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Title
Kraft-Wärme-Kopplung mittels kesselloser Kolbendampfmaschine / von David Winter
Additional Titles
Combined Heat and Power with boilerless steam piston engine
AuthorWinter, David
CensorPonweiser, Karl
PublishedWien, 2017
Description90 Blätter : Illustrationen, Diagramme
Institutional NoteTechnische Universität Wien, Diplomarbeit, 2017
Annotation
Zusammenfassung in englischer Sprache
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Abweichender Titel nach Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
LanguageGerman
Document typeThesis (Diplom)
Keywords (DE)thermische Energieerzeugung / Emissionsreduktion
Keywords (EN)thermal power generation /
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-101040 Persistent Identifier (URN)
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Kraft-Wärme-Kopplung mittels kesselloser Kolbendampfmaschine [3.03 mb]
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Abstract (German)

Die vorliegende Arbeit untersucht das technische Konzept einer Maschine, die es ermöglichen kann, die Anforderungen der dezentralen thermischen Energieerzeugung und der Emissionsreduktion der Energieproduktion zu kombinieren und so einen Beitrag zur Energiewende zu leisten. Besonderer Augenmerk wird in dieser Diplomarbeit auf die zugrundeliegende thermodynamische Auslegung für die erste Designphase gelegt. Zwei Besonderheiten prägen dabei die entworfene Maschine: 1. Ausführung des Dampferzeugers ohne einer Dampftrommel 2. Verwendung einer Dampfkolbenmaschine anstelle einer -turbine Der erste Punkt ermöglicht eine ökonomischere Inbetriebnahme und Wartung, da zu erwarten ist, dass die Errichtung eines Kessels mit Trommel mit komplexeren Sicherheitsnachweisen behaftet ist als es bei einem unter Druck stehenden Verdampferrohr der Fall ist. Der zweite Punkt ermöglicht eine Applikation der Maschine bei geringeren Leistungen, weil ein effizienter Betrieb von Turbinen erst bei Leistungen von mehreren Megawatt möglich ist. Es werden der Reihe nach der Dampferzeuger, die Kolbenmaschine, der Kondensator und die Speisewasserpumpe untersucht mit einer anschließenden Quantifizierung der differenten Wirkungsgrade. Die größte Aufmerksamkeit liegt dabei auf der Auslegung des Dampferzeugers, insbesondere der Verbrennungsrechnung und der Modellierung des Strahlraums. Die gesamte Anlage basiert auf dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung (siehe Kapitel 2.2), bei der die Erzeugung von elektrischer Energie mit der Nutzung der entstehenden Abwärme gekoppelt ist. Diese Abwärme wird dabei als Raum- oder Prozesswärme genutzt. Dadurch ist eine höhere Ausnutzung der Primärenergie möglich als bei der Aufteilung zwischen zentralen Stromkraftwerken und dezentralen Heizanlagen.

Abstract (English)

This work investigates the technical concept of a machine that could combine the requirements of decentralised generatithermal power generation and emission reduced power production and by that contributing to achieve the goals of energy transition towards renewable energy. In this master thesis, special attention will be paid to the fundamental thermodynamic calculation of the first design phase. Two specifics of the designed machine are from special interest: 1. Conception of the boiler without the use of a steam drum 2. Usage of a steam piston engine instead of a steam turbine The first facilitates a more economic commissioning and maintenance, since it is expectable that the operation of a steam drum is bound to more complex safety regulations than a single pressurised boiler pipe. The second allows the application of this machine at lower powers because the efficient service of steam turbines is only given at powers of a couple of megawatts. In sequence, the design of the boiler, the piston engine, the condenser, and the feedwater pump will be surveyed with subsequent quantitation of the energy conversion efficiency. Focus is put on the design of the boiler, particularly the combustion calculation and the modelling of the heat radiation chamber. The whole facility is based on the principle of combined heat and power generation (CHP), in which the occurring heat of the electrical power generation is used for heating purposes. By doing this, an increased utilisation of the primary energy is possible compared to a split between centralised power stations and decentralised heating facilities.

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