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Kraftwerkstechnik und Verbrennungsrechnung

Modulbezeichnung: Kraftwerkstechnik und Verbrennungsrechnung
Studiengang: Maschinenbau/Verfahrenstechnik, Bachelor, ASPO 01.10.2019
Code: MAB_19_V_5.14.KTV
SWS/Lehrform: 5V (5 Semesterwochenstunden)
ECTS-Punkte: 6
Studiensemester: 5
Pflichtfach: ja
Arbeitssprache:
Deutsch
Prόfungsart:
Klausur 90 min. + praktische Prüfung mit Ausarbeitung + studienbegleitender Laborversuch

[letzte Änderung 02.03.2020]
Verwendbarkeit / Zuordnung zum Curriculum:
MAB_19_V_5.14.KTV Maschinenbau/Verfahrenstechnik, Bachelor, ASPO 01.10.2019, 5. Semester, Pflichtfach, Vertiefungsrichtung Verfahrenstechnik
Arbeitsaufwand:
Die Präsenzzeit dieses Moduls umfasst bei 15 Semesterwochen 75 Veranstaltungsstunden (= 56.25 Zeitstunden). Der Gesamtumfang des Moduls beträgt bei 6 Creditpoints 180 Stunden (30 Std/ECTS). Daher stehen für die Vor- und Nachbereitung der Veranstaltung zusammen mit der Prüfungsvorbereitung 123.75 Stunden zur Verfügung.
Empfohlene Voraussetzungen (Module):
MAB_19_A_1.03.WSK Werkstoffkunde mit Labor
MAB_19_A_2.05.KWL Konstruktionswerkstoffe mit Labor
MAB_19_A_3.02.THE Thermodynamik
MAB_19_A_4.02.WFL Wärmeübertragung und Fluidmechanik
MAB_19_V_3.10.GEA Grundelemente des Anlagenbaus
MAB_19_V_4.09.EEN Energieeffizienz und Nachhhaltigkeit


[letzte Änderung 02.03.2020]
Als Vorkenntnis empfohlen fόr Module:
Modulverantwortung:
Prof. Dr.-Ing. Christian Gierend
Dozent:
Prof. Dr.-Ing. Christian Gierend


[letzte Änderung 02.03.2020]
Lernziele:
Die Studierenden sind in der Lage:
- die zentralen Anlagenteile und ihre Hilfs- und Nebenanlagen wie auch die zugrundeliegenden Prozesse und relevanten Funktions- und Sicherheitsprüfungen zu benennen
- die Massen- und Volumenströme von Brennstoff und Verbrennungsprodukten und die thermodynamischen Kreisprozesse zu berechnen
- die Einflüsse der verschiedenen Prozessparameter qualitativ und quantitativ abzuschätzen
- das Störverhalten einzelner Betriebsmittel, Funktionsbereiche und des gesamten Kraftwerksblockes zu erläutern
 
1. Vorlesung Kraftwerkstechnik
 
Die Studierenden sind in der Lage:
- Vertiefende Grundlagen der Kraftwerkstechnik wiederzugeben
- Spezielle Prozesse und Zustandsänderungen zu beschreiben und zu charakterisieren
- Neue, reaktive Ansätze der Kraftwerkstechnik durchzuführen und einzuschätzen
 
1.        Festigung relevanter thermodynamischer Grundlagen (Hauptsätze, Carnot und Rankine Kreisprozess, Konzept der Exergie und Anergie)
2.        Allgemeine Aspekte der Kraftwerkstechnik (Einordnung der Technologien)
3.        Fossil befeuerte Kraftwerke- Kohlekraftwerke- Öl- und Gaskraftwerke
 
