Die Entwicklung im Kesselbau

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Wolfgang Noot
Vom Kofferkessel bis zum Großkraftwerk –
Dieses Buch bietet einen umfassenden Überblick über
die Entwicklung im industriellen und gewerblichen
Kesselbau. Es dient Ingenieuren, Technikern sowie
Technikbegeisterten als wichtiges Nachschlagewerk,
um sich über dieses spannende Thema detailliert und
umfangreich zu informieren.
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Wolfgang Noot
Vom Kofferkessel
bis zum
Großkraftwerk –
Die Entwicklung
im Kesselbau
Grundlagen
Konstruktion
Anwendungen
VULKAN
VULKAN
Das Buch beschreibt mit über 600 farbigen Grafiken,
Abbildungen und Tabellen die vielseitige Entwicklung
im Dampfkesselbau, beginnend mit dem von James
Watt entwickelten Kofferkessel aus dem Jahre 1776
bis in die heutige Zeit. Ausführlich besprochen werden
etwa 250 Dampfkessel, wie sie in Industrie, Gewerbe
und in Großkraftwerken zum Einsatz kommen.
Vorgestellt werden ebenso Kessel zum Antrieb von
Schiffen sowie von historischen Lokomotiven und
Straßenfahrzeugen. Da unter den Vorreitern von
Industriekesseln auch „Haushaltskessel“ waren, sind
diese in die Dokumentation einbezogen. Umfassend
behandelt werden zudem zugehörige Feuerungsanlagen. Die Darstellung findet sinnvolle Ergänzung
durch grundlegende Erläuterungen aus den Bereichen
der Bruchmechanik, Wärmetechnik sowie Strömungsund Verbrennungslehre.
Vom Kofferkessel bis zum Großkraftwerk –
Edition
Edition
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Vom Kofferkessel
bis zum Großkraftwerk –
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Bibliografische Information Der Deutschen Bibliothek
Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie;
detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.ddb.de abrufbar.
ISBN 978-3-8027-2558-6
1., überarbeitete Auflage
© 2011 Vulkan-Verlag GmbH
Huyssenallee 52–56, 45128 Essen, Deutschland
Telefon: 0201 82002-0, Internet: www.vulkan-verlag.de
Lektorat/Projektmanagement: Stephan Schalm, E-Mail: [email protected]
Satz und Gestaltung: e-Mediateam Michael Franke, Bottrop
Titelfotos: © clearviewstock; Fran Ott; KaferPhoto; Ludovic LAN – alle Fotolia.com
sowie Baumgarte, E. A.; Viessmann Werke
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Oschatz AZ2
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V
Vorwort
Ich war fast vierzig Jahre unter anderem auf dem Gebiet der
Kesseltechnik beschäftigt. Nach Ende meiner beruflichen Tätigkeit habe ich fast verlorenes Wissen aus dem Bereich des
Kesselbaus zusammengetragen. Mit Hilfe der Industrie, von
Museen und privaten Sammlern, nicht zuletzt auch mit eigenem Bildmaterial konnte ich
auf fast 600 Seiten neben technischen Beschreibungen rund 660, vielfach farbige Abbildungen, Grafiken und Diagramme in das Buch aufnehmen und so die Entwicklung im
Dampfkesselbau, beginnend mit der Erfindung des Kofferkessels durch James Watt im
Jahr 1776, bis in unsere Tage abbilden.
Ich sehe die Aufgabe dieses Buches nicht darin, Regelwerke und technische Berechnungen wiederzugeben. Vielmehr habe ich versucht, die konstruktiven Merkmale einzelner
Dampfkessel, ihre Vor- und Nachteile, gegebenenfalls auch Schadensanfälligkeiten zu beschreiben und miteinander zu vergleichen, wobei der Begriff „Dampfkessel“ recht umfassend ausgelegt wurde. Soweit mir noch entsprechende Unterlagen verfügbar waren, habe
ich darüber hinaus grundlegende Kesselbauarten aus dem französischen, englischen,
amerikanischen und russischen Raum in meine Betrachtungen einbezogen.
So ist ein umfangreiches Bild über die Entwicklung des Dampfkessels, betrieben zu Lande, zu Wasser sowie auf Straße und Schiene entstanden. Zur Abrundung des Themas
sind Dampfkessel, wie sie in verschiedenen Kernkraftwerken betrieben werden, ebenso
erwähnt wie Entwicklungen in der Solartechnologie.
Ich möchte mich bei all jenen Personen und Firmen bedanken, die durch Bereitstellung
von technischen Unterlagen dieses Buch erst möglich gemacht haben. Ebenso gilt der
Dank den Mitarbeitern jener Museen oder Ausstellungen, die bei der Beschaffung von
Bildmaterial behilflich waren.
Nicht zuletzt gilt mein Dank dem Vulkan-Verlag, hier insbesondere Herrn Dipl.-Ing.
Stephan Schalm für die Hilfe bei der Umsetzung meines Projektes.
Dipl.-Ing. Wolfgang Noot
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VI
Hinweise:
1. Die in der Dokumentation verwendeten Formelzeichen und -größen bzw. die Einheiten wurden nicht angepasst, sondern in der Form belassen, die zu ihrer Zeit gebräuchlich war.
2. Es wurde versucht, die in diesem Buch enthaltenen grafischen Darstellungen farbig
zu gestalten. Hierbei wurde die nachfolgende einheitliche Farbregelung angestrebt:
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VII
Inhaltsverzeichnis
Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1
Allgemeine Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.11
1.12
1.13
1.14
1.15
Die Rohrformel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Das Lastwechselverhalten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Die Wärmeübertragung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Die Heißwassererzeugung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Thermische und druckinduzierte Beanspruchungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Die Dampferzeugung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Die Wasser-Dampf-Tabelle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Das Korrosionsverhalten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
A. Wasserseitige Korrosionen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
B. Rauchgasseitige Korrosionen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Das T,s-Diagramm / Die Überhitzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Das Anfahren und der Betrieb eines Dampfkessels . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
A. Der Natur- und Zwangsumlaufkessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
B. Der Zwangsdurchlaufkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Die Kavitation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
Das Gleichstrom- und das Gegenstromprinzip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
Die NOx-Bildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Der Wärmeträger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
Die Dampfmaschine / Der Dampfmotor / Die Dampfturbine. . . . . . . . . . . 59
2
Feuerungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
2.10
2.11
2.12
Die Planrost-Innenfeuerung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die Staubfeuerung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die Unterwindfeuerung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die Turbostrahl-Düsenroststab-Feuerung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die Wurfbeschickung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die Unterschubfeuerung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die Stoker-Feuerung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der KSG-Unterschubrost. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die stehende Zyklonfeuerung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die automatische Entaschung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Polygon-Schrägrost. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Schüttelrost. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.9
1.10
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63
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67
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69
70
70
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VIII
Inhaltsverzeichnis
2.13
2.14
2.15
2.16
2.17
2.18
2.19
2.20
2.21
2.22
2.23
2.24
2.25
2.26
2.27
2.28
2.29
2.30
2.30.1
2.30.2
2.30.3
2.30.4
2.31
2.31.1
2.31.2
2.31.3
2.31.4
2.32
Der Vorschubrost. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
Der Gegenschubrost. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
Der Stößelvorschubrost. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
Die TENBRINK-Feuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
Der Treppenrost. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
Der Etagenrost. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
Der DONNELEYS-Wasserröhrenrost . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
Der Kettenrost. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
Der Wanderrost. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
Der Wurfwanderrost (Speader-Stoker). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
Der Walzenrost . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
Der Kohlenstaub-Wirbelbrenner. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
Der Kohlenstaub-Flachbrenner. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
Die geschlossene Schmelzfeuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
Die Zyklonschmelzfeuerung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
Die Drehstrom-Kohlenstaubfeuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
Die Kohlemühlen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
Die Wirbelschichtfeuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
Die stationäre Wirbelschichtfeuerung (SWF) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
Die zirkulierende Wirbelschichtfeuerung (ZWF) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
Die Überdruck-Wirbelschichtfeuerung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
Die IGNIFLUID-Feuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
Die Ölfeuerung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
Der Rücklauf-Drucköl-Zerstäuberbrenner. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
Der Druckzerstäuberbrenner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
Der Rotationszerstäuberbrenner. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
Der (Luft-)Dampfdruck-Zerstäuberbrenner. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
Die Gasfeuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
3
Ausrüstung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
Flammenüberwachungseinrichtungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Das Sicherheitsventil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Das Standrohr. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Druckregler und ‑begrenzer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Strömungswächter/‑begrenzer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Temperaturregler/‑begrenzer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Wasserstandsregler/‑begrenzer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die Wasserstandsanzeigeeinrichtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
Der feststehende Dampfkessel zum Betrieb an Land. . . . . . . . . . . . . . . 131
4.1
4.1.1
4.1.2
Der (Groß-)Wasserraumkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
Der Kofferkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
Der Kugelkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
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120
121
123
129
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Inhaltsverzeichnis
4.1.3
4.1.4
4.1.5
4.1.6
4.1.7
4.1.8
4.1.9
4.1.10
4.1.11
4.1.12
4.1.13
4.1.14
4.1.15
4.1.16
4.1.17
4.1.18
4.1.19
4.1.20
4.1.21
4.1.22
4.1.23
4.1.24
4.1.24.1
4.1.24.1.1
4.1.24.1.2
4.1.24.2
4.1.24.3
4.1.24.4
4.1.24.4.1
4.1.24.4.2
4.1.24.4.3
4.1.24.4.4
4.1.24.5
4.1.24.6
4.1.24.7
4.1.24.8
4.1.24.8.1
4.1.24.8.2
4.1.24.9
4.1.24.10
4.1.24.11
4.1.24.12
4.1.24.13
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IX
Der liegende Walzenkessel mit Unterfeuerung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der stehende Walzenkessel mit Abhitzebeheizung . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Hammerkessel (DUPUIS-Kessel) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Sieder-/Etagenkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Batteriekessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der MERLET-Flammrohrkessel mit oben liegenden Vorwärmtrommeln. . .
