Paregorzony par i diagram fazowy pary

Przegrzany par

Gdy nasycenie pary wytworzone w kotle parowym jest dalej przepuszczane przez powierzchnie wymiany ciepła, to jego temperatura zaczyna wzrastać powyżej temperatury parowania lub nasycenia.
Para opisana jest jako przegrzana, jeśli jej temperatura jest wyższa niż temperatura nasycenia. Stopień przegrzania jest bezpośrednio związany z temperaturą pary przegrzanej powyżej temperatury nasycenia.

Przegrzanie można dostarczyć tylko do nasyconej pary, a nie do pary zawierającej wilgoć. Aby osiągnąć przegrzanie, para nasycona musi przejść przez kolejny wymiennik ciepła. Ten wymiennik ciepła do przegrzewania nazywany jest drugim wymiennikiem ciepła w kotle. Gorący gaz spalinowy wychodzący z kotła uznawany jest za najlepszy sposób ogrzewania pary nasyconej.

Przegrzana para znajduje zastosowanie w elektrowniach parowych do generowania energii elektrycznej. W turbiny parowe, przegrzana para wchodzi na jednym końcu i wychodzi na drugim końcu do kondensatora (może to być kondensator chłodzony wodą lub powietrzem). Różnica energii przegrzanej pary między wejściem i wyjściem turbiny powoduje obrót wirnika turbiny. W trakcie przechodzenia przez wirnik turbiny następuje stopniowe zmniejszenie energii pary.

Dlatego niezbędne jest posiadanie wystarczającego stopnia przegrzania na wejściu do turbiny, aby uniknąć kondensacji mokrej pary w późniejszych częściach wirnika turbiny.

Podstawowo wirnik turbiny parowej ma wiele stopni, a para musi przejść przez każdy stopień przed dotarciem do kondensatora. Jeśli na wejściu do turbiny nie zapewniono wystarczającego stopnia przegrzania, para może stać się nasycona, docierając do późniejszych stopni wirnika, a następnie stawać się coraz bardziej wilgotna, przechodząc przez każdy kolejny stopień.

Mokra para na końcu wirnika jest bardzo niebezpieczna, ponieważ może prowadzić do uderzenia wodnego i silnej erozji na ostatnich stopniach łopatek turbiny. Aby rozwiązać ten problem, zaleca się projektowanie parametrów wejściowych pary do turbiny w taki sposób, aby przegrzana para mogła wejść na wejście do turbiny, a wylot turbiny był zaprojektowany tak, aby odpowiadać parametrom pary bliskim warunkom nasyconym.

Jednym z głównych powodów używania przegrzanej pary w turbiny parowej jest znaczące poprawienie sprawności termicznej cyklu.

Sprawność maszyny cieplnej można określić, używając:

Sprawność cyklu Carnota: Stosunek różnicy temperatur między wejściem a wyjściem do temperatury wejściowej.

Sprawność cyklu Rankine'a: Stosunek ciepła na wejściu i wyjściu turbiny do całkowitej ilości ciepła pobranego z pary.
2. Przykład obliczania sprawności cyklu Carnota i cyklu Rankine'a.
Wyjaśnione na przykładzie:
Turbina jest zaopatrywana w przegrzaną parę o ciśnieniu 96 bar przy 490oC. Wydech odbywa się przy 0.09 bar i 12% wilgotności.
Temperatura pary nasyconej wynosi: 43.7oC
Określ i porównaj sprawność cyklu Carnota i cyklu Rankine'a.
Procedura określenia sprawności cyklu Carnota :

Procedura określania sprawności cyklu Rankine'a :
Gdzie,

Ciepło czuciowe w kondensacie odpowiadające ciśnieniu wydechu 0.09 bar w KJ/Kg = 183.3
3.
Diagram fazowy pary to graficzne przedstawienie danych zawartych w tabeli pary. Diagram fazowy pary przedstawia relację między entalpią, temperaturą i różnymi ciśnieniami. Entalpia cieczy hf. Jest reprezentowana przez linię A-B na diagramie fazowym. Gdy woda zaczyna otrzymywać ciepło od 0o C, to otrzymuje całą swoją entalpię cieczy wzdłuż linii nasyconej wody A-B na diagramie fazowym.

Entalpia pary nasyconej (hfg): Dodatkowe dodanie ciepła powoduje zmianę fazy do pary nasyconej i jest reprezentowane przez (hfg) na diagramie fazowym, czyli B-C.

Stosunek suchy (x): Gdy ciepło jest dodawane, ciecz zaczyna zmieniać swoją fazę z cieczy na parę, a stosunek suchy mieszaniny zaczyna rosnąć, czyli zbliżać się do jedności. Na diagramie fazowym stosunek suchy mieszaniny wynosi 0.5 dokładnie po środku linii BC. Podobnie, w punkcie c na diagramie fazowym, wartość stosunku suchy wynosi 1.

Linia C-D Punkt c jest na linii pary nasyconej, dodatkowe dodanie ciepła powoduje zwiększenie temperatury pary, czyli początek przegrzewania pary reprezentowany przez linię C-D.
Strefa ciekła → Obszar po lewej stronie linii nasyconej cieczy
Strefa przegrzania → Obszar po prawej stronie linii pary nasyconej
Strefa dwufazowa → Obszar między linią nasyconej cieczy a linią pary nasyconej, mieszanka cieczy i pary. Mieszanka o różnych stosunkach suchy.
Punkt krytyczny → To szczytowy punkt, w którym linie nasyconej cieczy i pary nasyconej spotykają się. Entalpia parowania maleje do zera w punkcie krytycznym, co oznacza, że woda bezpośrednio zmienia się w parę w punkcie krytycznym i potem.
Maksymalna temperatura, jaką ciecz może osiągnąć lub istnieć, jest równoważna punktowi krytycznemu.
Parametry punktu krytycznego → Temperatura 374.15oC
Ciśnienie → 221.2 bar

Wartości powyżej są wartościami nadkrytycznymi i są przydatne do zwiększenia sprawności cyklu Rankine'a.

Oświadczenie: Szanuj oryginał, dobre artykuły są warte udostępniania, w przypadku naruszenia praw autorskich prosimy o kontakt w celu usunięcia.