Die Studierenden sollen:
- als theoretische Grundlage diverser ingenieurwissenschaftlicher Arbeitsgebiete Kenntnisse über die Grundzüge der Kraftwerkstechnik haben,
- durch das erlernte abstrakte Denken und das Denken in physikalischen Modellen grundlegende Prozesse beurteilen und begleiten können.
- Berechnete Werte, Zustandsänderungen und Kreisprozesse in hs- und ph-Diagramme einzuzeichnen
- Die Auswahl der technischen Apparate und Einbauten für die Kraftwerkstechnik zu begründen und zu bewerten
 
2. Übung
Die Studierenden sind in der Lage
- Zustandsgrößen und Prozessgrößen  zu erkennen und Berechnungsmethoden auszuwählen, z.B. für Joule Prozess oder Clausius-Rankine-Prozess
- Zustandsgrößen und Prozessgrößen  für die Kraftwerkstechnik zu ermitteln
- allgemeine Aufgaben zur Kraftwerkstechnik zu berechnen
- Zusammenhänge von speziellen Stoffdaten, Enthalpie und Entropieänderungen aufzuzeigen und zu berechnen
 
Fachkompetenz:
1.        Beurteilen, welche maximalen Wirkungsgrade in einem thermischen Kraftwerk erzielbar sind
2.        Sind in der Lage eine grobe Energiebilanz für ein Kraftwerk und dessen Komponenten aufzustellen
3.        Können technologische Entwicklung in Zusammenhang mit ökonomischen Aspekten (z.B. Stromgestehungskosten) bringen.
4.        Ist in der Lage, die Funktionsprinzipen der wesentlichen Dampfturbinen- Komponenten und deren Zusammenwirken zu erkennen und zu analysieren
5.        Erkennt die technischen Grenzen der verschieden Turbinen-Bauarten und kann diese begründen
 
Die Studierenden beherrschen nach erfolgreicher Beendigung des Moduls die Grundlagen der Kraftwerkstechnik. Sie kennen unterschiedliche Kraftwerkstypen, deren Aufbau und ihr Eigenschaften. In der Vorlesung erlangen die Studierenden die Fähigkeiten zum Umgang mit empirischen Formeln für, deren Inhalte sowohl auf Stoffgrößen, thermischen Prozessgrößen, thermischen Zustandsgrößen und stoffabhängigen Eigenschaftswerten beruhen und verstehen deren Zusammenhang mit Bedarfs- und Netzabhängigen Randbedingungen. Sie verstehen die Zusammenhänge mehrdimensionaler, gekoppelter Systeme. Sie kennen die Rechtlichen und technischen Anforderungen an den Entwurf und den Betrieb von Energieanlagen (Stand der Technik, TRD, VDI, Technische Verordnungen).
 
Methodenkompetenz:
Durch gezielte Anwendung der erlernten Lösungsalgorithmen können sie sicher Anlagen und deren Bestandteile bedarfsgerecht und ökonomisch dimensionieren.  Sie sind in der Lage Optimierungsmaßnahmen (verfahrenstechnisch, maschinenbautechnisch, fluid-mechanisch oder bei der Werkstoffauswahl) anzuwenden. Sie beherrschen die theoretisch-mathematische und praxisorientierte Behandlung gekoppelter Systeme.
 
Sozialkompetenz:
Die Studierenden können in Kleingruppen diskutieren und einen Lösungsweg erarbeiten.
Die Studierende sind in der Lage, eigenständig Aufgaben zu definieren, hierfür notwendiges Wissen aufbauend auf dem vermittelten Wissen selbst zu erarbeiten, sowie geeignete Mittel zur Umsetzung einzusetzen.
 
Die sichere Bewertung von wirtschaftlichen, gesellschaftlichen und Umweltaspekten bei der Auslegung und dem Betrieb von Kraftwerken ist Gegenstand der kommunikativen und bewusst austauschenden Einbeziehung der Studierenden während der Vorlesung in aktiven Übungseinheiten. Diese aktiven Übungseinheiten vertiefen die zuvor erlangten Lern- und Arbeitstechniken (Verbrennungsrechnung, Feuerungstechnik, Wärmetauscher, Automatisierungstechnik) und fördern die Fähigkeiten zur selbststudiumangeleiteten Nacharbeitung des vermittelten Lernstoffes, auch in kleinen Lerngruppen. Dieses Wissen können die Studierenden anhand der interaktiven Übungseinheiten vertiefen und sich gezielt über die Grundlagen der Kraftwerkstechnik, methodisch-problemlösend von Lern- und Arbeitstechniken, in Lerngruppen austauschen und ihre Anwendungen und Erkenntnisse sicher präsentieren.
 