Der PAUCKSCH-Heizröhrenkessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der TENBRINK-Kessel/Die TENBRINK-Feuerung. . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der KUHNsche Kessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der PAUCKSCH-Einflammrohrkessel (CORNWALL-Kessel) . . . . . . . . . . .
Die VOIGTsche Umlaufkappe / . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die KUNERTsche Umlaufhilfe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der PAUCKSCH-Stufen-Zweiflammrohrkessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Doppel-CORNWALL-Kessel (geflanschtes Glattflammrohr). . . . . . . .
Der Zweiflammrohr-Doppelkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der WEINLICH-/TISCHBEIN-Flammrohr-Rauchröhrenkessel . . . . . . . . . .
Der Zweiflammrohrkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Dreiflammrohrkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der liegende, feststehende Feuerbüchs(en)-(Lokomobil-)Kessel . . . . . . . .
Der ausziehbare Flammrohr-Rauchrohr-Zweizugkessel. . . . . . . . . . . . . .
Der MERLET-FAIRBAIRN-Feuerbüchskessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Flammrohr-Rauchrohr-Mehrzugkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Konstruktionselemente (Teil A). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Das Flammrohr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die Verbindung zwischen Rauchrohr und Wendekammerboden. . . . . . . .
Der ausziehbare Dreizugkessel – System LAMBION. . . . . . . . . . . . . . . .
Der feststehende Dreizugkessel mit gemauerter Wendekammer. . . . . . . .
Zusatzeinrichtungen (Teil B) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die Abschlammeinrichtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die Wendekammer/Vorkammer als Nachschaltheizfläche des
Wasserraumkessels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Vorwärmer/Der Überhitzer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die Heizflächenreinigungsanlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der genietete Flammrohr-Rauchrohr-Dreizugkessel. . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Hollandkessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Dreizugkessel mit innenliegender Wendekammer. . . . . . . . . . . . . . .
Der Zweiflammrohr-Dreizugkessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Zweiflammrohr-Dreizugkessel mit Feststofffeuerung . . . . . . . . . . . . .
Der Zweiflammrohr-Dreizugkessel mit Öl- oder Gasfeuerung . . . . . . . . . .
Der LOOS-Zweiflammrohr-Dreizugkessel mit getrennten Rauchgaszügen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der VIESSMANN-Dreizugkessel mit Umkehrflamme. . . . . . . . . . . . . . . .
Der STREBEL-Dreizugkessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der OMNICAL-Dreizugkessel mit Turbulenzrauchrohren . . . . . . . . . . . . .
Der YGNIS-Dreizugkessel mit doppelwandigem Flammrohr. . . . . . . . . . .
134
137
138
139
140
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Inhaltsverzeichnis
Der OMNICAL-Omnibloc. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der VIESSMANN-Dreizugkessel mit doppelwandigem Flammrohr . . . . . .
Der VIESSMANN-Dreizugkessel mit Shunt-Rohr. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der VIESSMANN-Dreizugkessel mit zentrisch angeordnetem
Wellflammrohr und geteilter vorderer Wendekammer. . . . . . . . . . . . . . .
Der VIESSMANN-Dreizugkessel mit Duplex-Rauchrohren . . . . . . . . . . . .
Der VIESSMANN-Dreizug-Kessel mit Triplex-Rauchrohren. . . . . . . . . . . .
Der BUDERUS-Dreizugkessel mit Fronttür. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der LOOS-Dreizugkessel mit Fronttür . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der WEISS-Brennkammerkessel mit Vorfeuerung. . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der WEISS-Dreizugkessel mit Zyklon-Unterschub- und Schachtfeuerung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Konstruktionselemente (Teil C). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Eckanker. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der vorgesetzte Scheibenboden. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der (Längs-)Zuganker. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Steganker . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Stehbolzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der HENSCHEL-Flammrohr-Rauchrohr-Zweizugkessel . . . . . . . . . . . . . .
Der HENSCHEL-Einflammrohr-Quersiederkessel . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der GOLCALOR-Dreizugkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der einzügige Rauchröhren-Abhitzekessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der liegende Rauchröhrenkessel mit Obertrommel (STANDARD) . . . . . . .
Der liegende Rauchröhrenkessel mit innenliegendem Dampfraum . . . . . .
Der stehende Kessel mit Doppelsiederrohren (FIELD-Kessel). . . . . . . . . .
Der stehende Heizrohrkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Heizröhrenkessel mit geschweißten Siederohren . . . . . . . . . . . . . . .
Der stehende Quersiederkessel (LACHAPELLE-Kessel) . . . . . . . . . . . . . .
Der stehende Quersiederkessel mit Glattrohren . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der stehende Quersiederkessel mit GALLOWAY-Rohren . . . . . . . . . . . . .
Stehende Quersiederkessel mit Überhitzer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Quersiederkessel von STREICHER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Quersiederkessel von SCHMIDT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Querbrandkessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der BAUMGARTE-Emma-Kessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Möhring-Kessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der OMNICAL-Carbocal-Kessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der PROJAHN-Doppelschrägrostkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Ringgliederkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der stehende TROX-Rauchrohrkessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Steilsiederkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Gusskompakt- und der Gussgliederkessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der STREBEL-Kokskessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der STREBEL-Braunkohlekessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der STREBEL-Herdkessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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XI
Der STREBEL-Zentralheizungskessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der STREBEL-Automatic-Gliederkessel mit Wasserrohr-Vorschaltheiz
fläche. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der STREBEL-Automatic-Kokskessel mit Sattelrost. . . . . . . . . . . . . . . . .
Der BUDERUS-Kokskessel (Kessel mit unterem Abbrand). . . . . . . . . . . .
Der STREBEL-Kokskessel mit Planrost (Kessel mit oberem Abbrand). . . .
Der Kokskessel mit Umrüstbausatz auf Öl- u. Gasfeuerung. . . . . . . . . . .
Der STREBEL-Öl-/Gaskessel mit Nachschaltheizfläche . . . . . . . . . . . . . .
Der STREBEL-Gussgliederkessel als Dreizugkessel. . . . . . . . . . . . . . . . .
Der STREBEL-Gussgliederkessel zur Verfeuerung von Holz . . . . . . . . . . .
Der VIESSMANN-Gussgliederkessel als Dreizugkessel. . . . . . . . . . . . . . .
Der BUDERUS-Gussgliederkessel als Dreizugkessel. . . . . . . . . . . . . . . .
Der WEISHAUPT-Thermo-Unit-Gussheizkessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Stahlkompakt- und der Stahlgliederkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Stahlgliederkessel von DAVEY, PAXMAN & Co Ltd . . . . . . . . . . . . . .
Der VIESSMANN-Stahlheizkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der STADLER-Stahlheizkessel als Wechselbrandkessel (Umstell
brandkessel). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der BRÖTJE-Stahlheizkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der HOVAL-Stahlheizkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der WEISHAUPT-Thermo-Unit-Stahlheizkessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der BUDERUS-Niedertemperatur-Stahlheizkessel . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der BUDERUS-Brennwert-Stahlheizkessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der BUDERUS-Warmwasser-Stahlheizkessel mit rauchgasseitigen
Wedeltaschen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der VIESSMANN-Niedertemperatur-Stahlheizkessel mit Biferralheizfläche. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der JUMAG-Dreizug-Schnelldampferzeuger. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der BUDERUS-Turbo-Air-Stückholz-Stahlheizkessel. . . . . . . . . . . . . . . .
