Feuer geloescht. Der zweite Ueberhitzer liegt nach dem Verdampfer an zweiter Stelle im Rauchgasstrom, gefolgt vom ersten Ueberhitzer. 5.09 Der Luftvorwaermer. Wenn das Rauchgas den ersten Ueberhitzer verlaesst, enthaelt es noch mehr Waermeenergie, als der Eco aufnehmen kann. Im Luftvor- waermer, kurz Luvo, wird diese Energie auf die Verbrennungsluft uebertragen und so Brennstoff gespart. 5.10 Das Anfahrventil. Ein Kraftwerk kann man nicht einfach einschalten, es muss langsam und vorsichtig angefahren werden, Temperaturen duerfen sich nicht zu schnell aendern, um bleibende Schaeden so gering wie moeglich zu halten, trotzdem verkuerzt jeder Anfahrvorgang die Lebensdauer eines Kraftwerkes. Je nach Bauart dauert es mehrere Stunden bis Tage, bis ein Kraftwerk voll in Betrieb ist. Waehrend dieser Zeit wird Dampf erzeugt, der nicht geeignet ist, die Turbine anzutreiben. Er wird ueber das Anfahrventil in die Atmosphaere geleitet. Mit dem Anfahrventil koennen Dampftemperatur und -druck beim Anfahren beeinflusst werden. Im Normalbetrieb bleibt es geschlossen. 5.11 Die Ueberdrucksicherung. Ein Dampferzeuger muss vor zu hohem Dampfdruck geschuetzt werden. Bei einem Trommeldruck von 83 bar oder einem Frischdampf- druck von 81 bar oeffnet das Anfahrventil vollstaendig und der Dampf entweicht in die Atmosphaere, der Dampfdruck wird abgebaut. 5.12 Die Dampfturbine. Die Dampfturbine wandelt die Energie des Dampfes in mechanische Energie um. Beim reinen Gleitdruckbetrieb bestimmt allein der Dampfdruck, welche Dampfmenge von der Turbine aufge- nommen wird und wieviel mechanische Energie an den Generator abgegeben wird. Die Duesenventile sind im Normalbetrieb vollstaendig geoeffnet. Um einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen, wird ein grosses Waermegefaelle ueber die Turbine angestrebt. Das wird erreicht, indem man den Abdampfdruck bis auf ca. 5% des Atmosphaerendruckes absenkt. Um zu verhindern, dass an der Abdampfseite an der Wellendurchfuehrung Luft in den Abdampfraum eintritt, wird dort die Labyrinthdichtung der Welle mit Sperrdampf abgedichtet. Wegen des hohen Dampfdruckes und der grossen mechanischen Kraefte besteht die Turbine aus dick- wandigen, schweren Teilen und muss entsprechend langsam und sorg- faeltig vorgewaermt und in Betrieb genommen werden. 5.13 Die Hilfsoelpumpe. Erst wenn eine Turbine eine Mindestdrehzahl erreicht hat, kann sie sich mithilfe ihrer Oelpumpe mit Schmieroel fuer die Lager und Schnellschlussoel versorgen. Vor dem Anfahren der Turbine oder bei einem Drehzahlabfall muss daher die Hilfsoelpumpe eingeschaltet werden. 5.14 Das Wellendrehwerk. Mit dem Wellendrehwerk wird der Turbinenlaeufer waehrend des Vorwaermens und des Abkuehlens mit etwa 60 U/min, das entspricht 1 Hz, gedreht, um Verkruemmungen zu vermeiden. 5.15 Der Schnellschluss. Wegen der Wirtschaftlichkeit wird die Betriebsdrehzahl einer Turbine hoch gewaehlt. Fuer Turbosaetze ohne Getriebe liegt durch die Netzfrequenz von 50 Hz die maximale Drehzahl mit 3000 U/min fest. Bei groesseren Drehzahlen wird die Fliehkraft gefaehrlich fuer Gene- rator und Turbine. Bei 3300 U/min spricht daher der Schnellschluss an und das Duesenventil wird geschlossen. Die Turbine kann ebenfalls beschaedigt werden, wenn der Abdampfdruck 500 mbar uebersteigt, da es dann zur Ueberhitzungen am Turbinenende kommt, daher loest auch der Abdampfdruck den Schnellschluss aus. Eine Frischdampftemperatur von weniger als 450°C loest ebenfalls den Schnellschluss aus. 5.16 Der Generator. Der Generator ist ein Drehstrom - Synchrongenerator. Er wan- delt mechanische Energie in elektrische Energie um. Ueber einen Leistungsschalter wird er mit dem Drehstromnetz verbunden. Das funktioniert nur ohne erheblichen Schaden, wenn Spannung und Frequenz von Generator und Netz gleich sind und ueberdies beide phasengleich sind. Das Zuschalten von Generatoren wird daher ueblicherweise Schnellsynchronisiergeraeten ueberlassen. Generatoren und Motoren fuer elektrische Energie sind prinzipiell baugleich. Wenn der Generator einmal als Motor laeuft, weil die Turbine keine mechanische Energie liefert, schadet das dem Generator nicht. Die Turbine nimmt allerdings bei dieser Betriebsart Schaden, weil jetzt der Dampf Energie aufnimmt und seine Temperatur steigt ueber das zulaessige Mass. Wenn der Generator aus dem Netz Energie aufnimmt, laeuft das Rueckwattrelais an und schaltet nach 15 s den Generator ab. 5.17 Der Kondensator und die Strahlwasserpumpe. Der Kondensator ist ein grosser, unter dem Abdampfanschluss der Turbine