Dampfkondensatlast in Heizsystemen

Übersicht

In dampfbeheizten Systemen stellt die Kondensatlast die Dampfmasse dar, die bereitgestellt (und anschließend kondensiert) werden muss, um einen Prozesswärmebedarf zu decken. In der Praxis ergeben sich zwei grundlegende Szenarien:

• Wärmeübertragung durch eine Oberfläche — Dampf kondensiert auf einer Seite eines Wärmetauschers und überträgt Energie auf ein Fluid oder Gas auf der anderen Seite.
• Erwärmung einer Materialcharge — Die Dampfenergie erhöht die Temperatur eines Produkts von einem Anfangszustand auf einen Zielzustand.

In beiden Fällen wird die erforderliche Kondensatlast bestimmt, indem der gesamte Wärmebedarf durch die latente Wärme der Dampfversorgung dividiert wird.

Wichtige Formeln

Wärmeübertragung durch eine Fläche

$Q = U \cdot A \cdot \Delta t$

Gesamte Wärmemenge, die durch eine Oberfläche der Fläche $A$ übertragen wird, mit dem Gesamtwärmeübergangskoeffizienten $U$ und der mittleren Temperaturdifferenz $\Delta t$ zwischen dem Dampf und dem Sekundärfluid.

Erwärmung eines Materials (Charge)

$Q = m \cdot c_p \cdot (t_2 - t_1)$

Gesamte Wärmemenge, die benötigt wird, um eine Masse $m$ eines Materials (spezifische Wärme $c_p$) von der Temperatur $t_1$ auf $t_2$ zu erwärmen.

Kondensatlast

Sobald die Gesamtwärme $Q$ und die Prozesszeit $h$ bekannt sind, ergeben sich Wärmerate und Kondensatmassenstrom direkt:

$\dot{Q} = \frac{Q}{h}$

$\dot{m}_{cond} = \frac{\dot{Q}}{L}$

wobei $L$ die latente Kondensationswärme für den Dampfversorgungsdruck und $h$ die verfügbare Heizzeit ist.

Variablen

Referenzdaten

Latente Wärme von gesättigtem Dampf

Typische Gesamtwärmeübergangskoeffizienten (U)

Calculator

Kondensatmenge aus Flächenbeheizung

Kondensatmenge aus Chargenbeheizung

Einheitenumrechner

Wiederhergestellte Original-Quellentabellen

Die folgenden Tabellen wurden von der Original-Quellenseite wiederhergestellt, um die vollständigen Referenzdaten zu erhalten.

Technische Hinweise

• Anfahrlasten dominieren. Das Heizen von kalten Anlagen und Rohren von Umgebungstemperatur auf Betriebstemperatur kann das Vielfache des stationären Kondensatmengenstroms erfordern. Dimensionieren Sie Dampfleitungen und Kondensatableiter entsprechend.
• Flashdampf. Wenn Hochdruckkondensat in ein Niederdruckgefäß abgegeben wird, verdampft ein Teil rückwärts zu Dampf. Die Rückgewinnung von Flashdampf kann Speisewasser vorwärmen und die Gesamtkessellast reduzieren.
• Luft und nicht kondensierbare Gase. Selbst geringe Konzentrationen von Luft reduzieren den effektiven U-Wert drastisch. Installieren Sie Entlüfter auf dampfbeheizten Oberflächen und sorgen Sie für eine ordnungsgemäße Dimensionierung der Entlüftung während der Anfahrt.
• Verschmutzungsfaktoren. Die U-Werte in der obigen Tabelle stellen saubere Bedingungen dar. Fügen Sie Verschmutzungswiderstände (typischerweise 0.0001–0.0003 m²·K/W pro Oberfläche) hinzu, wenn Sie Wärmetauscher für lange Betriebsintervalle dimensionieren.
• Dimensionierung der Kondensatableiter. Kondensatableiter müssen mindestens für die maximale Kondensatlast einschließlich Anfahrrandbedingungen dimensioniert werden, typischerweise das 1,5–3-fache der normalen Betriebslast.
• Abhängigkeit der latenten Wärme vom Druck. Verwenden Sie immer die latente Wärme, die dem tatsächlichen Versorgungsdruck entspricht. Bei höheren Drücken nimmt die latente Wärme ab, daher wird für die gleiche Wärmeleistung mehr Dampfmassenstrom benötigt.

Referenzen

• Originalquelle — Engineering ToolBox