KRAFTERZEUGUNG UND WARMWASSERBEREITUNG. Von Dr.-Ing. Ludw. Schneider, München. SCHNEIDER: Krafterzeugung und Warmwasserbereitung. Inhaltsübersicht. In vielen Betrieben ist neben dem Kraftbedarf ein regelmäßiger Bedarf an Warmwasser vorhanden. Es werden verschiedene Möglichkeiten der Warmwasserbereitung nach wirtschaftlichen Gesichtspunkten untersucht, und zwar die Verwendung von Frischdampf, von Abdampf mit geringem Ueberdruck und von Vakuumspannung sowie von Zwischendampf aus dem Aufnehmer von Verbundmaschinen (Receiverdampf). Es zeigt sich dabei, daß die letztgenannte Betriebsweise die ökonomischste ist. –––––––––– Die Ausnutzung der im Abdampf von Dampfmaschinen enthaltenen Wärme zur Bereitung von warmem oder heißem Wasser ist in zahlreichen Betrieben möglich. In vielen Fällen zieht man es vor, die Kraftmaschine mit schlechtem Vakuum oder mit Gegendruck laufen zu lassen, um genügend heißen Abdampf zur Warmwasserbereitung zu erhalten, anstatt sie mit gutem Vakuum zu betreiben und das benötigte Warmwasser unabhängig vom Maschinenbetrieb zu erzeugen. In diesem Fall wird das Brauchwasser meistens mittels herabgedrosselten Kesseldampfes bereitet, während bei Verwendung des Maschinenabdampfes verschiedene Möglichkeiten offen stehen, nämlich. Betrieb der Maschinen mit Gegendruck, Betrieb der Maschinen mit schlechtem Vakuum, Betrieb der Maschinen mit Zwischendampfentnahme aus dem Aufnehmer (Receiverdampfentnahme). Diese verschiedenen Möglichkeiten der Abdampfverwertung sind in ihrem wirtschaftlichen Wirkungsgrad nicht gleichwertig. Im folgenden soll an Hand eines Beispieles untersucht werden, wie sich die Krafterzeugung und die Warmwasserbereitung mit dem geringsten Gesamtwärmeaufwand gestaltet. Die durchschnittliche Tagesleistung einer Anlage ist für den Jahreslauf in Fig. 1 dargestellt. Der kleinsten Belastung von 1010 KW/Std. im Monat Juni steht eine größte von 2520 KW/Std. im Dezember gegenüber. Die ziemlich bedeutenden Unterschiede finden ihre Begründung in dem zu verschiedenen Jahreszeiten wechselnden Bedarf an Beleuchtungsstrom. Die in Fig. 1 dargestellte Leistung soll durch zwei Tandem-Verbundmaschinen von je 170 PS effektiver maximaler Dauerleistung =115 KW bei täglich 11 stündlicher Betriebszeit erzeugt werden. Die Dampfspannung vor den Maschinen betrage 11½ at. Der Dampf sei trocken gesättigt. Der durchschnittliche Warmwasserbedarf der Anlage belaufe sich auf 125 cbm f. d. Tag, und zwar soll das Wasser von 10°C auf 70°C erwärmt werden. I. Betrieb der Maschinen mit gutem Vakuum und Erzeugung des Warmwassers mittels herabgedrosselten Kesseldampfes. Textabbildung Bd. 327, S. 246 Fig. 1.Belastung der Anlage. Textabbildung Bd. 327, S. 246 Fig. 2.Normales Diagramm. Textabbildung Bd. 327, S. 246 Fig. 3.Getrennte Anlage. Die Maschinen arbeiten bei Vollbelastung nach den in Fig. 2 gezeichneten Diagrammen. Die Arbeitsleistung ist gleichmäßig auf beide Zylinder verteilt. Der Dampfverbrauch für die Warmwasserbereitung beträgt 12700 kg f. d. Tag. In Fig. 3 ist diese Heizdampfmenge und darüber der Dampfverbrauch der Maschinen (Kraftdampfmenge) senkrecht über der Abszissenachse aufgetragen. Der Dampfverbrauch einer Maschine bei Vollast ist zu 6,6 kg f. d. PSi/Std. angenommen. Der