Was ist Heißdampf – Definition

Überhitzter Dampf ist ein Dampf mit einer Temperatur, die über dem Siedepunkt beim absoluten Druck liegt. Die Eigenschaften von trockenem Dampf sind in Dampftabellen aufgeführt. Wärmetechnik

Überhitzter Dampf

Phasendiagramm von Wasser
Phasendiagramm von Wasser.
Quelle: wikipedia.org CC BY-SA

Wie aus dem Phasendiagramm von Wasser hervorgeht, wird in den Zweiphasenbereichen (z. B. an der Grenze zwischen Dampf- und Flüssigkeitsphasen) der Druck nur durch die Angabe der Temperatur und der Druck durch die Angabe der Temperatur festgelegt.

  • Die Sättigungsdampfkurve ist die Kurve, die den Zweiphasenzustand und den überhitzten Dampfzustand im Ts-Diagramm trennt .
  • Die gesättigte Flüssigkeitskurve ist die Kurve, die den unterkühlten Flüssigkeitszustand und den Zweiphasenzustand im Ts-Diagramm trennt.

Wenn ein Dampf bei Sättigungstemperatur vollständig als Dampf vorliegt, spricht man von gesättigtem Dampf oder gesättigtem Dampf oder trockenem Dampf . Der trockene gesättigte Dampf ist durch die Dampfqualität gekennzeichnet, die gleich Eins ist. Überhitzter Dampf oder überhitzter Dampf ist ein Dampf mit einer Temperatur, die höher ist als sein Siedepunkt bei dem absoluten Druck, bei dem die Temperatur gemessen wird. Der Druck und die Temperatur des überhitzten Dampfes sind unabhängige Eigenschaften, da die Temperatur ansteigen kann, während der Druck konstant bleibt. Tatsächlich sind die Substanzen, die wir Gase nennen, hoch überhitzte Dämpfe.

Technische Thermodynamik
Rankine-Zyklus – Thermodynamik als Energieumwandlungswissenschaft

Der Prozess der Überhitzung von Wasserdampf im Ts-Diagramm ist in der Abbildung zwischen Zustand E und Sättigungsdampfkurve dargestellt. Wie zu sehen ist, verwenden auch Nassdampfturbinen insbesondere am Eingang von Niederdruckstufen überhitzten Dampf . Um den thermischen Wirkungsgrad des Zyklus zu bewerten, muss die Enthalpie aus den Überhitzungsdampftabellen ermittelt werden .

Der Prozess der Überhitzung ist die einzige Möglichkeit, die Spitzentemperatur des Rankine-Zyklus zu erhöhen (und den Wirkungsgrad zu erhöhen), ohne den Kesseldruck zu erhöhen. Dies erfordert die Hinzufügung eines anderen Wärmetauschertyps, der als Überhitzer bezeichnet wird und den überhitzten Dampf erzeugt .

In dem Überhitzer führt ein weiteres Erhitzen bei festem Druck zu einer Erhöhung sowohl der Temperatur als auch des spezifischen Volumens. Der Prozess der Überhitzung im Ts-Diagramm ist in der Abbildung zwischen Zustand E und Sättigungsdampfkurve dargestellt .

Typischerweise betreiben die meisten Kernkraftwerke mehrstufige Kondensationsdampfturbinen . In diesen Turbinen erhält die Hochdruckstufe Dampf (dieser Dampf ist nahezu gesättigter Dampf – x = 0,995 – Punkt C in der Abbildung) von einem Dampferzeuger und gibt ihn an den Feuchtigkeitsabscheider-Nacherhitzer (Punkt D) ab. Der Dampf muss wieder erwärmt oder überhitzt werdenum Schäden zu vermeiden, die durch minderwertigen Dampf an den Schaufeln der Dampfturbine verursacht werden könnten. Ein hoher Gehalt an Wassertropfen kann das schnelle Auftreffen und die Erosion der Schaufeln verursachen, die auftreten, wenn kondensiertes Wasser auf die Schaufeln gestrahlt wird. Um dies zu verhindern, sind Kondensatabläufe in der zur Turbine führenden Dampfleitung installiert. Der Nacherhitzer erwärmt den Dampf (Punkt D) und dann wird der Dampf zur Niederdruckstufe der Dampfturbine geleitet, wo er sich ausdehnt (Punkt E bis F). Der ausgestoßene Dampf hat einen Druck weit unter dem atmosphärischen Wert und befindet sich in einem teilweise kondensierten Zustand (Punkt F), typischerweise von einer Qualität nahe 90%.