angeordneter Behaelter. Ihn durchlaufen, von Kuehlwasser durchstroemte, Rohre. Der Abdampf der Turbine gibt an diese seine Verdampfungswaerme ab und kondensiert. Das Kondensat sammelt sich im Hotwell, einem Auffangbehaelter. Da der Abdampf den Raum nicht mehr erfuellt, stellt sich im Kondensator ein Druck von ca. 50 mbar ein. Dazu muss allerdings durch Undichtheiten eindringende Luft entfernt werden. Das leistet eine Wasserstrahlpumpe, die ihrer- seits von einer Strahlwasserpumpe versorgt wird. In den Hotwell muendet die Zusatzwasserleitung, ueber sie und das Zusatzwasser- ventil kann vollentsalztes Wasser in den Wasser/Dampfkreislauf eingespeist werden. Wenn der Wasserstand im Hotwell bis in den Kondensator steigt, gelangt der Abdampf nicht mehr an die Kuehl- wasserrohre, er kondensiert nicht mehr und der Abdampfdruck steigt schnell an. 5.18 Der Kuehlwasserkreislauf. Die vom Abdampf aufgenommene Verdampfungsenergie erwaermt das Kuehlwasser. Es fliesst zum Kuehlturm und gibt da etwa 1/3 der eingesetzten Energie an die Umgebung ab. Diese Energie ist leider kaum nutzbar, da das Kuehlwasser eine Temperatur von lediglich 30°C hat. Mittels einer Kuehlwasserpumpe wird das Kuehlwasser vom Kuehlturm ueber den Kondensator zurueck zum Kuehl- turm bewegt. Wenn die Kuehlwasserpumpe ausfaellt, erwaermt sich das Kuehlwasser im Kondensator rasch, der Abdampf kondensiert nicht mehr, der Abdampfdruck steigt und bald darauf spricht der Schnellschluss an. 5.19 Die Kondensatfoerderung. Das sich im Hotwell sammelnde Kondensat wird von der Konden- satpumpe ueber das Kondensatventil in den Speisewasserbehaelter gepumpt. Der Wasserstand im Hotwell sollte bei etwa 50 cm gehalten werden. 5.20 Der Speisewasserbehaelter. Der Wasserstand im Speisewasserbehaelter sollte 10 dm nicht unterschreiten, bei 6 dm wird die Speisepumpe abgeschaltet, 60 dm sollte er nicht ueberschreiten, bei 64 dm laeuft er ueber. Der Speisewasserbehaelter ist ein Vorratsbehaeltnis und gleicht Schwankungen im Wasser/Dampfkreislauf aus. Er ist ueber eine Leitung mit einer Anzapfung der Turbine verbunden. Dampf, der in der Turbine bereits Arbeit geleistet hat, wird so in das Wasser im Speisewasserbehaelter geleitet. Er waescht eventuell im Wasser geloesten Sauerstoff aus und waermt das Wasser vor, ausserdem bildet er ueber der Wasseroberflaeche ein Dampfpolster, dass den Luft- sauerstoff hindert, sich im Wasser zu loesen. 5.21 Eigenbedarf. Zum Betrieb eines Kraftwerkes ist elektrische Energie, der Eigenbedarf, notwendig. Waehrend des Anfahrvorganges liefert das Netz diese Energie, im Normalbetrieb wird sie vom Generator abgenommen. Zu ihrer Verteilung dient die Eigenbedarfschaltanlage. Nach dem Einschalten eines grossen Motors muss mit dem Einschalten des naechsten solange gewartet werden, bis der Anlaufstrom abgeklungen ist, da es sonst zu einer Ueberlastung der Eigenbedarf- schaltanlage kommen kann. 6.0 Maschinen ========= 6.1 Pumpen. Pumpen werden beschaedigt, wenn sie laenger als einige Sekunden laufen, ohne eine zur Kuehlung ausreichende Menge zu foerdern. Um eine Pumpe bei geringer Foerdermenge betreiben zu koennen, oeffnet man die Mindestmengenleitung. Sie laesst etwa 50 t/h vom Austritt der Pumpe zu dem Behaelter, aus dem die Pumpe foerdert, zurueckfliessen. Bei zu geringem Wasserstand in diesem Behaelter wird die Pumpe automatisch abgestellt, das nennt man " Trockenlaufschutz ". Ehe eine Pumpe in Betrieb genommen werden kann, sind das zugehoerige Regelventil und die Mindestmenge zu schliessen. Andernfalls koennte der Pumpenmotor wegen Ueberlastung abgeschaltet werden. Nach Abklingen des Anlaufstromes wird die Mindestmenge geoeffnet und dann die Foerdermenge durch Verstellen des Regel- ventiles eingestellt. Uebersteigt diese Menge 50 t/h, so sollte die Mindestmenge geschlossen werden. Die Speisepumpe hat als einzige Pumpe dieses Kraftwerks eine Hilfsoelpumpe, sie muss einige Minuten vor dem Starten der Speisepumpe eingeschaltet werden. 6.2 Geblaese. Das Frischluftgeblaese sollte nur bei geschlossener Frisch- luftklappe zugeschaltet werden, um eine Ueberlastung des Motors beim Anlaufen zu vermeiden. 6.3 Elektromotoren. Alle Pumpen und das einzige Geblaese werden durch Elektro- motoren angetrieben. Neben den Symbolen der Motoren sind die Anzeigen fuer die Motorbelastung dargestellt, sie zeigen die Auslastung in Prozent. Wenn die Belastung eines Motors laengere Zeit groesser als 100% ist, wird er, ehe er Schaden nimmt, abge- schaltet. Im Moment des Einschaltens nimmt ein Motor einen sehr hohen Anlaufstrom auf. Er kann bis 700 % des Nennstromes betra- gen. Das bedeutet eine starke Erwaermung des Motors. Daher duerfen grosse Motoren (Speisepumpe,Kondensatpumpe,Kuehlwasspumpe, Strahlwasserpumpe und Frischluefter) hoechstens dreimal je Stunde eingeschaltet werden. 