Der VIESSMANN-Scheitholz-Stahlheizkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der VIESSMANN-Holzpellet-Stahlheizkessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der STREBEL-Holzvergaser-Stahlheizkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der BRÖTJE-Holzvergaser-Stahlheizkessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der STADLER-H-Festbrennstoff-Stahlheizkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der KÖB-Stückholzkessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der gusseiserne, mittels Widerstandsbeheizung elektrisch beheizte
Gliederkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der mittels Elektroden elektrisch beheizte Kessel. . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der elektrisch beheizte Schnelldampferzeuger. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Sonderbauarten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der wassergekühlte Türrahmen eines Siemens-Martin-Ofens. . . . . . . . . .
Der Wasserrohrkessel (Kleinwasseraumkessel). . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Naturumlauf-Wasserrohrkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der STEINMÜLLER-Siederohrkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Inhaltsverzeichnis
Der Gliederwasserrohrkessel („Sicherheitskessel“) . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der ROOT-Gliederwasserrohrkessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der BELLEVILLE-Gliederwasserrohrkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der KLIMAX-Wasserrohrkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Zweikammer-Wasserrohrkessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der STEINMÜLLER-Elementenkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der STEINMÜLLER-Zweikammer-Wasserrohrkessel. . . . . . . . . . . . . . . .
Der PLAU-Zweikammer-Wasserrohrkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der STEINMÜLLER-Zweikammer-Wasserrohrkessel mit Innenfeuerung. . .
Der MAC-NICOL-Wasserkammerkessel – System BÜTTNER . . . . . . . . . .
Der MAC-NICOL-Wasserkammerkessel – System PETRY-DEREUX. . . . . .
Der GUILLEAUME-Zweikammerkessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Einkammerkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der DÜRR-Cirkulationsröhrenkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der DÜRR-Einkammer-Dreitrommelkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Schrägrohr-Teilkammer-/Sektionalkessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Sektionalkessel von BABCOCK & WILCOX. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Schrägrohr-Teilkammerkessel mit längsliegender Dampftrommel . . . .
Der Schrägrohr-Teilkammerkessel mit querliegender Dampftrommel. . . . .
Der einzügige Sektionalkessel in Turmbauweise. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der SILLER-&-JAMART-CHRISTIANS-(Mehrtrommel-)Kessel. . . . . . . . . .
Der Sechstrommel-Steilrohrkessel mit Naturumlauf . . . . . . . . . . . . . . . .
Der BABCOCK-&-WILCOX-Stirling-Sechstrommel-Steilrohrkessel . . . . . . .
Der DÜRR-Viertrommel-Steilrohrkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der HANOMAG-Viertrommel-Steilrohrkessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der BABCOCK-&-WILCOX-Stirling-Viertrommel-Steilrohrkessel. . . . . . . . .
Der (Groß-)Wasserraum-Steilrohrkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der DÜRR-Dreitrommel-Steilrohrkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Zweitrommel-Steilrohrkessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der HUMBOLDT-Zweitrommel-Steilrohrkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der BABCOCK-Zweitrommel-Steilrohrkessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der STEINMÜLLER-Zweitrommel-Steilrohrkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Eintrommel-Steilrohr-Strahlungskessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Eintrommel-Steilrohrkessel/‑Strahlungskessel. . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der EKM-Eintrommel-Steilrohrkessel/-Strahlungskessel. . . . . . . . . . . . . .
Der Eckrohrkessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Zweizug-Eckrohrkessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Seitenzug-Eckrohrkessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Bündelkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der BAUMGARTE-Eintrommel-Eckrohrkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der WEISS-Fahnen-Wasserrohr-Strahlungskessel. . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der WEISS-Eintrommel-Strahlungskessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Strahlungskessel mit Naturumlauf in Horizontalbauweise –
Müllverbrennungsanlagen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der FISIA-BABCOCK-Eintrommel-Strahlungskessel. . . . . . . . . . . . . . . . .
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XIII
Der BAUMGARTE-Eintrommel-Strahlungskessel . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der vierzügige Eintrommel-Strahlungskessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der fünfzügige Eintrommel-Strahlungskessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der achtzügige Eintrommel-Strahlungskessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Konstruktionselemente (Teil C). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Membranwand-Rohrausbiegungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Thermosleeve-Stutzen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Dampftrockner. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Mannlochverschluss. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die Ausschnittverstärkung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zusatzeinrichtungen (Teil B) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Überhitzer … als Nachschaltheizfläche eines Wasserrohrkessels . . . .
Heizflächenbefestigungssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die Heißdampfkühlung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die Oberflächen-Heißdampfkühlung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die Einspritz-Heißdampfkühlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Speisewasser-Wärmetauscher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die Dampftrommel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Verbrennungsluftvorwärmer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der LJUNGSTRÖM-Dreh-Luvo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der GAVO-Dreh-Luvo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Rippenrohr-Luftvorwärmer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Plattenluftvorwärmer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Schmelzkammerkessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der offene Einkammer-Schmelzkammerkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der geschlossene BABCOCK-&-WILCOX-Zweikammer-Schmelz
kammerkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Zweikammer-Schmelzkammerkessel mit geschlossener
Schmelzfeuerung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der dreizügige Steilrohrkessel mit Leerzug. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der SCHMIDT-HARTMANN-Zweikreiskessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der ATMOS-Naturumlaufkessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der RAUBER-LUQUET-Rippenrohrkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der WEHRLE-Steilrohr-Rippenrohrkessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der stehende Wasserrohrkessel in Kompaktbauweise für kleine
Leistungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der HENSCHEL-Kessel mit Sturzbrenner. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der IDEAL-STANDARD-Kessel mit Bodenbrenner. . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der SUNROD-Kessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Wasserrohrkessel von DAVEY, PAXMAN & Co Ltd. . . . . . . . . . . . . . .
Der Wasserrohrkessel der SCHMIDT’SCHE HEISSDAMPF. . . . . . . . . . . .
Der WEISS-Kompaktwasserrohrkessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Omega-Wasserrohrkessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der BAUMGARTE-(Emma-)Wasserrohrkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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358
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363
363
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XIV
4.2.2
4.2.2.1
4.2.2.1.1
4.2.2.1.2
4.2.2.2
4.2.2.2.1
Inhaltsverzeichnis
4.2.2.7
4.2.2.8
Der Zwangs…laufkessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Zwangsumlaufkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der LA-MONT-Zwangsumlaufkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der LÖFFLER-Zwangsumlaufkessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Zwangsdurchlaufkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Zwangsdurchlauf-Dampferzeuger (BENSON-Kessel mit
überkritischer Betriebsweise / „amerikanische Schaltung“) . . . . . . . . . . .
Der Zwangsdurchlauf-Dampferzeuger mit gleitendem Verdampfungs
endpunkt (über-/unterkritische Betriebsweise). . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der SULZER-Zwangsdurchlaufkessel (Einrohrkessel) . . . . . . . . . . . . . . .
Der RAMSIN-Zwangsdurchlaufkessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der VELOX-Hochgeschwindigkeitskessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Sonderbauarten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Wasserrohr-Abhitzekessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Kühlkamin als Wasserrohrkessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Kühlschirm als Abhitzekessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der liegende HENSCHEL-Zwangsdurchlaufkessel in Schlangenbauweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der liegende YGNIS-Zwangsdurchlaufkessel in Nadelregisterbauweise . . .
Der stehende CERTUSS-Zwangsdurchlaufkessel in Schlangenbauweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der stehende CLAYTON-Zwangsdurchlauf-Abhitzekessel. . . . . . . . . . . . .
Der Dampfkessel von LILIENTHAL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
Dampfkessel zum Betrieb von Lokomotiven. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461
5.1
5.1.1
5.1.1.1
5.1.1.2
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5.1.2.2
5.1.2.3
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5.1.3
5.1.3.1
5.1.3.2
5.1.3.3
5.1.3.3.1
5.1.3.3.2
5.1.4
5.1.5
Der Lokomotivkessel als (Groß-)Wasserraumkessel. . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Dampfkessel mit einem Umkehrflammrohr. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die INVICTA-Lokomotive von R. Trevithick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die PUFFING-BILLY-Lokomotive von W. Hadley. . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die ROCKET-Lokomotive von G. Stephenson. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Lokomotivkessel mit Rauchröhren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die SAMSON-Lokomotive von G. Stephenson . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die PLANET-Lokomotive von G. Stephenson. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die PATENTEE-Lokomotive von G. Stephenson . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die ADLER-Lokomotive von G. Stephenson. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Rauchröhrenkessel mit Gebläsetender . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die Lokomotive mit stehendem Rauchröhrenkessel . . . . . . . . . . . . . . . .
Der GRASSHOPPER-Rauchröhrenkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der GREAT-WESTERN-Rauchröhrenkessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der stehende Rauchröhrenkessel mit liegendem Rauchröhrenbündel . . . .
Der Rauchröhrenkessel der TAFF-VALE-Eisenbahn. . . . . . . . . . . . . . . . .