in Fig. 3 dargestellte Jahresdampfverbrauch erreicht die Höhe von 11300000 kg. Davon sind zu erzeugen an einem Durchschnittstag im Juni 25000 kg, im Dezember 41000 kg. Das Verhältnis dieser beiden Zahlen, welches einen Maßstab für die Gleichmäßigkeit der Beanspruchung der Kesselanlage gibt, beträgt 1: 1,64. Textabbildung Bd. 327, S. 246 Fig. 4. Textabbildung Bd. 327, S. 246 Fig. 5.Gegendruckbetrieb. Textabbildung Bd. 327, S. 246 Fig. 6.Betrieb mit Gegendruck und Kondesation. IIa. Betrieb der Maschinen mit einer Gegen Spannung von 0,6 at Ueberdruck und Erzeugung des Warmwassers durch den Abdampf der Maschinen. Die Dampfverteilung ergibt bei Vollbelastung Diagramme nach Fig. 4. Von der Gesamtleistung treffen auf den Hochdruckzylinder 56 v. H., auf den Niederdruckzylinder 44 v. H. Die Arbeitsleistung ist also noch annähernd gleichmäßig auf beide Zylinder verteilt. Der Dampfverbrauch der Maschinen beträgt bei Vollast 10,2 kg f. d. PSi/Std. An Abdampf werden für Warmwasserbereitung täglich 13400 kg benötigt, das sind etwas mehr als bei Fall I, weil der Abdampf geringeren Wärmeinhalt hat als Frischdampf. In Fig. 5 ist von der Null-Linie ab der Gesamtdampfverbrauch beider Maschinen (obere stark ausgezogene Linie) sowie die Abdampfmenge der Maschinen (schwach ausgezogene Linie) eingetragen. Die Ordinaten zwischen diesen beiden Linien stellen jene Beträge dar, die in den Maschinen für Arbeitsleistung und Abkühlungsverluste aufgewendet werden. Die wagerechte Linie gibt den Abdampfbedarf mit 13400 kg f. d. Tag an. Wie ersichtlich, übertrifft die von den Maschinen ausgeworfene Abdampfmenge in jedem Monat den Abdampfbedarf, so daß man dieser Arbeitsweise von vornherein ein ungünstiges Prognostikon stellen wird. Der jährliche Gesamtdampfverbrauch für Kraftbetrieb und Warmwasserbereitung beträgt nach. Fig. 5 etwa 10500000 kg, wovon im Juni täglich 18900 kg und im Dezember täglich 42800 kg zu erzeugen sind. Das Verhältnis dieser beiden Zahlen zu einander ist 1: 2,26. Die Beanspruchung der Kesselanlage ist somit in diesem Fall nicht unwesentlich ungünstiger als im vorhergehenden. Gegenüber Fall I sind aber jährlich um 7 v. H. weniger Dampf zu erzeugen. Der große Ueberschuß an Abdampf weist schon darauf hin, daß es wirtschaftlich wäre, tunlichst nur eine Maschine mit Gegendruck zu betreiben und den Rest an Leistung durch eine zweite, mit gutem Vakuum laufende Maschine zu ergänzen. Mit D. R. P. Nr. 139013 ist ein Verfahren geschützt, wobei eine Maschine von den Warmwasserapparaten aus reguliert wird dergestalt, daß sie gerade so stark belastet wird, als dem Bedarf an Abdampf entspricht, während mit dieser Maschine eine zweite gekuppelt ist, welche mit gutem Vakuum arbeitet und die geforderte Zusatzarbeit leistet. Die selbsttätige Regulierung empfiehlt sich besonders da, wo der Heizdampfbedarf häufigen unregelmäßigen Schwankungen unterworfen ist. Bei regelmäßigen Schwankungen kann man sich damit begnügen, die Leistungsverteilung auf beide Maschinen durch das Bedienungspersonal von Hand aus vornehmen zu lassen. Textabbildung Bd. 327, S. 247 Fig. 7.Schlechtes Vakuum. 187 PSi. Textabbildung Bd. 327, S. 247 Fig. 8.Betrieb mit schlechtem Vakuum. Textabbildung Bd. 327, S. 247 Fig. 9.55 v. H. Zwischendampfentnahme. 