In der konventionellen Anlagentechnik kommen sogenannte Zwischenüberhitzer (ZÜ) zum Einsatz, die beispielsweise in einem thermischen Kraftwerk in der Regel im Dampferhitzer, dem Kessel, verbaut sind und in diesem Beitrag näher beschrieben werden sollen.

In Großanlagen zur Strom- oder Wärmeproduktion finden verfahrenstechnische Hochdruck- und -temperaturprozesse im dreistelligen bar- und Grad Celsius-Bereich statt. Die einschlägigen Betriebsparameter bei der Dampferzeugung liegen in Abhängigkeit von der Anlagengröße und vom eingesetzten Primärenergieträger bei Drücken von bis zu 250 bar und Temperaturen von bis zu 600 °C. Dort erzeugt der Kessel der Feuerungsanlage Wasserdampf unter Nutzung der Abwärme des Verbrennungsprozesses aus Kohle, Gas oder Öl. Dieser Frischdampf wird nun auf die nachgeschaltete Turbine geleitet, entspannt im Hochdruckteil (HD) der Dampfturbine und verliert somit an Druck und Temperatur.

Theoretisch könnte der Dampf nun weiter auf die beiden anschließenden Mittel- (MD) und Niederdruckstufen (ND) der Turbine geführt werden. Durch die Entspannung besitzt der Dampf in diesem Zustand jedoch eine relativ hohe Nässe, die in den letzten Turbinenschaufelreihen zu groß werden und Erosionsschäden an den Bauteilen zur Folge haben kann. Diesen Erosionsverschleiß durch die mit sehr hoher Geschwindigkeit auftreffenden und damit abrasiv bzw. erodierend wirkenden Flüssigkeitströpfchen bezeichnet man auch als Tropfenerosion oder Tropfenschlag.

Der ZÜ ist ebenso wie der Überhitzer (ÜH), in dem der Dampf für die Abgabe an die HD-Stufe der Turbine auf die gewünschte Temperatur er- bzw. überhitzt wird, direkt im Kessel installiert und stellt somit ein separates Heizflächenaggregat dar, das die Wärmeübertragung beim Verfahrensschritt der Zwischenüberhitzung durch Konvektivheizflächen realisiert. Sowohl ZÜ als auch ÜH erhitzen den Wasserdampf, der im Kessel erzeugt wurde, weiter über seine Verdampfungstemperatur hinaus und werden daher auch als Dampftrockner bezeichnet. Den so überhitzten Dampf nennt man auch Heißdampf und den im ZÜ nochmals erwärmten Prozessdampf auch Zwischendampf.

Mit Hilfe des Vorgangs der Zwischenüberhitzung wird jedoch nicht nur die Turbine vor mechanischer Beschädigung infolge Erosion / Kavitation durch eine zu hohe Dampfnässe geschützt, sondern in erster Linie der Wirkungsgrad des Dampfkraftwerks gesteigert. Je höher die mittlere Prozesstemperatur, desto größer die Effizienz der Anlage und desto geringer die Abgabe der entstehenden Abwärme an das Kühlmedium.

Je nach Anzahl der Turbinenstufen kann sich entsprechend auch die Anzahl der installierten Zwischenüberhitzer richten. Somit spricht man in der Anlagentechnik von einer ein- oder einer zweistufigen Zwischenüberhitzung. Nach dem Durchlaufen der HD-Turbine wird der Dampf erneut dem Kessel zugeführt und dort vom ZÜ wieder auf Frischdampftemperatur überhitzt. Anschließend wird der Dampf auf den MD-Teil gegeben und danach im Dampferzeuger wiederum zwischenüberhitzt. In der Niederdruckturbine wird der überhitzte Dampf dann bis zum Kondensatordruck entspannt. Bei einer einfachen ZÜ durchströmt der Dampf ohne weitere Rückführung sowohl die MD- als auch die nachgeschaltete ND-Turbine. Ab einem bestimmten Druck des im Kessel erzeugten Frischdampfes ist eine solche Maßnahme der Zwischenüberhitzung zwingend erforderlich, um Schäden an den Turbinenschaufeln durch kondensierte Flüssigkeitstropfen zu vermeiden (s. o.).

Ähnlich wie bei den im vorletzten Artikel auf dieser Internetseite behandelten Druckumleitstationen im Kraftwerk für den Hoch-, den Mittel- und den Niederdruckteil der Dampfturbine kann – je nach Wirtschaftlichkeitsgesichtspunkten (Steigerung des Wirkungsgrades der Anlage bzw. bessere Energieausnutzung des erzeugten Dampfes vs. Kosten für Investition, Wartung, Instandhaltung und Reparatur) – jeder Turbinenstufe ein Überhitzungsprozess zugeordnet werden: dem HD-Teil der ÜH und den MD- und ND-Stufen ein oder ggfs. zwei ZÜ im Dampfkessel.