7.0 Unterschiede zwischen Simulation und Realitaet. ============================================== Vorbilder fuer diese Simulation waren ein Kessel und eine Tur- bine in einem Industriekraftwerk, die allerdings stark "entfeinert" wurden. Nur die wichtigsten Unterschiede sollen hier aufgefuehrt werden. Beim realen Kessel gibt es eine linke und eine rechte Koksgasleitung, jede Brennstoffleitung kann durch einen Schieber abgesperrt werden, in jeder Leitung liegt eine Sicherheitsab- sperrung und eine Regelklappe. Die Simulation kommt mit einer Brennstoffleitung aus, die Funktionen von Absperrschieber und Sicherheitsabsperrung uebernimmt die Regelklappe zusaetzlich. Der reale Kessel ist mit zwei Frischluftgeblaesen und einem Rauchgasgeblaese ausgeruestet, der Druck im Feuerraum wird um ca. 1 mbar unter dem Atmosphaerendruck ein gestellt. Die Simulation kommt mit einem Frischluefter aus, der Feuerraumdruck wird nicht beachtet. Der reale Kessel hat zwei Dampfstraenge, jeden Ueberhitzer gibt es also zweimal, je einmal links und rechts, ausserdem sind bei ihm drei Ueberhitzer in Reihe geschaltet, dazwischen liegen zwei Dampfkuehler je Seite oder je Strang, also sechs Ueberhitzer und vier Kuehler, der Simulator kommt mit zwei Ueberhitzern und einem Ein- spritzkuehler aus. Das Anfahrventil uebernimmt bei der Simulation zusaetzlich die Funktion des Ueberdruck - Sicherheitsventiles. Die reale Turbine besteht aus einem Hochdruck- und einem Niederdruckteil. Sie wird durch zwei Dampfleitungen, in denen als Sicherheitsorgan je eine Hauptabschliessung liegt ueber vier Duesen- ventile mit Dampf versorgt. Der Dampfdruck vor Turbine wird vom Kessel konstant gehalten, durch Verstellen der Duesenventile wird die Dampfmenge und damit die Generatorleistung eingestellt. Die Simulation kommt mit einer Dampfleitung, einem Turbinenteil und einem Duesenventil, das die Sicherungsfunktion mit uebernimmt, aus. Die oelhydraulischen Sicherheits - und Regeleinrichtungen sind nicht dargestellt, da die Dampfaufnahme der simulierten Turbine aber vom Dampfdruck bestimmt wird (Gleitdruckbetrieb), faellt das nicht weiter ins Gewicht. In der Realitaet muessen die Wasserstaende in der Kuehlturmtasse und im Strahlwasserbecken in Grenzen konstant gehalten werden, in der Simulation werden sie als in Ordnung angenommen. Zur Verbesserung des Wirkungsgrades wird das Kondensat zwischen Kondensatventil und Speisewasser durch Waermetauscher, die aus weiteren Anzapfungen der Turbine beheitzt werden, vorgewaermt. Auch zwischen Speisepumpe und Speisewasserregelventil befinden sich Waermetauscher, in denen das Speisewasser vorgewaermt wird. Erstere werden Niederdruck-, die zweiten Hochdruckvorwaermer genannt, in der Simulation wurde darauf verzichtet. Entlueftungen und Entwaesserungen werden in der Simulation nur allgemein bedient, etwa zur Erinnerung. Das gesammte Gebiet der Wasserchemie wurde uebergangen. Von der gesamten Elektrik wurde nur das dargestellt, was vom Leitstand aus im Normalbetrieb zu bemerken ist. So steht der Eigenbedarf nach einem Totalausfall durch Ueberlastung beim Simulator sofort wieder zu Verfuegung. Erregung und Kuehlung des Generators werden als vorhanden vorausgesetzt. Zeitablaeufe wurden teilweise verkuerzt, Wartezeiten dienen nur der Erinnerung. Von der Leittechnik sind nur Sicherheitseinrichtungen und Meldeanlage nachgebildet, auf alles, was der Entlastung des Personals dient, naemlich Steuerung und Regelung, wurde verzichtet, nur so erhaelt der Benutzer die Moeglichkeit, sich ein Bild von der Bedienung eines Kraftwerkblockes zu machen, vor allem, wenn er bedenkt, dass er sich im Leitstand eines realen Kraftwerkes einer viel groesseren Zahl von Schaltern, Leitgeraeten, Anzeigern und Schreibern gegenueber sieht und dass es dort vieles mehr zu beachten gilt als bei dieser stark vereinfachten Simulation. Auf der anderen Seite wird der Zustand der wichtigsten Anlagenteile zu jeder Zeit angezeigt, beim realen Kraftwerk sind diese Informationen nur unter hohem Aufwand und nur waehrend eines Stillstandes zu erlangen. 