181 PSi. IIb. Betrieb einer Maschine mit Gegendruck und mit einer dem Abdampfbedarf möglichst angepaßten Belastung, der zweiten Maschine als Zusatzmaschine mit gutem Vakuum. Der Gegendruck von Maschine 1 betrage wiederum 0,5 kg. Maschine 1 läuft im Januar, Februar, März, September, Oktober, November und Dezember mit gleich hoher, im April mit verminderter und im Mai, Juni, Juli und August mit erhöhter Belastung. Die Kondensationsmaschine 2 ist von Januar bis März und von September bis Dezember verschieden belastet. Im April wird sie zur Unterstützung von Maschine 1 ebenfalls mit Gegendruck betrieben, wobei beide Maschinen gleichviel leisten. Von Mai bis August steht sie still, da sie zu schwach belastet werden müßte. Man zieht es daher vor, die erste Maschine allein laufen zu lassen, woraus allerdings ein kleiner Ueberschuß an Abdampf resultiert (s. Fig. 6). Die in den verschiedenen Monaten täglich zu erzeugenden Dampfmengen und die Abdampfmengen sind in Fig. 6 graphisch zusammengestellt. Der gesamte jährliche Dampfbedarf beträgt bei dieser in der praktischen Durchführung etwas komplizierten Arbeitsweise 9100000 kg, wovon 18900 kg an einem durchschnittlichen Junitag und 35400 kg an einem durchschnittlichen Dezembertag erzeugt werden. Die Gesamtdampferzeugung beträgt um rund 20 v. H. weniger als im Fall I. Das Verhältnis der geringsten zur größten Kesseltagesleistung im Jahr ist 1: 1,87. III. Betrieb der Maschinen mit schlechtem Vakuum von 25 v. H., wobei die Oberflächenkondensatoren als Warm wasserbereiter dienen. Die Dampfdiagramme der Maschinen sind in Fig. 7 dargestellt. Bei Vollast leistet der Hochdruckzylinder 54½ v. H., der Niederdruckzylinder 45½ v. H. der Gesamtarbeit. Der Dampfverbrauch beträgt 8,3 kg f. d. PSi/Std. Für die Warnwasserbereitung sind täglich 13500 kg Abdampf erforderlich. Die obere stark ausgezogene Linie in Fig. 8 stellt den täglichen Dampfverbrauch der Maschine inkl. Warmwasserbereitung dar, die dünn ausgezogene Linie die Abdampfmenge der Maschinen. Wie ersichtlich, reicht diese in den Monaten April bis August nicht gänzlich zur Warmwasserbereitung aus, so daß das Brauchwasser in dieser Zeit durch direkten Kesseldampf nacherhitzt werden muß. Die Menge des letzteren wird durch die Ordinaten der schraffierten Fläche dargestellt. Die Jahressumme des täglichen Dampfverbrauchs beträgt 8500000 kg oder um 25 v. H. weniger als im Fall I. Die geringste durchschnittliche Dampferzeugung fällt in den Juni mit 18000 kg für den Tag, die größte in den Dezember mit 34000 kg für den Tag. Das Verhältnis beider Werte ist 1: 1,93. IV. Betrieb der Maschinen mit Zwischendampfentnahme. Warmwasserbereitung mit Zwischendampf von ¾ at Ueberdruck. Bei dieser Arbeitsweise wird den Maschinen der Heizdampf aus dem Aufnehmer (Receiver) zwischen Hoch- und Niederdruckzylinder entnommen. Die Hochdrucksteuerung wird auf gewöhnliche Weise durch einen Fliehkraftregler, die Niederdrucksteuerung entweder von Hand aus oder selbsttätig (D. R. P. 152 256) so verstellt, daß der Druck im Aufnehmer immer gleich hoch bleibt, wenn sich auch Belastung und Zwischendampfbedarf ändern. Der Abdampf des Niederdruckzylinders wird im Kondensator wie gewöhnlich