Přehřátý pára a fázový diagram páry

Přehřátý pára

Když nasycená pára vygenerovaná v parním kotli prochází dalšími výměníky tepla, její teplota začne stoupat nad bod varu nebo nasycení.
Pára se označuje jako přehřátá, pokud je její teplota vyšší než teplota nasycení. Stupeň přehřevu je přímo spojen s teplotou páry nad teplotou nasycení.

Přehřev lze poskytnout pouze nasycené párě a ne párě obsahující vlhkost. Pro dosažení přehřevu musí nasycená pára projít dalším výměníkem tepla. Tento výměník tepla pro přehřev se nazývá sekundární výměník tepla uvnitř kotlu. Horký spalinový plyn vycházející z kotlu je považován za nejlepší způsob ohřevu nasycené páry.

Přehřátá pára má uplatnění v parních elektrárnách pro generování elektrické energie. V parních turbínách vstupuje přehřátá pára na jednom konci a opouští ji na druhém konci do kondenzátoru (může být vodního nebo vzduchového chlazení). Rozdíl v přehřáté páře mezi vstupem a výstupem turbíny způsobuje otáčení rotoru turbíny. Při průchodu párou rotorem turbíny dochází k postupnému snížení energie páry.

Je tedy nezbytné mít dostatečný přehřev na vstupu do turbíny, aby se zabránilo kondenzaci mokré páry v pozdější části rotoru turbíny.

Rotor parní turbíny má několik stupňů a pára musí projít každým stupněm, než dosáhne kondenzátoru. Pokud není na vstupu do turbíny poskytnut dostatečný přehřev, může pára dosáhnout nasycení v pozdějších stupních rotoru a následně stát se mokrší při průchodu každým následujícím stupněm.

Mokrá pára na konci rotoru je velmi nebezpečná, protože může vést k vodnímu kladívku a závažné erozi na posledních stupních lopatek turbíny. Aby bylo možné tento problém překonat, je vhodné navrhnout parametry vstupní páry do parní turbíny tak, aby přehřátá pára mohla vstoupit do turbíny a výfuk turbíny byl navržen tak, aby odpovídal parametrům páry blízkým nasycení.

Jedním z hlavních důvodů používání přehřáté páry v parní turbíně je značné zlepšení tepelného výkonu cyklu.

Účinnost tepelného motoru lze určit buď:

Účinnost Carnotova cyklu: Poměr rozdílu teplot mezi vstupem a výstupem k teplotě vstupu.

Účinnost Rankinova cyklu: Poměr teplé energie na vstupu a výstupu turbíny k celkové tepelné energii získané ze páry.
2. Příklad výpočtu účinnosti Carnotova cyklu a Rankinova cyklu.
Vysvětleno na příkladu:
Turbína je dodávána přehřátou párou o tlaku 96 bar a teplotě 490oC. Výfuk je při 0.09 bar a vlhkosti 12 %.
Teplota nasycené páry je: 43.7oC
Určete a porovnejte účinnost Carnotova cyklu a Rankinova cyklu.
Postup pro určení účinnosti Carnotova cyklu :

Postup pro určení účinnosti Rankinova cyklu :
Kde,

Smysluplné teplo v kondenzátu odpovídající výfukovému tlaku 0.09 bar v KJ/Kg = 183.3
3.
Fázový diagram páry je grafické znázornění dat uvedených v tabulce páry. Fázový diagram poskytuje vztah mezi entalpií a teplotou při různých tlacích. Enthalpie kapaliny hf. Je to reprezentováno čarou A-B na fázovém diagramu. Když voda začne přijímat teplo od 0oC, pak přijme všechnu svou entalpii kapaliny podél linky nasycené vody A-B na fázovém diagramu.

Enthalpie nasycené páry (hfg): Jakékoli další přidání tepla způsobí změnu fáze na nasycenou páru a je reprezentována (hfg) na fázovém diagramu, tj. B-C.

Surovinový stupeň (x): Když je aplikováno teplo, kapalina začne měnit svoji fázi z kapaliny na páru a surovinový stupeň směsi začne rostoucí, tj. blížící se k jednotce. Na fázovém diagramu je surovinový stupeň směsi 0.5 přesně uprostřed čáry BC. Podobně na bodu c na fázovém diagramu je hodnota surovinového stupně 1.

Čára C-D Bod c je na lince nasycené páry, jakékoli další přidání tepla způsobí zvýšení teploty páry, tj. začátek přehřevu páry reprezentovaný čarou C-D.
Zóna kapaliny → Oblast nalevo od linky nasycené kapaliny
Zóna přehřevu → Oblast napravo od linky nasycené páry
Dvoufázová zóna → Oblast mezi linkou nasycené kapaliny a nasycené páry je směs kapaliny a páry. Směs s různými surovinovými stupni.
Kritický bod → Je to vrcholový bod, kde se setkávají linky nasycené kapaliny a nasycené páry. Enthalpie vypařování klesá na nulu v kritickém bodě, což znamená, že voda se přímo mění na páru v kritickém bodě a poté.
Maximální teplota, kterou kapalina může dosáhnout nebo existovat, je ekvivalentní kritickému bodu.
Parametry kritického bodu → Teplota 374.15oC
Tlak → 221.2 bar

Hodnoty nad tímto jsou superkritické hodnoty a jsou užitečné pro zvýšení efektivity Rankinova cyklu.

Prohlášení: Respektujte původ, dobaře napsané články jsou hodné zdieľania, ak dojde k porušeniu autorských práv, prosím, kontaktujte nás na odstránenie.