8.0 Betriebsanleitung ================= 8.1 Kessel fuellen. Nach jedem Programmstart steht der Trommelwasserstand auf -50 cm, das heisst aber nicht, dass da auch der Wasserstand waere, sondern nur, dass gerade da das Ende des Messbereiches des Wasser- standanzeigers ist. Der Kessel ist leer. Um ihn zu fuellen, muessten Sie Wasser mit der Speisepumpe aus dem Speisewasserbehaelter in den Kessel pumpen. Der Speisewasserbehaelter ist auch leer. Sie koennen ihn nur mit der Kondensatpumpe aus dem Hotwell fuellen, aber im Hotwell findet sich ebenfalls kein Wasser. Oeffnen Sie das Zusatz- wasserventil vollstaendig und beobachten Sie den Hotwellwasserstand. Wenn er etwa 25 cm erreicht hat, schalten Sie die Kondensatpumpe ein und oeffnen die Kondensatmindestmenge (unter "Armaturen" und "Kondensatpumpe"). Mit dem Kondensatventil stellen Sie eine Kondensatmenge ein, die gerade unter der Zusatzwassermenge liegt, Sie wollen erreichen, dass der Speisewasserbehaelter gefuellt wird und gleichzeitig der Hotwellwasserstand auf ca. 50 cm ansteigt. Also muessen Sie auch den Wasserstand des Speisewasserbehaelters kontrollieren. Wenn er auf ca. 8 dm gestiegen ist, koennen Sie die Speisepumpe einschalten. Vorher sollte aber bereits die Hilfsoel- pumpe der Speisepumpe laufen, also schalten Sie sie sofort ein (unter "Armaturen" und "Speisepumpe"). Nachdem die Speisepumpe eingeschaltet ist, schaltet sich die Hilfsoelpumpe automatisch ab, da die Oelpumpe der Speisepumpe dann genuegend Oel foerdert. Der Wasserstand im Speisewasserbehaelter steigt nur langsam, nuetzen Sie die Zeit zu einem " Rundgang ", kontrollieren Sie alle Anzeiger, Leitgeraete und Schalter, ob alles in Ordnung ist und richtig eingestellt ist. Oeffnen Sie bei dieser Gelegenheit die Kesselentlueftung und Entwaesserung ("Armaturen", "Kessel") und stellen Sie das Anfahrventil auf etwa 25 %. Speisepumpe ein- schalten, Mindestmenge oeffnen ("Armaturen", "Speisepumpe") und die Speisewassermenge auf hoechstens 50 t/h einstellen um den Kessel zu fuellen sind die naechsten Verrichtungen. Vergessen Sie nicht, die Anzeigen zu kontrollieren und machen Sie ab und zu Ihren " Rundgang ". Dabei werden Sie feststellen, dass nach einiger Zeit ca. 1 t/h Anfahrdampfmenge angezeigt wird, obwohl der Kessel noch keinen Dampf erzeugt. Dabei handelt es sich um die Luft, die vom einstroemenden Wasser verdraengt wird und ueber das Anfahrventil entweicht. Ueber die Entlueftung und die Entwaesserung gelangt ebenfalls Luft ins Freie, sie wird aber nicht angezeigt. Im uebrigen heisst es warten, bis sich der Trommelwasserstand endlich ruehrt und nach ca. 35 Minuten -5 cm erreicht hat. Schalten Sie die Speisepumpe ab und schliessen Sie die Mindestmenge, Sie brauchen die Pumpe in der naechsten Zeit nicht. Wenn der Wasserstand des Speisewasserbehaelters ungefaehr 40 dm erreicht hat, koennen Sie die Kondensatpumpe abschalten. Das Zusatz- wasserventil sollten Sie auch schliessen, den Hotwellwasserstand haben Sie ja auf ca. 50 cm eingestellt. Kondensatmindestmenge nicht vergessen! Der Kessel ist gefuellt. Falls Sie nicht ueber die Datei "GEFUELLT.INF" verfuegen, so sollten Sie sie jetzt mit "Zustand sichern" auf Diskette speichern. 8.2 Kessel vorbelueften. Schalten Sie dazu den Frischluefter ein und schalten Sie alle Brenner ein (unter "Armaturen"). Stellen Sie mit der Frischluft- klappe eine Luftmenge von mindestens 85 000 Nm³/h ein, nach 60 Sekunden ist der Kessel ausreichend vorbelueftet, Sie sollten die Meldungen dabei beachten und koennen die Luftmenge auf mindestens 15 000 Nm³/h einstellen. Stellen Sie die Frischluftklappe auf ca. 12% und schalten Sie dann fuenf Brenner ab. Damit ist der Kessel zuendbereit. Sie koennen auch diesen Zustand als "ZUENDBER.INF" speichern. 8.3 Kessel anfahren. Stellen Sie die Koksgaklappe auf 2%, es sollte sich eine Koksgasmenge von 1500 Nm³/h einstellen. Falls sich bei dieser Prozedur der Brenner abschaltet, muessen Sie nochmal vorbelueften. Wenn alles geklappt hat, wird nach einiger Zeit der Trommel- wasserstand steigen, das Wasser im Verdampfer und in der Trommel erwaermt sich und dehnt sich aus. Mit dem Trommelablassventil halten Sie den Wasserstand zwischen -5 und +5 cm. Beobachten Sie die Anzeigen fuer Druecke und Temperaturen. Die Kesselentwaesserungen schliessen Sie, wenn die Temperaturen vor Einspritzung, Kesselaus- tritt und Frischdampf alle 180°C ueberschritten haben. Nach laengerer Zeit fallen diese drei Temperaturen und fast gleichzeitig wird Anfahrdampfmenge angezeigt. Bald steigt der Trommeldruck und auch Frischdampfdruck wird angezeigt. Wenn der Frischdampfdruck 2 bar anzeigt, schliessen Sie die Kesselentlueftungen. Irgendwann wird der Trommelwasserstand fallen, obwohl das Trommelablassventil geschlossen ist. Bereiten Sie dann die Speise- pumpe zum Einschalten vor, Sie muessen verhindern, dass der Trommel- wasserstand -10 cm erreicht (siehe unter "Grenzwerte"). Durch vorsichtiges Veraendern der Einspritzwassermenge, der Brennstoffmenge und des Anfahrventiles sollten Sie erreichen, dass der Frischdampfdruck ca. 22 bar, die Anfahrdampfmenge ca. 10t/h und die Frischdampftemperatur 460 - 480°C betragen. Zwischendurch, bei einem Trommeldruck von 20 bar sollten Sie durch Oeffnen und anschliessendes Schliessen der Entlueftung den Kessel nachentlueften. 