imported>Vfb1893: BKL Heizfläche aufgelöst

2025-02-01T20:50:12Z

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[[Datei:Kesselstein k.jpg|mini|Kesselstein im Elektronenmikroskop]]
'''Kesselstein''' ist eine feste Abscheidung an den Wänden beispielsweise von [[Dampfkessel|Heizkesseln]] (daher der Name), [[Topf|Töpfen]] oder [[Rohrleitung]]en, die längere Zeit mit [[Wasser]] gefüllt in Gebrauch waren. Kesselstein besteht zumeist aus den Erdalkalisalzen [[Calciumcarbonat|Calcium]]- und [[Magnesiumcarbonat]], zu einem sehr geringen Teil aus Silikaten (siehe dazu [[Carbonat-Silicat-Zyklus]]).

Eine besondere Art von Kesselstein ist der [[Pfannenstein]], der überwiegend [[speisesalz]]haltige Verdampfungsrückstand in Salzsiedereien.

== Entstehung ==
[[Datei:Absperrventil für Heizungs-Rücklauf.jpg|mini|Kalkablagerungen an einem undichten [[Absperrventil]]]]
In Oberflächenwasser, das durch kalkhaltigen Boden fließt, lösen sich durch gebundene Kohlensäure (Kohlenstoffdioxid) Calcium- und Magnesiumverbindungen auf. Die Summe der Calcium- und Magnesiumsalze wurde früher als ''Gesamthärte'' bezeichnet.
Durch Erhitzen von [[Wasserhärte|hartem Wasser]] entweicht daraus [[Kohlenstoffdioxid|Kohlendioxid]], da dessen Löslichkeit mit steigender Temperatur abnimmt. Das gelöste [[Calciumhydrogencarbonat]] wandelt sich zu unlöslichem [[Calciumcarbonat]] (=Kalk) um und es kommt zu Ausfällungen, die sich an den Wänden des Gefäßes an bereits bestehenden [[Kristallisationskeim]]en niederschlagen. Durch Temperaturerhöhung kann die Bildung von Kesselstein durch die folgende Reaktion beschrieben werden:

<div class="center"><math>\mathrm{Ca(HCO_{3})_{2 (aq)} \rightarrow CaCO_{3 (s)} \downarrow + H_2O_{(l)} + CO_{2 (g)} \uparrow}</math></div>

Zur Geologie und Chemie des Kesselsteins siehe [[Kalkstein]], zur detaillierter erklärten Entstehung siehe auch [[Wasserhärte#Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht]].

== Entfernung und Vermeidung ==
[[Datei:Limescale-in-pipe.jpg|mini|Ein Heizungsrohr, mit einer dicken Schicht Kesselstein]]
Entfernt wird Kesselstein in der Regel durch Auskochen mit verdünnten Säuren, zum Beispiel [[Zitronensäure]] oder [[Milchsäure]]. Des Weiteren gilt insbesondere [[Essig]] als Hausmittel zur Beseitigung. Bei der Entkalkung mit Essig ist jedoch darauf zu achten, dass dieser die eventuell vorhandenen Gummidichtungen (z. B. in einer Kaffeemaschine) angreift und porös macht. Vor allem bei Maschinen und Rohrleitungen, in denen sich über Jahre oder Jahrzehnte Kesselstein abgelagert hat, lässt sich Kesselstein meistens nur noch mechanisch durch Abklopfen oder Absprengen entfernen. Bei der Verwendung von Zitronensäure sollte darauf geachtet werden, das Wasser nicht zu stark zu erhitzen, da sonst schwerlösliches [[Calciumcitrat]] ausfallen kann<ref>Prof. Blumes Medienangebot: Chemie für Grundschule und Chemie-Eingangsunterricht: [https://www.chemieunterricht.de/dc2/grundsch/versuche/gs-v-138.htm Warum man Kaffeemaschinen nicht mit Citronensäure entkalken sollte].</ref> (siehe auch Artikel [[Citronensäure#Verwendung|Zitronensäure]]).

Zur Verhinderung der Kesselstein-Entstehung kann das Wasser vor Gebrauch [[Wasserenthärtung|enthärtet]] werden.<ref name="Römpp">[[Otto-Albrecht Neumüller]] (Hrsg.): [[Römpp Lexikon Chemie|''Römpps Chemie-Lexikon.'']] Band 3: ''H–L.'' 8. neubearbeitete und erweiterte Auflage. Franckh’sche Verlagshandlung, Stuttgart 1983, ISBN 3-440-04513-7, S. 1596–1600.</ref>

Eine als ''innere Wasseraufbereitung'' bezeichnete Maßnahme beruht auf der Zugabe von [[Phosphat]] in das Kesselwasser. Ein Überschuss bewirkt die Bildung von Calcium- bzw. Magnesiumphosphat, die sich als Schlamm auf dem Boden des Kessels absetzen und durch Abschlämmen aus dem Kessel entfernt werden. Ein ähnliches Verfahren wird bei der [[Innere Speisewasseraufbereitung|inneren Speisewasseraufbereitung]] bei [[Dampflokomotive]]n angewendet.

