Kesselfüllstand einstellen

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Darstellung der Zusammenhänge:

Kesselfüllstand
Energieinhalt des Kessels und Aufheizzeit
feuchter und trockener Dampf
Grenzbetrachtung für trockenen Dampf

Ausgangspunkt war ein dieser Thread im kaffee-netz.

Allgemein

Im Kessel befinden sich Wasser und Dampf. Es können nur Zustaände herrschen, die im T,s-Diagramm innerhalb der Nassdampgebiets liegen. Nur hier können Dampf und Wasser gleichzeitig existieren.

Befände sich nur Wasser im Kessel wäre man auf der linken Grenzlinie des Sattdampfgebiets, befände sich nur Dampf im Kessel wäre man auf der rechten Grenzlinie des Nassdampfgebiets, der sogenannten Sattdampflinie. Im gesamten Nassdampfgebiet gehört zu einer Temperatur ein bestimmter Druck. Dies macht man sich zu nutze, und verwendet zur Regelung den einfach zu messenden Kesseldruck anstatt der Temperatur.

Wenn wir die beiden Phasen Wasser und Dampf getrennt betrachten, hat im betrachteten Bereich (ca. 100° - 125°C) der Dampf einen etwa drei bis viermal höheren Wärmeinhalt gegenüber Umgebungsbedingungen des Wassers bei 20°C und Umgebungsdruck, allerdings ist seine Dichte ca. 1000 mal geringer.

Diese Daten kann man eine Wasserdampftafel entnehmen.

Dampfentnahme

Die Dampfentnahme führt zu einem Absinken des Drucks im Kessel. Da die im ersten Moment entnommene Wassermenge klein gegenüber dem Kesselinhalt ist, der Kesselinhalt aber nur Zustände passend zu seiner Temperatur einnemen kann, wird sofort Wasser verdampfen um den passenden Druck zur Kesseltemperatur wieder herzustellen. Die dafür notwendige Verdampfungsenthalpie wird dabei dem Wasser entzogen, es kommt zu einem Absinken der Kesseltemperatur.

Die Dampfphase ohne Beschleunigung verhält sich beim Durchströmen der Dampflanze und der Dampfdüse entsprechend einer isenthalpen Drosselströmung. Im h,s-Diagramm ist dies eine wagerechte Liene von der Sattdampfkurve (Rechte begrenzung des Naßdampfgebiets) in das Gebeit überhitzten Dampfs.

Da der Dampf im Kessel in Ruhe ist, aus der Dapfdüse aber mit einer gewissen Geschindigkeit austritt, müssen wir vom vorhin betrachteten Fall noch einen Teil des Wärmeinhalts für die Beschleunigung aufwenden. Wir erhalten den Fall einer beschleunigten Strömung mit Enthalpieverlust und Entropiezunahme. Je höher die Beschleunigung in der Düse, desto höher der Feuchteanteil des Dampfs.

Der Teil der Verdampfungsenthalpie, der zur Beschleunigung der Strömung aufgewendet wurde, steht nicht mehr zur Erwärmung zur Verfügung.

Kondensation