8.4 Turbosatz Anfahren. Oeffnen Sie bitte die Turbinen - Entwaesserung und schalten Sie die Hilfsoelpumpe der Turbine ein ("Armaturen" und "Turbine"). Nach mindestens 5 Minuten Wartezeit schalten Sie auch das Wellendrehwerk ein. Wenn die Frischdampftemperatur 350°C erreicht hat und der Frischdampfdruck ist groesser als 3 bar koennen Sie die Sperrdampf- versorgung in Betrieb nehmen. Danach starten Sie die Strahlwasser- pumpe und der Abdampfdruck (im Moment ist das noch Luftdruck) beginnt zu fallen. Schalten Sie jetzt auch die Kuehlwasserpumpe ein. Wenn er bis auf 500 mbar gefallen ist und die Frischdampftemperatur hat 450°C ueberschritten, oeffnen Sie das Duesenventil auf ca. 7% um die Turbine vorzuwaermen. Nach 5 Minuten ist die Turbine soweit vor- gewaermt, dass Sie sie anstossen koennen. Wenn der Frischdampfdruck 22 bar erreicht hat, oeffnen Sie das Duesenventil weiter, wobei Sie die Frequenzanzeige beobachten. Bei einer Anzeige von 2 Hz, das entspricht einer Drehzahl von 120 je Minute, schalten sie das Wellendrehwerk aus. Steigern Sie die Drehzahl und damit die Frequenz auf 12 Hz, d.h. waehrend der naechsten 5 Minuten soll die Frequenz ununterbrochen zwischen 11 und 13 Hz betragen. Danach steigern Sie die Frequenz rasch auf 50 Hz (3000 U/min). Bei dieser Frequenz schaltet sich die Hilfsoelpumpe automatisch ab. Stabilisieren Sie diese Frequenz und Schalten sie "Synchronisieren" ein. Nach etwa 12 Sekunden schliesst sich der Generator - Leistungs- schalter, falls die Freqenz sich waehrend dieser Zeit nicht geaendert hat. Andernfalls muessen Sie nochmal die Frequenz stabilisieren und das Synchronisiergeraet starten. Wenn der Schalter geschlossen ist, ist der Generator am Netz. Durch weiteres Oeffnen des Duesenventiles erhoehen Sie die Generator- leistung auf 2 MW und halten Sie 5 Minuten konstant. Danach koennen Sie die Entwaesserung schliessen und die Leistung mit etwa 1 MW/min steigern, bis das Duesenventil vollstaendig geoeffnet ist. Waehrend der gesamten Anfahrzeit sollten Sie, durch langsames Schliessen des Anfahrventiles, verhindern, dass der Frischdampfdruck faellt, ausserdem muessen Sie den Hotwellwasserstand mit der Konden- satpumpe und dem Kondensatventil kontrollieren. 8.5 Block belasten. Durch steigern der Brennstoffmenge und der Luftmenge koennen Sie den Block dazu bringen, mehr und mehr elektrische Energie ins Netz zu liefern. Achten Sie dabei auch auf die Rauchgasanzeigen, der Sauerstoffanteil im Rauchgas ( O2 ) sollte bei 2 % liegen, Co im Rauchgas ist zu vermeiden. Bei jeder Brennstoffaenderung ist zu ueberpruefen ob Sie Brenner zu- oder abschalten sollten. Ein Brenner muss mindestens 1500 Nm³/h und darf hoechstens 5000 Nm³/h Koksgas verbrennen, andernfalls wird er abgeschaltet. Sie sollten eher mehr als weniger Brenner in Be- tieb haben, wenn Ihnen ein Brenner ausfaellt und alle Brenner sind stark belastet, so kann das dazu fuehren, dass alle Brenner nachein- ander ausfallen. Die Frischdampftemperatur kontrollieren Sie mit dem Ein- spritzventil, sie sollte zwischen 495 und 505°C betragen. Beim Gleitdruckbetrieb, wie hier, aendert sich die Leistung mit dem Dampfdruck. 8.6 Betrieb. Wichtig sind staendig wiederholte Kontrollen aller Anzeigen, so werden Fehler frueh erkannt und korrigiert, ehe sie zu groesseren Stoerungen fuehren. Sind Verstellungen erforderlich, verstellen Sie eher weniger als zuviel. Bevor Sie nochmals eingreifen, warten Sie ab, bis Beharrung eingetreten ist. Ueberschlagsrechnungen fuer die Staerke der Eingriffe schuetzen Sie vor Ueberraschungen. Dass Sie die Grenzwerte direkt abfragen koennen, sollte Ihnen helfen, sie auswendig zu lernen. 