Hauptunterschied – unterkritischer vs. überkritischer Kessel
Boiler sind geschlossene Gefäße, in denen eine Flüssigkeit erhitzt wird, meistens ist es Wasser. Auch wenn der Name ein Boiler ist, kocht die Flüssigkeit darin nicht unbedingt. Das erhitzte Fluid wird in verschiedenen Anwendungen verwendet, einschließlich Warmwasserbereitung, Zentralheizung, Kochen usw. Unterkritische und überkritische Kessel sind solche Dampferzeugungssysteme. Der Hauptunterschied zwischen einem unterkritischen und einem überkritischen Kessel besteht darin, dass unterkritische Kessel bei einem unterkritischen Druck der Flüssigkeit arbeiten, während überkritische Kessel bei einem überkritischen Druck der Flüssigkeit arbeiten.
Was ist der kritische Punkt?
Der kritische Punkt einer Substanz ist die Temperatur und der Druck, bei denen sich diese Substanz gleichzeitig wie ein Gas und eine Flüssigkeit verh alten kann, daher treten nicht unterscheidbare Gas- und Flüssigphasen auf. Denn die Dichte der Gasphase und der flüssigen Phase ist an dieser Stelle gleich. Eine Substanz, die bei Temperatur und Druck über ihrem kritischen Punkt existiert, wird als überkritische Flüssigkeit bezeichnet. Eine Substanz, die unterhalb ihres kritischen Punktes austritt, wird als unterkritisches Fluid bezeichnet. In einer Phasengleichgewichtskurve ist der kritische Punkt der Endpunkt der Kurve.
Abbildung 01: Ein Phasendiagramm, das den kritischen Punkt von Wasser zeigt
Der Begriff überkritisch in überkritischen Kesseln bezieht sich auf die Drücke über dem kritischen Punkt des Wassers, mit dem der Kessel betrieben wird. Der kritische Punkt von Wasser liegt bei 647 K Temperatur und 221 bar (22,1 MPa) Druck. Drücke unter 221 bar werden als „unterkritischer Druck“und über 221 bar als „überkritischer Druck“von Wasser bezeichnet.
Was ist ein unterkritischer Kessel?
Unterkritische Kessel sind Kessel, die bei Temperaturen bis zu 374°C und einem Druck von 3.208 psi (dem kritischen Punkt von Wasser) arbeiten. Diese Kessel bilden ein System mit konstantem Verdampfungsendpunkt. Ein typisches Beispiel für einen unterkritischen Kessel ist der Trommeldampferzeuger.
Im Inneren des Kessels wird die natürliche Zirkulation der Flüssigkeit durch die Erwärmung der Steigleitungen erzeugt. Das diese Steigleitung verlassende Wasser-Dampf-Gemisch wird dann in der Trommel in Wasser und Dampf getrennt. Wasser wird umgewälzt, Wasser kehrt durch die unteren Ecken zum Verdampfereinlass zurück, während Dampf in die Überhitzerkammer strömt.
Abbildung 02: Ein Heizkraftwerk
Bei Naturumlauf des Fördermediums ist der Einsatzbereich auf ca. 190 bar als maximaler Fassdruck begrenzt. Erfolgt die Umwälzung jedoch über eine Umwälzpumpe (sog. Zwangsumwälzung), kann dieser Bereich erweitert werden. Diese Verlängerung erfolgt durch die Fixierung des Verdampfungsendpunktes in der Trommel. Außerdem bestimmt er die Größe der Heizfläche im Verdampfer und im Überhitzer. Ein großer Nachteil des unterkritischen Kessels ist, dass es bei diesen Kesseln zur Blasenbildung kommen kann.
Was ist ein überkritischer Kessel?
Überkritischer Kessel (überkritischer Dampferzeuger) ist ein Kesseltyp, der unter überkritischen Druckbedingungen arbeitet. Diese Art von Kesseln wird häufig zur Stromerzeugung eingesetzt. Anders als bei unterkritischen Kesseln kommt es bei überkritischen Kesseln zu keiner Blasenbildung und flüssiges Wasser wandelt sich sofort in Dampf um.