Der COCHRAN-Rauchröhrenkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der liegende Rauchrohrkessel mit Stehkessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Long-boiler-Rauchrohrkessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.2.2.2
4.2.2.2.3
4.2.2.2.4
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4.2.2.3.1
4.2.2.3.2
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4.2.2.4
4.2.2.5
4.2.2.6
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XV
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5.1.9
5.1.10
5.1.10.1
5.1.10.2
5.1.10.3
5.1.11
5.1.12
5.1.13
5.1.14
5.1.15
5.1.16
5.2
5.2.1
5.2.2
5.2.3
5.2.4
5.2.5
5.2.6
5.2.7
5.3
5.3.1
5.3.2
5.3.3
Der CRAMPTON-Rauchrohrkessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die neuzeitliche einzügige Dampflokomotive mit doppelwandiger
Feuerbüchse und Rauchrohren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der zweizügige Feuerbüchs-Rauchrohrkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Zweikreisdampfkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Dampfkessel mit Überhitzer (Heißdampflokomotive). . . . . . . . . . . . .
Der Lokomotivkessel mit Doppelrohrüberhitzer . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Lokomotivkessel mit PIELOCK-Mantelüberhitzer . . . . . . . . . . . . . . .
Der Lokomotivkessel mit Schlangenrohrüberhitzer . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die GARRATT-Doppellokomotive. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die Dampfturbinenlokomotive. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die WOOTHEN-Dampflokomotive mit Sattelführerhaus. . . . . . . . . . . . . .
Die Camelback-Lokomotive mit Sattelführerhaus . . . . . . . . . . . . . . . .
Die Kleinlokomotive. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der stehende KITTEL-Kessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Lokomotivkessel als Wasserrohrkessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der stehend angeordnete BROTAN-(LE-CREUSOT-)Wasserrohrkessel. . . .
Der ROBERT-Naturumlauf-Wasserrohrkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der liegend eingebaute STROOMANN-Wasserrohrkessel. . . . . . . . . . . . .
Der stehende SERPOLLET-Wasserrohrkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der stehende DE-DION-BOUTON-Naturumlauf-Wasserrohrkessel. . . . . . .
Der STOLTZ-Naturumlauf-Wasserrohrkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der stehende KOMAREK-Naturumlauf-Wasserrohrkessel. . . . . . . . . . . . .
Der dampfbetriebene Triebwagen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die Dampfbahn mit dem stehenden ROWAN-Kessel . . . . . . . . . . . . . . .
Die Dampfbahn mit dem stehenden PURREY-Wasserrohrkessel. . . . . . . .
Die BROWNsche Dampfbahn mit dem liegenden Rauchrohrkessel. . . . . .
6
Dampfkessel zum Antrieb von oder Betrieb auf Straßenfahrzeugen . . . . 495
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6.3
6.4
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6.6
6.7
Der Dampfwagen mit Speicherbehälter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Dampfwagen mit Umkehrflammrohrkessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Dampfwagen mit einem stehend eingebauten Feuerbüchskessel . . . .
Der DE-DION-BOUTON-Omnibus. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der HANCOCK-Omnibus. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die BRIDGEPORT-Kutsche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Fahrzeuge mit einem liegend eingebauten, einzügigen FeuerbüchsRauchröhrenkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die FOWLER-Lokomobile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der liegend eingebaute Feuerbüchsdampfkessel mit Stehkessel. . . . . . . .
Die BUCKAU-WOLF-Arbeitsmaschine. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die BUCKAU-WOLF-Lokomobile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der RANSONES-Schlepper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Straßenschlepper der Firma MANN’S LEEDS. . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Straßenschlepper der Firma SAWYER & MASSEY. . . . . . . . . . . . . . .
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6.7.2
6.7.3
6.7.4
6.7.5
6.7.6
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XVI
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Inhaltsverzeichnis
6.8.2
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6.8.2.2
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6.8.2.4
6.8.2.5
6.9
6.10
6.11
Die WINSCHOTER-Dampfwalze. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die FOWLER-Dampfwalze. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die Generatorlokomobile. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Fahrzeuge mit stehend eingebauten Kesseln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die SPRINGFIELD-Tandem-Dampfwalze mit einem stehend
eingebauten Feuerbüchs-Rauchröhrenkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Fahrzeuge mit stehend eingebauten Quersiederkesseln. . . . . . . . . . . . . .
Der dampfbetriebene Lastkraftwagen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der dampfbetriebene Straßenschlepper. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der dampfbetriebene Drehkrankessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Beleuchtungswagen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Dampfbagger. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Doble-Zwangsdurchlaufkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Serpollet-Dampfwagen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Eckrohrkessel zum Antrieb von Dampfwagen. . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
Dampfkessel zum Antrieb von oder Betrieb auf Schiffen. . . . . . . . . . . . 511
7.1
7.1.1
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7.1.4
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7.1.6
7.1.7
Der (Groß-)Wasserraumkessel als Schiffskessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der einzügige Feuerbüchs-Rauchrohrkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der zweizügige Feuerbüchs-Rauchrohrkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der zweizügige Feuerbüchs-Rauchrohrkessel als Zweiflammrohrkessel. . .
Der zweizügige Feuerbüchs-Rauchrohrkessel als Doppelender. . . . . . . . .
Der einzügige Lokomotivkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der zweizügige Zylinderkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der liegende Flammrohr-Rauchrohr-Dreizugkessel mit kombiniertem
Abhitzekessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der stehende Flammrohr-Rauchrohr-Zweizugkessel . . . . . . . . . . . . . . . .
Der stehende einzügige Feuerbüchs-Rauchrohrkessel. . . . . . . . . . . . . . .
Der stehende einzügige Feuerbüchs-Rauchrohrkessel mit kombiniertem
Abhitzekessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Wasserrohrkessel als Schiffskessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der stehende Sektional-Teilkammerkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der stehende Wasserkammerkessel mit FIELD-Rohren. . . . . . . . . . . . . .
Der stehende DÜRR-Zweikammer-Wasserrohrkessel (Zirkulations
röhrenkessel). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der stehende Wasserrohrkessel mit gekrümmten Siederrohren. . . . . . . . .
Der Wasserrohr-Strahlungskessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der FOSTER-WHEELER-Steilrohrkessel mit zusätzlicher direkter
Überhitzerbeheizung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der WAGNER-Steilrohrkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Wasserrohr-Integralkessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Eckrohrkessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Kernreaktor als Schiffskessel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.1.8
7.1.9
7.1.10
7.2
7.2.1
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Inhaltsverzeichnis
XVII
8
Der Dampfkessel im Kernkraftwerk. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 535
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8.1.1
8.1.2
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8.3.1
Der Leichtwasserreaktor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Druckwasserreaktor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Siedewasserreaktor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Druckröhrenreaktor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der RBMK-Siedewasser-Druckröhrenreaktor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der CANDU-Schwerwasser-Druckröhrenreaktor. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Schwerwasser-Druckkesselreaktor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Hochtemperaturreaktor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Thorium-Hochtemperaturreaktor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
Der Dampfkessel in der Luftfahrt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 555
9.1
Das dampfbetriebene Luftschiff. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 555
10
Die solarthermische Technologie zur Dampferzeugung . . . . . . . . . . . . . 557
10.1
10.2
10.2.1
10.2.2
Das solarthermische Parabolrinnen-Kraftwerk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Solarturm-Kraftwerke. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Das Salzturm-Kraftwerk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der atmosphärische Luftreceiver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
538
540
545
548
548
549
550
550
550
557
559
559
560
Schrifttumverzeichnis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 561
Sachwortverzeichnis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 569
Inserentenverzeichnis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 585
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WISSEN für die ZUKUNFT
Dampferzeugungssysteme für
Industrie und Gewerbe
Anlagen und Komponenten
Prozesstechnik
Wärmebilanz
In diesem Buch werden die unterschiedlichen Einsatzgebiete
der Wärmeträger Wasser und Wasserdampf erklärt.
Dampferzeugungssysteme für Prozesswärme mit Großwasserraumkesseln und Schnelldampferzeugern sowie Kesselhauskomponenten für die Wasseraufbereitung werden beschrieben.
Der Nutzen moderner Kesselbetriebstechnik zur ökonomischen
und ökologischen Verbesserung wird praxisnah und aktuell
dargestellt. Im Mittelpunkt dieses Buches steht die Kesselbetriebstechnik zur Dampferzeugung für thermische Prozesse
mit Großwasserraumkesseln und Schnelldampferzeugern.
Inhalt:
- Geschichtliches zum Wasserdampf
- Grundlagen für Wasser und Wasserdampf
- Dampferzeugung
- Dampferzeugungssysteme
- Dampfverbraucher
- Dampferzeuger
- Feuerungen
- Dampfanlagenkomponenten
- Wärmebilanz der Kesselanlage
- Ein- und Mehrkesselanlagen.