niedergeschlagen. Die zur Warmwasserbereitung benötigte Dampfmenge von 13200 kg für den Tag wird von Mai bis August einer, in der übrigen Zeit beiden Maschinen entnommen. Dabei beträgt die geringste Zwischendampfentnahme (Dezember) 42 v. H., die größte (Juni) 78 v. H. der den Maschinen zugeführten Dampfmenge. Ein Tandemdiagramm für mittlere Verhältnisse, nämlich für 55 v. H. Entnahme, ist in Fig. 9 gezeichnet. Die Leistung ist folgendermaßen auf beide Zylinder verteilt: Dampfentnahme Hochdruckleistung Niederdruckleistung        30 v. H.         64 v. H.          36 v. H.        55   „         70    „          30   „        90   „         85    „          15   „ Die ungleiche Verteilung der Leistung auf beide Zylinder ist bei der Verbundmaschine in Tandembauart belanglos. Textabbildung Bd. 327, S. 248 Fig. 10.Dampfverbrauch. Textabbildung Bd. 327, S. 248 Fig. 11.Betrieb mit Zwischendampfentnahme. Textabbildung Bd. 327, S. 248 Fig. 12. In Fig. 10 ist das Anwachsen des Dampfverbrauchs mit steigender Zwischendampfentnahme dargestellt. Der auf der Ordinate 100 Zwischendampfentnahme v. H. aufgetragene Punkt entspricht dem Dampfverbrauch der mit 0,6 at Gegendruck im Zylinder betriebenen Verbundmaschine (s. Fall II). Der durchschnittliche Tagesdampf verbrauch der Maschinen einschließlich der Entnahmemenge ist in Fig. 11 zusammengestellt. Daraus folgt, daß jährlich eine Dampfmenge von 8200000 kg aufzuwenden ist, wovon 17000 kg an einem Durchschnittsjunitag, 32200 kg an einem Dezembertag zu erzeugen sind. Die Gesamtdampfmenge ist gegen Fall I um 27½ v. H. geringer. Das Verhältnis der geringsten zur größten täglichen Dampferzeugung beträgt 1: 1,9. Aus diesen zahlenmäßigen Darlegungen folgt, daß der Beirieb mit Zwischendampfentnahme der wirtschaftlichste ist. Fall IV hat mit Fall II b die gemeinsame Seite, daß die Warmwasserbereitung in weiten Grenzen unabhängig von der momentanen Maschinenbelastung erfolgen kann. Bei der Arbeitsweise nach Fall II a und III kann die Warmwasserbereitung jeweils nur nach Maßgabe der Krafterzeugung geschehen. Da nun im allgemeinen die Periodizität beider nicht isochron ist, muß dafür Sorge getragen werden, daß Kraft oder Wärme aufgespeichert werden kann. Ersteres geschieht in Akkumulatoren oder Sekundärelementen, letzteres in Großwasserraumvorwärmern oder Warmwasserbehältern von entsprechender Kapazität. Die Notwendigkeit der Aufspeicherung ist ein kleiner Nachteil der sonst sehr wirtschaftlichen Arbeitsweise nach Fall III. Ist die Warmwasserbereitungsstation aus irgend welchen Gründen weit vom Maschinenhaus entfernt anzulegen, so verbietet sich die Vakuumheizung nach Fall III, weil dabei die Rohrleitungsdimensionen außerordentlich groß werden, soll nicht der Gegendruck auf den Niederdruckkolben unverhältnismäßig wachsen. Große Rohrabmessungen bedingen hohe Anlagekosten und Wärmeverluste. Genau betrachtet stellt der Betrieb mit Zwischendampfentnahme nur einen speziellen Fall der in II b erläuterten Arbeitsweise dar. Die Rolle, welcher in II b der normalen Kondensationsmaschine zufällt, übernimmt in IV der Niederdruckzylinder, nämlich die Verarbeitung der für die Heizung nicht benötigten Dampfmenge. Die Heizdampfmenge wird bei Betrieb mit