Überkritischer Kessel arbeitet bei Temperaturen um 538–565 °C und Drücken über 3.200 psi. Ein überkritischer Kessel hat ein System mit variablem Verdampfungsendpunkt. Diese Kessel sind trommellos. Daher findet die Verdampfung bei einem einzigen Durchlauf durch den Verdampfer statt. Meistens der Flüssigkeitsfluss; Wasser, wird von der Förderpumpe angesaugt. Dadurch kann das System bei jedem gewünschten Druck betrieben werden, wodurch es ermöglicht wird, das System entweder bei unterkritischen Bedingungen oder bei überkritischen Bedingungen zu betreiben. Dadurch variiert der Verdampfungsendpunkt. Und um diese Bedingungen zu h alten, regeln sich die Verdampfer- und Überhitzerbereiche automatisch nach Bedarf.
Abbildung 03: Ein Wasserrohrkessel
Dieser Kessel wird als überkritischer Kessel bezeichnet, weil er über dem kritischen Wasserdruck von 221 bar betrieben wird. Da oberhalb des kritischen Punktes kein Unterschied mehr zwischen Dampf und Wasser besteht, wirkt Wasser wie eine Flüssigkeit.
Jenseits des kritischen Punkts von Wasser ist die latente Verdampfungswärme Null, und daher gibt es keinen wesentlichen Unterschied zwischen der flüssigen Phase und der Dampfphase von Wasser. Einer der Hauptvorteile überkritischer Kessel ist der geringere Brennstoffverbrauch. Dadurch werden weniger Treibhausgase produziert. außerdem ist aufgrund der fehlenden Blasenbildung ein geringerer Wasserverbrauch zu beobachten.
Was sind die Ähnlichkeiten zwischen unterkritischen und überkritischen Kesseln?
- Der grundlegende Betriebsmechanismus/Zyklus sowohl des unterkritischen als auch des überkritischen Kessels ist gleich.
- Außer den trommellosen Verdampfern in überkritischen Kesseln sind auch andere Konstruktionsmerkmale gleich.
- Die Techniken sowohl des unterkritischen als auch des überkritischen Kessels verwenden ähnliche Geräte und Strategien im Betrieb. d.h. Luftvorwärmer, Economizer, Turbinen, Kondensatoren, Kesselspeisepumpen etc.
Was ist der Unterschied zwischen unterkritischem und überkritischem Kessel?
Unterkritischer vs. überkritischer Kessel |
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| Unterkritische Kessel sind Kessel, die bei Temperaturen bis zu 374°C und einem Druck von 3.208 psi (dem kritischen Punkt von Wasser) arbeiten. | Überkritischer Kessel (überkritischer Dampferzeuger) ist ein Kesseltyp, der unter überkritischen Druckbedingungen arbeitet. |
| Temperatur | |
| Unterkritische Kessel werden mit Temperaturen bis 374°C betrieben. | Überkritische Kessel werden bei Temperaturen um 538–565°C betrieben. |
| Druck | |
| Unterkritische Kessel werden bei einem Druck von 3.208 psi betrieben. | Überkritische Kessel werden bei einem Druck über 3.200 psi betrieben. |
| Schlagzeug | |
| Unterkritische Kessel bestehen aus Trommeln. | Superkritische Kessel sind trommellos. |
| Blasenbildung | |
| Blasenbildung ist ein großer Nachteil bei unterkritischen Kesseln. | Bei überkritischen Kesseln gibt es keine Blasenbildung. |
Zusammenfassung – Unterkritischer vs. überkritischer Kessel
Unterkritische und überkritische Kessel sind zwei Formen von Dampferzeugern, die zur Stromerzeugung verwendet werden. Diese werden anhand ihrer Betriebsbedingungen als solche kategorisiert. Der Unterschied zwischen einem unterkritischen und einem überkritischen Kessel besteht darin, dass unterkritische Kessel bei einem unterkritischen Druck der Flüssigkeit arbeiten, während überkritische Kessel bei einem überkritischen Druck der Flüssigkeit arbeiten.
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