H. Ernst
1. Auflage 2009, 243 Seiten, gebunden,
ISBN 978-3-8027-2553-1
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Dampferzeugungssysteme für Industrie und Gewerbe
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12.01.2011
27.04.2010 18:21:43
17:27:45 Uhr
Uhr
1
Einleitung
Zu den wichtigsten volkswirtschaftlichen Aufgaben gehörte zu allen Zeiten die Sicherstellung des Energiebedarfs eines Landes. Der bis heute in den Industriestaaten erreichte
Wohlstand ist zum einen ohne das Vorhandensein wichtiger Rohstoffe wie Kohle und
Eisenerz, zum anderen ohne eine ausreichende Energieversorgung nicht denkbar.
Mit Beginn der Industrialisierung im 18. Jahrhundert war es neben der Wasserkraft vor allem die Dampfmaschine, die die Entwicklung zum modernen Industriestaat erst möglich
machte. Bedingt durch den ständig steigenden Bedarf an Kohle mussten immer tiefere Schächte getäuft werden – zu Zeiten von
James Watt immerhin bis zu 280 Meter!
Damit reichten z. B. die bisher gebräuchlichen wasserkraftbetriebenen Pumpen
zur Grubenwasserregulierung nicht mehr
aus. Durch die größere Abbautiefe konnte
zudem auch die Luftversorgung nur noch
durch eine maschinengetriebene WetterBild E1: WATTscher Kofferkessel {26*}
führung sichergestellt werden. Gleiches
galt für den Transport der Bergleute und
des Materials unter Tage sowie die Förderung der abgebauten Kohle. Ohne die
Dampfmaschine wäre aber z. B. auch die
zur Stahlerzeugung im Hochofen notwendige Winderzeugung ebensowenig möglich
geworden wie der Betrieb eines Schmiedehammers oder die Transmissionsstraße in
einer Weberei. Bild E1 und Bild E2 zeigen
Kesselkonstruktionen aus jener Zeit.
Bild E2: PAPINscher Kessel
Die Energieform hat sich gewandelt. Die
dezentrale Energieversorgung, z. B. mittels Lokomobile oder Generatorwagen war die
Technik der Gründerzeit. Im Jahr 1769 wird – ebenfalls von James Watt – die erste wirtschaftlich nutzbare Expansionsdampfmaschine (Betriebsdruck 1.3 Atm), im Jahr 1887
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2
Einleitung
der Stromgenerator erfunden. Seither bestimmt der jederzeit, in jeder Menge und an
jedem Ort verfügbare elektrische Strom weitgehend unser Leben. Wenngleich inzwischen
alternative Möglichkeiten der Energieerzeugung entwickelt wurden – hier seien die Wasserkraft, die Windkraft, die Kernenergie, die Wasserstofftechnik und die Solartechnik genannt – war für die fortschreitende Industrialisierung der Dampfkessel unentbehrlich und
ist es bis heute.
Ziel dieses Buches ist es, die Entwicklung im Kesselbau zu dokumentieren. Zudem soll
anhand zeichnerischer Darstellungen und Beschreibungen erarbeitet werden, warum sich
bestimmte Kesselbauarten nicht durchsetzen konnten, wobei berücksichtigt wurde, welche werkstoff- und herstellungstechnisch bedingten Möglichkeiten jenerzeit bestanden
haben. Letztendlich soll praxisnah untersucht werden, wieso einzelne Konstruktionen
oder Herstellungsverfahren schadensanfälliger waren oder sind als andere.
Das Buch wird aufzeigen, dass sich der Dampfkessel mehrgleisig entsprechend seines
Einsatzzweckes entwickelt hat. An dieser Stelle seien aufgrund technischer Merkmale
oder der Gesetzeslage entstandene Unterteilungen vorgenommen.
ØØ Ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal ist für Kessel die Einteilung nach ihren physikalischen Gegebenheiten, nämlich als Warmwassererzeuger bzw. Heißwassererzeuger
oder als Dampferzeuger, zum anderen als Niederdruckkessel oder als Hochdruckkessel.
Vor 1965 waren nur die Errichtung und der Betrieb von Dampferzeugern durch die PolizeiVerordnung in gültiger Fassung geregelt. Mit Inkrafttreten der Dampfkessel-Verordnung
(DampfkV) im Jahr 1965 wurde die für Dampferzeuger geltende gesetzliche Regelung
auch auf die Errichtung und den Betrieb von Heißwassererzeugern ausgedehnt. In dem
hier vorliegenden Buch wird grundsätzlich nur von Dampfkesseln (per Definition in der
DampfkV Oberbegriff für Dampf- und für Heißwassererzeuger) gesprochen. Von dieser
Vorgehensweise wird dann abgewichen, wenn dies zur Erläuterung der Kesselbauart notwendig ist.
Kessel bis 100 °C sind, unabhängig von ihrem Betriebsdruck, Warmwasserkessel. Sie
werden, obwohl sie nicht als Dampf-/Heißwassererzeuger definiert sind – da vielfach
Vorreiter im Bereich der Entwicklung im Kesselbau – in dieser Abhandlung ihren Platz
finden.
Oberhalb von 100 °C wurde dann von einem Niederdruckkessel gesprochen, wenn als
Dampferzeuger sein Betriebsüberdruck bis zu 0,5 atü, später bis zu 1,0 bar betrug. Als
Heißwassererzeuger lagen seine Grenzen (oberhalb von 100 °C) bei bis zu 110 °C, später
bei bis zu 120 °C. Kessel mit Drücken bzw. Temperaturen oberhalb dieser Grenzwerte
galten als Hochdruckkessel.
Im Zuge der Harmonisierung/Überführung des nationalen in europäisches Recht innerhalb des Europäischen Wirtschaftsraumes wurden u. a. auch die Anforderungen für das
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Einleitung
3
Inverkehrbringen von (Hochdruck- ) Dampfkesseln (Berechnung, Konstruktion, Herstellung, erstmalige Prüfung) festgelegt.
1
Grundlage hier sind
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die Betriebssicherheits-Verordnung (BetrSichV)
das Geräte- und Produkt-Sicherheitsgesetz (GPSG)
die Druckgeräte-Verordnung (14. GPSG)
sowie die Druckgeräte-Richtlinie (DGRL 97/23/EG).
In den genannten Gesetzen, Verordnungen und Richtlinien finden sich Kessel oberhalb
von 0,5 bar als Hochdruckkessel wieder.
Die Betriebsvorschriften sowie Umfang und Zeitpunkt der wiederkehrenden Prüfungen
von Dampfkesseln regelt nationales Recht (Betriebssicherheits-Verordnung – BetrSichV).
ØØ Differenzieren lassen sich Kessel auch nach ihrer Bauart. Hier unterscheidet man
(Groß-)wasserraumkessel, Kleinwasserraumkessel/Wasserrohrkessel und ggf. Sonderbauarten.
Die Begriffe „Groß- oder Kleinwasserraumkessel“ waren bis dato in der Literatur bzw. Gesetzgebung zu finden, ohne dass sie nachvollziehbar erläutert worden wären. Die für den
Großwasserraumkessel gewählte Definition
„Sein Wasserinhalt und seine Heizflächen sind
sehr groß im Verhältnis zur Dampfleistung“
ist undeutlich. Helfen mochte vielleicht der z. B. im Pohlhausen {7} zu findende Hinweis,
wonach ein Kessel dann ein Großwasserraumkessel sei, wenn je m2 Heizfläche der Wasserinhalt des Kessels mehr als 0,2 m3 betrage. Das Verhältnis Heizfläche/Wasserinhalt
< 0,2 wurde üblicherweise bei Wasserrohrkesseln (per Definition Kleinwasserraumkessel)
erreicht.
Mit Überführung der nationalen Regeln in europäisches Recht wurde der Kleinwasserraumkessel – einzig aufgrund seiner Bauart – richtigerweise als Wasserrohrkessel bezeichnet. Alle anderen Kesselbauarten werden leider zuweilen immer noch als Großwasserraumkessel, besser als Wasserraumkessel eingruppiert.
1
Bei den Niederdruckkesseln wurden in etwa wieder die bis 1965 geltenden Grenzen von bis zu 0,5 bar
bzw. 110 °C bindend – die Kessel werden nunmehr als LPB (Low Pressure Boiler) eingeordnet, werden
aber von der Druckgeräte-Verordnung ausdrücklich, mithin auch der Druckgeräte-Richtlinie nicht mehr erfasst. Für sie gilt weiterhin nationales Recht (z. B. die DIN-Normen hinsichtlich Herstellung). Ansonsten sind
diese Kessel „Arbeitsmittel“ i. S. der vorgenannten Betriebssicherheits-Verordnung (BetrSichV).
