Thermische Kraftwerke - Cheatsheet

Rankine-Prozess und seine Anwendung in thermischen Kraftwerken

Definition:

Rankine-Prozess beschreibt den thermodynamischen Kreisprozess zur Umwandlung von Wärmeenergie in mechanische Arbeit, typisch in thermischen Kraftwerken.

Details:

• Besteht aus vier Hauptschritten: Isentrope Expansion, Isobare Wärmeabgabe, Isentrope Kompression, Isobare Wärmezufuhr
• Hauptkomponenten: Dampfturbine, Kessel, Kondensator, Speisewasserpumpe
• Arbeitsmedium in der Regel Wasserdampf
• Formeln:
• Zugeführte Wärme: \( Q_{zu} = m \times (h_1 - h_4) \)
• Abgeführte Wärme: \( Q_{ab} = m \times (h_2 - h_3) \)
• Nettoarbeit: \( W_{netto} = Q_{zu} - Q_{ab} \)
• Wirkungsgrad: \( \text{Wirkungsgrad} = \frac{W_{netto}}{Q_{zu}} \)

Wirkungsgradberechnungen und thermodynamische Analysen

Definition:

Berechnungen des Wirkungsgrads und Analyse thermodynamischer Prozesse in thermischen Kraftwerken

Details:

• Wirkungsgrad \( \eta \) definiert als \[ \eta = \frac{P_{ab}}{P_{zu}} \] (abgegebene Leistung durch zugeführte Leistung)
• Thermodynamische Hauptsätze berücksichtigen: Energieerhaltung und Entropiezunahme
• Bedeutende Kreisläufe: Carnot-, Rankine- und Brayton-Kreisprozess
• Analysen enthalten Berechnungen für Wärmeübertragungen und Arbeitsverhältnisse in Komponenten wie Turbinen, Pumpen und Wärmetauschern
• Verlustquellen analysieren: Reibungsverluste, Wärmeverluste, Strahlungsverluste

Konstruktion und Funktionsweise von Dampfturbinen

Definition:

Wasserdampf wird erhitzt, expandiert durch Turbinenschaufeln, erzeugt mechanische Energie zur Stromerzeugung.

Details:

• Dampf wird in einem Kessel erzeugt und unter hohem Druck in die Turbine geleitet.
• Dampf expandiert durch die Schaufeln der Turbine, treibt die Turbinenläufer an.
• Mechanische Energie wird durch den Generator in elektrische Energie umgewandelt.
• Wirkungsgrad hängt von der Temperatur- und Druckdifferenz des Dampfes ab.
• Wichtige Bauteile: Dampfkessel, Turbinenschaufeln, Kondensator, Generator.
• Formel für Leistung: \( P = \frac{{\text{mechanische Arbeit}}}{{\text{Zeit}}} \)

Betriebssicherheit und Wartung von Dampfturbinen

Definition:

Maßnahmen und Prozesse zur Sicherstellung fehlerfreien Betriebszustands und zur Minimierung von Ausfallzeiten der Dampfturbinen. Siehe Temperatur-Management und Regelung.

Details:

• Regelmäßige Inspektionen und Wartung.
• Schmierung und Kühlung der rotierenden Teile.
• Überwachung mittels Sensoren für Temperatur, Druck und Schwingungen.
• Nutzung von Predictive Maintenance (vorausschauende Wartung) mittels Datenanalyse.
• Einhaltung von Sicherheitsstandards und -vorschriften.

Wasserchemie und Kesselwasserbehandlung zur Vermeidung von Korrosion

Definition:

Wasserchemie und Kesselwasserbehandlung sind entscheidend zur Vermeidung von Korrosion in thermischen Kraftwerken.

Details:

• Korrosionsschutz durch pH-Wert-Regulierung (idealer Bereich: 8,8-9,2 für Kesselspeisewasser)
• Entfernung von Sauerstoff und anderen korrosiven Gasen mittels Entgasern
• Dampf-Flugeigenschaften überwachen durch Dosieren von Ammoniak oder Phosphaten
• Kontinuierliche Überwachung der Wasserqualität (Leitfähigkeit, Sauerstoffgehalt, Eisen) notwendig

Technologien zur Rauchgasentschwefelung und Emissionsreduktion

Definition:

Technologien zur Reduktion von Schwefeldioxid (SO2) und anderen Emissionen aus den Abluftgasen von thermischen Kraftwerken.

Details:

• Entschwefelungsverfahren: Rauchgaswäsche (FGD), Trockensorbent-Einspritzung (DSI)
• FGD: Verwendung von Kalkstein oder Kalk zur Bindung von SO2 zu Calciumsulfat
• DSI: Einspritzung von Sorbenten (z.B. Natriumhydrogencarbonat) in den Rauchgasstrom
• DeNOx-Technologien: Selektive katalytische Reduktion (SCR), Selektive nicht-katalytische Reduktion (SNCR)
• SCR: Einsatz eines Katalysators zur Reduktion von NOx mit Hilfe von Ammoniak
• SNCR: Einspritzung von Ammoniak oder Harnstoff in den Rauchgasstrom ohne Katalysator
• Partikelabscheidung: Elektrofilter, Gewebefilter
• Vorteile: Reduktion von Treibhausgasen und Verbesserung der Luftqualität

Umweltfolgen thermischer Kraftwerke und entsprechende Nachhaltigkeitsmaßnahmen

Definition:

Umweltfolgen thermischer Kraftwerke: Auswirkungen auf Umwelt durch Emissionen, Abwärme; Nachhaltigkeitsmaßnahmen: Reduktion von Emissionen, Einsatz erneuerbarer Energien, Effizienzsteigerungen.

Details:

• Thermische Kraftwerke erzeugen CO2, Schadstoffe (SO2, NOx) und Abwärme.
• Emissionen verursachen globale Erwärmung, Gesundheitsprobleme.
• Abwärme beeinträchtigt Gewässerökosysteme, verursacht thermische Verschmutzung.
• Nachhaltigkeitsmaßnahmen: CO2-Abscheidung und -Speicherung (CCS).
• Nutzung von Rauchgasentschwefelungsanlagen (FGD) und Katalysatoren zur NOx-Reduktion.
• Einsatz erneuerbarer Energien zur Reduktion des fossilen Brennstoffverbrauchs.
• Steigerung der Effizienz thermischer Prozesse durch Kraft-Wärme-Kopplung (KWK).
• Investition in Forschung und Entwicklung für umweltfreundliche Technologien.

Energieumwandlungseffizienz und Einsatz von Wärmeübertragern

Definition:

Umwandlung von Energie in thermischen Prozessen optimieren, Effizienz messen; Wärmeübertrager steigern Effizienz durch Wärmetransfer zwischen Medien.

Details:

• Energieumwandlungseffizienz: Maß für die Umwandlung der Eingangsenergie in nützliche Energieformen.
• Wärmeübertrager: Geräte, die thermische Energie zwischen zwei oder mehr Fluide übertragen.
• Wirkungsgrad thermischer Kraftwerke berechnen: \( \text{Wirkungsgrad} = \frac{P_{\text{nützlich}}}{P_{\text{eingesetzt}}} \)
• Idealbedingungen: Carnot-Wirkungsgrad \( \eta_{Carnot} = 1 - \frac{T_{\text{kalt}}}{T_{\text{heiß}}} \)