8.7 Turbosatz abstellen Vermindern Sie langsam und moeglichst gleichmaessig und gleich- zeitig die Brennstoff- und die Frischluftmenge, sodass die Leistung mit etwa 1 MW pro Minute sinkt. Halten Sie den Trommelwasserstand und den Hotwellwasserstand im erlaubten Bereich und kontrollieren Sie die Temperatur Kesselaustritt mit dem Einspritzventil. Wenn die Speisewassermenge 50 t/h unterschreitet, oeffnen Sie die Min- destmenge der Speisepumpe, das gleiche gilt fuer die Kondensatmenge und die Kondensatpumpe. Bei einer Leistung von 3 MW oeffnen Sie das Anfahrventil langsam bis ca. 15%. Schliessen sie das Duesenventil langsam. Beachten Sie dabei, dass die Leistung nicht zu schnell sinkt. So erreichen Sie, dass der Generator Energie aus dem Netz aufnimmt. Das Rueckwattrelais schaltet nach 15 Sekunden den Genera- tor vom Netz. Sofort sinkt die Frequenz und Sie muessen die Hilfs- oelpumpe zuschalten und koennen bei der Gelegenheit die Turbinenent- waesserung oeffnen. Diese Vorgehensweise ist allgemein ueblich und aus Gruenden der Sicherheit zu empfehlen. Wuerden Sie statt dessen den Generator vom Netz trennen, waehrend er noch Energie ins Netz liefert, so wuerde sich nach dem Abschalten die Drehzahl rasch erhoehen und der Schnellschluss wuerde ansprechen. Wenn dann ein wichtiges Teil versagt, koennte die Drehzahl soweit ansteigen, dass schwere Schaeden die Folge waeren. Schalten Sie die Kondensatpumpe ab und schliessen Sie das Kondensatventil und die Mindestmenge. Wenn die Frequenz auf 1 Hz gesunken ist, ist es Zeit, das Wellendrehwerk einzuschalten, sperren Sie den Sperrdampf und schalten Sie Strahlwasserpumpe und die Kuehlwasserpumpe ab. 8.8 Kessel abstellen. Nach dem Abstellen des Turbosatzes vermindern Sie die Koks- gasmenge bis auf 1500 Nm³/h. Die Luftmenge wird auf 15000 Nm³/h abgesenkt. Halten Sie diesen Zustand etwa 5 Minuten, dann schalten Sie den letzten Brenner ab, schliessen die Koksgasklappe und die Frischluftklappe und schalten dann den Frischluefter ab. Durch langsames schliessen des Anfahrventiles sorgen Sie dafuer, dass die Temperatur vor Einspritzkuehler nicht zu schnell sinkt, sollte die Temperatur am Kesselaustritt ansteigen, so haben Sie das Anfahrventil zu schnell gedrosselt. Wenn die Verdampfung beendet ist, koennen Sie die Speisepumpe abschalten, die Mindest- menge und das Speisewasserventil schliessen. 9.0 Schlusswort. Ich hoffe, Sie verlieren bei den Anfangsschwierigkeiten nicht den Mut, dann werden Sie mit der Zeit einen Einblick in die Kraft- werktechnik erhalten. Im Uebrigen wuensche ich Ihnen viel Vergnuegen. C.Wuensche 10.0 Grundlagen ========== 10.1 Wasser und Wasserdampf. Wenn man Wasser erwaermt, ihm also Energie zufuehrt, steigt seine Temperatur, bis der Siedepunkt erreicht ist. Dabei dehnt es sich aus, der Wasserstand im Gefaess steigt. Wenn Sie dieses Experiment in Hoehe des Meeresspiegels ausfuehren, sollte die Siedetemperatur 100°C betragen, auf einem hohen Berg wuerden Sie eine geringere Siedetemperatur messen. Daraus folgt, dass die Siedetemperatur vom Druck ueber dem Wasser abhaengt. Wenn man den Druck auf ein Zwanzigstel des Atmosphaerendruckes einstellt, das sind etwa 50 mbar, so sinkt die Siedetemperatur auf etwa 33°C. Fuehren Sie dem Wasser noch mehr Energie zu, so steigt die Temperatur nicht weiter, es beginnt aber zu sprudeln. Im Wasser bilden sich Dampfblasen, sie sind leichter als das umgebende Wasser, sie steigen nach oben und platzen, das Wasser verdampft. Es ist vom fluessigen in den gasfoermigen Aggregatzustand ueberge- gangen. Gase sind unsichtbar, was Sie aufsteigen sehen sind winzige Wassertropfen, die sich da bilden, wo der Dampf Energie an die umgebende Luft abgibt. Um 1 kg Wasser von 20°C auf 100°C zu erwaermen, braucht man eine Energie von 335 kJ (Kilojoule), um die gleiche Menge Wasser zu verdampfen braucht man 2261 kJ. Wenn Sie die Temperatur der gleichen Menge Dampf um 80°C steigern wollen, brauchen Sie ca. 160 kJ. Alle diese Prozesse sind umkehr- bar, wenn Wasserdampf kondensiert, wird dabei eine Waermemenge von 2261 kJ je kg frei. Wenn sich in einem geschlossenem Raum zur gleichen Zeit Wasser und Wasserdampf befinden, so haben beide die gleiche Temperatur, naemlich die Siedetemperatur, sie heisst auch Sattdampftemperatur und ist vom Druck im Behaelter abhaengig. Trennt man den Dampf vom Wasser, etwa indem man ihn durch eine Rohrleitung abfliessen laesst und fuehrt man ihm Energie zu, so steigt seine Temperatur. Dampf wird als Sattdampf bezeichnet, wenn seine Temperatur der Sattdampftemperatur entspricht und bei hoeherer Temperatur spricht man von Heissdampf. 