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4
Einleitung
ØØ Ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal ist der Betriebsort. Es ist schon bedeutsam, ob ein Dampfkessel zu Lande in einem Kraftwerk aufgestellt ist und unter der Obhut
eines Wartungsteams steht oder bei starkem Seegang auf einem Schiff seinen Dienst
tun muss. Und sicherlich sind an den Dampfkessel einer Dampfwalze geringere Anforderungen zu stellen als an den einer mit 150 km/h dahinrasenden Dampflokomotive mit
hunderten Passagieren im Schlepptau. So wird nach dem Einsatzort, wenngleich noch
unzureichend, unterschieden in Landdampfkessel und Schiffsdampfkessel. Nicht berücksichtigt wurden hier zum einen der Lokomotiv-/Lokomobilkessel, zum anderen der
– wenngleich heute nicht mehr relevante – Kessel zum Betrieb von Automobilen und
Generatorwagen bzw. von Dampfwalzen.
Der Verfasser hat sich entschieden, die beschriebenen Kessel vorrangig nach ihrem Betriebsort zu unterscheiden, sodann nach ihrer Bauart. So werden in diesem Buch die
Kesselbauarten unter folgenden Titeln gegliedert:
Kapitel 4.
Kapitel 5. Kapitel 6.
Kapitel 7.
Kapitel 8.
Kapitel 9. Kapitel 10.
Feststehende Dampfkessel zum Betrieb an Land
Dampfkessel zum Antrieb von Schienenfahrzeugen
Dampfkessel zum Antrieb von/zum Betrieb auf Strassenfahrzeugen
Dampfkessel zum Antrieb von/zum Betrieb auf Schiffen
Dampfkessel in Kernkraftanlagen
Dampfkessel in der Luftfahrt
Dampferzeugung mithilfe der solarthermischen Technologie
Innerhalb dieser Gruppierung wird – wo erforderlich – unterschieden zwischen (Groß-)
wasserraum- und Wasserrohrkesseln.
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5
1 Allgemeine Grundlagen
1.1
Die Rohrformel
Diese Abhandlung soll keine technische Anleitung zum Bau eines Dampfkessels sein.
Trotzdem darf auf Erwähnung der zur Berechnung der Wanddicke einer zylindrischen
Schale benötigten Formel (z. B. des Kesselmantels oder eines Wasser oder Dampf führenden Rohres) nicht verzichtet werden.
Eine der ersten Berechnungsgrundlagen wurde durch den Dampfkessel-Überwachungsverein geschaffen und ist als Gleichung 1.1 {7} wiedergegeben.
1 Pu · D · X
d = — · —
K·Z
200
(Gl. 1.1)
Mithilfe dieser Gleichung ließ sich die Wanddicke δ eines Rohres bzw. zylindrischen Mantels ermitteln. Als Pu war der zulässige Betriebsüberdruck in [Atm] bzw. [kg/cm2] anzugeben. D [mm] gab den Durchmesser des Rohres/Zylinders an. Der Wert K [kg/cm2] bezeichnete die Zerreißfestigkeit des Materials. Lagen für das Material keine im Versuch
ermittelten Werte vor, so war anzusetzen K = 30 [kg/cm2]. Das Festigkeitsverhältnis der
Längsnaht zum vollen Blech bezeichnete der Verschwächungswert Z [-]. Bei Nietnähten
lag je nach Ausführung der Naht der Wert im Bereich von 0,54 bis 0,84. Wurde die Naht
durch Schweißung hergestellt, war in die Gleichung Z = 0,7 [-] einzusetzen. Als Sicherheitsbeiwert war der Wert X = 5 [-] in Anrechnung zu bringen.
Folgt man der Fachliteratur {7}, so durfte auch bei anderslautendem Ergebnis die Wanddicke δ niemals einen Wert von 7 mm unterschreiten. Widersprüchlich ist die Forderung,
dass diesenfalls mit einer Wanddicke von 10 mm zu rechnen sei.
Wie zu erkennen, wurde über Schweißverbindungen in heutigem Sinne im Kesselbau
anno 1891 noch nicht nachgedacht. Die Kennziffer z (Verschwächungsbeiwert je nach
Art der Nietnaht) entspricht dem Sinne nach dem heute gebräuchlichen Schweißnahtfaktor ν.
Bei der Berechnung heutiger Kessel bedient man sich der nachfolgend aufgeführten Gleichung 1.2 {20}.
Dis · Pc
e = — + Sc
(2fs – Pc) · v
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(Gl. 1.2)
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6
Die Gleichung macht die in diesem Buch enthaltene Aussage verständlich, dass z. B. der
Wasserraumkessel bei höheren Drücken dem Wasserrohrkessel wegen der unterschiedlichen Bemessungsanforderungen unterlegen ist oder wieso der Zwangsdurchlaufkessel
(i. d. R. ohne Trommeln) höhere Betriebsdrücke besser verkraftet als der Wasserrohrkessel
mit Naturumlauf (also mit größeren Rohrdurchmessern und zusätzlicher/n Trommel(n)).
Vergleicht man mit Hilfe der Gleichung 1.2 einerseits den zylindrischen Mantel eines
Walzenkessels (Wasserraumkessel) und andererseits das Rohr eines Wasserrohrkessels
hinsichtlich der erforderlichen Wanddicke, so wird deutlich, dass bei gleichen Werten für
den Betriebsüberdruck Pc [bar/Pabs], die zulässige Spannung des Werkstoffes fs [N/mm2],
den Schweißnahtfaktor v [-] und die Zuschläge Σc [mm] eine direkte Abhängigkeit lediglich
zwischen der Wanddicke e [mm] und dem Innendurchmesser Dis [mm] des zylindrischen
Mantels einerseits bzw. des Wasserrohres/der Trommel andererseits besteht.
Bei Betrachtung der Gleichung 1.2 wird auch erkennbar, dass für das entsprechende Bauteil keine Angabe zur Länge abgefragt wird. Teilt man also die Kugel hälftig und fügt ein
zylindrisches Mantelteil ein, bleibt die Wanddicke unverändert – Heizfläche und WasserDampf-Raum jedoch können erheblich vergrößert werden.
1.2
Das Lastwechselverhalten
Noch bis etwa 1950 war die Fachwelt der Ansicht, dass diese oder jene Kesselbauart
– sei es nun der großzügig dimensionierte Wasserraumkessel oder der VieltrommelWasserrohrkessel – aufgrund ihres großen Wasserinhaltes und Dampfraumes plötzlichen
Lastwechseln und den damit verbundendenen Druckschwankungen besser gewachsen
sei als eine andere. Dieser Aussage soll nachfolgend auf den Grund gegangen werden.
Betrachtet sei zuerst die nicht schnell regelbare Feuerung, wie sie etwa bei der Rostfeuerung anzutreffen ist. Richtig ist in diesem Fall, dass in der bis dato besprochenen
Entwicklung im Kesselbau und bei der zu jener Zeit greifbaren Ausrüstung sowohl die
Erfassung des aktuellen Wasserstandes im Kessel als auch die erforderliche Speisewasserzufuhr – damals mithilfe des Injektors oder der Dampfkolbenpumpe – durchaus mit
Verzögerung erfolgten. Hier war ein großer Wasserraum, der sogar ein Unterschreiten
des Soll-Wasserstands abfedern konnte, sicherheitstechnisch durchaus wünschenswert.
Aufgrund der großen Wassermenge, der noch mäßigen Feuerraumtemperatur und der
überschaubaren Feuerungswärmeleistung (sprich Wasserverlust infolge der Dampfentnahme) konnten Kessel selbst bei bedenklichen Betriebszuständen noch abgefahren
werden, ohne Schaden zu nehmen. Dem modernen Dampfkessel mit schnell regelbarer
Beheizung, zuverlässiger Wasserstandsregelung und selbstüberwachender Begrenzung
droht Wassermangel mit all seinen Folgen nicht mehr – ein großes Wasservolumen ist
aus diesem Grund heute nicht mehr erforderlich.
Bei der aus Kostengründen auch heute noch praktizierten 2-Punkt-Wasserstandsregelung kommt es periodisch zu einem „Kaltwassereinbruch“. Richtig ist dann, dass der bei
einer großen Wassermenge latent vorhandene große Wärmeinhalt mithilft, das zugeführ-
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7
te Speisewasser zu erwärmen, ohne dass (wegen des „Verbrauches“ an im Dampf enthaltener Verdampfungswärme,
folglich Rekondensation des Dampfes) der Kesseldruck allzu stark absinkt. Bei der Stetigregelung tritt das Problem
nicht auf – ein großes Wasservolumen ist also auch aus
diesem Grund entbehrlich. Negativ macht sich ein großer
Wasserraum zudem dadurch bemerkbar, dass die Anheizzeit zunimmt. Verlängert wurde diese Zeit zusätzlich dann,
wenn die Kesseleinhausung aus Mauerwerk bestand. Aus
diesem Mauerwerk gespeicherte Wärme zum Ausgleich von
plötzlicher Dampfentnahme abziehen und nutzen zu wollen,
ist abwegig – es war kein ausreichendes Temperaturgefälle
zwischen Mauerwerk und Kesselwasser vorhanden.
