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Entwicklung eines Messverfahrens zur Bestimmung der Nassdampfqualität (DAQUA)

Allgemeine Informationen

Projektnummer 61005209
Projekttitel laut Förderbescheid „Entwicklung eines Messverfahrens zur Bestimmung der Nassdampfqualität (DAQUA)“
Akronym DAQUA
Projektlaufzeit 01.07.2019 - 31.12.2023
Forschungsschwerpunkt Energie und Umwelt
Projektkategorie Forschung
Zuordnung
Kompetenzfeld Energie und Umwelt
Wissens- und Technologietransfer in die Region
Themengebiet Energie
Grundeinheit Institut für Prozesstechnik, Prozessautomatisierung und Messtechnik

Inhaltliche Projektbeschreibung

Motivation und Gesamtziel

Wasserdampf spielt eine zentrale Rolle als Wärmeträger sowie Arbeitsmedium in der Energietechnik. In Turbinen wird überhitzter Dampf entspannt und leistet Arbeit an der Welle. In thermischen Speichern wird die latente Wärme des Wassers als Speicherkapazität genutzt. Wird dem Dampf Energie entzogen, sinkt zunächst die Dampftemperatur bis zur Sättigungstemperatur des vorliegenden Drucks ab. Danach bleiben Temperatur und Druck konstant, der Dampf kondensiert partiell und die thermodynamische Qualität des Dampfes (Dampfmasseanteil) sinkt. Für Sattdampf ist die thermodynamische Qualität ein zentraler Parameter. Zum einen erlaubt sie unmittelbar die Berechnung der spezifischen inneren Energie des Dampfes und damit der zum Abnehmer übergebenen Energiemenge. Zum anderen gibt sie Auskunft über Tröpfchengehalte, die sich z. B. im Niederdruckteil von Turbinen schädigend auswirken. Bis heute stellt die Dampfqualität eine nur schwer messbare thermodynamische Größe dar. Dies liegt daran, dass die genaue Bestimmung des volumetrischen oder massebezogenen Flüssigkeitsanteils in einer Dampfströmung messtechnisch schwierig ist, da diese Flüssigkeit sowohl feindispers als auch in Form von Wandfilmen auftritt.

Übergeordnetes Ziel des avisierten Vorhabens ist die Entwicklung eines Verfahrens zur Dampfqualitätsmessung im Hochdruckbereich. Dies ist mit heute am Markt befindlichen Sensoren sowie Messtechniken nicht direkt möglich. Gelöst werden soll das Problem durch die Entwicklung eines Hybrid-Messverfahrens, welches die Kombination eines thermodynamischen und eines elektrischen Messverfahrens beinhaltet. Das Hybrid-Messverfahren wird gemeinsam durch das Institut für Prozesstechnik, Prozessautomatisierung und Messtechnik (IPM) an der Hochschule Zittau/Görlitz (HSZG) sowie der HZDR Innovation GmbH (INNO) entwickelt. Die Erprobung und Charakterisierung des Hybrid-Messverfahrens erfolgt an der bei HSZG betriebenen Dampfspeicherversuchsanlage THERESA (Thermische Energiespeicheranlage). Das avisierte Vorhaben wird in wissenschaftlicher Zusammenarbeit mit dem Institut für Fluiddynamik des Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) durchgeführt, welches unikale Expertise im Bereich Mehrphasenströmungen in druckführenden Anlagen beiträgt.

Wissenschaftliche und technische Arbeitsziele und angestrebte Innovationen

Das zu entwickelnde Hybrid-Messverfahren basiert auf der Führung der Dampfströmung durch eine makroporöse Keramikstruktur, dem sogenannten Absorber. An dieser werden Wassertröpfchen trägheitsbasiert bzw. diffusiv, je nach Tropfengröße, abgeschieden und Wandflüssigkeitsfilme aufgefangen. Das Wasser dringt in die poröse Keramik ein. Durch Wärmezufuhr an einer der Anströmung abgewandten Seite des Absorbers stellt sich ein im thermischen Gleichgewicht befindlicher Feuchtgradient im Absorber ein. Dieser wird mit Hilfe eines elektrisch-kapazitiven Messverfahrens an mehreren Punkten erfasst. Aus dem Gradienten und einer thermodynamischen Bilanzierung wird die Eintrittsdampffeuchte errechnet. Das elektrische Messverfahren baut auf einem umfassenden Patentportfolio des HZDR auf. Diese Patente werden aktuell durch die Firma HZDR Innovation GmbH verwertet.

Zur Lösung des Gesamtproblems sind folgende Teilzielstellungen im Rahmen der angewandten Forschung zu erreichen:

Teilziel 1: Entwicklung eines instrumentierten keramischen Absorbers.

Teilziel 2: Erarbeitung einer messtechnischen Lösung zur verteilten Kapazitätsmessung.

Teilziel 3: Ausarbeitung der thermodynamischen Bilanzen und Sensorsimulation.

Teilziel 4: Erarbeitung eines Konzepts zur kombinierten Durchfluss- und Dampfqualitätsmessung.

Teilziel 5: Aufbau eines Funktionsmusters und Test des Sensors in der THERESA-Versuchsanlage.

Weitere Daten

Zurück zur Übersicht28.11.2023 14:30:43

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