 
Selbstkompetenz:
Dabei vergleichen die Studierenden die Ergebnisse anhand unterschiedlicher Lösungsansätze erläutern und  berechnen unterschiedliche Lösungsansätze, diskutieren deren Umsetzungswahrscheinlichkeit anhand der zuvor erlernten Erkenntnisse, welchen natürlichen, technischen oder finanztechnischen Grenzen ein Prozess unterliegen kann. Für verschiedene Kraftwerkstypen und Energieträger können die Studierenden die Unterschiede herausstellen und differenziert betrachten. Die Ergebnisse können anschaulich aufbereitet und präsentiert werden.
  
Die Teilnehmer kennen die Grundlagen zu den Vorgängen bei unterschiedlichen Energiewandlungsvorgängen (Solarenergie, Wasser-, Windkraft, fossile und nukleare Energieträger). Sie haben die Fähigkeit zur Lösung von Fragestellungen bei thermischen Kraftwerken im Hinblick auf die Verfahrens-, Maschinenbau- und Automatisierungstechnischen Aspekte. Sie beherrschen methodisches Vorgehen durch Skizze, Bilanz, Kinetik. Sie können verschiedene Lösungsansätze anwenden.
 
Fach- und Methodenkompetenz 60%, Sozialkompetenz 15%, Selbstkompetenz 25%


[letzte Änderung 06.02.2019]
Inhalt:
Inhalt:
Kraftwerkstechnik
•        Brennstoffe für Großfeuerungsanlagen
•        Verbrennung der Brennstoffe
•        Dampferzeuger mit Feuerungsanlagen für fossile Brennstoffe
•        Verfahrenstechnik der Dampferzeugung
•        Heizflächen für Dampferzeuger
•        Funktionen von Armaturen in Dampferzeugern
•        Aufbau und Schaltungen in Kraftwerken für Wasser/Dampf
•        Wirtschaftliche Bedeutung/technische Begriffe
•        Einbindung in Versorgungsnetze
•        Betrieb und Betriebsverfahren
•        Anfahren und Abfahren von Kraftwerken
•        Rauchgasreinigungstechniken
•        Wasseraufbereitung und Kraftwerkschemie
•        Kraftwerksleittechnik
•        Feuerleistungsregelung (Fuzzy, PID, KNN und prädik. Regelung, Feuerungskamera  IR und Video)
 
Verbrennungsrechnung
•        Allgemeine Verbrennungsrechnung
•        Grundlagen der chemischen Thermodynamik, Kinetik
•        Grundlagen Flammenerscheinungen, Feuerführung
•        Feuerlage, Feuerlänge, Feuerintenistät
•        Reaktions- und Transportprozesse
•        Rauchgasführung
•        Rauchgaszusammensetzung


[letzte Änderung 06.02.2019]
Lehrmethoden/Medien:
Vorlesung mit Übungen, Studentenvorträge, Leitfaden zur Vorlesung,
Übungsaufgaben zur Vorlesung, Aufgaben für Arbeitsblätter und Präsentationen,
Handout der Folien / Simulationsmodelle / Beamer

[letzte Änderung 06.02.2019]
Literatur:
Literatur:
wird in der Vorlesung bekannt gegeben


[letzte Änderung 06.02.2019]
[Sun Oct 17 15:33:46 CEST 2021, CKEY=mkuv, BKEY=m2, CID=MAB_19_V_5.14.KTV, LANGUAGE=de, DATE=17.10.2021]