Bild 1.1: Lastwechsel
betrachtung
Nicht belegen lässt sich die Aussage, durch den großen Dampf- und Wasserraum könnte
eine plötzlich große Dampfennahme kompensiert werden. Hierzu unter Zuhilfenahme des
Bildes 1.1 einige Zahlen:
Es wird unterstellt, der Dampfüberdruck eines Kessels betrage 10 bar und falle wegen
Dampfentnahme von 10 bar auf 5 bar, ohne dass Energie zugeführt wird. Die Dampfleistung des Kessels betrage 5000 kg/h ≈ 83 kg/min. Also können aus dem Dampfraum
durch die Druckabsenkung (3 m³ · 2,467 kg/m³) ca. 7,4 kg Dampf entnommen werden.
Zudem können aus dem Wasserraum durch die Nachverdampfung infolge Druckabsenkung (6 m³ · 45,6 kg/m³) ca. 273,6 kg Entspannungsdampf gewonnen werden (siehe
Tabelle 1.1). Demnach können infolge der Druckabsenkung ca. 281 kg Dampf „erzeugt“
werden, allerdings mit minderer Qualität! Würde man diese „Entspannungsleistung“ mit
Tabelle 1.1: Sattdampfentwicklung bei Druckabfall in kg Dampf/m3 Heißwasser {36*}
Enddruck
[bar]
2
3
4
5
 6
7
8
9
10
18
142
123,5
108,5
96,5
85
75,5
66
57,5
50
16
134
115
98
86,7
75,5
65
56
47
39,5
14
125,2
105,8
89,2
77
65
54,2
45,3
36
28
12
115
94,2
77,5
64,2
52,5
41,7
33,2
23,8
15
Anfangsdruck
[bar]

10
9
11
109
102
95
87,7
81
74
71
64
56,6
57,8 50,5 42,5
45,6 38,5 30,6
34,9 27,5 19,5
26,5 18,5
10
16,8
8,5
8
8
87
65,2
48
33,5
21,5
10,5
7
78
55,6
38
24
11
6
68
45
27,5
12,5
5
56,5
33,5
15
Aus der Literatur entnommen sind folgende Werte:
Spezifisches Gewicht des Dampfes bei P = 11 bar (abs.)
Spezifisches Gewicht des Dampfes bei P = 6 bar (abs.)
Nachverdampfung bei Druckgefälle P = 11 bar → 6 bar
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r" = 5,637 [kg/m3]
r" = 3,170 [kg/m3] – Dr" = 2,467 [kg/m3]
r" = 45,6 [kg/m3]
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8
der Dampfleistung (≈ 83 kg/min) gleichsetzen, wäre im Beispiel nach etwa 3 min der
Dampfdruck halbiert. Diese Zeitspanne ist bei einem Kessel mit einem großen Rauchgasvolumen oder langer Anbindung an den Schornstein und einer Zweipunkt-Brennerregelung fast zu knapp bemessen, um eine Öl- oder Gasfeuerung in Betrieb zu nehmen
(VORBELÜFTUNG ⇒ BRENNSTOFFFREIGABE ⇒ ZÜNDEN ⇒ VOLLLAST). Das heißt aber,
dass, alleine um das Lastwechselverhalten maßgebend zu beeinflussen, ein großer Wasser- oder Dampfraum nicht jedenfalls vonnöten wäre. Hinzu kommt, dass anschließend
eine größere Wärmemenge zusätzlich bereitgestellt werden muss, um den Energieverlust
durch die Nachverdampfung auszugleichen. Zudem muss die entnommene Dampfmenge
als (ggf. kaltes) Speisewasser ergänzt werden.
Positiv zu bewerten ist bei allen Walzenkesseln der große Dampfraum aus einem anderen
Grund. Er ermöglicht eine ausreichende Verweilzeit des Dampfes im Kessel und damit
Wasser-Dampf-Trennung durch Absinken der spezifisch schwereren Wassertröpfchen.
Vorteilhaft ist zudem die große Verdampfungsoberfläche. Bei zu hoher Feuerungswärmeleistung und zu kleiner Oberfläche steigen zu schnell Dampfblasen nach oben und zerplatzen an der Verdampfungsoberfläche. Bei diesem Vorgang werden den Blasen anhaftende Wassertröpfchen mit in den Dampfraum gerissen und führen zu nassem Dampf.
Wird z. B. die Verdampfungsoberfläche verdoppelt, wird also die Austrittsgeschwindigkeit
der Dampfblasen halbiert, treten diese Dampfblasen entsprechend langsam aus der Verdampfungsoberfläche in den Dampfraum ein. So kann das Mitreißen von Wasserteilchen
unterdrückt werden. Bereits im Jahr 1900 ist in der Fachliteratur {7} der Hinweis enthalten, wonach mit dem in das Verbrauchsnetz abströmenden Dampf Wasserteilchen
mitgerissen würden, sobald dem Dampferzeuger stündlich mehr als 160 kg Dampf je m2
Verdampfungsoberfläche entnommen würden (Bild 4.248) – hierzu an anderer Stelle
mehr. Gleicher Quelle {7} entnommen ist auch der Hinweis, dass dann mit Dampfdruckschwankungen zu rechnen sei, wenn im Kessel je m³ Wasser mehr als 150 kg Dampf pro
Stunde erzeugt würden. Bei modernen Walzenkesseln geht man von einem Wasserinhalt
von bis zu 1,4 m³ je entnommener Tonne Dampf aus {90}.
1.3
Die Wärmeübertragung
Das schlechthin wichtigste Thema ist im Kesselbau das der Wärmeübertragung. Werden bei der Auslegung des Kessels bzw. seiner Heizflächen in Verbindung mit der Feuerungswärmeleistung oder aber z. B. bei der Festlegung der Strömungsverhältnisse Fehler
begangen, so hat dies nicht nur Folgen für die Betriebssicherheit und die Haltbarkeit
des Kessels (Überhitzungsschäden), sondern beeinflusst z. B. maßgebend auch die Wirtschaftlichkeit der Anlage (unzureichende Aufnahme/Übertragung der teuer erzeugten
Wärme, statt dessen ungenutzte Abfuhr in die Umgebung).
Die Wärme-/Energieübertragung erfolgt durch
➤➤ Wärmeleitung
➤➤ Wärmedurchgang
➤➤ Wärmeströmung
➤➤ Strahlung
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9
Bei der im Kesselbetrieb üblichen Wärmeübertragung MEDIUM
(RAUCHGAS) ⇒ KESSELWANDUNG ⇒ MEDIUM (WASSER) kommen
häufig alle vier oben angesprochenen Vorgänge zum Tragen. Der
Wärmefluss bedarf immer eines Temperaturgefälles, erfolgt zwar linear, muss aber an jeder Trennfläche einen Übergangswiderstand überwinden. Je höher der Temperaturbereich, in dem sich der Vorgang
abspielt, umso geringer ist infolge der höheren Beweglichkeit der
Moleküle dieser Übergangswiderstand. Wegen eben dieser höheren
Beweglichkeit beschleunigt sich auch der Wärmeübergang innerhalb
der betrachteten Materie.
Bild 1.2: Wärmeleitung QWL
ØØ Bei der Wärmeleitung pflanzt sich Wärme [QWL nach Bild 1.2]
innerhalb eines festen Körpers (z. B. innerhalb der Kesselwandung
mit der Dicke s [m]) in Richtung des Temperaturgefälles tw1 ⇒ tw2 [°C] fort.
Bei diesem Vorgang gibt ein Stoffteilchen seine Energie an sein benachbartes Teilchen
weiter. Die Lage der Teilchen untereinander verändert sich nicht. Dieser Vorgang ist vergleichbar mit den Abläufen beim Billard. Dort wird die erste Kugel (ein Stoffteilchen) von
außen angestoßen, nimmt diese Stoßenergie (Wärme) auf und bewegt sich auf eine zweite, stillliegende Kugel zu. Beim Zusammenstoß übergibt die erste Kugel ihre kinetische
Energie (Wärme) an die zweite Kugel, kommt selbst aber zur Ruhe, während die zweite
Kugel sich weiterbewegt. Beide Kugeln vertauschen also ihre Geschwindigkeit (Energie)
– beim Billard ändert sich allerdings die Lage der Kugeln (Teilchen). Die Berechnung der
Wärmemenge QWL [W] erfolgt anhand Gleichung 1.3.
l
QWL = A · — · (tw1 – tw2)
s
(Gl. 1.3)
Die Wärmeleitzahl λ der betrachteten Wandfläche A [m2] wird als [W/mK] in die Gleichung
eingesetzt.
