Dampferzeugersimulation

Industriell oder zur Elektrizitätsproduktion eingesetzte Dampferzeuger sind komplexe Anlagen, deren fachgerechte Auslegung große Erfahrung und Fachwissen erfordert. Derartige Systeme können aus sehr komplexen Rohrnetzwerken bestehen. Darüber hinaus sind beheizte Rohrnetzwerke Hauptbestandteil zahlreicher Energie- und verfahrenstechnischer Anlagen. Beispiele hierfür sind:

  • Wärmetauscher
  • Fernwärmenetze
  • Zentralheizungssysteme.

Speziell im Dampferzeugerbau haben sich für die unterschiedlichen Anwendungen verschiedene Technologien von Dampferzeugern etabliert

  • Naturumlaufdampferzeuger
  • Zwangsumlaufdampferzeuger
  • Zwangsdurchlaufdampferzeuger

Für unterkritische Dampfparameter kommen oft Naturumlaufdampferzeuger zum Einsatz, während überkritische Dampfparameter bei modernen Kohlestaub gefeuerten Kraftwerken großer Leistung eingesetzt werden. Für solarthermische Kraftwerke eignet sich ein Zwangumlaufsystem am besten, soweit solare Direktverdampfung verwendet wird. Bei der Verwendung von Thermoöl als Wärmeträger kommt oft ein Naturumlaufsystem zum Einsatz.

Besonders wichtig für die optimale Auslegung bzw. den effizienten Betrieb derartiger Systeme ist die Kenntnis der Massenstromaufteilung und der Beheizungsverhältnisse der einzelnen Rohrstränge. Für den sicheren Betrieb von Anlagen mit beheizten Rohrnetzwerken ist die Dampfziffer, die Strömungsform, sowie die Stabilität der Strömung in den Rohren von großer Bedeutung.

Durch Rückkopplungseffekte von Massenstrom, Druckverlust, Dampfziffer und Temperatur des Mediums in den Rohrleitungen oder der Temperatur der Rohrwand, kann es zu Instabilitäten der Strömung kommen.
Diese Strömungsinstabilitäten treten folgendermaßen in Erscheinung:

  • von der Auslegung abweichende Verteilung des Massenstroms in den einzelnen Rohrsträngen
  • Strömungsumkehr in einzelnen Rohren von Naturumlaufverdampfern
  • Wanderung des Verdampfungsendpunktes in Zwangsdurchlaufsystemen
  • Unerwünschte Austrocknung von Heizflächen
  • Schwankungen des Dampfmassenstromes, -druckes und -temperatur am Austritt von Verdampfersystemen
  • Schwankungen des Massenstromes, der Dampfziffer, des Druckes und der Temperatur in den Rohrleitungen
  • Oszillationen der Rohrwandtemperatur.

Die Auswirkungen dieser unerwünschten Betriebszustände sind beispielsweise:

  • Schäden an Rohrleitungen, Dampftrommeln oder anderen Komponenten
  • Vibrationen von Anlagenteilen
  • Schlechte Performance von Komponenten bzw. der gesamten Anlage
  • erschwerte Regelung der Anlagen.

Modellbildung und Simulation kann auch im Bereich der Dampferzeuger wertvolle Inputs während der Planungs- und Konstruktionsphase sowie bei der Behebung von Problemen liefern:

  • Für Naturumlaufdampferzeuger: Simulationen und Analysen können hier zur Untersuchung des Umlaufs (Umlaufrechnungen) herangezogen werden, um unerwünschte Phänomene während des (stationären) Betriebs bereits während der Planung auszuschließen. Auch dynamische Analysen wie Anfahr- und Abfahrvorgänge oder Warmstarts liefern wertvolle Informationen für die Konstruktion und Performance der Anlagen.
  • Für Zwangsumlaufdampferzeuger: Ähnliches wie für den Naturumlaufdampferzeuger gilt auch für den Zwangsumlaufdampferzeuger. Zusätzlich zu den konventionellen Anlagen können Simulationen auch im Bereich der Solarthermie nützlich sein. Ein Beispiel hierfür ist die solare Direktverdampfung in Parabolrinnen – Solarkraftwerken. Unter Einbeziehung von stochastischen Wetterbedingungen ist dies ein äußerst instationärer Prozess. Simulationen können hier bereits vor der Errichtung der Anlage behilflich sein, mögliche Mängel der Konstruktion oder des Prozesses zu erkennen. Des Weiteren ist es auch möglich spezielle Regelkonzepte zu erarbeiten bzw. zu testen.
  • Für Zwangsdurchlaufdampferzeuger: Große Anlagen zur Stromerzeugung müssen gegen ihre Natur in Zeiten steigender regenerativer Energieproduktion immer größere Gradienten zur Laststeigerung bzw. -senkung bewältigen können. Die dynamische Simulation des Wasser-Dampfkreislaufes ermöglicht hier die Darstellung der Auswirkungen auf die gesamte Anlage.

Die ENRAG GmbH unterstützt Sie bei der optimalen Planung von Systemen mit beheizten Rohrnetzwerken durch:

  • Auslegung oder Nachrechnung von Wärmetauschern und Dampferzeugern
  • dynamische Simulation von beheizten Rohrnetzwerken bei An-, Abfahr oder Lastwechselvorgängen
  • Berechnung des Umlaufes in Naturumlaufdampferzeugern (Umlaufrechnung)
  • Überprüfung der statischen und dynamischen Stabilität von Strömungen in Verdampfersystemen

Die ENRAG GmbH verfügt über die notwendige Software und Mitarbeiter mit mehrjähriger Erfahrung in der Modellierung und Simulation von Verdampfersystemen, sowie anderen beheizten Rohrnetzwerken. Dadurch können Sie von uns Simulationen auf höchstem Niveau und zuverlässige Ergebnisse erwarten.

Wir stehen Ihnen bei allen Fragen und Problemen gerne kompetent zur Verfügung und erarbeiten maßgeschneiderte Lösungen für Sie.

Für weitere Informationen und Anfragen stehen wir gerne zur Verfügung (Kontakt, office@enrag.at, +43 7674 206 360)