Zwischendampfentnahme nur durch den Hochdruckzylinder, bei Gegendruckbetrieb durch beide Zylinder der Verbundmaschine geschickt. Im letzteren Fall sind die gesamten Drosselungs- und Abkühlungsverluste natürlich höher als im ersteren, so daß sich die dampfökonomische Ueberlegenheit der Zwischendampfentnahme erklärt, abgesehen davon, daß bei der praktischen Durchführung des kombinierten Gegendruck-Kondensationsbetriebes ein kleiner Ueberschuß an Abdampf gar nicht zu vermeiden ist (vergl. Fig. 6). In Fig. 12 sind die Ersparnisse 1. des reinen Gegendruckbetriebes, 2. des kombinierten Gegendruck-Kondensationsbetriebes, 3. des Betriebes mit abgeschwächtem Vakuum und endlich 4. des Betriebes mit Zwischendampfentnahme gegenüber der getrennten Kraftdampf- und Heizdampferzeugung graphisch versinnbildlicht. Der Inhalt jedes gleichseitigen Dreiecks stellt den jährlichen Gesamtdampfverbrauch vor. Dieser ist für die getrennte Anlage gleich 100 v. H. gesetzt. Neben dieser bildlichen Zusammenstellung soll folgende Tabelle dazu dienen, den wirtschaftlichen Wert der verschiedenen Betriebsarten vergleichsweise zu betrachten: Betriebsart Dampfverbrauch Ge-winn Größte Kessel-belastung kg f. d. Jahr v. H. v. H. kg f. d. Tag v. H.    I. Getrennte Anlage 11300000 100 – 41000 100 IIa. Gegendruck 10500000 93 7 42800 104 IIb. Gegendr.-Kondens 9100000 80,5 19,5 35400   86 III. Vakuum 8500000 75 25 34000   85 IV. Zwischendampf-      entnahme 8200000 72,5 27,5 32000   79 Zusammengefaßt werden durch die Zwischendampfentnahme folgende Vorteile erzielt: 1. Der Gesamtdampfverbrauch für Krafterzeugung und Heizung ist geringer als bei allen anderen Betriebsarten. Gegenüber der getrennten Anlage beträgt die Ersparnis 27½ v. H. 2. Die zur Dampferzeugung nötige Kesselheizfläche kann kleiner bemessen werden als bei den übrigen Arbeitsweisen, z.B. um 21 v. H. kleiner als bei getrenntem Betrieb. 3. Das Verhältnis der größten zur kleinsten Beanspruchung der Kesselanlage ist zwar etwas ungünstiger als bei getrenntem Betrieb, aber günstiger als bei Gegendruckbetrieb und gleichwertig mit den anderen betrachteten Fällen. 4. Die Entnahme von Heizdampf kann in weiten Grenzen unabhängig von der Höhe der Belastung der Maschinen eintreten. 5. Die Dampfentnahme kann ohne Beeinflussung der Maschinenleistung ganz selbsttätig erfolgen. Besonderes Bedienungspersonal ist nicht erforderlich. 6. Der Heizdampf kann je nach Höhe des Anfangsdruckes mit 0,5 bis 5 at Ueberdruck entnommen werden und daher bei geringem Aufwand für Rohrleitung und Isolierung auf weite Entfernungen fortgeleitet werden. 7. Jede Tandemventilmaschine, deren Steuerung keine allzu große Verstellkraft benötigt, kann für Zwischen -dampfentnahme gebaut bezw. umgebaut werden, und umgekehrt kann jede für Zwischendampfentnahme gebaute Maschine mit 1: 2,3 bis 1: 2,8 Zylinderverhältnis als normale Kondensationsmaschine ohne Zwischendampfentnahme laufen. Das sind im wesentlichen die Vorteile des Betriebes mit Zwischendampfentnahme. Mit ihrer Begründung an Hand des gewählten Beispieles hofft der Verfasser die nicht unbedeutenden Vorzüge dieser Kombination von Krafterzeugung und Warmwasserbereitung für einen in der täglichen Praxis oft vorkommenden Fall dargelegt zu haben.