ØØ Im Kesselbau ist neben der Wärmeleitung stets auch die
Wärmeströmung (Konvektion) beteiligt. Bei Betrachtung des
Bildes 1.3 bedeutet dies, dass die rauchgasseitig bereitstehende Wärmeenergie QWK im Wege der Berührung/Konvektion von einem gasförmigen Körper (dem Rauchgas) bis an die
Rohrwand transportiert wird, sich nunmehr mithilfe der Wärmeleitung durch den Festkörper (die Rohrwand) bewegt, bevor
sie von einem flüssigen Körper (z. B. Wasser) aufgenommen
und nun wiederum mithilfe der (Wasser-)Strömung abtransportiert wird. Innerhalb der Strömung bewegt sich ein Stoffteilchen nach Energieaufnahme im fließenden Medium, vermischt
sich während seiner Bewegung mit kälteren Teilchen, behält
aber im Gegensatz zu vorbeschriebener Wärmeleitung seine
Energie, nicht aber seinen Ort bei. Jedes Teilchen transportiert
also „seine“ Energie innerhalb der Strömung weiter. Je stärker
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Bild 1.3: Wärmeübergang
QWK durch Konvektion
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die Durchmischung, umso wirkungsvoller erfolgt der Wärmeaustausch. Logischerweise
kann der Energietransport per Strömung nur bei Gasen oder Flüssigkeiten erfolgen. Wie
erläutert, muss beim Auftreffen der Wärmeenergie auf die Wand in der Grenzschicht ein
Übergangswiderstand t1 ⇒ tw1 (gleichermaßen von tw2 ⇒ t2) überwunden werden, zu
erkennen an einem Temperatursprung. t1 [°C] ist hierbei die Temperatur des strömenden Mediums (Gas, Wasser), tw1 [°C] ist die Oberflächentemperatur der angeströmten
Fläche A [m2]. Bei erzwungener turbulenter Strömung ist t1 ≅ tw1, bei laminarer Strömung
ist t1 >> tw1. Die Berechnung des Wärmeüberganges durch Konvektion QWK [W] errechnet
sich nach Gleichung 1.4.
QWK = A · a · (t1 – tw1)
(Gl. 1.4)
Im Bereich der Strömung sind zwei markante Zustände zu unterscheiden – die laminare
und die turbulente Strömung. Neben der üblichen Wandrauhigkeit führen bereits kleine
Störstellen – dies kann eine schlecht gestaltete Schweißnaht, der Fühler eines Messgerätes, ein Armaturenflansch, aber auch ein Rohrbogen oder eine ungünstige Formgebung innerhalb eines zylindrischen Kesselkörpers sein – zur Wirbelbildung und dies umso
mehr, je höher die Strömungsgeschwindigkeit ist. Überlagern diese Wirbel die gerichtete
Bewegung des Medienstromes, so bezeichnet man die Strömung insgesamt als turbulent („wirbelig“). Je stärker die Durchmischung der warmen mit den kälteren Teilchen ist,
umso intensiver ist der Wärmeaustausch. Begünstigen kann man diesen Vorgang mittels
Pumpe oder Ventilator. Diesenfalls spricht man von erzwungener/künstlicher Konvektion.
Mit zunehmender turbulenter Strömung geht natürlich ein steigender Druckverlust einher.
Strömt das Medium stetig, d. h. ohne Schwankung der Geschwindigkeit oder Richtung, so
wird die Strömung laminar genannt. Vor allem in senkrecht verlegten – von außen beheizten – wasserdurchflossenen Rohren kann es zur Schichtenbildung dergestalt kommen,
dass sich in der Mitte des Rohrquerschnitts ein gesonderter Strömungskern aufwärts
bewegt. Bei der laminaren Strömung wird dann im Zuge des Wärmedurchgangs RAUCHGASSTROM ⇒ ROHRWAND ⇒ WASSER das Wasser im wandnahen Bereich beheizt – ein
Wärmeaustausch mit dem „kalten“ Kern unterbleibt. Wird nunmehr die Wärmedichte zu
hoch, kann es infolge mangelhaften Energieabtransports zu Materialschäden kommen.
Erst mit steigender Geschwindigkeit/Strömung/Wirbelung (Turbulenz) findet die Durchmischung der warmen Wandschicht mit dem kalten Kernstrom, verbunden mit ausreichender Kühlung, statt.
So wie bei der Festkörper-Wärmeleitung die Wärmeleitzahl λ den Vorgang beeinflusst, ist
bei der Wärmeströmung in flüssigen oder gasförmigen Medien die Wärmeübergangszahl
α (auch Wärmeübergangskoeffizient) maßgebend. Die Zahl lässt sich nur im Versuch ermitteln. Der Strömungszustand wird wesentlich durch die Reynolds-Zahl [Re] beeinflusst.
Re hängt stark von der Geschwindigkeit v [m/s] und der Viskosität n̈ [m2/s] des strömenden Mediums ab. Ein anderer Parameter ist der Durchmesser d [m] des durchströmten
Rohres. Errechnen lässt sich die Reynolds-Zahl bei der Rohrströmung mithilfe der Gleichung 1.5.
v·d Re = —
n̈
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(Gl. 1.5)
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Tabelle 1.2: Anhaltswerte Wärmeübergangskoeffizienten a
Re-Zahl 
Strömungsverhalten 
Luft
Wasser
siedendes Wasser
Sattdampf
< 2300
laminar
7–10
235–700
1.150–2.300
5.800–7.000
[W/m2K]
{36}
2300–10.000
Mischströmung
18–45
950–2.900
2.900–8.000
9.500–18.500
> 10.000
turbulent
70–95
4.600–11.600
9.300–15.000
20.800–29.200
Mithilfe dieser Re-Zahl lässt sich anhand der Tabelle 1.2 der Wärmeübergangskoeffizient α überschlägig ermitteln. In der Regel wird nur die Strömung in der Grenzschicht des
durchströmten Rohres/der angeströmten Wandung betrachtet (laminar mit Re < 2300
oder turbulent mit Re > 10000) und eben dieser Zustand entscheidet über den Grad des
Wärmeübergangs. (Der Bereich zwischen den beiden Grenzwerten wird auch als Übergangsbereich bezeichnet; hier wechselt die Strömungsform ständig.)
Insbesondere in Wasserrohrkesseln und in Überhitzern kann sich die Strömungscharakteristik abhängig von der Kesselleistung ändern. Nimmt die Kesselleistung zu, nimmt die
Dampfblasenbildung bzw. der Auftrieb zu, verstärkt sich also die Strömung bis hin zur
Turbulenz. Damit steigt bei zunehmender Kesselleistung der Wärmeübergang. Neben der
Re-Zahl haben die Temperatur oder Temperaturdifferenz der strömenden Medien und der
Wandung sowie die Wandrauhigkeit des durchströmten Rohres/der angeströmten Wandung Einfluss auf den α-Wert.
Zusammenfassend bleibt zu sagen, dass ein effektiver Wärmeübergang nur dann stattfindet, wenn die erzeugte Wärme zum einen aus dem strömenden energiereichen Medium ungehindert in die Trennschicht eindringen, andererseits den Körper aber ebenso
ungehindert verlassen kann. D. h., die Heizflächen müssen rauchgasseitig rußfrei und
wasserseitig frei von Kesselstein sein. Zudem ist in der Rauchgasströmung (beim Wasserraumkessel z. B. durch Wahl eines Wellrohres oder Verwirbeln der Flamme) Turbulenz herzustellen. Als Radikalmaßnahme bietet sich die Erhöhung der Rauchgasgeschwindigkeit
an, um die Wand-Grenzschicht aufzureißen. Negativ ist die dann sehr kurze Verweilzeit
des Rauchgases. Also muss der Weg, den die Rauchgase zurücklegen müssen, verlängert
werden. Hier muss letztlich ein Kompromiss gefunden werden, denn hohe Geschwindigkeit und lange Wege erhöhen den Strömungswiderstand. Dies wiederum führt zu Energieaufwand. Zu guter Letzt muss auf der Ablaufseite (hier Wasser) durch ausreichende Strömung sichergestellt werden, dass die angebotene Energie auch abtransportiert werden
kann. Beim Wasserrohrkessel sind wasserseitig strömungsbegünstigende Maßnahmen
leicht möglich (z. B. mittels Zwangsumlauf oder -durchlauf).
Anders stellt sich dies beim Naturumlaufkessel dar. Wird beim Wasserraumkessel wegen
eines zu hohen Energieangebotes die spezielle Heizflächenbelastung zu groß, wächst
die Gefahr, dass einzelne der beim (erwünschten) Blasensieden nach oben perlenden
Dampfblasen an der Heizfläche anhaften. Wird die kritische Wärmestromdichte er-
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Die Entwicklung im Kesselbau

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