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Kostenlose Rechner für Energie, Dampf und Hilfsbetriebe

14 Berechnungen für Kesselhaus und Hilfsbetriebe: Kessel, Dampf, Kühltürme, Brennstoffe, CO₂ und Druckluft. Mit Formel und Übungen.

Kessel und Dampf

Kesselwirkungsgrad (direkte Methode)

Formelη = S × (hg − hfw) ÷ (F × PC) × 100  ·  hfw ≈ 4,19 × Tfw
t/h
°C
kg/h
MJ/kg
Nutzwärme im Dampf—MW
Brennstoffwärmeleistung—MW
Kesselwirkungsgrad (η)—%

Trocken gesättigter Dampf, Absalzung vernachlässigt. Bezug angeben: Brennwert Hs (Erdgas ≈ 80 bis 85 %) oder Heizwert Hi (≈ 88 bis 93 %).

Dampfbedarf für eine Wärmeleistung

Formelṁ = Q × 3600 ÷ hfg
kW
Dampfmenge (ṁ)—kg/h
Verdampfungsenthalpie (hfg)—kJ/kg
Sattdampftemperatur—°C

Trocken gesättigter Dampf, vollständig kondensiert, Kondensat bei Sättigung. 5 bis 10 % für Verluste und Anfahren zuschlagen.

Nachdampf aus Kondensat

Formelx = (hf1 − hf2) ÷ hfg2  ·  ṁflash = x × ṁ
kg/h
Nachdampfanteil (x)—%
Nachdampf—kg/h

Gesättigtes Kondensat bei P₁. Dieser Niederdruckdampf lässt sich nutzen (Entgaser, Heizung), statt über den Brüden verloren zu gehen.

Kesselabsalzung und Eindickungszahl

FormelN = Cb ÷ Cfw  ·  BD = S × Cfw ÷ (Cb − Cfw)  ·  FW = S + BD
µS/cm
µS/cm
t/h
Eindickungszahl (N)—×
Absalzrate in % des Speisewassers—%
Absalzmenge (BD)—t/h
Speisewasser (FW)—t/h

Gilt auch für Salzgehalt (TDS) oder Chlorid (gleiche Einheit auf beiden Seiten). Typische Absalzung: 1 bis 8 % des Speisewassers; Herstellergrenze einhalten.

Kondensatrückführung und Zusatzwasser

FormelR = C ÷ S × 100  ·  MU = S − C  ·  Tmix = (C × Tc + MU × Tmu) ÷ S
t/h
t/h
°C
°C
Rückführquote (R)—%
Zusatzwasser (MU)—t/h
Mischtemperatur (Tmix)—°C

Vereinfachte Bilanz (Absalzung und Entgaserdampf vernachlässigt). Jeder Prozentpunkt mehr Rücklauf spart aufbereitetes Wasser, Chemikalien und Brennstoff.

Kühlwasser und Pumpen

Kühlturm: Kühlzonenbreite, Kühlgrenzabstand, Verdunstung

FormelΔT = Th − Tc  ·  A = Tc − Twb  ·  η = ΔT ÷ (ΔT + A) × 100  ·  E ≈ 0,00153 × Q × ΔT  ·  P = Q ÷ 3,6 × 4,18 × ΔT
m³/h
°C
°C
°C
Kühlzonenbreite (ΔT)—K
Kühlgrenzabstand (A)—K
Kühlturm-Wirkungsgrad (η)—%
Verdunstungsverlust (E)—m³/h
Abgeführte Wärme (P)—kW

E ≈ 0,00085 × gpm × °F, also 0,00153 × Q × ΔT in m³/h und K (rund 85 % der Wärme geht über Verdunstung). Üblicher Kühlgrenzabstand: 3 bis 6 K.

Kühlturm: Eindickung, Abflut und Zusatzwasser

FormelN = Cc ÷ Cmu  ·  B = E ÷ (N − 1)  ·  M = E + B
m³/h
µS/cm
µS/cm
Eindickungszahl (N)—×
Abflut + Tropfenverlust (B)—m³/h
Zusatzwasser (M)—m³/h

Leitfähigkeit (oder Chlorid, Kieselsäure) im Zusatzwasser und in der Tasse messen. Von 3 auf 6 Eindickungen senkt das Zusatzwasser stark; Grenze ist die Steinbildung.