Dampfqualität – Trockenheitsanteil

Überhitzungsdampf-minWie aus dem Phasendiagramm von Wasser ersichtlich ist , wird in den Zweiphasenbereichen (z. B. an der Grenze der Dampf- / Flüssigphasen) durch alleinige Angabe der Temperatur der Druck und durch Angabe des Drucks die Temperatur eingestellt. Diese Parameter definieren jedoch nicht das Volumen und die Enthalpie, da wir den relativen Anteil der beiden vorhandenen Phasen kennen müssen .

Der Massenanteil des Dampfes in einem zweiphasigen Flüssig-Dampf-Bereich wird als Dampfqualität (oder Trockenheitsanteil) x bezeichnet und ist nach folgender Formel gegeben:

Dampfqualität

Der Wert der Qualität reicht von Null bis Eins . Obwohl als Verhältnis definiert, wird die Qualität häufig als Prozentsatz angegeben. Unter diesem Gesichtspunkt unterscheiden wir drei grundlegende Arten von Dampf. Es muss hinzugefügt werden, bei x = 0 handelt es sich um einen gesättigten flüssigen Zustand (einphasig).

Diese Klassifizierung von Dampf hat ihre Grenzen. Berücksichtigen Sie das Verhalten des Systems, das auf den Druck erwärmt wird, der höher als der kritische Druck ist . In diesem Fall würde sich die Phase von Flüssigkeit zu Dampf nicht ändern . In allen Staaten würde es nur eine Phase geben. Verdampfung und Kondensation können nur auftreten, wenn der Druck unter dem kritischen Druck liegt. Die Begriffe Flüssigkeit und Dampf verlieren tendenziell ihre Bedeutung.

Siehe auch: Sättigung

Eigenschaften von Dampf – Dampftabellen

Wasser und Dampf sind eine übliche Flüssigkeit, die für den Wärmeaustausch im Primärkreis (von der Oberfläche der Brennstäbe zum Kühlmittelstrom) und im Sekundärkreis verwendet wird. Es wird aufgrund seiner Verfügbarkeit und hohen Wärmekapazität sowohl zum Kühlen als auch zum Heizen verwendet. Aufgrund seiner sehr großen latenten Verdampfungswärme ist es besonders effektiv, Wärme durch Verdampfung und Kondensation von Wasser zu transportieren .

Ein Nachteil ist, dass wassermoderierte Reaktoren einen Hochdruck-Primärkreislauf verwenden müssen, um Wasser in flüssigem Zustand zu halten und um einen ausreichenden thermodynamischen Wirkungsgrad zu erreichen. Wasser und Dampf reagieren auch mit Metallen, die üblicherweise in Industrien wie Stahl und Kupfer vorkommen und durch unbehandeltes Wasser und Dampf schneller oxidiert werden. In fast allen Wärmekraftwerken (Kohle, Gas, Kernkraftwerke) wird Wasser als Arbeitsmedium (in einem geschlossenen Kreislauf zwischen Kessel, Dampfturbine und Kondensator) und als Kühlmittel (zum Austausch der Abwärme an einen Wasserkörper) verwendet oder durch Verdunstung in einem Kühlturm wegtragen).

Eigenschaften von Wasserdampftabellen
Dampftabellen – gemeinsame Parameter in Energiesystemen

Wasser und Dampf sind ein gängiges Medium, da ihre Eigenschaften sehr bekannt sind. Ihre Eigenschaften sind in sogenannten „ Dampftabellen “ aufgeführt. In diesen Tabellen sind die Grund- und Schlüsseleigenschaften wie Druck, Temperatur, Enthalpie, Dichte und spezifische Wärme entlang der Dampf-Flüssigkeits-Sättigungskurve als Funktion von Temperatur und Druck tabellarisch aufgeführt. Die Eigenschaften werden auch einphasige Zustände (tabellarisch für Druckwasseroder Heißdampf bis 2000 erstreckt) auf einem Raster von Temperaturen und Drücken ºC und 1000 MPa.

Weitere umfassende maßgebliche Daten finden Sie auf der NIST-Webseite zu den thermophysikalischen Eigenschaften von Flüssigkeiten.

Siehe auch: Dampftabellen

Besondere Referenz: Allan H. Harvey. Thermodynamische Eigenschaften von Wasser, NISTIR 5078. Abgerufen von https://www.nist.gov/sites/default/files/documents/srd/NISTIR5078.htm

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