10.2 Verbrennung von Koksgas. Luft besteht zu 21% aus Sauerstoff, zu 78% aus Stickstoff und der Rest, naemlich 1%, sind Kohlendioxyd und Edelgase. Koksgas besteht zu ca. 50% aus Wasserstoff, zu ca. 25% aus Methan und Aethen ca. 10% sind Kohlenmonoxyd, der Rest sind Stick- stoff und Kohlendioxyd. Wenn man Luft und Koksgas an einem Brenner zusammenfuehrt und entzuendet, so verbindet sich der Wasserstoff mit dem Sauerstoff der Luft zu Wasser, ebenso der Wasserstoffanteil des Methans und des Aethens, der Kohlenstoff des Methans und des Aethens und das Kohlenmonoxyd verbinden sich mit Sauerstoff zu Kohlendioxid. Das gilt natuerlich nur, solange genuegend Sauerstoff zur Verfuegung steht. Als Verbrennungsprodukt entsteht ein Rauch- gas, dass aus Wasserdampf, Kohlendioxyd, Stickstoff und etwa 2% Sauerstoff besteht. Damit auch jedes Kohlenstoffatom seine zwei Sauerstoffatome findet, muessen wir einen geringen Luftueberschuss am Brenner einstellen, daher die ca. 2% Sauerstoff, andernfalls wuerde sich Kohlenmonoxyd bilden und wir muessten uns sagen lassen, dass wir unsere Umwelt, mehr als unbedingt notwendig, schaedigen. Ein groesserer Luftueberschuss wuerde bedeuten, dass die Waermeenergie sich auf eine groessere Rauchgasmenge verteilt, somit waere die Rauchgastemperatur geringer, ausserdem wuerde eine groessere Rauch- gasmenge mehr Waermeenergie ueber den Schornstein in die Umwelt transportieren. Beides verschlechtert den Wirkungsgrad und schae- digt die Umwelt. Die Entstehung von Stickoxyden wird hier nicht beachtet, da sie von konstruktiven Umstaenden weit mehr abhaengt als von der Betriebsweise. 10.3 Verwendete Masseinheiten bar Bar Druck 1 bar ist etwa der Atmosphaerendruck, hier wird allerdings, wie es in der Kraftwerktechnik oft vorkommt, damit Ueberdruck gemeint, obwohl das nicht korrekt ist. Bei Atmosphaerendruck sollten die Druckanzeiger eigentlich 1 bar anzeigen, sie zeigen hier jedoch 0 bar an. cm Zentimeter Laenge dm Dezimeter = 10 cm Laenge E Einheit 1 E ist keine Masseinheit und wird hier nur der Voll- staendigkeit halber erwaehnt, damit ist der kleinste Unterschied gemeint, den ein Zaehler anzeigen kann. Hz Hertz Frequenz 1 Hz bedeutet eine Periode einer Schwingung je Sekunde. kJ Kilojoule Waermeenergie 1 kJ sind 1000 J oder 1000 Ws ( Wattsekunden ). kWh Kilowattstunde Elektrische Energie 1 kWh sind 3600 kJ. m³ Kubikmeter Wasservolumen 1 m³ Wasser wiegt etwa eine Tonne. mbar Millibar Druck (absolutdruck) 1 mbar ist ein tausendstel bar, wird hier korrekt verwendet, 1000 mbar entsprechen dem Atmosphaerendruck, 0 mbar ist der Druck des Vakuums. MW Megawatt Elektrische Leistung 1 MW entspricht 1000 kW oder 1360 PS, wenn diese Leistung eine Stunde lang in Anspruch genommen wurde, wurde 1 MWh Energie verbraucht. Nm³ Normkubikmeter Gasmenge 1 Nm³ ist die Gasmenge, die bei einer Temperatur von 20°C und bei Atmosphaerendruck einen Wuerfel von 1 m Kantenlaenge fuellt. Nm³/h Normkubikmeter pro Stunde Gasdurchfluss t/h Tonnen pro Stunde Durchfluss bei Dampf und Wasser Wasser U/min Umdrehungen pro Minute Drehzahl °C Grad Celsius Temperatur 0°C ist die Temperatur des schmelzenden Eises, 100°C ist die Temperatur des siedenden Wassers bei Atmos_ phaerendruck, der Temperunterschied zwischen beiden Werten betraegt 100 K ( Kelvin ), wenn hier ein Tem- peraturunterschied mit °C angegeben wurde, so ist das leicht verstaendlich, aber nicht ganz richtig. 10.4 Erlaeuterung einiger Begriffe Block Kleinste Kraftwerkseinheit, besteht aus einem Kessel und einem Turbosatz und allen Hilfs- und Nebeneinrichtungen, die zum Betrieb notwendig sind. Um die Folgen von Betriebsstoerungen zu begrenzen, achtet man darauf, dass man Kraftwerksbloecke soweit wie moeglich isoliert. Festkosten Sind alle Kosten, in DM, auf die die betriebsweise keinen Einfluss hat. Das sind zum Beispiel die Loehne und Gehaelter, Amortisation, Zinsen fuer Kre- dite und sicherlich auch Steuern. Brennstoff- kosten, die Kosten fuer vollentsalztes Wasser und elektrische Energie zaehlen nicht dazu. Heizwert ist die Waermemenge, die frei wird, wenn man eine bestimmte Menge eines Stoffes restlos mit Sauer- stoff verbindet, also verbrennt. Labyrinthdichtung Die Wellendurchfuehrungen der Turbine muessen, wegen der grossen Druckunterschiede, abgedichtet werden. Dazu finden sich auf der Welle in geringen Abstaenden radiale Blechringe. Im Gehaeuse befinden sich ebenfalls solche Ringe, die in die Luecken zwischen den Ringen der Welle ragen. Damit kann die Wellendurchfuehrung zwar nicht vollstaendig abge- dichtet werden, aber die durchtretende Dampfmenge ist gering. Auf der Abdampfseite der Turbine wird in das Lbyrinth Sperrdampf stoemen lassen, um zu verhindern, dass Luft in den Abdampfraum eindringt. Leistungsschalter ist im Gegensatz zum Steuerschalter ein Schal- ter, der