[[Datei:20210702 Kalkfänger.jpg|mini|Kalkfänger für Wasserkocher. Links: neu entkalkt, rechts: Kalkablagerungen nach mehreren Wochen]]
In Italien ist es üblich, in Wasserkessel einen kleinen Brocken [[Marmor]] zu legen, an dessen poröser Oberfläche sich der Kalk ablagern soll. Ähnliches gilt für Edelstahlgewebe, die als „Kalkfänger“ in den Kessel gelegt werden und deren zusätzliche Oberfläche den Kalk bindet.

Das Lösen von Verkalkungen mithilfe von Essigsäure geschieht nach folgender Reaktionsgleichung:
:<math>\mathrm{2 \ CH_3COOH + CaCO_3 \longrightarrow Ca^{2+}_{\ (aq)} + 2 \ CH_3COO^-_{\ (aq)} + CO_2 + H_2O}</math>

== Kesselsteinablagerungen in Dampfkesseln ==
[[Datei:Flammrohrtemperatur.png|mini|300px|Das Diagramm zeigt die Erhöhung der Flammrohrtemperatur an einem Dampfkessel infolge Kesselsteinablagerungen]]
In [[Dampfkessel]]n, die mit unzureichend aufbereitetem Kesselwasser betrieben werden, fällt Kesselstein insbesondere auf [[Wärmetauscher|Heizflächen]] aus. Gipshaltiger Kesselstein hat eine Wärmeleitfähigkeit λ von 0,5 bis 2,3 W/(m K) und silikatreicher Kesselstein von 0,08 bis 0,18 W/(m K). Im Vergleich zum [[Stahl]] (λ = 50 W/(m K)) hat der Kesselstein eine sehr geringe [[Wärmeleitfähigkeit]] und bildet somit eine isolierende Schicht zum Wasserraum. Dies führt zu einer Temperaturerhöhung auf den Wandungen der Heizflächen, mit der Folge, dass sich der Werkstoff an den überhitzen Flächen stärker ausdehnt und dies zu Rissen insbesondere an Schweißnähten führen kann.

In [[Wasserrohrkessel]]n und Schnelldampferzeugern können die Wasserrohre so weit mit Kesselsteinablagerungen zuwachsen, dass die Durchströmung und somit Kühlung der Wand aussetzt. Sehr dicker Kesselsteinbelag führt aufgrund der hohen Wandtemperatur zu einer Verminderung der Streckgrenze des Werkstoffes. Die betroffenen Bauteile können je nach Richtung der Druckbeanspruchung im Kessel einbeulen oder eindellen, und dies kann zum Versagen des Kessels ([[Kesselzerknall]]) führen.

Durch die isolierende Wirkung des Kesselsteins verringert sich der [[Wärmeübergang]] im Kessel. Die Austrittstemperatur des [[Rauchgas]]es nimmt merklich zu, und somit sinkt der Feuerungswirkungsgrad, also die Temperaturdifferenz zwischen Feuerstelle und Schornstein.

Im 19. und 20. Jahrhundert wurden Dampfkessel zumeist ohne Wasseraufbereitung betrieben. Der Kesselstein musste daher von Kesselklopfern mechanisch mit [[Spitzhammer|Spitzhämmern]] abgeschlagen werden. Die spezifische Wärmebelastung der Heizflächen der damals eingesetzten Walzen- und Flammrohrkessel war relativ gering, und die Kessel hatten keine hinsichtlich von Kesselsteinablagerungen kritischen Bereiche, so dass diese Betriebsweise möglich war. Moderne Dampfkesselkonstruktionen mit hohen Feuerungswirkungsgraden (Flammrohr-Rauchrohrkessel) können durch Kesselsteinablagerungen bereits nach kurzer Betriebszeit geschädigt werden. Daher ist eine Aufbereitung des [[Speisewasser]]s mit Enthärtung zwingend erforderlich und im Regelwerk vorgeschrieben (z. B. [[Technische Regeln|TRD 611]]).

== Siehe auch ==
* [[Physikalische Explosion]]
* [[Verkalkung]]
* [[Wasserhärte]]

== Literatur ==
* Friedrich Barth: ''Die Dampfkessel. Kurzgefaßtes Lehrbuch mit Beispielen für das Selbststudium und den praktischen Gebrauch.'' Band 2: ''Bau und Betrieb der Dampfkessel'' (= ''Sammlung Göschen.'' Bd. 521). Göschen, Berlin 1911.
* Fritz Mayr (Hrsg.): ''Kesselbetriebstechnik. Kraft- und Waermeerzeugung in Praxis und Theorie.'' 10. Auflage. Verlag Dr. Ingo Resch, Graefelfing 2003, ISBN 3-930039-13-3.
* Karl J. Spurzem: ''[https://www.mare.de/das-geheimnis-der-schietgangs-content-1627 Das Geheimnis der Schietgängs.]'' In: ''[[Mare (Zeitschrift)|Mare. Die Zeitschrift der Meere]].'' No. 66, Februar/März 2008, S. 80.
* [[Verein Deutscher Ingenieure]], VDI-Gesellschaft Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen (Hrsg.): ''VDI-Wärmeatlas. Berechnungsblätter für den Wärmeübergang.'' 3., durchgesehene Auflage. VDI-Verlag, Düsseldorf 1977, ISBN 3-18-400373-6.

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Heiztechnik]]
[[Kategorie:Dampfkesseltechnik]]
[[Kategorie:Stoffgemisch]]

Kesselstein - Versionsgeschichte

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