Pumpenleistung

FormelPh = ρ × g × Q × H ÷ 3600 ÷ 1000  ·  Pa = Ph ÷ ηp  ·  Pe = Pa ÷ ηm
m³/h
m
%
%
h/yr
Hydraulische Leistung (Ph)—kW
Wellenleistung (Pa)—kW
Elektrische Leistung (Pe)—kW
Jahresenergie—kWh/a

Wasser mit ρ = 1000 kg/m³ und g = 9,81 m/s². Bei anderen Flüssigkeiten mit der relativen Dichte multiplizieren. Weit weg vom Bestpunkt verschwendet die Pumpe Energie.

Brennstoffe, Wirkungsgrad und CO₂

Brennstoffenergie (Heizwert und Brennwert)

FormelP = F × H ÷ 3600  ·  E = F × 24 × Hi ÷ 1000
kg/h
Leistung bezogen auf Hi—MW
Leistung bezogen auf Hs—MW
Energie pro Tag (Hi)—GJ/d

Typische Werte in MJ/kg (Hi / Hs): Erdgas 47,1 / 52,2; Propan 46,6 / 50,2; Diesel 42,8 / 45,8; schweres Heizöl 39,5 / 42,2; Kohle 22,7 / 24,0; Wasserstoff 120,0 / 141,9. Wenn bekannt, die Lieferantenanalyse nehmen.

CO₂ aus der Verbrennung

FormelE = m × Hi  ·  CO₂ = E × EF ÷ 10⁶
t
Energie (Hi)—GJ
CO₂-Emission—t CO₂
CO₂ je Tonne Brennstoff—t CO₂/t

IPCC-2006-Standardwerte (Bd. 2, Tabellen 1.2 und 1.4), vollständige Oxidation. Für die amtliche Berichterstattung gemessenen Heizwert und C-Gehalt verwenden. Erdgas: etwa 0,7 bis 0,8 kg/Sm³.

Wärmeverbrauch (Heat Rate) und thermischer Wirkungsgrad

Formelη = P ÷ (F × Hi ÷ 3,6) × 100  ·  HR = 3600 ÷ η × 100
kg/h
MJ/kg
kW
Brennstoffwärmeleistung—MW
Thermischer Wirkungsgrad (η)—%
Wärmeverbrauch (HR)—kJ/kWh
Wärmeverbrauch (HR)—Btu/kWh

Richtwerte bezogen auf Hi: Motor oder Gasturbine im offenen Prozess 30 bis 42 %; GuD 50 bis 60 %. Je niedriger der Wärmeverbrauch, desto besser. 1 kJ = 0,9478 Btu.

Druckluft

Druckluftleckage: Menge und Energie

Formelṁ = Cd × A × P₀ × √(k ÷ (R × T)) × (2 ÷ (k + 1))(k + 1) ÷ (2(k − 1))  ·  Q = ṁ ÷ ρair  ·  P = Q × SP
mm
bar(g)
kW/(m³/min)
h/yr
Leckagemenge (Ansaugzustand, Q)—m³/min
Leckagemenge (Ansaugzustand, Q)—L/s
Verlustleistung (P)—kW
Energieverlust pro Jahr—kWh/a

Kritische Strömung eines idealen Gases (k = 1,4), Luft bei 20 °C, gültig ab etwa 1 bar(g). Cd ≈ 0,61 für ein scharfkantiges Loch, bis 0,97 bei gerundetem Rand. Ansaugzustand 20 °C und 1,013 bar.

Leckagemessung über Last-/Leerlaufzeiten

FormelL = T ÷ (T + t) × 100  ·  QL = C × L ÷ 100  ·  PL = Pc × L ÷ 100
s
s
m³/min
kW
h/yr
Leckagerate (L)—%
Leckagemenge (QL)—m³/min
Verlustleistung (PL)—kW
Energieverlust pro Jahr—kWh/a

Messung ohne Verbraucher (Betrieb steht) über mehrere Zyklen. Gut gewartetes Netz: unter 10 %; 20 bis 30 % sind häufig. Leerlaufleistung vernachlässigt.

Volumen des Druckluftbehälters

FormelV = t × (Cd − Cs) × Pa ÷ (P₁ − P₂)  ·  Pa = 1,013 bar
m³/min
m³/min
min
bar(g)
bar(g)
Erforderliches Behältervolumen (V)—m³
Luftdefizit—m³/min

Mengen im Ansaugzustand. Ein Behälter deckt nur kurze Spitzen: Hält das Defizit an, braucht es mehr Verdichterleistung, keinen größeren Behälter.

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