Oververhit stoom en stoomfasendiagram

Oververhitte stoom

Wanneer verzadigde stoom die in een stoomketel wordt geproduceerd, door een warmtewisselaar wordt geleid, neemt de temperatuur toe boven het verdampings- of verzadigingspunt. Stoom wordt als oververhit beschouwd wanneer de temperatuur hoger is dan de verzadigingstemperatuur. De mate van oververhitting is rechtstreeks gerelateerd aan de temperatuur van de stoom boven de verzadigingstemperatuur.

Oververhitting kan alleen worden toegepast op verzadigde stoom en niet op stoom met vochtgehalte. Om oververhitting te bereiken, moet verzadigde stoom door een andere warmtewisselaar gaan. Deze warmtewisselaar voor oververhitting wordt binnen de ketel een secundaire warmtewisselaar genoemd. Heet rookgas dat uit de ketel komt, wordt beschouwd als de beste manier om verzadigde stoom te verhitten.

Oververhitte stoom vindt toepassing in stoomkrachtcentrales voor de generatie van elektrische energie. In stoomturbines, gaat oververhitte stoom naar binnen aan één kant en verlaat aan de andere kant naar de condensor (die water- of luchtgekoeld kan zijn). Het verschil in oververhitte stoom-energie tussen de turbine-ingang en -uitgang veroorzaakt de rotatie van de turbinerotor. Er is een geleidelijke afname van de stoomenergie terwijl deze door de turbinerotor gaat.

Het is essentieel om voldoende oververhitting te hebben bij de turbine-ingang, om de condensatie van natte stoom in het latere gedeelte van de turbinerotor te voorkomen.

De turbinerotor heeft verschillende stadia en de stoom moet door elk stadium gaan voordat hij de condensor bereikt. Als er niet voldoende oververhitting wordt gegeven aan de stoom bij de turbine-ingang, kan de stoom verzadigd raken bij de latere stadia van de rotor en daarna natter worden terwijl hij door elk volgend stadium gaat.

Natte stoom aan het einde van de rotor is zeer gevaarlijk, omdat dit kan leiden tot Waterhamer en ernstige erosie in de laatste stadia van de turbineschijven. Om dit probleem te overwinnen, is het raadzaam de ingangsparameters van de stoomturbine zo te ontwerpen dat oververhitte stoom de turbine kan binnengaan en de turbine-uitlaat wordt ontworpen om de stoomparameters dicht bij verzadigingsomstandigheden te laten komen.

Een van de belangrijkste redenen voor het gebruik van oververhitte stoom in een stoomturbine is een merkbare verbetering van de thermische efficiëntie van de cyclus.

De efficiëntie van een warmtemotor kan worden bepaald door gebruik te maken van:

Carnot-cyclus efficiëntie: Verhouding van het temperatuurverschil tussen ingang en uitgang tot de ingangstemperatuur.

Rankine-cyclus efficiëntie: Verhouding van de warmte-energie bij de turbine-ingang en -uitgang tot de totale warmte-energie die uit de stoom wordt gehaald.
2. Voorbeeld van het berekenen van de Carnot-cyclus en Rankine-cyclus efficiëntie.
Uitgelegd met een voorbeeld:
Een turbine wordt gevoed met oververhitte stoom op 96 bar bij 490oC. De uitlaat is op 0.09 bar en 12% vochtigheid.
Temperatuur van verzadigde stoom is: 43.7oC
Bepaal en vergelijk de Carnot-cyclus en Rankine-cyclus.
Procedure om de Carnot-cyclus efficiëntie te bepalen :

Procedure om de Rankine-cyclus efficiëntie te bepalen :
Waar,

Sensible warmte in condensaat overeenkomstig de uitlaatdruk van 0.09 bar in KJ/Kg = 183.3
3.
Stoom-fasediagram is een grafische weergave van de gegevens in de stoomtabel. Het stoom-fasediagram geeft het verband tussen enthalpie, temperatuur en diverse drukken. Vloeibare enthalpie hf. Dit wordt weergegeven door de lijn A-B op het fasediagram. Wanneer het water vanaf 0oC begint warmte te ontvangen, ontvangt het alle vloeibare enthalpie langs de verzadigde waterlijn A-B op het fasediagram.

Enthalpie van verzadigde stoom (hfg): Elke verdere toevoeging van warmte resulteert in een faseverandering naar verzadigde stoom en wordt weergegeven door (hfg) op het fasediagram, namelijk B-C.

Droogheidsfractie (x): Wanneer warmte wordt toegevoegd, begint het vloeistof te veranderen van fase van vloeistof naar damp en neemt de droogheidsfractie van het mengsel toe, dus bewegen naar eenheid. Op het fasediagram is de droogheidsfractie van het mengsel 0,5 precies in het midden van de lijn BC. Op vergelijkbare wijze is de waarde van de droogheidsfractie op punt c op het fasediagram 1.

Lijn C-D Punt c bevindt zich op de verzadigde damplijn, elke verdere toevoeging van warmte resulteert in een toename van de stoomtemperatuur, wat het begin van de stoomoververhitting vertegenwoordigt, weergegeven door de lijn C-D.
Vloeistofzone → Gebied links van de verzadigde vloeistoflijn
Oververhitte zone → Gebied rechts van de verzadigde damplijn
Tweefasezone → Gebied tussen de verzadigde vloeistof- en verzadigde damplijn, mengsel van vloeistof en damp. Mengsels met verschillende droogheidsfracties.
Kritiek punt → Het Apex-punt waar de verzadigde vloeistof- en verzadigde damplijnen samenkomen. De enthalpie van verdamping verminderdt tot nul op het kritieke punt, wat betekent dat water direct verandert in stoom op het kritieke punt en daarna.
De maximale temperatuur die een vloeistof kan bereiken of bestaan is gelijk aan het kritieke punt.
Kritieke puntparameters → Temperatuur 374.15oC
Druk → 221.2 bar

Waarden hierboven zijn superkritieke waarden en zijn nuttig voor het verhogen van de efficiëntie van de Rankine-cyclus.

Verklaring: Respecteer het originele, goede artikelen zijn de moeite waard om te delen, indien er sprake is van schending van auteursrechten, neem dan contact op om verwijdering te regelen.