उत्तप्त भाप और भाप की अवस्था आरेख

अतिगर्मित भाप

जब भाप बॉयलर में उत्पन्न संतुलित भाप को और भी गर्मी स्थानांतरण सतहों से गुजारा जाता है, तो इसका तापमान वाष्पीकरण या संतुलन से ऊपर बढ़ना शुरू हो जाता है।
भाप को अतिगर्मित कहा जाता है, यदि इसका तापमान उसके संतुलन तापमान से अधिक हो। अतिगर्मिता सीधे संतुलन तापमान से ऊपर गर्म किए गए भाप के तापमान से संबंधित होती है।

अतिगर्मिता केवल संतुलित भाप को दी जा सकती है, न कि आर्द्रता वाली भाप को। अतिगर्मिता प्राप्त करने के लिए, संतुलित भाप को एक अन्य गर्मी स्थानांतरणकर्ता से गुजारना होगा। यह गर्मी स्थानांतरणकर्ता अतिगर्मिता के लिए बॉयलर के भीतर एक द्वितीयक गर्मी स्थानांतरणकर्ता के रूप में जाना जाता है। बॉयलर से निकलने वाली गर्म फ्ल्यू गैस संतुलित भाप को गर्म करने का सर्वोत्तम तरीका माना जाता है।

अतिगर्मित भाप का उपयोग भाप विद्युत संयंत्र में विद्युत शक्ति के उत्पादन के लिए किया जाता है। भाप टर्बाइन में, अतिगर्मित भाप एक छोर से प्रवेश करती है और दूसरे छोर से निकलती है और एक कंडेंसर (जल या हवा-से ठंडा) में प्रवेश करती है। टर्बाइन के प्रवेश और निकासी के बीच अतिगर्मित भाप ऊर्जा का अंतर टर्बाइन रोटर को घूमने का कारण बनता है। टर्बाइन रोटर से गुजरते हुए भाप की ऊर्जा में धीरे-धीरे कमी आती है।

इसलिए टर्बाइन प्रवेश में पर्याप्त अतिगर्मिता होना आवश्यक है, ताकि टर्बाइन रोटर के अंतिम भाग में आर्द्र भाप का ठंडा होना रोका जा सके।

मूल रूप से भाप टर्बाइन रोटर में कई चरण होते हैं और भाप को प्रत्येक चरण से गुजरना पड़ता है जब तक कि वह कंडेंसर तक नहीं पहुंच जाती। इसलिए, यदि टर्बाइन प्रवेश में भाप में पर्याप्त अतिगर्मिता नहीं दी जाती, तो भाप रोटर के अंतिम चरणों तक पहुंचने पर संतुलित हो सकती है और फिर प्रत्येक लगातार चरण से गुजरते हुए और भी आर्द्र हो सकती है।

रोटर के अंतिम भाग में आर्द्र भाप बहुत खतरनाक होती है, क्योंकि यह पानी की चपेट और टर्बाइन के ब्लेड के अंतिम चरणों में गंभीर नष्ट का कारण बन सकती है। इस समस्या को दूर करने के लिए, यह सलाह दी जाती है कि भाप टर्बाइन प्रवेश के भाप पैरामीटर को ऐसे डिजाइन किया जाए कि अतिगर्मित भाप टर्बाइन प्रवेश में प्रवेश कर सके और टर्बाइन निकासी डिजाइन किया जाए ताकि भाप पैरामीटर संतुलित स्थिति के करीब हो।

भाप टर्बाइन में अतिगर्मित भाप का उपयोग करने का एक प्रमुख कारण चक्र की ऊष्मीय दक्षता में प्रत्याशित सुधार है।

ऊष्मीय इंजन की दक्षता या तो इसका उपयोग किया जा सकता है:

कार्नो चक्र दक्षता: प्रवेश और निकासी के बीच तापमान अंतर का प्रवेश तापमान से अनुपात।

रैंकिन चक्र दक्षता: टर्बाइन प्रवेश और निकासी पर लगी ऊष्मा ऊर्जा का कुल ऊष्मा ऊर्जा से अनुपात।
2. उदाहरण: कार्नो चक्र और रैंकिन चक्र दक्षता की गणना करने का उदाहरण।
उदाहरण से समझाया:
एक टर्बाइन को 96 बार, 490oC पर अतिगर्मित भाप दी जाती है। निकासी 0.09 बार और 12% आर्द्रता पर है।
संतुलित भाप का तापमान: 43.7oC
कार्नो चक्र और रैंकिन चक्र की गणना और तुलना करें।
कार्नो चक्र दक्षता की गणना करने की प्रक्रिया :

रैंकिन चक्र दक्षता की गणना करने की प्रक्रिया :
जहाँ,

0.09 बार निकासी दबाव पर जल के ठंडे होने की ऊष्मा (किलोजूल/किलोग्राम) = 183.3
3.
भाप-फेज आरेख भाप टेबल में दिए गए डेटा का ग्राफिक प्रतिनिधित्व है। भाप-फेज आरेख विभिन्न दबावों के लिए एन्थैल्पी और तापमान के बीच संबंध प्रदान करता है। तरल एन्थैल्पी hf। यह फेज आरेख पर रेखा A-B द्वारा दर्शाया गया है। जब पानी 0oC से गर्मी प्राप्त करना शुरू करता है, तो यह फेज आरेख पर रेखा A-B पर संतुलित जल रेखा के अनुसार अपनी सारी तरल एन्थैल्पी प्राप्त करता है।

संतुलित भाप की एन्थैल्पी (hfg): किसी भी अतिरिक्त गर्मी के योगदान से फेज बदलने का परिणाम संतुलित भाप में बदल जाता है और यह फेज आरेख पर (hfg) द्वारा दर्शाया जाता है, अर्थात् B-C।

सूखी अनुपात (x): जब गर्मी दी जाती है, तो तरल वाष्प में अपना फेज बदलना शुरू कर देता है और फिर मिश्रण का सूखा अनुपात बढ़ना शुरू हो जाता है, अर्थात् एकता की ओर बढ़ता है। फेज आरेख में, मिश्रण का सूखा अनुपात रेखा BC के ठीक बीच में 0.5 होता है। इसी तरह, फेज आरेख पर बिंदु c पर सूखा अनुपात का मान 1 होता है।

रेखा C-D बिंदु c संतुलित वाष्प रेखा में है, किसी भी अतिरिक्त गर्मी के योगदान से भाप का तापमान बढ़ना शुरू होता है, अर्थात् भाप अतिगर्मिता की शुरुआत रेखा C-D द्वारा दर्शाई जाती है।
तरल क्षेत्र → संतुलित तरल रेखा के बाएं ओर का क्षेत्र
अतिगर्मित क्षेत्र → संतुलित वाष्प रेखा के दाएं ओर का क्षेत्र
दो फेज क्षेत्र → संतुलित तरल और संतुलित वाष्प रेखा के बीच का क्षेत्र तरल और वाष्प का मिश्रण है। विभिन्न सूखे अनुपात वाले मिश्रण।
क्रांतिक बिंदु → यह शिखर बिंदु है जहाँ संतुलित तरल और संतुलित वाष्प रेखाएँ मिलती हैं। क्रांतिक बिंदु पर वा