Entwicklung eines Messverfahrens zur Bestimmung der Nassdampfqualität in energietechnischen Anlagen (DAQUA)

Im Projekt DAQUA (Entwicklung eines Messverfahrens zur Bestimmung der Nassdampfqualität in energietechnischen Anlagen) entwickeln die Hochschule Zittau/Görlitz und die HZDR Innovation GmbH ein Verfahren, mit dem die Dampfqualität im Hochdruckbereich von energietechnischen Anlagen bestimmt werden kann. Dazu werden eine thermodynamische und eine elektrische Messmethode zu einem Hybrid-Messverfahren zusammengeführt. Projektleiter ist Prof. Dr. Alexander Kratzsch.

Herausforderung

Wasserdampf nimmt in der Energietechnik eine zentrale Rolle ein, denn er kann sowohl als Wärmeträger als auch als Arbeitsmedium eingesetzt werden. Die Qualität des Wasserdampfes ist am höchsten, wenn er als sogenannter trockener Sattdampf vorliegt. Dann haben sich im Dampf noch keine Tröpfchen durch Kondensation ausgebildet. Wird dem Wasserdampf Energie entzogen, sinkt die Dampftemperatur. Unterhalb einer gewissen Temperatur setzt die Kondensation ein, und Nassdampf entsteht. Die Tröpfchenbildung bedeutet aber, dass im Turbinenbetrieb Schäden entstehen können und der Anteil des nutzbaren Wärmeinhalts des Wasserdampfs sinkt. Der thermodynamischen Qualität des Dampfes kommt demnach eine hohe Bedeutung zu. Sie ist aber nur schwer messbar. Dies liegt daran, dass sich beim Kondensieren nicht nur sehr feine Tröpfchen bilden, sondern auch Wasserfilme an den Wandflächen entstehen. Benötigt wird also eine Messmethode, die beide Arten der Kondensation erfassen kann.

Ziele und Vorgehen

Ziel des Projektes DAQUA ist das Messen der Dampfqualität im Hochdruckbereich. Dazu soll ein hybrides Messverfahren entwickelt werden, das ein thermodynamisches und ein elektrisches Messverfahren kombiniert. Mit einem elektrisch-kapazitiven Messverfahren kann der Flüssigkeitsanteil in Wandnähe an mehreren Punkten erfasst werden; in Kombination mit einem Wirkdruckmessverfahren und einer thermodynamischen Bilanzierung lassen sich daraus der Dampfgehalt, der Massestrom und die Enthalpie bestimmen. Für die Durchflussmessung werden preiswerte, etablierte Verfahren eingesetzt, für die Messung der elektrischen Kapazität greift das Team auf zahlreiche bestehende Patente des Industriepartners zurück.

Innovationen und Perspektiven

Mit dem Hybrid-Messverfahren wird es möglich, den Durchfluss, den Dampfgehalt und die spezifische Enthalpie von zweiphasigen Wasser- und Dampfströmungen zu messen. Unter Anlagenbauern, Verdichter- und Turbinenherstellern und in der Kraftwerks- und Prozessindustrie besteht eine hohe Nachfrage nach einem derartigen Messgerät. Mit der Integration des neuen Messverfahrens gelänge im Bereich von Nassdampfströmungen erstmalig eine genaue Quantifizierung der gespeicherten Energiemengen.

Für die Hochschule ergeben sich aus dem Projekt weitere Forschungsansätze - auch mit Industriepartnern. Der Industriepartner strebt die Weiterentwicklung bis zu einem einsatzfähigen Produkt an. Im Anschluss wäre die Lizenzierung an einen größeren Sensorhersteller ebenso möglich wie der Aufbau einer eigenen Fertigung.