den Energiefluss direkt herstellen oder unterbrechen kann. Er verfuegt immer ueber Vorrich- tungen zum Loeschen von Lichtboegen, die beim Ab- schalten von groesseren Leistungen entstehen. Leitstand Der Raum, in dem sich die Bedienelemente befinden. In das Steuerpult sind die Leitgeraete und die Steuerschalter eingebaut. Der Pultaufbau ist mit den Anzeigern bestueckt. Dahinter steht die Schrei- bertafel, in sie sind die Schreiber eingebaut. Protokoll Das Bedienungspersonal traegt stuendlich alle wich- tigen Messwerte in einen Vodruck ein. Auf diesem findet man 24 Zeilen, fuer jede Stunde des Tages eine, und fuer jeden Messwert eine Spalte. Damit wird auch erreicht, dass wenigstens einmal je Stunde die wichtigsten Zustaende kontrolliert werden. Punktschreiber sind Registriergeraete, die auf Papierstreifen, in gleichen Zeitabstaenden, Punkte drucken. Jeder Punkt stellt den Momentanwert einer Messgroesse dar. Ein Punktschreiber kann verschiedene Messtellen auf einem Diagramm darstellen. Fuer jede Messtelle ergibt sich dann eine Kette von Punkten, die im Idealfalle zu einer durchgehenden Linie wird. Restlebensdauer Ein Kraftwerksneubau hat vor der Inbetrieb- nahme eine Restlebensdauer von 100%. Wenn wir davon ausgehen, dass es nie geschaedigt wurde und auch nicht oefter an- und abgefahren wurde als bei der Konstruktion vorgesehen war und dass es fuer eine Lebensdauer von 25 ausgelegt ist, so sollte es nach 12,5 Jahren eine Restlebensdauer von 50% haben. In Wirklichkeit wird die Restlebensdauer fuer einzelne Teile des Kraftwerks bei laengeren Stillstaenden, die der Ueberholung dienen, durch aufwendige Messungen und Pruefungen bestimmt. Bei dieser Simulation sollte die Restlebensdauer immer 100% betragen. Steuerschalter sind Schalter, die in der Regel von Menschen direkt betaetigt werden und eine Aktion ausloesen. Sie geben z.B. einen Befehl an einen Leistungsschalter. Turbosatz Baueinheit aus Dampfturbine und Generator. Verdampfungspunkt ist der Ort im Kessel, an dem das Wasser in den gasfoermigen Zustand uebergeht. Wellendurchfuehrung heisst die Stelle an der Turbine, wo die Welle durch das Gehaeuse nach aussen tritt. 11.0 Versuche ======== 11.1 Versuch zur Sattdampftemperatur. Ein kleines Experiment sagt da mehr als viele Worte: Laden Sie bitte "EXPERIM.INF", und notieren Sie den Trommeldruck, die Temperatur Kesselaustritt und die Temperatur nach Einspritzung. Falls Ihnen diese Bezeichnungen noch nicht viel sagen, so gehen Sie mit dem Mauszeiger ganz nach rechts oben in die Menue- zeile und waehlen Sie unter "Hilfe" weiter "Messtellen", dann sollten Sie finden, was Sie suchen. Unter "Leitgeraete" finden Sie das "Einspritzventil", oeffnen Sie es bitte langsam bis auf ca. 17% und beobachten Sie dabei die Einspritzwassermenge und die Temperatur nach Einspritzung. Was da vorgeht haben Sie erwartet: Die Einspritzwassermenge steigt und die Temperatur nach Einspritzung faellt. Nach kurzer Zeit faellt auch die Temperatur Kesselaustritt. Wenn Sie die Einspritzwasser- menge weiter steigern, werden Sie feststellen, dass die Temperatur nach Einspritzung nicht mehr faellt, es hat sich die Sattdampftem- peratur eingestellt. In den 2.Ueberhitzer stroemt jetzt ein Gemisch aus Wasser und Dampf. Das Wasser verdampft und die Temperatur Kesselaustritt faellt. Die Temperatur nach Einspritzung sollte nun sogar gerinfuegig ansteigen, da der Dampfdruck im Kessel steigt, damit auch die Sattdampftemperatur. Probieren Sie ruhig noch etwas, Sie ruinieren damit keinen realen Dampferzeuger, mit dem koennte man soetwas nicht ungestraft versuchen. Waehlen Sie bitte unter "Erfolg" einmal "Anlage", Sie finden da die Restlebens- dauern der wichtigsten Anlagenteile, da steht jetzt sicher nicht mehr ueberall 100%. 11.2 Versuch zum Luftueberschuss. An dieser Stelle soll ein weiteres Experiment den Sachver- halt verdeutlichen. Laden Sie bitte den Zustand "12MW.INF". Sehen Sie sich bitte die Kesselschreiber und die Maschinen- schreiber an, der Zustand ist einigermassen stabil. Oeffnen Sie jetzt bitte die Frischluftklappe auf ca. 55%, nach einiger Zeit erreicht der Sauerstoffanteil im Rauchgas 10%, falls nicht, oeffnen Sie die Frischluftklappe noch etwas. Veraendern Sie bitte die Koksgasmenge nicht. Durch langsames schliessen des Einspritz- ventiles versuchen Sie die Temperatur Kesselaustritt auf 500°C zu halten, wenn das Ventil geschlossen ist, bleibt nichts anderes uebrig, als zuzusehen, wie die Temperatur faellt. An den Schreibern laesst sich das Ergebnis des Versuches am besten beurteilen.